反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサー
【課題】ソフトウェア的振動制御部と機構的反力相殺部とを共に利用して移動体のＸ軸駆動時に発生される反力による振動をより完全に減衰させることができ、これにより、高精密度の移送装置実現が可能になる。
【解決手段】ソフトウェア（以下、‘Ｓ／Ｗ’ともいう）振動制御方式と機構的反力相殺方式とを共に使用し、加速システムで発生される振動を、より完全に減衰させることができる反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供
【解決手段】ソフトウェア（以下、‘Ｓ／Ｗ’ともいう）振動制御方式と機構的反力相殺方式とを共に使用し、加速システムで発生される振動を、より完全に減衰させることができる反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬用ロボット、精密作業機構などの移送システムの動きによって発生される反力を相殺し、振動発生を低減するための反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体製造装備、ＬＣＤ製造装備などを含む精密作業用ロボット、そして運搬機械をはじめとする精密機械機構などには、リニアシステムが備えられ、作業ヘッドなど（以下、‘移動体’という）をＸ軸方向又はＹ軸方向などに精密に移動させながら、作業が行われている。
【０００３】
例えば、ＬＣＤ製造装備中、ディスペンサーのような装備は、ヘッドユニットに備えられたノズルとステージに載置された基板を相対移動させながら、シールパターンを形成するか、液晶を滴下するように構成される。このようなディスペンサーもノズル又はステージをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるために、通例的にＬＭガイドと称されるリニアシステムが備えられる。
【０００４】
リニアシステム、即ち、直線運動器具は移動体（可動子）が支持体（固定子）に沿って直線移動しながら、作業機構（tool）を移動させるか、運送するように作動することになるが、移動体が支持体に沿って加速移動するか、減速移動する時、ニュートンの第３法則（作用−反作用の法則）によって、支持体には必然的に反力が生成される。このような反力発生は、支持体が設けられた装備全体に伝達されることによって、一定の振動を発生させることになり、作業機構をより精密に制御駆動するときに、障害要因として作用する。
【０００５】
従って、上記のようなリニアシステムを採用する各種精密作業用ロボット及び機械機構にはシステム稼動時に発生する反力による振動を減衰させるための様々な研究が行われている。
【０００６】
振動相殺方法としては、大きく機構的反力システムとＳ／Ｗ（software）振動制御システムが使用されている。機構的反力システムは、移動体質量の５倍以上の質量を有する質量体を利用して反力を相殺し、振動を減らすシステムである。そして、Ｓ／Ｗ（software）振動制御システムは、リニア機構の既存入力に任意の入力を追加し、変形された最終入力を作り移動体の移動を制御することによって、移動体の駆動時に発生される振動を低減する方法である。即ち、Ｓ／Ｗ振動制御システムは、移動体を制御駆動する時、固有振動周波数ほど新しい逆相振動周波数をさらに入力するような制御方式で振動発生を最小化させる方法を利用している。
【０００７】
しかし、従来には、リニアシステムを備えた各種装備などに上記した機構的反力システム又はＳ／Ｗ振動制御システムのいずれかシステムだけで振動を減衰しているが、一つシステムの適用だけでは、より完全な振動減衰効果を得ることが用意ではないという問題がある。
【０００８】
特に、機構的反力システムの場合に、移動体質量の５倍以上になる質量を有する質量体を利用して振動を減らすために、質量体構成に多くの費用が必要とされるだけでなく、設置空間をたくさん占める等、全体装備の構成を複雑にし、競争力低下の要因として作用する問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、ソフトウェア（以下、‘Ｓ／Ｗ’ともいう）振動制御方式と機構的反力相殺方式とを共に使用し、加速システムで発生される振動を、より完全に減衰させることができる反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供することある。
【００１０】
また、本発明の目的は、ソフトウェア振動制御部の振動減衰力を把握し、機構的反力相殺部を構成する質量体の質量を最小化し、全体的なロボット及び機械機構の構造を簡単にしながらも、振動減衰効果を極大化させることができる反力相殺装置、それの設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺装置は、移動体支持部材上に、Ｘ軸方向に相対運動可能に設けられる支持体と；上記支持体に沿ってＸ軸方向に直線移動する移動体と；上記移動体の駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング（input shaping）方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体の駆動を制御することによって、移動体の駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；上記支持体に連結され、上記移動体が支持体に沿って加減速移動する時、上記支持体に加えられる反力を質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部；を含むことを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記移動体の駆動時に発生する移動体の振動を感知する振動感知部を含み、上記ソフトウェア的振動制御部は、上記振動感知部で感知した移動体の駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、上記補正命令を補正して出力するように構成されることが好ましい。
【００１３】
また、上記機構的反力相殺部は、上記支持体とジョイント機構とが連結される質量体で構成されることが好ましい。
【００１４】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺装置の質量体設定方法は、上記ソフトウェア的振動制御部のインプットシェーピング制御方式で振動発生が低減された状態で、移動体の加速度値を測定する第１段階と；上記機構的反力相殺部の質量体の目標加速度を設定し、上記第１段階で測定された移動体の加速度値に基づいて、上記機構的反力相殺部の質量体の質量を決定する第２段階と；を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺方法は、上記ソフトウェア的振動制御部を利用して移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化すると共に、機構的反力相殺部を利用して上記移動体がＸ軸方向に加減速移動する時発生される反力による振動を減衰させる第１段階と；上記第１段階を遂行しながら、上記振動感知部で感知した移動体の振動量を測定し、上記ソフトウェア的振動制御部にフィードバックする第２段階と；上記第２段階でフィードバックされた情報を利用してソフトウェア的振動制御部で上記補正命令を補正し、移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化できるように制御する第３段階と；を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記した課題を実現するための本発明に係るディスペンサーは、基板が搭載されるステージを支持するフレームと；上記フレームの上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材と；上記ヘッド支持部材にＸ軸方向に相対運動可能に設けられた支持体と；上記支持体にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、上記ステージに搭載された基板にシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニットと；上記ヘッドユニットを上記支持体に沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ユニットと；上記ヘッドユニット駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング（input shaping）方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、ヘッドユニットの駆動を制御することによって、ヘッドユニット駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；上記ヘッド支持部材がＹ軸方向に移動され、上記支持体及びヘッドユニットのＹ軸変位が変化された状態でも、上記ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する時、上記支持体に加えられる反力を上記支持体に連結された質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部と；を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、上記ヘッドユニット駆動時にヘッドユニットで発生する振動を感知する振動感知部を含み、上記ソフトウェア的振動制御部は、上記振動感知部で感知したヘッドユニット駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、上記補正命令をまた補正し、出力するように構成されることが好ましい。
【００１８】
