(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ−Ｙ平面内で案内される移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することにより、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で変位可能なＸ−Ｙステージ装置における、該移動テーブルの変位制御方法において、
前記移動テーブルを、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性変形作用を伴うＸ−Ｙガイド機構によってＸ−Ｙ平面内で案内すると共に、
該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させ、更に
前記駆動装置によって、一致された該固有振動数の値Ｔに対して運動周波数ｆが√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）となるように前記移動テーブルを円軌跡運動させる
ことを特徴とする移動テーブルの変位制御方法。
【請求項２】
Ｘ−Ｙ平面内で案内される移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することにより、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で変位可能なＸ−Ｙステージ装置における、該移動テーブルの変位制御方法において、
前記移動テーブルを、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性変形作用を伴うＸ−Ｙガイド機構によってＸ−Ｙ平面内で案内すると共に、
該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させ、更に
前記駆動装置によって、一致された該固有振動数の値Ｔに対して前記運動周波数ｆが９０＜ｆ＜１１０（Ｈｚ）且つ０．５Ｔ＜ｆ＜１．５Ｔとなるように前記移動テーブルを円軌跡運動させる
ことを特徴とする移動テーブルの変位制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記駆動装置が、自身の固定部又は可動部の一方が前記移動テーブルに配置される駆動用リニアモータとされており、該駆動用リニアモータによって非接触状態で前記移動テーブルを円軌跡運動させる
ことを特徴とする移動テーブルの変位制御方法。
【請求項４】
Ｘ−Ｙステージ装置における、Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブルに載置される部材に対して加工穴を形成する部材加工方法において、
前記移動テーブルを、請求項１、２又は３のいずれかに記載の変位制御方法によって円軌跡運動させ、放電加工によって、該移動テーブルに載置される部材に該円軌跡と同等以上の大きさの加工穴を形成する
ことを特徴とする部材加工方法。
【請求項５】
固定テーブルに対してＸ−Ｙガイド機構を介してＸ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することで、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で位置決め可能なＸ−Ｙステージ装置において、
前記Ｘ−Ｙガイド機構が、前記移動テーブルをＸ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性部材を備えることで、該弾性部材がＸ−Ｙ平面内で案内される前記移動テーブルに対してＸ方向、Ｙ方向に相互に干渉しない復元力を付与可能に構成し、更に
該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させるようにした
ことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記Ｘ−Ｙガイド機構が、
Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ方向における相対変位のみを許容する複数の第１弾性ヒンジと、
Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを許容する複数の第２弾性ヒンジと、
前記移動テーブルに対して固定可能とされる移動ベース、前記固定テーブルに対して固定可能とされると共に、前記移動ベースと同一のＸ−Ｙ平面を含むように配置される固定ベース、及び該固定ベース及び移動ベースとの間において前記同一のＸ−Ｙ平面を含むように配設される中間ベースと、を備えると共に、
前記移動ベースが固定ベースに対して前記Ｘ−Ｙ平面内において微少変位可能で且つＺ方向については所定の位置に保持される態様となるように、該固定ベース、中間ベース、及び移動ベースが、前記第１，第２弾性ヒンジの組み合わせによって連結された
ことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記駆動装置として、
前記固定テーブル及び前記移動テーブルに自身の固定部及び可動部が配置され、前記移動テーブルを固定テーブルに対してＸ方向に相対移動させることが可能なＸ方向駆動用のリニアモータと、
前記固定テーブル及び前記移動テーブルに自身の固定部及び可動部が配置され、前記移動テーブルを固定テーブルに対してＹ方向に相対移動させることが可能なＹ方向駆動用のリニアモータと、を備える
ことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項８】
請求項７において、
Ｘ方向及びＹ方向に一致されている前記固有振動数の値をＴ、
前記Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニアモータが前記移動テーブルを円軌跡運動させる場合の周波数をｆ、とした場合に、
√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）
の関係が成立するように設定されている
ことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項９】
Ｘ−Ｙ平面内で案内される移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することにより、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で変位可能なＸ−Ｙステージ装置の製造方法において、
前記移動テーブルが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性変形作用を伴うＸ−Ｙガイド機構によって案内される構成とすると共に、該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させ、更に、
前記駆動装置によって前記移動テーブルを円軌跡運動させる際の目標となる運動周波数ｆに対して、一致された前記固有振動数の値Ｔを、√（Ｔ2−７５００）＜Ｔ＜√（Ｔ2＋７５００）の範囲内に設定する
ことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ−Ｙ平面内で案内される移動テーブルを備え、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で変位可能なＸ−Ｙステージ装置に関連するものであり、特に、該Ｘ−Ｙステージ装置、移動テーブルの変位制御方法、及び該変位制御方法を利用した部材加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＸ−Ｙステージ装置は、電子部品搭載装置（チップマウンタ）、工作機械、光学系（レンズ・ミラー等）の制御機構等の数多くの産業分野で広く利用されている。
【０００３】
図１４に、従来のＸ−Ｙステージ装置９００を示す。このＸ−Ｙステージ装置９００は、Ｘ軸案内機構９０３におけるＸ軸テーブル（図示省略）上に、可動テーブル９０７を有するＹ軸案内機構９０６を搭載したものである。Ｘ軸案内機構９０３は、Ｙ軸案内機構９０６を保持すると共にＸ軸方向に直線的に案内するＸ軸ガイドレール９０８と、このＸ軸ガイドレール９０８と平行に配置されるＸ軸ボールネジ９０２と、このＸ軸ボールネジ９０２を回転駆動するＸ軸サーボモータ９０１と、を備えており、このＸ軸サーボモータ９０１を適宜制御することによって、Ｙ軸案内機構９０６全体がＸ方向に移動・位置決めされる。Ｙ軸案内機構９０６は、可動テーブル９０７を保持すると共にＹ軸方向に直線的に案内するＹ軸ガイドレール９０９と、このＹ軸ガイドレール９０９と平行に配置されるＹ軸ボールネジ９０５と、このＹ軸ボールネジ９０５を回転駆動するＹ軸サーボモータ９０４と、を備えており、このＹ軸サーボモータ９０４を適宜制御することによって、可動テーブル９０７が、Ｙ軸案内機構９０６上でＹ方向に移動・位置決めされる。従って、Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４を制御すれば、可動テーブル９０７がＸ方向及びＹ方向にの任意の位置に位置決めされるようになっている。
【０００４】
つまり、このＸ−Ｙステージ装置９００では、Ｘ軸、Ｙ軸案内機構９０３、９０６におけるＸ軸、Ｙ軸ガイドレール９０８、９０９が、可動テーブル９０７をＸ−Ｙ平面内で案内するＸ−Ｙガイド機構として機能し、又、Ｘ軸、Ｙ軸ボールネジ９０２、９０５及びＸ軸、Ｙ軸サーボモータ９０１、９０４が駆動装置として機能しているといえる。
【０００５】
Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４の制御方式には、例えば、エンコーダによって計測されるＸ軸及びＹ軸ボールネジ９０２、９０５の回転量から可動テーブル９０７の移動量を予測し、その予測値からＸ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４を制御するセミクローズドループ制御方式や、又、可動テーブル９０７の移動量をリニアゲージ等によって直接計測し、その値からＸ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４をフィードバック制御するフルクローズドループ制御方式等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、このようなＸ−Ｙステージ装置９００の利用分野は極めて多岐に渡っており、従来のように、部材を所定の場所に停止させる単なる「静的な位置決め」以外にも、部材を周期的に動かすような「動的な位置決め」を目的として利用される機会が増えつつある。特に、近年の技術の高度化・複雑化に伴って、部材が「高速」且つ「精密」に円軌跡（楕円を含む）を描くように運動させたいという強い要望が存在する。なお、高速の円軌跡運動はほどんど「振動」に近いものとなる。
【０００７】
しかしながら、高速な円軌跡運動を達成しようとする場合、各ボールネジ９０２、９０５等のシャフト機構による駆動方式では、正転・逆転の切換時や、急加減速時等に増大してしまう駆動側の振動が、（振動に近い）高速な円軌跡運動に対して外乱として作用してしまい、結局、制御速度を高めるのに一定の限界があった。又、安定した（一定の）円軌跡を描くように可動テーブル９０７を運動させようとする場合、セミクローズドループ制御方式では、各ボールネジ９０２、９０５の撓み、バックラッシ等が考慮されないので、運動軌跡が変動して誤差（目標軌跡からのズレ）が増大した。
【０００８】
又、フルクローズドループ制御方式であればより精密に円軌跡を描くことが可能になるが、制御速度が上昇すると、既に述べたように各ボールネジ９０２、９０５の振動が可動テーブル９０７に伝達して可動テーブル９０７の位置計測信号が不安定となった。その結果、信号が不安定となる分、フィードバック制御の応答性を高めることが出来ないという問題が生じ、更に、時々刻々と変化するＸ軸、Ｙ軸の目標位置に、移動テーブル９０７を正確に追随させるためには、駆動機構側に極めて高い加速性能、減衰性能等が要求されるという問題が生じた。
【０００９】
これらの事実は、結局従来の可動テーブル９０７の支持構造では、可動テーブル９０７に高速且つ精密な円軌跡（楕円を含む）を描かせることが事実上困難であることを意味している。
【００１０】
更に、前記Ｘ−Ｙステージ装置９００では、Ｘ軸案内機構９０３の上にＹ軸案内機構９０６を設置するという２段積み上げ構造となっているので、重心が高くなって自身の重さによって転倒モーメントが生じ易く、その結果、円軌跡運動制御の際に可動テーブル７に振れが発生して誤差が増大する傾向にあった。また、このような２段積み上げ構造の場合、最下段に位置するＸ軸案内機構９０３にとっては、Ｙ軸案内機構９０６の総てが移動負荷（慣性負荷）となるが、Ｙ軸案内機構９０６の移動負荷は可動テーブル９０７のみであるので、Ｘ方向の制御とＹ方向の制御との応答性に大きな差が生じてしまい、円軌跡運動にズレが発生しやすいという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、Ｘ−Ｙステージ装置における移動テーブルが、高速且つ高精度にＸ−Ｙ平面内で円軌跡を描いて運動をできるようにすることを主な目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本第１発明は、Ｘ−Ｙ平面内で案内される移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することにより、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で変位可能なＸ−Ｙステージ装置における、該移動テーブルの変位制御方法において、前記移動テーブルを、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性変形作用を伴うＸ−Ｙガイド機構によってＸ−Ｙ平面内で案内すると共に、該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させ、更に前記駆動装置によって、一致された該固有振動数の値Ｔに対して運動周波数ｆが√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）となるように前記移動テーブルを円軌跡運動させることにより上記目的を達成するものである。
【００１３】
あらゆる部材は少なからず弾性変形するので、その部材特有の固有振動数を有している。Ｘ−Ｙガイド機構にも、その様な弾性変形作用によって固有振動数を有していたと考えられるが、一般的にその固有振動数は、共振等を誘引する不安定な要素となることから、制御に悪影響を与えるものと考えられている。
