JPH0557551A

JPH0557551A - Ｘｙ位置決めテーブル

Info

Publication number: JPH0557551A
Application number: JP22065591A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Sato; 忠一佐藤; Koichi Morita; 公一森田; Atsushi Horikoshi; 敦堀越
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3120485B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速で且つ高精度に位置決めの行えるＸＹ位置
決めテーブルとする。【構成】メインテーブル２と第１のサブテーブル２０と
を、それらの間のＸ方向の相対変位を案内する空気静圧
軸受と、それらの間のＹ方向の相対変位に対して働くス
クイーズフィルムダンパとを備えた角スライド２４，連
結部材２６を介して連結し、メインテーブル２と第２の
サブテーブル２２とを、それらの間のＹ方向の相対変位
を案内する空気静圧軸受と、それらの間のＸ方向の相対
変位に対して働くスクイーズフィルムダンパとを備えた
角スライド２５，連結部材２７を介して連結し、そし
て、第１のサブテーブル２０は第１のリニアモータ２１
によって進退させ、第２のサブテーブル２２は第２のリ
ニアモータ２３によって進退させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速化及び高精度化
に適したＸＹ位置決めテーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸＹ位置決めテーブルとして、例
えば図６に示すようなものがある。即ち、この従来のＸ
Ｙ位置決めテーブル１は、メインテーブル２を、互いに
直交するＸ方向及びＹ方向を含む平面上の任意の位置に
位置決めする装置であって、その平面図である図６
（ａ）と、図６（ａ）を右方から見た側面図である図６
（ｂ）とに示すように、位置決めの対象であるメインテ
ーブル２は、テーブル３上に重ねられて配設されるとと
もに、それらメインテーブル２及びテーブル３間には、
転動溝や転動体（ボール或いはころ等）から構成され、
メインテーブル２及びテーブル３間のＹ方向の相対変位
を案内する転がり案内２ａ，２ｂが介在している。

【０００３】一方、テーブル３は、ベース４上に重ねら
れて配設されていて、それらテーブル３及びベース４間
には、それらの間のＸ方向の相対変位を案内する転がり
案内３ａ，３ｂが介在している。つまり、テーブル３が
転がり案内３ａ，３ｂによってベース４に対してＸ方向
に移動可能であり、且つ、メインテーブル２が転がり案
内２ａ，２ｂによってテーブル３に対してＹ方向に移動
可能であるから、メインテーブル２は、所定の範囲で、
平面上の任意の位置に移動可能である。

【０００４】そして、テーブル３には、ボールねじ５の
ナット５ａが固定されていて、そのボールねじ５のＸ方
向に延びるねじ軸５ｂの端部が、サーボモータ６に結合
されている。従って、サーボモータ６の回転出力は、ボ
ールねじ５によって変換されてＸ方向の進退力としてテ
ーブル３に伝達される。さらに、メインテーブル２のＹ
方向沿いには、ベース８上に重ねられ、転がり案内７ａ
によりベース８に対してＹ方向に相対変位可能なサブテ
ーブル７が配設されている。

【０００５】このサブテーブル７には、ボールねじ９の
ナット９ａが固定されていて、そのボールねじ９のＹ方
向に延びるねじ軸９ｂの端部が、サーボモータ１０に結
合されている。従って、サーボモータ１０の回転出力
は、ボールねじ９によって変換されてＹ方向の進退力と
してサブテーブル７に伝達される。そして、メインテー
ブル２には、Ｘ方向に延びる角スライド１１が固定され
ていて、サブテーブル７に固定された連結部材１３が、
転がり案内１２ａ，１２ｂを介して角スライド１１をＹ
方向から挟み込んでいる。このため、メインテーブル２
とサブテーブル７とは、Ｘ方向には、転がり案内１２
ａ，１２ｂによって角スライド１１と連結部材１３との
間に変位伝達がないことから相対変位可能であるが、Ｙ
方向には、一体に変位する。

