JP3793871B2 - Stage equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、FA機器の搬送システムなど、高速・高精度に位置決めすることが要求される用途に適するリニアモータを用いたステージ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、基板などの被加工物や被計測物などを、高速・高精度に位置決めすることが要求されているFA機器の搬送システム、例えばステージ装置などの用途においては、位置決め精度および応答性に優れたリニアモータが適用されている。従来のリニアモータをFA機器の搬送システムなどに用いた一般的な適用例としては、図5のようになっている。図5は従来のリニアモータをステージ装置に適用した例を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はX軸リニアモータの側面図であり、可動子と固定子の位置関係を表すために透視したものである。図において、10はZ軸リニアモータ、11はZ軸アクチュエータ、12はスライダ、13はガイドレール、14は移動ステージ、15は固定台、21はX軸リニアモータ、22は界磁ヨーク、23は永久磁石、24はヨークベース、25は電機子、26はコイル列、27はフレームである。ステージ装置は、固定台15上を紙面と垂直方向となるようなX軸方向に往復移動自在であるX軸リニアモータ21と、X軸リニアモータ21上をZ軸方向に往復移動自在であるZ軸リニアモータ10と、X軸リニアモータ21の上部に配設され、被加工物や被計測物などを載置するための移動ステージ14と、Z軸リニアモータ10側と固定台15側にそれぞれ設けたスライダ12とガイドレール13とよりなるリニアガイドで構成されている。このうち、一方のX軸リニアモータ21は、N極、S極の極性が交互に異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石23が2列の界磁ヨーク22の側面に直線状に並べて配置され、各々の界磁ヨーク22の間にヨークベース24を配設して固定子を構成している。また、X軸リニアモータ21は、永久磁石23の磁石列と磁気的空隙を介してコアレス型の電機子25を対向配置し、これを可動子としている。この電機子25は、平板状に成形してなる複数個のコイル列26を有すると共に、該コイル列26を図示しない金属や樹脂からなる芯金の両面に直線状に並べて配置し、図示しない樹脂モールドなどにより固定して一体化している。さらに、電機子25の上部には、その長手方向に沿ってステンレス製のフレーム27を設け、例えば、電機子の芯金(不図示)の一部をフレーム27に挿入して、電機子25とフレーム27を固定するようになっている。他方のZ軸リニアモータ10においては、Z軸アクチュエータ11を例えば、一般的に公知である円筒形状をした可動子と固定子からなる機構で構成し、X軸リニアモータ21がX軸方向に移動した際にも、独立してZ軸方向に自在に移動できるようになっている。このような構成において、図5は、Z軸アクチュエータ11の昇降位置を、X軸リニアモータ21の可動子であるコイル列26と固定子である永久磁石23とが高さ方向にちょうど重なる位置になるようした場合を示したものであるが、X軸リニアモータ21は、図示しない電源より各相のコイル列26に電流を印加すると、コイル列26には永久磁石23との電磁作用により、コイル列26と永久磁石23間の磁気的空隙部中に形成された磁界からコイル列26の長手方向に向かって電磁力が働いて推力を発生し、滑らかな直線移動を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、以下のような問題があった。
(1)図6は従来のX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最上部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)その側面図である。図7は従来のX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最下部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)その側面図である。なお、各図においてSはZ軸リニアモータの昇降ストロークを示している。図5に示すようにコイル列26と永久磁石23の形状は高さ方向に同等の大きさであるので、コイル列26が図6に示すようにZ軸の上方向に移動するとコイル列26が永久磁石23の上部からはみ出してしまう。また、コイル列26が図7に示すようにZ軸の下方向に移動するとコイル列26が永久磁石23の下部からはみ出してしまう。このため、コイル列26が永久磁石23からはみ出した分だけ、コイル列26に流れる駆動に寄与するコイル電流が低下するため、X軸リニアモータ21を例えば、Z軸アクチュエータ11によって昇降方向となるZ軸方向に昇降させながら、水平移動方向となるX軸方向に移動させる場合には、X軸リニアモータ21の推力が低下してしまうという問題があった。
