JP2635896B2 - Variable shape actuator - Google Patents

Variable shape actuator

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JP2635896B2
JP2635896B2 JP4266576A JP26657692A JP2635896B2 JP 2635896 B2 JP2635896 B2 JP 2635896B2 JP 4266576 A JP4266576 A JP 4266576A JP 26657692 A JP26657692 A JP 26657692A JP 2635896 B2 JP2635896 B2 JP 2635896B2
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actuator
wafer
reinforcing fiber
axial
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孝二 内田
鉄伸 樽沢
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は柔軟運動が可能なゴムア
クチュエータに関し、さらに詳細には両端を保持された
複数のゴムアクチュエータを環状に連結することによ
り、板状部材を周囲から柔軟に保持できるゴムアクチュ
エータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber actuator capable of performing a flexible movement, and more particularly, a plate-like member can be held flexibly from the surroundings by connecting a plurality of rubber actuators having both ends held in a ring. Related to rubber actuators.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造工程においては、ウェハに機
械的衝撃が加わると内部欠陥が発生してその電気特性に
影響することがある。また、このような機械的衝撃によ
り必然的に発生するパーティクルは、ウェハ上に形成さ
れるべき微細回路素子よりも大きいことがあるので、必
要な微細回路加工を妨害することになる。これらの理由
により、半導体製造上、機械的衝撃は可能な限り排除す
べきである。しかし従来、モータ、ピストン機構のよう
なアクチュエータにおける機械的運動要素は、一般には
剛性のある構造とされ、かかる剛性によりミクロンオー
ダの運動と位置決め精度を持ちうるように構成されてい
る。このような剛的な運動要素が所定の運動をしている
途中に他の部材等に当たると、機械的衝撃を発生するこ
とになる。以下これを硬い動きという。したがって前記
半導体製造工程におけるウェハ搬送等にこのような硬い
動きを用いる場合には、極度に綿密な位置制御および速
度制御を行って、機械的衝撃の発生を抑える必要があ
る。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, when a mechanical shock is applied to a wafer, an internal defect is generated, which may affect its electrical characteristics. Further, particles necessarily generated by such mechanical shock may be larger than the fine circuit elements to be formed on the wafer, and thus hinder necessary fine circuit processing. For these reasons, mechanical shock should be eliminated as much as possible in semiconductor manufacturing. However, conventionally, a mechanical movement element in an actuator such as a motor or a piston mechanism generally has a rigid structure, and is configured to have a movement on the order of microns and positioning accuracy by the rigidity. If such a rigid motion element hits another member or the like while performing a predetermined motion, a mechanical impact will be generated. Hereinafter, this is called a hard movement. Therefore, when such a hard movement is used for the wafer transfer or the like in the semiconductor manufacturing process, extremely precise position control and speed control need to be performed to suppress the occurrence of mechanical shock.

【0003】これに対し、現在のロボット駆動に見られ
るように、発達した視覚、触覚センサを利用したマイク
ロプロセッサによる統括制御の下で使用されるアクチュ
エータは、必ずしも剛構造であり、かつ高加工精度を有
するものばかりでなくてもよい。むしろ、柔軟な動きが
可能なフレキシブルアクチュエータをかかる統括制御下
にて用いれば、人間の手指に代替できる人工手指の開発
につながるものと期待されている。したがって、このよ
うな柔軟な動きをするアクチュエータによれば、硬い動
きをするアクチュエータに比べてはるかに簡単な制御下
で、半導体製造工程に適用可能な無衝撃の搬送機構が実
現できると考えられる。そこで、かかる用途へ適用すべ
きフレキシブルアクチュエータとして次の4種類が知ら
れている。
On the other hand, as seen in current robot driving, an actuator used under the integrated control by a microprocessor using a developed visual and tactile sensor is not necessarily a rigid structure and has a high machining accuracy. Not only those having Rather, it is expected that the use of a flexible actuator capable of flexible movement under such general control will lead to the development of artificial fingers that can replace human fingers. Therefore, it is considered that such a flexible-moving actuator can realize a shock-free transport mechanism applicable to a semiconductor manufacturing process under much simpler control than a hard-moving actuator. Therefore, the following four types of flexible actuators to be applied to such applications are known.

