CN102372236A - 复合旋转的高出力顶升装置及真空传输顶升设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合旋转的高出力顶升装置，用以配合一外套筒内的一导旋销，对一物件提供旋转及升降的复合作用力，顶升装置包括：一螺杆；一伺服马达，伺服马达的输出轴轴向连接于螺杆，以带动螺杆旋转；一螺帽，螺合于螺杆；一轴套，轴套一端轴接于一轴承，另一端连接于螺帽；及一活动柱，活动柱一端与轴承轴接，外套筒套设于活动柱；及一导旋槽，导旋槽设于活动柱侧表面，其中导旋销经由外套筒的一通孔插入导旋槽中，导旋槽提供导引活动柱上升或下降同时，旋转一预定角度；本发明体积小不占空间，并提供大行程、高扭力及高推力。

Description

复合旋转的高出力顶升装置及真空传输顶升设备

技术领域

本发明有关于一种顶升装置，特别是指一种应用于真空设备中，可提供大行程、高扭力及高推力的复合旋转的高出力顶升装置及真空传输顶升设备。

背景技术

公知的真空镀膜设备，通常会分成一高真空腔体及一缓冲腔体。工件会先送入缓冲腔体中，待缓冲腔体内真空度到达一定值时，再传送进入高真空腔体进行镀膜制程，就可减少因抽真空所花费的大量时间。

在真空设备中，为了承载及传输工件，可能会使用到顶升装置。目前市面上针对真空设备所设计的顶升装置如图1剖面示意图所示，公知的顶升装置1包括一本体10、一凸轮轨11、一圆柱形凸轮12及一顶升柱13。顶升柱13一端连接于圆柱型凸轮12，另一端则用来顶升托盘14。由图中可看出，公知顶升装置1的动作原理是藉由圆柱型凸轮12在凸轮轨11中滑动产生垂直高度的变化，来使顶升柱13产生升降。

然而，若要利用此种顶升装置1具有下列缺点：首先是顶升的行程会受到顶升装置1本身体积的限制。也就是说，需要加大顶升的行程时，势必也要加大顶升装置1的体积，来延伸凸轮轨11的长度，才能提供更大的行程。

第二是所能提供的顶升推力不足。在真空设备中，为了使承载传输设备能够一次运送大量的工件，需要较大的托盘。然而，在缓冲腔体破真空之后，由于缓冲腔体和高真空腔体之间有一大气压的压力差，托盘的面积越大，缓冲腔体的大气压力对托盘作用力越大。再加上托盘本身的重量，致使顶升装置需要较大的推力才能顶住托盘及大气压力的重量。

除此之外，目前仍待开发可以在升降同时复合旋转动作的顶升装置以使用于真空设备中。因此，如何使顶升装置缩小体积后还能输出很大的推力，同时又能够复合旋转动作，提供产业上更多方面的应用，为现今工业上仍致力于发展的课题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种复合旋转的高出力顶升装置及真空传输顶升设备，体积小不占空间，并提供大行程、高扭力及高推力。

本发明的技术解决方案是：

本发明的一种复合旋转的高出力顶升装置，其中，该顶升装置用以配合一外套筒内的一导旋销，对一物件提供旋转及升降的复合作用力，顶升装置包括：一螺杆；一伺服马达，伺服马达的输出轴轴向连接于螺杆，以带动螺杆旋转；一螺帽，螺合于螺杆；一轴套，轴套一端轴接于一轴承，另一端连接于螺帽；一活动柱，活动柱一端与轴承轴接，外套筒套设于活动柱；及一导旋槽，导旋槽设于活动柱侧表面，其中导旋销经由外套筒的一通孔插入导旋槽中，导旋槽提供导引活动柱上升或下降同时，旋转一预定角度。

