JP2007152495A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アーム旋回量に制限のない低コストの産業ロボットを提供する。
【解決手段】本体部側から第１アーム２０、第２アーム３０及びハンドアーム４０の順で連結され、そのハンドアーム４０が一定方向に伸縮するように回動駆動するアーム部１０と、そのアーム部１０の伸縮動作を行う中空回動軸３及びこの中空回動軸３内にあって前記第１アーム１０に連結して前記ハンドアーム４０の伸縮方向を変化させる中実回動軸２を備えた本体部１００とを有し、本体部１００は、中実回動軸２の原点位置を検出する第１センサ４を有する第１センサ機構と、その中実回動軸２に設けられて中実回動軸２と中空回動軸３との相対的な原点位置を検出する第２センサ５を有する第２センサ機構とを有しており、中実回動軸２には、ロータリージョイント６が電気接続され、第２センサ５がこのロータリージョイント６に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットに関し、更に詳しくは、例えば半導体製造装置等の減圧雰囲気下で用いられ、アーム旋回量に制限のない産業ロボットに関するものである。

半導体デバイスの製造システムにおいては、半導体デバイスを製造するためのシステムにワーク搬送ロボットを組み込んだシステムが用いられている。こうした製造システムは、減圧雰囲気下で処理する複数のチャンバを有しており、ワーク搬送ロボットは、複数のチャンバの中から所定のチャンバに対し、半導体ウエハの出し入れを行うように動作する。このとき、半導体ウエハを各チャンバに搬入／搬出する毎にチャンバ内を常圧に戻すとすると、再びチャンバ内を減圧して処理を開始するまでに多くの時間を要し、スループットの低下を招くことになるので、近年の製造システムは、一般的に、各チャンバに半導体ウエハを搬入／搬出するワーク搬送ロボットを含む空間を予備減圧室（ロードロック室）とした製造システムが採用されている。こうした製造システムにより、チャンバ内を常圧にまで戻すことなく半導体ウエハを搬入／搬出できるので、スループットの向上を図っている。

こうした製造システムに用いられるワーク搬送ロボットとしては、搬送効率の向上や動作時間を短縮させることを目的とした種々搬送ロボットが提案されている。例えば特許文献１には、旋回可能に支持された第１のアーム部と、この先端に屈曲可能に支持された第２のアーム部と、この先端にその中央部が回転可能に支持された第３のアーム部とにより構成され、第３のアーム部の両端に被処理体を載置保持する被処理体載置部を形成し、一度に２枚の被処理体を取り扱うことができる搬送アーム装置が提案されている。

また、例えば特許文献２は、アーム旋回量の制限を改良してスループットの向上を図ったものであり、駆動源によるシャフトの回転に対応して所定の範囲を往復動する移動部材を設け、部材の回転移動の範囲を規定するために、センサ部により移動部材の移動範囲を規定するようにした搬送ロボットが提案されている。この搬送ロボットは、シャフトの３６０度以上の回転に対応してセンサを設けることができるので、いずれの方向に対しても部材をアクセスさせることができるとされている。
特開平７−１４２５５１号公報 特開平１１−２２６８８３号公報

上記特許文献１に記載の搬送アーム装置は、旋回軸、伸縮軸、第３アーム部回転軸の３つの駆動軸それぞれにモータが接続されているが、各駆動軸の回転制御についての記載はなく、回転精度を高めるためには、おそらくステッピングモータを用いると思われるが、その場合には減速比を高くすることができないという難点があり、また、装置のコストもかさむという問題もある。

また、上記特許文献２に記載の搬送ロボットは、アームの旋回量は改善されているものの、無限回転可能というわけではなく、カム部材に形成された渦巻き状の溝の長さに制限されてしまう。そのため、上記ロードロック室内での動作のように、一方向に偏って回転する場合には、何回かに一度は逆回りさせなければならず、時間のロスが生じてスループットの向上を図れないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アーム旋回量に制限のない低コストの産業ロボットを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の産業用ロボットは、本体部側から第１アーム、第２アーム及びハンドアームの順で連結され、当該ハンドアームが一定方向に伸縮するように回動駆動するアーム部と、前記アーム部の伸縮動作を行う中空回動軸及び当該中空回動軸内にあって前記第１アームに連結して前記ハンドアームの伸縮方向を変化させる中実回動軸を備えた本体部とを有する産業用ロボットであって、前記本体部は、前記中実回動軸の原点位置を検出する第１センサを有する第１センサ機構と、前記中実回動軸に設けられて当該中実回動軸と前記中空回動軸との相対的な原点位置を検出する第２センサを有する第２センサ機構とを有し、前記中実回動軸にはロータリージョイントが連結され、前記第２センサが当該ロータリージョイントに電気接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、本体部が、中実回動軸の原点位置を検出する第１センサを有する第１センサ機構と、中実回動軸に設けられてその中実回動軸と中空回動軸との相対的な原点位置を検出する第２センサを有する第２センサ機構とを有し、その中実回動軸にはロータリージョイントが連結され、第２センサがロータリージョイントに電気接続されているので、アーム部の伸縮とアーム部の旋回を２つのセンサ機構で位置精度良く行うことができる。しかも、そのセンサ機構への給電が中実回動軸に連結されたロータリージョイントから行われるので、時計周り乃至反時計回りに無限回転可能であり、何回かに一度の逆回りによる時間のロスがなく、スループットをより向上させることができる。また、伸縮と旋回を２つの軸の回動により行うので、回動制御する軸数が少なく、コストメリットのある装置構造となっている。

