伸縮アーム
【課題】 プーリとベルトとを用いることなく、安定した動作を行うことが可能な伸縮アームを提供する。
【解決手段】 第１腕要素(20)が、第１回転中心(10)を中心として回転可能であり、第２回転中心(11)を画定する。第２腕要素(60)が、第２回転中心を中心として回転可能であり、第３回転中心(12)を画定する。第１平行リンク機構(21)で画定される相互に平行な一対の辺の一方が第１回転中心を中心として回転可能であり、他方が第２回転中心を中心として回転可能である。第２平行リンク機構(61)が画定する相互に平行な一対の辺の一方が第２回転中心を中心として回転可能であり、他方が第３回転中心を中心として回転可能である。関節機構(40)が、第１平行リンク機構の、第１回転中心を通過するリンクの姿勢を固定した状態で、第１腕要素が第１角度だけ回転したとき、第２腕要素を第１腕要素に対して、第１腕要素とは反対向きに、第１角度の２倍の角度だけ回転させる。
【解決手段】 第１腕要素(20)が、第１回転中心(10)を中心として回転可能であり、第２回転中心(11)を画定する。第２腕要素(60)が、第２回転中心を中心として回転可能であり、第３回転中心(12)を画定する。第１平行リンク機構(21)で画定される相互に平行な一対の辺の一方が第１回転中心を中心として回転可能であり、他方が第２回転中心を中心として回転可能である。第２平行リンク機構(61)が画定する相互に平行な一対の辺の一方が第２回転中心を中心として回転可能であり、他方が第３回転中心を中心として回転可能である。関節機構(40)が、第１平行リンク機構の、第１回転中心を通過するリンクの姿勢を固定した状態で、第１腕要素が第１角度だけ回転したとき、第２腕要素を第１腕要素に対して、第１腕要素とは反対向きに、第１角度の２倍の角度だけ回転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２本の腕要素が関節で連結された伸縮アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に、下記の特許文献１に開示された伸縮アームの概略平面図を示す。第１の腕要素１００の一方の端部（基部）が、基台に回転可能に取り付けられている。第１の腕要素１００の基部に、プーリ１０１が回転可能に配置されている。
【０００３】
第２の腕要素１１０の一方の端部（基部）に固定された回転軸１１１が、第１の腕要素１００の他方の端部（先端）に、回転可能に取り付けられている。第２の腕要素１１０の他方の端部（先端）に、ウエハ保持台１１３に固定された回転軸１１２が、回転可能に取り付けられている。
【０００４】
プーリ１０１と回転軸１１１との間に、ベルト１０３が架け渡されている。プーリ１０１の直径と回転軸１１１の直径とは等しい。第１の腕要素１００の先端に、回転軸１１１と同軸状に支軸１０２が取り付けられている。支軸１０２と回転軸１１２との間に、ベルト１１４が架け渡されている。回転軸１１２の直径は、支軸１０２の直径の２倍である。このため、支軸１０２が回転したとき、回転軸１１２はその１／２倍の角度だけ回転する。ウエハ保持台１１３の上面にウエハ１２０が保持される。
【０００５】
例えば、第１の腕要素１００を時計回りに角度θだけ回転させると同時に、プーリ１０１を反時計回りに角度θだけ回転させる。このとき、プーリ１０１は、第１の腕要素１００に対して反時計回りに２θだけ回転することになる。プーリ１０１の回転力が回転軸１１１に伝達され、第２の腕要素１１０が反時計周りに角度θだけ回転する（第１の腕要素１００に対しては、反時計回りに２θだけ回転する）。このため、第１の腕要素１００の基部と第２の腕要素１１０の先端とを結ぶ仮想直線の向きは変化せず、両者の間隔（長さ）のみが変動する。
【０００６】
第２の腕要素１１０が第１の腕要素１００に対して反時計回りに角度２θだけ回転し、回転軸１１２は支軸１０２の回転角度の１／２だけ回転するため、回転軸１１２は、時計回りに角度θだけ自転する。これに伴い、ウエハ保持台１１３は、回転軸１１２を中心として時計回りに角度θだけ回転する。このため、ウエハ保持台１１３は、第１の腕要素１００の回転中心（プーリ１０１の中心）と、第２の腕要素１１０の先端（回転軸１１２の中心）とを結ぶ仮想直線に平行な方向に並進移動する。このように、ウエハ保持台１１３の向きを変えることなく、伸縮アームを伸縮させることができる。第１の腕要素１００とプーリ１０１とを同一方向に同一角度だけ回転させると、伸縮アームはその形態を保ったまま回転する。
【０００７】
プーリ１０１と第１の腕要素１００とを、同一方向に同一角度だけ回転させると、伸縮アームは、その形状を保ったまま回転する。
【０００８】
図１１に、下記の特許文献２に開示された伸縮アームの概略平面図を示す。図１１に示した例においては、プーリ１０１と１１１との間にベルト１０３を架け渡す代わりに、プーリ１０１と１１１とを、２本の平行リンク１０４Ａ及び１０４Ｂで連結している。これにより、ベルト１０３を架け渡した場合と同等の動作を行うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２４３００号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示した例では、プーリ１０１の回転により、第２の腕要素１１０及びウエハ保持台１１３が移動するため、第１の腕要素１００内に配置されたベルト１０３に大きな負荷が加わる。この負荷のために、ベルト１０３の伸び縮みや、プーリの空回り等が生じると、伸縮アームを所望の形態に変化させることができなくなる。プーリの空回りを防止するために、プーリの外周面とベルトの内周面に凹凸を付すると、摩擦によるごみが発生しやすくなる。
【００１１】
図１１に示した例では、ベルと１０３に代えて、平行リンク機構が用いられているため、上述の問題は生じない。しかし、プーリ１０２と１１２とを連結するベルト１１４において、同様の問題が生じ得る。
【００１２】
本発明の目的は、プーリとベルトとを用いることなく、安定した動作を行うことが可能な伸縮アームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によると、ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、ｘｙ面に平行な面内で形状を変化させる第１の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第１の回転中心を通過すると共に、該第１の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能である前記第１の平行リンク機構(21)と、前記第１の平行リンク機構の、前記第１の回転中心を通過する辺に対応するリンクの姿勢を固定した状態で、前記第１の腕要素が前記第１の回転中心を中心として第１の角度だけ回転したとき、前記第１の平行リンク機構の変形に基づいて、前記第２の腕要素を前記第１の腕要素に対して、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素とは反対向きに、前記第１の角度の２倍の角度だけ回転させる関節機構(40)と、前記第２の腕要素上の固定点が、前記第１の回転中心と前記第３の回転中心との双方に直交する直線と平行な直線に沿って移動するように、該固定点を案内する案内機構とを有する伸縮アームが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
プーリ及びベルトを用いず、平行リンク機構を用いて伸縮アームの形状を変化させているため、ベルトの伸びやスリップ等に起因する伸縮アームの形状の精度の低下を防止することができる。
【００１５】
また、たとえばプーリ、ベルトがそれぞれスチール、ゴムを材料として形成されている場合、プーリ及びベルトの双方から発塵が生じる。更にゴムベルトからはガスも発生する。本願に係る伸縮アームは、これらの発塵、発ガスを防止することができる。このためたとえば真空中でも使用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に、第１の実施例による伸縮アームの概略平面図を示す。図１の紙面に垂直な方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。第１の実施例による伸縮アームは、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、保持部材８０、及びガイド（ガイドレール）１３０を含んでいる。第１の腕要素２０は、端部近傍（基部）に取り付けられた回転軸９２を介して、取り付け部材に支持されており、回転軸９２の中心を通るｚ軸に平行な第１の回転中心１０を中心として、ｘｙ面内で回転可能である。取り付け部材については、図５を参照して後述する。第１の腕要素２０は、第１の回転中心１０から離れた位置（先端の近傍）に、ｚ軸に平行な第２の回転中心１１を画定する。
【００１７】
第１の腕要素２０内に、第１の平行リンク機構２１が収容されている。第１の平行リンク機構２１は、４本のリンク２１Ａ〜２１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク２１Ａと２１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク２１Ａに対応する辺は、第１の回転中心１０を通過する。リンク２１Ａは、第１の回転中心１０を中心として第１の腕要素２０に対して回転可能である。リンク２１Ｂに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過する。リンク２１Ｂは、第２の回転中心１１を中心として第１の腕要素２０に対して回転可能である。リンク２１Ａと第１の腕要素２０との相対位置関係を保った状態で、第１の腕要素２０を回転させることもできるし、第１の腕要素２０が回転するときに、リンク２１Ａの姿勢を固定することもできる。これらの回転駆動機構については、図５を参照して後述する。
【００１８】
第２の腕要素６０は、その一方の端部近傍（基部）において、第２の回転中心１１を中心として、第１の腕要素２０に対して回転可能に支持されている。さらに、第２の腕要素６０は、第２の回転中心１１から離れた端部（先端）に、ｚ軸に平行な第３の回転中心１２を画定する。第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離は、第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と等しい。
【００１９】
