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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein XY-Tisch-Stellglied, das bei
verschiedenen Arten von Untersuchungseinrichtungen, Messeinrichtungen, Fördereinrichtungen
und dergleichen eingesetzt wird, und dazu ausgebildet ist, ein Objekt
frei innerhalb einer XY-Ebene zu bewegen, um darauf eine Positionierung
durchzuführen, und betrifft spezieller ein XY-Tisch-Stellglied,
das eine Verringerung der Dicke auf annähernd 10 mm ermöglicht.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Herkömmlich
ist ein XY-Tisch-Stellglied des so genannten geschrumpften Typs
bekannt, als Einrichtung zur Bewegung eines Objekts frei innerhalb der
XY-Ebene, um eine Positionierung auf dieser an einem frei wählbaren
Ort durchzuführen. Spezieller ist eine Spurschiene, die
in der X-Richtung verläuft, auf einem ortsfesten Abschnitt
wie beispielsweise einem Bett oder einer Säule vorgesehen,
und ist ein unterer Tisch vorgesehen, der sich entlang dieser Spurschiene
bewegt. Weiterhin ist eine Spurschiene, die in der Y-Richtung verläuft,
auf dem unteren Tisch angeordnet, und ist ein oberer Tisch vorgesehen,
der sich entlang dieser Spurschiene erstreckt; und kann sich der
obere Tisch frei in der X-Richtung und der Y-Richtung in Bezug auf
den ortsfesten Abschnitt bewegen. Als Vorgehensweise dazu, den unteren
Tisch zum Vorstellen und zum Zurückziehen in der Y-Richtung
in Bezug auf den ortsfesten Abschnitt zu veranlassen, und den oberen
Tisch zum Vorstellen und Zurückziehen in der X-Richtung
in Bezug auf den unteren Tisch zu veranlassen, ist eine solche bekannt, welche
die Drehbewegung eines Motors in eine geradlinige Bewegung durch
eine Kugelumlaufspindel umwandelt, und welche die geradlinige Bewegung auf
den unteren Tisch oder den oberen Tisch überträgt.
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Bei
dem XY-Tisch-Stellglied mit der voranstehend geschilderten Konstruktion
wird die Belastung einer Linearführungsvorrichtung, welche
die Bewegung des unteren Tisches und des oberen Tisches haltert,
frei wählbar ausgewählt, wodurch das XY-Tisch-Stellglied
flexibel bei verschiedenen Anwendungen einsetzbar ist, von kleinen
Belastungen zu großen Belastungen. Weiterhin ist trotz
der Tatsache, dass eine geeignete Auswahl der Länge der Spurschiene
erfolgt, es ebenfalls möglich, das Ausmaß des
Hubes des oberen Tisches zu vergrößern. Da die
Spurschiene in der Y-Richtung auf dem unteren Tisch angeordnet ist,
der sich in der Richtung X bewegen kann, ist jedoch eine hohe Steifigkeit
bei dem unteren Tisch selbst erforderlich. Weiterhin muss die Höhe
des XY-Tisch-Stellglieds, gemessen von dem ortsfesten Abschnitt
bis zum oberen Tisch, unvermeidbar groß sein, was zu einer
Erhöhung der Abmessung und des Gewichts der gesamten Tische führt.
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Die
JP 05-18415 A beschreibt
einen XY-Tisch, bei welchem eine Verringerung der Abmessung und
der Größe durch Pressformen einer dünnen
Stahlplatte erfolgt. Genauer gesagt, werden Endabschnitte von Stahlplatten
gebogen und angehoben durch Pressformen, um hierdurch eine untere Platte
und eine obere Platte mit kanalartiger Konstruktion auszubilden.
Weiterhin wird eine mittlere Platte ausgebildet, bei welcher an
ihren vier Seiten zwei entgegengesetzte Seiten nach unten gebogen werden,
und die übrigen beiden Seiten nach oben gebogen werden,
wobei die obere Platte, die mittlere Platte und die untere Platte
miteinander so vereinigt werden, dass die Seitenwandabschnitte,
die durch Biegen ausgebildet werden, einander gegenüberliegen.
Kugeln sind zwischen den Seitenwandabschnitten, die entgegengesetzt
zueinander angeordnet sind, angeordnet, und die Kugeln laufen auf
den Seitenwandabschnitten ab, wodurch sich die mittlere Platte in
der Richtung X in Bezug auf die untere Platte bewegen kann, und
die obere Platte sich frei in der Richtung Y in Bezug auf die mittlere
Platte bewegen kann. Bei diesem XY-Tisch können die untere
Platte und die obere Platte vollständig dieselbe Konstruktion
aufweisen, obwohl sie sich in Bezug auf die Bewegungsrichtung in
Bezug auf die mittlere Platte unterscheiden, wodurch in vorteilhafter
Weise eine Verringerung der Herstellungskosten unterstützt
wird.
- Patentdokument 1: JP 05-18415 A
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE Erfindung ZU LÖSENDE
PROBLEME
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Bei
dem XY-Tisch, der in der
JP
95-18415 A beschrieben wird, ist keine Antriebsvorrichtung
dazu vorgesehen, die obere Platte dazu zu veranlassen, sich in Bezug
auf die untere Platte vorzustellen und zurückzuziehen,
und darauf eine Positionierung vorzunehmen. Wenn beispielsweise
eine Positionierung bei einem Förderobjekt durchgeführt
werden soll, das auf der oberen Platte an einer frei wählbaren
Position innerhalb der XY-Ebene angeordnet ist, ist es erforderlich,
getrennt Antriebsvorrichtungen vorzusehen. Als ein XY-Tisch-Stellglied
zur Durchführung der Positionierung auf einer oberen Platte
an einer frei wählbaren Position innerhalb der XY-Ebene
wird jedoch hierdurch kein Beitrag zu einer Verringerung in Bezug auf
die Abmessungen und des Gewichts hervorgerufen.
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Andererseits
könnte es im Falle des so genannten, voranstehend geschilderten,
geschrumpften XY-Tisch-Stellglieds möglich sein, auf der
unteren Platte eine Vorrichtung vorzusehen, damit die mittlere Platte
dazu veranlasst wird, in der X-Richtung sich vorzustellen und zurückzuziehen,
in Bezug auf die untere Platte, und auf der mittleren Platte eine
Vorrichtung dazu vorzusehen, damit sich die obere Platte in der
Y-Richtung in Bezug auf die mittlere Platte vorstellt oder zurückzieht.
Hierdurch würde allerdings erforderlich, eine Konstruktion
bei der unteren Platte vorzusehen, die sich von jener der oberen
Platte unterscheidet. Daher wäre es unmöglich,
eine Verringerung der Herstellungskosten durch Einsatz der Konstruktion
für die obere Platte und die untere Platte zu erzielen.
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Weiterhin
ist in Bezug auf die Bereitstellung einer Antriebsvorrichtung jeweils
für die untere Platte und die mittlere Platte ein Problem
in der Hinsicht vorhanden, dass eine getrennte Signalleitungsverdrahtung
für die Antriebsvorrichtung für diese Platten erforderlich
ist, was dazu führt, dass das Installieren des XY-Tisch-Stellglieds
Zeit und Mühe erfordert.
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MASSNAHMEN ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten,
beim Stand der Technik auftretenden Probleme entwickelt. Ein Ziel der
vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines XY-Tisch-Stellglieds,
welches zwar eine eingebaute Antriebsvorrichtung zum freien Bewegen eines
Objekts aufweist, das auf einen Tisch aufgesetzt ist, innerhalb
einer XY-Ebene, und das Objekt bewegt, und eine deutliche Verringerung
der Abmessungen erzielen kann, und eine Erhöhung der Tischhöhe
unterdrücken kann.