【0004】その1は、ゴムチューブ30を管軸に対し
て傾斜した方向の強化繊維31により被覆したもの(図
5(a))である。かかるゴムチューブ30内に圧縮空
気を送り込むと、圧縮空気はチューブ内容積(πD2L
/4 、Dはチューブ内径、Lはチューブ長)を増大さ
せようとする。しかしながら、チューブ30を被覆して
いる強化繊維31がチューブ表面積(πDL)を一定に
保とうとする。したがって、チューブ径Dが増大し、そ
れに反比例してチューブ長Lが減少すれば、チューブ内
容積はチューブ径Dの2次関数であるため、チューブ表
面積を一定としたまま、チューブ内容積は増大すること
になる。
[0004] First, a rubber tube 30 is covered with a reinforcing fiber 31 in a direction inclined with respect to the tube axis (FIG. 5 (a)). When the compressed air is sent into the rubber tube 30, the compressed air has a volume (πD2L) inside the tube.
/ 4, D is the tube inner diameter and L is the tube length). However, the reinforcing fibers 31 covering the tube 30 try to keep the tube surface area (πDL) constant. Therefore, if the tube diameter D increases and the tube length L decreases in inverse proportion thereto, the tube internal volume is a quadratic function of the tube diameter D, so that the tube internal volume increases while keeping the tube surface area constant. Will be.

【0005】よってこのゴムチューブ30は、加圧され
ることにより軸方向に収縮する(図5(b))。そし
て、収縮した状態ではDとLとの比が自由状態での比か
らずれているので、ゴムチューブ30の壁材にはせん弾
応力がかかっている。よって加圧が解かれると、このゴ
ムチューブ30は、伸長して自由長にもどる。かかるゴ
ムチューブ30の一端を固定することにより、他端がそ
の位置をかえるアクチュエータとして使用するものであ
る。(福田・細目、ロボティクス・メカトロニクス講演
会 '89(平1−6)、138〜139参照)
Therefore, the rubber tube 30 contracts in the axial direction when it is pressurized (FIG. 5B). In the contracted state, the ratio between D and L is deviated from the ratio in the free state, so that the wall material of the rubber tube 30 is subjected to the ballistic stress. Therefore, when the pressure is released, the rubber tube 30 extends and returns to the free length. By fixing one end of the rubber tube 30, the other end is used as an actuator that changes its position. (See Fukuda and Hosame, Robotics and Mechatronics Lecture '89 (1-6), 138-139)

【0006】第2のアクチュエータは、ゴム管内を円周
方向に3室に分割して軸方向に長い3つの圧力室の集合
体としたもので、各圧力室にそれぞれ異なる圧力を印加
することにより、湾曲、軸方向の伸長、軸回りのねじり
等、多様な柔軟変形を可能としたものである。(鈴森、
日本機械学会論文集C編(平1−10)、2547〜2
552参照)
The second actuator divides the inside of the rubber tube into three chambers in the circumferential direction to form an aggregate of three pressure chambers that are long in the axial direction. By applying different pressures to the respective pressure chambers, It enables various flexible deformations such as bending, axial extension, and torsion around the axis. (Suzumori,
Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, C Edition (Hei 1-10), 2547-2
(See 552)

【0007】そして第3のアクチュエータは、ゴム管3
2の周囲に強化繊維(周強化繊維)33を密に巻き、そ
して別の強化繊維(軸強化繊維)34を軸方向に沿って
接合したもの(図6(a))である。周強化繊維33は
ゴム管内に加圧されたとき、ゴム巻の径が膨張するのを
防ぎ、軸方向にのみ膨張させる作用がある。そして軸強
化繊維34が接合されている箇所においては軸方向の膨
張も防がれるので、このアクチュエータは加圧される
と、軸強化繊維34のないところが膨張し、全体として
は湾曲することになる(図6(b))。そして軸強化繊
維34を、軸方向に対して傾斜角をもたせて接合したア
クチュエータ(図6(c))とすれば、このアクチュエ
ータは加圧により軸回りにねじれる動きを見せる。さら
にこの傾斜角を場所により変えれば、湾曲とねじれとが
複合した動きをするアクチュエータが実現される。(田
中、機械設計36、8(1992−7)、32〜39参
照)
The third actuator is a rubber tube 3
A reinforcing fiber (peripheral reinforcing fiber) 33 is densely wound around 2 and another reinforcing fiber (axial reinforcing fiber) 34 is joined along the axial direction (FIG. 6A). When the circumferential reinforcing fibers 33 are pressurized in the rubber tube, they have an effect of preventing the diameter of the rubber winding from expanding and expanding only in the axial direction. Since the expansion in the axial direction is also prevented at the portion where the shaft reinforcing fibers 34 are joined, when the actuator is pressurized, the portion without the shaft reinforcing fibers 34 expands, and as a result, the actuator is curved as a whole. (FIG. 6 (b)). When an actuator (FIG. 6C) in which the shaft reinforcing fibers 34 are joined with an inclination angle with respect to the axial direction is used, this actuator shows a twisting motion around the axis by pressurization. Further, if the inclination angle is changed depending on the location, an actuator that performs combined movement of bending and torsion is realized. (See Tanaka, Mechanical Design 36, 8 (1992-7), 32-39)

