JP2003037992A - リニア電磁型マイクロアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可動子にリング状永久磁石を採用したリニア電
磁形マイクロアクチュエータに対する搬送質量の増大
化，および連続搬送動作の安定化を図る。 【解決手段】多数の平面コイル２をアレイ状に配列した
コイル・マトリクスを形成した固定子１にリング状永久
磁石の可動子４を載置し、可動子の移動経路に沿って固
定子上に並ぶ平面コイルを選択し、そのコイルの励磁を
可動子の動きに合わせ順次切換えて可動子を駆動するよ
うにしたリニア電磁型アクチュエータにおいて、前記平
面コイルのうち、可動子の移動方向に対してリング状永
久磁石の前辺部および後辺部に向かい合う前後２列の平
面コイルを選択して励磁，制御する。これにより、コイ
ル通電電流に対する搬送質量の増大と併せて、励磁コイ
ルと可動子との間の働く電磁力のリップルを低減して搬
送動作が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小な平面コイル
の通電励磁により発生する電磁力を利用し、固定子（Ｘ
−Ｙテーブル）上に載置した可動子を二次元方向に移動
させ、例えば数mm程度の微小な部品を搬送するようにし
たリニア電磁型マイクロアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、本発明の実施対象となるリニア電
磁型マイクロアクチュエータの基本構造を図８(a),(b)
に示す。図において、１は同一面上に多数の平面コイル
２をアレイ状（碁盤目状）に配列してコイル・マトリク
スを構成した固定子（Ｘ−Ｙテーブル）、３は平面コイ
ル２の表面上に被着した摩擦抵抗の小さな絶縁層、４は
固定子１の上に搭載した可動子であり、該可動子４には
リング状の永久磁石（図示例は円形リングであるが角形
リングの場合もある）を採用している。

【０００３】ここで、前記平面コイル２は１mm角程度の
微小なコイルであり、図示例では平面コイル２を縦軸
（Ｙ，Ｙ’）方向にに７個、横軸（Ｘ，Ｘ’）方向にに
１１個ずつアレイ状に並べ、合計７７個のコイルで固定
子１のコイル・マトリクスを構成している。また、前記
のコイル・マトリクスのドライブ回路として、本発明と
同一出願人より先に提案した特開平１１−６９７６０号
の回路を図９に示す。すなわち、このドライブ回路は、
網目状に配列した供給フイーダの各「行」，「列」の配
線８，９の間に跨がり平面コイル２を接続してコイル・
マトリクスを組み、かつコイル・マトリクスの「行」，
「列」の各配線８，９ごとにスイッチング素子５，６を
接続してなる。なお、１０は各平面コイル２に直列接続
したダイオードであり、このダイオード１０で選択され
たコイル以外のコイルを経由する電流ループの発生を防
ぐようにしている。また、各平面コイル２の抵抗ばらつ
きによる発生磁力の変動を低減するために、ドライブ回
路では後記のように平面コイル２の通電電流を定電流制
御するようにしている。

【０００４】次に、前記リニア電磁型マイクロアクチュ
エータの動作原理を図１０，図１１で説明する。すなわ
ち、固定子１に配列した平面コイル２に対し、可動子
（永久磁石）４の移動方向に合わせて前記ドライブ回路
のスイッチング素子５，６を選択的にＯＮ／ＯＦＦし、
可動子４の前方に位置する平面コイル２ａを選択して前
記スイッチング素子を導通制御して励磁すると、この平
面コイル２ａに発生する電磁力が可動子４を平面コイル
２ａの上に引き寄せるように働く。ここで、可動子４の
動きに合わせて励磁する平面コイル２を順次切換えるこ
とにより、可動子４が指定した移動経路に沿って固定子
１の面上を移動する。そして、可動子４の上に被搬送物
を載せる非磁性のパレット１１を搭載することで、パレ
ット１１に微小な部品を搭載して固定子１上に指定した
移動経路に沿って搬送することができる。

【０００５】この場合に、励磁を選択する平面コイル２
は、その電磁力が可動子４の駆動に効率よく関与するコ
イル個数を選択して励磁するようにしており、図示例で
は図１１に示すように可動子４（リング状永久磁石）の
外径を５mm，内径を３mmとして、その移動方向の前方に
向き合って横一列に並ぶコイルアレイのうち、可動子４
の前辺部（円弧状辺部）部分（長さ約３mm）に対応する
３個の平面コイル（１mm角）２ａを選択して励磁するよ
うにしている。なお、可動子４の外形サイズに対して励
磁選択するコイルの個数が少ないと、可動子４を駆動す
る磁気吸引力が減少し、逆に必要以上に多く選んでも可
動子４の駆動に有効な磁気吸引力は殆ど変わらず、コイ
ル・マトリクスのコイル通電電流だけが増大することに
なる。