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Das
XY-Tisch-Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
ist mit einer ortsfesten Platte versehen, die eine Aufnahmenut aufweist,
die in einer Richtung X verläuft, und in einer im Wesentlichen
kanalartigen Konstruktion ausgebildet ist, einer Bewegungsplatte,
die eine Aufnahmenut aufweist, die sich in Richtung Y erstreckt,
und in einer im Wesentlichen kanalartigen Konstruktion ausgebildet
ist, und einer mittleren Platte, die sich in der Richtung X in Bezug auf
die ortsfeste Platte und in der Richtung Y in Bezug auf die Bewegungsplatte
bewegen kann. Ein unterer Körper der mittleren Platte ist
mit der Aufnahmenut der ortsfesten Platte über mehrere
Abwälzkörper zusammengebaut, während
deren oberer Körper mit der Aufnahmenut der Bewegungsplatte über
Abwälzkörper zusammengebaut ist. Die ortsfeste
Platte und die Bewegungsplatte unterscheiden sich nur in Bezug auf
ihre Ausrichtung, wenn sie mit der mittleren Platte vereinigt sind.
In Bezug auf die Konstruktion können sie vollständig
gleich sein.
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Weiterhin
weist ein XY-Tisch-Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung auf: eine X-Antriebsvorrichtung zum Vorstellen der ortsfesten
Platte in der Richtung X; und eine Y-Antriebsvorrichtung zum Vorstellen
der Bewegungsplatte in der Rich tung Y. Die mittlere Platte ist mit
Aufnahmekammern für die X-Antriebsvorrichtung und die Y-Antriebsvorrichtung
versehen.
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Der
untere Körper der mittleren Platte wird mit der Aufnahmenut
der ortsfesten Platte zusammengebaut, und der obere Körper
von dieser wird mit der Aufnahmenut der Bewegungsplatte zusammengebaut,
so dass die Dicke der mittleren Platte ausreichend größer
ist als jene der ortsfesten Platte oder der Bewegungsplatte. Daher
sind die Aufnahmekammern in der mittleren Platte vorgesehen, und
sind die X-Antriebsvorrichtung und die Y-Antriebsvorrichtung in
den Aufnahmekammern aufgenommen, wodurch ermöglicht wird,
die beiden Antriebsvorrichtungen in das XY-Tisch-Stellglied einzubauen.
Daher wird ermöglicht, ein XY-Tisch-Stellglied mit Abmessungen entsprechend
jener eines einfachen XY-Tisches zu verwirklichen, der keine Antriebsvorrichtung
aufweist.
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Wenn
die Aufnahmekammern für die X-Antriebsvorrichtung und die
Y-Antriebsvorrichtung in der mittleren Platte vorgesehen sind, ist
es nicht erforderlich, die X-Antriebsvorrichtung und die Y-Antriebsvorrichtung
an der mittleren Platte zu befestigen. Es ist beispielsweise möglich,
eine Konstruktion einzusetzen, bei welcher die X-Antriebsvorrichtung,
die auf der ortsfesten Platte angebracht ist, in einer Aufnahmekammer
der mittleren Platte aufgenommen wird. Allerdings wird darauf hingewiesen,
dass dann, wenn die X-Antriebsvorrichtung und die Y-Antriebsvorrichtung
an der mittleren Platte befestigt sind, es möglich ist,
zusammen die Signalleitungen dieser Antriebsvorrichtungen nach außerhalb
der mittleren Platte zu führen, wodurch die Handhabung
des XY-Tisch-Stellglieds erleichtert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1:
Eine Perspektivansicht eines XY-Tisch-Stellglieds gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2:
Eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten
XY-Tisch-Stellglieds.
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3:
Eine Perspektivansicht einer ortsfesten Platte.
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4:
Eine Perspektivansicht einer mittleren Platte.
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5:
Eine Perspektivansicht einer piezoelektrischen Motoreinheit, die
als Antriebsvorrichtung dient.
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6:
Eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines XY-Tisch-Stellglieds
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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7:
Eine Perspektivansicht einer mittleren Platte.
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8:
Eine Perspektivansicht eines XY-Tisch-Stellglieds gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9:
Eine Perspektivansicht des in 8 gezeigten
XY-Tisch-Stellglieds, wobei die Bewegungsplatte entfernt ist.
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10:
Eine Ansicht in der Richtung des Pfeils X von 9.
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BESTE ARTEN UND WEISEN ZUR
AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend
wird das XY-Tisch-Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 und 2 zeigen
ein XY-Tisch-Stellglied gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; 1 ist eine
Perspektivansicht von außen, und 2 ist eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, welche die innere Konstruktion
erläutert. Ein XY-Tisch-Stellglied 1 weist eine
ortsfeste Platte 2 auf, die an einem ortsfesten Abschnitt
wie beispielsweise einem Gehäuse oder einem Bett einer
Einrichtung befestigt werden soll, eine mittlere Platte 4,
die an der ortsfesten Platte 2 über eine große
Anzahl an Kugeln 3 angebaut ist, eine Bewegungsplatte 5,
die mit der mittleren Platte 4 über eine große
Anzahl von Kugeln 3 zusammengebaut ist, eine X-Antriebsvorrichtung 6 dazu,
um die mittlere Platte 4 zum Vorstellen bzw. Zurückziehen
in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 zu veranlassen, und eine
Y-Antriebsvorrichtung 7, um die Bewegungsplatte 5 zum
Vorstellen bzw. Zurückziehen in Bezug auf die mittlere
Platte 4 zu veranlassen.
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Die
mittlere Platte 4 ist so ausgebildet, dass sie sich in
der Richtung X in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 bewegen
kann, und die Bewegungsplatte 5 ist so vorgesehen, dass
sie sich in der Richtung Y in Bezug auf die mittlere Platte 3 be wegen
kann. Durch Befestigung eines bewegbaren Körpers, beispielsweise
einer Untersuchungsstufe oder eines Fördertisches, an der
Bewegungsplatte 5, wird ermöglicht, diesen bewegbaren
Körper frei in der Richtung X und der Richtung Y in Bezug
auf den ortsfesten Abschnitt zu bewegen.
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3 ist
eine Perspektivansicht der ortsfesten Platte 2. Die ortsfeste
Platte 2 wird so ausgebildet, dass eine Bearbeitung bei
einer rechteckigen Metallplatte mit einer Dicke von annähernd
4 mm durchgeführt wird; im Zentrum ihrer oberen Oberfläche
ist eine Aufnahmenut 20 ausgebildet, die sich in Richtung
X erstreckt, und eine Breite aufweist, die etwas größer
ist als die Breite der mittleren Platte 3. Beide Enden
der Aufnahmenut 20 in Richtung X sind offen, wodurch der
Abschnitt der ortsfesten Platte 2 in Richtung Y im Wesentlichen
eine kanalartige Konstruktion aufweist. Weiterhin ist die ortsfeste
Platte 2 mit einem Paar von Schienenkörpern 21, 21 mit
im Wesentlichen Rechteckquerschnitt versehen, die auf beiden Seiten
der Aufnahmenut 20 vorgesehen sind, und sind die beiden
Schienenkörper 21, 21 miteinander durch
eine verbindende untere Platte 22 mit einer Breite verbunden,
welche der Breite der Aufnahmenut 20 entspricht.
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Andererseits
weist die Bewegungsplatte 5 vollständig dieselbe
Ausbildung auf wie die ortsfeste Platte 2; allerdings wird
sie, um mit der mittleren Platte vereinigt zu werden, umgedreht;
weiterhin ist eine Aufnahmenut, die zwischen zwei Schienenkörpern 51, 51 angeordnet
ist, so ausgebildet, dass sie sich nicht in der Richtung X erstreckt,
sondern in der Richtung Y. Daher wird ermöglicht, eines
von zwei Teilen einzusetzen, die mit derselben Konstruktion wie
bei der ortsfesten Platte ausgebildet sind, und das andere Teil
als die Bewegungsplatte. In der Bewegungsplatte bildet eine obere
Ver bindungsplatte 52, welche die beiden Schienenkörper 51, 51 verbindet,
eine Montageoberfläche für den bewegbaren Körper
aus, der transportiert werden soll.