上記機構的反力相殺部は、上記フレームと離隔された位置に設けられる質量体と、この質量体と支持体と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体に伝達するジョイント機構を含んで構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーは、ソフトウェア的振動制御部と機構的反力相殺部とを共に利用して移動体のＸ軸駆動時に発生される反力による振動をより完全に減衰させることができ、これにより、より優れた精密作業性を具現できる効果を提供する。
【００２０】
また、本発明は、ソフトウェア的振動制御部の振動減衰力に基づいて、機構的反力相殺部を構成する質量体の質量を設定して構成するため、質量体を最小化し、全体的なロボット及び機械機構の構造を簡単にしながらも、振動減衰効果を極大化させることができる効果を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る反力相殺装置は、半導体製造設備、ＬＣＤ製造設備などに設けられた精密作業用ロボット、及び運搬機械をはじめとする精密機械などに多様に適用可能とされる。
【００２２】
添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を、下記の通りに説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る一の実施例の反力相殺装置の基本構成の概略図である。
【００２４】
図１を参照すると、本発明に係る反力相殺装置は、ステージ１、フレーム２、移動体支持部材３、及び移動体５からなる機械装置である。
【００２５】
ステージ１は、一般的な作業台としての役割が果たせるように構成されており、フレーム２は、ステージ１を支持するように構成されているか、又は分離されて構成されている。そして、移動体支持部材３は、フレーム２上に支持されるように設けられており、移動体５は、作業台に載置された対象物などに作業を実際に実行するツール（tool）などを取付可能な構成体であり、移動体支持部材３上でＸ軸方向に直線運動可能に構成されている。
【００２６】
このような機械装置の基本的な構成は広く知られているので、具体的な説明は省略する。
【００２７】
移動体５は、リニアモータによって移動体支持部材３上で直線移動するようになっている。この場合には、移動体５にはリニアモータの可動子が設けられ、移動体支持部材３には固定子が設けられている。
【００２８】
ここで、本発明の反力相殺装置を構成するために、固定子は、移動体支持部材３に相対移動可能に設けられており、移動体５がＸ軸方向に加減速移動する際に発生する反力が、移動体支持部材３を含むフレーム２側に伝達しないように構成されている。
【００２９】
このような固定子は、移動体支持部材３に相対移動可能に直接設けられるか、又は追加構造物を介して設けられている。以下では、固定子又はこれを支持する追加構造物を通称して支持体４と統一して説明する。
【００３０】
リニアモータは、Ｘ軸駆動制御部の制御信号によって駆動し、これにより移動体５を支持体４に沿ってＸ軸方向に移動させる。
【００３１】
移動体５がＸ軸方向に移動すれば、移動体５が移動する反対方向へ支持体４に反力が作用し、この反力により振動が発生するようなる。このように発生された振動を減衰させるために反力相殺装置が設けられている。
【００３２】
本発明に係る反力相殺装置は、基本的にソフトウェア的振動制御部６と機構的反力相殺部９とが協働し、より完全な振動低減効果を達成できるように構成される。
【００３３】
具体的に説明すれば、本発明の反力相殺装置は、移動体５を駆動させるために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体５の駆動を制御することによって、移動体５を駆動させる際に発生する振動を低減するソフトウェア的振動制御部６と、支持体４に連結され、移動体５が支持体４に沿って加減速移動する場合に、質量体７を利用して支持体４に加えられる反力を相殺する機構的反力相殺部９とから構成されている。
【００３４】
また、移動体５には、移動体５の駆動時に発生する振動を感知し、フィードバック制御が実行可能となるように振動感知部５ａがさらに設けられていることが好ましい。
【００３５】
このような本発明の反力相殺装置のそれぞれの構成について説明する。
【００３６】
ソフトウェア的振動制御部６は、移動体の駆動時に発生する移動体の自体振動（残留振動）を減衰させると共に、移動体の移動に伴う反力の発生を低減することによって、システムの振動を最小限度に抑えるようになっている。
【００３７】
このようなソフトウェア的振動制御部６は、図２を参照すると、移動体５を駆動するための補正命令を出力するために、インプットシェーピング器を用いたインプットシェーピング方式で制御信号を算出して出力する。インプットシェーピング方式は、インプットシェーピング器で基準命令に追加的にインプットシェーピング器インパルス（impulse）を畳み込み（convolution）、基準命令を変更した新しい補正命令を出力し、移動体５を駆動できるように構成されている。
【００３８】
この時、インプットシェーピング器のインパルスは、移動体５の固有振動数と減衰比とに関する情報などによって決定されるインパルスの大きさ（Amplitudes of impulses）、インパルスの入力時間（Time locations of impulses）などによって決定される。この他に、移動体５の移動速度、加減速区間数等の他の変数も追加してインパルスを決定する場合がある。
【００３９】
このように、ソフトウェア的振動制御部６を利用して移動体５の駆動を制御することによって、移動体が駆動する際に発生する振動発生要因を最小限度に抑制した状態で、移動体が駆動されるので、上記説明の通りに、移動体５の自体振動を低減させると共に、支持体４に加えられる反力を低減することになる。
【００４０】
また、振動感知部５ａを利用して移動体の駆動時に発生する移動体の自体振動を感知しフィードバックすることによって、前記補正命令を再び補正し、新しい補正命令を出力するので、移動体の駆動時に発生する振動をさらに低減することができる
【００４１】
振動感知部５ａは、インプットシェーピング器によって算出された補正命令によって移動体５が駆動される状態で移動体の実際の振動量を測定し、この振動量が一定以上、すなわち基準振動量以上になった場合には、インプットシェーピング器にフィードバックし、インプットシェーピング器のインパルスを変更し、再び新しい補正命令を出力し、移動体５の振動量を低減するように構成されている。
【００４２】
振動感知部５ａは、振動感知センサーから構成され、振動感知センサーは、移動体又は移動体の振動を感知可能な位置に設けられている場合もある。また、振動感知部５ａは、移動体の駆動に伴う作業機構（Tool）の位置変化状態に基づいて感知可能である。すなわち、振動感知部５ａは、移動体の実際の移動状態を示すシステムの情報を利用し、間接的な方式で移動体の振動量を算出する方式を利用することができる。
【００４３】
次に、機構的反力相殺部９は、ソフトウェア的振動制御部６を介して移動体５の自体振動の発生を最小限度に抑制した状態で、質量体７を利用して移動体５が移動する際に発生する反力をより確実に減衰させるために設けられている。
【００４４】
機構的反力相殺部９は、支持体４の一端で、ジョイント機構８を介して質量体７に連結されている。
【００４５】
質量体７の好ましい大きさ（質量）の設定については、以下に説明する反力相殺装置の質量体の設定方法を説明する際に詳述する。
【００４６】
上述のように、ソフトウェア的振動制御部６を利用して、移動体５を駆動させる場合に発生する自体振動の要因を低減し、これと同時に、機構的反力相殺部９を利用して、移動体５がＸ軸方向に加減速移動する場合に発生する反力を減衰することによって、システムに作用する振動の発生を最小限度に抑制し、より完全な振動制御が可能になる。
【００４７】
また、振動感知部５ａを利用して移動体５の実際の振動量を感知した結果を用いたフィードバック制御を介して、インプットシェーピング器によって算出された補正命令を再び補正し、制御することによって、振動減衰性能をさらに向上させることができる。
【００４８】
本発明に係る反力相殺装置の質量体の設定方法、及びそれを用いた反力相殺方法について、図３及び図４を参照して説明する。
【００４９】
図３は、本発明に係る反力相殺装置の質量体設定方法のフローチャートであり、図４は、本発明に係る反力相殺方法のフローチャートである。
【００５０】
図３を参照して、反力相殺装置の質量体設定方法を説明する。
【００５１】
機構的な反力相殺部９を設けていない状態で、上述のソフトウェア的な振動制御部６のインプットシェーピング制御方式で移動体５を駆動し、この時に、移動体に生じる振動を低減させた状態で移動体５の加速度値を測定する。
【００５２】
以降、ソフトウェア的振動制御部６による、低減された移動体の加速度値に基づいて、目標とする質量体の目標加速度値によって機構的な反力相殺部９の質量体７の大きさを決定し、このように決定された質量体７をジョイント機構８を介して支持体４に連結して設ける。
【００５３】
ここで、上述の本発明の反力相殺装置の質量体の設定方法を具体的に説明する。
【００５４】
移動体５が駆動される時、１Ｇの加速度ａ０が発生すると仮定すれば、上述のソフトウェア的振動制御部６の制御方式で移動体５の加速度を１Ｇから０．４Ｇ程度に減衰させることができる。これは概算値であって、絶対的な加速度減衰量ではないことは言うまでもない。
【００５５】
このように、ソフトウェア的振動制御部６を介して低減された０．４Ｇの移動体５の加速度量に基づいて、機構的反力相殺部９の質量体７の大きさを決定する。
【００５６】
この時、質量体の大きさは、支持体及びこれと連結された質量体の加速度設定値（以下、‘目標加速度’という）によって変わるが、この目標加速度を０．２Ｇに設定した場合を例に上げて説明する。
【００５７】
