JP2020167929A - 搬送システム、可動子、制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた作業性を確保しつつ、可動子の制御性を損なうことなく可動子を非接触で搬送することができる搬送システム、可動子、制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】搬送システムは、軟磁性材料から構成された受力部を有する可動子と、第１の方向に沿って配置された複数のコイルとを有し、可動子は、複数のコイルによる磁界から受力部が受ける力により、複数のコイルに沿って第１の方向に移動可能である。【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、搬送システム、可動子、制御装置及び制御方法に関する。

一般に、工業製品を組み立てるための生産ラインや半導体露光装置等では、搬送システムが用いられている。特に、生産ラインにおける搬送システムは、ファクトリーオートメーション化された生産ライン内又は生産ラインの間の複数のステーションの間で、部品等のワークを搬送する。また、プロセス装置中の搬送装置として使われる場合もある。搬送システムとしては、可動子に永久磁石を使った搬送システムが既に提案されている。

可動子に永久磁石を使った搬送システムでは、リニアガイド等を使った案内装置が多く用いられている。しかしながら、リニアガイド等の案内装置を使った搬送システムでは、リニアガイドの摺動部から発生する汚染物質、例えば、レールやベアリングの摩耗片や潤滑油、あるいはそれが揮発したもの等が生産性を悪化させるという問題があった。また、高速搬送時には摺動部の摩擦が大きくなってリニアガイドの寿命を小さくするという問題があった。

そこで、特許文献１及び２には、案内として摺動部を持たない非接触の磁気浮上型の移動装置又は搬送装置が記載されている。特許文献１に記載の移動装置には、可動子の搬送及び姿勢を制御するために合計７列の、特許文献２には合計６列の永久磁石可動型のリニアモータが設置されている。

特開２０１５−２３０９２７号公報 特表２０１６−５３２３０８号公報

特許文献１及び２に記載の装置では、可動子に強力な永久磁石を用いている。このため、特許文献１及び２に記載の装置では、可動子が高温の環境下を通過する場合に永久磁石が減磁することで可動子の搬送制御や姿勢制御の能力が失われることがありうる。また、特許文献１及び２に記載の装置では、装置のメンテナンス時やキャリアを移動させる際に、可動子の永久磁石が周囲の磁性体を引き付けうるため、作業者の怪我を防止する安全確保のための措置等が必要となる結果、作業性が悪化することがありうる。このため、特許文献１及び２に記載の装置では、可動子の制御性を損なうことなく、優れた作業性で可動子を非接触で搬送することは困難である。

本発明は、優れた作業性を確保しつつ、可動子の制御性を損なうことなく可動子を非接触で搬送することができる搬送システム、可動子、制御装置及び制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一観点によれば、軟磁性材料から構成された受力部を有する可動子と、第１の方向に沿って配置された複数のコイルとを有し、前記可動子は、前記複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能であることを特徴とする搬送システムが提供される。

本発明の他の観点によれば、軟磁性材料から構成された受力部を有し、第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能であることを特徴とする可動子が提供される。

本発明のさらに他の観点によれば、軟磁性材料から構成された受力部を有し、第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である可動子を制御する制御装置であって、前記電磁力を制御することにより、前記第１の方向への前記可動子の搬送を制御する搬送制御手段を有することを特徴とする制御装置が提供される。

本発明のさらに他の観点によれば、軟磁性材料から構成された受力部を有し、第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である可動子を制御する制御方法であって、前記電磁力を制御することにより、前記第１の方向への前記可動子の搬送を制御することを特徴とする制御方法が提供される。

本発明によれば、可動子の制御性を損なうことなく、優れた作業性で可動子を非接触で搬送することができる。

本発明の第１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子を搬送する方法を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子を搬送する方法を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子を搬送する方法を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子を搬送する方法を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子の姿勢が安定化される原理を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子の姿勢が安定化される原理を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムを制御する制御システムを示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおける可動子に印加される力を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおける可動子のヨーク板に働く力の大きさを模式的に示すグラフである。 本発明の第３実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第５実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について図１Ａ乃至図５を用いて説明する。

まず、本実施形態における搬送システムの構成について図１Ａ乃至図１Ｃを用いて説明する。図１Ａ乃至図１Ｃは、本実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。図１Ａ乃至図１Ｃは、本実施形態による搬送システムの主要部分を抜き出して示すものである。図１Ａは搬送システムを後述のＺ方向から見た図、図１Ｂは搬送システムを後述のＹ方向から見た図、図１Ｃは搬送システムを後述のＸ方向から見た図である。

図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、本実施形態による搬送システム１は、台車、スライダ又はキャリッジを構成する可動子１０１ａと、搬送路を構成する固定子１０８とを有している。固定子１０８は、可動子１０１ａの上方に配置されている。搬送システム１は、ヨーク板１０２を含む可動子１０１ａを搬送する可動ヨーク型リニアモータによる搬送システムである。さらに、搬送システム１は、複数のコイル１０９を含む固定子１０８の各部と非接触で可動子１０１ａを搬送する磁気浮上型の搬送システムとして構成されている。

搬送システム１は、例えば、固定子１０８により可動子１０１ａを搬送することにより、可動子１０１ａに載置されたワーク１０７を、ワーク１０７に対して加工作業を施す工程装置に搬送する。なお、図１Ａ乃至図１Ｃでは、固定子１０８に対して１台の可動子１０１ａを示しているが、これに限定されるものではない。搬送システム１においては、複数台の可動子１０１ａが固定子１０８により搬送されうる。以下の説明では、可動子１０１ａのほか、可動子１０１ｂ等のように可動子１０１ａの符号のアルファベットを変更した符号を用いて可動子を参照することがあるが、当該可動子の構成は、特段の説明のないかぎり可動子１０１ａの構成と同様である。

ここで、以下の説明において用いる座標軸、方向等を定義する。まず、可動子１０１ａの搬送方向である水平方向に沿ってＸ軸をとり、可動子１０１ａの搬送方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向と直交する方向である鉛直方向に沿ってＺ軸をとり、鉛直方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向に沿ってＹ軸をとり、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。さらに、Ｘ軸周りの回転方向をＷｘ方向、Ｙ軸周りの回転方向をＷｙ方向、Ｚ軸周りの回転方向をＷｚ方向とする。さらに、各方向において正の方向及び負の方向を区別する場合には、例えば、「Ｙ＋方向」、「Ｙ−方向」等のように、それぞれ「＋」及び「−」を「方向」の直前に付して区別する。なお、可動子１０１ａの搬送方向は必ずしも水平方向である必要はないが、その場合も搬送方向をＸ方向として同様にＹ方向及びＺ方向を定めることができる。

