JP2008303913A - 静圧案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石による吸引力を利用する静圧案内装置において、軸受面積を広く確保することである。
【解決手段】静圧案内装置１０は、案内台１２と、移動台２０と、移動台２０に取り付けられた浮上量センサ３８と、制御部８０とを含む。移動台２０は、ヨーク３０と電磁石３２を含む磁気吸引部が埋めこまれる内側部と、内側部の側面と上面とを覆っている外殻部を有する。内側部は、ヨークと電磁石３２とを収納した後で、その周囲等の隙間空間が適当な強度を有する材料で充填され、外殻部と一体化され、移動面２２が一体として平坦化される。移動台２０の周囲には囲み溝２６が設けられ、ここに供給された加圧流体が案内台１２に向けて噴出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静圧案内装置に係り、特に、一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を供給し、一方台と他方台との間を所定の浮上間隔に保持する静圧案内装置に関する。

一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を供給し、一方台と他方台との間を所定の浮上間隔に保持する機構は、流体軸受機構、あるいは静圧軸受機構として知られている。静圧軸受機構を用いることで、一方台と他方台との間に流体で保持された隙間が確保でき、一方台と他方台との間が固体接触でなく流体を介した接触となる。これにより、一方台と他方台との間の摩擦抵抗を大幅に低減でき、特に、案内装置または移動装置において低駆動力で案内または移動駆動を行うことが可能となる。

一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を流すことで、例えば、一方台あるいは他方台の重量と流体の静圧とが釣り合うところで浮上隙間が形成されるが、そのままでは軸受けとして剛性が低く、浮上隙間が変動し、浮上隙間を精密に管理する必要のある精密案内装置あるいは精密移動装置には適さない。そこで、一方台と他方台との間を吸引する手段を設け、吸引力を最適化することで、高剛性化することが行われる。

例えば、特許文献１には、案内体に対し加圧流体を噴出して移動体を浮上させる静圧軸受において、磁性体である案内体に向かい合い、移動体に一体化されたハウジングには、円板状の磁石を取り囲んで円環状の多孔体が配置される構成が開示されている。ここでは、多孔体から噴出される加圧流体によって移動体が案内体に対し離間し、磁石によって移動体が案内体に対し吸引される。

また、特許文献２には、案内体に対し加圧流体を噴出して移動体を浮上させる静圧軸受において、移動体には導電性材料部分を取り囲んで加圧気体が噴出する環状溝が配置され、案内体は導電性材料部分に吸着力を発生させる静電吸着手段を有する構成が開示されている。

特開平５−７１５３６号公報 特開平１１−６２９６５号公報

特許文献１，２の方法以外にも真空吸着法により、相互に浮上する一方台と他方台との間を吸引する方法が知られている。これらの方法によれば、一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を供給する一方で、磁石による吸引力または静電吸着力で釣り合いをとり、浮上隙間を最適化し、剛性があるように制御できる。

しかし、特許文献１の方法は、磁石の周りに円環状の多孔体を設けて、多孔体から加圧流体を噴出させるので、磁石の部分が軸受面とならず、対向面全体を軸受面として利用できない。同様に、真空吸着法の場合も、真空吸着孔の部分が軸受面として利用できない。軸受面積が少ないと、流体軸受として剛性が不十分となる。これを防止するためには、軸受面積を大きくすることになるが、そのためには、さらに強力な磁石、あるいは高真空を要することになり、軸受の質量が大きくなってしまう。

また、特許文献２の方法は、対向面全体を軸受面として利用できる反面、静電吸着力は、隙間の二乗で急激に小さくなり、所望の吸着力を得るには大型の静電装置を要することになり、軸受の質量が大きくなってしまう。

本発明の目的は、磁石による吸引力を利用しながら、軸受面積を広く確保できる静圧案内装置を提供することである。

本発明に係る静圧案内装置は、一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を供給し、一方台と他方台との間を所定の浮上間隔に保持する静圧案内装置であって、一方台は、他方台に対向する一方対向面に設けられ、噴出される加圧流体を環状に導く囲み溝と、囲み溝に囲まれる部分の台内部に設けられ、一方台と他方台とを磁気的に吸引する磁気吸引部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る静圧案内装置において、一方対向面は、囲み溝の部分を除いて平坦な１つの平坦面であることが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、磁気吸引部は、一方台の内部に埋め込まれて配置されることが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、一方台と他方台との間の隙間の間隔を検出する浮上間隔検出手段を備えることが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、磁気吸引部は、永久磁石を含むことが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、磁気吸引部は、電磁石を含むことが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、一方台と他方台との間の隙間の間隔を検出する隙間間隔検出手段と、電磁石に流す電流を制御して、一方台と他方台との間の隙間の間隔を所定浮上間隔に制御する浮上制御部と、を備えることが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、一方台は、一方対向面の囲み溝に囲まれる内側部が非磁性材料で構成され、囲み溝が設けられる周囲部を含み、非磁性材料の内側部を囲む外殻部が磁性材料で構成され、磁気吸引部は、外殻部に磁気的に結合されて配置される永久磁石または電磁石を含むことが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、他方台は、内部に埋め込まれた駆動コイルを有し、さらに、駆動コイルに流す電流を制御して、一方台と他方台との間の相対的移動を制御する駆動制御部を備えることが好ましい。