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Abwälznuten 30 für
die Kugeln 3 sind in den inneren Seitenoberflächen
der Schienenkörper 21, 51 der ortsfesten
Platte 2 und der Bewegungsplatte 5 vorgesehen.
Die Kugelabwälznuten 30 der ortsfesten Platte 2 sind
so ausgebildet, dass sie sich in der Richtung X erstrecken, und
die Kugelabwälznuten 30 der Bewegungsplatte 5 sind
so ausgebildet, dass sie sich in der Richtung Y erstrecken. Diese
Kugelabwälznuten 50 bilden eine Schnittform in
Form eines so genannten Bogens aus, bei welchem zwei Kugelabwälznuten
sich gegenseitig bei etwa 90° kreuzen.
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Andererseits
ist, wie in 4 gezeigt, die mittlere Platte 4 als
eine rechteckige Platte ausgebildet, deren Dicke etwa das Doppelte
der Höhe der Schienenkörper 21, 51 der
ortsfesten Platte 2 und der Bewegungsplatte 5 beträgt;
ihr unterer Körper ist lose in die Aufnahmenut 20 der
ortsfesten Platte 2 eingebracht, und ihr oberer Körper
ist lose in die Aufnahmenut der Bewegungsplatte 5 eingepasst.
An den Orten der Seitenoberflächen des unteren Körpers
der mittleren Platte 4 gegenüberliegend den Kugelabwälznuten 30 der
ortsfesten Platte 2 sind Kugelabwälznuten 31 vorgesehen,
die sich in Richtung X erstrecken, und ist eine große Anzahl
an Kugeln 3 zwischen den Kugelabwälznuten 30 der
ortsfesten Platte 2 und den Kugelabwälznuten 31 der
mittleren Platte 4 vorgesehen. Entsprechend sind an den
Positionen der Seitenoberflächen des oberen Körpers
der mittleren Platte 4 gegenüberliegend den Kugelabwälznuten 30 der
Bewegungsplatte 5 Kugelabwälznuten 32 vorgesehen,
die sich in Richtung Y erstrecken, und ist eine große Anzahl
an Kugeln 5 zwischen den Kugelabwälznuten 30 der
Bewe gungsplatte 5 und den Kugelabwälznuten 32 der
mittleren Platte 4 vorhanden. Die Länge in Richtung
X der Kugelabwälznuten 31 ist ebenso groß wie
die Länge in Richtung X der ortsfesten Platte 2,
und die Länge in Richtung Y der Kugelabwälznuten 32 ist
ebenso groß wie die Länge in Richtung Y der Bewegungsplatte 5.
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Jede
der vier Kugelabwälznuten 31, 32, die in
der mittleren Platte 4 vorgesehen sind, weist eine so genannte
Bogenschnittformkonstruktion auf, bei welcher zwei Kugelabwälzoberflächen
sich gegenseitig um etwa 90° kreuzen. Die Kugeln 3 wälzen
sich ab, während sie die Belastung zwischen den Kugelabwälznuten 30 der
ortsfesten Platte 2 oder der Bewegungsplatte 5 und
den Kugelabwälznuten 31, 32 der mittleren
Platte 4 abfangen. Eine Gruppe von Kugeln 3, die
sich in derselben Kugelabwälznut abwälzen, ist
in vorbestimmten Abständen in einem dünnen, plattenartigen
Kugelkäfig 33 angeordnet, so dass sie drehbar
durch den Kugelkäfig 33 gehaltert werden. Die
Kugelkäfige 33 können durch Stanzen dünner
Metallplatten ausgebildet werden, durch Spritzgießen mit
Kunstharz, usw.
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An
den Enden in Längsrichtung der Schienenkörper 21, 51,
die auf der ortsfesten Platte 2 bzw. der Bewegungsplatte 5 vorgesehen
sind, sind Anschlagblöcke 34 der Kugelkäfige 33 durch
Schrauben befestigt. Dies führt dazu, dass dann, wenn die Bewegungsplatte 5 kontinuierlich
in Richtung X oder in Richtung Y in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 bewegt
wird, sich die Kugelkäfige 31 zusammen mit den Kugeln 3 bewegen,
und gegen die Anschlagblöcke 34 anstoßen,
wodurch die Bewegung der Bewegungsplatte 5 in dieser Richtung
eingeschränkt wird.
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Bei
der Ausbildung der ortsfesten Platte 2 und der Bewegungsplatte 5 werden
die Aufnahmenuten durch Einschneiden in rechteckige Metallplatten mit
einer Dicke von annähernd 4 mm durch eine Fräsmaschine
oder dergleichen ausgebildet, und dann werden die Kugelabwälznuten 30 durch
Schleifen bei den Schienenkörpern 21, 51 ausgebildet.
Anstatt der Ausbildung der Aufnahmenuten in den Metallplatten durch
Schneidbearbeitung ist es ebenfalls möglich, die ortsfeste
Platte 2 und die Bewegungsplatte 5 mit einer kanalartigen
Konstruktion durch Metalleinspritzformen (MIM-Formen) auszubilden.
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Andererseits
weist die mittlere Platte 4 Aufnahmekammern 40, 41 zur
Befestigung der X-Antriebsvorrichtung 6 und der Y-Antriebsvorrichtung 7 an
ihrem Ort auf. Die Aufnahmekammer 40 für die X-Antriebsvorrichtung 6 ist
als eine Ausnehmung ausgebildet, die an der Seitenoberfläche
der mittleren Platte 4 der Bewegungsplatte 5 ausgebildet
ist; und die Aufnahmekammer 40 ist darüber hinaus
offen zu einem Schienenkörper 21 der ortsfesten
Platte 2. Die Aufnahmekammer 40 befindet sich
in der Nähe der Kugelabwälznut 31, die
in der mittleren Platte 4 so vorgesehen ist, dass sie sich
in Richtung X erstreckt.
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Die
Aufnahmekammer 41 für die Y-Antriebsvorrichtung 7 ist
als eine Ausnehmung ausgebildet, die an der Seitenoberfläche
der ortsfesten Platte 2 der mittleren Platte 4 geöffnet
ist; die Aufnahmekammer 41 ist darüber hinaus
gegenüber einem Schienenkörper 51 der
Bewegungsplatte 5 geöffnet. Die Aufnahmekammer 41 liegt
neben der Kugelabwälznut 32, die so in der mittleren
Platte 4 vorgesehen ist, dass sie sich in Richtung Y erstreckt.
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Die
Positionsbeziehung zwischen der Aufnahmekammer 40, an welche
die X-Antriebsvorrichtung 6 befestigt ist, und der Aufnahmekammer 41,
an welcher die Y-Antriebsvorrichtung 7 befestigt ist, ist so,
dass sie einander benachbart in der XY- Ebene angeordnet sind, und
sich nicht gegenseitig in Richtung der Dicke der mittleren Platte 4 überlappen,
also in jener Richtung, in welcher die ortsfeste Platte 2,
die mittlere Platte 4 und die Bewegungsplatte 5 aufeinander
gestapelt vorgesehen sind.
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5 ist
eine Perspektivansicht einer piezoelektrischen Motoreinheit 8,
die als die X-Antriebsvorrichtung 6 und die Y-Antriebsvorrichtung 7 verwendet
wird. Die piezoelektrische Motoreinheit 8 weist einen piezoelektrischen
Motor 80 auf, der so ausgebildet ist, dass bei ihm piezoelektrische
Keramikteile zusammenlaminiert sind, und einen Halter 81,
der den piezoelektrischen Motor 80 haltert, und durch Schrauben
an der mittleren Platte 4 befestigt ist. Bei dem piezoelektrischen
Motor 80 sind vier piezoelektrische Keramikteile 83 über
einen kreuzförmigen Isolierfilm 82 zusammengepasst,
wodurch eine bimorphe Zelle erzeugt wird. Eine Keramikantriebsoberseite 84,
deren vorderes Ende konisch ausgebildet ist, ist an einem Ende in
Längsrichtung des piezoelektrischen Motors 80 angebracht.
