(57)【要約】  【課題】  直動アクチュエータの移動量に対するテーブルの移動量をより正確に把握することのできるテーブルの自由運動機構を提供する。  【解決手段】  ＸＹθテーブル１は、同一平面上でベース３と相対的に縦横移動、旋回するテーブル２と、テーブル２と対向するベース３と、テーブル２を自由運動させるテーブル運動機構４、４′、４″と、を備え、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれは、ベース３上面に装着され、テーブル運動機構の一端側を回動可能に支持する第１のピボット６と、テーブル２下面に装着され、テーブル運動機構の他端側を回動可能に支持する第２のピボット６′と、これらのピボット６、６′間に設けられた直動アクチュエータ７と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上で支持台と相対的に自由運動するテーブルと、テーブルと対向してテーブルを支持する支持台と、同一平面上でテーブルを支持台と相対的に自由運動させる複数のテーブル運動手段と、を備え、
複数のテーブル運動手段のそれぞれは、支持台上面に装着され、テーブル運動手段の一端側を回動可能に支持する第１の回動支持部材と、テーブル下面に装着され、テーブル運動手段の他端側を回動可能に支持する第２の回動支持部材と、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との間にあってテーブルを駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とするテーブルの自由運動機構。
【請求項２】
請求項１に記載のテーブルの自由運動機構において、
テーブルと支持台は、複数の転動体を介して相対的に自由運動可能な案内平面を共有することを特徴とするテーブルの自由運動機構。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のテーブルの自由運動機構において、
テーブルと支持台の間に介在し、転動体を保持する転動体保持手段を備えたことを特徴とするテーブルの自由運動機構。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のテーブルの自由運動機構において、
テーブル運動手段の他端側下部が支持台に接触しながら回動するよう、第２の回動支持部材の下部に設けられた接触回動部材を備えたことを特徴とするテーブルの自由運動機構。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のテーブルの自由運動機構において、
駆動手段は、第１の回動支持部材に連結されたモータと、モータ回転軸に連結されると共に第２の回動支持部材に連結されたボールねじナット部と、を備え、モータの回転によってボールねじナット部のねじナットがモータの軸方向に移動することにより、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との距離を変更するようにした直動アクチュエータであることを特徴とするテーブルの自由運動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一平面内に配された直動アクチュエータなどからなる複数のテーブル運動手段を有し、テーブルの縦横移動および任意の点を中心とする旋回を可能としたテーブルの自由運動機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のテーブルの自由運動機構は、支持台上をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動可能な支持ユニットを有し、この支持ユニットには、その側面に平行に配置された第１、第２のリニアアクチュエータ（以下、直動アクチュエータという）と、この２つの直動アクチュエータと直交する第３の直動アクチュエータと、を設け、第１〜第３の直動アクチュエータのそれぞれの一端部には、回転ジョイント（「ヒンジ部」、「軸受本体」に相当する）を設け、さらに回転ジョイントに隣接し、第１〜第３の直動アクチュエータの進行方向と直交するようにリニアガイド（「レール」に相当する）を設けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、第１〜第３の直動アクチュエータを所定の制御ソフトにより駆動制御することで、支持ユニットをＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動させてテーブルを位置決めしている。
