CN1534688A - X-y载物台装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过尽可能减少静压轴承这样的高价部件，可以获得高停止精度的X－Y载物台装置。其包括在底座(100)以沿一轴方向延伸的方式固定的两个导轨(110、120)，以沿着和前述一轴的方向成直角方向延伸的方式装配到这些导轨上、并且能够沿着这些导轨在前述一轴向方向移动的Y滑子，能够沿着Y滑子在与前述一轴方向成直角方向移动的装配到Y滑子上的X滑子(140)。Y滑子分别经由滚动轴承(111、121)被支承在两个导轨上，能够离开底座表面移动，X滑子经由加装在Y滑子之间的滚动轴承移动，同时，通过在与底座表面对向的下面设置多个静压轴承(141～143)，能够在从底座表面上浮起的状态下移动。此外，借助制动机构(190)提高停止精度。

Description

X-Y载物台装置
技术领域
本发明涉及载物台装置，特别是涉及能够将工作台等被驱动物体沿X轴方向、Y轴方向移动的X-Y载物台装置。
背景技术
作为X-Y载物台装置的一个例子，对由本发明人等提出的X-Y载物台装置进行说明。这种X-Y载物台装置，被公开在专利文献1中。
参照图4，X-Y载物台装置的固定部，是将上表面进行表面精加工从而作为导向面的底座20，在底座20上以预定的间隔固定配置的导轨21和22。在图4中，表示出相互正交的X轴、Y轴、Z轴三个方向。导轨21、22分别具有沿Y轴方向延伸、相互对向的导向面21a、22a。在X-Y载物台装置中，沿导向面21a、22a在Y轴方向被直线导向的可动部分，是Y滑子23，和静压轴承垫25-1、25-2、25-3、25-4，以及静压轴承垫27-1、27-2、27-3。Y滑子23被架设配置在导轨21和22之间，沿X轴方向延伸的横梁23-1和23-1的两端上具有T形部23-2。
静压轴承垫25-1～25-4，分别经由具有绕Y轴及Z轴旋转的两个自由度的接头(图中省略)而设置在Y滑子23的两个T形部23-2的侧面上。静压轴承垫25-1、25-2，分别用于向导向面21a吹出压缩空气。静压轴承垫25-3、25-4，分别用于向导向面22a吹出压缩空气。静压轴承垫27-1、27-2设置在横梁23-1的一个T形部23-2的下面，静压轴承垫27-3，位于横梁23-1的下面，被设置在靠近另一个T形部23-2的部位处。静压轴承垫27-1～27-3，用于分别向底座20的上面吹出压缩空气。
此外，静压轴承垫27-1、27-2设置在相对于Y滑子23的中心轴、即、横梁23-1的中心轴大致对称的位置上。另一方面，静压轴承垫27-3设置在对应于Y滑子23的中心轴的部位处。即，静压轴承垫27-1～27-3，以连接各个中心的线段形成等腰三角形的方式被配置。
此外，图4中，一面沿Y轴方向被直线导向一面也沿X轴方向被直线导向的可动部分，是X滑子24，和静压轴承垫25-5、25-6、25-7、25-8，和静压轴承垫27-4、27-5、27-6。X滑子24，以能够沿横梁23-1移动的方式被组合到Y滑子23上。横梁23-1，其截面形状为具有沿X轴方向延伸的两个侧面的四角形。X滑子24，其截面形状为具有与Y滑子23的横梁23-1的两个侧面对向的两个内表面的大致倒U字形。
静压轴承垫25-5～25-8，经由具有绕X轴及Z轴旋转的两个自由度的接头(图中省略)设置在X滑子24的两个内表面上。静压轴承垫27-4～27-6，分别被设置在X滑子24的下面。在Y滑子23中，沿横梁23-1的X轴方向延伸的两个侧面，作为对X滑子24进行导向用的基准面而形成。静压轴承垫25-5～25-8，用于将压缩空气吹出到横梁23-1的侧面上。静压轴承垫27-4～27-6，用于将压缩空气吹出到底座20的上面。
在这种X-Y载物台装置中，作为Y滑子23的驱动源，使用在导轨21和Y滑子23之间、导轨22与Y滑子23之间分别构成的成对的线性马达31。另一方面，作为X滑子24的驱动源，使用在Y滑子23和X滑子24之间构成的线性马达32。线性马达31、32具有相同的结构，对于公知的线性马达31，进行简单的说明。线性马达31，在Y轴方向排列配置的多个上侧永磁铁和在Y轴方向排列配置的多个下侧永磁铁之间产生的间隙处，配置从Y滑子23的T形部23-2起延伸的可动线圈(图中省略)而形成。
