JP4271350B2 - トラクションドライブ式駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラクションドライブ、或いはフリクションドライブと言われる、圧接している円筒面間の油膜のせん断抵抗、或いは摩擦抵抗（潤滑剤を使用しない場合）を利用してトルク伝達を実現するタイプの低騒音、低振動の駆動装置であって、中心部が中空であるとともに駆動装置全体の外形がコンパクトであるトラクションドライブ式駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、特に中心部が中空であることを要求される装置の駆動装置として用いることができ、以下に例示する装置に限定されるものではないが、以下、ポリッシング装置の回転駆動装置を例にとり、説明する。
【０００３】
半導体ウエーハ等の平坦化にはＣＭＰ（化学的機械的ポリッシング）と言う工法がよく用いられる。簡略的に説明すると、ウエーハを回転テーブルに載置し、ポリッシャによりウエーハを回転テーブルに押し付け、ウエーハと回転テーブルの間に散布したスラリーを介してポリッシングするものである（例えば、特開平８−１６７５８５号公報参照）。
【０００４】
低振動、低騒音でこの回転テーブル及び／またはポリッシャを回転駆動する必要があり、このために、低速回転のダイレクト駆動モータ（ＤＤモータという）がよく使用されている。すなわち、回転テーブルの中心部の駆動軸をＤＤモータの出力軸と連結する。しかし、従来のＤＤモータ方式の場合は、非常に大きく、重いという問題があった。
【０００５】
加えて、ウエーハサイズの増大（例えば８インチから１２インチに）により、テーブルの駆動には一層大きいトルクを必要とする。このため、その問題は更に深刻化する。すなわち、ＤＤモータは大きなトルクを得るため、モータの体積と重量が大きくなり、必要な電流も大きくなって発熱が増大する。
【０００６】
一方、ＣＭＰではウエーハに高い品位の平坦度を得るため、テーブルの回転速度の変動と振動を厳しく抑えることが重要な課題である。しかし、一般にモータ変動の絶対値はほぼ決まっており、モータ速度の変動率はモータ速度に対する変動の割合であるので、モータ速度が低いＤＤモータにあっては速度の変動率を小さく抑えることが困難である。
【０００７】
これに対して、高速モータとギヤ減速機を使用して駆動装置の小型化を図るとともに速度の変動率を低減する試みもある。例えば、回転テーブルの中心部から駆動軸を下向きに設け、この駆動軸に形成した歯車と駆動モータの出力に取着した歯車を噛合させて、回転テーブルを回転駆動する（例えば、実開昭６２−７８２６０号公報参照）。しかし、ギヤ減速機の歯と歯の噛み合いのために、比較的大きな振動と騒音が発生するという問題が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＣＭＰテーブル等の駆動装置は、ウエーハの大口径化により、必要とするトルクも大きくなる。一方、半導体ウエーハ等のポリッシング装置は、クリーンルーム内で使用するため、クリーンルーム床の耐荷重制限から装置の軽量化が要求される。
【０００９】
また、ウエーハを高精度に平坦化するため、ポリッシングテーブル、ＣＭＰ用テーブルまたはポリッシャの回転には高い回転精度（回転速度の変動、振動、テーブルの面フレが小さいこと）が厳しく要求される。
【００１０】
更に、ポリッシングテーブル、ＣＭＰ用テーブルまたはポリッシャの温度を制御するため、ポリッシングテーブル、ＣＭＰ用テーブルまたはポリッシャが中空構造であることとともに低発熱であることが必要とされる。
【００１１】
上述した要求を同時に満たすことができるポリッシング装置の回転駆動装置、すなわち、ポリッシングテーブル、ＣＭＰ（化学的機械的ポリッシング）用テーブルまたはポリッシャの回転駆動装置を提供するべく、本出願人は先に特願２０００−８６０６１号の出願を提案した。この提案の装置により、大きな出力トルクと高い回転速度精度を有し、且つ、低振動、低騒音で、更に中空であるコンパクトで、軽量なポリッシング、ＣＭＰ用テーブルまたはポリッシャの駆動装置が提供される。
