JP5594945B2 - アンプ回路を備えたスライド装置 - Google Patents

Description

この発明は、一定の移動軌跡に沿って移動する移動体の位置検出を可能にするアンプ回路を備えたスライド装置に関する。

例えば、半導体製造などの加工装置では、ワークを移動体に載せて所定位置まで移動し、加工を施していたが、この加工装置では、ワークの位置を正確に定めなければならない。
このように、ワークの位置を正確に定めるため、加工装置におけるワークの移動機構として、本願出願人は特願２００８−００９２２３号において位置検出にホール素子を利用した小型スライド装置を提案している。

この従来の小型スライド装置には、スライドテーブルに永久磁石を設け、このスライドテーブルをガイドするレール側にホール素子を設けた位置検出装置を備えている。このようにした位置検出装置では、例えば、スライドテーブルが加工装置の原点位置に一致していることを検出するためのホール素子を、加工装置の原点と対応させて正確に設置し、スライドテーブルの永久磁石がホール素子と正対したとき、すなわち、ホール素子がピーク電圧を出力したとき、上記加工装置に対してスライドテーブル、すなわち、ワークが正確に位置決めされたと判定するようにしていた。
特許第３９２７２８５号公報

上記のようにした従来の位置検出装置では、ホール素子がピーク電圧を出力したときの位置をもってスライドテーブルの原点位置としているが、もし、ホール素子の設置位置が、加工装置の原点から少しでもずれていると、ピーク電圧が出力される位置が、原点位置からずれてしまう。特に、レールとスライドテーブルからなるスライド装置と、加工装置とを別々に設置する場合には、それらの組み付け誤差などのために、両者の相対位置がずれやすく、結果的に、ホール素子と加工装置の原点位置とがずれることがあった。

上記のような、相対的な位置ずれは、スライド装置と加工装置とを設置して初めて分かるものである。そのために、両者の相対位置を修正しようとすれば、例えば、スライド装置の位置を修正するか、あるいはホール素子の位置を修正するかいずれかであるが、いずれにしても、微小な修正を強いられるので、極めて難しいものである。
例えば、スライド装置などの移動機構の位置を修正する場合には、スライド装置を設置位置から取り外し、位置を修正しなければならないので、作業が面倒であるだけでなく、再設置しても正確性を保つことが難しいという問題もあった。

一方、ホール素子の位置だけを修正する場合には、ホール素子そのものが極めて微細なものなので、その位置調整も難しくなるという問題があった。
このような問題は、上記スライド装置を、半導体製造装置や、加工装置など、正確な位置管理が必要な様々な装置に取り付けた場合に、同様に発生する問題である。

この発明の目的は、移動機構や、ホール素子などの物理的な位置を変えることなく、移動体の検出位置を修正できるアンプ回路を備えたスライド装置を提供することである。

第１の発明は、モーターを駆動源とするとともに一定の移動軌跡に沿って移動可能にした移動体に、永久磁石あるいはホール素子のいずれか一方を設け、上記移動軌跡上には永久磁石あるいはホール素子のいずれか他方を設け、これら永久磁石とホール素子との対向位置に応じてホール素子に発生する起電力に基づきホール素子から出力される電圧に応じて検出信号を出力するアンプ回路を備えたスライド装置において、上記アンプ回路はホール素子から出力された電圧値を増幅して出力する増幅部と、この増幅部から出力された信号としきい値とを比較する比較部と、この比較部に入力されるしきい値を可変制御するための可変抵抗からなる可変制御部とを備え、上記比較部は上記増幅部で増幅された電圧値がしきい値よりも大きいときに、上記モーターを制御するコントローラに対して検出信号を出力し、その信号出力位置をもって上記移動体の位置を検出するとともに、上記可変制御部が上記しきい値を変更することによって上記移動軌跡上に設けたホール素子あるいは永久磁石と目的の位置とのずれを電気的に補正可能にした点に特徴を有する。

この発明では、比較部のしきい値を調整することによって、ホール素子の位置を移動したのと同様に、移動体の検出位置を調整できる。
言い換えれば、ホール素子を物理的に移動しなくても、移動体の検出位置を変更したり、移動体を設置する加工装置の原点位置などを調整したりできる。
また、アンプ回路は増幅部を備えているので、ホール素子から出力される電圧が微小であってもそれを信号として検出することができるようになる。例えば、ホール素子と永久磁石との距離が離れていてもその位置を検出することができる。