【特許文献１】特開平９−１５５６６６号公報（第３頁中段〜第５頁上段、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のテーブルの自由運動機構においては、第１〜第３の直動アクチュエータの進行方向と直交する第１〜第３のリニアガイドを有するために、テーブルの運動方向の剛性をさらに向上させることが難しいばかりでなく、回転ジョイントがリニアガイドによってスライドすることにより、テーブルに対する回転ジョイントの作用位置が変位するために、テーブルの運動精度に限界があり、テーブルの位置決め精度に影響を及ぼす。さらに、回転ジョイントがリニアガイドを介してテーブルに連結されているために、リニアガイドがテーブルの運動方向の剛性を減ずる一因となっている。この影響を排除して位置決め精度を向上させるためには、さらに改善の余地がある。
【０００４】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、直動アクチュエータの移動量に対するテーブルの移動量をより正確に把握することのできる、テーブルの自由運動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のテーブルの自由運動機構（例えば「ＸＹθステージ」に相当する）は、同一平面上で支持台と相対的に自由運動するテーブルと、テーブルと対向してテーブルを支持する支持台（例えば「ベース」に相当する）と、同一平面上でテーブルを支持台と相対的に自由運動させる複数のテーブル運動手段（例えば「テーブル運動機構」に相当する）と、を備え、複数のテーブル運動手段のそれぞれは、支持台上面に装着され、テーブル運動手段の一端側を回動可能に支持する第１の回動支持部材（例えば「ピボット」に相当する）と、テーブル下面に装着され、テーブル運動手段の他端側を回動可能に支持する第２の回動支持部材（例えば「ピボット」に相当する）と、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との間にあってテーブルを駆動する駆動手段（例えば「直動アクチュエータ」に相当する）と、を備えた構成を有している。ここで、自由運動とは、後述するようにＸ方向、Ｙ方向の縦横移動、θ方向の旋回をいう。
【０００６】
また、請求項２に係る本発明のテーブルの自由運動機構は、請求項１に記載のテーブルの自由運動機構において、テーブルと支持台は、複数の転動体を介して相対的に自由運動可能な案内平面（例えば「転動支持部」によって形成される）を共有する構成を有している。
【０００７】
また、請求項３に係る本発明のテーブルの自由運動機構は、請求項１又は請求項２に記載のテーブルの自由運動機構において、テーブル運動手段の他端側下部が支持台に接触しながら回動するよう、第２の回動支持部材の下部に設けられた接触回動部材（例えば「第３の転動保持体」に相当する）を備えた構成を有している。
【０００８】
また、請求項４に係る本発明のテーブルの自由運動機構は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のテーブルの自由運動機構において、テーブルと支持台の間に介在し、転動体を保持する転動体保持手段（例えば「転動支持部」に相当する）を備えた構成を有している。
【０００９】
また、請求項５に係る本発明のテーブルの自由運動機構は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のテーブルの自由運動機構において、駆動手段は、第１の回動支持部材に連結されたモータ（例えば「ステッピングモータ」又は「サーボモータ」に相当する）と、モータ回転軸に連結されると共に第２の回動支持部材に連結されたボールねじナット部（例えば「ボールねじ部」および「ナット部」に相当する）と、を備え、モータの回転によってボールねじナット部のねじナットがモータの軸方向に移動することにより、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との距離を変更するようにした直動アクチュエータである構成を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、複数のテーブル運動手段のそれぞれの、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との間に駆動手段を設けることにより、直動アクチュエータの移動量（直動アクチュエータの「伸縮量」、「伸長量」又は「短縮量」に相当する）に対するテーブルの移動量をより正確に把握できるという効果を有するテーブルの自由運動機構を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の一形態に係るＸＹθステージについて、図面を用いて説明する。このＸＹθステージは、本発明のテーブルの自由運動機構を適用したものである。ここで、自由運動とは、Ｘ方向、Ｙ方向の縦横移動、θ方向の旋回をいう。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るＸＹθステージを図１に示す。また、図１のテーブル運動機構４の構成を図２に示す。ここでは、図１の左右方向をＸ方向とし、上下方向をＹ方向として説明する。また、図１のテーブル運動機構４、４′、４″がいずれも同様の構成を有しているために、同一構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。
