JP6338230B1 - 反力相殺装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の不足を克服できる反力相殺装置の提供。
【解決手段】基台１１と、基台１１に配置される設置シート２１と、可動台ユニット３と、反力相殺ユニット４と、を備えた反力相殺装置であって、可動台ユニット３は、設置シート２１に可動的に配置される可動台３２と、可動台３２を作動することにより、可動台３２から反力を受けて可動台３２にから離れる方向へ加速移動できるメイン作動手段３３と、を有しており、反力相殺ユニット４は、メイン作動手段３３に取付けられる相殺作動手段４１と、基座ユニット１と相殺作動手段４１との間に配置されていると共に、相殺作動手段４１による作動を受けてメイン作動手段３３が加速移動する方向の反対方向へ移動することにより、前記反力を相殺する相殺移動手段４２とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は機械、電子や光電などの産業において物体の測量に使われる計量工具に用いられる反力相殺装置に関する。

特許文献１と特許文献２に記載される従来の計量工具には、図１に示されるバランスマスシステム９が用いられている。

図示されているように、該従来のバランスマスシステム９は、ベースフレーム９１と、ベースフレーム９１に支持されて且つ該ベースフレーム９１に弾性的に連接されているバランスマス９２と、バランスマス９２に可動的に配置される基板テーブル９３と、バランスマス９２と基板テーブル９３との間に接続され、且つ基板テーブル９３を作動する作動器９４と、ベースフレーム９１とバランスマス９２を連結するスプリングダンパー９５と、を具えている。

以上の構造によれば、作動器９４の作動により基板テーブル９３が移動する際において生成されてバランスマス９２に対して作用する反力は、バランスマス９２が基板テーブル９３及び作動器９４より遥かに高い質量を有するため、該反力を受ける際においてバランスマス９２の加速移動は著しく抑制される。更に、該加速移動はスプリングダンパー９５により減衰される。

米国特許第６９０６７８６号明細書 米国特許第７５０２１０３号明細書

しかし、このような該従来のバランスマスシステム９において、安定性を維持するためには、基板テーブル９３の移動と共により生じる反力を受けてこれを抑制減衰するバランスマス９２には相当の質量が必要であるので、バランスマスシステム９全体のサイズが嵩張り配置が不便になる欠点がある。

上記問題点に鑑みて、本発明は、従来技術の不足を少なくとも１つ克服できる反力相殺装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の反力相殺装置は、基座ユニットと、設置台ユニットと、可動台ユニットと、反力相殺ユニットと、制御ユニットとを備えた反力相殺装置であって、前記基座ユニットは基台を有しており、前記設置台ユニットは、前記基台と間を開けて該基台の直上に配置されている設置シートと、前記設置シートと前記基台とを接続させるように配置されている振動絶縁手段とを有しており、前記可動台ユニットは、前記設置シートに取付けられていると共に、前記設置シートに対して可動的に配置されている可動台と、前記可動台を作動することにより、前記可動台から反力を受けて前記可動台にから離れる方向へ加速移動することができるように構成されたメイン作動手段と、前記可動台と共に移動することができると共に、前記可動台に対して移動することもできるように、前記可動台に取付けられている保持台とを有しており、前記反力相殺ユニットは、前記メイン作動手段に取付けられている少なくとも１つの相殺作動手段と、前記基座ユニットと前記相殺作動手段との間に配置されていると共に、前記相殺作動手段による作動を受けて前記メイン作動手段が加速移動する方向の反対方向へ移動することにより、前記反力を相殺するように構成されている相殺移動手段とを有しており、前記制御ユニットは、前記メイン作動手段及び前記相殺作動手段に電気的に接続されていると共に、前記メイン作動手段と前記可動台との相対移動の時間に関連する位置情報及び相殺作動手段と前記相殺移動手段との相対移動の時間に関連する位置情報を読み取ることができるように構成され、且つ、該位置情報から加速情報に変換した上で該加速情報に基づいて前記相殺作動手段の移動を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、本発明の反力相殺ユニットは、前記メイン作動手段の作動により前記可動台が移動する際において生成される反力を相殺できるため、前記メイン作動手段に加速移動が生じず、前記設置シートにも衝撃を与えることはないので、前記設置シートの安定性を著しく向上させることができる。また、上記の構造によれば、本発明の反力相殺装置では、前記設置シートに高い質量が必要されないため該設置シートを小型化して作成することができるので、様々な部品配置条件に合わせて該反力相殺装置を配置することに適している。

