JPH10329062A

JPH10329062A - 工業用ロボット

Info

Publication number: JPH10329062A
Application number: JP14561997A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ikeda; 純一池田; Wataru Nagao; 亘永尾
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】アームの先端側の厚さを薄くし、回転体の回
転位置によって長尺部材の巻回位置が回転体の軸線方向
に変動することなく、さらに、温度変化等の外乱がある
場合でも、長尺部材の張力をほぼ一定に保つ。【解決手段】第１のプーリ８１と第２のプーリ８２と
の間に中間プーリ８３が設けられ、第１の長尺部材８４
の一端が第１のプーリに巻回されて固定されるととも
に、第１の長尺部材の他端側が第２のプーリに巻回され
た後、中間プーリに巻回されて固定される。第２の長尺
部材８４はその一端が第１のプーリに巻回されて固定さ
れるとともに、他端が中間プーリに巻回されて固定され
る。中間プーリは、その軸線方向に沿って分割されると
ともにそれら分割された各分割プーリは相対回転可能と
され、それら分割プーリの間に弾性部材が介装される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、狭い開口部にハン
ドを挿入することができる工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程において、例えばウェ
ハーに成膜処理を行う工程では、ウェハーが格納される
カセット室と、ウェハーに成膜を行う成膜室と、これら
の間のに配されかつロボットを有する搬送室とを具備す
る装置を用いて、搬送室のロボットでカセット室からウ
ェハーを取り出して成膜室に設置し、この成膜室で成膜
処理を行う方法が採用されている。このような装置にお
いて採用されるロボットとして、基端側が鉛直軸回りに
回転自在に設けられた第１アームと、この第１アームの
先端側に基端側が鉛直軸回りに回転自在に設けられた第
２アームと、この第２アームの先端側に鉛直軸回りに回
転自在に設けられた手首部と、該手首部に設けられたハ
ンドとを有するスカラ形のもので、第１アームおよび第
２アームを連動して回動させることにより手首部を一定
姿勢で直線的に前後進させる構造のものがある。このロ
ボットは、手首部の前進方向をカセット室方向に向け該
手首部を前進させて、これと一体に設けられたハンドに
よりカセット室のウェハーを取り出し、手首部を後退さ
せた状態で手首部の移動方向を成膜室方向に向け、手首
部を再び前進させて成膜室にハンドで支持したウェハー
を載置させるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ウェハーの成
膜は高真空の状態の成膜室内に反応ガスを導入し電圧を
かけてプラズマを発生させることにより行われるもので
あり、成膜室に高真空状態を造り出すために搬送室と成
膜室との間および搬送室とカセット室との間にはそれぞ
れゲートバルブが設けられている。なお、このゲートバ
ルブは可能な限りコンパクトなものを採用した方が高真
空状態を造り出すウェハーの成膜上有利となる。

【０００４】したがって、このようなウェハーに成膜処
理を行う工程等の真空雰囲気中で使用されるロボットに
あっては、以下のことが要求される。真空中で放出するガス量が少ない。真空中でできるだけ粉塵等のゴミを出さない。コンパクトなゲートバルブと干渉しないよう、アー
ム先端ができるだけ薄く設定されている。

【０００５】ところで、従来一般に、ロボットのアーム
内に内蔵される、各軸間の回転力を伝達する手段とし
て、タイミングベルト、スチールベルト、スチールワイ
ヤ等がが用いられている。タイミングベルトは、ゴム、
プラスチック、あるいはグラスファイバなどで構成され
るが、ゴムやプラスチックは真空中で単位面積当たりの
ガス（水分、空気が多い）放出量が金属に比べ２桁ほど
多い。このため、１０^ー6ｔｏｒｒ程度の高真空中で作業
するロボットにタイミングベルトを使用すると、タイミ
ングベルトから放出されるガスにより、所要の真空度を
得るのに長時間を要し、極端な場合は真空ポンプの排気
速度より多くのガスを放出して必要真空度に到達しなく
なる。真空ポンプの排気速度を増せば対策はできるが、
装置価格及びランニングコストの増大を招く。このよう
な問題に対処するには、スチールベルトまたはスチール
ワイヤを用いればよい。放出ガスの多い、ゴムあるいは
プラスチック製等のタイミングベルトに替えて、ステン
レス製のスチールベルト、または、スチールワイヤを使
用すれば、放出ガスが少なく、ゴミ（摩耗粉）の発生も
少ないからである。

【０００６】従来知られている、スチールベルトを利用
したロボットのアーム内の構造として図１４及び図１５
に示すものがある。これらの図において符号１はアーム
の基端側の回転軸に取り付けられた第１のプーリ、２は
アームの先端側の回転軸に取り付けられた第２のプーリ
である。これら両プーリ１，２間には、第１のスチール
ベルト３と第２のスチールベルト４が、両プーリ１，２
の軸線方向にずらされて、かつ互いに逆方向に巻き付け
られてネジ５，…により固定されている。なお、スチー
ルベルト３，４の各端部にはスポット溶接もしくはレー
ザ溶接によってネジ固定用の補強板６が取り付けられて
いる。また、このアームとこれにつながる他のアームと
を連動して作動させる関係上、第１のプーリ１の直径は
第２のプーリ２の直径の半分に設定されている。

