JP6175613B2 - 円筒リニアモータ及びその位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒リニアモータ及びその位置検出方法に関し、特に、筒状可動子の内側に設けた固定位置検出軸のコイル又はヨーク等からなる位置検出部により、筒状可動子の移動位置を検出するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の円筒リニアモータの位置検出方法としては、例えば、特許文献１に示される構成を挙げることができる。
すなわち、図３に示されるように、図３は、本発明の一実施例に係るムービングマグネット型多相リニアモータを有するステージ装置の概略構成図である。なお、図３では、可動子の駆動範囲のうち一部分のみを示した。全駆動範囲での駆動方法は、後述する。図３のステージ装置は、４個のコイル４１〜４４を一直線上に並べたリニアモータコイル４を備えている。リニアモータコイル４はコイル支持部材３に支持されており、リニアモータコイル４を構成するコイルの並ぶ方向と平行に、一対のガイド２が設けられている。ガイド２には、テーブル天板１が静圧軸受け６を介して取り付けられており、テーブル天板１はガイド２によって前記コイルの並ぶ方向に自在に案内される。このように静圧軸受けを使用した位置決めテーブルでは、静圧軸受けの隙間を所定の値（数μｍ）に保つために予圧磁石１７を配置し、ガイド（磁性材）を吸収し予圧を与える。テーブル天板１には可動磁石５が取り付けられ、可動磁石５は前記コイルの並ぶ方向に永久磁石を極性を交互にして４対並べて構成されている。

また、ガイド２の側方には、テーブル天板１の位置を検出するリニアスケール等の位置検出器７が設けられている。特に、高精度な位置決め精度が必要な半導体露光装置等では、位置検出器としてレーザ測長器が使用される。位置検出器７からは、テーブルの移動方向に応じてアップ／ダウン信号が出力され、これをカウンタユニット１１に取り込んでカウントすることにより、テーブルの位置情報が得られる。しかし、テーブルの絶対位置を得るには、テーブルに取り付けた遮光板８を原点フォトスイッチ９が検出するまでテーブルを駆動し、その検出出力によりカウンタユニット１１を初期化させる必要がある。カウンタユニット１１は、位置情報をサーボコントローラ１２、相切り替えコントローラ１３、およびテーブル初期位置推定部１８に出力する。さらに、図１において、１４はＤ／Ａ変換器、１５はスイッチ、１６は電流アンプをそれぞれ示す。

特開２００３−２３５２９１号公報

従来の円筒リニアモータの位置検出方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、リニアモータの他に位置検出器（いわゆるリニアスケール）を設け、リニアモータによって送られる可動子側の動作及び位置を検出しなくてはならず、小型化の要求に対してはこの位置検出器の存在が大きい障害となっていた。
また、従来構成においては、リニアモータの外側へ別構成の検出器を設けているため、粉塵や油等が飛散する特殊環境においては適用が難しく、さらに、コストアップとなっていた。
また、ロータリエンコーダをリニアモータの位置検出に用いて場合には、運動の変換機構が必要となり、装置の小型化（省スペース）やメンテナンス性に問題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、筒状可動子の内側に設けた固定位置検出軸の内部サーチコイル又は内部サーチヨークにより、筒状可動子の移動位置を検出するようにした円筒リニアモータ及びその位置検出方法を提供することを目的とする。

本発明による円筒リニアモータは、両端が固定された固定位置検出軸と、前記固定位置検出軸の外周側に同軸配置された筒状可動子と、前記筒状可動子の外周に設けられた多数の磁石と、前記筒状可動子の外周に軸受を介して設けられた筒状固定子と、前記筒状固定子の内周側に設けられたコア及び励磁コイルと、を備え、前記励磁コイルへの励磁により前記磁石を介して前記筒状可動子を前記固定位置検出軸に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、前記固定位置検出軸に設けられ磁性材料よりなる位置検出部を有し、前記筒状可動子の移動を前記位置検出部によって磁気的に検出するようにした構成であり、また、前記位置検出部は、コイル又はヨークからなる構成であり、また、本発明による円筒リニアモータの位置検出方法は、両端が固定された固定位置検出軸と、前記固定位置検出軸の外周側に同軸配置された筒状可動子と、前記筒状可動子の外周に設けられた多数の磁石と、前記筒状可動子の外周に軸受を介して設けられた筒状固定子と、前記筒状固定子の内周側に設けられたコア及び励磁コイルと、を備え、前記励磁コイルへの励磁により前記磁石を介して前記筒状可動子を前記固定位置検出軸に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、前記固定位置検出軸に設けられ磁性材料よりなる位置検出部を有し、前記筒状可動子の移動を前記位置検出部によって磁気的に検出する方法であり、また、前記位置検出部は、コイル又はヨークからなる方法である。

