| 【発明の名称】 |
磁気ねじおよび該磁気ねじを用いたステージ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】西邑 直亮
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| 【要約】 |
【課題】軸とナット体を同心円に微小な間隔で支持し、磁力作用により軸とナット体を非接触な状態で駆動することができるとともに容易に製作することができ耐久性の高いクリーンな搬送システムを構築できる磁気ねじを提供する。
【解決手段】軸１が挿通可能な内径を有するナット体２を磁性体で構成し、ナット体２の内筒体２ｂはＮ極とＳ極が交互に螺旋状の着磁されており、磁性体製の軸１には内筒体２ｂの螺旋状に着磁された各磁極と同ピッチ間隔、同リード角で２条のねじ山が形成され、ねじ溝を非磁性体４で埋めて軸１の外周面を平滑にし、そして、ナット体２に設けた空気供給孔３を介して軸１とナット体２の間に圧縮空気を供給して、軸１とナット体２の間に圧縮空気層を形成する。この圧縮空気層の空気圧により軸１とナット体２を微小間隔で支持し、軸１の回転運動により磁力作用によってナット体２を非接触な状態で直線駆動する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 軸と該軸が挿通可能な内径を有するナット体を磁性体により構成し、前記軸と前記ナット体の少なくとも一方に螺旋状の磁極を設けた磁気ねじにおいて、前記軸と前記ナット体との間に圧縮空気を供給して前記軸と前記ナット体を空気圧で支持し、前記軸と前記ナット体の非接触な駆動を可能としたことを特徴とする磁気ねじ。
【請求項２】 ナット体に空気供給孔を設け、該空気供給孔を介して前記ナット体と軸との間に圧縮空気を供給することを特徴とする請求項１記載の磁気ねじ。
【請求項３】 空気供給孔を設けた空気供給部材をナット体の軸心方向の両側に少なくとも２個取り付けて、該空気供給部材の空気供給孔を介して前記ナット体と軸との間に圧縮空気を供給することを特徴とする請求項１記載の磁気ねじ。
【請求項４】 ナット体の内周を平滑にするとともに、軸の外周面には、ナット体の螺旋状に着磁された磁極に対応する螺旋状のねじ山を形成し、ねじ山とねじ山の間を非磁性体で埋めて該軸の外周を平滑にしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の磁気ねじ。
【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項記載の磁気ねじの軸に該軸を回転駆動する駆動源を連結し、前記磁気ねじのナット体にステージを取り付けたことを特徴とするステージ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁力の作用を利用して回転運動を直線運動に変換させてナット体を駆動する磁気ねじおよび該磁気ねじを用いたステージ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来工作機械などの搬送装置において、モーターの回転運動を直線運動に変換する機構としては、滑りねじやボールねじを用いたものと磁気ねじや静圧空気送りねじを用いたものがある。ボールねじのようにねじ軸とナット体の間のボールによる転がり接触によって、ねじ軸の回転運動をナット体の直線運動に変換する機構では、その動きに金属接触が伴なうので、部材の摩耗、摩耗粉や摩擦熱、さらに騒音等の種々の問題があった。
【０００３】また、ボールねじ等のような金属接触を伴なわない機構として、磁気ねじや静圧空気送りねじによる搬送が提案されている。
【０００４】磁気ねじによる搬送装置の従来例としては、特開平７−２８００６０号公報や特開平７−２８００６１号公報等に開示されており、この種の従来の磁気ねじは、図７に図示するように、ねじ軸１０１とこのねじ軸１０１の外周に間隙をおいて套嵌されたナット体１０２を磁性体により構成し、ねじ軸１０１とナット体１０２の少なくともいずれか一方に螺旋状の磁極を設け、この磁極の磁力作用により、ねじ軸１０１の回転運動をナット体１０２の直線運動に変換する機構であり、そして、ナット体１０２の軸線方向の両側には、ねじ軸１０１をナット体１０２に対して同心状に保持して摺動自在に案内するガイドリング１１１を取付けねじ１１２等により取り付けて配設している。なお、図７において、１０５はねじ軸１０１に平行に配設されてナット体１０２の移動をガイドするリニアガイドである。