【００１２】
しかしながら、上記提案装置では、１つの中間軸に駆動モータを連結しており、更に大きな出力トルクが要求される場合に、駆動モータのサイズが大型化して有効な中空部が取れないという問題が生じた。
【００１３】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決できるトラクションドライブ式駆動装置を提供することを目的とする。
【００１４】
より詳しくは、本発明は有効な中空部が取れるとともに大きな出力トルクが得られるトラクションドライブ式駆動装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、固定部材、該固定部材の中心に配設され浮動リングとして作用する中空の外接軸、該外接軸の周囲に配置されて該外接軸に外接する回転可能な複数の中間軸、該中間軸が内接する回転可能な且つ浮動リングとして作用する内接円筒、前記固定部材に取着された複数の駆動モータからなるとともに、前記中心よりオフセットされた前記複数の中間軸のうち少なくとも２本がそれぞれ前記駆動モータの各々に連結されて駆動源が分散されていることを特徴とするトラクションドライブ式駆動装置により、上記の目的を達成する。
【００１６】
本発明においては、複数の中間軸のうち少なくとも２本の中間軸にそれぞれ駆動モータを連結しており、各駆動モータは小さな外形とでき、従って、トラクションドライブ式駆動装置の外形は小さくできるが、これら駆動モータ全体として大きなトルクを生じることができる。
【００１７】
しかも、トラクションドライブでは、その構造上、歯と歯の噛み合いがなく、中間軸と、外接軸および／または内接円筒との間に伝達トルクに応じて微小な滑りが発生している。従って、複数の中間軸に位相ずれが累積されても、滑りで吸収されて歯車伝達時のような干渉の問題が生じない。本発明においては、このトラクションドライブの機構を利用して、厳密な同期制御を行わずに複数の中間軸にそれぞれ駆動モータから動力を導入するようにし、動力源を分散して有効な中空部が取れるとともに大きな出力トルクが得られる。
【００１８】
更に、本発明によれば、複数の中間軸のうち少なくとも２本の中間軸にそれぞれ駆動モータを連結することにより動力源を分散してトラクション箇所を増やしており、結果的に本発明に係るトラクションドライブ式駆動装置のトラクションドライブの負荷容量が著しく向上した。また、動力源を分散することにより、従来のように１本の中間軸にのみ駆動モータを連結する場合に比較して、中間軸１個当たりの伝達トルクが減少したため、中間軸の軸径が小さくでき、これにより、減速比が大きく取れるという効果もある。
【００１９】
これらにより、本発明によれば、トラクションドライブ式駆動装置のサイズを増大せずに、負荷容量が増大し、大きな中空径が得られるトラクションドライブ式駆動装置が提供される。
【００２０】
本発明においては、内接円筒が同心状の二重中空リングからなり、該二重中空リングの内側リングと外側リングとが連結部材により連結されていてもよい。これにより、リング状の中空円筒からなる外接軸の変形に起因する該内側リングの変形が外側リングに伝わり難くなり、内接円筒の回転精度が向上する。また、内接円筒を二重中空リングとすることにより、機械加工量が低減でき、製造が容易になるという効果も奏される。
【００２１】
本発明においては、複数の駆動モータが前記中心の回りに等配的に配置され、各駆動モータの動力が均等に中間軸に伝達されるようにすることが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図示した図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明をＣＭＰテーブルに適用した一実施例の断面図であり、図２は図１のII−II断面を、図３は図１の底面図である。
