JPS61230897A - マニピユレ−タ装置 - 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】 産業上曵租且分！ 、本発明はシールした環境内の物体を取扱うためのマニ
ピュレータ装置に関し、特に超高真空条件下で試験片の
試験に使用するためのマニピュレータ装置に関する。

従来亘技血 この環境で使用するための既知のマニピュレータ装置は
所謂揺動スティックから成り、最も簡単な構造は腕の端
部に取付けたばねクリップがシールした室内で種々の位
置に揺動し、ｌＩｆ！を室の壁内のポート内の可撓性ベ
ローズ構造に取付ける。ベローズは室を外界からシール
し、ベローズを撓めることによって揺動スティックは揺
動又は傾動する。多少複雑な構造として、揺動スティッ
クは限定された軸線方向運動を行い簡単な弾性クリップ
ではなく把持顎を組合わせ、顎の把持、解放操作は室外
から制御可能とする。

く　・し　゛と　る。占 本発明の目的は、シールした環境内で物体を取扱うため
のマニピュレータ装置を提供し、シールした環境内で装
置の把持した物体の運動に多くの自由度を有する装置と
するにある。

。　占　　゛　る、めの 本発明によるシールした室内の物体を取扱うためのマニ
ピュレータの特徴は、シールした”Ｍ内で位置定めし得
る第１の能動マニピュレータ部と。

シールした室の境界部を画成する壁部に取付は能動マニ
ピュレータ部を境界部より内方の室内とする第２の取付
けマニピュレータ部と、マニピュレータを壁部に取付け
た時に境界部より外方の位置となる第３の作動マニピュ
レータ部とを備え、上記能動マニピュレータ部複数の操
作状態とし得る物体保持装置を有し２作動マニピュレー
タ部には物体保持装置を第１の操作状態から他の操作状
態に動かしマニピュレータを壁部に取付けた時にシール
した室内環境に連通した内方部を有する制御装置を設け
、能動マニピュレータ部の物体保持装置は物体保持装置
と作動マニピュレータ部の制御装置との間に延長するマ
ニピュレータ軸線を中心として少な（とも３６ｏ°連続
回転可能とし９作動マユヒエレータ部の内部はシールし
た室ドア　−１−ヒュレータの外部の環境に対してシー
ルする。

好適な実施例によって、物体保持装置は把持状態と解放
状態とを有する把持装置とする。把持装置は２個の対向
した顎を有し、各顎は回動可能に取付け、物体係合面を
有し２把持装置の把持状態で対向した顎の対応面に向け
て押圧する。ばね装置を設けて顎を把持装置の解放状態
に向けて作用させる。

本発明の実施例によって、マニピュレータ作動部の内部
はほぼ連続したシール境界によって外界からシールし、
隣接部に対する滑動変位部はないようにする。シール境
界はマニピュレータの組笠状態でほぼ固定に連結された
複数の境界部にょっ９１５成してシール境界の連続性を
保つ。シール境界の少なくとも一部は変形しない状態で
ほぼ円筒形の金属ベローズによって形成し、ベローズの
軸線端部はシール境界の隣接部にほぼ固定にシールして
連結する。

本発明による物体保持装置は全回転可能であり更にシー
ル環境の所定の三次元範囲の何れの位置からも範囲内の
任意の他の位置に動くことが可能である。

好適な実施例によって、前記金属ベローズはマニピュレ
ータを取付けた時のシールした室に対してマニピュレー
タの取付は部と取付は部の外方の位Ｗのマニピュレータ
の一部との間に介挿し、マニピュレータの外方の位置の
一部を取付は部に対して物体保持装置と制御装置との間
に延長するマニピュレータ軸線の方向に変位することを
可能にして物体保持装置に保持された物体を軸線方向に
変位させる。

他の実施例によって、前記取付は部に室のポート部にシ
ールして取付けたフランジ部を設け、金属ベローズはフ
ランジ部とマニピュレータヲ取付けた時のシールした室
に対してフランジ部の外方の位Ｗのマニピュレータの一
部との間に介挿し。

マニピュレータの外方に延長する一部をフランジ部に対
して物体保持装置と制御装置との間に延長するマニピュ
レータ軸線の方向に少なくとも一部は直角方向に変位す
ることを可能にし、これによってマニピュレータは室に
取付けた状態で傾動可能として物体保持装置に保持され
た物体を側方に変位させる。

この傾動運動と軸線変位とを組合わせて、顎の保持した
物体はマニピュレータの最大軸線及び横変位の制限内で
三次元範囲の何れかの位置から範囲内の任意の他の位置
に動かすことができる。

他の実施例によって、フランジ部と外方位置のマニピュ
レータ部との間に介挿したベローズはほぼ部分球状のハ
ウジングで覆い、ハウジングの第１の部分は第２の部分
に対して滑動変位可能とし。

