JPH09503379A - 円筒状並進コイルおよびトロイダル状回転コイルを有する電磁アクチュエータ並びにこれと測定システムを具えるアクチュエータユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 並進運動および回転運動を簡単に行い得る電磁アクチュエータを提供せんとするものである。電磁アクテュエータ（１）はアクテュエータ軸（１ａ）に沿って互いに並進自在且つアクテュエータ軸を中心として回転自在の２つのアクテュエータ区分を具える。第１アクテュエータ区分（１）はコイル系を具え、第２アクテュエータ区分（３）は空隙を介してコイル系を共働する永久磁石系を具える。コイル系は導磁性ヨーク（５）に配列するとともにアクテュエータ軸と同軸をなす円筒状並進コイル（９）およびトロイダル状回転コイル（７）を具える。永久磁石系はアクテュエータ軸と同軸をなし並進コイルおよび回転コイルの双方と共働する環状磁石（１１）を具える。この磁石の半径方向の磁化（Ｂ）を環状セグメント（１３）によって中断する。導磁性ヨークには並進コイルが巻装されている中心コア（５ｂ）と、回転コイルが設けられているシェル（５ａ）とを設ける。これらコアおよびシェルによってスペースを囲み、このスペース内に環状磁石を配置し、導磁性ヨークにはこれらコアおよびシェルを連結するブリッジ（５ｃ）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】 円筒状並進コイルおよびトロイダル状回転コイル を有する電磁アクチュエータ並びにこれと測定シ ステムを具えるアクチュエータユニット 発明の技術分野 本発明はアクチュエータ軸に沿って互いに並進し得るとともにこのアクチュエ ータ軸を中心として回転し得る２つのアクチュエータ区分を具え、第１アクチュ エータ区分はコイル系を有し、第２アクチュエータ区分は空隙を介して前記コイ ル系と共働する永久磁石系を有する電磁アクチュエータに関するものである。 発明の背景 固定子に対し回転運動および並進運動を行い得る電機子を有する電動機はドイ ツ国特許願Ａ-24 51 718号に線図的に示されている。この電機子は複数の永久磁 石を具え、固定子は駆動コイルを有する複数の固定子片で構成されている。電気 回路によってこれら駆動コイルを選択的に附勢する。 発明の概要 本発明の目的は並進運動および回転運動を簡単に行い得る電磁アクチュエータ を提供せんとするにある。この目的のため、本発明はアクチュエータ軸に沿って 互いに並進し得るとともにこのアクチュエータ軸を中心として回転し得る２つの アクチュエータ区分を具え、第１アクチュエータ区分はコイル系を有し、第２ア クチュエータ区分は空隙を介して前記コイル系と共働する永久磁石系を有する電 磁アクチュエータにおいて、前記コイル系は、導磁性ヨークに配設するとともに 前記アクチュエータ軸と同軸を成す円筒状並進コイルおよびトロイダル状回転コ イルを具え、且つ前記永久磁石系は前記アクチュエータ軸と同軸を成す環状磁石 を具え、該環状磁石は前記円筒状並進コイルおよびトロイダル状回転コイルと共 働して半径方向に磁化され、この半径方向の磁化は環状片により中断され、前記 導磁性ヨークは前記並進コイルが巻装される中心コアと前記回転コイルが配設さ れるシェルとを有し、これら中心コアおよびシェルによって前記環状磁石を配 設するスペースを画成し、前記導磁性ヨークは前記中心コアおよび前記シェルを ブリッジ連結するようにしたことを特徴とする。 並進運動および回転運動を行い得るアクテュエータまたは原動機においては、 ２つの互いに直交する駆動力が必要であり、一方の駆動力は並進に使用し、他方 の駆動力は回転トルクの発生に使用する。本発明アクテュエータにおいて、これ らコイルを附勢する場合には、互いに直交して延在し、１つの磁界を通過するコ イル区分によって２つの互いに直交する駆動力を発生させることができる。