【0008】第4のアクチュエータは、外管たるゴム管
と加圧により変形しない硬質の内管とを接合して2重管
としたものであって、内管は図7(a)に示す形状のも
のを2個使用し、図7(b)のように外管のみの部分を
V字形に形成したものである。このアクチュエータは、
加圧されることにより、中央のV字部分のみが膨張する
ので、関節状に屈伸する動きを見せる。(田中、機械設
計36、8(1992−7)、32〜39参照)
The fourth actuator is a double tube formed by joining a rubber tube as an outer tube and a hard inner tube which is not deformed by pressurization. The inner tube has a shape shown in FIG. In this example, two portions of the outer tube are formed in a V shape as shown in FIG. 7B. This actuator is
Due to the pressurization, only the central V-shaped portion expands, so that it exhibits an articulated movement. (See Tanaka, Mechanical Design 36, 8 (1992-7), 32-39)

【0009】これらのフレキシブルアクチュエータを、
半導体製造装置のウェハ搬送装置に応用すれば、機械的
衝撃による内部欠陥やパーティクルの発生のおそれがな
い、すぐれたウェハ搬送機構が実現されるものと期待さ
れている。
[0009] These flexible actuators are
When applied to a wafer transfer device of a semiconductor manufacturing apparatus, it is expected that an excellent wafer transfer mechanism that does not cause the occurrence of internal defects or particles due to mechanical shock is realized.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各フレキシブルアクチュエータは種々の問題点を有し
ている。第1のアクチュエータは、それ自体では伸縮動
作しかできないので、機器における微小で多様な変形動
作をさせるためには、特別な工夫が必要とされる。第2
のアクチュエータは、それ自体で多様な動作が可能であ
るが、円周方向に3分割されたゴム管の製作は容易では
なく、コスト的に不利である。特に、細径長寸のものの
実現は困難となる。また、使用するにあたって3種類の
圧力の圧縮空気を必要とするという難点がある。さら
に、3室の形状と供給圧とによる管の実際の変形挙動の
解析にはきわめて複雑な3次元解析を要する。よって、
管設計および駆動圧力設計には、例えば有限要素法を利
用した高度な解析技術が必要となる。
However, each of the above-mentioned flexible actuators has various problems. Since the first actuator can only perform the expansion and contraction operation by itself, a special device is required to perform minute and various deformation operations in the device. Second
Can perform various operations by itself, but it is not easy to manufacture a rubber tube divided into three in the circumferential direction, which is disadvantageous in cost. In particular, it is difficult to realize a small-diameter long one. Further, there is a drawback that compressed air of three types of pressure is required for use. Furthermore, an extremely complicated three-dimensional analysis is required to analyze the actual deformation behavior of the tube based on the shape of the three chambers and the supply pressure. Therefore,
For pipe design and drive pressure design, advanced analysis techniques using, for example, a finite element method are required.

【0011】第3および第4のアクチュエータは、これ
らの問題点を解消すべく考えられたものであるが、これ
らはいずれも一方の端のみが固定され、非固定端を出力
端として使用するように考えられている。しかしこの種
のフレキシブルアクチュエータは、片持ち支持にて重い
ものを駆動するのに使用すると、負荷の慣性による揺れ
および重力による曲がりが発生し、その結果必要な位置
精度が得られないのである。また、片持ちであることに
より例えば第3のアクチュエータにおいては、軸強化繊
維34の接合位置が少しでもずれていると、アクチュエ
ータとしての動きもそのずれを忠実に反映したものとな
るので、軸強化繊維34の接合位置は厳密に管理しなけ
ればならない。
The third and fourth actuators have been conceived to solve these problems. However, each of them has only one end fixed and uses the non-fixed end as an output end. Is considered. However, when this type of flexible actuator is used to drive a heavy object by cantilever support, it swings due to the inertia of the load and bends due to gravity, and as a result, required positional accuracy cannot be obtained. Further, since the third actuator has the cantilever, for example, in the third actuator, if the joining position of the shaft reinforcing fibers 34 is slightly displaced, the movement as the actuator faithfully reflects the displacement. The joining position of the fiber 34 must be strictly controlled.

【0012】仮にその両端を固定すれば負荷の慣性によ
る揺れはほぼ解消され、第3のアクチュエータにおける
軸強化繊維34の接合位置も必ずしも厳密でなくてもよ
くなると考えられるのであるが、これらのアクチュエー
タは全長が変化できない部分があるので、両端を固定し
た場合には動作ができないのである。したがって、半導
体製造装置のウェハ搬送・位置決め機構のように、高い
位置精度が要求される分野への適用がそのままでは困難
なのである。
If the both ends are fixed, it is considered that the swing due to the inertia of the load is almost eliminated, and the joining position of the shaft reinforcing fiber 34 in the third actuator is not necessarily required to be strict. Since there is a portion where the total length cannot be changed, the operation cannot be performed when both ends are fixed. Therefore, it is difficult to apply it to a field requiring high positional accuracy, such as a wafer transfer / positioning mechanism of a semiconductor manufacturing apparatus.

