JPWO2007066501A1

JPWO2007066501A1 - Ｘｙテーブルアクチュエータ

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Publication number: JPWO2007066501A1
Application number: JP2007549060A
Authority: JP
Inventors: 浅生　利之; 利之浅生; 吉宏木村
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: CN101326588A; KR20080083297A; WO2007066501A1; DE112006003352B4; US20100024587A1; CN101326588B; DE112006003352T5; US8047095B2; KR101275978B1; JP4969455B2

Abstract

テーブル上に搭載した対象物をＸＹ平面内で自在に移動させ且つ位置決めするための駆動手段を内蔵しつつも、著しい小型化を達成することができ、しかもテーブルの高さを低く抑えることが可能なＸＹテーブルアクチュエータであって、Ｘ方向に沿う収容溝を有する固定プレート(2)と、Ｙ方向に沿う収容溝を有する移動プレート(5)と、下半体が転動体(3)を介して前記固定プレート(2)の収容溝(20)内に組み付けられる一方、上半体が転動体(3)を介して前記移動プレート(5)の収容溝内に組み付けられ、前記固定プレートに対してはＸ方向に、前記移動プレートに対してはＹ方向へ移動自在な中間プレート(4)と、前記固定プレートに対して中間プレートをＸ方向へ推進するＸ駆動手段(6)と、前記中間プレートに対して移動プレートをＹ方向へ推進するＹ駆動手段(7)と、から構成され、前記中間プレートには前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段の収容室(40,41)を夫々設けた。

Description

本発明は、例えば各種検査装置、計測装置、搬送装置などに利用され、対象物をＸＹ平面内で自在に移動させ、位置決めするためのＸＹテーブルアクチュエータに係り、詳細には、厚さ１０ｍｍ程度にまで小型化することが可能なＸＹテーブルアクチュエータに関する。

従来、対象物をＸＹ平面内で自在に移動させ、任意の位置に位置決めする装置としては、リニアガイドを利用した所謂ビルトアップ型のＸＹテーブルアクチュエータが知られている。具体的には、ベッドやコラムなどの固定部上にＸ方向に沿って軌道レールを配設すると共に、この軌道レールに沿って移動する下部テーブルを設け、更に、この下部テーブル上にＹ方向に沿って軌道レールを配設すると共に、この軌道レールに沿って移動する上部テーブルを設け、かかる上部テーブルを固定部に対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させるように構成されている。また、下部テーブルを固定部に対してＹ方向へ進退させ、上部テーブルを下部テーブルに対してＸ方向へ進退させる手段としては、モータの回転運動をボールねじによって直線運動に変換し、かかる直線運動を下部テーブル又は上部テーブルに伝達するようにしたものか知られている。

このような構造のＸＹテーブルアクチュエータは、前記下部テーブル及び上部テーブルの移動を支承しているリニアガイドの負荷荷重を任意に選定することにより、軽荷重用途から重荷重用途にまで柔軟に対応することが可能であると共に、軌道レールの長さを選定することにより、上部テーブルのストローク量を長尺化することも可能である。しかし、Ｘ方向へ移動する下部テーブルの上にＹ方向の軌道レールを配設していることから、下部テーブルそれ自体に高い剛性が必要とされ、更に、固定部から上部テーブルまでの高さも高くならざるを得ないことから、テーブル全体として大型化、重量化してしまうといった問題点があった。

一方、特開平５−１８４１５号公報には、薄肉鋼板をプレス加工することによって小型化、軽量化を図ったＸＹテーブルが開示されている。具体的には、鋼板の両端部をプレス加工によって曲げ起こすことによりチャネル状の下部プレート及び上部プレートを形成する一方、周囲四辺のうちの対向する二辺を下側に、残る二辺を上側に向けて曲げ起こした中間プレートを形成し、曲げ起こした側壁部が互いに対向するように前記上部プレート、中間プレート及び下部プレートを組み合わせたものが知られている。互いに対向する側壁部の間にはボールが配置され、かかるボールが側壁部を転走することにより、中間プレートが下部プレートに対してＸ方向へ移動し、上部プレートが中間プレートに対してＹ方向へ自在に移動することが可能となっている。このＸＹテーブルにおいて、前記下部プレート及び上部プレートは中間プレートに対する移動方向こそ異なるものの、構造的には全く同一のものを使用することができ、生産コストを低減化することができるといったメリットがある。
特開平５−１８４１５号公報

しかし、特開平５−１８４１５号公報に示されるＸＹテーブルは、下部プレートに対して上部プレートをＸ方向及びＹ方向へ進退させ且つ位置決めする駆動手段を何ら具備しておらず、例えば上部プレートに搭載した搬送対象物をＸＹ平面内で任意の位置に位置決めするのであれば、別途駆動手段を設けなければならなかった。このため、上部プレートをＸＹ平面内の任意の位置に位置決めするＸＹテーブルアクチュエータとしては、小型軽量化を何ら達成できていなかった。

一方、前述した所謂ビルトアップ型のＸＹテーブルアクチュエータに倣えば、下部プレートに対して中間プレートをＸ方向へ進退させる手段を下部プレートに設け、中間プレートに対して上部プレートをＹ方向へ進退させる手段を中間プレートに設けることが考えられる。しかし、それでは下部プレートに対して上部プレートと異なる構造を与える必要があり、上部プレートと下部プレートとを共通構造として生産コストの低減化を図ることができなくなってしまう。

