JPH01134512A

JPH01134512A - 非接触位置決め装置

Info

Publication number: JPH01134512A
Application number: JP29198487A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 博高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-05-26
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566997B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、被駆動体を支持、駆動することができる位
置決め装置に関するもので、高精度の滑らかな多自由度
の位置決めを必要とする機器、宇宙用アンテナ指向方向
制御装置、光学機器、半導体製造機器等に属する。

（従来の技術）従来、被駆動体の複数の自由度を位置決め制御する場合
には、少ない自由度の駆動装置を複数組合せて使用する
のが一般的である。この様な位置決め機構の駆動方法と
しては、リニアモータ、ソレノイドなどの駆動源で直接
駆動するか、歯車、減速機などの動力伝達要素を介して
間接的に駆動する方法がとられており、また、被駆動体
の支持は油軸受、球軸受、バネなどによって行われてい
る。

また、被駆動体の複数の自由度を位置決めする場合に駆
動装置から発生すべき力の大きさを知るために用いられ
るセンサも駆動装置と同様にセンサを複数個組合せて使
用する。例えば、回転の自由度を知る必要がある場合に
は、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダなどの回転角
度系や、タコメータに代表される回転速度系などによっ
て回転自由度の情報を得る。あるいは、並進自由度の情
報を検出するには、渦電流式、リニアスケール、作動ト
ランスなどの変位計や、光学式などの速度センサ、ある
いは圧電効果や半導体素子などによる加速度センサなど
により、並進自由度の情報を得る。

ところが、以上のような位置決め装置では、次のような
問題点がある。

第１に複数個の駆動装置およびセンサを組合せるため、
構造が複雑で、部品点数が多く、製作および小形化が困
難である。

第２に駆動時に各部に摩擦が生じるため、発熱したり、
出力が変化したりするとともにＦＪ擦を生じて不安定と
なり、精度および信頼性の確保が困難となる。

第３に、被駆動体を支持する軸受なとの潤滑が必要なた
めに宇宙の高真空など特殊環境下における寿命に信頼が
おけない。

これに対して、例えば米国特許第４１５６５４８号およ
び米国特許第４０８８０１８号に記載されたようなもの
がある。これは、宇宙船上にａ３いて、望遠鏡を該宇宙
船の振動から離隔させて支持し、且つ光軸補正を加える
目的で創案されたもので、６組（１２個）の電磁石で円
板を外周部より支持し、５自由度の駆動を実現している
。この従来例では、非接触支持方式の採用により、上記
第２及び第３の問題点は解決され・る。

しかし、この様な装置では、１自由度の駆動に対して２
個以上の電磁石が必要なため多自由度の位置決めには多
数の電磁石を使用しなければならず、その配置が困難で
あるという問題があった。

そこで、電磁石の数を減らすために多面体形状の非駆動
体を非接触に位置決めする装置として、特願昭６１−１
２０５９に記載されている非接触位置決め装置を本出願
人は既に提案している。

この主たる構成は第６図に斜視図で示すように正四面体
形状に形成された被駆動体１０１と、この被駆動体１０
１を非接触に浮上させ駆動する駆動手段１０３とから構
成されている。

前記駆動手段１０３である８個の電磁石１０５゜１０７
．１０９，１１１，１１３，１１５，１１７．１１９は
非磁性材からなる連結部材１２１により連結され、前記
被駆動体１０１に対し一定の磁気空間をもって電磁吸引
力の作用をするようになっている。

前記被駆動体１０１の中央には連結部材１２１の孔１２
３を山道した支柱３０が固定され、その先端側に例えば
図示しないアンテナ等が取り付けられている。従って６
自由度の位置決めを、電磁石という一方向性の力を発生
する駆動装置を８個用いて実現し、大きな効果を得てい
る。

（発明が解決しようとする問題点）以上の様に従来技術では、多自由度の位置決めを行う場
合、少ない自由度の駆動装置やセンサを複数組み合わせ
て使用するため、構造が複雑で、部品点数が多く、製作
および小形化が困難であった。そこで、本出願人は特願
昭６１−１２０５９号を既に提案し、大きな効果を得て
いる。

この発明はこれをさらに発展させたもので、より少ない
個数の電磁石を用いて他自由度の位置決めができるよう
にし、小形化の可能な非接触位置決め装置を提供するこ
とを目的としている。

