JP5345367B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置の駆動部等に利用されるリニアモータに関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００３−８８０８８号公報がある。この公報に記載されたリニアモータは、ステージ装置のベースに固定されると共に、互いに対向する第１の側壁部及び第２の側壁部と第１の側壁部及び第２の側壁部を連結する連結部とからなるコの字状のヨークと、第１の側壁部の内面に固定された第１のマグネット群と、第１のマグネット群に対向するように第２の側壁部の内面に固定された第２のマグネット群と、第１のマグネット群と第２のマグネット群との間に配置されると共に、ベース上を移動するステージに連結されたコイルユニットと、を備えている。このヨークが固定されるステージ装置のベースは、上方に開口した断面コの字形状をなしており、コの字状のヨークは、第１の側壁部の角部がベースの内側の隅部に突き当てられた状態でベースに固定されている。
特開２００３−８８０８８号公報

ところで、前述した従来のリニアモータでは、ステージ装置のベースにヨークを固定するにあたり、第１の側壁部の角部がベースの内側の隅部に突き当てられることで、ヨークの位置決めが行われる。このため、側壁部の対向方向（マグネット群の対向方向）におけるヨークの位置決め精度は、第１の側壁部の外側面の平面度及びベースの床面の平面度に大きく影響される。しかしながら、第１及び第２のマグネット群の間に生じる吸引力によって、第１及び第２の側壁部は内側に倒れこむように応力を受けるため、第１の側壁部の外側面の平面度が十分に確保されず、ヨークの位置決め精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、ヨークの位置決め精度の向上が図られるリニアモータを提供することを目的とする。

本発明は、構造物に固定されると共に、マグネット群を支持するヨークを有するリニアモータにおいて、ヨークは、一方の側面にマグネット群が固定されると共に、他方の側面が構造物に対向するサイドヨークを有し、サイドヨークの他方の側面には、他方の側面と構造物との間隔を大小に調整可能な間隔調整手段が設けられたことを特徴とする。

本発明のリニアモータによれば、ヨークを構造物に取り付けた後、間隔調整手段によりヨークと構造物との間隔を大小に調整することができる。その結果、サイドヨークの他方の側面の平面度や構造物のサイドヨークと対向する面の平面度に影響されないヨークの位置決めが可能になるので、ヨークの位置決め精度の向上が図られる。また、このリニアモータによれば、構造体に対して複数のヨークを連なって設けるにあたり、各ヨークと構造物との間隔を調整することで、マグネット間を移動する可動子の軌道と各ヨークのマグネット群の形成する磁路中心線とを揃えることができる。その結果、磁路中心線に沿った可動子のスムーズな移動が実現されるので、リニアモータの信頼性の向上が図られる。

また、複数の間隔調整手段は、それぞれ独立して間隔を大小に調整可能であると好適である。この場合、構造物のサイドヨークと対向する面に段差などがある場合においても、構造物に対してヨークを取り付けることができると共に、高精度なヨークの位置決めが可能になるので、リニアモータの汎用性を向上させることができる。

また、間隔調整手段は、サイドヨークの他方の側面から突出する軸部と、軸部に対して頭部が回転自在に取り付けられると共に、構造物の雌ネジ部に螺合される雄ネジ部と、を有すると好適である。このような構成によれば、頭部を回転させてネジ部の突出量を変えることにより、ヨークと構造物との間隔の調整が実現される。

本発明は、マグネットを支持するヨークを有するリニアモータを構造体に取り付けるためのリニアモータ取付け方法において、構造体に間隔調整手段を介してヨークを取り付ける取付け工程と、取付け工程後、間隔調整手段によってヨークと構造体との間隔を調整する間隔調整工程と、を備えることを特徴とする。このリニアモータ取付け方法によれば、構造物に対するヨークの平面度及びヨークに対する構造物の平面度に影響されないヨークの位置決めが可能になるので、ヨークの位置決め精度の向上が図られる。

本発明によれば、ヨークの位置決め精度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るリニアモータを備えたステージ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。また、図面に示すように、Ｘ軸及びＹ軸は水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ軸方向と定め、以下必要な場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いる。

図１及び図２に示すように、ステージ装置１は、ベース２のＸ軸方向における両側に配置された枠部３と、ベース２上に並設されてＹ軸方向に延在する一対の石定盤５と、石定盤５に沿ってＹ軸方向へ移動する可動ステージ６と、可動ステージ６の駆動部として機能する一対のリニアモータ７と、を備えている。

