JP3278067B2 - 静電浮上リニアモータの案内支持機構 - Google Patents
静電浮上リニアモータの案内支持機構Info
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- JP3278067B2 JP3278067B2 JP17388191A JP17388191A JP3278067B2 JP 3278067 B2 JP3278067 B2 JP 3278067B2 JP 17388191 A JP17388191 A JP 17388191A JP 17388191 A JP17388191 A JP 17388191A JP 3278067 B2 JP3278067 B2 JP 3278067B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば可動子と固定子
の微小空隙の変化を同一面上で検出できることにより、
高い運動精度を可能とした静電浮上リニアモータの案内
支持機構に関する。
の微小空隙の変化を同一面上で検出できることにより、
高い運動精度を可能とした静電浮上リニアモータの案内
支持機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば図４に斜視図でその構造を
示すような直線案内機構方式がある［これを、「従来例
」とする］。この従来例は、固定子１の表面に軸方
向Ａ←→Ａ′への駆動力を発生する駆動電源２と可動子
４を非接触に支持する浮上電極３を複数個被膜し、固定
子１に対向する可動子４表面にそれぞれ駆動電極５と浮
上電極６を被膜する。図５は固定子１の平面状態を表
し、図６は可動子４の平面状態を示した図である。可動
子４の浮上電極６と固定子１の浮上電極３との間に電圧
を印加することにより、非接触に支持された状態でＸ方
向へ移動する。浮上電極３、浮上電極６間の微小空隙を
検出する変位センサ７は外部より、例えば可動子４に被
膜した金属膜を反射面であるセンサターゲット８として
光学的に位置検出する。変位センサ７の原点の調整を回
転ステージ９のθz 方向の回転と、傾斜ステージ10のθ
x,θy 方向の傾斜と、直進ステージ11のＺ方向の直進な
どからなるアライメント(alignment) 機構により、可動
子４と固定子１の面を合わせることにより行う。変位セ
ンサ７の信号を検出しながら直進ステージ11により例え
ば20μｍ程度の微小空隙を与え、直流電圧を制御して可
動子４を浮上支持する。さらに、従来例として特開昭
63-253884 号公報がある。この従来例は小型静電マイ
クロモータであり、固定子および回転子は基板に形成さ
れ互いに直接あるいは潤滑フィルムを介して活動自在に
接触し、静電結合を最大化した手段である。
示すような直線案内機構方式がある［これを、「従来例
」とする］。この従来例は、固定子１の表面に軸方
向Ａ←→Ａ′への駆動力を発生する駆動電源２と可動子
４を非接触に支持する浮上電極３を複数個被膜し、固定
子１に対向する可動子４表面にそれぞれ駆動電極５と浮
上電極６を被膜する。図５は固定子１の平面状態を表
し、図６は可動子４の平面状態を示した図である。可動
子４の浮上電極６と固定子１の浮上電極３との間に電圧
を印加することにより、非接触に支持された状態でＸ方
向へ移動する。浮上電極３、浮上電極６間の微小空隙を
検出する変位センサ７は外部より、例えば可動子４に被
膜した金属膜を反射面であるセンサターゲット８として
光学的に位置検出する。変位センサ７の原点の調整を回
転ステージ９のθz 方向の回転と、傾斜ステージ10のθ
x,θy 方向の傾斜と、直進ステージ11のＺ方向の直進な
どからなるアライメント(alignment) 機構により、可動
子４と固定子１の面を合わせることにより行う。変位セ
ンサ７の信号を検出しながら直進ステージ11により例え
ば20μｍ程度の微小空隙を与え、直流電圧を制御して可
動子４を浮上支持する。さらに、従来例として特開昭
63-253884 号公報がある。この従来例は小型静電マイ
クロモータであり、固定子および回転子は基板に形成さ
れ互いに直接あるいは潤滑フィルムを介して活動自在に
