本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、一部の構成要素を用いない場合もある。以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の一方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。X軸は、YZ平面と直交する。Y軸は、XZ平面と直交する。Z軸は、XY平面と直交する。XY平面は、X軸及びY軸を含む。XZ平面は、X軸及びZ軸を含む。YZ平面は、Y軸及びZ軸を含む。XY平面は、水平面と平行である。
(実施形態1)
図1及び図2は、実施形態1に係るスライダの駆動装置の一例を示す側面図である。図3は、実施形態1に係るスライダの駆動装置の一例を示す平面図である。図1は、スライダの駆動装置TAを−Y側から見た図である。図2は、スライダの駆動装置TAを+X側から見た図である。
スライダの駆動装置TAは、第1基台1と、第1基台1上において移動可能な第2基台(スライダ)2と、第2基台2上において移動可能なスライダ3と、第1基台1上において第2基台2を移動させるための駆動装置4と、第2基台2上においてスライダ3を移動させるための駆動装置5と、を備えている。スライダ3と第2基台(スライダ)2との側面には、実施形態1に係る直線位置検出装置30のスケール部32が固定されている(図3参照)。
また、スライダの駆動装置TAは、第1基台1に設けられ、第2基台2をガイドするガイド部材6と、第2基台2に設けられ、第1基台1との間に気体軸受7Zを形成可能であり、ガイド部材6との間に気体軸受7Xを形成可能な軸受部材7と、第2基台2に設けられ、ガイド部材6との間に気体軸受8Xを形成可能な軸受部材8と、第2基台2に設けられ、第1基台1との間に気体軸受9Zを形成可能な軸受部材9と、を備えている。
また、スライダの駆動装置TAは、第2基台2に設けられ、スライダ3をガイドするガイド部材10と、スライダ3に設けられ、第2基台2との間に気体軸受11Zを形成可能であり、ガイド部材10との間に気体軸受11Yを形成可能な軸受部材11と、スライダ3に設けられ、ガイド部材10との間に気体軸受12Yを形成可能な軸受部材12と、スライダ3に設けられ、第2基台2との間に気体軸受13Zを形成可能な軸受部材13と、を備えている。
また、スライダの駆動装置TAは、第1基台1と第2基台2との間に配置され、第2基台2を第1基台1に引き寄せる力をそれぞれ発生する吸引力発生装置14及び吸引力発生装置15と、第2基台2とスライダ3との間に配置され、スライダ3を第2基台2に引き寄せる力をそれぞれ発生する吸引力発生装置16及び吸引力発生装置17と、を備えている。
第1基台1は、XY平面と平行な基準面(上面、ガイド面)1Gを有する。第1基台1は、例えばスライダの駆動装置TAが設置される施設(例えば工場)の床面などに配置される。第1基台1は、セラミックスを含んでもよい。第1基台1は、例えば、アルミナ(Al2O3)セラミックスを含んでもよいし、ムライト(3Al2O3・2SiO2)セラミックスを含んでもよいし、窒化珪素(Si3N4)セラミックスを含んでもよい。第1基台1は、石を含んでもよい。
第2基台2は、第1基台1の基準面1G上において移動可能な可動部材である。第1基台1は、第2基台2を移動可能に支持する。本実施形態において、第2基台2は、第1基台1の基準面1G上においてY軸方向に移動する。第2基台2は、XY平面と平行な基準面(上面、ガイド面)2Gを有する。
スライダ3は、物体Sを支持可能である。スライダ3は、物体Sを支持する支持面(上面)3Sを有する。スライダ3は、第2基台2の基準面2G上において移動可能な可動部材である。第2基台2は、スライダ3を移動可能に支持する。本実施形態において、スライダ3は、第2基台2の基準面2G上においてX軸方向に移動する。
本実施形態においては、第2基台2がY軸方向に移動することにより、その第2基台2に支持されているスライダ3も、第2基台2と一緒にY軸方向に移動する。すなわち、本実施形態において、スライダ3は、X軸方向及びY軸方向の2つの方向に移動可能である。スライダ3は、所謂、XYスライダ(2軸スライダ、2次元スライダ)である。
ガイド部材6は、第1基台1の基準面1G上に配置される。ガイド部材6は、第2基台2をY軸方向にガイドする。ガイド部材6は、Y軸方向に長いレールを含む。ガイド部材6は、+Z方向を向く上面60と、−X方向を向く側面61と、+X方向を向く側面62と、を有する。側面62は、側面61の反対方向を向く。上面60は、XY平面と平行である。側面61及び側面62はそれぞれ、YZ平面と平行である。上面60、側面61、及び側面62はそれぞれ、平面である。ガイド部材6の熱膨張係数(線膨張係数)は、第1基台1の熱膨張係数(線膨張係数)とほぼ等しい。ガイド部材6は、セラミックスを含んでもよいし、石を含んでもよい。ガイド部材6と第1基台1とが同じ材料で形成されてもよい。
駆動装置4は、アクチュエータを含む。駆動装置4は、第2基台2をY軸方向に移動する。本実施形態において、駆動装置4は、リニアモータを含む。駆動装置4は、第1基台1に接続された固定子41と、第2基台2に接続された可動子42とを含む。固定子41がコイルを含み、可動子42が磁石を含んでもよい。固定子41が磁石を含み、可動子42がコイルを含んでもよい。
軸受部材7は、第2基台2に支持される。本実施形態において、第2基台2の下面2Uに支持部材18が固定される。軸受部材7は、支持部材18に固定される。本実施形態において、軸受部材7は、支持部材18を介して、第2基台2に支持(固定)される。なお、支持部材18を介さずに、軸受部材7が第2基台2に直接固定されてもよい。
軸受部材7は、第1基台1の基準面1Gと対向する下面70と、ガイド部材6の側面61と対向する側面71とを有する。下面70は、基準面1G(XY平面)と平行である。側面71は、側面61(YZ平面)と平行である。
軸受部材7は、第1基台1の基準面1Gと対向するように配置され、気体を供給可能な供給口72と、ガイド部材6の側面61と対向するように配置され、気体を供給可能な供給口73とを有する。供給口72は、下面70の少なくとも一部に配置される。供給口72から供給される気体により、基準面1Gと下面70との間に気体軸受7Zが形成される。供給口73は、側面71の少なくとも一部に配置される。供給口73から供給される気体により、側面61と側面71との間に気体軸受7Xが形成される。
軸受部材8は、第2基台2に支持される。本実施形態において、軸受部材8は、支持部材18に固定される。本実施形態において、軸受部材8は、支持部材18を介して、第2基台2に支持(固定)される。なお、支持部材18を介さずに、軸受部材8が第2基台2に直接固定されてもよい。
軸受部材8は、ガイド部材6の側面62と対向する側面81を有する。側面81は、側面62(YZ平面)と平行である。
軸受部材8は、ガイド部材6の側面62と対向するように配置され、気体を供給可能な供給口82を有する。供給口82は、側面81の少なくとも一部に配置される。供給口82から供給される気体により、側面62と側面81との間に気体軸受8Xが形成される。
軸受部材9は、第2基台2に支持される。本実施形態において、第2基台2の下面2Uに支持部材19が固定される。軸受部材9は、支持部材19に固定される。本実施形態において、軸受部材9は、支持部材19を介して、第2基台2に支持(固定)される。なお、支持部材19を介さずに、軸受部材9が第2基台2に直接固定されてもよい。
