JP2004040894A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】可動軸の駆動装置の構造を簡単にして小型化することができる電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】可動軸１０の軸長方向及び回転方向に異なる極性の磁極（Ｎ極、Ｓ極）１６が交互に並んでいる着磁スリーブ１２を有する可動軸１０と、磁極１６との間に磁力を生じさせる励磁コイル２０を可動軸１０の軸長方向及び回転方向に並べた固定子と、可動軸１０を軸長方向に移動自在に且つ軸心回りに回転自在に支持するボールスプライン２２とを備え、可動軸１０の軸長方向に並んでいる励磁コイル２０及び磁極１６間に生じた磁力で可動軸１０を軸長方向に移動し、可動軸１０の回転方向に並んでいる励磁コイル２０及び磁極１６間に生じた磁力で可動軸１０を回転する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動軸を軸長方向に移動及び軸心回りに回転することが可能な電磁アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品実装装置又は半導体製造装置等の装置においては、吸着部を先端に有する可動軸を軸長方向に直進移動させるリニアモータ等のリニア駆動装置を用いて、電子部品をトレイ等からピックアップすると共に基板にマウント（実装）している。また、モータ等の回転駆動装置を用いて、可動軸を軸心回りに回転し、基板にマウントする電子部品の角度を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、可動軸を直進移動するためのリニア駆動装置と、可動軸を回転するための回転駆動装置とが別々に必要であるため、可動軸を駆動（直進移動及び回転）する駆動装置が大型化するという問題がある。
【０００４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、１つの駆動装置で可動軸を直進移動及び回転することにより、可動軸の駆動装置を小型化することができる電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電磁アクチュエータは、複数の磁極を有する磁極部を有する可動軸と、前記磁極との間に磁力を生じさせる複数の励磁コイルを有する固定子とを備えた電磁アクチュエータにおいて、前記可動軸を、軸長方向に移動自在に且つ軸心回りに回転自在に支持する支持手段を備え、前記磁極部は、前記可動軸の軸長方向及び回転方向に異なる極性の磁極が交互に並んでおり、前記励磁コイルは、前記可動軸の軸長方向及び回転方向に並んでおり、前記可動軸の軸長方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で前記可動軸を軸長方向に移動し、前記可動軸の回転方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で前記可動軸を回転するように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
このような電磁アクチュエータは、支持手段により、可動軸は、軸長方向に移動自在に且つ軸心回りに回転自在に支持されている。また、可動軸の磁極部には、可動軸の軸長方向及び回転方向に異なる極性の磁極が交互に並んでおり、固定子には、可動軸の軸長方向及び回転方向に励磁コイルが並んでいる。磁極及び励磁コイルは、例えばマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）状に並べることが可能である。そのため、可動軸の軸長方向に並んでいる励磁コイルを夫々励磁して、軸長方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で可動軸を軸長方向に移動することができると共に、可動軸の回転方向に並んでいる励磁コイルを夫々励磁して、回転方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で可動軸を軸心回りに回転することができる。磁極及び励磁コイルをマトリクス状に並べた場合、各励磁コイルは、可動軸の軸長方向に並んだ励磁コイル及び回転方向に並んだ励磁コイルの両方として動作することが可能である。１組の磁極部及び励磁コイル群で、可動軸を軸長方向に移動及び軸心回りに回転することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１〜図４（ａ）に本発明に係る電磁アクチュエータの例を示す。ここで、図１は電磁アクチュエータの可動軸の例を示す図であり、図２は電磁アクチュエータの例を示す図であり、図３（ａ）、（ｂ）は電磁アクチュエータのボールスプラインの例を示す図であり、図４は、電磁アクチュエータの磁極及びコイルの位置関係の例を示す図である。
【０００８】
