JP5875033B2 - 中空型回転導入機 - Google Patents

Description

本発明は、中空型回転導入機に関し、特に、真空中において高精度な回転制御が必要な半導体製造装置などの真空装置に利用可能な中空型回転導入機に関する。

試料およびプローブ等を真空室内に挿入し、真空室の外で生じた回転力を真空室中に導入するために、中空型回転導入機が用いられる。従来技術による中空型回転導入機は、試料およびプローブ等を回転可能にする回転フランジと、当該回転フランジを真空装置に取付け、固定している取付フランジとを備える。取付フランジには複数の真空シール材が組み込まれ、回転フランジとの間の真空シール材が組み込まれた空間を排気することにより、真空室の気密を保っている。

図１は、従来技術による中空型回転導入機の一例を示す縦断面図である。従来技術による真空対応中空型回転導入機は、２つの可塑性の真空シール材６が組み込まれた空間を排気ポート７から排気することにより真空室の気密を保つ「真空シール部」、内部軸受押用フランジ４および外部軸受押用フランジ５を用いて、取付フランジ１に中空の回転フランジ２を軸受３により回転可能に保持する「軸受部」、および回転フランジ２に取り付けられた回転ギア８を、取付フランジ１に固定された駆動ギア９により回転させる「駆動部」により構成される。

特許文献１および特許文献２にも記載されているように、従来の中空型回転導入機は、取付フランジ１および回転フランジ２に真空シール機能と軸受用ハウジング機能を兼ね備えた一体構造となっている。

また、特許文献３に記載されているように、中空型回転導入機の真空シール方式としては、主にゴムパッキングシール方式や磁性流体シール方式が用いられている。ゴムパッキングシール材としては、ポリテトラフルオロエチレンシールＵ型リング、フッ素ゴムＯリングなどが用いられている。

特開２００５−２９１２７５号公報（図１、図５、図６） 特開２００６−２３４０９４号公報（図１、図５、図６） 特開昭６３−０４７５６９号公報（第１表） 特許第４０３０６３７号公報

しかしながら、上述したような中空型回転導入機は、図１に示すように取付フランジ１および回転フランジ２に真空シール機能と軸受用ハウジング機能を兼ね備えた一体構造となっているため、軸受３の堅牢な固定および調整が困難になっている。このような構造では、軸受３の固定の強度不足および調整不足による強度不均一が生じ、回転時に駆動部８に発生するモーメント負荷を軸受３が十分に受けることができない。したがって、駆動部８に発生するモーメント負荷の変動により、回転フランジ２の回転軸方向の面振れ、および動径方向の偏芯を引き起こしてしまい、軸受部の性能を著しく低下させる要因となっている。加えて、中空型回転導入機に取り付けられたプローブへの外因的な軽微な負荷もまた、面振れおよび偏芯を引き起こす原因となっている。

図２に、現在市販されている主要メーカー３社の真空対応中空型回転導入機の偏芯量と面振量を示す。図２（ａ）および（ｂ）は、Ａ社の真空対応中空型回転導入機の偏芯量および面振量を示す。図２（ｃ）および（ｄ）は、Ｂ社の真空対応中空型回転導入機の偏芯量および面振量を示す。図２（ｅ）および（ｆ）は、Ｃ社の真空対応中空型回転導入機の偏芯量および面振量を示す。偏芯量は、回転中心から７５ｍｍの位置での動径方向の変位量であり、面振量は、回転中心から７５ｍｍの位置での回転軸方向の変位量である。
上記の従来技術による中空型回転導入機の面振れによる回転軸振れは、角度に換算すると±０．０２５°程度となる。中空型回転導入機に、長さ１０００ｍｍのプローブを取り付けた場合、この軸振れによりプローブの先端位置は±０．４ｍｍ程度揺らぐ。このように、従来技術による中空型回転導入機の面振れは、プローブの精密な位置制御を妨げる要素となっている。

