JP4827502B2 - Rotary motion transmission device - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、半導体製造に供される真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転運動を伝達する場合等に好適な回転運動伝達装置に関する。 The present invention relates to a rotational motion transmission device suitable for transmitting rotational motion obtained from a motor outside a vacuum chamber to, for example, a manipulator in a vacuum chamber used for semiconductor manufacturing.
半導体製造に供される真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転駆動力を伝達する場合等においては、大気側雰囲気と真空側雰囲気を隔てるチャンバ壁に貫通固定されて両雰囲気間を連通する筒状支持部材と、この筒状支持部材の内部に挿通されかつ筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、筒状支持部材の内周面と動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有する回転運動伝達装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の回転運動伝達装置にあっては、シール機構として、大気に向かって開く端を有する環状溝で形成されたシール部と、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するばね部とを有するものが採用されていたため、構造が複雑で製作組立に手間がかかり、コストアップが将来され、しかも付勢手段として複雑な螺旋構造等を有するばねが使用されていたため、シール部を回転軸の周囲に均一に接圧させることが難しく、シール性能が長続きしないと言った問題点があった。
However, in the rotational motion transmission device described in
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、構造が比較的に簡単で廉価に製作することができ、しかもシール性能が長続きする回転運動伝達装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a rotary motion transmission device that can be manufactured relatively inexpensively at a low cost and has a long sealing performance. Is to provide.
この発明は、上記の目的を達成するために、下記の構成を採用するものである。すなわち、本発明の回転運動伝達装置は、大気側雰囲気と真空側雰囲気等のように、気圧差の存在する2つの雰囲気を隔てる隔壁に貫通固定されて両雰囲気間を連通する筒状支持部材と、筒状支持部材の内部に挿通されかつ筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、筒状支持部材の内周面と動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is, the rotational motion transmission device of the present invention includes a cylindrical support member that is penetrated and fixed to a partition that separates two atmospheres having a difference in atmospheric pressure, such as an atmosphere on the air side and a vacuum side atmosphere, and communicates between the two atmospheres. The power transmission shaft that is inserted into the cylindrical support member and supported by the rotary bearing built in the cylindrical support member, and the gap between the inner peripheral surface of the cylindrical support member and the power transmission shaft are sealed. And a sealing mechanism.
そして、シール機構は、筒状支持部材の内部にあって、動力伝達軸の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸と一体に回転するリング状回転板と、リング状回転板と対向しかつその外周面を筒状支持部材の内周面に接して筒状支持部材の内部に保持されると共に、その中心孔には動力伝達軸が回転自在に挿通されるリング状静止板と、リング状静止板上の周方向等間隔の複数箇所を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板をリング状回転板へと圧接させる圧気式付勢部材と、を含んでおり、リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせ面を介して両雰囲気間をシールする、ようになっている。 The seal mechanism is located inside the cylindrical support member, and protrudes in a flange shape on the outer periphery of the power transmission shaft so as to rotate integrally with the power transmission shaft, and is opposed to the ring-shaped rotation plate. And a ring-shaped stationary plate in which the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the cylindrical support member and is held inside the cylindrical support member, and a power transmission shaft is rotatably inserted in the center hole thereof, and a ring A pressure-type biasing member that presses the ring-shaped stationary plate to the ring-shaped rotating plate by elastically pressing a plurality of circumferentially equidistant locations on the shaped stationary plate via pressurized air, The two atmospheres are sealed through the sliding surfaces of the ring-shaped rotating plate and the ring-shaped stationary plate.
このような構成によれば、リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間を回転運動を許容しつつシールすると言う基本構造を有することから、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となる。 According to such a configuration, the structure is simple and easy to assemble because it has a basic structure that seals between the two atmospheres while allowing rotational movement through the sliding of the ring-shaped rotating plate and the ring-shaped stationary plate. It is easy and inexpensive to manufacture, and by adjusting the biasing force via pressure, the contact pressure on the sliding surface can be controlled freely, making it easy to maintain sealing performance over a long period of time. .