第２の腕要素６０内に、第２の平行リンク機構６１が収容されている。第２の平行リンク機構６１は、４本のリンク６１Ａ〜６１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク６１Ａと６１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク６１Ａに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過すると共に、第２の回転中心１１を中心として回転可能であり、リンク６１Ｂに対応する辺は、第３の回転中心１２を通過すると共に、第３の回転中心１２を中心として回転可能である。
【００２０】
第１の腕要素２０と第２の腕要素６０との連結部分に、関節機構４０が設置されている。関節機構４０は、第１の平行リンク機構２１を構成するリンク２１Ｂと、第２の平行リンク機構を構成するリンク６１Ａとの相対位置関係を固定する。このため、第１の平行リンク機構２０を構成する基部側のリンク２１Ａの長手方向を固定（例えば、ｙ軸に平行に）すると、第２の平行リンク機構６０の先端側のリンク６１Ｂの長手方向も固定される（例えば、ｙ軸に平行になる）。
【００２１】
取り付け部材９０上面に、たとえばｙ軸に平行な溝部を備えるガイド１３０が設置されている。ガイド１３０の溝は、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線に沿って形成される。図６を参照して後述するように、第２の腕要素６０の下部には、ガイド１３０の溝部に整合する被案内部が設置されており、被案内部をガイド１３０の溝部に沿って移動させることで、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０の動作の正確性を高めることができる。
【００２２】
保持部材８０は、第３の回転中心１２を中心として回転可能に、第２の腕要素６０に支持されている。さらに、保持部材８０は、支軸６２を介して、第２のリンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂに固定されている。このため、保持部材８０は、リンク６１Ｂの回転に連動する。保持部材８０に、処理対象物、例えば半導体ウエハ等が保持される。
【００２３】
図２に、関節機構４０の平面図を示す。関節機構４０は、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、第１の拘束機構５０、及び第２の拘束機構５７を含む。
【００２４】
第３の平行リンク機構４１は、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂ、リンク２１Ｃの一部、及びリンク２１Ｄの一部を共有する。これらのリンクと、リンク４１Ａにより、第３の平行リンク機構４１が構成される。リンク４１Ａは、第１の平行リンク機構の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄに連結されている。第３の平行リンク機構４１は、これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。
【００２５】
第４の平行リンク機構４２は、共有リンク２１Ｂに関して、第３の平行リンク機構４１とは反対側に配置されており、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂの一部を共有する。第４の平行リンク機構４２は、さらに、リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを含む。これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。リンク４２Ｂは、共有リンク２１Ｂに対応する辺と平行な辺を画定し、リンク４２Ｃ及び４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂとリンク４２Ｂとを連結する。
【００２６】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃ、２１Ｄに対応する辺の長さが、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄに対応する辺の長さと等しい。
【００２７】
第１の拘束機構５０は、分岐部５０Ａと、一対のローラ５０Ｂ、５０Ｃで構成される。分岐部５０Ａは、第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａから分岐して、共有リンク２１Ｂと交差し、さらに第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂと交差する。ｘｙ面内において、リンク４２Ｂと分岐部５０Ａとは直交する。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに取り付けられており、リンク４２Ｂと分岐部５０Ａとの交差箇所において、分岐部５０Ａを挟むように配置されている。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、リンク４２Ｂに対して、分岐部５０Ａの、共有リンク２１Ｂの長手方向に関する位置を拘束し、長手方向に直交する方向への移動を許容する。これにより、共有リンク２１Ｂの長手方向に関し、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに対して、第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａの位置が拘束される。
【００２８】
第２の拘束機構５７は、第１の部材５７Ａと第２の部材５７Ｂとを含む。第１の部材５７Ａは、支軸５５から、その半径方向に伸びる。支軸５５は、第２の腕要素６０に固定されており、第２の回転中心１１に沿って軸方向に延在する。第２の部材５７Ｂは、第１の部材５７Ａの先端から、第２の回転中心１１と平行な方向に延在して、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに連結されている。この連結部において、第２の部材５７Ｂは、第２の回転中心１１に平行な第４の回転中心１３を中心として、リンク４２Ｂに対して回転可能である。第４の回転中心１３は、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに対応する辺と直交する。さらに、第４の回転中心１３と第２の回転中心１１とを結ぶ直線が、第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ、４２Ｄに対応する辺と平行である。
【００２９】
第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを結ぶ直線を、第２の回転中心１１側に延長した直線上に、図１に示した第３の回転中心１２が位置するように、第２の腕要素６０が、支軸５５に取り付けられている。このため、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ仮想直線が、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄで画定される辺と平行になる。
【００３０】
図３に、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、及び第２の拘束機構５７を模式的に示す。
【００３１】
リンク４１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ、及び共有リンク２１Ｂにより、第３の平行リンク機構４１の平行四辺形が画定される。リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、及び共有リンク２１Ｂの一部により、第４の平行リンク機構４２の平行四辺形が画定される。第２の拘束機構５７に対応する直線が、第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを接続している。
【００３２】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃと、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃとが、共有リンク２１Ｂの長さ方向に関して同一の向きに、同じ角度だけ傾くように、図２に示した第１の拘束機構５０により、第３の平行リンク機構４１と第４の平行リンク機構４２との形状が定まる。すなわち、図３において、角度θ１とθ２とが等しい。
【００３３】
第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｃに対応する辺と、第２の拘束機構５７に対応する直線とが常に平行であるため、共有リンク２１Ｂに対応する辺と、第２の拘束機構５７に対応する直線とのなす角θ３は、角θ２と等しい。角θ１は、第１の回転中心１０と第２の回転中心１１とを結ぶ直線（第１の腕要素２０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。角θ３は、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ直線（第２の腕要素６０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。
【００３４】
図１において、第１の平行リンク機構２１の基部側のリンク２１Ａの向きを、ｙ軸方向に固定した状態で、第１の腕要素２０を第１の回転中心１０を中心として反時計回りに回転させると、図３に示した角度θ１が小さくなる。同時に、角度θ３も同じ大きさだけ小さくなる。このため、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として第１の角度だけ回転したとき、第２の腕要素６０は、第２の回転中心１１を中心として、共有リンク２１Ｂに対して、第１の角度だけ反対向きに回転する。すなわち、第２の腕要素６０は、第１の腕要素２０に対して、第１の角度の２倍の角度だけ反対向きに回転する。
【００３５】
第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と、第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離とが等しいため、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は、常にｙ軸に平行になる。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とで構成される伸縮アームは、回転することなく、その長さのみが変化する。