参考として、０．２Ｇは、システム運転経験上、最も安定した動作が可能な支持体及び質量体を含む最高許容加速度値である。もし０．２Ｇ以上の加速度で質量体と連結された支持体４（固定子）が移動するようになれば、移動体５（可動子）と支持体４との間の相対移動範囲が過度に大きくなり、激しい振動が発生するようになるので、全体システムの運転が不安定になる。従って、目標加速度を０．２Ｇに設定して説明する。
【００５８】
質量体７の大きさを決定する質量と加速度の関係式は下記数式の通りである：
Ｆ＝ｍ１ａ１＝ｍ２ａ２
ここで、Ｆは移動体移動時に発生される反力、ｍ１は移動体の質量、ａ１は移動体の加速度（ソフトウェア的振動制御部により低減された加速度）、ｍ２は質量体の質量、ａ２は目標加速度（質量体の加速度）を表す。
【００５９】
上記数式を通して質量体７の大きさを決定するために、ソフトウェア的振動制御部６によって低減された移動体５の加速度ａ１を０．４Ｇとし、目標加速度ａ２を０．２Ｇとして設計すれば、移動体５の質量ｍ１を１と仮定した時、上記数式に代入してみれば、
１×０．４＝ｍ２×０．２
であり、この時、質量体７の質量ｍ２は２である。
【００６０】
従って、質量体７の質量ｍ２は移動体５の質量ｍ１の２倍程度である最小の質量体であり、移動体５移動時に発生される反力を十分に相殺した安定したシステムの運転が可能になる。
【００６１】
もちろん、ソフトウェア的振動制御部６で移動体５の加速度ａ１をさらに低減すると、質量体７の質量ｍ２もさらに小さく設計しうる。
【００６２】
しかし、本発明におけるソフトウェア的振動制御部６を用いずに、質量体７のみを設ける場合に、上記で説明した通りに安定したシステム運転が可能な０．２Ｇの加速度を得るための質量体の設計過程を説明する。
【００６３】
移動体の加速度Ａが１Ｇほど発生すれば、上記と同じ条件で上記数式代入してみれば、
１×１＝ｍ２’×０．２
である。この時の質量体の質量ｍ２’は５になる。
【００６４】
従って、質量体を用いた機構的反力相殺部９のみを利用して反力を減衰させる場合、支持体を含む質量体７の加速度を０．２Ｇ程度に低減する時、移動体５質量の５倍程度の質量を有する質量体７を構成しなければならない。これはソフトウェア的振動制御部６と協働して反力を低減する場合よりも数倍以上の質量体ｎの大きさが必要とされる。
【００６５】
上述のように、ソフトウェア的振動制御部６によって低減された移動体の加速度を測定し、これに基づいて機構的反力相殺部９の質量体７の大きさを決定し、反力相殺装置を構成すれば、質量体７の大きさを最小化した状態で、移動体５がＸ軸方向に加減速される時、反力によって発生する質量体の加速度ａ２を０．２Ｇ以下に、ほぼ相殺するようになるので、より完全な振動制御が可能となり、安定且つ精密なシステムの動作が可能になる。
【００６６】
これにより、図１で点線で示した質量体７Ａの大きさを実線で示した質量体７の大きさに縮小することができるので、全体システムの機構的構成が簡単になり、安定且つ精密なシステム動作が可能になる。
【００６７】
上述のような、ソフトウェア的振動制御部６とこれに基づいて設定された機構的反力相殺部９とを用いた本発明の反力相殺方法について、図４を参照して説明する。
【００６８】
ソフトウェア的振動制御部６によって補正された補正命令をＸ軸駆動制御部から出力し、移動体５をＸ軸方向に駆動制御する場合には、インプットシェーピング方式で補正された補正命令によって、移動体５が駆動した際に発生させる振動（自体振動）が最小限度に抑制された状態で、移動体５がＸ軸方向に移動するようになっている。これと同時に、機構的反力相殺部９が移動体の加減速移動によって発生される反力を相殺するようになっている。
【００６９】
このように、ソフトウェア的振動制御部６と機構的反力相殺部９とを利用することによって、移動体の駆動時に発生する自体振動はもとより反力によって発生される振動まで相殺されるので、全体システムの振動減衰効果をさらに向上させることができる。
【００７０】
移動体５に取り付けられたツールの変更、周辺環境の変化などによって、移動体の固有振動周波数は変化する。
【００７１】
この場合には、移動体が駆動する際に実際の振動量を感知する振動感知部５ａを利用して移動体の振動量を正確に測定し、測定された振動量が基準振動量範囲を外れた場合に、実際の振動量に基づいて新しい補正命令を算出し、この新しい補正命令で移動体のＸ軸駆動を制御する。
【００７２】
このように、実際移動体の振動量を測定し、フィードバック制御することによって、移動体の駆動時に発生し得る振動を持続的に、より完全に減衰させることができるようになる。
【００７３】
以下、上述の本発明に係る反力相殺装置を適用したディスペンサーについて説明する。
【００７４】
図５は、本発明の実施例に係る反力相殺装置を用いたディスペンサーの斜視図である。
【００７５】
本発明に係るディスペンサーは、上記したような反力相殺装置が備えられたディスペンサーである。
【００７６】
図５を参照すると、本発明の実施例に係るディスペンサーは、ＬＣＤを構成する基板Ｓに、シールパターン又は液晶層を形成するように構成されており、基板Ｓが搭載されるステージ１５、このステージ１５を支持するフレーム１０、このフレーム１０の上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材２０、及びこのヘッド支持部材２０にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、ステージ１５に搭載された基板Ｓにシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニット３０から構成されている。
【００７７】
ヘッド支持部材２０は、ステージ１５の上部を横切る構造で配置され、その両側部分がフレーム１０の上部に支持されている。ヘッド支持部材２０は、フレーム１０に支持される両側部分にリニアモータのようなＹ軸駆動ユニット２５によってＹ軸方向に直線移動するように設けられている。Ｙ軸駆動ユニット２５は、リニアモータにより構成されている場合には、フレーム１０側に設けられた固定子２６とヘッド支持部材２０側に設けられた可動子２７とで構成される。
【００７８】
ヘッド支持部材２０には、多数のヘッドユニット３０が設けられ、各ヘッドユニット３０には、ステージ１５に搭載された基板にシーラントを塗布するか、又は液晶を滴下するために、ノズルが設けられている。
【００７９】
ヘッドユニット３０は、ヘッド支持部材２０の長手方向、すなわちＸ軸方向に移動できるように構成されている。ヘッドユニット３０のＸ軸方向の移動は、リニアモータなどで構成されるＸ軸駆動ユニット３５によってＸ軸方向に移動するようになっている。この場合、Ｘ軸駆動ユニット３５もリニアモータで構成されていることが好ましい。この場合には、ヘッド支持部材２０側にＸ軸方向に長く設けられた固定子３６と各ヘッドユニット３０に設けられた可動子３７とから構成されている。
【００８０】
ここで、固定子３６は、可動子３７を含むヘッドユニット３０が移動する際に発生する反力がヘッド支持部材２０側に伝達しないように、ヘッド支持部材２０に対して相対的にＸ軸方向に相対運動可能に設けられている。
【００８１】
このように構成されるディスペンサーは、ヘッドユニット３０がヘッド支持部材２０に沿ってＸ軸方向に移動し、またヘッド支持部材２０がフレーム１０上でＹ軸方向に移動するによって、ノズルが基板に対してＸ軸とＹ軸方向に相対移動しつつ、シーラント又は液晶の塗布作業を実現するように構成されている。
【００８２】
上述のディスペンサーには、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動する場合に、振動の発生を最小限度に抑制するように、ソフトウェア的振動制御部６’と機構的反力相殺部５０とが設けられている。
【００８３】
ここで、ソフトウェア的振動制御部６’は、ヘッドユニット３０で発生した振動を感知する振動感知部５ａ’から入力された信号を利用してフィードバック制御ができるように構成されている場合もある。
【００８４】
ソフトウェア的振動制御部６’と振動感知部５ａ’とは、図１を参照して説明した反力相殺装置と同一に構成され、同一に動作することが好ましく、説明は省略する。
【００８５】
しかしながら、図１の機械装置における機構的反力相殺部９では、支持体４がＹ軸方向に動かず、移動体５のみがＸ軸方向に移動する一軸移送システムであって、移動体の移動時に発生する反力を低減するように構成されているが、本実施例で適用されるディスペンサーは、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向への移動に伴って、固定子３６及びヘッドユニット３０もＹ軸方向に移動するようになっている。
【００８６】
従って、本発明のディスペンサーに適用される機構的反力相殺部５０は、ヘッドユニット３０のＹ軸方向に変位しても、ヘッドユニット３０の移動時に発生するＸ軸方向の反力を持続的に減衰させることができるように構成されている。
【００８７】
このように構成される機構的反力相殺部５０も、上述のように、ソフトウェア的振動制御部６’の制御によって、ヘッドユニットの自体振動が最小限度に抑制された状態で、質量体５１の大きさが設定され、ヘッドユニット３０の駆動時に発生するＸ軸方向の反力を減衰することができるように構成されている。
【００８８】
次に、ディスペンサーに適用される機構的反力相殺部５０について具体的に説明する。
【００８９】
機構的反力相殺部５０は、フレーム１０と離隔された位置に設けられる質量体５１と、質量体５１と固定子３６と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体５１に伝達するジョイント機構５５とから構成されている。
【００９０】
質量体５１は、フレーム１０と離隔された位置に設けられることが好ましい。
【００９１】
質量体５１の大きさ及び設置個数は、上述の本発明の質量体の設定方法を通して適正に算定して設けられる。
【００９２】
また、ジョイント機構５５は、ヘッドユニット３０のＹ軸方向に変位した状態であっても、質量体５１を利用してヘッドユニット３０のＸ軸方向の移動による反力を相殺することができるように設けられている。