【０００５】また、静圧空気送りねじは、通常の送りねじと同様にねじ状に加工されたナット体とねじ軸とで構成され、ねじ軸とナット体との間隙に外部から高圧の気体を供給し、そこに形成される気体膜を介してスラスト力を伝達するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術において、磁気ねじを用いた搬送装置では、ねじ軸とナット体の間の磁力の作用によりねじ軸の回転運動をナット体の直線運動に変換する機構となっており、ボールねじ等のような金属接触を伴なわないので、摩擦による部材の摩耗、摩耗粉や摩擦熱、騒音等の問題を解消することができる。
【０００７】しかし、磁気ねじでは、ねじ軸とナット体の間の磁力の吸引力を利用しているために、ねじ軸とナット体が直接接触しないようにねじ軸とナット体を常に間隙を介して同心円に保つ必要があるけれども、従来の磁気ねじでは、ねじ軸とナット体の間を磁力の作用のみで保持しているので、ねじ軸とナット体の接触を完全に防ぐことは困難であった。
【０００８】また、ナット体の軸線方向の両側にガイドリングを設けた磁気ねじでは、ガイドリングで支持することによりねじ軸とナット体の接触は防ぐことができるけれども、ガイドリングとねじ軸の間の接触による摩耗粉の発生による環境の汚染をなくすことはできない。
【０００９】一方、静圧空気送りねじは、ねじ軸とナット体の間を空気などの気体膜で支持して、スラスト力を伝達しているので、高精度、長寿命、低摩擦等の優れた特性を持っているけれども、ねじ軸とナット体とをねじ状に高精度に加工することの困難さが問題となっている。
【００１０】そこで、本発明は、上記の従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、軸とナット体を同心円に微小な間隔で支持し、磁力作用により軸とナット体を非接触な状態で駆動することができるとともに、容易に製作することができ、耐久性の高いクリーンな搬送システムを構築できる磁気ねじ、および該磁気ねじを用いたステージ装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の磁気ねじは、軸と該軸が挿通可能な内径を有するナット体を磁性体により構成し、前記軸と前記ナット体の少なくとも一方に螺旋状の磁極を設けた磁気ねじにおいて、前記軸と前記ナット体との間に圧縮空気を供給して前記軸と前記ナット体を空気圧で支持し、前記軸と前記ナット体の非接触な駆動を可能としたことを特徴とする。
【００１２】そして、本発明の磁気ねじにおいては、ナット体に空気供給孔を設け、該空気供給孔を介して前記ナット体と軸との間に圧縮空気を供給することが好ましく、あるいは、空気供給孔を設けた空気供給部材をナット体の軸心方向の両側に少なくとも２個取り付けて、該空気供給部材の空気供給孔を介して前記ナット体と軸との間に圧縮空気を供給することが好ましい。
【００１３】また、本発明の磁気ねじにおいては、ナット体の内周を平滑にするとともに、軸の外周面には、ナット体の螺旋状に着磁された磁極に対応する螺旋状のねじ山を形成し、ねじ山とねじ山の間を非磁性体で埋めて該軸の外周を平滑にすることが好ましい。
【００１４】さらに、本発明のステージ装置は、請求項１ないし４のいずれか１項記載の磁気ねじの軸に該軸を回転駆動する駆動源を連結し、前記磁気ねじのナット体にステージを取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の磁気ねじによれば、ねじ軸を構成する軸とナット体との間に圧縮空気を供給することにより、軸とナット体を圧縮空気層の空気圧で支持し、軸とナット体の非接触な駆動を可能とする。これにより、軸とナット体の接触による摩耗や摩耗粉、摩擦熱、騒音等の問題を解消することができ、パーチクルの発生がほとんどなく、さらに、圧縮空気を軸とナット体との間に供給しているために磁気ねじ内部へのパーチクルの進入を防ぐことができ、軸やナット体に対する鉄粉やその他の粉塵等の付着を防止し、磁気ねじの耐久性を向上させることができる。また、磁気ねじの軸とナット体を共に円筒状に平滑に加工することにより製作することができるので、従来の静圧空気送りねじに比べて容易に製作することが可能となる。