第１の部分は概念的法の面上で種々の状態を占める。此
の構成は本発明マニピュレータ装置の把持顎の側方変位
のための傾動間の正確な傾斜と案内とを行う。

別の好適な実施例によって、物体保持装置はマニピュレ
ータ内を物体保持装置と制御装置との間に延長するマニ
ピュレータ軸線の方向に延長する軸の軸線方向一端部に
取付け、軸は上記軸線を中心として回転可能とし、マニ
ピュレータの制御装置は軸を上記軸線を中心として回転
させる駆動装置を含む、他の実施例によって、前記軸駆
動装置は物体保持装置から軸の軸線方向他端でシールし
た境界を通って軸に駆動結合して、軸端部の部分を軸線
を中心として軌道回転させ、マニピュレータの制御装置
は軸を上記軸線を中心として回転させる駆動装置を含む
、別の実施例によって、軸駆動装置は物体保持装置から
軸の軸線方向他端でシールした境界を通って軸に駆動結
合して、磁気的結合装置によって軸端部を上記軸線を中
心として回転させ、磁気的結合装置の第１の部分はシー
ルした境界の外の位置として軸駆動装置によって駆動し
、磁気的結合装置の他の部分はシールした境界の内の位
置として結合装置の外の部分の変位によって駆動されて
軸を回転させる。

他の実施例によって、軸にほぼ同一軸線としてマニピュ
レータ内を物体保持装置と制御装置との間に延長するマ
ニピュレータ軸線の方向に延長するスリーブを備え、ス
リーブは軸に対して軸線方向に可動とし物体保持装置と
共働して保持装置を種々の作動状態に変位させ、制御装
置はスリーブを軸に対して軸線方向に変位させる装置を
含む。

別の実施例によって、スリーブは軸と共に回転する取付
けとした能動装置によって把持装置の顎と共働させ、上
記能動装置は軸に対してマニピュレータ軸線の方向に変
位可能として顎を把持装置の把持、解放状態間に動かす
。他の実施例によって前記スリーブはマニピュレータ内
に回転しない取付けとし、能動装置は軸受装置を介して
スリーブに結合してスリーブの軸線変位を能動装置に伝
達し軸と能動装置のスリーブに対してマニピュレータの
軸線を中心とする回転を可能にする。

好適な実施例として、スリーブはジンバル取付け部によ
ってフランジの半径方向内方部に取付けこれによってマ
ニピュレータの軸線方向外方部はジンバル取付は部の互
いに直角の枢支軸線の交点の形成する仮想回動点を中心
としてほぼ何れの方向にも傾動可能となる。上述の制限
はマニピュレータ自体の最大軸線及び傾斜変位であるが
、マニピュレータの把持顎等の物体保持装置の到達し得
る三次元容積の制限は更に、シール環境の壁に設けたマ
ニピュレータ挿入用のポートの寸法による制限がある。

大きなフランジ、大きなジンバル取付は部は近接可能範
囲を大きくする。しかし大きなフランジを使用してもポ
ートの軸線長さによって近接範囲は限定される。マニピ
ュレータの傾斜程度はジンバル取付は部の許容する最大
横動きではなく、ポートの口の縁部−との接触によって
制限される。

他の実施例によって、制御装置のスリーブ変位装置は能
動装置から反対側のスリーブ端部にほぼ固定して結合し
た駆動部材を備え、駆動部材はシールした境界の一部を
形成し、スリーブの軸線端部は駆動部材とシールした境
界の隣接部との間の位置とした金属ベローズによって囲
む。

好適な実施例によって、金属ベローズはスリーブ変位装
置の駆動部材の軸線側の位置とする。これによって浮動
ベローズ構造となり、スリーブ変位駆動部材とスリーブ
と能動機構とはマニピュレータの他の部分の軸線変位を
生じることなく軸線方向に可動となる。それ故、顎の開
閉を行う場合に２機構の作動端の空間内位置、特に顎の
室内位置を変化させることはない。

裏胤桝 第１図には本発明による超高真空室ｌを示し。

真空条件約１／１０００００００００００ｗ　Ｈｇとす
る。室１は入口ポート２を有し、入口ダクト３に連通し
て面持性を試験すべき試験片等を導入する。入口ダクト
３はフランジ付連結部４によって室ｌに連通ずる。結合
フランジ付のポート５．６は所要の窓を設けて観察用と
し、又は電子顕微鏡等の機器を取付けて測定用とする。

他のポート７は本発明によるマニピュレータ８を収容す
る。

図示の通り、マニピュレータ８はフランジ９を有しポー
ト７のフランジｌＯに結合する。マニピュレータは揺動
スリーブ１１を有しジンバル軸受によってフランジ９内
に取付けて室１内に入る。室内では内側スリーブ１３が
揺動スリーブ１１から内方に延長し、マニピュレータの
末端は顎支持部１４であり、これに把持９１５が可動に
取付けられマニピュレータの作動部分を形成する。

