(57)【要約】【課題】  スライダが脱調した時の復調に対するずれ角に対して改善を施すと共に、作業の効率化をはかった平面モータ装置を提供する。【解決手段】  ＸＹステージと、このＸＹステージ上を移動するスライダと、このスライダのＸＹ方向への移動を制御する制御手段とを備えた平面モータ装置において、前記スライダはＸ，Ｙ方向の少なくともひとつの方向に２系統で推力を発生させる推力発生手段を有し、正常時には前記２系統推力が同方向に駆動され、脱調時には一方の推力を逆方向に駆動するように構成し、ＸＹステージ上に２個のスライダを設けた。【選択図】                    図１
2006201913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹステージと、このＸＹステージ上を移動するスライダと、このスライダのＸＹ方向への移動を制御する制御手段とを備えた平面モータ装置において、前記スライダはＸ，Ｙ方向の少なくともひとつの方向に２系統で推力を発生させる推力発生手段を有し、正常時には前記２系統推力が同方向に駆動され、脱調時には一方の推力を逆方向に駆動するように構成したことを特徴とする平面モータ装置。
【請求項２】
ＸＹステージ上に２個のスライダを設けたことを特徴とする請求項１記載の平面モータ装置。
【請求項３】
２個のスライダはそれぞれ作業点を有し、その作業点の位置を交換するように駆動することを特徴とする請求項２に記載の平面モータ装置。
【請求項４】
２個のスライダのうち一方のスライダが脱調した場合は２つのスライダを衝突させて脱調したスライダの位置を復調させることを特徴とする請求項２又は３に記載の平面モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超精密加工機や検査装置などの被加工物又は原盤を高速で高精度に位置決めする平面モータ装置に関し、格子プラテン上をＸＹ軸方向にスライドするスライダの脱調からの復調を図った平面モータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
格子プラテンと、その上面をＸＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダを有する平面モータ装置の構造に関する技術としては例えば下記のようなものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【０００４】
図４は上記特許文献１に開示されている平面モータ装置の基本構成を示す斜視図である。図において、１０は水平に固定配置された格子プラテンであり、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略のため一部の歯だけを示している。格子プラテンは磁性体の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。
【０００５】
２０は、格子プラテン上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置決め制御されるスライダ部であり、この上部にワーク及び位置決めの対象となるターゲット（図示せず）が搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１０に対向する裏面にノズルが設けられていて圧縮空気を噴射させることでスライダ２０を格子プラテン１０上に浮揚させる。
【０００６】
３１及び３２はスライダ部２０の上部にＸ方向に所定距離を持って固定配置された第１のＸ軸センサ及び第２のＸ軸センサである。３３は同様にスライダ部２０の上部に固定配置されたＹ軸センサである。
【０００７】
１１は、格子プラテン１０のＸ軸の一端部にＸ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＸ軸ミラーであり、第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２と対向する。１２は、格子プラテン１０のＹ軸の一端部にＹ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＹ軸ミラーであり、Ｙ軸センサ３３と対向する。
【０００８】
