JP2004015904A - リニアステージ、リニアポジショナおよびリニアスピンスタンド - Google Patents
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Abstract
【課題】リニア駆動方式の精密位置決めシステムで、リニアステージに搭載する装置の大きさや取付け位置を変更しても高性能を安定して実現することを目的としている。
【解決手段】リニアステージに搭載するワークの取付け位置と質量に応じて、リニアモータのマグネットヨーク取付け位置を移動方向に対して直角方向にスライド調整して固定することでヨーイングを抑え、可動部に垂直方向にスライドして固定できる釣合い錘を取付けることでピッチングを抑え、両方を調整することで可動部に搭載するワークが変わっても推力位置と重心位置を常に一致させることができる構造とした。
【選択図】 図１
【解決手段】リニアステージに搭載するワークの取付け位置と質量に応じて、リニアモータのマグネットヨーク取付け位置を移動方向に対して直角方向にスライド調整して固定することでヨーイングを抑え、可動部に垂直方向にスライドして固定できる釣合い錘を取付けることでピッチングを抑え、両方を調整することで可動部に搭載するワークが変わっても推力位置と重心位置を常に一致させることができる構造とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度の位置決めが可能なリニアポジショナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクや大容量リムーバブルディスク等の磁気情報記録装置や、光ピックアップを用いた情報記録装置の構造、検査工程において、高精度のリニアポジショナが使われている。高性能のリニアポジショナを実現するためには摩擦の少ない静圧案内機構を用い、アクチュエータにはリニアモータ、位置検出手段にはリニアスケールを用いて高性能のリニアステージを構成することが考えられる。
【０００３】
静圧案内機構、リニアモータ、リニアスケールを用いた従来のリニアステージの例を図６に、リニアスピンスタンドやリニアポジショナに応用した例を図５に示す。リニアステージ可動部１０１上に磁気情報を書き込む磁気記録ヘッド１０７が搭載され、磁気記録メディア１０８はチャック機構を備えたスピンドルモータ１０９上に搭載され、スピンドルモータベース１１０上に固定される。リニアステージ可動部１０１およびスピンドルモータベース１１０は金属やグラナイトの除振台１１１上に固定する。
【０００４】
案内機構は２つの静圧面を直角に組み合わせることで、設計の自由度が高くコストを下げることができる。また、リニアスケール１０６の分解能を上げることで、リニアポジショナの精度を上げることができる。
【０００５】
また、リニアステージは位置決め性能を安定させるために、磁気記録ヘッドや計測装置を搭載した状態で重心位置を求め、推進力を発生させるコイルの位置が重心位置と一致するように配置している（図６の（ａ）参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この構造では、磁気ヘッド等のワークを取り替えて、重量や取付け位置を変更したときに、そのままでは重心位置がコイルの推力発生位置から外れ、ヨーイング、ピッチングを起こしやすくなる（図６の（ｂ））。特に、図５の（ｂ）の例はリニアスケールがリニアステージの側面に取付けられており、ヨーイングが大きくなると位置検出の精度が低下してしまう。
【０００７】
この問題を解決するためにはワークの重量や取付け位置を変更した際、再度重心位置を求め、コイルを固定するための支持部材を新規製作する必要がある。しかし、コストや組立精度の再現性などからあまり好ましい方法ではない。
【０００８】
また、別の方法としてリニアモータとリニアスケールを可動部の両側に２組または３組配置して、各リニアモータへの電流を制御する方法も考えられる。しかし、コストやスペースの面からサーボトラックライタやリニアスピンスタンドには不向きである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のリニアステージは、二つの静圧面より１軸のリニアステージを構成し、各々の静圧面には高圧流体を吹き付けて浮上する手段と剛性を高めるために予圧を与える手段とが備わっており、位置決めアクチュエータとしてリニアモータを採用し、可動部に対して非接触で推進力を与え、位置検出手段として光学式リニアスケールを採用し、可動部に対して非接触で位置検出をすることを特徴とする。
【００１０】
また、リニアステージの可動部にコイルを取付け、案内機構側にマグネットヨークを取付け、マグネットヨークがコイルの移動方向と直角方向に調整できる構造とした。
【００１１】
