(57)【要約】【課題】リニアモータのサイドフォースを高精度で測定することができるサイドフォース測定装置を提供する。【解決手段】可動子２２が鉛直方向へ移動できるリニアモータ２が載置された可動ステージ５をベース３上に配置し、エアベアリング７によって可動ステージ５を鉛直方向と直交する方向へ移動可能に支持し、ロードセル９によって可動ステージ５のｙ方向の力を検出するようにした。【選択図】        図１
2004254453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
このベース上に配置され、可動子が鉛直方向へ移動できるリニアモータが載置された可動ステージと、
この可動ステージを流体を介して鉛直方向と直交する方向へ移動可能に支持するステージ支持手段と、
前記可動ステージの鉛直方向と直交する方向の力を検出する検出手段と
を備えていることを特徴とするリニアモータのサイドフォース測定装置。
【請求項２】
前記検出手段がロードセルであることを特徴とする請求項１記載のリニアモータのサイドフォース測定装置。
【請求項３】
前記ステージ支持手段が、前記可動ステージの下面に設けられた複数の空気噴射ノズルと、この複数の空気噴射ノズルを通じて前記ベースの上面に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータのサイドフォース測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアモータのサイドフォースを測定することができるサイドフォース測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、一対のロードセルをリニアモータのリニアコイルの両端に配置し、サーボモータによってリニアモータのリニアマグネットをリニアコイルに沿って移動させながら、両ロードセルの出力の差を算出する駆動力測定装置がある（下記公報参照）。
【０００３】
リニアマグネットは可動テーブルに保持されている。
【０００４】
リニアコイルに対するリニアマグネットの位置はリニアエンコーダによって検出される。
【０００５】
検出されたリニアマグネットの位置と両ロードセルの出力の差とに基づいてリニアモータの駆動力が算出される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−９８２５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、両ロードセルの出力の差を求めて測定誤差を相殺し、リニアマグネットに作用する推力を測定することができるが、推力方向と直交する方向の力（サイドフォース）を測定することはできない。
【０００８】
仮に、リニアマグネットの周囲にロードセルを配置し、サイドフォースを測定しようとしても、リニアマグネットを保持する可動テーブルの摺動抵抗が大きいため、高精度の測定は困難である。
【０００９】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、リニアモータのサイドフォースを高精度で測定することができるサイドフォース測定装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１の発明のリニアモータのサイドフォース測定装置は、ベースと、このベース上に配置され、可動子が鉛直方向へ移動できるリニアモータが載置された可動ステージと、この可動ステージを流体を介して鉛直方向と直交する方向へ移動可能に支持するステージ支持手段と、前記可動ステージの鉛直方向と直交する方向の力を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
上述のようにステージ支持手段が可動ステージを流体を介して鉛直方向と直交する方向へ移動可能に支持するので、鉛直方向と直交する方向へ可動ステージを移動させるときの抵抗は無視できる位に小さくなる。
【００１２】
請求項２の発明のリニアモータのサイドフォース測定装置は、請求項１記載のリニアモータのサイドフォース測定装置において、前記検出手段がロードセルであることを特徴とする。
【００１３】
上述のように検出手段がロードセルであるので、可動ステージに作用する力が小さくてもその力を検出できる。
【００１４】