また、下部プレート及び中間プレートのそれぞれに駆動手段を設けたのでは、これらプレートに対して駆動手段の信号線を個別に配線する必要が生じ、ＸＹテーブルアクチュエータの設置に手間がかかるといった問題点もある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、テーブル上に搭載した対象物をＸＹ平面内で自在に移動させ且つ位置決めするための駆動手段を内蔵しつつも、著しい小型化を達成することができ、しかもテーブルの高さを低く抑えることが可能なＸＹテーブルアクチュエータを提供することにある。

すなわち、本発明のＸＹテーブルアクチュエータは、Ｘ方向に沿う収容溝を有して略チャネル状に形成された固定プレートと、Ｙ方向に沿う収容溝を有して略チャネル状に形成された移動プレートと、前記固定プレートに対してはＸ方向に、前記移動プレートに対してはＹ方向へ移動自在な中間プレートとを備えている。かかる中間プレートは、その下半体が転動体を介して前記固定プレートの収容溝内に組み付けられる一方、その上半体が転動体を介して前記移動プレートの収容溝内に組み付けられている。前記固定プレートと移動プレートは、中間プレートと組み合わせる際の姿勢が異なるのみであり、構造的には全く同一のものを使用することができる。

また、本発明のＸＹテーブルアクチュエータは、前記固定プレートをＸ方向へ推進するＸ駆動手段と、前記移動プレートをＹ方向へ推進するＹ駆動手段とを具備している。前記中間プレートには前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段の収容室が夫々設けられている。

前記中間プレートはその下半体が前記固定プレートの収容溝内に組み付けられ、その上半体が前記移動プレートの収容溝内に組み付けられているので、かかる中間プレートの厚さは前記固定プレート又は移動プレートよりも充分に厚い。このため、中間プレートに対して前記収容室を設け、この収容室内にＸ駆動手段及びＹ駆動手段を収容することで、一対の駆動手段をＸＹテーブルアクチュエータに内蔵することができ。しかも、ＸＹテーブルアクチュエータ大きさとしては、駆動手段を具備しない単なるＸＹテーブルと同等の小型化を実現することができる。

前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段の収容室が中間プレートに設けられるのであれば、Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段を中間プレートに固定する必要はなく、例えば、固定プレートに搭載されたＸ駆動手段が中間プレートの収容室内に格納されるように構成しても良い。もっとも、前記中間プレートにＸ駆動手段及びＹ駆動手段を固定すれば、これら駆動手段の信号線を一纏めにして中間プレートから引き出すことができ、ＸＹテーブルアクチュエータの取り扱いが容易なものとなる。

本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータの第一の実施形態を示す斜視図である。図１に示したＸＹテーブルアクチュエータの分解斜視図である。固定プレートを示す斜視図である。中間プレートを示す斜視図である。駆動手段としてのピエゾモータユニットを示す斜視図である。本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータの第二の実施形態を示す分解斜視図である。中間プレートを示す斜視図である。本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータの第三の実施形態を示す斜視図である。図８に示したＸＹテーブルアクチュエータから移動プレートを取り除いた状態を示す斜視図である。図９のＸ矢視図である。

符号の説明

１…ＸＹテーブルアクチュエータ、２…固定プレート、４…中間プレート、５…移動プレート、６…Ｘ駆動手段、７…Ｙ駆動手段、２０…収容溝、２１，５１…レールボディ、２２…連結底板、４０，４１…収容室、５２…連結天板

以下、添付図面に基づいて本発明のＸＹテーブルアクチュエータを詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータの第一の実施形態を示すものであり、図１は外観を示す斜視図、図２は内部構造を示した分解斜視図である。このＸＹテーブルアクチュエータ１は、機械装置の筐体やベッド等の固定部に固定される固定プレート２と、多数のボール３を介して前記固定プレート２に組付けられた中間プレート４と、多数のボール３を介して前記中間プレート４に組付けられた移動プレート５と、前記中間プレート４を固定プレート２に対して進退させるＸ駆動手段６と、前記移動プレート５を中間プレート４に対して進退させるＹ駆動手段７とから構成されている。

前記中間プレート４は固定プレート２に対してＸ方向へ、前記移動プレート５は中間プレート３に対してＹ方向へ移動自在に設けられている。従って、かかる移動プレート５に対して検査ステージや搬送テーブル等の可動体を固定することで、この可動体を前記固定部に対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させることが可能となっている。

図３は前記固定プレート２を示す斜視図である。前記固定プレート２は厚さ４ｍｍ程度の矩形状の金属板を加工して形成されており、その上面の中央には前記中間プレート３の幅よりも僅かに大きな幅の収容溝２０がＸ方向に沿って形成されている。Ｘ方向における収容溝２０の両端は開放されており、これにより固定プレート２のＹ方向に沿った断面は略チャネル状をなしている。また、前記固定プレート２は収容溝２０の両側に断面略矩形状に形成された一対のレールボディ２１，２１を具備しており、これら一対のレールボディ２１，２１が収容溝２０の幅に対応した連結底板２２によって結合されている。

