(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体と、
該移動体に取り付けた可動子を有し、該可動子を１軸方向に移動させるリニアモータと、
前記移動体に固定された回転型モータであって、該回転型モータの回転子の回転軸が、前記移動体と前記可動子と前記回転型モータからなる移動合体の重心を通り、且つ該重心と前記可動子の移動軌跡とを含む平面と交差するよう、前記移動体に固定された回転型モータと、
前記リニアモータの推力に基づいて前記可動子の移動によって前記移動合体に作用する回転トルクを求め、該回転トルクの少なくとも一部を相殺する反回転トルクを発生させる目標角加速度を算出し、該目標角加速度となるように前記回転型モータの回転子の角加速度を制御することにより、前記移動合体の姿勢を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記リニアモータが、前記可動子を水平１軸方向または垂直１軸方向に移動させるものであり、
前記回転型モータの回転軸が、水平面または垂直面に直交するものであることを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】
前記回転型モータが、前記回転子にイナーシャホイールを備え、該イナーシャホイールの重心が前記回転軸上にあることを特徴とする請求項１または２に記載の移動装置。
【請求項４】
前記可動子の加速度を検出する加速度検出手段を備え、
前記制御装置が、前記加速度検出手段により検出された加速度に基づいて前記推力を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体を１軸方向に移動させる移動装置に関する。より詳しくは、リニアモータによって移動体を１軸方向に移動させる移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属加工装置、搬送装置、検査装置、測定装置および半導体製造装置のような、移動体を１軸方向に往復動させる移動装置において、ガイド機構によって１軸方向に移動自在の移動体をリニアモータで移動させる移動装置が知られている。
【０００３】
リニアモータによる駆動方式は、回転型モータとボールねじの組合せによる駆動方式と比較してバックラッシュ等の影響がないため、移動体を高速移動させる場合や、移動体を精密位置決めする場合に有効である。
【０００４】
上記のような移動装置において、リニアモータの可動子と移動体とから構成される移動合体に１軸方向の推力が作用すると、移動合体は移動するとともに、当該移動合体には、重心と可動子の移動軌跡とを含む平面に直交し、且つ重心を通る軸回りの回転トルクが作用する。これにより、移動中の移動合体の姿勢が偏向する可能性がある。
【０００５】
そこで、ガイド機構が移動合体の姿勢を維持することになるが、移動合体の重量が重い場合や、ガイド機構にエアスライドを採用した場合には、上記の回転トルクに対してのガイド機構の剛性が低くて移動合体の姿勢を十分に維持できない虞がある。このため、移動装置に上記の回転トルクを相殺する推力を発生させるリニアモータをさらに設けて移動合体の姿勢を制御する技術が知られている。
【０００６】
特許文献１には、移動体の鉛直方向の中心軸に対して左右対称に２つのリニアモータを配置し、当該２つのリニアモータと鉛直方向と高さが異なる平面上に配置したリニアモータを駆動することにより、当該２つのリニアモータの移動合体を変動させる力を相殺する技術が提案されている。
【０００７】