【００１４】
従って、制御側の目標周波数と装置側（被制御側）の固有振動数とが一致しないように設計するのが常識であり、実際に従来は、移動テーブルを周期的に往復運動させる際の目標周波数に対して、移動テーブル自身の固有振動数が大幅に大きくなるように設定されていた。又、仮に弾性部材の弾性変形が伴ってしまうガイド機構を採用する場合には、その固有振動数を大幅に小さく設定して、運動に影響を及ぼさないようにするのが一般的である。
【００１５】
しかし、本発明者は、そのような一般的な思想とは全く反対に、固有振動数付近の共振を積極的に利用することに着目した。具体的には、「弾性部材の弾性変形を伴う」Ｘ−Ｙガイド機構を敢えて採用し、そのＸ方向とＹ方向の固有振動数を一致させ、その固有振動数に近い所定範囲（√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００））の運動周波数で駆動装置によって移動テーブルを駆動させるようにした。なお、この運動周波数とは、円（楕円を含む）運動の回転数と略同義である。
【００１６】
このように駆動すれば、移動テーブルは自らの固有振動数に近い上記所定範囲で運動するので、駆動装置側の駆動力と弾性部材の復元力が同方向に合成される。その結果、駆動力が復元力で補われる分、駆動装置側に要求さる駆動力は小さくなるので、駆動装置側の消費エネルギを激減させることが出来る。これは、駆動装置側の発熱等が防止されることにもなり、駆動機構や移動テーブル側の熱膨張が低減されて位置決め精度がより向上する。なお、上記所定範囲は、より好ましくは√（Ｔ2−５０００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋５０００）とする。
【００１７】
又、Ｘ方向及びＹ方向に固有振動数が一致されているので、移動テーブルは自ら正確な円軌道（真円、楕円の双方を含む）を描いた運動（振動）が可能となっている。
【００１８】
具体的に説明すると、従来は、仮に移動テーブルを円軌跡運動させる場合には、駆動装置の強制力のみによって円を描くように駆動していた。そのようにしても、そもそも、固有振動数を利用するという思想が存在しなかったこともありＸ方向とＹ方向の固有振動数が相違していたので、軌道に「うねり」が発生して、どうしても安定した運動軌跡を得ることが出来なかった。
【００１９】
しかし、本発明では固有振動数を一致させているので、駆動装置によって移動テーブルに一旦円軌跡を描かせれば、その後の移動テーブルは、その軌跡を「自ら」維持するように振動する。従って、時々刻々とＸ−Ｙ平面内で円を描くように複雑な（或いは強制的な）制御をしなくても、移動テーブルの運動軌跡のズレを修正可能な程度に制御すれば、常に安定した周波数で、且つ極めて安定した軌跡で運動させることが出来る。
【００２０】
例えば、基本的に移動テーブルは自分で勝手に円を描くように動くので、駆動装置によって断続的に駆動してもある程度の位置決め精度を得ることができ、駆動機構の応答性もあまり高く設定する必要がなくなる。
【００２１】
なお、固有振動数を「一致」させる場合とは、完全に一致させる場合に限らない。設計・製作上の理由から多少のズレは避けることが出来ないものであり、要は、安定して円軌跡運動可能な程度であれば良く、例えば、一方の固有振動数に対して、他方がその前後１０％の範囲内で設定されていればよい。望ましくは、前後５％の範囲内に納める。
【００２２】
又、移動テーブルの固有振動数とは、駆動装置側の付勢状態（あるいは係合状態）を無視（開放）した場合の振動数を意味し、例えば駆動装置がボールネジの場合には、ボールネジを駆動するモータを開放した場合における固有振動数を意味し、又、例えば駆動装置が非接触タイプのリニアモータの場合には、その付勢力（推力）を開放した場合における固有振動数を意味している。
【００２３】
又、上記第１発明と全く同様な思想の下、運動周波数ｆが９０＜ｆ＜１１０Ｈｚの範囲内の場合には、近似的な関係がある０．５Ｔ＜ｆ＜１．５Ｔを満たすように移動テーブルを円軌跡運動させればよく（本第２発明）、より望ましくは、０．８＜ｆ＜１．２Ｔを満たすようにする。その際には固有振動数Ｔを適宜設定して、１００Ｈｚの運動周波数ｆで駆動可能としても良い。
【００２４】
ところで、上記第１、第２発明においては、前記駆動装置が、自身の固定部又は可動部の一方が前記移動テーブル配置される駆動用リニアモータとされており、該駆動用リニアモータによって非接触状態で前記移動テーブルを円軌跡運動させることが好ましい。
【００２５】
このように駆動装置として非接触のリニアモータを採用すれば、自らの推力が零、即ち電流ＯＦＦの際に移動テーブルに何等外的な影響を与えないので、その場合に移動テーブルが自由振動するようになる。例えば、ボールネジ等によって駆動する場合には、移動テーブルと連結される必要があるので、自らが駆動力を発生する必要が無くても、移動テーブルの自由振動に追従させる必要が生じ、（従来よりも極めて少ないエネルギ消費量で済むものの）無駄なエネルギーが消費されてしまう。しかし、リニアモータによれば、自身の推力のＯＮ・ＯＦＦや大小等によって断続的に駆動することが可能となるので、消費電力をより大幅に低減させることが出来る。
【００２６】
更に、リニアモータは自身の振動が極めて小さいという特徴がある。例えばボールネジ等の駆動により移動テーブルを高い周波数で運動させる場合には、駆動側の振動が移動テーブルに伝達して外乱として作用し易いが、リニアモータではそのような問題は殆ど生じない。
【００２７】
以上に示した変位制御方法は、あらゆる産業分野で利用することが出来るものであるが、例えば、移動テーブルに載置される部材を加工する場合にも適用できる。具体的には、Ｘ−Ｙステージ装置における、Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブルに載置される部材に対して加工穴を形成する部材加工方法において、前記移動テーブルを、上記第１、第２発明の変位制御方法によって円軌跡運動させ、放電加工によって、該移動テーブルに載置される部材に該円軌跡と同等以上の大きさの加工穴を形成するようにすればよい（第３発明）。
【００２８】
このようにすると、部材側は安定した円軌跡を描いて運動するので、放電加工装置の加工電極を静止させた状態で、その円軌跡に沿った大きさの穴が部材に形成される。従って、その円軌跡を真円にすれば真円の穴が、円軌跡を楕円にすれば楕円の穴が加工される。なお、穴は貫通するものに限定されず、途中まで加工された凹状の穴であってもよい。
【００２９】
又、このＸ−Ｙステージ装置自体を、更に別のＸ−Ｙ機構に設置し、Ｘ−Ｙステージ装置全体を所定の軌跡（これは円に限定されない）を描くように移動させれば、部材に、その軌跡に沿った溝（上記「穴」の移動軌跡といえる）を形成することも出来るようになる。勿論この場合には、円軌跡の大きさを変化させることによって、溝の幅を変化させることが出来る。
【００３０】
以上に示した変位制御方法、部材加工方法は、以下に示すようなＸ−Ｙステージ装置によって実現される。
【００３１】
