JP2000278932A - Linear motor for positioning stage - Google Patents
Linear motor for positioning stageInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物を搭載し
たテーブルをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能にするため
の位置決めステージに関し、特にテーブルの位置決め精
度を向上させるために駆動源として用いられるリニアモ
ータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning stage for enabling a table on which a workpiece is mounted to be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and in particular, as a driving source for improving the positioning accuracy of the table. It relates to the linear motor used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、位置決めステージの駆動源は、従
来のボールネジ駆動機構から、より高精度、高推力が得
られるリニアモータ駆動機構へと移行する動きが目立っ
てきている。2. Description of the Related Art In recent years, the movement of a drive source of a positioning stage from a conventional ball screw drive mechanism to a linear motor drive mechanism capable of obtaining higher accuracy and higher thrust has been conspicuous.
【０００３】図５を参照して、リニアモータの一例を説
明する。このリニアモータは、断面Ｕ字形状の固定ヨー
ク７０が走行方向に延びるように設けられている。固定
ヨーク７０の上方には被駆動体との結合部８０が、走行
方向にスライド可能に設けられる。結合部８０には、固
定ヨーク７０内に入るようにセンターヨーク８１が設け
られ、その周囲にはコイルボビンを介してコイル８２が
巻回されている。コイル８２の２つの主面とギャップを
介して対向するように、固定ヨーク７０の内壁には永久
磁石７１が走行方向に間隔をおいて固定されている。[0003] An example of a linear motor will be described with reference to FIG. In this linear motor, a fixed yoke 70 having a U-shaped cross section is provided so as to extend in the traveling direction. Above the fixed yoke 70, a coupling portion 80 with the driven body is provided so as to be slidable in the traveling direction. A center yoke 81 is provided in the coupling section 80 so as to enter the fixed yoke 70, and a coil 82 is wound around the center yoke 81 via a coil bobbin. Permanent magnets 71 are fixed to the inner wall of the fixed yoke 70 at intervals in the running direction so as to oppose the two main surfaces of the coil 82 via a gap.
【０００４】このリニアモータは、永久磁石７０からの
磁束とコイル８２に流れる電流との相互作用により生じ
る電磁力により、結合部８０、センターヨーク８１、コ
イル８２が一体的に走行する。In this linear motor, the coupling portion 80, the center yoke 81, and the coil 82 run integrally by an electromagnetic force generated by the interaction between the magnetic flux from the permanent magnet 70 and the current flowing through the coil 82.
【０００５】しかし、このような構造のリニアモータで
は、センターヨーク８１、コイル８２が縦長の細い形状
であるため、図５（ａ）中、左右に振れ易く安定性の点
で問題がある。また、コイル８２の主面に垂直な方向の
曲げモーメントに対して弱いという問題点もある。[0005] However, in the linear motor having such a structure, since the center yoke 81 and the coil 82 are vertically long and thin, they tend to swing right and left in FIG. There is also a problem that the coil 82 is weak against a bending moment in a direction perpendicular to the main surface of the coil 82.
【０００６】このような問題点から、上記のリニアモー
タは、結合部８０の上に固定されるテーブルが重量の大
きなものである場合には適していない。Due to such problems, the above-described linear motor is not suitable when the table fixed on the connecting portion 80 is heavy.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】これに対し、図１に示
すように、可動コイル部におけるコイルボビン１０及び
これに巻回されたコイル１１の断面形状を正方形に近い
形状にして、安定性及び曲げモーメントに対する機械的
強度を向上させたリニアモータが提供されている。この
リニアモータも、固定ヨーク１３の２つの内壁、すなわ
ちコイルボビン１０に対して対称となる二面に永久磁石
１４を取り付けており、駆動原理は図５のリニアモータ
と同じである。なお、この種のリニアモータにおける可
動部分には、通常、静圧軸受け機構が組合わされる。良
く知られているように、静圧軸受け機構というのは、可
動部分から固定部分に圧縮空気を吹付けることで、可動
部分の移動がスムーズに行われるようにするためのもの
である。On the other hand, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the coil bobbin 10 and the coil 11 wound therearound in the movable coil portion is made nearly square so that stability and bending can be improved. A linear motor having improved mechanical strength against a moment is provided. This linear motor also has permanent magnets 14 attached to two inner walls of the fixed yoke 13, that is, two surfaces symmetrical with respect to the coil bobbin 10, and the driving principle is the same as that of the linear motor of FIG. A movable portion of this type of linear motor is usually combined with a static pressure bearing mechanism. As is well known, the static pressure bearing mechanism is for moving the movable part smoothly by blowing compressed air from the movable part to the fixed part.
