JP4936099B2 - 可動コイル型ｚ軸リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、小型でかつ高性能の可動コイル型Ｚ軸リニアモータに関する。
また本発明は、例えばディスプレイ、表示体などに用いられる電気的発光素子である有機ＥＬ薄膜またはカラーフィルタ薄膜等の機能性薄膜を形成するためのインクジェットヘッドを搭載するのに有用なリニアモータ駆動ステージ及びそれを用いた機能性薄膜用製造装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータや携帯用の情報機器といった電子機器の発達に伴い、液晶表示装置、特にカラー液晶表示装置の使用が増加している。前記液晶表示装置には通常表示画像をカラー化するためのカラーフィルタが用いられている。このカラーフィルタの製造方法の１つとして、基板に対してＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）のインクを所定のパターンで着弾させることにより形成するインクジェットによる方法が知られている。
機能性薄膜を簡便かつ微細にパターニング成膜する手段としてインクジェット方式は有用である。しかし、有機溶剤を使用するインク（機能性薄膜形成用原料の液体）を用いる場合、インクジェットヘッド周辺の排気などの雰囲気制御を必要とする。更にこの場合はノズル面の乾燥、気流の乱れを引き起こし、ノズルから吐出したインク（液滴）の飛翔曲がりを招いてしまうという問題がある。
昨今、パーソナルコンピュータあるいはテレビ等の液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ製造装置では、使用する透明基板（インクが着弾する側のガラス基板等）の大型化のニーズが旺盛である。この大型化と同時に製造コストを低減することが切望されている。このような技術志向から、インクジェットヘッドと透明基板との相対移動速度を高めて工業生産効率を向上させると共に、両者の相対的な位置決め精度を高めることが望まれている。
ところで通常インクジェットヘッドを所定位置に位置決め（停止）した状態で、かつ透明基板を高速かつ所定のパターンで所定位置まで移動し、該透明基板にインクを吐出して機能性薄膜を高精細にパターニング成膜する。この一連の工程において、作業効率向上のために透明基板の移動速度を高速にするほど、該透明基板の高速移動（走行）により発生した気流の影響でインク（液滴）の飛翔曲がりが顕著になるという新たな問題が発生し、対策が求められている。

Ｚ軸リニアモータを搭載したリニアモータ駆動ステージに対する高性能化の要求は益々過酷になっている。この要求は、高性能を維持したまま、搭載されるＺ軸リニアモータの小型化（省スペース化）を実現するというニーズを含んでいる。

更にリニアモータ駆動ステージや機能性薄膜用製造装置等にＺ軸リニアモータを搭載する場合、Ｚ軸（上下の駆動）方向が重力方向と一致するため、重力をキャンセルする機構を設けることが実用上望まれる。しかし、重力をキャンセルする従来の機構として、エアシリンダと圧縮エアを用いる方式、あるいは油圧機構を用いる方式は大型化、製造コストアップが必至となり、小型でかつ安価なＺ軸ロック機構を有する高性能のＺ軸リニアモータが求められていた。

特許文献１には、図８に示すように、ノズル面１０２の周囲を囲むと共にインクの吐出される側（基材１０５に対向する側）にカバー１０３を突出させたインクジェットヘッド１０１が開示されている。インクジェットヘッド１０１は排気下でもノズル面１０２の乾燥を防ぎ、目詰まりを軽減し、安定吐出を達成できるという効果を奏する。

特許文献２には図９に示すカラーフィルタ製造装置が開示されている。このカラーフィルタ製造装置３３０は、下軸リニアモータ駆動ステージのテーブル３３９上に保持された基板Ｓを下Ｙ軸リニアモータ３３２によりＹ軸方向に移動し、上軸リニアモータ駆動ステージのインクジェットヘッド３３４をＸ軸リニアモータによりＸ軸方向に移動すると共に回転モータ３４３によりＺ軸方向に移動する方式である。この製造装置は液状体のロスや気泡に起因する吐出不良を防止し、更に複雑な経路の切り替え機構なども不要にできるという効果を奏する。

特許文献３には、図１０に示すように、上下方向に延びるＺ軸５１１と、Ｚ軸５１１に沿って上下方向に延びるＺ軸ガイド用の固定部５１２とを有するＺ軸駆動機構が開示されている。支持固定部５１２はベース体５１０上に固定された有底の筒状体である。Ｚ軸５１１は固定部５１２の筒状体内に上側から挿入されて該筒状体の下部に圧力室５１３が形成されている。固定部５１２の筒状体の底壁５１２−１を通したエア配管５１４から圧縮エアが圧力室５１３に導入されることにより、圧力室５１３はＺ軸５１１、テーブル５１５を含む可動部分の重力を相殺する機能を持つ。
特開２００１−２７７４９０（段落１５、１８、図１） 特開２００３−２６０３９６（段落１９〜２４、図１） 特開２００２−７１８６０（段落２９〜３３、図１）