即ち、上記課題を解決可能な本第４発明は、固定テーブルに対してＸ−Ｙガイド機構を介してＸ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブルを備え、駆動装置によって該移動テーブルを駆動することで、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内で位置決め可能なＸ−Ｙステージ装置において、前記Ｘ−Ｙガイド機構が、前記移動テーブルをＸ方向及びＹ方向にそれぞれ干渉し合うことなく独立して移動・復元可能な弾性部材を備えることで、該弾性部材がＸ−Ｙ平面内で案内される前記移動テーブルに対してＸ方向、Ｙ方向に相互に干渉しない復元力を付与可能に構成し、更に該移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させるようにしたことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置である。
【００３２】
特に、弾性部材を備える上記Ｘ−Ｙガイド機構は、Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ方向における相対変位のみを許容する複数の第１弾性ヒンジと、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを許容する複数の第２弾性ヒンジと、前記移動テーブルに対して固定可能とされる移動ベース、前記固定テーブルに対して固定可能とされると共に、前記移動ベースと同一のＸ−Ｙ平面を含むように配置される固定ベース、及び該固定ベース及び移動ベースとの間において前記同一のＸ−Ｙ平面を含むように配設される中間ベースと、を備えると共に、前記移動ベースが固定ベースに対して前記Ｘ−Ｙ平面内において微少変位可能で且つＺ方向については所定の位置に保持される態様となるように、該固定ベース、中間ベース、及び移動ベースが、前記第１，第２弾性ヒンジを組み合わせによって連結されるようにすることが好ましい。
【００３３】
このＸ−Ｙガイド機構は、弾性部材として「弾性ヒンジ」を備えた構成を採用した。
【００３４】
弾性ヒンジ自体の基本的な構造は公知であり、一般に特定の一方向においてのみ柔で他の方向において剛なる特性を有し、自身の両端に接続された部材間の前記柔の方向における相対変位のみを許容する機能を有する。従って、今、例えばＸ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ方向における相対変位のみを許容する第１弾性ヒンジを考えた場合、該第１弾性ヒンジの弾性変形により、可動部材を固定部材に対しＸ方向に相対移動させることが出来る。その一方で、この第１弾性ヒンジはＹ方向の相対移動は殆ど許容しない。つまり、可動部材をＸ方向に「案内」することができるようになる。
【００３５】
全く同様に、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを許容する第２弾性ヒンジ（配置方向が異なるのみで具体的な構造は第１弾性ヒンジと同じものを採用できる）を考えた場合、この第２弾性ヒンジによって可動部材をＹ方向に「案内」することができるようになる。
【００３６】
ただし、固定ベースと移動ベースとを単純に第１、第２弾性ヒンジを介して連結したのでは、せっかくの個々の「案内」機能が干渉してしまい、Ｘ方向とＹ方向の円滑な駆動が現実には非常に困難になってしまうため、当然両方向の固有振動数を一致させることもできなくなってしまう。そこで、本発明者は、「中間部材」を固定ベースと移動ベースとの間に介在させる構造を発案し、この不具合を解消した。
【００３７】
Ｘ−Ｙ平面の固定ベースと移動ベースとの間に中間部材を介在させた上で、３者を第１、第２弾性ヒンジを介して連結すると、該中間部材が第１、第２弾性ヒンジの剛とされた方向に対して固定状態を維持するようになるため、固定ベースに対して移動ベースがＸ方向、Ｙ方向の双方向に独立して「案内」されて移動することが出来るようになる。従って、この構造のＸ−Ｙガイド機構を、固定テーブルと移動テーブルの間に配置すれば、移動テーブルが固定テーブルに対してＸ−Ｙ平面内で案内される。
【００３８】
このＸ−Ｙガイド機構は、Ｘ方向に移動テーブルが移動する際の剛性（弾性係数）が主に第１弾性ヒンジ側によって決定され、Ｙ方向に移動テーブルが移動する際の剛性（弾性係数）が主に第２弾性ヒンジによって決定される。つまり、Ｘ方向とＹ方向の剛性が独立していることから各方向の剛性設定が容易となり、それに関連して、各方向の固有振動数を容易に設定することが出来る。つまり、Ｘ方向とＹ方向の固有振動数を容易且つ高精度に一致させることが出来るようになる。
【００３９】
ところで、固有振動数は、剛性以外にも振動部分（可動部分）の質量に大きく影響される。従って、Ｘ方向の振動部分質量とＹ方向の振動部分質量とが異なる場合には、その差を考慮して各方向の剛性を設定しなければならない。
【００４０】
上記のＸ−Ｙガイド機構は、従来と比較して各方向の可動部質量の差を大幅に低減させることが出来る構造であるので、各方向の剛性を独立して設定（設計）できるという特徴と相まって、各方向の固有振動数を高精度に一致させることが出来るようになる。なお、バックラッシュ、滑り、転がり等が本質的に存在しないため、極めて応答性が良く且つ安定した制御も可能になる。
【００４１】
又、例えばボールネジやベアリング等を介在させて微小変位をガイドしようとすると、このボールネジ等における局所部分（特定部分）に集中して圧力が作用して寿命が低下するという問題があった。しかし、弾性ヒンジによるガイド機構によれば、転動疲労等が構造上生じないため、長時間に亘って安定した制御特性、即ち安定した円軌道案内機能を発揮できるようになる。なお、上記の中間部材や第１、第２弾性ヒンジの数・形状等は特に限定されない。これは、必要に応じて適宜配置されてよい。
【００４２】
なお、以上に示したＸ−Ｙステージ装置においては、前記駆動装置として、Ｘ方向駆動用のリニアモータと、Ｙ方向駆動用のリニアモータと、を備えるようにすることが好ましく、又更に、Ｘ方向及びＹ方向に一致されている前記固有振動数の値をＴ、前記Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニアモータが前記移動テーブルを円軌跡運動させる場合の周波数をｆ、とした場合に、√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）の関係が成立するように設定することが好ましい。
【００４３】
又、このようなＸ−Ｙステージ装置を製造する際には、一般的に、その使用目的に適した移動テーブルの目標運動周波数ｆが客先から要求・設定され、それに対応させて設計・製造する事が多い。
【００４４】
その場合には、（固有振動が生じるように）移動テーブルが弾性変形作用を伴うＸ−Ｙガイド機構によって案内される構成とすると共に、この移動テーブルがＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とを一致させ、更に、駆動装置によって前記移動テーブルを円軌跡運動させる際の目標となる運動周波数ｆに対して、一致された固有振動数の値Ｔを、√（ｆ2−７５００）＜Ｔ＜√（ｆ2＋７５００）の範囲内に設定するように製造すればよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。
【００４６】
図１及び図２に、本発明の実施形態に係るＸ−Ｙステージ装置１５の全体構成を示す。このＸ−Ｙステージ装置１５は、Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブル２を備えており、この移動テーブル２上に設置される部材（図示省略）をＸ−Ｙ平面内で位置決め可能となっている。
