JP6795428B2 - 角度誤差の小さい線形滑り軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に角度誤差の小さい線形滑り軸受装置に関する。このような滑り軸受装置は、機械部品の位置決めを不都合に変更する付加的な動きをもたらすことなしに、機械部品を線形方向に移動するために用いられる。

半導体製造時には、種々異なる設備および測定器において、Ｚ軸線を中心としてウェーハを回動させることなしに、ウェーハを垂直なＺ方向に沿って移動する要求が生じる。この回転方向をここではｒＺと呼ぶ。品質チェックのための検査器において、ウェーハをあらかじめ調整された状態でテーブルに載せることができ、テーブルは、次いで顕微鏡の鮮明な領域に到達する高さに調節される。ウェーハの関心のある領域を検査することができるように、Ｚ方向を除いてはウェーハの配向を保持する必要がある。この場合、回転方向ｒＺの回転は、特に不利である。なぜなら、このような回転は、回転中心から遠く離れたウェーハのエッジ領域では、探しているウェーハの平面の位置が大きくずれることにより、目立つ場合があるからである。したがって、Ｚ軸線における角度誤差ができるだけ小さいことが望ましい。

欧州特許第０８１６０１３号により、遊びなしに調節可能な線形ガイドが既知である。この場合、ガイドシャフトと軸受ブシュとの間では、それぞれ楔状の部材が、ガイドシャフトに対する軸受ブシュの回動により、ガイドシャフトと軸受ブシュとの間の遊びを調節する役割を果たす。軸受ブシュは、長い孔によって滑り部材に固定され、軸受ブシュの形状が摩耗によって変化した場合には、遊びを再度調節することができる。軸受ブシュもしくはガイドシャフトの周囲に３つの楔を設けることにより、両方の部材は互いにセンタリングされた状態に保持される。ばねによって接線方向に軸受ブシュに予荷重をかけることも提案され、これにより、摩耗または熱膨張が生じた場合にも常に遊びがなく、それにもかかわらず容易な滑動が可能となる。しかしながら、この線形ガイドは、ガイド部材がガイドシャフトに対してさらにある程度回動することを可能にする。なぜなら、楔部材は、全て同じ方向を向いており、極めてわずかな勾配しか有していないからである。このため、軸受ブシュもしくは滑り部材は、ガイドシャフトを中心として回動することができ、このよう回動は両方の回転方向のうち一方の回転方向には特に容易に可能となる。なぜなら、楔は互いから外れ、線形ガイドの遊びが拡大されるからである。この場合、可動部分を線形に移動させ、線形方向を中心とした可動部分の回転を遮断するためには、少なくとも２つのこのような線形ガイドが不可欠である。

欧州特許第０８１６０１３号

本発明の課題は、線形滑り軸受装置において、ガイドシャフトを中心とした滑り部材の回転が両方の回転方向に確実に抑制されており、それにもかかわらず、滑り部材が遊びなしに容易に滑動することを可能にすることである。

この課題は、請求項１に記載の装置によって解決される。この装置の有利な構成が請求項１に従属する請求項からも明らかである。

ガイド方向に移動可能に滑り部材をガイドするガイドシャフトと、ガイドシャフトと滑り軸受装置との間に挿入されたブシュとを備える線形滑り軸受装置が開示される。これらのブシュのうち一方のブシュはメインブシュとして滑り部材に堅固に結合されており、他方のブシュはプレロードブシュとして、滑り部材に対してガイド方向を中心として回動可能に保持されており、トルクによって予荷重をかけられている。滑り部材とガイドシャフトとの間におけるガイド方向を中心とした回動は、一方のブシュと他方のガイドシャフトとの間のそれぞれの接触領域によって両方の回転方向に遮断されており、メインブシュおよびプレロードブシュは、反対の回転方向のトルクによって、ガイドシャフトに対して遊びなしに予荷重をかけられている。

滑り軸受装置の両方のブシュが反対方向に予荷重をかけられていることにより、両方の回転方向におけるガイドシャフトを中心とした滑り部材の回動が確実に防止される。接触領域が長期間を経て摩耗した場合にも、ばねは遊びなしに予荷重を保持し、所定時間後にも、ガイド方向を中心とした回動に関連してウェーハの配向が変更されることなしに、ウェーハの位置決めを行うことが可能である。

メインブシュは滑り部材に堅固に結合されており、特に滑り部材およびガイドシャフトをセンタリングする役目を引き受ける。メインブシュは、滑り部材とガイドシャフトとが互いに対して傾斜することも防止する。これとは反対に、プレロードブシュは滑り部材の内部において所定の範囲内で自由に移動することができる。プレロードブシュは、ばねを介して滑り部材に結合されており、このばねは、ねじりばねとして遊びなしに予荷重をかけるためにトルクを加える。

