以下、添付図面に基づいて本発明のXYテ� �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� ��エータの第一の実施形態を示す斜視図であ� ��。このXYテーブルアクチュエータ1は、機械� ��置の筐体やベッド等の固定部に固定される� ��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� �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� ��。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� �さが同一であり、図1に示すように、中間プ� ��ート4及び可動プレート5をホームポジショ� �に設定した際には、3枚のプレート2,4,5が上� �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� �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� �4との間には該中間プレート4をX方向へ駆動� �るX駆動モータが設けられる一方、中間プレ� ��ト4と可動プレート5との間には該可動プレ� �ト5をY方向へ駆動するY駆動モータが収納さ� �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� ��続されており、かかるドライバ9はX駆動モ� �タ及びY駆動モータに対して駆動電流を送出� ��ている。尚、X駆動モータ及びY駆動モータ� �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� ��固定プレート2に対する中間プレート4のX方� ��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� �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� ��9に入力され、ドライバ9は検出センサの出� �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� �る。前記固定プレート2は両端に側壁20aを有� ��ると共に中央に収容溝20を有してチャネル� �に形成されており、収容溝20に面した各側壁 20aの内側面にはボールの転走溝30が形成され� ��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� ��互いに90度ずれたものとなっている。すな� �ち、固定プレート2では前記収容溝20がX方向� ��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X方向及びY方� ��に関して固定プレート2及び可動プレート5� �同じ大きさの平板状に形成されており、図2� ��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� ��れ、この空間が前述したX駆動モータ6の収� �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� �4との間にも形成され、かかる空間は前述し� ��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� �態を示すXYテーブルアクチュエータ1の斜視� �である。前記可動プレート5と対向する中間� ��レート4の表面にはX方向に間隔をおいて一� �のリニアガイド21がボルトを用いて固定され ている。各リニアガイド21は可動プレート5の 側壁20aに形成されたボールの転走溝30と対向� ��る負荷転走溝22を備えており、可動プレー� �5の転走溝30とリニアガイド21の負荷転走溝22� ��の間を複数のボールが荷重を負荷しながら� ��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� ��に構成されている。また、前記リニアガイ� ��21はボールの無限循環路を備えており、可� �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� �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� �ータ7が配設されている。このY駆動モータ7� �同期型リニアモータであり、前記中間プレ� �ト4上に一列に配列された複数のマグネット� ��材71と、前記可動プレート5に固定されると� ��にこれらマグネット部材71と僅かな隙間を� �して対向するコイル部材72とから構成されて いる。

 前記マグネット部材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� ��いる。これらのマグネット部材71は合成樹� �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、前記マグネット部材71の中間プ� ��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、各マグネット部材71は接� ��によって前記保持プレート73に配列されて� �るが、前記保持プレート73を射出成形するこ とにより、マグネット部材71を該保持プレー� ��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� �から形成されたコア部材に対してコイルを� �き回して形成されており、かかるコア部材� �先端が前記マグネット部材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 に基づいて前記マグネット部材71とコイル部� ��72との間に磁気吸引力又は磁気反発力が作� �し、コイル部材72をマグネット部材71の配列� ��向に沿って推進することができるようにな� ��ている。

 尚、図3は中間プレート4の表面側、すな� �ち可動プレート5に面した側の構造を示して� ��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� �アガイド21が配設され、固定プレート2に対� �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� �定プレート2に対してX方向へ駆動するX駆動� �ータは、前記Y駆動モータ7と同様にマグネッ ト部材及びコイル部材から構成される同期型 リニアモータであり、マグネット部材が中間 プレート4の裏面側に、コイル部材が固定プ� �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� ��ト5の収容溝20に僅かな隙間を介して対向す� ��隔壁であり、中間プレート4の表面側でY方� �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� ��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� ��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� ��に形成されたX駆動モータの収容室60に対し� ��外部から塵芥が侵入するのを防止すると共� ��、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� �プレート5に固定されたコイル部材72には駆� �用動力ケーブル8の一端が接続されている。� ��の駆動用動力ケーブル8は中間プレート4を� �してXYテーブルアクチュエータ1から引き出� �れ、図1に示すドライバ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� �帯状FPCから形成されており、柔軟に湾曲す� �ことで、可動プレート5のX方向及びY方向へ� �運動を許容しつつ、可動プレート5に搭載さ� ��たY駆動モータ7のコイル部材72をドライバ9� �接続している。

