JP5235329B2

JP5235329B2 - Ｘｙテーブルアクチュエータ

Info

Publication number: JP5235329B2
Application number: JP2007125176A
Authority: JP
Inventors: 吉宏木村
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: JP2008283773A

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、搬送対象物を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、特に、前記搬送対象物を搭載してＸＹ平面内で移動する可動プレートに対して該可動プレートを駆動するモータが搭載されたタイプのＸＹテーブルアクチュエータに関する。

従来、この種のＸＹテーブルアクチュエータとしては、ＷＯ２００５／１２４７８９（特許文献１）に開示されるものが知られている。この特許文献１に開示されているＸＹテーブルアクチュエータは、ベッドやコラムなどに固定される固定プレートと、この固定プレートに対してＸ方向へ移動自在な中間プレートと、この中間プレートに対してＹ方向へ移動自在な可動プレートとから構成されており、前記可動プレートが固定プレートに対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動し得るように構成されている。

また、前記特許文献１には中間プレートを固定プレートに対して任意量だけＸ方向へ進退させ、可動プレートを中間プレートに対してＹ方向へ任意量だけ進退させる手段として、回転モータとボールねじを組み合わせた駆動手段が示されている。具体的には、中間プレートをＸ方向へ進退させる駆動手段が固定プレート上に設けられる一方、可動プレートをＹ方向進退させる駆動手段が当該可動プレートに搭載されており、中間プレートには何ら駆動手段が配設されていない。

特許文献１には示されていないが、可動プレートにモータを搭載するにあたっては、かかるモータをこれに対して駆動電流を送出するドライバと動力ケーブルで接続する必要が生じる。ドライバは電源に接続する必要があり、重量も嵩むことから、可動プレートには搭載せずにＸＹテーブルアクチュエータの近傍に設置するのが一般的である。従って、前記動力ケーブルは可動プレートの動きに追従しつつ当該可動プレートに搭載されたモータとドライバとを接続するものでなければならない。

従来、このような用途に対応可能なケーブルとしては、フレキシプルプリント基板（以下、「ＦＰＣ」という）が知られている。このＦＰＣは厚み約３０μｍ〜１５０μｍのフィルム状絶縁体の上に接着層を形成し、更にその上に厚み約２０μｍ〜５０μｍの導体層を形成した扁平構造であり、軽量で且つ柔軟性に優れ、小さな力で繰り返し変形させることが可能である。このため、ＦＰＣはインクジェットプリンタ等のシリアルプリンターのヘッド、すなわち往復直線運動を行うプリンタヘッドに対して印字信号を供給する信号ケーブルとして多用されている。

また、特開平５−２５０８５４号公報（特許文献２）に開示されるように、磁気ディスク装置において記録媒体面に沿って直線状に移動する磁気ヘッドの信号ケーブルとしてもＦＰＣが利用されている。
ＷＯ２００５／１２４７８９特開平５−２５０８５４号公報

しかし、ＸＹテーブルアクチュエータの可動プレートに搭載されたモータをドライバと接続する際に、前記ＦＰＣを使用することには以下のような問題点があった。

すなちわ、前記ＦＰＣは扁平構造を有していることから、特定一方向には自在に屈曲させることが可能であり、繰り返し屈曲させた場合であっても十分な耐久力を発揮するが、当該方向と直交する方向に関しては屈曲させることが困難であるといった特質がある。このため、可動プレートに搭載したモータと前記ドライバをＦＰＣで接続した状態で、前記可動プレートをＸＹ平面内でＸ方向成分及びＹ方向成分を含む特定方向へ移動させると、ＦＰＣに対してこれを無理に屈曲させようとする外力が作用することになり、ＦＰＣが早期に破損してしまうのである。また、ＦＰＣそれ自体が可動プレートの移動抵抗となってしまい、かかる可動プレートの軽快な運動が阻害されてしまう。

このような問題点を解決するためには、モータをＸ方向及びＹ方向の双方へ移動する可動プレートではなく、Ｘ方向へのみ移動する中間プレートに搭載するといった対策も考慮し得る。しかし、例えば前記可動プレートの駆動手段としてリニアモータを選択する場合を想定すると、かかるリニアモータのコイル部材の放熱促進の観点から、当該コイル部材は中間プレートではなく可動プレートに設けることが好ましいと言える。