図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、可動子１０１ａは、ヨーク板１０２と、ワーク置き台１０４と、リニアスケール２０７とを有している。可動子１０１ａは、例えば、ワーク１０７に対して加工作業を施す工程装置にワーク１０７を搬送するための台車、スライダ又はキャリッジとして機能する。可動子１０１ａは、以下に述べるように、固定子１０８の複数のコイル１０９に電流を流すことにより形成される磁場（磁界）からヨーク板１０２が受ける力（電磁力）により、Ｚ方向に浮上するとともに姿勢が制御されつつ、Ｘ方向に移動可能になっている。可動子１０１ａは、永久磁石が使用されずに構成されている。

ヨーク板１０２は、可動子１０１ａの上面に取り付けられている。
ヨーク板１０２は、ヨーク板突極部１０３を有している。具体的には、ヨーク板１０２のＹ方向における両端部には、それぞれヨーク板突極部１０３が形成されている。各ヨーク板突極部１０３は、固定子１０８の複数のコイル１０９の側に向かって上方に突出したヨーク板１０２の部分である。すなわち、ヨーク板突極部１０３は、複数のコイル１０９の側に向かって突出した突極部である。２つのヨーク板突極部１０３は、可動子１０１ａの搬送方向であるＸ方向と直交するＹ方向に沿って配置されている。なお、ヨーク板突極部１０３は、３つ以上の複数であってもよい。また、複数のヨーク板突極部１０３は、Ｙ方向等の搬送方向と交差する方向に沿って配置することができる。

ヨーク板１０２は、固定子１０８のコイル１０９に電流を流すことにより形成される磁場から力（電磁力）を受ける受力部として機能する。ヨーク板１０２は、コイル１０９により電磁力を受ける部分として、ヨーク板突極部１０３を有している。ヨーク板１０２には、少なくとも、コイル１０９が常に２つ以上対向することが必要である。つまり、ヨーク板１０２の搬送方向（Ｘ方向）の長さは、搬送方向（Ｘ方向）に並ぶ、コイル１０９の２つ以上の長さであることが好ましい。

受力部として機能するヨーク板１０２は、比透磁率の大きい物質、具体的には、軟磁性材料から構成されている。軟磁性材料とは、外部磁場をかけると磁化されるが、外部磁場を除くと磁化が消える磁性材料である。具体的には、ヨーク板１０２は、例えば積層された珪素鋼板から構成されている。なお、ヨーク板１０２の材料としては、特に限定されるものではなく、珪素鋼のほか、鉄、パーマロイ、センダスト等の種々の軟磁性材料を用いることができる。

ワーク置き台１０４は、例えば、可動子１０１ａの下面に取り付けられている。ワーク１０７は、ワーク置き台１０４の上に載置されて搬送される。例えば、ワーク置き台１０４は、可動子１０１ａの下面に吊設された棚部を有している。この場合、ワーク１０７は、ワーク置き台１０４の棚部に載置されて搬送される。なお、ワーク置き台１０４の取り付け位置及び形状は、特に限定されるものではなく、ワーク１０７の大きさ、形状等により適宜設計することができる。

リニアスケール２０７は、可動子１０１ａのＸ方向に沿った側面にＸ方向に沿って取り付けられている。リニアスケール２０７は、後述するＸ方向センサ２０４により可動子１０１ａのＸ方向の位置を検出するために読み取られるパターンを有している。

固定子１０８は、複数のコイル１０９を有している。複数のコイル１０９は、可動子１０１ａの搬送方向であるＸ方向に沿って架設された梁１０６に連結部材１１２により固定されている。複数のコイル１０９は、搬送方向であるＸ方向に沿って列状に配置されている。列状に配置された複数のコイル１０９は、可動子１０１ａの上方に配置されている。こうして、固定子１０８は、可動子１０１ａの上方に列状に配置された複数のコイル１０９を含むコイル列を１列有している。

また、固定子１０８は、Ｘ方向センサ２０４と、Ｚ方向センサ２０６とを有している。Ｘ方向センサ２０４は、対向する可動子１０１ａのＸ方向の位置を検出することができる。Ｚ方向センサ２０６は、対向する可動子１０１ａのＺ方向の位置を検出することができる。Ｘ方向センサ２０４及びＺ方向センサ２０６は、それぞれブラケット２０５及び不図示の部材を介して梁１０６に固定されている。

Ｘ方向センサ２０４は、可動子１０１ａの側面に取り付けられたリニアスケール２０７のパターンを読み取ることにより、Ｘ方向センサ２０４に対するリニアスケール２０７の相対的な位置を検出することができる。これにより、Ｘ方向センサ２０４は、可動子１０１ａのＸ方向の位置を検出することができる。

Ｚ方向センサ２０６は、可動子１０１ａに取り付けられた不図示のリニアスケールを読み取ることにより又は可動子１０１ａに取り付けられた不図示のターゲットとの間の相対距離を検出することにより、可動子１０１ａのＺ方向の位置を検出することができる。

Ｘ方向センサ２０４及びＺ方向センサ２０６は、それぞれ可動子１０１ａの搬送方向であるＸ方向に沿って複数配置されている。Ｘ方向センサ２０４及びＺ方向センサ２０６は、それぞれ可動子１０１ａが搬送路上のどの位置にあっても検出できるような間隔で配置されている。

コイル１０９は、図１Ｃに示すように、鉄心１１３と、巻線部１１０と、永久磁石１１１とを含んでいる。鉄心１１３には、巻線部１１０と永久磁石１１１とがＹ方向に沿って並ぶように設けられている。コイル１０９は、後述する制御システム３により、印加される電流、すなわち、その巻線部１１０の電線に流れる電流が制御されるようになっている。

コイル１０９は、電流が制御されることにより、可動子１０１ａのヨーク板１０２との間で電磁力を発生させて可動子１０１ａに対して力を印加することができる。コイル１０９とヨーク板１０２との間に働く電磁力は、可動子１０１ａをＺ方向に浮上させる浮上力及び可動子１０１ａをＸ方向に推進させる推進力となる。

巻線部１１０は、Ｙ方向に沿った軸を中心軸として鉄心１１３に巻かれた電線を有している。巻線部１１０の電線に流れる電流は、後述のように制御システム３により制御される。

