(57)【要約】【課題】固定子が撓んで可動子と固定子とが接触するのを防止し、可動子と固定子との間に空気の隙間を確保することができるリニアモータアクチュエータを提供する。【解決手段】界磁マグネットを有する棒状の固定子３は、その両端がベース１に支持されている。固定子３には固定子３の軸線方向に運動可能な可動子４が嵌められる。ベース１と可動子４との間には、可動子４の荷重を支持しつつ可動子４が固定子３の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置７が配置される。可動子４の移動方向の少なくとも一端には、可動子４が固定子３に接触することがないように固定子３が撓むのを抑制する軸受け８，８が設けられる。【選択図】　　　図１
2004129316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁マグネットを有し、その両端が支持される棒状の固定子と、
前記固定子に嵌められるコイルを有し、前記固定子の軸線方向に運動可能な可動子と、
前記可動子の荷重を支持しつつ前記可動子が前記固定子の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置と、
前記可動子の移動方向の少なくとも一端に取り付けられ、前記可動子が前記固定子に接触することがないように前記固定子が撓むのを抑制する軸受けと、
を備えることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項２】
前記軸受けは、前記固定子と前記軸受けとの間に圧縮空気を吹き込んで、空気圧で前記固定子の荷重を支持する空気軸受けからなることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項３】
前記運動案内装置は、
前記固定子と平行に細長く伸びる軌道部材と、
前記可動子に取り付けられ、前記軌道部材に沿って運動可能な移動部材とを有し、
前記軌道部材と前記移動部材との間には圧縮空気が吹き込まれ、空気圧で前記移動部材が浮かせられることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項４】
前記固定子と前記軸受けとの間に吹き込まれた前記圧縮空気が、前記可動子を冷却できるように前記固定子と前記可動子との間の隙間に流入することを特徴とする請求項２又は３に記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項５】
細長く伸びるベースと、
前記ベースの長手方向に伸びると共に両端が前記ベースに支持され、界磁マグネットを有する棒状の固定子と、
前記固定子に嵌められるコイルを有し、前記固定子の軸線方向に運動可能な可動子と、
前記ベースと前記可動子との間に配置され、前記可動子の荷重を支持しつつ前記可動子が前記固定子の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置と、
前記可動子の移動方向の少なくとも一端に取り付けられる空気軸受けと、
を備えることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項６】
前記軸受け又は前記空気軸受けが前記可動子の移動方向の両端に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のリニアモータアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に並ぶ界磁マグネットを有する棒状の固定子に対して、コイルを有する可動子が相対的に運動するリニアモータアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に並ぶ界磁マグネットを有する棒状の固定子に対して、コイルを有する可動子が相対的に運動するリニアモータアクチュエータが知られている。固定子を取り囲むコイルの各部分に、界磁マグネットに磁極の極性に応じた電流を流すと、電流と界磁マグネットが形成する磁界との相互作用により可動子に推力が発生する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１５０９７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
可動子は固定子に接触することなく、すなわち可動子と固定子との間に空気の隙間を空けて、運動するのが望ましい。可動子が固定子に接触すると、接触した部分が抵抗になり、可動子のコイルに多くの電流が流れてしまうからである。