第１のＸ軸センサ３１、第２のＸ軸センサ３２及びＹ軸センサ３３は光学的な距離測定装置であり、レーザ光をＸ軸ミラー１１及びＹ軸ミラー１２に照射し反射光を受光し干渉を利用して移動距離を測定することでスライダ部２０のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸ１及びＰＸ２は第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ軸方向距離測定値である。
【０００９】
ブロック４はＸＹサーボドライバであり、座標変換手段４１，第１Ｘ軸ドライバ４２，第２Ｘ軸ドライバ４３，Ｙ軸ドライバ４４よりなる。座標変換手段４１は、測定値ＰＸ１，ＰＸ２及びＰＹを入力し第１Ｘ軸ドライバ４２に測定座標Ｘを、第２Ｘ軸ドライバ４３にヨーイング回転角（Ｚ軸の回転角）θを、Ｙ軸ドライバ４４に測定座標Ｙを出力する。
【００１０】
第１Ｘ軸ドライバ４２は、測定座標Ｘと上位装置から与えられる目標位置信号ＳＸの偏差を演算してスライダ２０に搭載された平面モータで実現されるＸ１モータに駆動電流ＭＸ１を出力する。
【００１１】
第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング回転角θと設定値０°との偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＸ２モータに駆動電流ＭＸ２を出力する。Ｙ軸ドライバ４４は、測定座標Ｙ上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹの偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＹ１モータ及びＹ２モータに共通の駆動電流ＭＹを出力する。
【００１２】
図５はＸＹサーボドライバ４を構成する各要素の具体的構成及びスライダ２０に搭載されるＸ１，Ｘ２モータ、Ｙ１，Ｙ２モータの配置を説明する機能ブロック図である。座標変換手段４１の演算内容は、測定値ＰＸ１及びＰＸ２の加算演算で測定座標Ｘを出力する。測定値ＰＹはそのまま測定座標Ｙとして出力する。測定値ＰＸ１及びＰＸ２の減算値より所定の関数演算でＺ軸回転角即ちヨーイング角θを算出して出力する。
【００１３】
第１Ｘ軸ドライバ４２は、目標位置信号ＳＸと測定座標Ｘとの偏差を入力するＸ位置速度制御手段４２１と、その推力指令ＦＸ１を受けてスライダ部２０のＸ１モータ５１に駆動電流ＭＸ１を出力するＸ１電流制御手段４２２よりなる。
【００１４】
第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング角θと設定値０°との偏差を入力するθ位置速度制御手段とその推力指令ＦＸ２を受けてスライダ部２０のＸ２モータ５２に駆動電流ＭＸ２を出力するＸ２電流制御手段４２２よりなる。
【００１５】
Ｙ軸ドライバ４４は、目標位置信号ＳＹと測定座標Ｙとの偏差を入力するＹ位置速度制御手段４４１とその推力指令ＦＹを受けてスライダ部２０のＹ１モータ６１及びＹ２モータ６２に共通の駆動電流ＭＹを出力するＹ電流制御手段４２２よりなる。
【００１６】
Ｘ位置速度制御手段４２１の出力は、θ位置速度制御手段４３１の出力に加算されて推力指令ＦＸ２としてＸ２電流制御手段４３２に入力される。θ位置速度制御手段４３１の出力は、Ｘ位置速度制御手段４２１の出力に減算され推力指令ＦＸ１としてＸ１電流制御手段４２２に入力される。
【００１７】
スライダ部２０に搭載されるＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２モータは、中心点Ｑに対してＸ１，Ｘ２モータ及びＹ１，Ｙ２モータが互いに対角となるように配置されており、Ｘ１モータ及びＸ２モータについては異なる駆動電流を受けるとＱ点を中心にＺ軸の周りに回転力を発生し、これがＸ軸のヨーイング抑制の操作力となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上記図４，５に示す平面モータ装置において、スライダ２０は格子プラテン１０上の端部のＸＹ方向に沿って配置されたＸ軸及びＹ軸ミラー１１，１２に平行にスライドするように構成されている。しかしながら、何らかの原因（例えばプラテン上に置き忘れたワークや工具などに衝突して）でスライダ２０が脱調し、ミラーに対する平行度が大きくずれてしまうことがあった（正常に動作しているときの角度補正の限界は例えば１００角度秒、脱調は例えば±０．３度以上のずれをいうものとする）。
なお、通常、ステッピングモータでいう脱調は電気的な入力に対して回転子の位置が異なることであるが、本発明における脱調とはスライダとプラテンの歯ピッチの相対的な位置がずれることをいう。
【００１９】