【０００６】また、可動子４として、前記のように中央
部をくり抜いたリング状の永久磁石を採用することによ
り、円盤形（ソリッド）の永久磁石を採用した場合と比
べて、固定子１との接触面積，永久磁石自身の重量が小
さくなり、これにより固定子１との間の摩擦抵抗が低減
し、より重量の大きい部品を搬送パレット１１を載せて
搬送することが可能となる。なお、可動子４にリング状
の永久磁石を採用したリニア電磁形マイクロアクチュエ
ータは、本発明と同一出願人より特開平１１−２９９２
１５号として先に提案されている。

【０００７】次に、前記構成のコイル・マトリクスを単
位として、その複数組のコイル・マトリクスを同一平面
上に組合せて可動子４の搬送領域を拡大するように構築
したコイルユニットの構成例を図１２に示す。このコイ
ルユニットでは、テーブル上に＃１〜＃８で示す８組の
コイル・マトリクス（固定子１）を図示のようなパター
ンに組合せてその相互間の継ぎ目に段差が生じないよう
に面一に繋ぎ、その配列に沿って可動子４を任意の経路
に沿って搬送するようにしている。なお、図示例では１
mm角の平面コイル２を縦，横に４０個ずつアレイ状に並
べ、合計１６００個の平面コイル２で１組のコイル・マ
トリクスを構成し、符号＃１〜＃８を付した８組のコイ
ル・マトリクスを図示のようなレイアウトに組合せてユ
ニットを構成している。

【０００８】また、図１３は前記のコイルユニットに用
いる従来の駆動制御装置の回路図であり、各組のコイル
・マトリクス＃１〜＃８と個々に対応したスイッチング
回路を備えたドライブ回路１２に上位のコントローラ１
３および１４を組合せ、図１２に示したユニット上で可
動子４を駆動制御する際に励磁するコイル列の選択デー
タ，および速度データに関する搬送データ（コントロー
ラ１４のメモリにあらかじめ書き込んでおく）を上位コ
ントローラ１４からコントローラ１３に転送し、そのデ
ータに基づきコントローラ１３が各組のコイル・マトリ
クス＃１〜＃８に配列した平面コイル２の励磁を切り替
えるタイミングを制御しながら、ドライブ回路１２に配
した各スイッチング素子（図１０参照）をＯＮ／ＯＦＦ
制御する。また、ドライブ回路１２には電流制御回路を
備えており、各組のコイル・マトリクス＃１〜＃８のコ
イルの通電電流（励磁電流）を一括して定電流に制御し
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記したリニア電磁型
マイクロアクチュエータは、可動子に搭載した微小部品
などの搬送を目的としていることから、可動子の可搬質
量をできるだけ増加させること、およびその移動動作の
制御を安定よく行えるようにすることが重要課題となっ
ている。

【００１０】かかる点、図１０，図１１で述べた従来の
駆動方式（以下“一列駆動方式”と呼称する）では以下
述べるように可動子４の移動動作が不安定となる問題が
ある。すなわち、固定子にリング状永久磁石（例えば外
径φ８mm，内径φ６mm，厚さ１mmの希土類磁石）を採用
した従来のアクチュエータにおいて、その可動子４の移
動経路に沿って並ぶコイル列を、先記のように可動子の
動きに合わせてコイルの励磁を連続的に切換制御する
と、可動子が移動動作の途中で停止するといった搬送ト
ラブルの生じることがしばしば発生する。そこで、発明
者等は実験によりその原因を究明したところ次記のよう
な点に原因のあることが判明した。

【００１１】すなわち、図１４(a) は、可動子４（リン
グ状永久磁石）の移動方向に対してその前方に並ぶ４個
の平面コイル２ａ（励磁している平面コイル２ａを斜線
で表している）のみを選択して励磁した際に、可動子４
が平面コイル２ａに吸引（矢印方向）されて停止した状
態を表した図である。この状態では、可動子４の永久磁
石は励磁された平面コイル２ａの上に重なる面積が最も
大きくなる位置で安定停止し、このとき磁石の中心と平
面コイル２の中心とのずれは約０．１５mmであった。

