JPH03228538A - カプラおよびこれを用いた静圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は静圧スライダーとボールねじのナツトを連結す
るカプラおよびこれを用いた静圧軸受装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 半導体露光装置等、高精度の位置決めか必要な装置には
、静圧軸受装置が使用されている。この静圧軸受装置に
おいて、静圧スライダを直線方向に移動させるために、
ボールねじによって駆動されるナットと前記静圧スライ
ダを連結するようになっていた。

また、ボールねじを駆動させると、内部のボ゛−ルの転
がりや摺動エラーによりナツトに振動が生じるため、こ
れを減衰させるように、ナットと静圧スライダとの間に
振動吸収作用をもったカプラを備えることが行われてい
た（特開昭５８−１７７２４４号、５９−７１８１２号
、実開昭５９−１３９６５１号、６０−１７８５５２号
参照）。

たとえば、第４図に示すカプラには、ボールねじのナッ
トに結合される駆動側固定部材４０と、連結部材４１と
、静圧スライダに結合される被駆動側固定部材４２から
なり、駆動側固定部材４０と連結部材４１の間は、二つ
の板バネ４３．４３で連結され、連結部材４１と被駆動
側固定部材４２の間は、前記板バネ４３と直交する方向
に備えられた二つの板バネ４４，４４によって連結され
ていた。

このカプラＫを用いるときは、中央の貫通孔４５にボー
ルねじのねじ軸を挿通し、このねじ軸で駆動されるナッ
トをカプラにの駆動側固定部材４０と結合し、一方被駆
動体側固定部材４２には、静圧スライダを結合するよう
になっていた。このようにすれば、ボールねじのナット
に発生する上下左右方向の振動を二箇所の板バネ４３．
４３と板バネ４４，４４て減衰させることができ、静圧
スライダに振動を伝えにくいようになっていた。

［従来技術の課題］ 上記のようなボールねじにより駆動する静圧軸受装置に
おいて、ボールねじのナットに発生する振動は、上下左
右方向の振動の他に、上下回転方向の振動（ピッチング
）および左右回転方向の振動（ヨーイング）がある。し
かし、前記第４図にしめすカプラにでは、二枚の板バネ
によって連結しているために、上言己ピッチング、ヨー
イングの減衰性が少なかった。

また、ボールねじによって駆動する関係上、カプラは、
ねじ軸方向およびねじ軸まわりの回転方向には剛性を大
きくし、駆動力を確実に伝えなければならない。しかし
、前記第４図に示すカプラには、板バネで連結しである
ため、ねじ軸まわりの回転方向の剛性が）Ｊｓさく、精
密位置決めには充分なものではなかった。

［課題を解決するための手段］ 上記に鑑みて本発明は、駆動体に結合する駆動側固定部
材および被駆動体に結合する被駆動側固定部材と、これ
らを連結する連結部材との間を、それぞれ軸が互いに直
交するように配置された円柱状の係合部材と、この係合
部材を摺動自在に保持する円形孔によって連結してカプ
ラを構成したものである。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図によって説明する。

第１図に組立斜視図、第２図に分解斜視図を示すように
、本発明のカプラ１は、駆動側固定部材１０と′ｆ＆ｌ
動側固足側固定部材３０びこれらを連結する連結部材２
０からなっている。

連結部材２０はセラミックスからなる角柱状体であり、
中央部にボールねじのねじ軸を挿通するための貫通孔２
１を有し、一方の対向する側面には駆動側固定部材１０
側へ一部が開いた円形孔２２．２２を形成し、他方の対
向する側面には被駆動側固定部材３０側へ一部が開いた
円形孔２３．２３を形成しである。また、これらの円形
孔２２．２３へ静圧流体を導入する導入孔２４を備えて
いる。

一方、駆動側固定部材１０はステンレス等の金属からな
る板状体であり、セラミックスからなる円柱状の係合部
材１１，１１を前記連結部材２０の円形孔２２．２２に
はめ合わせておいて、駆動側固定部材１０と係合部材１
１．１１をボルト１２．１２で結合させている。また、
この駆動側固定部材１０には駆動体と結合するためのね
し孔１３を備え、中央部にはボールねじのねじ軸を挿通
するための貫通孔１４を有し７ている。

同様に、被駆動側固定部材３０はステンレス等の金属か
らなる板状体であり、セラミックスからなる円柱状の係
合部材３１．３１を前記連結部材２０の円形孔２３．２
３にはめ合わせておいて、被駆動側固定部材３０と係合
部材３１，３１をボルト３２．３２で結合させている。

