JP2012232354A

JP2012232354A - 位置決めテーブル装置

Info

Publication number: JP2012232354A
Application number: JP2011100585A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制した位置決めテーブル装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被搭載物を搭載可能であり略鉛直方向に移動可能なメインテーブルと、該メインテーブルに縦方向上下いずれかに並んで略鉛直方向に移動可能なウエイトと、を有し、前記メインテーブルと前記ウエイトは同軸の駆動ねじ軸によって駆動され、前記メインテーブルの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向と、前記ウエイトの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向とは、互いに逆方向であることを特徴とする位置決めテーブル装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械，半導体製造装置及びフラットパネルディスプレイ製造装置など各種製造装置に用いられる位置決めテーブル装置に係り、特にワークや工具などの被操作物を鉛直（重力）方向に移動、位置決め可能な位置決めテーブル装置に関する。

従来より、位置決めテーブル装置は、工作機械，半導体製造装置及びフラットパネルディスプレイ製造装置等に使用され、水平方向の移動、位置決めが可能なもののほか、鉛直（重力）方向の移動、位置決めが可能なものもある。従来の鉛直方向駆動の位置決めテーブル装置では、重力により下降しようとするテーブル（移動体）をその駆動系にあるモータが保持トルクを発してボールねじを介して保持している。しかし、この機構においては、大きな保持トルクを発生する必要があり大型のモータを用いる必要がある。また、保持トルクによるモータの発熱は、無駄にエネルギーを消費し装置のランニングコストの増大につながる。また、モータ励磁オフ時にはテーブルが重力で下降することになる。

これらの課題を改善する先行技術として、例えば、特許文献１がある。これは、重力方向に移動可能な縦型ステージと、該縦型ステージと該縦型ステージ上の搭載物とを含むステージ全体の重さにバランスするカウンタウェイトと、該カウンタウェイトと前記縦型ステージとを連結する連結部材と、該連結部材を巻回支持して前記ステージ全体の自重を補償する滑車と、前記カウンタウェイトの重力方向のみを移動自在とする移動方向規制手段とを備えたというものである。

特開２００３−０８４０８７号公報

しかしながら、この先行技術においては、縦型ステージとカウンタウェイトとの連結部材として、柔軟なベルトやワイヤーが用いられており、ボールねじに保持されている縦型ステージ側と異なり、特にカウンタウェイト側には振動が起こりうる。また、その振動による連結部材の損傷が懸念される。

本発明は、上記従来例の問題点に着目してなされたものであり、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制した位置決めテーブル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の位置決めテーブル装置を提供する。
（１）被搭載物を搭載可能であり略鉛直方向に移動可能なメインテーブルと、該メインテーブルに縦方向上下いずれかに並んで略鉛直方向に移動可能なウエイトと、を有し、前記メインテーブルと前記ウエイトは同軸の駆動ねじ軸によって駆動され、前記メインテーブルの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向と、前記ウエイトの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向とは、互いに逆方向であることを特徴とする位置決めテーブル装置。
（２）前記駆動ねじ軸は、軸方向の異なる位置に右ねじの部位と左ねじの部位とを有することを特徴とする（１）に記載の位置決めテーブル装置。
（３）前記駆動ねじ軸の右ねじの部位に右ねじナットを有し、前記駆動ねじ軸の左ねじの部位に左ねじナットを有し、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの一方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの一方に連結されており、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの他方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの他方に連結されていることを特徴とする（２）に記載の位置決めテーブル装置。
（４）前記駆動ねじ軸と、前記右ねじナット或いは前記左ねじナットとの間には、ボール又はローラを有することを特徴とする（３）に記載の位置決めテーブル装置。
（５）前記ウエイト側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクと、前記メインテーブル側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクは、略同等であることを特徴とする（１）〜（４）に記載の位置決めテーブル装置。
（６）前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量と略同等であることを特徴とする（１）〜（５）に記載の位置決めテーブル装置。
（７）前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量よりも重く設定し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したことを特徴とする（１）〜（５）に記載の位置決めテーブル装置。
（８）前記ウエイトの重量の一部に代えてバネの反発力を利用し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したことを特徴とする（１）〜（５）に記載の位置決めテーブル装置。
（９）前記ウエイトは、被搭載物を搭載可能であるサブテーブルとその被搭載物であることを特徴とする（１）〜（８）に記載の位置決めテーブル装置。
（１０）前記メインテーブル及び前記ウエイトを一つの直線方向のみに移動自在に支持する移動方向規制手段を備えている（１）〜（９）に記載の位置決めテーブル装置。