永久磁石１１１は、Ｙ方向において巻線部１１０に隣接するように鉄心１１３に組み込まれ又は鉄心１１３の一部と置換されている。永久磁石１１１は、互いに極性が異なる磁極がＹ方向に並ぶようにコイル１０９の磁気回路内に配置されている。なお、コイル１０９に含まれる永久磁石１１１は、そのコイル１０９の磁気回路内に含まれるように鉄心１１３に設けられていればよい。永久磁石１１１がコイル１０９に含まれていることにより、コイル１０９により可動子１０１ａに力を印加する際に、コイル１０９の通電による消費電力を抑制することができる。ただし、永久磁石１１１は、必ずしもコイル１０９に含まれている必要はない。

鉄心１１３は、コイル突極部１４１を有している。具体的には、鉄心１１３のＹ方向における両端部には、それぞれ巻線部１１０及び永久磁石１１１の外側に位置するようにコイル突極部１４１が形成されている。各コイル突極部１４１は、可動子１０１ａのヨーク板突極部１０３に対向可能なように下方に突出した鉄心１１３の部分である。すなわち、コイル突極部１４１は、可動子１０１ａの側に向かって突出した突極部である。各コイル突極部１４１は、ヨーク板突極部１０３とＸＹ平面同士が対向可能に構成されている。なお、ＸＹ平面は、Ｘ軸とＹ軸とがなす平面と平行な平面である。

コイル１０９における永久磁石１１１及び巻線部１１０の起磁力による磁束１４０は、主に次のように磁路を通過する。すなわち、磁束１４０は、鉄心１１３を通過し、コイル突極部１４１とヨーク板突極部１０３との間の空間を通過して、ヨーク板１０２を通過する。さらに、磁束１４０は、ヨーク板１０２を通過し、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１との間の空間を通過して、鉄心１１３を通過する。こうして、コイル１０９及びヨーク板１０２には、コイル突極部１４１とヨーク板突極部１０３との間の空間を介して、磁束１４０の磁気回路が形成される。

コイル１０９とヨーク板１０２との間には、可動子１０１ａをＺ方向に浮上させる浮上力となる吸引力が働く。以下に、コイル１０９とヨーク板１０２との間の吸引力の変化の大きさが、巻線部１１０の電流に対して線形の関係であることを示す。

コイル１０９の起磁力Ｆｍ［Ａ］は、永久磁石１１１の保磁力をＨｍ［Ａ／ｍ］、永久磁石１１１の長さをｌｍ［ｍ］、巻線部１１０の電線に流れる電流をＩ［Ａ］、巻線部１１０の巻数をＮ［回］として、次式（１）で表される。なお、以下に示す式では、”＊”を乗算の記号として用いるが、数値と記号との乗算では”＊”を適宜省略する。
Ｆｍ＝Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ −−式（１）

また、磁束１４０の経路中の磁気抵抗Ｒｍ［Ａ／Ｗｂ］は、次式（２）で表される。ただし、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１の間のギャップをｇ［ｍ］とし、永久磁石の長さをｌｍ［ｍ］、真空の透磁率をμ０、磁路の断面積をＳｍ［ｍ^２］とする。また、鉄心１１３の比透磁率が十分に大きく磁束１４０の漏れが十分に小さいと仮定し、コイル突極部１４１とヨーク板突極部１０３との間の空間のギャップｇが２回現れることに注意する。
Ｒｍ＝（ｌｍ＋２ｇ）／（Ｓｍ＊μ０） −−式（２）

すると、磁路を通過する磁束Φ［Ｗｂ］は、次式（３）で表される。
Φ＝Ｆｍ／Ｒｍ
＝（Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ）＊Ｓｍ＊μ０／（ｌｍ＋２ｇ） −−式（３）

また、磁束密度Ｂ［Ｗｂ／ｍ^２］は、次式（４）で表される。
Ｂ＝Φ／Ｓｍ
＝（Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ）＊μ０／（ｌｍ＋２ｇ） −−式（４）

また、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１の間に働く吸引力の大きさＦｚは、次式（５）及び（６）で表される。
Ｆｚ＝（１／２）＊Ｓｍ＊Ｂ^２／μ０ −−式（５）
＝（１／２）＊Ｓｍ＊μ０＊（Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ）^２／（ｌｍ＋２ｇ）^２ −−式（６）

さらに、巻線部１１０が作る起磁力より永久磁石１１１が作る起磁力のほうが十分に大きい場合、すなわち次式（７）を満足する場合を考える。
Ｎ＊Ｉ＜＜Ｈｍ＊ｌｍ −−式（７）

この場合、Ｃ０及びＣ１を定数とすれば、式（６）で表されたＦｚは、さらに次式（８）で表される。
Ｆｚ＝（１／２）＊Ｓｍ＊μ０＊（Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ）^２／（ｌｍ＋２ｇ）^２
＝Ｃ０＊（Ｈｍ＊ｌｍ）^２*｛１＋Ｎ＊Ｉ／（Ｈｍ＊ｌｍ）｝^２
≒Ｃ１＊｛１＋２Ｎ＊Ｉ／（Ｈｍ＊ｌｍ）｝ −−式（８）

したがって、可動子１０１ａに対して働くＺ方向の力（Ｆｚ）の変化ΔＦｚ、すなわち電流Ｉの場合のＦｚと電流Ｉが０の場合のＦｚとの差は、Ｃ２を定数とすれば次式（９）で表される。
ΔＦｚ≒Ｃ２＊Ｉ −−式（９）

式（９）により、コイル１０９とヨーク板１０２との間の吸引力の変化の大きさであるΔＦｚが、電流値Ｉに対して線形な関係があることが示された。

同様に、ギャップｇの変動の大きさΔｇがｌｍ＋２ｇに対して十分小さい、すなわち次式（１０）を満足する場合を考える。
Δｇ＜＜ｌｍ＋２ｇ −−式（１０）

この場合、Ｃ３及びＣ４を定数とすれば、式（６）で表されたＦｚは、さらに次式（１１）で表される。
Ｆｚ＝（１／２）＊Ｓｍ＊μ０＊（Ｈｍ＊ｌｍ＋Ｎ＊Ｉ）^２／｛ｌｍ＋２（ｇ＋Δｇ）｝^２
＝Ｃ３／｛ｌｍ＋２（ｇ＋Δｇ）｝^２
＝Ｃ３＊（ｌｍ＋２ｇ＋２Δｇ）^−２
＝Ｃ３＊｛（ｌｍ＋２ｇ）＊［１＋２Δｇ／（ｌｍ＋２ｇ）］｝^−２
≒Ｃ４＊｛１−４Δｇ／（ｌｍ＋２ｇ）｝ −−式（１１）