この 場合の利点は、構成を簡潔且つ簡単とし得ることである。その理由は所望のコイ ル、即ち、円筒状コイルおよびトロイダル状コイルが重畳されていないからであ る。これら両コイルは同一面に位置し、即ち、同一区域に位置し、従って環状磁 石は２つのコイル間に位置させるのが好適である。中心コアの周りに巻装される 円筒状コイルの螺旋状巻回によってその附勢時に並進運動を発生する。断続トロ イダルコイルの巻回によってその附勢時に回転運動を発生する。この場合の利点 は動き質量を小さくするとともにアクテュエータの製造コストを簡潔さのために 廉価とすることである。他の利点は斯くして発生した駆動力が一方のアクテュエ ータ区分の他方のアクテュエータ区分に対する位置的変化にほとんど無関係とし 得ることである。 本発明アクテュエータは、磁石および円筒状コイルの軸方向寸法によって規定 される並進運動行程と、環状磁石セグメントおよびトロイダル状コイルの接線方 向寸法によって、即ち、アクテュエータの円周方向に見た寸法によって規定され る回転運動行程とを有する。電力消費を最小にするためには、並進運動行程およ び／または回転運動行程が比較的大きい場合に、１つ以上の並進コイル素子およ び／または回転コイル素子を用いて、僅かな電力で所定の力またはトルクが得ら れるようにする必要がある。 本発明アクテュエータの環状セグメントにより回転中トロイダル状コイルに磁 束変化を生ぜしめるため、この環状セグメントはこのトロイダル状コイルによっ て規定される立体角度内に常時配置する必要がある。一方のアクテュエータ区分 に対する他方のアクテュエータ区分の並進運動および回転運動は何ら問題なく互 いに独立して行うことができる。 アクテュエータには、移動自在のアクテュエータ区分に固着され駆動部材を外 側方向に案内するアクテュエータ軸に対し直角な端面を有するようにするのが好 適である。中心コアおよびシェルのブリッジ連結は開放端面と対向する端面で行 うのが好適である。導磁性ヨーク特に軟磁性材料のヨークの中心コアには移動自 在のアクテュエータ区分の軸受手段を収容する中心チャネルを設けることができ る。 本発明アクテュエータの一例では、前記シェルは導磁性材料より成る中断円筒 状壁部によって形成する。これがため、並進コイルを流れる所定値の電流に対し 発生するトルクはアクテュエータ区分の相対的な回転位置にほぼ無関係となる。 これがため、前記シェルには前記ブリッジの近くに位置し、前記アクチュエータ 軸に平行に延在するストット状ギャップを設けるようにするのが好適である。前 記シェルが硬性であるため前記ギャップには非磁性材料を充填することができる 。 本発明アクテュエータの一例では、前記環状区分は前記環状磁石の断続部によ り形成する。磁石系の周縁全体に亘って均質な質量分布を得るためには、非磁性 環状セグメントを充填して断続部を形成し得るようにする。この工程によっても 磁石系を剛固とすることができる。 本発明アクテュエータの他の例では、前記環状磁石および前記環状区分はとも に相俟って連続リングを形成し、この際環状区分は環状磁石とは逆に磁化し得る ようにする。リングを完成しリングの残部とは逆に磁化された（）セグメントに よって大きなトルク、特に、セグメントを磁化しない位置に比較してトロイダル 状コイルによりリンクされた磁束の変化の増大（即ち、２倍）のため、回転方向 に２倍の大きさのトルクを発生する。さらに、環状磁石は均質な質量分布および アクテュエータのダイナミック特性に良好な影響を与える高い剛固性を有する。 本発明アクテュエータの他の例では、前記第１アクチュエータ区分は静止区分 とする。この特定の例では、既知の材料、特に例えばNbFeB の永久磁石を具える 磁石系をコイル系に対し移動自在に配列する。 回転区分を積重ねたリニア区分を有する組合せ原動機はヨーロッパ特許出願公 開EP 0,482,321号から既知である。