特開 2025-22446 駆動装置、位置決め装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025022446

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】駆動装置、位置決め装置

(51)【国際特許分類】

   G12B 5/00 20060101AFI20250206BHJP

【ＦＩ】

G12B5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023127026

(22)【出願日】2023-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】和田 康太郎

(72)【発明者】

【氏名】篠平 大輔

【テーマコード（参考）】

2F078

【Ｆターム（参考）】

2F078CA04

2F078CA10

2F078CB08

2F078CB15

2F078CC01

2F078CC02

(57)【要約】

【課題】直線駆動と回転駆動を適切に両立させられる駆動装置等を提供する。
【解決手段】アクチュエータ１は、軸方向Ｔに直線駆動され、当該軸方向Ｔの周りに回転駆動される被駆動部材２であって、当該軸方向Ｔ視の断面が多角形状の角軸部２１を備える被駆動部材２と、被駆動部材２における少なくとも角軸部２１を直線駆動可能に支持しながら回転駆動される軸受部材３であって、当該角軸部２１が貫通する軸方向Ｔ視の断面が多角形状の角孔部３１を備える軸受部材３と、を備える。角軸部２１の外周面と角孔部３１の内周面の間には流体軸受が形成され、角孔部３１の内周面には、流体軸受を形成する流体が供給される流体軸受溝が形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に直線駆動され、当該軸方向の周りに回転駆動される被駆動部材であって、当該軸方向視の断面が多角形状の角軸部を備える被駆動部材と、
前記被駆動部材における少なくとも前記角軸部を直線駆動可能に支持しながら回転駆動される軸受部材であって、当該角軸部が貫通する前記軸方向視の断面が多角形状の角孔部を備える軸受部材と、
を備え、
前記角軸部の外周面と前記角孔部の内周面の間には流体軸受が形成され、
前記角孔部の内周面には、前記流体軸受を形成する流体が供給される流体軸受溝が形成される、
駆動装置。

【請求項2】

シリンダ部材を備え、
前記被駆動部材は、前記シリンダ部材の内部における流体の圧力によって直線駆動されるピストン部を備える、
請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記軸受部材は、前記シリンダ部材に対して、前記軸方向の周りに回転可能に設けられる、請求項２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記軸受部材を回転駆動するモータを備える、請求項３に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記流体軸受溝は、前記軸方向における前記ピストン部側の一端部が前記シリンダ部材の内部に開放されており、他端部が閉塞されている、請求項２から４のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項6】

前記一端部と前記他端部の間で前記軸方向に沿って延びる複数の前記流体軸受溝が並行的に設けられる、請求項５に記載の駆動装置。

【請求項7】

前記シリンダ部材および前記ピストン部の前記軸方向視の断面は、いずれも円状である、請求項２から４のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項8】

前記角軸部の多角形状および前記角孔部の多角形状は、いずれも矩形状である、請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項9】

前記流体軸受溝は、前記軸方向に沿って延びる、請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項10】

対象物を回転方向に位置決めする位置決め装置であって、
前記対象物が取り付けられ、軸方向に直線駆動され、当該軸方向の周りの前記回転方向に回転駆動される被駆動部材であって、当該軸方向視の断面が多角形状の角軸部を備える被駆動部材と、
前記被駆動部材における少なくとも前記角軸部を直線駆動可能に支持しながら回転駆動される軸受部材であって、当該角軸部が貫通する前記軸方向視の断面が多角形状の角孔部を備える軸受部材と、
を備え、
前記角軸部の外周面と前記角孔部の内周面の間には流体軸受が形成され、
前記角孔部の内周面には、前記流体軸受を形成する流体が供給される流体軸受溝が形成される、
位置決め装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体チップを基板上に実装する技術が開示されている。具体的には、半導体チップが下端部に取り付けられたＺ方向（鉛直方向）に長尺のツールまたはツールホルダを、当該Ｚ方向に下降させることで下方のステージに支持されている基板上に半導体チップを実装する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００２／４９０９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、軸状のツールホルダ（１７）を支持する静圧空気軸受（１８）が、ツールのＺ方向の昇降（上下動）のみを許容し、Ｚ軸の周りの回転を禁止するように設けられている。このため、ツールに半導体チップを取り付ける際に生じうる回転位置または回転角度の誤差を適切に補正できない。Ｚ軸の周りの回転も許容するように静圧空気軸受を設けることも可能であるが、このような非接触軸受を採用する構成では、ツールの直線駆動と回転駆動を適切に両立させることが難しい。

