盖子打开及关闭装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200410054459.6

申请日:

2004.07.22

公开号:

CN1576661A

公开日:

2005.02.09

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):F16H 3/46申请日:20040722授权公告日:20080130终止日期:20100722|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

F16J13/00

主分类号:

F16J13/00

申请人:

TS株式会社

发明人:

渡边晃治; 弓达利博

地址:

日本东京

优先权:

2003.07.22 JP 277497/2003

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司

代理人:

刘兴鹏

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内容摘要

一种盖子致动装置,包括:一个带有旋转轴的轴单元;一个连接到所述盖子和所述旋转轴上的臂单元;以及一个驱动所述旋转轴的致动器。所述致动器包括:一个具有第一输出部分的电机;一个具有输出部分和输入部分的第一减速器,和一个具有输出部分和输入部分的第二减速器。第二减速器的减速比的倒数,大于当盖子打开时作用于输出部分的最大扭矩与当扭矩不作用于输入部分时用于旋转输出部分所需的扭矩之间的差、再乘以作用于输出部分的扭矩在遭受由于第二减速器带来的机械损失之后的剩余扭矩与作用于输出部分的扭矩之间的比率、然后除以当扭矩不作用于输入部分时用于旋转输出部分所需的扭矩所得到的值。

权利要求书

1.  一种盖子致动装置,包括:
带有旋转轴的轴单元,其被容器的壳体所支承;
连接到所述盖子和所述旋转轴上的臂单元;以及
驱动所述旋转轴的致动器,
所述致动器包括:
电机,其具有输出功率的第一输出部分;
第一减速器,其具有:接收来自所述第一输出部分的功率的第一输入部分,和输出功率的第二输出部分,所述第一减速器对所述电机的输出速度进行减速;以及
第二减速器,其具有:接收来自所述第二输出部分的功率的第二输入部分,和输出功率到所述旋转轴的第三输出部分,所述第二减速器对所述第一减速器的输出速度进行减速,且满足以下不等式:
R 2 > ( T L - T R 2 ) × η 2 T R 1 ]]>
其中,R2是所述第二减速器的减速比的倒数,
TR1是当扭矩不作用于所述第一输入部分时用于旋转所述第二输出部分所需的扭矩,
TL是作用于所述第三输出部分的最大扭矩,
TR2是当扭矩不作用于所述第二输入部分时用于旋转所述第三输出部分所需的扭矩,
η2是作用于所述第三输出部分的扭矩在遭受由于所述第二减速器带来的机械损失之后的剩余扭矩,与作用于所述第三输出部分的扭矩之间的比率。

2.
  如权利要求1所述的盖子致动装置,其中所述第一减速器和所述第二减速器中的每一个都包括一个差动齿轮减速机构。

3.
  如权利要求2所述的盖子致动装置,其中所述第一减速器和所述第二减速器中的每一个都包括:第一级减速机构,其是除了所述差动齿轮减速机构之外的减速装置;和第二级减速机构,其是所述差动齿轮减速机构。