【０００８】しかしながら、この種の静圧軸受け機構＋
リニアモータの構成による位置決めステージにおいて
は、可動部分と固定部分は完全に非接触であり、機械系
の摩擦等の影響を受けない構造となっている。しかしそ
の反面、可動部分にダンピング要素がないため、リニア
モータ自体の推力リップルや指令信号のノイズ等の影響
を受けやすいと言う問題がある。However, this type of hydrostatic bearing mechanism +
In the positioning stage having the configuration of the linear motor, the movable portion and the fixed portion are completely in non-contact, and have a structure that is not affected by friction of a mechanical system. However, on the other hand, there is a problem that the linear motor itself is susceptible to a thrust ripple, a command signal noise, and the like because there is no damping element in the movable part.
【０００９】そこで、本発明では、リニアモータ自体に
ダンピング効果を持たせることにより、ノイズ等の微少
な変動を除去しステージの運動性能向上を計ることので
きる位置決めステージ用のリニアモータを提供しようと
するものである。In view of the above, the present invention aims to provide a linear motor for a positioning stage capable of removing minute fluctuations such as noise and improving the motion performance of the stage by giving a damping effect to the linear motor itself. Is what you do.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明による位置決めス
テージ用のリニアモータは、物品を搭載するためのテー
ブルを少なくとも一方向に走行させるために少なくとも
１つのリニアモータを備えた位置決めステージにおい
て、前記リニアモータは、前記一方向にスライド可能に
設けられた可動コイル部と、該可動コイル部を内包し、
前記一方向に延在する固定磁石部とから成り、前記可動
コイル部は、四角形以上の断面多角形状のコイルボビン
とこれに巻回されたコイルとから成り、前記固定磁石部
を、前記コイルにおける前記テーブルを実装するための
多角形状の一面を除く残りの面のうちの少なくとも２面
にギャップを介して対向するように固定配置された、複
数の永久磁石で構成し、前記コイルボビンの材料を固有
抵抗の小さな材料で構成したことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a linear motor for a positioning stage, comprising: at least one linear motor for moving a table for mounting articles in at least one direction; The motor includes a movable coil portion slidably provided in the one direction, and includes the movable coil portion,
The movable coil portion is composed of a coil bobbin having a polygonal cross section of a quadrangle or more and a coil wound therearound, and the fixed magnet portion is formed of the fixed magnet portion in the coil. It is composed of a plurality of permanent magnets fixedly arranged so as to face at least two faces out of one face of the polygonal shape for mounting the table with a gap therebetween, and the material of the coil bobbin is made of a specific resistance. Characterized in that it is made of a small material.
【００１１】なお、前記コイルボビンの材料としては、
銅を用いることが好ましい。The material of the coil bobbin is as follows.
Preferably, copper is used.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。本発明は、これまでリニアモータの動作
時、エネルギーの損失とされてきた渦電流をダンピング
効果に積極的に利用するようにした点に特徴を持つ。そ
れ故、本発明は、図１で説明したようなリニアモータに
も適用され得る。すなわち、図１におけるコイルボビン
１０の材質を従来のステンレスから銅に変更し、リニア
モータ動作時に渦電流を積極的に発生させる機能を付加
している。以下に、その原理について説明する。Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is characterized in that eddy current, which has been regarded as energy loss during the operation of the linear motor, is positively used for the damping effect. Therefore, the present invention can be applied to a linear motor as described in FIG. That is, the material of the coil bobbin 10 in FIG. 1 is changed from conventional stainless steel to copper, and a function of positively generating an eddy current during the operation of the linear motor is added. The principle will be described below.
【００１３】導体が電磁場を横切る時、導体に渦電流が
発生し、速度に比例して運動方向と逆向きのダンピング
力が作用する。磁束密度Ｂが一様に分布する磁場内で、
固有抵抗ρ、体積Ｖの導体が速度ｖでＸ軸上をＸ＝Ｘ0
・ｓｉｎωｔで移動する場合、渦電流によって発生する
ジュール熱Ｐは Ｐ＝（π／ρ）・Ｖ・ω・ｘ0 2 ・Ｂ で表される。When a conductor crosses an electromagnetic field, an eddy current is generated in the conductor, and a damping force acts in a direction opposite to the direction of motion in proportion to the velocity. In a magnetic field in which the magnetic flux density B is uniformly distributed,
A conductor having a specific resistance ρ and a volume V is X = X 0 on the X axis at a speed v.
