JP2008298232A - 圧空アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】真空槽等の減圧されたチャンバ内に好適な、簡易で小型の圧空アクチュエータを提供する。
【解決手段】減圧槽内で駆動する圧空アクチュエータであり、シャフトと、一方の固定端に前記シャフトを固定し、他方の自由端にバネ材の一端を当接させたベローズと、ベローズ内に圧力気体を導入する圧空導入管とを備える。圧空アクチュエータはベローズ内を加圧状態あるいは非加圧状態とすることで２つの位置に位置制御する。ベローズ内の加圧は、圧空導入管から導入され圧力気体をベローズ内に導入することで行い、ベローズは導入された圧力気体によってバネ材の復元力に抗して伸びてシャフトを伸張させる。ベローズ内の非加圧状態は、ベローズ内への圧力気体の導入を停止することで行い、ベローズはバネ材の復元力によって縮み、シャフトを縮小させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧空によって駆動する圧空アクチュエータに関する。

真空槽等の減圧されたチャンバ内において、部品の動作が求められる場合がある。例えば、半導体製造や液晶基板の製造においては、真空状態において基板を搬送する動作、駆動機構が備える各種部品を動作等の各種動作を行う場合がある。

このような真空状態あるいは減圧状態において部品を動作させるための動力源としては、例えば、チャンバ内に電動モータを設置する機構や、チャンバの壁部に開けた開口部を通して直線導入機を内部に導入し、この直線導入機にチャンバの外部から動作力を導入して操作する機構が知られている。

チャンバ内に電動モータを設置する機構は、電動モータに駆動電流を供給する必要がある。半導体製造や液晶基板の製造では、チャンバ内において電気的な処理を伴う場合があり、このような場合にはチャンバ内の電位やアース、あるいは電気ノイズ等の電気的な環境が課題となる。一方、チャンバ内において電動モータを駆動するには、外部の電源からチャンバ内に駆動電流を供給する必要がある。そのため、電動モータを用いて部品を動作させる場合には、電動モータに供給する駆動電流によるチャンバ内での影響を考慮する必要がある。

また、電動モータは、銅損や鉄損によって発熱する。真空状態では熱の放熱が良好に行われないため、チャンバ内で発生した熱は外部に放熱されずに内部温度が上昇する要因となる。

また、直線導入機を設置する機構では、チャンバの壁面に設けた開口部を通して直線導入機を取り付け、動作力を導入する必要がある。そのため、直線導入機の取り付け方向が壁面状態やチャンバ内の各種機構の配置状態に制限され、直線導入機による動作方向も制限されるという課題がある。また、機構が複雑である他、機構のサイズも大型となるという課題がある。

そこで、真空槽等の減圧されたチャンバ内に好適な、簡易で小型の圧空アクチュエータを提供することを目的とする。

また、本発明は前記した従来の問題点を解決し、真空槽等の減圧されたチャンバ内において電気的環境への影響、および内部の温度上昇を低減するアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、減圧槽内で駆動するアクチュエータであり、シャフトと、一方の固定端に前記シャフトを固定し、他方の自由端にバネ材の一端を当接させたベローズと、ベローズ内に圧力気体を導入する圧空導入管とを備える。ベローズの固定端はベローズ内外を連通する導通口を有する。

アクチュエータはベローズ内を加圧状態あるいは非加圧状態とすることで２つの位置に位置制御する。

ベローズ内の加圧は、圧空導入管から導入され圧力気体を導通口を通してベローズ内に導入することで行う。ベローズ内の加圧時には、ベローズは導入された圧力気体によってバネ材の復元力に抗して伸び、ベローズに固定されたシャフトを伸張させ、第1の方向に駆動する。

一方、ベローズ内を非加圧状態とするには、ベローズ内への圧力気体の導入を停止することで行う。ベローズ内の非加圧時には、圧力気体によるベローズへの作用力が無いため、ベローズはバネ材の復元力によって縮み、ベローズに固定されたシャフトを縮小させ、第２の方向に駆動する。

本発明の圧空アクチュエータは、圧力気体の導入によるベローズ内の圧力状態によって、電動モータの電気駆動による駆動機構や、直線導入機の大型の駆動機構を要することなく、シャフトを伸張させた状態と縮小させた状態の２つの位置に位置制御することができる。圧空アクチュエータの駆動はベローズ内への圧力気体の導入の有無によるため、簡易な制御で行うことができる。

