JP2724112B2 - ステッピングエアモータ及びそれを用いた半導体検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気圧モータに関し、
特に、エアパルス（空圧パルス）に同期して歩進回転す
るステッピングエアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣ（半導体集積回路）パッケ
ージのリードをテスト用ソケットに自動的にコンタクト
させＩＣの電気特性を検査する半導体検査装置では、Ｉ
Ｃパッケージのソケットへの給送過程はコンベアで順次
水平搬送されて来るＩＣパッケージをＺ軸方向（上方）
に吸引引上げた後、ソケットの真上位置までＸ軸方向
（水平）に搬送し、しかる後−Ｚ軸方向に下降させてＩ
Ｃパッケージのリードをソケットにコンタクトさせると
いう順序で行なわれ、ＩＣパッケージのソケットからの
戻し過程は上記給送過程の逆順で行なわれるようになっ
ている。ＩＣパッケージのリードは近年の多ピン化と微
細化によりますますソケットとの正確なコンタクトが困
難となって来ている。また近年では、高温（例えば１５
０°Ｃ）や低温（例えば−５０°Ｃ）の雰囲気下でＩＣ
の厳格な仕様を確認することがますます要請されて来て
おり、このような厳しい要請に応える半導体検査装置で
は、恒温槽内での熱的な変形が顕在化するため、ソケッ
トへの給送過程では、上述の２軸（Ｘ軸，Ｚ軸）制御に
加えて被検品毎の２軸制御（ＩＣパッケージの回転角微
小調整θ及び微小調整Ｙ軸）が必要となっている。即
ち、恒温槽内での多軸制御が必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＩＣパッケ
ージを微小分解能で位置決め駆動させるためのモータと
して、一般に電動モータが考えられるが、高温下では電
動モータの捲線や接点の絶縁が著しく劣化し、耐久性に
劣り、実際は使用に供し得ない。また、電気的特性を検
査する半導体検査装置内で、電動モータを電気パルス駆
動すると電磁ノイズが発生するため、検査環境を電気的
に擾乱してしまうと言う検査信頼性の問題もある。

【０００４】そこで上記問題点に鑑み、本発明の第１の
課題は、エアパルス（空圧パルス）を用いることに着目
し、高温・低温環境下でも高信頼性のある歩進回転を可
能とすると共に電磁ノイズの発生を考慮せずに済むステ
ッピングエアモータを実現することにあり、本発明の第
２の課題は、そのステッピングエアモータを用いること
により、高温・低温下でもファインピッチＩＣの検査を
可能とした半導体検査装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はエアパルスにより歩進的な回転力を得よう
とするものである。即ち、本発明は、ｎ相（ｎ≧３）の
エアパルスの供給によりパルス同期して公転角２π／ｎ
ラジアン毎で歩進的に公転する公転子を備えた公転機構
と、その公転子の公転運動を基に出力軸に自転運動を取
り出す公転／自転変換機構とを有するステッピングエア
モータにおいて、上記公転機構は、上記公転子の他に、
当該公転子の自転を制して所定公転直径の公転運動に規
制する公転ガイド機構と、上記公転子に対し公転中心か
ら公転円のｎ等分点のうちで上記エアパルスの供給の度
に巡回的に移り変わる点を通る方向に作用する力で駆動
する公転子駆動機構と、を有して成ることを特徴とす
る。

【０００６】ここで、公転／自転変換機構としては、内
歯車とこれに内転するピニオンとを有するハイポサイク
ロイド減速機構とすることができる。内歯車が公転運動
を行なうと共に、ピニオンが自転運動を行なうように構
成することができるが、モータの小型化構成において
は、逆に、ピニオンが公転子に追従して公転運動すると
共に、内歯車が出力軸を有してなる構成とすることが望
ましい。

【０００７】ここで、具体的な公転機構の構成として
は、上記公転子のｎ等分割放射方向毎に配された空気圧
直動アクチュエータを採用できる。かかる場合、公転子
の公転直径をＤとし、空気圧直動アクチュエータの直動
ストロークをＬとすると、実質的に、Ｌ＝Ｄ｛１−cos
(２π／ｎ) ｝／２なる関係式が成立していることが望
ましい。

【０００８】この空気圧直動アクチュエータの具体的構
成としては、エアシリンダのシリンダ室に供給される上
記エアパルスにより繰り出し動作を行い、上記公転子に
非連結でその被押圧面を押圧する押圧部材を有してお
り、この押圧部材は、上記被押圧面側に開口する凹状の
エア緩衝室と、このエア緩衝室と上記シリンダ室とを連
通する通気孔とを有してなる。そして、上記通気孔は複
数の小通気孔とすることが望ましく、また、シリンダ室
には上記押圧部材を繰り出し方向へ弾力的に常時付勢す
るバネ手段を設けることが望ましい。バネ手段としては
コイルスプリングが好適である。

