JP4770045B2

JP4770045B2 - 移動体システム

Info

Publication number: JP4770045B2
Application number: JP2001101179A
Authority: JP
Inventors: 洋中川; 進中川; 豊前田; 克好中野; 明塩崎; 洋介村口; 雅章成久
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002305894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体を所定の経路に沿って移動させる移動体システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体工場などにおいては、半導体部品を搬送したり、作業ロボットを移動させる移動体システムが用いられている。このような移動体システムしては、リニアモータ方式やボールスクリュー方式などがある。リニアモータを利用した方式は、ほこり等の発生が少なくクリーンであり、また静粛性にも優れていおり、さらに移動体の位置決め精度も高いといった利点がある。この他にも、１つの軌道上に複数の移動体を配置するが可能であるといった利点や、摩耗部分が少なく耐久性に優れるといった利点など様々な利点がある。したがって、半導体製造装置（特にステッパーや露光機等）においては、リニアモータ方式の移動体システムが広く用いられるようになっている。
【０００３】
ここで、図１５に従来のリニアモータ方式を用いた移動体システムの構成を示す。同図に示すように、このシステムでは、移動体３は、図の紙面垂直方向に敷設された断面コ字状の軌道レール構造体１に沿って直線ガイド部２により移動可能に案内支持されている。移動体３は、コア４と、コア４に券回されるコイル５と、コア４を支持する支持部材９とを備える磁界発生機構８を備えている。この磁界発生機構８では、コイル５に電流を供給することにより、軌道レール構造体１におけるコア４と対向する位置に配置された二次側コア６との間に磁界を発生し、これにより推力を発生して移動体３を移動させる。
【０００４】
このような移動体３には、上述した推力を発生する磁界発生機構８に加え、半導体部品を吸着するする部品吸着ヘッドなどが搭載される搭載部７が設けられている。ここで、搭載部７と上記磁界発生機構８の支持部材９とがボルト１０により固定されている。従って、搭載部７に実装ヘッド等を搭載すれば、この部品吸着ヘッドを軌道レール構造体１中の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【０００５】
ところで、移動体システムにおいては、上述した移動体３に搭載したロボットなどをある直線上だけでなく、所定範囲内で平面的（Ｘ方向、Ｙ方向）に任意に移動させるために、図１６に示すようなシステムが用いられることがある。同図に示すように、このシステムでは、Ｘ軸方向に敷設される軌道レール構造体１および移動体３などを含む上記のリニアモータシステム１６（図１５参照）自体をボールスクリュー方式でＹ軸方向に移動できるようにしている。具体的には、リニアモータシステム１６をボールスクリュー１５によって駆動される架台に固定し、ボールスクリュー１５をモータ１７で駆動することにより、リニアモータシステム１６全体をＹ軸方向に移動させることができるようになっている。このシステムによれば、ボールスクリュー１５およびリニアモータの両者の駆動を制御することにより、移動体３をＸＹ平面の任意の位置に移動させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リニアモータ方式の移動体システムは、上述したような様々な利点を有しているものの、動作時の発熱量がボールスクリュー方式等と比較して大きい。また、リニアモータ方式の移動体システムは、主な発熱源が移動体３である、すなわち発熱源が移動する構成である。したがって、リニアモータ方式の移動体システムは、発熱によってその性能が劣化する等の影響を受けやすく、現状のリニアモータ方式の移動体システムでは、水冷等の冷却方式によって発熱による影響を低減している。
【０００７】
しかしながら、半導体製造装置におけるチップ実装装置では、上記のような水冷方式の冷却を行うことができず、発熱による温度上昇に伴って移動体システムを構成する部材が変形し、システムとしての精度が低下してしまうといった問題が生じる。
【０００８】
特に、上記のような移動体システムでは、軌道レール構造体１や直線ガイド部２といった複複雑な形状の部材が複数組み合わされて構成されており、また主な発熱源である磁界発生機構８や直線ガイド部２と移動体３の摺動部分がこの構造体の中立軸からずれた位置にある。このため、バイメタル効果によって図１７に示すようにＸ軸方向に移動体３を案内する軌道レール構造体１が湾曲してしまい、移動体３のＹ軸方向の位置がずれてしまうといった位置精度不良を招くことになる。例えば、チップ実装装置に当該移動体システムを適用した場合には、Ｘ軸方向の軌道レール構造体１が１．５ｍ程度の長さであり、このような長さの軌道レール構造体１がバイメタル効果によって湾曲して移動体３がＹ軸方向に０．１ｍｍ程度ずれてしまうこともある。移動体システムをチップ実装装置等を移動させるために使用する場合等には、上記のような位置ずれはきわめて大きな問題となる。
【０００９】
ここで、バイメタル効果は、以下のような要因で発生することになる。
（１）構造体の形状が複雑であり、温度分布が不均一となる。
（２）構造体を構成する部材の熱膨張係数が異なっている。
（３）冷却条件等によって構造体の温度分布が不均一である。
（４）中立軸上に発熱源がない。
【００１０】
したがって、上記のような要因がない構造の移動体システムを設計すれば、発熱によるバイメタル効果を抑制することができ、上記の位置精度不良といった問題を低減することができるが、そのシステムの構造上、上記の各要因を含まない構造の移動体システムを設計するのは実質的に困難である。
