JP2005331048A - Vibration-proof x-y table - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、防振X−Yテーブルに係り、特に軸の円筒外周面からガイドの円弧溝に対して圧縮空気を噴出させることで軸に取り付けられた水平テーブルをガイドから浮上させ、ガイド側と水平テーブル側とを有害な振動を伝えないように機械的に分離でき、しかも鋼球(ボール)や潤滑油を全く用いないで滑り摩擦をほとんど皆無にし得て、水平テーブルを互いに直交する二方向に自由にしかも免振状態で移動させることができる防振X−Yテーブルに関する。 The present invention relates to an anti-vibration XY table, and in particular, a horizontal table attached to a shaft is levitated from the guide by ejecting compressed air from the cylindrical outer peripheral surface of the shaft to the arc groove of the guide, It can be mechanically separated from the horizontal table so as not to transmit harmful vibrations, and it can eliminate sliding friction without using steel balls or lubricants at all. The present invention relates to an anti-vibration XY table that can be moved freely and in a vibration-isolating state.
X−Yテーブルは、従来からIC製造等の各種の製造装置、測定装置等に用いられており、テーブルを例えばボールガイド等のリニアガイドにより互いに直交する二方向に夫々独立して移動可能に支持すると共に、各々の移動方向と平行にボールねじを取り付けておき、該ボールねじをサーボモータやステッピングモータ等で駆動して、テーブルを駆動するようにしたものが一般的である。 XY tables are conventionally used in various manufacturing equipment such as IC manufacturing, measuring equipment, etc., and the table is supported by linear guides such as ball guides so that they can move independently in two directions orthogonal to each other. In general, a ball screw is attached in parallel to each moving direction, and the ball screw is driven by a servo motor, a stepping motor or the like to drive the table.
このため従来のX−Yテーブルでは、テーブルの移動時にリニアガイドとテーブル間に生じる摩擦振動(転動体使用の場合は、該転動体の通過に伴う振動)や、ボールねじ駆動用のモータから発生する振動がテーブルに伝わっているのが現状であり(例えば2乃至5Hz程度の振動)、このままではミクロンオーダの位置決め精度やミリセコンドオーダのタクトタイムが要求されている今日のIC技術に対応できない。 For this reason, in the conventional XY table, friction vibration generated between the linear guide and the table when the table is moved (vibration caused when the rolling element is used) or generated from the motor for driving the ball screw. At present, the vibrations transmitted to the table are transmitted to the table (for example, vibrations of about 2 to 5 Hz), and as it is, it cannot cope with today's IC technology that requires micron-order positioning accuracy and millisecond order tact time.
このためX−Yテーブルにおいては、いかにしてテーブルへの振動の伝達を防ぐかが重要である。防振手段として従来最も多く採用されているのは、防振ゴムマット及び制振合金マットであるが、防振ゴムマットは駆動系等から発生する振動周波数帯域をすべてカバーすることができず、該帯域による防振ゴムマットの選定にノウハウが必要とされるという問題があり、また制振合金マットは近年脚光を浴びているものの、テーブルと台座間が機械的に接合されているため、駆動系等から発生するすべての振動を軽減させることは基本的に不可能であるという問題があった。 For this reason, in an XY table, it is important how to prevent transmission of vibration to the table. Conventionally, vibration-proof rubber mats and vibration-damping alloy mats have been most frequently used as vibration-proof means, but vibration-proof rubber mats cannot cover all vibration frequency bands generated from a drive system, etc. There is a problem that know-how is required for the selection of anti-vibration rubber mats, and although the vibration-damping alloy mat has been in the spotlight in recent years, the table and the pedestal are mechanically joined, so from the drive system etc. There is a problem that it is basically impossible to reduce all vibrations that occur.
一方特許文献1に開示されているように、空気式の防振装置は数多く考案されているが、円筒外周面を有する軸と該円筒外周面と同一曲率半径の円弧溝とを組み合わせた軸受を使用したものについては、全く開示されていない。
On the other hand, as disclosed in
また上下方向の振動を空気式防振装置で軽減させるものや、横揺れ等を空気式制振装置で制御するものも考案されているが、テーブルを機械的に分離し、かつ互いに直交する二方向(例えばX方向及びY方向)に自由に移動させることができるものは存在していなかった。 Some devices have been devised to reduce vertical vibrations with pneumatic anti-vibration devices, and those that control lateral vibrations with pneumatic anti-vibration devices. There is no one that can be moved freely in the direction (for example, the X direction and the Y direction).
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有する軸の該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設け、円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝との間に空気圧層を形成することで該円弧溝から軸が浮上可能に構成することによって、該軸と円弧溝とを機械的に分離して、有害な振動を伝えずこれを完全に遮断し得るようにすることである。 The present invention has been made to eliminate the above-described drawbacks of the prior art, and an object of the present invention is to provide a cylindrical outer peripheral surface of a shaft having a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape. Provided with an air outlet for allowing compressed air to be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder, and by forming a pneumatic layer between the outer peripheral surface of the cylinder and the circular arc groove formed at the same radius of curvature, the shaft extends from the arc groove. By being configured to be able to float, the shaft and the arc groove are mechanically separated so that harmful vibrations are not transmitted and can be completely blocked.