【００２３】
テーブル（図示せず）の上に半導体のウエーハや液晶ガラス等を載置し、上からポリッシャ（図示せず）で押圧し、ウエーハの端面や液晶ガラスの端面等を平坦化するために用いる。円板状のテーブル（図示せず）は、図１に示す回転部材５の上に取着され、後述するように、本発明に係るトラクションドライブ式駆動装置を介して、複数（実施例では３個）の駆動モータ１により水平面内で回転可能である。
【００２４】
本発明に係るトラクションドライブ式駆動装置を図１を参照して説明する。固定部材６の上面に上板１０がボルト１８により締結固定されている。リング状の中空円筒からなる外接軸３が固定部材６と上板１０との間で、テーブルの回転中心位置に配設されている。外接軸３と固定部材６とは、その間に周方向の微小な間隙を有している。
【００２５】
図２に示すように、外接軸３の周囲に複数（図２では６個）の細径の中間軸２が等配的に配置されており、図１に示すように、その上下の両端がそれぞれ軸受１３を介して、固定部材６および上板１０に回転可能に支承されている。各中間軸２は、外接軸３に外接している。従って、中間軸２の各軸心はリング状の中空円筒からなる外接軸３の軸心からオフセットしている。このオフセット量は、後述する駆動モータ１の外形の１／２（円筒形駆動モータ１の場合は円筒の半径、角型駆動モータ１の場合は直方体形状の一辺の半分）より大きくして、中空円筒からなる外接軸３の軸心部に駆動モータ１が掛からないようにしている。
【００２６】
図１に示すように、電気モータからなる複数（本実施例では３個）の駆動モータ１がボルト１４により固定部材６に取着され、駆動モータ１の出力軸１ａは垂直となっている。本実施例においては、図３に示すように、３個の駆動モータ１が外接軸３の周囲に等配的に配置されている。
【００２７】
前述した６本の中間軸２のうちの３本は、図１の左半分に示すように、その下端部２ａがカップリング１９にスプライン結合しており、カップリング１９およびキー１ｂを介してそれぞれ駆動モータ１の出力軸１ａに連結されており、これらの中間軸２はＣＭＰテーブルの回転駆動力の入力軸となっている。なお、残りの３本の中間軸２は、図１の右半分に示すように、駆動モータ１とは連結されていない。
【００２８】
上述したように中間軸２の位置は、駆動モータ１の外形の半分より大きくオフセットしており、テーブルの中心部にリング状の中空円筒からなる外接軸３が位置しており、テーブルの下方中心部は中空構造としており、この中空部にジョイント（図示せず）等を通し、ポリッシングテーブル、ＣＭＰ用テーブルまたはポリッシャの温度を制御することができる。
【００２９】
再び図２を参照して、前述した複数の中間軸２の外周が、リング状の内接円筒４の内周面に内接している。内接円筒４は、内面が円筒形をした回転部材５の内部に、その間に周方向の微小な間隙を有して設置されている。
内接円筒４の外周面から半径方向に内側へ延びるピン孔４ａが内接円筒４の外周面に等配的に形成されている。回転部材５には、内接円筒４のピン孔４ａに対応して、外周面から内周面まで貫通するボルト孔５ｂが形成されている。連結部材の一例としてのボルト１７が回転部材５のボルト孔５ｂに螺合されている。ボルト１７は先端部が内接円筒４のピン孔４ａより僅かに小径なピン１７ａとなっており、根元部が回転部材５のボルト孔５ｂに螺合するねじ部１７ｂとなっており、ピン１７ａはピン孔４ａに遊嵌合している。
図示した実施例では、連結部材としてボルト１７の先端部を小径のピン１７ａとしている。しかし、ボルト１７と別体の小径のピンを連結部材として用い、ボルト１７をボルト孔５ｂに螺合させてピンが抜けないようにしてもよい。
【００３０】
図１に示すように上板１０の外径部および固定部材６の外径部は主軸受の内輪となっており、回転部材５の内周部が主軸受の外輪となっており、上板１０、回転部材５およびその間に装着された軸受ボール７によって２列のアンギュラ玉軸受からなる主軸受が構成されており、回転部材５は固定部材６および上板１０に対して回転可能である。
