JP2005169523A - テーブル位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のテーブル位置決め装置は、フィードバック制御系の調整が困難であり、テーブル位置決め装置自体が大型化してしまう。
【解決手段】 本発明によるテーブル位置決め装置は、定盤１１に設けられたガイド１２に沿って駆動手段１８により第１の方向に移動し、流体軸受１５，１７を介して定盤１１およびガイド１２に非接触状態で保持されたテーブル１４と、このテーブル１４を定盤１１と対向する第２の方向に付勢する複数の付勢手段と、第２の方向に沿ったテーブル１４の振動を検出する振動検出手段２６と、この振動検出手段２６によって検出されるテーブル１４の振動に応じて複数の付勢手段による付勢力を制御する制御手段とを具える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定盤に設けられたガイドに沿って移動するテーブルの位置を位置検出手段からの信号に基づいてフィードバック制御するテーブル位置決め装置に関する。

従来、超精密旋盤などの高精度な工作機械における工具送り装置や、半導体製造装置などにおいて加工対象物が搭載されるワークテーブル駆動装置などに利用されるテーブル位置決め装置は、工具や加工対象物が取り付けられるテーブルを高精度な案内装置を介して定盤上に取り付け、テーブルに固定された送りナットに一端側が螺合する送りねじとこの送りねじの他端に連結される回転モータとを用いたり、あるいはリニアモータを用いてテーブルを案内装置に沿って移動させている。特に、上述したような高精度な移動が要求されるテーブルの場合、定盤や案内装置に対してテーブルを空気軸受などの非接触式の流体軸受で支持すると共に固定側の定盤および案内装置と可動側のテーブルとを非接触状態に保つことができるリニアモータを使用し、案内装置に沿って移動するテーブルの位置を高精度に検出しつつ、その位置検出信号を基にリニアモータの作動をフィードバック制御している。

特に高精度なテーブル位置決め装置において、テーブルを高速で移動させるためには、テーブルを駆動制御しているフィードバック制御系の応答特性を向上させる必要があるが、このフィードバック制御系の応答特性は、テーブル位置決め装置の機械的な共振特性などによって制約を受けることが知られている。より具体的には、案内装置の剛性およびテーブルの質量などによって決まるテーブルの移動方向以外の共振に伴う振動がテーブルの移動方向の位置信号として検出され、この信号をフィードバックすることによってフィードバック制御系が不安定になってしまうため、従来ではテーブルの位置検出手段が共振周波数帯域の振動を検出した場合、これがフィードバック制御系に組み込まれないように応答特性を低下させ、フィードバック制御系の安定性を確保するようにしている。

このようなテーブルの移動方向以外の振動による影響を緩和し得るテーブル位置決め装置が特許文献１で提案されており、その主要部の正面形状を図１１に示し、その矢視XII部を図１２に抽出拡大して示す。すなわち、基準となる定盤１の表面１ａに対して流体軸受２を用いて図１１中、上下方向（以下、これをＺ軸方向と呼称する）に支持されたテーブル３には、定盤１に対して図１１中、左右方向（以下、これをＹ軸方向と呼称する）に配置された図示しないガイドが貫通し、このガイドの基準となる側面と対向するようにテーブル３に組み込まれた図示しない流体軸受によって、テーブル３は図１１中、紙面に対して垂直な方向（以下、これをＸ軸方向と呼称する）にも支持された状態となっている。リニアモータ４は、テーブル３を挟むようにガイドと平行に定盤１に取り付けられる一対の固定子４ａと、これら固定子４ａと対向するようにテーブル３にそれぞれ連結された一対の可動子４ｂとを有し、これら一対の可動子４ｂにはテーブル３のＹ軸方向に沿った位置を検出するための図示しないレーザー干渉測長器の検出反射鏡５が組み込まれている。また、テーブル３のＺ軸方向の変位を検出する変位検出器６がテーブル３の四隅に取り付けられており、これら変位検出器６からの検出データに基づいてＺ軸方向のテーブル３の姿勢を修正するためのアクチュエータ７が定盤１の表面１ａと対向するテーブル３の裏面３ａ側の四隅に組み込まれている。

