JP2011193620A

JP2011193620A - 平面モータ

Info

Publication number: JP2011193620A
Application number: JP2010057126A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kaiho; 文雄海保
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】価格の安いリニアエンコーダを用いて安価な平面モータを実現する。
【解決手段】プラテン上に載置され該プラテン上をＸ−Ｙ方向に駆動可能に構成されたスライダを有する平面モータにおいて、前記スライダの位置検出手段として前記スライダに固定したヘッドと前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置されたスケールからなるリニアエンコーダを用いた。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライダをＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する平面モータに関し、低価格化をはかった平面モータに関する。

格子プラテンと、その上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダを有する平面モータの技術については、図３に示すものが知られている。図３は特許文献１に開示されている従来構造の平面モータの基本構成を示す斜視図である。

図３において、１０は水平に固定配置された格子プラテンであり、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略のため一部の歯だけを示している。格子プラテンは磁性体の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。

２０は、格子プラテン上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置決め制御されるスライダであり、この上部にワーク及び位置決めの対象となるターゲット（図示せず）が搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１０に対向する裏面にノズルが設けられていて圧縮空気を噴射させることでスライダ２０を格子プラテン１０上に浮揚させる。

３１及び３２はスライダ２０の上部にＸ方向に所定距離を持って固定配置された第１のＸ軸センサ及び第２のＸ軸センサである。３３は同様にスライダ２０の上部に固定配置されたＹ軸センサである。

１１は、格子プラテン１０のＸ軸の一端部にＸ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＸ軸ミラーであり、第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２と対向する。１２は、格子プラテン１０のＹ軸の一端部にＹ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＹ軸ミラーであり、Ｙ軸センサ３３と対向して配置されている。

第１のＸ軸センサ３１、第２のＸ軸センサ３２及びＹ軸センサ３３は光学的な距離測定装置であり、レーザ光をＸ軸ミラー１１及びＹ軸ミラー１２に照射し反射光を受光し干渉を利用して移動距離を測定することでスライダ２０のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸ１及びＰＸ２は第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ軸方向距離測定値である。

ブロック４はＸＹサーボドライバであり、座標変換手段４１，第１Ｘ軸ドライバ４２，第２Ｘ軸ドライバ４３，Ｙ軸ドライバ４４により構成されている。座標変換手段４１は、測定値ＰＸ１，ＰＸ２及びＰＹを入力し第１Ｘ軸ドライバ４２に測定座標Ｘを、第２Ｘ軸ドライバ４３にヨーイング回転角（Ｚ軸の回転角）θを、Ｙ軸ドライバ４４に測定座標Ｙを出力する。

第１Ｘ軸ドライバ４２は、測定座標Ｘと上位装置（図示省略）から与えられる目標位置信号ＳＸの偏差を演算してスライダ２０に搭載された平面モータで実現されるＸ１モータに駆動電流ＭＸ１を出力する。

第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング回転角θと設定値０°との偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＸ２モータ（図示せず）に駆動電流ＭＸ２を出力する。Ｙ軸ドライバ４４は、測定座標Ｙ上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹの偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＹ１モータ（図示せず）及びＹ２モータ（図示せず）に共通の駆動電流ＭＹを出力する。

上述のような平面モータにおいて、スライダ２０のプラテン１０と対向する面にはフォーサー（コイル装置・・・図示省略）が配置されている。そして、スライダ２０はプラテン１０上にエアにより浮上し、フォーサー内部の磁石と電磁石の極性切替えによって、プラテン１０上の磁性体の凹凸に対する磁力を制御することで推力を生み、プラテン上を走行するように構成されている。

特開２００６−８４２５１号公報特開２００３−１２１１２８号公報横河技報Ｖｏｌ.４５Ｎｏ２（２００１）８３平面サーボモータＰＬＡＮＳＥＲＶとその要素技術

ところで、上述の平面モータにおいては測長手段としてレーザ光とＸ軸ミラーやＹ軸ミラーを用いているため高価になるという課題があった、
従って本発明は、測長センサとして干渉計に相当する分解能を有し価格の安いリニアエンコーダを用いて安価な平面モータを実現することを目的としている。

本発明は上記課点を解決するためになされたもので、請求項１に記載の平面モータの発明においては、
プラテン上に載置され該プラテン上をＸ−Ｙ方向に駆動可能に構成されたスライダを有する平面モータにおいて、前記スライダの位置検出手段として、前記スライダに固定したヘッドと前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置されたスケールからなるリニアエンコーダを用いたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の平面モータにおいて、
前記スケールは前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置された直線状のリニアガイドに固定され、前記リニアガイドの両端は前記プラテンが載置されるベース板に固定されたガイドに摺動可能に取り付けられたことを特徴とする。

請求項３においては、請求項２に記載の平面モータにおいて、
前記リニアガイドはガイドスライダを介して前記ガイドに摺動可能に取り付けられたことを特徴とする。

請求項４においては、請求項２または３に記載の平面モータにおいて、
前記ガイドスライダに取り付けられたリニアガイドの一端は、Ｚ軸回りに回動可能に取り付けられたことを特徴とする。