本発明の産業用ロボットにおいて、前記中実回動軸はサーボモータで駆動し、当該サーボモータは減速機構を有すると共に出力信号が２^ｎのロータリーエンコーダを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、中実回動軸はサーボモータで駆動し、そのサーボモータは減速機構を有すると共にロータリーエンコーダを備えているので、ロータリーエンコーダのカウンタがリセットするときには、減速比との関係から、中実回動軸（アーム部も同じ）を必ず整数回転後の状態とすることができる。その結果、カウンタリセット時のアーム部は初期の原点位置と同じ位置となり、その後におけるロータリーエンコーダで検出する回転量と、第１及び第２のセンサ機構とによって判断する中実回動軸の位置判断を、リセット前の位置判断と同じにすることができる。その結果、長期間使用した場合であっても、リセット前後での原点位置を乱すことなくアーム部の伸縮と旋回を行うことができる。こうした機械的な制御機構は、制御ソフトによらないので、コストメリットもあり、且つ信頼性の高い制御を行うことができる。

上記の場合において、前記減速機構の減速比を１／１２８とし、前記ロータリーエンコーダの出力信号は２^ｎであることが好ましい。この発明によれば、出力信号が２^ｎのロータリーエンコーダと減速比１／１２８の減速機構とにより、上記効果を具体的に実現できる。

本発明の産業用ロボットにおいて、前記第１アームは、前記本体部側にあって前記中実回動軸に連結する第１プーリと、前記第２アーム側にあって当該第２アームに連結する第２プーリと、当該第１プーリ及び第２プーリ間に掛かる第１ベルトとを有し、前記第２アームは、前記第２プーリの同心位置にある第３プーリと、前記ハンドアーム側にあって当該ハンドアームに連結する第４プーリと、当該第３プーリ及び第４プーリ間に掛かる第２ベルトとを有することを特徴とする。この発明によれば、中空回動軸を駆動させることにより第１アームと第２アームとによって伸縮動作が行われ、中空回動軸と中実回動軸の相対位置を変えずに駆動させることによって第１アーム及び第２アームを旋回してハンドアームの伸縮方向を変化させることができる。

本発明の産業用ロボットにおいて、前記中実回動軸と前記中空回動軸との間、及び、前記中空回動軸と当該中空回動軸の外周に位置する中空固定軸との間が、磁気シールされていることが好ましい。この発明によれば、各軸間が磁気シールされているので、例えば半導体製造装置等の減圧雰囲気下で好ましく用いられる。

本発明の産業用ロボットにおいては、前記中空回動軸及び前記中実回動軸を高さ方向に変位させる駆動源を有する。

本発明の産業用ロボットによれば、アーム部の伸縮と旋回を２つのセンサ機構で位置精度良く制御することができ、しかも、そのセンサ機構への給電が中実回動軸に連結されたロータリージョイントから行われるので、時計周り乃至反時計回りに位置精度の良い無限回転が可能となる。その結果、何回かに一度の逆回りによる時間のロスがなく、スループットをより向上させることができる。また、伸縮と旋回を２つの軸を回動させて行うので、回転させ制御する軸数が少なく、コストメリットのある装置構造となっている。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。なお、本発明の産業用ロボットは、その技術的特徴を有する範囲において、以下の説明及び図面に限定されない。

図１は、本発明の産業用ロボットの一例を示す平面図（Ａ）及びＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。図２は、図１に示す第１アームの内部構造を示す平面図（Ａ）及びＢ−Ｂ断面図（Ｂ）であり、図３は、図１に示す第２アームの内部構造を示す平面図（Ａ）及びＣ−Ｃ断面図（Ｃ）である。また、図４は、図１に示す本体部のＡ−Ａ断面の拡大図である。また、図５は、図１に示す産業用ロボットの本体部を１２０°角度を変えて見たときの断面図（Ａ）と、２４０°角度を変えて見たときの断面図（Ｂ）であり、図６は、本発明の産業用ロボットの本体部の横断面図である。

本発明の産業用ロボット（以下、「ロボット１」という。）は、図１に示すように、本体部側から第１アーム２０、第２アーム３０及びハンドアーム４０の順で連結され、そのハンドアーム４０が一定方向に伸縮するように回動駆動するアーム部１０と、そのアーム部１０の伸縮動作を行う中空回動軸３及びこの中空回動軸３内にあって前記第１アーム２０に連結して前記ハンドアーム４０の伸縮方向を変化させる中実回動軸２を備えた本体部１００とを有している。