本発明による滑り軸受装置の第１実施例を示す分解図である。 第１実施例を示す斜視図である。 第１実施例を示す横断面図である。 第１実施例を示す縦断面図である。 第１実施例を示す平面図である。 第１実施例を示す部分斜視図である。 第１実施例を示す部分縦断面図である。 滑り軸受装置の組付けステップを示す断面図である。 滑り軸受装置の組付けステップを示す断面図である。 電動モータが組み込まれた滑り軸受装置の第２実施例を示す図である。

図１〜図７は、本発明による線形滑り軸受装置の構成をわかりやすく示す概略図である。これらの図面について以下にまとめて説明する。

ガイドシャフト１には、滑り部材３がガイド方向に移動可能に保持されている。滑り部材３とガイドシャフト１との間には、２つのブシュ２，４が配置されている。この場合、メインブシュ２は、例えば接着によって滑り部材３に堅固に結合されている。これに対してプレロードブシュ４は、滑り部材３内に幾らかの半径方向の遊びをもって配置されており、したがって、プレロードブシュ４の外形は、滑り部材３の開口の内径よりも幾分小さい。

ガイドシャフト１は、陽極酸化アルミニウムから作製されており、酸化層の厚さは約３５〜４０μｍである。ブシュ２，４のためには、滑り軸受装置のために特別に開発されたプラスチック結合材、すなわち、ベースポリマーの他に補強のための繊維または充填材が埋設され、摩擦を低減するための潤滑剤が埋設されているプラスチック結合材が適している。

プレロードブシュ４を滑り部材内に保持するために、遮断手段６がプレロードブシュ４の側方の切欠きに突入している。遮断手段６は、ねじ７によって滑り部材３に固定されている。遮断手段６は、プレロードブシュ４が軸線方向に滑り落ちることを防止するが、プレロードブシュ４が滑り部材３の内部である程度回動することを許可する。なぜなら、切欠きは、周方向に遮断手段６よりも幅が広いからである。

ブシュ２，４の内面およびガイドシャフト１の外面は接触領域を形成しており、これらの接触領域により滑り部材３がガイドシャフト１に沿って滑動する。ガイドシャフト１に対する滑り部材３の回動を防止するために、これらの接触領域は、ガイド方向を中心とした回動を遮断する、互いに噛み合う対称的な最大部および最小部を有する。このような接触領域には、製造許容差およびに摩耗に基づいて常にある程度の遊びが付随するので、メインブシュ２およびプレロードブシュ４は、反対の回転方向のトルクによってガイドシャフト１に対して予荷重をかけられている。これにより、ブシュ２，４とガイドシャフト１との間の遊びは補償され、滑り部材３が変位した場合に、ガイドシャフト１に対する滑り部材３の角度位置は保持される。

接触領域は波状に形成されており、周囲にそれぞれ８個の凸部と８個の凹部を設けることが、簡単に製造できることと、遊びが効果的に抑制されることとのちょうどよい妥協案として有効であることが実証された。

予荷重をかけるために必要なトルクは、ねじりばねとして形成されたばね５によって加えられる。このねじりばね５の一端は、軸線方向のねじ９およびワッシャー１０によってプレロードブシュ４に固定されており、ねじりばね５の他端は、軸線方向のピン８によって滑り部材３に結合されている。このねじりばね５は、取り付けられた状態で締め付けられており、滑り部材３とプレロードブシュ４との間にはトルクが作用する。

滑り部材３はメインブシュ２に堅固に結合されているので、トルクは最終的にメインブシュ２とプレロードブシュ４との間に作用する。したがって、トルクは、互いに噛合う接触面の最大部および最小部によって吸収される。最大部および最小部は、接線方向に、しかしながら、メインブシュ２とプレロードブシュ４とでは反対の回転方向に互いに押さ付けられる。これにより、線形滑り軸受装置は両方の回転方向に予荷重をかけられている。したがって、遮断手段６、および遮断手段６を収容するプレロードブシュ４の側方の切欠きは、接触領域がある程度まで摩耗した後にも、ブシュ２，４とガイドシャフト１との間に遊びなしにプレロードがかけられること可能にするために十分な遊びを付与するように寸法決めされている必要がある。

同様に、ばね５は、接触領域がある程度まで摩耗した後にも、不都合な遊びを防止するために十分な硬度および予荷重を備えている必要がある。

長い期間を経て、滑り部材３は接触領域の摩耗によりガイドシャフト１に対して幾らか回動することもあるが、しかしながら、個々の運動周期ではこのような作用は完全に無視されるべきであり、角度位置は安定している。例えばウェーハのようにあらかじめ調節された加工部品の配向は保持される。

特に、図４では、メインブシュ２がプレロードブシュ４よりもガイド方向に著しく長く形成されていることがわかる。これは、メインブシュ２が主に滑り部材３をガイドする役目を引き受け、プレロードブシュ４が、特に、必要とされるトルクを生成する役割を果たすという上記事実に基づいている。

