JPH04285481A

JPH04285481A - リニアステップモータ

Info

Publication number: JPH04285481A
Application number: JP3073921A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Murai; 誠一郎村井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-10-09
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JP2607766B2

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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、尺取り虫方式のリニア
ステップモータに係り、特に、圧縮空気によるクランプ
機構を備えたリニアステップモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロリソグラフィなどの分野
で、高分解能、例えば１０ｎｍ以下の位置決め精度で再
現性の良い位置決め機構が要求され始め、このような要
求を満たすものとしてリニアステップモータの開発が進
んでいる。

【０００３】図５は圧電素子を用いたリニアステップモ
ータの原理を示す図である。同図に示すように、積層型
圧電素子１，２，３　を３個組み合わせたもので、まず
、平板４，５の間を圧電素子１　を伸ばして平板４，５
　を押しやって固定し（図５（ａ）　）、次いで圧電素
子２　を伸ばして圧電素子３　を前進させ（図５（ｂ）
　）、続いて、圧電素子３を伸ばし平板４，５　間に固
定するとともに（図５（ｃ）　）、圧電素子１　を縮ま
せた後圧電素子２　を縮ませることにより、圧電素子１
を前進させる（図５（ｄ）　）。上記動作を繰り返すこ
とにより、圧電素子２　の変位分ずつのステッピング運
動を得、高分解能の位置決め精度を実現するものである
。

【０００４】図６は図５に示すリニアステップモータの
原理を実用化した例の構造を示すものであるが、図６に
示すように、積層型圧電素子６，７，８　の伸縮する方
向が平行なレール９，１０と平行になるように配設する
とともに、左右の積層型圧電素子６，８　に連結した可
動部１１，１２　を設け、左右の積層型圧電素子６，８
　が可動部１１，１２　とレール９，１０をクランプす
る方式となっている。例えば、圧電素子６　が伸びると
、可動部１１の先端がレール９，１０を押し付けるよう
に圧縮され、可動部１１の先端がレール９，１０に固定
される。また、圧電素子６　が縮んだ場合には、可動部
１１の先端の押し付ける力が弱まり、可動部１１の先端
ははレール９，１０上を滑動する。この図６に示すリニ
アステップモータは、図５に示すものと同様の動作原理
でに動作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たリニアステップモータにおいては、次のような問題点
が存在する。すなわち、（１）　積層圧電素子を最低３個使用するので、それら
を駆動する駆動装置が複雑となり、かつ高価である（２
）　一連の動作において、クランプのオン・オフには高
い位置決め分解能や必要以上に高い発生力は要求されな
い。また、この種のリニアステップモータは、駆動の高
速化よりも大ストロークを高分解能に位置決めすること
を目的として作られたものが多い。したがって、クラン
プ部分に限っては圧電素子の高分解能、高発生力、高速
応答といった特長が十分に生かし切れていない（３）　
圧電素子の使用個数が多いため、高い周波数で駆動する
と、圧電素子から発生する発熱が問題となるなどである
。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、クランプ動作のオン・オフ・ストロークを高分解能
に位置決めすることができるリニアステップモータを提
供することを目的とする。

【０００７】［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、尺取り虫方式のステッピング運動を行な
うリニアステップモータにおいて、ガイドと、このガイ
ドに沿って所定のタイミングで伸縮運動を行なう電気ひ
ずみ材料からなるアクチュエータと、このアクチュエー
タを挾持するとともに圧縮空気を案内する静圧案内面を
有するたわみ変形部を備え所定タイミングで供給される
圧縮空気でたわみ変形部がたわみ変形することにより上
記ガイドへのクランプ動作を行なうクランプ機構部と、
このクランプ機構部への上記圧縮空気の供給を制御する
制御部とを具備したことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、たわみ変形部は傾斜を有
して形成されるとともにガイドに対向する面に弾性体が
貼付されこの弾性体の一端側近傍に切欠部が形成されて
いることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は上記のように構成したので、アクチュ
エータを挾持するクランプ機構部は所定タイミングで供
給される圧縮空気でたわみ変形部がたわみ変形すること
によりガイドへのクランプ動作を行なうので、リニアス
テップモータ本体が前進する。したがって、使用される
電気ひずみ材料はアクチュエータに使用される１個のみ
で済み、高速・高精度に位置決めを行なうことができる
。

