JP2638946B2

JP2638946B2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JP2638946B2
Application number: JP63166378A
Authority: JP
Inventors: 利明山口; 正樹池田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH0215894A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、密閉された空間内にある被操作体を、該空
間の外部から回動乃至直線移動せしめて、所定の位置で
所定の姿勢をとらせるための位置決め装置に関する。

〔従来の技術〕

材料の表面に電子ビームやレーザ光を照射して表面層
を改質し、耐摩耗性，耐食性，耐熱性などの特性を飛躍
的に高めようとする材料の表面改質技術の分野、或いは
半導体の製造技術の分野などにおいては、真空などの特
殊の環境とされた密閉空間内におかれた材料を任意に動
かして、所定の位置に正確に位置決めすることが要求さ
れる。

そのため被操作体である材料を回動操作や直線移動操
作するための機械的操作機構が用いられている。これら
の機械的操作機構の可動部を円滑に機能させるには、相
対移動する部分に潤滑剤を使用することが一般的である
が、真空あるいは特殊雰囲気などの密閉空間内では、環
境を汚染するおそれがある。そこで、機械的操作機構は
密閉空間外に置き、操作棒を介して密閉空間内の被操作
体を遠隔操作することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記被操作体の操作には、１軸方向の
直進や回動ではなく、複数の軸に関する複合運動を必要
とすることが多い。第10図は３軸直線,3軸回動の複合状
態を示すものであり、被操作体１の運動はその中心Ｏを
通るＸ軸,Y軸,Z軸に沿う方向の直線移動と、Ｙ軸回りに
α,X軸回りにβ,Z軸回りにγの回動が考えられる。

このような多軸の複合運動を円滑操作で各軸毎に指令
して行わせるものとした場合に、各操作機構の組み合わ
せ如何では、それぞれの動きが干渉しあって最終的位置
が目標位置からずれてしまう。例えば３軸直進,1軸回動
操作を行うものでは、被操作体の垂直度の僅かな調整は
XYテーブルの傾きを調整して行うことが一般的である。
この場合、Ｚ軸直進機構がXYテーブル上に支承されてい
るとすると、被操作体１の動きは第11図（ａ），（ｂ）
に示すようになる。

すなわち、初めに被操作体１の面が取付等の誤差で傾
き垂直でなかったとする（第11図（ａ）のイの状態）
と、これをXYテーブルの傾きで調整すると同図ロのよう
になり、これにＸ方向及びＺ方向の調整を行って被操作
体１の正規の位置に持ってくることができる。しかしこ
の時のXYテーブルの面は水平面に対して傾いているの
で、被操作体１を所定量移動させる場合、例えばＸ方向
にＬだけ移動する指令を出しても被操作体１は第11図
（ｂ）のニからヘに移動し、正しい位置に移動しない。
いま、XYテーブルの傾きをεとすると、被操作体１の中
心ＯはＸ方向に対してはLcosε、Ｚ方向へはLsinεの位
置O₂に移動し、Ｘ軸方向に（１−Lcosε）、Ｚ軸方向に
Lsinεだけ目標位置O₁からずれてしまう。

したがってこのような複合運動させる位置決め装置に
あっては、軸干渉によるずれ分を補正する機構を別に設
けることが考えられるが、その場合は、装置全体が複雑
になり且つ高価になることは避けられない。

また、密閉空間外に置いた機械的操作機構と密閉空間
内の被操作体１とを仲介する操作棒は、密閉空間を形成
する容器壁を貫通させなければならないから、貫通孔は
ベローズで覆って遮断し、密閉空間への外気侵入を防ぐ
必要がある。すると、被操作体を回動運動させる際に、
ベローズにねじり力が加わり、これが繰り返されるとベ
ローズの早期破壊ひいては位置決め装置全体の破壊につ
ながるおそれがある。

また、操作棒と被操作体との連結部にベアリングを介
装して回動操作の円滑化を図ることが考えられるが、ベ
アリングは潤滑が必要であるから、その潤滑剤による密
閉容器内の環境汚染が問題になる。