【0005】

本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、直線駆動と回転駆動を適切に両立させられる駆動装置等を提供することを一つの目的とする。

【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、本開示のある態様の駆動装置は、軸方向に直線駆動され、当該軸方向の周りに回転駆動される被駆動部材であって、当該軸方向視の断面が多角形状の角軸部を備える被駆動部材と、被駆動部材における少なくとも角軸部を直線駆動可能に支持しながら回転駆動される軸受部材であって、当該角軸部が貫通する軸方向視の断面が多角形状の角孔部を備える軸受部材と、を備える。角軸部の外周面と角孔部の内周面の間には流体軸受が形成され、角孔部の内周面には、流体軸受を形成する流体が供給される流体軸受溝が形成される。

【0007】

本態様では、被駆動部材における角軸部および軸受部材における角孔部の軸方向視の断面が、いずれも多角形状（例えば、略相似）になっている。このような軸受部材が回転駆動されると、その角孔部内の角軸部（すなわち、被駆動部材）も空回りすることなく実質的に一体的に回転駆動される。そして、角孔部を含む軸受部材は、角軸部を含む被駆動部材を直線駆動可能に支持する。ここで、角孔部の内周面に形成される流体軸受溝によって、角軸部の外周面と角孔部の内周面の間に、直線駆動および回転駆動を適切に支持する流体軸受が形成される。

【0008】

本開示の別の態様は、位置決め装置である。この位置決め装置は、対象物を回転方向に位置決めする位置決め装置であって、対象物が取り付けられ、軸方向に直線駆動され、当該軸方向の周りの回転方向に回転駆動される被駆動部材であって、当該軸方向視の断面が多角形状の角軸部を備える被駆動部材と、被駆動部材における少なくとも角軸部を直線駆動可能に支持しながら回転駆動される軸受部材であって、当該角軸部が貫通する軸方向視の断面が多角形状の角孔部を備える軸受部材と、を備える。角軸部の外周面と角孔部の内周面の間には流体軸受が形成され、角孔部の内周面には、流体軸受を形成する流体が供給される流体軸受溝が形成される。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本開示に包含される。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、直線駆動と回転駆動を適切に両立させられる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】アクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。

【図2】被駆動部材における角軸部およびピストン部のみを抜粋して示す斜視図である。

【図3】図１のＡ－Ａ断面を簡略的に示す。

【図4】図３のＢ－Ｂ断面を簡略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態（以下では実施形態とも表される）について詳細に記述する。記述および／または図面においては、同一または同等の構成要素、部材、処理等に同一の符号を付して重複する記述を省略する。図示される各部の縮尺や形状は、記述の簡易化のために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本開示の範囲を何ら限定するものではない。実施形態において提示される全ての特徴やそれらの組合せは、必ずしも本開示の本質的なものであるとは限らない。実施形態は、便宜的に、それを実現する機能毎および／または機能群毎の構成要素に分解されて提示される。但し、実施形態における一つの構成要素が、実際には別体としての複数の構成要素の組合せによって実現されてもよいし、実施形態における複数の構成要素が、実際には一体としての一つの構成要素によって実現されてもよい。

【0013】

図１は、本開示に係る駆動装置または位置決め装置の実施形態であるアクチュエータ１の構成を模式的に示す断面図である。アクチュエータ１は、被駆動部材２を、図示される直線駆動方向Ｔ（図１における上下方向）に直線駆動し、図示される回転駆動方向Ｒに回転駆動する駆動装置である。直線駆動方向Ｔは、例えば、略柱状の被駆動部材２の中心軸の方向であり、以下では軸方向Ｔとも表される。また、回転駆動方向Ｒは、直線駆動方向Ｔまたは軸方向Ｔの周りの周方向であり、以下では回転方向Ｒとも表される。以下の説明では、「上」および「下」の語を、軸方向Ｔでもある図１における「上」および「下」の方向を表すものとして便宜的に使用する。これらの語は、アクチュエータ１の設置方向または軸方向Ｔを例えば鉛直方向に限定するものではなく、アクチュエータ１の設置方向または軸方向Ｔは駆動目的に応じて任意である。

【0014】

アクチュエータ１は、被駆動部材２の下端部に取り付けられる半導体デバイス（典型的には、半導体チップ）等の不図示の対象物を、回転方向Ｒに位置決めする位置決め装置を構成してもよい。例えば、アクチュエータ１または位置決め装置は、半導体デバイスを回転方向Ｒにおける所望の回転位置または回転角度に位置決めした上で、被駆動部材２ごと軸方向Ｔに沿って下降させ、不図示の実装基板等に実装する実装装置（半導体実装装置）を構成するものでもよい。