特許文献１には基材を保持するステージとインクジェットへッドとの間の相対的な高速移動、高精度位置決めを実現する駆動手段については記載が無い。更に前記ステージの高速移動により発生するインクの飛翔曲がりの問題に対し、特許文献１に記載のカバーを設ける対策のみでは十分でないのがわかった。また可動コイル型Ｚ軸リニアモータについては記載が無い。
特許文献２に記載の成膜装置は回転モータ３４３のみによりインクジェットヘッド３３４をＺ軸方向へ移動する方式である。このため、基板Ｓとインクジェットヘッド３３４とを相対的にＺ軸方向へ高速移動しかつ高精度位置決めするのは困難である。更に基板Ｓの高速移動により発生するインクの飛翔曲がりに対する対策についての配慮は無い。また可動コイル型Ｚ軸リニアモータについては記載が無い。
特許文献３に記載のステージ装置はエアシリンダと圧縮エアを用いてＺ軸リニアモータ５２０の重力をキャンセルする機構であり、圧力室５１３の設置スペースを確保する必要からＺ軸駆動機構が大型化してしまう。リニアモータ５２０はＺ軸駆動用のレール（リニアガイド）を敷設していない点で本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータとは異なる。なお、特許文献３の段落１２にばねの記載があるが、具体的なばねの使用については記載されていない。

従って本発明の課題は、小型で高性能の可動コイル型Ｚ軸リニアモータを提供することである。
また本発明の課題は、Ｚ軸可動子を構成する多相コイルに通電されない時（Ｚ軸可動子が推力を発生しない時）にはＺ軸可動子を機械的にロックしてＺ軸方向への落下を阻止することができる、小型で確実かつ安価なＺ軸ロック機構を有する高性能の可動コイル型Ｚ軸リニアモータを提供することである。
また本発明の課題は、Ｚ軸可動子の自重を簡便な構造で確実にキャンセルすることができる低消費電力型の高性能の可動コイル型Ｚ軸リニアモータを提供することである。
また本発明の課題は、高性能でかつ実用性に富むリニアモータ駆動ステージ及び機能性薄膜用製造装置を提供することである。

上記課題を達成するために、本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータは、永久磁石及びヨークにより断面形状が略コの字の磁気回路をＺ軸に沿って形成した固定子と、前記磁気回路に沿って形成された磁気空隙と、前記磁気空隙を介して前記固定子の磁極と対向する多相コイルを有すると共に前記磁気空隙内においてＺ軸方向に自在に走行するように構成された可動子とを具備し、前記ヨークの外表面上にＺ軸の走行用レールが敷設され、前記レールに沿って前記可動子が走行することを特徴とする。本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータはＺ軸可動子の推力を所定の高い範囲に維持したまま、従来よりも小型に製作することができる。

本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータにおいて、Ｚ軸の走行用レールが敷設された前記ヨークの裏面側（内表面上）に前記永久磁石を配設すると、この可動コイル型Ｚ軸リニアモータのプロフィールをＺ軸に垂直な平面に投影した時、該投影面における（Ｚ軸の走行用レールを含む磁気回路＋Ｚ軸可動子の多相コイルとキャリッジ）の占有するスペース（最大径）を従来よりもコンパクトなサイズにすることができる。

本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータでは、Ｚ軸ロック機構によりＺ軸可動子を機械的にロックしてＺ軸方向への落下を阻止しているので、従来のようにＺ軸可動子をロックするために該可動子の多相コイルに通電して電磁的ロック力を発生させる必要が無い。従って、消費電力を低減することができる。

本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータにおいて、Ｚ軸可動子をばねで支持すると支持機構を簡略化できると共に、Ｚ軸駆動に必要な推力（消費電力）を低減することができる。

Ｚ軸ロック機構として、Ｚ軸可動子に設けたクランパーによりＺ軸固定子の構成部材を固定して機械的にロックするのが実用的である。

Ｚ軸ロック機構として、Ｚ軸固定子に設けたクランパーによりＺ軸可動子の構成部材を固定して機械的にロックするのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージは、少なくとも一軸のリニアモータを具備する下軸リニアモータ駆動ステージと、少なくとも可動コイル型Ｚ軸リニアモータを具備する上軸リニアモータ駆動ステージとを有し、可動コイル型Ｚ軸リニアモータは、永久磁石及びヨークにより断面形状が略コの字の磁気回路をＺ軸に沿って形成した固定子と、前記磁気回路に沿って形成された磁気空隙と、前記磁気空隙を介して前記固定子の磁極と対向する多相コイルを有すると共に前記磁気空隙内においてＺ軸方向に自在に走行するように構成された可動子とを具備し、前記ヨークの外表面上にＺ軸の走行用レールが敷設され、前記レールに沿って前記可動子が走行することを特徴とする。
本発明のリニアモータ駆動ステージを構成する上軸及び下軸リニアモータ駆動ステージはそれぞれ高精度位置決め、高速走行が可能なので実用的である。特に、下軸リニアモータ駆動ステージ及び上軸リニアモータ駆動ステージを有する上下分離駆動型リニアモータ駆動ステージであって、かつ上軸及び下軸リニアモータ駆動ステージに搭載される各リニアモータの可動子の走行方向を揃えて平行に配設すると実用性が高い。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記下軸リニアモータ駆動ステージにＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータを搭載するのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記下軸リニアモータ駆動ステージにＸ軸リニアモータ及びθモータを搭載するのが実用的である

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記下軸リニアモータ駆動ステージにＹ軸リニアモータ及びθモータを搭載するのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記下軸リニアモータ駆動ステージにＸ軸リニアモータ、Ｙ軸リニアモータ及びθモータを搭載するのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記上軸リニアモータ駆動ステージにＹ軸リニアモータ及び可動コイル型Ｚ軸リニアモータを搭載するのが実用的である。Ｙ軸リニアモータの同一走行路に複数の可動子を配設した場合、可動子のＹ方向の総占有長さが小さいので小型化に適し、所定工程の作業効率を顕著に向上することができる。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記上軸リニアモータ駆動ステージにＹ軸リニアモータ及びθモータを搭載するのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記上軸リニアモータ駆動ステージにＹ軸リニアモータ、Ｚ軸リニアモータ及びθモータを搭載するのが実用的である。