さらに、可動部にスライドして固定できる錘を装着し、重心位置が調整できる構造とした。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、ワークの取付け位置と質量に応じて、リニアモータのマグネットヨーク取付け位置を移動方向に対して直角方向にスライド調整して固定することでヨーイングを抑え、可動部に垂直方向にスライドして固定できる釣合い錘を取付けることで、ピッチングを抑え、両方に調整機構を設けることでワークが変わっても常に推力位置を重心に設定できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明が採用されたリニアステージの一実施の形態を図１に示す。
【００１４】
静圧案内機構は可動部を重力方向に支える重力ガイドと水平方向に支えるヨーガイドから構成されている。コイルは可動部に、マグネットヨークは重力ガイドに固定されている。マグネットヨークの重力ガイド側は溝状になっており、重力ガイド側に取付けられた溝状部材に合わせて可動部の移動方向と直角方向にスライドして固定できるようになっている。
【００１５】
溝の形状はアリガタ・アリミゾとすることもできる（図２の（ｂ）参照）。可動部上でワークをヨーガイド寄りに固定するときにはマグネットヨークもヨーガイド側にスライドして固定する。ワークをスケール寄りに固定するときにはマグネットヨークもスケール側に固定する（図３参照）ことでヨーイングを最小限に抑えることができる。また、可動部の移動方向正面および裏面各両側、計４箇所には垂直方向にスライドして固定できる錘を取付けている。ワークの重量が大きいときは錘を重力ガイド側にスライドさせることで重心位置を下げ、ピッチングが最小となるようにする。
【００１６】
（１）本実施の形態によるリニアポジショナは、磁気ヘッドの位置決めに静圧案内機構とリニアモータ、リニアスケールを採用し、搭載する測定装置の形状や質量、取付け位置が変わっても推力発生位置を可動部重心位置に調整することができ、高性能なサーボトラックライタを実現することができる。
【００１７】
（２）本実施の形態において採用されている静圧案内機構は、２つの直交する静圧面から構成されており、案内機構を含めた全体の設計自由度が大きく、上記（１）の効果と合わせて、１個のリニアモータで推力を発生するコイルを重心に配置する設計が容易に可能である。
【００１８】
（３）本実施の形態は、上記（１）の効果とあわせて、可動部の共振周波数を高くでき、高速で制御可能である。また、可動部の進行方向に対する姿勢変化（ヨー、ピッチ、ロール）を最小限に抑えることができ、リニアスケールの計測誤差も小さい。
【００１９】
（４）本実施の形態の静圧案内機構に用いた浮上手段は、多孔質絞りを用いたものであり、この多孔質の表面から高圧気体を静圧面に向かって均一に噴きつけている。多孔質絞りは他の絞りと比較して高圧気体の消費量が少ないため、気体を供給するポンプや配管設備も小型の装置が使用可能である。また、この多孔質は固体潤滑質の物質を研磨したものであり、万一高圧気体の供給が停止した場合も、静圧面にカジリついたり、キズを付けることが少ない。
【００２０】
（５）本実施の形態のリニアポジショナは、静圧案内機構を採用することで、案内機構のメンテナンスが長期間不要あるいはほとんど不要となり、生産装置としてのメリットが非常に大きい。
【００２１】
（６）本実施の形態に位置検出手段として採用されているリニアスケールは、検出部の光源にＬＥＤを採用しており、その結果耐久性に優れている。また、スケールの材質には石英が使用され、高精度で安定した位置情報を得ることができる。リニアスケールはステージ可動部分の水平方向ガイドと反対側の側面に取付けており、ステージ上面はワークを取付けるために有効に使うことができる。
【００２２】
（７）本実施の形態は、可動部側にリニアスケールを設置し、検出部を固定部側に配置したことで、可動部側のスケールが移動しても検出側の信号ケーブルを引きずることがないので位置決め精度や整定時間に影響が少ない。
【００２３】
（８）本実施の形態に採用しているリニアモータは、ムービングコイル方式のため、可動子重量が小さく、可動部全体を軽量化することができる。またコイルへの電流供給はフラットケーブルで行なうことで、可動部の動作にする抵抗を微小とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアステージの説明図である。
【図２】本発明に係るマグネットヨークの固定方法を示す説明図である。
【図３】本発明に係るリニアステージにおいて、ワーク位置の変更時の説明図である。
【図４】本発明に係るリニアステージにおいて、ワーク重量の変更時の説明図である。
