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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
zum freien Bewegen und Positionieren eines Objektes in einer X-Y-Ebene,
die in verschiedenartigen Testvorrichtungen, Messvorrichtungen und
Fördervorrichtungen eingesetzt wird, und insbesondere eine
X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung, die so hergestellt werden kann,
dass sie außerordentlich dünn ist.
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Technischer Hintergrund
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Als
diese herkömmliche Typ X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
ist die in
WO 2005/124789 (Patentdokument
1) offenbarte bekannt. Die in Patentdokument 1 offenbarte X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
enthält eine stationäre Platte, die an einem Bett,
einer Säule oder dergleichen befestigt wird, eine Zwischenplatte,
die in Bezug auf die stationäre Platte in der X-Richtung
frei bewegt werden kann, sowie eine bewegliche Platte, die in Bezug auf
die Zwischenplatte in einer Y-Richtung frei bewegt werden kann,
wobei die drei Platten so übereinander angeordnet sind,
dass die bewegliche Platte in Bezug auf die stationäre
Platte in der X-Richtung und in der Y-Richtung frei bewegt werden
kann.
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Die
stationäre Platte und die bewegliche Platte enthalten jeweils
eine Aufnahmenut und sind in einer U-Profil-Form ausgebildet, während
die Zwischenplatte in einer rechteckigen Form so ausgebildet ist,
dass sie lose in die Aufnahmenuten passt. Die untere Hälfte
der Zwischenplatte ist über mehrere Kugeln so in der Aufnahmenut
der stationären Platte eingesetzt, dass sie sich in der
Aufnahmenut in der X-Richtung frei bewegt. Die obere Hälfte
der Zwischenplatte ist über mehrere Kugeln so in die Aufnahmenut
der beweglichen Platte eingesetzt, dass sich die bewegliche Platte
in Bezug auf die Zwischenplatte frei in der Y-Richtung bewegt. Die
bewegliche Platte auf der obersten Ebene kann sich so in Bezug auf
die stationäre Platte auf der untersten Ebene frei in der
X-Richtung und in der Y-Richtung bewegen.
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Patentdokument
1 beschreibt des Weiteren einen Ultraschall-Linearmotor, bei dem
ein piezoelektrisches Element eingesetzt wird, als eine Einrichtung,
mit der die Zwischenplatte in Bezug auf die stationäre
Platte um ein beliebiges Maß in der X-Richtung hin- und
herbe wegt wird und die bewegliche Platte in Bezug auf die Zwischenplatte
um ein beliebiges Maß in der Y-Richtung hin- und herbewegt
wird. Der Ultraschall-Linearmotor besteht aus einem Statur, der
mit dem piezoelektrischen Element eine Wanderwelle erzeugt, und
einem beweglichen Element, das aus einer dünnen Metallplatte
besteht und eine Fortbewegungsfläche für den Statur
bildet. Der Statur ist in einer Aufnahmekammer angeordnet, die in der
Zwischenplatte ausgebildet ist, und das bewegliche Element ist an
der beweglichen Platte oder der stationären Platte an einer
dem Statur zugewandten Position angebracht, um so eine Antriebseinrichtung in
der X-Richtung und eine Antriebseinrichtung in der Y-Richtung zu
bilden.
Patentdokument 1:
WO
2005/124789 -
Offenbarung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende
Probleme
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Bei
der in Patentdokument 1 offenbarten X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
hat jedoch die Zwischenplatte eine rechteckige Form, die lose in
die jeweiligen Aufnahmenuten der stationären Platte und der
beweglichen Platte eingesetzt werden kann. Daher tritt der Fall
ein, dass ein Teil der Zwischenplatte ausgeschnitten werden muss,
um die Aufnahmekammer zu bilden, wenn ein Teil der Antriebseinrichtung zum
Antreiben der Zwischenplatte oder der beweglichen Platte in der
Zwischenplatte geschaffen wird, wie dies beim Statur des oben erwähnten
Ultraschall-Linearmotors der Fall ist, und es ist schwierig, die
Zwischenplatte zu bearbeiten.
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Des
Weiteren sind die Antriebseinrichtung in der X-Richtung und die
Antriebseinrichtung in der Y-Richtung beide an der Zwischenplatte
angebracht, und daher muss jede Antriebseinrichtung miniaturisiert
werden, um den störenden Kontakt zwischen den Antriebseinrichtungen
an der Zwischenplatte zu vermeiden. Dadurch wird es schwierig, ausreichend Schubkraft
auf den beweglichen Tisch auszuüben.
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Es
wird erwogen, für die oben beschriebene Antriebseinrichtung
einen Linearmotor einzusetzen, der ein Magnetelement und ein Spulenelement
enthält, um ausreichend Schubkraft und Geschwindigkeit
für die Bewegung der beweglichen Platte in der X-Richtung
und in der Y-Richtung zu erzeugen. In diesem Fall muss jedoch Wärmeableitung
von dem Spulenelement berücksichtigt werden, das betreffende
Spulenelement muss an der beweglichen Platte oder der stationären
Platte angebracht werden, und das Magnetelement muss in der Zwischenplatten
angeordnet werden. Die Zwischenplatte hat jedoch eine rechteckige
Form, die lose in die jeweiligen Aufnahmenuten der stationären
Platte und der beweglichen Platte eingepasst werden kann, und ist
um eine Dimension kleiner ausgebildet als die stationäre
Platte und die bewegliche Platte. Daher wird die Anordnungslänge
des Magnetelementes in der Zwischenplatte um dieses Maß kürzer,
und der Hubbereich der Zwischenplatte in Bezug auf die stationäre
Platte sowie der Hubbereich der beweglichen Platte in Bezug auf
die Zwischenplatte werden eingeschränkt.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts dieser Probleme gemacht worden,
und eine Aufgabe derselben besteht darin, eine X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, einen beweglichen Tisch mit ausreichender
Schubkraft frei in einer X-Y-Ebene zu bewegen und zu positionieren,
und die auf einfache Weise kostengünstig hergestellt werden
kann, wobei gleichzeitig erhebliche Miniaturisierung erreicht wird.
