TWI260646B - X-Y axis stage device - Google Patents

Description

(1 ) 1260646 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關載台裝置，特別是有關將載置台等的辛 驅動物體朝X軸方向、γ軸方向可動的χ_ γ軸載台裝架 [先前技術】 說明χ-γ軸載台裝置的一例，如由本發明人所提案 的χ-γ軸載台裝置。此χ_γ軸載台裝置，是揭示於專利 文獻1。 參照第4圖，Χ-Υ軸載台裝置的固定部，是有：將上 面表面精整加工形成導引面的底基2〇、及在底基2〇上隔 有預定間隔地固定配置的導引軌道2 1及22。在第4圖， 是顯示相互垂直交會的X軸、γ軸、Ζ軸的三方向。 導引軌道2 1，22是分別朝γ軸方向延伸，具有相互 面對的導引面2 1 a、2 2 a。對於X - γ軸載台裝置，沿著導 引面2 1 a、2 2 a朝Y軸方向直線導引的可動部分，是γ滑 件2 3、及靜壓軸承襯墊2 5 - 1、2 5 - 2、2 5 - 3、2 5 - 4、及靜壓 軸承襯墊2 7 - 1、2 7 - 2、2 7 - 3。Y滑件2 3，是橫跨導引軌道 2 1及2 2之間地配置，在朝X軸方向延伸的樑2 3 _ 1及樑 2 3 - 1的兩端具有T形部2 3 - 2。 靜壓軸承襯墊2 5 - 1〜2 5 - 4是分別通過具有Y軸及Z 軸周圍旋轉的2自由度的接頭（圖示省略）設置於Y滑 件2 3的2個T形部2 3 - 2的側面。靜壓軸承襯墊2 5 - 1、 -4 - (2) 1260646 2 5 - 2是分別將壓縮空氣吹出導引面2 1 a用，靜壓軸承襯墊 2 5 - 3、2 5 - 4是分別將壓縮空氣吹出導引面2 2 a用。靜壓軸 承襯墊2 7 - 1，2 7 - 2是設置於樑2 3 - 1的一方的T形部2 3 - 2 的下面，靜壓軸承襯墊27-3是在樑23-1的下面設置於接 近他方的T形部2 3 - 2的場所。靜壓軸承襯墊2 7 - 1〜2 7 - 3 是分別將壓縮空氣吹出底基2 0的上面用。

然而，靜壓軸承襯墊2 7 - 1、2 7 - 2是對於Y滑件2 3的 中心軸，即對於樑2 3 - 1的中心軸設置成幾乎對稱的位置 。一方面，靜壓軸承襯墊2 7 - 3，是設在對應於Y滑件2 3 的中心軸處。即，靜壓軸承襯墊2 7 - 1〜2 7 - 3，是使其連結 各中心的線是形成二等邊三角形地配置。 且，第4圖中，朝Y軸方向被直線導引且也朝X軸 方向被直線導引的可動部分’是X滑件24、及靜壓軸承 襯墊25-5、25-6、25-7、25-8、及靜壓軸承襯墊27_4、

2 7 - 5、2 7 - 6。X滑件2 4是沿著樑2 3 - 1移動可能地組合於 Y滑件2 3。樑2 3 - 1是形成具有朝X軸方向延伸的2個側 面的四角形的剖面形狀。X滑件24，是形成具有相面對 於Y滑件2 3的樑2 3 - 1的2個側靣的2個內靣的略逆U 形狀的剖面形狀。 靜壓軸承襯塾25-5〜25-8是分別通過具有 軸周圍旋轉的2自由度的接頭（圖示省略）設® X ^ 件2 4的2個內面。靜壓軸承襯墊2 7 - 4〜2 7 - 6疋另α入置 於X滑件24的下面。 ^ ;出的2個側面 Υ滑件2 3，其朝樑2 3 - 1的X軸方向延伸曰」 (3) 1260646 是形成供導引X滑件2 4用的基準面。靜壓軸承襯蟄2 5 -〕 〜2 5 - 8是將壓縮空氣吹出樑2 3 _ 1的側面用。靜壓軸承襯 墊27-4〜27-6’是將壓縮空氣吹出底基2〇的上面用。

