JP2001287137A - 送りねじ装置の変位補正方法及び装置 - Google Patents

送りねじ装置の変位補正方法及び装置

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JP2001287137A
JP2001287137A JP2000108276A JP2000108276A JP2001287137A JP 2001287137 A JP2001287137 A JP 2001287137A JP 2000108276 A JP2000108276 A JP 2000108276A JP 2000108276 A JP2000108276 A JP 2000108276A JP 2001287137 A JP2001287137 A JP 2001287137A
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JP
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screw rod
displacement
nut member
axial direction
correction
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JP2000108276A
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Hideo Yoshihara
英雄 吉原
Kenichi Nakamura
賢一 中村
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Kuraki Co Ltd
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Kuraki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで造れ、経時変化に基づく影響を受
けず、しかも高精度の補正を可能にする。 【解決手段】 ねじ杆2は、その基端部を固定側支持軸
受3により回転のみ自在に支持し、その先端部を自由側
支持軸受5により、回転及び軸方向の変位自在に支持し
ている。上記ねじ杆2の先端面の変位を変位計10によ
り検出し、温度変化に基づくこのねじ杆2の長さ変化を
求める。この長さ変化と、ナット部材7の位置とから、
温度変化に基づく補正量を算出する。そして、この値
と、形状誤差に基づく補正量とを足し合わせて、上記ね
じ杆2を回転駆動する為のモータ11を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装置
等、各種精密加工装置に組み込んで、被加工物を載置し
たテーブルの位置を厳密に規制すべく、このテーブルを
平行移動させる送りねじ装置の形状誤差や熱膨張に基づ
く変位量を補正するものである。
【0002】
【従来の技術】各種精密加工装置には、被加工物を載置
したテーブルを平行移動させる為の送りねじ装置が組み
込まれている。この送りねじ装置は、移動方向に回転の
み自在に配置されたねじ杆と、このねじ杆を回転駆動す
るモータと、上記テーブルに固定された状態でこのねじ
杆にがたつきなく螺合したナット部材とを備える。尚、
このナット部材と上記ねじ杆として一般的には、ボール
ねじ機構を使用する。上記テーブルを平行移動させる際
には、上記モータにより上記ねじ杆を所定方向に回転さ
せ、このねじ杆に螺合したナット部材及びこのナット部
材を固定した上記テーブルを、所定方向に平行移動させ
る。
【0003】半導体製造装置等の精密加工装置の場合に
は、上述の様な送りねじ装置による上記テーブルの移動
量を、極めて厳密に(数μ単位若しくはサブμ単位で)
規制する必要がある。この為従来から、次の〜の様
な方法で、上記テーブルの移動量を補正していた。 送りねじ装置の近傍に温度センサを設置し、この温
度センサの測定値と、ねじ杆の熱膨張量に関する関係式
とから、温度変化に基づく補正量を算出する。 送りねじ装置を構成するねじ杆の回転数に基づいて
温度変化を推定し、この推定値と、ねじ杆の熱膨張量に
関する関係式とから、温度変化に基づく補正量を算出す