また他の目的は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる軸と、該軸の円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有するガイドとを備え、円筒外周面と円弧溝との間に空気圧層を形成することで軸がガイドから浮上し軸方向に移動可能に構成することによって、軸とガイドとを機械的に分離し、有害な振動が伝わらないようにすると共に、滑り摩擦をほとんど皆無にすることである。 Another object is to provide a shaft having a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape has an arc shape, and an air outlet that allows the compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface. And a guide having an arc groove formed at the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the shaft, and by forming a pneumatic layer between the cylindrical outer peripheral surface and the arc groove, the shaft floats from the guide in the axial direction. By being configured to be movable, the shaft and the guide are mechanically separated so that no harmful vibrations are transmitted and almost no sliding friction is caused.
更に他の目的は、上記構成による軸受と、軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、水平に設置されたガイドに対して該水平テーブルを軸の軸方向に浮上した状態で移動可能に構成することによって、ガイド側の有害な振動が水平テーブルに伝わらないようにして、該水平テーブルの位置決め精度を飛躍的に高めることである。 Still another object is to provide a bearing having the above-described configuration and a horizontal table mounted on the upper side of the shaft so that the horizontal table can be moved in a state where it floats in the axial direction of the shaft with respect to a horizontally installed guide. By configuring, it is to prevent the harmful vibration on the guide side from being transmitted to the horizontal table, and to greatly improve the positioning accuracy of the horizontal table.
また他の目的は、上記構成において、水平テーブル及びガイドの相対する位置に軸の軸方向に水平テーブルを駆動するように取り付けられたリニアモータを備え、水平に設置されたガイドに対して該水平テーブルを軸の軸方向に浮上した状態でリニアモータにより駆動可能に構成することによって、駆動系と水平テーブルとを機械的に分離した状態で、該水平テーブルを所定の方向に自在にしかも免振状態で移動させ、正確に位置決めできるようにすることである。 Another object is to provide a linear motor mounted to drive the horizontal table in the axial direction of the shaft at a position where the horizontal table and the guide are opposed to each other, and the horizontal table with respect to the horizontally installed guide. By configuring the table so that it can be driven by a linear motor while floating in the axial direction of the shaft, the drive system and the horizontal table can be mechanically separated from each other so that the horizontal table can be freely moved in a predetermined direction. It is to move in a state so that it can be positioned accurately.
更に他の目的は、上記構成において、水平テーブル及びガイドの相対する位置に、互いに反発するように磁石を夫々取り付けることによって、水平テーブルの浮上を磁石の反発力により補助し、例えば軸から圧縮空気が噴出していないときや、水平テーブルに比較的重い物を取り付けているときでも、水平テーブルが浮上した状態を維持できるようにすることである。 Still another object of the present invention is to support the floating of the horizontal table by the repulsive force of the magnet by, for example, reversing the horizontal table and the guide at opposite positions of the horizontal table and the guide. It is to be able to maintain the state where the horizontal table is levitated even when no water is ejected or when a relatively heavy object is attached to the horizontal table.
また他の目的は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第1軸と該第1軸の円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有する第1ガイドとからなる第1空気軸受と、該第1空気軸受の第1軸の上側に取り付けられ所定の曲率半径に形成された円弧溝を有する第2ガイドと断面形状の少なくとも一部が該第2ガイドの円弧溝と同一曲率半径の円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第2軸とからなり第1空気軸受と直交する方向に移動可能に構成された第2空気軸受と、第2軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、該水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に移動可能に構成することによって、第1軸受により第1ガイドと第2ガイドとの間の振動の伝達を遮断し、また第2軸受により第2ガイドと水平テーブルとの間の振動の伝達を遮断するようにして、土台となる第1ガイドからの有害な振動が水平テーブルに伝わらないX−Yテーブルを提供することである。 Another object is to provide a first shaft having a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air outlet that allows compressed air to be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder. A first air bearing comprising a first guide having a circular groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the first shaft, and a first air bearing attached to an upper side of the first shaft of the first air bearing and having a predetermined A second guide having an arc groove formed with a radius of curvature and a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape has an arc shape with the same radius of curvature as the arc groove of the second guide has the cylindrical outer surface. A second air bearing configured to move in a direction orthogonal to the first air bearing, the second air bearing including a second shaft provided with an air jet port capable of ejecting compressed air from the outer peripheral surface; and on the upper side of the second shaft With a mounted horizontal table, and levitating the horizontal table By being configured to be movable in two directions perpendicular to each other in a state where the first guide and the second guide are moved, the transmission of vibration between the first guide and the second guide is cut off by the first bearing, and the second guide and the horizontal table are cut by the second bearing. The XY table is provided such that harmful vibrations from the first guide as a base are not transmitted to the horizontal table by interrupting the transmission of vibration between the horizontal guide and the horizontal table.
