(57)【要約】      （修正有）【課題】チェーン駆動を用いることなく高精度な直線運動を実現可能な直線駆動導入器を提供する。【解決手段】伸縮可能で真空保持可能なベローズ２１と、前記ベローズの伸縮端側に取り付けられたフランジ２２と、前記ベローズを中心として等間隔に複数の直線ガイド２５により案内され、かつ、前記ベローズを中心として等間隔に複数の送りねじにより個々に駆動される複数の移動板２７と、前記の複数の送りねじを個々に回転駆動する複数のモーター３２を備えた直線駆動導入器であって、前記複数の移動板に前記フランジを取付け、前記複数のモーターで前記複数の送りねじを個々に回転駆動することにより前記複数の移動板を個々に直線駆動して前記フランジを進退動させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮可能で真空保持可能なベローズと、
前記ベローズの伸縮端側に取付けられたフランジと、
前記ベローズを中心として等間隔に複数の直線ガイドにより案内され、かつ、前記ベローズを中心として等間隔に複数の送りねじにより個々に駆動される複数の移動板と、
前記の複数の送りねじを個々に回転駆動する複数のモーターを備えた直線駆動導入器であって、
前記複数の移動板に前記フランジを取付け、前記複数のモーターで前記複数の送りねじを個々に回転駆動することにより前記複数の移動板を個々に直線駆動して前記フランジを進退動させることを特徴とする直線駆動導入器。
【請求項２】
前記複数の移動板を同期して駆動させることにより、前記フランジを進退動させるとともに、前記複数の移動板を独立して駆動させることにより、前記フランジの傾斜を自在に制御できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の直線駆動導入器。
【請求項３】
前記フランジはボールを介して前記複数の移動板上に支持することにより取付けられ、傾斜自在に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の直線駆動導入器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気側から真空側へ直線移動させるための移送機に係り、特に中空型構造とすることが出来ることから真空内で使用する検出器、光学素子、材料等の位置制御を可能とした直線駆動導入器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気側から真空側へ直線移動させるための移送機として、直線駆動導入器が用いられる。従来の技術では、移動板を伸縮可能で真空保持可能なベローズを直線ガイドで案内し、送りねじにより直線駆動する手法が用いられてきた。この手法では、送りねじがベローズの外側に位置するために、移動板中心に差圧による負荷が加わり、移動板と送りねじの間にモーメントが起こる。その結果、直線ガイドに曲げの反力が加わり、円滑な直線駆動が出来ない。
【０００３】
上記モーメントが発生しないようにした従来技術としては、特許文献１(特開昭６０−４７３５７号公報)では、送りねじの代わりに直線ガイドの外側に円筒形のカムを取り付け、円筒カムの溝に移動板に取付けられたノブを滑らすことにより、移動板と送りねじの間にモーメントが発生しない構造となっている。その結果、直線ガイドに曲げの反力が加わること無く、円滑な直線駆動を行うことが出来る。
また、特許文献２(特開平６−１６３６６８号公報)、特許文献３(特開平１０−３１３０３６号公報)、特許文献４(特開２００４−２１４５２７号公報)、特許文献５(特許第４９８１９５４号公報)では、移動板に加わる真空と大気の差圧を無くすことによりモーメントを発生しないような構造となっている。具体的には、移動板の前後に堅牢な固定板を直線ガイドで連結し、２つの固定板と移動板を移動板前後に別々のベローズで連結することにより、移動板に差圧が加わらない構造となっている。
また、モーメントを打ち消すためにベローズを中心として同心円状に等間隔に送りネジを配置した構造の直線駆動導入器も既存の技術として用いられており、一例を図１および図２(図１の水平断面図)に示す。この直線駆動直線導入器は中空の構造となっており、大気側から真空側へ機器を直線移動させるための移送器である。直線ガイド５ａ，５ｂ，５ｃと送りねじ４ａ，４ｂ，４ｃがベローズ３を中心として同心円状に等間隔に組込まれた構造となっている。各送りねじはチェーン９により連結され、１つの送りネジをモーター１２により回転させることにより、送りねじに連結されたスプロケット６ａ，６ｂ，６ｃ(なお、符号６ａは図示せず)を介して同時に送りねじを駆動する構造となっている。直線ガイドにはベローズとの干渉を無くすため、アイドラー７ａ，７ｂ，７ｃが組込まれている。等間隔に送りねじを組込むことにより、送りねじとベローズの間に発生するモーメントは打消すことが出来る。なお、１はフランジ、１０はホィールギア、１１はウォームギア、１３はカップリング、１４はウォームギア取付板、１５はモーター取付板である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−４７４５７号公報
【特許文献２】特開平６−１６３６６８号公報
【特許文献３】特開平１０−３１３０３６号公報
【特許文献４】特開２００４−２１４５２７号公報
【特許文献５】特許第４９８１９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、円筒カム内の溝とノブの摩擦により、直線ガイドにねじり力が起き、正確な直線移動が出来ない。加えて、円筒カムの溝間隔を小さく出来ないために、高精度な直線移動が出来ない。更に、ベローズの外部に直線ガイドを組込み、その外側の円筒カムを組込む構造となっているために、装置の小型化が困難である。