接触し、静電結合を最大化した手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その従
来例において外部から変位センサ７により可動子４と
固定子１間の空隙を検出するときには、図３に示す過程
により行う。まず、段階１として、図３(a) に表すよう
に変位センサ７の原点を決めるために、可動子４と固定
子１の表面をアライメント機構で調節して面合わせを行
う。次に、段階２として図３(b) に示すようにＺ方向の
微動機構の直進ステージ11により微小空隙を与える。微
小空隙の変位量は外部からの変位センサ７で検出し、任
意の微小空隙を与えることができる。この際の変位量の
精度は、アライメント機構による面合わせの精度に異存
する。変位センサ７の原点の精度も、同様である。この
ために、微小空隙に両者の誤差が累積する。また、アラ
イメント機構を配置するために可動子４自体の大きさも
小形化に制限がある。また、従来例では回転子および
固定子の一側表面に選択的に電圧を印加する各々の誘電
起動ランドに堆積した絶縁相が支承面を形成して、滑動
あるいは回動自在にして位置決めしそれを維持する技術
であるから、本発明が解決しようとする意図とは離れた
手段である。ここにおいて、本発明は、変位センサの原
点のアライメント精度が電極間の微小空隙累積誤差の因
となるので非接触支持用の電極を変位センサとしても適
用する静電浮上リニアモータの案内支持機構を提供する
ことを目的とする。
来例において外部から変位センサ７により可動子４と
固定子１間の空隙を検出するときには、図３に示す過程
により行う。まず、段階１として、図３(a) に表すよう
に変位センサ７の原点を決めるために、可動子４と固定
子１の表面をアライメント機構で調節して面合わせを行
う。次に、段階２として図３(b) に示すようにＺ方向の
微動機構の直進ステージ11により微小空隙を与える。微
小空隙の変位量は外部からの変位センサ７で検出し、任
意の微小空隙を与えることができる。この際の変位量の
精度は、アライメント機構による面合わせの精度に異存
する。変位センサ７の原点の精度も、同様である。この
ために、微小空隙に両者の誤差が累積する。また、アラ
イメント機構を配置するために可動子４自体の大きさも
小形化に制限がある。また、従来例では回転子および
固定子の一側表面に選択的に電圧を印加する各々の誘電
起動ランドに堆積した絶縁相が支承面を形成して、滑動
あるいは回動自在にして位置決めしそれを維持する技術
であるから、本発明が解決しようとする意図とは離れた
手段である。ここにおいて、本発明は、変位センサの原
点のアライメント精度が電極間の微小空隙累積誤差の因
となるので非接触支持用の電極を変位センサとしても適
用する静電浮上リニアモータの案内支持機構を提供する
ことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、吸引浮上させるために必要な直流電圧に
変位したキャパシタンスの変化を得る高周波電圧を重畳
するようにしており、。 つまり、本発明の静電浮上リ
ニアモータの案内支持機構は移動方向に直交した櫛歯状
の複数個の第１の駆動電極を第１の所定のピッチで配置
させ、それら第１の駆動電極の櫛歯の外側の四隅に第１
の浮上電極を配設した可動子を備え、可動子の移動方向
に直交してかつその移動行程に応じた櫛歯状の複数個の
第２の駆動電極を所定のピッチで配置させ、それら第２
の駆動電極の櫛歯の外側を四分した第２の浮上電極を配
設した固定子を具備し、第１および第２の浮上電極に直
流電圧を印加し制御して可動子を固定子と微小空隙を介
して対向し浮上支持させ、第１および第２の駆動電極に
電界を発生する電圧を印加して可動子を固定子に沿って
移動すると共に、第１および第２の浮上電極に印加する
直流電圧に重畳して高周波励起電圧を印加することで、
可動子と固定子間のキャパシタンスの変化から、微小空
隙の変化量の検出と浮上支持を１つの機構で行う手段で
あり、さらには、前記キャパシタンスの変化から微小空
隙の変化量の検出により得られた出力電圧の変化を、ハ
イパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを経由させ
て、可動子の位置検出を行う手段である。