【００１１】
また、上記のようなリニアモータ方式以外の方式の移動体システムであっても、発熱に伴うバイメタル効果によって上記のリニアモータ方式と同様に位置精度不良が生じる虞もある。また、発熱に起因するものに限らず、移動体３が搭載する重量負荷変動や移動体３の位置変動によって構造体の変形が生じ、位置精度不良を招くこともあり得る。
【００１２】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、優れた位置決め精度で移動体を移動させることが可能な移動体システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る移動体システムは、所定の経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備えた移動体システムであって、前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面に平行である前記断面の中心線を挟んで対称となるように、前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、前記中心線を挟んで対称となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備することを特徴としている。また、本発明に係る移動体システムは、所定の経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備えた移動体システムであって、前記経路構造体における前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸を挟んで、前記移動体とは反対側となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、前記コ字状を構成する辺に相当する部位を挟んで前記変形検出手段の反対側に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備することを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、移動体を案内する経路構造体が何らかの要因によって変形した場合にも、その変形状態が変形検出手段によって検出され、この検出結果に応じて加熱手段が経路構造体に対して加熱が行われる。したがって、例えば、経路構造体が膨張している場合には、その部分から吸熱して膨張を抑制し、経路構造体が縮んでいる場合にはその部分に加熱して膨張させるといったことが可能となり、これにより移動体の位置決め精度に大きな影響を及ぼす経路構造体の変形を抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の別態様に係る移動体システムは、第１の直線経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体を有する第１移動体機構と、前記第１の移動体機構を前記第１の直線経路と直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを備える移動体システムであって、前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面に平行である前記断面の中心線を挟んで対称となるように、前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、前記中心線を挟んで対称となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備することを特徴としている。また、本発明に係る移動体システムは、第１の直線経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体を有する第１移動体機構と、前記第１の移動体機構を前記第１の直線経路と直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを備える移動体システムであって、前記経路構造体における前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸を挟んで、前記移動体とは反対側となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、前記コ字状を構成する辺に相当する部位を挟んで前記変形検出手段の反対側に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．実施形態
まず、図１は本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の外観を示す斜視図である。同図に示すように、この移動体システムは、Ｘ軸方向に伸びる直線状に敷設された軌道レール構造体（経路構造体）３０と、軌道レール構造体３０に沿って移動可能に設けられる移動体３１とを有する第１移動体機構３２と、第１移動体機構３２をＸ軸と直交するＹ軸方向に移動させる第２移動体機構３３とを備えている。
【００１７】
第２移動体機構３３は、Ｘ軸方向に伸びる軌道レール構造体３０の両端側に固定される移動架台３３０，３４０を有しており、当該移動架台３３０，３４０は各々Ｙ軸方向に直線状に敷設された軌道レール３３１，３４１に沿って移動可能になされている。これにより、軌道レール構造体３０はＸ軸方向に延在した状態を維持したまま移動架台３３０，３４０の移動に伴ってＹ軸方向に移動させられるようになっている。
【００１８】