When moving sin .omega.t ·, Joule heat P generated by eddy currents is expressed by P = (π / ρ) · V · ω · x 0 2 · B.
【００１４】一方、ダンピング係数Ｃを有するダンパが
Ｘ軸上をＸ＝Ｘ0 ・ｓｉｎωｔで移動する場合の仕事は Ｗ＝ｃ・ω・π・ｘ0 2 従って、Ｐ＝Ｗの関係よりダンピング係数Ｃは Ｃ＝Ｖ・Ｂ2 ／ρ となり、リニアモータのダンピング係数Ｃは導体の体積
Ｖ（ｍ3 ）、固有抵抗ρ（Ω）、磁束密度Ｂ（Ｔ）で表
現することができる。[0014] On the other hand, work W = c · ω · π · x 0 2 Therefore when the damper having a damping coefficient C is moved on the X-axis at X = X 0 · sin .omega.t, damping coefficient from the relation of P = W C is C = V · B 2 / ρ, and the damping coefficient C of the linear motor can be represented by the volume V (m 3 ) of the conductor, the specific resistance ρ (Ω), and the magnetic flux density B (T).
【００１５】上記のダンピング係数Ｃを考慮してコイル
ボビンを設計することでリニアモータにダンピング要素
を付加することが可能となる。By designing the coil bobbin in consideration of the damping coefficient C, it becomes possible to add a damping element to the linear motor.
【００１６】図２に示す通り、上記のダンパの効果によ
り、ステージのステップ移動時の位置変動量を２割ほど
低減できた。図２中、縦軸はピーク ツー ピークカウ
ント値を示す。As shown in FIG. 2, due to the effect of the above-described damper, the amount of position variation during the step movement of the stage can be reduced by about 20%. In FIG. 2, the vertical axis indicates the peak-to-peak count value.
【００１７】次に、図３、図４を参照して、本発明の他
の形態について説明する。図３は、本発明が適用される
位置決めステージに使用される３面励磁型のリニアモー
タの基本構成を示している。図３において、このリニア
モータは、一方向（図面に対して垂直な方向）にスライ
ド可能に設けられた可動コイル部２０と、この可動コイ
ル部２０を内包し、前記一方向に延在する固定磁石部３
０とから成る。可動コイル部２０は、断面正方形状の中
空の銅製のコイルボビン２１の周囲にコイル２２を巻回
して成る。コイル２２は、４つの主面を持ち、そのうち
１つの主面、すなわち上方の主面側は、テーブルのよう
な被駆動部を実装するために使用される。また、本形態
におけるリニアモータは３相駆動型であり、この場合、
コイル２２は、図４に示されるように、３相用のＵ相コ
イル４２U 、Ｖ相コイル４２V 、Ｗ相コイル４２W から
成る。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a basic configuration of a three-plane excitation type linear motor used for a positioning stage to which the present invention is applied. In FIG. 3, the linear motor includes a movable coil unit 20 slidably provided in one direction (a direction perpendicular to the drawing), and a fixed coil that includes the movable coil unit 20 and extends in the one direction. Magnet part 3
0. The movable coil portion 20 is formed by winding a coil 22 around a hollow copper bobbin 21 having a square cross section. The coil 22 has four main surfaces, of which one main surface, that is, the upper main surface side, is used for mounting a driven part such as a table. Further, the linear motor in the present embodiment is a three-phase drive type, in which case,
As shown in FIG. 4, the coil 22 includes a three-phase U-phase coil 42 U , a V-phase coil 42 V , and a W-phase coil 42 W.
【００１８】固定磁石部３０は、前記一方向に延在する
断面Ｕ字形状の固定ヨーク３１を持つ。固定ヨーク３１
の３つの内壁にはそれぞれ、コイル２２の３つの主面に
ギャップを介して対向するように３組の永久磁石３２が
固定配置されている。なお、各組の永久磁石３２は、図
４に示されるように、固定ヨーク３１の各内壁におい
て、前記一方向に間隔をおいて多数固定配置される。こ
のようなリニアモータは、静圧軸受けを含めて特願平１
０３５８２１８号に詳しく説明されているので、詳しい
説明は省略する。The fixed magnet section 30 has a fixed yoke 31 extending in one direction and having a U-shaped cross section. Fixed yoke 31
On each of the three inner walls, three permanent magnets 32 are fixedly arranged so as to face three main surfaces of the coil 22 with a gap therebetween. As shown in FIG. 4, a large number of the permanent magnets 32 of each set are fixedly arranged on each inner wall of the fixed yoke 31 at intervals in the one direction. Such a linear motor is disclosed in Japanese Patent Application No.