【００３１】
回転部材５の上には前述したテーブル（図示せず）がボルト、ピンまたはキー（図示せず）により固定されている。なお、符号５ａはボルト、ピンまたはキー（図示せず）により、出力部材（本実施例ではテーブル）を回転部材５に固定するための孔を示す。また、本発明に係るトラクションドライブ式駆動装置を用いる装置に本発明のトラクションドライブ式駆動装置を固定するために、固定部材６には符号６ａで示すボルト、ピンまたはキー（図示せず）締結用の孔が形成されている。
【００３２】
上記の構成からなる本発明の実施例においては、内接円筒４および外接軸３はリング状中空円筒であり、弾性域内において自由変形できるように浮動している構造、すなわち軸受の支持がない状態で中間軸２により保持されている。なお、リング状の中空円筒からなる外接軸３および内接円筒４の寸法、材質は中間軸２に外接または内接して所望の圧接力を生じるとともに繰返し応力により疲労しないように適宜選定している。
【００３３】
すなわち、外接軸３は一方の浮動リングとして作用するので、この浮動リング（中空外接軸３）は自由状態の外径が中間軸２に外接する円の直径より若干大きく形成されている。この浮動リングを複数の中間軸２に外接するように中心に組み込む。これにより、真円であった浮動リング（中空外接軸３）の形状は、その弾性域において波状に変形して圧接力を発生する。なお、この場合に、浮動リングの変形により生じる波の数は、中間軸２の数に等しくなる。
【００３４】
また、内接円筒４を他方の浮動リングとしており、この浮動リング（中空リング状内接円筒４）の自由状態の内径は、複数の中間軸２が内接する円の直径より若干小さく形成されている。複数の中間軸２が浮動リングに内接するように、この浮動リングを中間軸２の外側に組み込んでいる。
【００３５】
複数の駆動モータ１を回転させると、その出力軸１ａの回転が連結された複数の中間軸２に伝えられ、中間軸２の回転はトラクション力によって内接円筒４に伝えられ、内接円筒４と中間軸２との半径比で中間軸２のトルクが増大される。この場合に、本実施例では歯と歯の噛合いがないのでスムーズな減速回転が実現できる。
【００３６】
また、図２に示すように中間軸２に対して外接円筒（外接軸）３が突張る荷重と内接円筒４の絞る荷重とを釣り合わせて中間軸２、外接円筒（外接軸）３および内接円筒４の間をバランス状態に保ち、内部の加圧荷重が中間軸２を支持するベースや主軸受に余計なアンバランス力、或いは変形を与えないために装置全体の振動と騒音を著しく減少する。
【００３７】
更に、最内側中央の外接軸３の変形による圧接力が中間軸２および内接円筒４に作用し、内接円筒４が振れてその回転精度が低下する心配の対策として、本実施例では内接円筒４と回転部材５とが同心状の二重中空リングとしており、前述したように、二重中空リングの内接円筒４と回転部材５とがピン１７ａ付きのボルト１７により連結しており、内接円筒４の回転力は回転部材５に伝わるが、リング状の中空円筒からなる外接軸３の変形に起因する内接円筒４の半径方向の変形が外側の回転部材５に伝わり難くなり、内接円筒４の回転精度が向上する。
すなわち、トラクション力を得るための加圧荷重がベースとケーシングに伝わらないので、主軸受をトラクション機構の近くに配置しても、主軸受の回転精度に悪影響を及ぼすことなく、扁平型の駆動装置が得られる。
なお、本発明においては、同心状の二重中空リングからなる内接円筒４を上述した実施例のようにピン付きのボルト、またはボルトと別体のピンからなる連結部材で連結する代りに、ころなどの連結部材により連結してもよい。
【００３８】
更に、電気モータは減速機の回転軸中心からモータ半径より大きくオフセットして配置し中空構造を設けた。その中空構造部にテーブルの温度を制御するためのジョイントを通すことによって温度制御が簡単にできる。
【００３９】