本発明の機能性薄膜用製造装置は、下ベースと、下ベース上に載置された少なくとも一軸のリニアモータとを具備する下軸リニアモータ駆動ステージと、下ベース上に立設された支柱と、前記支柱上に載置された上ベースと、上ベース上に配設された可動コイル型Ｚ軸リニアモータと、可動コイル型Ｚ軸リニアモータの可動子に配設されたインクジェットユニットとを具備する上軸リニアモータ駆動ステージとを有し、可動コイル型Ｚ軸リニアモータは、永久磁石及びヨークにより断面形状が略コの字の磁気回路をＺ軸に沿って形成した固定子と、前記磁気回路に沿って形成された磁気空隙と、前記磁気空隙を介して前記固定子の磁極と対向する多相コイルを有すると共に前記磁気空隙内においてＺ軸方向に自在に走行するように構成された可動子とを具備し、前記ヨークの外表面上にＺ軸の走行用レールが敷設され、前記レールに沿って前記可動子が走行することを特徴とする。
前記可動コイル型Ｚ軸リニアモータとして、前記多相コイルに通電されない時にはＺ軸可動子を機械的にロックして該可動子のＺ軸方向への落下を阻止するＺ軸ロック機構を有するか、及び／またはＺ軸可動子をばねにより支持する構造のものが好ましい。
本発明の機能性薄膜用製造装置は、下軸リニアモータ駆動ステージに搭載されたリニアモータの可動子（テーブル）上に透明基板を保持し、該透明基板と、上軸リニアモータ駆動ステージに搭載されたリニアモータの可動子に配設したインクジェットユニットとを相対的に高速移動し、かつ高精度位置決めを行えるようにしたので実用性が高い。
本発明の機能性薄膜用製造装置において、透明基板の高速移動で発生する気流の乱れによるインクの飛翔曲がり対策として、前記インクジェットユニットの端部にインク吐出口及びエア吐出口を設けると共に前記インク吐出口から吐出されたインクの飛翔曲がりを抑制するように前記エア吐出口からエアを吐出するのが好ましい。
本発明の機能性薄膜用製造装置は、前記上軸リニアモータ駆動ステージにＹ軸リニアモータ及び可動コイル型Ｚ軸リニアモータが搭載され、Ｙ軸リニアモータの同一走行路に複数の可動子が配設されていることが好ましい。

（１）本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータは、Ｚ軸固定子の磁気回路の外表面上にＺ軸の走行用レールを敷設したので、所定の推力レベルを維持しながら、従来に比べて小型サイズに製作することができる。
（２）本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータは、Ｚ軸可動子を機械的にロックするＺ軸ロック機構を有するか、及び／または、ばねでＺ軸可動子を支持することにより、従来方式（エアシリンダと圧縮エアを用いる方式、あるいは油圧方式）に比べて小型、軽量でかつ安価にＺ軸可動子を製作できると共に、上記多相コイルに通電される消費電力を低減することができる。
（３）本発明のリニアモータ駆動ステージ及び機能性薄膜用製造装置は、上軸及び下軸リニアモータ駆動ステージの可動子の高精度位置決め、高速走行が可能であり実用性に富む。特に、本発明の機能性薄膜用製造装置では、例えば３色あるいは４色のインクを同一透明基板上に所定パターンで着弾させるに際し、上Ｙ軸リニアモータの同一走行路に複数（例えば３個または４個）の可動子を実用上必要な最小間隔で従来よりも高密度に配置できるので、インクの着弾効率を従来よりも高めることができる。

以下、図面により本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータの磁気回路、多相コイル、キャリッジ及びレール等を説明する斜視図である。
図２は本発明の機能性薄膜用製造装置（カラーフィルタの製造装置）の一実施形態を示す斜視図である。
図３はＹ軸方向から見たときの上Ｙ軸リニアモータ、θモータ、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ及びインクジェットユニットの構造を示す要部正面図である。
図４は上Ｙ軸リニアモータ、θモータ、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ及びインクジェットユニットの構造を補足説明するための要部斜視図である。
図５は本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータに装着するロック機構の構造を示す斜視図であり、説明を容易にするために便宜的に構造物の一部を破砕している。
図６はインクジェットヘッドを下側から見た図である。
図７は本発明の機能性薄膜用製造装置において、インクを透明基板上に着弾させるに際し、リニアモータの同一走行路に複数の可動子を密に配置した状態を示す模式図である。