特許文献２には、可動ステージに一対のリニアモータからそれぞれ推力を与え、各推力の差異によって可動ステージの重心軸回りのトルクを相殺するとともに、可動ステージを１軸方向に移動させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２２８７６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３８４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、移動装置が、特許文献１または２で提案されているように、移動合体を移動させるリニアモータ以外に回転トルクを相殺するリニアモータを備えると、移動装置は、移動合体の姿勢を制御するために、回転トルク相殺用のリニアモータを移動装置上で移動合体と略同等の距離を移動させる必要があり、移動装置自体が大型化する虞がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、装置の大型化を回避しつつ、移動合体の移動中の姿勢を制御できる移動装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の移動装置は、移動体と、この移動体に取り付けた可動子を有し、この可動子を１軸方向に移動させるリニアモータと、移動体に固定された回転型モータであって、この回転型モータの回転子の回転軸が、移動体と可動子と回転型モータからなる移動合体の重心を通り、且つ重心と可動子の移動軌跡とを含む平面と交差するよう、移動体に固定された回転型モータと、可動子の移動によって移動合体に作用する回転トルクの少なくとも一部を相殺する反回転トルクを発生するよう、回転型モータの回転子の回転を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、本発明の移動装置における「移動合体の重心」とは、厳密な重心位置に限定されず、厳密な重心位置の近傍をも含む意味であり、厳密な重心位置の近傍とは、たとえば、厳密な重心位置から３次元空間において１００ｍｍ程度離れた範囲内を意味する。上記「可動子の移動軌跡」とは、可動子の力点における移動軌跡を意味する。また、「移動合体に作用する回転トルク」とは、移動合体の重心と可動子の移動軌跡とを含む平面に直交し、且つ移動合体の重心を通る重心軸回りの回転トルクを意味する。また、上記「回転トルクの少なくとも一部」とは、同じ重心軸回りであって、大きさが小さいトルクを意味するだけではなく、当該重心軸を少なくとも２つの成分に分けた各軸回りの回転トルクであってもよい。
【００１３】
また、本発明の移動装置は、リニアモータが、可動子を水平１軸方向または垂直１軸方向に移動させるものであり、回転型モータの回転軸が、水平面または垂直面に直交するものであってもよい。また、本発明の移動装置は、回転型モータが、回転子にイナーシャホイールを備え、このイナーシャホイールの重心が回転軸上にあってもよい。また、本発明の移動装置は、可動子の加速度を検出する加速度検出手段を備え、制御装置が、加速度検出手段により検出された加速度に基づいて回転型モータの回転子の角加速度を制御するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の移動装置によれば、回転型モータを、回転子の回転軸が移動体と可動子と回転型モータからなる移動合体の重心を通り、且つ重心と可動子の移動軌跡とを含む平面と交差するよう移動体に固定するとともに、固定された回転型モータの回転子の回転を、可動子の移動によって移動合体に作用する回転トルクの少なくとも一部を相殺する反回転トルクを発生するように制御することにより、移動合体の回転トルクの一部を回転型モータの反回転トルクで相殺している。
【００１５】
したがって、新たな回転トルク相殺用のリニアモータを設け、移動合体と略同等な距離を移動させる必要がなく、回転型モータの回転動作で相殺ができるため、装置の大型化を回避しつつ、移動中の移動合体の姿勢を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態である加工装置の側面図
【図２】第１の実施形態である加工装置の平面図
【図３】第１の実施形態である加工装置の制御部を示すブロック図
【図４】第２の実施形態である静圧可動ステージの構成図