テーブルの回転主軸受の内外輪はそれぞれ出力軸のケーシングと一体であり、厚い肉厚で高精度、高剛性を実現することができる。
【００４０】
以上のことで大きな出力トルクと高い回転速度精度があり、且つ、低振動、低騒音で、中空構造を有するコンパクトで軽量なポリッシングテーブル、ＣＭＰ（化学的機械的ポリッシング）用テーブルまたはポリッシャの回転駆動装置が提供され、すなわち、従来よりコンパクトで優れた回転安定性を持つポリッシング装置の回転駆動装置が実現できる。
【００４１】
以上の説明は、本発明をＣＭＰ（化学的機械的ポリッシング）用テーブルの回転駆動装置に適用した実施例につき行った。しかし、本発明は、ＣＭＰ用テーブルに限られず、広く駆動装置に実施することができ、特に中心部が中空であることを要求される装置の駆動装置として適する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の中間軸のうち少なくとも２本の中間軸にそれぞれ駆動モータを連結しており、各駆動モータは小さな外形とでき、従って、トラクションドライブ式駆動装置の外径は小さくできるが、これら駆動モータ全体として大きなトルクを生じることができる。
【００４３】
しかも、トラクションドライブでは、その構造上、歯と歯の噛み合いがなく、中間軸と内接軸間に伝達トルクに応じて微小な滑りが発生している。従って、複数の中間軸に位相ずれが累積されても、滑りで吸収されて歯車伝達時のような干渉の問題が生じない。本発明においては、このトラクションドライブの機構を利用して、厳密な同期制御を行わずに複数の中間軸にそれぞれ駆動モータから動力を導入するようにし、動力源を分散して有効な中空部が取れるとともに大きな出力トルクが得られる。
【００４４】
更に、本発明によれば、複数の中間軸のうち少なくとも２本の中間軸にそれぞれ駆動モータを連結することにより動力源を分散してトラクション箇所を増やしており、結果的に本発明に係るトラクションドライブ式駆動装置のトラクションドライブの負荷容量が著しく向上した。また、動力源を分散することにより、従来のように１本の中間軸にのみ駆動モータを連結する場合に比較して、中間軸１個当たりの伝達トルクが減少したため、中間軸の軸径が小さくでき、これにより、減速比が大きく取れるという効果もある。
【００４５】
これらにより、本発明によれば、トラクションドライブ式駆動装置のサイズを増大せずに、負荷容量が増大し、大きな中空径が得られるトラクションドライブ式駆動装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をＣＭＰテーブルに適用した一実施例の断面図である。
【図２】図１のII−II断面を示す。
【図３】図１の底面図である。
【符号の説明】
１ 駆動モータ
１ａ 出力軸
２ 中間軸
３ 外接軸
４ 内接円筒
５ 回転部材
６ 固定部材
７ 軸受ボール
１３ 軸受

Claims (3)

1. 固定部材、該固定部材の中心に配設され浮動リングとして作用する中空の外接軸、該外接軸の周囲に配置されて該外接軸に外接する回転可能な複数の中間軸、該中間軸が内接する回転可能な且つ浮動リングとして作用する内接円筒、前記固定部材に取着された複数の駆動モータからなるとともに、前記中心よりオフセットされた前記複数の中間軸のうち少なくとも２本がそれぞれ前記駆動モータの各々に連結されて駆動源が分散されていることを特徴とするトラクションドライブ式駆動装置。
2. 前記内接円筒が同心状の二重中空リングからなり、該二重中空リングの内側リングと外側リングとが連結部材により連結されていることを特徴とする請求項１に記載のトラクションドライブ式駆動装置。
3. 前記複数の駆動モータが前記中心の回りに等配的に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトラクションドライブ式駆動装置。

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