JP2000278932A - 位置決めステージ用のリニアモータ - Google Patents
位置決めステージ用のリニアモータInfo
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- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
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Landscapes
- Linear Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リニアモータ自体にダンピング効果を持たせ
ることにより、ノイズ等の微少な変動を除去しステージ
の運動性能向上を計ることのできる位置決めステージ用
のリニアモータを提供する。 【解決手段】 リニアモータは、一方向にスライド可能
に設けられた可動コイル部と、該可動コイル部を内包
し、前記一方向に延在する固定磁石部とから成る。可動
コイル部は、断面四角形状のコイルボビン１０とこれに
巻回されたコイル１１とから成る。固定磁石部を、コイ
ルにおいてテーブルを実装するための四角形状の一面を
除く残りの面のうちの少なくとも２面にギャップを介し
て対向するように固定配置した、複数の永久磁石１４で
構成する。前記コイルボビンの材料を固有抵抗の小さな
材料で構成した。
ることにより、ノイズ等の微少な変動を除去しステージ
の運動性能向上を計ることのできる位置決めステージ用
のリニアモータを提供する。 【解決手段】 リニアモータは、一方向にスライド可能
に設けられた可動コイル部と、該可動コイル部を内包
し、前記一方向に延在する固定磁石部とから成る。可動
コイル部は、断面四角形状のコイルボビン１０とこれに
巻回されたコイル１１とから成る。固定磁石部を、コイ
ルにおいてテーブルを実装するための四角形状の一面を
除く残りの面のうちの少なくとも２面にギャップを介し
て対向するように固定配置した、複数の永久磁石１４で
構成する。前記コイルボビンの材料を固有抵抗の小さな
材料で構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物を搭載し
たテーブルをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能にするため
の位置決めステージに関し、特にテーブルの位置決め精
度を向上させるために駆動源として用いられるリニアモ
ータに関する。
たテーブルをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能にするため
の位置決めステージに関し、特にテーブルの位置決め精
度を向上させるために駆動源として用いられるリニアモ
ータに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、位置決めステージの駆動源は、従
来のボールネジ駆動機構から、より高精度、高推力が得
られるリニアモータ駆動機構へと移行する動きが目立っ
てきている。
来のボールネジ駆動機構から、より高精度、高推力が得
られるリニアモータ駆動機構へと移行する動きが目立っ
てきている。
【０００３】図５を参照して、リニアモータの一例を説
明する。このリニアモータは、断面Ｕ字形状の固定ヨー
ク７０が走行方向に延びるように設けられている。固定
ヨーク７０の上方には被駆動体との結合部８０が、走行
方向にスライド可能に設けられる。結合部８０には、固
定ヨーク７０内に入るようにセンターヨーク８１が設け
られ、その周囲にはコイルボビンを介してコイル８２が
巻回されている。コイル８２の２つの主面とギャップを
介して対向するように、固定ヨーク７０の内壁には永久
磁石７１が走行方向に間隔をおいて固定されている。
明する。このリニアモータは、断面Ｕ字形状の固定ヨー
ク７０が走行方向に延びるように設けられている。固定
ヨーク７０の上方には被駆動体との結合部８０が、走行
方向にスライド可能に設けられる。結合部８０には、固
定ヨーク７０内に入るようにセンターヨーク８１が設け
られ、その周囲にはコイルボビンを介してコイル８２が
巻回されている。コイル８２の２つの主面とギャップを
介して対向するように、固定ヨーク７０の内壁には永久
磁石７１が走行方向に間隔をおいて固定されている。
【０００４】このリニアモータは、永久磁石７０からの
磁束とコイル８２に流れる電流との相互作用により生じ
る電磁力により、結合部８０、センターヨーク８１、コ
イル８２が一体的に走行する。
磁束とコイル８２に流れる電流との相互作用により生じ