【００４７】
Ｘ−Ｙステージ装置１５は、更に、移動テーブル２（移動ベース２Ａ）に対してＺ軸方向の所定の隙間Ｓを空けて平行に配置される固定テーブル１と、この固定テーブル１及び移動テーブル２の間に配置されるＸ−Ｙガイド機構４９とを備える。
【００４８】
移動テーブル２は、自身の中心に開口が形成され、Ｘ−Ｙガイド機構４９にボルトによって固定・配設される搭載テーブル８２と、搭載テーブル８２の開口を覆うように設置される搭載プレート８４（２点鎖線参照）と、を備える。従って、この搭載プレート８４と搭載テーブル８２によって移動テーブル２が構成される。なお、搭載テーブル８２の開口は、Ｘ−Ｙガイド機構４９を固定テーブル１に固定する際に、ボルトを挿入し、締めるための空間を確保するものである。
【００４９】
固定テーブル１及び前記移動テーブル２には、移動テーブル２をＹ軸方向に相対移動させることが可能なＹ軸方向駆動用リニアモータ３と、移動テーブル２をＸ軸方向に相対移動させることが可能なＸ軸方向駆動用リニアモータ７と、が設置されている。
【００５０】
各リニアモータ３、７は、各々、自身の駆動方向（推力発生方向）に直列的に２つの駆動ユニットが配置されて対となって機能する。例えば、Ｘ軸方向駆動用リニアモータ７は、移動テーブル２のＸ軸方向両端側に配置される２つの駆動ユニット７Ａ、７Ｂを備えており、これらの駆動ユニット７Ａ、７ＢがセットになってＸ軸方向の推力を発生するように機能する。
【００５１】
詳細には図７に拡大して示されるように、Ｘ軸方向駆動用リニアモータ７（他のリニアモータも同様）の駆動ユニット７Ａは、固定テーブル１側に固定されて固定子として機能する磁石ユニット２８と、搭載テーブル８２側に固定（内蔵）されて可動子として機能するコイル８Ａと、を備える。
【００５２】
磁石ユニット２８は、コイル８Ａに対してＺ軸方向に磁界Ｇが生じるように配置される永久磁石２１Ａ〜２１Ｄと、この永久磁石２１Ａ〜２１Ｄを支持する２つのヨーク２０Ａ、２０Ｂと、このヨーク２０Ａ、２０Ｂを所定の間隔を維持した状態で保持するホルダ２２と、を備えており、一方のヨーク２０Ｂが固定テーブル１に固定されることで、磁石ユニット２８全体が固定されるようになっている。一方、コイル８Ａは、上記Ｚ軸方向の磁界Ｇ中をＹ軸方向に電流が流れるように配置されており（図１参照）、その結果、該コイル８ＡがＸ軸方向の推進力３２を受けるようになっている。
【００５３】
なお、この実施形態では磁石ユニット２８が固定子、コイル８Ａが可動子として機能する場合に限って示したが、勿論これらを反対に設置して、磁石ユニット２８を可動子、コイル８Ａを固定子として機能させるようにしてもよい。又、一対の駆動ユニット７Ａ、７Ｂを配置する場合に限定されず、単一の駆動ユニットであっても構わない。
【００５４】
次にＸ−Ｙガイド機構４９について詳細に説明する。
【００５５】
図３に拡大して示されるように、このＸ−Ｙガイド機構４９は、方形リング状に構成されて、移動テーブル２にボルトによって連結される移動ベース２Ｂと、固定テーブル１にボルトによって連結されると共に、移動ベース２Ｂと同一のＸ−Ｙ平面を含むように配置されるプレート状の固定ベース１Ｂと、この固定ベース１Ｂ及び移動ベース２Ｂとの間における同一のＸ−Ｙ平面内を含むようにして、両者との間に弾性ヒンジ（詳細は後述）を介して配設される中間ベース５０と、を備える。
【００５６】
中間ベース５０は、Ｘ軸方向に延在する２本のＸ軸方向延在部５０Ａ、５０Ａ、及びＹ軸方向に延在する２本のＹ軸方向延在部５０Ｂ、５０Ｂから構成されており、全体として、Ｘ−Ｙ平面内において略方形のリング状に構成されている。なお、幾つかのＸ軸方向又はＹ軸方向延在部５０Ａ、５０Ｂは部分的に屈曲されており、例えばセンサ等の他の機材との干渉が防止されている。
【００５７】
固定ベース１Ｂと中間ベース５０との間には、Ｘ方向の変形を許容する第１弾性ヒンジ５４が配置されている。具体的に、この第１弾性ヒンジ５４は、固定ベース１Ｂと２本のＸ軸方向延在部５０Ａの「各々の」間に配置され、一方のＸ軸方向延在部５０Ａと固定ベース１Ｂとの間に間隔ＬＸ１を空けて２本ずつ、計４本の第１弾性ヒンジ５４が並列配置される。他方のＸ軸方向延在部５０Ａと固定ベース１Ｂとの間も同様である。
【００５８】
中間ベース５０と移動ベース２Ｂ（移動テーブル２）の間には、Ｙ方向の変位を許容する第２弾性ヒンジ５６が配置されている。具体的に、この第２弾性ヒンジ５６は、固定ベース１Ｂと２本のＹ軸方向延在部５０Ａの「各々の」間に配置され、つまり、一方のＹ軸方向延在部５０Ｂと固定ベース１Ｂとの間に間隔ＬＹ１を空けて２本ずつ、計４本の第２弾性ヒンジ５６が並列配設される。他方のＹ軸方向延在部５０Ｂと固定ベース１Ｂとの間も全く同様である。
【００５９】
従って、このＸ−Ｙガイド機構４９は入れ子状になっており、全体的には線対称に近い構造となっている。又、中間ベース５０は、各弾性ヒンジ５４、５６と連結される以外は、固定ベース１Ｂと移動ベース２Ｂと非接触の状態を保っている。
【００６０】
Ｘ方向の変形を許容する第１弾性ヒンジ５４は、Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ方向における相対変位のみを許容する。又、Ｙ方向の変形を許容する第２弾性ヒンジ５６は、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを許容する。
【００６１】
次に、Ｘ方向の移動を許容する第１弾性ヒンジ５４の構造について説明する。なお、多少の大きさ等の相違はあるものの、長手方向がＸ方向とＹ方向で異なる以外には、第１弾性ヒンジと第２弾性ヒンジの構造は殆ど同じであるので、第２弾性ヒンジ５６の構造等の説明は省略する。
【００６２】
第１弾性ヒンジ５４は、図５の斜視図に示すように、２つの部材間（固定ベース１Ｂと中間ベース５０）との間をつなぐブリッジ部材７０によって構成される。このブリッジ部材７０の外周面における、長さ方向に離間した２箇所にはノッチ８０が形成されており、このノッチ８０から弾性曲げ変形容易な減肉部９０が構成される。この減肉部９０の曲げ変形により、２つの部材間の相対変位を許容できるように構成したものである。
【００６３】
この場合、ノッチ８０は、方形断面のブリッジ部材７０の曲げ変形させようとする方向（第１弾性ヒンジ５４の場合はＸ方向、第２弾性ヒンジ５６の場合はＹ方向）に面する２つの外側面に、対称形状の半円形に形成されている。これは、局部的な減肉化を図り（つまり減肉部９０を作り出して）、最小断面積部を曲がり点として、容易に曲げ変形できるようするためである。
【００６４】
図６は第１弾性ヒンジ５４の最小断面積部の断面形状を示している。
【００６５】
この最小断面積部の断面Ｓは、ブリッジ部材７０の肉厚に相当する縦方向（Ｚ方向）の寸法ａに対して、横方向（Ｘ方向）の寸法ｂが短縮された矩形断面をなしており、それにより、減肉部９０は、縦方向（Ｚ方向）にはほとんど曲がらないものの、横方向（Ｘ方向）には曲がり易い特性を得ている。又、ブリッジ部材７０の長手方向（Ｙ方向）は、自身が緊張棒として作用するので、２つの部材間のＹ方向の移動は許容していない。
【００６６】
次に第１弾性ヒンジ５４、固定ベース１Ｂ及び中間ベース５０の相互作用を説明する。
【００６７】