本発明は、組み合わせを特定した回動操作手段と直線
移動操作手段とを備えた、或いはまた、ベローズにねじ
り力が加わらないようにした、また潤滑剤を用いない回
動支持手段を備えた位置決め装置を提供して上記問題点
を解決することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成する本発明は、密閉容器内の被操作
体を容器外から回動及び直線移動操作する位置決め装置
であって、前記密閉容器を貫通して一端が前記被操作体
に連結された一対の操作棒と、該操作棒の他端をそれぞ
れ支持して前記密閉容器外に配設された揺動腕と、前記
被操作体を所定の直交軸それぞれの回りに回動せしめる
各軸別の回動機構を積層してなる回動操作手段及び前記
直交軸のそれぞれに沿って直進せしめる各軸別の直進機
構を積層してなる直線移動操作手段とを備え、前記揺動
腕を前記回動操作手段で支承し、更に該回動操作手段を
前記直線移動操作手段で支承したものである。

上記操作棒と被操作体及び操作棒と揺動腕をそれぞ
れ、操作棒のねじり方向に回動する回動支持手段を介し
て接続するとよい。

また、操作棒と被操作体を接続する回動支持手段は回
転板ばねとするのが好ましい。

〔作用〕

揺動腕を回動させる回動操作手段を直線移動操作手段
で支承する組みつけとしたため、被操作体を回動させる
と共に直線移動させても軸干渉はなく、被操作体は目標
位置に正確に位置決めされるから、補正機構は不要であ
る。

また、操作棒と被操作体、及び操作棒と揺動腕とを、
操作棒のねじり方向に回動する回動支持手段を介して接
続すると、被操作体をＺ軸回りにγ回動させたとき、操
作棒が反対方向に軸回動するから、ベローズにねじり力
は作用せず、寿命延長に有効である。

また、操作棒と被操作体とを接続する回動支持手段を
回転板ばねとすると、潤滑剤は不要であるから、密閉容
器内の真空雰囲気を汚染するおそれはなく好都合であ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図とともに説明する。

第１図ないし第９図は、本発明の一実施例を示すもの
である。被操作体１は密閉容器である真空槽２の内部に
支持される。すなわち、真空槽２の蓋３に設けられた貫
通孔４を通して、一対の操作棒５が真空槽２内に差し込
まれている。操作棒５は、その下端5aが操作棒５のねじ
り方向に回動可能に一方の回動支持手段としての回転板
ばね６（第４図参照）を介して被操作体１に連結される
と共に、その上端5bが真空槽２の外に配設された揺動腕
７に、他方の回動支持手段としてのベアリング８を介し
て操作棒５のねじり方向に回動可能に連結されている。
上記回転板ばね６は、そのリング部6aが操作棒下端5aに
形成されたフランジ９にボルト10で固定され、リング部
6aから四方へ放射状に延びたばね部6bの端がボルト11で
被操作体１に固定されている。ベアリング８は揺動腕７
に嵌着され、これに軸受けされた操作棒５の上端5b側に
フランジ12が設けてあり、このフランジ12に相フランジ
13がボルト14で固着され、その相フランジ13にベローズ
15の上端側が気密に固定されると共に、ベローズ15の下
端側は真空槽２の蓋３にフランジ16を介して気密に固定
され、貫通孔４を外気から遮断している。

こうして、一対の操作棒５を介して被操作体１を支持
するようにされた揺動腕７は、その回動中心部にベアリ
ング20が装着され、これにγ方向の揺動中心となる支軸
21が嵌挿されている。そしてこの支軸21を介して、揺動
腕７自体が回動操作手段22及びこれを支承する直線移動
操作手段23により真空槽の蓋３上に支承されている。

上記回動操作手段22は、被操作体１をその中心Ｏを通
る直交軸X,Y,Zの回りに回動せしめる各軸側の回動機構2
2β,22α,22γを積層して構成されている。また、直線
移動操作手段23は、被操作体１をその中心Ｏを通る直交
軸X,Y,Z沿いに直線せしめる各軸別の直進機構23X,23Y,2
3Zを積層して構成されている。

すなわち、Ｚ軸回りの回動機構22γは、支軸21の基板
21A上にフランジ24を立設し、これに支持された制御用
モータ26の出力軸を小歯車27をとりつけ、この小歯車27
と噛み合う部分歯車28を有してＺ軸を軸とする揺動板29
を、揺動腕７の中心部に固着して構成されている。

Ｘ軸回りの回動機構22βは、回動機構22γが取付けら
れた上記基板21Aを上面に固定し下面が蒲鉾形湾曲面で
あるテーブル30と、これを案内する湾曲レール31と、不
図示のテーブル駆動機構と、その制御用モータ32をベー
ス33上に組みつけて構成されている。