【図５】第２の実施形態である静圧可動ステージの制御部を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の移動装置の第１の実施形態である加工装置１の側面図、図２は本発明の移動装置の第１の実施形態である加工装置１の平面図を示す。
【００１８】
加工装置１は、後述するテーブル本体４１に載置された被加工物ＷをＺ軸ヘッド本体６１の下端に取り付けた回転切削工具Ｃで加工する装置である。加工装置１は、ベッド２、ベッド２に立設するラム３、ベッド２上に設置されたテーブル４、ラム３上に設置されたＸ軸ヘッド５、Ｘ軸ヘッド５の側方に設置されたＺ軸ヘッド６、Ｘ軸ヘッド５の上方に固定された回転型モータ７および制御部８から構成されている。
【００１９】
テーブル４は、被加工物Ｗを載置するテーブル本体４１、テーブル本体４１の図中Ｙ軸方向の移動を案内するガイド機構４２、テーブル本体４１を図中Ｙ軸方向に移動させる推力を与えるＹ軸方向のリニアモータ４３を備えている。ガイド機構４２は、テーブル本体４１に取り付けるスライダ４２ａとスライダ４２ａが走行するガイド４２ｂとから構成されている。
【００２０】
リニアモータ４３は可動子４３ａおよび可動子４３ａが走行する固定子４３ｂとから構成されている。可動子４３ａが一次側励磁コイル、固定子４３ｂが走行面上に所定ピッチで配列させた複数の二次側永久磁石をそれぞれ有するものである。リニアモータ４３は可動子４３ａの一次側励磁コイルを励磁して可動子４３ａに推力を供給する。図２には、可動子４３ａの移動軌跡Ｓを示す。
【００２１】
Ｘ軸ヘッド５は、Ｘ軸ヘッド本体５１、Ｘ軸ヘッド本体５１のＸ軸方向の移動を案内するガイド機構５２、Ｘ軸ヘッド本体５１をＸ軸方向に移動させる推力Ｆｗを与えるリニアモータ５３を備えている。なお、ガイド機構５２およびリニアモータ５３の構造は、ガイド機構４２およびリニアモータ４３と同様である。
【００２２】
リニアモータ５３は、Ｘ軸ヘッド本体５１に取り付けた光センサ５４ａと、ラム３上に取り付けた、固定子５３ｂに平行なスケール５４ｂとからなるリニアスケール５４を備えている。光センサ５４ａがスケール５４ｂを読み取ることにより、可動子５３ａの位置情報を出力することが可能である。なお、リニアモータ５３はマグネスケールをホール素子等の磁力センサで読み取ることで位置情報を出力することも可能である。リニアモータ４３および後述するＺ軸方向のリニアモータ６３も、リニアモータ５３と同様に、リニアスケール４４，６４をそれぞれ備えている。
【００２３】
Ｚ軸ヘッド６は、Ｚ軸ヘッド本体６１、Ｚ軸ヘッド本体６１のＺ軸方向の移動を案内するガイド機構６２、Ｚ軸ヘッド本体６１をＺ軸方向に移動させる推力を与えるリニアモータ６３を備えている。なお、ガイド機構６２およびリニアモータ６３は、ガイド機構４２、５２およびリニアモータ４３、５３と同様の構造である。
【００２４】
Ｚ軸ヘッド本体６１は、前述の通り、下端に回転切削工具Ｃを備えており、加工装置１は、リニアモータ４３，５３，６３を駆動させることにより、被加工物Ｗを回転切削工具Ｃで３次元的に加工できる。
【００２５】
回転型モータ７を説明する前に、リニアモータ５３を駆動させた場合に、加工装置１に作用する回転トルクＴについて説明する。ここで、Ｘ軸ヘッド本体５１、スライダ５２ａおよびＺ軸ヘッド６からなる移動物体を移動体Ｍとする。
【００２６】
移動体Ｍを回転型モータ７と可動子５３ａと一体的に、図１の紙面奥に進むＸ軸方向に移動させると、可動子５３ａの推力Ｆｗの作用により、移動体Ｍ、回転型モータ７および可動子５３ａからなる移動合体ＭＵに、重心Ｇを通り、且つ移動軌跡Ｓと重心Ｇを含む平面Ｐに垂直な重心軸Ａの回りに回転させる回転トルクＴが発生する。ここで、回転トルクＴを発生させる力点Ｆｐは可動子５３ａの底面の中心位置とする。
【００２７】
この回転トルクＴは、Ｚ軸方向で重心Ｇを通る重心軸Ａｚの回転トルクＴｚとＹ軸方向で重心Ｇを通る重心軸Ａｙの回転トルクＴｙに分割できる。また、本実施形態においては、図２に示すように、力点ＦｐのＸ軸方向の位置と重心ＧのＸ軸方向の位置が一致するため、移動合体ＭＵには、Ｘ軸方向で重心Ｇを通る重心軸Ａｘの回転トルクＴｘは作用しない。
