(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の外筒と駆動モータとが一体に固定され、その外筒内には摺動自在に円筒体が挿入され、その円筒体内には駆動モータのモータ軸と連結した回転軸が挿入され、その回転軸と円筒体内とに固着された円筒磁石に雄磁気ネジと雌磁気ネジとがそれぞれ形成されたものであって、前記円筒体が、前記外筒に開設されたガイド溝を移動するガイド部材を備え、前記駆動モータの回転運動が前記雄磁気ネジと雌磁気ネジとを介して伝達され、ガイド溝に従った直線及び回転運動を出力する出力装置において、
前記円筒体の端部に固定された可動側カップリングと、前記回転軸に固定された固定側カップリングとが、機械的または磁気的に結合する位置出しカップリングを構成し、
前記駆動モータの正回転駆動により、前記円筒体の軸方向の移動領域の上端又は下端で当該位置出しカップリングが結合して前記回転軸の回転を前記円筒体に伝達すること、
前記駆動モータの逆回転駆動により、前記円筒体の前記移動領域の下端又は上端で、前記円筒体の回転運動が前記ガイド溝によって制限されて、前記円筒体が、前記可動側カップリングが前記固定側カップリングと離間する向きの直線運動に切り替ることで、前記可動側カップリングと前記固定側カップリングとの結合が解除することを特徴とする出力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の出力装置において、
前記位置出しカップリングは、可動側カップリング又は固定側カップリングに形成された凸部と凹部とがはまり合って機械的な結合をするものであることを特徴とする出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄磁気ネジと雌磁気ネジとからなる磁気ネジを利用して、一つの駆動源から直進運動と回転運動とを連続して出力することが可能な出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置では、例えばウェハにレジスト液を塗布するため、レジスト液を吐出するノズルを所定位置に搬送する搬送手段として出力装置が用いられている。この出力装置は、ノズルを保持し、そのノズルを上下方向に移動させるための直動アクチュエータと、所定の高さでノズルを旋回させるための回転アクチュエータとが組み合わされた複合アクチュエータとして構成されている。
具体的には、直動アクチュエータにはエアシリンダが使用され、そのピストンロッドにノズルを取り付け、一方、回転アクチュエータにはエアシリンダ形ラックアンドピニオンが使用され、これに直動アクチュエータのシリンダチューブがに固設されている。
【０００３】
そのため、エアシリンダが駆動すればピストンロッドが上下動して直線運動が出力され、ノズルの位置が上下に移動して高さが調節される。そして、ノズルが所定の高さに位置したところで、エアシリンダ形ラックアンドピニオンを駆動させれば、シリンダチューブごと回転が与えられ、ノズルが所定の位置にまで旋回して搬送される。
これによって、ピストンロッドに取り付けられたノズルは、上下方向の直線運動と回転運動との組み合わせによって所定のウェハ上に配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした出力装置を含む従来の装置は、直動アクチュエータと回転アクチュエータとが組み合わされたものであって、２方向の運動が別駆動となっていた。そのため、出力装置は、その構造が複雑になるとともに装置自体の大型化を招くことになった。また、それが出力装置のコストを上げる原因にもなっていた。
更に、直線運動と回転運動とを連続させる一連の動作では、各方向の運動が別駆動であるから、一方向の運動が確実に停止してから他方向の運動を出力することが要求される。そのため、直動アクチュエータと回転アクチュエータとの駆動を所定のタイミングで切り替えるための制御装置が必要になる。よって、従来の出力装置は、この点からも構造が複雑し、コストを上げるといった問題点を有していた。
