揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージ
【課題】揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージにおいて、小型化に適し、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができるようにする。
【解決手段】球状ジョイント部３０ｂが設けられた可動軸３０と、軸受本体９との組合せからなる揺動軸受３であって、軸受本体９は、球状ジョイント部３０ｂを球中心点回りにすべり支持する凹球面部８ｂ、内側球面部７ａと、可動軸３０を揺動可能に挿通させるための開口部７ｃと、開口部７ｃの近傍の外表面側に、凹球面部８ｂ、内側球面部７ａと同心に形成された外側球面部７ｂと、凹球面部８ｂの一部に開口し、潤滑流体６を供給する流体供給溝８ｄとを備え、可動軸３０は、球状ジョイント部３０ｂ近傍で、軸部３０ａに径方向に突出して固定され、開口部７ｃを覆った状態で外側球面部７ｂに摺動可能に密着された流体封止部材３１を備える。
【解決手段】球状ジョイント部３０ｂが設けられた可動軸３０と、軸受本体９との組合せからなる揺動軸受３であって、軸受本体９は、球状ジョイント部３０ｂを球中心点回りにすべり支持する凹球面部８ｂ、内側球面部７ａと、可動軸３０を揺動可能に挿通させるための開口部７ｃと、開口部７ｃの近傍の外表面側に、凹球面部８ｂ、内側球面部７ａと同心に形成された外側球面部７ｂと、凹球面部８ｂの一部に開口し、潤滑流体６を供給する流体供給溝８ｄとを備え、可動軸３０は、球状ジョイント部３０ｂ近傍で、軸部３０ａに径方向に突出して固定され、開口部７ｃを覆った状態で外側球面部７ｂに摺動可能に密着された流体封止部材３１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料または部品等の載置物を移動台に保持し、移動台を適宜平行移動、回転移動させて、載置物を空間上の所定位置、姿勢に移動させるため、パラレルリンク機構を用いた移動ステージが知られている。
このような移動ステージとして、例えば、特許文献１には、伸縮機構を介して伸縮可能に連結された２つのリンク素子からなりる６本のリンクを、移動台と固定台との間に、パラレルリンク機構支持用軸受を介して揺動可能に配置し、それぞれ２本ずつのペアで、移動台の周方向の３箇所で、パラレルリンクを構成し、各リンクの伸縮量を制御して、固定台に対して、移動台を所定位置に移動させるとともに、所定の向きに傾けるようにした移動装置が記載されている。
この移動装置のパラレルリンク機構に用いるパラレルリンク機構支持用軸受（揺動軸受）は、外輪と内輪との間に保持器で保持されたボールを、外輪および内輪に形成された係合溝に沿って転動させることで、リンク素子の軸を任意方向に傾動可能に保持するものである。
【特許文献１】特開２００１−１６５１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、パラレルリンク機構の回転ジョイントとして、内輪および外輪内の係合溝に対してボールが転動するボール軸受で構成された揺動軸受を用いているが、ボールと係合溝との加工精度と組み付け精度による誤差があるため、あまり高精度が求められる用途には使用できないという問題がある。例えば、レンズ形状評価装置等などでは、サブミクロンの移動精度が必要になる場合があり、このような高精度の用途には使用できないか、使用に堪えるものを製作しようとすれば、多大な製造コストがかかってしまう。
また、一般にボール軸受では、移動精度を向上するために、予圧を行って軸受剛性を上げることが行われる。ところが、予圧された軸受では、駆動負荷が増大したり、ボールや接合溝の磨耗が進行しやすくなったりするおそれがある。そのため、円滑な駆動や経時の安定動作を保証することが難しいという問題がある。
また、ボール軸受では、微小なボールを高精度に加工することが難しいため、軸受のサイズをあまり小さくすることができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、小型化に適し、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができる揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被支持部材に軸部が一体もしくは着脱可能に連結され、この軸部の連結部分と反対側の端部に球状ジョイント部が設けられた可動軸と、前記球状ジョイント部の球中心点回りに前記可動軸を揺動可能に支持する軸受本体との組合せからなる揺動軸受であって、前記軸受本体は、前記球状ジョイント部を内包して前記球中心点回りにすべり支持する凹状球面部と、前記可動軸を揺動可能に挿通させるため、前記可動軸の軸部の外径より大きく、かつ前記球状ジョイント部の球面の外径よりも小さい内径を有する略円状の開口部と、該開口部の近傍の外表面側に、前記凹状球面部と同心に形成された凸状球面部と、前記凹状球面部の一部に開口し、前記凹状球面部と前記球状ジョイント部との間を潤滑するための流体を供給する流体供給溝とを備え、前記可動軸は、前記球状ジョイント部の近傍で、前記軸部に対して該軸部の径方向に突出して固定され、前記軸受本体の開口部を覆った状態で前記軸受本体の凸状球面部に対して摺動可能に密着された流体封止部を備える構成とする。
この発明によれば、軸受本体の開口部に可動軸の軸部を挿通した状態で、凹状球面部に沿って、可動軸の端部に設けられた球状ジョイント部を配置し、凹状球面部と球状ジョイント部の間に流体供給溝から流体を供給すると、流体封止部によって、揺動範囲において開口部から流出しようとする流体を封止することができる。このため、球状ジョイント部と凹状球面部との間の流体の静圧が保たれ、球状ジョイント部をその球中心点回りにすべり支持することができる。このため、例えばボールなどの転動接触部材を介することなく、可動軸を軸受本体の開口部内で揺動させることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の揺動軸受において、前記流体供給溝は、前記流体の逆流防止弁を備える構成とする。
この発明によれば、流体供給溝に逆流防止弁を備えるので、球状ジョイント部と凹状球面部との間の流体の静圧を安定させることができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の揺動軸受において、前記流体供給溝の開口の中心は、前記可動軸の揺動中心軸上に配置されている構成とする。
この発明によれば、流体供給溝の開口の中心が、可動軸の揺動中心軸上に配置されているので、球状ジョイント部及び凹状球面部に対して、各揺動方向にバランスよく流体を供給することができる。そのため、潤滑状態が良好となり、可動軸を安定して揺動させることができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の揺動軸受において、前記流体封止部は、少なくとも前記凸状球面部との摺接部が、前記凸状球面部に付勢された弾性体からなる構成とする。
この発明によれば、流体封止部が少なくと凸状球面部との摺接部において、凸状球面部に付勢された弾性体からなるため、流体封止部が凸状球面部と円滑に摺動しつつ、流体を封止することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の揺動軸受において、前記流体封止部は、前記軸部に設けられた付勢手段により前記凸状球面部に付勢されている構成とする。
この発明によれば、流体封止部が軸部上に設けられた付勢手段によって凸状球面部に付勢されるので、付勢力が安定して流体封止部に伝達される。このため、付勢手段の付勢力を適宜設定することで、流体を安定して封止することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、パラレルリンク機構において、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受をリンク機構の回転ジョイントとして用いた構成とする。
この発明によれば、回転ジョイントとして、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を用いるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、ワークを保持する保持台を有し、該保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって、平行移動および回動可能に支持する移動ステージであって、前記パラレルリンク機構は、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を回転ジョイントとして用いてなる構成とする。