【００１２】
図１において、ＸＹθステージ１は、Ｘ方向、Ｙ方向の縦横移動およびθ方向の旋回が可能なテーブル２（上テーブル２ａ、下テーブル２ｂ、中テーブル２ｃ）と、テーブル２を支持するベース３と、上テーブル２ａ下面に一端が支持され、ベース３上面に他端が支持されたテーブル運動機構４、４′、４″と、テーブル運動機構４、４′、４″よりステージ中心側で、中テーブル２ｃ、下テーブル２ｂとベース３との間に介在する転動支持部５と、を有する構成である。ここで、テーブル２およびベース３は、略方形枠状であって中央部に円形の窓部が形成されている。この円形の窓部により、テーブル２およびベース３を貫通する空間が形成されている。また、３つのテーブル運動機構４、４′、４″は、略方形枠の３辺にそれぞれ配置されている。すなわち、テーブル運動機構４′とテーブル運動機構４″とが略平行に対向し、テーブル運動機構４と、テーブル運動機構４′、４″とが、略直交するように配置されている。なお、上テーブル２ａと中テーブル２ｃを一体形成するようにしてもよい。また、上記円形の窓部を円形以外の形状（例えば、方形）としてもよい。
【００１３】
転動支持部５（リテーナ）は、複数の転動体５ａを転動可能に保持している。ここでは、中テーブル２ｃ、下テーブル２ｂの双方とベース３との間に、複数の転動体５ａを介装することにより、テーブル２がベース３に対して相対回転できるようにしている。ここで、転動体５ａとしては、例えばセラミックス製、スチール製などのボールを適用することができる。
【００１４】
また、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれは、駆動源としてのモータ７ａ、モータ回転軸に連なるボールねじ部７ｃおよびナット部７ｂを有し、テーブル２をモータ回転軸方向に駆動する直動アクチュエータ７と、直動アクチュエータ７のモータ側に連結されると共に、ベース３上面に装着された第１のピボット６（「回転ジョイント」に相当する）と、直動アクチュエータ７のナット部７ｂ側に連結されると共に、上テーブル２ａ下面に装着された第２のピボット６′（「回転ジョイント」に相当する）と、を有している。さらに、モータ７ａの正逆転によって、ボールねじ部７ｃがモータ回転軸周りに正逆転し、この正逆転でナット部７ｂがモータ回転軸方向に移動するように構成されている。ここで、モータ７ａとしては、ステッピングモータ又はサーボモータを適用することができる。
【００１５】
図２に示す回動支持部材としての第１のピボット６においては、第１の軸受内輪６ｃが、ベース３側の第１の軸６ｂに固着されている。第１の軸受内輪６ｃには、複数の転動体６ａが転動可能に保持されている。第１の軸受内輪６ｃの外側には、第１の軸受外輪６ｄが複数の転動体６ａを介して装着されている。第１の軸受外輪６ｄは、直動アクチュエータ７の固定側一端に固定連結されている。ここでは、第１の軸受外輪６ｄが、複数の転動体６ａの転動によって第１の軸受内輪６ｃと相対回転するように構成されている。また、回動支持部材としての第２のピボット６′においては、回動支持部材としての第２の軸受内輪６ｃ′が、上テーブル２ａ側の第２の軸６ｂ′に固着されている。第２の軸受内輪６ｃ′には、複数の転動体６ａ′が転動可能に保持されている。第２の軸受内輪６ｃ′の外側には、第２の軸受外輪６ｄ′が複数の転動体６ａ′を介して装着されている。第２の軸受外輪６ｄ′は、直動アクチュエータ７の移動側他端に固定連結されている。ここでは、第２の軸受外輪６ｄ′が、複数の転動体６ａ′の転動によって第２の軸受内輪６ｃ′と相対回転するように構成されている。ここで、転動体６ａ、６ａ′としては、例えばセラミックス製、スチール製などのボールを適用することができる。
【００１６】
なお、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７は、例えばマイクロコンピュータを主な構成要素とする専用コントローラ（不図示）にて駆動制御するようにしている。具体的には、予め専用コントローラに記憶されたプログラム、又は専用コントローラの操作パネルの操作による指令により、専用コントローラが、ＸＹθステージ１に設けられた位置センサ（不図示）からの信号を受信し、この信号に応じてそれぞれの直動アクチュエータ７に対し、駆動信号を送信して、それぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａの回転角を同時に制御するようにしている。この制御によって、ナット部７ｂが上記回転角に相当する所定の位置まで移動する。
【００１７】
ここで、直動アクチュエータ７の駆動手順を図３に示す。ここでは、専用コントローラが３つの直動アクチュエータ７の駆動を制御することにより、いわゆる３軸制御を実現している。
【００１８】
