JPS6244388A - リニアアクチユエ−タのグリツパ開閉機構 - 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 この発明はリニアアクチュエータのグリッパ開閉機構に
関し、更に詳細には、中空円筒体の内部に軸方向への移
動可能に配設した強磁性体芯と、該円筒体の外周に対応
的に配置した磁石との磁気的結合を利用して、前記磁石
を中空円筒体の外周で軸方向に移動させることにより、
強磁性体芯およびこれに取付けた駆動軸を軸方向に非接
触で移動させるよう構成したリニアアクチュエータにお
いて、前記駆動軸に設けた物品把持用のグリッパを、中
空円筒体の外部から非接触で好適に開閉し得るようにし
た機構に関するものである。

従来技術 集積回路やトランジスタ等を製造する半導体関連産業で
は、その製造工程の多くに真空応用機器が使用されてい
る。殊に高真空を必要とする真空チャンバーは、オージ
ェ電子分光分析装置や磁気記録の分野、その他スパッタ
による蒸着作業等にも不可欠となっている。

この種の外界から完全に遮断された真空チャンバーでは
、内部に収納した各種のワークや試料を、その真空を解
除することなく直線移動させるために、前記ワーク等を
外部から非接触で駆動する装置が必要とされる。こうし
た産業界の需要に応えるものとして、本件出願人は、中
空円筒体の内部に配設した強磁性体芯と、該円筒体の外
周に対応的に配置した磁石およびヨークからなる磁気構
体との磁気的結合を利用して前記強磁性体芯の非接触駆
動を行ない、この強磁性体芯に挿通固定した駆動軸の直
線的な進退移動を実施し得るリニアアクチュエータを新
規に開発した。

このリニアアクチュエータは、第１図に示すように、例
えばスパッタ室の如き真空チャンバー１０の外部に配設
され、該チャンバー中のワーク（シリコンウェハー等）
１２を把持するグリッパ１４を装着した駆動軸１６を、
磁気結合作用下に外部から非接触で駆動するものである
。すなわち真空チャンバー１０の外壁に、非磁性材料か
らなる中空円筒体１８が水平に連通固定され、この円筒
体１８の内部に同心的に駆動軸１６が軸方向移動自在に
挿通されている。前記駆動軸１６には強磁性体芯２０が
固定され、また中空円筒体１８の外周には、磁気構体２
４が軸方向移動自在に挿通配置されている。そして前記
磁気構体２４を円筒体１８の外表面に沿って移動させれ
ば、磁気結合作用下に対応の強磁性体芯２０が非接触で
軸方向に移動する。

発明が解決しようとする問題点 前述した磁気結合を利用するリニアアクチュエータは、
大気圧下にある外界から真空チャンバー中の各種ワーク
を非接触で駆動し得る点で高く評価される。しかるにこ
のリニアアクチュエータを使用して、真空チャンバー等
の密閉空間中で、ワークをグリッパにより把持し、また
これを解放する作業を行うには、高真空状態を損うこと
なく外部から非接触で当該グリッパを駆動する必要があ
るため、機構的に複雑になると共に製造コストも嵩む等
の難点があった。

発明の目的 本発明は、前述したグリッパを備えるリニアアクチュエ
ータに内在している前記欠点に鑑み、これを良好に解決
するべく提案されたものであって、真空チャンバー内で
のグリッパの開閉駆動を外部から非接触で好適になし得
る機構を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 前記目的を達成するため本発明に係るグリッパ開閉機構
は、 非磁性材質の中空円筒体（２８）の内部に中空軸（４６
）を軸方向への移動自在に同心配置し、 第１の強磁性体芯（３６）を前記中空軸（４６）に同心
的に挿通固定し、 第１の磁気構体（３２）を前記中空円筒体（２８）の外
周に摺動自在に配設して、この第１の磁気構体（３２）
の軸方向移動により、これと磁気結合している前記第１
の強磁性体芯（３６）を軸方向に移動させ得るよう構成
したリニアアクチュエータにおいて。

第２の磁気構体（５８）を、前記第１の磁気構体（３２
）と共に一体的に摺動可能で、かつ中空円筒体（２８）
の外周に独立的に回転自在に配設し、 第２の強磁性体芯（５６）を中空円筒体（２８）の内部
において、前記中空軸（４６）に摺動可能でかつ回転不
能に挿通したスライド棒（４８）に回転自在にねじ込ん
で前記第２の磁気構体（５８）と磁気結合させ。