この発明によれば、保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって平行移動および回動可能に保持し、パラレルリンク機構の回転ジョイントとして、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を用いるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージによれば、可動軸の球状ジョイント部が軸受本体の凹状球面部によって流体を介してすべり支持されるので、小型化に適し、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受について、それを用いたパラレルリンク機構および移動ステージとともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な平面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の構成を示す模式的な部分断面図である。
【００１５】
本実施形態の移動ステージ１００は、図１、２に示すように、平面視円環状の基台（固定台）１の上部に、それぞれリンク４（被支持部材）、リンク４の両端側に連結される一対の揺動軸受３、揺動軸受３のうちの下端側に連結される直動機構２とで構成されたリンク機構を６個並列に配列したパラレルリンク機構６０が設けられ、このパラレルリンク機構６０によって、平面視円環状とされた保持台（移動台）５が平行移動および回動可能に支持されてなるものである。
本実施形態では、基台１、保持台５の外径は、それぞれＤ１、Ｄ２（ただし、Ｄ１＞Ｄ２）としている。
【００１６】
リンク４は、例えば、金属、合成樹脂、あるいはそれらの複合材などからなる棒状部材であり、その両端部がそれぞれ揺動軸受３の軸部３０ａに固定されている。
保持台５は、図１に示すように、図示下側に縮径する略円錐台状の外形を有し、その中心に円状（リング状）の孔部５ｄが貫通されている。そして、上面側には被保持物を保持する保持面５ａと、被保持物を固定する一対の固定部５ｂとを備え、下側に円錐台状の斜面部にはリンク４に連結された一方（上端側）の揺動軸受３を固定する軸受取付部５ｃが設けられている。
軸受取付部５ｃは、図２に破線で示すように、平面視で保持面５ａを周方向に略３等分する各位置の近傍に２つずつ近接して設けられている。このため、保持台５は、パラレルリンク機構６０の６つのリンク機構によって、略３点支持されている。
このように、保持台５は、孔部５ｄを備え、保持台５の下側の周縁部でパラレルリンク機構６０に保持されることにより、例えば、鏡枠にレンズ系が組み込まれた状態のレンズユニットなど中心部に光線を通したりする必要のある被保持物を保持するのに好適となっている。
【００１７】
直動機構２は、基台１上に設置されその上面側が基台１の中心方向に向かって図示斜め上方に傾斜する傾斜面となっている直動機構取付部１ａ上に固定されたスライドガイド２ａと、スライドガイド２ａの不図示のガイド面に沿って、直動機構取付部１ａの傾斜面に略平行な角度で基台１の径方向に直線移動可能に設けられたスライダ２ｂとを備える。
スライダ２ｂは、不図示の制御手段によって、１軸方向に位置移動できるもので、例えば、不図示のリニアモータや適宜のアクチュエータなどを用いて位置移動することができる。
スライダ２ｂの上面の下端側には、リンク４の他端（下端側）に連結された揺動軸受３を固定するための凸のブロック状の軸受台２ｃが、例えばボルトなどによって固定されている。
なお、スライドガイド２ａの両側にはそれぞれＬ字形の取付座がボルトで取り付けられており、スライダ２ｂがスライドガイド２ａに対して移動した際のスライダ２ｂの移動量（移動位置）を検出するためのセンサ、およびスライダ２ｂが移動した際のその上限位置または下限位置でスライダ２ｂの移動を強制的に停止させるための一対のストッパが、それぞれＬ字形の取付座に配置されている。
【００１８】
揺動軸受３の概略構成は、図３（ａ）に示すように、軸部３０ａを有する可動軸３０、可動軸３０の端部を収容する軸受本体９および軸受本体９内に流体を封止する流体封止部材３１（流体封止部）からなり、軸受本体９内部に供給された潤滑流体６（流体）によって可動軸３０を揺動可能、かつ可動軸３０の中心軸回りに回転可能にすべり支持するものである。
可動軸３０は、リンク４（図１参照）と連結された軸部３０ａと、軸部３０ａのリンク４とは反対側の端部に球面（球形状）を有するように形成された球状ジョイント部３０ｂからなる。リンク４と軸部３０ａとの連結は、一体化された連結でも、着脱可能な連結でもよい。
軸部３０ａ上には、球状ジョイント部３０ｂ側の近傍に、凹面側が劣弧を有する球殻形状の流体封止部材３１を螺合するための雄ネジ部３０ｃが形成されている。
【００１９】
軸受本体９は、軸受台２ｃ、または軸受取付部５ｃに対して固定する際の取付面８ｇを有する受け台８と、受け台８の取付面８ｇと反対側に対向配置された蓋部材７とからなり、受け台８と蓋部材７との間に球状ジョイント部３０ｂを収容する。
【００２０】
受け台８は、取付面８ｇに対向する図示上面側の周囲に、取付面８ｇと平行な平面部８ａを備え、平面部８ａの中央部には、球状ジョイント部３０ｂの径よりわずかに大径を有する略半球面からなる凹球面部８ｂが内部側に形成されている。受け台８の平面視の外形形状は、特に図示しないが、適宜の形状を採用することができる。例えば、円形、矩形、多角形などで構成することができる。
受け台８は、平面部８ａ側において、凹球面部８ｂの外周側には、凹球面部８ｂの外周縁からわずかに離間して、凹球面部８ｂを囲む同心円状に、例えばＯリングなどからなるシール部材１１を配置するシール溝８ｃが設けられている。シール溝８ｃの深さは、シール部材１１の厚みよりも浅くなっており、シール部材１１をシール溝８ｃに配置した状態で、シール部材１１が平面部８ａの上側に突出するようになっている。
また、平面部８ａにおいて、シール溝８ｃの外周側には、蓋部材７を受け台８にボルト止めするための雌ネジ部８ｆが複数設けられている。
【００２１】
受け台８の凹球面部８ｂの底部の中央には、可動軸３０の揺動中心軸を中心に軸方向断面がコ字状の有底円筒状の流体供給溝８ｄが穿設されている。
流体供給溝８ｄの図示右側の側面には、流体供給管路８ｅの一端が接続され、流体供給管路８ｅの他端には、流体供給管路８ｅより大径で横方向に延ばされて受け台８の側方に貫通する円筒穴が設けられ、これにより弁室８ｈが構成されている。
【００２２】
弁室８ｈ内には、流体供給管路８ｅ側から圧縮コイルバネ１３、ボール１２、ボール１２の押え部材１４がこの順に配置されている。このような構成により、圧縮コイルバネ１３は、弁室８ｈの流体供給管路８ｅ側の段部に係止されて、軸方向に圧縮され、押え部材１４側にボール１２を付勢している。
押え部材１４は、軸方向に貫通する孔部１４ｂを備え、外周が弁室８ｈに螺合または内嵌された略円筒状部材である。そしてボール１２に対向する押え部材１４の先端面には、圧縮コイルバネ１３によって付勢されたボール１２を係止するすり鉢型の弁座部１４ａが設けられている。これにより、弁座部１４ａにボール１２が押圧されると、孔部１４ｂがボール１２によって塞がれ、弁室８ｈが密閉されるようになっている。このため、ボール１２は軸受本体９内の潤滑流体６の圧が上昇した場合に、潤滑流体６が孔部１４ｂに逆流しないようにする逆流防止弁を構成している。
【００２３】
蓋部材７は、受け台８に対向して位置合わせした状態で、可動軸３０の球状ジョイント部３０ｂを図示上方から押え、球状ジョイント部３０ｂを抜け止めしつつすべり支持するためのものであり、受け台８の平面部８ａに対向する平面部７ｆが下面側の周囲に形成されたフランジ部７Ｂと、フランジ部７Ｂの下面側の内周部から球状ジョイント部３０ｂに沿って円弧状に立ち上がり、立ち上がった円弧状の中心部にて開口する端部がすり鉢状に拡径するように傾斜された開口部７ｃを形成する球殻部７Ａとからなる。
【００２４】
フランジ部７Ｂには、受け台８の複数の雌ネジ部８ｆに対応して、それぞれボルト１０を挿通するためのボルト挿通孔７ｅが設けられている。
【００２５】
球殻部７Ａの内面側には、受け台８の凹球面部８ｂと同径の内側球面部７ａが形成されている。凹球面部８ｂと内側球面部７ａとは、球状ジョイント部３０ｂを内包してすべり支持する凹状球面部を構成している。
また、球殻部７Ａの外面側には、内側球面部７ａと同心球状の滑らかな外側球面部７ｂが開口部７ｃの外周を取り囲む一定の範囲に形成されている。この一定範囲は、可動軸３０の揺動時に後述する流体封止部材３１の外縁部が到達する範囲よりも広い範囲に設定される。
開口部７ｃは、軸部３０ａを挿通するもので、軸部３０ａの揺動範囲を規制している。開口部７ｃのすり鉢状の傾斜は、軸部３０ａの最大揺動時における軸部３０ａの側面の傾斜に合わせて設定されている（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
