(57)【要約】【課題】ロッドの移動及び回転を同時に行うことができ、なお且つ、コンパクトな設計を可能とした流体圧アクチュエータを提供する。【解決手段】シリンダ２と、シリンダ２の内部で移動するピストン３と、ピストン３の一端側に接続されると共に、シリンダ２に設けられた第１の軸孔７からシリンダ２の外部へと突出した状態で、ピストン３と一体に移動するロッド４と、ピストン３の他端側に接続されると共に、シリンダ２に設けられた第２の軸孔１３からシリンダ２の外部へと突出した状態で、ピストン３と一体に移動するシャフト１１と、シャフト１１の外周部に取り付けられたロータ１５と、ロータ１５の周囲を囲むステータ１６とを含む回転駆動部１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダの内部で移動するピストンと、
前記ピストンの一端側に接続されると共に、前記シリンダに設けられた第１の軸孔から前記シリンダの外部へと突出した状態で、前記ピストンと一体に移動するロッドと、
前記ピストンの他端側に接続されると共に、前記シリンダに設けられた第２の軸孔から前記シリンダの外部へと突出した状態で、前記ピストンと一体に移動するシャフトと、
前記シャフトの外周部に取り付けられたロータと、前記ロータの周囲を囲むステータとを含む回転駆動部とを備え、
前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間に流入する流体により第１の流体ベアリングが形成され、
前記第１の軸孔と前記ロッドとの間の隙間に流入する流体により第２の流体ベアリングが形成され、
前記第２の軸孔と前記シャフトとの間の隙間に流入する流体により第３の流体ベアリングが形成されることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の軸孔の前記第２の流体ベアリングが形成される位置及び前記第２の軸孔の前記第３の流体ベアリングが形成される位置には、それぞれ多孔質絞りが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記ステータの全長が前記ロータよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項４】
前記ロータの全長が前記ステータよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記シリンダ内の前記ピストンを挟んで前記シャフト側に位置する第１の圧力室に流体を流入させる第１のポートと、
前記シリンダ内の前記ピストンを挟んで前記ロッド側に位置する第２の圧力室に流体を流入させる第２のポートと、
前記シャフトの先端部に取り付けられた位置検出部と、
前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記第１のポートを介して前記第１の圧力室に流入する流体の圧力と、前記第２のポートを介して前記第２の圧力室に流入する流体の圧力とを調整する圧力調整部とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項６】
前記圧力調整部は、前記ロータと前記ステータとの間で作用する磁気吸引力の変動を考慮して、前記第１のポートを介して前記第１の圧力室に流入する流体の圧力と、前記第２のポートを介して前記第２の圧力室に流入する流体の圧力とを調整することを特徴とする請求項５に記載の流体圧アクチュエータ。
【請求項７】
前記流体が空気であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の流体圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体チップのダイボンディング工程やマウンティング工程では、半導体チップを保持するツールが先端に取り付けられたロッドを上下方向にスライドさせる流体圧アクチュエータが用いられる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
具体的に、流体圧アクチュエータとして、空気（エア）で差動するエア圧アクチュエータを用いた場合、シリンダの内部に導入される空気の圧力を調整しながら、ロッドに接続されたピストンがシリンダ内でスライドする位置を制御する。
【０００４】
また、エア圧アクチュエータでは、シリンダ内の圧力室からシリンダとピストンとの間の隙間に流入する空気によって、エアベアリング（静圧空気軸受）が形成されている。これにより、ピストンがシリンダとは非接触な状態でスライド自在に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０１１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載の流体圧アクチュエータは、サーボモータ等の回転駆動源からギヤを介してガイドフランジに伝達される駆動力によって、ロッドをガイドフランジと一体に回転駆動する構成となっている。
【０００７】
この構成の場合、ロッドをスライドさせる機構については非接触駆動となるものの、ロッドを回転させる機構については非接触駆動とはならないため、上述した半導体チップの高精度な荷重制御や位置制御を行う上で不利となる。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の流体圧アクチュエータでは、上述した回転駆動源を外部に設ける必要があり、ロッドに回転駆動源を直接取り付けることができないため、駆動力を伝達するための機構が必要となる。この場合、装置が複雑となるだけでなく、大型化してしまうといった問題がある。