まず、上述したように専用コントローラにＸ方向、Ｙ方向、θ方向のいずれかの指令を与えると、専用コントローラは、テーブル２の現在位置の座標（Ｘ０，Ｙ０，θ０）、移動完了すべき位置の座標（Ｘ１，Ｙ１，θ１）を入力し（Ｓ１０１、Ｓ１０２）、これらの値の差から、テーブル移動量（ΔＸ，ΔＹ，Δθ）を演算する（Ｓ１０３）。このテーブル移動量（以下、単に「移動量」ともいう）は、ΔＸ＝Ｘ０−Ｘ１、ΔＹ＝Ｙ０−Ｙ１、Δθ＝θ０−θ１として表される。この移動量から、単位時間当たりの移動量（ΔＸ／Δｔ，ΔＹ／Δｔ，Δθ／Δｔ）を演算する（Ｓ１０４）。
【００１９】
次いで、３つの直動アクチュエータ７の現在長さ（Ｓ０，Ｔ０，Ｕ０）と、上記移動量に相当する伸縮すべき長さ（Ｓ１，Ｔ１，Ｕ１）とから、３つの直動アクチュエータ７の伸長量又は短縮量（ΔＳ，ΔＴ，ΔＵ）を演算し（Ｓ１０５）、この伸長量又は短縮量（「直動アクチュエータの移動量」に相当する）から、単位時間当たりの伸長量又は短縮量（ΔＳ／Δｔ，ΔＴ／Δｔ，ΔＵ／Δｔ）を演算する（Ｓ１０６）。
【００２０】
次いで、専用コントローラに内蔵されたクロック発生回路からのクロックにより、それぞれのモータ７ａに対して、上記単位時間当たりの伸長量又は短縮量に応じた指令値（回転角）を順次与える（Ｓ１０７）。この指令値により、それぞれの第２のピボット６′は、上記クロックを介して互いに同期し、ベース３内の３つの第１のピボット６の幾何学的位置関係、およびテーブル２内の３つの第２のピボット６′の幾何学的位置関係を保ちながら、ベース３に対するテーブル２のＸＹθ方向の位置を、上記移動完了すべき位置まで移動させる（Ｓ１０８）。
【００２１】
ここで、従来のリニアガイドを介してピボット軸を連結するようにした構成では、リニアガイドの作用により例えば、一つのテーブル運動機構（テーブル運動機構４に相当する）のアクチュエータの伸縮方向に対し、二つのテーブル運動機構（テーブル運動機構４′、４″に相当する）は９０度位相が異なるために、それぞれのモータはテーブル位置を保持させるための作用力を発生させない。これに対し、本実施形態では上述した構成によりテーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータが、ＸＹθの全ての方向に対して位置を保持させるための作用力を発生させる。
【００２２】
以上のように構成されたＸＹθステージ１について、その作用を説明する。
【００２３】
まず、図１の状態からテーブル２をＸ方向（例えば図１中、右方向）へ移動させる場合について述べる。この場合、上記専用コントローラに対してＸ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して、同時に所定の移動量に相当する回転角だけ正転するように指令する。この指令で、それぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａを正転させ、この正転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを正転させ、それぞれのナット部７ｂを移動させる。
【００２４】
ここで、テーブル運動機構４の第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、直動アクチュエータ７の伸長量（「ナット部７ｂの移動量」に相当する）に応じ、テーブル２がＸ方向（図１中、右方向）に押され、転動支持部５の転動体５ａの転動によって移動しようとする。また、テーブル運動機構４′、４″の双方の第１の軸６ｂがベース３に装着され、双方の第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、テーブル運動機構４′、４″の直動アクチュエータ７の伸長量に応じ、テーブル運動機構４′、４″は回動伸長され、転動支持部５の転動体５ａの転動によって移動しようとする。
【００２５】
よって、Ｘ方向におけるテーブル運動機構４の直動アクチュエータ７の伸長量に相当する部品間の距離の変化は、テーブル運動機構４′、４″にテーブル運動機構４の伸長量に相当する旋回によって生じる幾何学的変化量を与えることで吸収され、テーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＸ方向（図１中、右方向）に移動する。このとき、テーブル運動機構４′、４″の双方の第１の軸受外輪６ｄと第１の軸受内輪６ｃは、転動体６ａの転動で相対回転し、双方の第２の軸受外輪６ｄ′と第２の軸受内輪６ｃ′は、転動体６ａ′の転動で相対回転する。
【００２６】
次いで、図１の状態からテーブル２をＹ方向（例えば図１中、下方向）へ移動させる場合について述べる。この場合、上記専用コントローラに対してＹ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して、同時に所定の移動量に相当する回転角だけ正転するように指令する。この指令で、それぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａを正転させ、この正転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを正転させ、それぞれのナット部７ｂを移動させる。