軸受部材9は、第1基台1の基準面1Gと対向する下面90を有する。下面90は、基準面1G(XY平面)と平行である。
軸受部材9は、第1基台1の基準面1Gと対向するように配置され、気体を供給可能な供給口91を有する。供給口91は、下面90の少なくとも一部に配置される。供給口91から供給される気体により、基準面1Gと下面90との間に気体軸受9Zが形成される。
軸受部材7と軸受部材9とは、X軸方向に関して離れている。X軸方向に関して、軸受部材7は、第2基台2の一端部(−X側の端部)に接続され、軸受部材9は、第2基台2の他端部(+X側の端部)に接続される。X軸方向に関して、軸受部材8及び駆動装置4は、軸受部材7と軸受部材9との間に配置される。X軸方向に関して、駆動装置4(可動子42)は、第2基台2のほぼ中央部に配置される。X軸方向に関して、軸受部材8は、軸受部材7及びガイド部材6と駆動装置4(可動子42)との間に配置される。X軸方向に関して、ガイド部材6は、軸受部材7と軸受部材8との間に配置される。X軸方向に関して、ガイド部材6の一側(−X側)に軸受部材7が配置され、ガイド部材6の他側(+X側)に軸受部材8が配置される。気体軸受7Z(供給口72)は、気体軸受7X(供給口73)及び気体軸受8X(供給口82)よりも−X側に配置される。気体軸受9Z(供給口91)は、気体軸受7X(供給口73)及び気体軸受8X(供給口82)よりも+X側に配置される。
第1基台1と第2基台2との間の空間の中心に対して、軸受部材7は、軸受部材8よりも外側(−X側)に配置される。第1基台1と第2基台2との間の空間の中心に対して、気体軸受7X(供給口73)は、気体軸受8X(供給口82)よりも外側(−X側)に配置される。第1基台1と第2基台2との間の空間の中心に対して、気体軸受7Z(供給口72)は、気体軸受7X(供給口73)よりも外側(−X側)に配置される。
本実施形態において、軸受部材7は、Y軸方向に関して複数配置される。複数の軸受部材7はそれぞれ離れている。本実施形態において、軸受部材7は、Y軸方向に関して2つ配置される。2つの軸受部材7は離れている。軸受部材7と同様、軸受部材8がY軸方向に関して複数(2つ)配置されてもよいし、軸受部材9がY軸方向に関して複数(2つ)配置されてもよい。
気体軸受7Z及び気体軸受9Zは、Z軸方向の力(浮上力)を発生する。Z軸方向に関する第2基台2の荷重は、気体軸受7Z及び気体軸受9Zによって支持される。すなわち、気体軸受7Z及び気体軸受9Zは、所謂、垂直方向気体軸受(上下方向気体軸受)である。
気体軸受7X及び気体軸受8Xは、X軸方向の力を発生する。X軸方向に関する第2基台2の荷重は、気体軸受7X及び気体軸受8Xによって支持される。すなわち、気体軸受7X及び気体軸受8Xは、所謂、水平方向気体軸受である。
気体軸受7Zにより、基準面1Gと下面70との間に間隙が形成される。気体軸受7Xにより、側面61と側面71との間に間隙が形成される。気体軸受8Xにより、側面62と側面81との間に間隙が形成される。気体軸受9Zにより、基準面1Gと下面90との間に間隙が形成される。また、気体軸受7Z及び気体軸受9Zにより、支持部材18、19(第2基台2)とガイド部材6の上面60との間に間隙が形成される。これにより、第2基台2は、第1基台1及びガイド部材6に非接触で支持される。第2基台2が第1基台1及びガイド部材6に非接触支持された状態で駆動装置4が作動することにより、第2基台2は、Y軸方向に移動する。
吸引力発生装置14及び吸引力発生装置15はそれぞれ、第2基台2を第1基台1に引き寄せる力を発生する。吸引力発生装置14は、軸受部材7の隣に配置される。第1基台1と第2基台2との間の空間の中心に対して、吸引力発生装置14は、軸受部材7よりも外側(−X側)に配置される。吸引力発生装置15は、軸受部材9の隣に配置される。第1基台1と第2基台2との間の空間の中心に対して、吸引力発生装置15は、軸受部材9よりも外側(+X側)に配置される。
吸引力発生装置14は、第1基台1に接続される第1部材141と、第2基台2に接続され、第1部材141との間に、第2基台2を第1基台1に引き寄せる力を発生する第2部材142とを有する。本実施形態においては、第2部材142は、磁石を含み、第1部材141は、金属のような磁性体を含む。第1部材141と第2部材142との間に発生する磁力によって、第2基台2が第1基台1に引き寄せられる。吸引力発生装置14と同様、吸引力発生装置15は、第1基台1に接続される第1部材151と、第2基台2に接続され、第1部材151との間に、第2基台2を第1基台1に引き寄せる力を発生する第2部材152とを有する。X軸方向に関して、第1部材141は、第1基台1の一端部(−X側の端部)に接続され、第1部材151は、第1基台1の他端部(+X側の端部)に接続される。X軸方向に関して、第2部材142は、第2基台2の一端部(−X側の端部)に接続され、第2部材152は、第2基台2の他端部(+X側の端部)に接続される。
気体軸受7Zは、第1基台1に対して軸受部材7(第2基台2)を+Z方向に移動させる力(浮上力)を発生し、気体軸受9Zは、第1基台1に対して軸受部材9(第2基台2)を+Z方向に移動させる力(浮上力)を発生する。吸引力発生装置14は、第1基台1に対して第2基台2を−Z方向に移動させる力(吸引力)を発生し、吸引力発生装置15は、第1基台1に対して第2基台2を−Z方向に移動させる力(吸引力)を発生する。気体軸受7Z及び気体軸受9Zの浮上力と、吸引力発生装置14及び吸引力発生装置15の吸引力とのバランスにより、基準面1Gと下面70との間隙、及び基準面1Gと下面90との間隙のそれぞれが維持され、Z軸方向に関する第2基台2の変位が抑制される。
気体軸受7Xは、ガイド部材6に対して軸受部材7(第2基台2)を−X方向に移動させる力(反発力)を発生する。気体軸受8Xは、ガイド部材6に対して軸受部材8(第2基台2)を+X方向に移動させる力(反発力)を発生する。気体軸受7Xの反発力と気体軸受8Xの反発力とのバランスにより、側面61と側面71との間隙、及び側面62と側面81との間隙のそれぞれが維持され、X軸方向に関する第1基台1と第2基台2との相対的な変位が抑制される。
ガイド部材10は、第2基台2の基準面2G上に配置される。ガイド部材10は、スライダ3をX軸方向にガイドする。ガイド部材10は、X軸方向に長いレールを含む。ガイド部材10は、+Z方向を向く上面100と、−Y方向を向く側面101と、+Y方向を向く側面102と、を有する。側面102は、側面101の反対方向を向く。上面100は、XY平面と平行である。側面101及び側面102はそれぞれ、XZ平面と平行である。上面100、側面101、及び側面102はそれぞれ、平面である。ガイド部材10の熱膨張係数(線膨張係数)は、第2基台2の熱膨張係数(線膨張係数)とほぼ等しい。ガイド部材10と第2基台2とが同じ材料で形成されてもよい。
駆動装置5は、アクチュエータを含む。駆動装置5は、スライダ3をX軸方向に移動する。本実施形態において、駆動装置5は、リニアモータを含む。駆動装置5は、第2基台2に接続された固定子251と、スライダ3に接続された可動子252とを含む。固定子251がコイルを含み、可動子252が磁石を含んでもよい。固定子251が磁石を含み、可動子252がコイルを含んでもよい。
軸受部材11は、スライダ3に支持される。軸受部材11は、スライダ3の下面3Uに固定される。
