(57)【要約】【課題】Ｙモータブロックをスライダの中央部に配置し、ＸモータブロックであるＸ１モータブロックとＸ２モータブロックをそれぞれスライダの対辺側にＸ方向に一列に並べることによりθ軸推力を向上させ、同時にヨーイングの位置偏差を少なくし、またモータブロックのＸ１軸とＸ２軸のそれぞれの軸単体でピッチングを相殺できるようにした平面モータを実現する。【解決手段】所定のピッチで歯が形成されたプラテンと、複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻回してなるコアを複数個並列的に並べたＸ方向推力発生用のモータブロックとＹ方向推力発生用のモータブロックとをそれぞれ複数個搭載したスライダを備え、前記コイルを励磁して前記スライダを前記プラテン上で移動させ得るように構成してなる平面モータにおいて、前記Ｘ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの対辺側にそれぞれ一列に配置すると共に、前記Ｙ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの内側に配置する。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチで歯が形成されたプラテンと、複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻回してなるコアを複数個並列的に並べたＸ方向推力発生用のモータブロックとＹ方向推力発生用のモータブロックとをそれぞれ複数個搭載したスライダを備え、前記コイルを励磁して前記スライダを前記プラテン上で移動させ得るように構成してなる平面モータであって、
前記Ｘ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの対辺側にそれぞれ一列に配置すると共に、前記Ｙ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの内側に配置したことを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
前記スライダの対辺側にそれぞれ配置され、Ｘ方向推力発生用のモータブロックの軸単体でピッチングのキャンセルができるようにコアを配置したことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記各モータブロックは、ピッチｐで歯が形成された突極を有し、この突極は歯の位相をｐ／ｎずつずらしてｎ種類設けられており、
前記各突極に対して突極の長さ方向にバイアス磁束を与える永久磁石と、
前記各突極にそれぞれ巻回されたｎ相コイル
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
【請求項４】
前記各モータブロックは、ｎ種類の突極を有する一対のコアからなり、一対のコアは突極の歯の位相がｐ／２だけずらして配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項５】
前記モータブロックは、Ｘ方向に突極の歯が配列されたモータブロックと、Ｙ方向に突極の歯が配列されたモータブロックを有し、
前記プラテンはＸＹ方向へマトリクス状に歯が形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローバ、ハンドラ、ステッパなどに用いられる２次元位置決め装置などに好適な平面モータに関し、特にθ軸推力の向上、ヨーイングの位置偏差の縮小、ピッチングの相殺などのための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローバ、ハンドラ、ステッパなどに用いられる２次元位置決め装置に関する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０３８４２６号公報
【０００４】
図２は特許文献１に記載の平面サーボモータの位置決め装置の構成図である。この装置は、可動部であるスライダ１０１、土台となるプラテン１０２および位置センサである３軸レーザ干渉計用の２本の平面ミラーであるＸ平面ミラー１０３およびＹ平面ミラー１０４から構成されるモータ部１０５と、上位コントローラ１０６から与えられる位置指令信号に従ってスライダ１０１を移動させるための電流を駆動し制御するＸＹサーボドライバ部１０７とから構成されている。
【０００５】
