JP2006289587A - Rotary positioning device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary positioning device which can control a rotational angle with high accuracy, and has only a small size. <P>SOLUTION: The rotary positioning device is formed of a rotary table 4, an ultrasonic motor 5 for rotatively driving the rotary table 4, and a rotation control section 6 for controlling the rotation of the rotary table 4. The rotation control section 6 is formed of a linear scale 12 for linearly moving according to the rotational angle of the rotary table 4, and a reading head 13 for detecting a moving distance of the linear scale 12. The linear scale 12 and the rotary table 4 are connected together via a plate spring 20, and upon rotation of the rotary table 4, its rotational force is transmitted via the plate spring 20 to the linear scale 12. At this time, a force component out of the rotational force, which is aimed in a radially internal direction, is absorbed by elastic deformation of the plate spring 20, and therefore the linear scale 12 linearly moves in a tangent direction of the rotation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転テーブルを所定角度回転させる回転位置決め装置に関する。   The present invention relates to a rotary positioning device that rotates a rotary table by a predetermined angle.

回転位置決め装置は、回転テーブルを所定角度回転させて、回転テーブル上に搭載した物体の回転角度を高精度で位置決めする装置であり、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使用される。
従来、回転テーブルの回転角度の制御は、回転テーブルを回転駆動するダイレクトドライブモータに装備されたロータリーエンコーダ（回転角度検出器）で行う場合が多かった。また、特許文献１のように、モータとボールねじとを用いて回転テーブルを回転させ、回転角度を位置決めする回転位置決め装置もあった。すなわち、回転テーブルから突出するアームがボールねじのナットに連結されていて、モータによりボールねじのねじ軸を回転駆動し、ねじ軸に螺着するナットを直線移動させることにより、回転テーブルを回転させていた。
特開２００２−３４０１７６号公報 A rotary positioning device is a device that rotates a rotary table by a predetermined angle and positions the rotational angle of an object mounted on the rotary table with high accuracy. Various machines such as various robots, semiconductor manufacturing devices, precision machines, machine tools, etc. Used for equipment.
Conventionally, the rotation angle of the rotary table is often controlled by a rotary encoder (rotation angle detector) provided in a direct drive motor that rotates the rotary table. Further, as in Patent Document 1, there is also a rotation positioning device that rotates a rotary table using a motor and a ball screw to position a rotation angle. In other words, the arm protruding from the rotary table is connected to the nut of the ball screw, the screw shaft of the ball screw is driven to rotate by the motor, and the rotary table is rotated by linearly moving the nut screwed to the screw shaft. It was.
JP 2002-340176 A

しかしながら、ロータリーエンコーダの分解能が十分ではなく、高精度での回転角度の制御が困難な場合があった。また、ロータリーエンコーダを回転テーブルの回転軸に連結する際に、両者を軸方向に並べて連結する必要があるため、回転位置決め装置の厚さ（軸方向の長さ）が大きくなる傾向があった。
また、特許文献１に記載の回転位置決め装置の場合は、ボールねじのガタが影響して、高精度での回転角度の制御が困難であった。また、ボールねじがあるため、回転位置決め装置のサイズが大きくなる傾向があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高精度での回転角度の制御が可能であり、しかもサイズの小さな回転位置決め装置を提供することを課題とする。 However, the resolution of the rotary encoder is not sufficient, and it may be difficult to control the rotation angle with high accuracy. Further, when connecting the rotary encoder to the rotary shaft of the rotary table, it is necessary to connect both in the axial direction, so that the thickness (the length in the axial direction) of the rotary positioning device tends to increase.
Further, in the case of the rotational positioning device described in Patent Document 1, it is difficult to control the rotational angle with high accuracy due to the influence of the play of the ball screw. In addition, since there is a ball screw, the size of the rotary positioning device tends to increase.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rotational positioning device that solves the problems of the conventional techniques as described above, can control the rotational angle with high accuracy, and is small in size.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の回転位置決め装置は、回転テーブルと、前記回転テーブルを回転駆動する回転駆動部と、前記回転テーブルの回転を制御する回転制御部と、を備え、前記回転テーブルを所定角度回転させる回転位置決め装置において、前記回転制御部は、前記回転テーブルが回転した角度に応じて直線的に移動する移動子と、前記移動子の移動距離を検出する検出部と、を備え、検出された移動距離に基づいて前記回転テーブルの回転角度を制御するようになっていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rotary positioning apparatus according to claim 1 of the present invention includes a rotary table, a rotation drive unit that rotationally drives the rotary table, and a rotation control unit that controls the rotation of the rotary table, and the rotary table. In the rotation positioning device that rotates the rotation table by a predetermined angle, the rotation control unit includes a moving element that linearly moves according to an angle of rotation of the rotary table, and a detection unit that detects a moving distance of the moving element. The rotation angle of the rotary table is controlled based on the detected moving distance.