図６（ａ，ｂ，ｃ）はスライダ２０が脱調した場合の復調方法を示すもので、７０はプラテン（図示省略）の端部に配置されたストッパである。
図６（ａ）に示すようにスライダ２０は矢印方向に自走して図６（ｂ）に示すようにストッパに衝突し、図６（ｃ）に示すようにＸＹ方向に沿って配置されたミラーに対する平行度のずれが正常に復帰する（この場合、自走可能な傾きは例えば±１．７度程度である）。
【００２０】
しかしながら、このような復調方法においては図６（ｂ）でストッパ７０に衝突した際に破損の恐れがある。また、スライダ２０が自走可能なずれは１．７度程度なので、例えば図６（ｄ）に示すように１．７度を大きく超えてずれた場合は自動復帰が不可能という問題があった。
また、従来はプラテン１０上で一つのスライダ２０にワーク（図示省略）を取り付け、そのワークに対して超精密加工機や検査を行い、その後これを取り外して次に加工するワークを取り付けている。そのため効率が悪いという問題があった。
【００２１】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、スライダが脱調した時の復調に対するずれ角に対して改善を施すことを第１の目的とし、作業の効率化を図るためにスライダを同一プラテン上に２個設けると共に脱調した場合の復調の改善を図ることを第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の平面モータ装置の発明は、
ＸＹステージと、このＸＹステージ上を移動するスライダと、このスライダのＸＹ方向への移動を制御する制御手段とを備えた平面モータ装置において、前記スライダはＸ，Ｙ方向の少なくともひとつの方向に２系統で推力を発生させる推力発生手段を有し、正常時には前記２系統推力が同方向に駆動され、脱調時には一方の推力を逆方向に駆動するように構成したことを特徴とする。
【００２３】
請求項２においては、請求項１記載の平面モータ装置において、
ＸＹステージ上に２個のスライダを設けたことを特徴とする。
【００２４】
請求項３においては、請求項２に記載の平面モータ装置において、
２個のスライダはそれぞれの作業点を有し、その作業点の位置を交換するように駆動することを特徴とする。
【００２５】
請求項４においては、請求項２又は３に記載の平面モータ装置において、
２個のスライダのうち一方のスライダが脱調した場合は２つのスライダを衝突させて脱調したスライダの位置を復調させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、
ＸＹステージと、このＸＹステージ上を移動するスライダと、このスライダのＸＹ方向への移動を制御する制御手段とを備えた平面モータ装置において、前記スライダはＸ，Ｙ方向の少なくともひとつの方向に２系統で推力を発生させる推力発生手段を有し、正常時には前記２系統推力が同方向に駆動され、脱調時には一方の推力を逆方向に駆動するように構成したので、スライダが脱調した時に所定の角度であれば従来復調不可能であったずれに対しても対応することができる。
【００２７】
請求項２，３，４に記載の発明によれば、ＸＹステージ上に２個のスライダを設けたので、作業効率を向上させることができ、一方のスライダが脱調した場合は他のスライダを衝突させて復調させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係る平面モータ装置の要部構成図、図１（ｂ）は本発明に用いるスライダ部９０のＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２モータのコアの配列を示す図である。図１（ａ，ｂ）において、図４，５に示す従来の平面モータ装置と同一要素には同一符号を付している。
【００２９】
本発明においては、ＸＹサーボドライバ８０内に従来と同様の機能を有する座標変換手段８１を設け、更に脱調検出手段８２及び第１Ｘ軸ドライバ４２及び第２Ｘ軸ドライバ４３の少なくとも一方に方向の異なる推力をステッピングモータモードで発生させるステッピングモータモード電流指令手段８３を設けたものである。
【００３０】
即ち、従来の座標変換手段４１は第１，第２Ｘ軸ドライバ４２,４３に対し同一方向に流れる電流の強さを変化させる信号を発生してスライダのヨーイング角を制御するのみであった。
【００３１】
本発明では図１（ｂ）に示すように矩形状に形成されたスライダ部９０に対し、中央部に配置されたＹ１，Ｙ２軸系コア９０ｃ，９０ｄを挟んで両辺にＸ１，Ｘ２軸系コア９０ａ，９０ｂが配置されている。このスライダ部９０はＸ１，Ｘ２軸系コア９０ａ，９０ｂがＹ軸ミラー１２に対して平行になるように配置される。
