TWI399492B

TWI399492B - 自由球軸承、軸承裝置、支持台、搬送設備、旋轉台

Info

Publication number: TWI399492B
Application number: TW099111562A
Authority: TW
Inventors: Kaoru Iguchi
Original assignee: Iguchi Kiko Co Ltd
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2013-06-21
Also published as: CN102395518A; CN102395518B; JP2010247936A; US8635960B2; US20120006237A1; TW201043799A; KR20110128903A; KR101319951B1; JP5551888B2; WO2010119675A1

Description

自由球軸承、軸承裝置、支持台、搬送設備、旋轉台

本發明係關於本身為有一個可全方向轉動自如的球(主球)突出之構造，且適用於在物品的搬送或定位中所用的支持台、旋轉台(turntable)等之自由球軸承。

本發明係關於適合使用於在例如對半導體基板或印刷配線基板的加工、電子零件的安裝、平面顯示器面板(flat panel)的製造、半導體元件或半導體封裝件(package)等電子零件的製造、食品或醫藥品的製造等中採用的無塵室(clean room)內之自由球軸承、使用此自由球軸承之軸承裝置、支持台、搬送設備、旋轉台。

本申請案係根據2009年4月14日於日本提出申請之特願2009-098501號申請案而主張優先權，在此援用其內容。

就例如搬送物品的搬送設備而言，有很多係採用構成為：利用有一個可全方向轉動自如的球(主球)突出的構造之自由球軸承而將要搬送的物品支持成可移送的狀態之構成者。

如此之搬送設備中，為了使搬送中的物品的移動停止或減速，除了有自由球軸承之外，還設有讓物品與之衝撞之止動器(stopper)、緩衝器(cushion)、讓物品與之接觸之導引構件等之構成者。近年來，還提案有一種自由球軸承本身可對搬送中物品制動力之構成(例如專利文獻1)。使用如此的自由球軸承之搬送設備，具有可不用設置止動器、緩衝器、導引構件等之優點。

上述的專利文獻1的第1(a)、(b)圖中顯示的自由球軸承(移送用球體支持裝置)，係具備有透過多數個副球而在凹球面上將主球支持成可轉動自如之凹球面構件、以及具有供前述主球的上部突出的內孔之蓋構件，且構成為可切換在前述內孔的緣部與前述主球之間保有微小間隙而相接近之主球自由轉動狀態、以及前述內孔的緣部抵壓接觸於前述主球之主球制動狀態。

此外，專利文獻1的第2(a)、(b)圖中揭示有一種藉由驅動手段(具體而言為利用電磁線圈而構成之電磁鐵34)而使具有環狀的副球接觸部之加壓構件升降，並在前述加壓構件下降時使前述副球接觸部與副球群的上緣部接觸，藉此拘束副球的轉動而對主球的轉動施加制動作用之構成之自由球軸承(移送用球體支持裝置)。

[先前技術文獻] (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2004-19877號公報

如上述之專利文獻1的第1(a)、(b)圖所示的自由球軸承(移送用球體支持裝置)般，使蓋構件與主球接觸而進行主球的制動之構成，會有因長期使用而損傷主球之情形，且有因形成於主球表面之溝槽與物品之間的間隙而變得難以對要移動的物品施加移動阻力之不良情形。

如專利文獻1的第2(a)、(b)圖所示，藉由升降的加壓構件將副球按住之構成，則在即使長期使用也能夠穩定地維持對物品施加所希望的移動阻力之性能這一點上較為有利。

然而，對於要在例如對半導體基板或印刷配線基板的加工、電子零件的安裝、平面顯示器面板的製造、半導體元件或半導體封裝件等電子零件的製造、食品或醫藥品的製造等中所採用的無塵室內使用的自由球軸承，卻有很高的防止發塵(指產生粉塵的情形)之防塵性要求。

上述的專利文獻1的第1(a)、(b)圖所示的自由球軸承(移送用球體支持裝置)中之蓋構件與主球之接觸，專利文獻1的第2(a)、(b)圖所示的自由球軸承(移送用球體支持裝置)中之在蓋構件(專利文獻1中符號5a的元件)的下側升降之加壓構件與副球之接觸，卻都會產生微量的粉塵。因此，為了維持無塵室的清淨度，而有希望防止粉塵的飛散之要求。

關於此點，可採用例如以下對策(下吹對策)：供自由球軸承安裝於其上之平台(table)係採用形成有多數個通氣孔者，並在無塵室內形成從前述平台的上方通過前述通氣孔而往前述平台的下側流動的氣流以防止粉塵的飛散。然而，如專利文獻1的第2(a)、(b)圖所示之自由球軸承(移送用球體支持裝置)般，在藉由在蓋構件的下側升降之加壓構件將副球按住之構成中，難以回收產生於將主球及副球支持成可轉動自如之凹球面構件與蓋構件之間的粉塵，而在穩定維持清淨度這一點上有不利之處。

另外，例如專利文獻1的第1(a)、(b)圖所示的自由球軸承(移送用球體支持裝置)的構成，係藉由空氣壓等之流體壓力，來驅動諸如將氣缸部13與蓋構件5結合而成的流體壓力缸12般之沿著將主球及副球支持成可轉動自如之凹球面構件的外周面滑動移動之筒狀體(就專利文獻1的第1(a)、(b)圖所示的發明而言為流體壓力缸12)。如此構成，在針對多數個自由球軸承同時實現主球的轉動抑制(轉動阻力之增大)這一點上很有利。此構成也可適用於專利文獻1的第2(a)、(b)圖所示之自由球軸承(移送用球體支持裝置)的加壓構件之移動。

專利文獻1的第1(a)、(b)圖所示的技術，係為了提高凹球面構件的外周面與筒狀部之間的密封性而在凹球面構件的外周設置O形環。然而，如此之使用O形環且將空氣壓等的流體壓力作為驅動源而進行驅動之機構，通常為了要減低可動構件(就專利文獻1的第1(a)、(b)圖而言為流體壓力缸12)的移動阻力而必須使用潤滑油(grease)，但這樣一來就會有潤滑油的揮發成分成為無塵室內的汙染原因之問題。