加えて、従来技術による中空型回転導入機では、駆動部の機械的なバックラッシュの問題により、高精度での絶対角度の回転制御が不可能である。なぜなら、高精度な回転制御を行うためには、高精度な角度位置決め用エンコーダーを中空型回転導入機に組み込む必要があるからである。しかしながら、図２で示した従来技術による中空型回転導入機に生じる回転部の偏芯量は、そのような高精度な角度位置決め用エンコーダーの取付許容誤差を超えているために、高精度な角度位置決め用エンコーダーを中空型回転導入機に組込むことができない。このように、従来技術による中空型回転導入機の偏芯は、プローブの高精度な回転制御を妨げる要素となっている。

また、中空型回転導入機を超高真空雰囲気で利用する場合、使用温度の制限、使用環境の制約、および超高真空雰囲気の汚染の問題により、真空シール材として特許文献３で示されている磁性流体を用いることができない。よって、超高真空雰囲気で利用可能な中空型回転導入機の真空シール方法としては、特許文献３で示されているゴムパッキング方式が適している。従来技術による中空型回転導入機に組込まれたゴムパッキング方式の真空シール材は、ポリテトラフルオロエチレンシールＵ型リングおよびフッ素ゴムＯリングなどが用いられており、例えば、バイトンゴムＯリングが用いられている。

なお、面振れおよび偏芯の要因である軸受へのモーメント負荷を軽減するための真空シール材には、耐熱性、高気密性、耐摩耗性、金属に対する低動摩擦性および低静摩擦性の特徴を有することが求められる。

上述したポリテトラフルオロエチレンシールＵ型リングは、耐熱性、耐摩耗性、金属に対する低動摩擦性および低静摩擦性の特徴を有し、回転時に摩擦による回転トルクの発生が少なく、駆動部のモーメント負荷は少ない。しかしながら、このポリテトラフルオロエチレンシールＵ型リングは、フッ素ゴムＯリングと比較して気密性に劣るため、中空部の口径が大きくなるにつれて、真空室へのガス流入が起こる。このため、このポリテトラフルオロエチレンシールＵ型リングを用いた大口径中空型回転導入機は、多重のシール構造および多重の差動排気を行うことにより、真空室の気密を保っている。しかしながら、多重の差動排気は、中空型回転導入機の肥大化につながり、多重の排気装置を用意する必要があるため、動作費用が大幅に増加してしまう。

一方、フッ素ゴムＯリングは、耐熱性および高気密性の特徴を有し、単段の差動排気でも十分な気密を確保できる。しかし、フッ素ゴムＯリングは、一般的には、相手部材と固着（粘着）し易く、摩擦係数が高く、容易に摩耗する。更に、フッ素ゴムＯリングの粘着および摩擦の問題は、回転時に大きな回転トルクを必要とし、軸受に大きなモーメント負荷が発生する。軸受への大きなモーメント負荷は、軸受の動径方向および回転軸方向の振れを引き起こすとともに、軸受の寿命を短くし、不測の破損を引き起こしてしまう。加えて、摩耗の問題は、装置への真空リークの深刻な問題を引き起こす。

本発明は、かかる従来技術の諸問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受性能を低下させないような軸受固定構造を有し、高精度な角度制御が可能である中空型回転導入機を提供することにある。また、真空装置での利用により適した真空シール材を組み込んだ、中空型回転導入機を提供することにある。

上述したような課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、並びに、前記取付フランジに固定されるハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記回転フランジ、および、前記ハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、並びに、前記回転フランジに固定されるハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記取付フランジ、および、前記ハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、前記回転フランジに固定される第１のハウジング部材、並びに前記取付フランジに固定される第２のハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記第１のハウジング部材、および、前記第２のハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の中空型回転導入機であって、前記軸受が、複数の組合せ軸受であることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、取付用穴加工が施された軸受、中空の回転フランジ、および真空シール材が組み込まれた取付フランジを備えた中空型回転導入機であって、前記軸受の外輪には、回転軸方向で前記取付フランジに対向する面にはめあい加工が施され、前記軸受のはめあい加工部分と前記取付フランジのはめあい加工部分との前記回転軸方向からの取付を可能にし、前記軸受を、前記回転フランジおよび前記取付フランジに直接取付けたことを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載した中空型回転導入機であって、前記中空型回転導入機の回転部に角度位置決め用エンコーダーリングを組み込み、前記取付フランジに角度読取装置を取り付けたことを特徴とする。

