TW201636523A - 致動器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種致動器，該致動器(10)具備：沿一方向延伸之導件(12)；及相對於導件(12)能夠沿軸向移動之滑塊(20)。導件(12)或滑塊(20)中的一個具有凹形剖面，另一個被構成凹形剖面之三面所限制之同時，滑塊(20)被導件(12)引導。

Description

致動器
本發明係有關一種滑塊被導件引導之同時能夠移動之致動器。
對於在真空環境下使用之致動器要求不污染真空腔室內。作為該種致動器，已知有氣壓致動器(例如專利文獻1)。氣壓致動器構成為，藉由從設置於滑塊內之空氣墊噴出壓縮氣體而使滑塊能夠相對於導件軸順暢地移動。氣壓致動器如使用滾動軸承或線性導件之致動器，具有不會產生潤滑油或不會從滑動面產生微細粉塵，且不會從致動器發熱等各種優點。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本專利443778號
以往習知之氣壓致動器為如下結構：構成為長方形的 筒狀之滑塊以4面限制同樣為長方形剖面的導件軸。該種結構的致動器存在導件軸的製作成本較高、滑塊對導件軸之裝配調整變繁雜等若干製造上的問題。
本發明係鑒於該種狀況而完成者，其目的為提供一種滑塊被導件引導之同時能夠移動之致動器的簡單結構。
本發明的一態樣的致動器係如下致動器，其具備：沿一方向之導件；及相對於導件能夠沿軸向移動之滑塊，其中，導件的至少一面被開放，滑塊具有噴出壓縮氣體之空氣墊及用於驅動滑塊之空氣伺服室，並且構成為相對於導件浮起而被引導。
所謂“一面被開放”即包含一面整體被開放之情況，亦包含一面的一部分被開放之情況。
導件可以具有凹形剖面，滑塊可以構成為被構成凹形剖面之三面所限制的同時，相對於導件浮起而被引導。
導件可以具有多邊形剖面，滑塊可以構成為被構成多邊形剖面之複數個面中的一面所限制之同時，相對於導件浮起而被引導。
依該等態樣，與滑塊以4面限制導件軸之習知結構的致動器相比，由於成為導件的一面被開放之結構，因此能夠簡化導件及滑塊的結構。
在滑塊與導件之間可以設有對滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。據此，能夠確保致動器的軸承剛 性。
本發明的另一態樣亦係致動器。該致動器具備：沿一方向延伸之導件；及相對於導件能夠沿軸向移動之滑塊，其中，導件的至少一面被開放，滑塊具有噴出壓縮氣體之空氣墊及排出從空氣墊噴出之壓縮空氣之排氣槽，並且構成為相對於導件浮起而被引導，排氣槽包含沿軸向延伸之部分。
導件可以具有凹形剖面，滑塊可以構成為被構成凹形剖面之三面所限制的同時，相對於導件浮起而被引導。
導件可以具有多邊形剖面，滑塊可以構成為被構成多邊形剖面之複數個面中的一面所限制之同時，相對於導件浮起而被引導。
依該等態樣，與滑塊以4面限制導件軸之習知結構的致動器相比，由於成為導件的面被開放之結構，因此能夠簡化導件及滑塊的結構。
在滑塊與導件之間可以設有對滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。據此，能夠確保致動器的軸承剛性。
本發明的又一態樣亦係致動器。該致動器具備：沿一方向延伸之導件；及相對於導件能夠沿軸向移動之滑塊，導件或滑塊的一方具有凹形剖面，另一方被構成凹形剖面之三面所限制之同時，滑塊被導件引導。
依該態樣，與滑塊以4面限制導件軸之習知結構的致動器相比，由於成為導件或滑塊的一面被開放之結構，因 此能夠簡化導件及滑塊的結構。
滑塊可以具有噴出壓縮氣體之空氣墊，並且可以構成為相對於導件浮起而被引導。據此，即使為氣壓致動器的情況下，亦能夠簡化導件及滑塊的結構。
滑塊還可以具有排出從空氣墊噴出之壓縮空氣之排氣槽。排氣槽可以包含沿軸向延伸之部分。據此，即使在真空環境下，亦能夠使用導件或滑塊的一面被開放之結構的氣壓致動器。