また、本発明に係る請求項２の回転位置決め装置は、請求項１に記載の回転位置決め装置において、前記回転テーブルと前記移動子とが連結部材を介して連結されており、この連結部材は、前記回転テーブルの回転に伴う前記移動子の径方向内方への移動を吸収して、前記移動子を前記回転の接線方向のみに移動させるようになっていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の回転位置決め装置は、請求項２に記載の回転位置決め装置において、前記連結部材が弾性部材であり、前記移動子の径方向内方への移動が前記連結部材の弾性変形によって吸収されるようになっていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the rotary positioning apparatus according to the first aspect, wherein the rotary table and the moving element are connected via a connecting member, The moving element is moved in the tangential direction of the rotation by absorbing the movement of the moving element inward in the radial direction accompanying the rotation of the rotary table.
Furthermore, the rotational positioning device according to a third aspect of the present invention is the rotational positioning device according to the second aspect, wherein the connecting member is an elastic member, and movement of the moving element radially inward is the connecting member. It is characterized in that it is absorbed by elastic deformation.

さらに、本発明に係る請求項４の回転位置決め装置は、請求項３に記載の回転位置決め装置において、前記弾性部材が板バネであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の回転位置決め装置は、請求項４に記載の回転位置決め装置において、前記板バネは、前記回転テーブルとの固定部と前記移動子との固定部との間にくびれ部を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項６の回転位置決め装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転位置決め装置において、前記回転駆動部が超音波モータであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the rotary positioning apparatus according to the third aspect, wherein the elastic member is a leaf spring.
Furthermore, the rotational positioning device according to claim 5 of the present invention is the rotational positioning device according to claim 4, wherein the leaf spring is disposed between a fixed portion of the rotary table and a fixed portion of the moving element. It has a constricted part.
Furthermore, the rotational positioning apparatus of Claim 6 which concerns on this invention is a rotational positioning apparatus as described in any one of Claims 1-5. WHEREIN: The said rotational drive part is an ultrasonic motor, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の回転位置決め装置は、高精度での回転角度の制御が可能である。   The rotational positioning device of the present invention can control the rotational angle with high accuracy.

本発明に係る回転位置決め装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態の回転位置決め装置の平面図であり、図２は縦断面図である。
この回転位置決め装置は、平板状の基台１と、基台１上に垂直に設けられた回転軸２に転がり軸受３を介して回転自在に支持された略円盤状の回転テーブル４と、回転テーブル４を回転駆動する超音波モータ５（本発明の構成要件である回転駆動部に相当する）と、回転テーブル４の回転を制御する回転制御部６と、を備えている。 Embodiments of a rotational positioning apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the rotational positioning device of the present embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view.
The rotary positioning device includes a flat base 1, a substantially disc-shaped rotary table 4 that is rotatably supported on a rotary shaft 2 provided vertically on the base 1 via a rolling bearing 3, An ultrasonic motor 5 that rotationally drives the table 4 (corresponding to a rotational drive unit that is a constituent of the present invention) and a rotation control unit 6 that controls the rotation of the rotary table 4 are provided.

回転テーブル４の外周部には駆動リング７が取り付けられており、超音波モータ５はこの駆動リング７に接触するように配置されている。この駆動リング７は、超音波モータ５により摩擦駆動されやすい材質及び表面状態となっているので、超音波モータ５を作動させると、回転テーブル４が効率良く回転駆動される。なお、超音波モータ５の個数は、回転位置決め装置の用途に合った回転駆動力が得られるような個数とすればよい。本実施形態においては、２個の超音波モータを設けた例を示してある。   A drive ring 7 is attached to the outer peripheral portion of the rotary table 4, and the ultrasonic motor 5 is arranged so as to contact the drive ring 7. Since the drive ring 7 has a material and a surface state that are easily friction driven by the ultrasonic motor 5, the rotary table 4 is efficiently rotated when the ultrasonic motor 5 is operated. Note that the number of ultrasonic motors 5 may be set so that a rotational driving force suitable for the use of the rotary positioning device can be obtained. In the present embodiment, an example in which two ultrasonic motors are provided is shown.