スライダ１０１は、平面モータ１０８と３軸レーザ干渉計１０９から構成されている。この平面モータ１０８にはＸ１モータコア１１０およびＸ２モータコア１１１、２個のＹモータコア１１２、１１３が点対称となるよう配置されている。Ｘ１モータコアとＸ２モータコアは別個の電流駆動用インバータに接続されており、Ｘ１モータコア１１０とＸ２モータコア１１１に逆方向の電流を流すことで回転トルクを発生させることができる。
【０００６】
スライダ１０１に搭載された３軸レーザ干渉計１０９は、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ軸の位置検出を行う。検出した各軸の信号はＸＹサーボドライバ部１０７に伝えられ、そこでＸ、Ｙ、θ軸位置に変換される。θ軸角度はＸ１とＸ２の差から算出している。ＸＹサーボドライバ部１０７は、３軸レーザ干渉計１０９の検出信号を用いて位置決めフィードバック制御を行う。
【０００７】
ＸＹサーボドライバ部１０７では、位置制御と速度制御をＸ、Ｙ、θ軸に対して独立に行い、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ軸電流駆動インバータ１１６，１１７，１１８への指令に変換する箇所でＸ軸とθ軸の非干渉化を行っている。これにより、Ｘ、Ｙ、θの制御ゲインは独立に設定することが可能となっている。
Ｘ軸とＹ軸に関しては上位コントローラ１０６からの位置指令に従ってスライダ１０１を移動させ位置決めを行うが、θ軸ではθ軸方向の角度振れを零に抑えるべく制御している。
【０００８】
このような装置において使用される平面モータについては、例えば次のような先行技術文献がある。
【０００９】
【特許文献２】特開２００３−１４３８３０号公報
【００１０】
図３および図４は特許文献２に記載の平面モータ（特許文献２ではパルスモータと呼んでいるので、以下パルスモータという）の一例を示す要部構成図である。図３は上面図、図４は図３のＡ−Ａ’部分の断面図である。このパルスモータは、プラテン１０（図２のプラテン１０２に相当）上に浮揚のスライダ２０（図２のスライダ１０１に相当）を２次元方向に移動させ得るように構成したものである。
【００１１】
図４において、プラテン１０は、板状であって、Ｘ方向とＹ方向に沿って一定ピッチで歯１１がマトリクス状に形成されている。プラテン１０は、磁性体で構成されていて、平坦面に格子状の溝を切ることにより形成される。図には、Ｘ方向に沿って形成された一定ピッチの溝を示してある。
【００１２】
スライダ２０には、図３に示すように、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂとＹモータブロック２２ａ，２２ｂが塔載されている。Ｘモータブロック２１ａには、コア２１１ａ，２１１ｂが設けられている。図５はコア２１１ａをＥ方向から見た図である。
コア２１１ａは、図４に示すように、突極２１２ａ〜２１２ｆを有する。各突極の先端にはピッチｐで歯２１３が形成されている。
【００１３】
プラテン１０の歯１１のピッチは歯２１３のピッチと等しいかあるいはほぼ等しくなっている。歯２１３は歯１１と対向配置されている。突極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。突極２１２ａの歯と突極２１２ｄの歯は同位相である。突極２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。
【００１４】
コイル２１４ａ〜２１４ｆは、突極２１２ａ〜２１２ｆにそれぞれ巻かれている。コイル２１４ａ〜２１４ｆの巻かれた突極の歯の位相はｐ／３ずつずれている。コイル２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ，２１４ｅ，２１４ｆをそれぞれＵ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル，Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルとする。この例では、コイルは３相コイルである。励磁手段２１５は、コイル２１４ａ〜２１４ｆに位相が１２０°ずつずれた正弦波交流信号を流すことによって各コイルを励磁する。
【００１５】
永久磁石２１６ａ，２１６ｂはコア２１１ａに装着されていて、突極の長さ方向に着磁され、突極に長さ方向のバイアス磁束φｍを与える。永久磁石２１６ｂの上には図５に示すようにヨーク２２０ｂが取付けられている。
浮揚手段２１７は、スライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるもので、例えば、スライダ２０の下面に設けた穴から圧縮空気を噴出することによってスライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるものである。このとき、スライダ２０とプラテン１０の間には圧縮空気の層が形成される。