（アーム部）
先ず、アーム部１０について説明する。アーム部１０は、図２及び図３に示すように、本体部側から第１アーム２０、第２アーム３０及びハンドアーム４０の順で連結され、そのハンドアーム４０が一定方向に伸縮するように回動駆動する。ハンドアーム４０は、ウエハ等のワークを搭載して搬送するためのアーム部であり、図１等に示すように、両端それぞれに搭載部を有するものであってもよいし、片端に搭載部を有するものであってもよい。

各アームのうち、第１アーム２０は、本体部側にあって中実回動軸２に連結する第１プーリ２１と、第２アーム３０側にあって第２アーム３０に連結する第２プーリ２２と、第１プーリ２１及び第２プーリ２２間に掛かる第１ベルト２３とを有している。第２アーム３０は、第２プーリ２２の同心位置にある第３プーリ３１と、ハンドアーム４０側にあってハンドアーム４０に連結する第４プーリ３２と、第３プーリ３１及び第４プーリ３２間に掛かる第２ベルト３３とを有している。本発明において、中空回動軸３を駆動させることにより、第１アーム２０と第２アーム３０とによってアーム部１０の伸縮動作が行われ、中実回動軸２と中空回動軸３の相対位置を変えずに駆動させることにより、第１アーム２０及び第２アーム３０を旋回してハンドアーム４０の伸縮方向が変化する。

第１アーム２０及び第２アーム３０において、ベルトの材質は特に限定されず、スチールベルトでも、クロロプレンベルト、ニトリルゴムベルト、ウレタンゴムベルト等のゴムベルトでもよく、スチールベルトとゴムベルトとを組み合わせたハイブリッドベルトであっても構わない。本発明のロボット１００が減圧雰囲気で用いられる場合には、ガスや粉塵の発生の少ないベルトが好ましく適用され、例えばフッ素ゴムベルト等を挙げることができる。また、ベルト形状についても、平ベルトでも、歯付きベルトでも、平ベルトと歯付きベルトとを組み合わせたハイブリッドベルトでもよい。各プーリの形状は、用いるベルトの種類に応じて選択され、平ベルトの場合は平プーリが用いられ、歯付きベルトの場合は歯付きプーリが用いられる。

第１プーリ２１と第２プーリ２２との間に掛けられた第１ベルト２３を適当な張力にするために、図２に示すように、第１ベルト２３を背面から押さえるアイドラプーリ２６を設けてもよい。アイドラプーリ２６は、微調整可能な機構で設けられており、このアイドラプーリ２６により、第１ベルト２３の張力を調整すると共に、第１プーリ２１と第１ベルト２３との間の接触角度をより大きくすることができる。

なお、図３に示す第２ベルト３３は、歯付きベルト３６（タイミングベルト）と、スチール製の平ベルト３７とを組み合わせたハイブリッドベルトであり、両ベルトは連結部４３で繋がれている。連結部４３には、張力調整できる機構を一方又は両方に有していることが好ましい。なお、本願では、連結部の詳細及びハイブリッドベルトの詳細については割愛するが、ハイブリッドベルトに装着された連結部は、両側のプーリに接触しない位置までしか回動しないようになっている。

また、第１アーム２０及び第２アーム３０の内部には、図２及び図３に示すようなリブ２５，３５が設けられていてもよい。リブ２５，３５は、各アームの剛性を高めて変形を抑えるように作用するので、アームの肉厚を薄くして軽量化を図ることができる点で有利である。なお、リブ２５，３５には、第１アーム２０の基端部に通じる抜き穴２９，３９を形成することが好ましい。この抜き穴２９，３９は、第１アーム２０内の空気と第２アーム３０内の空気を第１アーム２０の基端部から外部に抜くための通路をなしており、ロボット１が減圧雰囲気に曝されると、第２アーム３０内の空気は抜き穴３９を通って第２アーム３０の基端部から第１アーム２０内に入り、さらに第１アーム２０内の抜き穴２９を通って第１アーム２０の基端部から外部に容易に抜かれることになる。なお、第１アーム２０の基端部とは、本体部１００側のことであり、本願においては、アーム部１０を駆動させる本体部の軸上の部位である。その基端部には、アーム部１０内の空気を外部に逃がす開口部が設けられ、その開口部には、アーム内で発生した粉塵等を減圧雰囲気に逃がさないためのフィルター１１が装着されている。

