KR20110128903A

KR20110128903A - 프리 볼 베어링, 베어링 장치, 지지 테이블, 반송 설비, 및 턴테이블

Info

Publication number: KR20110128903A
Application number: KR1020117022790A
Authority: KR
Inventors: 카오루 이구치
Original assignee: 가부시끼가이샤 이구찌 기꼬 세이사꾸쇼
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-11-30
Also published as: CN102395518A; CN102395518B; JP2010247936A; US8635960B2; US20120006237A1; TW201043799A; TWI399492B; KR101319951B1; JP5551888B2; WO2010119675A1

Abstract

본 발명에 따른 프리 볼 베어링은 반구형 오목면을 내면으로 하는 볼 받침용 오목부가 형성된 볼 받침부를 갖는 본체; 상기 본체의 상기 반구형 오목면에 배치된 복수의 받침 볼 및 이 받침 볼 보다도 직경이 크며 상기 받침 볼을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 메인 볼; 소정의 내측 공간을 확보하면서 상기 본체의 상기 볼 받침부를 둘러싸는 커버부; 상기 본체의 상기 반구형 오목면과 상기 메인 볼 사이에 삽입되어 상기 받침 볼을 눌러주는 링 형태의 누름편을 가지며, 상기 내측 공간 내에서 상기 받침 볼을 눌러주는 누름 위치와 상기 받침 볼을 개방하는 개방 위치 간을 상기 볼 받침용 오목부의 깊이 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 받침 볼 누름 링; 및 이 받침 볼 누름 링에 변위력을 제공하여 상기 누름 위치에서 상기 개방 위치까지 상기 받침 볼 누름 링을 이동시키는 누름 해제 기구를 구비한다.

Description

프리 볼 베어링, 베어링 장치, 지지 테이블, 반송 설비, 및 턴테이블{FREE BALL BEARING, BEARING DEVICE, SUPPORT TABLE, TRANSFER EQUIPMENT, AND TURN TABLE}

본 발명은 모든 방향으로 회전이 자유로운 1개의 볼(메인 볼)이 돌출된 구조이며, 물품의 반송 또는 위치 결정에 사용되는 지지 테이블, 턴테이블 등에 적용하기에 적합한 프리 볼 베어링(free ball bearing)에 관한 것이다.

본 발명은 예컨대, 반도체 기판이나 프린트 배선 기판에 대한 가공, 전자부품의 실장, 플랫 패널의 제조, 반도체 소자나 반도체 패키지 등의 전자부품의 제조, 식품이나 의약품의 제조 등에서 채용되는 클린룸(clean room) 내에서 사용하기에 적합한 프리 볼 베어링, 이를 사용한 베어링 장치, 지지 테이블, 반송 설비, 및 턴테이블에 관한 것이다.

본 출원은 2009년 4월 14일자로 일본에 출원된 특허원 제2009-098501호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어 물품을 반송하는 반송 설비에 있어서는 모든 방향으로 회전이 자유로운 1개의 볼(메인 볼: 主球)이 돌출된 구조의 프리 볼 베어링을 사용하여, 반송하는 물품을 이송 가능하게 지지하는 구성의 설비가 많이 채용된다.

이러한 반송 설비는 반송 중에 있는 물품의 이동을 정지 또는 감속시키려면, 프리 볼 베어링과는 별도로 물품을 충돌시키는 스토퍼, 쿠션, 물품을 접촉시키는 가이드 부재 등을 설치한 구성을 갖는다. 더구나 최근에는, 프리 볼 베어링 자체가 반송 중의 물품에 제동력을 제공 가능한 구성이 제안되었다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이러한 프리 볼 베어링을 사용한 반송 설비는 스토퍼, 쿠션, 가이드 부재 등의 설치를 필요로 하지 않는 이점이 있다.

전술한 특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재한 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)은 다수의 서브 볼(副球, sub ball)을 통해서 오목한 구면에 메인 볼을 회전이 자유롭게 지지한 오목 구면 부재와, 상기 메인 볼의 상부가 돌출하는 내부 구멍을 갖는 덮개 부재를 구비하고, 상기 내부 구멍의 가장자리부가 상기 메인 볼과의 사이에 미소한 간극을 두고 접근하는 메인 볼의 자유 전동(轉動) 상태와, 상기 내부 구멍의 가장자리부가 상기 메인 볼을 눌러 접촉하는 메인 볼의 제동 상태가 변환 가능하게 된다.

또한, 특허 문헌 1의 도 2(a), (b)에는 환상의 서브 볼 접촉부를 갖는 가압 부재를 구동 수단(구체적으로는 전자 코일에 의해 구성한 전자석(34))에 의해 승강시키고, 상기 가압 부재의 하강 시에 상기 서브 볼 접촉부를 서브 볼 그룹의 위쪽 가장자리부에 접촉시킴으로써, 서브 볼의 전동을 구속하여 메인 볼의 회전에 제동 작용을 제공하는 구성의 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본특허공개공보 제2004-19877호

전술한 특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)처럼, 덮개 부재를 메인 볼에 접촉시켜 메인 볼을 제동하는 구성은 장기 사용으로 메인 볼에 흠집이 생기는 경우가 있으며, 메인 볼 표면에 형성된 홈이 물품과의 사이에 간극을 형성하는 원인이 되어 이동하는 물품에 이동 저항을 부여하기 어려워지는 문제가 있다.

특허 문헌 1의 도 2(a), (b)처럼, 승강하는 가압 부재에 의해 서브 볼을 눌러주는 구성 쪽이 물품에 원하는 이동 저항을 부여하는 성능을 장기에 걸쳐 안정되게 유지할 수 있는 점에서 유리하다.

그런데, 예를 들어 반도체 기판이나 프린트 배선 기판에 대한 가공, 전자부부품의 실장, 플랫 패널의 제조, 반도체 소자나 반도체 패키지 등과 같은 전자부품의 제조, 식품이나 의약품의 제조 등에서 채용되는 클린룸 내에서 사용할 수 있는 프리 볼 베어링에는 먼지 발생에 대한 높은 방진성능이 요구된다.

전술한 특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)에서는 덮개 부재가 메인 볼과 접촉함으로써, 특허 문헌 1의 도 2(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)에서는 덮개 부재(특허 문헌 1에 있어서, 부호 5a)의 하측에서 승강하는 가압 부재가 서브 볼과 접촉함으로써, 미량의 분진이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 클린룸의 청정도를 유지하기 위해, 분진의 비산을 방지하고자 하는 요구가 있었다.

이러한 요구에 따라, 예를 들면, 프리 볼 베어링을 장착하는 테이블로서 통기구멍을 다수 형성한 것을 채용하여, 상기 테이블의 상방에서 상기 통기구멍을 통하여 상기 테이블의 하측으로 흐르는 기류를 클린룸 내에 형성하여 분진의 비산을 방지하는 대책(다운 블로우(down blow))도 채용 가능하다. 그러나, 특허 문헌 1의 도 2(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)처럼 덮개 부재의 하측에서 승강하는 가압 부재에 의해 서브 볼을 누르는 구성은 메인 볼 및 서브 볼을 회전이 자유롭게 지지한 오목 구면 부재와 덮개 부재 사이에서 발생한 분진의 회수가 어려워 청정도의 안정 유지라는 점에서 불리하다.

또한, 예를 들면, 특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)의 구성에서는 덮개 부재(5)에 실린더부(13)를 결합시킨 유체압 실린더(12)처럼, 메인 볼 및 서브 볼을 회전이 자유롭게 지지한 오목 구면 부재의 외주면을 따라 슬라이드 이동하는 원통형 몸체(특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재된 발명에서는 유체압 실린더(12))를 공기압 등의 유체압에 의해 구동한다. 이 경우, 다수의 프리 볼 베어링에 대해 메인 볼의 회전 억제(회전 저항의 증대)를 동시에 실현하는 점에서 유리하다. 이 구성은 특허 문헌 1의 도 2(a), (b)에 기재된 프리 볼 베어링(이송용 구체 지지 장치)의 가압 부재의 이동에도 적용 가능하다.

특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에 기재한 기술은 오목 구면 부재의 외주면과 통 형상 부재 간의 밀폐성을 높이기 위해서 오목 구면 부재의 외주에 Ｏ링(Ｏ-ring) 을 마련하고 있다. 그러나, 이렇게 Ｏ링을 사용하여 공기압 등의 유체압을 구동원으로서 구동하는 기구는 통상적으로 가동 부재(특허 문헌 1의 도 1(a), (b)에서는 유체압 실린더 (12))의 이동저항을 감소시키기 위해 그리스(grease)를 사용할 필요가 있는데, 그리스의 휘발성분이 클린룸 내의 오염 원인이 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여, 클린룸 내로 분진이 비산하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 받침 볼을 눌러주어 메인 볼의 회전 저항을 증대시키기 위한 받침 볼 누름 링(retainer balls-pressing ring)의 이동 저항을, 그리스를 사용하지 않는 비-그리스 방식으로 낮게 억제할 수 있는 프리 볼 베어링, 이를 사용한 베어링 장치, 지지 테이블, 반송 설비, 및 턴테이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 구성을 제공한다.