一方、前記移動プレート５は固定プレート２と全く同じ形状に形成されているが、中間プレートと組み合わせるためにその表裏は反転されており、更に一対のレールボディ５１，５１の間に位置する収容溝はＸ方向ではなくＹ方向に沿って形成されている。従って、同一形状の部材を一対形成し、一方を前記固定プレートとして、他方を移動プレートとして用いることが可能である。尚、この移動プレートにおいて、一対のレールボディ５１，５１を結合する連結天板５２は搬送対象物である可動体の取付け面を形成している。

前記固定プレート２及び移動プレート５の各レールボディ２１，５１の内側面には前記ボール３の転走溝３０が形成されている。固定プレート２のボール転走溝３０はＸ方向に沿って、移動プレート５のボール転走溝３０はＹ方向に沿って形成されている。これらのボール転走溝５０は２つのボール転走面が略９０°で交わった所謂ゴシックアーチ状の断面をなしている。

一方、図４に示すように、前記中間プレート４はその厚さが固定プレート２及び移動プレート５におけるレールボディ２１，５１の高さの２倍程度の矩形状に形成されており、下半体は固定プレート２の収容溝２０に遊嵌し、上半体は移動プレート５の収容溝に遊嵌している。この中間プレート４の下半体の側面には固定プレート２のボール転走溝３０と対向する位置に、Ｘ方向に沿ってボール転走溝３１が形成されており、これら固定プレート２のボール転走溝３０と中間プレート４のボール転走溝３１との間には多数のボール３が配置されている。また、同様にして、中間プレート４の上半体の側面には移動プレート５のボール転走溝３０と対向する位置に、Ｙ方向に沿ってボール転走溝３２が形成されており、これら移動プレート５のボール転走溝３０と中間プレート４のボール転走溝３２との間には多数のボール５が配置されている。前記ボール転走溝３１のＸ方向長さは固定プレート２のＸ方向長さと同一であり、前記ボール転走溝３２のＹ方向長さは移動プレート５のＹ方向長さと同一である。

中間プレート４に形成されたこれら４条のボール転走溝３１，３２は、夫々、２つのボール転走面が略９０°で交わった所謂ゴシックアーチ状の断面をなしている。各ボール３は固定プレート２又は移動プレート５のボール転走溝３０と中間プレート４のボール転走溝３１，３２との間で荷重を負荷しながら転走する。また、同一のボール転走溝を転走する一群のボール３は薄板状のボールケージ３３に所定の間隔をおいて配列されており、かかるボールケージ３３によって回転自在に保持されている。このボールケージ３３は金属薄板を打ち抜いて形成したものであっても良いし、合成樹脂の射出成形等によって形成したものであっても良い。

固定プレート２及び移動プレート５に形成された各レールボディ２１，５１の長手方向の両端には、前記ボールケージ３３のストッパブロック３４がねじ止めされている。これにより、固定プレート２に対して移動プレート５をＸ方向又はＹ方向へ連続的に移動させていくと、ボールケージ３３がボール３と共に移動してストッパブロック３４に突き当たり、当該方向に関する移動プレート５の移動が制限されるようになっている。

前記固定プレート２及び移動プレート５は、厚さ４ｍｍ程度の矩形状の金属板材に対し、フライス盤等を用いた切削加工で前記収容溝を形成し、次いでレールボディ２１，５１にボール転走溝３０を研削加工して形成されている。もっとも、金属板材に切削加工を用いて収容溝を形成するのではなく、金属射出成形（ＭＩＭ成形）を用いてチャネル状の固定プレート２及び移動プレート５を製作するようにしても良い。

一方、前記中間プレート４には、前記Ｘ駆動手段６及びＹ駆動手段７を固定するための収容室４０，４１が夫々形成されている。前記Ｘ駆動手段６の収容室４０は中間プレート４の移動プレート５側の面に開放された凹所として形成されており、この収容室４０は固定プレート２の一方のレールボティ２１に向けても開放されている。また、この収容室４０はＸ方向に沿って中間プレート４に形成されたボール転走溝３１に隣接している。

また、前記Ｙ駆動手段７の収容室４１は中間プレート４の固定プレート２側の面に開放された凹所として形成されており、この収容室４１は移動プレート５の一方のレールボティ５１に向けても開放されている。また、この収容室４１はＹ方向に沿って中間プレート４に形成されたボール転走溝３２に隣接している。

前記Ｘ駆動手段６が固定される収容室４０とＹ駆動手段７が固定される収容室４１は、ＸＹ平面内で隣接する位置関係に設けられており、中間プレート４の厚さ方向、すなわち固定プレート２、中間プレート４及び移動プレート５の積み重ね方向には重なり合っていない。

図５は、前記Ｘ駆動手段６及びＹ駆動手段７として利用されるピエゾモータユニット８を示す斜視図である。このピエゾモータユニット８は、圧電セラミクスを貼り合わせて形成したピエゾモータ８０と、このピエゾモータ８０を保持すると共に前記中間プレート４にねじ止めされるホルダ８１とから構成されている。前記ピエゾモータ８０は十字状に形成された絶縁シート８２を介して４個の圧電セラミクス８３を貼り合わせ、それによってバイモルフを構成したものである。このピエゾモータ８０の長手方向の一端には先端が円錐形状をなしたセラミクス製の駆動駒８４が装着されている。このピエゾモータ８０では４個の圧電セラミクス８３に対する電圧の印加タイミングを調整することにより、これら圧電セラミクス８３を貼り合わせたバイモルフが伸縮及び屈曲を繰り返し、前記駆動駒８４の先端が楕円軌道を描くように運動する。

