(57)【要約】【課題】  真空状態で利用可能な低発塵型の直動機構を、簡易な構造で実現する。【解決手段】  直動機構１を、案内レール４１及びこの案内レール４１に沿って移動する可動スライダ４２を有する直動ガイドを、開口部２３を有する防塵ケース２１に収容し、この直動ガイドに案内される可動部４３を、防塵ケース２１の開口部２３内において移動可能に配置し、可動部４３を駆動する駆動ベルト３８を、防塵ケース２１の開口部２３を塞ぐように配置して、構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する防塵ケースと、
前記防塵ケース内に固定される案内レール、及び該案内レールに沿って移動する可動スライダを有する直動ガイドと、
前記直動ガイドに案内されて、前記防塵ケースの前記開口部内において移動可能な可動部と、
前記開口部を塞ぎながら前記可動部を駆動する駆動ベルトと、
を備えることを特徴とする直動機構。
【請求項２】
前記可動部を駆動する駆動力を発生するモータと、
前記防塵ケース内に収容され、かつ該モータの駆動力を前記駆動ベルトに伝達するプーリと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の直動機構。
【請求項３】
前記駆動ベルトを駆動するリニアモータを、前記防塵ケース内にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の直動機構。
【請求項４】
前記案内レール、前記可動スライダ、前記直動ガイド、前記防塵ケース、前記可動部及び前記開口部を、それぞれ第１案内レール、第１可動スライダ、第１直動ガイド、第１防塵ケース、第１可動部及び第１開口部とし、
前記第１可動部に連結される、第２開口部を有する第２防塵ケースと、
前記第１案内レールと延在方向に同じにして該第２防塵ケースに固定された第２案内レール、及び第２可動スライダを有する第２直動ガイドと、
前記第２直動ガイドに案内されて、前記第２防塵ケースの前記第２開口部内において移動可能な第２可動部と、
前記第２開口部を塞ぎながら、前記第２可動部を前記第２案内レールの延在方向に牽引する牽引ベルトと、
前記第１防塵ケースと前記牽引ベルトとを連結することにより、前記第１防塵ケースに対する前記第１可動部の移動に応じて、前記第２防塵ケースに対して前記第２可動部を移動させるリンク部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動機構。
【請求項５】
前記第２防塵ケースには第３開口部が設けられ、
前記リンク部は、前記第１防塵ケースと、前記第２防塵ケース内に設けられた前記牽引ベルトと、を前記第２防塵ケースの前記第３開口部を通して連結し、
前記牽引ベルトは、前記第３開口部を塞ぐように配置されることを特徴とする請求項４に記載の直動機構。
【請求項６】
第１開口部を有する第１防塵ケース、及び該第１防塵ケースに固定された第１案内レールを含む第１直動ガイドを有する第１アーム部と、
第２開口部を有する第２防塵ケース、及び前記第１案内レールと延在方向に同じにして該第２防塵ケースに固定された第２案内レールを含む第２直動ガイドを有する第２アーム部と、
第１直動ガイドに案内されて前記防塵第１ケースの前記第１開口部内において移動可能であるとともに、前記第１案内レールに沿って移動する前記第１可動スライダと前記第２防塵ケースとを連結する第１リンク部と、
前記第１リンク部を駆動するためのリニアモータと、
前記第１開口部を塞ぎながら前記第１リンク部に従って移動するカバーベルトと、
第２直動ガイドに案内されて前記第２防塵ケースの前記第２開口部内において移動可能である可動部と、
前記可動部を前記第２案内レールの延在方向に牽引するとともに、前記第２開口部を塞ぐ牽引ベルトと、
前記第１防塵ケースと前記牽引ベルトとを連結することにより、前記第１防塵ケースに対する前記第１可動部の移動に応じて、前記第２防塵ケースに対して前記第２可動部を移動させる第２リンク部と、
を備えることを特徴とする直動機構。
【請求項７】
前記第２防塵ケースには第３開口部が設けられ、
前記第２リンク部は、前記第１防塵ケースと、前記第２防塵ケース内に設けられた前記牽引ベルトと、を前記第２防塵ケースの前記第３開口部を通して連結し、
前記牽引ベルトは、前記第３開口部を塞ぐように配置されることを特徴とする請求項６に記載の直動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動に際して周囲への発塵の少ない直動機構に関し、特に電子顕微鏡装置内や半導体製造工程において、真空状態で使用される直動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、真空状態で半導体ウエハなどの試料を搬送する場合に、搬送用ロボットが使用されている。このような真空状態下で使用される搬送用ロボットには、周囲の環境へのパーティクルの発生を防止するために低発塵型のアクチュエータが使用される。