また、圧力気体の導入は圧空導入管によって行うことによって、減圧槽内における設置位置および駆動方向の設定を容易に行うことができ、設置の自由度を高めることができる。

アクチュエータの一形態では、バネ材を伸張バネとし、このバネ材をベローズの外部に取り付け、シャフトを縮小させる第２の方向に付勢する。アクチュエータの他の形態では、バネ材は圧縮バネであり、このバネ材をベローズの内部に取り付け、シャフトを伸張させる第２の方向に付勢する。

ベローズの固定端はシャフトを摺動自在に案内する摺動部を備える構成とすることができる。

直線方向に駆動する圧空アクチュエータの形態では、シャフトを直線形状とし、摺動部はシャフトを点状あるいはライン状として、シャフトを直線方向に摺動自在に案内する。

円弧方向に駆動する圧空アクチュエータの形態では、シャフトを円弧形状とし、摺動部はシャフトの円弧形状と同じ曲率半径とし、シャフトを円弧方向に摺動自在に案内する。

本発明によれば、真空槽等の減圧されたチャンバ内で好適な、簡易で小型の圧空アクチュエータを提供することができる。

また、真空槽等の減圧されたチャンバ内において電気的環境への影響や内部の温度上昇を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の圧空アクチュエータの概略構成および圧空アクチュエータのチャンバ内の設置状態を説明するための図である。図１において、圧空アクチュエータ１は、真空槽等の減圧されるチャンバ１００内に設置される。図１では、２つの圧空アクチュエータ１ａ，１ｂを設置した例を示しているが、設置個数は２個に限られるものではなく、必要に応じた個数を設置することができる。

圧空アクチュエータ１は、一端をボディ２に取り付けたベローズ４と、このベローズ４の他端に取り付けたシャフト３を備え、ベローズ４の伸張あるいは縮小させることによって、シャフト３を２つの位置に位置制御する。図１（ａ）はチャンバ１００の壁面に設置した例であり、例えば、ボディ２をチャンバ１００の壁面あるいは壁面に取り付けた支持部材（図１には示していない）に固定することによって、圧空アクチュエータ１をチャンバ１００内に取り付ける。

圧空アクチュエータ１は、圧空導入管１０から圧力気体をベローズ４内に導入することによってベローズ４を伸張させ、一方、圧力気体の導入を停止し内蔵するバネ材（図１には示していない）の復元力によってベローズ４を縮小させ、これによってシャフト３を伸ばした位置と縮めた位置の２位置での位置制御を行う。

圧空アクチュエータ１ａは、ベローズ４を伸張させてシャフト３を伸ばした位置に位置制御した状態を示し、圧空アクチュエータ１ｂはベローズ４を縮小させてシャフト３を縮めた位置に位置制御した状態を示している。

また、図１（ｂ）は圧空アクチュエータ１（１ｃ，１ｄ）をチャンバ１００の室内に設置した例を示している。圧空アクチュエータ１ｃは支持部材１１０に取り付ける位置ことで、チャンバ１００の内部において任意の方向に取り付けることができる。圧空アクチュエータ１の設置位置および駆動方向は、支持部材１１０の取り付け位置および取り付け方向によって任意に定めることができる。

圧空アクチュエータ１ｃは、ベローズ４を伸張させてシャフト３を伸ばした位置に位置制御した状態を示し、圧空アクチュエータ１ｄはベローズ４を縮小させてシャフト３を縮めた位置に位置制御した状態を示している。

以下、本発明の圧空アクチュエータの各形態について図２〜図７を用いて説明する。図２，図３は第１の形態を説明するための概略断面図および斜視図であり、図４は第２の形態を説明するための概略断面図であり、図５は第３の形態を説明するための概略断面図であり、図６は第４の形態を説明するための概略断面図であり、図７は第５の形態を説明するための概略断面図である。

本発明の圧空アクチュエータの第１の形態は、バネ材が伸張する復元力によってベローズに縮小動作を行わせる形態である。圧空アクチュエータ１Ａは、ベローズ４の可動端５ａにシャフト３を取り付けるとともに、ベローズ４の固定端５ｂをボディ２に固定する。固定端５ｂには、シャフト３を摺動自在に支持する摺動部６と、ボディ２とベローズ４内とを連通させる導通穴７とが設けられる。固定端５ｂのベローズ４の外側には、バネ材８が取り付けられる。バネ材８は、一端はベローズ４の外側に当接して保持され、他端はシャフト３のボディ側の端部に設けられたバネ保持部９によって保持される。したがって、バネ材８は、ベローズ４の固定端５ｂとバネ保持部９との間に圧縮された状態で保持され、バネ保持部９を固定端５ｂから離れる方向（図２（ａ）中の矢印ａの方向）に付勢する。