【００３２】
そして本発明ではスライダのずれが干渉計による検出可能角度を超え、干渉計異常検出手段８４およびスライダ角度検出手段８５により異常が検出された時に脱調したと判断する。そしてその干渉計異常信号およびスライダ角度信号から脱調角度を判断する。さらにその値を元に復帰のための回転方向や電流の絶対値などが求められ、ステッピングモータモード電流決定手段８３から第２Ｘ軸ドライバ４３に信号を送信する。
【００３３】
図２はスライダ９０のＸ１，Ｘ２軸系コア９０ａ，９０ｂがそれぞれ逆方向に駆動され、中心点Ｑに対して異なる方向の力Ｆｘ１，Ｆｘ２を発生している状態を示している。実験によればスライダ９０のずれが３．５度程度の脱調までは自動復帰が可能であり、従来のように自走してストッパ７０で復調可能な１．７程度に比較して２倍程度のずれに対しても対応可能となる。
【００３４】
図３（ａ）は格子プラテン１０上に第１スライダ９０と第２スライダ９０’を配置した状態を示すもので、図では省略するがこれらのスライダはそれぞれ図１に示す構成の平面モータ装置と同様の構成となっている。そしてこれらのスライダ９０，９０’は格子プラテン１０上を移動経路に沿って作業点Ａから作業点Ｂに移動する。その移動の速度と経路は図示しない制御手段により制御される。
【００３５】
このように、格子プラテン１０上に２つのスライダを配置して作業点Ａ，Ｂを移動させれば、例えば作業点Ａにおいて超精密加工機や検査を行い、作業点Ｂにおいて次に加工するワークを取り付けるようなことが可能となり作業効率を向上させることができる。
【００３６】
図３（ｂ）はスライダが何らかの原因（例えばプラテン上に置き忘れたワークや工具などに衝突して）でスライダ９０が自力では復調不可能な状態に脱調した場合の復調方法を示すものである。この場合スライダ９０’は正常に機能しているものとし、スライダ９０は図３（ａ）に示す移動経路上にあるものとする。
【００３７】
この様な場合、第２スライダ９０’で脱調した第１スライダ９０を押すことにより復調が可能である。この場合、脱調した第２スライダ９０のずれ角度が大きいと比較的に小さな力で押せるので従来のようにストッパに衝突させて復調させる場合に比較してスライダの破損を防止することができる。
【００３８】
このように本発明による２つのスライダを用いれば作業効率を向上できるだけでなく自力での復調可能角度がおおきくなり、自力での復調が不可能な場合でも正常なスライダを使用することにより復調が可能となる。
【００３９】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば、本実施例ではＸ軸系コアでＹ系コアを挟んだスライダを示したがこの配置は逆であってもよく、スライダの位置検出方式はスライダにミラーを搭載し格子プラテンの２辺に距離センサを備えたものであってもよい。
したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る平面モータ装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係るスライダの脱調からの復調例を示す説明図である。
【図３】スライダを２つ用いた本発明に係る平面モータ装置とスライダ復調例を示す説明図である。
【図４】従来の平面モータ装置の基本構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示す従来の平面モータ装置の機能ブロック図である。
【図６】従来の平面モータ装置による脱調スライダの復調方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
４，８０  ＸＹサーボドライバ
１０  格子プラテン
１１  Ｘ軸ミラー
１２  Ｙ軸ミラー
２０，９０  スライダ部
２１  浮揚手段
３１  第１Ｘ軸センサ
３２  第２Ｘ軸センサ
３３  Ｙ軸センサ
４１，８１  座標変換手段
４２  第１Ｘ軸ドライバ
４３  第２Ｘ軸ドライバ
４４  Ｙ軸ドライバ
８２  脱調・脱調角度検出手段
８３  ステッピングモータモード電流指令手段
８４  干渉計異常検出手段
８５  スライダ角度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006201913.tif 000007
【図６】
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