JP2014124712A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品を載置した移動体を２次元平面に対して水平方向に移動させる移動装置において、移動の高速化や高応答化と物品の位置決めの高精度化との両立が求められる。
【解決手段】ベッド１０と、ベッド上の移動体１１と、ベッドと移動体の一方に二次側固定子３２と他方に一次側可動子３１とを含んで移動体を移動させるリニア駆動機構３０と、ベッド上で移動体を、第１軸１２ａとそれに交わる第２軸１２ｂでなる２次元平面１２に対して水平方向に移動可能に支持する移動体支持機構２０と、を含み、移動体支持機構が、ベッド上部に第１軸に沿って敷設される複数の第１案内軸２１ａと、移動体下部に第２軸に沿って敷設される複数の第２案内軸２１ｂと、第１案内軸の軸方向に案内される第１軸受２２ａと、第２案内軸の軸方向に案内される第２軸受２２ｂと、を含んで、第１と第２案内軸を両方軸受する複数の軸受ブロック２２と、を含む移動装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品を移動体に載置して、その移動体を２次元の平面に対して水平方向に移動させることによって、その物品を位置決めする移動装置に関する。また、その移動装置を含んで、その移動装置で位置決めされる物品に対して所定の加工、検査、または、測定などの各種作業を行う各種装置に関する。

一般的に、金属などの加工装置、各種検査装置、各種測定装置または半導体製造装置などの様々な装置には、物品を載置した移動体を移動させて、その物品の位置決めを行う移動装置を含み、その物品を所定の位置に位置決めして加工、検査または測定などといった所定の各種作業を行うことが多い。

さて、その移動装置には、例えば、ベッドと、そのベッドの上を移動する移動体となるテーブルと、そのベッドとそのテーブルの間にあって、そのベッドに対してそのテーブルの移動を前後（または左右）の方向にのみ案内する案内部と、そのテーブルを移動させるための駆動部とを含んで、そのテーブルに載置した物品をベッドに対して前後（または左右）の方向にのみ往復移動させる装置がある。また、そうした移動装置と、その移動装置のテーブルの上をその移動装置のベッドに対して左右（または前後）の方向にのみ移動する前記各種作業を行う装置と、を協働させて、一方のテーブルと他方の前記作業を行う装置とを相対的に別々の軸方向に移動させることで、一方に対して他方を相対的に２次元の平面に対して水平方向に移動させるようにする装置（例えば、ガントリー機構など）もある。

また、その移動装置には、例えば、別々の軸方向に移動する移動体として、第１移動体や第２移動体をベッドの上に段上に積層した構造の装置もある。図４と図５に示す移動装置２０１は、ベッド２１０と、ベッド２１０の上を移動する第１移動体２１４となるサドルと、ベッド２１０とサドル２１４の間にあって、ベッド２１０に対してサドル２１４の移動を左右（又は前後）の方向にのみ、ここでは第１軸２１２ａの軸方向にのみ案内する第１案内部となる第１案内軸２２１ａおよび第１軸受２２２ａと、ベッド２１０に対してサドル２１４を移動させるための第１駆動部となる一次側の第１可動子２３１ａと二次側の第１固定子２３２ａと、サドル２１４の上を移動する第２移動体２１３となるテーブルと、サドル２１４とテーブル２１３の間にあって、サドル２１４に対してテーブル２１３の移動を前後（又は左右）の方向にのみ、ここでは第２軸２１２ｂの軸方向にのみ案内する第２案内部となる第２案内軸２２１ｂおよび第２軸受２２２ｂと、サドル２１４に対してテーブル２１３を移動させるための第２駆動部となる一次側の第２可動子２３１ｂと二次側の第２固定子２３２ｂとを含んで、そのテーブル２１３に載置した物品をベッド２１０に対して前後左右に移動させて、すなわち、２次元平面２１２に対して水平に移動させるようにした装置２０１もある。

さらに、その移動装置には、例えば、特許文献１のステージ装置のように、前述されたベッド（特許文献１ではベースと称する）とテーブルの間のサドルを省いた構成の装置もある。そのステージ装置は、ベース上面に対向配設されたテーブルと、ベースとテーブルとの間に配置されてテーブルを２次元平面内のＸ軸方向へ移動自在に支持するＸ軸方向テーブル支持機構部と、ベースとテーブルとの間に配置されてテーブルを２次元平面内のＹ軸方向へ移動自在に支持するＹ軸方向テーブル支持機構部と、ベース上面に形成された一つのＸ軸方向のリニアガイド部と、ベース上面に形成された一つのＹ軸方向のリニアガイド部と、そのＹ軸方向テーブル支持機構部を連結・支持して、そのＸ軸方向のリニアガイド部に沿って移動自在に設けられたＸ軸方向の可動体と、そのＸ軸方向テーブル支持機構部を連結・支持して、そのＹ軸方向のリニアガイド部に沿って移動自在に設定されたＹ軸方向の可動体と、ベースに固定されて、そのＸ軸方向の可動体を駆動するＸ軸方向の直線駆動機構と、ベースに固定されて、Ｙ軸方向の可動体を駆動するＹ軸方向の直線駆動機構とを備え、Ｘ軸方向のリニアガイド部とＹ軸方向のリニアガイド部とが略十字状に直交する位置関係に配列されていることを特徴とする装置である。

特開２００２−２９２５３３号公報

さて、そのような移動装置では、その移動の高速化、その移動の高応答化、および、物品の位置決めの高精度化が求められてきた。そのため、回転型モータによる駆動方式に比べてより高速で高加速度に移動体を移動させることができるリニアモータによる駆動方式が採用されている。とりわけ、移動体ないしは移動体に搭載する物品の質量が大きい工作機械、検査装置、あるいは測定装置においては、移動の高速化や高応答化は、物品とその物品を載置する移動体とを振動させて、かえって物品の位置決めの高精度化を妨げる原因となっている。したがって、移動の高速化や高応答化と、物品の位置決めの高精度化の両立は、大きな課題である。

