JP2007325412A - ステージ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度上昇を抑えて、エネルギー損失及び精度の低下を抑制したステージ装置を提供する。
【解決手段】可動ステージ4と、可動ステージを所定方向に移動駆動するリニアモータ50と、リニアモータの所定部位の温度を検出する温度センサ7と、リニアモータの磁界発生用のコイルを冷却する冷却部9と、可動ステージを移動駆動するための入力情報に基づいて、リニアモータの駆動を制御する駆動制御部34と、入力情報と温度センサにより検出された温度情報とに基づいて、リニアモータの駆動により生ずるリニアモータの温度上昇を予測し、温度上昇の予測値に基づいて冷却部を制御する温度制御部34とを具備する。
【選択図】図3
【解決手段】可動ステージ4と、可動ステージを所定方向に移動駆動するリニアモータ50と、リニアモータの所定部位の温度を検出する温度センサ7と、リニアモータの磁界発生用のコイルを冷却する冷却部9と、可動ステージを移動駆動するための入力情報に基づいて、リニアモータの駆動を制御する駆動制御部34と、入力情報と温度センサにより検出された温度情報とに基づいて、リニアモータの駆動により生ずるリニアモータの温度上昇を予測し、温度上昇の予測値に基づいて冷却部を制御する温度制御部34とを具備する。
【選択図】図3
Description
本発明はムービングマグネット型リニアモータを用いたステージ装置に関する。
従来より、リニアモータをステージの駆動装置として用いたステージ装置が公知である。駆動装置としてリニアモータを用いることで、位置決め精度の高いステージ装置が実現できる。また、従来のボールネジ駆動機構に比べて駆動速度が速いうえに位置決め精度が高く、また繰り返し位置決め精度も高く、駆動時と停止時のオーバシュート、アンダーシュートが小さく、等速移動時の速度リップルが小さいという特徴がある。このようなリニアモータの一種として、コイル部を軸状の固定子とし、磁石部を有する可動子を円筒状に形成して、固定子が中心を貫通するように構成されたムービングマグネット型のリニアモータが知られている(特許文献1参照)。
特開2002−291220号公報
特開2004−282796号公報
しかしながら、従来のムービングマグネット型のリニアモータには駆動時の発熱量を如何に抑えるかという課題があった。
即ち、上記のようなリニアモータにあっては、十分なリニアモータの推力を得るためには、十分な飽和磁束密度が得られるような厚さのヨークが必要になる。そのヨークの厚さにより重量が大きくなり、これが原因で一定の仕事量当たりのリニアモータの発熱量が大きくなり、ひいては、エネルギー損失が生じるという不具合が生じる。また、発熱が大きくなるとステージ装置自体が発熱により歪み、精度を損なうといった問題や、永久磁石が減磁してリニアモータの性能を損なうといった問題も生じる
コイルの発熱を下げる方法として、例えば特許文献2に開示されている技術では、ムービングマグネット型リニアモータにおいて、外周にコイルを保持する筒状固定子ヨークの筒状部に冷媒を供給してモータを冷却するようにしている。冷却にあたっては冷媒が循環する配管を設け、ポンプによって冷媒を循環させ温度を一定に保っている。
コイルの発熱を下げる方法として、例えば特許文献2に開示されている技術では、ムービングマグネット型リニアモータにおいて、外周にコイルを保持する筒状固定子ヨークの筒状部に冷媒を供給してモータを冷却するようにしている。冷却にあたっては冷媒が循環する配管を設け、ポンプによって冷媒を循環させ温度を一定に保っている。
一方、コイルの温度については、リニアモータの高速駆動時、負荷変動時が特に発熱量が上がり、温度が上昇する。これに対し、上昇した温度を瞬時に下げることは出来ず、定常状態に下がるのに一定のタイムラグがある。その間、一定の温度が上がった状態がある時間継続することになり、精密な位置決め装置の場合は位置決め寸法精度が狂うなどの致命的な欠陥となる。
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度上昇を抑えて、エネルギー損失及び精度の低下を抑制したステージ装置を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるステージ装置は、可動ステージと、前記可動ステージを所定方向に移動駆動するリニアモータと、前記リニアモータの所定部位の温度を検出する温度センサと、前記リニアモータの磁界発生用のコイルを冷却する冷却手段と、前記可動ステージを移動駆動するための入力情報に基づいて、前記リニアモータの駆動を制御する駆動制御手段と、前記入力情報と前記温度センサにより検出された温度情報とに基づいて、前記リニアモータの駆動により生ずる前記リニアモータの温度上昇を予測し、該温度上昇の予測値に基づいて前記冷却手段を制御する温度制御手段と、を具備することを特徴とする。
また、この発明に係わるステージ装置において、前記温度制御手段は、少なくとも前記入力情報に基づく前記可動ステージの移動速度と移動時間とに基づいて、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする。
また、この発明に係わるステージ装置において、前記温度制御手段は、前記可動ステージの移動速度と移動時間とに基づいて前記コイルの温度上昇を予測し、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする。
