JP2010029026A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、信頼性の向上を図るようにしたリニアモータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のリニアモータ８では、ベースヨーク４１には、第１のマグネット群４８及び第２のマグネット群４９の延在方向に対して略直交する方向に突出する位置決め用突出部４１ａ，４１ｃが設けられ、突出部４１ａ，４１ｃの先端面４１ｂ，４１ｄがサイドヨークの外面から突出しているので、ベースヨーク４１と突出部４１ａ，４１ｃの先端面４１ｂ，４１ｄとをヨーク収納部３３の壁面に突き当てると、第１のサイドヨーク４２及び第２のサイドヨーク４３をヨーク収納部３３に対して非接触な状態にすることができる。これにより、コイル５０ｃの設計上の移動方向とコイル５０ｃに作用するローレンツ力の向きとの誤差が大きくなることが抑制されるので、コイル５０ｃのスムーズな移動が確保され、リニアモータ８の信頼性の向上が図られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステージ装置の駆動部等に利用されるリニアモータに関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００３−８８０８８号公報がある。この公報に記載されたリニアモータは、例えば半導体素子の表面に回路パターンを描画するための電子ビーム描画システムに組み込まれ、電子ビームを照射する電子銃に対して半導体素子の位置を調整するステージ装置を駆動させるものである。このリニアモータは、ステージ装置のベースに固定されると共に、互いに対向する第１の側壁部及び第２の側壁部と第１の側壁部及び第２の側壁部を連結する連結部とからなるコの字状のヨークと、第１の側壁部の内面に固定された一列の第１の永久磁石群と、第１の永久磁石群に対向するように第２の側壁部の内面に固定された一列の第２の永久磁石群と、第１の永久磁石群と第２の永久磁石群との間に配置されると共に、ベース上を移動するステージに連結されたコイルユニットと、ヨークの周囲に設けられ、第１及び第２の永久磁石群とコイルユニットとから生じる磁束が外部へ漏れることを防止するためのシールド体とを備えている。ヨークが固定されるステージ装置のベースは、上方に開口した断面コの字形状をなしており、コの字状のヨークは、第１の側壁部の角部がベースの内側の隅部に突き当てられた状態でベースに固定されている。
特開２００３−８８０８８号公報

ところで、前述した従来のリニアモータに設けられた第１の永久磁石群と第２の永久磁石群とは、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されている。また、第１の永久磁石群と第２の永久磁石群とは、永久磁石のＮ極とＳ極とが対向するように配置されている。そして、第１の永久磁石群と第２の永久磁石群との間に吸引力が生じ、この吸引力によって、第１の側壁部及び第２の側壁部はそれぞれ内側に倒れこむ方向に応力を受ける。そして、ベースの内側の隅部に第１の側壁部の角部を突き当て、ベースに対してヨークの位置決めを行うにあたり、ベースに突き当てられた第１の側壁部の倒れこみ変形量と比べて、第２の側壁部の倒れこみ変形量が大きくなるため、コイルユニットを中心とした第１の永久磁石群と第２の永久磁石群との対称性が崩れてしまう。コイルユニットを中心とした第１の永久磁石群と第２の永久磁石群との対称性が崩れると、コイルユニットの設計上の移動方向とコイルユニットに作用するローレンツ力の向きとの誤差が大きくなるため、コイルユニットのスムーズな移動が妨げられ、リニアモータの信頼性が低下するという問題があった。

本発明は、信頼性の向上を図るようにしたリニアモータを提供することを目的とする。

本発明のリニアモータは、一列の第１のマグネット群と、第１のマグネット群に対向して配列された一列の第２のマグネット群と、第１のマグネット群と第２のマグネット群とを支持するヨークと、第１のマグネット群と第２のマグネット群との間に配置されたコイルと、を有するリニアモータにおいて、ヨークは、第１のマグネット群が固定された第１のサイドヨークと、第２のマグネット群が固定された第２のサイドヨークと、第１のサイドヨークと第２のサイドヨークとが固定されたベースヨークとを有し、ベースヨークには、第１及び第２のマグネット群の延在方向に対して略直交する方向に突出する位置決め用突出部が設けられ、突出部の先端面は、第１のサイドヨーク及び第２のサイドヨークのうち少なくとも一方の外面から突出していることを特徴とする。

