JP2006334711A - 位置決めテーブル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の発生を抑制しつつ、重量物を微動回転できる位置決めテーブル装置を提供する。
【解決手段】アーム１３ｃが平行ばね１３ｖ、１３ｖを有しているので、テーブル１３を軸線方向に変位させた場合でも、図６（ｂ）に示すように、平行ばね１３ｖ、１３ｖがたわむことで、テーブル１３の軸線方向における被駆動部１３ｔと転動輪２５との当接位置を維持できるため、摺動による異物の発生を抑制できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、位置決めテーブル装置に関し、例えば重量物を載置して微小角度で位置決めできる位置決めテーブル装置に関する。

フラットパネルディスプレイに用いられる液晶パネルは、例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍなど比較的大きなサイズを有し、また重量も治具も含めるとかなりあるが、市場の要求に応じて、今後もより大型化することが予想される。ところで、液晶パネルに対して、処理や検査を行う場合、その処理すべき部位や検査すべき部位にツールが精度良く正対するように、液晶パネルを移動させる装置が必要である。

ここで、特許文献１には、固定体に対して回転体を回転自在に支持する割り出し装置が開示されている。特許文献１、２の回転位置決め機構においては、回転体（テーブル）を固定体に対して、クロスローラベアリングを用いてラジアル方向及びスラスト方向に支持している。
特開平９−１９９５１９号公報 特開平１０−３０３２２４号公報

しかるに、テーブルを固定体に対してクロスローラベアリングなどを用いてラジアル方向及びスラスト方向に支持する場合、クロスローラベアリングはサイズの割に負荷容量が小さいので、テーブルと被測定物を含めて１００ｋｇ以上の大荷重を支持する場合には、大型のクロスローラベアリングを用いなくてはならず、装置全体が大型化するという問題がある。又、ガタを排除すべくクロスローラベアリングに予圧を与えると起動トルクが大きくなるといった問題もある。

これに対し、スラスト方向の荷重を静圧軸受のような非接触式の軸受で支持するという考えもある。しかるに、テーブルを微小回転させる場合には、回転軸から離れた被駆動部を、駆動部材によって直線的に駆動することで行うのが一般的であるが、静圧軸受のような非接触式の軸受の場合、浮上時にテーブルが軸線方向に微小変位するので、被駆動部と駆動部材との間で摺動が生じ、ゴミなどの異物が発生してテーブルに搭載するワークなどを汚染する恐れがある。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、異物の発生を抑制しつつ、重量物を微動回転できる位置決めテーブル装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の位置決めテーブル装置は、積載物を位置決めできる位置決めテーブル装置において、
基軸を取り付けた基盤と、
積載物を支持する回転可能なテーブルと、
前記基軸と前記テーブルとの間に配置され、前記テーブルの半径方向力を支持する軸受と、
前記テーブルと前記軸受とを軸線方向に変位可能に連結する弾性部材と、
前記基盤と前記テーブルとの一方に配置され、前記テーブルの軸線方向力を支持する非接触式軸受と、
前記テーブルに連結された被駆動部を駆動部材により直線的に駆動することにより、前記テーブルを回転させる駆動手段と、
前記テーブルが軸線方向に変位した場合にも、前記テーブルの軸線方向における前記被駆動部と前記駆動部材との当接位置を維持する維持手段とを有することを特徴とする。

本発明の位置決めテーブル装置によれば、前記維持手段は、前記テーブルが軸線方向に変位した場合にも、前記テーブルの軸線方向における前記被駆動部と前記駆動部材との当接位置を維持するので、前記被駆動部と前記駆動部材との摺動を抑制でき、それによりゴミなどの異物の発生を抑制できる。前記テーブルが受ける比較的大きい軸線方向力は、非接触式の軸受で支持することができる。なお、「微小角度」とは、±１°であると好ましい。

更に、前記非接触式軸受は静圧軸受であると好ましいが、磁気軸受などであっても良い。

更に、前記駆動手段はリニアモータであると、被駆動部材の駆動方向と交差する方向の変位がある程度許容されるので好ましい。かかる場合、前記維持手段は前記駆動手段と一体であるといえる。