【0015】

アクチュエータ１は、主に、被駆動部材２と、軸受部材３と、シリンダ部材４と、を備える。後述するように、被駆動部材２は、シリンダ部材４の内部における加圧空気等の流体の圧力によって、軸方向Ｔに沿って直線駆動される。また、後述するように、被駆動部材２は、モータ９によって回転駆動される軸受部材３を介して、回転方向Ｒに沿って（すなわち、軸方向Ｔの周りに）回転駆動される。

【0016】

全体として軸方向Ｔに沿って長尺の略柱状の被駆動部材２は、図１における下から上に向かって、角軸部２１と、ピストン部２２と、センサロッド部２３と、を順に備える。図２は、角軸部２１およびピストン部２２のみを抜粋して示す斜視図である。

【0017】

角軸部２１は、図１のＡ－Ａ断面を簡略的に示す図３（被駆動部材２（角軸部２１）および軸受部材３の一部のみが示される）に模式的に示されるように、軸方向Ｔ視の断面が多角形状に形成される。角軸部２１の多角形状は任意であるが、図示の例では矩形状または正方形状である。軸受部材３は、被駆動部材２における角軸部２１が貫通する軸方向Ｔ視の断面が多角形状の角孔部３１を備える。角孔部３１の多角形状は任意であるが、角軸部２１の多角形状と略相似であるのが好ましく、図示の例では矩形状または正方形状である。ここで、角軸部２１が角孔部３１の内部を軸方向Ｔに貫通できるように、角孔部３１の多角形状は角軸部２１の多角形状より好ましくは僅かに大きく形成されている。

【0018】

角軸部２１の外周面と角孔部３１の内周面の間の僅かな隙間（図３では誇張されて示されている）には、加圧空気等の流体が供給されて流体軸受５が形成される。また、後述されるように、角孔部３１の内周面には、加圧空気等の流体が供給される一または複数の流体軸受溝３２が形成される。

【0019】

図１において、角軸部２１の上方に設けられる一または複数のピストン部２２は、シリンダ部材４における円筒状のシリンダ本体４１の内部に収容される。シリンダ本体４１およびピストン部２２（図２）の軸方向Ｔ視の断面は、いずれも円状である。図２に示されるように、円状断面におけるピストン部２２の径またはサイズは、多角形状断面における角軸部２１の径またはサイズより有意に大きい。あるいは、断面視（軸方向Ｔ視）において、角軸部２１の多角形状断面はピストン部２２の円状断面に包含される。図示の例では、角軸部２１の多角形状断面が、ピストン部２２の円状断面に内接している。

【0020】

図１において、円筒状のシリンダ本体４１の内部の略円柱状の空間は、ピストン部２２によって上下に区画される。シリンダ本体４１の内部におけるピストン部２２の上方の空間は、ピストン部２２（被駆動部材２）の直線駆動のために圧力を制御可能な圧力制御室８である。例えば、不図示の流体給排部によって圧力制御室８内の流体の量を制御することで、当該圧力制御室８内の圧力を制御できる。圧力制御室８に加えてまたは代えて、シリンダ本体４１の内部におけるピストン部２２の下方の空間が、ピストン部２２（被駆動部材２）の直線駆動のために圧力を制御可能な第２圧力制御室８１として構成されてもよい。圧力制御室８と同様に、例えば、不図示の流体給排部によって第２圧力制御室８１内の流体の量を制御することで、当該第２圧力制御室８１内の圧力を制御できる。

【0021】

シリンダ本体４１の内部における上方空間である圧力制御室８は、シリンダ部材４における上蓋部４２によって上方から実質的に閉塞されている。上蓋部４２の下端面４２１は、ピストン部２２の上方移動限界を定めてもよい。また、シリンダ本体４１の内部における下方空間である第２圧力制御室８１は、軸受部材３によって下方から実質的に閉塞されている。これは、図１に示されるように、軸受部材３における多角形状の角孔部３１の径またはサイズが、円状のピストン部２２の径またはサイズより有意に小さいためである。軸受部材３の上端面３３は、ピストン部２２の下方移動限界を定めてもよい。

【0022】

図１において、ピストン部２２の上方に設けられるセンサロッド部２３は、ピストン部２２の上端面の好ましくは中央から、上方に向かって円柱状または棒状に形成される。シリンダ部材４における上蓋部４２には、被測位部としてのセンサロッド部２３が挿入される、軸方向Ｔに沿って長尺の測位穴４２２が形成されている。そして、測位穴４２２の好ましくは下端部における内周面には、センサロッド部２３に対向して、その軸方向Ｔにおける位置を測定する測位部としてのセンサコイル４２３が設けられる。