前記ホルダ８１にはピエゾモータ８０が遊嵌するスリット８５が形成されており、前記ピエゾモータ８０はスプリングコイル８６によってスリット８５内で一方向へ付勢され、かかるスリット８５内で一定の位置に保持されている。これは、前述したピエゾモータ８０の伸縮及び屈曲を阻害しないためである。また、前記ピエゾモータ８０は板ばね８７によって背後から付勢され、先端に装着した前記駆動駒８４が移動プレート５又は固定プレート２に設けた走行路８８に押し付けられるようになっている。

このように構成されたピエゾモータユニット８はＸ駆動手段６又はＹ駆動手段７として前記収容室４０，４１に格納され、固定ボルト８９によって中間プレート４に締結される。Ｘ駆動手段６としてのピエゾモータユニット８は、ピエゾモータ８０の先端の駆動駒８４を固定プレート２のレールボディ２１に向けた姿勢で中間プレート４に固定される。また、Ｙ駆動手段７としてのピエゾモータユニット８は、ピエゾモータ８０の先端の駆動駒８４を移動プレート５のレールボディ５１に向ける姿勢で中間プレート４に固定される。

図３中に一点鎖線で示すように、固定プレート２に形成された一対のレールボディ２１のうち、中間プレート４の収容室４０と対向するレールボディ２１には前述したピエゾモータ８０の走行路８８が装着されている。この走行路８８はセラミクス製の角棒であり、レールボディ２１の内側面にボール転走溝３０と平行に取り付けられ、中間プレート４の収容室４０に固定されたピエゾモータユニット８（Ｘ駆動手段６）の駆動駒８４と対向している。このようなセラミクス製の走行路８８をレールボディ２１に取り付けることなく、レールボディ２１そのものを駆動駒８４の走行路としても良いのだが、ピエゾモータ８０の駆動駒８４がセラミクス製であり、レールボディ２１の摩耗を防止する観点から、かかる駆動駒８４と同じ材質の走行路８８をレールボディ２１に装着している。

また、移動プレート５のレールボディ５１に対しても同じようにセラミクス製の走行路が装着されている。この走行路はレールボディ５１の内側面にボール転走溝３３０と平行に取り付けられ、中間プレート４の収容室４１に固定されたピエゾモータユニット８（Ｙ駆動手段７）の駆動駒８４と対向している。

前述のように、各ピエゾモータ８０は板ばね８７によって背後から付勢されているので、各ピエゾモータ８０の先端に装着された駆動駒８４は固定プレート２の走行路８８、または移動プレート５の走行路８８に圧接することになる。これにより、前記ピエゾモータ８０に対して電圧を印加すると、駆動駒８４が楕円軌道を描きながら走行路と接触及び離間を繰り返し、Ｘ駆動手段６によれば、中間プレート４を固定プレート２に対してＸ方向へ推進することが可能となる。また、Ｙ駆動手段７によれば、移動プレート５を中間プレート４に対してＹ方向へ推進することが可能となる。

また、図３に示すように、前記固定プレートにはリニアスケール９が貼り付けられている。このリニアスケール９は、前記走行路８８が装着されたレールボディ２１とは反対側のレールボディ２１の上面に、Ｘ方向に沿って貼り付けられている。一方、中間プレート４には前記リニアスケール９と対向する位置にエンコーダとしてのＸ方向センサ９０が設けられており、固定プレート２に対する中間プレート４の移動に応じ、前記リニアスケール９を読み取り、中間プレート４のＸ方向への移動速度及び移動距離に応じた信号を出力するようになっている。

移動プレート５についても一方のレールホデイ５１、すなわち走行路が装着されたレールボティ５１と反対側のレールボディ５１にリニアスケールがＹ方向に沿って貼り付けられている。また、中間プレート４にはこのリニアスケールと対向する位置にエンコーダとしてのＹ方向センサ９１（図２参照）が設けられており、中間プレート４に対する移動プレート５の移動に応じ、前記リニアスケールを読み取り、移動プレート５のＹ方向への移動速度及び移動距離に応じた信号を出力するようになっている。尚、固定プレート２と中間プレート４との関係では、前記Ｘ方向センサ９０が中間プレート４と共にリニアスケール９に対して移動したが、中間プレート４と移動プレート５との関係では、前記移動プレート５に貼り付けられたリニアスケールが中間プレート４に固定されたＹ方向センサ９１に対して移動を生じることになる。

尚、前記リニアスケール及びこれを読み取るセンサの組み合わせとしては、光学式のものであっても、磁気式のものであっても差し支えない。

中間プレート４には前記Ｘ方向センサ及びＹ方向センサを取り付けるための凹所４２，４３が設けられている。前記Ｘ方向センサ９０を固定するための凹所４２はＸ駆動手段６と反対側の辺に設けられ、前記Ｙ方向センサ９１を固定するための凹所４３はＹ駆動手段７と反対側の辺に設けられている。また、前記Ｘ方向センサ９０は中間プレート４のＸ方向長さの中央、前記Ｙ方向センサ９１は中間プレート４のＹ方向長さの中央に夫々設けられており、中間プレート４のＸ方向への進退、移動プレート５のＹ方向への進退を最大範囲で計測できるようになっている。

