| 【発明の名称】 |
金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 公男
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| 【要約】 |
【課題】互いに遮蔽された一方の空間から他方の空間へ動力を伝達する機構において、完全な密封性能を維持し、摩耗粉の発生や潤滑油の飛散・蒸発等による汚染の影響を排除しながら動力伝達を行うことのできる機構を提供する。
【解決手段】本発明の動力伝達機構は、２つの空間Ａ、Ｂを相互に遮蔽する金属製の隔壁筒２０を有する。隔壁筒は、軸線方向の一部に、周方向に沿って撓み変形可能な撓み筒部２４を有する。隔壁筒の内周側には入力軸１０が配され、入力軸の回転は、波動発生器１１により撓み筒部の撓み変形に変換される。撓み筒部の撓み変形は、撓み筒部の外周の外歯歯車２７と、それに噛合する内歯歯車３２の噛み合いにより回転運動に変換されて、隔壁筒の外周側に配設された出力軸３０に伝えられる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ２つの空間を相互に遮蔽すると共に、少なくとも一部に、周方向に沿って撓み変形可能な撓み筒部が形成された金属製の隔壁筒と、前記隔壁筒の内周側または外周側の一方に配設された第１部材の入力運動を、前記撓み筒部の弾性変形に変換する第１変換手段と、該撓み筒部の弾性変形を出力運動に変換して、前記隔壁筒の内周側または外周側の他方に配設された第２部材に伝える第２変換手段とを具備したことを特徴とする金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構。
【請求項２】 前記隔壁筒を固定することで、前記第２部材より出力運動を取り出すことを特徴とする請求項１記載の金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構。
【請求項３】 前記隔壁筒で遮蔽される２つの空間のうち隔壁筒の内周側空間に第１部材としての入力軸が配設されると共に、外周側空間に前記第２部材としての出力軸が配設され、前記撓み筒部の内周に摺動可能に、前記入力軸と連結された波動発生器が前記第１変換手段として配設され、前記第２変換手段として、撓み筒部の外周に外歯歯車が形成されると共に、前記出力軸に外歯歯車の内接噛合する内歯歯車が連結されていることを特徴とする請求項２記載の金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構。
【請求項４】 前記隔壁筒が、一端が閉鎖され他端が開放された有底筒状体よりなり、その開放側より隔壁筒の内部に前記入力軸が挿入され、閉鎖側の外部に前記入力軸と同軸上に位置させて前記出力軸が配設され、該出力軸の基部に形成された筒体部が前記隔壁筒の外周に隙間をもって嵌合され、筒体部の内周に、前記撓み筒部の外周の外歯歯車と噛合する内歯歯車が形成されていることを特徴とする請求項３記載の金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構。
【請求項５】 前記外歯歯車と内歯歯車の歯筋を、歯車の軸線に対して斜めに設定したことを特徴とする請求項３または４記載の金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相互に遮蔽された２つの空間の一方側から他方側へ回転等の運動を伝達する動力伝達機構に係り、特に金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置、特にＣＶＤ、スパッタ、真空蒸着等を行う成膜装置では、成膜上の汚染が致命傷になる。例えば、半導体メモリのＤＲＡＭで言えば、現在の主流は１６メガビットであるが、集積度を上げて６４メガビット乃至１ギガビット以上に移行する将来的動きがある。しかし、６４メガビットとなると、回路を構成する線幅は０．３ミクロンメータ以下になることから、成膜上の汚染は、今以上に極力排除しなくてはならない。