［発明の構成］（問題点を解決するだめの手段）上記問題点を解決するために本発明では、位置決めの対
象となる被駆動体と、この被駆動体を支持、駆動する一
方向性の力を発生する駆動手段と、前記被駆動体の位置
及び姿勢を検出するセンサとで構成される非接触位置決
め装置において、前記被駆動体を略三角形の主板及びこ
の主板に平行でなく且つ３辺に接する３枚の側板により
構成し、前記駆動手段を前記各側板の前記主板側頂点近
傍に対して少なくとも１個づつ計４個配設し、且つ前記
主板の頂点近傍に対してそれぞれ１個づつ計３個配設し
た構成とした。

（作用）かかる構成において、駆動手段を各側板の主板側頂点近
傍に対して少なくとも１個づつ計４個配設し且つ主板の
頂点近傍に対してそれぞれ１個づつ計３個配設したこと
により非接触なる位ｄ決めを行う。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の第１実施例に係る非接触位置決め
装置の構成を示す全体斜視図であり、この非接触位置決
め装置は位置決めの対象となる磁性体により形成された
被駆動体１と、この被駆動体１を支持・、駆動する一方
向性の力を発生する駆動手段である７個の同一構造で構
成された電磁石３．５．７．９，１１，１３．１５と、
前記被駆動体１の位置及び姿勢を検出する７個の同一構
造で構成されたセンサである位置検出器Ａ３．Ａ５゜Ａ
７．Ａ９．Ａ１１．Ａ１３．Ａ１５とから構成されてい
る。

前記被駆動体１は第１図、第２図に示す様に正四面体で
あり正三角形の主板１７及びこの主板１７に平行でなく
且つ３辺に接する３枚の主板１７と同形状なる側板１９
，２１．２３により形成されている。

前記主板１７の表面には位置決めシャフト２５が固定さ
れており、位置決めの対象物例えば図示しないアンテナ
や、光学機器などが取り付けられるものである。

前記駆動手段である電磁石３．５−．７．９は第２図に
明示した様に側板１９，２１．２３の前記主板１７側の
頂点近傍に一定の磁気空間をもって電磁吸引力を作用さ
せるように配設されている。

前記電磁石１１，１３．１５は主板１７の頂点近傍に対
して一定の磁気空間を有して配設されている。

前記位置検出器Ａ３．Ａ５．Ａ７．Ａ９．Ａ１１、△１
３．Ａ１５は前記電磁石３，５，７．９゜１１．１３．
１５が対向している主板１７及び各側板１９．２１．２
３の表面の所定位置に一定隙間を有して配設されている
。

前記被駆動体１の回りには、非磁性材からなる連結部材
２７が設けられており、この連結部材２７に前記電磁石
３〜１５と位置検出器Ａ３〜Ａ１５が図示しないボルト
等により支持されている。

前記電磁石３〜１５は例えば第３図、第４図に示す様な
同一構造で構成されている。すなわち２個のヨーク２９
．３１を磁気的に結合する結合部３３とからなる強磁性
材で形成され、ヨーク２つと３１には、コイル３４が巻
装されている。さらに各結合部３３にはヨーク２９．３
１から被駆動体１まで空隙距離を検出する前記位置検出
器Ａ３〜Δ１５がナツト等により締結されているもので
ある。

このため被駆動体１は、電磁石３〜１５及び位置検出器
Ａ３〜Ａ１５に対して固定されておらず、設定位置で規
定される駆動範囲内を自由に動くことができ、前記シャ
フト２５は連結部材２７に設けられた孔２７ａに貫通し
ているものである。

前記位置検出器Ａ３〜Ａ１５の検出信号は、前記各電磁
石３〜１５に電流を供給し、かつ制御して被駆動体１の
位置を調整する第５図で示す位置調整手段３５に入力さ
れる様になっている。この位置調整手段３５は直接制御
方式となっている。

すなわち直交座標系で与えられた外部指令信号をベクト
ル演算器３７で各電磁石３〜１５の方向のベタ１−ルに
分配＠口し、このベクトル演算器３７からの出力信号と
各電磁石３〜１５に設【プられた各位置検出器Δ３〜Ａ
１５の検出信号との差分を各制御器８３〜Ｂ１５に入力
する。各制御器８３〜Ｂ１５では前記差分に応じた制御
１１間を演算して出力し、この制御１１■信号を信号増
幅器Ｃ３〜Ｃ１５で増幅し、各電磁石３〜１５に増幅信
号を出力する様に構成されている。