前記中空軸（４６）の一端部に、１対のフィンガ（７２
）を開閉自在に軸支したグリッパ基台（７４）を取付け
ると共に、 前記スライド棒（４８）を中空軸（４６）に対し進退移
動させてフィンガ（７２）を付勢することにより、当該
フィンガ（７２）の開閉を行うことを特徴とする。

実施例 次に本発明に係るリニアアクチュエータのグリッパ開閉
機構につき、好適な一実施例を挙げて添付図面を参照し
て以下説明する。第２図は本発明の要旨をなすグリッパ
開閉機構の拡大縦断面図であって、図示の中空円筒体２
８は、ステンレス鋼の如き非磁性材料からなる長尺の管
体であって、その一方の開放端部は真空チャンバー３０
に連通接続すると共に、他方の閉塞端部は外方に突出し
て水平に延在している。この中空円筒体２８の外周には
推力発生部の一部を構成する第１の磁気構体３２が移動
可能に配設され、また円筒体内部には駆動軸３４を備え
た第１の強磁性体芯３６が移動自在に挿通配置されてい
る。この第１の強磁性体芯３６は、例えば１３Ｃｒ系電
磁ステンレスの如き強磁性材料からなる円筒体を基材と
するコアであって、中空円筒体２８の内部に軸線方向へ
の移動可能に挿通配置した駆動軸３４（後述）に挿通固
定されている。この強磁性体芯３６は、第２図および第
３図から判明するように、円筒状コアの外周に所定間隔
で長手方向に断面コ字状の環状溝３８を順次凹設するこ
とにより（図では２つ）、３つの大径部３６ａと２つの
小径部３６ｂとが軸方向に交互に画成されるようになっ
ている。

また第１の強磁性体芯３６に対応する第１の磁気構体３
２は、中空円筒体２８の外周に軸線方向への移動可能に
挿通配置されている。この磁気構体３２は、例えば電磁
軟鉄（３２０Ｃ’）の如き強磁性体を材質とするリング
状ヨーク４ｏおよびリング状の稀土類磁石４２を軸方向
に交互に隣接配置してなり、殊に磁極となるリング状ヨ
ーク４０と強磁性体芯３６の大径部３６ａとが、中空円
筒体２８を隔てて相互に対応する位置関係に設定されて
いる。従って前記リング状ヨーク４０は、大径部３６ａ
の数と同じく３つ設けられている。

このように構成したアクチュエータでは、磁極となるヨ
ーク４０と強磁性体芯３６の大径部３６ａとが、第３図
に示すように、全円周に亘って近接的に対応しているた
め、高い密度の磁束を円周方向に関して平均に集束する
ことができる。

従って第１の磁気構体３２を中空円筒体２８に沿って摺
動移動させることにより、第１の強磁性体芯３６（およ
び駆動軸３４）に駆動力が付与され、軸線方向への進退
移動が達成されるものである。

次に後述のグリッパ４４を開閉する機構につき説明する
。前記駆動軸３４は、第２図に示す如く、第１の強磁性
体芯３６に挿通固定される中空軸４６と、この中空軸４
６の中空部内に所定距離だけ軸方向に進退可能に挿通さ
れたスライド棒４８とから構成されている。中空軸４６
には軸方向に所定長のスリット５０が穿設され、このス
リット５０に前記スライド棒４８に突設したピン５２を
臨ませることにより、該スライド棒４８の摺動距離をこ
のスリット５０の長さ内に規定している。

なお中空軸４６には、中空円筒体２８の内周壁に当接し
て摺動するスライド軸受５４が配設されている。

またスライド棒４８の一方の端部には、雄ねじ形成部４
８ａが設けられ、この雄ねじ形成部４８ａは、図示の第
２の強磁性体芯５６に螺切した雌ねじ部にねじ込まれて
いる。そしてこの第２の強磁性体芯５６は、第１の磁気
構体３２に隣接して中空円筒体２８に摺動自在に配設し
た第２の磁気構体５８と磁気結合するようになっている
。

例えば第２の磁気構体５８は、電磁軟鉄（８２０Ｇ）の
如き強磁性材料からなるリング状ヨーク６ｏと、このヨ
ーク６０の内周に第４図に示す如き配列で、半径方向に
所定の中心角をなすよう隣接配置した複数個（ｎ個）の
希土類磁石６２とから構成される。