この場合には各区分は個別の固定子および個 別の回転子を有し、２つの区分の固定子を互いに固着するとともに両回転子を共 通の駆動軸に固着する。この駆動軸によってその中心軸に沿って並進運動を行う とともにこの中心軸を中心として回転運動を行い得るようにする。この既知の原 動機の欠点は２つの積重ね原動機区分のために構成の軸方向の寸法が大きくなる ことである。他の欠点は２つの回転子を用いる必要があるため、移動自在の区分 の質量が大きくなることである。その他の欠点は各原動機区分に対し所望の並進 および回転を行い得るようにするために少なくとも２つの増幅器を必要とするこ とである。また、本発明は上述したアクテュエータと、一方のアクテュエータ区 分の他方のアクテュエータ区分に対する並進位置および回転位置を測定する測定 システムとを具えるアクテュエータユニットに関するものである。本発明アクテ ュエータの移動自在区分の運動を制御するために、作動中、移動自在区分の固定 アクテュエータ区分に対する位置を決める必要がある。この目的のため、２次元 測定し得る測定システムを用いる。 本発明アクテュエータユニットの１例では、前記測定システムは前記アクテュ エータ区分の一方に配設され第１透明パターンを有する円筒状情報キャリアと、 他方のアクテュエータ区分に配設され第２透明パターンを有するマスク、放射線 源システムおよびこの放射線源システムに対向して配列された放射線感応センサ システムを有するユニットとを具え、前記第１透明パターンおよびこれに平行に 延在する第２透明パターンを前記放射線源システムおよび前記放射線感応センサ システム間に延在させるようにする。一般に放射線源システムは複数の放射線源 を具え、且つ放射線感応センサシステムは複数のセンサを具える。情報キャリア を回転させることによって放射線源強度の遷移がセンサで観測されるようにする 。可視放射ビーム、即ち、光ビームを用いる場合にはこの強度遷移は明暗遷移と なる。かかる測定システムによって並進運動および回転運動を検出することがで きる。並進運動は、前記センサが放射線源、例えば光源を前記情報キャリアを介 して前記マスクの第２透明区域を経て観測することによって検出される。 第１透明区域は小さな孔により形成し得るとともに第２透明区域はスリットの 形状とするのが好適である。回転運動に垂直に延在するスリットの場合には、情 報キャリアが並進される際に強度遷移が観測される。これら強度遷移を用いて前 記透明区域の相互位置を検出する。 本発明アクテュエータシステムに用いられる光学測定システムは、これにより 並進運動および回転運動を互いに独立して同時に測定し得る特定の利点がある。 本発明アクテュエータユニットの実際の例では、前記放射線源として発光ダイ オードを用い、前記センサシステムとしてフォトダイオードを用いるようにする 。 本発明アクテュエータユニットの１例では、実際の並進位置を表わす前記測定 システムの出力信号および所望の並進位置（設定点；Sollwert）を表わす信号を 比較して第１の差信号を発生するとともに実際の回転位置を表わす前記測定シス テムの出力信号および所望の回転位置（設定点；Sollwert）を表わす信号を比較 して第２の差信号を発生する手段を具える制御システムを設け、これら差信号を 前記並進コイルおよび前記回転コイルを制御する制御ユニットに供給し得るよう にする。 この例の利点は、２つのアクテュエータ区分間に電気配線が設けられていない ことである。さらに、カーボンブラシおよび／またはワイパーをも省略すること ができる。さらに各コイルは単相の駆動を行うのみである。 さらに、本発明は例えばマニピュレータまたはプリント回路板に電子素子を装 着するマシンのような物体をピックアップ位置決めするマシンに関するものであ る。 電子素子を装着するかかるマシンは次の数機能を有する。