JP2003134882A

JP2003134882A - 門型ステージ装置の駆動方法

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Publication number: JP2003134882A
Application number: JP2001330125A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kawasumi; 幸宏川隅; Seiji Matsumoto; 清司松本; Shigeru Ishida; 茂石田; Junichi Matsui; 淳一松井; Yoshiaki Tokuyasu; 良紀徳安
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP3876685B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアモータを用いて移動制御する門型ステー
ジを高速かつ高精度に位置決めするために、実際のプロ
セス制御に使用する電流と位相をリニアモータの原点位
置設定時に求めるを可能にする。【解決手段】リニアモータのうち一方のリニアモータを
基準モータとし、他方のリニアモータを従属モータとし
て、前記基準モータを駆動して前記リニアモータ固定部
側に設けた原点マークに位置合わせすると共に、基準リ
ニアモータに加える電機子電流と位相角を求める工程
と、前記リニアモータ主従関係を変更して原点マークへ
の位置合わせと、電機子電流と位相角を求める工程と、
前記門型ステージが移動方向に対して直角になるように
２つのリニアモータの位置を補正する工程とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルや
プリント基板或いは半導体組立の製造過程などで用いら
れる門型ステージ装置に係り、特に、門型ステージを平
行に移動するためテーブルの原点出しを行い駆動する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】門型フレームを高速かつ高精度に位置合
せするためには、門型の両端部それぞれに備えたリニア
モータを同期させて門型フレームを駆動する方式があ
る。

【０００３】従来、この形態の装置は片方のモータを主
軸、もう一方のモータを従属軸として、モータの主軸に
対して位置制御を行い、従属軸にはそのフィードバック
指令の応じた電流指令を行うマスタースレーブ式や、片
軸の拘束に自由度を持たせることで両軸の位置制御を行
うリンク式などがある。

【０００４】また、リニアモータの原点出し方法では、
モータ駆動のための電機子電流を永久磁石の発する磁束
の転換周期に対して９０°位相をずらした位相になるよ
う磁極合せを行なった後、リニアエンコーダの原点マー
クを検知する方法が一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスタ
ースレーブ方式では従属軸に制御演算上の遅れが生じ、
特に高精度に移動経路の補償を行う時に、従属軸の遅れ
による門型ステージの傾きが問題となった。

【０００６】一方リンク式ではモータ間の相互位置が拘
束されないため、モータ移動方向に対する門型ステージ
との直角度、平行出しを行うために原点マークの絶対位
置をそれぞれのモータ間で厳密に一致させる必要があっ
た。

【０００７】また、一般のリニアモータでは、その磁極
検出精度は非常に悪い。このため、門型構造のステージ
を２つのリニアモータで同期運転させる場合に、２つの
モータそれぞれにおける電機子電流と永久磁石の周期の
位相のずれ（以下，このずれ量を位相角ずれという）に
ばらつきが生じる。

【０００８】位相角ずれにばらつきが生じると、電機子
に有効に流れる電流量が、それぞれのモータ間で異なる
ことになる。このため、同期指令を与えても、２つのモ
ータ間の位相角ずれが一致せずにモータの発生する推力
のアンバランスが生じる。その結果、ステージが振動し
たり、位置決め精度が低下したり、制御ゲインが十分に
上げられずに経路補償精度が著しく低下してしまう。

【０００９】また、位相角ずれはリニアモータの無効電
力となるため、モータの効率を悪くし、無駄なエネルギ
ーを消費することにもなる。

【００１０】そこで、これらの問題を解消するために、
門型ステージの２つのリニアモータを同期駆動して位置
制御を行い、モータの能力を最大限発揮するために、２
つのリニアモータの永久磁石位置や磁極検出センサの取
り付け位置や、リニアエンコーダのＺ相信号（原点マー
ク信号）の出力位置を一致させるように機械的に位置調
整するのに時間がかかる。かつ、それら位置関係をリニ
アモータの位置精度レベルにまで調整することは非常に
困難である。