本發明係鑑於前述課題而研創者，其目的在於提供：可防止粉塵飛散到無塵室內，而且能以不使用潤滑油的不潤滑(non-grease)方式將用來按壓住支承球以使主球的轉動阻力增大之支承球按壓環的移動阻力抑制在較低程度之自由球軸承、使用此自由球軸承之軸承裝置、支持台、搬送設備、旋轉台。

為了解決上述課題，本發明提供以下的構成。

(1)　本發明的一態樣之自由球軸承係具備有：具有球承接部之本體，該球承接部形成有內面做成半球狀凹面之球承接用凹處；配置於前述本體的前述半球狀凹面之複數個支承球以及直徑比前述支承球大且透過前述支承球而支持成可轉動自如之主球；確保預定的內側空間並將前述本體的前述球承接部包圍住之蓋部；具有插入於前述本體的前述半球狀凹面與前述主球之間而按壓前述支承球之環狀的按壓片，且設成可在前述內側空間內沿著前述球承接用凹處的深度方向移動於按壓前述支承球的按壓位置與放開前述支承球的放開位置之間之支承球按壓環；以及對前述支承球按壓環施加移位力，使前述支承球按壓環從前述按壓位置移動到前述放開位置之按壓解除機構；而且，在前述蓋部形成有具有比前述主球的直徑小的口徑之開口部；前述主球的一部份係從前述開口部朝向前端側突出；在前述本體及/或前述蓋部，形成有與前述內側空間連通且在與前述前端側相反側之基端側形成開口之空氣吸引孔；前述支承球按壓環具有配置於前述球承接部的外周面與前述蓋部的內周面之間之驅動用環部；前述驅動用環部具有配置成與前述球承接部的外周面隔著可流通空氣的第一間隙而相接近之內周面、以及配置成與前述蓋部的內周面隔著可流通空氣的第二間隙而相接近之外周面；在前述驅動用環部之前述內周面及/或前述外周面，設有朝其周方向延伸之溝槽或耐磨環(wear ring)；前述第一間隙及前述第二間隙的大小，係為當透過前述空氣吸引孔而吸引前述內側空間內的空氣時可對前述支承球按壓環施加朝前述內側空間的基端側之移位力之大小。

(2)　在上述(1)之自由球軸承中，亦可在前述內側空間復具備有用來對前述支承球按壓環施加移位力，而從前述按壓位置朝向前述放開位置彈壓前述支承球按壓環之彈簧，來作為前述按壓解除機構。

(3)　在上述(1)或(2)之自由球軸承中，前述本體亦可復具備有突設於前述球承接部的基端側之螺紋軸，且前述空氣吸引孔係形成於前述本體，並在前述螺紋軸的軸心方向貫通前述螺紋軸，然後開口於前述球承接部的外周面。

(4)　在上述(1)或(2)之自由球軸承中，前述蓋部可具有：螺接於前述本體的前述螺紋軸之環狀的基端側蓋構件；以及嵌合或螺接於前述基端側蓋構件的外周部，且形成有前述主球突出用的開口部之環狀的蓋子(cap)。

(5)　本發明的一態樣之軸承裝置，係具有：上述(1)或(2)之自由球軸承；以及與前述自由球軸承的前述空氣吸引孔連接之吸引裝置。

(6)　本發明的一態樣之支持台的特徵在於：設有上述(5)之軸承裝置，前述軸承裝置的前述自由球軸承係安裝在水平的基台的複數個部位，且用來將前述吸引裝置連接至前述自由球軸承的前述空氣吸引孔而可吸引空氣之配管係從前述基台的下側連接至前述空氣吸引孔。

(7)　本發明的一態樣之搬送設備，係具備有上述(6)之支持台。

(8)　本發明的一態樣之旋轉台，係具有：基底構件、可轉動地設置於前述基底構件上之轉動台、以及使前述轉動台轉動之轉動驅動裝置，且藉由安裝於前述基底構件及/或前述轉動台之上述(1)或(2)之自由球軸承將前述轉動台支持成可相對於前述基底構件而轉動，並將前述吸引裝置連接至各自由球軸承。

根據本發明，透過形成於自由球軸承的本體及/或蓋部之空氣孔(以下亦稱為空氣吸引孔)吸引前述內側空間內的空氣，就可使朝向自由球軸承的內側空間的基端側之移位力作用於支承球按壓環。如此就可藉由突設於支承球按壓環之環狀的按壓片將支承球按壓住而使主球的轉動阻力增大。進行從空氣孔之空氣吸引時，將支承球按壓環的驅動用環部朝自由球軸承的內側空間的基端側吸引，而對支承球按壓環施加往內側空間的基端側之移位力。支承球按壓環的驅動用環部的溝槽或耐磨環，有助於有效地讓支承球按壓環的移位力產生。

此外，前述支承球按壓環的驅動用環部，係使其內周面配置成與前述球承接部的外周面隔著可流通空氣的微小間隙而相接近，使其外周面配置成與隔著前述內側空間和球承接部的外周面相對向之蓋部的內周面隔著可流通空氣的微小間隙而相接近。因此，從空氣孔吸引前述內側空間內的空氣時，會在前述間隙形成空氣流。在使用耐磨環(wear ring)之情況時，藉由耐磨環之狹縫狀的不連續部而確保前述間隙的空氣流。因此，從空氣孔吸引前述內側空間內的空氣時，也可吸引自由球軸承的內側空間中之從前述支承球按壓環的驅動用環部到開放端側(主球突出用開口部、球承接用凹處之側)的空氣。藉此，可防止伴隨著支承球按壓環的移動而產生的粉塵從蓋部往外側放出。

