JPH04129693A - マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、マニピュレータに関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、面内回転、傾斜回転および自
転の三つの回転運動を行うことができ、しかもこれらの
回転運動の自由度を向上させることのできる、超高真空
中でも使用可能なマニピュレータに関するものである。

（従来の技術） 従来より、分子線結晶成長装置等に用いられてきている
マニピュレータについては、−船釣に、たとえば第６図
および第７図に例示したような面内回転機構を採用して
いる。

第６図に示した面内回転機構においては、ｙ軸の回りを
回転する回転軸（ア）を歯車（イ）（つ）を介して試料
ホルダ（工）に接続し、歯車（イ）（つ）でｙ軸回りの
回転（ｙ回転）を２軸回りの回転（２回転）に変換（ｙ
ｚ変換）して、試料ホルダ（１）を面内回転させる。

一方、第７図に示した回転機構においては、ｙ回転する
回転軸（ア）を歯車（イ）（つ）を介して２回転する歯
車またはプーリ（オ）に接続し、この歯車またはプーリ
（オ）と試料ホルダ（１）の下部に設けた別の歯車また
はプーリ（力）とをワイヤまたはチェーン（キ）で連結
している。このようにして、ｙ回転を２回転に変換し、
これをワイヤまたはチェーン（キ）によって試料ホルダ
（１）に伝達（ｙｚｚ変換）して面内回転させる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらの第６図および第７図に例示した
従来のマニピュレータにおいては、第６図に示したよう
なｙｚ変換方式の面内回転機構の場合には、確実に試料
ホルダ（１）をＺ軸回りに面内回転させることはできる
ものの、歯車（イ）（つ）の結合によりＸ軸回りの傾斜
回転を行うことは不可能であるという問題があった。

また、第７図に示したようなｙｚｚ変換方式の場合には
、ワイヤまたはチェーン（キ）を介して試料ホルダ（１
）に２回転を伝達させるために、多少の傾斜回転を行う
ことは可能であるか、実質的には±１０°１００傾斜を
与えることは困難であった。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来のマニピュレータの欠点を解消し、面内回転
、傾斜回転および自転の三つの回転運動を行うことがで
き、しかもそれらの回転運動の自由度を向上させること
のできるマニピュレータを提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、面内回
転導入軸からのｙ軸回りの回転運動をＸ軸回りの回転運
動に変換するｙｘ変換機構と、このＸ軸回りの回転運動
を試料ホルダの下部に伝達する伝達機構と、試料ホルダ
下部においてＸ軸回りの回転運動をＺ軸回りの回転運動
に変換するＸＺ変換機構とを順次接続した面内回転機構
と、傾斜回転導入軸に接続した円弧形または円形の傾斜
回転ガイドを試料ホルダ下部に配備した傾斜回転機構と
を有し、先端部を自転導入軸に接続してなることを特徴
とするマニピュレータを提供する。

（作　用） この発明のマニピュレータにおいては、面内回転機構を
面内回転導入軸からのｙ軸回りの回転運動をＸ軸回りの
回転運動に変換するｙｘ変換機構と、このＸ軸回りの回
転運動を試料ホルダの下部に伝達する伝達機構と、試料
ホルダ下部においてＸ軸回りの回転運動をＺ軸回りの回
転運動に変換するｘｚ変換機構とを順次接続した構成と
し、また、傾斜回転導入軸に接続した円弧形または円形
の傾斜回転ガイドを試料ホルダ下部に配備した傾斜回転
機構を採用するため、試料ホルダの円滑な面内回転を行
うことかでき、しかも３６０°までの傾斜回転が可能と
なる。

（実施例） 以下、図面に沿って実施例を示し、この発明のマニピュ
レータについてさらに詳しく説明する。

第１図は、この発明のマニピュレータの面内回転機構を
模式的に示した斜視図である。

この第１図に示したように、この発明のマニピュレータ
の面内回転機構においては、ｙ回転する回転軸（１）を
たとえば傘歯車（２）（３）からなるｙｘ変換機構（４
）を介してＸ回転する歯車またはプーリ（５）に接続す
る。また、この歯車またはプーリ（５）を試料ホルダ（
６）の下部に設けたＸ回転する別の歯車またはプーリ（
７）とワイヤまたはチェーン（８）を介して接続する。

この歯車またはプーリ（７）に、たとえばウオーム（９
）およびこれと歯合する試料ホルダ（６）の下部に設け
たウオームホイール（１０）からなるｘｚ変換機構（１
１）を接続する。