说明书

盖子打开及关闭装置
本发明基于日本专利申请No.2003-277497,其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种打开和关闭容器盖子的盖子致动装置。
背景技术
传统上,公知的容器盖子致动装置是这样一种装置,其中盖子通过一个臂可打开地和可关闭地放置在容器上,该臂被连接以能够和由容器所旋转支承的轴一体地旋转;该装置包括一个使臂能够旋转的气压弹簧和一个使轴能够旋转的蜗轮(例如参见JP-A-2001-21039,第3页,图3-4)。
然而,该传统的盖子致动装置被构造成,由气压弹簧来使臂旋转和由蜗轮来使轴旋转;因此,产生了这样一个问题,即该装置的尺寸较大。
发明内容
本发明致力于解决现有技术中的上述问题。本发明的目的是提供一种盖子致动装置,其尺寸比传统的盖子致动装置要小。
本发明的盖子致动装置具有这样的结构,其中该装置包括:一个带有旋转轴的轴单元,其被具有壳体和盖子的容器的壳体所支承;一个连接到所述盖子和所述旋转轴上的臂单元;以及一个驱动所述旋转轴的致动器,所述致动器包括:一个电机,其具有输出功率的第一输出部分;一个第一减速器,其具有接收来自所述第一输出部分的功率的第一输入部分,和一个输出功率的第二输出部分,所述第一减速器对所述电机的输出进行减速;以及一个第二减速器,其具有接收来自所述第二输出部分的功率的第二输入部分,和一个输出功率到所述旋转轴上的第三输出部分,所述第二减速器对所述第一减速器的输出进行减速;而且,第二减速器的减速比的倒数(R2),大于当盖子打开时作用于第三输出部分的最大扭矩(TL)与当扭矩不作用于第二输入部分时用于旋转第三输出部分所需的扭矩(TR2)之间的差、再乘以作用于第三输出部分的扭矩在遭受由于第二减速器带来的机械损失之后的剩余扭矩与作用于第三输出部分的扭矩之间的比率(η2)、然后除以当扭矩不作用于第一输入部分时用于旋转第二输出部分所需的扭矩(TR1)所得到的值。
根据上述结构,在本发明的盖子致动装置中,可以由驱动盖子的致动器来抑制盖子由于自身的重量而导致的关闭。因此,该装置的尺寸要小于传统装置的尺寸。
根据本发明的盖子致动装置具有以下结构,其中所述第一减速器和所述第二减速器中的每一个都包括一个差动齿轮减速机构。
根据上述结构,在本发明的盖子致动装置中,可以由差动齿轮减速机构来抑制盖子由于自身的重量而导致的关闭,该差动齿轮减速机构传输功率的效率高于传统的蜗轮。因此,与由蜗轮来抑制盖子由于自身的重量而导致的关闭的情况相比,可以提高功率传输给盖子的效率。
根据本发明的盖子致动装置具有以下结构,其中所述第一减速器和所述第二减速器中的每一个都包括:一个第一级减速机构,其是除了所述差动齿轮减速机构之外的其他减速装置;和一个第二级减速机构,其是所述差动齿轮减速机构。
根据上述结构,在本发明的盖子致动装置中,可以通过简单地调节第一级减速机构的减速比来控制第一减速器或第二减速器的减速比。因此,与只有在调节差动齿轮减速机构的减速比之后才能控制第一减速器或第二减速器的减速比的情况相比,可以很容易地控制第一减速器或第二减速器的减速比。
根据本发明,有可能提供一种盖子致动装置,其尺寸比传统的盖子致动装置要小。
图1是根据本发明实施例的真空腔室和盖子致动装置的侧视图,其中真空腔室的盖子处于关闭状态;
图2是图1中所示的盖子致动装置的俯视图;
图3是一个局部侧面剖视图,显示图1中所示的真空腔室和盖子致动装置;
图4是图1中所示的真空腔室和盖子致动装置地侧视图,其中该真空腔室的盖子处于被打开小角度的状态;
图5是图1中所示的盖子致动装置的致动器的局部剖视图;以及
图6是显示图5中致动器的第二减速器的速率、图1中真空腔室的壳体和盖子所形成的角度、以及如图5所示关闭盖子所需的致动器电机扭矩与电机的额定扭矩的比率之间关系的视图。
以下参考附图来说明本发明的实施例。
首先将描述实施例中的盖子致动装置的结构。