【0013】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、無用な振動が起こらず、し
たがって柔軟な動きによる高い位置精度が実現でき、か
つ複雑な制御機構を必要としない、半導体製造分野への
適用に適したフレキシブルアクチュエータを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and does not cause unnecessary vibration, and therefore can achieve high positional accuracy by flexible movement, and requires a complicated control mechanism. It is another object of the present invention to provide a flexible actuator suitable for application to a semiconductor manufacturing field.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため本発明の形状可変アクチュエータは、柔軟性のあ
るチューブと、前記チューブの周囲に密に巻回された周
強化繊維と、前記チューブに軸長のうちの一部にわたっ
て軸方向に接合された軸強化繊維とからなるゴムアクチ
ュエータにおいて、前記チューブの両端が固定されてお
り、前記チューブには前記軸強化繊維が接合された箇所
が複数箇所あることを特徴とする構成とされる。また
は、複数個の前記の形状可変アクチュエータを環状に配
置したことを特徴とする構成とされる。
In order to solve the above-mentioned problems, a deformable actuator according to the present invention comprises a flexible tube, a circumferential reinforcing fiber tightly wound around the tube, and the tube. In a rubber actuator comprising an axial reinforcing fiber joined in a part of the axial length in the axial direction, both ends of the tube are fixed, and the tube has a plurality of locations where the axial reinforcing fiber is joined. The configuration is characterized in that there are locations. Alternatively, the configuration is such that a plurality of the variable shape actuators are arranged in a ring shape.

【0015】[0015]

【作用】前記構成を有する本発明の形状可変アクチュエ
ータでは、両端が固定されたチューブ内に空気圧を印加
すると、チューブに接合されている強化繊維により部分
的に伸縮規制されるので、チューブが湾曲する。印加し
た圧力を開放すると、チューブが直線状態にもどる。か
かるアクチュエータを環状に配置するとともに、共通加
圧口から空気圧を印加すると各単体アクチュエータに該
圧力が伝えられる構成にすると、各アクチュエータが該
圧力に感応して湾曲変形し、その中央部が環の中心に向
かって移動する。印加した圧力を開放すると、各単体ア
クチュエータが直線状態にもどる。以上の動きにより、
環内に置かれた板状部材の保持および開放が柔軟にでき
る。
In the variable shape actuator according to the present invention having the above-described structure, when air pressure is applied to the inside of the tube having both ends fixed, the tube is curved because it is partially restricted by the reinforcing fibers bonded to the tube. . When the applied pressure is released, the tube returns to a linear state. When such actuators are arranged in a ring shape and the pressure is transmitted to each unitary actuator when air pressure is applied from a common pressurizing port, each actuator bends and deforms in response to the pressure, and the central portion of the actuator is curved. Move towards the center. When the applied pressure is released, each single actuator returns to a linear state. With the above movement,
The holding and opening of the plate member placed in the ring can be made flexible.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明を具体化した形状可変アクチュ
エータの実施例を図面を参照して説明する。図1(a)
は本実施例の形状可変アクチュエータの構成図である。
図1(a)に示すアクチュエータ1は、柔軟性のあるチ
ューブ2に接着剤により強化繊維を接合したものであ
る。かかる強化繊維は、チューブ2の軸方向に垂直なも
のと軸方向に平行なものとの2種類がある。軸方向に垂
直な周強化繊維3は、チューブ2をその全長にわたって
密に巻回しており、チューブ2の半径方向の伸長収縮を
規制する機能を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a variable shape actuator embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 (a)
FIG. 2 is a configuration diagram of the variable shape actuator of the present embodiment.
The actuator 1 shown in FIG. 1A is obtained by joining reinforcing fibers to a flexible tube 2 with an adhesive. There are two types of such reinforcing fibers, those that are perpendicular to the axial direction of the tube 2 and those that are parallel to the axial direction. The circumferential reinforcing fibers 3 perpendicular to the axial direction are tightly wound around the entire length of the tube 2 and have a function of restricting the radial expansion and contraction of the tube 2.

【0017】そしてチューブ2の軸方向に沿って軸強化
繊維4および軸強化繊維5が、それぞれチューブ2の両
端付近の、かつ互いに延長線上の位置に接合されてい
る。軸強化繊維4および軸強化繊維5は、それらが接合
されている位置において、チューブ2の軸方向の伸長収
縮を規制する機能を有しているとともに、チューブ2の
半径方向のうち意図する変形と直角な方向への湾曲を規
制する機能を有している。
An axial reinforcing fiber 4 and an axial reinforcing fiber 5 are joined along the axial direction of the tube 2 at positions near both ends of the tube 2 and on an extension of each other. The shaft-reinforcing fibers 4 and the shaft-reinforcing fibers 5 have a function of restricting the elongation and shrinkage of the tube 2 in the axial direction at the position where they are joined. It has a function of restricting bending in a direction perpendicular to the direction.

