JP2014233819A - Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism - Google Patents
Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014233819A JP2014233819A JP2013118371A JP2013118371A JP2014233819A JP 2014233819 A JP2014233819 A JP 2014233819A JP 2013118371 A JP2013118371 A JP 2013118371A JP 2013118371 A JP2013118371 A JP 2013118371A JP 2014233819 A JP2014233819 A JP 2014233819A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- freedom
- degrees
- drive
- stage
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
本発明は半導体製造装置やバイオ・医療機器など、気密容器内部の部材を、容器外部から気密性を保ったままで、水平面内３自由度の位置決めを行い、さらにその手先効果部を昇降させる用途に適用できる。 The present invention is used for applications such as semiconductor manufacturing devices and bio / medical devices, in which members inside an airtight container are positioned with 3 degrees of freedom in the horizontal plane while maintaining airtightness from the outside of the container, and the hand effect part is moved up and down. Applicable.
半導体製造装置では装置の気密容器内部を真空環境にしたり、特殊なガス雰囲気とすることが多いが、気密容器内部にある部材の位置決め駆動を行う場合に、駆動源を気密容器外部に設置し、気密性を保持できる駆動導入機構を介して、内部部材への位置決め駆動をすることが広く採用されている。
これらの駆動導入機構には、気密性を保持するシール部材として、例えばOリングや磁性流体、金属ベローズなどの可撓構造部材が用いられており、固定結合部はもちろんのこと、位置決め動作を伝達する機構部のシール機構としても用いられている。
ベローズはOリングや磁性流体を用いた非金属系シールに比べると、気密性・耐透過性が高く、特にベローズに金属材料を用いると、真空環境における放出ガスが抑制されるので、高真空環境が求められる装置には広く用いられている。
In semiconductor manufacturing equipment, the inside of the airtight container of the apparatus is often set to a vacuum environment or a special gas atmosphere, but when performing positioning driving of members inside the airtight container, a drive source is installed outside the airtight container, It is widely used to drive positioning to the internal member via a drive introduction mechanism that can maintain airtightness.
In these drive introduction mechanisms, flexible structural members such as O-rings, magnetic fluids, and metal bellows are used as sealing members to maintain airtightness, and not only the fixed coupling part but also the positioning operation is transmitted. It is also used as a sealing mechanism for the mechanism part.
Bellows have higher airtightness and permeation resistance than non-metallic seals using O-rings and magnetic fluids. Especially when metallic materials are used for the bellows, the released gas in the vacuum environment is suppressed, so a high vacuum environment. It is widely used in devices that require this.
気密性を保持できる駆動導入機構には、直進動作の導入ができるもの、回転動作の導入ができるもの、搖動動作ができるもの、それらを組み合わせた複合動作ができるものがある。たとえば直進動作を導入する駆動導入機構のシール材には、Oリングや金属ベローズを用いたものが広く採用されている。一方、回転動作を導入する駆動導入機構のシール材には、Oリングや磁性流体シールが広く採用されている。また、搖動動作を導入する駆動導入機構のシール材には、金属ベローズシールが広く採用されている。駆動導入方式によってシール構造が使い分けられている理由には、シール部材・構造によって適性が異なることが挙げられる。 There are drive introduction mechanisms that can maintain airtightness, those that can introduce straight movement, those that can introduce rotation, those that can be peristaltic, and those that combine them. For example, a seal using an O-ring or a metal bellows is widely used as a sealing material for a drive introduction mechanism that introduces a straight movement. On the other hand, O-rings and magnetic fluid seals are widely used as seal materials for drive introduction mechanisms that introduce rotational motion. In addition, a metal bellows seal is widely used as a seal material for a drive introduction mechanism that introduces a peristaltic action. The reason why the seal structure is properly used depending on the drive introduction method is that the suitability differs depending on the seal member / structure.