上述したアクチュエータ７は、コイル７ａと鉄心７ｂとを具えた電磁石であるが、図１３に示すようなアクティブ軸受が図１１に示した流体軸受２の代わりに採用される場合もある。このアクティブ軸受は、テーブル３をＺ軸方向に支持するための流体軸受８の開口部８ａとテーブル３との間に圧電素子９を介在させ、この圧電素子９に電圧を印加して圧電素子９自体の厚みを変化させ、定盤１の表面１ａと流体軸受８の開口部８ａとの間隔を強制的に変化させることにより、流体軸受８の支持力を変更可能としたものである。

このようなＺ軸方向の変位を検出する変位検出器６とＺ軸方向の推力をテーブル３に与えるアクチュエータ７とを用いてＺ軸方向のテーブル３の位置と、Ｘ軸方向と平行な軸線を中心とするテーブル３の振動、つまりピッチングと、Ｙ軸方向と平行な軸線を中心とするテーブル３の振動、つまりローリングとを制御しながら、リニアモータ４のフィードバック制御を行ってＹ軸方向のテーブル３の位置決めを行っている。

特開平１０−２９３６１１号公報

図１１〜図１３に示した従来のテーブル位置決め装置においては、テーブル３にＺ軸方向の推力を与えるアクチュエータ７として電磁石やアクティブ軸受を採用しているため、テーブル３には一方向の推力のみしか発生しない。具体的には、アクチュエータ７が図１２に示すような電磁石の場合、テーブル３を定盤１の表面１ａ側に引き寄せる方向の力が発生するものの、テーブル３を定盤１の表面１ａから引き離す方向への力を発生させることはできない。また、アクチュエータ７が図１３に示すようなアクティブ軸受の場合、テーブル３を定盤１の表面１ａから引き離す方向への推力が発生する反面、テーブル３を定盤１の表面１ａ側に引き寄せる方向の力を発生させることができない。つまり、定盤１の表面１ａと流体軸受８の開口部８ａとの間隔が変わるようにアクティブ軸受の圧電素子９を変形させた場合、これと釣り合うような推力がこれらの間に発生するが、圧電素子９の伸縮によって推力の方向が変わるのではなく、推力の大きさが変わるだけである。

このように、従来のテーブル位置決め装置においてテーブル３のＺ軸方向の振動を制御するために設けられたアクチュエータ７は、Ｚ軸方向と平行な一方向のみの推力の強弱を制御しているだけであり、フィードバック制御の応答特性がＺ軸方向の一方向側と他方向側とで異なるため、その調整を困難なものとしている。

一方、テーブル３が移動するＹ軸方向以外のテーブル３の振動を減衰させるために用いられるアクチュエータ７による推力と反対方向の力は、流体軸受２が持つばね剛性による反発力を利用することとなるため、フィードバック制御系の応答特性を向上させるためには、流体軸受２のばね剛性を高める必要があり、しかもこのばね剛性に応じた推力をアクチュエータ７が発生することが要求される。しかしながら、流体軸受２のばね剛性やアクチュエータ７の発生推力を増大させようとすると、テーブル位置決め装置自体が大型化してしまう不具合が生ずる。

（発明の目的）
本発明の目的は、フィードバック制御系の調整が容易であって高精度な位置決めを行い得る小型で応答特性が良好なテーブル位置決め装置を提供することにある。

本発明は、定盤と、この定盤に設けられて第１の方向に延在するガイドと、このガイドに沿って第１の方向に移動し得るテーブルと、このテーブルを前記定盤と対向する第２の方向に前記定盤に対して非接触状態に保持するための第１の流体軸受と、前記テーブルを前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に前記ガイドに対して非接触状態に保持するための第２の流体軸受と、前記テーブルを前記第１の方向に駆動する駆動手段と、前記定盤に対して前記第１の方向に沿った前記テーブルの位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段によって検出される前記テーブルの位置信号に基づいて前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを具えたテーブル位置決め装置であって、前記テーブルを前記第２の方向にそれぞれ付勢する複数の付勢手段と、前記第１の方向以外の前記テーブルの振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出される前記テーブルの振動に応じて前記複数の付勢手段による付勢力をそれぞれ制御する第２の制御手段とをさらに具えたことを特徴とするものである。