Ｙ軸回りの回動機構22αは、上記回動機構22βのベー
ス33を上面に固定し下面が蒲鉾形湾曲面であるテーブル
35と、これを案内する湾曲レール36と、テーブル駆動機
構37と、取付け板38Aに固着した制御用モータ38をベー
ス39上に組みつけて構成されている。テーブル駆動機構
37は回動機構22βのものと同様であり、その詳細が第５
図，第６図に示される。すなわち、ベース39上に直線案
内装置（リニアガイド装置）40が装着されている。これ
は、ガイドレール41に、その上をボールの転動を介し軸
方向に軽く操行するスライダ42が跨架されているもので
ある。更にガイドレール41を挟んで立設された支柱43
に、ベアリング44を介してねじ軸45が支承されている。
そのねじ軸45にはナット46が螺合されると共に、一端は
カップリング47を介して制御用モータ38の回転軸に接続
されている。ナット46は、下部が上記スライダ42の上面
に固着されると共に、両側面から水平に回動軸48が突設
されている。一方、テーブル35の下面には上下方向に長
い長穴49を有する一対のフランジ50が固着されている。
そして、その長穴49に回動軸48を挿通することにより、
テーブル35とナット46とが連係されている。

次に直線移動操作手段23を構成する各軸別の直進機構
23X,23Y,23Zについて説明する。

直進機構23Zは、第２図に示されるように上記回動機
構22αのベース39が上面に固着された直角三角形側面を
有してその斜面同士を上下に向かい合わせに配した２基
のテーブル51,52を備えている。下方のテーブル51は、
ベース53上に左右一対に取付けられた直線案内装置40の
スライダ42に固定されている。このテーブル51の下部に
は、送りねじ式のテーブル駆動機構が設けてあり、送り
ねじがベース53側に、ナットがテーブル51側に取付けら
れ、テーブル51は制御用モータ54で水平に直進駆動させ
得る。テーブル51の傾斜した上面には他の直線案内装置
40のガイドレール41が取付けられていて、そのスライダ
42に上方のテーブル52の斜面が固定支持されている。ま
た、上方のテーブル52の側面は、ベース53上に立設した
案内板55に取付けた更に他の直線案内装置40のスライダ
42に固定されている。かくして、下方のテーブル51の水
平直進駆動は上方のテーブル52の垂直直進駆動（Ｚ軸方
向駆動）に変換されるものである。そのテーブル52の上
面に回動機構22αのベース39が固定支持されている。

直進駆動23Yは、ベース56上に左右一対に取付けられ
た直線案内装置40のスライダ42に、上記直進機構23Zの
ベース53を固定したテーブル57と、このテーブル57をＹ
軸方向に移動させるべく制御用モータ58で駆動されるね
じ軸59を有する送りねじ式のテーブル駆動機構60を備え
ている。

直進機構23Xは、同じく、ベース61上に左右一対に取
付けられた直線案内装置40のスライダ42に、上記直進機
構23Yのベース56を固定したテーブル62と、このテーブ
ル62をＸ軸方向に移動させるべく制御用モータ63で駆動
されるねじ軸64を有する送りねじ式のテーブル駆動機構
65を備えている。

次に作用を説明する。

いま、図示されない指令部から所定の制御用モータの
制御部に、（X,Y,Z,α，β，γ）＝（0,0,Z₁,α₁,0,0）
の位置指令を与えると、被操作体１はイ，ロ，ハの順で
姿勢を変える（第７図）。すなわち、直進機構23Zの制
御用モータ54が所定角度だけ正回転すると、テーブル51
が前進する。すると斜面を介してテーブル52が上昇す
る。これにより、回動操作手段22が揺動腕７、操作棒５
ともども上昇する。そのため、被操作体１は第７図に示
されるように、イの位置から垂直に距離Z₁だけ上昇して
ロの位置に移動する。続いて回動機構22αの制御用モー
タ38が所定角度だけ正回転して、テーブル35を被操作体
１の中心O₁を軸に角度α_１だけ回動させる。すると、回
動機構22β,22γ及び揺動腕７が共に角度α_１だけ傾
き、その結果、被操作体１はハの姿勢になる。このと
き、先に述べたような軸干渉により位置ずれは起こらな
い。すなわち、補正機構を全く必要としない。