【０００６】従って、メインテーブル２は、サーボモー
タ６を制御することによりテーブル３と一体にＸ方向に
進退し、サーボモータ１０を制御することによりサブテ
ーブル７と一体にＹ方向に進退するから、それらサーボ
モータ６及び１０を適宜制御することにより、平面上の
任意の位置に位置決めすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のＸＹ位置決めテーブルにあっては、相対変
位の案内に転がり案内２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，１２
ａ，１２ｂを適用し、また、駆動源としてサーボモータ
６，１０及びボールねじ５，９を使用していることか
ら、下記のような不具合がある。

【０００８】即ち、転がり案内は、一般に高精度が得ら
れないので、位置決めの高精度化の妨げとなっており、
特に、高速で進退させる場合には、転がり案内の磨耗が
避けられず、精度の悪化及びメンテナンスが大きな問題
となる。なお、磨耗しても隙間が発生しないよう、単純
に転がり案内の予圧を大きくすると、摩擦係数も大きく
なり、超高速駆動の妨げとなってしまう。

【０００９】また、サーボモータ及びボールねじを用い
た駆動系では、ボールねじの慣性が大きいことから、超
高速駆動を行うためには、駆動トルクが不足しがちであ
り、ボールねじの回転速度の限界からも、超高速駆動は
困難である。この場合、高速駆動を行うためにボールね
じのリードを大きくすると、今度は、位置決め精度が悪
化するという別の問題が生じる。

【００１０】ここで、このような不具合を解決するため
に、転がり案内に代えて空気等を利用した気体静圧軸受
を適用するとともに、駆動源にリニアモータを適用する
ことが考えられるが、単に気体静圧軸受に置き換えるだ
けでは、進退力を伝達する部位、即ち、図６に示した転
がり案内１２ａ，１２ｂに相当する部位の剛性も小さく
なることから、角スライド１１と連結部材１３との間の
Ｙ方向の隙間が変動し易くなり、サブテーブル７の変位
が正確にメインテーブル２に伝達されず、位置決め精度
が悪化するという欠点がある。

【００１１】そして、剛性を大きくするために、気体静
圧軸受の軸受面積を大きくすると、装置が大きくなり、
メインテーブル２等の慣性も大きくなることから、適用
するリニアモータにも、大駆動力のものを使用しなけれ
ばならず、すると、さらに剛性の大きな気体静圧軸受が
必要になり、さらに大駆動力のリニアモータを使用す
る、という悪循環が生じてしまう。

【００１２】この発明は、このような従来の技術が有す
る未解決の課題に着目してなされたものであって、高速
化及び高精度化に適したＸＹ位置決めテーブルを提供す
ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いに直交するＸ方向及びＹ方向を含む
平面上の任意の位置にメインテーブルを位置決めするＸ
Ｙ位置決めテーブルにおいて、第１のリニアモータによ
って前記Ｙ方向に変位可能な第１のサブテーブルと、前
記メインテーブルとを、それら第１のサブテーブル及び
メインテーブル間の前記Ｘ方向の相対変位を案内する気
体静圧軸受と、それら第１のサブテーブル及びメインテ
ーブル間の前記Ｙ方向の相対変位に対して働くスクイー
ズフィルムダンパとを備える第１の連結機構を介して連
結するとともに、第２のリニアモータによって前記Ｘ方
向に変位可能な第２のサブテーブルと、前記メインテー
ブルとを、それら第２のサブテーブル及びメインテーブ
ル間の前記Ｙ方向の相対変位を案内する気体静圧軸受
と、それら第２のサブテーブル及びメインテーブル間の
前記Ｘ方向の相対変位に対して働くスクイーズフィルム
ダンパとを備える第２の連結機構を介して連結した。

【００１４】

【作用】本発明に適用したスクイーズフィルムダンパと
は、スクイーズ効果を利用したダンパのことである。つ
まり、油を介して対向する平行な二面がある速度で接近
又は離隔する場合、その二面間から押し出される又は二
面間に吸入されるときの流体摩擦による隙間内の圧力上
昇又は下降により、それら二面の接触又は離隔を妨げよ
うと作用する力を利用したダンパのことである。