【０００９】一方、上記公転ガイド機構としては、円環
状のガイド溝やクランク機構を採用できるが、ボールベ
アリング用いた偏心軸受け機構であることが望ましい。
そして、偏心軸受け機構を上記公転子に３箇所以上設け
ることが望ましい。

【００１０】また、上述のような構成のステッピングエ
アモータの用途としては、高温環境下での使用に好適で
あり、半導体検査装置において恒温槽内に設けられたテ
スト用ソケットにＩＣパッケージのリードをコンタクト
させるための位置決め用モータとして使用することがで
きる。

【００１１】

【作用】ｎ相の一連のエアパルスが供給されると、公転
機構の公転子は自転せずに１公転し、この公転子の公転
運動によって公転／自転変換機構の出力軸が自転する。

【００１２】１発のエアパルスでは公転子が公転角２π
／ｎラジアンだけ公転するため、これに応じた歩進角だ
け出力軸が自転する。従って、所望の自転角を得ようと
する場合は、それを歩進角で割った商のパルス数を供給
すれば良い。このようなエアパルスに同期して歩進的に
自転するエアモータは高温下での使用が可能であり、半
導体検査装置において恒温槽内に設けられたＩＣパッケ
ージの微小位置決め用モータとして使用することができ
る。換言すれば、高温下でのＸ，Ｙ，Ｚ，θ軸制御が可
能になったのでファインピッチＩＣパッケージの高温下
での検査が可能となる。またエア駆動であるので、電磁
ノイズの発生がなく、測定環境を電気的に擾乱せずに済
む。

【００１３】ところで、複数のエアシリンダのロッドの
先端をクランクピンに結合してクランクシャフトを回転
させるエアモータが知られている。サーボモータとして
用いる場合には、クランクシャフトの回転を検出して電
磁弁等の開閉フィードバック制御が必要である。しかし
ながら、本発明ではエアパルス駆動により歩進的に回転
するようになっているため、フィードバック制御が不要
であり、その制御系の構成を排除できる。

【００１４】特に、本発明においては、公転ガイド機構
により公転子を公転運動にのみ規制した上で、公転子駆
動機構により公転中心から公転円のｎ等分点のうちでエ
アパルスの供給の度に巡回的に移り変わる点を通る方向
に作用する力を以て公転子を駆動しているため、公転子
は公転ガイド機構に沿いパルス同期して公転角２π／ｎ
ラジアン毎で歩進的に公転する。各歩進過程の終点では
公転子に作用する力の方向と軌道方向が略直交するた
め、その際の仕事が消滅するので、公転子はその終点で
停止し易い。このため、歩進角が高精度のステッピング
エアモータを実現できる。

【００１５】この公転子駆動機構が公転子のｎ等分割放
射（ラジアル）方向に配された空気圧直動アクチュエー
タである場合、公転子の公転直径をＤとし、空気圧直動
アクチュエータの直動ストロークをＬとすると、実質的
に、Ｌ＝Ｄ｛１−cos(２π／ｎ) ｝／２なる関係式が成
立していれば、歩進の終点まで押し切られるため、精度
の高い２π／ｎラジアンの歩進角で公転子が公転する。

【００１６】また、本発明における空気圧直動アクチュ
エータは、エアシリンダのシリンダ室に供給される上記
エアパルスにより繰り出し動作を行う場合、上記公転子
に非連結でその被押圧面を押圧する押圧部材を有してお
り、この押圧部材は、上記被押圧面側に開口する凹状の
エア緩衝室と、このエア緩衝室と上記シリンダ室とを連
通する通気孔とを有してなる。このような空気圧直動ア
クチュエータによれば、押圧部材が公転子に非連結状態
であるため、高周波数のエアパルスにも追従して押圧部
材が作動する。また、エアパルスの供給によりシリンダ
室から通気孔を介して被押圧面側に開口する凹状のエア
緩衝室に圧縮空気が流入されるため、押圧過程では、エ
ア緩衝室内に圧縮空気団塊が生じ、それ故、公転子をエ
アクション的に押圧する。このため、被押圧面と押圧部
材との間で面上スライド運動が生じていても接触抵抗が
少なく、駆動損失や摩滅等を低減できる。上記通気孔が
複数の小通気孔として設けられている場合には、エア緩
衝室内に均等的に圧縮空気が流入されるので、発生する
圧縮空気団塊に偏りが起こり難く、公転子の被押圧面を
面対偶的に押圧できる。そしてまた、シリンダ室には上
記押圧部材を繰り出し方向へ弾力的に常時付勢するバネ
手段が設けられている場合には、すべての押圧部材が非
励起時においても公転子の被押圧面に弾力的に押してい
るため、エアパルスの印加初期のリークが起こらず、押
圧動作の立ち上がりが早く、またエアパルスの印加終期
では他の押圧部材により公転子が押されているので、歩
進角の行き過ぎが抑制される。そしてまたエアー抜きが
抑えられるので、静粛性を高めることができる。