在此X - Y軸載台裝置中，γ滑件2 3的驅動源，逶使 用分別設在導引軌道2 1及γ滑件2 3之間、和設在導引 軌道22及Y滑件23之間的一對線形馬達3 1。一方面，X 滑件24的驅動源是使用設在γ滑件2 3及X滑件2 4之間 的線形馬達3 2。線形馬達3 1、3 2是相同構造，因爲是習 知所以簡單說明線形馬達3 1。線形馬達3 1，是在配列於 γ軸方向的多數的上側永久磁鐵及配列於γ軸方向的多數 的下側永久磁鐵之間所形成的間隔，配置從Y滑件2 3的 T形部2 3 - 2延伸的可動線圈（圖示省略）而成。

在軸載台裝置中，上述的構成要素之外，在各 線形馬達是需要組合作爲位置控制用的位置檢測檢測器的 線形刻度及線形檢測器。且，需要將一對的線形馬達3 1 同期驅動用的同期控制系統。進一步，需要：通往移動γ 滑件23、X滑件24的線形馬達的電力供給線及檢測器的 檢測訊號線、靜壓軸承用的空氣配管。這些是全部具有可 撓性，並收容於可撓性配管。而且，X滑件2 4及Υ滑件 2 3之間是由Χ滑件用的可撓性配管連接，Υ滑件2 3及底 基2 0之間’是由X滑件及Υ滑件用的可撓性配管連接。 如上述說明，在習知的χ-γ軸載台裝置中，對於γ 滑件（下軸）2 3的上下方向及水平方向的導引是使用複 數的靜壓軸承襯墊，且對於X滑件（上軸）24的上下方 -6- (4) 1260646 向及水平方向的導引{吏複數的靜1壓軸1 7承襯墊’而可獲 得搭載於X滑件2 3的工件載置台的局行走精度。 靜壓軸承，一般雖可獲得高走行精度（水平方向正直 度或移動平面度）’但是因爲幾乎無靜止摩擦，所以其停 止精度是依存於控制性能’需要高價且高分解能的線形刻 度。因此，爲了獲得接觸摩擦即使不使用靜壓導引但也需 使用蝸軸。

使用高分解能的線形刻度時’因爲其輸出訊號頻率的 限制，想同時獲得高速度是困難的。且’使用蝸軸時，在 長行程化情況時因爲危險速度的限制所以想獲得高速度是 困難的。 一方面，未使用靜壓導引的堆疊型載台裝置的情況時 ，爲了獲得工件載置台的高移動平面度而將 Y滑件（下 軸）的走精度由機械加工達成，且因爲需要不會隨著 X 滑件的移動變形的高剛性所以質量也必然變大。

[專利文獻1 ] 2 0 0 〇 - 1 5 5 1 8 6號公報 [發明內容】 (本發明所欲解決的課題） 在此’本發明的課題，是提供一種可將如靜壓軸承的 局價的零件僅可能減少並可以獲得高停止精度的χ_γ軸 載台裝置。 本發明的其他的課題，是提供一種可將移動平面度的 贫差不一抑制在最小，且可獲得高停止精度的X _ γ軸載 (5) 1260646 台裝置。 本發明的其他的課題，是提供一種可縮小移動體的總 質量，可獲得高速/高加速的x -γ軸載台裝置。 (用以解決課題的手段）

本發明，是提供一種χ-γ軸載台裝置’其特徵爲， 具備：經表面加工的底基；及在該底基上朝一軸方向延伸 地被固定的導引構件；及在該導引構件朝與前述一軸方向 垂直的方向延伸地組合’且沿著該導引構件朝前述一軸方 向行走可能的第1滑件；及沿著該第1滑件朝前述一軸方 向垂直的方向行走可能地與該第1滑件組合的第2滑件， 前述第1滑件，是通過滾動軸承支撐在前述導引構件並可 與前述底基表面分離地行走，前述第2滑件，是使滾動軸 承位在前述第1滑件之間可行走的同時，在相面對於前述 底基表面的下面至少藉由設有1個靜壓軸承在將前述底基 表面上從其浮起的狀態下行走可能。。 對於本X - Υ軸載台裝置，是在前述第2滑件的下側 ，且在前述底基表面設有由吸著可能的減壓式的吸著襯墊 所構成的至少1個制動器機構。 對於此制動器機構’是在安裝於前述第2滑件可與前 述底基表面接近·遠離方向變形的板彈簧，安裝有前述吸 著襯墊。 本X - Υ軸載台裝置的前述第1、第2滑件，是分別將 線形馬运作爲驅動源行走。 (6) 1260646 對於本X-Y軸載台裝置，前述導引構件，是由隔有 預定間隔相互平行地朝前述一軸方向延伸的第1、第2導 引構件所構成，前述第1滑件是橫跨前述第丨、第2導引 丰邊件之間’ t其兩端部分別通過前述滾動軸承被支撐。 (發明之效果） 本發明的X - Y軸載台裝置是具有以下的效果。 (1 )因爲將表面被精整加工的底基上面作爲上下方 向的靜壓軸承的導引面使用，所以可以獲得高移動平面度 (2 )當X滑件的χ軸方向、γ軸方向的停止時，藉 由滾動導引的摩擦可以獲得高停止精度。 (3 )因爲由摩擦力可獲得χ滑件停止時的穩定性， 所以不需要高分解能的位置檢測器，就可以獲得高移動速 度。

