(57)【要約】【課題】  独立にθステージとＺステージを設けることなく、高い精度で進退動作ができる直線駆動と回転駆動とが可能なθＺ軸駆動モータを提供することにある。【解決手段】  この発明は、モータの回転軸をその中心線の方向（Ｚ方向）に移動できるように軸受支持し、モータが回転していない状態においてステータに対して中心線の方向に所定のオフセットを持たせて回転軸にロータを設け、ロータを回転させる駆動電流を制御することでオフセットを減少させる方向に回転軸の位置を制御するものである。【選択図】      図１
2007151255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転と直線移動が可能なθＺ軸駆動モータにおいて、
モータの回転軸をその中心線の方向に移動できるように軸受支持し、モータが回転していない状態においてステータに対して前記中心線の方向に所定のオフセットを持たせて前記回転軸にロータを設け、前記ロータを回転させる駆動電流を制御することで前記オフセットを減少させる方向に前記回転軸の位置を制御するθＺ軸駆動モータ。
【請求項２】
前記モータはステッピングモータであり、前記回転軸には検査テーブルが結合され前記オフセットの減少は、前記モータの本体に対して前記検査テーブルが前進する方向に対応している請求項１記載のθＺ軸駆動モータ。
【請求項３】
前記モータはステッピングモータであり、前記回転軸には検査テーブルが結合され前記オフセットの減少は、前記モータの本体に対して前記検査テーブルが後退する方向に対応している請求項１記載のθＺ軸駆動モータ。
【請求項４】
前記ステッピングモータは多相のモータであり、前記オフセットは、ロータと回転軸を含めた回転部の自重、ばね力あるいは磁石のいずれかにより設定される請求項２又は３記載のθＺ軸駆動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、θＺ軸駆動モータに関し、詳しくは、直線移動と回転とが必要な各種の検査装置や駆動機構において、独立にθステージとＺステージを設けることなく、高い精度で進退動作ができる直線駆動と回転駆動とが可能なθＺ軸駆動モータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドテスターや磁気ディスクテスターなどにおいては、インデックステーブルあるいはターンテーブル上に複数のスピンドルを配置して検査テーブルを所定の角度回転させて連続的に検査するものがある。その一例としてディスクを検査するディスク検査装置が特許公報に記載され、公知である（特許文献１）。
検査テーブルとしてインデックステーブルを設けるヘッドテスターなどでは、インデックステーブルを回転させることでヘッドを検査中に、検査済みのヘッドをアンロードして回収して次の検査ヘッドをロードして装着して検査スループットの向上が図られている。
この種の検査装置などに用いられるインデックステーブルあるいはターンテーブルは、θ方向の回転のほかに、ワークのロード／アンロードあるいは検査位置への位置決めなどのためにハンドリングアームの位置あるいはプローブ位置に対応して現在位置からＺ方向に微小移動することが要求される。そこで、この種の検査装置を小型化する場合には、 独立にθステージとＺステージを設けることなく、θＺステージとして駆動するためにθＺ軸駆動モータが必要になる。
従来のθＺ軸駆動モータとしては、その回転軸（シャフト）を外部に導出して、ねじによりシャフト（回転軸）を前後移動させるもの（特許文献２）やステータを多数段積み重ねてシャフトを前後移動させるステッピングモータ（特許文献３）などがある。
【特許文献１】特開平１０−１４３８６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２８４１３号公報
【特許文献３】特開平５−１５１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献２のようなねじによる進退移動は、検査装置では位置精度が出ない問題がある。また、特許文献３のようなステータを多数段積み重ねるθＺ軸駆動モータは、移動距離がステータの幅に制限されて移動位置に高い精度が出ない上、モータが大型化する欠点がある。そのため、検査装置などでは、高い精度で進退と回転を得るにはθ軸とＺ軸とが独立したθＺステージにせざるを得ない。そのようにすると、検査装置が大型化するだけでなく、制御システムが複雑になる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、独立にθステージとＺステージを設けることなく、高い精度で進退動作ができる直線駆動と回転駆動とが可能なθＺ軸駆動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】
【０００４】