Bei dem piezoelektrischen Motor 80 wird der Steuerzeitpunkt,
an welchem eine Spannung an die vier piezoelektrischen Keramikelemente 83 angelegt
wird, eingestellt, wodurch die bimorphe Zelle, die durch Zusammenbringen
der vier piezoelektrischen Teile 83 gebildet wird, wiederholt
ausgefahren und gebogen wird, und sich das vordere Ende der Antriebsoberseite 84 bewegt,
so dass eine elliptische Wegkurve hervorgerufen wird.
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Der
Halter 81 weist einen Schlitz 85 auf, in welchen
der piezoelektrische Motor 80 lose eingepasst ist; der
piezoelektrische Motor 80 wird in eine Richtung innerhalb
des Schlitzes 85 durch eine Schraubenfeder 86 gedrückt,
und wird an einer festen Position innerhalb des Schlitzes 85 gehaltert.
Diese Konstruktion wird zu dem Zweck eingesetzt, um nicht das Ausfahren
und Abbiegen des piezoelektrischen Motors 80 zu behindern.
Der piezoelektrische Motor 80 wird darüber hinaus
von der Rückseite aus durch eine Plattenfeder 87 beaufschlagt,
und die Antriebsoberseite 84, die an dem vorderen Ende
angebracht ist, wird gegen einen Transportweg 88 gedrückt,
der auf der Bewegungsplatte 5 oder der ortsfesten Platte 2 vorgesehen
ist.
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Der
piezoelektrische Motor 8 mit dieser Konstruktion ist in
der Aufnahmekammer 40, 41 als die X-Antriebsvorrichtung 6 oder
die Y-Antriebsvorrichtung 7 aufgenommen, und ist an der
mittleren Platte 4 durch einen Befestigungsbolzen 89 befestigt.
Die piezoelektrische Motoreinheit 8, die als die X-Antriebsvorrichtung 6 dient,
ist an der mittleren Platte 4 befestigt, wobei die Antriebsoberseite 84 an
dem vorderen Ende des piezoelektrischen Motors 80 zum Schienenkörper 21 der
ortsfesten Platte 2 hin gerichtet ist. Die piezoelektrische
Motoreinheit 8, die als die Y-Antriebsvorrichtung 7 dient,
ist an der mittleren Platte 4 befestigt, wobei die Antriebsoberseite 84 am vorderen
Ende des piezoelektrischen Motors 80 zum Schienenkörper 51 der
Bewegungsplatte 5 hin gerichtet ist.
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Wie
durch abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linien in 3 angedeutet,
ist bei den beiden Schienenkörpern 21, die auf
der ortsfesten Platte 2 vorgesehen sind, der Bewegungsweg 88 für
den piezoelektrischen Körper 80 an dem Schienenkörper 21 gegenüberliegend
der Aufnahmekammer 40 der mittleren Platte 4 angebracht.
Der Bewegungsweg 88 ist eine rechteckige Stange, die aus
einem Keramikmaterial besteht, und ist an der Innenseitenoberfläche des
Schienenkörpers 21 so angebracht, dass er sich parallel
zur Kugelumwälznut 30 erstreckt; er liegt der Antriebsoberseite 84 der
piezoelektrischen Motoreinheit 8 (X-Antriebsvorrichtung 6)
gegenüber, die an der Aufnahmekammer 40 der mittleren
Platte 4 befestigt ist. Zwar ist es ebenfalls möglich,
den Schienenkörper 21 selbst als den Bewegungsweg
für die Antriebsoberseite 84 einzusetzen, anstatt
den Keramikbewegungsweg 88 an den Schienenkörper 21 anzubringen,
da die Antriebsoberseite 84 aus einem Keramikmaterial besteht,
und unter dem Gesichtspunkt, einen Verschleiß der Schienenkörper 21 zu verhindern,
ist der Bewegungsweg 88, der aus demselben Material wie
jenem der Antriebsoberseite 84 besteht, an dem Schienenkörper 21 angebracht.
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Entsprechend
ist ein Bewegungsweg, der aus einem Keramikmaterial besteht, an
dem Schienenkörper 51 der Bewegungsplatte 5 angebracht. Dieser
Bewegungsweg ist an der innenseitigen Oberfläche des Schienenkörpers 51 so
angebracht, dass er parallel zu der Kugelabwälznut 330 verläuft,
und ist gegenüberliegend der Antriebsoberseite 84 der
piezoelektrischen Motoreinheit 8 (Y-Antriebsvorrichtung 7)
angeordnet, die an der Aufnahmekammer 41 der mittleren
Platte 4 befestigt ist.
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Wie
voranstehend geschildert, wird jeder piezoelektrische Motor 80 von
der Rückseite aus durch die Plattenfeder 87 beaufschlagt,
so dass die Antriebsoberseite 84, die an dem vorderen Ende
jedes piezoelektrischen Motors 80 vorgesehen ist, in Druckkontakt
mit dem Bewegungsweg 88 der ortsfesten Platte 2 oder
dem Bewegungsweg 88 der Bewegungsplatte 5 versetzt
wird. Dies führt dazu, dass dann, wenn eine Spannung an
die piezoelektrischen Motoren 80 angelegt wird, jede Antriebsoberseite 84 wiederholt
in Kontakt bzw. außer Kontakt mit dem Bewegungsweg versetzt
wird, während ein elliptischer Weg gezogen wird; infolge
der X-Antriebsvorrichtung 6 wird ermöglicht, die
mittlere Platte 4 in Richtung X in Bezug auf die ortsfeste
Platte 2 vorzustellen. Infolge der X-Antriebsvorrichtung 7 wird
ermöglicht, die Bewegungsplatte 5 in der Richtung
Y in Bezug auf die mittlere Platte 4 vorzustellen.
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Weiterhin
ist, wie in 3 gezeigt, eine lineare Skala 9 an
der ortsfesten Platte befestigt. Die lineare Skala 9, die
sich in der Richtung X erstreckt, ist an der oberen Oberfläche
des Schienenkörpers 21 an der Seite gegenüberliegend
dem Schienenkörper 21 befestigt, an welchem der
Bewegungsweg 88 angebracht ist. Andererseits ist ein X-Richtungssensor 90,
der als ein Codierer dient, auf der mittleren Platte 4 an
einem Ort gegenüberliegend der linearen Skala 9 vorgesehen;
entsprechend der Bewegung der mittleren Platte 4 in Bezug
auf die ortsfeste Platte 2 tastet der X-Richtungssensor 90 die
lineare Skala 9 ab, und gibt ein Signal entsprechend der
Geschwindigkeit und der Entfernung der Bewegung in der Richtung
X der mittleren Platte 4 aus.
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Weiterhin
ist in Bezug auf die Bewegungsplatte 5 eine lineare Skala,
welche sich in der Richtung Y erstreckt, an dem Schienenkörper 51 an
der Seite gegenüberliegend dem Schienenkörper 51 befestigt,
an welchem der Bewegungsweg angebracht ist. Die mittlere Platte 4 ist
mit einem Y-Richtungssensor 91 (siehe 2)
versehen, als Codierer an einem Ort gegenüberliegend der
linearen Skala 4; entsprechend der Bewegung der Bewegungsplatte 5 in
Bezug auf die mittlere Platte 5 tastet der Y-Richtungssensor 91 die
lineare Skala ab, und gibt ein Signal entsprechend der Geschwindigkeit
und der Entfernung der Bewegung in Richtung Y der Bewegungsplatte 5 aus.