特許文献２〜５では、可動部の前後を伸縮自在なベローズで連結するために、中空型構造とすることが出来ない。そのために、大気側から真空側へ機器を直線移動させるための移送器としては用いることは出来ない。
図１および図２に示した既存技術では、移動フランジ２は大気と真空の差圧により大きな力が加わっている。例えば、口径１００ｍｍのフランジには、０.７７ｋＮの差圧が発生する。そのために移動フランジの昇降には、チェーン９に大きな駆動トルクを必要とし、しばしば、チェーン９が変形(伸び)する。チェーン９が変形した場合、送りねじの間に駆動タイミングのずれが生じる。図２に図１の水平断面図を示す。チェーン９に弛みがある場合、反時計回りにチェーンを回転させると初めに送りねじ４ａが回転し、次に送りねじ４ａに取り付けられたスプロケット６ａからチェーン９へ駆動トルクがスプロケット６ｂへ伝達され送りねじ４ｂが回転し、最後に送りねじ４ｂに取り付けられたスプロケット６ｂからチェーン９へ駆動トルクがスプロケット６ｃへ伝達され送りねじ４ｃが回転する。回転を逆転させると、送りねじ４ａ，４ｃ，４ｂの順で駆動する。故に、チェーン９に緩みがある場合、チェーン９の回転方向に依存した送りねじの駆動のずれに起因する移動フランジの振れが起こる。チェーン９の緩みを無くすためにテンショナー８を組込んでいるが、使用時の連続的なチェーン９の変形を常時取り除くことは出来ない。加えて、チェーン９とスプロケット６ａ，６ｂ，６ｃの間に大きなバックラッシュが存在する。そのため、高精度の直線移動が不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、等間隔に取り付けられた送りねじの送りを同期を取りながら駆動することにより、正確かつ高精度な直線案内が可能となる。これを可能にするためには、送りねじをチェーンで連結して１つのモーターにより同時駆動するのでなく、個々の送りねじに各々モーターを取り付け、同期を取りながら駆動することにより解決できる。
【０００７】
すなわち、本発明の直線駆動導入器は、伸縮可能で真空保持可能なベローズと、前記ベローズの伸縮端側に取付けられたフランジと、前記ベローズを中心として等間隔に複数の直線ガイドにより案内され、かつ、前記ベローズを中心として等間隔に複数の送りねじにより個々に駆動される複数の移動板と、前記の複数の送りねじを個々に回転駆動する複数のモーターを備えた直線駆動導入器であって、前記複数の移動板に前記フランジを取付け、前記複数のモーターで前記複数の送りねじを個々に回転駆動することにより前記複数の移動板を個々に直線駆動して前記フランジを進退動させることを特徴とする。
また、本発明は、前記直線駆動導入器において、前記複数の移動板を同期して駆動させることにより、前記フランジを進退動させるとともに、前記複数の移動板を独立して駆動させることにより、前記フランジの傾斜を自在に制御できるようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、前記直線駆動導入器において、前記フランジはボールを介して前記複数の移動板上に支持することにより取付けられ、傾斜自在に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の直線駆動導入器では、送りねじの位置分解能は、送りねじのリード、モーターの分解能による。例えば、リード２ｍｍの送りねじ、分解能１００,０００パルス／回転のステッピングモーターを用いた場合、送りねじの位置分解能は２０ｎｍとなる。実際には、ステッピングモーターの回転精度を考慮すると、送りねじの位置分解能は±７０ｎｍとなる。しかし、正確な直線案内が可能となれば、直線駆動導入器に１０ｎｍ以下の空間分解能の光学式高精度位置読取装置を組み込むことが可能となる。光学式高精度位置読取装置の位置情報をモーターへフィードバック位置制御することにより、送りねじの理論分解能(２０ｎｍ)でのモーターの回転制御が可能となる。移動フランジの位置制御は、各モーターを同期させて駆動させることにより行うことが出来る。
送りねじのナットと移動フランジの連結を独立させ、送りねじを独立して駆動することにより、移動フランジの傾きの調整が可能となる。この移動フランジの傾斜制御は、各モーターを独立させて駆動させることにより行うことが出来る。例えば、リード２ｍｍの送りねじ、分解能１００,０００パルス／回転のステッピングモーター、２５０ｍｍの送りねじのピッチ円直径の場合、傾斜角の角度分解能は０.０００００４５°となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】既存技術による直線駆動導入器の全体図である。
【図２】既存技術による直線駆動導入器の水平断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る直線駆動導入器の全体図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る直線駆動導入器の縦断面図である。
【図５】本発明に係る入力信号によるステッピングモーターの駆動原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１０】
図３および図４(図３の縦断面図)は、本発明に係る直線駆動導入器の一実施例である。
フランジ２１に伸縮可能で真空保持可能なベローズ２３が取り付けられている。このベローズ２３の他端には、ベローズ２３の伸縮方向に移動可能なフランジ２２が取り付けられている。フランジ２１には、ベローズ２３を中心として同心円状に等間隔で直線ガイド２５ａ，２５ｂ，２５ｃ(なお符号２５ｂは図示せず)とその支柱２６ａ，２６ｂ，２６ｃ(なお符号２６ｂは図示せず)が取り付けられている。この直線ガイド２５ａ，２５ｂ，２５ｃの他端には、固定板３０が取り付けられている。更に、フランジ２１と固定板３０の間にベローズ２３を中心としテッピングモーター３２ａ，３２ｂ，３２ｃを駆動することにより、同期を取ることが出来る。