 尚、図1及び図3ではX駆動モータをドライ� ��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� �ート2に取り付けられることから、かかるコ� ��ル部材はX方向及びY方向のいずれにも運動� �ておらず、駆動用動力ケーブルを何ら問題� �くドライバに接続することができるからで� �る。

 また、図1及び図3中に示すセンサ用信号� �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� ��る。中間プレート4から引き出されたセンサ 用信号ケーブル10は、自在に湾曲し得る方向� ��中間プレート4の固定プレート2に対する移� �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� ��移動を阻害しないように構成されている。

 そして、以上のように構成されたXYテー� �ルアクチュエータ1では、図2を用いて説明し たように、チャネル状に形成された固定プレ ート2と平板状に形成された中間プレート4と� ��積み重ねることにより、固定プレート2の収 容溝20に対応して、X方向駆動手段の収容室60� ��これら固定プレート2と中間プレート4との� �に形成される。また、チャネル状に形成さ� �た可動プレート5と平板状に形成された中間� ��レート4とを積み重ねることにより、可動プ レート5の収容溝20に対応して、Y方向駆動手� �7の収容室70がこれら可動プレート5と中間プ� ��ート4との間に形成される。

 すなわち、X方向駆動手段及びY方向駆動� �段7の収容室を形成するにあたり、中間プレ� ��ト4は単なる平板状であって構わず、中間プ レート4に対して何ら凹所を加工する必要が� �いので、その分だけXYテーブルアクチュエー タ1を簡易に且つ低コストで生産することが� �能となっている。

 また、前記中間プレート4はX方向及びY方� ��に関して固定プレート2及び可動プレート5� �同じ大きさに形成されており、固定プレー� �2と中間プレート4との間におけるX方向駆動� �段の収容室60はそのX方向長さが固定プレー� �のX方向長さと合致している。また、中間プ� ��ート4と可動プレート5との間に収容されたY� ��向駆動手段7の収容室70はそのY方向長さが可 動プレート5のY方向長さと合致している。こ� ��ため、中間プレート4のX方向ストローク量� �び可動プレート5のY方向ストローク量は、固 定プレート2及び可動プレート5の大きさに対� ��て最大限確保されており、XYテーブルアク� �ュエータ1の小型化を図りつつも、XY平面内� �おける可動プレートの移動範囲を大きく設� �することが可能となっている。

 次に本発明を適用したXYテーブルアクチ� �エータの第二の実施形態について説明する� �

 前述した第一の実施形態ではX方向駆動モ ータのマグネット部材を中間プレートに、コ イル部材を固定プレートに配設する一方、Y� �向駆動モータのマグネット部材を中間プレ� �ト4に、コイル部材を固定プレート2に配設し た。しかし、この第二の実施形態のXYテーブ� ��アクチュエータ101ではマグネット部材とコ� ��ル部材の配設位置を逆転させ、X方向駆動モ ータ及びY方向駆動モータのコイル部材を中� �プレートに配設するようにした。尚、固定� �レート2、中間プレート4及び可動プレート5� �関する構造、及びこれらを移動自在に支承� �るリニアガイド21に関する構造は前述した第 一の実施形態と同じであり、以降の説明では 図中に第一の形態と同一の符号を付してその 詳細な説明は省略する。

 図4は、XYテーブルアクチュエータ101にお� ��て、前記可動プレート5を取り除いた状態を 示す第二の実施形態の斜視図である。中間プ レート4上には前述した一対のリニアガイド21 に挟まれるようにしてY駆動モータ107が配設� �れている。このY駆動モータ107は同期型リニ� ��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コイル部材171と、前記可 動プレート5に固定されると共にこれらコイ� �部材171と僅かな隙間を介して対向するマグ� �ット部材172とから構成されている。

 前記マグネット部材172はY方向に沿ってN� �及びS極を交互に前記コイル部材171に向ける� ��うに配列されている。これらのマグネット� ��材172は合成樹脂製の保持プレート173に配列� ��れており、かかる保持プレート173を前記可� ��プレート5に固定することで、前記マグネッ ト部材172の可動プレート5に対する配列を容� �に行い得るようになっている。また、各マ� �ネット部材172は接着によって前記保持プレ� �ト173に配列されているが、前記保持プレー� �173を射出成形することにより、マグネット� �材172を該保持プレート173と一体化すること� �できる。