従来のバランスマスシステムが示されている側面図である。 本発明の反力相殺装置の実施形態が示されている斜視図である。 本発明の実施形態が示されている上面図である。 本発明の実施形態が示されている側面図である。 本発明の実施形態における制御ユニット及びそれと電気的に接続する作動手段が示されているブロック図である。 本発明の反力相殺装置の別の実施形態が示されている斜視図である。 図６における実施形態の上面図である。 図６における実施形態の側面図である。

以下、図２〜図５を参照しながら、本発明の反力相殺装置を例示する実施形態について詳しく説明する。図２は本発明の反力相殺装置の実施形態が示されている斜視図であり、図３は本発明の実施形態が示されている上面図であり、図４は本発明の実施形態が示されている側面図であり、図５は本発明の実施形態における制御ユニット及びそれと電気的に接続する作動手段が示されているブロック図である。

本発明の反力相殺装置は、基座ユニット１と、設置台ユニット２と、可動台ユニット３と、反力相殺ユニット４と、制御ユニット５（図５）と、を備えている。

基座ユニット１は、図４に示すように、基台１１と、基台１１の短手方向（第1の方向Ｘ）と直交する長手方向（第２の方向Ｙ）における両側からそれぞれ基台１１に対して、これら第1及び第２の方向と直交する垂直の方向（第３の方向）へ延伸する２つの直立台１２と、を有している。基台１１は、底面側に形成される底壁１１１と、この底壁１１１に対して対向する面に形成される頂壁１１２を有している。

設置台ユニット２は、基台１１の頂壁１１２の上側と間を開けて基台１１に対して第３の方向に配置される設置シート２１と、設置シート２１と基台１１とを接続させるように配置されている振動絶縁手段２２とを、有している。

設置シート２１は、基台１１の頂壁１１２に臨む下壁２１１と、下壁２１１の反対側にある上壁２１２と、第２の方向Ｙにおける両側にそれぞれ１つずつ形成された２つの摺動溝２１３と、これらの２つの摺動溝２１３よりも第２の方向において更に外側に設けられた２つの摺動レール２１４と、を有している。各摺動溝２１３は、上壁２１２から下壁２１１へ設置ユニット２の中程まで延伸すると共に、第１の方向Ｘ（本実施形態においては前後方向）へ延長し、更に第３の方向と第１の方向Ｘのいずれとも略直交する第２の方向Ｙ（本実施形態においては左右方向）において互いに相対するように配置されている。各摺動レール２１４は、上壁２１２から上へ突起して第１の方向Ｘへ延長すると共に、各摺動溝２１３の隣りであって第２の方向Ｙにおいて更に外側にそれぞれ形成されている。本実施形態において、振動絶縁手段２２には、図２に示すように、長尺状に形成された基台１１における４つ角に対応する位置に能動振動絶縁ベアリング２２１が設けられている。

可動台ユニット３は、図２に示すように、第３の方向において設置シート２１の上側から取付けられていると共に、図３、図４に示す複数のエアベアリング手段３１と、これら複数のエアベアリング手段３１に支持されてスライド可能な可動台３２と、第２の方向Ｙにおいて後述する可動台本体３２１を介して離間する位置に設けられる２つのメイン作動手段３３と、可動台３２に形成される後述する摺動空間３２０に設けられた保持台３４と、保持台３４を介して第1の方向Ｘに１つずつ設けられ、且つ第２の方向Ｙに延伸するように設けられた２つのサブ作動手段３５を有している。

エアベアリング手段３１は、図４に示すように設置シート２１の上壁２１２に配置されていることで、可動台３２及び保持台３４はエアベアリング手段３１を介して支持されて上壁２１２の上で浮動可動できる。

可動台３２は、保持台３４を第２の方向Ｙにおいて移動可能に収容する摺動空間３２０が画成される可動台本体３２１と、第２の方向Ｙにおいて相対するように可動台本体３２１の両側とそれぞれ連接すると共に、各摺動溝２１３にそれぞれ摺動可能に配置され、且つ第１の方向Ｘに延伸するように形成された２つの摺動ブロック３２２と、を有している。

