專利名稱：致動器及具有該致動器的蓋子致動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種打開和關閉容器蓋子的蓋子致動裝置。
背景技術：
傳統上，公知的容器蓋子致動裝置是這樣一種裝置，其中蓋 子通過一個臂可打開地和可關閉地放置在容器上，該臂被連接以 能夠和由容器所旋轉支承的軸一體地旋轉；該裝置包括一個使臂 能夠旋轉的氣壓彈簧和一個使軸能夠旋轉的蝸輪(例如參見 JP-A-2001-21039，第3頁，圖3 — 4)。
然而，該傳統的蓋子致動裝置被構造成，由氣壓彈簧來使臂 旋轉和由蝸輪來使軸旋轉；因此，產生了這樣一個問題，即該裝 置的尺寸較大。
發明內容
本發明致力于解決現有技術中的上述問題。本發明的目的是 提供一種蓋子致動裝置，其尺寸比傳統的蓋子致動裝置要小。
本發明的蓋子致動裝置具有這樣的結構，其中該裝置包括 一個帶有旋轉軸的軸單元，其被具有殼體和蓋子的容器的殼體所
支承； 一個連接到所述蓋子和所述旋轉軸上的臂單元；以及一個 驅動所述旋轉軸的致動器，所述致動器包括 一個電機，其具有 輸出功率的第一輸出部分； 一個第一減速器，其具有接收來自所 述第一輸出部分的功率的第一輸入部分，和一個輸出功率的第二 輸出部分，所述第一減速器對所述電機的輸出進行減速；以及一 個第二減速器，其具有接收來自所述第二輸出部分的功率的第二 輸入部分，和一個輸出功率到所述旋轉軸上的第三輸出部分，所 述第二減速器對所述第一減速器的輸出進行減速；而且，第二減 速器的減速比的倒數(R2)，大于當蓋子打開時作用于第三輸出部 分的最大扭矩(Tl)與當扭矩不作用于第二輸入部分時用于旋轉 第三輸出部分所需的扭矩(TR2)之間的差、再乘以作用于第三輸 出部分的扭矩在遭受由于第二減速器帶來的機械損失之后的剩余
扭矩與作用于第三輸出部分的扭矩之間的比率(n2)、然后除以
當扭矩不作用于第一輸入部分時用于旋轉第二輸出部分所需的扭 矩(TV)所得到的值。
根據上述結構，在本發明的蓋子致動裝置中，可以由驅動蓋 子的致動器來抑制蓋子由于自身的重量而導致的關閉。因此，該 裝置的尺寸要小于傳統裝置的尺寸。
根據本發明的蓋子致動裝置具有以下結構，其中所述第一減 速器和所述第二減速器中的每一個都包括一個差動齒輪減速機 構。
根據上述結構，在本發明的蓋子致動裝置中，可以由差動齒 輪減速機構來抑制蓋子由于自身的重量而導致的關閉，該差動齒 輪減速機構傳輸功率的效率高于傳統的蝸輪。因此，與由蝸輪來 抑制蓋子由于自身的重量而導致的關閉的情況相比，可以提高功 率傳輸給蓋子的效率。
根據本發明的蓋子致動裝置具有以下結構，其中所述第一減 速器和所述第二減速器中的每一個都包括 一個第一級減速機構， 其是除了所述差動齒輪減速機構之外的其他減速裝置；和一個第 二級減速機構，其是所述差動齒輪減速機構。
根據上述結構，在本發明的蓋子致動裝置中，可以通過簡單 地調節第一級減速機構的減速比來控制第一減速器或第二減速器 的減速比。因此，與只有在調節差動齒輪減速機構的減速比之后 才能控制第一減速器或第二減速器的減速比的情況相比，可以很 容易地控制第一減速器或第二減速器的減速比。
根據本發明，有可能提供一種蓋子致動裝置，其尺寸比傳統 的蓋子致動裝置要小。
圖1是根據本發明實施例的真空腔室和蓋子致動裝置的側視 圖，其中真空腔室的蓋子處于關閉狀態；
圖2是圖1中所示的蓋子致動裝置的俯視圖3是一個局部側面剖視圖，顯示圖1中所示的真空腔室和 蓋子致動裝置；
圖4是圖1中所示的真空腔室和蓋子致動裝置的側視圖，其 中該真空腔室的蓋子處于被打開小角度的狀態；
圖5是圖1中所示的蓋子致動裝置的致動器的局部剖視以及