このような目的を達成するためのこの発明のθＺ軸駆動モータの特徴は、モータの回転軸をその中心線の方向（Ｚ方向）に移動できるように軸受支持し、モータが回転していない状態においてステータに対して中心線の方向に所定のオフセットを持たせて回転軸にロータを設け、ロータを回転させる駆動電流を制御することでオフセットを減少させる方向に回転軸の位置を制御するものである。
【発明の効果】
【０００５】
このように、この発明にあっては、モータの回転軸（シャフト）がその中心線の方向（Ｚ方向）に移動できるように軸受けで支承しかつシャフトの前記中心線の方向においてステータとロータとの位置にオフセットを持たせて配置し、ロータを回転させる駆動電流を制御することで軸方向のシャフトの位置を制御する。この制御において、駆動電流に応じてオフセットの量が減少するので、それに応じてシャフトのＺ方向の位置決めをすることができ、１個のモータで直線移動と回転とを得ることができる。
その結果、独立したθＺステージを設けることなく、高い精度で進退動作が可能なθＺ軸駆動モータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、この発明のθＺ軸駆動モータを適用した検査ステージに使用されるステッピングモータの断面図であり、図２は、図１Ａ−Ａの回転部断面図、図３は、ステッピングモータの駆動回路、図４は、その駆動波形の説明図、そして図５は、他の実施例の断面図である。
図１において、１は、ステッピングモータであり、２は、そのステータ、３は、ロータ、４は、ロータに設けられたマグネット、５は、ステータ２に設けられたコイル、６は、スライドベアリング軸受、７はシャフト、８はハウジングである。ステッピングモータ１は、図２の図１Ａ−Ａの回転部断面に示すように５相駆動のモータである。
図１においては、図面右半分がシャフト７が前進した状態であり、左半分がシャフト７が後退して回転が停止している状態である。シャフト７は、この例では、この位置から最大で７．５ｍｍ上まで（Ｚ方向）に移動する。
【０００７】
ハウジング８の底部には、シャフト７の底面部を受けるバッファ部材９が底部の中心部に埋設されている。シャフト７の頭部には、検査テーブル（円板テーブル）１０が固定されている。ステータ２は、ハウジング８の下側の側面内側に固定され、ハウジング８の上側にあるスライドベアリング軸受６のボールは図示してはいない。
ステッピングモータ１が回転状態にないときに、バッファ部材９にシャフト７の底部がロータ３とシャフト７を含めた回転部の自重により当接されることで、ロータ３は、ステッピングモータ１のシャフト７の中心線の方向においてステータ２に対してオフセットＯＦ＝７．５ｍｍを持たせてシャフト７に取付けられている。
【０００８】
シャフト７は、後端部７ａにロータ３が固定され、後端部７ａの径が全体の径より少し小さい径の円柱（軸）になっている。径の大きい円柱（軸）の胴部７ｂの前端部（頭部）には、中心線が一致する状態で検査テーブル１０が固定されている。そして、胴部７ｂがスライドアリング軸受６を介してハウジング８に支承されている。これによりシャフト７は、ハウジング（モータ本体）８に対して進退移動と回転とが可能に支持されている。
図２は、図１Ａ−Ａの回転部断面図を示すものであって、図２に示すＡ相からＥ相までの５個のコイル５ａ〜５ｅ（図３参照）は、ステータ２に設けられた一対の対向する極２ａ，２ａ’〜２ｅ，２ｅ’にそれぞれ巻かれている。そして、これらコイル５ａ〜５ｅは、図３に示すうよに、５角形に接続され、５角形の各頂点が５個のプッシュ・プル出力段トランジスタ１１ａ〜１１ｅからなるＨブリッジ型を構成する駆動回路１１に接続されて、これによりステッピングモータ１が駆動される。
駆動回路１１には、駆動電流を制御する電流制御部１２が設けられていて電流制御部１２は、Ｄ／Ａ１２ａを内部に有し、駆動制御部としてのＭＰＵ１３からの制御信号をＤ／Ａ１２ａを介して受けてステッピングモータ１に所定の駆動電流値の電流値を出力する制御をする。
なお、１４は、励磁相制御をするパルスコントローラであり、１５は、ステッピングモータ１の電源である。
Ｄ／Ａ１２ａは、電流出力型Ｄ／Ａコンバータであって、ＭＰＵ１３からのデータがＤ／Ａ１２ａにより変換され、そのデータに応じた変換電流値を目標電流値として電流制御部１２の内部回路に加え、内部回路で目標電流値を比較基準電流として電源１５から受けた電圧＋Ｖccの電力から目標電流値に対応する出力電流を発生する。
【０００９】
ＭＰＵ１３は、回転指令信号Ｓ1とシャフト７のＺ方向の高さに応じる高さ指令信号Ｓ2とを発生する。電流制御部１２は、ＭＰＵ１３から回転指令信号Ｓ1と高さ指令信号Ｓ2とを受けて、図４に示すような駆動パルス電流を発生する。
なお、回転指令信号Ｓ1は、１ビットの信号であり、高さ指令信号Ｓ2は、４ビットの信号であって、合計５ビットが制御信号となる。