る電磁力により、結合部８０、センターヨーク８１、コ
イル８２が一体的に走行する。
【０００５】しかし、このような構造のリニアモータで
は、センターヨーク８１、コイル８２が縦長の細い形状
であるため、図５（ａ）中、左右に振れ易く安定性の点
で問題がある。また、コイル８２の主面に垂直な方向の
曲げモーメントに対して弱いという問題点もある。
は、センターヨーク８１、コイル８２が縦長の細い形状
であるため、図５（ａ）中、左右に振れ易く安定性の点
で問題がある。また、コイル８２の主面に垂直な方向の
曲げモーメントに対して弱いという問題点もある。
【０００６】このような問題点から、上記のリニアモー
タは、結合部８０の上に固定されるテーブルが重量の大
きなものである場合には適していない。
タは、結合部８０の上に固定されるテーブルが重量の大
きなものである場合には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、図１に示
すように、可動コイル部におけるコイルボビン１０及び
これに巻回されたコイル１１の断面形状を正方形に近い
形状にして、安定性及び曲げモーメントに対する機械的
強度を向上させたリニアモータが提供されている。この
リニアモータも、固定ヨーク１３の２つの内壁、すなわ
ちコイルボビン１０に対して対称となる二面に永久磁石
１４を取り付けており、駆動原理は図５のリニアモータ
と同じである。なお、この種のリニアモータにおける可
動部分には、通常、静圧軸受け機構が組合わされる。良
く知られているように、静圧軸受け機構というのは、可
動部分から固定部分に圧縮空気を吹付けることで、可動
部分の移動がスムーズに行われるようにするためのもの
である。
すように、可動コイル部におけるコイルボビン１０及び
これに巻回されたコイル１１の断面形状を正方形に近い
形状にして、安定性及び曲げモーメントに対する機械的
強度を向上させたリニアモータが提供されている。この
リニアモータも、固定ヨーク１３の２つの内壁、すなわ
ちコイルボビン１０に対して対称となる二面に永久磁石
１４を取り付けており、駆動原理は図５のリニアモータ
と同じである。なお、この種のリニアモータにおける可
動部分には、通常、静圧軸受け機構が組合わされる。良
く知られているように、静圧軸受け機構というのは、可
動部分から固定部分に圧縮空気を吹付けることで、可動
部分の移動がスムーズに行われるようにするためのもの
である。
【０００８】しかしながら、この種の静圧軸受け機構＋
リニアモータの構成による位置決めステージにおいて
は、可動部分と固定部分は完全に非接触であり、機械系
の摩擦等の影響を受けない構造となっている。しかしそ
の反面、可動部分にダンピング要素がないため、リニア
モータ自体の推力リップルや指令信号のノイズ等の影響
を受けやすいと言う問題がある。
リニアモータの構成による位置決めステージにおいて
は、可動部分と固定部分は完全に非接触であり、機械系
の摩擦等の影響を受けない構造となっている。しかしそ
の反面、可動部分にダンピング要素がないため、リニア
モータ自体の推力リップルや指令信号のノイズ等の影響
を受けやすいと言う問題がある。
【０００９】そこで、本発明では、リニアモータ自体に
ダンピング効果を持たせることにより、ノイズ等の微少
な変動を除去しステージの運動性能向上を計ることので
きる位置決めステージ用のリニアモータを提供しようと
するものである。
ダンピング効果を持たせることにより、ノイズ等の微少
な変動を除去しステージの運動性能向上を計ることので
きる位置決めステージ用のリニアモータを提供しようと
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による位置決めス
テージ用のリニアモータは、物品を搭載するためのテー
ブルを少なくとも一方向に走行させるために少なくとも
１つのリニアモータを備えた位置決めステージにおい
て、前記リニアモータは、前記一方向にスライド可能に
設けられた可動コイル部と、該可動コイル部を内包し、
前記一方向に延在する固定磁石部とから成り、前記可動
コイル部は、四角形以上の断面多角形状のコイルボビン
とこれに巻回されたコイルとから成り、前記固定磁石部
を、前記コイルにおける前記テーブルを実装するための
多角形状の一面を除く残りの面のうちの少なくとも２面
にギャップを介して対向するように固定配置された、複
数の永久磁石で構成し、前記コイルボビンの材料を固有
抵抗の小さな材料で構成したことを特徴とする。
テージ用のリニアモータは、物品を搭載するためのテー
ブルを少なくとも一方向に走行させるために少なくとも
１つのリニアモータを備えた位置決めステージにおい
て、前記リニアモータは、前記一方向にスライド可能に
設けられた可動コイル部と、該可動コイル部を内包し、
前記一方向に延在する固定磁石部とから成り、前記可動
コイル部は、四角形以上の断面多角形状のコイルボビン
とこれに巻回されたコイルとから成り、前記固定磁石部
を、前記コイルにおける前記テーブルを実装するための
多角形状の一面を除く残りの面のうちの少なくとも２面
にギャップを介して対向するように固定配置された、複
数の永久磁石で構成し、前記コイルボビンの材料を固有
抵抗の小さな材料で構成したことを特徴とする。
【００１１】なお、前記コイルボビンの材料としては、
銅を用いることが好ましい。
銅を用いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。本発明は、これまでリニアモータの動作
時、エネルギーの損失とされてきた渦電流をダンピング
効果に積極的に利用するようにした点に特徴を持つ。そ
れ故、本発明は、図１で説明したようなリニアモータに
も適用され得る。すなわち、図１におけるコイルボビン
１０の材質を従来のステンレスから銅に変更し、リニア
モータ動作時に渦電流を積極的に発生させる機能を付加
している。以下に、その原理について説明する。
いて説明する。本発明は、これまでリニアモータの動作
時、エネルギーの損失とされてきた渦電流をダンピング
効果に積極的に利用するようにした点に特徴を持つ。そ
れ故、本発明は、図１で説明したようなリニアモータに
も適用され得る。すなわち、図１におけるコイルボビン
１０の材質を従来のステンレスから銅に変更し、リニア
モータ動作時に渦電流を積極的に発生させる機能を付加
している。以下に、その原理について説明する。
【００１３】導体が電磁場を横切る時、導体に渦電流が
発生し、速度に比例して運動方向と逆向きのダンピング
力が作用する。磁束密度Ｂが一様に分布する磁場内で、
固有抵抗ρ、体積Ｖの導体が速度ｖでＸ軸上をＸ＝Ｘ0
・ｓｉｎωｔで移動する場合、渦電流によって発生する
ジュール熱Ｐは Ｐ＝（π／ρ）・Ｖ・ω・ｘ0 2 ・Ｂ で表される。
発生し、速度に比例して運動方向と逆向きのダンピング
力が作用する。磁束密度Ｂが一様に分布する磁場内で、
固有抵抗ρ、体積Ｖの導体が速度ｖでＸ軸上をＸ＝Ｘ0
・ｓｉｎωｔで移動する場合、渦電流によって発生する
ジュール熱Ｐは Ｐ＝（π／ρ）・Ｖ・ω・ｘ0 2 ・Ｂ で表される。
【００１４】一方、ダンピング係数Ｃを有するダンパが
Ｘ軸上をＸ＝Ｘ0 ・ｓｉｎωｔで移動する場合の仕事は Ｗ＝ｃ・ω・π・ｘ0 2 従って、Ｐ＝Ｗの関係よりダンピング係数Ｃは Ｃ＝Ｖ・Ｂ2 ／ρ となり、リニアモータのダンピング係数Ｃは導体の体積
Ｖ（ｍ3 ）、固有抵抗ρ（Ω）、磁束密度Ｂ（Ｔ）で表
現することができる。
Ｘ軸上をＸ＝Ｘ0 ・ｓｉｎωｔで移動する場合の仕事は Ｗ＝ｃ・ω・π・ｘ0 2 従って、Ｐ＝Ｗの関係よりダンピング係数Ｃは Ｃ＝Ｖ・Ｂ2 ／ρ となり、リニアモータのダンピング係数Ｃは導体の体積
Ｖ（ｍ3 ）、固有抵抗ρ（Ω）、磁束密度Ｂ（Ｔ）で表
現することができる。
【００１５】上記のダンピング係数Ｃを考慮してコイル
ボビンを設計することでリニアモータにダンピング要素
を付加することが可能となる。
ボビンを設計することでリニアモータにダンピング要素
を付加することが可能となる。
【００１６】図２に示す通り、上記のダンパの効果によ
り、ステージのステップ移動時の位置変動量を２割ほど
低減できた。図２中、縦軸はピーク ツー ピークカウ
ント値を示す。
り、ステージのステップ移動時の位置変動量を２割ほど
低減できた。図２中、縦軸はピーク ツー ピークカウ
ント値を示す。
【００１７】次に、図３、図４を参照して、本発明の他
の形態について説明する。図３は、本発明が適用される
位置決めステージに使用される３面励磁型のリニアモー
タの基本構成を示している。図３において、このリニア
モータは、一方向（図面に対して垂直な方向）にスライ
ド可能に設けられた可動コイル部２０と、この可動コイ
ル部２０を内包し、前記一方向に延在する固定磁石部３
０とから成る。可動コイル部２０は、断面正方形状の中
空の銅製のコイルボビン２１の周囲にコイル２２を巻回
して成る。コイル２２は、４つの主面を持ち、そのうち
１つの主面、すなわち上方の主面側は、テーブルのよう
な被駆動部を実装するために使用される。また、本形態
におけるリニアモータは３相駆動型であり、この場合、
コイル２２は、図４に示されるように、３相用のＵ相コ
イル４２U 、Ｖ相コイル４２V 、Ｗ相コイル４２W から
成る。
の形態について説明する。図３は、本発明が適用される
位置決めステージに使用される３面励磁型のリニアモー
タの基本構成を示している。図３において、このリニア
モータは、一方向（図面に対して垂直な方向）にスライ
ド可能に設けられた可動コイル部２０と、この可動コイ
ル部２０を内包し、前記一方向に延在する固定磁石部３
０とから成る。可動コイル部２０は、断面正方形状の中
空の銅製のコイルボビン２１の周囲にコイル２２を巻回
して成る。コイル２２は、４つの主面を持ち、そのうち
１つの主面、すなわち上方の主面側は、テーブルのよう
な被駆動部を実装するために使用される。また、本形態
におけるリニアモータは３相駆動型であり、この場合、
コイル２２は、図４に示されるように、３相用のＵ相コ
イル４２U 、Ｖ相コイル４２V 、Ｗ相コイル４２W から
成る。
【００１８】固定磁石部３０は、前記一方向に延在する
断面Ｕ字形状の固定ヨーク３１を持つ。固定ヨーク３１
の３つの内壁にはそれぞれ、コイル２２の３つの主面に
ギャップを介して対向するように３組の永久磁石３２が
固定配置されている。なお、各組の永久磁石３２は、図
４に示されるように、固定ヨーク３１の各内壁におい
て、前記一方向に間隔をおいて多数固定配置される。こ
のようなリニアモータは、静圧軸受けを含めて特願平１
０３５８２１８号に詳しく説明されているので、詳しい
説明は省略する。
断面Ｕ字形状の固定ヨーク３１を持つ。固定ヨーク３１
の３つの内壁にはそれぞれ、コイル２２の３つの主面に
ギャップを介して対向するように３組の永久磁石３２が
固定配置されている。なお、各組の永久磁石３２は、図
４に示されるように、固定ヨーク３１の各内壁におい
て、前記一方向に間隔をおいて多数固定配置される。こ
のようなリニアモータは、静圧軸受けを含めて特願平１
０３５８２１８号に詳しく説明されているので、詳しい
説明は省略する。
【００１９】なお、コイルボビンの材料や、銅に限ら
ず、他の固有抵抗の小さい材料、例えばアルミニウムで
も良い。
ず、他の固有抵抗の小さい材料、例えばアルミニウムで
も良い。
【００２０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、渦電流によるダンピング作用を積極的に利用するよ
うにして、リニアモータ自体にダンピング効果を持たせ
ることにより、ノイズ等の微少な変動を除去しステージ
の運動性能向上を計ることのできる位置決めステージ用
のリニアモータを提供することができる。
ば、渦電流によるダンピング作用を積極的に利用するよ
うにして、リニアモータ自体にダンピング効果を持たせ
ることにより、ノイズ等の微少な変動を除去しステージ
の運動性能向上を計ることのできる位置決めステージ用
のリニアモータを提供することができる。
【図１】本発明が適用される２面励磁型のリニアモータ
駆動部を示す断面図である。
駆動部を示す断面図である。
【図２】本発明によるダンピング効果を確認するため
に、従来のダンピング作用を持たない場合図（ａ）、本
発明のダンピング作用を持つ場合図（ｂ）の計測結果を
示した図である。
に、従来のダンピング作用を持たない場合図（ａ）、本
発明のダンピング作用を持つ場合図（ｂ）の計測結果を
示した図である。
【図３】本発明の他の形態による３面励磁型のリニアモ
ータ駆動部の構成を説明するための断面図である。
ータ駆動部の構成を説明するための断面図である。
【図４】図３におけるコイルと永久磁石との関係を説明
するための平面図である。
するための平面図である。
【図５】従来の２面励磁型のリニアモータ駆動部を示し
た断面図（図（ａ））、及び平面図（図（ｂ））であ
る。
た断面図（図（ａ））、及び平面図（図（ｂ））であ
る。
１０、２１ コイルボビン １１、２２、８２ コイル １３、３１、７０ 固定ヨーク １４、３２、７１ 永久磁石 ２０ 可動コイル部 ３０ 固定磁石部 ８０ 結合部
Claims (2)
- 【請求項１】 物品を搭載するためのテーブルを少なく
とも一方向に走行させるために少なくとも１つのリニア
モータを備えた位置決めステージにおいて、 前記リニアモータは、前記一方向にスライド可能に設け
られた可動コイル部と、該可動コイル部を内包し、前記
一方向に延在する固定磁石部とから成り、 前記可動コイル部は、四角形以上の断面多角形状のコイ
ルボビンとこれに巻回されたコイルとから成り、 前記固定磁石部を、前記コイルにおける前記テーブルを
実装するための多角形状の一面を除く残りの面のうちの
少なくとも２面にギャップを介して対向するように固定
配置された、複数の永久磁石で構成し、 前記コイルボビンの材料を固有抵抗の小さな材料で構成
したことを特徴とする位置決めステージ用のリニアモー
