JP6566691B2 - 複合型ベローズ - Google Patents

Description

本発明は、複数のベローズを組み合わせて構成された複合型ベローズに関する。

液晶用ガラス基板や半導体用ウエハの成膜製造装置において、基板やウエハを搬送する産業用ロボットの分野では、真空環境を保持した状態で基板やウエハの昇降を行う必要がある。その際に、真空環境保持と伸縮動作を行う目的で、金属ベローズが使用されている。しかし、伸縮量が多くなると金属ベローズの面間距離も長くなり、その結果装置全体のサイズが大型化する傾向にあった。そこで、装置全体の大型化を防ぐため、金属ベローズのコンパクト化が求められているのが現状である。

従来、長ストロークの金属ベローズを製造する場合、下記の特許文献１に記載された多ベローズ機構のように、ベローズを複数のブロックに分割し、各面間が過伸縮しないように棒状の面間拘束部品を設ける構造が一般的である。ところが、この構造によると、複数のベローズのサイズがすべて同径サイズであるため、最小面間をよりコンパクト化することが困難である。

また、昇降機構を有する装置としては、下記の特許文献２に記載された搬送装置のように、テレスコピック状に伸縮する複数の昇降部材を組み合わせた構造も知られている。ところが、この構造の場合、複数の昇降部材同士の隙間をベローズで気密シールする構造であり、単独ブロックのベローズ昇降機構であるため、長ストローク変位を許容する目的には適していない。

特開２００９−１４４８６８号公報 特開２００８−２４６６４４号公報

本発明は前記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単かつコンパクトな構造でありながら長ストロークの伸縮動作が可能な複合型ベローズを提供することにある。

前記の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、軸方向に伸縮可能な第一ベローズと、当該第一ベローズの外径よりも大きな内径を有し同軸方向に伸縮可能な第二ベローズとを備え、自由長時において前記第一ベローズが前記第二ベローズの内側に当該第二ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第一ベローズの一端面と前記第二ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合型ベローズにおいて、前記第二ベローズの外径よりも大きな内径を有し同軸方向に伸縮可能な第三ベローズを更に備え、自由長時において前記第二ベローズが前記第三ベローズの内側に当該第三ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第二ベローズの他端面と前記第三ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズである。

また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の複合型ベローズにおいて、前記第一ベローズの外径よりも大きく、かつ、前記第二ベローズと等しい内径を有し同軸方向に伸縮可能な第四ベローズを更に備え、自由長時において前記第一ベローズが前記第四ベローズの内側に当該第一ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第一ベローズの他端面と前記第四ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズである。

本発明に係る複合型ベローズによれば、径の異なる複数のベローズを段付固定具で気密に接続する構造を採用したことにより、最小短縮時にベローズ面間距離が段付固定具の厚さ分しか増えないため、設置スペースのコンパクト化を図ることができるとともに、最大伸長時には単一型ベローズに比べて大幅に増大したストローク量を確保することができるという効果がある。

本発明に係る第一実施形態の複合型ベローズの構造を示す図で、（ａ）は最小面間時の状態を示す断面図、（ｂ）は自由長時の状態を示す断面図である。 従来の単一型ベローズと本発明の複合型ベローズについてベローズ面間距離を比較した図で、（ａ）は最小面間時の状態を示す断面図、（ｂ）は自由長時の状態を示す断面図、（ｃ）は最大面間時の状態を示す断面図である。 本発明に係る第二実施形態の複合型ベローズの構造を示す図で、（ａ）は最小面間時の状態を示す断面図、（ｂ）は自由長時の状態を示す断面図、（ｃ）は同複合型ベローズの最大面間時の状態を示す断面図である。 本発明に係る第三実施形態の複合型ベローズの構造を示す図で、（ａ）は最小面間時の状態を示す断面図、（ｂ）は自由長時の状態を示す断面図、（ｃ）は最大面間時の状態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、第一実施形態の複合型ベローズＢ１は、液晶用ガラス基板や半導体用ウエハの成膜製造装置において、真空環境保持と伸縮動作を行うために使用される配管部品である。この複合型ベローズＢ１は、中央に開口部を有する上下一対のフランジ１０，２０と、両フランジ間に配置された第一ベローズ１と第二ベローズ２の二つのベローズを組み合わせることにより構成されている。