また、リング状回転板とリング状静止板とのいずれか一方の対向面は、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理(ラップ処理等)されたテーパー面とすると共に、そのテーパー面を他方の部材の対向面に比べて摩耗しにくい硬質素材で形成すれば、他方の部材の対向面の摩耗が進むに連れて、摺り合わせ面の半径方向外方の周縁が半径方向外方へと移動乃至拡張して、摩耗していない平滑な表面が常に現れることとなり、その結果、一方の部材の平滑処理された対向面(テーパー面)と他方の部材の平滑な対向面とが摺り合わさせることにより、シール性能は長期にわたって維持されることとなる。 In addition, the opposing surface of either the ring-shaped rotating plate or the ring-shaped stationary plate is a tapered surface that is inclined along the radial direction and the surface is smoothed (such as lapping). If it is made of a hard material that is less likely to wear than the facing surface of the other member, the outer circumferential edge of the sliding surface will be radially outward as wear of the facing surface of the other member proceeds. As a result of movement or expansion, a smooth surface that is not worn always appears, and as a result, the smooth facing surface (tapered surface) of one member and the smooth facing surface of the other member slide together. As a result, the sealing performance is maintained over a long period of time.
さらに、テーパー面との対向面を、半径方向に沿って湾曲する湾曲面としておけば、テーパー面との摺り合わせ摩耗による粉塵の発生量が減少して、真空側への粉塵混入を効果的に軽減させることができる。 Furthermore, if the surface facing the taper surface is a curved surface that is curved along the radial direction, the amount of dust generated due to frictional wear with the taper surface is reduced, effectively preventing dust from entering the vacuum side. It can be reduced.
本発明の回転運動伝達装置によれば、圧気を介して周方向多点を均一に圧接されたリング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間をシールすると言う基本構造を有することから、シール性能が良好であることに加えて、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となる。 According to the rotational motion transmission device of the present invention, the basic structure is such that both atmospheres are sealed through the sliding of a ring-shaped rotating plate and a ring-shaped stationary plate that are uniformly pressed at multiple points in the circumferential direction via pressurized air. In addition to having good sealing performance, the structure is simple and easy to assemble, and can be manufactured at low cost. Therefore, it is easy to maintain the sealing performance over a long period of time.
以下に、この発明に係る回転運動伝達装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a rotational motion transmission device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
この実施形態に示される回転運動伝達装置1は、半導体の製造に供される真空チャンバに適用されたものである。周知のように、半導体の製造に供される真空チャンバ内は高真空に維持せねばならないことに加えて、外部からの磁気的並びに静電的影響からも遮断された状態に維持されねばならない。そのため、真空チャンバ内のマニピュレータ作動のためにモータを使用する場合にも、モータからの磁気的並びに電気的影響を考慮して、それらの駆動源となるモータ等はすべて真空チャンバの外部に置かれるのが通例である。そのため、真空チャンバ内のマニピュレータ等に、真空チャンバ外部のモータから得られた回転駆動力を伝達するために、本発明に係る回転運動伝達装置が採用される。
The rotational
本発明に係る回転運動伝達装置の断面図が図1に示されている。同図に示されるように、回転運動伝達装置1は、筒状支持部材3と、動力伝達軸4と、回転軸受け5と、リング状回転板6と、リング状静止板7と、圧気式付勢部材8とを備えている。なお、符号2で示されるものは、真空チャンバの容器壁である。
A cross-sectional view of a rotary motion transmission device according to the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, the rotary
