JP4560235B2 - 角度調整テーブル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，各種ロボット，半導体製造装置，精密機械，工作機械等の各種機械装置に適用され，テーブル上に搭載されたワーク等の物体を微小な角度で回転位置決めすることができる角度調整テーブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，直動案内ユニットとして，図７に示されているものが知られている。該直動転がり案内ユニット４０は，軌道レール４１と，軌道レール４１に跨架した状態で載置されたスライダ４２とから成る。軌道レール４１の長手方向両側面には軌道溝４９が形成されており，スライダ４２は，軌道溝４９を転走する転動体４６を介して軌道レール４１上を摺動自在である。軌道レール４１の長手方向上面に開口するように軌道レール４１に隔置して形成された取付け孔にボルトを挿通し，該ボルトをベッド，機台，加工台等の取付けベースに形成されたねじ穴に螺入することによって軌道レール４１が取付ベースに固定されている。スライダ４２は，軌道レール４１に対して相対移動可能なケーシング４３，及びケーシング４３の両端にそれぞれ取り付けられたエンドキャップ４４を有している。ケーシング４３の上部には，他の機器，機械部品，チャック，把持装置等を取り付けるための取付穴が形成されている。
【０００３】
ケーシング４３及びエンドキャップ４４の各下面には，ケーシング４３及びエンドキャップ４４とが軌道レール４１に跨がって移動するように凹部が形成されている。凹部には，軌道レール４１の各軌道溝４９と対向した位置に，それぞれ軌道溝５０が形成されている。ケーシング４３に組み込まれているボール等の転動体４６が，対向する軌道溝４９，５０で構成される負荷軌道路を転走する。また，ケーシング４３から転動体４６が脱落するのを防止するために，保持バンド４７が多数の転動体４６を囲むようにケーシング４３に取り付けられている。エンドキャップ４４には，軌道レール４１の長手方向両側面に対応して，軌道レール４１の軌道溝４９から転動体４６をすくう爪，及び転動体４６の循環のために転動体４６を方向転換させる方向転換路が形成されている。
【０００４】
また，エンドキャップ４４には，軌道レール４１とスライダ４２の長手方向両端部との間のシールを達成するエンドシール４５が取り付けられている。エンドキャップ４４は，複数の取付孔に貫通させた取付けねじ等によりケーシング４３の両端面に取り付けられる。直動転がり案内ユニットでは，軌道溝４９，５０で構成される負荷軌道路，エンドキャップ４４内に形成された方向転換路，及びケーシング４３の内部に軌道溝５０と平行して形成されたリターン孔５１は，転動体４６のための無限循環路を構成している。転動体４６が軌道路において負荷された状態であっても，多数の転動体４６が軌道溝４９，５０にころがり接触して転動することにより，スライダ４２は，軌道レール４１に対してスムーズに相対移動することができる。直動案内ユニットでは，転走路を潤滑する潤滑剤として，一般的には，グリース又は潤滑油が使用され，グリースは，グリースニップル４８を通じて転動体４６の転走路に供給される。
【０００５】
また，図８に示すような回転テーブル装置が知られている。該回転テーブル装置は，モータ６０に直結したダイレクトドライブ方式のサーボアクチュエータであり，バックラッシやロストモーションのない高速で高精度な回転方向の位置決めが可能に構成されている。テーブル５２を回転駆動して位置決めするサーボアクチュエータは，モータ６０，光学式エンコーダ５９及び回転用軸受５５から構成されている。モータ６０は，テーブル５２に取り付けられたロータ５４とハウジング６１に取り付けられたステータ５３から構成されている。回転テーブル装置では，テーブル５２は，ハウジング６１に内輪５６，外輪５７及び転動体である円筒状のローラ５８から成る回転用軸受５５を介して回転自在に配置されている。回転用軸受５５は，ローラ５８が交互に軸心を交差させて円周方向に配列されている構造を有し，一つであらゆる方向の荷重を負荷することができるクロスローラベアリングで構成されている。