また、この発明に係わるステージ装置において、前記温度制御手段は、前記冷却手段を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で冷却動作を行なわせる時間と冷却動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする。
また、この発明に係わるステージ装置において、前記温度制御手段は、前記リニアモータの所定の部位の温度が目標値より大きくなった場合に、前記周期内の冷却動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記リニアモータの所定の部位の温度が目標値より小さくなった場合に、前記デューティを短く設定することを特徴とする。
また、この発明に係わるステージ装置において、前記冷却手段がペルチェ素子を有する電子冷却装置であることを特徴とする。
本発明によれば、温度上昇を抑えて、エネルギー損失及び精度の低下を抑制したステージ装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるステージ装置1の構造を示す概略斜視図である。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるステージ装置1の構造を示す概略斜視図である。
図1において、ステージ装置1は、1軸移動のステージ装置であり、石定盤もしくはセラミックなどからなるベース3と、ベース3上を移動可能なステージ4とを備えている。ステージ4は、気体軸受けである空気軸受5を用いて、ベース3に形成された案内6に沿って移動するものである。そして、このステージ4の移動には、ベース3に設けられた固定子10と、ステージ4に固定された移動子20とを有する2組のシャフト型リニアモータ50が用いられている。
図2は、固定子10と移動子20とを有するシャフト型リニアモータの概略構成を示す側面図である。
図2において、前述したステージ4は移動子20に固定されており、移動子20は複数の円筒形永久磁石21と磁石ホルダー22とを備えて構成される。固定子10は移動子20に対して所定ギャップを介して対向している。固定子10は、磁界発生用の複数の円筒状のコイル12と、このコイル12を保持するハウジング11とを備えている。コイル12の近傍には、コイル12の温度を測定する温度センサ7が配置されている。また、ハウジング11には、コイル12から発生する熱を冷却する冷媒を循環させるための冷媒配管8が配置されている。そして、冷媒配管8を流れる冷媒は、その温度を制御する冷却部9に入り、冷却部9に内蔵されている不図示のポンプにより再び冷媒配管8に戻され循環される。使用する冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、クロロフルオロカーボンなどの他に、フロリナート(登録商標)などのフッ素系不活性液体、アンモニア、水(もしくは純水)、空気等が用いられる。
図3は、ステージ装置1と、その駆動及び冷却を制御する制御部のブロック構成を示す図である。
前述したようにステージ4は磁石ホルダー22(図2参照)に固定され、磁石ホルダー22には永久磁石21が保持されている。永久磁石21と所定ギャップを介して中空円筒状のコイル12がハウジング11(図2参照)に保持され、ベース3(図1参照)に固定されている。中空円筒状のコイル12の中空部には、コイル12を冷却する冷媒配管8を保持する配管固定部材30が設けられている。冷媒配管8は冷却部9と連結されており、配管固定部材30を介してコイル12を冷却する。
コイル12の近傍にはコイル12の温度を測定する温度センサ7が配置されており、コイル12の現在温度の情報を冷却部9に入力する。
ステージ4には、ベース3に設けられたエンコーダ31と対向する位置センサー32が取り付けられている。エンコーダ31は、ステージ4の絶対位置を測定し、サーボアンプ33にその情報を入力する。サーボアンプ33はリニアモータ50を駆動する駆動ドライバーの機能を持ち、後述するNCコントローラ34の指示によりステージ4を駆動するための駆動電流をコイル12に供給する。
NCコントローラ34は、各種演算処理機能と、ステージ4の駆動制御を司る機能を有し、ホストコントローラ35の指示によりステージ4の駆動を制御する。また、温度センサ7から出力されるコイル12の現在温度情報と、後述するコイル温度変動予測値とに基き、冷却部9を制御する。ホストコントローラ35は、ステージ4の移動すべき位置に関する情報を、NCコントローラ34に入力情報として入力するものであり、より詳しくは、ステージ4の位置情報、駆動速度情報を含む。
次に冷却部9による冷却制御について図4のフローチャートを参照して説明する。
NCコントローラ34は、所定時間毎に温度センサ7からの現在温度データを冷却部9を介して取得し、保持する(ステップS1)。
次に、NCコントローラ34は現在温度と目標温度との差を計算する(ステップS2)。
そして、NCコントローラ34は、現在温度と目標温度との差をゼロにすべく、冷却部9の冷却動作を行わせる時間(ON時間)と停止させる時間(OFF時間)のデューティ比を決定する(ステップS3)。言い換えれば、冷却部9は、コイル12の温度が目標値より大きくなった場合に、温度制御周期内の冷却動作を行なわせる時間(ON時間)が長くなるように上記のデューティ比を設定し、コイル温度が目標値より小さくなった場合に、上記のデューティ比を短く設定する。