各プーリの径比については、第１プーリ２１の径Ｒ１と第２プーリ２２の径Ｒ２とはＲ１：Ｒ２＝２：１の関係であり、第３プーリ３１の径Ｒ３と第４プーリ３２の径Ｒ４とはＲ３：Ｒ４＝１：２の関係となっている。したがって、第１プーリ２１、第２プーリ２２（第３プーリ３１）及び第４プーリ３２の回転角比は１：２：１となるので、第１プーリ２１と第２プーリ２２（第３プーリ３１）と第４プーリ３２との回転角度比は、１：２：１となる。その結果、後述の図９に示すように、第１プーリ２１を回動させて図９（Ａ）の状態から図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）の状態に変化させると、第１アーム２０と第２アーム３０との角度が変化するが、ハンドアーム４０は、第１アーム２０の第１プーリ２１の中心点Ｐと第２アーム３０の第４プーリ３２の中心点Ｒとを結んだ直線（仮想線Ｘ）上を、向きを一定にしながら伸縮するように移動することとなる。

（本体部）
次に、本体部１００について説明する。本体部１００は、図４〜図６に示すように、アーム部１０の伸縮動作を行う中空回動軸３及びこの中空回動軸３内にあって第１アーム２０に連結してハンドアーム４０の伸縮方向を変化させる中実回動軸２を備えている。そして、本発明では、この本体部１００が、中実回動軸２の原点位置を検出する第１センサ４を有する第１センサ機構と、その中実回動軸２に設けられて中実回動軸２と中空回動軸３との相対的な原点位置を検出する第２センサ５を有する第２センサ機構とを有しており、且つ、中実回動軸２にはロータリージョイント６が連結され、第２センサ５がこのロータリージョイント６に電気接続されていることに特徴がある。

こうした特徴を有する本体部１００を備える本発明のロボット１は、アーム部１０の伸縮とアーム部１０の旋回を２つのセンサ機構で位置精度良く行うことができる。しかも、そのセンサ機構への給電が中実回動軸２に連結されたロータリージョイント６から行われるので、時計周り乃至反時計回りに無限回転可能であり、何回かに一度の逆回りによる時間のロスがなく、スループットをより向上させることができる。また、伸縮と旋回を２つの軸を回動させて行うので、回転させ制御する軸数が少なく、コストメリットのある装置構造となっている。こうした本発明の産業用ロボット１は、例えば半導体製造装置等の減圧雰囲気下で用いられ、アーム旋回量に制限のない低コストのロボットとして提供できる。

中実回動軸２は、図４〜図６に示すように、本体部１００を構成する各軸のうち最も中心側に設けられる軸であり、通常は中実構造であるので本願では「中実回動軸」と言うが、必ずしも中実構造でなくてもよい。この中実回動軸２の上方の端部は、第１プーリ２１に取り付けられ中空回動軸３と中実回動軸２の相対位置を変化させずに回転させることでアーム部１０を旋回させるように作用する。

中実回動軸２の下方の端部には、第１モータ５０の駆動力が与えられる。本願において、第１モータ５０はサーボモータであることが好ましく、図５（Ａ）に示すように、減速比の大きい減速機５１を取り付けることができる。第１モータ５０の駆動力は、モータ軸に取り付けられたプーリ５２と、中実回動軸２の下端に取り付けられたプーリ５４との間をタイミングベルト５３を掛けることによって伝導される。

第１モータ５０をサーボモータとすれば、減速比の大きい減速機を組み合わせることができ、さらに出力信号が２^ｎ（２のべき乗）のロータリーエンコーダをサーボモータに備えることにより、ロータリーエンコーダのカウンタがリセットするときには、減速比との関係から、中空回動軸３（アーム部も同じ）を必ず整数回転後の状態とすることができる。好ましく用いることができる減速機は減速比１／１２８のものであり、出力信号が２^ｎのロータリーエンコーダと減速比１／１２８の減速機構とにより、カウンタリセット時の中実回動軸２は初期の原点位置と同じ位置となり、その後におけるロータリーエンコーダで検出する回転量と、第１及び第２のセンサ機構とによって判断する中実回動軸２の位置判断を、リセット前の位置判断と同じにすることができる。その結果、長期間使用した場合であっても、リセット前後での原点位置を乱すことなくアーム部１０の伸縮と旋回を行うことができる。こうした機械的な制御機構は、制御ソフトによらないので、コストメリットもあり、且つ信頼性の高い制御を行うことができる。

なお、第１センサ機構及び第２センサ機構を用いて原点位置が検出されるが、これは通常、搬入時又は復帰時等に実施されるものであり、動作時には、上述したサーボモータに備えられたロータリーエンコーダにより検出するようにしている。

一方、中空回動軸３は、図４〜図６に示すように、本体部１００を構成する各軸のうち前記中実回動軸２の外側に設けられる軸であり、文字通り中空構造となっている。この中空回動軸３の上方の端部は、第１アーム２０に取り付けられ、第１アーム２０を回動してアーム部１０を伸縮させるように作用する。