而且，由於本發明之自由球軸承並未在前述球承接部及前述蓋部與支承球按壓環之間設置潤滑油，所以可將支承球按壓環之往球承接部之高度方向的移動阻力抑制在較低程度。因此，可藉由從空氣孔之空氣吸引等而容易地實現支承球按壓環之移動。

再者，因為不使用潤滑油，所以可避免因潤滑油的揮發成分汙染了無塵室內之不良情形。

以下，參照圖式說明本發明之一實施形態。

(第一實施形態)

首先，參照第1A、1B圖說明本發明之第一實施形態的自由球軸承。

在第1A、1B圖中，針對自由球軸承10，以使主球向上突出的設置形態為例，且以鉛直上側為上，鉛直下側為下而進行說明。該自由球軸承10亦可相對於鉛直方向，朝向上述以外的任一方向而設置。

如第3、4圖所示，此處說明之自由球軸承10係可安裝於用來精密地定位例如顯示器用母玻璃(mother glass)、矽基板(晶圓)等之基板1之基板定位用平台80(支持台)的水平的基台81。

如第3圖所示，前述基板定位用平台80係設置於進行基板1上的膜形成等之處理設備的無塵室82內。在無塵室82內設置有進行成膜、阻劑塗佈、曝光、蝕刻等的處理之複數個處理室83(chamber)。前述基板定位用平台80係發揮以下功能：使設在無塵室82內的各處理室83的基板搬出入閘門(可開閉的活門83a)的外側，且藉由在無塵室82內每個處理室83都有設置之搬送裝置84而搬入的基板1，在以處理室83內的基板搬送裝置(處理室內搬送裝置)加以搬送之前進行定位。

前述搬送裝置84係分別設於中央機器人85(設在無塵室82內者)與對應於各處理室83而設的基板定位用平台80之間，進行中央機器人85與基板定位用平台80之間之基板1的搬送。中央機器人85係進行搬送裝置84間之基板1的移設、以及相對於無塵室82在基板1搬出入用之搬出入裝置86與搬送裝置84之間之基板1的移設。

搬入到基台81上之基板1係以載置於在基台81上的多數個位置突設的自由球軸承10的上部突出的主球42(後述)上之狀態而由各自由球軸承10支持成水平。然後，在此狀態下，如第5圖所示，設於基板定位用平台80的定位裝置的L字形的一對定位構件87，係與矩形板狀的基板1的四個角部之中位於對角線上之一組角部抵接，從兩側將基板1夾在中間而完成基板1的定位。

如第5圖中的箭號G所示，前述一對定位構件87係由設於定位裝置之驅動裝置使之移動而使彼此之間隔方向的距離成為可變。前述一對定位構件87係在從兩側將基板1夾在中間而使基板1定位後，就往相互分離的方向移動，退避到不會阻礙到基板1之接下來的搬送動作之位置。

如第1A、1B圖所示，此處說明的自由球軸承10包含以下的部分。本體20具有：形成有內面做成半球狀凹面21的球承接用凹處22之塊狀(具體而言為圓柱狀)的球承接部23、以及從與該球承接部23的前述球承接用凹處22的開口部相反側(基端側)之端部突出之螺紋軸24。殼狀的蓋部30係設成將該本體20的前述球承接部23包圍住。多數個支承球41係配置在前述球承接部23的前述半球狀凹面21。主球42係形成為直徑比該支承球41大且透過前述支承球41而可轉動自如地支持於前述半球狀凹面21。支承球按壓環50係設成可在前述球承接部23與前述蓋部30之間預先確保而形成的內側空間11內，朝與前述球承接用凹處22的深度方向一致之方向、亦即球承接部的高度方向(第1A、1B圖中之上下方向)移動。彈簧60(按壓解除機構)係組裝在前述蓋部30的內側而在前述球承接部的高度方向將前述支承球按壓環50往與前述內側空間的基端側相反的方向彈壓。前述主球42的一部份係從形成於前述蓋部30之主球突出用開口部31突出。藉由前述蓋部30防止前述主球42之脫出。

前述蓋部30之主球突出用開口部31的內徑係比主球42的外徑小。該主球突出用開口部31的內徑係形成為：如第1A、1B圖所示，在主球42由與本體20的球承接部23的半球狀凹面21接觸之多數個支承球41所支持且並未從前述支承球41浮起的狀態下，可在主球突出用開口部31的內周面與主球42之間確保允許主球42的自由轉動的間隙C之大小。

第1A、1B圖中以符號20a表示的虛線，係為前述本體20的螺紋軸24的中心軸線。前述本體20的前述球承接用凹處22的開口部的中央及前述球承接用凹處22的最深部係位在前述中心軸線20a上。以下，亦將前述中心軸線20a稱為本體軸線。

第4圖中，該自由球軸承10係以將螺紋軸24旋入基板定位用平台80的基台81而使球承接用凹處22的開口部位於球承接部23的上部之方式以鉛直之姿態固定本體軸線20a。

不過，該自由球軸承10亦能以球承接用凹處22的開口部位於球承接部23的上部之方式在本體軸線20a傾斜之姿態下使用，此外，亦能以球承接部的高度方向成水平之姿態使用。

在例如以球承接部的高度方向成水平之姿態使用時，主球42亦由支承球41支持成可朝全方向轉動，只要不像後述般藉由支承球按壓環50進行對支承球41的按壓，主球42的轉動阻力就會很小，可用很小的力使主球42圓滑地轉動。