【0018】かかるアクチュエータ1は、その両端がチ
ューブホルダ6およびチューブホルダ7に固定して取り
付けられており、そして、給圧ホース8を介して圧縮空
気ボンベ9に接続されている。遮断弁10は圧縮空気ボ
ンベ9からアクチュエータ1への圧縮空気の供給を断続
するものであり、開放弁11はアクチュエータ1に供給
された圧縮空気を大気に開放してアクチュエータ1を自
然状態に復帰させるものである。以上の構成を有するア
クチュエータ1は、自然状態、すなわちチューブ2の内
部が大気圧であるときには、図1(a)に示すように直
線状となっている。そして、開放弁11を閉じ遮断弁1
0を開くと、圧縮空気ボンベ9から圧縮空気が供給さ
れ、チューブ2の内部は高圧になる。
The actuator 1 has both ends fixedly attached to a tube holder 6 and a tube holder 7, and is connected to a compressed air cylinder 9 via a pressure hose 8. The shutoff valve 10 interrupts the supply of the compressed air from the compressed air cylinder 9 to the actuator 1, and the release valve 11 releases the compressed air supplied to the actuator 1 to the atmosphere to return the actuator 1 to a natural state. Things. The actuator 1 having the above configuration has a linear shape as shown in FIG. 1A when in a natural state, that is, when the inside of the tube 2 is at atmospheric pressure. Then, the opening valve 11 is closed and the shutoff valve 1 is closed.
When 0 is opened, compressed air is supplied from the compressed air cylinder 9 and the inside of the tube 2 becomes high pressure.

【0019】このとき柔軟性のあるチューブ2は全体に
膨張しようとするが、接合されている各強化繊維により
伸長が規制されていること、および両端が固定されてい
ることにより、独特の動きを示す。すなわち、全長にわ
たって巻回されている周強化繊維3により半径方向の伸
長が規制されるので、チューブ2は主として軸方向に伸
長しようとする。ところが軸強化繊維4および軸強化繊
維5により、軸方向の伸長は部分的に規制されている。
At this time, the flexible tube 2 tends to expand as a whole. However, since the expansion is regulated by the reinforcing fibers connected to each other and the both ends are fixed, a unique movement is caused. Show. That is, since the elongation in the radial direction is regulated by the circumferential reinforcing fibers 3 wound over the entire length, the tube 2 mainly tends to elongate in the axial direction. However, the axial reinforcement is partially restricted by the axial reinforcing fibers 4 and the axial reinforcing fibers 5.

【0020】ここでチューブ2を軸強化繊維4または軸
強化繊維5が接合されているかどうかにより区間分けし
て考察する。すなわち図1(a)中、軸強化繊維4が接
合されている区間を区間Aとし、中央の軸強化繊維4と
軸強化繊維5とのいずれも接合されていない区間を区間
Bとし、そして軸強化繊維5が接合されている区間を区
間Cとする。区間Aおよび区間Cにおいては、軸強化繊
維4または軸強化繊維5が接合されている側(図1
(a)中上側)のみ、軸方向の伸長が規制され、その反
対側(図1(a)中下側)では軸方向の伸長は規制され
ない。したがってこれらの区間では、チューブ2は図中
上側を内側にして湾曲しようとすることになる。そして
両端が固定されているので、チューブ2の中央付近は図
中上方向に移動する。そして区間Bでは、いずれの側で
も軸方向の伸長は規制されないので、区間Aおよび区間
Cの湾曲に合わせて変形する。結果として、高圧印加時
のアクチュエータ1は、図1(b)に示す状態となる。
Here, the tube 2 will be considered by dividing into sections depending on whether the shaft reinforcing fiber 4 or the shaft reinforcing fiber 5 is joined. That is, in FIG. 1A, a section where the shaft reinforcing fiber 4 is bonded is referred to as section A, a section where neither the center shaft reinforcing fiber 4 and the shaft reinforcing fiber 5 are bonded is referred to as section B, The section where the reinforcing fibers 5 are joined is referred to as section C. In the section A and the section C, the side where the shaft reinforcing fiber 4 or the shaft reinforcing fiber 5 is bonded (FIG.
Only in (a) the middle upper part, the extension in the axial direction is restricted, and in the opposite side (the lower part in the middle in FIG. 1A), the extension in the axial direction is not restricted. Therefore, in these sections, the tube 2 tends to bend with the upper side in the figure inside. Since both ends are fixed, the vicinity of the center of the tube 2 moves upward in the figure. In the section B, the extension in the axial direction is not restricted on any side, so that the section B is deformed in accordance with the curvature of the section A and the section C. As a result, the actuator 1 when a high voltage is applied is in a state shown in FIG.