【００１６】本発明の磁気ねじを用いたステージ装置は、摩擦による部材の摩耗、摩耗粉、摩擦熱等を発生することがなく、クリーンな搬送システムが要求される装置に特に有用である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】図１は、本発明の磁気ねじの第１の実施例を示す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３は、同じく第１の実施例の要部を拡大して示す拡大断面図である。
【００１９】本発明の磁気ねじは、軸とこの軸が挿通可能な内径を有するナット体を磁性体で構成し、軸とナット体の少なくとも一方に螺旋状の磁極を設けるとともに、軸とナット体の間に圧縮空気層を形成し、この圧縮空気層の空気圧により軸とナット体を支持するように構成するものであり、本実施例の磁気ねじにおいては、軸１とこの軸１が挿通可能な内径を有するナット体２を磁性体で構成し、ナット体２に螺旋状の磁極を設け、そして、ナット体２に軸１に平行に配設されたリニアガイド５に摺動可能に係合するガイド体５ａが取り付けられている。
【００２０】ナット体２は、外筒体２ａと内筒体２ｂから構成され、外筒体２ａの内周面に嵌合される内筒体２ｂは、円筒形状の磁石材料で形成され、等ピッチ間隔で交互にＮ極とＳ極が螺旋状に着磁されている。また、外筒体２ａの内周面に内筒体２ｂを嵌合固定することにより、ナット体２の内径は空気圧浮上に必要な平滑精度に容易に加工することができる。
【００２１】ナット体２にはさらに、ナット体２と軸１の間に圧縮空気を供給するための空気供給孔３が設けられており、この空気供給孔３は、外筒体２ａを貫通する貫通孔３ａと、この貫通孔３ａに連通して外筒体２ａの内周面に設けられた環状溝孔３ｂと、この環状溝孔３ｂに連通して内筒体２ｂを放射状に貫通する複数の貫通孔３ｃとから構成されている。この空気供給孔３を介して、外部の圧縮空気供給源（図示しない）から所定のレベルに設定された圧縮空気を軸１とナット体２の間に供給することにより、軸１とナット体２の間に圧縮空気層ｇ（図３参照）を形成することができ、この圧縮空気層ｇの空気圧によって、軸１とナット体２を非接触状態で保持することが可能となる。
【００２２】軸１は磁性材料により形成され、軸１にはナット体２の内筒体２ｂの螺旋状に着磁されたＮ極、Ｓ極と同じピッチ間隔、同じリード角で２条のねじ山が形成され、そして、軸１のねじ山間のねじ溝を非磁性体４により埋める。これにより、軸１と非磁性体４の表面を同時に加工することができ、軸１の外径表面を空気圧浮上に必要な平滑精度に容易に加工することが可能となる。また、軸１と非磁性体４の表面を同時に加工することができるので、軸１全域において精度の高い加工を行なうことができる。
【００２３】このように、本実施例における磁気ねじは、軸１の外径とナット体２の内径の両方を円形状に加工することにより製作することができるので、軸１とナット体２を全域にわたって空気浮上に必要な平滑精度に製作することが可能となる。したがって、高い加工精度で軸１やナット体２をねじ状に加工することが必要な従来の静圧空気送りねじに比べて製作が容易になっている。
【００２４】次に、本実施例の磁気ねじの要部を拡大して図示する図３を参照してさらに詳細に説明する。図３において、ナット体２の内筒体２ｂはＮ極６とＳ極７が交互に位置するように螺旋状に着磁され、軸１には、ナット体２の内筒体２ｂの螺旋状の各々の磁極に合わせて２条のねじ山８および９が形成され、ねじ山８とねじ山９の間のねじ溝には非磁性体４が埋め込まられている。そして、内筒体２ｂのＮ極６にはねじ山８が、Ｓ極７にはねじ山９がそれぞれ対応しており、軸１とナット体２との間には、螺旋状の各磁極６、７の全範囲にわたって、内筒体２ｂのＮ極６から軸１のねじ山８を通り、ねじ山９を経て内筒体２ｂのＳ極７へと続く磁力線が形成され、軸１とナット体２の間に磁力の作用により吸引力が発生する。そして、空気供給孔３を介して圧縮空気が軸１とナット体２の間に供給されることにより、軸１とナット体２の間に圧縮空気層ｇが形成され、圧縮空気層ｇの空気圧により微小間隔を常に維持している。
