レニショーの光学式エンコーダ、「ユニーク」なリニアモータに採用

2 本の永久磁石トラックを備えた KOVERY 社のリニアモータ

背景
リニアモータは、フラットパネルディスプレイ (FPD)、半導体、オートメーション、医療診断、3D プリント、工作機械など、メジャーな産業分野で広く使用されている。ステータとロータが「展開された」回転同期モータに相当し、回転トルクではなく、長手方向に推進力を生み出す。

KOVERY 社は、韓国の京畿道を拠点とする超精密モータメーカーで、たゆまぬ研究開発の結果、今では高度な高精度モータシステムの大手サプライヤに数えられている。KOVERY 社の精密モータは、速度リップルをもたらすコギング力、およびリニアモータのステータと可動パーツ間の吸引によるベアリングの摩耗増を、特許技術を用いて抑制または最小化している。

KOVERY 社のリニアモータには、整流と位置決め制御のために、レニショーの QUANTiC™ インクリメンタルエンコーダが使用されている。また QUANTiC だけでなく、EVOLUTE™ アブソリュートエンコーダや、機械キャリブレーション用の XL-80 レーザーシステムなど、他のレニショー機器も KOVERY 社では導入されている。これらのエンコーダは、厳しい環境でも高精度な位置情報を出力するという、極めて重要な役割を担っている。

課題
リニアモータは、一連の電磁コイル (フォーサ) の下に永久磁石トラックを有する「平面状リニアモータ」が一般的である。

半導体や FPD 製造などの分野における厳しいモーションコントロールを実現するには、このフォーサを精密に制御する必要がある。

高度な産業プロセスは等速制御がないと成り立たない。だが、従来のようなモータ設計だとコギング力が発生し、このコギング力によってモータ速度にリップルが生じる。

それに対する選択肢のひとつが、推進力の高さを犠牲にして制御性を高めたスロットレス (コアレス) 扁平モータを採用することだが、KOVERY 社は、推進力を犠牲にすることなくコギング力を最小限に抑える独自のモータを開発した。

位置決めエンコーダによってリニアモータの整流が可能となり、スムーズな動きと位置決め制御ができるようになる。ジッタと内挿分割誤差の少ないエンコーダが好まれるのは、位置決め制御の精度が高く、速度リップルが低いからである。

リニアモータ用のエンコーダが良好に機能するためにどうしても必要な設計上の特徴が 2 点ある。最小曲げ半径が小さく、ケーブル寿命が長いリードヘッド (センサー) ケーブルを使用して、機械のケーブルトラックにおける圧着やねじれ、曲げを許容することと、最大動作温度が高く、電源投入時にモータコイルからの予想熱出力に耐えられることである。

リードヘッドを磁気コイルの近くに設置する場合は、エンコーダも強い磁界に耐えられる必要がある。

解決策
KOVERY 社では、QUANTiC などレニショーのさまざまな光学式エンコーダを使用している。

半導体製造装置や FPD 製造機器に使用されている KOVERY 社のリニアモータには、QUANTiC エンコーダと RTLC40 スケールが採用されている。他の用途に向けたモータでも、レニショーの EVOLUTE アブソリュートエンコーダと RTLA50-S リニアスケールが使用されている。

QUANTiC エンコーダの利点は、業界標準のデジタル出力またはアナログ出力への対応、±0.3mm (取付け高さ) および±0.9° (ヨー) の広い取付けおよび動作時公差、最大 24m/s の高速動作、±80nm という低周期誤差、しなやかな EMI 保護用シングルシールドケーブル、取付け時に便利な内蔵セットアップ LED などである。

オプションの高度診断ツール ADTi‑100 と ADT View ソフトウェアを使えば、詳細データを取得して、診断に活用することもできる。ADTi‑100 は、リードヘッドを取り付けにくい場合や、現場での診断およびトラブルシューティングに最適である。

加えて QUANTiC なら、セットアップ LED と広い取付け公差のおかげで、迅速かつ直感的に取り付けることができるため、装置の製造コストを削減し、保守時の機械停止時間を短縮することができる。また、低周期誤差と高分解能によってリニアモータの精度が上がり、速度リップルの減少により、円滑なモーションコントロールが可能となる。

レニショーの EVOLUTE アブソリュートエンコーダは、広い取付け公差や汚れに対する耐性など、QUANTiC シリーズと同じ強みを数多く有している。高度診断ツール ADTa-100 と ADT View ソフトウェアを使って、詳細データを取得できる点も同様である。

KOVERY 社では、レニショーの XL-80 を使用して、出荷前にモータのキャリブレーションを実施している。XL-80 は、機械のキャリブレーションと品質管理を目的としたレーザーシステムで、セットアップが容易なこと、位置決め測定精度が 0.5ppm と非常に高いこと、軽量で持運び可能なことが特徴のシステムである。

結果
レニショーのエンコーダとレーザーキャリブレーションシステムを採用したことで、KOVERY 社は、半導体製造装置をはじめとする高度な加工機向けの最先端リニアモータを製造できるようになった。レニショーと KOVERY 社のパートナーシップは現在も続いており、最新型リニアモータの開発を支えている。