(57)【要約】【課題】半導体や液晶製造装置等の高精度な回転割り出し又はアライメント位置決めを必要とする産業機械において、それらの機構を簡素化し且つ高精度な回転割り出し及び位置決めを可能にするリニアモータ及び精密回転テーブルを提供する。【解決手段】回転テーブルＴの外周端部を模擬した部分円弧の形状を有する一対の下側および上側マグネット１１,１２を可動子１０として回転テーブルＴの外周端部に扇状に配設し、同部分円弧の形状を有するコイル部２１を、下側および上側マグネット１１,１２によって形成される磁場を横切るように固定子２０として機械固定部Ｓに固定する。【選択図】図２
2006333652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁部および電機子部の相互誘導作用によって電磁力を発生するコアレスなリニアモータであって、前記界磁部は駆動対象である回転テーブルの外周端部に配設されロータとなり、且つ前記電機子部は前記界磁部が形成する磁場を横切る位置に固定されステータとなり、前記電磁力の駆動方向が前記回転テーブルの回転方向に対応していることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記界磁部は、前記回転テーブルの外周端部を模擬した一の部分円弧の形状である一対のマグネット部を有し、前記電機子部は同他の部分円弧の形状であり且つ前記一対のマグネット部に挟まれる空間を横切るコイル部を有している請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する請求項１に記載のリニアモータと、前記回転テーブルの位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段からの検出情報に基づいて前記リニアモータの駆動を制御する制御装置とを具備し、前記回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び回転位置決めを可能にすることを特徴とする精密回転テーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ及び精密回転テーブル、特に半導体や液晶製造装置等の高精度な回転割り出し又はアライメント位置決めを必要とする産業機械において、それらの機構を簡素化し且つ高精度な回転割り出し及び位置決めを可能にするリニアモータ及び精密回転テーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転割り出し機械におけるテーブルの駆動は、テーブルの中心軸に対してモータが結合され、そのモータの回転によりテーブルの駆動が行われていた。モータの駆動方向とテーブルの動作方向が共に回転方向となる反面、回転割り出し精度を向上させるために、テーブル形状が大型化し、そのテーブル形状の大型化に伴い、軸および結合部の機械強度および剛性を高める必要があり、回転割り出し機械が大型となっていた。
【０００３】
機械のテーブルは、加工する品物を精度良く保持するために、適正な回転軸受け（ベアリング）を持っている。また、モータも同回転軸受けを持つため、結合部は互いの中心軸のズレによる機械干渉を吸収する機構が必要となる。このため、駆動部の剛性が下がり、高精度に位置決めが出来ない。
【０００４】
また、機械のテーブル駆動を回転中心軸で行うため、テーブルの端側の位置を高精度で決める際にモータに対し非常に高い駆動分解能が要求される。また、高イナーシャのテーブルを中心軸駆動で回転させるため、モータに対し高トルクが要求される。
【０００５】
また、テーブルの位置決め動作の中で微小範囲の位置補正動作を行うアライメント動作の場合でも、モータ駆動では全範囲動作となるため無駄が多く、コストが高くなる。この改善策として、テーブルの端部を直線駆動するボールネジ等を使用したリニアアクチュエータで微小範囲を駆動する方法がとられている（例えば、非特許文献１を参照。）。しかし、機構が複雑なため、調整が難しい。さらに、駆動力は直線方向に対し動作は回転方向となるため、制御が煩雑になると共に回転割り出し精度の確保が困難となる。
【０００６】
【非特許文献１】"ＩＫＯ精密アライメントテーブル  ＡＴ"、日本トムソン株式会社、[online]、［平成１７年５月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http:/www.ikont.co.jp/product/mecha/mch10.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、従来の回転割り出し機械において高精度の位置決めを行うためには、中心軸の機械剛性を上げなければならず、このため中心軸を含む機構部が必然的に大型化する。また、機械およびモータの軸芯のズレによる各回転軸受け間の干渉を避ける機構および調整が必要となる。その結果、コストが上昇すると共に結合部を含む機構が複雑化する問題点がある。更に、大型テーブルの回転を中心軸駆動とすると、モータには大きなトルクが要求されモータは大型となる。そして、高精度の位置決め駆動では高分解能のセンサ及び高分解能トルク制御が必要となる。また、中心軸を駆動するモータでは、微小範囲駆動に於ても全周駆動となり、仕事効率が悪い問題点がある。
他方、リニアアクチュエータによる端駆動を行う楊合は、機構部が複雑となることに加え、駆動方向が異なるため、制御の直線性が崩れ性能確保が難しい問題点がある。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、半導体や液晶の製造装置、高精度に回転を割り出す検査装置またはアライメント位置決めを必要とする産業機械において駆動モータとして使用され、それら装置の機構を簡素化し且つそれら装置において高精度な回転割り出し及び位置決めを可能にするリニアモータ及び精密回転テーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための第１の発明では、界磁部および電機子部の相互誘導作用によって電磁力を発生するコアレスなリニアモータであって、前記界磁部は駆動対象である回転テーブルの外周端部に配設されロータとなり、且つ前記電機子部は前記界磁部が形成する磁場を横切る位置に固定されステータとなり、前記電磁力の駆動方向が前記回転テーブルの回転方向に対応していることを特徴とする。