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Das
heißt, eine X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung der vorliegenden
Erfindung enthält eine stationäre Platte; eine
Zwischenplatte, die über der stationären Platte
angeordnet ist und die in Bezug auf die stationäre Platte
in einer X-Richtung frei bewegt werden kann; eine bewegliche Platte,
die über der Zwischenplatte angeordnet ist und die in Bezug
auf die Zwischenplatte in einer Y-Richtung frei bewegt werden kann;
eine X-Richtungs-Antriebseinrichtung zum Antreiben der Zwischenplatte
in Bezug auf die stationäre Platte in der X-Richtung, sowie
eine Y-Richtungs-Antriebseinrichtung zum Antreiben der beweglichen
Platte in Bezug auf die Zwischenplatte in der Y-Richtung, wobei
die stationäre Platte und die bewegliche Platte jeweils
im Wesentlichen in einer U-Profil-Form ausgebildet sind und mit
einem Paar Seitenwände versehen sind, die einander über
eine dazwischen vorhandene Aufnahmenut zugewandt sind, und die Zwischenplatte
in einer im Wesentlichen flachen Form ausgebildet ist. Des Weiteren wird,
da die stationäre Platte, die bewegliche Platte und die
Zwischenplatte übereinander angeordnet werden und die Aufnahmenuten
der stationären Platte und der beweglichen Platte der Zwischenplatte
zugewandt sind, eine Aufnahmekammer der X-Richtungs-Antriebseinrichtung
zwischen der stationären Platte und der Zwischenplatte
ausgebildet, und eine Aufnahmekammer der Y-Richtungs-Antriebseinrichtung
wird zwischen der Zwischenplatte und der beweglichen Platte ausgebildet.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Aufnahmekammer für die
X-Richtungs-Antriebseinrichtung zwischen der stationären
Platte und der Zwischenplatte ausgebildet, in dem die stationäre
Platte, die in einer U-Profil-Form ausgebildet ist, und die Zwischenplatte,
die in einer flachen Form ausgebildet ist, übereinander
angeordnet werden, und eine Aufnahmekammer für die Y-Richtungs-Antriebseinrichtung
wird zwischen der beweglichen Platte und der Zwischenplatte ausgebildet,
indem die in einer U-Profil-Form ausgebildete bewegliche Platte
und die in einer flachen Form ausgebildete Zwischenplatte übereinander
angeordnet werden. Daher reicht es aus, dass die Zwischenplatte
lediglich in einer flachen Form ausgebildet ist, und es muss kein
vertiefter Abschnitt hergestellt werden, der die Aufnahmekammer
für die Antriebseinrichtungen bildet. So wird einfaches
Herstellen zu geringen Kosten realisiert.
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Die
Hubbereiche der X-Richtungs-Antriebseinrichtung und der Y-Antriebs-Einrichtung
können, verglichen mit denen nach dem Stand der Technik, bei
denen die Zwischenplatte in einer rechteckigen Form um eine Dimension
kleiner ausgebildet ist als die stationäre Platte und die
bewegliche Platte, groß festgelegt werden, da die Zwischenplatte
in der gleichen Größe ausgebildet ist wie die
stationäre Platte und die bewegliche Platte in der X-Richtung
und in der Y-Richtung. Die Größen der beweglichen
Platte und der stationären Platte in der X-Richtung und
in der Y-Richtung unterscheiden sich nicht von denjenigen nach dem
Stand der Technik, und die Höhe der Stelleinrichtung nimmt
durch die Dicke der Zwischenplatte in flacher Form nur geringfügig
zu. Das heißt, bei der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
der vorliegenden Erfindung kann der Bewegungsbereich der beweglichen
Platte in der X-Richtung und in der Y-Richtung vergrößert
werden, ohne dass die Größe der gesamten Stelleinrichtung,
verglichen mit der herkömmlichen X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung,
praktisch verändert werden muss.
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Des
Weiteren stören die X-Richtungs-Antriebseinrichtung und
die Y-Richtungs-Antriebseinrichtung einander nicht, da die X-Richtungs-Antriebseinrichtung
und die Y-Richtungs-Antriebseinrichtung in den Aufnahmekammern vorhanden
sind, die an der Vorder- bzw. der Rückseite der Zwischenplatte angeordnet
sind, und die Schubkraft der beweglichen Platte kann leicht verstärkt
werden, da es keine Beschränkung hinsichtlich der Größen
der X-Richtungs-Antriebseinrichtung und der Y-Richtungs-Antriebseinrichtung
gibt, solange die Größen so sind, dass die Antriebseinrichtungen
in den jeweiligen Aufnahmekammern aufgenommen werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivansicht, die eine erste Ausführungsform
einer X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung darstellt, bei der die
vorliegende Erfindung eingesetzt wird.
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2 ist
eine Perspektivansicht, die eine stationäre Platte der
X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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3 ist
eine Perspektivansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine
bewegliche Platte von der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform entfernt
ist.
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4 ist
eine Perspektivansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine
bewegliche Platte von der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung entfernt ist.
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5 ist
eine Perspektivansicht, die einen Zustand darstellt, in dem weiterhin
die bewegliche Platte, ein Magnetelement und eine Linearführung von
der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung gemäß der
zweiten Ausführungsform entfernt sind.