電磁アクチュエータは、複数のコイル（励磁コイル）２０を内側に有するケース（固定子）２４と、ケース２４内部に支持され、複数の磁極１６を有する着磁スリーブ（磁極部）１２を有するシャフト（可動軸）１０とを備える。着磁スリーブ１２は円筒型形状をしており、図２に示すように、中心軸が同一となるようにシャフト１０に固定されている。
【０００９】
シャフト１０は、ボールスプライン（支持手段）２２により、軸長方向に移動自在に且つ軸心回りに回転自在に、ケース２４内部に支持されている。ボールスプライン２２の例を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ），（ｂ）には、図１の下段側のボールスプライン２２が図示されている。ボールスプライン２２は、ケース２４に固定される固定部材５６と、シャフト１０と共に回転する回転部材５４と、固定部材５６及び回転部材５４間の転動自在のボール５２によるベアリング機構とを有し、シャフト１０及び回転部材５４を、固定部材５６で回転自在に支持する。
【００１０】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ボールスプライン２２は、シャフト１０の軸長方向に形成されたボール溝１４及び回転部材５４間の転動自在のボール５０によるスライド機構を有し、シャフト１０を、回転部材５４及び固定部材５６で軸長方向に移動自在に支持する。ボール溝１４は、シャフト１０の外周を３等分して軸長方向に３本形成されている。回転部材５４及び固定部材５６は、各ボール溝１４をボール５０により軸長方向に移動自在に支持している。
【００１１】
図１に示すように、着磁スリーブ１２の表面は、シャフト１０の軸長方向及び回転方向に異なる極性の磁極（Ｎ極、Ｓ極）が交互に、マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）状に着磁されている。ここで、マトリックス状とは、格子の縦横の交点のように、要素を四角形型に並べた状態を意味する。本説明においては、図１に示すように、シャフト１０の軸長方向に４段の磁極１６が着磁されている。また、図４（ａ）に示すように、シャフト１０の回転方向に８つの磁極（Ｍｉ−１〜Ｍｉ−８）が等間隔に着磁されている。ここで、Ｍｉ−ｊ（ｊ＝１〜８）のｉは、磁極１６の各段（ｉ＝１〜４）を表す。
【００１２】
ケース２４内側のコイル２０は、シャフト１０の軸長方向及び回転方向に、マトリックス状に配置されている。本説明においては、図１に示すように、シャフト１０の軸長方向に３段のコイル２０が配置されている。また、図４（ａ）に示すように、シャフト１０の回転方向に９つのコイル（Ｃｉ−１〜Ｃｉ−９）が等間隔に配置されている。ここで、Ｃｉ−ｊ（ｊ＝１〜９）のｉは、コイル２０の各段（ｉ＝１〜３）を表す。
【００１３】
また、シャフト１０の表面には、軸長方向に磁極の極性（Ｎ極、Ｓ極）が交互に変化する直進磁気スケール３０が設けられている。本説明では、図１及び図２に示すように、着磁スリーブ１２で囲まれた部分に直進磁気スケール３０が設けられている。また、シャフト１０の軸長方向への移動位置（直進位置）に応じた検出信号を出力する磁気センサ３２が、直進磁気スケール３０近傍に位置するようにケース２４に固定されている。磁気センサ３２から出力される検出信号から、シャフト１０の直進位置を検出することができる。
【００１４】
また、シャフト１０には、回転方向に磁極の極性（Ｎ極、Ｓ極）が交互に変化する回転磁気スケール４０が設けられている。本説明においては、シャフト１０と共に回転する回転部材５４（ボールスプライン２２）に、回転磁気スケール４０が設けられている。図３（ａ）、（ｂ）の例では、回転部材５４の図中上方の円周部分に、回転磁気スケール４０が設けられている。また、シャフト１０の回転角度に応じた検出信号を出力する磁気センサ４２が、回転磁気スケール４０近傍に位置するようにケース２４に固定されている。磁気センサ４２から出力される検出信号から、シャフト１０の回転角度を検出することができる。
【００１５】
各コイル２０を励磁して、シャフト１０の直進移動及び回転を制御する制御回路の例を図５に示す。本説明においては、電磁アクチュエータは、電子部品実装装置又は半導体製造装置等の装置において、電子部品をトレイ等からピックアップすると共に角度を調整しながら基板上にマウントする際に使用されるものとする。制御回路は、電子部品実装装置又は半導体製造装置内の制御回路等から直進位置指令及び回転角度指令を受取り、受取った直進位置指令及び回転角度指令に従って、シャフト１０の直進位置及び回転角度を制御する。
【００１６】
制御回路は、上述した直進位置指令及び磁気センサ３２で検出した直進位置（検出直進位置）を受付ける手段（図示せず）と、直進位置指令で指示された直進位置及び検出直進位置の差を求める減算器６０と、上述した回転角度指令及び磁気センサ４２で検出した回転角度（検出回転角度）を受付ける手段（図示せず）と、回転角度指令で指示された回転角度及び検出回転角度の差を求める減算器６２と、減算器６０及び６２で求めた直進位置の差及び回転角度の差が無くなるように、制御の順序（シーケンス）を決定する順序決定部６４と、決定した順序に応じたコイル駆動信号を出力するコイル駆動部６６と、コイル駆動信号に応じて各コイル２０に電流を供給して励磁するスイッチ回路６８とを備える。