図１を参照し、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０の磁気回路、レール９７、多相コイル８１等の構造について説明する。
８３ａ、８３ｂ及び８３ｃはいずれも強磁性の板状ヨーク（例えばＳＳ４００製）であり、ねじ（図示省略）で相互に締結されてＺ軸に沿って断面形状がコの字の組立体を形成している。ヨーク８３ａ，８３ｃの相対向する内表面上に、ブロック状の永久磁石（例えば株式会社ＮＥＯＭＡＸ製のＮｄＦｅＢ系異方性焼結磁石）をＺ軸に沿って異極同士を隣接させて所定個数を固着し延設すると共に磁気空隙８９を介して異極同士を対向させて一対の永久磁石列８２，８２を形成している。Ｚ軸方向に等長に延設された一対の永久磁石列８２，８２及びヨーク８３ａ，８３ｂ及び８３ｃによりＺ軸の走行路に沿って断面が略コの字の磁気回路（固定子８４）が形成されている。
ヨーク８３ｃはＺ軸ベースを兼ねており、ヨーク８３ｃの外表面上にはＺ軸の可動子８５を直動案内する走行用レール９７が敷設されている。レール９７はヨーク８３ｃ上にねじ９３で締結されている。キャリッジ８８（例えばＡｌ合金製）は、その底部に設けた支持摺動部材９９（例えばリニアモータ用ベアリング）がレール９７により直動案内されつつ摺動するようになっている。本発明のＺ軸リニアモータでは、図１に限定されず、レール９７は、ヨーク８３ａ、８３ｂ及び８３ｃの外表面上のＺ軸方向に少なくとも１条設けてあればよく、Ｚ軸方向の走行速度及び走行精度に応じて２条または３条以上を設けるのが好ましい。
８６は櫛歯状のコイルホルダー（例えばガラズ入りエポキシ樹脂製）であり、先端に２相の矩形コイル８１ａ，８１ｂが固着されている。コイルホルダー８６の底部はキャリッジ８８とねじ（図示省略）で締結されてＺ軸可動子８５を構成している。コイルホルダー８６は、片側の永久磁石列８２、ヨーク８３ｃ及びレール９７を跨いで、コイルホルダー８６の２相コイル８１ａ，８１ｂと一対の永久磁石列８２，８２の磁極とが磁気空隙８９内で対向するようになっている。
従って、図１の固定子８４の磁気回路、レール９７、２相コイル８１ａ，８１ｂ、コイルホルダー８６及びキャリッジ８８からなる構成部材はコンパクトな構造であり、Ｚ軸に垂直な平面に投影し、該投影面において前記構成部材が入る最小径（Ｄ）の円を描いた時、Ｄを、２００ｍｍ以下、好ましくは８０〜２００ｍｍ、より好ましくは１００〜１５０ｍｍの小型サイズにすることができる。Ｄは後述のＤ１に対し、Ｄ＝０．８Ｄ１相当である。

図２を参照し、本発明の機能性薄膜用製造装置について説明する。
図２の機能性薄膜用製造装置５０は、防振ユニット１１と、下軸リニアモータ駆動ステージ１０と、上軸リニアモータ駆動ステージ４０とを有して構成されている。
下軸リニアモータ駆動ステージ１０は、防振ユニット１１上に載置された下ベース１（例えば石材製）と、下ベース１上に載置されたＸ軸リニアモータ（可動コイル型リニアモータ）２と、Ｘ軸リニアモータ２の可動子７上に載置された下Ｙ軸リニアモータ（可動コイル型リニアモータ）２２と、下Ｙ軸リニアモータの可動子を構成するキャリッジ１３（例えばＡｌ合金製）及びガラス基板保持用のテーブル２７等により構成されている。キャリッジ１３とテーブル２７との間にはθ方向の回転モータ（図示省略）が備えてある。このモータに通電するとロータ（図示省略）及びテーブル２７はθ方向に沿って回転し、テーブル２７をインデックス（回転割り出し）するようになっている。
Ｘ軸リニアモータ２は、断面がコの字状に形成された強磁性ヨーク（例えばＳＳ４００製）の相対向する内側面上に、ブロック状の永久磁石（例えばＮｄＦｅＢ系異方性焼結磁石）をＸ軸に沿って異極同士を隣接させて所定個数を延設すると共に磁気空隙８を介して異極同士を対向させて一対の永久磁石列（図示省略）を形成した固定子４と、固定子４の磁気空隙８に沿ってＸ軸方向に自在に走行する３相コイル（図示省略）を有する可動子７等で構成されている。５，５はＸ軸リニアモータのレールである。６は基準部材（例えば石材製）である。９はＸ軸ケーブルベア（ケーブルベアは登録商標であり、以下同様。）であり図示省略のケーブル（信号線、電力線及び冷却用配管等）を収納した可撓性のキャタピラ型のものである。
２９は下Ｙ軸ケーブルベア（Ｘ軸ケーブルベア９と同じ構造体）である。３０は下Ｙ軸ケーブルベア２９の収納スペースである。２１は下Ｙ軸ベース（例えば石材製）であり、溝部２６に下Ｙ軸リニアモータの固定子３１（固定子４と同じ構造の組立体）が配設されると共に凸部２８，２８に一対の下Ｙ軸リニアモータのレール２５，２５が配設されている。下Ｙ軸リニアモータ２２の可動子を構成する３相コイル（図示省略）は固定子３１の磁気空隙に沿ってＹ軸方向に走行自在に配設されている。
３３はねじ孔である。３３以外にも下ベース１、下Ｙ軸ベース２１、支柱３及び上ベース４１等随所に同様のねじ孔が設けてあり、各構成部材の締結に適宜使用される。