【0021】遮断弁10を閉じ開放弁11を開くと、チ
ューブ2の内部の高圧が開放され大気圧になるので、ア
クチュエータ1は図1(a)の直線状にもどる。そして
ここで述べたアクチュエータ1の動きは、柔軟性のある
チューブ2の空気圧による伸縮によるものであるため、
剛的なものではなく、動きの途中で他の物に当たっても
衝撃を与えることはない。以上のことから、本実施例で
は、加圧および大気開放により、中央部分が上下方向に
ソフトな動きを示すアクチュエータが実現されているこ
とが理解できる。
When the shut-off valve 10 is closed and the open valve 11 is opened, the high pressure inside the tube 2 is released to atmospheric pressure, so that the actuator 1 returns to the linear shape in FIG. The movement of the actuator 1 described here is due to the expansion and contraction of the flexible tube 2 by air pressure.
It is not rigid and does not give any impact if it hits another object during the movement. From the above, it can be understood that in the present embodiment, an actuator whose central portion shows a soft movement in the vertical direction is realized by pressurization and release to the atmosphere.

【0022】また本実施例では、アクチュエータの両端
が固定されていることにより、種々の利点を有してい
る。まず、過大な振動が発生することがないことが挙げ
られ、ついで軸強化繊維の接合位置が少しずれていても
アクチュエータとしての動きに大きな影響が出ないこと
が挙げられる。さらに、図1中チューブホルダ6の先に
もう1つのアクチュエータ1を配置し、同時に作動させ
ることができる。このときアクチュエータ1は、アクチ
ュエータとしての機能と配管としての機能とを兼ねてい
るといえる。
The present embodiment has various advantages because the both ends of the actuator are fixed. First, it is mentioned that excessive vibration does not occur, and then, even if the joining position of the shaft reinforcing fiber is slightly shifted, the movement as an actuator is not greatly affected. Further, another actuator 1 can be arranged at the end of the tube holder 6 in FIG. 1 and can be operated simultaneously. At this time, it can be said that the actuator 1 has both the function as an actuator and the function as a pipe.

【0023】なお、以上のアクチュエータ1において、
チューブ2の材質として例えばシリコーンゴム、生ゴム
等が考えられるが、これらに限らず適度な柔軟性と伸縮
性を備えるものであれば何でもよい。また、周強化繊維
3、軸強化繊維4および軸強化繊維5の材質としては、
金属、炭素繊維のほか、絹糸等でもよいが、チューブ2
および接着剤とのなじみがよく、動作方向にのみ柔軟性
が高く非動作方向には柔軟性が低いものを選択すべきで
ある。そしてこれらを接合する接着剤としては、チュー
ブ2と同質のものを用いるのがよい。
In the above actuator 1,
The material of the tube 2 may be, for example, silicone rubber, raw rubber, or the like, but is not limited thereto, and may be any material having appropriate flexibility and elasticity. The material of the circumferential reinforcing fiber 3, the shaft reinforcing fiber 4, and the shaft reinforcing fiber 5 is as follows.
In addition to metal and carbon fiber, silk thread may be used.
A material having good compatibility with the adhesive and having high flexibility only in the operation direction and low flexibility in the non-operation direction should be selected. It is preferable to use the same adhesive as the tube 2 as an adhesive for joining them.

【0024】続いて、本発明にかかる第2の実施例であ
るウェハ保持装置について、図2を参照して説明する。
図2(a)に上面図で示すウェハ保持装置12は、中央
に孔14を形成されたフレーム板13上の四隅に配置さ
れたチューブホルダ15に、前述した第1の実施例にか
かるアクチュエータ1を4個配設して正方形状をなさせ
たものである。このウェハ保持装置12においては、4
個のアクチュエータ1の内部は、各チューブホルダ15
を介して互いに連通されており、図中右上のチューブホ
ルダ15に形成されている共通給圧口16から、圧力を
供給されるようになっている。
Next, a wafer holding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The wafer holding device 12 shown in a top view in FIG. 2A includes the actuator 1 according to the above-described first embodiment mounted on the tube holders 15 arranged at the four corners of the frame plate 13 having the hole 14 formed in the center. Are arranged in a square shape. In this wafer holding device 12, 4
Each of the tube holders 15
The pressure is supplied from a common pressure supply port 16 formed in the tube holder 15 at the upper right in the figure.

【0025】共通給圧口16の先には、前述の例同様、
圧縮空気ボンベ、遮断弁、開放弁(図示略)が接続され
ており、圧縮空気の供給および大気圧への開放ができる
ようになっている。そして、ウェハ保持装置12におけ
る各アクチュエータ1は、その軸強化繊維(4および
5)が接合されている側が、正方形の内側に位置するよ
うに配置されており、各アクチュエータ1の中央には、
ウェハクリップ17が取り付けられている。ウェハ保持
装置12の側面図を図2(b)に示す。そして、かかる
ウェハ保持装置12全体は図示しない装置間搬送装置に
より、半導体製造装置のウェハ取出部と他の半導体製造
装置のウェハ受入部との間を移動されるようになってい
る。
At the end of the common pressure supply port 16, as in the above-described example,
A compressed air cylinder, a shut-off valve, and an opening valve (not shown) are connected so that compressed air can be supplied and released to the atmospheric pressure. Each actuator 1 in the wafer holding device 12 is arranged such that the side to which the axis reinforcing fibers (4 and 5) are joined is located inside the square, and the center of each actuator 1 is
A wafer clip 17 is attached. FIG. 2B is a side view of the wafer holding device 12. The entire wafer holding device 12 is moved between a wafer take-out portion of a semiconductor manufacturing device and a wafer receiving portion of another semiconductor manufacturing device by an inter-device transfer device (not shown).