軸受部材11は、第2基台2の基準面2Gと対向する下面110と、ガイド部材10の側面101と対向する側面111とを有する。下面110は、基準面2G(XY平面)と平行である。側面111は、側面101(XZ平面)と平行である。
軸受部材11は、第2基台2の基準面2Gと対向するように配置され、気体を供給可能な供給口112と、ガイド部材10の側面101と対向するように配置され、気体を供給可能な供給口113とを有する。供給口112は、下面110の少なくとも一部に配置される。供給口112から供給される気体により、基準面2Gと下面110との間に気体軸受11Zが形成される。供給口113は、側面111の少なくとも一部に配置される。供給口113から供給される気体により、側面101と側面111との間に気体軸受11Yが形成される。
軸受部材12は、スライダ3に支持される。本実施形態において、軸受部材12は、スライダ3の下面3Uに固定される。
軸受部材12は、ガイド部材10の側面102と対向する側面121を有する。側面121は、側面102(XZ平面)と平行である。
軸受部材12は、ガイド部材10の側面102と対向するように配置され、気体を供給可能な供給口122を有する。供給口122は、側面121の少なくとも一部に配置される。供給口122から供給される気体により、側面102と側面121との間に気体軸受12Yが形成される。
軸受部材13は、スライダ3に支持される。本実施形態において、軸受部材13は、スライダ3の下面3Uに固定される。
軸受部材13は、第2基台2の基準面2Gと対向する下面130を有する。下面130は、基準面2G(XY平面)と平行である。
軸受部材13は、第2基台2の基準面2Gと対向するように配置され、気体を供給可能な供給口131を有する。供給口131は、下面130の少なくとも一部に配置される。供給口131から供給される気体により、基準面2Gと下面130との間に気体軸受13Zが形成される。
軸受部材11と軸受部材13とは、Y軸方向に関して離れている。Y軸方向に関して、軸受部材11は、スライダ3の一端部(−Y側の端部)に接続され、軸受部材13は、スライダ3の他端部(+Y側の端部)に接続される。Y軸方向に関して、軸受部材12及び駆動装置5は、軸受部材11と軸受部材13との間に配置される。Y軸方向に関して、駆動装置5(可動子252)は、スライダ3のほぼ中央部に配置される。Y軸方向に関して、軸受部材12は、軸受部材11及びガイド部材10と駆動装置5(可動子252)との間に配置される。Y軸方向に関して、ガイド部材10は、軸受部材11と軸受部材12との間に配置される。Y軸方向に関して、ガイド部材10の一側(−Y側)に軸受部材11が配置され、ガイド部材10の他側(+Y側)に軸受部材12が配置される。気体軸受11Z(供給口112)は、気体軸受11Y(供給口113)及び気体軸受12Y(供給口122)よりも−Y側に配置される。気体軸受13Z(供給口131)は、気体軸受11Y(供給口113)及び気体軸受12Y(供給口122)よりも+Y側に配置される。
第2基台2とスライダ3との間の空間の中心に対して、軸受部材11は、軸受部材12よりも外側(−Y側)に配置される。第2基台2とスライダ3との間の空間の中心に対して、気体軸受11Y(供給口113)は、気体軸受12Y(供給口122)よりも外側(−Y側)に配置される。第2基台2とスライダ3との間の空間の中心に対して、気体軸受11Z(供給口112)は、気体軸受11Y(供給口113)よりも外側(−Y側)に配置される。
本実施形態において、軸受部材11は、X軸方向に関して複数配置される。複数の軸受部材11はそれぞれ離れている。本実施形態において、軸受部材11は、X軸方向に関して2つ配置される。2つの軸受部材11は離れている。軸受部材11と同様、軸受部材12がX軸方向に関して複数(2つ)配置されてもよいし、軸受部材13がX軸方向に関して複数(2つ)配置されてもよい。
気体軸受11Z及び気体軸受13Zは、Z軸方向の力(浮上力)を発生する。Z軸方向に関するスライダ3の荷重は、気体軸受11Z及び気体軸受13Zによって支持される。すなわち、気体軸受11Z及び気体軸受13Zは、所謂、垂直方向気体軸受(上下方向気体軸受)である。
気体軸受11Y及び気体軸受12Yは、Y軸方向の力を発生する。Y軸方向に関するスライダ3の荷重は、気体軸受11Y及び気体軸受12Yによって支持される。すなわち、気体軸受11Y及び気体軸受12Yは、所謂、水平方向気体軸受である。
気体軸受11Zにより、基準面2Gと下面110との間に間隙が形成される。気体軸受11Yにより、側面101と側面111との間に間隙が形成される。気体軸受12Yにより、側面102と側面121との間に間隙が形成される。気体軸受13Zにより、基準面2Gと下面130との間に間隙が形成される。また、気体軸受11Z及び気体軸受13Zにより、スライダ3とガイド部材10の上面100との間に間隙が形成される。これにより、スライダ3は、第2基台2及びガイド部材10に非接触で支持される。スライダ3が第2基台2及びガイド部材10に非接触支持された状態で駆動装置5が作動することにより、スライダ3は、X軸方向に移動する。
吸引力発生装置16及び吸引力発生装置17はそれぞれ、スライダ3を第2基台2に引き寄せる力を発生する。吸引力発生装置16は、軸受部材11の隣に配置される。第2基台2とスライダ3との間の空間の中心に対して、吸引力発生装置16は、軸受部材11よりも外側(−Y側)に配置される。吸引力発生装置17は、軸受部材13の隣に配置される。第2基台2とスライダ3との間の空間の中心に対して、吸引力発生装置17は、軸受部材13よりも外側(+Y側)に配置される。
吸引力発生装置16は、第2基台2に接続される第1部材161と、スライダ3に接続され、第1部材161との間に、スライダ3を第2基台2に引き寄せる力を発生する第2部材162とを有する。本実施形態においては、第2部材162は、磁石を含み、第1部材161は、金属のような磁性体を含む。第1部材161と第2部材162との間に発生する磁力によって、スライダ3が第2基台2に引き寄せられる。吸引力発生装置16と同様、吸引力発生装置17は、第2基台2に接続される第1部材171と、スライダ3に接続され、第1部材161との間に、スライダ3を第2基台2に引き寄せる力を発生する第2部材172とを有する。Y軸方向に関して、第1部材161は、第2基台2の一端部(−Y側の端部)に接続され、第1部材171は、第2基台2の他端部(+Y側の端部)に接続される。Y軸方向に関して、第2部材162は、スライダ3の一端部(−Y側の端部)に接続され、第2部材172は、スライダ3の他端部(+Y側の端部)に接続される。
気体軸受11Zは、第2基台2に対して軸受部材11(スライダ3)を+Z方向に移動させる力(浮上力)を発生し、気体軸受13Zは、第2基台2に対して軸受部材13(スライダ3)を+Z方向に移動させる力(浮上力)を発生する。吸引力発生装置16は、第2基台2に対してスライダ3を−Z方向に移動させる力(吸引力)を発生し、吸引力発生装置17は、第2基台2に対してスライダ3を−Z方向に移動させる力(吸引力)を発生する。気体軸受11Z及び気体軸受13Zの浮上力と、吸引力発生装置16及び吸引力発生装置17の吸引力とのバランスにより、基準面2Gと下面110との間隙、及び基準面2Gと下面130との間隙のそれぞれが維持され、Z軸方向に関するスライダ3の変位が抑制される。