図２〜４に示すように、上軸リニアモータ駆動ステージ４０は、下ベース１に立設する支柱３，３（例えば石材製）と、支柱３，３上に配設された上ベース４１（例えば石材製）と、上ベース４１の溝部５５及びその近傍に配設された上Ｙ軸リニアモータ（可動コイル型リニアモータ）４２と、上Ｙ軸リニアモータの可動子４７に配設されたθモータ９０と、θモータ９０の下部に接続された可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０と、このＺ軸リニアモータ８０の下部に接続されたインクジェットユニット６１等により構成されている。
上Ｙ軸リニアモータ４２の固定子４６は、断面がコの字状の強磁性ヨーク４４（例えばＳＳ４００製）と、ヨーク４４の対向する内側面上に、ブロック状の永久磁石（例えばＮｄＦｅＢ系異方性焼結磁石）をＹ軸に沿って異極同士を隣接させて所定個数を固着して延設すると共に磁気空隙を介して異極同士を対向させて配設した一対の永久磁石列３９，３９とで形成した断面が略コの字状の磁気回路を有する。
上Ｙ軸リニアモータ４２の可動子４７は、３相コイル４３を有し、上Ｙ軸リニアモータ４２の同一走行路に４つ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ）が配設され、かつそれぞれが独立してＹ軸方向に走行自在になっている。４８ａ，４８ｂ，４８ｃ及び４８ｄはそれぞれ前記４つの可動子４７の上Ｙ軸ケーブルベア（Ｘ軸ケーブルベア９と同じ構造体）である。

上Ｙ軸リニアモータの各可動子４７の一部を構成するθモータ９０（ブラシレスモータ）は可動子４７と同じく４つ（９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ）が配設されている。７５はブラケット（例えばＡｌ合金製）であり、θモータ９０の回転部９５を支持している。Ｚ軸まわりの回転角度（θ）は特に限定されないが、例えばθ＝３０〜１２０°とするのが実用的である。３２はθモータ９０のケーブルベア（信号線及び電力線等を収納したキャタピラ型のもの）であり、θモータ９０と同様に４つが配設されている。

上Ｙ軸リニアモータの各可動子４７を構成する本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータについて以下に説明する。
図２に示すように、本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０は上Ｙ軸リニアモータの可動子４７と同じく４つ（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ）が配設されている。図２〜４において、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０の固定子８４の磁気回路及びレールの構造、可動子８５の多相コイル、コイルホルダー及びキャリッジの構造は図１と同様である。

Ｚ軸ロック機構２４は、図４に示すように、Ｚ軸可動子８５のキャリッジ８８上にブラケット１１０（例えばＡｌ合金製）がねじ１１８で締結され、その上にＺ軸ロック機構２４の底面側がねじ（図示省略）で締結されて装着されている。
図５はＺ軸ロック機構２４の一例を説明する斜視図であり、理解を容易にするために左側の本体７８を破砕しているが、左右の構成は同一である。Ｚ軸ロック機構２４は、図４に示すようにウエッジスライドギア７２の本体７８（例えばＳＣｒ４１５製のＮｉめっき品）と、θモータ９０のブラケット７５の下端部に接続されてＺ軸固定子８４の一部を構成したシャフト７１（例えばＳＵＪ２製）と、アジャストスクリュー７３（例えばＳＵＪ２製）と、ピストン７６と、ばね７４と、楔（テーパ）部９２とを有して構成されている。Ｚ軸ロック機構２４は、２相コイル８１ａ，８１ｂに通電されてＺ軸可動子８５に推力が発生している時は、シャフト７１とウエッジスライドギア７２のクランパー７３ｂとは所定の間隙をあけて配設されている。Ｚ軸可動子８５が機械的にロックされている時、即ち２相コイル８１ａ，８１ｂに通電されない時は、図示省略の圧縮エアによる空気圧がエア配管１２０（図４を参照）を通ってばね７４に付加される。前記空気圧は機械的ロックを確実に行うために０．５５〜０．７ＭＰａとするのが好ましい。０，５５ＭＰａ未満では押圧力不足となり、０．７ＭＰａ超では機械的なロックの解除不良を招く。そして前記空気圧が付加されたばね７４の弾性力によりピストン７６が矢印方向に押されることにより、ピストン７６に接続された楔部９２のテーパの付いた大径部９２ｂがクランパー７３ａと７３ｂとの間に配置されるから、クランパー７３ｂが矢印方向に移動してシャフト７１を強く押し付ける（図示省略の右側のクランパーも同時にシャフト７１を強く押し付ける）のでシャフト７１が機械的にロックされる。Ｚ軸リニアモータ８０を再度駆動する時はばね７４に付加した前記空気圧を解除する。この時ばね７４は矢印と反対方向に戻るのでピストン７６も矢印と反対の方向に移動して楔部９２のテーパの付いた小径部９２ａがクランパー７３ａと７３ｂとの間に配置されるから、クランパー７３ｂとシャフト７１との間に空隙が形成され、機械的なロックが解除される。

Ｚ軸ロック機構はＺ軸可動子側に必ず配設する必要は無い。即ち、Ｚ軸ロック機構をＺ軸固定子側に装着し、該Ｚ軸ロック機構のクランパーでＺ軸可動子の所定位置を機械的にロックしてもよい。この場合は前記クランパーの形状を適宜調整し、Ｚ軸可動子の所定位置を強く当接して固定するか、あるいは確実に把持できるようにする。

