(57)【要約】【課題】動力伝達機構において、出力軸の傾きによって、シール材と出力軸との間に隙間を生じさせることなく、リークを防止する。【解決手段】真空環境である真空チャンバ５内と大気環境とを区分けするベース壁６と、前記ベース壁６を貫通して配置される出力軸１６と、前記出力軸１６を回転自在に支持するシールケース１７と、からなる動力伝達機構１０であって、前記シールケース１７と前記出力軸１６との間に密着して介される第一シール材３０と、前記シールケース１７と前記ベース壁６との間に密着して介され、前記出力軸１６の軸方向に弾性を有し、かつ前記出力軸１６の傾きに追従する第二シール材４０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空環境である真空チャンバ内と大気環境とを区分けするベース壁と、
前記ベース壁を貫通して配置される出力軸と、
前記出力軸を回転自在に支持するシールケースと、
からなる動力伝達機構であって、
前記シールケースと前記出力軸との間に密着して介される第一シール材と、
前記シールケースと前記ベース壁との間に密着して介され、前記出力軸の軸方向に弾性を有し、かつ前記出力軸の傾きに追従する第二シール材と、
を備えることを特徴とする動力伝達機構。
【請求項２】
請求項１記載の動力伝達機構において、
前記第二シール材は、ゴム材であることを特徴とする動力伝達機構。
【請求項３】
請求項１記載の動力伝達機構において、
前記第二シール材は、ゴム材と金属材とを積層し、表面をゴムで被装する積層ゴムであることを特徴とする動力伝達機構。
【請求項４】
請求項１記載の動力伝達機構において、
前記第二シール材は、金属製の伸縮管であることを特徴とする動力伝達機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空環境である真空チャンバ内と大気環境とを区分けするベース壁と、前記ベース壁を貫通して配置される出力軸と、前記出力軸を回転自在に支持するシールケースと、からなる動力伝達機構の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を製造する工程において、半導体ウエハ又は液晶基板上に形成する配線工程及び薄膜形成工程等は、真空環境である真空チャンバ内で行われる。真空チャンバは、ベース壁によって大気環境と区分けされている。真空チャンバ内において、半導体ウエハ又は液晶基板は、ロボット又は製造装置等によって取り扱われる。
【０００３】
しかし、ロボット又は製造装置等の駆動部は、大気環境で使用する想定で設計されているため、真空環境で用いることができない。そこで、ロボット又は製造装置等は、大気環境である真空チャンバ外にモータ又は減速機等の駆動部が配置され、ベース壁を貫通する動力伝達機構を介して、真空環境である真空チャンバ内にマニピュレータが配置される。また、動力伝達機構には、大気環境から真空環境への大気や塵埃の流入を防ぐためシール材を設ける必要がある。
【０００４】
特許文献１には、出力軸と出力軸を囲むハウジングとの間に、接触式のリング形のシール材を配した動力伝達機構を開示されている。特許文献２には、環状溝形のガスケットと、環状溝内に内装され回転軸に対して接圧するバネ部と、を備えて構成される動力伝達機構が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−８４９２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットアーム等が重いワークを支持する際には、ワークの重力によって出力軸は片持ち状態となる。特許文献１及び２に代表される動力伝達装置は、シール材が出力軸の傾きを吸収できるように配置・設計されていない。このとき、出力軸の傾きにより、シール材と出力軸とが集中的に圧接する部分が発生し、シール材が破損する或いは寿命が低下する。また、出力軸の傾きにより、シール材が出力軸に追従できないため隙間が生じ、リークが発生する。
【０００６】
現状では、出力軸の傾きによる隙間を防止するため、シール材の出力軸に対する締め付け力を強くしている。そのため、シール材及び出力軸の磨耗が大きく、メンテナンス周期を早めていた。