本発明のリニアモータによれば、例えばステージ装置のヨーク収納部にヨークを位置決め固定するにあたって、ベースヨークと突出部の先端面とをヨーク収納部の壁面に突き当てると、第１のサイドヨーク及び第２のサイドヨークをヨーク収納部に対して非接触な状態にすることができる。その結果、第１のマグネット群と第２のマグネット群との間に生じる吸引力によって、第１のサイドヨークと第２のサイドヨークとが内側に倒れ込むように変形しても、第１のサイドヨーク及び第２のサイドヨークの変形量はほぼ同じになるので、第１のマグネット群と第２のマグネット群との対称性を保つことができ、コイルと第１のマグネット群との間隔と、コイルと第２のマグネット群との間隔とを等しい状態に保つことができる。これにより、コイルの設計上の移動方向とコイルに作用するローレンツ力の向きとの誤差が大きくなることが抑制されるので、コイルのスムーズな移動が確保され、リニアモータの信頼性の向上が図られる。さらに、第１のサイドヨークと第２のサイドヨークとが内側に倒れこみ変形しても、ベースヨークと突出部の先端面とによる突き当て精度にはほとんど影響がないので、コイルと第１のマグネット群との間隔と、コイルと第２のマグネット群との間隔とを等しい状態に保つことができる。このことは、結果としてリニアモータの信頼性の向上に寄与する。

また、突出部は、第１のサイドヨーク及び第２のサイドヨークのうち少なくとも一方を貫通して、サイドヨークの外面から突出部の先端面が突出していると好適である。このような構成により、ベースヨークの突出部をサイドヨークの下方や側方から突出させる場合と比べて、ベースヨークの小型化すなわちリニアモータの小型化が図られる。

また、位置決め用突出部は、ベースヨークと一体に設けられていると好適である。このような構成によれば、突出部の先端面とベースヨークとを高精度な位置関係にすることができるので、ヨーク収納部に対するヨークの位置決めを精度良く行うことができる。また、リニアモータの構造の簡素化と共に、リニアモータの組立て作業の迅速化が図られる。

また、位置決め用突出部は、ベースヨークと別体に設けられていると好適である。このような構成によれば、突出部の長さや材質の選択が容易であり、このことは、リニアモータの汎用性の向上に寄与する。

本発明によれば、リニアモータの信頼性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るリニアモータを備えたＸＹステージ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面に示すように、Ｘ軸及びＹ軸は水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ軸方向と定め、以下必要な場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いる。

［第１の実施形態］
図１に示すように、ステージ装置１は、ベース２のＸ軸方向における両側に配置された枠部３と、ベース２上に並設されてＹ軸方向に延在する一対の石定盤５と、石定盤５に沿ってＹ軸方向へ移動する可動ステージ７と、可動ステージ７の駆動部として機能する一対のリニアモータ８と、を備えている。

図１及び図２に示すように、リニアモータ８は、可動ステージ７のＸ軸方向における外側でＹ軸方向に延在するヨーク４０と、可動ステージ７に連結されたコイルユニット５０とから構成されている。

リニアモータ８の固定子として機能するヨーク４０は、枠部３の上端に形成されたヨーク収納部３３に配置されている。ヨーク収納部３３は、ＸＹ平面と平行な底面３３ａを有する底部３３ｂと、Ｘ軸方向における外側で底面３３ａからＺ軸方向に突出する側壁３３ｃとからなる。ヨーク収納部３３は、底面３３ａと側壁３３ｃの側面３３ｄとによって断面Ｌ字状に構成されている。