【０００６】
また，特開２０００−２３８２３２号公報には，ワーク搭載用テーブルのθ軸調整機構が開示されている。該θ軸調整機構は，ナットから起立する突出駒をテーブルから張り出すブラケットアームに配設されたカムフォロアで両側から挟み込んだものであり，駆動モータにより回動するボールネジと該ボールネジの回動により軸線に沿って移動する螺合ナットと該螺合ナットより起立する突出駒とを備える直動ユニットを，ワーク載置用テーブルの側部に配設し，突出駒を両側から挟み込み支持するローラ状のカムフォロアをワーク載置用テーブルより張り出すブラケットアームで回動自在に支持する軸受を装備している。上記θ軸調整機構は，直動ユニットの作動によって，ボールネジの軸線に沿って移動する突出駒でカムフォロアを従動し，ブラケットアームを介してワーク載置用テーブルをθ方向に回転調整可能に組み立てたものである。
【０００７】
また，実開平４−１３３５４０号公報には，移動テーブルが開示されている。該移動テーブルは，ベースとステージとの問にスラスト軸受を介装し，各駆動装置によってステージを駆動することによって平面上を自在に位置決めするものであり，ベース上面にスラスト軸受を介してステージを支持し，ステージの側辺に駆動装置を連結している。ベース上面とステージ側辺に，直交するリニアガイドを設け，両リニアガイドにヒンジ軸を介して連結するスライド部材を嵌合している。ステージを移動すると，スライド部材がスライド又は屈曲してステージの動きに追従し，ステージの浮き上がりと偏心荷重に対する傾きを防止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，図８に示すような回転テーブル装置では，モータ６０を構成するロータ５４がテーブル５２の全周にわたって設けられ，また，ロータ５４に対応してステータ５３がハウジング６１の環状溝に全周にわたって設けられているため，モータ６０そのものが，高さが高くなり，大型化し，構造そのものが複雑化している。
【０００９】
従来の上記のθ軸調整機構は，角度変化すると，両側のカムフォロアが突出駒に対して斜めから挟み込む状態になり，不安定になるので高精度な角度調整を期待することができない。また，圧縮バネで押圧した構造であるので，中心位置から離れると，挟み込みの力も大きくなり，滑らかな動きを期待することができないものである。
【００１０】
また，上記の移動テーブルは，各駆動装置をそれぞれに駆動して位置設定しなければならず複雑になっている。また，リニアガイドによってステージの浮き上がりを防止しなければならないものになっている。
【００１１】
上記の従来の装置は，装置自体の断面高さが大きい構造に構成されており，構造も複雑な構造に構成され，製造コストも高いものになることは明らかである。例えば，近年の半導体関連の製造装置は，多種にわたっており，その半導体製造装置，画像処理検査装置等では，ますます高精度化，コンパクト化，安価な位置決め装置が要望されている。そこで，角度調整テーブル装置として，回転方向即ちθ方向の角度位置決め駆動を可能にし，しかも，部品点数を低減すると共に，装置そのものを如何にして小型化し，軽量化し，応答性を向上させるかの課題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，半導体製造装置，画像処理を伴う精密測定器，検査機，組立器等の各種装置に適用でき，ワーク等の物体をテーブル上に搭載し，ワーク等の物体を高精度に微小な角度で回転位置決めすることができ，装置自体の部品点数を低減し，高さ寸法を低く構成して装置自体をコンパクト化し，位置決め調整の高応答性に優れた角度調整テーブル装置を提供することである。
【００１３】
この発明は，矩形厚板状のベッド，前記ベッドに第１軸受であるクロスローラベリングを介して回転支持された円形でなるテーブル，前記テーブルの外周部の一部から突出して設けられた板状のアーム，及び前記アームを介して前記テーブルを微小角度回転駆動させる前記ベッドの一辺の側面に配設された駆動装置を有し，