【００１２】また、図１４(b) に示すグラフは、(a) 図
の停止位置を基準として、そこから±２mm程度の間で磁
石の位置を前後方向にずらし、その各位置で可動子（リ
ング状永久磁石）４と平面コイル２ａとの間に働く搬送
力（電磁駆動力）とその方向を測定したものであり、横
軸（Ｘ軸）には上記基準位置を０として移動方向を＋と
した磁石位置のずれ量を表している。また、縦軸（Ｙ
軸）は可動子４を移動方向へ移動する力の方向を＋とし
て、駆動時の電流１Ａ（コイル４個に流す総電流値）当
たりの搬送質量を表わしている。つまり、コイルピッチ
（１mm）に相当するステップ搬送動作を考えた場合に、
コイル励磁前の磁石位置はグラフの横軸の−１mmの位置
であり、そこからコイル励磁によって０mmの位置へ移動
する間の搬送力の推移を示している。

【００１３】この図１４(b) から判るように、４コイル
×１列の励磁パターンの場合では、最大の搬送力は１．
６ｇ／Ａであるが、−１mmの位置ではその半分以下とな
っており、発生する最大の磁力が搬送動作時に十分利用
されていないことが判る。また、図１４(c),(e) は１ス
テップの動作を行なった湯合における可動子４に搭載し
たパレット１１（図１１参照）の挙動を、また図１４
(d),(f) は５ステップ連続動作の場合の挙動を示してお
り、(c),(d) 図ではコイル電流値を０．４Ａ、(e),(f)
では、コイル電流値を０．６Ａとした場合である。

【００１４】この結果から、４コイル×１列の励磁パタ
ーンで可動子４を駆動する場合に、コイル電流値０．４
Ａでは(c),(d) 図のように安定した連続搬送動作が得ら
れるが、コイル通電電流を０．６Ａに増加（(e),(f) 参
照）させるた場合には、可動子４が磁気安定点へ移動す
る過程でのオーバシュートが原因で、磁気安定点より少
しでも手前に可動子４が到達した状態で次のコイルに励
磁が切替わると、次の励磁の磁気安定点との距離が１mm
以上となっていまうため、(b) 図から判るように極端に
磁気推力が減少し可動子４の搬送動作が停止してしま
う。

【００１５】つまり、(a) 図のような１列コイル励磁方
式では、可動子４が丁度１mm移動して停止するように電
流値を調節するか、もしくは１mm移動したときに次のス
テップに励磁を切替えるようなタイミングで励磁時間を
調整した場合のみ連続した搬送動作が可能であるが、実
際には固定子１と可動子４との間の摩擦抵抗の変動など
により移動速度が変化したり、ばらついたりするため
に、前記のように可動子４の搬送動作が停止してしまう
搬送トラブルが発生し易い。

【００１６】また、複数組のコイル・マトリクスを組合
せて図１２に示すようなコイルユニットを構築し、この
ユニットテーブル上で同時に複数の可動子４を載置して
移動させる場合に、同じコイル・マトリクス１の上で別
な箇所の平面コイル２を同時に励磁しようとすると、指
定箇所以外のコイルにも同時に電流が流れて余分な電力
が消費されるほか、可動子との間で不要な磁気吸引力の
干渉が生じて搬送動作が不安定となる（このことは本発
明と同一出願人の特開２０００−１２５５３６号公報に
詳しく述べられている）。

【００１７】そこで、その対策の一つの制御方法とし
て、固定子上に分散している各可動子と対応する個所の
コイル列を交互に切換えて励磁する方法が考えられる
が、この方法ではコイル・マトリクスの上で動かす可動
子の数が増すとその搬送速度が極端に低下する。また、
図１２，図１３のユニットで複数のコイル列を同時に励
磁する場合に、コイル通電電流をユニット全体で一括し
て定電流制御していると、同時に動かす可動子の数が増
えるほど一つのコイル列に流れる電流が減少するほか、
同じタイミングで全ての可動子を動作させる必要がある
ために、個別の速度制御や停止制御を行うことがさらに
困難になるなどの問題もある。

【００１８】さらに、重量の異なる部品を搭載した複数
の可動子をユニット上で同時に移動させたい場合に、上
記した一括の定電流制御方式では個別にコイル電流を設
定できないため、それぞれの可動子を搭載部品の重量に
適したコイル電流，搬送速度で動作させることができな
いといった問題もある。本発明は上記の点に鑑みなされ
たものであり、その目的は搬送質量の増大化，および連
続した搬送動作の安定化に併せて、複数の可動子をそれ
ぞれ任意のタイミングで同時搬送を可能にしたリニア電
磁型マイクロアクチュエータを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、多数個の平面コイルを同一面上
でアレイ状に配列した固定子と、該固定子の上面に載置
したリング状永久磁石の可動子とからなり、前記平面コ
イルを網目状に配線した給電フイーダの各「行」，各
「列」相互間に介装接続してコイル・マトリクスを組む
とともに、各「行」，各「列」の給電フィーダにスイッ
チング素子を接続してコイル・マトリクスのドライブ回
路を構成し、可動子の移動経路に沿って固定子上に並ぶ
平面コイルを選択し、そのコイルの励磁を可動子の動き
に合わせ順次切換えることにより、可動子を固定子上で
二次元方向に駆動するようにしたリニア電磁型アクチュ
エータにおいて、アレイ状に配列した前記平面コイルの
うち、可動子の移動方向に対してリング状永久磁石の前
辺部および後辺部に向かい合って並ぶ２列の平面コイル
を同時あるいは交互に励磁して可動子を所定の移動経路
に沿って駆動させるようにする（請求項１）。