図２〜図５に示すように、ヨーク４０は、ボルト４５によってヨーク収納部３３の側壁３３ｃに固定されるベースヨーク４１と、Ｚ軸方向におけるベースヨーク４１の一方の端部からＸ軸方向に突出する板状の第１のサイドヨーク４２と、第１のサイドヨークと対向するようにＺ軸方向におけるベースヨーク４１の他方の端部からＸ軸方向に突出する板状の第２のサイドヨーク４３とからなる。ヨーク４０は、ベースヨーク４１と、第１のサイドヨーク４２と、第２のサイドヨーク４３とによって略コ字形状に構成されている。

第１のサイドヨーク４２のＸ軸方向における一方の端部は、ボルト４６によってベースヨーク４１の側面に固定されている。第１のサイドヨーク４２の他方の端部側の内面には、Ｙ軸方向でＮ極とＳ極とが交互になるようにマグネットが配列された一列の第１のマグネット群４８が固定されている。同様に、第２のサイドヨーク４３のＸ軸方向における一方の端部は、ボルト４７によってベースヨーク４１の側面に固定されている。第２のサイドヨーク４３の他方の端部側の内面には、第１のマグネット群４８と対向するようにＹ軸方向でＮ極とＳ極とが交互になるようにマグネットが配列された一列の第２のマグネット群４９が固定されている。

第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９とは、マグネットのＮ極とＳ極とが対向するように配置されており、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９との間には、互いに引き合う吸引力が生じている。

リニアモータ８の可動子として機能するコイルユニット５０は、Ｙ軸方向に連結された複数のコイル５０ｃがケースで覆われてなり、Ｘ軸方向における両端に拡張部５０ａ，５０ｂを有する板状の部材である。コイルユニット５０の一方の拡張部５０ａは、Ｙ軸スライダ１３の上壁部１３ａから上方へ向かって突出する支持壁部１３ｄの上端部に連結され、他方の拡張部５０ｂは、ヨーク４０内に収容されている。拡張部５０ｂの先端とベースヨーク４１の内面４１ｆとの間には、微小な隙間が形成されている。

コイルユニット５０は、第１のマグネット群４８とコイルユニット５０との間隔Ｓ１と、第２のマグネット群４９とコイルユニット５０との間隔Ｓ２とが等しい状態で配置されている。コイルユニット５０のコイル５０ｃは、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９とのＮ極とＳ極のパターンにあわせて磁極が変化するように通電され、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９との間でそれぞれ反発力を発生させることで、可動ステージ７を移動させる。

ベースヨーク４１には、Ｚ軸方向における両側から突出する断面矩形状の突出部４１ａ，４１ｃが形成されている。突出部４１ａは、第１のサイドヨーク４２側に複数形成され、これらの突出部４１ａは、それぞれＹ軸方向で互いに離間している。突出部４１ａは、第１のサイドヨーク４２のＸ軸方向における一方の端部に形成されたコの字状の切り欠き４２ｂに挿通され、突出部４１ａの先端面４１ｂは、第１のサイドヨーク４２の外面４２ａから突出している。同様に、突出部４１ｃは、第２のサイドヨーク２９側に複数形成され、これらの突出部４１ｃは、それぞれＹ軸方向で互いに離間している。突出部４１ｃは、第２のサイドヨーク４３のＸ軸方向における一方の端部に形成されたコの字状の切り欠き４３ｂに挿通され、突出部４１ｃの先端面４１ｄは、第２のサイドヨーク４３の外面４３ａから突出している。

