JP2731362B2 - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ロングストロークを得ることがで
きる伸縮アクチュエータに関し、特に、伸縮に際して抵
抗が少なくスムーズに伸縮駆動する伸縮アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の生産ラインにおいて、ウェハの
搬送に使用されるチャンバには従来から次に示すような
ものが使用されている。図４は、第１従来例であるアー
ム型チャンバを示した側面図であり、図５は、その平面
図である。図４に示すようにチャンバ５１は、基台５２
上に固設されている。基台５２には、不図示の駆動手段
に連結された回転軸５３が突出して形成されている。そ
の回転軸５３には、第１アーム５４の端部が固設され、
他端には第２アーム５５が回転可能に軸着されている。
更にその第２アーム５５にはその上面に、先に第１アー
ム５４に軸着された側とは別の端部にフィンガ５６が軸
着されている。そして、チャンバ５１の周りにはエッチ
ング等の半導体生産工程を行うための各処理容器が配設
されており、図面では左右に容器５８，５９のシャッタ
６０部分を示してある。

【０００３】このような構成による従来のチャンバ５１
は、次のように作用する。先ず、チャンバ５１は、図５
に示すように旋回範囲を３３０゜有しており、所定位置
で第１アーム５４及び第２アーム５５内に構成された不
図示の駆動機構によってアーム５４，５５及びフィンガ
５６を回転させてその伸縮を行い、例えば、処理容器５
８のウェハ５７を処理容器５９へ搬送する。

【０００４】一方、このようなものの他、油圧や圧縮空
気等の流体エネルギを機械的仕事に変換するシリンダ型
チャンバ６１によって構成されたものがある。図６は、
第２従来例のシリンダ型チャンバ６１の側面を図示した
ものである。ここでは特に、取り付けスペースの確保が
困難である反面、大きな駆動が必要であるため、伸縮ア
クチュエータが使用されている。チャンバ６１は、第１
従来例と同様に基台５２上に、回転軸６３を介して固設
され、その周りにはシャッタ６０によって密閉される処
理容器が設けられている。このシリンダ型チャンバ６１
は、側面がＬ字状のアーム６４が回転軸５３に固設さ
れ、アーム６４には伸縮駆動が可能な伸縮アクチュエー
タ６５が水平に固設されている。

【０００５】ここで、第２従来例の伸縮アクチュエータ
６５の構成について更に図面を用いて説明する。図７
は、伸縮アクチュエータ６５の断面を示す図である。こ
の伸縮アクチュエータ６５は、複数のシリンダが同軸上
に重ね合わされて構成されている。先ず、伸縮アクチュ
エータ６５の第１シリンダ６６には、上端に第２シリン
ダ６７が摺動する摺動孔６８が形成され、側面には下端
部に第１ポート６９、上端部に第２ポート７０が形成さ
れている。一方、第１シリンダ６６の上端から挿入され
た第２シリンダの下端には、第１ピストン７１が構成さ
れ、第１シリンダ６６の内周面に摺接されている。更に
第２シリンダ６７の上端にも第３シリンダ７２が摺動す
る摺動孔７３が形成されている。第２シリンダ６７の上
端から挿入された第３シリンダ７２の下端に第２ピスト
ン７４が構成され、第２シリンダ６７の内周面に摺接さ
れている。

【０００６】ところで、この伸縮アクチュエータ６５に
は第２、第３シリンダを伸縮駆動させるための空気孔７
６が形成されている。第２シリンダ６７には、第１ピス
トン７１上端にパイプ７５が形成され、更に第３シリン
ダ７２内に摺動可能に挿入されている。従って、上記空
気孔７６はパイプ７５の外周部に連通され、一方、パイ
プ７５の内周に連通されるよう空気孔７７がやはり第１
ピストン７１に形成されている。