この移動体システムでは、ある座標位置（Ｘ１，Ｙ１）に移動体３１を移動させる場合には、Ｙ軸方向の位置情報（Ｙ１）に示される位置に、第２移動体機構３３の移動架台３３０，３４０を軌道レール３３１，３４１に沿って移動させる。このように第２移動体機構３３によってＹ軸方向の位置決めが行われるとともに、第１移動体機構３２は、Ｘ軸方向の位置情報（Ｘ１）に示される位置に移動体３１を移動させる。このようにして第１移動体機構３２および移動体３１を、目標位置のＸ座標およびＹ座標にしたがって制御することにより、移動体３１をＸＹ平面内の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【００１９】
次に、第１移動体機構３２の詳細について図２および図３を参照しながら説明する。図２に示すように、この移動体システムは、所定の軌道に沿って敷設された軌道レール構造体３０に沿って移動体２１が移動可能になされている。図３に示すように、軌道レール構造体３０は、側方が開放した断面コ字状の部材であり、その上下の内側面に沿って二次側コア２２が設けられている。また、軌道レール構造体３０の上下両端部２０ａには、それぞれリニアガイド２３が設けられており、このリニアガイド２３に移動体３１が摺動可能に支持されている。これにより、移動体３１は軌道レール構造体３０に沿って移動することができるようになっている。
【００２０】
移動体３１は、箱状の軌道レール構造体３０の内部に配置され、上記二次側コア２２とともに磁界を発生してこの移動体３１に推力を付与する磁界発生機構２４と、磁界発生機構２４の側方に配置され、半導体部品実装ヘッドなど所定の作業を実行する機器などを搭載する作業用保持部材２５と、磁界発生機構２４とを備えている。
【００２１】
磁界発生機構２４は、上述した軌道レール構造体３０に沿って設けられる各二次側コア２２に対向する位置に設けられる一次側コア２７と、各一次側コア２７に券回されるコイル２８と、一次側コア２７およびこれに券回されるコイル２８を支持する支持部材２９とを備えている。ここで、図４を参照しながら、磁界発生機構２４と軌道レール構造体３０に設けられた二次側コア２２とによる移動体３１の具体的な駆動構成例について説明する。本実施形態では、二次側コア２２と、一次側コア２７およびコイル２８とは、支持部材２９を挟んで２組設けられているが、両者は同一の原理で動作するため、一方のみを図示してその動作原理について説明する。
【００２２】
図４に示すように、軌道レール構造体３０に設けられた二次側コア２２の一次側コア２７と対向する面には、歯部２２ａが長手方向に沿って等間隔に形成されている。移動体３１の一次側コア５７は、コ字状のＡ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１と、Ａ相鉄心７０のＡ相磁極７０ａおよび相磁極７０ｂに券回されるコイル２８ａ，２８ｂと、Ｂ相鉄心７１のＢ相磁極７１ａおよび相磁極７１ｂに券回されるコイル２８ｃ，２８ｄと、Ａ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１の二次側コア５２と反対側の面に設けられた永久磁石７２，７３と、永久磁石７２，７３に取り付けられた板状の磁性体によって構成されるバックプレート７４とから構成されている。Ａ相磁極７０ａの二次側コア２２と対向する面には、歯部２２ａのピッチＰと同一ピッチで３個の極歯７５ａが形成されており、その他の磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂにも同様に３個の極歯７６ｂ，７７ａ，７７ｂが形成されている。また、各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂはＡ相磁極７０ａに対して順次Ｐ／４ずつずらして配置され、これにより各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂは互いに位相が９０°ずつ異なった位置関係となっている。このような構成の下、コイル２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに一相励磁方式等によりパルス信号を供給することにより、コイル２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに順次発生する磁束と、永久磁石７２，７３が発生する磁束とが各磁極７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂにおいて順次加減され、二次側コア２２に対する移動体３１の磁気的安定位置が順次移動し、これにより移動体３１が二次側コア２２に沿った方向、つまり軌道レール構造体３０に沿って移動させられる。
これは、一般的なリニアパルスモータの構成であるが、この他にも、例えば特開平３−１２４２５９号公報に記載されたリニアパルスモータ方式などを用いるようにしてもよい。
【００２３】
図３に戻り、作業用保持部材２５は、略板状の部材であり、その図の左右両端側において上述したリニアガイド２３に支持されている。また、作業用保持部材２５の磁界発生機構２４と反対側の面（図３の右側面）には、所定の作業を実行するための装置等が取り付けられている。例えば、半導体部品実装作業を実行する場合には、半導体部品実装ヘッドや半導体部品搬送用ロボットなどが搭載され、単に半導体部品を搬送する作業を実行する場合には、半導体部品等を収容するラックなどが搭載されることになる。なお、作業用保持部材２５が搭載する作業用機器としては、上述した半導体製造に関わるものに限定されるものではなく、他の用途に用いられるロボット等であってもよい。
【００２４】
作業用保持部材２５は、磁界発生機構２４の支持部材２９とがボルト２９ａによって結合されている。これにより、作業用保持部材２５およびこれに搭載されるロボットや実装装置などは、軌道レール構造体３０上の任意の位置に移動することができるようになっている。
【００２５】
以上がリニアモータ方式によって駆動される第１移動体機構３２の駆動に関わる構成である。第２移動体機構３３も上述した第１移動体機構３２と同様の駆動構成によって軌道レール構造体３０の両端を支持する移動架台３３０，３４０をＹ軸方向に駆動できるようになっているため、第２移動体機構３３についての詳細な説明は割愛する。
