JP4576508B2

JP4576508B2 - マニュピュレータ

Info

Publication number: JP4576508B2
Application number: JP2001271982A
Authority: JP
Inventors: 達士石上; 茂大谷; 隆一朗臼井; 敏夫笠原
Original assignee: 株式会社昭和真空
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003080475A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空槽の外部から真空槽内の可動部材を安定して駆動するためのマニュピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、真空槽を貫通して配置された駆動軸にベローズで真空シールを施し、真空槽の外部から駆動軸を前進・後退させて、その往復運動を真空槽内部に伝達するように構成した、従来のマニュピュレータの概略図である。同図において、31は真空槽であり、該真空槽31を貫通して配置された駆動軸32を、真空槽31に対してベローズ33により真空シールしたうえ、真空槽31の外部に設置した駆動源34によって駆動軸32を矢印方向に往復運動させるように構成したものである。このような従来技術を用いた代表的な実施例は、例えば特開平５−９０９８号公報や特開平９−８９１２３号公報に開示されている。これらのうち、特開平５−９０９８号公報に開示された技術は、真空槽内で坩堝を支持し移動させるための支柱（＝駆動軸）に真空槽の外部から動力を伝達するための構造に関するもので、真空槽を貫通して配置された支柱のうち真空槽の外部に突出した部分をベローズによって真空シールしたうえ、その突出した部分に直接力を加えて支柱を前進・後退させ、ベローズの伸縮を伴う前記支柱の往復運動を直接に真空槽内に伝達するものである。また、特開平９−８９１２３号に開示された技術は、真空槽の外部に突出する部分をできるだけ小さくすることを目的とするもので、真空槽内の駆動軸にネジ部を設け、該ネジ部にかみ合う回転軸を真空槽の外部からハンドルによって回転させることによって、この回転軸の回転運動を駆動軸の直進運動に変換させる構成としたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−９０９８号公報に示されているように、真空槽を貫通して配置された駆動軸のうち真空槽の外部に突出した部分にベローズで真空シールを施し、この部分に直接力を加えて駆動軸を前進・後退させる構造のものは、ベローズで真空シールされた駆動軸の収納部を真空槽の周囲壁に設けるため、真空槽から突出する部分が多く装置全体が大型となるばかりでなく、前記駆動軸を真空槽の外側に向かって直線的に操作するため、操作用のスペースも大きくなるという欠点がある。また、特開平９−８９１２３号に記載された技術は、前述のように、真空槽から突出した部分を小さくするためのものではあるが、真空槽内の駆動軸にかみ合う回転軸の一部を真空槽の外部に突出させ、該突出部に操作用のハンドルを取付けるため、やはり、真空槽から突出する部分は多く、ハンドル操作用のスペースも必要であるという問題がある。さらに、これらの従来技術では真空槽の周囲壁にマニュピュレータの駆動軸や操作部が設置されており、それらの位置や操作に必要とされるスペースを変更することは不可能であるため、真空槽に多数の装置や機器を接続して構成される真空蒸着装置の設計等においては、設計の自由度が制約されるという問題もある。加えて、前記のような従来技術では、真空槽から突出する部分が多く、大型で複雑な構成となるため、長期間使用した場合には故障が生じやすく、故障の場合における装置の修理やその後の保守・点検にも手数を要するという欠点もあった。
