JPS62108185A - 移動テ−ブル装置 - Google Patents

移動テ−ブル装置

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JPS62108185A
JPS62108185A JP60249545A JP24954585A JPS62108185A JP S62108185 A JPS62108185 A JP S62108185A JP 60249545 A JP60249545 A JP 60249545A JP 24954585 A JP24954585 A JP 24954585A JP S62108185 A JPS62108185 A JP S62108185A
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moving table
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
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    • B23Q1/56Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/60Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/601Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism a single sliding pair followed parallelly by a single sliding pair
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/248Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods
    • B23Q17/2495Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves using special electromagnetic means or methods using interferometers

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、移動テーブル装置、たとえば刻線機(ルー
リングエンジン)など種々の用途の機械に組み込まれた
ものに関する。
〔従来の技術〕
精密加工または測定を行なう精密機械装置に組み込まれ
、被加工物、被測定物、もしくは切削工具、測定具等を
所定位置に移動するのに用いられる、従来の移動テーブ
ル装置は第4図の模式図に示した基本構造を有するもの
が一般である。図中1は質量mの移動テーブルであり、
2は移動テーブル1を1紙面に直角な方向の移動を拘束
し、紙面に平行な方向に対しては摩擦を伴わずに往復動
せしめる、たとえばエアスライダーからなるガイド、3
はJ&m 4に対して除振装置5,5′を介して据え付
けられたベースである。そしてこのベース3と移動テー
ブルlとの間には直動式駆動装置、たとえばリニアサー
ボモータ(図示せず)が設けられており、このリニアサ
ーボモータに通電がなされることによって移動テーブル
1がベース3に対して左方向、もしくは右方向に移動し
うるようにされている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の移動テーブル装置は以上のように構成されている
のであるが、その作動に当ってつぎのような問題点を有
している。
すなわち、第4図の従来の装置では、移動テーブル1が
たとえば紙面に平行に左方へ移動したとすると、この装
置全体の重心位置も移動テーブル1の移動量に対応して
左方向へ移動する。
そのため除振装置5.5”に作用する力が変動し、この
場合には除振装置5が若干沈み、除振装置5′が反対に
若干浮き上り、この装置全体としては傾くことになる。
ところで、除振装置5.5′は、低周波振動を遮断しよ
うとすれば1通常、そのばね定数を小さくしなければな
らないが、除振装置5.5′ばばね定数を小さくすると
応答性が悪くなり、そのため重心位置の変動に追従する
ことができない。このことは従来の移動テーブル装置に
おける二律背反的な問題点である。
はとんどの精密機械装置においては、それに組み込まれ
た移動テーブルの傾きは精度に対し重大な影響を及ぼす
ことから、装置全体の重心が変動するような移動テーブ
ル装置には除振装置を付設することができない。
また従来の移動テーブル装置において、前記したリニア
サーボモータに通電し、移動テーブル1を、たとえば左
方向に移動させ、その際移動テーブル1を加速度α、で
加速したとすると、ベース3には、その反作用としてF
=mα1なる力が移動テーブル1の移動方向とは反対の
方向に作用する。そしてこの力Fは除振装置5.5′を
介して基礎4に加えられることになる。
リニアサーボモータを用いろことにより、前記加速度α
□を重力の加速度である1gを越えろ8度に大きくしつ
るようになったが、その場合には基礎4に作用する力が
より一層大となるので、基礎4の強度ならびに質址を余
程大きくしないと振動を抑制できないことが問題点であ
る。
さらに具体的に述へれば、従来の移動テーブル装置を、
たとえばルーリングエンジンのようにきわめて高精度が