このような蓋部材７は、軸部３０ａが連結された球状ジョイント部３０ｂを受け台８の凹球面部８ｂに配置した後、軸部３０ａに蓋部材７の開口部７ｃを挿通し、平面部７ｆをシール溝８ｃ上に配置されたシール部材１１の上面に当接させ、ボルト挿通孔７ｅに挿通したボルト１０を平面部８ａと平面部７ｆとの隙間を一定値となるように締め込んで組み立てることで、受け台８に固定される。
この平面部８ａ、７ｆ間の隙間は、凹球面部８ｂと内側球面部７ａとの球中心が点Ｏに略一致するともに、シール部材１１が潤滑流体６を確実に封止できるように、圧縮される寸法に設定される。
【００２７】
流体封止部材３１は、このような組立状態の軸受本体９において、開口部７ｃと軸部３０ａとの間の隙間を、軸部３０ａの揺動時も含めて常時上方から覆い、球状ジョイント部３０ｂと、凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａとの間に供給される潤滑流体６を適宜の静圧状態に封止するために用いられるものである。
流体封止部材３１の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状とされ、この球殻の凹面には、外側球面部７ｂの球半径と同半径とされ表面が滑らかに仕上げられた封止面３１ａが形成されている（図４（ａ）参照）。
そして、図３（ａ）に示すように、流体封止部材３１は、雄ネジ部３０ｃに螺合され、外側球面部７ｂと摺動可能に密着された状態で、螺合位置が固定される。螺合位置の固定手段は、特に図示しないが、ボルト、ナット、ピン、キーなど適宜の固定手段を採用することができる。また、溶接や接着などによって固定してもよい。
流体封止部材３１の材質は、封止面３１ａが高精度に製作された高剛性の金属、セラミックス、合成樹脂などを採用することができる。
【００２８】
このような構成の移動ステージ１００の動作について、揺動軸受３の動作を中心に説明する。
まず、揺動軸受３は、上記のような位置関係に、揺動軸受３、軸受本体９、および流体封止部材３１が組み立てられた状態で、潤滑流体６を封入する。
潤滑流体６の材質としては、周知の軸受用の潤滑油、潤滑グリースから、必要な耐荷重に応じて、適宜粘度の材質を選定することができる。
【００２９】
潤滑流体６は、孔部１４ｂから適宜の注入装置によって軸受本体９内に圧送して封入する。孔部１４ｂから圧送された潤滑流体６は、ボール１２を弁室８ｈの内部側に押圧する。潤滑流体６の圧力が、圧縮コイルバネ１３の抗力を上回ると、ボール１２が弁室８ｈの内部側に移動し、潤滑流体６が弁室８ｈに流入する。
そして、流体供給管路８ｅを通って、流体供給溝８ｄに充填される。さらに、潤滑流体６の圧送を続けると、流体供給溝８ｄに充填された潤滑流体６は、凹球面部８ｂに沿って、内側球面部７ａと球状ジョイント部３０ｂとの間の隙間に侵入し、軸受本体９内に満たされる。このとき、流体供給溝８ｄの開口中心は、可動軸３０の揺動中心軸上に配置されているため、潤滑流体６は、揺動中心軸を中心として、対称的にバランスよく充填されていく。このため、潤滑流体６を軸受本体９内に偏りなく充填することができる。
また、揺動中心軸は、揺動軸受３が主要な荷重負荷を受ける方向であるため、その方向に流体供給溝８ｄを備えることで油膜切れなどが起こりにくくなる。
【００３０】
平面部７ｆ、８ａの間に充填される潤滑流体６は、シール部材１１によって封止される。
球状ジョイント部３０ｂと内側球面部７ａとの間に充填された潤滑流体６は、開口部７ｃ内に満たされ、流体封止部材３１によって封止される。
このようにして、球状ジョイント部３０ｂは、凹球面部８ｂ、内側球面部７ａに沿って、潤滑流体６によって凹球面部８ｂ、内側球面部７ａの球中心に球状ジョイント部３０ｂの球中心を略一致させた状態で内包されてすべり支持される。
この結果、軸部３０ａは、開口部７ｃの範囲で凹球面部８ｂ、内側球面部７ａの球中心Ｏを中心として揺動可能となっている。
この軸部３０ａの揺動時は、流体封止部材３１の封止面３１ａが、外側球面部７ｂ上で、潤滑流体６を封止した状態で摺動するので、潤滑流体６は軸受本体９および開口部７ｃ内に封止され、静圧が保持される。
【００３１】
このような揺動軸受３は、パラレルリンク機構６０の各リンク４の両端部において回転ジョイントを構成している。
したがって、６本の直動機構２を適宜量進退させることで、基台１に対して、保持台５の周方向の３箇所の位置を調整することが可能となり、各直動機構２の移動量の組合せにより、保持台５を平行移動、傾斜、または回動させることができる。
その際、揺動軸受３が、流体球面すべり軸受として構成されているため、可動軸３０の球状ジョイント部３０ｂが凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａに対して非接触保持されるので、磨耗が発生しにくく、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができる。
また、揺動軸受３を簡素な構造とすることができるので、小型化に適する。例えば、本実施形態では、球状ジョイント部３０ｂの球半径をＳＲ６ｍｍとすることで、基台１の外径Ｄ１がφ１２０ｍｍ、保持台５の外径Ｄ２がφ５０ｍｍ、保持台５の高さｈが９７ｍｍの移動ステージ１００を構成することができた。
このような移動ステージ１００は、揺動軸受３には、例えば、ボール軸受のように、ボール径やガイド溝の製作誤差などによる揺動のムラが発生しないので、サブミクロンオーダの移動精度を必要とするような移動ステージ、例えば、レンズ形状測定装置などに用いる移動ステージとして好適なものとなる。
【００３２】
次に、本実施形態の流体封止部の第１〜第４変形例について説明する。
図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の第１〜第４変形例の構成を示す模式的な部分断面図である。
【００３３】
第１変形例では、図４（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に代えて、構成が異なる流体封止部材３１０（流体封止部）を備える。
流体封止部材３１０の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状の弾性体で構成され、この球殻の内面側の外縁部が内側に突出して、外側球面部７ｂ上に密着する摺接部２２を形成している。このため、流体封止部材３１０の封止面３１０ａと蓋部材７の外側球面部７ｂとは、摺接部２２を除いては離間しており、摺接部２２より内側にくさび状隙間２１が形成された状態に位置決めされて、流体封止部材３１０が軸部３０ａに固定されている。
流体封止部材３１０の材質は、例えば、適宜の弾性を有する金属、合成樹脂、合成ゴムなどを採用することができる。
【００３４】
本変形例によれば、流体封止部材３１０の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、より確実な流体封止を行うことができる。
【００３５】
第２変形例では、図４（ｃ）に示すように、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に代えて、流体封止部として、流体封止部材３１１とシール３２０（弾性体）とからなる構成を備える。
流体封止部材３１１の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状の剛体で構成され、流体封止部材３１１の封止面３１１ａは、外側球面部７ｂから一定距離だけ球径方向外側に離間されている。
そして、流体封止部材３１１の球殻の外縁部の球径方向内側に、周方向にわたって軸部３０ａの軸径方向断面において、軸径方向外側端部が、外側球面部７ｂに対して斜めに当接されるように円環板状のシール３２０が設けられている。
シール３２０は、例えば、金属、合成樹脂、合成ゴムなどの弾性体からなり、外側球面部７ｂ上に押圧されることで、軸径方向外側端部が摺接部２２を形成している。このため、流体封止部材３１１の封止面３１１ａ、およびシール３２０は、外側球面部７ｂに対して、摺接部２２を除いては離間した状態に位置決めされて、流体封止部材３１１が軸部３０ａに固定されている。
【００３６】
本変形例によれば、シール３２０の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第１変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
【００３７】
第３変形例では、図４（ｄ）に示すように、上記第２変形例のシール３２０に代えて、構成が異なるシール３２１（弾性体）を備える。