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、ＸＹ平面内を移動する可動プレートに対してこれをＹ方向へ駆動するリニアモータのコイル部材を搭載した場合であっても、かかるコイル部材とこれに駆動電流を送出するドライバとの間を無理なく連結することができ、可動プレートの軽快な運動を実現することが可能な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、固定プレートと、この固定プレートに積み重ねられると共に該固定プレートに対してＸ方向へ移動自在な中間プレートと、この中間プレートに積み重ねられると共に該中間プレートに対してＹ方向へ移動自在な可動プレートと、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方向リニアモータと、前記可動プレートを前記中間プレートに対してＹ方向へ推進するＹ方向リニアモータと、前記Ｘ方向モータ及びＹ方向モータに動力ケーブルを介して駆動電流を供給するドライバとから構成されており、また、前記Ｙ方向リニアモータは、前記中間プレートに搭載される固定子マグネットと、前記可動プレートに搭載されるコイル部材とから構成されている。更に、前記ドライバから前記Ｙ方向リニアモータのコイル部材に対して駆動電流を供給する動力ケーブルは特定方向へ自在に湾曲可能な平帯状のＦＰＣから構成されている。この動力ケーブルは、前記中間プレートに固定される中間部と、この中間部と前記コイル部材を接続し前記中間プレートに対する可動プレートのＹ方向の動きを許容するＹ方向余裕部と、前記中間部から連続すると共に湾曲可能方向をＸ方向に合致させた状態で前記コントローラに接続されるＸ方向余裕部と、から構成されている。

このような本発明によれば、前記動力ケーブルはＹ方向リニアモータのコイル部材が搭載された可動プレートから直接引き出されてドライバに接続されるのではなく、中間プレートを経由してドライバに接続されている。すなわち、動力ケーブルのＹ方向余裕部は一方向に湾曲した状態で一端が可動プレートのコイル部材に、他端が中間プレートの中間部に固定されており、中間プレートに対する可動プレートのＹ方向への移動を許容している。また、動力ケーブルのＸ方向余裕部は湾曲可能な方向をＸ方向に合致させた状態で前記中間部から連続しており、固定プレートに対する中間プレートのＸ方向への移動を許容している。

従って、可動プレートがＸＹ平面内を二次元的に運動したとしても、前記Ｙ方向余裕部及びＸ方向余裕部がそれぞれに可動プレートのＹ方向又はＸ方向の動きを吸収するので、この動力ケーブルをなすＦＰＣに対してこれを無理に屈曲させようとする力が作用することはなく、動力ケーブルの耐久性を高めることが可能となる。また、動力ケーブルそれ自体が可動プレートの運動を妨げることもなく、かかる可動プレートの軽快な運動を手に入れることが可能となる。

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は本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータ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、リニアガイド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、リニアガイドを介して前記中間プレート４に組付けられた可動プレート５とを含んでいる。

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、前記可動プレート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、かかる可動プレート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プレート２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。

また、これら固定プレート２、中間プレート４及び可動プレート５はＸＹ平面内における大きさが同一であり、図１に示すように、中間プレート４及び可動プレート５をホームポジションに設定した際には、３枚のプレート２，４，５が上下に重なって矩形体をなすようになっている。従って、ＸＹテーブルアクチュエータ１それ自体が極めてコンパクトに構成されている。

更に、図１に示す外観からは把握することができないが、固定プレート２と中間プレート４との間には該中間プレート４をＸ方向へ駆動するＸ駆動モータが設けられる一方、中間プレート４と可動プレート５との間には該可動プレート５をＹ方向へ駆動するＹ駆動モータが収納されている。これらＸ駆動モータ及びＹ駆動モータは駆動用動力ケーブル８によってドライバ９と接続されており、かかるドライバ９はＸ駆動モータ及びＹ駆動モータに対して駆動電流を送出している。尚、Ｘ駆動モータ及びＹ駆動モータの具体的構成については後に詳述する。