【００３６】
このとき、図１に示した第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂの長手方向は、常にｙ軸に平行になる。このため、伸縮アームを伸縮させても、保持部材８０の姿勢は変化しない。
【００３７】
図４に、図２の一点鎖線Ｌ４−Ｌ４における断面図を示す。第１の腕要素２０及び第２の腕要素６０内に空洞が形成されている。第１の腕要素２０の上面の、第２の回転中心１１に対応する位置に、開口が形成されている。第２の腕要素６０の底面から下方に向かって支軸５５が伸びる。支軸５５は、第１の腕要素２０の上面に形成された開口内を通って、第１の腕要素２０内に挿入されている。支軸５５は、軸受けにより、第１の腕要素２０に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。支軸５５内に、軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、第１の腕要素２０内の空洞と、第２の腕要素６０内の空洞とが、この貫通孔を通して相互に繋がっている。
【００３８】
連結軸２２が、支軸５５に形成された貫通孔に挿入されており、その両端が、それぞれ第１の腕要素２０内の空洞、及び第２の腕要素６０内の空洞まで挿入されている。連結軸２２は、軸受けにより、支軸５５に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。
【００３９】
第１の腕要素２０内に配置された共有リンク２１Ｂが、連結軸２２の端部に固定され、第２の腕要素６０内に配置されたリンク６１Ａが、連結軸２２の他端に固定されている。このため、共有リンク２１Ｂが第２の回転中心１１を中心として回転すると、第２の腕要素６０内のリンク６１Ａも、第２の回転中心１１を中心として、共有リンク２１Ｂと同じ方向に、同じ角度だけ回転する。
【００４０】
共有リンク２１Ｂに、第１の平行リンク機構２０を構成するリンク２１Ｃ、２１Ｄ、及び第４の平行リンク機構４２を構成するリンク４２Ｃ、４２Ｄが連結している。これらのリンク２１Ｃ、２１Ｄ、４２Ｃ、４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂに対して、第２の回転中心１１と平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。リンク４２Ｃ及び４２Ｄは、それぞれリンク２１Ｃ及び２１Ｄの取り付け位置よりもやや内側に取り付けられている。
【００４１】
リンク４２Ｃ、４２Ｄは、リンク２１Ｃ、２１Ｄと、共有リンク２１Ｂを挟んで反対側に配置される。
【００４２】
第１の拘束機構５０の分岐部５０Ａが、リンク４１Ａの中央から紙面右方向に伸びる。
【００４３】
第２の腕要素６０内に配置された第２の平行リンク機構６１のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、それぞれリンク６１Ａの両端に連結されている。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、リンク６１Ａに対して、第２の回転中心１１に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００４４】
図５に、図１の一点鎖線Ｌ５−Ｌ５における断面図を示す。基台９５に、回転用モータ９６が設置されている。回転用モータ９６の回転軸９７が、基台９５の上面に設けられた開口を通って、基台９５の上方まで引き出されている。回転軸９７は、軸受けにより、基台９５に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９７の先端に、取り付け部材９０が固定的に取り付けられている。
【００４５】
取り付け部材９０は、第１の腕要素２０の端部において、第１の腕要素２０の底面下方から上面上方まで、第１の腕要素２０の周囲をめぐるように延在している。第１の腕要素２０の上面の、回転中心１０に対応する位置に開口が形成されている。取り付け部材９０の、たとえば円筒形状に形成された一部が、この開口内に挿入されている。円筒形状部分の中心線と第１の回転中心１０とは一致する。取り付け部材９０の円筒形状部分は、第１の回転中心１０を回転軸として第１の腕要素２０上面の開口内で回転可能である。
【００４６】
取り付け部材９０の円筒形状部分の、第１の腕要素２０内の端部に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａが固定的に取り付けられている。リンク２１Ａの両端に、それぞれリンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄが連結している。リンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄの各々は、リンク２１Ａに対して、第１の回転中心１０に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００４７】
第１の腕要素２０の上面上方の取り付け部材９０上面に、一方向（本図においては紙面垂直方向）に長い溝部を有するガイド１３０が固定的に取り付けられている。第１の腕部材２０の第１の回転中心１０と第２の腕部材６０の第３の回転中心１２とは、ともにガイド１３０の溝部の長さ方向にのびる中心線と交わる。
【００４８】
取り付け部材９０のうち、第１の腕要素２０と基台９５との間に配置される部分には中空部が形成されている。中空部内に、伸縮用モータ９１が固定的に設置されている。伸縮用モータ９１の回転軸９２は、軸受けにより、取り付け部材９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９２の先端が、第１の腕要素２０の底面に固定的に取り付けられている。
【００４９】
回転用モータ９６を停止させておくと、リンク２１Ａの姿勢が固定される。この状態で、伸縮用モータ９１を動作させると、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として回転する。リンク２１Ａの姿勢が固定されているため、図１に示した第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は回転することなく、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２と間隔のみが変動する。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とからなる伸縮アームが伸縮する。
【００５０】
このとき、第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂが回転しないため、保持部材８０の姿勢が保たれる。
【００５１】
伸縮用モータ９１を停止させた状態で、回転用モータ９６のみを動作させると、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、及び保持部材８０からなる伸縮アームは、その形状を保ったまま、第１の回転中心１０を中心として、回転する。なお、回転用モータ９６の回転軸９７は、第１の回転中心１０と一致させる必要はない。回転軸９７を、第１の回転中心１０からずれた位置において、取り付け部材９０に取り付けると、伸縮アームは、第１の回転中心１０からずれた回転軸９７を中心として、形状を保ったまま回転する。
【００５２】
図６に、図１の一点鎖線Ｌ６−Ｌ６における断面図を示す。第２の腕要素６０の上面に開口が形成されている。この開口を、第２の腕要素６０の内側から外側まで、支軸６２が貫通している。支軸６２は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。第２の腕要素６０内の支軸６２の先端に、リンク６１Ｂが固定的に取り付けられている。支軸６２の外側の先端に、保持部材８０が固定的に取り付けられている。
【００５３】
リンク６１Ｂの両端に、それぞれリンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄが連結している。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。
【００５４】
第２の腕要素６０の底面上の、たとえば第３の回転中心１２が通る位置に、被案内部１３１が固定的に設置されている。被案内部１３１は、図５に示したガイド１３０の溝部内を移動可能であるように、溝部の断面形状と整合する形状に形成されている。
【００５５】
図７〜図９を用いて第２の実施例による伸縮アームについて説明する。
【００５６】
図７は、第２の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【００５７】
第１の実施例においては、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２の双方に直交する直線に沿ってガイド１３０を設けたが、第２の実施例においては、ガイド１３０が、当該直線に平行な直線に沿い、第１の腕要素２０上面の他の位置を通って形成される。
【００５８】
また、リンク１３２が、リンク２１Ｃとリンク２１Ｄとの間に、リンク２１Ａと平行に形成される。リンク１３２は、第１の回転中心１０と平行な回転中心を中心として回転可能に、リンク２１Ｃ及び２１Ｄに、その両端近傍を支持されている。このためリンク１３２は、リンク２１Ａと常に平行を保つ。
【００５９】
図８に、図７の一点鎖線Ｌ８−Ｌ８における断面図を示す。基台９５に、回転用モータ９６が設置されている。回転用モータ９６の回転軸９７が、基台９５の上面に設けられた開口を通って、基台９５の上方まで引き出されている。回転軸９７は、軸受けにより、基台９５に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９７の先端に、中空の取り付け部材９０が固定的に取り付けられている。
【００６０】
第１の腕要素２０の底面の、第１の回転中心１０に対応する位置に、開口が形成されている。連結軸２５が、この開口内に挿入されている。連結軸２５の、第１の腕要素２０内の端部に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａが固定的に取り付けられている。リンク２１Ａの両端に、それぞれリンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄが連結している。リンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄの各々は、リンク２１Ａに対して、第１の回転中心１０に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００６１】