【００９３】
すなわち、本発明のディスペンサーは、ヘッドユニット３０が固定子３６に沿ってＸ軸方向に移動すると同時に、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動するようになっているので、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動し、ヘッドユニット３０が実際にＹ軸方向に変位した状態で、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動した場合に、ジョイント機構５５及び質量体５１を利用して反力を相殺することができるように構成されている。
【００９４】
ジョイント機構５５は、固定子３６からＸ軸方向に突出されるように設けられた連結体７０と、質量体５１に支持され、連結体７０がＹ軸方向に相対的に移動可能に接続された接続ガイド６０とから構成されている。
【００９５】
連結体７０は、固定子３６の一側面からＸ軸方向に長く突出された構造とされ、ヘッドユニット３０が移動する際に発生させる反力を質量体５１側に十分に伝達可能な剛性を有する構造物として設けられている。図面では、ヘッドユニット３０がヘッド支持部材２０の両方に、液晶滴下用ヘッドユニットとシーラント塗布用ヘッドユニットとに分けて、それぞれ設けられるので、ヘッド支持部材２０の両方に備えられたそれぞれの固定子３６で連結体７０がそれぞれ連結されている構造を例示している。
【００９６】
接続ガイド６０は、フレーム１０の側からＹ軸方向に長く配置され、高さは連結体７０が結合される程度の高さで設けられている。
【００９７】
連結体７０と接続ガイド６０とは、雌雄結合方式で互いに結合されるように構成されていることが好ましい。この場合、連結体７０が接続ガイド６０に対してＸ軸方向に拘束され、Ｙ軸方向に相対移動可能に結合されている。
【００９８】
また、接続ガイド６０は質量体５１に支持されるように設けられている。この場合、質量体５１は接続ガイド６０がＹ軸方向に長く設けられるので、これを安定的に支持するために複数個に分けて設けられることが好ましい。図面では、２つの質量体５１が設けられた構成を例示しており、２つの質量体５１の上端部側に接続ガイド６０が支持される構成を例示している。
【００９９】
一方、連結体７０と接続ガイド６０との接続部には、Ｙ軸方向に円滑に相対運動するように、ベアリング構造物が設けられることが好ましい。ベアリング構造物は、連結体７０が接続ガイド６０の接続ガイド溝６２内で接触する面、例えば、連結体７０の終端面、上面、下面などから構成されている。この場合、設けられるベアリング構造物は、相対運動体相互間に摩擦抵抗を最小限度に抑えつつ、連結体７０の移動を円滑に補助するベアリングであれば、公知のベアリング構造物を適切に選択して構成してもよい。
【０１００】
上述の本発明に係るディスペンサーは、連結体７０の終端部が接続ガイド６０の接続ガイド溝６２に挿入されている状態で、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動する場合に、固定子３６に連結された連結体７０の終端部が接続ガイド溝６２に沿って共に移動するようになっている。このような状態で、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動した状態で固定子３６に反力を加えている場合には、連結体７０に伝達された反力は、その終端が接続されている接続ガイド６０を介して質量体５１に伝達されることによって、質量体５１の運動エネルギーによって反力を相殺することができるように構成されている。
【０１０１】
このように、本発明に係るディスペンサーはソフトウェア的振動制御部６’、ジョイント機構５５及び質量体５１で構成された機構的反力相殺部５０によって、ヘッドユニット３０がＹ軸方向に移動しても、Ｘ軸方向の反力によって発生される振動を持続的に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る一実施例の反力相殺装置の基本構成の概略図である。
【図２】本発明に係るインプットシェーピング補正のためのソフトウェア的振動制御部が図示されたブロック図である。
【図３】本発明に係る反力相殺装置の質量体の設定方法のフローチャートである。
【図４】本発明に係る反力相殺方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例に係る反力相殺装置を用いたディスペンサーの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ステージ
２ フレーム
３ 移動体支持部材
４ 支持体
５ 移動体
５ａ 振動感知部
６ ソフトウェア的振動制御部
７ 質量体
７Ａ 質量体
８ ジョイント機構
９ 機械的反力相殺部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬用ロボット、精密作業機構などの移送システムの動きによって発生される反力を相殺し、振動発生を低減するための反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体製造装備、ＬＣＤ製造装備などを含む精密作業用ロボット、そして運搬機械をはじめとする精密機械機構などには、リニアシステムが備えられ、作業ヘッドなど（以下、‘移動体’という）をＸ軸方向又はＹ軸方向などに精密に移動させながら、作業が行われている。
【０００３】
例えば、ＬＣＤ製造装備中、ディスペンサーのような装備は、ヘッドユニットに備えられたノズルとステージに載置された基板を相対移動させながら、シールパターンを形成するか、液晶を滴下するように構成される。このようなディスペンサーもノズル又はステージをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるために、通例的にＬＭガイドと称されるリニアシステムが備えられる。
【０００４】
リニアシステム、即ち、直線運動器具は移動体（可動子）が支持体（固定子）に沿って直線移動しながら、作業機構（tool）を移動させるか、運送するように作動することになるが、移動体が支持体に沿って加速移動するか、減速移動する時、ニュートンの第３法則（作用−反作用の法則）によって、支持体には必然的に反力が生成される。このような反力発生は、支持体が設けられた装備全体に伝達されることによって、一定の振動を発生させることになり、作業機構をより精密に制御駆動するときに、障害要因として作用する。
【０００５】
従って、上記のようなリニアシステムを採用する各種精密作業用ロボット及び機械機構にはシステム稼動時に発生する反力による振動を減衰させるための様々な研究が行われている。
【０００６】
振動相殺方法としては、大きく機構的反力システムとＳ／Ｗ（software）振動制御システムが使用されている。機構的反力システムは、移動体質量の５倍以上の質量を有する質量体を利用して反力を相殺し、振動を減らすシステムである。そして、Ｓ／Ｗ（software）振動制御システムは、リニア機構の既存入力に任意の入力を追加し、変形された最終入力を作り移動体の移動を制御することによって、移動体の駆動時に発生される振動を低減する方法である。即ち、Ｓ／Ｗ振動制御システムは、移動体を制御駆動する時、固有振動周波数ほど新しい逆相振動周波数をさらに入力するような制御方式で振動発生を最小化させる方法を利用している。
【０００７】
しかし、従来には、リニアシステムを備えた各種装備などに上記した機構的反力システム又はＳ／Ｗ振動制御システムのいずれかシステムだけで振動を減衰しているが、一つシステムの適用だけでは、より完全な振動減衰効果を得ることが用意ではないという問題がある。
【０００８】
特に、機構的反力システムの場合に、移動体質量の５倍以上になる質量を有する質量体を利用して振動を減らすために、質量体構成に多くの費用が必要とされるだけでなく、設置空間をたくさん占める等、全体装備の構成を複雑にし、競争力低下の要因として作用する問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、ソフトウェア（以下、‘Ｓ／Ｗ’ともいう）振動制御方式と機構的反力相殺方式とを共に使用し、加速システムで発生される振動を、より完全に減衰させることができる反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供することある。
【００１０】
また、本発明の目的は、ソフトウェア振動制御部の振動減衰力を把握し、機構的反力相殺部を構成する質量体の質量を最小化し、全体的なロボット及び機械機構の構造を簡単にしながらも、振動減衰効果を極大化させることができる反力相殺装置、それの設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺装置は、移動体支持部材上に、Ｘ軸方向に相対運動可能に設けられる支持体と；上記支持体に沿ってＸ軸方向に直線移動する移動体と；上記移動体の駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング（input shaping）方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体の駆動を制御することによって、移動体の駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；上記支持体に連結され、上記移動体が支持体に沿って加減速移動する時、上記支持体に加えられる反力を質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部；を含むことを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記移動体の駆動時に発生する移動体の振動を感知する振動感知部を含み、上記ソフトウェア的振動制御部は、上記振動感知部で感知した移動体の駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、上記補正命令を補正して出力するように構成されることが好ましい。