【０００７】このようなアーム内構造によれば、第１の
プーリ１が時計回り方向へ回転するときは第２のスチー
ルベルト４を介して、また、第１のプーリ１が反時計回
り方向へ回転するときは第１のスチールベルト３を介し
てそれぞれ第２のプーリ２へ回転力を伝達され、その結
果第２のプーリ２が所定角度（第１のプーリ１の回転角
度の１／２）回転することとなる。このとき、例えば、
第１のプーリ１が図示の位置から時計回り方向へ回転す
るときには、補強板６が第１のプーリ１から離れようと
するか、若しくはネジ５の頭がスチールベルト３に接触
するまでの間回転可能となるから１２０度以上回転する
ことができ、また、反時計回り方向にも同様にして１２
０度以上回転することができ、合計２４０度以上回転す
ることが可能となる。このように上記アーム内構造にあ
っては、第１のプーリ１に関し広い角度範囲に渡って回
転可能となる利点が得られる反面、次の欠点を伴う。

【０００８】すなわち、第２のプーリ２の高さが高くな
り、結果的に、該第２のプーリ２を収納するアーム先端
部分の厚さが厚くなってしまう。つまり、前記したの
ゲートバルブと干渉しないよう、アーム先端をできるだ
け薄く設定することができなくなってしまう欠点があ
る。この場合、幅の狭いスチールベルトを使用して、ア
ーム先端部分の厚さをできるだけ薄くすることも考えら
れるが、そのようにすると、ベルト剛性が低くなるた
め、固有振動数が低下し結果的に制御上好ましくない。
また、スチールベルト３，４の張力を一定に保つことが
できず、温度変化などでアーム長（両プーリ間距離）と
ベルト長との間の相対長さが変わるとベルト張力が変化
してしまうという別の欠点も伴う。

【０００９】また、図１６及び図１７はスチールベルト
を利用した別のロボットのアーム内の構造を示すもので
ある。ここでは、スチールベルト１１の一端が、第１の
プーリ１２の下部に巻き付けられてネジ１３により固定
され、また、このスチールベルト１１は、この第１のプ
ーリ１１から伸びて第２のプーリ１４に巻き付けられ、
かつ、スチールベルト１１の中央部分がネジ１５により
固定される一方、さらにスチールベルト１１の他端は第
２のプーリ１４から伸びて再び第１のプーリ１２の上部
に巻き付けられてその他端がネジ１６により第１のプー
リ１２に固定される。また、スチールベルト１１は第１
及び第２のプーリ１２，１４の軸線に対してそれぞれ斜
めになるように傾斜して巻回される。さらに、スチール
ベルト１１の中央部及び両端部にはそれぞれネジ止め用
の補強板１７，…がスポット溶接、もしくはレーザ溶接
により固定される。

【００１０】このようなアーム内構造によれば、前記し
た図１４，図１５に示す従来例と同様に、広い角度範囲
に渡って第１のプーリ１１が回転可能となる利点に加え
て、アーム先端をできるだけ薄く設定できるという利点
も持つ。しかしながら、この構造においても、ベルト１
１の張力を一定に保つことができない欠点は解消されて
おらず、加えて、回転状況に応じて第２のプーリ１４に
対するスチールベルト１１の巻回位置が変動し（第２の
プーリ１４の軸線方向にずれてしまい）、スチールベル
ト１１の張力による第２のプーリ１４の押圧点が上下方
向に変動することから、結果的に、回転力の伝達が良好
に行えない、あるいは第２プーリ１４を支持している軸
の撓み量が変化してしまうといった別の欠点を伴う。

【００１１】さらに、図１８及び図１９はスチールワイ
ヤを利用したさらに別のロボットのアーム内の構造を示
すものである。ここでは、第１のプーリ２１にはワイヤ
２２の一端がネジ２３により固定され、ワイヤ２２は、
第１のプーリ２１からテンションプーリ２４、第１のプ
ーリ２１、第２のプーリ２５、第１のプーリ２１，テン
ションプーリ２４に順に巻き付けられ、さらに第１のプ
ーリ２１に巻き付けられてその他端がネジ２６によって
固定される。また、ワイヤ２２の中間部は第２のプーリ
２５にネジ２７により固定される。

【００１２】上記構成のアームでは、アームの基端側が
回転されると第１のプーリ２１が回転され、その回転が
テンションプーリ２４を介して第２のプーリ２５に伝達
される。この第１のプーリ２１の回転力の第２のプーリ
２５への伝達は、第１のプーリ２１が図１８における時
計回り方向に回転したときでもあるいは逆に反時計回り
方向に回転したときでも同様に行われる。そして、この
構造では、回転力の伝達に際し、両プーリ２１，２５と
テンションワイヤ２２との間のすべりの発生を防止し、
しかも、ワイヤ２２が伸びても第１のプーリ２１から第
２のプーリ２５への伝達角度が変化しないように工夫さ
れている。また、ワイヤ２２の張力調整は、図１９に示
すようにテンションプーリ２４を、該テンションプーリ
２４に取り付けたブラケット２８に連設されるネジ２８
ａ、アームに固定されたヒンジ２９、及びダブルナット
３０を介して、図１９において左右方向に移動させるこ
とにより行なわれる。