要求される機械装置に組み込んだ場合には移動テーブル
1の加減速時の振動を抑制するため、移動テーブル1に
比してベース3を十分に重く、一方、移動テーブル1の
加、減速度は1′分に小さくしなければならぬことにな
る。
また集積回路の製作工程に用いられるワイヤボンダーに
組み込まれた場合には、移動テーブル1が大きな加、減
速度で移動することから、それ自身が加振源となるため
、高精度の位置決めが困難となる。
この発明は、従来の移動テーブル装置における前記した
問題点を解消し、テーブルが移動してもテーブル装置全
体の重心位置が移動せず、テーブル移動時の正負両加速
一度が大きくとも振動の発生を抑制しつる移動テーブル
装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、前記した課題を解決するための技術的手段
として、移動テーブル装置をつぎのように構成した。す
なわち、基礎に水平に据え付けられたベースと、このベ
ースにガイドを介して1つの直線方向にのみ往復自在に
係合された中間ベースと、この中間ベースに前記と同様
なガイドを介して前記と同方向のみに往復動自在に係合
された移動テーブルと、この移動テーブルと直配中間ベ
ースとの間に介在させた直動式駆動装置とによって構成
されている。
〔作  用〕
この発明にかかる移動テーブル装置は以上のように構成
されているので、移動テーブルは直動式駆動装置により
中間ベースに対し、両者の移動速度の合計した相対移動
速度にて高速移動させられる。そしてその際の移動テー
ブル、中間ベースのベースに対する移動方向は向きが反
対で、かつ移動量には一定の関係が成立して移動がなさ
れるため移動テーブルの移動位置の如何に拘らず、装置
全体としての重心位置は移動しない。
また直動式駆動装置からの推力によって移動テーブルが
一つの方向に動かされるが、その反作用として、中間ベ
ースが移動テーブルが一つの方向に動かされるが、その
反作用として、中間ベースが移動テーブルから加えられ
る力によって反対方向に同時に移動することとなり、前
記駆動装置の推力は移動テーブル装置に対して内方とし
て作用し、基礎などの外部へは及ばない。
〔実 施 例〕
この発明にかかる実施例装置について説明するに先立っ
て、その基本構造を模式的に示した第3図を参照しなが
ら、その構成ならびに作動原理を説明する。
質量mの移動テーブルlが、紙面に直角な方向の移動を
拘束され、紙面に平行な方向に対しては、摩擦を伴わず
に往復動しうるよう、たとえばエアスライダーからなる
ガイド2を介して。
ベース3ではなく、質量Mの中間ベース6に係合されて
おり、この中間ベース6が、前記ガイド2と同様のガイ
ド7を介してベース3に係合されている。そしてベース
3は除振装置5.5′を介して基礎4に据え付けられて
おり、移動テーブル1と中間ベース6との間には直動式
駆動装置、たとえばリニアサーボモータ(図示せず)が
設けられている。ただし、中間ベース6とベース3との
間には直動式駆動装置は設けられていない。ここで、リ
ニアサーボモータの構造・動作については公知技術であ
るので省略するが、それによる中間ベース6とベース3
の駆動動作を説明する。
いま、前記リニアサーボモータに通電すると、その励磁
コイルが順次に切換を励磁され1両者の間には磁気力が
推力として働らくが、このときの推力は一方には作用、
他方には反作用として等しく働らくのでたとえば移動テ
ーブル1をベース3に対して左方向に移動させたりする
と、ト述の反作用によって中間ベース6はベース3に対
して反対方向、すなわち右方向に移動する。
リニアサーボモータから移動テーブル1に加えられた力
をFとすると1mα1=F・・・(イ)2Mα□=F・
・・(ロ)となる。ここにα□は移動テーブル1の加速
度、α2は中間ベース6の加速度である。加速開始より
時ij を経過後の移動テーブル1および中間ベース6
のそれぞれ速度をVい■2とすると、”t ” ” L
 ’ ・・(ハL Vt ;a 2 L:・・・(ニ)
となる、したがって移動テーブル1の中間ベース6に対
する相対加速度をα、同じく相対速度をVとすると、α
=α□+α2・・・(ホL V=V、+V2・・・(へ
)となる。一般に中間ベース6の質MM≧移動テーブル
1の質Jimであり1M=Kmとおくと、に≧1である
F (ロ)式よりα2=□=□・・・(ト)Km また(へ)、(ハ)、(ニ)式よりV=α、t+α21
=(α□+α2)t、したがって(ホ)、(チ)式(チ
)、(す)両式より、前記相対加速度αならびに相対速
度Vは、いずれもに=1すなわち。
移動テiプル1と中間ベース6の質量、mとMが等しい
ときにそれぞれ最大値α+oax、 Vmaxとなる。
■? そしてこれらの値はαmax=2・□=2α□t 、 Vmax= 2 ・−= 2 V1テある。
このことは、移動テーブルにたとえばダイヤモンドバイ
トを固定し、中間ベース6に破開しジスト薄1模をもつ
ガラス板を固定したとすると、第4図の従来の装置にお
いてベース3灸こ前記ガラス板を固定した場合に比して
前記リニアサーボモータの推力Fはそのままで2倍の切
削速度で刻線を行ないうろことを意味する。
また切削速度が従来どおりでよいのであれば用でき、消
費電力、発熱、コス]−等の面で従来より有利となるこ
とを意味する。
また移動テーブル1の左方向への移動距離Stであり、
一方中間ベース6の右方向へのべ一■2Lである。移動
テーブル1ならびに中間ベース6の前記移動孔IIl!