本発明によれば、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。

本発明に係る位置決めテーブル装置の第１の実施形態を示す図である。本発明に係る位置決めテーブル装置の第２の実施形態を示す図である。本発明に係る位置決めテーブル装置の第３の実施形態を示す図である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

本発明は、位置決めテーブル装置に関し、具体的には、当該位置決めテーブル装置の自重補償機構の改良に関する。位置決めテーブル装置は、工作機械，半導体製造装置及びフラットパネルディスプレイ製造装置等に使用され、ワークや工具などの被操作物をある位置から他の位置へ移動させ、正確な位置決めを行う装置である。

なお、本発明に係る位置決めテーブル装置は、各種の機械装置に搭載される大小様々な位置決め装置として適用することができ、その用途はここでは特に限定しないが、特に、重力の影響を受ける水平以外の駆動方向下で使用される場合を想定している。また特に、鉛直方向又はその±４５°以内で傾いた程度の略鉛直方向の駆動方向下で使用される場合に効果的である。

本発明は、比較的小型のモータを採用でき、保持トルク発生のために起こるモータの発熱を抑えることができ、モータ励磁オフ時にもテーブルが下降せず、また、重量バランスのためのウエイトの振動も抑制することができる位置決めテーブル装置である。特に、鉛直（重力）方向に駆動される位置決めテーブル装置において、そのテーブルの重量による下降力に対する保持トルクを同一軸の左右ねじを介して接続されたウエイトの重量によって相殺する。これにより、モータの小型化、温度上昇抑制を解決しながら、テーブル及びウエイトを剛性高く保持できるので装置の振動を抑制することもできる。また、制御方法にもよるが、従来技術においては静止状態を保つ場合にモータに負荷がかかっており、振動が起こる原因にもなるが、本発明によればその心配はない。

位置決めテーブル装置の自重補償機構として、ウエイトによるバランスの他に、エアシリンダーにより保持力を作用させる案もある。しかしながらこの場合、真空やクリーンルーム等特殊環境下では、そのシリンダーの配置やシリンダーの排気に対するシールが課題となる。また、長ストローク仕様に対しては、バネの場合と比較してストローク全域に同一力が作用するため、シリンダーは好ましいが、シリンダー内の密閉部に配置されるパッキン類の接触具合による引っ掛かり等、駆動特性の非線形性が位置決め特性を劣化させることなどが考えられ課題もある。本願発明は、そのような懸念点のあるエアシリンダーを用いずして、位置決めテーブル装置の自重補償機構を備えている。

以下、図を用いて実施例を挙げて更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
（第１の実施形態）

図１は、本発明に係る第１の実施形態である位置決めテーブル装置を示す図である。このうち、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）を上から見た図、（ｃ）は（ａ）の状態から位置決めテーブル装置を駆動した後の図である。この位置決めテーブル装置１には、ワーク，工具又は測定器等の被搭載物を搭載可能であり略鉛直方向に移動可能なメインテーブル２と、該メインテーブル２に縦方向下部に並んで略鉛直方向に移動可能なウエイト３と、を有し、前記メインテーブル２と前記ウエイト３は同軸の駆動ねじ軸４によって駆動され、前記メインテーブル２の重量による前記駆動ねじ軸４の回転方向と、前記ウエイト３の重量による前記駆動ねじ軸４の回転方向とは、互いに逆方向になっている。