(2)また、(1)において、X軸リニアモータ21を昇降させた場合に、ステンレス製のフレームが永久磁石に対向すると渦電流による粘性制動力が発生し、可動子の推力のロスにつながるという問題があった。
(3)また、X軸リニアモータ21においては、電機子5あるいはフレーム7に何の冷却対策も講じられていないため冷却性が悪い。そのため、コイル列6の温度上昇が大きいと、コイル列6で生じた熱がフレーム7を介して移動ステージ14に熱伝導した際、移動ステージ14が熱変形を起こして、ステージ装置全体の位置決め精度に影響を与えるという、問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、水平方向に移動させるリニアモータを、昇降移動機構を有するステージ装置などの用途に適用した場合に、渦電流による粘性制動力を発生することなく、可動子の推力低下を防止することができる、冷却性の良いリニアモータを用いたステージ装置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】
上記課題を解決するために、請求項1の本発明は、交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークより構成される固定子と、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介し、該磁石列の長手方向に向かって平行に対向配置したコイル列を有する電機子と該電機子を支持するためのセラミックよりなる絶縁体で構成されたフレームとより構成される可動子と、を備え、固定台に対して水平方向となるX軸方向に向かって往復移動自在となるように、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたX軸リニアモータと、前記X軸リニアモータのフレームの上部に設けられ 、被加工部物などを載置するための移動ステージと、前記固定台上の前記X軸リニアモータの両側に配置されると共に、前記移動ステージを該固定台に対して垂直方向となるZ軸方向に移動自在となるように設けてなるZ軸リニアモータと、前記Z軸リニアモータと前記固定台の間に設けたリニアガイドと、を備えたステージ装置において、前記永久磁石は、該磁石列が配置される長手方向と直交する方向の長さを、前記コイル列の電機子の長手方向と直交する方向の長さより大きくしてあり、前記フレームは、内部に冷却ジャケットを有していることを特徴とするステージ装置としたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例によるリニアモータをステージ装置に適用した例を示す正面図である。なお、本発明が従来と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、1はX軸リニアモータ、2は界磁ヨーク、3は永久磁石、4はヨークベース、5は電機子、6はコイル列、7はフレームである。
本発明が従来と異なる点は、以下のとおりである。
X軸リニアモータ1における永久磁石3は、その磁石列が配置される長手方向と直交する方向の長さを、コイル列6の電機子5の長手方向と直交する方向の長さより大きくした点である。また、フレーム7を絶縁体によって構成してあり、特に絶縁体にセラミックを用いると好ましい。
【0006】
図2は本発明の第1の実施例によるX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最上部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)その側面図である。図3は本発明の第1の実施例によるX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最下部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)その側面図である。なお、各図においてSはZ軸リニアモータの昇降ストロークを示しておる。
第1の実施例は、X軸リニアモータ1の永久磁石3は、その磁石列が配置される長手方向と直交する方向の長さが、コイル列6の電機子5の長手方向と直交する方向の長さより大きくしてあるため、図2に示すように可動子のコイル列6が多少Z軸の上方向に移動しても、コイル列6が永久磁石3の上部からはみ出してしまうことはない。また、図3に示すようにコイル列6が多少Z軸の下方向に移動してもコイル列6が永久磁石3の下部からはみ出してしまうこともない。このため、コイル列6が永久磁石3からはみ出さないため、コイル列6に流れる駆動に寄与するコイル電流が低下することはない。このような水平方向に移動させるX軸リニアモータを、昇降移動機構を有するステージ装置などと組み合わせてZ軸方向に昇降させながら水平移動させると、X軸リニアモータ1の推力を低下することなく、高精度に移動させることができる。また、フレーム7をセラミックからなる絶縁体によって構成したため、X軸リニアモータ1を昇降させた場合に、セラミック製のフレーム7が永久磁石3にかかっても渦電流による粘性制動力が発生することなく、可動子の推力低下を防ぐことができる。
【0007】
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