次に、回転制御部６について説明する。基台１上に、案内レール１０Ａ及びスライダ１０Ｂからなる直線案内軸受１０が設置されている。そして、このスライダ１０Ｂには、リニアエンコーダのリニアスケール１２（本発明の構成要件である移動子に相当する）が固定されており、リニアスケール１２が案内レール１０Ａに沿って直線的に移動できるようになっている。リニアスケール１２の近傍には、リニアエンコーダの読み取りヘッド１３（本発明の構成要件である検出部に相当する）が設置されており、リニアスケール１２の移動距離が検出できるようになっている。   Next, the rotation control unit 6 will be described. A linear guide bearing 10 including a guide rail 10A and a slider 10B is installed on the base 1. The slider 10B is fixed with a linear scale 12 of a linear encoder (corresponding to a moving element as a constituent element of the present invention) so that the linear scale 12 can move linearly along the guide rail 10A. It has become. In the vicinity of the linear scale 12, a read head 13 of a linear encoder (corresponding to a detection unit which is a constituent element of the present invention) is installed so that the moving distance of the linear scale 12 can be detected.

回転テーブル４の外周面に、図３に示すような板バネ２０（本発明の構成要件である連結部材に相当する）の一端が固定されており、板バネ２０の他端がリニアスケール１２に固定されている。このように、回転テーブル４とリニアスケール１２とが板バネ２０で連結されていて、回転テーブル４が回転すると、その回転力が板バネ２０によってリニアスケール１２に伝達されるようになっている。   One end of a leaf spring 20 (corresponding to a connecting member which is a constituent element of the present invention) as shown in FIG. 3 is fixed to the outer peripheral surface of the rotary table 4, and the other end of the leaf spring 20 is attached to the linear scale 12. It is fixed. Thus, the rotary table 4 and the linear scale 12 are connected by the plate spring 20, and when the rotary table 4 rotates, the rotational force is transmitted to the linear scale 12 by the plate spring 20.

この時、板バネ２０は回転テーブル４とともに回転変位をするが、板バネ２０の弾性変形（ねじれ）により前記回転力のうち径方向内方へ向かう力が吸収されるので、板バネ２０の上端部（回転テーブル４との固定部）のみが回転変位をして、板バネ２０の下端部（リニアスケール１２との固定部）及びリニアスケール１２は案内レール１０Ａに沿いつつ回転テーブル４の回転の接線方向に直線的に移動することとなる。そして、図３に示すように、板バネ２０の形状を、上端部（回転テーブル４との固定部）と下端部（リニアスケール１２との固定部）との間に幅の狭いくびれ部２０ａを有する形状としてあるので、弾性変形（ねじれ）が生じやすくなっている。なお、板バネ２０により回転テーブル４の回転は規制されるから、回転テーブル４の回転角度は微小であり、本実施形態の場合は最大２．５°程度である。   At this time, the leaf spring 20 is rotationally displaced together with the rotary table 4. However, the elastic deformation (twisting) of the leaf spring 20 absorbs the radially inward force of the rotational force. Only the portion (fixed portion with the rotary table 4) is rotationally displaced, and the lower end portion (fixed portion with the linear scale 12) of the leaf spring 20 and the linear scale 12 are rotated along the guide rail 10A. It moves linearly in the tangential direction. As shown in FIG. 3, the shape of the leaf spring 20 is made such that a narrow neck portion 20 a is formed between the upper end portion (fixed portion with the rotary table 4) and the lower end portion (fixed portion with the linear scale 12). Since it has a shape, it is easy for elastic deformation (twist) to occur. In addition, since the rotation of the turntable 4 is regulated by the leaf spring 20, the rotation angle of the turntable 4 is very small, and in the present embodiment, it is about 2.5 ° at the maximum.