 図5は、図4に示す状態から更に一対のリ� �アガイド21及びマグネット部材172を取り除い た状態のXYテーブルアクチュエータ101を示す� ��のである。中間プレート上に配列された各� ��イル部材171は鉄等の強磁性体から形成され� ��コア部材に対してコイルを巻き回して形成� ��れており、かかるコア部材の先端が可動プ� ��ート5に保持された前記マグネット部材172と 僅かな隙間を介して対向している。コイル部 材171は三相交流電流のu相、v相、w相に対応し て設けられており、三つのコイル部材171が一 組となって、三相交流電流の通電時に移動磁 界を発生するようになっている。図5に示す� �では中間プレート4に対して二組六個のコイ� ��部材171がY方向に沿って配列されている。そ して、これらコイル部材171が発生する移動磁 界に基づいて前記マグネット部材172とコイル 部材171との間に磁気吸引力又は磁気反発力が 作用し、マグネット部材172をコイル部材171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4及び図5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� �、すなわち固定プレート2に面した側にも一� ��のリニアガイド21が配設され、固定プレー� �2に対して中間プレート4がX方向へ自在に運� �し得るようになっている。また、中間プレ� �ト4を固定プレート2に対してX方向へ駆動す� �X駆動モータは、前記Y駆動モータ107と同様に マグネット部材及びコイル部材から構成され る同期型リニアモータであり、コイル部材が 中間プレート4の裏面側に、マグネット部材� �固定プレート2に夫々固定されている。

 図4に示すように、可動プレート5におけ� �マグネット部材172のY方向の配列長さは中間� ��レート4におけるコイル部材171の配列長さよ りも短く設定されており、コイル部材171に対 して三相交流電流を通電すると、マグネット 部材172はコイル部材171の配列された範囲内で のみY方向へ推進される。すなわち、マグネ� �ト部材172はコイル部材171の配設範囲からは� �出してY方向へ往復動することはなく、マグ� ��ット部材172の磁力がコイル部材171と関係な� ��中間プレート4のY方向端部に作用するのを� �止している。このため、マグネット部材172� �磁力が中間プレート4に作用してコギングが� ��生する不具合を防止することができ、リニ� ��モータの発揮する推力の殆どを可動プレー� ��5のY方向への推進に利用し、小型のリニア� �ータであっても、可動プレート5に対して十� ��な推力を与えることが可能となる。

 このようなマグネット部材172とコイル部� ��171との関係はY駆動モータ107に限られず、固 定プレート2に対し中間プレート4をX方向へ駆 動するX駆動モータのマグネット部材及びコ� �ル部材においても同じである。

 また、X方向駆動モータ及びY方向駆動モ� �タを構成する一対のコイル部材は中間プレ� �ト4に配設されるので、これらコイル部材に� ��して電力を供給するケーブルは一つに纏め� ��上で中間プレート4から引き出すことが可能 となり、かかる中間プレート4がX方向にのみ� ��動してY方向へは移動しないことから、前記 ケーブルの中間プレート4に対する引き回し� �造は簡易なものとすることができ、本発明� �XYテーブルアクチュエータ101を簡易に且つ低 コストで製作することが可能となる。

 一方、図5に示すように、前記中間プレー ト4には可動プレート5の側壁20aと対向する位� ��にエンコーダ111Yが取り付けられており、こ のエンコーダ111Yが可動プレート5の側壁20aに� ��定されたリニアスケールを読み取ることで� ��前記可動プレート5の中間プレート4に対す� �Y方向の実際の移動量を検出することができ� ��ようになっている。また、同様にして、前� ��中間プレート4には固定プレート2の側壁20a� �対向する位置にエンコーダ111Xが取り付けら� ��ており、このエンコーダ111Xが固定プレート 2の側壁20aに固定されたリニアスケールを読� �取ることで、前記中間プレート4の固定プレ� ��ト2に対するX方向の実際の移動量を検出す� �ことができるようになっている。

 尚、このリニアスケールとエンコーダの� ��み合わせとしては、例えば特開2004-271423に� �示される位置変位センサを使用することが� �きる。

 以上のように構成された第二の実施形態� ��XYテーブルアクチュエータ101では、中間プ� �ート4に対してX駆動モータ及びY駆動モータ� �コイル部材が夫々配設され、かかる中間プ� �ート4の温度が上昇しやすいことに加え、中� ��プレート4は上下から可動プレート5及び固� �プレート2によって覆われており、これらの� ��動プレート5及び固定プレート2に比べて冷� �され難い構造となっている。このため、こ� �XYテーブルアクチュエータ101の運転時には、 中間プレート4の温度が可動プレート5や固定� ��レート2に比べて上昇し易く、また、運転後 の停止時においても中間プレート4に比べて� �動プレート5及び固定プレート2の方が冷却さ れ易いことから、中間プレート4の温度が可� �プレート5や固定プレート2に比べて高くなり 易いといった特質がある。