本発明において、テーブルは第１および第２の流体軸受により定盤およびガイドに対して非接触状態に保持され、この状態を保ったまま駆動手段によりテーブルが第１の方向に移動する。第１の方向に沿ったテーブルの位置は、位置検出手段により検出され、その検出信号に基づいて駆動手段が制御装置によりフィードバック制御される。第１の方向に沿って移動中に発生するテーブルの第１の方向以外の振動が振動検出手段により検出され、その検出結果に基づいてテーブルに対する複数の付勢手段による付勢力が第２の制御手段によって制御され、第１の方向以外のテーブルの振動が抑制され、第１の方向に沿ったテーブルの位置決めの際の第１の方向以外の振動による悪影響が緩和される。

本発明によるテーブル位置決め装置において、テーブルの中央部にガイドが貫通する貫通孔を形成し、このテーブルの四隅に第２の方向に沿った定盤との間隔を検出するギャップセンサを振動検出手段として取り付けることができる。

駆動手段は、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段は、第２の方向に相隔ててテーブル側に配され、固定コイル群とで第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第２の磁石群を有するものであってよい。この場合、第１の磁石群を挟んで第２の磁石群を第１の方向に相隔てて２組配し、これら第２の磁石群が組み込まれたリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配することができる。

駆動手段は、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段は、第１の方向に沿って定盤側にそれぞれ所定間隔で配され、配列間隔が相互にずれた第２および第３の固定コイル群と、第２の方向に沿ってテーブル側にそれぞれ所定間隔で配され、第２および第３の固定コイルとで第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第２および第３の磁石群とを有するものであってよい。この場合、第２および第３の磁石群を第１の方向に沿った第１の磁石群の配列領域よりも広い間隔で第１の方向に相隔ててそれぞれ２組ずつ配し、第２および第３の固定コイル群ならびに第２および第３の磁石群が組み込まれたリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配することができる。

駆動手段は、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段は、ガイドに形成されて第１の方向に沿って延在する磁力ターゲットと、テーブルに取り付けられ、磁力ターゲットを挟んで第２の方向に対向し、第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する１組の電磁石とを有するものであってよい。この場合、磁力ターゲットを第３の方向に相隔てて一対形成し、一対の電磁石を１組としてこれを第１の方向にそれぞれ相隔てて４組設け、さらにリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配することができる。

本発明のテーブル位置決め装置によると、定盤に設けられたガイドに沿って第１の方向に移動するテーブルを定盤と対向する第２の方向に沿ってそれぞれ付勢する複数の付勢手段と、第１の方向以外のテーブルの振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出されるテーブルの振動に応じて複数の付勢手段による付勢力を制御する第２の制御手段とを具えているので、テーブルを駆動手段によって第１の方向に移動させた場合、第１の方向以外のテーブルの振動を第２の制御手段にて抑制することができる。この結果、第１の方向に沿ったテーブルの位置決めに対するフィードバック制御を容易かつ高い応答性を以て行うことができ、テーブルの高精度な位置決めが可能である。

テーブルの中央部にガイドが貫通する貫通孔を形成し、このテーブルの四隅に第２の方向に沿った定盤との間隔を検出するギャップセンサを振動検出手段として取り付けた場合には、第１および第３の方向に沿った定盤の基準面に対するテーブルの傾きを検出することができる。

駆動手段が、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段が、第２の方向に相隔ててテーブル側に配され、固定コイル群とで第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第２の磁石群を有する場合には、制御性や調整などの容易性を損なうことなく、テーブル位置決め装置をより小型化させることができる。特に、第１の磁石群を挟んで第２の磁石群を第１の方向に相隔てて２組配し、これら第２の磁石群が組み込まれたリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配した場合には、第１および第３の方向をそれぞれ回転中心とするテーブルのローリングおよびピッチングによる影響を緩和させることができる。