【００１３】この構造では、ワイヤ２２が均一に伸びる
ものとすれば、ワイヤ２２の伸びの影響は左右対称にな
り、角度伝達誤差を発生しない利点を有する反面、張力
自動調整手段を有しないことからスチールワイヤ２２が
熱膨張、あるいは経時変化で伸びる場合、スチールワイ
ヤ２２の張力が変化してしまう欠点がある。このような
欠点は、例えば、テンションプーリ２４をバネを介して
ネジ２８ａで引っ張るように構成すれば解決される。し
かしながら、この場合ワイヤ２２が伸びると、第１プー
リ２１とテンションプーリ２４の距離が長くなり、その
結果、第１プーリ２１に巻き付いているワイヤ部分です
べりを生じ、結果的に摩耗粉が発生することが懸念され
る。

【００１４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、アームの一方側（先
端側）の厚さを薄くすることができ、しかも、いかなる
回転状況においてもプーリ等の回転体の回転位置によっ
てベルト等の長尺部材の巻回位置が回転体の軸線方向に
変動することがなく、回転力の良好な伝達が行える工業
用ロボットを提供することにある。また、温度変化等の
外乱がある場合でも、長尺部材と回転体との間にすべり
を生じさせることなく、長尺部材の張力をほぼ一定に保
つことができる工業用ロボットを提供することも目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の工業用ロボットは、基端側
に第１の回転体が先端側に第２の回転体がそれぞれ設け
られ、それら両回転体間の回転力が第１，第２の長尺部
材を介して伝達されるアームを備える工業用ロボットで
あって、前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に
中間回転体が設けられ、前記第１の長尺部材の一端が前
記第１の回転体と第２の回転体とのいずれか一方側の回
転体に巻回されて固定されるとともに、該第１の長尺部
材の中間部が前記第１の回転体と第２の回転体のうちの
他方側の回転体に巻回され、さらに第１の長尺部材の他
端が前記中間回転体に巻回されて固定され、前記第２の
長尺部材は第１の長尺部材に対し前記一方側の回転体及
び中間回転体の軸線方向にずらして配置され、かつ、該
第２の長尺部材の一端が前記一方側の回転体に前記第１
の長尺部材の巻回方向とは逆方向に巻回されて固定され
るとともに、該第２の長尺部材の他端が前記中間回転体
に前記第１の長尺部材の他端の巻回方向とは逆方向に巻
回されて固定されていることを特徴としている。これに
より、第１の回転体と第２の回転体のうちの他方をアー
ムの先端側に配置することによって、アーム先端側の厚
さを薄くすることができる。また、第１の回転体あるい
は第２の回転体がいかなる回転状況にあっても、長尺部
材のそれら回転体への巻回位置が変動することがなく、
このため回転力の良好な伝達が行えるとともに、回転体
を支持している軸の撓み量の変化を押さえることができ
る。

【００１６】請求項２記載の工業用ロボットは、前記中
間回転体は、その軸線方向に沿って一端側と他端側に分
割されるとともにそれら分割された各中間分割回転体は
相対回転可能とされ、両中間分割回転体の間にはそれら
両回転体の相対回転位置を規制する弾性部材が介装され
ていることを特徴としている。これにより、温度変化等
の外乱がある場合でも、中間分割回転体の間に介装され
た弾性部材が変位して、スチールベルト等の長尺部材の
長さの変化を吸収するため、それら長尺部材と回転体と
の間にすべりを生じさせることなく、長尺部材の張力を
ほぼ一定に保つことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図１１を参照して説明する。図１は真空中で半導体用
ウエハーを搬送するための工業用ロボットの構造を示す
図である。工業用ロボット３０は、フランジ３１によ
り、真空室の床面に固定設置される。フランジ３１の下
面にはシール用のＯリング（図示略）が取り付けられ、
このＯリングを介して図２における上側の真空部と下側
の大気部との間をシールする。アーム駆動用のモータお
よび減速機は大気側に存するベース３２内に収納され
る。ロボットアームは円筒座標系（Ｒ−θ）で制御され
るが、θ駆動軸、およびＲ駆動軸はフランジ３１内に設
けられた、２軸の磁性流体シールを介して真空室側に導
出され、真空室側に配される第１アーム３４及び第２ア
ーム３６からなるアーム３３を駆動する。

【００１８】ここで、θ軸モータの出力軸の回転は、θ
軸減速機により、１／１００〜１／２００に減速され、
θ駆動軸に結合される。Ｒ軸モータおよびＲ軸減速機は
上記θ駆動軸上に設けられ、Ｒ軸モータの出力軸の回転
はＲ軸減速機によりやはり１／１００〜１／２００に減
速され、Ｒ駆動軸（以上図示略）に結合される。このよ
うな構成により、Ｒ駆動軸の回転角度はθ回転角度＋Ｒ
回転角度として伝達される。

【００１９】第１アーム３４はθ回転軸３５を中心に回
転するように、フランジ３１にベアリングを介して支持
され、第２アーム３６は第１アーム３４に固定された関
節軸３７を中心に回転するようにベアリングを介して支
持される。また、手首３８は第２アーム３６に固定され
た手首回転軸３９を中心に回転するようにベアリングを
介して支持される。ワークＷは手首３８に自重により乗
っており、手首３８との摩擦力により搬送される。ここ
で、後述の理由により一般には、θ回転軸３５と関節軸
３７間、関節軸３７と手首回転軸３９間、および手首回
転軸３９とワーク中心位置Ｐ間の軸間距離Ｌは全て等し
く設定される（図１参照）。