Während sich bei der Beziehung zwischen der ortsfesten
Platte 2 und der mittleren Platte 4 in Richtung
X der Sensor 90 sich in Bezug auf die lineare Skala 9 zusammen
mit der mittleren Platte 4 bewegt, bewegt sich bei der
Beziehung zwischen der mittleren Platte 4 und der Bewegungsplatte 5 die
lineare Skala, die an der Bewegungsplatte 5 verfestigt ist,
sich in Bezug auf die Richtung des Y-Richtungssensors 91,
der an der mittleren Platte 9 befestigt ist.
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Die
Kombination aus der linearen Skala und dem Sensor zu deren Ablesung
kann vom optischen Typ oder vom magnetischen Typ sein.
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Die
mittlere Platte 4 ist mit Ausnehmungen 42, 43 versehen,
zum Anbringen des Sensors für die X-Richtung und des Sensors
für die Y-Richtung. Die Ausnehmung 42 zur Befestigung
des X-Richtungssensors 90 ist auf der Seite gegenüberliegend
der X-Antriebsvorrichtung 6 vorgesehen, und die Ausnehmung 43 zur
Befestigung des Y-Richtungssensors 91 ist an der Seite
gegenüberliegend der Y-Antriebsvorrichtung 7 vorgesehen.
Der X-Richtungssensor 90 ist im Zentrum der Länge
in X-Richtung der mittleren Platte 4 vorgesehen, und der
Y-Richtungssensor 91 ist im Zentrum der Länge
in Y-Richtung der mittleren Platte 4 vorgesehen, wodurch
ermöglicht wird, in einem maximalen Bereich das Vorstellen
und Zurückziehen in der Richtung X der mittleren Platte 4 und
das Vorstellen und das Zurückziehen in der Richtung Y der
Bewegungsplatte 5 zu messen.
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Die
Signalleitungen zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrischen
Motoren 80 der X-Antriebsvorrichtung 6 und der
Y-Antriebsvorrichtung 7, sowie die Signalleitungen des
X-Richtungssensors 90 und des Y-Richtungssensors 91 sind
zusammen aus der mittleren Platte 4 herausgeführt. Diese
Signalleitungen sind in einer einzigen flexiblen Leiterplatte (FPC)
aufgenommen, und eine FPC 92 in Form eines Streifens ist
aus der mittleren Platte 4 herausgeführt. Die
FPC 92, die so herausgeführt ist, ist an einen
Steuerkasten (nicht gezeigt) zum Steuern des Betriebs des XY-Tisch-Stellglieds 1 angeschlossen.
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Die
Oberfläche des streifenförmigen FPC 92, die
aus der mittleren Platte 4 herausgeführt ist,
ist in Bewegungsrichtung der mittleren Platte 4 in Bezug auf
die ortsfeste Platte 2 gerichtet, also in Richtung X, und
kann frei ausgelenkt werden, wenn sich die mittlere Platte 4 in
der Richtung X bewegt. Abhängig von der Position, an welcher
sie aus der mittleren Platte 4 herausgeführt ist,
kann die FPC 92 so angeordnet sein, dass ihre Oberfläche
in die Richtung Y weist.
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In 2 bezeichnet
das Bezugszeichen 93 Abstandsblöcke zum Ausfüllen
der Abstände zwischen den Schienenkörpern 21 der
ortsfesten Platte 2 und der oberen Verbindungsplatte 52 der
Bewegungsplatte 5 und der Abstände zwischen den
Schienenkörpern 51 der Bewegungsplatte 5 und
der unteren Verbindungsplatte 22 der ortsfesten Platte 2;
die Abstandsblöcke sind an den Seitenoberflächen
der mittleren Platte 4 befestigt.
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Bei
dem XY-Tisch-Stellglied 1 mit der voranstehend geschilderten
Konstruktion ist der untere Körper der mittleren Platte 4 in
der Aufnahmenut 20 der ortsfesten Platte 2 aufgenommen,
und ist deren oberer Körper in der Aufnahmenut der Bewegungsplatte 5 aufgenommen,
so dass das XY-Tisch-Stellglied nach außen hin sehr klein
und dünn erscheint, wobei die Bewegungsplatte 5 einfach
der ortsfesten Platte 2 mit einem kleinen Spalt dazwischen überlagert
ist. Allerdings sind die X-Antriebsvorrichtung 5, die dazu
dient, dass sich die mittlere Platte 4 in Richtung X vorstellt
und zurückzieht, und die Y-Antriebsvorrichtung 7,
die dazu dient, dass sich die Bewegungsplatte 5 in Richtung
Y in Bezug auf die mittlere Platte 4 vorstellt bzw. zurückzieht,
beide in die mittlere Platte 4 eingebaut, und ist es nur
durch Anschluss der FPC 92, die zum Steuerkasten herausgeführt
ist, möglich, frei die Bewegungsplatte 5 innerhalb
der XY-Ebene in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 zu bewegen,
so dass deren Positionierung in einer frei wählbaren Position
erzielt werden kann.
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Weiterhin
sind die Aufnahmekammer 40 für die X-Antriebsvorrichtung 6 und
die Aufnahmekammer 41 für die Y-Antriebsvorrichtung 7,
die in der mittleren Platte 4 vorgesehen sind, nebeneinander
innerhalb der XY-Ebene angeordnet, und überlappen sich nicht
gegenseitig in Richtung der Höhe des XY-Tisch-Stellglieds 1,
wodurch ebenfalls eine Vergrößerung der Höhe
des gesamten Tisches unterdrückt wird, und ein dünnes
XY-Tisch-Stellglied 1 zur Verfügung gestellt wird.
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Da
die Montagepositionen für die Antriebsvorrichtungen 6, 7 für
die Richtung X bzw. Y und die Sensoren 90, 91 auf
der mittleren Platte 4 zusammengefasst sind, ist es darüber
hinaus möglich, zusammen die verschiedenen Signalleitungen
aus der mittleren Platte 4 herauszuführen, wodurch
die Handhabung des XY-Tisch-Stellglieds 1 erleichtert wird.
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Weiterhin
kann die FPC mit einer Anzahl von Schichten versehen sein, so dass
durch Aufnahme der verschiedenen Signalleitungen in der FPC 92 und deren
Herausführen aus der mittleren Platte 4 ermöglicht
wird, dass die Leitung, welche die mittlere Platte 4 mit
dem Steuerkasten verbindet, dünn und schmal ist, was ebenfalls
zu einer Verringerung der Abmessungen und der Dicke des XY-Tisch-Stellglieds 1 beiträgt.
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Nunmehr
zeigt 6 ein XY-Tisch-Stellglied 101 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie
das XY-Tisch-Stellglied 1 gemäß der ersten
Ausführungsform ist das XY-Tisch-Stellglied 101 gemäß der
zweiten Ausführungsform mit einer ortsfesten Platte 102 versehen,
einer mittleren Platte 104, einer Bewegungsplatte 105,
einer X-Antriebsvorrichtung 106 und einer Y-Antriebsvorrichtung 107, wobei
die Bewegungsplatte 105 frei in den Richtungen XY bewegt
werden kann. Anstelle der piezoelektrischen Motoren 80 bei
der ersten Ausführungsform sind Linearmotoren des Synchrontyps
als die X-Antriebsvorrichtung 106 und die Y-Antriebsvorrichtung 107 vorgesehen.
Die jeweilige Änderung, welche den Einsatz der Linearmotoren
des Synchrontyps ermöglicht, wird auf der ortsfesten Platte 102,
der mittleren Platte 104 und der Bewegungsplatte 105 durchgeführt.
Jene Bauteile, die ebenso wie bei der ersten Ausführungsform
ausgebildet sind, werden daher mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
und es wird auf deren Beschreibung verzichtet.
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Jeder
der Linearmotoren, die als die X-Antriebsvorrichtung 106 bzw.
die Y-Antriebsvorrichtung 107 eingesetzt werden, weist
mehrere in einer Reihe angeordnete Statormagneten 180 auf,
und ein Spulenteil 181, das mit einem kleinen Spalt dazwischen den
Statormagneten 180 gegenüberliegt.