【００１７】上記公転ガイド機構として偏心軸受け機構
を用いた場合には、ガイド規制が転がり接触により達成
できるため、ガイトのための抗力（抵抗）を軽減でき、
滑らかな運動を実現できる。また、偏心軸受け機構を上
記公転子に３箇所以上設けた構成においては、偏心軸受
け機構の思案点を解消することができ、如何なる位置で
公転子が停止しているときでも支障のない公転運動を実
現できる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例に係るステッピング
エアモータを概念的に示す模式図で、図２は同ステッピ
ングエアモータの構造を示す縦断面図であり、図３
（ａ）は図２の IIIａ− IIIａ′線に沿って切断した横
断面図で、図３（ｂ）は図２の IIIｂ− IIIｂ′線に沿
って切断した横断面図である。

【００２０】先ず、本例のステッピングエアモータの原
理を図１に基づいて説明する。本例のステッピングエア
モータ１００では、例えば３方向巡回切り換え弁（ロー
タリバルブ）１５０によって３相（位相差１２０°）の
エアパルス（ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３）が駆動エネルギ
ー源として用いられるようになっている。なお、実施例
では３個の電磁弁を電気信号によって順次切り替えて用
いるようになっているが、切り替え順序を逆順にすれば
本例のステッピングエアモータは逆回転する。

【００２１】ステッピングエアモータ１００は、３方向
巡回切り換え弁（ロータリバルブ）１５０からの３相エ
アパルス（ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３）の供給によりパル
ス同期して公転角１２０°毎で歩進的に公転する公転子
（回転子）１１を有する公転機構１０と、その公転子１
１の公転直径Ｄでの公転運動を基に出力軸２１ａに自転
回転を取り出す公転／自転変換機構（ハイポサイクロイ
ド減速機構）２０とを有している。

【００２２】公転機構１０は、公転子１１の外に、公転
ガイド機構１２ａ〜１２ｃ（１２）と、各エアパルスの
到来ごと公転子１１を１２０°ずつ歩進的に公転させる
公転子駆動機構（空気圧直動アクチュエータ）１３ａ〜
１３ｃ（１３）とを有している。公転子１１は３つの被
押圧面１１ａ〜１１ｃで正三角形状に象られており、各
頂点部より外方に一体的に張り出した放射部１５ａ〜１
５ｃには公転ガイドピン１６ａ〜１６ｃが公転子１１の
厚み方向に植設されている。公転ガイド機構１２は、公
転ガイドピン１６を直径Ｄの軌跡に規定する機構であ
り、公転ガイドピン１６が差し込まれた円環状のガイド
溝でも構わないし、またリンクを用いたクランク機構で
も構わないが、本例では後述するように、公転ガイドピ
ン１６を軸承する公転ボールベアリングと公転ガイドピ
ン１６の公転中心Ｏを回転中心とする自転軸受けとを偏
心させた偏心軸受け機構としてある。

【００２３】公転子駆動機構１３ａ〜１３ｃは、エアパ
ルスＡＰ１〜ＡＰ３の供給を受容するエアシリンダ１３
ａａ，１３ｂａ，１３ｃａと、そのシリンダ室内の空気
圧の増減により直動的に伸縮動作を行い公転子１１の公
転中心（重心）に向かって被押圧面１１ａ〜１１ｃを押
圧する公転子押圧部材（エアピストン）１３ａｂ，１３
ｂｂ，１３ｃｂを有しており、３つの公転子駆動機構１
３ａ〜１３ｃは公転子１１の公転中心Ｓに対して１２０
°間隔の放射３方向に配置されている。本例の公転／自
転変換機構２０はハイポサイクロイド減速機構で、後述
するように、公転子１１に固定されたピニオン（外歯小
歯車）と、出力軸２１ａを有し、ピニオン２２よりも歯
数差分だけ大きなピッチ円を有してピニオン２２が内転
的に噛み合い、ピニオン２２の１公転毎で歯数差分だけ
自転する内歯車２１とを有している。なお、上記本例の
ハイポサイクロイド減速機構とは逆に、公転する内歯車
と自転出力軸を有するピニオンとで構成しても良い。