【０００９】
本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ロッドの移動及び回転を同時に行うことができ、なお且つ、コンパクトな設計を可能とした流体圧アクチュエータを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕  本発明の一つの態様に係る流体圧アクチュエータは、シリンダと、前記シリンダの内部で移動するピストンと、前記ピストンの一端側に接続されると共に、前記シリンダに設けられた第１の軸孔から前記シリンダの外部へと突出した状態で、前記ピストンと一体に移動するロッドと、前記ピストンの他端側に接続されると共に、前記シリンダに設けられた第２の軸孔から前記シリンダの外部へと突出した状態で、前記ピストンと一体に移動するシャフトと、前記シャフトの外周部に取り付けられたロータと、前記ロータの周囲を囲むステータとを含む回転駆動部とを備え、前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間に流入する流体により第１の流体ベアリングが形成され、前記第１の軸孔と前記ロッドとの間の隙間に流入する流体により第２の流体ベアリングが形成され、前記第２の軸孔と前記シャフトとの間の隙間に流入する流体により第３の流体ベアリングが形成されることを特徴とする。
【００１１】
〔２〕  前記〔１〕に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記第１の軸孔の前記第２の流体ベアリングが形成される位置及び前記第２の軸孔の前記第３の流体ベアリングが形成される位置には、それぞれ多孔質絞りが設けられている構成であってもよい。
【００１２】
〔３〕  前記〔１〕又は〔２〕に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記ステータの全長が前記ロータよりも長い構成であってもよい。
【００１３】
〔４〕  前記〔１〕又は〔２〕に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記ロータの全長が前記ステータよりも長い構成であってもよい。
【００１４】
〔５〕  前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記シリンダ内の前記ピストンを挟んで前記シャフト側に位置する第１の圧力室に流体を流入させる第１のポートと、前記シリンダ内の前記ピストンを挟んで前記ロッド側に位置する第２の圧力室に流体を流入させる第２のポートと、前記シャフトの先端部に取り付けられた位置検出部と、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記第１のポートを介して前記第１の圧力室に流入する流体の圧力と、前記第２のポートを介して前記第２の圧力室に流入する流体の圧力とを調整する圧力調整部とを備える構成であってもよい。
【００１５】
〔６〕  前記〔５〕に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記圧力調整部は、前記ロータと前記ステータとの間で作用する磁気吸引力の変動を考慮して、前記第１のポートを介して前記第１の圧力室に流入する流体の圧力と、前記第２のポートを介して前記第２の圧力室に流入する流体の圧力とを調整する構成であってもよい。
【００１６】
〔７〕  前記〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記流体が空気である構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の一つの態様によれば、ロッドの移動及び回転を同時に行うことができ、なお且つ、コンパクトな設計を可能とした流体圧アクチュエータを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの一構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの別の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素を模式的に示している場合があり、構成要素によっては寸法の縮尺を異ならせて示すこともある。
【００２０】
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１に示す流体圧アクチュエータ１Ａについて説明する。なお、図１は、流体圧アクチュエータ１Ａの構成を示す断面図である。
【００２１】
流体圧アクチュエータ１Ａは、図１に示すように、差動流体として空気（エア）Ｋを用いたエア圧アクチュエータである。流体圧アクチュエータ１Ａは、シリンダ２と、シリンダ２の内部でスライド（移動）するピストン３と、ピストン３の一端（下端）側に接続されることによってピストン３と一体にスライド（移動）するロッド４とを備えている。なお、本実施形態では、ロッド４が上下方向にスライド（移動）する場合を例示しているが、ロッド４の移動方向については、特に限定されるものではない。