金属ベローズには、円形薄板を積層溶接した溶接ベローズ（図８）と、薄板を蛇腹状に成形させることで同様の機能を実現した成形ベローズ（図７）がある。これらは細部形状が異なるが、いずれも円形の薄板を積層した構造物とみなすことができ、円形薄板の積層された方向（＝ベローズ中心軸方向）には、図９で図示したように、伸縮動作させることができる。また、図１０で図示したように円形薄板の一端を伸縮させず、その１８０反対側の端部を伸縮させる動作（＝屈曲動作）も容易なことからその特性を利用した搖動導入動作も広く用いられている。しかしながら図１１に図示したような円形薄板の中心軸回りにねじる動作（＝ねじり動作）については、剛性が高く可撓性が低くなることにより、剛性が高いことを活かしたベローズカップリングに用いられることはあっても、可撓性を活かす用途に使われることはほとんどない。 There are two types of metal bellows: a welded bellows (FIG. 8) obtained by laminating and welding circular thin plates, and a molded bellows (FIG. 7) that realizes a similar function by forming a thin plate into a bellows shape. Although these have different details, they can be regarded as a structure in which circular thin plates are laminated, and in the direction in which the circular thin plates are laminated (= bellows central axis direction), as shown in FIG. It can be operated. In addition, as shown in FIG. 10, it is easy to perform an operation (= bending operation) of expanding and contracting one end of the circular thin plate without expanding and contracting one end of the circular thin plate. It has been. However, the operation of twisting around the central axis of the circular thin plate as shown in FIG. 11 (= twisting operation) is used for a bellows coupling that takes advantage of the high rigidity because the rigidity is high and the flexibility is low. Even so, it is rarely used for applications that take advantage of flexibility.
そこで、図６で示したような機器構成とすることで、金属ベローズを用いて、ねじりの導入を実現する方法がある。ベローズの中心軸をねじり回転軸に直角に配置し、かつ水平２自由度の駆動平面とベローズ中心軸を平行に設定し、３つのベローズを介する３式のアクチュエータにより位置決めを行うことで、手先効果部の水平位置２自由度、およびねじり姿勢を位置決めするものである。 Therefore, there is a method for realizing the introduction of torsion using a metal bellows by adopting a device configuration as shown in FIG. By placing the central axis of the bellows at right angles to the torsional rotation axis and setting the horizontal two-degree-of-freedom driving plane and the central axis of the bellows in parallel, positioning is performed by three actuators via the three bellows. The horizontal position of the part is positioned in two degrees of freedom and the torsional posture.
非特許文献１は本発明のシール機構部に組み合わせる、金属ベローズについて記載されたものである。
非特許文献２は本発明の位置決め駆動部に組み合わせる、パラレルリンク式の位置決め駆動メカニズムが記載されたものである。
Non-Patent
Non-Patent
従来大気圧環境に設置したアクチュエータの動作を真空装置内に伝達するために、回転導入機、および直線導入機のようなコンポーネントを介して行なわれてきた。
回転導入機とは、大気側の回転動力をOリングやベローズ、または磁性流体シールといった回転動力を伝えながら気密機能を持たせた機構のことである。
直線導入機とは、大気側の直線動力をOリングやベローズ、または磁性流体シールといった直線動力を伝えながら気密機能を持たせた機構のことである。
一般的には、回転、または直線の動力を複数の自由度分を伝達させることが多くあり、回転導入機、および直線導入機を複数、シリーズに組み合わせることで実現されることが多い。
しかしながら、シリーズにそれらが連結し組み合わされるために、各導入機は他の組み合わされた導入機の動作の干渉を受けることになり、アクチュエータ自身が可動部に設置されることとなる。その結果、直動、回転といったアクチュエータケーブルなどの案内機構が必要であり不都合が多かった。また、アクチュエータが直交して配置されるなど、装置の大型化を招くことも多い。
Conventionally, in order to transmit the operation of an actuator installed in an atmospheric pressure environment into a vacuum apparatus, it has been performed through components such as a rotary introducer and a linear introducer.
A rotation introducer is a mechanism that has an airtight function while transmitting rotational power from the atmosphere side, such as an O-ring, bellows, or magnetic fluid seal.
The straight-line introduction machine is a mechanism that has an airtight function while transmitting linear power such as an O-ring, bellows, or magnetic fluid seal to the linear power on the atmosphere side.
In general, rotation or linear power is often transmitted for a plurality of degrees of freedom, and is often realized by combining a plurality of rotation introduction machines and linear introduction machines in series.
However, since they are connected and combined in the series, each introducer is subject to the interference of the operation of the other combined introducers, and the actuator itself is installed on the movable part. As a result, a guide mechanism such as an actuator cable such as linear motion and rotation is necessary, and there are many inconveniences. In addition, the actuator is often increased in size, such as actuators arranged orthogonally.