各メイン作動手段３３は、図４に示すように、各摺動レール２１４にそれぞれ摺動可能に保持されると共に、各摺動ブロック３２２とそれぞれ接続して可動台３２の第１の方向Ｘに沿った移動を作動できるように配置されている。

保持台３４は、設置シート２１の上壁２１２の上で浮動的に支持されると共に、摺動空間３２０に移動可能に収容されており、可動台３２と共に第１の方向Ｘに沿って移動することができるように、可動台３２に取付けられている。

各サブ作動手段３５は、可動台３２の可動台本体３２１の第２の方向Ｙに延伸するように配置されると共に、保持台３４の第１の方向Ｘにおける両側とそれぞれ接続して保持台３４の可動台３２に対する第２の方向Ｙに沿った移動を作動できる。

本実施形態におけるエアベアリング手段３１には、図２に示すように保持台３４の四隅に設けられるエアベアリング３１１ａと、図２及び図３に示すように可動台３２における可動台本体３２１の四隅に設けられるエアベアリング３１１ｂ（なお、可動台本体３２１の大きさに合わせて図４に示すように可動台本体３２１の四隅以外にも更に設けても良い。）と、そして図４に示されるように、第２の方向Ｙにおける両側に設けられた摺動溝２１３と各摺動ブロック３２２との間であって、各摺動ブロック３２２の底面側に加え、第２の方向Ｙにおける摺動溝２１３と各摺動ブロック３２２の隙間に、各摺動ブロック３２２を両側から挟むように設けられる３つのエアベアリング３１１ｃが含まれている。

なお、本実施形態における各メイン作動手段３３及び各サブ作動手段３５は、いずれもリニアサーボモータである。

反力相殺ユニット４は、基座ユニット１と可動台ユニット３とを繋いでおり、各メイン作動手段３３にそれぞれ固く取付けられる第２の方向Ｙの両側にそれぞれ設けられた２つの相殺作動手段４１と、それぞれが第３の方向に延伸した対応する直立台１２の最外部（第２の方向Ｙにおける外側）から更に突出するように設けられた相殺作動手段４１を繋ぐ２つの相殺移動手段４２と、を有している。

各相殺移動手段４２は、各相殺作動手段４１による作動により第１の方向Ｘに沿って移動され、そして各メイン作動手段３３が前記反力の作用による加速移動との反対方向への移動を駆動して前記反力を相殺するように構成されている。すなわち、図４に示すように、各相殺移動手段４２は、直立台１２から更に突出する垂直部４２１に加え、相殺作動手段４１と噛み合ってこれを移動させることができるように、上述した垂直部４２１から第２の方向Ｙにおいて可動台ユニット３が設けられた側に突出する平行部４２２を備える。

なお、本実施形態における各相殺作動手段４１は、いずれもリニアサーボモータである。

図５に示すように制御ユニット５は、各メイン作動手段３３及び各相殺作動手段４１に電気的に接続されて各作動手段３３、４１の作動を制御する。制御ユニット５は、各メイン作動手段３３と可動台３２との相対移動の時間に関連する位置情報と、各サブ作動手段３５と保持台３４との相対移動の時間に関連する位置情報、及び各相殺作動手段４１と相殺移動手段４２との相対移動の時間に関連する位置情報を読み取ることができるように配置構成され、且つ、該位置情報から加速情報に変換した上で該加速情報に基づいて相殺作動手段４１の移動を制御する。なお、本実施形態における制御ユニット５は、コンピュータである。

図２と図５に示すように、各メイン作動手段３３が、可動台３２の第１の方向Ｘに沿った移動を作動するように操作され、そして反力が生成されて直ぐ各可動台３２に作用して可動台３２の移動との反対方向へ加速移動させると、制御ユニット５は、各相殺作動手段４１を制御して操作し、各相殺移動手段４２の移動を作動させて各メイン作動手段３３の加速移動に反する抑制力を生成させることで、前記反力と相殺する。

具体的に制御ユニット５は、各メイン作動手段３３の加速情報に基づいて瞬時に演算し、そして相殺作動手段４１の移動を制御することで、反力の吸収効果（バイアスばねのように）及び減衰効果（迅速な収束）を発揮できる。