上記第１の発明のリニアモータでは、界磁部が回転テーブルの外周端部に配設されロータとなり、対する電機子部が固定されステータとなっているため、回転テーブルは外周端部で駆動される。その結果、小推力で回転テーブルを駆動することが可能となる。これにより、回転テーブルを駆動するために、回転テーブルの外周端部の一部分を駆動すれば足りるため、仕事効率が高くなる。更に、電磁力の駆動方向が回転テーブルの回転方向に対応しているため、回転テーブルに対する制御性の向上に寄与することに加え、駆動対象である回転テーブルは、駆動軸を初めとする、中心軸および駆動軸を結合する結合部および軸芯のズレによる機械干渉を吸収する機構等が不要となるため、回転テーブルの駆動機構の簡素化に寄与することができる。
【０００９】
第２の発明では、前記界磁部は、前記回転テーブルの外周端部を模擬した一の部分円弧の形状である一対のマグネット部を有し、前記電機子部は同他の部分円弧の形状であり且つ前記一対のマグネット部に挟まれる空間を横切るコイル部を有していることとした。
上記第２の発明のリニアモータでは、界磁部のマグネット部および電機子部のコイル部ともに回転テーブルの外周端を模擬した部分円弧の形状であるため、マグネット部およびコイル部の相互誘導作用により界磁部に作用する電磁力の向きは回転テーブルの接線方向に一致し、駆動に対する回転テーブルの回転変位が高い直線性を有するようになり、駆動対象である回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び回転位置決めを可能にする。
【００１０】
上記目的を達成するための第３の発明では、回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する上記第１の発明のリニアモータと、前記回転テーブルの位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段からの検出情報に基づいて前記リニアモータの駆動を制御する制御装置とを具備し、前記回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び回転位置決めを可能にすることを特徴とする。
第３の発明の精密回転テーブルでは、回転テーブルを駆動するリニアモータは、駆動に対する回転テーブルの回転変位が高い直線性を有しているので、回転位置検出手段および制御装置によってリニアモータの駆動を好適に制御することによって回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び回転位置決めが実現される。また、リニアモータは回転テーブルの外周端部を駆動するので、回転テーブルを駆動するためには小推力で足り、本精密回転テーブルは省エネルギー性を有する。さらに、駆動対象である回転テーブルは、駆動軸が不要となることに加え、中心軸および駆動軸を結合する結合部および軸芯のズレによる機械干渉を吸収する機構等が不要となるため、回転テーブルの駆動機構が大幅に簡素化される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のリニアモータによれば、駆動に対する回転テーブルの回転変位が高い直線性を有するようになる。また、駆動対象である回転テーブルを駆動するために、回転テーブルの外周端部の一部分を駆動すれば足りるため、小推力で大きなトルクを発生し、仕事効率が高くなる。
また、本発明の精密回転テーブルによれば、回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び回転位置決めが実現されると共に省エネルギー性が向上し、回転テーブルの駆動機構が大幅に簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る円弧型リニアモータ１００を示す要部断面説明図である。
この円弧型リニアモータ１００は、磁場を形成する界磁部であると共にロータとしての可動子１０と、通電され起磁力を発生する電機子部であると共にステータとしての固定子２０とを具備して構成されている。
【００１４】
可動子１０は、磁束を供給して磁場を形成する下側マグネット１１と、同上側マグネット１２と、下側マグネット１１を支持する下側ベース１３と、上側マグネット１２を支持する上側ベース１４と、下側ベース１３および上側ベース１４を固定するベース固定ブロック１５とから成り、後述するコイル部２１から供給された磁気エネルギーを例えば回転テーブルＴの回転という運動エネルギーに変換するものである。また、可動子１０は、回転テーブルＴの外周端部に取り付けられ、コイル部２１との電磁誘導作用により回転テーブルＴの接線方向に電磁力を発生し、その電磁力は回転テーブルＴを回転させるトルクとなる。
【００１５】
また、可動子１０は、回転テーブルＴの外周端部に取り付けられているので、小さな電磁力で大きなトルクを発生することができる。従って、従来の精密回転割り出し又は位置決め用の回転テーブルは、中心軸に対して同軸上に結合されたモータの電機子が回転することによって回転する、いわゆる中心軸駆動であり、その結果、大きなトルクを発生させるためには、電機子に大きな電流を供給しなければならなかったが、本発明の円弧型リニアモータ１００は外周端駆動であるため、小さな電流で大きなトルクを発生することができる。
【００１６】
また、後述するように、この円弧型リニアモータ１００は、回転テーブルの外周端部の一部分として配設されているので、回転テーブルの外周端部の一部分のみを駆動する。一方、上記従来の回転テーブルを駆動するモータは、回転テーブルの全周を駆動している。従って、仕事効率において、この円弧型リニアモータ１００は優れている。
【００１７】
固定子２０は、コイル（図示せず）が巻かれ電機子としてのコイル部２１と、そのコイル部２１を支持するコイル固定ブロック２２とから成り、機械固定部Ｓに固定されている。また、コイル部２１に電流が流れると起磁力が発生し、その起磁力によって発生した磁束が可動子１０を貫くことによって、可動子１０に誘導電流を誘起させる。そして、可動子１０においてその誘導電流および磁束の相互作用により電磁力が発生し、前述した通り、その電磁力は回転テーブルＴを回転させるトルクとなる。
