JPS6115560A - リニアステツプモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁石の吸引力を利用して可動体を非接触因
襲に保持しかつ推進案内機構を有するリニアステップモ
ータに関する。

（従来の技術） 従来、直線運動を行う機構として、機械的接触を伴う案
内機構とモータ軸に係合されたボールネジを利用した駆
動機構を有するテーブルを定盤等の上で移動させるもの
が使用されてきた。このような機構では構成部品同士の
摩擦接触を避けることができ々いため、摩擦接触部の摩
耗により塵埃が発生してしまう。

上記の機構を、集積回路等の精密加工をする為の位置決
め、搬送装置として無塵室内で使用した場合、塵埃の発
生は大きな問題であった。

そこで、接触部を無くすため、固定部と可動部間に空気
や油等の加圧流体を介在させ、その流体の静圧によって
それらの間に微小な間隙を保つ流体圧ガイドが提案され
た。このガイドは、リニアモータ等で駆動され、摩擦に
よる塵埃の発生という問題は解決された。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の流体圧ガイドのごとき移動位置決
め方式においても以下の各種問題点があることが判明し
ている。即ち、（イ）一般に固定部と可動部間の間隙は
微小（５μｎ１〜１０μｍ）であるため、豆いに対向す
る表面を全面的に超精密に加工しなければならない。

（ｆｌａｉｌ　　無塵室内における使用に際Ｌ１用すら
れる流体中に存在する塵や水分等を十分に排除する必要
がある。（塵や水分は機構内に蓄積し作道の妨害をした
り、部品を腐蝕させたり、無塵室内の空気を汚染する可
能性がある。） （ハ）直空中で使用する装置の場合（例えば、レーザー
ビーム加工、や電子ビーム加工等）、上記静圧を用いた
方式は使用できない。

等の問題点がある。

本発明は、上記の問題点を解決し、簡単な構成にて全面
的な超精密加工精度を必要とせず、塵埃等の心配が無く
無塵室内更には、直空中でも使用可能な非接触型の推進
案内機構を提供することを目的としている。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は上記目的を互いに対向する面を有する固定体及
び可動体と゛該対向する面の間で固定体又は可動体のい
ずれか一方の面上に所定のピッチを有して整列した多数
の歯よりなる歯列と：該歯列に対向する歯を有し所定の
間隙で配置される複数の極片を有する芯部材及び該極片
上に巻回される推進案山川コイルより成る推進案内用磁
極と、該推進案内用磁極に隣接して芯部材上に巻回きれ
る主磁束コイルより成る吸引用磁極とをイ”ｌ’　Ｌ　
、前記歯列の配置される面と対向する面上に固定される
磁気手段と、固定体と可動体間の間隙変位を検出する変
位検出手段と：該検出手段により検出された信号を受け
前記コイルによる固定体と可動体間の吸引力を制御して
固定体と可動体間の間隙を調整する第１制御手段と；推
進案内用磁極に発生する磁気を制御して可動体を推進案
内する第２制御手段と より成ることを特徴とするリニアステップモータによっ
て達成している。１ （実施例） 第１図は、本発明の一実施例を示すリニアステップモー
タであり、可動体１９が、固定体２０の溝内で４つの磁
気装置１０によって吸引力により空中に保持され固定体
２０の長手方向に沿って移動する構成となっている。

固定体２０は磁性体にて形成され一ト面を移動に使用す
るために凹形断面を有して延び、その内側の溝内に可動
体１９を受け入れている。

固定体２０の中央部で分断された２つの上面は第３図乃
至第６図に示す如く、その裏面に長手方向に直交して所
定の幅で延びる多数の歯２２を有している。各歯２２間
のピッチでは所定の値に設定されている。又、各歯２２
列の内側には平滑面が配置され後述する変位センサ２３
の隙間測定用基準面２１を提供している。

第２図に示す如く可動体１９は、固定体２０の内側溝に
対応する凸形状断面を有して延びており、各コーナ部に
固定体２０の歯２２列に対向して４つの磁気装置１０と
、各磁気装置１０に隣接し基準面２１に対向して４つの
変位センサ２３を有している。

