TWI245681B - Clamp device and vertical direction drive positioner equipped with tilt function having same - Google Patents

Description

1245681 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明’是有關具有鉛直方向即Z軸方向的驅動功能 及傾斜即傾斜功能的附有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝 置。 【先前技術】 已被提案的使用於定位平台等的2軸（鉛直）方向的 驅動裝置，是組合3個驅動機構，而可以對於藉由那些被 支撐的支撐體，例如載置台或是吸著盤等給與上下方向的 並進動作（例如，專利文獻1 )。 這是因爲，雖是使用動態夾具（即開爾文夾具），但 是是定位用的裝置’當某大小以上的水平或是下方向加速 度作動的話，上部物體就有偏離的可能性。 以下，參照第4圖〜第6圖說明。 (1) 開爾文（Kelvin)夾具，是如第4(a)圖所 示’在上部載置台20的下面通過軸安裝的3個球22、 23、24，是藉由與分別形成於下部載置台21的上面的三 角錐（或是圓錐）狀的凹部2 5、剖面v字狀的v溝2 6、 平面27接觸，就可對於下部載置台21的面將上部載置台 2 0的面相對地進行定位。然而，如第4 ( b )圖所示，也 有3個球全部是與形成於下部載置台2 1 ”的上面的在3組 的V溝26’接觸的情況。 (2) 這種開爾文夾具，如第4圖（a)，凹部25的 -5- (2) 1245681

二角錐的頂點是位置在V溝2 6的軸方向的延長線上。由 此’一方的面’例如固定有球的上部載置台2 0即使因熱 膨脹（或是收縮）等使3個球之間隔擴大（變窄），或者 是下部載置台2 1熱膨脹（或是收縮），如第5圖所示， 也可將與三角錐狀的凹部2 5接觸的球2 2作爲固定點，使 與V溝26接觸的球23朝V溝26的軸方向移動，與平面 接觸的球2 4是可以由三角錐狀的凹部2 5及v溝2 6的相 對位置關係移動至決定位置。然而，在第4圖（b)的情 況中，3組的V溝26,是在一點交叉，具有與第4圖（a) 相同的功能。

(3 )凹部’將設有溝的面作爲下部側、及將固定各 球的面作爲上部側，在各夾具部分使下部側支撐上部側， 在下部側讓水平加速度作用。此情況，如第6 ( a )圖所 示，是利用由V溝2 6及球2 3所形成的夾具部支撐的上 部側的重量所產生的摩擦力μ · F 1 ( μ是摩擦係數）作 用’當作用於下部側的水平加速度小的情況時使上下兩側 的相對位置被保持。但是，在下部側由大的水平加速度α 所產生的水平力F2作動的情況時，其分力F2 ’（沿著V 溝26的面方向的分力）是超過摩擦力μ. F1的話，上部 側的位置會偏離。或者是，如第6 ( b )圖所示，整體是 朝下方由超過重力加速度的加速度α 1移動的情況時，上 部側無法追隨於下部側而徧離。因此，爲了給與更大的摩 擦力而將上下兩側由彈簧等連繫來給與附加負荷。 [專利文獻1]日本特開平1〇_79344號（第2頁，第9 -6 - (3) 1245681

【發明內容】 (本發明所欲解決的課題）

但是’在2軸（鉛直）方向的定位裝置中，使用3組 的2軸驅動機構支撐上部側（例如旋轉載置台），2軸方 向的並進動作之外也要求傾斜動作。對於此，上下兩側的 結合是由前述開爾文夾具構成的話，就可進行具有傾斜的 傾斜動作。但是，這3組的Z軸是設置於水平方向的定位 載置台（X-Y載置台）上的情況時，由上述（3)的理由 當水平方向的定位載置台是以大的加速度移動的話，上部 側會偏離。爲了防止而將上下兩側由彈簧等連繫的情況， 其分負荷會施加在Z軸驅動機構，使Z軸驅動機構的容 量需要增大。而且，Z軸方向的驅動量（行程）是愈大的 話由彈簧所產生的負荷會愈增加。在此，本發明的課題， 是提供一種將動態夾具（所謂開爾文夾具）剛性化，而可 進行鉛直（Z軸）方向的並進及傾斜動作的同時，即使水 平方向或是下方向的加速度是動作也不會位置偏離的夾持 裝置。 本發明的其他的課題，是提供一種具備上述夾持裝置 的附有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝置。 (用以解決課題的手段） 依據本發明，可提供夾持裝置’其特徵爲，具備複數 (4) 1245681 組：設置在支撐構件上的球、及在下部具有該球的承受部 並將該承受部抵接前述球的上部的夾具軸的組合’前述夾 具軸是由：前述承受部、及從其朝上方延伸的軸部所構 成，在前述支撐構件側中將前述軸部擺動可能地朝上方突 出的狀態下固定供保持前述球及前述夾具軸的組合用的支 架，在前述承受部及前述支架之間設有將該承受部朝下方 推迫用的碟形彈簧。