【００２８】
したがって、Ｘ軸方向に移動中の移動合体ＭＵには、回転トルクＴｙおよび回転トルクＴｚが作用することになり、移動合体ＭＵがピッチング方向およびヨーイング方向に偏向することになる。第１の実施形態のように、移動合体ＭＵの重量が大きい場合、ガイド機構５２のみでピッチング方向およびヨーイング方向の偏向を抑制することは困難である。
【００２９】
回転型モータ７について説明する。回転型モータ７は、移動合体ＭＵのヨーイング方向の偏向を抑制して移動合体ＭＵの姿勢を制御するものである。回転型モータ７は、前述の通り、Ｘ軸ヘッド本体５１の上方に固定された回転型モータであって、回転子７ａの回転軸Ａｒが重心軸Ａｚと一致するように固定されたものである。回転型モータ７は回転子７ａにイナーシャホイール７ｃを備えており、このイナーシャホイール７ｃの重心は回転軸Ａｒ上にある。また、回転型モータ７はサーボモータであり、エンコーダ７ｂを備えている。
【００３０】
回転型モータ７は、回転子７ａとイナーシャホイール７ｃを回転させることで回転トルクＴｚと大きさが同じであって、反対向きの反回転トルクＨＴを発生させて、回転トルクＴｚを相殺するものである。回転型モータ７の回転制御については後述する。
【００３１】
制御部８について説明する。図３は、制御部８の概略構成を示すブロック図である。制御部８は、リニアモータ４３，５３，６３および回転型モータ７を制御するものである。制御部８は、移動指示受付部８１、リニアモータ制御部８２、回転型モータ制御部８３とから構成されている。
【００３２】
移動指示受付部８１は、操作パネルを介してユーザからの移動指示を受け付けるとともに、移動指示に基づく移動指令をリニアモータ制御部８２に出力するものである。リニアモータ制御部８２は、リニアモータ４３，５３，６３を制御するものであり、駆動制御部８４，８５，８６および駆動出力部８７，８８，８９から構成されている。
【００３３】
駆動制御部８４，８５，８６は、移動指令および各リニアモータ４３，５３，６３の位置情報に基づいてリニアモータ４３，５３，６３への指令値を出力するものであり、目標位置演算手段８４ａ，８５ａ，８６ａ、位置検出手段８４ｂ，８５ｂ，８６ｂ、速度検出手段８４ｃ，８５ｃ，８６ｃ、位置補償手段８４ｄ，８５ｄ，８６ｄおよび速度補償手段８４ｅ，８５ｅ，８６ｅを備えている。
【００３４】
目標位置演算手段８４ａ，８５ａ，８６ａは、移動指令に基づいて単位時間毎の目標位置を演算して位置補償手段８４ｄ，８５ｄ，８６ｄに出力するものである。単位時間はリニアモータ制御部８２の演算処理速度に依存して決められている。位置検出手段８４ｂ，８５ｂ，８６ｂはリニアスケール４４，５４，６４からの情報に基づいて可動子４３ａ，５３ａ，６３ａの位置を検出するものである。
【００３５】
速度検出手段８４ｃ，８５ｃ，８６ｃは、位置検出手段８４ｂ，８５ｂ，８６ｂから単位時間毎に位置情報を受け取り、可動子４３ａ，５３ａ，６３ａの速度を検出するものである。位置補償手段８４ｄ，８５ｄ，８６ｄは、目標位置演算手段８４ａ，８５ａ，８６ａから目標位置、位置検出手段８４ｂ，８５ｂ，８６ｂから検出位置をそれぞれ受け取り、目標位置と検出位置との偏差に所定の位置ゲインを付与した目標速度を速度補償手段８４ｅ，８５ｅ，８６ｅに出力する。
【００３６】
速度補償手段８４ｅ，８５ｅ，８６ｅは、位置補償手段８４ｄ，８５ｄ，８６ｄから目標速度、速度検出手段８４ｄ，８５ｄ，８６ｄから検出速度をそれぞれ受け取り、目標速度と速度情報との偏差に所定の速度ゲインを付与した目標電流を駆動出力部８７，８８，８９に出力するものである。
【００３７】
