JP4725171B2

JP4725171B2 - 回転位置決め装置

Info

Publication number: JP4725171B2
Application number: JP2005116783A
Authority: JP
Inventors: 俊徳佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP2006289587A

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。

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

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。

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とともに、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。

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。

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５の回転位置決め装置は、請求項１〜４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。板バネをＡ矢視方向から見た拡大図である。

符号の説明

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

Claims

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とともに、
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回転位置決め装置。
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１に記載の回転位置決め装置。
前記弾性部材が板バネであ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。
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３に記載の回転位置決め装置。
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１〜４のいずれか一項に記載の回転位置決め装置。