また、気密容器内部に位置決め動作を伝達するためには駆動動作においても気密性を保持できるシール機構が必要となる。たとえば金属ベローズは気密性能も高く放出ガスも少ないが、ベローズの伸縮方向の軸まわりのねじりに対しては極めて許容変位量が少なく、３自由度の位置決め動作の伝達には許容される動作変位量が大きくできないという課題がある。 Further, in order to transmit the positioning operation to the inside of the airtight container, a seal mechanism that can maintain airtightness in the driving operation is required. For example, metal bellows has high airtightness and low emission gas, but the allowable displacement is extremely small with respect to torsion around the axis of the bellows in the direction of expansion and contraction. There is a problem that cannot be increased.
本発明は非特許文献２に示すパラレルリンク式同一平面３自由度位置決め機構に、３つのベローズを各パラレルリンク機構の手先効果部近傍に組み込み配置することで、気密シール性を実現しながら３自由度の導入を実現するものである。さらに昇降機構を組み合わせることで、コンパクトな４自由度位置決め機構を実現するとともに、昇降機構部にもベローズを独立して設けることで、４自由度の気密シールを実現しつつ、４自由度の位置決め導入を実現するものである。
In the parallel link type coplanar three-degree-of-freedom positioning mechanism shown in Non-Patent
また、シール機構の機能と特性から見て合理的な配置構造とすることで、ベローズによる気密シール機構には伸縮および屈曲の動作のみが加わるようにすることができ、ベローズを用いたシール機構としては比較的大きな許容動作変位量を実現するものである。 In addition, by adopting a rational arrangement structure in view of the function and characteristics of the seal mechanism, only the expansion and contraction and bending operations can be added to the hermetic seal mechanism by the bellows. As a seal mechanism using the bellows Realizes a relatively large allowable operation displacement.
本発明により、ベローズにはねじり動作が行われないため、発生する応力を低く抑えたままでねじり導入が実現できる。また、駆動アクチュエータとエンドエフェクタの間に存在するリンクはボールベアリングやすべり軸受けのように剛性を損なうことのない、一体的な結合とすることができるので、伝達剛性を高くすることができ、耐腐食性や気密容器内への汚染を最小限に抑制する効果が期待できる。 According to the present invention, since the twisting operation is not performed on the bellows, it is possible to realize the twist introduction while keeping the generated stress low. In addition, the link existing between the drive actuator and the end effector can be combined integrally without impairing the rigidity like ball bearings and sliding bearings. It can be expected to have the effect of minimizing the corrosiveness and contamination in the airtight container.
また、ベローズにはその内外の圧力差による推力が発生するが、３個のベローズを推力が打ち消しあうよう均等角度方向に配置することで、圧力差による推力の影響を小さく抑える効果も期待できる。 In addition, the bellows generates a thrust due to a pressure difference between the inside and the outside. However, by arranging the three bellows in a uniform angle direction so that the thrusts cancel each other, an effect of suppressing the influence of the thrust due to the pressure difference can be expected.
リフター機構に３自由度のパラレルリンク機構を組み合わせることで、フットプリントの小さな装置構成が実現できる。 A device structure with a small footprint can be realized by combining a lifter mechanism with a parallel link mechanism of 3 degrees of freedom.
また、各アクチュエータ部が可動部ではなく固定部に設置することが可能になるため、電線の引き回しも簡素になり、装置の小型化の実現はもちろんのこと、電線の可動による断線のリスクも大幅に減少することになり、装置の信頼性も大幅に向上する。 In addition, since each actuator can be installed in a fixed part instead of a movable part, the wiring of the electric wire is simplified, and the risk of disconnection due to the movement of the electric wire is greatly improved as well as the downsizing of the device. The reliability of the apparatus is greatly improved.
３自由度のパラレルリンク機構の出力リンク部を伸縮および屈曲が可能なシール機構を配置することにより、シール機構部で気密構造とされた容器内に位置決め動作の駆動伝達を実現した。
また、直動の１自由度を追加することにより、４自由度の駆動伝達を実現した。
By arranging a seal mechanism capable of extending and contracting and bending the output link portion of the parallel link mechanism having three degrees of freedom, the drive transmission of the positioning operation is realized in a container having an airtight structure by the seal mechanism portion.