気体軸受11Yは、ガイド部材10に対して軸受部材11(スライダ3)を−Y方向に移動させる力(反発力)を発生する。気体軸受12Yは、ガイド部材10に対して軸受部材12(スライダ3)を+Y方向に移動させる力(反発力)を発生する。気体軸受11Yの反発力と気体軸受12Yの反発力とのバランスにより、側面101と側面111との間隙、及び側面102と側面121との間隙のそれぞれが維持され、Y軸方向に関する第2基台2とスライダ3との相対的な変位が抑制される。
本実施形態において、例えば軸受部材7が、多孔体(多孔質部材)を含み、供給口72がその多孔体の孔を含んでもよい。すなわち、気体軸受7Zを形成するための軸受部材7の絞り方式が、所謂、多孔質絞り方式でもよい。多孔体は、例えば特許第5093056号公報、及び特開2007−120527号公報などに開示されているようなグラファイト(カーボングラファイト)製でもよい。なお、多孔体がセラミックス製でもよい。なお、気体軸受7Zを形成するための軸受部材7の絞り方式は、多孔体を用いない自成絞り方式でもよいし、オリフィス絞り方式でもよいし、軸受面に設けられた溝を介して気体を供給する表面絞り方式でもよい。例えばオリフィス絞り方式の軸受部材7の場合、気体を供給する供給口72は、オリフィスの開口を含む。気体軸受7X、気体軸受8X、気体軸受9Z、気体軸受11Z、気体軸受11Y、気体軸受12Y、及び気体軸受13Zのそれぞれを形成するための絞り方式も、多孔質絞り方式でもよいし、自成絞り方式でもよいし、オリフィス絞り方式でもよいし、表面絞り方式でもよい。
次に、上述のスライダの駆動装置TAの動作の一例について説明する。第2基台2が第1基台1及びガイド部材6に非接触支持され、スライダ3が第2基台2及びガイド部材10に非接触支持された状態で、駆動装置4及び駆動装置5の少なくとも一方が作動する。駆動装置4の作動により、第2基台2が移動する。第2基台2は、可動子42、軸受部材7、軸受部材8、軸受部材9、第2部材142、及び第2部材152と一緒に移動する。駆動装置5の作動により、スライダ3が移動する。スライダ3は、可動子52、軸受部材11、軸受部材12、軸受部材13、第2部材162、及び第2部材172と一緒に移動する。
なお、少なくとも一部がガイド部材6と対向し、そのガイド部材6に対して移動する軸受部材7及び軸受部材8のそれぞれを、スライド部材と称してもよい。なお、少なくとも一部がガイド部材10と対向し、そのガイド部材10に対して移動する軸受部材11及び軸受部材12のそれぞれを、スライド部材と称してもよい。
例えば駆動装置4の作動により、第1基台1に対して第2基台2がY軸方向に移動する。Y軸方向に関する第2基台2の移動により、その第2基台2に支持されているスライダ3も、第2基台2と一緒にY軸方向に移動する。また、駆動装置5の作動により、第2基台2に対してスライダ3がX軸方向に移動する。
本実施形態においては、第1基台1にガイド部材6が固定され、気体軸受7X及び気体軸受8Xが形成されるため、X軸方向に関する第1基台1と第2基台2との相対的な変位が抑制されつつ、第2基台2は、Y軸方向に移動可能である。また、本実施形態においては、第2基台2にガイド部材10が固定され、気体軸受11Y及び気体軸受12Yが形成されるため、Y軸方向に関する第2基台2とスライダ3との相対的な変位が抑制されつつ、スライダ3は、X軸方向に移動可能である。
図4は、X軸方向にスライダが移動する状態の一例を示す説明図である。本実施形態においては、X軸方向に関する軸受部材7と軸受部材9との距離Lbは、X軸方向に関するスライダ3の移動範囲の寸法Ltよりも長い。
距離Lbは、X軸方向に関する下面70の中心と下面90の中心との距離を含む。距離Lbは、X軸方向に関する気体軸受7Zの中心と気体軸受9Zの中心との距離を含む。
寸法Ltは、X軸方向に関するスライダ3の移動可能範囲(ストローク)の寸法を含む。寸法Ltは、移動範囲においてスライダ3が最も−X側に移動したときのスライダ3の重心とスライダ3が最も+X側に移動したときのスライダ3の重心とのX軸方向に関する距離を含む。
(直線位置検出装置)
図5は、実施形態1に係る直線位置検出装置の模式図である。図6は、直線位置検出装置の励磁コイルの結線図である。図7は、直線位置検出装置を示すブロック図である。
図3に示すように、直線位置検出装置30は、X方向又はY方向の一方の1方向に延在している。図3及び図5に示すように、直線位置検出装置30は、スケール部32と、検出部31と、を備えている。スケール部32は、ボルト等の固定部材又は接着剤などでスライダ3又は第2基台(スライダ)2の側面に固定されている。検出部31は、不図示の支持部材に固定されている。
スライダ3又は第2基台(スライダ)2の移動に伴い、スケール部32が直線状に移動する。直線位置検出装置30は、スケール部32と検出部31との相対位置を検出する装置であり、スケール部32の代わりに検出部31が直線状に移動するようにしてもよい。
検出部31及びスケール部32を形成する材料としては、例えばSPCC(Steel Plate Cold Commercial)等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄が適用できる。
直線位置検出装置30の周囲に磁気遮蔽のための遮蔽板を設けてもよい。遮蔽板により、直線位置検出装置30は、外部からの磁束の変化の影響をより受けにくくなる。
スケール部32は、図5に示すように、1方向に延びる板状の1つの部材である。スケール部32は、図5に示すように、検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯Q1からQ10を備える。複数のスケール歯Q1からQ10は、スケール部32の長手方向に並び、複数回繰り返し配置される。
検出部31は、スケール部32と平行な一方向に延びる部材である。検出部31は、スケール部32と対向する面に突出する複数の磁極を備え、各磁極にレゾルバコイルが巻回されている。検出部31は、不図示の支持部材に固定されている。各レゾルバコイルには、励磁信号が入力される配線及びレゾルバ電流信号を出力する配線が導電性のケーブルを介して接続されている。
スケール部32は、検出部31と対向し、検出部31のある平面と平行な平面上に配置されている。スケール部32は、検出部31と平行かつ直線的に相対移動すると、特定の磁極における先端位置での検出部31と、スケール部32との空隙の距離が変化する。その結果、スケール部32の相対移動は、スケール部32と検出部31との間のリラクタンスを変化させる。このスケール部32と検出部31との間に作用するリラクタンスの変化を利用して直線上での変位位置を検出する直線位置検出装置30は、バリアブルリラクタンスリニアレゾルバともいう。
実施形態1の直線位置検出装置30は、スケール部32の検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯が10歯であり、スケール部32の1長さ単位で基本波成分が10周期となる。
検出部31は、検出部材基部の長手方向に沿ってスケール部32側に突出する突極である、複数の検出主極A1、A2、B1、B2、C1及びC2と、複数の検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2とを備えている。