【００１５】従って、第１のリニアモータによって第１
のサブテーブルがＹ方向に変位すると、その第１のサブ
テーブルの進退は、第１の連結機構を介してメインテー
ブルに伝達されるが、第１の連結機構は、第１のサブテ
ーブル及びメインテーブル間のＹ方向の相対変位に対し
て働くスクイーズフィルムダンパを備えているため、そ
の第１の連結機構を構成する気体静圧軸受の剛性が低く
ても、第１の連結機構の剛性は、スクイーズフィルムダ
ンパによって十分高くなり、第１のサブテーブルの進退
は精度良くメインテーブルに伝達される。

【００１６】そして、メインテーブルがＹ方向に進退す
る際、メインテーブルと第２のサブテーブルとの間のＹ
方向の相対変位は、第２の連結機構の気体静圧軸受によ
って案内される。一方、第２のリニアモータによって第
２のサブテーブルがＸ方向に変位する場合にも、第２の
連結機構の剛性は、スクイーズフィルムダンパによって
十分高くなるから、第２のサブテーブルの進退は精度良
くメインテーブルに伝達されるし、メインテーブルと第
１のサブテーブルとの間のＸ方向の相対変位は、第１の
連結機構の気体静圧軸受によって案内される。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１乃至図４は、本発明の第１実施例を示す図
である。先ず、構成を説明する。図１（ａ）は本実施例
のＸＹ位置決めテーブル１の平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）を右方から見たＸＹ位置決めテーブル１の側面図
であり、位置決め対象としてのメインテーブル２は、Ｘ
方向に沿った２辺及びＹ方向に沿った２辺を有する方形
をなすとともに、ベース４上に、例えば４箇所において
図示しない空気静圧軸受により垂直方向に支持されてい
て、これにより、Ｘ方向及びＹ方向を含む平面上の任意
の位置に変位可能になっている。

【００１８】メインテーブル２のＹ方向隣には、図示し
ない空気静圧軸受に支持されてベース８ａ上をＹ方向に
進退可能な第１のサブテーブル２０が配設されていて、
この第１のサブテーブル２０の端部は、Ｙ方向の進退力
を発生する第１のリニアモータ２１の出力端に接続され
ている。一方、メインテーブル２のＸ方向隣には、図示
しない空気静圧軸受に支持されてベース８ｂ上をＸ方向
に進退可能な第２のサブテーブル２２が配設されてい
て、この第２のサブテーブル２２の端部は、Ｘ方向の進
退力を発生する第２のリニアモータ２３の出力端に接続
されている。

【００１９】そして、メインテーブル２の上面には、第
１のサブテーブル２０に隣接してＸ方向に延びる角スラ
イド２４が固定され、第２のサブテーブル２２に隣接し
てＹ方向に延びる角スライド２５が固定されていて、第
１のサブテーブル２０に固定された連結部材２６が、底
面側が開口し且つＸ方向に延びる溝２６ａで角スライド
２４をＹ方向から挟み込み、第２のサブテーブル２２に
固定された連結部材２７が、底面側が開口し且つＹ方向
に延びる溝２７ａで角スライド２５をＸ方向から挟み込
んでいる。

【００２０】図２は、角スライド２４と連結部材２６と
の連結部分の拡大斜視図であり、図３は、同部分の拡大
断面図である。なお、図２では隠れている角スライド２
４の側面側の構造は、手前側の構成と同様であるため、
その図示及び説明は省略する。また、角スライド２５と
連結部材２７との連結部分の構成は、角スライド２４と
連結部材２６との連結部分の構成と同様であるため、そ
の図示及び説明は省略する。

【００２１】即ち、図２及び図３に示すように、角スラ
イド２４の長手方向の側面と、これに対向する溝２６ａ
の内側面との間には、角スライド２４及び溝２６ａのＸ
方向の相対変位を案内する気体静圧軸受としての空気静
圧軸受３０と、角スライド２４及び溝２６ａのＹ方向の
相対変位に対して働くスクイーズフィルムダンパ３１と
が、並列関係となるように構成されている。