在第1A、1B圖中，本發明之自由球軸承10的本體20、蓋部30、支承球41、主球42以及支承球按壓環50，可採用金屬製品、塑膠製品等。

不過，就防止基板1與主球42接觸時基板1上所帶的靜電會導致火花的發生這一點來說，主球42最好採用由具有103至1010Ω/□的表面電阻率之導電性(狹義的導電性)或半導電性樹脂所構成者，而且，最好形成為具有與該主球42相接的接地用通電部之構成。例如，採用具有上述的103至1010Ω/□的表面電阻率之主球42，採用以不銹鋼等導電性金屬所形成之支承球41，並且，採用以不銹鋼等導電性金屬所形成者、或者在由塑膠等絕緣材料所構成的母材內具備有由電線等所構成的通電電路(包含與支承球41相接以確保電氣導通之接觸部)之構成者作為本體20，來得到具有由支承球41與本體20所構成的接地用通電部的構成之自由球軸承。將接地用通電部與自由球軸承的外部的接地用電路連接，就可防止基板1與主球42相接時之火花的發生。火花的發生為造成基板1損傷的原因，因此採用上述構成之自由球軸承10，可防止起因於火花之基板1的損傷，而可實現製品良率的提高等。

支承球41與本體20亦可用半導電性樹脂來構成。

另外，圖示例的自由球軸承10係在本體20一體形成作為安裝部之螺紋軸24。因此，螺紋軸24係與本體20同為導電性或半導電性樹脂構成者，不過亦可將螺紋軸構成為獨立的個體。在此情況，螺紋軸的部分可用導電性的金屬來構成。

就形成主球42之導電性樹脂材料而言，可採用在基底樹脂中分散混入導電性金屬填料(filler)而構成者、或者在基底樹脂中添加帶電防止聚合物而構成者等，藉由採用如此之材料，使主球42具有103至1010Ω/□的表面電阻率。基底樹脂可採用POM(polyacetal；聚縮醛)、PAI(polyamide-imide resin；聚醯胺醯亞胺)、PBI(polybenzimidazole；聚苯并咪唑)、PCTFE(polychlorotrifluoroethylene；聚三氟氯乙烯)、PEEK(polyether ether ketone；聚醚醚酮)、PEI(polyetherimide；聚醚醯亞胺)、PI(polyimide；聚醯亞胺)、PPS(Polyphenylene Sulfide；聚苯硫醚)、三聚氰胺(melamine)樹脂、芳香族聚醯胺樹脂(聚芳醯胺(aramid)樹脂)等。此外，亦可採用LCP(liquid crystal polymer；液晶聚合物)、PBT(polybutylene terephthalate；聚對苯二甲酸丁二酯)、PES(Polyether Sulfone；聚醚碸)等樹脂。就對於真空裝置內的環境之特性穩定性等這一點而言，以(一種芳香族聚醯胺樹脂之杜邦(DuPont)公司的註冊商標)或PBI較合適。

本體20、蓋部30、以及支承球按壓環50也可採用由同樣的導電性樹脂材料所形成者。

此處的導電性樹脂係指對比於絕緣性樹脂之廣義的意義，包含所謂的半導電性樹脂以及狹義的導電性樹脂。

一般而言，體積電阻率在1013Ωcm左右以下的合成樹脂，以對比於絕緣性樹脂之廣義而言就可稱為導電性樹脂。其中，體積電阻率在105至1013Ωcm左右的樹脂可稱為半導電性樹脂，而且體積電阻率在105至1010Ωcm左右的樹脂，因為是適合用來控制靜電危害之半導電性樹脂所以也稱為抗靜電性樹脂。就這一層意義而言，本發明之自由球軸承中構成主球等之導電性樹脂(導電性樹脂成形品)，也可稱為導電性或抗靜電性樹脂。

本發明之自由球軸承的本體20、蓋部30、支承球41、主球42、以及支承球按壓環50，也可採用不具有導電性、半導電性的材質(例如金屬、塑膠等)所形成者。

如第1A、1B圖所示，本體20之螺紋軸24係從塊狀(具體而言為圓柱狀)的球承接部23的基端側的端面(底面23a)突出。

換言之，前述本體20係形成為在螺紋軸24的一端突設有比該螺紋軸24粗之外觀圓柱狀的球承接部23之構成。

在圖示例的自由球軸承10中，具體而言，前述蓋部30係為在螺接於前述本體20的前述螺紋軸24之環狀的基端側蓋構件32的外周部，螺接形成有前述主球突出用開口部31之環狀的蓋子33使兩者成一體而構成者。

前述基端側蓋構件32係形成為在環狀的底板32a的外周設有向該底板32a的一面側突出之周壁部32b之構成。而且，該基端側蓋構件32係藉由貫通前述底板32a的中央部之內螺紋孔32c螺接於前述螺紋軸24的外側而安裝至該螺紋軸24，且配置成以該周壁部32b包圍本體20的球承接部23的周圍。此外，在第1A、1B圖中，基端側蓋構件32的底板32a抵接於球承接部23的底面23a。

蓋子33係形成為在形成有前述主球突出用開口部31之環狀的蓋板部33a的外周設有向該蓋板部33a的一面側突出之側壁部33b之構成，且使形成於前述側壁部33b的內周側之內螺紋部33c螺入形成於基端側蓋構件32的周壁部32b的外周側之外螺紋部32d而螺接於基端側蓋構件32，而設成以蓋板部33a覆蓋前述本體20的球承接部23之球承接用凹處22的開口部之周圍的端面(前端面23b)。

蓋子33亦可改變上述構成而形成為如下之構成。亦即，亦可在前述側壁部33b的內周側形成圓環形的內側溝部33c。並且，在基端側蓋構件32的周壁部32b的外周側，形成圓環形的外側溝部32d。然後，使上述內側溝部33c與上述外側溝部32d相嵌合(或嵌入、卡扣(snap in))。

如第1A、1B圖所示，支承球按壓環50係以外插在本體20的球承接部23之方式收納成可在前述球承接部23與蓋部30之間的內側空間11沿著球承接部高度方向而移動之環狀的構件。

此支承球按壓環50係具備：本體環53，由配置在蓋子33的蓋板部33a與球承接部23的前端面23b之間之環狀的頂板部51、以及環繞該頂板部51的外周的全周而以肋狀突設在頂板部51的一面側且配置在本體20之球承接部23的外周面23c與隔著前述內側空間11和該外周面23c相對向之蓋部30的內周面34之間的圓筒部52所構成；驅動用環部，從該本體環53之圓筒部52側的端部開始延伸而配置在球承接部23的外周面23c與隔著前述內側空間11和該外周面23c相對向之蓋部30的內周面34之間；以及環狀的按壓片55，環繞前述本體環53的頂板部51的內周端的全周而以肋狀突設，用來插入前述本體20的前述半球狀凹面21與前述主球42之間而按壓前述支承球41。