連結軸２５の、他方の端部（第１の腕要素２０の外側の端部）は、取り付け部材９０の上面に固定的に取り付けられている。連結軸２５に、軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。さらに、取り付け部材９０の上面の、連結軸２５の取り付け部分に開口が形成されている。この開口、及び連結軸２５の貫通孔を介して、取り付け部材９０内の空洞が、第１の腕要素２０内の空洞に繋がっている。
【００６２】
取り付け部材９０内に伸縮用モータ９１が設置されている。伸縮用モータ９１の回転軸９２が、取り付け部材９０の上面に設けられた開口、及び連結軸２５内の貫通孔を通って、第１の腕要素２０内まで挿入されている。回転軸９２は、軸受けにより、取り付け部材９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９２の先端が、第１の腕要素２０の上側の内面に固定的に取り付けられている。
【００６３】
回転用モータ９６を停止させておくと、リンク２１Ａの姿勢が固定される。この状態で、伸縮用モータ９１を動作させると、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として回転する。リンク２１Ａの姿勢が固定されているため、図７に示した第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は回転することなく、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２と間隔のみが変動する。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とからなる伸縮アームが伸縮する。
【００６４】
このとき、第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂが回転しないため、保持部材８０の姿勢が保たれる。
【００６５】
伸縮用モータ９１を停止させた状態で、回転用モータ９６のみを動作させると、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、及び保持部材８０からなる伸縮アームは、その形状を保ったまま、第１の回転中心１０を中心として、回転する。なお、回転用モータ９６の回転軸９７は、第１の回転中心１０と一致させる必要はない。回転軸９７を、第１の回転中心１０からずれた位置において、中間部材９０に取り付けると、伸縮アームは、第１の回転中心１０からずれた回転軸９７を中心として、形状を保ったまま回転する。
【００６６】
図９に、図７の一点鎖線Ｌ９−Ｌ９における断面図を示す。本図は、リンク１３２の長手方向の中央部（リンク２１Ａ、リンク２１Ｃの一部、リンク２１Ｄの一部、及びリンク１３２で画定される平行四辺形のリンク１３２に対応する辺の中点）の断面を含む断面図である。
【００６７】
リンク１３２上方の第１の腕要素２０上面に開口が形成されている。この開口を通って、第１の腕要素２０の外部から内部に連結軸１３３が挿入されている。連結軸１３３の、第１の腕要素２０の外部にある端部に、ガイド１３０が固定されている。連結軸１３３の、第１の腕要素２０の内部にある端部は、リンク１３２に固定されている。このためガイド１３０とリンク１３２の長手方向とは常に平行を保つ。第２の腕要素６０の底面には、ガイド１３０の溝部に整合する被案内部１３１が形成されている。
【００６８】
第２の実施例のその他の構成は、第１の実施例と同様である。
【００６９】
第１及び第２の実施例では、プーリとベルトが用いられていないため、ベルトの伸びやスリップに起因する動作精度の低下を防止することができる。
【００７０】
また、ガイド１３０と被案内部１３１とを用いることで、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０の動作の精密性を高めることができる。
【００７１】
実施例において、図２に示した第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ及び４２Ｄの一方を省略することも、原理的には可能である。例えば、リンク４２Ｄを省略した場合、第２の拘束部材５７がリンク４２Ｄの機能を補完することになる。すなわち、第２の拘束機構５７、共有リンク２１Ｂ、リンク４２Ｃ、及びリンク４２Ｂが、第４の平行リンク機構４２を構成すると考えることができる。
【００７２】
同様に、第１の平行リンク機構２１の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第１の腕要素２０を構成する剛性体が、第１の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。また、同様に、第２の平行リンク機構６１の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第２の腕要素２０を形成する剛性体が、第２の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。
【００７３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【図２】伸縮アームの関節部に設置された関節機構の平面図である。
【図３】関節機構を模式的に表した線図である。
【図４】関節部分の断面図である。
【図５】第１の回転中心を含む断面図である。
【図６】第３の回転中心を含む断面図である。
【図７】第２の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【図８】第１の回転中心を含む断面図である。
【図９】ガイドの断面を含む断面図である。
【図１０】従来の伸縮アームの概略平面図である。
【図１１】従来の伸縮アームの概略平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 第１の回転中心
１１ 第２の回転中心
１２ 第３の回転中心
１３ 第４の回転中心
２０ 第１の腕要素
２１ 第１の平行リンク機構
２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ リンク
２１Ｂ 共有リンク
２２ 連結軸
２５ 連結軸
４０ 関節機構
４１ 第３の平行リンク機構
４１Ａ リンク
４２ 第４の平行リンク機構
４２Ｂ〜４２Ｄ リンク
５０ 第１の拘束機構
５０Ａ 分岐部
５０Ｂ、５０Ｃ ローラ
５５ 支軸
５７ 第２の拘束機構
６０ 第２の腕要素
６１ 第２の平行リンク機構
６１Ａ〜６１Ｄ リンク
６２ 支軸
８０ 保持部材
９０ 取り付け部材
９１ 伸縮用モータ
９２ 回転軸
９５ 基台
９６ 回転用モータ
９７ 回転軸
１３０ ガイド
１３１ 被案内部
１３２ リンク
１３３ 連結軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２本の腕要素が関節で連結された伸縮アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に、下記の特許文献１に開示された伸縮アームの概略平面図を示す。第１の腕要素１００の一方の端部（基部）が、基台に回転可能に取り付けられている。第１の腕要素１００の基部に、プーリ１０１が回転可能に配置されている。
【０００３】
第２の腕要素１１０の一方の端部（基部）に固定された回転軸１１１が、第１の腕要素１００の他方の端部（先端）に、回転可能に取り付けられている。第２の腕要素１１０の他方の端部（先端）に、ウエハ保持台１１３に固定された回転軸１１２が、回転可能に取り付けられている。
【０００４】
プーリ１０１と回転軸１１１との間に、ベルト１０３が架け渡されている。プーリ１０１の直径と回転軸１１１の直径とは等しい。第１の腕要素１００の先端に、回転軸１１１と同軸状に支軸１０２が取り付けられている。支軸１０２と回転軸１１２との間に、ベルト１１４が架け渡されている。回転軸１１２の直径は、支軸１０２の直径の２倍である。このため、支軸１０２が回転したとき、回転軸１１２はその１／２倍の角度だけ回転する。ウエハ保持台１１３の上面にウエハ１２０が保持される。
【０００５】
例えば、第１の腕要素１００を時計回りに角度θだけ回転させると同時に、プーリ１０１を反時計回りに角度θだけ回転させる。このとき、プーリ１０１は、第１の腕要素１００に対して反時計回りに２θだけ回転することになる。プーリ１０１の回転力が回転軸１１１に伝達され、第２の腕要素１１０が反時計周りに角度θだけ回転する（第１の腕要素１００に対しては、反時計回りに２θだけ回転する）。このため、第１の腕要素１００の基部と第２の腕要素１１０の先端とを結ぶ仮想直線の向きは変化せず、両者の間隔（長さ）のみが変動する。
【０００６】
第２の腕要素１１０が第１の腕要素１００に対して反時計回りに角度２θだけ回転し、回転軸１１２は支軸１０２の回転角度の１／２だけ回転するため、回転軸１１２は、時計回りに角度θだけ自転する。これに伴い、ウエハ保持台１１３は、回転軸１１２を中心として時計回りに角度θだけ回転する。このため、ウエハ保持台１１３は、第１の腕要素１００の回転中心（プーリ１０１の中心）と、第２の腕要素１１０の先端（回転軸１１２の中心）とを結ぶ仮想直線に平行な方向に並進移動する。このように、ウエハ保持台１１３の向きを変えることなく、伸縮アームを伸縮させることができる。第１の腕要素１００とプーリ１０１とを同一方向に同一角度だけ回転させると、伸縮アームはその形態を保ったまま回転する。
【０００７】
プーリ１０１と第１の腕要素１００とを、同一方向に同一角度だけ回転させると、伸縮アームは、その形状を保ったまま回転する。
【０００８】
図１１に、下記の特許文献２に開示された伸縮アームの概略平面図を示す。図１１に示した例においては、プーリ１０１と１１１との間にベルト１０３を架け渡す代わりに、プーリ１０１と１１１とを、２本の平行リンク１０４Ａ及び１０４Ｂで連結している。これにより、ベルト１０３を架け渡した場合と同等の動作を行うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２４３００号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示した例では、プーリ１０１の回転により、第２の腕要素１１０及びウエハ保持台１１３が移動するため、第１の腕要素１００内に配置されたベルト１０３に大きな負荷が加わる。この負荷のために、ベルト１０３の伸び縮みや、プーリの空回り等が生じると、伸縮アームを所望の形態に変化させることができなくなる。プーリの空回りを防止するために、プーリの外周面とベルトの内周面に凹凸を付すると、摩擦によるごみが発生しやすくなる。