(4 )與第4圖所說明的Χ-Υ軸載台裝置相比，因爲 藉由省略多數的靜壓軸承襯墊可以減輕移動體的質量，所 以對於成線形馬達的推力可以獲得高加速度。 (5 )因爲在導引系內將靜壓導引及滾動導引複合， 所以可比全部是靜壓導引的情況更達成低成本。 【實施方式】 參照第1圖、第2圖，說明本發明的χ_γ軸載台裝 貭的較佳實施例。 -9 - 1260646

第1圖、第2圖，本X - Y軸載台裝置，其將上面表 面精整加工作爲導引面的底基1 〇 〇是固定於架框2 0 0。底 基1 〇 〇，是通常，所使用石定盤。本X - Υ軸載台裝置的固 定部，是底基1 〇 〇、及在底基1 〇 〇上隔有預定間隔地固定 配置的導引軌道110及120 (第1、第2導引構件）。在 第1圖中，是顯示相互垂直交合的X軸、Υ軸的二方向。 導引軌道1 10、120是分別朝Υ軸方向延伸。在此Χ-Υ軸 載台裝置，沿著導引軌道110、120朝Υ軸方向直線導引 的可動部分，是Υ滑件1 3 0。Υ滑件1 3 0，是橫跨導引軌 道1 1 0及1 2 0之間地配置，分別藉由設置於位在Υ滑件 1 3 0的兩端部及導引軌道1 1 0、1 20之間的滾動軸承1 1 1、 1 2 1之間且朝Υ軸方向行走可能地被支撐。Υ滑件1 3 0， 是與底基1 〇 〇的上面分離地行走。

且，第1圖中，朝Υ軸方向被直線導引且朝X軸方 向也被直線導引的可動部分，是X滑件1 4 0、及靜壓軸承 襯墊1 4 1、1 4 2、1 4 3。X滑件1 4 0是沿著Υ滑件1 3 0移動 可能地組合在Υ滑件1 3 0。即，Υ滑件1 3 0，是具有朝X 軸方向延伸的導引軌道1 3 1。在此導引軌道1 3 1及X滑件 1 40之間，藉由與前述滾動軸承1 1 1、1 2 1同樣地位在滾 動軸承（無圖示）之間，就可使X滑件1 4 0沿著Υ滑件 1 3 0移動可能。 靜壓軸承襯墊1 4 1〜1 4 3，是分別設置於X滑件1 4 0 的下面，藉由將壓縮空氣吹出底基1 〇 〇的上面，就可將X 滑件1 4 0從底基1 0 0的上面浮起移動。此浮起量，是數十

-10 - (8) 1260646 V m以下。換言之，靜壓軸承襯墊丨4 1〜1 4 3，是支撐X 滑件1 4 0及搭載於其上的工件載置台及工件（皆圖示省略 )的全負荷並讓這些移動可能。靜壓軸承襯墊1 4 1〜1 4 3 雖是配置在對應於三角形的頂點位置，但是三角形的形狀 是依據靜壓軸承襯墊1 4 1〜1 4 3所支撐的可動部分的重心 位置來決定。在此靜壓軸承襯墊1 4 1〜1 4 3是配置在對應 二等邊三角形的頂點的位置。