前記駆動ねじ軸４は、軸方向の異なる位置に右ねじの部位４１と左ねじの部位４２とを有しており、前記駆動ねじ軸４の右ねじの部位４１に右ねじナット５１を有し、前記駆動ねじ軸の左ねじの部位に左ねじナット５２を有している。前記右ねじナット５１と前記左ねじナット５２のうちの一方（本実施形態では右ねじナット５１）が、前記メインテーブル１と前記ウエイト３のうちの一方（本実施形態ではメインテーブル１）に連結されており、前記右ねじナット５１と前記左ねじナット５２のうちの他方（本実施形態では左ねじナット５２）が、前記メインテーブル２と前記ウエイト３のうちの他方（本実施形態ではウエイト３）に連結されている。

前記駆動ねじ軸４と、前記右ねじナット５１或いは前記左ねじナット５２との間には、図示しない複数の転動体（ボール又はローラ）を有しており、これら転動体が転がることによりねじがスムーズに駆動されるようになっている。この駆動ねじ機構には、市販のボールねじ又はローラねじが適用可能である。また、この駆動ねじ機構は、１本のねじ軸に右ねじと左ねじを形成したものでもよいし、右ねじのものと左ねじのものの軸端同士を結合したものでもよい。

前記ウエイト３側の重量による前記駆動ねじ軸４の回転トルクと、前記メインテーブル２側の重量による前記駆動ねじ軸４の回転トルクは略同等である。これは、例えば、駆動ねじ軸４の右ねじと左ねじのリードを同等とし、前記ウエイト３の重量を前記メインテーブル２と該メインテーブル２上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量と略同等とすることで可能である。これにより、前記メインテーブル２側と前記ウエイト３側とでは、ねじ方向がそれぞれ右ねじと左ねじであり、重力による回転方向が相互に逆方向であるのでトルクが相殺され、無負荷の状態で前記メインテーブル２及び前記ウエイト３は静止するようになっている。ここで、前記ウエイト３は、被搭載物を搭載可能であるサブテーブル３とその被搭載物（不図示）である。これにより、メインテーブル２側の重量に合わせて、サブテーブル３に載せる被搭載物の重量を調節することができる。また、単なる錘としてだけではなく、メインテーブル２とは別のワーク、工具又は計測器等の被搭載物を載せることにより、同時にメインテーブル２と別の機能を図ることもできる。

また、この位置決めテーブル装置１は、前記メインテーブル２及び前記ウエイト３を一つの直線方向のみに移動自在に支持する移動方向規制手段を備えている。すなわち、メインテーブル２及びウエイト３は、駆動ねじ軸４の両側に平行に並んだ２本のリニアガイド６，７により、直線移動可能に支持されている。これにより直線精度良く移動、位置決めができる。リニアガイド６，７には、装置側の基盤８に固定されたレール６０，７０があり、このレール６０，７０に転動体（ボール又はローラ）を介して直線移動可能に組み合わされたスライダ６１〜６４，７１〜７４がある。これらスライダ６１〜６４，７１〜７４のうち上方のスライダ６１，６２，７１、７２はメインテーブル２に、下方のスライダ６３，６４，７３，７４はウエイト３にそれぞれ結合されている。

メインテーブル２は、左右中央の上部で右ねじナット５１と結合されている。サブテーブル３は、左右中央の下部で左ねじナット５２と結合されている。右ねじナット５１と左ねじナット５２は、モータ９から伝達される駆動ねじ軸４の回転により、それぞれ上下逆方向に移動ずる。図１の（ｃ）は、移動後の状態を示す図である。メインテーブル２は上方向に、ウエイト３は下方向に移動している。モータ９を逆回転させると、図１の（ａ）の状態に戻すことができる。このとき、メインテーブル２とウエイト３とで重量のバランスが取れているので、モータ９の駆動力は小さくて済み、モータ９を比較的小さいものに設定可能である。また、メインテーブル２とウエイト３を静止させる状態では、モータ９の励磁の必要がなく、無駄なエネルギーを消費しなくて済む。また、電源オフ等によりモータ９の励磁がオフになった場合でも重力でメインテーブル２が下降することはない。
（第２の実施形態）