【００２２】空気静圧軸受３０は、通路３０ａを介して
供給される加圧された空気によって、角スライド２４の
長手方向側面と、溝２６ａの内側面との間の隙間内に空
気の膜を形成し、これにより、角スライド２４及び溝２
６ａのＸ方向の相対変位を、非接触で案内する。一方、
スクイーズフィルムダンパ３１は、溝２６ａの側面に長
方形の枠状の磁石３２を固定するとともに、その磁石３
２に囲まれるように、溝２６ａの側面に凸部３３を形成
し、そして、磁石３２の内側に磁性流体３４を封入した
ものである。なお、凸部３３は、その表面は角スライド
２４の側面に平行になり、その厚みは角スライド２４と
の間に隙間が保たれるように形成されている。

【００２３】ここで、本実施例では、角スライド２４，
連結部材２６，溝２６ａ，空気静圧軸受３０，スクイー
ズフィルムダンパ３１及び図２では隠れている角スライ
ド２４の側面側に構成される図示しない空気静圧軸受，
スクイーズフィルムダンパによって第１の連結機構が構
成され、角スライド２５，連結部材２７，溝２７ａ及び
角スライド２５と溝２７ａとの間に構成される図示しな
い空気静圧軸受，スクイーズフィルムダンパによって第
２の連結機構が構成されている。

【００２４】次に、本実施例の作用を説明する。メイン
テーブル２をＹ方向に進退させる場合には、第１のリニ
アモータ２１を駆動させて、第１のサブテーブル２０を
Ｙ方向に進退させる。すると、第１のサブテーブル２０
の進退は、先ず連結部材２６に伝達され、そこから、空
気静圧軸受３０及びスクイーズフィルムダンパ３１を介
して角スライド２４に伝達されて、メインテーブル２が
Ｙ方向に進退する。

【００２５】この場合、連結部材２６と角スライド２４
との間には図３に示すように隙間があるため、時間ｔに
対する連結部材２６の移動速度ｄｘ／ｄｔを表す図４
（ａ）、時間ｔに対する駆動力Ｆの変化を図４（ｂ）及
び時間ｔに対する空気静圧軸受３０の隙間ｈの変化を表
す図４（ｃ）に示すように、速度ｄｘ／ｄｔが増加する
間、即ち、駆動力Ｆが正である間は、隙間ｈは当初の隙
間ｈ₀から徐々に減少し、最大Δｈ₁だけ狭くなり、そ
して、速度ｄｘ／ｄｔが減少する間、即ち、駆動力Ｆが
負である間は、隙間ｈは徐々に増加し、速度ｄｘ／ｄｔ
が零となった時点では、当初の隙間ｈ₀よりもΔｈ₂だ
け広くなる。

【００２６】そして、Δｈ₁，Δｈ₂が小さければ小さ
い程、メインテーブル２の送り精度が良いということに
なるが、空気静圧軸受３０は、角スライド２４と連結部
材２６との間のＸ方向の相対変位に対しては、案内精度
が良く、摩擦や磨耗が生じないという利点がある反面、
角スライド２４と連結部材２６との間のＹ方向の相対変
位に対しては、剛性が低く、従って、空気静圧軸受３０
だけでは、Δｈ₁及びΔｈ₂を十分小さくすることはで
きない。

【００２７】しかし、本実施例にあっては、角スライド
２４と連結部材２６との間にＹ方向の相対変位が生じる
と、スクイーズフィルムダンパ３１の凸部３３が角スラ
イド２４に近づく場合には、凸部３３が磁性流体を押し
出す際の流体摩擦により、凸部３３と角スライド２４と
の間の隙間内の圧力が上昇し、それらの接触を妨げよう
とする力が作用し、逆に、凸部３３が角スライド２４か
ら離れる場合には、凸部３３と角スライド２４との間の
隙間に磁性流体が吸引される際の流体摩擦により、凸部
３３と角スライド２４との間の隙間内の圧力が下降し、
それらの離隔を妨げようとする力が作用するため、角ス
ライド２４と連結部材２６との間のＹ方向の相対変位に
対して高い剛性が得られ、Δｈ₁及びΔｈ₂を、実用上
十分小さくすることができる。