最初に挙げた従来の移動装置では、前記各種作業を行う装置と協働して動作することによって、テーブルと前記各種作業を行う装置とを、一方が前後方向に、他方が左右方向に移動させて、両者間が相対的に前後左右に移動するように動作する。前記各種作業を行う装置は、各種作業を行うための駆動部やセンサ部や工具類などを含む装置となるため、軽量化による移動の高速化や高応答化には限界がある。また、その各種作業を行う装置は、例えば、軸先に工具類等を備えて、案内部にぶら下がる形で物品の上方に配置されるので、その装置全体の剛性が低く固有振動数が低いので、つまりは自身の移動が高速化や高応答化するにしたがって揺れが増大する装置となる。したがって、その各種作業を行う装置は、揺れを抑えて、物品の位置決めの高精度化を行うために、移動の更なる高速化や高応答化が難しくなる。

次に挙げた従来の移動装置では、下段のサドル２１４に対して、第２駆動部となる一次側の第２可動子２３１ｂおよび二次側の第２固定子２３２ｂと、第２案内部となる第２案内軸２２１ｂおよび第２軸受２２２ｂと、上段のテーブル２１３、そして、物品の各重さを合計した荷重が少なくともかかる構成となる。そのため、下段のサドル２１４には、大きい強度や剛性が要求される。その結果、その移動装置２０１では、サドル２１４自体の質量が増加する傾向にあるので、移動装置２０１のさらなる高速化や高応答化が難しくなる。また、その移動装置２０１では、上記の通りに、下段のサドル２１４の上に、第２駆動部と、第２案内部と、上段のテーブル２１３と、そして、物品とを積層するように備えるので、下段のサドル２１４を移動させるときの移動物体の全体の重心位置の高さが、サドル２１４を移動させるための第１駆動部の高さに比べて高い位置になってしまう。そのため、その移動装置２０１では、サドル２１４の移動の高速化や高応答化にともなって、移動する物体全体の揺れが大きくなる傾向にあるので、サドル２１４の移動の高速化や高応答化と、物品の位置決め精度の高精度化との両立が難しい。また、その移動装置２０１では、下段のサドル２１４を移動させると、サドル２１４とテーブル２１３の間に設けた第２案内部の第２案内軸２２１ｂと第２軸受２２２ｂが非案内方向であることを利用して、テーブル２１３をサドル２１４の移動方向に一緒に移動させる。その第２案内部は、非案内方向であっても、サドル２１４やテーブル２１３に比べればその剛性が小さい。そのため、その移動装置２０１では、サドル２１４の移動を高速化や高応答化させると、サドル２１４とテーブル２１３の間に設けられた第２案内部によって、移動する物体全体の揺れが大きくなる傾向にあり、サドル２１４の移動の高速化や高応答化と、物品の位置決めの高精度化の両立が難しい。また、その移動装置２０１は、下段のサドル２１４にそのサドルに対して移動する上段のテーブル２１３を備えて、下段のサドル２１４を移動させると上段のテーブル２１３も一緒に移動する。そのため、下段のサドルを移動するときに、実際に移動する物体の重心位置は、下段のサドルに対して上段のテーブル２１３が移動した後の位置によって変化する。例えば、サドル２１４を移動させる第１駆動部の駆動力の作用点と、サドルの重心位置と、そして、テーブル２１３の重心位置とが、図４に示すようなサドルの盤面に対して垂直な中心線上にあるときと、図５に示すようなサドル２１４に対してテーブル２１３が移動してテーブル２１３の重心位置が前記中心線上にないときとでは、サドル２１４を移動させる際の物体の重心位置が異なることが明白である。したがって、その移動装置２０１では、重心位置が変化する移動体２１１を移動させるので、その移動制御が複雑になる。また、その移動装置２０１では、サドル２１４を移動させるときに、前記中心線上からテーブル２１３が外れる距離が大きいほど、そのサドル２１４の移動を案内する第１案内部にかかるモーメント力が大きくなり、振動が発生しやすくなる。総じて、その移動装置２０１では、高速化と高応答化の実現と、物品の位置決めの高精度化との両立が難しい。

また、最後に挙げた従来の移動装置では、ベースとテーブルの間のサドルを省き、ベース上面に対向配設されたテーブル単体を前後左右、つまりは、２次元平面に対して水平に移動可能にしている。
しかしながら、その移動装置では、例えば、Ｙ軸方向の直線駆動機構とＹ軸方向のリニアガイド部によって、Ｙ軸方向に駆動する可動体と、その可動体とテーブルの間に設けられるＸ軸方向テーブル支持機構とを備えて、そのＸ軸方向テーブル支持機構が、Ｘ軸方向に移動自在にテーブルを支持するとともに、Ｙ軸方向に移動不能にテーブルを支持することを利用して、Ｙ軸方向の可動体と一緒に、Ｘ軸方向テーブル支持機構を介してテーブルをＹ軸方向に移動させている。そのＸ軸方向テーブル支持機構や同様に方向のみが違うだけのＹ軸方向テーブル機構は、移動を規制する方向（非案内方向）であったとしても、テーブルに比べればその剛性が小さい。そのため、その移動装置では、テーブルの移動を高速化や高応答化させると、ベースとテーブルの間に設けられたＸ軸方向テーブル支持機構やＹ軸方向テーブル支持機構の介在によって、移動する物体全体の揺れが大きくなる傾向にあり、テーブルの移動の高速化や高応答化と、物品の位置決めの高精度化の両立が難しい。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、物品を移動体に載置して、その移動体を２次元の平面に対して水平方向に移動させることによって、その物品を位置決めする移動装置であって、その移動の高速化や高応答化と物品の位置決めの高精度化とを両立することを可能にする移動装置を提供することを目的とする。また、その移動装置を含み、所定の作業を行う各種装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、移動装置に係る請求項１の発明は、ベッドと、前記ベッドの上に対向配置される移動体と、前記ベッドと前記移動体のうちのいずれか一方に設けられる二次側の固定子とその他方に設けられる一次側の可動子とを含んで、そのベッドに対してその移動体を移動させるリニア駆動機構と、前記ベッドと前記移動体の間に配置されて、そのベッドに対してその移動体を、第１軸とその第１軸に交わる第２軸とで形成される２次元平面に対して水平方向に移動可能に支持する移動体支持機構と、を含み、前記移動体支持機構が、前記ベッドの上部に前記第１軸の軸方向に沿って敷設される複数の第１案内軸と、前記移動体の下部に前記第２軸の軸方向に沿って敷設される複数の第２案内軸と、前記第１案内軸によって前記第１軸の軸方向に移動が案内される第１軸受と前記第２案内軸によって前記第２軸の軸方向に移動が案内される第２軸受とを含んで、その第１案内軸とその第２案内軸の両方を軸受けする複数の軸受ブロックと、を含むことを特徴とする。