室ｌ内に画成された封鎖環境の外で、マニピュレータ８
はハウジング部１６．１７．１８を有し共働してマニピ
ュレータ作動部を形成する。室１外のハウジング部をフ
ランジ９に封鎖結合し、しかもマニピュレータの揺動運
動を可能にするために、ハウジング部１６とフランジ９
との間に図示しないベローズを取付ける。このベローズ
は部分球面の２部分シュラウド１２内に収容し、ベロー
ズを保護すると共に揺動運動の精密な案内となる。ノ１
ウジング部１６．１７はベローズ１９によって分離し、
マニピュレータのあごの軸線方向の移動を可能にする。

この軸線移動のためにはマニピュレータの凡ての部品を
軸線方向にベローズ１９の外に動かす、これらの部品は
ハウジング部１７．１８とこれの取付は部品であり、ス
リーブ１３．顎支持部１４．　顎１５の室１内での軸線
運動となる。ハウジング部１６と揺動スリーブ１１とは
軸線運動は行はず９図示しないシュラウド１２内ベロー
ズはハウジング部１６とマニピュレータフランジ９との
間であり、このためマニピュレータ装置内部は揺動の程
度に無関係に外界に対して封鎖を保つ。

顎を係合解放させる顎作動装置２０はハウジング部１７
．１８の間とする。此の機構はベローズ２１．２２に組
合わせ、ｖ４の開閉はベローズ間の中央リングの軸線変
位によって行う。然しハウジング部１７゜１８間の間隔
は顎作動間は不変であり、ベロ゛−ズ２１の膨張はベロ
ーズ２２の圧縮となり、後述する。

軸線方向外方端のマニピュレータ端は金属ベローズ内に
封鎖した回転駆動ユニット２３とし、顎を３６０度以上
回転可能とする。ユニット２３に封鎖ベローズユニット
の軸線端の軌道枢支点を組合わせ又はその回転運動を磁
石カップリング装置によって行う。

本発明のマニピュレータ装置を最初に第２図について９
次に各部を第３〜６図について詳細に説明する。第２図
において、マニピュレータ８を第１図のポート７に取付
けるフランジ９は外側内側ジンバル軸受２４．２５を中
間リング２６によって離して設ける。ジンバル軸受構造
は周知であり、１組の内側軸受部材が直角に対応する外
側軸受部材に係合し組立体はどの角度にも回動可能であ
る。然し軸受構造は超高真空条件に曝されるため、軸受
にサファイアを組合わせ１本発明のマニピュレータの室
１内の真空条件を受ける凡ての軸受素子も同様とする。

フランジ９は室１の第１図のフランジ１０に通常の通り
に結合し、結合フランジ間に真空条件に適するガスケッ
トを介挿する。

ジンバル軸受組立体の最も内方の部品はスリーブ１１で
ある。内側スリーブ１３をスリーブ１１の半径方向内方
とし軸線方向に相対可動とする。スリーブ１３内に軸線
軸２７を回転可能としマニピュレータの顎部と回転駆動
ユニット２３との間を延長する。

軸２７は円形断面として前端に対向した２個所の加工平
面部２８を有し、顎取付はフォークを形成して顎取付素
子を取付ける。第２図は顎取付素子を省略して示す。顎
１５はフォーク間にサファイア球軸受３０によって取付
け、軸受３０は顎１５の側壁の軸受収容凹みとフォーク
素子２９の内側壁との間に収容する。顎部材１５に組合
わせた軸受３０の組は部材２９を横方向に延長する軸線
を形成する。かくして顎１５は軸２７の軸線に対して内
方外方に、顎取付フォークを画成する両部材２９間のス
ペース内を回動可能となる。

顎１５は図示しないばねによって開位置に押される。ｖ
４を閉じて物体を把持するには別のフォーク機構として
外側フォーク部材３１を部材２９の形成する顎取付フォ
ークの内側に対して接触し軸線方向に可動とする０部材
３１は部材２９に平行で近接し。

第２図は顎の後部の部材３１のみを示す、サファイアの
ローラー軸受３２をビン３３上に取付ける。ピン３３は
外側フォーク部材３１間に延長し軸受３０の画成する顎
回動軸線に平行である。内側外側フォークの相対軸線滑
動変位はローラー３２をその軸線に直角に軸２７の軸線
に平行に前又は後に動かせるようにし、この後方運動即
ち回転駆動ユニット２３に向かう運動間にローラー２３
は［１５の面に接触して軸受３０の画成する枢支軸線の
後部に接触し顎の後部が外方に開かれ、顎の前方把持端
は閉じる。ローラー３２と取付はビン３３を軸線方向に
動かすためには内側顎取付フォーク２９に軸線方向に延
長するスロット３４を設ける。

外側フォーク部材３１は軸線方向の外側フォーク支持ス
リーブ３５から軸線方向に延長し、サファイア回転素子
を組込んだ線形軸受３６によって軸２７に対して軸線方
向に可動とする。スリーブ３５は別の軸受３７によって
スリーブ１３に対して回転可動とする。スリーブ３５．
１３は共に軸受３７によって軸線方向に動く、外側フォ
ーク部材３１と外側スリーブ３５とは金属の１個の部材
から加工して一体のユニットを形成して軸線回転変位を
行う。別に製造して溶接等によって対向面で固着するこ
ともできる。

