位置決め装置
【課題】位置決め精度の向上を図ることのできる位置決め装置を提供する。
【解決手段】基台２１と、基台２１の上面中央部に形成された穴部２１ａに遊嵌する軸部２２ａを有する揺動テーブル２２と、揺動テーブル２２の軸部２２ａと基台２１の穴部２１ａとの間に設けられた静圧気体軸受２５とを備えた位置決め装置であって、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路２６ａ，２６ｂが基台２１に設けられている。
【解決手段】基台２１と、基台２１の上面中央部に形成された穴部２１ａに遊嵌する軸部２２ａを有する揺動テーブル２２と、揺動テーブル２２の軸部２２ａと基台２１の穴部２１ａとの間に設けられた静圧気体軸受２５とを備えた位置決め装置であって、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路２６ａ，２６ｂが基台２１に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体製造装置等で使用される位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等では、ワークを所定位置に位置決めする位置決め装置として、図 に示すような位置決め装置１が使用されている（特許文献１参照）。この位置決め装置１の移動体２は静圧気体軸受部３ａ、３ｂ及び静圧気体軸受部４ａ、４ｂと、予圧付勢手段５である永久磁石とから成る静圧流体軸受により、案内部６に対して支持されている。静圧気体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのそれぞれに個別に流体供給管路７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂが接続されており、流体供給装置（図示せず）から作動流体が流体供給管路７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂを通って、それぞれの静圧気体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに供給されることにより、静圧流体軸受として機能するようになっている。
【０００３】
移動体２の上部にはナット部９が設けられ、ナット部９はボールねじ１０に噛合され、ボールねじ１０はサーボモータ１１の中心軸に連結されており、サーボモータ１１にはエンコーダ１２が取り付けられている。
このような構成の位置決め装置では、移動体２を直線運動可能に支持する軸受として静圧流体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂを使用しているため、摩擦力が発生しない。従って、ボールねじ１０による駆動方式を使用しても、リニアガイド等の接触式軸受の場合と異なり、位置決め後に残存するボールねじ１０等の弾性変形による外力の発生を低く抑えることができる。
【特許文献１】特開平１０−１９９８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した位置決め装置では、静圧気体軸受が可動側に設けられているため、空気等の気体を静圧気体軸受に供給する気体供給路を移動体に設ける必要がある。このため、移動体内に設けられた気体供給路や配線などが位置決め動作時における外乱要素となり、移動体の位置ずれを招いたりすることがあった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、位置決め精度の向上を図ることのできる位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、第１の発明に係る位置決め装置は、基台と、該基台の表面部に形成された穴部に遊嵌する軸部を有する揺動テーブルと、該揺動テーブルの軸部と前記基台の穴部との間に設けられた非接触型軸受と、前記揺動テーブルを前記基台に対して揺動駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明に係る位置決め装置は、スライドテーブルと、該スライドテーブルを案内する案内レールと、該案内レールに対して前記スライドテーブルをスライド可能に支持する非接触型軸受と、前記スライドテーブルを前記案内レールの長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明に係る位置決め装置において、非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路が基台内に形成されることが位置決め精度向上の点で好ましい。また、テーブル駆動機構が基台に固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して揺動テーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることが位置決め精度向上の点で好ましい。さらに、基台と揺動テーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を基台内に設けることが位置決め精度向上の点で好ましい。
【０００８】
第２の発明に係る位置決め装置において、非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路が案内レール内に形成されることが位置決め精度向上の点で好ましい。また、テーブル駆動機構が案内レールに固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向してスライドテーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることが位置決め精度向上の点で好ましい。さらに、案内レールとスライドテーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を案内レール内に設けることが位置決め精度向上の点で好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明に係る位置決め装置によれば、可動側に気体供給路あるいは配線を設ける必要がないので、揺動テーブルの位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
第２の発明に係る位置決め装置によれば、可動側に気体供給路あるいは配線を設ける必要がないので、スライドテーブルの位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図であって、図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置は、基台２１、揺動テーブル２２及び揺動テーブル２２の揺動位置を検出する位置検出器２３を備えている。