【０００７】次に、このような構成による従来のチャン
バ６１は、次のように作用する。シリンダ型チャンバ６
１では、回転軸６３の回転によりシリンダ型チャンバ６
１の伸縮方向が決定される。そして、シリンダ型チャン
バ６１が伸縮駆動され、第３シリンダ７２先端に固設さ
れたフィンガ５６が対象物を把持する。具体的には、図
７に示す第１ポート６９から圧縮空気が吸入されると、
第１シリンダ６６内に流入した圧縮空気が、第１ピスト
ン７１を上方へ付勢すると同時に空気孔７６から流入
し、第２シリンダ６７内に流入し、更に第２ピストン７
４がその圧力によって上方へ付勢され、第３シリンダ７
２が上昇する。一方、シリンダを縮める場合には、第２
ポート７０から圧縮空気を給気すれば、第２シリンダ６
７、第３シリンダ７２が下降する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
構成によるチャンバ５１やシリンダ型チャンバ６１を使
用したものでは次のような問題点があった。それは伸縮
駆動する際に発生する摩耗粉、塵やほこりである。特
に、半導体の生産にはサブミクロンのオーダーのものを
取り扱うため、その影響は過大である。そこで、チャン
バ５１を使用した場合には、第１アーム５４と第２アー
ム５５との間接部のベアリング及び機械部からのゴミ発
生をなくすため、例えば、第１従来例のものでは、アー
ム間の回転部を磁性流体シールにより完全密封し、アー
ム内の気体呼吸をアーム裏面に取り付けたフィルタで発
塵対策構造となっている。しかし、露出した部分が存在
する以上摩耗粉の発生は避けられない事実である。ま
た、構成が非常に複雑となり装置自体のコストアップと
なるだけでなく、ひいては製品自体のコストアップにつ
ながるものとなる。

【０００９】また、第２従来例のシリンダ型チャンバ６
１によるものでは、圧縮空気の調節によりチャンバ５１
に比べてその操作が容易に行える。しかし、多段による
ピストンの伸縮駆動は、上記チャンバ５１の時と同様に
駆動によって発生する摩耗粉の影響が更に大きい。特
に、シリンダ型チャンバ６１によるものでは、圧縮空気
を吸入し、その圧力変動によって駆動距離を調節するも
のであるため、高い気密性が要求される反面ピストンと
シリンダ内周面との接触圧力は高くなり、必然的に摩耗
粉の発生も多くなるためである。さらには、従来例のも
のでは、例えば第１従来例のように摩耗粉の対策が取ら
れる一方、いずれの場合にも摺動抵抗が大きいため、安
定した駆動が難しく、振動の発生や、正確な位置精度を
とることができない等の問題点があった。

【００１０】そこで、本発明では、伸縮駆動によって発
生する摩耗粉の外部への影響をなくし、また、摺動抵抗
の小さい位置精度の高い安定した伸縮駆動を可能にした
伸縮アクチュエータを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の伸縮アクチュエ
ータは、伸縮自在な金属ベローズと、前記金属ベローズ
の一端に設けた固定カバーと、前記金属ベローズの他端
に設けた駆動カバーと、前記金属ベローズと共に密閉空
間を構成する前記固定カバーと前記駆動カバーとを連結
し、径の異なる複数の摺動体を同軸上に重ね合わせ、径
の小さい摺動体が隣合う径の大きい摺動体内面を摺動し
て伸縮駆動する多段ガイドと、伸縮駆動のための圧縮空
気の連通を行うポートとを有する。また、本発明の伸縮
アクチュエータは、径の異なる複数の摺動体を同軸上に
重ね合わせ、径の小さい摺動体が隣合う径の大きい摺動
体内面を摺動して伸縮駆動する多段ガイドと、前記多段
ガイドを構成する各々の摺動体の摺接部に設けたボール
スプラインと、前記多段ガイドを伸縮駆動させる圧縮空
気を連通するポートとを有する。