そこで、解決しようとする課題は、動力伝達機構において、出力軸の傾きによって、シール材と出力軸との間に隙間を生じさせることなく、リークを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、真空環境である真空チャンバ内と大気環境とを区分けするベース壁と、前記ベース壁を貫通して配置される出力軸と、前記出力軸を回転自在に支持するシールケースと、からなる動力伝達機構であって、前記シールケースと前記出力軸との間に密着して介される第一シール材と、前記シールケースと前記ベース壁との間に密着して介され、前記出力軸の軸方向に弾性を有し、かつ前記出力軸の傾きに追従する第二シール材と、を備えるものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載の動力伝達機構において、前記第二シール材は、ゴム材であるものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項１記載の動力伝達機構において、前記第二シール材は、ゴム材と金属材とを積層し、表面をゴムで被装する積層ゴムであるものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項１記載の動力伝達機構において、前記第二シール材は、金属製の伸縮管であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、第二シール材が出力軸の軸方向に弾性をするため、出力軸の傾きによって、ベース壁とシールケースとの間に隙間を生じさせることなく、リークを防止できる。
また、第二シール材が出力軸の軸方向に弾性を有し、かつ出力軸の傾きに追従するため、シールケースを出力軸に追従させ、第一シール材と出力軸とが集中的に圧接する部分を低減でき、かつ、第一シール材と出力軸との間に隙間を生じさせることがない。つまり、出力軸の傾きによって生じる第一シール材と出力軸との隙間をなくし、リークを防止できる。
【００１４】
請求項２においては、第二シール材をゴム材とするため、請求項１の効果を実現できる。また、安価かつ比較的自由な形状である第二シール材を実現できる。
【００１５】
請求項３においては、第二シール材を積層ゴムとするため、請求項１の効果を実現できる。また、第二シール材の出力軸の軸方向における弾性力を、バネ定数によって調整できる。
【００１６】
請求項４においては、第二シール材を金属製の伸縮管とするため、請求項１の効果を実現できる。また、高温や腐食ガス等が発生する環境下においても耐久性を有する第二シール材を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る動力伝達機構を含むロボットアームの全体的な構成を示す一部断面構成図、図２は同じく第二シール材の全体的な構成を示す斜視図、図３は同じく別の第二シール材の全体的な構成を示す斜視図である。
図４は同じく別の第二シール材の全体的な構成を示す斜視図、図５は出力軸が傾きを有する場合のロボットアームの全体的な構成を示す一部断面構成図、図６は同じく別実施例に係る動力伝達機構の全体的な構成を示した一部断面構成図である。
図７は出力軸にずれを有する場合の動力伝達装置の全体的な構成を示した一部断面構成図である。
【００１８】
まず、図１を用いて、本発明の実施例１としての動力伝達機構１０を含むロボットアーム１について、詳細に説明する。
ロボットアーム１は、真空チャンバ５内において、半導体ウエハ又は液晶基板を移送する装置である。真空チャンバ５は、ベース壁６によって大気環境と区分けされた真空環境下の作業室である。真空チャンバ５内では、半導体ウエハ又は液晶基板の配線工程又は薄膜形成工程等が実施される。また、ロボットアーム１は、真空チャンバ５外の大気環境にモータ１１及び減速機１３を含む駆動部が配置され、ベース壁６を貫通する動力伝達機構１０を介して、真空チャンバ５内にアーム２０を含むマニピュレータが配置され、支持部によってベース壁６に支持されている。
【００１９】
マニピュレータは、アームベース１９を介して出力軸１６の駆動によって回転するアーム２０を備えて構成されている。
【００２０】
支持部は、中空円筒状の本体部１５ａ並びに本体部１５ａの外周面から外方向に張り出し形成されたフランジ壁１５ｂからなるフランジ１５と、本体部１５ａの下方開口を塞ぐように固定される底板１４と、を備えて構成されている。フランジ壁１５ｂの下面は、Ｏリング状のシール体１２を介して、ベース壁６の開口縁に受け止められている。
【００２１】
