(57)【要約】【課題】可動部分が軽量化されており、かつ、可動子にエアパッドを用いないＸＹ位置決め装置を提供する。【解決手段】互いに直交するＸＹ座標軸で定義されたＸＹ平面内の位置決めに用いるＸＹ位置決め装置において、Ｎ極を上方向とした永久磁石１２ＢおよびＳ極を上方向とした永久磁石１２Ｃを、少なくとも位置決めが必要な領域について、ＸＹ平面方向に磁極の方向が交互となるように敷き詰めてなるステータ１２と、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個以上の同数のコイル１８Ａが均等に配置されて、コイル１８Ａが正方格子状に配置されており、ステータ１２に対して平行方向に相対的に移動することができる可動子１８と、可動子１８をステータ１２に対して所定の間隔をもってＸＹ平面方向に移動可能に支持するガイド機構１４、１６と、を備えさせる。【選択図】図１
2009033940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸＹ座標軸で定義されたＸＹ平面内の位置決めに用いるＸＹ位置決め装置において、
Ｎ極を上方向とした永久磁石およびＳ極を上方向とした永久磁石を、少なくとも位置決めが必要な領域について、ＸＹ平面方向に磁極の方向が交互となるように敷き詰めてなるステータと、
Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個以上の同数のコイルが均等に配置されて、コイルが正方格子状に配置されており、前記ステータに対して平行方向に相対的に移動することができる可動子と、
該可動子を前記ステータに対して所定の間隔をもってＸＹ平面方向に移動可能に支持するガイド機構と、
を備えたことを特徴とするＸＹ位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＸＹ位置決め装置に関し、詳しくは、可動部分が軽量化されたＸＹ位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＸＹ位置決め装置においては、ＸＹテーブルの下にＸＹ軸モータを設置し、ＸＹ軸モータによりＸＹテーブルをＸＹ平面方向に移動制御可能なようにしたＸＹ位置決め装置も考えられるが、このような装置は介在する機構部品が多くなるため、従来、精密位置決めには用いられていなかった。
【０００３】
精密位置決めに用いられる装置においては、Ｙ軸上にＸ軸駆動モータを載せ、介在する機構部品を省く方法が用いられることが多く、直交座標型、ガントリー型、多関節型のいずれにおいても、一方の軸の上に、他方の軸とともに、この他方の軸に沿って移動する可動子を駆動するモータを載せるタイプのＸＹ位置決め装置が多かった。このタイプの装置においては、一方の軸の上を、他方の軸と可動子を駆動するモータが移動する。
【０００４】
一方、特許文献１には、一方向に長いコイル群と対向させて、コイル群の長さ方向に交差する方向に長い永久磁石列をステージ部材に配置させた平面モータが記載されている。この平面モータでは、制御した電流をコイル群に供給することにより、永久磁石列に磁石列の長さ方向の力を発生させて、高精度な軌跡追従精度を実現している。
【０００５】
また、特許文献２には、多数個のＳ極永久磁石およびＮ極永久磁石が格子状に配置されたステータと、底面に電機子コイルが設置された可動子と、を有する平面モータが記載されている。この平面モータでは、可動子に空気を噴射するノズルを取り付け、該ノズルから空気を噴射させてエアーベアリングを形成させて可動子をステータの表面から所定の高さに上昇させて、該可動子がステータ面上を自由に移動できるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−５１７５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３３５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一方の軸の上に、他方の軸とともに、この他方の軸に沿って移動する可動子を駆動するモータを載せるタイプのＸＹ位置決め装置では、可動部分が重くなるという問題がある。特に、位置決めを高速で行う装置においては、可動部分が重くなることは大きな問題である。