【００１２】また、本発明の伸縮アクチュエータは、前
記固定カバー、駆動カバー及び金属ベローズによって形
成された密閉室内であって、前記多段ガイド外部の空間
に圧縮空気を供給するポートを有することが望ましい。
更に、本発明の伸縮アクチュエータは、前記多段ガイド
が、前記固定カバーの中心に固設された第１シリンダ
と、前記第１シリンダに第１ボールスプラインを介して
挿入し、同軸上に係設される第２シリンダと、前記第２
シリンダに第２ボールスプラインを介して挿入し、同軸
上に係設されるロッドとを有することが望ましい。

【００１３】

【作用】本発明の伸縮アクチュエータは、ポートから圧
縮空気を吸入すると金属ベローズ、固定カバーそして駆
動カバーによって構成される密閉空間、又は固定カバー
と駆動カバーに連結された前記密閉空間内の多段ガイド
内の圧力が高められ、その圧力による作用によって多段
ガイド及び金属ベローズが伸びる。一方、ポートから前
記密閉空間内又は多段ガイド内の圧縮空気を吐出する
と、前記密閉空間内の多段ガイド内の圧力が低下し、そ
の圧力の作用により多段ガイド及び金属ベローズが縮
む。このように、本発明の伸縮アクチュエータは、金属
ベローズ、固定カバーそして駆動カバーによって構成さ
れる前記密閉空間内で、多段ガイドが伸縮するので、摺
動する際に発生する摩擦粉を外部に漏らすことなくその
伸縮駆動を実行する。

【００１４】また、本発明の伸縮アクチュエータは、径
の異なる複数の摺動体からなる多段ガイドに対し、ポー
トを介して圧縮空気を吸入すると、多段ガイドを構成す
る摺動体内の圧力が高められるため、各摺動体が加圧さ
れて、その摺動体の摺動部に設けられたボールスプライ
ンを介して摺動体が摺動し、多段ガイドが所定方向に伸
びる。また、逆に吸入した圧縮空気を吐出すると、多段
ガイドを構成する摺動体内の圧力が下がり、吸引作用に
よって多段ガイドが縮む。このように本発明の伸縮アク
チュエータは、多段ガイドの摺動部に設けたボールスプ
ラインによって、多段ガイドの伸縮の際の摺動抵抗が低
減され、スムーズな伸縮駆動を行う。

【００１５】また、本発明の伸縮アクチュエータは、ポ
ートから圧縮空気を供給すると、前記固定カバー、駆動
カバー及び金属ベローズによって形成された密閉室内で
あって、前記多段ガイドの外部の空間に圧縮空気が吸入
され、駆動カバーが加圧されることにより金属ベローズ
が伸び、その駆動カバーに引っ張られるようにして多段
ガイドも伸びる。更に、本発明の伸縮アクチュエータで
は、前記多段ガイドが伸縮する際には、前記第１シリン
ダ及び第２シリンダ間に係設された第１ボールスプライ
ンと、前記第２シリンダ及びロッド間に係設された第２
ボールスプラインとが、摺動抵抗を低減し、スムーズな
伸縮駆動を実現する。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係る伸縮アクチュエータの一
実施例について図面を参照して説明する。図１、図２は
本実施例の多段式の伸縮アクチュエータの断面を示した
図であり、図１が縮んだ状態を示し、図２が伸びた状態
を示した図である。本実施例の伸縮アクチュエータ１
は、ロッドカバー２とヘッドカバー３に連結された多段
ガイド４を覆うように設けられた金属ベローズ５によっ
て構成されている。

【００１７】本実施例の多段ガイド４は、最も径の大き
い第１シリンダ６のその一端が、ヘッドカバー３に固定
されている。ヘッドカバー３には第１シリンダ６と同一
径の凹部３ａが形成され、そこへ第１シリンダ６の一端
が嵌入されて固定されている。そして、この第１シリン
ダ６には他端が開放され、そこへ第２シリンダ７が嵌挿
されている。そして、この第１シリンダ６の開放端部に
は、第２シリンダ７の駆動する際の抵抗を減らすための
ボールスプライン８が構成されている。一方、第２シリ
ンダ７は、そのボールスプライン８を介して第１シリン
ダ６内に嵌挿されているが、挿入側端部には抜けないよ
うにストッパ９が設けられている。