なお第２の磁気構体５８は、図示のように中空円筒体２
８に摺動自在に挿通したスライド軸受６４（これは第１
の磁気構体３２も担持している）にその一方を担持され
ると共に、その他方を別のスライド軸受６６に担持され
ている。従ってこの第２の磁気構体５８は、第１の磁気
構体３２と一体的に中空円筒体２８の外周に沿って軸方
向に摺動し得ると共に、当該第１の磁気構体３２とは独
立して周方向に回転し得るようになっている。なお第２
の磁気構体５８の外周には、非磁性材質のスリーブ６８
が囲繞配置されている。

次に第２の強磁性体芯５６は、例えば１３Ｃｒ系電磁ス
テンレスの如く強磁性材料からなるコア部材であって、
第４図に示すように、その横断面において周方向に所定
中心角で複数条の凹溝７０が軸方向に凹設され、例えば
６極のモータ回転子の形状を呈している。この第２の強
磁性体芯５６の中心には、所定直径の雌ねじが軸方向に
螺切され、この雌ねじに前記駆動軸３４の一部をなすス
ライド棒４８の先端に設けた雄ねじ形成部４８ａがねじ
込まれている。このとき第２の強磁性体芯５６における
複数の突条部は、第２の磁気構体５８における複数の希
土類磁石６２により磁気結合され、中空円筒体２８を隔
てて前記夫々の希土類磁石６２に対応して、周方向への
回転を拘束されている。従って第２の磁気構体５８を正
逆何れかの周方向に回転させれば、雄ねじ形成部４８ａ
を備えたスライド棒４８は、前記ピン５２により中空軸
４６に対して回動を阻止されつつも、そのねじのピッチ
に応じた微速度で軸方向への進退移動を行なうことが諒
解されよう。

次に前記駆動軸３４に取付けられるグリッパ４４につき
説明する。この種のグリッパ４４は、その他ハンド、フ
ィンガ、ジョー等と称されることがあるが、何れにして
も１対のフィンガを開閉させて物品の把持・解放を行う
ようにした機構を内容とする。第２図および第６図に示
す如く、駆動軸３４の一部をなす前記中空軸４６の真空
チャンバー３０中に臨む一端部には、１対のフィンガ７
２．７２を開閉自在に軸支したグリッパ基台７４が取付
けられている。例えば基台７４上に、図示形状の各フィ
ンガ７２が軸ピン７６を介して回動可能に枢着され、該
基台７４とフィンガ７２との間に弾力的に介装した弾性
部材（本例では引張りばね）７８によって１両フィンガ
７２．７２は相互に近接する方向、すなわち閉成方向に
付勢されている。

また両フィンガ７２．７２の後端部は図示の如く湾曲形
成され、この部分に前記駆ａ＃３４の一部をなすスライ
ド棒４８の一方の先端部分が臨んでいる。この先端部に
は１対のローラ８０，８０が枢着されて、第６図のよう
にスライド棒４８を中空軸４６に対して前進させた場合
に、各ローラ８０が対応のフィンガ７２の後端部に係合
して１両フィンガ７２．７２を開放付勢するようになっ
ている。

なお第２図に示すように、スライド棒４８を中空軸４６
に対して後退させた場合には、各ローラ８０による対応
のフィンガ７２に対する押圧力が解除されて、両フィン
ガ７２．７２は引張りばね７８の弾力作用下に閉成され
る。従って両フィンガ７２．７２の間に、例えばシリコ
ンウェハー等のワーク８２を介在させれば、該ワーク８
２は確実に把持される。

なお図示のグリッパ４４は、両フィンガ７２゜７２が弾
力作用下に常に閉成する型式のものを示したが、前述し
た弾性部材７８の取付は位置を変更したり、圧縮ばねを
使用したりすることにより。

弾力作用下に常に開放する型式のグリッパを採用するこ
とも可能である。

ところで図示のリニアアクチュエータは、そのままの構
成では、グリッパが把持するワークの重量バランスによ
っては、第１の強磁性体芯（および駆動軸）が周方向に
回転してしまう欠点がある。そこでこの回転を有効に阻
止する機構につき、簡単に説明する。中空円筒体２８の
外周に配設した前記第１の磁気構体３２に隣接して、第
３の磁気構体８４が同じく円筒体２８に対して摺動自在
に配設しである。この第３の磁気構体８４は、電磁軟鉄
（３２０Ｃ）の如き強磁性材料からなるリング状ヨーク
８６と、このヨーク８６の内周に第５図に示す如き配列
で、半径方向に所定の中心角をなすよう隣接配置した複
数個（ｎ個）の希土類磁石８８とから構成される。そし
て前記第１の磁気構体３２および第３の磁気構体８４の
外周には、アルミニュウムの如き非磁性金属を材質とす
るスリーブ９０が共通的に囲繞配置され、夫々ビス９２
により固定されている。