(1) 본 발명의 한 실시 형태에 따른 프리 볼 베어링은: 반구형(半球形) 오목면을 내면으로 하는 볼 받침용 오목부가 형성된 볼 받침부를 갖는 본체; 이 본체의 상기 반구형 오목면에 배치된 복수의 받침 볼 및 이 받침 볼 보다도 직경이 크며 그 받침 볼을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 메인 볼; 소정의 내측 공간을 확보하면서 상기 본체의 상기 볼 받침부를 둘러싸는 커버부; 상기 본체의 상기 반구형 오목면과 상기 메인 볼 사이에 삽입되어 상기 받침 볼을 누르는 링 형태의 누름편을 가지며, 상기 내측 공간 안에서 상기 볼 받침용 오목부의 깊이 방향을 따라 상기 받침 볼을 누르는 누름 위치와 상기 받침 볼을 개방하는 개방 위치 사이를 이동할 수 있는 받침 볼 누름 링; 및 이 받침 볼 누름 링에 변위력을 제공하여, 상기 누름 위치에서 상기 개방 위치까지 상기 받침 볼 누름 링을 이동시키는 누름 해제 기구를 구비하고, 상기 커버부에 상기 메인 볼의 직경 보다 작은 직경을 갖는 개구부가 형성되며; 상기 메인 볼의 일부는 상기 개구부에서 선단(先端) 측을 향해 돌출하고; 상기 본체 및/또는 상기 커버부에, 상기 내측 공간과 이어지며 상기 선단 측과 반대측인 기단(基端) 측으로 개구하는 공기 흡인구멍이 형성되고; 상기 받침 볼 누름 링은 상기 볼 받침부의 외주면과 상기 커버부의 내주면 사이에 배치된 구동용 링부를 가지며; 이 구동용 링부는 상기 볼 받침부의 외주면에 공기 유통 가능한 제1 간극을 통해서 접근 배치된 내주면과, 상기 커버부의 내주면에 공기 유통 가능한 제2 간극을 통해서 접근 배치된 외주면을 가지며; 상기 구동용 링부의 상기 내주면 및/또는 상기 외주면에 그의 원주 방향으로 연속 배치된 홈, 또는 웨어 링(wear ring)이 형성되고; 상기 제1 간극 및 상기 제2 간극의 크기는 상기 공기 흡인구멍을 통해서 상기 내측 공간 내의 공기가 흡인되었을 때, 상기 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력이 상기 받침 볼 누름 링에 부여되는 크기이다.

(2) 상기(1)의 프리 볼 베어링에 있어서, 상기 누름 해제 기구로서, 상기 받침 볼 누름 링에 변위력을 제공하여 상기 누름 위치에서 상기 개방 위치를 향해 상기 받침 볼 누름 링에 탄성을 주기 위한 스프링이 상기 내측 공간에 추가로 구비될 수도 있다.

(3) 상기(1) 또는 (2)의 프리 볼 베어링에 있어서, 상기 본체는 상기 볼 받침부의 기단 측에 돌출 형성된 나사 축을 추가로 구비하고, 상기 공기 흡인구멍은 상기 본체에 형성되며, 상기 나사 축을 상기 나사 축의 축 중심 방향으로 관통하여 상기 볼 받침부의 외주면으로 개구할 수도 있다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)의 프리 볼 베어링에 있어서, 상기 커버부가 상기 본체의 상기 나사 축에 나착(螺着)된 링 형태의 기단 측 커버 부재; 및 상기 기단 측 커버 부재의 외주부에 감합(嵌合) 또는 나착되며, 상기 메인 볼 돌출용 개구부가 형성된 링 형태의 캡을 가질 수 있다.

(5) 본 발명의 한 실시 형태에 관한 베어링 장치는 상기 (1) 또는 (2)의 프리 볼 베어링; 및 상기 프리 볼 베어링의 상기 공기 흡인구멍에 접속되는 흡인 장치를 갖는다.

(6)본 발명의 한 실시 형태에 관한 지지 테이블은 상기 (5)의 베어링 장치가 설치되고, 이 베어링 장치의 상기 프리 볼 베어링이 수평 베이스(base)의 복수 개소에 장착되며, 상기 프리 볼 베어링의 상기 공기 흡인구멍에 상기 흡인 장치를 공기 흡인 가능하게 접속하기 위한 배관이 상기 베이스의 하측에서 상기 공기 흡인구멍에 접속되는 것을 특징으로 하는 지지 테이블.

(7) 본 발명의 한 실시 형태에 관한 반송 설비는 상기 (6)의 지지 테이블을 구비한다.

(8) 본 발명의 한 실시 형태에 따른 턴테이블은 베이스 부재, 이 베이스 부재 위에 회전 가능하게 설치된 회전 테이블, 및 이 회전 테이블을 회전시키는 회전 구동 장치를 가지며, 상기 베이스 부재 및/또는 상기 회전 테이블에 장착된 상기 (1) 또는 (2)의 프리 볼 베어링에 의해 상기 회전 테이블이 상기 베이스 부재에 대해서 회전 가능하게 지지되며, 각 프리 볼 베어링에 상기 흡인장치가 접속된다.

본 발명에 의하면, 프리 볼 베어링의 본체 및/또는 커버부에 형성된 공기구멍(이하에서는 공기 흡인구멍이라고도 함)을 통해서 상기 내측 공간 내의 공기를 흡인함으로써, 받침 볼 누름 링에 프리 볼 베어링의 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력을 작용시킬 수 있다. 그렇게 함으로써, 받침 볼 누름 링에 돌출 형성된 링 형태의 누름편에 의해 받침 볼을 눌러주어 메인 볼의 회전 저항을 증대시킬 수 있다. 공기구멍으로부터 공기를 흡인했을 때, 받침 볼 누름 링의 구동용 링부가 프리 볼 베어링의 내측 공간의 기단 측으로 흡인되도록 하여 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력이 받침 볼 누름 링에 부여된다. 받침 볼 누름 링의 구동용 링부의 홈 또는 웨어 링이 받침 볼 누름 링의 변위력 발생에 유효하게 기여한다.

또한, 상기 받침 볼 누름 링의 구동용 링부는 그의 내주면이 공기 유통 가능한 미소 간극을 통해서 상기 볼 받침부의 외주면에 접근 배치되고, 외주면이 볼 받침부의 외주면에 상기 내측 공간을 통해서 대면하는 커버부의 내주면에 공기 유통 가능한 미소 간극을 통해서 접근 배치된다. 그 때문에, 공기구멍에서 상기 내측 공간 내의 공기를 흡인했을 때, 상기 간극에 공기 흐름이 형성된다. 웨어 링을 사용할 경우는 웨어 링에 존재하는 슬릿 형태의 불연속부에 의해 상기 간극의 공기 흐름이 확보된다. 이 때문에, 공기구멍에서 상기 내측 공간 내의 공기를 흡인했을 때, 프리 볼 베어링의 내측 공간에 있어서 상기 받침 볼 누름 링의 구동용 링부에서 개방단(開放端) 측(메인 볼 돌출용 개구부, 볼 받침용 오목부 측)의 공기도 흡인할 수 있다. 이렇게 함으로써, 받침 볼 누름 링의 이동에 따라 발생하는 먼지가 커버부에서 외측으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 프리 볼 베어링은 상기 볼 받침부 및 상기 커버부와 받침 볼 누름 링 사이에 그리스를 제공하지 않기 때문에, 받침 볼 누름 링이 볼 받침부 높이 방향으로 이동 시의 저항을 낮게 억제할 수 있다. 이 때문에, 공기구멍에서 공기를 흡인함으로써 받침 볼 누름 링을 쉽게 이동시킬 수 있다.

또한, 그리스를 사용하지 않기 때문에, 그리스의 휘발성분으로 인한 클린룸 내의 오염 문제를 회피할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 1 실시 형태에 따른 프리 볼 베어링의 구성을 나타내는 부분 단면도이다. 받침 볼 누름 링에 의한 받침 볼의 제동을 하지 않은 상태를 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a의 프리 볼 베어링이며, 받침 볼 누름 링에 의한 받침 볼의 제동 상태를 도시한 것이다.
도 2는 도 1a, 1b의 프리 볼 베어링의 받침 볼 누름 링의 구동용 링부 부근을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프리 볼 베어링, 이를 사용한 베어링 장치, 지지 테이블을 적용한 반송 설비인 기판 처리 설비의 일례를 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 기판 처리 설비의 지지 테이블을 설명하는 정면도이다.
도 5는 도 3의 기판 처리 설비의 지지 테이블을 설명하는 평면도이다.
도 6은 도 1a, 1b의 프리 볼 베어링의 마찰 저항을 조사한 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 1 실시 형태의 프리 볼 베어링의 구성을 나타내는 도면이며, 받침 볼 누름 링의 구동용 링부 부근을 도시한 확대 단면도이다.
도 8은 웨어 링의 일례를 도시한 사시도이다.
도 9는 턴테이블의 일례를 도시한 측면도이다.