中空回動軸３の下方の端部には、第２モータ６０の駆動力が与えられる。本願において、第２モータ６０はサーボモータであることが好ましく、図５（Ｂ）に示すように、減速比の大きい減速機６１も取り付けることができる。第２モータ６０の駆動力は、モータ軸に取り付けられたプーリ６２と、中空回動軸３の下端に取り付けられたプーリ６４との間をタイミングベルト６３を掛けることによって伝導される。なお、図示のように、この中空回動軸３に取り付けられるプーリ６４は、上記中実回動軸２に取り付けられるプーリ５４の上部に配置されている。

中空回動軸３の外周側には、図４に示すように、中空固定軸７２が設けられている。この中空固定軸７２は、支持部材８４で支持されている。

中実回動軸２と中空回動軸３との間、及び、中空回動軸３とこの中空回動軸３の外周に位置する中空固定軸７２との間が、図４中の黒塗り部分に示すように、ボールベアリング５６，６６，７６により支持され、さらに磁気シール５５，６５が設けられていることが好ましい。こうした構成により、各軸間のシール性を確保できるので、例えば半導体製造装置等の減圧雰囲気下で好ましく用いられる。

上述の中実回動軸２、中空回動軸３及び中空固定軸７２は、図４及び図５（Ｂ）に示すように、支持部材８４により一体化され、その一体構造物は、第３モータ８０であるサーボモータにより一体に昇降するように動作する。第３モータ８０は、モータ軸８１にカップリングやベアリングで構成されたジョイント構造体８２を介してボールネジ８５に直接又はプーリ機構を介して連結される。第３モータ８０は、本体部１００の筐体に取り付けられた固定部材８８に装着されている。第３モータ８０が回転することにより、上記ボールネジ８５と螺合し且つ上記支持部材８４に固定されたナット８６がボールネジ８５に沿って昇降することにより、支持部材８４が昇降する。この昇降動作は、図５（Ｂ）及び図６に示すように、固定部材８８、８９間で固定されたボールスプライン等の摺動部材８７によって行われる。摺動部材８７は、図６に示す例では、１２０°間隔に配置されている。

（センサ機構）
次に、センサ機構について説明する。図７は、第１センサ機構の一例を示す概略構成図であり、図８は、第２センサ機構の一例を示す概略構成図である。第１センサ機構は、図７に示すように、中実回動軸２の原点位置を検出する第１センサ４と、その第１センサ４に１８０°毎ＯＮ／ＯＦＦ信号を与えることができる回転部材７とで構成される。回転部材７は、図７に示すように、所定の厚さで形成され、２分割した１８０°領域の外周部７ａの外径と、残りの１８０°領域の外周部７ｂの外径とが異なるように形成されたものを例示できる。そして、この回転部材７の外周部から所定の間隔を隔てて第１センサ４を配置することにより、その外径差に基づく信号を検知し、ＯＮ／ＯＦＦ信号として制御機構（図示しない）に出力する。このとき用いられる第１センサ４としては、光電センサ等が好ましく用いられる。なお、符号４ａは第１センサ４のリード線であり、符号８ｃは必要に応じて設けられる中心穴である。

第１センサ４は、図４に示すように、支持部材８４に固定されている。一方、回転部材７は、中実回動軸２の下端に設けられたプーリ５４の下面に接合され、中実回動軸２の回動と共に回動する。

一方、第２センサ機構は、図８に示すように、中実回動軸２に設けられて中実回動軸２と中空回動軸３との相対的な原点位置を検出する第２センサ５と、その第２センサ５に１８０°毎ＯＮ／ＯＦＦ信号を与えることができる回転部材８とで構成される。回転部材８は、所定の厚さで形成され、２分割した１８０°領域の平面部には、外周縁近傍にその外周縁に沿って形成された所定高さで所定幅からなる台部８ａが形成され、残りの１８０°領域の平面部８ｂには、そのような台部が形成されていない形態からなるものである。こうして形成した回転部材８は、中空回動軸３に装着したプーリ６４の下面に装着されて用いられるが、上記回転部材８の形状をプーリ６４自体の下面に加工したものであっても良く、その場合にはプーリ６４と回転部材８とは一体のものとなる。

第２センサ５は、回転部材８の面に垂直となるように配置され、その台部８ａの形成位置に先端が向くように、その台部８ａから所定の間隔を隔てて配置される。第２センサ５は、台部８ａの有無（凹凸差）に基づく信号を検知し、ＯＮ／ＯＦＦ信号として制御機構（図示しない）に出力する。このとき用いられる第２センサ５としては、光電センサ等が好ましく用いられる。なお、符号５ａは第２センサ５のリード線であり、符号８ｃは必要に応じて設けられる中心穴である。

第２センサ５は、図４に示すように、中実回動軸２に設けられている。なお、本願において「中実回動軸２に設けられている」とは、中実回動軸２に直に設けられている場合を含む他、図４に示すように、中実回動軸２下端に設けられて中実回動軸２と共に回転するプーリ５４に設けられた場合や、そのプーリ５４の下面に設けられている回転部材７に設けられている場合を含む意味で用いている。