したがって、吸引力Ｆｚの変化の大きさΔＦｚは、次式（１２）に示されるようにギャップｇの変動Δｇに対して線形な関係があることが示された。
ΔＦｚ＝−４＊Ｃ４＊Δｇ／（ｌｍ＋２ｇ） −−式（１２）

したがって、図１Ｃに示される可動子１０１ａの運動方程式は、重力と永久磁石の吸引力が釣り合う平衡点の近傍では次式（１３）で表される。ただし、可動子１０１ａの質量をｍ［ｋｇ］、Ｋｓ及びＫｉを定数、ｄ^２Ｚ／ｄｔ^２を位置Ｚに対する２階の時間微分記号とする。なお、可動子１０１ａの質量ｍは、可動子１０１ａにワーク１０７が搭載されていれば、そのワーク１０７の質量をも含む。
ｍ＊ｄ^２Ｚ／ｄｔ^２＝Ｋｓ＊Δｇ＋Ｋｉ＊Ｉ −−式（１３）

また、可動子１０１ａの浮上高さが検出可能であれば、制御可能であることが制御理論上一般に知られている。本実施形態による搬送システム１では、Ｚ方向センサ２０６により可動子１０１ａの浮上高さを検出することができる。

したがって、図１Ａ乃至図１Ｃに示す搬送システム１では、コイル１０９の巻線部１１０の電線に流す電流Ｉの大きさを制御することで、可動子１０１ａのＺ方向における位置を制御することが可能である。

一例として、Ｓｍ、ｌｍ、Ｈｍ及びｇがそれぞれ次に示す値である場合を考える。
Ｓｍ＝３０［ｍｍ］＊３０［ｍｍ］＝０．０００９［ｍ^２］
ｌｍ＝０．０２［ｍ］
Ｈｍ＝９００［ｋＡ／ｍ］
ｇ＝０．０１［ｍ］
この場合、吸引力の大きさＦｚは約１１０Ｎと計算できるので、コイル１０９の吸引力で約１０ｋｇの質量の可動子１０１ａを磁気的に吊り下げ可能であることがわかる。

また、ギャップｇの変動の大きさΔｇが仮に１ｍｍ程度だとすると、吸引力Ｆｚの変化の大きさの割合Ｐｆは、式（１１）によれば次式（１４）に従って２．５％と計算される。
Ｐｆ＝Δｇ／（ｌｍ＋２ｇ）
＝１．０［ｍｍ］／（２０［ｍｍ］＋２＊１０［ｍｍ］）
＝０．０２５＝２．５［％］ −−式（１４）

一方、電流Ｉによる吸引力の変化の大きさの割合Ｐｆは、式（８）から次式（１５）で表される。
Ｐｆ＝２Ｎ＊Ｉ／Ｈｍ＊ｌｍ −−式（１５）

仮に巻き数Ｎを１００回とすれば、式（１４）及び（１５）より、次式（１６）が成り立つ。
２＊１００＊Ｉ／（９００［ｋＡ／ｍ］＊０．０２［ｍ］）＝０．０２５ −−式（１６）

式（１６）より、電流Ｉは、次式（１７）に従って２．２５［Ａ］と計算される。
Ｉ＝０．０２５＊９００＊１０００＊０．０２／（２＊１００）＝２．２５［Ａ］ −−式（１７）

このように計算された程度の電流であれば、可動子１１０ａのＺ方向の位置を制御可能であることがわかる。

次に、可動子１０１ａを搬送方向であるＸ方向に移動制御する方法についてさらに図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。

図２Ａは、可動子１０１ａ及びコイル１０９をＹ方向から見た図である。図２Ａにおいて、３つのコイル１０９には、それぞれ番号ｊ−１、ｊ、ｊ＋１が付与されている。以下の説明では、番号ｊ−１のコイル１０９を「コイルｊ−１」、番号ｊのコイル１０９を「コイルｊ」、番号ｊ＋１のコイル１０９を「コイルｊ＋１」と称する。図２Ａにおいて、可動子１０１ａはコイル番号ｊの直下に位置している。また、コイルｊ−１、ｊ、ｊ＋１により可動子１０１ａのヨーク板１０２に働く力をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３で示している。また、可動子１０１ａに働く重力をｍｇで示している。

図２Ｂは、横軸に可動子１０１ａの位置を、縦軸にコイル番号ｊ−１、ｊ、ｊ＋１に対して電流を印加した場合に発生するＸ方向及びＺ方向の電磁力の大きさを模式的に表した図である。図２Ｂ及び後述の図３Ｂにおいて、Ｆｘ及びＦｚは、それぞれ単位電流を印加した場合に発生するＸ方向及びＺ方向の電磁力を示している。また、Ｆｘ（ｉ）は、単位電流を印加した場合におけるコイルｉと可動子１０１ａとの間に働くＸ方向の力を意味する。また、Ｆｚ（ｉ）は、単位電流を印加した場合におけるコイルｉと可動子１０１ａとの間に働くＺ方向の力を意味する。ただし、ｉは、ｊ−１、ｊ、ｊ＋１のいずれかである。図２Ｂは、図２Ａに示す位置に可動子１０１ａがある場合におけるＦｘ（ｉ）及びＦｚ（ｉ）をそれぞれ黒丸及び白丸で示している。

図２Ａに示す場合において、コイル１０９の永久磁石１１１が発生する磁束により、可動子１０１ａとコイル１０９との間には、常に吸引力が働いている。このとき、巻線部１１０の電線に流れる電流Ｉが永久磁石１１１の作る磁束を強める方向に働けば、吸引力が大きくなる。一方、電流Ｉが永久磁石１１１の作る磁束を弱める方向に働けば、吸引力を弱めることになり、相対的には斥力としてみなすことができる。

ここで、コイルｊに正の電流を印加すると吸引力を強め、負の電流を印加すると吸引力が弱まるとする。すると、例えば、図２Ａの位置に可動子１０１ａがある場合、コイルｊ−１に負の電流を、コイルｊ＋１に正の電流を印加すれば、可動子１０１ａには、Ｘ方向に正の力が働く。

コイルｊ−１、ｊ、ｊ＋１のそれぞれに印加される電流により発生する力は、コイル毎に独立している。このため、可動子１０１ａに働くＸ方向の力Ｆｘ及びＺ方向の力Ｆｚは、コイルｉに印加される電流をＩ（ｉ）とし、Σをｉについての積分記号として、次式（１８Ａ）及び（１８Ｂ）で表される。ただし、Ｆｘ（ｉ）、Ｆｚ（ｉ）及びｉは、上述したとおりである。
Ｆｘ＝ΣＦｘ（ｉ）＊Ｉ（ｉ） −−式（１８Ａ）
Ｆｚ＝ΣＦｚ（ｉ）＊Ｉ（ｉ） −−式（１８Ｂ）