図３、４において、θモータ９０のブラケット７５にねじ１２４により固定側金具１７（例えばＳＵＳ３０４製）が締結されている。またキャリッジ８８の側面部に可動側金具１８（例えばＳＵＳ３０４製）がねじ１２８により締結されている。固定側金具１７及び１８はそれぞれ孔１７０，１８０を有し、前記孔にコイルばね３８（例えばばね用ステンレス鋼製）の両端部がそれぞれ挿入されて、コイルばね３８によりキャリッジ８８を含む可動子８５の自重が支持されている。コイルばね３８の弾性力の経時変化の影響を排除するために、コイルばね３８は定期的に交換する。コイルばね３８の交換作業を簡便にするために、コイルばね３８の両端部は孔１７０，１８０に挿入して係止するだけの着脱自在な構造とした。
ばね３８の種類は特に限定されず、コイルばねの他、例えば渦巻ばね（ぜんまい）が実用的である。ばね３８のばね定数の範囲は０．１〜１．０Ｎ／ｍｍとするのが好ましく、０．３〜０．６Ｎ／ｍｍとするのがより好ましい。ばね定数が０．１Ｎ／ｍｍ未満では可動子８５の自重を支持するのが困難になり、また可動子８５の最下端位置（バランス点）をワーク（透明基板等）直上に長期にわたり安定して高精度で保持するのが困難になる。ばね定数が１．０Ｎ／ｍｍ超ではバランス点の調整が困難になる。

図２〜４、６を参照し、インクジェットユニット６１について説明する。
インクジェットユニット６１も上Ｙ軸リニアモータの可動子４７と同じく４つ（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）が配設されている。５３ａ，５３ｂ，５３ｃ及び５３ｄはインクジェットベアであり、信号線、電力線、エア供給チューブ、及びインク供給チューブ等（いずれも図示省略）が配設されている。
インクジェットユニット６１の先端に設けられたインクジェットヘッド６２は例えば図６（ａ）のスリット状の吐出口６３を有し、ここからインク（図示省略）が吐出される。インクジェットヘッド６２のインク吐出機構としては圧電素子と振動板等（いずれも図示省略）からなる周知のものを用いた。インク吐出口６３の形状は特に限定されないが、スリット状の吐出口６３を小さな格子の集合体で構成すると透明基板上（図示省略）に所定の高精細パターニング成膜をすることが容易となり好ましい。図６（ａ）に示すように、インク吐出口６３の周囲に一対のエア吐出口６５ａａ，６５ｂｂ（例えば該吐出口のサイズは長さ６０ｍｍ×幅０．５．ｍｍのスリット状、エア吐出圧力：０．１ＭＰａ）を設け、インクを吐出する時にエア吐出口６５ａａ，６５ｂｂからエアを噴出し、エアカーテンを形成するようになっている。エア吐出圧力は０．０１〜０．５ＭＰａとするのが好ましい。エア吐出圧力が０．０１ＭＰａ未満ではエアカーテンの形成効果を得られず、インクの飛翔曲がりを抑制できない。エア吐出圧力が０．５ＭＰａ超ではエアの漏洩等の問題を招き実用的ではない。
図２のカラーフィルタの製造装置５０では、例えば、インクを吐出する時は、インクジェットユニット６１を所定位置に停止した状態とし、下Ｙ軸テーブル２７上に保持したガラス基板（図示省略）を必要に応じてＸ、Ｙ及びθ方向に所定量移動し、所定の位置に高精度で位置決め（前記ガラス基板とインクジェットヘッドの吐出口６３（バランス点）とのギャップは０．５ｍｍに設定）し、インクを吐出する。この際、前記ガラス基板の高速移動により発生した周囲雰囲気の気流の乱れに対し、エア吐出口６５ａａ，６５ｂｂから吐出したエアのシールド効果により吐出されたインクの飛翔曲がりが抑制される。
カラーフィルタの製造装置５０では、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）及びこれらカラーフィルタ用インクの保護膜形成用原料のインクからなる４種のインクをそれぞれ充填した図示省略のインク供給ユニットを上方に設けている。このインク供給ユニットから延設されたインク供給チューブ（図示省略）がインクジェットベア５３ａ，５３ｂ，５３ｃ及び５３ｄをそれぞれ介してインクジェットユニット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ及び６１ｄまで延びている。そして所定の高精細の成膜パターンの形成動作に従い、前記各インクジェットヘッドのインク吐出口６３から前記ガラス基板上にインクの飛翔曲がりの無い状態でインクが着弾されるので高精細の成膜パターンを得られる。
カラーフィルタの製造装置５０では所定のインクの吐出動作を完了した時点で前記インクジェットヘッドのクリーニングを行うようにしている。クリーニング工程は、例えば、カラーフィルタの製造装置５０の上方に設けたクリーニングユニット（図示省略）まで前記各インクジェットヘッドをそれぞれ、上Ｙ軸リニアモータ４２及びＺ軸リニアモータ８０により高速移動し、所定の位置に高精度で停止する。次にθモータ９０により９０°回転し、次に前記クリーニングユニットに格納するという一連の動作からなる。カラーフィルタの生産効率の向上及び高品質の維持のために、前記インクジェットヘッドのクリーニング動作、及び前記クリーニングユニットから再度インク吐出位置まで回転し、高速移動し、所定の位置に高精度で停止する動作を再現性よく繰返し行うことが必要である。カラーフィルタの製造装置５０はその要求仕様を十分に満たすものである。
カラーフィルタの製造装置５０では、上ベース４１の背面側の溝５６及びその近傍に上Ｙ軸リニアモータ４２と同一構造の上Ｙ軸リニアモータ４３を設けてもよい。

本発明に使用するインクジェットユニットの他の実施の形態を図６（ｂ）、（ｃ）に示す。
図６（ｂ）は、インクの吐出口６３を角環状のエア吐出口６５ｃｃが囲んだ構成である。この変形例として、インクジェットヘッドの吐出口を円環状に設けたエア吐出口で囲むようにしてもよい。
図６（ｃ）は、インクの吐出口６３に対してエア吐出口６５ｄｄ，６５ｅｅ，６５ｆｆ及び６５ｇｇを上下左右に配設した場合である。これらの場合も図６（ａ）と同様のエアカーテンの形成効果によりインクの飛翔曲がりを顕著に抑制することができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。