在X-Y载物台装置中，除上述结构要素之外，在各个线性马达上，作为进行位置控制用的位置检测传感器，有必要装配线性标尺和线性传感器。此外，需要同步地驱动成对的线性马达31用的同步控制***。进而，还需要向移动的Y滑子23、X滑子24的线性马达供电的电线及传感器检测信号线，静压轴承垫用空气配管等。它们全部具有挠性，被容纳在挠性配管内。同时，X滑子24和Y滑子23之间，由X滑子用挠性配管连接，Y滑子23与底座20之间，由X滑子及Y滑子用挠性配管连接。
如上面说明的，在现有技术的X-Y载物台装置中，为了进行Y滑子(下轴)23的上下方向及水平方向的导向，使用多个静压轴承垫，并且，对于X滑子(上轴)24的上下方向及水平方向的导向，也使用多个静压轴承垫，从而获得搭载在X滑子23上的工件工作台的高移动精度。
一般地，静压轴承可以获得高移动精度(水平方向的直线度和移动平面度)，但由于几乎没有静摩擦，所以，其停止精度依赖于控制性能，需要高价且高分辨率的线性标尺。因此，也有为了强行获得接触摩擦，不使用静压导向，而是使用滚珠丝杠的。
使用高分辨率的线性标尺，由于其输出信号频率的制约，难以同时获得高速度。此外，使用滚珠丝杠，在长行程的情况下，由于受到危险速度的制约，难以获得高速度。
另一方面，在不使用静压导向的堆叠型载物台的情况下，为了获得工件工作台的高移动平面度，必须通过机械加工提高Y滑子(下轴)的移动精度，并且为了不会伴随着X滑子的移动而变形，需要高的刚性，所以，必然地其重量会增大。
专利文献1特开2000-155186号公报
因此本发明的课题是，提供一种在尽可能地减少静压轴承这种高价的部件之外，可以获得高的停止精度的X-Y载物台装置。
本发明的另一个课题是，提供一种将移动平面度的偏差抑制在最小，并且可以获得高的停止精度的X-Y载物台装置。
本发明的另外一个课题是，提供一种移动体的总质量小，可以获得高速/高加速度的X-Y载物台装置。
发明内容
根据本发明，提供一种X-Y载物台装置，其特征在于包括：进行过表面加工的底座；在该底座上沿着一轴方向延伸地被固定的导向构件，在该导向构件上，以沿着与前述一轴方向成直角的方向延伸的方式被组合、并且沿该导向构件能够在前述一轴方向上移动的第一滑子，能够沿着该第一滑子在与前述一轴方向成直角的方向移动的、被组合到该第一滑子上的第二滑子，其中，前述第一滑子经由滚动轴承被支承在前述导向构件上，能够离开前述底座表面地进行移动，前述第二滑子，与前述第一滑子之间加装滚动轴承并能够移动地构成，同时，通过在与前述底座表面对向的下表面至少设置一个静压轴承，可在前述底座表面上以从其上浮起的状态移动。
在本X-Y载物台装置中，在前述第二滑子的下侧，还设置能够吸附到前述底座的表面上的减压式的吸附垫构成的至少一个制动机构。
在前述制动机构中，前述吸附垫被安装到在前述第二滑子上安装的能够向接近、远离前述底座表面的方向变形的板簧上。
在本X-Y载物台装置中的前述第一、第二滑子，分别以线性马达作为驱动源进行移动。
此外，在本X-Y载物台装置中，前述导向构件由隔开预定间隔而相互平行地沿前述一轴方向延伸的第一、第二导向构件构成，前述第一滑子架设在前述第一、第二导向构件之间，在其两端部分别经由前述滚动轴承进行支承。
根据本发明的X-Y载物台装置具有以下效果。
(1)由于能将表面进行过精加工的底座的上面作为上下方向的静压轴承的导向面而使用，所以，可以获得高的移动平面度。
(2)在X滑子的X轴方向、Y轴方向停止时，可以借助滚动轴承的摩擦力获得高的停止精度。
(3)由于利用摩擦力可以获得X滑子停止时的稳定性，所以，无需高分辨率的位置传感器，可以获得高的移动速度。
(4)与用图4说明的X-Y载物台装置相比，由于能够通过省略多个静压轴承垫而减轻移动体的质量，所以相对于线性马达的推力，可以获得高的加速度。
(5)由于在导向***中将静压导向和滚动导向复合，所以，比全部进行静压导向时相比，可以达到降低成本。
