JP2016036227A - テーブル装置、位置決め装置、及び精密機械 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑え、搭載物の重量に起因するテーブルの寿命の低下を適切に防ぐことができるテーブル装置、位置決め装置、及び精密機械を提供する。【解決手段】テーブル装置１は、裏面が壁に対向させて設置された基台１０と、基台１０のおもて面１０ａ上に延設された１対の案内レール３１と、案内レール３１に摺動可能に設置された１対のスライダ３２を裏面２０ｂに備えて基台１０に対して直動運動するテーブル２０とを備え、固定子４１と可動子４２との磁気吸引力の向きが、テーブル２０のおもて面２０ａに設置された搭載物９０の重力に逆らう向きになるように支持部５０が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、可動コイル型のリニアモータを有するテーブル装置、並びにこのテーブル装置を用いた位置決め装置、及び精密機械に関する。

従来より、可動コイル型のリニアモータを有するテーブル装置を壁掛け用のテーブル装置として適用した場合の構成として、図４に示す構成が考えられる。
図４に示すように、テーブル装置１００は、裏面１１０ｂが壁Ｗに対向させて固定された基台１１０のおもて面１１０ａに、中央にリニアモータ１３０の固定子１３１を固定すると共に、その固定子１３１を挟むようにして左右両サイドに平行に一対の直動案内部（リニアガイド）１４０の案内レール１４１，１４１が固定されている。

それら案内レール１４１，１４１には、案内レール１４１，１４１毎にスライダ１４２，１４２が搭載されている。そして、スライダ１４２，１４２に下面を支持されたテーブル１２０がスライダ１４２，１４２に取り付けてある。
そして、テーブル１２０の裏面には、リニアモータ１３０の可動子１３２が、ボルト止めなどの手段で固定して装着されている。

可動子１３２のコイルは、その巻線方向が固定子１３１の永久磁石（図示せず）の延長方向に対し直交するようにして、それら永久磁石の面との間に最小必要限のエアギャップを介して配置される。
しかし、図４に示すような構成のテーブル装置１００では、基台１１０が壁Ｗに設置されているため、リニアモータ１３０を構成する固定子１３１と可動子１３２との磁気吸引力が直動案内部１４０の駆動力を低下させる可能性があった。その結果、テーブル１２０（直動案内部１４０）の寿命を低下させる可能性があった。

そこで、リニアモータ１３０を構成する固定子１３１と可動子１３２との磁気吸引力を相殺する構造を備えた技術が特許文献１に開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、テーブルのおもて面に設置された搭載物１９０の重力Ｆの向きの負荷を軽減する構成を有していない。そこで、リニアモータ１３０を構成する固定子１３１と可動子１３２との磁気吸引力を相殺し、さらにその分力で重力の向きの負荷を低減する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００１−８６７２７号公報 特開２００６−１４２３８６号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、重力の向きの負荷を低減するために、リニアモータを複数（例えば２つ）設けているため、低コスト化が困難であるという点で改善の余地があった。
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、製造コストを抑え、搭載物の重量に起因するテーブルの寿命の低下を適切に防ぐことができるテーブル装置、位置決め装置、及び精密機械を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためのテーブル装置のある態様は、裏面が壁に対向させて設置された基台と、
上記基台の長手方向に沿っておもて面上に延設された１対の案内レールと、
上記案内レールのそれぞれに対して摺動可能に設置されたスライダを裏面に備えて上記基台に対して直動運動するテーブルとを備え、
隣り合う磁極の極性が異なるように並べて配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、上記固定子に対向して設けられ、上記固定子の上記永久磁石と共働して移動推進力が付与される複数個の電機子コイルを有する可動子との磁気吸引力の向きが、上記テーブルのおもて面に設置された搭載物の重力に逆らう向きになるように支持部が設けられる。

また、上記テーブル装置においては、上記支持部が、上記基台のおもて面から上記テーブルの裏面に向かって突出する第１支持部と、上記テーブルの裏面から上記基台の裏面に向かって突出する第２支持部とからなり、
第１支持部と第２支持部とが上記搭載物の重力の向きに重畳するように配置され、第１支持部に設けられた固定子と第２支持部に設けられた可動子とが上記搭載物の重力の向きに沿って対向するように設けられることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記基台の端部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記テーブルの端部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、第１支持部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように、上記直動案内部の一方のスライダと第２支持部との間の上記テーブルの裏面にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。
また、上記テーブル装置においては、第２支持部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記エンコーダヘッドに対向するように、上記直動案内部の一方の案内レールと第１支持部との間の上記基台のおもて面にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