かくして、全体の顎紐立体はマニピュレータ前端で自由
に３６０　　°以上の回転が可能となる。軸２７内側フ
ォーク２９顎１５は軸２７が駆動装置２３によって回転
した時にユニットとして回転する。外側フォーク支持ス
リーブ３５．外側フォーク３１自体ローラー３３と共に
外側フォーク内に取付けられ９回転間内側フォーク組立
体を囲んで支持され軸受３７によって自由回転可能であ
る。しかしスリーブ１３の軸線変位はスリーブ３５と外
側フォークの軸線変位を生じ、顎の開閉を生じる。この
軸線変位間、スリーブ３５は軸受３６によって軸２７に
対して滑動するが軸の軸線変位はなく、顎の空間内位置
は顎の開閉間は不変である。

装置の使用に際して１本発明のマニピュレータの上述の
各部は超高真空室内にある。それ故真空条件に完全に曝
される０次に述べるマニピュレータの部分は室の外にあ
り、顎ヘッド部の行い得る各種運動の始動と制御とを行
う装置である。

フランジ９から外方に、ベローズ３８はフランジ９とハ
ウジング部１６の前端フランジ３９との間のス　　　　
　−ベースに介挿する。ベローズ３８は室１の外側にあ
る全マニピュレータ組立体がどの方向にも回動揺動傾動
可能とし、しかも組立体の内部は外気に対してシールさ
れる。かくしてベローズ３８はフランジ９内のジンバル
組立体を外気から有効に保護する。

ハウジング部１６の後端フランジ４０から軸線変位ベロ
ーズ１９が後方に延長しハウジング部１７の前端フラン
ジ４１で終る０両ベローズ３Ｂ、１９は両端を各ハウジ
ング部フランジに熔接し外気からの汚染ガスの侵入路は
ない。

後述する顎作動機構２０はハウジング部１７の外方端フ
ランジ４２と後部ハウジング部１８の前端フランジ４３
との間の位置とする０機構２０はベローズ２１゜２２を
有するが、他の利点はフランジ４２．４１間の軸線間隔
が常に一定であり、マニピュレータ使用量機構２０の軸
線寸法が変化せず顎の空間内変位が生じない。

ハウジング部１８の軸線方向外方端で後端フランジ４４
に別のベローズ４５を溶接し回転駆動ユニット２３で終
る。駆動ユニット２３は通常の構造であり詳述しない。

顎作動機構２０には機構の駆動部材を形成する中央作動
リング４１６を有し、内側スリーブ１３の外方端にねじ
等によって取付ける。リング４６は機構の軸線方向に動
きスリーブ１３を軸線方向内方外方に動かしマニピュレ
ータの顎端で部材３１を含む外方フォーク組立体は部材
２９の形成する内方顎支持組立体に対して動き、顎を開
閉する。リング４６が一方に動けば、ハウジング部１７
．１８のフランジ４２゜４３は装置の図示しない他の部
品によって固定位置を保つために、ベローズ２１は圧縮
されベローズ２２は伸長する。

中央リング４６を軸線方向に動かす機構は半径方向のビ
ン４７として示しリング４６の半径孔４７に係合しリン
グ外周から内方に延長する。ビン４７は軸受４８の内レ
ースに取付けて内方に延長し、軸受４８は外側スリーブ
４９内に収容してロックリング５０によってスリーブ内
に保持する。外側スリーブ４９をハウジング部１８に対
して軸線方向に動かす装置はねじ５１を含む相互接続部
とする。か（して外側スリーブ４９０回転はねじ５１に
沿ってハウジング部１８に対してスリーブを前後させリ
ング４６を外側スリーブと共に軸線方向に前後させる。

外側スリーブの回転は中央リング４６を回転させず、軸
受４８は外側スリーブの軸線運動のみをビン４７に伝達
しスリーブ４９の回転は伝達しない。

第２図の説明図では外側スリーブ４９とハウジング部１
８との間のねし相互接続部は、スリーブ４９とフランジ
４３との間の直接ねじ結合部５１とする。後述する実際
構造ではこの部分に中間部材を介挿するが運動関係は同
様である。ねじ５１が比較的粗いねし山であっても、ス
リーブ４９の適切な軸的固定を正常に与えるが、必要で
あれば本発明の装置に該部材のための付加的固定手段を
取付けることができる。

第３〜６図の実際構造に説明の前に、第２図によって本
発明の詳細な説明する。本発明の重要な特長として、顎
１５に把持された試験片を連続的に３６０　°以上、角
度制限なく回動させることができ更に試験片を三次元ス
ペース内のどの点にも位置定めすることができる。この
制限はジンバル軸受とベローズ３８の傾きの限度、ベロ
ーズ１９の最大延長によって定まる軸線方向移動限度、
マニピュレータ自体による変位限度である。上述した通
り。