【００２０】次いで、このロボットの動作原理について
説明する。図３は座標系についての説明である。円筒座
標（Ｒーθ座標）の原点０はθ回転軸３５上にある。手
首回転中心軸３９の位置がＲーθ座標で定義される。θ
角度は手首回転軸３９の方向、Ｒ座標は手首回転軸３９
の半径方向の移動距離であるが、第１アーム３４の回転
角度で表示してある。手首３８の角度は常にθ方向を向
くように構成されているので、ワークＷの中心位置Ｐは
図３中矢印の先端で示した位置になる。また、そのとき
の半径を１点鎖線で示してある。

【００２１】Ｒ座標軸での後退端は搬送室の直径では制
限され、第１アーム３４のＲ回転角度が−３０度のとき
に、第１アーム３４、第２アーム３６、および手首３８
が正三角形を作る。そのとき、ワーク中心位置Ｐは原点
０（θ回転軸３５）上にある。また、Ｒ座標軸の前進端
は第１アーム３４の回転角が９０度の時で、第１アーム
３４、第２アーム３６、および手首３８が一直線にな
り、ワーク中心位置Ｐは原点０から３Ｌの位置になる。
なお、第１アーム３４および第２アーム３６の内部構造
については後ほど詳しく説明する。

【００２２】図５は上記ロボットを設置するクラスタ構
成の半導体製造装置の説明図である。搬送室５０を中心
にして、ウエハーの搬入／搬出を行なうロードロック室
５１およびウエハーにプロセス処理を行うプロセス処理
室５２〜５４が放射状に配置されている。図では４方向
の構成例を示したが、６方向の構成でもよい。また、必
ずしも等角度ピッチとは限らず、各処理装置の都合によ
りレイアウトされる。各室５０〜５４は独立の排気装置
により、各プロセス処理室の必要に応じて１０ ^-2〜１０
^-8ｔｏｒｒ程度の真空に排気される。各プロセス処理室
５０〜５４の直径Ｄ_T，Ｄ_Pを小さくすることにより、装
置全体の設置面積を削減でき、また真空排気時間の短
縮、排気設備の小形化、および運動動力の削減が得られ
る。

【００２３】ロボット３０は搬送室５０の中心にθ回転
軸３５を合わせて設置され、搬送室５０と各室５１〜５
４の間には各々ゲート弁５６〜５９が設けられており、
ロボット３０はゲート弁５６〜５９の開口部を通して、
各室５１〜５４との間でウエハー（ワークＷ）を搬送す
る。ここで、θ座標の原点方向（θ＝０度）はロードロ
ック室５１の中心方向、Ｒ座標での位置はワーク中心Ｐ
を仮想してθ回転軸３５をＲ＝０とし、ロードロック室
５１の中心の座標を（Ｒ，θ）＝（３Ｌ，０）、プロセ
ス処理室５２の中心座標を（３Ｌ，９０）とする。以
下、この座標に基づき、ロードロック室５１からプロセ
ス処理室５２へウエハ−Ｗを搬送する場合を例とってロ
ボット３０の搬送動作を説明する。

【００２４】＜Ｒ＝０に移動する。＞まず、Ｒ軸モータ
を駆動させてＲ駆動軸を回転させ、手首３８上に載置さ
れる仮想ワーク中心位置Ｐをθ回転軸３５に一致させ
る。このときθ駆動軸の回転角度は問わない。＜仮想ワーク中心位置を（０，０）に移動する＞Ｒ駆動
軸はそのままとし、θ軸モータを駆動させてθ駆動軸を
回転させ、仮想ワーク中心位置を（０，０）に移動設定
する。＜仮想ワーク中心位置を（３Ｌ，０）に移動する＞θ駆
動軸はそのままとし、Ｒ軸モータを駆動させてＲ駆動軸
を回転させ、仮想ワーク中心位置を（３Ｌ，０）に移動
設定する。そして、この位置で手首３８によってでウエ
ハ−Ｗを受け取る。＜ワーク中心位置を（０，０）に戻す＞θ駆動軸はその
ままとし、Ｒ軸モータを駆動させてＲ駆動軸を回転さ
せ、手首３８にウエハーＷを載置したままワーク中心位
置を（０，０）に移動させて戻す。＜ワーク中心位置を（０，９０）に移動する＞Ｒ駆動軸
はそのままとし、θ軸モータを駆動させてθ駆動軸を回
転させ、ワーク中心位置を（０，９０）に移動する。＜ワーク中心位置を（３Ｌ，９０）に移動する＞θ駆動
軸はそのままとし、Ｒ軸モータを駆動させてＲ駆動軸を
回転させ、ワーク中心位置を（３Ｌ，９０）に移動す
る。そこで、手首３８上に載置してあるウエハーＷをプ
ロセス処理室５２上へ引き渡す。＜仮想ワーク中心位置を（０，９０）に移動する＞θ駆
動軸はそのままとし、Ｒ軸モータを駆動させてＲ駆動軸
を回転させ、仮想ワーク中心位置を（０，９０）に再び
移動させる。

【００２５】以上の動作の特徴は、Ｒ駆動軸とθ駆動軸
が同時に動作することがないこと、およびθ駆動軸動作
時はＲ駆動軸は後退端（Ｒ＝０）にあることの２点であ
る。θ駆動軸動作時にワークＷの中心位置Ｐがθ回転軸
３５中心にあるため、ワークＷの回転の慣性能が最小に
なる。このことは真空中で吸着手段がなく、手首３８と
ワークＷの摩擦力でしかワークＷを搬送できないロボッ
ト３０にとって重要なメリットであり、当該ロボットに
よれば、この長所と旋回半径が小さくできる利点が得ら
れる。

