JPH0556673A - 直線動支持装置 - Google Patents
直線動支持装置Info
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- JPH0556673A JPH0556673A JP21361791A JP21361791A JPH0556673A JP H0556673 A JPH0556673 A JP H0556673A JP 21361791 A JP21361791 A JP 21361791A JP 21361791 A JP21361791 A JP 21361791A JP H0556673 A JPH0556673 A JP H0556673A
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- Japan
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- movable body
- axial direction
- linear motion
- fixed
- axial
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- Machine Tool Units (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】真空中などの特殊環境下においても長い距離範
囲に亘って高精度な位置決め機能を長期間に亘って発揮
できる直線動支持装置を提供する。 【構成】筒体3内に可動体4が軸心線方向に移動自在に
配置されており、この可動体4は筒体3に対して磁気軸
受装置10で完全非接触に支持されている。筒体3と可
動体4とには、可動体4に対して軸方向の移動力を非接
触で選択的に与える電磁力発生機構20が設けられてい
る。可動体4には、この可動体4の軸心線に対して傾斜
した傾斜面24を持つ補助板23が取り付けてあり、傾
斜面24との間の距離を検出する検出器25の出力によ
って可動体4の軸方向位置が検出される。検出された軸
方向位置と目標位置とに基いて電磁力発生機構20が付
勢されて可動体4の軸方向の位置決めが行われる。
囲に亘って高精度な位置決め機能を長期間に亘って発揮
できる直線動支持装置を提供する。 【構成】筒体3内に可動体4が軸心線方向に移動自在に
配置されており、この可動体4は筒体3に対して磁気軸
受装置10で完全非接触に支持されている。筒体3と可
動体4とには、可動体4に対して軸方向の移動力を非接
触で選択的に与える電磁力発生機構20が設けられてい
る。可動体4には、この可動体4の軸心線に対して傾斜
した傾斜面24を持つ補助板23が取り付けてあり、傾
斜面24との間の距離を検出する検出器25の出力によ
って可動体4の軸方向位置が検出される。検出された軸
方向位置と目標位置とに基いて電磁力発生機構20が付
勢されて可動体4の軸方向の位置決めが行われる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光干渉計の走査鏡や精
密直進テーブル等のように高精度な位置決めの要求され
る要素を支持するのに適した直線動支持装置に関する。
密直進テーブル等のように高精度な位置決めの要求され
る要素を支持するのに適した直線動支持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、光干渉計の走査鏡や精密
直進テーブルを支持する支持装置には、これらを高精度
に位置決めする機能が要求される。このような要求に対
処するために通常は、ガイド機構に案内されて滑らかに
直線動する可動体を設け、この可動体で走査鏡等の被支
持物を支持させるとともに可動体を精密ボールネジ送り
機構で移動させる構造が採用されている。
直進テーブルを支持する支持装置には、これらを高精度
に位置決めする機能が要求される。このような要求に対
処するために通常は、ガイド機構に案内されて滑らかに
直線動する可動体を設け、この可動体で走査鏡等の被支
持物を支持させるとともに可動体を精密ボールネジ送り
機構で移動させる構造が採用されている。
【0003】しかし、このような機械式の位置決め方式
を採用した支持装置では構成部品を極めて高い精度で加
工しなければならない問題があった。また、たとえ部品
を高精度に加工したとしてもボールネジのバックラッシ
ュなどの影響を完全に回避することができないので、位
置決め精度には限界がある。さらに、過酷な温度環境や
高真空下のような特殊環境においては、ボールネジの潤
滑などの問題で長期間使用することが困難であった。
を採用した支持装置では構成部品を極めて高い精度で加
工しなければならない問題があった。また、たとえ部品
を高精度に加工したとしてもボールネジのバックラッシ
ュなどの影響を完全に回避することができないので、位
置決め精度には限界がある。さらに、過酷な温度環境や
高真空下のような特殊環境においては、ボールネジの潤
滑などの問題で長期間使用することが困難であった。
【0004】そこで、このような問題を解消するため
に、被支持物を板ばねによって支持し、この板ばねをリ
ニアアクチュエータによって変位させる方法もあるが、
この方法では位置決めできる距離範囲が板ばねの撓み量
によって制限されるため、長い距離範囲に亘って位置決
めすることが困難である。
に、被支持物を板ばねによって支持し、この板ばねをリ
ニアアクチュエータによって変位させる方法もあるが、
この方法では位置決めできる距離範囲が板ばねの撓み量
によって制限されるため、長い距離範囲に亘って位置決
めすることが困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の、い
わゆる直線動支持装置では、機械誤差の影響が現れた
り、特殊環境下での長時間使用が困難であったり、長い
距離範囲に亘る位置決めが困難であったりし、確実な支
持機能と長い距離範囲に亘る高精度な位置決め機能とを
長期間に亘って発揮させることが困難であった。そこで