請求項５においては、請求項２，３，４に記載の平面モータにおいて、
前記リニアガイドの一端は前記ガイドスライダに形成された楕円孔を介して前記ガイドスライダに固定されたことを特徴とする。

請求項６においては、請求項１または２に記載の平面モータにおいて、
前記スケールは３本用い前記スライダが駆動されるＸ(またはＹ)方向の側面に対向して一対配置され、前記Ｙ(またはＸ)方向に１本配置するとともにＹ(またはＸ)方向に配置した一本はスライダの中心を通るように配置したことを特徴とする。

本発明の請求項１乃至３によれば、スライダの位置検出手段として前記スライダに固定したヘッドと前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置されたスケールからなるリニアエンコーダを用いたので、安価な平面モータを実現することが可能となった。

本発明の請求項４，５によれば、リニアガイドの一端は楕円孔を介してガイドスライダに固定したので、スライダのＺ軸回りの僅かな回転による距離の変化を吸収可能である。

本発明の請求項６によれば、請求項１または２に記載の平面モータにおいて、
前記スケールは３本用い前記スライダが駆動されるＸ(またはＹ)方向の側面に対向して一対配置したので、スライダのＺ軸向回り(Yaw)姿勢を検知することが可能であり、またＹ(またはＸ)方向に１本配置するとともにＹ(またはＸ)方向に配置した一本はスライダの中心を通るように配置したので、スケールの位置誤差をCos誤差のみとすることが出来る。

本発明の平面モータの実施形態の一例を示す平面図である。図１の一部詳細を示す斜視図（ａ）及び（ａ）の一部詳細を示す平面図（ｂ，ｄ）及び図（ｂ，ｄ）の断面図（ｃ，ｅ）である。位置検出手段としてレーザを用いた一般的な平面モータの一例を示す斜視図である。

図1（ａ）は本発明の平面モータの構成を示す平面図であり、図3に示す従来例とは位置検出手段の構成のみが異なっている。
図２は図１の一部詳細を示す斜視図（ａ）及び（ａ）の一部詳細を示す平面図（ｂ，ｄ）及び図（ｂ，ｄ）の断面図（ｃ，ｅ）である。

図1において、矩形状のベース板50上の中央付近に同じく矩形状の格子プラテン（以下、単にプラテンという）10ａが載置され、このプラテン10ａ上にスライダ20がＸ−Ｙ方向に駆動可能に載置されている。ここで、ベース板，プラテン，スライダの各辺はそれぞれ平行になるように配置されている。また、スライダ20の駆動手段は図２に示す従来例と同様である。

ここで、プラテン10ａはベース板50よりも小面積とされ、ベース板50の４辺の縁部近傍の空いたスペースにプラテン20の側面に対向してプラテンの一辺と同程度の長さで直線状に形成された２対のガイド51ａと51ｃ、51ｂと51ｄがそれぞれ平行に固定されている。これらのガイドにはリニアガイド54（ａ〜ｃ）の両端がガイドスライダ58ａ〜58ｆを介して摺動可能に取付けられている。

リニアガイド54aと54ｂはＸ軸方向にスライダ20を挟んで平行に配置されており、Ｙ軸方向に平行に摺動可能に取り付けられている。このリニアガイド54ａ，54ｂの内側（スライダに対向する側）にはスケール53ａ，53ｂがリニアガイドに沿って固定されている。そして、このスケール53ａ，53ｂはスライダ20に固定されたヘッド52ａ，52ｂとの間に微小間隙ｓ2，ｓ3（例えば0.5から1ｍｍ程度）を保って固定されている。

図2（ｂ）は図2（ａ）の矢印Ａで示す部分の拡大平面図、図2（ｃ）は図2（ｂ）のＡ−Ａ断面図で、スライダ20、ヘッド52ｂ及びスケール53ｂの関係を示している。図2（ｃ）において、Ｌ字状に形成されたスティ20ａの一辺がスライダ20のリニアガイド54ｂに対向する側面に固定され、他の一辺はリニアガイド54ｂを覆うように直角方向に延長されている。

スティ20ａが固定された側にはヘッド52ｂが固定され、延長された側には一辺が凹状に形成されたブロック20ｂが固定され、その凹部にリニアガイド54ｂの上面が摺動可能に挿入されている。リニアガイド54ｂの下面にはＬ字状のブラケット20ｃの一辺が固定され、他の一辺はヘッド52ｂに対向するように延長され、その延長された辺にスケール53ｂが固定されている。なお、このヘッドとスケールの構成は他のヘッド（52ａ，52ｃ）においても同様である。

ヘッド52ａ，52ｂはスライダ20の側面の中心に対向して固定されている。このように固定することにより、スライダが矢印θ方向に回転したときのヘッドとスライダとのリニアエンコーダヘッド52a,52bの測長位置の差によりθ回動量を計算し制御にフィードバックすることができる。