【００１６】
コア２１１ｂもコア２１１ａと同様な構成になっている。コア２１１ｂは、コア２１１ａに対して突極の歯の位相をｐ／２だけずらして配置している。コア２１１ｂに巻かれた３相コイルをそれぞれＵ−相コイル（Ｕの上にバーが付いた符合をＵ−と表す。以下、Ｖ−，Ｗ−についても同様），Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルとする。Ｕ相コイルとＵ−相コイルには同相の交流信号が与えられる。
【００１７】
他の相についても同様である。なお、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルを設けたのは、コイルを励磁したときにスライダが回転するのを防ぐためである。Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ相突極，Ｖ相突極，Ｗ相突極とする。同様に、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ−相突極，Ｖ−相突極，Ｗ−相突極とする。
【００１８】
Ｘモータブロック２１ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｘモータブロック２１ｂにあるコア２１９ａ，２１９ｂの突極の歯は、コア２１１ａ，２１１ｂの歯と同位相になっている。
【００１９】
永久磁石２１８ａ，２１８ｂはコア２１９ａに装着されている。永久磁石２１８ａ，２１８ｂの着磁方向は永久磁石２１６ａ，２１６ｂの着磁方向と同方向である。Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向の推力を発生する。
【００２０】
Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＸモータブロック２１ａを９０°回転移動させた向きに配置されている。
Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向の推力を発生する。
【００２１】
なお、図６は、図３に示すモータブロックの改良型の構成図である。Ｘモータブロック３１ａと３１ｂはスライダ２０の中心に対して点対称の位置関係で配置されている。Ｙモータブロック３２ａと３２ｂについても同様である。そして、Ｙモータブロック３２ａと３２ｂは、Ｘモータブロック３１ａと３１ｂの向きを９０゜変えて配置されている。
【００２２】
このようにモータブロックが点対称の位置関係で配置されていることから、Ｘモータブロック３１ａと３１ｂでは、Ｕ相突極、Ｖ相突極、Ｗ相突極はＵ−相突極、Ｖ−相突極、Ｗ−相突極よりもスライダの中心に近い位置にある。
また、Ｕ相突極、Ｖ相突極、Ｗ相突極の配列はＸモータブロック３１ａと３１ｂで逆になる。Ｙモータブロック３２ａと３２ｂでも同様である。
なお、モータブロックの個数はこれに限らず、それぞれ２倍にして、図７に示すような構成とすることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来の平面モータでは、２つのＸモータブロックがスライダの対角上にあり、距離が稼げないためＸ方向の推力が同じであっても、θ軸推力としては少ない。このため、Ｘ方向に進むとき、θ軸制御に推力が消費され高速化が困難であるという課題があった。
また、図６のような配列のスライダでは、Ｘモータブロック３１ａとＸモータブロック３１ｂでピッチングを相殺しているが、ピッチング方向に対してモーメントが発生しやすいという課題もあった。
【００２４】
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、Ｙモータブロックをスライダの中央部に配置し、ＸモータブロックであるＸ１モータブロックとＸ２モータブロックをそれぞれスライダの対辺側にＸ方向に一列に並べることによりθ軸推力を向上させ、同時にヨーイングの位置偏差を少なくし、またモータブロックのＸ１軸とＸ２軸のそれぞれの軸単体でピッチングを相殺できるようにした平面モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明は、
所定のピッチで歯が形成されたプラテンと、複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻回してなるコアを複数個並列的に並べたＸ方向推力発生用のモータブロックとＹ方向推力発生用のモータブロックとをそれぞれ複数個搭載したスライダを備え、前記コイルを励磁して前記スライダを前記プラテン上で移動させ得るように構成してなる平面モータであって、