請求項３の発明のリニアモータのサイドフォース測定装置は、請求項１又は２記載のリニアモータのサイドフォース測定装置において、前記ステージ支持手段が、前記可動ステージの下面に設けられた複数の空気噴射ノズルと、この複数の空気噴射ノズルを通じて前記ベースの上面に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置とを有することを特徴とする。
【００１５】
上述のようにステージ支持手段が、可動ステージの下面に設けられた複数の空気噴射ノズルと、この複数の空気噴射ノズルを通じてベースの上面に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置とを有するので、鉛直方向と直交する方向へ可動ステージを移動させるときの抵抗が小さくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１はこの発明の一実施形態に係るリニアモータのサイドフォース測定装置の斜視図、図２は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の正面図、図３は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の側面図、図４は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の平面図である。
【００１８】
このリニアモータのサイドフォース測定装置はリニアモータ２のサイドフォース、すなわち、リニアモータの推力と直交する方向の力を測定する装置である。このサイドフォース測定装置はリニアモータ２の推力も測定することができる。
【００１９】
図１に示すように、リニアモータ２は固定子（図示せず）と可動子２２とを備える。このリニアモータ２は例えば半導体製造装置等に使用される。固定子は矩形のコイルとこのコイルを覆うジャケットとを有する。可動子２２はｘ方向（鉛直方向）に沿って移動可能である。可動子２２はヨーク２２１と一対のマグネット（一方のマグネットだけを図示する）２２２とを有する。ヨーク２２１はほぼ角筒状である。一対のマグネット２２２はヨーク２２１の内壁面に相対するように取り付けられている。一対のマグネット２２２はヨーク２２１とともに磁路を形成する。この磁路を通る磁束の一部はコイルのｙ方向に沿って延びた一辺に対して直交する。
【００２０】
サイドフォース測定装置はベース３と可動ステージ５とエアベアリング７と第１及び第２サイドフォース検出用ロードセル９，１１とを備える。
【００２１】
ベース３は、図４に示すように、ほぼ六角形に形成されている。ベース３のｙ方向一端部にはボルト３５によって第１ベース側固定板３１が固定されている。第１ベース側固定板３１の厚さ方向はｙ方向と平行である（図１参照）。第１ベース側固定板３１の上部にはｘ方向に沿って延びた長孔３１ａが形成されている。ベース３のｚ方向一端部にはボルト３５によって第２ベース側固定板３２が取り付けられている。第２ベース側固定板３２の厚さ方向はｚ方向と平行である。第２ベース側固定板３２の上部にはｘ方向に沿って延びた長孔３２ａが形成されている。
【００２２】
ベース３のｚ方向他端部には可動子支持アーム３３が取り付けられている。可動子支持アーム３３はアーム本体３３１と取付プレート３３２と水平プレート３３３と補強プレート３３４とを有する。アーム本体３３１はほぼＬ字形に形成され、補強リブ３３１ａを有する。取付プレート３３２はアーム本体３３１の上端部に取り付けられている。アーム本体３３１に対する取付プレート３３２のｘ方向の位置を調整できる。水平プレート３３３は取付プレート３３２に固定されている。補強プレート３３４は取付プレート３３２と水平プレート３３３とに固定され、取付プレート３３２と水平プレート３３３とが強固に結合している。
【００２３】
図２に示すように、ベース３の下面の３箇所には脚３４が取り付けられている。脚３４は雄ねじ部（図示せず）を有し、この雄ねじ部はベース３に形成された雌ねじ部（図示せず）に嵌められている。したがって、脚３４の長さを調整することが可能である。
【００２４】
可動ステージ５はベース３上に配置されている。可動ステージ５のｙ方向一端部にはボルト５５によって第１ステージ側固定板５１が取り付けられている。第１ステージ側固定板５１の厚さ方向はｙ方向と平行である（図１参照）。可動ステージ５のｚ方向一端部にはボルト５５によって第２ステージ側固定板５２が取り付けられている。第２ステージ側固定板５２の厚さ方向はｚ方向と平行である。図３に示すように、可動ステージ５のｚ方向他端部には固定子支持ブロック５３が固定されている。固定子支持ブロック５３は固定子を支持している。可動ステージ５の上面には２つのバランスウエイト５４が取り付けられている。