タ。 - 【請求項２】 請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記コイルボビンの材料として銅を用いることを特徴と
する位置決めステージ用のリニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077662A JP2000278932A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 位置決めステージ用のリニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077662A JP2000278932A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 位置決めステージ用のリニアモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000278932A true JP2000278932A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13640096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11077662A Pending JP2000278932A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 位置決めステージ用のリニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000278932A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005057763A1 (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-23 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | コアレス・リニアモータ |
| JP2005176465A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toshiba Mach Co Ltd | リニアモータ |
| JP2005176464A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toshiba Mach Co Ltd | リニアモータ |
| JP2012050334A (ja) * | 2004-08-05 | 2012-03-08 | Mitsumi Electric Co Ltd | レンズ駆動装置 |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP11077662A patent/JP2000278932A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005057763A1 (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-23 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | コアレス・リニアモータ |
| JP2005176465A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toshiba Mach Co Ltd | リニアモータ |
| JP2005176464A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toshiba Mach Co Ltd | リニアモータ |
| US8110950B2 (en) | 2003-12-09 | 2012-02-07 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Coreless linear motor having a non-magnetic reinforcing member |
| DE112004002360B4 (de) * | 2003-12-09 | 2017-12-14 | Toshiba Kikai K.K. | Kernloser Linearmotor |
| JP2012050334A (ja) * | 2004-08-05 | 2012-03-08 | Mitsumi Electric Co Ltd | レンズ駆動装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020821 |