JPH02110398A - Mechanism of linear motor stage - Google Patents
Mechanism of linear motor stageInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［概要〕
片側式リニア直流（ＤＣ）モータを組込んだリニアモー
タステージ機構に関し、
片側式リニアＤＣモータの吸引力が直接ステージにかか
らない様にするリニアモータステージ機構を提供するこ
とを目的とし、
リニアモータの可動部と固定部が、お互いに吸引する構
造を持つリニアモータをアクチュエータとするリニアモ
ータステージ機構であって、前記リニアモータの近傍に
、リニアモータの吸引力を支持する弾性体（１１）と回
転型ベアリング（１２）を組み合わせた吸引力相殺機構
を発生させる弾性体を設け、リニアモータの吸引力によ
るステージ可動部の変形を小さくするよう構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a linear motor stage mechanism incorporating a single-sided linear direct current (DC) motor, the present invention provides a linear motor stage mechanism that prevents the suction force of the single-sided linear DC motor from directly applying to the stage. This linear motor stage mechanism uses a linear motor as an actuator in which the movable part and the fixed part of the linear motor have a structure that attracts each other, and the suction force of the linear motor is applied to the vicinity of the linear motor. An elastic body that generates a suction force canceling mechanism that combines a supporting elastic body (11) and a rotary bearing (12) is provided to reduce deformation of the stage movable part due to the suction force of the linear motor.
本発明は、片側式リニア直流（ＤＣ）モータを組込んだ
リニアモータステージ機構に関する。The present invention relates to a linear motor stage mechanism incorporating a single-sided linear direct current (DC) motor.
多極型のリニアＤＣモータは、従来の回転モータとボー
ルネジを組み合わせたアクチュエータと比較して、
■非接触駆動であり、発塵がなくアクチュエータ自身の
摩擦が殆どない。Compared to conventional actuators that combine a rotary motor and a ball screw, multi-polar linear DC motors are non-contact driven, generate no dust, and have almost no friction in the actuator itself.
■アクチュエータのりニアリティーが良いため、精密位
置決めが可能である。■Precise positioning is possible because the actuator has good glue linearity.
■可動範囲が容易に延長できる。■The range of motion can be easily extended.
■ボールネジにおけるねじり共振がないため、サーボ剛
性を高くとることができる等の特徴がある。■Since there is no torsional resonance in the ball screw, it has features such as high servo rigidity.
上記多極型のリニアＤＣモータには、種々の構成がある
が、その中で可動コイル型片側式リニアＤＣモータ（コ
アが可動部にあるリニアモータ）は、直接可動部にコイ
ルとコアを接着固定するので、コイル支持が容易で、且
つ支持剛性を高（とることができる。この可動部コアと
コイルを取り付けたステージ等の可動部と、固定部コア
の上に交番磁界を発生する磁石を並べた固定部で構成さ
れたリニアモータステージでは、リニアモータの可動部
と固定部の間に吸引力が働き、ステージが変形したり、
案内精度が低下するので、ステージの変形しないものが
要望される。The above-mentioned multi-polar linear DC motor has various configurations, but among them, the moving coil type single-sided linear DC motor (linear motor with the core in the moving part) has a coil and core bonded directly to the moving part. Since the coil is fixed, it is easy to support the coil and high support rigidity can be achieved.A magnet that generates an alternating magnetic field is placed above the movable part core and the movable part such as a stage to which the coil is attached, and the fixed part core. In a linear motor stage that consists of fixed parts arranged side by side, suction force acts between the movable part of the linear motor and the fixed part, causing the stage to deform,
Since the guidance accuracy decreases, a stage that does not deform is desired.
第４図（イ）（ロ）は従来の一軸の直動ステージの説明
図である。第４図（イ）は第４図（ロ）の片側式リニア
ＤＣモータを組み込んだ一軸の直動ステージの例である
。FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams of a conventional uniaxial linear motion stage. FIG. 4(a) is an example of a uniaxial linear motion stage incorporating the one-sided linear DC motor shown in FIG. 4(b).