本发明的一种真空传输顶升设备，其中，该顶升设备用以将多个工件从一缓冲腔体传送至一高真空腔体中进行镀膜制程。本发明真空传输顶升设备包括一托盘，托盘用以在缓冲腔体破真空后承载工件，托盘底部并设有一预定开口；及一顶升装置，顶升装置带动托盘上升，以托盘隔绝缓冲腔体及高真空腔体，并在缓冲腔体的真空度达到一预定值时，使托盘下降，将工件传送至高真空腔体进行镀膜制程，顶升装置包括：一螺杆；一伺服马达，伺服马达的输出轴轴向连接于螺杆，以带动螺杆旋转；一螺帽，螺合于螺杆；一轴套，轴套一端轴接于一轴承，另一端连接于螺帽；一活动柱，活动柱一端与轴承轴接，另一端则设有一蝴蝶扣；一导旋槽，设于活动柱侧表面；一外套筒，固定于高真空腔体底部，并套于活动柱；及一导旋销，导旋销经由外套筒的一通孔插入导旋槽中，当伺服马达带动螺杆旋转使活动柱上升时，蝴蝶扣伸入托盘底部的预定形状开口，导旋销配合导旋槽导引活动柱旋转一预定角度后，活动柱与托盘即以蝴蝶扣相结合。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

相较于现有技术，本发明不仅有效缩小顶升装置的体积，又可提供较大的顶升行程及顶升推力。同时，在顶升过程中复合旋转的动作，具有更广的应用层面。

附图说明

图1为现有的顶升装置；

图2为本发明的复合旋转的顶升装置示意图；

图3A至图3C为本发明实施例的复合旋转顶升装置顶升流程图；

图4A至图4B为结合本发明的复合旋转顶升装置的真空传输顶升流程示意图；

图5A及图5B为本发明实施例托盘仰视示意图。

主要元件标号说明：

1：顶升装置         10：本体              11：凸轮轨

12：圆柱形凸轮      13：顶升柱            14：托盘

2：顶升装置         20：驱动组件          200：球螺杆

201：伺服马达       202：螺帽             203：轴承

204：轴套           21：活动柱            210：导旋槽

2101：第一段        2102：第二段          2103：第三段

22：外套筒          23：导旋销            220：通孔

24：蝴蝶扣          25：X型环             4：真空镀膜系统

40：缓冲腔体        401：导柱             41：高真空腔体

410：溅镀设备       42：真空传输顶升设备  420：转盘

4200：通孔          4202a、4202b：凹槽    421、421a、421b：托盘

4210：预定形状开口  4211a、4211a’、4211b：工件

43：通道口

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文依本发明复合旋转高顶升出力装置及真空传输顶升设备，特举较佳实施例，并配合所附相关图示，作详细说明如下，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图2，为本发明的复合旋转的高出力顶升装置示意图。本发明的顶升装置2包括一驱动组件20及一活动柱21。

驱动组件20用以带动活动柱21，以升降物件。为了缩减顶升装置2的体积，本发明实施例中驱动组件20采用伺服马达带动螺杆的方式来带动活动柱21。因此，驱动组件20包括一螺杆200、一伺服马达201、一螺帽202、一轴承203及一轴套204。

由图中可看出，伺服马达201的输出轴轴向连接于螺杆200，螺帽202则螺合于螺杆200。轴套204一端连接于螺帽202；另一端以轴承203与活动柱21一端相连接，使活动柱21能够独立于螺杆200转动。也就是说，当伺服马达201带动螺杆200顺时针或逆时针方向旋转，螺帽202会往前或后退使活动柱21升降。在本发明实施例中，所使用的螺杆200为一球螺杆。

如图2所示，为了在活动柱21顶升物件时可作复合旋转的动作，因此，活动柱21侧表面设一道导旋槽210。每一道导旋槽210可分成三段，第一段2101及第三段2103平行于活动柱21轴向设置，第二段2102环绕活动柱210的侧表面，并连接第一段2101及第三段2103。当导旋销23于第二段2102轨道滑动时，即可带动活动柱21旋转，因此，第二段2102长度即决定活动柱21的旋转角度。

本发明的顶升装置配合套设于活动柱21的一外套筒22及一导旋销23来产生旋转。导旋销23经由外套筒22的一通孔220插入导旋槽210中，当伺服马达201带动螺杆200旋转，使螺帽202往前或后退以使活动柱21升降的同时，导旋销23顺着导旋槽210轨道滑动，配合导旋槽210导引活动柱21旋转一预定角度。