第一ベローズ１は、ステンレス鋼やニッケル合金またはチタン材等の金属製の溶接ベローズからなり、同じく金属製の上側フランジ１０の裏面に溶接で固定されている。第一ベローズ１は、図１（ｂ）に矢印で示した軸方向（垂直方向）に沿って、所定のストローク量伸縮可能に構成されている。

第二ベローズ２は、ステンレス鋼やニッケル合金またはチタン材等の金属製の溶接ベローズからなり、同じく金属製の下側フランジ２０の表面に溶接で固定されている。第二ベローズ２は、図１（ｂ）に矢印で示した第一ベローズ１と同軸方向（垂直方向）に沿って、所定のストローク量伸縮可能に構成されている。また、この第二ベローズ２は、第一ベローズ１よりも一回り大きな円筒型に成形されており、第一ベローズ１の外径Ｂo１よりも大きな内径Ｂi２を有している。

第一ベローズ１と第二ベローズ２は、段付固定具５を介して気密に接続されている。段付固定具５は、ステンレス鋼等からなる金具であって、内環部５ａと外環部５ｂの間に段差部５ｃを設けた内外二重の円盤型に成形されている。そして、図１（ｂ）に示した自由長時において、第一ベローズ１が第二ベローズ２の内側に所定長さ（本実施形態では段付固定具５の高さＨ相当）分だけ挿入され、第一ベローズ１の一端面（下端面）が内環部５ａの表面に溶接で固定され、第二ベローズ２の一端面（上端面）が外環部５ｂの裏面に溶接で固定されている。

このように、第一ベローズ１と第二ベローズ２が段付固定具５を介して連結されることによって、複合型ベローズＢ１の内部空間８と外部空間９とが完全に隔離され、内部空間８の気密性が確保される。

本実施形態の複合型ベローズＢ１は以上のように構成されており、以下その作用効果について図２を参照して説明する。

図２は、一つのベローズからなる従来の単一型ベローズと、これと同一伸縮量の二つのベローズを組み合わせてなる本発明の複合型ベローズについて、両者のベローズ面間距離を比較したものである。

図２（ａ）に示すようにベローズを最小短縮させた最小面間時において、本発明の複合型ベローズは、従来の単一型ベローズと比べてベローズ面間距離の差が段付固定具の厚さＴ相当しかないため、大幅なサイズアップを招くことがなく設置スペースのコンパクト化を図ることができる。また、図２（ｃ）に示すようにベローズを最大伸長させた最大面間時において、本発明の複合型ベローズは、従来の単一型ベローズと比べて約２倍近くのストローク量を確保することができる。

したがって、図２の比較から明らかなように、本発明の複合型ベローズによれば、従来の単一型ベローズとほとんど変わらないコンパクトな構造でありながら長ストロークの伸縮動作を実現することができる。

以上のとおり第一実施形態の複合型ベローズＢ１について説明したが、本発明においては以下の実施形態に示すような異なる構造を採用することもできる。

図３に示す第二実施形態の複合型ベローズＢ２は、第一実施形態の複合型ベローズＢ１の構造に加えて、第一ベローズ１及び第二ベローズ２と同軸方向に伸縮可能な第三ベローズ３を備え、これを第二ベローズ２側に接続した非対称式の伸縮構造である。

第三ベローズ３は、第二ベローズ２よりも一回り大きな円筒型に成形されており、第二ベローズ２の外径Ｂo２よりも大きな内径Ｂi３を有している。第三ベローズ３は第二ベローズ２の開口側に配置され、第一実施形態と同様な段付固定具６を介して気密に接続されている。すなわち、第二ベローズ２は第三ベローズ３の内側に段付固定具６の高さ分だけ挿入され、第二ベローズ２の他端面（下端面）が内環部６ａの表面に溶接で固定され、第三ベローズ３の一端面（上端面）が外環部６ｂの裏面に溶接で固定されている。

ここで、本実施形態の複合型ベローズＢ２のサイズは、第一ベローズ１、第二ベローズ２及び第三ベローズ３のそれぞれの自由長をＡ、その可動範囲をＡ±ｎ、段付固定具５，６の高さをＢとすると、次のように設計される。
自由長時のベローズ面間距離 ：Ｌ＝３Ａ−２Ｂ …図３（ｂ）
最小短縮時のベローズ面間距離：Ｌ−３ｎ …図３（ａ）
最大伸長時のベローズ面間距離：Ｌ＋３ｎ …図３（ｃ）