對於本發明的夾持裝置，其中，前述球及前述夾具軸 的組合是3組’第1組的第1球是被收容於由設置在第1 支撐構件的角錐或是圓錐的凹部，第2組的第2球是被收 容於事先在設置第 2支撐構件的朝決定方向延伸的 V 溝，第3組的第3球是設置在第3支撐構件的平面上。

對於本發明的夾持裝置，其中，前述球及前述夾具軸 的組合是3組，第1組的第1球是被收容在設置於第1支 撐構件的第1 V溝，第2組的第2球是被收容在設置於第 2支撐構件的第2V溝，第3組的第3球是被收容在設置 於第3支撐構件的第3 V溝，前述第1〜第3支撐構件是 使前述第1〜第3 V溝的延長線在一點交叉而構成。 上述的夾持裝置，第1態樣，是將前述第1〜第3組 的軸部分別安裝於相同上部構件，同時，藉由將前述第1 〜桌3支撐構件分別獨立上下動可能地構成，使前述上部 構件可上下方向動作及傾斜動作。 上述的夾持裝置，第2態樣，是將前述第1〜第3組 的軸部分別安裝於相同的上部構件，同時，將前述第1〜 -8 - (5) 1245681 第3支撐構件由1個共通的支撐構件構成。 依據本發明，可提供一種附有傾斜功能的鉛直方向驅 動定位裝置，具備如申請專利範圍第4項的夾持裝置的附 有傾斜功能的錯直方向驅動定位裝置’其特徵爲·將使則 述第1〜第3支撐構件上下動的第1〜第8驅動機構設在 底基構件上。

對於本發明的附有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝 置，其中，前述第1〜第3驅動機構是滑動楔機構。 【實施方式】 參照第1圖〜第3圖，說明本發明的夾持裝置及使用 其的附有傾斜功能鉛直方向驅動定位裝置的較佳實施例。

第1圖，顯示本發明的夾持裝置是由改良前述開爾文 夾具而實現的情況的實施例。構成開爾文夾具的3組的夾 具之中，第1圖（a)是顯示由三角錐等的角錐的凹部 (或是圓錐的凹部也可以）l〇7a及被收容於其的球13所 構成的第1組，第1圖（b)是顯示由v溝108a及被收容 於其的球14所構成的第2組’第1圖（c)是顯示由平面 及設置於其上的球1 5所構成的第3組。設置有球的部分 的構造以外，第1〜第3組皆爲相同構造。 第1圖（a)的第1夾具10，是包含··在上面形成由 圓錐（或是角錐）所構成的凹部（以下，略稱凹部）；[07a 的第1支撐構件107、及被收容於凹部107a的第！球 1 3、及在下部具有球1 3的承受部1 6_ 1和具有朝上方延伸 -9- (6) 1245681 的軸部1 6 · 2並將承受部1 6 - 1抵接於球1 3的上部的夾具 軸16、及被固定於第I支撐構件107將軸部16-2擺動可 能地朝上方突出的狀態下供保持球1 3及夾具軸1 6的組合 用的支架1 04、及位在承受部1 6- 1的上側及支架1 04的 內面側之間將承受部1 6-】朝下方推迫用的碟形彈簧 1 0 ] 〇