【００１１】
基台２１は方形状をなしており、その上面中央部には、図２に示すように、円形の穴部２１ａが凹設されている。一方、揺動テーブル２２は円板形状をなしており、その下面中央部には、基台２１の穴部２１ａと遊嵌する軸部２２ａが突設されている。
また、揺動テーブル２２はテーブル駆動機構としてのリニアモータ２４により軸部２２ａの軸心を中心に所定角度範囲内で揺動駆動されるようになっており、リニアモータ２４は基台２１上に固定された固定側コイル２４１と、この固定側コイル２４１に対向して揺動テーブル２２に取り付けられた可動側マグネット２４２とから構成されている。
【００１２】
位置検出器２３は揺動テーブル２２に固定された磁気スケール２３１と、この磁気スケール２３１を磁気的に読み取るスケール読取ヘッド２３２とからなり、スケール読取ヘッド２３２は磁気スケール２３１に対向して基台２１の上面部に固定されている。
リニアモータ２４と位置検出器２３とは１８０°等配で設けるとともに、可動側マグネット２４２の質量と磁気スケール２３１の質量とがほぼ等しくなるようにしている。
【００１３】
基台２１の穴部２１ａと揺動テーブル２２の軸部２２ａとの間には、揺動テーブル２２を基台２１に対して揺動可能に支持する非接触型軸受としての静圧気体軸受２５が設けられている。この静圧気体軸受２５は基台２１に固定されており、基台２１の内部には、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路２６ａ，２６ｂが形成されているとともに、静圧気体軸受２５の外周に形成されたテーブル吸着空間２８内の空気を排気する排気路２７ａ，２７ｂが形成されている。そして、静圧気体軸受２５の上面及び内周面が軸受面とされている。
【００１４】
テーブル吸着空間２８は基台２１の上面部に設けられた円環状の凸部２９と静圧気体軸受２５との間に形成されており、このテーブル吸着空間２８内の空気が図示しない真空ポンプにより排気されることによって揺動テーブル２２が揺動不能にロックされるようになっている。
着座面となる面（例えば凸部２９の上面）は、かじりつきが防止でき、硬度が高い面とすることが好ましく、ＣＶＤダイヤモンド、ＴｉＡｌＮやＴｉＮ等の被膜をコーティングしたものが例示される。
【００１５】
揺動テーブル２２が大気中に設けられる位置決め装置の場合では、静圧気体軸受２５の作動中は、必ずしも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行わなくてもよく、この場合、静圧気体軸受２５の作動中は、例えば図示しない制御バルブを制御することにより排気路２７ａ，２７ｂが大気開放されるような構成にしてもよい。
但し、揺動テーブル２２が大気中に設けられる位置決め装置の場合であっても、静圧気体軸受２７の作動中にも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行うようにしてもよい。この場合、静圧気体軸受２５へ供給する気体の圧力及び真空ポンプによる排気圧を制御することにより、凸部２９（または静圧気体軸受２５の上面）と揺動テーブル２２の下面との隙間を制御可能となり、かつ、軸受剛性の高いスラスト軸受とすることができる。
【００１６】
また、特に、揺動テーブル２２が真空中に設けられる位置決め装置の場合では、静圧気体軸受２５の作動中にも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行うようにするのが好ましい。これにより、静圧気体軸受２５の作動中、静圧気体軸受２５から排出されてテーブル吸着空間２８内に侵入したほぼ全ての気体は、排気路２７ａ，２７ｂから外部へ排出され、凸部２９と揺動テーブル２２との微小隙間から真空雰囲気下へ漏れ出すのを抑制することができる。これにより、真空雰囲気の排気の負担を軽減できる。
【００１７】
このような構成において、基台２１内に形成された気体供給路２６ａ，２６ｂから静圧気体軸受２５に空気等の気体が供給されると、図３（ａ）に示すように、揺動テーブル２２が静圧気体軸受２５の上端面から浮上するとともに、静圧気体軸受２５の内周面と軸部２２ａの外周面との間に微小隙間が維持された状態となり、基台２１に対して揺動可能に支持される。これにより、前述した従来例のように、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路を可動側（揺動テーブル側）に形成する必要がないので、揺動テーブル２２の位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
【００１８】
また、テーブル駆動機構による位置決め駆動時以外は、基台２１内に形成された排気路２７ａ，２７ｂからテーブル吸着空間２８内の空気が排気され、テーブル吸着空間２８内の負圧を高めることにより、図３（ｂ）に示すように、基台２１の上面部に設けられた円環状の凸部２９上に揺動テーブル２２の下面部が吸着することによって揺動テーブル２２が揺動不能にロックされる。これにより、テーブル吸着空間内の空気を排気する排気路を可動側（揺動テーブル側）に形成する必要がないので、揺動テーブル２２の位置ずれを抑制して位置決め精度のより一層の向上を図ることができる。なお、揺動テーブル２２の下面部が基台２１の上面部に設けられた凸部２９上に吸着された後は、θ軸のドリフト（経時変化）の原因となるため、リニアモータ２４のサーボはOFFとすることが好ましい。また、静圧気体軸受２５への気体供給も不要なので停止させてもよい。
【００１９】
また、上述した第１の実施形態では揺動テーブル２２を揺動駆動するテーブル駆動機構として固定側コイル２４１と可動側マグネット２４２とからなるリニアモータ２４を用いたことで、リニアモータ２４への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、揺動テーブル２２の位置決め精度をより高めることができる。
【００２０】
さらに、揺動テーブル２２を揺動駆動するテーブル駆動機構としてリニアモータ２４を用いたことにより、リニアモータ２４のサーボをOFFにすることで静圧気体軸受２５の上下方向の動きに対して拘束力を持たないため、都合が良い。また、揺動テーブル２２の揺動位置を検出する位置検出器２３を揺動テーブル２２に固定された磁気スケール２３１と、この磁気スケール２３１に対向して基台２１上に固定されたスケール読取ヘッド２３２とから構成したことで、位置検出器２３への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、揺動テーブル２２の位置決め精度をより高めることができる。