本発明は、上述した不具合の全てを解消できる直線動支
持装置を提供することを目的としている。
わゆる直線動支持装置では、機械誤差の影響が現れた
り、特殊環境下での長時間使用が困難であったり、長い
距離範囲に亘る位置決めが困難であったりし、確実な支
持機能と長い距離範囲に亘る高精度な位置決め機能とを
長期間に亘って発揮させることが困難であった。そこで
本発明は、上述した不具合の全てを解消できる直線動支
持装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る直線動支持装置は、固定体と、この固
定体の近傍に軸方向へ移動自在に配置されて被支持物を
支持する可動体と、この可動体を前記固定体で非接触に
支持させる磁気軸受装置と、上記可動体の軸方向位置を
非接触に検出する軸方向位置検出手段と、上記可動体に
軸方向の移動力を非接触に与える電磁力発生機構と、前
記軸方向位置検出手段で得られた位置情報と目標位置情
報とに基いて前記電磁力発生機構を制御する制御手段と
を備えている。
に、本発明に係る直線動支持装置は、固定体と、この固
定体の近傍に軸方向へ移動自在に配置されて被支持物を
支持する可動体と、この可動体を前記固定体で非接触に
支持させる磁気軸受装置と、上記可動体の軸方向位置を
非接触に検出する軸方向位置検出手段と、上記可動体に
軸方向の移動力を非接触に与える電磁力発生機構と、前
記軸方向位置検出手段で得られた位置情報と目標位置情
報とに基いて前記電磁力発生機構を制御する制御手段と
を備えている。
【0007】
【作用】被支持物を支持する可動体は固定体に対して磁
気軸受装置で非接触に支持されている。また、可動体の
軸方向の位置は、軸方向位置検出手段によって可動体と
は非接触に検出される。さらに可動体への軸方向への移
動力は、電磁力発生機構によって可動体とは非接触に与
えられる。したがって、可動体を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体を移動させること
ができるので、位置決めに際してバックラッシュのよう
な誤差分の入り込む余地がない。このため高精度な位置
決めが可能となる。さらに電磁力発生機構として、たと
えばボイスコイルモータを使用すれば、上述した利点を
損なうことなく、長い距離に亘っての高精度な位置決め
を実現できる。
気軸受装置で非接触に支持されている。また、可動体の
軸方向の位置は、軸方向位置検出手段によって可動体と
は非接触に検出される。さらに可動体への軸方向への移
動力は、電磁力発生機構によって可動体とは非接触に与
えられる。したがって、可動体を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体を移動させること
ができるので、位置決めに際してバックラッシュのよう
な誤差分の入り込む余地がない。このため高精度な位置
決めが可能となる。さらに電磁力発生機構として、たと
えばボイスコイルモータを使用すれば、上述した利点を
損なうことなく、長い距離に亘っての高精度な位置決め
を実現できる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1には本発明の一実施例に係る直線動支持装置、
ここにはガス分布状態測定用光干渉計の走査鏡を支持す
るための直線動支持装置が示されている。
る。図1には本発明の一実施例に係る直線動支持装置、
ここにはガス分布状態測定用光干渉計の走査鏡を支持す
るための直線動支持装置が示されている。
【0009】同図において、1は固定体を示している。
この固定体1は、ベース2と、このベース2に固定され
た非磁性材製の筒体3とで構成されている。そして、筒
体3内には、ほぼ円柱状に形成された可動体4が筒体3
の軸心線方向に移動自在に配置されている。
この固定体1は、ベース2と、このベース2に固定され
た非磁性材製の筒体3とで構成されている。そして、筒
体3内には、ほぼ円柱状に形成された可動体4が筒体3
の軸心線方向に移動自在に配置されている。
【0010】可動体4は、磁性材で形成されており、図
1中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、可動体
4の図1中ほぼ左半分は中心棒状部5と、円筒状空洞部
6と、外側筒状部7とを同心的に配列した構造に形成さ
れている。可動体4の図1中右端部にはミラー支持体8
が装着されており、このミラー支持体8には走査鏡9が
固定されている。
1中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、可動体
4の図1中ほぼ左半分は中心棒状部5と、円筒状空洞部
6と、外側筒状部7とを同心的に配列した構造に形成さ
れている。可動体4の図1中右端部にはミラー支持体8
が装着されており、このミラー支持体8には走査鏡9が
固定されている。
【0011】可動体4と筒体3とには、筒体3で可動体
4を非接触に支持するための磁気軸受装置10の主要素
10a,10bが軸方向の2箇所、つまり図1中矢印
A,Bで示す位置にそれぞれ設けられている。
4を非接触に支持するための磁気軸受装置10の主要素
10a,10bが軸方向の2箇所、つまり図1中矢印
A,Bで示す位置にそれぞれ設けられている。
【0012】磁気軸受装置10は吸引支持型のもので、
その主要素10a,10bのうち、矢印Aで示す位置に
設けられている主要素10aを代表して示すと、図2に
示すように構成されている。すなわち、この主要素10
aは筒体3の内周面に周方向へ90度の間隔をあけ、か
つ磁極面を軸心線に向けて固定された継鉄11a,11
b,11c,11dと、これら継鉄に装着されたコイル
12a,12b,12c,12dと、可動体4の外周面
に周方向へ90度の間隔をあけ、かつ可動体4のほぼ全
長に亘って延びる関係に形成された凸状磁極13a,1
3b,13c,13dと、これら凸状磁極間に可動体4
のほぼ全長に亘って延びる関係に形成されて半径方向の