SL、S2はそれぞれの重心の移動距離にほかならない
、ベース3は常に移動しないから1ms、=MSj・・
・(ヌ)が常に成立するので、この移動テーブル装置全
体としての重心位置は移動しない、すなわち移動テーブ
ル1の移動位置の如何に拘らず装置全体としての重心位
置は変動しないことから、ベース3を低周波振動を遮断
するのに有利な、ばね定数の小なる除振装置5,5′を
介して基礎4に据え付けることができる。
さらに、この移動テーブル装置においては。
移動テーブル1を動かす前記リニアサーボモータの推力
Fは移動テーブル1をα、なる加速度でたとえば左方向
へ動かすが、同時にその反作用として、中間ベース6が
α2なる加速度を与えられるMα、=Fなる力を移動テ
ーブル1から加えられることとなるため、前記リニアサ
ーボモータの推力Fは装置としては内力であり。
その力は全く基礎4には及ばない、したがって基礎4が
たとえば床面でその強度ならびに質量が大きくなくとも
振動を誘発することがない。
以上がこの発明にかかる移動テーブル装置の基本構成な
らびに作動原理の説明であるが、以下、この実施例装置
が刻線機に組み込まれた場合を例にあげて説明する。
刻線機は前記したルーリングエンジンに類する精密加工
機械で、たとえば撮像管用金属メツシュの原板や、ガラ
ススクリーンなどの原板を製作するため、レジスト剤の
薄膜をコーティングしたガラス板にたとえば10μmピ
ッチにてミクロンオーダ幅の刻線を、ガラス板面にキズ
をつけず前記レジスト膜だけに施す装置で、ダイヤモン
ドバイトからなるカッタと前記ガラス板を固定したテー
ブルとを相対的に往復動させ。
往動行程にのみカッタをガラス板面に接触させて刻線を
行ない、復動行程にはカッタをガラス板面から引き上げ
た状態で復帰させる。そしてこのように刻線が1凹刻ま
れ、カッタが引き上げられて復動する行程間に、カッタ
が、刻線方向とは直角をなす方向に微細ピッチ(たとえ
ば10μm)だけ送られて位置決めがなされ、再び刻線
を行なうようにされている。そしてこの刻線機の前記し
たカッタとテーブルとの相対的な往復動に対しこの発明
の実施例装置が組み込まれている。
第1図は、この実施例装置が組み込まれた刻線機全体の
要部の構成を示した正面図、第2図はその側面図である
。ただし、第1図は第2図の1−1断面を矢印方向に見
た図であり、第2図は第1図の■−■断面図を矢印方向
に見た図である。
ベースlOは除振装置5.5′、たとえば水平レベル自
動調整式空気ばね防振台等を介して基礎4に据え付けら
れ、このベースlOには、その上面に長手方向の軸線に
沿って第1のエアスライドレール11が固定されている
。そしてこの第1のエアスライドレール11に、エアス
ライダ12゜エアスライダ13.13″がそれぞれ係合
されており、これら両部材11と12 ; 11と13
.13’の各々との間に静圧形空気軸受がそれぞれ形成
され。
一定圧力の空気がこれら軸受に同時に供給されることに
よってエアスライダ12、エアスライダ13.13’ 
が第1のエアスライドレールて第1図において左右方向
にきわめて円滑かつ摩擦なしに摺動しつるようにされて
いる。エアスライダ12の周外側面に支柱14、14′
が直立固定されており、これら支柱14. 14’のそ
れぞれ上端面に、第2のエアスライドレール15がその
両端部で連結固定されている。そしてこの第2のエアス
ライドレール15に、エアスライダ16が係合されてお
り、これらの両者15、16間に形成される静圧形空気
軸受に一定圧力の空気が供給されることによって,エア
スライダ16が第2のエアスライドレール15に沿って
前記同様に摺動しうるようにされている。左右のエアス
ライダ13、13’は、それぞれの上部にテーブル17
がその両端部で固定されており、換言すれば左右のエア
スライダ13.13″は移動テーブル17を介して互い
に連結されている。テーブル17にはリニアサーボモー
タを構成するリニアコイル18が、エアスライダ12に
は同じくリニアサーボモータを構成する磁石19がそれ
ぞれ固定されており、リニアコイル18に通電がなされ
ると、リニアコイル18と磁石19との間に推力が生ず
るようにされている。
移動テーブル17には、その長手側部に長手方向に沿っ
てリニアスケール20が固定されており。
エアスライダ12にはリニアスケール20用の移動ヘッ
ド21が固定されている。
したがってテーブル17のエアスライダ12に対する相
対位置は、リニアスケール20と移動ヘッド21とによ
って測定しつるようになっている。
第2のエアスライドレールI5には、前記とは別なリニ
アサーボモータを構成するリニアコイル22が、エアス