前記駆動装置は，前記ベッドの前記側面に固定されたモータブラケットに設けられたモータ，前記モータの回転軸に一端部が連結され前記ベッドの前記側面の長手方向に沿って延び他端部が前記モータブラケットに対向して前記ベッドの前記側面に固着されたエンドブラケットに第３軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸，前記ボールねじ軸に螺合し且つ前記ボールねじ軸の回転に伴って前記ボールねじ軸に沿って移動するボールねじ用ナット，前記モータブラケットと前記エンドブラケットとの間で前記ベッドの前記側面に前記長手方向に沿って固着された一つの第１軌道レールと前記第１軌道レールに沿って転動体のボールを介して移動自在な一つの第１スライダとから成る第１直動案内ユニット，前記第１スライダに固着され且つ前記ボールねじ用ナットが固着された移動台，及び前記モータの回転駆動による前記移動台の直線移動を前記アームの角度回転移動に伝達可能に前記移動台と前記アームとを連結する連結装置から成り，
前記連結装置は，前記移動台に配設された第２軸受である複数のアンギュラコンタクト軸受を介して回転可能に支持された回転軸で構成される回転台，及び前記アームの下方にあって前記回転台と前記アームとを直線移動自在に連結する第２直動案内ユニットから成り，
前記第２直動案内ユニットは，前記回転台の上面に前記テーブルの回転中心方向に延びて固定された一つの第２軌道レールと，前記第２軌道レールに沿って転動体のボールを介して移動自在であり且つ前記アームの下面に固定された一つの第２スライダとから成って，構成されている角度調整テーブル装置に関する。
【００１４】
この角度調整テーブル装置は，第１軸受がクロスローラベアリングで構成されているので，前記ベッドに対する前記テーブルの角度方向の移動，即ち，微小角度の変位は，高精度にスムースに行われ，高精度の角度位置決めを達成できる。また，この角度調整テーブル装置では，前記第２軸受による回転運動，前記第１直動案内ユニットによるテーブル接線方向の直線運動，及び前記第２直動案内ユニットによるテーブル回転中心方向の直線運動は，ガタが無くスムースに伝達され，高精度な運動伝達系を作ることになる。
【００１５】
この角度調整テーブル装置は，上記のように構成されているので，前記モータの駆動によって生じる前記ねじ装置によるテーブル接線方向の変位が，前記第１直動案内ユニット，前記第２軸受及び前記第２直動案内ユニットによって，前記テーブルの回転方向の変位として伝達される。従って，この角度調整テーブル装置は，微小な角度位置決め，即ち，アライメントするのに適した小型なアライメントテーブルを提供することができ，特に，微小な回転方向でなる角度方向（θ方向）の位置決めをするために，図８に示すようなロータリテーブル装置では高さが高くなっていた問題を解消して薄型の構造に構成し，高精度化，コンパクト化，安価な装置を提供でき，また，直交して移動する位置決め装置であるＸＹテーブルに搭載しても薄型で高精度なＸＹ−θテーブル装置を構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による角度調整テーブル装置の実施例を説明する。この角度調整テーブル装置は，各種ロボット，半導体製造装置，精密機械，工作機械，画像処理を伴う精密測定器，検査機，組立器等の各種機械装置に適用することができる。
【００１７】
この角度調整テーブル装置は，図１〜図３に示すように，概して，矩形厚板状になるベッド１，ベッド１の中央に第１軸受を構成するクロスローラベアリング１５を介して回転支持された円形でなるテーブル２，テーブル２の外周部３９の一部から突出して設けられた板状のアーム４，及びアーム４を介してテーブル２を微小角度だけ回転駆動させる駆動装置３から構成されている。駆動装置３は，具体的には，図１〜図５に示すように，テーブル２の接線方向にもなるべッド１の一辺の側面３６に配設されている。また，駆動装置３は，図示していないが，その電源装置，ドライバ，コントロール等の装置を備えている。