圖6是顯示圖5中致動器的第二減速器的速率、圖1中真空 腔室的殼體和蓋子所形成的角度、以及如圖5所示關閉蓋子所需 的致動器電機扭矩與電機的額定扭矩的比率之間關系的視圖。
具體實施例方式
以下參考附圖來說明本發明的實施例。 首先將描述實施例中的蓋子致動裝置的結構。 如圖1和2所示，本實施例中的蓋子致動裝置IO包括軸單
元20，該軸單元20由用于制造半導體器件的真空腔室(容器)90 所支承，且具有旋轉軸21，其中該真空腔室具有殼體91和蓋子 92;臂單元40,其連接到蓋子92和旋轉軸21上；以及驅動旋轉 軸21的致動器60。
在真空腔室90的殼體91中，在開口面91a上布置有未示出 的O形圈，其用于和蓋子92接觸并充當密封件。殼體91的0形 圈在不接觸蓋子92時的厚度為1 mm。蓋子92在與殼體91相對 的側面具有板92a。
軸單元20包括固定到殼體91的四個側面中的一個側面上 或者側面91b上的底座22;軸承單元23，其旋轉地支承著旋轉軸 21;軸承托架24，軸承單元23通過該軸承托架24固定到底座22 上；以及致動器托架25，致動器60通過該致動器托架25固定到 底座22上。
臂單元40包括固定到旋轉軸21上的臂41、 42;分別固定 到臂41、 42上的板簧43、 44;固定到板簧43上同時固定到蓋子 92上的彈簧座板45、 46;固定到板簧44上同時固定到蓋子92上 的彈簧座板47、48;固定到臂41上的塊體49;以及固定到塊體 49上來測量塊體49和板92a之間的間隙50a (參見圖3)的傳感 器50。
板簧43例如由金屬材料制成，且當蓋子92關閉時具有105 °的彎曲角43a。由箭頭11表示的蓋子92厚度方向的彈簧常數、
箭頭12所示的旋轉軸21延伸方向的彈簧常數和箭頭13所示的大 體垂直于箭頭ll、 12的方向上的彈簧常數，分別是74N/mm、 336 N/mm和900N/mm。板簧44被構造成與板簧43結構相同。
軸單元20還包括與臂41接觸的止動塊26，其防止由殼體91 的開口面91a和與殼體91的O形圈接觸的蓋子92的面92b之間 的角卯a (參見圖4)大于105° 。
如圖5所示，致動器60包括具有輸出部分61a的電機61， 該輸出部分61a充當了功率輸出的第一輸出部分；第一減速器62， 其具有充當第一輸入部分的輸入部分62a和充當第二輸出部分的 輸出部分62b,其中該第一輸入部分接收來自電機61的輸出部分 61a的功率，且從該第二輸出部分輸出功率，該第一減速器以1/57 的減速比來減少電機61的輸出；以及第二減速器63，其具有充當 第二輸入部分的輸入部分63a和充當第三輸出部分的輸出部分 63b，其中該第二輸入部分接收來自第一減速器62的輸出部分62b 的功率，且從該第三輸出部分將功率輸出到旋轉軸21 (參見圖2)， 該第二減速器以1/141的減速比減少第一減速器62的輸出。艮P， 第一減速器62和第二減速器63將電機61的輸出傳輸到旋轉軸 21，其輸出的減速比為1/8，037。
第一減速器62是一個兩級減速器，具有作為第一級減速機 構的直齒輪62c，其包含輸入部分62a;和作為第二級減速機構的 差動齒輪減速機構62d。直齒輪62c與放置在電機61的輸出部分 61a中的一個齒輪相嚙合，以大于或等于1/5且小于1/1的減速 比減少電機61的輸出傳輸速度，或以1 / 1的減速比對電機61的 輸出進行傳輸。
類似地，第二減速器63也是一個兩級減速器，具有，.作為第
一級減速機構的直齒輪63c，其包含輸入部分63a;和作為第二級 減速機構的差動齒輪減速機構63d。直齒輪63c與放置在第一減速 器62的輸出部分62b中的一個齒輪相嚙合，以大于或等于1 / 5 且小于1/1的減速比對第一減速器62的輸出速度進行減速，或以 1 / 1的減速比對其輸出進行傳輸。。