なお前記スリーブ９０により結合された第１の磁気構体
３２および第３の磁気構体８４は、図示のように中空円
筒体２８の外周に摺動自在に挿通した各スライド軸受６
４．９４の夫々に担持されて、該円筒体２８の外周を摺
動し得るようになっている。また第３の磁気構体８４の
ヨーク８６と、第１の磁気構体３２のヨーク４０との間
には、非磁性材料からなる環状スペーサ９６が前記スリ
ーブ９０の内方において介装されて、相互に磁気干渉す
るのを防止するようになっている。

次に第３の強磁性体芯９８が、前記駆動軸３４に同心的
に挿通固定され、前記第３の磁気構体８４と磁気結合さ
せである。すなわち第３の強磁性体芯９８は、例えば１
３Ｃｒ系電磁ステンレスのような強磁性材料からなるコ
ア部材であって、第５図に示すように、その横断面にお
いて周方向に所定中心角で複数条の凹溝１００が軸方向
に凹・設され、例えば６極のモータ回転子の形状を呈し
ている。この第３の強磁性体芯９８は、中空円筒体２８
の内部に配設した前記駆動軸３４の一部を構成する中空
軸４６に挿通固定され、前記第１の強磁性体芯３６に環
状スペーサ１０２を介して隣接している。このとき第３
の強磁性体芯９８における複数の突条部（前記凹溝１０
０の形成されていない部位）は、第３の磁気構体８４に
おける複数の希土類磁石８８により磁気結合され、中空
円筒体２８を隔てて前記夫々の希土類磁石８８に対応し
て、周方向への回転を拘束されている。従って中空円筒
体２８の外周において、第３の磁気構体８４を回動させ
ない限り、第３の強磁性体芯９８およびこれに固定した
中空軸４６は該円筒体２８の内部で磁気拘束されて回転
を阻止される。

しかるに第３の磁気構体８４は、中空円筒体２８の外周
において周方向にも回転し得るよう挿通されているので
、本実施例では更に、この第３の磁気構体８４および第
１の磁気構体３２を前記円筒体２８の外周に沿って直線
的にのみ移動可能とする手段を設けである。例えば第２
図に示すように、中空円筒体２８の外方において、これ
と平行に延在する丸棒からなる案内体１０４が配設され
、前記スリーブ９０により共通的に固定した第１および
第３の磁気構体３２，８４には突出片１０６が関係的に
固定しである。そして突出片１０６に凹設した円弧溝１
０８を、前記案内体１０４に摺動自在に係合させること
により、第１および第３の磁気構体３２，８４を、前記
円筒体２８に対し回転不能で、かつ直線的にのみ移動さ
せることができる。

次にこのように構成した本発明に係るリニアアクチュエ
ータのグリッパ開閉機構の作用につき説明する。既に述
べた如く第１の磁気構体３２は、中空円筒体２８の外周
に沿って軸方向に摺動可能であり、この磁気構体３２は
中空軸４６に挿通固定した第１の強磁性体芯３６との間
で磁気結合がなされている。従って当該第１の磁気構体
３２を進退移動させることにより、駆動軸３４の一部を
構成する中空軸４６もこれに伴って軸方向に進退移動し
、アクチュエータとしての本来の機能を発揮する。

このように第１の磁気構体３２によって、駆動軸３４の
一部を構成する中空軸４６を大きく移動させ、真空チャ
ンバー３０内でグリッパ４４の大まかな位置決めを行な
う。その後に前記第２の磁気構体５８゛を、中空円筒体
２８の周りにおいて所要方向に回転させる。このときス
ライド棒４８は中空軸４６に挿通され、スリット５０中
に臨ませたピン５２により回転を阻止されているから、
前記雄ねじ形成部４８ａと第２の強磁性体芯５６に螺切
した雌ねじとのねし作用下に、スライド捧４８は中空軸
４６に対し緩徐に微動前進または微動後退する。