滑塊可以具有沿軸向延伸之空氣伺服室。導件可以具有進入到空氣伺服室中並將空氣伺服室區隔為2個之隔壁。滑塊可以藉由向空氣伺服室的2個區隔區中的一個區隔區供給壓縮氣體並且從另一個區隔區排出壓縮氣體，藉此相對於導件沿軸向移動。
在滑塊與導件之間可以設有對滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。據此，能夠確保致動器的軸承剛性。
將以上要件的任意組合及本發明的要件及表現在裝置、方法、系統等之間相互替換者，亦作為本發明的態樣而有效。
依本發明，可以將滑塊被導件引導之同時能夠移動之致動器設為簡單的結構。
10‧‧‧氣壓致動器
12‧‧‧導件
20‧‧‧滑塊
30‧‧‧空氣墊
34‧‧‧排氣槽
44‧‧‧磁鐵
48‧‧‧磁鐵預載機構
50‧‧‧氣壓致動器
52‧‧‧導件
70‧‧‧滑塊
80‧‧‧空氣墊
第1圖係本發明的一實施形態之氣壓致動器的概略立體圖。
第2圖係構成氣壓致動器之滑塊的立體圖。
第3圖係沿第1圖、第2圖中的A-A線之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第4圖係說明氣壓致動器的動作原理之、沿第1圖中的B-B線之氣壓致動器的剖面圖。
第5圖係變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第6圖係另一變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第7圖係又一變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第8圖係又一變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第9圖係又一變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
第10圖係又一變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。
以下，對各圖式所示之相同或等同的構成要件、構件標註相同符號，並適當省略重複之說明。並且，為了方便理解，適當擴大、縮小示出各圖式中之構件的尺寸。並且，各圖式中，省略表示在說明實施形態時不重要的構件的一部分。
第1圖係本發明的一實施形態之氣壓致動器10的概略立體圖。氣壓致動器10由如下構成：沿一方向延伸且剖面形成為凹形之導件12；及被導件12引導之同時能夠 沿著導件12沿軸向移動之長方體形狀的滑塊20。導件12具有底壁37、第1側壁38及第2側壁39，底壁37的兩端及中間部被未圖示之腳架支撐。
滑塊20具有蓋40。蓋40堵塞形成於滑塊20之空氣伺服室28(後述)的開口。另外，當空氣伺服室28以未貫穿滑塊20之方式形成時，不需要蓋40。滑塊20以在凹形的導件12的內側具有稍小間隙之方式被收納。如後面詳細叙述，藉由從設置於滑塊20之空氣墊噴出壓縮氣體(例如空氣)，滑塊20能夠沿著導件12順暢地移動。
例如在電子束曝光裝置等在真空腔室內動作之裝置中，氣壓致動器10使用於驅動移動式載物台。當與電子束曝光裝置一同使用時，若氣壓致動器為磁性體，則有可能對電子束的軌道帶來影響，因此導件12、腳架及滑塊20由非磁性體材料、例如由陶瓷形成。
與使用例如滾動軸承或線性導件之滑塊相比，氣壓致動器10不會產生來自潤滑油或滑動面的微細粉塵，因此例如適於在真空環境下使用之電子束曝光裝置。
第2圖係從下方向觀察滑塊20之立體圖，第3圖係沿第1圖、第2圖中的A-A線之氣壓致動器10的軸向剖面圖。在構成滑塊20的大致長方體形狀之面中與凹形的導件12相對之面亦即底面22、第1側面24、第2側面26形成有複數個空氣墊30。空氣墊30藉由噴出從未圖示之供氣系供給之高壓氣體並在與導件12之間的稍微的間隙中形成高壓的氣體層，藉此使滑塊20從導件12浮起。 在滑塊20的中央部形成有用於驅動滑塊20之空氣伺服室28。