【００１７】
各コイルの励磁の例を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した磁極Ｍｉ−１〜８及びコイルＣｉ−１〜９の位置関係の例を示している。まず、コイルＣｉ−１をＳ極に励磁し、次にコイルＣｉ−２をＮ極に励磁し、続いてコイルＣｉ−３をＳ極に励磁し、以下同様に各コイルを励磁していくことにより、磁極Ｍｉ−２はコイルＣｉ−２に引き付けられ、磁極Ｍｉ−３はコイルＣｉ−３に引き付けられ、着磁スリーブ１２は、図４（ｂ）中の左方向に移動し、シャフト１０が回転する。
【００１８】
図４（ｂ）の例では、シャフト１０の回転について説明したが、シャフト１０の直進移動も、同様に行うことができる。これにより、シャフト１０の軸長方向に並んだ各コイル２０を夫々励磁してシャフト１０を軸長方向に移動し、シャフト１０の回転方向に並んだ各コイル２０を夫々励磁してシャフト１０を軸心回りに回転することができる。
【００１９】
上述した実施の形態では、着磁スリーブ１２に４段×８個の磁極を着磁したが、任意数の磁極を着磁することが可能である。また、コイル２０も、３段×９個に限定はされず、任意数のコイルを用いることが可能である。また、本発明の電磁アクチュエータは、電子部品実装装置又は半導体製造装置に限定はされず、可動軸の直進移動及び回転を行う任意の装置に用いることが可能である。
【００２０】
また、着磁スリーブ１２、直進磁気スケール３０、回転磁気スケール４０の各磁極は、着磁する以外に、永久磁石等の磁性体を取付けること等が可能である。また、シャフト１０の支持は、ボールスプライン２２に限定はされず、すべり軸受又はボールベアリング等を用いて、軸長方向へ移動及び軸心回りに回転できるように支持することが可能である。
【００２１】
直進磁気スケール３０及び磁気センサ３２は、直進位置が検出できれば特に限定はされず、例えばスリット状の直進スケール及び光センサ等の任意のセンサを用いた検出システムを用いることが可能である。回転磁気スケール４０及び磁気センサ４２も同様に、例えばスリット状の回転スケール及び光センサ等の任意のセンサを用いた検出システムを用いることが可能である。
【００２２】
光センサを用いて直進位置又は回転角度を検出する場合、コイル２０又は磁極１６の磁気による影響を受けないため、着磁スリーブ１２に直進スケール又は回転スケールを設けることも可能である。また、磁気回転スケール４０を、シャフト１０表面に設けることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、１組の磁極部及び励磁コイル群で、可動軸を軸長方向に移動及び軸心回りに回転することができるため、従来よりも構造が簡単になり、可動軸を駆動する装置を小型化することができる。特に軸心方向の寸法を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの可動軸の例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電磁アクチュエータの例を示す図である。
【図３】本発明に係る電磁アクチュエータのボールスプラインの例を示す図である。
【図４】本発明に係る電磁アクチュエータの磁極及びコイルの位置関係の例を示す図である。
【図５】本発明に係る電磁アクチュエータのコイルを励磁する回路の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　シャフト（可動軸）
１２　着磁スリーブ（磁極部）
１４　ボール溝
１６　磁極
２０　コイル（励磁コイル）
２２　ボールスプライン（支持手段）
２４　ケース（固定子）
５０，５２　ボール
６０，６２　減算器
６４　順序決定部
６６　コイル駆動部
６８　スイッチ回路

Claims (1)

1. 複数の磁極を有する磁極部を有する可動軸と、前記磁極との間に磁力を生じさせる複数の励磁コイルを有する固定子とを備えた電磁アクチュエータにおいて、
   前記可動軸を、軸長方向に移動自在に且つ軸心回りに回転自在に支持する支持手段を備え、
   前記磁極部は、前記可動軸の軸長方向及び回転方向に異なる極性の磁極が交互に並んでおり、
   前記励磁コイルは、前記可動軸の軸長方向及び回転方向に並んでおり、
   前記可動軸の軸長方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で前記可動軸を軸長方向に移動し、前記可動軸の回転方向に並んでいる励磁コイル及び磁極間に生じた磁力で前記可動軸を回転するように構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。

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