図１〜図７に示すこの発明の実施形態は、加工装置にスライド装置Ｓを取り付けたシステムであり、上記スライド装置Ｓにアンプ回路Ａを接続している。
図１は、このシステムの構成図であるが、このシステムは、スライド装置Ｓと、アンプ回路Ａと、コントローラＣとを備えている。上記アンプ回路Ａは、スライド装置Ｓに設けた、後で説明するホール素子から出力される電圧が入力されると、その電圧値に応じて、検出信号をコントローラＣへ出力する回路である。
また、コントローラＣは、上記アンプ回路Ａから出力される位置検出信号に応じて、スライド装置Ｓを駆動制御する機能を備えている。なお、このコントローラＣは、上記スライド装置Ｓを取り付けた図示しない加工装置を制御する機能を兼ね備えてもよい。

なお、上記スライド装置Ｓは、本願出願人が出願した特願２００８−００９２２３号において提案している小型スライド装置であるが、図２，３に示すように、基台１の取り付け面１ａに、一対のレール２，２を平行に敷設するとともに、このレール２，２に沿ってスライドテーブル３を移動するようにしている。つまり、上記スライドテーブル３であって、取り付け面１ａと対向する面３ａには、断面をコ字状にしたガイド部材４，４を設け、これらガイド部材４，４を上記レール２，２に摺動自在に跨がせている。

さらに、上記スクリューシャフト７の一端には、キャップ部材８を圧入固定し、このキャップ部材８を、基台１に固定したケーシング９に組み込んだアンギュラベアリング１０で支持し、スクリューシャフト７の軸心を保持するようにしている。そして、上記基台１を加工装置の所定の箇所に固定するようにしている。
なお、上記ケーシング９の上記孔の開口には、蓋部材１１を固定して、ケーシング９からアンギュラベアリング１０が抜け出さないようにしている。
そして、上記キャップ部材８とは反対側におけるカップリング部材１２には、モーターＭの回転軸１３を挿入するとともに、この回転軸１３を止めネジＮ２で固定し、カップリング部材１２と回転軸１３とが一体回転するようにしている。

さらに、アンギュラベアリング１０の内輪１０ａには、キャップ部材８を挿入して、上記フランジ８ａを内輪１０ａに当接させるとともに、キャップ部材８であってフランジ８ａとは反対端を上記内輪１０ａの外方に突出させている。そして、この突出部分には、カップリング部材１２をはめるとともに、このカップリング部材１２とキャップ部材８とを止めネジＮ１で固定し、両者が一体回転するようにしている。
また、上記のようにしてカップリング部材１２を固定することによって、アンギュラベアリング１０が、このカップリング部材１２とフランジ８ａとの間に挟みこまれる。これにより、キャップ部材８およびこのキャップ部材８を固定したスクリューシャフト７が軸方向にがたつくのを規制している。

さらにまた、図３に示すように、上記スライドテーブル３には、レール２の軸方向に貫通する孔５を形成するとともに、この孔５内にボールナット６を固定し、当該ボールナット６とスクリューシャフト７のねじ溝とをねじ結合させている。
従って、モーターＭが駆動して回転軸１３が回転すれば、スクリューシャフト７が回転し、この回転力によってボールナット６およびスライドテーブル３が一体となって、レール２に沿って移動することとなる。つまり、この実施形態では、スライドテーブル３がこの発明の移動体であり、上記レール２がこの発明の一定の移動軌跡である。

一方、図４に示すように、上記基台１の取り付け面１ａには、組み付け凹部１４，１５を形成するとともに、この組み付け凹部１４，１５のそれぞれに基板１６，１７を組み付けている。上記基板１６には、１つのホール素子１６ａを実装する一方、上記基板１７には、３つのホール素子１７ａ〜１７ｃを、レール２の長手方向に沿って順に実装している。
なお、上記基板１６，１７を組み付け凹部１４，１５に組み付けたとき、ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃの上面すなわちスライドテーブル３との対向面が上記凹部１４，１５から突出しない寸法関係を維持している。
また、上記図４における符号２１は、基板１６，１７に、ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃを実装するために設けたハンダエリアである。

上記基板１６，１７には図示しない電源に接続する複数の配線が接続されている。また、ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃに電流が流れた状態で、これら各素子に磁界を加えると起電力（ホール電圧）が生じるが、この起電力に基づく電圧を、配線を介してアンプ回路Ａへ導くようにしている。そして、これら各素子に接続する配線は、取り付け面１ａに形成した配線用凹部２０に組み込んでいる（図４参照）。

一方、図３に示すように、上記スライドテーブル３の面３ａには、基台１の取り付け面１ａ側に突出する突部１８を形成するとともに、この突部１８に永久磁石１９を固定している。この永久磁石１９は、スライドテーブル３がレール２，２に沿って移動する過程で、上記基板１６，１７の各ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃに対向する位置に設けている。
従って、上記ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃのそれぞれは、電流を供給された状態で、上記永久磁石１９と正対したときに、最も大きな電圧を出力することになる。

なお、この実施形態においては、４つのホール素子を設けているが、ホール素子１６ａおよび１７ｃはスライドテーブル３のストローク端を検出するリミットセンサとして機能する。また、ホール素子１７ｂは、加工装置に電源を入れたときの、スライドテーブル３の初期位置となる原点を検出する原点センサとして機能し、ホール素子１７ａは、スライドテーブル３が図４の矢印方向に移動しているときに、原点が近いことを検出する原点前センサとして機能する。

このような原点前センサを備えたのは、スライドテーブル３を原点で正確に停止させるためである。図４における左側のストローク端から矢印方向へスライドテーブル３を移動させたとき、原点前センサとなるホール素子１７ａでスライドテーブル３を検出したら、モーターＭの回転速度を落としてスライドテーブル３の移動速度を下げるようにすれば、原点センサであるホール素子１７ｂがスライドテーブル３を検出した時点でモーターＭを止めて、スライドテーブル３を直ちに停止できるからである。しかも、原点前センサでスライドテーブル３を検出するまでの間は、移動速度を速くすることができる。

一方、上記アンプ回路Ａは、ホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃから出力される電圧によって位置検出信号を出力するようにしているが、図５に示すように、スライド装置Ｓのホール素子１６ａおよび１７ａ〜１７ｃから出力される電圧を増幅する増幅部ａ１と、この増幅部ａ１で増幅された電圧値をしきい値と比較して検出信号を出力する比較部ａ２とを備えている。

比較部ａ２は、増幅部から出力され端子２２から入力される電圧と、端子２３から入力されるしきい値電圧とを対比して、端子２２から入力された電圧値がしきい値電圧を超えた場合に、コントローラＣに対してスライドテーブル３を検出した検出信号を出力するようにしている。
また、上記端子２３にはこの発明の可変制御部を構成する可変抵抗Ｒを接続し、この抵抗値を変更することによって上記しきい値を変更可能にしている。具体的には、可変抵抗を調整するつまみを設け、手動で調整できるようにしている。
なお、図５では、増幅部ａ１及び比較部ａ２を一つずつしか表わしていないが、増幅部ａ１と比較部ａ２とは、ホール素子ごとに備えなければならない。

以下に、この実施形態の作用を説明する。この実施形態の位置検出装置は、４個のホール素子１６ａ、１７ａ〜１７ｃを備え、スライドテーブル３の４つの位置を検出可能にしているが、位置検出原理は全て同じなので、以下では原点センサとして機能するホール素子１７ｂについて説明する。

上記ホール素子１７ｂを原点センサとするためには、スライド装置Ｓの基台１を、加工装置に取り付ける際には、加工装置の原点に上記ホール素子１７ｂを一致させるようにする。
一方、ホール素子１７ｂにスライドテーブル３が接近し、ホール素子１７ｂに起電力が発生して出力される電圧は、両者が正対したときに最大値となる。従って、アンプ回路Ａの増幅部ａ１において増幅され、比較部ａ２に入力される電圧値も、図６に示すグラフ（１）のように、ホール素子１７ｂに永久磁石１９が正対したときにピーク電圧値Ｖ１となる。

なお、図６に示すｘ軸は加工装置の軸方向位置で、その原点「０」にホール素子１７ｂが一致している場合を示している。そして、グラフ（１）は、図５に示す比較部ａ２の端子２２に入力される電圧値で、原点検出用のホール素子１７ｂから出力された電圧値に基づくものである。また、グラフ（２）は、比較部ａ２からコントローラＣに対して出力される検出信号である。
そして、この実施形態においてアンプ回路Ａは、原点でスライドテーブル３を検出したときに「０」信号を検出信号とするようにしている。つまり、スライドテーブル３を検出していない時に、レベル「１」の信号を出力し続け、検出したときにレベル「１」の信号出力を停止するようにしている。なお、ここでは、常時レベル「１」の信号を出力し、その出力を停止する場合も、レベル「０」の検出信号を出力するという。

このように、ホール素子１７ｂと加工装置の原点とがぴったり一致していれば、スライドテーブル３の永久磁石１９がホール素子１７ｂと正対したとき、スライドテーブル３が加工装置の原点位置にあることになる。
そこで、比較部ａ２のしきい値を、上記ピーク電圧値Ｖ１とほぼ等しい値に設定すれば、スライドテーブル３が、上記ホール素子１７ｂと正対したとき、すなわち、図６のグラフ（２）のポイントＰ１の位置で、比較部ａ２が検出信号を出力することになる。従って、コントローラＣはアンプ回路Ａからの検出信号の入力によってスライドテーブル３が原点に達したことを検出できることになる。

しかし、上記したように、スライド装置Ｓの基台１を加工装置に設置するときに、基台１に固定されたホール素子１７ｂの位置を加工装置の原点０に正確に位置させることは難しく、僅かにずれてしまうことがある。
例えば、図７に示すように、ホール素子１７ｂが加工装置の原点から距離ｘ１だけずれて設置されたとすると、スライドテーブル３が加工装置の原点から距離ｘ１だけずれたところで、ピーク電圧値Ｖ１がアンプ回路Ａの比較部ａ２に入力されることになる。

言い換えれば、スライドテーブル３が、加工装置の原点「０」にあるときには、比較部ａ２には、ピーク電圧値Ｖ１よりも小さな電圧値Ｖ２が入力されることになる。
上記従来の位置検出装置では、上記ピーク電圧値Ｖ１が入力されたときにのみ、スライドテーブル３を検出した検出信号をコントローラＣへ出力するようにしていたので、電圧値Ｖ２が入力されたときには、検出信号が出力されない。

しかし、この実施形態のアンプ回路Ａでは比較部ａ２に設定するしきい値電圧を、可変抵抗Ｒを調整することによって変更することができる。そこで、図７に示すように、スライド装置Ｓのホール素子１７ｂが加工装置の原点から距離ｘ１だけずれているときには、上記電圧値Ｖ２を比較部ａ２のしきい値になるように可変抵抗Ｒを調整する。これにより、上記比較部ａ２は、図７のグラフ（４）のように、スライドテーブル３が加工装置の原点に達したポイントＰ１から、電圧値がＶ２以下となるポイントＰ２までの間で、検出信号を出力することになる。また、この検出信号によってＬＥＤなどを点灯させ、この実施形態の位置検出装置によってスライドテーブル３を検出したことを外から分かるようにすることができる。

なお、しきい値を調整する際には、実際にスライドテーブル３を一方向から移動させ、ホール素子以外の物理的な測定方法によってスライドテーブル３を実際に原点位置に停止させてから、コントローラＣに対して検出信号が出力されるように可変抵抗Ｒを調整する。このように可変抵抗Ｒを調整して、一旦、しきい値を調整すれば、その後は、ホール素子１７ｂによって原点を正確に検出できる。
つまり、ホール素子１７ｂを物理的に移動しなくても、スライドテーブル３が原点に位置したことを検出できるようになる。

以上では、原点を検出するホール素子１７ｂを例に説明したが、他のホール素子についても全く同様に、それぞれに接続した比較部ａ２のしきい値を調整することができ、それによって、原点など、各ホール素子が検出すべき位置において検出信号が出力されるようにすることができる、すなわち、ホール素子との目的位置とのずれを、電気的に解消して、正確な位置検出をすることができる。

なお、この実施形態では、スライドテーブル３に設けた永久磁石１９、基台１に固定したホール素子１６ａ、１７ａ〜１７ｃ、及びアンプ回路Ａが、位置検出装置を構成している。そして、アンプ回路Ａの増幅部ａ１は、各ホール素子から出力される電圧が微小であってもそれを増幅することによって信号として検出し、ホール素子と永久磁石との距離が離れていてもその位置を検出できるようにしている。

また、永久磁石とホール素子とはいずれを、スライドテーブル３に設けても、基台１に設けてもかまわない。但し、ホール素子側には信号線を設ける必要があるので、移動するスライドテーブル３側に、永久磁石を設けた方が構造をシンプルにできる。
一方、スライドテーブル３にホール素子を設け、基台１側に複数の永久磁石を設けるようにすれば、一つのホール素子で複数の位置を検出することもできる。

さらに、上記実施形態では、ホール素子が永久磁石を検出したとき、アンプ回路Ａから出力する検出信号を「０」とし、非検出時に「１」信号を出力するようにしているが、非検出時には「０」とし、検出時に「１」信号を出力するようにしてもよい。また、複数のホール素子を備えた位置検出装置においては、検出信号を「０」にするものと、「１」にするものとを組み合わせてもよい。
また、スライドテーブル３を検出したときに「１」信号を出力する方式では、それ以外のときに信号を出力しないようにできるので、非検出時にレベル「１」信号を出力し続ける場合と比べて節電できる。但し、いずれかのホール素子に対応するアンプ回路Ａで、非検出時にレベル「１」の信号を出力するようにしておけば、位置検出をしていない状態でも、電源をオンにした時点で信号の出力があるので、断線や、停電などの電気的な異常を検出できるというメリットがある。

なお、この実施形態の位置検出装置は、加工装置などに取り付けるとき、目的の位置関係を保てなかったときに、そのずれを補正するためだけでなく、装置を使用しているうちに、検出位置を変更したくなった場合にいつでも変更が可能である。例えば、ワークの変更に応じて加工装置の原点位置を変更したり、スライドテーブルの可動範囲を変更する目的でストロークエンドの検出位置を変更したりすることもできる。
また、上記実施形態では、この発明の移動体の移動軌跡をレールで維持しているが、移動体を予め決められた経路にそって移動させることができれば、レールなどのガイドは無くてもかまわない。

この発明の実施形態のシステム構成図である。 実施形態におけるスライド装置の正面図である。 図２のIII-III線断面図である。 スライド装置の基台の平面図である。 実施形態のアンプ回路の概念図である。 加工装置の原点と、位置検出装置の原点とが一致しているときに、位置検出に基づいて比較部に入力される電圧値（１）と、比較部から出力される検出信号（２）とを示したグラフである。 加工装置の原点と、位置検出装置の原点とにずれがあるときに、位置検出に基づいて比較部に入力される電圧値（３）と、比較部から出力される検出信号（４）とを示したグラフである。

符号の説明

Ｓ スライド装置
２ レール
３ スライドテーブル
１６，１７ 基板
１６ａ ホール素子
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ ホール素子
１９ 永久磁石
Ａ アンプ回路
ａ１ 増幅部
ａ２ 比較部
Ｒ 可変抵抗

Claims (1)

1. モーターを駆動源とするとともに一定の移動軌跡に沿って移動可能にした移動体に、永久磁石あるいはホール素子のいずれか一方を設け、上記移動軌跡上には永久磁石あるいはホール素子のいずれか他方を設け、これら永久磁石とホール素子との対向位置に応じてホール素子に発生する起電力に基づきホール素子から出力される電圧に応じて検出信号を出力するアンプ回路を備えたスライド装置において、
   上記アンプ回路はホール素子から出力された電圧値を増幅して出力する増幅部と、この増幅部から出力された信号としきい値とを比較する比較部と、この比較部に入力されるしきい値を可変制御するための可変抵抗からなる可変制御部とを備え、上記比較部は上記増幅部で増幅された電圧値がしきい値よりも大きいときに、上記モーターを制御するコントローラに対して検出信号を出力し、その信号出力位置をもって上記移動体の位置を検出するとともに、上記可変制御部が上記しきい値を変更することによって上記移動軌跡上に設けたホール素子あるいは永久磁石と目的の位置とのずれを電気的に補正可能にしたアンプ回路を備えたスライド装置。

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