以上の構成を有するリニアモータ７によれば、ヨーク収納部３３にヨーク４０を位置決め固定するにあたり、ベースヨーク４１の外面４１ｇをヨーク収納部３３の側面３３ｄに突き当て、突出部４１ａの先端面４１ｂをヨーク収納部３３の底面３３ａに突き当てることで、ヨーク収納部３３の底面３３ａと第１のサイドヨーク４２との間に隙間Ｓ３を形成することができる。その結果、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９との間に生じる吸引力によって、第１のサイドヨーク４２と第２のサイドヨーク４３とが内側に倒れ込むように変形しても、第１のサイドヨーク４２及び第２のサイドヨーク４３の変形量はほぼ同じになるので、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９との対称性を保つことができ、コイルユニット５０と第１のマグネット群４８との間隔Ｓ１と、コイルユニット５０と第２のマグネット群４９との間隔Ｓ２とを等しい状態に保つことができる。これにより、コイルユニット５０の設計上の移動方向（Ｙ軸方向）とコイルユニット５０のコイル５０ｃに作用するローレンツ力の向きとの誤差が大きくなることが抑制されるので、コイルユニット５０のスムーズな移動が確保され、リニアモータ８の信頼性の向上が図られる。

さらに、第１のサイドヨーク４２と第２のサイドヨーク４３とが内側に倒れこみ変形しても、ベースヨーク４１と突出部４１ａの先端面４１ｂとによる突き当て精度にはほとんど影響がないので、コイルユニット５０と第１のマグネット群４８との間隔Ｓ１と、コイルユニット５０と第２のマグネット群４９との間隔Ｓ２とを等しい状態に保つことができる。このことは、結果としてリニアモータ８の信頼性の向上に寄与する。

また、突出部４１ａ，４１ｃは、ベースヨーク４１と一体に設けられているので、突出部４１ａ，４１ｃの先端面４１ｂ，４１ｄとベースヨーク４１とを高精度な位置関係にすることができる。従って、ヨーク収納部３３に対するヨーク４０の位置決めを精度良く行うことが可能となる。また、リニアモータ８の構造の簡素化と共に、リニアモータ８の組立て作業の迅速化が図られる。さらに、突出部４１ａ，４１ｃは、それぞれ第１のサイドヨーク４２及び第２のサイドヨーク４３を貫通して設けられているので、ベースヨーク４１の突出部をサイドヨークの下方から突出させる場合と比べて、Ｘ軸方向におけるベースヨーク４１の小型化すなわちリニアモータ８の小型化が図られる。

[第２の実施形態]
第２の実施形態に係るリニアモータは、第１の実施形態と比較してヨークの構成が相違している。

図６〜図９に示すように、ヨーク６０は、ボルト４５によってヨーク収納部３３の側壁３３ｃに固定された厚板状のベースヨーク６１と、ボルト４６によってベースヨーク６１の一方の側面に固定された板状の第１のサイドヨーク６２と、ボルト４７によってベースヨーク６１の他方の側面に固定された板状の第２のサイドヨーク６３とからなる。ヨーク６０は、ベースヨーク６１と、第１のサイドヨーク６２と、第２のサイドヨーク６３とにより略コ字形状に形成されている。

第１のサイドヨーク６２の遊端側の内面には、一列の第１のマグネット群４８が固定されている。第２のサイドヨーク６３の遊端側の内面には、第１のマグネット群４８に対向するように一列の第２のマグネット群４８が固定されている。

ベースヨーク６１の第１のサイドヨーク６２側の側面には、複数の打ち込みピン（突出部）６４の先端部６４ｃがそれぞれ圧入される複数の連結孔６１ａが設けられている。これらの連結孔６１ａは、Ｙ軸方向で互いに離間するように配置されている。同様に、ベースヨーク６１の第２のサイドヨーク６３側の側面には、複数の打ち込みピン（突出部）６５の先端部６５ｃがそれぞれ圧入される複数の連結孔６１ｂが設けられている。これらの連結孔６１ｂは、Ｙ軸方向で互いに離間するように配置されている。