【００１１】本発明の目的は、門型ステージを高速かつ
高精度に位置決めすること可能にし、リニアエンコーダ
の原点マークとリニアモータの永久磁石との位置調整を
容易に、且つ正確にできる門型ステージを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、定盤の上に門型フレーム構造のステー
ジを搭載し、門型ステージの両端部それぞれにリニアモ
ータの可動側を備え、定盤側にはリニアモータの固定部
を搭載して、2つ以上のリニアモータを同期駆動させる
ことで、定盤の表面に対して平行な方向に移動可能な門
型ステージの原点出し方法において、モータの電機子電
流量と、電機子電流と永久磁石の周期の位相のずれを計
測し調節できる手段を備え、一つのモーを基準軸として
制御可能とし、もう一方のモータを従属軸として基準モ
ータの動きに追従するような制御手段を備え、基準軸の
リニアモータの原点位置検出を行い基準軸の原点出しを
すると共に、この基準としたモータの電機子電流の最適
化を行う工程と、前基準モータと前従属モータの主従関
係を切り替え、前出の工程と同様にして原点出しが終了
していない前従属モータの原点出しとモータの電機子電
流の最適化を行う工程と、２つのモータが所望の位置関
係になるよう片側のモータ駆動により位置補正を行い原
点出しをしている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は本発明の門型ステージの一実施
形態を示す斜視図である。定盤１の上には移動可能な門
型ステージ２が搭載されている。門型ステージ２の駆動
は、それぞれの足部に設けたリニアモータの可動部３
ａ、３ｂに流れる電流を制御することで行われる。

【００１４】定盤１側に設けられたリニアモータの固定
部４ａ、４ｂには、永久磁石が配置されている。すなわ
ち、磁石固定部材５ａ、５ｂ上にＮ極磁石、Ｓ極磁石が
交互に並ベてある。このリニアモータの磁石固定部材５
ａ、５ｂ上を、リニアモータ可動部３ａ、３ｂを同期駆
動して移動させることで、可動部上に締結された門型ス
テージ２が、移動方向に直角方向を保って定盤１に対し
平行に移動する。また、リニアモータ可動部３ａ、３ｂ
側には、リニアモータの固定部４a、４ｂとモータ可動
部３ａ、３ｂとの間隙を一定に保つための案内機構６
ａ、６ｂが設けてある。さらに、リニアモータ可動部３
ａ、３ｂの位置を検出するために、リニアモータ固定部
４ａ、４ｂ側にエンコーダのスケール部７ａ、７ｂが、
それぞれのリニアモータ可動部３ａ、３ｂの移動方向と
平行になるように設置してある。

【００１５】リニアモータ可動部３ａ、３ｂの移動に伴
って、エンコーダのスケール部７ａ、７ｂから、図８に
示すような３つの信号を得ることができる。図８のＺ相
信号は、所定の距離毎に１回信号を出力するように構成
されている。すなわち、回転式のエンコーダにおける１
回転に１パルスの信号を発生することと同じものであ
る。また、図のＡ相信号及びＢ相信号はＺ相信号を細分
化した信号であり、Ａ相信号とＢ相信号とは半周期ずれ
た信号である。

【００１６】また、リニアモータ可動部３ａ、３ｂに
は、電機子（コイル）が内蔵されている。この可動部の
電機子と固定部４ａ、４ｂの永久磁石により、ブラシレ
スＤＣモータを構成している。なお、電機子に電流を印
加することによって、印加電流に比例したモータ推力が
発生する。

【００１７】リニアモータ可動部３ａ、３ｂには、門型
テーブル２の位置を検出のためのリニアエンコーダの検
出部８ａ、８ｂと、固定部４ａ、４ｂの磁極を検出する
ためのホールセンサ１２ａ、１２ｂが具備されている。

【００１８】また、リニアモータ固定部４ａ、４ｂの両
端部側の近傍には、リミットスィッチ９a、９ｂ、１０
ａ、１０ｂが設けてある。さらに、リニアエンコーダの
スケール部７ａ、７ｂには原点マーク（Ｚ相マーク：Ｚ
相信号を発生する位置）位置１１ａ、１１ｂが設けてあ
る。

【００１９】図２に、本発明の制御ブロックの一例の概
略図を示す。

【００２０】ＣＰＵ２１はモータインターフェース２２
に移動指令を出し、モータインタフェース２２はその指
令信号をＰＷＭ信号に変換する。そのＰＷＭ信号をパワ
ーアンプ２３ａ、２３ｂに送り、そこで指令に応じた電
流をリニアモータ３ａ、３ｂへ供給する。ホールセンサ
１２ａ、１２ｂは、リニアモータ３ａ、３ｂの磁極を合
せるために設けたものである。なお、図１で示した機器
と同一の部品には同一の番号を付けている。