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Beste Ausführungsweise
der Erfindung
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Eine
X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden ausführlich auf Basis der beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Perspektivansicht, die eine erste Ausführungsform
einer X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung darstellt, bei der die
vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Eine X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 enthält
eine stationäre Platte 2, die an einer feststehenden
Einheit, wie beispielsweise einem Gehäuse oder einem Bett
einer mechanischen Vorrichtung, befestigt ist, eine Zwischenplatte 4,
die über eine Linearführung an der stationären Platte 2 montiert
ist, und eine bewegliche Platte 5, die an der Zwischenplatte 4 über
eine Linearführung montiert ist.
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Die
Zwischenplatte 4 ist so vorhanden, dass sie in Bezug auf
die stationäre Platte 2 in der X-Richtung frei
bewegt werden kann, und die bewegliche Platte 5 ist so
vorhanden, dass sie in Bezug auf die Zwischenplatte 3 in
der Y-Richtung frei bewegt werden kann. Daher kann sich ein beweglicher
Körper, wie beispielsweise ein Prüftisch oder
ein Fördertisch, der an der beweglichen Platte 5 befestigt
ist, in Bezug auf die stationäre Platte 2 in der
X-Richtung und in der Y-Richtung frei bewegen.
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Die
stationäre Platte 2, die Zwischenplatte 4 und
die bewegliche Platte 5 haben die gleiche Größe in
der X-Y-Ebene, wobei die drei Platten 2, 4, 5 eine rechteckige
Form bilden, wenn sie einander überdecken und sich die
Zwischenplatte 4 sowie die bewegliche Platte 5 an
der Ausgangsposition befinden, wie dies in 1 dargestellt
ist. Daher ist die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 außerordentlich
kompakt aufgebaut.
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Des
Weiteren ist, obwohl dies aus der in 1 dargestellten
Außenansicht nicht erkenntlich wird, ein X-Antriebs-Motor
zum Antreiben der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung zwischen
der stationären Platte 2 und der Zwischenplatte 4 vorhanden, und
ein Y-Antriebs-Motor zum Antreiben der beweglichen Platte 5 in
der Y-Richtung ist zwischen der Zwischenplatte 4 und der
beweglichen Platte 5 aufgenommen. Dieser X-Antriebs-Motor
und der Y-Antriebs-Motor sind mit einer Antriebseinrichtung 9 über ein
Antriebsstromkabel 8 verbunden, und die Antriebseinrichtung 9 leitet
einen Antriebsstrom zu dem X-Antriebs-Motor und dem Y-Antriebs-Motor.
Eine spezielle Konfiguration des X-Antriebs-Motors und des Y-Antriebs-Motors
wird weiter unten ausführlicher beschrieben.
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Die
X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 enthält
zwei Gruppen von Positionserfassungseinrichtungen zum Messen des
Bewegungsmaßes der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung
in Bezug auf die stationäre Platte 2 und des Bewegungsmaßes
der beweglichen Platte 5 in der Y-Richtung in Bezug auf die
Zwischenplatte 4. Jede Positionserfassungseinrichtung wird
durch eine lineare Skala und einen Erfassungssensor zum Lesen der
linearen Skala gebildet, wobei der Erfassungssensor an der Zwischenplatte 4 angebracht
ist und die lineare Skala von der stationären Platte 2 oder
der beweglichen Platte 5 an einer dem Erfassungssensor
zugewandten Position gehalten wird. Die Verbindung zwischen der
linearen Skala und dem Erfassungssensor kann über ein optisches
Leseverfahren oder über ein magnetisches Leseverfahren
hergestellt werden.
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Die
Ausgangssignale der zwei Erfassungssensoren werden über
ein Sensorsignalkabel 10 in die Antriebseinrichtung 9 eingegeben,
und die Antriebseinrichtung 9 erzeugt das Antriebssignal
des X-Antriebs-Motors und des Y-Antriebs-Motors unter Bezugnahme
auf die Ausgangssignale der Erfassungssensoren.
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2 ist
eine Perspektivansicht, die die stationäre Platte 2 darstellt.
Die stationäre Platte 2 ist in einer U-Profil-Form
ausgebildet und enthält eine Seitenwand 20a an
beiden Enden sowie eine Aufnahmenut 20 in der Mitte, in
der eine Rollnut 30 für die Kugel an der Innenseitenfläche
jeder Seitenwand 20a der Aufnahmenut 20 zugewandt
ausgebildet ist. Die bewegliche Platte 5 ist in einer Form
ausgebildet, die vollständig die gleiche ist wie die der
stationären Platte 2, jedoch sind die Phasen bei Überdeckung
mit der stationären Platte 4 um 90 Grad zueinander
verschoben. Das heißt, die Aufnahmenut 20 ist
in der stationären Platte 2 in der X-Richtung
ausgebildet, während die Aufnahmenut 70 in der
beweglichen Platte 5 in der Y-Richtung ausgebildet ist.
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Die
Zwischenplatte 4 ist in einer flachen Form ausgebildet
und hat die gleiche Größe wie die stationäre
Platte 2 und die bewegliche Platte 5 in der X-Richtung
und in der Y-Richtung, wobei ein Raum, der der Größe
der Aufnahmenut 20 entspricht, wie in 2 dargestellt,
zwischen der stationären Platte 2 und der Zwischenplatte 4,
ausgebildet ist, da die Zwischenplatte 4, die mit einer
unterbrochenen Linie dargestellt ist, die stationäre Platte 2 überlappt,
und wobei der Raum als eine Aufnahmekammer 60 für
den X-Antriebs-Motor genutzt wird. Ein derartiger Raum ist auch
zwischen der beweglichen Platte 5 und der Zwischenplatte 4 ausgebildet,
wobei der Raum als eine Aufnahmekammer 70 für
den Y-Antriebs-Motor genutzt wird.