在滑塊20的底面22、第1側面24、第2側面26的緣部以包圍複數個空氣墊30之方式形成有差動排氣用的排氣槽32、34、36。因此，排氣槽32、34、36均包含沿著滑塊20的軸向延伸之部分。排氣槽32被暴露在大氣中。另外，排氣槽32可以與排氣泵(未圖示)連接。排氣槽34、36分別與用於將排氣槽內的壓力設為低真空壓力水平、中真空壓力水平之排氣泵(未圖示)連接，將從滑塊20的空氣墊30及空氣伺服室28供給至內部空間之壓縮氣體向外部排出。藉此，防止壓縮氣體從導件12與滑塊20之間的間隙中漏出，從而即使在真空環境下，亦能夠使用氣壓致動器。另外，在大氣壓環境下使用氣壓致動器10時，無需設置該種排氣槽32、34、36。
當導件12為凹形時，根據設置於滑塊20側面之空氣墊30的負荷容量，導件12容易變形，以使第1側壁38的上端與第2側壁39的上端之間隔擴大(亦即使上側擴大)。藉此，有可能無法確保所希望之軸承剛性。因此，滑塊20側面的空氣墊30盡可能靠近底面22側而配置為較佳。
第4圖係說明氣壓致動器10的動作原理之、沿第1圖中的B-B線之氣壓致動器的剖面圖。另外，第4圖中，誇張表示導件12與滑塊20之間的間隙及隔壁13與空氣伺服室28之間的間隙。實際上，該等間隙例如為數微米 程度。如圖所示，導件12上固定有將滑塊20的空氣伺服室28在軸向上區隔為兩個伺服室28A、28B之隔壁13。在兩個伺服室28A、28B分別連接有用於向各伺服室送出或送入壓縮氣體之供氣系統17A、17B。供氣系統17A、17B分別具備伺服閥16A、16B及壓縮氣體供給源18A、18B。
若向空氣墊30供給壓縮空氣，則滑塊20相對於導件12稍微浮起。在此，若例如向伺服室28A供給壓縮空氣並且從伺服室28B排出壓縮空氣，則隔壁13作為活塞發揮作用，使得滑塊20向圖式中的左方向移動。如此一來，藉由控制伺服閥16A、16B的開度，能夠使滑塊20相對於導引軸12移動至任意的位置。
如以上說明，依本實施形態，採用使大致長方體形狀的滑塊在凹形剖面的導件內滑動之結構，來代替了限制導件的4面的滑塊。該結構中，不僅能夠將導件在其兩端進行支撐，還能夠在複數個部位進行支撐，因此容易確保導件的撓曲剛性，且與方形剖面的導件軸相比，能夠減小導件的剖面積。因此，可以實現導件的小型化、低成本化。並且，由於能夠使滑塊成為扁平結構，因此能夠抑制氣壓致動器的設置高度。並且，由於無需將滑塊形成為筒狀，因此能夠簡化滑塊對導件之裝配調整。另外，由於能夠將滑塊及導件分別製作成一體結構，因此能夠減少組件件數。
為了強化氣壓致動器的軸承剛性，可以設置磁鐵預載 機構。第5圖係該種變形例之氣壓致動器10’的軸向剖面圖。第5圖中標註有符號之構件中，表示在第3圖中者具有相同的構成，因此省略說明。
磁鐵預載機構48係藉由由磁鐵產生之吸引力而對滑塊20賦予向下力者。在滑塊20上設置從滑塊20的上表面朝向導件12的兩側壁延伸之L字形的支撐構件42。在支撐構件42的下表面，以在導件12的第1側壁38的上部及第2側壁39的上部相互吸引軟磁性材料46之方式設置磁鐵44。藉由如此設置，能夠提高氣壓致動器的軸承剛性。
當將氣壓致動器10與電子束曝光裝置一同使用時，從磁鐵44之漏磁場有可能對電子束的軌跡帶來影響。因此，對磁鐵44及軟磁性材料46的周邊(第5圖中的點線C所表示之部位)實施磁屏蔽以抑制漏磁場為較佳。
上述中，對將導件12設為剖面凹形並將滑塊20設為大致長方體形狀之情況進行了敘述，但亦可以替換兩者的形狀。第6圖係該種變形例之氣壓致動器50的軸向剖面圖。
第6圖中，導件52具有方形剖面，滑塊70具有凹形剖面。在滑塊70的內表面中與導件52相對之面亦即上表面72、側面74、側面76形成有複數個空氣墊80。空氣墊80藉由噴出從未圖示之供氣系統供給之高壓氣體並在與導件52之間的微小間隙中形成高壓的氣體層，藉此使滑塊70從導件52浮起。在滑塊70的中央部形成有用於 驅動滑塊70之空氣伺服室(未圖示)。
雖未圖示，但在滑塊70的上表面72、側面74、側面76的緣部以包圍複數個空氣墊80之方式形成有差動排氣用的排氣槽。排氣槽分別與排氣泵(未圖示)連接，向外部排出從滑塊70的空氣墊80及空氣伺服室供給至內部空間之壓縮氣體。藉此，防止壓縮氣體從導件52與滑塊70之間的間隙中漏出，從而即使在真空環境下，亦能夠使用氣壓致動器。另外，在大氣壓環境下使用氣壓致動器50時，無需設置該種排氣槽。