また、前記リニア駆動機構が、前記ベッドに対して前記移動体を前記第１軸の軸方向に移動させる第１リニア駆動部と、前記ベッドに対して前記移動体を前記第２軸の軸方向に移動させる第２リニア駆動部と、を含み、前記第１リニア駆動部が、前記移動体の下部に設けられる前記一次側の可動子のうちの一次側の第１可動子と、前記ベッドの上部であって、そのベッドの上で移動する一次側の前記第１可動子が少なくとも対面する範囲に敷設される二次側の前記固定子のうちの二次側の第１固定子と、を含み、前記第２リニア駆動部が、前記移動体の下部に設けられる前記一次側の可動子のうちの一次側の第２可動子と、前記ベッドの上部であって、そのベッドの上で移動する一次側の前記第２可動子が少なくとも対面する範囲に敷設される二次側の前記固定子のうちの二次側の第２固定子と、を含むと良い（請求項２）。

また、前記第１軸の軸方向に向かって左右対称に、かつ、前記第２軸の軸方向に向かって左右対称に形成される前記移動体と、前記移動体の重心位置に対して対称な位置に敷設される前記第２案内軸と、を含むと良い（請求項３）。

また、前記移動体の少なくとも一部に炭素繊維強化プラスチックを用いると良い（請求項４）。

また、前記移動体の所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な軸が、その移動体の移動にともない前記第１軸の軸方向と前記第２軸の軸方向に移動する位置を検出するための位置検出手段を含むと良い（請求項５）。

また、前記所定の位置が、その移動体の重心位置であると良い（請求項６）。

また、加工装置に係る請求項７の発明は、前記請求項５または６に記載の前記移動装置を含み、前記移動体が移動していない初期状態のときに、その移動体の前記所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な前記軸の軸上に、工具類を設けると良い。

また、加工装置に係る請求項８の発明は、前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載の前記移動装置を含むと良い。

本発明の移動装置は、従来の２層からなる移動体のサドルを省くことで移動体を軽量化して、移動体の移動の高速化や高応答化を実現できる。また、本発明の移動装置は、リニア駆動機構の駆動力を移動体に直接付与することで、これまで駆動力を伝達するために移動体とリニア駆動機構の間に介在し、移動体を振動させる原因と成っていた僅かでも伸縮する恐れのある部材を省くことができるので稼働部の固有振動数を高くすることができ、移動体の振動を抑制して、移動の高速化と高応答化と、移動体やその移動体に載置する物品の位置決めの高精度化とを両立させることが可能になる。また、本発明の移動装置は、第１リニア駆動部によって、第１軸の軸方向に移動体を移動させても、第２リニア駆動部の一次側の第２可動子が移動する範囲に、第２リニア駆動部の二次側の第２固定子が敷設されて、また、第２リニア駆動部によって、第２軸の軸方向に移動体を移動させても、第１リニア駆動部の一次側の第１可動子が移動する範囲に、第１リニア駆動部の二次側の第１固定子が敷設されているので、移動する移動体に対して推力を伝達する位置が変化することなく、また、移動体自体の重心位置も変化しないことから、その移動体の重心位置と移動体に推力が伝達される位置との位置関係も変化することがないので、移動体が常に重心移動することを可能にし、移動体支持機構に無用なモーメント力が作用することがなく、移動体の振動を抑制して、移動の高速化および高応答化と、移動体やその移動体に載置する物品の位置決めの高精度化とを両立させることが可能になる。

本発明の移動装置の実施態様の一例を示し、移動体が移動していない初期状態を示し、図１の図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図１の状態から移動体を左方向（図１の図（ａ）を正面から見て左方向）に移動させた状態を示し、図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。である。 図２の状態から移動体を前進方向（図２の図（ａ）を正面から見て上方向）に移動させた状態を示し、図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 従来の移動装置を示し、所定の軸方向に移動するサドルと別の軸方向に移動するテーブルとが２層構造に構成された移動体を含む移動装置であって、移動体が移動していない初期状態を示し、図（ａ）は、従来の移動装置を上から見るとともにテーブルとサドルを透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図４の移動体のうちの上段のテーブルが前進方向（図４の図（ａ）を正面から見て上方向））に移動させた状態を示し、図（ａ）は、従来の移動装置を上から見るとともにテーブルを透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。

図１ないし図３には、本発明の移動装置の実施態様の一例を示す。図１の図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。図２には、図１の状態から移動体を左方向（図１の図（ａ）を正面から見て左方向）に移動させた状態を示す。図２の図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。図３には、さらに図２の状態から移動体を前進方向（図２の図（ａ）を正面から見て上方向）に移動させた状態を示す。図３の図（ａ）は、本発明の移動装置を上から見るとともに移動体を透かして見た図であって、図（ｂ）のＡ−Ａ矢視平面図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図（ｃ）は、図（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。