また、本発明に係る静圧案内装置において、一方台と他方台との間の隙間に供給される加圧流体は、加圧気体または加圧液体であることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、静圧案内装置の一方台の一方対向面に加圧流体が環状に導かれる囲み溝が設けられ、磁気吸引部が囲み溝に囲まれる部分の台内部に設けられる。これにより、磁気吸引部が設けられる部分を含め、囲み溝の部分を除いて、一方対向面全体が軸受面として利用できるので、軸受面積を広く確保できる。

また、静圧案内装置において、一方対向面は、囲み溝の部分を除いて平坦な１つの平坦面であるので、一方対向面全体が軸受面として利用できる。

また、静圧案内装置において、磁気吸引部は、一方台の内部に埋め込まれて配置されるので、一方対向面を一体化された平坦面とすることが容易となる。

また、静圧案内装置において、一方台と他方台との間の隙間の間隔を検出する浮上間隔検出手段を備えるので、浮上間隔を正確に検出し、これを例えば、加圧流体圧等の制御に利用して、浮上間隔を制御することが可能となり見かけ上、無限剛性が得られる。

また、静圧案内装置において、他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、磁気吸引部は、永久磁石を含むので、永久磁石と他方台との吸引力と加圧流体の浮上力を釣り合わせることで、浮上間隔を所定範囲にすることができる。

また、静圧案内装置において、他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、磁気吸引部は、電磁石を含むので、電磁石と他方台との吸引力と加圧流体の浮上力を釣り合わせることで、浮上間隔を所定範囲にすることができる。

また、静圧案内装置において、浮上間隔検出手段を用い、電磁石に流す電流を制御して、一方台と他方台との間の隙間の間隔を所定浮上間隔に制御することで、見かけ上、無限の剛性が得られる。

また、静圧案内装置において、他方台は他方対向面の部分が磁性材料で構成され、一方台は、囲み溝に囲まれる内側部が非磁性材料で構成され、囲み溝が設けられる周囲部を含み、非磁性材料の内側部を囲む外殻部が磁性材料で構成される。そして外殻部に磁気的に結合されて永久磁石または電磁石が配置される。この構成によれば、一方台の磁性材料の部分がヨークとして働くので、構成が簡単となる。

また、静圧案内装置において、他方台は、内部に埋め込まれた駆動コイルを有し、さらに、駆動コイルに流す電流を制御して、一方台と他方台との間の相対的移動を制御する。一方台と他方台との間は流体軸受機構によって浮上しているので、摩擦を少なくして、一方台と他方台との間を滑らかに移動させることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、一方台を移動台とし、他方台を案内台とし、移動台の側を加圧流体の供給側とし、また、移動台の側に磁気吸引部を設けるものとして説明する。勿論、可能な場合には、これを案内台の側を加圧流体の供給側とし、また、移動台の側に磁気吸引部を設けるものとしてもよい。

また、以下では、移動台が案内台に対し、案内台の案内平面内で移動可能とし、その移動駆動機構を備えるものとして、静圧案内装置を説明するが、案内台を筒状の形状とし、その筒状の形状の中に円柱状の移動台が配置され、移動台は案内台の筒状の軸方向にのみ移動可能としてもよい。この場合には、流体軸受機構は、径方向の荷重を受けるいわゆるラジアル軸受として機能することになる。

また、以下では、移動台の上に、ボンディングツールを含むボンディングヘッドが搭載される例を説明するが、ボンディングヘッド以外のものが搭載されるものとしてもよい。また、以下では移動台の内部に配置される磁気吸引部として、場合に応じてヨークと電磁石を含む構成、あるいはヨークと永久磁石を用いる構成を説明するが、これは、例示として説明しやすい構成を選んでいるためで、勿論、電磁石の構成を永久磁石にすることができ、永久磁石の構成を電磁石にすることもできる。また、以下で述べる材料、寸法等は説明のための一例であって、静圧案内装置の仕様等に応じて、適宜変更が可能である。

図１は、ボンディング装置に用いられる静圧案内装置１０の構成図であり、ここでは、静圧案内装置１０を構成する移動台２０が断面図で示されている。図２は、静圧案内装置１０を構成する移動台２０の底面側から見た底面図である。