所定の設備でマニピュレータの操作可能三次元スペース
は、マニピュレータを取付けるポートの物理的寸法によ
って定まる。この三次元範囲内では試験片を把持し解放
し再び位置定めすることは。

マニピュレータの配置に無関係である。この完全な運動
の自由度は滑りシールのない構造に基（。

外界とマニピュレータ内部との間の凡てのシールは金属
対金属、又はベローズであり、外界に対する連続シール
限界を形成する。それ故、マニピュレータ内及びマニピ
ュレータの操作する真空室内への漏洩路は殆ど除去され
る。第２図に示す通りシール環境の外のマニピュレーク
部品を取付けるスペースは此の環境を画成する室内に連
通し室内に生じる条件に曝される。それ故、超真空室の
場合はマニピュレータ内部もこの真空条件に減圧する必
要がある。マニピュレータ内からガス物質を急速に排出
するのを容易にするには９機械加工したキー路等のスロ
ット状とした軸線方向の通路を軸２７の長手に沿って所
要位置に設け、顎作動組立体のリング４６に軸線孔を設
けて組立体内の軸線方向外方端部分の排気を容易にする
。第２図に示す回転駆動ユニット２３はベローズ４５を
有し軌道駆動の場合に必要となるが、磁気的結合装置の
場合はマニピュレータはこの部分で終る０本発明の装置
ニ使用するベローズにおいて、ベローズ４５は変形しな
い時に円筒形とする。

第３図は本発明によるマユビニレータの実施例の右端部
の断面を示す。この装置は第２図の説明図とほぼ同様で
あるが機械的構造に特長がある。

駆動ユニット２３は通常の構造とし外形のみを示しであ
る。この実際構造では、ハウジング部１７は前後ハウジ
ング部５２．５３から成りハウジング部１７の内方端フ
ランジ４１と外方端フランジ４２の間にフランジ５４．
５５で接続してユニットとする。フランジ５４　、５５
はボルトで結合し銅のガスケット５６を介挿して間をシ
ールする。ユニットの機能としてハウジング部１７は一
体であり、２部分としたのはマニピュレータの組・立を
容易にするためである。ハウジング部１７を一体とする
こともできる。

ハウジング部１８も同様の構成とする。ハウジング部１
７は前後端部５７．５８から成り、中間フランジ５９．
６０で結合する。フランジの接触面の溝内に銅のガスケ
ットを介挿する。図示の例ではフランジ６０は管状外方
端部材５８に溶接するが、一体構造とすることもできる
。

ハウジング部材５８の駆動ユニット２３側の端部は軸の
軌道装置又は磁気的結合とした回転駆動装置に応じて第
２図のベローズ４５を使用し又は使用しない構成とする
。駆動ユニットに関係なくマニピュレータの内部は外界
に対して、所要に応じてベローズを使用した厳密なシー
ルとする０回転駆動装置に無関係に回転駆動ユニット２
３内には滑りシールは使用しない。

図示を明瞭にするために、！作動装置２０は第３曙では
省略し後に述べる。

第４図は本発明によるマニピュレータの左端部の実際の
実施例を示し、第２図の装置とほぼ同様である。この図
は平面の断面であり第２図に直角であり１把持顎組立体
の詳細を示す、マニピュレータの此の部分の特長の大部
分は第２図について説明したので第４図では別の説明を
必要とする部分のみを述べる。

フランジ９は第１図の室１のフランジ１０に止めねじ又
はボルトをフランジ外方部の所要の孔を通して固着する
。フランジ９の外方に外側シュラウドリング６２を取付
け、シュラウド１２の第１の部分６３を取付ける。シュ
ラウドの第２の部分６３はハウジング部１６のフランジ
３９に取付ける。画部分はほぼ半球形のシュラウドを形
成しマニピュレータの傾動間に相対滑動する。

他のハウジング部と同様に、ハウジング部１６も２部分
から成り、第１の部分はフランジ３９から成り、第２の
部分６５は内方端フランジ６６と、ベローズ１９を溶接
する外方端フランジ４０とを有する。第３図のマニピュ
レータとの境界は第３．４図に示す線Ｘ−Ｘとする。部
分６５のフランジ６６の前端はフランジ３９の後面に止
めねじ等によって固着し銅のガスケット６７を介挿して
両部品間をシールする。

外側ハウジング部と同様に、ハウジング部１６は剛性の
ユニットを形成し１分解容易としてマニピュレータの組
立、修理を容易にする。

マニピュレータの顎部の殆ど凡ての部品は第２図につい
て説明した。第４図において、！＃！取付はフォーク部
材３４を軸２７の窪み付前端に取付けるビン６８等の固
定具を示し、下部顎部材１５の試験片係合面６９．滑動
変位軸受７０によってスリーブ１３と来れに組合わせた
部材とがジンバル取付はスリーブ１１に対して変位する
。