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3 ist
eine Perspektivansicht der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1,
die einen Zustand darstellt, in dem die bewegliche Platte 5 entfernt
ist. Ein Paar linearer Führungen 21 ist mit einer
Schraube mit Zwischenraum in der X-Richtung an der der beweglichen
Platte 5 zugewandten Fläche der Zwischenplatte 4 befestigt.
Jede lineare Führung 21 enthält eine
Last-Rollnut 22, die der Rollnut 30 der Kugel zugewandt
ist, die an der Seitenwand 20a der beweglichen Platte 5 ausgebildet
ist, und daher bewegt sich die bewegliche Platte 5 in Bezug
auf die Zwischenplatte 4 frei in der Y-Richtung, indem
bewirkt wird, dass mehrere Kugeln zwischen der Rollnut 30 der
beweglichen Platte 5 und der Last-Rollnut 20 der Linearführung 21 rollen,
während Last auf sie wirkt. Die Linearführung 21 enthält
des Weiteren einen Endlos-Zirkulationsweg für die Kugel,
und so kann sich die bewegliche Platte 5 in Bezug auf die
Zwischenplatte 4 innerhalb eines Bereiches bewegen, in dem
die Rollnut 30 der Linearführung 21 zugewandt ist.
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Die
Zwischenplatte 4 ist mit dem Y-Antriebs-Motor 7 so
angeordnet, dass sie von den oben erwähnten paarigen Linearführungen
eingeschlossen wird. Der Y-Antriebs-Motor 7 ist ein Synchron-Linearmotor
und wird durch eine Vielzahl von Magnetelementen 71 gebildet,
die in einer Reihe an der Zwischenplatte 4 angeordnet sind,
sowie durch ein Spulenelement 72, das an der beweglichen
Platte 5 befestigt ist und den Magnetelementen 71 mit
einem geringfügigen Spalt zugewandt ist.
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Das
Magnetelement 71 ist so angeordnet, dass der N-Pol und
der S-Pol abwechselnd zu dem Spulenelement 72 gerichtet
sind. Diese Magnetelemente 71 sind an einer Halteplatte 73 angeordnet, die
aus Kunstharz besteht, wobei die Magnetelemente 71 einfach
in Bezug auf die Zwischenplatte 4 angeordnet werden können,
indem diese Halteplatte 73 an der Zwischenplatte 4 befestigt
wird. Jedes Magnetelement 71 wird mit Klebstoff an der
Halteplatte 73 angeordnet, das Magnetelement 71 kann
jedoch auch durch Spritzgießen der Halteplatte 73 in
die Halteplatte integriert werden.
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Das
Spulenelement 72 wird ausgebildet, indem eine Spule um
ein Kernelement herumgewickelt wird, das aus einem ferromagnetischen
Körper, wie beispielsweise Eisen, besteht, wobei das vordere Ende
des Kernelementes dem Magnetelement 71 mit einem geringfügigen
Zwischenraum zugewandt ist. Die Spule enthält drei Phasen,
d. h. U-Phase, V-Phase und W-Phase, und das Spulenelement 71 erzeugt ein
wanderndes Magnetfeld in der Y-Richtung, wenn ein Dreiphasen-Wechselstrom
zu diesen Spulen geleitet wird. Eine anziehende magnetische Kraft
oder eine abstoßende magnetische Kraft wirkt auf Basis dieses
wandernden Magnetfeldes zwischen dem Magnetelement 71 und
dem Spulenelement 72, und daher kann das Spulenelement 72 in
der Anordnungsrichtung der Magnetelemente 71 angetrieben
werden.
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3 stellt
eine Struktur an der Oberseite der Zwischenplatte 4 dar,
d. h. der Seite, die der beweglichen Platte 5 zugewandt
ist, die paarigen Linearführungen 21 sind jedoch
auch an der Rückseite der Zwischenplatte 4 angeordnet,
d. h. der Seite, die der stationären Platte 2 zugewandt
ist, und daher bewegt sich die Zwischenplatte 4 in Bezug
auf die stationäre Platte 2 frei in der X-Richtung.
Der X-Antriebs-Motor zum Antreiben der Zwischenplatte 4 in der
X-Richtung in Bezug auf die stationäre Platte 2 ist,
wie der Y-Antriebs-Motor, ein Synchron-Linearmotor, der durch die
Magnetelemente und das Spulenelement gebildet wird, wobei die Magnetelemente an
der Rückseite der Zwischenplatte 4 befestigt sind und
das Spulenelement an der stationären Platte 2 befestigt
ist.
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In 3 kennzeichnet
Bezugszeichen 74 eine Trennwand, die der Aufnahmenut 20 der
beweglichen Platte 5 mit einem geringfügigen Zwischenraum
zugewandt ist und die an beiden Enden in der Y-Richtung an der Vorderseite
der Zwischenplatte 4 vorhanden ist. Die Trennwand 74 verhindert,
dass Staub und dergleichen von außen in die Aufnahmekammer 70 für
den Y-Antriebs-Motor 7 eindringen, die zwischen der beweglichen
Platte 5 und der Zwischenplatte 4 ausgebildet
ist, und schränkt auch den Bewegungsbereich des an der
beweglichen Platte 5 befestigten Spulenelementes 72 ein.
Das heißt, die bewegliche Platte 5 kann Hubbewegung
innerhalb des Bewegungsbereiches des Spulenelementes 72 ausführen,
der durch die paarigen Trennwände 74 reguliert
wird.
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Desgleichen
ist ein Paar Trennwände 75 an der Rückseite
der Zwischenplatte 4 an beiden Enden in der X-Richtung
vorhanden, um zu verhindern, dass Staub und dergleichen von außen
in die Aufnahmekammer 60 für den X-Antriebs-Motor
eindringen, die zwischen der stationären Platte 2 und
der Zwischenplatte 4 ausgebildet ist, und schränken
ebenfalls den Bewegungsbereich des Spulenelementes ein, das an der
stationären Platte 2 befestigt ist.