シール３２１は、流体封止部材３１１の封止面３１１ａの外縁部の内側において、封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの間において、流体封止部材３１１の周方向にわたって固定されたＯリングからなる。そして、シール３２１の外周面が外側球面部７ｂに適宜圧で押圧されることで、摺接部２２が形成される。
【００３８】
本変形例によれば、シール３２１の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第２変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
【００３９】
第４変形例では、図４（ｅ）に示すように、上記第２変形例のシール３２０に代えて、構成が異なるシール３２２（弾性体）を備える。
シール３２２は、流体封止部材３１１の外周端面３１１ｂにおいて、封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの球周面方向の隙間を封止するように外周端面３１１ｂの内側に封止面３１１ａよりも突出させて設けた、合成ゴムなどで構成されたブレード状のシールからなる。そして、シール３２２の外側球面部７ｂ側の端面が、外側球面部７ｂに適宜圧で押圧されることで、摺接部２２が形成される。
【００４０】
本変形例によれば、シール３２２の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第２変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
また、シール３２２は、外周端面３１１ｂに設けるため、第１、第２変形例に比べて封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの隙間が狭い場合でも、容易に取り付けることができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【００４２】
本実施形態の揺動軸受３Ａは、上記第１の実施形態の移動ステージ１００、パラレルリンク機構６０において、揺動軸受３に代えて用いることができるものである。
揺動軸受３Ａの構成は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の揺動軸受３の可動軸３０に代えて、構成が異なる可動軸４０を備えるものである。以下上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
可動軸４０は、上記第１の実施形態の可動軸３０の軸部３０ａ、流体封止部材３１に代えて、それぞれ、軸部４０ａ、流体封止部材４１（流体封止部）を備え、圧縮コイルバネ４２（付勢手段）を追加したものである。
【００４４】
可動軸４０の構成は、軸部３０ａから雄ネジ部３０ｃを削除して球状ジョイント部３０ｂから滑らかな円柱状の表面を有する円柱軸が延ばされた軸部４０ａに、球状ジョイント部３０ｂ側から、この円柱軸に摺動可能に嵌合した流体封止部材４１と、圧縮コイルバネ４２とをこの順に挿着し、圧縮コイルバネ４２の流体封止部材４１と反対側の端部を、軸部４０ａの軸径方向に突出して設けられた押え突起部４０ｂによって係止されてなる。
【００４５】
流体封止部材４１は、流体封止部材３１の雌ネジ部３１ｂに代えて、軸部４０ａに摺動可能に外嵌するスライド孔部４１ｂを備え、スライド孔部４１ｂの圧縮コイルバネ４２側に、圧縮コイルバネ４２を係止する被押圧面４１ｃを備えるものである。
流体封止部材４１の外側球面部７ｂ側には、封止面３１ａが設けられ、上記第１の実施形態の流体封止部材３１と同様に、この封止面３１ａは、開口部７ｃと軸部４０ａとの間の隙間を、軸部４０ａの揺動時も含めて常時上方から覆い、球状ジョイント部３０ｂと、凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａとの間に供給される潤滑流体６を適宜の静圧状態に封止することができるようになっている。
【００４６】
このような構成によれば、流体封止部材４１の封止面３１ａは、被押圧面４１ｃを通して、圧縮コイルバネ４２から弾性力を付勢される。そのため、封止面３１ａと外側球面部７ｂとは、良好に密着され、図５（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、可動軸４０を揺動支持することができる。
したがって、流体封止部材４１と外側球面部７ｂとは、球径方向に特に位置決めすることなく、潤滑流体６を確実に封止することができる。
【００４７】
なお、上記の説明における各実施形態、各変形例の構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に係る変形例は、上記第２の実施形態の流体封止部材４１にも同様に適用することができる。
【００４８】
また、上記の説明では、リンク機構として、リンク４を固定長として、リンク４の端部を直動機構２によって移動するようにした構成の場合の例で説明したが、リンク４がアクチュエータを内蔵し、リンク４の軸長が伸縮するようにした構成を採用することもできる。
【００４９】
また、上記の説明では、軸受本体９内の潤滑流体６は、孔部１４ｂから注入して封止する場合の例で説明したが、潤滑流体６が流失して、軸受本体９内の静圧が低下した場合に、孔部１４ｂから潤滑流体６を追加供給できるように、孔部１４ｂに潤滑流体６の供給源に連通する潤滑流体６の供給チューブを接続した構成としてもよい。
このような構成によれば、軸受本体９内の潤滑流体６の静圧を経時的にも安定させることができる。
【００５０】
また、上記の説明では、揺動軸受が、パラレルリンク機構に用いられる場合の例で説明したが、可動軸３０、４０などのような軸体を揺動支持する機構であれば、適宜の機構に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の構成を示す模式的な部分断面図、およびその第１〜第４変形例の構成を示す模式的な部分断面図である。である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３ 揺動軸受
４ リンク（被支持部材）
５ 保持台
６ 潤滑流体（流体）
７ 蓋部材
７ａ 内側球面部（凹状球面部）
７ｂ 外側球面部
７ｃ 開口部
８ 受け台
８ｂ 凹球面部（凹状球面部）
８ｄ 流体供給溝
８ｅ 流体供給管路
９ 軸受本体
１２ ボール（逆流防止弁）
１３ 圧縮コイルバネ
２２ 摺接部
３０、４０ 可動軸
３０ａ、４０ａ 軸部
３０ｂ 球状ジョイント部
３０ｃ 雄ネジ部
３１、４１、３１０、３１１ 流体封止部材（流体封止部）
３１ａ、３１０ａ、３１１ａ 封止面
３１ｂ 雌ネジ部
４０ｂ 押え突起部
４１ｂ スライド孔部
４２ 圧縮コイルバネ（付勢手段）
６０ パラレルリンク機構
１００ 移動ステージ
３２０、３２１、３２２ シール（弾性体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料または部品等の載置物を移動台に保持し、移動台を適宜平行移動、回転移動させて、載置物を空間上の所定位置、姿勢に移動させるため、パラレルリンク機構を用いた移動ステージが知られている。
このような移動ステージとして、例えば、特許文献１には、伸縮機構を介して伸縮可能に連結された２つのリンク素子からなりる６本のリンクを、移動台と固定台との間に、パラレルリンク機構支持用軸受を介して揺動可能に配置し、それぞれ２本ずつのペアで、移動台の周方向の３箇所で、パラレルリンクを構成し、各リンクの伸縮量を制御して、固定台に対して、移動台を所定位置に移動させるとともに、所定の向きに傾けるようにした移動装置が記載されている。
この移動装置のパラレルリンク機構に用いるパラレルリンク機構支持用軸受（揺動軸受）は、外輪と内輪との間に保持器で保持されたボールを、外輪および内輪に形成された係合溝に沿って転動させることで、リンク素子の軸を任意方向に傾動可能に保持するものである。
【特許文献１】特開２００１−１６５１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、パラレルリンク機構の回転ジョイントとして、内輪および外輪内の係合溝に対してボールが転動するボール軸受で構成された揺動軸受を用いているが、ボールと係合溝との加工精度と組み付け精度による誤差があるため、あまり高精度が求められる用途には使用できないという問題がある。例えば、レンズ形状評価装置等などでは、サブミクロンの移動精度が必要になる場合があり、このような高精度の用途には使用できないか、使用に堪えるものを製作しようとすれば、多大な製造コストがかかってしまう。
また、一般にボール軸受では、移動精度を向上するために、予圧を行って軸受剛性を上げることが行われる。ところが、予圧された軸受では、駆動負荷が増大したり、ボールや接合溝の磨耗が進行しやすくなったりするおそれがある。そのため、円滑な駆動や経時の安定動作を保証することが難しいという問題がある。