【０００５】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、一つの駆動手段によって直線運動と運動とを連続して出力し、またその位置出しを精度良く行うことができる出力装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の出力装置は、円筒形状の外筒と駆動モータとが一体に固定され、その外筒内には摺動自在に円筒体が挿入され、その円筒体内には駆動モータのモータ軸と連結した回転軸が挿入され、その回転軸と円筒体内とに固着された円筒磁石に雄磁気ネジと雌磁気ネジとがそれぞれ形成されたものであって、前記円筒体が、前記外筒に開設されたガイド溝を移動するガイド部材を備え、前記駆動モータの回転運動が前記雄磁気ネジと雌磁気ネジとを介して伝達され、ガイド溝に従った直線及び回転運動を出力する出力装置において、前記円筒体の端部に固定された可動側カップリングと、前記回転軸に固定された固定側カップリングとが、機械的または磁気的に結合する位置出しカップリングを構成し、前記駆動モータの正回転駆動により、前記円筒体の軸方向の移動領域の上端又は下端で当該位置出しカップリングが結合して前記回転軸の回転を前記円筒体に伝達すること、前記駆動モータの逆回転駆動により、前記円筒体の前記移動領域の下端又は上端で、前記円筒体の回転運動が前記ガイド溝によって制限されて、前記円筒体が、前記可動側カップリングが前記固定側カップリングと離間する向きの直線運動に切り替ることで、前記可動側カップリングと前記固定側カップリングとの結合が解除することを特徴とする。
【０００７】
例えば、機械的な結合を行う位置出しカップリングの場合、可動側カップリング又は固定側カップリングに形成された凸部と凹部とがはまり合うものであることが望ましい。
【０００８】
よって、本発明の出力装置は、駆動モータによって回転軸に回転が与えられると、それに設けられた雄磁気ネジが回転し、磁力によって吸引された雌磁気ネジがその回転に追随しようとして当該雌磁気ネジの固着された円筒体に運動が生じる。ところで、円筒体はガイド部材によって移動が制限されているので、磁気ネジとを介して伝達された駆動モータの回転力は円筒体にガイド溝に従った直線及び回転運動をさせる。その際、円筒体の軸方向の移動領域の上端又は下端では、可動側カップリングと固定側カップリングとが機械的または磁気的に結合して回転軸の回転を円筒体に伝達するため、高精度の位置出しが行える。
従って、この出力装置では、一つの駆動モータの回転運動から円筒体の直線運動と回転運動とが出力可能となり、しかも移動領域の上端又は下端では正確な回転位置の位置出しができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる出力装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、出力装置の第１実施形態を示した側面図であり、図２は、その図１に示す出力装置のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の出力装置１は、駆動モータ２に固定された外筒３内に出力ロッド４が挿入され、その出力ロッド４が軸方向の直線運動と回転運動を行うよう構成されたものである。そこで、この出力装置１が例えばノズルの搬送手段として用いられる場合には、出力ロッド４先端にノズルアームが取り付けられる。以下、この出力装置１の構成について具体的に説明する。
【００１０】
出力装置１は、駆動モータ２と円筒形の外筒３とがベアリングケース５を介して一体に固定され、その駆動モータ２のモータ軸６と外筒３内に挿入された回転軸７とがカップリング１０によって連結されている。回転軸７は、その一端部がベアリングケース５内にまで進入し、そこで螺設された取付ネジ９によってベアリング８，８を保持して回転自在に設けられている。
【００１１】
一方、外筒３内の回転軸７には雄磁気ネジ１１が設けられている。雄磁気ネジ１１は、回転軸７に固着された円筒磁石の表面に、Ｎ極着磁帯１１ＮとＳ極着磁帯１１Ｓとが螺旋状に交互に着磁されて形成されたものである。
また、外筒３内には、その雄磁気ネジ１１が設けられた回転軸７に出力ロッド４が被せられている。出力ロッド４は、円筒体１２の上端に取付キャップ１３がはめ込まれたものであり、円筒体１２が、滑り軸受１４，１５を介して外筒３に対し摺動自在に挿入されている。取付キャップ１３は、例えばノズルアームをネジ止めして取り付けられるようにネジ穴の形成されたものである。
【００１２】
こうした出力ロッド４の円筒体１２下端側（滑り軸受１６以下）には、その内周面に円筒磁石が挿入して固着れ、その円筒磁石の内周面に雌磁気ネジ２１が形成されている。雌磁気ネジ２１は、雄磁気ネジ１１と同様に、円筒磁石の内周面にＮ極着磁帯２１ＮとＳ極着磁帯２１Ｓとが螺旋状に交互に着磁されたものである。なお、図２では、回転軸７及び雄磁気ネジ１１の一部を透視させ（破線）、図面を貫く方向に見た場合に、その回転軸７及び雄磁気ネジ１１に隠れる位置の雌磁気ネジ２１内周面を示している。
円筒体１２内には滑り軸受１６が固定され、その滑り軸受１６が雌磁気ネジ２１を浮かせる様にして雄磁気ネジ１１に摺接している。従って、円筒体１２は、滑り軸受１４，１５，１６によって外筒３と回転軸１１とに対して摺動可能に支持され、雌磁気ネジ２１と雄磁気ネジ１１とが常に非接触になるような隙間が設けられている。