動力伝達機構１０は、減速機１３の出力を後述するアーム２０に伝達するためベース壁６を貫通して配置される出力軸１６と、出力軸１６の回転を支持する中空円筒状のシールケース１７と、出力軸１６の外周とシールケース１７の内周との間に密着して介される中空円筒状の第一シール材３０と、シールケース１７及び第一シール材３０の上面を被装する中空円板状のシールおさえ１８と、フランジ壁１５ｂの上面とシールケース１７の下面との間に密着して介される第二シール材４０と、を備えて構成されている。なお、軸線Ｐを出力軸１６の軸線として定義する。
【００２２】
駆動部は、モータ１１と、モータ１１の回転速度を減じて出力する減速機１３と、を備えて構成されている。ここで、モータ１１及び減速機１３は、上述した底板１４に支持されている。モータ１１の出力は、その上部に装着された減速機１３を介して、シールケース１７内の出力軸１６に伝達される。
【００２３】
ここで、図２を用いて、第二シール材４０について詳細に説明する。なお、図２乃至図４の第二シール材４０・５０・６０は、説明を分かり易くするため、中空円筒状のうち半円筒状のみを示している。
第二シール材４０は、断面が略長方形であるゴム材を中空円筒状としたシール材である。また、第二シール材４０は、出力軸１６の軸方向に対し弾性を有している。さらに、第二シール材４０は、軸線Ｐの傾きに追従するように弾性変形する。
このように第二シール材４０をゴム材とするため、安価かつ比較的自由な形状である第二シール材４０を実現できる。
【００２４】
また、図３を用いて、別の第二シール材５０について詳細に説明する。
第二シール材５０は、金属製の伸縮管としての公知のベローズである。また、第二シール材５０は、第二シール材４０と同様に、出力軸１６の軸方向に対し弾性を有し、軸線Ｐの傾きに追従するように弾性変形する。このように第二シール材５０を積層ゴムとするため、第二シール材５０の出力軸１６の軸方向における弾性力を、バネ定数によって調整できる。
【００２５】
さらに、図４を用いて、別の第二シール材６０について詳細に説明する。
第二シール材６０は、建築分野で用いられるゴム材と金属材とを積み重ね表面をゴムで被装した積層ゴムを中空円筒状としたシール材である。また、第二シール材６０は、第二シール材４０と同様に、出力軸１６の軸方向に対し弾性を有し、軸線Ｐの傾きに追従するように弾性変形する。このように第二シール材６０を金属製の伸縮管とするため、高温や腐食ガス等が発生する環境下においても耐久性を有する第二シール材６０を実現できる。
【００２６】
図２乃至４において、軸線Ｐの傾きに追従する弾性変形とは、下面４０ａ・５０ａ・６０ａが形成する水平面ａに対し、上面４０ｂ・５０ｂ・６０ｂが形成する水平面ｂが傾きを有するように弾性変形し、かつ第二シール材４０・５０・６０の断面の軸方向の変位が傾きを維持して弾性変形することをいう。例えば、第二シール材４０・５０・６０は、変位ｔ１である側に対し、対向側は変位ｔ２（ｔ２＞ｔ１）となるように弾性変形し、下面４０ａに対し傾きを有する上面４０ｂが形成されている。同時に、弾性変形による軸方向の変位ｔ１、ｔ２は、軸線Ｐに対し傾きを維持して弾性変形している。このようにして、第二シール材４０・５０・６０は、出力軸１６の軸線Ｐの傾きに追従することができる。
【００２７】
また、図５を用いて、出力軸１６が傾きを有する場合について詳細に説明する。
例えば、ロボットアーム１が図示しない重いワークを支持している場合、出力軸１６は、片持ち状態となり、軸線Ｐに対し軸線Ｐ´となる傾きを有する。このとき、第二シール材４０が出力軸１６の軸方向に対して弾性を有するため、出力軸１６の傾きによって、フランジ１５のフランジ壁１５ｂの上面と、シールケース１７の下面との間に隙間を生じさせることなく、大気環境から真空チャンバ５へのリークを防止できる。
【００２８】
また、第二シール材４０が出力軸１６の軸線Ｐの傾きに追従するため、シールケース１７を出力軸１６に追従させ、第一シール材３０と出力軸１６とが集中的に圧接する部分を低減でき、第一シール材３０と出力軸１６との間に隙間が生じさせない。つまり、出力軸１６の傾きによって、第一シール材３０と出力軸１６との間に隙間を生じさせることなく、大気環境から真空チャンバ５へのリークを防止できる。
【００２９】
言い換えれば、第二シール材４０は、シールケース１７を出力軸１６の傾きに同調させ、出力軸１６と第一シール材３０とシールケース１７とによって構成されるシール機構に、傾きによる影響を与えない動力伝達機構１０を実現している。
【００３０】
ここで、動力伝達機構１０の効果について従来技術と比較して説明する。