【００１１】また、本発明はたわみ変形部を上記のよう
に構成したので、たわみ変形部を傾斜を有して形成する
ことにより、たわみ変形時のガイドとの接触面積が大き
く得られ貼付される弾性体の面積も大きくなり、安定し
たクランプ状態が得られる。また、切欠部を形成するこ
とにより、たわみ変形がの発生しやすくなる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例のリニアステッ
プモータの構成を示す図である。

【００１４】同図に示すように、ガイド２０とレール２
１によって拘束された空間に、圧縮空気により浮上する
クランパ２２，２３　が、電気ひずみ材料の一つである
電歪素子２４を挾持する形態で配設されている。この電
歪素子２４はリニアステップモータにおける前進用のア
クチュエータとして動作する。また、各クランパ２２，
２３　には、クランパ２２，２３　を浮上させるための
圧縮空気が配管２５を介してそれぞれ供給され、さらに
、各クランパ２２，２３　をたわみ変形させるための圧
縮空気が配管２６から供給される。このクランパ２２，
２３　をたわみ変形させる圧縮空気は、クランパ２２，
２３　に断続的にかつ交互に供給されるようにサーボバ
ルブ２７，２８　で制御された後、配管２６ａ，２６ｂ
　を介して各クランパ２２，２３　にそれぞれ供給され
る。

【００１５】また、図２にＡ−Ａ断面図、およびそのＢ
部拡大図を図３に示すように、クランパ２３は、配管２
５ｂ，２６ｂ　を介して供給される圧縮空気の充填され
る充填室２３ａ　とこの充填室２３ａ　に圧縮空気を案
内する静圧案内面が内部表面に形成された、例えば金属
製の外壁部２３ｂ　からなり、この外壁部２３ｂ　はガ
イド２０の側壁に固定された断面Ｈ形状のレール２１の
一方の突起部２１ａ　を上下から包み込む構成となって
いる。また、クランパ２３の外壁部２３ｂ　の先端側に
は所定角度の傾斜を有してたわみ変形部２３ｃ，２３ｃ
　が形成されており、この径斜面上にはガイド２０の上
面と下面に対向して弾性体２９，２９　の薄板が貼付さ
れている。さらに、この弾性体２９，２９　の一端側近
傍には、配管２６ｂ　から圧縮空気が供給されたときに
たわみ変形部２３ｃ，２３ｃがたわみ変形を起こしやす
いように、外面側に切欠部２３ｄ，２３ｄ　が形成され
ている。

【００１６】次に、上記構成のクランパ２３の作用につ
いて説明する。

【００１７】サーボバルブ２８がオフされ、配管２６ｂ
　から圧縮空気が供給されないときには、クランパ２３
は図２および図３の実線で示す状態を維持し、たわみ変
形部２３ｃ　はたわみ変形を起こしていない。

【００１８】ところで、サーボバルブ２８がオンされ、
配管２６ｂ　から圧縮空気が供給され外壁部２３ｂ　の
静圧案内面に案内されて充填室２３ａ　に圧縮空気が充
填すると、たわみ変形部２３ｃ　は、切欠部２３ｄ，２
３ｄ　の存在によりたわみ変形を起こしやすくなってい
るので、図３の破線で示すように矢印Ｃ方向にたわみ変
形する。たわみ変形部２３ｃがたわみ変形すると、弾性
体２９，２９　はガイド２０の上面と下面を押しやり、
クランパ２３がガイド２０に固定される。このとき、た
わみ変形部２３ｃ　には傾斜が形成されているので、弾
性体２９，２９　とガイド２０の接触面積が大きくなり
、クランパ２３はより安定した状態でガイド２０に固定
される。