如第1圖（b)的第2夾具11，包含：在上面形成有 V溝1 0 8 a的第2支撐構件1 0 8、及被收容於V溝1 0 8 a的 第2球14、及在下部具有球14的承受部17-1和具有朝 上方延伸的軸部1 7-2並將承受部1 7-1抵接於球14的上 部的夾具軸17、及被固定於第2支撐構件108將軸部17-2擺動可能地朝上方突出的狀態下供保持球1 4及夾具軸 17的組合用的支架105、及位在承受部17-1的上側及支 架105的內面側之間將承受部17-1朝下方推迫用的碟形 彈簧1 0 2。

如第1圖（c)的第3夾具12，是包含：第3支撐構 件109、及設置其上面即平面上的第3球15、及在下部具 有球15的承受部18-1和具有朝上方延伸的軸部18-2並 將承受部1 8 - 1抵接於球1 5的上部的夾具軸1 8、及被固 定於第3支撐構件109將軸部18-2擺動可能地朝上方突 出的狀態下供保持球1 5及夾具軸1 8的組合用的支架 106、及位在承受部18-1的上側及支架106的內面側之間 將承受部18-1朝下方推迫用的碟形彈簧103。 承受部〗6-1〜1 8-1，皆在其下面側形成角錐或是圓錐 -10- 1245681

的凹部並在此凹部收谷球13〜15。且，支架104〜106， 皆在其上部側’爲了將軸部1 6 - 2〜1 8 · 2擺動可能地插 通，而由具有比供具有軸部〜18-2的徑大的開口用 的板構件構成’此板構件是具有將碟形彈簧承受部按壓在 彈簧的按壓功能，給與支架所需要的負荷。厳格說來，爲 了可給與各支架相對運動’彈簧按壓的開口是形成比加上 軸部的徑及相對運動的移動距離更大而可容許隨著傾斜動 作的相對移動。且’裝設可給與碟形彈簧所要求的負荷的 構件，使用即使夾具軸傾斜也不會超過彈簧的彈性限度的 構件。

使用如以上的3組的夾具合一的夾持裝置的情況時， 例如將軸部1 6 · 2〜1 8 - 2安裝於作爲被夾具構件的一上部 構件110。一方面，對於支撐構件1〇7〜1〇9也將安裝有 這些的下部構件1 1 1、1 1 2、1 1 3由一構件構成。然而，對 於第2夾具11是形成於第2支撐構件1〇8的V溝I08a的 延長線，當然是與形成於第1夾具1 〇的第1支撐構件 107交叉的凹部107a的頂點的結構。當然，從開始就將 支撐構件107〜109由一構件構成也可以。而且，將支撐 構件1 0 7〜1 0 9由一構件構成，在此一構件的上面將第1 〜第3的V溝在一點交叉形成的話，當然可以提供具有 與第4圖（b )相同功能的夾持裝置。無論如何，由這些 的結構所構成的夾持裝置，其第1〜第3夾具10〜12是 分別具有與第4圖（a)或第4圖（b)的相同功能，且藉 由使下部側及上部側成爲剛性化結構，即使水平方向或是 -11 - (8) 1245681 的下方向的加速度動作，相互的位置也不會偏離。 一方面，使用第1圖（a )〜第1圖（c )所示的3組 的夾具〗0〜1 2構成附有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝 置的情況時，將各組的下部構件1 1 1〜1 1 3分別由Z軸驅 動機構可獨立地朝上下方向驅動即可。 在Z軸驅動機構中，可以使用例如第2圖所示的滑動 楔方式。第2圖，雖是顯示將Z軸驅動機構40適用在第 1夾具1 〇的情況，但是對於第2、第3夾具1 1、1 2的任 一皆可使用完全相同的機構。 在第2圖，Z軸驅動構40，是包含：在底基構件50 上朝水平方向滑動可能且在上面側具有傾斜面的水平移動 塊體6 1、及在下面側具有對應於此水平移動塊體6 1的傾 斜面的傾斜面藉由水平移動塊體6 1的水平移動而上下動 可能的垂直移動塊體62、及作爲供移動水平移動塊體61 用的驅動源作用的馬達63、及對於水平移動塊體6 1朝水 平方向作用按壓力的汽缸64。 水平移動塊體6 1，是在下面側具有：將設置在底基 構件5 0上的至少1條的水平方向的導引構件5 0- 1滑動可 能的滑動構件6 1 - 1。且水平移動塊體6 1，是在傾斜面設 有至少1條的導引構件6 1-2。一方面，在垂直移動塊體 62的傾斜面中，設有可滑動導引構件61-2的滑動構件 62-1。且在底基構件50上，設有對應於垂直移動塊體62 的裏面並可朝上方延伸的塊體體50-2，在此塊體體50-2 的垂直移動塊體62側設有朝上下方向延伸的上下方向的 •12- (9) 1245681 導引構件50-3。而且，在垂直移動塊體62的裏面設有可 滑動導引構件5 0 - 3的滑動構件6 2 - 2。在馬達6 3的輸出軸 及水平移動塊體6 1之間，是設有將輸出軸的旋轉運動變 換成水平方向運動用的蝸軸機構6 5。