図4は本発明の第2の実施例によるX軸リニアモータの正面図である。
第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、フレーム9の内部に冷却ジャケット8を設け、図示しない冷媒供給装置から冷却ジャケット8に冷媒を供給するようにしたものである。この際、可動子を駆動させるためのコイル電流がコイル列6に流れると、コイル列6は内部抵抗により発熱を起こすが、コイル列6で発生した熱は、コイル列6を保持する芯金(不図示)を介してフレーム7に伝熱した後、冷却ジャケット8の内部を循環する冷媒によって熱交換される。よって、冷却ジャケット8により、電機子5全体の冷却性能を良好にすることができる。そして、フレーム7で効率的に熱交換されるため、移動ステージ14の熱変形を防ぐことができ、ステージ装置全体の位置決め精度への影響を防止することができる。
【0008】
なお、本実施例では、リニアモータの電機子を可動子に、界磁極を固定子とした構成を例にとり説明したが、リニアモータの電機子を固定子に、界磁極を可動子とした構成にしても構わない。また、本実施例では、電機子コイルのコイル列が2列の例を用いて説明したが、コイル列が3列構造のものでも良く、その際、コイル列数と相数の組合せが限定されるものでない。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、以下の効果がある。
(1)第1の実施例は、X軸リニアモータの永久磁石は、その磁石列が配置される長手方向と直交する方向の長さが、コイル列の電機子の長手方向と直交する方向の長さより大きくしてあるため、可動子のコイル列が固定子に対して多少、上下方向に移動しても、コイル列が永久磁石の上部あるいは下部の位置からはみ出してしまうことはなく、コイル列に流れる駆動に寄与するコイル電流の低下を防止することができる。このような水平方向に移動させるX軸リニアモータを、昇降移動機構を有するステージ装置などと組み合わせてZ軸方向に昇降させながら、水平移動させるとX軸リニアモータの推力を低下することなく、高精度に移動させることができる。また、フレームをセラミックからなる絶縁体によって構成したため、X軸リニアモータを昇降させた場合に、セラミック製のフレームが永久磁石にかかっても渦電流による粘性制動力が発生することなく、可動子の推力低下を防ぐことができる。
(2)第2の実施例は、フレームの内部に冷媒を供給し熱交換する冷却ジャケットを設けたため、コイル列で発生した熱がコイル列を保持する芯金を介してフレームに伝熱した後、冷却ジャケットの内部を循環する冷媒によって熱交換され、電機子全体の冷却性能を良好にすることができる。そして、フレームで効率的に熱交換されるため、移動ステージの熱変形を防ぐことができ、ステージ装置全体の位置決め精度への影響を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるリニアモータをステージ装置に適用した例を示す正面図である。
【図2】本発明の第1の実施例によるX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最上部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【図3】本発明の第1の実施例によるX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最下部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【図4】本発明の第2の実施例によるX軸リニアモータの正面図である。
【図5】従来のリニアモータをステージ装置に適用した例を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はX軸リニアモータの側面図であり、可動子と固定子の位置関係を表すために透視したものである。
【図6】従来のX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最上部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【図7】従来のX軸リニアモータの可動子が固定子に対して最下部の位置に昇降移動した際の状態を示すものであって、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【符号の説明】
1 X軸リニアモータ(本発明のリニアモータ)
2 界磁ヨーク
3 永久磁石
4 ヨークベース
5 電機子
6 コイル列
7 フレーム
8 冷却ジャケット
10 Z軸リニアモータ
11 Z軸アクチュエータ
12 スライダ
13 ガイドレール
14 移動ステージ
15 固定台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stage apparatus using a linear motor suitable for applications requiring positioning at high speed and high accuracy, such as a transport system for FA equipment.