図１ないし図３に示す本発明の移動装置１は、ベッド１０に対向するように移動体１１が配置されている。移動体１１は、物品を載置して移動する板状の物体であって、一般的にテーブルやステージ等と称される。移動体１１は、ベッド１０の上で、第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向に移動することで、第１軸１２ａと、その第１軸１２ａと交わる第２軸１２ｂとで構成される２次元平面１２に対して水平に移動する。そのような移動体１１は、第１軸１２ａの軸方向に向かって左右対称の形状、または、第２軸１２ｂの軸方向に向かって左右対称の形状のいずれか一方または両方に形成されると良い。また、その移動体１１には、その移動を、さらなる高速化、さらなる高応答化、または、位置決めのさらなる高精度化を実現させるために、軽量で高剛性の材質、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの各種の用途に合わせた材料を選定または組合せることもできる。

ベッド１０と移動体１１の間には、移動体１１を第１軸１２ａの方向と第２軸１２ｂの方向にそれぞれ案内するとともにベッド１０の上に支持するための移動体支持機構２０と、ベッド１０に対して移動体１１を第１軸１２ａの方向と第２軸１２ｂの方向に移動させるためのリニア駆動機構３０と、を備えている。ここで、第１軸１２ａをＸ軸、そして、第２軸１２ｂをＹ軸と称しても良い。そして、その場合の２次元平面１２をＸＹ平面と称しても良い。なお、図１ないし図３の移動装置では、２次元平面１２を構成する第１軸１２ａと第２軸１２ｂとが直交していることが好ましいが、それら軸が直交することに限定されない。第１軸１２ａと第２軸１２ｂは、それら２軸が同軸あるいは平行な軸でなければ、例えば、第１軸１２ａと第２軸１２ｂとが成す角度が４５度などであることを排除しない。

まず、移動体支持機構２０は、ベッド１０の上部１０ａと移動体１１となるテーブル（以下、移動体を代表してテーブル１１と称する）の下部１１ｂのうちのいずれか一方に、第１軸１２ａに平行に複数の第１案内軸２１ａとなる第１ガイドレールが敷設され、他方に、第２軸１２ｂに平行に複数の第２案内軸２１ｂとなる第２ガイドレールが敷設されている。図１ないし図３の移動装置１では、第１軸１２ａに沿って２本の第１ガイドレール２１ａがベッド１０の上面１０ａに敷設されて、第２軸１２ｂに沿って２本の第２ガイドレール２１ｂがテーブル１１の下面１１ｂに敷設されて、移動装置１を上から下に向かって見て、第１ガイドレール２１ａと第２ガイドレールが２１ｂ十字状に敷設されている。ここで、図１の図（ｃ）に示すように、第２ガイドレール２１ｂは、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に敷設されても良い。また、図１の図（ｂ）に示すように第１ガイドレール２１ａは、テーブル１１が移動していない初期状態（例えば、図１の状態）において、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に敷設されても良い。また、第１ガイドレール２１ａと第２ガイドレール２１ｂは、図１ないし図３の移動装置１において、テーブル１１が移動する左右方向に第１ガイドレール２１ａ、テーブル１１が移動する前後方向に第２ガイドレール２１ｂを配置しているが、もちろん逆の配置であっても良い。

さらに、移動体支持機構２０は、第１ガイドレール２１ａと第２ガイドレール２１ｂの間に、一方で第１ガイドレール２１ａを受ける第１軸受２２ａと、他方に第２ガイドレール２１ｂを受ける第２軸受２２ｂとを有する複数の軸受ブロックからなるガイドブロック２２を備えることで、ベッド１０に対してテーブル１１を第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向に移動自在に支持している。また、移動体支持機構２０は、ベッド１０に対して、テーブル１１が回転することを防止するとともに、テーブル１１が移動する水平方向（２次元平面１２）に対して垂直な方向（後述する第３軸１２ｃの軸方向）の振動も防止する。そうした構成の移動体支持機構２０では、ベッド１０の材質とテーブル１１の材質とが異なる場合でも、各材質の熱膨張率が異なることによって発生すると考えられる僅かな熱変位をも、同じガイドレール２１を軸受けしているガイドブロック２２同士が自然に接近移動または離間移動することによって相殺されて、テーブル１１やそのテーブル１１に載置される物品の位置決め精度を高精度に維持することができる。複数のガイドブロック２２は、テーブル１１やそのテーブル１１に載置する物品の荷重を分散するとともに、バランスを保持するために、水平面上に均等に配されると良い。また、ガイドブロック２２は、第１軸受２２ａを有する部材と第２軸受２２ｂを有する部材を別々に用意して、それら部材同士を組み合わせたものでも良いし、１つの部材に第１軸受２２ａと第２軸受２２ｂを形成したものでも良い。また、ガイドブロック２２の軸受方式は、玉軸受や静圧軸受など、各種軸受を適宜用いれば良い。

そうした第１案内軸２１ａおよび第１軸受２２ａ、並びに、第２案内軸２１ｂおよび第２軸受２２ｂは、ガイドレールとガイドブロックに限定されずに、丸軸とガイドブッシュ、ボールスプライン機構、その他、凹溝の軸とガイドローラなど、所定の軸方向に対象物を案内できる機構であれば良い。また、図１ないし図３の中の各ガイドレール２１ａ、２１ｂと各ガイドブロック２２ａ、２２ｂは、簡略的に図示されていて、これに限定されるものではない。