【００１８】
図ｌに示すように，テーブル２の中央には，透視用の孔３１が設けられており，透視用の孔３１はベッド１にも貫通した状態になっている。駆動装置３は，ベッド１の側面３６に配設され，従って，ベッド１の側面３６に対応するテーブル２の周方向の一部に配設されている。ベッド１は，略矩形状の厚板から形成され，また，テーブル２は，円形に形成されている。ベッド１の四角には，ベース，ＸＹテーブル装置等の取付体に固着するため，取付け用の孔３３が形成され，また，テーブル２の上面には，ワーク等の物体を取り付けるための取付けねじ孔３２が形成されている。
【００１９】
図３に示すように，矩形厚板状のベッド１は，テーブル２を回転自在に取り付けるため，中央部に大きく円形状に形成された孔３７が形成されている。ベッド１の孔３７には，クロスローラベアリング１５を形成する外輪１７が装着されている。円形状に形成されたテーブル２のボス部３８の外周面には，クロスローラベアリング１５の内輪１６が嵌着しており，テーブル２は，クロスローラベアリング１５を介してベッド１に回転支持されている。クロスローラベアリング１５は，テーブル２に固定された内輪１６とベッド１に固定された外輪１７との間に，交互に軸心を交差させて円周方向に配列されたローラ１８が介在されている。テーブル２は，クロスローラベアリング１５を介してベッド１に対して上下方向，左右方向及びモーメント方向の負荷を受けることが可能になっている。
【００２０】
駆動装置３は，ベッド１の側面３６に固定されたモータブラケット１４に設けられたモータ８，モータ８の回転軸６２に連結され且つ側面３６の長手方向に沿って延びるねじ軸１１，ねじ軸１１に螺合し且つねじ軸１１の回転に伴ってねじ軸１１に沿って移動するナット１２，ベッド１の側面３６の長手方向に沿って配設された第１軌道レール２１と第１軌道レール２１に沿って移動自在な第１スライダ２３とから成る第１直動案内ユニット６，第１スライダ２３に固着されナット１２を固着した移動台５，及び移動台５とアーム４とを回転可能で直線移動可能に結合する連結装置３５から構成されている。駆動装置３は，モータブラケット１４に取り付けられたモータ８を除いてカバー９によって覆われている。
【００２１】
駆動装置３において，モータ８の回転軸６２は，ねじ軸１１の一端部にカップリング３４によって連結されている。ねじ軸１１の他端部は，モータブラケット１４に対向してベッド１の側面３６に固着されたエンドブラケット１９に軸受６３（第３軸受）を介して回転自在に支持されている。第１直動案内ユニット６を構成する第１軌道レール２１は，モータブラケット１４とエンドブラケット１９との間でベッド１の側面３６の長手方向に沿って配設されている。移動台５は，図３に示すように，ねじ軸１１が嵌挿し，第１スライダ２３に固着支持されナット１２が固着されている。回転台２５は，アーム４の下方に配設され，移動台５に軸受３０を介して回転支持されてなる回転軸１３によって構成されている。
【００２２】
連結装置３５は，移動台５に軸受３０（第２軸受）を介して回転支持された回転軸１３で構成される回転台２５，及び回転台２５とアーム４とをテーブル２の回転に伴ってテーブル２の回転中心Ｏの方向に移動可能に連結した第２直動案内ユニット７から構成されている。言い換えれば，第２直動案内ユニット７は，回転台２５とアーム４とを相対移動可能に連結する機能を有している。第２直動案内ユニット７は，図４及び図５に示すように，回転台２５の上面にテーブル２の回転中心方向に延びて固定された第２軌道レール２２と，第２軌道レール２２に沿ってテーブル２の回転中心Ｏの方向に向かって移動自在であり且つアーム４の下面に固定された第２スライダ２４とから構成されている。第２直動案内ユニット７は，具体的には，図４に示すように，回転台２５の上面に形成された凹溝６４に固定された第２軌道レール２２，及ぴ第２軌道レール２２に沿って摺動自在に跨架してアーム４の下面にテーブル２の回転中心Ｏの方向に向かって形成された凹溝６５に固定された第２スライダ２４から構成されている。