【００２６】ここで、ゲート弁５６〜５９の開口部形状
については、業界標準として規格が定められており、例
えば１２インチのウエハーを取り扱う装置の場合には、
図６に示すように取り合い面６０の開口形状が推奨され
ている。さらに、上記規格では、ロードロック室５１、
およびプロセス処理室５２〜５４とのウエハーＷの授受
のため、上下に６ｍｍ隔たった２つ面の高さが指定され
ており、図５に示すようにロボット３０の手首３８だけ
でなく、第２アーム３６の先端もゲート弁５７の開口部
から、プロセス処理室５２の内部に挿入する場合には、
第２アーム３６の先端部下面から手首３８およびワーク
Ｗの上面高さ（厚み）は所定値（例えば、２３ｍｍ）程
度に制限される。

【００２７】次に、アーム３３の内部構造について説明
する。図７に示すように、第１アーム３４内には、駆動
側プーリ７１と、従動側プーリ７２と、それら両プーリ
７１，７２間に中間プーリ７３が配置され、それらプー
リ７１，７２，７３間に２つに分割された第１，第２の
スチールベルト７４，７５が巻回されている。なお、第
１，第２スチールベルト７４，７５のプーリ７１，７
２，７３への巻回構造は、後述する第１、第２スチール
ベルト８４，８５のプーリ８１，８２，８３への巻回構
造と同様であり、後ほど詳しく説明する。

【００２８】ここで、駆動側プーリ７１は前記フランジ
３１内の磁性流体シールを介してθ駆動軸に連結され、
中心はθ回転軸３５に一致しており、直径は２Ｄであ
る。従動側プーリ７２は直径が駆動側プーリ７１の直径
の１／２であるＤに設定されて関節軸３７を中心に回転
可能とされ、第２アーム３６に結合される。第１，第２
のスチールベルト７４，７５は駆動側プーリ７１と第１
アーム３４の相対角度（Ｒ軸回転角度＝（θ＋θ）−
θ）を従動側プーリ７２に２倍にして伝達する。このよ
うに構成すると、第１アーム３４と第２アーム３６の相
対角度はＲ軸回転角度の２倍になり、第２アーム第２プ
ーリ４先端の手首回転軸３９は直線（Ｒ座標軸）上を移
動する。

【００２９】第２アーム３６内にも前記した第１アーム
内と同様に駆動側プーリ８１と、従動側プーリ８２と、
それら両プーリ８１，８２間に中間プーリ８３が配置さ
れ、それらプーリ８１，８２，８３間に２つに分割され
た第１，第２のスチールベルト８４，８５がそれぞれ巻
回されている。

【００３０】ここで、駆動側プーリ８１は第１アーム３
４に固定され、直径は前記Ｄよりも小さい値ｄに設定さ
れ、中心は関節軸３７上にある。従動側プーリ８２は手
首３８に固定されている。従動側プーリ８２の直径は駆
動側プーリ８１の２倍（２ｄ）で、手首回転軸３９を中
心に回転する。第１，第２のスチールベルト８４，８５
は第２アーム３６と駆動側プーリ８１の相対角度（Ｒ軸
回転角度の２倍）を１／２倍して従動側プーリ８２に伝
達する。このように構成することにより、手首３８の方
向は常にθ方向に一致する。つまり、手首回転軸３９か
らＬの距離で、手首３８の回転方向の位置は常にＲ座標
軸上にあるので、ワークＷの中心位置Ｐがこの軸上にあ
れば、ロボット３０はワークＷを動作範囲内の位置に、
Ｒ−θ座標にしたがって搬送できることとなる。

【００３１】前記第１、第２スチールベルト８４，８５
のプーリ８１，８２，８３への巻回構造について詳しく
説明すると、図８および図９に示すように、前記駆動側
プーリ（第１のプーリ）８１と前記従動側プーリ（第２
のプーリ）８２との間には中間プーリ８３が、その軸線
を両プーリ８１，８２の軸線と平行になるように配置さ
れている。また、第１，第２のスチールベルト８４，８
５は、それらプーリ８１，８２，８３の軸線に直交する
ように配置されるとともに、該プーリ８１，８２，８３
の軸線方向にずらされて配置される。つまり、長い方で
ある第１のスチールベルト８４は図９に示すように駆動
側プーリ８１の上部に配置され、短い方である第２のス
チールベルト８５は駆動側プーリ８１の下部に配置され
る。そして、これら第１，第２のスチールベルト８４，
８５は、駆動側プーリ８１および中間プーリ８３に対し
てそれぞれ互いに逆方向に巻回される。

【００３２】具体的には、前記上側に配される第１のス
チールベルト８４の一端は前記駆動側プーリ８１に図８
において反時計回り方向に巻回され、該第１のスチール
ベルト８４の先端に取り付けられた補強部材８７がネジ
８８によって駆動側プーリ８１の上部に固定される。ま
た、第１のスチールベルト８４の中間部分は従動側プー
リ８２に巻回されるとともに、該中間部分に取り付けら
れた補強部材８９がネジ９０によって従動側プーリ８２
に固定される。さらに、第１のスチールベルト８４の他
端は、前記中間プーリ８３の上部に、図８における時計
回り方向に巻回されて、第１のスチールベルト８４の先
端に取り付けられた補強部材９２がネジ９３によって中
間プーリ８３に固定される。