図２は、本発明に係る第２の実施形態である位置決めテーブル装置１１を示す図である。このうち、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）を左から見た図である。この第２の実施形態である位置決めテーブル装置１１については、上記説明した第１の実施形態である位置決めテーブル装置１と異なる点について図２に別の符号を記し説明する。その他の点については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、本実施形態のウエイト３１の重量を、メインテーブル２と該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量よりも重く設定し、駆動ねじ軸４３のねじリードは、メインテーブル２の駆動部の右ねじの部位４１よりウエイト３１の駆動部の左ねじの部位４４の方を短く設定している点である。これは、バランスのためのウエイト３１による配置空間を省スペース化するためのものであり、ねじリードをウエイト３１側について短くしたことにより、図２（ａ）の△Ｌの分だけ縦方向に装置を短縮できている。このとき、バランスを合わせるためにウエイト３１側の重量を重くしている。一般にボールねじのトルクＴは、以下の数１で表される。

ここで、Ｍはナットにかかる重量、ｇは重力加速度、ｌはリード、ηは効率である。このため、メインテーブル２側によるトルクＴ_１と、ウエイト３１側にかかるトルクＴ_２とをバランスさせるためには、以下の数２が成り立つようにしなければならない。

ここで、Ｍ_１は右ねじナット５１にかかる重量、ｌ_１は右ねじのリード、Ｍ_２は左ねじナット５３にかかる重量、ｌ_２は左ねじのリードである。このため、重量とねじリードの積同士をバランスさせる必要があり、ウエイト３１側の左ねじの部位４４のリードを短くした分、ウエイト３１の重量を重くする必要がある。

また、本実施形態の変形例として、前記ウエイト３１の重量の一部に代えて図示しないバネの反発力を利用することもできる。この場合も前記駆動ねじ軸４３のねじリードは、前記メインテーブル２の駆動部の右ねじ部位４１より前記ウエイト３１の駆動部の左ねじ部位４４の方を短く設定できる。また、位置決めテーブル装置１２全体の軽量化及びモータの容量削減を図ることができる。
（第３の実施形態）

図３は、本発明に係る第３の実施形態である位置決めテーブル装置１２を示す図である。このうち、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）を左から見た図である。この第３の実施形態である位置決めテーブル装置１２については、上記説明した第１の実施形態である位置決めテーブル装置１と異なる点について図３に別の符号を記し説明する。その他の点については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態と同様の位置決めテーブル装置１を別の横方向駆動機構１０を用いて、横方向にも移動、位置決めを可能にしている点である。このような構造の場合、もし従来技術のように、ステージとカウンターウェイトとの間に柔軟なベルトやワイヤーを用いていると、横方向移動によるカウンターウェイトの揺れが起こり、振動が発生しうる。また、この振動によるベルトやワイヤーの疲労破断が懸念される。しかしながら、本願発明によれば高い剛性が得られるので、振動が抑制されておりそのような問題はない。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、被搭載物を搭載可能なメインテーブル２の駆動について説明したが、これに限らず何らかの重量物のねじ駆動においても適用可能である。