이하에서는 본 발명의 1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시형태)

우선, 도 1a, 1b를 참조하여, 본 발명에 따른 제1 실시 형태의 프리 볼 베어링을 설명한다.

또한, 도 1a, 1b에 있어서, 프리 볼 베어링(10)에 대해서 메인 볼을 위쪽을 향해 돌출하는 설치 형태를 예로 들어, 수직 상방 측을 상, 수직 하방 측을 하로 하여 설명한다. 이 프리 볼 베어링(10)은 수직 방향에 대해서 상기 이외의 어느 방향으로도 설치할 수 있다.

도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 여기서 설명하는 프리볼 베어링(10)은 예를 들면, 디스플레이용 마더 글래스(mother glass), 실리콘 기판(웨이퍼) 등과 같은 기판(1)을 정밀하게 위치 결정하기 위한 기판용 위치 결정 테이블(80)(지지 테이블)의 수평 베이스(81)에 장착할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 기판 위치 결정용 테이블(80)은 기판(1)에 대한 막 부착 등을 행하는 처리 설비의 클린룸(82) 내에 설치된다. 클린룸(82) 내에는 막 형성, 레지스트 도포, 노광, 에칭 등의 처리를 하는 복수의 처리실(83)(챔버)이 설치된다. 상기 기판 위치 결정용 테이블(80)은 클린룸(82) 내 각 처리실 (83)의 기판 반입출 게이트(개폐 가능한 셔터(83a)) 외측에 설치되고, 클린룸 (82) 내에서 처리실(83) 마다 설치된 반송 장치(84)에 의해 반입된 기판(1)에 대해서 처리실(83) 내의 기판 반송 장치(처리실 내 반송 장치)에 의해 반송하기 전에 위치 결정 기능을 발휘한다.

상기 반송 장치(84)는 클린룸(82) 내에 제공된 센터 로봇(85)과 각 처리실 (83)에 대응하여 설치된 기판 위치 결정용 테이블(80) 사이에 각각 설치되고, 센터 로봇(85)과 기판 위치 결정용 테이블(80) 간에 기판(1)을 반송한다. 센터 로봇(85)은 반송 장치(84)간에서의 기판(1)의 이설(移設), 및 클린룸(82)에 대한 기판(1)의 반입출용의 반입출 장치(86)와 반송 장치(84) 간의 기판(1)의 이설을 행한다.

베이스(81) 상에 반입된 기판(1)은 베이스(81) 상의 다수 개소에 돌출 형성된 프리 볼 베어링(10)의 상부에 돌출하는 메인 볼(42)(후술함) 상에 적재된 상태로 수평 지지된다. 그래서, 그 상태로, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판 위치 결정용 테이블(80)에 설치된 위치 결정 장치의 L자형으로 된 한 쌍의 위치 결정 부재 (87)가 직사각형 판 형태의 기판(1)의 네 귀퉁이 모서리부 중 대각선 상으로 위치한 한 쌍의 모서리부와 접촉하여 양측 사이에 기판(1)을 끼워넣음으로써 기판(1)의 위치 결정이 이루어진다.

도 5 중에서 화살표 G가 나타내는 바와 같이, 상기 한 쌍의 위치 결정 부재 (87)는 위치 결정 장치에 설치된 구동장치에 의해 이동되어 서로의 간격 방향의 거리를 변화 가능하다. 상기 한 쌍의 위치 결정 부재(87)는 양측 사이에 기판(1)을 끼워넣어 기판(1)의 위치를 결정한 후, 서로 격리하도록 이동되어 기판(1)의 다음 반송 동작에 장애가 되지 않는 위치로 대피된다.

도1a, 1b에 도시한 바와 같이, 여기서 설명하는 프리 볼 베어링(10)은 이하의 부분을 포함한다. 본체(20)는 반구형 오목면(21)을 내면으로 하는 볼 받침용 오목부(22)가 형성된 블록 형태(구체적으로는 원주 형태)의 볼 받침부(23) 및 이 볼 받침부(23)의 상기 볼 받침용 오목부(22)의 개구부와는 반대 측(기단 측)의 단부에서 돌출된 나사 축(24)을 갖는다. 하우징 형태의 커버부(30)는 상기 본체(20)의 상기 볼 받침부(23)를 둘러싸듯이 하여 제공된다. 다수의 받침 볼(41)은 상기 볼 받침부 (23)의 상기 반구형 오목면(21)에 배치된다. 메인 볼(42)은 받침 볼(41) 보다도 직경이 크게 형성되어 상기 받침 볼(41)을 통해서 상기 반구형 오목면(21)에 회전이 자유롭게 지지된다. 받침 볼 누름 링(50)은 상기 볼 받침부(23)와 상기 커버부(30) 사이에 확보된 내측 공간(11) 내에 상기 볼 받침용 오목부(22)의 깊이 방향으로 일치하는 방향인 볼 받침부 높이 방향(도 1a, 1b에 있어서 상하 방향)으로 이동 가능하게 설치된다. 스프링(60)(누름 해제 기구)은 상기 커버부(30)의 내측에 조립되어 상기 볼 받침부 높이 방향에서 상기 내측 공간의 기단 측과는 반대 방향으로 상기 받침 볼 누름 링(50)에 탄성을 준다. 상기 커버부(30)에 형성된 메인 볼 돌출용 개구부(31)에서 상기 메인 볼(42)의 일부가 돌출한다. 상기 커버부(30)에 의해 상기 메인 볼(42)이 튀어나오는 것이 방지된다.

상기 커버부(30)의 메인 볼 돌출용 개구부(31)의 내부 직경은 메인 볼(42)의 외부 직경보다도 작다. 도 1a, 1b에 도시한 바와 같이, 메인 볼(42)이 본체(20)의 볼 받침부(23)의 반구형 오목면(21)에 접촉한 다수의 받침 볼(41)에 지지되고 상기 받침 볼(41)에서 들뜨지 않는 상태에 있어서, 이 메인 볼 돌출용 개구부(31)의 내부 직경은 메인 볼 돌출용 개구부(31)의 내주면과 메인 볼(42) 사이에는 메인 볼 (42)의 유동(遊動)을 가능하게 하는 클리어런스(clearance) C가 확보되는 크기로 되어 있다.

도 1a, 1b에 있어서, 부호 20a로 표시한 가상선은 상기 본체(20)의 나사 축(24)의 중심축선이다. 부호 20a로 표시한 가상선은 상기 본체(20)의 상기 볼 받침용 오목부(22)의 개구부 중앙에, 상기 볼 받침용 오목부(22)의 최심부(最深部)는 상기 중심축선(20a) 상에 위치한다. 이하, 상기 중심축선(20a)을 본체 축선이라고도 한다.

도 4에 있어서, 프리 볼 베어링(10)은 기판 위치 결정용 테이블(80)의 베이스(81)에 나사 축(24)을 돌려서 넣어 볼 받침용 오목부(22)의 개구부가 볼 받침부 (23)의 상부에 위치하도록 본체 축선(20a)이 수직 방향으로 고정되어 있다.

단, 이 프리 볼 베어링(10)은 볼 받침용 오목부(22)의 개구부가 볼 받침부 (23) 상부에 위치하도록 하여 본체 축선(20a)이 경사진 방향으로 사용할 수도 있으며, 또한 볼 받침부 높이 방향이 수평이 되는 방향으로도 사용 가능하다.

예를 들면, 받침부 높이 방향이 수평이 되는 방향으로 사용한 경우도, 메인 볼(42)은 받침 볼(41)에 의해 지지되어 모든 방향으로 회전 가능하며, 후술하는 바와 같이 받침 볼 누름 링(60)에 의해 받침 볼(41)을 누르지 않는 한, 메인 볼 (42)의 회전 저항이 작아 메인 볼(42)은 가벼운 힘으로 원활하게 회전할 수 있다.

도 1a, 1b에 있어서, 본 발명에 따른 프리 볼 베어링(10)의 본체(20), 커버부(30), 받침 볼(41), 메인 볼(42), 및 받침 볼 누름 링(50)으로서는 금속제, 플라스틱제 등을 사용할 수 있다.