また、このＸＹテーブルアクチュエータ１には固定プレート２に対する中間プレート４のＸ方向移動量、中間プレート４に対する可動プレート５のＹ方向移動量を計測する２組の位置検出手段が内蔵されている。各位置検出手段は、リニアスケールとこのリニアスケールを読み取る検出センサとから構成されており、検出センサは前記中間プレート４に搭載される一方、リニアスケールは前記検出センサと対向する位置で固定プレート２又は可動プレート５に保持されている。このリニアスケールと検出センサの組み合わせは、光学的な読み取り方法によるものでも、あるいは磁気的な読み取り方法によるものであっても良い。

そして、２つの検出センサの出力信号はセンサ用信号ケーブル１０を介して、前記ドライバ９に入力され、ドライバ９は検出センサの出力信号を参照しながら前記Ｘ駆動モータ及びＹ駆動モータの駆動信号を生成している。

図２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は中央に収容溝２０を有してチャネル状に形成されており、収容溝２０に面した内側面にはボールの転走溝３０が形成されている。前記可動プレート５もこの固定プレート２と完全に同一の形状に形成されているが、前記中間プレート４と重ね合わせた際の位相が互いに９０度ずれたものとなっている。すなわち、固定プレート２では前記収容溝２０がＸ方向に沿って形成されているが、可動プレート５では前記収容溝２０がＹ方向に沿って形成されている。

また、前記中間プレート４は固定プレート２及び可動プレート５と同じ大きさの平板状に形成されており、図２に示すように、一点鎖線で示す中間プレート４を前記固定プレート２に対して重ねることで、前記固定プレート２と中間プレート４との間に前記収容溝２０の大きさに対応した空間が形成され、この空間が前述したＸ駆動モータ６の収容室６０として利用されるようになっている。このような空間は可動プレート５と中間プレート４との間にも形成され、かかる空間は前述したＹ駆動モータの収容室７０として利用される。

図３は、前記可動プレート５を取り除いた状態を示すＸＹテーブルアクチュエータ１の斜視図である。前記可動プレートと対向する中間プレート４の表面にはＸ方向に間隔をおいて一対のリニアガイド２１が固定されている。各リニアガイド２１は可動プレート５に形成されたボールの転走溝３０と対向する負荷転走溝２２を備えており、可動プレート５の転走溝３０とリニアガイド２１の負荷転走溝２２との間を複数のボールが荷重を負荷しながら転走することにより、可動プレート５が中間プレート４に対してＹ方向に自在に移動し得るように構成されている。また、前記リニアガイド２１はボールの無限循環路を備えており、可動プレート５は自らの転走溝３０がリニアガイド２１と対向する範囲内で中間プレート４に対して移動することが可能となっている。

また、中間プレート４上には前述した一対のリニアガイドに挟まれるようにしてＹ駆動モータ７が配設されている。このＹ駆動モータ７は同期型リニアモータであり、前記中間プレート４上に一列に配列された複数の固定子マグネット７１と、前記可動プレート５に固定されると共にこれら固定子マグネット７１と僅かな隙間を介して対向するコイル部材７２とから構成されている。

前記固定子マグネット７１はＮ極及びＳ極を交互に前記コイル部材７２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７１は合成樹脂製の保持プレート７３に配列されており、かかる保持プレート７３を前記中間プレート４に固定することで、前記固定子マグネット７１の中間プレート４に対する配列を容易に行い得るようになっている。また、各固定子マグネット７１は接着によって前記保持プレート７３に配列されているが、前記保持プレート７３を射出成形することにより、固定子マグネット７１を該保持プレート７３と一体化することもできる。

また、前記コイル部材７２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７１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、コイル部材７１がＹ方向に沿った移動磁界を発生する。この移動磁界に基づいて前記固定子マグネット７１とコイル部材７２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７２を固定子マグネット７１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。

尚、図３は中間プレート４の表面側、すなわち可動プレート５に面した側の構造を示しているが、かかる中間プレート４の裏面側、すなわち固定プレート２に面した側にも一対のリニアガイド２１が配設され、固定プレート２に対して中間プレート４がＸ方向へ自在に運動し得るようになっている。また、中間プレート４を固定プレート２に対してＸ方向へ駆動するＸ駆動モータは、前記Ｙ駆動モータ７と同様に固定子マグネット及びコイル部材から構成され、固定子マグネットが中間プレート４の裏面側に、コイル部材が固定プレート２に夫々固定されている。