さらに、リニアモータ２４と位置検出器２３とを１８０°等配で配置するとともに、可動側マグネット２４２の質量と磁気スケール２３１の質量とをほぼ等しくしているため、アンバランスを極力除くことができる。
【００２１】
上述した第１の実施形態では基台２１の上面中央部に形成される穴部２１ａとして貫通穴を例示したが、有底穴であってもよい。但し、有底穴とした場合は、例えば底面に排気用の穴を明けるのが好ましい。また、揺動テーブル２２を基台２１に対して揺動可能に支持する非接触型軸受として静圧気体軸受２５を例示したが、磁気軸受あるいは静電気力を応用した軸受であってもよい。特に、静電気力を応用した軸受の場合には、磁場変動による影響を周囲環境に与えることもないため、磁場変動を嫌う用途等に好適であり、また、磁気軸受を使用した場合と比較して、発熱も少ない。非接触型軸受として磁気軸受または静電気力を応用した軸受を用いた場合であっても、反発と吸引を切換・制御できる機構がある場合には、真空ポンプを使用した吸着空間２８の排気による吸引機構を省略し、軸受と吸引機構とを兼ねさせるようにしてもよい。これにより、装置の小型化が可能となる。
【００２２】
次に、図４〜図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の平面図、図５は図４のV−V線に沿う断面図であって、図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置は、ブロック状のスライドテーブル３１と、このスライドテーブル３１を案内する案内レール３２とを備えている。
【００２３】
案内レール３２はその幅方向に沿う断面が凹状をなしており、その内面部には、スライドテーブル３１を案内レール３２に対してスライド可能に支持する非接触型軸受としての静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（図５参照）がスライドテーブル３１の左右側面部と底面部に対向して設けられている。これらの静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃは案内レール３２の内面部に形成された凹部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ内に嵌着されており、案内レール３２内には、空気等の気体を静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃに供給する気体供給路３５ａ，３５ｂ，３５ｃが形成されているとともに、スライドテーブル３１の下面部と案内レール３２の内面部との間に形成されたテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気を排気する排気路３７ａ，３７ｂが形成されている。図示しない真空ポンプを作動させ、排気路３７ａ，３７ｂを介してテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気を排気することとなり、スライドテーブル３１をロックさせることができる。
【００２４】
また、第２の実施形態に係る位置決め装置は、スライドテーブル３１を案内レール３２の長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構としてのリニアモータ３８と、スライドテーブル３１のスライド位置を検出する位置検出器３９とを備えており、リニアモータ３８は、図５に示すように、案内レール３２の上面部に固定された固定側コイル３８１と、この固定側コイル３８１に対向してスライドテーブル３１に固定された可動側マグネット３８２とから構成されている。一方、位置検出器３９はスライドテーブル３１に固定された磁気スケール３９１と、この磁気スケール３９１に対向して案内レール３２の上面部に固定されたスケール読取ヘッド３９２とから構成されている。
【００２５】
このような構成において、案内レール３２内に形成された気体供給路３５ａ，３５ｂ，３５ｃから静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃに空気等の気体が供給されると、図６（ａ）に示すように、静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃから噴出する気体によってスライドテーブル３１が案内レール３２に対して非接触の状態となる。そして、この状態でリニアモータ３８を作動させると、スライドテーブル３１が案内レール３２の長手方向にスライドする。これにより、前述した従来例のように、静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃに気体を供給する気体供給路を可動側（スライドテーブル側）に形成する必要がないので、スライドテーブル３１の位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。なお、この場合、真空ポンプによるテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の排気は前記第１の実施形態の場合と同様に行うようにしてもよいし、行わないようにしてもよい。
【００２６】
また、テーブル駆動機構による位置決め駆動時以外は、案内レール３２内に形成された排気路３７ａ，３７ｂからテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気が排気され、テーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の負圧を高めるようにしてもよく、図６（ｂ）に示すように、スライドテーブル３１の下面部が静圧気体軸受３３ｃ上に着座することによってスライドテーブル３１がスライド不能にロックされる。この際、少なくとも静圧気体軸受３３ｃへの気体の供給は不要なので停止させてもよい。これにより、テーブル吸着空間内の空気を排気する排気路を可動側（スライドテーブル側）に形成する必要がないので、スライドテーブル３１の位置ずれを抑制して位置決め精度のより一層の向上を図ることができる。
【００２７】
また、上述した第２の実施形態ではスライドテーブル３１を揺動駆動するテーブル駆動機構として固定側コイル３８１と可動側マグネット３８２とからなるリニアモータ３８を用いたことで、リニアモータ３８への給電線を可動側（スライドテーブル側）に配線する必要がないので、スライドテーブル３１の位置決め精度をより高めることができる。