【０００３】一般に、このような成膜処理を行う場合、成膜装置を構成する真空容器内の被加工物に対して所定の動き（搬入・搬出動作や回転等）を外から与える必要があり、通常は、密封機能を持つ運動導入機構を用いてそれを行っている。
【０００４】例えば、従来では、真空容器の隔壁を通して回転等の運動を導入する場合、導入部分にオイルシールやメカニカルシール、あるいは磁性流体シールを配することにより、密封機能を確保している。また、直線運動を導入する場合は、導入部分に金属ベローズ式のシールを設けることも検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、オイルシール、メカニカルシール、磁性流体シール等による密封構造は、完全に密封するものではないために、超高真空を確保する場合に漏れが発生するという問題がある。また、摩耗粉の発生、潤滑油の飛散・蒸発、あるいは磁性流体の蒸発等による低圧側の汚染は避けられないという問題もある。また、金属ベローズ式のシールを用いた構造では、初期の密封性は優れているものの、金属ベローズの変形率が大きいために、使用頻度に応じて、発塵の可能性及び破損による漏れの可能性が高くなるという問題がある。
【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、長期にわたって完全な密封性能を維持することができ、遮蔽する一方の空間が超高真空あるいは超高圧であっても漏れの発生が全くなく、また、摩耗粉の発生や潤滑油等の油脂の飛散・蒸発による汚染の影響を排除することのできる、金属隔壁による密封機能を備えた動力伝達機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の動力伝達機構は、２つの空間を相互に遮蔽すると共に、少なくとも一部に、周方向に沿って撓み変形可能な撓み筒部が形成された金属製の隔壁筒と、前記隔壁筒の内周側または外周側の一方に配設された第１部材の入力運動を、前記撓み筒部の弾性変形に変換する第１変換手段と、該撓み筒部の弾性変形を出力運動に変換して、前記隔壁筒の内周側または外周側の他方に配設された第２部材に伝える第２変換手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】この機構では、金属製の隔壁筒で２つの空間を遮蔽しているので、完全な密封性能を確保することができる。また、隔壁筒に、周方向に沿って撓み変形可能な撓み筒部を設け、その弾性変形を利用して一方の空間から他方の空間へ運動を伝えるようにしているので、撓み筒部の変形を小さく抑えることができる。
【０００９】請求項２の発明では、前記隔壁筒を固定することで、第２部材より出力運動を取り出すようにしている。従って、真空容器の壁に隔壁筒を設けることで、真空容器の外部から内部に回転等の運動を導入することができる。
【００１０】請求項３の発明は、請求項２において、隔壁筒で遮蔽される２つの空間のうち隔壁筒の内周側空間に第１部材としての入力軸が配設されると共に、外周側空間に第２部材としての出力軸が配設され、撓み筒部の内周に摺動可能に、入力軸と連結された波動発生器が第１変換手段として配設され、第２変換手段として、撓み筒部の外周に外歯歯車が形成されると共に、出力軸に外歯歯車の内接噛合する内歯歯車が連結されていることを特徴とする。
【００１１】この請求項３の発明は、撓み筒部の内外で、ハーモニックドライブと呼ばれる撓み噛み合い式歯車機構を構成した場合の例である。入力軸を回転すると、波動発生器が回転し、それに応じて外歯歯車が撓み変形する。そして、隔壁筒を固定している場合は、外歯歯車の撓み変形に応じて内歯歯車が回転し、それに対応して出力軸が回転する。この場合、入力軸が３６０度回転すると、外歯歯車と内歯歯車の歯数差分だけ出力軸が減速回転する。
【００１２】請求項４の発明は、請求項３において、前記隔壁筒が、一端が閉鎖され他端が開放された有底筒状体よりなり、その開放側より隔壁筒の内部に前記入力軸が挿入され、閉鎖側の外部に前記入力軸と同軸上に位置させて出力軸が配設され、出力軸の基部に形成された筒体部が隔壁筒の外周に隙間をもって嵌合され、筒体部の内周に、撓み筒部の外周の外歯歯車と噛合する内歯歯車が形成されていることを特徴としている。