駆動手段が、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段が、第１の方向に沿って定盤側にそれぞれ所定間隔で配され、配列間隔が相互にずれた第２および第３の固定コイル群と、第２の方向に沿ってテーブル側にそれぞれ所定間隔で配され、第２および第３の固定コイルとで第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第２および第３の磁石群とを有する場合には、制御性や調整などの容易性を損なうことなく、テーブル位置決め装置をより小型化させることができる。特に、第２および第３の磁石群を第１の方向に沿った第１の磁石群の配列領域よりも広い間隔で第１の方向に相隔ててそれぞれ２組ずつ配し、第２および第３の固定コイル群ならびに第２および第３の磁石群が組み込まれたリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配した場合には、第１および第３の方向をそれぞれ回転中心とするテーブルのローリングおよびピッチングによる影響を緩和させることができる。

駆動手段が、第１の方向に沿って定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するようにテーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで第１の方向に沿ったテーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、複数の付勢手段が、ガイドに形成されて第１の方向に沿って延在する磁力ターゲットと、テーブルに取り付けられ、磁力ターゲットを挟んで第２の方向に対向し、第２の方向に沿ったテーブルの推力を発生する１組の電磁石とを有する場合には、制御性や調整などの容易性を損なうことなく、テーブル位置決め装置を小型化させることができる。特に、磁力ターゲットを第３の方向に相隔てて一対形成し、一対の電磁石を１組としてこれらを第１の方向にそれぞれ相隔てて４組設け、さらにリニアモータをガイドを挟んでテーブルの両側に配した場合には、第１および第３の方向をそれぞれ回転中心とするテーブルのローリングおよびピッチングによる影響を緩和させることができる。

本発明によるテーブル位置決め装置の実施形態について、図１〜図１０を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。

第１の実施形態の外観を図１に示し、その分解状態を図２に示し、リニアモータの部分の概念を図３に示し、そのIV−IV矢視断面構造を図４に示す。すなわち、基準となる平面（以下、これを基準面と呼称する）が形成された定盤１１には、基準面１１ａと平行に第１の方向（以下、この方向を便宜的にＹ軸方向と記述する）に延在するガイド１２が設けられ、その長手方向両端部が一対の支持部材１３を介して定盤１１に固定されている。このガイド１２には、定盤１１の基準面１１ａに対して垂直な一対の案内面１２ａが相互に平行に形成されている。

定盤１１の基準面１１ａと対向する裏面の四隅に流体軸受１５が組み込まれたテーブル１４には、ガイド１２が貫通する貫通穴１６が形成され、この貫通穴１６の一対の案内面１２ａと対向する部分にも流体軸受１７が組み込まれている。これらの流体軸受１５，１７は、所定圧の圧縮空気を定盤１１の基準面１１ａおよびガイド１２の案内面１２ａにそれぞれ噴射することにより、テーブル１４を定盤１１およびガイド１２に対して非接状態に保ち、ガイド１２に沿ったテーブル１４のＹ軸方向への移動の際の摩擦抵抗を最小限に抑制している。

テーブル１４を挟んでガイド１２の両側には、本発明における駆動手段としての一対のリニアモータ１８が設けられている。

このリニアモータ１８の固定子１８ａは、ガイド１２の案内面１２ａと平行にＹ軸方向に延在し、その長手方向両端部が連結部材１９を介して支持部材１３に固定されている。固定子１８ａの内外両面には、定盤１１の基準面１１ａに対して垂直な第２の方向（以下、この方向を便宜的にＺ軸方向と記述する）に延在する一対のＺ軸方向延在部２０ａと、定盤１１の基準面１１ａと平行に延在する一対のＹ軸方向延在部２０ｂとを有するコイル２０が所定間隔で形成されており、図示しない給電機構によって任意の量の直流電流を任意の向きにそれぞれ個別に流すことができるようになっている。本実施形態では、Ｙ軸方向に隣り合う２つのコイル２０における近接する２つのＺ軸方向延在部２０ａの間隔を１Ｐとした場合、個々のコイル２０における一対のＺ軸方向延在部２０ａの間隔が３Ｐとなるように設定されている。