附图说明
图1是表示根据本发明的X-Y载物台装置的实施形式的俯视图。
图2是从图1的下侧观察时看到的图1的X-Y载物台装置主视图。
图3是用于说明图1所述的制动机构的结构的图示。
图4是现有技术的X-Y载物台装置的一个例子的立体图。
符号说明
100         底座；            110、120、131  导轨
111、121    滚动轴承；        130            Y滑子
140         X滑子；           141～143       静压轴承垫
150、160    线性马达；        151、153       永久磁铁
200         框架
具体实施方式
下面，参照图1、图2，说明根据本发明的X-Y载物台装置的优选实施形式。
在图1、图2中，本X-Y载物台装置，将上表面进行表面精加工作为导向面的底座100固定到框架200上。底座100通常采用石平板。本X-Y载物台装置的固定部，为底座100，以及在底座100上以预定间隔固定配置的导轨110和120(第一、第二导向构件)。在图1中，表示出相互正交的X轴、Y轴两个方向。导轨110、120分别沿Y轴方向延伸。在该X-Y载物台装置中，沿导轨11、120在Y轴方向被直线导向的可动部分，是Y滑子130。Y滑子130，被架设配置在导轨110和120之间，通过分别加装在Y滑子130的两个端部和导轨110、120之间的方式设置的滚动轴承111、121，能够沿Y轴方向移动地被支承。Y滑子130，离开底座100的上表面地进行移动。
此外，在图1中，能够沿Y轴方向被直线导向的同时、也能够沿X轴方向被直线导向的可动部分，包括X滑子140，静压轴承垫141、142、143。X滑子140以能够沿Y滑子130移动的方式被组装到Y滑子130上。即，Y滑子130，具有沿X轴方向延伸的导轨131。在该导轨131和X滑子140之间，通过加装与前述滚动轴承111、121同样的滚动轴承(图中未示出)，X滑子140可以沿Y滑子130移动。
静压轴承垫141～143分别被设置在X滑子140的下面，通过向底座100的上表面吹出压缩空气，能够使X滑子140从底座100的上表面上浮起地进行移动。其上浮量约在几十μm以下。换句话说，静压轴承垫141～143，一面支承X滑子140及搭载于其上的工件工作台和工件(图中均省略)的全部负荷，同时能够将它们移动。静压轴承垫141～143，配置在对应于三角形的顶点的位置上，但三角形的形状，根据静压轴承垫141～143支承的可动部分的重心位置而决定。这里，静压轴承垫141～143配置在对应于等腰三角形的顶点的位置处。
与在图4中说明的X-Y载物台装置一样，在该X-Y载物台装置中，作为Y滑子130的驱动源，使用分别在与导轨110邻接、沿Y轴方向延伸的固定部151与Y滑子130的一个端部之间，以及，邻接导轨120、沿Y轴方向延伸的固定部161与Y滑子130的另一个端部之间构成一对线性马达150、160。另一方面，作为X滑子140的驱动源，使用在Y滑子130与X滑子140之间构成的线性马达170。
线性马达150、160、170具有相同的结构，由于是公知的，所以对于线性马达只进行简单的说明。线性马达150，在沿Y轴方向延伸的固定部151上以对向的方式排列配置的两列多个永久磁铁152、153之间产生的间隙内，配置从Y滑子130的一端加装的呈倒L形的可动线圈(图中省略)而构成。此外，在线性马达170中，以上下两列的方式配置多个永久磁铁，在它们之间加装水平的可动线圈。
在本X-Y载物台装置中，除上述结构要素之外，在各线性马达上，作为位置控制用的位置检测传感器，设置线性标尺和线性传感器的组合，但其分辨率可以低于图4中说明的位置检测传感器的分辨率。不言而喻，并不局限于线性标尺和线性传感器的组合，也可以使用其它公知的位置传感器。此外，包括同步驱动一对线性马达150、160用的同步控制***。