【００１３】
また、外筒３にガイド溝３０が切り欠かれる一方、出力ロッド４には半径方向に突き出してガイドベアリング１７が設けられ、そのガイドベアリング１７がガイド溝３０内に入れられている。これによって、出力ロッド４は、ガイドベアリング１７が移動可能なガイド溝３０の範囲に制限された動きをするように構成されている。
次に、こうした出力装置１には、出力ロッド４の回転位置を正確に出すための位置出しカップリングが設けられている。この位置出しカップリングは、出力ロッド４の下端に固定された可動側カップリング３１と、回転軸７に固定された固定側カップリング３２とによって構成されている。
【００１４】
ここで、図３は位置出しカップリングを示した斜視図であり、図（ａ）に可動側カップリング３１を、そして図（ｂ）に固定側カップリング３２を示している。なお、図（ａ）の可動側カップリング３１は、固定側カップリング３２に重ね合わされる下端面側を上に向けて示している。
可動側カップリング３１及び固定側カップリング３２は共にリング形状をし、その中心の貫通孔内に出力ロッド４が挿入、又は回転軸７が貫通し、それぞれに固定される。可動側カップリング３１の下端面３１ａには、同一円周上の４箇所の均等な位置に穴３３，３３…が形成され、一方の固定側カップリング３２の上端面３２ａには、穴３３，３３…に嵌合可能な半球状の突起３４，３４…が同一円周上の４箇所の均等な位置に突設されている。なお、穴３３及び突起３４の数は、任意に設定できる。
【００１５】
続いて、こうした出力装置１の作用について説明する。この出力装置１は、例えば出力ロッド４の取付キャップ１３にノズルアームが取り付けられ、ウェハにレジスト液を塗布するため、そのノズルを所定の位置に搬送するための直線運動と回転運動とが以下のようにして出力される。
先ず、駆動モータ２の起動によってモータ軸６が左回転（図２に示す矢印Ｂ方向）すると、カップリング１０を介して回転軸７に回転が与えられ、雄磁気ネジ１１が左回転することになる。雄磁気ネジ１１が回転すれば、雄磁気ネジ１１と雌磁気ネジ２１との異極の着磁帯同士（１１Ｎと２１Ｓ／１１Ｓと２１Ｎ）が吸引し合っているため、雌磁気ネジ２１に同方向の回転が与えられる。
【００１６】
こうして雌磁気ネジ２１に回転が与えられると、この雌磁気ネジ２１が設けられた出力ロッド４は、滑り軸受け１４，１５，１６が摺接して外筒３内を回転することとなる。しかし、出力ロッド４は、ガイドベアリング１７がガイド溝３０内を回転部３０Ａ，３０Ｃを移動する範囲でしか回転できない。そのため、例えば図１の破線で示す位置にガイドベアリング１７があったとして、出力ロッド４に左回転（図２に示す矢印Ｂ方向）が与えられると、ガイドベアリング１７が回転部３０Ａを少し移動したところで衝突してしまい、それ以上の回転が制限される。
【００１７】
そのため、ガイドベアリング１７は、その後図１の矢印Ｃで示すようにガイド溝３０の直線部３０Ｂに進路を変えて下降することとなり、出力ロッド４は、回転運動から下降する直線運動へとその動きが連続して変化する。
これは、駆動源である駆動モータ２とその駆動力によって運動を出力する出力ロッド４とが、磁気ネジ１１，２１の磁力によって非接触結合したものなので、回転の制限された出力ロッド４に推進力が作用するためである。こうした推進力は、雄磁気ネジ１１の着磁帯１１Ｎ，１１Ｓを軸線に沿ったある直線上の位置で見た場合、左回転する雄磁気ネジ１１においては、着磁帯１１Ｎ，１１Ｓが図面下方へと移動し、回転の制限された雌磁気ネジ２１がそれに追随するように吸引されるからである。従って、出力ロッド４が外筒３内を下方へ摺動する。
【００１８】
そして、図１に示すようにガイドベアリング１７が直線部３０Ｂを下端まで移動すると、ガイド溝３０の回転部３０Ｃをガイドベアリング１７が移動して、再び出力ロッド４に回転が与えられる。ガイドベアリング１７が、この回転部３０Ｃを移動する際における出力ロッド４の所定の回転位置によって、取り付けられたノズルアームが旋回してノズルがウェハに対して位置決めされる。そこで、本実施形態では、その位置決めを位置出しカップリング３１，３２で正確に行えるようにしている。
【００１９】
ここで、図４乃至図６は、ガイドベアリング１７の移動に伴う位置出しカップリング３１，３２の関係を示した図である。図４乃至図６は、いずれも図（ａ）にガイドベアリング１７の位置を示し、図（ｂ）にそのときの位置出しカップリング３１，３２の関係を示している。