検出部31は、巻回された各励磁コイルL2、L10及びL6が検出部材基部の一方向に沿って電気角で120°間隔で配置されたA相、B相及びC相の3相の検出主極(主磁極)A1、B1及びC1を有している。励磁コイルL2、L10及びL6は、検出主極A1、検出主極B1及び検出主極C1に巻回される方向は同じ方向である。また、検出部31は、A相、B相及びC相の3相の検出主極A1、B1、C1に対して電気角が等しくなる所(=0°)に配置されたA相、B相及びC相の検出主極A2、B2及びC2が配置されている。検出主極A1、B1、C1、A2、B2、C2の主極数は、相数3の偶数倍の6である。励磁コイルL2は、検出主極A1に巻回され、励磁コイルL8は、検出主極A2に、励磁コイルL2と同方向に巻回される。励磁コイルL10は、検出主極B1に巻回され、励磁コイルL4は、検出主極B2に、励磁コイルL10と同方向に巻回される。励磁コイルL6は、検出主極C1に巻回され、励磁コイルL12は、検出主極C2に、励磁コイルL6と同方向に巻回される。
A相の検出補極IA1、IA2は、対応するA相の検出主極A1、A2の少なくとも1つに対して電気角+90度又は電気角−90度ずれた位置に配置されている。励磁コイルL1は、励磁コイルL2と逆巻きかつ検出補極IA1に巻回される。また、励磁コイルL7は、検出補極IA2に、励磁コイルL1と同方向でかつ励磁コイルL8と逆巻きに巻回される。検出部31は、検出補極IA1に対して電気角が等しくなる所(=0°)に検出補極IA2が配置されている。
B相の検出補極IB1、IB2は、対応するB相の検出主極B1、B2の少なくとも1つに対して電気角+90度又は電気角−90度ずれた位置に配置されている。励磁コイルL9は、励磁コイルL10と逆巻きかつ検出補極IB1に巻回される。また、励磁コイルL3は、検出補極IB2に、励磁コイルL9と同方向であって、励磁コイルL4と逆巻きに巻回される。検出部31は、検出補極IB1に対して電気角が等しくなる所(=0°)に検出補極IB2が配置されている。
C相の検出補極IC1、IC2は、対応するC相の検出主極C1、C2の少なくとも1つに対して電気角+90度又は電気角−90度ずれた位置に配置されている。励磁コイルL5は、励磁コイルL6と逆巻きかつ検出補極IC1に巻回される。また、励磁コイルL11は、検出補極IC2に、励磁コイルL5と同方向であって、励磁コイルL12と逆巻きに巻回される。検出部31は、検出補極IC1に対して電気角が等しくなる所(=0°)に検出補極IC2が配置されている。
図6は、励磁コイルの結線図である。図6に示すように、各励磁コイルL2、L6及びL10には、1相励磁の入力信号が共通端子COMから周波数の正弦波の励磁信号として印加される。各励磁コイルL1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11及びL12のレゾルバ電流信号は、A相、B相、C相毎に直列接続され、電流検出用抵抗R1、R2、R3に接続される。例えば、A相の励磁コイルL2、L1、L8及びL7は、直列に接続されている。また、B相の励磁コイルL10、L9、L4及びL3は、直列に接続されている。さらに、C相の励磁コイルL6、L5、L12及びL11は、直列に接続されている。そして、A相の励磁コイルL7は、電流検出用抵抗R1の一端に接続されている。また、B相の励磁コイルL3は、電流検出用抵抗R2の一端に接続されている。また、C相の励磁コイルL11は、電流検出用抵抗R3の一端に接続されている。なお、電流検出用抵抗R1、R2及びR3の各他端は内部でアースされている。
直線位置検出装置30は、共通端子COMにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、スケール部32が相対移動してスケール歯1つ分の移動により生じる電気角度θにおいて、1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器55に出力される。
図7は、直線位置検出装置を示すブロック図である。例えば図7に示すように、直線位置検出システムは、直線位置検出装置30と、駆動装置4、5と、ドライブユニット50とを含んでいる。また、ドライブユニット50と、直線位置検出装置30とは、導電性のケーブルで接続されている。また、ドライブユニット50と、駆動装置4、5とは、導電性のケーブルで接続されている。
ドライブユニット50は、直線位置検出装置30に励磁信号を供給するレゾルバ励磁回路の増幅器52及び発振回路53と、応答するレゾルバ電流信号を取り込み、デジタル角度信号Rsを出力する検出回路部51と、デジタル角度信号Rsから直線上の変位位置信号を生成する演算装置54と、演算装置54の指令Sfbに基づき駆動装置4、5に電力を供給するパワーアンプ59と、を有している。
発振回路53は、基準信号を発振する回路である。基準信号は、例えば正弦波である。レゾルバ励磁回路は、増幅器52を含んでいる。レゾルバ励磁回路は、発振回路53から出力される基準信号を増幅器52により適度な信号レベルに増幅し励磁信号を発生させる。励磁信号は、例えば正弦波のアナログ信号である。レゾルバ励磁回路は、共通端子COMへ励磁信号を出力する。
共通端子COMは、励磁信号を直線位置検出装置30へ出力する。直線位置検出装置30では、図6に示すように、共通端子COMが各励磁コイルL2、L6及びL10の一端に励磁信号を入力信号として供給している。
励磁信号の入力信号が直線位置検出装置30に供給されると、図6に示す各励磁コイルL3、L7及びL11のの各他端からレゾルバ電流信号が検出回路部51へ供給される。
直線位置検出装置30は、共通端子COMにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、スケール部32が1長さ単位で移動する間に、各励磁コイルL1、L7からは、A相の1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器55に出力される。
また、直線位置検出装置30は、共通端子COMにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、スケール部32が1長さ単位で移動する間に、各励磁コイルL3、L9からは、B相の1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器55に出力される。
また、直線位置検出装置30は、共通端子COMにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、スケール部32が1長さ単位で移動する間に、各励磁コイルL11、L5からは、C相の1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器55に出力される。
A相の1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号は、B相及びC相の1サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号に対して電気角で120°位相がずれている。
検出回路部51の電流電圧変換器55は、レゾルバ電流信号をレゾルバ電圧信号へ変換する。変換されたレゾルバ電圧信号は、3相2相変換器56へ供給される。
3相2相変換器56は、供給されたレゾルバ電圧信号を2相信号(sin信号Ssin、cos信号Scos)に変換する。