なお、３１ａ，３１ｂ，３１ｃはステッピングモーター取付板であり、３３ａ，３３ｂ，３３ｃはステッピングモーターと送りネジを連結するためのカップリングである。４０は送りねじ固定側軸受、４１は送りねじ支持側軸受であり、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ(なお符号２８ｂは図示せず)は送りねじ固定側軸受けのハウジングである。
直線駆動導入器の高い位置分解能を実現させるためには、小さなリードの送りねじ、高分解能のステッピングモーターを用いることが必要である。例えば、リード２ｍｍの送りねじ、分解能１００,０００パルス／回転のステッピングモーターを用いた場合、直線駆動導入器の計算上の位置分解能は２０ｎｍ／パルスとなる。ステッピングモーターのロストモーション(０.０２５°以下(±０.２Ｎ・ｍ))を考慮すると、実際のステッピングモーターの位置精度は±７０ｎｍ程度となる。直線駆動導入器に１０ｎｍ以下の空間分解能を持つ高分解能位置読取装置を組み込むことにより、ステッピングモーターの計算上の位置分解能と同程度の分解能で位置制御が可能となる。
フランジ２１を真空装置に取付けた場合、フランジ２１の前後では同じ真空であり差圧は生じない。一方、フランジ２２の前後では真空側と大気側となり差圧により、フランジ２２は真空装置側に大きな引込力が加わる。このフランジ２２に加わる引込力を利用して、移動板２７ａ，２７ｂ，２７ｃとフランジ２２をボルト等で堅牢に締結せずに、移動板２７ａ，２７ｂ，２７ｃの上にボール２９を介してフランジ２２が傾斜自在に乗った構造となっている。
【００１１】
図４は図３の縦断面図である。フランジ２２は、ボール２９を介して移動板２７に乗っているような構造となっている。移動板は個々に独立とした構造とし、各ステッピングモーターにより移動板の位置を個々に制御することにより、フランジ２２の傾斜を自在に制御することが出来る。この場合、ステッピングモーターを独立して制御する必要がある。
【００１２】
図５はパルス発生器からの入力信号によるステッピングモーターの駆動方法を示す。ブースターを介して特定の入力信号により、各ステッピングモーターを同期駆動させることにより、本装置は直線移送機として機能する。図５では、ブースターを介して特定の入力信号＃１をＺ端子側からドライバＡ，Ｂ，Ｃへ入力してステッピングモーターＡ，Ｂ，Ｃを同期して駆動させる。
一方、ステッピングモーターに独立した入力信号により駆動することにより、本装置は傾斜制御が可能となる。図５では、入力信号＃１，入力信号＃２，入力信号＃３を、Tilt端子側からそれぞれ、ドライバＡ，Ｂ，Ｃへ入力してステッピングモーターＡ，Ｂ，Ｃを独立して駆動させる。
【００１３】
なお、上記説明では、ステッピングモーターを用いて説明したが、ステッピングモーターに限定されるものではなく、他のモーターでも実現可能である。
また、直線駆動導入器にＸＹステージを組み合わせることにより、ＸＹＺ軸方向の３次元移送装置として機能する。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の直線駆動導入器は、大気側から真空側へ高精度な直線運動を導入する直線駆動導入器であって、さらに、傾斜角自在の機能を備えており、真空内の光学素子や材料の高精度な位置制御や傾斜制御の必要な機器に有効であると期待される。
【符号の説明】
【００１５】
１，２，２１，２２    フランジ
３，２３              ベローズ
４ａ，４ｂ，４ｃ      送りねじ
５ａ，５ｂ，５ｃ      直線ガイド
６ａ，６ｂ，６ｃ      スプロケット
７ａ，７ｂ，７ｃ      アイドラー
８                    テンショナー
９                    チェーン
１０                    ホィールギア
１１                    ウォームギア
１２                    モーター
１３                    カップリング
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  送りねじ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  直線ガイド
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  支柱
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ  移動板
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ  ハウジング
２９                    ボール
３０                    固定版
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  ステッピングモーター
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  カップリング
４０                    送りねじ固定側軸受
４１                    送りねじ支持側軸受
(なお、符号６ａ，２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２８ｂは図示せず)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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