駆動出力部８７，８８，８９は、目標電流に基づいて各リニアモータ４３，５３，６３に駆動電流を出力するものであり、電流補償手段８７ａ，８８ａ，８９ａおよび電流増幅手段８７ｂ，８８ｂ，８９ｂを備えている。電流補償手段８７ａ，８８ａ，８９ａは、目標電流を受け取るとともに、電流増幅手段８７ｂ，８８ｂ，８９ｂの駆動電流をフィードバックして電流増幅手段８７ｂ，８８ｂ，８９ｂに電流指令を出力する。電流増幅手段８７ｂ，８８ｂ，８９ｂは、電流補償手段８７ａ，８８ａ，８９ａから電流指令を受け取り、駆動電流を各リニアモータ４３，５３，６３に出力する。
【００３８】
回転型モータ制御部８３は、回転型モータ７のトルクを制御するものであり、加速度検出手段８３ａ、トルク制御手段８３ｂおよびドライバ８３ｃを備えている。加速度検出手段８３ａは、速度検出手段８４ｃから単位時間毎に検出速度を受け取り、可動子５３ａの加速度βを検出するものである。トルク制御手段８３ｂは、加速度検出手段８３ａから加速度βを受け取り、回転子７ａの目標角加速度αを算出してドライバ８３ｃに出力するものである。
【００３９】
目標角加速度αの算出方法について説明する。ここで、可動子５３ａの質量をｍとすると、リニアモータ５３の推力Ｆｗは下記の式（１）となる。
Ｆｗ＝ｍ×β・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
推力Ｆｗのうち、移動合体ＭＵの重心軸Ａｚ回りの回転に寄与する係数をＫｚ、リニアモータ５３の力点Ｆｐと重心ＧのＹ軸方向の距離をＬｙとすると、移動合体ＭＵの重心軸Ａ
ｚ回りの回転トルクＴｚは下記の式（２）となる。なお、係数Ｋｚは具体的に０．２〜０．５程度である。
Ｔｚ＝Ｋｚ×Ｆｗ×Ｌｙ＝Ｋｚ×ｍ×β×Ｌｙ・・・・・・・・・式（２）
【００４０】
回転子７ａおよびイナーシャホイール７ｃの慣性モーメントをそれぞれＩａ，Ｉｂとすると、回転型モータ７が発生させる反回転トルクＨＴは下記の式（３）となる。
ＨＴ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×α・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（３）
反回転トルクＨＴがトルクＴｚを相殺するためには、下記の式（４）を満たすことになり、
（Ｉａ＋Ｉｂ）×α＝Ｋｚ×ｍ×β×Ｌ・・・・・・・・・・・・式（４）
目標角加速度αは下記の式（５）となる。
α＝Ｋｚ×ｍ×β×Ｌ／（Ｉａ＋Ｉｂ）・・・・・・・・・・・・式（５）
なお、目標角加速度αの向きは、回転トルクＴｚの向きと反対であることは言うまでもない。
【００４１】
ドライバ８３ｃは、トルク制御手段８３ｂから目標角加速度α、エンコーダ７ｂから回転子７ａの角度情報をそれぞれ受け取り、回転型モータ７の回転子７ａの角加速度を制御するものである。
【００４２】
次にリニアモータ５３のみを駆動させた場合の加工装置１の作用について説明する。移動指示受付部８１がユーザよりＸ方向の移動指示を受け付け、駆動制御部８４にＸ方向の移動指示を出力する。駆動制御部８４が目標位置を演算してリニアスケール５４からの位置情報に基づいて目標速度を出力する。駆動出力部８７が目標速度を受け取り、駆動電流を出力する。
【００４３】
リニアモータ５３の可動子５３ａがＸ軸方向の推力Ｆｗを発生させる。移動合体ＭＵがガイド機構５２に案内されてＸ軸方向に移動するとともに、重心軸Ａｚ回りの回転トルクＴｚが発生してヨーイング方向に偏向する。
【００４４】
回転型モータ制御部８３が可動子５３ａの加速度βを検出し、検出した加速度βに基づいて目標角加速度αを算出して回転子７ａの角加速度を制御する。回転型モータ７が反回転トルクＨＴを発生させて移動合体ＭＵのヨーイング方向の偏向を抑制して姿勢を制御する。
【００４５】
第１の実施形態によれば、回転型モータ７を、回転軸Ａｒが重心軸Ａｚと一致するようにＸ軸ヘッド本体５１に固定するとともに、回転トルクＴｚを相殺する反回転トルクＨＴを発生させるように回転子７ａの角加速度を制御することにより、移動合体ＭＵのヨーイング方向の偏向を阻止できる。したがって、第１の実施形態は、回転トルクＴｚを相殺するために、Ｘ軸方向に新たなリニアモータを設ける必要がなく、加工装置１の大型化を回避しつつ、移動合体ＭＵの姿勢を制御できる。