【００２３】
ねじ軸１１のモータ８と反対側の端部（他端部）は，モータブラケット１４に対向してベッド１の側面３６に固着されたエンドブラケット１９に軸受６３（第３軸受）を介して回転自在に支持されている。
【００２４】
ねじ軸１１の他端部には，円盤状の原点マーク２９が設けられ，また，エンドブラケット１９の対向する部分には，原点マーク２９に対応して原点マーク２９を検出する原点センサ２０が設けられ，原点位置を感知している。また，第１軌道レール２１の両端近傍におけるベッド１の側面３６には，リミットセンサ２６がそれぞれ配設され，リミットセンサ２６は移動台５に配設されたリミット板を感知して移動台５のオーバランを防止している。
【００２５】
この角度調整テーブル装置において，第１直動案内ユニット６，第２直動案内ユニット７，ねじ軸１１とナット１２とから構成されたねじ装置１０，及び回転台２５を構成する回転軸１３を支持する軸受３０には，図示していないが，複数のボールでなる転動体がそれぞれ介在されている。この角度調整テーブル装置では，第１直動案内ユニット６及び第２直動案内ユニット７は，図７に示すように，第１軌道レール２１と第１スライダ２３との軌道溝間を転動するボールが組み込まれ，ガタがなく滑らかに摺動する直動転がり案内ユニットに構成されている。また，ねじ軸１１はボールねじ軸を構成し，ナット１２はボールねじ用ナットを構成し，ねじ軸１１とナット１２とによってボールねじのねじ装置１０が構成されている。ねじ装置１０は，ねじ軸１１とナット１２との間にボールが組み込まれ，ガタがなく滑らかに回転摺動する構造に構成されている。軸受３０は，回転台２５を移動台５に支持する複数のアンギュラコンタクト軸受から構成され，ガタがなく滑らかに回転できるように構成されている。
【００２６】
この角度調整テーブル装置は，以上に構成されており，次のように動作する。この角度調整テーブル装置は，図６に示すように，ベッド１に対してテーブル２を任意の角度αに変位させるために，モータ８が動作してねじ軸１１が回転駆動されると，ねじ軸１１に螺着するナット１２が固着している移動台５がベッド１の側面３６の長手方向に配設された第１直動案内ユニット６に案内されて直線移動する。そこで，移動台５と結合するアーム４が一緒に移動してテーブル２を微小角度回転させることになる。移動台５の直線移動は，テーブル２の角度回転に案内するために回転台２５及び第２直動案内ユニット７が動作している。回転台２５及び第２直動案内ユニット７の作動は，図６に示すように，当初のテーブル２のアーム４上の点をＭＯとして任意の角度位置αに移動したとすると，直線移動距離Ｓの点がＭＳになり，点ＭＯは円弧上の点Ｍ１に移動することになるので，ここで，点ＭＳと点Ｍ１間の距離δを是正するためにアーム４の下面に配設された第２直動案内ユニット７が摺動し，及び点ＭＳが角度（α）になるために回転台２５が微小角度回転する。即ち，第２直動案内ユニット７の軌道レール２２は，テーブル２の回転中心Ｏを向くように常に回転する。第２直動案内ユニット７及び回転台２５の動作は，同時に行われている。
【００２７】
【発明の効果】
この発明による角度調整テーブル装置は，上記のように構成されているので，ベッドの側面の一方向に直動する第１スライダを持つ第１直動案内ユニットとテーブルの回転中心方向に直動する第２スライダを持つ第２直動案内ユニットとを組み込んだものであり，ボールねじのねじ装置を介してテーブルを回転駆動でき，装置そのものがシンプルでコンパクトに構成でき，高精度で，応答性の良好な微小角度の位置調整を可能にした位置決め装置を安価に構成することができる。従って，この角度調整テーブル装置は，ＸＹテーブルに搭載した時には，薄型で高精度のＸＹ−θテーブルを構成でき，各種ロボット，半導体製造装置，精密機械，工作機械，画像処理を伴う精密測定器，検査機，組立器等の各種機械装置に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による角度調整テーブル装置の実施例を示す斜視図である。