つぎに、リニア駆動機構３０は、ベッド１０の上部１０ａと移動体１１となるテーブルの下部１１ｂのいずれか一方に、一次側の可動子３１が設けられて、その他方に二次側の固定子３２が設けられている。図１ないし図３の移動装置１では、リニア駆動機構３０として、テーブル１１を第１軸１２ａの軸方向に往復移動させるための第１リニア駆動部３０ａと、テーブル１１を第２軸１２ｂの軸方向に往復移動させるための第２リニア駆動部３０ｂと、を含んでいる。第１リニア駆動部３０ａと第２リニア駆動部３０ｂは、例えば、交流同期コアレスリニアモータであって、テーブル１１の下部に設けられた一次側可動子３１となる電機子のコイルと、ベッド１０の上部に設けられた二次側固定子３２となる複数の永久磁石を含む磁石板と、をそれぞれに含んでも良い。

第１リニア駆動部３０ａの二次側の第１固定子３２ａとなる磁石板は、第１軸１２ａの軸方向に沿って永久磁石を所定間隔で配列させるとともに、各永久磁石が一次側の第１可動子３１ａのコイルとの間の所定のギャップｇを均一に維持するようにベッド１０の上部１０ａに水平に設置させてある。さらに、第１リニア駆動部３０ａの二次側の第１固定子３２ａとなる磁石板に含まれる各永久磁石は、テーブル１１が第２軸１２ｂの軸方向にも往復移動するのにともなって、少なくともテーブル１１が第２軸１２ｂの軸方向に移動する距離に相当する幅ｗ１に形成されている。したがって、第１リニア駆動部３０ａは、テーブル１１が第２軸１２ｂの軸方向に移動しても、二次側の第１固定子３２ａとなる磁石板と一次側の第１可動子３１ａとなる電機子のコイルとが、常に所定のギャップｇを維持した状態で対向することを可能にして、一次側の第１可動子３１ａが固定されるテーブル１１に対して第１軸１２ａの軸方向に往復移動させるための推力を付与することができる。また、図１ないし図３に示す移動装置１のように、複数ある一次側の第１可動子３１ａを、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に配置しても良い。

また、第２リニア駆動部３０ｂの二次側の第１固定子３２ｂとなる磁石板は、第２軸１２ｂの軸方向に沿って永久磁石を所定間隔で配列させるとともに、各永久磁石が一次側の第２可動子３１ｂのコイルとの間の所定のギャップｇを均一に維持するようにベッド１０の上部１０ａに水平に設置させてある。さらに、第２リニア駆動部３０ｂの二次側の第１固定子３２ｂとなる磁石板に含まれる各永久磁石は、テーブル１１が第１軸１２ａの軸方向にも往復移動するのにともなって、少なくともテーブル１１が第１軸１２ａの軸方向に移動する距離に相当する幅ｗ２に形成されている。したがって、第２リニア駆動部３０ｂは、テーブル１１が第１軸１２ａの軸方向に移動しても、二次側の第２固定子３２ｂとなる磁石板と一次側の第２可動子３１ｂとなる電機子のコイルとが、常に所定のギャップｇを維持した状態で対向することを可能にして、一次側の第２可動子３１ｂが固定されるテーブル１１に対して第２軸１２ｂの軸方向に往復移動させるための推力を付与することができる。また、図１ないし図３に示す移動装置１のように、複数ある一次側の第２可動子３１ｂを、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に配置しても良い。

また、図１ないし図３に示す移動装置１のように、第１リニア駆動部３０ａと第２リニア駆動部３０ｂの配置が、移動装置１を上方から見て、十字状に配置されても良い。ここで、第１リニア駆動部３０ａと第２リニア駆動部３０ｂは、第１リニア駆動部３０ａでテーブル１１を左右方向に駆動させ、第２リニア駆動部３０ｂでテーブル１１を前後方向に駆動させても良いし、その逆であっても良い。

そのような本発明の移動装置１は、ベース１０の上部１０ａに移動体支持機構２０を介して備えられるテーブル１１に対して、リニア駆動機構３０の第１リニア駆動部３０ａと第２リニア駆動部３０ｂによって、テーブル１１に第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向の駆動力を付与するとともに、移動体支持機構２０の第１案内軸２１ａと第２案内軸２１ｂと、その両方を軸受けするガイドブロック２２によって、第１軸１２ａと第２軸１２ｂの軸方向に案内することで、第１軸１２ａと第２軸１２ｂから構成される２次元平面１２に対して、水平方向にテーブル１１を移動させる。

例えば、まず、図１に示す移動装置１は、テーブル１１を移動する前の初期状態である。それで、図２に示す移動装置１では、リニア駆動機構３０のうちの第１リニア駆動部３０ａを駆動させて、二次側の第１固定子３２ａの上方に対向する一次側の第１可動子３１ａを、図（ａ）や図（ｃ）の図面を正面に見て左方向に駆動させることで、テーブル１１を左方向に移動させている。このとき、第２リニア駆動部３０ｂは、一次側の第２可動子３１ｂがテーブル１１と一緒に左方向に移動してしまうが、二次側の第２固定子３２ｂが幅ｗ２の寸法に形成されて、常に一次側の第２可動子３１ｂと二次側の第２固定子３２ｂが対向するように構成されている。

つぎに、図３に示す移動装置１では、リニア駆動機構３０のうちの第２リニア駆動部３０ｂを駆動させて、二次側の第２固定子３２ｂの上方に対向する一次側の第２可動子３１ｂを、図（ａ）や図（ｂ）の図面を正面に見て上方向、すなわち、前進方向に駆動させることで、テーブル１１を前に移動させている。このとき、第１リニア駆動部３０ａは、一次側の第１可動子３１ａがテーブル１１と一緒に前進方向に移動してしまうが、二次側の第１固定子３２ａが幅ｗ１の寸法に形成されて、常に一次側の第１可動子３１ａと二次側の第１固定子３２ａが対向するように構成されてので、図３の移動装置１のテーブル１１の位置から、さらに、テーブル１１を今度は右方向に移動させることも可能になっている。

