JP7182928B2

JP7182928B2 - 伸縮装置

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Publication number: JP7182928B2
Application number: JP2018137807A
Authority: JP
Inventors: 健弘新藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: CN111801516A; JP2020016255A; TW202012127A; US11491639B2; TWI803669B; KR20210032301A; WO2020022107A1; US20210220989A1; KR102713981B1

Description

本開示の種々の側面及び実施形態は、伸縮装置に関するものである。

従来、基板搬送用のロボットには、高さ方向や水平方向に伸縮する伸縮装置が使用されている。例えば高さ方向に伸縮する伸縮装置では、例えば、ベースとなる固定支柱に第１のボールねじが設けられ、第１のボールねじを介して固定支柱に第１の可動支柱が連結される。また、所定の伝達機構を介して第１のボールねじに連結された第２のボールねじが第１の可動支柱に設けられ、第２のボールねじを介して第１の可動支柱に第２の可動支柱が連結される。また、第１の可動支柱には、駆動源であるモータが取り付けられる。そして、第１の可動支柱に取り付けられたモータから供給される駆動力によって第１のボールねじのねじ及び第２のボールねじのねじ軸が回転することにより、固定支柱に対して第１の可動支柱が上下に移動し、第１の可動支柱に対して第２の可動支柱が上下に移動する。

特開平９－２９６７０号公報特開２０００－１１７６６７号公報

しかしながら、上述した技術では、第１の可動支柱に駆動源であるモータが取り付けられるので、第１の可動支柱及び第２の可動支柱が移動する際に、モータの自重を含む荷重がモータに付与される。モータの自重を含む荷重がモータに付与されると、モータから供給される駆動力によって回転する第１のボールねじ及び第２のボールねじの回転速度が低下する。結果として、第１の可動支柱及び第２の可動支柱の移動速度が低下し、高速な伸縮動作が妨げられる。なお、ここでは、高さ方向に伸縮する伸縮装置に関する問題を述べたが、水平方向に伸縮する伸縮装置でも、同様の問題が発生する。

開示する伸縮装置は、１つの実施態様において、ベース部材と、前記ベース部材に設けられ、駆動源から供給される駆動力によって回転する第１のボールねじと、前記第１のボールねじを介して前記ベース部材に連結され、前記第１のボールねじの回転に伴い、前記ベース部材に対して相対的に移動する第１の可動部材と、前記第１の可動部材に設けられ、前記第１の可動部材の移動に伴い、回転する第２のボールねじと、前記第１の可動部材に設けられた第３のボールねじと、前記第２のボールねじの回転を前記第３のボールねじへ伝達する伝達機構と、前記第３のボールねじを介して前記第１の可動部材に連結され、前記第３のボールねじの回転に伴い、前記第１の可動部材に対して相対的に移動する第２の可動部材と、を有する。

開示する伸縮装置の１つの態様によれば、高速な伸縮動作を実現することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態に係る伸縮装置を正面から見た場合の斜視図である。図２は、本実施形態に係る伸縮装置を背面から見た場合の斜視図である。図３は、本実施形態に係る伸縮装置の平面図である。図４は、本実施形態に係る伸縮装置の側面図である。図５は、本実施形態におけるベース部材と第１の可動部材との連結部分の構成を示す図である。図６は、本実施形態における第１の可動部材と第２の可動部材との連結部分の構成を示す図である。図７は、本実施形態における第１の可動部材と第２の可動部材との連結部分の構成を示す図である。図８は、本実施形態における第１の可動部材と第２の可動部材との連結部分の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本願の開示する伸縮装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

図１は、本実施形態に係る伸縮装置１００を正面から見た場合の斜視図である。図２は、本実施形態に係る伸縮装置１００を背面から見た場合の斜視図である。図３は、本実施形態に係る伸縮装置１００の平面図である。図４は、本実施形態に係る伸縮装置１００の側面図である。