従来より、このような真空状態で使用される低発塵型のアクチュエータとしては、下記特許文献１に示されるように、複数の固定長のアームが枢動可能な関節で接続されるスカラタイプのアクチュエータ（多関節マニピュレータ）が使用されるのが通常であり、直動タイプのアクチュエータが使用されることはなかった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０３７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、試料を長いストロークに渡って直線的に搬送する必要がある場合、これをスカラタイプのアクチュエータで実現するためには、多数のアームを接続してこれらを同時にかつ高精度に制御する必要があるため、アクチュエータの構造及び制御が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
一方で、直動タイプのアクチュエータでは、直線運動を行うために必要な案内レールと可動スライダとの摺動によってパーティクルが発生するため、この案内レールからの発塵を防止する防塵機構を必要とし、アクチュエータの構造が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明は、真空状態で利用可能な低発塵型の直動機構を、簡易な構造で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の直動機構は、案内レール及びこの案内レールに沿って移動する可動スライダを有する直動ガイドを、開口部を有する防塵ケースに収容し、直動機構の可動部を、上記直動ガイドに案内されながら上記開口部内において移動可能に配置し、可動部を駆動する駆動ベルトによって上記開口部を塞ぐように構成される。
【０００８】
上記の駆動ベルトを駆動するために、駆動力発生源となるモータと、その駆動力を駆動ベルトに伝達するプーリを設けて、このプーリを防塵ケース内に収容してもよい。
または、駆動ベルトを駆動するリニアモータを防塵ケース内に備えてもよい。
【０００９】
また、上記の可動部にさらに直動搬送機構を接続して、本発明の直動機構のストロークを延ばすこととしてもよい。
すなわち、上記の案内レール、可動スライダ、直動ガイド、防塵ケース、可動部及び開口部を、それぞれ第１案内レール、第１可動スライダ、第１直動ガイド、第１防塵ケース、第１可動部及び第１開口部とすると、本発明の直動機構は、第１可動部に連結されかつ第２開口部を有する第２防塵ケースと、第１案内レールと延在方向に同じにして第２防塵ケースに固定された第２案内レール、及び第２可動スライダを有する第２直動ガイドと、第２直動ガイドに案内されて、第２防塵ケースの第２開口部内において移動可能な第２可動部と、第２開口部を塞ぎながら第２可動部を第２案内レールの延在方向に牽引する牽引ベルトと、を含む直動搬送機構である第２のアーム部を、さらに備える。
そして、第１防塵ケースと牽引ベルトとをリンク部により連結することによって、第１防塵ケースに対する第１可動部の移動に応じて、第２ケースに対して第２可動部を移動させる。
【００１０】
このとき、第２防塵ケースには第３開口部が設けられ、上記のリンク部は、この第３開口部を通して、第１防塵ケースと第２防塵ケース内に設けられた牽引ベルトとを連結してもよい。このとき第３開口部を通って第２防塵ケースから流出する発塵を防止するために、牽引ベルトにより前記第３開口部を塞ぐように構成してもよい。
【００１１】
上記の駆動ベルト及び牽引ベルトには、発塵の少ない素材であれば金属及び樹脂など様々な材料のベルトを使用することが可能であるが、特に真空状態下で使用する場合には、摩擦によるガスの発生が少ない金属製のベルト、特にステンレススチールで作られたスチールベルトを使用することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、真空状態で利用可能な低発塵型の直動機構を、簡易な構造で実現することが可能となる。特に駆動ベルトと発塵カバーを兼用することにより、従来の直動機構に比べて非常に簡単な構成で、低発塵型の直動機構を実現することが可能となる。
【００１３】
また、上記第２のアーム部を設けて直動機構のストロークを伸縮自在とすることによって、ロングストロークの直送機構を実現すると共に、旋回時にはアーム部を縮めて直動機構の旋回半径を小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る直動機構の概略構成図である。以下、例として、半導体製造工程における電子線露光装置において半導体ウエハなどの試料を搬送するために使用される直動機構について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、真空状態で使用される直動機構であれば、他の用途に使用される直動機構にも適用可能である。