また、この被駆動側固定部材３０には被駆動体と結合す
るためのねし孔３３を備え、中央部にはボールねじのね
じ軸を挿通するための貫通孔３４を有している。

上記係合部材１１．３１はそれぞれ円形孔２２．２３に
完全に合致する円柱状をしており、両者の摺接面は鏡面
として、３〜５μｍの隙間を形成しである。

したがって、係合部材１１．３１は円形孔２２．２３内
面と摺動可能である。

そのため、第１図において駆動側固定部材］Ｏは、連結
部材２０に対して、Ｙ軸方向に摺動可能であり、同時に
Ｙ軸を回転軸とした上下回転方向にも微ｌＪ＼に回転可
能である。一方、被駆動側固定部材３０は、連結部材２
０に対して、Ｚ軸方向に摺動可能であり、同時に２軸を
回転軸とした左右回転方向にも微小に回転可能となって
いる。

したがって、このカプラ１を用いると、駆動体側の上下
左右方向の振動だけでなく、上下回転方向の振動（ピッ
チング）、左右回転方向の振動（ヨーイング）を吸取し
て、こ九らの振動を減衰させることができる、 また、このカプラ１は、ボールねじのねじ軸が配設され
るＸ軸方向およびＸ軸のまわりの回転方向には剛性が極
めて高いことから、静圧軸受などの精密位置決めには最
適である。

さらに、本発明のカプラ１において、連結部材２０の円
形孔２２，２３と、係合部材１１．３１間の微小な隙間
に、導入孔２４より、空気、油などの流体を導入して静
圧流体により支持すれば、より特性を高めることができ
る。

次に、このカプラ１を用いた静圧軸受装置を説明する。

第３図に示すように、モータ４によって駆動されるねじ
軸３に係合したナット２に、カプラｌの駆動側固定部材
１０を結合し、カプラ１の被駆動側固定部材３０には、
スライドパー６上で直線方向に移動可能に保持された静
圧スライダ５を結合している。今、モータ４によりねじ
軸３を回転させると、ナット２はねじ軸３上を直線方向
に移動し、カプラ１で連結された静圧スライダ５を移動
させることができる。このとき、ナット２にはさまざま
な振動が発生するが、前記したように、カプラ１によっ
てねじ軸３に垂直な上下左右方向の振動およびピッチン
グ、ヨーイングを減衰させることができ、静圧スライダ
５にこれらの振動を伝えにくくすることができる。

また、このカプラ１は、ねじ軸３方向およびねじ軸３ま
わりの回転方向には剛性が高いことから、ねじ軸３の回
転によるナツト２の移動を確実に静圧スライダ５に伝え
ることができ、位置決め精度を高くできる。

さらに、前記したように、カプラ１の円形孔２２．２３
と係合部材１１，３１間の微小な隙間に導入孔２４より
流体を導入して静圧流体で支持することによって、より
高性能とできる。

なお、上記実施例では、カプラ１を構成する駆動側固定
部材１０と係合部材１１、および被駆動側固定部材３０
と係合部材３１をそれぞれボルト１２．３２で結合した
ものを示したが、あらかじめ一体的に形成することも可
能である。

また、上記実施例では、連結部材２０に円形孔２２．２
３を形成し、駆動側固定部材１０および被駆動側固定部
材３０に係合部材１１，３１を具備したが、逆に連結部
材２０に円柱状の係合部材を具備し、駆動側固定部材１
０および被駆動側固定部材３０に円形孔を形成して、両
者を結合することもできる。

次に、第１図、第２図に示す本発明のカプラ１および比
較例として第４図に示すカプラＫを用意し、その特性を
調べる実験を行った。本発明のカプラ１は、連結部材２
０および係合部材１１，３１を共にＡ１２０３含有量９
９％以上のアルミナセラミックスにより形成し、他の部
材はステンレス（ＳＵＳ３０４）により形成して、全体
の大きさを縦５０ＩＩＩ１１、横５０ＣＩ！ｌ］、長さ
６０ｍｍとした。また、本発明のカプラ↓は、摺動部に
静圧流体を導入しないもの（Ａ）、静圧流体として５　
ｋｇ／ａｍ”の空気を導入したもの（Ｂ）、静圧流体と
して２０ｋｇ／ｃｍ２のスピンドル油を導入したもの（
Ｃ）の３種類を用意した。

さらに、比較例のカプラには、全体をステンレス（ＳＵ
Ｓ３０４）で形成し、厚さ３ｎｎの板バネ４３．４４を
溶接して一体構造とし、全体の大きさを縦５ｏｎ、横５
０ｍｍ、長さ６０ｍｍとした。