更に、前記被駆動部と前記テーブルとは、前記テーブルの軸線方向におけるばね剛性が、それに直交する方向のばね剛性より低い平行ばねにより連結されていると、前記テーブルが軸線方向に変位した場合にも、前記被駆動部と前記駆動部材との当接位置を維持することができる。即ち、前記平行ばねが前記維持手段を構成することとなる。

更に、前記被駆動部と前記駆動部材との間には、転動輪が配置されていると、前記駆動部材の駆動に応じて前記被駆動部が前記基軸を中心として円弧状に軌跡を描いた場合に、それに転動追従できる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の位置決めテーブル装置の上面図であり、図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た断面図である。図３は、図２の矢印III部を拡大して示す図であり、図４は、図２の矢印IV部を拡大して示す図であり、図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図６は、アーム１３ｃを矢印VI方向に見た図である。

図２において、定盤Ｇ上にガイドレール１が配置されている。定盤Ｇ上に配置された基盤１０は、その下面に、ガイドレール１に係合するスライダ２，２を取り付けている。従って、基盤１０は、スライダ２，２がガイドレール１に沿って移動することにより、図２で左右方向に移動可能となっている。基盤１０の上面には、基軸１１と、３つの静圧軸受１２とが固定され、更にテーブル１３が配置されている。

図３において、テーブル１３の中央開口１３ａ内に突出するように配置された基軸１１の外周には、一対のアンギュラコンタクト玉軸受１４，１４の内輪が、その根元側にある段部１１ａに突き当てるようにして嵌合しており、更に内輪間座１５を介して、基軸１１先端の雄ねじ部１１ｂに螺合するナット１６により段部１１ａに向かって軸線方向に押圧されている。アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４の外輪は、中空円筒状のホルダ１７において、その端部内周フランジ部１７ａに突き当てるようにして嵌合しており、更にホルダ１７に取付固定される固定部材１８により、端部内周フランジ部１７ａに向かって軸線方向に押圧されている。かかる構成により、アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４に予圧を与えることができる。アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４は、半径方向の力のみを受ければよいので負荷容量は低いもので足りる。

アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４の外輪が固定されたホルダ１７の端部外周フランジ部１７ｂと、テーブル１３の下面とは、弾性部材である板ばね１９により架橋的に連結されており、板ばね１９はそれぞれに対してボルトＢを用いて固定されている。板ばね１９は、図１に示すように対向する２辺のみがボルトＢにより固定されており、それにより適度な可撓性を確保している。また固定される板ばね１９の辺は、基盤１０の移動方向に直交する方向が望ましい。加減速時に板ばね１９に引っ張り応力のみが作用するようになるため、テーブル１３の姿勢に与える影響を排除できる。テーブル回転時の剛性を確保するためには、最外部に位置する４つのボルトＢは、正方形の頂点にそれぞれ位置するようにするのが望ましい。なお、板ばね１９の付勢力を用いて、アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４に予圧を与えることもできる。アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４の代わりにスベリ軸受を用いた場合、板ばね１９は省略して良い。

図４において、静圧軸受１２は、テーブル１３に設けられたボルト孔１３ｂにボルトＢを用いて固定されるＳＵＳ４４０Ｃなど固い金属製の短円筒状の本体１２ａと、本体１２ａの下面に配置された円盤状孔１２ｆ内に配置された多孔質グラファイト製の静圧パッド１２ｂと、本体１２ａへの気体の供給を制御する電磁弁１２ｃ（図１）とから構成されている。応答遅れを抑制するために、電磁弁１２ｃと本体１２ａに取り付けたコネクタ（後述）とを連結するホースＨは極力短い方が好ましい。テーブル１３の回転量は僅かであるので、フレキシブルなホースＨを用いることにより、電磁弁１２ｃは基盤１上に配置できる。