第二減速器63的減速比的倒數(以下稱為"速率")表示為 R2。當蓋子92打開時作用于第二減速器63的輸出部分63b的最 大扭矩表示為Tl。當扭矩不作用于第一減速器62的輸入部分62a 時用于旋轉第一減速器62的輸出部分62b所需的扭矩表示為TR1。 當扭矩不作用于第二減速器63的輸入部分63a時用于旋轉第二減 速器63的輸出部分63b所需的扭矩表示為TR2。作用于第二減速 器63的輸出部分63b的扭矩在遭受由于第二減速器63帶來的機 械損失之后的剩余扭矩，與作用于第二減速器63的輸出部分63b 的扭矩的比率表示為ti2。在此，速率R2設為大于最大值TY與扭 矩Tr2的差、乘以比率Tl2、然后除以扭矩Tju的商值，或者滿足以
下的表達式1: [表達式1]
<formula>formula see original document page 9</formula>
具體而言，在圖1所示的蓋子致動裝置10中，當如圖4所示 蓋子92與殼體91的O形圈分開一小段距離時，作用在第二減速 器63的輸出部分63b上的扭矩4,606 N.m是最大的扭矩值TL，扭 矩Tju為33N.m，扭矩TR2為154 N.m，比率！!2為0.8，以及速率 R2為141。因此，速率R2滿足表達式1，也可以表示為如下的表 達式2。[表達式2]
(7!-^)x;/2-(4606-154)x0.8,79<141 4 33 -
蓋子致動裝置10還包括未示出的控制電機61輸出的控制單元。
塊體49相對于臂41的位置預先調整好，使得當蓋子92如圖 1所示被控制單元所關閉時，其相對于板92a的間隙50a (參見圖 3)為1 mm;且當蓋子92如圖4所示與殼體91的O形圈分開一 小段距離時，該間隙50a為3mm。
以下描述蓋子致動裝置10的操作。
(1)當蓋子致動裝置10打開蓋子92時的操作
當蓋子92如圖l所示關閉時，臂41、 42通過板簧43、 44和 彈簧座板45 — 48朝向殼體91擠壓蓋子92，進而由蓋子92壓縮殼 體91的O形圈。塊體49和板92a之間的間隙50a (參見圖3)為 lmm，板簧43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角為105° 。
當蓋子致動裝置10要打開蓋子92時，控制單元驅動電機61， 使得旋轉軸21在箭頭21a所示的方向被致動器60所旋轉。具體 而言，控制單元控制致動器60以在箭頭21a所示的方向以恒定的 加速度旋轉旋轉軸21，從而旋轉軸21的旋轉速度在0.13秒內從0 度/秒變為0.13度/秒，然后在箭頭21a所示的方向上以0.13度/ 秒的速度旋轉旋轉軸21共12.18秒，之后在箭頭21a所示的方向 上以恒定的減速度進一步旋轉旋轉軸21，使得旋轉軸21的旋轉速 度在0.13秒內從0.13度/秒變為0度/秒。
因此，通過彈簧座板45 — 48、板簧43和44以及臂41和42 連接到旋轉軸21上的蓋子92，從與殼體91的O形圈粘附的狀態被釋放成與殼體91的O形圈相分離的狀態。
當蓋子92打開時，臂41和42朝與蓋子92相反的方向拉動 板簧43和44，從而板簧43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角大于 105° ，塊體49和板92a之間的間隙50a (參見圖3)大于lmm。
為了減少從與殼體91的O形圈粘附的狀態而釋放的蓋子92 的擺動，控制單元控制致動器60使其停止2秒，然后再驅動電機 61，從而旋轉軸21在箭頭21a所示的方向再次被致動器60所旋 轉。具體而言，控制單元控制致動器60以在箭頭21a所示的方向 以恒定的加速度旋轉旋轉軸21，從而旋轉軸21的旋轉速度在1.06 秒內從0度/秒變為1.059度/秒，然后在箭頭21a所示的方向上以 1.059度/秒的速度旋轉旋轉軸21共87.705秒，之后在箭頭21a所 示的方向上以恒定的減速度進一步旋轉旋轉軸21，使得旋轉軸21 的旋轉速度在1.06秒內從1.059度/秒變為0度/秒。