【００２５】
エアベアリング７はボルト部７ａを有する。ボルト部７ａは可動プレート５に形成された挿通孔（図示せず）に通される。可動ステージ５の上面から突出したボルト部７ａの部分にはナット７２が嵌め込まれている。これにより、３つのエアベアリング７が可動ステージ５の下面に取り付けられている。エアベアリング７はノズル部（図示せず）を有し、このノズル部は圧縮空気供給装置であるコンプレッサ（図示せず）から供給された圧縮空気をベース３の上面に向けて噴射する。エアベアリング７とコンプレッサとで可動ステージ５を鉛直方向と直交する方向へ移動可能に支持するステージ支持手段が構成されている。
【００２６】
第１サイドフォース検出用ロードセル９の一端部はねじ（図示せず）によって第１ステージ側固定板５１に固定され、第１サイドフォース検出用ロードセル９の他端部はねじ９１によって第１ベース側固定板３１に固定されている。第１サイドフォース検出用ロードセル９のｘ方向の取付位置の調整を第１ベース側固定板３１側のねじ９１を締めたり、緩めたりすることによって行うことができる。
【００２７】
第２サイドフォース検出用ロードセル１１の一端部はねじ（図示せず）によって第２ステージ側固定板５２に固定され、第２サイドフォース検出用ロードセル１１の他端部はねじ１１１によって第２ベース側固定板３２に固定されている。第２サイドフォース検出用ロードセル１１のｘ方向の取付位置の調整を第２ベース側固定板３２側のねじ１１１を締めたり、緩めたりすることによって行うことができる。
【００２８】
推力検出用ロードセル１３の一端部がねじ（図示せず）によって可動子支持アーム３３の水平プレート３３３に固定され、推力検出用ロードセル１３の他端部がねじ（図示せず）によって可動子保持部材１５に固定されている。
【００２９】
可動子保持部材１５は、水平プレート１５１と、この水平プレート１５１の両端部に結合された１対の垂直プレート１５２とを有する。
【００３０】
可動子２２のヨーク２２１はピン１５３によって可動子保持部材１５に対して位置決めされ、ねじ１５４によって可動子保持部材１５に固定されている（図３参照）。可動子２２は可動子保持部材１５及び推力検出用ロードセル１３を介して可動子支持アーム３３に吊り下げられている。
【００３１】
次にこの実施形態のリニアモータのサイドフォース測定装置を用いてリニアモータのサイドフォースを測定する手順について説明する。
【００３２】
リニアモータ２のｙ方向のサイドフォースを測定する場合、第２サイドフォース検出用ロードセル１１を第２ベース側固定板３２及び第２ステージ側固定板５２から外しておく。
【００３３】
測定をする前にベース３及び可動ステージ５の上面が水平になるように脚３４及びボルト７ａの長さを調整する。
【００３４】
次に、エアベアリング７によって可動ステージ５がベース３から浮上したときに、可動ステージ５の上面が水平になるようにバランスウエイト５４の重さを調整する。
【００３５】
また、第１サイドフォース検出用ロードセル９のｘ方向の取付位置が可動ステージ５を浮上させたときの第１サイドフォース検出用ロードセル９のｘ方向の位置と同じになるように、第１サイドフォース検出用ロードセル９のｘ方向の取付位置の調整を第１ベース側固定板３１側のねじ９１を緩めたり、締め込んだりすることによって行う。
【００３６】
以上の準備が整ったら、リニアモータ２のｙ方向のサイドフォースの測定を行う。
【００３７】
まず、コンプレッサによってエアベアリング７に圧縮空気を供給する。圧縮空気を供給すると、可動ステージ５が浮上し、ベース３から離れる。
【００３８】
次に、リニアモータ２のコイルに電流を流す。電流を流すと、可動子２２に推力が生じ、上方へ僅かに移動する。可動子２２の推力は可動子保持部材１５を介して推力検出用ロードセル１３に伝わる。推力検出用ロードセル１３は可動子２２の推力によってひずみ、このひずみに応じた電気信号を出力する。この電気信号に基いて推力を測定する。
【００３９】