0358218, the detailed description is omitted.
【００１９】なお、コイルボビンの材料や、銅に限ら
ず、他の固有抵抗の小さい材料、例えばアルミニウムで
も良い。The material of the coil bobbin is not limited to copper, but may be another material having low specific resistance, for example, aluminum.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、渦電流によるダンピング作用を積極的に利用するよ
うにして、リニアモータ自体にダンピング効果を持たせ
ることにより、ノイズ等の微少な変動を除去しステージ
の運動性能向上を計ることのできる位置決めステージ用
のリニアモータを提供することができる。As described above, according to the present invention, the linear motor itself is provided with a damping effect by positively utilizing the damping action due to the eddy current, thereby minimizing noise and the like. It is possible to provide a linear motor for a positioning stage capable of removing fluctuation and improving the performance of the stage.
【図１】本発明が適用される２面励磁型のリニアモータ
駆動部を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a two-side excitation type linear motor drive unit to which the present invention is applied.
【図２】本発明によるダンピング効果を確認するため
に、従来のダンピング作用を持たない場合図（ａ）、本
発明のダンピング作用を持つ場合図（ｂ）の計測結果を
示した図である。FIGS. 2A and 2B show measurement results of a conventional case without a damping effect (a) and a case with a damping effect of the present invention (b) in order to confirm the damping effect according to the present invention.
【図３】本発明の他の形態による３面励磁型のリニアモ
ータ駆動部の構成を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a three-plane excitation type linear motor driving unit according to another embodiment of the present invention.
【図４】図３におけるコイルと永久磁石との関係を説明
するための平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining a relationship between a coil and a permanent magnet in FIG. 3;
【図５】従来の２面励磁型のリニアモータ駆動部を示し
た断面図（図（ａ））、及び平面図（図（ｂ））であ
る。5A and 5B are a cross-sectional view (FIG. 5A) and a plan view (FIG. 5B) showing a conventional two-side excitation type linear motor driving unit.
１０、２１ コイルボビン １１、２２、８２ コイル １３、３１、７０ 固定ヨーク １４、３２、７１ 永久磁石 ２０ 可動コイル部 ３０ 固定磁石部 ８０ 結合部 10, 21 Coil bobbin 11, 22, 82 Coil 13, 31, 70 Fixed yoke 14, 32, 71 Permanent magnet 20 Moving coil unit 30 Fixed magnet unit 80 Coupling unit
Claims (2)
とも一方向に走行させるために少なくとも１つのリニア
モータを備えた位置決めステージにおいて、 前記リニアモータは、前記一方向にスライド可能に設け
られた可動コイル部と、該可動コイル部を内包し、前記
一方向に延在する固定磁石部とから成り、 前記可動コイル部は、四角形以上の断面多角形状のコイ
ルボビンとこれに巻回されたコイルとから成り、 前記固定磁石部を、前記コイルにおける前記テーブルを
実装するための多角形状の一面を除く残りの面のうちの
少なくとも２面にギャップを介して対向するように固定
配置された、複数の永久磁石で構成し、 前記コイルボビンの材料を固有抵抗の小さな材料で構成
したことを特徴とする位置決めステージ用のリニアモー
タ。1. A positioning stage provided with at least one linear motor for moving a table for mounting articles in at least one direction, wherein the linear motor is provided with a movable coil slidably provided in the one direction. And a fixed magnet portion enclosing the movable coil portion and extending in the one direction. The movable coil portion includes a coil bobbin having a polygonal cross section of a quadrangle or more and a coil wound therearound. A plurality of permanent magnets, wherein the fixed magnet portion is fixedly arranged so as to oppose, via a gap, at least two of the remaining surfaces except one surface of a polygonal shape for mounting the table in the coil with a gap therebetween. Wherein the coil bobbin is made of a material having a small specific resistance.
前記コイルボビンの材料として銅を用いることを特徴と
する位置決めステージ用のリニアモータ。2. The linear motor according to claim 1, wherein
A linear motor for a positioning stage, wherein copper is used as a material of the coil bobbin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077662A JP2000278932A (en) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Linear motor for positioning stage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077662A JP2000278932A (en) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Linear motor for positioning stage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000278932A true JP2000278932A (en) | 2000-10-06 |
Family
ID=13640096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11077662A Pending JP2000278932A (en) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Linear motor for positioning stage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000278932A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005057763A1 (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-23 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Coreless linear motor |
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-
1999
- 1999-03-23 JP JP11077662A patent/JP2000278932A/en active Pending
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020821 |