如第2圖所示，前述驅動用環部54係形成為：具有配置成與前述球承接部23的外周面23c隔著可流通空氣的微小間隙12a(以下亦稱為內周側微小間隙、或第一間隙)而相接近之內周面54a、以及配置成與隔著前述內側空間11而和前述球承接部23的外周面23c相對向之蓋部30的內周面34隔著可流通空氣的微小間隙12b(以下亦稱為外周側微小間隙、或第二間隙)而相接近之外周面54b，而且在內周面54a及外周面54b分別形成有在其周方向延伸(環繞一周)的溝槽54c之構成。前述溝槽54c係在內周面54a及外周面54b都是形成於驅動用環部54的中心軸線方向的複數個部位(圖示例中為兩個部位)。

內周側微小間隙12a的寬度(球承接部23的外周面23c與驅動用環部54的內周面54a之間的距離)為例如0.03至0.07 mm左右。外周側微小間隙12b的寬度(蓋部30的內周面34與驅動用環部54的外周面54b之間的距離)也設定為相同程度的大小。內周側微小間隙12a與外周側微小間隙12b的寬度的大小，係為當透過後述的空氣孔25吸引內側空間11的空氣時可對前述支承球按壓環施加朝前述內側空間的基端側之移位力的大小。此大小可依據彈簧60的彈力等而調整為適度的大小。

在前述本體20形成有藉由設置在該自由球軸承10的外部之吸引裝置70而進行內側空間11內的空氣吸引時所需要的空氣孔25(空氣吸引孔)。

如第1A、1B圖所示，前述空氣孔25的構成，具體而言係具備有從自球承接部23的底面23a突出之螺紋軸24的突出前端貫穿到球承接部23之主孔25a、以及從該主孔25a的裏側端(球承接部23側的端部)朝向與該主孔25a正交的方向延伸而在球承接部23的外周面23c形成開口且與內側空間11連通之分支孔25b。因此，將吸引裝置70連接至在螺紋軸24的前端(從球承接部23突出端的前端)形成開口之空氣孔25的開口部、亦即吸引口25c，就可使吸引裝置70的吸引力作用到自由球軸承10的內側空間11。

第4圖中，自由球軸承10係將螺紋軸24從基板定位用平台80的基台81的上側螺入基台81的螺紋孔81a而安裝至前述基台81。前述螺紋軸24係貫通基台81，使得其前端部突出至基台81的下側。而且，自由球軸承10係使基端側蓋構件32的底板32a抵接於基台81的上表面而安裝於基台81上。

第4圖所示的基板定位用平台80係形成為：在基台81的複數個部位安裝自由球軸承10，而且具備有透過配管71而與各自由球軸承10的螺紋軸24之突出於基台81的下側之前端部連接的吸引裝置70之構成。透過配管71而將吸引裝置70連接至自由球軸承10的空氣孔25所構成的裝置即為本發明之軸承裝置。

圖示例之基板定位用平台80，雖然為例示具備有透過配管71而將安裝於基台81之複數個自由球軸承10(的內側空間11)全部與一個吸引裝置70連接而構成的軸承裝置之構成，但並不限定於此，亦可將基板定位用平台形成為：設有複數個吸引裝置70，然後將安裝於基台81之複數個自由球軸承10與彼此不相同的吸引裝置連接之構成。

在此自由球軸承10，可透過配管71、空氣孔25而使前述吸引裝置70的吸引力作用到內側空間11。

在並未使前述吸引裝置70的吸引力作用到內側空間11時，如第1A圖所示，自由球軸承10的支承球按壓環50係藉由彈簧60的彈性，而配置在從按壓片55按壓住球承接部23的支承球41之位置(第1B圖所示的位置。以下，亦稱為支承球按壓位置、或按壓位置)遠離蓋子33的蓋板部33a側(內側空間11的開放端側)之位置(亦稱為待機位置或放開位置；第1A圖所示的位置)。

在圖示例之自由球軸承10中，形成於支承球按壓環50的本體環53與位在相對於該本體環53略微向外周側偏移之驅動用環部54之間的段差部份之抵接面56(驅動用環部54的本體環側的端面)，藉由彈簧60的彈性而從內側空間11的基端側抵接到突出於蓋子33之側壁部33b的內周側的突壁部35之位置，即為支承球按壓環50的待機位置。當支承球按壓環50位於待機位置時，其頂板部51並不會抵接到蓋子33的蓋板部33a，而是位在讓蓋子33的蓋板部33a與頂板部51之間確保有些微間隙之位置。

在並未使前述吸引裝置70的吸引力作用到自由球軸承10的內側空間11，而支承球按壓環50位於第1A圖所示的待機位置之狀態下，使前述吸引裝置70的吸引力作用到內側空間11，就會如第1B圖所示，對支承球按壓環50施加朝向內側空間11的基端側(第1A、1B圖中的下側)之移位力，使支承球按壓環50從前述待機位置往內側空間11的基端側(按壓住支承球41之按壓方向)移動，直到該支承球按壓環50的按壓片55將球承接部23的支承球41按壓住。於是，球承接部23的支承球41的轉動受到抑制，與並未施加朝向內側空間11的基端側之移位力的時候相比，主球42的轉動阻力會增大。

如已說明的，驅動用環部54的內周面54a及外周面54b，係配置成與球承接部23的外周面23c及蓋部30的內周面34隔著可流通空氣的微小間隙12a及12b而相接近。而且，如第1A圖所示，當支承球按壓環50位於待機位置時，支承球按壓環50的本體環53的圓筒部52及按壓片55，並不會與球承接部23的外周面23c及蓋部30的內周面34密接，而是處於在球承接部23與蓋部30之間確保有空氣可流通的間隙(與驅動用環部54的兩側的間隙12a,12b連通之間隙)之狀態。