更に他の目的は、上記構成において、第2ガイド及び第1ガイドの相対する位置に第1軸の軸方向に第2ガイドを駆動するように取り付けられた第1リニアモータと、水平テーブル及び第2ガイドの相対する位置に第2軸の軸方向に水平テーブルを駆動するように取り付けられた第2リニアモータとを備え、第1リニアモータ及び第2リニアモータにより水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に夫々独立して駆動可能に構成することによって、可動部及び駆動部における振動の発生を抑制した防振X−Yテーブルを提供することであり、またこれによって今日のIC技術において要求されるミクロンオーダの位置決め精度及びミリセコンドオーダのタクトタイムを実現させることである。 Still another object of the present invention is to provide a first linear motor, a horizontal table, and a second table mounted to drive the second guide in the axial direction of the first shaft at the opposing positions of the second guide and the first guide. And a second linear motor mounted so as to drive the horizontal table in the axial direction of the second shaft at opposite positions of the two guides, and in a state where the horizontal table is levitated by the first linear motor and the second linear motor. The present invention is to provide an anti-vibration XY table that suppresses the occurrence of vibrations in the movable part and the drive part by being configured to be independently drivable in two orthogonal directions. To achieve the required micron-order positioning accuracy and millisecond order tact time.
また他の目的は、高精度の真円度、曲率半径及び表面粗さに加工された基準軸を型に設置し、該型に可塑性樹脂を流し込んで硬化させ、基準軸の真円度、曲率半径及び表面粗さがそのまま転写された円弧溝をガイド上に形成することによって、加工が困難とされていた高精度な円弧溝を極めて容易かつ安価に形成できるようにすることであり、またこれによって該精密ガイドを使用した空気軸受を種々の装置、例えば防振X−Yテーブルに導入し易くすることである。 Another object is to set a reference axis processed to high precision roundness, radius of curvature and surface roughness in a mold, and then inject the plastic resin into the mold to cure it. By forming an arc groove on which the radius and surface roughness are transferred as they are on the guide, it is possible to form a highly accurate arc groove, which has been difficult to process, easily and inexpensively. Therefore, it is easy to introduce an air bearing using the precision guide into various devices, for example, an anti-vibration XY table.
要するに本発明軸(請求項1)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設け、前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝との間に空気圧層を形成することで該円弧溝から浮上可能に構成したことを特徴とするものである。 In short, the shaft of the present invention (Claim 1) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air outlet is provided on the outer peripheral surface of the cylinder so that compressed air can be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder. A pneumatic layer is formed between the cylindrical outer peripheral surface and the circular arc groove formed at the same curvature radius so as to be able to float from the circular arc groove.
また本発明空気軸受(請求項2)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる軸と、該軸の前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有するガイドとを備え、前記円筒外周面と前記円弧溝との間に空気圧層を形成することで前記軸が前記ガイドから浮上し軸方向に移動可能に構成したことを特徴とするものである。 The air bearing of the present invention (Claim 2) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air outlet that allows compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface to the cylindrical outer peripheral surface. And a guide having an arc groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the shaft, and forming a pneumatic layer between the cylindrical outer peripheral surface and the arc groove The shaft floats from the guide and is configured to be movable in the axial direction.
また本発明防振水平テーブル(請求項3)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる軸と該軸の前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有するガイドとからなる空気軸受と、前記軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、水平に設置された前記ガイドに対して該水平テーブルを前記軸の軸方向に浮上した状態で移動可能に構成したことを特徴とするものである。 Further, the vibration isolating horizontal table of the present invention (Claim 3) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air jet that allows compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface to the cylindrical outer peripheral surface. An air bearing comprising a shaft provided with an outlet and a guide having an arc groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the shaft, and a horizontal table attached to the upper side of the shaft, The horizontal table is configured to be movable in a state of floating in the axial direction of the shaft with respect to the guide installed on the shaft.
また本発明防振水平テーブル(請求項4)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる軸と該軸の前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有するガイドとからなる空気軸受と、前記軸の上側に取り付けられた水平テーブルと、該水平テーブル及び前記ガイドの相対する位置に前記軸の軸方向に前記水平テーブルを駆動するように取り付けられたリニアモータとを備え、水平に設置された前記ガイドに対して該水平テーブルを前記軸の軸方向に浮上した状態で前記リニアモータにより駆動可能に構成したことを特徴とするものである。 Further, the vibration isolating horizontal table of the present invention (Claim 4) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air jet capable of ejecting compressed air from the cylindrical outer peripheral surface to the cylindrical outer peripheral surface. An air bearing comprising a shaft provided with an outlet and a guide having an arc groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the shaft; a horizontal table mounted on the upper side of the shaft; and the horizontal table And a linear motor mounted so as to drive the horizontal table in the axial direction of the shaft at a position opposite to the guide, and the horizontal table is disposed in the axial direction of the shaft with respect to the guide installed horizontally. It is configured to be able to be driven by the linear motor in a state where it floats on the surface.
