JP2006242273A - テーブル駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジアル方向及びアキシアル方向の双方の荷重を充分に負荷可能なテーブル駆動装置を提供する。
【解決手段】昇降テーブルを昇降させる昇降ユニットと、昇降ユニットを駆動させる駆動系とを備えた昇降装置において、昇降ユニットには、昇降テーブルに向って延出したねじ軸(ボールねじ4a,4b、ボールねじ軸端部14a,14b)と、ねじ軸の回転に伴って当該ねじ軸に沿って上下動するナットとが設けられており、ナットは昇降テーブルに連結されていると共に、ねじ軸はベアリング機構で回転自在に支持されている。また、駆動系には、回転運動を発生する駆動源と、駆動源の回転運動を昇降ユニットに伝達してねじ軸を回転させる運動伝達機構とが設けられており、ベアリング機構には、１つの深溝玉軸受Ｂ１と２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２とが設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば半導体製造システムにおいて、特にボールねじを用いたテーブル駆動装置に関する。

従来、例えば半導体製造システムをはじめとする各種の製造システムには、製品の加工プロセスや検査プロセスに際し製品を昇降させる昇降装置が組込まれている(例えば、特許文献１)。
例えば図１(ａ)に示された昇降装置は、製品をセットする昇降テーブル２と、昇降テーブル２を矢印Ｓ方向に昇降させる移動ユニットとしての昇降ユニットと、昇降ユニットを駆動させる駆動系とを備えて構成されており、昇降ユニットは、昇降テーブル２の両側にそれぞれ配設されている。

それぞれの昇降ユニットには、昇降テーブル２に向って延出したねじ軸(例えば、ボールねじ)4a,4bと、ボールねじ4a,4bの回転に伴って当該ボールねじ4a,4bに沿って上下動するナット6a,6bと、ナット6a,6bに突設された外向フランジ8a,8bとが設けられており、ナット6a,6bの外向フランジ8a,8bは、筒状ブラケット10a,10bを介して昇降テーブル２に連結されている。
この場合、ボールねじ4a,4bは、その基端側がベアリング機構12a,12bで回転自在に支持されており、当該ベアリング機構12a,12bには、ボールねじ4a,4bの略段付き円筒状の軸端部14a,14b(以下、「ボールねじ軸端部」と称する)を回転自在に支持する軸受が設けられている。

また、駆動系には、回転運動を発生する駆動源(例えば、モータ)１６と、駆動源１６の回転運動をそれぞれの昇降ユニットに伝達し、ボールねじ4a,4bを回転させる運動伝達機構とが設けられている。
この場合、運動伝達機構は、駆動源１６の回転運動を２つの経路に振り分ける振分部と、振り分けられた各々の回転運動を各昇降ユニットに伝達する２つの伝達部(第１の伝達部、第２の伝達部)とを備えて構成されている。なお、図中１８は、駆動源(モータ)１６の出力軸と振分部とを連結するカップリングである。

運動伝達機構において、振分部は、互いに同一平面上に並列させた一対のプーリ(第１プーリ２０ａ、第２プーリ２０ｂ)間に無端ベルト２２を掛け渡して構成されており、第１プーリ２０ａの固定された軸体がカップリング１８に連結されている。また、第１及び第２の伝達部は、互いに同一平面上に並列させた一対のプーリ(出力プーリ２４ａ、連結プーリ２４ｂ)間に無端ベルト２６を掛け渡して構成されており、出力プーリ２４ａが駆動系のボールねじ軸端部14a,14bに連結されている。この場合、第１の伝達部の連結プーリ２４ｂは、振分部の第１プーリ２０ａに連結され、第２の伝達部の連結プーリ２４ｂは、振分部の第２プーリ２０ｂに連結されている。なお、図示省略するが、駆動源１６、ベアリング機構12a,12bは、図示しないベース部に固定されている。また、プーリ20a,24bが固定されている軸体、及びプーリ20b,24bが固定されている軸体は、それぞれ図示しない軸受ユニットにより回転自在に支持されており、これら２つの軸受ユニットも図示しないベース部に固定されている。

このような昇降装置によれば、昇降テーブル２に製品(図示しない)をセットした後、駆動源１６を駆動させると、その回転運動は制御部１８で所定出力に制御されて振分部に伝達される。このとき、一方の回転運動は、振分部の第１プーリ２０ａから第１の伝達部の連結プーリ２４ｂに伝達され、他方の回転運動は、振分部の第２プーリ２０ｂから第２の伝達部の連結プーリ２４ｂに伝達される。

各連結プーリ２４ｂに伝達された回転運動は、各無端ベルト２６から各出力プーリ２４ａを介して駆動系のボールねじ軸端部14a,14bに伝達され、ボールねじ4a,4bを回転させる。このとき、ボールねじ4a,4bの回転に伴ってナット6a,6bが当該ボールねじ4a,4bに沿って上下動する。ボールねじ4a,4bの外向フランジ8a,8bは、筒状ブラケット10a,10bを介して昇降テーブル２に連結しているため、ナット6a,6bの上下動に伴って昇降テーブル２を矢印Ｓ方向に昇降させることができる。