また、ボール軸受では、微小なボールを高精度に加工することが難しいため、軸受のサイズをあまり小さくすることができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、小型化に適し、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができる揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被支持部材に軸部が一体もしくは着脱可能に連結され、この軸部の連結部分と反対側の端部に球状ジョイント部が設けられた可動軸と、前記球状ジョイント部の球中心点回りに前記可動軸を揺動可能に支持する軸受本体との組合せからなる揺動軸受であって、前記軸受本体は、前記球状ジョイント部を内包して前記球中心点回りにすべり支持する凹状球面部と、前記可動軸を揺動可能に挿通させるため、前記可動軸の軸部の外径より大きく、かつ前記球状ジョイント部の球面の外径よりも小さい内径を有する略円状の開口部と、該開口部の近傍の外表面側に、前記凹状球面部と同心に形成された凸状球面部と、前記凹状球面部の一部に開口し、前記凹状球面部と前記球状ジョイント部との間を潤滑するための流体を供給する流体供給溝とを備え、前記可動軸は、前記球状ジョイント部の近傍で、前記軸部に対して該軸部の径方向に突出して固定され、前記軸受本体の開口部を覆った状態で前記軸受本体の凸状球面部に対して摺動可能に密着された流体封止部を備える構成とする。
この発明によれば、軸受本体の開口部に可動軸の軸部を挿通した状態で、凹状球面部に沿って、可動軸の端部に設けられた球状ジョイント部を配置し、凹状球面部と球状ジョイント部の間に流体供給溝から流体を供給すると、流体封止部によって、揺動範囲において開口部から流出しようとする流体を封止することができる。このため、球状ジョイント部と凹状球面部との間の流体の静圧が保たれ、球状ジョイント部をその球中心点回りにすべり支持することができる。このため、例えばボールなどの転動接触部材を介することなく、可動軸を軸受本体の開口部内で揺動させることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の揺動軸受において、前記流体供給溝は、前記流体の逆流防止弁を備える構成とする。
この発明によれば、流体供給溝に逆流防止弁を備えるので、球状ジョイント部と凹状球面部との間の流体の静圧を安定させることができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の揺動軸受において、前記流体供給溝の開口の中心は、前記可動軸の揺動中心軸上に配置されている構成とする。
この発明によれば、流体供給溝の開口の中心が、可動軸の揺動中心軸上に配置されているので、球状ジョイント部及び凹状球面部に対して、各揺動方向にバランスよく流体を供給することができる。そのため、潤滑状態が良好となり、可動軸を安定して揺動させることができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の揺動軸受において、前記流体封止部は、少なくとも前記凸状球面部との摺接部が、前記凸状球面部に付勢された弾性体からなる構成とする。
この発明によれば、流体封止部が少なくと凸状球面部との摺接部において、凸状球面部に付勢された弾性体からなるため、流体封止部が凸状球面部と円滑に摺動しつつ、流体を封止することができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の揺動軸受において、前記流体封止部は、前記軸部に設けられた付勢手段により前記凸状球面部に付勢されている構成とする。
この発明によれば、流体封止部が軸部上に設けられた付勢手段によって凸状球面部に付勢されるので、付勢力が安定して流体封止部に伝達される。このため、付勢手段の付勢力を適宜設定することで、流体を安定して封止することができる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、パラレルリンク機構において、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受をリンク機構の回転ジョイントとして用いた構成とする。
この発明によれば、回転ジョイントとして、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を用いるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、ワークを保持する保持台を有し、該保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって、平行移動および回動可能に支持する移動ステージであって、前記パラレルリンク機構は、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を回転ジョイントとして用いてなる構成とする。
この発明によれば、保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって平行移動および回動可能に保持し、パラレルリンク機構の回転ジョイントとして、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を用いるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の揺動軸受、それを用いたパラレルリンク機構、および移動ステージによれば、可動軸の球状ジョイント部が軸受本体の凹状球面部によって流体を介してすべり支持されるので、小型化に適し、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受について、それを用いたパラレルリンク機構および移動ステージとともに説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な平面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の構成を示す模式的な部分断面図である。
【００１５】
本実施形態の移動ステージ１００は、図１、２に示すように、平面視円環状の基台（固定台）１の上部に、それぞれリンク４（被支持部材）、リンク４の両端側に連結される一対の揺動軸受３、揺動軸受３のうちの下端側に連結される直動機構２とで構成されたリンク機構を６個並列に配列したパラレルリンク機構６０が設けられ、このパラレルリンク機構６０によって、平面視円環状とされた保持台（移動台）５が平行移動および回動可能に支持されてなるものである。
本実施形態では、基台１、保持台５の外径は、それぞれＤ１、Ｄ２（ただし、Ｄ１＞Ｄ２）としている。
【００１６】
リンク４は、例えば、金属、合成樹脂、あるいはそれらの複合材などからなる棒状部材であり、その両端部がそれぞれ揺動軸受３の軸部３０ａに固定されている。
保持台５は、図１に示すように、図示下側に縮径する略円錐台状の外形を有し、その中心に円状（リング状）の孔部５ｄが貫通されている。そして、上面側には被保持物を保持する保持面５ａと、被保持物を固定する一対の固定部５ｂとを備え、下側に円錐台状の斜面部にはリンク４に連結された一方（上端側）の揺動軸受３を固定する軸受取付部５ｃが設けられている。
軸受取付部５ｃは、図２に破線で示すように、平面視で保持面５ａを周方向に略３等分する各位置の近傍に２つずつ近接して設けられている。このため、保持台５は、パラレルリンク機構６０の６つのリンク機構によって、略３点支持されている。
このように、保持台５は、孔部５ｄを備え、保持台５の下側の周縁部でパラレルリンク機構６０に保持されることにより、例えば、鏡枠にレンズ系が組み込まれた状態のレンズユニットなど中心部に光線を通したりする必要のある被保持物を保持するのに好適となっている。
【００１７】
直動機構２は、基台１上に設置されその上面側が基台１の中心方向に向かって図示斜め上方に傾斜する傾斜面となっている直動機構取付部１ａ上に固定されたスライドガイド２ａと、スライドガイド２ａの不図示のガイド面に沿って、直動機構取付部１ａの傾斜面に略平行な角度で基台１の径方向に直線移動可能に設けられたスライダ２ｂとを備える。
スライダ２ｂは、不図示の制御手段によって、１軸方向に位置移動できるもので、例えば、不図示のリニアモータや適宜のアクチュエータなどを用いて位置移動することができる。
スライダ２ｂの上面の下端側には、リンク４の他端（下端側）に連結された揺動軸受３を固定するための凸のブロック状の軸受台２ｃが、例えばボルトなどによって固定されている。