如图1和2所示,本实施例中的盖子致动装置10包括:轴单元20,该轴单元20由用于制造半导体器件的真空腔室(容器)90所支承,且具有旋转轴21,其中该真空腔室具有壳体91和盖子92;臂单元40,其连接到盖子92和旋转轴21上;以及驱动旋转轴21的致动器60。
在真空腔室90的壳体91中,在开口面91a上布置有未示出的O形圈,其用于和盖子92接触并充当密封件。壳体91的O形圈在不接触盖子92时的厚度为1mm。盖子92在与壳体91相对的侧面具有板92a。
轴单元20包括:固定到壳体91的四个侧面中的一个侧面上或者侧面91b上的底座22;轴承单元23,其旋转地支承着旋转轴21;轴承托架24,轴承单元23通过该轴承托架24固定到底座22上;以及致动器托架25,致动器60通过该致动器托架25固定到底座22上。
臂单元40包括:固定到旋转轴21上的臂41、42;分别固定到臂41、42上的板簧43、44;固定到板簧43上同时固定到盖子92上的弹簧座板45、46;固定到板簧44上同时固定到盖子92上的弹簧座板47、48;固定到臂41上的块体49;以及固定到块体49上来测量块体49和板92a之间的间隙50a(参见图3)的传感器50。
板簧43例如由金属材料制成,且当盖子92关闭时具有105°的弯曲角43a。由箭头11表示的盖子92厚度方向的弹簧常数、箭头12所示的旋转轴21延伸方向的弹簧常数和箭头13所示的大体垂直于箭头11、12的方向上的弹簧常数,分别是74N/mm、336N/mm和900N/mm。板簧44被构造成与板簧43结构相同。
轴单元20还包括与臂41接触的止动块26,其防止由壳体91的开口面91a和与壳体91的O形圈接触的盖子92的面92b之间的角90a(参见图4)大于105°。
如图5所示,致动器60包括:具有输出部分61a的电机61,该输出部分61a充当了功率输出的第一输出部分;第一减速器62,其具有充当第一输入部分的输入部分62a和充当第二输出部分的输出部分62b,其中该第一输入部分接收来自电机61的输出部分61a的功率,且从该第二输出部分输出功率,该第一减速器以1/57的减速比来减少电机61的输出;以及第二减速器63,其具有充当第二输入部分的输入部分63a和充当第三输出部分的输出部分63b,其中该第二输入部分接收来自第一减速器62的输出部分62b的功率,且从该第三输出部分将功率输出到旋转轴21(参见图2),该第二减速器以1/141的减速比减少第一减速器62的输出。即,第一减速器62和第二减速器63将电机61的输出传输到旋转轴21,其输出的减速比为1/8,037。
第一减速器62是一个两级减速器,具有:作为第一级减速机构的直齿轮62c,其包含输入部分62a;和作为第二级减速机构的差动齿轮减速机构62d。直齿轮62c与放置在电机61的输出部分61a中的一个齿轮相啮合,以大于或等于1/5且小于1/1的减速比减少电机61的输出传输速度,或以1/1的减速比对电机61的输出进行传输。
类似地,第二减速器63也是一个两级减速器,具有:作为第一级减速机构的直齿轮63c,其包含输入部分63a;和作为第二级减速机构的差动齿轮减速机构63d。直齿轮63c与放置在第一减速器62的输出部分62b中的一个齿轮相啮合,以大于或等于1/5且小于1/1的减速比对第一减速器62的输出速度进行减速,或以1/1的减速比对其输出进行传输。
第二减速器63的减速比的倒数(以下称为“速率”)表示为R2。当盖子92打开时作用于第二减速器63的输出部分63b的最大扭矩表示为TL。当扭矩不作用于第一减速器62的输入部分62a时用于旋转第一减速器62的输出部分62b所需的扭矩表示为TR1。当扭矩不作用于第二减速器63的输入部分63a时用于旋转第二减速器63的输出部分63b所需的扭矩表示为TR2。作用于第二减速器63的输出部分63b的扭矩在遭受由于第二减速器63带来的机械损失之后的剩余扭矩,与作用于第二减速器63的输出部分63b的扭矩的比率表示为η2。在此,速率R2设为大于最大值TL与扭矩TR2的差、乘以比率η2、然后除以扭矩TR1的商值,或者满足以下的表达式1:
[表达式1]