め、本発明は、吸引浮上させるために必要な直流電圧に
変位したキャパシタンスの変化を得る高周波電圧を重畳
するようにしており、。 つまり、本発明の静電浮上リ
ニアモータの案内支持機構は移動方向に直交した櫛歯状
の複数個の第１の駆動電極を第１の所定のピッチで配置
させ、それら第１の駆動電極の櫛歯の外側の四隅に第１
の浮上電極を配設した可動子を備え、可動子の移動方向
に直交してかつその移動行程に応じた櫛歯状の複数個の
第２の駆動電極を所定のピッチで配置させ、それら第２
の駆動電極の櫛歯の外側を四分した第２の浮上電極を配
設した固定子を具備し、第１および第２の浮上電極に直
流電圧を印加し制御して可動子を固定子と微小空隙を介
して対向し浮上支持させ、第１および第２の駆動電極に
電界を発生する電圧を印加して可動子を固定子に沿って
移動すると共に、第１および第２の浮上電極に印加する
直流電圧に重畳して高周波励起電圧を印加することで、
可動子と固定子間のキャパシタンスの変化から、微小空
隙の変化量の検出と浮上支持を１つの機構で行う手段で
あり、さらには、前記キャパシタンスの変化から微小空
隙の変化量の検出により得られた出力電圧の変化を、ハ
イパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを経由させ
て、可動子の位置検出を行う手段である。
【０００５】
【作用】本発明はこのような手段をとっているので、浮
上支持面と位置検出面が同じ面にあることにより、従来
例にみられた複雑な構成と調整を必要とするアライメン
ト機構が不要となり、精密な位置検出が可能となること
から、高い運動精度を得ることができる。また、１つの
機構で２つの作業を可能にすることにより、微小な構造
の静電アクチュエータを製作できる。
上支持面と位置検出面が同じ面にあることにより、従来
例にみられた複雑な構成と調整を必要とするアライメン
ト機構が不要となり、精密な位置検出が可能となること
から、高い運動精度を得ることができる。また、１つの
機構で２つの作業を可能にすることにより、微小な構造
の静電アクチュエータを製作できる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例の構成につい
て説明する。全ての図面において、同一符号は同一もし
くは相当部材を表す。図１(a) は本発明の一実施例の全
体構造の要部を示す斜視図、図１(b) はその固定子の可
動子に対向する面の平面図、図１(c) は可動子の固定子
に対向する面の平面図である。絶縁性平板からなる固定
子１の表面に駆動電極２と浮上電極３を導電性金属でプ
リントあるいは蒸着で被膜する。駆動電極２は可動子４
の移動方向Ａ←→Ａ′に対し直交する方向に櫛歯状で所
定の第１のピッチで複数個の櫛歯が並び加電端２a から
リ−ド線２b で各櫛歯が導電位になるように接続する。
浮上電極３は駆動電極２の外側で移動方向Ａ←→Ａ′に
沿って四つのやや長めの帯状形をなし、それぞれの加電
端３a から直流電圧が印加される。同様に絶縁性平板か
らなる可動子４の表面に駆動電極５と浮上電極６を導電
性金属でプリントあるいは蒸着で被膜する。駆動電極５
は可動子４の移動方向Ａ←→Ａ′に対し直交する方向に
櫛歯状で所定の第２のピッチで複数個の櫛歯が並び加電
端５a からリ−ド線５b で各櫛歯が導電位になるように
接続する。浮上電極６は駆動電極５の外側で移動方向Ａ
←→Ａ′に沿って四隅に４個の矩形をなして配設され、
リ−ド線６b で各浮上駆動電極５が導電位になるように
接続し、加電端６a から直流電圧が印加される。浮上電
極３，６間の微小空隙を直流電圧を制御することにより
支持し、駆動電極２，５間に移動電圧を印加することで
軸方向のＡ←→Ａ′に沿った移動を行う。ところで、本
発明の要旨とするところは、この静電アクチュエータに
おける浮上電極３，６間に高周波励起電圧を先の直流電
圧の浮上用電圧［以下、『浮上制御電圧』という］に重
畳して、可動子４の固定子１に対する位置を検出する手
段にすることにある。すなわち、固定子１と可動子４間
の微小空隙の変化から両者間のキャパシタンスが変り、
その変化量を高周波励起電圧の関数として導出してその