在上述實施形態中，對為了強化致動器的軸承剛性而設置磁鐵預載機構48的情況進行了敘述。然而，亦可以使用線性導件等將滑塊和導件的上下方向在結構上進行連接，來代替磁鐵預載機構。在該情況下，無需在滑塊上設置空氣墊。並且，即使在使用線性導件之情況下，亦能夠在大氣壓環境下和真空環境下雙方中使用致動器。
以上，對若干個實施形態之致動器的構成進行了說明。該實施形態為例示，本領域技術人員應該理解可對其各構成要件的組合進行各種變形例，並且該種變形例亦包含於本發明的範圍內。
依本發明，作為致動器的導件機構，可以自由選擇空氣墊、空氣墊和磁鐵預載機構、線性導件。並且，能夠在大氣壓環境下及真空環境下雙方中使用致動器。
實施形態中，對氣壓致動器由非磁性體、尤其由陶瓷製作的情況進行了敘述，但本發明亦可以適用於由磁性體 構成之氣壓致動器。
實施形態中，對致動器的導件及滑塊具有長方形的剖面形狀之情況進行了敘述，但本發明亦可以適用於具備具有任意的剖面形狀之導件及滑塊之致動器。
第7圖~第9圖分別係該種變形例之氣壓致動器的軸向剖面圖。第7圖~第9圖分別對應第3圖。
第7圖係變形例之氣壓致動器110的軸向剖面圖。氣壓致動器110具備導件12和滑塊20。滑塊20具有梯形的剖面形狀，第1側面24與第2側面26以越靠近上側越相互靠近之方式傾斜。導件12具有與滑塊20對應之凹形的剖面。亦即，導件12以第1側壁38的內表面38a與第2側壁39的內表面39a越靠上側越相互靠近之方式傾斜。
依本變形例，可以發揮與藉由實施形態之氣壓致動器發揮之作用效果相同的作用效果。而且，本變形例中，滑塊20的第1側面24與第2側面26傾斜，與其相對之導件12的面亦同样傾斜。因此，第1側面24及第2側面26(進而滑塊20)能夠從藉由從空氣墊30噴出之氣體而在與導件12之間之間隙中形成之高壓的氣體層接受向下力。亦即，依本變形例，氣壓致動器的軸承剛性得到提高。
第8圖係變形例之氣壓致動器210的軸向剖面圖。氣壓致動器210具備導件12和滑塊20。滑塊20具有長方形的剖面形狀，導件12具有凹形的剖面形狀。
本變形例中，導件12的第1側壁38及第2側壁39具有L字形的剖面形狀。第1側壁38、第2側壁39分別具有相互面向而延伸之第1延伸部38b、第2延伸部39b。換言之，導件12除了底壁37、第1側壁38、第2側壁39以外，還具有上壁，亦可以說該上壁的一部分(中央部)被開放。在滑塊20的上表面的與第1延伸部38b、第2延伸部39b相對之部分形成有空氣墊30。
依本變形例，可以發揮與藉由實施形態之氣壓致動器發揮之作用效果相同的作用效果。而且，本變形例中，在與第1延伸部38b、第2延伸部39b相對之滑塊20的上表面形成有空氣墊30。因此，滑塊20能夠從藉由從空氣墊30噴出之氣體而形成於與導件12之間隙中之高壓的氣體層接受向下力。亦即，依本變形例，氣壓致動器的軸承剛性得到提高。
第9圖係變形例之氣壓致動器310的軸向剖面圖。氣壓致動器310具備導件12和滑塊20。導件12及滑塊20具有矩形的剖面形狀。另外，導件12及滑塊20並不限於矩形的剖面形狀，只要具有多邊形狀的剖面形狀即可。本變形例中，導件12的三面被開放。
在構成滑塊20的面中與導件12相對之面亦即底面22形成有複數個空氣墊30。並且，在滑塊20的底面22以包圍複數個空氣墊30之方式形成有差動排氣用的排氣槽32、34、36。
依本變形例，滑塊20只有底面22受限制，因此導件 12及滑塊20的結構進一步簡化。
實施形態中，對在滑塊20中形成有1個空氣伺服室28之情況進行了敘述，但亦可以形成複數個空氣伺服室。第10圖係這種變形例之氣壓致動器420的軸向剖面圖。第10圖對應第8圖。本變形例中，在第1側面24及第2側面26分別形成有空氣伺服室28。亦即，2個空氣伺服室28夾著滑塊20以對置之方式分別形成於相互對置之內表面38a、內表面39a。依本變形例，即使在2個空氣伺服室28中產生壓力變動，在2個空氣伺服室28中因壓力變動產生之力亦會被抵消。因此，即使在空氣伺服室28中產生壓力變動，亦能夠抑制該壓力變動影響滑塊20與導件12之間。