そこで本発明は、前記のような従来技術の欠点を除去したマニュピュレータ、すなわち、小型で真空槽内部に場所を選ぶことなく設置可能であり、これにより真空槽の外部に突出した部分をなくすことができるため、マニュピュレータを備えた装置全体の小型化を図ることができ、また、真空槽の外部に設けた駆動源から配管により供給される空気によって駆動するため真空槽外部に操作スペースを必要とせず、さらに、真空槽の周囲壁に対して空気を供給するための配管の導入位置を比較的自由に選ぶことができるため真空槽に接続する他の装置・機器との関係において設計の自由度が高く、信頼性も高いマニュピュレータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係るマニュピュレータは次のような構成にする。すなわち、基本的構成として、真空槽の外部に設置された駆動源から配管を通して空気を供給することによって駆動可能となる駆動部分の全てを真空槽の内部に設置する。該真空槽の内部に設置する前記駆動部分は、シリンダー本体の内部に設置されたベローズを取り囲む気密室に、真空槽外部の駆動源から空気を導入し、その圧力でベローズを収縮させると同時にベローズの内部に設置した駆動軸を前進させ、また、該駆動軸の前進に抗して圧縮されたスプリングの反発力によって、前記気密室に導入した空気を排気すると同時にベローズを伸長させて駆動軸を後退させ、この駆動軸の往復運動の切り替えを電磁弁によって行うように構成するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（１）実施例の構成の説明
図１ａは本発明に係るマニュピュレータの断面図である。同図において、1は空気によって駆動される駆動部分、2は駆動部分1に空気を供給するための駆動源である。駆動部分1は全ての部分が真空槽17の内部に収容されており、また、駆動源2と電磁弁4は真空槽17の外部に設置されており、駆動部分1と駆動源2と電磁弁4とは配管3により結ばれている。真空槽17には駆動部分１と電磁弁４を結ぶ配管3の貫通部5のみが設けられており、該貫通部5は気密にシールされている。前記駆動部分1は、シリンダー底板6とシリンダー本体７と軸受8とからなり、これらは二つのOリング9，9’により気密に接合されている。前記シリンダー底板6は空気導入口10を備えている。また、シリンダー本体7内部の軸受側には筒状部を持つフランジ11が固定されている。そして、該フランジ11と前記シリンダー底板6との間には弁板13が配置されており、該弁板13と前記フランジ11の筒状部とはベローズ14で気密に接続されている。したがって、シリンダー本体7の内部における前記ベローズ14の周囲には気密室が形成されており、空気導入口10からシリンダー本体7の内部に空気が導入されると、その圧力で弁板13は前方に押し出されベローズ14は収縮する。さらに、前記ベローズ14の内部において前記弁板13には、前記ベローズ14の中心とフランジ11の中心を結ぶ線上を往復運動する駆動軸12が設けてあり、該駆動軸12の先端は前記軸受8より外側に突出するように構成してある。さらに、前記ベローズ14の内部には、前記駆動軸12の前進に伴って圧縮されるスプリング16と前記駆動軸12の前進を一定の距離で停止させるストッパーが設けてある。図示の実施例では駆動軸12の前進に伴って圧縮されるスプリング16は、駆動軸12上に係止された、フランジ部を有する筒状のスプリング押え15の外側に嵌装されており、該スプリング押え15のフランジ部と軸受8との間において圧縮・伸長するように配置されている。なお、該スプリング押え15の軸受側の端部は前記駆動軸12の前進を停止させるストッパーを兼ねている。また、駆動軸12に係止された筒状のスプリング押え15は、スプリング16が圧縮される際に、駆動軸12に形成された段部により駆動軸上を移動しないように係止されている。図２は図示の実施例における駆動軸12及び弁板13、フランジ11、スプリング押え15及びスプリング16の部分を分解して示した斜視図であって、駆動軸12に対するスプリング押え15及びスプリング16の嵌合、係止の構造を明らかにするためのものである。
【０００６】
（２）実施例の作用・動作