ボディ２およびベローズ４内に圧空導入管１０から圧力気体が導入されていない状態ではベローズ４からの力が作用しないため、バネ材８の復元力によってシャフト３はベローズ４を圧縮する方向（図２（ａ）中の矢印Ａの方向）に移動する。

一方、圧空導入管１０からボディ２内に圧力気体を導入すると、圧力気体は導通穴７を通ってボディ２内からベローズ４内に導入する。ベローズ４内に導入した圧力気体は、ベローズ４の可動端５ａを付勢する。可動端５ａの付勢力が、バネ材８の伸張する方向の復元力よりも勝る場合には、バネ材８はバネ保持部９によって固定端５ｂ側に押されて縮小し、これによって、シャフト３はベローズ４を伸張する方向（図２（ｂ）中の矢印Ｂの方向）に移動する。

図２（ｂ）の状態において圧力気体の導入を停止すると、圧空アクチュエータは図２（ａ）の状態に戻り、シャフト３は再び矢印Ａの方向に移動する。

図３（ａ）はシャフト３を縮めた状態を示し、図３（ｂ）はシャフト３を伸ばした状態を示している。

本発明の圧空アクチュエータの第２の形態は、バネ材が収縮する復元力によってベローズの縮小動作を行わせる形態である。圧空アクチュエータ１Ｂは、ベローズ４の可動端５ａにシャフト３を取り付けるとともに、ベローズ４の固定端５ｂをボディ２に固定する。固定端５ｂには、シャフト３を摺動自在に支持する摺動部６と、ボディ２とベローズ４内とを連通させる導通穴７とが設けられる。固定端５ｂのベローズ４の内側には、バネ材８が取り付けられる。バネ材８は、一端はベローズ４の可動端５ａの内側に取り付けられ、他端はベローズ４の固定端５ｂの内側に取り付けられる。したがって、バネ材８は、ベローズ４の内側において、可動端５ａと固定端５ｂとの間に伸張された状態で取り付けられ、可動端５ａを固定端５ｂ側に近づける方向（図４（ａ）中の矢印ａの方向）に付勢する。

ボディ２およびベローズ４内に圧空導入管１０から圧力気体が導入されていない状態ではベローズ４からの力が作用しないため、バネ材８が収縮する復元力によってシャフト３はベローズ４を圧縮する方向（図４（ａ）中の矢印Ａの方向）に移動する。

一方、圧空導入管１０からボディ２内に圧力気体を導入すると、圧力気体は導通穴７を通ってボディ２内からベローズ４内に導入する。ベローズ４内に導入した圧力気体は、ベローズ４の可動端５ａを付勢する。可動端５ａの付勢力が、バネ材８の収縮する方向の復元力よりも勝る場合には、バネ材８は可動端５ａによって伸張され、これによって、シャフト３はベローズ４を伸張する方向（図４（ｂ）中の矢印Ｂの方向）に移動する。

図４（ｂ）の状態において圧力気体の導入を停止すると、圧空アクチュエータは図４（ａ）の状態に戻り、シャフト３は再び矢印Ａの方向に移動する。

本発明の圧空アクチュエータの第３の形態は、第２の形態と同様に、バネ材が収縮する復元力によってベローズを縮小動作させる形態である。圧空アクチュエータ１Ｃは、ベローズ４の可動端５ａにシャフト３を取り付けるとともに、ベローズ４の固定端５ｂにシャフト３を摺動自在に支持する摺動部６を設け、可動端５ａと固定端５ｂとの間にベローズ４とバネ材８ａ，８ｂを設ける。ベローズ４内への圧力気体の導入は固定端５ｂに設けた圧空導入管１０によって行う。

バネ材８は、可動端５ａと固定端５ｂとの間に伸張された状態で取り付けられ、可動端５ａを固定端５ｂ側に近づける方向（図５（ａ）中の矢印ａの方向）に付勢する。

ボディ２およびベローズ４内に圧空導入管１０から圧力気体が導入されていない状態ではベローズ４からの力が作用しないため、バネ材８が収縮する復元力によってシャフト３はベローズ４を圧縮する方向（図５（ａ）中の矢印Ａの方向）に移動する。