以上説明したように、本発明の位置決めテーブル装置は、被搭載物を搭載可能であり略鉛直方向に移動可能なメインテーブルと、該メインテーブルに縦方向上下いずれかに並んで略鉛直方向に移動可能なウエイトと、を有し、前記メインテーブルと前記ウエイトは同軸の駆動ねじ軸によって駆動され、前記メインテーブルの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向と、前記ウエイトの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向とは、互いに逆方向であるので、モータへの負荷が軽減され保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、更に前記駆動ねじ軸は、軸方向の異なる位置に右ねじの部位と左ねじの部位とを有しているので、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、更に前記駆動ねじ軸の右ねじの部位に右ねじナットを有し、前記駆動ねじ軸の左ねじの部位に左ねじナットを有し、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの一方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの一方に連結されており、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの他方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの他方に連結されているので、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、前記駆動ねじ軸と、前記右ねじナット或いは前記左ねじナットとの間には、ボール又はローラを有する場合に特に、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、前記ウエイト側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクと、前記メインテーブル側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクは、略同等であるので、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量と略同等であるので、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量よりも重く設定し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したので、よりコンパクトな構成で保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、前記ウエイトの重量の一部に代えてバネの反発力を利用し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したので、より軽量、コンパクトな構成で保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、更に前記ウエイトは、被搭載物を搭載可能であるサブテーブルとその被搭載物であるので、重量調整可能な構成で保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制できる。
また、更に前記メインテーブル及び前記ウエイトを一つの直線方向のみに移動自在に支持する移動方向規制手段を備えているので、保持トルクによるモータの発熱を抑え、且つ装置の振動を抑制でき、正確な位置決めが可能である。

１，１１，１２…位置決めテーブル装置
２…メインテーブル
３，３１…ウエイト（サブテーブル）
４，４３…駆動ねじ軸
４１…右ねじの部位
４２，４４…左ねじの部位
５１…右ねじナット
５２，５３…左ねじナット
６，７…リニアガイド
６０，７０…レール
６１〜６４…スライダ
７１〜７４…スライダ
８…基盤
９…モータ
１０…横方向駆動機構

Claims

被搭載物を搭載可能であり略鉛直方向に移動可能なメインテーブルと、該メインテーブルに縦方向上下いずれかに並んで略鉛直方向に移動可能なウエイトと、を有し、前記メインテーブルと前記ウエイトは同軸の駆動ねじ軸によって駆動され、前記メインテーブルの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向と、前記ウエイトの重量による前記駆動ねじ軸の回転方向とは、互いに逆方向であることを特徴とする位置決めテーブル装置。
前記駆動ねじ軸は、軸方向の異なる位置に右ねじの部位と左ねじの部位とを有することを特徴とする請求項１に記載の位置決めテーブル装置。
前記駆動ねじ軸の右ねじの部位に右ねじナットを有し、前記駆動ねじ軸の左ねじの部位に左ねじナットを有し、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの一方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの一方に連結されており、前記右ねじナットと前記左ねじナットのうちの他方が、前記メインテーブルと前記ウエイトのうちの他方に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の位置決めテーブル装置。
前記駆動ねじ軸と、前記右ねじナット或いは前記左ねじナットとの間には、ボール又はローラを有することを特徴とする請求項３に記載の位置決めテーブル装置。
前記ウエイト側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクと、前記メインテーブル側の重量による前記駆動ねじ軸の回転トルクは、略同等であることを特徴とする請求項１〜４に記載の位置決めテーブル装置。
前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量と略同等であることを特徴とする請求項１〜５に記載の位置決めテーブル装置。
前記ウエイトの重量は、前記メインテーブルと該メインテーブル上の搭載物とを含むメインテーブル全体の重量よりも重く設定し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したことを特徴とする請求項１〜５に記載の位置決めテーブル装置。
前記ウエイトの重量の一部に代えてバネの反発力を利用し、前記駆動ねじ軸のねじリードは、前記メインテーブルの駆動部より前記ウエイトの駆動部の方を短く設定したことを特徴とする請求項１〜５に記載の位置決めテーブル装置。
前記ウエイトは、被搭載物を搭載可能であるサブテーブルとその被搭載物であることを特徴とする請求項１〜８に記載の位置決めテーブル装置。
前記メインテーブル及び前記ウエイトを一つの直線方向のみに移動自在に支持する移動方向規制手段を備えている請求項１〜９に記載の位置決めテーブル装置。