【００２８】
さらに、スライドテーブル３１をスライド駆動するテーブル駆動機構としてリニアモータ３８を用いたことにより、リニアモータ３８のサーボをOFFにすることで静圧気体軸受の上下方向の動きに対して拘束力を持たないため、都合が良い。また、スライドテーブル３１の揺動位置を検出する位置検出器３９を案内レール３２に固定されたスケール読取ヘッド３９２と、このスケール読取ヘッド３９２に対向してスライドテーブル３１に固定された磁気スケール３９１とから構成したことで、位置検出器３９への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、スライドテーブル３１の位置決め精度をより高めることができる。
【００２９】
上述した第２の実施形態ではスライドテーブル３１を案内レール３２に対してスライド可能に支持する非接触型軸受として静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃを例示したが、磁気軸受あるいは静電気力を応用した軸受であってもよい。特に、静電気力を応用した軸受の場合には、磁場変動による影響を周囲環境に与えることもない。
また、第２の実施形態では固定側より給排気を行っているが、例えば特許第３２６１８２３号明細書に開示された技術を採用して可動側から給排気を行ってもよい。また、特許第１６２６４９６号明細書に開示された技術を採用して真空領域や静圧軸受部をストローク位置に応じて切り替えることにより、浮上力と吸引力の低下を防止することができる。
【００３０】
また、上述した実施形態では回転もしくは一軸の直線機構に本発明を適用したが、案内形式に関しては水平方向の拘束を持たない平面型案内であって、水平方向は二つ以上の駆動機構による位置決めを行うものであってもよい。また、平面型案内の場合、駆動機構がサーフェスモータであれば、駆動機構は一つでもよい。さらに、案内と吸引力を作用させる機構を別機構としたが、同一の機構を採用してもよい。その場合、急激な位置変動により水平方向への位置ずれが生じないように滑らかに上下方向の位置を制御すればよい。
【００３１】
また、上述した実施形態では位置検出器としてエンコーダを例示したが、例えばレーザ測長システムを応用した位置検出器を用いてもよい。
吸引手段は、非常時や輸送時にも動作するような要素を選択するとよい。永久磁石を使った吸引手段が好ましい。なお、駆動機構にリニアモータを用いた場合には、コア付きタイプを選定することで、モータに作用する吸引力を可動部を固定部へ吸引する手段として採用してもよい。
真空吸引に関しては、輸送時は難しいが、非常時はノーマルクローズドのバルブを採用することで、真空保持が可能となり、吸引力の維持が有限の時間内であれば実現できる。静電気力に関しても積極的な除電を行わなければ、保持力が持続される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の平面図である。
【図５】図４のV−V線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の作用を説明するための図である。
【図７】従来の位置決め装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
２１ 基台
２１ａ 穴部
２２ 揺動テーブル
２２ａ 軸部
２３ 位置検出器
２３１ 磁気スケール
２３２ スケール読取ヘッド
２４ リニアモータ
２４１ 固定側コイル
２４２ 可動側マグネット
２５ 静圧気体軸受
２６ａ，２６ｂ 気体供給路
２８ テーブル吸着空間
３１ スライドテーブル
３２ 案内レール
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 静圧気体軸受
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 気体供給路
３６ａ，３６ｂ テーブル吸着空間
３８ リニアモータ
３８１ 固定側コイル
３８２ 可動側マグネット
３９ 位置検出器
３９１ 磁気スケール
３９２ スケール読取ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体製造装置等で使用される位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等では、ワークを所定位置に位置決めする位置決め装置として、図 に示すような位置決め装置１が使用されている（特許文献１参照）。この位置決め装置１の移動体２は静圧気体軸受部３ａ、３ｂ及び静圧気体軸受部４ａ、４ｂと、予圧付勢手段５である永久磁石とから成る静圧流体軸受により、案内部６に対して支持されている。静圧気体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂのそれぞれに個別に流体供給管路７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂが接続されており、流体供給装置（図示せず）から作動流体が流体供給管路７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂを通って、それぞれの静圧気体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに供給されることにより、静圧流体軸受として機能するようになっている。
【０００３】
移動体２の上部にはナット部９が設けられ、ナット部９はボールねじ１０に噛合され、ボールねじ１０はサーボモータ１１の中心軸に連結されており、サーボモータ１１にはエンコーダ１２が取り付けられている。
このような構成の位置決め装置では、移動体２を直線運動可能に支持する軸受として静圧流体軸受部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂを使用しているため、摩擦力が発生しない。従って、ボールねじ１０による駆動方式を使用しても、リニアガイド等の接触式軸受の場合と異なり、位置決め後に残存するボールねじ１０等の弾性変形による外力の発生を低く抑えることができる。