先ず、図４に示すようにガイドベアリング１７がガイド溝３０の直線部３０Ｂを下降している途中では、出力ロッド４に固定された可動側カップリング３１と固定側カップリング３２とは離れている。そして、ガイドベアリング１７が図５に示すように直線部３０Ｂの下端部分にまで降りたところで、可動側カップリング３１が固定側カップリング３２の突起３４，３４…に当たって出力ロッド４の下降が停止する。このとき、更に回転する雄磁気ネジ１１と、下降の制限された雌磁気ネジ２１との間には、その雌磁気ネジ２１を下降方向に引っ張ろうとする磁力が作用するため、可動側カップリング３１が固定側カップリング３２に継続して押し付けられる。
【００２０】
そして、回転軸７に固定された固定側カップリング３２は、上方から押し付けられた可動側カップリング３１の下端面３１ａを滑りながら回転し、その後、図６に示すように可動側カップリング３１の下端面３１ａに明けられた穴３３，３３…（図３参照）と固定側カップリング３２の突起３４，３４…との位置が重なり、穴３３，３３…に突起３４，３４…が入り込む。回転部３０Ｃによってガイドベアリング１７は上下動が制限され、また磁気ネジ１１，２１の磁力によって可動側カップリング３１が固定側カップリング３２に押し付けられるので、ガイドベアリング１７が回転部３０Ｃを移動する間は、穴３３，３３…と突起３４，３４…とが外れることなく機械的に結合している。こうして、駆動モータ２の回転が磁気的結合から機械的結合に変換されて出力ロッド４に与えられ、その出力ロッド４に取り付けられたノズルアームが旋回してノズルが所定位置に搬送される。
【００２１】
所定位置に搬送されたノズルからウェハにレジスト液が塗布された後は、出力ロッド４に逆の運動を与えてノズルを退避位置に搬送する。そのため、駆動モータ２に逆回転（右回転：図２に示す矢印Ｂの逆方向）が与えられ、雌磁気ネジ２１が雄磁気ネジ１１の回転に追随し、ガイドベアリング１７がガイド溝３０の回転部３０Ｃを逆方向に戻る。そして、出力ロッド４がガイド溝３０の直線部３０Ｂの位置にまで回転すると、回転が制限された雌磁気ネジ２１には上方への推進力が作用し、ガイドベアリング１７がガイド溝３０の直線部３０Ｂを上昇して出力ロッド４からは直線運動が出力される。このとき、可動側カップリング３１と固定側カップリング３２との機械的結合は解除されている。即ち、可動側カップリング３１は、図６から図５、図４の順に固定側カップリング３２から分離して上昇する。
【００２２】
その後、ガイドベアリング１７がガイド溝３０の直線部３０Ｂを上昇し、駆動モータ２の回転によって出力ロッド４に直線運動が与えられる。そして、ガイドベアリング１７が直線部３０Ｂの上端まで移動すれば、続いて回転部３０Ａに入って出力ロッド４には回転運動が与えられ、その出力ロッド４に取付けられたノズルが退避位置へ搬送される。
【００２３】
よって、このような本実施形態の出力装置１によれば、ガイドベアリング１７がガイド溝３０の回転部３０Ｃを移動する際、可動側カップリング３１と固定側カップリング３２との機械的結合よって駆動モータ２の回転を直接出力ロッド４に伝えるため、磁気的結合よりも高精度の位置出しが行えるようになった。従って、０．１ｍｍの単位で制御が必要なウェハに対するレジスト液の塗布でも、そのレベルでノズルを正確に搬送することが可能となった。
また、この出力装置１では、一つの駆動モータ２によって出力ロッド４による直線運動と回転運動の２方向の運動を出力するようにしたので、構造を簡素化でき、装置自信をコンパクト化することができた。
また、１個の駆動モータから直線運動と回転運動とを連続して出力するよう構成したので、従来のように２方向の運動を連続させるための制御をする必要がなくなった。
【００２４】
次に、出力装置の第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態の出力装置を示した断面図である。
出力装置５１は、円筒形状の外筒５２内に挿入された回転軸５３が、上端金具５４及び下端金具５５に設けられたベアリング５６，５７によって回転可能に支持されている。そして、外筒５２は駆動モータ６１と一体に固定され、回転軸５３が駆動モータ６１のモータ軸６２とカップリング６３によって連結されている。外筒５２内に回転支持された回転軸５３には円筒磁石が固着され、その円筒磁石の表面にＮ極着磁帯７１ＮとＳ極着磁帯７１Ｓとが螺旋状に着磁された雄磁気ネジ７１が形成されている。
【００２５】