In addition, by adding one degree of freedom for linear motion, drive transmission with four degrees of freedom was realized.
図１２は本発明装置の３自由度ステージを実現した実施例１である
図１〜図５は本発明装置の図１２の機構に直動の１自由度を追加し４自由度を実現した実施例２である。この実施例では図示は省略されているが、符号３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力リンク部は例えば符号３９ａ、３９ｂ、３９ｃの回転駆動源などが設置された環境に対して気密隔離された環境に設置される。符号４０の固定部は図示で省略された気密容器に接続固定されている。
FIG. 12 shows a first embodiment in which the three-degree-of-freedom stage of the device of the present invention is realized. FIGS. 1 to 5 show an embodiment in which one degree of freedom of linear motion is added to the mechanism of FIG. Example 2. Although not shown in this embodiment, the
符号４０の固定部には伸縮動作の気密シールができる符号３４のベローズシールが接続されており、符号３６の直動駆動源、および符号３８ａ，３８ｂからなる直動案内機構により後述する３自由度パラレルリンク機構を昇降動作させる。なお、符号４０の固定部、および符号３８ｂの直動案内機構を兼ねたフレームは固定部であり、さらに符号３７の回転駆動源固定部が固定接続されている。
The
符号３７の回転駆動源固定部には３台の符号３５の回転駆動源が固定接続されている。この符号３５の回転駆動源には回転位置の位置決め制御が可能なアクチュエータが用いられ、本実施例の場合は、エンコーダを内蔵した電動サーボモータを想定している。
Three rotational driving sources 35 are fixedly connected to the rotational driving
各々の符号３５の回転駆動源には、符号３３で図示される、各々計３つの駆動伝達用第１段リンクが接続されている。このリンクは回転駆動源の回転駆動により回転駆動される。
A total of three first-stage links for driving transmission, each indicated by
各々の符号３３のリンクのもう一端はピン支持部となっており、各々、符号３２の第２段目のリンク部材が接続される。
The other end of each
符号３１ａ，３１ｂ，３１ｃは出力リンク部であり、構成部品としては別部材であるが、ボルト締結により締結され一体構造となっている。符号３１ｂの部分には、符号３７の固定部に固定接続された気密容器の一部と符号３１ｂの間を動作可能かつ気密構造とするための符号３９ａ，３９ｂ，３９ｃの伸縮および屈曲のシール機構が設けられ、本実施例の場合は金属ベローズを想定している。
符号３６、３８ａ，３８ｂを省略した３自由度の駆動伝達機構としても利用できる。
It can also be used as a three-degree-of-freedom drive transmission mechanism in which
たとえば、気密容器の内部は真空状態にすることができ、大気側に設置したアクチュエータから真空容器内部の位置決め動作が実現できる。
また、たとえば、気密容器の内部は特殊なガス雰囲気の状態にすることができ、容器外側側に設置したアクチュエータから気密容器内部の位置決め動作が実現できる。
For example, the inside of the airtight container can be evacuated, and the positioning operation inside the vacuum container can be realized from an actuator installed on the atmosphere side.
Further, for example, the inside of the hermetic container can be in a special gas atmosphere, and the positioning operation inside the hermetic container can be realized from an actuator installed on the outer side of the container.