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Ein
Ende des Antriebsstromkabels 8 ist, wie in 1 oder 3 dargestellt,
mit dem Spulenelement 72 verbunden, das an der beweglichen
Platte 5 befestigt ist. Das Antriebsstromkabel 8 wird über
die Zwischenplatte 4 aus der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 herausgeführt
und mit der in 1 dargestellten Antriebseinrichtung 9 verbunden.
Das Antriebsstromkabel 8 besteht aus einer flachen, bandförmigen
Leiterbahnfolie mit einer Dicke von ungefähr 150 μm
und kann sich so flexibel krümmen, um das Spulenelement 72 des
Y-Antriebs-Motors 7, der an der beweglichen Platte 5 angebracht
ist, mit der Antriebseinrichtung 9 zu verbinden, wobei
sich gleichzeitig die bewegliche Platte 5 in der X-Richtung und
der Y-Richtung bewegen kann.
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Das
Antriebsstromkabel zum Verbinden des X-Antriebs-Motors mit der Antriebseinrichtung 9 ist
in 1 und 3 weggelassen. Dies begründet
sich dadurch, dass das Spulenelement des X-Antriebs-Motors an der
stationären Platte 2 angebracht ist, und daher
bewegt sich dieses Spulenelement weder in der X-Richtung noch der
Y-Richtung, und das Antriebsstromkabel kann ohne Probleme mit der
Antriebseinrichtung verbunden werden.
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Das
in 1 und 3 dargestellte Sensorsignalkabel 10 besteht
ebenfalls aus einer flachen, bandförmigen Leiterbahnfolie
und wird über die Zwischenplatte 4 herausgeführt
und mit der Antriebseinrichtung 9 verbunden. Die Richtung,
in der sich das Sensorsignalkabel 10, das von der Zwischenplatte 4 herausgeführt
wird, frei biegt, entspricht der X-Richtung, die die Bewegungsrichtung
der Zwischenplatte 4 in Bezug auf die stationäre
Platte 2 ist. Das heißt, das Sensorsignalkabel 10 folgt
flexibel der Bewegung der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung
und behindert die Bewegung der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung
nicht.
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Bei
der wie oben beschriebenen aufgebauten X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 wird
die Aufnahmekammer 60 für die X-Richtungs-Antriebseinrichtung
zwischen der stationären Platte 2 und der Zwischenplatte 4 entsprechend
der Aufnahmenut 20 der stationären Platte 2 ausgebildet,
indem die stationäre Platte 2, die in einer U-Profil-Form
ausgebildet ist, und die Zwischenplatte 4, die in einer
flachen Form ausgebildet ist, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, übereinander
angeordnet werden. Des Weiteren wird die Aufnahmekammer 70 für die
Y-Richtungs-Antriebseinrichtung 7 zwischen der beweglichen
Platte 5 und der Zwischenplatte 4 entsprechend
der Aufnahmenut 20 der beweglichen Platte 5 ausgebildet,
indem die bewegliche Platte 5, die in einer U-Profil-Form
ausgebildet ist, und die Zwischenplatte 4, die in einer
flachen Form ausgebildet ist, übereinander angeordnet werden.
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Das
heißt, wenn die Aufnahmekammern der X-Richtungs-Antriebseinrichtung
und der Y-Richtungs-Antriebseinrichtung 7 ausgebildet werden, kann
die Zwischenplatte 4 einfach eine flache Form haben, und
es muss kein vertiefter Bereich in Bezug auf die Zwischenplatte 4 hergestellt
werden, und damit kann die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 einfach
und kostengünstig hergestellt werden.
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Die
Zwischenplatte 4 wird in der gleichen Größe
wie die stationäre Platte 2 und die bewegliche Platte 5 in
der X-Richtung und in der Y-Richtung ausgebildet, und die Länge
der Aufnahmekammer 60 für die X-Richtungs-Antriebseinrichtung
in der X-Richtung zwischen der stationären Platte 2 und
der Zwischenplatte 4 entspricht der Länge der
stationären Platte in der X-Richtung. Des Weiteren entspricht
die Länge der Aufnahmekammer 70 für die
Y-Richtungs-Antriebseinrichtung 7 zwischen der Zwischenplatte 4 und
der beweglichen Platte 5 in der Y-Richtung der Länge
der beweglichen Platte 5 in der Y-Richtung. So werden das
Maß des Hubs der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung
und das Maß des Hubs der beweglichen Platte 5 in
der Y-Richtung in Bezug auf die Größe der stationären
Platte 2 und der beweglichen Platte 5 in maximalem
Ausmaß gewährleistet, und der Bewegungsbereich
der beweglichen Platte in der X-Y-Ebene kann groß ausgelegt
werden, während gleichzeitig die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 1 miniaturisiert
wird.
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Eine
zweite Ausführungsform der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung,
bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, wird beschrieben.
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In
der oben erwähnten ersten Ausführungsform ist
das Magnetelement des X-Richtungs-Antriebs-Motors an der Zwischenplatte
angeordnet, und das Spulenelement ist an der stati onären
Platte angeordnet, und das Magnetelement in dem Y-Richtungs-Antriebs-Motor
ist an der Zwischenplatte 4 angeordnet, und das Spulenelement
ist an der stationären Platte 2 angeordnet. Bei
einer X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 der zweiten
Ausführungsform hingegen sind die Anordnungspositionen
des Magnetelementes und des Spulenelementes umgekehrt, und die Spulenelemente
des X-Richtungs-Antriebs-Motors sowie des Y-Richtungs-Antriebsmotors sind
an der Zwischenplatte angeordnet. Die Struktur bezüglich
der stationären Platte 2, der Zwischenplatte 4 und
der beweglichen Platte 5 sowie die Struktur bezüglich
der Linearführung 21 zum Lagern der Platten auf
frei bewegliche Weise sind die gleichen wie bei der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform, und daher werden die gleichen Bezugszeichen, wie
sie in der ersten Ausführungsform verwendet werden, in
der Figur eingesetzt, und in der folgenden Beschreibung wird ihre
ausführliche Beschreibung weggelassen.