【0026】かかるウェハ保持装置12では、圧縮空気
が供給されないときは、すべてのアクチュエータ1が大
気圧であるので、前述のように直線状態である。図2
(a)はこの状態を示している。したがってこの状態で
は各ウェハクリップ17がウェハ18に当接していない
ので、ウェハ保持装置12はウェハ18を保持しない。
この状態におけるE−F断面図を図3(a)に示す。
In the wafer holding device 12, when no compressed air is supplied, all the actuators 1 are at the atmospheric pressure, so that the wafer holding device 12 is in a linear state as described above. FIG.
(A) shows this state. Therefore, in this state, the wafer holding device 12 does not hold the wafer 18 because the wafer clips 17 do not contact the wafer 18.
FIG. 3A shows a cross-sectional view taken along the line EF in this state.

【0027】そして、圧縮空気が供給されると各アクチ
ュエータ1が高圧状態になり、図1(b)に示すように
変形する。ウェハ保持装置12においては、軸強化繊維
(4および5)は前述のように正方形に対して内側に位
置するように配設されているので、各アクチュエータ1
は内側に向かって湾曲する。このときの上面図を図4に
示す。したがってこのとき、各ウェハクリップ17がウ
ェハ18に当接しウェハ保持装置12はウェハ18を保
持することとなる。この状態でのG−H断面図を図3
(b)に示す。
When the compressed air is supplied, each actuator 1 is brought into a high pressure state and deformed as shown in FIG. In the wafer holding device 12, since the axial reinforcing fibers (4 and 5) are disposed so as to be located inside the square as described above, each actuator 1
Curves inward. FIG. 4 shows a top view at this time. Therefore, at this time, each wafer clip 17 comes into contact with the wafer 18 and the wafer holding device 12 holds the wafer 18. FIG. 3 is a GH sectional view in this state.
(B).

【0028】そしてこのときの各アクチュエータ1の動
きは、前述のように柔軟な動きである。したがってウェ
ハ18の当初位置が正しい位置から少しずれていて、4
つのウェハクリップ17のうちいずれか1つが他より先
にウェハ18に当たるようなことがあっても、ウェハ1
8に機械的衝撃はかからず、内部欠陥やパーティクルの
発生につながることがない。しかもその後、4つのアク
チュエータ1の協働によりウェハ18は自然に正しい位
置に保持される。
The movement of each actuator 1 at this time is a flexible movement as described above. Therefore, the initial position of the wafer 18 is slightly shifted from the correct position,
Even if one of the two wafer clips 17 hits the wafer 18 earlier than the other, the wafer 1
No mechanical shock is applied to 8, and no internal defects or particles are generated. Moreover, the wafer 18 is naturally held in a correct position by the cooperation of the four actuators 1.

【0029】この状態でウェハ18を保持したまま、装
置間搬送装置によりウェハ保持装置12全体が、他の半
導体製造装置のウェハ受入部へ移動される。かかる移動
の途中においても、各アクチュエータ1はその両端がフ
レーム板13に対して固定されているので、ウェハ18
の慣性による振動は最小限に抑えられる。そして移動先
で空気圧が開放されると、各アクチュエータ1が直線状
態に戻るのでウェハ18は保持されなくなり、該半導体
製造装置に受け入れられる。そしてウェハ保持装置12
は、次のウェハを移動するため装置間搬送装置によりも
との場所へ戻る。以上の説明から、本実施例においては
空気圧印加および圧力開放によりソフトな動きを示すア
クチュエータを組み合わせることによって、衝撃を伴う
ことのないすぐれたウェハ保持装置12が実現されてい
ることが理解できる。しかも、複雑な空気圧制御等は不
要である。
While holding the wafer 18 in this state, the entire wafer holding device 12 is moved to the wafer receiving section of another semiconductor manufacturing apparatus by the inter-apparatus transfer device. Even during this movement, each actuator 1 is fixed at both ends to the frame plate 13 so that the wafer 18
Vibration due to the inertia of the vehicle is minimized. When the air pressure is released at the destination, the actuators 1 return to the linear state, so that the wafer 18 is no longer held and is accepted by the semiconductor manufacturing apparatus. And the wafer holding device 12
Returns to the original place by the inter-apparatus transfer device to move the next wafer. From the above description, it can be understood that in this embodiment, an excellent wafer holding device 12 without impact is realized by combining an actuator that performs soft movement by applying air pressure and releasing pressure. Moreover, complicated air pressure control and the like are not required.

