(57)【要約】【課題】 推力ムラを取り除き、精度の良い推力直接制御を可能とするリニアモータの制御方法を提供する。【解決手段】  リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を予め求めておく。目標推力に対応する計算制御電流Ｉに対し、リニアモータの実際の制御電流をＩ・Ｄ（ｘ）とする。リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）は、速度一定制御を行って求める。【選択図】    図２
2006026750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータの推力を直接制御する際のリニアモータの制御方法であって、リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を予め求めておき、目標推力に対応する計算制御電流Ｉに対し、リニアモータの実際の制御電流をＩ・Ｄ（ｘ）とすることを特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項２】
速度一定制御を行ってリニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を求めることを特徴とする請求項１のリニアモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアモータの制御方法、さらに詳しくは、シリコン、サファイアなどの硬脆材料セラミックスなどの表面をサブミクロン以下の単位の精度を確保して研削する装置におけるワーク送り装置としてリニアモータを使用する際に好適なリニアモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系を利用した白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）に用いるサファイアウェーハ等の半導体基板には、研削工程、ラップ工程およびポリッシング工程を経て所要の鏡面仕上げが施されている。ワーク支持台を定速で送るようになされた従来の研削装置を使用した場合、サファイアウェーハには研削およびラップ終了時に数μｍ程度のダメージ層が生じ、最終のポリッシング工程でこのダメージ層を除去するに際し、１μｍ当たり約１時間を要することから、ポリッシング工程がＬＥＤ生産のネックとなっている。
【０００３】
そこで、特許文献１には、図５に示すように、砥石送り手段によって所定位置に保持されてワーク(W)を研削する回転砥石(72)と、ワーク(W)を支持するワーク支持台(73)と、ワーク支持台(73)をワーク(W)の被加工面と平行な方向に移動させるワーク支持台送り手段(74)とを備え、砥石送り手段（図示略）は、研削ヘッドをヘッド送りモータによって上下方向に移動させ、回転砥石を位置制御してワークに接近させる定寸送り手段とされ、ワーク支持台送り手段(74)は、ワーク支持台(73)を移動させる油圧シリンダ(75)、空気圧を油圧に変換する油空圧変換器（図示略）、および油空圧変換器の空気圧室に供給される空気圧を設定することによりワークが回転砥石から受ける負荷を一定に保持する電空レギュレータ（図示略）からなる定推力送り手段とされている研削装置(71)が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−３１７８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の研削装置によると、ワーク支持台送り手段を定推力送り手段とすることにより、ワークのダメージ層を減少することができるものの、定推力送り手段を空気圧制御としている関係上、ワーク支持台の位置制御が難しく、研削装置の自動化が困難という問題があった。
【０００５】
そこで、この問題を解消するために、定推力送り手段としてリニアモータを使用することが考えられるが、この場合、図４に示すように、リニアモータには、磁束の分布に基づく推力ムラがあり、推力を直接制御する場合には、この推力ムラをなくすことが課題となる。また、磁束の分布に基づく推力ムラの他、配線抵抗や摺動抵抗に基づく推力ムラも存在しており、これらが推力の直接制御を困難なものとしている。
【０００６】
この発明の目的は、推力ムラを取り除き、精度の良い推力直接制御を可能とするリニアモータの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるリニアモータの制御方法は、リニアモータの推力を直接制御する際のリニアモータの制御方法であって、リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を予め求めておき、目標推力に対応する計算制御電流Ｉに対し、リニアモータの実際の制御電流をＩ・Ｄ（ｘ）とすることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、リニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）は、計測区間の平均値で規格化された値で、電流ｉ（ｘ）のｘ＝ｘｏからｘ＝ｘｐまでの間での平均値をＩaveとして、Ｄ（ｘ）＝ｉ（ｘ）／Ｉave，Ｉave＝（１／ｘ）∫ｘｏｘｐｉ（ｘ）ｄｘにより求められる。