変位検出に供される平坦面14a,14b,14c,1
4dと、各継鉄間に位置する関係に筒体3にそれぞれ固
定されて各平坦面との間の距離を検出する半径方向位置
検出器15a,15b,15c,15dとで構成されて
いる。
その主要素10a,10bのうち、矢印Aで示す位置に
設けられている主要素10aを代表して示すと、図2に
示すように構成されている。すなわち、この主要素10
aは筒体3の内周面に周方向へ90度の間隔をあけ、か
つ磁極面を軸心線に向けて固定された継鉄11a,11
b,11c,11dと、これら継鉄に装着されたコイル
12a,12b,12c,12dと、可動体4の外周面
に周方向へ90度の間隔をあけ、かつ可動体4のほぼ全
長に亘って延びる関係に形成された凸状磁極13a,1
3b,13c,13dと、これら凸状磁極間に可動体4
のほぼ全長に亘って延びる関係に形成されて半径方向の
変位検出に供される平坦面14a,14b,14c,1
4dと、各継鉄間に位置する関係に筒体3にそれぞれ固
定されて各平坦面との間の距離を検出する半径方向位置
検出器15a,15b,15c,15dとで構成されて
いる。
【0013】各継鉄11a,11b,11c,11d
は、図1に継鉄11cを代表して示すように、2つの磁
極面16a,16bを備え、これら2つの磁極面16
a,16bが軸方向に配列されるように筒体3の内面に
固定されている。各継鉄11a,11b,11c,11
dに装着されたコイル12a,12b,12c,12d
は、それぞれバイアスコイル17と制御コイル18とで
構成されている。可動体4を境にして対向する継鉄に装
着されたバイアスコイル17は互いに逆向きの磁束を発
生するように直列に接続され、また同継鉄に装着された
制御コイル18は互いに同じ向きの磁束を発生するよう
に直列に接続されている。
は、図1に継鉄11cを代表して示すように、2つの磁
極面16a,16bを備え、これら2つの磁極面16
a,16bが軸方向に配列されるように筒体3の内面に
固定されている。各継鉄11a,11b,11c,11
dに装着されたコイル12a,12b,12c,12d
は、それぞれバイアスコイル17と制御コイル18とで
構成されている。可動体4を境にして対向する継鉄に装
着されたバイアスコイル17は互いに逆向きの磁束を発
生するように直列に接続され、また同継鉄に装着された
制御コイル18は互いに同じ向きの磁束を発生するよう
に直列に接続されている。
【0014】なお、各継鉄11a,11b,11c,1
1dの2つの磁極面16a,16bと可動体4に設けら
れた4つの凸状磁極13a,13b,13c,13dの
磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるために、可
動体4の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成されてい
る。主要素10bについても主要素10aと同様に構成
されている。
1dの2つの磁極面16a,16bと可動体4に設けら
れた4つの凸状磁極13a,13b,13c,13dの
磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるために、可
動体4の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成されてい
る。主要素10bについても主要素10aと同様に構成
されている。
【0015】可動体4の図1中左側で、この可動体4と
筒体3とには、可動体4に対して軸方向の移動力を非接
触で選択的に与える電磁力発生機構20が設けられてい
る。この電磁力発生機構20は、公知のボイスコイルモ
ータと同様に、外側筒状部7の開放端側内周面に固定さ
れ、半径方向に着磁された環状の永久磁石21と、全体
が筒状に形成されて円筒状空洞部6に非接触に嵌入装着
された筒状コイル22とで構成されている。なお、筒状
コイル22の基端は、筒体3に固定されている。
筒体3とには、可動体4に対して軸方向の移動力を非接
触で選択的に与える電磁力発生機構20が設けられてい
る。この電磁力発生機構20は、公知のボイスコイルモ
ータと同様に、外側筒状部7の開放端側内周面に固定さ
れ、半径方向に着磁された環状の永久磁石21と、全体
が筒状に形成されて円筒状空洞部6に非接触に嵌入装着
された筒状コイル22とで構成されている。なお、筒状
コイル22の基端は、筒体3に固定されている。
【0016】一方、ミラー支持体8の外周面には、可動
体4の軸心線に沿って延びる関係に配置された補助板2
3の一端側が固定されている。この補助板23の図1中
下面は、図3に示すように可動体4の軸心線に対して傾
斜した傾斜面24に形成されている。固定体1には、傾
斜面24との間の距離から可動体4の軸方向の位置を検
出する軸方向位置検出器25が固定されている。そし
て、軸方向位置検出器25、筒状コイル22、前述した
磁気軸受装置10の主要素10a,10bを構成してい
るバイアスコイル、制御コイルおよび半径方向位置検出
器は、図4に示す制御装置31に接続されている。
体4の軸心線に沿って延びる関係に配置された補助板2
3の一端側が固定されている。この補助板23の図1中
下面は、図3に示すように可動体4の軸心線に対して傾
斜した傾斜面24に形成されている。固定体1には、傾
斜面24との間の距離から可動体4の軸方向の位置を検
出する軸方向位置検出器25が固定されている。そし
て、軸方向位置検出器25、筒状コイル22、前述した
磁気軸受装置10の主要素10a,10bを構成してい
るバイアスコイル、制御コイルおよび半径方向位置検出
器は、図4に示す制御装置31に接続されている。
【0017】制御装置31は、磁気軸受制御部32と、
軸方向位置制御部33とで構成されている。なお、この
図4には主要素10aのコイル12a〜12dを付勢制
御する磁気軸受制御部32が示されており、主要素10
bの各コイルを付勢制御する制御部は省略されている。
軸方向位置制御部33とで構成されている。なお、この