【０００８】
特許文献１に記載の平面モータにおいては、ＸＹ平面方向を移動するステージ部材の下面に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に多数の永久磁石が並べて取り付けられており、可動部分であるステージ部材が重くなるという問題がある。
【０００９】
特許文献２に記載の平面モータにおいては、可動子に空気を噴射するノズルが取り付けられており、このノズルに空気を供給する機構や、空気の供給量を制御する機構も必要となるため、装置が複雑になるとともにコストアップにもつながるという問題がある。なお、特許文献１に記載の平面モータのステージ部材にも３つのエアパッドが取り付けられているので、特許文献１に記載の平面モータにおいても特許文献２に記載の平面モータと同様の問題がある。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、可動部分が軽量化されており、かつ、可動子にエアパッドを用いないＸＹ位置決め装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、下記手段により前記課題を解決できることを見出し、本発明をするに至った。
【００１２】
即ち、本発明に係るＸＹ位置決め装置は、互いに直交するＸＹ座標軸で定義されたＸＹ平面内の位置決めに用いるＸＹ位置決め装置において、Ｎ極を上方向とした永久磁石およびＳ極を上方向とした永久磁石を、少なくとも位置決めが必要な領域について、ＸＹ平面方向に磁極の方向が交互となるように敷き詰めてなるステータと、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個以上の同数のコイルが均等に配置されて、コイルが正方格子状に配置されており、前記ステータに対して平行方向に相対的に移動することができる可動子と、該可動子を前記ステータに対して所定の間隔をもってＸＹ平面方向に移動可能に支持するガイド機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、ステータに対して平行方向は、ＸＹ平面方向となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｎ極を上方向とした永久磁石およびＳ極を上方向とした永久磁石を、少なくとも位置決めが必要な領域について、ＸＹ平面方向に磁極の方向が交互となるように敷き詰めてなるステータと、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個以上の同数のコイルが均等に配置されて、コイルが正方格子状に配置されており、前記ステータに対して平行方向に相対的に移動することができる可動子と、を用いてＸＹ平面内の位置決めを行うので、従来のＸＹ位置決め装置とは異なり、可動部分には可動子を駆動するモータがなく、可動部分が軽量化されている。このため、可動子の応答速度が向上するとともに、大幅な省電力化を達成できる。
【００１５】
また、可動子をステータに対して所定の間隔をもってＸＹ平面方向に移動可能に支持するガイド機構を備えているので、特許文献１及び２に記載の平面モータとは異なり、可動子にエアパッドを用いる必要がなく、装置を簡略化でき、装置のコストを低減できるとともに、エアーを使わないので運転コストも低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るＸＹ位置決め装置１０を示す平面図であり、図２は、同じく側面図である。このＸＹ位置決め装置１０は、筐体１１と、ステータ１２と、Ｙ軸ガイド機構１４と、Ｙ軸方向位置検出機構１５と、Ｘ軸ガイド機構１６と、Ｘ軸方向位置検出機構１７と、可動子１８と、を有してなり、互いに直交するＸＹ座標軸で定義されたＸＹ平面内の位置決めに用いられる。
【００１８】
筐体１１は、ＸＹ位置決め装置１０の土台となるものであり、筐体１１の上に、ステータ１２やＹ軸ガイド機構１４等が配置されている。