【００１１】
図１１に示した例では、ベルと１０３に代えて、平行リンク機構が用いられているため、上述の問題は生じない。しかし、プーリ１０２と１１２とを連結するベルト１１４において、同様の問題が生じ得る。
【００１２】
本発明の目的は、プーリとベルトとを用いることなく、安定した動作を行うことが可能な伸縮アームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によると、ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、ｘｙ面に平行な面内で形状を変化させる第１の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第１の回転中心を通過すると共に、該第１の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能である前記第１の平行リンク機構(21)と、前記第１の平行リンク機構の、前記第１の回転中心を通過する辺に対応するリンクの姿勢を固定した状態で、前記第１の腕要素が前記第１の回転中心を中心として第１の角度だけ回転したとき、前記第１の平行リンク機構の変形に基づいて、前記第２の腕要素を前記第１の腕要素に対して、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素とは反対向きに、前記第１の角度の２倍の角度だけ回転させる関節機構(40)と、前記第２の腕要素上の固定点が、前記第１の回転中心と前記第３の回転中心との双方に直交する直線と平行な直線に沿って移動するように、該固定点を案内する案内機構とを有する伸縮アームが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
プーリ及びベルトを用いず、平行リンク機構を用いて伸縮アームの形状を変化させているため、ベルトの伸びやスリップ等に起因する伸縮アームの形状の精度の低下を防止することができる。
【００１５】
また、たとえばプーリ、ベルトがそれぞれスチール、ゴムを材料として形成されている場合、プーリ及びベルトの双方から発塵が生じる。更にゴムベルトからはガスも発生する。本願に係る伸縮アームは、これらの発塵、発ガスを防止することができる。このためたとえば真空中でも使用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に、第１の実施例による伸縮アームの概略平面図を示す。図１の紙面に垂直な方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。第１の実施例による伸縮アームは、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、保持部材８０、及びガイド（ガイドレール）１３０を含んでいる。第１の腕要素２０は、端部近傍（基部）に取り付けられた回転軸９２を介して、取り付け部材に支持されており、回転軸９２の中心を通るｚ軸に平行な第１の回転中心１０を中心として、ｘｙ面内で回転可能である。取り付け部材については、図５を参照して後述する。第１の腕要素２０は、第１の回転中心１０から離れた位置（先端の近傍）に、ｚ軸に平行な第２の回転中心１１を画定する。
【００１７】
第１の腕要素２０内に、第１の平行リンク機構２１が収容されている。第１の平行リンク機構２１は、４本のリンク２１Ａ〜２１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク２１Ａと２１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク２１Ａに対応する辺は、第１の回転中心１０を通過する。リンク２１Ａは、第１の回転中心１０を中心として第１の腕要素２０に対して回転可能である。リンク２１Ｂに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過する。リンク２１Ｂは、第２の回転中心１１を中心として第１の腕要素２０に対して回転可能である。リンク２１Ａと第１の腕要素２０との相対位置関係を保った状態で、第１の腕要素２０を回転させることもできるし、第１の腕要素２０が回転するときに、リンク２１Ａの姿勢を固定することもできる。これらの回転駆動機構については、図５を参照して後述する。
【００１８】
第２の腕要素６０は、その一方の端部近傍（基部）において、第２の回転中心１１を中心として、第１の腕要素２０に対して回転可能に支持されている。さらに、第２の腕要素６０は、第２の回転中心１１から離れた端部（先端）に、ｚ軸に平行な第３の回転中心１２を画定する。第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離は、第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と等しい。
【００１９】
第２の腕要素６０内に、第２の平行リンク機構６１が収容されている。第２の平行リンク機構６１は、４本のリンク６１Ａ〜６１Ｄを持ち、ｘｙ面内に平行な面内で変形する平行四辺形を画定する。一対のリンク６１Ａと６１Ｂとが、相互に平行な一対の辺に対応し、他の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、相互に平行な他の一対の辺に対応する。リンク６１Ａに対応する辺は、第２の回転中心１１を通過すると共に、第２の回転中心１１を中心として回転可能であり、リンク６１Ｂに対応する辺は、第３の回転中心１２を通過すると共に、第３の回転中心１２を中心として回転可能である。
【００２０】
第１の腕要素２０と第２の腕要素６０との連結部分に、関節機構４０が設置されている。関節機構４０は、第１の平行リンク機構２１を構成するリンク２１Ｂと、第２の平行リンク機構を構成するリンク６１Ａとの相対位置関係を固定する。このため、第１の平行リンク機構２０を構成する基部側のリンク２１Ａの長手方向を固定（例えば、ｙ軸に平行に）すると、第２の平行リンク機構６０の先端側のリンク６１Ｂの長手方向も固定される（例えば、ｙ軸に平行になる）。
【００２１】
取り付け部材９０上面に、たとえばｙ軸に平行な溝部を備えるガイド１３０が設置されている。ガイド１３０の溝は、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線に沿って形成される。図６を参照して後述するように、第２の腕要素６０の下部には、ガイド１３０の溝部に整合する被案内部が設置されており、被案内部をガイド１３０の溝部に沿って移動させることで、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０の動作の正確性を高めることができる。
【００２２】
保持部材８０は、第３の回転中心１２を中心として回転可能に、第２の腕要素６０に支持されている。さらに、保持部材８０は、支軸６２を介して、第２のリンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂに固定されている。このため、保持部材８０は、リンク６１Ｂの回転に連動する。保持部材８０に、処理対象物、例えば半導体ウエハ等が保持される。
【００２３】
図２に、関節機構４０の平面図を示す。関節機構４０は、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、第１の拘束機構５０、及び第２の拘束機構５７を含む。
【００２４】
第３の平行リンク機構４１は、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂ、リンク２１Ｃの一部、及びリンク２１Ｄの一部を共有する。これらのリンクと、リンク４１Ａにより、第３の平行リンク機構４１が構成される。リンク４１Ａは、第１の平行リンク機構の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄに連結されている。第３の平行リンク機構４１は、これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。
【００２５】
第４の平行リンク機構４２は、共有リンク２１Ｂに関して、第３の平行リンク機構４１とは反対側に配置されており、第１の平行リンク機構２１と、共有リンク２１Ｂの一部を共有する。第４の平行リンク機構４２は、さらに、リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを含む。これら４本のリンクにより、ｘｙ面に平行な平行四辺形を画定している。リンク４２Ｂは、共有リンク２１Ｂに対応する辺と平行な辺を画定し、リンク４２Ｃ及び４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂとリンク４２Ｂとを連結する。
【００２６】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃ、２１Ｄに対応する辺の長さが、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄに対応する辺の長さと等しい。
【００２７】
第１の拘束機構５０は、分岐部５０Ａと、一対のローラ５０Ｂ、５０Ｃで構成される。分岐部５０Ａは、第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａから分岐して、共有リンク２１Ｂと交差し、さらに第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂと交差する。ｘｙ面内において、リンク４２Ｂと分岐部５０Ａとは直交する。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに取り付けられており、リンク４２Ｂと分岐部５０Ａとの交差箇所において、分岐部５０Ａを挟むように配置されている。ローラ５０Ｂ及び５０Ｃは、リンク４２Ｂに対して、分岐部５０Ａの、共有リンク２１Ｂの長手方向に関する位置を拘束し、長手方向に直交する方向への移動を許容する。これにより、共有リンク２１Ｂの長手方向に関し、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに対して、第３の平行リンク機構４１のリンク４１Ａの位置が拘束される。