図4には主要素10aのコイル12a〜12dを付勢制
御する磁気軸受制御部32が示されており、主要素10
bの各コイルを付勢制御する制御部は省略されている。
【0018】磁気軸受制御部32は、4つの半径方向位
置検出器15a〜15dの出力をそれぞれ処理回路34
に導入し、半径方向の変位量に変換している。そして、
これら変位量を制御回路35に導入して基準位置との差
から操作量を決定し、これら操作量を電流増幅器36で
電流に変換し、この電流をコイル12a〜12dの制御
コイル18に与えるようにしている。またコイル12a
〜12dのバイアスコイル17には電源37から一定の
電流を流すようにしている。主要素10bについても同
じ制御が行われる。この制御によって可動体4を固定体
1とは完全非接触に、かつ半径方向の基準位置上に浮上
させるようにしている。なお、この例では得られた操作
量に対してオフセット信号Fを重畳し、これによって浮
上位置を半径方向の任意の位置に設定できるようにして
いる。
置検出器15a〜15dの出力をそれぞれ処理回路34
に導入し、半径方向の変位量に変換している。そして、
これら変位量を制御回路35に導入して基準位置との差
から操作量を決定し、これら操作量を電流増幅器36で
電流に変換し、この電流をコイル12a〜12dの制御
コイル18に与えるようにしている。またコイル12a
〜12dのバイアスコイル17には電源37から一定の
電流を流すようにしている。主要素10bについても同
じ制御が行われる。この制御によって可動体4を固定体
1とは完全非接触に、かつ半径方向の基準位置上に浮上
させるようにしている。なお、この例では得られた操作
量に対してオフセット信号Fを重畳し、これによって浮
上位置を半径方向の任意の位置に設定できるようにして
いる。
【0019】一方、軸方向位置制御部33は、軸方向位
置検出器25の出力と半径方向位置検出器15a〜15
dの出力とを処理回路38に導入し、この処理回路38
で可動体4の半径方向位置によって軸方向位置検出器2
5の出力に現われる誤差分を除去した真の軸方向位置信
号を得ている。そして、得られた軸方向位置信号と目標
位置信号Hとの偏差を制御回路39で求め、この偏差を
電流増幅器40で電流に変換し、この電流を筒状コイル
22に流すようにしている。この制御によって、可動体
4を目標位置まで移動させ、この目標位置で停止させる
ようにしている。
置検出器25の出力と半径方向位置検出器15a〜15
dの出力とを処理回路38に導入し、この処理回路38
で可動体4の半径方向位置によって軸方向位置検出器2
5の出力に現われる誤差分を除去した真の軸方向位置信
号を得ている。そして、得られた軸方向位置信号と目標
位置信号Hとの偏差を制御回路39で求め、この偏差を
電流増幅器40で電流に変換し、この電流を筒状コイル
22に流すようにしている。この制御によって、可動体
4を目標位置まで移動させ、この目標位置で停止させる
ようにしている。
【0020】このような構成であると、磁気軸受装置1
0を動作させると、各バイアスコイル17が一定電流で
付勢されるとともに各制御コイル18が可動体4の半径
方向における変位量に応じたレベルで、かつ変位方向に
応じた極性の電流で付勢される。すなわち、継鉄11a
〜11dの磁極面と凸状磁極13a〜13dの磁極面と
の間の磁気ギャップ長が半径方向位置検出器15a〜1
5dの出力に基いて求められる。そして、磁気ギャップ
長が広くなった部分については、その磁気ギャップを通
る磁束を増加させるように制御コイル18が付勢され
る。また磁気ギャップ長が狭くなった部分については、
その磁気ギャップを通る磁束を減少させるように制御コ
イル18が付勢される。このため、可動体4は固定体1
に対して磁気軸受装置10で完全に非接触に支持され
る。
0を動作させると、各バイアスコイル17が一定電流で
付勢されるとともに各制御コイル18が可動体4の半径
方向における変位量に応じたレベルで、かつ変位方向に
応じた極性の電流で付勢される。すなわち、継鉄11a
〜11dの磁極面と凸状磁極13a〜13dの磁極面と
の間の磁気ギャップ長が半径方向位置検出器15a〜1
5dの出力に基いて求められる。そして、磁気ギャップ
長が広くなった部分については、その磁気ギャップを通
る磁束を増加させるように制御コイル18が付勢され
る。また磁気ギャップ長が狭くなった部分については、
その磁気ギャップを通る磁束を減少させるように制御コ
イル18が付勢される。このため、可動体4は固定体1
に対して磁気軸受装置10で完全に非接触に支持され
る。
【0021】また、目標位置信号Hを与えると、電磁力
発生機構20が動作し、公知のボイスコイルモータと全
く同じ原理で、可動体4に対して非接触に軸方向への移
動力を与え、可動体4を目標位置で停止させる。この場
合、位置制御に必要な軸方向の位置検出は、補助板23
に設けられた傾斜面24を検出対象とした軸方向位置検
出器25によって非接触に検出される。したがって、軸
方向の駆動及び位置決めも完全非接触で行なわれる。ま
た、処理回路38において速度成分を検出し、制御回路
に入力することで、位置決めと同様に速度制御も行うこ
とができる。
発生機構20が動作し、公知のボイスコイルモータと全
く同じ原理で、可動体4に対して非接触に軸方向への移
動力を与え、可動体4を目標位置で停止させる。この場
合、位置制御に必要な軸方向の位置検出は、補助板23
に設けられた傾斜面24を検出対象とした軸方向位置検
出器25によって非接触に検出される。したがって、軸
方向の駆動及び位置決めも完全非接触で行なわれる。ま
た、処理回路38において速度成分を検出し、制御回路
に入力することで、位置決めと同様に速度制御も行うこ
とができる。
【0022】このように被支持物を支持する可動体4を
固定体1に対して磁気軸受装置10で非接触に支持し、
また可動体4の軸方向の位置を傾斜面24と軸方向位置
検出器25とによって可動体4とは非接触に検出してい
る。さらに可動体4への軸方向への移動力を電磁力発生
機構20によって可動体4とは非接触に与えるようにし