【００１８】更に、第２シリンダ７の他端側からは先端
がロッドカバー２に固設されたロッド１０が嵌挿されて
いる。そして、この第２シリンダ７とロッド１０との間
にも、ロッド１０の駆動する際の抵抗を減らすためのボ
ールスプライン１１が、第２シリンダ７端部に形成さ
れ、ロッド１０の端部には抜けないようにストッパ１９
が設けられている。一方、ロッドカバー２には中心に突
起部２ａが形成されているが、この突起部２ａは上記従
来例で示したようなフィンガを取り付けることが可能な
構成となっている。

【００１９】次に、第１シリンダ６と第２シリンダ７、
そして第２シリンダ７とロッド１０との間に形成されて
いるボールスプライン８，１１の構成を示して説明す
る。但し、図３はボールスプライン１１を示した一部断
面斜視図である。ボールスプライン８については同様の
構成を有するのでここでは説明を省略する。先ず、ボー
ルスプライン１１は、第２シリンダ７の端部内周壁に外
筒本体１２が嵌着されている。そして、外筒本体１２端
部には、シリンダの気密性を高めるためのシール１３が
設けられている。更に外筒本体１２内部には、複数の鋼
球１４が連設されたボールベアリング１５が構成されて
いる。このボールベアリング１５は、外筒本体１２内部
に軸方向に沿って形成されたベアリング溝１６に、複数
の鋼球１４が軸方向に並べられて構成されている。この
ボールベアリング１５は、１箇所のみではなく対象位置
に同じように設けられている。

【００２０】一方、ロッド１０には、前記ボールベアリ
ング１５の位置に対応する位置に２箇所のスプライン溝
１７が形成されている。そして、図３に示すように、ロ
ッド１０が、鋼球１４とスプライン溝１７とが一致する
ようにして外筒本体１２を貫いて嵌挿されて構成され
る。このように第１シリンダ６、第２シリンダ７そして
ロッド１０と径を除々に小さくしていったものを段々に
配設した多段ガイド４が構成される。ところで、本実施
例では、このような多段ガイド４を覆う金属ベローズ５
が、一端をロッドカバー２に固設し、他端をヘッドカバ
ー３に固設するようにして構成されている。この金属ベ
ローズ５は、じゃばら形状をなし、多段ガイド４を包ん
でロッドカバー２からヘッドカバー３にかけて密閉空間
を形成している。また、この金属ベローズ５には、黄
銅、ベリリウム銅、りん青銅、ステンレス等によって形
成されることが考えられる。

【００２１】また、金属ベローズ５が縮む際にじゃばら
が適切に折り畳まれるようベローズガイド１８が設けら
れている。即ち、筒形状をなしたベローズガイド１８
は、一端部が第２シリンダ７の端部に併せて固定され、
他端側は開放され第１シリンダ６が挿入されている。一
方、このような金属ベローズ５によっておおわれた密閉
性を有する伸縮アクチュエータ１には、圧縮空気を供給
または吐出するため、ヘッドカバー３にポート２０が形
成されている。

【００２２】このような構成を有する伸縮アクチュエー
タ１は、次のように作用する。先ず、ポート２０から伸
縮アクチュエータ１内の空気が吸引されて図１のように
縮んだ状態では、第１シリンダ６、第２シリンダ７及び
ロッド１０が重ねられている。また、金属ベローズ５は
じゃばらの縮む方向の力によって収縮状態を維持してい
る。このときロッドカバー２からヘッドカバー３までの
伸縮アクチュエータ１の全長Ｌ1 は、本実施例のもので
は３８０ｍｍである。そして、このような縮んだ状態に
おいてポート２０から伸縮アクチュエータ１内に圧縮空
気が吸入され加圧されると、ロッドカバー２のカバー内
面２ｂにかかる圧力によってロッドカバー２が矢印Ａ方
向に移動する。