前記Ｘ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの対辺側にそれぞれ一列に配置すると共に、前記Ｙ方向推力発生用のモータブロックを前記スライダの内側に配置したことを特徴とする。
【００２６】
このように、Ｘ方向推力発生用のモータブロックがそれぞれスライダの中心軸から離れて配置されるため、θ軸推力を容易に向上させることができる。また、これによりスライダのヨーイングの位置偏差も少なくできる。
【００２７】
この場合、請求項２のように、スライダの対辺側に配置されＸ方向用のモータブロックの軸単体でピッチングのキャンセルができるようにコアを配置する。
また、各モータブロックは、請求項３のように、ピッチｐで歯が形成された突極を有し、この突極は歯の位相をｐ／ｎずつずらしてｎ種類設けられており、各突極に対して突極の長さ方向にバイアス磁束を与える永久磁石と、各突極にそれぞれ巻回されたｎ相コイルを備える。
【００２８】
さらに、各モータブロックは、請求項４のように、ｎ種類の突極を有する一対のコアからなり、一対のコアは突極の歯の位相がｐ／２だけずらして配置されている。これにより、スライダの回転が防止できる。
【００２９】
また、請求項５のように、モータブロックを、Ｘ方向に突極の歯が配列されたモータブロックと、Ｙ方向に突極の歯が配列されたモータブロックから構成すると共に、プラテンにはＸＹ方向へマトリクス状に歯を形成する。これによりスライダをＸＹ方向へ自在に移動させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）Ｘ方向推力発生用のモータブロックをスライダの対辺側にそれぞれ一列に配置することにより、容易にθ軸推力を向上させることができる。図７に示す従来のモータブロックの配置と比べると、コアの個数は同じでもθ軸推力は大きくなっている。
また、このような配置によれば、スライダのヨーイングの位置偏差も少なくなる。
（２）Ｘ１軸とＸ２軸それぞれに軸単体でピッチングを相殺できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る平面モータのスライダの一実施例を示す要部構成図である。スライダ２０ａには、図７に示す従来のモータブロックの配置とは異なるが個数は同じ４個のＸモータブロックと４個のＹモータブロックが搭載されている。
なお、図示しない各モータブロックの突極、歯、巻回コイル、永久磁石、プラテン、励磁手段、浮揚手段などは従来例と同等であるため、図示を省略してある。
【００３２】
Ｘ方向推力発生用の４個のＸモータブロックは、Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ａ、Ｘ２Ｂである。モータブロックＸ１Ａと、モータブロックＸ１Ａとはモータブロック中心に対して逆方向のピッチングの吸引力を発生するモータブロックＸ１Ｂは、スライダ２０ａの下辺側でＸ方向に一列に配列されている。また、モータブロックＸ２Ａと、そのＸ２Ａとはモータブロック中心に対して逆方向のピッチングの吸引力を発生するモータブロックＸ２Ｂは、スライダ２０ａの上辺側でＸ方向に一列に配列されている。
【００３３】
スライダ２０ａの下辺側に配置されたモータブロックＸ１ＡとＸ１Ｂについて説明する。モータブロックＸ１Ａは一対のコアＸ１ＡａとコアＸ１Ａｂから構成されている。コアＸ１Ａａは従来の図６のコア３１１ａと同じ構成であり、またコアＸ１Ａｂは図６のコア３１１ｂと同じ構成である。なお、コアＸ１Ａａ（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）とコアＸ１Ａｂ（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−相）とは、従来例と同様に突極の歯の位相がｐ／２だけずれている（ｐは突極の歯のピッチである）。以下他のモータブロックの一対のコアについても同様な関係に構成してある。
【００３４】
また、他方のモータブロックＸ１ＢはコアＸ１ＢａとコアＸ１Ｂｂから構成されており、コアＸ１Ｂａは図６のコア３１９ａと、コアＸ１Ｂｂは図６のコア３１９ｂと同じ構成である。
【００３５】
スライダ２０ａの上辺側に配置されたモータブロックＸ２ＡとＸ２Ｂについて説明する。モータブロックＸ２ＡはコアＸ２ＡａとコアＸ２Ａｂから構成されている。コアＸ２ＡａはコアＸ１Ａｂと同じ構成であり、またコアＸ２ＡｂはコアＸ１Ａａと同じ構成である。また、他方のモータブロックＸ２ＢはコアＸ２ＢａとコアＸ２Ｂｂから構成されており、コアＸ２ＢａはコアＸ１Ｂｂと同じ構成であり、コアＸ２ＢａはコアＸ１Ｂｂと同じ構成である。