値を一定に調整して、微小空隙を変位センサなしで制御
するにある。浮上電極３，６間の詳細な説明をすれば、
次のとおりである。
て説明する。全ての図面において、同一符号は同一もし
くは相当部材を表す。図１(a) は本発明の一実施例の全
体構造の要部を示す斜視図、図１(b) はその固定子の可
動子に対向する面の平面図、図１(c) は可動子の固定子
に対向する面の平面図である。絶縁性平板からなる固定
子１の表面に駆動電極２と浮上電極３を導電性金属でプ
リントあるいは蒸着で被膜する。駆動電極２は可動子４
の移動方向Ａ←→Ａ′に対し直交する方向に櫛歯状で所
定の第１のピッチで複数個の櫛歯が並び加電端２a から
リ−ド線２b で各櫛歯が導電位になるように接続する。
浮上電極３は駆動電極２の外側で移動方向Ａ←→Ａ′に
沿って四つのやや長めの帯状形をなし、それぞれの加電
端３a から直流電圧が印加される。同様に絶縁性平板か
らなる可動子４の表面に駆動電極５と浮上電極６を導電
性金属でプリントあるいは蒸着で被膜する。駆動電極５
は可動子４の移動方向Ａ←→Ａ′に対し直交する方向に
櫛歯状で所定の第２のピッチで複数個の櫛歯が並び加電
端５a からリ−ド線５b で各櫛歯が導電位になるように
接続する。浮上電極６は駆動電極５の外側で移動方向Ａ
←→Ａ′に沿って四隅に４個の矩形をなして配設され、
リ−ド線６b で各浮上駆動電極５が導電位になるように
接続し、加電端６a から直流電圧が印加される。浮上電
極３，６間の微小空隙を直流電圧を制御することにより
支持し、駆動電極２，５間に移動電圧を印加することで
軸方向のＡ←→Ａ′に沿った移動を行う。ところで、本
発明の要旨とするところは、この静電アクチュエータに
おける浮上電極３，６間に高周波励起電圧を先の直流電
圧の浮上用電圧［以下、『浮上制御電圧』という］に重
畳して、可動子４の固定子１に対する位置を検出する手
段にすることにある。すなわち、固定子１と可動子４間
の微小空隙の変化から両者間のキャパシタンスが変り、
その変化量を高周波励起電圧の関数として導出してその
値を一定に調整して、微小空隙を変位センサなしで制御
するにある。浮上電極３，６間の詳細な説明をすれば、
次のとおりである。
【０００７】浮上電極３，６間の微小空隙をd0 、微小
空隙の誘電率をε、可動子４を支持するために必要な浮
上制御電圧Ｖ1 を微小空隙d0の関数として考えて浮上制
御電圧Ｖ1(d0)とし、それに重畳する高周波励起電圧を
Ｖ2sinωt を同時に印加したとき、浮上電極３，６間の
印加電圧Ｖ0は式(1) で表される。なお、Ｖ2 は高周波
励起電圧の振幅、ω＝２πｆでｆは周波数である。この
ときの静電エネルギＵを求める。 Ｖ0＝Ｖ1(d0)＋Ｖ2sinωt ……(1) Ｕ＝Ｖ02Ｃ(d0)／２ ……(2) ここで、固定子１と可動子４間のキャパシタンスＣ(d0)
は両者間の有効な電極面積をＳとし、次の(3)式で表
す。 Ｃ(d)＝εＳ／d0 ……(3) 浮上電極３，６間で発生する静電吸引力Ｆは静電エネル
ギＵを空隙d0で微分して(4)式のようになり、 Ｆ＝εＳＶ02／(２d02) ……(4) 先の式(1)をこの式(4)に代入し、展開すると Ｆ＝{εＳ／(２d02)}×{Ｖ12(d0)＋２Ｖ1(d0)Ｖ2sinωt ＋Ｖ22sin2ωt｝ ……(5) ここで、静電吸引力Ｆによる微小変位量をｘ、可動子４
の質量をｍ、重力加速度をｇ、加わる加速度をａとする
と、Ｆ−ｍｇ＝ｍａ の式が成り立つ。したがって、こ
の式を用いて、次のようにまず加速度ａを算出し、次い
でこの加速度を時間ｔにつき積分することにより速度ｖ
を求め、更にこの速度ｖを時間ｔにつき更に積分するこ
とにより、微小変位量ｘを求めることができる。
空隙の誘電率をε、可動子４を支持するために必要な浮
上制御電圧Ｖ1 を微小空隙d0の関数として考えて浮上制
御電圧Ｖ1(d0)とし、それに重畳する高周波励起電圧を
Ｖ2sinωt を同時に印加したとき、浮上電極３，６間の
印加電圧Ｖ0は式(1) で表される。なお、Ｖ2 は高周波
励起電圧の振幅、ω＝２πｆでｆは周波数である。この
ときの静電エネルギＵを求める。 Ｖ0＝Ｖ1(d0)＋Ｖ2sinωt ……(1) Ｕ＝Ｖ02Ｃ(d0)／２ ……(2) ここで、固定子１と可動子４間のキャパシタンスＣ(d0)