當蓋子92由蓋子致動裝置10所打開時，上述操作的結果使 得旋轉軸21在箭頭21a所示的方向上總共旋轉了約95.6° 。然而， 板簧43和44發生變形，從而由殼體91的開口面91a和蓋子92 的面92b所形成的角90a (參見圖4)不是95.6° ，而是95° 。
(2)當蓋子致動裝置10關閉蓋子92時的操作
當蓋子92被蓋子致動裝置IO所關閉時(其中由殼體91的開 口面91a和蓋子92的面92b所形成的角90a是95。，參見圖4)， 控制單元驅動電機61，使得旋轉軸21在箭頭21b所示的方向由致 動器60所旋轉。具體而言，控制單元控制致動器60以在箭頭21b 所示的方向以恒定的加速度旋轉旋轉軸21，從而旋轉軸21的旋轉 速度在1.06秒內從0度/秒變為1.059度/秒，然后在箭頭21b所 示的方向上以1.059度/秒的速度旋轉旋轉軸21共87.705秒，之后
在箭頭21b所示的方向上以恒定的減速度進一步旋轉旋轉軸21， 使得旋轉軸21的旋轉速度在1.06秒內從1.059度/秒變為0度/秒。
為了減少蓋子92的擺動，控制單元控制致動器60使其停止2 秒，然后再驅動電機61，從而旋轉軸21在箭頭21b所示的方向再 次由致動器60所旋轉。具體而言，控制單元控制致動器60，以在 箭頭21b所示的方向以恒定的加速度旋轉旋轉軸21,從而旋轉軸 21的旋轉速度在0.13秒內從0度/秒變為0.13度/秒，然后在箭頭 21b所示的方向上以0.13度/秒的速度旋轉旋轉軸21共12.18秒， 之后在箭頭21b所示的方向上以恒定的減速度進一步旋轉旋轉軸 21，使得旋轉軸21的旋轉速度在0.13秒內從0.13度/秒變為0度 /秒。
因此，通過彈簧座板45 — 48、板簧43、 44和臂41、 42連接 到旋轉軸21上的蓋子92，與殼體91的0形圈接觸，其中蓋子擠 壓殼體91的O形圈。
當蓋子92關閉時，臂41、 42朝向蓋子92擠壓板簧43和44， 從而板簧43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角為105° ，塊體49 和板92a之間的間隙50a (參見圖3)為1 mm。
當蓋子92由蓋子致動裝置10所關閉時，上述一系列操作的 結果使得旋轉軸21在箭頭21b所示的方向上總共旋轉了約95.6 ° 。然而，板簧43和44發生變形，從而由殼體91的開口面91a 和與殼體91的0形圈接觸的蓋子92的面92b所形成的角90a(參 見圖4)不是一0.6° ，而是0° 。
不管蓋子92是被蓋子致動裝置10正在打開還是正在關閉， 當蓋子92打開時，由于蓋子92的重量而使扭矩作用在第二減速 器63的輸出部分63b上，由于蓋子92的重量而通過第二減速器 63的輸入部分63a傳輸給第一減速器62的輸出部分62b上的扭矩， 等于或小于由如下表達式3所確定的值。
<formula>formula see original document page 13</formula>
當扭矩TR1大于由上述表達式3所表示的值，或滿足如下表達 式4時，第一減速器62的輸出部分62b不會被蓋子92的重量所 旋轉。
<formula>formula see original document page 13</formula>
在蓋子致動裝置10中，因為速率R2被設成滿足表達式1，所 以扭矩T!u滿足表達式4;當蓋子92打開時，蓋子92由于自身的 重量而導致的關閉被致動器60所抑制。