【００２８】
第２の拘束機構５７は、第１の部材５７Ａと第２の部材５７Ｂとを含む。第１の部材５７Ａは、支軸５５から、その半径方向に伸びる。支軸５５は、第２の腕要素６０に固定されており、第２の回転中心１１に沿って軸方向に延在する。第２の部材５７Ｂは、第１の部材５７Ａの先端から、第２の回転中心１１と平行な方向に延在して、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに連結されている。この連結部において、第２の部材５７Ｂは、第２の回転中心１１に平行な第４の回転中心１３を中心として、リンク４２Ｂに対して回転可能である。第４の回転中心１３は、第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｂに対応する辺と直交する。さらに、第４の回転中心１３と第２の回転中心１１とを結ぶ直線が、第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ、４２Ｄに対応する辺と平行である。
【００２９】
第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを結ぶ直線を、第２の回転中心１１側に延長した直線上に、図１に示した第３の回転中心１２が位置するように、第２の腕要素６０が、支軸５５に取り付けられている。このため、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ仮想直線が、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃ、４２Ｄで画定される辺と平行になる。
【００３０】
図３に、第３の平行リンク機構４１、第４の平行リンク機構４２、及び第２の拘束機構５７を模式的に示す。
【００３１】
リンク４１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ、及び共有リンク２１Ｂにより、第３の平行リンク機構４１の平行四辺形が画定される。リンク４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、及び共有リンク２１Ｂの一部により、第４の平行リンク機構４２の平行四辺形が画定される。第２の拘束機構５７に対応する直線が、第２の回転中心１１と第４の回転中心１３とを接続している。
【００３２】
第３の平行リンク機構４１の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク２１Ｃと、第４の平行リンク機構４２の、共有リンク２１Ｂに隣り合うリンク４２Ｃとが、共有リンク２１Ｂの長さ方向に関して同一の向きに、同じ角度だけ傾くように、図２に示した第１の拘束機構５０により、第３の平行リンク機構４１と第４の平行リンク機構４２との形状が定まる。すなわち、図３において、角度θ１とθ２とが等しい。
【００３３】
第４の平行リンク機構４２のリンク４２Ｃに対応する辺と、第２の拘束機構５７に対応する直線とが常に平行であるため、共有リンク２１Ｂに対応する辺と、第２の拘束機構５７に対応する直線とのなす角θ３は、角θ２と等しい。角θ１は、第１の回転中心１０と第２の回転中心１１とを結ぶ直線（第１の腕要素２０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。角θ３は、第２の回転中心１１と第３の回転中心１２とを結ぶ直線（第２の腕要素６０の長手方向）と、共有リンク２１Ｂの長手方向とのなす角に等しい。
【００３４】
図１において、第１の平行リンク機構２１の基部側のリンク２１Ａの向きを、ｙ軸方向に固定した状態で、第１の腕要素２０を第１の回転中心１０を中心として反時計回りに回転させると、図３に示した角度θ１が小さくなる。同時に、角度θ３も同じ大きさだけ小さくなる。このため、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として第１の角度だけ回転したとき、第２の腕要素６０は、第２の回転中心１１を中心として、共有リンク２１Ｂに対して、第１の角度だけ反対向きに回転する。すなわち、第２の腕要素６０は、第１の腕要素２０に対して、第１の角度の２倍の角度だけ反対向きに回転する。
【００３５】
第１の回転中心１０から第２の回転中心１１までの距離と、第２の回転中心１１から第３の回転中心１２までの距離とが等しいため、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は、常にｙ軸に平行になる。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とで構成される伸縮アームは、回転することなく、その長さのみが変化する。
【００３６】
このとき、図１に示した第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂの長手方向は、常にｙ軸に平行になる。このため、伸縮アームを伸縮させても、保持部材８０の姿勢は変化しない。
【００３７】
図４に、図２の一点鎖線Ｌ４−Ｌ４における断面図を示す。第１の腕要素２０及び第２の腕要素６０内に空洞が形成されている。第１の腕要素２０の上面の、第２の回転中心１１に対応する位置に、開口が形成されている。第２の腕要素６０の底面から下方に向かって支軸５５が伸びる。支軸５５は、第１の腕要素２０の上面に形成された開口内を通って、第１の腕要素２０内に挿入されている。支軸５５は、軸受けにより、第１の腕要素２０に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。支軸５５内に、軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、第１の腕要素２０内の空洞と、第２の腕要素６０内の空洞とが、この貫通孔を通して相互に繋がっている。
【００３８】
連結軸２２が、支軸５５に形成された貫通孔に挿入されており、その両端が、それぞれ第１の腕要素２０内の空洞、及び第２の腕要素６０内の空洞まで挿入されている。連結軸２２は、軸受けにより、支軸５５に対して、第２の回転中心１１を中心として回転可能に支持されている。
【００３９】
第１の腕要素２０内に配置された共有リンク２１Ｂが、連結軸２２の端部に固定され、第２の腕要素６０内に配置されたリンク６１Ａが、連結軸２２の他端に固定されている。このため、共有リンク２１Ｂが第２の回転中心１１を中心として回転すると、第２の腕要素６０内のリンク６１Ａも、第２の回転中心１１を中心として、共有リンク２１Ｂと同じ方向に、同じ角度だけ回転する。
【００４０】
共有リンク２１Ｂに、第１の平行リンク機構２０を構成するリンク２１Ｃ、２１Ｄ、及び第４の平行リンク機構４２を構成するリンク４２Ｃ、４２Ｄが連結している。これらのリンク２１Ｃ、２１Ｄ、４２Ｃ、４２Ｄの各々は、共有リンク２１Ｂに対して、第２の回転中心１１と平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。リンク４２Ｃ及び４２Ｄは、それぞれリンク２１Ｃ及び２１Ｄの取り付け位置よりもやや内側に取り付けられている。
【００４１】
リンク４２Ｃ、４２Ｄは、リンク２１Ｃ、２１Ｄと、共有リンク２１Ｂを挟んで反対側に配置される。
【００４２】
第１の拘束機構５０の分岐部５０Ａが、リンク４１Ａの中央から紙面右方向に伸びる。
【００４３】
第２の腕要素６０内に配置された第２の平行リンク機構６１のリンク６１Ｃ及び６１Ｄが、それぞれリンク６１Ａの両端に連結されている。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、リンク６１Ａに対して、第２の回転中心１１に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００４４】
図５に、図１の一点鎖線Ｌ５−Ｌ５における断面図を示す。基台９５に、回転用モータ９６が設置されている。回転用モータ９６の回転軸９７が、基台９５の上面に設けられた開口を通って、基台９５の上方まで引き出されている。回転軸９７は、軸受けにより、基台９５に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９７の先端に、取り付け部材９０が固定的に取り付けられている。
【００４５】
取り付け部材９０は、第１の腕要素２０の端部において、第１の腕要素２０の底面下方から上面上方まで、第１の腕要素２０の周囲をめぐるように延在している。第１の腕要素２０の上面の、回転中心１０に対応する位置に開口が形成されている。取り付け部材９０の、たとえば円筒形状に形成された一部が、この開口内に挿入されている。円筒形状部分の中心線と第１の回転中心１０とは一致する。取り付け部材９０の円筒形状部分は、第１の回転中心１０を回転軸として第１の腕要素２０上面の開口内で回転可能である。
【００４６】
取り付け部材９０の円筒形状部分の、第１の腕要素２０内の端部に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａが固定的に取り付けられている。リンク２１Ａの両端に、それぞれリンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄが連結している。リンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄの各々は、リンク２１Ａに対して、第１の回転中心１０に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００４７】
第１の腕要素２０の上面上方の取り付け部材９０上面に、一方向（本図においては紙面垂直方向）に長い溝部を有するガイド１３０が固定的に取り付けられている。第１の腕部材２０の第１の回転中心１０と第２の腕部材６０の第３の回転中心１２とは、ともにガイド１３０の溝部の長さ方向にのびる中心線と交わる。
【００４８】
取り付け部材９０のうち、第１の腕要素２０と基台９５との間に配置される部分には中空部が形成されている。中空部内に、伸縮用モータ９１が固定的に設置されている。伸縮用モータ９１の回転軸９２は、軸受けにより、取り付け部材９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９２の先端が、第１の腕要素２０の底面に固定的に取り付けられている。
【００４９】