前記Ｘ駆動手段６及びＹ駆動手段７のピエゾモータ８０に対して電圧を印加するための信号線、前記Ｘ方向センサ９０及びＹ方向センサ９１の信号線は、一纏めにして前記中間プレート４から引き出されている。これらの信号線は一枚のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に収容されており、帯状に形成したＦＰＣ９２を中間プレート４から引き出している。引き出されたＦＰＣ９２はこのＸＹテーブルアクチュエータ１の動作を制御するコントロールボックス（図示せず）に接続される。

中間プレート４から引き出された帯状のＦＰＣ９２は、その面を固定プレート２に対する中間プレート４の移動方向、すなわちＸ方向に向けており、中間プレート４がＸ方向に移動する際に自在に撓むことができるようになっている。尚、前記ＦＰＣ９２は中間プレート４からの引き出し位置に応じ、その面がＹ方向に向くように配置されていても差し支えない。

尚、図２中において、符号９３は、固定プレート２のレールボディ２１と移動プレート５の連結天板５２との隙間、移動プレート５のレールボディ５１と固定プレート２の連結底板２２との隙間を埋める隙間ブロックであり、中間プレート４の側面に固定されている。

そして、以上のように構成されたＸＹテーブルアクチュエータ１は、中間プレート４の下半体が固定プレート２の収容溝２０に、上半体が移動プレート５の収容溝に収容されており、外観上は固定プレート２に対して移動プレート５が僅かな隙間を介して積み重なっただけの、極めて小型で且つ薄型の外観を呈している。しかし、かかる中間プレート４をＸ方向へ進退させるＸ駆動手段６、及び中間プレート４に対して移動プレート５をＹ方向へ進退させるＹ駆動手段７が共に中間プレート４に内蔵されており、引き出されたＦＰＣ９２をコントロールボックスに接続するだけで、移動プレート５を固定プレート２に対してＸＹ平面内で自在に移動させ、任意の位置に位置決めすることが可能となっている。

また、中間プレート４に設けられたＸ駆動手段６の収容室４０及びＹ駆動手段７の収容室４１は、ＸＹ平面内で隣接しており、このＸＹテーブルアクチュエータ１の高さ方向には重なり合っていないことから、この点においてもテーブル全体の高さを抑え、薄型のＸＹテーブルアクチュエータ１を提供することが可能となっている。

更に、Ｘ方向及びＹ方向に関する駆動手段６，７とセンサ９０，９１の取付け位置を中間プレート４に集約させたことから、各種信号線を中間プレート４から一束にして取り出すことができ、このＸＹテーブルアクチュエータ１の取り扱いを容易なものとすることができる。

また更に、ＦＰＣは多層に形成することができるので、各種信号線をＦＰＣ９２に収容して中間プレート４から引き出すことにより、中間プレート４とコントロールボックスを接続する線を薄く且つ細く形成することができ、この点においてもＸＹテーブルアクチュエータ１の小型化、薄型化に貢献することができる。

次に、図６は本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータ１０１の第二の実施形態を示すものである。

この第二の実施形態のＸＹテーブルアクチュエータ１０１も、固定プレート１０２、中間プレート１０４、移動プレート１０５、Ｘ駆動手段１０６及びＹ駆動手段１０７を備えており、移動プレート１０５をＸＹ方向に自在に移動させるための構成は前記第一の実施形態におけるＸＹテーブルアクチュエータ１と同一である。但し、前記Ｘ駆動手段１０６及びＹ駆動手段１０７としては、第一の実施形態に示されたピエゾモータ８０ではなく、同期型リニアモータを用いた。また、同期型リニアモータを用いるために必要な変更を前記固定プレート１０２、中間プレート１０４及び移動プレート１０５に施した。それ故、第一の実施形態と同一の構成については、図中に第一の実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。

前記Ｘ駆動手段１０６及びＹ駆動手段１０７として使用されるリニアモータは、一列に配列された複数の固定子マグネット１８０と、これら固定子マグネット１８０と僅かな隙間を介して対向するコイル部材１８１とから構成されている。

前記固定子マグネット１８０はＮ極及びＳ極を交互に前記コイル部材１８１に向けるように配列されている。これらの固定子マグネット１８０は合成樹脂製の保持プレートに配列されており、かかる保持プレートを前記中間プレート１０４に接着することで、前記固定子マグネット１８０の中間プレート１０４に対する配列を容易に行い得るようになっている。また、前記固定子マグネット１８０は保持プレートを射出成形することにより、該保持プレートと一体化されている。

また、前記コイル部材１８１は鉄等の強磁性体から形成されたコア部材に対してコイルを巻き回して形成されており、かかるコア部材の先端が前記固定子マグネット１８０と僅かな隙間を介して対向している。コイルはｕ相、ｖ相、ｗ相の三相からなり、これらコイルに対して三相交流電流を通電すると、前記固定子マグネット１８０とコイル部材１８１との間に磁気吸引力又は磁気反発力が作用し、コイル部材１８１を固定子マグネット１８０の配列方向に沿って推進することができるようになっている。