リニアモータ７は、可動ステージ６のＸ軸方向における外側でＹ軸方向に延在するヨーク１０と、可動ステージ６に連結されたコイルユニット２０とから構成されている。リニアモータ７の固定子として機能するヨーク１０は、枠部３の上端に形成されたヨーク収納部（構造物）８に配置されている。ヨーク収納部８は、段差のある底面８ａを有する底部８ｂと、Ｘ軸方向における外側で底面８ａからＺ軸方向に突出する側壁８ｃとからなる。ヨーク収納部８は、底部８ｂの底面８ａと側壁８ｃの側面８ｄとによって断面Ｌ字状に構成されている。

図２〜図４に示すように、ヨーク１０は、Ｙ軸方向に連なって複数設けられている。これらのヨーク１０は、ヨーク収納部８の側壁８ｃに沿って延在するベースヨーク１１と、Ｚ軸方向におけるベースヨーク１１の一方の端部からＸ軸方向に突出する板状の第１のサイドヨーク１２と、第１のサイドヨーク１２と対向するようにＺ軸方向におけるベースヨーク１１の他方の端部からＸ軸方向に突出する板状の第２のサイドヨーク１３とからなる。ヨーク１０は、ベースヨーク１１と、第１のサイドヨーク１２と、第２のサイドヨーク１３とによってコ字形状に構成されている。

第１のサイドヨーク１２のＸ軸方向における一方の端部は、ボルト１９によってベースヨーク１１の側面に固定されている。第１のサイドヨーク１２の他方の端部では、第１のサイドヨーク１２の内面（一方の側面）１２ａに一列の第１のマグネット群１４が固定されている。第１のマグネット群１４は、Ｙ軸方向でＮ極とＳ極とが交互になるようにマグネットが配列されている。

同様に、第２のサイドヨーク１３のＸ軸方向における一方の端部は、ボルト１９によってベースヨーク１１の側面に固定されている。第２のサイドヨーク１３の他方の端部では、第２のサイドヨーク１３の内面１３ａに一列の第２のマグネット群１５が固定されている。第２のマグネット群１５は、第１のマグネット群１４と対向するように配置されると共に、Ｙ軸方向でＮ極とＳ極とが交互になるようにマグネットが配列されている。

第１のマグネット群１４と第２のマグネット群１５とは、マグネットのＮ極とＳ極とが対向するように配置されており、第１のマグネット群１４と第２のマグネット群１５との間には、互いに引き合う吸引力が生じている。この吸引力によって、Ｘ軸方向における第２のサイドヨーク１３の他方の端部側（遊端側）は下方に倒れこみ変形している。

リニアモータ７の可動子として機能するコイルユニット２０は、Ｙ軸方向に連結された複数のコイル２０ｃがケースで覆われてなり、Ｘ軸方向における両端に拡張部２０ａ，２０ｂを有する板状の部材である。コイルユニット２０の一方の拡張部２０ａは、可動ステージ６に連結され、他方の拡張部２０ｂは、ヨーク１０内に収容されている。拡張部２０ｂの先端とベースヨーク１１の内面１１ｂとの間には、微小な隙間が形成されている。

また、コイルユニット２０は、第１のマグネット群１４と第２のマグネット群１５との間に配置されている。コイルユニット２０のコイル２０ｃは、第１のマグネット群１４と第２のマグネット群１５とのＮ極とＳ極のパターンに合わせて磁極が変化するように通電される。これによって、コイルユニット２０にヨーク１０に対する推力が発生し、コイルユニット２０すなわち可動ステージ６がＹ軸方向に移動する。このとき、コイルユニット２０は、Ｙ軸と平行な軌道を描いて移動する。

第１のサイドヨーク１２の外側面（他方の側面）１２ｂには、第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂとヨーク収納部８の底面８ａとの間隔Ｈを調整する間隔調整部３０が複数設けられている。間隔調整部３０は、Ｘ軸方向における外側面１２ｂの両方の端部にそれぞれ配置されると共に、Ｙ軸方向において所定の間隔で並べられている。これらの間隔調整部３０は、それぞれ独立して間隔Ｈを調整可能に構成されている。

図２及び図５に示すように、間隔調整部３０は、第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂからＺ軸方向に突出する略円柱状の軸部３１と、ヨーク収納部８に形成された雌ネジ部８ｅに螺合された六角ネジ部３２とを有している。

軸部３１の一端は、第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂ側に形成された圧入孔１２ｃに圧入されている。軸部３１の他端には、フランジ部３１ａが形成され、このフランジ部３１ａは、六角ネジ部３２の頭部３２ａの中央に形成された凹部３２ｂに入り込んでいる。