【図５】従来のリニアステージを搭載したサーボトラックライタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図６】従来のリニアステージを示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ ステージ可動部
１０２ 重力ガイド
１０３ ヨーガイド
１０４ マグネットヨーク
１０５ リニアスケールの検出ヘッド
１０６ リニアスケール
１０７ 磁気記録ヘッド
１０８ 磁気記録メディア
１０９ スピンドルモータ
１１０ スピンドルモータベース
１１１ 除振台
１１２ 静圧パッド
１１３ 予圧マグネット
２１ マグネットヨーク固定部材
２２ ピッチング調整錘
２３ ピッチング調整錘ガイド
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度の位置決めが可能なリニアポジショナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクや大容量リムーバブルディスク等の磁気情報記録装置や、光ピックアップを用いた情報記録装置の構造、検査工程において、高精度のリニアポジショナが使われている。高性能のリニアポジショナを実現するためには摩擦の少ない静圧案内機構を用い、アクチュエータにはリニアモータ、位置検出手段にはリニアスケールを用いて高性能のリニアステージを構成することが考えられる。
【０００３】
静圧案内機構、リニアモータ、リニアスケールを用いた従来のリニアステージの例を図６に、リニアスピンスタンドやリニアポジショナに応用した例を図５に示す。リニアステージ可動部１０１上に磁気情報を書き込む磁気記録ヘッド１０７が搭載され、磁気記録メディア１０８はチャック機構を備えたスピンドルモータ１０９上に搭載され、スピンドルモータベース１１０上に固定される。リニアステージ可動部１０１およびスピンドルモータベース１１０は金属やグラナイトの除振台１１１上に固定する。
【０００４】
案内機構は２つの静圧面を直角に組み合わせることで、設計の自由度が高くコストを下げることができる。また、リニアスケール１０６の分解能を上げることで、リニアポジショナの精度を上げることができる。
【０００５】
また、リニアステージは位置決め性能を安定させるために、磁気記録ヘッドや計測装置を搭載した状態で重心位置を求め、推進力を発生させるコイルの位置が重心位置と一致するように配置している（図６の（ａ）参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この構造では、磁気ヘッド等のワークを取り替えて、重量や取付け位置を変更したときに、そのままでは重心位置がコイルの推力発生位置から外れ、ヨーイング、ピッチングを起こしやすくなる（図６の（ｂ））。特に、図５の（ｂ）の例はリニアスケールがリニアステージの側面に取付けられており、ヨーイングが大きくなると位置検出の精度が低下してしまう。
【０００７】
この問題を解決するためにはワークの重量や取付け位置を変更した際、再度重心位置を求め、コイルを固定するための支持部材を新規製作する必要がある。しかし、コストや組立精度の再現性などからあまり好ましい方法ではない。
【０００８】
また、別の方法としてリニアモータとリニアスケールを可動部の両側に２組または３組配置して、各リニアモータへの電流を制御する方法も考えられる。しかし、コストやスペースの面からサーボトラックライタやリニアスピンスタンドには不向きである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のリニアステージは、二つの静圧面より１軸のリニアステージを構成し、各々の静圧面には高圧流体を吹き付けて浮上する手段と剛性を高めるために予圧を与える手段とが備わっており、位置決めアクチュエータとしてリニアモータを採用し、可動部に対して非接触で推進力を与え、位置検出手段として光学式リニアスケールを採用し、可動部に対して非接触で位置検出をすることを特徴とする。
【００１０】
また、リニアステージの可動部にコイルを取付け、案内機構側にマグネットヨークを取付け、マグネットヨークがコイルの移動方向と直角方向に調整できる構造とした。
【００１１】
さらに、可動部にスライドして固定できる錘を装着し、重心位置が調整できる構造とした。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、ワークの取付け位置と質量に応じて、リニアモータのマグネットヨーク取付け位置を移動方向に対して直角方向にスライド調整して固定することでヨーイングを抑え、可動部に垂直方向にスライドして固定できる釣合い錘を取付けることで、ピッチングを抑え、両方に調整機構を設けることでワークが変わっても常に推力位置を重心に設定できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明が採用されたリニアステージの一実施の形態を図１に示す。