また本発明防振水平テーブル(請求項5)は、請求項3又は請求項4のいずれかに記載の防振水平テーブルにおいて、前記水平テーブル及び前記ガイドの相対する位置に、互いに反発するように磁石を夫々取り付けたことを特徴とするものである。
The vibration-proof horizontal table of the present invention (Claim 5) is the vibration-proof horizontal table according to
また本発明防振X−Yテーブル(請求項6)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第1軸と該第1軸の前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有する第1ガイドとからなる第1空気軸受と、該第1空気軸受の前記第1軸の上側に取り付けられ所定の曲率半径に形成された円弧溝を有する第2ガイドと断面形状の少なくとも一部が該第2ガイドの前記円弧溝と同一曲率半径の円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第2軸とからなり前記第1空気軸受と直交する方向に移動可能に構成された第2空気軸受と、前記第2軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、該水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に移動可能に構成したことを特徴とするものである。 The vibration-proof XY table of the present invention (Claim 6) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and allows compressed air to be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder to the cylindrical outer peripheral surface. A first air bearing comprising a first shaft provided with an air outlet and a first guide having an arc groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the first shaft; and the first air bearing A second guide having an arc groove attached to the upper side of the first shaft and having a predetermined radius of curvature and at least a part of the cross-sectional shape of the second guide have an arc shape having the same radius of curvature as the arc groove of the second guide. It has a cylindrical outer peripheral surface, and comprises a second shaft provided with an air outlet that allows the compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface, and is configured to be movable in a direction perpendicular to the first air bearing. Second air bearing and an upper side of the second shaft And a horizontal table and is characterized by being configured to be movable in two directions perpendicular to each other while floating the horizontal table.
また本発明防振X−Yテーブル(請求項7)は、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第1軸と該第1軸の前記円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有する第1ガイドとからなる第1空気軸受と、該第1空気軸受の前記第1軸の上側に取り付けられ所定の曲率半径に形成された円弧溝を有する第2ガイドと断面形状の少なくとも一部が該第2ガイドの前記円弧溝と同一曲率半径の円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第2軸とからなり前記第1空気軸受と直交する方向に移動可能に構成された第2空気軸受と、前記第2軸の上側に取り付けられた水平テーブルと、前記第2ガイド及び前記第1ガイドの相対する位置に前記第1軸の軸方向に前記第2ガイドを駆動するように取り付けられた第1リニアモータと、前記水平テーブル及び前記第2ガイドの相対する位置に前記第2軸の軸方向に前記水平テーブルを駆動するように取り付けられた第2リニアモータとを備え、前記第1リニアモータ及び前記第2リニアモータにより前記水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に夫々独立して駆動可能に構成したことを特徴とするものである。 The vibration-proof XY table of the present invention (Claim 7) has a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and allows compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface to the cylindrical outer peripheral surface. A first air bearing comprising a first shaft provided with an air outlet and a first guide having an arc groove formed in the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the first shaft; and the first air bearing A second guide having an arc groove attached to the upper side of the first shaft and having a predetermined radius of curvature and at least a part of the cross-sectional shape of the second guide have an arc shape having the same radius of curvature as the arc groove of the second guide. It has a cylindrical outer peripheral surface, and comprises a second shaft provided with an air outlet that allows the compressed air to be ejected from the cylindrical outer peripheral surface, and is configured to be movable in a direction perpendicular to the first air bearing. Second air bearing and an upper side of the second shaft A horizontal table, a first linear motor mounted to drive the second guide in the axial direction of the first shaft at a position opposite to the second guide and the first guide, the horizontal table, A second linear motor mounted to drive the horizontal table in the axial direction of the second shaft at a position opposite to the second guide, and the horizontal by the first linear motor and the second linear motor. The table is characterized in that it can be driven independently in two directions orthogonal to each other in the state of floating the table.
また本発明防振X−Yテーブル(請求項8)は、請求項6又は請求項7のいずれかに記載の防振X−Yテーブルにおいて、前記水平テーブル及び前記第2ガイドの相対する位置、及び前記第2ガイド及び前記第1ガイドの相対する位置に、互いに反発するように磁石を夫々取り付けたことを特徴とするものである。 Further, the present invention anti-vibration XY table (invention 8) is the anti-vibration XY table according to claim 6 or 7, wherein the horizontal table and the second guide are opposed to each other, In addition, magnets are attached to the opposing positions of the second guide and the first guide so as to repel each other.