【００３３】下側の前記第２のスチールベルト８５の一
端は前記駆動側プーリ８１に図８において時計回り方向
（前記第１のスチールベルト８５の巻回方向とは逆方
向）に巻回され、該第２のスチールベルト８５の先端に
取り付けられた補強部材（図示略）がネジ９５によって
駆動側プーリ８１の下部に固定される。また、第２のス
チールベルト８５の他端は、前記中間プーリ８３の下部
に図８において反時計回り方向に巻回され、第２のスチ
ールベルト８４の先端に取り付けられた補強部材（図示
略）がネジ９７によって中間プーリ８３に固定される。

【００３４】中間プーリ８３は上下方向に２分割された
構造となっている。上下の中間プーリ半体８３ａ，８３
ｂともには有底筒状とされ、それらは互いの底部が向か
いあうようにかつ同軸状に配される。また、下側の中間
プーリ半体８３ｂの底部中央に形成された、該下側の中
間プーリ半体８３ｂの本体部分とは反対方向（図９にお
いて上方）へ延びる円柱状の凸部１００が、上側の中間
プーリ半体８３ａの底部に設けられた円筒部１０１の中
央孔１０１ａに挿入されることで、両中間プーリ半体８
３ａ，８３ｂどうしは相対回転自在とされている。さら
に、下側の中間プーリ半体８３ｂの底部の外縁近傍には
２本のピン１０２，１０３が円柱状の凸部１００と同方
向へ延びるようにかつ互いに対称となるよう１８０度の
開き角をもって設けられ、この２本のピン１０２，１０
３は上側の中間プーリ半体８３の底部に形成された楕円
孔１０４，１０５をそれぞれ貫通する。したがって、両
中間プーリ半体８３ａ，８３ｂは、ピン１０２，１０３
が楕円孔１０４，１０５の端縁に当接する範囲だけ回転
可能となっている。

【００３５】また、前記上側の中間プーリ半体８３ａの
底部の外縁近傍であって前記楕円孔１０４，１０５に近
接する部分には、２本のピン１０６，１０７が、該上側
の中間プーリ半体８３ａの本体部分と同じ方向（図９に
おいて上方）に延びるように、かつ、互いに対称となる
よう１８０度の開き角度をもって設けられている。そし
て、互いに対応するピン１０２と１０６、及びピン１０
３と１０７同士の間には圧縮バネ１０８，１０９が介装
されている。そして、この圧縮バネ１０８，１０９によ
って上側の中間プーリ半体８３ａは図１０において反時
計回り方向へ、また、下側の中間プーリ半体８３ｂは時
計回り方向へそれぞれ相対回転するように付勢される。
つまり、第１、第２のスチールベルト８４，８５の張力
が増す方向へ両中間プーリ半体８３ａ、８３ｂが相対回
転されるように付勢される。圧縮バネ１０８，１０９の
強さは、Ｒ軸モータが駆動されてＲ駆動軸等を介して駆
動側プーリ８１が回転操作されるときには変位せず、温
度変化等によってスチールベルト８４，８５に過大な張
力が作用するときあるいは張力が大きく減少するときに
変位してスチールベルト８４，８５の張力を所定値に保
持し得るような値に設定されている。

【００３６】ここで、中間プーリ８３と駆動側プーリ８
１は２本分のスチールベルト８４，８５が巻き付けられ
る高さＭａに設定され、従動側プーリ８２は１本分のス
チールベルト８４が巻き付けられる高さＭｂ（Ｍａの略
半分程度）に設定されている。また、両中間プーリ半体
８３ａ，８３ｂの径は互いに同じ値に設定され、しか
も、動作角度が駆動側プーリ８１より小さくまたスチー
ルベルト８４，８５の応力が小さくなるように駆動側プ
ーリ８１の直径よりも大きく、しかも、位置的に反対に
ある第１のスチールベルト８４の中間部分と干渉しない
よう従動側プーリ８２の直径より小さく設定される。な
お、上記説明は第２アーム３６の内部構造についての説
明であるが、第１アーム３４の内部構造も基本的には前
記したものと同様の構造である。ただし、図７に示すよ
うに、第１アーム３４と第２アーム３６とでは中間プー
リ７３，８３の位置が逆である。

【００３７】次に、上記した第２アーム内の動作につい
て説明する。図示しないＲ軸モータが駆動されて第１ア
ーム３４に固定された駆動側プーリ８１が図８において
例えば反時計回り方向へ回転されると、該駆動側プーリ
８１の回転力が第１のスチールベルト８４を介して従動
側プーリ８２に伝達され、従動側プーリ８２は駆動側プ
ーリ８１の回転角度の１／２角度だけ回転する。逆に、
駆動側プーリ８１が図８において時計回り方向へ回転さ
れると、該駆動側プーリ８１の回転力が第２のスチール
ベルト８５を介して中間プーリ８３の中間プーリ半体８
３ｂに伝達され、該中間プーリ半体８３ｂが同方向へ所
定角度回転する。このとき、中間プーリ半体８３ｂの回
転が、ピン１０２，１０６間とピン１０３，１０７間に
それぞれ介装されている圧縮バネ１０８，１０９を介し
て上側の中間プーリ半体８３ａに伝達され、上側の中間
プーリ半体８３ａも下側の中間プーリ半体８３ｂと同じ
角度だけ同方向へ回転する。これに伴い、第１のスチー
ルベルト８４を介して上側の中間プーリ半体８３ａの回
転が従動側プーリ８２に伝わり、結果的に、従動側プー
リ８２は駆動側プーリ８１と同方向である時計回り方向
へ、駆動側プーリ８１の回転角度の１／２角度だけ回転
する。結局、駆動側プーリ８１の回転は時計回り方向あ
るいは反時計回り方向いずれであっても、駆動側プーリ
８１の回転方向と同方向に１／２の回転角度をもって伝
達されることとなる。