上記課題を解決するための位置決め装置のある態様は、テーブル装置を備え、
そのテーブル装置は、裏面が壁に対向させて設置された基台と、
上記基台の長手方向に沿っておもて面上に延設された１対の案内レールと、
上記案内レールのそれぞれに対して摺動可能に設置されたスライダを裏面に備えて上記基台に対して直動運動するテーブルとを備え、
隣り合う磁極の極性が異なるように並べて配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、上記固定子に対向して設けられ、上記固定子の上記永久磁石と共働して移動推進力が付与される複数個の電機子コイルを有する可動子との磁気吸引力の向きが、上記テーブルのおもて面に設置された搭載物の重力に逆らう向きになるように支持部が設けられる。

また、上記テーブル装置においては、上記支持部が、上記基台のおもて面から上記テーブルの裏面に向かって突出する第１支持部と、上記テーブルの裏面から上記基台の裏面に向かって突出する第２支持部とからなり、
第１支持部と第２支持部とが上記搭載物の重力の向きに重畳するように配置され、第１支持部に設けられた固定子と第２支持部に設けられた可動子とが上記搭載物の重力の向きに沿って対向するように設けられることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記基台の端部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記テーブルの端部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、第１支持部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように、上記直動案内部の一方のスライダと第２支持部との間の上記テーブルの裏面にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。
また、上記テーブル装置においては、第２支持部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記エンコーダヘッドに対向するように、上記直動案内部の一方の案内レールと第１支持部との間の上記基台のおもて面にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

上記課題を解決するための精密機械のある態様は、テーブル装置を備え、
そのテーブル装置は、裏面が壁に対向させて設置された基台と、
上記基台の長手方向に沿っておもて面上に延設された１対の案内レールと、
上記案内レールのそれぞれに対して摺動可能に設置されたスライダを裏面に備えて上記基台に対して直動運動するテーブルとを備え、
隣り合う磁極の極性が異なるように並べて配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、上記固定子に対向して設けられ、上記固定子の上記永久磁石と共働して移動推進力が付与される複数個の電機子コイルを有する可動子との磁気吸引力の向きが、上記テーブルのおもて面に設置された搭載物の重力に逆らう向きになるように支持部が設けられる。

また、上記テーブル装置においては、上記支持部が、上記基台のおもて面から上記テーブルの裏面に向かって突出する第１支持部と、上記テーブルの裏面から上記基台の裏面に向かって突出する第２支持部とからなり、
第１支持部と第２支持部とが上記搭載物の重力の向きに重畳するように配置され、第１支持部に設けられた固定子と第２支持部に設けられた可動子とが上記搭載物の重力の向きに沿って対向するように設けられることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記基台の端部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように上記テーブルの移動方向に直交する方向の上記テーブルの端部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

また、上記テーブル装置においては、第１支持部にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールに対向するように、上記直動案内部の一方のスライダと第２支持部との間の上記テーブルの裏面にエンコーダヘッドが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。
また、上記テーブル装置においては、第２支持部にエンコーダヘッドが設けられ、
上記エンコーダヘッドに対向するように、上記直動案内部の一方の案内レールと第１支持部との間の上記基台のおもて面にリニアスケールが設けられ、
上記リニアスケールと上記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成されることが好ましい。

本発明によれば、製造コストを抑え、搭載物の重量に起因するテーブルの寿命の低下を適切に防ぐことができるテーブル装置、位置決め装置、及び精密機械を提供することができる。

テーブル装置の第１実施形態の構成を示す断面図である。 テーブル装置の第２実施形態の構成を示す断面図である。 テーブル装置の第３実施形態の構成を示す断面図である。 テーブル装置の従来の構成を示す断面図である。

以下、本発明に係るテーブル装置、位置決め装置、及び精密機械の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、本発明のテーブル装置としては、例えば、半導体装置、液晶表示装置等の製造、検査等に用いられるテーブル装置等が挙げられる。また、本発明の位置決め装置としては、例えば、上記テーブル装置を用いて数値制御等で位置決めを行う位置決め装置等が挙げられる。さらに、本発明の精密機械としては、例えば、上記テーブル装置を用いた、工作機械、測定機械、精密加工機械、精密検査装置、精密スキャン装置、フラットパネルディスプレイ製造装置、及び半導体デバイス製造装置等が挙げられる。