一対の第１弾性ヒンジ５４、５４は、図４（Ａ）に拡大して示されるように、自身両端が、固定ベース１Ｂと中間ベース５０とによって固定支持されている。図４（Ｂ）に示されるように、固定ベース１Ｂに対して中間ベース５０がＸ軸方向（図の下方向）に移動した場合には、第１弾性ヒンジ５４の両端側の各減肉部９０が他の部分に優先して弾性変形するので、その相対移動に追従することができる。その結果、第１弾性ヒンジ５４によって中間ベース５０がＸ軸方向に直線的に案内される。
【００６８】
特に図示しないが、第２弾性ヒンジ５６においてもほぼ同様な構造となっている。従って、第２弾性ヒンジ５６は、中間ベース５０に対して移動ベース２ＡをＹ軸方向に案内するようになっている。
【００６９】
なお、いずれの場合も、第１、第２弾性ヒンジ５４，５６は、Ｚ方向（Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向）については「剛体」として機能する。従って、第１弾性ヒンジ５４を介して中間ベース５０が固定ベース１Ｂに片持ち状態で支持され、且つ、第２弾性ヒンジ５６を介して移動ベース２Ｂがこの中間ベース５０に片持ち状態で支持されるため、移動ベース２Ｂは、何らのＺ方向の支持手段がなくても、Ｘ−Ｙ平面内に保持されることになる。
【００７０】
この結果、以上に説明したＸ−Ｙガイド機構４９は、このように中間ベース５０が第１弾性ヒンジ５４によって固定ベース１Ｂに対してＸ軸方向に変位可能に支持され、且つ、移動ベース２Ｂが第２弾性ヒンジ５６によって中間ベース５０に対してＹ軸方向に変位可能に支持されていることにより、全体としては、移動ベース２Ｂが、固定ベース１Ｂに対してＸ軸向、Ｙ軸方向の双方の方向に独立して（互いに干渉し合うことなく）変位可能とされている。つまり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のガイド機能を有することになる。
【００７１】
以上のことから、固定テーブル１に上記固定ベース１Ｂを、移動テーブル２に上記移動ベース２Ｂを固定するようにして、Ｘ−Ｙガイド機構４９を設置すれば、移動テーブル２が固定テーブルに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向の双方向に直線的に「案内」されるようになり、バックラッシュ、滑り、転がり等が本質的に存在しない極めて安定したガイド特性が得られる。
【００７２】
なお、リング状の移動ベース２Ｂにおける内周側には、Ｘ軸計測基準面２３及びＹ軸計測基準面２４が形成されており、又、各基準面２３、２４に対向するようにして、固定テーブル１側に、Ｘ軸変位センサ１４及びＹ軸変位センサ１５が設置されている。これらの変位センサ１４、１５は、移動テーブル２の固定テーブル１に対するＸ軸方向変位量及びＹ軸方向変位量を計測する。
【００７３】
次に、このＸ−Ｙステージ装置１５の固有振動数等について説明する。
【００７４】
移動テーブル２を案内するＸ−Ｙガイド機構４９は、既に詳細に説明したように、弾性部材である第１,第２弾性ヒンジ５４、５６を備えている。従って、移動テーブル２が中立位置から変位すると、各弾性ヒンジ５４、５６（Ｘ−Ｙガイド機構４９）が移動テーブル２に対して、Ｘ方向の復元力Ｆｓｘ及びＹ方向の復元力Ｆｓｙを付勢するようになっている。その結果、各駆動用リニアモータ３、７の推力を無視した状態で、移動テーブル２はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ固有の振動数ｐｘ、ｐｙを有している。
【００７５】
この各方向の固有振動数ｐｘ、ｐｙ以下のように求められる。
【００７６】
上記復元力Ｆｓｘ、Ｆｓｙは、移動テーブル２の変位量ｘ、ｙによって比例的に変化するので、復元力をこの変位ｘ，ｙによって除した値（Ｆｓｘ／ｘ、Ｆｓｙ／ｙ）は、Ｘ方向及びＹ方向の剛性（弾性係数）ｋｘ，ｋｙとなっている。
【００７７】
これらの各方向の剛性ｋｘ，ｋｙと、移動テーブル２がＸ方向に移動する際の可動部質量Ｍｘ、Ｙ方向に移動する際の可動部質量Ｍｙから、固有振動数ｐｘ，ｐｙは下記の式によって求められる。
【００７８】
ｐｘ＝（１／２π）・√（ｋｘ／Ｍｘ）｛Ｈｚ｝
ｐｙ＝（１／２π）・√（ｋｙ／Ｍｙ）｛Ｈｚ｝
【００７９】
ところで、Ｙ方向の可動部質量Ｍｙは、ここでは、移動テーブル２（内蔵されている各コイル４Ａ、４Ｂ、８Ａ、８Ｂを含む）、及び移動ベース２Ｂの各質量を合計したものである。又、Ｘ方向の可動部質量Ｍｘは、Ｙ方向の可動部質量Ｍｙに、更に、計８本の第２弾性ヒンジ５６、及び中間ベース５０の各質量を加えたものである。これは、図３に示したように、移動ベース２ＢがＸ方向に移動する際には、第２弾性ヒンジ５６と中間ベース５０も一緒に移動するからである。なお、移動テーブル２に載置される部材質量が既にわかっている場合には、各可動部質量Ｍｘ，Ｍｙにその質量を加えても構わない。
【００８０】
Ｘ方向の可動部質量ＭｘとＹ方向の可動部質量Ｍｙは異なる値となるが（Ｍｘ＞Ｍｙ）、このＸ−Ｙステージ装置１５では、第１、第２弾性ヒンジ５４、５６の寸法を適宜設定することによって、各方向の剛性ｋｘ，ｋｙを調整し（具体的には、ｋｘ＞ｋｙとして）、上記式におけるＸ方向の固有振動数ｐｘとＹ方向の固有振動数ｐｙとが一致するように設定されている。このようにすると、Ｘ方向とＹ方向の振動周期が一致するので、移動テーブル２が自由振動する際に（減衰を無視すれば）常に一定の軌跡が描かれるようになる。
【００８１】
なお、「完全に」一致させることは設計上現実的ではなく、本実施形態では、ｐｘに対してｐｙが０．９ｐｘ＜ｐｙ＜１．１ｐｘの範囲に収まれば一致の概念に含まれるものとする。
【００８２】
更にＸ−Ｙステージ装置１５においては、Ｔ：Ｘ方向及びＹ方向に一致されている前記固有振動数の値（＝ｐｘ，ｐｙ）｛Ｈｚ｝、ｆ：Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニアモータ３、７が移動テーブル２を円軌跡運動させる場合の周波数｛Ｈｚ｝、とした場合に√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）（より好ましくは√（Ｔ2−５０００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋５０００）とする）の関係が成立するように設定されている。なお、円軌跡運動の周波数ｆとは、単位時間当たりの運動回転数と同義である。
【００８３】
具体的には、本実施形態では、固有振動数Ｔが１２０Ｈｚ、リニアモータ３、７によって移動テーブル２を円軌跡運動させる際の周波数ｆが１００Ｈｚに設定されている。なお、好ましくは、固有振動数Ｔを８０Ｈｚ＜Ｔ＜１２０Ｈｚに設定し、その値Ｔに対して上記範囲内で運動周波数ｆを設定すればよい。
【００８４】
特に、このように周波数ｆを９０＜ｆ＜１１０Ｈｚの範囲内に設定することを意図する場合、０．５Ｔ＜ｆ＜１．５Ｔの関係が満たされるように、周波数ｆ及び固有振動数Ｔを設定すればよい。より望ましくは、０．８Ｔ＜ｆ＜１．２Ｔとする。
【００８５】
なお、一致された固有振動数Ｔによって各方向の剛性ｋｘ，ｋｙを表現すると、上記の式から、ｋｘ＝Ｍｘ（２πＴ）2、ｋｙ＝Ｍｙ（２πＴ）2となる。
【００８６】
以上に示したＸ−Ｙステージ装置１５における移動テーブル２の変位制御方法について、制御系の構成等を含めて図８を参照して説明する。
【００８７】