請求項７に記載した発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載した中空型回転導入機であって、前記真空シール材が、耐摩耗性、低摩擦性および非粘着性を有するフッ素ゴムＯリングであることを特徴とする。

本発明によると、軸受の堅牢な固定および軸受の取付調整が可能となり、回転角度の高精度の読み取りが可能となる。また、（１）１００ｍｍを超える口径の大きい中空型回転導入機においても単段の差動排気で十分な気密をとることが可能となり、（２）駆動時に回転フランジに働く回転トルクが低減されることから駆動部に発生するモーメント負荷を軽減でき、軸受に起こる動径方向および回転軸方向の振れを抑えることが可能となり、（３）軸受へのモーメント負荷の減少に伴い軸受の寿命を長くすることが可能となる。

従来技術による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 従来技術による中空型回転導入機の偏芯量および面振量を示す図である。 本発明の第一実施形態による取付フランジの分割を行った中空型回転導入機の組立および調整方法を説明する図である。 本発明の第一実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第二実施形態による回転フランジの分割を行った中空型回転導入機の組立および調整方法を説明する図である。 本発明の第二実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第三実施形態による取付フランジおよび回転フランジの分割を行った中空型回転導入機の組立および調整方法を説明する図である。 本発明の第三実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第四実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第五実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第一実施形態による中空型回転導入機の偏芯量および面振量を示す図である。 本発明の第六実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第七実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 本発明の第八実施形態および第九実施形態による中空型回転導入機に用いることが可能な軸受の構造を示す縦断面図（ａ）および正面図（ｂ）の一例を示す図である。 本発明の第八実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。 従来の薄型軸受および本発明の第八実施形態および第九実施形態による軸受の動径方向の基本動定格加重および基本静定格加重、内輪の回転精度、静的許容モーメント、回転軸方向の静的許容荷重の一例を示す図である。 従来の薄型軸受および本発明の第八実施形態および第九実施形態による軸受の、動径方向から１ｋＮの荷重を印加した時の変位量、回転軸方向から１ｋＮの荷重を印加した時の変位量、５０Ｎｍモーメント荷重を印加した時の変位角量の一例を示す図である。 本発明の第九実施形態による中空型回転導入機の構造を示す縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、複数の図面において同一の符号は同一物を表し、その繰り返しの説明は省略する。

図３は、本発明の第一実施形態による取付フランジの分割を行った真空対応中空型回転導入機の組立および軸受の調整方法を説明する図である。
初めに、外部軸受押用フランジ１５を用いて軸受１３の外輪をハウジング１０に固定する（Ａ）。この際に、軸受１３の外輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。次に、中空の回転フランジ１２を、内部軸受押用フランジ１４を用いて軸受１３に回転可能なように固定する（Ｂ）。この際に、軸受１３の内輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。その後、ハウジング１０を、真空シール材１６が組込まれた取付フランジ１１に固定する（Ｃ）。最後に、回転ギア１８を回転フランジ１２に取り付け（Ｄ）、駆動ギア１９を取付フランジ１１に取り付ける。

図４は、上述したようにして組み立てられた、本発明の第一実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。

本実施形態による中空型回転導入機では、真空シール機能および軸受用ハウジング機能を兼ね備えた従来の取付フランジが、軸受用ハウジング機能を有するハウジング１０と、真空シール機能を有する取付フランジ１１とに分割されている。すなわち、本実施形態による中空型回転導入機では、軸受１３は、内部軸受押用フランジ１４、外部軸受押用フランジ１５、回転フランジ１２、および、ハウジング部材１０によってハウジングされている。また、真空シール材１６が組み込まれた空間を排気するための排気ポート１７も有する。

このように、従来の取付フランジから軸受用ハウジング機能を分割することにより、軸受１３の取付フランジ１１および回転フランジ１２への堅牢な固定および調整が可能となる。したがって、従来技術と比較して面振れおよび偏芯を低減させた真空対応中空型回転導入機が実現できる。また、高精度な軸受として、例えば高精度クロスローラーベアリングや高精度４点接触形ボールベアリングを用いることにより、面振れおよび偏芯をさらに低減させることができる。