또한, 기판(1)이 메인 볼(42)에 접촉했을 때에 기판(1)에 대전하는 정전기에 의한 스파크 발생을 방지하는 점에서, 메인 볼(42)은 10³∼10¹⁰Ω/□의 표면 저항률을 갖도록 도전성(협의의 도전성) 내지 반도전성 수지로 이루어질 수 있으며, 더욱이 메인 볼(42)과 접하는 접지용 통전부(grounding conductive portion)를 갖는 구성이 바람직하다. 예를 들면 전술한 10³∼10¹⁰Ω/□의 표면 저항률을 갖는 메인 볼(42)을 사용하고, 스텐레스 등의 도전성 금속으로 형성한 받침 볼(41)을 사용하며, 게다가 본체(20)로서는 스텐레스 등의 도전성 금속으로 형성한 것, 또는 플라스틱 등의 절연 재료로 이루어지는 모재 내에 전선 등으로 이루어지는 통전 회로(받침 볼(41)과 접하여 전기 도통을 확보하는 접촉부를 포함)를 구비한 구성을 사용함으로써, 받침 볼(41)과 본체(20)로 이루어지는 접지용 통전부를 갖는 구성의 프리 볼 베어링이 얻어진다. 접지용 통전부를 프리 볼 베어링의 외부의 접지용 회로와 접속하게 함으로써, 기판(1)이 메인 볼(42)에 접했을 때의 스파크 발생을 방지할 수 있다. 스파크 발생은 기판(1)의 손상 원인이 되기 때문에, 전술한 구성의 프리 볼 베어링(10)을 사용함으로써, 스파크에 기인하는 기판(1)의 손상을 방지할 수 있고, 제품비율의 향상 등을 실현 가능하다.

받침 볼 (41)및 본체(20)는 반도전성 수지로 구성할 수도 있다.

또한, 도시한 예의 프리 볼 베어링(10)은 장착부로서의 나사 축 (24)을 본체(20)와 일체로 성형한다. 따라서, 나사 축(24)은 본체(20)와 같은 도전성 내지 반도전성 수지로 이루어지지만, 나사 축을 별도로 구성할 수도 있다. 그 경우에는 나사 축의 부분을 도전성 금속으로 구성할 수도 있다.

메인 볼(42)을 형성하는 도전성 수지재료로서는 베이스 수지에 도전성 금속 필러를 분산 혼입한 것이나, 베이스 수지에 대전 방지 폴리머를 첨가한 것 등을 사용할 수 있으며, 이러한 재료에 의해 10³∼10¹⁰Ω/□의 표면 저항률을 갖도록 한다. 베이스 수지로서는 POM(폴리아세탈), PAI(폴리아미드이미드), PBI(폴리벤조이미다졸), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), PEEK(폴리에테르에테르 케톤), PEI(폴리에테르이미드), PI(폴리이미드), PPS(폴리페닐렌 설파이드), 멜라민 수지, 방향족 폴리아미드 수지(아라미드 수지) 등을 채용할 수 있다. 또한, LCP(액정 폴리머), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), PES(폴리에테르 술폰), 그밖의 수지도 사용할 수 있다. 진공 장치 내의 환경에 대한 특성안정성 등의 점에서 베스펠(Vespel, 방향족 폴리아미드 수지인 듀폰[DuPont] 사의 등록상표)이나 PBI가 바람직하다.

본체(20)나 커버부(30), 받침 볼 누름 링(50)은 마찬가지의 도전성 수지재료로 이루어질 수 있다.

또한, 도전성 수지란 절연성 수지와 대비된 광의의 의미이며, 이른바 반도전성 수지와 협의의 도전성 수지를 포함한다.

일반적으로, 체적 저항률이 10¹³Ω㎝ 정도 이하의 합성수지는 절연성 수지와 대비시킨 광의로는 도전성 수지라 할 수 있다. 그 중에서 체적 저항률이 10⁵∼10¹³Ω㎝ 정도의 합성 수지는 반도전성 수지라 할 수 있고, 또한 체적 저항률이 10⁵∼10¹⁰Ω㎝ 정도의 합성 수지는 정전기 장애를 제어하는데 적합한 반도전성 수지로서 제전성 수지라고도 부른다. 이 의미에서 본 발명의 프리 볼 베어링에 있어서 메인 볼 등을 구성하는 도전성 수지(도전성 수지 성형품)는 도전성 내지 제전성 수지라고도 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프리 볼 베어링의 본체(20), 커버부(30), 받침 볼 (41), 메인 볼(42), 및 받침 볼 누름 링(50)은 도전성이나 반도전성을 갖지 않은 재질(예를 들면, 금속, 플라스틱)로 이루어질 수도 있다.

도 1a, 1b에 도시한 바와 같이. 본체(20)의 나사 축(24)은 블록 형태(구체적으로는 원주 형태)를 갖는 볼 받침부(23)의 기단 측 단면(저면(23a))에서 돌출된다.

바꾸어 말하면, 상기 본체(20)는 나사 축(24)의 한쪽 끝에 그 나사 축(24)보다도 두꺼운 외관 원주 형태의 볼 받침부(23)를 돌출 형성한 구성으로 되어 있다.

도시 예의 프리 볼 베어링(10)에 있어서, 상기 커버부(30)는 구체적으로 상기 본체(20)의 상기 나사 축(24)에 나착된 링 형태의 기단 측 커버 부재(32)의 외주부에 상기 메인 볼 돌출용 개구부(31)가 형성된 링 형태의 캡(33)을 나착하여 일체화하여 구성된다.

상기 기단 측 커버 부재(32)는 링 형태를 갖는 저판(底板)(32a)의 외주에 그 저판(32a)의 한 면에 돌출하는 주벽부(周壁部)(32b)가 형성된 구성으로 되어 있다. 그래서, 이 기단 측 커버 부재(32)는 상기 저판(32a)의 중앙부를 관통하는 수나사 구멍(32c)에 의해 상기 나사 축(24)의 외측에 나착하여 장착되어, 그 주벽부(32b)가 본체(20)의 볼 받침부(23)의 주위를 둘러싸듯이 하여 배치된다. 또한, 도 1a, 1b에 있어서, 기단 측 커버 부재(32)는 그의 저판(32a)이 볼 받침부(23)의 저면 (23a)과 마주하고 있다.

또한, 캡(33)은 상기 메인 볼 돌출용 개구부(31)가 형성된 링 형태의 덮개판부(33a)의 외주에 그 덮개판부(33a)의 한 면에 돌출하는 측벽부(33b)가 형성된 구성이고, 상기 측벽부(33b)의 내주측에 형성된 내 나사부(33c)를 기단 측 커버 부재 (32)의 주벽부(32b)의 외주 측에 형성된 외 나사부(32d)에 돌려서 넣어 기단 측 커버 부재(32)에 나착하여, 덮개판부(33a)에 의해 상기 본체(20)의 볼 받침부(23)의 볼 받침용 오목부(22)의 개구부 주위 단면(선단면 23b)을 덮도록 설치되어 있다.

또한, 캡(33)은 상기 구성 대신에 다음과 같이 구성할 수도 있다. 상기 측벽부(33b)의 내주 측에 원환형의 내측 홈부(33c)를 형성한다. 또한, 기단 측 커버 부재(32)의 주벽부(32b)의 외주측에 원환형의 외측 홈부(32d)를 형성한다. 그래서 상기 내측 홈부(33c)와 상기 외측 홈부(32d)를 감합(또는 끼워넣기, 또는 스냅 인)시킬 수도 있다.

도 1a, 1b에 도시한 바와 같이. 받침 볼 누름 링(50)은 본체(20)의 볼 받침부(23)에 외삽하도록 하여 상기 볼 받침부(23)와 커버부(30) 간의 내측 공간(11)에 볼 받침부 높이 방향을 따라 이동 가능하게 수납된 링 형태 부재이다.