【００２２】
シリンダ２は、略円筒状のシリンダハウジング５を有している。シリンダハウジング５の内側には、ボア孔６が軸線方向に沿って形成されている。シリンダハウジング５は、ボア孔６にピストン３が挿入された状態で、ボア孔６の一端（上端）側と他端（下端）側とが閉塞された構造を有している。また、シリンダハウジング５の下端には、ロッド４を貫通させる第１の軸孔７が設けられている。
【００２３】
これにより、シリンダ２の内部は、ピストン３を挟んでロッド４とは反対側（上側）に位置する第１の圧力室Ｐ１と、ピストン３を挟んでロッド４側（下側）に位置する第２の圧力室Ｐ２とに分割されている。
【００２４】
シリンダハウジング５の側面には、第１の圧力室Ｐ１に空気Ｋを流入させる第１のポート８と、第２の圧力室Ｐ２に空気Ｋを流入させる第２のポート９とが接続されている。
【００２５】
ピストン３は、エアベアリング（静圧空気軸受）を介してシリンダ２とは非接触な状態で、上下方向にスライド（移動）自在に支持されている。具体的には、シリンダ２とピストン３との間の隙間に流入する空気Ｋによって、第１のエアベアリング（第１の流体ベアリング）Ｂ１が形成されている。また、第１のエアベアリングＢ１を形成するためには、シリンダ２（ボア孔６）とピストン３との間の隙間を５〜１２μｍ程度に設定することが好ましい。
【００２６】
ロッド４は、第１の軸孔７からシリンダ２（シリンダハウジング５）の外部（下方）へと突出した状態で、第２のエアベアリング（第２の流体ベアリング）Ｂ２を介して上下方向にスライド（移動）自在に支持されている。第２の流体ベアリングＢ２は、第１の軸孔７とロッド４との間の隙間に流入する空気Ｋにより形成されている。また、第１の軸孔７の第２の流体ベアリングＢ２が形成される位置には、第１の多孔質絞り１０が設けられている。これにより、軸受面全体に給気口が均一に分布した構造となり、空気Ｋの消費を少なくすると共に、高剛性を得ることが可能である。
【００２７】
流体圧アクチュエータ１Ａは、ピストンの他端（上端）側に接続されることによってピストン３と一体にスライド（移動）するシャフト１１と、シャフト１１を回転駆動する回転駆動部１２とを備えている。また、シリンダハウジング５の上端には、シャフト１１を貫通させる第２の軸孔１３が設けられている。
【００２８】
シャフト１１は、第２の軸孔１３からシリンダ２（シリンダハウジング５）の外部（上方）へと突出した状態で、第３のエアベアリング（第３の流体ベアリング）Ｂ３を介して上下方向にスライド（移動）自在に支持されている。第３の流体ベアリングＢ３は、第２の軸孔１３とシャフト１１との間の隙間に流入する空気Ｋにより形成されている。また、第２の軸孔１３の第３の流体ベアリングＢ３が形成される位置には、第２の多孔質絞り１４が設けられている。これにより、軸受面全体に給気口が均一に分布した構造となり、空気Ｋの消費を少なくすると共に、高剛性を得ることが可能である。
【００２９】
回転駆動部１２は、シャフト１１の外周部に取り付けられたロータ１５と、ロータ１５の周囲を囲むステータ１６とを含む。また、ロータ１５に設けられたマグネット（図示せず。）と、ステータ１６に設けられたコイル（図示せず。）とが互いに対向して配置されている。ステータ１６は、シリンダ２と同径となるように円筒状に形成されて、シリンダ２の他端（上端）側に一体に取り付けられている。ロータ１５は、シャフト１１の略中央部に取り付けられている。また、ステータ１６の全長がロータ１５よりも長くなっている。
【００３０】
回転駆動部１２では、ステータ１６のコイルに駆動電流が供給されることによって、コイルに磁界が発生し、このコイルと対向するロータ１５のマグネットとの電磁気的な作用によって、シャフト１１を非接触で回転駆動する。
【００３１】
流体圧アクチュエータ１Ａは、シャフト１１の先端部（上端部）に取り付けられたエンコーダ（位置検出部）１７を備えている。エンコーダ１７は、シャフト１１側に設けられたスケール１８と、シャフト１１の周囲を囲むケース１９に設けられたヘッド（図示せず。）とを含む。エンコーダ１７は、物差しとなるスケール１８の位置情報をヘッドが検出し、その検出結果を外部に出力する。本実施形態では、エンコーダ１７が検出する位置情報として、ロッド４の軸線方向（上下方向）におけるスライド位置と、ロッド４の軸回り方向における回転位置とを検出する。
【００３２】
なお、エンコーダ１７は、検出に光の反射を用いる光学方式であっても、磁気を用いる磁気方式であってもよい。また、エンコーダ１７は、絶対位置を測定するアブソリュート方式であっても、相対位置を測定するインクリメント方式であってもよい。
【００３３】
流体圧アクチュエータ１Ａは、エンコーダ１７の検出結果に基づいて、第１のポート８を介して第１の圧力室Ｐ１に流入する空気Ｋの圧力と、第２のポート９を介して第２の圧力室Ｐ２に流入する空気Ｋの圧力とを調整する圧力調整部２０を備えている。
【００３４】
圧力調整部２０では、共通のサーボ弁又はそれぞれ別々のサーボ弁を第１のポート８及び第２のポート９に設けて、第１の圧力室Ｐ１内の圧力と第２の圧力室Ｐ２内の圧力とを調整する。これにより、ロッド４の上下方向の位置を制御することが可能である。
【００３５】
ここで、ロッド４が上下方向にスライドした場合、ステータ１６に対するロータ１５の位置関係によって、ロータ１５のマグネットとステータ１６のコイルとの間で作用する磁気吸引力が変動することになる。