次に、上記第１実施例の作用を第２図に基づいて説明す
る。

第２図において第５図に示す位置調整手段３５によって
電磁石５に流れる電流を増大させ、他の電磁石３．７．
９．１１．１３．１５に流れる電流を適当に増減させる
と、電磁石５と被駆動体１との間の磁気力が強められ、
この磁気力によって生ずるＸ軸方向以外の動きを曲の電
磁石３，７゜９．１１．　丁３，１５と被覆導体１との
間の磁気力で調整することによって、被駆動体１は全体
的に図中矢印ＦＸの方向に移動フる。

同様に位置調整手段３５によってＮ磁石３，５に流れる
電流を増大させ、他の電磁石７．９，１１．１３．１５
に流れる電流を適当に増減させると電磁石３．５と被駆
動体１との間の磁気力が強められこの磁気力によって生
ずるＹ軸方向以外の動きを他の電磁石７．９，１１．１
３．１５と被駆動体１との間の磁気力で調整することに
よって被駆動体１は全体的に図中矢印ＦＹ力方向移動す
る。

また、位置調整手段３５によって電磁石３．９に流れる
電流を増大させ、他の電磁石５．７，１１．１３．１５
に流れる電流を適当に増減させると電磁石３．９と被駆
動体１との間の磁気力が強められ、この磁気力によって
生ずるθ２軸方向以外の動きを他の電磁石５．７．１１
．１３．１５と被駆動体１との間の磁気力で調整するこ
とによって被駆動体１は全体的に図中矢印ＦＲの向きに
回転する。

さらに、位置調整手段３５によって、電磁石１１．１３
．１５に流れる電流を増大させ、他の電磁石３．５．７
．９に流れる電流を適当に増減させると電磁石１１．１
３．１５と被覆導体１どの間の磁気力が強められこの磁
気力によって生ずるＺ軸方向以外の勅ぎを他の電磁石３
．５．７．９と被駆動体１との間の磁気力で調整するこ
とによって被駆動体１は全体的に図中矢印Ｆｚｈ向に移
動する。

この様に、この実施例に係る非接触位置決め装置は、計
７個の電磁石３〜１５と計７１１１ｉｌの位置検出器Ａ
３〜Ａ１５によって被駆動体１を浮上させ、任意の位置
決めをすることが出来る。特に主板１７の頂点近傍に対
してそれぞれ１個づつ計３個の電磁石１１．１３．１５
を配設することができるので、アンテナ等を取り付けた
時の浮上安定性を向上させると共に、例えば重力場で使
用する時には有効な作用力を利用できるため作動効率が
向上し、電磁石を小型化することができる。

［発明の効果］以上の説明より明らかなように、この発明の構、成によ
れば駆動手段が発生する一方向性の力の方向が互いに非
直交になるため６自由度の位置決めを、最低個数の７個
の駆動手段で実現することができる。また装置の小型化
が可能となり重σも軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係る非接触位置決め装
置の構成を示す全体斜視図、第２図は第１図の非接触位
置決め装はに用いられる電磁石及び位置検出器の配置構
成と作用説明を示す図、第３図、第４図は電磁石の構成
図、第５図は位ｆｆ１１！整手段のブロック図、第６図
は従来例を示す斜視図である。１・・・被駆動体３．５．７．９，１１．１３．１５・・・電磁石Ａ３．
Ａ５．Ａ７．Ａ９．Ａ１１．Ａ１３゜Ａ１５・・・位置
検出器（センサ）１７・・・主板１９．２１．２３・・・側板

Claims

【特許請求の範囲】

位置決めの対象となる被駆動体と、この被駆動体を支持
、駆動する一方向性の力を発生する駆動手段と、前記被
駆動体の位置及び姿勢を検出するセンサとで構成される
非接触位置決め装置において、前記被駆動体を略三角形
の主板及びこの主板に平行でなく且つ３辺に接する３枚
の側板により構成し、前記駆動手段を前記各側板の前記
主板側頂点近傍に対して少なくとも１個づつ計４個配設
し、且つ前記主板の頂点近傍に対してそれぞれ１個づつ
計３個配設したことを特徴とする非接触位置決め装置。