即ち、第１の機能は 端子接点をプリント回路板のプリント導体と正しく一致せしめるように電子素子 を正確に位置決めし、整列することができることである。第２の機能はプリント 回路板に関連する素子を押圧し得ることである。 本発明によれば、物体のピックアップ位置決めマシンは少なくとも１つの上述 したアクテュエータと、少なくとも１つの上述したアクテュエータユニットとを 具える。 リニアモータおよび回転モータを収容するハウジングと、このハウジングに固 着されたグリッパー手段とを具える物体のピックアップ装着マシンはヨーロッパ 特許出願公開EP 0,235,045号に記載されている。２つの中空駆動軸は真空チュー ブを介して真空装置に伸縮自在に連結する。リニアモータは第１駆動軸の装着さ れたコイルと、円筒状永久磁石の固定配列組とを具える。このコイルを附勢する と、駆動軸は軸方向に移動し得るようになる。回転モータはハウジングの内壁に 装着されたコイルと、第２駆動軸に装着された回転子とを具える。ハウジング内 壁に装着されたコイルを附勢すると、第２駆動軸はその長手方向の軸を中心とし て回転し得るようになる。ハウジングに固着されたグリッパー手段は駆動軸の軸 方向の移動によって開閉し得るとともにマシンの長手方向軸線を中心として第２ 駆動軸の回転によって回転し得るフィンガー部を具える。既知のマシンの欠点は 積重ねモータによる軸方向の寸法が大きいことである。その他の欠点は２つのモ ータの共通並進可能且つ回転可能な素子の質量が大きいことである。 図面の簡単な説明 図１は本発明電磁アクテュエータの第１例の静止アクテュエータ区分を示す斜 視図、 図２は第１例の可動アクテュエータ区分を示す斜視図、 図３は本発明アクテュエータの第２例を具える本発明マシンを示す図５のIII −III線上の断面図、 図４は本発明アクテュエータの第２例を具えるマシンの図５のIV−IV線上の部 分断面図、 図５は本発明アクテュエータの第２例を具えるマシンの図４のＶ−Ｖ線上の断 面図、 図６は制御システムを具える本発明アクテュエータユニットの線図、 図７は本発明アクテュエータユニットの測定システムの円筒状情報キャリアの 拡大部分図、 図８は上述した測定システムのマスクを示す説明図、 図９は上記測定システムの配列を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態 図１および図２に示す本発明電磁アクテュエータは第１静止アクテュエータ区 分１およびこれに対し移動自在の第２アクテュエータ区分３を具える。静止アク テュエータ区分１は円筒状壁部即ち、シェル５ａ、中心コア５ｂおよび円筒状シ ェル５ａを中心コア５ｂに連結するブリッジ５ｃを有する軟磁性ヨーク、例えば 鉄ヨーク５を具える。このアクテュエータ１はアクテュエータ軸１ａおよび２つ の端面１ｂおよび１ｃを有し、ブリッジ５ｃは端面１ｃに近接しその面に延在さ せる。シェル５ａにはブリッジ５ｃに対向して巻回を設けてトロイダル状コイル ７を形成する。前記コア５ｂには巻回を設けて円筒状コイル９を形成する。移動 自在のアクテュエータ区分３には環状永久磁石１１を設け、この永久磁石は環状 セグメント１３を除き半径方向外側に向かう磁界Ｆを発生する。この永久磁石１ １はネオジウム−鉄−ボロンのような高級磁性材料で形成するのが好適である。 環状セグメント１３は非磁性材料で造るがこれを環状永久磁石１１に対し逆方向 に半径方向に磁化された磁性材料で造るのが好適である。 組立てた状態ではアクテュエータ区分３はアクテュエータ区分１のシェル５ａ およびコア５ｂ間のスペース内に延在する。この目的のため、アクテュエータ区 分１には軸受け（ベアリング）手段、例えば第２アクテュエータ区分３のベアリ ング軸１７を回転自在および並進自在に装着するコア１５の軸貫通孔１５を具え る。永久磁石１１とトロイダル状コイル７との間および永久磁石１１と円筒状コ イル９との間にはそれぞれ空隙を形成する。