【特許文献１】特開平１０−１９９８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した位置決め装置では、静圧気体軸受が可動側に設けられているため、空気等の気体を静圧気体軸受に供給する気体供給路を移動体に設ける必要がある。このため、移動体内に設けられた気体供給路や配線などが位置決め動作時における外乱要素となり、移動体の位置ずれを招いたりすることがあった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、位置決め精度の向上を図ることのできる位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、第１の発明に係る位置決め装置は、基台と、該基台の表面部に形成された穴部に遊嵌する軸部を有する揺動テーブルと、該揺動テーブルの軸部と前記基台の穴部との間に設けられた非接触型軸受と、前記揺動テーブルを前記基台に対して揺動駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明に係る位置決め装置は、スライドテーブルと、該スライドテーブルを案内する案内レールと、該案内レールに対して前記スライドテーブルをスライド可能に支持する非接触型軸受と、前記スライドテーブルを前記案内レールの長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明に係る位置決め装置において、非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路が基台内に形成されることが位置決め精度向上の点で好ましい。また、テーブル駆動機構が基台に固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して揺動テーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることが位置決め精度向上の点で好ましい。さらに、基台と揺動テーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を基台内に設けることが位置決め精度向上の点で好ましい。
【０００８】
第２の発明に係る位置決め装置において、非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路が案内レール内に形成されることが位置決め精度向上の点で好ましい。また、テーブル駆動機構が案内レールに固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向してスライドテーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることが位置決め精度向上の点で好ましい。さらに、案内レールとスライドテーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を案内レール内に設けることが位置決め精度向上の点で好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明に係る位置決め装置によれば、可動側に気体供給路あるいは配線を設ける必要がないので、揺動テーブルの位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
第２の発明に係る位置決め装置によれば、可動側に気体供給路あるいは配線を設ける必要がないので、スライドテーブルの位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図であって、図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置は、基台２１、揺動テーブル２２及び揺動テーブル２２の揺動位置を検出する位置検出器２３を備えている。
【００１１】
基台２１は方形状をなしており、その上面中央部には、図２に示すように、円形の穴部２１ａが凹設されている。一方、揺動テーブル２２は円板形状をなしており、その下面中央部には、基台２１の穴部２１ａと遊嵌する軸部２２ａが突設されている。
また、揺動テーブル２２はテーブル駆動機構としてのリニアモータ２４により軸部２２ａの軸心を中心に所定角度範囲内で揺動駆動されるようになっており、リニアモータ２４は基台２１上に固定された固定側コイル２４１と、この固定側コイル２４１に対向して揺動テーブル２２に取り付けられた可動側マグネット２４２とから構成されている。
【００１２】
位置検出器２３は揺動テーブル２２に固定された磁気スケール２３１と、この磁気スケール２３１を磁気的に読み取るスケール読取ヘッド２３２とからなり、スケール読取ヘッド２３２は磁気スケール２３１に対向して基台２１の上面部に固定されている。
リニアモータ２４と位置検出器２３とは１８０°等配で設けるとともに、可動側マグネット２４２の質量と磁気スケール２３１の質量とがほぼ等しくなるようにしている。
【００１３】
基台２１の穴部２１ａと揺動テーブル２２の軸部２２ａとの間には、揺動テーブル２２を基台２１に対して揺動可能に支持する非接触型軸受としての静圧気体軸受２５が設けられている。この静圧気体軸受２５は基台２１に固定されており、基台２１の内部には、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路２６ａ，２６ｂが形成されているとともに、静圧気体軸受２５の外周に形成されたテーブル吸着空間２８内の空気を排気する排気路２７ａ，２７ｂが形成されている。そして、静圧気体軸受２５の上面及び内周面が軸受面とされている。
【００１４】
テーブル吸着空間２８は基台２１の上面部に設けられた円環状の凸部２９と静圧気体軸受２５との間に形成されており、このテーブル吸着空間２８内の空気が図示しない真空ポンプにより排気されることによって揺動テーブル２２が揺動不能にロックされるようになっている。
着座面となる面（例えば凸部２９の上面）は、かじりつきが防止でき、硬度が高い面とすることが好ましく、ＣＶＤダイヤモンド、ＴｉＡｌＮやＴｉＮ等の被膜をコーティングしたものが例示される。
【００１５】
揺動テーブル２２が大気中に設けられる位置決め装置の場合では、静圧気体軸受２５の作動中は、必ずしも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行わなくてもよく、この場合、静圧気体軸受２５の作動中は、例えば図示しない制御バルブを制御することにより排気路２７ａ，２７ｂが大気開放されるような構成にしてもよい。
但し、揺動テーブル２２が大気中に設けられる位置決め装置の場合であっても、静圧気体軸受２７の作動中にも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行うようにしてもよい。この場合、静圧気体軸受２５へ供給する気体の圧力及び真空ポンプによる排気圧を制御することにより、凸部２９（または静圧気体軸受２５の上面）と揺動テーブル２２の下面との隙間を制御可能となり、かつ、軸受剛性の高いスラスト軸受とすることができる。