第５図は第２，３図のマニピュレータの顎作動機構の実
施例を示す。既に説明した部分は説明しない、第２図の
例に比較して、第５図では実際的利点を有する。特に環
状フランジスペーサー７１をフランジ４２．４３間の軸
線方向の間隙をベローズ２２゜２３の外方で覆う、此の
スペーサーは軸線７２として示す半径方向の固定具によ
ってフランジに固着する。軸２７の軸線に平行にほぼ円
筒形スペーサーに沿って延長する軸線方向のスロット７
３は半径方向のピン４７がマニピュレータの長手方向の
みに動くようになっており９円周方向には動かない。ス
ロット内でピン４７を囲む軸受７４はピンの移動間の摩
擦を最小にする。ピン４７の外方端は溶接等によって軸
受４８の内レースに固着し、軸受４８は外側スリーブ４
９にサークリップ等の保持部材によって保持し、保持部
材５０は第２図のみに示す、外側スリーブ４９の半径方
向内方に環状内側リング７５を設けて軸受４８の内側リ
ングの推力支持とし９、ピン４７の横運動間に生じるス
リーブ４９とリング４６の軸線運動間の推力支持とする
。ピン４７はこの環状リング７５の半径孔を所要の位置
で通る。

この機構の作動は第５図で明らかである。ハウジング部
材ＩＴ、　１Ｂは環状フランジスペーサーによって固定
間隔に保持される。外側スリーブ４９はねじ５１によっ
てスリーブにねじこみ、スリーブ７１に対するスリーブ
４９の回転はスリーブ４９を軸線方向に移動させる。こ
の軸線方向の移動はピン４７をマニピュレータの軸線方
向に移動させ、中央リング４６を前方又は後方に移動さ
せベローズ２２　、２３の一方を圧縮し他方を伸長させ
る。中央リング４６はスリーブ１３の軸線方向外方端に
固着しリング４６が動いた時はスリーブ１３も動き、顎
の所要の開閉が行はれる。

第６図はマニピュレータの顎組立体端の詳細を示す０図
の上部は第２図の断面である。￥ｑ１５の構成は第６図
で明らかである。軸受３０の形成する顎の軸線方向の長
さのほぼ中間部の回動軸線から顎は把持面６９の方向に
マニピュレータの軸線に向けて内方に延長する０回動軸
３０の反対側では顎は同様に半径方向内方に延長し顎の
後部に狭くなる間隙を形成し、この間にローラー３２を
取付ける。内方に延長する後端部７６は対向−間隙最小
の位置で終り、マニピュレータの長手から半径方向外方
に延長するクランク後端部７７に接続する。クランク部
７７の後端に板ばね７８をフォーク部２９間を横方向に
延長する枢支軸線を中心として回動可能として作用させ
、Ｗ１５を開位置に押圧する。顎を閉じて試験片を面６
９間に保持するためには、ローラー３２を後方に動かす
。枢支ピン３３がフォーク２９の軸線方向のスロットに
沿って動けば、外周は￥Ｎ１５の部分７６の内側面に接
触して顎を開き、顎の後部を外方に押して顎の係合面６
９を接近させて物体を把持する。ばね７８の作用は、顎
を常に開き位置に押圧し、顎を閉じ位置として此の位置
を保持するには作動機構２０による確実な作用を必要と
する。

本発明によるマニピュレータ機構は真空室、汚染物容器
等の室内の閉鎖又はシールした環境内の試験片、工具９
組立体等の物体を処理するに使用でき１機械的運動の複
数の自由度を必要とし、容器又は室の気密の一体性を保
つ必要のある場合に好適である。本発明のマニピュレー
タは多種の使用に適合する。標準的使用法では第１図の
室１の入口ポート２から入る試験片を把持して試験位置
とし、試験片は顕微鏡検査等の処理を受ける。試験片は
マニピュレータで保持し測定作業間に位置と姿勢を調整
し、又はマニピュレータを使用して試験片を所要固定点
に置く。

ステンレス鋼のベローズを使用してマニピュレータ運動
を行うスペースを外界に対してシールするため、信頼性
の高い気密シールの機械的運動を行う。滑りシールは全
く使用しない。全溶接構造を使用することもできるが、
ＦＪ！Ｊ示の組立構造が好適であり構造物の組立と修理
が容易になる。マニピュレータは超高真空技法に特に好
適である。即ち１／１０００００００ｍｍ　１ｇの高真
空及び他の厳密でない用途に使用できる。更に、加圧条
件での工具、試験片の操作に使用できる。即ち１本発明
の超高真空用のマニピュレータは要求の厳密でない用途
に直に適用できる。

把持組立体はベローズ２１．２２間の浮動フランジ４６
によって開閉される。スリーブ又は管１３をマニピュレ
ータの顎端の軸線１回転軸受の組合せ構造３６．３７に
よって中実軸２７上に取付ける。管１３の作動機構端に
他の軸受装置を配置し軸２７に対して比較的長い部材の
支持、案内とすることもできる。