【００２０】上記のように、リング状の永久磁石を採用
した可動子の移動方向に対する前辺部と後辺部の２個所
の位置に合わせて、コイル・マトリクスの平面コイルを
同時，あるいは交互に励磁する２列励磁方式とし、リン
グ状磁石の前辺部と後辺部の間隔に対して、励磁する前
後２列のコイル間のピッチをリング状磁石の形状，サイ
ズに合わせて適正に選択することにより、コイルの励磁
位置と可動子位置の関係に起因する吸引力のリップルが
低減し、可動子と固定子との間の摩擦抵抗の変動，可動
子のオーバシュートなどによって各ステップでの可動子
の停止位置に多少のばらつきがあっても、可動子の搬送
動作が停止することなく、連続した搬送ステップ動作を
安定よく行うことが可能となる。これにより、従来の
“一列励磁方式”と比べて、可動子の搬送動作が安定す
る。また、従来のコイル励磁方式と比べて、可動子の吸
引に寄与するコイルと永久磁石との対向面積を大きくす
ることができるため、従来よりもコイル１個あたりの通
電電流に対する搬送質量を増加させることが可能とな
る。

【００２１】また、本発明によれば、多数個の平面コイ
ルを同一面上でアレイ状に配列した固定子と、該固定子
の上面に載置した永久磁石の可動子とからなり、前記平
面コイルを網目状に配線した給電フイーダの各「行」，
各「列」相互間に介装接続してコイル・マトリクスを組
むとともに、各「行」，各「列」の給電フィーダにスイ
ッチング素子を接続してコイル・マトリクスのドライブ
回路を構成し、可動子の移動経路に沿って固定子上に並
ぶ平面コイルを選択し、そのコイルの励磁を可動子の動
きに合わせ順次切換えることにより、可動子を固定子上
で二次元方向に駆動するようにしたリニア電磁型アクチ
ュエータにおいて、複数組のコイル・マトリクスを同一
面上に連ねて構築したコイルユニットに対する可動子の
駆動制御装置として、複数の可動子を前記コイルユニッ
トの異なるコイル・マトリクス上に配置した状態で、各
コイル・マトリクスと個別に対応してそのコイル通電電
流を定電流化する定電流制御回路と、各可動子と個別に
対応してコイル・マトリクスのドライブ回路を制御する
コントローラＡと、各コイル・マトリクスの電流制御信
号およびコントローラＡから各コイル・マトリクスに可
動子の制御信号を分配するコントローラＢ，およびその
信号分配回路と、複数の可動子が同時に同じ組のコイル
・マトリクス上を移動しないように前記コントローラＡ
およびＢを並列制御する上位のコントローーラＣを備え
た構成とする（請求項２）。

【００２２】上記のように、複数組のコイル・マトリク
スを組合せて構築したコイルユニットを制御系統面から
複数の制御ブロックに分けた上で、可動子を駆動する制
御系を同時に動作させる可動子の数に対応した数だけ備
え、上位のコントローラからの指令により、各個の可動
子の動作位置が同じコイル・マトリクス上で重ならない
ように全体的な動作の制御を行なって各可動子を並列的
に制御するとともに、コイル電流の電流制御回路は、各
コイル・マトリクスのそれぞれに独立して通電電流を設
定するようにして同時に動作する複数の可動子に対する
コイル電流を個別に制御可能とすることにより、複数組
のコイル・マトリクスを組合せて可動子の搬送範囲の拡
大化を図るように構築したユニットの上で、複数の可動
子を任意のタイミングで個別に制御して、支障なく同時
に動作させる“複数可動子の同時搬送”が可能となる。

【００２３】なお、前記した複数可動子を同時搬送する
並列制御方式（請求項２）と、リング状永久磁石の可動
子を適用して先記した２列励磁方式（請求項１）を併用
する揚合に、コイル電流の定電流回路を各コイル・マト
リクスごとに独立して設けると、このままでは可動子が
隣り合うコイル・マトリクスの間の連結部を跨ぐ際に、
通常の倍の電流が流れるという問題が生じる。これは、
移動方向に対し可動子の前後辺部に対応する２列をコイ
ル励磁するため、リング状永久磁石の前辺部に対応する
コイル列が移動先のコイル・マトリクス、後辺部に対応
するコイル列がそれとは別のコイル・マトリクスの上に
位置する状態となり、それぞれ別の定電流回路で電流が
制御されるために起こる。