回転部材８は、図４に示すように、中空回動軸３の下端に設けられたプーリ６４の下面に接合され、又はプーリ６４自体に加工されて、中実回動軸２の回動と共に回動する。

中実回動軸２には、図４〜図６に示すように、ロータリージョイント６が連結され、中実回動軸２と共に回転する第２センサ５が、このロータリージョイント６に電気接続されている。そのため、第２センサ５のリード線５ａを、そのロータリージョイント６にブラシ接触させることができるので、その中実回動軸２及び中空回動軸３を時計周り乃至反時計回りに無限回転可能とすることができる。その結果、旧来のロボットのように、何回かに一度の逆回りによる時間のロスがなく、スループットをより向上させることができる。

（各アームの動作）
次に、アーム部１０の動作を以下に説明する。図９は、アーム部の伸縮動作の説明図である。アーム部１０は、第１アーム２０と第２アーム３０とが同じ長さとなっており、そのため、図９（Ａ）に示すように、初期状態では第１アーム２０と第２アーム３０とが重なり合った状態になる。ここで、「同じ長さ」とは、アームの両端に位置するプーリの中心間の長さが同じという意味である。なお、初期状態では、ハンドアーム４０は第２アーム３０に直交するように設けられており、重なり合った第１アーム２０及び第２アーム３０の長手方向の仮想線Ｙと、ハンドアーム４０の長手方向の仮想線Ｘとは直交している。

次に、中空回動軸３を一方向に角度θ１だけ回転させると、第１アーム２０も第１プーリ２１の中心点Ｐを中心にして角度θ１だけ回転する。本発明では、第１プーリ２１と第２プーリ２２の径比が２：１であるので、第２アーム３０は、図９（Ｂ）に示すように、第１アーム２０の２倍の速さで第１アーム２０の回転方向の逆方向に回転する。したがって、第１アーム２０と第２アーム３０との角度θ２は、第１アーム２０の回転角度θ１の２倍となる。

また、本発明では、第３プーリ３１と第４プーリ３２の径比が１：２であるので、ハンドアーム４０は、図９（Ｃ）に示すように、第２アーム３０の１／２倍の速さで第２アーム３０の回転方向の逆方向に回転する。したがって、第２アーム３０とハンドアーム４０との角度θ３は、第１アーム２０と第２アーム３０との角度θ２の１／２倍になる。

さらにその後、中空回動軸３を逆回転させると、アーム部１０は、図９（Ｃ）の伸長状態から図９（Ｂ）の状態を経て図９（Ａ）の状態に戻る。

以上のように、第１アーム２０の回転角θ１とハンドアーム４０の回転角θ３の変化が同じになり、しかも第１アーム２０と第２アーム３０の長さが同じであるので、第２アーム３０とハンドアーム４０とが連結する第４プーリ３２の中心点Ｒは、上記仮想線Ｘ上を伸縮するように変化し、ハンドアーム４０は、上記仮想線Ｘ上を長手方向を変えずに変化する。したがって、第２モータ３の回転によって、ハンドアーム４０は、一定方向に伸縮運動するように変位する。

図１０は、アーム部の旋回形態及び伸縮形態の例を示すものであって、（Ａ）行〜（Ｆ）行に示す旋回形態と、（ｉ）列〜(iii)列に示す伸縮形態とを示す説明図である。図１０において、（ｉ）列は初期状態を示し、(ii)列は一方向への伸長状態を示し、(iii)列は他方向への伸長状態を示している。すなわち、（ｉ）列の初期状態において、中空回動軸３を正回転させると(ii)列の状態となり、逆回転させると(iii)列の状態になる。

一方、（Ａ）行〜（Ｆ）行に示す状態は、アーム部１０を旋回させた形態である。中実回動軸２と中空回動軸３の相対位置を変化させずに回転させるとアーム部１０は伸縮動作を行わずに旋回動作する。図１０においては、六角のロードロック室内に配置された形態を想定して示しているが、６つのゲートベンのうち所定のゲートベンにハンドアーム４０の長手方向が向かい合うようにアーム部１０を所定の角度で変化させると、その角度によって、（Ａ）行〜（Ｆ）行の６種類の形態に変化させることができる。

アーム部１０を回転させて、ハンドアーム４０を所定のゲートベンに向かい合わせた後、中空回動軸３を正回転又は逆回転させることによって、（ｉ）列状態から(ii)状態ないし(iii)列状態にハンドアーム４０を伸縮させることができる。

（位置制御）
本発明においては、上記の第１センサ機構と第２センサ機構とにより、中実回動軸２の位置と、中空回動軸３の中実回動軸２に対する相対的な位置とを検出することができる。すなわち、図７及び図８のところで説明したように、第１センサ機構の回転部材７及び第２センサ機構の回転部材８は、１８０°で２分割されている。