各サブ作動手段３５の作動により、保持台３４の第２の方向Ｙに沿った移動がもたらした結果として生成されて可動台３２に作用する反力は、各摺動ブロック３２２に配置されるエアベアリング３１１ｃによって減衰され、したがって設置シート２１に作用する該反力の衝撃影響も軽減される。そのため、本実施形態における反力相殺ユニット４は、保持台３４の移動によって生成される反力と相殺する必要がなく、可動台３２の移動によって生成される反力のみと相殺するように設計されている。

ちなみに、メイン作動手段３３とサブ作動手段３５、及び相殺作動手段４１と相殺移動手段４２の数量は、異なる要求に応じて例えば１つ、または３つ以上での適宜変更も可能である。

図示のように、反力相殺ユニット４は、メイン作動手段３３の作動により可動台３２が移動する際において生成される反力を相殺できるため、メイン作動手段３３に加速移動が生じず、設置シート２１にも衝撃を与えることはないので、設置シート２１の安定性を著しく向上させることができる。上記の構造によれば、本発明の反力相殺装置では、設置シート２１に高い質量が必要されないため該設置シートを小型化して作成することができるので、様々な部品配置条件に合わせて該反力相殺装置を配置することに適している。

次に、図６〜図８を参照して本発明の反力相殺装置は別の実施形態について説明する。なお、前記実施形態と共通する構成は同様の符号を付けて説明を省略する。図６は本発明の反力相殺装置の別の実施形態が示されている斜視図であり、図７は図６における該実施形態の上面図であり、そして図８は図６における該実施形態の側面図である。

該実施形態における本発明の反力相殺装置では、反力相殺ユニット４ａが、各相殺移動手段４２ａと基座ユニット１ａの各直立台１２ａとの間に配置される２つの第１の減衰手段４３と、各相殺作動手段４１とにそれぞれ配置される２つの第２の減衰手段４４と、を更に有するように構成されている。つまり、各第１の減衰手段４３は、図７の上面図から明らかなように設置ユニット２の第２の方向Ｙにおける両端で、それぞれ第１の方向Ｘに沿って延伸するように形成される延伸部を有すると共に、各相殺移動手段４２ａと接続するために、図６の斜視図において、上述した延伸部における第１の方向Ｘの両端からそれぞれ第３の方向に突出するように形成されている。そして、各第１及び第２の減衰手段４３、４４によって、基座ユニット１ａと反力相殺ユニット４ａとの連結は補強されている同時に、前記反力の一部は即時に吸収されることができ、本発明の反力相殺装置の安定性も確保される。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上記構成によれば、本発明の反力相殺装置では、設置シート２１を小型化して作成できるので、製造におけるコストの減少にも貢献できる。

１、１ａ 基座ユニット
１１ 基台
１１１ 底壁
１１２ 頂壁
１２、１２ａ 直立台
２ 設置台ユニット
２１ 設置シート
２１１ 下壁
２１２ 上壁
２１３ 摺動溝
２１４ 摺動レール
２２ 振動絶縁手段
２２１ 振動絶縁ベアリング
３ 可動台ユニット
３１ エアベアリング手段
３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ エアベアリング
３２ 可動台
３２０ 摺動空間
３２１ 可動台本体
３２２ 摺動ブロック
３３ メイン作動手段
３４ 保持台
３５ サブ作動手段
４、４ａ 反力相殺ユニット
４１ 相殺作動手段
４２、４２ａ 相殺移動手段
４３ 第１の減衰手段
４４ 第２の減衰手段
５ 制御ユニット
Ｘ 第１の方向
Ｙ 第２の方向

Claims (5)