【００２４】そこで、本発明によれば、前記の並列制御
方式（請求項２）において、コイル通電電流を定電流化
する制御回路を、同時に移動させる可動子の数に対応す
る数だけ備え、可動子ごとに設定したコイル通電電流を
定電流化の設定値として、各可動子の移動するコイル・
マトリクスを選択してそのコイル通電電流の切換え制御
を行うようにする（請求項３）。

【００２５】このように、コイル電流の定電流回路を、
先記した制御ブロックごとに選択して切替えて電流制御
する方式とすることにより、同じ制御ブロック内では同
一の定電流回路が動作するため、可動子が同じ制御ブロ
ック上にあれば、可動子が隣り合うコイル・マトリクス
間の連結部に跨がって移動する場合でも常に同じ電流で
コイルを励磁することが可能となり、これにより“並列
制御による複数可動子の同時搬送方式”と“２列励磁方
式”を両立した駆動制御が実現できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
示の実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中
で図８〜図１４に対応する同一部材には同じ符号が付し
てある。 〔実施例１〕図１は請求項１に対応する実施例を示すも
のである。この実施例においては、マイクロアクチュエ
ータを次記のような方式で制御して可動子をその搬送経
路に沿って搬送するようにしている。

【００２７】なお、図１は固定子１のコイル・マトリク
ス上を移動する可動子（リング状永久磁石）４と各平面
コイル２の励磁パターンとの関係を示しており、図示例
では、平面コイル２の大きさは１mm×１mmでその配列ピ
ッチは１mm、可動子４（リング状永久磁石）は外径φ８
mm，内径φ６mmである。そして、この実施例では平面コ
イル２の励磁パターンを次のように設定する。すなわ
ち、可動子４の移動方向に対してリング状永久磁石の前
辺部，および後辺部に対応した「行」に並ぶ４個ずつの
コイル列を選択し、合計８個を指定コイルとして同時に
励磁するするように通電制御する。これにより、次記の
ように可動子４の安定した連続搬送動作が達成できる。

【００２８】すなわち、先述の図１４と対比して表した
図３(a),(b) は、可動子４（外径φ８mm，内径φ６mmの
リング状永久磁石）に対し、その前辺部および後辺部に
対応する斜線で表した合計８個（４個×２）の平面コイ
ル２を選択して励磁した場合における磁気安定点での平
面コイル２と可動子（永久磁石）４との位置関係を表
し、図３(c) 〜(f) に１ステップ，連続５ステップ動作
時における搬送パレットの挙動を測定した結果を示す。

【００２９】この結果から判るように、可動子４のステ
ップ動作時におけるオーバシュートが従来の１列励磁方
式（図１４参照）と比べてかなり大きくなった状態で
も、連続した搬送動作が可能であることを確認した。こ
のことから、固定子１と可動子４との間の摩擦抵抗のば
らつきによる移動速度の変化があった場合でも、従来の
１列励磁方式よりも安定した搬送動作が可能となる。

【００３０】次に、従来の“１列励磁方式”と本発明に
よる“２列励磁方式”において、通電電流に対する搬送
質量の測定を行なった実験結果を図２に示す。この測定
結果から、同一の電力量の場合で１列励磁方式と２列励
磁方式を比較すると、１列励磁方式では０．２５Ａ／co
il×４コイル（全電流１．０Ａ）で搬送質量／電流が
１．３５ｇ／Ａである。一方、２列励磁方式では０．１
２５Ａ／coil×８コイル（全電流１．０Ａ）で、搬送質
量／電流は約０．９５ｇ／Ａであるが、２列励磁方式の
場合は定常的に通電可能な電流値（コイル焼損を考慮し
た安全な電流値）は１コイル当たり ０・２２Ａ、８個
のコイルを励磁すると総電流で約１．８Ａであり、この
ときの搬送質量は１．９ｇになる。これに対して、前記
の１列励磁方式では定常電流は１コイル当たり０．２５
Ａで、４個のコイルを励磁すると総電流で約１．０Ａで
あり、このときの搬送質量は１．３５ｇである。

【００３１】このことから、従来の“１列励磁方式”を
本発明による“２列励磁方式”に変えることにより、１
コイル当たりの定常電流で比較すると、搬送質量を約４
０％増大することができる。つまり、２列励磁方式とす
ることにより、励磁コイル数を増加させた分だけ電力消
費量は多少増えることになるが、従来方式と比べて搬送
質量の大幅な増大化と併せて、可動子の連続動作の安定
性が向上する。