上述のコイルの一辺が正しい方向を向いていないと、コイルに電流を流したときにｙ方向のサイドフォースが生じる。ｙ方向のサイドフォースが生じると、可動子２２はｙ方向のサイドフォースによってｙ方向に沿って移動しようとする。しかし、可動子保持部材１５を介して可動子２２に連結された推力検出用ロードセル１３は可動子２２のｘ方向の動きを許容するが、可動子２２のｙ方向及びｚ方向に沿った動きを阻止する。このため、可動子２２はｙ方向へ動かず、このときのｙ方向のサイドフォースの反力が固定子に加わる。固定子は固定子支持ブロック５３を介して可動ステージ５に連結されているので、ｙ方向のサイドフォースの反力が固定子に加わると、可動ステージ５はｙ方向に沿って移動する。このとき、可動ステージ５は浮上しているので、非常にスムースに移動する。したがって、ｙ方向のサイドフォースの反力が弱まることなく、第１ステージ側固定板５１を介して第１サイドフォース検出用ロードセル９に伝達される。このサイドフォースの反力により、第１サイドフォース検出用ロードセル９はひずみ、このひずみに応じた電気信号が出力される。ｙ方向のサイドフォースの反力はｙ方向のサイドフォースと向きが違うだけで、ｙ方向のサイドフォースと同じ強さなので、第１サイドフォース検出用ロードセル９の電気信号に基いてｙ方向のサイドフォースの強さを測定することができる。
【００４０】
ｚ方向のサイドフォースの力を測定するには、第１サイドフォース検出用ロードセル９を第１ステージ側固定板５１及び第１ベース側固定板３１から外し、第２ステージ側固定板５２及び第２ベース側固定板３２に第２サイドフォース検出用ロードセル１１を取り付ける。
【００４１】
なお、ｙ方向のサイドフォースは主にコイルの取付誤差によって生じ、ｚ方向のサイドフォースは主にマグネットの取付誤差によって生じる。
【００４２】
以上のように、この実施形態のリニアモータのサイドフォース測定装置によれば、３つのエアベアリング７によって可動ステージ５が浮上し、摺動抵抗がなくなるので、サイドフォースを高精度に測定することができる。
【００４３】
なお、この実施形態のリニアモータのサイドフォース測定装置は半導体製造装置等に使用されるリニアモータ用であるが、勿論、この発明は他のタイプのリニアモータのサイドフォース測定装置として用いることができる。
【００４４】
また、この実施形態では、可動ステージ５に固定子を固定し、ベース３に可動子２２を固定したが、可動ステージ５に可動子２２を固定し、ベース３に固定子を固定するようにしてもよい。
【００４５】
なお、この実施形態では、ステージ支持手段としてエアベアリング７とコンプレッサとで構成されたものを用いたが、ステージ支持手段はこれに限定されず、例えば、ベース３に取り付けられ、可動ステージ５に向けて圧縮空気を噴射するノズルと、このノズルに圧縮空気を供給するコンプレッサとで構成してもよく、或いは可動ステージ５に取り付けられ、ベース３に向けて水等の液体を噴射するノズルと、このノズルに液体を供給するポンプとで構成してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明のリニアモータのサイドフォース測定装置によれば、サイドフォースを高精度に測定することができる。
【００４７】
請求項２又は３の発明のリニアモータのサイドフォース測定装置によれば、サイドフォースをより高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態にかかるリニアモータのサイドフォース測定装置の斜視図である。
【図２】図２は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の正面図である。
【図３】図３は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の側面図である。
【図４】図４は図１に示すリニアモータのサイドフォース測定装置の平面図である。
【符号の説明】
２  リニアモータ
２２  可動子
３  ベース
３１  第１固定側固定板
３２  第２固定側固定板
３３  可動子支持アーム
３４  脚
５  可動ステージ
５１  第１可動側固定板
５２  第２可動側固定板
５３  固定子支持ブロック
５４  バランスウエイト
７  エアベアリング
９  第１サイドフォース検出用ロードセル
１１  第２サイドフォース検出用ロードセル
１３  推力検出用ロードセル
１５  可動子保持部材
ｘ  ｘ方向
ｙ  ｙ方向
ｚ  ｚ方向
【図１】
2004254453.tif 000003
【図２】
2004254453.tif 000004
【図３】
2004254453.tif 000005
【図４】
2004254453.tif 000006