一方、圧空導入管１０からボディ２内に圧力気体を導入すると、圧力気体は固定端５ｂに設けた導通穴を通ってベローズ４内に導入する。ベローズ４内に導入した圧力気体は、ベローズ４の可動端５ａを付勢する。可動端５ａの付勢力が、バネ材８の収縮する方向の復元力よりも勝る場合には、バネ材８は可動端５ａによって伸張され、これによって、シャフト３はベローズ４を伸張する方向（図５（ｂ）中の矢印Ｂの方向）に移動する。

図５（ｂ）の状態において圧力気体の導入を停止すると、圧空アクチュエータは図５（ａ）の状態に戻り、シャフト３は再び矢印Ａの方向に移動する。

前記した第１の形態〜第３の形態は、シャフト３を直線駆動する形態である。これに対して、本発明の圧空アクチュエータの第４の形態は、円弧駆動する形態である。ここでは、第２の形態と同様に、バネ材が収縮する復元力によってベローズを縮小動作させる形態である。圧空アクチュエータ１Ｄは、円弧状のシャフト３を有し、ベローズ４の可動端５ａにシャフト３を取り付けるとともに、ベローズ４の固定端５ｂにシャフト３を摺動自在に支持する摺動部６を設け、可動端５ａと固定端５ｂとの間にベローズ４とバネ材８を設ける。ベローズ４内への圧力気体の導入は固定端５ｂに設けた圧空導入管１０によって行う。

摺動部６は円弧状のシャフト３と同じ曲率半径の円弧状に形成され、円弧状のシャフト３はこの摺動部６内を摺動することによって円弧運動する。

バネ材８は、ベローズ４の内側において、可動端５ａと固定端５ｂとの間に伸張された状態で取り付けられ、可動端５ａを固定端５ｂ側に近づける方向（図６（ａ）中の矢印ａの方向）に付勢する。

ボディ２およびベローズ４内に圧空導入管１０から圧力気体が導入されていない状態ではベローズ４からの力が作用しないため、バネ材８が収縮する復元力によってシャフト３はベローズ４を圧縮する方向（図６（ａ）中の矢印Ａの方向）に移動する。

一方、圧空導入管１０からボディ２内に圧力気体を導入すると、圧力気体はベローズ４内に導入する。ベローズ４内に導入した圧力気体は、ベローズ４の可動端５ａを付勢する。可動端５ａの付勢力が、バネ材８の収縮する方向の復元力よりも勝る場合には、バネ材８は可動端５ａによって伸張され、これによって、シャフト３はベローズ４を伸張する方向（図６（ｂ）中の矢印Ｂの方向）に移動する。図６（ｂ）の状態において圧力気体の導入を停止すると、圧空アクチュエータは図６（ａ）の状態に戻り、シャフト３は再び矢印Ａの方向に移動する。このシャフト３の移動において、シャフト３は円弧状の摺動部６に沿って移動するため、円弧状に移動する。

前記した第１の形態〜第３の形態は、１本のシャフト３を直線駆動する形態であるのに対して、第５の形態は複数のシャフトを備える形態である。ここでは、２本のシャフトを備える構成例について示している。

圧空アクチュエータ１Ｅは、ボディ２の両端に２つのベローズ４ａ，４ｂを設け、各ベローズ４ａ，４ｂの可動端５a1，５a2にシャフト３ａ，３ｂを取り付けるとともに、ベローズ４ａ，４ｂの固定端５b1，５b2をボディ２に固定する。固定端５b1，５b2には、シャフト３ａ，３ｂを摺動自在に支持する摺動部６ａ，６ｂと、ボディ２とベローズ４ａ，４ｂ内とを連通させる導通穴７ａ，７ｂとが設けられる。固定端５b1，５b2のベローズ４ａ，４ｂの外側には、バネ材８ａ，８ｂが取り付けられる。バネ材８ａ，８ｂは、一端はベローズ４ａ，４ｂの外側に当接して保持され、他端はシャフト３ａ，３ｂのボディ側の端部に設けられたバネ保持部９ａ，９ｂによって保持される。したがって、バネ材８ａ，８ｂは、ベローズ４ａ，４ｂの固定端５b1，５b2とバネ保持部９ａ，９ｂとの間に圧縮された状態で保持され、バネ保持部９ａ，９ｂを固定端５b1，５b2から離れる方向（図７（ａ）中の矢印ａの方向）に付勢する。