【００２１】次に、図３に門型ステージの運転時のフロ
ーチャートを示す。図４に、図３に示すステップ３００
の原点出し処理の、詳細処理手順のフローチャートを示
す。図５に、図３のステップ３０５及びステップ３１０
のモータ電流位相ずれ補正の、詳細処理手順のフローチ
ャートを示す。また、図６に原点出し処理時の門型ステ
ージとリニアモータ固定部の位置関係の１例を示す。

【００２２】まず、装置に電源が投入される（ステップ
１００）と、制御システムプログラムや門型ステージ装
置のアプリケーションプログラムが起動し、門型ステー
ジの運転条件データや運転経路データの読込等の必要な
初期設定処理が行われる（ステップ２００）。準備が整
うと、原点出し処理（ステップ３００）が行われる。

【００２３】原点出し処理（ステップ３００）では、ま
ずリニアモータ３ａ（基準モータ）を制御主軸（基準
軸）としてサーボ対象軸に設定（以下、サーボオン）
し、一方のリニアモータ３ｂ（従属モータ）はサーボ非
対象軸（従属軸）に設定（以下、サーボオフ）する（ス
テップ３０１）。

【００２４】ステップ３０２ではプラス方向にリニアモ
ータ３ａを駆動して、プラス側リミットスィッチ９ａの
信号が入力されるまで門型ステージ２を移動させる。

【００２５】ステップ３０３では、マイナス方向にリニ
アモータ３ａ駆動して、リニアエンコーダが原点マーク
の検知信号（Ｚ相信号）を発生する位置１１ａまで門型
ステージ２を移動させる。そして、Ｚ相信号が検知状態
（図８のＺａ）から非検知状態（図８のＺｂ点）に移る
時に門型ステージ２を停止させる。リニアモータ３ａの
停止位置で制御系（ＣＰＵ２１の位置情報）の絶対座標
系をゼロにリセットする（ステップ３０４）。

【００２６】次に、ステップ３０５ではリニアモータ３
ａの位相角のずれを補正する。この処理工程を図５のフ
ローチャートにより詳細に説明する。

【００２７】図５のステップＳ１から位相角のずれ補正
処理が開始される。まず、ＣＰＵ２１が、処理動作を行
う前の初期の電機子電流と、位相角（一般に電気角とも
言う）をモータインタフェース２２から読み取る。読取
った電機子電流と位相角を図示していないメモリに記憶
する（ステップＳ２）。

【００２８】次に、ＣＰＵ２１は、電機子電流の位相角
を＋０．５°（進相方向）ずらす指令をモータインタフ
ェースに送る（ステップＳ３）。その後、ステップＳ２
と同様に、電機子電流と位相角を記憶する（ステップＳ
４）。

【００２９】ステップＳ５では、電機子電流か位相角の
いずれかが許容値を越えたかどうかの判定を行う。両者
とも許容範囲内であれば、ステップＳ３に処理を戻し位
相角の変更〜計測処理を繰り返し実施する。また、電機
子電流か位相角のいずれか一方が許容値を越えた場合に
は、処理を次の工程（ステップＳ６）に移行させる。

【００３０】ステップＳ６では、前の工程により変更さ
れた位相角をステップＳ２の値に戻す処理を行う。

【００３１】ステップＳ７では、前のステップＳ３とは
逆の方向に、電機子電流の位相角を−０．５°（遅相方
向）にずらす。その後、ステップＳ２と同様に、電機子
電流と位相角を記憶する（ステップＳ８）。次に、電機
子電流か位相角のいずれかが許容値を越えたかどうかの
判定を行う（ステップＳ９）。両者とも許容範囲内であ
れば、ステップＳ７に処理を戻し位相角の変更〜計測処
理を繰り返し実施する。また、電機子電流か位相角のい
ずれか一方が許容値を越えた場合には、処理を次の工程
（ステップＳ１０）に移行させる。

【００３２】ステップＳ１０では、ステップＳ４、Ｓ８
で記憶しておいた計測結果から、電機子電流が最小とな
る時の位相角を抽出する。そして、その電機子電流が最
小となる位相角を設定する。以上の処理で図４のステッ
プ３０５が完了する。