静圧案内装置１０は、移動台２０と、案内台１２を含む機構部と、機構部の各要素を一体として作動するように制御する制御部８０とから構成される。制御部８０は、コンピュータと、機構部とコンピュータとの間に配置され接続されるインタフェース部５０とを有する。インタフェース部５０は、コンピュータからの指令に基づき、機構部の各要素を作動させるための各種センシング回路、各種駆動回路、各種流体制御手段等を含む。

図１では、コンピュータの要素として、ＣＰＵ８２、入力部８４、出力部８６、記憶装置８８が示され、インタフェース部５０として、浮上量センサＩ／Ｆ５２、流体供給Ｉ／Ｆ５４、電磁石Ｉ／Ｆ５６、移動駆動Ｉ／Ｆ５８が示されている。これらの要素は、相互に内部バスで接続されている。

以下では、移動台２０と案内台１２を含む機構部の各要素の説明を先に行い、次に制御部８０の内容を説明する。

静圧案内装置１０は、移動台２０と案内台１２との間の隙間に加圧流体を供給し、移動台２０と案内台１２との間を所定の浮上間隔に保持する機能を有する。かかる機能は、流体軸受機能、あるいは静圧軸受機能と呼ばれる。なお、浮上方向は、図１に示すＺ方向である。

また、静圧案内装置１０は、案内台１２の案内平面内で移動台２０を任意の位置に移動させ位置決めさせる機能も有する。案内台１２の案内平面、すなわち移動平面は、図１に示すＸＹ平面である。かかる静圧案内装置１０の移動台２０の上には図示されていないボンディングツールを含むボンディングヘッドが搭載される。したがって、静圧案内装置１０は、摩擦力を少なくしてボンディングヘッドをＸＹ平面内の任意の位置に移動させ位置決めさせる機能を有する装置である。

静圧案内装置１０は、機構部分として、案内台１２と、移動台２０と、さらに、移動台２０に取り付けられた浮上量センサ３８とを含む。案内台１２は、制御部８０の流体供給Ｉ／Ｆ５４を介して加圧流体の供給を受け、電磁石Ｉ／Ｆ５６を介して電磁的浮上の制御を受け、移動駆動Ｉ／Ｆ５８によってＸＹ平面内で移動駆動される。浮上量センサ３８の検出データは、浮上量センサＩ／Ｆ５２を介して制御部８０に伝送され、浮上量の制御に用いられる。

案内台１２は、移動台２０を静圧軸受機構によって支持する機能を有するステージ台である。したがって、案内台１２と移動台２０とは、相互に対向する一対の対向面を有し、その一対の対向面の間の隙間に加圧流体が供給されて、静圧軸受が形成されることになる。このように、案内台１２と移動台２０とは、静圧軸受を形成するときに一対となっているものであるので、この一対を一般的に一方台と他方台と呼ぶことができる。例えば、移動台２０をこの一対の中の一方台と呼ぶことにすれば、案内台１２は、この一対の他方台に相当することになる。

案内台１２における移動台２０に対する対向面は、案内面１４である。案内面１４は、移動台２０から噴出する加圧流体を受け止める面であり、その意味から流体受面である。また、案内面１４は、その平面内で移動台２０の平面移動を案内する機能も有しているので、その意味から移動案内面でもある。したがって、案内面１４は、静圧軸受機構の浮上隙間の大きさよりも小さい平坦度で表面が仕上げられる。例えば、静圧軸受機構の浮上隙間を約１０μｍとすると、案内面１４の平坦度は、移動台２０の移動範囲の全域にわたって、凹凸、曲がり等の総合的な平坦度が、数μｍ以内となることが好ましい。

かかる案内台１２としては、金属磁性材料を加工し、平坦面仕上げを行った部材を用いることができる。金属磁性材料としては、たとえば、工具鋼、ステンレス鋼の中で磁性体であるもの等を用いることができる。なお、金属磁性材料で構成される必要があるのは、案内面１４を含む表面部分の適当な厚さの部分である。それ以外の部分は、金属磁性材料でなくても、適当な機械的強度を有する材料で構成することができる。

移動台２０は、上記のように案内台１２と一対となって静圧軸受機構を構成するものである。そして、移動台２０は、案内台１２の案内面１４に対し、噴出する加圧流体を環状に導く囲み溝２６を有し、また、案内台１２と移動台２０とを磁気的に吸引するためのヨーク３０と電磁石３２とを有する。