回転軸（１）のｙ回転は、ｙｘ変換機構（４）により、
−旦、Ｘ回転に変換（ｙｘ変換）され、次いで、このＸ
回転が試料ホルダ（５）の下部に伝達する。この後に、
試料ホルダ（６）下部のｘｚ変換機構（１１）によって
、Ｘ回転が２回転に変換（ＸＺ変換）される。このよう
にして、全体としてｙｘｘｚ変換し、試料ホルダ（５）
を２軸回りに面内回転させることができる。

また、以上のような構成とすることにより、面内回転と
ともに、後述するような試料ホルダ（５）のＸ軸回りの
傾斜回転が可能となる。

第２図は、この発明のマニピュレータの一実施例を示し
た断面図である。

この例においては、マニピュレータ先端部（１２）に配
備した上記したような面内回転機構および傾斜回転機構
に、回転を伝達する面内回転導入軸（１３）および傾斜
回転導入軸（１４）と、先端部（１２）に接続した自転
導入軸（１５）とを同軸状に配設している。これらの面
内回転導入軸（１３）、傾斜回転導入軸（１４）および
自転導入軸（１５）は、回転変換部（１６）（１７）（
１８）を介してモータ等を配備した回転導入部（１９）
（２０）（２１）に接続している。

第３図は、試料ホルダ（６）を傾斜回転させる傾斜回転
機構を模式的に示した構成図である。

この第３図に示したように、傾斜回転導入軸（１４）の
一端部には歯車またはプーリ（２２）を配設し、ワイヤ
またはチェーン（２３）を介して試料ホルダ（６）下部
の回転軸（２４）の一端部に設けた歯車またはプーリ（
２５）に接続する。回転軸（２４）にはウオーム（２６
）を配設し、このウオーム（２６）と歯合する円弧形ま
たは円形の傾斜回転ガイド（２７）を設ける。

このようにして、第２図に示したような回転導入部（２
０）からの回転か、たとえば傘歯車等の回転変換部（１
７）を介して傾斜回転導入軸（１４）に伝達し、この傾
斜回転導入軸（１４）の回転が、歯車またはプーリ（２
２）、ワイヤまたはチェーン（２３）および歯車または
プーリ（２５）を経て、回転軸（２４）に伝達する。

そして、ウオーム（２６）の回転により傾斜回転ガイド
（２７）が図中に示した矢印（Ｒ）方向に傾動し、試料
ホルダ（６）が傾斜回転する。傾斜回転ガイド（２７）
は、この第３図に示したような円弧形または円形とする
ため、試料ホルダ（６）を傾斜回転させても試料中心（
２８）か移動することはない。安定な傾斜回転を行うこ
とができる。また、傾斜回転ガイド（２７）を円形とし
た場合には、３６０°までの傾斜回転が可能となる。こ
のような傾斜回転機構を採用することによって、たとえ
ば面内回転により方位を決定した試料に対して様々な傾
斜角度からの評価や加工などを精度よく行うことが可能
となる。

第４図は、第２図に示したマニピュレータ先端部（１２
）を示した側面図である。

この第４図に示したように、試料ホルダ（６）が図中に
示した矢印（Ｒ）方向に傾斜回転する場合には、前述し
たようなＸＺ変換に係る歯車またはプーリ（７）を配設
した回転軸（２９）の位置が太き（変化することとなる
。そこで、この発明のマニピュレータにおいては、歯車
またはプーリ（５）を設けたもう一つの回転軸（３０）
を回転軸（２９）に追随して矢印（Ａ）で示した前後方
向に移動させることができるようにしている。また、第
５図に示したように、スプリング（３１）を配設し、歯
車またはプーリ（５）（７）に巻架したワイヤまたはチ
ェーン（８）に回転軸（２９）（３０）の移動にともな
って適正な張力を付与するようにしてもいる。さらには
、試料ホルダの（６）の傾斜回転による回転軸（３０）
およびその周辺部の移動にともなう面内回転導入軸（１
３）に加わるせん断力を吸収するためのオルダムカップ
リング（３２）を回転軸（１）に設けてもいる。

一方、第２図に示したように、この発明のマニピュレー
タにおいては、試料ホルダ（６）の面内回転と傾斜回転
との相互干渉を防止するために、面内回転導入軸（１３
）と回転軸（１）との間にクラッチ機構（３３）を介在
させている。