【００３２】なお、前記ではリング状永久磁石の前辺
部，後辺部に対応して選択した前後２列のコイル列を同
時に励磁するようにしているが、これをタイミングをず
らして交互に励磁してもトータル的に２列同時励磁と同
等な効果が得られる。 〔実施例２〕次に、本発明の請求項２に対応する実施例
を、図４に示す駆動制御装置および図６，図７に基づい
て説明する。

【００３３】まず、図６(a) 〜(c) で示すように８組の
コイル・マトリクス１を組合せたコイルユニット（図１
２のコイルユニットに対応する）について、可動子を動
作させる制御系を複数の制御ブロックBLに区分するもの
とし、(a) 図のように２組のコイル・マトリクスを制御
ブロックBLの最小単位として、(b) 図あるいは(c) 図で
表すようなパターンでコイルユニットを二つの制御ブロ
ックBL1,BL2 、あるいは三つの制御ブロックBL1 〜BL3
に区分けする。

【００３４】また、図４は前記のように制御ブロック分
けしたユニットの上で複数の可動子を並列制御する駆動
制御装置を表す図であり、該駆動制御装置は、図６のコ
イルユニットを構成するコイル・マトリクス＃１〜＃８
と個々に対応するスイッチング回路を備えたドライブ回
路１２と、複数の可動子（この例ではコイルユニット上
で搬送する可動子の数を３個とする）に対してそれぞれ
独立した制御を行う３組のコントローラＡ1,Ａ2,Ａ3 を
備えたコントローラ１３と、上位のコントローラ（Ｃ）
１４と、コイル・マトリクスのコイル通電電流を定電流
化するコントローラ（Ｂ）１５とから構成されている。

【００３５】ここで、各組のコイル・マトリクス＃１〜
＃８に接続したスイッチング素子５，６（図９参照）の
ＯＮ／ＯＦＦ制御は、各可動子に対してそれぞれ独立し
た制御を行うコントローラＡ1,Ａ2,Ａ3 で分担させるよ
うにし、コントローラＡ1 〜Ａ3 から各組のコイル・マ
トリクス＃１〜＃８へ送られる制御信号は、コントロー
ラ１３とは別に設けたコントローラ（Ｂ）１５が上位コ
ントローラ（Ｃ）１４からの指令を受け、コイルユニッ
トに区分した各制御ブロックBL（図６参照）に分配する
ようにしている。

【００３６】また、上位のコントローラＣは、各可動子
に対応した“搬送データ”（可動子ごとに定めた搬送経
路に合わせて設定した励磁コイル列の選択データ，およ
び速度データなど）を、次記のタイミングでコントロー
ラＡ1 〜Ａ3 に転送する。すなわち、コントローラＡ1
〜Ａ3 がいずれも動作していなければ“搬送データ”を
コントローラＡ1 へ、コントローラＡ1 が動作中であれ
ばコントローラＡ2 へ、また、コントローラＡ1 とＡ2
が動作中であればＡ3 に転送するように、コントローラ
Ａ1 〜Ａ3 を動作させる。つまり、上位コントローラＣ
は、ある可動子が動作する制御ブロックBL（図６参照）
に属するコイル・マトリクスと他の可動子が動作してい
る制御ブロックBLのコイル・マトリクスとが重ならない
ように、先に動作している可動子の動作制御を優先し、
その動作が終了してから次の可動子を動作制御するよう
にコントローラＡ1 〜Ａ3 、およびコントローラＢを制
御する。

【００３７】また、駆動回路１２で、コイル・マトリク
スのコイル通電電流を定電流化する定電流回路は各組の
コイル・マトリクス＃１〜＃８に対してそれぞれに独立
して通電電流を設定する構成とし、前記コントローラＢ
が上位のコントローラＣからの指令を受けてそれぞれの
電流値で制御するようにしている。そして、具体的には
可動子の搬送制御を次にようにして行う。まず、図７
(a)で示すように、８組のコイル・マトリクスを組合せ
たコイルユニット上で、可動子をＡ地点からＤ地点に向
け図示の搬送経路に沿って搬送する場合に、図１３に示
した従来の制御装置では一つの“搬送データ”で可動子
の移動経路に沿った全てのコイル・マトリクスを制御す
るようにしているため、この制御方式では先記のように
ユニット上で複数の可動子を搬送する場合に可動子の搬
送ルートが重複していると、可動子の正常な搬送制御が
行えない。