図４に示すＡ相−Ｅ相からなる５相の駆動信号の細線波形は、高さ指令信号Ｓ2が“０００１”のときの場合であり、これが回転していない状態から０．５ｍｍ程度上昇した位置で回転状態となり、Ｚ方向での回転基準位置となる。
駆動信号の実線波形は、高さ指令信号Ｓ2が“１０００”のときの場合であり、点線の波形は、高さ指令信号Ｓ2が“１１１１”で最大高さ７．５ｍｍの場合である。この場合、４ビットの信号により、０．５ｍｍの分解能で検査テーブル１０の高さの位置決めができる。なお、回転指令信号Ｓ1は、“１”が回転駆動、“０”が停止である。高さ指令信号Ｓ2が“００００”のときには駆動電流は“０”であり、回転停止状態になる。
そこで、駆動回路１１は、５ビットの制御信号（回転指令信号Ｓ1と高さ指令信号Ｓ2）を受けて、図２のＡ相−Ｅ相からなる５相の駆動信号を生成してステッピングモータ１に加える。
その結果、検査テーブル１０は、図１の左側に示すシャフト７が下がった位置を下限として、この下限位置から０．５ｍｍの高さが基準となって、その高さが選択できる。しかも、その高さを維持した状態でステッピングモータ１を回転させることができ、θＺ位置決めができる。
【００１０】
図５は、他の実施例であって、図１の実施例ではステッピングモータ１が回転していない状態が下限となっているが、この実施例ではステッピングモータ２０の回転していない状態が検査テーブル１０の上限に位置している。
図５では、図１のシャフト７の底面部を受けるバッファ部材９に換えて押上バネ機構１６とボール１９とを設けて検査テーブル１０を上限である高さ７．５ｍｍ（＝ＯＦ）の位置（検査テーブル１０の左側の点線部参照）に設定する。そして、これより、図４の細線の駆動波形により０．５ｍｍ降下した位置を回転基準位置とする。この回転基準位置は、細線で示す電流値の波形でステッピングモータ２０が駆動されているときである。
ボール１９は、シャフト７の底部の中心部に一部が埋設されて設けられ、押上バネ機構１６の圧縮ばね１７の上部に設けた台座１８と点接触してシャフト７の回転を許容する。
圧縮ばね１７は、ハウジング８に設けた中心穴８ａに一部が遊嵌して埋設されて台座１８を上部へと押し上げてシャフト７の自重あるいは駆動状態とバランスしてシャフト７をその回転状態で支承する。ステッピングモータ２０が回転していないときには検査テーブル１０を前記の上限の高さにまで押し上げる。
なお、圧縮ばね１７の力を少し大きくして、検査テーブル１０を上限である高さ７．５ｍｍの位置にストッパーを別に設けて検査テーブル１０がそれ以上上昇しないようにしてもよい。このようにすると、図５の実施例のステッピングモータ２０は、縦置ばかりでなく、横置き形等としても使用可能である。それは、駆動波形の電流値に応じてシャフト７の自重に関係なく、Ｚ方向の駆動でボール１９を台座１８に押しつける方向に作用して圧縮ばね１７の伸張力とバランスさせることができるからである。
高さ指令信号Ｓ2が“１０００”のときの高さ−３．７５ｍｍ（実線で示す位置）となり、検査テーブル１０は、上限位置より低い位置になる。点線の波形は、高さ指令信号Ｓ2が“１１１１”で−７．５ｍｍとなる。したがって、この実施例では、図１の実施例の位置制御と駆動波形とは逆の関係になり、図４の位置決め制御の各駆動波形は、この実施例では基準位置から下へと降下する制御波形となる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
以上説明してきたが、実施例では、オフセットＯＦを自重あるいはばねにより設定しているが、シャフトの後ろ側底部に永久磁石を設け、この磁石に反発する磁石をハウジング８の底部に固定して非接触でオフセットＯＦを設定するようにしてもよい。
実施例におけるオフセットＯＦの数値は一例であって、この発明は、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、この発明のθＺ軸駆動モータを適用したステッピングモータの断面図である。
【図２】図２は、図１Ａ−Ａの回転部断面図である。
【図３】図３は、ステッピングモータの駆動回路である。
【図４】図４は、その駆動波形の説明図である。
【図５】図５は、他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１，２０…ステッピングモータ、２…ステータ、３…ロータ、
４…マグネット、５…コイル、６…スライドベアリング軸受、
７…シャフト、８…ハウジング、９…バッファ部材、
１０…検査テーブル、１１…プッシュ・プル駆動回路、
１２…電流制御部、１３…ＭＰＵ、１４…パルスコントローラ、
１５…電源、１６…押上バネ機構、１９…ボール。
【図１】
2007151255.tif 000003
【図２】
2007151255.tif 000004
【図３】
2007151255.tif 000005
【図４】
2007151255.tif 000006
【図５】
2007151255.tif 000007