筒状支持部材3は、真空チャンバ内と大気中とを隔てる隔壁として機能する容器壁2に貫通固定されて両雰囲気間を連通する。筒状支持部材3と容器壁2との固定は、この例にあっては、筒状支持部材3のフランジ部3aに図示しないボルトを挿通して行われる。
The cylindrical support member 3 is penetrated and fixed to the container wall 2 that functions as a partition wall that separates the inside of the vacuum chamber from the atmosphere, and communicates between the two atmospheres. In this example, the cylindrical support member 3 and the container wall 2 are fixed by inserting a bolt (not shown) through the
動力伝達軸4は、大気側の端部には図示しないモータの駆動軸が接続され、真空チャンバ内の端部には図示しないマニピュレータの操作軸が接続される。この動力伝達軸4は、筒状支持部材3の内部に挿通されかつ筒状支持部材3に内装された回転軸受け5を介して回転自在に支持される。
The
筒状支持部材3の内周面と動力伝達軸4との隙間には、これをシールするためのシール機構が介在されている。図示のシール機構は、リング状回転板6と、リング状静止板7と、圧気式付勢部材8とを備えている。
A seal mechanism is provided in the gap between the inner peripheral surface of the cylindrical support member 3 and the
リング状回転板6は、筒状支持部材3の内部にあって、動力伝達軸4の外周にフランジ状に突設されて動力伝達軸4と一体に回転する。図示の例では、リング状回転板6の材質としては、SUS系やAl系等の金属、又はセラミックが採用されている。動力伝達軸4とリング状回転板6との固定手段としては、圧入嵌合等の公知の結合手段を適宜に採用すればよい。
The ring-shaped
リング状静止板7は、リング状回転板6と対向しかつその外周面を筒状支持部材3の内周面に接して筒状支持部材3の内部に保持されると共に、その中心孔7bには動力伝達軸4が回転自在に挿通される。図示の例では、リング状静止板7の材質としては、樹脂(例えば、PET等の超高分子量ポリエチレン)が採用されている。リング状静止板7の外周面と筒状支持部材3の内周面との隙間には、図示しないが、Oリング等の公知のシール手段が介在されることが好ましい。
The ring-shaped
圧気式付勢部材8は、金属製又は樹脂製のリング状ブロック体で構成され、リング状静止板7と対向する面には、円周に沿って等間隔に6個の超小型のエアシリンダ(市販のミニチュアシリンダ)9,9・・・が埋め込まれている。これらのエアシリンダ9,9・・・のそれぞれからは図示しない押圧子が出没自在に設けられており、これらの押圧子の先端によって、図2(a)に示されるように、リング状静止体7の円周上の6箇所の点c1〜c6が均一な力で押圧されるようになっている。これらのエアシリンダ9,9・・・は、エア通路10を介して共通の圧気源に接続されている。圧気源から各エアシリンダへ供給れる圧気の圧力は図示しない圧力調整器を介して調整可能とされている。したがって、この圧力調整器の操作で、エアシリンダによる押圧力を適切に制御できる。
The pneumatic urging member 8 is composed of a metal or resin ring-shaped block body, and has six ultra-small air cylinders at equal intervals along the circumference on the surface facing the ring-shaped
このように、圧気式付勢部材8は、リング状静止板7上の周方向等間隔の複数箇所c1〜c6を圧気を介して弾性的に押圧することにより、リング状静止板7をリング状回転板6へと均一な圧力で圧接させる機能を有している。これにより、リング状回転板6とリング状静止板7との摺り合わせ面を介して両雰囲気間が良好にシールされるように構成されている。
As described above, the pressure type urging member 8 elastically presses the circumferentially equidistant portions c1 to c6 on the ring-shaped
リング状静止板7は、図2及び図3に示されるように、この例では、大径の基部71と小径の段部72とを有する。そして、小径の段部72の端面がリング状回転板6との対向面7a、すなわち摺り合わせ面とされている。この対向面7aは、表面が平滑処理されると共に、動力伝達軸4と垂直な面に対して平行になされている。一方、リング状回転板6のリング状静止板7との対向面6aは、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理(ラップ仕上げ)されたテーパー面とされている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the ring-shaped
先に説明したように、リング状回転板6の材質としては、SUS系やAl系の金属又はセラミックが採用されている一方、リング状静止板7の材質としては、PET等の樹脂が採用されている。そのため、リング状回転板6のテーパー面(対向面6a)はリング状静止板7の対向面7aに比べて摩耗しにくい硬度関係となっている。
As described above, the material of the ring-shaped
リング状静止板の摩耗と摺り合わせ面周縁の移動との関係を示す説明図が図3に示されている。同図に示されるように、図示しないモータの回転に連れて動力伝達軸4が回転すると、リング状回転板6側の対向面(テーパー面)6aとリング状静止板7側の対向面7aとが摺り合わされた回転状態となる。
An explanatory view showing the relationship between the wear of the ring-shaped stationary plate and the movement of the peripheral edge of the sliding surface is shown in FIG. As shown in the figure, when the