【００１９】なお、クランパ２２も同様に構成されてお
り、同様の動作を行なう。

【００２０】次に、上記構成のリニアステップモータの
尺取り虫方式の動作について、図４を参照し、説明する
。

【００２１】同図に示すように、まず、クランパ２２へ
圧縮空気を供給し、クランパ２３への圧縮空気の供給を
停止する。これによって、弾性体３０がガイド２０と接
触することにより、クランパ２２はガイド２０に固定さ
れ、一方、クランパ２３はガイド２０と非接触状態、い
わゆるクランプＯＦＦの状態となる。（図４（ａ）　参
照）。

【００２２】次いで図示しない駆動装置により電歪素子
２４が伸び、クランパ２３が前進する。このように電歪
素子２４が伸びて変位することにより、リニアステップ
モータ本体が前進する。ここで用いられる電歪素子２４
は高速・高精度な位置決めに適したアクチュエータであ
ることが望まれる。（図４（ｂ）　参照）。

【００２３】続いて、サーボバルブ２８がオンされ圧縮
空気がクランパ２３に供給される。これによって、弾性
体２９がガイド２０と接触し、クランパ２３がガイド２
０に固定される、いわゆるクランプＯＮの状態となる。（図４（ｃ）　参照）。

【００２４】クランパ２３がクランプＯＮの状態となる
と、サーボバルブ２７がオフ制御されてクランパ２２へ
の圧縮空気の供給が停止され、クランパ２２はクランプ
ＯＦＦの状態となる。このとき、クランパ２２がクラン
プＯＦＦとなることにより、電歪素子２４が縮み、クラ
ンパ２２が前進する。（図４（ｄ）　参照）。

【００２５】続いて、再びクランパ２２へ圧縮空気が供
給される。クランパ２２はガイド２０に固定されクラン
プＯＮの状態となる。このとき、クランパ２３はクラン
プＯＮ状態を持続する。（図４（ｅ）　参照）。

【００２６】以上の動作を繰り返すことにより、電歪素
子２４の変位分ずつのステッピング運動が得られ、高精
度な位置決めが行なわれる。

【００２７】なお、上記実施例では、電気ひずみ素子と
して電歪素子を適用したが、これに限ることはなく、圧
電素子を適用してもよい。

【００２８】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
可能であることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のリニアス
テップモータによれば、アクチュエータを挾持するクラ
ンプ機構部はたわみ変形部がたわみ変形することにより
クランプ動作を行なう構成としたので、アクチュエータ
に使用される電歪素子などの電気ひずみ素子が１個で済
み、高速・高精度に位置決めを行なうことができ、また
、アクチュエータの駆動回路が簡略化されるとともに高
周波で駆動したときの発熱量の低下を図ることができる
。

【００３０】また、本発明はたわみ変形によるクランプ
するクランプ機構としたので、装置の大型化が容易とな
り、広範囲の分野での適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のリニアステップモータの構
成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例のリニアステップモータの断
面図である。

【図３】本発明の一実施例のリニアステップモータの要
部の拡大図である。

【図４】ステッピング運動の流れの概略を示したフロー
チャートである。

【図５】リニアステップモータの原理を示す図である。

【図６】従来のリニアステップモータを示す図である。

【符号の説明】

２０…ガイド２２…クランパ（クランプ機構部）２３…クランパ（クランプ機構部）２３ｃ　…たわみ変形部２３ｄ　…切欠部２４…電歪素子（アクチュエータ）２７…サーボバルブ（制御部）２８…サーボバルブ（制御部）２９…弾性体３０…弾性体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　尺取り虫方式のステッピング運動を行
なうリニアステップモータにおいて、ガイドと、このガ
イドに沿って所定のタイミングで伸縮運動を行なう電気
ひずみ材料からなるアクチュエータと、このアクチュエ
ータを挾持するとともに圧縮空気を案内する静圧案内面
を有するたわみ変形部を備え所定タイミングで供給され
る圧縮空気でたわみ変形部がたわみ変形することにより
上記ガイドへのクランプ動作を行なうクランプ機構部と
、このクランプ機構部への上記圧縮空気の供給を制御す
る制御部とを具備したことを特徴とするリニアステップ
モータ。
【請求項２】　　たわみ変形部は傾斜を有して形成され
るとともにガイドに対向する面に弾性体が貼付されこの
弾性体の一端側近傍に切欠部が形成されていることを特
徴とする請求項１記載のリニアステップモータ。