ところで、ボールねじ4a,4bを回転自在に支持するベアリング機構12a,12bにおいて、ボールねじ軸端部14a,14bを回転自在に支持する軸受には、アンギュラ玉軸受が適用されている。
図１(ｃ),(ｄ)に示すように、深溝玉軸受Ｂ１及びアンギュラ玉軸受Ｂ２は、互いに相対回転可能に対向した内輪２８及び外輪３０と、内外輪28,30間に転動自在に配列された複数の転動体(玉)３２と、これら転動体(玉)３２を１つずつ回転自在に保持する保持器３４とを備えており、内輪が軸体(図示しない)に固定され、外輪はハウジング(図示しない)に固定される。

この場合、深溝玉軸受Ｂ１は、ラジアル方向の荷重には強い負荷容量を有しているが、ボールねじ4a,4bの駆動方向であるアキシアル方向の荷重を充分に負荷するのは困難である。これに対して、アンギュラ玉軸受Ｂ２は、深溝玉軸受Ｂ１の内輪２８又は外輪３０の一方の軌道溝の片側を溝底からの高さが僅かに残るまで削り取って転動体(玉)３２を内外輪28,30間に配列している。この場合、例えば背面組合せ(ＤＢ形)や正面組合せ(ＤＦ形)と呼ばれる組合せ構成を適用することにより、ラジアル方向及びアキシアル方向の双方の荷重を負荷することができる。従って、ボールねじの支持にアンギュラ玉軸受Ｂ２が用いられる。なお、アンギュラ玉軸受Ｂ２では、アキシアル荷重を負荷することができる側面を背面といい、その反対側を正面と呼んでいる。

しかし、上記のような構成の昇降装置において、ベアリング機構12a,12bの軸受としてアンギュラ玉軸受Ｂ２を使用した場合、ボールねじ4a,4bによる昇降テーブル２の駆動の推力(アキシアル荷重)を支えるのは問題ないが、無端ベルト２６の引張力によるラジアル荷重を支えるのには十分といえない。なお、上記では昇降装置を例に説明したが、同じ問題はテーブルを例えば水平方向に往復移動させるテーブル駆動装置においても生じる。
特開２０００−８４９４２号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、ラジアル方向及びアキシアル方向の双方の荷重を充分に負荷可能なテーブル駆動装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、テーブルを往復移動させる移動ユニットと、移動ユニットを駆動させる駆動系とを備えたテーブル駆動装置であって、移動ユニットには、テーブルの移動方向に沿って延出したねじ軸と、ねじ軸の回転に伴って当該ねじ軸に沿って往復動するナットとが設けられ、ナットはテーブルに連結されていると共に、ねじ軸はベアリング機構で回転自在に支持されており、駆動系には、回転運動を発生する駆動源と、駆動源の回転運動を移動ユニットに伝達してねじ軸を回転させる運動伝達機構とが設けられており、ベアリング機構には、１つの深溝玉軸受と２つのアンギュラ玉軸受とが設けられている。

本発明において、運動伝達機構は、駆動源の回転運動を振り分ける振分部と、振り分けられた一方の回転運動を昇降ユニットに伝達する伝達部とを具備し、伝達部は、互いに同一平面上に並列させた一対のプーリ間にベルトを掛け渡して構成されており、一方のプーリが振分部を介して駆動源に連結され、他方のプーリがねじ軸に連結されている。この場合、ベアリング機構において、深溝玉軸受はプーリ寄りに配置することが好ましい。

本発明によれば、深溝玉軸受と２つのアンギュラ玉軸受を組合せることにより、ラジアル方向及びアキシアル方向の双方の荷重を充分に負荷可能なテーブル駆動装置を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るテーブル駆動装置としての昇降装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、上述した昇降装置(図１(ａ))のベアリング機構12a,12bの改良であるため、以下の説明ではベアリング機構12a,12bの特徴部分の説明にとどめる。
図１及び図２に示すように、本実施の形態のベアリング機構12a,12bには、１つの深溝玉軸受Ｂ１と２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２とが設けられており、深溝玉軸受Ｂ１は、第１及び第２の伝達部の出力プーリ２４ａ寄りに配置されている。

このような構成によれば、ボールねじ4a,4bの駆動方向であるアキシアル方向の荷重を２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２で負荷し、ラジアル方向の荷重を深溝玉軸受Ｂ１で負荷することができる。例えば、無端ベルト２６の引張力が出力プーリ２４ｂを介してボールねじ軸端部14a,14bに作用した場合でも、ラジアル荷重容量の大きな深溝玉軸受Ｂ１とアキシアル負荷を支えることができる２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２とを組合せて使用しているため、ラジアル方向の引張力とボールねじ4a,4bの駆動方向であるアキシアル方向の荷重とを同時に支えることができる。