透過空氣孔25而使前述吸引裝置70的吸引力作用到自由球軸承10的內側空間11時，存在於內側空間11內之比驅動用環部54還靠近主球突出用開口部31側之空氣就會通過間隙12a,12b而往內側空間11之超過驅動用環部54的基端側流動。然後，流經間隙12a,12b的氣流的一部份會形成進入驅動用環部54上形成的溝槽54c之亂流，並產生用以推壓溝槽54c之特別是位於驅動用環部54的前端側(內側空間11的基端側。與支承球按壓環50之設有頂板部51之前端側相反之後端側)之內側面54d之推壓力。如此，往內側空間11的基端側之移位力就會作用於支承球按壓環50，使藉由吸引裝置70的吸引力所產生之勝過彈簧60的彈性之移位力作用於支承球按壓環50，如第1B圖所示，支承球按壓環50就會往內側空間11的基端側(按壓方向)移動。

雖然需要進一步的驗證，但可推論：使溝槽54c的數目增多，就可增強藉由吸引裝置70的吸引力所產生之作用於支承球按壓環50的移位力。

此外，前述支承球按壓環50係藉由流經驅動用環部54的外周側及內周側的間隙12a及12b之氣流而穩定地保持相對於球承接部23的外周面23c及蓋部30的內周面34之非接觸狀態。因此，可抑制因支承球按壓環50與球承接部23及蓋部30接觸所導致之移動阻力的產生，所以支承球按壓環50的移動幾乎不會受到與球承接部23及蓋部30接觸所產生的移動阻力之影響。

驅動用環部54的外周側及內周側的間隙12a及12b中，並未設置用來減低支承球按壓環50的移動阻力之潤滑用的潤滑油。

在此自由球軸承10中，即使未在支承球按壓環50與球承接部23之間、支承球按壓環50與蓋部30之間設置潤滑油，亦如上述般會藉由流經驅動用環部54的外周側及內周側的間隙12a及12b之氣流，而穩定地保持相對於球承接部23的外周面23c及蓋部30的內周面34之非接觸狀態，而可將支承球按壓環50的移動阻力抑制在較低程度。而且，可使支承球按壓環50的移動圓滑地進行。

因此，即使為不使用潤滑油的構成，也無須大幅提高使支承球按壓環50移動(從待機位置移動到支承球按壓位置)所需之吸引裝置70的吸引力，所以不用大幅提高吸引力就可實現支承球按壓環50的移動。

而且，因為係不使用潤滑油的構成，所以當然不會發生因潤滑油放出的揮發成分造成無塵室內的汙染之問題。

再者，如第1A圖所示，處於待機位置之支承球按壓環50與本體20的球承接部23之間的間隙，在支承球按壓環50的按壓片55與球承接部23之間也有，所以吸引裝置70開始進行對於內側空間11內的空氣之吸引時，球承接部23的球承接用凹處22內的空氣也會通過支承球按壓環50與本體20的球承接部23之間的間隙而由吸引裝置70所吸引。

前述支承球按壓環50的按壓片55的外徑係略小於球承接用凹處22的開口部的內徑，而且當前述按壓片55位於支承球按壓位置時，該按壓片55的外周並不會與球承接用凹處22的半球狀凹面21接觸，以在按壓片55與前述半球狀凹面21之間確保可流通空氣的間隙。因此，吸引裝置70對於球承接用凹處22內的空氣吸引係在按壓片55位於支承球按壓位置時也持續進行。因而，即使按壓片55與支承球41接觸而產生微量的粉塵(發塵)，也可藉由吸引裝置70對於球承接用凹處22內的空氣吸引而將該粉塵回收到吸引裝置70，而可防止粉塵從蓋部30的主球突出用開口部31飛散到外部。

此外，按壓片55位於支承球按壓位置時，該按壓片55並不會與主球42接觸。

如第4、5圖所示，基板定位用平台80係在各自由球軸承10的支承球按壓環50位於待機位置之狀態下將基板1搬入到基台81上。然後，藉由定位裝置的L字形的一對定位構件87進行完基板1的定位動作(藉由一對定位構件87將基板1夾緊)之後，使吸引裝置70的吸引力作用到各自由球軸承10的內側空間11，以利用支承球按壓環50將支承球41按壓住而形成抑制支承球41及主球42的轉動之狀態後，解除定位裝置的一對定位構件87對於基板1的夾緊。

基板1(尤其是尺寸大的基板)，當載置於基台81上時會有微小的撓曲存在之情形，藉由複數個定位構件87加以夾緊使之定位時也常常無法消除前述撓曲。於是，在殘留有如此的撓曲之狀態下，使定位構件彼此之間分隔開以解除對於基板1的夾持時，就會因前述撓曲的影響而產生若干的位置偏移。在基板定位用平台80上之基板1的位置偏移很大，以處理室83(參照第3圖)內的基板搬送裝置(處理室內搬送裝置)將基板搬到處理室83內之後也未加以調整回來的話，就會對在處理室內進行的處理程序造成影響，所以使在基板定位用平台80上之基板1的位置偏移縮小或加以消除的作法，就確保基板1的加工等的處理精度而言為較為理想。

過去，對於基板定位用平台上所用的自由球軸承，一直都有希望主球的轉動阻力儘可能地小之要求。然而，已知若主球的轉動阻力非常地小，則當使夾緊基板而進行基板定位之定位構件彼此之間分隔開來以解除對於基板1的夾持時，起因於基板1的撓曲之位置偏移會有變大的傾向。

本案發明人發現：如上述之說明，藉由支承球按壓環50按壓住支承球41而形成抑制支承球41與主球42的轉動之狀態後，才解除定位裝置的一對定位構件87對於基板1的夾緊，就可抑制或消除將定位構件87對於基板1的夾緊解除後之基板1的位置偏移。