【００１３】この機構では、有底筒状の隔壁筒を用いているので、隔壁筒による密封機能をより確実なものとすることができる。また、入力軸を隔壁筒に挿入し、出力軸の基部の筒体部を隔壁筒の外周に嵌めたので、コンパクトな構造にすることができると共に、頻繁に弾性変形させられる撓み筒部を、出力軸側の筒体部で保護することができる。また、入力軸と出力軸が同軸上に配されているので、外観上は１本の軸が、空間を遮断する隔壁を貫通して設けられているように見え、従来のオイルシール等を用いる構造と変わりなく、半導体製造装置の真空容器等に配備することができる。
【００１４】請求項５の発明は、請求項３または４において、前記外歯歯車と内歯歯車の歯筋を、歯車の軸線に対して斜めに設定したことを特徴とする。
【００１５】この機構では、外歯歯車と内歯歯車の歯筋を斜めにしたので、例えば出力軸を直進運動自在に支持して、回転できないように拘束すれば、出力軸を回転の代わりに直進運動させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は実施形態の動力伝達機構Ｍの断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３、図４は図１の要部拡大図、図５は使用時の態様を示す図である。
【００１７】この動力伝達機構Ｍは、ハーモニックドライブと称される撓み噛合い式歯車機構を中心に構成されたもので、図１に示すように、入力軸（第１部材）１０と、一端が端壁２３で閉鎖され、他端が開放された有底円筒状の隔壁筒２０と、出力軸（第２部材）３０とからなる。隔壁筒２０は、自身の内周側空間及び外周側空間にそれぞれ通じる２つの空間Ａ、Ｂを相互に遮蔽するためのものであり、ステンレス等の金属よりなる。この隔壁筒２０は、開放側の肉厚円筒部２１の端部にフランジ２２を有し、このフランジ２２で、図５に示すように、真空容器７０の隔壁に固定されている。この場合、隔壁筒２０の先端は、真空容器７０の壁に設けたブラケット７１の貫通孔に挿入されており、隔壁筒２０の外周側空間が真空容器７０の内部の空間Ｂ（真空）に通じ、隔壁筒２０の内周側空間が真空容器７０の外部の空間Ａ（大気）に通じている。
【００１８】図１に戻って、隔壁筒２０は、開放側の肉厚円筒部２１の先端側に、円周方向に撓み変形可能な撓み筒部２４を有している。撓み筒部２４は自由状態で真円となるもので、撓み筒部２４の両側には、撓み筒部２４を撓み易くするための薄肉円筒部２５が設けられている。撓み筒部２４は、これら薄肉円筒部２５を介して開放側の肉厚円筒部２１及び端壁２３に隣接する肉厚部２６に連続している。
【００１９】入力軸１０は、基端が隔壁筒２０の外部に突出し、先端が隔壁筒２０の内部に挿入されている。そして、入力軸１０は、隔壁筒２０の開放側の肉厚円筒部２１の内周に配したベアリング４１、４２、及び端壁２３側の肉厚部２６の内周に配したベアリング４３により、隔壁筒２０に回転自在に支持されている。この入力軸１０は、撓み筒部２４に対応する位置に、撓み筒部２４の内周に摺動自在に接触する波動発生器１１を有している。波動発生器１１は、図２に示すように、断面が楕円状（長円状も含む）のカム体よりなり、回転することで、撓み筒部２４を楕円状に撓み変形回転させる。撓み筒部２４の外周には、平歯車よりなる外歯歯車２７が形成されている。
【００２０】一方、出力軸３０は、隔壁筒２０の外周側空間、つまり真空容器７０の内部空間Ｂに配され、入力軸１０と同軸上に位置している。出力軸３０は、基端側に円筒体部３１、先端側に、隔壁筒２０の端壁２３外に位置する軸部３３を有しており、円筒体部３１が隔壁筒２０の外周に隙間を存して嵌合されている。そして、円筒体部３１の内周と隔壁筒２０の外周間に配したベアリング５１、５２、５３によって、出力軸３０は隔壁筒２０に回転自在に支持されている。なお、２つのベアリング５１、５２は隔壁筒２の肉厚円筒部２１の外周に配され、残るベアリング５３は隔壁筒２の端壁２３の外周段部に配され、撓み筒部２４の近傍には、撓み筒部２４を拘束しないようにベアリングが配されていない。