R 2 > ( T L - T R 2 ) × η 2 T R 1 ]]>
具体而言,在图1所示的盖子致动装置10中,当如图4所示盖子92与壳体91的O形圈分开一小段距离时,作用在第二减速器63的输出部分63b上的扭矩4,606N.m是最大的扭矩值TL,扭矩TR1为33N.m,扭矩TR2为154N.m,比率η2为0.8,以及速率R2为141。因此,速率R2满足表达式1,也可以表示为如下的表达式2。
[表达式2]
( T L - T R 2 ) × η 2 T R 1 = ( 4606 - 154 ) × 0.8 33 107.9 < 141 = R 2 ]]>
盖子致动装置10还包括未示出的控制电机61输出的控制单元。
块体49相对于臂41的位置预先调整好,使得当盖子92如图1所示被控制单元所关闭时,其相对于板92a的间隙50a(参见图3)为1mm;且当盖子92如图4所示与壳体91的O形圈分开一小段距离时,该间隙50a为3mm。
以下描述盖子致动装置10的操作。
(1)当盖子致动装置10打开盖子92时的操作
当盖子92如图1所示关闭时,臂41、42通过板簧43、44和弹簧座板45-48朝向壳体91挤压盖子92,进而由盖子92压缩壳体91的O形圈。块体49和板92a之间的间隙50a(参见图3)为1mm,板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角为105°。
当盖子致动装置10要打开盖子92时,控制单元驱动电机61,使得旋转轴21在箭头21a所示的方向被致动器60所旋转。具体而言,控制单元控制致动器60以在箭头21a所示的方向以恒定的加速度旋转旋转轴21,从而旋转轴21的旋转速度在0.13秒内从0度/秒变为0.13度/秒,然后在箭头21a所示的方向上以0.13度/秒的速度旋转旋转轴21共12.18秒,之后在箭头21a所示的方向上以恒定的减速度进一步旋转旋转轴21,使得旋转轴21的旋转速度在0.13秒内从0.13度/秒变为0度/秒。
因此,通过弹簧座板45-48、板簧43和44以及臂41和42连接到旋转轴21上的盖子92,从与壳体91的O形圈粘附的状态被释放成与壳体91的O形圈相分离的状态。
当盖子92打开时,臂41和42朝与盖子92相反的方向拉动板簧43和44,从而板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角大于105°,块体49和板92a之间的间隙50a(参见图3)大于1mm。
为了减少从与壳体91的O形圈粘附的状态而释放的盖子92的摆动,控制单元控制致动器60使其停止2秒,然后再驱动电机61,从而旋转轴21在箭头21a所示的方向再次被致动器60所旋转。具体而言,控制单元控制致动器60以在箭头21a所示的方向以恒定的加速度旋转旋转轴21,从而旋转轴21的旋转速度在1.06秒内从0度/秒变为1.059度/秒,然后在箭头21a所示的方向上以1.059度/秒的速度旋转旋转轴21共87.705秒,之后在箭头21a所示的方向上以恒定的减速度进一步旋转旋转轴21,使得旋转轴21的旋转速度在1.06秒内从1.059度/秒变为0度/秒。
当盖子92由盖子致动装置10所打开时,上述操作的结果使得旋转轴21在箭头21a所示的方向上总共旋转了约95.6°。然而,板簧43和44发生变形,从而由壳体91的开口面91a和盖子92的面92b所形成的角90a(参见图4)不是95.6°,而是95°。
(2)当盖子致动装置10关闭盖子92时的操作
当盖子92被盖子致动装置10所关闭时(其中由壳体91的开口面91a和盖子92的面92b所形成的角90a是95°,参见图4),控制单元驱动电机61,使得旋转轴21在箭头21b所示的方向由致动器60所旋转。具体而言,控制单元控制致动器60以在箭头21b所示的方向以恒定的加速度旋转旋转轴21,从而旋转轴21的旋转速度在1.06秒内从0度/秒变为1.059度/秒,然后在箭头21b所示的方向上以1.059度/秒的速度旋转旋转轴21共87.705秒,之后在箭头21b所示的方向上以恒定的减速度进一步旋转旋转轴21,使得旋转轴21的旋转速度在1.06秒内从1.059度/秒变为0度/秒。
