JPH10263963A

JPH10263963A - 精密送り装置

Info

Publication number: JPH10263963A
Application number: JP7478297A
Authority: JP
Inventors: Takashi Haraguchi; 隆原口; Masahiro Hamamoto; 正弘浜本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】外乱となる振動に対して強く、位置決め精度
にも優れ、また振動減衰効果が搭載物の質量変化の影響
を受け難い精密送り装置を提供する。【解決手段】エアスライド装置１５とアクチュエータ
１６と変位センサ１７とを備え、フィードバック制御に
より可動部４の位置決めを行う精密送り装置に適用され
る。エアスライド装置１５は直動型の静圧空気軸受を介
してガイド３に可動部４を進退自在に支持したものであ
る。変位センサ１７は、可動部４の側面に設けられる被
検出部７および位置固定の検出部９からなる。この構成
において、変位センサ１７の被検出部７を、可動部４の
側面の高さ方向の中心Ｏに配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の精密機
器、例えば光ディスクや磁気ディスクの製造装置，検査
装置や、半導体の製造装置，検査装置等に応用される精
密送り装置に関し、特に、エアスライド装置とアクチュ
エータと変位センサとから構成されてフィードバック制
御される精密送り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の精密送り装置は、可動部のガイ
ドに対する摩擦を小さくし、駆動する際にスティックス
リップが発生しないように、可動部をガイドに対して静
圧空気軸受で非接触支持するエアスライド装置と、可動
部を駆動する非接触リニアモータ等のアクチュエータ
と、可動部の位置を検出する非接触型リニアスケール等
の変位センサとから構成され、前記変位センサの検出信
号でフィードバック制御される。光ディスクの製造装置
では、前記可動部に光学ヘッドが取付けられ、光学ヘッ
ドの精密位置決めにこの精密送り装置が使用される。

【０００３】図７は、従来の精密送り装置の一例を示
し、可動部４をガイド３に対して静圧空気軸受（図示せ
ず）で非接触支持するエアスライド装置１５と、非接触
リニアモータ１６と、変位センサ１７とから構成されて
いる。変位センサ１７は、非接触型リニアスケールから
なり、その被検出部となるスケール部７Ａは、可動部４
の側面における下端に設けられている。可動部４の上面
に、光学系ベース１０が取付けられ、光ディスクマスタ
リング用の光学系部品１１が載せられている。なお、同
図において、図１の実施形態と対応する部分には同一符
号を付してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、光ディスクの記
録密度は高密度化の傾向にある。例えば、ＣＤ（コンパ
クトディスク）からＤＶＤ（ディジタルビデオディス
ク）へ技術が進む中で、ＤＶＤの記録密度は、ＣＤの６
倍となっており、電機メーカーが開発中のハイビジョン
用ＤＶＤは現行のＤＶＤの３倍を目指している。したが
って、マスタリング工程中、何らかの外乱が入り、送り
装置の可動部が振動すると、マスターディスクは不良と
なってしまう。このように、光磁気ディスクの高密度化
が進むにつれ、トラックピッチは小さくなり、精密送り
装置の送り誤差の極小化が要求されている。そのため、
図７に示す従来の送り装置では、前記要求に対応できな
くなってきている。これまで、エアスライド装置は、可
動部をガイドに対して非接触支持するので、摩擦が小さ
く、可動部を駆動する際にスティックスリップが発生し
ないことの利点から精密位置決めに用いられてきたが、
非接触支持であるため減衰能力が小さく、位置決め誤差
に対する要求が厳しくなるにつれて、外乱による微小振
動が問題になっている。そこで、エアスライド装置の精
度の良さを保ちつつ、振動にも強くする必要が生じてき
た。特に、振動数が機械系の固有振動数と等しい場合に
は共振により振幅が大きくなるので、固有振動数での減
衰能力を高める必要がある。そのため、システムの一巡
伝達関数を測定した場合に、機械系の固有振動数で現れ
るゲインのピーク値を小さく抑える必要がある。

【０００５】このゲインのピーク値を小さくする方法と
して、機械系の剛性を大きくし、固有振動数をより大き
くする方法が考えられるが、材料の縦弾性係数や装置の
寸法，重量の制限から限界がある。また、制御系におい
て、ピーク周波数に対応する周波数域にノッチフィルタ
ーを挿入することにより、ピーク周波数におけるゲイン
を小さくすることができるが、この場合、送り装置の可
動部に取付ける光学ヘッド等を交換して質量が変化する
と機械系の固有振動数が変化し、ノッチフィルター等の
効果が得られなくなるという欠点がある。