【００２５】本実施例の磁気ねじは、軸１とナット体２の間に発生した磁力による吸引力を利用して以下のように駆動を行なう。軸１が回転せずに固定されているときは、ナット体２のＮ極６およびＳ極７と軸１のねじ山８および９は吸引し合う位置関係にあり、ナット体２は圧縮空気層ｇを介して停止している。軸１が回転運動すると、ナット体２のＮ極６およびＳ極７と軸１のねじ山８および９に磁力作用による吸引力が働き、軸１の回転運動に伴なってナット体２はリニアガイド５に沿って直線的に駆動されることとなる。また、軸１を逆方向に回転させると、ナット体２は磁力作用により逆方向に直線駆動される。
【００２６】従来の磁気ねじにおいては、磁力の作用だけで軸とナット体の間の微小間隔を確保していたり、軸とナット体のガイドリングとを接触させることにより保持しているけれども、本実施例の磁気ねじでは、軸１とナット体２との間に圧縮空気を供給し軸１とナット体２の間に圧縮空気層ｇを形成しており、軸１とナット体２が接触することのない磁気ねじの構成が可能となる。したがって、軸１とナット体２を非接触な状態で駆動することができるので、軸１とナット体２の摩擦による部材の摩耗、摩耗粉、摩擦熱、騒音等の問題を解消することができ、パーチクルの発生を抑えることができる。さらに、軸１とナット体２の間に常に空気供給孔３を介して圧縮空気を供給しているので、軸１とナット体２の間隔へのパーチクルの進入を阻止することができ、磁石材料への鉄粉やその他の粉塵等の付着を防止することができる。したがって、本実施例の磁気ねじは、耐久性の高いクリーンな搬送システムを構築することができる。
【００２７】次に、本発明の磁気ねじの第２の実施例について図４を参照して説明する。
【００２８】前述した第１の実施例における磁気ねじは、ナット体２に螺旋状に着磁した内筒体２ｂを構成し、軸１を磁性材料によりねじ状に製作して非磁性体４で埋めることにより軸１の外周を平滑にしているけれども、図４に図示する第２の実施例の磁気ねじにおいては、ナット体１２に螺旋状に着磁した内筒体１２ｂを構成するとともに、軸１１にも、ナット体１２の螺旋状の着磁体と同ピッチ間隔、同リード角の螺旋状に着磁した外軸１１ｂを内軸１１ａの外周面に配設するものである。そして、ナット体１２には、その外筒体１２ａを貫通する貫通穴１３ａおよび環状溝孔１３ｂ、内筒体１２ｂを貫通する複数の貫通孔１３ｃからなる空気供給孔１３を前述した第１の実施例と同様に設けて、圧縮空気を軸１１とナット体１２の間に供給する。
【００２９】本実施例の磁気ねじでは、軸１１の磁極とナット体１２の磁極の異極同士が内外に相対向しているために、軸１１の磁極とナット体１２の磁極との間に大きな吸引力が働くことになり、軸１１の回転運動を大きな伝達トルクでナット体１２の直線運動に変換することができる。さらに、空気供給孔１３を介して軸１１とナット体１２の間に圧縮空気を供給することにより、前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】次に、本発明の磁気ねじの第３の実施例について図５を参照して説明する。
【００３１】本実施例の磁気ねじは、空気供給孔をナット体には設けずに、ナット体２２の軸心方向の両側に空気供給部材２６をそれぞれ取り付けて、これらの空気供給部材２６に放射状に貫通した複数の空気供給孔２７をそれぞれ設けた点で前述の実施例の磁気ねじと相違している。ナット体２２は外筒体２２ａと内筒体２２ｂとから構成され、外筒体２２ａの内周面に嵌合される内筒体２２ｂは、円筒形状の磁石材料で形成され、等ピッチ間隔で交互にＮ極とＳ極が螺旋状に着磁されており、軸２１は、第１の実施例と同様に、磁性材料により製作され、内筒体２２ｂの螺旋状に着磁されたＮ極とＳ極と同じピッチ間隔、同じリード角で２条のねじ山を外周に形成し、ねじ溝に非磁性体２４を埋め込んで構成する。そして、ナット体２２の軸心方向の両側に軸２１が挿通可能な内径を有する空気供給部材２６、２６を取り付け、これらの空気供給部材２６に放射状に貫通する複数の空気供給孔２７、２７…をそれぞれ設けてあり、これらの空気供給孔２７を介して外部の圧縮空気供給源（図示しない）から所定のレベルに設定された圧縮空気を軸２１とナット体２２の間に供給する。これにより、軸２１とナット体２２の間に圧縮空気層を形成する。この圧縮空気層の空気圧により、軸２１とナット体２２との間に微小間隔を維持することができ、前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。また、空気供給部材２６、２６は図示しないねじ等の固定手段によってナット体２２に着脱可能に取り付けることができる。したがって、従来の磁気ねじ機構にも後付けで空気供給部材を取り付けることが可能であり、従来のねじ機構にも簡単に本発明を適用することができる。