【００４６】
第１の実施形態において、回転軸が重心軸Ａｙと一致するようにＸ軸ヘッド本体５１に固定した回転型モータをさらに設けて回転トルクＴｙを相殺する反回転トルクを発生させて移動合体ＭＵのピッチング方向の偏向を抑制させてもよい。また、回転軸が重心軸Ａと一致するようにＸ軸ヘッド本体５１に固定した１台の回転型モータのみで回転トルクＴを相殺する反回転トルクを発生させて移動合体ＭＵのヨーイング方向およびピッチング方向の両方の偏向を抑制させてもよい。また、重心軸Ａは、垂直面と直交するＡｙおよび水平面と直交するＡｚに分けることに限定されず、平面Ｐと交差する重心軸であればよい。
【００４７】
次に本発明の移動装置の第２の実施形態について説明する。図４は第２の実施形態である静圧可動ステージ１００の構成を示す図である。第２の実施形態は、Ｘ軸方向にのみ可動するものであること、ガイド機構に静圧軸受を用いていること、リニアモータが２台のコアレス型のリニアモータであること、および回転型モータを２台備えている点において第１の実施形態と相違する。
【００４８】
静圧可動ステージ１００は、ステージ本体１０１に載置された搬送物ＷをＸ軸方向に移動させて精密位置決めする装置である。可動ステージ１００は、ベッド１００ａ、搬送物Ｗを載置するステージ本体１０１、ステージ本体１０１のＸ軸方向の移動を案内するガイド機構１０２、ステージ本体１０１をＸ軸方向に移動させるリニアモータ１０３，１０４、ステージ本体１０１の位置を検出するリニアスケール１０５、ステージ本体１０１の左右の側方に固定された回転型モータ１０６，１０７および制御部１０８から構成されている。
【００４９】
ガイド機構１０２は、第１の実施形態のガイド機構５２と同様に、ステージ本体１０１のＸ軸方向の移動を案内するものである。第２の実施形態では、精密位置決めのために、ガイド機構１０２に静圧軸受を用いている。静圧軸受は、ガイド面の摩擦抵抗を著しく低下できるとともに、ガイド面の僅かな起伏による位置決め精度への影響を回避できるため、精密位置決めの用途に有効である。
【００５０】
ガイド機構１０２は、ステージ本体１０１に取り付けられたガイドブロック１０２ａ，１０３ａ、ガイドブロック１０２ａ，１０３ａの走行経路を規定するガイドレール１０２ｂ，１０３ｂおよびガイドブロック１０２ａ，１０３ａとガイドレール１０２ｂ，１０３ｂとの間に介在する流体軸受１０２ｃ，１０３ｃとから構成されている。
【００５１】
流体軸受１０２ｃ，１０３ｃは加圧流体を用いる公知の静圧軸受である。ガイドブロック１０２ａ，１０３ａおよびガイドレール１０２ｂ，１０３ｂは、ステージ本体１０１を安定してＸ軸方向に案内できるように複数設けている。
【００５２】
リニアモータ１０３，１０４は、第１の実施形態と同様に、ステージ本体１０１をＸ軸方向に移動させるものである。第２の実施形態では、リニアモータにコアレス型のリニアモータ１０３，１０４を採用している。リニアモータ１０３，１０４は、一次側励磁コイルである可動子１０３ａ，１０４ａと、二次側永久磁石である固定子１０３ｂ，１０４ｂとから構成される。可動子１０３ａ，１０４ａは、ベッド１００ａに取り付けられた固定子１０３ｂ，１０４ｂに所定間隙を持って挿入されるようにステージ本体１０１に取り付けられている。リニアスケール１０５の構造は第１の実施形態と同様である。
【００５３】
次にＸ軸方向のリニアモータ１０３，１０４を駆動させた場合に、可動ステージ１００に作用する回転トルクＴＬ，ＴＲについて説明する。ここで、ステージ本体１０１およびガイドブロック１０２ａからなる移動物体を移動体Ｍとする。
【００５４】
移動体Ｍを回転型モータ１０６，１０７と可動子１０３ａ，１０４ａと一体的にＸ軸方向に移動させると、移動体Ｍ、回転型モータ１０６，１０７および可動子１０３ａ，１０４ａからなる移動合体ＭＵには、当該移動合体ＭＵの重心Ｇを通り、且つ可動子１０３ａの力点ＦｐＬの移動軌跡と重心Ｇとを含む平面ＰＬに垂直な重心軸ＡＬの回りに、回転トルクＴＬが発生する。