【０００６】この発明は、上記の課題を解消するもので
あり、外乱となる振動に対して強く、位置決め精度にも
優れ、また振動減衰効果が搭載物の質量変化の影響を受
け難い精密送り装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の精密送り装置
は、エアスライド装置とアクチュエータと変位センサと
から構成され、フィードバック制御により可動部の位置
決めを行う精密送り装置において、前記変位センサの前
記可動部の側面に設けられる被検出部を、前記可動部に
生じるピッチング動作の略中心となる高さ位置に配置し
たものである。エアスライド装置は直動型の静圧空気軸
受を介してガイドに可動部を進退自在に支持したもので
あり、前記アクチュエータは可動部を進退させるもので
ある。変位センサは、前記可動部の側面に設けられる被
検出部および位置固定の検出部からなり、前記アクチュ
エータのフィードバック制御系に設けられるものであ
る。

【０００８】このように、変位センサの被検出部を可動
部に生じるピッチングの中心となる高さ位置としたた
め、可動部が外力を受けてピッチング方向に傾くときの
被検出部の進退方向の位置ずれが小さくなる。そのた
め、フィードバック制御系において、前記位置ずれによ
って、可動部の持っているピッチング方向の固有振動数
で現れるゲインのピーク値が小さくなる。この結果、外
乱となる振動に対して強い精密送り装置となる。したが
って、エアスライド装置の持つ精度の良さを保ちつつ、
振動にも強くすることができる。また、可動部がピッチ
ング方向に傾くときの被検出部の位置ずれを小さくする
ことでゲインを低減させる構成であるため、ピッチング
の固有振動数の変化による影響が小さく、可動部の搭載
物の質量変化の影響を受け難い。

【０００９】上記構成において、変位センサの被検出部
は、前記可動部の側面の高さ方向の中心に配置しても良
く、また可動部の側面における静圧空気軸受の高さ方向
の中心に配置しても良い。エアスライド装置において、
可動部に生じるピッチングの中心は、一般に可動部の側
面の高さ方向の中心か、あるいは静圧空気軸受の高さ方
向の中心となる。そのため、このように変位センサの被
検出部を可動部の側面の高さ方向の中心または静圧空気
軸受の高さ方向の中心に配置することで、上記のゲイン
のピーク値を小さくする効果が得られる。

【００１０】また、これらの構成において、前記変位セ
ンサの被検出部は、非接触型のリニアスケールにおける
スケール部であっても良く、またレーザ測長器等におけ
る反射鏡であっても良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図５と共に説明する。図１，図２は、この精密送り装
置の正面図および破断側面図である。板状の基台１上に
支柱２を介して長方形断面を有する直線状のガイド３が
水平に固定されている。ロ型の断面を有する可動部４
は、軸受隙間１２を介してガイド３の４つの面に対向し
ており、可動部４から各面の軸受隙間１２内にノズル１
３から圧縮空気を供給することにより非接触支持され
る。前記軸受隙間１２とノズル１３とで直動型の静圧空
気軸受１４が構成される。また、ガイド３と可動部４と
でエアスライド装置１５が構成される。可動部４を駆動
するアクチュエータである非接触型のリニアモータ１６
は、そのモータコイル５が可動部４の下面に一体に取付
けられ、基台１に取付けられた磁気回路部品６内に非接
触で遊嵌している。リニアモータ１６は、モータコイル
５に電流を流すことにより、ガイド方向に推進力が発生
し、可動部４を駆動させる。可動部４の側面には、非接
触型のリニアスケールからなる変位センサ１７の被検出
部であるスケール部７がスケール取付台８を介して取付
けられ、基台１に取付けられた検出部であるスケールヘ
ッド９により、可動部４の変位が測定される。このリニ
アスケールからなる変位センサ１７は、光学式のもので
あっても、磁気式のものであっても良い。

【００１２】図３に示すように、前記変位センサ１７の
スケールヘッド９で得た変位信号は、フィードバック制
御手段１８に送られ、送り指令手段１９で与えられる目
標値との偏差信号が、アンプ２０を介してリニアモータ
１６のモータコイル５に与えられる。これら、リニアモ
ータ１７、可動部４、変位センサ１７、およびフィード
バック制御手段１８により、フィードバック制御系が形
成される。図１に示すように、可動部４には上面に光学
系ベース１０が一体に取付けられ、光学系ベース１０に
は光ディスクマスタリング用の光学系部品１１が載置さ
れている。

【００１３】この前提構成の精密送り装置において、こ
の実施形態では、変位センサ１７の被検出部であるスケ
ール部７が、可動部４の側面における高さ方向の中心Ｏ
上に配置されている。可動部４の側面における高さ方向
の中心Ｏは、静圧空気軸受１４の高さ方向の中心、およ
び可動部４の重心の高さにも合致している。