なお、スライドガイド２ａの両側にはそれぞれＬ字形の取付座がボルトで取り付けられており、スライダ２ｂがスライドガイド２ａに対して移動した際のスライダ２ｂの移動量（移動位置）を検出するためのセンサ、およびスライダ２ｂが移動した際のその上限位置または下限位置でスライダ２ｂの移動を強制的に停止させるための一対のストッパが、それぞれＬ字形の取付座に配置されている。
【００１８】
揺動軸受３の概略構成は、図３（ａ）に示すように、軸部３０ａを有する可動軸３０、可動軸３０の端部を収容する軸受本体９および軸受本体９内に流体を封止する流体封止部材３１（流体封止部）からなり、軸受本体９内部に供給された潤滑流体６（流体）によって可動軸３０を揺動可能、かつ可動軸３０の中心軸回りに回転可能にすべり支持するものである。
可動軸３０は、リンク４（図１参照）と連結された軸部３０ａと、軸部３０ａのリンク４とは反対側の端部に球面（球形状）を有するように形成された球状ジョイント部３０ｂからなる。リンク４と軸部３０ａとの連結は、一体化された連結でも、着脱可能な連結でもよい。
軸部３０ａ上には、球状ジョイント部３０ｂ側の近傍に、凹面側が劣弧を有する球殻形状の流体封止部材３１を螺合するための雄ネジ部３０ｃが形成されている。
【００１９】
軸受本体９は、軸受台２ｃ、または軸受取付部５ｃに対して固定する際の取付面８ｇを有する受け台８と、受け台８の取付面８ｇと反対側に対向配置された蓋部材７とからなり、受け台８と蓋部材７との間に球状ジョイント部３０ｂを収容する。
【００２０】
受け台８は、取付面８ｇに対向する図示上面側の周囲に、取付面８ｇと平行な平面部８ａを備え、平面部８ａの中央部には、球状ジョイント部３０ｂの径よりわずかに大径を有する略半球面からなる凹球面部８ｂが内部側に形成されている。受け台８の平面視の外形形状は、特に図示しないが、適宜の形状を採用することができる。例えば、円形、矩形、多角形などで構成することができる。
受け台８は、平面部８ａ側において、凹球面部８ｂの外周側には、凹球面部８ｂの外周縁からわずかに離間して、凹球面部８ｂを囲む同心円状に、例えばＯリングなどからなるシール部材１１を配置するシール溝８ｃが設けられている。シール溝８ｃの深さは、シール部材１１の厚みよりも浅くなっており、シール部材１１をシール溝８ｃに配置した状態で、シール部材１１が平面部８ａの上側に突出するようになっている。
また、平面部８ａにおいて、シール溝８ｃの外周側には、蓋部材７を受け台８にボルト止めするための雌ネジ部８ｆが複数設けられている。
【００２１】
受け台８の凹球面部８ｂの底部の中央には、可動軸３０の揺動中心軸を中心に軸方向断面がコ字状の有底円筒状の流体供給溝８ｄが穿設されている。
流体供給溝８ｄの図示右側の側面には、流体供給管路８ｅの一端が接続され、流体供給管路８ｅの他端には、流体供給管路８ｅより大径で横方向に延ばされて受け台８の側方に貫通する円筒穴が設けられ、これにより弁室８ｈが構成されている。
【００２２】
弁室８ｈ内には、流体供給管路８ｅ側から圧縮コイルバネ１３、ボール１２、ボール１２の押え部材１４がこの順に配置されている。このような構成により、圧縮コイルバネ１３は、弁室８ｈの流体供給管路８ｅ側の段部に係止されて、軸方向に圧縮され、押え部材１４側にボール１２を付勢している。
押え部材１４は、軸方向に貫通する孔部１４ｂを備え、外周が弁室８ｈに螺合または内嵌された略円筒状部材である。そしてボール１２に対向する押え部材１４の先端面には、圧縮コイルバネ１３によって付勢されたボール１２を係止するすり鉢型の弁座部１４ａが設けられている。これにより、弁座部１４ａにボール１２が押圧されると、孔部１４ｂがボール１２によって塞がれ、弁室８ｈが密閉されるようになっている。このため、ボール１２は軸受本体９内の潤滑流体６の圧が上昇した場合に、潤滑流体６が孔部１４ｂに逆流しないようにする逆流防止弁を構成している。
【００２３】
蓋部材７は、受け台８に対向して位置合わせした状態で、可動軸３０の球状ジョイント部３０ｂを図示上方から押え、球状ジョイント部３０ｂを抜け止めしつつすべり支持するためのものであり、受け台８の平面部８ａに対向する平面部７ｆが下面側の周囲に形成されたフランジ部７Ｂと、フランジ部７Ｂの下面側の内周部から球状ジョイント部３０ｂに沿って円弧状に立ち上がり、立ち上がった円弧状の中心部にて開口する端部がすり鉢状に拡径するように傾斜された開口部７ｃを形成する球殻部７Ａとからなる。
【００２４】
フランジ部７Ｂには、受け台８の複数の雌ネジ部８ｆに対応して、それぞれボルト１０を挿通するためのボルト挿通孔７ｅが設けられている。
【００２５】
球殻部７Ａの内面側には、受け台８の凹球面部８ｂと同径の内側球面部７ａが形成されている。凹球面部８ｂと内側球面部７ａとは、球状ジョイント部３０ｂを内包してすべり支持する凹状球面部を構成している。
また、球殻部７Ａの外面側には、内側球面部７ａと同心球状の滑らかな外側球面部７ｂが開口部７ｃの外周を取り囲む一定の範囲に形成されている。この一定範囲は、可動軸３０の揺動時に後述する流体封止部材３１の外縁部が到達する範囲よりも広い範囲に設定される。
開口部７ｃは、軸部３０ａを挿通するもので、軸部３０ａの揺動範囲を規制している。開口部７ｃのすり鉢状の傾斜は、軸部３０ａの最大揺動時における軸部３０ａの側面の傾斜に合わせて設定されている（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
このような蓋部材７は、軸部３０ａが連結された球状ジョイント部３０ｂを受け台８の凹球面部８ｂに配置した後、軸部３０ａに蓋部材７の開口部７ｃを挿通し、平面部７ｆをシール溝８ｃ上に配置されたシール部材１１の上面に当接させ、ボルト挿通孔７ｅに挿通したボルト１０を平面部８ａと平面部７ｆとの隙間を一定値となるように締め込んで組み立てることで、受け台８に固定される。
この平面部８ａ、７ｆ間の隙間は、凹球面部８ｂと内側球面部７ａとの球中心が点Ｏに略一致するともに、シール部材１１が潤滑流体６を確実に封止できるように、圧縮される寸法に設定される。
【００２７】
流体封止部材３１は、このような組立状態の軸受本体９において、開口部７ｃと軸部３０ａとの間の隙間を、軸部３０ａの揺動時も含めて常時上方から覆い、球状ジョイント部３０ｂと、凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａとの間に供給される潤滑流体６を適宜の静圧状態に封止するために用いられるものである。
流体封止部材３１の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状とされ、この球殻の凹面には、外側球面部７ｂの球半径と同半径とされ表面が滑らかに仕上げられた封止面３１ａが形成されている（図４（ａ）参照）。
そして、図３（ａ）に示すように、流体封止部材３１は、雄ネジ部３０ｃに螺合され、外側球面部７ｂと摺動可能に密着された状態で、螺合位置が固定される。螺合位置の固定手段は、特に図示しないが、ボルト、ナット、ピン、キーなど適宜の固定手段を採用することができる。また、溶接や接着などによって固定してもよい。
流体封止部材３１の材質は、封止面３１ａが高精度に製作された高剛性の金属、セラミックス、合成樹脂などを採用することができる。
【００２８】
このような構成の移動ステージ１００の動作について、揺動軸受３の動作を中心に説明する。
まず、揺動軸受３は、上記のような位置関係に、揺動軸受３、軸受本体９、および流体封止部材３１が組み立てられた状態で、潤滑流体６を封入する。
潤滑流体６の材質としては、周知の軸受用の潤滑油、潤滑グリースから、必要な耐荷重に応じて、適宜粘度の材質を選定することができる。
【００２９】
潤滑流体６は、孔部１４ｂから適宜の注入装置によって軸受本体９内に圧送して封入する。孔部１４ｂから圧送された潤滑流体６は、ボール１２を弁室８ｈの内部側に押圧する。潤滑流体６の圧力が、圧縮コイルバネ１３の抗力を上回ると、ボール１２が弁室８ｈの内部側に移動し、潤滑流体６が弁室８ｈに流入する。
そして、流体供給管路８ｅを通って、流体供給溝８ｄに充填される。さらに、潤滑流体６の圧送を続けると、流体供給溝８ｄに充填された潤滑流体６は、凹球面部８ｂに沿って、内側球面部７ａと球状ジョイント部３０ｂとの間の隙間に侵入し、軸受本体９内に満たされる。このとき、流体供給溝８ｄの開口中心は、可動軸３０の揺動中心軸上に配置されているため、潤滑流体６は、揺動中心軸を中心として、対称的にバランスよく充填されていく。このため、潤滑流体６を軸受本体９内に偏りなく充填することができる。
また、揺動中心軸は、揺動軸受３が主要な荷重負荷を受ける方向であるため、その方向に流体供給溝８ｄを備えることで油膜切れなどが起こりにくくなる。
【００３０】
平面部７ｆ、８ａの間に充填される潤滑流体６は、シール部材１１によって封止される。
球状ジョイント部３０ｂと内側球面部７ａとの間に充填された潤滑流体６は、開口部７ｃ内に満たされ、流体封止部材３１によって封止される。