かかるリニアモータの固定子マグネット１８０は前記中間プレート１０４に、コイル部材１８１は固定プレート１０２及び移動プレート１０５に固定される。

図７は前記中間プレート１０４の詳細を示す斜視図である。かかる中間プレート１０４の移動プレート１０５側の面にはＹ駆動手段１０７の収容室１４１が形成されている。かかる収容室１４１はＹ方向に沿った溝として形成されており、かかる溝の長手方向の両端は中間プレート１０４の側面に開放されている。この収容室１４１の底面には、図６に示すように、固定子マグネット１８０が保持プレートと共に接着により固定されている。一方、移動プレート１０５の裏面には前記収容室１４１と対向する位置に前記コイル部材１８１が固定されており、移動プレート１０５を中間プレート１０４に組み付けた際に、前記コイル部材１８１が収容室１４１内で固定子マグネット１８０と僅かな隙間を介して対向し、Ｙ駆動手段１０７を構成するようになっている。

一方、かかる中間プレート１０４の固定プレート１０２側の面にはＸ駆動手段１０６の収容室１４０が形成されている。かかる収容室１４０はＸ方向に沿った溝として形成されており、かかる溝の長手方向の両端は中間プレート１０４の側面に開放されている。また、この収容室１４０は前記収容室１４１と交差しており、かかる交差域においては収容室１４０と収容室１４１とが中間プレートの厚さ方向に重なり合っている。この収容室１４０の底面には、収容室１４１と同様、固定子マグネット１８０が保持プレートと共に接着により固定されている。一方、固定プレート１０２には前記収容室１４０と対向する位置に前記コイル部材１８１が固定されており、中間プレート１０４を固定プレート１０２に組み付けた際に、前記コイル部材１８１が収容室１４０内で固定子マグネット１８０と僅かな隙間を介して対向し、Ｘ駆動手段１０６を構成するようになっている。

Ｘ駆動手段１０６及びＹ駆動手段１０７のコイル部材１８１からはＦＰＣ１８２によって信号線が引き出されており、各コイル部材１８１に対する通電はこの信号線を介して行われる。信号線としてＦＰＣ１８２を用いたこにとより、固定プレート１０２と中間プレート１０４との隙間、中間プレート１０４と移動プレート１０５との隙間から容易に信号線を引き出すことが可能となっている。

また、固定プレート１０２に対する中間プレート１０４のＸ方向の移動距離又は移動速度を検出する手段、中間プレート１０４に対する移動プレート１０５のＹ方向の移動距離を検出する手段は、前記第一の実施形態におけるそれと同一であり、Ｘ方向センサ及びＹ方向センサの信号線はＦＰＣ１８３によって中間プレート１０４から引き出されている。

そして、以上のように構成された第二の実施形態のＸＹテーブルアクチュエータ１においても、中間プレート１０４の下半体が固定プレート１０２の収容溝２０に、上半体が移動プレート１０５の収容溝に収容されており、外観上は固定プレート１０２に対して移動プレート１０５が僅かな隙間を介して積み重なっただけの、極めて小型で且つ薄型の外観を呈している。しかし、かかる中間プレート１０４をＸ方向へ進退させるＸ駆動手段１０６、及び中間プレート１０４に対して移動プレート１０５をＹ方向へ進退させるＹ駆動手段１０７が共に中間プレートの収容室に格納されており、移動プレート１０５を固定プレート１０２に対してＸＹ平面内で自在に移動させ、任意の位置に位置決めすることが可能となっている。

また、この第二の実施形態においては、リニアモータのコイル部材１８１を中間プレート１０４の収容室１４０，１４１に固定し、固定子マグネット１８０を固定プレート１０２又は移動プレート１０５に固定するようにしても、中間プレート１０４の厚さは何ら変わるところがなく、同じ高さのＸＹテーブルアクチュエータ１０１を構成することが可能である。しかし、この第二の実施形態においては、意図的にリニアモータのコイル部材１８１を固定プレート１２又は移動プレート１０５に固定している。すなわち、前記コイル部材１８１は通電によって大量の熱を発生することから、これを固定プレート１０２及び移動プレート１０５に挟み込まれた中間プレート１０４に固定したのでは、コイル部材１８１の冷却が促進されず、リニアモータの推力が低下してしまうからである。

従って、この第二の実施形態によれば、リニアモータのコイル部材１８１が発生した熱を固定プレート１０２又は移動プレート１０５を介して外部に放出すことができ、Ｘ駆動手段１０６及びＹ駆動手段１０７の推力が低下してしまうトラブルを未然に防ぐことが可能となる。

尚、図を用いて説明してきた例では固定プレート２と中間プレート４、中間プレート４と移動プレート５の間に介装される転動体としてボールを使用したが、ローラであっても差し支えない。ローラを使用する場合は、回転軸方向が９０°異なるローラを交互に配置した所謂クロスローラタイプとすることができる。