【００１４】この構成の精密送り装置の作用を、図４を
参照して説明する。可動部４の側面にスケール部７を取
付ける場合に、その取付位置による違いを見るために、
スケール部７（７Ａ）を高さ方向の中心位置Ｏに取付け
た場合（この実施形態）と、それから最も離れた可動台
下端に取付けた場合（図７の従来例）とにつき説明す
る。図４において、実線は、可動部４が傾きを生じる前
の状態を示し、２点鎖線はピッチングにより傾いた状態
を示す。また、符号７ａは中央位置に取付けられたスケ
ール部７の、可動部４が傾く前のスケールヘッド９によ
る読み取り点を示す。これが、外力によってピッチング
方向に傾くと、読み取り点７ａは符号７ｂで示す位置に
移動し、変位センサ９での位置変化は図４でＡ２と測定
される。同様に、符号７Ａａは、下端位置に取付けられ
たスケール部７Ａの、可動部４が傾く前のスケールヘッ
ド９による読み取り点を示す。この読み取り点７Ａａ
は、可動部４がピッチング方向に傾くと、符号７Ａｂで
示す点に移動し、変位センサ９での位置変化はＡ３と測
定される。同図より明らかなように、Ａ２＜Ａ３であ
る。したがって、スケール部７（７Ａ）を可動部４の側
面に取付ける場合、高さ方向の中央部に配置すると、同
じ可動部４が外力を受けてピッチング方向に傾くときの
読み取り位置の変化が小さく検出され、フィードバック
系の一巡伝達関数のゲイン（＝変位／外力）は小さくな
る。

【００１５】この一巡伝達関数のゲインの実験結果を図
５および図６に示す。図６は、スケール部７Ａを側面の
下端に配置した従来例である。この場合、エアスライド
装置１５の持っている固有振動数である６００Hz付近
（Ａ点）にゲインのピークが存在している。そのゲイン
のピーク値は−６dBである。これを、スケール部７の位
置が可動部４の側面の高さ方向中心Ｏに来るように変え
ると（他の条件は同じ）、図５のように、エアスライド
装置１５の固有振動数である６００Hz付近のゲインのピ
ーク値は、図６に比べ４dB小さくすることができた（Ｂ
点）。これより、外乱に強い精密送り装置とできる効果
は明らかである。

【００１６】なお、前記実施形態は、変位センサ１７が
リニアスケールである場合につき説明したが、変位セン
サ１７としてレーザ測長器を用い、その被検出部である
反射鏡を可動部４に取付ける場合にもこの発明を適用す
ることができる。また、前記実施形態は、エアスライド
装置１５のガイド３が長方形断面であり、可動部４がロ
字型である場合につき説明したが、他の各種断面形状の
ガイドおよび可動部で構成されるエアスライド装置を用
いた場合にも、この発明を適用することができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明の精密送り装置は、エアスライ
ド装置とアクチュエータと変位センサとから構成され、
フィードバック制御により可動部の位置決めを行う精密
送り装置において、前記変位センサの前記可動部の側面
に設けられる被検出部を、前記可動部に生じるピッチン
グ動作の略中心となる高さ位置に配置したものであるた
め、エアスライド装置の持つ精度の良さを保ちつつ、外
乱となる振動に強いものとできる。また、可動部に搭載
される光学ヘッド等の搭載物を交換しても、その質量変
化の影響を受け難く、優れた振動減衰効果が保持され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる精密送り装置の
正面図である。

【図２】同精密送り装置の破断側面図である。

【図３】同精密送り装置の制御系のブロック図である。

【図４】同精密送り装置の作用説明図である。

【図５】同精密送り装置の実験結果を示すグラフであ
る。

【図６】従来例の実験結果を示すグラフである。

【図７】従来例の正面図である。

【符号の説明】

３…ガイド４…可動部５…モータコイル７…スケール部（被検出部）９…スケールヘッド（検出部）１０…光学系ベース１４…静圧空気軸受１５…エアスライド装置１６…リニアモータ（アクチュエータ）１７…変位センサＯ…中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直動型の静圧空気軸受を介してガイドに
可動部を進退自在に支持したエアスライド装置と、前記
可動部を進退させるアクチュエータと、前記可動部の側
面に設けられる被検出部および位置固定の検出部からな
り前記アクチュエータのフィードバック制御系に設けら
れる変位センサとを備えた精密送り装置において、前記
変位センサの被検出部を、前記可動部に生じるピッチン
グ動作の略中心となる高さ位置に配置したことを特徴と
する精密送り装置。
【請求項２】前記変位センサの被検出部を、前記可動
部の側面の高さ方向の中心に配置した請求項１記載の精
密送り装置。
【請求項３】前記変位センサの被検出部を、前記可動
部の側面における静圧空気軸受の高さ方向の中心に配置
した請求項１記載の精密送り装置。
【請求項４】前記変位センサの被検出部が、被接触型
のリニアスケールにおけるスケール部である請求項１な
いし請求項３のいずれかに記載の精密送り装置。