また本発明精密ガイドの製造方法(請求項9)は、高精度の真円度、曲率半径及び表面粗さに加工された基準軸を型に設置し、該型に可塑性樹脂を流し込んで硬化させ、前記基準軸の前記真円度、曲率半径及び表面粗さがそのまま転写された円弧溝をガイド上に形成することを特徴とするものである。 The precision guide manufacturing method according to the present invention (Claim 9) is a method in which a reference axis machined to high precision roundness, curvature radius and surface roughness is set in a mold, and a plastic resin is poured into the mold and cured. An arc groove in which the roundness, the radius of curvature and the surface roughness of the reference axis are directly transferred is formed on the guide.
本発明は、上記のように断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有する軸の該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設け、円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝との間に空気圧層を形成することで該円弧溝から軸が浮上可能に構成したので、該軸と円弧溝とを機械的に分離でき、有害な振動を伝えずこれを完全に遮断し得る効果がある。 As described above, the present invention is provided with an air outlet that allows compressed air to be ejected from an outer peripheral surface of the cylinder on the outer peripheral surface of the shaft having a cylindrical outer peripheral surface in which at least part of the cross-sectional shape is an arc shape. Since the shaft can float from the arc groove by forming a pneumatic layer between the outer circumferential surface and the arc groove formed with the same radius of curvature, the shaft and the arc groove can be mechanically separated, There is an effect that can be completely shut off without transmitting harmful vibrations.
また断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる軸と、該軸の円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有するガイドとを備え、円筒外周面と円弧溝との間に空気圧層を形成することで軸がガイドから浮上し軸方向に移動可能に構成したので、軸とガイドとを機械的に分離でき、有害な振動が伝わらず、また滑り摩擦をほとんど皆無にし得る効果が得られる。 A shaft having a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air outlet for allowing compressed air to be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder; and a cylindrical outer periphery of the shaft And a guide having an arc groove formed with the same radius of curvature as the surface, and a pneumatic layer is formed between the outer circumferential surface of the cylinder and the arc groove so that the shaft can float from the guide and move in the axial direction. Therefore, the shaft and the guide can be mechanically separated, no harmful vibration is transmitted, and the effect of eliminating almost no sliding friction is obtained.
更に上記構成による軸受と、軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、水平に設置されたガイドに対して該水平テーブルを軸の軸方向に浮上した状態で移動可能に構成したので、ガイド側の有害な振動が水平テーブルに伝わらず、該水平テーブルの位置決め精度を飛躍的に高めることができるという効果がある。 Furthermore, the bearing having the above configuration and a horizontal table mounted on the upper side of the shaft are provided, and the horizontal table is configured to be movable in a state where it floats in the axial direction of the shaft with respect to the horizontally installed guide. The harmful vibration on the side is not transmitted to the horizontal table, and the positioning accuracy of the horizontal table can be greatly improved.
また上記構成において、水平テーブル及びガイドの相対する位置に軸の軸方向に水平テーブルを駆動するように取り付けられたリニアモータを備え、水平に設置されたガイドに対して該水平テーブルを軸の軸方向に浮上した状態でリニアモータにより駆動可能に構成したので、駆動系と水平テーブルとを機械的に分離した状態で、該水平テーブルを所定の方向に自在にしかも免振状態で移動させ、正確に位置決めできるという効果が得られる。 Further, in the above configuration, a linear motor mounted to drive the horizontal table in the axial direction of the shaft is provided at a position opposite to the horizontal table and the guide, and the horizontal table is attached to the shaft of the shaft with respect to the horizontally installed guide. Since it is configured to be able to be driven by a linear motor while floating in the direction, the horizontal table can be moved freely in a predetermined direction and in a vibration-isolating state with the drive system and the horizontal table separated mechanically. The effect that it can position to is acquired.
更に上記構成において、水平テーブル及びガイドの相対する位置に、互いに反発するように磁石を夫々取り付けたので、水平テーブルの浮上を磁石の反発力により補助し、例えば軸から圧縮空気が噴出していないときや、水平テーブルに比較的重い物を取り付けているときでも、水平テーブルが浮上した状態を維持できるという効果がある。 Further, in the above configuration, the magnets are attached to the positions of the horizontal table and the guide so as to repel each other, so that the horizontal table is lifted by the repulsive force of the magnet, for example, no compressed air is ejected from the shaft. Even when a relatively heavy object is attached to the horizontal table, the horizontal table can be kept floating.