【００２６】
第１移動体機構３２は、磁界発生機構２４の発生する磁界によって移動体３１を軌道レール構造体３０に沿って移動させることができるが、移動体３１を移動させると、磁界発生機構２４による発熱（銅損、鉄損等による発熱）や、リニアガイド２３と移動体３１との間の摩擦による発熱が生じてしまう。このような発熱に伴うバイメタル効果によって軌道レール構造体３０が湾曲等すると、移動体３１の位置精度の悪化を招くことになるが、本実施形態に係る移動体システムは、このような位置精度の悪化を低減するための構成を有しており、以下当該構成について詳細に説明する。
【００２７】
図５に示すように、第１移動体機構３２における熱の発生源は主に磁界発生機構２４や、リニアガイド２３と移動体３１との摺動部分であり、発生した熱は図中矢印で示すように、支持部材２９→作業用保持部材２５→リニアガイド２３→軌道レール構造体３０の両端部２０ａといった順序で伝達され、この伝達経路に伝達されている間に作業用保持部材２５や軌道レール構造体３０といった部分で発散されることになる。すなわち、図５に示す右側の部分である移動体３１側の部分に伝達される熱量が多く、伝達される途中の発散により図の左側部分である軌道レール構造体３０の側面部３０ｃに伝達される熱量が少ない。したがって、図５に示す右側部分の熱による膨張が、図の左側の部分の膨張より大きく、その結果、軌道レール構造体３０は湾曲してしまうことになる（図１７参照）。ここで、図中一点鎖線は、このような熱変形が生じた場合に、変形が生じない部分である中立軸を示す。このようなバイメタル効果による軌道レール構造体３０の変形は、磁界発生機構２４による発熱に起因するものは比較的長い時間をかけて変形するのに対し、リニアガイド２３と移動体３１との摺動摩擦によって生じる熱による変形は熱時定数が小さく、短時間で変形してしまうことになり、位置精度の悪化に大きな影響を及ぼすことになるが、本実施形態では以下のようにしてバイメタル効果による熱変形に起因する位置精度の悪化を抑制している。
【００２８】
本実施形態における移動体システムでは、上述したような軌道レール構造体３０の湾曲を抑制するために、図３に示すように、軌道レール構造体３０の側面部３０ｃの磁界発生機構２４側の面に歪みセンサ５０を、側面部３０ｃにおける反対側の面にテープ状のヒータ５１を取り付けている。ここで、歪みセンサ５０およびヒータ５１は各々側面部３０ｃを挟んで対向する位置に取り付けられており、このように対向配置される歪みセンサ５０およびヒータ５１の組が、軌道レール構造体３０の延在方向（図３の紙面垂直方向であるＸ軸方向）の複数箇所に所定の間隔を隔てて取り付けられている。
【００２９】
歪みセンサ５０は、側面部３０ｃにおける当該歪みセンサ５０が取り付けられた部分の歪みを検出する。歪みセンサ５０としては、金属線の伸張によって変動する抵抗変化を測定する一般的な歪みゲージを用いることができるが、歪みゲージは温度変化による影響を受けやすい。上述したようにリニアモータ方式の移動体システムの発熱量は大きいため、温度変化も大きくなる虞があり、単純に歪みゲージを用いた場合にはその測定精度が悪化してしまうことも考えられる。そこで、本実施形態では、図６に示す温度補償機能付きの歪みセンサ５０を採用している。同図に示すように、この歪みセンサ５０は、歪み検出用ゲージ５０ａと、温度補償用のダミーゲージ５０ｂと、抵抗Ｒ３，Ｒ４とを備えたホイートストーンブリッジ回路であり、歪み検出用ゲージ５０ａの抵抗（歪み量に応じた値となる）が検出結果として用いられるようになっている。
【００３０】
次に、上述した発熱による軌道レール構造体３０の湾曲を低減するための制御構成について図７を参照しながら説明する。同図に示すように、軌道レール構造体３０の側面部３０ｃの複数箇所に取り付けられた各ヒータ５１は、熱量制御装置７０から供給される電流によって発熱するようになっている。熱量制御装置７０は、軌道レール構造体３０ｃの複数箇所に取り付けられた歪みセンサ５０から供給される検出結果に基づいて、各々の歪みセンサ５０に対応するヒータ５１に供給すべき電流値を個別に決定し、決定した値の電流を各々のヒータ５１に供給する。これにより各ヒータ５１は供給された電流値に応じて発熱し、側面部３０ｃにおける各ヒータ５１が取り付けられた部分の近傍が加熱される。より具体的には、熱量制御装置７０は、各歪みセンサ５０の検出結果である歪み検出用ゲージ５０ａの抵抗値が予め設定された値となるように対応するヒータ５１に対して電流を供給する。ここで、予め設定された値とは、軌道レール構造体３０が湾曲しておらず、直線状になっている際の歪み検出用ゲージ５０ａによって測定される抵抗値である。すなわち、歪み検出用ゲージ５０ａの抵抗値が上記の設定値となるということは、軌道レール構造体３０が湾曲しておらず、直線状になっている状態である。このように熱量制御装置７０は、上述したように当該移動体システムの発熱に伴うバイメタル効果によって縮む部分である中立軸よりも図５の左側の部分をヒータ５１によって加熱することで熱膨張させる。この際、上述したように歪みセンサ５０の検出結果が設定値になるように、すなわち軌道レール構造体３０が直線状になるような値の電流を各ヒータ５１に供給し、側面部３０ｃを熱膨張させる。これにより、上記バイメタル効果によって湾曲しようとする軌道レール構造体３０を直線状に維持することができる。
【００３１】