【００２７】
ここで、テーブル運動機構４′、４″双方の第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、テーブル運動機構４′、４″双方の直動アクチュエータ７の伸長量（「ナット部７ｂの移動量」に相当する）に応じ、テーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＹ方向（図１中、下方向）に移動しようとする。また、テーブル運動機構４の第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、テーブル運動機構４の直動アクチュエータ７の伸長量に応じ、テーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によって回動伸長しようとする。
【００２８】
よって、Ｙ方向におけるテーブル運動機構４′、４″の直動アクチュエータ７の伸長量に相当する部品間の距離の変化は、テーブル運動機構４にテーブル運動機構４′、４″の伸長量に相当する旋回によって生ずる幾何学的変化量を与えることで吸収され、テーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＹ方向（図１中、下方向）に移動する。このとき、テーブル運動機構４の第１の軸受外輪６ｄと第１の軸受内輪６ｃは、転動体６ａの転動で相対回転し、第２の軸受外輪６ｄ′と第２の軸受内輪６ｃ′は、転動体６ａ′の転動で相対回転する。
【００２９】
次いで、図１の状態からテーブル２をＸＹ方向（例えば図１中、右下方向）へ移動させる場合について述べる。この場合、上記専用コントローラに対してＸＹ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して、同時に所定の移動量に相当する回転角だけ正転するように指令する。この指令で、それぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａを正転させ、この正転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを正転させ、それぞれのナット部７ｂを移動させる。
【００３０】
ここで、テーブル運動機構４の第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、テーブル２は、テーブル運動機構４の直動アクチュエータ７の伸長量（「ナット部７ｂの移動量」に相当する）に応じ、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＸ方向（図１中、右方向）に移動しようとする。また、テーブル運動機構４′、４″双方の第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されているために、テーブル２は、テーブル運動機構４′、４″双方の直動アクチュエータ７の伸長量に応じ、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＹ方向（図１中、下方向）に移動しようとする。よってテーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によってＸＹ方向（ここでは図１中、右下方向）に移動する。換言すれば、テーブル２は、Ｘ方向、Ｙ方向へ同時に移動する。
【００３１】
このとき、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの第１の軸受外輪６ｄと第１の軸受内輪６ｃは、転動体６ａの転動で相対回転し、それぞれの第２の軸受外輪６ｄ′と第２の軸受内輪６ｃ′は、転動体６ａ′の転動で相対回転する。
【００３２】
次いで、図１の状態からテーブル上の任意の点（例えば、テーブル中心）を旋回中心として、テーブル２をθ方向（例えば反時計回り）へ旋回させる場合について述べる。この場合、上記専用コントローラに対してθ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して、同時に所定の移動量（同一の移動量）に相当する回転角だけ正転又は逆転するように指令する。この指令で、テーブル運動機構４、４″双方の直動アクチュエータ７のモータ７ａを逆転させ、これらの逆転で、双方のボールねじ部７ｃを逆転させ、双方のナット部７ｂを図１中、左方向、上方向に移動させると共に、テーブル運動機構４′の直動アクチュエータ７のモータ７ａを正転させ、この正転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを正転させ、それぞれのナット部７ｂを図１中、下方向に移動させる。これらテーブル運動機構４、４′、４″のモータ７ａが、それぞれに指令された動作量に応じて回転することで、テーブル２は旋回運動する。