【００１３】
また、上記機構的反力相殺部は、上記支持体とジョイント機構とが連結される質量体で構成されることが好ましい。
【００１４】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺装置の質量体設定方法は、上記ソフトウェア的振動制御部のインプットシェーピング制御方式で振動発生が低減された状態で、移動体の加速度値を測定する第１段階と；上記機構的反力相殺部の質量体の目標加速度を設定し、上記第１段階で測定された移動体の加速度値に基づいて、上記機構的反力相殺部の質量体の質量を決定する第２段階と；を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記した課題を実現するための本発明に係る反力相殺方法は、上記ソフトウェア的振動制御部を利用して移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化すると共に、機構的反力相殺部を利用して上記移動体がＸ軸方向に加減速移動する時発生される反力による振動を減衰させる第１段階と；上記第１段階を遂行しながら、上記振動感知部で感知した移動体の振動量を測定し、上記ソフトウェア的振動制御部にフィードバックする第２段階と；上記第２段階でフィードバックされた情報を利用してソフトウェア的振動制御部で上記補正命令を補正し、移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化できるように制御する第３段階と；を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記した課題を実現するための本発明に係るディスペンサーは、基板が搭載されるステージを支持するフレームと；上記フレームの上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材と；上記ヘッド支持部材にＸ軸方向に相対運動可能に設けられた支持体と；上記支持体にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、上記ステージに搭載された基板にシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニットと；上記ヘッドユニットを上記支持体に沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ユニットと；上記ヘッドユニット駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング（input shaping）方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、ヘッドユニットの駆動を制御することによって、ヘッドユニット駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；上記ヘッド支持部材がＹ軸方向に移動され、上記支持体及びヘッドユニットのＹ軸変位が変化された状態でも、上記ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する時、上記支持体に加えられる反力を上記支持体に連結された質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部と；を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、上記ヘッドユニット駆動時にヘッドユニットで発生する振動を感知する振動感知部を含み、上記ソフトウェア的振動制御部は、上記振動感知部で感知したヘッドユニット駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、上記補正命令をまた補正し、出力するように構成されることが好ましい。
【００１８】
上記機構的反力相殺部は、上記フレームと離隔された位置に設けられる質量体と、この質量体と支持体と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体に伝達するジョイント機構を含んで構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る反力相殺装置、それの質量体設定方法、それを用いた反力相殺方法及びそれを備えたディスペンサーは、ソフトウェア的振動制御部と機構的反力相殺部とを共に利用して移動体のＸ軸駆動時に発生される反力による振動をより完全に減衰させることができ、これにより、より優れた精密作業性を具現できる効果を提供する。
【００２０】
また、本発明は、ソフトウェア的振動制御部の振動減衰力に基づいて、機構的反力相殺部を構成する質量体の質量を設定して構成するため、質量体を最小化し、全体的なロボット及び機械機構の構造を簡単にしながらも、振動減衰効果を極大化させることができる効果を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る反力相殺装置は、半導体製造設備、ＬＣＤ製造設備などに設けられた精密作業用ロボット、及び運搬機械をはじめとする精密機械などに多様に適用可能とされる。
【００２２】
添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を、下記の通りに説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る一の実施例の反力相殺装置の基本構成の概略図である。
【００２４】
図１を参照すると、本発明に係る反力相殺装置は、ステージ１、フレーム２、移動体支持部材３、及び移動体５からなる機械装置である。
【００２５】
ステージ１は、一般的な作業台としての役割が果たせるように構成されており、フレーム２は、ステージ１を支持するように構成されているか、又は分離されて構成されている。そして、移動体支持部材３は、フレーム２上に支持されるように設けられており、移動体５は、作業台に載置された対象物などに作業を実際に実行するツール（tool）などを取付可能な構成体であり、移動体支持部材３上でＸ軸方向に直線運動可能に構成されている。
【００２６】
このような機械装置の基本的な構成は広く知られているので、具体的な説明は省略する。
【００２７】
移動体５は、リニアモータによって移動体支持部材３上で直線移動するようになっている。この場合には、移動体５にはリニアモータの可動子が設けられ、移動体支持部材３には固定子が設けられている。
【００２８】
ここで、本発明の反力相殺装置を構成するために、固定子は、移動体支持部材３に相対移動可能に設けられており、移動体５がＸ軸方向に加減速移動する際に発生する反力が、移動体支持部材３を含むフレーム２側に伝達しないように構成されている。
【００２９】
このような固定子は、移動体支持部材３に相対移動可能に直接設けられるか、又は追加構造物を介して設けられている。以下では、固定子又はこれを支持する追加構造物を通称して支持体４と統一して説明する。
【００３０】
リニアモータは、Ｘ軸駆動制御部の制御信号によって駆動し、これにより移動体５を支持体４に沿ってＸ軸方向に移動させる。
【００３１】
移動体５がＸ軸方向に移動すれば、移動体５が移動する反対方向へ支持体４に反力が作用し、この反力により振動が発生するようなる。このように発生された振動を減衰させるために反力相殺装置が設けられている。
【００３２】
本発明に係る反力相殺装置は、基本的にソフトウェア的振動制御部６と機構的反力相殺部９とが協働し、より完全な振動低減効果を達成できるように構成される。
【００３３】
具体的に説明すれば、本発明の反力相殺装置は、移動体５を駆動させるために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体５の駆動を制御することによって、移動体５を駆動させる際に発生する振動を低減するソフトウェア的振動制御部６と、支持体４に連結され、移動体５が支持体４に沿って加減速移動する場合に、質量体７を利用して支持体４に加えられる反力を相殺する機構的反力相殺部９とから構成されている。
【００３４】
また、移動体５には、移動体５の駆動時に発生する振動を感知し、フィードバック制御が実行可能となるように振動感知部５ａがさらに設けられていることが好ましい。
【００３５】
このような本発明の反力相殺装置のそれぞれの構成について説明する。
【００３６】
ソフトウェア的振動制御部６は、移動体の駆動時に発生する移動体の自体振動（残留振動）を減衰させると共に、移動体の移動に伴う反力の発生を低減することによって、システムの振動を最小限度に抑えるようになっている。
【００３７】
このようなソフトウェア的振動制御部６は、図２を参照すると、移動体５を駆動するための補正命令を出力するために、インプットシェーピング器を用いたインプットシェーピング方式で制御信号を算出して出力する。インプットシェーピング方式は、インプットシェーピング器で基準命令に追加的にインプットシェーピング器インパルス（impulse）を畳み込み（convolution）、基準命令を変更した新しい補正命令を出力し、移動体５を駆動できるように構成されている。
【００３８】
この時、インプットシェーピング器のインパルスは、移動体５の固有振動数と減衰比とに関する情報などによって決定されるインパルスの大きさ（Amplitudes of impulses）、インパルスの入力時間（Time locations of impulses）などによって決定される。この他に、移動体５の移動速度、加減速区間数等の他の変数も追加してインパルスを決定する場合がある。
【００３９】
このように、ソフトウェア的振動制御部６を利用して移動体５の駆動を制御することによって、移動体が駆動する際に発生する振動発生要因を最小限度に抑制した状態で、移動体が駆動されるので、上記説明の通りに、移動体５の自体振動を低減させると共に、支持体４に加えられる反力を低減することになる。