したがって、本発明の移動装置１では、例えば、テーブル１１の下部１１ｂに直接固定される一次側の第１可動子３１ａと第２可動子３１ｂによって、第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向の推力を移動体１１となるテーブルに直接伝達することを可能にして、第１軸１２ａと第２軸１２ｂとで構成される２次元平面１２に対して、水平方向にテーブル１１を移動させることを可能にする。それで、本発明の移動装置１は、図４と図５に示す従来の移動装置２０１の移動体２１１に含まれていたサドル２１４を省くことができて、従来の移動装置２０１に比べて、本発明の移動装置１の移動体１１を軽量にし、移動体１１の重心位置を低くし、移動体１１の重心位置と移動体１１に付与される推力の伝達位置（図１ないし図３の一例では、テーブル１１の下部１１ｂに固定された一次側の可動子３１（３１ａ、３２ａ）の位置）との位置関係が変わることなく常に重心移動することを可能にする。また、本発明の移動装置１は、移動体１１の重量が軽くなることで駆動源を小型化でき、それにともない、例えば、テーブル１１にリニア駆動機構３０の一次側の可動子３１（３１ａ、３１ｂ）を取り付ける場合などで、それらの可動子３１を小型化されるので、さらに移動体１１を軽量化できる。また、本発明の移動装置１は、移動体１１に駆動源（例えば、リニア駆動機構３０）の推力を直接伝達するので、移動体１１と駆動源の間に、伸縮等の僅かな形状変化を引き起こすような部材、すなわち、移動体１１の剛性を低下させるような部材が介在しないので、移動体１１の固有振動数を高く出来る。総じて本発明の移動装置１では、物品を載置して移動させる移動体１１の移動を高速化し、その移動を高応答化することができるとともに、移動体１１を移動させる際に発生する振動を抑制して、移動体１１およびその移動体１１に載置する物品の位置決め精度を高精度化することができる。

また、本発明の移動装置１は、ベッド１０に対して第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向に移動するテーブル１１の位置を検出する位置検出手段４０を備えて、位置検出手段４０で検出される位置情報をもとに図示省略される制御装置によって、リニア駆動機構３０をフィードバック制御するようにしても良い。その制御装置は、数値制御装置であっても良い。その際に、本発明の移動装置１は、移動体１１となるテーブル１１の重心位置を通る軸で、かつ第１軸１２ａと第２軸１２ｂとで構成される２次元平面１２に垂直な第３軸１２ｃに対して平行である軸が、第１軸１２ａの軸方向と第２軸１２ｂの軸方向に移動する位置を検出するための位置検出手段４０を備えても良い。例えば、本発明の移動装置１は、図１に示す移動装置１のように、テーブル１１が移動していない初期状態において、テーブル１１の重心位置（この場合、テーブル１１を上から見てテーブル１１上面の中央の位置）がベッド１０の上部１０ａに対向する位置に取り付けられる位置検出ヘッド４０ａと、テーブル１１が移動しても位置検出ヘッド４０ａに対向するように、テーブル１１の下部１１ｂの所定範囲に取り付けられる平面スケール４０ｂと、を含んだ位置検出手段４０によって、２次元平面に対して水平方向に移動するテーブル１１の重心位置を検出するようにしても良い。

また、本発明の移動装置１は、テーブル１１が移動していない初期状態において、移動装置１を含む各種装置、例えば、加工装置、検査装置または測定装置などに設けられる工具類やセンサ類などの位置と、位置検出手段４０がテーブル１１の現在位置として代表して検出することになるテーブル１１の所定の位置とが、第１軸１２ａと第２軸１２ｂとで構成される２次元平面１２に垂直な第３軸１２ｃに対して平行である軸の軸上にあると良い。例えば、図１に示す移動装置１のように、テーブル１１が移動していない初期状態において、その移動装置１を含む各種装置の工具類やセンサ類の位置、および、位置検出手段４０がそのとき検出しているテーブル１１の所定の位置が、テーブル１１の重心位置を通る軸で、かつ、第１軸１２ａと第２軸１２ｂとで構成される２次元平面に垂直な第３軸１２ｃに平行する軸の軸上に形成されても良い。したがって、本発明の移動装置１およびその移動装置１を含む各種装置は、その各種装置の工具類やセンサ類などに対する移動装置１のテーブル１１の位置のオフセットがなくなり、アッペ誤差を除去できるので、位置決め精度の高い加工装置、例えば、マシニングセンタなどを実現できる。

なお、ここまで、移動体１１を主にテーブル１１として説明を進めてきたが、移動体１１は、テーブル１１単体、テーブル１１とテーブル１１に載置される物品からなる物体、テーブル１１とテーブル１１に載置される物品とテーブル１１に固定される第２案内軸２１ｂからなる物体、または、テーブル１１とテーブル１１に固定される第２案内軸２１ｂからなる物体など、リニア駆動装置３０で移動させる物体を必要に応じて対象とすれば良い。また、本発明の移動装置１は、図１ないし図３に示した構成に限定されることはない。

１ 移動装置
１０ ベッド
１０ａ ベッドの上部
１１ 移動体（テーブル）
１１ａ 移動体の上部
１１ｂ 移動体の下部
１２ 第１軸と第２軸からなる２次元平面
１２ａ 第１軸
１２ｂ 第２軸
１２ｃ 第３軸
２０ 移動体支持機構
２１ 案内軸（ガイドレール）
２１ａ 第１案内軸（第１ガイドレール）
２１ｂ 第２案内軸（第２ガイドレール）
２２ ガイドブロック
２２ａ ガイドブロックに形成される第１軸受
２２ｂ ガイドブロックに形成される第２軸受
３０ リニア駆動機構
３０ａ 第１リニア駆動部
３０ｂ 第２リニア駆動部
３１ 一次側の可動子
３１ａ 一次側の第１可動子
３１ｂ 一次側の第２可動子
３２ 二次側の固定子
３２ａ 二次側の第１固定子
３２ｂ 二次側の第２固定子
４０ テーブルの位置検出手段
４０ａ 位置検出ヘッド
４０ｂ 平面スケール
ｇ 一次側の可動子と二次側の固定子との間の隙間の寸法
ｗ１ 二次側の第１固定子の第２軸の軸方向の幅寸法
ｗ２ 二次側の第２固定子の第１軸の軸方向の幅寸法