このように本実施形態に係る移動体システムの第１移動体機構３２では、軌道レール構造体３０の駆動によって発熱した場合にも、熱量制御装置７０が歪みセンサ５０の検出結果に基づいてヒータ５１に電流を供給することにより、軌道レール構造体３０が湾曲しないように側面部３０ｃの部分を膨張させることができる。したがって、第１移動体機構３２の使用状態（長時間使用、短時間使用、移動体３１の累積移動量の大小等）に関わらず、すなわち発熱量が変動した場合にも常に軌道レール構造体３０が湾曲しないようにすることができる。したがって、移動体３１の駆動によって発熱した場合にも、移動体システムのＹ軸方向の位置決め精度が悪化してしまうことを低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、発熱に伴うバイメタル効果によって変形してしまう形状や材質の軌道レール構造体３０を用いた場合にも、軌道レール構造体３０の変形を抑制することができる。したがって、軌道レール構造体３０の形状や材質を選択する際に、バイメタル効果による変形を抑制することを考慮する必要がなく、すなわちバイメタル効果が生じないような材質や形状を採用するといった設計上の制限がなくなり、設計の自由度が増す。したがって、他の設計条件（例えば、軽量化、省エネルギー化、低振動、コスト等）を優先した設計が可能となる。
【００３３】
Ｂ．変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。
【００３４】
（変形例１）
上述した実施形態では、軌道レール構造体３０の側面部３０ｃのほぼ中央部分に歪みセンサ５０およびヒータ５１を取り付けるようにしていたが、その取り付け位置はこの位置に限らず、例えば図８に示すように、側面部３０ｃの上端部３０ｄおよび下端部３０ｅ近傍の各々に歪みセンサ５０およびヒータ５１の組を取り付けるようにしてもよい。
【００３５】
このように上端部３０ｄおよび下端部３０ｅにヒータ５１を取り付ける場合には、上述した発熱によるバイメタル効果に起因する軌道レール構造体３０の変形だけではなく、移動体３１や移動体３１が搭載する実装ロボット等の重量に起因する軌道レール構造体３０の変形を低減できるように上端部３０ｄおよび下端部３０ｅに取り付けられた各ヒータ５１に供給する電流値を制御するようにしてもよい。
【００３６】
すなわち、第１移動体機構３２においては、移動体３１および移動体３１が搭載するロボット等の重量によって符号Ｓで示す位置をせん断中心とした図中時計回りの回転モーメントが作用する。このように作用する回転モーメントによって軌道レール構造体３０の上端側が伸びるような応力が加わる一方で、下端側は縮むような応力が加わることになる。移動体３１が搭載するロボット等の重量が大きい場合には、この変形量による高さ方向（Ｚ軸方向）の位置精度の悪化が無視できないほど大きくなることもある。そこで、上記のように上端部３０ｄおよび下端部３０ｅにヒータ５１を取り付ける場合には、予め上記のように作用する回転モーメントによる変形を是正するために上端部３０ｄおよび下端部３０ｅに取り付けられたヒータ５１に供給すべき電流値を求めておく。そして、上述した実施形態と同様に、歪みセンサ５０の検出結果に応じて求めた電流値に、上記電流値を加えた値の電流をヒータ５１に供給する。
【００３７】
移動体３１や移動体３１の搭載する負荷重量による変形では、下端部３０ｅ側が縮む部分となるが、この負荷重量による縮みを抑制するためにヒータ５１に供給すべき電流値がαであり（上端部３０ｄに取り付けられたヒータ５１に供給すべき電流値は０とする）、上記実施形態と同様に歪みセンサ５０の検出結果により求めた電流値がβである場合に、各ヒータ５１に供給される電流値は次のようになる。すなわち、上端部３０ｄに取り付けられたヒータ５１にはβの電流が供給され、下端部３０ｅに取り付けられたヒータ５１には（α＋β）の電流値が供給される。このようにすることで、発熱に伴うバイメタル効果による軌道レール構造体３０の変形に起因するＹ軸方向の位置精度の悪化と、移動体３１や移動体３１が搭載する負荷の重量による変形に起因するＺ軸方向の位置精度の悪化とを低減することができる。
【００３８】
（変形例２）
また、上述した実施形態における側面部３０ｃに取り付けられたヒータ５１に加え、図９に示すように、中立軸よりも右側の部分であるバイメタル効果によって伸びる側の部位にヒータ９０を取り付けるようにし、これらのヒータ９０を上記実施形態と同様に対応する歪みセンサ５０の検出結果が予め設定された値となるような電流をヒータ５１およびヒータ９０に供給するようにしてもよい。
【００３９】
図９に示す例では、軌道レール構造体３０における上下の両端部２０ａ近傍の各々にヒータ９０を取り付けるようにしている。上述したように通常は、発熱に伴うバイメタル効果によって中立軸よりも図の左側の部分（側面部３０ｃ等）が縮み、中立軸よりも図の右側の部分が伸びることになるが、その使用状況や使用環境（時定数の異なる発熱源が複数ある場合、単純変形しない構造体である場合、近傍に当該システムとは別の発熱源がある場合等）によっては、中立軸よりも図の右側の部分が縮み、図の左側部分が伸びるといった現象が生じ、これによって軌道レール構造体３０が湾曲してしまうこともあり得る。このような場合には、歪みセンサ５０の検出結果は、側面部３０ｃが伸びていることを表すものとなり、この検出結果が予め設定された値となるようにヒータ９０に電流を供給する。これにより、軌道レール構造体３０におけるヒータ９０が取り付けられた部位の近傍が加熱され、この部分が熱膨張する。この熱膨張によって、軌道レール構造体３０の湾曲を抑制することができる。
【００４０】
（変形例３）
また、上述した実施形態では、第１移動体機構３２の軌道レール構造体３０の両端を移動架台３３０，３４０で支持し、移動架台３３０，３４０を軌道レール３３１，３４１に沿って移動させる第２移動体機構３３を備えた移動体システムを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば図１０に示すような構成の移動体システムに本発明を適用することもできる。同図に示す移動体システムでは、上記実施形態の移動システムと比較して軌道レール構造体３０の長さが小さく、このような場合には図示のように軌道レール構造体３０の一端側のみを移動架台３４０で支持し、当該移動架台３４０を第２移動体機構３３’の軌道レール３４１に沿ってＹ軸方向に移動させるような構成であってもよい。
【００４１】