各磁気装置１０は第３図に示されるように、可動体１９
の推進案内用磁極群５及び吸引保持用の磁極群６より成
っている。これら磁極群５及び６は可動体１９外部の固
定部に配置される制御装置３０及び４０により（−れぞ
れ制御される。変位センサ２３は磁気装置１０に隣接し
て可動体１９上にその検出１ｆｔｉ　’ｃ固定体２０の
基準面２１方向に向けて固定されている。変位センサ２
３から得られる信号は制御装置３０へ出力される。

磁気装置１０は、第６図に小才如く、芯部材９と、その
上に巻回され磁極群６を形成する主磁束コイル７及び８
と、（−極１，２，３゜４より成る磁極群５を形成する
推進用コイル１５．１６，１γ及び１８より構成されて
いる。

芯部材９は凹形を２つ連接した形状に打抜かれた電磁鋼
板を積み重ねた積層体である。

芯部材９は一体の磁性材料で１１４成しでも良いが、打
抜鋼板積層体とすることにより容易にかつ安価に作製で
きるとともに渦電流損失を少なくできる効果がある。芯
ｉＸＢ月９の各四部９ａ及び９ｂの外周には主磁束コイ
ル７及び８が互いに逆極性となるよう（例えば、第３図
のように）直列に巻回され磁極群６を形成している。主
磁束コイル７．８に通電すると主磁束コイルＩ及び８間
に磁場が発生し固定体２０と可動体１９間に吸引力が働
く。主磁束コイル１，８は、芯部材９の２つの凹形をつ
なぐ連接部に縦方向に巻回しても同様の効果が得られる
。

芯部材９の各先端突起部は、第１極片１１、第２極片１
２、第３極片１３、及び第４極片１４より成り、各極片
にはそれぞれ推進用コイル１５，１６．１７及び１８が
巻回され第１磁極１、第２磁極２、第３磁極３、第４磁
極４を形成している。本実施例においては、推進用コイ
ル１５及び１６と１７及び１８の各組のコイル同志は直
列にかつ逆極性と成るよう（例えば、第３図のように）
直列に接続されている。父、各コイルを並列に接続して
逆極性を発生さぜるようにしても良い。

谷極片１１，１２，１３．１４はその先端に、固定体２
０の歯２２に対回す４２つの歯をイｊしている。この各
極片の２つの山のピッチは、固定体２０の歯２２のピッ
チと同じτである。各極片上の田の互いの位置は第１極
片１１の歯の位置（歯の中心位置を訂う。以下同様。）
に対し、第２極片１２の歯はｔτ４極片１４の歯はｎτ
工÷τ、（ここで、４１ｍ、ｎは整数）だけ変位して設
定されている。

各極片上の歯は本実施例では２個づつ設けられているが
、歯の数は任意の数で良い。又、各歯と、対向する固定
体の歯２２との間のすきｔｇは通常０３乃至０．５　ｍ
に制御される。

上記構成の磁気装置１０ば、以下のごとく作動制御され
る。

第３図に示すように、吸引方向の制御は、磁極群６、制
御装置３０及び変位センサ２３により行なわれる。変位
センサ２３は、可動体１９と固定体２０との間の間隙量
の変位を測定し、その変動信号を変位検出器３１へと出
力する。変位検出器３１は変位センサ２３からの信号を
電力増幅器３３に出力する。電力増幅器３３を経た電流
の増減により間隙量が制御される。更に、変位検出器３
１は、変位センサ２３からの信号を速度検出器３２にも
出力し、そこで得られた変位速度を電力増幅器３３に出
力し安定なすｐ−を量制御を行なっている。又、電力増
幅器３３は抵抗を内蔵しておシコイル電流の変動信号も
検知されるのでより安定な制御が可能である。

一方、推進案内をする磁極群５の制御は制御装置４０に
よって行なわれる。

、駆動推進はマイクロステップ駆動方式により行なわれ
、コイル１５及び１６の電流をＩＡコイル１７及び１６
の電流をＩＢとした場合ＩＡとＩＢの電流比率が目標停
止位置において所定の設定電流比率となるよう滑らかに
比率変化させて電流制御を行なう。図示なきコンピュー
タ等より、移動位置指令をマイクロステップ電圧発生器
４１に入力すると、マイクロスチップ電圧発生器４１は
、増１Ｍ器４２に正弦波状の電流ＩＡを増幅器４２に、
余弦波状の電流ＩＢを増幅器４３に出力する。各増幅器
４２．４３はそれぞれコイル１５．１６及び１７．１８
へと増幅され／こ電１ｔ１１：を流１゛ように成る。