また、図３中において、符号７４は可動プレート５の収容溝２０に僅かな隙間を介して対向する隔壁であり、中間プレート４の表面側でＹ方向の両端に夫々設けられている。この隔壁７４は可動プレート５と中間プレート４との間に形成されたＹ駆動モータ７の収容室７０に対して外部から塵芥が侵入するのを防止すると共に、可動プレート５に固定されたコイル部材７２の移動範囲を制限している。すなわち、前記可動プレート５は一対の隔壁７４によって規制されたコイル部材７２の移動範囲内においてストロークすることが可能である。

同様にして、中間プレート４の裏面側にはＸ方向の両端に対応して一対の隔壁７５が夫々設けられ、固定プレート２と中間プレート４との間に形成されたＸ駆動モータの収容室６０に対して外部から塵芥が侵入するのを防止すると共に、固定プレート２に固定されたコイル部材の移動範囲を制限している。

一方、図１又は図３に示すように、前記可動プレート５に固定されたコイル部材７２には駆動用動力ケーブル８の一端が接続されており、かかる駆動用動力ケーブル８の他端はＸＹテーブルアクチュエータ１から分離して設けられたドライバ９に接続されている。この駆動用動力ケーブル８は厚さ１５０μｍ程度の平帯状ＦＰＣから形成されており、柔軟に湾曲することで、可動プレート５のＸ方向及びＹ方向への運動を許容しつつ、可動プレート５に搭載されたＹ駆動モータ７のコイル部材７２をドライバ９と接続している。

図４は、前記駆動用動力ケーブル８を示す斜視図である。ＦＰＣはその特性上、表面と垂直な方向に関しては自在に湾曲することが可能であり、伸展と湾曲の繰り返しに対する耐久性も十分に確保されている。しかし、表面と平行な方向に対する曲げに対しては殆ど耐久性がなく、収容している信号線の破断が即座に生じてしまう懸念がある。このため、図１に示すＸＹテーブルアクチュエータ１では平帯状のＦＰＣを所定の形状に形成すると共に、かかるＦＰＣの数か所に対して曲げ起こし及び湾曲を与え、図４に示す駆動用動力ケーブル８を得ている。

図４に示す駆動用動力ケーブル８は、中間プレート４に固定される中間部と、可動プレート５のＹ方向の運動を許容するＹ方向余裕部８０と、中間プレート４のＸ方向の運動を許容するＸ方向余裕部８１とを含んでいる。前記Ｙ方向余裕部８０はその略中央にＵ字型の湾曲部８２を含み、一方の端部８０ａは可動プレート５に搭載されたコイル部材７２に接続され、他端は中間プレート４に固定された中間部に連続している。また、この駆動用動力ケーブル８はその表面が可動プレートの裏面と面接触した状態でコイル部材７２と接続されており、中間プレート４に配設された固定子マグネット７１との干渉防止が図られている。一方、前記Ｙ方向余裕部８０とＸ方向余裕部８１とを繋ぐ中間部には９０度の屈曲部８３，８４が設けられており、Ｘ方向余裕部８１においては駆動用動力ケーブル８の表面がＸ方向に向いている。また、Ｘ方向余裕部８１の端部８１ａはドライバ９に接続される。

図５は、前記駆動用動力ケーブルを展開した状態を示す斜視図である。この図に示されるように、前記駆動用動力ケーブル８はＦＰＣをＬ字状に成形したものであり、一方の端部８０ａから他方の端部８１ａにかけて信号線となる銅箔が設けられている。また、前記屈曲部８３，８４に対応する部位は図中に一点鎖線で示してあり、これら部位を９０度屈曲させることによって前記屈曲部８３，８４が形成される。

図１及び図３に示すように、この駆動用動力ケーブル８はＹ方向余裕部８０が可動プレート５と中間プレート４の外に露出しており、このＹ方向余裕部８０に連続する端部８０ａが可動プレート５に固定される一方、屈曲部８３に連続するＹ方向余裕部８０の他端は前記隔壁７４によって中間プレート４に固定されている。従って、中間プレート４に対して可動プレート５がＹ方向へ移動すると、端部８０ａがＹ方向へ移動することになり、図４中に一点鎖線で示すように、Ｙ方向余裕部８０の湾曲部８２が端部８０ａの移動を吸収しながらＹ方向へ移動することになる。すなわち、可動プレート５のＹ方向への移動は当該可動プレート５と中間プレート４との間を繋ぐＹ方向余裕部８０によって吸収されることになる。