図３から明らかなように、本実施形態の複合型ベローズＢ２によれば、最小短縮時における簡単かつコンパクトな構造を維持しながら、最大伸長時には第一実施形態に比べてより一層長ストロークの伸縮動作を実現することができる。

図４に示す第三実施形態の複合型ベローズＢ３は、第一実施形態の複合型ベローズＢ１の構造に加えて、第一ベローズ１及び第二ベローズ２と同軸方向に伸縮可能な第四ベローズ４を備え、これを第一ベローズ１側に接続した対称式の伸縮構造である。

第四ベローズ４は、第一ベローズ１よりも一回り大きな円筒型に成形されており、第一ベローズ１の外径Ｂo１よりも大きく、かつ、第二ベローズ２の内径Ｂi２と等しい内径Ｂi４を有している。第四ベローズ４は第一ベローズ１の開口側に配置され、第一実施形態と同様な段付固定具７を介して気密に接続されている。すなわち、第一ベローズ１は第四ベローズ４の内側に段付固定具７の高さ分だけ挿入され、第一ベローズ１の他端面（上端面）が内環部７ａの裏面に溶接で固定され、第四ベローズ４の一端面（下端面）が外環部７ｂの表面に溶接で固定されている。

図４から明らかなように、本実施形態の複合型ベローズＢ３によれば、最小短縮時における簡単かつコンパクトな構造を維持しながら、最大伸長時には第一実施形態に比べてより一層長ストロークの伸縮動作を実現することができる。また、本実施形態では特に、第四ベローズ４を第一ベローズ１の開口側に接続し、第四ベローズ４の内径を第二ベローズ２の内径と等しく設定したことによって、口径のロスを無くして径方向への拡がりを抑え、設置スペースを更にコンパクト化することが可能になる。

以上説明した実施形態ではいずれも、複数のベローズをステンレス鋼やニッケル合金またはチタン材等の金属製の溶接ベローズで構成したが、これに代えて、ステンレス鋼やアルミニウム合金またはチタン材等の金属製の成形ベローズで構成しても良い。また、連結するベローズの個数は前記実施形態のものに限らず必要に応じて増やすこともでき、さらには、第二実施形態の非対称式の複合型ベローズＢ２と第三実施形態の対称式の複合型ベローズＢ３を任意に組み合わせた構造を採用することもできる。

Ｂ１：第一実施形態の複合型ベローズ
Ｂ２：第二実施形態の複合型ベローズ
Ｂ３：第三実施形態の複合型ベローズ
１：第一ベローズ
２：第二ベローズ
３：第三ベローズ
４：第四ベローズ
５：段付固定具
５ａ：内環部
５ｂ：外環部
５ｃ：段差部
６：段付固定具
６ａ：内環部
６ｂ：外環部
６ｃ：段差部
７：段付固定具
７ａ：内環部
７ｂ：外環部
７ｃ：段差部
８：内部空間
９：外部空間
１０：上側フランジ
２０：下側フランジ

Claims (3)

1. 軸方向に伸縮可能な第一ベローズと、当該第一ベローズの外径よりも大きな内径を有し同軸方向に伸縮可能な第二ベローズとを備え、
   自由長時において前記第一ベローズが前記第二ベローズの内側に当該第二ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第一ベローズの一端面と前記第二ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズ。
2. 請求項１に記載の複合型ベローズにおいて、
   前記第二ベローズの外径よりも大きな内径を有し同軸方向に伸縮可能な第三ベローズを更に備え、
   自由長時において前記第二ベローズが前記第三ベローズの内側に当該第三ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第二ベローズの他端面と前記第三ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズ。
3. 請求項１に記載の複合型ベローズにおいて、
   前記第一ベローズの外径よりも大きく、かつ、前記第二ベローズと等しい内径を有し同軸方向に伸縮可能な第四ベローズを更に備え、
   自由長時において前記第一ベローズが前記第四ベローズの内側に当該第四ベローズの長さよりも短い段付固定具の高さ分だけ挿入され、前記第一ベローズの他端面と前記第四ベローズの一端面とが前記段付固定具を介して気密に接続されていることを特徴とする複合型ベローズ。