【００１４】
静圧案内機構は可動部を重力方向に支える重力ガイドと水平方向に支えるヨーガイドから構成されている。コイルは可動部に、マグネットヨークは重力ガイドに固定されている。マグネットヨークの重力ガイド側は溝状になっており、重力ガイド側に取付けられた溝状部材に合わせて可動部の移動方向と直角方向にスライドして固定できるようになっている。
【００１５】
溝の形状はアリガタ・アリミゾとすることもできる（図２の（ｂ）参照）。可動部上でワークをヨーガイド寄りに固定するときにはマグネットヨークもヨーガイド側にスライドして固定する。ワークをスケール寄りに固定するときにはマグネットヨークもスケール側に固定する（図３参照）ことでヨーイングを最小限に抑えることができる。また、可動部の移動方向正面および裏面各両側、計４箇所には垂直方向にスライドして固定できる錘を取付けている。ワークの重量が大きいときは錘を重力ガイド側にスライドさせることで重心位置を下げ、ピッチングが最小となるようにする。
【００１６】
（１）本実施の形態によるリニアポジショナは、磁気ヘッドの位置決めに静圧案内機構とリニアモータ、リニアスケールを採用し、搭載する測定装置の形状や質量、取付け位置が変わっても推力発生位置を可動部重心位置に調整することができ、高性能なサーボトラックライタを実現することができる。
【００１７】
（２）本実施の形態において採用されている静圧案内機構は、２つの直交する静圧面から構成されており、案内機構を含めた全体の設計自由度が大きく、上記（１）の効果と合わせて、１個のリニアモータで推力を発生するコイルを重心に配置する設計が容易に可能である。
【００１８】
（３）本実施の形態は、上記（１）の効果とあわせて、可動部の共振周波数を高くでき、高速で制御可能である。また、可動部の進行方向に対する姿勢変化（ヨー、ピッチ、ロール）を最小限に抑えることができ、リニアスケールの計測誤差も小さい。
【００１９】
（４）本実施の形態の静圧案内機構に用いた浮上手段は、多孔質絞りを用いたものであり、この多孔質の表面から高圧気体を静圧面に向かって均一に噴きつけている。多孔質絞りは他の絞りと比較して高圧気体の消費量が少ないため、気体を供給するポンプや配管設備も小型の装置が使用可能である。また、この多孔質は固体潤滑質の物質を研磨したものであり、万一高圧気体の供給が停止した場合も、静圧面にカジリついたり、キズを付けることが少ない。
【００２０】
（５）本実施の形態のリニアポジショナは、静圧案内機構を採用することで、案内機構のメンテナンスが長期間不要あるいはほとんど不要となり、生産装置としてのメリットが非常に大きい。
【００２１】
（６）本実施の形態に位置検出手段として採用されているリニアスケールは、検出部の光源にＬＥＤを採用しており、その結果耐久性に優れている。また、スケールの材質には石英が使用され、高精度で安定した位置情報を得ることができる。リニアスケールはステージ可動部分の水平方向ガイドと反対側の側面に取付けており、ステージ上面はワークを取付けるために有効に使うことができる。
【００２２】
（７）本実施の形態は、可動部側にリニアスケールを設置し、検出部を固定部側に配置したことで、可動部側のスケールが移動しても検出側の信号ケーブルを引きずることがないので位置決め精度や整定時間に影響が少ない。
【００２３】
（８）本実施の形態に採用しているリニアモータは、ムービングコイル方式のため、可動子重量が小さく、可動部全体を軽量化することができる。またコイルへの電流供給はフラットケーブルで行なうことで、可動部の動作にする抵抗を微小とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアステージの説明図である。
【図２】本発明に係るマグネットヨークの固定方法を示す説明図である。
【図３】本発明に係るリニアステージにおいて、ワーク位置の変更時の説明図である。
【図４】本発明に係るリニアステージにおいて、ワーク重量の変更時の説明図である。
【図５】従来のリニアステージを搭載したサーボトラックライタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図６】従来のリニアステージを示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ ステージ可動部
１０２ 重力ガイド
１０３ ヨーガイド
１０４ マグネットヨーク
１０５ リニアスケールの検出ヘッド
１０６ リニアスケール
１０７ 磁気記録ヘッド
１０８ 磁気記録メディア
１０９ スピンドルモータ
１１０ スピンドルモータベース
１１１ 除振台
１１２ 静圧パッド
１１３ 予圧マグネット
２１ マグネットヨーク固定部材
２２ ピッチング調整錘
２３ ピッチング調整錘ガイド
Claims (5)