【００３８】ここで、温度変化や経年変化によって、第
２アーム３６のアーム長や、第１，第２のスチールベル
ト８４，８５の長さに変化が生じ、第１，第２のスチー
ルベルト８４，８５の張力が変化するときには、その張
力の変化を圧縮バネ１０８，１０９が変位して吸収す
る。この結果、第１，第２のスチールベルト８４，８５
の張力は常に一定に保たれることとなり、この場合にお
いても、駆動側プーリ８１の回転は従動側プーリ８１に
正確に１／２の回転角度をもって伝達される。

【００３９】上記アーム内構造によれば、駆動側プーリ
８１が配される第２のアーム３６の基端側に比べて、従
動側プーリ８２が配される第２アーム３６の先端側の厚
さを薄くすることができ、したがって、ロボット３０の
アーム３３を動作させて先端の手首３８によってワーク
を受け取ったりあるいは逆にワークを引き渡す際に、第
２のアーム３６の先端部と手首３８とワークＷとの全体
高さを低く押さえて、前記ゲート弁５６〜５９と干渉す
るのを回避することができる。このことは、逆にゲート
弁５６〜５９の開口部を小さくすることができる。ま
た、駆動側あるいは従動側のプーリ８１，８２がいかな
る回転状況にあっても、スチールベルト８４，８５のそ
れらプーリへの巻回位置が変動することがなく、このた
め回転力の良好な伝達が行えて、プーリを支持している
軸の撓み量が変化することもない。また、温度変化等の
外乱がある場合でも、前記したように圧縮バネ１０８，
１０９が変位してスチールベルト長等の変化を吸収する
ため、スチールベルト８４，８５とプーリ８１，８２，
８３との間にすべりを生じさせることなく、スチールベ
ルト８４，８５の張力をほぼ一定に保つことができる。

【００４０】さらに、図７に示すように、第１アーム３
４と第２アーム３６との間で、中間プーリ７３，８３の
配置を互いに逆方向、つまり、第１アーム３４内の中間
プーリ７３は駆動側プーリ７１と従動側プーリ７２との
中心を結ぶ線よりも図７における上方に配される一方、
第２アーム３６内の中間プーリ８３は駆動側プーリ８１
と従動側プーリ８２との中心を結ぶ線よりも図７におけ
る下方に配されているので、例え、熱膨張等によってス
チールベルト等の長さが変化して、手首３８上に配置さ
れるワーク中心位置Ｐの位置ずれが生じる場合でも、そ
の位置ずれを相殺することができる。

【００４１】すなわち、ロボット３０全体の温度が上昇
すると仮定すると、第１アーム３４とスチールベルト７
４の熱膨張差により、手首回転軸３９の位置は図１１に
おいて同図の細い破線矢印の先端（イ）の位置から実線
の矢印の先端（ロ）の位置（ロボット中心からみて右
方）にずれ、ワーク中心位置Ｐは太い矢印の先端（ハ）
の位置から２点鎖線の矢印の先端（ニ）の位置にずれ
る。さらに、第２アーム３６とスチールベルト８４の熱
膨張差により手首３８の角度が変わり、ワーク中心位置
Ｐは（ニ）の位置から太い実線矢印の先端（ホ）の位置
（ロボット中心からみて左方）にずれる。この結果、熱
膨張等によってスチールベルトの長さが変化する場合で
もワーク中心位置Ｐの位置ずれを相殺することができる
のである。

【００４２】図１２及び図１３は本発明の他の実施の形
態を示すものであって、前記の実施の形態に比べて異な
った構造の中間プーリ１１０を用いたものである。具体
的に説明すると、第２アーム３６（第１アーム３４でも
かまわない）に固定フランジ１１１を介して該固定フラ
ンジと一体になった支柱１１２が固定されている。支柱
１１２の外周には上下のベアリング１１３，１１４を介
して中間プーリ半体１１０ａが回転自在に取り付けられ
ている。中間プーリ半体１１０ａの上部外周は切り欠か
れており、この切り欠かれた部分には中間プーリ半体１
１０ｂが配置される。そして、それら中間プーリ半体１
１０ａ、１１０ｂの間にはコイルバネ１１５が改装さ
れ、このコイルバネ１１５によって、中間プーリ半体１
１０ａ，１１０ｂは、それら中間プーリ半体に巻回され
てるスチールベルト８４，８５は張られる方向へ相対回
転するように付勢される。なお、１１６，１１７はコイ
ルバネ１１５の端部の中間プーリ半体１１０ａ，１１０
ｂに固定するためのピンである。

【００４３】上記の構成のロボットにおいても、温度変
化等の外乱がある場合に、コイルバネ１１５が変位して
スチールベルト長等の変化を吸収することから、スチー
ルベルト８４，８５とプーリとの間にすべりを生じさせ
ることなく、スチールベルト８４，８５の張力をほぼ一
定に保つことができる利点が得られる。また、このよう
な構造によれば、スチールベルトに対して所定の張力を
付与する場合、バネ定数の低く強固なバネを採用できる
利点も得られる。