【００２８】つまり、本実施例では、スクイーズフィル
ムダンパ３１によって角スライド２４と連結部材２６と
の間のＹ方向の剛性が確保されるから、空気静圧軸受３
０のＹ方向の剛性を高くする必要がなく、空気静圧軸受
３０の軸受面積を小さくすることができる。これによ
り、装置自体の小型化が図られ、リニアモータ２１，２
３への負荷慣性が小さくなるから、超高速での位置決め
が可能となる。

【００２９】そして、メインテーブル２をＸ方向に変位
させる場合、第２のリニアモータ２３を駆動させて第２
のサブテーブル２２をＸ方向に進退させると、角スライ
ド２４と連結部材２６との間には、Ｘ方向の相対変位が
生じるが、この相対変位を案内する空気静圧軸受３０
は、精度が良く、しかも、摩擦や磨耗がないから、第２
のリニアモータ２３の駆動力はそのままメインテーブル
２のＸ方向の進退力となる。

【００３０】また、転がり案内を利用した場合と異な
り、角スライド２４と連結部材２６との間は非接触状態
であるから、駆動系の振動がメインテーブル２の位置決
め精度に悪影響を与え難い。さらに、本実施例にあって
は、メインテーブル２と第１のサブテーブル２０とを第
１の連結機構を介して連結し、メインテーブル２と第２
のサブテーブル２２とを第２の連結機構を介して連結し
ているため、第１のリニアモータ２１が受けるＹ方向の
慣性と、第２のリニアモータ２３が受けるＸ方向の慣性
とが同じ値となり、メインテーブル２をＸ方向及びＹ方
向同時に変位させる場合の精度の向上も図られる。

【００３１】このようなことから、本実施例のＸＹ位置
決めテーブル１であれば、メインテーブル２の位置決め
を、高速で且つ高精度に行うことができる。従って、本
実施例のＸＹ位置決めテーブル１は、例えば半導体装置
の製造に用いられるワイヤボンディング装置のように、
超高速且つ超高精度の位置決めが要求される装置等に好
適である。

【００３２】なお、本実施例のスクイーズフィルムダン
パ３１は、流体として磁性流体３４を適用し、そして、
この磁性流体３４を磁石３２で囲んでいるため、特にシ
ール部材等を設けなくても、磁性流体３４の外部への漏
れは防止される。図５は、本発明の第２実施例を示す図
であり、図５（ａ）は、本実施例におけるＸＹ位置決め
テーブル１の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）を右方
から見たＸＹ位置決めテーブル１の側面図、図５（ｃ）
は、図５（ａ）を上方から見たＸＹ位置決めテーブル１
の側面図である。なお、上記第１実施例と同等の構成に
は、同じ符号を付している。

【００３３】本実施例では、第１のサブテーブル２０の
第１のリニアモータ２１に接続された側とは逆側の端部
を、ベース４上に相対変位可能に重ね合わせるととも
に、その端部上面に、Ｘ方向に延びる溝４０を形成して
いる。一方、第２のサブテーブル２２の第２のリニアモ
ータ２３に接続された側とは逆側の端部は、図５（ｃ）
に示すように他の部分に比べて薄くなっていて、その部
分には、Ｘ方向に沿った２辺及びＹ方向に沿った２辺を
有する方形の孔４１を形成している。