【0023】

例えば、センサロッド部２３の外周面には、軸方向Ｔに沿って、センサコイル４２３によって磁気的に検出可能な所定ピッチの磁気スケールが設けられる。センサコイル４２３による検出値または計数値は、センサロッド部２３（すなわち、被駆動部材２全体）の軸方向Ｔにおける位置または変位を表す。このように、被測位部としてのセンサロッド部２３および測位部としてのセンサコイル４２３によって、角軸部２１およびピストン部２２を含む被駆動部材２全体の軸方向Ｔにおける位置を把握できる。

【0024】

以上のように、被駆動部材２は、シリンダ部材４の内部における加圧空気等の流体の圧力によって、軸方向Ｔに沿って直線駆動される。具体的には、シリンダ部材４におけるシリンダ本体４１の内部に収容されるピストン部２２が、上方の圧力制御室８および／または下方の第２圧力制御室８１における流体の圧力によって軸方向Ｔに沿って直線駆動される。ピストン部２２（被駆動部材２）の軸方向Ｔにおける最大移動距離（ストローク）は、シリンダ本体４１の上端部に設けられる上蓋部４２の下端面４２１（上方移動限界）と、シリンダ本体４１の下端部に設けられる軸受部材３の上端面３３（下方移動限界）によって定められる。被駆動部材２の軸方向Ｔにおける位置は、センサロッド部２３を測位するセンサコイル４２３によって把握される。

【0025】

被駆動部材２が軸方向Ｔに沿って直線駆動される際、被駆動部材２における角軸部２１は、軸受部材３における角孔部３１の内部を軸方向Ｔに沿って上下動する。ここで、図３に示されるように、角軸部２１の外周面と角孔部３１の内周面の間には、加圧空気等の流体が供給されて流体軸受５が形成されているため、角軸部２１は、角孔部３１の内周面と実質的に非接触で、軸方向Ｔに沿って円滑に移動または摺動できる。なお、流体軸受５を形成するための加圧空気等の流体は、例えば前述の第２圧力制御室８１を通じて供給されてもよい。このように、軸受部材３における角孔部３１は、被駆動部材２における角軸部２１を直線駆動可能に支持する。

【0026】

図３に示されるように、角孔部３１の内周面には、加圧空気等の流体が供給される一または複数の流体軸受溝３２が形成される。また、図３のＢ－Ｂ断面を簡略的に示す図４に模式的に示されるように、一または複数の流体軸受溝３２は、対向する角軸部２１の直線駆動を効果的に支持するために、軸方向Ｔ（図４における上下方向）に沿って延びるのが好ましい。但し、少なくとも一つの流体軸受溝３２は、軸方向Ｔに交差する方向（例えば、図４における左右方向）に延びていてもよい。また、角孔部３１の各内周面（例えば、矩形状断面を有する本実施形態に係る角孔部３１は、四つの内周面を有する）に設けられる流体軸受溝３２の数は任意であり、図４に示されるように３個でもよいし、０個でもよいし（少なくとも一つの他の内周面に流体軸受溝３２が設けられる）、１個でもよいし、２個でもよいし、４個以上でもよい。

【0027】

図４に模式的に示されるように、角孔部３１の各内周面において、一端部としての上端部３２１と他端部としての下端部３２２の間で軸方向Ｔに沿って延びる複数の流体軸受溝３２が、並行的または平行的に設けられてもよい。ここで、各流体軸受溝３２は、軸方向Ｔにおけるピストン部２２（図１）側の上端部３２１が、シリンダ部材４におけるシリンダ本体４１（図１）の内部（または、第２圧力制御室８１）に開放されている。このため、第２圧力制御室８１内の加圧空気等が、各流体軸受溝３２内に効果的に供給されて、流体軸受５が確実に形成される。一方、各流体軸受溝３２の軸方向Ｔにおける下端部３２２は閉塞されており、各流体軸受溝３２内の加圧空気等がシリンダ部材４の外部に漏れないようになっている。