【００１６】
また、特に、揺動テーブル２２が真空中に設けられる位置決め装置の場合では、静圧気体軸受２５の作動中にも真空ポンプによるテーブル吸着空間２８内の空気の排気を行うようにするのが好ましい。これにより、静圧気体軸受２５の作動中、静圧気体軸受２５から排出されてテーブル吸着空間２８内に侵入したほぼ全ての気体は、排気路２７ａ，２７ｂから外部へ排出され、凸部２９と揺動テーブル２２との微小隙間から真空雰囲気下へ漏れ出すのを抑制することができる。これにより、真空雰囲気の排気の負担を軽減できる。
【００１７】
このような構成において、基台２１内に形成された気体供給路２６ａ，２６ｂから静圧気体軸受２５に空気等の気体が供給されると、図３（ａ）に示すように、揺動テーブル２２が静圧気体軸受２５の上端面から浮上するとともに、静圧気体軸受２５の内周面と軸部２２ａの外周面との間に微小隙間が維持された状態となり、基台２１に対して揺動可能に支持される。これにより、前述した従来例のように、静圧気体軸受２５に気体を供給する気体供給路を可動側（揺動テーブル側）に形成する必要がないので、揺動テーブル２２の位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。
【００１８】
また、テーブル駆動機構による位置決め駆動時以外は、基台２１内に形成された排気路２７ａ，２７ｂからテーブル吸着空間２８内の空気が排気され、テーブル吸着空間２８内の負圧を高めることにより、図３（ｂ）に示すように、基台２１の上面部に設けられた円環状の凸部２９上に揺動テーブル２２の下面部が吸着することによって揺動テーブル２２が揺動不能にロックされる。これにより、テーブル吸着空間内の空気を排気する排気路を可動側（揺動テーブル側）に形成する必要がないので、揺動テーブル２２の位置ずれを抑制して位置決め精度のより一層の向上を図ることができる。なお、揺動テーブル２２の下面部が基台２１の上面部に設けられた凸部２９上に吸着された後は、θ軸のドリフト（経時変化）の原因となるため、リニアモータ２４のサーボはOFFとすることが好ましい。また、静圧気体軸受２５への気体供給も不要なので停止させてもよい。
【００１９】
また、上述した第１の実施形態では揺動テーブル２２を揺動駆動するテーブル駆動機構として固定側コイル２４１と可動側マグネット２４２とからなるリニアモータ２４を用いたことで、リニアモータ２４への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、揺動テーブル２２の位置決め精度をより高めることができる。
【００２０】
さらに、揺動テーブル２２を揺動駆動するテーブル駆動機構としてリニアモータ２４を用いたことにより、リニアモータ２４のサーボをOFFにすることで静圧気体軸受２５の上下方向の動きに対して拘束力を持たないため、都合が良い。また、揺動テーブル２２の揺動位置を検出する位置検出器２３を揺動テーブル２２に固定された磁気スケール２３１と、この磁気スケール２３１に対向して基台２１上に固定されたスケール読取ヘッド２３２とから構成したことで、位置検出器２３への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、揺動テーブル２２の位置決め精度をより高めることができる。
さらに、リニアモータ２４と位置検出器２３とを１８０°等配で配置するとともに、可動側マグネット２４２の質量と磁気スケール２３１の質量とをほぼ等しくしているため、アンバランスを極力除くことができる。
【００２１】
上述した第１の実施形態では基台２１の上面中央部に形成される穴部２１ａとして貫通穴を例示したが、有底穴であってもよい。但し、有底穴とした場合は、例えば底面に排気用の穴を明けるのが好ましい。また、揺動テーブル２２を基台２１に対して揺動可能に支持する非接触型軸受として静圧気体軸受２５を例示したが、磁気軸受あるいは静電気力を応用した軸受であってもよい。特に、静電気力を応用した軸受の場合には、磁場変動による影響を周囲環境に与えることもないため、磁場変動を嫌う用途等に好適であり、また、磁気軸受を使用した場合と比較して、発熱も少ない。非接触型軸受として磁気軸受または静電気力を応用した軸受を用いた場合であっても、反発と吸引を切換・制御できる機構がある場合には、真空ポンプを使用した吸着空間２８の排気による吸引機構を省略し、軸受と吸引機構とを兼ねさせるようにしてもよい。これにより、装置の小型化が可能となる。
【００２２】
次に、図４〜図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の平面図、図５は図４のV−V線に沿う断面図であって、図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置は、ブロック状のスライドテーブル３１と、このスライドテーブル３１を案内する案内レール３２とを備えている。
【００２３】
案内レール３２はその幅方向に沿う断面が凹状をなしており、その内面部には、スライドテーブル３１を案内レール３２に対してスライド可能に支持する非接触型軸受としての静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（図５参照）がスライドテーブル３１の左右側面部と底面部に対向して設けられている。これらの静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃは案内レール３２の内面部に形成された凹部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ内に嵌着されており、案内レール３２内には、空気等の気体を静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃに供給する気体供給路３５ａ，３５ｂ，３５ｃが形成されているとともに、スライドテーブル３１の下面部と案内レール３２の内面部との間に形成されたテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気を排気する排気路３７ａ，３７ｂが形成されている。図示しない真空ポンプを作動させ、排気路３７ａ，３７ｂを介してテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気を排気することとなり、スライドテーブル３１をロックさせることができる。
【００２４】