藉由以上的構造，馬達63是朝一方向旋轉的話，其 會變換成水平方向的運動並使水平移動塊體61朝第2圖 的右方向水平移動，其結果，垂直移動塊體62是朝上方 移動。一方面，馬達6 3是朝相反方向旋轉的話，其會變 換成水平方向運動使水平移動塊體61朝第2圖的左方向 水平移動，其結果，垂直移動塊體62是朝下方移動。

然而，使用汽缸64，是爲了以下的理由。藉由上部 構件1 1 〇及依據情況載置於其的工件、其他的負荷，使垂 直方向的力會作用於垂直移動塊體62，其他的水平方向 成分會作用於水平移動塊體61。爲了讓此水平方向成分 只需馬達63的輸出就夠用而要求高輸出的馬達，將上述 水平方向成分藉由將汽缸64的輸出軸64-1抵接的水平移 動塊體61承受，就可縮小馬達63的輸出。 無論如何，組合上述的構造的2軸驅動機構4 〇、 7 0、8 0的3組的夾具1 0〜1 2是如第3圖所示配置於底基 構件5 0上。當然，此情況也對於第2夾具1 1，使形成於 第2支撐構件1 〇 8的V溝1 0 8 a的延長線，是與形成於第 1夾具10的第1支撐構件1〇7的凹部l〇7a的頂點交叉地 構成。一方面，將Z軸驅動定位裝置形成如第4(b)圖 所示的型式的情況時’是使3組的夾具的全部具有第1圖 -13· (10) 1245681 (b)在顯示V溝108a，獨立各夾具並藉由上述z軸驅動 機構驅動地構成。當然，此情況，3組的夾具也使3個V 溝的延長線疋父叉於一^點地配置。無論如何，3組的夾具 1 0〜1 2的上部構件1 1 0是同一部分材，將3組的夾具1 0 〜1 2的上下方向的移動量形成相同的話就可並進動作， 藉由使移動量具有差，就可傾斜動作。

如以上，可以提供一種可將動態夾具（所謂開爾文夾 具）剛性化，可進行Z軸方向的並進及傾斜動作的同時， 即使水平方向或是的下方向的加速度動作也無位置偏離的 附有傾斜功能的Z軸驅動定位裝置。上述z軸驅動機構 只是一例，並不限定於滑動楔方式，只是由汽缸或是蝸軸 等的周知的驅動機構實現也可以。 且’依據情況將上部側及下部側的位置關係上下相反 的構造也可以。

然而’藉由上述的將3軸的鉛直方向驅動定位裝置設 置於χ·γ平台的χ軸載置台或是γ軸載置台，就可構成 X-Y-Z的3軸方向移動可能的平台裝置。此情況，底基構 件50是成爲X軸載置台或是γ軸載置台。 (發明之效果） {衣_本發明，可以提供一種可將動態夾具即所謂開爾 文夾具的上部側及下部側及剛性化，可進行Z軸方向的並 it及ί頃斜·動作的同時，即使水平方向或是的下方向的加速 度動作也無位置偏離的附有傾斜功能的Ζ軸驅動定位裝 -14- (11) 1245681 置。 且依據本發明，可以提供一種具備上述夾持裝置的附 有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝置。 【圖式簡單說明】 [第1圖]說明本發明的構成夾持裝置的3組夾具用的 剖面圖。

[第2圖]將Z軸驅動機構組合在第1圖的各組的夾具 來構成鉛直方向驅動定位裝置的情況的構造以1個夾具顯 示的側面圖。 [第3圖]顯示使用第2圖的夾具及Z軸驅動機構的組 合將構成鉛直方向驅動定位裝置的情況的各組的配置圖的 平面圖。