【００４４】なお、上記実施の形態では、各プーリ間に
スチールベルトを巻き付けているが、これに限られるこ
となく、各プーリ間にはスチールワイヤを巻き付けても
良い。また、上記実施の形態では、回転体としてプーリ
を用いた例について説明しているが、回転体としては、
その他、単なる円筒部材、Ｖ型プーリ、タイミングギア
等が用いられる。また、長尺部材としては、上記実施の
形態に示したスチールベルトの他に、Ｖベルト、平ベル
ト、歯付タイミングベルト等が用いられる。また、本発
明に係る工業用ロボットは、なんら半導体製造装置に組
み付けられるものに限定されることなく、他の装置にも
組み付けら得るのは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
記載の工業用ロボットによれば、第１の回転体と第２の
回転体のうち一方には第１、第２の長尺部材が巻回され
るが、第１の回転体と第２の回転体のうち他方には第１
の長尺部材しか巻回されず、したがって、第１の回転体
と第２の回転体のうちの他方をアームの先端側に配置す
ることによって、アーム先端側の厚さを薄くすることが
できる。また、第１の回転体あるいは第２の回転体がい
かなる回転状況にあっても、長尺部材のそれら回転体へ
の巻回位置が変動することがなく、このため回転力の良
好な伝達が行えるとともに、回転体を支持している軸の
撓み量の変化を押さえることもできる。

【００４６】本発明の請求項２記載の工業用ロボットに
よれば、温度変化等の外乱がある場合でも、中間分割回
転体の間に介装された弾性部材が変位して、スチールベ
ルト等の長尺部材の長さの変化を吸収するため、それら
長尺部材と回転体との間にすべりを生じさせることな
く、長尺部材の張力をほぼ一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態を
示す平面図である。

【図２】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態を
示す側面図である。

【図３】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態の
動作を説明する平面概略図である。

【図４】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態の
基本動作を説明する平面概略図である。

【図５】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態が
組み付けられる半導体製造装置の平面図である。

【図６】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態が
組み付けられる半導体製造装置のゲート弁の開口部の側
面図である。

【図７】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態の
アーム内構造を説明する平断面図である。

【図８】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態の
第２アーム内の構造を説明する平面図である。

【図９】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態の
第２アーム内の構造を説明する側面図である。

【図１０】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態
の中間プーリの構造を示す平面図である。

【図１１】本発明の工業用ロボットの第１の実施の形態
の動作を説明する平面概略図である。

【図１２】本発明の工業用ロボットの第２実施の形態の
中間プーリの構造を示す断面図である。

【図１３】本発明の工業用ロボットの第２の実施の形態
の中間プーリの構造を示す平面図である。

【図１４】従来の工業用ロボットのアーム内の構造の一
例を説明する平面図である。

【図１５】同、アーム内の構造の一例を説明する側面図
である。

【図１６】従来の工業用ロボットのアーム内の構造の他
の例を説明する平面図である。

【図１７】同、アーム内の構造の他の例を説明する側面
図である。

【図１８】従来の工業用ロボットのアーム内の構造のさ
らに他の例を説明する平面図である。

【図１９】同、アーム内の構造のさらに他の例を説明す
る側面図である。

【符号の説明】

３０工業用ロボット３４第１アーム３６第２アーム３８手首部８１駆動側プーリ（第１の回転体）８２従動側プーリ（第２の回転体）８３中間プーリ（中間回転体）８３ａ中間プーリ半体（中間分割回転体）８３ｂ中間プーリ半体（中間分割回転体）８４第１のスチールベルト（第１の長尺部材）８５第２のスチールベルト（第２の長尺部材）１０８圧縮バネ（弾性部材）１０９圧縮バネ（弾性部材）１１０中間プーリ（中間回転体）１１０ａ中間プーリ半体（中間分割回転体）１１０ｂ中間プーリ半体（中間分割回転体）１１５コイルバネ（弾性部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基端側に第１の回転体が先端側に第２の
回転体がそれぞれ設けられ、それら両回転体間の回転力
が第１，第２の長尺部材を介して伝達されるアームを備
える工業用ロボットであって、前記第１の回転体と前記第２の回転体との間に中間回転
体が設けられ、前記第１の長尺部材の一端が前記第１の回転体と第２の
回転体とのいずれか一方側の回転体に巻回されて固定さ
れるとともに、該第１の長尺部材の中間部が前記第１の
回転体と第２の回転体のうちの他方側の回転体に巻回さ
れ、さらに第１の長尺部材の他端が前記中間回転体に巻
回されて固定され、前記第２の長尺部材は第１の長尺部材に対し前記一方側
の回転体及び中間回転体の軸線方向にずらして配置さ
れ、かつ、該第２の長尺部材の一端が前記一方側の回転
体に前記第１の長尺部材の巻回方向とは逆方向に巻回さ
れて固定されるとともに、該第２の長尺部材の他端が前
記中間回転体に前記第１の長尺部材の他端の巻回方向と
は逆方向に巻回されて固定されていることを特徴とする
工業用ロボット。
【請求項２】前記中間回転体は、その軸線方向に沿っ
て一端側と他端側に分割されるとともにそれら分割され
た各中間分割回転体は相対回転可能とされ、両中間分割回転体の間にはそれら両回転体の相対回転位
置を規制する弾性部材が介装されていることを特徴とす
る請求項１記載の工業用ロボット。