JPS6352215A - 変位制御装置 - Google Patents

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］ 本発明は、変位制御技術、１＞に、ｘｙ子テーブルどの
位置決めに適用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ ＸＹテーブルなどの変位制御技術については、株式会社
工業調査会、１９８４年発行、「自動化技術」、第１６
巻第９号、Ｐ２８以下に記載されている。

その概要は、サーボモータの回転運動をボールねしなど
によってテーブルの直線的な変位に変換するとともに、
テーブルの位置および速度の情報をサーボモータの制御
部に帰還することにより、テーブルの停止位置などを制
御するようにようにしたものである。

し発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のように、テーブルの位置および速
度の情報に基づいて、該テーブルを駆動するサーボモー
タなどを制御する方式では、テーブルの重量や移動速度
などが比較的大きい場合、テーブルの位置決め位置にず
れを生じたり、外部から指令された停止位置を中心に振
動するなどの現象が発生し、位置決め動作などにおける
テーブルの応答特性が低下するという問題があることを
本発明者は見いだした。

本発明の目的は、可動部の応答特性を向上させることが
可能な変位制御技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、可動部と、変位伝達機構を介して可動部を変
位させる駆動源と、可動部の位置および速度の情報に基
づいて、駆動源による可動部の変位を制御する制御部な
どとともに、可動部または変位伝達機構の少なくとも一
方に、この可動部または変位伝達機構の少なくとも一方
の変位を妨げる摩擦力を作用させる摩擦力発生ｉ構と、
可動部の位置および速度の関数として、摩擦力発生機構
から可動部または変位伝達機構の少なくとも一方に作用
される摩擦力の大きさを制御する摩擦力制御部とを設け
たものである。

［作用］ 上記した手段によれば、たとえば、重量および移動速度
が比較的大きな可動部の位置決め操作などを、位置ずれ
や振動などを伴うことなく迅速かつ正確に行わせること
が可能となり、可動部の応答特性を向上させることがで
きる。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例である変位制御技術の要部を
示す説明図であり、第２図は前記第１図において線■−
■で示される部分の略断面図である。

基体部ｌの上には、接極体部１０両端部に平行に突設さ
れた支持部２および支持部３に、樹脂などの摺動部材４
および摺動部材５を介して摺接されることにより、テー
ブル６（可動部）が所定の平面内において滑動自在に支
持されている。

基体部ｌの中央には、前記支持部３および４と平行に案
内部７が突設されており、テーブル６の下面に設けられ
た保持部材８および案内部７を介して保持部材８と対向
する保持部材９．保持部材ｌＯが案内部７を滑動自在に
挟持することにより、テーブル６が第１図の左右方向に
直線的に変位されるように案内される構造とされている
。

前記案内部７と保持部材８および保持部材９゜保持部材
１０との間には、該案内部７と保持部材８および保持部
材９．ｌＯとの摩擦を軽バするように、樹脂などの摺動
部材１１および摺動部材１２が介設されている。

基体部ｌには、テーブル６の移動方向に平行に設けられ
たボールねじ１３（変位伝達機構）が、軸受け１４およ
び軸受け１５を介して両端部を回転自在に支持されてお
り、一端がサーボモータ１６（駆動源）に係合されて回
転されるように構成されている。

テーブル６の下面には、ポールねじ１３に螺合される移
動子１７が係止されており、該ボールねじ１３の回転運
動がテーブル６の第１図の左右方向における直線運動に
変換される構造とされている。

サーボモータ１６には、ポールねじ１３の回転数を検出
することによって、テーブル６の直線運動の速度Ｖを検
出する速度検出器１８が設けられている。

テーブル６の近傍には、該テーブル６の端面に固定され
た反射鏡１９ａにレーザ１９ｂを反射させる際の干渉縞
などを観測することによって、テ−プル６の位置Ｚを精
密に検出するレーザ干渉計などの位置検出器１９が設け
られている。