ライダ16には、その下面に固定した取付は扱23を介
して同じく別なリニアサーボモータを構成する磁石24
がそれぞれ固定されており、リニアコイル22に通電が
なされると、リニアコイル22と磁石24との間に推力
が生ずるようにされている。
支柱14’ には、その外側部にレーザヘッド25が固
定されており、このレーザ光の光路26に光軸を一致さ
せて干渉計27が第2のエアスライドレール15の片側
端面にブラケット28を介して取り付けられている。そ
して干渉計27からのレーザ光の光路26と光軸が一致
するように移動反射@29がエアスライダ16の上部に
固定されている。
そして第2のエアスライドレール15上におけるエアス
ライダ16の移動位置は、エアスライダ16とともにエ
アスライドレール15上を移動する移動反射@29と干
渉計27との距離の変化を1反射鏡29により反射して
返ってくる光と、干渉計27に付属した反射JJ121
’ により反射して返ってくる光との干渉を利用して0
.01μmの分解能にて1lll+定することができる
。エアスライダ16にはその側部に、きわめて再現性の
良好なカッタの上丁動装置(図示せず)を介してカッタ
、すなわちダイヤモンドバイト30が取り付けられてい
る。そしてテーブル17には、その上面に被刻線板材た
とえばレジスト剤#膜をコーティングしたガラス板31
が所定位置に固定されている。
なおこの刻線機には1図示されていないが下記の装置1
手段が設けられている。
エアスライダ12.13.13’ 、 16は前記した
ように一定圧力の空気が供給されているときは、エアス
ライドレール11.15に対して摩擦なしに摺動しつる
状態におかれる。したがってエアスタイ1−レール11
.15が少しでも水平に狂いがあると、低い方へエアス
ライダ12.13.13’ 、 1(iが自重ないしは
それに加オ)る部材の重紙によって動いてしまうことに
なる。そのため、このような動きを抑制するわずかな摩
擦力を各エアスライダに付与する手段が設けられている
また各エアスライダの停止)位置、移動ストロークを規
制するたるのリミッタや、テーブル17を電源通電時に
初期位置に復帰させる駆動装置が設けられている。
この刻線機は以上のように構成されているが。
第3図に示したこの発明の基本構造の各構成部材との対
応を説明すると、エアスライダ12、支柱14.14′
、第2のエアスライドレール15.および第2のエアス
ライドレール15上で停止した所定の位置に保持されて
、ダイヤモンドバイト30を有しているエアスライダ1
6からなるコンポーネントが質量1nの移動テーブル1
に、エアスライダ13.13’およびテーブル17が質
量Mの中間ベース6に、ベースIOおよび第1のエアス
ライドレール11がベース3にそれぞれ相当する。
そしてエアスライダ12とテーブル17との間に設けら
れた磁石19とリニアコイル18とからなるリニアサー
ボモータが、第3図の移動テーブル1と中間ベース6と
の間に設けられた直動式駆!IすJ装置にほかならない
また前記した通り移動テーブル]の質kkrnと。
中間ベース6の質mMとをほぼ等しくすることによって
メリットが得られるが、移動テーブル1に相当する前記
したコンポネントの重量と、中間ベース6に相当するエ
アスライダ13.13’およびテーブル17の重量とを
等しくすれば同様のメリットが得られることは明らかで
ある。
つぎにこの刻線機の動作について概略説明する。
前記したテーブルI7の初期位置復帰用駆動装置により
エアスライダ12をエアスライダ13’ に接近させ、
テーブル17を初期位置に停止させる。
ダイヤモンドバイト30を前記した上下動装置によって
ガラス板31に接触するように引き下げる。
リニアコイル18に通電し、リニアコイル18.磁石1
9からなるリニアサーボモータを駆動することによって
エアスライダI2をエアスライダ13’から引き離し5
エアスライダ13に近付ける方向に移動させる。この1
ψ動の様子は、この実施例の当初に説明した通りである
。したがってエアスライダ13.13’ が第1のエア
スライドレール11に固定されていたとする場合に比し
て、前記リニアサーボモータの推力は同じでも、エアス
ライダ16.すなわちダイヤモンドバイト30は、テー
ブル17.すなねちガラス板31に対しての相対速度を
倍増させ、ガラス板3Lの薄膜に刻線することができる
。つぎにダイヤモンドバイト3゜を前記上下動装置によ
りガラス板31面より引き上げてからエアスライダ12
とテーブル17を前記初期位置に復帰させる。その間に
エアスライダ16を第2のエアスライドレール15に沿
って、リニアコイル22に通電し、干渉計27のディテ