図１ａのマニュピュレータにおいて、まず、配管3に接続された電磁弁4を空気導入に切り替えることにより、駆動源2より空気導入口10を通してシリンダー本体7の内部のベローズ14を取り囲む気密室に空気を導入する。この空気の圧力により弁板13が前方に押し出され、弁板13に固定された駆動軸12も前進する。弁板13と駆動軸12の前進に伴ってベローズ14は気密を保ったまま圧縮される。また、駆動軸12が前進すると、駆動軸12に係止されたスプリング押え15も前方に移動し、該スプリング押え15のフランジ部によってスプリング16が圧縮される。前記弁板13の前進により駆動軸12は軸受8から更に突出するが、駆動軸12が一定の距離だけ前進すると該駆動軸12に係止されたスプリング押え15の一端が軸受8に当接し、弁板13と駆動軸12の前進は停止する。図１ｂはかくして駆動軸12が停止した状態を示すものである。前記スプリング押え15の筒状部の長さを変えることにより駆動軸12の停止位置を変えることが可能である。
駆動軸12を元の位置に戻す時は、電磁弁4を空気導入から空気排出へと切り替え、シリンダー本体7に導入された空気を排出する。空気の排出により弁板13を前方に押す力が無くなるため、駆動軸12の前進に抗して圧縮されていたスプリングの反発力によって、前記スプリング押え15が後方に押し戻され、該スプリング押え15を係止してある駆動軸12も後退して元の位置に戻る。気密室に導入した空気を排気すると同時にベローズを伸長させて駆動軸を後退させ、このようにして、前記電磁弁4を切り替えることによりマニュピュレータの駆動軸を往復運動させることができる。
上記のような構成のマニュピュレータを用いて具体的な駆動試験を行ったところ、次のような結果を得ることができた。すなわち、１×１０^−３Paの高真空に排気した真空槽の内部に、本発明によるマニュピュレータを配置し、駆動源2から空気導入口10を通して0.5MPaの圧縮空気をシリンダー本体7に導入・排気することにより駆動軸12の前進・後退を繰り返し行った。この結果、１２万回の往復運動の実施にもかかわらず、ベローズの捩れ、動作不良、リーク現象等が起こらないということが確認された。
【０００７】
（３）他の実施例の説明、他の用途への転用例の説明
真空槽の内部に収納した駆動部分の駆動軸の往復運動を出力軸の回転運動に変換することにより、真空槽の内部において回転運動を伝達するようにしたマニュピュレータに応用することができる。図４はそのような実施例を示したものである。この実施例は、図１ａに示したような往復運動をする駆動軸12にピン51を設けるとともに、前記駆動軸12の往復方向に対して直角方向に交差する出力軸53を設け、この出力軸53の先端部に開口又は長孔を有するアーム52を固定して、該アーム52の開口又は長孔を前記駆動軸12のピン51に掛合させたものである。かかる構成において、駆動軸12が往復運動をすると、ピン51に掛合させたアーム52が点線で示すように回転し、この回転運動が出力軸53に伝達される。この構成では駆動軸12や出力軸53等は全て真空槽の内部に収容されているため、回転軸のシール部にいわゆるソロバン玉やOリングを使用した場合に生じるリークの問題や、ベローズを使用した場合に生じる回転による捩れからくるベローズ破損の問題等を起こすことなく、動力を真空槽の内部に伝達することができる。
【０００８】
【発明の効果】
従来技術では、真空槽を貫通して駆動軸自体または該駆動軸の操作・駆動部が設置されていたため、それらの部分が真空槽より突出せざるを得なかったという問題を、本発明では、駆動部分の全てを真空槽の内部に設置し、真空槽と外部との貫通部分は空気導入のための配管のみとしたことで、真空槽の内部における駆動部分の設置場所を比較的自由に選定・変更できることを可能にし、また、真空槽と外部との貫通部分も自由に選定することを可能にした。これは装置の凹凸を少なくし装置周辺の操作スペースを小さくするだけでなく、真空槽に接続する装置・機器との関係で設計の自由度を高めることとなる。また、本発明に係るマニュピュレータの駆動源である空気供給源、電磁弁等はバルブの開閉等のために真空装置にもともと付随するものであるから、駆動部分を動作させるための余分な費用がかからず、かつそれらを設置するための余計なスペースも必要としない。