为了防止导旋销23在活动柱21升降时出轨，因此，导旋槽210的深度需至少大约2至20mm，而导旋销23长度大约7至30mm为佳。

在本发明一较佳实施例中，如图3A至3C的局部立体图所示，为了使活动柱21顶升过程中能够顺利的转动，本发明的活动柱21侧表面设有四道导旋槽210，并有四支导旋销23插入导旋槽210内，以提高活动柱21转动的扭力，实质上依据不同需求，导旋槽及导旋销的数量也会有所变更。为了方便了解旋转的动作原理及外套筒22内部结构，因此，外套筒22并未显示于图3A至图3C。

而本发明实施例中，活动柱21末端可依据需求设有一蝴蝶扣24，且配合前述的旋转动作来使活动柱21以蝴蝶扣24和物件结合。如图3B，当导旋销23进入导旋槽210的第二段2102，迫使活动柱21旋转时，蝴蝶扣24也跟着旋转，直至导旋销23要进入导旋槽的第三段2103时，旋转的角度正好让蝴蝶扣24卡住物件，此时，再继续将物件往上顶升至预定位置，活动柱旋转的角度范围大约10～180度。

图4A及图4B为本发明的真空传输顶升设备的剖面示意流程图，前述的顶升装置作为真空传输顶升设备的一部分，用以在缓冲腔体及高真空腔体之间进行工件的传输。真空镀膜系统4包括一缓冲腔体40、一高真空腔体41以及一真空传输顶升设备42。

缓冲腔体40是工件的进出口，工件先送入缓冲腔体40，待缓冲腔体40内真空度到达一定值时，再传送进入高真空腔体41。高真空腔体41内具有一镀膜设备410，用以对工件进行镀膜制程，高真空腔体41内常保持10^-3至10^-6torr(1torr≈133.322Pa)的真空度。其中，缓冲腔体40和高真空腔体41之间具有一通道口43，以传送工件。

真空传输顶升设备42包括一转盘420、一托盘421a(或421b)、一顶升装置2及一外套筒22。转盘420利用间歇式旋转的方式，将工件由通道口43传送至镀膜设备410下方来进行镀膜制程，并同时将完成镀膜制程的工件传送至通道口43，以将工件取出。

转盘420上正对于通道口43及镀膜设备410的位置，分别设有一凹槽4202a及4202b，在每一凹槽中心具有一通孔4200。托盘421a、421b正好可放置于转盘420上的凹槽4202a及4202b中，并用来承载工件。

顶升装置2的结构请参照图2，通过通孔4200将托盘421a顶升至缓冲腔体40来放置欲镀的工件，与此同时，托盘421a必需封住通道口43，以免当缓冲腔体40破真空载入工件时，影响高真空腔体41的真空度。为了使托盘421a顺利进入通道口43，在缓冲腔体40内壁靠近通道口43的部分会设有导柱401来作引导。

外套筒22固定于高真空腔体41的底部，用以配合顶升装置2，使顶升装置2的活动柱21上升的同时，复合有旋转的动作，以和托盘421a结合并被顶升。

在本发明实施例中，顶升装置应用于高真空腔体与缓冲腔体之间的传输，但由于活动柱21表面的导旋槽210具有一沟槽深度，可能会形成一漏气途径，进而影响高真空腔体的真空度，因此，外套筒22内与高真空腔体41接合的部分更包括一X型环25(X-ring)，套设于活动柱21，以增加气密效果。在本发明实施例中，为了得到最佳气密效果，使用了两个X型环25。

本发明实施例中，真空传输顶升设备42传送工件的流程如图4A至图4B所示。图4A中，两托盘421a及421b分别放置于凹槽4202a及4202b中。托盘421a承载已完成镀膜制程的工件4211a；托盘421b承载即将进行镀膜的工件4211b。为了将已完成镀膜制程的工件4211a取出，并加载另一工件，顶升装置2自转盘420的通孔4200将托盘421a往上顶升至缓冲腔体40。