は両者間の有効な電極面積をＳとし、次の(3)式で表
す。 Ｃ(d)＝εＳ／d0 ……(3) 浮上電極３，６間で発生する静電吸引力Ｆは静電エネル
ギＵを空隙d0で微分して(4)式のようになり、 Ｆ＝εＳＶ02／(２d02) ……(4) 先の式(1)をこの式(4)に代入し、展開すると Ｆ＝{εＳ／(２d02)}×{Ｖ12(d0)＋２Ｖ1(d0)Ｖ2sinωt ＋Ｖ22sin2ωt｝ ……(5) ここで、静電吸引力Ｆによる微小変位量をｘ、可動子４
の質量をｍ、重力加速度をｇ、加わる加速度をａとする
と、Ｆ−ｍｇ＝ｍａ の式が成り立つ。したがって、こ
の式を用いて、次のようにまず加速度ａを算出し、次い
でこの加速度を時間ｔにつき積分することにより速度ｖ
を求め、更にこの速度ｖを時間ｔにつき更に積分するこ
とにより、微小変位量ｘを求めることができる。
【０００８】すなわち、
【数１】 上記（７）式において、Ｖ２はＶ１（d0）に比べて充分
に小さなものであり無視することができるので、結局、
微小変位量ｘは浮上制御電圧Ｖ１（d0）が分かれば求め
ることができることになる。ここで、浮上制御電圧Ｖ１
（d0）は、微小空隙d0の関数であり、且つ可動子重量と
平衡するように印加される。このため、アライメント機
構により可動子と固定子との間の距離を調節する際に、
目標位置に近づいた時点では、（７）式中の２番目のカ
ッコ内の値はゼロに近づき、したがって微小変位量ｘは
ゼロに整定される。
に小さなものであり無視することができるので、結局、
微小変位量ｘは浮上制御電圧Ｖ１（d0）が分かれば求め
ることができることになる。ここで、浮上制御電圧Ｖ１
（d0）は、微小空隙d0の関数であり、且つ可動子重量と
平衡するように印加される。このため、アライメント機
構により可動子と固定子との間の距離を調節する際に、
目標位置に近づいた時点では、（７）式中の２番目のカ
ッコ内の値はゼロに近づき、したがって微小変位量ｘは
ゼロに整定される。
【０００９】また、浮上電極間の微小空隙d0は、電極間
の微小空隙が変化する際、キャパシタンスＣが変化する
ことを利用して求めることができる。電極間をコンデン
サと考えた等価回路を図２に示す。図２において、浮上
制御電圧Ｖ1(d0)と高周波励起周波数電圧Ｖ2sinωｔが
加算器21で加算重畳され、印加電圧Ｖ0としてキャパシ
タンスＣの両電極間22に印加して、抵抗Ｒを経由して接
地28aして検出電圧Ｖ3の電位を調整し、検出電圧Ｖ3は
バンドパスフイルタ（ＢＰＦ）23を介して所用帯域に選
択されて、24で全波整流され、低周波を除去するために
ローパスフイルタ（ＬＰＦ）25を経て、比較器（演算増
幅器）26で比較され出力端29から電極間の微小空隙制御
電圧ｖnを出力する。この場合、検出電圧Ｖ3は式(9)で
表される。 Ｖ3＝{1/(jωＣ)}×Ｖ0／{(1/(jωＣ)＋Ｒ}＝[1/{(jωＣ) ＋１}]×Ｖ0 有理化を行い、絶対値をとると ｜Ｖ3｜＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×｜Ｖ0｜ ……(8) Ｖ3＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×{Ｖ1(t)＋Ｖ2sinωｔ} ……(9) ここで、浮上制御電圧Ｖ1(d0)の応答周波数に比べて、
空隙検出用の角周波数ωを十分大きくとり、適度なハイ
パスフィルタやバンドパスフィルタを通すと検出電圧Ｖ
3は次式(10)で表される。 Ｖ3＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×Ｖ2sinωｔ ……(10) この出力Ｖ3を全波整流し、ロ−パスフィルタＬＰＦを
通すことにより、微小空隙制御電圧ｖnを得ることがで
きる。したがって、この微小空隙制御電圧ｖnに基づき
キャパシタンスＣを求めることができ、更に、このキャ
パシタンスＣに基づき微小空隙ｄ0を求めることができ
る。従来は、この微小空隙d0を変位センサにより求めて
いたのである。このように、図２の構成によれば、浮上
制御電圧Ｖ1(d0)に、高周波励起電圧Ｖ2sinωｔを印加
することで浮上電極間のキャパシタンスＣを求めること