永久磁石１１は、環状セグメント１ ３がトロイダル状コイル７の巻回とは逆に常時配設されて力を連続的に発生する ようにトロイダル状コイル７に対して配向する。この目的のため、回転行程を規 制する手段を設ける。 円筒状コイル９を附勢すると、永久磁石１１に対し連続的に軸方向に向かう力 が生じて第２アクテュエータ区分３をＺ方向に移動させるようにする。シェル５ ａおよびコア５ｂはブリッジ５ｃが存在するために同一磁位にある。円筒状コイ ル９を附勢すると、このコイルの磁力線がコア５ｂからブリッジ５ｃを経てシェ ル５ａに到達し、次いで永久磁石１１が配置されるスペース６を横切るようにな る。永久磁石１１からの磁力線も円筒状コイル９の経路と同様の経路を辿るよう になる。従って、軸方向に向かうローレンツの力が発生する。その理由は永久磁 石１１がＺ方向に移動する際にこの磁束によりリンクされた附勢コイル９の巻回 数が変化するからである。このコイル巻回が規則正しく配列されている場合には 発生したローレンツの力の大きさはスペース６内の永久磁石１１の位置とはほぼ 無関係となる。 シェル５ａには軸方向のスロット状空隙、即ち、スロット１９を設ける。トロ イダル状コイル７が附勢されると、このコイル７内に磁界が発生し、その磁力線 はシェル５ａからスペース６を経てコア５ｂに至り、ここからブリッジ５ｃを経 てシェル５ａに到達する。シェル５ａに空隙１９が設けられているため、磁束は シェル５ａを経てブリッジ５ｃに１方向にのみ通過するようになる。永久磁石１ １からの磁力線は、永久磁石１１から空隙を経てシェル５ａに至り、このシェル ５ａからブリッジ５ｃを経てコア５ｂに至り、最終的にコア５ｂから空隙を経て 永久磁石１１に到達する経路を辿るようになる。環状セグメント１３が設けられ ているためにアクテュエータ区分３がφ方向に回転する際コイル７の磁束リンケ ージが変化する。この磁束変化は接線方向の力を発生させるために必要である。 コイル７が附勢されると、接線方向の力が発生し、従ってローレンツの力が発生 し、これによりφ方向の回転トルクを発生する。 図１および図２から明らかなように、これらコイル、即ち、回転コイルである φコイル７および並進コイルであるＺコイル９を流れる電流はこれらコイルが附 勢される際少なくとも主として互いに直交するため、両コイルは同一の磁石系、 本例では永久磁石１１および環状セグメント１３を具える磁石系と共働させるこ とができる。これらコイル７および９は互いに対し同時にまたは独立して附勢す ることができる。この際の附勢は所望の力または所望のトルクに依存して方向お よび／または大きさが変化する電流により行うことができる。 図３，４および５に示す本発明マシンは電子素子のような物体をピックアップ し、保持し、移動し且つ位置決めすることができる。このマシンは線図的にのみ 示されるフレーム１０２、このフレーム１０２に固着された本発明による電磁ア クテュエータ１０４、および真空系１０８を具える。フレーム１０２は静止フレ ームとするか、または輸送機構の一部分を形成するか、或はスライドまたはピボ ットアームとして構成することができる。電磁アクテュエータ１０４はフレーム １０２に装着された第１アクテュエータ区分１０１と、この第１アクテュエータ 区分１０１に装着され並進自在および回転自在の第２アクテュエータ区分１０３ とを具える。断面図区分１０１には円筒状シェル１０５ａ、中心コア１０５ｂお よびこの円筒状シェル１０５ａを中心コア１０５ｂに連結するブリッジ１０５ｃ を具える軟磁性ヨーク１０５を設ける。このシェル１０５ａにはスロット状軸方 向ギャップ１１９、本例ではシェルを補強するための非磁性材料を充填したギャ ップを設ける。さらにこの第１アクテュエータ区分１０１には前記シェル１０５ ａを囲んで配設されたトロイダル状コイル１０７と前記コア１０５ｂを囲んで配 設された円筒状コイル１０９とを具えるコイル系を具える。