従来、動力伝達機構は、第一シール材３０に相当するシール材のみしか有しておらず、出力軸の傾きにより、シール材と出力軸とが集中的に圧接する部分が発生し、シール材が破損する或いは寿命が低下する等の不具合があった。また、出力軸の傾きにより、シール材が出力軸に追従できないため隙間が生じ、リークが発生していた。
本発明の動力伝達機構１０は、第一シール材３０に対し第二シール材４０は、フランジ１５とシールケース１７とをシールする、並びに第一シール材３０とシールケース１７を出力軸１６に追従させる、機能を有する第二シール材４０を追加している。そのため、第一シール材３０に集中的に圧接する部分を低減し、第一シール材３０を長寿命化できる。また、出力軸１６の傾きにより、第一シール材３０が出力軸１６に追従できる。
【００３１】
このようにして、第一シール材３０及び第二シール材４０が長寿命化するため、ロボットアーム１のメンテナンス周期を短くすることができる。また、動力伝達機構１０のシール性能が向上するため、超高真空向けロボットの開発が可能となる。さらに、真空チャンバ５の真空環境を小型の真空ポンプで実現できる。上述した作用及び効果は、第二シール材５０・６０によっても同様に奏することができる。
【００３２】
さらに、図６を用いて、別実施例として動力伝達機構１０を含む動力伝達装置９０について詳細に説明する。
動力伝達装置９０は、大気環境における入力軸７０による回転駆動を、ベース壁６を貫通する動力伝達機構１０を介して、真空チャンバ５内の出力軸８０に伝達する装置であって、支持部によってベース壁６に支持されている。入力軸７０は、入力軸フランジ７１を介して出力軸フランジ８１と接続され、出力軸８０に回転駆動を伝達する。動力伝達機構１０、真空チャンバ５、及び支持部についてはロボットアーム１同様であるため説明を省略する。
【００３３】
ここで、図７を用いて、軸線Ｐにずれを有する動力伝達装置９０について詳細に説明する。
例えば、真空チャンバ５内のマニピュレータと大気環境における駆動部の配置によっては、入力軸７０と出力軸８０との軸がずれて固定されている場合がある。
このとき、第二シール材４０が軸線Ｐの傾きに追従する、すなわち軸線Ｐに対し傾きを維持して弾性変形するため、出力軸８０のずれによっても、フランジ１５のフランジ壁１５ｂの上面と、シールケース１７の下面との間に隙間を生じさせることなく、大気環境から真空チャンバ５へのリークを防止できる。
【００３４】
また、シールケース１７を出力軸８０に追従させ、第一シール材３０と出力軸１６とが集中的に圧接する部分を低減でき、第一シール材３０と出力軸１６との間に隙間を生じさせない。つまり、入力軸７０と出力軸８０とのずれを第二シール材４０によって吸収し、第一シール材３０と出力軸１６との間に隙間を生じさせることなく、大気環境から真空チャンバ５へのリークを防止できる。
【００３５】
上述した作用及び効果は、第二シール材５０・６０によっても同様に奏することができる。このようにして、入力軸７０と出力軸８０との軸が予めずれている動力伝達装置９０に対しても、大気環境から真空チャンバ５へのリークを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る動力伝達機構を含むロボットアームの全体的な構成を示す一部断面構成図。
【図２】同じく第二シール材の全体的な構成を示す斜視図。
【図３】同じく別の第二シール材の全体的な構成を示す斜視図。
【図４】同じく別の第二シール材の全体的な構成を示す斜視図。
【図５】出力軸が傾きを有する場合のロボットアームの全体的な構成を示す一部断面構成図。
【図６】同じく別実施例に係る動力伝達機構の全体的な構成を示した一部断面構成図。
【図７】出力軸にずれを有する場合の動力伝達装置の全体的な構成を示した一部断面構成図。
【符号の説明】
【００３７】
１      ロボットアーム
５      真空チャンバ
６      ベース壁
１０    動力伝達機構
１５    フランジ
１６    出力軸
１７    シールケース
２０    アーム
３０    第一シール材
４０    第二シール材
５０    第二シール材
６０    第二シール材
７０    入力軸
８０    出力軸
９０    動力伝達装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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