【００３３】次に、ステップ３０６に移行して、リニア
モータ３ｂの原点出しと位相角の設定処理を行う。ま
ず、リニアモータ３ｂを動作させるため、原点出しと電
気角の設定処理が終了したリニアモータ３ａをサーボオ
フし、その後、リニアモータ３ｂをサーボオンする。

【００３４】次に、リニアモータ３ａ側の原点マーク位
置１１ａとリニアモータ３ｂ側の原点マーク位置１１ｂ
には、方向が不定な据え付け時のずれが生じている。こ
のため、リニアモータ３ｂを予測される原点マークのず
れ量よりも大きくプラス方向に移動させる（ステップ３
０７）。

【００３５】以降のステップ３０８〜３１０までは、前
述の工程のステップ３０５〜３０３と同様な処理を行い
リニアモータ３ｂの原点出しと位相角の設定を行う。

【００３６】以上のように、これらの原点出し処理で
は、門型ステージ２は一方側のリニアモータを、片押し
状態で移動させている。このため、反対側のリニアモー
タは、門型ステージ２の弾性変形により若干の位置ずれ
が生じた状態になる。そのため、門型ステージ２の本体
と、門型ステージ２とリニアモータ３ａ、３ｂの締結
部、及び直進案内部とは、偏荷重が加わらないように移
動速度を振動の生じないレベルまで落とし、かつ、各機
構部は高剛性設計を行うと良い。

【００３７】次にステップ３１１では、リニアモータ３
ａのサーボをオンする。この時、図６に示すようリニア
モータ３ｂを駆動する際に生じたリニアモータ３ａとの
位置ずれΔが残留している。すなわち、門型ステージ２
が移動方向に対して若干斜めに位置決めされた（Δだけ
傾いた）状態となっている。ところで、片押しによるΔ
は同一な運転条件下では一定である。このため、予め計
測しておいた原点マーク位置関係になるようにリニアモ
ータ３ｂは固定したまま、リニアモータ３ａを移動させ
ることで、門型ステージの位置ずれΔを解消することが
できる（ステップ３１２）。

【００３８】尚、位置ずれΔは、レーザ計測器などで物
理的に計測して、その値を設定値として格納しておいて
も良い。また、原点復帰動作の原点マークの検出方向を
マイナス方向からプラス方向に変えて行い、リニアモー
タ３ｂの原点位置におけるリニアモータ３ａの位置をス
ケールのカウント値から読み取ることも可能である。

【００３９】次に、位置ずれΔ分だけ移動後したときの
リニアモータ３ａ、３ｂの座標を、共にゼロリセットす
ることで原点出し処理を終了する（ステップ３１３）。

【００４０】以上の工程により門型ステージの原点出し
処理が終了し、かつ、門型ステージの駆動源となる２つ
のリニアモータの位相が略一致する設定がなされる。こ
の設定された電気子電流と位相を用いて、以降のステッ
プ４００のプロセス処理時にリニアモータを駆動する。
このため、プロセス処理において高精度に駆動すること
が可能である。

【００４１】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明はこの実施形態に限らず、以下のようにし
てもよい。

【００４２】即ち、原点マークの検出位置での位相ずれ
角は、永久磁石とリニアスケールの原点位置の相関位置
関係は変わらなければ一定であるので、必ずしも運転毎
に行う必要は無い。また、ホールセンサは磁極を検出で
きるものであれば如何なるものでも良い。リニアスケー
ルは光学式でも磁気式でも良い。本実施例ではインクリ
メンタル式のリニアエンコーダの使用例を示したが、ア
ブソリュート式のスケールを使用する際にも原点マーク
に相当する基準位置での電気角補正を同様に行う必要が
あるため、本方式を適用可能である。

【００４３】軸切り替えの際にはサーボオフにせずスレ
ーブ軸としてマスタースレーブ駆動しても良い。この場
合はスレーブ軸のゲインを下げて原点出し処理を行うと
良い。

【００４４】図７に、本発明の門型ステージをペースト
塗布機に適用した時の図面を示す。

【００４５】本装置において、使用した門型ステージは
先に述べた、門型ステージ２と略同じ構成である。すな
わち、本装置では門型の固定ステージ２ａ、２ｂを２つ
両側に設け、その固定ステージ２ａ、２ｂ上をＹ軸方向
に移動する移動ステージ３２が設けてある。門型ステー
ジ上には図示していないリニアモータの固定子が設けて
あり、その上に移動ステージのリニアモータ可動部３
ａ、３ｂが設けてある。なお、本図では図示していない
が、リニアエンコーダのスケール部や、リミットスイッ
チや、ホールセンサを備えていることは言うまでもな
い。