これらのカプラに対し、第１図に示すＺ軸方向に相当す
る上下方向の剛性、Ｙ軸方向に相当する左右方向への剛
性、およびＹ軸まわりの回転方向に相当するピッチング
剛性、Ｚ軸まわりの回転方向に相当するヨーイング剛性
を測定した。さらに、Ｘ軸方向の軸方向剛性およびＸ軸
まわりの回転方向剛性も測定した。結果は第１表の通り
である。

なお、ここで剛性とは、ある方向に力を加えて変位させ
たときの、力の大きさと変位量の比率であり、値が大き
いほど剛性が大きいことをあられしている。

（以下余白） 第１表 前記したように、カプラにおいて、上下左右方向および
ピッチング、ヨーインタ方向には剛性が小さいほど振動
吸収作用が優れ、一方軸方向および回転方向の剛性は大
きいほど位置決め精度を高められる。この点に関して、
比較例では板バネを用いていることから、ピッチング、
ヨーイング方向の剛性がやや大きく、逆に回転方向の剛
性は小さかった。

これに対し、本発明のカプラは、上下左右方向およびピ
ッチング、ヨーイング方向の剛性はほとんどＯであり、
軸方向および回転方向の剛性はきわめて大きいことから
優れた特性であることがわかる。

また、本発明のカプラにおいて、摺動部に空気、油など
を導入して静圧流体により支持することによって、バン
クラッシュをほとんどＯとし、さらに優れた特性とでき
る。

さらに、本発明および比較例のカプラを用いた静圧軸受
装置について、その性能を比較してみた。

静圧軸受を構成する静圧スライダ５とスライドバー　６
はいずれもＡ］、２０つ含有量９９％以上のアルミナセ
ラミックスにより形成し、その真直性能は、１００關の
ストロークにてエラー成分０．１μ口以下としたものを
用いた。

この静圧軸受と平行にボールねじのねし軸３を配置し、
該ねじ軸３によって駆動されるナツト２と静圧スライダ
５をさまざまな方法により連結して、それぞれ静圧スラ
イダ５を移動させたときの真直度を測定した。

まず、比較例として、ナット２と静圧スライダ５を直結
した場合の真直度は第５図に示す通りである。この場合
は、ナット２の振動が直接静圧スライダ５に伝わるため
、１μ口近くの振動が生じていた。次に、ナツト２と静
圧スライダ５間を第４図に示す比較例のカプラにて連結
した場合の真直度は第６図に示す通りである。この場合
は、やや振動が小さくなるものの、また充分なものでは
なかった。

こ九らに対し、ナット２と静圧スライダ５を本発明のカ
プラ１で連結した場合の真直度は、第７図に示すように
、はとんど振動をなくすことができた。

［発明の効果］ 綴止のように本発明によれば、駆動体に結合する駆動側
固定部材および被駆動体に結合する被駆動側固定部材と
、これらを連結する連結部材との間を、それぞれ軸が互
いに直交するように配置された円柱状の係合部材と、こ
の係合部材を摺動自在に保持する円形孔により連結して
カプラを構成したことによって、駆動体に発生する上下
左右方向やピッチング、ヨーイング方向の振動を減衰し
、被駆動体にこ九らの振動を伝えにくくすることができ
る。そのため、本発明のカプラを用いて静圧軸受装置を
構成すれば、静圧スライダに振動を伝えにくく、かつ位
置決め精度を高くできるなどの優れた効果を奏すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例に係るカプラを示す斜視図、第２
図は同じく分解斜視図である。 第３図は本発明のカプラを用いた静圧軸受装置を示す平
面図である。 第４図は従来のカプラを示す斜視図である。 第５図、第６図は比較例のカプラによる静圧軸受装置の
真直度を示すグラフ、第７図は本発明のカプラな用いた
静圧軸受装置の真直度を示すグラフである。 カプラ ねじ軸 静圧スライダ 駆動側固定部材 連結部材 被駆動側固定部材 ２：ナット ４：モータ ６：スライドパー １１：係合部材 ２２．２３　：円形孔 ３１：係合部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動体に結合する駆動側固定部材および被駆動体
   に結合する被駆動側固定部材と、これらを連結する連結
   部材との間を、それぞれ軸が互いに直交するように配置
   された円柱状の係合部材と、この係合部材を摺動自在に
   保持する円形孔によつて連結したことを特徴とするカプ
   ラ。
2. （２）静圧流体によつてスライドバー上に支持される静
   圧スライダと、前記スライドバーと平行に配置したボー
   ルねじによって能動されるナットを、前記請求項第１項
   記載のカプラで連結したことを特徴とする静圧軸受装置
   。