１ 溶接ベローズの初期状態
２ 溶接ベローズの伸び状態
３ 溶接ベローズの縮み状態
４ ベローズ中心軸
５ ベローズの伸び量
６ ベローズの縮み量
７ 円形薄板
８ 気密フランジ
９ 気密フランジ
１０ 溶接部（外周側）
１１ 溶接部（内周側）
１２ ベローズの屈曲状態
１３ ベローズの屈曲状態
１４ ベローズの屈曲角
１５ ベローズの屈曲角
１６ 気密フランジの回転位置の目印（説明用）
１７ 気密フランジの回転位置の目印（説明用）
１９ ベローズのねじり角
２０ ベローズのねじり角
２１ 成形ベローズ
２２ 気密フランジ
２３ 気密フランジ
３１ ３１ａ 出力リンク部（ワークである基板積載部）
３１ｂ、３１ｃ 出力リンク部
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 第２段目のリンク
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 第１段目のリンク
３４ 直動動作のための気密性保持用伸縮シール機構
３５ 回転駆動源
３６ 直動駆動源
３７ 回転駆動源固定部
３８ａ、３８ｂ 直動案内機構
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ 伸縮および屈曲シール機構
４０ 駆動機構固定部
１０１ 回転駆動アクチュエータ
１０２ 回転駆動アクチュエータ
１０３ 回転駆動アクチュエータ
１０４ 回転駆動リンク
１０５ 回転駆動リンク
１０６ 回転駆動リンク
１０７ 接続リンク
１０８ 接続リンク
１０９ 接続リンク
１１０ ピン支持部
１１２ ピン支持部
１１３ ピン支持部
１１４ ピン支持部
１１５ 位置決め動作方向（直動２軸＋ねじり）
DESCRIPTION OF
11 Welded part (inner circumference side)
12
17 Mark of rotation position of airtight flange (for explanation)
19 Torsion angle of
31b, 31c
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013118371A JP2014233819A (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013118371A JP2014233819A (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014233819A true JP2014233819A (en) | 2014-12-15 |
Family
ID=52136906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013118371A Pending JP2014233819A (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014233819A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104827475A (en) * | 2015-04-10 | 2015-08-12 | 嘉兴川页奇精密自动化机电有限公司 | Continuous rotating type mechanical arm |
| CN106272358A (en) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国地质大学（武汉） | A kind of four-freedom parallel connection robot mechanism |
| CN106272359A (en) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国地质大学（武汉） | A kind of four-freedom parallel connection robot mechanism |
| CN106313017A (en) * | 2016-11-10 | 2017-01-11 | 中国地质大学（武汉） | Two-freedom-degree parallel mechanism for improving load capacity |
| CN107337148A (en) * | 2017-07-04 | 2017-11-10 | 哈尔滨工业大学 | A kind of lifting mechanism of big stroke levelling |
-
2013
- 2013-06-04 JP JP2013118371A patent/JP2014233819A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104827475A (en) * | 2015-04-10 | 2015-08-12 | 嘉兴川页奇精密自动化机电有限公司 | Continuous rotating type mechanical arm |
| CN106272358A (en) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国地质大学（武汉） | A kind of four-freedom parallel connection robot mechanism |
| CN106272359A (en) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 中国地质大学（武汉） | A kind of four-freedom parallel connection robot mechanism |
| CN106313017A (en) * | 2016-11-10 | 2017-01-11 | 中国地质大学（武汉） | Two-freedom-degree parallel mechanism for improving load capacity |
| CN107337148A (en) * | 2017-07-04 | 2017-11-10 | 哈尔滨工业大学 | A kind of lifting mechanism of big stroke levelling |
| CN107337148B (en) * | 2017-07-04 | 2019-11-01 | 哈尔滨工业大学 | A kind of lifting mechanism of big stroke levelling |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6603204B2 (en) | Coaxial drive vacuum robot | |
| JP2014233819A (en) | Three degrees of freedom introduction mechanism and four degrees of freedom lifter mechanism | |
| JP6581072B2 (en) | Double arm robot | |
| JP2013540361A5 (en) | ||
| US7704036B2 (en) | Drive source and transportation robot | |
| US9245783B2 (en) | Vacuum robot with linear translation carriage | |
| US6831436B2 (en) | Modular hybrid multi-axis robot | |
| KR102285254B1 (en) | Substrate transport apparatus | |
| EP3012073A1 (en) | Robot | |
| JP2015139854A (en) | industrial robot | |
| TWI583516B (en) | Industrial robots | |
| TWI586500B (en) | Robotic transport apparatus and substrate processing apparatus | |
| JP2014233817A (en) | Concentric biaxial robot | |
| US9889556B2 (en) | Link structure | |
| JP2013077775A (en) | Driving device and substrate processing method | |
| CN105269564B (en) | Workpiece conveying device | |
| KR102552870B1 (en) | Wafer transfer robot apparatus based on direct drive motor | |
| US9452527B2 (en) | Robot having high stiffness coupling | |
| JP2014233818A (en) | Positioning introduction mechanism into airtight device | |
| JP6007111B2 (en) | Industrial robot | |
| Deulin et al. | Typical Vacuum Mechanisms |