これにより、ボールねじ4a,4bの曲がりや、ボールねじ4a,4bとナット6a,6bとの同芯度不足による芯違いを吸収することが可能となり、トルクむらや、ボールねじ4a,4bの振れなどを抑えることができる。この結果、昇降テーブル２を矢印Ｓ方向に安定して且つスムーズに昇降させることが可能となり、昇降テーブル２を正確に位置決めすることができる。
また、深溝玉軸受Ｂ１を出力プーリ２４ａ寄りに配したことにより、無端ベルト２６によるラジアル方向荷重を最も効果的に受けられる。

この場合、２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２の組合せ例としては、正面組合せ形(ＤＦ形)、背面組合せ形(ＤＢ形)、並列組合せ形(ＤＴ形)などを適用することができ、このような組合せ形の２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２よりも出力プーリ２４ａ寄りに１つの深溝玉軸受Ｂ１を配置すれば良い。なお、並列組合せ形(ＤＴ形)は、２つのアンギュラ玉軸受Ｂ２の正面と背面とを接触させて配列した組合せである。
これらの組合せの選択については、使用条件やテーブル駆動装置の構成により適宜行うことができる。例えば、同芯不足による悪影響を排除したい場合はＤＦ形、モーメント荷重に対する抵抗力を高めたい場合はＤＢ形を選択するといったように行える。

また、深溝玉軸受Ｂ１とアンギュラ玉軸受Ｂ２との組合せ数は、少なくとも１つの深溝玉軸受Ｂ１を出力プーリ２４ａ寄りに配置できれば、ボールねじ軸端部14a,14bの長さや大きさに応じて任意に設定することが可能である。例えば４つのアンギュラ玉軸受Ｂ２と２つの深溝玉軸受Ｂ１との組合せ構成において、出力プーリ２４ａ寄りに２つの深溝玉軸受Ｂ１を配置しても良い。ただし、軸方向長さ短縮も考慮すると、１つの深溝玉軸受Ｂ１と２つ(一対)のアンギュラ玉軸受Ｂ２との組合せが最も好ましい。

上記実施の形態では、テーブル駆動装置として昇降装置を例にとって説明したが、例えばボールねじのような送りねじにアキシアル荷重だけでなく、大きなラジアル荷重も負荷するような条件下で使用されるテーブル駆動装置に本発明は適用可能である。例えば水平方向にテーブルを往復移動させるテーブル駆動装置にも適用可能である。
また、送りねじ機構として２つのボールねじを用いたが、これに限らず、例えば１つのボールねじでも良い。送りねじの種類もボールねじに限られるものではない。

(ａ)は、製品を昇降させる昇降装置の構成を概略的に示す図、(ｂ)は、昇降装置に組込まれたベアリング機構の構成を示す断面図、(ｃ)は、深溝玉軸受の構成を一部断面して示す斜視図、(ｄ)は、アンギュラ玉軸受の構成を一部断面して示す斜視図。 ベアリング機構の構成を拡大して示す断面図であり、(ａ)は、正面組合せ形のアンギュラ玉軸受を適用したベアリング機構を示す図、(ｂ)は、背面組合せ形のアンギュラ玉軸受を適用したベアリング機構を示す図、(ｃ)は、並列組合せ形のアンギュラ玉軸受を適用したベアリング機構を示す図。

符号の説明

4a,4b ボールねじ
12a,12b ベアリング機構
14a,14b ボールねじ軸端部
Ｂ１ 深溝玉軸受
Ｂ２ アンギュラ玉軸受

Claims (3)

1. テーブルを往復移動させる移動ユニットと、移動ユニットを駆動させる駆動系とを備えたテーブル駆動装置であって、
   移動ユニットには、テーブルの移動方向に沿って延出したねじ軸と、ねじ軸の回転に伴って当該ねじ軸に沿って往復動するナットとが設けられ、ナットはテーブルに連結されていると共に、ねじ軸はベアリング機構で回転自在に支持されており、
   駆動系には、回転運動を発生する駆動源と、駆動源の回転運動を移動ユニットに伝達してねじ軸を回転させる運動伝達機構とが設けられており、
   ベアリング機構には、１つの深溝玉軸受と２つのアンギュラ玉軸受とが設けられていることを特徴とするテーブル駆動装置。
2. 運動伝達機構は、駆動源の回転運動を振り分ける振分部と、振り分けられた一方の回転運動を昇降ユニットに伝達する伝達部とを具備し、
   伝達部は、互いに同一平面上に並列させた一対のプーリ間にベルトを掛け渡して構成されており、一方のプーリが振分部を介して駆動源に連結され、他方のプーリがねじ軸に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のテーブル駆動装置。
3. ベアリング機構において、深溝玉軸受はプーリ寄りに配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のテーブル駆動装置。
   

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