【００３８】かかる点、本発明の実施例では図７(b) 〜
(d) で示すように可動子の搬送ルート（Ａ→Ｄ）をＡ→
Ｂ，Ｂ→Ｃ，Ｃ→Ｄに分割した上で、可動子の“搬送デ
ータ”を三つのデータ列に分割して順番に一連の動作を
行ない、可動子が各制御ブロックのコイル・マトリクス
を占有する時間を極力短縮するようにする。これによ
り、ユニット上で複数の可動子の搬送動作を効率的に行
うこと可能となる。

【００３９】〔実施例３〕次に、本発明の請求項３に対
応する駆動制御装置の実施例を図５に示す。この実施例
は先記した実施例１で述べた可動子の“２列励磁方式”
を実施例２で述べた“並列制御による複数可動子の同時
搬送方式”に適用できるように改良したものであり、各
組のコイル・マトリクス＃１〜＃８に対するコイル通電
電流を定電流回路を、図６で述べたコイルユニットの制
御ブロックBLごとに選択して切換え制御するようにして
いる。

【００４０】このために、図５に示した駆動制御装置で
は、駆動回路１２にＤ／Ａ変換回路でコイル励磁電流を
設定する４組の電流制御回路と、コントローラＢの指令
を受けて前記の電流制御回路の出力を前記制御ブロック
BLを属するコイル・マトリクスに振分ける分配器Ｂを備
えた構成として、その出力を可動子の移動動作に合わせ
て各制御ブロックBL毎に電流制御出力を振分け可能な構
成とした。

【００４１】このように、コイル電流の定電流回路を、
先記した制御ブロックBLごとに選択して切替えて電流制
御する方式とすることにより、同じ制御ブロック内では
同一の定電流回路が動作するため、可動子が同じ制御ブ
ロックのコイル・マトリクス内であれば、可動子が隣り
合うコイル・マトリクス間の連結部に跨がって移動する
場合でも常に同じ電流でコイルを励磁することが可能と
なり、これにより“並列制御による複数可動子の同時搬
送方式”と“２列励磁方式”を両立した駆動制御が実現
できる。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次記
の効果を奏する。 (1) 請求項１の発明によれば、コイルの励磁位置と可動
子位置の関係に起因する吸引力のリップルを低減し、可
動子と固定子との間の摩擦抵抗の変動，可動子のオーバ
シュートなどによって各ステップでの可動子の停止位置
に多少のばらつきがあっても、搬送動作が停止すること
なく、連続した搬送動作を安定化することが可能とな
る。これにより、従来の“一列励磁方式”と比べて、可
動子の搬送動作が安定する。また、可動子の吸引に寄与
するコイルと永久磁石との対向面積を大きくすることが
できるため、従来よりもコイル１個当たりの通電電流に
対する搬送質量を増加させることが可能となる。

【００４３】(2) また、請求項２の発明によれば、複数
組のコイル・マトリクスを組合せて可動子の搬送範囲の
拡大化を図るように構築したユニットの中で、複数の可
動子を任意のタイミングで個別に制御して、支障なく同
時に動作させる“複数同時搬送”が可能となる。 (3) さらに、請求項３の発明によれば、同じ制御ブロッ
ク内では同一の定電流回路が動作するため、可動子が同
じ制御ブロック内であれば、可動子が隣り合うコイル・
マトリクス間の連結部に跨がって移動する場合でも常に
同じ電流でコイルを励磁することが可能となり、これに
より前記した“並列制御による複数可動子の同時搬送方
式”と“２列励磁方式”を両立した駆動制御が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に対応する“２列励磁方式”
を表したコイル・マトリクスの励磁パターンの説明図

【図２】本発明の実施例１による“２列励磁方式”と従
来の“１列励磁方式”を対比して表した搬送質量特性図

【図３】本発明の実施例１に対応する可動子の搬送動作
の説明図であり、(a) は可動子のリング状永久磁石が励
磁のコイル列（２列）に吸引された状態を表す図、(b)
は(a) の状態を基準として永久磁石を前後にずらした場
合の各位置と搬送力との関係あ表す図、(c) 〜(f) はそ
れぞれ１ステップ動作，連続ステップ動作における可動
子の挙動を表す図

【図４】本発明の請求項２に対応する“並列制御による
複数可動子の同時搬送方式”に適用する駆動制御装置の
回路図

【図５】本発明の請求項３に対応する駆動制御装置の回
路図

【図６】本発明の請求項２の“並列制御による複数可動
子の同時搬送方式”に対応するコイルユニットの制御ブ
ロック図であり、(a) 〜(c) はそれぞれ異なるパターン
に分けた制御ブロックパターンを表す図

【図７】本発明の請求項２の“並列制御による複数可動
子の同時搬送方式”に対応した搬送制御の説明図であ
り、(a) は従来の方式、(b) 〜(d) は同じ搬送ルートを
三つに分けて制御する本発明の制御方式を表す図