〔產業上的可利用性〕
依本發明，能夠將滑塊被導件引導之同時能夠移動之致動器設為簡單的結構。
10‧‧‧氣壓致動器
12‧‧‧導件
20‧‧‧滑塊
37‧‧‧底壁
38‧‧‧第1側壁
39‧‧‧第2側壁
40‧‧‧蓋

Claims (13)

  1. 一種致動器，其具備：沿一方向延伸之導件；及相對於該導件能夠沿軸向移動之滑塊，該致動器的特徵為，前述導件的至少一面被開放，前述滑塊具有噴出壓縮氣體之空氣墊及用於驅動該滑塊之空氣伺服室，並且構成為相對於前述導件浮起而被引導。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，前述導件具有凹形剖面，前述滑塊構成為被構成該凹形剖面之三面所限制之同時，相對於前述導件浮起而被引導。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，前述導件具有多邊形剖面，前述滑塊構成為被構成該多邊形剖面之複數個面中的一面所限制之同時，相對於前述導件浮起而被引導。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之致動器，其中，在前述滑塊與前述導件之間設有對前述滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。
  5. 一種致動器，其具備：沿一方向延伸之導件；及相對於該導件能夠沿軸向移動之滑塊，該致動器的特徵為，前述導件的至少一面被開放， 前述滑塊具有噴出壓縮氣體之空氣墊及排出從該空氣墊噴出之壓縮空氣之排氣槽，並且構成為相對於前述導件浮起而被引導，前述排氣槽包含沿前述軸向延伸之部分。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之致動器，其中，前述導件具有凹形剖面，前述滑塊構成為被構成該凹形剖面之三面所限制之同時，相對於前述導件浮起而被引導。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之致動器，其中，前述導件具有多邊形剖面，前述滑塊構成為被構成該多邊形剖面之複數個面中的一面所限制之同時，相對於前述導件浮起而被引導。
  8. 如申請專利範圍第5至7項中任一項所述之致動器，其中，在前述滑塊與前述導件之間設有對前述滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。
  9. 一種致動器，其具備：沿一方向延伸之導件；及相對於該導件能夠沿軸向移動之滑塊，該致動器的特徵為，前述導件或前述滑塊中的一方具有凹形剖面，另一方被構成該凹形剖面之三面所限制之同時，前述滑塊被前述導件引導。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之致動器，其中，前述滑塊具有噴出壓縮氣體之空氣墊，並且構成為相 對於前述導件浮起而被引導。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之致動器，其中，前述滑塊還具有排出從前述空氣墊噴出之壓縮空氣之排氣槽，前述排氣槽包含沿前述軸向延伸之部分。
  12. 如申請專利範圍第9至11項中任一項所述之致動器，其中，前述滑塊具有沿軸向延伸之空氣伺服室，前述導件具有進入到前述空氣伺服室中並將前述空氣伺服室區隔為2個之隔壁，前述滑塊藉由向前述空氣伺服室的2個區隔區中的一個區隔區供給壓縮氣體並且從另一個區隔區排出壓縮氣體，藉此相對於導件沿軸向移動。
  13. 如申請專利範圍第9至12項中任一項所述之致動器，其中，在前述滑塊與前述導件之間設有對前述滑塊賦予由磁力產生之向下力之磁鐵預載機構。
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