図５は、本発明の第二実施形態による回転フランジの分割を行った真空対応中空型回転導入機の組立および軸受の調整方法を説明する図である。
初めに、内部軸受押用フランジ２４を用いて軸受２３の内輪をハウジング２０に固定する（Ｅ）。この際に、軸受２３の内輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。次に、真空シール材２６が組み込まれた取付フランジ２１を、外部軸受押用フランジ２５を用いて軸受２３に固定する（Ｆ）。この際に、軸受２３の外輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。その後、中空の回転フランジ２２をハウジング２０に固定する（Ｇ）。最後に、回転ギア２８を回転フランジ２２に取り付け（Ｈ）、駆動ギア２９を取付フランジ２１に取り付ける。

図６は、上述したようにして組み立てられた、本発明の第二実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。

本実施形態による中空型回転導入機では、真空シール機能および軸受用ハウジング機能を兼ね備えた従来の回転フランジが、軸受用ハウジング機能を有するハウジング２０と、真空シール機能を有する回転フランジ２２とに分割されている。すなわち、本実施形態による中空型回転導入機では、軸受２３は、内部軸受押用フランジ２４、外部軸受押用フランジ２５、取付フランジ２１、および、ハウジング部材２０によってハウジングされている。また、真空シール材２６が組み込まれた排気ポート２７も有する。

このように、従来の回転フランジから軸受用ハウジング機能を分割することにより、軸受２３の取付フランジ２１および回転フランジ２２への堅牢な固定および調整が可能となる。したがって、従来技術と比較して面振れおよび偏芯を低減させた真空対応中空型回転導入機が実現できる。また、高精度な軸受として、例えば高精度クロスローラーベアリングや高精度４点接触形ボールベアリングを用いることにより、面振れおよび偏芯をさらに低減させることができる。

図７は、本発明の第三実施形態による取付フランジおよび回転フランジの分割を行った真空対応中空型回転導入機の組立および軸受の調整方法を説明する図である。
初めに、内部軸受押用フランジ３４を用いて軸受３３の内輪を内部ハウジング３０ｂに固定する（I）。この際に、軸受３３の内輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。次に、外部軸受押用フランジ３５を用いて軸受３３の外輪を外部ハウジング３０ａに固定する（Ｊ）。この際に、軸受３３の外輪の遊びが起きないように軸受の取付調整を行う。次に、内部ハウジング３０ｂを、中空の回転フランジ３２に固定する（Ｋ）。その後、外部ハウジング３０ａを、真空シール材３６が組込まれた取付フランジ３１に固定する（Ｌ）。最後に、回転ギア３８を回転フランジ３２に取り付け（Ｍ）、駆動ギア３９を取付フランジ３１に取り付ける。

図８は、上述したようにして組み立てられた、本発明の第三実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。

本実施形態による中空型回転導入機では、真空シール機能および軸受用ハウジング機能を兼ね備えた従来の取付フランジが、軸受用ハウジング機能を有する外部ハウジング３０ａと、真空シール機能を有する取付フランジ３１とに分割されるとともに、真空シール機能および軸受用ハウジング機能を兼ね備えた従来の回転フランジが、軸受用ハウジング機能を有する内部ハウジング３０ｂと、真空シール機能を有する回転フランジ３２とに分割されている。すなわち、本実施形態による中空型回転導入機では、軸受３３は、内部軸受押用フランジ３４、外部軸受押用フランジ３５、外部ハウジング部材３０ａ、および、内部ハウジング部材３０ｂによってハウジングされている。また、真空シール材３６が組み込まれた空間を排気する排気ポート３７も有する。

このように、従来の取付フランジおよび回転フランジから軸受用ハウジング機能を分割することにより、軸受３３の取付フランジ３１および回転フランジ３２への堅牢な固定および調整が可能となる。したがって、従来技術と比較して面振れおよび偏芯を低減させた真空対応中空型回転導入機が実現できる。また、高精度な軸受として、例えば高精度クロスローラーベアリングや高精度４点接触形ボールベアリングを用いることにより、面振れおよび偏芯をさらに低減させることができる。