上記目的を達成するために、移動装置に係る請求項１の発明は、ベッドと、前記ベッドの上に対向配置される移動体と、前記ベッドの上部に設けられる二次側の固定子と前記移動体の下部に設けられる一次側の可動子とを含んで、前記ベッドに対して前記移動体を移動させるリニア駆動機構と、前記ベッドと前記移動体の間に配置されて、前記ベッドに対して前記移動体を、第１軸とその第１軸に交わる第２軸とで形成される２次元平面に対して水平方向に移動可能に支持する移動体支持機構と、を含み、前記移動体支持機構が、前記ベッドの上部に前記第１軸の軸方向に沿って敷設される複数の第１案内軸と、前記移動体の下部に前記第２軸の軸方向に沿って敷設される複数の第２案内軸と、前記第１案内軸によって前記第１軸の軸方向に移動が案内される第１軸受と前記第２案内軸によって前記第２軸の軸方向に移動が案内される第２軸受とを含んで、前記第１案内軸と前記第２案内軸の両方を軸受けする複数の軸受ブロックと、を含み、前記リニア駆動機構が、電機子から成る前記一次側の可動子のうちの一次側の第１可動子と、前記一次側の第１可動子が前記第２軸の軸方向に移動する距離に少なくとも相当する幅に形成される永久磁石を前記第１軸の軸方向に沿って所定間隔で配列されて成る前記二次側の固定子のうちの二次側の第１固定子と、を含んで、前記一次側の第１可動子と前記二次側の第１固定子を対向させて前記移動体に前記第１軸の軸方向の推力を付与する第１リニア駆動部と、電機子から成る前記一次側の可動子のうちの一次側の第２可動子と、前記一次側の第２可動子が前記第１軸の軸方向に移動する距離に少なくとも相当する幅に形成される永久磁石を前記第２軸の軸方向に沿って所定間隔で配列されて成る前記二次側の固定子のうちの二次側の第２固定子と、を含んで、前記一次側の第２可動子と前記二次側の第２固定子を対向させて前記移動体に前記第２軸の軸方向の推力を付与する第２リニア駆動部と、を含むことを特徴とする。

また、前記第１軸の軸方向に向かって左右対称に、かつ、前記第２軸の軸方向に向かって左右対称に形成される前記移動体と、前記移動体の重心位置に対して対称な位置に敷設される前記第２案内軸と、を含むと良い（請求項２）。

また、前記移動体の少なくとも一部に炭素繊維強化プラスチックを用いると良い（請求項３）。

また、前記移動体の所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な軸が、前記移動体の移動にともない前記第１軸の軸方向と前記第２軸の軸方向に移動する位置を検出するための位置検出手段を含むと良い（請求項４）。

また、前記所定の位置が、前記移動体の重心位置であると良い（請求項５）。

また、加工装置に係る請求項６の発明は、前記請求項４または５に記載の前記移動装置を含み、前記移動体が移動していない初期状態のときに、その移動体の前記所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な前記軸の軸上に、工具類を設けると良い。

また、加工装置に係る請求項７の発明は、前記請求項１ないし５のいずれか一項に記載の前記移動装置を含むと良い。

つぎに、リニア駆動機構３０は、ベッド１０の上部１０ａに固定子が設けられて、移動体１１となるテーブルの下部１１ｂに可動子が設けられて、その固定子とその可動子のいずれか一方を一次側とし、その他方を二次側としている。図１ないし図３の移動装置１では、リニア駆動機構３０として、テーブル１１を第１軸１２ａの軸方向に往復移動させるための第１リニア駆動部３０ａと、テーブル１１を第２軸１２ｂの軸方向に往復移動させるための第２リニア駆動部３０ｂと、を含んでいる。第１リニア駆動部３０ａと第２リニア駆動部３０ｂは、例えば、交流同期コアレスリニアモータであって、テーブル１１の下部に設けられた一次側の可動子３１となる電機子のコイルと、ベッド１０の上部に設けられた二次側の固定子３２となる複数の永久磁石を含む磁石板と、をそれぞれに含んでも良い。