例えば、電流電圧変換器55で得られる各相のレゾルバ電圧信号には高次成分が含まれる可能性がある。図8は、電流電圧変換器で得られるC相のレゾルバ電圧信号の一例を示す説明図である。縦軸は、電圧であり、横軸は基本波成分の回転角度である。図9は、図8に示す電流電圧変換器で得られるC相のレゾルバ電圧信号を、基本波、2次高調波、3次高調波に分波して説明する説明図である。図9に示すように、基本波hws1は、sinθ曲線であり、2次高調波hws2は、cos2θ曲線であり、3次高調波hws3は、sin3θ曲線である。
複数の検出主極C1及びC2は、下記2次高調波が重畳している場合、式(2)に示されるC相のレゾルバ電圧信号の主極信号SMを出力する。
この場合、検出補極IC1及びIC2は、同じ2次高調波が重畳している場合、式(3)に示されるC相のレゾルバ電圧信号の補極信号SIを出力する。
従って、C相のレゾルバ電圧信号の主極信号SM及び補極信号SIは、合成成分のC相レゾルバ信号Sを得ると、下記式(4)に示すように、2次高調波がキャンセルされる。
以上、C相について説明したが、B相及びA相についても2次高調波がキャンセルされる。図10は、図8に示す電流電圧変換器で得られるC相のレゾルバ電圧信号のうち2次高調波が抑制された状態を、C相レゾルバ信号の合成波、3次高調波に分波して説明する説明図である。実施形態1に係る直線位置検出装置30のC相のレゾルバ電圧信号は、図9に示す基本波hws1、2次高調波hws2及び3次高調波hws3の代わりに、図10に示すC相レゾルバ信号Sの合成波HWに3次高調波が重畳されるようになる。
実施形態1に係る直線位置検出装置30は、C相を基準としてB相及びA相の位相がそれぞれ120度ずつ遅れている。上述したように、図10に示すC相レゾルバ信号Sの合成波HWに3次高調波が重畳される場合において、3次高調波が重畳されている3相のレゾルバ信号SA、SB、SCを下記式(5)、式(6)及び式(7)で示すことができる。
3相2相変換器56で得られる2相信号のうち、cos信号Scosは、式(5)、式(6)及び式(7)に基づいて式(8)で、得ることができる。
ここで、下記式(9)から式(12)までを参照すると、式(8)は、下記式(13)のように求められる。
式(13)より明らかなように、cos信号Scosは、3次高調波がキャンセルされている。
同様に、上述した式(9)から式(12)までを参照して、3相2相変換器56で得られる2相信号のうち、sin信号Ssinは、式(14)より明らかなように、3次高調波がキャンセルされている。
図7に示すように、3相2相変換器56によって変換された2相信号(sin信号Ssin、cos信号Scos)は、RDC(レゾルバ・デジタル・コンバータ)58に供給される。移相器57は発振回路53から出力される基準信号の位相と同期させた参照信号(Ref信号)をRDC58に供給する。RDC58は2相信号(sin信号Ssin、cos信号Scos)をデジタル化し、演算装置54に出力する。
演算装置54は、コンピュータであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、内部記憶部と、入力インターフェースと、出力インターフェースと、を含んでいる。CPU、ROM、RAM及び内部記憶部は、内部バスで接続されている。ROMには、BIOS等のプログラムが記憶されている。内部記憶部は、例えばHDD(Hard disk drive)やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。CPUは、RAMをワークエリアとして使用しながらROM又は内部記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
演算装置54はこれらのデジタル角度信号Rsを取り込み、駆動装置4、5の回転角度位置を演算する。演算装置54は、3相2相変換器56によって変換された2相信号(sin信号Ssin、cos信号Scos)のアークタンジェント(逆正接関数)を求めることにより角度θを得ることができる。図11は、実施形態1に係る直線位置検出装置の角度誤差を説明する説明図である。図11に示すように、実施形態1に係る直線位置検出装置30は、2次高調波及び3次高調波がキャンセルされているため、角度θの角度誤差を非常に小さくすることができる。図12は、実施形態1に係る直線位置検出装置の角度演算を説明するリサージュ波形の説明図である。このように、RDC58は、3相2相変換器56によって変換された2相信号(sin信号Ssin、cos信号Scos)のアークタンジェント(逆正接関数)を求めることで、図12に示すリサージュ波形の角度θを求めることができる。演算装置54は、角度θの情報に基づいて、パワーアンプ59に対して駆動装置4、5に電力を供給するように指令Sfbを送信する。
なお、レゾルバ信号からデジタル角度信号Rsを得るためには、必ずしもハードウエア回路(RDC58)で処理する必要はなく、演算装置54がレゾルバ信号をA/D変換し、ソフトウエアによる情報処理で角度θの情報を得るようにしてもよい。
以上説明したように、直線位置検出装置30は、検出部31と、検出部31に対して一方向に並進できるように支持され、かつ検出部31との相対的な位置に応じて検出部31との間隙のリラクタンス成分が変化するスケール部32とを含む。スケール部32は、検出部31に対して一方向に並進できる。検出部31は、検出主極A1、A2、B1、B2、C1及びC2と、検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2とを備えている。検出主極A1、A2、B1、B2、C1及びC2は、相数3の偶数倍の6つの主極数であり、1相励磁の入力信号を受けて巻回された各励磁コイルが電気角+120度又は電気角−120度ずれた3相の出力信号を出力するように検出部材基部の一方向に沿って配置される。検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2は、巻回された各励磁コイルに1相の前記入力信号が入力され、かつ検出部材基部の一方向に沿って各相毎の前記出力信号に対して2次高調波を抑制する位置、つまり対応する各相毎の検出主極の少なくとも1つに対して電気角+90度又は電気角−90度ずれた位置に配置される。各相毎の検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2は、対応する各相毎の検出主極A1、A2、B1、B2、C1及びC2の前記出力信号に、各相毎の検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2の巻回された各励磁コイルの出力を加えて合成した3相レゾルバ信号SA、SB及びSCとし、3相レゾルバ信号SA、SB及びSCを3相2相変換して2相レゾルバ信号であるsin信号Ssin及びcos信号Scosを得る。
このように、直線位置検出装置30は、検出主極A1、A2、B1、B2、C1及びC2と、各相毎の検出主極の出力信号に対して2次高調波を抑制するように検出主極と電気角のずれた補信号を出力する手段とを備え、各相毎の検出主極の出力信号に、各相毎の補出力を加えて合成した3相レゾルバ信号とし、3相レゾルバ信号を3相2相変換して2相レゾルバ信号を得る。各相毎の検出主極の出力信号に対して2次高調波を抑制するように検出主極と電気角のずれた補信号を出力する手段が、各相毎の検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1及びIC2である。