次に、NCコントローラ34は、ホストコントローラ35からの指示に基き、ステージ4を目標とする位置に到達させるまでの移動速度を設定し、その移動速度で目標位置に到達するのにかかる移動時間を演算する。そして、その移動速度及び移動時間に対応するコイル12の動作量を演算するとともに、その動作量に相当するコイル12の温度上昇勾配(補正量と表現する)を演算する(ステップS4)。即ち、ステージ4の移動速度が速くかつ移動量が大きいほど温度上昇は急激で補正量は大きくなり、ステージ4の移動速度が遅くかつ移動量が僅かの場合は温度変化も僅かとなるため補正量も小さくなる。
そして、上記の演算された補正量と、NCコントローラ34のメモリに記憶されているテーブルとを参照して、ステップS3で求められた冷却部9のON時間とOFF時間に加える加算値を求める(ステップS5)。
次に、ステップS3で求めた冷却部9のON時間とOFF時間にステップS5で求めた加算値を加え(ステップS6)、冷却部9のON時間とOFF時間を決定する(ステップS7)。
この一連のステップによって、コイル12の現在温度を基にその後のステージの動作による発熱量の予測値を加算することにより、所定時間後の温度を予測し、その予測温度に合わせた冷却動作が可能になる。言い換えれば、予測される温度上昇を打ち消すように冷却部9を動作させることにより、コイル12を常に略一定の温度に保つことが可能となる。
最後に冷却部9に冷却動作の実行を指示する(ステップS8)。
そして、NCコントローラ34は以上の作業を所定の時間間隔ごとに繰り返し、冷却制御を行なう。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態におけるステージ装置1と、その駆動及び冷却を制御する制御部のブロック構成を示す図である。
図5は、第2の実施形態におけるステージ装置1と、その駆動及び冷却を制御する制御部のブロック構成を示す図である。
第1の実施形態で示したように、ステージ4は磁石ホルダー22(図2参照)に固定され、磁石ホルダー22には永久磁石21が保持されている。永久磁石21と所定ギャップを介して中空円筒状のコイル12がハウジング11(図2参照)に保持され、ベース3(図1参照)に固定されている。
中空円筒状のコイル12の中空部には、コイル12を冷却するためのペルチェ素子40が不図示の保持具により支持されている。ペルチェ素子40はコイル12と対向する面40aが吸熱面に設定され、逆側の冷媒配管8と対向する面40bが放熱面に設定されている。放熱面40bは冷媒配管8と接し、その放熱は冷媒配管8によって吸熱される。冷媒配管8中の冷媒は冷媒循環ポンプ43により循環される。
ペルチェ素子40はコントローラ42により制御される。41はコントローラ42を介してペルチェ素子40を駆動するための直流電源である。
本実施形態においてペルチェ素子40の放熱を吸収するために冷媒を用いたが、冷媒の代わりに放熱フィンを用いても良い。このような構成によればより冷却機構をコンパクトに構成することが可能となる。
なお、コイル12の冷却制御は、第1の実施形態と同様であり、コイル12の温度上昇を予測し、その温度上昇を打ち消すように冷却が行なわれる。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態におけるステージ装置1と、その駆動及び冷却を制御する制御部のブロック構成を示す図である。
図6は、第3の実施形態におけるステージ装置1と、その駆動及び冷却を制御する制御部のブロック構成を示す図である。
第1の実施形態で示したように、ステージ4は磁石ホルダー22(図2参照)に固定され、磁石ホルダー22には永久磁石21が保持されている。永久磁石21と所定ギャップを介して中空円筒状のコイル12がハウジング11(図2参照)に保持され、ベース3(図1参照)に固定されている。
中空円筒状のコイル12の中空部にはコイル12を冷却するための冷媒配管8を保持する配管固定部材30が設けられている。冷媒配管8は冷却部9と連結されており、配管固定部材30を介してコイル12を冷却する。
コイル12の近傍であって冷媒配管8の流入口側にコイル12の温度を測定する温度センサ7aが配され、また、その反対側である冷媒配管8の排出口側のコイル12近傍にコイル12の温度を測定する温度センサー7bが配置されている。そして、温度センサ7a、7bの平均現在温度をコイル冷却部9に入力する。
これは、冷媒配管8の流入口と排出口では排出口の方がコイル12の熱を吸収して温度が高くなり、従ってコイル12の温度も流入口側より高くなるからである。本実施形態では、コイル12の正確な温度を測定するために温度センサーを複数設けている。この構成によればコイル12の温度をより正確に測定することができる。
コイル12の冷却の仕組みは第1の実施形態と同じであるので説明は省略する。
以上説明したように、上記の第1乃至第3の実施形態によれば、リニアモータの高速駆動時、負荷変動等によるコイル温度変動に対し、素早く目標温度に戻すことができ、コイル温度が定常状態に下がるのに一定のタイムラグがあるという不具合を解消することができる。そして、温度上昇を抑えて、エネルギー損失の少ないリニアモータ及びこれを用いたステージ装置を提供することができる。
また、現在の温度情報と、これから移動することにより発熱するコイル温度変動予想値からコイルの冷却量を予測制御することにより、効率的なコイルの冷却が実現でき、リニアモータが設置されるステージ装置全体として、温度上昇を抑えて、エネルギー損失の少ないリニアモータ及びこれを用いたステージ装置を提供することができる。さらに常に安定した温度に制御されることにより、精度の高いステージ装置となる。
1 ステージ装置
3 ベース
4 ステージ