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4 ist
eine Perspektivansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die
bewegliche Platte 5 von der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 gemäß der
zweiten Ausführungsform entfernt ist. Der Y-Antriebs-Motor 107 ist
an der Zwischenplatte 4 so angeordnet, dass er von den
oben beschriebenen paarigen Linearführungen 21 eingeschlossen
wird. Der Y-Antriebs-Motor 107 ist ein Synchron-Linearmotor
und wird durch eine Vielzahl von Spulenelementen 171, die
in einer Reihe an der Zwischenplatte 4 angeordnet sind,
und ein Magnetelement 172 gebildet, das an der beweglichen
Platte 5 befestigt ist und den Spulenelementen 171 mit
einem geringfügigen Zwischenraum zugewandt ist.
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Das
Magnetelement 172 ist so angeordnet, dass der N-Pol und
der S-Pol abwechselnd zu dem Spulenelement 171 in der Y-Richtung
gerichtet sind. Diese Magnetelemente 172 sind an einer
Halteplatte 713 angeordnet, die aus Kunstharz besteht,
wobei die Magnetelemente 172 einfach in Bezug auf die Zwischenplatte 5 angeordnet
werden können, indem diese Halteplatte 173 an
der Zwischenplatte befestigt wird. Jedes Magnetelement 172 wird
mittels Klebstoff an der Halteplatte 173 angeordnet, jedoch
kann das Magnetelement 172 durch Spritzgießen
der Halteplatte 173 in die Halteplatte 173 integriert
werden.
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5 stellt
die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 in einem
Zustand dar, in dem gegenüber dem in 4 dargestellten
Zustand weiterhin die paarigen Linearführungen 21 und
das Magnetelement 172 entfernt sind. Jedes Spulenelement 171, das
an der Zwischenplatte angeordnet ist, wird ausgebildet, indem eine
Spule um ein Kernelement herum gewickelt wird, das aus einem ferromagnetischen Körper,
wie beispielsweise Eisen, besteht, wobei das vordere Ende des Kernelementes
dem durch die bewegliche Platte 5 gehaltenen Mag netelement
mit einem geringförmigen Zwischenraum zugewandt ist. Das
Spulenelement 171 ist entsprechend einer u-Phase, v-Phase
und w-Phase des Dreiphasen-Wechselstroms vorhanden, wobei drei Spulenelemente 171 ein
Paar bilden und ein wanderndes Magnetfeld erzeugen, wenn ihnen der
Dreiphasen-Wechselstrom zugeleitet wird. Zwei Gruppen von sechs
Spulenelementen 171 sind bei dem in 5 dargestellten
Beispiel in der Y-Richtung in Bezug auf die Zwischenplatte 4 Beispiel
angeordnet. Eine anziehende magnetische Kraft oder eine abstoßende
magnetische Kraft wirkt zwischen dem Magnetelement 172 und
dem Spulenelement 171 auf Basis des durch die Spulenelemente 171 erzeugten wandernden
Magnetfeldes, und so kann das Magnetelement 172 in der
Anordnungsrichtung der Spulenelemente 171 angetrieben werden.
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4 und 5 stellen
eine Struktur an der Oberflächenseite der Zwischenplatte 4 dar,
d. h. der Seite, die der beweglichen Platte 5 zugewandt
ist, jedoch sind die paarigen Linearführungen 21 auch
an der Rückseite der Zwischenplatte 4 angeordnet,
d. h. der Seite, die der stationären Platte 2 zugewandt
ist, und daher bewegt sich die Zwischenplatte 4 in Bezug auf
die stationäre Platte 2 frei in der X-Richtung.
Der X-Antriebs-Motor zum Antreiben der Zwischenplatte 4 in
der X-Richtung in Bezug auf die stationäre Platte 2 ist
wie der Y-Antriebs-Motor 107 ein Synchron-Linearmotor,
der durch die Magnetelemente und das Spulenelement gebildet wird,
wobei die Spulenelemente an der Rückseite der Zwischenplatte 4 befestigt
sind und das Magnetelement an der stationären Platte 2 befestigt
ist.
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Die
Anordnungslänge des Magnetelementes 172 an der
beweglichen Platte 5 in der Y-Richtung wird, wie in 4 dargestellt,
kürzer festgelegt als die Anordnungslänge des
Spulenelementes 171 an der Zwischenplatte 4, wobei
das Magnetelement 172 nur innerhalb des Bereiches in der
Y-Richtung angetrieben wird, in dem das Spulenelement 171 angeordnet
ist, wenn der Dreiphasen-Wechselstrom zu dem Spulenelement 171 geleitet
wird. Das heißt, das Magnetelement 172 bewegt
sich in der Y-Richtung nicht über den Anordnungsbereich
des Spulenelementes 171 hinaus, und unabhängig
von dem Spulenelement 171 wird verhindert, dass die Magnetkraft des
Magnetelementes 172 auf das Ende der Zwischenplatte 4 in
der Y-Richtung wirkt. So wird der Nachteil verhindert, dass die
Magnetkraft des Magnetelementes 172 auf die Zwischenplatte 4 wirkt
und damit Hängenbleiben verursacht, und ausreichende Schubkraft
kann selbst mit einem kleinen Linearmotor auf die bewegliche Platte 5 ausgeübt
werden, wobei der Großteil der durch den Linearmotor ausgeübten
Schubkraft zum Antreiben der beweglichen Platte 5 in der
Y-Richtung genutzt wird.