図１～図４に示すように、伸縮装置１００は、伸縮装置１００とは独立した駆動源であるモータ１０１に連結機構１０２を介して接続され、モータ１０１から供給される駆動力を受けて高さ方向に伸縮する。伸縮装置１００は、ベース部材１１０、第１のボールねじ１２０、第１の可動部材１３０、第２のボールねじ１４０、第３のボールねじ１５０、伝達機構１６０、第２の可動部材１７０、第１のガイド機構１８０及び第２のガイド機構１９０を有する。

ベース部材１１０は、板状の部材であり、例えば床面等の平らな面に起立するように固定される。

第１のボールねじ１２０は、ベース部材１１０に設けられる。第１のボールねじ１２０は、モータ１０１が第１の可動部材１３０及び第２の可動部材１７０とは独立して配置された状態で、連結機構１０２を介してモータ１０１に連結され、モータ１０１から供給される駆動力によって回転する。なお、連結機構１０２は、モータ１０１の出力軸に取り付けられたプーリと、第１のボールねじ１２０のねじ軸に取り付けられたプーリと、これら２つのプーリを連結するベルトとを含む。

第１の可動部材１３０は、板状の部材であり、第１のボールねじ１２０を介してベース部材１１０に連結される。そして、第１の可動部材１３０は、第１のボールねじ１２０の回転に伴い、ベース部材１１０に対して相対的に移動する。本実施形態では、第１の可動部材１３０は、ベース部材１１０の高さ方向に沿って上下に移動する。ベース部材１１０と第１の可動部材１３０との連結部分の具体的な構成については、後に詳述する。

第２のボールねじ１４０は、第１の可動部材１３０に設けられ、第１の可動部材１３０の移動に伴い、回転する。

第３のボールねじ１５０は、第１の可動部材１３０に設けられる。

伝達機構１６０は、第２のボールねじ１４０の回転を第３のボールねじ１５０に伝達する。

第２の可動部材１７０は、Ｌ字状に折り曲げられた板状の部材であり、例えば搬送用アーム等の他の部品を搭載するための面状部１７１を有する。第２の可動部材１７０は、第３のボールねじ１５０を介して第１の可動部材１３０に連結される。そして、第２の可動部材１７０は、第３のボールねじ１５０の回転に伴い、第１の可動部材１３０に対して相対的に移動する。本実施形態では、第２の可動部材１７０は、第１の可動部材１３０の高さ方向に沿って上下に移動する。第１の可動部材１３０と第２の可動部材１７０との連結部分の具体的な構成については、後に詳述する。

第１のガイド機構１８０は、ベース部材１１０に対する第１の可動部材１３０の移動を案内する。具体的には、第１のガイド機構１８０は、一対のガイドレール１８１、１８２及び一対のガイドブロック１８３、１８４を有する。一対のガイドレール１８１、１８２は、ベース部材１１０に取り付けられ、ベース部材１１０の高さ方向に延在する。一対のガイドブロック１８３、１８４は、第１の可動部材１３０に取り付けられ、一対のガイドレール１８１、１８２に摺動自在に連結される。一対のガイドブロック１８３、１８４が一対のガイドレール１８１、１８２上を摺動することにより、第１の可動部材１３０は、一対のガイドレール１８１、１８２によって案内されつつ、ベース部材１１０の高さ方向に沿って上下に移動する。

第２のガイド機構１９０は、第１の可動部材１３０に対する第２の可動部材１７０の移動を案内する。具体的には、第２のガイド機構１９０は、一対のガイドレール１９１、１９２及び一対のガイドブロック１９３、１９４を有する。一対のガイドレール１９１、１９２は、第１の可動部材１３０に取り付けられ、第１の可動部材１３０の高さ方向に延在する。一対のガイドブロック１９３、１９４は、第２の可動部材１７０に取り付けられ、一対のガイドレール１９１、１９２に摺動自在に連結される。一対のガイドブロック１９３、１９４が一対のガイドレール１９１、１９２上を摺動することにより、第２の可動部材１７０は、一対のガイドレール１９１、１９２によって案内されつつ、第１の可動部材１３０の高さ方向に沿って上下に移動する。