る。 特開平11−254272号公報に記載されている
様に、ねじ杆に沿って多数の位置検出センサを等間隔に
配設し、これらの位置検出センサの検出信号に基づい
て、温度変化に基づく補正量を算出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した様な、従来か
ら知られている送りねじ装置の変位補正方法のうち、
に示した方法は、簡単な構成で安価に実施できる代わ
りに、送りねじ装置の経時変化に対応できない等、高精
度の補正を行なう事は難しい。又、に示した方法は、
高精度の補正を行なえる代わりに、多数の変位センサを
等間隔に配列する必要があり、部品コスト、組み付けコ
スト等が嵩む事が避けられない。本発明は、この様な事
情に鑑みて、低コストで、しかも高精度の補正を行なえ
る、送りねじ装置の変位補正方法及び装置を実現すべく
発明したものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の送りねじ装置の
変位補正方法及び装置のうち、請求項1に記載した送り
ねじ装置の変位補正方法は、その基端部を軸方向に関す
る変位を不能にした状態で回転自在に支持され、その中
間部にナット部材を螺合させたねじ杆の先端面の変位を
測定して、このねじ杆の熱膨張に基づく長さの変化量を
測定する。そして、この変化量とこのねじ杆の軸方向に
関する上記ナット部材の位置とから、上記熱膨張に基づ
くこのナット部材の変位量を求める。更に、この変位量
と上記ねじ杆のピッチ誤差に関する補正値とを重畳させ
て、このねじ杆の軸方向に関して補正すべき上記ナット
部材の変位補正量とする。
【0006】又、請求項2に記載した、送りねじ装置の
変位補正装置は、ねじ杆と、固定側支持軸受と、自由側
支持軸受と、ナット部材と、変位計と、位置検出手段
と、サーボ装置とを備える。このうちのねじ杆は、その
基端部を結合したモータにより回転駆動される。又、上
記固定側支持軸受は、上記ねじ杆の基端部を回転のみ自
在に支持した状態で、このねじ杆の軸方向に変位する事
がない。又、上記自由側支持軸受は、このねじ杆の先端
部を回転自在に支持した状態で、このねじ杆の軸方向に
変位自在である。又、上記ナット部材は、ねじ孔を有
し、このねじ孔をこの自由側支持軸受と上記固定側支持
軸受との間部分で、上記ねじ杆に螺合させている。又、
上記変位計は、上記ねじ杆の先端面に対向する部分に設
けられて、このねじ杆の先端面の軸方向に関する変位を
測定する。又、上記位置検出手段は、このねじ杆の軸方
向に関する上記ナット部材の位置を検出する。更に、上
記サーボ装置は、上記モータを駆動する為のもので、上
記位置検出手段が検出した上記ナット部材の位置に基づ
いて、メモリー中の上記ねじ杆のピッチ誤差に関する補
正特性から当該位置での補正値を求め、この補正値と、
上記変位計の検出値及び上記ナット部材の位置に基づい
て求めた、上記ねじ杆の熱膨張に基づく上記ナット部材
の変位量とを重畳させて、上記ねじ杆の軸方向に関して
補正すべき上記ナット部材の変位補正量とし、上記モー
タにこの変位補正量を含む指令信号を出力する機能を有
する。
【0007】
【作用】上述の様に構成する本発明の送りねじ装置の変
位補正方法及び装置によれば、送りねじ装置の経時変化
に関係なく、ねじ杆の軸方向に関するナット部材の位置
を精密に求め、このナット部材を所望位置に移動させる
為の補正を高精度で行なえる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1〜3は、本発明の実施の形態
の1例を示している。先ず、図1により、本発明の変位
補正装置を組み込んだ送りねじ装置に就いて説明する。
この送りねじ装置を構成する為に、ベッドと呼ばれる基
板1の上面に、ねじ杆2を回転のみ自在に支持してい
る。このねじ杆2は、その基端部(図1の左端部)を固
定側支持軸受3により、回転のみ自在に支持している。
この為に、上記基板1の上面に固定した固定側ケース4
の内側に上記固定側支持軸受3を設けている。この固定
側支持軸受3は、それぞれがアンギュラ型或は深溝型で
ある1対の玉軸受を、接触角を互いに逆向きとし、且
つ、予圧を付与した状態で設ける事により、上記ねじ杆
2の基端部を、何れの方向に関してもがたつきなく支持