この固定子１８ａが貫通する貫通孔２１を形成したリニアモータ１８の可動子１８ｂは、テーブル１４の側端面にそれぞれ一体的に連結されている。可動子１８ｂに形成された貫通孔２１は、テーブル１４が定盤１１の基準面１１ａと対向するＺ軸方向に所定量だけ変位し得るように、固定子１８ａとの間に所定量の隙間２２が形成されている。これら可動子１８ｂの貫通孔２１内には、固定子１８ａの内外両面に設けられたコイル２０のＺ軸方向延在部２０ａと対向し得る第１の磁石２３群と、Ｙ軸方向延在部２０ｂと対向し得る第２の磁石２４群とがそれぞれ組み込まれている。本実施形態における第２の磁石２４群は、Ｙ軸方向に沿った可動子１８ｂの両端部に配され、これら第２の磁石２４群の間に第１の磁石２３群が位置するようになっている。また、第１の磁石２３群は、上述した３Ｐ間隔でＳ極とＮ極とがＹ軸方向に沿って交互に現れるように配され、第２の磁石２４群は、固定子１８ａの内面側において一方がＳ極，他方がＮ極に設定され、固定子１８ａの外面側において一方がＮ極，他方がＳ極となるように設定され、それぞれ３Ｐ分の長さをＹ軸方向に有する。このため、第２の磁石２４群が隣接する２つのコイル２０のＹ軸方向延在部２０ｂに同時に対向している場合でも、これら２つのコイル２０に同じ方向に同じ量の電流を供給することで、単一のコイル２０のＹ軸方向延在部２０ｂにのみ第２の磁石２４群が対向した状態にある場合と同じ推力が得られる。また、常にＺ軸方向延在部２０ａとＹ軸方向延在部２０ｂとが接続するコイル２０の四つの屈曲部分に第２の磁石２４群が重なった状態となっているため、個々のコイル２０の屈曲部分の影響を相殺することができる。

なお、Ｙ軸方向に隔てた２組の第２の磁石２４群の間隔は、ｎを整数とした場合、（３ｎ＋１）Ｐに設定され、少なくとも一方の組の第２の磁石２４群が常に１つのコイル２０のＹ軸方向延在部２０ｂに対して完全に重なり合うように配慮している。

従って、第１の磁石２３群と対向状態にある特定のコイル２０に電流を流すことにより、ローレンツ力がＹ軸方向に発生し、このローレンツ力がテーブル１４に対するＹ軸方向の推力となり、これによってテーブル１４はＹ軸方向に所定距離だけ移動する。同様に、第２の磁石２４群と対向状態にあるコイル２０に電流を流すと、ローレンツ力がＺ軸方向に発生してテーブル１４にＺ軸方向の推力が与えられる。つまり、第２の磁石２４群と対向状態にあるコイル２０に対する電流量およびその通電方向を制御することにより、可動子１８ｂには上述したＹ軸方向の推力の他に、任意の大きさを持ったＺ軸方向の推力が独立して付与される。

Ｚ軸方向に沿ったテーブル１４の推力は、コイル２０に供給される電流量にほぼ比例する。この場合、本実施形態では第２の磁石２４群が４組設けられているため、各組の第２の磁石２４群と対向するコイル２０に対して個別に電流の制御を行うことにより、テーブル１４の四隅に作用するＺ軸方向の推力を別々に調整することができる。このため、テーブル１４の基準面１１ａに対するＺ軸方向のテーブル１４の位置と、Ｙ軸およびＺ軸に直交する第３の方向（以下、この方向を便宜的にＸ軸方向と記述する）と平行な軸線を中心とするテーブル１４のピッチングと、Ｙ軸方向と平行な軸線を中心とするテーブル１４のローリングとを制御することが可能である。この結果、テーブル１４のＹ軸方向に沿った移動位置を設定するフィードバック制御系から、上述したピッチングやローリングなどの共振による影響を排除でき、Ｙ軸方向に沿ったテーブル１４の移動に対するフィードバック制御の応答特性を改善することができる。

一対のリニアモータ１８の可動子１８ｂには、本発明における位置検出手段としての図示しないレーザー測長器の検出反射鏡２５がそれぞれ固定され、Ｙ軸方向に沿ったテーブル１４の位置がレーザー測長器によって検出され、その検出位置情報が図示しない制御装置に出力されるようになっている。