サーボモータ１６には、制御部２０が接続されており、
この制御部２０は、前記速度検出器１８および位置検出
器１９から帰還されるテーブル６の速度Ｖおよび位置Ｚ
の情報に基づいて、該サーボモータ１６の回転方向およ
び回転量などを適宜制御することにより、テーブル６の
変位などを制御するものである。

この場合、位置検出器１９において検出されるテーブル
６の位置Ｚの情報は、制御部２０に対して線形帰還され
るものである。

制御Ｂ部２０には、制御データ保持部２１が接続されて
おり、たとえばテーブル６の目標の位置決め位置Ｘなど
が制御部２０に指令されるように構成されている。

この場合、テーブル６の下面に設けられた前記保持部材
９と保持部材１０との間には、保持部材１０に一端が固
定された板ばね２２に支持されるとともに、樹脂などの
摺動部材２３を介して基体部１の案内部７に摺接される
摩擦板２４（摩擦力発生機構）が設けられている。

そして、−４がテーブル６の側に支持されるとともに他
端部が板ばね２２を介して摩擦板２４に当接される、た
とえば電歪素子やボイスコイルなどの付勢手段２５（摩
擦力発生機構）によって、摩擦板２４を案内部７に密着
させる力を変化させることにより、基体部１に対するテ
ーブル６の変位を妨げるように発生される摩擦力Ｆが所
望の値に制御される構造とされている。

さらに、前記付勢手段２５には、摩擦力制御部２６が接
続されており、この摩擦力制御部２６は、速度検出！Ｓ
１８および位置検出器１９からそれぞれ得られるテーブ
ル６の速度Ｖおよび位置Ｚの関数として、摩擦板２４お
よび付勢手段２５などによって発生される基体部１に対
するテーブル６の変位を妨げるように発生される摩擦力
Ｆを制御するものである。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、制御データ保持部２１から、テーブル６の目標の
位置決め位置Ｘが指令されると、制御部２０は、速度検
出器１８から帰還されるテーブル６の速度Ｖおよび位置
検出器１９から線形帰還されるテーブル６の位ＩＺに基
づいてテーブル６の変位を制御するとともに、摩擦力制
御部２６は、たとえば次の式で示されるようなテーブル
６の速度Ｖおよび位置Ｚの関数として、付勢手段２５か
ら摩擦板２４に作用される押圧力を変化させることによ
り、テーブル６の変位を妨げる摩擦力Ｆを発生させ、テ
ーブル６が目標の位置決め位ＩＸで正確に停止される。

Ｆ＝Ｍ−ｖ２／　（２１１ｘ　　Ｚ　ｌ＋ｇ））　＋Ｆ
。

Ｍ：テーブル６の質量 ｖ＝ｄＺ／ｄｔ：テーブル６の速度 Ｘ：テーブル６の目標の位置決め位置 Ｚ：テーブル６の位置 ε：パラメータ（固定値） Ｆｏ：摩擦力の固定値 すなわち、上記の式に示されるように、テーブル６の変
位を妨げるＰｉｌ擦力Ｆが、テーブル６の運動エネルギ
（Ｍ−ｖ”／２）を、テーフ′ル６の目標の位置決め位
置Ｘと現在位置Ｚとの差の絶対値で除して得られるよう
にしたものである。

したがって、テーブル６の変位を妨げる摩擦力Ｆは、テ
ーブル６の運動エネルギに比例して増加または減少する
とともに、テーブル６の位置Ｚが目標の位置決め位Ｗｘ
から離れている時には小さく、テーブル６の位置Ｚが目
標の位置決め位置Ｘに接近するとともに増加するように
制御される。

このため、たとえば、テーブル６の質量Ｍおよび速度Ｖ
が比較的大きい場合でも、目標の位置決め位置Ｘからテ
ーブル６の位置Ｚがずれたり、目標の位置決め位置χの
近傍でテーブル６が振動するなどの不具合が回避され、
テーブル６の位置決めなどを精密かつ迅速に行うことが
できるので、該テーブル６の変位の制御などにおける応
答特性が向上される。