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Diese
Beziehung zwischen dem Magnetelement 172 und dem Spulenelement 171 ist
nicht auf den Y-Antriebs-Motor 107 begrenzt, und sie ist
bei dem Magnetelement und dem Spulenelement des X-Antriebs-Motors
zum Antreiben der Zwischenplatte 4 in der X-Richtung in
Bezug auf die stationäre Platte 2 die gleiche.
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Die
paarigen Spulenelemente, die den X-Richtungs-Antriebs-Motor und
den Y-Richtungs-Antriebs-Motor bilden, sind an der Zwischenplatte 4 angeordnet,
und daher können die Kabel zum Zuführen von Strom
zu diesen Spulenelementen gebündelt und dann von der Zwischenplatte 4 herausgeführt
werden, wobei die Struktur zum Herumführen des Kabels in
Bezug auf die Zwischenplatte 4 vereinfacht werden kann,
da sich die Zwischenplatte 4 nur in der X-Richtung bewegt
und nicht in der Y-Richtung bewegt, und die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 der
vorliegenden Erfindung kann einfach und kostengünstig hergestellt
werden.
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Des
Weiteren ist, wie in 5 dargestellt, ein Kodierer 111Y an
der Zwischenplatte 4 an einer Position angebracht, die
der Seitenwand 20a der beweglichen Platte 5 zugewandt
ist, wobei der Kodierer 111Y die an der Seitenwand 20a der
beweglichen Platte 5 befestigte lineare Skala liest, um
das Ist-Bewegungsmaß der beweglichen Platte 5 in
Bezug auf die Zwischenplatte 4 in der Y-Richtung zu erfassen. Desgleichen
ist ein Kodierer 111X an der Zwischenplatte 4 an
einer Position angebracht, die der Seitenwand 20a der stationären
Platte 2 zugewandt ist, wobei der Kodierer 111X die
an der Seitenwand 20a der stationären Platte 2 befestigte
lineare Skala liest, um das Ist-Bewegungsmaß der Zwischenplatte 4 in
der X-Richtung in Bezug auf die stationäre Platte 2 zu
erfassen.
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Ein
Positionsverschiebungssensor, wie er in der
japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 2004-271423 offenbart wird, kann für die Kombination
aus der linearen Skala und dem Kodierer eingesetzt werden.
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Bei
der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 gemäß der
zweiten Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut
ist, sind die Spulenelemente des X-Antriebs-Motors und des Y-Antriebs-Motors
jeweils in Bezug auf die Zwischenplatte 4 angeordnet, und
die Zwischenplatte 4, deren Temperatur leicht ansteigt,
wird durch die bewegliche Platte 5 und die stationäre
Platte 4 von oben und von unten abgedeckt, und so kann
die Zwischenplatte 4, verglichen mit der beweglichen Platte 5 und
der stationären Platte 2, nur schwer gekühlt
werden. Die Temperatur der Zwischenplatte 4 steigt verglichen mit
der beweglichen Platte 5 und der stationären Platte 2 während
des Betriebes der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrich tung 101 leicht
an, und die bewegliche Platte 5 sowie die stationäre
Platte 2 kühlen im Vergleich zu der Zwischenplatte 4 nach
Unterbrechung des Betriebs leicht ab, während die Temperatur
der Zwischenplatte 4 sich dadurch auszeichnet, dass sie
verglichen mit der der beweglichen Platte 5 und der stationären
Platte 2 leicht ansteigt.
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Wenn
ein Temperaturunterschied zwischen der Zwischenplatte 4 und
der beweglichen Platte 5 auftritt, kommt es zu Wärmeausdehnung
jeder Platte 4, 5 entsprechend ihrer Temperatur,
so dass sich der Abstand der Last-Rollnut 22 der Linearführung 21 und
der Rollnut 30 der beweglichen Platte 5 ändert. Der
Abstand wird zu klein, und es wird zu bestimmten Zeiten zu starke
Vorlast auf die Kugel in der Linearführung 21 ausgeübt,
oder der Abstand wird zu groß, und die Kugel löst
sich zu anderen Zeiten aus der Last-Rollnut 22 oder der
Rollnut 30. Dies gilt auch für die Beziehung zwischen
der Zwischenplatte 4 und der stationären Platte 2.
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Bei
der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 dieser Ausführungsform
schließen die paarigen Seitenwände 20a,
die an der beweglichen Platte 5 befestigt sind, die paarigen
Linearführungen 21, die an der Zwischenplatte 4 befestigt
sind, von außen ein, und daher wird häufig eine
zu starke Vorlast auf die Kugel der Linearführung 21 ausgeübt,
wenn das Wärmeausdehnungsmaß der Zwischenplatte 4 größer
ist als das der beweglichen Platte 5, während sich
die Kugel häufig leicht aus der Last-Rollnut 22 oder
der Rollnut 30 löst, wenn das Wärmeausdehnungsmaß der
beweglichen Platte 5 größer ist als das
der Zwischenplatte 4.
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Um
zu verhindern, dass zu starke Vorlast, die auf die Wärmeausdehnung
der Platten 4, 5 zurückzuführen
ist, auf die Kugel zwischen der beweglichen Platte 5 und
der Zwischenplatte 4 wirkt, kann ein Abstand, der etwas
größer ist als der Kugeldurchmesser zwischen der
Last-Rollnut 22 und der Rollnut 30 beim Zusammensetzen
der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 vorgesehen
werden, wenn von einer Zunahme der Vorlast durch Wärmeausdehnung
ausgegangen wird. Wenn jedoch eine derartige Einstellung beim Zusammensetzen
vorgenommen wird, löst sich die Kugel häufig einfach
aus der Last-Rollnut 22 oder der Rollnut 30, wenn
die Beziehung des Wärmeausdehnungsmaßes der beweglichen
Platte 5 und der Zwischenplatte 4 umgekehrt wird.