[0002]
[Prior art]
In general, it is excellent in positioning accuracy and responsiveness in applications such as a transfer system of FA equipment that requires high-speed and high-precision positioning of workpieces and workpieces such as substrates. A linear motor is applied. FIG. 5 shows a general application example in which a conventional linear motor is used for a transport system of an FA device. 5A and 5B show an example in which a conventional linear motor is applied to a stage device, where FIG. 5A is a front view thereof, FIG. 5B is a side view of an X-axis linear motor, and positions of a mover and a stator. It is seen through to show the relationship. In the figure, 10 is a Z-axis linear motor, 11 is a Z-axis actuator, 12 is a slider, 13 is a guide rail, 14 is a moving stage, 15 is a fixed base, 21 is an X-axis linear motor, 22 is a field yoke, and 23 is A permanent magnet, 24 is a yoke base, 25 is an armature, 26 is a coil array, and 27 is a frame. The stage device includes an X-axis
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
(1) FIG. 6 shows a state when the mover of the conventional X-axis linear motor is moved up and down to the uppermost position with respect to the stator, (a) is a front view thereof, (b). It is the side view. FIGS. 7A and 7B show a state when the mover of the conventional X-axis linear motor is moved up and down to the lowest position with respect to the stator. FIG. 7A is a front view thereof, and FIG. 7B is a side view thereof. It is. In addition, in each figure, S has shown the raising / lowering stroke of the Z-axis linear motor. As shown in FIG. 5, the shape of the
(2) Also, in (1), when the X-axis
(3) Further, the X-axis
The present invention has been made to solve the above problems, and generates a viscous braking force due to an eddy current when a linear motor that moves in the horizontal direction is applied to a stage device having an up-and-down moving mechanism. It is an object of the present invention to provide a stage apparatus using a linear motor with good cooling performance, which can prevent a decrease in thrust of the mover without doing so.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention of
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view showing an example in which the linear motor according to the first embodiment of the present invention is applied to a stage apparatus. In addition, about the same component as this invention, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted, and only a different point is demonstrated.
In the figure, 1 is an X-axis linear motor, 2 is a field yoke, 3 is a permanent magnet, 4 is a yoke base, 5 is an armature, 6 is a coil array, and 7 is a frame.
The present invention is different from the prior art as follows.
The
[0006]
FIG. 2 shows a state when the mover of the X-axis linear motor according to the first embodiment of the present invention moves up and down to the uppermost position with respect to the stator, and (a) is a front view thereof. (B) is a side view thereof. FIG. 3 shows a state when the mover of the X-axis linear motor according to the first embodiment of the present invention moves up and down to the lowest position with respect to the stator, and (a) is a front view thereof. (B) is a side view thereof. In addition, in each figure, S has shown the raising / lowering stroke of the Z-axis linear motor.
In the first embodiment, the
[0007]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a front view of an X-axis linear motor according to a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in that a cooling jacket 8 is provided inside the frame 9 and refrigerant is supplied to the cooling jacket 8 from a refrigerant supply device (not shown). At this time, when a coil current for driving the mover flows through the
[0008]
In this embodiment, the armature of the linear motor is used as a mover and the field pole is used as a stator. However, the armature of the linear motor is used as a stator and the field pole is used as a mover. It doesn't matter. In the present embodiment, the armature coil has been described using an example in which the number of coil arrays is two. However, the structure of the coil arrays may be three, and the combination of the number of coils and the number of phases is limited. It is not something.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) In the first embodiment, the permanent magnet of the X-axis linear motor has a length in a direction perpendicular to the longitudinal direction in which the magnet row is arranged, in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the armature of the coil row. Since it is larger than the length, even if the coil array of the mover moves slightly up and down with respect to the stator, the coil array does not protrude from the upper or lower position of the permanent magnet. It is possible to prevent a decrease in coil current that contributes to driving that flows through the coil. Such an X-axis linear motor that moves in the horizontal direction is combined with a stage device that has a lifting and lowering mechanism, and is moved up and down in the Z-axis direction while moving horizontally, without reducing the thrust of the X-axis linear motor. It can be moved with accuracy. In addition, since the frame is made of an insulator made of ceramic, when the X-axis linear motor is moved up and down, even if the ceramic frame is applied to the permanent magnet, viscous braking force due to eddy current is not generated, and the mover Thrust reduction can be prevented.