上述した第一実施形態、第二実施形態、および第三実施形態による中空型回転導入機は、軸受の外輪が取付フランジに、軸受の内輪が回転フランジに固定された構造である。一方、本発明の第四実施形態による中空型回転導入機は、軸受の内輪が取付フランジに、軸受の外輪が回転フランジに固定されており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。以下に、本発明の第四実施形態による中空型回転導入機について説明する。

図９は、本発明の第四実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。図示した中空型回転導入機は、第二実施形態と同様に、従来の回転フランジから軸受用ハウジング機能を分割したものであるが、従来の取付フランジからの軸受用ハウジング機能を分割した第一実施形態による中空型回転導入機においても、従来の取付フランジおよび回転フランジから軸受用ハウジング機能を分割した第三実施形態による中空型回転導入機においても、同様の構造とし、同様の効果を得ることができる。

具体的には、本実施形態による中空型回転導入機では、軸受４３の外輪が、外部軸受押用フランジ４５を用いてハウジング４０へ固定されている。また、軸受４３の内輪が、内部軸受押用フランジ４４を用いて、真空シール材４６が組み込まれた取付フランジ４１に固定されている。また、ハウジング４０は回転フランジ４２に固定される。回転ギア４８は回転フランジ４２に取り付け、排気ポート４７および駆動ギア４９は取付フランジ４１に取り付けられている。

本発明による中空型回転導入機は、複数の組合せ軸受を組み合わせても、同様に軸受部の調整が可能である。図１０は、本発明の第五実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。本実施形態による中空型回転導入機は、アンギュラ接触形ボールベアリングを組み合わせた軸受５３を用いている。なお、ハウジング部材５０、真空シール材５６が組み込まれた取付フランジ５１、回転フランジ５２、内部軸受押用フランジ５４、外部軸受押用フランジ５５、排気ポート５７、回転ギア５８、駆動ギア５９は、第一実施形態と同様に構成されている。

フッ素ゴムＯリングは、一般には、容易に摩耗し、粘着性が強く、摩擦係数が高いため、中空型回転導入機のような長期および断続的な回転のある個所のシール材として使用した場合、軸受に発生する大きなモーメント負荷により動作不良（軸受の動径方向および回転軸方向の振れ）、軸受の不測の破損を引き起こす。フッ素ゴムに、耐摩耗性、低摩擦性、金属に対する非粘着性の特徴を付加する方法としては、フッ素ゴム体の表面に架橋材を含浸させ、加熱によりゴム表面近傍での架橋を進行させる方法（表面改質）が考案されている（例えば、特許文献４参照）。本発明による中空型回転導入機の真空シール材に、耐摩耗性、低摩擦性、金属に対する非粘着性の特徴を有する特殊フッ素ゴムＯリング、例えばフリッドアーマー（登録商標）Ｏリング（日本バルカー工業社製）、フロロプラス（ニチアス社製フッ素ゴム）Ｏリングを用いることにより、大口径の中空型回転導入機においても単段の差動排気で十分な気密をとることができる。加えて、駆動部に発生するモーメント負荷を軽減でき、軸受に起こる動径方向および回転軸方向の振れを抑えることが可能となり、軸受へのモーメント負荷の減少に伴い軸受の寿命を長くすることができる。

図１１に、本発明の第一実施形態による中空型回転導入機の偏芯量（ａ）および面振量（ｂ）を示す。軸受１３には高精度４点接触形ボールベアリングを用い、真空シール材１６は耐摩耗性、低摩擦性、金属に対する非粘着性の特徴を有する特殊フッ素ゴムである、フリッドアーマー（登録商標）Ｏリングを用いた。偏芯量および面振量はそれぞれ、回転中心から７５ｍｍの位置での動径方向の変位量および回転軸方向の変位量である。

図２に示した従来技術による中空型回転導入機の偏芯量および面振量と比較すると、本発明の第一実施形態による中空型回転導入機の偏芯量および面振量はともに、大幅に改善されたことがわかる。僅かに残る偏芯および面振は、用いた軸受の仕様範囲内であることから、軸受に由来するものである。故に、本発明によると、偏芯および面振を軽減することが可能であることが検証された。