本発明による円筒リニアモータ及びその位置検出方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、両端が固定された固定位置検出軸と、前記固定位置検出軸の外周側に同軸配置された筒状可動子と、前記筒状可動子の外周に設けられた多数の磁石と、前記筒状可動子の外周に軸受を介して設けられた筒状固定子と、前記筒状固定子の内周側に設けられたコア及び励磁コイルと、を備え、前記励磁コイルへの励磁により前記磁石を介して前記筒状可動子を前記固定位置検出軸に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、前記固定位置検出軸に設けられ磁性材料よりなる位置検出部を有し、前記筒状可動子の移動を前記位置検出部によって磁気的に検出するように構成したことにより、特殊環境（粉塵、油等）下においても、検出部がリニアモータ内に内設されているため、安全に位置検出ができると共に、全体形状が小型化され、省スペース化及び高信頼性化が達成できる。
また、前記位置検出部は、コイル又はヨークからなることにより、小型で簡単な位置検出部を形成することができる。

本発明による円筒リニアモータを示す断面図である。 図１の要部を示す拡大断面図である。 従来の円筒リニアモータの位置検出方法を示す構成図である。

本発明は、筒状可動子の内側に設けた固定位置検出軸のコイル又はヨーク等からなる位置検出部により、筒状可動子の移動位置を検出することである。

以下、図面と共に本発明による円筒リニアモータ及びその位置検出方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図１において、符号２０で示されるものは、装置等の一対の固定側であり、各固定側２０間には、長手直線形状の固定位置検出軸２１が固定されている。
前記固定位置検出軸２１の外周位置には、これと同軸状に筒状可動子２２が軸方向Ａに沿って左右に移動できるように構成されている。

前記筒状可動子２２の外周面２２ａには、所定の長さ範囲内において多数の筒状の磁石５が軸方向Ａに沿って積層されており、各磁石５は周知のように互いに９０度着磁方向を変える方式（周知のハルバッハの原理）で構成されているが、この構造は、トルクアップの構造として周知である（例えば、特開２００８−３０６８３６号公報に開示）。尚、前記磁石５の配列構造は、図１の構造に限ることなく、周知の他の構造を採用することもできる。

前記各磁石５を有する前記筒状可動２２は、筒状ケース２５の両端の端栓２５ａの一対の軸受２３,２４により軸方向Ａに沿って左右に直動できるように構成され、前記筒状ケース２５の内周面２５ｂには筒状固定子２６が設けられている。

すなわち、前記筒状固定子２６は、前記軸方向Ａに沿って積層された多数の輪状のコア２７と、前記コア２７の内側に形成された切欠き２８内に設けられた励磁コイル４とから構成され、前記筒状固定子２６の軸方向Ａに沿う長さＬ_１は、前記軸方向Ａに沿って積層された磁石５の長さＬ_２の約２倍に設定されている。

前述の構成において、前記固定位置検出軸２１の前記磁石５及び励磁コイル４に対応する位置には、その外周面２１ａに互いに間隔を置いて設けられた一対の筒状をなす第１、第２位置検出部７,７ａが配設されている。
前記各位置検出部７,７ａは、検出コイル又は検出ヨーク等からなり、前記筒状可動子２２の軸方向Ａに沿う移動を磁気作用によって検出し、各位置検出部７,７ａに前記磁石５が対応した状態を位置検出することができるように構成されている。
従って、前記各位置検出部７,７ａは前記固定位置検出軸２１の輪状の第１、第２凹部７Ａ，７Ｂ内に設けられ、その外周面７ｂ，７ａＡは、前記外周面２１ａと同一面、すなわち、面一状に形成されていると共に、円筒リニアモータ３０の筒状ケース２５内に内蔵することができ、図示していないが、各位置検出部７,７ａからの検出信号は、固定位置検出軸２１内を経てリード線を介して外部に出すことができる。