している。
【0009】これに対して上記ねじ杆2の先端部(図1
の右端部)は、自由側支持軸受5により、回転並びに軸
方向に関する変位自在に支持している。この為に、上記
基板1の上面に、上記ねじ杆2の軸方向(図1の左右方
向)の移動のみ自在に支持した自由側ケース6の内側
に、上記自由側支持軸受5を設けている。この自由側支
持軸受5も、それぞれがアンギュラ型或は深溝型である
1対の玉軸受を、接触角を互いに逆向きとし、且つ、予
圧を付与した状態で設ける事により、上記ねじ杆2の先
端部を、何れの方向に関してもがたつきなく支持してい
る。従って、このねじ杆2の先端部は、回転及び軸方向
の変位自在に支持されている。この様なねじ杆2の先端
部を軸方向の変位自在に支持する理由は、温度変化に基
づくこのねじ杆2の全長変化分を吸収する為である。こ
の様にして上記基板1の上面に支持されたねじ杆2は、
上記固定側ケース4に支持固定された、回転方向の変換
を自在なモータ11により、回転駆動自在である。
【0010】上述の様なねじ杆2の一部で、上記固定側
ケース4と上記自由側ケース6との間には、ナット部材
7を螺合させている。尚、このナット部材7と上記ねじ
杆2との螺合部は、前述した様に、ボールねじ機構とす
る事が一般的である。何れにしても、上記ナット部材7
は、被加工物8を載置するテーブル9の下面に固定して
いる。このテーブル9は、上記ねじ杆2と平行に配設し
た、図示しないリニアガイドによりこのねじ杆2の軸方
向にのみ移動自在としている。従って上記テーブル9
は、このねじ杆2の回転に伴って、このねじ杆2の軸方
向に変位する。この様にテーブル9を平行移動させる為
の、上記ナット部材7の、上記ねじ杆2の軸方向に関す
る位置は、位置検出手段により検出自在である。この位
置検出手段は、従来から周知のものを利用でき、例え
ば、上記モータ11による上記ねじ杆2の回転量(回転
方向を含む)とこのねじ杆2のピッチとに基づいて、上
記ナット部材7の位置を求める。
【0011】又、前記基板1の端部上面で、上述の様な
ねじ杆2の先端面(図1の右端面)に対向する部分に、
変位計10を設けている。この変位計10として好まし
くは、レーザ式等の、非接触式で高精度の検出能力を有
するものを使用する。この様な変位計10は、温度変化
に伴って上記ねじ杆2が伸縮した場合に、その伸縮量を
このねじ杆2の先端面の変位量として検出する。そし
て、その検出値を表す信号を、上記モータ11の回転量
を制御する為の制御器12に送る。
【0012】この制御器12は、図2に示す様な構成を
有し、図3に示す様にして、補正量(テーブル9を移動
させるべき目標位置と実際の位置との差)を求める。即
ち、A/D変換器13により、上記変位計10から送り
込まれる、検出値を表すアナログ信号を、ディジタル信
号に変換してから、演算器14に送り込む。すると、こ
の演算器14は、上記変位計10の測定値と、上記位置
検出手段により求められる、上記ナット部材7の位置と
から、温度変化に基づく、上記ねじ杆2の軸方向に関す
る、このナット部材7の位置の補正量を求める。即ち、
温度変化に伴って上記ねじ杆2は、全長に亙って均一に
膨張・収縮するものと考えられるので、上記変位計10
の測定値と、上記ナット部材7の位置と、上記温度変化
に基づく補正量との関係は、図3の直線αの様になる。
【0013】但し、上記ねじ杆2の軸方向に関する上記
ナット部材7の位置のずれは、温度変化に基づくものだ
けでなく、上記ねじ杆2の外周面に形成したねじ溝の形
状誤差に基づくものがある。この様な形状誤差に基づい
て発生する、上記ナット部材7の位置ずれは、上記ねじ
杆2を加工した後、実際に測定して求め、その測定値に
基づく補正値を、第二の演算器15のメモリーに記憶さ
せておく。図3の曲線βが、このメモリーに記憶させ
る、ナット部材7の位置と上記形状誤差に基づく補正量
との関係を示している。上記第二の演算器15は、メモ
リー内に記憶された、上記曲線βで示す様な関係と上記
ナット部材7の位置とから、上記形状誤差に基づく、上
記ねじ杆2の軸方向に関する、このナット部材7の位置
の補正量を求める。
【0014】前記演算器14が上記直線αに示す様な関
係に基づいて求めた、温度変化に基づく補正量と、上記