另外，已知：以支承球按壓環50按壓住支承球41來抑制支承球41與主球42的轉動之作法，相較於解除定位構件87對於基板1的夾緊後將主球42固定住使之不能轉動的作法，更容許主球42隨著基板1的微動而轉動，以利用主球42的轉動阻力來抑制基板1的移位，這樣的作法在抑制將定位構件所進行的夾持予以解除後之基板1的位置偏移這一點上較佳。

因此，利用支承球按壓環50進行之支承球41的按壓，並不需要固定住支承球41使支承球41不能轉動，只要可抑制支承球41的轉動，且結果也能抑制主球42的轉動者皆可。

因而，支承球41的按壓所需之作用於支承球按壓環50的推壓力(換言之為吸引裝置70的吸引力)，並不需要是可固定主球42使之不能轉動之強大的力。

本案發明人製作了在板材上固定有三個自由球軸承10而製成之試驗用的支持台，然後在該支持台的三個自由球軸承10上載置鋁板，研究在未使吸引裝置的吸引力作用而未進行利用支承球按壓環50而做的支承球41及主球42的轉動抑制之狀態(解放狀態)、以及在使吸引力作用而進行了利用支承球按壓環50而做的支承球41及主球42的轉動抑制之狀態(抑制狀態)中之自由球軸承10的摩擦係數。將其結果顯示於第6圖中。

鋁板係使用其重量(工件重量)為300g及500g之兩種鋁板。此外，由吸引裝置使之作用之對每一個自由球軸承10的吸引力(相對於大氣壓之真空度)為-90kPa，對每一個自由球軸承10的吸入流量(空氣吸入量)為9.0L/min。

支承球按壓環50的內周側、外周側的微小間隙12a、12b皆為0.05mm。

另外，自由球軸承10係使用其中之本體、蓋部、主球、支承球按壓構件為POM製者，其中之支承球則為不銹鋼球之構成者。

如第6圖所示，此自由球軸承10在解放狀態下使吸引裝置的吸引力作用的話，短時間內立即就成為抑制狀態，而且從抑制狀態到解放狀態之切換也可在短時間內進行，且可得到很高的響應速度。

此外，工件重量為300g之情況，相對於解放時(解放狀態)的摩擦係數為0.01，抑制時(抑制狀態)的摩擦係數為0.06，可得到解放時的6倍左右的摩擦係數。

工件重量為500 g之情況，相對於解放時(解放狀態)的摩擦係數為0.01，抑制時(抑制狀態)的摩擦係數為0.08，可得到解放時的8倍左右的摩擦係數。

此自由球軸承10因為在抑制時可得到比解放時高很多的摩擦係數，所以無庸說亦可用於在抑制時使主球固定而不能轉動之方法。

(第二實施形態)

接著，說明本發明之第二實施形態。

如第7、8圖所示，此處說明之實施形態的自由球軸承，係在已說明的第一實施形態的自由球軸承10的支承球按壓環50的驅動用環部54的外周面54b側，安裝有耐磨環13之構成者。

前述耐磨環13係從驅動用環部54的外周面54b突出，且抵接於蓋部30的內周面34。此實施形態之自由球軸承係藉由耐磨環13在蓋部30的內周面34上滑動，而讓支承球按壓環50在球承接部的高度方向移動。

使吸引裝置70的吸引力作用到自由球軸承的內側空間11時，作用到外周側微小間隙12b之作用力會藉由耐磨環13而轉換為支承球按壓環50的移位力(往基端側之移位力)。

如第8圖所示之耐磨環13係為具有狹縫(slit)13a(切斷部)之不連續的環狀構件。

使吸引裝置70的吸引力作用到自由球軸承的內側空間11時，氣流會通過前述狹縫13a而在外周側微小間隙12b形成。

另外，在內周側微小間隙12a形成氣流的情形則與第一實施形態相同。

耐磨環13係以其外周面的摩擦阻力小者為佳，可適當地採用例如聚醯亞胺等之塑膠製品。就耐磨環13的材質而言，只要是可將外周面的摩擦阻力抑制在較低程度者即可，並沒有特別的限定。

前述耐磨環13係其在支承球按壓環50的中心軸線方向的兩端部具有倒角部13b，此倒角部13b有助於有效地減低摩擦阻力(滑動阻力)。

藉此，本實施形態之自由球軸承形成：不使用潤滑油(non-grease)即可實現支承球按壓環的圓滑動作之構成。

在本發明中，耐磨環13亦可設在支承球按壓環50(詳言之為驅動用環部54)的內周側，或者，也可在外周側及內周側雙方都設置。

此外，前述耐磨環13亦可在驅動用環部54的內周側及/或外周側，設置在驅動用環部54的中心軸線方向的複數個部位。

另外，本發明之支承球按壓環亦可採用：溝槽54c只在驅動用環部54的內周側及外周側之一方形成於驅動用環部54的中心軸線方向的一個或複數個部位之構成、溝槽54c在驅動用環部54的內周側及外周側雙方各形成一個之構成，此外，還可採用在如上述之支承球按壓環的內周側及/或外周側設有耐磨環13之構成。

(第三實施形態)

接著參照第9圖說明本發明之第三實施形態。

第9圖係顯示採用本發明之自由球軸承10、以及透過配管71將吸引裝置70連接至複數個自由球軸承10的空氣孔25而成的軸承裝置所構成之旋轉台90。

此旋轉台90具有：板狀的基底構件91、安裝於該基底構件91且由突設於該基底構件91上之複數個(三個以上)自由球軸承10加以支持成可轉動之轉動台93、以及使該轉動台93轉動之轉動驅動裝置92(馬達)。如上述之說明，各自由球軸承10都透過配管71與吸引裝置70連接，所以可藉由使吸引裝置70的吸引力作用到內側空間11而進行轉動台93的轉動之抑制、停止等。