図１２は、本発明の第六実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。本実施形態による中空型回転導入機は、図示されるように、回転部である回転フランジ６２に高精度角度位置決め用エンコーダーリング７０、例えば高分解能光学式角度位置決め用エンコーダーリングが組み込まれ、取付フランジ６１に角度読取装置７１が取り付けられている。なお、これらの装置は、上述した動径方向の偏芯の低減により、取り付け可能となったものである。こうすることによって、高分解能での角度の絶対角度を読み取ることが可能となる。その他の作用・効果は、上述した第一実施形態から第五実施形態と同様である。

なお、軸受６３は、内部軸受押用フランジ６４によって回転フランジ６２に固定され、外部軸受押用フランジ６５によってハウジング部材６０に固定され、ハウジング部材６０は、真空シール材６６が組み込まれた取付フランジ６１に固定されている。また、回転ギア６８および駆動ギア６９も有する。

回転部への高精度な角度位置決め用エンコーダーの組込みは、図９に示すような軸受の内輪固定外輪回転型の中空型回転導入機でも可能である。図１３に、内輪固定外輪回転型の中空型回転導入機に高精度な角度位置決め用エンコーダーを組み込んだ、本発明の第七実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。

本実施形態では、回転部であるハウジング８０に高精度角度位置決め用エンコーダーリング９０、例えば高分解能光学式角度位置決め用エンコーダーリングを組込み、取付フランジ８１に角度読取装置９１を取り付けることにより、高分解能での角度の絶対角度を読み取ることを可能にしている。その他の作用・効果は、上述した第一実施形態から第五実施形態と同様である。

なお、軸受８３は、内部軸受押用フランジ８４によって、真空シール材８６が組み込まれた取付フランジ８１に固定され、外部軸受押用フランジ８５によってハウジング部材８０に固定され、ハウジング部材８０は、回転フランジ８２に固定されている。また、回転ギア８８および駆動ギア８９も有する。

次いで、上述したようなハウジング部材と一体加工された軸受を用いた中空型回転導入機について説明する。

上述した実施形態による中空型回転導入機では、軸受を、ハウジング部材を介して取付フランジ、回転フランジまたはその両方に固定しているため、ハウジングの構造および加工精度が、中空型回転導入機の回転精度および組立精度に影響を与えてしまう。

また、中空型回転導入機を既存の真空システムに組み込む際には、既存の装置との立体干渉を避けるために、回転軸方向および動径方向における中空型回転導入機の大型化を抑えることが望ましい。例えば、上述した実施形態による中空型回転導入機では軸受押用フランジを用いており、そのため、真空側の取付フランジと大気側の回転フランジの取付面間の距離が、回転フランジ、取付フランジ、および軸受の厚みに加えて、軸受押用フランジおよびハウジング部材の厚みが加わるため、長くなってしまう。そこで、上述したような実施形態の中空型回転導入機では、取付面間の距離を短くするために薄型の軸受が用いられている。しかしながら、薄型の軸受は、中空型回転導入機の回転案内の高精度化、高剛性化および高負荷容量化を困難にしてしまう。

また、上述したような実施形態の中空型回転導入機は、駆動部および角度読取部を除くと、取付フランジ、回転フランジ、軸受、軸受押用フランジ、ハウジング部材、および真空シールという部品から構成されるため、従来の中空型回転導入機と比較して部品点数や組立工数が増加してしまい、製作費用の増加をもたらしてしまう。

以下に説明する本発明の実施形態による中空型回転導入機には、取付け用穴加工が施された軸受が用いられていて、この軸受は、ハウジングを使用せずに直接、回転フランジおよび取付フランジに取り付けることができる。そのため、ハウジングの構造および加工精度が、中空型回転導入機の回転精度および組立精度に影響を与えることはない。

また、この軸受は、軸受押用フランジを必要としない構造であるために、取付フランジと回転フランジの取付面間の距離を短くすることができる。したがって、より厚みのある軸受を組込んだ場合でも、上述したような中空型回転導入機と比較して回転軸方向の大型化を抑えることが出来る。また、より厚みのある軸受を用いることで、軸受の内輪および外輪の厚み、並びに転動体のサイズを増加させることができ、軸受部の剛性および負荷許容量を大幅に増加させるとともに、高精度な回転案内を得ることが可能となる。