このように本実施例においては、以下の効果を得ること
ができる。

（１）、テーブル６と、ポールねし１３を介してテープ
ル６を変位させるサーボモータ１６と、テーブル６の位
置Ｚおよび速度Ｖの情報に基づいてサーボモータ１６に
よるテーブル６の変位を制御する制御部２０と、テーブ
ル６に、該テーブル６の変位を妨げる摩擦力Ｆを作用さ
せる摩擦板２４および付勢手段２５と、テーブル６の位
置Ｚおよび速度Ｖの関数として、摩擦板２４などからテ
ーブル６に作用されるＦｊ擦力Ｆの大きさを制御する摩
擦力制御部２６とを備えているので、たとえばテーブル
６のＲＩＭおよび速度Ｖが比較的大きい場合でも、目標
の位置決め位Ｗｘからテーブル６の位置Ｚがずれたり、
目標の位置決め位置Ｘの近傍でテーブル６が振動するな
どの不具合が回避され、テーブル６の位置決めなどを精
密かつ迅速に行うことができ、該テーブル６の応答特性
が向上される。

（２）、前記ｉｌ＋の結果、たとえば半導体装置の製造
における半導体ウェハの位置決めなどのように、半導体
ウェハの大口径化などに伴って、該半導体ウェハを載置
するテーブル６の重量が比較的大きく、かつ位置決め動
作の高速化および筋精度化が要求される用途に適用する
ことにより、半導体装置の製造における生産性を向上さ
せることができる。

［実施例２］ 第３図は本発明の他の実施例である変位制御装置の要部
を示す説明図である。

本実施例２においては、移動子１７を介してテーブル６
を変位させるボールねじ１３の端部に円板２７が固定さ
れており、この円板２７に摺動部材２３ａを介して摩擦
板２４ａを当接させ、付勢手段２５によって該摩擦板２
４ａの円板２７に対する押圧力を変化させることによっ
て、ボールねじ１３の回転変位を妨げるように作用され
る摩擦力Ｆの大きさが調整されるところが前記実施例１
の場合と異なるものである。

本実施例２においては、以下の効果を得ることができる
。

（１）、テーブル６と、ボールねじ１３を介してテーブ
ル６を変位させるサーボモータ１６と、テーブル６の位
置Ｚおよび速度■の情報に基づいてサーボモータ１６に
よるテーブル６の変位を制ｉ１する制御部２０と、ボー
ルねし１３の一端に固定された円板２７に摺接すること
によってボールねし１３０回転変位を妨げる摩擦力Ｆを
発生させる摩擦板２４ａおよび付勢手段２５ａと、テー
ブル６の位置Ｚおよび速度Ｖの関数として、摩擦板２４
などからテーブル６に作用される摩擦力Ｆの大きざを制
御する摩擦力制御部２６とを備えているので、たとえば
テーブル６の質量Ｍおよび速度Ｖが比較的大きい場合で
も、目標の位置決め位ｉＷｘからテーブル６の位１Ｚが
ずれたり、目標の位置決め位置Ｘの近傍でテーブル６が
振動するなどの不具合が回避され、テーブル６の位置決
めなどを精密かつ迅速に行うことができ、該テーブル６
の応答特性が向上される。

（２）、前記（１１の結果、ボールねじ１３に直接に摩
擦力Ｆを作用させることにより、サーボモータ１６とテ
ーブル６との間に介在するボールねし１３の展伸性など
に起因するテーブル６の応答特性の低下を抑制すること
ができる。

（３）、前記（ＩＬ　（２＋の結果、たとえば半導体装
置の製造における半導体ウェハの位置決めなどのように
、半導体ウェハの大口径化などに伴って、該半導体ウニ
八をＲＭするテーブル６０重量が比較的大きく、かつ位
１決め動作の高速化および高精度化が要求される用途に
適用することにより、半導体装置の製造における生産性
を向上させることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、ボールねじ１
３とテーブル６の両方の変位を同時に妨げるように摩擦
力を作用させる構造としてもよい。