與第4圖所說明的X-Y軸載台裝置同樣，對於此X-Y軸載台裝置，Y滑件1 3 0的驅動源，也使用分別形成於 與導引軌道1 1 0鄰接並朝Y軸方向延伸的固定部1 5 1及Y 滑件1 3 0的一端部之間、和與導引軌道丨2 〇鄰接並朝Y 軸方向延伸的固定部1 6 1及Y滑件1 3 0的他端部之間的 一對線形馬達 1 5 0、1 6 0。一方面，X滑件 1 4 0的驅動源 是使用形成於Y滑件1 3 0及X滑件1 4 0之間的線形馬達 170 〇

線形馬達1 50、1 60、1 70是相同構造，因爲是習知所 以對於線形馬達1 5 0簡單說明。線形馬達！ 5 〇，是在朝γ 軸方向延伸的固定部1 5 1相互面對地2列配列的多數的永 久磁鐵1 5 2及1 5 3之間所形成間隔，配置從γ滑件1 3 〇 的一端部形成逆L形狀的可動線圈（圖示省略）而成。然 而’線形馬達1 7 0，是使多數的永久磁鐵呈上下2列地配 置’在這些之間，水平地設置可動線圈。 在本軸載台裝置中’上述的構成要素之外，在 各線形馬達中雖設置作爲位置控制用的位置檢測檢測器的 -11 - 9 1260646 線形刻度及線形檢測器的組合，但是比如第4圖所說明的 位置檢測檢測器的分解能更低的分解能也可以。當然，不 限定線形刻度及線形檢測器的組合，使用其他的周知的位 置檢測器也可以。且，具備將一對的線形馬達1 5 0、1 6 0 同期驅動用的同期控制系統。

進一步，需要：朝移動X滑件1 4 〇的線形馬達的電 力供給線或靜壓軸承用的空氣配管、Y滑件1 3 0、X滑件 1 4 0的檢測器的檢測訊號線。這些全部是具有可撓性，且 被收容於可撓性配管。而且，在X滑件1 4 0及Y滑件1 3 0 之間是由X滑件用的可撓性配管連接’在Y滑件1 3 0及 底基1 0 0之間，是由X滑件及γ滑件用的可撓性配管連 接。在第1圖、第 2圖中，是顯示沿著導引軌道1 1 0、 1 2 0延伸的X滑件及γ滑件用的可撓性配管的收容部1 8 1 、182°

在本形態中’更如第2圖所示，在χ滑件14 0中’ 搭載於宜上的載置台（一點鎖線所不）朝ζ軸方向驅動， 或是組入供具有傾斜功能用的複數的滑動楔機構3 0 0。 也參照第3圖，更在本形態的X- Υ軸載台裝置中， 在χ滑件1 4 0的下側’設有由底基1 0 〇的上面吸著可能 的減壓式的吸著襯墊1 9 1所構成的1個以上（在此2個） 的制動器機構1 90。此制動器機搆1 90，是在設置於X滑 件1 40的孔（在此四角形的孔）的緣部橫跨此孔地安裝並 朝與底基1〇〇的表面接近·遠離方向變形可能的十字形狀 的板彈簧1 92安裝有吸著観塾1 9 1 °在吸著襯塾1 9 1 ’連 -12 - (10) 1260646 接有正壓用及減壓用的空氣配管（圖示省略）。吸著襯墊 1 9 1，通常是將壓縮空氣吹出底基1 0 0使移動於其上面數 十// m以上。一方面，在X滑件1 4 0的停止時’將吸著襯 墊191的下面側形成減壓狀態並將吸著襯墊191吸著在底 基1 0 0的上面。由此，制動器機構1 9 0是作爲制動器作用