【００２１】出力軸３０の円筒体部３１の内周には内歯歯車３２が設けられており、この内歯歯車３２に、楕円状に撓み変形させられた外歯歯車２７の長軸付近の歯が内接噛合している。短軸付近の歯は噛合していない。図３は噛合部分の断面を拡大して示し、図４は非噛合部分の断面を拡大して示している。この内歯歯車３２も平歯車よりなる。なお、外歯歯車２７の歯数は、内歯歯車３２の歯数よりも２Ｎ（Ｎは正の整数）少なく設定されている。例えば、内歯歯車３２の歯数を７２とした場合、外歯歯車２７の歯数は６６に設定されている。
【００２２】その他の構成としては、ベアリング４１、４２間には、内輪間及び外輪間に位置させてそれぞれスペーサ４４、４５が配され、ベアリング５１、５２間には、内輪間及び外輪間に位置させてそれぞれスペーサ５４、５５が配されている。また、この動力伝達機構Ｍは、図５に示すように、真空容器７０のブラケット７１に取り付けられた状態で、隔壁筒２０により完全に真空容器７０の内部と外部を遮蔽しており、外部側の入力軸１０の突出端には、継手６１を介してモータ６０の回転軸６１が連結され、内部側の出力軸３０の軸部３３には、真空容器７０内に配された回転テーブル６９の歯車６８を回すウォーム６７の軸６６が、継手６５を介して連結されている。
【００２３】次に作用を説明する。入力軸１０を回転させると、カム体よりなる波動発生器１１が回転し、この波動発生器１１の回転により撓み筒部２４が撓み変形する。そして、外歯歯車２７が撓み変形しながら公転することにより、内歯歯車３２を有した出力軸３０が回転する。この場合、出力軸３０は、入力軸１０の１回転毎に、両歯車２７、３２の歯数差に依存した分だけ相対回転することになる。
【００２４】従って、金属製の隔壁筒２０によって完全に遮蔽された空間Ａ、Ｂの間で、回転運動が伝達され、その結果、外部のモータ６０により、真空容器７０内の回転テーブル６９がゆっくりと回されることになる。特に、静止中、回転始動時、あるいは回転中のいずれのときでも、密封機能は変わらないから、常にガスの漏れを防止することができる。
【００２５】この場合、外歯歯車２７並びに内歯歯車３２の歯のモジュールを０．１ｍｍ程度にすれば、隔壁筒２０の撓み筒部２４の長軸、短軸の差は１０分の３〜４ｍｍ程度でよくなるので、高圧真空に耐え得るように隔壁筒２０の肉厚を大きめに設定しても、必要十分な撓み量は確保できることになり、全く問題なく動力伝達が可能となる。よって、隔壁筒２０による完全密封により、超高真空あるいは超高圧でも、漏れの発生を確実に防止できる。
【００２６】また、金属面の変形が大きいと、真空中ではその金属面からの発塵が見られるが、本実施形態の動力伝達機構Ｍでは、隔壁筒２０の撓み筒部２４を微小変形させるだけで済むから、金属面からの発塵を極力抑えることができる。従って、真空容器７０内の汚染を極力排除することができる。
【００２７】また、シール部分に対して潤滑油や磁性流体等の液体を注入する必要がなくなるから、液体の飛散・蒸発が皆無となり、その点でも真空容器７０の汚染が減らせる。なお、歯車２７、３２の噛合い部の摩耗は、歯形形状の工夫や表面処理で極力減らせる。例えば、表面処理として、セラミックス皮膜等を設ければ、摩耗を皆無にできるので、問題は全くなくなる。また、歯車の噛合い部以外にも、真空容器７０側に組み込まれる軸受等には、真空や活性ガスに対応し得る材料を用いたり、表面処理を施したりするのが望ましい。特に、潤滑油や磁性流体等の油脂類の使用を排除できることにより、真空容器内を常に全体的に高温に保っておくことができるようになり、活性ガスの凝集（粉末化）の問題も回避できる。
【００２８】また、この動力伝達機構Ｍは、潤滑油等の油脂類が不要であるから、装置の立ち上げ時や定期点検での炉内ベーキング（真空容器内を高温にし、真空容器の壁面に付着したガスや水分等を放出させる処理のこと）が可能であり、汚染防止処理の促進に役立つ。また、金属製の隔壁筒２０の使用により、摩耗や蒸発による部品の変化がなくなるから、装置寿命が長くなる。また、変形が小さいから、金属疲労による劣化も少なくでき、その点でも長寿命化が図れる。