进而，需要向移动的X滑子140的线性马达供电用的供电线以及静压轴承用的空气配管，Y滑子130、X滑子40的传感器的检测信号线。将它们全部制成具有挠性的，容纳在挠性配管内。同时，X滑子140和Y滑子130之间用X滑子用挠性配管连接，Y滑子130与底座100之间，用X滑子及Y滑子用的挠性配管连接。在图1、图2中，表示出了沿导轨110、120延伸的X滑子及Y滑子用的挠性配管的容纳部181、182。
在本形式中，进而，如图2所示，在X滑子140上装入将搭载于其上的工作台(用双点划线表示)沿Z轴方向驱动、或者具有倾斜功能用的多个所谓滑动楔(スライドウエツジ)机构300。
参照图3，在根据本形式的X-Y载物台装置中，进而，在X滑子140的下侧，设置能够吸附在底座100的上表面的减压式的吸附垫191构成的一个以上(这里为2个)制动机构190。该制动机构190，通过将吸附垫191安装到由设于X滑子140上的孔(这里为四角形的孔)的边缘部上、以跨越该孔的方式被安装的、能够向底座100的接近、离开的方向变形的十字形的板簧192上而构成。在吸附垫191上，连接有正压用及减压用空气配管(图中省略)。吸附垫191通常向底座100上吹出压缩空气，从而在其上面几十μm的上方移动。另一方面，在X滑子140停止时，使吸附垫191的下面侧处于减压状态，将吸附垫191吸附到底座100的上面。借此，制动机构190起着作为制动器的作用。
根据如上所述的X-Y载物台装置，X滑子140沿底座100上的上下方向(Z轴方向)的移动导向由3个静压轴承顺滑地被进行。另一方面，通过在底座100与Y滑子130之间，以及Y滑子130与X滑子140之间加装滚动轴承，在X轴方向和Y轴方向作用有适度的摩擦力。此外，通过配备由向底座100面上的吸附垫形成的制动机构，移动体的停止精度不依赖于控制***的控制性能，无需价格昂贵且高分辨率的位置传感器。此外，在使用高分辨率的线性标尺的情况下，由于来自输出信号频率的制约，很难获得高速度，但在本X-Y载物台装置中，不产生这种制约。
此外，在上述形式中，Y滑子130使其两端装配到导向构件110、120上，能够移动，但也可以只用一侧的导向构件单臂式支承Y滑子130，使之可以移动。在这种情况下，可以在Y滑子130的自由端部的下面设置静压轴承，进行移动导向。这种单臂式的Y滑子，公开在前面所述的专利文献1中。此外，在上述形式中，将架设在两个导轨之间的滑子称作Y滑子，将装配于其上的滑子称作X滑子，但是，不言而喻，X、Y的关系也可以颠倒。进而，在上述形式中，在X滑子140的下面备有3个静压轴承垫，但也可以是一个以上。

Claims (5)

1、一种X-Y载物台装置，其特征在于包括：
进行过表面加工的底座；在该底座上沿着一轴方向延伸地被固定的导向构件，
在该导向构件上，以沿着与前述一轴方向成直角的方向延伸的方式被组合、并且沿该导向构件能够在前述一轴方向上移动的第一滑子，
能够沿着该第一滑子在与前述一轴方向成直角的方向移动的、被组合到该第一滑子上的第二滑子，其中，
前述第一滑子经由滚动轴承被支承在前述导向构件上，能够离开前述底座表面地进行移动，
前述第二滑子，与前述第一滑子之间加装滚动轴承并能够移动地构成，同时，通过在与前述底座表面对向的下表面至少设置一个静压轴承，可在前述底座表面上以从其上浮起的状态移动。
2、如权利要求1所述的X-Y载物台装置，其特征在于，在前述第二滑子的下侧，还设置能够吸附到前述底座的表面上的减压式的吸附垫构成的至少一个制动机构。
3、如权利要求2所述的X-Y载物台装置，其特征在于，在前述制动机构中，前述吸附垫被安装到在前述第二滑子上安装的能够向接近、远离前述底座表面的方向变形的板簧上。
4、如权利要求1～3中任一项所述的X-Y载物台装置，其特征在于，前述第一、第二滑子，分别以线性马达作为驱动源进行移动。
5、如权利要求1～4中任一项所述的X-Y载物台装置，其特征在于，前述导向构件由隔开预定间隔而相互平行地沿前述一轴方向延伸的第一、第二导向构件构成，前述第一滑子架设在前述第一、第二导向构件之间，在其两端部分别经由前述滚动轴承进行支承。
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