【００４６】また、移動ステージ３２にＸ軸方向（移動
ステージの移動方向に対して直角方向）に移動可能なテ
ーブル３４を設け、更に、テーブル３４にＺ軸方向に移
動可能なテーブル３５を設けてある。このテーブル３５
には、液晶パネルを形成するためのシール剤を基板Ｋ上
に塗布するディスペンサノズル３３が取付けてある。

【００４７】本装置では、移動ステージ３２の初期位置
を決定するために、先の実施形態で説明した原点出し方
法を用いて行う。この原点出し作業終了後、実際の基板
上に移動ステージ３２と、テーブル３４、及びテーブル
３５を制御して位置及び高さ制御を行い、ディスペンサ
ノズル３３の塗布量を制御してペースト塗布を行う構成
としている。このように、ペースト塗布機に本発明の門
型ステージ駆動方法を適用することで高精度にペースト
を塗布することが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、門型ステージを高速か
つ高精度に位置決めすること可能にし、リニアエンコー
ダの原点マークとリニアモータの可動部の位置調整を容
易に、且つ正確にできる門型ステージを得ることが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の門型ステージの一例の斜視図である。

【図２】本発明の制御系の簡単なブロック線図である。

【図３】本発明の門型ステージを用いたプロセス処理の
動作のフローチャートである。

【図４】図３原点出し工程の処理のフローチャートであ
る。

【図５】図４のリニアモータの電流位相角ずれ補正処理
のフローチャートである。

【図６】門型ステージの移動方向に対するずれ補正を説
明するための図である。

【図７】本発明の門型ステージの駆動方法を適用したペ
ースト塗布機の一例を示した図である。

【図８】門型ステージ移動時にリニアスケールから得ら
れる信号波形を示した図である。

【符号の説明】

１…定盤、２…門型ステージ、３ａ、３ｂ…リニアモー
タの可動部、４ａ、４ｂ…リニアモータの固定部、７
ａ、７ｂ…スケール部、８ａ、８ｂ…リニアエンコーダ
の検出部、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ…リミットスイ
ッチ、１１ａ，１１ｂ…原点マーク位置、２１…ＣＰ
Ｕ、２２…インターフェース、２３ａ、２３ｂ…インタ
ーフェース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田茂東京都足立区中川四丁目13番17号株式会社日立インダストリイズ内 (72)発明者松井淳一東京都足立区中川四丁目13番17号株式会社日立インダストリイズ内 (72)発明者徳安良紀東京都足立区中川四丁目13番17号株式会社日立インダストリイズ内Ｆターム(参考） 5H540 AA10 BA05 BB03 BB06 EE02 FA03 FA12 FC02 FC10 GG03 5H572 AA20 BB08 DD09 DD10 EE03 HB09 HC07 JJ03 KK05 LL22 LL30 LL32 LL33 MM04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定盤のリニアモータ固定部上に搭載した門
型ステージの両足部に設けたリニアモータの可動部を同
期駆動して、定盤の表面に対して平行な方向に移動させ
るための門型ステージ装置の駆動方法において、前記リニアモータのうち一方のリニアモータを基準モー
タとし、他方のリニアモータを従属モータとして、前記
基準モータを駆動して前記リニアモータ固定部側に設け
た原点マークに位置合わせすると共に、基準リニアモー
タに加える電機子電流と位相角を求める工程と、前記リニアモータ主従関係を変更して原点マークへの位
置合わせと、電機子電流と位相角を求める工程と、前記門型ステージが移動方向に対して直角になるように
２つのリニアモータの位置を補正する工程とを有する門
型ステージ装置の駆動方法。
【請求項２】請求項１記載の門型ステージ装置の駆動方
法において、前記電機子電流と位相角を求める場合に、前記基準リニ
アモータの初期の電機子電流と位相角を記憶すると共
に、電機子電流又は位相角のいずれか一方が許容値を超
えるまで位相角を変化させ、その都度電機子電流と位相
角を記憶し、前記どちらか一方が許容値を超えた時、そ
の間の最小電流値と対応する位相角を制御値としてリニ
アモータの駆動を行うようにしたことを特徴とする門型
ステージ装置の駆動方法。