クタ(図示せず)からの信号によってリニアサーボモー
タ22,24の作動をフィードバック制御し。
所定の1ピツチたとえば10μmだけ移動させ。
ダイヤモンドバイ1−30をつぎの刻線位置に位置決め
する。
以下前記した動作を所定の刻線回数繰り返せばよい。
この動作量において、高速でなされる刻線動作時におい
ては、テーブル移動装置全体としては重心の移動が生じ
ないので、ばね定数の小さな防振装置5.5″は1−分
に機能し、常に装置全体を水平に保持する。一方、刻線
ピッチの割出し動作時には、厳密にいえば重心移動が生
ずるが、移動がたとえば10μmずっと微小であり、し
かも移動が低速で行なわれることがら、防振装b!i5
.5″の水平レベル自動調整機構(図示せず)で容易に
追従できる。
この刻線機に組み込んだ実施例装置には、第3図のガイ
ド2.7に前記したエアスライドレールとエアスライダ
からなるエアスライドを用いたが、この代りにボールガ
イドをまたは滑りガイド等を用いるようにしてもよく、
摩擦力が小さい程、この発明の効果はWI著である。ま
た直動式駆動装置についてもリニアサーボモータ18.
19の代りにエアシリンダを用いるようにしてもよい。
〔効  果〕
この発明にかかる移動テーブル装置においてはつぎの効
果を奏する。
(i)  移動テーブルもしくはそれに相当する部材の
移動位置の如何に拘らず、装置全体としての重心位置が
移動しないようにされているので、たとえば低周波振動
を遮断するのに有利なはね定数の小さい除振装置を介し
て基礎に据え付けることができる。
(ii)  移動テーブルもしくは、それに相当する部
材を駆動する直劾形駆動装置の推力は全体の装置に対し
て内力として作用し、その作用は基礎に及ばないので、
振動を誘発することなく高速駆動をなし得る。
(iii)  同一容量の直劾形駆動装置で従来のテー
ブル装置に比べ、最高2倍の加速度で移動テーブル、も
しくはそれに相当する部材を移動させることが司能であ
る。
このことは移動加速度が従来どおりでよい動装置を使用
することができ、省エネルギー、コスト面で有利となる
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の1実施例である移動テーブル装置が
組み込まれた刻m*全体の要部の構成を示した正面図、
第2図はその側面図で、第1図は第2図の1−1断面を
矢印方向に見た図であり、第2図は第1図の■−■断面
図を矢印方向に見た図である。。第3図はこの発明にか
かる移動テーブル装置の基本構成を示した模式説明図、
第4図は従来の移動テーブル装置の同じく基本構成を示
した模式説明図である。 1・・移動テーブル、    2・・・ガイド。 3・・ベース、       4・・・基礎、5.5″
・・・除振装置、  6、・・・中間ベース、7・ガイ
ド、       lO・・・ベース、11・・・第1
のエアスライドレール、12・・エアスライダ。 11、12・・・エアスライド。 13・・・エアスライダ、 15・・・第2のエアスライドレール、16・・エアス
ライダ。 15、16・・・エアスライ1へ、 17・・・テーブル、    18・・リニアコイル。 19・・磁石。 18.19・・・リニアサーボモータ、22・・リニア
コイル、  24・・・磁石。 22.24・・・リニアサーボモータ。 30・・・ダイヤモンドバイト、 31・・・レジス1〜剤被膜のガラス板。 代理人 弁理士 間 宮 武 峨 第3図    第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基礎に水平に据え付けられたベースと、このベース
    にガイドを介して1つの直線方向にのみ往復自動に係合
    された中間ベースと、この中間ベースに前記と同様なガ
    イドを介して前記と同方向のみに往復動自在に係合され
    た移動テーブルと、この移動テーブルと前記中間ベース
    との間に介在させた直動式駆動装置とを備えてなる移動
    テーブル装置。 2、ガイドは、エアスライドレールとそれに係合された
    エアスライダとからなる特許請求の範囲第1項記載の移
    動テーブル装置。 3、直動式駆動装置がリニアモータである特許請求の範
    囲第1項または第2項記載の移動テーブル装置。 4、ベースは基礎に除振装置を介して据え付けられたも
    のである特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか
    に記載の移動テーブル装置。
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