前述の如く、グリッパ４４における両フィンガー７２．
７２の後端部には、スライド捧４８の一方の先端部分が
臨んでいるから、第６図のように前記スライド捧４８を
微動前進させれば、各ローラ８０が対応のフィンガ７２
の後端部に係合して、両フィンガ７２．７２を付勢して
開放させる。すなわち中空円筒体２８の外部から非接触
で、ワーク８２に対する把持を解くことができる。また
第２区に示す如く、スライド捧４８を中空軸４６に対し
て後退させれば、各ローラ８０による対応のフィンガ７
２に対する押圧力が解除される。このため両フィンガ７
２．７２は、引張りばね７８の弾力作用下に閉成して、
ワーク８２を確実に把持することができる。

発明の効果 このように本発明によれば、ワークを把持したグリッパ
を軸方向に直線的に進退移動させるようにしたリニアア
クチュエータにおいて、外部から非接触でグリッパを構
成するフィンガの開閉を行うことができ、従って真空チ
ャンバー等の密閉空間中で、グリッパによるワーク把持
および解放を高真空状態を損うことなく好適に実施し得
るものである。また構成が簡単なので、製造コストを低
廉になし得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空チャンバーにリニアアクチュエータを設け
た例の概略縦断面図、第２図は本発明に係るリニアアク
チュエータのグリッパ開閉機構の縦断面図、第３図は第
２図のｍ−ｍ綿様断面図、第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ
線線断断面図第５図は第２図の■−ｖ線横線面断面図６
図はグリッパにおけるフィンガを開放した状態を示す説
明図である。 ２８・・・中空円筒体　　３２・・・第１の磁気構体３
４・・・駆動軸　　　　３６・・・第１の強磁性体芯３
６ａ・大径部　　　　３６ｂ・小径部４０・・・ヨーク
　　　　　４２・・・磁石４６・・・中空軸　　　　　
４８・・・スライド捧５８・・・第２の磁気構体６０・
・・ヨーク６２・・・磁石　　　　　５６・・・第２の
強磁性体芯特許出願人　　　日本フィシチック機器株式
会社ＦＩＧ、１ １Ｌ ＦＩＧ　６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）非磁性材質の中空円筒体の内部に中空軸を軸方向
   への移動自在に同心配置し、 第１の強磁性体芯を前記中空軸に同心的に挿通固定し、 第１の磁気構体を前記中空円筒体の外周に摺動自在に配
   設して、この第１の磁気構体の軸方向移動により、これ
   と磁気結合している前記第１の強磁性体芯を軸方向に移
   動させ得るよう構成したリニアアクチュエータにおいて
   、 第２の磁気構体を、前記第１の磁気構体と共に一体的に
   摺動可能で、かつ中空円筒体の外周に独立的に回転自在
   に配設し、 第２の強磁性体芯を中空円筒体の内部において、前記中
   空軸に摺動可能でかつ回転不能に挿通したスライド棒に
   回転自在にねじ込んで前記第２の磁気構体と磁気結合さ
   せ、 前記中空軸の一端部に、１対のフィンガを開閉自在に軸
   支したグリッパ基台を取付けると共に、前記スライド棒
   を中空軸に対し進退移動させてフィンガを付勢すること
   により、当該フィンガの開閉を行う ことを特徴とするリニアアクチュエータのグリッパ開閉
   機構。
2. （２）第１の強磁性体芯は、所定間隔で大径部と小径部
   とを交互に画成してなり、また第１の磁気構体は、強磁
   性材質のリング状ヨークと磁石とを交互に隣接配置して
   なり、前記大径部は中空円筒体を挟んでリング状ヨーク
   に対応すると共に、小径部は該円筒体を挟んで磁石に対
   応するよう配設される特許請求の範囲第１項記載のリニ
   アアクチュエータのグリッパ開閉機構。
3. （３）第２の強磁性体芯は、周方向に所定中心角で複数
   条の凹溝を長手方向に凹設してなり、また第２の磁気構
   体は、強磁性材質の別のリング状ヨークの内周に複数個
   の磁石を半径方向に所定中心角で配置してなる特許請求
   の範囲第１項記載のリニアアクチュエータのグリッパ開
   閉機構。
4. （４）グリッパ基台に開閉自在に軸支した１対のフィン
   ガは、弾性部材により常時閉成または常時開放する方向
   に弾力付勢され、前記中空軸に対しスライド棒を関係的
   に移動させることにより、弾性部材の弾力に抗して当該
   フィンガの開放または閉成を行うことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のリニアアクチュエータのグリッ
   パ開閉機構。