次に、ベース部材１１０と第１の可動部材１３０との連結部分について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、本実施形態におけるベース部材１１０と第１の可動部材１３０との連結部分の構成を示す図である。なお、図５は、図３のＡ－Ａ線における断面を示す。

図５に示すように、ベース部材１１０に設けられた第１のボールねじ１２０は、ねじ軸１２１及びナット１２２を有する。ねじ軸１２１は、ベース部材１１０に固定部材１２１ａ、１２１ｂを介して回転自在に固定され、ねじ軸１２１の端部は、連結機構１０２を介してモータ１０１の出力軸に連結される。

ナット１２２は、ねじ軸１２１に取り付けられるとともに、第１の可動部材１３０に固定部材１２２ａを介して固定される。これにより、第１の可動部材１３０は、第１のボールねじ１２０（ねじ軸１２１及びナット１２２）を介してベース部材１１０に連結される。そして、第１のボールねじ１２０のねじ軸１２１は、モータ１０１から供給される駆動力によって回転し、ナット１２２は、ねじ軸１２１の回転に伴い、ねじ軸１２１に沿って第１の可動部材１３０を移動させる。

このように、伸縮装置１００では、モータ１０１が第１の可動部材１３０とは独立して配置され、このモータ１０１から供給される駆動力を用いた第１のボールねじ１２０の回転に伴い、ベース部材１１０に対して第１の可動部材１３０が相対的に移動する。このため、第１の可動部材１３０が移動する際に、モータ１０１の自重を含む荷重がモータ１０１に付与されることがなく、第１のボールねじ１２０の回転速度の低下が抑制される。結果として、第１の可動部材１３０の移動速度の低下が抑制され、高速な伸縮動作を実現することができる。

次に、第１の可動部材１３０と第２の可動部材１７０との連結部分について、図６～図８を参照して詳細に説明する。図６～図８は、本実施形態における第１の可動部材１３０と第２の可動部材１７０との連結部分の構成を示す図である。なお、図６は、図３のＢ－Ｂ線における断面を示し、図７は、図３のＣ－Ｃ線における断面を示し、図８は、図４のＤ－Ｄ線における断面を示す。

図６に示すように、第１の可動部材１３０に設けられた第２のボールねじ１４０は、ナット１４１及びねじ軸１４２を有する。ナット１４１は、ベース部材１１０に固定部材１４１ａを介して固定される。

ねじ軸１４２は、ナット１４１に取り付けられるとともに、第１の可動部材１３０に固定部材１４２ａ、１４２ｂを介して回転自在に固定される。

図７に示すように、第１の可動部材１３０に設けられた第３のボールねじ１５０は、ねじ軸１５１及びナット１５２を有する。ねじ軸１５１は、第１の可動部材１３０に固定部材１５１ａ、１５１ｂを介して回転自在に固定される。

ナット１５２は、ねじ軸１５１に取り付けられるとともに、第２の可動部材１７０に固定部材１５２ａを介して固定される。固定部材１５２ａは、第１の可動部材１３０のうちねじ軸１５１に対応する領域に形成された貫通孔１３１に挿入されてナット１５２と第２の可動部材１７０とを連結する。これにより、第２の可動部材１７０は、第３のボールねじ１５０（ねじ軸１５１及びナット１５２）を介して第１の可動部材１３０に連結される。

また、第２のボールねじ１４０のねじ軸１４２と、第３のボールねじ１５０のねじ軸１５１とは、図８に示すように、伝達機構１６０によって連結される。すなわち、伝達機構１６０は、第１のプーリ１６１、第２のプーリ１６２及び伝達ベルト１６３を有する。第１のプーリ１６１は、第２のボールねじ１４０のねじ軸１４２に取り付けられる。第２のプーリ１６２は、第３のボールねじ１５０のねじ軸１５１に取り付けられる。第１のプーリ１６１及び第２のプーリ１６２は、直径が同一であり、伝達ベルト１６３によって連結される。第１の可動部材１３０が移動すると、第２のボールねじ１４０のねじ軸１４２が回転し、第２のボールねじ１４０のねじ軸１４２の回転に伴い、第１のプーリ１６１が回転する。第１のプーリ１６１の回転は、伝達ベルト１６３によって第２のプーリ１６２に伝達される。第１のプーリ１６１の回転が第２のプーリ１６２に伝達されることにより、第２のプーリ１６２が回転する。そして、第２のプーリ１６２の回転に伴い、第３のボールねじ１５０のねじ軸１５１が回転し、ナット１５２は、ねじ軸１５１に沿って第２の可動部材１７０を移動させる。ここで、第１のプーリ１６１及び第２のプーリ１６２は、直径が同一であるので、第１の可動部材１３０の移動速度及び第２の可動部材１７０の移動速度は同一である。