【００２４】このような原理的構成において、圧縮空気
源に連通する３方向巡回切り換え弁１５０が所定のシー
ケンスで作動すると、出力ポートＰ１〜出力ポートＰ３
を介して巡回的にエアパルスＡ１〜Ａ３がステッピング
エアモータ１００の公転子駆動機構１３へ供給される。
即ち、第１相目のエアパルスＡ１はエアシリンダ１３ａ
ａへ、それより１２０°位相の遅れた第２相目のエアパ
ルスＡ２はエアシリンダ１３ｂａへ、エアパルスＡ２よ
り１２０°位相の遅れた第３相目のエアパルスＡ３はエ
アシリンダ１３ａｃへそれぞれ供給される。これら一連
のエアパルスの供給によって各公転子押圧部材１３ａ
ｂ，１３ｂｂ，１３ｃｂは矢印方向（公転子の中心に向
かった方向）にストロークＬだけ順番的に押し出され
る。先ず、第１相目のエアパルスＡ１が供給されると、
公転子押圧部材１３ａｂが矢印方向に繰り出されつつ公
転子１１の被押圧面１１ａを押すため、公転子１１は図
１に示す実線の始動位置から一点鎖線の終着位置に平行
移動される。この平行移動過程は、例えば公転子１１の
重心が点Ｐ₁ から点Ｐ₂ に移動することであるが、公転
子押圧部材１３ａｂが矢印方向に直動しても公転子１１
は直動するのではなく、公転ガイド手段たる公転ガイド
機構１２ａ〜１２ｃの公転運動規制によって公転子１１
の重心が点Ｐ₁ から公転中心Ｓの公転直径Ｄの１２０°
円弧を経由して点Ｐ₂ に至るようになっている。この公
転角１２０°の歩進の後、第２相目のエアパルスＡ２が
エアシリンダ１３ｂａに供給されると、公転子押圧部材
１３ｂｂが矢印方向に繰り出されつつ公転子１１の被押
圧面１１ｂを押すため、公転子１１は図１に示す一点鎖
線の始動位置から二点鎖線の終着位置に公転直径Ｄで公
転角１２０°だけ公転して移動される。同様にして次に
第３相目のエアパルスＡ３がエアシリンダ１３ｃａに供
給されると、公転子押圧部材１３ｃｂが矢印方向に繰り
出されつつ公転子１１の被押圧面１１ｃを押すため、公
転子１１は図１に示す二点鎖線の始動位置から実線の終
着位置に公転直径Ｄで公転角１２０°だけ公転して移動
され、都合１公転が完了することになる。従って、３発
のエアパルスが発生すると、公転子１１は自転を制して
公転直径Ｄの１公転をするようになっている。例えば本
例の３方向巡回切り換え弁１５０では、９０パルス／秒
のエアパルスの供給を行うようになっているため、公転
子１１は１秒間に３０回公転するようになっている。

【００２５】今ここで、１発のエアパルスが印加された
場合、公転子１１が確実に歩進角１２０°だけ公転し、
重心が点Ｐ₁ から離れて点Ｐ₂ に合致するのか否かを検
討する。エアパルスの周波数が比較的低く、エア圧が高
すぎない状態では、公転子押圧部材１３ａｂが１発のエ
アパルスによって、ストロークＬ＝３Ｄ／４だけ繰り出
すと、これに押し出されて公転子１１の重心は図４
（ａ）に示す如く点Ｐ₁ から点Ｐ₂ へ持ち来たされる。
始動点Ｐ₁ では軌道接線方向Ｔと押圧力Ｆとの成す角は
３０°で比較的軽い抗力を公転子１１が受けつつ公転し
始め、公転角が３０°になった位置では軌道接線方向Ｔ
と押圧力Ｆとの成す角が零になり、その後両者の成す角
は徐々に増えて点Ｐ₂ に至ると９０°になって公転子１
１は停止する。公転子押圧部材１３ａｂにより公転子１
１の重心が点Ｐ₂ 迄直接的に押されるとしても、例えば
無負荷状態では公転子１１が１２０°の公転過程でそれ
自身の慣性を持っているため、公転子１１の重心点が点
Ｐ₂ を通り過ぎてしまうことが懸念される。しかし、現
実は、無負荷状態でも、公転子ガイド機構１２の摩擦や
公転／自転変換機構２０の摩擦等が存在すると共に、公
転子押圧部材１３ａｂの押し切りレベルで公転子押圧部
材１３ａｂが中止してこれがストッパ機能を発揮してい
るため、点Ｐ₂ から過度にオーバーラン状態となること
はない。図２に示す実施例において後述するように、公
転子駆動機構１３にはコイルスプリングを持たせてあ
り、重心点が点Ｐ₂ に至るとバネ付勢力による制動力が
作用するようになっている。このため、ストロークＬの
押し切り直後は重心点が点Ｐ₂ 近傍の微小な前後で減衰
振動するに過ぎず、歩進回転角の精度が高くなってい
る。

【００２６】一方、エアパルスの周波数を高くすると、
１発のエア付勢期間（１周期の１／３の期間）のうちで
未だ公転子１１が歩進角１２０°に至らず、脱調状態に
なる場合が想定できる。このような不具合は、公転子１
１の慣性が大きかったり、高負荷状態であったり、また
エア圧が低いときなどに起こり易い。一番簡単な対策と
しては、高速回転を期すときはエア圧を例えば線形的に
増大させ充分な値に設定することである。本例は３相エ
アパルスを用いる３相エアモータであるが、容易に理解
できるように、４相エアパルスを用いる４相エアモータ
やそれ以上の多相エアモータを構築できる。例えば４相
エアモータにおいては、図４（ｂ）に示すように、公転
子の重心点は歩進的にＱ₁ →Ｑ₂ →Ｑ₃ →Ｑ₄ →Ｑ₁ の
順序で１公転する。１歩進角は９０°で、ストロークＬ
のとき公転直径Ｄ′＝２Ｌである。このように３相より
多相のエアモータでは、歩進角が小さくなり、回転分解
能（回転角の割り出し）が向上する。しかし公転子駆動
機構が４個以上必要であるため、部品点数の増大及び小
型構成の障害になってしまう。かかる点からも、３相モ
ータが好適であると言える。なお、一般にｎ相のモータ
の場合、正確な歩進角２π／ｎラジアンを刻むために
は、公転直径Ｄと直動ストロークＬとの間には次の関係
式が成立する。