如图4B所示，顶升过程中复合旋转的动作(假设是顺时针旋转)，使顶升装置2的活动柱21与托盘421a以蝴蝶扣24扣紧，使托盘421a不至于松脱，直至托盘421a完全被顶升至缓冲腔体40，并将通道口43封住，以隔绝缓冲腔体40及高真空腔体41。

请参照图5A及图5B，为本发明实施例托盘的仰视图。托盘421底部如图5A所示，相对应于蝴蝶扣24形状设置一预定形状开口4210，蝴蝶扣24旋转一预定角度θ后，即可使蝴蝶扣24与托盘421卡合，如图5B。

此时，缓冲腔体40破真空，将工件4211a取出，再放入另一待镀工件4211a’。然后，将缓冲腔体40抽至一预定真空度，与此同时，位于高真空腔体41的镀膜设备410对工件4211b进行镀膜制程。

待缓冲腔体40的真空度达到预定值，且高真空腔体41内的镀膜制程也完成后，顶升装置2将托盘421a往下拉。如前所述，由于本发明实施例的顶升装置导旋槽210分成第一段2101、第二段2102及第三段2103，请配合图2。下降过程包括三个部分，导旋销23在第三段2103导旋槽中移动，活动柱21不产生旋转，蝴蝶扣24未松开，因此，托盘421a会被往下拉时，可确保托盘421a不会被卡在缓冲腔体40。

导旋销23在导旋槽210第二段2102移动时，活动柱21产生反向的旋转动作(逆时针转动)，这时才松开蝴蝶扣，且托盘421a下降到转盘420上后，托盘421a正好和顶升装置2脱离。

导旋销23在导旋槽210第一段2101中移动时，顶升装置2下降到原来的位置，回到如图4A的状态。这时，转盘420间歇性旋转一次，使方才完成镀膜制程的工件4211b被旋转传送至通道口43下方，待镀工件4211a’至镀膜设备410下方，重复先前的动作。

如前所述，在公知的技术中，是将工件放入缓冲腔体中，抽至预定真空度后，再传送到高真空腔体进行镀膜制程，必须等候每一批工件完成所有流程后，才能对下一批工件进行相同流程。但利用本发明真空传输顶升设备4的优点是，缓冲腔体40抽真空以及对另一工件进行镀膜制程是同时进行，节省了在镀膜制程之前，等候抽真空所花费的时间。

其中，当顶升装置2要将托盘421顶升至缓冲腔体40时，基于公式

$F=\frac{2\mathrm{\π}}{L}T$

其中，F(牛顿；N)为顶升推力；L(公尺；m)为顶升的节距，即球螺杆旋转一圈，活动柱前进的距离；T(牛顿×米；N×m)为伺服马达输出扭力。

在本发明实施例中，假设顶升的节距为0.005m，伺服马达输出的扭力只要10(N×m)，就可以产生12560(N)的顶升推力，足以承受大气压力及托盘的重量。相较于公知的顶升装置而言，同样的扭力(T)输出，本发明所产生的顶升推力(F)是公知技术的16至17倍。

再者，以公知的顶升装置来说，顶升的行程最大只到50mm，体积大小约48000立方厘米。本发明所提供的顶升装置提供物件10mm至200mm的垂直高度变化，但顶升装置的体积只需要大约4000至16000立方厘米，相较于公知技术而言，缩小了3至10倍，运用在真空设备中时更能节省空间。

此外，本发明顶升装置马达的能源转换效率高，伺服马达只需要输出约450瓦(W)的功率，就可以产生10牛顿×米(N×m)的扭力，以提供12560(N)的顶升推力，足以顶升本发明实施例中的托盘至缓冲腔体。除此之外，本发明的顶升装置在升降过程中，复合有旋转的动作，相较于公知技术而言，具有更广的应用层面。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合旋转的高出力顶升装置，其特征在于，该顶升装置用以配合一外套筒内的一导旋销，对一物件提供旋转及升降的复合作用力，该顶升装置包括：