図８は本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータ２０１の第三の実施形態を示す斜視図である。

このＸＹテーブルアクチュエータ２０１も、機械装置の筐体やベッド等の固定部に固定される固定プレート２０２と、多数のボール３を介して前記固定プレート２０２に組付けられた中間プレート２０４と、多数のボール３を介して前記中間プレート２０４に組付けられた移動プレート２０５と、前記中間プレート２０４を固定プレート２０２に対して進退させるＸ駆動手段２０６と、前記移動プレート２０５を中間プレート２０４に対して進退させるＹ駆動手段７とから構成されている。図９は内部構造を観察できるように移動プレート２０５を取り除いた斜視図である。また、図１０は図８のＸ矢視図である。

この第三の実施形態に示すＸＹテーブルアクチュエータ２０１は、以下に示す２点において第一の実施形態のＸＹテーブルアクチュエータ１と異なる。

先ず第１の相違点は、特殊環境下での使用を考慮し、各部品を樹脂や金属ではなくセラミクスから形成した点である。例えば、真空環境下では樹脂材料からガスが排出されてしまい、真空度が目標とするレベルまでなかなか向上しないといった問題点がある。また、半導体生産に用いる電子ビーム描画装置では、電子ビームの意図しない偏向を避けるため、ＸＹテーブルアクチュエータを構成する各部品が非磁性体でなければならない。

このため、この第三の実施形態に示すＸＹテーブルアクチュエータ２０１では、セラミクスを用いて固定プレート２０２、中間プレート２０４、移動プレート２０５を形成した。また、これらのプレートに取り付けられた各種部品、ねじ類についてもセラミクスから形成した。各プレートの間で荷重を負荷しながら転走するボール３についてもセラミクス製のボールを使用した。更に、グリース等の潤滑剤によるボール表面の潤滑を回避するため、前記ボール３の表面は二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑膜で覆われている。

次に第２の相違点は、中間プレート２０４にボール３の無限軌道を形成した点である。第一の実施形態におけるＸＹテーブルアクチュエータ１では、固定プレート２と中間プレート４との関係に着目すると、ボール３はボールケージ３３と共に固定プレート２のボール転走溝３０と中間プレート４のボール転走溝３１との間に配列されており、固定プレート２に対する中間プレート４の移動に伴って、ボール３が前記ボール転走溝３０，３１の上を転動するように構成されている。しかし、ボール３がボール転走溝３０，３１に対して完全に転動接触していれば良いのだが、両者の間には僅かに滑り接触が存在することから、固定プレート２に対する中間プレート４の往復動が繰り返されると、ボール転走溝３０，３１に対するボール３の位置が徐々にずれてきてしまう。すなわち、固定プレート２と中間プレート４が完全に重なっている状態で、本来、ボールケージ３３は固定プレート２の幅方向の中央に存在しているのだが、中間プレート４の移動を繰り返しているうちに、ボールケージ３３がボール転走溝３０，３１の端部に寄ってしまうのである。この現象をケージずれという。このケージずれの現象は、中間プレート４と移動プレート５との間に存在するボール３についても同じである。

ケージずれを是正するためには、ボールケージ３３がストッパブロック３４に突き当たっている状態で、強引に中間プレート４を固定プレート２に対して移動させれば良いのだが、これには問題点がある。すなわち、ボール３をボール転走溝３０，３１に対して強引にひきずることになるため、仮にボール３の表面を固体潤滑膜で覆った場合には、かかる固体潤滑膜が剥がれ易いという点である。固体潤滑膜が剥がれた状態で中間プレートの移動を繰り返せば、ボールの摩耗から発塵が生じてしまうので、このＸＹテーブルアクチュエータをクリーンルーム等の特殊環境下で使用することは困難となってしまう。そもそも、この発明は極めて小型のＸＹテーブルアクチュエータの提供を目的としているので、中間プレート４を固定プレート２に対して推進するＸ駆動手段６に大きな推力がなく、ケージずれの補正を行うこと自体も困難である。

このことから、図８に示すＸＹテーブルアクチュエータ２０１では、ボールケージを排除すべく、中間プレート２０４にボール３の無限軌道２０３を具備させ、固定プレート２０２に対する中間プレート２０４のＸ方向移動、中間プレート２０４に対する移動プレート２０５のＹ方向移動に伴って、ボール３が前記無限軌道を循環するように構成した。移動プレート２０５を取り外した状態を示す図９では前記ボール３の無限軌道２０３を把握することができる。図９及び図１０に示されている一対の無限軌道２０３は、移動プレート２０５のボール転走溝３０を転動するボール３の無限軌道であり、中間プレート２０４に対する移動プレート２０５のＹ方向移動に伴い、ボール３が無限軌道２０３内を循環する。また、図１０に示すように、固定プレート２０２のボール転走溝３０を転動するボール３の無限軌道２０３は、中間プレート２０４の最下部において固定プレート２０２のボール転走溝３０と対向する位置に形成されている。