【０００９】
このリニアモータの制御方法は、研削装置におけるワーク送り手段として好適に使用され、特に、研削されるワークが白色ＬＥＤなどに用いられるサファイアウェーハ、ハードディスクに用いられる結晶化ガラス、シリコンウェーハ、アルミナ焼結体などの硬くて脆い材料である場合に適している。
【００１０】
リニアモータによると、ワークを移動させる推力を微小（例えば２Ｎ以下）とすることができ、リニアモータの駆動電流を制御することで送り速度が超低速（例えば数ｍｍ／ｓ程度または１ｍｍ／ｓ以下）でもスムーズな送りを実現することができる。
【００１１】
リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を予め求めるに際しては、速度一定制御を行うことが好ましい。このようにすると、推力ムラの原因となる要素が適正にリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）に含まれることになり、実際の制御電流に含まれる推力ムラを確実になくすことができる。
【００１２】
この発明によるリニアモータの制御方法においては、推力を力センサで求めて、これを推力目標値の補正用として使用するクローズドループとしてもよく、また、力センサを不要として、オープンループだけで推力を制御するようにしてもよい。前者の場合、制御精度をより高くすることができ、後者の場合、制御精度をある水準以上に確保した上で、装置全体の小型化・安価化が可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のリニアモータの制御方法によると、リニアモータの位置ｘに対するリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）には、推力ムラの原因となる要素が含まれるので、リニアモータの実際の制御電流を目標推力に対応する計算制御電流（Ｉ）とこのリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）との積として求めることにより、推力ムラが取り除かれ、精度の良い推力直接制御が可能となる。
【００１４】
また、推力制御を行う時のみ、Ｆ＝Ｋｔ＊Ｉから求まるＩにリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を掛けて出力すればよいため、力を直接検出する必要がない。したがって、リニアモータを使用するワーク送り装置を小型化・安価化にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、サファイアウェーハなどのワーク(W)を研削する研削装置を示しており、この研削装置(1)は、回転砥石(2)と、ワーク(W)を真空チャック(3a)で支持するワーク支持台(3)と、ワーク支持台(3)をワーク(W)の被加工面と平行な方向に移動させるワーク支持台送り手段としてのリニアモータ(4)と、回転砥石(2)の軸(2a)をワーク(W)の被加工面と垂直な方向に移動させる砥石送り手段(5)と、リニアモータ(4)を制御する制御手段(6)とを備えている。
【００１７】
リニアモータ(4)は、複数のコイルユニットからなるリニアモータ可動子(4a)と、可動子(4a)の走行軌道に沿って並べられた複数の永久磁石からなるリニアモータ固定子(4b)とを有し、リニアモータ可動子(4a)の送り速度と位置とを検出する送り速度検出手段を内蔵している。
【００１８】
リニアモータ制御手段(6)は、図２に示すように、目標推力Ｆ＊を出力する目標推力指令部(11)と、目標推力指令部(11)からの出力である目標推力Ｆ＊を電流に変換して計算制御電流Ｉを出力する電流演算部(12)と、電流演算部(12)からの出力である計算制御電流Ｉに計測区間の平均値で規格化されたリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を掛け算して補正済み制御電流Ｉｃ＝Ｉ・Ｄ（ｘ）を出力する電流補償部(13)と、電流補償部(13)からの出力である補正済み制御電流Ｉｃを増幅し、これを実際の制御電流Ｉｒとしてリニアモータ(4)を駆動するサーボアンプ(14)と、リニアモータ(4)に作用する推力Ｆからリニアモータ(4)の速度ｖを求める速度演算部(15)と、速度演算部(15)で得られたリニアモータ(4)の速度ｖからリニアモータ(4)の位置ｘを求める位置演算部(16)と、位置演算部(16)で得られた位置データｘを電流補償部(13)にフィードバックする位置フィードバック回路(17)と、リニアモータ(4)に作用する推力Ｆを目標推力指令部(11)にフィードバックする推力フィードバック回路(18)とを備えている。
【００１９】