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Die
Statormagneten 180 sind so angeordnet, dass ihre N-Pole
und ihre S-Pole abwechselnd dem Spulenteil 181 zugewandt
sind. Die Statormagneten 180 sind auf einer Halteplatte
aus Kunstharz angeordnet; durch Ankleben der Halteplatte an die
mittlere Platte 104 wird die Anordnung der Statormagneten 180 auf
der mittleren Platte 104 erleichtert. Weiterhin sind die
Statormagneten 180 mit der Halteplatte durch Spritzgießen
der Halteplatte vereinigt.
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Das
Spulenteil 181 ist so ausgebildet, dass eine Spule um ein
Kernteil herumgewickelt wird, das aus einem ferromagnetischen Material,
wie beispielsweise Eisen, besteht; das vordere Ende des Kernteils liegt
mit einem kleinen Spalt dazwischen den Statormagneten 180 gegenüber.
Die Spule weist drei Phasen auf: eine u-Phase, eine v-Phase und
eine w-Phase; wenn ein dreiphasiger Wechselstrom der Spule zugeführt
wird, tritt eine magnetische Anziehungskraft oder eine magnetische
Abstoßungskraft zwischen den Statormagneten 180 und
dem Spulenteil 181 auf, und wird ermöglicht, das
Spulenteil 181 in jene Richtung zu bewegen, in welcher
die Statormagneten 180 angeordnet sind.
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Bei
diesem Linearmotor sind die Statormagneten 180 an der mittleren
Platte 104 befestigt, und sind die Spulenteile 181 an
der ortsfesten Platte 102 bzw. der Bewegungsplatte 105 befestigt.
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7 ist
eine detaillierte Perspektivansicht der mittleren Platte 104.
Eine Aufnahmekammer 141 für die Y-Antriebsvorrichtung 107 ist
in der Seitenoberfläche der Bewegungsplatte 105 der
mittleren Platte 104 vorgesehen. Die Aufnahmekammer 141 ist
als eine Nut ausgebildet, die in Richtung Y verläuft, wobei
beide Enden in Längsrichtung der Nut zu den Seitenoberflächen
der mittleren Platte 104 hin offen sind. Wie in 6 gezeigt,
sind die Statormagneten 180 durch Anhaften an der unteren
Oberfläche der Aufnahmekammer 141 zusammen mit
der Halteplatte befestigt. Andererseits ist das Spulenteil 181 an
der rückwärtigen Oberfläche der Bewegungsplatte 105 an
einem Ort gegenüberliegend der Aufnahmekammer 141 befestigt;
wenn die Bewegungsplatte 105 mit der mittleren Platte 104 zusammengebaut
ist, liegt das Spulenteil 181 gegenüberliegend
den Statormagneten 180 innerhalb der Aufnahmekammer 141,
mit einem kleinen Spalt dazwischen, wodurch die Y-Antriebsvorrichtung 107 ausgebildet
wird.
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Andererseits
ist eine Aufnahmekammer 140 für die X-Antriebsvorrichtung 106 in
der Seitenoberfläche der ortsfesten Platte 102 der
mittleren Platte 104 vorgesehen. Die Aufnahmekammer 140 ist
als eine Nut ausgebildet, die in Richtung X verläuft, wobei
beide Enden in Längsrichtung der Nut in den Seitenoberflächen
der mittleren Platte 104 offen sind. Weiterhin kreuzt die
Aufnahmekammer 140 die Aufnahmekammer 141; in
dem Überkreuzungsbereich überlappen sich die Aufnahmekammer 140 und
die Aufnahmekammer 141 gegenseitig in Richtung der Dicke
der mittleren Platte. Wie bei der Aufnahmekammer 141 sind
die Statormagneten 180 an die untere Oberfläche
der Aufnahmekammer 140 zusammen mit der Halteplatte angeklebt.
Andererseits ist das Spulenteil 181 an der ortsfesten Platte 102 an
einem Ort gegenüberliegend der Aufnahmekammer 140 befestigt;
wenn die mittlere Platte 104 mit der ortsfesten Platte 102 zusammengebaut
ist, liegt das Spulenteil 181 den Statormagneten 180 innerhalb der
Aufnahmekammer 140 mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüber,
wodurch die X-Antriebsvorrichtung 106 ausgebildet wird.
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Signalleitungen
werden aus den Spulenteilen 181 der X-Antriebsvorrichtung 106 und
der Y-Antriebsvorrichtung 107 durch die FPCs 182 herausgeführt,
und die elektrische Stromversorgung der Spulenteile 181 wird über
diese Signalleitungen bewirkt. Durch Einsatz der FPCs 182 als
Signalleitungen wird ermöglicht, einfach die Signalleitungen
aus dem Spalt zwi schen der ortsfesten Platte 102 und der
mittleren Platte 104 sowie dem Spalt zwischen der mittleren
Platte 104 und der Bewegungsplatte 105 herauszuführen.
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Weiterhin
sind die Vorrichtung zur Erfassung der Bewegungsentfernung oder
der Bewegungsgeschwindigkeit in Richtung X der mittleren Platte 104 in
Bezug auf die ortsfeste Platte 102, und die Vorrichtung
zur Erfassung der Bewegungsentfernung in Richtung Y der Bewegungsplatte 105 in
Bezug auf die mittlere Platte 104 ebenso ausgebildet wie
bei der ersten Ausführungsform, und werden die Signalleitungen
des X-Richtungssensors und des Y-Richtungssensors aus der mittleren
Platte 104 durch eine FPC 183 herausgeführt.
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Weiterhin
ist bei dem XY-Tisch-Stellglied 1 gemäß der
zweiten Ausführungsform mit der voranstehend geschilderten
Konstruktion der untere Körper der mittleren Platte 104 in
der Aufnahmenut 20 der ortsfesten Platte 102 aufgenommen,
und ist deren oberer Körper in der Aufnahmenut der Bewegungsplatte 105 aufgenommen,
so dass das XY-Tisch-Stellglied ein sehr kleines und dünnes äußeres
Erscheinungsbild aufweist, wobei die Bewegungsplatte 105 einfach
auf die ortsfeste Platte 102 aufgestapelt ist, mit einem
kleinen Spalt dazwischen. Die X-Antriebsvorrichtung 106 zum
Veranlassen, dass die mittlere Platte 104 in Richtung X
vorgestellt bzw. zurückgezogen wird, und die Y-Antriebsvorrichtung 107 zum
Vorstellen bzw. Zurückziehen der mittleren Platte 104 in
Richtung Y sind beide in den Aufnahmekammern der mittleren Platte
aufgenommen, wodurch ermöglicht wird, dass sich die Bewegungsplatte 105 frei
innerhalb der XY-Ebene in Bezug auf die ortsfeste Platte 102 bewegen
kann, und deren Positionierung an einem frei wählbaren
Ort erzielt werden kann.
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Weiterhin
tritt bei der zweiten Ausführungsform, wenn die Spulenteile 181 des
Linearmotors an den Aufnahmekammern 140, 141 der
mittleren Platte 104 befestigt sind, und die Statormagneten 180 an der
ortsfesten Platte 102 oder der Bewegungsplatte 105 befestigt
sind, keine Änderung der Dicke der mittleren Platte 104 auf,
wodurch ermöglicht wird, ein XY-Tisch-Stellglied 101 mit
derselben Höhe auszubilden. Allerdings sind bei der zweiten
Ausführungsform die Spulenteile 181 des Linearmotors
absichtlich an der ortsfesten Platte 102 oder der Bewegungsplatte 105 befestigt.