上述した通り、超高真空用途にはリリーフスロットを回
転軸２７に沿って及びジンバルスリーブ１１に設け、制
御環境室外のマニピュレータ部分内の排気を容易にする
。

マニピュレータの動きを機械化することもできる。全機
械化のためには５個の段歩モータを使用し、顎開閉の制
御と、ｔｉ！組立体の回転と、顎端部の軸線運動と、最
後の２個は内側外側ジンバル軸受に作用する傾動、揺動
の制御用とする０機械化手作動の何れでもマニピュレー
タの傾きをフランジ９に対して所要の位置にロックし１
例えば内外シュラウド部に組合わせた機構を設ける。他
の実施例では３部分シュラウドを使用する。

超高真空条件では、互いに接触する材料が相互間に溶接
又は接着される傾向を生じないことが重要である。それ
敢、マニピュレータ組立体の凡ての軸受部に回転接触軸
受を使用し、軸受の内外ステンレス鋼部材間にサファイ
アを介挿するのが好適である０通常の軸受の横回転素子
に代えてサファイアを使用することもでき、マニピュレ
ータ用に特別の軸受を使用することもできる。

本発明の好適な例として、マニピュレータの能動部材を
対向した顎の形式とし物体把持位置と解放位置との間に
可動とした。本発明のマニピュレータはこれに限定され
ず、所要に応じて他の物体把持装置をユニットの能動端
に設けるもとができる。複数のグリッパ−を使用する時
はシールした室内で交換可能の顎構造とし、マニピュレ
ータの物体保持端で各種の使用を可能にする。この種の
使用には、電気供給、試験管への補給、小型イオンガン
の接続等がある。液体窒素供給装置付の寒冷グリッパを
使用してグリッパを所要の低温に保つこともできる。用
途に応じて９例えば供給導線の捩れを防ぐために３６０
　　°以上の連続回転を制限する必要が生じる。然し電
気供給はスリップリングで供給でき、他の同様な構成に
よって３６ｏ°以上の連続回転の能力を保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マニピュレータを有する超高真空室の平
面図、第２図は本発明マニピュレータの機能を示す断面
図、第３図は第２図のマニピュレータの右端部の縦断面
図、第４図は第２図の直角方向の右端部の縦断面図、第
５図はマニピュレータの顎開閉装置の詳細図、第６図は
第４図の■−■線に沿うマニピュレータの顎部の詳細を
示す図である。 １、真空室 ２、入口ポート ８、マニピュレータ １１、揺動スリーブ １２、シュラウド １３．３５．　　スリーブ １４、顎支持部 １５、顎 １６、１７．１８．ハウジング部 １９．２１．２２．３８．４５．ベローズ２０、Ｗ作動
機構 ２３、回転駆動ユニット ２４　、２５．　　ジンバル軸受 ２７、軸 ２９、顎取付素子 ３１、フォーク部材 ４６、中央作動リング ４７、ビン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールした室内の物体を取扱うためのマニピュレー
   タであつて、シールした室内で位置定めし得る第１の能
   動マニピュレータ部と、シールした室の境界部を画成す
   る壁部に取付け能動マニピュレータ部を境界部より内方
   の室内とする第２の取付けマニピュレータ部と、マニピ
   ュレータを壁部に取付けた時に境界部より外方の位置と
   なる第３の作動マニピュレータ部とを備え、上記能動マ
   ニピュレータ部は複数の操作状態とし得る物体保持装置
   を有し、作動マニピュレータ部には物体保持装置を第１
   の操作状態から他の操作状態に動かしマニピュレータを
   壁部に取付けた時にシールした室内環境に連通する内方
   部を有する制御装置を設け、能動マニピュレータ部の物
   体保持装置は物体保持装置と作動マニピュレータ部の制
   御装置との管に延長するマニピュレータ軸線を中心とし
   て少なくとも３６０°連続回転可能とし、作動マニピュ
   レータ部の内部はシールした室とマニピュレータの外部
   の環境に対してシールすることを特徴とするマニピュレ
   ータ装置。 ２、前記物体保持装置は把持状態と解放状態とを有する
   把持装置とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ３、前記把持装置は２個の対向した顎を有し、各顎を回
   動可能に枢支し、顎に物体係合面を設けて把持装置の把
   持位置で対向した顎の対応面に押圧されることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４、顎を把持装置の解放位置に押圧するばね装置を設け
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の装置
   。 ５、前記作動マニピュレータ部の内部を外界に対してほ
   ぼ連続したシール境界によつてシールして境界の何れの
   部分も相対変位しないことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第４項の１項に記載の装置。 ６、前記シールした境界はマニピュレータの組立状態で
   互いにほぼ固着されて上記シールした境界の連続性とな
   る複数の境界部によつて形成されることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７、前記シールした境界の少なくとも一部は変形しない
   状態でほぼ円筒形の金属ベローズによつて画成し、ベロ
   ーズの軸線方向端部はシールした境界の隣接部にほぼ固
   定にシールして連結することを特徴とする特許請求の範
   囲第５項又は第６項に記載の装置。 ８、前記金属ベローズはマニピュレータを取付けた時の
   シールした室に対してマニピュレータの取付け部と取付