此外，旋轉台亦可採用將自由球軸承10安裝於轉動台之構成、將自由球軸承10安裝於轉動台及基底構件之構成。

本發明之支持台係為與已說明的基板定位用平台80同樣的構成者，且可使用作為用來搬送基板或其他物品之搬送裝置的一部分。

本發明之自由球軸承、支持台係可廣泛使用於例如對半導體基板或印刷配線基板的加工、電子零件的安裝、平面顯示器面板的製造、半導體元件或半導體封裝件等電子零件的製造等、食品或醫藥品的製造等、在無塵室內之物品的搬送(例如作為搬送裝置的一部份之使用)、定位等。

另外，本發明之自由球承軸亦可形成為如以下所述之構成：具備有：具有球承接部之本體，該球承接部形成有內面做成半球狀凹面之球承接用凹處；配置於該本體的前述半球狀凹面之多數個支承球以及直徑形成得比該支承球大且透過前述支承球而支持成可轉動自如之主球；設成將前述本體的前述球承接部包圍住之殼狀的蓋部；具有插入於前述本體的前述半球狀凹面與前述主球之間而按壓前述支承球以使前述主球的轉動阻力增大之環狀的按壓片，且設成可在確保於前述球承接部與前述蓋部之間的內側空間內沿著與前述球承接用凹處的深度方向一致的方向、亦即球承接部的高度方向移動之支承球按壓環；以及對該支承球按壓環在前述球承接部的高度方向施加往與前述按壓片按壓前述支承球之按壓方向相反的方向之移位力，用來使支承球按壓環配置在與由前述按壓片按壓住前述支承球之按壓位置相隔一段距離的待機位置之按壓解除機構；而且，前述主球的一部份會從形成於前述蓋部之主球突出用開口部突出，並藉由前述蓋部而防止前述主球的脫出；在前述本體及/或前述蓋部，形成有吸引前述內側空間內的空氣吸引用之空氣孔，此空氣孔係在前述內側空間內之前述球承接部的高度方向於與前述蓋部的主球突出用開口部相反側之基端側形成開口；前述支承球按壓環具有配置於前述球承接部的外周面與隔著前述內側空間和前述球承接部的外周面相對向之前述蓋部的內周面之間之驅動用環部；前述驅動用環部具有配置成與前述球承接部的外周面隔著可流通空氣的微小間隙而相接近之內周面、以及配置成與前述蓋部的內周面隔著可流通空氣的微小間隙而相接近之外周面，且在內周面及/或外周面設有朝其周方向延伸之溝槽或耐磨環；透過前述空氣孔吸引前述內側空間內的空氣來對前述支承球按壓環施加往前述內側空間的基端側之移位力而使前述支承球按壓環從前述待機位置往前述支承球按壓位置移動，當不進行前述內側空間內的空氣吸引時則藉由前述按壓解除機構使前述支承球按壓環配置在前述待機位置。

(產業上的可利用性)

根據本發明，透過形成於自由球軸承的本體及/或蓋部之空氣孔吸引前述內側空間內的空氣，就可使往自由球軸承之內側空間的基端側之移位力作用於支承球按壓環，藉此可使突設於支承球按壓環之環狀的按壓片按壓住支承球而使主球的轉動阻力增大。

1．．．基板

10．．．自由球軸承

11．．．內側空間

12a,12b．．．微小間隙

13．．．耐磨環

13a．．．狹縫

13b．．．倒角部

20．．．本體

20a．．．中心軸線

21．．．半球狀凹面

22．．．球承接用凹處

23．．．球承接部

23a．．．底面

23b．．．前端面

23c．．．外周面

24．．．螺紋軸

25．．．空氣孔

25a．．．主孔

25b．．．分支孔

25c．．．吸引口

30．．．蓋部

31．．．主球突出用開口部

32．．．基端側蓋構件

32a．．．底板

32b．．．周壁部

32c．．．內螺紋孔

32d．．．內螺紋部

33．．．蓋子

33a．．．蓋板部

33b．．．側壁部

33c．．．內螺紋部

34．．．內周面

35．．．突壁部

41．．．支承球

42．．．主球

50．．．支承球按壓環

51．．．頂板部

52．．．圓筒部

53．．．本體環

54．．．驅動用環部

54a．．．內周面

54b．．．外周面

54c．．．溝槽

54d．．．內側面

55．．．按壓片

56．．．抵接面

60．．．彈簧

70．．．吸引裝置

71．．．配管

80．．．基板定位用平台

81．．．基台

81a．．．螺紋孔

82．．．無塵室

83．．．處理室

83a．．．活門

84．．．搬送裝置

85．．．中央機器人

86．．．搬出入裝置

87．．．定位構件

90．．．旋轉台

91．．．基底構件

92．．．轉動驅動裝置

93．．．轉動台

C．．．間隙

第1A圖係顯示本發明之一實施形態的自由球軸承的構成之部份斷面圖，其中顯示未以支承球按壓環對於支承球進行制動之狀態。

第1B圖顯示第1A圖的自由球軸承，且顯示以支承球按壓環對於支承球進行制動之狀態。

第2圖係顯示第1A、1B圖的自由球軸承的支承球按壓環的驅動用環部附近之放大斷面圖。

第3圖係用來說明應用了本發明的自由球軸承、使用該自由球軸承之軸承裝置、支持台之搬送設備，亦即基板處理設備的一個例子之平面圖。

第4圖係用來說明第3圖的基板處理設備的支持台之正面圖。

第5圖係用來說明第3圖的基板處理設備的支持台之平面圖。

第6圖係顯示研究第1A、1B圖之自由球軸承的摩擦阻力所得到的試驗結果之曲線圖。

第7圖係顯示本發明之一實施形態的自由球軸承的構成之圖，係顯示支承球按壓環的驅動用環部附近之放大斷面圖。

第8圖係顯示耐磨環的一個例子之斜視圖。

第9圖係顯示旋轉台的一個例子之側面圖。