スケール部32は、図5に示すように、検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯Q1からQ10を少なくとも備え、主極数Pが6として、検出部31の長さと同一の長さのスケール部に存在するスケール歯の数、つまりスケール歯数qが10である場合、下記式(15)を満たしている。
P=(q/(M+(N±1)/N))・・・(15)
但し、Nは相数の3であり、Mは、式(15)を満たす整数の変数であり、例えば1である。
検出部31は、検出主極と検出補極とが同一直線上に並ぶ。この構造により、直線変位における3次高調波を抑制し、信頼性を向上した直線位置検出装置30を得ることができる。
スケール部32は、検出主極と検出補極とに対向する1つの部材である。この構造により、直線位置検出装置30のスケール部32は、部品点数を少なくでき、検出主極と検出補極とが対向する同じ部材に対する位置関係に基づき、相対位置を求めるので、誤差の重畳を抑制できる。
以上説明したように、3相レゾルバを構成する検出主極の数である主極数は、3の倍数で偶数である。主極数が必ず偶数になる理由は、検出主極が検出補極と合わせ、各励磁コイルへの巻線の巻き方向が各検出主極と、各検出補極との交互にCW(時計巻き)、CCW(反時計巻き)、CW、CCW……と交互になるためである。そして、レゾルバステータの隣合う検出主極同士の位相が±120°(±1/3ピッチ)でなければならなず、かつレゾルバステータの隣合う検出主極と検出補極との位相が±90°(±1/4ピッチ)でなければならない。このような条件の下で、主極数Pと、検出部31の長さと同一の長さのスケール部に存在するスケール歯数qとを上述した式(15)とする。これにより、実施形態1の直線位置検出装置30は、スケール歯数の自由度を高め、主極数を限界まで増やすことなく、位置決め精度の向上が可能になる。直線位置検出装置30のリップルは、駆動装置4、5の加減速時、一定速度時に発生する振動に影響を与える可能性があるが、直線位置検出装置30の検出精度を向上させたことにより、リップルの発生が抑制できる。これにより、直線位置検出装置30及び駆動装置TAの低振動化が達成できる。さらに、駆動装置TAは、高精度化により検出誤差に起因する駆動時の騒音が低減できる。また、直線位置検出装置30は、主極数及び補極数を減らすことができる。これによれば、レゾルバ巻線方法の簡素化もでき、均一な巻線により、直線位置検出装置30は、レゾルバ信号の3相のバランスの崩れも最小限に抑制できる。
実施形態1の直線位置検出装置30はNC工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とする制御機器に好適である。直線位置検出装置30のスケール部32がスライダ3、2と連動して移動するので、直線位置検出装置30によりスライダ3、2の位置が検出される。
(実施形態2)
図13は、実施形態2の直線位置検出装置の模式図である。なお、上述した実施形態1と同じ構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態2の直線位置検出装置30は、実施形態1の直線位置検出装置30とスケール部32のスケール歯数が異なる。
スケール部32は、図13に示すように、1方向に延びる板状の1つの部材である。スケール部32は、図13に示すように、検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯Q1からQ16を備える。複数のスケール歯Q1からQ16は、スケール部32の長手方向に並び、複数回繰り返し配置される。
スケール部32は、図13に示すように、検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯Q1からQ16を少なくとも備え、主極数Pが6として、検出部31の長さと同一の長さのスケール部に存在するスケール歯の数、つまりスケール歯数qが16である場合、下記式(16)を満たしている。
P=(q/(M+(N±1)/N))・・・(16)
但し、Nは相数の3であり、Mは、式(16)を満たす整数の変数であり、例えば2である。
主極数Pと、スケール歯数qとを上述した式(16)とすることで、スケール歯数の自由度を高めることができる。
実施形態2の直線位置検出装置30はNC工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とする制御機器に好適である。直線位置検出装置30のスケール部32がスライダ3、2と連動して移動するので、直線位置検出装置30によりスライダ3、2の位置が検出される。
(実施形態3)
図14は、実施形態3の直線位置検出装置を模式的に示す斜視図である。図15は、実施形態3の直線位置検出装置の検出主極と検出補極とがそれぞれ対向する複数のスケール部を長手方向に並べて説明する説明図である。なお、上述した実施形態1と同じ構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態3の直線位置検出装置30は、実施形態1の直線位置検出装置30と比較して、検出部31及びスケール部32が複数である。
スケール部32は、図14に示すように、1方向に平行に延びる板状の2つの部材である第1スケール部32A及び第2スケール部32Bを備えている。第1スケール部32A及び第2スケール部32Bは、V方向に一体として、検出部31に対して一方向に並進できるように支持されている。第1スケール部32A及び第2スケール部32Bは、図15に示すように、検出部31に対向する側に突出する複数のスケール歯Q1からQ10を備える。複数のスケール歯Q1からQ10は、スケール部32の長手方向に並び、複数回繰り返し配置される。
検出部31は、検出主極A1、A2、B1、B2、C1、C2が一方向に並ぶ主検出部31Aと、検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2が一方向に並ぶ補検出部31Bとを備える。この構造により、検出主極A1、A2、B1、B2、C1、C3と、検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2と、が異なる直線上に並ぶ。
第1スケール部32Aは、主検出部31Aの検出主極A1、A2、B1、B2、C1、C2と対向している。第2スケール部32Bは、補検出部31Bの検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2と対向している。
このような構造により、隣合う検出主極間の間隔及び隣合う検出補極間の間隔の距離を確保することができる。このため、隣合うスケール歯の間隔の距離を短くしても、検出主極同士が干渉しにくくなる。そして、隣合うスケール歯の間隔の距離を短くしたスケール部32は、検出精度が高まり、実施形態3の直線位置検出装置30は、高精度の位置検出をすることができる。
実施形態3に係るスケール部32は、第1スケール部32Aと第2スケール部32Bとを備えるがこの態様に限られない。例えば、実施形態3に係るスケール部32は、第1スケール部32Aと第2スケール部32Bとを一体とした部材としてV方向と直交する幅方向に幅広とし、主検出部31Aの検出主極A1、A2、B1、B2、C1、C2と、補検出部31Bの検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2と対向してもよい。