【００２７】 Ｌ＝Ｄ｛１−cos(２π／ｎ) ｝／２ このように、公転子１１は３発のエアパルスによって公
転直径Ｄで１公転する。公転子１１にはピニオン２２が
一体的に形成又は別体のものが固定されているため、ピ
ニオン２２は自転せずに公転子１１の公転と同様な軌跡
で公転する。公転子１１が点Ｐ₁ →Ｐ₂ →Ｐ₃ →Ｐ₁ の
如く１公転すると、ピニオン２２に噛み合う内歯車２１
は歯数差分だけ自転する。本例では、歯数差は１であ
り、ピニオン２２の歯数Ｚ′は２９、内歯車２１の歯数
Ｚは３０としてあるため、公転子１１の１公転で内歯車
２１は３６０°／３０＝１２°だけ自転する。即ち、１
発のエアパルスで出力軸２１ａが４°回転することにな
る。この公転／自転変換機構２０は勿論公転を自転に変
換するものであるが、ハイポサイクロイド減速機構であ
るため、減速比３０となっており、回転角の割り出し分
解能を高めている。これ以上の減速比を持つハイポサイ
クロイド減速機構を用いれば、更に分解能を向上させる
ことができる。

【００２８】次に、図２及び図３を参照しつつ具体的な
本例の説明に移る。本例のステッピングエアモータ１０
０は、外観的には、縦・横・高さ2.5cm 程度の略直体状
の小型外形寸法を有しており、公転子駆動機構１３は偏
心軸受け機構１２の端部プレート１２Ａと中仕切りプレ
ート１４との間に組込まれている。偏心軸受け機構１２
は、端部プレート１２Ａの内面上３箇所に偏心軸受け部
１２ａ〜１２ｃを有しており、各偏心軸受け部は、支軸
１２−１の回りにボールベアリング１２−２を介して自
転する自転軸受け１２−３と、この回転中心から公転半
径（Ｄ／２）だけオフセットした位置Ｐに回転中心を持
つ公転ボールベアリング１２−４を有している。この公
転ボールベアリング１２−４には公転ガイドピン１６
（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）が植設されている。従っ
て、正三角形の頂点位置に偏心軸受け部がバランス良く
配置されているので、公転子１１の公転運動は滑らかで
ある。

【００２９】偏心軸受け部が１箇所又は２箇所の場合、
この偏心軸受け部はリンクのクランク機構と等価である
ので、公転子１１の公転位置によっては偏心軸受け部が
偶然にも思案点（死点）にある場合、最初のエアパルス
では公転しないか逆方向に公転してしまうことが考えら
れる。そこで、本例のように、３箇所に偏心軸受け部を
設けた構成においては、背理的に証明できるように、必
ず３箇所の偏心軸受け部での運動が同一運動となるた
め、結果的に公転子１１の思案点を解消することができ
る。

【００３０】本例の公転子駆動機構１３ａから１３ｃの
いずれも通常のエアシリンダとは異なり、特殊な構成と
なっている。即ち、図５に示すように、本例の公転子駆
動機構１３は、中仕切りプレート１４のピン孔に嵌入し
た２本の止めピン１４−１で２次元的に位置決めされた
エアシリンダ１３−１と、そのシリンダ室内に収めらえ
れた圧縮コイルスプリング１３−２と、端部プレート１
２Ａと中仕切りプレート１４との間に挟まれてスライド
自在であって、シリンダ室でその圧縮コイルスプリング
１３−２により押し出し付勢され、エアパルスの印加に
より公転子１１の被押圧面１１ａ〜１１ｃを押圧するエ
アピストン（公転子押圧部材１３ａｂ，１３ｂｂ，１３
ｃｂ）１３−３とを有している。エアピストン１３−３
は公転子１１に連結されておらず、高速化に対応できる
ようになっている。エアシリンダ１３−１は、エアパイ
プの継手（図示せず）を螺着するためのエア供給口とし
ての取付けネジ孔１３−１ａと、これに連通する角柱状
のシリンダ室１３−１ｂと、その底面の取付けネジ孔１
３−１ａの周りに形成されたリング状のコイルスプリン
グ収納溝１３−１ｃとを有している。エアピストン１３
−３はシリンダ室１３−１ｂを閉塞する密閉形でなく、
被押圧面側（前面側）に四角形凹状のエア緩衝室１３−
３ａを有し、このエア緩衝室１３−３ａは４つの小通気
孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを介してシリンダ室１３−１ｂに連通
している。４つの小通気孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは正方形の頂
点位置にあり、その対角線の交叉点が取付けネジ孔１３
−１ａの中心線ｌ上に位置している。そして、エアピス
トン１３−３の後面側にもリング状のコイルスプリング
収納溝１３−３ｂが形成されており、このコイルスプリ
ング収納溝１３−３ｂとエアシリンダ１３−１のコイル
スプリング収納溝１３−１ｃとには前述の圧縮コイルス
プリング１３−２が収納されている。