移動台２０は、案内台１２の案内面１４に対向する面として、移動面２２を有する。移動面２２は、案内面１４と向かい合って、その間に加圧流体が供給される流体隙間を形成する機能を有する面であり、その意味から流体供給面である。また、移動面２２は、図１で示されるＸＹ平面内で移動する際に、案内面１４によって案内される面でもあり、その意味から移動面と呼ばれるものである。したがって、移動面２２は、案内面１４と同様に、静圧軸受機構の浮上隙間の大きさよりも小さい平坦度で表面が仕上げられ、上記のように、静圧軸受機構の浮上隙間が約１０μｍのときは、移動面２２の平坦度は、その全体にわたって、凹凸、曲がり等の総合的な平坦度が、数μｍ以内となることが好ましい。

移動台２０は、図１、図２に示されるように、大別して３つの部分に分けられる。すなわち、外殻部２４と、内側部２８と、ヨーク３０と電磁石３２を含む磁気吸引部とである。

外殻部２４は、移動面２２に開口する囲み溝２６が設けられる周囲部と、移動面２２と反対側の部分、すなわち、移動面２２を底面側として上面側の部分である上面部とから構成される部分である。換言すれば、外殻部２４は、内側部２８の側面と上面とを覆っている部分である。図２では、左上から右下に向かって引かれた斜線で、外殻部２４が示されている。

囲み溝２６は、外殻部２４の周囲部であって、移動面２２に設けられた一様な幅と深さを有する溝である。囲み溝２６の底部には、数箇所に穴２７が設けられ、これらの穴２７は、移動台２０の内部に設けられる加圧流体流路２９に接続される。加圧流体流路２９は、移動台２０における内部管路であり、この中に流体供給Ｉ／Ｆ５４の機能によって加圧流体が供給される。加圧流体流路２９に供給された加圧流体は、穴２７を介して環状の囲み溝２６に導かれ、囲み溝２６から案内台１２の案内面１４に向かって噴出することになる。

囲み溝２６は、外殻部２４の周囲に環状に配置されるものであれば、図２と異なる形状を有するものでもよい。例えば、平面図で円環状に外殻部２４の周囲に配置される溝、楕円形状で外殻部２４の周囲に配置される溝、多角形形状で外殻部２４の周囲に配置される溝等であってもよい。また、外殻部２４の内側部を囲むものであれば、平面図において閉じた形状の溝でなくてもよい。例えば、平面図でらせん状形状に配置され、両端部が相互に接続されていない溝であってもよい。また、用途によっては、外殻部２４の周囲を全体に渡って囲むものでなくても、一部に溝が配置されない周囲部分があってもよい。また、外殻部２４の周囲において環状に加圧気体を噴出する構成であれば、外殻部２４の周囲を囲むように離散的に配置された複数の流体噴出穴であってもよい。

囲み溝２６は、加圧流体を案内台１２の案内面１４に向かって噴出させる機能を有するものである。したがって、流体の流れの制御で用いられる自成絞り、オリフィス絞り等の機能を有するものとできる。例えば、図１において、穴２７は、加圧流体流路２９から囲み溝２６に加圧流体を噴出すものであり、いわゆる自成絞り、あるいはオリフィス絞りに相当する。また、上記の例で、離散的に配置された複数の流体噴出穴の場合において、これら複数の穴を自成絞り群あるいはオリフィス絞り群としてもよい。

かかる外殻部２４としては、適当な強度を有する非磁性材料を加工し、平坦面仕上げを行った部材を用いることができる。適当な強度を有する非磁性材料としては、非磁性金属材料を用いることが好ましい。たとえば、アルミニウム、非磁性のステンレス鋼等を所望の形状に加工したものを外殻部２４として用いることができる。

内側部２８は、移動台２０において、外殻部２４に囲まれた部分である。内側部２８は、磁気吸引部であるヨーク３０と電磁石３２とを移動台２０の内部に収納する収納空間の機能を有し、また、ヨークと電磁石３２とを収納した後で、その周囲等の隙間空間を、適当な強度を有する材料で充填し、外殻部２４と一体化する機能を有する。なお、図１、２において、充填物に相当するところに網掛けを付して示した。一体化で特に重要なことは、外殻部２４と内側部２８との境界において、分離が生じないように接合が行われることと、移動面２２において、外殻部２４と内側部２８との境界に凹凸が生じないようにすることである。この凹凸の限度は、上記のように、浮上隙間以下であることが要求される。

かかる内側部２８の材料としては、その内部に磁気吸引部が設けられるので、非磁性材料が用いられる。例えば、セラミック材料、樹脂材料、非磁性金属材料等を用いることができる。樹脂材料を用いる場合は、磁気吸引部を内側部２８に対応する収納空間に配置した後、適当な樹脂成形技術によって、収納空間に樹脂材料を充填し、外殻部２４と一体化成形を行うことができる。例えば、外殻部２４の内側に適当な凹凸を設け、一体化成形の際の接合強度の向上を図ることが好ましい。一体化成形の後で、外殻部２４と内側部２８とを、表面研削あるいは表面研摩を行い、移動面２２を１つの平坦面に仕上げる。