また、第２の実施形態に係る位置決め装置は、スライドテーブル３１を案内レール３２の長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構としてのリニアモータ３８と、スライドテーブル３１のスライド位置を検出する位置検出器３９とを備えており、リニアモータ３８は、図５に示すように、案内レール３２の上面部に固定された固定側コイル３８１と、この固定側コイル３８１に対向してスライドテーブル３１に固定された可動側マグネット３８２とから構成されている。一方、位置検出器３９はスライドテーブル３１に固定された磁気スケール３９１と、この磁気スケール３９１に対向して案内レール３２の上面部に固定されたスケール読取ヘッド３９２とから構成されている。
【００２５】
このような構成において、案内レール３２内に形成された気体供給路３５ａ，３５ｂ，３５ｃから静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃに空気等の気体が供給されると、図６（ａ）に示すように、静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃから噴出する気体によってスライドテーブル３１が案内レール３２に対して非接触の状態となる。そして、この状態でリニアモータ３８を作動させると、スライドテーブル３１が案内レール３２の長手方向にスライドする。これにより、前述した従来例のように、静圧気体軸受３３ａ，３３ｂ，３３ｃに気体を供給する気体供給路を可動側（スライドテーブル側）に形成する必要がないので、スライドテーブル３１の位置ずれを抑制して位置決め精度の向上を図ることができる。なお、この場合、真空ポンプによるテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の排気は前記第１の実施形態の場合と同様に行うようにしてもよいし、行わないようにしてもよい。
【００２６】
また、テーブル駆動機構による位置決め駆動時以外は、案内レール３２内に形成された排気路３７ａ，３７ｂからテーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の空気が排気され、テーブル吸着空間３６ａ，３６ｂ内の負圧を高めるようにしてもよく、図６（ｂ）に示すように、スライドテーブル３１の下面部が静圧気体軸受３３ｃ上に着座することによってスライドテーブル３１がスライド不能にロックされる。この際、少なくとも静圧気体軸受３３ｃへの気体の供給は不要なので停止させてもよい。これにより、テーブル吸着空間内の空気を排気する排気路を可動側（スライドテーブル側）に形成する必要がないので、スライドテーブル３１の位置ずれを抑制して位置決め精度のより一層の向上を図ることができる。
【００２７】
また、上述した第２の実施形態ではスライドテーブル３１を揺動駆動するテーブル駆動機構として固定側コイル３８１と可動側マグネット３８２とからなるリニアモータ３８を用いたことで、リニアモータ３８への給電線を可動側（スライドテーブル側）に配線する必要がないので、スライドテーブル３１の位置決め精度をより高めることができる。
【００２８】
さらに、スライドテーブル３１をスライド駆動するテーブル駆動機構としてリニアモータ３８を用いたことにより、リニアモータ３８のサーボをOFFにすることで静圧気体軸受の上下方向の動きに対して拘束力を持たないため、都合が良い。また、スライドテーブル３１の揺動位置を検出する位置検出器３９を案内レール３２に固定されたスケール読取ヘッド３９２と、このスケール読取ヘッド３９２に対向してスライドテーブル３１に固定された磁気スケール３９１とから構成したことで、位置検出器３９への給電線を可動側（揺動テーブル側）に配線する必要がないので、スライドテーブル３１の位置決め精度をより高めることができる。
【００２９】
上述した第２の実施形態ではスライドテーブル３１を案内レール３２に対してスライド可能に支持する非接触型軸受として静圧気体軸受３３ａ〜３３ｃを例示したが、磁気軸受あるいは静電気力を応用した軸受であってもよい。特に、静電気力を応用した軸受の場合には、磁場変動による影響を周囲環境に与えることもない。
また、第２の実施形態では固定側より給排気を行っているが、例えば特許第３２６１８２３号明細書に開示された技術を採用して可動側から給排気を行ってもよい。また、特許第１６２６４９６号明細書に開示された技術を採用して真空領域や静圧軸受部をストローク位置に応じて切り替えることにより、浮上力と吸引力の低下を防止することができる。
【００３０】
また、上述した実施形態では回転もしくは一軸の直線機構に本発明を適用したが、案内形式に関しては水平方向の拘束を持たない平面型案内であって、水平方向は二つ以上の駆動機構による位置決めを行うものであってもよい。また、平面型案内の場合、駆動機構がサーフェスモータであれば、駆動機構は一つでもよい。さらに、案内と吸引力を作用させる機構を別機構としたが、同一の機構を採用してもよい。その場合、急激な位置変動により水平方向への位置ずれが生じないように滑らかに上下方向の位置を制御すればよい。
【００３１】
また、上述した実施形態では位置検出器としてエンコーダを例示したが、例えばレーザ測長システムを応用した位置検出器を用いてもよい。
吸引手段は、非常時や輸送時にも動作するような要素を選択するとよい。永久磁石を使った吸引手段が好ましい。なお、駆動機構にリニアモータを用いた場合には、コア付きタイプを選定することで、モータに作用する吸引力を可動部を固定部へ吸引する手段として採用してもよい。
真空吸引に関しては、輸送時は難しいが、非常時はノーマルクローズドのバルブを採用することで、真空保持が可能となり、吸引力の維持が有限の時間内であれば実現できる。静電気力に関しても積極的な除電を行わなければ、保持力が持続される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の平面図である。
【図５】図４のV−V線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の作用を説明するための図である。
【図７】従来の位置決め装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
２１ 基台
２１ａ 穴部
２２ 揺動テーブル
２２ａ 軸部
２３ 位置検出器
２３１ 磁気スケール
２３２ スケール読取ヘッド
２４ リニアモータ
２４１ 固定側コイル
２４２ 可動側マグネット
２５ 静圧気体軸受
２６ａ，２６ｂ 気体供給路
２８ テーブル吸着空間
３１ スライドテーブル
３２ 案内レール
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 静圧気体軸受
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 気体供給路