可動子１０１ａの姿勢に応じて必要なトルクが決定された場合に、電流Ｉ（ｉ）を適当に選択してＦｘ、Ｆｚを決定することにより、可動子１０１ａの姿勢を制御することができる。なお、電流Ｉ（ｉ）は、例えば、次式（１９）で表される条件を追加することにより、式（１８Ａ）及び（１８Ｂ）とあわせて一意に決定することができる。
ΣＩ（ｉ）＝０ −−式（１９）

図２Ｂに示す位置から正のＸ方向に可動子１０１ａを移動させると、各コイル１０９による力を表す黒丸及び白丸は、Ｆｘ及びＦｚを示す各プロファイルの上を正のＸ方向に移動していく。

図３Ａは、可動子１０１ａがコイルｊとコイルｊ＋１との中間に位置している場合における可動子１０１ａ及びコイル１０９をＹ方向から見た図である。図３Ｂは、図２Ｂと同様に、横軸に可動子１０１ａの位置を、縦軸にコイル番号ｊ−１、ｊ、ｊ＋１に対して電流を印加した場合に発生するＸ方向及びＺ方向の電磁力の大きさを模式的に表した図である。図３Ｂは、図３Ａに示す位置に可動子１０１ａがある場合におけるＦｘ（ｉ）及びＦｚ（ｉ）をそれぞれ黒丸及び白丸で示している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す場合も、式（１８Ａ）、（１８Ｂ）及び（１９）からＦｘ及びＦｚを決定することができる。したがって、可動子１０１ａの姿勢を制御することが可能である。

このように、可動子１０１ａの移動に応じて対象となるコイル１０９を切り替えながら各々のコイル１０９と可動子１０１ａとの間に働く力の大きさを求めて、各々印加する電流値Ｉを制御することができる。これにより、可動子１０１ａの搬送方向であるＸ方向への力を可動子１０１ａに印加することができる。

また、Ｚ方向への制御と同様に、可動子１０１ａのＸ方向への変位が検出可能であり、Ｘ方向への力の印加が電流値に対して線形で制御可能な場合（式（１８Ａ）参照）、可動子１０１ａのＸ方向の位置の制御が可能であることが制御理論上知られている。本実施形態による搬送システム１では、Ｘ方向センサ２０４により可動子１０１ａのＸ方向への変位を検出することができる。したがって、搬送システム１では、可動子１０１ａの搬送方向であるＸ方向における位置の制御が可能である。

また、本実施形態による搬送システム１において、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１との間には、コイル１０９による電磁力により常に吸引力が働いている。このため、可動子１０１ａに対するＹ方向の変位、及びＷｚ方向（Ｚ軸周りの回転方向）の変位には、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１とが対向する面積を大きくするような磁気的な復元力が働く。これにより、本実施形態では、可動子１０１ａの姿勢を制御して安定化しつつ、可動子を搬送することができる。この点について図４Ａを用いて説明する。図４Ａは、Ｚ方向から見た可動子１０１ｂ、１０１ｃを示している。可動子１０１ｂ、１０１ｃは、可動子１０１ａと同様の構成を有している。

図４Ａに示すように、可動子１０１ｂは、Ｗｚ＋方向に僅かに回転している。この場合、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１との間に働く吸引力のため、可動子１０１ｂには、Ｗｚ−方向に回転させようとするモーメント力Ｔｗｚが働く。この結果、可動子１０１ｂの姿勢は復元される。

一方、可動子１０１ｃは、Ｙ＋方向に僅かに移動している。この場合、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１との間に働く吸引力のため、可動子１０１ｃには、Ｙ−方向の力Ｆｙが働く。この結果、可動子１０１ｃの姿勢は復元される。

また、上記のほか、Ｗｘ方向（Ｘ軸周りの回転方向）、Ｗｙ方向（Ｙ軸周りの回転方向）の変位に対しては、可動子１０１ａに働く重力に伴うモーメント力が復元力として可動子１０１ａに働く。この点について図４Ｂを用いて説明する。図４Ｂは、Ｙ方向から見た可動子１０１ｄを示している。可動子１０１ｄは、可動子１０１ａと同様の構成を有している。

図４Ｂに示すように、可動子１０１ｄは、Ｙ方向に沿った軸Ｐ１を回転軸としてＷｙ−方向に僅かに回転している。この場合、ヨーク板突極部１０３はコイルｊ−１に近く、コイルｊ＋１からは遠くなるため、吸引力のバランスから軸Ｐ１周りにＷｙ−方向の回転モーメントが可動子１０１ｄに生じる。

ここで、Ｗｙ−方向への回転角度をθ、軸Ｐ１から可動子１０１ｄの重心Ｇまでの距離をＬ、可動子１０１ｄの重心Ｇに働く重力をｍｇとする。また、回転角度θの回転によりコイルｊ−１、ｊ、ｊ＋１により可動子１０１ｄのヨーク板１０２に働く力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が作る回転モーメントの大きさをＴ（θ）とする。このとき、次式（２０）を満足するようにコイルｊ−１、ｊ、ｊ＋１に印加する電流を制御する。
Ｔ（θ）＜Ｌ＊θ＊ｍｇ −−式（２０）

これにより、可動子１０１ｄの重心Ｇに働く重力ｍｇと軸Ｐ１から重心Ｇまでの距離ＬによりＷｙ＋方向に生じる回転モーメント（Ｌ＊θ＊ｍｇ）がＴ（θ）を上回り、その結果、可動子１０１ｄの姿勢が復元される。可動子１０１ｄがＷｘ方向に回転した場合も同様にして可動子１０１ｄの姿勢が復元される。

また、Ｗｙ方向に振動成分が残る場合は、Ｗｙの回転量が検出できるようにＺ方向センサ２０６の間隔を狭めて常時２個以上のＺ方向センサ２０６が可動子１０１ｄを検出できるように構成することができる。この場合、検出されたＷｙ方向の回転量に基づき、コイルｊ−１、ｊ、ｊ＋１により可動子１０１ｄのヨーク板１０２に働く力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の大きさを制御することで、Ｗｙ方向の振動を抑制又は除去することができる。