【０００５】
棒状の固定子の長さが短く、可動子のストロークが短い場合は、可動子が固定子に接触することはない。しかし、固定子の長さが長く、可動子のストロークが長くなると、固定子が自重や吸引力等の影響により固定子が撓み、可動子と固定子との間に空気の隙間を保てなくなってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、固定子が撓んで可動子と固定子とが接触するのを防止し、可動子と固定子との間に空気の隙間を確保することができるリニアモータアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下本発明について説明する。上記課題を解決するために本発明は、界磁マグネットを有し、その両端が支持される棒状の固定子と、前記固定子に嵌められるコイルを有し、前記固定子の軸線方向に運動可能な可動子と、前記可動子の荷重を支持しつつ前記可動子が前記固定子の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置と、前記可動子の移動方向の少なくとも一端に取り付けられ、前記可動子が前記固定子に接触することがないように前記固定子が撓むのを抑制する軸受けと、を備えることを特徴とするリニアモータアクチュエータにより、上述した課題を解決する。
【０００８】
この発明によれば、固定子が長く、且つ可動子のストロークが長い場合でも、可動子が固定子に接触することなく動作することができる。
【０００９】
前記軸受けは、固定子と前記軸受けとの間に圧縮空気を吹き込んで、空気圧で前記固定子の荷重を支持する空気軸受けからなることが望ましい。
【００１０】
この発明によれば、空気軸受けが撓んだ固定子を持ち上げて固定子が撓むのを抑制する。また空気軸受けを使用すると、ボールブッシュやすべり軸受け等を使用する場合に比べ、空気軸受けが軸線方向に移動するときの摩擦力も摩擦力の変動も小さくなるので、可動子を一定の速度で移動させることができる。
【００１１】
また前記運動案内装置は、前記固定子と平行に細長く伸びる軌道部材と、前記に可動子に取り付けられ、前記軌道部材に沿って運動可能な移動部材とを有し、前記軌道部材と前記移動部材との間には圧縮空気が吹き込まれ、空気圧で前記移動部材が浮かせられるのが望ましい。
【００１２】
この発明によれば、運動案内装置で生ずる摩擦力も小さくすることができ、可動子をより一定の速度で移動させることができる。
【００１３】
さらに前記固定子と前記軸受けとの間に吹き込まれた前記圧縮空気が、前記可動子を冷却できるように前記固定子と前記可動子との間の隙間に流入することが望ましい。
【００１４】
さらに本発明は、細長く伸びるベースと、前記ベースの長手方向に伸びると共に両端が前記ベースに支持され、界磁マグネットを有する棒状の固定子と、前記固定子に嵌められるコイルを有し、前記固定子の軸線方向に運動可能な可動子と、前記ベースと前記可動子との間に配置され、前記可動子の荷重を支持しつつ前記可動子が前記固定子の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置と、前記可動子の移動方向の少なくとも一端に取り付けられる空気軸受けと、を備えることを特徴とするリニアモータアクチュエータとしてもよい。
【００１５】
さらに前記軸受け又は前記空気軸受けが前記可動子の移動方向の両端に取り付けられるのが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態におけるリニアモータアクチュエータの側面図を示す。リニアモータアクチュエータは、例えば半導体製造装置のＸ，Ｙ軸のアクチュエータとして用いられる。より具体的には、比較的大きなストロークが必要となる、大型の液晶ディスプレイ用の基板に薄膜をコーティングするためのアクチュエータ等に好適に用いられる。
【００１７】
細長く伸びるベース１は長手方向の両端に支持プレート２，２を有し、この支持プレート２，２に棒状の固定子（以下ロッド３という）の両端が固定されている。ロッド３にはコイルを有する可動子４が嵌められる。可動子４は、可動子４とベースとの間に配置された運動案内装置７によって、荷重を支持されつつロッド３の軸線方向に運動可能に案内されている。可動子４の移動方向の両端には、一対の空気軸受け８，８が取り付けられている。
【００１８】