以下、テーブル装置を中心に説明する。なお、以下の説明では、各図の「Ｘ方向」の一方の向きに面する各面を「おもて面」、「Ｘ方向」の他方の向きに面する各面を「裏面」として説明する。
（第１実施形態）
図１は、テーブル装置の第１実施形態の構成を示す断面図である。ここで、図１は、基台１０に対するテーブル２０の駆動方向（移動方向）に直交する方向に沿う断面図である。

＜構成＞
図１に示すように、本実施形態のテーブル装置１は、基台１０と、テーブル２０と、直動案内部（リニアガイド）３０と、リニアモータ４０と、支持部５０と、リニアエンコーダ６０とを有する。このテーブル装置１は、基台１０の裏面１０ｂが壁Ｗに対向させて設置される。ここで、基台１０は、おもて面１０ａに開のＵ字状の断面形状をなすように、天板部１０Ａと、その天板部１０ＡのＺ方向の両端部に立設された１対の脚部１０Ｂ，１０Ｂとからなる。

［直動案内部］
基台１０の脚部１０Ｂ，１０Ｂのおもて面１０ａには、基台１０の長手方向（図１中、Ｙ方向）に沿って１対の案内レール３１，３１が延設されている。これら対をなすそれぞれの案内レール３１，３１は、図１中のＺ方向に等間隔を保って基台１０のおもて面１０ａに設けられる。
また、テーブル２０の裏面２０ｂには、案内レール３１，３１のそれぞれに対して図１中のＹ方向に摺動可能にスライダ３２，３２が設置されている。案内レール３１とスライダ３２とが直動案内部３０を構成し、案内レール３１に対してスライダ３２が摺動することにより、基台１０に対してテーブル２０が図１中のＹ方向に直動運動する。

［支持部］
支持部５０は、第１支持部５１と第２支持部５２とからなる。第１支持部は、図１中のＸ方向に沿って、基台１０の天板部１０Ａのおもて面１０ａからテーブル２０の裏面２０ｂに向かって突出するように設けられる。また、第２支持部５２は、図１中のＸ方向に沿って、テーブル２０の裏面２０ｂから基台１０の天板部１０Ａのおもて面１０ａに向かって突出するように設けられる。

第１支持部５１及び第２支持部５２は、テーブル２０のおもて面２０ａに設置された搭載物９０の重力Ｆの向きに沿って重畳するように配置される。重力Ｆの向きは、図１中のＺ方向に沿う向きである。
また、第１支持部５１及び第２支持部５２には、それぞれ、テーブル２０のおもて面２０ａに設置された搭載物９０の重力Ｆの向き、及び図１中のＺ方向に沿って対向する平坦な対向面５１ａ，５２ａが形成されている。

［リニアモータ］
リニアモータ４０は、固定子４１と可動子４２とを有してなる。固定子４１は、隣り合う磁極の極性が異なるように図１中のＹ方向に並べて配設した複数個の永久磁石からなり、第１支持部５１の対向面５１ａに設けられている。
また、可動子５２は、固定子４１の永久磁石と共働して移動推進力が付与される複数個の電機子コイルを有してなり、第２支持部５２の対向面５２ａに設けられている。

すなわち、第１支持部５１の対向面５１ａに設けられた固定子４１と、第２支持部５２の対向面５２ａに設けられた可動子４２とが搭載物９０の重力Ｆの向き、及び図１中のＺ方向に沿って対向するように設けられる。よって、リニアモータ４０は、固定子４１に対する可動子４２の磁気吸引力Ｆ_Ｍの向きが、テーブル２０のおもて面２０ａに設置された搭載物９０の重力Ｆに逆らう向きになるように設置される。すなわち、磁気吸引力Ｆ_Ｍの向きは、図１中のＺ方向において、重力Ｆの向きと逆向きである。