目標推力指令部(11)においては、予め設定されている目標推力を必要に応じてリニアモータ(4)に作用する実際の推力Ｆを使用して補正することで、目標推力Ｆ＊が求められている。推力フィードバック回路(18)は、必ずしも必要なものではなく、この推力フィードバック回路(18)を省略したオープンループの制御とすることもできる。
【００２０】
電流演算部(12)においては、リニアモータ発生推力をＦ、モータ推力定数をＫｔ、モータ制御電流をＩとした場合に、これらの間にＦ＝Ｋｔ・Ｉが成り立っていることを利用し、リニアモータ発生推力Ｆの目標値であるＦ＊をこの式に代入することで、モータ制御電流Ｉが求められる。従来は、このモータ制御電流が実際の制御電流とされていたが、本発明では、このモータ制御電流Ｉは、計算制御電流として、電流補償部(13)に出力される。
【００２１】
電流補償部(13)においては、電流演算部(12)から出力された計算制御電流Ｉにリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）が掛け算される。このリニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）は、リニアモータ(4)を速度一定制御で駆動し、図３に示されているような各位置ｘにおける電流Ｉ（ｘ）を実際に求め、このＩ（ｘ）をＩ（ｘ）＝Ｉｏ・Ｄ（ｘ）（Ｉｏは電流の実効値）に代入することで求められる。したがって、電流補償部(13)で得られる補正済み制御電流Ｉｃ＝Ｉ・Ｄ（ｘ）は、磁極配置精度、配線抵抗、摺動抵抗などの推力ムラの原因となる要素が補償されたものとなっており、これを実際の制御電流とすることで、推力ムラをなくすことができる。リニアモータの電流分布Ｄ（ｘ）を求めるためには、リニアモータ(4)の位置データｘが必要であるが、これは、リニアモータ(4)の位置ｘを実測するかまたはリニアモータに対する運動方程式を積分することにより得ることができる。
【００２２】
サーボアンプ(14)においては、電流補償部(13)から出力された補正済み制御電流Ｉｃ＝Ｉ・Ｄ（ｘ）が増幅され、公知の制御方法に基づいて、リニアモータ(4)に制御電流Ｉｒが印加される。
【００２３】
リニアモータ(4)では、ｍ：リニアモータ可動子の質量、ｖ：リニアモータの可動子の移動速度、α：リニアモータの可動子の加速度、Ｆ：リニアモータ発生推力、μ：摩擦係数として、運動方程式：ｍ・α＝Ｆ−μ・ｖが成り立っている。リニアモータ発生推力Ｆは、例えば、力センサによって検出することができる。速度演算部(15)においては、上記運動方程式を使用して速度ｖが求められる。そして、位置演算部(16)においては、速度ｖを積分することで、位置ｘが求められる。
【００２４】
適正な研削を行うためには、送り推力数百ｇｆ以下、研削速度が数μｍ〜数ｍｍ／ｓと低推力・低速度とすることが必要となる。これを回転型モータで行うとすると、大減速比にする必要があり、低推力との両立が不可能となってしまうが、リニアモータ(4)とすることにより、電流制御により推力をダイレクトに発生させることができ、低推力・低速度の両立が可能となる。
【００２５】
上記のリニアモータ制御によると、外乱オブザーバを用いた推力直接制御の場合では、高速のＣＰＵが必要となるのに対し、簡単なコントローラを使用して制御を行うことができる。そして、研削時以外は、速度・位置サーボループでの制御でよく、推力制御を行う時のみ、実際の制御電流をＩ・Ｄ（ｘ）とすればよいため、力を直接検出しなくても、それに代わる物理量を用いることができるため、装置全体の小型化・安価化が可能になる。なお、研削時以外の制御を速度・位置サーボループで行う場合、推力ムラは、ループの中で補償されるため、例えば、リニアモータがコアレスタイプの場合、１％未満の速度ムラとして現れる程度であり、推力ムラを考慮しなくても精度の良い制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、この発明のリニアモータの制御方法を実施する装置の１実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図２は、この発明のリニアモータの制御方法をブロック図として示す図である。
【図３】図３は、リニアモータにおけるリニアモータの電流分布を模式的に示す図である。
【図４】図４は、従来のリニアモータで現れる推力ムラを示すグラフである。
【図５】図５は、この発明の制御方法で制御されるリニアモータで置き換えられるのに好適な一例としての研削装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
(1)         研削装置
(4)         リニアモータ（ワーク送り装置）
(6)         制御手段
(W)         ワーク
【図１】
2006026750.tif 000003
【図２】
2006026750.tif 000004
【図３】
2006026750.tif 000005
【図４】
2006026750.tif 000006
【図５】
2006026750.tif 000007