本体１２ａの内部には、電磁弁１２ｃを介して供給される空気を静圧パッド１２ｂに供給するための供給路１２ｄと、排気路１２ｅとが形成されている。供給路１２ｄは、本体１２ａの側面に設けられた供給コネクタＳＣと円盤状孔１２ｆとを連通しており、排気路１２ｅは、本体１２ａの側面に設けられた排気コネクタＥＣと本体１２ａの下面外周近傍に設けられた周溝１２ｈとを連通している。

本体１２ａの下面に対向して、セラミック或いはＳＵＳ４４０Ｃなど固い金属製の円板状のベースプレート１２ｇが、ボルトＢにより基盤１０上に固定されている。又、テーブル１３と本体１２ａとの間に間座１２ｊを配置しており、その厚さを選択することで静圧軸受１２の高さ方向の位置調整を行える。なお、残りの２つの静圧軸受１２についても同様の構成を有する。本実施の形態においては、静圧軸受１２を等角度で３つ配置しているので、高さ調整や平行度調整を行いやすい。この場合、テーブル１３の外径をＤとしたときに、静圧軸受１２の中心が、基軸１の軸線から０．６３５Ｄだけ離れた位置に来るようにすれば、テーブル１３の変形を最も抑えることができるので、その板厚を薄くでき軽量化を図れる（特開２００１−１８５６０１参照）。

図１において、基盤１０の上面に固定されたフレーム２０には、モータ２１が取り付けられている。モータ２１の回転軸２１ａは、カップリング２２を介してボールねじ機構２３のねじ軸２３ｂに連結されている。ボールねじ機構２３は、ベアリング２３ａと、ねじ軸２３ｂと、転動輪ケース２４の中のナット（不図示）とを含み、ねじ軸２３ｂの回転運動をナット（不図示）の軸線方向運動に変換するものである。ねじ軸２３ｂは、転動輪ケース２４に連結されている。転動輪ケース２４内には、転動輪２５が回転自在に支持されている。

転動輪２５は、テーブル１３の外周から半径方向に突き出したアーム１３ｃの側面に沿って転動自在となっている。図６に示すように、アーム１３ｃは、テーブル１３の外周側面に固定されたベース１３ｓと、転動輪２５が当接する被駆動部１３ｔと、ベース１３ｓと被駆動部１３ｔとを連結する２枚の薄い板ばね１３ｖ、１３ｖとから構成されてる。板ばね１３ｖ、１３ｖは、テーブル１３の軸線方向に直交するようにして平行に配置されており、従ってアーム１３ｃのテーブル１３の軸線方向における剛性は、それに直交する方向の剛性より顕著に低くなっている。

アーム１３ｃに一端を取り付け、調整ボルト２７を介してフレーム２０に他端を取り付けたコイルばね２６により、テーブル１３は図１で反時計回りに（即ちアーム１３ｃの側面が転動輪２５に常に押しつけられるように）付勢されている。調整ボルト２７をねじ込み或いは緩めることで、コイルばね２６の付勢力を調整できるようになっている。駆動手段であるモータ２１，カップリング２２，ボールねじ機構２３，転動輪ケース２４，転動輪２５、コイルばね２６，アーム１３ｃにより駆動装置を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。テーブル１３上に不図示の被測定物（被加工物）を載置した状態で、位置を測定して、所定の角度になるようにテーブル１３を回転させる。これは、被測定物（被加工物）を載置したときの角度補正が目的である。その後、被測定物（被加工物）を加工位置に動かすか、あるいは加工しながら動かす。

より具体的に説明すると、電磁弁１２ｃを制御して、供給コネクタＳＣ及び供給路１２ｄを介して３つの静圧軸受１２の静圧パッド１２ｂに空気を供給し、静圧を用いてベースプレート１２ｇから浮上させることによって、テーブル１３を軸線方向（図２で上方）に移動させる。静圧パッド１２ｂから吹き出された空気は、外部へと排出される。