【００３１】この圧縮コイルスプリング１３−２よって
エアピストン１３−３はエアパルスの非印加時でも繰り
出し付勢力を得ており、そのエア緩衝室１３−３ａの四
角形枠状のリムＲは被押圧面１１ａに弾力的に緩く圧接
している。このような公転子１１に対する放射３方から
の弾力的な常態圧迫は、前述したように、公転子１１に
対しては１つの励起相の終期においては残り２つの非励
起相によるバネ付勢力が優るため、歩進の行き過ぎ角を
抑制することができる。また、圧縮コイルスプリング１
３−２と、小通気孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを介してシリンダ室
１３−１に連通するエア緩衝室１３−３ａによって、励
起相ではエアパルスの圧縮エアがシリンダ室１３−１ｂ
に流入してエアピストン１３−３を前方に繰り出し、こ
れにより公転子１１はリムＲで押されてストロークＬだ
け押し出される。押し出し過程では、圧縮エアはまた小
通気孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを介してエア緩衝室１３−３ａに
流入するため、公転子１１の被押圧面１１ａには直接的
な空気圧も印加し、リムＲによる剛体接触と空気圧伝達
により公転子１１が押し出される。エアピストンは断面
凹状になっているため、後面の面積の方が開口面積より
も大きいので、押し出し過程においては空気圧の差圧が
バネ付勢力に重畳され、リムＲが被押圧面１１ａにより
強く圧接し、空圧のリークが起こらない。エア緩衝室１
３−３ａ内の圧縮空気団塊がエアクッションとして機能
する。本例において、このようなエアクッション効果を
持たせた意義はエアピストン１３−３の押圧面と公転子
１１の被押圧面との滑り接触を無くして接触抵抗を低減
するためである。即ち、公転子１１は公転運動するた
め、その被押圧面１１ａは２次元運動を行なっている
が、他方、その被押圧面１１ａを押すエアピストン１３
−３は１次元運動（直動）であるので、エアピストン１
３−３の押圧面と公転子１１の被押圧面との間には面接
線方向にスライド運動が発生している。エア緩衝室１３
−３ａを設けることにより、恰もホバークラフトのエア
スカートと同様に、剛体接触の面積が低減し、駆動損失
が小さくなり、摺動面の劣化を防止できる。なお、エア
ピストン１３−３はシリンダ室１３−１ｂ内を食いつき
なく円滑に平行移動させるために、４つの小通気孔Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは正方形の頂点位置に形成し、その対角線の
交叉点が取付けネジ孔１３−１ａの中心線ｌ上に位置す
るようにしており、エアパルスの供給により均等的に小
通気孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで分岐した空気流がエア緩衝室１
３６−３ａの一部に偏らずに流入するようになってい
る。またコイルスプリングの付勢力によりエアー抜きが
抑えられるので、静粛性を高めることができる。そし
て、本例におけるシリンダ室，エアピストン，公転子，
ピニオン，内歯車等の素材は金属ではなく、自己潤滑性
のある耐熱プラスチックとしてあり、軽量化と無給油の
利点がある。

【００３２】公転する公転子１１の中央軸孔１１ｄに締
り嵌め公差でピニオン２２のステム２２ａが差し込まれ
ている。勿論、ピニオン２２は公転子１１と一体的に形
成しても良い。また本例では、公転子１１の重心点Ｓと
ピニオン２２の軸心とが一致しているが、出力軸２１ａ
を公転子１１から離間して取り出す必要のある場合には
公転子１１の重心点Ｓとピニオン２２の軸心とをオフセ
ットさせても良い。更に、公転子１１の公転運動をピニ
オン２２の公転運動に直結せずに、伝達機構を介して間
接的に伝達するようにしても良い。この伝達機構として
はスライダクランク機構や公転径拡大縮小機構等を用い
ることができる。