（実施例１）
本発明のカラーフィルタの製造装置５０（図２参照）を製作し、この装置の代表的な仕様を表１に示す。但し、表１は機械的なロックを解除した後のバランス状態で評価した結果である。
Ｚ軸可動子８５の自重をキャンセルするコイルばね３８として、材質：ＳＵＳ３０４−ＷＰＢ、外径１２ｍｍ×長さ６５ｍｍ×線径１．２ｍｍ、初張力：５．３９Ｎ、ばね定数：０．３７Ｎ／ｍｍの引張りばねを使用した。Ｚ軸可動子８５の総質量（インクジェットユニット６１を含む）２．１８ｋｇがコイルばね３８により支持され、Ｚ軸可動子８５の自重分によるＺ軸下向きの推力発生は０であった。従って、所定パタ−ンによるＺ軸走行を低消費電力で行うことができた。
図７は製作した前記カラーフィルタの製造装置５０において、インクの着弾時における上Ｙ軸リニアモータ４２の４つの可動子の配置状態を模式的に示す図である。図７では、４色のインクを同一ガラス基板上（図示省略）に所定パターンで着弾させるに際し、着弾効率を最大にするために、上Ｙ軸リニアモータ４２の同一レール（走行路）４５，４５（有効ストローク全長：６００ｍｍ）上に４つの可動子４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及び４７ｄを最小間隔で密に配置した。以後、この４つの可動子の配置状態を最近接状態という。１６は可動子４７ａ，４７ｂ及び４７ｃの右端にそれぞれ付設されたストッパー（例えばウレタンゴム製）であり、最近接状態を規制している。このカラーフィルタの製造装置５０では本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータを搭載したことによりＤ１＝１１５ｍｍ、Ｌ１＝５ｍｍを実現できた。

（実施例２）
コイルばねを使用しない以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタの製造装置を製作し、評価した。結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１において、ばね３８に替えて、Ｚ軸可動子８５の自重をエアシリンダと圧縮エアとの組み合わせによりキャンセルする従来の重力キャンセル機構を採用した。この重力キャンセル機構の採用によりＺ軸可動子が大型化し、図７の最近設状態を実現するために、上Ｙ軸リニアモータの有効ストローク全長を実施例１の約２倍に延長せざるを得なかった。これ以外は実施例１と同様にしてカラーフィルタの製造装置を製作し、評価した。結果を表１に示す。

表１より、実施例１、２のカラーフィルタの製造装置ではＤ１が小さくなり、４つの可動子のＹ方向の占有長さは、（４×Ｄ１＋３×Ｌ１）＝４７５ｍｍになり、小型化と共にインクの着弾効率を従来に比べて向上できることがわかった。これに対し、比較例１の場合は、Ｄ１が２５０ｍｍという大寸法になり、もって４つの可動子のＹ方向の占有長さは１０１５ｍｍという大型品となった。同時にインクの着弾効率も実施例１に比べて１０％超低下することがわかった。

図２〜４の上軸リニアモータ駆動ステージ４０では、上Ｙ軸リニアモータ４２の可動子４７にθモータ９０、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０及びインクジェットユニット６１を配設した場合を記載したが、本発明は、これに限定されるものではない。
即ち、上Ｘ軸方向に上Ｙ軸リニアモータ４２と同一の構造体（以後、上Ｘ軸リニアモータという。）を延設すると共に、該上Ｘ軸リニアモータの可動子にθモータ９０、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ８０及びインクジェットユニット６１を配設してもよい。

実施例１、２では多相コイルが２相または３相の場合を記載したが特に限定されず、２相または３相以上の多相コイルを目的に応じて適宜使用することができる。

上記実施の形態では、Ｚ軸を除いて、下軸及び上軸駆動ステージに搭載されるリニアモータがいずれも可動コイル型リニアモータの場合を記載したが特に限定されない。例えば、Ｚ軸を除いて、下軸及び上軸駆動ステージに搭載されるリニアモータが可動磁石型リニアモータの場合でもよい。あるいはＺ軸を除いて、下軸駆動ステージに搭載されるリニアモータ及び上軸駆動ステージに搭載されるリニアモータの内の少なくとも１つが可動コイル型リニアモータでありその他が可動磁石型リニアモータの場合でもよい。

上記実施の形態ではウエッジスライドギアのバネの変形駆動力として空気圧を使用したが、油圧を使用する方式でもよい。

本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータの磁気回路、多相コイル、キャリッジ及びレール等を説明する斜視図である。 本発明のカラーフィルタの製造装置の一実施形態を示す斜視図である。 Ｙ軸方向から見たときの上Ｙ軸リニアモータ、θモータ、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ及びインクジェットユニットの構造を示す要部正面図である。 上Ｙ軸リニアモータ、θモータ、可動コイル型Ｚ軸リニアモータ及びインクジェットユニットの構造を補足説明するための要部斜視図である。 本発明の可動コイル型Ｚ軸リニアモータに装着するロック機構の構造を示す斜視図である。 インクジェットヘッドを下側から見た図であり、（ａ）は一対のエア吐出口を設けた場合、（ｂ）は角環状のエア吐出口を設けた場合、及び（ｃ）は上下左右にエア吐出口を設けた場合である。 本発明のカラーフィルタの製造装置において、インクの着弾時における可動子の好ましい配置状態を説明する模式図である。 従来のインクジェットヘッドに係わる、斜視図（ａ）、下側から見た図（ｂ）である。 従来のインクジェット装置を示す斜視図である。 エアシリンダを使用した従来のＺ軸リニアモータを示す断面図である。