図８および図９は、ねじりばね５の取付けステップを示す。図８では、ねじりばね５はねじ９のみによってプレロードブシュ４に固定されており、まだ弛緩されている。図９では、ねじりばね５は圧縮により締め付けられ、ピン８によって接線方向に固定されている。当然ながら、ねじ９およびピン９は、それぞればね５の他端に配置することもできる。

ガイドシャフト１はさらに中空シャフトとして形成されている。したがって、ガイドシャフト１を通る供給管路を設けることも可能である。低圧によりウェーハを保持するか、または付加的な正確な位置決めのためのアクチュエータおよびセンサを作動するために、ガイドシャフト１の上端に真空管路を設けることが必要となる場合もある。

最後に図１０は、線形滑り軸受装置のための別の実施例を示す。この実施例は、第１実施例とほぼ等しく構成されている。しかしながら、この滑り軸受装置は、滑り部材３をガイドシャフト１に沿って移動させることができる付加的な電動モータを備えている。このために、滑り軸受装置３は、環状に包囲するＵ字断面を備え、このＵ字断面の内部には半径方向に例示された磁石１２が取り付けられている。これらの磁石１２は、Ｕ字断面の内部に突入する環状に配置された定置の、円筒状のコイル１１と協働する。磁石１２およびコイル１１は単相の電動モータを形成している。

コイル１１の適切な通電により滑り部材３を変位させることができる。当然ながら、磁石１２およびコイル１１の配置は入れ換えることもできるが、しかしながら、コイル１１への可動な給電線が必要となるという欠点が伴う。

１ ガイドシャフト
２ ブシュ（メインブシュ）
３ 滑り部材
４ ブシュ（プレロードブシュ）
６ 遮断手段
８ ピン
９ ピン
１０ ワッシャー
１１ コイル
１２ 磁石

Claims (14)

1. 線形滑り軸受装置であって、
   ガイド方向に移動可能に滑り部材（３）をガイドするガイドシャフト（１）と、ガイドシャフト（１）と滑り軸受装置（３）との間に挿入されたブシュ（２，４）とを備え、
   メインブシュ（２）が滑り部材（３）に堅固に結合されており、プレロードブシュ（４）が、ガイド方向を中心として滑り軸受装置（３）に対して回動可能に保持されており、トルクによって予荷重をかけられている線形滑り軸受装置において、
   滑り部材（３）とガイドシャフト（１）との間におけるガイド方向を中心とした回動が、一方のブシュ（２，４）と他方のガイドシャフト（１）との間のそれぞれの接触領域によって両方の回転方向に遮断されており、
   メインブシュ（２）およびプレロードブシュ（４）が、反対の回転方向のトルクによって、ガイドシャフト（１）に対して遊びなしに予荷重をかけられていることを特徴とする線形滑り軸受装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   一方のブシュ（２，４）と他方のガイドシャフト（１）との間の接触領域が、互いに噛合う対称的な最大部と最小部とを備える装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   接触領域が波状に形成されている装置。
4. 請求項２または３に記載の装置において、
   接触領域の周囲に８個の最大部および最小部が配置されている装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置において、
   プレロードブシュ（４）と滑り部材（３）との間に配置されたばね（５）によってトルクが生成される装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   ばね（５）がねじりばねとして形成されており、ねじりばねの端部がプレロードブシュ（４）もしくは滑り部材（３）に結合されている装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   ばね（５）の一端がねじ（９）によって固定されており、他端がピン（８）によって固定されており、該ピン（８）が、ばね（５）が締め付けられた場合に、ばね（５）の開口を通って、滑り部材（３）またはプレロードブシュ（４）の孔に突入する装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置において、
   プレロードブシュ（４）が側方の切欠きを備え、該切欠き内に遮断手段（６）が突入し、遮断手段（６）が滑り部材（３）に堅固に結合されており、
   少なくともガイドシャフト（１）に対して遊びなしにブシュ（２，４）に予荷重をかけられる範囲で、プレロードブシュ（４）と滑り部材（３）とが互いに対して回動されるように、前記切欠きが寸法決めされている装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   プレロードブシュ（４）の外形が滑り部材（１）の内径よりも小さく、プレロードブシュ（４）が滑り部材（１）内で、遮断手段（６）が許可する範囲で自由に回動することができる装置。
10. 請求項８または９に記載の装置において、
    遮断手段（６）が、プレロードブシュ（４）が滑り部材（３）からガイド方向に滑り落ちることを防止する装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の装置において、
    ガイドシャフト（１）が中空シャフトとして形成されている装置。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の装置において、
    滑り部材（３）が、ガイドシャフト（１）に沿って滑り部材（３）を変位させる電動モータの一部を形成する磁石（１２）またはコイル（１１）を支持している装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、
    滑り部材（３）が、環状に包囲するＵ字断面を備え、電動モータの磁石（１２）がＵ字断面の内部に固定されており、さらに、電動モータの定置された環状の円筒コイル（１１）がＵ字断面に突入している装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、
    磁石（１２）および円筒コイル（１１）が単層の電動モータを形成している装置。

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