依據以上的X-Y軸載台裝置，X滑件14〇的底基1 00 上的上下方向（X軸方向）的行走導引是藉由3個靜壓軸 承平順地進行。一方面，在底基1 〇 〇及Y滑件1 3 0之間 以及Y滑件1 3 0及X滑件1 4 0之間在是藉由設置滾動軸 承，使在X軸及Y軸方向作用適度的摩擦力。加上，藉 由具備朝底基1 00面的吸著襯墊所構成的制動器機構，使 移動體的停止精度不依存於控制系統的控制性能’不需要 高價且高分解能的位置檢測器。且，使用高分解能的線形 刻度的情況時，雖因輸出訊號頻率的限制使想獲得高速度 是困難的，但是在本X- Y軸載台裝置中則無那樣的限制 然而，在上述的形態中，γ滑件1 3 0 ’是將其兩端部 組合於導引構件1 1 0、1 2 0而行走可能，但是將 Y滑件 1 3 0只由一方的導引構件以上持方式行走也可能。此情況 ，在γ滑件1 3 0的自由端部的下面設置靜壓軸承來進行 行走導引即可。這種懸臂式的 Y滑件，是顯示於前述專 利文獻1。且，在上述的形態中，橫跨二條的導引軌道之 間的滑件雖稱爲γ滑件，組合於此的滑件雖稱爲X滑件 -13- (11) 1260646 ，但是這些X、Y的關係當然相反也可以。進一步，在上 述的形態中，在X滑件1 4 0的下面側雖具備3個靜壓軸 承襯墊，但是1個以上即可。 [圖式簡單說明】 [第1圖]顯示本發明的Χ-Υ軸載台裝置的實施例的平 面圖。

[第2圖]將第1圖的Χ-Υ軸載台裝置從第1圖的下側 所見的前視圖。 [第3圖]說明顯示於第1圖的制動器機構的結構用的 圖。 [第4圖]顯示習知的X - Υ軸載台裝置的一例的立體圖 【主要元件對照表】 20底基 φ 21導引軌道 2. la導引靣 22導引軌道 22a導引面 2 3 Y滑件 23-1 樑 2 3 - 2 T形部 24 X滑件 -14 - (12) (12)1260646 2 5靜壓軸承襯墊 2 7靜壓軸承襯墊 3 1線形馬達 3 2 線形馬達 1 00 底基 110導引軌道 1 1 1滾動軸承 120 導引軌道 1 3 0 Y滑件 13 1導引軌道 1 4 0 X滑件 1 4 1，1 4 2 , 1 4 3 靜壓軸承襯墊 1 5 0，1 6 0 線形馬達 1 5 1固定部 1 5 2 永久磁鐵 1 6 1固定部 1 7 0線形馬達 ]8 1 5 1 8 2 收容部 1 9 0制動器機構 1 9 1吸著襯墊 1 9 2板彈簧 2 0 0 架框 3 0 0滑動楔機構

Claims (1)

1260646 ⑴ 拾、申請專利範圍 1 .一種X-Y軸載台裝置’其特徵爲，具備：經表面加 工的底基；及在該底基上朝一軸方向延伸地被固定的導引 構件；及在該導引構件朝與則述一軸方向垂直的方向延伸 地組合，且沿著該導引構件朝前述一軸方向行走可能的第 1滑件；及沿著該第1滑件朝前述一軸方向垂直的方向行 走可能地與該第1滑件組合的第2滑件，

前述第1滑件，是通過滾動軸承支撐在前述導引構件 並可與前述底基表面分離地行走， 前述第2滑件，是使滾動軸承位在前述第1滑件之間 可行走的同時，在相面對於前述底基表面的下面至少藉由 設有1個靜壓軸承在將前述底基表面上從其浮起的狀態下 行走可能。

2.如申請專利範圍第1項的X-Y軸載台裝置，其中， 在前述第2滑件的下側，且在前述底基表面設有由吸著可 能的減壓式的吸著襯墊所構成的至少1個制動器機構。 3 .如申請專利範圍第2項的X- Y軸載台裝置，其中， 前述制動器機構，是在安裝於前述第2滑件可與前述底基 表面接近·遠離方向變形的板彈簧，安裝有前述吸著襯塾 4 ·如申請專利範圍第1、2或3項的χ-γ軸載台裝置 ，其中，前述第1、第2滑件’是分別將線形馬達作爲驅 動源行走。 5.如申請專利範圍第]、2或3項的X - Y軸載台裝置 -16 - (2) 1260646 ，其中，前述導引構件’是由隔有預定間隔相互平行地朝 前述一軸方向延伸的第1、第2導引構件所構成，前述第 i滑件逶橫跨前述第1、第2導引構件之間，在其兩端部 分別通過前述滾動軸承被支撐。

6 .如申請專利範圍第4項的X - Y軸載台裝置，其中，前 述導引構件，是由隔有預定間隔相互平行地朝前述一軸方 向延伸的第1、第2導引構件所構成，前述第1滑件是橫跨 前述第i、第2導引構件之間，在其兩端部分別通過前述滾 動軸承被支撐。

-17-