このように、回転テーブル４が回転した角度の大きさに応じてリニアスケール１２が直線的に移動し、その移動距離が読み取りヘッド１３により高精度に検出されるので、検出された移動距離とリニアスケール１２の取付位置（リニアスケール１２と回転テーブル４の回転中心との間の距離ｔ）とにより回転角度が算出され、これに基づいて回転テーブル４の回転角度が制御される。回転変位を直線変位に変換し、直線変位をリニアエンコーダにより検出して回転テーブル４の回転角度を制御しているので、ロータリーエンコーダ等により回転変位を直接的に検出する場合と比較して、回転角度の制御をより高精度で行うことが可能である。よって、回転テーブル４を所望の角度回転させることができる。   In this way, the linear scale 12 moves linearly according to the angle of rotation of the rotary table 4 and the moving distance is detected with high accuracy by the reading head 13, so the detected moving distance and the linear scale are linearly moved. The rotation angle is calculated from the mounting position of the scale 12 (distance t between the linear scale 12 and the rotation center of the rotary table 4), and the rotation angle of the rotary table 4 is controlled based on this. Since the rotational displacement is converted into a linear displacement and the rotational angle of the rotary table 4 is controlled by detecting the linear displacement by a linear encoder, the rotation is compared with the case where the rotational displacement is directly detected by a rotary encoder or the like. The angle can be controlled with higher accuracy. Therefore, the rotary table 4 can be rotated by a desired angle.

また、ロータリーエンコーダを回転テーブルの回転軸に連結する際には、両者を軸方向に並べて連結する必要があるため、回転位置決め装置の厚さ（軸方向の長さ）が大きくなるが、本実施形態のようなリニアエンコーダを用いれば、回転位置決め装置の厚さを薄くすることができる。
さらに、本実施形態においては、回転変位の検出にボールねじ等を用いていないので、ボールねじのガタ等の影響がなく、回転角度の高精度での制御が可能である。また、ボールねじを用いていないので、回転位置決め装置のサイズが小さい。 Also, when connecting the rotary encoder to the rotary shaft of the rotary table, it is necessary to connect both in the axial direction, which increases the thickness of the rotary positioning device (length in the axial direction). If a linear encoder like the form is used, the thickness of the rotary positioning device can be reduced.
Further, in the present embodiment, since a ball screw or the like is not used for detecting the rotational displacement, there is no influence of the ball screw or the like, and the rotation angle can be controlled with high accuracy. In addition, since the ball screw is not used, the size of the rotary positioning device is small.

さらに、本実施形態の回転位置決め装置においては、リニアエンコーダの分解能とリニアスケール１２の取付位置（リニアスケール１２と回転テーブル４の回転中心との間の距離ｔ）とにより、回転角度の制御の精度が決定する。リニアスケール１２の取付位置を回転テーブル４の回転中心から離すほど（ｔを大きくするほど）、回転角度の制御の精度が向上するので、さほど高分解能のリニアエンコーダを使用しなくても、回転テーブル４の回転角度を高精度で制御することができる。   Furthermore, in the rotational positioning device of the present embodiment, the accuracy of control of the rotation angle is determined by the resolution of the linear encoder and the mounting position of the linear scale 12 (the distance t between the linear scale 12 and the rotation center of the rotary table 4). Will be determined. As the mounting position of the linear scale 12 is further away from the rotation center of the rotary table 4 (the larger the t is), the accuracy of control of the rotation angle is improved, so that the rotary table can be used without using a high-resolution linear encoder. The rotation angle of 4 can be controlled with high accuracy.

このような本実施形態の回転位置決め装置は、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好適に使用可能である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、超音波モータで回転テーブル４を回転駆動したが、ダイレクトドライブモータ等の超音波モータ以外の駆動装置で回転テーブル４を回転駆動してもよい。ただし、超音波モータは、一般的なモータとは異なり磁性を有しておらず、またゴミ等の異物の発生も少ないので、本実施形態の回転位置決め装置は、高真空，非磁性等の特殊環境下においても好適に使用可能である。 Such a rotation positioning device of the present embodiment can be suitably used for various machine devices such as various robots, semiconductor manufacturing devices, precision machines, machine tools, and the like.
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, the rotary table 4 is rotationally driven by the ultrasonic motor, but the rotary table 4 may be rotationally driven by a drive device other than the ultrasonic motor such as a direct drive motor. However, unlike a general motor, an ultrasonic motor does not have magnetism and does not generate foreign matter such as dust. Therefore, the rotary positioning device of this embodiment is special in high vacuum, non-magnetic, etc. It can be suitably used even in an environment.