前記アクテュエータ １０４のアクテュエータ軸１０１ａはコア１０５ｂの中心孔１１５によって規定 する。この孔１１５には前記第２アクテュエータ区分１０３の駆動軸１１７を極 めて低い摩擦抵抗で支承する空気ベアリング１１２を有するベアリングスリーブ １１０を収容する。駆動軸１１７は中空とするとともに駆動軸の壁部のポート１ １６を経て前記第１アクテュエータ区分１０１の真空スペース１１８に連通され る軸方向空所１１４を設ける。真空スペース１１８は真空ポンプ連結用のダクト １２０を経てバルブ１２２に結合する。中空駆動軸１１７には吸引パッド１２４ を装着する。 第２アクテュエータ区分１０３は空隙を介してコイル１０７および１０９と共 働する永久磁石系を具える。この永久磁石系は半径方向内方または外方に磁化さ れ、本例では３つの積重ね環状部分より成る磁石１１１を具える。コイル１０７ および１０９間に延在する環状磁石１１３は永久磁石セグメント１１３を有し、 その磁化方向を磁石１１１の残部の磁化方向とは逆とする。磁石１１１は支持体 １２６に固着し、この支持体を連結ディスク１２８を介して駆動軸１１７に固着 する。 本例では、回転コア１０７はほぼ２００°に亘ってスパンするとともに環状磁 石１１３は軸方向ギャップ１１９から延在する回転コイルをほぼ２１５°に亘っ てカバーし、環状永久磁石セグメント１１３を回転コイル１０７によって規定さ れたセクタ内に配置する。永久磁石セグメント１１３を常時回転コイル１０７に 対向して確実に配置するためには、アクテュエータ区分１０３の回転角を両アク テュエータ区分１０１および１０３に停止部材を設けることによって規制するこ とができる。 本発明マシンは例えば表面実装(SMD)技術を用いる際にプリント回路板に電子 部品（素子）を実装するのに特に好適である。表面実装技術を用いる場合には電 子部品をプリント回路板に膠着し、半田付けする。この際本発明マシンによれば 、吸引パッドをマシンに使用する本発明アクテュエータにより部品に対し位置決 めした後フィード系から部品をピックアップすることができる。次いで、部品を プリント回路板に向かって移動させるとともに回転コイル１０７の附勢によりプ リント回路板に対し配向させることができる。その後部品をプリント回路板上の 装着位置に移動させてプリント回路板に設けられた接着層に圧接することができ る。 本発明アクテュエータは一方のアクテュエータ区分の他方のアクテュエータ区 分に対する並進位置および回転位置を決める測定系に組合せるのが好適である。 測定系は実際の並進位置を表わす第１出力信号および／またはアクテュエータの 使用中の所望瞬時における実際の回転位置を表わす第２出力信号を供給し、次い でアクテュエータユニットで使用し得るようにする。このアクテュエータユニッ トは本発明アクテュエータと相俟ってアクテュエータの制御系をも構成する。 図６は本発明アクテュエータＩ（負荷を設けることができる）の１実施例を示 すブロック図であり、これにはアクテュエータの実際の並進位置を表わす第１信 号ｚとアクテュエータの実際の回転位置を表わす第２信号φを供給する測定系II を設ける。これら信号ｚおよびφを加算器Ａ１およびＡ２にそれぞれ供給する。 さらに、所望の並進位置に関連する信号ｚ_sを加算器Ａ１に供給する。加算器Ａ １からの差信号をコントローラIIIに供給する。このコントローラIIIによってア クテュエータ並進コイルを制御する。また、加算器Ａ２には信号φの他に所望の 回転に関連する信号φ_sを供給する。加算器Ａ２からの差信号を供給するコント ローラIVによってアクテュエータの回転コイルを制御する。 図７，８および９に示す測定系は円筒状情報キャリア２０１を具える。情報キ ャリア２０１は例えばガラスまたは好適な合成樹脂から形成した透明な円筒体を 具え、その上に例えばアルミニウムの不透明層を例えば蒸着により形成し、これ に例えばレーザビームによる融除によって孔２０５を形成し、透明区域のパター ンを形成し得るようにする。