Wenn sie mit elektrischem Strom versorgt werden, erzeugen daher
die Spulenteile 181 ein beträchtliches Ausmaß an
Wärme, so dass dann, wenn sie an der mittleren Platte 104 befestigt
sind, die zwischen der ortsfesten Platte 102 und der Bewegungsplatte 105 gehaltert
ist, die Kühlung der Spulenteile 181 nicht gefördert
wird, was zu einer Einschränkung der Schubwirkung des Linearmotors führt.
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Daher
ist es bei der zweiten Ausführungsform möglich,
die von den Spulenteilen 181 der Linearmotoren erzeugte
Wärme nach außen über die ortsfeste Platte 102 oder
die Bewegungsplatte 105 abzugeben, wodurch ermöglicht
wird, eine Verringerung der Schutzwirkung der X-Antriebsvorrichtung 106 und
der Y-Antriebsvorrichtung 107 zu verhindern.
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Während
bei dem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geschilderten Beispiel
Kugeln als die Abwälzteile eingesetzt werden, die zwischen
der ortsfesten Platte 2 und der mittleren Platte 4 sowie zwischen
der mittleren Platte 4 und der Bewegungsplatte 5 vorgesehen
sind, ist es ebenfalls möglich, Rollen als die Abwälzteile
einzusetzen. Falls Rollen eingesetzt werden, ist es möglich,
eine so genannte Querrollentypkonstruktion einzusetzen, bei welcher Rollen,
deren Drehachsenrichtung sich um 90° unterscheidet, abwechselnd
angeordnet sind.
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8 ist
eine Perspektivansicht eines XY-Tisch-Stellglieds 201 gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das
XY-Tisch-Stellglied 201 weist ebenfalls eine ortsfeste
Platte 202 auf, die an einem ortsfesten Abschnitt wie beispielsweise
einem Gehäuse oder einem Bett einer mechanischen Einrichtung
zu befestigen ist, eine mittlere Platte 204, die mit der
ortsfesten Platte 202 über eine große
Anzahl an Kugeln 3 zusammengebaut ist, eine Bewegungsplatte 205,
die mit der mittleren Platte 204 über eine große
Anzahl an Kugeln 3 zusammengebaut ist, eine X-Antriebsvorrichtung 206,
um die mittlere Platte 204 dazu zu veranlassen, sich in
Bezug auf die mittlere Platte 204 vorzustellen und zurückzustellen,
und eine Y-Antriebsvorrichtung 7, um die Bewegungsplatte 205 dazu
zu veranlassen, sich in Bezug auf die mittlere Platte 204 vorzustellen
bzw. zurückzuziehen. 9 ist eine
Perspektivansicht, bei welcher die Bewegungsplatte 205 weggelassen
ist, damit man die innere Konstruktion erkennt. 10 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 8.
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Das
XY-Tisch-Stellglied 201 gemäß der dritten
Ausführungsform unterscheidet sich von dem XY-Tisch-Stellglied 1 der
ersten Ausführungsform in den folgenden zwei Punkten.
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Der
erste Unterschied besteht in der Tatsache, dass unter Berücksichtigung
einer speziellen Umgebung die Bauteile nicht aus Harz oder Metall, sondern
aus einem Keramikmaterial hergestellt sind. Beispielsweise in einer
Vakuumumgebung besteht das Problem, dass Gas von dem Harzmaterial
abgegeben wird, so dass der erforderliche Vakuumdruck nicht einfach
das gewünschte Ausmaß erreichen kann. Bei einer
Elektronenstrahl einrichtung, die zur Herstellung von Halbleitern
eingesetzt wird, müssen die Bestandteile des XY-Tisch-Stellglieds
aus einem unmagnetischen Material bestehen, um eine unerwünschte
Ablenkung des Elektronenstrahls zu vermeiden.
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Daher
bestehen bei dem XY-Tisch-Stellglied 201 der dritten Ausführungsform
die ortsfeste Platte 202, die mittlere Platte 204 und
die Bewegungsplatte 205 aus einem Keramikmaterial. Weiterhin
bestehen die verschiedenen Bauteile, Schrauben und dergleichen,
die an diesen Platten angebracht sind, ebenfalls aus einem Keramikmaterial.
Die Kugeln 3, die sich abwälzen, während
sie die Belastung zwischen den Platten abfangen, sind ebenfalls
Kugeln aus Keramik. Weiterhin ist, um eine Schmierung der Kugeloberflächen
durch ein Schmiermittel, wie beispielsweise Fett, zu vermeiden,
die Oberfläche jeder der Kugeln mit einem Feststoffschmierfilm
aus Molybdändisulfid, Graphit oder dergleichen bedeckt.
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Der
zweite Unterschied besteht darin, dass Endlosspuren für
die Kugeln 3 in der mittleren Platte 204 vorgesehen
sind. Bei dem XY-Tisch-Stellglied 1 der ersten Ausführungsform
sind unter dem Gesichtspunkt der Beziehung zwischen der ortsfesten Platte 2 und
der mittleren Platte 4 die Kugeln 3 zwischen den
Kugelabwälznuten 30 der ortsfesten Platte 2 und
den Kugelabwälznuten 31 der mittleren Platte 4 zusammen
mit den Kugelkäfigen 33 angeordnet; entsprechend
der Bewegung der mittleren Platte 4 in Bezug auf die ortsfeste
Platte 2 wälzen sich die Kugeln 3 auf
den Kugelabwälznuten 30, 31 ab. Allerdings
stehen die Kugeln 3 nicht in vollständigem Abwälzkontakt
mit den Kugelabwälznuten 30, 31, sondern
weisen mit diesen in geringem Ausmaß einen Gleitkontakt
auf, so dass dann, wenn sich die mittlere Platte 4 wiederholt
in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 hin und her bewegt,
die Positionen der Kugeln 3 in Bezug auf die Kugelabwälznuten 30, 31 allmählich abweichen.
In jenem Zustand, in welchem sich die ortsfeste Platte 2 und
die mittlere Platte 4 vollständig gegenseitig überlappen,
ist daher der Kugelkäfig 33 im Zentrum in Richtung
der Breite der ortsfesten Platte 2 vorhanden, und weichen,
wenn die mittlere Platte 4 ihre Bewegung wiederholt, die
Kugelkäfige 33 zum Ende der Kugelabwälznuten 30, 31 ab.
Dieser Effekt wird als Kugelabweichung bezeichnet. Dieser Effekt der
Kugelabweichung tritt auch bei den Kugeln 3 auf, die zwischen
der mittleren Platte 4 und der Bewegungsplatte 5 vorhanden
sind.
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Es
wäre möglich, die Käfigabweichung dadurch
zu korrigieren, dass zwangsweise die mittlere Platte 4 in
Bezug auf die ortsfeste Platte 2 bewegt wird, wobei die
Kugelkäfige 33 gegen die Anschlagblöcke 34 anstoßen.
Dies würde allerdings zu folgendem Problem führen:
Die Kugel 3 müssten zwangsweise in Bezug auf die
Kugelabwälznuten 30, 31 gezogen werden;
wenn die Oberfläche jeder der Kugeln 3 mit einem
Feststoffschmierfilm bedeckt ist, kann sich daher der Feststoffschmierfilm
abtrennen. Wenn die Bewegung der mittleren Platte wiederholt wird, wobei
sich der Feststoffschmierfilm abgetrennt hat, wird Schleifstaub
infolge eines Verschleißes der Kugeln erzeugt, so dass
es unmöglich ist, dieses XY-Tisch-Stellglied in einer speziellen
Umgebung, wie beispielsweise einem Reinraum, einzusetzen. Weiterhin
wird auch darauf hingewiesen, dass mit der vorliegenden Erfindung
erreicht werden soll, ein sehr kleines XY-Tisch-Stellglied zur Verfügung
zu stellen, so dass die X-Antriebsvorrichtung 6 zum Vorstellen der
mittleren Platte 4 in Bezug auf die ortsfeste Platte 2 keine
große Schubwirkung aufweist, und es darüber hinaus
schwierig ist, eine Korrektur der Käfigabweichung durchzuführen.