このようにして、球状ジョイント部３０ｂは、凹球面部８ｂ、内側球面部７ａに沿って、潤滑流体６によって凹球面部８ｂ、内側球面部７ａの球中心に球状ジョイント部３０ｂの球中心を略一致させた状態で内包されてすべり支持される。
この結果、軸部３０ａは、開口部７ｃの範囲で凹球面部８ｂ、内側球面部７ａの球中心Ｏを中心として揺動可能となっている。
この軸部３０ａの揺動時は、流体封止部材３１の封止面３１ａが、外側球面部７ｂ上で、潤滑流体６を封止した状態で摺動するので、潤滑流体６は軸受本体９および開口部７ｃ内に封止され、静圧が保持される。
【００３１】
このような揺動軸受３は、パラレルリンク機構６０の各リンク４の両端部において回転ジョイントを構成している。
したがって、６本の直動機構２を適宜量進退させることで、基台１に対して、保持台５の周方向の３箇所の位置を調整することが可能となり、各直動機構２の移動量の組合せにより、保持台５を平行移動、傾斜、または回動させることができる。
その際、揺動軸受３が、流体球面すべり軸受として構成されているため、可動軸３０の球状ジョイント部３０ｂが凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａに対して非接触保持されるので、磨耗が発生しにくく、経時的にも円滑かつ高精度を維持することができる。
また、揺動軸受３を簡素な構造とすることができるので、小型化に適する。例えば、本実施形態では、球状ジョイント部３０ｂの球半径をＳＲ６ｍｍとすることで、基台１の外径Ｄ１がφ１２０ｍｍ、保持台５の外径Ｄ２がφ５０ｍｍ、保持台５の高さｈが９７ｍｍの移動ステージ１００を構成することができた。
このような移動ステージ１００は、揺動軸受３には、例えば、ボール軸受のように、ボール径やガイド溝の製作誤差などによる揺動のムラが発生しないので、サブミクロンオーダの移動精度を必要とするような移動ステージ、例えば、レンズ形状測定装置などに用いる移動ステージとして好適なものとなる。
【００３２】
次に、本実施形態の流体封止部の第１〜第４変形例について説明する。
図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の第１〜第４変形例の構成を示す模式的な部分断面図である。
【００３３】
第１変形例では、図４（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に代えて、構成が異なる流体封止部材３１０（流体封止部）を備える。
流体封止部材３１０の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状の弾性体で構成され、この球殻の内面側の外縁部が内側に突出して、外側球面部７ｂ上に密着する摺接部２２を形成している。このため、流体封止部材３１０の封止面３１０ａと蓋部材７の外側球面部７ｂとは、摺接部２２を除いては離間しており、摺接部２２より内側にくさび状隙間２１が形成された状態に位置決めされて、流体封止部材３１０が軸部３０ａに固定されている。
流体封止部材３１０の材質は、例えば、適宜の弾性を有する金属、合成樹脂、合成ゴムなどを採用することができる。
【００３４】
本変形例によれば、流体封止部材３１０の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、より確実な流体封止を行うことができる。
【００３５】
第２変形例では、図４（ｃ）に示すように、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に代えて、流体封止部として、流体封止部材３１１とシール３２０（弾性体）とからなる構成を備える。
流体封止部材３１１の形状は、中央に雄ネジ部３０ｃと液密に螺合する雌ネジ部３１ｂを有し、径方向に延ばされた球殻状の剛体で構成され、流体封止部材３１１の封止面３１１ａは、外側球面部７ｂから一定距離だけ球径方向外側に離間されている。
そして、流体封止部材３１１の球殻の外縁部の球径方向内側に、周方向にわたって軸部３０ａの軸径方向断面において、軸径方向外側端部が、外側球面部７ｂに対して斜めに当接されるように円環板状のシール３２０が設けられている。
シール３２０は、例えば、金属、合成樹脂、合成ゴムなどの弾性体からなり、外側球面部７ｂ上に押圧されることで、軸径方向外側端部が摺接部２２を形成している。このため、流体封止部材３１１の封止面３１１ａ、およびシール３２０は、外側球面部７ｂに対して、摺接部２２を除いては離間した状態に位置決めされて、流体封止部材３１１が軸部３０ａに固定されている。
【００３６】
本変形例によれば、シール３２０の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第１変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
【００３７】
第３変形例では、図４（ｄ）に示すように、上記第２変形例のシール３２０に代えて、構成が異なるシール３２１（弾性体）を備える。
シール３２１は、流体封止部材３１１の封止面３１１ａの外縁部の内側において、封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの間において、流体封止部材３１１の周方向にわたって固定されたＯリングからなる。そして、シール３２１の外周面が外側球面部７ｂに適宜圧で押圧されることで、摺接部２２が形成される。
【００３８】
本変形例によれば、シール３２１の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第２変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
【００３９】
第４変形例では、図４（ｅ）に示すように、上記第２変形例のシール３２０に代えて、構成が異なるシール３２２（弾性体）を備える。
シール３２２は、流体封止部材３１１の外周端面３１１ｂにおいて、封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの球周面方向の隙間を封止するように外周端面３１１ｂの内側に封止面３１１ａよりも突出させて設けた、合成ゴムなどで構成されたブレード状のシールからなる。そして、シール３２２の外側球面部７ｂ側の端面が、外側球面部７ｂに適宜圧で押圧されることで、摺接部２２が形成される。
【００４０】
本変形例によれば、シール３２２の弾性変形により、摺接部２２が形成され、これにより潤滑流体６の封止を行うので、第２変形例同様、確実な流体封止を行うことができる。その際、流体封止部材３１１は高剛性の部材で構成するので、開口部７ｃが大きい場合でも、潤滑流体６を安定して保持することができる。
また、シール３２２は、外周端面３１１ｂに設けるため、第１、第２変形例に比べて封止面３１１ａと外側球面部７ｂとの隙間が狭い場合でも、容易に取り付けることができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【００４２】
本実施形態の揺動軸受３Ａは、上記第１の実施形態の移動ステージ１００、パラレルリンク機構６０において、揺動軸受３に代えて用いることができるものである。
揺動軸受３Ａの構成は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の揺動軸受３の可動軸３０に代えて、構成が異なる可動軸４０を備えるものである。以下上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
可動軸４０は、上記第１の実施形態の可動軸３０の軸部３０ａ、流体封止部材３１に代えて、それぞれ、軸部４０ａ、流体封止部材４１（流体封止部）を備え、圧縮コイルバネ４２（付勢手段）を追加したものである。
【００４４】
可動軸４０の構成は、軸部３０ａから雄ネジ部３０ｃを削除して球状ジョイント部３０ｂから滑らかな円柱状の表面を有する円柱軸が延ばされた軸部４０ａに、球状ジョイント部３０ｂ側から、この円柱軸に摺動可能に嵌合した流体封止部材４１と、圧縮コイルバネ４２とをこの順に挿着し、圧縮コイルバネ４２の流体封止部材４１と反対側の端部を、軸部４０ａの軸径方向に突出して設けられた押え突起部４０ｂによって係止されてなる。
【００４５】
流体封止部材４１は、流体封止部材３１の雌ネジ部３１ｂに代えて、軸部４０ａに摺動可能に外嵌するスライド孔部４１ｂを備え、スライド孔部４１ｂの圧縮コイルバネ４２側に、圧縮コイルバネ４２を係止する被押圧面４１ｃを備えるものである。
流体封止部材４１の外側球面部７ｂ側には、封止面３１ａが設けられ、上記第１の実施形態の流体封止部材３１と同様に、この封止面３１ａは、開口部７ｃと軸部４０ａとの間の隙間を、軸部４０ａの揺動時も含めて常時上方から覆い、球状ジョイント部３０ｂと、凹球面部８ｂおよび内側球面部７ａとの間に供給される潤滑流体６を適宜の静圧状態に封止することができるようになっている。
【００４６】