透明区域のパターン２０５は２つの方向ｚおよびφ に規則正しく延在これら孔の形状を方形または円形とする。エンコーダシリンダ ーとも称される情報キャリア２０１は本発明アクテュエータの移動自在のアクテ ュエータ区分の１部分を形成する。この点を図２に示すが、ここでは移動自在の 第２アクテュエータ区分３がかかる情報キャリア２０１を含む。この情報キャリ ア２０１を磁石１１に連結し、図１にも示すようにトロイダル状コイル７および ／または円筒状コイル９を附勢する際にこれによって磁石１１と同様の動きを呈 せしめるようにする。透明区域のパターン２０５は情報キャリア２０１の周縁全 体に亘って設ける必要はなく、移動自在のアクテュエータ区分の回転角に等しい 円周角に亘ってのみ設ける。さらに本発明測定系は透明区域のパターン２０９を 有するマスク２０７を具える。透明区域のパターン２０９にはＺ方向に延在する スリット２１１_φを有するサブパターン２１１Ａおよび２１１Ｂと、φ方向に延 在するスリット２１３_zを有するサブパターン２１３Ａおよび２１３Ｂとを設け る。マスク２０７を本発明アクテュエータの静止アクテュエータ区分に固着する ；図１においてはこのアクテュエータ区分に符号１をつける。アクテュエータ区 分１の部分５ｂ上でエンコーダシリンダー内に複数の発光ダイオードを配置する 。またアクテュエータ区分１の部分５ａ上でエンコーダシリンダーの外側に等し い数の複数のフォトダイオードを配置する。かかる配置とすることによって情報 キャリア２０１およびマスク２０７が一方では発光ダイオード間に延在するとと もに他方ではフォトダイオード間に延在するようになる。かかる配置は対称に示 され、発光ダイオードを２１５で示しフォトダイオードを２１７で示す。 本発明アクテュエータユニットに用いられる測定系によれば、移動自在のアク テュエータ区分の静止アクテュエータ区分に対する回転運動および並進運動を決 めることができる。並進の場合には並進方向ｚを横切って延在するスリット２１ ３_zを用いてスリット２１３_zと情報キャリア２０１の孔２０３との相対運動の結 果その明暗遷移をフォトダイオードで観測する。同様に回転の場合には、回転方 向を横切って延在するスリット２１１_φと孔２０３との間の相対運動の結果の明 暗遷移を観測する。 これらスリット２１３_zおよび２１１_φは孔２０３の大きさに相当する例えば ５０μｍの横方向の寸法を有する。これらスリットの長さは情報キャリア２０１ にそれぞれ用いられるピッチｐおよびｐ′の数倍に相当する。本例ではピッチの １６倍に等しい比較的長い長さを選択して１方向の動きの他方向の動きに及ぼす 影響が最小となるようにする。並進方向のピッチｐ′を回転方向のピッチｐに等 しくする必要はないこと勿論である。 本発明測定系は４つのフォトダイオードと２対のサブパターン２１１Ａ，２１ １Ｂまたは２１３Ａ，２１３Ｂの一組を用いて各方向の動きを測定する。サブパ ターンの各々は複数の並列スリット２１１_φまたは２１３_zを有するため、各組 は４群のスリットを有する。各組ではこれらスリット群は情報キャリアに用いら れるピッチとこのピッチの１／４との和（ｐ＋１／４・ｐ）の整数倍だけ一方か ら他方にオフセットする。従って、方向当たり２移相信号を測定することによっ て移動自在のアクテュエータ区分の動き方向を決めることができる。移動自在の アクテュエータ区分の静止アクテュエータ区分に対する（相対）位置は明暗遷移 の数を計数することによって決まる。 