図２はロッド３及び可動子４を示す。ロッド３は断面が円形でその表面が円滑に加工されている。このロッド３はＮ極の磁極とＳ極の磁極とを有する複数の永久磁石３ａ…を有する。複数の永久磁石３ａ…は、Ｎ極同士及びＳ極同士が対向するように交互に並べて配置されている（図３参照）。これにより、ロッド３にはその長手方向に沿ってＮ極の磁極とＳ極の磁極が交互に並んだ駆動用の着磁部が形成され、これが界磁マグネットとなっている。
【００１９】
可動子４は、全体が四角柱状に形成されるハウジング４ａ内に円筒状のコイル４ｂを収納して構成される。ハウジング４ａの底面は運動案内装置７の移動ブロック５，５に取り付けられ、上面は移動対象に取り付けられる。ハウジング４ａには複数条の溝が形成され、これによりコイルに発生する熱を逃がすためのフィンが形成されている。
【００２０】
図３及び図４はリニアモータの作動原理を示す。コイル４ｂはＵ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とするコイル群を有している。いずれの相のコイルもリング状であり、ロッド３の外周に隙間を空けて巻かれている。各相のコイルのピッチは永久磁石３ａのピッチよりも短く設定される。
【００２１】
ロッド３にはＳ極の磁極からＮ極の磁極に向かって磁束１０が形成される。可動子４には図示しない磁極センサが内蔵されており、この磁極センサが各コイルと界磁マグネットの磁極とのロッド３の長手方向における位置関係を検出する。磁極センサの信号はドライバに入力され、ドライバが各コイルと界磁マグネットとの位置関係に応じてコイル４ｂに最適な電流を演算して流す。各コイル４ｂに電流が流れると、各コイル４ｂに流れる電流と界磁マグネットが形成する磁束１０との相互作用によって、可動子が固定子の軸線方向に移動する。
【００２２】
図５及び図６は、可動子４の移動方向の両端に取り付けられる空気軸受け８を示す。空気軸受け８はロッド３を取り囲むように筒状に形成されたエアーパッド８ａを有していて、エアーパッド８ａ内に円環状の流体室８ｂが形成されている。流体室８ｂからは、ロッド３とエアーパッド８ａとの間の隙間に臨む空気流出孔８ｃが、周方向に均等間隔を空けて形成されている。エアーパッド８ａに圧縮空気を吹き込むと、圧縮空気が流体室８ｂ及び空気流出孔８ｃ等の空気通路を経由して、ロッド３とエアーパッド８ａとの間の隙間に吹き込まれる。
【００２３】
ロッド３のストロークが長くなると、ロッド３が自重によりあるいは磁力による吸引力により撓んでその中央部分が下がってくる。空気軸受け８は撓んだロッド３の荷重を支持し、ロッド３を例えば図５中２点鎖線の位置から実線の位置まで持ち上げる。圧縮空気の圧力、パッドの大きさ等の空気軸受け８の仕様は、支持すべきロッド３の荷重に応じて選定される。
【００２４】
図７及び図８は、ベース１と可動子４との間に介在され、可動子４が運動するのを案内する運動案内装置７を示す。運動案内装置７は、直線状に細長く延びる軌道部材としての軌道レール１２と、この軌道レール１２に対して相対的にスライド可能に組み付けられる移動部材としての移動ブロック１３とを備えている。軌道レール１２がベース１の上面に取り付けられ、可動子４が移動ブロック５，５の上面に取り付けられている。軌道レール１２と移動ブロック１３との間には、転がり運動可能な多数の転動体としての金属製のボール１４…が介在される。
【００２５】
軌道レール１２には、長手方向に伸び、ボールが転がる際の軌道となるボール転走溝１２ａ…が形成される。このボール転走溝１２ａ…は例えば左右に２条ずつ合計４条形成される。
【００２６】
移動ブロック１３は、軌道レール１２の上面に対向する中央部１３ａと、中央部１３ａの左右両側から下方に延びて軌道レール１２の左右側面に対向する側壁部１３ｂ，１３ｂとを備える。移動ブロック１３の内側には、ボール転走溝に対向し、ボールが転がる際の軌道になる負荷ボール転走溝が形成される。また移動ブロック１３には、ボール転走溝１２ａ…と所定間隔を隔てて平行に設けられるボール戻し路と、負荷ボール転走溝の両端とボール戻し路の両端を接続するＵ字状の方向転換路が形成される。これらの負荷ボール転走溝、方向転換路、およびボール戻し路によってボール循環路が形成される。
【００２７】
複数のボール１４はボールリテーナ１５によって一連につなげられている。ボールリテーナ１５は、ボール１４…間に介在され、隣り合うボール１４…の外周面に形状を合わせた凹面を両側に有する複数の間座部１５ａと、間座部１５ａを繋げる連結部１５ｂとから構成される。ボール１４…をボールリテーナ１５によって回転・摺動自在に保持することで、ボール１４…がスムーズに転がり、軌道レール１２に対して移動ブロック１３をスムーズにスライドさせることができる。
【００２８】