【0030】以上詳細に説明したとおり本実施例にかか
る形状可変アクチュエータでは、複雑な空気圧制御なく
して、柔軟な動きが可能である。したがって衝撃を嫌う
半導体製造装置のウェハ搬送にも適用できるすぐれたフ
レキシブルアクチュエータを提供できる。なお、前記実
施例は本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々の変形、改良が可能であ
ることはもちろんである。例えば前記実施例では圧縮空
気源としてボンベを使用したが、コンプレッサを使用し
てもよい。また、半導体製造装置以外の分野に適用して
もよい。
As described above in detail, the variable shape actuator according to this embodiment can perform a flexible movement without complicated air pressure control. Therefore, it is possible to provide an excellent flexible actuator which can be applied to a wafer transfer of a semiconductor manufacturing apparatus which dislikes an impact. The embodiments do not limit the present invention, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, a cylinder was used as the compressed air source, but a compressor may be used. Further, the present invention may be applied to fields other than the semiconductor manufacturing apparatus.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明によれば、無用な振動が起こらず、したがって柔軟な
動きによる高い位置精度が実現でき、かつ複雑な制御機
構を必要としない、すぐれたフレキシブルアクチュエー
タを提供でき、その奏する効果は大である。そしてかか
るフレキシブルアクチュエータを、例えば半導体製造分
野へ適用すれば、ウェハに機械的衝撃を与えることのな
いすぐれたウェハ搬送装置を実現することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, unnecessary vibration does not occur, and therefore, high positional accuracy can be realized by flexible movement, and an excellent control mechanism is not required. Flexible actuator can be provided, and its effect is great. If such a flexible actuator is applied to, for example, the semiconductor manufacturing field, an excellent wafer transfer device that does not give a mechanical impact to a wafer can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかるフレキシブルアクチュエータの
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a flexible actuator according to the present invention.

【図2】本発明にかかるフレキシブルアクチュエータを
応用したウェハ保持装置の平面図および側面図である。
FIG. 2 is a plan view and a side view of a wafer holding device to which a flexible actuator according to the present invention is applied.

【図3】図2に示したウェハ保持装置の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the wafer holding device shown in FIG. 2;

【図4】図2に示したウェハ保持装置の加圧時における
平面図である。
FIG. 4 is a plan view of the wafer holding device shown in FIG. 2 when pressurized.

【図5】従来技術にかかるフレキシブルアクチュエータ
の例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a flexible actuator according to the related art.

【図6】従来技術にかかるフレキシブルアクチュエータ
の例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a flexible actuator according to the related art.

【図7】従来技術にかかるフレキシブルアクチュエータ
の例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a flexible actuator according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 チューブ 3 周強化繊維 4、5 軸強化繊維 6、7、15 チューブホルダ 2 Tube 3 Peripheral reinforcing fiber 4, 5-axis reinforcing fiber 6, 7, 15 Tube holder

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 柔軟性のあるチューブと、 前記チューブの周囲にその全長にわたって密に巻回され
た周強化繊維と、 前記チューブ軸方向に接合された軸強化繊維とからな
るアクチュエータにおいて、 前記チューブの両端が互いに平行に向き合う一対の固定
部に固定されており、前記軸強化繊維が、前記チューブの一側面にあって、一
端が前記チューブの固定部付近に接合された一対の軸強
化繊維から成り、 前記チューブの中央部には軸強化繊維が接合されておら
ず、伸縮自由であり、 前記チューブ内に加圧されることにより、前記軸強化繊
維が存在しないチューブ部が前記一側面側に湾曲する
とを特徴とする形状可変アクチュエータ。
1. A flexible tube, a circumferential reinforcing fiber tightly wound around the entire length of the tube , and an axial reinforcing fiber joined in an axial direction of the tube.
In luer actuator, fixing a pair of opposite ends of the tubes face in parallel with each other
And the axial reinforcing fiber is on one side of the tube.
A pair of axial strength ends joined near the fixed part of the tube
He reduction made fibers, the central portion of the tube is the axial reinforcing fibers are bonded
Without expansion and contraction are free, by being pressed into the tube, the shaft strong chemical fiber
A shape-variable actuator, wherein a tube portion free of fibers is curved toward the one side surface.
【請求項2】 請求項1に記載する形状可変アクチュエ
ータを、複数個、環状に配置して、前記湾曲したチュー
ブ部で搬送物を把持することを特徴とする形状可変アク
チュエータ。
2. The curved tube according to claim 1, wherein a plurality of variable shape actuators according to claim 1 are annularly arranged.
A variable-shape actuator characterized by gripping a conveyed object with a valve section.
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