このとき、両者の摺り合わせ面においては、圧気式付勢部材8の作用で、円周に沿った各点において均一な接圧力となることに加えて、両対向面6a,7aはいずれも高度に平滑処理された面とされているため、両者は密に接して良好なシール性能が得られる。
At this time, both the facing
当初、リング状回転板6とリング状静止板7とは、摺り合わせ面の周縁P1において円周に沿って接するが、時間の経過とと共に、接圧力と両者の材質とで定まる程度をもって摩耗が進行する。このとき、硬度の関係から、リング状回転板6側の対向面(テーパー面)6aは殆ど摩耗せずに維持されるのに対して、リング状静止板7側の対向面7aの方は摩耗が進行するため、摩耗の進行と共に、摺り合わせ面の周縁は、対向面(テーパー面)6aに沿ってP1からPxへと半径方向外方へと移動する。
Initially, the ring-shaped
なお、図ではテーパー面が6aから6a´へと移動しているように描かれているが、実際は、テーパー面6aの側は固定されていて、対向面7aの側の摩耗が進行するものであることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
In the drawing, the taper surface is depicted as moving from 6a to 6a ', but in actuality, the
このとき、摺り合わせ面の新たな周縁Pxにおいては、常に、平滑処理された滑らかな表面層(対向面7a)が現れるため、対向面7aが段部72の端面の半径方向全幅に亘って摩耗するまでの間、両者は密に接して良好なシール性能が維持されることとなる。
At this time, since a smooth surface layer (opposing
シール部の他の一例を示す断面図(その1)が図4に示されている。この例にあっては、リング状静止板7のリング状回転板6のテーパー面6aとの対向面7aは、半径方向に沿って湾曲する湾曲面とされている。より具体的には、この湾曲面は、曲率の小さな第1の湾曲面73と曲率の大きな第2の湾曲面74とから構成されている。さらに、小径段部72の外周にはリング状の切り込み溝75が形成されており、この切り込み溝75の作用により、湾曲部73,74には弾性が付与されている。
A cross-sectional view (part 1) showing another example of the seal portion is shown in FIG. In this example, the
このような構成によれば、リング状回転板6のテーパー面6aとリング状静止板7の対向面7aとが圧接しつつ回転すると、湾曲部73,74は切り込み溝75の作用により適度に撓んで両者は密に点接触することにより、良好なシール性能が得られる。また、湾曲部73,74の摩耗に連れて、両者の接触点は半径方向内方へと徐々に移動しつつ、常に、平滑な表面との接触が維持されるため、シール性能は長期に亘り良好に維持される。加えて、シール作用に殆ど寄与しない第1の湾曲部73は曲率が小さいため、逃げ空間が確保されて摩耗による粉塵の発生が少ない一方、シール作用に寄与する第2の湾曲部74は曲率が大きいため、テーパー面6aと接しつつも摩耗による粉塵の発生が少ない。そのため、この例によれば、テーパー面との摺り合わせ摩耗による粉塵の発生量が減少して、真空側への粉塵混入を効果的に軽減させることができる。
According to such a configuration, when the
シール部の他の一例を示す断面図(その1)が図5に示されている。図4に示されるテーパー面6aは凸部となる形態を有するのに対して、図5に示されるテーパー面6aは凹部となる形態を有するものであり、テーパー面6aは凹凸いずれの形態としてもよい。そして、図4の例と同様にして、この例によっても、良好なシール性能が長期に亘り維持されると共に、摩耗による粉塵の発生が極力抑制される利点がある。なお、同図において、図4と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。
A cross-sectional view (part 1) showing another example of the seal portion is shown in FIG. The
なお、以上の実施形態においては、リング状回転板6の対向面6aとリング状静止板7の側の対向面7aとのうちで、対向面6aの側をテーパー面としたが、逆に対向面7aの側をテーパー面とすることもできる。この場合には、上述した硬度の関係を得るために、リング状回転板6の素材として樹脂を使用し、リング状静止板7の素材を金属とすればよいであろう。
In the above-described embodiment, the opposing
本発明の回転運動伝達装置によれば、圧気を介して周方向多点を均一に圧接されたリング状回転板とリング状静止板との摺り合わせを介して両雰囲気間をシールすると言う基本構造を有することから、シール性能が良好であることに加えて、構造が簡単で組立も容易であって廉価に製作することができ、しかも圧気を介して付勢力を調整することで、摺り合わせ面の接圧力を自在に制御できるため、長期にわたってシール性能を維持することが容易となり、例えば、半導体製造に供される真空チャンバ等に好適なものとなる。 According to the rotational motion transmission device of the present invention, the basic structure is such that both atmospheres are sealed through the sliding of a ring-shaped rotating plate and a ring-shaped stationary plate that are uniformly pressed at multiple points in the circumferential direction via pressurized air. In addition to having good sealing performance, the structure is simple and easy to assemble, and can be manufactured at low cost. Since the contact pressure can be freely controlled, it is easy to maintain the sealing performance over a long period of time, and it is suitable for, for example, a vacuum chamber used for semiconductor manufacturing.