また、上述した実施形態のようにＸ軸に沿って移動体３１に移動させるさせるための第１移動体機構３２と、Ｙ軸に沿って移動体３１を移動させるための第２移動体機構３３といった２軸方向に移動体３１を移動させるための移動体システムに限らず、一方向にのみ移動体３１を移動させる移動体システムに本発明を適用することも可能である。
【００４２】
また、移動体システムの駆動方式として上記実施形態で説明した方式に限らず、二次側に永久磁石を設けたリニアモータ方式等の他のリニアモータ方式であってもよく、発熱に伴うレール軌道の変形によって位置精度が悪化してしまう移動体システムであれば、リニアモータ方式以外の駆動方式（例えばボールスクリュー方式等）の移動体システムであっても本発明を適用することができる。
【００４３】
（変形例４）
上述した実施形態においては、軌道レール構造体３０における発熱に伴うバイメタル効果によって縮む部分にヒータ５１を取り付け、当該部分をヒータ５１によって加熱することにより熱膨張させて軌道レール構造体３０の湾曲を抑制するようにしていたが、これに限らず、軌道レール構造体３０を部分的に加熱することができるものであれば、ヒータ５１の代わりに用いることができる。また、発熱および吸熱の両者が可能なペルチェ素子を軌道レール構造体３０におけるバイメタル効果によって変形する部位（中立軸以外の部位）に取り付けるようにしてもよい。ペルチェ素子は、ｐ形とｎ形の熱電半導体を銅電極で接合し、ｎ形の方から直流電流を流すと上側の接合面から下の接合面へ熱を移動させ、直流電流の流す方向を逆にすることにより、逆方向に熱を移動させる素子である。すなわち、ペルチェ素子に供給する電流の方向を切り換えることにより、加熱、吸熱の両者に利用することができるのである。
【００４４】
このようなペルチェ素子と歪みセンサ５０との組を、軌道レール構造体３０におけるバイメタル効果によって変形する部位（中立軸以外の部位）に１または複数箇所に取り付け、歪みセンサ５０による検出結果が予め設定された値（軌道レール構造体３０が直線状態にあるときのセンサの出力値）となるように各ペルチェ素子に供給する電流値および方向を制御する。例えば、歪みセンサ５０による検出結果が縮んでいることを表す場合には、当該歪みセンサ５０に対応したペルチェ素子に対しては、その縮みがなくなるような値であり、かつ加熱する方向で電流を供給する。一方、歪みセンサ５０による検出結果が膨張していることを表す場合には、当該歪みセンサ５０に対応したペルチェ素子に対しては、その膨張がなくなるような値であり、かつ吸熱する方向で電流を供給する。このようにペルチェ素子を用いることで、軌道レール構造体３０における縮んでいる部位に対して加熱し、膨張している部位に対しては吸熱するといったようにその変形を抑えるような熱量制御を行うことができ、軌道レール構造体３０の変形の抑制をより高精度で実現することができる。
【００４５】
また、上記実施形態における軌道レール構造体３０および移動体３１と形状の異なる軌道レール構造体３０’および移動体３１’を備えた移動体システムにおいて、軌道レール構造体３０'にペルチェ素子を取り付けた場合の一例を図１１に示す。同図に示すように、移動体３１’は形状や各部の配置位置等は上記実施形態における移動体３１と異なっているものの、移動体３１と同様、磁界発生機構２４を構成する一次側コア２７およびコイル２８を有しており、軌道レール構造体３０’に保持部材１２０を介して保持された二次側コア２２と協働して自身を駆動するための推力を発生する機能を有している。
【００４６】
軌道レール構造体３０’は、上記実施形態における軌道レール構造体３０と同様に、移動体３１’側（図の右側）の上下の部分にリニアガイド２３が設けられており、リニアガイド２３に移動体３１’が摺動可能になされている。図示のように軌道レール構造体３０’は、Ｘ軸方向（図の紙面垂直方向）に延在する空洞Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が形成されるとともに、複数の凹溝１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が形成された複雑な断面形状の部材である。このような複雑な形状とすることにより表面積を大きくし、これにより放熱性を向上させて熱変形を抑制している。軌道レール構造体３０’における移動体３１’と反対側（図の左側）の上面１２５にはペルチェ素子１３０が取り付けられており、その中央面１２６には歪みセンサ５０が取り付けられており、その下面１２７にはペルチェ素子１３０が取り付けられている。
【００４７】
このような構成の下、歪みセンサ５０による検出結果が予め設定された値（軌道レール構造体３０’が直線状になっているときの歪みセンサ５０によって検出される値）となるように、上部１２５および下面１２７に取り付けられたペルチェ素子１３０への電流供給を制御すればよい。
【００４８】
（変形例５）
また、軌道レール構造体３０の変形を抑制するための歪みセンサ５０、およびヒータ５１やペルチェ素子の組を設ける個数は任意であり、形状や材質といった軌道レール構造体３０の構成に応じて適宜選択するようにすればよい。
【００４９】
（変形例６）
また、図１２に示すように、軌道レール構造体３０の中立軸以外の部位（図示の例では側面部３０ｃ）に、ヒートパイプ１４０を取り付け、当該ヒートパイプ１４０にペルチェ素子やヒータ５１といった加熱手段や吸熱手段（図示の例ではヒータ５１）を取り付けるようにし、加熱や吸熱の能力を向上させるようにしてもよい。
【００５０】
また、図１３に示すように、軌道レール構造体３０の中立軸以外の部位（図示の例では、側面部３０ｃ）にペルチェ素子１５０を取り付ける場合、ペルチェ素子１５０の取り付け面１５０ａと反対側の面１５０ｂにヒートシンク１５１を取り付け、吸熱能力を向上させるようにしてもよい。
【００５１】
また、軌道レール構造体３０側に送風するファン等を設けることにより、軌道レール構造体３０に取り付けられたペルチェ素子等による吸熱能力を向上させるようにしてもよい。また、軌道レール構造体３０の熱膨張している部位から吸熱するための手段としては、上記のようにペルチェ素子とファンを併用するといった態様だけではなく、ファンのみで軌道レール構造体３０の熱膨張している部位を冷却するようにしてもよい。