第４図（ロ）のコイル可動型片側式（片側のみに固定部
コアを持つ）リニアＤＣモータ１は、可動部２と固定部
３より構成され、可動部２にはコイル４と可動部コア５
があり、固定部３には固定部コア６の上に交番磁界を発
生する磁石７が並べられている。磁石７から出た磁束は
可動部コア５を通って再び磁石７に戻る経路を循環する
。又コイル４に流す電流の向きを磁束の向きに応じて切
り換えることにより、同一方向の推力を発生することが
できる構成である。The coil movable one-sided linear DC motor 1 (having a fixed core on only one side) shown in FIG. 5
In the fixed part 3, magnets 7 that generate an alternating magnetic field are arranged on a fixed part core 6. The magnetic flux emitted from the magnet 7 circulates through a path that passes through the movable part core 5 and returns to the magnet 7 again. Furthermore, by switching the direction of the current flowing through the coil 4 according to the direction of the magnetic flux, thrust in the same direction can be generated.
第４図（イ）の−軸の直動ステージは、第４図（ロ）の
コイル可動型片側式リニアＤＣモータ１をアクチュエー
タとし、さらに、ステージ可動部８の案内軸受として、
平行に配置した２本のリニアガイド１０を設けている。The −-axis linear motion stage shown in FIG. 4(a) uses the coil movable single-sided linear DC motor 1 shown in FIG.
Two linear guides 10 arranged in parallel are provided.
Ｃ発明が解決しようとする課題〕
上記の片側式リニアＤＣモータ１は、直接可動部２にコ
イル４とコア５を接着固定しているので、コイル４の支
持が容易で、且つ支持剛性を高くできる特徴がある。し
かし、リニアモータの可動部２と固定部３の間に吸引力
が働き、第４図（イ）に示す点線のようにステージ可動
部８が変形したり、案内精度が低下すると云う欠点があ
った。C Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned single-sided linear DC motor 1 has the coil 4 and core 5 directly adhesively fixed to the movable part 2, so that the coil 4 can be easily supported and the support rigidity is high. There are features that allow it. However, there is a drawback that an attractive force acts between the movable part 2 and the fixed part 3 of the linear motor, causing the stage movable part 8 to deform as shown by the dotted line in FIG. 4(a) and reducing the guiding accuracy. Ta.
また、この吸引力による負荷がリニアガイド１０に直接
かかり、より耐荷重の大きなリニアガイド１０を使用し
なければならないと云う欠点もあった。In addition, there is also a drawback that the load due to this suction force is directly applied to the linear guide 10, requiring the use of a linear guide 10 with a larger load capacity.
そこで、本発明は片側式リニアＤＣモータの吸引力が直
接ステージにかからないようなリニアモータステージ機
構を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a linear motor stage mechanism in which the suction force of a single-sided linear DC motor does not directly apply to the stage.
前記問題点は、第１図に示されるようにリニアモータの
可動部２と固定部３が、お互いに吸引する構造を持つリ
ニアモータ１をアクチュエータとするリニアモータステ
ージ機構であって、前記リニアモータ１の近傍に、リニ
アモータ１の吸引力を支持する弾性体１１と回転型ベア
リングを組み合わせた吸引力相殺機構を設け、リニアモ
ータ１の吸引力によるステージ２の変形を小さ（した本
発明のリニアモータステージ機構によって解決される。The problem lies in the linear motor stage mechanism in which the linear motor 1, which has a structure in which the movable part 2 and the fixed part 3 of the linear motor attract each other as shown in FIG. 1, is used as an actuator. A suction force canceling mechanism that combines an elastic body 11 that supports the suction force of the linear motor 1 and a rotary bearing is provided near the linear motor 1 to reduce the deformation of the stage 2 due to the suction force of the linear motor 1. Solved by motor stage mechanism.
本発明では、ステージの中央に配置された可動コイル型
片側式リニアＤＣモータ（以下リニアモータと略す）１
のすぐそばに、リニアモータ１の吸引力を支持する弾性
体１１と回転型ベアリング１２を組み合わせた吸引力相
殺機構を設けたことにより、リニアモータ１の可動部２
と固定部３が引き合う力を、弾性体１１の反発力により
相殺して、見掛は上りニアモータの吸引力が直接ステー
ジ可動部８にかからないようにしている。In the present invention, a moving coil type single-sided linear DC motor (hereinafter abbreviated as linear motor) 1 is placed at the center of the stage.