中実回動軸２において、図１０の（Ａ）行と（Ｄ）行との違い、（Ｂ）行と（Ｅ）行との違い、及び（Ｃ）行と（Ｆ）行との違いは、第１センサ４が図７に示す回転部材７の「外周部７ａ」側にあるか、「外周部７ｂ」側にあるかで区別することができる。中実回動軸２は、（Ａ）行から（Ｄ）行を経て再び（Ａ）行に戻ったときに整数回転したことになる。さらに、同一の「外周部７ａ」を示す例えば（Ａ）行〜（Ｃ）行の区別及び制御は、例えば第１モータ５０にロータリーエンコーダを装着し、その出力信号から区別し又は制御することができる。

また、本発明のロボット１は、アーム部１０の原点位置を決めておくことができる。例えば、中実回動軸２においては、図７に示すように「外周部７ａ」と「外周部７ｂ」との境界であって、図示の回転部材７が時計回りのときに「外周部７ｂ」から「外周部７ａ」に変化する側を原点位置と規定し、一方、中空回動軸３においては、図８に示すように「台部８ａ」と「平面部８ｂ」との境界であって、図示の回転部材８が時計回りのときに「台部８ａ」から「平面部８ｂ」に変化する側を原点位置と規定して制御機構のメモリーに記憶させておくことによって、原点位置を常時又は必要に応じて再現できる。

また、本発明のロボット１は、中実回動軸２を回動駆動させるための第１モータ５０と、中空回動軸３を回動駆動させるための第２モータ６０とに、ロータリーエンコーダを設けておくことが好ましい。その結果、ロータリーエンコーダで検出する回転量と、図７及び図８に示すセンサ機構とによって、アーム部１０の状態が、図１０に示す何れの状態であるかを判断することができる。

なお、ロータリーエンコーダは、インクリメンタルエンコーダでもアブショリュートエンコーダの何れでもよいが、インクリメンタルエンコーダを用いた場合には、回転角に応じてパルスが出力され、そのパルス数はカウンタで検出される。このとき、カウンタはいずれリセットされることになるが、リセットされたときに、アーム部１０の位置が、初期時の原点位置とは異なっている場合には、制御上その後の位置判断が狂うことになる。

そこで、本発明では、上述したように、出力信号が２^ｎのロータリーエンコーダ（インクリメンタルエンコーダ）を備えた場合には、中実回動軸２を駆動するサーボモータの減速機を１／１２８の減速比としている。これにより、インクリメンタルエンコーダのカウンタがリセットするときには、上記減速比との関係から、アーム部１０が必ず整数回転の状態となっている。その結果、カウンタリセット時のアーム部１０は初期の原点位置と同じ位置となり、その後におけるロータリーエンコーダで検出する回転量と、図７及び図８に示すセンサ機構とによって判断するアーム部１０の位置判断を、リセット前の位置判断と同じにすることができる。その結果、長期間使用した場合であっても、リセット前後での原点位置を乱すことなくアーム部の伸縮と旋回を行うことができる。こうした機械的な制御機構は、制御ソフトによらないので、コストメリットもあり、且つ信頼性の高い制御を行うことができる。

（半導体製造プロセスへの適用例）
図１１は、本発明の産業用ロボットが半導体の製造プロセスに用いられる例を示す概略平面図であり、図１２は、図１１の概略側面図である。図１１に示す装置は、半導体の製造プロセスにおける処理集合装置１５０である。装置中央には、減圧可能なロードロック室２０９があり、本発明のロボット１が配置されている。

このロードロック室２０９の周りには、その周方向に６分割された処理室が配置されている。このうち、符号２１０，２２０，２３０，２４０の４室は、真空処理室であり、符号２０３，２０３の２室は、その集合処理装置外からウエハの受け渡しを行う収容室である。また、符号２０１は、集合処理装置外からウエハ３０４の受け渡し行うロボットである。こうした集合処理装置１５０では、各室の入り口にゲートベン２０２，２０４，２０５が設けられ、そのゲートベン２０２，２０４，２０５の開閉により処理室への出し入れが行われる。

なお、本発明のロボット１以外の構成を説明すれば、搬送ロボット室２００内に設置された搬送ロボット２０１は、ウエハ３０４が収納されたウエハ搭載ラック３０１，３０２，３０３（以下、符号３００で表す）と、収容室２０３との間で動作する。

こうした集合処理装置内に本発明のロボット１が配置されるが、本発明のロボット１は、アーム部１０が無限回動可能であると共に、アーム部１０の伸縮と旋回を２つのセンサ機構等で位置精度良く制御することができる。その結果、何回かに一度の逆回りによる時間のロスがなく、スループットをより向上させることができる。また、伸縮と旋回を２つの軸（中実回動軸２、中空回動軸３）を回動させて行うので、回転させ制御する軸数が少なく、コストメリットのある装置構造となっている。こうした本発明の産業用ロボット１は、上記のような半導体製造装置の減圧雰囲気下で用いられ、アーム旋回量に制限のない低コストのロボットとして用いることができる。