- 二つの静圧面より１軸のリニアステージを構成し、各々の静圧面には高圧流体を吹き付けて浮上する手段と剛性を高めるために予圧を与える手段とが備わっており、位置決めアクチュエータとしてリニアモータを採用し、可動部に対して非接触で推進力を与え、位置検出手段として光学式リニアスケールを採用し、可動部に対して非接触で位置検出をすることを特徴とするリニアステージ。
- 請求項１記載のリニアステージにおいて、リニアステージの可動部にコイルを取付け、案内機構側にマグネットヨークを取付け、マグネットヨークがコイルの移動方向と直角方向に調整できる構造としたことを特徴とするリニアステージ。
- 請求項１記載のリニアステージにおいて、可動部にスライドして固定できる錘を装着し、重心位置が調整できる構造としたことを特徴とするリニアステージ。
- 請求項１ないし３いずれか１項記載のリニアステージで、磁気記録装置のヘッドや光ピックアップ装置を搭載して精密位置決めを行なうために高分解能の光学式リニアスケールを搭載したことを特徴とするリニアポジショナ。
- 請求項４記載のリニアポジショナと、任意の回転体が搭載できるスピンドルモータとで構成され、これらを除振台の上に固定して構成したことを特徴とするリニアスピンスタンド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002165073A JP2004015904A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | リニアステージ、リニアポジショナおよびリニアスピンスタンド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002165073A JP2004015904A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | リニアステージ、リニアポジショナおよびリニアスピンスタンド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004015904A true JP2004015904A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=30433004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002165073A Pending JP2004015904A (ja) | 2002-06-06 | 2002-06-06 | リニアステージ、リニアポジショナおよびリニアスピンスタンド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004015904A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005119092A1 (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Sk Machinery Co., Ltd. | 送り装置 |
| JP2009118690A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Yaskawa Electric Corp | オートチューニング機能を備えた多軸制御装置 |
| US7659641B2 (en) * | 2004-05-14 | 2010-02-09 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Moving magnet type linear slider |
-
2002
- 2002-06-06 JP JP2002165073A patent/JP2004015904A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7659641B2 (en) * | 2004-05-14 | 2010-02-09 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Moving magnet type linear slider |
| WO2005119092A1 (ja) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Sk Machinery Co., Ltd. | 送り装置 |
| JP2009118690A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Yaskawa Electric Corp | オートチューニング機能を備えた多軸制御装置 |
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