ボディ２およびベローズ４ａ，４ｂ内に圧空導入管１０から圧力気体が導入されていない状態ではベローズ４ａ，４ｂからの力が作用しないため、バネ材８ａ，４ｂの復元力によってシャフト３ａ，３ｂはベローズ４ａ，４ｂを圧縮する方向（図７（ａ）中の矢印Ａの方向）に移動する。

一方、圧空導入管１０からボディ２内に圧力気体を導入すると、圧力気体は導通穴７ａ，７ｂを通ってボディ２内からベローズ４ａ，４ｂ内に導入する。ベローズ４ａ，４ｂ内に導入した圧力気体は、ベローズ４ａ，４ｂの可動端５a1，５a2を付勢する。可動端５a1，５a2の付勢力が、バネ材８ａ，８ｂの伸張する方向の復元力よりも勝る場合には、バネ材８ａ，８ｂはバネ保持部９ａ，９ｂによって固定端５b1，５b2側に押されて縮小し、これによって、シャフト３ａ，３ｂはベローズ４ａ，４ｂを伸張する方向（図７（ｂ）中の矢印Ｂの方向）に移動する。

図７（ｂ）の状態において圧力気体の導入を停止すると、圧空アクチュエータは図７（ａ）の状態に戻り、シャフト３ａ，３ｂは再び矢印Ａの方向に移動する。

なお、図７に示す圧空アクチュエータ１Ｅは、シャフト３ａ，３ｂの移動方向を１８０度異なる方向としているが、各シャフト３の移動方向は任意に定めることができる。

本発明の半導体製造、液晶基板製造等において、減圧されたチャンバ内に設ける駆動機構に適用することができる。

本発明の圧空アクチュエータの概略構成および圧空アクチュエータのチャンバ内の設置状態を説明するための図である。 本発明の圧空アクチュエータの第１の形態を説明するための概略断面図である。 本発明の圧空アクチュエータの第１の形態を説明するための概略斜視図である。 本発明の圧空アクチュエータの第２の形態を説明するための概略断面図である。 本発明の圧空アクチュエータの第３の形態を説明するための概略断面図である。 本発明の圧空アクチュエータの第４の形態を説明するための概略断面図である。 本発明の圧空アクチュエータの第５の形態を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｅ，１ａ，１ｂ…圧空アクチュエータ、２…ボディ、３…シャフト、４…ベローズ、５ａ…固定端、５ｂ…可動端、６…摺動部、７…導通穴、８…バネ材、９…バネ保持部、１０…圧空導入管、１００…チャンバ、１１０…支持部。

Claims (6)

1. 減圧槽内で駆動するアクチュエータであって、
   シャフトと、
   一方の固定端に前記シャフトを固定し、他方の自由端にバネ材の一端を当接させたベローズと、
   前記ベローズ内に圧力気体を導入する圧空導入管とを備え、
   前記ベローズの固定端はベローズ内外を連通する導通口を有し、
   前記圧空導入管から導入され圧力気体を前記導通口を通してベローズ内に導入するベローズ内の加圧時には、前記バネ材の復元力に抗して前記シャフトを伸張させる第1の方向に駆動し、
   ベローズ内の非加圧時には、前記バネ材の復元力によって前記シャフトを縮小させる第２の方向に駆動することを特徴とする、圧空アクチュエータ。
2. 前記バネ材は伸張バネであり、前記ベローズの外部に取り付け、シャフトを縮小させる第２の方向に付勢することを特徴とする、請求項１に記載の圧空アクチュエータ。
3. 前記バネ材は圧縮バネであり、前記ベローズの内部に取り付け、シャフトを伸張させる第２の方向に付勢することを特徴とする、請求項１に記載の圧空アクチュエータ。
4. 前記ベローズの固定端は前記シャフトを摺動自在に案内する摺動部を備えることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の圧空アクチュエータ。
5. 前記シャフトは直線形状であり、
   前記摺動部は前記シャフトを点状あるいはライン状とし、前記シャフトを直線方向に摺動自在に案内すること特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の圧空アクチュエータ。
6. 前記シャフトは円弧形状であり、
   前記摺動部は前記シャフトの円弧形状と同曲率半径とし、前記シャフトを円弧方向に摺動自在に案内すること特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の圧空アクチュエータ。