第３図の状態は、磁極１が最も強い拘束を受けた状態で
あるが、この後、この強拘束状態を磁極３，２．４の順
で発生させれば、可動体１９は右方向へ、又、磁極４，
２．３の順で発生させれば可動体１９は左方向へと移動
する。

各磁極は電流を変化させた場合に吸引力も変化させるが
、各電流工Ａ及びＩＢは位相をずらしであるため、１■
Ａ１　　増加時にはＩＩＢ＋が減少する。従って、磁極
１，２，３．４による吸引力の変化量は主磁束コイル７
．８による吸引力に比較し微小である。

以上に示した実施例では磁極１，２，３゜４が一直線上
に並んだ磁気装置１０を示したが、第７図に示すごとく
、磁極１，２と磁極３．４とは並列に配しても良い。即
ち、磁気装置６０では、第１磁極６１及び第２磁極６２
を直列に配し、同様に直列に配された第３磁極６３及び
第４磁極６４とは互いに並列の関係となっている。この
場合に、並列関係にある極片６１及び６３．６２及び６
４の極片は同一直線上にあるので、対向する固定体５０
の各歯列５２ａと５２ｂとは互いにτ／４だけ位相がず
れた位置関係になっている。

第１実施例を示すリニアステップモータは以上に説明し
た構成及び作動の磁気装置１０を４つと変位センサ２３
を４つ有しているので、進行方向の位置制御を各磁気装
置の推進案内用磁極で、上下方向の位置制御と進行方向
回りの姿勢と左右方向回りの姿勢とを各磁気装置の吸引
保持用磁極で、能動的に制御できる。又、残る２つの自
由度（左右方向の位置と上下方向回りの姿勢）とは固定
体２０の歯２２と可動体１９上の磁気装置１０の各歯と
の幅を同一とすることによって受動的に制御されるので
、可動体１９は固定体２ｏの長手方向に滑らかに移動で
きる。

上述のリニアステップモータを重力下で使用する際には
、可動体１９の重さと、磁気装置１０の主磁束コイル７
．８による吸引力をつシ合わせれば良いが、無重力下等
で使用する場合と剛性を向上させる場合は磁気装置１０
による吸引力と対向する吸引力を与える電磁石や永久磁
石又は、磁気装置１ｏを設けて吸引力をつシ合わせれば
良い。又、磁気装置１０だけの吸引力だけでは保持力が
不足する場合には、電磁石や永久磁石等の補助吸引力を
磁気装置１０の吸引力と同一方向に与えてやれば良い。

第８図、第９図は本発明の第２実施例を示している。

固定体１２０は、やはり磁性体で回形の断面を有して延
び、左右内側側面上にピッチτの歯列１２２を有し、そ
の側面上部、１−１−’Ｆｉｉの裏には変位センサ用基
準面１２１を有している。

可動体１１９は直方体で、側面上の各コーナ部に磁気装
置１１０を４つと磁気装置１１０の上に向けた４つの電
磁石１３０と各コーナ２ケづつ計８ヶの変位センサ１２
３とを有している。変位センサ１２３は固定体１２０の
基準面１２１に各々の検出面を向けて配置されている。

従って、上面は４つの変位センサ又、各側面は各々２ケ
の変位センサで間隙量変位が測定されることになる。

磁気装置１１０は第１実施例の磁気装置１０とほぼ同一
の構成で同様に作動される。

電磁石１３０はコの字形の芯部材上にコイルを巻すたも
ので、上下方向の吸引力で、可動体１１９の上下位置、
前後方向回りの姿勢、左右方向回りの姿勢の３自由度を
能動的に制御している。更に、残る３自由度即ち前後方
向の位置と左右方向の位置と上下方向回りの姿柩）−は
、４つの磁気装置１１０によって能動的に制御されるの
で、本実施例のリニアステップモータは６自由度全てを
能動的に制御可能である。

以上に本発明の実施例について説明したが、以上の実施
例では、可動体−ヒに磁気装置を、固定体上に歯列を、
配して可動体を移動させる構成としたが、磁気装置と歯
列の配置を逆にして可動体上に歯列を固定体上に磁気装
置を配して同様の制御で可動体を移動させるようにして
も良い。

磁気装置及び変位センサはそれぞれ４個使用されている
が、可動体を移動させるには、最低３組の磁気装置及び
変位センサがあれば良い。又、４組以上の磁気装置と変
位センサを配設して、剛性の向−ヒや制御精度を上げる
ことも可能である。