【００１５】
直動機構１は、下段アーム２と、この下段アーム２上を直線的に移動する上段アーム６と、この上段アーム６上を直線的に移動し半導体ウエハを搬送するハンド９１とから構成される。
下段アーム２は、アーム内部の駆動機構から生じるパーティクルの発散を防止するための第１防塵ケース２１と、第１防塵ケース２１の上面を覆うための第１カバー２２と、第１防塵ケース２１内に収容された後述の第１プーリ３４を回転駆動するためのモータ３１と、モータ３１を第１防塵ケース２１に固定するためのモータホルダ３２と、モータ３１の回転軸と第１プーリ３４の回転軸とを接続するためのカップリング３３を備えて構成される。
【００１６】
第１防塵ケース２１は、電子線露光装置に固定される固定フランジ１００に、枢動可能に設けられ、図示しない固定フランジ１００側の駆動手段によって、図のＺ軸を回転軸として回転運動することが可能である。
さらに、第１防塵ケース２１の上面を覆う第１カバー２２には、第１防塵ケース２１内に収容された駆動機構と上段アーム６とを接続するための第１開口部２３が設けられている。
【００１７】
上段アーム６は、アーム内部の機構から生じるパーティクルの発散を防止するための第２防塵ケース６１と、第２防塵ケース６１の上面を覆うための第２カバー６２と、を備えて構成されており、第２カバー６２には上段アーム６内部の駆動機構と、ハンド９１とを接続するための第２開口部６３が設けられている。
【００１８】
以下、下段アーム２及び上段アーム６の内部構造を参照して、直動機構１によるハンド９１の直動動作を説明する。まず、図２、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）を参照して下段アーム２による上段アーム６の直動動作を説明する。
図２は下段アーム２の上面図であり、図３の（Ａ）は、図２のＡ−Ａ’断面における下段アーム２の断面図であり、図３の（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ’断面における下段アーム２の断面図である。なお図２では、下段アーム２の内部機構を参照するために、第１カバー２２の記載を省略している。
【００１９】
図２に示すように、下段アーム２の第１防塵ケース２１の内部には、モータ３１による回転駆動力が加えられて回転運動を行う第１プーリ３４と、この第１プーリ３４を第１防塵ケース２１に枢動可能に固定する第１プーリホルダ３６と、第１プーリ３４によりモータ３１の回転駆動力が伝達されて、図のＸ方向に駆動される駆動ベルト３８と、この駆動ベルト３８によって駆動される可動部である第１リンク４３とを備える。
さらに、下段アーム２は、駆動ベルト３８を折り返して、第１プーリ３４及び駆動ベルト３８とともに循環ベルト構造を成すための第２プーリ３５と、この第１プーリ３４を第１防塵ケース２１に枢動可能に固定する第１プーリホルダ３６とを、第１防塵ケース２１の内部に備えている。
【００２０】
さらに図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、下段アーム２は、第１防塵ケース２１の内部に、図のＸ方向に延在する第１案内レール４１と、第１案内レール４１に沿って移動可能に設けたれた第１スライダ４２と、からなる第１直動ガイドが設けられている。この第１直動ガイドは、第１案内レール４１が第１ガイドホルダー４４及び４４’によって第１防塵ケース２１に固定されることによって下段アーム２内に固定される。
【００２１】
第１リンク４３の上部は、第１カバー２２に設けられた第１開口部２３を通って、その上面が第１カバー２２の上面と同じ高さかやや高く位置するように配置されており、後述の通り、この第１リンク４３に上段アーム６の第２防塵ケース６１の下面が連結される。
一方、第１リンク４３は、駆動ベルト３８を介して第１スライダ４２にも連結されており、第１直動ガイドに案内されながら、第１カバー２２に設けられた第１開口部２３内を図のＸ方向に移動可能である。
したがって、モータ３１による駆動力が第１プーリ３４を介して駆動ベルト３８に伝達されると、駆動ベルト３８が第１リンク４３を介して上段アーム６の第２防塵ケース６１をＸ方向に駆動し、これにより上段アーム６全体が下段アーム２に対して相対的に移動する。
【００２２】
第１案内レール４１、第１スライダ４２、第１プーリ３４及び第２プーリ３５は、循環してループを形成する駆動ベルト３８のループの内側が配置される。さらに、図示するとおり、駆動ベルト３８はループの上側の一辺が第１開口部２３に密接して、駆動ベルト３８自身によって第１開口部２３が塞がれるように配置される。これにより、駆動ベルト３８は第１開口部２３を塞ぎながら第１リンク４３を駆動する。なお、第１案内レール４１を第１防塵ケース２１に固定する第１ガイドホルダー４４及び４４’には、駆動ベルト３８を通すための貫通路４６が設けられている。
【００２３】
このように駆動ベルト３８が第１開口部２３を塞ぐことにより、第１案内レール４１及び第１スライダ４２の摺動面から生じるパーティクルや、第１プーリ３４及び第２プーリ３５と駆動ベルト３８との間で生じるパーティクルが第１防塵ケース２１の外へ発散することが防止される。また、駆動ベルト３８自身を防塵カバーとして使用することにより、駆動手段である駆動ベルト３８と防塵ケースの開口（すなわち開口部２３）を塞ぐ防塵カバーとを兼ねることが可能となり、簡単な構成で低発塵直動機構を実現することが可能となる。
【００２４】
上記のモータ３１によって第１プーリ３４を回転させ駆動ベルト３８に駆動力を加える代わりに、第１案内レール４１及び／又は第１スライダ４２に超音波モータなどのリニアモータを取り付けて第１リンク４３を駆動することとしてもよい。
この場合にも、図３に示す構成と同様に、駆動ベルト３８、第１プーリ３４及び第２プーリ３５により循環ベルト構造を構成して第１リンク４３に駆動ベルト３８を連結することとしてよい。このとき、駆動ベルト３８は、第１開口部２３を塞ぎながら第１リンク部４３に従って移動するカバーベルトとして使用される。
【００２５】
また、図４に示すように、第１案内レール４１上を移動する可動子５１と、第１案内レール４１により超音波モータなどのリニアモータを構成し、可動子５１に生じる駆動力を駆動ベルト３８に印加することにより、上記のモータ３１の代わりに駆動ベルト３８に駆動力を加える構成としてもよい。
さらに、駆動ベルト３８は循環ベルト構造としなくともよい。例えば図５に示すように、第２プーリ３５に代えてベルト巻き取り手段５３を備え、さらに駆動ベルト３８に張力を与えるバネなどの付勢手段５４を備える構造を採用してもよい。
【００２６】
続いて、図６〜図８により、上段アーム６の内部構造を参照して、上段アーム６によるハンド９１の直動動作を説明する。図６は、図１の直動機構のＡ−Ａ’断面図である。
【００２７】
図６に示すように、上段アーム６の第２防塵ケース６１の内部には、第３プーリ７２と、この第３プーリ７２を第２防塵ケース６１に枢動可能に固定する第３プーリホルダ７４と、第４プーリ７３と、この第４プーリ７３を第２防塵ケース６１に枢動可能に固定する第４プーリホルダ７５と、これら第３プーリ７２及び第４プーリ７４の間に渡されて循環ベルトを成す牽引ベルト７１と、を備える。
【００２８】
また、上段アーム６は、第２防塵ケース６１の内部に、図のＸ方向に延在する第２案内レール８１と、第２案内レール８１に沿って移動可能に設けたれた第２スライダ８２と、からなる第２直動ガイドが設けられている。この第２直動ガイドは、第２案内レール８１が第２ガイドホルダー８３及び８３’によって第１防塵ケース２１に固定されることによって下段アーム２内に固定される。なお、第１ガイドホルダー８３及び８３’にも、循環する牽引ベルト７１を通すための貫通路が設けられている。
【００２９】
また、循環ループをなす牽引ベルト７１の上辺、すなわち牽引ベルト７１のうちＸ方向に平行して延在する２辺のうち下段アーム２から遠い方の１辺には、上段アーム６の可動部である第３リンク８４が連結されている。そして第３リンク８４の上部は、第２カバー６２に設けられた第２開口部６３を通って、その上面が第２カバー６２の上面と同じ高さかやや高く位置するように配置されており、第３リンク８４にハンド９１が連結される。
【００３０】
一方、第３リンク８４は、牽引ベルト７１を介して第２スライダ８２にも連結されており、第２直動ガイドに案内されながら、第２カバー６２に設けられた第２開口部６３内を図のＸ方向に移動可能である。
したがって、牽引ベルト７１の循環に伴って第３リンク８４が第２直動ガイドに案内されながらＸ方向に移動するとき、ハンド９１も上段アーム６上をＸ方向に駆動する。
【００３１】
さらに第２防塵ケース６１の、第２防塵カバーが設けられる上面と反対側の下面、すなわち下段アーム２との対抗面には、第３開口部６４が設けられている。この第３開口部６４は、下段アーム２に対する上段アーム６のＸ方向への最大移動可能長よりも長く設けられている。
そして、下段アーム２には、第１防塵ケース２１に固定される第２リンク４５が設けられ、この第２リンク４５は、下段アーム２の第１防塵ケース２１と、循環ループをなす牽引ベルト７１の下辺、すなわち牽引ベルト７１のうちＸ方向に平行して延在する２辺のうち下段アーム２から近い方の１辺と、を第３開口部６４を通して連結する。したがって、上段アーム６が下段アーム２に対して相対移動すると、牽引ベルト７１は、上段アーム６の第１防塵ケース２１に固定された第２リンク４５によって牽引される。この様子を図７及び図８を参照して説明する。
【００３２】