また、ハウジング部材および軸受押用フランジという部品が不要になるので、部品点数や組立工数を減少させることができ、製作費用を抑えることが可能となる。

図１４は、以下に説明する本発明の実施形態による真空対応中空型回転導入機に用いることが可能な、取付け用穴加工が施された軸受１００の一例を示す。この軸受１００は、従来の薄型軸受と比較して、内輪１０１および外輪１０２の厚み、並びに転動体１０３の寸法を増加した構造となっている。また、軸受１００の外輪１０２には、回転軸方向で取付フランジに対向する面に、はめあい加工が施されている。こうすることにより、軸受１００と取付フランジの、回転軸方向からの取付が可能になる。したがって、軸受１００の外輪１０２は、軸受の動径方向から固定する必要が無くなり、動径方向の大型化を抑えることが出来る。また、内輪１０１の、回転軸方向で回転フランジに対向する面に、はめあい加工を施してもよく、同様の効果を得ることができる。

図１５は、本発明の第八実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。本実施形態における中空型回転導入機では、中空の回転フランジ１１２に、取付け用穴加工が施された軸受１００の内輪１０１を回転可能なように固定した後、真空シール材１１６が組み込まれた取付フランジ１１１に、軸受１００の外輪１０２を固定する。最後に、回転ギア１１８を回転フランジ１１２に取り付け、駆動ギア１１９を取付フランジ１１１に取り付ける。なお、真空シール材１１６には、上述した実施形態と同様に、耐摩耗性、低摩擦性、金属に対する非粘着性の特徴を有するフッ素ゴムＯリングを用いる。

本実施形態による軸受１００を用いると、従来技術による中空型回転導入機に用いられてきた薄形の軸受、例えばラジアル荷重、アキシャル荷重、およびモーメント加重などの複雑な荷重をひとつの軸受で受けるクロスローラーベアリングを用いた場合と比較して、軸受押用フランジが不要になる。そのため、取付面間の距離Ｌ_１が長くなること無く、軸受の厚みを増加させることができる。

図１６は、従来の薄型軸受（内径（Φｄ）７０ｍｍ、厚さ（Ｂ）８ｍｍの薄形クロスローラーベアリング）および本実施形態による取付け用穴加工が施された軸受（内径（Φｄ）７０ｍｍ、厚さ（Ｂ）１５ｍｍのクロスローラーベアリング）の、動径方向の基本動定格加重および基本静定格加重、内輪の回転精度、静的許容モーメント、回転軸方向の静的許容荷重の一例を示す。軸受の厚みが８ｍｍから１５ｍｍに増加したことにより、動径方向の荷重、回転軸方向の荷重、モーメント荷重に対する負荷容量が向上することがわかる。

図１７は、従来の薄型軸受（内径（Φｄ）７０ｍｍ、厚さ（Ｂ）８ｍｍの薄形クロスローラーベアリング）および本実施形態による取付け用穴加工が施された軸受（内径（Φｄ）７０ｍｍ、厚さ（Ｂ）１５ｍｍのクロスローラーベアリング）の、動径方向から１ｋＮの荷重を印加した時の変位量（μm）、回転軸方向から１ｋＮの荷重を印加した時の変位量（μm）、５０Ｎｍモーメント荷重を印加した時の変位角量（ｍｒａｄ）の一例を示す。軸受の厚みが８ｍｍから１５ｍｍに増加したことにより、動径方向の剛性、回転軸方向の剛性、モーメント荷重に対する剛性が向上することがわかる。

このように、本実施形態による中空型回転導入機では、ハウジングおよび軸受押用フランジを必要とせず、軸受１００を直接、取付フランジ１１１および回転フランジ１１２に取り付けることができるので、高剛性、高負荷容量および高精度な回転案内が可能な中空型回転導入機を実現することができる。また、ハウジングおよび軸受押用フランジ、並びにそれらを組込むための作業が不要になり、製作費用の削減が可能となる。