また断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第1軸と該第1軸の円筒外周面と同一の曲率半径に形成された円弧溝を有する第1ガイドとからなる第1空気軸受と、該第1空気軸受の第1軸の上側に取り付けられ所定の曲率半径に形成された円弧溝を有する第2ガイドと断面形状の少なくとも一部が該第2ガイドの円弧溝と同一曲率半径の円弧形状となる円筒外周面を有し該円筒外周面に該円筒外周面から圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口を設けてなる第2軸とからなり第1空気軸受と直交する方向に移動可能に構成された第2空気軸受と、第2軸の上側に取り付けられた水平テーブルとを備え、該水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に移動可能に構成したので、第1軸受により第1ガイドと第2ガイドとの間の振動の伝達を遮断し、また第2軸受により第2ガイドと水平テーブルとの間の振動の伝達を遮断し得、土台となる第1ガイドからの有害な振動が水平テーブルに伝わらないX−Yテーブルを提供できるという効果が得られる。 The first shaft and the first shaft each having a cylindrical outer peripheral surface in which at least a part of the cross-sectional shape is an arc shape, and an air outlet that allows compressed air to be ejected from the outer peripheral surface of the cylinder. A first air bearing comprising a first guide having an arc groove formed with the same radius of curvature as the cylindrical outer peripheral surface of the first air bearing, and is attached to the upper side of the first shaft of the first air bearing and has a predetermined radius of curvature. The second guide having the circular arc groove and at least a part of the cross-sectional shape has a cylindrical outer peripheral surface having an arc shape with the same radius of curvature as the circular arc groove of the second guide, and compressed air from the cylindrical outer peripheral surface to the cylindrical outer peripheral surface A second air bearing configured to be movable in a direction orthogonal to the first air bearing, and a horizontal table attached to the upper side of the second shaft With the horizontal table floating. The first bearing is used to block vibration transmission between the first guide and the second guide, and the second bearing is used between the second guide and the horizontal table. It is possible to provide an XY table that can cut off the transmission of vibrations and that does not transmit harmful vibrations from the first guide as a base to the horizontal table.
更に上記構成において、第2ガイド及び第1ガイドの相対する位置に第1軸の軸方向に第2ガイドを駆動するように取り付けられた第1リニアモータと、水平テーブル及び第2ガイドの相対する位置に第2軸の軸方向に水平テーブルを駆動するように取り付けられた第2リニアモータとを備え、第1リニアモータ及び第2リニアモータにより水平テーブルを浮上した状態で互いに直交する二方向に夫々独立して駆動可能に構成したので、可動部及び駆動部における振動の発生を抑制した防振X−Yテーブルを提供できる効果があり、またこの結果今日のIC技術において要求されるミクロンオーダの位置決め精度及びミリセコンドオーダのタクトタイムを実現できるという効果が得られる。 Further, in the above configuration, the first linear motor attached to drive the second guide in the axial direction of the first shaft at a position where the second guide and the first guide face each other, and the horizontal table and the second guide face each other. And a second linear motor mounted so as to drive the horizontal table in the axial direction of the second axis at a position in two directions orthogonal to each other while the horizontal table is levitated by the first linear motor and the second linear motor Since each can be driven independently, there is an effect that it is possible to provide an anti-vibration XY table that suppresses the occurrence of vibrations in the movable part and the drive part. As a result, the micron order that is required in today's IC technology. The effect that the positioning accuracy and the tact time of the millisecond order can be realized is obtained.
また高精度の真円度、曲率半径及び表面粗さに加工された基準軸を型に設置し、該型に可塑性樹脂を流し込んで硬化させ、基準軸の真円度、曲率半径及び表面粗さがそのまま転写された円弧溝をガイド上に形成するようにしたので、加工が困難とされていた高精度な円弧溝を極めて容易かつ安価に形成できる効果があり、またこの結果該精密ガイドを使用した空気軸受を種々の装置、例えば防振X−Yテーブルに導入し易くする効果が得られる。 In addition, a reference axis processed with high accuracy roundness, curvature radius and surface roughness is installed in the mold, and a plastic resin is poured into the mold and cured, and the roundness, curvature radius and surface roughness of the reference axis are set. As a result, an arc groove on which is transferred as it is is formed on the guide, so there is an effect that it is possible to form a highly accurate arc groove which has been difficult to machine, easily and inexpensively, and as a result, the precision guide is used. The effect which makes it easy to introduce the air bearing made into various apparatuses, for example, an anti-vibration XY table, is acquired.