このように、伸縮装置１００では、モータ１０１が第２の可動部材１７０とは独立して配置され、第１の可動部材１３０の移動に基づく第３のボールねじ１５０の回転に伴い、第１の可動部材１３０に対して第２の可動部材１７０が相対的に移動する。このため、第２の可動部材１７０が移動する際に、モータ１０１の自重を含む荷重がモータ１０１に付与されることがなく、第３のボールねじ１５０の回転速度の低下が抑制される。結果として、第２の可動部材１７０の移動速度の低下が抑制され、高速な伸縮動作を実現することができる。

以上、本実施形態によれば、第１の可動部材１３０とは独立したモータ１０１から供給される駆動力を用いた第１のボールねじ１２０の回転に伴い、ベース部材１１０に対して第１の可動部材１３０を相対的に移動させる。さらに、本実施形態によれば、第１の可動部材１３０の移動に連動する第２のボールねじ１４０の回転を伝達機構１６０によって第３のボールねじ１５０に伝達し、第３のボールねじ１５０の回転に伴い、第１の可動部材１３０に対して第２の可動部材１７０を相対的に移動させる。このため、第１の可動部材１３０及び第２の可動部材１７０が移動する際に、モータ１０１の自重を含む荷重がモータ１０１に付与されることがなく、第１のボールねじ１２０及び第３のボールねじ１５０の回転速度の低下が抑制される。結果として、第１の可動部材１３０及び第２の可動部材１７０の移動速度の低下が抑制され、高速な伸縮動作を実現することができる。

また、本実施形態によれば、モータ１０１が移動しないため、モータ１０１に接続された給電ケーブルに加わる負荷を低減することができ、該給電ケーブルの寿命を延ばすことができる。

さらに、本実施形態による伸縮装置１００を真空装置内に配置する場合、モータ１０１は伸縮装置１００と独立して配置することができるため、モータ１０１を当該真空装置内に配置する必要がない。このため、モータ１０１を大気環境下に配置することが可能である。

また、本実施形態によれば、ベース部材１１０に第１の可動部材１３０を連結し、且つ第１の可動部材１３０に第２の可動部材１７０を連結しているため、ストロークを大きくすることができる。

なお、上記の実施形態では、第１の可動部材１３０の移動速度及び第２の可動部材１７０の移動速度は同一であるものとしたが、第１の可動部材１３０の移動速度に対する第２の可動部材１７０の移動速度の比を変更しても良い。すなわち、図８に示した第１のプーリ１６１と第２のプーリ１６２とは、直径が異なっても良い。また、図８に示した第２のボールねじ１４０のねじ軸１４２と、第３のボールねじ１５０のねじ軸１５１とは、ねじ溝のピッチが異なっても良い。

また、上記の実施形態では、伸縮装置１００は、高さ方向に伸縮するものとしたが、水平方向に伸縮しても良い。この場合、図１に示したベース部材１１０は、例えば床面等の平らな面に平行に固定される。

１００伸縮装置
１０１モータ
１０２連結機構
１１０ベース部材
１２０第１のボールねじ
１２１、１４２、１５１ねじ軸
１２２、１４１、１５２ナット
１３０第１の可動部材
１３１貫通孔
１４０第２のボールねじ
１５０第３のボールねじ
１６０伝達機構
１６１第１のプーリ
１６２第２のプーリ
１６３伝達ベルト
１７０第２の可動部材
１７１面状部
１８０第１のガイド機構
１８１、１８２ガイドレール
１８３、１８４ガイドブロック
１９０第２のガイド機構
１９１、１９２ガイドレール
１９３、１９４ガイドブロック