【００３３】内歯車２１の出力軸２１ａはボールベアリ
ング２３ａ，２３ｂを介して端部プレート２３に支承さ
れている。本例においては、端部プレート１２ａ，中仕
切りプレート１４及び端部プレート２３の４隅には通し
孔３０ａが形成されており、これらの通し孔３０ａには
通しボルト３０ｂが挿通され、ナット（図示せず）にて
締め付け固定されている。このような通しボルト３０ｂ
による端部プレート１２ａと中仕切りプレート１４との
間の締め付けは、その締め付け力を加減しておかない
と、エアピストン１３−３に対する挟み込み力に影響
し、エアピストン１３−３の自在な動きを阻害するおそ
れがある。例えば、高温下での使用においては、熱膨張
によりエアピストン１３−３に対する挟み込み力が増大
するため、その動きがややもすると悪くなる。この熱膨
張により挟み込み力を緩和する方策として、例えば通し
ボルト３０ｂにスプリングワッシャを付けると、そのス
プリングワッシャが増大した締め付け力を吸収する。ま
た、通しボルト３０ｂ自体が締め付け力の原因をなすも
のであるから、通しボルト３０ｂによる固定をやめて、
エアシリンダ１３と端部ブレート１２ａとの止めネジに
よる固定と、エアシリンダ１３と中仕切りプレート１４
との別の止めネジによる固定を行なうようにする。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、公転ガ
イド機構により公転子を公転運動にのみ規制した上で、
公転子駆動機構により公転中心から公転円のｎ等分点の
うちでエアパルスの供給の度に巡回的に移り変わる点を
通る方向に作用する力を以て公転子を駆動する点に特徴
を有するものである。従って、次の効果を奏する。

【００３５】 公転子は公転ガイド機構に沿いパルス
同期して公転角２π／ｎラジアン毎で歩進的に公転す
る。各歩進過程の終点では公転子に作用する力の方向と
軌道方向が略直交するため、その際の仕事が消滅するの
で、公転子はその終点で停止し易い。このため、歩進角
が高精度のステッピングエアモータを実現できる。

【００３６】 このようなエアパルスに同期して歩進
するステッピングエアモータは高温下での使用が可能で
あり、半導体検査装置において恒温槽内に設けられたＩ
Ｃパッケージの微小位置決め用モータとして使用するこ
とができる。換言すれば、高温下でのＸ，Ｙ，Ｚ，θ軸
制御が可能になったのでファインピッチＩＣパッケージ
の高温下での検査が可能となる。またエア駆動であるの
で、電磁ノイズの発生がなく、測定環境を電気的に擾乱
せずに済む。

【００３７】 公転子の公転直径をＤとし、公転子を
公転させるための複数の空気圧直動アクチュエータの直
動ストロークをＬとすると、実質的に、Ｌ＝Ｄ｛１−co
s(２π／ｎ) ｝／２なる関係式が成立しておれば、歩進
の終点まで押し切られので、公転子の行き過ぎ角は実質
的に皆無で、精度の高い２π／ｎラジアンの歩進角で公
転子が公転する。

【００３８】 空気圧直動アクチュエータとして、エ
アシリンダのシリンダ室に供給される上記エアパルスに
より繰り出し動作を行い、上記公転子に非連結でその被
押圧面を押圧する押圧部材を有しており、この押圧部材
は、上記被押圧面側に開口する凹状のエア緩衝室と、こ
のエア緩衝室と上記シリンダ室とを連通する通気孔とを
有してなる構成においては、押圧部材が公転子に非連結
状態であるため、高周波数のエアパルスにも追従して押
圧部材が高速作動する。また、エアパルスの供給により
シリンダ室から通気孔を介して被押圧面側に開口する凹
状のエア緩衝室に圧縮空気が流入されるため、押圧過程
では、エア緩衝室内に圧縮空気団塊が生じ、それ故、公
転子をエアクション的に押圧する。このため、被押圧面
と押圧部材との間で面上スライド運動が生じていても接
触抵抗が少なく、駆動損失や摩滅等を低減できる。上記
通気孔が複数の小通気孔として設けられている場合に
は、エア緩衝室内に均等的に圧縮空気が流入されるの
で、発生する圧縮空気団塊に偏りが起こり難く、公転子
の被押圧面を面対偶的に押圧できる。

【００３９】 そしてまた、シリンダ室には上記押圧
部材を繰り出し方向へ弾力的に常時付勢するバネ手段が
設けられている場合には、すべての押圧部材が非励起時
においても公転子の被押圧面に弾力的に押しているた
め、エアパルスの印加初期のリークが起こらないので押
圧動作の立ち上がりが早く、エアパルスの印加終期では
他の押圧部材により公転子が押されているので、歩進角
の行き過ぎが抑制され、歩進角の精度の向上が図れる。

【００４０】 上記公転ガイド機構として偏心軸受け
機構を用いた場合には、ガイド規制が転がり接触により
達成できるため、ガイトのための抗力（抵抗）を軽減で
き、滑らかな運動を実現できる。

【００４１】 また、偏心軸受け機構を上記公転子に
３箇所以上設けた構成においては、偏心軸受け機構の思
案点を解消することができ、如何なる位置で公転子が停
止しているときでも支障のない公転運動を保証でき、作
動の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るステッピングエアモータ
を概念的に示す模式図である。