六角ネジ部３２の凹部３２ｂには、フランジ部３１ａを囲うように軸受部３３が設けられている。軸受部３３は、凹部３２ｂの底面と協働でフランジ部３１ａをＺ軸方向に挟み込まれている。六角ネジ部３２の頭部３２ａは、軸受部３３によって軸部３１に対して回転自在に取り付けられている。

この間隔調整部３０ｂによれば、頭部３２ａを右回転させて六角ネジ部３２をヨーク収納部８の底面８ａから突出させることにより、底面８ａと第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂとの間隔Ｈを大きくすることができる。また、頭部３２ａを左回転させて六角ネジ部３２をヨーク収納部８の底部８ｂ内に入れ込むことにより、ヨーク収納部８の底面８ａと第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂとの間隔Ｈを小さくすることができる。

以上のように構成されたリニアモータ７では、まず、ヨーク１０が間隔調整部３０を介してヨーク収納部８に取り付けられる。その後、間隔調整部３０により第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂとヨーク収納部８の底面８ａとの間隔Ｈを大小に調整することで、ヨーク収納部８に対してヨーク１０が位置決めされる。このようにして、リニアモータ７では、第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂの平面度やヨーク収納部８の底面８ａの平面度に影響されないヨーク１０の位置決めが可能となるので、ヨーク１０の位置決め精度の向上が図られる。また、このことは、第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂやヨーク収納部８の底面８ａに対する高精度な平面加工を不要にする。

また、このリニアモータ７では、間隔調整部３０によって、第１のサイドヨーク１２の一方の端部側（固定端側）における外側面１２ｂとヨーク収納部８の底面８ａとの間隔Ｈより第１のサイドヨーク１２の他方の端部側（遊端側）における外側面１２ｂと底面８ａとの間隔Ｈを大きくすることで、第１のマグネット群１４が固定された第１のサイドヨーク１２の他方の端部側を上方に倒れこみ変形させることができる。これによって、第１のマグネット群１４とコイルユニット２０との間隔Ｓ１と、第２のマグネット群１５とコイルユニット２０との間隔Ｓ２とを等しくすることができるので、コイルユニット２０のスムーズな移動が実現される。

また、図４に示すように、このリニアモータ７では、連なって設けられた複数のヨーク１０とヨーク収納部８との間隔Ｈをそれぞれ調整することにより、コイルユニット２０の軌道と各ヨーク１０における第１のマグネット群１４と第２のマグネット群１５との形成する磁路中心線Ｌとを揃えることが可能となる。

具体的には、まず、磁束密度を測定するガウスメータのセンサ部をコイルユニット２０のＹ軸方向における側面に取り付ける。その後、一対の石定盤５に沿って可動ステージ６をＹ軸方向に移動させると、可動ステージ６に連結されたコイルユニット２０がヨーク１０内を移動する。このとき、コイルユニット２０に取り付けられたセンサ部によって、コイルユニット２０の軌道に沿った磁束密度の変化が検出される。そして、検出されたコイルユニット２０の軌道に沿った磁束密度の変化が磁路中心線Ｌに沿った既定の磁束密度の変化に一致するようにヨーク１０とヨーク収納部８との間隔Ｈを調整する。このようにして、リニアモータ７では、コイルユニット２０の軌道と各ヨーク１０の磁路中心線Ｌとを揃えることができる。その結果、リニアモータ７では、磁路中心線Ｌに沿ったコイルユニット２０のスムーズな移動が実現されるので、リニアモータ７の信頼性の向上が図られる。

さらに、このリニアモータ７では、独立して調整可能な複数の間隔調整部３０を介することで、凹凸がある底面８ｅに対しても、ヨーク１０を取り付けることができると共に、間隔調整部３０によるヨーク１０の位置決めが可能になるので、リニアモータ７の汎用性を向上させることができる（図２参照）。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えばリニアモータ７は、ステージ装置などのベースに対して横向き（Ｘ軸方向）に配置されるのではなく、縦向き（Ｚ軸方向）に配置されていても良い。具体的には、ステージ装置１において、リニアモータ７は可動ステージ６の下方に配置され、可動ステージ６に上端が連結されたコイルユニット２０をＹ軸方向に駆動させることで、可動ステージ６を移動させる態様がある。

また、間隔調整部３０は、互いに逆ネジをなす雄ネジ部が両端に設けられた円柱形状をなしていても良い。この場合、間隔調整部３０の一端が第１のサイドヨーク１２の外側面１２ｂ側に形成された雌ネジ部に螺合され、他端がヨーク収納部８の雌ネジ部８ｅに螺合される。そして、この間隔調整部３０を回転させることで、ヨーク１０とヨーク収納部８との間隔の調整が実現される。