Claims

ベース部材と、
前記ベース部材の背面に設けられ、駆動源から供給される駆動力によって回転する第１のボールねじと、
前記ベース部材に平行な板状の部材であって、前記第１のボールねじを介して前記ベース部材に連結され、前記第１のボールねじの回転に伴い、前記ベース部材に対して相対的に移動する第１の可動部材と、
前記ベース部材の前記背面と対向する前記第１の可動部材の前面に設けられ、前記第１の可動部材の移動に伴い、回転する第２のボールねじと、
前記第１の可動部材に設けられた第３のボールねじと、
前記第２のボールねじの回転を前記第３のボールねじへ伝達する伝達機構と、
前記第３のボールねじを介して前記第１の可動部材に連結され、前記第３のボールねじの回転に伴い、前記第１の可動部材に対して相対的に移動する第２の可動部材と、
前記ベース部材と前記第１の可動部材との間に設けられた、前記ベース部材に対する前記第１の可動部材の移動を案内する第１のガイド機構と、
を有し、
前記第１のボールねじ、前記第２のボールねじおよび前記第３のボールねじは、前記第１の可動部材と前記ベース部材との間に配置され、
前記第３のボールねじと前記第２の可動部材とは、前記第１の可動部材に設けられた貫通孔を介して接続される、伸縮装置。
前記駆動源は、ベース部材の前記背面とは反対側の前面に当該前面とは離れて配置される、請求項１に記載の伸縮装置。
前記第１のボールねじは、
前記ベース部材に回転自在に固定され、前記駆動源から供給される駆動力によって回転するねじ軸と、
前記ねじ軸に取り付けられるとともに、前記第１の可動部材に固定され、前記ねじ軸の回転に伴い、前記ねじ軸に沿って前記第１の可動部材を移動させるナットとを有する、請求項１又は２に記載の伸縮装置。
前記第２のボールねじは、
前記ベース部材に固定されたナットと、
前記ナットに取り付けられるとともに、前記第１の可動部材に回転自在に固定され、前記第１の可動部材の移動に伴い、回転するねじ軸とを有し、
前記第３のボールねじは、
前記第１の可動部材に回転自在に固定され、前記第２のボールねじのねじ軸の回転が前記伝達機構によって伝達されることにより、回転するねじ軸と、
前記ねじ軸に取り付けられるとともに、前記第１の可動部材の前記貫通孔を介して前記第２の可動部材に固定され、前記ねじ軸の回転に伴い、前記ねじ軸に沿って前記第２の可動部材を移動させるナットとを有し、
前記伝達機構は、
前記第２のボールねじのねじ軸に取り付けられた第１のプーリと、
前記第３のボールねじのねじ軸に取り付けられた第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリとを連結するベルトとを有する、請求項１～３のいずれか一つに記載の伸縮装置。
前記第１のプーリと前記第２のプーリとは、直径が異なる、請求項４に記載の伸縮装置。
前記第２のボールねじのねじ軸と、前記第３のボールねじのねじ軸とは、ねじ溝のピッチが異なる、請求項４又は５に記載の伸縮装置。
前記第１の可動部材と前記第２の可動部材との間に設けられた、前記第１の可動部材に対する前記第２の可動部材の移動を案内する第２のガイド機構
をさらに有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の伸縮装置。
前記第１のガイド機構は、第１のガイドレール及び第２のガイドレールを有し、
前記第１のボールねじ、前記第２のボールねじ及び前記第３のボールねじは、前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間に設けられる、請求項１～７のいずれか一つに記載の伸縮装置。
前記第２のガイド機構は、第１のガイドレール及び第２のガイドレールを有し、
前記第１の可動部材の前記貫通孔は、前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間に設けられる請求項７に記載の伸縮装置。