(2) In the second embodiment, since the cooling jacket for supplying heat and exchanging heat is provided inside the frame, the heat generated in the coil row is transferred to the frame through the cored bar holding the coil row. The heat exchange is performed by the refrigerant circulating inside the cooling jacket, so that the cooling performance of the entire armature can be improved. Since heat is efficiently exchanged by the frame, it is possible to prevent thermal deformation of the moving stage and to prevent influence on the positioning accuracy of the entire stage apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an example in which a linear motor according to a first embodiment of the present invention is applied to a stage apparatus.
FIG. 2 shows a state when the mover of the X-axis linear motor according to the first embodiment of the present invention is moved up and down to the uppermost position with respect to the stator, and (a) is a front view thereof. FIG. 2B is a side view thereof.
FIG. 3 shows a state when the mover of the X-axis linear motor according to the first embodiment of the present invention moves up and down to the lowest position with respect to the stator, and (a) shows the front surface thereof. FIG. 2B is a side view thereof.
FIG. 4 is a front view of an X-axis linear motor according to a second embodiment of the present invention.
5A and 5B show an example in which a conventional linear motor is applied to a stage device, in which FIG. 5A is a front view thereof, and FIG. 5B is a side view of an X-axis linear motor. This is seen through to show the positional relationship.
[6] Conventional X-axis linear motor movable elements there is shown a state in which the lift moves to the top position relative to the stator, (a) represents a front view thereof, (b) its It is a side view.
[7] be those conventional X-axis linear motor mover showing a state in which the lift moves to the bottom position relative to the stator, (a) represents a front view thereof, (b) its It is a side view.
[Explanation of symbols]
1 X-axis linear motor (linear motor of the present invention)
Claims (1)
前記X軸リニアモータのフレームの上部に設けられ、被加工部物などを載置するための移動ステージと、
前記固定台上の前記X軸リニアモータの両側に配置されると共に、前記移動ステージを該固定台に対して垂直方向となるZ軸方向に移動自在となるように設けてなるZ軸リニアモータと、
前記Z軸リニアモータと前記固定台の間に設けたリニアガイドと、
を備えたステージ装置において、
前記永久磁石は、該磁石列が配置される長手方向と直交する方向の長さを、前記コイル列の電機子の長手方向と直交する方向の長さより大きくしてあり、
前記フレームは、前記移動ステージの熱変形を防ぐように、内部に前記電機子のコイルで生じた熱を冷媒により熱交換する冷却ジャケットを有していることを特徴とするステージ装置。 And from configured stator field yoke that is arranged in a straight line a plurality of permanent magnets constituting the field pole so different polarities alternately, via the magnet array and the magnetic air gap of the permanent magnet, the magnet array toward the longitudinal and a more composed mover and frame made of an insulating material made of ceramic for supporting armature and said armature having a coil array that facing each of the fixed base An X-axis linear motor configured to travel relative to the field pole and the armature so as to be reciprocally movable in the X-axis direction that is horizontal with respect to
A moving stage provided on an upper part of the frame of the X-axis linear motor for placing a workpiece or the like;
A Z-axis linear motor which is arranged on both sides of the X-axis linear motor on the fixed base and is provided so as to be movable in the Z-axis direction which is perpendicular to the fixed base; ,
A linear guide provided between the Z-axis linear motor and the fixed base;
In a stage apparatus equipped with
The permanent magnet has a length in a direction orthogonal to the longitudinal direction in which the magnet array is arranged larger than a length in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the armature of the coil array,
The stage apparatus has a cooling jacket for exchanging heat generated by the coil of the armature with a refrigerant in the frame so as to prevent thermal deformation of the moving stage.
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