【００４０】
また、振動感知部５ａを利用して移動体の駆動時に発生する移動体の自体振動を感知しフィードバックすることによって、前記補正命令を再び補正し、新しい補正命令を出力するので、移動体の駆動時に発生する振動をさらに低減することができる
【００４１】
振動感知部５ａは、インプットシェーピング器によって算出された補正命令によって移動体５が駆動される状態で移動体の実際の振動量を測定し、この振動量が一定以上、すなわち基準振動量以上になった場合には、インプットシェーピング器にフィードバックし、インプットシェーピング器のインパルスを変更し、再び新しい補正命令を出力し、移動体５の振動量を低減するように構成されている。
【００４２】
振動感知部５ａは、振動感知センサーから構成され、振動感知センサーは、移動体又は移動体の振動を感知可能な位置に設けられている場合もある。また、振動感知部５ａは、移動体の駆動に伴う作業機構（Tool）の位置変化状態に基づいて感知可能である。すなわち、振動感知部５ａは、移動体の実際の移動状態を示すシステムの情報を利用し、間接的な方式で移動体の振動量を算出する方式を利用することができる。
【００４３】
次に、機構的反力相殺部９は、ソフトウェア的振動制御部６を介して移動体５の自体振動の発生を最小限度に抑制した状態で、質量体７を利用して移動体５が移動する際に発生する反力をより確実に減衰させるために設けられている。
【００４４】
機構的反力相殺部９は、支持体４の一端で、ジョイント機構８を介して質量体７に連結されている。
【００４５】
質量体７の好ましい大きさ（質量）の設定については、以下に説明する反力相殺装置の質量体の設定方法を説明する際に詳述する。
【００４６】
上述のように、ソフトウェア的振動制御部６を利用して、移動体５を駆動させる場合に発生する自体振動の要因を低減し、これと同時に、機構的反力相殺部９を利用して、移動体５がＸ軸方向に加減速移動する場合に発生する反力を減衰することによって、システムに作用する振動の発生を最小限度に抑制し、より完全な振動制御が可能になる。
【００４７】
また、振動感知部５ａを利用して移動体５の実際の振動量を感知した結果を用いたフィードバック制御を介して、インプットシェーピング器によって算出された補正命令を再び補正し、制御することによって、振動減衰性能をさらに向上させることができる。
【００４８】
本発明に係る反力相殺装置の質量体の設定方法、及びそれを用いた反力相殺方法について、図３及び図４を参照して説明する。
【００４９】
図３は、本発明に係る反力相殺装置の質量体設定方法のフローチャートであり、図４は、本発明に係る反力相殺方法のフローチャートである。
【００５０】
図３を参照して、反力相殺装置の質量体設定方法を説明する。
【００５１】
機構的な反力相殺部９を設けていない状態で、上述のソフトウェア的な振動制御部６のインプットシェーピング制御方式で移動体５を駆動し、この時に、移動体に生じる振動を低減させた状態で移動体５の加速度値を測定する。
【００５２】
以降、ソフトウェア的振動制御部６による、低減された移動体の加速度値に基づいて、目標とする質量体の目標加速度値によって機構的な反力相殺部９の質量体７の大きさを決定し、このように決定された質量体７をジョイント機構８を介して支持体４に連結して設ける。
【００５３】
ここで、上述の本発明の反力相殺装置の質量体の設定方法を具体的に説明する。
【００５４】
移動体５が駆動される時、１Ｇの加速度ａ０が発生すると仮定すれば、上述のソフトウェア的振動制御部６の制御方式で移動体５の加速度を１Ｇから０．４Ｇ程度に減衰させることができる。これは概算値であって、絶対的な加速度減衰量ではないことは言うまでもない。
【００５５】
このように、ソフトウェア的振動制御部６を介して低減された０．４Ｇの移動体５の加速度量に基づいて、機構的反力相殺部９の質量体７の大きさを決定する。
【００５６】
この時、質量体の大きさは、支持体及びこれと連結された質量体の加速度設定値（以下、‘目標加速度’という）によって変わるが、この目標加速度を０．２Ｇに設定した場合を例に上げて説明する。
【００５７】
参考として、０．２Ｇは、システム運転経験上、最も安定した動作が可能な支持体及び質量体を含む最高許容加速度値である。もし０．２Ｇ以上の加速度で質量体と連結された支持体４（固定子）が移動するようになれば、移動体５（可動子）と支持体４との間の相対移動範囲が過度に大きくなり、激しい振動が発生するようになるので、全体システムの運転が不安定になる。従って、目標加速度を０．２Ｇに設定して説明する。
【００５８】
質量体７の大きさを決定する質量と加速度の関係式は下記数式の通りである：
Ｆ＝ｍ１ａ１＝ｍ２ａ２
ここで、Ｆは移動体移動時に発生される反力、ｍ１は移動体の質量、ａ１は移動体の加速度（ソフトウェア的振動制御部により低減された加速度）、ｍ２は質量体の質量、ａ２は目標加速度（質量体の加速度）を表す。
【００５９】
上記数式を通して質量体７の大きさを決定するために、ソフトウェア的振動制御部６によって低減された移動体５の加速度ａ１を０．４Ｇとし、目標加速度ａ２を０．２Ｇとして設計すれば、移動体５の質量ｍ１を１と仮定した時、上記数式に代入してみれば、
１×０．４＝ｍ２×０．２
であり、この時、質量体７の質量ｍ２は２である。
【００６０】
従って、質量体７の質量ｍ２は移動体５の質量ｍ１の２倍程度である最小の質量体であり、移動体５移動時に発生される反力を十分に相殺した安定したシステムの運転が可能になる。
【００６１】
もちろん、ソフトウェア的振動制御部６で移動体５の加速度ａ１をさらに低減すると、質量体７の質量ｍ２もさらに小さく設計しうる。
【００６２】
しかし、本発明におけるソフトウェア的振動制御部６を用いずに、質量体７のみを設ける場合に、上記で説明した通りに安定したシステム運転が可能な０．２Ｇの加速度を得るための質量体の設計過程を説明する。
【００６３】
移動体の加速度Ａが１Ｇほど発生すれば、上記と同じ条件で上記数式代入してみれば、
１×１＝ｍ２’×０．２
である。この時の質量体の質量ｍ２’は５になる。
【００６４】
従って、質量体を用いた機構的反力相殺部９のみを利用して反力を減衰させる場合、支持体を含む質量体７の加速度を０．２Ｇ程度に低減する時、移動体５質量の５倍程度の質量を有する質量体７を構成しなければならない。これはソフトウェア的振動制御部６と協働して反力を低減する場合よりも数倍以上の質量体ｎの大きさが必要とされる。
【００６５】
上述のように、ソフトウェア的振動制御部６によって低減された移動体の加速度を測定し、これに基づいて機構的反力相殺部９の質量体７の大きさを決定し、反力相殺装置を構成すれば、質量体７の大きさを最小化した状態で、移動体５がＸ軸方向に加減速される時、反力によって発生する質量体の加速度ａ２を０．２Ｇ以下に、ほぼ相殺するようになるので、より完全な振動制御が可能となり、安定且つ精密なシステムの動作が可能になる。
【００６６】
これにより、図１で点線で示した質量体７Ａの大きさを実線で示した質量体７の大きさに縮小することができるので、全体システムの機構的構成が簡単になり、安定且つ精密なシステム動作が可能になる。
【００６７】
上述のような、ソフトウェア的振動制御部６とこれに基づいて設定された機構的反力相殺部９とを用いた本発明の反力相殺方法について、図４を参照して説明する。
【００６８】
ソフトウェア的振動制御部６によって補正された補正命令をＸ軸駆動制御部から出力し、移動体５をＸ軸方向に駆動制御する場合には、インプットシェーピング方式で補正された補正命令によって、移動体５が駆動した際に発生させる振動（自体振動）が最小限度に抑制された状態で、移動体５がＸ軸方向に移動するようになっている。これと同時に、機構的反力相殺部９が移動体の加減速移動によって発生される反力を相殺するようになっている。
【００６９】
このように、ソフトウェア的振動制御部６と機構的反力相殺部９とを利用することによって、移動体の駆動時に発生する自体振動はもとより反力によって発生される振動まで相殺されるので、全体システムの振動減衰効果をさらに向上させることができる。
【００７０】
移動体５に取り付けられたツールの変更、周辺環境の変化などによって、移動体の固有振動周波数は変化する。
【００７１】
この場合には、移動体が駆動する際に実際の振動量を感知する振動感知部５ａを利用して移動体の振動量を正確に測定し、測定された振動量が基準振動量範囲を外れた場合に、実際の振動量に基づいて新しい補正命令を算出し、この新しい補正命令で移動体のＸ軸駆動を制御する。
【００７２】
このように、実際移動体の振動量を測定し、フィードバック制御することによって、移動体の駆動時に発生し得る振動を持続的に、より完全に減衰させることができるようになる。
【００７３】
以下、上述の本発明に係る反力相殺装置を適用したディスペンサーについて説明する。
【００７４】
図５は、本発明の実施例に係る反力相殺装置を用いたディスペンサーの斜視図である。
【００７５】
本発明に係るディスペンサーは、上記したような反力相殺装置が備えられたディスペンサーである。
【００７６】
図５を参照すると、本発明の実施例に係るディスペンサーは、ＬＣＤを構成する基板Ｓに、シールパターン又は液晶層を形成するように構成されており、基板Ｓが搭載されるステージ１５、このステージ１５を支持するフレーム１０、このフレーム１０の上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材２０、及びこのヘッド支持部材２０にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、ステージ１５に搭載された基板Ｓにシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニット３０から構成されている。
【００７７】