次に、回動機構22γの制御用モータ26に指令を送り、
揺動板29を介して揺動腕７を支軸21回りに角度θだけγ
回動させた場合を述べる。第８図はそのときのベローズ
15の平面的な動きを模式的に示したもので、O_aは揺動腕
７のγ回動の中心、O_bはベローズ15の円形断面の中心、
点b₁は上側のフランジ12及び真空槽の真空槽の蓋３に固
定された下側のフランジ16の円周上で且つ同位相の点
で、γ回転する前の位置を表すものとする。揺動腕７が
角度θだけ回動したとき、下側のフランジ16の円周上の
点b₁は動かないが、上側のフランジ12の円周上の点b₁は
点b₂に移動しょうとする。ベローズ15は軸方向と横方向
には軽く変位できるが、回転方向には強い剛性を持って
いるので回動できないが、この実施例では操作棒５の上
下端部がそれぞれに回動支持手段であるベアリング８と
回転板ばね６とで操作棒５のねじり方向に回動可能に支
持されているため、揺動腕７の回転とともに上側のフラ
ンジ12が逆回転する（第９図は、このときの回転板ばね
６の変形状態を示したものである）。その結果、上側の
フランジ12の円周上の点b₁は、点b₂ではなく点b₃に移動
することとなり、ベローズ15にねじりは生じない。した
がってベローズ15の寿命の短縮は防止される。

操作棒５の上下端部をそれぞれ軸回転自在に支持する
回動支持手段すなわちベアリング８と回転板ばね６のう
ち、少なくともどちらか一方の回動支持手段がない場合
は、操作棒５の逆回転は不能であり、ベローズ15にねじ
りが生じて早期に破損する。

また、操作棒５の真空槽２内における回転支持として
回転板ばね６を用いたため、グリース等の軸受潤滑剤は
不要であり、長期間使用しても真空槽２内の環境が汚染
されるおそれはない。

もっとも、軸受潤滑剤による環境汚染を考慮する必要
がない用途に使用する場合は、回転板ばね６に代えて一
般的なベアリングとしてもよいことは勿論である。

なお、上記実施例では、３軸直進,3軸回動の６自由度
としたものについて説明したが、例えば２軸直進,2軸回
転の如くより少ない自由度のものにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、密閉容器内の
被操作体を、容器外から回動操作及び直線移動操作して
位置決めするのに、回動操作手段を直線移動操作手段で
支承した装置とした。そのため、回動操作と直線移動操
作との干渉が防止され、補正機構なしに単純な制御で正
確な位置決めが実現できるという効果が得られる。

また、回動及び直線移動の各操作手段と被操作体とを
連結する操作棒を回動支持手段を介して回動可能に支持
することにより、操作棒をカバーするベローズのねじり
が防止できて、ベローズが早期に破損することがない。

また、密閉容器内の上記回動支持手段を回転板ばねと
することにより、潤滑剤は不要となり、密閉容器内の環
境汚染が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の一実施例を示し、第１図
は一部を断面として示した正面図、第２図は第１図の要
部側面図、第３図は第１図の上面図、第４図は第１図の
回動支持手段としての回転板ばねの平面図、第５図は第
１図のα回動機構の部分縦断側面図、第６図は第５図の
VI−VI線断面図、第７図は位置決め操作時の被操作体の
作動説明図、第８図は位置決め操作におけるベローズの
作用説明図、第９図は回転板ばねの作用説明図、第10図
は被操作体の３軸直線,3軸回動の作動説明図、第11図
（ａ），（ｂ）は位置決め操作時に軸干渉がある従来の
被操作体の移動説明図である。１は被操作体、２は密閉容器、５は操作棒、６は回転板
ばね、７は揺動腕、８はベアリング、22は回動操作手
段、22α,22β,22γは回動機構、23は直線移動操作手
段、23X,23Y,23Zは直進機構。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内の被操作体を容器外から回動及
び直線移動操作する位置決め装置であって、前記密閉容
器を貫通して一端が前記被操作体に連結された一対の操
作棒と、該操作棒の他端をそれぞれ支持して前記密閉容
器外に配設された揺動腕と、前記被操作体を所定の直交
軸それぞれの回りに回動せしめる各軸別の回動機構を積
層してなる回動操作手段及び前記直交軸のそれぞれによ
って直進せしめる各軸別の直進機構を積層してなる直線
移動操作手段とを備え、前記揺動腕を前記回動操作手段
で支承し、更に該回動操作手段を前記直線移動操作手段
で支承したことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】操作棒と被操作体及び操作棒と揺動腕をそ
れぞれ、操作棒のねじり方向に回動する回動支持手段を
介して接続したことを特徴とする請求項（１）記載の位
置決め装置。
【請求項３】操作棒と被操作体を接続する回動支持手段
は回転板ばねである請求項（２）記載の位置決め装置。