【００２３】ロッドカバー２が移動すると、それにとも
なってロッド１０が移動し金属ベローズ５のじゃばらが
伸びる。ところで、ロッドカバー２が移動すると、それ
に固設されたロッド１０も伴って移動するが、このとき
ロッド１０がボールスプライン１１によって支持されて
いるため直線上に移動するので、ロッドカバー２も真直
に移動することが可能となる。また、図３に示すよう
に、ロッド１０にはスプライン溝１７が形成されてお
り、移動する際にはその溝部分が鋼球１４に当接するこ
ととなるためロッド１０が回転することなく、鋼球１４
の転がりによってスムーズに移動することができる。そ
して、ロッド１０が所定距離移動するとストッパ１９が
ボールスプライン１１に当接してその移動が制限され
る。

【００２４】しかし、更に伸縮アクチュエータ１内が加
圧されると、次にはカバー内面２ｂの圧力によってロッ
ド１０を介して第２シリンダ７が第１シリンダ６から引
き出されて移動する。このときにも、金属ベローズ５の
じゃばらが伸び第２シリンダ７がボールスプライン８を
スムーズに移動する。即ち、第２シリンダ７にも軸線方
向には溝が形成されており、その溝に沿って鋼球が回転
するため、回転することなく真直に移動することが可能
となる。一方、第２シリンダ７が移動するときには、そ
の第２シリンダ７に固設されたベローズガイド１８も第
１シリンダ６の外周を摺接しながら移動する。そして、
第２シリンダ７が所定距離移動したところで、ストッパ
９がボールスプライン８に当接するため、ロッドカバー
２の移動、即ち伸縮アクチュエータ１の伸びが停止し、
図２に示すようになる。このときロッドカバー２からヘ
ッドカバー３までの伸縮アクチュエータ１の全長Ｌ2
は、本実施例のものでは７５２ｍｍである。

【００２５】以上のよにして伸びた伸縮アクチュエータ
１は、所定圧力が加えられ続けられることで、金属ベロ
ーズ５のじゃばらによる縮もうとする力と均衡して停止
状態を維持する。そのため、伸縮アクチュエータ１への
圧縮空気の供給を停止するとじゃばらの縮む力によっ
て、再び図２に示す状態から図１に示す状態に戻ること
となる。しかし、そのときの駆動速度を速めるため、伸
縮アクチュエータ１内の空気をポート２０から吸引す
る。そうすれば、圧力低下によってロッドカバー２が矢
印Ａとは逆の方向に移動するに際し、第２シリンダ７及
びロッド１０がボールスプライン８，１１をそれぞれ摺
動する。そしてカバー内面２ｂの当接盤２ｃがベローズ
ガイド１８端面に当接して停止する。

【００２６】このような構成の本実施例では次のような
効果を有する。本実施例のものでは、多段ガイド４を構
成するシリンダ及びロッド間の摺動部をボールスプライ
ン８，１１によって構成したため、伸縮駆動時の摺動抵
抗が低く、摩耗も大幅に減少することができ、その結果
摩耗粉の発生を抑えることが可能となった。また、伸縮
アクチュエータ１全体をみたトータルの摺動抵抗が低減
されたため、伸縮駆動がスムーズに行えるようになっ
た。また、上記の如く摩耗粉の発生を減少させるととも
に、多段ガイド４を金属ベローズ５で覆う構成としたの
で、発生した摩耗粉は外部に漏れることがない。従っ
て、例えば、従来例で示した半導体生産ラインで使用さ
れる機械のように塵やほこりの発生を特に嫌うものには
極めて有効である。また、摺動抵抗が低いことから任意
位置で停止する際の停止位置精度が高まった。