ヘッド支持部材２０は、ステージ１５の上部を横切る構造で配置され、その両側部分がフレーム１０の上部に支持されている。ヘッド支持部材２０は、フレーム１０に支持される両側部分にリニアモータのようなＹ軸駆動ユニット２５によってＹ軸方向に直線移動するように設けられている。Ｙ軸駆動ユニット２５は、リニアモータにより構成されている場合には、フレーム１０側に設けられた固定子２６とヘッド支持部材２０側に設けられた可動子２７とで構成される。
【００７８】
ヘッド支持部材２０には、多数のヘッドユニット３０が設けられ、各ヘッドユニット３０には、ステージ１５に搭載された基板にシーラントを塗布するか、又は液晶を滴下するために、ノズルが設けられている。
【００７９】
ヘッドユニット３０は、ヘッド支持部材２０の長手方向、すなわちＸ軸方向に移動できるように構成されている。ヘッドユニット３０のＸ軸方向の移動は、リニアモータなどで構成されるＸ軸駆動ユニット３５によってＸ軸方向に移動するようになっている。この場合、Ｘ軸駆動ユニット３５もリニアモータで構成されていることが好ましい。この場合には、ヘッド支持部材２０側にＸ軸方向に長く設けられた固定子３６と各ヘッドユニット３０に設けられた可動子３７とから構成されている。
【００８０】
ここで、固定子３６は、可動子３７を含むヘッドユニット３０が移動する際に発生する反力がヘッド支持部材２０側に伝達しないように、ヘッド支持部材２０に対して相対的にＸ軸方向に相対運動可能に設けられている。
【００８１】
このように構成されるディスペンサーは、ヘッドユニット３０がヘッド支持部材２０に沿ってＸ軸方向に移動し、またヘッド支持部材２０がフレーム１０上でＹ軸方向に移動するによって、ノズルが基板に対してＸ軸とＹ軸方向に相対移動しつつ、シーラント又は液晶の塗布作業を実現するように構成されている。
【００８２】
上述のディスペンサーには、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動する場合に、振動の発生を最小限度に抑制するように、ソフトウェア的振動制御部６’と機構的反力相殺部５０とが設けられている。
【００８３】
ここで、ソフトウェア的振動制御部６’は、ヘッドユニット３０で発生した振動を感知する振動感知部５ａ’から入力された信号を利用してフィードバック制御ができるように構成されている場合もある。
【００８４】
ソフトウェア的振動制御部６’と振動感知部５ａ’とは、図１を参照して説明した反力相殺装置と同一に構成され、同一に動作することが好ましく、説明は省略する。
【００８５】
しかしながら、図１の機械装置における機構的反力相殺部９では、支持体４がＹ軸方向に動かず、移動体５のみがＸ軸方向に移動する一軸移送システムであって、移動体の移動時に発生する反力を低減するように構成されているが、本実施例で適用されるディスペンサーは、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向への移動に伴って、固定子３６及びヘッドユニット３０もＹ軸方向に移動するようになっている。
【００８６】
従って、本発明のディスペンサーに適用される機構的反力相殺部５０は、ヘッドユニット３０のＹ軸方向に変位しても、ヘッドユニット３０の移動時に発生するＸ軸方向の反力を持続的に減衰させることができるように構成されている。
【００８７】
このように構成される機構的反力相殺部５０も、上述のように、ソフトウェア的振動制御部６’の制御によって、ヘッドユニットの自体振動が最小限度に抑制された状態で、質量体５１の大きさが設定され、ヘッドユニット３０の駆動時に発生するＸ軸方向の反力を減衰することができるように構成されている。
【００８８】
次に、ディスペンサーに適用される機構的反力相殺部５０について具体的に説明する。
【００８９】
機構的反力相殺部５０は、フレーム１０と離隔された位置に設けられる質量体５１と、質量体５１と固定子３６と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体５１に伝達するジョイント機構５５とから構成されている。
【００９０】
質量体５１は、フレーム１０と離隔された位置に設けられることが好ましい。
【００９１】
質量体５１の大きさ及び設置個数は、上述の本発明の質量体の設定方法を通して適正に算定して設けられる。
【００９２】
また、ジョイント機構５５は、ヘッドユニット３０のＹ軸方向に変位した状態であっても、質量体５１を利用してヘッドユニット３０のＸ軸方向の移動による反力を相殺することができるように設けられている。
【００９３】
すなわち、本発明のディスペンサーは、ヘッドユニット３０が固定子３６に沿ってＸ軸方向に移動すると同時に、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動するようになっているので、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動し、ヘッドユニット３０が実際にＹ軸方向に変位した状態で、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動した場合に、ジョイント機構５５及び質量体５１を利用して反力を相殺することができるように構成されている。
【００９４】
ジョイント機構５５は、固定子３６からＸ軸方向に突出されるように設けられた連結体７０と、質量体５１に支持され、連結体７０がＹ軸方向に相対的に移動可能に接続された接続ガイド６０とから構成されている。
【００９５】
連結体７０は、固定子３６の一側面からＸ軸方向に長く突出された構造とされ、ヘッドユニット３０が移動する際に発生させる反力を質量体５１側に十分に伝達可能な剛性を有する構造物として設けられている。図面では、ヘッドユニット３０がヘッド支持部材２０の両方に、液晶滴下用ヘッドユニットとシーラント塗布用ヘッドユニットとに分けて、それぞれ設けられるので、ヘッド支持部材２０の両方に備えられたそれぞれの固定子３６で連結体７０がそれぞれ連結されている構造を例示している。
【００９６】
接続ガイド６０は、フレーム１０の側からＹ軸方向に長く配置され、高さは連結体７０が結合される程度の高さで設けられている。
【００９７】
連結体７０と接続ガイド６０とは、雌雄結合方式で互いに結合されるように構成されていることが好ましい。この場合、連結体７０が接続ガイド６０に対してＸ軸方向に拘束され、Ｙ軸方向に相対移動可能に結合されている。
【００９８】
また、接続ガイド６０は質量体５１に支持されるように設けられている。この場合、質量体５１は接続ガイド６０がＹ軸方向に長く設けられるので、これを安定的に支持するために複数個に分けて設けられることが好ましい。図面では、２つの質量体５１が設けられた構成を例示しており、２つの質量体５１の上端部側に接続ガイド６０が支持される構成を例示している。
【００９９】
一方、連結体７０と接続ガイド６０との接続部には、Ｙ軸方向に円滑に相対運動するように、ベアリング構造物が設けられることが好ましい。ベアリング構造物は、連結体７０が接続ガイド６０の接続ガイド溝６２内で接触する面、例えば、連結体７０の終端面、上面、下面などから構成されている。この場合、設けられるベアリング構造物は、相対運動体相互間に摩擦抵抗を最小限度に抑えつつ、連結体７０の移動を円滑に補助するベアリングであれば、公知のベアリング構造物を適切に選択して構成してもよい。
【０１００】
上述の本発明に係るディスペンサーは、連結体７０の終端部が接続ガイド６０の接続ガイド溝６２に挿入されている状態で、ヘッド支持部材２０がＹ軸方向に移動する場合に、固定子３６に連結された連結体７０の終端部が接続ガイド溝６２に沿って共に移動するようになっている。このような状態で、ヘッドユニット３０がＸ軸方向に移動した状態で固定子３６に反力を加えている場合には、連結体７０に伝達された反力は、その終端が接続されている接続ガイド６０を介して質量体５１に伝達されることによって、質量体５１の運動エネルギーによって反力を相殺することができるように構成されている。
【０１０１】
このように、本発明に係るディスペンサーはソフトウェア的振動制御部６’、ジョイント機構５５及び質量体５１で構成された機構的反力相殺部５０によって、ヘッドユニット３０がＹ軸方向に移動しても、Ｘ軸方向の反力によって発生される振動を持続的に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る一実施例の反力相殺装置の基本構成の概略図である。
【図２】本発明に係るインプットシェーピング補正のためのソフトウェア的振動制御部が図示されたブロック図である。
【図３】本発明に係る反力相殺装置の質量体の設定方法のフローチャートである。
【図４】本発明に係る反力相殺方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例に係る反力相殺装置を用いたディスペンサーの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ ステージ
２ フレーム
３ 移動体支持部材
４ 支持体
５ 移動体
５ａ 振動感知部
６ ソフトウェア的振動制御部
７ 質量体
７Ａ 質量体
８ ジョイント機構
９ 機械的反力相殺部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体支持部材上に、Ｘ軸方向に相対運動可能に設けられる支持体と；
前記支持体に沿ってＸ軸方向に直線移動する移動体と；
前記移動体の駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体の駆動を制御することによって、移動体の駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；
前記支持体に連結され、前記移動体が支持体に沿って加減速移動する時、質量体を利用して前記支持体に加えられる反力を相殺する機構的反力相殺部と；
を含むこと特徴とする反力相殺装置。
【請求項２】
前記移動体の駆動時に発生する移動体の振動を感知する振動感知部を含み、
前記ソフトウェア的振動制御部は、前記振動感知部で感知した移動体の駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、前記補正命令を補正して出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の反力相殺装置。