1 動力伝達装置
2 真空チャンバの容器壁
3 筒状支持部材
3a 取付用フランジ
4 動力伝達軸
5 回転軸受け
6 リング状回転板
6a,6a´ 対向面(テーパー面)
7 リング状静止板
7a 対向面
7b 中心孔
8 圧気式付勢部材
9 エアシリンダ
10 エア通路
71 基部
72 段部
73 第1の湾曲部
74 第2の湾曲部
75 リング状切り込み溝
c1〜c6 エアシリンダのプランジャによる押圧位置
P1,Px 摺り合わせ面の周縁
DESCRIPTION OF
7 Ring-shaped
Claims (1)
前記筒状支持部材の内部に挿通されかつ前記筒状支持部材に内装された回転軸受けを介して支持された動力伝達軸と、
前記筒状支持部材の内周面と前記動力伝達軸との隙間をシールするためのシール機構とを有し、
前記シール機構が、
前記筒状支持部材の内部にあって、前記動力伝達軸の外周にフランジ状に突設されて前記動力伝達軸と一体に回転するリング状回転板と、
前記リング状回転板と対向しかつその外周面を前記筒状支持部材の内周面に接して前記筒状支持部材の内部に保持されると共に、その中心孔には前記動力伝達軸が回転自在に挿通されるリング状静止板と、
前記リング状静止板上の周方向等間隔の複数箇所を圧気を介して弾性的に押圧することにより、前記リング状静止板を前記リング状回転板へと圧接させる圧気式付勢部材と、を含み、
前記リング状回転板と前記リング状静止板とのいずれか一方の対向面は、半径方向に沿って傾斜しかつ表面が平滑処理されたテーパー面とされ、かつそのテーパー面は他方の部材の対向面に比べて摩耗しにくい硬質素材で形成され、
前記テーパー面との対向面は、半径方向に沿って相手方へと膨出しつつ湾曲する湾曲面とされ、前記湾曲面は、前記テーパー面に近い側に位置する曲率の小さな第1の湾曲面(73)と前記テーパー面から遠い側に位置する曲率の大きな第2の湾曲面(75)とを含み、かつ前記第1の湾曲面(73)の側の周側面には、第1の湾曲面(73)側から第2の湾曲面(75)側へと切り込まれたリング状の切り込み溝(75)が形成されており、
リング状回転板とリング状静止板との摺り合わせ面を介して両雰囲気間をシールする、ことを特徴とする回転運動伝達装置。 A cylindrical support member that penetrates and is fixed to a partition wall that separates two atmospheres where there is a difference in atmospheric pressure, such as an air atmosphere and a vacuum atmosphere, and communicates between the two atmospheres;
A power transmission shaft which is supported via a rotary bearing which is furnished in inserted through and the tubular support member to the inside of the tubular support member,
And a sealing mechanism for sealing the gap between the power transmission shaft and the inner peripheral surface of the tubular support member,
The sealing mechanism is
In the interior of the tubular support member, and the ring-shaped rotary plate which rotates integrally with the power transmission shaft projecting from the flange on the outer periphery of the power transmission shaft,
Is held to the ring-shaped rotary plate facing One only its outer peripheral surface in the interior of the tubular support member in contact with the inner circumferential surface of the tubular support member, said power transmission shaft is rotatably at its center hole A ring-shaped stationary plate inserted through,
By elastically pressing through the gas in the circumferential direction at equal intervals of a plurality of positions on the ring-shaped stationary plate, a gas urging expression member to the ring-shaped stationary plate is pressed against to the ring-shaped rotary plate, the Including
The facing surface of either the ring-shaped rotating plate or the ring-shaped stationary plate is a tapered surface that is inclined along the radial direction and has a smooth surface, and the tapered surface is the facing surface of the other member. Made of hard material that is less likely to wear than the surface,
The surface facing the tapered surface is a curved surface that is curved while bulging toward the other side along the radial direction, and the curved surface is a first curved surface with a small curvature located on the side close to the tapered surface ( 73) and a second curved surface (75) having a large curvature located on the side far from the tapered surface, and the first curved surface is provided on the peripheral side surface of the first curved surface (73). A ring-shaped cut groove (75) cut from the (73) side to the second curved surface (75) side is formed,
A rotary motion transmission device characterized by sealing between the two atmospheres via a sliding surface between a ring-shaped rotating plate and a ring-shaped stationary plate.
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