図１８は、本発明の第九実施形態による中空型回転導入機の構造を示す。本実施形態による中空型回転導入機は、第八実施形態による中空型回転導入機の高精度な回転制御を可能にするために、回転部である中空の回転フランジ１２２へ角度位置決め用エンコーダーリング１３０を組込み、取付フランジ１２１に角度読取装置１３１を取り付けたものである。このような構成により、回転角の高精度な読取が可能になる。なお、第八実施形態による中空型回転導入機と同様に、軸受１００は、真空シール材１２６が組み込まれた取付フランジ１２１および回転フランジ１２２に固定される。最後に、回転ギア１２８を回転フランジ１２２に取り付け、駆動ギア１２９を取付フランジ１２１に取り付ける。

以上説明したように、本発明によると、中空型回転導入機の面振れおよび偏芯を大幅に軽減し、高精度な回転制御が可能となる。これにより、従来不可能であった微小な材料評価が可能となるとともに、光学素子等の装置の超高精度回転制御が可能となる。

１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、８１、１１１、１２１ 取付フランジ
２、１２、２２、３２、４２、５２、６２、８２、１１２、１２２ 回転フランジ
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３、８３、１００ 軸受
４、１４、２４、３４、４４、５４、６４、８４ 内部軸受押用フランジ
５、１５、２５、３５、４５、５５、６５、８５ 外部軸受押用フランジ
６、１６、２６、３６、４６、５６、６６、８６、１１６、１２６ 真空シール材
７、１７、２７、３７、４７、５７ 排気用ポート
８、１８、２８、３８、４８、５８、６８、８８、１１８、１２８ 回転ギア
９、１９、２９、３９、４９、５９、６９、８９、１１９、１２９ 駆動ギア
１０、２０、３０、４０、５０、６０、８０ ハウジング
３０ａ 外部ハウジング
３０ｂ 内部ハウジング
７０、９０、１３０ 角度位置決め用エンコーダーリング
７１、９１、１３１ 角度読取装置
１０１ 内輪
１０２ 外輪
１０３ 転動体
Ｌ_１ 取付フランジと回転フランジの取付面間の距離
Φｄ 軸受の内径
ΦＤ 軸受の外径
Ｂ_１ 軸受の幅
Ｂ_２ 軸受のはめあい加工部の幅

Claims (7)

1. 軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、並びに、前記取付フランジに固定されるハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、
   前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記回転フランジ、および、前記ハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする中空型回転導入機。
2. 軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、並びに、前記回転フランジに固定されるハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、
   前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記取付フランジ、および、前記ハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする中空型回転導入機。
3. 軸受、前記軸受を固定する内部軸受押用フランジおよび外部軸受押用フランジ、中空の回転フランジ、真空シール材が組み込まれた取付フランジ、前記回転フランジに固定される第１のハウジング部材、並びに前記取付フランジに固定される第２のハウジング部材を備えた中空型回転導入機であって、
   前記軸受を、前記内部軸受押用フランジ、前記外部軸受押用フランジ、前記第１のハウジング部材、および、前記第２のハウジング部材によってハウジングし、前記軸受の固定および取付調整を可能としたことを特徴とする中空型回転導入機。
4. 前記軸受は、複数の組合せ軸受であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中空型回転導入機。
5. 取付用穴加工が施された軸受、中空の回転フランジ、および真空シール材が組み込まれた取付フランジを備えた中空型回転導入機であって、
   前記軸受の外輪には、回転軸方向で前記取付フランジに対向する面にはめあい加工が施され、前記軸受のはめあい加工部分と前記取付フランジのはめあい加工部分との前記回転軸方向からの取付を可能にし、
   前記軸受を、前記回転フランジおよび前記取付フランジに直接取付けたことを特徴とする中空型回転導入機。
6. 前記中空型回転導入機の回転部に角度位置決め用エンコーダーリングを組み込み、前記取付フランジに角度読取装置を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の中空型回転導入機。
7. 前記真空シール材が、耐摩耗性、低摩擦性および非粘着性を有するフッ素ゴムＯリングであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の中空型回転導入機。

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