ができ、したがって、微小空隙d0を求めることができ
る。つまり、本発明によれば、浮上制御を行う際に、同
時に従来の変位センサ７の機能についても実行すること
ができるようになる。ここで、浮上制御電圧Ｖ1(d0)に
重畳する微小空隙検出用高周波励起電圧Ｖ2sinωtの周
波数ｆの値であるが、固定子１と可動子４並びにそれら
の浮上電極３，６と駆動電極２，５さらには浮上制御電
圧と駆動電圧などにより一概には決まらないけれども、
敢えてこの一実施例における経験則に基づき例示的な数
値として示せば、約１０キロヘルツ程度である。
の微小空隙が変化する際、キャパシタンスＣが変化する
ことを利用して求めることができる。電極間をコンデン
サと考えた等価回路を図２に示す。図２において、浮上
制御電圧Ｖ1(d0)と高周波励起周波数電圧Ｖ2sinωｔが
加算器21で加算重畳され、印加電圧Ｖ0としてキャパシ
タンスＣの両電極間22に印加して、抵抗Ｒを経由して接
地28aして検出電圧Ｖ3の電位を調整し、検出電圧Ｖ3は
バンドパスフイルタ（ＢＰＦ）23を介して所用帯域に選
択されて、24で全波整流され、低周波を除去するために
ローパスフイルタ（ＬＰＦ）25を経て、比較器（演算増
幅器）26で比較され出力端29から電極間の微小空隙制御
電圧ｖnを出力する。この場合、検出電圧Ｖ3は式(9)で
表される。 Ｖ3＝{1/(jωＣ)}×Ｖ0／{(1/(jωＣ)＋Ｒ}＝[1/{(jωＣ) ＋１}]×Ｖ0 有理化を行い、絶対値をとると ｜Ｖ3｜＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×｜Ｖ0｜ ……(8) Ｖ3＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×{Ｖ1(t)＋Ｖ2sinωｔ} ……(9) ここで、浮上制御電圧Ｖ1(d0)の応答周波数に比べて、
空隙検出用の角周波数ωを十分大きくとり、適度なハイ
パスフィルタやバンドパスフィルタを通すと検出電圧Ｖ
3は次式(10)で表される。 Ｖ3＝[１／{(1−Ｒ2ω2Ｃ2)1/2}]×Ｖ2sinωｔ ……(10) この出力Ｖ3を全波整流し、ロ−パスフィルタＬＰＦを
通すことにより、微小空隙制御電圧ｖnを得ることがで
きる。したがって、この微小空隙制御電圧ｖnに基づき
キャパシタンスＣを求めることができ、更に、このキャ
パシタンスＣに基づき微小空隙ｄ0を求めることができ
る。従来は、この微小空隙d0を変位センサにより求めて
いたのである。このように、図２の構成によれば、浮上
制御電圧Ｖ1(d0)に、高周波励起電圧Ｖ2sinωｔを印加
することで浮上電極間のキャパシタンスＣを求めること
ができ、したがって、微小空隙d0を求めることができ
る。つまり、本発明によれば、浮上制御を行う際に、同
時に従来の変位センサ７の機能についても実行すること
ができるようになる。ここで、浮上制御電圧Ｖ1(d0)に
重畳する微小空隙検出用高周波励起電圧Ｖ2sinωtの周
波数ｆの値であるが、固定子１と可動子４並びにそれら
の浮上電極３，６と駆動電極２，５さらには浮上制御電
圧と駆動電圧などにより一概には決まらないけれども、
敢えてこの一実施例における経験則に基づき例示的な数
値として示せば、約１０キロヘルツ程度である。
【００１０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば静電
吸引力を利用した非接触支持機構を用いた静電アクチュ
エータにおいて、支持電極面を変位センサとしても共用
し、同一面にすることにより高精度な位置検出ができ
る。１つの機構で２つの機能を持たせることにより、従
来例にみられた複雑な変位センサ原点のアライメント機
構が全く不要となり、静電アクチュエータの著しい微小
化が可能となる。
吸引力を利用した非接触支持機構を用いた静電アクチュ
エータにおいて、支持電極面を変位センサとしても共用
し、同一面にすることにより高精度な位置検出ができ
る。１つの機構で２つの機能を持たせることにより、従
来例にみられた複雑な変位センサ原点のアライメント機
構が全く不要となり、静電アクチュエータの著しい微小
化が可能となる。
【図１】本発明の一実施例における要部の構成機構を表