また、前記屈曲部８４から連続するＸ方向余裕部８１は前記隔壁７４とこれに隣接するケーブル抑え７５との間に挟まれた状態で中間プレート４から引き出されている。このとき、Ｘ方向余裕部８１においては、ＦＰＣの自在に湾曲し得る方向がＸ方向に合致しており、図４中に一点鎖線で示すように、Ｘ方向余裕部８１が自在に湾曲することによって、固定プレート２に対する中間プレート４のＸ方向の移動を吸収し得るようになっている。

従って、このようにＹ方向余裕部８０及びＸ方向余裕部８１が設けられた駆動用動力ケーブル８によれば、Ｙ駆動モータ７のコイル部材７２を搭載した可動プレート５がＸＹ平面内を自在に移動したとしても、かかるコイル部材７２とドライバ９とを接続する駆動用動力ケーブル８に対してこれを破損させるような無理な力が作用することはなく、また、駆動用動力ケーブル８が可動プレート５のＸ方向及びＹ方向の運動を阻害することもなく、可動プレート５の軽快な運動を長期にわたって実現することが可能となるものである。

尚、図１及び図３ではＸ駆動モータをドライバ９に接続する駆動用動力ケーブルは省略されている。Ｘ駆動モータのコイル部材は固定プレート２に取り付けられることから、かかるコイル部材はＸ方向及びＹ方向のいずれにも運動しておらず、駆動用動力ケーブルを何ら問題なくドライバに接続することができるからである。

また、図１及び図３中に示すセンサ用信号ケーブル１０も平帯状のＦＰＣからなり、中間プレート４から引き出されてドライバ９に接続されている。このセンサ用信号ケーブル１０は前記隔壁７４とケーブル抑え７６との間に挟まれた状態で中間プレート４から引き出されており、自在に湾曲し得る方向が中間プレート４の固定プレート２に対する移動方向であるＸ方向に合致している。すなわち、センサ用信号ケーブル１０は中間プレート４のＸ方向への移動に対して柔軟に追従することが可能となっており、中間プレート４のＸ方向への移動を阻害しないように構成されている。

本発明を適用したＸＹテーブルアクチュエータの実施形態を示す斜視図である。実施形態に係るＸＹテーブルアクチュエータの固定プレートを示す斜視図である。実施形態に係るＸＹテーブルアクチュエータから可動プレートを取り除いた状態を示す斜視図である。ドライバとＹ駆動モータを接続する駆動用動力ケーブルを示す斜視図である。図４に示した駆動用動力ケーブルを展開した状態を示す斜視図である。

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…可動プレート、７…Ｙ駆動モータ、２０…収容溝、８…駆動用動力ケーブル、９…ドライバ、８０…Ｙ方向余裕部、８１…Ｘ方向余裕部、８２…湾曲部

Claims

固定プレートと、この固定プレートに積み重ねられると共に該固定プレートに対してＸ方向へ移動自在な中間プレートと、この中間プレートに積み重ねられると共に該中間プレートに対してＹ方向へ移動自在な可動プレートと、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方向リニアモータと、前記可動プレートを前記中間プレートに対してＹ方向へ推進するＹ方向リニアモータと、前記Ｘ方向モータ及びＹ方向モータに動力ケーブルを介して駆動電流を供給するドライバとから構成され、
前記Ｙ方向リニアモータは、前記中間プレートに搭載される固定子マグネットと、前記可動プレートに搭載されるコイル部材とから構成され、
前記ドライバから前記Ｙ方向リニアモータのコイル部材に対して駆動電流を供給する動力ケーブルは特定方向へ自在に湾曲可能な平帯状のフレキシブルプリント基板からなり、
前記動力ケーブルは、Ｌ字状に成形され、前記中間プレートに固定される中間部と、この中間部に対して９０°屈曲すると共に当該中間部と前記コイル部材を接続し前記中間プレートに対する可動プレートのＹ方向の動きを許容するＹ方向余裕部と、前記中間部に対して９０°屈曲して当該中間部から連続すると共に湾曲可能方向をＸ方向に合致させた状態で前記コントローラに接続されるＸ方向余裕部と、から構成されることを特徴とするＸＹテーブルアクチュエータ。