【図２】本実施例に係るステッピングエアモータの構造
を示す縦断面図である。

【図３】（ａ）は図２の IIIａ− IIIａ′線に沿って切
断した横断面図である。（ｂ）は図２の IIIｂ− III
ｂ′線に沿って切断した横断面図である。

【図４】本実施例において、（ａ）は３相エアモータに
おける公転子の公転軌跡を示す模式図、（ｂ）は４相エ
アモータにおける公転子の公転軌跡を示す模式図であ
る。

【図５】（ａ）は本実施例におけるエアピストンの繰り
出し過程を示す部分縦断面図で、（ｂ）はその部分横断
面図である。

【符号の説明】

１０…公転機構 １１…公転子（回転子） １１ａ〜１１ｃ…被押圧面 １１ｄ…中央軸孔 １２…公転ガイド機構（偏心軸受け機構） １２Ａ…端部ブレート １２−１…支軸 １２−２…ボールベアリング １２−３…自転軸受け １２−４…公転ボールベアリング １３（１３ａ，１３ｂ、１３ｃ）…公転子駆動機構（空
圧直動アクチュエータ） １３−１（１３ａａ，１３ｂａ，１３ｃａ）…エアシリ
ンダ １３−１ａ…取付けネジ孔 １３−１ｂ…シリンダ室 １３−１ｃ…コイルスプリング収納溝 １３−２…圧縮コイルスプリング １３−３（１３ａｂ，１３ｂｂ，１３ｃｂ）…公転子押
圧部材（エアピストン） １３−３ａ…エア緩衝室 １３−３ｂ…コイルスプリング収納溝 １４…中仕切りプレート １４−１…止めピン １５ａ，１５ｂ，１５ｃ…放射部 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ…公転ガイドピン ２３…ブッシュ付き端部プレート ２０…公転／自転変換機構（ハイポサイクロイド減速機
構） ２１…内歯車 ２１ａ…自転出力軸 ２２…ピニオン ２３ａ，２３ｂ…ボールベアリング ３０ａ…通し孔 ３０ｂ…通しボルト １００…ステッピングエアモータ １５０…３方向巡回切り換え弁 ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３…３相エアパルス Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…出力ポート Ｄ…公転直径 Ｓ…公転中心 Ｐ_1,Ｐ_2,Ｐ₃ …公転子の重心変位点 Ｌ…エアピストンのストローク Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…小通気孔 Ｒ…リム。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ相（ｎ≧３）のエアパルスの供給によ
   りパルス同期して公転角２π／ｎラジアン毎で歩進的に
   公転する公転子を備えた公転機構と、その公転子の公転
   運動を基に出力軸に自転運動を取り出す公転／自転変換
   機構とを有するステッピングエアモータであって、 前記公転機構は、前記公転子の他に、当該公転子の自転
   を制して所定公転直径の公転運動に規制する公転ガイド
   機構と、前記公転子に対し公転中心から公転円のｎ等分
   点のうちで前記エアパルスの供給の度に巡回的に移り変
   わる点を通る方向に作用する力で駆動する公転子駆動機
   構と、を有して成ることを特徴とするステッピングエア
   モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、前記公転子駆動機構は、前記公転子のｎ等
   分割放射方向毎に配された空気圧直動アクチュエータで
   あることを特徴とするステッピングエアモータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、前記公転子の公転直径をＤとし、前記空気
   圧直動アクチュエータの直動ストロークをＬとすると、
   実質的に、Ｌ＝Ｄ｛１−cos(２π／ｎ) ｝／２なる関係
   式が成立することを特徴するステッピングエアモータ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、前記空気圧直動アクチュエータは、エアシ
   リンダのシリンダ室に供給される前記エアパルスにより
   繰り出し動作を行い、前記公転子に非連結でその被押圧
   面を押圧する押圧部材を有しており、この押圧部材は、
   前記被押圧面側に開口する凹状のエア緩衝室と、このエ
   ア緩衝室と前記シリンダ室とを連通する通気孔とを有し
   てなることを特徴とするステッピングエアモータ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、前記通気孔は複数の小通気孔であることを
   特徴とするステッピングエアモータ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、前記シリンダ室には前記押圧部材を繰り出
   し方向へ弾力的に常時付勢するバネ手段を有してなるこ
   とを特徴とするステッピングエアモータ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、バネ手段はコイルスプリングであることを
   特徴とするステッピングエアモータ。
8. 【請求項８】 請求項１項乃至請求項７のいずれか一項
   に記載のステッピングエアモータにおいて、前記公転ガ
   イド機構はボールベアリング用いた偏心軸受け機構であ
   ることを特徴とするステッピングエアモータ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のステッピングエアモー
   タにおいて、偏心軸受け機構は前記公転子に対し３箇所
   以上設けられてなることを特徴とするステッピングエア
   モータ。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれか一項
    に規定するステッピングエアモータを、恒温槽内に設け
    られたテスト用ソケットにＩＣパッケージのリードをコ
    ンタクトさせるための位置決め用モータとして使用して
    成ることを特徴とする半導体検査装置。