上記目的を達成するために、移動装置に係る請求項１の発明は、ベッドと、前記ベッドの上に対向配置される移動体と、前記ベッドの上部に設けられる二次側の固定子と前記移動体の下部に設けられる一次側の可動子とを含んで、前記ベッドに対して前記移動体を移動させるリニア駆動機構と、前記ベッドと前記移動体の間に配置されて、前記ベッドに対して前記移動体を、第１軸とその第１軸に交わる第２軸とで形成される２次元平面に対して水平方向に移動可能に支持する移動体支持機構と、を備えた移動装置であって、前記移動体支持機構が、前記ベッドの上部に前記第１軸の軸方向に沿って敷設される複数の第１案内軸と、前記移動体の下部に前記第２軸の軸方向に沿って敷設される複数の第２案内軸と、前記第１案内軸によって前記第１軸の軸方向に移動が案内される第１軸受と前記第２案内軸によって前記第２軸の軸方向に移動が案内される第２軸受とを含んで、前記第１案内軸と前記第２案内軸の両方を軸受けする複数の軸受ブロックと、を有し、前記リニア駆動機構が、電機子から成る前記一次側の可動子のうちの一次側の第１可動子と、少なくとも前記一次側の第１可動子が前記第２軸の軸方向に移動する距離に相当する幅に形成される永久磁石を前記第１軸の軸方向に沿って所定間隔で配列されて成る前記二次側の固定子のうちの二次側の第１固定子と、を含んでなり、前記一次側の第１可動子と前記二次側の第１固定子を常に所定のギャップを維持するように対向させて配置し前記移動体に前記第１軸の軸方向の推力を付与する第１リニア駆動部と、電機子から成る前記一次側の可動子のうちの一次側の第２可動子と、少なくとも前記一次側の第２可動子が前記第１軸の軸方向に移動する距離に相当する幅に形成される永久磁石を前記第２軸の軸方向に沿って所定間隔で配列されて成る前記二次側の固定子のうちの二次側の第２固定子と、を含んでなり、前記一次側の第２可動子と前記二次側の第２固定子を常に所定のギャップを維持するように対向させて配置し前記移動体に前記第２軸の軸方向の推力を付与する第２リニア駆動部と、でなり、前記移動体が初期状態の位置にあるときに、前記複数の第１案内軸が前記移動体の重心位置を通って前記２次元平面に垂直な軸を中心にして両側に配置され、前記二次側の第２固定子が前記ベッドの上部の前記垂直な軸に交わる前記第２軸の軸方向の軸線上であって前記第１案内軸の外側に前記垂直な軸を挟んで対になるように複数設けられることを特徴とする。

まず、移動体支持機構２０は、ベッド１０の上部１０ａと移動体１１となるテーブル（以下、移動体を代表してテーブル１１と称する）の下部１１ｂのうちのいずれか一方に、第１軸１２ａに平行に複数の第１案内軸２１ａとなる第１ガイドレールが敷設され、他方に、第２軸１２ｂに平行に複数の第２案内軸２１ｂとなる第２ガイドレールが敷設されている。図１ないし図３の移動装置１では、第１軸１２ａに沿って２本の第１ガイドレール２１ａがベッド１０の上面１０ａに敷設されて、第２軸１２ｂに沿って２本の第２ガイドレール２１ｂがテーブル１１の下面１１ｂに敷設されて、移動装置１を上から下に向かって見て、第１ガイドレール２１ａと第２ガイドレール２１ｂが十字状に敷設されている。ここで、図１の図（ｃ）に示すように、第２ガイドレール２１ｂは、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に敷設されても良い。また、図１の図（ｂ）に示すように第１ガイドレール２１ａは、テーブル１１が移動していない初期状態（例えば、図１の状態）において、テーブル１１の重心位置に対して対称な位置に敷設されても良い。また、第１ガイドレール２１ａと第２ガイドレール２１ｂは、図１ないし図３の移動装置１において、テーブル１１が移動する左右方向に第１ガイドレール２１ａ、テーブル１１が移動する前後方向に第２ガイドレール２１ｂを配置しているが、もちろん逆の配置であっても良い。

Claims (8)

1. ベッドと、
   前記ベッドの上に対向配置される移動体と、
   前記ベッドと前記移動体のうちのいずれか一方に設けられる二次側の固定子とその他方に設けられる一次側の可動子とを含んで、そのベッドに対してその移動体を移動させるリニア駆動機構と、
   前記ベッドと前記移動体の間に配置されて、そのベッドに対してその移動体を、第１軸とその第１軸に交わる第２軸とで形成される２次元平面に対して水平方向に移動可能に支持する移動体支持機構と、
   を含み、
   前記移動体支持機構が、
   前記ベッドの上部に前記第１軸の軸方向に沿って敷設される複数の第１案内軸と、
   前記移動体の下部に前記第２軸の軸方向に沿って敷設される複数の第２案内軸と、
   前記第１案内軸によって前記第１軸の軸方向に移動が案内される第１軸受と前記第２案内軸によって前記第２軸の軸方向に移動が案内される第２軸受とを含んで、その第１案内軸とその第２案内軸の両方を軸受けする複数の軸受ブロックと、
   を含むことを特徴とする移動装置。
2. 前記リニア駆動機構が、
   前記ベッドに対して前記移動体を前記第１軸の軸方向に移動させる第１リニア駆動部と、
   前記ベッドに対して前記移動体を前記第２軸の軸方向に移動させる第２リニア駆動部と、
   を含み、
   前記第１リニア駆動部が、
   前記移動体の下部に設けられる前記一次側の可動子のうちの一次側の第１可動子と、
   前記ベッドの上部であって、そのベッドの上で移動する一次側の前記第１可動子が少なくとも対面する範囲に敷設される二次側の前記固定子のうちの二次側の第１固定子と、
   を含み、
   前記第２リニア駆動部が、
   前記移動体の下部に設けられる前記一次側の可動子のうちの一次側の第２可動子と、
   前記ベッドの上部であって、そのベッドの上で移動する一次側の前記第２可動子が少なくとも対面する範囲に敷設される二次側の前記固定子のうちの二次側の第２固定子と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
3. 前記第１軸の軸方向に向かって左右対称に、かつ、前記第２軸の軸方向に向かって左右対称に形成される前記移動体と、
   前記移動体の重心位置に対して対称な位置に敷設される前記第２案内軸と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の移動装置。
4. 前記移動体の少なくとも一部に炭素繊維強化プラスチックを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の移動装置。
5. 前記移動体の所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な軸が、その移動体の移動にともない前記第１軸の軸方向と前記第２軸の軸方向に移動する位置を検出するための位置検出手段を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の移動装置。
6. 前記所定の位置が、その移動体の重心位置であることを特徴とする請求項５に記載の移動装置。
7. 前記請求項５または６に記載の前記移動装置を含み、前記移動体が移動していない初期状態のときに、その移動体の前記所定の位置を通るとともに前記２次元平面に垂直な前記軸の軸上に、工具類を設けることを特徴とする加工装置。
8. 前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載の前記移動装置を含むことを特徴とする加工装置。
   

Images