Ｙ軸方向に配置されたリニアガイド54ｃはスライダ20及びリニアガイド54ａ，54ｂを跨ぎ、両端がガイドスライダ58ａ及び58ｆを介してガイド51ａ，51ｃにＸ軸方向に摺動可能に取付けられている。このリニアガイド54cにも前述と同様ブラケット20ｃを介してスケール53ｃが固定されており、スライダに固定されたヘッド52ｃとの間に微小間隙ｓ1（例えば0.5から1ｍｍ程度）を保って固定されている。

Ｙ軸方向に配置されたリニアエンコーダ53ｃのスケール面はスライダ20のＸ軸中心を通る位置に固定する。このように配置することにより、スライダのＺ軸のθ方向への回動時のＹ軸方向の位置誤差をCos誤差のみとすることが出来、位置誤差を小さくすることが出来る。なお、ヘッド52cの位置はスライダ20の上面にあってもよい。

リニアガイドを摺動可能に固定するガイドスライダ58（ａ〜f）には対向する一方に丸孔が形成され、他方には楕円孔が形成されている。この楕円孔はスライダが矢印θ方向に回動したときのリニアガイドの長さ方向のマージンとして機能する。

図1(b)はベース板50に固定したガイド51とこのガイド上を摺動するガイドスライダ58とリニアガイド54の関係を示す断面図であり、図1(c)は図1(b)のZ視図である。なお、この実施例においてはリニアガイド54cがリニアガイド54b及びスライダ20を跨いでいるため高さが高くなっている。また、スライダ20上に搭載される加工対象は支柱(図示省略)などを介して固定される。

図2（ｄ）は図2（ａ）の矢印Ｂで示す部分の拡大平面図、図2（ｅ）は図2（ｄ）のＢ−Ｂ断面図で、リニアガイド54ｂと、ガイドスライダ58ｄ及びガイド51ｄの関係を示している。図2（ｅ）に示すように、ガイド51ｄ上にガイドスライダ58ｄに形成された凹部が摺動可能にはめ込まれ、その上部には回動部材60を介してリニアガイドが取り付けられている。なお、スペーサ61はリニアガイド54ｃの両端を支持するために用いられリニアガイド54b及びスライダ20を跨いで取り付けるためのものである。

上述の構成によれば、スケールのＸ方向の位置をヘッド52ａ，52ｂとスケール53ａ，53ｂで構成されるリニアエンコーダで読み取ることができ、また、Ｙ方向の位置をヘッド52ｃとスケール53ｃで構成されるリニアエンコーダで読み取ることができる。また、丸孔を基準としてリニアガイドが回動するとすれば、スケールの位置誤差はCos誤差のみとなり僅かな誤差しか影響を与えない構成を得ることが出来る。

また、干渉計を用いた従来の平面モータではレーザ光を遮光しやすい欠点があるが、リニアエンコーダでは遮光を気にする必要がなく、測長が途切れないので、原点復帰を行う回数が少なくなり、復旧時間が短縮するのでユーザでの稼働時間が効率的になる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

４ＸＹサーボドライバ
１０格子プラテン
１１Ｘ軸ミラー
１２Ｙ軸ミラー
２０スライダ
２０ａスティ
２０ｂブロック
２０ｃブラケット
２１浮揚手段
３１第１Ｘ軸センサ
３２第２Ｘ軸センサ
３３Ｙ軸センサ
４１座標変換手段
４２第１Ｘ軸ドライバ
４３第２Ｘ軸ドライバ
４４Ｙ軸ドライバ
５０ベース板
５１ガイド
５２ヘッド
５３スケール
５４リニアガイド
５５ねじ
５６楕円孔
５８ガイドスライダ

Claims

プラテン上に載置され該プラテン上をＸ−Ｙ方向に駆動可能に構成されたスライダを有する平面モータにおいて、前記スライダの位置検出手段として前記スライダに固定したヘッドと前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置されたスケールからなるリニアエンコーダを用いたことを特徴とする平面モータ。
前記スケールは前記スライダが駆動されるＸ−Ｙ方向に配置された直線状のリニアガイドに固定され、前記リニアガイドの両端は前記プラテンが載置されるベース板に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
前記リニアガイドはガイドスライダを介してガイドに摺動可能に固定されたことを特徴とする請求項２に記載の平面モータ。
前記ガイドスライダに固定されたリニアガイドの一端は、Ｚ軸回りに回動可能に固定されたことを特徴とする。
前記リニアガイドの他端は楕円孔を介して前記ガイドスライダに固定されたことを特徴とする請求項２または３に記載の平面モータ。
前記スケールは３本用い前記スライダが駆動されるＸ(またはＹ)方向の側面に対向して一対配置され、前記Ｙ(またはＸ)方向に１本配置するとともに該Ｙ(またはＸ)方向に配置した一本はスライダの中心を通るように配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。