一螺杆；

一伺服马达，该伺服马达的输出轴轴向连接于该螺杆，以带动该螺杆旋转；

一螺帽，螺合于该螺杆；

一轴套，该轴套一端轴接于一轴承，另一端连接于该螺帽；

一活动柱，该活动柱一端与该轴承轴接，该外套筒套设于该活动柱；及

一导旋槽，该导旋槽设于该活动柱侧表面，该导旋销经由该外套筒的一通孔插入该导旋槽中，该导旋槽导引该活动柱上升或下降的同时旋转一预定角度。

2.如权利要求1所述的复合旋转的高出力顶升装置，其特征在于，该螺杆为一球螺杆。

3.如权利要求1所述的复合旋转的高出力顶升装置，其特征在于，该导旋槽分成三段，该导旋槽的第一段及第三段平行该活动柱轴向设置，其第二段环绕该活动柱的侧表面设置，决定该活动柱的旋转角度，并连接于所述第一段及第三段之间。

4.如权利要求1所述的复合旋转的高出力顶升装置，其特征在于，该活动柱末端具有一蝴蝶扣，该活动柱旋转过程中，该活动柱以该蝴蝶扣与该物件相结合。

5.一种真空传输顶升设备，用以将工件从一缓冲腔体传送至一高真空腔体中进行镀膜制程，其特征在于，该真空传输顶升设备包括：

一托盘，该托盘用以承载该工件，该托盘底部并设有一预定开口；及

一顶升装置，该顶升装置带动该托盘上升，将该缓冲腔体及该高真空腔体隔绝，并在该缓冲腔体的真空度达到一预定值时，使该托盘下降，将该工件传送至该高真空腔体进行镀膜制程，该顶升装置包括：

一螺杆；

一伺服马达，该伺服马达的输出轴轴向连接于该螺杆，以带动该螺杆旋转；

一螺帽，螺合于该螺杆；

一轴套，该轴套一端轴接于一轴承，另一端连接于该螺帽；

一活动柱，该活动柱一端与该轴承轴接，另一端则设有一蝴蝶扣；

一导旋槽，设于该活动柱侧表面；

一外套筒，固定于该高真空腔体底部，并套于该活动柱；及

一导旋销，该导旋销经由该外套筒的一通孔插入该导旋槽中，当该伺服马达带动该螺杆旋转使该活动柱上升时，该蝴蝶扣伸入该托盘底部的该预定开口，该导旋销配合该导旋槽导引该活动柱旋转一预定角度后，该活动柱与该托盘即以该蝴蝶扣相结合，当该活动柱下降时，该活动柱反向旋转使该蝴蝶扣松开该托盘。

6.如权利要求5所述的真空传输顶升设备，其特征在于，该螺杆为一球螺杆。

7.如权利要求5所述的真空传输顶升设备，其特征在于，该导旋槽分成三段，该导旋槽的第一段及第三段平行该活动柱轴向设置，使该活动柱做垂直升降，该导旋槽的第二段环绕该活动柱的侧表面设置，并连接于所述第一段及第三段之间，使该活动柱在上升或下降过程中旋转该预定角度，使该蝴蝶扣扣紧或松开该托盘。

8.如权利要求5所述的真空传输顶升设备，其特征在于，该缓冲腔体和该高真空腔体之间具有一通道口，该高真空腔体内包括一镀膜设备，该真空传输顶升设备包括一转盘，该真空传输顶升设备以间歇式旋转的方式将工件由该通道口传送至该镀膜设备进行镀膜制程，并同时将完成镀膜制程的工件传送至该通道口，以将工件取出。

9.如权利要求8所述的真空传输顶升设备，其特征在于，该转盘上正对于该通道口及该镀膜设备的位置分别设有一凹槽，在每一凹槽中心具有一通孔，该托盘位于该凹槽中，该顶升装置通过该通孔将该托盘顶升至该缓冲腔体并密封该通道口。

10.如权利要求5所述的真空传输顶升设备，其特征在于，该外套筒内包括一X型环，当该顶升装置顶升该托盘于该缓冲腔体中时，用以防止该导旋槽形成一漏气途径，影响真空度。

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