以上のようにして、本実施形態による搬送システム１では、コイル１０９に印加する電流、すなわちコイル１０９の巻線部１１０に流す電流を制御することにより、永久磁石を含まない可動子１０１ａを浮上させて非接触で搬送することができる。可動子１０１ａが永久磁石を含まないため、可動子１０１ａが高温の環境下を通過する場合、永久磁石の減磁を原因として可動子１０１ａの搬送制御や姿勢制御の能力が失われることはない。また、搬送システム１のメンテナンス時や可動子１０１ａを移動させる際に、可動子１０１ａの周囲の磁性体が可動子１０１ａに引き付けられることもないため、優れた作業性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、優れた作業性を確保しつつ、可動子１０１ａの制御性を損なうことなく可動子１０１ａを非接触で搬送することができる。

以下、コイル１０９に印加する電流を制御して搬送システム１を制御する制御システムについてさらに図５を用いて説明する。図５は、搬送システム１を制御する制御システム３を示す概略図である。なお、図５では、２台の可動子１０１ａ、１０１ｂを示しているが、可動子の台数はこれに限定されるものではなく、１台であっても複数台であってもよい。

図５に示すように、制御システム３は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２と、センサコントローラ３０４とを有し、搬送システム１を制御する制御装置として機能する。統合コントローラ３０１には、コイルコントローラ３０２及びセンサコントローラ３０４がそれぞれ通信可能に接続されている。

コイルコントローラ３０２には、複数の電流コントローラ３０３が通信可能に接続されている。各電流コントローラ３０３には、対応するコイル１０９が接続されている。電流コントローラ３０３は、接続されたコイル１０９に印加する電流の大きさを制御することができる。

コイルコントローラ３０２は、接続された各々の電流コントローラ３０３に対して目標となる電流値を指令する。電流コントローラ３０３は、コイルコントローラ３０２により指令された電流値に従って、接続されたコイル１０９に印加する電流量を制御する。

複数の電流コントローラ３０３は、可動子１０１ａ、１０１ｂの搬送方向に沿って配置された複数のコイル１０９に対応して、搬送方向に沿って取り付けられている。

センサコントローラ３０４には複数のＸ方向センサ２０４及び複数のＺ方向センサ２０６が通信可能に接続されている。

複数のＸ方向センサ２０４は、可動子１０１ａ、１０１ｂの搬送中、そのうちの１つが必ず１台の可動子１０１ａ又は可動子１０１ｂの位置を測定できるような間隔で配置されている。また、複数のＺ方向センサ２０６は、可動子１０１ａ、１０１ｂの搬送中、そのうち１つが必ず１台の可動子１０１ａ又は可動子１０１ｂの位置を測定できるような間隔で配置されている。

統合コントローラ３０１は、複数のコイル１０９に印加する電流の電流指令値を決定して制御することにより、可動子１０１ａの姿勢を制御しつつ、可動子１０１ａの非接触での搬送を制御する。すなわち、統合コントローラ３０１は、可動子１０１の搬送を制御する搬送制御手段として機能し、複数のコイル１０９によりヨーク板１０２が受ける電磁力を制御することにより、可動子１０１ａの非接触での搬送を制御する。また、統合コントローラ３０１は、可動子１０１ａの姿勢を制御する姿勢制御手段として機能し、複数のコイル１０９によりヨーク板１０２が受ける電磁力を制御することにより、可動子１０１ａの姿勢を制御する。なお、制御装置としての統合コントローラ３０１の機能の全部又は一部は、コイルコントローラ３０２その他の制御装置により代替されうる。

搬送システム１における可動子１０１ａ、１０１ｂは、制御システム３によりコイル１０９に印加される電流が制御されることにより、Ｚ方向に浮上しつつ非接触でＸ方向に搬送される。可動子１０１ａ、１０１ｂは上述のようにＷｘ方向、Ｗｙ方向、Ｗｚ方向及びＹ方向の復元力が働きながら搬送されるため、搬送中の可動子１０１ａ、１０１ｂの姿勢を維持することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図６Ａ乃至図８を用いて説明する。図６Ａ、図７Ａ及び７Ｂは、本実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。図６Ｂは、本実施形態による搬送システムにおける可動子に印加される力を示す概略図である。図８は、本実施形態による搬送システムにおける可動子のヨーク板に働く力の大きさを模式的に示すグラフである。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。

図６Ａ、図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態による搬送システムの主要部分を抜き出して示すものである。図６Ａは、搬送システムをＺ方向から見た図である。図７Ａ及びＢは、搬送システムをＸ方向から見た図である。

複数のコイル１０９を含むコイル列が１列であった図１Ａ乃至図１Ｃに示す第１実施形態とは異なり、本実施形態による搬送システム１０では、図６Ａに示すように、複数のコイル列、具体的には２列のコイル列１１４Ｌ、１１４Ｒが互いに並ぶように配置されている。コイル列１１４Ｌ、１１４Ｒは、それぞれ搬送方向であるＸ方向に列状に配置された複数のコイル１０９を含んでいる。コイル列１１４Ｌ、１１４Ｒにそれぞれ含まれるコイル１０９は、第１実施形態によるコイル１０９と同様の構成を有している。制御システム３は、コイル列１１４Ｌ、１１４Ｒの複数のコイル１０９に印加する電流を制御することにより、可動子１０１ｅの搬送を制御することができる。

また、本実施形態による搬送システム１０は、可動子１０１ｅに６個のヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｃ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｃ、１０２−ｒｆが設けられている点で、第１実施形態とは異なっている。

ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｃ、１０２−ｌｆは、コイル列１１４Ｌに対応するように設けられている。ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆは、Ｘ方向に沿って並んで配置されている。ヨーク板１０２−ｌｃは、ヨーク板１０２−ｌｂとヨーク板１０２−ｌｆとの間にヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆよりも可動子１０１ｅの外側に位置するように配置されている。

ヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｃ、１０２−ｒｆは、コイル列１１４Ｒに対応するように設けられている。ヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆは、Ｘ方向に沿って並んで配置されている。ヨーク板１０２−ｒｃは、ヨーク板１０２−ｒｂとヨーク板１０２−ｒｆとの間にヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆよりも可動子１０１ｅの外側に位置するように配置されている。

ヨーク板１０２−ｌｂとヨーク板１０２−ｒｂとは、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。また、ヨーク板１０２−ｌｃとヨーク板１０２−ｒｃは、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。また、ヨーク板１０２−ｌｆとヨーク板１０２−ｒｆとは、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。

ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆは、図７Ｂに示すように、それぞれ第１実施形態と同様にヨーク板突極部１０３がコイル１０９のコイル突極部１４１とＸＹ平面同士が対向可能なように構成されている。同様に、ヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆも、図７Ｂに示すように、それぞれ第１実施形態と同様にヨーク板突極部１０３がコイル１０９のコイル突極部１４１とＸＹ平面同士が対向可能なように構成されている。

一方、ヨーク板１０２−ｌｃは、図７Ａに示すように、ヨーク板突極部１０３がコイル１０９のコイル突極部１４１とＸＺ平面同士が対向可能なように構成されている。同様に、ヨーク板１０２−ｒｃも、図７Ａに示すように、ヨーク板突極部１０３がコイル１０９のコイル突極部１４１とＸＺ平面同士が対向可能なように構成されている。なお、ＸＺ平面は、Ｘ軸とＺ軸とがなす平面と平行な平面である。ヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃにおいて、ヨーク板突極部１０３の内側のＸＺ平面は、コイル突極部１４１の外側のＸＺ平面と対向可能になっている。また、ヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃにおいて、ヨーク板突極部１０３の外側のＸＺ平面は、コイル突極部１４１の内側のＸＺ平面と対向可能になっている。

また、本実施形態による搬送システム１０では、可動子１０１ｅの姿勢、具体的にはＹ方向及びＷｚ方向の各々の方向の変位をも検出するため、図６Ａに示すように、Ｙ方向センサ２０９が追加されている。Ｙ方向センサ２０９は、可動子１０１ｅの位置に関わらず常に２個以上のＹ方向センサ２０９が可動子１０１ｅのＹ方向の位置を検出できる間隔で配置されている。

統合コントローラ３０１は、可動子１０１ｅのＹ方向の位置を検出した２個以上のＹ方向センサ２０９の出力値を使って、例えば最小二乗法により可動子１０１ｅのＹ方向及びＷｚ方向の変位の大きさを算出することができる。

また、Ｚ方向センサ２０６は、可動子１０１ｅの位置に関わらず常に３個以上のＺ方向センサ２０６が可動子１０１ｅのＺ方向の位置を検出できる間隔で配置されている。

統合コントローラ３０１は、可動子１０１ｅのＺ方向の位置を検出した３個以上のＺ方向センサ２０６の出力値を使って、例えば平面の最小二乗法により可動子１０１ｅの基準面に対する検出面の高さ及び傾きを算出することができる。すなわち、統合コントローラ３０１は、可動子１０１ｅのＺ方向、Ｗｘ方向及びＷｙ方向の各々の方向の変位を算出することができる。

制御システム３は、以上の方法により、Ｙ方向センサ２０９及びＺ方向センサ２０６によって可動子１０１ｅの姿勢、具体的にはＹ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方及びＷｚ方向の各々の方向の変位を検出することができる。なお、各方向の変位の算出は、統合コントローラ３０１が行うほか、センサコントローラ３０４が行ってもよい。

次に、本実施形態による搬送システム１０において可動子１０１ｅに力を印加する方法について図６Ｂ乃至図８を用いて説明する。図６Ｂは、図６Ａに示す可動子１０１ｅにおいて各ヨーク板に印加される力を示している。図７Ａ及び図７Ｂも、可動子１０１ｅにおいて各ヨーク板に印加される力を示している。各図において双方向の矢印で示される力は、いずれの方向にも働きうることを示している。

図７Ａは、ヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃに印加される力を説明する図である。図７Ａに示すように、ヨーク板１０２−ｌｃとコイル１０９とは、それらのＸＺ平面同士が対向するように構成されている。このようにヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃを構成することにより、磁束１４０を強める方向にコイル１０９に電流Ｉを印加すれば、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１との間隔をより小さくする方向にヨーク板１０２−ｌｃに力が働く。また、磁束１４０を弱める方向にコイル１０９に電流Ｉを印加すれば、ヨーク板突極部１０３とコイル突極部１４１の間隔をより大きくする方向に力が働く。

例えば、図７Ａにおいて、ヨーク板１０２−ｌｃに対向するコイル１０９には正方向の電流（磁束１４０を強める方向）を印加し、ヨーク板１０２−ｒｃに対向するコイル１０９には負方向の電流（磁束１４０を弱める方向）を印加する。この場合、可動子１０１ｅに働く力として、Ｙ＋方向への力を生成することができる。

図８は、図２Ｂや図３Ｂと同様、ヨーク板１０２−ｌｃ近傍のコイル１０９に単位電流を印加した場合にヨーク板１０２−ｌｃにＹ方向に働く力の大きさを模式的に示すグラフである。なお、ヨーク板１０２−ｒｃにＹ方向に働く力についても同様に考えることができる。図８において、コイルｉとヨーク板１０２−ｌｃとの間に働くＹ方向の力Ｆ（ｉ）を白丸で示している。ただし、ｉは、ｊ−２、ｊ−１、ｊ、ｊ＋１、ｊ＋２のいずれかである。

このとき、Ｉ（ｉ）をコイルｉに印加する電流の大きさとし、Σをｉについての積分記号として、ヨーク板１０２−ｌｃに働く力Ｆｙは、次式（２１）で表される。
Ｆｙ＝ΣＦｙ（ｉ）＊ Ｉ（ｉ） −−式（２１）

ここで、Ｃを定数として、次式（２２）を満足するようにヨーク板１０２−ｌｃ及びコイルｉを設計する。
Ｉ（ｉ）＝Ｃ＊Ｆｙ（ｉ） −−式（２２）

すると、式（２１）及び（２２）から次式（２３）が成立する。
Ｆｙ＝ΣＦｙ（ｉ）＊Ｃ＊Ｆｙ（ｉ） −−式（２３）

式（２３）から定数Ｃを計算することができ、コイルｉに印加する電流を一意に決定することができる。

このようにヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃを構成することで、コイル１０９に印加する電流を使って可動子１０１ｅに働くＹ方向への力を制御することが可能になる。ヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃは、複数のコイル１０９により、搬送方向であるＸ方向及び可動子１０１ｅが浮上する方向であるＺ方向と交差する方向であるＹ方向の電磁力を受ける受力部として機能する。

図７Ｂは、ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆに印加される力について説明した図である。これらのヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆには、第１実施形態と同様の原理でＸ方向及びＺ方向への力の印加を行うことができる。ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆは、複数のコイル１０９により、搬送方向であるＸ方向及びＸ方向と交差するＺ方向の電磁力を受ける受力部として機能する。