【００１９】
ステータ１２は、電磁鋼板１２Ａの上に、Ｎ極を上方向とした四角形の永久磁石１２ＢおよびＳ極を上方向とした四角形の永久磁石１２Ｃをそれぞれ磁極の方向が交互となるように敷き詰めて構成されている。このＮ極永久磁石１２ＢおよびＳ極永久磁石１２Ｃの大きさは、例えば６ｃｍ×６ｃｍ程度である。
【００２０】
Ｙ軸ガイド機構１４は、ステータ１２を間にはさんで２つあり、それぞれ、Ｙ軸ガイドシャフト１４Ａと、Ｙ軸スライダー１４Ｂと、からなる。２つのＹ軸ガイドシャフト１４Ａは、筐体１１の上に、長手方向がＹ軸方向となるように設置されており、ステータ１２を間にはさんで配置されている。Ｙ軸スライダー１４Ｂは、Ｙ軸方向にスライド移動可能にＹ軸ガイドシャフト１４Ａに取り付けられている。
【００２１】
Ｙ軸方向位置検出機構１５は、Ｙ軸リニヤスケール１５Ａと、検出器１５Ｂと、からなり、Ｙ軸スライダー１４ＢのＹ軸方向の位置を計測する。Ｙ軸リニヤスケール１５Ａは、長手方向がＹ軸方向と平行となるようにＹ軸ガイドシャフト１４Ａに取り付けられており、検出器１５ＢはＹ軸スライダー１４Ｂの側面に取り付けられている。
【００２２】
Ｘ軸ガイド機構１６は、Ｘ軸ガイドシャフト１６Ａと、Ｘ軸スライダー１６Ｂと、からなる。Ｘ軸ガイドシャフト１６Ａの両端部はそれぞれＹ軸スライダー１４Ｂに取り付けられており、Ｘ軸ガイドシャフト１６Ａは、Ｙ軸スライダー１４ＢがＹ軸方向にスライド移動するのに伴い、Ｙ軸方向にスライド移動することができるようになっている。Ｘ軸スライダー１６Ｂは、Ｘ軸方向にスライド移動可能にＸ軸ガイドシャフト１６Ａに取り付けられている。
【００２３】
Ｘ軸方向位置検出機構１７は、Ｘ軸リニヤスケール１７Ａと、検出器１７Ｂと、からなり、Ｘ軸スライダー１６ＢのＸ軸方向の位置を計測する。Ｘ軸リニヤスケール１７Ａは、長手方向がＸ軸方向と平行となるように両端部がＹ軸スライダー１４Ｂに取り付けられており、検出器１７ＢはＸ軸スライダー１６Ｂの側面に取り付けられている。
【００２４】
Ｘ軸スライダー１６Ｂは、Ｘ軸ガイドシャフト１６Ａに沿ってＸ軸方向にスライド移動可能であり、Ｘ軸ガイドシャフト１６Ａは、Ｙ軸ガイドシャフト１４Ａに沿ってＹ軸方向にスライド移動可能である。そのため、Ｘ軸スライダー１６Ｂは、ＸＹ平面内の目標地点へ移動することが可能であり、その結果、Ｘ軸スライダー１６Ｂの下面に取り付けられた可動子１８もＸＹ平面内の目標地点へ移動することが可能となっている。
【００２５】
可動子１８は、図３に示すように、その内部には、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個ずつ合計９個のコイル１８Ａが、それぞれの間の間隔が同じになるように均等に正方格子状に配置されている。コイル１８Ａを縦横同数配置し、かつ、それぞれのコイル１８Ａ間の間隔を同じになるようにすることにより、可動子１８に加わるステータ１２からの駆動力を制御しやすくなり、可動子１８の位置制御を正確に行うことができる。なお、可動子１８の大きさは特に制限はないが、例えば、永久磁石１２Ｂの大きさと同程度とすることができる。
【００２６】
また、可動子１８は、正方形の平板状であり、Ｘ軸スライダー１６Ｂの下面に取り付けられている。これにより、可動子１８は、ステータ１２の表面から所定の間隔をもって支持されてステータ１２に対して平行方向（ＸＹ平面方向）に相対的に移動することができるので、本発明の実施形態に係るＸＹ位置決め装置１０は、特許文献１、２に示す平面モータのようにエアパッドを用いる必要がない。
【００２７】
次に、ＸＹ位置決め装置１０の動作について説明する。
【００２８】
可動子１８の移動方向は、可動子１８と、ステータ１２に交互に敷き詰めて並べられているＮ極永久磁石１２ＢおよびＳ極永久磁石１２Ｃとの相対位置に応じて、可動子１８の９個のコイル１８Ａに励磁するパターンを変えることにより、任意の方向に決めることができる。
【００２９】
例えば、可動子１８とステータ１２のＮ極永久磁石１２ＢおよびＳ極永久磁石１２Ｃとの相対位置が図４に示すような状態であって、かつ、可動子１８のコイル１８Ａの励磁状態が図４に示すような状態のとき、可動子１８は停止状態である。