このようにして、移動面２２が、全体として１つの平坦面として仕上げられ、囲み溝２６のみがくぼみとして移動面２２の周囲部に配置されるとき、囲み溝２６から案内面１４に向かって噴出した加圧流体は、囲み溝２６で囲まれた内側領域では逃げ場がなく、その領域で一定圧力となる。すなわち、移動面２２と案内面１４とが向かい合う隙間においては、囲み溝２６で囲まれた内側領域にも加圧流体の圧力が供給されて、この内側領域が、囲み溝２６が配置される周囲部と共に、静圧軸受機構の軸受面となる。このように、移動面２２を全体として１つの平坦面に仕上げて、移動面２２の周囲部に、加圧流体が導かれる囲み溝２６を配置することで、囲み溝２６の部分を除く移動面２２の全体を、静圧軸受機構の軸受面として利用できる。

ヨーク３０と電磁石３２とは、磁気吸引部を構成する。ヨーク３０は、電磁石３２に磁気的に結合され、端部が移動台２０の移動面２２の側に向かう磁路部品で、電磁石３２によって生成された磁束を移動面２２の側に導き、移動面２２に対向して配置される案内台１２と磁気回路を構成する機能を有する。かかるヨーク３０としては、磁性材料を適当な形状に成形したものを用いることができる。電磁石３２は、励磁コイルと、必要があれば鉄心とを有する磁束生成装置である。

図１において、浮上量センサ３８は、移動面２２と案内面１４との間の隙間間隔の大きさを検出する機能を有するセンサである。かかる浮上量センサ３８としては、静電容量型、磁気型、光学型等の適当な位置センサ等を用いることができる。検出された隙間間隔のデータは制御部８０に伝送される。なお、図１では、移動台２０と案内台１２との間の浮上間隔を検出する手段である浮上量センサ３８は１つが図示されているが、移動台２０の大きさ、要求精度等に応じ、複数の浮上量センサ３８を用いるものとできる。

次に、制御部８０の内容を説明する。制御部８０は、上記のように、ＣＰＵ８２と、キーボード、スイッチ等の入力部８４、ディスプレイ等の出力部８６、プログラム等を記憶する記憶装置８８と、インタフェース部５０とを含み、これらの要素は内部バスで相互に接続される。かかる制御部８０は、ボンディング装置の制御に適した制御用コンピュータに、適当な各種インタフェース基板を接続した制御装置を用いることができる。そして、機構部の作動についてインタフェース部５０を介して制御する機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、静圧案内プログラムを実行することで実現できる。制御機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

インタフェース部５０の電磁石Ｉ／Ｆ５６は、電磁石３２の励磁コイルに電流を流す機能を有するコイル駆動回路を含んで構成される。具体的には、適当な電流増幅器等で構成することができる。電磁石Ｉ／Ｆ５６は、内部バスを介しＣＰＵ８２に接続され、ＣＰＵ８２の指令の下で作動する。

電磁石Ｉ／Ｆ５６によって、電磁石３２の励磁コイルに電流が流されると、磁束が生成され、生成された磁束はヨーク３０によって移動面２２側に導かれる。そして、磁束は、ヨーク３０の一端側から、磁性材料で構成される案内台１２に導かれ、電磁石３２の励磁コイル部に戻される。このようにして、電磁石３２によって生成された磁束は、ヨーク３０と案内台１２によって形成される磁気回路を流れる。これによって、移動面２２と案内面１４との間の隙間を減少させるように、磁気吸引力が働く。

ここで、移動面２２と案内面１４との間の隙間に供給される加圧流体の流体圧力は、移動面２２と案内面１４との間の隙間を広げるように働くので、流体圧力と、磁気吸引力とを釣り合わせることで、移動面２２と案内面１４との間の隙間を所定の浮上間隔に制御することができる。

インタフェース部５０の流体供給Ｉ／Ｆ５４は、移動台２０の加圧流体流路２９に加圧流体を供給する機能を有する流体制御手段である。具体的には、加圧流体源と、レギュレータとを含んで構成される。レギュレータは、加圧流体の流体圧力または流量の少なくとも一方を調整する機能を有する流体調整器であり、例えば適当な流体制御弁を用いることができる。流体供給Ｉ／Ｆ５４は、内部バスを介しＣＰＵ８２に接続され、ＣＰＵ８２の指令の下で作動する。