Ｘ−Ｙステージ装置１５における移動テーブル２には、既に説明したように、合計４つのコイル４Ａ、４Ｂ、８Ａ、８Ｂが内蔵されている。なお、コイル対４Ａ、４ＢによってＹ軸方向の推進力が生じ、コイル対８Ａ、８ＢによってＸ軸方向の推進力が生じるようになっており、各コイル対は一体（セット）として制御される。
【００８８】
制御系は、Ｙ軸変位センサ１５の検出値が入力される減算器４４と、Ｘ軸変位センサ１４の検出値が入力される減算器４５と、を備える。各検出値が入力された上記減算器４４、４５には、更に、位置指令出力手段５８からの各種指令値が入力される。この位置指令出力手段５８は、移動テーブル２のＸ軸方向位値を設定して減算器４５に出力し、Ｙ軸方向位置を設定して減算器４４に出力するものである。減算器４４では、そのＹ軸方向指令位置とＹ軸変位センサ１４の検出値との偏差を演算してその結果をＹ軸位置制御補償器４７に対して出力する。減算器４５には、Ｘ軸方向指令位置とＸ軸変位センサ１５の検出値との偏差を演算し、その結果をＸ軸位置制御補償器４８に対して出力する。
【００８９】
各位置制御補償器４７、４８では、入力された各値から各リニアモータの操作量を算出する。つまり、Ｙ軸位置制御補償器４７においては、Ｙ軸方向駆動用リニアモータ３に対してＹ軸方向操作量を出力する。同様に、Ｘ軸位置制御補償器４８においては、Ｘ軸方向駆動用リニアモータ７に対してＸ軸方向操作量を出力する。
【００９０】
各コイル対（４Ａ、４Ｂ）（８Ａ、８Ｂ）の直前にはそれぞれ電流アンプ５４、５６が接続されている。従って、Ｘ軸方向操作量及びＹ軸方向操作量に基づいて、各電流アンプ５４、５６が各コイル対（４Ａ、４Ｂ）（８Ａ、８Ｂ）に所定の電流を流す。この結果、各コイル対（４Ａ、４Ｂ）（８Ａ、８Ｂ）では所望の推力が発生するので、それによって移動テーブル２がＸ−Ｙ方向に移動されるようになっている。
【００９１】
図９には、Ｘ−Ｙステージ装置１５の制御システムのブロック線図が示されている。
【００９２】
ｒｘ、ｒｙは、移動テーブル２を真円軌跡運動させる際の目標値であり、上記位置指令出力手段５８から出力されるものである。従って、半径ｒの真円軌道、周波数ｆ、との条件で円軌跡運動させたい場合を考えると、目標値はｒｘ＝ｒ・ｓｉｎ（２πｆｔ）、ｒｙ＝ｒ・ｃｏｓ（２πｆｔ）となる。実際に計測される移動テーブル２の変位量はｘ，ｙである。
【００９３】
Ｘ軸、Ｙ軸位置制御補償器４７、４８は目標値ｒｘ、ｒｙと実測値ｘ、ｙとの差に依存して制御特性Ｋｘ（ｓ）、Ｋｙ（ｓ）で位置補償演算を行う。この各位置制御補償器４７、４８を経て出力されたＸ方向及びＹ方向操作量は、各方向の電流アンプ５４、５６と駆動用リニアモータ３、７から構成されるＸ方向及びＹ方向駆動系９０、９２に入力される。この各方向の駆動系９０、９２におけるＸ方向及びＹ方向の電流アンプ・モータ係数は共にｋｔｈｒであり、この各駆動系９０、９２を経ることで、駆動用リニアモータ３、７が所定の推力Ｆｍｘ，Ｆｍｙを発生する。その一方で、既に所定の変位量ｘ，ｙとなっている状態の移動テーブル２は、Ｘ−Ｙガイド機構４９からの復元力Ｆｓｘ、Ｆｓｙを受けているので、実際に移動テーブル２に作用する外力Ｆｘ、Ｆｙはこれらの合力となる。
【００９４】
なお、上記復元力Ｆｓｘ、Ｆｓｙは、既に説明したように、剛性ｋｘ、ｋｙから以下のようになっている。
【００９５】
Ｆｓｘ＝−ｋｘ・ｘ
Ｆｓｙ＝−ｋｙ・ｙ
【００９６】
上記外力Ｆｘ、Ｆｙによる移動テーブル２の加速度は、各方向の可動部質量Ｍｘ，Ｍｙから、Ｆｘ／Ｍｘ、Ｆｙ／Ｍｙとなる。移動テーブル２には摩擦が存在しないため、これらの加速度を２階積分したものが変位ｘ、ｙとなる。この関係をラプラス変換子ｓを用いて表わすと以下のようになる。
【００９７】
ｘ＝Ｆｘ／（Ｍｘ・ｓ2）
ｙ＝Ｆｙ／（Ｍｙ・ｓ2）
【００９８】
ところで、上記目標運動の周波数ｆが移動テーブル２の固有振動数Ｔと一致するように設定されており、目標真円半径ｒと一致して実際に円軌跡運動している場合（つまり、ｘ＝ｒ・ｓｉｎ（２πＴｔ）、ｙ＝ｒ・ｃｏｓ（２πＴｔ）で運動している場合）を考えると、上記復元力Ｆｓｘ、Ｆｓｙは下記のようになる。
【００９９】
0003817120.tif 000002
【０１００】
これは、既に示したように各方向の剛性ｋｘ、ｋｙは、ｋｘ＝Ｍｘ（２πＴ）2、ｋｙ＝Ｍｙ（２πＴ）2で表現されるからである。
【０１０１】
この復元力は、勿論、移動テーブル２が周波数Ｔ、真円軌道半径ｒで円軌跡運動する際に必要となる外力に他ならない。このため、駆動系９０、９２によって発生される（要求される）推力Ｆｍｘ，Ｆｍｙは零となる。つまり、全く「駆動」する必要がない。
【０１０２】
次に、目標周波数ｆと固有振動数Ｔが異なる場合（ｆ≠Ｔ）を考える。この周期ｆで移動テーブル２が運動する場合の復元力は下記のようになる。
【０１０３】
0003817120.tif 000003
【０１０４】
一方、周波数ｆ、真円軌道の半径ｒで実際に移動テーブル２が運動する際に「必要な」外力Ｆｘ、Ｆｙは以下のように示される。
【０１０５】
Ｆｘ＝−Ｍｘ（２πｆ）2・ｒ・ｓｉｎ（２πｆｔ）
Ｆｙ＝−Ｍｘ（２πｆ）2・ｒ・ｃｏｓ（２πｆｔ）
【０１０６】
従って、上記復元力Ｆｓｘ，Ｆｓｙと上記外力Ｆｘ，Ｆｙとの差、つまり、復元力Ｆｓｘ，Ｆｓｙに対して推力で補わなければならない分が、駆動系９０、９２に要求される推力Ｆｍｘ，Ｆｍｙである。
【０１０７】
具体的には、
Ｆｍｘ＝−Ｍｘ｛（２πＴ）2−（２πｆ）2｝・ｒ・ｓｉｎ（２πｆｔ）
Ｆｍｙ＝−Ｍｘ｛（２πＴ）2−（２πｆ）2｝・ｒ・ｃｏｓ（２πｆｔ）
となる。
【０１０８】
従って、目標周波数ｆと、固有振動数Ｔが近づけば近づくほど、駆動系９０、９２に要求される推力は少なくなる。このことは、各駆動リニアモータ３、７によって消費される電力を、従来よりも大幅に減少させることが出来ることを意味する。本発明者の解析によると、目標周波数ｆを１００Ｈｚに固定して固有振動数Ｔを変化させた場合に実効電力が図１０に示されるように変化することがわかった。
【０１０９】
なお、解析時の各設定値は、可動部質量Ｍｘ、Ｍｙ＝１．２（ｋｇ）、各リニアモータ３、７のコイル抵抗Ｒ＝１８（Ω）、真円半径ｒ＝５０（μｍ）、モータ推力定数ｋ＝３０（Ｎ／Ａ）である。
【０１１０】
この結果、目標周波数ｆと固有振動数Ｔとの関係が−７５００＜ｆ2−Ｔ2＜７５００、あるいは０．５ｆ＜Ｔ＜１．５ｆとなる範囲において、特に電力消費量を激減させることが出来る。又、更に好ましくは、０．８ｆ＜Ｔ＜１．２ｆとする。もちろん、Ｔとｆとは対等の関係にあり、これらを入れかえた０．５Ｔ＜ｆ＜１．５Ｔとなる範囲においても電力消費量を激減させることができる。
【０１１１】
実際の値としては既に述べたように、まず固有振動数Ｔが８０＜Ｔ＜１２０｛ＨＺ｝の範囲内にある値に設定し、その値Ｔに対して、上記関係を満たすように目標周波数ｆを設定することが好ましい。
【０１１２】
このＸ−Ｙステージ装置１５では、固有振動数が積極的に利用されている。具体的には、弾性ヒンジ５４、５６の弾性変形を伴うＸ−Ｙガイド機構４９を採用し、そのＸ方向とＹ方向の固有振動数を値Ｔで一致させ、その固有振動数Ｔに近い所定範囲の運動周波数によって、移動テーブル２を駆動させるようにした。
【０１１３】
このように駆動すれば、移動テーブル２が自らの固有振動数Ｔに近い範囲で運動するので、各リニアモータ３、７側の推力（駆動力）と弾性ヒンジ５４、５６による復元力が同方向に合成される。その結果、復元力が移動テーブル２を円軌跡運動させる分、リニアモータ３、７側に要求さる推力が小さくなり消費エネルギが激減される。