［リニアエンコーダ］
テーブル装置１には、固定子４１の永久磁石と可動子４２との相対位置を検出する位置検出手段としてリニアエンコーダ６０が設けられている。具体的には、図１に示すように、リニアエンコーダ６０は、リニアスケール６１とエンコーダヘッド６２とにより構成される。リニアスケール６１は、テーブル２０の移動方向に直交する方向（壁Ｗの高さ方向）の基台１０の端部に設けられる。リニアスケール６１は、直動案内部３０の案内レール３１と平行に基台１０のおもて面１０ａに図１中のＹ方向に延設して固定されている。一方、リニアスケール６１に対向するようにテーブル２０の移動方向に直交する方向のテーブル２０の端部にエンコーダヘッド６２が図１中のＹ方向に延設されている。
リニアエンコーダ６０は、このような構成をなすことにより、可動子４２の現在位置情報を得て、モータ駆動用ドライバ（図示せず）を経てコイルへの通電をフィードバック制御することで、テーブル２０を自在に移動させると共に、任意に位置決めして停止させることができる。

＜動作＞
次に、本実施形態のテーブル装置１の動作について説明する。可動子４２のコイルに駆動電流を流すと、その電流と固定子４１の永久磁石の磁束との相互作用により、可動子４２と固定子４１との間に相対的な推力が働き、可動子４２が図１中のＹ方向に動き出す。これに伴って、テーブル２０が直動案内部３０のスライダ３２を介して案内レール３１に案内されつつ図１中のＹ方向の順の向きに移動する。一方、可動子４２のコイルに逆方向の電流を流すと、可動子４２には上記とは逆の向きの駆動力が作用するので、可動子４２が図１中のＹ方向における逆の向きに動き出す。このようにして、可動子４２のコイルへの電流の強さ及びその電流の向きを適宜に選択すれば、可動子４２、すなわちテーブル２０を図１中のＹ方向の所定位置に自在に移動させることができる。

以上説明したように、本実施形態のテーブル装置１では、支持部５０を設けることによってリニアモータ４０の固定子４１と可動子４２との配置を変えて、リニアモータ４０の磁気吸引力が、搭載物９０の重力の向きとは反対の向きに働くように構成した。その結果、リニアモータ４０の磁気吸引力が、搭載物９０の重力Ｆの向きに逆らうように押し上げる力に転換されるので、リニアモータを複数設ける必要がなく、製造コストを抑えることができる。また、搭載物９０の重力によるテーブル２０の負荷（捻れ、歪みなど）を相殺し、直動案内部３０の運動性能を大幅に軽減するため、直動案内部３０の本来有する性能を十分に発揮させることができるという効果を奏する。

このように、本実施形態のテーブル装置１によれば、テーブル２０における搭載物９０の重力の向きの負荷が軽減されるので、直動案内部３０の長寿命化が可能となる。
また、搭載物９０の重量によってテーブル２０が大きな変形をせず、リニアモータ４０を構成する固定子４１と可動子４２とのギャップが安定するため、テーブル２０の駆動推力の安定や、搭載物９０の変形等の影響が軽減される。
したがって、本実施形態のテーブル装置１は、製造コストを抑え、搭載物９０の重量に起因するテーブル２０の寿命の低下を適切に防ぐことができる。
また、このようなテーブル装置を用いた位置決め装置及び精密機械についても、製造コストが抑えられ、寿命の低下を適切に防ぐことができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明に係るテーブル装置の第２実施形態の構成を示す長手方向に直交する方向に沿う断面図である。なお、本実施形態のテーブル装置は、リニアエンコーダの設置態様が上述した第１実施形態と異なるだけであるため、第１実施形態と重複又は相当する部材等については図に同一符号を付して説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態のテーブル装置１は、第１支持部５１にリニアスケール６１が設けられている。また、リニアスケール６１に対向するように、直動案内部３０の一方のスライダ３２Ａと第２支持部５２との間のテーブル２０の裏面２０ｂにエンコーダヘッド６２が設けられている。

このように、本実施形態では、リニアスケール６１とエンコーダヘッド６２とによって構成されるリニアエンコーダ６０が図２中のＺ方向における直動案内部３０，３０間に設置されている。そのため、テーブル装置１の幅方向（壁Ｗの高さ方向（図２中のＺ方向））の寸法を小さくし、省スペース化を実現することができる。また、リニアエンコーダ６０が、基台１０と、テーブル２０と、直動案内部３０とに囲まれて設置されるので、リニアエンコーダ６０に異物が介在することも少なくなる。その結果、リニアエンコーダ６０の位置検出精度が向上し、リニアモータ４０の制御性も良好になるという効果を奏する。

（第３実施形態）
図３は、本発明に係るテーブル装置の第３実施形態の構成を示す長手方向に直交する方向に沿う断面図である。なお、本実施形態のテーブル装置も、リニアエンコーダの設置態様が上述した第１実施形態と異なるだけであるため、第１実施形態と重複又は相当する部材等については図に同一符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態のテーブル装置１は、第２支持部５２にエンコーダヘッド６２が設けられている。また、エンコーダヘッド６２に対向するように、直動案内部３０の一方の案内レール３１Ａと第１支持部５１との間の基台１０の天板部１０Ａのおもて面１０ａにリニアスケール６１が設けられている。

このように、本実施形態では、第２実施形態と同様に、リニアスケール６１とエンコーダヘッド６２とによって構成されるリニアエンコーダ６０が（図３中のＺ方向）直動案内部３０，３０間に設置されている。そのため、図２中のＺ方向に沿うテーブル装置１の幅方向（壁Ｗの高さ方向）の寸法を小さくし、省スペース化を実現することができる。また、リニアエンコーダ６０が、基台１０と、テーブル２０と、直動案内部３０とに囲まれて設置されるので、リニアエンコーダ６０に異物が介在することも少なくなる。その結果、リニアエンコーダ６０の位置検出精度が向上し、リニアモータ４０の制御性も良好になるという効果を奏する。
以上、テーブル装置、位置決め装置、及び精密機械の実施形態について説明したが、本発明に係るテーブル装置、位置決め装置、及び精密機械は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

１ テーブル装置
１０ 基台
１０ａ おもて面
１０ｂ 裏面
２０ テーブル
２０ａ おもて面
２０ｂ 裏面
３０ 直動案内部
３１ 案内レール
３２ スライダ
４０ リニアモータ
４１ 固定子
４２ 可動子
５０ 支持部
５１ 第１支持部
５２ 第２支持部
６０ リニアエンコーダ
６１ リニアスケール
６２ エンコーダヘッド
９０ 搭載物

Claims (7)

1. 裏面が壁に対向させて設置された基台と、
   前記基台の長手方向に沿っておもて面上に延設された１対の案内レールと、
   前記案内レールのそれぞれに対して摺動可能に設置されたスライダを裏面に備えて前記基台に対して直動運動するテーブルとを備え、
   隣り合う磁極の極性が異なるように並べて配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、前記固定子に対向して設けられ、前記固定子の前記永久磁石と共働して移動推進力が付与される複数個の電機子コイルを有する可動子との磁気吸引力の向きが、前記テーブルのおもて面に設置された搭載物の重力に逆らう向きになるように支持部が設けられることを特徴とするテーブル装置。
2. 前記支持部が、前記基台のおもて面から前記テーブルの裏面に向かって突出する第１支持部と、前記テーブルの裏面から前記基台の裏面に向かって突出する第２支持部とからなり、
   第１支持部と第２支持部とが前記搭載物の重力の向きに重畳するように配置され、第１支持部に設けられた固定子と第２支持部に設けられた可動子とが前記搭載物の重力の向きに沿って対向するように設けられる請求項１に記載のテーブル装置。
3. 前記テーブルの移動方向に直交する方向の前記基台の端部にリニアスケールが設けられ、
   前記リニアスケールに対向するように前記テーブルの移動方向に直交する方向の前記テーブルの端部にエンコーダヘッドが設けられ、
   前記リニアスケールと前記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成される請求項１に記載のテーブル装置。
4. 第１支持部にリニアスケールが設けられ、
   前記リニアスケールに対向するように、前記直動案内部の一方のスライダと第２支持部との間の前記テーブルの裏面にエンコーダヘッドが設けられ、
   前記リニアスケールと前記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のテーブル装置。
5. 第２支持部にエンコーダヘッドが設けられ、
   前記エンコーダヘッドに対向するように、前記直動案内部の一方の案内レールと第１支持部との間の前記基台のおもて面にリニアスケールが設けられ、
   前記リニアスケールと前記エンコーダヘッドとによりリニアエンコーダが構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のテーブル装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のテーブル装置を備えたことを特徴とする位置決め装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のテーブル装置を備えたことを特徴とする精密機械。

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