以上、本発明の産業用ロボットについて説明したが、上述の本実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあって、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

本発明の産業用ロボットの一例を示す平面図（Ａ）及びＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。 図１に示す第１アームの内部構造を示す平面図（Ａ）及びＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。 図１に示す第２アームの内部構造を示す平面図（Ａ）及びＣ−Ｃ断面図（Ｃ）である。 図１に示す本体部のＡ−Ａ断面の拡大図である。 図１に示す産業用ロボットの本体部を１２０°角度を変えて見たときの断面図（Ａ）と、２４０°角度を変えて見たときの断面図（Ｂ）である。 本発明の産業用ロボットの本体部の横断面図である。 第１センサ機構の一例を示す概略構成図である。 第２センサ機構の一例を示す概略構成図である。 アーム部の伸縮動作の説明図である。 アーム部の旋回及び伸縮形態の例を示すものであって、（Ａ）行〜（Ｆ）行に示す旋回形態と、(i)列〜(iii)列に示す伸縮形態とを示す説明図である。 本発明の産業用ロボットが半導体の製造プロセスに用いられる例を示す概略平面図である。 図１１の概略側面図である。

符号の説明

１ ロボット
２ 中実回動軸
３ 中空回動軸
４ 第１センサ
４ａ リード線
５ 第２センサ
５ａ リード線
６ ロータリージョイント
６ａ リード線
７，８ 回転部材
７ａ，７ｂ 外周部
７ｃ，８ｃ 中心穴
８ａ 台部
８ｂ 平面部
２０ 第１アーム
２１ 第１プーリ
２２ 第２プーリ
２３ 第１ベルト
２４ 連結軸
２５ リブ
２６ アイドラプーリ
２９ 抜き穴
３０ 第２アーム
３１ 第３プーリ
３２ 第４プーリ
３３ 第２ベルト
３４ 連結軸
３５ リブ
３６ 歯付きベルト
３７ 平ベルト
３９ 抜き穴
４０ ハンドアーム
４２ ネジ
４３ 連結部
５０ 第１モータ
５１ 減速機
５２，５４ プーリ
５３ タイミングベルト
５５ 磁気シール
５６ ボールベアリング
６０ 第２モータ
６１ 減速機
６２，６４ プーリ
６３ タイミングベルト
６５ 磁気シール
６６，７６ ボールベアリング
７２ 中空固定軸
８０ 第３モータ
８１ モータ軸
８２ ジョイント構造体
８４ 支持部材
８５ ボールネジ
８６ ナット
８７ 摺動部材
８８，８９ 固定部材
１００ 本体部
１５０ 処理集合装置
２００ 搬送ロボット室
２０１ 搬送ロボット
２０２，２０４，２０５ ゲートベン
２０３ 収容室
２０９ ロードロック室
２１０，２２０，２３０，２４０ 真空処理室
３００，３０１，３０２，３０３ ウエハ搭載ラック
３０４ ウエハ

Claims (6)

1. 本体部側から第１アーム、第２アーム及びハンドアームの順で連結され、当該ハンドアームが一定方向に伸縮するように回動駆動するアーム部と、前記アーム部の伸縮動作を行う中空回動軸及び当該中空回動軸内にあって前記第１アームに連結して前記ハンドアームの伸縮方向を変化させる中実回動軸を備えた本体部と、を有する産業用ロボットであって、
   前記本体部は、前記中実回動軸の原点位置を検出する第１センサを有する第１センサ機構と、前記中実回動軸に設けられて当該中実回動軸と前記中空回動軸との相対的な原点位置を検出する第２センサを有する第２センサ機構とを有し、前記中実回動軸にはロータリージョイントが連結され、前記第２センサが当該ロータリージョイントに電気接続されていることを特徴とする産業用ロボット。
2. 前記中実回動軸はサーボモータで駆動し、当該サーボモータは減速機構を有すると共にロータリーエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記減速機構の減速比を１／１２８とし、前記ロータリーエンコーダの出力信号が２^ｎであることを特徴とする請求項２に記載の産業用ロボット。
4. 前記第１アームは、前記本体部側にあって前記中実回動軸に連結する第１プーリと、前記第２アーム側にあって当該第２アームに連結する第２プーリと、当該第１プーリ及び第２プーリ間に掛かる第１ベルトとを有し、
   前記第２アームは、前記第２プーリの同心位置にある第３プーリと、前記ハンドアーム側にあって当該ハンドアームに連結する第４プーリと、当該第３プーリ及び第４プーリ間に掛かる第２ベルトとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の産業用ロボット。
5. 前記中実回動軸と前記中空回動軸との間、及び、前記中空回動軸と当該中空回動軸の外周に位置する中空固定軸との間が、磁気シールされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の産業用ロボット。
6. 前記中空回動軸及び前記中実回動軸を高さ方向に変位させる駆動源を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の産業用ロボット。

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