ている。したがって、可動体4を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体4を移動させるこ
とができるので、位置決めに際してバックラッシュのよ
うな誤差分の入り込む余地がなく、高精度な位置決めが
可能となる。さらにボイスコイルモータ式の電磁力発生
機構20を使って可動体4を軸方向へ移動させ、位置決
めするようにしているので、長い距離に亘っての駆動が
可能で、しかも十分な位置決め精度も確保できる。した
がって、たとえば真空中のような特殊環境下において
も、長い距離範囲に亘って高精度な位置決めを長期間安
定に行なわせることができる。
固定体1に対して磁気軸受装置10で非接触に支持し、
また可動体4の軸方向の位置を傾斜面24と軸方向位置
検出器25とによって可動体4とは非接触に検出してい
る。さらに可動体4への軸方向への移動力を電磁力発生
機構20によって可動体4とは非接触に与えるようにし
ている。したがって、可動体4を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体4を移動させるこ
とができるので、位置決めに際してバックラッシュのよ
うな誤差分の入り込む余地がなく、高精度な位置決めが
可能となる。さらにボイスコイルモータ式の電磁力発生
機構20を使って可動体4を軸方向へ移動させ、位置決
めするようにしているので、長い距離に亘っての駆動が
可能で、しかも十分な位置決め精度も確保できる。した
がって、たとえば真空中のような特殊環境下において
も、長い距離範囲に亘って高精度な位置決めを長期間安
定に行なわせることができる。
【0023】なお、この実施例の場合には次のような利
点もある。すなわち、磁気軸受装置10を制御するには
何らかの手段で可動体4の半径方向位置を検出する必要
があるが、この実施例では可動体4の外周面で凸状磁極
13a〜13d間に平坦面14a〜14dを設け、この
平坦面14a〜14dを半径方向位置検出面としてい
る。このように平坦面14a〜14dを凸状磁極13a
〜13d間に対して周方向にずらして設けると、平坦面
14a〜14dの加工が容易であるばかりか、可動体4
が筒体3側に接触したときに平坦面14a〜14dに傷
などが付く虞がなく、その上、磁気軸受の磁場による位
置検出器への影響を除去することができ、信頼性を向上
できる。また、各継鉄11a〜11dの磁極面と、可動
体4に設けられた凸状磁極13a〜13dの磁極面とを
可動体4の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成してい
るので、両磁極面間の磁気抵抗を安定させることがで
き、可動体4に回転力が加わったとき自動的に元の位置
に戻させることができる。また、磁気軸受制御部32に
おいては、外部からオフセット信号Fを与えることがで
きるようにしているので、可動体4のいわゆる姿勢を可
変設定することができる。図5、6には本発明の別の実
施例に係る直線動支持装置、ここには精密直進テーブル
を支持するための直線動支持装置が示されている。
点もある。すなわち、磁気軸受装置10を制御するには
何らかの手段で可動体4の半径方向位置を検出する必要
があるが、この実施例では可動体4の外周面で凸状磁極
13a〜13d間に平坦面14a〜14dを設け、この
平坦面14a〜14dを半径方向位置検出面としてい
る。このように平坦面14a〜14dを凸状磁極13a
〜13d間に対して周方向にずらして設けると、平坦面
14a〜14dの加工が容易であるばかりか、可動体4
が筒体3側に接触したときに平坦面14a〜14dに傷
などが付く虞がなく、その上、磁気軸受の磁場による位
置検出器への影響を除去することができ、信頼性を向上
できる。また、各継鉄11a〜11dの磁極面と、可動
体4に設けられた凸状磁極13a〜13dの磁極面とを
可動体4の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成してい
るので、両磁極面間の磁気抵抗を安定させることがで
き、可動体4に回転力が加わったとき自動的に元の位置
に戻させることができる。また、磁気軸受制御部32に
おいては、外部からオフセット信号Fを与えることがで
きるようにしているので、可動体4のいわゆる姿勢を可
変設定することができる。図5、6には本発明の別の実
施例に係る直線動支持装置、ここには精密直進テーブル
を支持するための直線動支持装置が示されている。
【0024】これらの図において、101は固定体を示
している。この固定体101は、ベース102と、この
ベース102に固定された非磁性材製の筒体103とで
構成されている。そして、筒体103内には、ほぼ円柱
状に形成された可動体104が筒体103の軸心線方向
に移動自在に配置されている。
している。この固定体101は、ベース102と、この
ベース102に固定された非磁性材製の筒体103とで
構成されている。そして、筒体103内には、ほぼ円柱
状に形成された可動体104が筒体103の軸心線方向
に移動自在に配置されている。
【0025】可動体104は、磁性材で形成されてお
り、図5中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、
可動体104の図5中ほぼ左半分は中心棒状部105
と、円筒状空洞部106と、外側筒状部107とを同心
的に配列した構造に形成されている。そして、可動体1
04の両端部は連結部材108、109を介してテーブ
ル110に接続されている。
り、図5中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、
可動体104の図5中ほぼ左半分は中心棒状部105
と、円筒状空洞部106と、外側筒状部107とを同心
的に配列した構造に形成されている。そして、可動体1
04の両端部は連結部材108、109を介してテーブ
ル110に接続されている。
【0026】可動体104と筒体103とには、筒体1