例如，速率R2、由殼體91的開口面91a和蓋子92的面92b 所形成的角卯a (參見圖4)以及關閉蓋子92所需的電機61的扭 矩和電機61的額定扭矩的比率，具有圖6所示的關系。當速率 R2是81 (其小于由表達式2所確定的107.9)、角度90a約大于45 °時，需要電機61的扭矩來關閉蓋子92，因此蓋子致動裝置10 能夠抑制由于蓋子92自身的重量而導致的蓋子92的關閉。當速 率R2是81且角度90a約等于或小于45。時，不需要電機61的扭 矩來關閉蓋子92，因此蓋子致動裝置10不能夠抑制由于蓋子92 自身的重量而導致的蓋子92的關閉。與之形成對比，當速率R2 是141 (其大于由表達式2所確定的107.9)、角度90a等于或大于 0°且等于或小于90。時，總是需要電機61的扭矩來關閉蓋子92，
因此蓋子致動裝置10能夠抑制由于蓋子92自身的重量而導致的 蓋子92的關閉。
如上所述，在蓋子致動裝置10中，可以由驅動蓋子92的致 動器60來抑制由于蓋子92自身的重量而引起的關閉。因此，該 裝置可制成尺寸小于傳統的裝置。
在蓋子致動裝置10中，可以由差動齒輪減速機構62d來抑制 由于蓋子92由自身重量而引起的關閉；與蝸輪相比，該差動齒輪 減速機構能夠以更高的效率將來自電機61的功率傳輸給蓋子92。 因此，與需要由蝸輪來抑制蓋子由于自身的重量而導致關閉的情 況相比，可以提高將功率從電機61傳輸給蓋子92的效率。
在蓋子致動裝置10中，可以通過簡單地調節作為第一級減速 機構的直齒輪62c或直齒輪63c，來控制第一減速器62或第二減 速器63的減速比。因此，與只有在調節好差動齒輪減速機構62d 或差動齒輪減速機構63d的減速比之后才能控制第一減速器62或 第二減速器63的減速比的情況相比較，可以簡單地控制第一減速 器62或第二減速器63的減速比。
如上所述，在蓋子致動裝置10中，板簧43和44使得蓋子92 可以在如箭頭11所示的蓋子厚度方向上移動。因此，當蓋子92 閉合時，蓋子92與殼體91的O形圈接觸，同時不會引起震動， 并緊密均勻地與殼體91的O形圈相粘附。因此，在彼此組裝蓋子 致動裝置IO、殼體91和蓋子92的過程中，可以省去使用真實的 部件對其進行定位和調整的步驟，并保持殼體91的O形圈的耐用 性。
在蓋子致動裝置10中，板簧43和44在箭頭11、 12和13方 向上的彈簧常數分別是74N/mm、 336 N / mm和900N/mm，或
者在箭頭12和13方向上的彈簧常數大于在箭頭11方向上的彈簧 常數。因此，可以抑制蓋子92在箭頭12和13方向上的擺動，同 時使蓋子92能夠在箭頭11方向上移動。
在蓋子致動裝置10中，當蓋子92關閉時，板簧43的彎曲角 43a和板簧44的彎曲角為105° ，或不是一個銳角，且在打開或 關閉蓋子92的過程中，板簧43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角 不形成為一個銳角。因此，與在打開或關閉蓋子92的過程中板簧 43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角形成為一個銳角的情況相比， 很難由于蓋子92的打開和關閉而導致板簧43和44重復疲勞。在 蓋子致動裝置10中，當蓋子92關閉時，板簧43的彎曲角43a和 板簧44的彎曲角不形成為一個銳角；且當沒有載荷作用在板簧43 和44時，板簧43的彎曲角43a和板簧44的彎曲角不形成為一個 銳角。因此，與沒有載荷作用于板簧43和44時板簧43的彎曲角 43a和板簧44的彎曲角形成為一個銳角的情況相比較，板簧43和 44很容易成形。
在蓋子致動裝置10中，板簧43和44通過彈簧座板45 — 48 固定到蓋子92上。可選地，板簧43和44可直接固定到蓋子92 上。