【００５２】
（変形例７）
また、上述した実施形態や様々な変形例では、移動体システムの構成上、位置精度に大きな影響を及ぼすバイメタル効果による軌道レール構造体３０の湾曲を抑制することに注目しており、バイメタル効果による変形に対しては大きな効果を奏している。しかしながら、温度上昇に伴って軌道レール構造体３０自体が時間と共に単純に膨張している場合には、上記実施形態の構成等では、以下のような不具合が生じることもあり得る。
【００５３】
まず、軌道レール構造体３０が単純に膨張している場合には、歪みセンサ５０の検出結果は膨張していることを表すものとなる。このような膨張していることを検出結果として出力する歪みセンサ５０の近傍にペルチェ素子が取り付けられていた場合には、当該膨張を抑制するための電流がペルチェ素子に供給され、この結果その部位が冷却されて膨張が抑制される。このようにペルチェ素子近傍の膨張が抑制される一方で、軌道レール構造体３０におけるペルチェ素子に冷却されない部位は単純に膨張しているため、軌道レール構造体３０が湾曲してしまう。すなわち、歪みセンサ５０の検出結果が所定の値になるようにペルチェ素子を制御することにより、単純に膨張している軌道レール構造体３０を湾曲させてしまうこともあり得るのである。
【００５４】
次に、バイメタル効果による変形の中立軸を境界として膨張する側と、縮む側との両者にヒータ等の加熱手段を設けた場合（図９参照）に、軌道レール構造体３０が単純に膨張すると、バイメタル効果による変形では縮む側に設けられた歪みセンサ５０の検出結果は膨張を表すものとなる。したがって、バイメタル効果によって膨張する側に設けられたヒータ９０（図９参照）に電流が供給され、ヒータ９０の近傍が単純な膨張よりもさらに膨張することになる。この結果、軌道レール構造体３０が湾曲してしまうこともあり得る。
【００５５】
このような単純な膨張の際に生じる虞のある不具合を解消するために、以下のような手法を用いることができる。図１４に示すように、バイメタル効果による変形の中立軸の両側に、歪みセンサ５０，５０ａ，５０ｂを設け、バイメタル効果によって膨張する部分（上下両端部２０ａに設けられる歪みセンサ５０ａ，５０ｂ）と縮む部分（歪みセンサ５０）との両者の歪みを検出する。そして、中立軸の両側に設けられた歪みセンサ５０，５０ａ，５０ｂによって検出された３つの歪みを考慮し、ヒータ５１およびヒータ９０を制御するようにすればよい。具体的には、中立軸よりも膨張側に設けられた歪みセンサ５０ａ，５０ｂにより検出される歪み量の平均値と、縮む側に設けられた歪みセンサ５０により検出された歪み量の差分を求め、当該差分に応じてヒータ５０およびヒータ９０への電流供給を制御する。例えば、膨張側の歪み量と、縮む側の歪み量が同じ場合には、軌道レール構造体３０が単純に膨張していると考えられ、この場合にはヒータ５０およびヒータ９０への電流供給を行わない。一方、膨張側の歪み量が縮む側の歪み量よりも大きい場合には、バイメタル効果によって軌道レール構造体３０が湾曲していると考えられるので、縮む側に設けられたヒータ５０に対してのみ、両者の歪み量の差分値に応じた電流を供給する。このようにすることで、単純な膨張が生じた場合の不具合を招くことなく、バイメタル効果による熱変形を抑制することができる。
【００５６】
（変形例８）
また、上述した実施形態では、歪みセンサ５０を用いて軌道レール構造体３０の変形状態を検出し、この検出結果に応じてヒータやペルチェ素子といった加熱／吸熱手段を制御するようにしていたが、歪みセンサ５０以外にも軌道レール構造体３０の変形状態を検出することができるものを用いることができる。例えば、ディジタルビデオカメラ等で軌道レール構造体３０を複数方向から撮影し、当該撮影画像を解析することにより軌道レール構造体３０の変形状態を検出するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、優れた位置決め精度で移動体を移動させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の外観を示す斜視図である。
【図２】前記移動体システムの構成要素は、第１移動体機構の主要部の外観を示す斜視図である。
【図３】前記第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図４】前記第１移動体機構の動作原理を説明するための図である。
【図５】前記第１移動体機構における熱の伝達経路を説明するための図である。
【図６】前記第１移動体機構の構成要素である歪みセンサの構成を示す回路図である。
【図７】前記第１移動体機構における軌道レール構造体の熱変形を抑制するための制御構成を示すブロック図である。
【図８】前記移動体システムの変形例における第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図９】前記移動体システムの他の変形例における第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図１０】前記移動体システムのその他の変形例の主要部の外観を示す斜視図である。
【図１１】前記移動体システムのさらにその他の変形例の第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図１２】前記移動体システムの別の変形例の第１移動体機構の軌道レール構造体の外観を示す斜視図である。
【図１３】前記移動体システムのさらに別の変形例の第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図１４】前記移動体システムのさらにその別に変形例の第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図１５】従来のリニアモータ方式の移動体システムの主要部を示す断面図である。