また、間隔調整部３０は、ヨーク収納部８が第２のサイドヨーク１３の外側面１３ｂとも対向する場合において、第２のサイドヨーク１３の外側面１３ｂとヨーク収納部８との間に設けられていても良い。また、間隔調整部３０における雄ネジ部の頭部は、六角形状のものに限られず、レンチ等により雄ネジ部を回転可能にする形状であれば良い。

また、コイルユニット２０の軌道と複数のヨーク１０の磁路中心線Ｌとを揃えるにあたり、ヨーク収納部８の底面８ａを基準として、コイルユニット２０の軌道の高さとヨーク１０の高さを測定してもよい。この場合、既知であるヨーク１０における磁路中心線Ｌの高さとコイルユニット２０の軌道とが等しくなるようにヨーク１０とヨーク収納部８の底面８ａとの間隔を調整することで、コイルユニット２０の軌道と複数のヨーク１０の磁路中心線Ｌとを揃えることが可能となる。

本発明に係るリニアモータを備えたステージ装置の一実施形態を示す断面図である。 リニアモータを示す断面図である。 リニアモータのヨークを示す斜視図である。 リニアモータのヨークを示す平面図である。 リニアモータの間隔調整部を示す断面図である。

符号の説明

１…ステージ装置、２…ベース、３…枠部、５…石定盤、６…可動ステージ、７…リニアモータ、１０…ヨーク、２０…コイルユニット、８…ヨーク収納部（構造物）、雌ネジ部…８ｅ、１１…ベースヨーク、１２…第１のサイドヨーク、１２ａ…内面（一方の側面）、１２ｂ…外側面（他方の側面）、１３…第２のサイドヨーク、１４…第１のマグネット群、１５…第２のマグネット群、２０ｃ…コイル、３０…間隔調整部、３１…軸部、３２…六角ネジ部（雄ネジ部）、頭部…３２ａ、Ｌ…磁路中心線、Ｓ１，Ｓ２…隙間、Ｈ…間隔。

Claims (4)

1. 互いに異なる磁極が対向するように配置された第１のマグネット群及び第２のマグネット群を支持すると共に、構造物に固定されるヨークを有するリニアモータにおいて、
   前記ヨークは、
   一方の側面に前記第１のマグネット群が固定されると共に、他方の側面が前記構造物に対向する第１のサイドヨークと、
   前記第２のマグネット群が固定される第２のサイドヨークと、
   前記第１のサイドヨークと前記第２のサイドヨークとが両端に固定されたベースヨークと、を有し、
   前記第１のサイドヨークの前記他方の側面には、前記他方の側面と前記構造物との間隔を大小に調整可能な間隔調整手段が複数設けられ、
   前記間隔調整手段は、前記第１のサイドヨークの前記ベースヨーク側と前記ベースヨークと反対の遊端側に少なくとも一つずつ設けられ、
   複数の前記間隔調整手段は、前記ヨークを前記構造物に取り付けた状態で、それぞれ独立して前記間隔を大小に調整可能であることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記間隔調整手段は、
   前記サイドヨークの前記他方の側面から突出する軸部と、
   前記軸部に対して頭部が回転自在に取り付けられると共に、前記サイドヨークの前記他方の側面雌ネジ部に螺合される雄ネジ部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 互いに異なる磁極が対向するように配置された第１のマグネット群及び第２のマグネット群を支持するヨークを有するリニアモータを構造体に取り付けるためのリニアモータ取付け方法において、
   一方の側面に前記第１のマグネット群が固定されると共に、他方の側面が前記構造物に対向する第１のサイドヨークと、前記第２のマグネット群が固定される第２のサイドヨークと、前記第１のサイドヨークと前記第２のサイドヨークとが両端に固定されたベースヨークと、を有する前記ヨークを、前記第１のサイドヨークの前記ベースヨーク側と前記ベースヨークと反対の遊端側に少なくとも一つずつ設けられた前記間隔調整手段を介して前記構造体に取り付ける取付け工程と、
   前記取付け工程後、前記間隔調整手段によって前記第１のサイドヨークの前記遊端側が前記第２のサイドヨークに向かって倒れ込むように前記ヨークと前記構造体との間隔を調整する間隔調整工程と、
   を備えることを特徴とするリニアモータ取付け方法。
4. 前記間隔調整工程では、前記第１のマグネット群及び前記第２のマグネット群の間における可動子の軌道に沿った磁束密度の変化を検出し、検出された前記可動子の軌道に沿った磁束密度の変化が磁路中心線に沿った既定の磁束密度の変化に一致するように前記ヨークと前記構造体との間隔を調整することを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ取付け方法。
   

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