前記固定プレート２０２のボール転走溝３０に面した中間プレート２０４の側面には、無限軌道の一部をなすボール転走溝２３１がＸ方向に沿って形成される一方、前記移動プレート２０５のボール転走溝３０に面した中間プレート２０５の側面には、無限軌道の一部をなすボール転走溝２３２がＹ方向に沿って形成されている。Ｘ方向に沿って中間プレート２０４に形成されたボール転走溝２３１は、そのＸ方向長さが固定プレート２０２のＸ方向長さよりも短く形成されており、無限軌道２０３が固定プレート２０２からはみ出さない範囲で中間プレート２０４をＸ方向へ移動させることが可能となっている。また、Ｙ方向に沿って中間プレート２０４に形成されたボール転走溝２３２は、そのＹ方向長さが移動プレート２０５のＹ方向長さよりも短く形成されており、無限軌道２０３が移動プレート２０５からはみ出さない範囲で該移動プレート２０５をＹ方向へ移動させることが可能となっている。すなわち、この第三の実施形態に示すＸＹアクチュエータテーブルでは、固定テーブル２０２又は移動テーブル２０５に形成されたボール転走溝３０の長さと中間プレート２０４に形成されたボール転走溝２３１，２３２の長さとの差が、Ｘ方向ストローク量及びＹ方向ストローク量を決定している。

尚、図８〜図１０に示した第三の実施形態のＸＹテーブルアクチュエータでは、リニアスケール９が固定プレート２０２及び移動プレート２０５の外側面に貼り付けられており、これらリニアスケール９を読み取るＸ方向センサ９０及びＹ方向センサ９１が中間プレート２０４に支持された状態で固定プレート２０２又は移動プレート２０５の外側に配置されている。

また、図８〜図１０において、第一の実施形態と同一の構成については、図中に第１の実施形態と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

そして、このような第三の実施形態に示されるＸＹテーブルアクチュエータにおいても、中間プレート２０４の下半体が固定プレート２０２の収容溝２０に、上半体が移動プレート２０５の収容溝に収容されており、外観上は固定プレート２０２に対して移動プレート２０５が僅かな隙間を介して積み重なっただけの、極めて小型で且つ薄型の外観を呈している。しかし、かかる中間プレート２０４をＸ方向へ進退させるＸ駆動手段６、及び中間プレート２０４に対して移動プレート２０５をＹ方向へ進退させるＹ駆動手段７が共に中間プレート２０４の収容室に格納されており、移動プレート２０５を固定プレート２０２に対してＸＹ平面内で自在に移動させ、任意の位置に位置決めすることが可能となっている。

Claims

Ｘ方向に沿う収容溝(20)を有して略チャネル状に形成された固定プレート(2)と、Ｙ方向に沿う収容溝を有して略チャネル状に形成された移動プレート(5)と、下半体が転動体(3)を介して前記固定プレートの収容溝内に組み付けられる一方、上半体が転動体(3)を介して前記移動プレートの収容溝内に組み付けられ、前記固定プレートに対してはＸ方向に、前記移動プレートに対してはＹ方向へ移動自在な中間プレート(4)と、前記固定プレートに対して中間プレートをＸ方向へ推進するＸ駆動手段(6)と、前記中間プレートに対して移動プレートをＹ方向へ推進するＹ駆動手段(7)と、から構成され、
前記中間プレートには前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段の収容室(40,41)を夫々設けたことを特徴とするＸＹテーブルアクチュエータ。
前記Ｘ駆動手段(6)及びＹ駆動手段(7)を中間プレート(4)に搭載したことを特徴とする請求項１記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記Ｘ駆動手段(6)の収容室とＹ駆動手段(7)の収容室はＸＹ平面内で隣接していることを特徴とする請求項１記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記中間プレート(4)には、当該中間プレートの固定プレート(2)に対する移動量を検出するＸ方向センサ(90)と、当該中間プレート(4)の移動プレート(5)に対する移動量を検出するＹ方向センサ(91)とが搭載され、
これらＸ方向センサ(90)及びＹ方向センサ(91)の信号線を前記Ｘ駆動手段(6)及びＹ駆動手段(7)の信号線と一纏めにして前記中間プレート(4)から引き出したことを特徴とする請求項１記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記Ｘ方向センサ(90)、Ｙ方向センサ(91)、前記Ｘ駆動手段(6)及びＹ駆動手段(7)の信号線は１枚のフレキシブルプリント配線板(92)に収容されて前記中間プレート(4)から引き出されていることを特徴とする請求項４記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記中間プレート(4)から引き出されたフレキシブルプリント配線板(92)は、その面がＸ方向又はＹ方向に向いていることを特徴とする請求項５記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記Ｘ駆動手段(6)を固定プレート(2)に、前記Ｙ駆動手段(7)を移動プレート(5)に搭載したことを特徴とする請求項１記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記中間プレート(4)には、前記固定プレート(2)との間でボール(3)が荷重を負荷しながら転動するボール転走溝(232)がＸ方向に沿って形成される一方、前記移動プレート(5)との間でボール(3)が荷重を負荷しながら転動するボール転走溝(232)がＹ方向に沿って形成され、更に前記ボールが循環する無限軌道(203)が具備され、
前記中間プレート(4)に形成されたＸ方向のボール転走溝は固定プレート(2)のＸ方向長さよりも短く形成される一方、前記中間プレート(4)に形成されたＹ方向のボール転走溝は移動プレート(5)のＹ方向長さよりも短く形成されていることを特徴とする請求項１記載のＸＹテーブルアクチュエータ。
前記無限軌道(203)を循環するボール(3)の表面は固体潤滑膜によって覆われていることを特徴とする請求項８記載のＸＹテーブルアクチュエータ。