【図１６】従来の移動体システムの主要部の外観を示す斜視図である。
【図１７】従来の移動体システムにおいて、発熱に伴うバイメタル効果によって軌道レール構造体が変形する様子を示す図である。
【符号の説明】
２０ａ……両端部、２２……二次側コア、２３……リニアガイド、２４……磁界発生機構、２５……作業用保持部材、２７……一次側コア、２８……コイル、２９……支持部材、３０……軌道レール構造体、３０ｃ……側面部、３１……移動体、５０，５０ａ，５０ｂ……歪みセンサ（変形検出手段）、５１……ヒータ（加熱／吸熱手段）、７０……熱量制御装置、９０……ヒータ（加熱／吸熱手段）、１３０……ペルチェ素子（加熱／吸熱手段）、１４０……ヒートパイプ、１５０……ペルチェ素子（加熱／吸熱手段）、１５１……ヒートシンク

Claims

所定の経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備えた移動体システムであって、
前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面に平行である前記断面の中心線を挟んで対称となるように、前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、
前記中心線を挟んで対称となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、
前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備する
ことを特徴とする移動体システム。
所定の経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備えた移動体システムであって、
前記経路構造体における前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸を挟んで、前記移動体とは反対側となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、
前記コ字状を構成する辺に相当する部位を挟んで前記変形検出手段の反対側に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、
前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備する
ことを特徴とする移動体システム。
前記移動体は、リニアモータによって駆動されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の移動体システム。
前記変形検出手段は、前記経路構造体の複数箇所に設けられ、
前記加熱手段は、前記複数箇所に設けられた前記変形検出手段のそれぞれについて、前記辺に相当する部位を挟んで当該変形検出手段と反対側に設けられ、
前記熱量制御手段は、前記複数箇所の各々の箇所の変形状態の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の移動体システム。
第１の直線経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体を有する第１移動体機構と、
前記第１の移動体機構を前記第１の直線経路と直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを備える移動体システムであって、
前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面に平行である前記断面の中心線を挟んで対称となるように、前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、
前記中心線を挟んで対称となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、
前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備する
ことを特徴とする移動体システム。
第１の直線経路に沿って敷設され側方が開放した断面コ字状の経路構造体と、前記経路構造体によって案内され、前記側方を覆うようにして当該経路構造体に沿って移動可能に設けられる移動体を有する第１移動体機構と、
前記第１の移動体機構を前記第１の直線経路と直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを備える移動体システムであって、
前記経路構造体における前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸を挟んで、前記移動体とは反対側となるように前記経路構造体に設けられ、当該経路構造体の変形状態を検出する変形検出手段と、
前記コ字状を構成する辺に相当する部位を挟んで前記変形検出手段の反対側に設けられ、当該経路構造体に対して加熱する加熱手段と、
前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記経路構造体が熱変形していないときの予め設定された状態に近づくように、前記加熱手段を制御する熱量制御手段とを具備する
ことを特徴とする移動体システム。
前記移動体は、リニアモータによって駆動されている
ことを特徴とする請求項５または６に記載の移動体システム。
前記変形検出手段は、前記経路構造体の複数箇所に設けられ、
前記加熱手段は、前記複数箇所に設けられた前記変形検出手段のそれぞれについて、前記辺に相当する部位を挟んで当該変形検出手段と反対側に設けられ、
前記熱量制御手段は、前記複数箇所の各々の箇所の変形状態の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御する
ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の移動体システム。