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Demzufolge
ist bei dem XY-Tisch-Stellglied 201, das in 8 gezeigt
ist, um die Kugelkäfige wegzulassen, die mittlere Platte 204 mit
den Endlosspuren 203 für die Kugeln 3 versehen,
und laufen, wenn sich die mittlere Platte 204 in Richtung
X in Bezug auf die ortsfeste Platte 202 bewegt, und sich
die Bewegungsplatte 205 in Richtung Y in Bezug auf die mittlere
Platte 204 bewegt, die Kugeln 3 im Kreislauf durch
die Endlosspuren. In 9, bei welcher die Bewegungsplatte 205 weggelassen
ist, ist es möglich, die Endlosspuren 203 für
die Kugeln 3 zu erkennen. Die Paare von Endlosspuren 203,
die in den 9 und 10 gezeigt
sind, sind Endlosspuren für die Kugeln 3, die
sich in den Kugelabwälznuten 30 der Bewegungsplatte 205 abwälzen;
wenn sich die Bewegungsplatte 205 in Richtung Y in Bezug
auf die mittlere Platte 204 bewegt, laufen die Kugeln 3 durch die
Endlosspuren 203 im Kreislauf ab. Wie in 10 gezeigt,
sind die Endlosspuren 203 für die Kugeln 3, die
sich in den Kugelabwälznuten 30 der ortsfesten Platte 202 abwälzen,
in dem untersten Abschnitt der mittleren Platte 204 an
Orten gegenüberliegend den Kugelabwälznuten 30 der
ortsfesten Platte 202 vorgesehen.
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In
den Seitenoberflächen der mittleren Platte 204,
welche den Kugelabwälznuten 30 der ortsfesten Platte 202 gegenüberliegen,
sind Kugelabwälznuten 231 vorgesehen, die ein
Teil der Endlosspuren bilden, und sich in Richtung X erstrecken,
wogegen in den Seitenoberflächen der mittleren Platte 205,
welche den Kugelabwälznuten 30 der Bewegungsplatte 205 gegenüberliegen,
Kugelabwälznuten 232 vorgesehen sind, die ein
Teil der Endlosspuren bilden, und in Richtung Y verlaufen. Die Länge
in Richtung X der Kugelabwälznuten 231, die so
in der mittleren Platte 204 vorgesehen sind, dass sie sich
in Richtung X erstrecken, ist kleiner als die Länge in
Richtung X der ortsfesten Platte 202, so dass sich die
mittlere Platte 204 in Richtung X bewegen kann, wobei die
Endlosspuren 203 nicht aus dem Bereich der ortsfesten Platte 202 herausgelangen.
Die Länge in Richtung Y der Kugelabwälznuten 232,
die so in der mittleren Platte 204 vorgesehen sind, dass
sie sich in Richtung Y erstrecken, ist kleiner als die Länge
in Richtung Y der Bewegungsplatte 205, was es ermöglicht,
dass sich die Bewegungsplatte 205 in Richtung Y bewegt, wobei
die Endlosspuren 203 nicht aus dem Bereich der Bewegungsplatte 205 herausgelangen.
Bei dem XY-Tisch-Stellglied gemäß der dritten
Ausführungsform legt daher die Differenz zwischen der Länge
der Kugelabwälznuten 30, die in dem ortsfesten
Tisch 202 oder dem Bewegungstisch 205 vorgesehen
sind, und der Länge der Kugelabwälznuten 231, 232,
die in der mittleren Platte 204 vorgesehen sind, das Ausmaß des
Hubes in Richtung X und das Ausmaß des Hubes in Richtung
Y fest.
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Bei
dem XY-Tisch-Stellglied gemäß der dritten Ausführungsform,
das in den 8 bis 10 gezeigt
ist, sind die linearen Skalen 9 an den äußeren Seitenoberflächen
der ortsfesten Platte 202 und der Bewegungsplatte 205 befestigt,
und sind der X-Richtungssensor 90 und der Y-Richtungssensor 91 zum Ablesen
der linearen Skalen 9 an der Außenseite der ortsfesten
Platte 202 oder der Bewegungsplatte 205 angeordnet,
gehaltert durch die mittlere Platte 204.
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In
den 8 bis 10 sind jene Bauteile, die ebenso
wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sind, mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf deren detaillierte
Beschreibung verzichtet.
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Weiterhin
ist auch bei dem XY-Tisch-Stellglied gemäß der
dritten Ausführungsform der untere Körper der
mittleren Platte 204 in der Aufnahmenut 20 der
ortsfesten Platte 202 aufgenommen, und ist deren oberer
Körper in der Aufnahmenut der Bewegungsplatte 205 aufgenommen,
so dass das XY-Tisch-Stellglied ein sehr kleines und dünnes
Erscheinungsbild zeigt, wobei die Bewegungsplatte 205 einfach
auf die ortsfeste Platte 202 mit einem kleinen Spalt dazwischen
aufgestapelt ist. Die X-Antriebsvorrichtung 6 zum Veranlassen,
dass sich die mittlere Platte 204 in Richtung X vorstellt
bzw. zurückzieht, und die Y-Antriebsvorrichtung 7 zum
Veranlassen, dass sich die Bewegungsplatte 205 in Richtung
Y vorstellt bzw. zurückzieht, sind beide in Aufnahmekammern
der mittleren Platte 204 aufgenommen, wodurch ermöglicht
wird, die Bewegungsplatte 205 frei innerhalb der XY-Ebene
in Bezug auf die ortsfeste Platte 202 zu bewegen, und eine
Positionierung dort an einer frei wählbaren Position zu
erzielen.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein XY-Tisch-Stellglied zur Verfügung gestellt, in
welches eine Antriebsvorrichtung zum freien Bewegen eines Objekts
eingebaut ist, das auf einem Tisch angeordnet ist, innerhalb einer
XY-Ebene, und zum Positionieren des Objekts, und eine wesentliche
Verringerung der Abmessungen erzielt werden kann, und eine Vergrößerung
der Tischhöhe unterdrückt werden kann. Das Stellglied
weist auf: eine ortsfeste Platte (2), die eine Aufnahmenut
aufweist, die in einer Richtung X verläuft; eine Bewegungsplatte
(5), die eine Aufnahmenut aufweist, die in einer Richtung
Y verläuft; eine mittlere Platte (4), deren unterer
Körper mit der Aufnahmenut (20) der ortsfesten Platte
(2) so zusammengebaut ist, dass dazwischen Abwälzkörper
(3) vorhanden sind, deren oberer Körper mit der
Aufnahmenut der Bewegungsplatte (5) so zusammengebaut ist,
dass sich dazwischen Abwälzkörper (3)
befinden, und welche in Richtung X in Bezug auf die ortsfeste Platte
bewegbar ist, und in Richtung Y in Bezug auf die Bewegungsplatte
bewegbar ist, eine X-Antriebsvorrichtung (6) zum Vorstellen
der mittleren Platte in Richtung X in Bezug auf die ortsfeste Platte;
und eine Y-Antriebsvorrichtung (7) zum Vorstellen der Bewegungsplatte
in Richtung Y in Bezug auf die mittlere Platte, wobei die mittlere
Platte mit Aufnahmekammern (40, 41) für
die X-Antriebsvorrichtung bzw. die Y-Antriebsvorrichtung versehen ist.
- 1 XY-Tisch-Stellglied, 2 ortsfeste Platte, 4 mittlere Platte, 5 Bewegungsplatte, 6 X-Antriebsvorrichtung, 7 Y-Antriebsvorrichtung, 20 Aufnahmenut, 21, 51 Schienenkörper, 22 verbindende
untere Platte, 40, 41 Aufnahmekammer, 52 obere
Verbindungsplatte.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 05-18415
A [0004, 0004]
- - JP 95-18415 A [0005]