A suction force canceling mechanism that combines an elastic body 11 that supports the suction force of the linear motor 1 and a rotary bearing 12 is provided immediately adjacent to the movable part 2 of the linear motor 1.
The force of attraction between the fixed part 3 and the fixed part 3 is offset by the repulsive force of the elastic body 11, so that the suction force of the apparently upward near motor is not applied directly to the stage movable part 8.
即ち、吸引力相殺機構の弾性体１１の収縮量や弾性定数
を調整して弾性体の収縮によって生じる反発力とりニア
モータの吸引力を同じにすることにより、見掛は上、リ
ニアモータによる吸引力がステージに働かないようにす
る。That is, by adjusting the contraction amount and elastic constant of the elastic body 11 of the attraction force canceling mechanism to equalize the repulsion force generated by the contraction of the elastic body and the attraction force of the linear motor, the appearance is higher, but the attraction force by the linear motor is reduced. to prevent it from working on the stage.
第２図は本発明の一実施例であり、リニアモータの吸引
力相殺機構を設けたりニアモータ駆動ステージを示す。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a linear motor suction force canceling mechanism is provided and a near motor drive stage is shown.
なお、全図を通じて同一符号は同一対象物である。Note that the same reference numerals represent the same objects throughout the figures.
第２図において、ステージは吸引力相殺機構の外側に配
置した金属コロ案内のリニアガイド１０によって直動案
内されている。吸引力相殺機構の平行板ばねｌｌａには
、ワイヤカット放電加工機で製作した一体型の平行板ば
ねｌｌａを使用し、その横にローラベアリング（回転型
ベアリング）１２が回転自在に取り付けである。吸引力
相殺機構は、リニアモータＩを挾むように左右に２組設
けられている。他の機構は第４図（イ）（ロ）と同様で
あり、説明は省略する。In FIG. 2, the stage is linearly guided by a linear guide 10 guided by a metal roller arranged outside the suction force canceling mechanism. For the parallel plate spring lla of the attraction force canceling mechanism, an integrated parallel plate spring lla manufactured using a wire-cut electric discharge machine is used, and a roller bearing (rotary type bearing) 12 is rotatably attached to the side thereof. Two sets of suction force canceling mechanisms are provided on the left and right sides of the linear motor I. The other mechanisms are the same as those in FIGS. 4(a) and 4(b), and their explanation will be omitted.
第３図（ロ）のように吸引力相殺機構をリニアモータス
テージに組み込むと、吸引力によってステージが第３図
（ロ）のように変形し、反発力が生じる。この平行板ば
ねｌｌａの変形によって生じる反発力は、リニアモータ
の吸引力と一致するように平行板ばねｌｌａが設計され
ているので、見掛は上は、ステージには力が働らかない
、以下平行板ばねｌｌａのばね定数及び、それが必要な
反発力を発生する変形量を見込んだ吸引力相殺機構の高
さを求める方法を示す。When the suction force canceling mechanism is incorporated into the linear motor stage as shown in FIG. 3(B), the stage is deformed by the suction force as shown in FIG. 3(B), and a repulsive force is generated. Since the parallel plate spring lla is designed so that the repulsive force generated by the deformation of the parallel plate spring lla matches the suction force of the linear motor, it appears that no force acts on the stage. A method of determining the height of the attraction force canceling mechanism, taking into consideration the spring constant of the parallel leaf spring lla and the amount of deformation thereof to generate the necessary repulsive force, will be described.
まず、平行板ばねｌｌａのばね定数Ｋを、次式で求める
。First, the spring constant K of the parallel leaf spring lla is determined by the following equation.