【0028】

これらの流体軸受溝３２は、軸受部材３における角孔部３１の内周面ではなく、被駆動部材２における角軸部２１の外周面に形成されてもよい。しかし、この場合、図２に示されるように長尺の角軸部２１の外周面に、少なくとも被駆動部材２の軸方向Ｔにおけるストロークの長さに亘って流体軸受溝３２を形成する必要がある。これに対して、軸受部材３における角孔部３１の内周面に流体軸受溝３２を形成する場合は、被駆動部材２の軸方向Ｔにおけるストロークの長さによらず、図４に示されるように角孔部３１（軸受部材３）の軸方向Ｔにおける略全長に亘って流体軸受溝３２を形成すればよい。また、被駆動部材２における角軸部２１の外周面に流体軸受溝３２を形成する場合、図４における下端部３２２のように加圧空気等を流体軸受溝３２および／またはシリンダ部材４の内部に留めることが難しい。これらの点を考慮すると、流体軸受溝３２は、図４に示されるように、軸受部材３における角孔部３１の内周面に設けられるのが好ましい。

【0029】

図２に示されるように、以上のような流体軸受溝３２と同様の流体軸受溝２２１、２２２が、ピストン部２２の外周面に設けられてもよい。

【0030】

図示の例における二つのピストン部２２のうち、上側の第１ピストン部２２の外周面には、上端部が開放されて下端部が閉塞された、軸方向Ｔに沿って延びる一または複数の第１流体軸受溝２２１が、周方向に沿って設けられる。ここで、第１流体軸受溝２２１の上端部は、圧力制御室８に開放されている。このため、圧力制御室８内の加圧空気等が、第１流体軸受溝２２１内に効果的に供給されて、第１ピストン部２２の外周面とシリンダ本体４１の内周面の間に流体軸受が確実に形成される。

【0031】

図示の例における二つのピストン部２２のうち、下側の第２ピストン部２２の外周面には、下端部が開放されて上端部が閉塞された、軸方向Ｔに沿って延びる一または複数の第２流体軸受溝２２２が、周方向に沿って設けられる。ここで、第２流体軸受溝２２２の下端部は、第２圧力制御室８１に開放されている。このため、第２圧力制御室８１内の加圧空気等が、第２流体軸受溝２２２内に効果的に供給されて、第２ピストン部２２の外周面とシリンダ本体４１の内周面の間に流体軸受が確実に形成される。

【0032】

以上のように、各ピストン部２２の外周面とシリンダ本体４１の内周面の間に形成される各流体軸受は、角軸部２１の外周面と角孔部３１の内周面の間に形成される流体軸受５と共に、被駆動部材２を直線駆動可能に支持する。

【0033】

続いて、図１を参照しながら、被駆動部材２を回転方向Ｒに沿って回転駆動するための機構について説明する。

【0034】

内周面における角孔部３１および／または流体軸受５によって被駆動部材２における角軸部２１を直線駆動可能に支持する軸受部材３の外周面は、ベルト９１を介してモータ９と連結される。ベルト９１は、図１における左端でモータ９の歯車等と噛合し、図１における右端で軸受部材３の歯車等と噛合することで、モータ９が発生させた回転動力を軸受部材３に伝達する。この結果、軸受部材３が、モータ９によって、回転方向Ｒに沿って回転駆動される。

【0035】

図３に示されるように、被駆動部材２における角軸部２１および軸受部材３における角孔部３１の軸方向視の断面が、いずれも多角形状になっている。このような軸受部材３がモータ９によって回転駆動されると、その角孔部３１内の角軸部２１（すなわち、被駆動部材２）が流体軸受５を介して空回りすることなく実質的に一体的に回転駆動される。

【0036】

なお、図１に示されるように、軸受部材３の外周面と、シリンダ部材４において下側に突出する突出部４３の内周面の間には、転がり軸受等の任意のタイプの回転軸受６が設けられる。回転軸受６のために、モータ９によって一体的に回転駆動される軸受部材３および被駆動部材２が、シリンダ部材４に対して回転方向Ｒに沿って円滑に回転できる。

【0037】

以上、本開示を実施形態に基づいて説明した。例示としての実施形態における各構成要素や各処理の組合せには様々な変形例が可能であり、そのような変形例が本開示の範囲に含まれることは当業者にとって自明である。

【0038】

なお、実施形態で説明した各装置や各方法の構成、作用、機能は、ハードウェア資源またはソフトウェア資源によって、あるいは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働によって実現できる。ハードウェア資源としては、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種の集積回路を利用できる。ソフトウェア資源としては、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

【符号の説明】

【0039】

１ アクチュエータ、２ 被駆動部材、３ 軸受部材、４ シリンダ部材、５ 流体軸受、９ モータ、２１ 角軸部、２２ ピストン部、３１ 角孔部、３２ 流体軸受溝。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】