【００２９】さらに、真空容器７０の内部側となる部品（例えばベアリング等）は、ステンレス等の金属あるいはセラミックスで構成することができるので、真空容器７０内に導入するガスの種類としては、活性ガスでも、不活性ガスでもよくなる。
【００３０】なお、上記実施形態では、隔壁筒２０の撓み筒部２４を弾性変形させる手段として、楕円状のカム体よりなる波動発生器１１を使用したが、図６に示すように２つの偏心軸８１にベアリング８２を嵌合し、ベアリング８２の外輪を、撓み筒部２４（図１参照）の内周に接触させるようにした波動発生器８０を使用してもよい。そうすれば、摩擦を極力減らせ、入力動力を少なくしながら摩耗による劣化を防ぐことができる。
【００３１】また、外歯歯車２７と内歯歯車３２を平歯車で構成せずに、歯筋を歯車の軸線に対して斜めに設定することもできる。その場合は、出力軸３０を軸方向移動可能且つ回転不能に支持することで、出力軸３０を直線運動させることができる。また、回転運動と直線運動を組み合わせることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明によれば、金属製の隔壁筒により２つの空間を相互に遮蔽し、隔壁筒に形成した撓み筒部の弾性変形を利用して、一方の空間から他方の空間へ運動を伝達するようにしているので、オイルシール等を用いることで相互運動する部分の隙間を封じる構造と違って、完全な密封性能を確保することができ、一方の空間が超高真空や超高圧であっても、漏れの発生を無くすことができる。
【００３３】また、オイルシールやメカニカルシールを用いる場合と違って、シール部分の摩擦箇所がなくなるから、摩耗による発塵、潤滑油の飛散・蒸発を無くすことができ、汚染防止の効果を高めることができる。また、撓み筒部は周方向に沿って撓み変形するだけであるから、その部分の弾性変形量を小さく抑えて、金属面からの発塵の影響を減らすことができると共に、金属疲労による劣化を防止して、寿命の長期化を図ることができる。また、オイルシールを用いず、しかもシール部分の潤滑油が不要になることから、真空炉のベーキングも可能となり、汚染防止処理の一層の徹底が図れる。
【００３４】請求項２の発明によれば、例えば真空容器の壁に隔壁筒を設けることで、真空容器の外部から内部に回転等の運動を導入することができ、真空容器内のテーブルを外部のモータで回転させることができる。
【００３５】請求項３の発明によれば、外歯歯車と内歯歯車の歯数差に応じて減速回転させることができる。
【００３６】請求項４の発明によれば、隔壁筒が有底筒状となっているので、金属隔壁としての密封機能の確実化が図れる。また、入力軸を隔壁筒に挿入し、出力軸の基部の筒体部を隔壁筒の外周に嵌めた構成としているので、コンパクトな構造にすることができる上、頻繁に弾性変形する撓み筒部を保護することもできる。また、入力軸と出力軸が同軸上にあるから、従来のオイルシール等を用いる構造と変わりなく配備することができる。
【００３７】請求項５の発明によれば、外歯歯車と内歯歯車の歯筋を斜めにしたので、例えば出力軸を回転不能に支持することで、入力軸の回転運動を出力軸の直進運動に変換することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９７１３３３９６
【氏名又は名称】株式会社 リライアル
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月１８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】阿仁屋 節雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４０３０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２５３０５４ |
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