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発明に係る防振X−Yテーブル10は、図1から図5において、第1空気軸受1と、第2空気軸受2と、水平テーブル3と、第1リニアモータ11と、第2リニアモータ12とを備えている。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. An anti-vibration XY table 10 according to the present invention includes a
第1空気軸受1は、図1から図3、図5から図8に示すように、断面形状の少なくとも一部が円弧形状となる円筒外周面21aを有し該円筒外周面21aに該円筒外周面21aから圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口21bを設けてなる第1軸21と、該第1軸21の円筒外周面21aと同一の曲率半径に形成された円弧溝31aを有する第1ガイド31とからなるものである。
As shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 8, the
第1軸21の円筒外周面21aには、例えば第1軸21の全長よりも短い3本の溝21cが形成され、該溝21c内に夫々エア噴出口21bが形成されている。各エア噴出口21bは第1軸21の端面から内部に向けて形成された穴21dに連通しており、穴21dの入口には、例えばホース(図示せず)を接続するための継手13が取り付けられている。なお、エア噴出口21bの数、位置、溝21cの形状等は、図示のものに限られず、空気軸受として機能するものであれば、どのような構成であってもよい。
For example, three
中央の溝21cを真下にした場合に上側となる部分の一部には、平面部21e,21fが形成されており、平面部21eにねじ穴21gが形成されている。平面部21e,21fは、連結部材23,24を取り付ける際の座となる部分である。
円筒外周面21aの表面粗さ(算術平均粗さ)は、少なくとも1μmであり、好ましくは0.1μmである。面肌が高精度に仕上げられているほど、少ないエア圧で使用できるからである。
The surface roughness (arithmetic mean roughness) of the cylindrical outer
第1ガイド31は、図12から図14に示すように、高精度の真円度、曲率半径及び表面粗さに加工された基準軸14を型15に設置し、該型に可塑性樹脂16を、矢印F方向に流し込んで硬化させることにより製造され、円弧溝31aは基準軸14の真円度、曲率半径及び表面粗さがそのまま転写されて形成される。
As shown in FIGS. 12 to 14, the
従って基準軸14の表面粗さ(算術平均粗さ)を1μmに仕上げておけば、円弧溝31aの表面粗さも1μmとすることができ、また基準軸14の表面粗さを0.1μmに仕上げておけば、円弧溝31aの表面粗さも0.1μmとすることができる。
Therefore, if the surface roughness (arithmetic average roughness) of the
円弧溝31aの断面形状は、例えば半円である。これは第1軸21の移動方向と直角方向に力が作用したときにも、第1軸21の浮上状態を維持できるようにするためであり、また第1軸21の取付け及び取外しを容易にするためである。
The cross-sectional shape of the
第1ガイド31には、図3に示すように、例えば2本の円弧溝31aが形成され、例えば該円弧溝31aの間に、該円弧溝31aと平行に第1リニアモータ11の永久磁石25が埋め込まれている。
As shown in FIG. 3, for example, two
1本の円弧溝31aにつき、例えば2本の第1軸21が組み合わされ、計4組の第1空気軸受1で、例えばX軸方向に水平テーブル3を動かすことができるようになっている。各第1軸21は、例えば連結部材23,24により連結され、ねじ18により第2空気軸受2の第2ガイド32の下面に固定されている。
For example, two
第2軸受2は、第1空気軸受1の第1軸21の上側に取り付けられ所定の曲率半径に形成された円弧溝32aを有する第2ガイド32と断面形状の少なくとも一部が該第2ガイド32の円弧溝32aと同一曲率半径の円弧形状となる円筒外周面22aを有し該円筒外周面22aに該円筒外周面22aから圧縮空気を噴出可能とするエア噴出口22bを設けてなる第2軸22とからなり第1空気軸受1と直交する方向に移動可能に構成されている。
The
第2軸22の円筒外周面22aには、例えば第2軸22の全長よりも短い3本の溝(図示せず)が形成され、該溝内に夫々エア噴出口が形成されている。
On the cylindrical outer
中央の溝を真下にした場合に上側となる部分の一部には、平面部22e,22fが形成されており、平面部22eにねじ穴22gが形成されている。平面部22e,22fは、連結部材26,28を取り付ける際の座となる部分である。
第2軸22の他の構成は、第1軸21と同様であるので、説明を省略する。
Since the other structure of the 2nd axis |
第2ガイド32の製造方法は、第1ガイド31と同様であるので、基準軸(図示せず)の表面粗さ(算術平均粗さ)を1μmに仕上げておけば、円弧溝32aの表面粗さも1μmとすることができ、また基準軸の表面粗さを0.1μmに仕上げておけば、円弧溝32aの表面粗さも0.1μmとすることができる。
Since the manufacturing method of the
第2ガイド32には、図3に示すように、例えば2本の円弧溝32aと、4箇所の穴32bが形成され、例えば該円弧溝32aの間に、該円弧溝32aと平行に第2リニアモータ12の永久磁石29が埋め込まれている。穴32bは、ねじ18を通すためのものである。
As shown in FIG. 3, for example, two
1本の円弧溝32aにつき、例えば2本の第2軸22が組み合わされ、計4組の第2空気軸受2で、例えばY軸方向に水平テーブル3を動かすことができるようになっている。各第2軸22は、例えば連結部材26,28により連結され、ねじ18により水平テーブル3の下面に固定されている。
For example, two
水平テーブル3は、第2軸22の上側に、例えばねじ19により取り付けられるものであって、図示しない工作物等を取り付ける土台となるものであり、第1空気軸受1及び第2空気軸受2により支持され、第1リニアモータ11及び第2リニアモータ12により駆動されて互いに直交する二方向(例えばX軸方向及びY軸方向)に夫々移動可能に構成されている。水平テーブル3には、ねじ19を通すための穴3aが、例えば4箇所形成されている。