又、マイクロステップ電圧発生器より出力される電流の
波形は、連続的な波形に限らず１９階状に変化するθＵ
形を用いても良い。

史に、吸引力の制御は、主磁束コイルによる例のみを例
示したが、変位センサの変位信号を推進案内用コイルの
制御装置にも付与し推進案内用コイルの吸引力をも変化
させて主磁束コイルと推進案内用コイルの双方の吸引力
で隙間調整することも可能である。

（発明の効果） 本発明は、磁気を利用して可動性を空間上に保持すると
ともに推進案内をも制御するようにして、可動体と移動
体との間を比較的大きな隙間で保持した捷ま精密に推進
案内できる機構としたので、可動体及び移動体の対向す
る表面を超精密に加工する必要はない。又、接触部が無
く、流体等を使用していないので、塵埃等の心配が無い
ので無塵室内及び直空中での搬送又は位置決め装置にも
応用可能である。更に、磁気装置による吸引力に対して
つシ合う力を設定してやれば、無重力状態での使用も可
能である。更に又、磁気発生部に対向する部分に単に磁
性体を使用して吸引力Ｖ（よシ、推進案内する構成とし
、たので、磁気の反発を利用する浮上装置のように伺加
的な磁石等を使用する必要がなく簡単な構成とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すリニアステップモー
タの斜視図、第２図は第１図の可動体のみの斜視図、第
３図は第１図の磁気装置の制御方法を示すブロック図、
第４図は第１図の磁気装置部分の詳細図、第５図は第１
図の固定体の歯列と磁気装置の胴祝図、第６図は第１図
の磁気装置の組立図、第７図は磁気装置の変形例、第８
図は本発明の第２実施例を示すリニアステップモータの
刷祝図、第９図は第８図の可動体のみの示」祝図である
。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに対向する面を有する固定体及び可動体と：該
   対向する面の間で固定体又は可 動体のいずれか一方の面上に所定のピッチ を有して整列した多数の歯よりなる歯列と ：該歯列に対向する歯を有し所定の間隔で 配置される複数の極片を有する芯部材及び 該極片上に巻回される推進案内用コイルよ り成る推進案内用磁極と、該推進案内用磁 極に隣接して芯部材上に巻回される主磁束 コイルより成る吸引用磁極とを有し、前記 歯列の配置される面と対向する面上に固定 される磁気手段と：固定体と可動体間の間 隙変位を検出する変位検出手段と：該検出 出段により検出された信号を受け前記コイ ルによる固定体と可動体間の吸引力を制御 して固定体と可動体間の間隙を調整する第 １制御手段と：推進案内用磁極に発生する 磁気を制御して可動体を推進案内する第２ 制御手段と： より成ることを特徴とするリニアステップ モータ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のリニアステップモー
   タにおいて、 前記４つの極片の歯は、歯列の歯ピッチ をτとした場合、第１極片歯に対し、第２ 極片歯はｌτ＋１／２τ、第３極片歯はｍτ±１／４τ
   、第４極片歯はｎτ±１／４τ（ｌ、ｍ、ｎは整数）の
   関係で配置されていることを 特徴とするリニアステップモータ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のリニアス
   テップモータにおいて、 前記芯部材は電磁鋼板積層体より成るこ とを特徴とするリニアステップモータ。 ４、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   のリニアステップモータにおい て、 前記歯列は固定体の下向水平面上に２列 配置され、 前記磁気手段は各列の歯列に対向してそ れぞれ２個可動体上に固定され、 前記変位検出手段は、各磁気手段に隣接 して固定体の下向水平面に向けて配設され ていることを特徴とするリニアステップモ ータ。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   のリニアステップモータにおい て、 前記歯列は固定体の２つの対向する垂直 平面上にそれぞれ１列ずつ配置され、 前記磁気手段は、各歯列対向して２個ず つ配され各歯列には推進案内用磁極を対向 させ又主磁束コイルの巻回された磁極を固 定体下向水平面に対向させて配置され、 変位検出手段は、固定体の２つの垂直平 面上にそれぞれ２個下向水平面上に４個配 置されていることを特徴とするリニアステ ップモータ。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   のリニアステップモータにおい て、 前記第２制御手段はマイクロステップモ ードで推進案内用磁極を制御することを特 徴とするリニアステップモータ。