03で可動体104を非接触に支持するための磁気軸受
装置111の主要素111a,111bが軸方向の2箇
所、つまり図5中矢印C,Dで示す位置にそれぞれ設け
られている。
03で可動体104を非接触に支持するための磁気軸受
装置111の主要素111a,111bが軸方向の2箇
所、つまり図5中矢印C,Dで示す位置にそれぞれ設け
られている。
【0027】磁気軸受装置111は吸引支持型のもの
で、その主要素111a,111bのうち、矢印Cで示
す位置に設けられている主要素111aを代表して示す
と、図6に示すように構成されている。すなわち、この
主要素111aは、筒体103の内周面に周方向へ12
0度の間隔をあけ、かつ磁極面を軸心線に向けて固定さ
れた継鉄112a,112b,112cと、これら継鉄
に装着されたコイル113a,113b,113cと、
可動体104の外周面に周方向へ120度の間隔をあ
け、かつ可動体104のほぼ全長に亘って延びる関係に
形成された凸状磁極114a,114b,114cと、
これら凸状磁極間に可動体104のほぼ全長に亘り、か
つ可動体104の軸心線に対して傾斜して延びる関係に
形成されて半径方向の変位検出および軸方向の位置検出
に供される傾斜面115a,115b,115cと、各
継鉄間に位置する関係に筒体103にそれぞれ固定され
て各傾斜面との間の距離を検出する位置検出器116
a,116b,116cとで構成されている。
で、その主要素111a,111bのうち、矢印Cで示
す位置に設けられている主要素111aを代表して示す
と、図6に示すように構成されている。すなわち、この
主要素111aは、筒体103の内周面に周方向へ12
0度の間隔をあけ、かつ磁極面を軸心線に向けて固定さ
れた継鉄112a,112b,112cと、これら継鉄
に装着されたコイル113a,113b,113cと、
可動体104の外周面に周方向へ120度の間隔をあ
け、かつ可動体104のほぼ全長に亘って延びる関係に
形成された凸状磁極114a,114b,114cと、
これら凸状磁極間に可動体104のほぼ全長に亘り、か
つ可動体104の軸心線に対して傾斜して延びる関係に
形成されて半径方向の変位検出および軸方向の位置検出
に供される傾斜面115a,115b,115cと、各
継鉄間に位置する関係に筒体103にそれぞれ固定され
て各傾斜面との間の距離を検出する位置検出器116
a,116b,116cとで構成されている。
【0028】各継鉄112a,112b,112cは、
図5に継鉄112bを代表して示すように、2つの磁極
面117a,117bを備え、これら2つの磁極面11
7a,117bが軸方向に配列されるように筒体103
の内面に固定されている。各継鉄112a,112b,
112cに装着されたコイル113a,113b,11
3cは、それぞれバイアスコイル118と制御コイル1
19とで構成されている。
図5に継鉄112bを代表して示すように、2つの磁極
面117a,117bを備え、これら2つの磁極面11
7a,117bが軸方向に配列されるように筒体103
の内面に固定されている。各継鉄112a,112b,
112cに装着されたコイル113a,113b,11
3cは、それぞれバイアスコイル118と制御コイル1
19とで構成されている。
【0029】なお、各継鉄112a,112b,112
cの2つの磁極面117a,117bと可動体104に
設けられた3つの凸状磁極114a,114b,114
cの磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるため
に、可動体104の軸心線を中心とした円筒曲面状に形
成されている。主要素111bについても主要素111
aと同様に構成されている。
cの2つの磁極面117a,117bと可動体104に
設けられた3つの凸状磁極114a,114b,114
cの磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるため
に、可動体104の軸心線を中心とした円筒曲面状に形
成されている。主要素111bについても主要素111
aと同様に構成されている。
【0030】可動体104の図5中左側で、この可動体
104と筒体103とには、可動体104に対して軸方
向の移動力を非接触で選択的に与える電磁力発生機構1
20が設けられている。この電磁力発生機構120は、
公知のボイスコイルモータと同様に、外側筒状部107
の開放端側内周面に固定され、半径方向に着磁された環
状の永久磁石121と、全体が筒状に形成されて円筒状
空洞部106に非接触に嵌入装着された筒状コイル12
2とで構成されている。なお、筒状コイル122の基端
は、筒体103に固定されている。
104と筒体103とには、可動体104に対して軸方
向の移動力を非接触で選択的に与える電磁力発生機構1
20が設けられている。この電磁力発生機構120は、
公知のボイスコイルモータと同様に、外側筒状部107
の開放端側内周面に固定され、半径方向に着磁された環
状の永久磁石121と、全体が筒状に形成されて円筒状
空洞部106に非接触に嵌入装着された筒状コイル12
2とで構成されている。なお、筒状コイル122の基端
は、筒体103に固定されている。
【0031】そして、筒状コイル122、前述した磁気
軸受装置111の主要素111a,111bを構成して
いる各バイアスコイル118、各制御コイル119およ
び位置検出器116a,116b,116cは、図示し
ない制御装置に接続されている。
軸受装置111の主要素111a,111bを構成して
いる各バイアスコイル118、各制御コイル119およ
び位置検出器116a,116b,116cは、図示し
ない制御装置に接続されている。
【0032】この制御装置は、前記実施例と同様に磁気
軸受制御部と、軸方向位置制御部とで構成されている。
磁気軸受制御部は基本的には前記実施例と同様に構成さ
れており、主要素111aを例にとると、3つの位置検
出器116a,116b,116cの出力に基いて可動
体104の基準位置からのずれ量を算出し、このずれ量