在蓋子致動裝置10中，板簧43和44中的每一個由一個單獨 的彈性部件形成。可選地，板簧43和44中的每一個可以由多個 彈性部件形成。
在蓋子致動裝置10中，塊體49和固定到蓋子92上的板92a 之間的間隙50a (參見圖3)由傳感器50來測量。在板92a沒有 固定到蓋子9 2上的情況下，塊體4 9和蓋子9 2之間的間隙也可以 由傳感器50來測量。
該蓋子致動裝置10固定到側面91b上，該側面91b是殼體91 的四個側面當中的一個。因此，可以在殼體91的四個側面當中除 側面91b之外的一個側面中形成例如液晶顯示裝置的產品的加載 和卸載端口。
該蓋子致動裝置IO構造成可以打開和關閉用于產生半導體器 件的真空腔室90的蓋子92。可選地，該蓋子致動裝置也可構造成 能夠打開和關閉除了真空腔室90之外的其他容器的蓋子。
如上所述，本發明的蓋子致動裝置具有優點，其尺寸可小于 傳統的裝置，可用作例如制造半導體器件的真空腔室的蓋子致動 裝置。
權利要求
1.一種致動器，包括電機(61)，其輸出旋轉運動；第一減速器(62)，其接收來自所述電機的旋轉運動，并且在對該旋轉運動進行減速后將其輸出；以及第二減速器(63)，其接收來自所述第一減速器的旋轉運動，并且在對來自第一減速器的所述旋轉運動進行減速后將其輸出；其中，所述第一減速器包括通過來自電機的旋轉運動來旋轉的第一齒輪(61a)、具有與第一齒輪嚙合的第二齒輪(62c)的第一直齒輪機構(62a)、以及對來自第一直齒輪機構的旋轉運動進行進一步減速的第一差動齒輪機構(62d)；并且所述第二減速器包括通過來自第一減速器的旋轉運動來旋轉的第三齒輪(62b)、具有與第三齒輪嚙合的第四齒輪(63c)的第二直齒輪機構(63a)、以及對來自第二直齒輪機構的旋轉運動進行進一步減速的第二差動齒輪機構(63d)。
2. 如權利要求1所述的致動器，其特征在于，所述第一齒輪 (61a)由電機的輸出部分支撐，所述第一差動齒輪機構(62d)設置在所述第一直齒輪機構(62a)和所述電機之間，并且其中所述第三齒輪(62b)由第一差動齒輪機構的輸出部分支 撐，所述第二差動齒輪機構(63d)設置在第二直齒輪機構(63a) 和所述第一減速器之間。
3. 如權利要求1所述的致動器，其特征在于，所述第一直齒 輪機構包括一個用于對電機的旋轉運動進行減速的減速機構，所述第二直齒輪機構包括一個用于對第一減速器的旋轉運動進行減 速的減速機構。
4. 一種在包括殼體(91)和蓋子(92)的容器(卯)中的蓋 子致動裝置，所述蓋子致動裝置包括根據權利要求1所述的致動器(60);帶有由所述致動器驅動的旋轉軸(21)的軸單元(20)，所述 旋轉軸可旋轉地支撐在所述殼體上；以及連接所述蓋子和所述旋轉軸的連接單元(40);其中，當所述旋轉軸被所述致動器驅動時，所述蓋子被打開 或者關閉。
全文摘要
一種蓋子致動裝置，包括一個帶有旋轉軸的軸單元；一個連接到所述蓋子和所述旋轉軸上的臂單元；以及一個驅動所述旋轉軸的致動器。所述致動器包括一個具有第一輸出部分的電機；一個具有輸出部分和輸入部分的第一減速器，和一個具有輸出部分和輸入部分的第二減速器。第二減速器的減速比的倒數，大于當蓋子打開時作用于輸出部分的最大扭矩與當扭矩不作用于輸入部分時用于旋轉輸出部分所需的扭矩之間的差、再乘以作用于輸出部分的扭矩在遭受由于第二減速器帶來的機械損失之后的剩余扭矩與作用于輸出部分的扭矩之間的比率、然后除以當扭矩不作用于輸入部分時用于旋轉輸出部分所需的扭矩所得到的值。
文檔編號F16H48/10GK101173712SQ20071019646
公開日2008年5月7日 申請日期2004年7月22日 優先權日2003年7月22日
發明者弓達利博, 渡邊晃治 申請人:納博特斯克株式會社