【００３６】
このように、スライダ２０ａの上辺側と下辺側に配置されたモータブロックはスライダ２０ａのＸ方向の中心軸に対して対称になっている。
なお、モータブロックの配置はこれに限らない。例えば、モータブロックＸ１ＡとＸ１Ｂを左右反対に配置しても構わない。上辺側のモータブロックＸ２ＡとＸ２Ｂについても同様である。また、Ｕ相突極，Ｖ相突極，Ｗ相突極と、Ｕ−相突極、Ｖ−相突極、Ｗ−相突極とを上下逆の配置としても構わない。
【００３７】
Ｙ方向推力発生用の４個のＹモータブロックについて説明する。４個のＹモータブロックはＹ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４であり、スライダ２０ａの中心側でＸ方向に沿って配列されている。
モータブロックＹ１とＹ２は突極の配列が同じである。また、モータブロックＹ３とＹ４も突極の配列が同じである。
【００３８】
モータブロックＹ１について説明する。モータブロックＹ１は、コアＹ１ａとコアＹ１ｂから構成されている。コアＹ１ａは、突極がＹ軸の上方から下方に向ってＵ相，Ｖ相，Ｗ相、Ｗ相、Ｖ相，Ｕ相の順に配置されている。他方、コアＹ１ｂも、突極がＹ軸の上方から下方に向ってＵ−相，Ｖ−相，Ｗ−相、Ｗ−相、Ｖ−相，Ｕ−相の順に配置されている。
【００３９】
モータブロックＹ３とＹ４は、図示のようにモータブロックＹ２，Ｙ１とＹ軸対称の関係で配置されている。
なお、Ｙモータブロックの突極の配置は、Ｘモータブロックと同様に実施例に限定されるものではない。
【００４０】
以上のような構成においては、下辺側のモータブロックＸ１ＡとＸ１Ｂと上辺側のモータブロックＸ２ＡとＸ２Ｂは別々に励磁される。また、Ｙモータブロックは４ブロックが同じ励磁である。したがって、スライダの軸としては、モータブロックＸ１ＡとＸ１Ｂの中心を通る軸（Ｘ１軸という）と、モータブロックＸ２ＡとＸ２Ｂの中心を通る軸（Ｘ２軸という）、および４個のＹモータブロックの中心を通る軸（Ｙ１１軸という）の３軸構成となっている。
【００４１】
このような３軸構成のスライダ２０ａによれば、表１に示すような作用効果がある。
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【００４２】
すなわち、θ軸推力については、Ｘ１軸とＸ２軸がスライダ２０ａの中心から離れているため従来よりも大きなθ軸推力を容易に生じさせることができる。
スライダ２０ａのピッチングについては、Ｘ１軸とＸ２軸それぞれにおいて２個のモータブロックによりキャンセルすることができるため、ピッチング制御効果は従来よりも大である。Ｙ方向のピッチングについては、各Ｙモータブロックがスライダ２０ａの内側に配置されており、従来と同等である。
【００４３】
スライダ２０ａのローリングについては、Ｘ１軸とＸ２軸のモータブロックがスライダ２０ａの外側に配置されるため、従来のものより不利である。Ｙ方向については従来と同等である。
スライダ２０ａのヨーイングについては、θ軸に余裕があり、容易に抑制することができる。Ｙ方向については従来と同等である。
【００４４】
このように、本発明のモータブロックの構成によれば、θ軸推力が大きく、ピッチングおよびヨーイングについては従来のモータブロックよりも小さく抑えることができる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るモータブロックの一実施例を示す要部構成図である。
【図２】従来の平面サーボモータの位置決め装置の一例を示す要部構成図である。
【図３】従来のスライダ部の一例を示す要部構成図である。
【図４】図２のモータブロックの断面図を示す図である。
【図５】図２の側面図である。
【図６】従来のスライダ部の他の一例を示す要部構成図である。
【図７】従来のスライダ部の更に他の一例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０ａ  スライダ
Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ａ、Ｘ２Ｂ  モータブロック
Ｙ１〜Ｙ４  モータブロック
Ｘ１Ａａ、Ｘ１Ａｂ、Ｘ１Ｂａ、Ｘ１Ｂｂ  コア
Ｘ２Ａａ、Ｘ２Ａｂ、Ｘ２Ｂａ、Ｘ２Ｂｂ  コア
Ｙ１ａ、Ｙ１ｂ、Ｙ２ａ、Ｙ２ｂ、Ｙ３ａ、Ｙ３ｂ、Ｙ４ａ、Ｙ４ｂ  コア
【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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