図７は、上段アーム６が下段アーム２に対して相対移動した場合の、牽引ベルト７１の動作を説明する。図７は、第１防塵ケース２１及び第１カバー２２、並びに第２防塵ケース６１及び第２カバー６２を省略して、下段アーム２及び上段アーム６の内部構造のみを示した図である。また、図８は、上段アーム６が下段アーム２に対して相対移動した場合の図６の断面図である。
【００３３】
駆動ベルト３８によって図の矢印１０１の方向に第１リンク４３が駆動されると、第１リンク４３に接続された上段アーム６の第２防塵ケース６１も移動して、これに伴い上段アーム６全体が下段アーム２に対して図の矢印１０１の方向に相対移動する。
このとき、牽引ベルト７１は、その下辺が上段アーム６の第１防塵ケース２１に固定された第２リンクに連結しているため図の矢印１０２の方向に牽引される。これにより、牽引ベルト７１の上辺は図の矢印１０３の方向に牽引され、この牽引ベルト７１の上辺に連結された第３リンク８４は、下段アーム２に対する上段アーム６の移動方向と同じ矢印１０３の方向に牽引される。
【００３４】
このような上段アーム６の動作により、下段アーム２に対して上段アーム６が相対移動するとき、その相対移動方向にその移動量と同じ移動量だけ、ハンド９１が上段アーム６に対して相対移動する。これにより直動機構１のストロークを延ばすことが可能となる。図９に、アームを伸長した状態の直動機構１の斜視図を示す。
【００３５】
なお、上記説明では、上段アーム６及び下段アーム２による２段構成からなる直動機構１について説明したが、上段アーム６と同じ構成の更なる追加アームを加えて、この追加アームの牽引ベルトとその直下に連結される他のアームの防塵カバーとを連結することにより、さらに段数を増やしてもよい。
【００３６】
再び図６に戻り、さらに、牽引ベルト７１は循環ループをなす牽引ベルト７１の上辺（すなわち、牽引ベルト７１のうちＸ方向に平行して延在する２辺のうち下段アーム２から遠い方の１辺）が、第２開口部６３に密接して牽引ベルト７１自身によって第２開口部６３が塞がれるように配置される。
また、循環ループをなす牽引ベルト７１の下辺（すなわち、牽引ベルト７１のうちＸ方向に平行して延在する２辺のうち下段アーム２に近い方の１辺）が、第３開口部６４に密接して牽引ベルト７１自身によって第３開口部６４が塞がれるように配置される。したがって、牽引ベルト７１は第２開口部６３及び第３開口部６４を塞ぎながら第３リンク８４を駆動する。
これにより、第２案内レール８１及び第２スライダ８２の摺動面から生じるパーティクルや、第３プーリ７２及び第４プーリ３４と牽引ベルト７１との間で生じるパーティクルが第２防塵ケース６１の外へ発散することが防止される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、低発塵タイプの直動機構に利用可能であり、特に電子顕微鏡装置内や半導体製造工程において真空状態で使用される直動機構に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例に係る直動機構の斜視図である。
【図２】図１の下段アームの平面図である。
【図３】（Ａ）は、図２の下段アームのＡ−Ａ’断面図であり、（Ｂ）は、図２の下段アームのＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る直動機構の側断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る直動機構の側断面図である。
【図６】図１の直動機構のＡ−Ａ’断面図である。
【図７】図１の直動機構の上段アームの内部構造の説明図である。
【図８】図６の直動機構の伸長状態を示す断面図である。
【図９】図１の直動機構の伸長状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    搬送機構
２    下段アーム
６    上段アーム
２１    第１防塵ケース
２２    第１カバー
２３    第１開口部
３１    モータ
３２    モータホルダ
３３    カップリング
３８    駆動ベルト
４１    第１案内レール
４２    第１可動スライダ
４３    第１リンク
４５    第２リンク
６１    第２防塵ケース
６２    第２カバー
６３    第２開口部
６４    第３開口部
７１    牽引ベルト
８１    第２案内レール
８２    第２可動スライダ
８４    第３リンク
９１    ハンド
１００    固定フランジ
【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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【図８】
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【図９】
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