【００３６】
具体的には、ステータ１６の中央と対向する位置にロータ１５がある場合、ロータ１５には、上下方向で均等となる磁気吸引力が作用する。一方、ステータ１６の中央と対向する位置よりも上方にロータ１５がある場合、ロータ１５には下方に向かう方向の磁気吸引力が作用し、ロータ１５が上方に向かうほど、その磁気吸引力が強くなる。逆に、ステータ１６の中央と対向する位置よりも下方にロータ１５がある場合、ロータ１５には上方に向かう方向の磁気吸引力が作用し、ロータ１５が下方に向かうほど、その磁気吸引力が強くなる。すなわち、ロータ１５には、このロータ１５をステータ１６の中央と対向する位置に保持しようとする一定の保持力が発生する。また、この保持力は、ステータ１６の中央からの上下方向の距離に比例する。
【００３７】
本実施形態の流体圧アクチュエータ１Ａでは、この保持力を補償するように、第１のポート８を介して第１の圧力室Ｐ１に流入する空気Ｋの圧力と、第２のポート９を介して第２の圧力室Ｐ２に流入する空気Ｋの圧力とに補正を加えて圧力調整を行う。これにより、ロッド４の上下方向の位置を高精度に制御することが可能である。
【００３８】
以上のような構造を有する流体圧アクチュエータ１Ａは、例えば、半導体チップのダイボンディング工程やマウンティング工程等で用いられる。具体的には、半導体製造装置内において半導体チップを保持するツールが先端に取り付けられたロッド４を上下方向に移動可能な範囲でスライド（移動）させる。又は、ロッド４を軸回り方向に必要な範囲で回転させる。これにより、半導体チップをリードフレームや基板等の実装面上に実装することができる。
【００３９】
本実施形態の流体圧アクチュエータ１Ａでは、ピストン３が第１の流体ベアリングＢ１を介して上下方向及び軸回り方向にスライド（移動）及び回転自在に支持され、ロッド４が第２のエアベアリングＢ２を介して上下方向及び軸回り方向にスライド（移動）及び回転自在に支持され、シャフト１１が第３のエアベアリングＢ３を介して上下方向及び軸回り方向にスライド（移動）及び回転自在に支持されている。
【００４０】
特に、本実施形態の流体圧アクチュエータ１Ａでは、第２の流体ベアリングＢ２が形成される位置に第１の多孔質絞り１０と、第３の流体ベアリングＢ３が形成される位置に第２の多孔質絞り１４とを設けることで、ピストン３に接続されたロッド４及びシャフト１１の支持剛性をそれぞれ高めることが可能である。
【００４１】
これにより、本実施形態の流体圧アクチュエータ１Ａでは、非接触駆動によるロッド４のスライド（移動）及び回転を行いながら、上述した半導体チップの高精度な荷重制御や位置制御を行うことが可能である。
【００４２】
また、本実施形態の流体圧アクチュエータ１Ａでは、ロッド４をスライド（移動）させるための機構と、ロッド４を回転させるための機構とを一体に組み込むことができるため、よりコンパクトな設計を行うことが可能である。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図２に示すような流体圧アクチュエータ１Ｂの構成とすることも可能である。なお、図２は、流体圧アクチュエータ１Ｂの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記流体圧アクチュエータ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００４４】
具体的に、この流体圧アクチュエータ１Ｂは、図２に示すように、回転駆動部１２を構成するステータ１６の全長がロータ１５よりも長くなっている。それ以外は、上記流体圧アクチュエータ１Ａと基本的に同じ構成を有している。
【００４５】
この構成の場合、流体圧アクチュエータ１Ｂの全長が長くなるが、上述したロータ１５をステータ１６の中央と対向する位置に保持しよう保持力が発生しない。したがって、このような保持力を補償するための圧力調整を行わずに、ロッド４の上下方向の位置を高精度に制御することが可能である。
【００４６】
なお、上記実施形態では、差動流体として空気Ｋを用いたエア圧シリンダを例示しているが、空気Ｋ以外の流体を用いた流体圧アクチュエータに対して本発明を幅広く適用することが可能である。また、流体圧アクチュエータの用途についても、特に限定されるものではなく、上述した半導体製造装置以外にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ，１Ｂ…流体圧アクチュエータ  ２…シリンダ  ３…ピストン  ４…ロッド  ５…シリンダハウジング  ６…ボア孔  ７…第１の軸孔  ８…第１のポート  ９…第２のポート  １０…第１の多孔質絞り  １１…シャフト  １２…回転駆動部  １３…第２の軸孔  １４…第２の多孔質絞り  １５…ロータ  １６…ステータ  １７…エンコーダ（位置検出部）  １８…スケール  １９…ケース  ２０…圧力調整部  Ｋ…空気（流体）  Ｐ１…第１の圧力室  Ｐ２…第２の圧力室  Ｂ１…第１のエアベアリング  Ｂ２…第２のエアベアリング  Ｂ３…第３のエアベアリング
【図１】
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【図２】
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