回転用モータ９６を停止させておくと、リンク２１Ａの姿勢が固定される。この状態で、伸縮用モータ９１を動作させると、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として回転する。リンク２１Ａの姿勢が固定されているため、図１に示した第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は回転することなく、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２と間隔のみが変動する。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とからなる伸縮アームが伸縮する。
【００５０】
このとき、第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂが回転しないため、保持部材８０の姿勢が保たれる。
【００５１】
伸縮用モータ９１を停止させた状態で、回転用モータ９６のみを動作させると、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、及び保持部材８０からなる伸縮アームは、その形状を保ったまま、第１の回転中心１０を中心として、回転する。なお、回転用モータ９６の回転軸９７は、第１の回転中心１０と一致させる必要はない。回転軸９７を、第１の回転中心１０からずれた位置において、取り付け部材９０に取り付けると、伸縮アームは、第１の回転中心１０からずれた回転軸９７を中心として、形状を保ったまま回転する。
【００５２】
図６に、図１の一点鎖線Ｌ６−Ｌ６における断面図を示す。第２の腕要素６０の上面に開口が形成されている。この開口を、第２の腕要素６０の内側から外側まで、支軸６２が貫通している。支軸６２は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。第２の腕要素６０内の支軸６２の先端に、リンク６１Ｂが固定的に取り付けられている。支軸６２の外側の先端に、保持部材８０が固定的に取り付けられている。
【００５３】
リンク６１Ｂの両端に、それぞれリンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄが連結している。リンク６１Ｃ及びリンク６１Ｄの各々は、第２の腕要素６０に対して、第３の回転中心１２を中心として回転可能に支持されている。
【００５４】
第２の腕要素６０の底面上の、たとえば第３の回転中心１２が通る位置に、被案内部１３１が固定的に設置されている。被案内部１３１は、図５に示したガイド１３０の溝部内を移動可能であるように、溝部の断面形状と整合する形状に形成されている。
【００５５】
図７〜図９を用いて第２の実施例による伸縮アームについて説明する。
【００５６】
図７は、第２の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【００５７】
第１の実施例においては、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２の双方に直交する直線に沿ってガイド１３０を設けたが、第２の実施例においては、ガイド１３０が、当該直線に平行な直線に沿い、第１の腕要素２０上面の他の位置を通って形成される。
【００５８】
また、リンク１３２が、リンク２１Ｃとリンク２１Ｄとの間に、リンク２１Ａと平行に形成される。リンク１３２は、第１の回転中心１０と平行な回転中心を中心として回転可能に、リンク２１Ｃ及び２１Ｄに、その両端近傍を支持されている。このためリンク１３２は、リンク２１Ａと常に平行を保つ。
【００５９】
図８に、図７の一点鎖線Ｌ８−Ｌ８における断面図を示す。基台９５に、回転用モータ９６が設置されている。回転用モータ９６の回転軸９７が、基台９５の上面に設けられた開口を通って、基台９５の上方まで引き出されている。回転軸９７は、軸受けにより、基台９５に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９７の先端に、中空の取り付け部材９０が固定的に取り付けられている。
【００６０】
第１の腕要素２０の底面の、第１の回転中心１０に対応する位置に、開口が形成されている。連結軸２５が、この開口内に挿入されている。連結軸２５の、第１の腕要素２０内の端部に、第１の平行リンク機構２１のリンク２１Ａが固定的に取り付けられている。リンク２１Ａの両端に、それぞれリンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄが連結している。リンク２１Ｃ及びリンク２１Ｄの各々は、リンク２１Ａに対して、第１の回転中心１０に平行な回転中心を中心として回転可能に支持されている。
【００６１】
連結軸２５の、他方の端部（第１の腕要素２０の外側の端部）は、取り付け部材９０の上面に固定的に取り付けられている。連結軸２５に、軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。さらに、取り付け部材９０の上面の、連結軸２５の取り付け部分に開口が形成されている。この開口、及び連結軸２５の貫通孔を介して、取り付け部材９０内の空洞が、第１の腕要素２０内の空洞に繋がっている。
【００６２】
取り付け部材９０内に伸縮用モータ９１が設置されている。伸縮用モータ９１の回転軸９２が、取り付け部材９０の上面に設けられた開口、及び連結軸２５内の貫通孔を通って、第１の腕要素２０内まで挿入されている。回転軸９２は、軸受けにより、取り付け部材９０に対して、第１の回転中心１０を中心として回転可能に支持されている。回転軸９２の先端が、第１の腕要素２０の上側の内面に固定的に取り付けられている。
【００６３】
回転用モータ９６を停止させておくと、リンク２１Ａの姿勢が固定される。この状態で、伸縮用モータ９１を動作させると、第１の腕要素２０が第１の回転中心１０を中心として回転する。リンク２１Ａの姿勢が固定されているため、図７に示した第１の回転中心１０と第３の回転中心１２とを結ぶ直線は回転することなく、第１の回転中心１０と第３の回転中心１２と間隔のみが変動する。すなわち、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０とからなる伸縮アームが伸縮する。
【００６４】
このとき、第２の平行リンク機構６１の先端側のリンク６１Ｂが回転しないため、保持部材８０の姿勢が保たれる。
【００６５】
伸縮用モータ９１を停止させた状態で、回転用モータ９６のみを動作させると、第１の腕要素２０、第２の腕要素６０、及び保持部材８０からなる伸縮アームは、その形状を保ったまま、第１の回転中心１０を中心として、回転する。なお、回転用モータ９６の回転軸９７は、第１の回転中心１０と一致させる必要はない。回転軸９７を、第１の回転中心１０からずれた位置において、中間部材９０に取り付けると、伸縮アームは、第１の回転中心１０からずれた回転軸９７を中心として、形状を保ったまま回転する。
【００６６】
図９に、図７の一点鎖線Ｌ９−Ｌ９における断面図を示す。本図は、リンク１３２の長手方向の中央部（リンク２１Ａ、リンク２１Ｃの一部、リンク２１Ｄの一部、及びリンク１３２で画定される平行四辺形のリンク１３２に対応する辺の中点）の断面を含む断面図である。
【００６７】
リンク１３２上方の第１の腕要素２０上面に開口が形成されている。この開口を通って、第１の腕要素２０の外部から内部に連結軸１３３が挿入されている。連結軸１３３の、第１の腕要素２０の外部にある端部に、ガイド１３０が固定されている。連結軸１３３の、第１の腕要素２０の内部にある端部は、リンク１３２に固定されている。このためガイド１３０とリンク１３２の長手方向とは常に平行を保つ。第２の腕要素６０の底面には、ガイド１３０の溝部に整合する被案内部１３１が形成されている。
【００６８】
第２の実施例のその他の構成は、第１の実施例と同様である。
【００６９】
第１及び第２の実施例では、プーリとベルトが用いられていないため、ベルトの伸びやスリップに起因する動作精度の低下を防止することができる。
【００７０】
また、ガイド１３０と被案内部１３１とを用いることで、第１の腕要素２０と第２の腕要素６０の動作の精密性を高めることができる。
【００７１】
実施例において、図２に示した第４の平行リンク機構４２の一対のリンク４２Ｃ及び４２Ｄの一方を省略することも、原理的には可能である。例えば、リンク４２Ｄを省略した場合、第２の拘束部材５７がリンク４２Ｄの機能を補完することになる。すなわち、第２の拘束機構５７、共有リンク２１Ｂ、リンク４２Ｃ、及びリンク４２Ｂが、第４の平行リンク機構４２を構成すると考えることができる。
【００７２】
同様に、第１の平行リンク機構２１の一対のリンク２１Ｃ及び２１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第１の腕要素２０を構成する剛性体が、第１の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。また、同様に、第２の平行リンク機構６１の一対のリンク６１Ｃ及び６１Ｄの一方を省略してもよい。このとき、第２の腕要素２０を形成する剛性体が、第２の平行リンク機構２１の一つのリンクとして機能する。
【００７３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【図２】伸縮アームの関節部に設置された関節機構の平面図である。
【図３】関節機構を模式的に表した線図である。
【図４】関節部分の断面図である。
【図５】第１の回転中心を含む断面図である。
【図６】第３の回転中心を含む断面図である。
【図７】第２の実施例による伸縮アームの概略平面図である。
【図８】第１の回転中心を含む断面図である。
【図９】ガイドの断面を含む断面図である。
【図１０】従来の伸縮アームの概略平面図である。
【図１１】従来の伸縮アームの概略平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 第１の回転中心
１１ 第２の回転中心
１２ 第３の回転中心
１３ 第４の回転中心
２０ 第１の腕要素
２１ 第１の平行リンク機構
２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｄ リンク
２１Ｂ 共有リンク
２２ 連結軸
２５ 連結軸
４０ 関節機構
４１ 第３の平行リンク機構
４１Ａ リンク
４２ 第４の平行リンク機構
４２Ｂ〜４２Ｄ リンク
５０ 第１の拘束機構
５０Ａ 分岐部
５０Ｂ、５０Ｃ ローラ
５５ 支軸
５７ 第２の拘束機構
６０ 第２の腕要素
６１ 第２の平行リンク機構
６１Ａ〜６１Ｄ リンク
６２ 支軸
８０ 保持部材
９０ 取り付け部材
９１ 伸縮用モータ
９２ 回転軸
９５ 基台
９６ 回転用モータ
９７ 回転軸
１３０ ガイド
１３１ 被案内部
１３２ リンク
１３３ 連結軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、