【００３２】また、本発明の磁気ねじの第４の実施例について図６を参照して説明する。
【００３３】図６に図示する第４の実施例は、ナット体３２の内筒体３２ｂに螺旋状の着磁体を構成するとともに、軸３１の外軸３１ｂにも同様にナット体３２の螺旋状の着磁体と同ピッチ間隔、同リード角の螺旋状の着磁体を構成した磁気ねじにおいて、ナット体３２の軸心方向の両側に軸３１が挿通可能な内径を有する空気供給部材３６、３６を取り付け、これらの空気供給部材３６、３６に放射状に貫通する複数の空気供給孔３７、３７…をそれぞれ設けたものである。
【００３４】本実施例の磁気ねじにおいては、軸３１の磁極とナット体３２の磁極の異極同士が内外に相対向しているために、軸３１の磁極とナット体３２の磁極との間に大きな吸引力が働くことになり、軸３１の回転運動を大きな伝達トルクでナット体３２の直線運動に変換することができ、さらに、空気供給部材３６の空気供給孔３７を介して外部の圧縮空気供給源（図示しない）から所定のレベルに設定された圧縮空気を軸３１とナット体３２の間に供給することにより、軸３１とナット体３２の間に圧縮空気層を形成する。したがって、本実施例の磁気ねじにおいても、前述した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】前述した本発明の磁気ねじは、半導体製造工程に使用される露光装置や各種精密加工機あるいは各種精密測定器等に使用されるステージ装置に組み込むことができ、その際には、磁気ねじの軸に駆動モーター等の駆動源を連結し、ナット体にステージを取り付ける。駆動源の作動により軸を正転あるいは逆転方向に回転させることにより、ナット体はリニアガイドに案内されて軸心方向に移動し、ナット体に取り付けられているステージを軸心方向に移動させることができる。本発明の磁気ねじは、軸とナット体は非接触の状態で駆動されるために、摩擦による部材の摩耗、摩耗粉、摩擦熱等の問題を解消するとともに、パーチクルの発生がほとんどなく、本発明の磁気ねじを用いたステージ装置は、クリーンな搬送システムが要求される装置に特に有用である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、圧縮空気を軸とナット体との間に供給することにより、軸とナット体との間に圧縮空気層を形成することができ、軸の回転運動を磁力の作用によってナット体の直線運動に変換するときに軸とナット体との間を非接触の状態に維持することが可能となる。これにより、軸とナット体の接触による摩耗や摩耗粉、摩擦熱、騒音等の問題を解消することができ、パーチクルの発生がほとんどなく、耐久性の高いクリーンな搬送システムを構築することができる。さらに、圧縮空気を軸とナット体との間に供給しているために磁気ねじ内部へのパーチクルの進入を防ぐことができ、軸やナット体に対する鉄粉やその他の粉塵等の付着を防止することができ、磁気ねじの耐久性を向上させる。
【００３７】また、軸とナット体の製作にあたっても、両者を円筒状に平滑に加工することにより製作することができるので、従来の静圧空気送りねじに比べて容易に製作することが可能となる。
【００３８】そして、本発明の磁気ねじを用いたステージ装置は、摩擦による部材の摩耗、摩耗粉、摩擦熱等を発生することがなく、クリーンな搬送システムが要求される装置に特に有用である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月１２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 善朗
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３０２９８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月２７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４６２１１ |
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