【００２７】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可
能である。例えば、上記実施例では、多段ガイド４の摺
動部にボールスプライン８，１１を用いたが、金属ベロ
ーズ５によって摩耗粉を外部に漏らさないため、摺動リ
ングを用いるものであってもよい。また、例えば、ポー
ト２０を第１シリンダ６の側部に設けて、伸縮アクチュ
エータ１内であって多段ガイド４の外部の空間に圧縮空
気を送るようにしたが、多段ガイド内に直接圧縮空気を
送って伸縮駆動するようにさせてもよい。また、多段ガ
イドの組合せは上記実施例とは別の構成であってもよ
い。例えば、実施例では３段だが、４段になるものであ
ってもよい。また、径の最も小さいものではシリンダで
なく、ロッドを用いたものであってもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の伸縮アクチュエータは、前記金
属ベローズ、固定カバー及び駆動カバーによって密閉空
間内に、ポートから圧縮空気を吸入あるいは吐出するこ
とにより、その密閉内に構成された多段ガイドとともに
金属ベローズを伸縮させる構成としたので、伸縮駆動に
よって発生する摩耗粉の外部への影響がない伸縮アクチ
ュエータの提供が可能となった。また、本発明の伸縮ア
クチュエータは、ポートから圧縮空気を吸入あるいは吐
出することにより、その加圧又は減圧によって伸縮駆動
する多段ガイドを構成する摺動体の摺接部にボールスプ
ラインを設けたので、摺動抵抗の小さい位置精度の高い
安定した伸縮駆動を可能にした伸縮アクチュエータの提
供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る伸縮アクチュエータの
縮んだ状態を示した断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る伸縮アクチュエータの
伸びた状態を示した断面図である。

【図３】本発明の一実施例に係る伸縮アクチュエータを
構成するボールスプラインを示した斜視図である。

【図４】第１従来例のチャンバを示した側面図である。

【図５】第１従来例のチャンバを示した平面図である。

【図６】第２従来例のチャンバを示した側面図である。

【図７】第２従来例のチャンバを構成する伸縮アクチュ
エータを示した断面図である。

【符号の説明】

１ 伸縮アクチュエータ ２ ロッドカバー ３ ヘッドカバー ４ 多段ガイド ５ 金属ベローズ ６ 第１シリンダ ７ 第２シリンダ ８ ボールスプライン １０ ロッド １１ ボールスプライン １４ 鋼球 １７ スプライン溝 ２０ ポート

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伸縮自在な金属ベローズと、 前記金属ベローズの一端に設けた固定カバーと、 前記金属ベローズの他端に設けた駆動カバーと、 前記金属ベローズと共に密閉空間を構成する前記固定カ
   バーと前記駆動カバーとを連結し、径の異なる複数の摺
   動体を同軸上に重ね合わせ、径の小さい摺動体が隣合う
   径の大きい摺動体内面を摺動して伸縮駆動する多段ガイ
   ドと、 伸縮駆動のための圧縮空気の連通を行うポートと、 前記多段ガイドの中間摺動体に固設され、外径が前記金
   属ベローズの最小径部と略同一の筒形状のベローズガイ
   ドと を有することを特徴とする伸縮アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の伸縮アクチュエータに
   おいて、 前記多段ガイドを構成する各々の摺動体の摺接部に設け
   たボールスプラインを 有することを特徴とする伸縮アク
   チュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の伸縮アクチュエータに
   おいて、 前記固定カバー、駆動カバー及び金属ベローズによって
   形成された密閉室内であって、前記多段ガイド外部の空
   間に圧縮空気を供給するポートを有することを特徴とす
   る伸縮アクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の伸縮アクチュエータに
   おいて、 前記多段ガイドが、 前記固定カバーの中心に固設された第１シリンダと、 前記第１シリンダに第１ボールスプラインを介して挿入
   し、同軸上に係設される第２シリンダと、 前記第２シリンダに第２ボールスプラインを介して挿入
   し、同軸上に係設されるロッドとを有することを特徴と
   する伸縮アクチュエータ。