为了减少盖子92的摆动,控制单元控制致动器60使其停止2秒,然后再驱动电机61,从而旋转轴21在箭头21b所示的方向再次由致动器60所旋转。具体而言,控制单元控制致动器60,以在箭头21b所示的方向以恒定的加速度旋转旋转轴21,从而旋转轴21的旋转速度在0.13秒内从0度/秒变为0.13度/秒,然后在箭头21b所示的方向上以0.13度/秒的速度旋转旋转轴21共12.18秒,之后在箭头21b所示的方向上以恒定的减速度进一步旋转旋转轴21,使得旋转轴21的旋转速度在0.13秒内从0.13度/秒变为0度/秒。
因此,通过弹簧座板45-48、板簧43、44和臂41、42连接到旋转轴21上的盖子92,与壳体91的O形圈接触,其中盖子挤压壳体91的O形圈。
当盖子92关闭时,臂41、42朝向盖子92挤压板簧43和44,从而板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角为105°,块体49和板92a之间的间隙50a(参见图3)为1mm。
当盖子92由盖子致动装置10所关闭时,上述一系列操作的结果使得旋转轴21在箭头21b所示的方向上总共旋转了约95.6°。然而,板簧43和44发生变形,从而由壳体91的开口面91a和与壳体91的O形圈接触的盖子92的面92b所形成的角90a(参见图4)不是-0.6°,而是0°。
不管盖子92是被盖子致动装置10正在打开还是正在关闭,当盖子92打开时,由于盖子92的重量而使扭矩作用在第二减速器63的输出部分63b上,由于盖子92的重量而通过第二减速器63的输入部分63a传输给第一减速器62的输出部分62b上的扭矩,等于或小于由如下表达式3所确定的值。
[表达式3]
( T L - T R 2 ) × η 2 R 2 ]]>
当扭矩TR1大于由上述表达式3所表示的值,或满足如下表达式4时,第一减速器62的输出部分62b不会被盖子92的重量所旋转。
[表达式4]
T R 1 > ( T L - T R 2 ) × η 2 R 2 ]]>
在盖子致动装置10中,因为速率R2被设成满足表达式1,所以扭矩TR1满足表达式4;当盖子92打开时,盖子92由于自身的重量而导致的关闭被致动器60所抑制。
例如,速率R2、由壳体91的开口面91a和盖子92的面92b所形成的角90a(参见图4)以及关闭盖子92所需的电机61的扭矩和电机61的额定扭矩的比率,具有图6所示的关系。当速率R2是81(其小于由表达式2所确定的107.9)、角度90a约大于45°时,需要电机61的扭矩来关闭盖子92,因此盖子致动装置10能够抑制由于盖子92自身的重量而导致的盖子92的关闭。当速率R2是81且角度90a约等于或小于45°时,不需要电机61的扭矩来关闭盖子92,因此盖子致动装置10不能够抑制由于盖子92自身的重量而导致的盖子92的关闭。与之形成对比,当速率R2是141(其大于由表达式2所确定的107.9)、角度90a等于或大于0°且等于或小于90°时,总是需要电机61的扭矩来关闭盖子92,因此盖子致动装置10能够抑制由于盖子92自身的重量而导致的盖子92的关闭。
如上所述,在盖子致动装置10中,可以由驱动盖子92的致动器60来抑制由于盖子92自身的重量而引起的关闭。因此,该装置可制成尺寸小于传统的装置。
在盖子致动装置10中,可以由差动齿轮减速机构62d来抑制由于盖子92由自身重量而引起的关闭;与蜗轮相比,该差动齿轮减速机构能够以更高的效率将来自电机61的功率传输给盖子92。因此,与需要由蜗轮来抑制盖子由于自身的重量而导致关闭的情况相比,可以提高将功率从电机61传输给盖子92的效率。