また、本実施形態においては、回転テーブル４とリニアスケール１２とを連結する連結部材として板バネを用いたが、連結部材は板バネに限定されるものではなく、直線案内軸受と転がり軸受とを組合せたもので回転テーブル４とリニアスケール１２とを連結してもよい。
さらに、リニアスケール１２の直線移動の案内は、直線案内軸受に限定されるものではない。さらに、回転テーブル４を支持する転がり軸受３の種類は特に限定されるものではなく、玉軸受でもころ軸受でもよい。また、図２においては転がり軸受３の個数は２個であるが、転がり軸受３の個数は特に限定されるものではない。 In this embodiment, a plate spring is used as a connecting member for connecting the rotary table 4 and the linear scale 12, but the connecting member is not limited to a plate spring, and a linear guide bearing and a rolling bearing are provided. The rotary table 4 and the linear scale 12 may be connected in combination.
Further, the linear movement guide of the linear scale 12 is not limited to the linear guide bearing. Further, the type of the rolling bearing 3 that supports the rotary table 4 is not particularly limited, and may be a ball bearing or a roller bearing. In FIG. 2, the number of rolling bearings 3 is two, but the number of rolling bearings 3 is not particularly limited.

本実施形態の回転位置決め装置の構造を説明する平面図である。It is a top view explaining the structure of the rotation positioning device of this embodiment. 本実施形態の回転位置決め装置の構造を説明する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view explaining the structure of the rotation positioning device of this embodiment. 板バネをＡ矢視方向から見た拡大図である。It is the enlarged view which looked at the leaf | plate spring from the A arrow direction.

符号の説明Explanation of symbols

４ 回転テーブル
５ 超音波モータ
６ 回転制御部
１２ リニアスケール
１３ 読み取りヘッド
２０ 板バネ
２０ａ くびれ部 4 rotary table 5 ultrasonic motor 6 rotation control unit 12 linear scale 13 reading head 20 leaf spring 20a constriction

Claims (6)

回転テーブルと、前記回転テーブルを回転駆動する回転駆動部と、前記回転テーブルの回転を制御する回転制御部と、を備え、前記回転テーブルを所定角度回転させる回転位置決め装置において、
前記回転制御部は、前記回転テーブルが回転した角度に応じて直線的に移動する移動子と、前記移動子の移動距離を検出する検出部と、を備え、検出された移動距離に基づいて前記回転テーブルの回転角度を制御するようになっていることを特徴とする回転位置決め装置。 In a rotary positioning device that includes a rotary table, a rotation drive unit that rotationally drives the rotary table, and a rotation control unit that controls the rotation of the rotary table, and rotates the rotary table by a predetermined angle.
The rotation control unit includes a moving element that moves linearly according to an angle of rotation of the rotary table, and a detection unit that detects a moving distance of the moving element, and based on the detected moving distance, A rotary positioning device for controlling a rotation angle of a rotary table. 前記回転テーブルと前記移動子とが連結部材を介して連結されており、この連結部材は、前記回転テーブルの回転に伴う前記移動子の径方向内方への移動を吸収して、前記移動子を前記回転の接線方向のみに移動させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置決め装置。   The rotary table and the moving element are connected via a connecting member, and the connecting member absorbs the movement of the moving element inward in the radial direction with the rotation of the rotating table, and the moving element The rotary positioning device according to claim 1, wherein the rotary positioning device is moved only in a tangential direction of the rotation. 前記連結部材が弾性部材であり、前記移動子の径方向内方への移動が前記連結部材の弾性変形によって吸収されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の回転位置決め装置。   The rotational positioning apparatus according to claim 2, wherein the connecting member is an elastic member, and movement of the moving element inward in the radial direction is absorbed by elastic deformation of the connecting member. . 前記弾性部材が板バネであることを特徴とする請求項３に記載の回転位置決め装置。   The rotational positioning apparatus according to claim 3, wherein the elastic member is a leaf spring. 前記板バネは、前記回転テーブルとの固定部と前記移動子との固定部との間にくびれ部を有することを特徴とする請求項４に記載の回転位置決め装置。   The rotary positioning device according to claim 4, wherein the leaf spring has a constricted portion between a fixed portion with the rotary table and a fixed portion with the moving element. 前記回転駆動部が超音波モータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転位置決め装置。   The rotation positioning device according to claim 1, wherein the rotation driving unit is an ultrasonic motor.
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