Das heißt, wenn die Temperaturdifferenz der beweglichen
Platte 5 und der Zwischenplatte 4 sich sowohl
in positiver als auch in negativer Richtung verschiebt, wird das
Maß der Schwankung des Abstandes zwischen der Last-Rollnut 22 und
der Rollnut 30 von sich aus groß. Um das Schwankungsmaß des
Abstandes zwischen der Last-Rollnut 22 und der Rollnut 30 zu
verringern, muss das Maß der Wärme erzeugung des
Spulenelementes 171 des Linearmotors verringert werden,
und es kann kein starker Strom zu dem Spulenelement 171 geleitet
werden.
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Bei
der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 der vorliegenden
Erfindung ist jedoch das Spulenelement 171 des Linearmotors
an der Zwischenplatte 4 angeordnet. Daher wird die Temperatur der
Zwischenplatte 4, verglichen mit der der beweglichen Platte 5 und
der stationären Platte 2, sowohl, wie oben beschrieben,
in Funktion als auch bei Stillstand hoch, so dass die Schwankung
des Abstandes zwischen der Last-Rollnut 22 und der Rollnut 30 in Funktion
und beim Stillstand klein gehalten werden kann. Daher kann, verglichen
mit der herkömmlichen X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung,
bei der das Spulenelement in Bezug auf die bewegliche Platte und
die stationäre Platte angeordnet ist, bei der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 der
vorliegenden Erfindung ein starker Strom zu dem Spulenelement 171 geleitet
werden, und die bewegliche Platte kann mit starker Schubkraft in
der X-Richtung und in der Y-Richtung angetrieben werden.
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Es
ist zu befürchten, dass, wenn die Temperatur der Zwischenplatte 4 aufgrund
von Wärmeerzeugung des Spulenelementes 171 sehr
viel höher wird als die Temperatur der beweglichen Platte 5 und das
Wärmeausdehnungsmaß der Zwischenplatte 4 das
der beweglichen Platte 5 weit übersteigt, eine
zu starke Vorlast auf die Kugel der Linearführung 21 ausgeübt
wird und die Lebensdauer des Erzeugnisses erheblich kürzer
wird.
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Daher
wird bei der X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung 101 gemäß dieser
Ausführungsform das Material der Platten 2, 4, 5 so
ausgewählt, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient der Zwischenplatte 4,
an der das Spulenelement 141 angeordnet ist, kleiner wird
als der lineare Ausdehnungskoeffizient der stationären
Platte 2 oder der beweglichen Platte 5, an der
das Magnetelement 172 angeordnet ist. Des Weiteren wird
der lineare Ausdehnungskoeffizient der stationären Platte
und der beweglichen Platte so ausgewählt, dass er kleiner
ist als 10 × 10–6 (μm/m/°C),
wobei dies ein linearer Ausdehnungskoeffizient eines allgemeinen
Kohlenstoffstahls ist. Das heißt, ein Gussmetall mit geringer Wärmeausdehnung,
das einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0,8 × 10–6 (μm/m/°C) hat,
wird für die Zwischenplatte eingesetzt, und ein Gussmetall
mit geringer Wärmeausdehnung, das einen linearen Ausdehnungskoeffizienten
von 2,5 × 10–6 (μm/m/°C)
hat, wird für die stationäre Platte und die bewegliche
Platte eingesetzt. Dadurch wird verhindert, dass zu starke Vorlast
auf die Kugel ausgeübt wird, wobei gleichzeitig Rattern
zwischen der beweglichen Platte und der Zwischenplatte sowie der
stationären Platte und der Zwischenplatte verrin gert wird, und
die bewegliche Platte mit zufriedenstellender Genauigkeit in der
X-Richtung und in der Y-Richtung bewegt werden kann.
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Zusammenfassung
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Geschaffen
wird eine X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung, die in der Lage
ist, einen beweglichen Tisch (5) mit einer ausreichenden
Schubkraft frei in einer X-Y-Ebene zu bewegen und zu positionieren,
und die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die X-Y-Koordinatentisch-Stelleinrichtung wird aufgebaut, indem
eine stationäre Platte (2), eine Zwischenplatte
(4) und eine bewegliche Platte (5) übereinander
angeordnet werden. Zwischen der stationären Platte (2)
und der Zwischenplatte ist eine X-Richtungs-Antriebseinrichtung
zum Antreiben der Zwischenplatte (4) in einer X-Richtung in
Bezug auf die stationäre Platte (2) angeordnet. Zwischen
der Zwischenplatte (4) und der beweglichen Platte (5)
hingegen ist eine Y-Richtungs-Antriebseinrichtung (7) zum
Hin- und Herbewegen der beweglichen Platte (5) in einer
Y-Richtung in Bezug auf die Zwischenplatte (4) vorhanden.
Indem die stationäre Platte (2) und die bewegliche
Platte (5), die in einer im Wesentlichen U-Profil-Form
ausgebildet sind, und die Zwischenplatte (4), die in einer
im Wesentlichen flachen Form ausgebildet ist, übereinander
angeordnet werden, wird eine Aufnahmekammer (60) für
die X-Richtungs-Antriebseinrichtung zwischen der stationären
Platte (2) und der Zwischenplatte (4) ausgebildet,
und eine Aufnahmekammer (70) für die Y-Richtungs-Antriebseinrichtung
wird zwischen der Zwischenplatte (4) und der beweglichen Platte
(5) ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/124789 [0002, 0004]
- - JP 2004-271423 [0050]