【請求項３】
前記機構的反力相殺部は、前記支持体とジョイント機構とが連結される質量体で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の反力相殺装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の反力相殺装置の質量体設定方法であって、
前記ソフトウェア的振動制御部のインプットシェーピング制御方式で振動発生が低減された状態で、移動体の加速度値を測定する第１段階と；
前記機構的反力相殺部の質量体の目標加速度を設定し、前記第１段階で測定された移動体の加速度値に基づいて、前記機構的反力相殺部の質量体の質量を決定する第２段階と；
を含むことを特徴とする反力相殺装置の質量体設定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の反力相殺装置を用いた反力相殺方法であって、
前記ソフトウェア的振動制御部を利用して移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化すると共に、機構的反力相殺部を利用して前記移動体がＸ軸方向に加減速移動する時発生される反力による振動を減衰させる第１段階と；
前記第１段階を遂行しながら前記振動感知部で感知した移動体の振動量を測定し、前記ソフトウェア的振動制御部にフィードバックする第２段階と；
前記第２段階でフィードバックされた情報を利用してソフトウェア的振動制御部で前記補正命令を補正し、移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化できるように制御する第３段階と；
を含むことを特徴とする反力相殺方法。
【請求項６】
基板が搭載されるステージを支持するフレームと；
前記フレームの上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材と；
前記ヘッド支持部材にＸ軸方向に相対運動可能に設けられた支持体と；
前記支持体にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、前記ステージに搭載された基板にシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニットと；
前記ヘッドユニットを前記支持体に沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ユニットと；
前記ヘッドユニット駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、ヘッドユニットの駆動を制御することによって、ヘッドユニット駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；
前記ヘッド支持部材がＹ軸方向に移動され、前記支持体及びヘッドユニットのＹ軸変位が変化された状態でも、前記ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する時、前記支持体に加えられる反力を前記支持体に連結された質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部と；
を含むことを特徴とするディスペンサー。
【請求項７】
前記ヘッドユニット駆動時に、ヘッドユニットで発生する振動を感知する振動感知部を含み、
前記ソフトウェア的振動制御部は、前記振動感知部で感知したヘッドユニット駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、前記補正命令を再び補正して出力するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載のディスペンサー。
【請求項８】
前記機構的反力相殺部は、前記フレームと離隔された位置に設けられる質量体と、この質量体と支持体と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体に伝達するジョイント機構を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のディスペンサー。
【請求項１】
移動体支持部材上に、Ｘ軸方向に相対運動可能に設けられる支持体と；
前記支持体に沿ってＸ軸方向に直線移動する移動体と；
前記移動体の駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、移動体の駆動を制御することによって、移動体の駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；
前記支持体に連結され、前記移動体が支持体に沿って加減速移動する時、質量体を利用して前記支持体に加えられる反力を相殺する機構的反力相殺部と；
を含むこと特徴とする反力相殺装置。
【請求項２】
前記移動体の駆動時に発生する移動体の振動を感知する振動感知部を含み、
前記ソフトウェア的振動制御部は、前記振動感知部で感知した移動体の駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、前記補正命令を補正して出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の反力相殺装置。
【請求項３】
前記機構的反力相殺部は、前記支持体とジョイント機構とが連結される質量体で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の反力相殺装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の反力相殺装置の質量体設定方法であって、
前記ソフトウェア的振動制御部のインプットシェーピング制御方式で振動発生が低減された状態で、移動体の加速度値を測定する第１段階と；
前記機構的反力相殺部の質量体の目標加速度を設定し、前記第１段階で測定された移動体の加速度値に基づいて、前記機構的反力相殺部の質量体の質量を決定する第２段階と；
を含むことを特徴とする反力相殺装置の質量体設定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の反力相殺装置を用いた反力相殺方法であって、
前記ソフトウェア的振動制御部を利用して移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化すると共に、機構的反力相殺部を利用して前記移動体がＸ軸方向に加減速移動する時発生される反力による振動を減衰させる第１段階と；
前記第１段階を遂行しながら前記振動感知部で感知した移動体の振動量を測定し、前記ソフトウェア的振動制御部にフィードバックする第２段階と；
前記第２段階でフィードバックされた情報を利用してソフトウェア的振動制御部で前記補正命令を補正し、移動体の駆動時に発生しうる振動を最小化できるように制御する第３段階と；
を含むことを特徴とする反力相殺方法。
【請求項６】
基板が搭載されるステージを支持するフレームと；
前記フレームの上部にＹ軸方向に移動可能に設けられたヘッド支持部材と；
前記ヘッド支持部材にＸ軸方向に相対運動可能に設けられた支持体と；
前記支持体にＸ軸方向に移動可能に支持され、ノズルが備えられ、前記ステージに搭載された基板にシーラント又は液晶を塗布するヘッドユニットと；
前記ヘッドユニットを前記支持体に沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ユニットと；
前記ヘッドユニット駆動のために設定される基準命令をインプットシェーピング方式で補正し、この補正された補正命令を出力し、ヘッドユニットの駆動を制御することによって、ヘッドユニット駆動時に発生しうる振動を低減するソフトウェア的振動制御部と；
前記ヘッド支持部材がＹ軸方向に移動され、前記支持体及びヘッドユニットのＹ軸変位が変化された状態でも、前記ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する時、前記支持体に加えられる反力を前記支持体に連結された質量体を利用して相殺する機構的反力相殺部と；
を含むことを特徴とするディスペンサー。
【請求項７】
前記ヘッドユニット駆動時に、ヘッドユニットで発生する振動を感知する振動感知部を含み、
前記ソフトウェア的振動制御部は、前記振動感知部で感知したヘッドユニット駆動時に発生される実際振動感知結果の入力を受け、前記補正命令を再び補正して出力するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載のディスペンサー。
【請求項８】
前記機構的反力相殺部は、前記フレームと離隔された位置に設けられる質量体と、この質量体と支持体と間に連結され、支持体に加えられる反力を質量体に伝達するジョイント機構を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のディスペンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１２０００３（Ｐ２０１０−１２０００３Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１８７７７（Ｐ２００８−３１８７７７）
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（５０３２５９７７２）トップ エンジニアリング カンパニー，リミテッド (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（５０３２５９７７２）トップ エンジニアリング カンパニー，リミテッド (62)
【Ｆターム（参考）】
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