を零にすべく制御コイル119の電流を制御し、これに
よって可動体104を固定体101とは完全非接触に、
かつ半径方向の基準位置上に浮上させるようにしてい
る。なお、この例においてもオフセット信号Fを重畳す
ることによって浮上位置を半径方向の任意の位置に設定
できる。
軸受制御部と、軸方向位置制御部とで構成されている。
磁気軸受制御部は基本的には前記実施例と同様に構成さ
れており、主要素111aを例にとると、3つの位置検
出器116a,116b,116cの出力に基いて可動
体104の基準位置からのずれ量を算出し、このずれ量
を零にすべく制御コイル119の電流を制御し、これに
よって可動体104を固定体101とは完全非接触に、
かつ半径方向の基準位置上に浮上させるようにしてい
る。なお、この例においてもオフセット信号Fを重畳す
ることによって浮上位置を半径方向の任意の位置に設定
できる。
【0033】一方、軸方向位置制御部は、位置検出器1
16a,116b,116cの出力から可動体104の
軸方向位置に対応した位置信号を得ている。そして、得
られた軸方向位置信号と目標位置信号との偏差を電流増
幅器で電流に変換し、この電流を筒状コイル122に流
すようにしている。したがって、この例では、可動体1
04に形成された傾斜面115a,115b,115c
と、位置検出器116a,116b,116cとの組合
せで、可動体104の半径方向の位置検出と、軸方向の
位置検出とを同時に行なっている。
16a,116b,116cの出力から可動体104の
軸方向位置に対応した位置信号を得ている。そして、得
られた軸方向位置信号と目標位置信号との偏差を電流増
幅器で電流に変換し、この電流を筒状コイル122に流
すようにしている。したがって、この例では、可動体1
04に形成された傾斜面115a,115b,115c
と、位置検出器116a,116b,116cとの組合
せで、可動体104の半径方向の位置検出と、軸方向の
位置検出とを同時に行なっている。
【0034】このように構成しても前記実施例と同様の
効果を得ることができる。そして、この実施例の場合に
は、傾斜面115a,115b,115cを半径方向の
位置検出と軸方向の位置検出とに共用しているので、全
体を単純化できるとともに検出器の数を最小に抑えるこ
とができる。
効果を得ることができる。そして、この実施例の場合に
は、傾斜面115a,115b,115cを半径方向の
位置検出と軸方向の位置検出とに共用しているので、全
体を単純化できるとともに検出器の数を最小に抑えるこ
とができる。
【0035】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。すなわち、上述した実施例では磁気
軸受装置にバイアスコイルを組込んでいるが、このバイ
アスコイルを永久磁石に代えてもよい。また、上述した
実施例では6個の検出器を用いているが、5個の検出器
だけでも位置検出が可能である。また、上述した実施例
では、可動体の軸方向位置を検出する手段として、可動
体側に傾斜面を設けるとともに固定体に検出器を設け、
上記傾斜面との間の距離を検出器で検出するようにして
いるが、この検出方式に必ずしも限定されるものではな
い。たとえば可動体にコードスケールを取り付け、これ
を光学的に読み取るようにしてもよい。要は非接触で可
動体の軸方向位置を検出できる構成であればよい。ま
た、上述した各実施例では磁気軸受装置の主要素を軸方
向に2組設けているが3組以上設けてもよい。
れるものではない。すなわち、上述した実施例では磁気
軸受装置にバイアスコイルを組込んでいるが、このバイ
アスコイルを永久磁石に代えてもよい。また、上述した
実施例では6個の検出器を用いているが、5個の検出器
だけでも位置検出が可能である。また、上述した実施例
では、可動体の軸方向位置を検出する手段として、可動
体側に傾斜面を設けるとともに固定体に検出器を設け、
上記傾斜面との間の距離を検出器で検出するようにして
いるが、この検出方式に必ずしも限定されるものではな
い。たとえば可動体にコードスケールを取り付け、これ
を光学的に読み取るようにしてもよい。要は非接触で可
動体の軸方向位置を検出できる構成であればよい。ま
た、上述した各実施例では磁気軸受装置の主要素を軸方
向に2組設けているが3組以上設けてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、真
空中のような特殊環境下でも、無潤滑で、しかも可動体
を長い距離範囲に亘って高精度に位置決めできる。
空中のような特殊環境下でも、無潤滑で、しかも可動体
を長い距離範囲に亘って高精度に位置決めできる。
【図1】本発明の一実施例に係る直線動支持装置を図2
におけるS−S線に沿って切断し矢印方向に見た断面
図。
におけるS−S線に沿って切断し矢印方向に見た断面
図。
【図2】同直線動支持装置を図1におけるR−R線に沿
って切断し矢印方向に見た断面図。
って切断し矢印方向に見た断面図。
【図3】同直線動支持装置における可動体だけを取り出
して示す斜視図。
して示す斜視図。
【図4】同直線動支持装置における制御装置のブロック
構成図。
構成図。
【図5】本発明の他の実施例に係る直線動支持装置の縦
断面図。
断面図。
【図6】同直線動支持装置を図5におけるX−X線に沿
って切断し矢印方向に見た断面図。
って切断し矢印方向に見た断面図。
1,101…固定体、 4,104…可動
体、10,111…磁気軸受装置、11a〜11d,1
12a〜112c…継鉄、12a〜12d,113a〜
113c…コイル13a〜13d,114a〜114c
…凸状磁極、14a〜14d…平坦面、 15
a〜15d…半径方向位置検出器、17,118…バイ
アスコイル、 18,119…制御コイル、20,1
20…電磁力発生機構、 21,121…永久磁石、
22,122…筒状コイル、 23…補助板、24
…傾斜面、 25…軸方向位置検出
器、31…制御装置、 32…磁気軸
受制御部、33…軸方向位置制御部、 115