実施形態3に係る検出部31は、主検出部31Aと補検出部31Bとに分けられているがこの態様に限られない。例えば、実施形態3に係る検出部31は、同じ検出部材基部の長手方向に沿って、検出主極A1、A2、B1、B2、C1、C3と、検出補極IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2と、が異なる直線上に並ぶようにしてもよい。
<適用例>
実施形態1から実施形態3の直線位置検出装置30を備える駆動装置TAの適用例について説明する。図16は、本実施形態に係るスライダの駆動装置を備える半導体製造装置の一例を示す図である。半導体製造装置200は、半導体デバイスを製造可能な半導体デバイス製造装置を含む。半導体製造装置200は、半導体デバイスの製造工程の少なくとも一部において使用される。半導体製造装置200は、半導体デバイスを製造するための物体Sを搬送可能な搬送装置300を含む。搬送装置300は、本実施形態に係るスライダの駆動装置TAを含む。なお、図16においては、スライダの駆動装置TAを簡略して図示する。
本実施形態において、物体Sは、半導体デバイスを製造するための基板である。物体Sから半導体デバイスが製造される。物体Sは、半導体ウエハを含んでもよいし、ガラス板を含んでもよい。物体Sにデバイスパターン(配線パターン)が形成されることによって、半導体デバイスが製造される。
半導体製造装置200は、処理位置PJ1に配置された物体Sに対して、デバイスパターンを形成するための処理を行う。スライダの駆動装置TAは、スライダ3に支持された物体Sを処理位置PJ1に配置する。搬送装置300は、スライダの駆動装置TAのスライダ3に物体Sを搬送(搬入)可能な搬入装置301と、スライダ3から物体Sを搬送(搬出)可能な搬出装置302とを含む。搬入装置301によって、処理前の物体Sがスライダ3に搬送(搬入)される。スライダの駆動装置TAによって、スライダ3に支持された物体Sが処理位置PJ1まで搬送される。搬出装置302によって、処理後の物体Sがスライダ3から搬送(搬出)される。
スライダの駆動装置TAは、スライダ3を移動して、スライダ3に支持された物体Sを処理位置PJ1に移動する。スライダの駆動装置TAは、スライダ3を目標軌道で移動可能であり、スライダ3に支持された物体Sを処理位置(目標位置)PJ1に配置可能である。
例えば、半導体製造装置200が、投影光学系201を介してデバイスパターンの像を物体Sに投影する露光装置を含む場合、処理位置PJ1は、投影光学系201の像面の位置(露光位置)を含む。処理位置PJ1に物体Sが配置されることにより、半導体製造装置200は、投影光学系201を介して、デバイスパターンの像を物体Sに投影可能である。
処理位置PJ1において物体Sが処理された後、その処理後の物体Sが搬出装置302によってスライダ3から搬送される。搬出装置302によって搬送(搬出)された物体Sは、後工程を行う処理装置に搬送される。
本実施形態においては、スライダの駆動装置TAは、実施形態1から実施形態3の直線位置検出装置30がスライダ3の位置を精度よく検出することができるため、物体Sを処理位置(目標位置)PJ1に配置可能となり不良な製品が製造されてしまうことが抑制される。すなわち、スライダの駆動装置TAによって、半導体製造装置200における物体Sの位置決め精度の低下が抑制されるため、不良な製品の発生が抑制される。
なお、半導体製造装置200が、光学系を介して物体Sのデバイスパターンを計測する計測装置を含む場合、処理位置PJ1は、光学系の焦点の位置(計測位置)を含む。処理位置PJ1に物体Sが配置されることにより、半導体製造装置200は、光学系を介して、物体Sに形成されたデバイスパターンの画像を取得可能である。半導体製造装置200が、物体Sに膜を形成する成膜装置を含む場合、処理位置PJ1は、膜を形成するための材料が供給可能な位置である。処理位置PJ1に物体Sが配置されることにより、デバイスパターンを形成するための膜が物体Sに形成される。
なお、フラットパネルディスプレイ製造装置が、本実施形態に係るスライダの駆動装置TAを備えてもよいし、スライダの駆動装置TAを含む搬送装置300を備えてもよい。フラットパネルディスプレイ製造装置は、例えば露光装置を含み、フラットパネルディスプレイの製造工程の少なくとも一部において使用される。フラットパネルディスプレイ製造装置が露光装置を含む場合、フラットパネルディスプレイを製造するためのパターンの像が投影光学系を介してガラス板を含む物体Sに投影される。フラットパネルディスプレイ製造装置は、目標位置に配置された物体Sを処理できるので、その物体Sから不良な製品が製造されてしまうことが抑制される。フラットパネルディスプレイは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、及び有機ELディスプレイの少なくとも一つを含む。
図17は、本実施形態に係るスライダの駆動装置を備える検査装置の一例を示す図である。検査装置400は、半導体製造装置200によって製造された物体(半導体デバイス)S2を検査する。検査装置400は、物体S2を搬送可能な搬送装置300Bを含む。搬送装置300Bは、本実施形態に係るスライダの駆動装置TAを含む。なお、図17においては、スライダの駆動装置TAを簡略して図示する。
検査装置400は、検査位置PJ2に配置された物体S2の検査を行う。スライダの駆動装置TAは、スライダ3に支持された物体S2を検査位置PJ2に配置する。搬送装置300Bは、スライダの駆動装置TAのスライダ3に物体S2を搬送(搬入)可能な搬入装置301Bと、スライダ3から物体S2を搬送(搬出)可能な搬出装置302Bとを含む。搬入装置301Bによって、検査前の物体S2がスライダ3に搬送(搬入)される。スライダの駆動装置TAによって、スライダ3に支持された物体S2が検査位置PJ2まで搬送される。搬出装置302Bによって、検査後の物体S2がスライダ3から搬送(搬出)される。
スライダの駆動装置TAは、スライダ3を移動して、スライダ3に支持された物体S2を検査位置PJ2に移動する。スライダの駆動装置TAは、スライダ3を目標軌道で移動可能であり、スライダ3に支持された物体S2を検査位置(目標位置)PJ2に配置可能である。
本実施形態において、検査装置400は、検出光を用いて物体S2の検査を光学的に行う。検査装置400は、検出光を射出可能な照射装置401と、照射装置401から射出され、物体S2で反射した検出光の少なくとも一部を受光可能な受光装置402とを含む。本実施形態において、検査位置PJ2は、検出光の照射位置を含む。検査位置PJ2に物体S2が配置されることにより、物体S2の状態が光学的に検査される。
検査位置PJ2において物体S2の検査が行われた後、その検査後の物体S2が搬出装置302Bによってスライダ3から搬送される。
本実施形態においては、スライダの駆動装置TAは、実施形態1から実施形態3の直線位置検出装置30がスライダ3の位置を精度よく検出可能なため、物体S2を検査位置(目標位置)PJ2に配置可能となり検査不良の発生を抑制できる。すなわち、検査装置400は、物体S2が不良であるか否かを良好に判断することができる。これにより、例えば不良な物体S2が後工程に搬送されたり、出荷されたりすることが抑制される。
なお、本実施形態においては、スライダ3がXY平面内(水平面内)に移動することとした。本実施形態において、スライダ3がXY平面に対して傾斜する方向に移動されてもよい。第2基台2がXY平面に対して傾斜する方向に移動されてもよい。換言すれば、第2基台2及びスライダ3の一方又は両方が、水平面に対して傾斜する所定面内において移動されてもよい。