テーブル１４の四隅には、定盤１１の基準面１１ａからのＺ軸方向に沿った距離を検出することにより、定盤１１の基準面１１ａに対するテーブル１４の位置および姿勢を検出するための変位検出器２６が固定されており、本発明における振動検出手段として機能するこれら変位検出器２６からの検出信号が制御装置に出力されるようになっている。

本実施形態における制御装置は、リニアモータ１８のフィードバック制御を行う本発明における制御手段と、第２の磁石２４群を用いてテーブル１４に与えられるＺ軸方向の推力を制御する第２の制御手段とを一体化したものである。

テーブル１４をＹ軸方向の所定位置に移動する場合、レーザー測長器からの位置信号を基に第１の磁石２３群と対向する特定のコイル２０に電流を供給する一方、上述した変位検出器２６からの検出信号に基づいてＺ軸方向のテーブル１４の位置と、上述したテーブル１４のピッチングおよびローリングとを検出し、定盤１１の基準面１１ａからのテーブル１４の高さが一定となると共にテーブル１４のピッチングおよびローリングが最小となるように、４組の第２の磁石２４群と対向するコイル２０に対して適切な量の電流をそれぞれ独立に供給する。これにより、Ｙ軸方向以外のテーブル１４の振動による外乱を最小限に抑えることが可能となり、レーザー測長器からの位置信号に基づくフィードバック制御の応答性を高めることができる。

この場合、第２の磁石２４群を用いてテーブル１４に与えられる推力は、上述したようにローレンツ力に起因してＺ軸方向の一方側と他方側とに任意に切り換えることができるため、Ｚ軸方向の一方側と他方側とで推力応答特性に差がなくなり、フィードバック制御系の調整を容易に行うことができる。しかも、流体軸受１５，１７のばね剛性を高める必要がなくなる分、その軸受面積を小さくすることができ、テーブル位置決め装置自体の小型化が可能となる。

上述した実施形態では、付勢手段としてテーブル１４に与えるＺ軸方向の推力をコイル２０と第２の磁石２４群とを有するリニアモータ１８によって発生させるようにしたが、このようなリニアモータ１８に対して独立したリニアモータ、つまり電磁アクチュエータを本発明の付勢手段として利用することも可能である。このような駆動機構部分の他の実施形態の概念を図５に示し、そのVI−VI矢視断面構造を図６に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。

すなわち、リニアモータ１８の固定子１８ａには、先の実施形態におけるリニアモータ１８用のコイル２０の他に、配列間隔がＹ軸方向に沿って相互に半ピッチずれた第２および第３の固定コイル２７，２８群がそれぞれ３Ｐ間隔でＹ軸方向に沿って配されている。これら第２および第３の固定コイル２７，２８群は、何れもＹ軸方向延在部２７ｂ，２８ｂがコイル２０のＹ軸方向延在部２０ｂとほぼ同じ長さを有し、Ｚ軸方向延在部２７ａ，２８ａの長さを最小に抑えた偏平な形状をそれぞれ有する。

一方、リニアモータ１８の可動子１８ｂには、第２および第３の固定コイル２７，２８群のＹ軸方向延在部２７ｂ，２８ｂの一部にそれぞれ重なり合う第２および第３の磁石２９，３０群がＺ軸方向に一直線状に並ぶように固定され、これらはＹ軸方向に沿った第１の磁石２３群の配列領域よりも広い間隔でＹ軸方向に相隔てて２組ずつ配されている。Ｚ軸方向に一直線状に並ぶ第２および第３の磁石２９，３０群は、Ｓ極とＮ極とが交互に現れるように磁極の向きが設定され、さらに固定子１８ａを挟んで対向する一方がＳ極，他方がＮ極となるように設定されている。

本実施形態のように、第２および第３の固定コイル２７，２８群の位相をＹ軸方向に沿ってずらすことにより、第２および第３の固定コイル２７，２８群に対する第２および第３の磁石２９，３０群の相対位置に応じて第２および第３の固定コイル２７，２８群に対する通電を切り換えて使用することができ、固定子１８ａに対して可動子１８ｂがどのような位置にあっても、テーブル１４に対してＺ軸方向に発生する推力を常に電流値に比例して一定に設定することができる。