Ｋ＝１ ２ＥＩ／ （１コ ） −−−−−−（１
−１＞Ｅ：平行板ばねのヤング率
１：平行板ばねの長さ
■＝平行板ばねの断面２次モーメント
また、リニアモータの固定部３と可動部２の吸引力Ｆを
次式で求める。K=1 2EI/ (1 piece) --------(1
-1>E: Young's modulus of parallel leaf spring 1: Length of parallel leaf spring ■ = Second moment of area of parallel leaf spring Also, find the attraction force F between fixed part 3 and movable part 2 of the linear motor using the following formula. .
Ｆ＝Ｂｇ” Ａ／ （２μ。）・−・・−（１・２）Ｂ
ｇ：リニアモータの磁石とコア間のギャップの磁束密度
Ａ：磁石とコアが向かい合う面積
平行板ばねＬｌａのステージへの取り付は部からローラ
ベアリング１２とステージ固定部９の接触部までの長さ
し〔第３図（イ）〕は、（１・１）、（１・２）式及び
ステージ側の取りつけ高さＬＳより、次式で求められる
。F=Bg” A/ (2μ.)・−・・−(1・2)B
g: Magnetic flux density of the gap between the magnet and core of the linear motor A: Area where the magnet and core face each other Parallel leaf spring Lla is attached to the stage Length from the point where it contacts the roller bearing 12 and the stage fixing part 9 [FIG. 3(a)] is obtained by the following formula from formulas (1.1) and (1.2) and the mounting height LS on the stage side.
Ｆ＝Ｋ （Ｌ−ＬＳ）Ｘ２であるので、これを整理する
と、
Ｌ＝ＬＳ＋ ［Ｆ／ （２ｘＫ））−・−・（１・３）
即ち、吸引力相殺機構を設計する際、吸引力による変形
量Ｆ／（２ＸＫ）を余計に見込んで相殺機構の高さを設
計すれば、これをリニアモータのすぐ両側に取り付けた
時に、リニアモータによる吸引力とばねの反発力が打ち
消し合い、ステージにかかる吸引力を見掛は上０にする
ことができる。F=K (L-LS)
In other words, when designing the suction force offset mechanism, if the height of the offset mechanism is designed taking into account the amount of deformation F/(2XK) due to the suction force, when this mechanism is installed on both sides of the linear motor, The suction force of the spring and the repulsion force of the spring cancel each other out, and the suction force applied to the stage can be reduced to an apparent zero.
従って、従来のようにステージの変形、案内精度の低下
がなく、耐荷重の大きいリニアガイドの使用も必要とし
ない。Therefore, there is no deformation of the stage, no deterioration of guiding accuracy, and there is no need to use a linear guide with a large load capacity, unlike in the conventional case.
また、ステージ（ステージ固定部９）とローラベアリン
グ１２との接触部分をフラットな平面にしておけば、吸
引力相殺機構は、第２図のＸＹ力方向拘束力を持たず、
Ｚ方向、即ちリニアモータの吸引力が働く方向のみに対
して、その支持力が有効となるため、ステージの案内機
構が本来有する高い直進精度を低下させることがない。Furthermore, if the contact area between the stage (stage fixing part 9) and the roller bearing 12 is made into a flat plane, the suction force canceling mechanism will not have the restraining force in the XY force direction as shown in FIG.
Since the supporting force is effective only in the Z direction, that is, the direction in which the suction force of the linear motor is applied, the high straight-line accuracy inherent to the stage guide mechanism is not degraded.
さらに、この相殺機構がリニアモータ、の位置決めサー
ボループ外に設けているので、そのばね成分が、ステー
ジの位置決めサーボ制御ループの中に入らず、ただ外乱
としてのみ働くから、位置決めサーボ制御の制御帯域が
低下することもない。Furthermore, since this offset mechanism is provided outside the positioning servo loop of the linear motor, its spring component does not enter the positioning servo control loop of the stage and acts only as a disturbance, so the control band of the positioning servo control does not decrease.