この第２図に示した状態においては、クラッチ機構（３
３）により面内回転導入軸（１３）と回転軸（１）とが
離れており、面内回転導入軸（１３）の回転は回転軸（
１）に伝達せず、試料ホルダ（６）は面内回転すること
はない。この状態において傾斜回転導入軸（１４）から
傾斜回転を導入すると、第４図に示した回転軸（３０）
が自由に回転することができるため、試料ホルダ（６）
の円滑な傾斜回転が実現される。なお、回転軸（３０）
の回転力は回転軸（２９）の回転力よりも小さくしてい
るために、試料ホルダ（６）の傾斜回転に際して回転軸
（２９）は回転しない。

以上のようにして、面内回転とともに傾斜回転を円滑に
行うことができ、各々の回転の自由度を向上させること
ができる。

またこの発明のマニピュレータにおいては、自転導入軸
（１５）によるマニピュレータ先端部（１２）の自転時
の面内回転および傾斜回転の干渉を防止するために、上
記とは別のクラッチ機構（３４）を設けてもいる。この
クラッチ機構（３４）により試料ホルダ（６）の自転と
ともに面内回転導入軸（１３）および傾斜回転導入軸（
１４）を自転させ、相互干渉を防止する。

たとえば以上の構成を有するマニピュレータの回転導入
部（１９）（２０）（２１）にベローズを使用し、また
材質として、絶縁部にはアルミナ等を、それ以外の部分
にはＳＵＳ　３０４およびＭＯ等を用い、さらに歯車の
噛み合わせ部分にたとえばＭ　ｏ　Ｓ　２　コーティン
グを施すことによって、超高真空中での使用が可能とな
る。また、この発明のマニピュレータにおいては、いか
なる回転運動を導入しても、たとえば１０００℃までの
試料加熱を行うことができる。

もちろんこの発明は、以上の例によって限定されるもの
ではない。面内回転機構、傾斜回転機構およびクラッチ
機構の構造や配置関係等の細部については様々な態様が
可能であることはいうまでもない。

（発明の効果） 以上詳しく説明した通り、この発明によって、面内回転
、傾斜回転および自転の三つの回転を自在に行うことの
できる新規なマニピュレータが提供される。試料の解析
評価および加工の精度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のマニピュレータの面内回転機構を
模式的に示した斜視図である。 第２図は、この発明のマニピュレータの一実施例を示し
た断面図である。第３図は、傾斜回転機構を模式的に示
した構成図である。第４図および第５図は、各々、第２
図に例示したマニピュレータ先端部を示した側面図であ
る。 第６図および第７図は、各々、従来のマニピュレータの
面内回転機構を模式的に示した斜視図である。 １．２４．２９．３０・・・回転軸 ２．３・・・傘歯車 ４・・・ｙｘ変換機構 ５、　７．　２２．　２ ６・・・試料ホルダ ８．２３・・・ワイヤまたはチェーン ９．２６・・・ウオーム ０・・・ウオームホイール ト・・ｘｚ変換機構 ２・・・先端部 ３・・・面内回転導入軸 ４・・・傾斜回転導入軸 ５・・・歯車またはプーリ ５・・・自転導入軸 ６．１７．１８・・・回転変換部 ９．２０．２１・・・回転導入部 ７・・・傾斜回転ガイド ８・・・試料中心 Ｉ・・・スプリング ２・・・オルダムカップリング ３．３４・・・クラッチ機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）面内回転導入軸からのｙ軸回りの回転運動をｘ軸
   回りの回転運動に変換するｙｘ変換機構と、このｘ軸回
   りの回転運動を試料ホルダの下部に伝達する伝達機構と
   、試料ホルダ下部においてｘ軸回りの回転運動をｚ軸回
   りの回転運動に変換するｘｚ変換機構とを順次接続した
   面内回転機構と、傾斜回転導入軸に接続した円弧形また
   は円形の傾斜回転ガイドを試料ホルダ下部に配備した傾
   斜回転機構とを有し、先端部を自転導入軸に接続してな
   ることを特徴とするマニピュレータ。
2. （２）面内回転導入軸と面内回転機構との間にクラッチ
   機構を介在させてなる請求項（１）記載のマニピュレー
   タ。
3. （３）自転導入軸による自転とともに面内回転導入軸お
   よび傾斜回転導入軸を自転させるクラッチ機構を配備し
   てなる請求項（１）記載のマニピュレータ。