이 받침 볼 누름 링(50)은 캡(33)의 덮개판부(33a)와 볼 받침부(23)의 선단면(23b) 사이에 배치된 링 형태의 천판부(51) 및 이 천판부(51) 외주의 전 길이에 걸쳐 천판부(51)의 한 면에 리브 형태로 돌출 형성된 캡(33)의 볼 받침부(23)의 외주면(23c)과 이 외주면(23c)에 상기 내측 공간(11)을 통해서 대면하는 커버부(30)의 내주면(34)과의 사이에 배치된 원통부(52)로 이루어지는 본체 링(53); 이 본체 링(53)의 원통부(52) 측의 단부에서 연출되어 볼 받침부(23)의 외주면(23c)과 이 외주면(23c)에 상기 내측 공간(11)을 통해서 대면하는 커버부(30)의 내주면(34)과의 사이에 배치된 구동용 링부(54); 및 상기 본체 링(53)의 천판부(51)의 내주단(內周端) 전 길이에 걸쳐서 리브 형태로 돌출 형성되어 상기 본체(20)의 상기 반구형 오목면 (21)과 상기 메인 볼(42) 사이에 삽입하여 상기 받침 볼(41)을 눌러주기 위한 링 형태의 누름편(55)을 구비하여 구성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 구동용 링부(54)는 상기 볼 받침부(23)의 외주면(23c)에 공기 유통 가능한 미소 간극(12a)(이하, 내주측 미소 클리어런스, 또는 제1 간극이라고 함)을 통해서 접근 배치된 내주면(54a)과, 상기 볼 받침부(23)의 외주면(23c)에 상기 내측 공간(11)을 통해서 대면하는 커버부(30)의 내주면(34)에 공기 유통 가능한 미소 간극(12b)(이하, 외주측 미소 클리어런스, 또는 제2 간극이라고 함)을 통해서 접근 배치된 외주면(54b)을 가지며, 또한 내주면(54a) 및 외주면(54b)의 각각에 그의 원주방향으로 연재하는 홈(54c)이 형성(주설)된 구성으로 되어 있다. 상기 홈(54c)은 내주면(54a) 및 외주면(54b) 각각에 있어서의 구동용 링부(54)의 중심축선 방향의 복수 개소(도시 예에서는 2개소)에 형성되어 있다.

내주측 미소 클리어런스(12a)의 폭(볼 받침부(23)의 외주면(23c)과 구동용 링부(54)의 내주면(54a) 간의 거리)은 예를 들면, 0.03∼0.07mm 정도이다. 외주측 미소 클리어런스(12b)의 폭(커버부(30)의 내주면(34)과 구동용 링부(54)의 외주면(54b) 간의 거리)도 마찬가지의 크기로 설정된다. 내주측 미소 클리어런스 (12a) 및 외주측 미소 클리어런스(12b)의 폭 크기는 후술하는 공기구멍(25)을 통해서 내측 공간(11)의 공기가 흡인되었을 때, 상기 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력이 상기 받침 볼 누름 링에 부여되는 크기이다. 이 크기는 스프링(60)의 탄성력 등에 따라 적절한 크기로 조정할 수 있다.

상기 본체(20)에는 프리 볼 베어링(10)의 외부에 설치된 흡인장치(70)에 의해 내측 공간(11) 내의 공기 흡인을 위한 공기구멍(25)(공기 흡인구멍)이 형성되어 있다.

도 1a, 1b에 도시한 바와 같이, 상기 공기구멍(25)은 구체적으로 볼 받침부 (23)의 저면(23a)에서 돌출하는 나사 축(24)의 돌출 선단에서 볼 받침부(23)에 달하도록 천설된 주요 구멍(25a)과, 이 주요 구멍(25a)의 안쪽 단(볼 받침부(23)의 단부)에서 이 주요 구멍(25a)에 직교하는 방향으로 연재하여 볼 받침부(23)의 외주면(23c)으로 개구하고 내측 공간(11)으로 이어지는 분기구멍(diverging hole)(25b)을 구비하여 구성되어 있다. 따라서, 나사 축(24)의 선단(볼 받침부(23)에서의 돌출 선단)으로 개구하는 공기구멍(25)의 개구부인 흡인구(25c)에 흡인장치(70)를 접속함으로써, 프리 볼 베어링(10)의 내측 공간(11)에 흡인장치(70)의 흡인력을 작용시킬 수 있다.

도 4에 있어서, 프리 볼 베어링(10)은 기판 위치 결정용 테이블(80)의 베이스(81)의 나사구멍(81a)에 그 베이스(81)의 상측에서 나사 축(24)을 돌려서 상기 베이스(81)에 장착된다. 상기 나사 축(24)은 베이스(81)를 관통하고, 그의 선단부가 베이스(81)의 하측에 돌출된다. 또한, 프리 볼 베어링(10)은 기단 측 커버 부재 (32)의 저판(32a)을 베이스(81) 상면에 맞대어 베이스(81)에 장착된다.

도 4에 도시한 기판 위치 결정용 테이블(80)은 베이스(81)의 복수 개소에 상기 프리 볼 베어링(10)이 장착되고, 또한, 각 프리 볼 베어링(10)의 나사 축(24)이 베이스(81) 하측에 돌출된 선단부에 배관(71)을 통해서 접속된 흡인장치(70)를 구비하는 구성으로 되어 있다. 프리 볼 베어링(10)의 공기구멍(25)에 배관(71)을 통해서 흡인장치(70)를 접속한 것이 본 발명에 따른 베어링 장치이다.

도시 예의 기판 위치 결정용 테이블(80)은 베이스(81)에 장착된 복수 개의 프리 볼 베어링(10)(그의 내측 공간(11))이 모두 배관(71)을 통해서 하나의 흡인장치(70)와 접속되는 베어링 장치를 구비하는 구성을 예시하지만, 이에 한정되지 않고, 기판 위치 결정용 테이블을 복수의 흡인장치(70)를 설치한 구성으로 하여, 베이스(81)에 장착된 복수의 프리 볼 베어링(10)을 서로 다른 흡인장치와 접속한 구성으로 할 수도 있다.

이 프리 볼 베어링(10)에는 배관(71), 공기구멍(25)을 통해서 상기 흡인장치 (70)의 흡인력을 내측 공간(11)에 작용시킬 수 있다.

상기 흡인장치(70)의 흡인력을 내측 공간(11)에 작용시키지 않을 때에는 도 1a에 도시한 바와 같이, 프리 볼 베어링(10)의 받침 볼 누름 링(50)은 스프링(60)의 탄성에 의해 누름편(55)이 볼 받침부(23)의 받침 볼(41)을 눌러주는 위치(도 1b에 도시한 위치. 이하, 받침 볼 누름 위치, 또는 누름 위치라고 함)에서 캡(33)의 덮개판부(33a)의 측(내측 공간(11)의 개방단 측)에 격리한 위치(대기 위치 또는 개방 위치라고 함; 도 1a에 도시한 위치)에 배치된다.

도시 예의 프리 볼 베어링(10)은 받침 볼 누름 링(50)의 본체 링(53)과 이 본체 링(53)에 대해서 그의 외주 측에 약간 빗겨서 위치하는 구동용 링부(54) 사이에 있는 단차부분에 형성된 접촉면(56)(구동용 링부(54)의 본체 링측의 단면)이 캡(33)의 측벽부(33b)의 내주측에 튀어나온 돌벽부(35)에, 스프링(60)의 탄성에 의해 내측 공간(11)의 기단 측에서 접촉된 위치가 받침 볼 누름 링(50)의 대기 위치로 된다. 받침 볼 누름 링(50)이 대기 위치에 있을 때, 그의 천판부(51)는 캡(33)의 덮개판부(33a)에 접촉하지 않고, 캡(33)의 덮개판부(33a)와 천판부(51) 간에 약간의 간극이 확보된 위치로 된다.

상기 흡인장치(70)의 흡인력을 프리 볼 베어링(10)의 내측 공간(11)에 작용시키지 않고, 받침 볼 누름 링(50)이 도 1a에 도시한 대기 위치에 있는 상태에서, 상기 흡인장치(70)의 흡인력을 내측 공간(11)에 작용시키면, 도 1b에 도시한 바와 같이, 내측 공간(11)의 기단 측(도 1a, 1b에 있어서, 하측)에 대한 변위력이 받침 볼 누름 링(50)에 부여되어 받침 볼 누름 링(50)이 상기 대기 위치에서 내측 공간 (11)의 기단 측(받침 볼(41)을 눌러주는 누름 방향)으로 이동되고, 이 받침 볼 누름 링(50)의 누름편(55)이 볼 받침부(23)의 받침 볼(41)을 눌러준다. 그 결과, 볼 받침부(23)의 받침 볼(41)의 회전이 억제되어 내측 공간(11)의 기단 측에 대한 변위력이 부여되지 않았을 때에 비해서 메인 볼(42)의 회전 저항이 증대한다.

전술한 바와 같이, 구동용 링부(54)는 그의 내주면(54a) 및 외주면(54b)이 볼 받침부(23)의 외주면(23c) 및 커버부(30)의 내주면(34)에 대해서 공기 유통 가능한 미소 간극(12a, 12b)을 통해서 접근 배치된다. 또한, 도 1a에 도시한 바와 같이, 받침 볼 누름 링(50)이 대기 위치에 있을 때, 받침 볼 누름 링(50)의 본체 링 (53)의 원통부(52) 및 누름편(55)은 볼 받침부(23)의 외주면(23c) 또는 커버부(30)의 내주면(34)에 밀접하지 않고, 볼 받침부(23) 및 커버부(30) 사이에 공기 유통 가능한 간극(구동용 링부(54)의 양측 간극(12a, 12b)과 연통하는 간극)이 확보된 상태에 있다.