移動駆動Ｉ／Ｆ５８は、移動台２０を案内台１２に対し、案内面１４の平面内で任意の位置に移動駆動し、位置決めする機能を有する。具体的には、ステッピングモータあるいはリニアモータ等のアクチュエータと、アクチュエータ駆動回路等とで構成される。位置検出センサを備えるものとしてもよい。移動駆動Ｉ／Ｆ５８は、内部バスを介しＣＰＵ８２に接続され、ＣＰＵ８２の指令の下で作動する。

このように制御部８０は、インタフェース部５０を介して静圧案内装置１０の他の要素の作動を全体的に制御する機能を有する。具体的には、案内面１４と移動面２２との間の隙間間隔を所定の浮上間隔となるように制御する浮上制御機能を有する。また、移動台２０をＸＹ平面内の任意の位置に移動駆動して位置決めする駆動制御機能を有する。

浮上制御機能は、浮上量センサ３８の検出データに基づき、流体供給Ｉ／Ｆ５４において加圧流体の流体圧力または流量の少なくとも一方を調整し、これによって、案内面１４と移動面２２との間の隙間間隔を、電磁石３２の磁気吸引力と釣り合わせて、所定の浮上間隔となるように制御する機能である。たとえば、浮上量センサ３８の検出データによれば隙間間隔が所定の浮上間隔よりも小さい場合、すなわち浮上量が不足しているときは、流体供給Ｉ／Ｆ５４において加圧流体の流体圧力を高くする。あるいは、流量を増加する。逆に、浮上量センサ３８の検出データによれば隙間間隔が所定の浮上間隔よりも大きい場合、すなわち浮上量が過大のときは、流体供給Ｉ／Ｆ５４において、加圧流体の流体圧力を低くし、あるいは流量を少なくする。

このように、浮上量センサ３８の検出データを流体供給Ｉ／Ｆ５４において流体制御弁の調整量にフィードバックすることで、案内面１４と移動面２２との間の隙間間隔を所定の浮上間隔に制御することができる。あるいは、予め、所定の浮上間隔からの隙間間隔のずれ量に対応する流体制御弁の調整量をマップ化等で記憶しておき、浮上量センサ３８の検出データに基づいて、所定の浮上間隔からの隙間間隔のずれ量を求め、マップ等を参照して、流体供給Ｉ／Ｆ５４において流体制御弁を調整するものとすることができる。

駆動制御機能は、図示されていない入力部からの移動位置指令に基づいて、移動駆動Ｉ／Ｆ５８において、移動台２０を案内台１２に対して指令に対応する位置に移動駆動する機能である。具体的には、移動駆動Ｉ／Ｆ５８に含まれるアクチュエータに対する駆動回路に供給される駆動信号によってアクチュータを作動させることで制御が実行される。例えば、アクチュエータが、Ｘ方向の移動駆動のためのＸステッピングモータと、Ｙ方向の移動駆動のためのＹステッピングモータとで構成されるときは、移動位置指令から現在位置から目標位置との差のＸ座標差とＹ座標差を算出する。そして、算出されたＸ座標差に対応するステッピングパルスをＸステッピングモータに供給し、算出されたＹ座標差に対応するステッピングパルスをＹステッピングモータに供給する。このようにしてアクチュエータを作動させることで、移動台２０を所望の位置に移動させる制御を行うことができる。

図３は、移動台の構成の変形例を示す図である。以下では、図１，図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では、図１，図２の符号を用いて説明する。上記図１，図２では、電磁石３２とヨーク３０とが、移動台２０の外殻部２４において移動面２２側に開口する収納空間に収納された。すなわち、電磁石３２とヨーク３０が収納空間に配置され、非磁性材料でその収納空間が充填されるまで、外殻部２４は、移動面２２側に開口していることになる。

図３における移動台２１は、外殻部２５が非磁性体で構成され、ここでは、移動面２２側には、電磁石３２とヨーク３０を収納するための開口が設けられず、移動面２２と反対側の部分、すなわち、移動面２２を底面側として上面側に、電磁石３２とヨーク３０を収納するための開口が設けられる。

図３においては、外殻部２５が、囲み溝２６を除いて、移動面２２を一体の平坦面として構成されている。したがって、図１，図２の構成においては、外殻部２４に内側部２８の材料を充填して一体化した後に、移動面２２を平坦化する工程が必要であったのに対し、この構成では、移動面２２を平坦化する工程は、外殻部２５の形成のときのみに必要である。すなわち、電磁石３２とヨーク３０を外殻部２５に収納配置するまえに、移動面２２は平坦化されている。したがって、移動面２２の平坦化を容易に行うことができる。