【００３４】また、本実施例のメインテーブル２は、第
１のサブテーブル２０及び第２のサブテーブル２２間に
挟み込まれる平板２Ａと、この平板２Ａの下面に形成さ
れ且つ溝４０に入り込むＸ方向に延びる角スライド２Ｂ
と、平板２Ａの上面に形成され且つ孔４１に入り込む方
形の凸部２Ｃとから構成されている。なお、凸部２Ｃ
は、孔４１と同様にＸ方向に沿った２辺及びＹ方向に沿
った２辺を有する方形をなすとともに、凸部２Ｃ及び孔
４１のＸ方向に沿って延びる側面同士の間は、比較的広
い隙間が設けてある。

【００３５】そして、角スライド２Ｂの長手方向側面
と、これに対向する溝４０の内側面との間、並びに、凸
部２Ｃ及び孔４１のＹ方向に沿って延びる側面同士の間
に、上記第１実施例で説明した図２及び図３に示すよう
な空気静圧軸受及びスクイーズフィルムダンパを構成す
る。なお、メインテーブル２の平板２Ａと第１のサブテ
ーブル２０との間、並びに、平面２Ａと第２のサブテー
ブル２２との間には、これらを垂直方向に支持する図示
しない空気静圧軸受を形成する。

【００３６】ここで、本実施例では、角スライド２Ｂ，
溝４０及びこれらに形成された図示しない空気静圧軸
受，スクイーズフィルムダンパにより第１の連結機構が
構成され、凸部２Ｃ，孔４１及びこれらに形成された図
示しない空気静圧軸受，スクイーズフィルムダンパによ
り第２の連結機構が構成されている。即ち、メインテー
ブル２は、第１の連結機構によって、Ｙ方向には第１の
サブテーブル２０と一体であり、第２の連結機構によっ
て、Ｘ方向には第２のサブテーブル２２と一体であるか
ら、第１のリニアモータ２１及び第２のリニアモータ２
３を適宜駆動させることにより、平面上の任意の位置に
位置決めすることができ、そして、それら連結機構に、
空気静圧軸受及びスクイーズフィルムダンパを形成して
いるため、上記第１実施例と同等の作用効果が得られ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メインテーブルとサブテーブルとの連結機構に、気体静
圧軸受とスクイーズフィルムダンパとを設けたため、そ
の連結機構の剛性を高くできるとともに、案内精度を向
上させることができるから、駆動源にリニアモータを使
用しても駆動力不足になることがなく、メインテーブル
の位置決めを高速で且つ高精度に行うことができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】連結部分の拡大斜視図である。

【図３】連結部分の拡大断面図である。

【図４】移動速度，駆動力及び隙間の変化を示すグラフ
である。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図６】従来の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ＸＹ位置決めテーブル２メインテーブル２Ｂ角スライド２Ｃ凸部２０第１のサブテーブル２１第１のリニアモータ２２第２のサブテーブル２３第２のリニアモータ２４，２５角スライド２６，２７連結部材２６ａ，２７ａ溝３０空気静圧軸受（気体静圧軸受）３１スクイーズフィルムダンパ４０溝４１孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直交するＸ方向及びＹ方向を含む
平面上の任意の位置にメインテーブルを位置決めするＸ
Ｙ位置決めテーブルにおいて、第１のリニアモータによ
って前記Ｙ方向に変位可能な第１のサブテーブルと、前
記メインテーブルとを、それら第１のサブテーブル及び
メインテーブル間の前記Ｘ方向の相対変位を案内する気
体静圧軸受と、それら第１のサブテーブル及びメインテ
ーブル間の前記Ｙ方向の相対変位に対して働くスクイー
ズフィルムダンパとを備える第１の連結機構を介して連
結するとともに、第２のリニアモータによって前記Ｘ方
向に変位可能な第２のサブテーブルと、前記メインテー
ブルとを、それら第２のサブテーブル及びメインテーブ
ル間の前記Ｙ方向の相対変位を案内する気体静圧軸受
と、それら第２のサブテーブル及びメインテーブル間の
前記Ｘ方向の相対変位に対して働くスクイーズフィルム
ダンパとを備える第２の連結機構を介して連結したこと
を特徴とするＸＹ位置決めテーブル。