The horizontal table 3 is attached to the upper side of the
第1リニアモータ11は、図1、図3及び図5に示すように、第2ガイド32及び第1ガイド31の相対する位置に第1軸21の軸方向に第2ガイド32を駆動するように取り付けられたものであって、第1ガイド31の埋め込まれた永久磁石25と、連結部材23に取り付けられたコイル30と、図示しない制御部とから構成されている。なお、コイル30の取付け位置は、連結部材23に限られず、リニアモータとして作動すればよいので、例えば第2ガイド32に取り付けてもよい。
As shown in FIGS. 1, 3, and 5, the first
第2リニアモータ12は、水平テーブル3及び第2ガイド32の相対する位置に第2軸22の軸方向に水平テーブル3を駆動するように取り付けられたものであって、第2ガイド32の埋め込まれた永久磁石29と、連結部材26に取り付けられたコイル33と、図示しない制御部とから構成されている。なお、コイル33の取付け位置は、連結部材26に限られず、リニアモータとして作動すればよいので、例えば水平テーブル3に取り付けてもよい。
The second
なお、図10及び図11に示すように、水平テーブル3及び第2ガイド32の相対する位置に、互いに反発するように磁石34を夫々取り付けるようにしてもよい。水平テーブル3を常時磁気浮上させておくことができるからである。第2ガイド32と第1ガイド31との間に、同様に磁石(図示せず)を取り付けてもよい。
As shown in FIGS. 10 and 11,
図示の例では、水平テーブル3に第2軸22を直接ねじ19により固定しているが、上述のように連結部材を介してもよい。
In the illustrated example, the
そして本発明方法(請求項9)は、高精度の真円度、曲率半径及び表面粗さに加工された基準軸14を型15に設置し、該型15に可塑性樹脂16を流し込んで硬化させ、基準軸14の真円度、曲率半径及び表面粗さがそのまま転写された円弧溝31a,32aをガイド(第1ガイド31及び第2ガイド32)上に形成する方法である。
In the method of the present invention (Claim 9), the
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図1、図2及び図9において、第1空気軸受1における継手13から第1軸21に圧縮空気を供給すると、該圧縮空気は第1軸21内を通って円筒外周面21aのエア噴出口21bから矢印A方向に噴出し、第1ガイド31の円弧溝31aとの間にわずかな厚さ(例えば5μm)の空気圧層4を形成する。
The present invention is configured as described above, and the operation thereof will be described below. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 9, when compressed air is supplied from the joint 13 in the
空気圧層4の厚さ、即ち浮上高さは、圧縮空気の圧力を調節することで変化させることができる。圧縮空気は少しずつ漏れて行くが、その消費量は例えば30分に一度コンプレッサ(図示せず)が作動する程度である。
The thickness of the
空気圧層4が形成されることによって、第1軸21は反作用により円弧溝31aから浮上し、非接触状態となる。ここで第1リニアモータ11の作動を制御することにより、第2ガイド32をX軸方向、即ち矢印B又は矢印C方向に自在に移動させ、ミクロンオーダで位置決めすることができる。このとき第2ガイド32に伴って水平テーブル3も移動する。
By forming the
第2空気軸受2についても、第1空気軸受1と同様に、圧縮空気を供給することにより、第2軸22が第2ガイド32の円弧溝32aからわずかに浮上するので、第2リニアモータ12の作動を制御することにより、水平テーブル3をY軸方向、即ち矢印D又は矢印E方向に自在に移動させ、ミクロンオーダで位置決めすることができる。
Similarly to the
図10及び図11において、磁石34を使用した場合には、圧縮空気が供給されていないときでも水平テーブル3が第2ガイド32から浮上しており、圧縮空気のみにより浮上させる場合と比較して負荷容量が大きい。
10 and 11, when the
このように、防振X−Yテーブル10においては、水平テーブル3が浮上することで空気圧層4を介して機械的に分離されており、また第1リニアモータ11及び第2リニアモータ12が非接触状態で作動するので、駆動系からの有害な振動が生じず、外部からの振動が第1ガイド31に伝わったとしても、第1空気軸受1及び第2空気軸受2において遮断され、水平テーブル3には伝わらない。このため水平テーブル3の位置決め精度がミクロンオーダと非常に高く、またタクト時間もミリセコンドオーダと非常に短くすることができる。
Thus, in the vibration-proof XY table 10, the horizontal table 3 is lifted and mechanically separated through the
またX−Yテーブルとしてだけでなく、一方向にのみ移動する各種の可動部防振装置としても使用することが可能である。 Moreover, it can be used not only as an XY table but also as various movable part vibration isolators that move only in one direction.
1 空気軸受の一例たる第1空気軸受
2 空気軸受の一例たる第2空気軸受
3 水平テーブル
4 空気圧層
10 防振X−Yテーブル
11 第1リニアモータ
12 第2リニアモータ
14 基準軸
15 型
16 可塑性樹脂
20 防振X−Yテーブル
21 軸の一例たる第1軸
21a 円筒外周面
21b エア噴出口
22 軸の一例たる第2軸
22a 円筒外周面
31 第1ガイド
31a 円弧溝
32 第2ガイド
32a 円弧溝
34 磁石
DESCRIPTION OF
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