a〜115c…傾斜面、116a〜116c…位置検出
器。
体、10,111…磁気軸受装置、11a〜11d,1
12a〜112c…継鉄、12a〜12d,113a〜
113c…コイル13a〜13d,114a〜114c
…凸状磁極、14a〜14d…平坦面、 15
a〜15d…半径方向位置検出器、17,118…バイ
アスコイル、 18,119…制御コイル、20,1
20…電磁力発生機構、 21,121…永久磁石、
22,122…筒状コイル、 23…補助板、24
…傾斜面、 25…軸方向位置検出
器、31…制御装置、 32…磁気軸
受制御部、33…軸方向位置制御部、 115
a〜115c…傾斜面、116a〜116c…位置検出
器。
Claims (4)
- 【請求項1】固定体と、この固定体の近傍に軸方向へ移
動自在に配置されて被支持物を支持する可動体と、この
可動体を前記固定体で非接触に支持させる磁気軸受装置
と、上記可動体の軸方向位置を非接触に検出する軸方向
位置検出手段と、上記可動体に軸方向の移動力を非接触
に与える電磁力発生機構と、前記軸方向位置検出手段で
得られた位置情報と目標位置情報とに基いて前記電磁力
発生機構を制御する制御手段とを具備してなることを特
徴とする直線動支持装置。 - 【請求項2】前記磁気軸受装置は、前記固定体の前記可
動体を囲む位置にそれぞれの磁極面を上記可動体に向け
て周方向に固定された複数の継鉄と、これら継鉄に装着
されたコイルと、前記可動体の外周面に前記各継鉄の磁
極面に対向させ、かつ軸方向に延びる関係に突設された
複数の凸状磁極と、前記可動体の外周面で前記凸状磁極
間に位置する部分に軸方向に延びる関係にそれぞれ形成
された複数の位置検出面と、これら位置検出面に対向さ
せて前記固定体に設けられ、上記各位置検出面との間の
距離を非接触で検出する複数の位置検出器とを備えてい
ることを特徴とする請求項1に記載の直線動支持装置。 - 【請求項3】前記軸方向位置検出手段は、前記可動体に
固定されるとともに上記可動体の軸心線に対して傾斜し
た傾斜面を有してなる補助部材と、前記固定体に設けら
れて前記補助部材の前記傾斜面との間の距離を非接触で
検出する検出器とを備えてなることを特徴とする請求項
1に記載の直線動支持装置。 - 【請求項4】前記電磁力発生機構は、ボイスコイルモー
タで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の
直線動支持装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21361791A JP3183913B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 直線動支持装置 |
| EP92307755A EP0534613B1 (en) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Device for supporting and linearly moving an object |
| DE69206229T DE69206229T2 (de) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Vorrichtung zum Tragen und zur linearen Bewegung eines Objektes. |
| US07/935,874 US5287031A (en) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Device for supporting and linearly moving an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21361791A JP3183913B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 直線動支持装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0556673A true JPH0556673A (ja) | 1993-03-05 |
| JP3183913B2 JP3183913B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=16642141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21361791A Expired - Fee Related JP3183913B2 (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 直線動支持装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3183913B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006333688A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Tokai Rika Co Ltd | 発電装置 |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP21361791A patent/JP3183913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006333688A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Tokai Rika Co Ltd | 発電装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3183913B2 (ja) | 2001-07-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |