JP2009270647A - 位置決めテーブル - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の振動周波数に対して良好な減衰特性を持ち、かつ減衰特性の調整が容易な位置決めテーブルを提供する。
【解決手段】位置決めテーブル１０１は、駆動機構５３と、駆動機構５３により直線的に移動可能なテーブル可動部１１と、テーブル可動部１１に取り付けられたダンパ機構３と、テーブル可動部１１の振動量を検出する振動検出部３２Ａ，３２Ｂとを備え、ダンパ機構３は、圧電素子１Ａ，１Ｂと、圧電素子１Ａ，１Ｂに組み合わされたおもり２とを含み、さらに、振動検出部３２Ａ，３２Ｂによって検出された振動量に基づいて圧電素子１Ａ，１Ｂに駆動電圧を供給する制御部３３を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、位置決めテーブルに関し、特に、駆動機構により直線的に移動可能なテーブル可動部を有する位置決めテーブルに関する。

精密加工装置、精密検査装置等に用いられる位置決めテーブルが開発されている。たとえば、特開２００７−１９８８４８号公報（特許文献１）には以下のような位置決めテーブルが開示されている。すなわち、駆動機構と、駆動機構により直線的に移動可能なテーブル可動部と、テーブル可動部に取り付けられたダンパ機構とを備え、ダンパ機構は、素線を網状に編成した弾性体と、弾性体に組み合わされたおもりとを有している。

このダンパ機構は、送りねじ軸と移動用ナットとの間に発生した軸方向の振動を速やかに減衰させる。これにより、テーブルの高速移動が可能であり、かつ、テーブルの位置決めを高精度で行なうことが可能な位置決めテーブルを実現している。

また、このダンパ機構では、弾性体およびおもりの設定によりばね定数および減衰係数が設定され、テーブル可動部の振動を抑制することが可能である。そして、弾性体のばね定数およびおもりの質量によって周波数特性を調整し、テーブル可動部の特定の振動周波数に対して最適な減衰特性を持つように、設計および製作することができる。
特開２００７−１９８８４８号公報

しかしながら、特許文献１記載の位置決めテーブルでは、上記特定の周波数以外の振動に対しては、減衰特性が低下する。このため、テーブル可動部にこのダンパ機構を組込んだ後、たとえば、搭載物を変更してテーブル可動部の質量が変わり、テーブル可動部の振動周波数が変わった場合には、減衰効果が小さくなり、速やかな減衰が困難となる。

すなわち、弾性体とおもりの組み合わせによるダンパ機構では、弾性体とおもりすなわちばね定数と減衰係数によりテーブル可動部の振動を抑えているが、効果的な減衰特性を得られる周波数の範囲が限られており、その範囲以外の周波数では減衰効果が小さく、減衰時間が掛かり、位置決め性能が低下する場合がある。

また、特許文献１記載の位置決めテーブルでは、ダンパ特性を調整する際、弾性体とおもりを組替える必要があるため、調整作業に熟練と時間を要する。

それゆえに、本発明の目的は、広範囲の振動周波数に対して良好な減衰特性を持ち、かつ減衰特性の調整が容易な位置決めテーブルを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる位置決めテーブルは、駆動機構と、駆動機構により直線的に移動可能なテーブル可動部と、テーブル可動部に取り付けられたダンパ機構と、テーブル可動部の振動量を検出する振動検出部とを備え、ダンパ機構は、圧電素子と、圧電素子に組み合わされたおもりとを含み、さらに、振動検出部によって検出された振動量に基づいて圧電素子に駆動電圧を供給する制御部を備える。

好ましくは、振動検出部は、圧電素子の静電容量を測定し、測定した静電容量の変化量に基づいてテーブル可動部の振動量を検出する。

好ましくは、位置決めテーブルは、さらに、おもりの運動方向を規制するための案内部材を備える。

より好ましくは、おもりの運動方向の両側に圧電素子が配置されている。
好ましくは、駆動機構は、第１のねじ溝を有するボールねじ軸と、第２のねじ溝を有しかつテーブル可動部に取り付けられたボールねじナットと、第１および第２のねじ溝に配置されたボールとを含む。

より好ましくは、ダンパ機構はボールねじナットに取り付けられている。

本発明によれば、広範囲の振動周波数に対して良好な減衰特性を持ち、かつ減衰特性の調整が容易である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を示す外観図である。

図１を参照して、位置決めテーブル１０１は、テーブル可動部１１と、テーブル固定部５１と、駆動機構５３と、リニアガイド５４とを備える。駆動機構５３は、駆動モータ５２と、ボールねじ軸１３とを含む。

テーブル固定部５１上に、テーブル可動部１１と、駆動機構５３と、リニアガイド５４とが設けられている。

駆動機構５３は、テーブル可動部１１をリニアガイド５４に沿って図中のテーブル移動方向に直線的に移動させる。なお、駆動機構５３は、図中のテーブル移動方向に直線的に駆動力を発生するものであればよく、リニアモータなどであってもよい。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。

図２を参照して、位置決めテーブル１０１は、駆動機構５３により図中のテーブル移動方向に沿って直線的に移動可能なテーブル可動部１１と、テーブル可動部１１に取り付けられたダンパ機構３とを備える。ダンパ機構３は、圧電素子１Ａ，１Ｂと、圧電素子１Ａ，１Ｂに組み合わされたおもり２と、リニアガイド２１とを含む。

おもり２の移動方向（テーブル移動方向）の両側にそれぞれ圧電素子１Ａ，１Ｂが配置されている。これら２個の圧電素子１Ａ，１Ｂは、たとえばテーブル可動部１１に直接固定されている。これにより、ダンパ機構３がテーブル可動部１１に直接取り付けられている。

また、おもり２の運動方向を規制するための案内部材としてリニアガイド２１がおもり２とテーブル可動部１１との間に設けられている。このリニアガイド２１により、おもり２は図中のテーブル移動方向にのみ運動するように、その運動方向を規制されている。すなわち、おもり２が振り子運動する方向とテーブル可動部１１の移動可能方向とが揃えられている。また、図中のテーブル移動方向以外の力が圧電素子１Ａ，１Ｂに作用して圧電素子１Ａ，１Ｂが破損することが防止される。

なお、駆動機構５３は、たとえばボールねじ駆動、リニアモータ駆動など、テーブル可動部１１を図中のテーブル移動方向に直線的に移動させるものであればよい。本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルでは、駆動機構の一例としてボールねじ駆動を用いる。

図３は、駆動機構としてボールねじ駆動を用いた場合の本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。

図３を参照して、駆動機構５３は、ボールねじナット１２と、ボールねじ軸１３と、複数のボール１４とを含む。

ボールねじナット１２は、内周面に螺旋状のねじ溝１２ａを有しており、かつテーブル可動部１１に取り付けられている。ボールねじ軸１３は、外周面に螺旋状のねじ溝１３ａを有している。複数のボール１４は、互いに対向するねじ溝１２ａとねじ溝１３ａとにより構成されるボール転動路に装填されている。

ボールねじ軸１３は、その軸を中心に回転可能なようにベース（固定板）１５に支持されている。このボールねじ軸１３には、複数のボール１４を介してボールねじナット１２がねじはめられている。

このボールねじ駆動においては、ボールねじ軸１３をその軸を中心として回転させることで、ボールねじナット１２をボールねじ軸１３に対して相対的にその軸方向に直線的に移動させることができる。このボールねじナット１２の移動により、ボールねじナット１２に固定されたテーブル可動部１１もボールねじ軸１３に対して相対的にその軸方向（図中のテーブル移動方向）に直線的に移動させることができる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルにおいて圧電素子を制御する構成を示す図である。

図４を参照して、位置決めテーブル１０１は、アンプ部３１Ａ，３１Ｂと、振動検出部３２Ａ，３２Ｂと、制御部３３とを備える。

テーブル可動部１１が振動すると、おもり２の慣性力により圧電素子１Ａ，１Ｂの静電容量が変化する。より詳細には、テーブル可動部１１の移動時にその移動方向の振動が生じると、おもり２はテーブル可動部１１の振動により振り子運動をする。おもり２の振り子運動によって圧電素子１Ａ，１Ｂは変形し、その変形によって静電容量が変化する。

振動検出部３２Ａ，３２Ｂは、圧電素子１Ａ，１Ｂの静電容量をそれぞれ測定し、測定した静電容量の変化量に基づいてテーブル可動部１１の振動量を検出する。より詳細には、振動検出部３２Ａ，３２Ｂは、圧電素子１Ａ，１Ｂの静電容量をアナログ電圧に変換する。また、振動検出部３２Ａ，３２Ｂは、このアナログ電圧をデジタル電圧に変換する図示しないＡ／Ｄ変換器を含む。

制御部３３は、振動検出部３２Ａ，３２Ｂによって検出されたテーブル可動部１１の振動量に基づいて、駆動電圧の指令値をそれぞれ演算し、アンプ部３１Ａ，３１Ｂへ出力する。

アンプ部３１Ａ，３１Ｂは、制御部３３から受けたデジタル値である指令値をアナログ電圧に変換することにより、圧電素子１Ａ，１Ｂに駆動電圧をそれぞれ供給する。

圧電素子１Ａ，１Ｂは、アンプ部３１Ａ，３１Ｂから供給された駆動電圧によって伸縮することにより、おもり２を移動させ、おもり２に慣性力を発生させる。この慣性力によってテーブル可動部１１の振動が抑制される。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルでは、テーブル可動部１１の振動を抑制するために圧電素子を用いる。このような構成により、構成部品のばね定数等の機械的特性によらず、減衰特性を設定することができるため、広範囲の周波数において、速やかに振動を抑えることが可能となる。これにより、高速かつ高精度な位置決めが可能となる。

また、簡単な構成であり、ダンパ機構をテーブル可動部に組込んだ状態で、位置決め系の固有振動数に合わせて、減衰特性を広範囲にかつ容易に設定できるため、位置決め系の振動特性が変化する場合でも、高速でかつ高精度な位置決めが可能となる。

また、圧電素子は、おもりの駆動力を発生するだけでなく、テーブル可動部の振動を検出する検出器として兼用されている。これにより、新たに検出器を設ける必要がなく、設置場所の柔軟性の向上および費用を削減することができる。

また、圧電素子１Ａ，１Ｂに組み合わされたおもり２により質量が付加されているため、負荷容量を大きくでき、振動減衰の効果を向上させることができる。これにより、テーブル可動部１１を高速移動させたときに生じる振動を速やかに減衰させることができ、高速かつ高精度の位置決めが可能となる。

また、おもり２の運動方向の両側に圧電素子１Ａ，１Ｂが配置されているため、圧電素子１Ａ，１Ｂによりおもり２を両側から支持することができるとともに、両側の圧電素子１Ａ，１Ｂで振動を減衰させることができる。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの変形例において圧電素子を制御する構成を示す図である。

図５を参照して、この位置決めテーブルは、アンプ部３１Ａ，３１Ｂと、Ａ／Ｄ変換器３４Ａ，３４Ｂと、振動検出部３５Ａ，３５Ｂと、制御部３３とを備える。

振動検出部３５Ａ，３５Ｂは、テーブル可動部１１の振動量を検出し、検出した振動量を示すアナログ電圧をＡ／Ｄ変換器３４Ａ，３４Ｂへ出力する。

Ａ／Ｄ変換器３４Ａ，３４Ｂは、振動検出部３５Ａ，３５Ｂから受けたアナログ電圧をデジタル電圧にそれぞれ変換する。

制御部３３は、Ａ／Ｄ変換器３４Ａ，３４Ｂから受けたデジタル電圧に基づいて、駆動電圧の指令値をそれぞれ演算し、アンプ部３１Ａ，３１Ｂへ出力する。

この位置決めテーブルでは、圧電素子１Ａ，１Ｂを振動検出手段として用いず、振動検出部３５Ａ，３５Ｂによって直接テーブル可動部１１の振動量を検出する。振動検出部３５Ａ，３５Ｂは、テーブル可動部１１の振動を検知できるものであればよく、たとえば振動検出器、位置検出器および速度検出器である。具体的には、加速度ピックアップ、リニアエンコーダ、静電容量センサ、うず電流式センサなど、様々な加速度センサ、変位センサ、速度センサを用いることができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る位置決めテーブルと比べてダンパ機構の構成を変更した位置決めテーブルに関する。以下、圧電素子１Ａ，１Ｂの各々を圧電素子１と称する場合がある。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。

図６を参照して、ボールねじナット１２にダンパ機構３が一体的に取り付けられている。具体的には、ボールねじナット１２に圧電素子１の一方側が接するように配置されており、その圧電素子１の他方側に接するようにおもり２が配置されている。

圧電素子１およびおもり２の双方には貫通孔が設けられている。ボルト４２は圧電素子１およびおもり２の双方の貫通孔に挿通されるとともにボールねじナット１２に螺合されている。またボルト４２の頭とおもり２との間には補助ばね４１が配置されており、この補助ばね４１によりおもり２はボールねじナット１２側に付勢されている。このように圧電素子１およびおもり２は、ボルト４２および補助ばね４１によりボールねじナット１２に固定されている。

このように、本発明の第２の実施の形態に係る位置決めテーブルによれば、ダンパ機構３がボールねじナット１２に取り付けられて一体化されているため、装置をコンパクトにすることができる。また補助ばね４１のばね定数を変えればダンパ機構３のばね定数を変えることもできる。さらにテーブル可動部１１を駆動する力とダンパ機構３で発生する振動減衰のための力とが同じ軸線上に作用するため、テーブルの傾きを小さくすることができ、位置決め精度が向上する。

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る位置決めテーブルと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第２の実施の形態に係る位置決めテーブルと比べてダンパ機構の構成を変更した位置決めテーブルに関する。

図７は、本発明の第３の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。

図７を参照して、おもり２の運動方向を規制するための案内部材としてのリニアガイド２２が、おもり２とテーブル可動部１１との間に設けられている。このリニアガイド２２により、おもり２は図中のテーブル移動方向にのみ運動するように、その運動方向を規制されている。すなわち、おもり２が振り子運動する方向とテーブル可動部１１の移動可能方向とが揃えられている。

本発明の第３の実施の形態に係る位置決めテーブルによれば、装置を小型化できるとともに、おもり２の運動方向を規制するためのリニアガイド２２が設けられているため、おもり２の運動方向以外の方向に振動が発生することを防止することができる。また、圧電素子１に推力方向以外の方向の力が作用することにより、圧電素子１が破損することを防止できる。

その他の構成および動作は第２の実施の形態に係る位置決めテーブルと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を示す外観図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。 駆動機構としてボールねじ駆動を用いた場合の本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルにおいて圧電素子を制御する構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置決めテーブルの変形例において圧電素子を制御する構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る位置決めテーブルの構成を概略的に示す部分断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 圧電素子、２ おもり、３ ダンパ機構、１１ テーブル可動部、１２ ボールねじナット、１２ａ ねじ溝、１３ ボールねじ軸、１３ａ ねじ溝、１４ ボール、１５ ベース（固定板）、２１，２２ リニアガイド、３１Ａ，３１Ｂ アンプ部、３２Ａ，３２Ｂ 振動検出部、３３ 制御部、３４Ａ，３４Ｂ Ａ／Ｄ変換器、３５Ａ，３５Ｂ 振動検出部、４１ 補助ばね、４２ ボルト、５１ テーブル固定部、５２ 駆動モータ、５３ 駆動機構、５４ リニアガイド、１０１ 位置決めテーブル。

Claims (6)

1. 駆動機構と、
   前記駆動機構により直線的に移動可能なテーブル可動部と、
   前記テーブル可動部に取り付けられたダンパ機構と、
   前記テーブル可動部の振動量を検出する振動検出部とを備え、
   前記ダンパ機構は、圧電素子と、前記圧電素子に組み合わされたおもりとを含み、
   さらに、
   前記振動検出部によって検出された振動量に基づいて前記圧電素子に駆動電圧を供給する制御部を備える位置決めテーブル。
2. 前記振動検出部は、前記圧電素子の静電容量を測定し、前記測定した静電容量の変化量に基づいて前記テーブル可動部の振動量を検出する請求項１に記載の位置決めテーブル。
3. 前記位置決めテーブルは、さらに、
   前記おもりの運動方向を規制するための案内部材を備える請求項１に記載の位置決めテーブル。
4. 前記おもりの運動方向の両側に前記圧電素子が配置されている請求項３に記載の位置決めテーブル。
5. 前記駆動機構は、第１のねじ溝を有するボールねじ軸と、第２のねじ溝を有しかつ前記テーブル可動部に取り付けられたボールねじナットと、前記第１および第２のねじ溝に配置されたボールとを含む請求項１に記載の位置決めテーブル。
6. 前記ダンパ機構は前記ボールねじナットに取り付けられている請求項５に記載の位置決めテーブル。

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