符号の説明

１：下ベース、２：Ｘ軸リニアモータ、３：支柱、４：Ｘ軸リニアモータの固定子
５：Ｘ軸リニアモータのレール、６：基準部材、７：Ｘ軸リニアモータの可動子、
８：磁気空隙、９：Ｘ軸ケーブルベア、１０：下軸リニアモータ駆動ステージ、
１１：防振ユニット、１３：キャリッジ、
１４：上Ｙ軸リニアモータのベアリング（ブロック）、１６：ストッパー、
１７：固定側金具、１８：可動側金具、２１：下Ｙ軸ベース、２２：下Ｙ軸リニアモータ、
２３：Ｚ軸ケーブルベア、２４：Ｚ軸ロック機構、
２５：下Ｙ軸リニアモータのレール、２６：溝部、
２７：下Ｙ軸テーブル（下Ｙ軸リニアモータの可動子）、２８：凸部、
２９：下Ｙ軸ケーブルベア、３０：下Ｙ軸ケーブルベアの収納スペース、
３１：下Ｙ軸固定子、３２：θモータのケーブルベア、３３：ねじ孔、３５：配線、
３６，４９：フレーム、３８：ばね、３９：永久磁石、
４０：上軸リニアモータ駆動ステージ、４１：上ベース、
４２：上Ｙ軸リニアモータ、４３：多相コイル、４４：ヨーク、
４５：上Ｙ軸リニアモータのレール、４６：上Ｙ軸リニアモータの固定子、
４７，４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ：上Ｙ軸リニアモータの可動子、
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ：上Ｙ軸ケーブルベア、５０：機能性薄膜の製造装置、
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ：インクジェットベア、５５，５６：溝、
６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１’，６１’’：インクジェットユニット、
６２：インクジェットヘッド、６３：インク吐出口、６５ａ，６５ｂ：エアノズル、
６５ａａ，６５ｂｂ，６５ｃｃ，６５ｄｄ，６５ｅｅ，６５ｆｆ，６５ｇｇ：エア吐出口、
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ，６６ｅ，６６ｆ，６６ｇ，６６ｈ：エアエルボー（エア供給路）、
６７、６７’、６７’’：インクジェット基体部、６８：孔、７１：シャフト、
７１ａ，７１ｂ：シャフト端、７２：ウェッジスライドギア、
７３ａ，７３ｂ：アジャストスクリュー（クランプ部材）、７４：ばね、
７５：ブラケット、７６：ピストン、７７：サイレンサー、７８：本体、７９：ネジ孔、
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ：可動コイル型Ｚ軸リニアモータ、
８１，８１ａ，８１ｂ：多相コイル、８２：永久磁石、８３ａ：ボトムヨーク、
８３ｂ：サイドヨーク、８３ｃ：Ｚ軸ベース、８４：固定子、８５：可動子、
８６：コイルホルダー（コイルサポート）、８７：センサー（非回転部）、
８８：キャリッジ、８９：磁気空隙、９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ：θモータ、９２，９２ａ，９２ｂ：楔部（テーパ部）、９５：回転部、
９７：レール、９９：Ｚ軸リニアモータのベアリング（ブロック）、
１１０，１１１，１１２：ブラケット、
１１５，１１８，１２４，１２８：ねじ、
１２０：エア配管、１７０，１８０：孔。

Claims (2)

1. Ｚ軸方向に延設された永久磁石及びヨークにより断面形状が略コの字型の磁気回路を形成した固定子と、前記磁気回路に沿って形成された磁気空隙と、前記永久磁石に形成された磁極と対向して配置する多相コイルを有すると共に、その多相コイルが磁気空隙内においてＺ軸方向に沿って上下方向に自在に走行するように構成された可動子とを具備する可動コイル型Ｚ軸リニアモータであって、
   前記可動子は、前記多相コイルを具備するコイルホルダーと、そのコイルホルダーに取付
   けられたキャリッジとで断面形状が略コの字型に形成され、前記キャリッジのコイルホル
   ダー取付け面側に支持摺動部材を設けると共に、その支持摺動部材を、前記ヨークの外表
   面上Ｚ軸方向に敷設された一条の走行用レールに嵌合させることで、前記走行用レールに
   沿って直動し、かつ、前記キャリッジのコイルホルダー取付け面の裏面側に配置されるＺ
   軸ロック機構にて、前記多相コイルに通電されない時に機械的にロックしてＺ軸方向への
   落下を防止する構成を有し、さらに、前記Ｚ軸ロック機構は、前記固定子に接続支持され
   ると共に前記可動子の直動方向と同方向に垂設されたシャフトと、前記キャリッジのコイ
   ルホルダー取付け面の裏面側に装着され前記シャフト側面を押圧するクランパーを有し、
   前記多相コイルに通電されない時に前記クランパーが前記シャフトを押圧する構成からな
   ることを特徴とする可動コイル型Ｚ軸リニアモータ。
2. 前記クランパーは、圧縮エアおよびばねにより前記シャフトの押圧および解除を行うこ
   とを特徴する請求項１記載の可動コイル型Ｚ軸リニアモータ。

Images