板ばね１９は垂直方向の剛性が弱いので、テーブル１３の軸線方向の移動をほとんど妨げることはない。テーブル１３が浮上したら、モータ２１を駆動させることによって、転動輪ケース２４を押し出し或いは引き込むようにすると、転動輪２５を介してアーム１３ｃが図１で時計回りに回動し、或いは引き込まれた転動輪２５を追いかけるようにしてコイルばね２６の付勢力により反時計回りに回動するので、テーブル１３を例えば±１°の範囲で回転させることができる。従って、テーブル１３上に載置された被測定物（被加工物）を、微小回転させることができる。このとき、転動輪２５はアーム１３ｃ上を転動する。

このようにテーブル１３を微小回転させた後、電磁弁１２ｃを制御して、３つの静圧軸受１２の静圧パッド１２ｂへの空気の供給を遮断し、静圧パッド１２ｂをベースプレート１２ｇに着座させる。静圧パッド１２ｂとベースプレート１２ｇとの間に作用する摩擦力によって、テーブル１３は基盤１０に対して相対移動不能に保持されることとなる。なお、より高い保持力が必要な場合には、周囲溝１２ｈから吸引するが、静圧パッド１２ｂから吸引しても良い。これは、電磁弁１２ｃを制御して、外部の排気ポンプ（不図示）につなぎ変え、供給コネクタＳＣ及び供給路１２ｄを介して３つの静圧軸受１２の静圧パッド１２ｂから空気を吸引するようにしても良い。かかる場合、空気を吸引することにより、ベースプレート１２ｇとの吸着力を得ることができるので、テーブル１３の保持を強固に行えることとなる。

その後、被測定物（被加工物）を加工位置に動かすか、あるいは加工しながら動かす。これは、定盤Ｇに対して、スライダ２，２をガイドレール１に沿って移動させることで、基盤１０を検査位置へと移動させる。このとき、板ばね１９は移動方向（水平方向）に延在しているので、かかる方向には剛性が高くなることから、テーブル１３の支持を安定して行える。又、加減速時にテーブル１３に付与される半径方向の力は、アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４により支持されるが、電磁弁１２ｃを制御して、３つの静圧軸受１２の静圧パッド１２ｄへの空気の供給を遮断し、静圧パッド１２ｄをベースプレート１２ｇに着座させれば、それらの間に摩擦力が生じるので、アンギュラコンタクト玉軸受１４，１４にほとんど力は付与されないこととなる。したがって位置ズレは生じない。

ここで、図６（ａ）に示す状態から、テーブル１３を軸線方向に変位させたとき、アーム１３ｃの剛性が高ければ、被駆動部１３ｔも一緒に移動することとなるので、転動輪２５は、被駆動部１３ｔに対して、テーブル１３の軸線の方向に相対的に摺動するため、ゴミなどの異物が発生する恐れがある。これに対し、本実施の形態によれば、維持手段を構成するアーム１３ｃが平行ばね１３ｖ、１３ｖを有しているので、テーブル１３を軸線方向に変位（Δ）させた場合でも、図６（ｂ）に示すように、平行ばね１３ｖ、１３ｖがたわむことで、テーブル１３の軸線方向における被駆動部１３ｔと転動輪２５との当接位置を維持できるため、摺動による異物の発生を抑制できる。なお、テーブル１３が微小回転した場合、テーブル１３の半径方向における転動輪２５と被駆動部１３ｔとの当接位置は変化するが、かかる場合、転動輪２５が転動するので、摺動が生することなく、異物の発生を抑制できる。転動輪２５は、被駆動部１３ｔ側に設けられていても良い。

図７は、第２の実施の形態の位置決めテーブル装置の上面図であり、図８は、第２の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態においては、駆動手段として、モータ２１の代わりにリニアモータ２１’を設けている。リニアモータ２１’は、基板１０に取り付けられた固定子２１ａ’と、固定子２１ａ’に対して非接触状態に維持され且つ直線的に移動する移動子（駆動部材）２１ｂ’とを有している。移動子２１ｂ’の先端は、テーブル１３の外周側面に形成された被駆動部１３ｔに当接している。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。本実施の形態では、リニアモータ２１’が更に維持手段を構成する。