【００１８】
図２、図１のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
下側マグネット１１は、回転テーブルＴの外周端部の一部分を模擬した部分円弧の形状を有し回転テーブルＴの外周端の円弧に沿って扇状に配設されている。また、コイル部２１は、下側マグネット１１に重複するように、下側マグネット１１の形状に近似した部分円弧の形状を有している。なお、上側マグネット１２は、下側マグネット１１と同一の形状を有している。
【００１９】
下側および上側マグネット１１,１２およびコイル部２１を上記部分円弧の形状にすることにより、それらを回転テーブルＴの外周端部の円弧に沿って扇状に配設することが可能になり、その結果、可動子１０において回転テーブルＴの接線方向に対し電磁力が発生し、その電磁力は回転テーブルＴを回転させるトルクとなる。
【００２０】
これにより、従来の回転テーブルに対するボールネジによる端駆動では、駆動方向が直線である一方、回転方向が周方向となるため、回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び位置決め制御は難しかったが、円弧型リニアモータ１００では、駆動方向に対する回転テーブルの回転方向が一致し、駆動に対する回転テーブルの回転変位が高い直線性を有するようになるため、回転テーブルに対する高精度の回転割り出し及び位置決め制御が可能となる。
【００２１】
以上のとおり、円弧型リニアモータ１００によれば、駆動に対する回転テーブルＴの回転変位が高い直線性を有するようになる。また、駆動対象である回転テーブルを駆動するために、回転テーブルＴの外周端部の一部分を駆動すれば足りるため、小さな電磁力で大きなトルクを発生し、更に、所望の回転角度または回転変位に対して仕事効率が高くなる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、界磁部である可動子１０がロータとなり電機子部である固定子２０がステータとなっているが、これとは逆に、可動子１０がステータとなり機械固定部Ｓに固定され固定子２０が回転テーブルＴの外周端部に円弧に沿って扇状に配設された構成とした円弧型リニアモータとすることも可能である。
【００２３】
図３は、本発明の他の実施形態に係る精密回転テーブル２００を示す説明図である。
この精密回転テーブル２００は、加工部品等が載置され且つ回転軸２を中心に回動可能な回転テーブル１と、可動子１０が回転テーブル１の円弧に沿って扇状に配設され且つ固定子２０が機械固定部３に取り付けられた円弧型リニアモータ１００と、回転テーブル１の回転位置を検出する回転位置検出手段としてのセンサスケール４および回転位置センサ５と、回転位置センサ５からの電気信号を基に円弧型リニアモータ１００を駆動して回転テーブル１の位置決め制御を行う制御装置６とを具備して構成されている。
【００２４】
センサスケール４は回転テーブル１の外周端面に取り付けられ、回転位置センサ５はセンサスケール４と同一又は相似の円弧の形状を有している。また、センサスケール４および回転位置センサ５としては、例えば機械的な接触を伴わない光電式のロータリエンコーダ等が好ましい。
【００２５】
制御装置６は、例えば、回転テーブル１に取り付けられたセンサスケール４および回転位置センサ５の検出情報から回転テーブル１の回転量を検出し、その回転量と予め設定された基準回転量との誤差を算出して、その誤差に基づいた操作量を算出し、その操作量を基に円弧型リニアモータ１００を駆動して制御対象である回転テーブル１の回転位置を制御する、いわゆるフィードバック制御を行う。
【００２６】
以上のとおり、精密回転テーブル２００によれば、円弧型リニアモータ１００によって外周端駆動されるため、駆動方向と回転テーブル１の回転方向とが一致し、駆動に対する回転テーブル１の回転変位が高い直線性を有するようになる。これにより、フィードバック制御のループゲインを大きくすることが可能になり回転テーブル１に対し高精度な回転割り出し又は回転位置決め制御を行うことが出来るようになる。また、従来の回転割り出し機械において必須のモータの駆動軸およびその駆動軸とテーブルの回転軸を結合する結合部ならびに軸芯のズレを補正する干渉機構等が不要となり、機構において大幅に簡素化される。更に、回転テーブル１は円弧型リニアモータ１００によって外周端駆動されるため、省エネルギー性を有するようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のリニアモータ及び精密回転テーブルは、半導体や液晶の製造装置、高精度に回転を割り出す検査装置またはアライメント位置決めを必要とする産業機械に対して好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る円弧型リニアモータを示す要部断面説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る精密回転テーブルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１                      回転テーブル
２                      回転軸
３                      機械固定部
４                      センサスケール
５                      回転位置センサ
６                      制御装置
１０                    可動子
２０                    固定子
１００                  円弧型リニアモータ
２００                  精密回転テーブル
【図１】
2006333652.tif 000003
【図２】
2006333652.tif 000004
【図３】
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