   け部の外方の位置のマニピュレータの一部との間に介挿
   し、マニピュレータの外方の位置の一部を取付け部に対
   して物体保持装置と制御装置との間に延長するマニピュ
   レータ軸線の方向に変位することを可能にして物体保持
   装置に保持された物体を軸線方向に変位させることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置。 ９、前記取付け部に室のポート部にシールして取付けた
   フランジ部を設け、金属ベローズはフランジ部とマニピ
   ュレータを取付けた時のシールした室に対してフランジ
   部の外方の位置のマニピュレータの一部との間に介挿し
   て、マニピュレータの外方に延長する一部をフランジ部
   に対して物体保持装置と制御装置との間に延長するマニ
   ピュレータ軸線の方向に少なくとも一部は直角方向に変
   位することを可能にし、これによつてマニピュレータは
   室に取付けた状態で傾動可能として物体保持装置に保持
   された物体を側方に変位させることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項又は第８項に記載の装置。 １０、前記フランジ部と外方位置のマニピュレータ部と
   の間に介挿したベローズはほぼ部分球状のハウジングで
   覆い、ハウジングの第１の部分は第２の部分に対して滑
   動変位可能とし、第１の部分は概念的球の面上で種々の
   状態を占めることを特徴とする特許請求の範囲第９項に
   記載の装置。 １１、前記物体保持装置はマニピュレータ内を物体保持
   装置と制御装置との間に延長するマニピュレータ軸線の
   方向に延長する軸の軸線方向一端部に取付け、軸は上記
   軸線を中心として回転可能とし、マニピュレータの制御
   装置は軸を上記軸線を中心として回転させる駆動装置を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１
   ０項の１項に記載の装置。 １２、前記軸駆動装置は物体保持装置から軸の軸線方向
   他端でシールした境界を通つて軸に駆動結合して、軸端
   部の部分を軸線を中心として軌道回転させ、マニピュレ
   ータの制御装置は軸を上記軸線を中心として回転させる
   駆動装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項
   ないし第１０項の１項による第１１項に記載の装置。 １３、前記軸駆動装置は物体保持装置から軸の軸線方向
   他端でシールした境界を通つて軸に駆動結合して、磁気
   的結合装置によつて軸端部を上記軸線を中心として回転
   させ、磁気的結合装置の第１の部分はシールした境界の
   外の位置として軸駆動装置によつて駆動し、磁気的結合
   装置の他の部分はシールした境界の内の位置として結合
   装置の外の部分の変位によつて駆動されて軸を回転させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項ないし第１０
   項の１項による第１１項に記載の装置。 １４、前記軸にほぼ同一軸線としてマニピュレータ内を
   物体保持装置と制御装置との間に延長するマニピュレー
   タ軸線の方向に延長するスリーブを備え、スリーブは軸
   に対して軸線方向に可動とし物体保持装置と共働して保
   持装置を種々の作動状態に変位させ、制御装置はスリー
   ブを軸に対して軸線方向に変位させる装置を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１１項ないし第１３項の１
   項に記載の装置。 １５、前記スリーブは軸に共に回転する取付けとした能
   動装置によつて把持装置の顎と共働させ、上記能動装置
   は軸に対してマニピュレータ軸線の方向に変位可能とし
   て顎を把持装置の把持、解放状態間に動かすことを特徴
   とする特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 １６、前記スリーブをフランジ部の半径方向内方部にジ
   ンバル取付け部によつて取付け、これによつてマニピュ
   レータの軸線方向外方部はジンバル取付け部の回動の互
   いに直角の軸線の交叉点の形成する概念的回動点を中心
   としてほぼ何れの方向にも傾動可能とし、スリーブは取
   付け部内で軸線方向に変位可能とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項或いは第１５項に記載の装置。 １７、前記スリーブはマニピュレータ内に回転しない取
   付けとし、能動装置は軸受装置を介してスリーブに結合
   してすりーぶの軸線変位を能動装置に伝達し軸と能動装
   置のスリーブに対してマニピュレータの軸線を中心とす
   る回転を可能にすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １５項或は第１６項に記載の装置 １８、前記制御装置のスリーブ変位装置は能動装置から
   反対側のスリーブ端部にほぼ固定して結合した駆動部材
   を備え、駆動部材はシールした境界の一部を形成し、ス
   リーブの軸線端部は駆動部材とシールした境界の隣接部
   との間の位置とした金属ベローズによつて囲むことを特
   徴とする特許請求の範囲第７項ないし第１０項の１項に
   よる第１７項に記載の装置。 １９、前記金属ベローズはスリーブ変位装置の駆動部材
   の軸線側の位置とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１８項に記載の装置。