したがって、本発明によれば小型で安価なマニュピュレータを提供することができ、例えば真空蒸着装置全体のコスト削減と装置の小型化への貢献が可能となった。更に、駆動部分の１２万回の動作を通じて、ベローズの捩れ、動作不良、リーク現象が起こらないという実験結果より、本発明によるマニュピュレータは高い品質と信頼性を確保できることも証明された。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明に係るマニュピュレータの一動作状態を示す概略断面図である。
【図１ｂ】本発明に係るマニュピュレータの他の動作状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係るマニュピュレータに使用する駆動軸、フランジ、スプリング等の部分を分解して示した斜視図である。
【図３】従来のマニュピュレータの概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を説明するための駆動部の概略構成図である。
【符号の説明】
1 駆動部分
2 駆動源
3 配管
4 電磁弁
5 貫通部
6 シリンダー底板
7 シリンダー本体
8 軸受
9 Oリング
10 空気導入口
11 フランジ
12 駆動軸
13 弁板
14 ベローズ
15 スプリング押え
16 スプリング
17 真空槽
31 真空槽
32 駆動軸
33 ベローズ
34 駆動源
51 ピン
52 アーム
53 出力軸

Claims

真空槽の外部に設置された駆動源から、配管を通して空気を供給することによって駆動可能となる駆動部分を備えてなり、該駆動部分の全てを真空槽の内部に設置し、
前記駆動部分は、シリンダー本体の内部に設置されたベローズを取り囲む気密室に空気を導入し、その圧力で該ベローズを収縮させると同時に該ベローズの内部に設置した駆動軸を前進させ、また、該駆動軸の前進に抗して圧縮されたスプリングの反発力によって、前記気密室に導入された空気を排気すると同時に該ベローズを伸長させて駆動軸を後退させ、この駆動軸の往復運動の切り替えを電磁弁によって行うように構成され、
前記シリンダー本体は、その一端に空気導入口を備えたシリンダー底板を、他端に駆動軸を支える軸受をそれぞれ固定してなり、該シリンダー本体内部の軸受側には筒状部を持つフランジを固定し、該フランジと前記シリンダー底板との間に弁板を配置したうえ、前記ベローズの一端を該弁板に、他端を前記フランジの筒状部に接合して該ベローズの周囲に気密室を形成し、さらに、前記弁板に前記ベローズの中心と該フランジの中心を結ぶ線上を往復運動する駆動軸を設けて該駆動軸の先端を前記軸受より外側に突出させ、さらに、前記ベローズ内に、前記駆動軸の前進に伴って圧縮されるスプリングと前記駆動軸の前進を一定の距離で停止させるストッパーを設け、
駆動軸の前進に伴って圧縮されるスプリングは、前記駆動軸上に係止された、フランジ部を有する筒状のスプリング押えの外側に嵌装され、該スプリング押えのフランジ部と前記シリンダー本体の軸受との間において圧縮・伸長されるように配置されており、また、該スプリング押えの軸受側の端部は前記駆動軸の前進を停止させるストッパーを兼ねており、
前記駆動軸に係止された筒状のスプリング押えは、前記スプリングが圧縮される際に、該駆動軸に形成された段部により該駆動軸上を移動しないように係止されていることを特徴とするマニュピュレータ。
請求項１記載のマニュピュレータにおいて、前記駆動部分の駆動軸の往復運動を出力軸の回転運動に変換する機構を備えたことを特徴とするマニュピュレータ。
請求項２記載のマニュピュレータにおいて、前記駆動軸の往復運動を出力軸の回転運動に変換する機構は、前記駆動軸にピンを設けるとともに、前記駆動軸の往復方向に対して直角方向に交差する出力軸を設け、該出力軸に、先端に開口又は長孔を有するアームを固定して、該アームの開口又は長孔を前記駆動軸のピンに掛合させたものであることを特徴とするマニュピュレータ。