打ち込みピン６４は、ヨーク収納部３３に突き当てられる突き当て面（先端面）６４ｄを有する円板状の頭部６４ａと、頭部６４ａから突出する円柱状の本体部６４ｂと、本体部６４ｂの先端面から突出する円柱状の先端部６４ｃとからなる。打ち込みピン６４の先端部６４ｃは、本体部６４ｂより径の小さな円柱形状をなしており、本体部６４ｂの先端面は、突き当て面６４ｄと平行になるように形成されている。打ち込みピン６５も、同様の構造をなしている。

第１のサイドヨーク６２には、Ｚ軸方向に打ち込みピン６４の本体部６４ｂが挿通される複数の貫通孔６２ｂが形成されている。これらの貫通孔６２ｂは、ベースヨークの６１の連結孔６１ａに対応する位置に設けられている。貫通孔６２ｂの内周面と打ち込みピン６４の本体部６４ａの外周面との間には、隙間Ｓ４が形成されている。同様に、第２のサイドヨーク６３には、Ｚ軸方向に打ち込みピン６５の本体部６５ｂが挿通される複数の貫通孔６３ｂが形成されている。これらの貫通孔６３ｂは、ベースヨークの６１の連結孔６１ｂに対応する位置に設けられている。貫通孔６３ｂの内周面と打ち込みピン６５の本体部６５ａの外周面との間には、隙間Ｓ５が形成されている。

打ち込みピン６４は、第１のサイドヨーク６２の貫通孔６２ｂを通じて先端部６４ｃがベースヨーク６１の連結孔６１ａに圧入され、本体部６４ｂの先端面がベースヨーク６１の側面に当接されることで、ベースヨーク６１と打ち込みピン６４の突き当て面６４ｄとの位置合わせがなされている。また、打ち込みピン６４の頭部６４ａの突き当て面６４ｄは、第１のサイドヨーク６２の外面６２ａから突出している。同様に、打ち込みピン６５は、第２のサイドヨーク６３の貫通孔６３ｂを通じて先端部６５ｃがベースヨークの６１の連結孔６１ｂに圧入され、本体部６５ｂの先端面がベースヨーク６１の側面に当接されることで、ベースヨーク６１と打ち込みピン６５の突き当て面６５ｄとの位置合わせがなされる。また、打ち込みピン６５の頭部６５ａの突き当て面６５ｄは、第２のサイドヨーク６３の外面６３ａから突出している。

以上の構成を有するリニアモータによれば、ヨーク収納部３３にヨーク６０を位置決め固定するにあたり、ベースヨーク６１の外面６１ｃをヨーク収納部３３の側面３３ｄに突き当て、打ち込みピン６４の頭部６４ａの突き当て面６４ｄをヨーク収納部３３の底面３３ａに突き当てることで、ヨーク収納部３３の底面３３ａと第１のサイドヨークとの間に隙間Ｓ６を形成することができる。従って、第１のマグネット群４８と第２のマグネット群４９との間に生じる吸引力によって、第１のサイドヨーク４２と第２のサイドヨーク４３とが内側に倒れ込むように変形しても、コイルユニット５０と第１のマグネット群４８との間隔Ｓ１と、コイルユニット５０と第２のマグネット群４９との間隔Ｓ２とを等しい状態に保つことができ、コイルユニット５０の設計上の移動方向（Ｙ軸方向）とコイルユニット５０のコイル５０ｃに作用するローレンツ力の向きとの誤差が大きくなることが抑制されるので、コイルユニット５０のスムーズな移動が確保され、リニアモータの信頼性の向上が図られる。

さらに、貫通孔６２ｂの内周面と打ち込みピン６４の本体部６４ａの外周面との間には、隙間Ｓ４が形成されているので、第１のサイドヨーク６２と第２のサイドヨーク６３とが内側に倒れこみ変形しても、ベースヨーク６１と打ち込みピン６４の突き当て面６４ｄとによる突き当て精度にはほとんど影響がない。従って、コイルユニット５０と第１のマグネット群４８との間隔Ｓ１と、コイルユニット５０と第２のマグネット群４９との間隔Ｓ２とを等しい状態に保つことができる。このことは、結果としてリニアモータの信頼性の向上に寄与する。