また、外筒５２内には円筒体７２が上下のガイドリンク７３，７３によって摺動自在に内設され、その円筒体７２に固着された円筒磁石には、図示しないが雄磁気ネジ７１と同様のＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とが螺旋状に着磁された雌磁気ネジ７４が形成されている。更に、外筒５２には、前記第１実施形態と同様にガイド溝８０が形成され、そこから円筒体７２に突設された出力ロッド７５が突き出されている。そして、この出力装置５１には、本発明の特徴をなす位置出しカップリング３１，３２（図３参照）が雌磁気ネジ７４の上方に設けられている。本実施形態の出力装置５１は、円筒体７２の上端に可動側カップリング３１が固定され、雄磁気ネジ２１の上端において固定側カップリング３２が回転軸５３に固定されている。即ち、前記第１実施形態では下降位置で位置出しカップリング３１，３２が結合するようにしたものを、上昇位置で結合させるようにしたものである。なお、前記第１実施形態のように、下降位置で結合するよう位置出しカップリング３１，３２を設けるようにしてもよい。
【００２６】
従って、本実施形態の出力装置５１では、前記第１実施形態で説明したと同様に、駆動モータ１１の回転が雄磁気ネジ７１と雌磁気ネジ７４との磁力によって円筒体７２の運動に変換され、出力ロッド７５からガイド溝８０に従った移動の出力が得られる。そのため、例えば、その出力ロッド７５に取り付けられたノズル上昇及び下降、更には回転して搬送される。
よって、このような本実施形態の出力装置５１によっても、可動側カップリング３１と固定側カップリング３２との機械的結合よって駆動モータ６１の回転を円筒体７４に伝達するため、高精度の位置出しが行える。
【００２７】
なお、本発明の出力装置は、前記実施形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、可動側カップリング３１と固定側カップリング３２との機械的な結合を、穴３３，３３…と半球状の突起３４，３４…としたが、例えば図８に示すように、放射状に溝４３，４３…を形成した可動側カップリング４１と、その溝４３，４３…にはまり込むかまぼこ状の突起４４，４４，…を形成した固定側カップリング４２としてもよい。また、こうした機械的な結合に限らず、可動側カップリングと固定側カップリングとを磁石で直接結合させるようにしてもよい。また、出力装置の構造について、ガイド溝の形状を任意に変更することなども可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、雌磁気ネジを備えた円筒体の可動側カップリングと、雄磁気ネジを備えた回転軸の固定側カップリングとが、機械的または磁気的に結合する位置出しカップリングを有し、駆動モータの正回転駆動により、円筒体の軸方向の移動領域の上端又は下端で可動側カップリングと固定側カップリングとが結合して回転軸の回転を円筒体に伝達するようにし、駆動モータの逆回転駆動により、円筒体の移動領域の下端又は上端で、円筒体の回転運動がガイド溝によって制限されて、円筒体が、可動側カップリングが固定側カップリングと離間する向きの直線運動に切り替ることで、可動側カップリングと固定側カップリングとの結合が解除するようにしたので、一つの駆動手段によって直線運動と運動とを連続して出力し、またその位置出しを精度良く行うことができる出力装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る出力装置の第１実施形態を示した側面図である。
【図２】図１に示す出力装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】位置出しカップリングを示した斜視図である。
【図４】ガイドベアリング１７の移動に伴う位置出しカップリング３１，３２の関係を示した図である。
【図５】ガイドベアリング１７の移動に伴う位置出しカップリング３１，３２の関係を示した図である。
【図６】ガイドベアリング１７の移動に伴う位置出しカップリング３１，３２の関係を示した図である。
【図７】本発明に係る出力装置の第２実施形態を示した断面図である。
【図８】位置出しカップリングの別例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１    出力装置
２    駆動モータ
３    外筒
４    出力ロッド
７    回転軸
１１  雄磁気ネジ
１２  円筒体
１７  ガイドベアリング
２１  雌磁気ネジ
３０  ガイド溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004445085.tif 000005
【図５】
0004445085.tif 000006
【図６】
0004445085.tif 000007
【図７】
0004445085.tif 000008
【図８】
0004445085.tif 000009