図１に示されるように、可動子４は運動案内装置７に支持されているので、ロッド３の軸線方向には移動するが、ロッド３の軸線と直交する方向には移動できないようになっている。このため、ロッド３のストロークが長くなり、ロッド３が自重によりあるいは磁力による吸引力により撓んでその中央部分が下がってくると、ロッド３と可動子４のコイル４ｂが接触するおそれがある。しかし本実施形態のように、可動子４の軸線方向の両端に空気軸受け８，８を配置すると、空気軸受け８，８が撓んだロッド３の荷重を支持してロッド３を持ち上げるので、ロッド３とコイル４ｂとの接触を防止することができる。
【００２９】
空気軸受け８を可動子４の移動方向の一端のみに配置しても、撓んだロッドを持ち上げることができるので、ロッド３とコイル４ｂの接触を防止することができる。空気軸受け８，８を可動子４の移動方向の両端に配置すると、可動子４の移動方向の両側で均等にロッド３を持ち上げることができるので、ロッド３とコイル４ｂの接触をより防止することができる。
【００３０】
なお本実施形態では、軸受け８として空気軸受けを使用しているが、空気軸受けの他にもボールブッシュ、滑り軸受け等の軸受けも使用することができる。これらの軸受けも、撓んだロッド３の荷重を支持してロッド３を持ち上げることができるので、ロッド３とコイル４ｂとの接触を防止することができる。
【００３１】
リニアモータアクチュエータを、大型の液晶ディスプレイ用の基板に一定の膜厚の膜を塗布するのに使用する場合など、可動子４を固定子３に対して一定の速度で移動させたい場合がある。本実施形態のように空気軸受け８を使用すると、ボールブッシュやすべり軸受け等を使用する場合に比べ、空気軸受け８が軸線方向に移動するときの摩擦力も摩擦力の変動も小さくなるので、推力変動を伴うことなく可動子４を一定の速度で移動させることができる。
【００３２】
さらに固定子３と空気軸受け８との間に吹き込まれた圧縮空気を、固定子３と可動子４との間の隙間に流入するようにすることで、可動子４のコイル４ｂを冷却することもできる。
【００３３】
図９は運動案内装置の他の例を示す。この例では運動案内装置２０は、ベース１に取り付けられ、固定子３と平行に細長く伸びる軌道部材としての軌道レール２１、可動子４に取り付けられ、軌道レール２１に沿って運動可能な移動部材としての移動ブロック２２とを有する。移動ブロック２２にはエアーパッド２３…が組み込まれる。エアーパッド２３…は、軌道レール２１と移動ブロック２２との間に圧縮空気を吹き込み、空気圧で移動ブロック２２を浮かせている。この例のように移動ブロック２２を浮かせると、運動案内装置２０で生ずる摩擦力も小さくすることができ、可動子４をより一定の速度で移動させることができる。
【００３４】
なお上記実施形態では、液晶ディスプレイ用の基板に薄膜をコーティングするためにリニアモータアクチュエータを適用した例に説明したが、本発明のリニアモータアクチュエータは、比較的長いストロークを有するものであれば、液晶ディスプレイに限られることなく様々な用途に用いることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、リニアモータアクチュエータが、可動子の荷重を支持しつつ可動子が固定子の軸線方向に運動するのを案内する運動案内装置と、可動子の移動方向の少なくとも一端に取り付けられ、可動子が固定子に接触することがないように固定子が撓むのを抑制する軸受けとを備える。このため固定子が長く、且つ可動子のストロークが長い場合でも、可動子が固定子に接触することなく動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるリニアモータアクチュエータを示す側面図。
【図２】ロッド及び可動子を示す斜視図。
【図３】リニアモータの作動原理を示す図（側面図）。
【図４】リニアモータの作動原理を示す図（正面図）。
【図５】空気軸受けを示す、中心線に沿った断面図。
【図６】空気軸受けを示す、中心線に直交する断面図。
【図７】運動案内装置を示す斜視図。
【図８】運動案内装置を示す側面図（一部長手方向に沿った断面図を含む）。
【図９】運動案内装置の他の例を示す正面図。
【符号の説明】
１…ベース
３…ロッド（固定子）
４…可動子
４ｂ…コイル
７，２０…運動案内装置
８…空気軸受け（軸受け）
２１…軌道レール（軌道部材）
２２…移動ブロック（移動部材）
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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