前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、
ｘｙ面に平行な面内で形状を変化させる第１の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第１の回転中心を通過すると共に、該第１の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能である前記第１の平行リンク機構(21)と、
前記第１の平行リンク機構の、前記第１の回転中心を通過する辺に対応するリンクの姿勢を固定した状態で、前記第１の腕要素が前記第１の回転中心を中心として第１の角度だけ回転したとき、前記第１の平行リンク機構の変形に基づいて、前記第２の腕要素を前記第１の腕要素に対して、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素とは反対向きに、前記第１の角度の２倍の角度だけ回転させる関節機構(40)と、
前記第２の腕要素上の固定点が、前記第１の回転中心と前記第３の回転中心との双方に直交する直線と平行な直線に沿って移動するように、該固定点を案内する案内機構と
を有する伸縮アーム。
【請求項２】
さらに、
ｘｙ面内に平行な面内で形状を変化させる第２の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第３の回転中心を通過すると共に、該第３の回転中心を中心として回転可能である第２の平行リンク機構(61)と、
前記第３の回転中心を中心として、前記第２の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持され、かつ、該第３の回転中心を通過する辺に対応するリンクに対して、前記第２の平行リンク機構の相対位置が固定されている保持部材(80)と
を有し、
前記関節機構は、前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクと、前記第２の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクとの相対位置関係を固定する請求項１に記載の伸縮アーム。
【請求項３】
前記関節機構が、
前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクである共有リンク、及び該共有リンクに隣り合う２つのリンクの各々の一部を、該第１の平行リンク機構と共有する第３の平行リンク機構(41)と、
前記共有リンクの少なくとも一部を、前記第１の平行リンク機構と共有し、前記第３の平行リンク機構とは反対側に配置された第４の平行リンク機構であって、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺が、該第３の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺の長さと等しい前記第４の平行リンク機構(42)と、
前記共有リンクで画定される辺の長さ方向に関して、前記第３の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺と、第４の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺とが同一の向きに、同じ角度だけ傾くように、第３の平行リンク機構と第４の平行リンク機構との形状を拘束する第１の拘束機構(50)と、
前記第２の回転中心において、前記第２の回転中心と第３の回転中心とを結ぶ仮想直線が、前記第４の平行リンク機構の、前記共有リンクに隣り合うリンクで画定される辺と平行になるように、前記第２の腕要素の姿勢を拘束する第２の拘束機構(57)と
を含む請求項１または２に記載の伸縮アーム。
【請求項４】
前記第１の拘束機構(50)は、
前記第３の平行リンク機構(41)に含まれるリンクのうち前記共有リンクと対向するリンクから分岐して、該共有リンク、及び前記第４の平行リンク機構(42)に含まれるリンクのうち該共有リンクと対向するリンクと交差する分岐部と、
前記第４の平行リンク機構(42)に含まれるリンクのうち該共有リンクと対向するリンクに設けられ、該リンクに対して、前記分岐部の、前記共有リンクの長手方向に関する位置を拘束し、長手方向に直交する方向への移動を許容する拘束器と
を含む請求項３に記載の伸縮アーム。
【請求項５】
前記案内機構は、
前記第１の腕要素の、前記第２の腕要素に対向する面の上方に形成されたガイドレールと、
前記第２の腕要素の、前記第１の腕要素に対向する面上に形成され、前記ガイドレールに沿って移動可能な移動部材と
を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伸縮アーム。
【請求項１】
ｘｙｚ直交座標系を定義したとき、ｚ軸に平行な第１の回転中心(10)を中心として、ｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、該第１の回転中心から離れた位置に第２の回転中心(11)を画定する第１の腕要素(20)と、
前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持されるとともに、前記第１の回転中心から第２の回転中心までの距離と同じ距離だけ、前記第２の回転中心から離れた位置に第３の回転中心(12)を画定する第２の腕要素(60)と、
ｘｙ面に平行な面内で形状を変化させる第１の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第１の回転中心を通過すると共に、該第１の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能である前記第１の平行リンク機構(21)と、
前記第１の平行リンク機構の、前記第１の回転中心を通過する辺に対応するリンクの姿勢を固定した状態で、前記第１の腕要素が前記第１の回転中心を中心として第１の角度だけ回転したとき、前記第１の平行リンク機構の変形に基づいて、前記第２の腕要素を前記第１の腕要素に対して、前記第２の回転中心を中心として、前記第１の腕要素とは反対向きに、前記第１の角度の２倍の角度だけ回転させる関節機構(40)と、
前記第２の腕要素上の固定点が、前記第１の回転中心と前記第３の回転中心との双方に直交する直線と平行な直線に沿って移動するように、該固定点を案内する案内機構と
を有する伸縮アーム。
【請求項２】
さらに、
ｘｙ面内に平行な面内で形状を変化させる第２の平行リンク機構であって、相互に平行な一対の辺の一方が前記第２の回転中心を通過すると共に、該第２の回転中心を中心として回転可能であり、他方が前記第３の回転中心を通過すると共に、該第３の回転中心を中心として回転可能である第２の平行リンク機構(61)と、
前記第３の回転中心を中心として、前記第２の腕要素に対してｘｙ面に平行な面内で回転可能に支持され、かつ、該第３の回転中心を通過する辺に対応するリンクに対して、前記第２の平行リンク機構の相対位置が固定されている保持部材(80)と
を有し、
前記関節機構は、前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクと、前記第２の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクとの相対位置関係を固定する請求項１に記載の伸縮アーム。
【請求項３】
前記関節機構が、
前記第１の平行リンク機構の、前記第２の回転中心を通過する辺に対応するリンクである共有リンク、及び該共有リンクに隣り合う２つのリンクの各々の一部を、該第１の平行リンク機構と共有する第３の平行リンク機構(41)と、
前記共有リンクの少なくとも一部を、前記第１の平行リンク機構と共有し、前記第３の平行リンク機構とは反対側に配置された第４の平行リンク機構であって、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺が、該第３の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺の長さと等しい前記第４の平行リンク機構(42)と、
前記共有リンクで画定される辺の長さ方向に関して、前記第３の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺と、第４の平行リンク機構の、該共有リンクに隣り合うリンクに対応する辺とが同一の向きに、同じ角度だけ傾くように、第３の平行リンク機構と第４の平行リンク機構との形状を拘束する第１の拘束機構(50)と、
前記第２の回転中心において、前記第２の回転中心と第３の回転中心とを結ぶ仮想直線が、前記第４の平行リンク機構の、前記共有リンクに隣り合うリンクで画定される辺と平行になるように、前記第２の腕要素の姿勢を拘束する第２の拘束機構(57)と
を含む請求項１または２に記載の伸縮アーム。
【請求項４】
前記第１の拘束機構(50)は、
前記第３の平行リンク機構(41)に含まれるリンクのうち前記共有リンクと対向するリンクから分岐して、該共有リンク、及び前記第４の平行リンク機構(42)に含まれるリンクのうち該共有リンクと対向するリンクと交差する分岐部と、
前記第４の平行リンク機構(42)に含まれるリンクのうち該共有リンクと対向するリンクに設けられ、該リンクに対して、前記分岐部の、前記共有リンクの長手方向に関する位置を拘束し、長手方向に直交する方向への移動を許容する拘束器と
を含む請求項３に記載の伸縮アーム。
【請求項５】
前記案内機構は、
前記第１の腕要素の、前記第２の腕要素に対向する面の上方に形成されたガイドレールと、
前記第２の腕要素の、前記第１の腕要素に対向する面上に形成され、前記ガイドレールに沿って移動可能な移動部材と
を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伸縮アーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１３６９５２（Ｐ２００９−１３６９５２Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１４１２１（Ｐ２００７−３１４１２１）
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（５９８０６２３６５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（５９８０６２３６５）
【Ｆターム（参考）】
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