第二の演算器15が上記曲線βに示す様な関係に基づい
て求めた、形状誤差に基づく補正量とは、前記モータ1
1を駆動する為のサーボ装置16に入力する。そして、
このサーボ装置16は、上記温度変化に基づく補正量と
上記形状誤差に基づく補正量とを重畳させて、上記ねじ
杆2の軸方向に関して補正すべき、上記ナット部材7の
変位補正量とし、上記モータ11に、この変位補正量を
含む指令信号として出力する。このモータ11に、上記
サーボ装置16から送り込まれる指令信号中の変位補正
分は、図3に曲線γで示す様に、上記直線αと上記曲線
βとを足し合わせたものとなる。
【0015】上記曲線γで示す様な変位補正分を含む指
令信号を受けた、上記モータ11は、上記温度変化に基
づくずれ及び上記形状変化に基づくずれを修正したもの
となる。従って、上記ナット部材7及びこのナット部材
7を固定した前記テーブル9の位置は、所望通りの正確
な位置となる。しかも、上記温度変化に基づく補正量
は、その度毎にリアルタイムで算出するので、経時変化
に伴うずれが発生する事がない。
【0016】
【発明の効果】本発明の送りねじ装置の変位補正方法及
び装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、構
成部品が少なく、組立作業が容易な構造であるにも拘ら
ず、長期間に亙って高精度の変位補正を行なって、各種
精密部品等の加工を高精度で行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す略縦断側面
図。
【図2】補正値を求める回路のブロック図。
【図3】補正値を合成する状態を説明する線図。
【符号の説明】
1 基板 2 ねじ杆 3 固定側支持軸受 4 固定側ケース 5 自由側支持軸受 6 自由側ケース 7 ナット部材 8 被加工物 9 テーブル 10 変位計 11 モータ 12 制御器 13 A/D変換器 14 演算器 15 第二の演算器 16 サーボ装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その基端部を軸方向に関する変位を不能
    にした状態で回転自在に支持され、その中間部にナット
    部材を螺合させたねじ杆の先端面の変位を測定して、こ
    のねじ杆の熱膨張に基づく長さの変化量を測定し、この
    変化量とこのねじ杆の軸方向に関する上記ナット部材の
    位置とから、上記熱膨張に基づくこのナット部材の変位
    量を求め、この変位量と上記ねじ杆のピッチ誤差に関す
    る補正値とを重畳させて、このねじ杆の軸方向に関して
    補正すべき上記ナット部材の変位補正量とする、送りね
    じ装置の変位補正方法。
  2. 【請求項2】 その基端部を結合したモータにより回転
    駆動されるねじ杆と、このねじ杆の基端部を回転のみ自
    在に支持した状態で、このねじ杆の軸方向に変位する事
    のない固定側支持軸受と、このねじ杆の先端部を回転自
    在に支持した状態でこのねじ杆の軸方向に変位自在な自
    由側支持軸受と、ねじ孔を有し、このねじ孔をこの自由
    側支持軸受と上記固定側支持軸受との間部分で上記ねじ
    杆に螺合させたナット部材と、上記ねじ杆の先端面に対
    向する部分に設けられて、このねじ杆の先端面の軸方向
    に関する変位を測定する変位計と、このねじ杆の軸方向
    に関する上記ナット部材の位置を検出する位置検出手段
    と、上記モータを駆動するサーボ装置とを備え、このサ
    ーボ装置は、この位置検出手段が検出した上記ナット部
    材の位置に基づいて、メモリー中の上記ねじ杆のピッチ
    誤差に関する補正特性から当該位置での補正値を求め、
    この補正値と、上記変位計の検出値及び上記ナット部材
    の位置に基づいて求めた、上記ねじ杆の熱膨張に基づく
    上記ナット部材の変位量とを重畳させて、上記ねじ杆の
    軸方向に関して補正すべき上記ナット部材の変位補正量
    とし、上記モータにこの変位補正量を含む指令信号を出
    力する機能を有する送りねじ装置の変位補正装置。
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