【００５５】
さらに、移動合体ＭＵには、当該移動合体ＭＵの重心Ｇを通り、且つ可動子１０４ａの力点ＦｐＲの移動軌跡と重心Ｇとを含む平面ＰＲに垂直な重心軸ＡＲの回りに、回転トルクＴＲが発生する。
【００５６】
この各回転トルクＴＬ，ＴＲは、Ｚ軸方向で重心Ｇを通る重心軸Ａｚの回転トルクＴｚＬ，ＴｚＲとＹ軸方向で重心Ｇを通る重心軸Ａｙの回転トルクＴｙＬ，ＴｙＲに分割できる。また、第２の実施形態では、力点ＦｐＬ，ＦｐＲのＸ軸方向の位置と重心ＧのＸ軸方向の位置は一致しており、移動合体ＭＵには、Ｘ軸方向で重心軸Ａｘの回転トルクＴｘＬ，ＴｘＲは作用しない。また、リニアモータ１０２，１０３は同一の推力Ｆｗを発生させるものであり、回転トルクＴｚＬ，ＴｚＲは互いに相殺される。すなわち移動合体ＭＵには、回転トルクＴｙＬ，ＴｙＲが発生し、移動合体ＭＵがピッチング方向に偏向する。ガイド機構１０２は、前述の通り、静圧軸受構造であるため、剛性が低く、ガイド機構１０２のみでピッチング方向の偏向を抑制することは困難である。
【００５７】
回転型モータ１０６，１０７は、移動合体ＭＵのピッチング方向の偏向を抑制して移動合体ＭＵの姿勢を制御するものである。回転型モータ１０６，１０７は、回転子１０６ａ，１０７ａの回転軸ＡｒＬ，ＡｒＲが重心軸Ａｙと一致するようにステージ本体１０１に固定されている。回転型モータ１０６，１０７の構造は、第１の実施形態の回転型モータ７と同様である。
【００５８】
制御部１０８について説明する。図５は、制御部１０８の概略構成を示すブロック図である。制御部１０８は、２台のリニアモータ１０３，１０４および２台の回転型モータ１０６，１０７を制御する点で第１の実施形態と相違するが、制御部１０８内の構成は、第１の実施形態における制御部８と略同様である。
【００５９】
第２の実施形態において、リニアモータ制御部１１２は、同一方向の２台のリニアモータ１０３，１０４を制御するため、２つの駆動出力部１１３、１１４を備えている。また、回転型モータ制御部１１１も２台の回転型モータ１０６，１０７を制御するため、２つのトルク制御手段１１１ｂ、１１１ｄおよび２つのドライバ１１１ｃ，１１１ｅを備えている。
【００６０】
トルク制御手段１１１ｂ、１１１ｄによる目標角加速度αＬ，αＲの算出について説明する。ここで、可動子１０３ａ，１０４ａの質量をともにｍとすると、リニアモータ１０３，１０４の同一の推力Ｆｗは第１の実施形態と同様に下記の式（６）となる。
Ｆｗ＝ｍ×β・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（６）
移動合体ＭＵに作用する回転トルクＴＬ，ＴＲも下記の式（７）となる。
ＴＬ＝ＴＲ＝Ｋｙ×Ｆｗ×Ｌｚ＝Ｋｙ×ｍ×β×Ｌｚ・・・式（７）
Ｋｙは移動合体を重心軸Ａｙ回りの回転に寄与する係数であり、具体的に０．２〜０．５程度である。また、Ｌｚは、図４に示すようにリニアモータ１０３，１０４の力点ＦｐＬ，ＦｐＲと重心ＧとのＺ軸方向の距離を示すものである。
【００６１】
回転子１０６ａ，１０７ａの慣性モーメントがともにＩａ、イナーシャホイール１０６ｃ，１０７ｃの慣性モーメントがともにＩｂとすると、回転型モータ１０６，１０７が発生させる反回転トルクＨＴＬ，ＨＴＲは下記の式（８），（９）となる。
ＨＴＬ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×αＬ・・・・・・・・・・・・・式（８）
ＨＴＲ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）×αＲ・・・・・・・・・・・・・式（９）
【００６２】
したがって、トルクＴｙＬ，ＴｙＲを相殺する反回転トルクＨＴＬ，ＨＴＲは、下記の式（１０），（１１）を満たすことになる。
（Ｉａ＋Ｉｂ）×αＬ＝Ｋｙ×ｍ×β×Ｌｚ・・・・・・式（１０）
（Ｉａ＋Ｉｂ）×αＲ＝Ｋｙ×ｍ×β×Ｌｚ・・・・・・式（１１）