在盖子致动装置10中,可以通过简单地调节作为第一级减速机构的直齿轮62c或直齿轮63c,来控制第一减速器62或第二减速器63的减速比。因此,与只有在调节好差动齿轮减速机构62d或差动齿轮减速机构63d的减速比之后才能控制第一减速器62或第二减速器63的减速比的情况相比较,可以简单地控制第一减速器62或第二减速器63的减速比。
如上所述,在盖子致动装置10中,板簧43和44使得盖子92可以在如箭头11所示的盖子厚度方向上移动。因此,当盖子92闭合时,盖子92与壳体91的O形圈接触,同时不会引起震动,并紧密均匀地与壳体91的O形圈相粘附。因此,在彼此组装盖子致动装置10、壳体91和盖子92的过程中,可以省去使用真实的部件对其进行定位和调整的步骤,并保持壳体91的O形圈的耐用性。
在盖子致动装置10中,板簧43和44在箭头11、12和13方向上的弹簧常数分别是74N/mm、336N/mm和900N/mm,或者在箭头12和13方向上的弹簧常数大于在箭头11方向上的弹簧常数。因此,可以抑制盖子92在箭头12和13方向上的摆动,同时使盖子92能够在箭头11方向上移动。
在盖子致动装置10中,当盖子92关闭时,板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角为105°,或不是一个锐角,且在打开或关闭盖子92的过程中,板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角不形成为一个锐角。因此,与在打开或关闭盖子92的过程中板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角形成为一个锐角的情况相比,很难由于盖子92的打开和关闭而导致板簧43和44重复疲劳。在盖子致动装置10中,当盖子92关闭时,板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角不形成为一个锐角;且当没有载荷作用在板簧43和44时,板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角不形成为一个锐角。因此,与没有载荷作用于板簧43和44时板簧43的弯曲角43a和板簧44的弯曲角形成为一个锐角的情况相比较,板簧43和44很容易成形。
在盖子致动装置10中,板簧43和44通过弹簧座板45-48固定到盖子92上。可选地,板簧43和44可直接固定到盖子92上。
在盖子致动装置10中,板簧43和44中的每一个由一个单独的弹性部件形成。可选地,板簧43和44中的每一个可以由多个弹性部件形成。
在盖子致动装置10中,块体49和固定到盖子92上的板92a之间的间隙50a(参见图3)由传感器50来测量。在板92a没有固定到盖子92上的情况下,块体49和盖子92之间的间隙也可以由传感器50来测量。
该盖子致动装置10固定到侧面91b上,该侧面91b是壳体91的四个侧面当中的一个。因此,可以在壳体91的四个侧面当中除侧面91b之外的一个侧面中形成例如液晶显示装置的产品的加载和卸载端口。
该盖子致动装置10构造成可以打开和关闭用于产生半导体器件的真空腔室90的盖子92。可选地,该盖子致动装置也可构造成能够打开和关闭除了真空腔室90之外的其他容器的盖子。
如上所述,本发明的盖子致动装置具有优点,其尺寸可小于传统的装置,可用作例如制造半导体器件的真空腔室的盖子致动装置。

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一种盖子致动装置,包括:一个带有旋转轴的轴单元;一个连接到所述盖子和所述旋转轴上的臂单元;以及一个驱动所述旋转轴的致动器。所述致动器包括:一个具有第一输出部分的电机;一个具有输出部分和输入部分的第一减速器,和一个具有输出部分和输入部分的第二减速器。第二减速器的减速比的倒数,大于当盖子打开时作用于输出部分的最大扭矩与当扭矩不作用于输入部分时用于旋转输出部分所需的扭矩之间的差、再乘以作用于输出部分的扭。

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