本実施の形態によれば、固定子２１ａ’に対して移動子２１ｂ’が非接触状態に維持されるリニアモータ２１’を用いているので、テーブル１３を軸線方向に変位させた場合に、移動子２１ｂ’はテーブル１３と一体的に変位させることができ、それにより被駆動部１３ｔと移動子２１ｂ’との当接位置を維持できるため、摺動による異物の発生を抑制できる。

なお、リニアモータ２１’の移動子２１ｂ’は、図２に示す状態で、固定子２１ａ’に対して上下のみならず左右方向に変位可能であるものが好ましい。テーブル１３が微小回転した場合に、移動子２１ｂ’をテーブル１３と一体的に変位させることができ、それにより被駆動部１３ｔと移動子２１ｂ’との当接位置を維持できるからである。従って、本実施の形態では転動輪も不要となる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、静圧軸受１２の本体１２ａを基盤１０側に取り付け、ベースプレート１２ｇをテーブル１３側に取り付けても良い。

本実施の形態の位置決めテーブル装置の上面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た断面図である。 図２の矢印III部を拡大して示す図である。 図２の矢印IV部を拡大して示す図であり、 図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 アーム１３ｃを矢印VI方向に見た図である。 第２の実施の形態の位置決めテーブル装置の上面図である。 第２の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。

符号の説明

１ ガイドレール
２，２ スライダ
１０ 基盤
１１ 基軸
１１ａ 段部
１２ 静圧軸受
１２ａ 本体
１２ｂ 静圧パッド
１２ｃ 電磁弁
１２ｄ 供給路
１２ｅ 排気路
１２ｆ 円盤状孔
１２ｇ ベースプレート
１２ｈ 周溝
１２ｊ 間座
１３ テーブル
１３ａ 中央開口
１３ｂ ボルト孔
１３ｃ アーム
１３ｓ ベース
１３ｖ 平行板ばね
１３ｔ 被駆動部
１４ アンギュラコンタクト玉軸受
１５ 内輪間座
１６ ナット
１７ ホルダ
１７ａ 端部内周フランジ部
１７ｂ 端部外周フランジ部
１８ 固定部材
１９ 板ばね
２０ フレーム
２１ モータ
２１ａ 回転軸
２１’ リニアモータ
２１ａ’ 固定子
２１ｂ’ 移動子
２２ カップリング
２３ ボールねじ機構
２３ａ ベアリング
２３ｂ ねじ軸
２４ 転動輪ケース
２５ 転動輪
２６ コイルばね
２７ 調整ボルト
Ｂ ボルト
ＥＣ 排気コネクタ
ＳＣ 供給コネクタ

Claims (5)

1. 積載物を位置決めできる位置決めテーブル装置において、
   基軸を取り付けた基盤と、
   積載物を支持する回転可能なテーブルと、
   前記基軸と前記テーブルとの間に配置され、前記テーブルの半径方向力を支持する軸受と、
   前記テーブルと前記軸受とを軸線方向に変位可能に連結する弾性部材と、
   前記基盤と前記テーブルとの一方に配置され、前記テーブルの軸線方向力を支持する非接触式軸受と、
   前記テーブルに連結された被駆動部を駆動部材により直線的に駆動することにより、前記テーブルを回転させる駆動手段と、
   前記テーブルが軸線方向に変位した場合にも、前記テーブルの軸線方向における前記被駆動部と前記駆動部材との当接位置を維持する維持手段とを有することを特徴とする位置決めテーブル装置。
2. 前記非接触式軸受は静圧軸受であることを特徴とする請求項１に記載の位置決めテーブル装置。
3. 前記駆動手段はリニアモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決めテーブル装置。
4. 前記被駆動部と前記テーブルとは、前記テーブルの軸線方向におけるばね剛性が、それに直交する方向のばね剛性より低い平行ばねにより連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決めテーブル装置。
5. 前記被駆動部と前記駆動部材との間には、転動輪が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決めテーブル装置。
   

Images