5 空気軸受
6 案内
10 固定子
20 移動子
50 シャフト型リニアモータ
3 ベース
4 ステージ
5 空気軸受
6 案内
10 固定子
20 移動子
50 シャフト型リニアモータ
Claims (6)
- 可動ステージと、
前記可動ステージを所定方向に移動駆動するリニアモータと、
前記リニアモータの所定部位の温度を検出する温度センサと、
前記リニアモータの磁界発生用のコイルを冷却する冷却手段と、
前記可動ステージを移動駆動するための入力情報に基づいて、前記リニアモータの駆動を制御する駆動制御手段と、
前記入力情報と前記温度センサにより検出された温度情報とに基づいて、前記リニアモータの駆動により生ずる前記リニアモータの温度上昇を予測し、該温度上昇の予測値に基づいて前記冷却手段を制御する温度制御手段と、
を具備することを特徴とするステージ装置。 - 前記温度制御手段は、少なくとも前記入力情報に基づく前記可動ステージの移動速度と移動時間とに基づいて、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
- 前記温度制御手段は、前記可動ステージの移動速度と移動時間とに基づいて前記コイルの温度上昇を予測し、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする請求項2に記載のステージ装置。
- 前記温度制御手段は、前記冷却手段を所定の周期毎に制御すると共に、該周期内で冷却動作を行なわせる時間と冷却動作を停止させる時間のデューティを制御することにより、前記冷却手段の冷却動作を制御することを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
- 前記温度制御手段は、前記リニアモータの所定の部位の温度が目標値より大きくなった場合に、前記周期内の冷却動作を行なわせる時間が長くなるように前記デューティを設定し、前記リニアモータの所定の部位の温度が目標値より小さくなった場合に、前記デューティを短く設定することを特徴とする請求項4に記載のステージ装置。
- 前記冷却手段がペルチェ素子を有する電子冷却装置であることを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006152698A JP2007325412A (ja) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | ステージ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006152698A JP2007325412A (ja) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | ステージ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007325412A true JP2007325412A (ja) | 2007-12-13 |
Family
ID=38857711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006152698A Withdrawn JP2007325412A (ja) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | ステージ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007325412A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012165604A (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置及び冷却ユニット |
JP2012210118A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Equos Research Co Ltd | アンテナ |
JP2019075467A (ja) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 実装装置 |
-
2006
- 2006-05-31 JP JP2006152698A patent/JP2007325412A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012165604A (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-30 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置及び冷却ユニット |
JP2012210118A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Equos Research Co Ltd | アンテナ |
JP2019075467A (ja) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 実装装置 |
JP7153869B2 (ja) | 2017-10-16 | 2022-10-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 実装装置 |
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