す斜視図。
す斜視図。
【図２】本発明の一実施例の変位センサの回路構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図３】この種の静電支持機構［従来例］における変
位センサの原点の決定手段を表す説明図。
位センサの原点の決定手段を表す説明図。
【図４】従来例の構成機構を表す斜視図。
【図５】従来例のＡ−Ａ′に沿う断面による固定子平
面図。
面図。
【図６】従来例のＡ−Ａ′に沿う断面による可動子平
面図。
面図。
１ 固定子 ２ 固定子駆動電極 ３ 固定子浮上電極 ４ 可動子 ５ 可動子駆動電極 ６ 可動子浮上電極 ７ 変位センサ ８ センサターゲット ９ 回転ステージ 10 傾斜ステージ 11 直進ステージ 21 加算器 22 キャパシタンスＣの電極 23 バンドパスフィルタ（ＢＰＦ） 24 全波整流器 25 ローパスフィルタ（ＬＰＦ） 26 比較器（演算増幅器） 27 抵抗（抵抗値Ｒ） 28a ０電位（接地） 28b ０電位（接地） 29 微小空隙制御電圧ｖn の出力端 Ｃ(d0) 浮上電極３，６間のキャパシタンス（静電容
量） Ｓ 浮上電極３，６間の有効電極面積 d0 浮上電極３，６間の微小空隙 ε 浮上電極３，６間微小空隙の誘電率 ｘ 微小変位量 Ｖ0 浮上電極３，６間の印加電圧 Ｖ1(d0) 可動子４を支持するために必要な浮上用制御
電圧 Ｖ2sinωt 浮上用制御電圧に重畳する高周波励起電圧
で、角周波数ω＝２πｆでありｆは周波数、ｔは時間 Ｖ3 検出電圧 Ｆ 浮上電極３，６間の静電吸引力とし、Ｆ−ｍｇ＝ｍ
ａにおけるｍは質量、ａは加えられる加速度、ｇは重力
加速度 Ｕ 静電エネルギ
量） Ｓ 浮上電極３，６間の有効電極面積 d0 浮上電極３，６間の微小空隙 ε 浮上電極３，６間微小空隙の誘電率 ｘ 微小変位量 Ｖ0 浮上電極３，６間の印加電圧 Ｖ1(d0) 可動子４を支持するために必要な浮上用制御
電圧 Ｖ2sinωt 浮上用制御電圧に重畳する高周波励起電圧
で、角周波数ω＝２πｆでありｆは周波数、ｔは時間 Ｖ3 検出電圧 Ｆ 浮上電極３，６間の静電吸引力とし、Ｆ−ｍｇ＝ｍ
ａにおけるｍは質量、ａは加えられる加速度、ｇは重力
加速度 Ｕ 静電エネルギ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−95864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253884（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−12876（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65081（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27783（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−169277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 1/00 H02K 11/00 G01B 7/00 - 7/34 102
Claims (2)
- 【請求項１】移動方向に直交した櫛歯状の複数個の第１
の駆動電極を第１の所定のピッチで配置させ、それら第
１の駆動電極の櫛歯の外側の四隅に第１の浮上電極を配
設した可動子を備え、 可動子の移動方向に直交してかつその移動行程に応じた
櫛歯状の複数個の第２の駆動電極を所定のピッチで配置
させ、それら第２の駆動電極の櫛歯の外側を四分した第
２の浮上電極を配設した固定子を具備し、 第１および第２の浮上電極に直流電圧を印加し制御して
可動子を固定子と微小空隙を介して対向し浮上支持さ
せ、 第１および第２の駆動電極に電界を発生する電圧を印加
して可動子を固定子に沿って移動すると共に、 第１および第２の浮上電極に印加する直流電圧に重畳し
て高周波励起電圧を印加することで、可動子と固定子間
のキャパシタンスの変化から、微小空隙の変化量の検出
と浮上支持を１つの機構で行うことを特徴とする静電浮
上リニアモータの案内支持機構。 - 【請求項２】請求項１において、前記キャパシタンスの