프리 볼 베어링(10)의 내측 공간(11)에 공기구멍(25)을 통해서 상기 흡인장치(70)의 흡인력을 작용시키면, 내측 공간(11)의 구동용 링부(54) 보다도 메인 볼 돌출용 개구부(31) 측에 존재하는 공기가 간극(12a, 12b)을 통해서 내측 공간(11)의 구동용 링부(54) 보다도 기단 측으로 흐른다. 그래서, 간극(12a, 12b)을 흐르는 공기 흐름의 일부가 구동용 링부(54)에 형성된 홈(54c)에 들어오는 난류를 형성하고, 홈(54c)의 특히 구동용 링부(54)의 선단 측(내측 공간(11)의 기단 측. 받침 볼 누름 링(50)의 천판부(51)가 설치된 전단 측과는 반대의 후단 측)에 위치하는 내측면(54d)을 누르는 누름 압력을 발생한다. 이렇게 함으로써, 받침 볼 누름 링(50)에 내측 공간(11)의 기단 측에 대한 변위력이 작용하고, 흡인장치(70)의 흡인력에 의해 받침 볼 누름 링(50)에 스프링(60)의 탄성보다 큰 변위력을 작용시킴으로써, 도 1b에 도시한 바와 같이, 받침 볼 누름 링(50)이 내측 공간(11)의 기단 측(누름 방향)으로 이동하게 된다.

검증이 더 필요하지만, 홈(54c)의 수를 많게 하면, 흡인장치(70)의 흡인력에 의해 받침 볼 누름 링(50)에 작용하는 변위력을 증강할 수 있으리라 생각된다.

또한, 상기 받침 볼 누름 링(50)은 구동용 링부(54)의 외주측 및 내주측의 간극(12a, 12b)을 흐르는 공기 흐름에 의해 볼 받침부(23)의 외주면(23c) 및 커버부(30)의 내주면(34)에 대한 비접촉 상태가 안정하게 유지된다. 따라서, 받침 볼 누름 링(50)의 볼 받침부(23) 및 커버부(30)와의 접촉에 의한 이동 저항의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 받침 볼 누름 링(50)의 이동에 볼 받침부(23) 및 커버부 (30)와의 접촉에 의한 이동 저항은 거의 관여하지 않는다.

구동용 링부(54)의 외주측 및 내주측의 간극(12a, 12b)에는 받침 볼 누름 링(50)의 이동 저항을 저감하기 위한 윤활용 그리스는 제공되지 않는다.

이 프리 볼 베어링(10)은 받침 볼 누름 링(50)과 볼 받침부(23) 사이, 받침 볼 누름 링(50)과 커버부(30) 사이에 그리스를 제공하지 않아도, 전술한 바와 같이 구동용 링부(54)의 외주측 및 내주측의 간극(12a, 12b)을 흐르는 공기 흐름에 의해 볼 받침부(23)의 외주면(23c) 및 커버부(30)의 내주면(34)에 대한 비접촉 상태가 안정하게 유지됨으로써, 받침 볼 누름 링(50)의 이동 저항을 낮게 억제할 수 있다. 게다가, 받침 볼 누름 링(50)의 이동을 원활하게 행할 수 있다.

따라서, 그리스를 사용하지 않는 구성이면서도, 받침 볼 누름 링(50)의 이동(대기 위치에서 받침 볼 누름 위치로의 이동)에 요하는 흡인장치(70)의 흡인력을 크게 높일 필요가 없으며, 흡인력을 크게 높이지 않고 받침 볼 누름 링(50)을 이동시킬 수 있다.

또한, 그리스를 사용하지 않는 구성이기 때문에, 그리스에서 방출되는 휘발 성분에 의한 클린룸 내의 오염 문제가 일어나지 않는다.

또한, 도 1a에 도시한 바와 같이, 대기 위치에 있는 받침 볼 누름 링(50)과 본체(20)의 볼 받침부(23) 사이의 간극은 받침 볼 누름 링(50)의 누름편(55)과 볼 받침부(23) 사이에도 확보되어 있고, 흡인장치(70)에 의한 내측 공간(11)의 공기 흡인이 개시되면, 받침 볼 누름 링(50)과 본체(20)의 볼 받침부(23) 간의 간극을 통해서 볼 받침부(23)의 볼 받침용 오목부(22) 안의 공기도 흡인장치(70)에 흡인된다.

상기 받침 볼 누름 링(50)의 누름편(55)의 외부 직경은 볼 받침용 오목부 (22)의 개구부의 내부 직경 보다도 약간 작고, 또한 상기 누름편(55)이 받침 볼 누름 위치에 있을 때, 이 누름편(55)의 외주는 볼 받침용 오목부(22)의 반구형 오목면(21)에 접촉하지 않고, 누름편(55)과 상기 반구형 오목면(21) 간에는 공기 유통 가능한 간극이 확보된다. 이 때문에, 누름편(55)이 받침 볼 누름 위치에 있을 때도 흡인장치(70)에 의해 볼 받침용 오목부(22) 안의 공기 흡인은 계속 이루어진다. 따라서, 누름편(55)이 받침 볼(41)에 접촉함으로써 미량의 분진(먼지 발생)이 생겼다고 해도, 흡인장치(70)에 의해 볼 받침용 오목부(22) 내의 공기를 흡인하여 그 분진을 흡인장치(70)에 회수할 수 있고, 분진이 커버부(30)의 메인 볼 돌출용 개구부(31)에서 밖으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 누름편(55)이 받침 볼 누름 위치에 있을 때, 이 누름편(55)은 메인 볼 (42)에 접촉하지 않는다.

도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판 위치 결정용 테이블(80)은 각 프리 볼 베어링(10)의 받침 볼 누름 링(50)이 대기 위치에 있는 상태에서 베이스(81) 상에 기판(1)이 반입된다. 그래서, 위치 결정 장치의 L자형으로 된 한 쌍의 위치 결정 부재(87)에 의한 기판(1)의 위치 결정 동작(한 쌍의 위치 결정 부재(87)에 의해 기판(1)을 사이에 끼워넣음) 후에 각 프리 볼 베어링(10)의 내측 공간(11)에 흡인장치(70)의 흡인력을 작용시켜서 받침 볼 누름 링(50)에 의해 받침 볼(41)을 눌러주어 받침 볼(41) 및 메인 볼(42)의 회전을 억제한 상태로 하고 나서, 위치 결정 장치의 한 쌍의 위치 결정 부재(87)에 의한 기판(1)의 끼워넣기를 해제한다.

기판(1)(특히, 큰 사이즈의 기판)은 베이스(81) 상에 실었을 때에 미소한 휘어짐이 존재하는 경우가 있으며, 복수의 위치 결정 부재(87)에 의해 끼워져 위치 결정을 했을 때에도 상기 휘어짐이 해소되지 않을 경우도 많다. 그래서, 그러한 휘어짐이 남은 상태에서, 위치 결정 부재간을 격리하여 기판(1)의 끼워넣기를 해제하면, 상기 휘어짐의 영향으로 약간의 위치 이탈이 생기는 경우가 있다. 기판 위치 결정용 테이블(80) 상에서 기판(1)의 위치 이탈이 커서, 처리실(83)(도 3 참조) 내의 기판 반송장치(처리실 내 반송장치)에 의해 처리실(83) 내로 반입한 후에도 해소되지 않으면, 처리실 내에서 행하는 처리 프로세스에도 영향을 미치기 때문에, 기판 위치 결정용 테이블(80) 상에서의 기판(1)의 위치 이탈을 축소 또는 해소하는 것은 기판(1)의 가공 등의 처리 정도(精度)를 확보하는 점에서도 바람직하다.

종래, 기판 위치 결정용 테이블에 사용되는 프리 볼 베어링으로서는 메인 볼의 회전 저항이 가능한 한 작은 것이 요구되었다. 그러나, 이렇게 메인 볼의 회전 저항이 아주 작으면 기판을 끼워넣어 위치 결정을 한 위치 결정 부재간을 격리하여 기판(1)의 끼워넣기를 해제했을 때, 기판(1)의 휘어짐에 기인하는 위치 이탈이 커지는 경향이 있는 것으로 판명되었다.

본 발명자는 전술한 바와 같이, 받침 볼 누름 링(50)에 의해 받침 볼(41)을 눌러주어 받침 볼(41) 및 메인 볼(42)의 회전을 억제한 상태로 하고 나서, 위치 결정 장치의 한 쌍의 위치 결정 부재(87)에 의한 기판(1)의 끼워넣기를 해제함으로써 위치 결정 부재에 의한 기판(1)의 끼워넣기를 해제한 후의 기판(1)의 위치 이탈을 억제 또는 해소할 수 있음을 알아냈다.