３６ａ，３６ｂ テーブル吸着空間
３８ リニアモータ
３８１ 固定側コイル
３８２ 可動側マグネット
３９ 位置検出器
３９１ 磁気スケール
３９２ スケール読取ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、該基台の表面部に形成された穴部に遊嵌する軸部を有する揺動テーブルと、該揺動テーブルの軸部と前記基台の穴部との間に設けられた非接触型軸受と、前記揺動テーブルを前記基台に対して揺動駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、
前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
請求項１記載の位置決め装置において、前記非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路を前記基台が有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の位置決め装置において、前記テーブル駆動機構が前記基台に固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して前記揺動テーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の位置決め装置において、前記基台と前記揺動テーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を前記基台が有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
スライドテーブルと、該スライドテーブルを案内する案内レールと、該案内レールに対して前記スライドテーブルをスライド可能に支持する非接触型軸受と、前記スライドテーブルを前記案内レールの長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、
前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項６】
請求項５記載の位置決め装置において、前記非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路を前記案内レールが有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の位置決め装置において、前記テーブル駆動機構が前記案内レールに固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して前記スライドテーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることを特徴とする位置決め装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項記載の位置決め装置において、前記案内レールと前記スライドテーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を前記案内レールが有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１】
基台と、該基台の表面部に形成された穴部に遊嵌する軸部を有する揺動テーブルと、該揺動テーブルの軸部と前記基台の穴部との間に設けられた非接触型軸受と、前記揺動テーブルを前記基台に対して揺動駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、
前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
請求項１記載の位置決め装置において、前記非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路を前記基台が有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の位置決め装置において、前記テーブル駆動機構が前記基台に固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して前記揺動テーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の位置決め装置において、前記基台と前記揺動テーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を前記基台が有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
スライドテーブルと、該スライドテーブルを案内する案内レールと、該案内レールに対して前記スライドテーブルをスライド可能に支持する非接触型軸受と、前記スライドテーブルを前記案内レールの長手方向にスライド駆動するテーブル駆動機構とを備え、前記非接触型軸受が静圧気体軸受、磁気軸受、静電気力応用軸受のうちいずれか１種類の軸受からなる位置決め装置であって、
前記非接触型軸受が固定側に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項６】
請求項５記載の位置決め装置において、前記非接触型軸受が静圧気体軸受からなり、該静圧気体軸受に気体を供給する気体供給路を前記案内レールが有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の位置決め装置において、前記テーブル駆動機構が前記案内レールに固定された固定側コイルと、該固定側コイルに対向して前記スライドテーブルに固定された可動側マグネットとを有するリニアモータからなることを特徴とする位置決め装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項記載の位置決め装置において、前記案内レールと前記スライドテーブルとの間に形成されたテーブル吸着空間内の空気を真空排気する排気路を前記案内レールが有することを特徴とする位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３１３５８９（Ｐ２００７−３１３５８９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４４０６３（Ｐ２００６−１４４０６３）
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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