【００３３】
ここで、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されており、それぞれの直動アクチュエータ７の駆動方向がテーブル２の旋回方向に沿うように設定されているために、テーブル２は、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７の伸長量又は短縮量（「それぞれのナット部７ｂの移動量」に相当する）に応じ、転動支持部５の転動体５ａの転動によって、テーブル中心周りにθ方向へ旋回する。なお、本実施形態では、上記窓部を挟んで対向し、略平行に配置されたテーブル運動機構４′、４″について、双方の直動アクチュエータ７の駆動方向が逆になるように設定し、テーブル運動機構４′、４″双方と直交するテーブル運動機構４については、その直動アクチュエータ７の駆動方向がテーブル２の旋回方向に沿うように設定したが、その配置については、他の角度を用いても同様に作用する。
【００３４】
次いで、図１の状態からテーブル中心と異なる任意の点を旋回中心としてテーブル２をθ方向（例えば反時計回り）へ旋回させる場合について述べる。この場合、上記専用コントローラに対してθ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して、同時に所定の移動量（例えば、それぞれ異なる移動量）に相当する回転角だけ正転又は逆転するように指令する。この指令で、テーブル運動機構４、４″双方の直動アクチュエータ７のモータ７ａを逆転させ、これらの逆転によって双方のボールねじ部７ｃを逆転させ、双方のナット部７ｂを図１中、左方向、上方向に移動させると共に、テーブル運動機構４′の直動アクチュエータ７のモータ７ａを正転させ、この正転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを正転させ、それぞれのナット部７ｂを図１中、下方向に移動させる。これらテーブル運動機構４、４′、４″のモータが、それぞれ指令された動作量に応じて回転することでテーブル２は旋回運動する。
【００３５】
ここで、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの第１の軸６ｂがベース３に装着され、第２の軸６ｂ′が上テーブル２ａに装着されており、それぞれの直動アクチュエータ７の駆動方向がテーブル２の旋回方向に沿うように設定されているために、テーブル２は、転動支持部５の転動体５ａの転動によって、テーブル中心以外を旋回中心としてθ方向へ旋回する。なお、本実施形態では、上記窓部を挟んで対向し、略平行に配置されたテーブル運動機構４′、４″について、双方の直動アクチュエータ７の駆動方向が逆になるように設定し、テーブル運動機構４′、４″双方と直交するテーブル運動機構４については、その直動アクチュエータ７の駆動方向がテーブル２の旋回方向に沿うように設定したが、その配置については、他の角度を用いても同様に作用する。
【００３６】
このような本発明の第１の実施形態に係るＸＹθテーブル１によれば、同一平面上でベース３と相対的に縦横移動、旋回するテーブル２と、テーブル２と対向してテーブル２を支持するベース３と、同一平面上でテーブル２がベース３と相対的に縦横移動、旋回するよう、テーブル２を駆動するテーブル運動機構４、４′、４″と、を備え、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれに、ベース３上面に装着され、テーブル運動機構の一端側を回動可能に支持する第１のピボット６と、テーブル２下面に装着され、テーブル運動機構の他端側を回動可能に支持する第２のピボット６′と、第１のピボット６と第２のピボット６′との間にあってテーブル２を駆動する直動アクチュエータ７と、を設けることにより、直動アクチュエータ７の伸長量又は短縮量（「上記伸縮すべき長さ」に相当する）に対するテーブル２の移動量が容易に把握できる。より具体的には、直動アクチュエータ７の駆動方向と直交するリニアガイドを設けた従来の構成に比べ、回転ジョイントが上記リニアガイドに係合することによってスライドしてテーブルの位置決め精度に影響を及ぼすことはなくなるので、従来よりも精度の高い位置決めが可能となる。また、上記リニアガイドの代りに第１のピボット６を設けることにより、構成がより簡略化されるためにコストダウンが可能となる。この構成は、請求項１に係る本発明の実施の一形態である。
【００３７】
また、本実施形態によれば、テーブル２ｂ、２ｃとベース３は、複数の転動体５ａを介して相対的に自由運動可能な案内平面（転動支持部５が形成する案内面に相当する）を共有することにより、テーブル２の縦横移動、旋回が滑らかになる。この構成は、請求項２に係る本発明の実施の一形態である。
【００３８】