さらに、摩擦力制御部２６において、テーブル６の位置
２および速度Ｖに基づいて摩擦力Ｆを制御する関数とし
ては、実施例中に示した式のものに限らず、いかなるも
のであってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるテーブルの変位制御
技術に適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、たとえば、比較的大きな速度で変位
される可動部の位置決めなどを精密に行うことが必要と
される技術などに広く適用することができる。

［発明の効果コ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、可動部と、変位伝達機構を介して該可動部を
変位させる駆動源と、前記可動部の位置および速度の情
報に基づいて前記駆動源による前記可動部の変位を制御
する制御部と、前記可動部または前記変位伝達機構の少
なくとも一方に、該可動部または該変位伝達機構の変位
を妨げる１２Ｍ力を作用させる摩擦力発生機構と、前記
可動部の位置および速度の関数として、該摩擦力発生機
構から前記可動部または前記変位伝達ｇ！１横の少なく
とも一方に作用される前記摩擦力の大きさを制御する摩
擦力制御部とを備えているので、たとえば、重量および
移動速度が比較的大きな可動部の位置決め操作などを、
位置ずれや振動などを伴うことなく迅速かつ正確に行わ
せることが可能となり、可動部の変位制御における応答
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である変位制御装置の要部を
示す説明図、 第２図は前記第１図において線■−■で示される部分の
略断面図、 第３図は本発明の他の実施例である変位制御装置の要部
を示す説明図である。 １・・・基体部、２．３・・・支持部、４．５・・・摺
動部材、６・・・テーブル（可動部）、７・・・案内部
、８．９．１０・・・保持部、１１．１２・・・摺動部
材、１３・・・ポールねしく変位伝達機構）、１４．１
５・・・軸受、１６・・・サーボモータ（駆動源）、１
７・・・移動子、１８・・・速度検出器、１９・・・位
１検出器、１９ａ・・・反射鎖、１９ｂ・・・レーザ、
２０・・・制御部、２１・・・制御データ保持部、２２
・・・仮ばね、２３．２３ａ・・・摺動部材、２４．２
４ａ・・・摩擦機（摩擦力発生機構）。 ２５　・・付勢手段（Ｉ３ｊ擦力発生機構）、２６・・
摩擦力制御部、２７・・・円板、Ｆ・・・摩擦力、Ｘ・
・・目標の位置決め位置、■・・・速度、Ｚ・・・位置
。 代理人　弁理士　　小　川　勝　実 弟　　３　　図 ／θ−送７も１更づ≦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動部と、変位伝達機構を介して該可動部を変位さ
   せる駆動源と、前記可動部の位置および速度の情報に基
   づいて前記駆動源による前記可動部の変位を制御する制
   御部と、前記可動部または前記変位伝達機構の少なくと
   も一方に、該可動部または該変位伝達機構の変位を妨げ
   る摩擦力を作用させる摩擦力発生機構と、前記可動部の
   位置および速度の関数として、該摩擦力発生機構から前
   記可動部または前記変位伝達機構の少なくとも一方に作
   用される前記摩擦力の大きさを制御する摩擦力制御部と
   を備えたことを特徴とする変位制御装置。 ２、前記摩擦力発生機構が、前記可動部または前記変位
   伝達機構の少なくとも一方に摺接される摩擦板と、該摩
   擦板の前記可動部または前記変位伝達機構の少なくとも
   一方に対する押圧力を変化させる付勢手段とからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位制御装
   置。 ３、前記可動部の前記位置情報が、前記駆動源を介して
   前記可動部の変位を制御する前記制御部に線形帰還され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位制
   御装置。 ４、前記可動部が、所定の物品が載置されるテーブルで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位
   制御装置。