尚、前述の本発明による円筒リニアモータの要旨をまとめると、以下の通りである。
すなわち、両端が固定された固定位置検出軸２１と、前記固定位置検出軸２１の外周側に同軸配置された筒状可動子２２と、前記筒状可動子２２の外周に設けられた多数の磁石５と、前記筒状可動子２２の外周に軸受２３,２４を介して設けられた筒状固定子２６と、前記筒状固定子２６の内周側に設けられたコア２７及び励磁コイル４と、を備え、前記励磁コイル４への励磁により前記磁石５を介して前記筒状可動子２２を前記固定位置検出軸２１に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、前記固定位置検出軸２１に設けられ磁性材料よりなる位置検出部７,７ａを有し、前記筒状可動子２２の移動を前記位置検出部７，７ａによって磁気的に検出するようにした構成であり、また、前記位置検出部７,７ａは、コイル又はヨークからなる構成である。

本発明による円筒リニアモータ及びその位置検出方法は、位置検出部が筒状ケース内に内蔵されているため、リニアモータだけでなく、ＬＶＤＴ及びアウタロータ型モータ等に応用することができる。

４ 励磁コイル
５ 磁石
７ 第１位置検出部
７ａ 第２位置検出部
７Ａ 第１凹部
７Ｂ 第２凹部
７ｂ 外周面
７ａＡ 外周面
２０ 固定側
２１ 固定位置検出軸
２１ａ 外周面
２２ 筒状可動子
２２ａ 外周面
２３,２４ 軸受
２５ 筒状ケース
２５ａ 端栓
２５ｂ 内周面
２６ 筒状固定子
２７ コア
２８ 切欠き
Ａ 軸方向

Claims (4)

1. 両端が固定された固定位置検出軸(21)と、前記固定位置検出軸(21)の外周側に同軸配置された筒状可動子(22)と、前記筒状可動子(22)の外周に設けられた多数の磁石(5)と、前記筒状可動子(22)の外周に軸受(23,24)を介して設けられた筒状固定子(26)と、前記筒状固定子(26)の内周側に設けられたコア(27)及び励磁コイル(4)と、を備え、前記励磁コイル(4)への励磁により前記磁石(5)を介して前記筒状可動子(22)を前記固定位置検出軸(21)に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、
   前記固定位置検出軸(21)に設けられ磁性材料よりなる位置検出部(7,7a)を有し、前記筒状可動子(22)の移動を前記位置検出部(7,7a)によって磁気的に検出するように構成したことを特徴とする円筒リニアモータ。
2. 前記位置検出部(7,7a)は、コイル又はヨークからなることを特徴とする請求項１記載の円筒リニアモータ。
3. 両端が固定された固定位置検出軸(21)と、前記固定位置検出軸(21)の外周側に同軸配置された筒状可動子(22)と、前記筒状可動子(22)の外周に設けられた多数の磁石(5)と、前記筒状可動子(22)の外周に軸受(23,24)を介して設けられた筒状固定子(26)と、前記筒状固定子(26)の内周側に設けられたコア(27)及び励磁コイル(4)と、を備え、前記励磁コイル(4)への励磁により前記磁石(5)を介して前記筒状可動子(22)を前記固定位置検出軸(21)に沿って直動させるようにした円筒リニアモータにおいて、
   前記固定位置検出軸(21)に設けられ磁性材料よりなる位置検出部(7,7a)を有し、前記筒状可動子(22)の移動を前記位置検出部(7,7a)によって磁気的に検出することを特徴とする円筒リニアモータの位置検出方法。
4. 前記位置検出部(7,7a)は、コイル又はヨークからなることを特徴とする請求項３記載の円筒リニアモータの位置検出方法。

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