【図８】この発明の実施対象となるリニア電磁型マイク
ロアクチュエータの原理構成図で、(a) は斜視図、(b)
は平面図

【図９】図８のアクチュエータに対する固定子コイルの
ドライブ回路図

【図１０】図８のリニア電磁型マイクロアクチュエータ
に対する従来の“一列励磁方式”の動作説明図

【図１１】図１０に対応するコイル・マトリクスの励磁
パターンを表す図

【図１２】複数組のコイル・マトリクスを組合せて構築
したコイルユニットの構成図

【図１３】図１２のユニットに適用する従来の駆動制御
装置の回路図

【図１４】図１０に示した従来の“１列励磁方式”に対
応する可動子の搬送動作の説明図であり、(a) は可動子
のリング状永久磁石が励磁のコイル列（１列）に吸引さ
れた状態を表す図、(b) は(a) の状態を基準として永久
磁石を前後にずらした場合の各位置と搬送力との関係を
表す図、(c) 〜(f) はそれぞれ１ステップ動作，連続ス
テップ動作における可動子の挙動を表す図

【符号の説明】

１ 固定子（コイル・マトリクス） ２ 平面コイル ２ａ 励磁コイル ４ 可動子（リング状永久磁石） ５，６ スイッチング素子 ８ 「列」配線 ９ 「行」配線 １２ コイル・マトリクスの駆動回路 １３ コントローラＡ １４ コントローラＢ １５ 上位コントローラＣ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数個の平面コイルを同一面上でアレイ状
   に配列した固定子と、該固定子の上面に載置したリング
   状永久磁石の可動子とからなり、前記平面コイルを網目
   状に配線した給電フイーダの各「行」，各「列」相互間
   に介装接続してコイル・マトリクスを組むとともに、各
   「行」，各「列」の給電フィーダにスイッチング素子を
   接続してコイル・マトリクスのドライブ回路を構成し、
   可動子の移動経路に沿って固定子上に並ぶ平面コイルを
   選択し、そのコイルの励磁を可動子の動きに合わせ順次
   切換えることにより、可動子を固定子上で二次元方向に
   駆動するようにしたリニア電磁型アクチュエータにおい
   て、 アレイ状に配列した前記平面コイルのうち、可動子の移
   動方向に対してリング状永久磁石の前辺部および後辺部
   に向かい合って並ぶ２列の平面コイルを同時，もしくは
   交互に励磁して可動子を所定の移動経路に沿って駆動さ
   せるようにしたことを特徴とするリニア電磁型マイクロ
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】多数個の平面コイルを同一面上でアレイ状
   に配列した固定子と、該固定子の上面に載置した永久磁
   石の可動子とからなり、前記平面コイルを網目状に配線
   した給電フイーダの各「行」，各「列」相互間に介装接
   続してコイル・マトリクスを組むとともに、各「行」，
   各「列」の給電フィーダにスイッチング素子を接続して
   コイル・マトリクスのドライブ回路を構成し、可動子の
   移動経路に沿って固定子上に並ぶ平面コイルを選択し、
   そのコイルの励磁を可動子の動きに合わせ順次切換える
   ことにより、可動子を固定子上で二次元方向に駆動する
   ようにしたリニア電磁型アクチュエータにおいて、 複数組のコイル・マトリクスを同一面上に連ねて構築し
   たコイルユニットに対する可動子の駆動制御装置とし
   て、複数の可動子を前記コイルユニットの異なるコイル
   ・マトリクス上に配置した状態で、各コイル・マトリク
   スと個別に対応してそのコイル通電電流を定電流化する
   定電流制御回路と、各可動子と個別に対応してコイル・
   マトリクスのドライブ回路を制御するコントローラＡ
   と、各コイル・マトリクスの電流制御信号およびコント
   ローラＡから各コイル・マトリクスに可動子の制御信号
   を分配するコントローラＢ，およびその信号分配回路
   と、複数の可動子が同時に同じ組のコイル・マトリクス
   上を移動しないように前記コントローラＡおよびＢを並
   列制御する上位のコントローーラＣを備えたことを特徴
   とするリニア電磁型マイクロアクチュエータ。
3. 【請求項３】請求項２記載の電磁型マイクロアクチュエ
   ータにおいて、コイル通電電流を定電流化する制御回路
   を、同時に移動させる可動子の数に対応する数だけ備
   え、各可動子ごとに定めたコイル通電電流を定電流設定
   値として、各可動子の移動に合わせて選択したコイル・
   マトリクスのコイル通電電流を制御するようにしたこと
   を特徴とするリニア電磁型マイクロアクチュエータの駆
   動制御装置。