これにより、目標角加速度αＬ，αＲは下記の式（１２），（１３）となる。
αＬ＝Ｋｙ×ｍ×β×Ｌｚ／（Ｉａ＋Ｉｂ）・・・・・・式（１２）
αＲ＝Ｋｙ×ｍ×β×Ｌｚ／（Ｉａ＋Ｉｂ）・・・・・・式（１３）
なお、目標角加速度αＬ，αＲの向きは、回転トルクＴｙＲ，ＴｙＬの向きと反対である。
【００６３】
次に可動ステージ１００の作用について説明する。第１の実施形態と同様に、移動指示受付部１０９がユーザからの移動指示を受け付け、駆動制御部１１２に移動指示を出力する。駆動制御部１１２が目標位置を演算し、リニアスケール１０５からの位置情報に基づいて目標速度を駆動出力部１１３，１１４に出力する。駆動出力部１１３,１１４が目標速度をそれぞれ受け取ってリニアモータ１０３，１０４に駆動電流を出力する。
【００６４】
リニアモータ１０３，１０４がＸ軸方向に推力ＦｗＬ，ＦｗＲを発生させる。移動合体ＭＵがガイド機構１０２に案内されてＸ軸方向に移動するとともに、重心軸Ａｙ回りの回転トルクＴｙＬ，ＴｙＲが発生してピッチング方向に偏向する。
【００６５】
回転型モータ制御部１１１が移動合体ＭＵの加速度βを検出し、検出した加速度βに基づいて目標角加速度αＬ，αＲを算出して回転子１０６ａ，１０７ａの角加速度を制御する。回転型モータ１０６，１０７が反回転トルクＨＴＬ，ＨＴＲを発生させて移動合体ＭＵのピッチング方向の偏向を抑制する。
【００６６】
第２の実施形態によれば、回転型モータ１０６、１０７ｂを、回転軸ＡｒＬ，ＡｒＲを重心軸Ａｙと一致するように移動体Ｍに固定するとともに、回転トルクＴｙＬ，ＴｙＲを相殺する反回転トルクＨＴＬ，ＨＴＲを発生するように制御することにより、移動合体ＭＵのピッチング方向の偏向を抑制して姿勢を制御できる。したがって、第２の実施形態も、回転トルクＴｙＬ，ＴｙＲを相殺するために、Ｘ軸方向に新たなリニアモータを設ける必要がなく、可動静圧ステージ１００の大型化を回避しつつ、移動合体ＭＵの姿勢を制御できる。
【００６７】
また、第１および第２の実施形態では、移動体Ｍが水平１軸方向に移動する場合について説明したが、特に限定されるものではない。回転型モータを、回転軸が移動合体ＭＵの重心を通り、且つ重心と可動子の移動軌跡とを含む平面と交差するよう移動体に固定し、移動合体ＭＵに発生する回転トルクＴの少なくとも一部を相殺するように、回転子の回転を制御する限り、垂直１軸方向は勿論、３次元空間内の任意の１軸方向に移動体Ｍにも適用することができる。
【００６８】
また、第１および第２の実施形態では、回転型モータがイナーシャホイールを備えているものとしたが、特に限定されるものではなく、回転子の慣性モーメントが大きい場合は回転子のみでもよい。また、回転型モータの台数も特に限定されるものではなく、３台以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
Ａｒ                        回転軸
Ｇ                          重心
ＨＴ                        反回転トルク
Ｍ                          移動体
ＭＵ                        移動合体
Ｐ，ＰＬ，ＰＲ              平面
Ｓ                          移動軌跡
Ｔ                          回転トルク
５３，１０３，１０４        リニアモータ
５３ａ，１０３ａ，１０４ａ  可動子
７，１０６，１０７          回転型モータ
７ａ，１０６ａ，１０７ａ    回転子
７ｃ，１０６ｃ，１０７ｃ    イナーシャホイール
８，１０８                  制御部
８３ａ，１１１ａ            加速度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005651035.tif 000006