従って、本実施形態においては、コイル２０に通電することによってＹ軸方向へのテーブル１４の移動に対して独立に、上述した第２および第３の磁石２９，３０群と対向状態にある第２および第３の固定コイル２７，２８群に所定の向きおよび量の電流を供給することにより、テーブル１４に対してＺ軸方向に発生する推力を任意に制御することができ、先の実施形態と同様に、Ｙ軸方向以外のテーブル１４の振動による外乱を最小限に抑えることが可能となり、レーザー測長器からの位置信号に基づくフィードバック制御の応答性を高めることができる。

本発明の付勢手段として、相互に逆向きに作用する一対の単純な磁力を利用することも可能であり、このような本発明によるテーブル位置決め装置の別な実施形態の外観を図７に示し、その分解状態を図８に示し、リニアモータ１８の部分の概念を図９に示し、そのＸ−Ｘ矢視断面構造を図１０に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。

すなわち、定盤１１の基準面１１ａと対向するガイド１２の図示しない裏面およびその反対側に位置する表面１２ｂには、それぞれＹ軸方向に沿って相互に平行に延在する磁力ターゲット３１が２本ずつＸ軸方向に相隔てて設けられている。テーブル１４の貫通穴１６内には、これら磁力ターゲット３１と対向するようにＹ軸方向に相隔てて４組（８個）の電磁石３２が組み込まれており、これら８個の電磁石３２に対する通電量を変更することによって、磁力ターゲット３１に対して電磁石３２の吸引力、つまり推力を調整することができる。本実施形態における各磁力ターゲット３１は鋼板を積層したものであり、これを高い面精度が要求されるガイド１２の案内面１２ａではなく、それほど高い面精度が要求されないガイド１２の表裏面に埋め込んでいるため、電磁石３２と共に鉄損や過電流損の影響を受けない磁気特性の良好な付勢手段として使用することが可能である。

本実施形態においても、リニアモータ１８によってＹ軸方向にテーブル１４を移動させた場合、テーブル１４に発生するピッチングやローリングなどを変位検出器２６によって検出し、これが最小となるように上述した４組の電磁石３２に対する通電量を制御してＺ軸方向の適当な推力をテーブル１４に与えることにより、レーザー測長器からの位置信号に基づくリニアモータ１８に対するフィードバック制御の応答性を高めることができ、テーブル１４を迅速かつ高精度に所望の位置に移動させることができる。

本発明におけるテーブル位置決め装置の一実施形態の外観を表す立体投影図である。 図１に示した実施形態を分解状態で表す立体投影図である。 図１に示した実施形態におけるリニアモータの構造を模式的に表す概念図である。 図３中のIV−IV矢視に沿った断面図である。 リニアモータの他の実施形態の構造を模式的に表す概念図である。 図５中のVI−VI矢視に沿った断面図である。 本発明におけるテーブル位置決め装置の他の実施形態の外観を表す立体投影図である。 図７に示した実施形態を分解状態で表す立体投影図である。 図７に示した実施形態におけるリニアモータの構造を模式的に表す概念図である。 図９中のＸ−Ｘ矢視に沿った断面図である。 従来のテーブル位置決め装置の一例を表す正面図である。 図１１に示したテーブル位置決め装置におけるテーブル保持手段の一例を拡大状態で表す正面図である。 図１１に示したテーブル位置決め装置におけるテーブル保持手段の他の一例を拡大状態で表す正面図である。

符号の説明

１１ 定盤
１１ａ 基準面
１２ ガイド
１２ａ 案内面
１２ｂ 表面
１３ 支持部材
１４ テーブル
１５ 流体軸受
１６ 貫通穴
１７ 流体軸受
１８ リニアモータ
１８ａ 固定子
１８ｂ 可動子
１９ 連結部材
２０ コイル
２０ａ Ｚ軸方向延在部
２０ｂ Ｙ軸方向延在部
２１ 貫通孔
２２ 隙間
２３ 第１の磁石
２４ 第２の磁石
２５ 検出反射鏡
２６ 変位検出器
２７，２８ 第２および第３の固定コイル
２７ｂ，２８ｂ Ｙ軸方向延在部
２７ａ，２８ａ Ｚ軸方向延在部
２９，３０ 第２および第３の磁石
３１ 磁力ターゲット
３２ 電磁石