【０１１４】
又、Ｘ方向及びＹ方向に固有振動数が一致されているので、移動テーブル２は自ら正確な円軌道（真円、楕円の双方を含む）を描いた運動（振動）が可能となっている。具体的に説明すると、従来は（そもそも、固有振動数を利用する思想が存在しなかったこともあり）Ｘ方向とＹ方向の固有振動数はむしろ相互に影響し合わないように敢えて一致させず、移動テーブル２を円軌跡運動させる場合には、駆動装置の強制力によってのみ駆動していた。しかしながら、Ｘ方向とＹ方向の固有振動数の相違から、どうしても軌道に「うねり」が発生して安定した運動軌跡を得ることが出来ないという問題があった。
【０１１５】
しかし、このＸ−Ｙステージ装置１５では、移動テーブル２に円軌跡を一度描かせれば、その後はその軌跡を「自ら」維持するように振動する。従って、複雑な（或いは強制的な）制御をしなくても、移動テーブル２の運動軌跡のズレや、周波数のズレ分を修正可能な程度に制御（駆動）すれば、常に安定した周波数で、且つ極めて安定した軌跡で運動させることが出来る。
【０１１６】
又、駆動装置として非接触のリニアモータ３、７が採用されているので、自らの推力が零、即ち電流ＯＦＦの際に移動テーブル２に何等外的な影響を付与しない。その結果、移動テーブル２が自由振動する事が出来るようになる。従って、リニアモータ３、７によって、推力のＯＮ・ＯＦＦや大小等によって断続的に移動テーブル２を駆動することが可能となるので、消費電力をより大幅に低減させることが出来る。
【０１１７】
なお、リニアモータ３、７は自身の振動が極めて小さいという特徴がある。移動テーブル２を高い周波数で運動させる場合であっても、安定したガイド特性であるＸ−Ｙガイド機構４９との相乗作用によって外乱振動が殆ど発生しないので、極めて安定した運動が可能となり、制御の応答性を向上させることが出来る。
【０１１８】
以上に示したＸ−Ｙステージ装置１５や、その移動テーブル２の変位制御方法は、あらゆる産業分野で利用することが出来るものである。例えば、移動テーブルに載置される部材を加工する為に適用した例を第２実施形態として以下説明する。
【０１１９】
図１１に、本発明に第２実施形態に係る部材加工方法が適用される放電加工装置３００を部分的に示す。
【０１２０】
この放電加工装置３００は、加工電極３８２と、工作液が貯留される工作液層３８４と、工作液内に浸されるようにして工作液層３８４に載置される加工部材３８６と、該工作液層３８４をＸ−Ｙ平面内で移動可能に支持するＸ−Ｙステージ装置３１５と、該Ｘ−Ｙステージ装置３１５を、更にＸ−Ｙ平面内で移動可能に支持している大型Ｘ−Ｙ駆動装置３８８（２点鎖線参照）と、を備える。なお、Ｘ−Ｙステージ装置３１５は、第１実施形態で示したＸ−Ｙステージ装置１５と同様であるので、その構成・作用等の詳細な説明は省略する。
【０１２１】
放電加工は、加工部材３８６と加工電極３８２との間に火花放電を発生させて、その放電に伴って加工部材３８６から微量の切り屑を取り去って穴をあけるものである。従って、その穴は加工電極３８２の先端の断面形状と同等形状となるのが一般的である。
【０１２２】
放電加工装置３００におけるＸ−Ｙステージ装置３１５によって、工作液層３８４がＸ−Ｙ平面内で案内される。又、（移動テーブル２を含む）工作液層３８４がＸ方向及びＹ方向に移動する際のＸ方向の固有振動数とＹ方向の固有振動数とが値Ｔで一致されており、Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニアモータ３０３、３０７によって、固有振動数Ｔに対して運動周波数ｆが√（Ｔ2−７５００）＜ｆ＜√（Ｔ2＋７５００）となるように、工作液層３８４が半径ｒの真円を描くように運動される。なお、加工電極３８２は、Ｘ−Ｙ平面内で静止している。
【０１２３】
このようにすると、図１２に示されるように、工作液層３８４内に載置される加工部材３８６も同様に円軌跡運動するので、この真円Ｃの半径ｒ以上、具体的にはこの円軌跡Ｃに沿って加工電極３８２が移動した場合と同等の大きさとなる加工穴３８８が形成される。なお、図１２では便宜上、「実際には移動している」加工部材３８６を基準座標として、加工電極３８２が相対的に移動しているように示してある。
【０１２４】
このようにすると、加工部材３８６側は安定した円軌跡Ｃを描いて運動するので、精密な大きさの加工穴３８８を形成することができる。従って、その円軌跡Ｃを真円にすれば真円の穴が、楕円にすれば楕円の穴が加工される。なお、加工穴３８８は貫通するものに限定されず、途中まで加工された凹状の穴であってもよい。
【０１２５】
ところで、放電加工装置３００は、Ｘ−Ｙステージ装置３２５自体が、更に別の大型Ｘ−Ｙ駆動装置３８８に設置されているので、Ｘ−Ｙステージ装置３１５全体を所定の軌跡（これは円に限定されない）を描くように移動させることができる。
【０１２６】
大型Ｘ−Ｙ駆動装置３８８によって、加工部材３８６を線Ｌにそって移動させた場合の加工状態を図１３に示す。このようにすると、上記加工穴３８８の移動軌跡となる加工溝３８９を形成することが出来る。勿論この場合には、円軌跡Ｃの大きさ（半径ｒ）を変化させることによって、加工溝３８８の幅を変化させることも出来る。
【０１２７】
なお、ここでは第１、第２実施形態を示したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、他の実施形態も勿論存在しする。つまり、本発明の実施形態は、今回示した第１、第２実施形態に限定されるものではない。
【０１２８】
又、明細書全文に表れてくる部材の形容（機能・形状）はあくまで例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ−Ｙステージ装置におけり移動テーブルを、極めて安定した軌跡で円運動させることが出来るようになる。又、駆動装置側の消費エネルギーを激減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ軸−Ｙ軸ステージ装置を示す斜視図
【図２】図１におけるII−II矢視断面図
【図３】図２におけるIII−III矢視断面図
【図４】図３におけるIV部を拡大して示す部分断面図
【図５】同Ｘ−Ｙステージ装置における弾性ヒンジの構造を拡大して示す斜視図
【図６】図５のVI−VI矢視断面図
【図７】図３におけるVII部を拡大して示す部分断面図
【図８】同Ｘ−Ｙステージ装置の制御系を示す概念図
【図９】同Ｘ−Ｙステージ装置における制御システムのブロック線図
【図１０】同Ｘ−Ｙステージ装置の電力消費量を解析した結果を示す線図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る部材加工方法が適用される放電加工機をしめす部分斜視図
【図１２】同放電加工機によって加工された加工部材を示す拡大図
【図１３】同放電加工機によって加工された加工部材を示す拡大図
【図１４】従来のＸ軸−Ｙ軸ステージ装置を示す斜視図
【符号の説明】
１…固定基台
２…移動テーブル
３…Ｙ軸方向駆動用リニアモータ
７…Ｘ軸方向駆動用リニアモータ
１５、３１５…Ｘ軸−Ｙ軸ステージ装置
５０…中間部材
５４…第１弾性ヒンジ
５６…第２弾性ヒンジ
３００…放電加工装置
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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