また、打ち込みピン６４，６５は、ベースヨーク６１と別体に設けられているので、打ち込みピン６４，６５の長さや材質の選択が容易である。このことは、リニアモータの仕様に応じて、打ち込みピン６４，６５を磁性体又は非磁性体で構成したり、第１のサイドヨーク６２とヨーク収納部３３の底面３３ａとの隙間Ｓ６を調整したりすることを容易にし、リニアモータの汎用性の向上に寄与する。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、突出部４１ａ，４１ｂは、第１のサイドヨーク４２及び第２のサイドヨーク４３を貫通して突出するものに限られず、サイドヨークの下方や側方からＺ軸方向に突出する態様であってもよい。

また、突出部４１ａ，４１ｂは、ベースヨーク４１の両側ではなく、片側のみに設けてもよい。同様に、打ち込みピン６４，６５も片側のみに設けてもよい。

また、打ち込みピン６４，６５の形状は、略円柱形状に限られず、四角柱形状であっても多角柱形状であってもよく、上述した打ち込みピンとしての機能を有する形状であればよい。また、ベースヨーク４１，６２は、Ｚ軸方向でベースヨークに挿通されるボルトによって、ヨーク収納部３３の底面３３ａに固定されてもよい。

本発明に係るリニアモータを備えたＸＹステージ装置の一実施形態を示す断面図である。 リニアモータを示す断面図である。 リニアモータのヨークを示す斜視図である。 リニアモータのヨークを示す分解斜視図である。 リニアモータのヨークを示す平面図である。 第２の実施形態に適用されるリニアモータを示す断面図である。 図６に示されたリニアモータのヨークを示す斜視図である。 図６に示されたリニアモータのヨークを示す分解斜視図である。 図６に示されたリニアモータのヨークを示す平面図である。

符号の説明

１…ステージ装置、２…ベース、３…枠部、５…石定盤、７…可動ステージ、８…リニアモータ、４０，６０…ヨーク、５０…コイルユニット、３４…ヨーク収納部、４１，６１…ベースヨーク、４１ａ，４１ｃ…突出部、４１ｂ，４１ｄ…先端面、４２，６２…第１のサイドヨーク、４３，６３…第２のサイドヨーク、４８…第１のマグネット群、４９…第２のマグネット群、５０ｃ…コイル、６４，６５…打ち込みピン（突出部）、６４ｄ，６５ｄ…突き当て面（先端面）、Ｓ１〜Ｓ６…隙間。

Claims (4)

1. 一列の第１のマグネット群と、前記第１のマグネット群に対向して配列された一列の第２のマグネット群と、前記第１のマグネット群と前記第２のマグネット群とを支持するヨークと、前記第１のマグネット群と前記第２のマグネット群との間に配置されたコイルと、を有するリニアモータにおいて、
   前記ヨークは、
   前記第１のマグネット群が固定された第１のサイドヨークと、
   前記第２のマグネット群が固定された第２のサイドヨークと、
   前記第１のサイドヨークと前記第２のサイドヨークとが固定されたベースヨークとを有し、
   前記ベースヨークには、前記第１及び第２のマグネット群の延在方向に対して略直交する方向に突出する位置決め用突出部が設けられ、
   前記突出部の先端面は、前記第１のサイドヨーク及び前記第２のサイドヨークのうち少なくとも一方の外面から突出していることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記突出部は、前記第１のサイドヨーク及び前記第２のサイドヨークのうち少なくとも一方を貫通して、前記サイドヨークの外面から前記突出部の前記先端面が突出していることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記位置決め用突出部は、前記ベースヨークと一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
4. 前記位置決め用突出部は、前記ベースヨークと別体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
   
   
   
   

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