【図２】 図１の角度調整テーブル装置における駆動装置からカバーを除いた状態の上面部分を示す平面図である。
【図３】 図２の角度調整テーブル装置におけるＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図４】 図２の角度調整テーブル装置における駆動装置からカバーを除いた右側面部分を示す側面図である。
【図５】 図２の角度調整テーブル装置におけるテーブルのアーム部分と駆動装置のカバーを除いた状態を示す平面図である。
【図６】 この角度調整テーブル装置における駆動装置の駆動によるテーブルの角度変化による調整量を示す説明図である。
【図７】 この角度調整テーブル装置における駆動装置に組み込まれた直動案内ユニットを示す一部を破断した状態を示す斜視図である。
【図８】 従来の回転テーブル装置を示す一部を破断した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベッド
２ テーブル
３ 駆動装置
４ アーム
５ 移動台
６ 第１直動案内ユニット
７ 第２直動案内ユニット
８ モータ
９ カバー
１０ ねじ装置（ボールねじ）
１１ ねじ軸
１２ ナット
１３ 回転軸
１４ モータブラケット
１５ クロスローラベアリング（第１軸受）
１６ 内輪
１７ 外輪
１８ ローラ
１９ エンドブラケット
２０ 原点センサ
２１ 第１軌道レール
２２ 第２軌道レール
２３ 第１スライダ
２４ 第２スライダ
２５ 回転台
２６ リミットセンサ
２９ 原点マーク
３０ 軸受（第２軸受）
３１ 孔
３４ カップリング
３５ 連結装置
３６ 側面
３７ 取付け孔
３８ 取付けボス部
３９ 外周部
６２ モータの回転軸
６３ 軸受（第３軸受）

Claims (1)

1. 矩形厚板状のベッド，前記ベッドに第１軸受であるクロスローラベリングを介して回転支持された円形でなるテーブル，前記テーブルの外周部の一部から突出して設けられた板状のアーム，及び前記アームを介して前記テーブルを微小角度回転駆動させる前記ベッドの一辺の側面に配設された駆動装置を有し，
   前記駆動装置は，前記ベッドの前記側面に固定されたモータブラケットに設けられたモータ，前記モータの回転軸に一端部が連結され前記ベッドの前記側面の長手方向に沿って延び他端部が前記モータブラケットに対向して前記ベッドの前記側面に固着されたエンドブラケットに第３軸受を介して回転自在に支持されたボールねじ軸，前記ボールねじ軸に螺合し且つ前記ボールねじ軸の回転に伴って前記ボールねじ軸に沿って移動するボールねじ用ナット，前記モータブラケットと前記エンドブラケットとの間で前記ベッドの前記側面に前記長手方向に沿って固着された一つの第１軌道レールと前記第１軌道レールに沿って転動体のボールを介して移動自在な一つの第１スライダとから成る第１直動案内ユニット，前記第１スライダに固着され且つ前記ボールねじ用ナットが固着された移動台，及び前記モータの回転駆動による前記移動台の直線移動を前記アームの角度回転移動に伝達可能に前記移動台と前記アームとを連結する連結装置から成り，
   前記連結装置は，前記移動台に配設された第２軸受である複数のアンギュラコンタクト軸受を介して回転可能に支持された回転軸で構成される回転台，及び前記アームの下方にあって前記回転台と前記アームとを直線移動自在に連結する第２直動案内ユニットから成り，
   前記第２直動案内ユニットは，前記回転台の上面に前記テーブルの回転中心方向に延びて固定された一つの第２軌道レールと，前記第２軌道レールに沿って転動体のボールを介して移動自在であり且つ前記アームの下面に固定された一つの第２スライダとから成って，構成されている角度調整テーブル装置。

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