このような構成によれば、流体封止部材４１の封止面３１ａは、被押圧面４１ｃを通して、圧縮コイルバネ４２から弾性力を付勢される。そのため、封止面３１ａと外側球面部７ｂとは、良好に密着され、図５（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、可動軸４０を揺動支持することができる。
したがって、流体封止部材４１と外側球面部７ｂとは、球径方向に特に位置決めすることなく、潤滑流体６を確実に封止することができる。
【００４７】
なお、上記の説明における各実施形態、各変形例の構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の流体封止部材３１に係る変形例は、上記第２の実施形態の流体封止部材４１にも同様に適用することができる。
【００４８】
また、上記の説明では、リンク機構として、リンク４を固定長として、リンク４の端部を直動機構２によって移動するようにした構成の場合の例で説明したが、リンク４がアクチュエータを内蔵し、リンク４の軸長が伸縮するようにした構成を採用することもできる。
【００４９】
また、上記の説明では、軸受本体９内の潤滑流体６は、孔部１４ｂから注入して封止する場合の例で説明したが、潤滑流体６が流失して、軸受本体９内の静圧が低下した場合に、孔部１４ｂから潤滑流体６を追加供給できるように、孔部１４ｂに潤滑流体６の供給源に連通する潤滑流体６の供給チューブを接続した構成としてもよい。
このような構成によれば、軸受本体９内の潤滑流体６の静圧を経時的にも安定させることができる。
【００５０】
また、上記の説明では、揺動軸受が、パラレルリンク機構に用いられる場合の例で説明したが、可動軸３０、４０などのような軸体を揺動支持する機構であれば、適宜の機構に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受を用いた移動ステージの概略構成を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る揺動軸受の流体封止部の構成を示す模式的な部分断面図、およびその第１〜第４変形例の構成を示す模式的な部分断面図である。である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る揺動軸受の構成を示す揺動中心軸を含む断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３ 揺動軸受
４ リンク（被支持部材）
５ 保持台
６ 潤滑流体（流体）
７ 蓋部材
７ａ 内側球面部（凹状球面部）
７ｂ 外側球面部
７ｃ 開口部
８ 受け台
８ｂ 凹球面部（凹状球面部）
８ｄ 流体供給溝
８ｅ 流体供給管路
９ 軸受本体
１２ ボール（逆流防止弁）
１３ 圧縮コイルバネ
２２ 摺接部
３０、４０ 可動軸
３０ａ、４０ａ 軸部
３０ｂ 球状ジョイント部
３０ｃ 雄ネジ部
３１、４１、３１０、３１１ 流体封止部材（流体封止部）
３１ａ、３１０ａ、３１１ａ 封止面
３１ｂ 雌ネジ部
４０ｂ 押え突起部
４１ｂ スライド孔部
４２ 圧縮コイルバネ（付勢手段）
６０ パラレルリンク機構
１００ 移動ステージ
３２０、３２１、３２２ シール（弾性体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被支持部材に軸部が一体もしくは着脱可能に連結され、この軸部の連結部分と反対側の端部に球状ジョイント部が設けられた可動軸と、前記球状ジョイント部の球中心点回りに前記可動軸を揺動可能に支持する軸受本体との組合せからなる揺動軸受であって、
前記軸受本体は、
前記球状ジョイント部を内包して前記球中心点回りにすべり支持する凹状球面部と、
前記可動軸を揺動可能に挿通させるため、前記可動軸の軸部の外径より大きく、かつ前記球状ジョイント部の球面の外径よりも小さい内径を有する略円状の開口部と、
該開口部の近傍の外表面側に、前記凹状球面部と同心に形成された凸状球面部と、
前記凹状球面部の一部に開口し、前記凹状球面部と前記球状ジョイント部との間を潤滑するための流体を供給する流体供給溝とを備え、
前記可動軸は、
前記球状ジョイント部の近傍で、前記軸部に対して該軸部の径方向に突出して固定され、前記軸受本体の開口部を覆った状態で前記軸受本体の凸状球面部に対して摺動可能に密着された流体封止部を備えることを特徴とする揺動軸受。
【請求項２】
前記流体供給溝は、
前記流体の逆流防止弁を備えること特徴とする請求項１に記載の揺動軸受。
【請求項３】
前記流体供給溝の開口の中心は、
前記可動軸の揺動中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の揺動軸受。
【請求項４】
前記流体封止部は、
少なくとも前記凸状球面部との摺接部が、前記凸状球面部に付勢された弾性体からなることと特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の揺動軸受。
【請求項５】
前記流体封止部は、
前記軸部に設けられた付勢手段により前記凸状球面部に付勢されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の揺動軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受をリンク機構の回転ジョイントとして用いたことを特徴とするパラレルリンク機構。
【請求項７】
ワークを保持する保持台を有し、該保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって、平行移動および回動可能に支持する移動ステージであって、
前記パラレルリンク機構は、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を回転ジョイントとして用いてなることを特徴とする移動ステージ。
【請求項１】
被支持部材に軸部が一体もしくは着脱可能に連結され、この軸部の連結部分と反対側の端部に球状ジョイント部が設けられた可動軸と、前記球状ジョイント部の球中心点回りに前記可動軸を揺動可能に支持する軸受本体との組合せからなる揺動軸受であって、
前記軸受本体は、
前記球状ジョイント部を内包して前記球中心点回りにすべり支持する凹状球面部と、
前記可動軸を揺動可能に挿通させるため、前記可動軸の軸部の外径より大きく、かつ前記球状ジョイント部の球面の外径よりも小さい内径を有する略円状の開口部と、
該開口部の近傍の外表面側に、前記凹状球面部と同心に形成された凸状球面部と、
前記凹状球面部の一部に開口し、前記凹状球面部と前記球状ジョイント部との間を潤滑するための流体を供給する流体供給溝とを備え、
前記可動軸は、
前記球状ジョイント部の近傍で、前記軸部に対して該軸部の径方向に突出して固定され、前記軸受本体の開口部を覆った状態で前記軸受本体の凸状球面部に対して摺動可能に密着された流体封止部を備えることを特徴とする揺動軸受。
【請求項２】
前記流体供給溝は、
前記流体の逆流防止弁を備えること特徴とする請求項１に記載の揺動軸受。
【請求項３】
前記流体供給溝の開口の中心は、
前記可動軸の揺動中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の揺動軸受。
【請求項４】
前記流体封止部は、
少なくとも前記凸状球面部との摺接部が、前記凸状球面部に付勢された弾性体からなることと特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の揺動軸受。
【請求項５】
前記流体封止部は、
前記軸部に設けられた付勢手段により前記凸状球面部に付勢されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の揺動軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受をリンク機構の回転ジョイントとして用いたことを特徴とするパラレルリンク機構。
【請求項７】
ワークを保持する保持台を有し、該保持台の周縁部をパラレルリンク機構によって、平行移動および回動可能に支持する移動ステージであって、
前記パラレルリンク機構は、請求項１〜５のいずれかに記載の揺動軸受を回転ジョイントとして用いてなることを特徴とする移動ステージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１９６５８（Ｐ２００９−１９６５８Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８１０１５（Ｐ２００７−１８１０１５）
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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