上記の図１等の例では、移動台の内部にヨークが収納され、外殻部は非磁性体で構成されている。外殻部を磁性体で構成することで、磁気吸引部のヨークを外殻部で兼ねることができる。図４は、そのような静圧案内装置６０の構成を示す断面図である。以下では、図１から図３と同様の要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、以下では、図１から図３の符号を用いて説明する。

なお、図１と異なり電磁石３２が省略され、後述のように、駆動コイル６６によって移動台７０が移動駆動されるので、制御部９０においては、インタフェース部５１の構成が変更されている。すなわち、インタフェース部５１は、浮上量センサＩ／Ｆ５２と、流体供給Ｉ／Ｆ５４と、コイル駆動Ｉ／Ｆ９２を含んで構成される。

図４における静圧案内装置６０において、移動台７０は外殻部７２と内側部７４とで構成される。また、案内台６２は、磁性材料で構成される案内台本体６４と、案内台本体６４の上面側に配置される駆動コイル６６を含む。駆動コイル６６は、非磁性材料に埋め込まれ、その上面側は平坦化されて、この平坦化された面が、案内面１５となる。すなわち、案内台６２は、磁性材料から構成される案内台本体６４と、駆動コイル６６を埋め込んだ非磁性体層の二体構造となっている。

外殻部７２は、磁性材料で構成される。そして、図１と同様に、移動面２２側に開口を有し、その開口の部分が充填されて内側部７４となることも、図１と同様である。なお、図４において、充填物に相当するところに網掛けを付して示した。したがって、外殻部７２と内側部７４の一体化及び移動面２２の一体的平坦化についての内容も、図１に関連して説明したところと同じである。かかる外殻部７２の材料としては、適当な強度を有する金属磁性材料を用いることが好ましい。例えば、工具鋼、磁性を有するステンレス鋼を所望の形状に加工したものを外殻部７２として用いることができる。

内側部７４は、移動台７０において、外殻部７２に囲まれた部分である。内側部７４は、永久磁石７６を移動台７０の内部に収納する収納空間の機能を有し、また、永久磁石７６を収納した後で、その周囲等の隙間空間を、適当な強度を有する材料で充填し、外殻部７２と一体化する機能を有する。かかる内側部７４の材料としては、その内部に永久磁石７６が設けられるので、非磁性材料が用いられる。例えば、セラミック材料、樹脂材料、非磁性金属材料等を用いることができる。

永久磁石７６は、磁束を生成する機能を有し、磁性材料である外殻部７２と共に磁気吸引部を構成する。したがって、永久磁石７６は、外殻部７２と磁気的に結合されるように配置される。

ここで、永久磁石７６によって生成された磁束は、ヨークとして機能する外殻部７２によって移動面２２側に導かれる。そして、磁束は、外殻部７２の周囲部の一端側から、磁性材料で構成される案内台６２に導かれ、永久磁石７６に戻される。このようにして、永久磁石７６によって生成された磁束は、ヨークとして機能する外殻部７２と案内台６２によって形成される磁気回路を流れる。これによって、移動面２２と案内面１５との間の隙間を減少させるように、磁気吸引力が働くことになる。

案内台６２は、上記のように、磁性材料から構成される案内台本体６４と、駆動コイル６６を埋め込んだ非磁性体層の二体構造を有する。駆動コイル６６は、移動台７０の外殻部７２における周囲部に対応する位置と、外殻部７２の中央部に対応する位置との間で、案内面１５に平行な面内で導線が巻回されたものである。その巻回の方向は、図４に示されるように、外殻部７２がヨークとして機能したときに移動台７０と案内台６２との間に流れる磁束と、駆動コイル６６の導線に流れる電流との相互作用で発生する駆動力が、案内面１５に平行な方向となるように、巻回される。駆動コイル６６は、コイル駆動Ｉ／Ｆ９２に接続される。

ここで、制御部９０のコイル駆動Ｉ／Ｆ９２は、駆動コイル６６に駆動電流を供給するためのコイル駆動回路を含んで構成される。かかるコイル駆動回路は、適当な電流増幅器等で構成することができる。コイル駆動Ｉ／Ｆ９２は、内部バスを介しＣＰＵ８２に接続され、ＣＰＵ８２の指令の下で作動する。

このように、駆動コイル６６は、外殻部７２がヨークとして機能したときに移動台７０と案内台６２との間に流れる磁束を利用して、移動台７０を案内台６２に対して、案内面１５に平行な平面内に移動駆動する機能を有する。換言すれば、駆動コイル６６は、リニアモータの固定子に相当し、ヨークの機能を有する外殻部７２がリニアモータの可動子に相当する。

上記のように、案内台６２に駆動コイル６６を埋め込んで配置することで、移動台７０と案内台６２との間に流れる磁束を利用し、制御部９０の制御の下でコイル駆動Ｉ／Ｆ９２において駆動コイル６６に駆動電流を流して、移動台７０を任意の位置に移動駆動することができる。