変化から微小空隙の変化量の検出により得られた出力電
圧の変化を、ハイパスフィルタあるいはバンドパスフィ
ルタを経由させて、可動子の位置検出を行うことを特徴
とする静電浮上リニアモータの案内支持機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17388191A JP3278067B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 静電浮上リニアモータの案内支持機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17388191A JP3278067B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 静電浮上リニアモータの案内支持機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0522960A JPH0522960A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3278067B2 true JP3278067B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=15968848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17388191A Expired - Fee Related JP3278067B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 静電浮上リニアモータの案内支持機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3278067B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07257751A (ja) * | 1994-03-18 | 1995-10-09 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | 静電浮上搬送装置及びその静電浮上用電極 |
| US6541892B2 (en) * | 2001-01-16 | 2003-04-01 | Agilent Technologies, Inc. | Actuator with a flexure arrangement to accommodate a long range of motion |
| US7623142B2 (en) | 2004-09-14 | 2009-11-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Flexure |
| JP4742277B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2011-08-10 | 国立大学法人埼玉大学 | 等価容量型アクチュエータの駆動装置 |
| JP5047153B2 (ja) * | 2008-12-28 | 2012-10-10 | 国立大学法人埼玉大学 | 等価容量型アクチュエータの駆動装置及び駆動方法 |
| KR101319785B1 (ko) | 2013-03-18 | 2013-10-18 | 주식회사 야스 | 정전기 부상을 이용한 기판이송장치 |
| CN117674536B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-06-04 | 基合半导体（宁波）有限公司 | 对焦马达、对焦马达的闭环控制方法及摄像设备 |
-
1991
- 1991-07-15 JP JP17388191A patent/JP3278067B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0522960A (ja) | 1993-01-29 |
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