【００３０】
図４の状態から、図５に示すように、可動子１８のコイル１８Ａの励磁を全てＳ極にすれば、可動子１８は、図４において右下へ移動する。また、図４の状態から、図６に示すように、可動子１８のコイル１８Ａのうち、中央縦の列のコイル１８Ａの励磁を反転すれば、可動子１８は左方向へ移動する。
【００３１】
また、前述のように、Ｙ軸方向位置検出機構１５は、Ｙ軸スライダー１４ＢのＹ軸方向の位置を計測し、Ｘ軸方向位置検出機構１７は、Ｘ軸スライダー１６ＢのＸ軸方向の位置を計測するが、計測されたＹ軸スライダー１４ＢのＹ軸方向の位置データおよびＸ軸スライダー１６ＢのＸ軸方向の位置データは、ＸＹ位置決め装置１０の制御演算部（図示せず）に送られて、Ｙ軸スライダー１４ＢおよびＸ軸スライダー１６Ｂが目標の位置に到達するように可動子１８のコイル１８Ａを流れる電流がフィードバック制御される。このため、可動子１８は目標とする地点に正確に到達することができる。
【００３２】
以上説明した実施形態では、可動子１８のコイル１８Ａの数はＸ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個ずつで合計９個であったが、コイル１８Ａの数はこれに限定されず、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに３個ずつ以上配置され、かつ、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列のコイルの数が同数であればよい。例えば、コイル１８ＡをＸ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに４個ずつとして合計１６個としてもよいし、Ｘ軸方向の列およびＹ軸方向の列それぞれに５個ずつとして合計２５個としてもよい。可動子１８の大きさを大きくしてコイル１８Ａの数を増やすことにより、磁石間の吸引及び反発の力の総和が大きくなり、可動子１８に加わるステータ１２からの駆動力を大きくすることができる。
【００３３】
なお、以上説明した実施形態では、ステータ１２の永久磁石１２Ｂ、１２Ｃは、Ｘ軸方向の列に６個、Ｙ軸方向の列に６個として、合計３６個としたが、ステータ１２の永久磁石１２Ｂ、１２Ｃの配列および数はこれに限定されず、任意に選択することができる。
【００３４】
また、可動子１８が移動することが必要な領域のみに、ステータ１２の永久磁石１２Ｂ、１２Ｃを設け、可動子１８が移動することが必要ない領域には永久磁石１２Ｂ、１２Ｃを配置しなくてもよく、適用する用途に応じて適宜ステータ１２の永久磁石１２Ｂ、１２Ｃの配置を省略することができ、コストを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るＸＹ位置決め装置を示す平面図
【図２】同じく側面図
【図３】前記ＸＹ位置決め装置の可動子の内部を模式的に示す平面図
【図４】可動子とステータの永久磁石との相対位置および可動子のコイルの励磁状態の一例を模式的に示す平面図
【図５】図４の状態から、可動子のコイルの励磁を全てＳ極にした状態を模式的に示す平面図
【図６】図４の状態から、可動子のコイルのうち、中央縦の列のコイルの励磁を反転させた状態を模式的に示す平面図
【符号の説明】
【００３６】
１０…ＸＹ位置決め装置
１１…筐体
１２…ステータ
１２Ａ…電磁鋼板
１２Ｂ…Ｎ極永久磁石
１２Ｃ…Ｓ極永久磁石
１４…Ｙ軸ガイド機構
１４Ａ…Ｙ軸ガイドシャフト
１４Ｂ…Ｙ軸スライダー
１５…Ｙ軸方向位置検出機構
１５Ａ…Ｙ軸リニヤスケール
１５Ｂ…検出器
１６…Ｘ軸ガイド機構
１６Ａ…Ｘ軸ガイドシャフト
１６Ｂ…Ｘ軸スライダー
１７…Ｘ軸方向位置検出機構
１７Ａ…Ｘ軸リニヤスケール
１７Ｂ…検出器
１８…可動子
１８Ａ…コイル
【図１】
2009033940.tif 000003
【図２】
2009033940.tif 000004
【図３】
2009033940.tif 000005
【図４】
2009033940.tif 000006
【図５】
2009033940.tif 000007
【図６】
2009033940.tif 000008