1. 基座ユニット（１）と、設置台ユニット（２）と、可動台ユニット（３）と、反力相殺ユニット（４）と、制御ユニット（５）とを備えた反力相殺装置であって、
   前記基座ユニット（１）は基台（１１）を有しており、
   前記設置台ユニット（２）は、前記基台（１１）と間を開けて該基台（１１）の上側に配置されている設置シート（２１）と、前記設置シート（２１）と前記基台（１１）とを接続させるように配置されている振動絶縁手段（２２）とを有しており、
   前記可動台ユニット（３）は、前記設置シート（２１）に取付けられていると共に、
   前記設置シート（２１）に対して可動的に配置されている可動台（３２）と、
   前記可動台（３２）を作動することにより、前記可動台（３２）から反力を受けて前記可動台（３２）から離れる方向へ加速移動することができるように構成されたメイン作動手段（３３）と、
   前記可動台（３２）と共に移動することができると共に、前記可動台（３２）に対して移動することもできるように、前記可動台（３２）に取付けられている保持台（３４）とを有しており、
   前記反力相殺ユニット（４）は、
   前記メイン作動手段（３３）に取付けられている少なくとも１つの相殺作動手段（４１）と、
   前記基座ユニット（１）と前記相殺作動手段（４１）との間に配置されていると共に、前記相殺作動手段（４１）による作動を受けて前記メイン作動手段（３３）が加速移動する方向の反対方向へ移動することにより、前記反力を相殺するように構成されている相殺移動手段（４２）とを有しており、
   前記制御ユニット（５）は、前記メイン作動手段（３３）及び前記相殺作動手段（４１）に電気的に接続されていると共に、前記メイン作動手段（３３）と前記可動台（３２）との相対移動の時間に関連する位置情報及び前記相殺作動手段（４１）と前記相殺移動手段（４２）との相対移動の時間に関連する位置情報を読み取ることができるように構成され、且つ、該位置情報から加速情報に変換した上で該加速情報に基づいて前記相殺作動手段（４１）の移動を制御しており、
   また、前記メイン作動手段（３３）は、前記可動台（３２）の第１の方向（Ｘ）に沿った移動を作動するように配置されており、
   前記相殺作動手段（４１）は、前記相殺移動手段（４２）の前記第１の方向（Ｘ）に沿った移動を作動するよう配置されており、
   前記可動台ユニット（３）は、前記可動台（３２）に配置されると共に、前記保持台（３４）の前記第１の方向（Ｘ）と略直交する第２の方向（Ｙ）に沿った移動を作動する少なくとも１つのサブ作動手段（３５）と、を有しており、
   更に、前記設置シート（２１）は、
   前記基台（１１）に臨む下壁（２１１）と、
   前記下壁（２１１）の反対側にある上壁（２１２）と、
   前記上壁（２１２）から前記下壁（２１１）へ、且つ前記第１の方向（Ｘ）に沿って延伸すると共に、前記第２の方向（Ｙ）において互いに相対するように配置される２つの摺動溝（２１３）と、
   前記上壁（２１２）から上へ突起すると共に、各前記摺動溝（２１３）の隣りにそれぞれ配置される２つの摺動レール（２１４）と、を有しており、
   前記可動台（３２）は、
   前記保持台（３４）を前記第２の方向（Ｙ）において移動可能に収容する摺動空間（３２０）が画成される可動台本体（３２１）と、
   前記可動台本体（３２１）と連接すると共に、各前記摺動溝（２１３）にそれぞれ摺動可能に配置される２つの摺動ブロック（３２２）と、を有しており、
   前記可動台ユニット（３）は、各前記摺動レール（２１４）にそれぞれ摺動可能に保持されると共に、各前記摺動ブロック（３２２）とそれぞれ接続する２つの前記メイン作動手段（３３）を有していることを特徴とする反力相殺装置。
2. 前記可動台ユニット（３）は、前記設置シート（２１）の前記上壁（２１２）に配置されるエアベアリング手段（３１）を更に有しており、
   前記可動台（３２）及び前記保持台（３４）は、前記エアベアリング手段（３１）に支持されて前記上壁（２１２）の上で浮動できることを特徴とする請求項１に記載の反力相殺装置。
3. 前記メイン作動手段（３３）及び前記相殺作動手段（４１）は、いずれもリニアサーボモータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反力相殺装置。
4. 前記反力相殺ユニット（４）は、前記相殺移動手段（４２）と前記基座ユニット（１）との間に配置される第１の減衰手段（４３）を更に有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の反力相殺装置。
5. 前記反力相殺ユニット（４）は、前記相殺作動手段（４１）に配置される第２の減衰手段（４４）を更に有していることを特徴とする請求項４に記載の反力相殺装置。