Claims (8)

1. 定盤と、この定盤に設けられて第１の方向に延在するガイドと、このガイドに沿って第１の方向に移動し得るテーブルと、このテーブルを前記定盤と対向する第２の方向に前記定盤に対して非接触状態に保持するための第１の流体軸受と、前記テーブルを前記第１および第２の方向と直交する第３の方向に前記ガイドに対して非接触状態に保持するための第２の流体軸受と、前記テーブルを前記第１の方向に駆動する駆動手段と、前記定盤に対して前記第１の方向に沿った前記テーブルの位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段によって検出される前記テーブルの位置信号に基づいて前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを具えたテーブル位置決め装置であって、
   前記テーブルを前記第２の方向にそれぞれ付勢する複数の付勢手段と、
   前記第１の方向以外の前記テーブルの振動を検出する振動検出手段と、
   この振動検出手段によって検出される前記テーブルの振動に応じて前記複数の付勢手段による付勢力をそれぞれ制御する第２の制御手段と
   をさらに具えたことを特徴とするテーブル位置決め装置。
2. 前記テーブルは、前記ガイドが貫通する貫通孔をその中央部に有し、前記振動検出手段は、前記テーブルの四隅に取り付けられて前記第２の方向に沿った前記定盤との間隔を検出するギャップセンサであることを特徴とする請求項１に記載のテーブル位置決め装置。
3. 前記駆動手段は、前記第１の方向に沿って前記定盤側に所定間隔で配される固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するように前記テーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで前記第１の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、
   前記複数の付勢手段は、前記第２の方向に相隔てて前記テーブル側に配され、前記固定コイル群とで前記第２の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する第２の磁石群を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーブル位置決め装置。
4. 前記第２の磁石群は、前記第１の磁石群を挟んで前記第１の方向に相隔てて２組配され、これら第２の磁石群を組み込んだ前記リニアモータが前記ガイドを挟んで前記テーブルの両側に配されていることを特徴とする請求項３に記載のテーブル位置決め装置。
5. 前記駆動手段は、前記第１の方向に沿って前記定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するように前記テーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで前記第１の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、
   前記複数の付勢手段は、前記第１の方向に沿って前記定盤側にそれぞれ所定間隔で配され、配列間隔が相互にずれた第２および第３の固定コイル群と、前記第２の方向に沿って前記テーブル側にそれぞれ所定間隔で配され、前記第２および第３の固定コイルとで前記第２の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する第２および第３の磁石群とを有し、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーブル位置決め装置。
6. 前記第２および第３の磁石群は、前記第１の方向に沿った前記第１の磁石群の配列領域よりも広い間隔で前記第１の方向に相隔ててそれぞれ２組ずつ配され、前記第２および第３の固定コイル群ならびに前記第２および第３の磁石群を組み込んだ前記リニアモータが前記ガイドを挟んで前記テーブルの両側に配されていることを特徴とする請求項５に記載のテーブル位置決め装置。
7. 前記駆動手段は、前記第１の方向に沿って前記定盤側に所定間隔で配される第１の固定コイル群と、これら固定コイル群と対向するように前記テーブル側に所定間隔で配され、当該固定コイル群とで前記第１の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する第１の磁石群とを有する可動磁石型のリニアモータであり、
   前記複数の付勢手段は、前記ガイドに形成されて前記第１の方向に沿って延在する磁力ターゲットと、前記テーブルに取り付けられ、前記磁力ターゲットを挟んで前記第２の方向に対向し、前記第２の方向に沿った前記テーブルの推力を発生する１組の電磁石とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーブル位置決め装置。
8. 前記磁力ターゲットは、前記第３の方向に相隔てて一対形成され、前記一対の電磁石を１組としてこれが前記第１の方向にそれぞれ相隔てて４組設けられ、さらに前記リニアモータが前記ガイドを挟んで前記テーブルの両側に配されていることを特徴とする請求項７に記載のテーブル位置決め装置。
   

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