また、本実施形態によれば、テーブル２とベース３の間に介在し、転動体５ａを保持する転動支持部５を設けることにより、テーブル２の縦横移動、旋回が滑らかになり、上述したテーブル運動機構４、４′、４″と組み合わせることで位置決め精度が向上する。この構成は、請求項４に係る本発明の実施の一形態である。
【００３９】
さらに、本実施形態によれば、直動アクチュエータ７に、第１のピボット６に連結されたモータ７ａと、モータ回転軸に連結されると共に第２のピボット６′に連結されたボールねじ部７ｃおよびナット部７ｂと、を設け、モータの回転によってナット部７ｂがモータ７ａの軸方向に移動することにより、第１のピボット６と第２のピボット６′との距離を変更するようにしたので、直動アクチュエータ７の駆動をリニアガイドを介さずに直接、第２のピボット６′に伝達でき、上述したように従来よりも剛性が向上すると共に位置決め精度が向上し、コストダウンが可能となる。この構成は、請求項５に係る本発明の実施の一形態である。
【００４０】
なお、上述した実施形態では、上記専用コントローラの内蔵クロックにより３つの直動アクチュエータ７のそれぞれのモータ７ａに指令値を与えるようにした場合について説明したが、本発明はこのほかに、３つの直動アクチュエータ７のうちの１つをマスタ（以下、「マスタアクチュエータ」という）とし、他の２つの直動アクチュエータ７をスレイブ（以下、「スレイブアクチュエータ」という）としたマスタ・スレイブ関係を有するサーボ同期回路を形成しても同様の効果が得られるものである。この場合、マスタアクチュエータの伸長量又は短縮量に相当するスレイブアクチュエータの伸長指令又は短縮指令を、演算後のマスタアクチュエータの伸長量又は短縮量（図３のＳ１０５、Ｓ１０６で取得された伸長量又は短縮量に相当する）に比例して与える。また、本発明はこのほかに、現在位置から移動完了すべき位置までのテーブル移動量を演算した後、テーブル２の変位量を時間分割し、所定の時間ごとに各アクチュエータのモータ７ａに分配する伸長指令又は短縮指令を、上記専用コントローラの内蔵メモリに記憶させ、この内蔵メモリから上記所定の時間ごとに伸長指令又は短縮指令を読み出し、その都度、上記所定の時間ごとの指令値を演算して各アクチュエータのモータ７ａに与えるようにしても同様の効果が得られるものである。
【００４１】
また、上述した実施形態では、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれのモータ７ａの回転角を制御するようにした場合について説明したが、本発明はこのほかに、直動アクチュエータ７の伸縮方向に平行なリニアスケールを追加し、このリニアスケールにより直動アクチュエータ７の伸縮量を調節するようにしてもよい。この構成によれば、精度のより高い位置決めが期待される。
【００４２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るＸＹθステージを図４に示す。また、図４のテーブル運動機構４の構成を図５に示す。ここでは、図４の左右方向をＸ方向とし、上下方向をＹ方向として説明する。また、図４のテーブル運動機構４、４′、４″がいずれも同様の構成を有しているために、同一構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。なお、本実施形態のＸＹθステージ１′は、第２のピボット６″を除き、第１の実施形態と概ね同様の構成を有しているために、同一構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。
【００４３】
図４、図５において、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれは、駆動源としてのモータ７ａ、モータ回転軸に連なるボールねじ部７ｃおよびナット部７ｂを有してモータ軸方向に伸縮する直動アクチュエータ７と、直動アクチュエータ７のモータ側に連結されると共に、ベース３上面に装着された第１のピボット６と、直動アクチュエータ７のナット部側に連結されると共に、上テーブル２ａ下面に装着された第２のピボット６″と、を有している。
【００４４】
第２のピボット６″においては、第２の軸受内輪６ｃ″が、上テーブル２ａ側の第２の軸６ｂ″に装着されている。第２の軸受内輪６ｃ″には、複数の転動体６ａ″が転動可能に保持されている。第２の軸受内輪６ｃ″の外側には、第２の軸受外輪６ｄ″が複数の転動体６ａ″を介して装着されている。第２の軸受外輪６ｄ″は、直動アクチュエータ７に連結されている。ここでは、第２の軸受外輪６ｄ″が、複数の転動体６ａ″の転動によって第２の軸受内輪６ｃ′と相対回転するように構成されている。さらに、第２の軸６ｂ″のベース３側端には、第３の転動保持体８が装着されている。第３の転動保持体８には、１つ又は複数の転動体８ａが固定又は転動可能に保持されている。ここでは、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの第３の転動保持体８に保持された転動体８ａが、上テーブル２ａの上面に対する荷重を支えるようにしている。ここで、転動体６ａ″、８ａとしては、例えばセラミックス製、スチール製などのボールを適用することができる。