[第4圖]供說明習知的開爾文夾具的2個例用的圖。 [第5圖]說明對於習知的開爾文夾具，依據支撐構件 的熱膨脹來吸收偏離的作用的圖。 [第6圖]說明在習知的開爾文夾具上施加水平方向的 加速度、下方向的加速度的情況的問題用的圖。 [圖號說明] α ’加速度 PF1 摩擦力 F2’分力 F 2水平力 10夾具 -15- (12)1245681 11 夾具 1 2 夾具 13 球 14 球 15 球 16 夾具軸 16- 1承受 部 16- 2軸部 17 夾具軸 17- 1承受 部 \1· 2軸部 18 夾具軸 1 8-1 承受 部 1 8 _ 2軸部 20 上部載 置台 2 1 下部載 置台 2 1， ’下部載置台 22 球 23 球 24 球 25 凹部 26 V溝 26 丨V溝 27 平面

-16- (13) 1245681 40 2軸驅動機構 4 0 Z軸驅動構 40 Z軸驅動機構 5 0 底基構件 50-1導引構件 50-2塊體體 50-3導引構件

6 1水平移動塊體 6 1 - 1滑動構件 61- 2導引構件 62垂直移動塊體 62- 1滑動構件 62-2滑動構件 63 馬達

64汽缸 6 4 - I 輸出軸 6 5蝸軸機構 1 0 1碟形彈簧 102碟形彈簧 103碟形彈簧 1 04 支架 105 支架 106支架 10 7支撐構件 -17- (14) (14)1245681 1 〇 7 a凹部 1 〇 8支撐構件 1 0 8 a V 溝 109支撐構件 110上部構件 111下部構件

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Claims (1)

1. (1) 1245681 拾、申請專利範圍 1 一種夾持裝置，其特徵爲，具備複數組：設置在 支撐構件上的球、及在下部具有該球的承受部並將該承受 部抵接前述球的上部的夾具軸的組合，前述夾具軸是由： 則述承受部、及從其朝上方延伸的軸部所構成，在前述支 撐構件側中將前述軸部擺動可能地朝上方突出的狀態下固 定供保持前述球及前述夾具軸的組合用的支架，在前述承 受部及前述支架之間設有將該承受部朝下方推迫用的碟形 弓早簧。 2 ·如申請專利範圍第1項的夾持裝置，其中，前述 球及前述夾具軸的組合是3組，第1組的第〗球是被收容 於由設置在第1支撐構件的角錐或是圓錐的凹部，第2組 的第2球是被收容於事先在設置第2支撐構件的朝決定方 向延伸的V溝，第3組的第3球是設置在第3支撐構件 的平面上。 3 ·如申請專利範圍第1項的夾持裝置，其中，前述 球及前述夾具軸的組合是3組，第1組的第1球是被收容 在設置於第1支撐構件的第1 V溝，第2組的第2球是被 收容在設置於第2支撐構件的第2 V溝，第3組的第3球 是被收容在設置於第3支撐構件的第3 V溝，前述第1〜 第3支撐構件是使前述第1〜第3 V溝的延長線在一點交 叉而構成。 4.如申請專利範圍第2或3項的夾持裝置，其中， 將前述第1〜第3組的軸部分別安裝於相同上部構件，同 -19· (2) 1245681 時，藉由將前述第1〜第3支撐構件分別獨立上下動可能 地構成，使前述上部構件可上下方向動作及傾斜動作。 5.如申請專利範圍第2或3項的夾持裝置，其中， 將前述第1〜第3組的軸部分別安裝於相同的上部構件， 同時’將前述第1〜第3支撐構件由1個共通的支撐構件 構成。 6· —種附有傾斜功能的鉛直方向驅動定位裝置，具

   備如申請專利範圍第4項的夾持裝置的附有傾斜功能的鉛 直方向驅動定位裝置，其特徵爲：將使前述第1〜第3支 撐構件上下動的第1〜第3驅動機構設在底基構件上。 7·如申請專利範圍第6項的附有傾斜功能鉛直方向驅 動定位裝置’其中，前述第1〜第3驅動機構是滑動楔機構

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