なお、図１で説明した構成においても、案内台１２に駆動コイルを埋め込み、ヨーク３０と案内台１２との間に流れる磁束を利用して、移動台２０を案内台１２に対して移動駆動させることができる。ただし、図１の構成においては、ヨーク３０が内側部２８の中に配置されるため、移動台２０の中央部に近いところで移動駆動力が発生することになる。これに対し、図４の構成においては、外殻部７２がヨークの機能を有しているので、移動台７０の周辺部で移動駆動力を発生させるので、コイルを巻くスペースが取りやすい。

図５は、移動台の構成の変形例を示す図である。以下では、図１から図４と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では、図１から図４の符号を用いて説明する。図５の例は、駆動コイル６６による移動駆動が、側壁６８によって制限される場合である。ここでは、移動台７１の外殻部７３の側壁にも加圧流体の噴出口７８が設けられ、これによって、側壁６８の側壁面６９と、移動台７１の側壁面７９との間の隙間に加圧流体が供給される。これによって、紙面垂直方向の一軸ガイドを実現することができる。

本発明に係る実施の形態における静圧案内装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態における移動台の底面側から見た底面図である。 本発明に係る実施の形態における移動台の変形例を説明する図である。 他の実施の形態における静圧案内装置の構成を示す断面図である。 他の実施の形態における静圧案内装置の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０，６０ 静圧案内装置、１２，６２ 案内台、１４，１５ 案内面、２０，２１，７０，７１ 移動台、２２ 移動面、２４，２５，７２，７３ 外殻部、２６ 囲み溝、２７ 穴、２８，７４ 内側部、２９ 加圧流体流路、３０ ヨーク、３２ 電磁石、３８ 浮上量センサ、５０，５１ インタフェース部、５２ 浮上量センサＩ／Ｆ、５４ 流体供給Ｉ／Ｆ、５６ 電磁石Ｉ／Ｆ、５８ 移動駆動Ｉ／Ｆ、６４ 案内台本体、６６ 駆動コイル、６８ 側壁、６９ 側壁面、７６ 永久磁石、７８ 噴出口、７９ 側壁面、８０，９０ 制御部、８２ ＣＰＵ、８４ 入力部、８６ 出力部、８８ 記憶装置、９２ コイル駆動Ｉ／Ｆ。

Claims (10)

1. 一方台と他方台との間の隙間に加圧流体を供給し、一方台と他方台との間を所定の浮上間隔に保持する静圧案内装置であって、
   一方台は、
   他方台に対向する一方対向面に設けられ、噴出される加圧流体を環状に導く囲み溝と、
   囲み溝に囲まれる部分の台内部に設けられ、一方台と他方台とを磁気的に吸引する磁気吸引部と、
   を有することを特徴とする静圧案内装置。
2. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   一方対向面は、囲み溝の部分を除いて平坦な１つの平坦面であることを特徴とする静圧案内装置。
3. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   磁気吸引部は、一方台の内部に埋め込まれて配置されることを特徴とする静圧案内装置。
4. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   一方台と他方台との間の隙間の間隔を検出する浮上間隔検出手段を備えることを特徴とする静圧案内装置。
5. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、
   磁気吸引部は、永久磁石を含むことを特徴とする静圧案内装置。
6. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、
   磁気吸引部は、電磁石を含むことを特徴とする静圧案内装置。
7. 請求項６に記載の静圧案内装置において、
   一方台と他方台との間の隙間の間隔を検出する隙間間隔検出手段と、
   電磁石に流す電流を制御して、一方台と他方台との間の隙間の間隔を所定浮上間隔に制御する浮上制御部と、
   を備えることを特徴とする静圧案内装置。
8. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
   他方台は、一方台に対向する他方対向面の部分が磁性材料で構成され、
   一方台は、
   一方対向面の囲み溝に囲まれる内側部が非磁性材料で構成され、
   囲み溝が設けられる周囲部を含み、非磁性材料の内側部を囲む外殻部が磁性材料で構成され、
   磁気吸引部は、外殻部に磁気的に結合されて配置される永久磁石または電磁石を含むことを特徴とする静圧案内装置。
9. 請求項１記載の静圧案内装置において、
   他方台は、内部に埋め込まれた駆動コイルを有し、
   さらに、
   駆動コイルに流す電流を制御して、一方台と他方台との間の相対的移動を制御する駆動制御部を備えることを特徴とする静圧案内装置。
10. 請求項１に記載の静圧案内装置において、
    一方台と他方台との間の隙間に供給される加圧流体は、加圧気体または加圧液体であることを特徴とする静圧案内装置。

Images