【００４５】
なお、第１の実施形態を適用し、上記専用コントローラが、ＸＹθステージ１′に設けられた上記位置センサからの信号を受信し、この信号に応じて直動アクチュエータ７に対し、駆動信号を送信することで、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれのモータ７ａの回転角を同時に制御するようにしている。
【００４６】
以上のように構成されたＸＹθステージ１′について、その作用を説明する。
【００４７】
第１の実施形態を適用し、上記専用コントローラに対してＸＹθ方向の指令を与えると、上記専用コントローラは、上述した駆動手順により、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａに対して所定の移動量に相当する回転角だけ回転するように指令する。この指令で、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの直動アクチュエータ７のモータ７ａを回転させ、これらの回転によってそれぞれのボールねじ部７ｃを回転させ、それぞれのナット部７ｂを移動させる。この移動により、それぞれの直動アクチュエータ７を伸長又は短縮させることで、テーブル２をＸ方向へ移動させるか、又はＹ方向へ移動させるか、又は同時にＸ方向およびＹ方向へ移動させるか、あるいは、テーブル上の任意の点を旋回中心としてθ方向へ旋回させる。このとき、第３の転動保持体８に保持された転動体８ａが、ベース３上面と接して転動する。ここでは、テーブル２にかかる荷重を第１のピボット６および第２のピボット６″で支え、テーブル２が転動体８ａの転動で移動するので、転動支持部５が不要となり、ＸＹθステージの厚さを低減できる。また、第１の実施形態に比べてより大きい窓部を設定できる。
【００４８】
このような本発明の第２の実施形態に係るＸＹθステージ１′によれば、テーブル運動機構４、４′、４″のそれぞれの第２のピボット６″側下部（「他端側下部」に相当する）に、ベース３に接触しながら回動するよう、第３の転動保持体８を備えることにより、上述のように転動支持部５を廃して、ＸＹθステージの機構部を小型化すると共に、窓部を拡張してＸＹθステージの中央部を有効利用することができる。この構成は、請求項３に係る本発明の実施の一形態である。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、第３の転動保持体８に保持された転動体８ａが転動するようにした場合について説明したが、本発明はこのほかに、第３の転動保持体８に転動体８ａを固着し、転動体８ａがベース３上面と接して摺動するようにしても同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係るテーブルの自由運動機構は、複数のテーブル運動手段のそれぞれの、第１の回動支持部材と第２の回動支持部材との間に駆動手段を設けることにより、直動アクチュエータの移動量（直動アクチュエータの「伸縮量」、「伸長量」又は「短縮量」に相当する）に対するテーブルの移動量をより正確に把握できるという効果を有し、同一平面内に配された複数の直動アクチュエータを有して、テーブルの縦横移動および任意の点を中心とする旋回を可能としたテーブルの自由運動機構等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＸＹθステージの平面および断面を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＸＹθステージの要部断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る直動アクチュエータの駆動手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＸＹθステージの平面および断面を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＸＹθステージの要部断面を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１′  ＸＹθステージ
２（２ａ、２ｂ、２ｃ）  テーブル
３  ベース
４、４′、４″  テーブル運動機構
５  転動支持部
６  第１のピボット
６′、６″  第２のピボット
７  直動アクチュエータ
【図１】
2005189075.tif 000003
【図２】
2005189075.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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