또한, 받침 볼 누름 링(50)에 의해 받침 볼(41)을 눌러줌으로써 받침 볼 (41) 및 메인 볼(42)의 회전을 억제하는 것은 위치 결정 부재에 의한 기판(1)의 끼워넣기를 해제한 후에 메인 볼(42)이 회전하지 않도록 고정하기보다도, 기판(1)의 미동에 대한 메인 볼(42)의 추종 회전을 허용하고, 메인 볼(42)의 회전 저항에 의해 기판(1)의 변위를 억제하도록 하는 것이 위치 결정 부재에 의한 끼워넣기 해제 후의 기판(1)의 위치 이탈 억제라는 점에서 바람직한 것으로 판명되었다.

이 때문에, 받침 볼 누름 링(50)에 의한 받침 볼(41)의 눌러주기는 받침 볼 (41)이 회전하지 않도록 받침 볼(41)을 고정할 필요는 없고, 받침 볼(41)의 회전을 억제하고, 그 결과, 메인 볼(42)의 회전도 억제할 수 있는 것이면 된다.

따라서, 받침 볼(41) 누르기에 필요한 받침 볼 누름 링(50)에 작용시키는 누름 압력(바꿔 말하면, 흡인장치(70)의 흡인력)은 메인 볼(42)을 회전시키지 않도록 고정할 수 있는 강한 힘일 필요는 없다.

본 발명자들은 판재료에 프리 볼 베어링(10)을 3개 고정한 시험용 지지 테이블을 제작하고, 이 지지 테이블의 3개의 프리 볼 베어링(10) 위에 알루미늄판을 실어, 흡인장치의 흡인력을 작용시키지 않고 받침 볼 누름 링(50)으로 받침 볼 (41) 및 메인 볼(42)의 회전을 억제하지 않은 상태(해방 상태)와, 흡인력을 작용시켜 받침 볼 누름 링(50)으로 받침 볼(41) 및 메인 볼(42)의 회전을 억제한 상태(억제 상태)에서 프리 볼 베어링(10)의 마찰계수를 조사했다. 그 결과를 도6에 도시했다.

알루미늄판으로서는 그의 중량(워크 중량)이 300g, 500g인 두 종류를 사용했다. 또한, 흡인장치에 의해 작용시킨 프리 볼 베어링(10) 1개당 흡인력(대기압에 대한 진공도)은 -90kPa, 프리 볼 베어링(10) 1개당 흡인 유량(공기흡입량)은 9.0L/분이다.

받침 볼 누름 링(50)의 내주측, 외주측의 미소 클리어런스(12a, 12b)는 모두 0.05mm이다.

또한, 프리 볼 베어링(10)은 본체, 커버부, 메인 볼, 받침 볼 누름 부재가 POM 제인 것을 사용하고, 받침 볼로서는 스텐레스 볼을 사용했다.

도 6에 도시한 바와 같이, 프리 볼 베어링(10)은 해방 상태에서 흡인장치의 흡인력을 작용시키면 단시간에 바로 억제 상태가 되고, 또한 억제 상태에서 해방 상태로의 변환도 단시간 내에 이루어져 높은 응답 속도를 얻을 수 있다.

또한, 워크 중량이 300g인 경우는 해방 시(해방 상태)의 마찰 계수가 0.01인 데 대해서, 억제 시(억제 상태)의 마찰 계수는 0,06이며, 해방 시의 6배 정도의 마찰 계수가 얻어진다.

워크 중량이 500g인 경우에는 해방 시(해방 상태)의 마찰 계수가 0.01인데 대해서, 억제 시(억제 상태)의 마찰 계수는 0.08이며, 해방 시의 8배 정도의 마찰 계수가 얻어진다.

이 프리 볼 베어링(10)은 억제 시에는 해방 시에 비해 매우 큰 마찰 계수가 얻어지기 때문에, 억제 시에 메인 볼을 회전하지 않도록 고정하는 사용 방법도 가능하다.

(제2 실시형태)

다음에 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다.

도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 여기서 설명하는 실시 형태의 프리 볼 베어링은 전술한 제1 실시 형태의 프리 볼 베어링(10)의 받침 볼 누름 링(50)의 구동용 링부(54)의 외주면(54b) 측에 웨어 링(13)을 장착한 구성을 갖는다.

상기 웨어 링(13)은 구동용 링부(54)의 외주면(54b)에서 돌출되어, 커버부 (30)의 내주면(34)에 접촉한다. 그래서, 이 실시 형태의 프리 볼 베어링은 웨어 링 (13)이 커버부(30)의 내주면(34)에 섭동함으로써, 받침 볼 누름 링(50)이 볼 받침부 높이 방향으로 이동하게 된다.

프리 볼 베어링의 내측 공간(11)에 흡인장치(70)의 흡인력을 작용시켰을 때에는 외주측 미소 클리어런스(12b)에 작용하는 흡인력이 웨어 링(13)에 의해 받침 볼 누름 링(50)의 변위력(기단 측에 대한 변위력)으로 변환된다.

도 8에 도시한 바와 같이, 웨어 링(13)은 슬릿(13a)(절단부)을 갖는 불연속된 링 형태 부재이다.

프리 볼 베어링의 내측 공간(11)에 흡인장치(70)의 흡인력을 작용시켰을 때에는 상기 슬릿(13a)을 통해서 외주측 미소 클리어런스(12b)에 공기 흐름이 형성된다.

또한, 내주측 미소 클리어런스(12a)에 공기 흐름이 형성되는 것은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

또한, 웨어 링(13)은 그의 외주면의 마찰 저항이 작은 것이 바람직하고, 예를 들면 폴리이미드 등의 플라스틱제를 적절하게 사용할 수 있다. 웨어 링(13)의 재질로서는 외주면의 마찰 저항을 낮게 억제할 수 있는 것이라면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 웨어 링(13)은 받침 볼 누름 링(50)의 중심축 선 방향에서의 양단부에 모서리 딴 부분(13b)을 가지기 때문에, 이 모서리 단 부분(13b)이 마찰 저항(섭동 저항)의 저감에 유효하게 기여한다.

이렇게 함으로써, 이 실시 형태의 프리 볼 베어링은 그리스를 사용하지 않고(넌-그리스), 받침 볼 누름 링을 원활하게 가동할 수 있는 구성이 된다.

본 발명에 있어서, 웨어 링(13)은 받침 볼 누름 링(50)(상세하게는 구동용 링부(54))의 내주 측에 설치할 수도 있고, 또한 외주측과 내주측의 양쪽에 설치할 수도 있다.

또한, 상기 웨어 링(13)은 구동용 링부(54)의 내주측 및/또는 외주측에 있어서, 구동용 링부(54)의 중심축 선 방향의 복수 개소에 설치할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 받침 볼 누름 링은 홈(54c)이 구동용 링부(54)의 내주측 및 외주측의 한쪽에만 구동용 링부(54)의 중심축 선 방향의 하나 또는 복수 개소에 형성된 구성이나, 구동용 링부(54)의 내주측 및 외주측의 양쪽에 하나씩 형성된 구성일 수 있으며, 또한 이러한 받침 볼 누름 링의 내주측 및/또는 외주측에 웨어 링(13)을 설치한 구성일 수도 있다.

(제3 실시형태)

다음에 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 프리 볼 베어링(10), 복수 개의 프리 볼 베어링(10)의 공기구멍(25)에 배관(71)을 통해서 흡인장치(70)를 접속한 베어링 장치를 사용하여 구성한 턴테이블(90)을 나타낸다.

이 턴테이블(90)은 판 형태의 베이스 부재(91)와, 이 베이스 부재(91)에 장착되어 이 베이스 부재(91) 상에 돌출 형성된 복수(3개 이상)의 프리 볼 베어링 (10)에 의해 회전 가능하게 지지된 회전 테이블(93)과, 이 회전 테이블(93)을 회전시키는 회전 구동 장치(92)(모터)를 갖는다. 전술한 바와 같이, 각 프리 볼 베어링 (10)은 배관(71)을 통해서 흡인장치(70)에 접속되기 때문에, 흡인장치(70)의 흡인력을 내측 공간(11)에 작용시킴으로써 회전 테이블(93)의 회전 억제, 정지 등을 행할 수 있다.

또한, 턴테이블로서는 프리 볼 베어링(10)을 회전 테이블에 장착한 구성이나, 회전 테이블과 베이스 부재에 장착된 구성도 사용 가능하다.

본 발명에 따른 지지 테이블은 전술한 기판 위치 결정용 테이블(80)과 같은 구성을 기판이나 다른 물품을 반송하기 위한 반송 장치의 일부로서 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 프리 볼 베어링, 지지 테이블은 예를 들면, 반도체 기판이나 프린트 배선 기판에 대한 가공, 전자부품의 실장, 플랫 패널의 제조, 반도체 소자나 반도체 패키지 등의 전자부품의 제조 외에, 식품이나 의약품의 제조 등, 클린룸 내에서 물품을 반송하고(예를 들면, 반송 장치의 일부로서 사용), 위치 결정 등을 하는데 폭넓게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프리 볼 베어링은 다음과 같이 구성할 수도 있다.