本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく要旨を変更しない範囲内で 種々の変形や変更が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケスラー フォルカー ドイツ連邦共和国 デー09599 フライベ ルク クラウサリー ９ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アクチュエータ軸に沿って互いに並進し得るとともにこのアクチュエータ軸 を中心として回転し得る２つのアクチュエータ区分を具え、第１アクチュエータ 区分はコイル系を有し、第２アクチュエータ区分は空隙を介して前記コイル系と 共働する永久磁石系を有する電磁アクチュエータにおいて、前記コイル系は、導 磁性ヨークに配設するとともに前記アクチュエータ軸と同軸を成す円筒状並進コ イルおよびトロイダル状回転コイルを具え、且つ前記永久磁石系は前記アクチュ エータ軸と同軸を成す環状磁石を具え、該環状磁石は前記円筒状並進コイルおよ びトロイダル状回転コイルと共働して半径方向に磁化され、この半径方向の磁化 は環状片により中断され、前記導磁性ヨークは前記並進コイルが巻装される中心 コアと前記回転コイルが配設されるシェルとを有し、これら中心コアおよびシェ ルによって前記環状磁石を配設するスペースを画成し、前記導磁性ヨークは前記 中心コアおよび前記シェルをブリッジ連結するようにしたことを特徴とする電磁 アクチュエータ。 ２．前記シェルは導磁性材料より成る中断円筒状壁部によって形成することを特 徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。 ３．前記シェルには前記ブリッジの近くに位置し、前記アクチュエータ軸に平行 に延在するストット状ギャップを設けるようにしたことを特徴とする請求項１ま たは２に記載の電磁アクチュエータ。 ４．前記環状区分は前記環状磁石の断続部により形成することを特徴とする請求 項１、２または３に記載の電磁アクチュエータ。 ５．前記環状磁石および前記環状区分はともに相俟って連続リングを形成し、こ の際環状区分は環状磁石とは逆に磁化することを特徴とする請求項１、２、３ま たは４に記載の電磁アクチュエータ。 ６．前記第１アクチュエータ区分は静止区分とすることを特徴とする請求項１に 記載の電磁アクチュエータ。 ７．請求項１〜３の何れかの項に記載のアクテュエータと、一方のアクテュエー タ区分の他方のアクテュエータ区分に対する並進位置および回転位置を測定す る測定システムとを具えることを特徴とするアクテュエータユニット。 ８．前記測定システムは前記アクテュエータ区分の一方に配設され第１透明パタ ーンを有する円筒状情報キャリアと、他方のアクテュエータ区分に配設され第２ 透明パターンを有するマスク、放射線源システムおよびこの放射線源システムに 対向して配列された放射線感応センサシステムを有するユニットとを具え、前記 第１透明パターンおよびこれに平行に延在する第２透明パターンを前記放射線源 システムおよび前記放射線感応センサシステム間に延在させるようにしたことを 特徴とする請求項７に記載のアクテュエータユニット。 ９．前記放射線源として発光ダイオードを用い、前記センサシステムとしてフォ トダイオードを用いるようにしたことを特徴とする請求項８に記載のアクテュエ ータユニット。 １０．実際の並進位置を表わす前記測定システムの出力信号および所望の並進位 置を表わす信号を比較して第１の差信号を発生するとともに実際の回転位置を表 わす前記測定システムの出力信号および所望の回転位置を表わす信号を比較して 第２の差信号を発生する手段を具える制御システムを設け、これら差信号を前記 並進コイルおよび前記回転コイルを制御する制御ユニットに供給するようにした ことを特徴とする請求項７，８または９のいずれかに記載のアクテュエータユニ ット。 １１．請求項１〜３の何れかの項に記載の少なくとも１つのアクテュエータと、 請求項１〜３の何れかの項に記載の少なくとも１つのアクテュエータユニットと を具える物体のピックアップ位置決め機械。