 中間プレート4と可動プレート5との間に� �度差が生じると、各プレート4,5は自らの温� �に応じた熱膨張を生じることから、前述し� �リニアガイド21の負荷転走溝22と可動プレー� ��5の転走溝30との距離が変化することになり� ��時には当該距離が過少となって、リニアガ� ��ド21のボールに対して過度に予圧が作用し� �また時には当該距離が過大となって、ボー� �が負荷転走溝22又は転走溝30から離脱してし� ��うことになる。このことは中間プレート4と 固定プレート2との関係についても同じであ� �。

 この実施の形態のXYテーブルアクチュエ� �タ101では可動プレート5に固定された一対の� ��壁20aが中間プレート4に固定された一対のリ ニアガイド21を外側から挟み込んでいるので� ��中間プレート4の熱膨張量が可動プレート5� �それよりも大きい場合には、リニアガイド21 のボールに対して過度の予圧が作用する傾向 にある一方、可動プレート5の熱膨張量が中� �プレート4のそれよりも大きい場合には、ボ� ��ルが負荷転走溝22又は転走溝30から離脱し易 い傾向にある。

 可動プレート5と中間プレート4との間に� �在するボールに対してこれらプレート4,5の� �膨張に起因して過度の予圧が作用するのを� �止するといった観点からすれば、熱膨張に� �る予圧の増加を見込み、XYテーブルアクチュ エータ101の組立時に負荷転走溝22と転走溝30� �の間にボール直径よりも僅かに大きな距離� �与えておけば良い。しかし、組立時にその� �うな設定を行うと、可動プレート5と中間プ� ��ート4の熱膨張量の関係が逆転した際に、ボ ールが負荷転走溝22又は転走溝30から離脱し� �くなってしまう。すなわち、可動プレート5� ��中間プレート4の温度差がプラス/マイナス� �双方向へ変位する場合には、負荷転走溝22と 転走溝30との距離の変動量が自ずと大きくな� ��てしまうのである。このため、負荷転走溝2 2と転走溝30との距離の変動量を抑えるために は、リニアモータのコイル部材171の発熱量を 抑える必要が生じ、当該コイル部材171に対し て大きな電流を通電することができない。

 しかし、本発明のXYテーブルアクチュエ� �タ101では、リニアモータのコイル部材171を� �間プレート4に配設したことから、前述の如� ��運転時及び停止時の双方において中間プレ� ��ト4の温度が可動プレート5や固定プレート2� ��比べて高くなり、運転時から停止時を通じ� ��負荷転走溝22と転走溝30との距離の変動を小 さく抑えることが可能となっている。このた め、可動プレートや固定プレートに対してコ イル部材を配設していた従来のXYテーブルア� ��チュエータに比較して、本発明のXYテーブ� �アクチュエータ101ではコイル部材171に対し� �大きな電流を通電することができ、その分� �け大きな推力で可動プレートをX方向及びY方 向へ推進することができるようになっている 。

 もっとも、コイル部材171の発熱によって� ��間プレート4の温度が可動プレート5の温度� �りも極端に高くなり、中間プレート4の熱膨� ��量が可動プレート5のそれを大きく上回ると 、リニアガイド21のボールに対して過度の予� ��が作用し、製品寿命が著しく低下すること� ��懸念される。

 このため、この実施の形態におけるXYテー� �ルアクチュエータ101では、コイル部材171が� �設された中間プレート4の線膨張係数が、マ� ��ネット部材172が配設された固定プレート2又 は可動プレート5の線膨張係数よりも小さく� �るように、これらプレート2,4,5の材質を選定 している。更に、固定プレート及び可動プレ ートの線膨張係数は、一般炭素鋼の線膨張係 数である10×10 ^-6 (μm/m/℃)よりも小さくなるように選定してい� ��。具体的には、中間プレートとして線膨張� ��数が0.8×10 ^-6 (μm/m/℃)の低膨張鋳物を使用する一方、固定� ��レート及び可動プレートとしては線膨張係� ��が2.5×10 ^-6 (μm/m/℃)の低膨張鋳物を使用した。これによ� ��、可動プレートと中間プレートとの間、固� ��プレートと中間プレートとの間のガタつき� ��抑えつつ、ボールに対して過度の予圧が作� ��するのを防止することができ、可動プレー� ��をX方向及びY方向へ精度良く移動させるこ� �ができた。