반구형 오목면을 내면으로 하는 볼 받침용 오목부가 형성된 볼 받침부를 갖는 본체; 이 본체의 상기 반구형 오목면에 배치된 다수의 받침 볼 및 이 받침 볼 보다도 큰 직경으로 형성되어 상기 받침 볼을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 메인 볼; 상기 본체의 상기 볼 받침부를 둘러싸도록 설치된 하우징 형태의 커버부; 상기 본체의 상기 반구형 오목면과 상기 메인 볼 사이에 삽입되어 상기 받침 볼을 눌러줌으로써 상기 메인 볼의 회전 저항을 증대시키는 링 형태의 누름편을 가지며, 상기 볼 받침부와 상기 커버부 간에 확보된 내측 공간 내에서 상기 볼 받침용 오목부의 깊이 방향으로 일치하는 방향인 볼 받침부 높이 방향으로 이동 가능하게 설치된 받침 볼 누름 링; 이 받침 볼 누름 링에, 상기 볼 받침부 높이 방향으로 상기 누름편에 의해 상기 받침 볼을 누르는 누름 방향과는 역방향의 변위력을 부여하여, 받침 볼 누름 링을 상기 누름편에 의해 상기 받침 볼을 누르는 받침 볼 누름 위치에서 떨어진 대기 위치로 배치하기 위한 누름 해제 기구를 구비하고, 상기 커버부에 형성된 메인 볼 돌출용 개구부에서 상기 메인 볼의 일부가 돌출되어 있음은 물론, 상기 커버부에 의해 상기 메인 볼이 튀어나오는 것을 방지하고, 상기 본체 및/또는 상기 커버부에는 상기 내측 공간 내의 공기 흡인용 공기구멍이 상기 내측 공간의 상기 볼 받침부 높이 방향으로 상기 커버부의 메인 볼 돌출용 개구부와는 반대측의 기단 측으로 개구하여 형성되고, 상기 받침 볼 누름 링은 상기 볼 받침부의 외주면과 상기 내측 공간을 통해서 상기 볼 받침부의 외주면에 대면하는 상기 커버부의 내주면과의 사이에 배치된 구동용 링부를 가지며, 상기 구동용 링부는 상기 볼 받침부의 외주면에 공기 유통 가능한 미소 간극을 통해서 접근 배치된 내주면과, 상기 커버부의 내주면에 공기 유통 가능한 미소 간극을 통해서 접근 배치된 외주면을 갖고, 또한 내주면 및/또는 외주면에 그의 원주방향으로 연재하는 홈, 또는 웨어 링이 형성되고, 상기 공기구멍을 통해서 상기 내측 공간 내의 공기를 흡인함으로써 상기 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력이 상기 받침 볼 누름 링에 부여되어 상기 받침 볼 누름 링이 상기 대기 위치에서 상기 받침 볼 누름 위치로 이동하고, 상기 내측 공간 내의 공기 흡인이 이루어지지 않을 때에는 상기 누름 해제 기구에 의해 상기 받침 볼 누름 링이 상기 대기 위치로 배치되는 것을 특징으로 하는 프리 볼 베어링.

본 발명에 의하면, 프리 볼 베어링의 본체 및/또는 커버부에 형성된 공기구멍을 통해서 상기 내측 공간 내의 공기를 흡인함으로써, 받침 볼 누름 링에 프리 볼 베어링의 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력을 작용시킬 수 있고, 그렇게 함으로써 받침 볼 누름 링에 돌출하여 형성된 링 형태의 누름편에 의해 받침 볼을 눌러주어 메인 볼의 회전 저항을 증대시킬 수 있다.

1……기판
10……프리 볼 베어링
11……내측 공간
20……본체
23……볼 받침부
30……커버부
41……받침 볼
42……메인 볼
50……받침 볼 누름 링

Claims

반구형(半球形) 오목면을 내면으로 하는 볼 받침용 오목부가 형성된 볼 받침부를 갖는 본체;
이 본체의 상기 반구형 오목면에 배치된 복수의 받침 볼 및 이 받침 볼 보다도 직경이 크며 그 받침 볼을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 메인 볼;
소정의 내측 공간을 확보하면서 상기 본체의 상기 볼 받침부를 둘러싸는 커버부;
상기 본체의 상기 반구형 오목면과 상기 메인 볼 사이에 삽입되어 상기 받침 볼을 누르는 링 형태의 누름편을 가지며, 상기 내측 공간 안에서 상기 볼 받침용 오목부의 깊이 방향을 따라 상기 받침 볼을 누르는 누름 위치와 상기 받침 볼을 개방하는 개방 위치 사이를 이동할 수 있는 받침 볼 누름 링; 및
이 받침 볼 누름 링에 변위력을 제공하여 상기 누름 위치에서 상기 개방 위치까지 상기 받침 볼 누름 링을 이동시키는 누름 해제 기구;
를 구비하고,
상기 커버부에 상기 메인 볼의 직경 보다 작은 직경을 갖는 개구부가 형성되며;
상기 메인 볼의 일부는 상기 개구부에서 선단 측을 향해 돌출하고;
상기 본체 및/또는 상기 커버부에, 상기 내측 공간과 이어지며 상기 선단 측과 반대측인 기단 측으로 개구하는 공기 흡인구멍이 형성되고;
상기 받침 볼 누름 링은 상기 볼 받침부의 외주면과 상기 커버부의 내주면 사이에 배치된 구동용 링부를 가지며;
이 구동용 링부는 상기 볼 받침부의 외주면에 공기 유통 가능한 제1 간극을 통해서 접근 배치된 내주면과, 상기 커버부의 내주면에 공기 유통 가능한 제2 간극을 통해서 접근 배치된 외주면을 가지며;
상기 구동용 링부의 상기 내주면 및/또는 상기 외주면에 그의 원주방향으로 연재하는 홈, 또는 웨어 링이 형성되고;
상기 제1 간극 및 제2 간극의 크기는 상기 공기 흡인구멍을 통해서 상기 내측 공간 내의 공기가 흡인되었을 때, 상기 내측 공간의 기단 측에 대한 변위력이 상기 받침 볼 누름 링에 부여되는 크기인 것을 특징으로 하는 프리 볼 베어링.
제 1항에 있어서,
상기 누름 해제 기구로서, 상기 받침 볼 누름 링에 변위력을 제공하여 상기 누름 위치에서 상기 개방 위치를 향해 상기 받침 볼 누름 링에 탄성을 주기 위한 스프링이 상기 내측 공간에 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 프리 볼 베어링.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 본체는 상기 볼 받침부의 기단 측에 돌출 형성된 나사 축을 추가로 구비하고,
상기 공기 흡인구멍은 상기 본체에 형성되며, 상기 나사 축을 상기 나사 축의 축 중심 방향으로 관통하여 상기 볼 받침부의 외주면으로 개구하는 것을 특징으로 하는 프리 볼 베어링.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 커버부가
상기 본체의 상기 나사 축에 나착(螺着)된 링 형태의 기단 측 커버 부재; 및
상기 기단 측 커버 부재의 외주부에 감합 또는 나착되며, 상기 메인 볼 돌출용 개구부가 형성된 링 형태의 캡을 갖는 것을 특징으로 하는 프리 볼 베어링.
제 1항 또는 제 2항에 따른 프리 볼 베어링; 및
상기 프리 볼 베어링의 상기 공기 흡인구멍에 접속되는 흡인장치를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
제 5항에 따른 베어링 장치가 설치된 지지 테이블로서,
상기 베어링 장치의 상기 프리 볼 베어링이 수평 베이스(base)의 복수 개소에 장착되며, 상기 프리 볼 베어링의 상기 공기 흡인구멍에 상기 흡인장치를 공기 흡인 가능하게 접속하기 위한 배관이 상기 베이스 하측에서 상기 공기 흡인구멍에 접속되는 것을 특징으로 하는 지지 테이블.
제 6항에 따른 지지 테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송 설비.
베이스 부재, 이 베이스 부재 위에 회전 가능하게 설치된 회전 테이블, 및 이 회전 테이블을 회전시키는 회전 구동 장치를 가지며, 상기 베이스 부재 및/또는 상기 회전 테이블에 장착된 제 1항 또는 제 2항에 다른 프리 볼 베어링에 의해 상기 회전 테이블이 상기 베이스 부재에 대해서 회전 가능하게 지지되며, 각 프리 볼 베어링에 상기 흡인장치가 접속되는 것을 특징으로 하는 턴테이블.