なお、上記実施では、吸引力相殺機構の平行板ばねｌｌ
ａに直接ローラベアリング１２を固定しているが、この
場合、ＬやＬＳ、にの値が加工誤差や組立誤差により設
計値と異なったり、使用する磁石の残留磁束密度が一定
でなかったりすると、吸引力の相殺が十分に行われない
ことがある。そこで、図示しないがローラベアリング１
２の替わりに偏心カムフォロワーを用い、Ｌの高さを調
整し、その誤差分がＯになるように調整可能な構成にし
てもよい。In addition, in the above implementation, the parallel plate spring ll of the attraction force canceling mechanism
The roller bearing 12 is fixed directly to a, but in this case, if the values of L and LS differ from the designed values due to processing errors or assembly errors, or if the residual magnetic flux density of the magnet used is not constant, The suction force may not be compensated sufficiently. Therefore, although not shown, the roller bearing 1
2 may be replaced by an eccentric cam follower, and the height of L may be adjusted so that the error thereof becomes O.
以上実施例は可動コイル型のリニアモータステ−ジで説
明したが、これに限定されるものでなく、図示しないが
例えば、可動磁石型のリニアモータステージでも同様の
効果がある。Although the above embodiments have been described using a moving coil type linear motor stage, the present invention is not limited to this, and although not shown in the drawings, for example, a moving magnet type linear motor stage can have the same effect.
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、吸引力が働（リニ
アモータをステージ駆動に用いても、見掛は上ステージ
に働く吸引力を０にして、本来のステージが持つ高い直
動案内精度を維持することができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, suction force works (even if a linear motor is used to drive the stage, the suction force acting on the upper stage is apparently reduced to 0, and the suction force that the original stage has) High linear motion guide accuracy can be maintained.
２はリニアモータ可動部、 ３はリニアモータ固定部、 ４はコイル、 ５は可動部コア、 ６は固定部コア、 ７はリニアモータ磁石、 ８はステージ可動部、 ９はステージ固定部、 １０はリニアガイド、 １１は弾性体、2 is the linear motor moving part, 3 is the linear motor fixing part, 4 is a coil, 5 is the movable core, 6 is the fixed part core, 7 is a linear motor magnet, 8 is the stage movable part, 9 is the stage fixing part; 10 is a linear guide, 11 is an elastic body;
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の一実施例を説明する図、第３図（イ）
（ロ）は本発明の吸引力相殺機構の説明図、
第４図（イ）（ロ）は従来の一軸の直動ステージの説明
図である。
図において、
１はリニアＤＣモータ、Figure 1 is a diagram of the principle of the present invention, Figure 2 is a diagram explaining an embodiment of the present invention, and Figure 3 (A).
(B) is an explanatory diagram of the suction force canceling mechanism of the present invention, and FIGS. 4(A) and (B) are explanatory diagrams of a conventional uniaxial linear motion stage. In the figure, 1 is a linear DC motor,
Claims (1)
に吸引する構造を持つリニアモータ（１）をアクチュエ
ータとするリニアモータステージ機構であって、 前記リニアモータ（１）の近傍に、リニアモータ（１）
の吸引力を支持する弾性体（１１）と回転型ベアリング
（１２）を組み合わせた吸引力相殺機構を設け、リニア
モータ（１）の吸引力によるステージ可動部（８）の変
形を小さくしたことを特徴とするリニアモータステージ
機構。[Scope of Claims] A linear motor stage mechanism in which a linear motor (1) having a structure in which a movable part (2) and a fixed part (3) of a linear motor attract each other is used as an actuator, the linear motor ( 1) Near the linear motor (1)
A suction force canceling mechanism is provided that combines an elastic body (11) that supports the suction force of Features a linear motor stage mechanism.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26463188A JPH02110398A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Mechanism of linear motor stage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26463188A JPH02110398A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Mechanism of linear motor stage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02110398A true JPH02110398A (en) | 1990-04-23 |
Family
ID=17406027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26463188A Pending JPH02110398A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Mechanism of linear motor stage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02110398A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7319376B2 (en) | 2005-11-29 | 2008-01-15 | Tdk Corporation | Noise filter |
-
1988
- 1988-10-20 JP JP26463188A patent/JPH02110398A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7319376B2 (en) | 2005-11-29 | 2008-01-15 | Tdk Corporation | Noise filter |
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