図６Ｂは、図６Ａに示す６個のヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｃ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｃ、１０２−ｒｆで生成できる力を模式的に図示したものである。なお、図６Ｂに示すように、ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆは、可動子１０１ｅの中心ＯからそれぞれＹ方向に距離ｒｘ３だけＹ方向の互いに同じ側に離れた位置に配置されている。また、ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆは、可動子１０１ｅの中心ＯからそれぞれＸ方向に距離ｒｙ３だけＸ方向の互いに反対側に離れた位置に配置されている。同様に、ヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆは、可動子１０１ｅの中心ＯからそれぞれＹ方向に距離ｒｘ３だけＹ方向の互いに同じ側に離れた位置に配置されている。また、ヨーク板１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆは、可動子１０１ｅの中心ＯからそれぞれＸ方向に距離ｒｙ３だけＸ方向の互いに反対側に離れた位置に配置されている。

ヨーク板１０２−ｌｂでは、Ｚ方向の力ＦｚｂＬ及びＸ方向の力ＦｘｂＬが生成できる。また、ヨーク板１０２−ｌｆでは、Ｚ方向の力ＦｚｆＬ及びＸ方向の力ＦｘｆＬが生成できる。また、ヨーク板１０２−ｌｃでは、Ｙ方向の力ＦｙｃＬが生成できる。

同様に、ヨーク板１０２−ｒｂでは、Ｚ方向の力ＦｚｂＲ及びＸ方向の力ＦｘｂＲが生成できる。また、ヨーク板１０２−ｒｆでは、Ｚ方向の力ＦｚｆＲ及びＸ方向の力ＦｘｆＲが生成できる。また、ヨーク板１０２−ｒｃでは、Ｙ方向の力ＦｙｃＲが生成できる。

搬送システム１０において、可動子１０１ｅを搬送するためには、センサ群から得られた可動子１０１ｅの姿勢や位置に関する情報から必要な力及びトルクを適切な制御器で生成して印加すればよい。制御器としては、例えばＰＩＤ制御器を用いることができる。

ここで、可動子１０１ｅに対して印加される力をトルクベクトルＴ及び力ベクトルＦとして、次式（２４）及び（２５）でそれぞれ定義する。
Ｔ＝（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ） −−式（２４）
Ｆ＝（ＦｚｆＬ，ＦｚｂＬ，ＦｚｂＲ，ＦｚｆＲ，ＦｘｆＬ，ＦｘｂＬ，ＦｘｂＲ，ＦｘｆＲ，ＦｙｃＬ，ＦｙｃＲ） −−式（２５）

すると、次式（２６）−（３１）が成立する。
Ｔｘ＝ＦｘｂＬ＋ＦｘｆＬ＋ＦｘｂＲ＋ＦｘｆＲ −−式（２６）
Ｔｙ＝ＦｙｃＬ＋ＦｙｃＲ −−式（２７）
Ｔｚ＝ＦｚｂＬ＋ＦｚｆＬ＋ＦｚｂＲ＋ＦｚｆＲ −−式（２８）
Ｔｗｘ＝｛（ＦｚｂＬ＋ＦｚｆＬ）−（ＦｚｂＲ＋ＦｚｆＲ）｝＊ｒｘ３ −−式（２９）
Ｔｗｙ＝｛（ＦｚｂＬ＋ＦｚｂＲ）−（ＦｚｆＬ＋ＦｚｆＲ）｝＊ｒｙ３ −−式（３０）
Ｔｗｚ＝｛（ＦｘｂＲ＋ＦｘｆＲ）−（ＦｘｂＬ＋ＦｘｆＬ）｝＊ｒｘ３ −−式（３１）

これら６つの式（２６）−（３１）を満足する力ベクトルＦは無数に存在するが、次式（３２）−（３５）で表される条件を導入することにより、力ベクトルＦを一意に決定することができる。
ＦｘｂＬ＝ＦｘｆＬ −−式（３２）
ＦｘｂＲ＝ＦｘｆＲ −−式（３３）
ＦｙｃＬ＝ＦｙｃＲ −−式（３４）
ＦｚｆＬ−ＦｚｂＬ＝ＦｚｆＲ−ＦｚｂＲ −−式（３５）

このように、本実施形態では、可動子１０１ｅに働くＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向の６軸の力成分又はモーメント成分の大きさを検出することができる。可動子１０１ｅに働く６軸の力成分又はトルク成分は、制御システム３により、コイル１０９の電流に対して線形に制御することが可能である。したがって、本実施形態によれば、制御システム３によりコイル列１１４Ｌ、１１４Ｒの複数のコイル１０９に印加する電流を制御することにより、可動子１０１ｅの姿勢を６軸で制御しながら可動子１０１ｅをＸ方向に搬送することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを用いて説明する。図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、本実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。なお、上記第１及び第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。

図９Ａでは、本実施形態における可動子に印加されるＹ方向の力を示している。図９Ａに示すように、本実施形態では、可動子１０１ｃにおいて、上記第２実施形態においてＹ方向の力を発生させるヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃに代えて、永久磁石群１６１−ｍｙが設置されている。永久磁石群１６１−ｍｙは、２個の永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂのセットと、ヨーク板１０２とを有している。

永久磁石群１６１−ｍｙでは、２個の永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂがそれぞれコイル１０９のコイル突極部１５１、１５２に対向するようにヨーク板１０２上に設置されている。コイル突極部１５１、１５２は、それぞれ鉄心１１３におけるコイル突極部１４１と同様に形成された部分である。なお、図９Ａでは、内部に永久磁石を含まないタイプのコイル１０９を示している。

永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂは、それぞれ互いに極性が異なる磁極がＹ方向に並ぶように設置されている。永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂの互いに向き合った磁極は、互いに極性が同じになっている。図９Ａでは、永久磁石１６１−ｍｙａのＮ極と永久磁石１６１−ｍｙｂのＮ極とが互いに向き合っている。こうして、可動子１０１ｃにおいて、永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂがＹ方向に沿って配置されている。

図９Ａに示す構成において、コイル１０９に対してコイル突極部１５１がＮ極側に、コイル突極部１５２がＳ極になるように励磁する場合を考える。この場合、コイル突極部１５１に対して、永久磁石１６１−ｍｙａはＹ＋側に力を受ける。同様に、コイル突極部１５２に対して、永久磁石１６１−ｍｙｂもＹ＋側に力を受ける。そのため、永久磁石群１６１−ｍｙは、Ｙ＋側に力を受けることになる。

コイル１０９に対して上記の場合とは逆方向に励磁するように電流を印加すれば、永久磁石群１６１−ｍｙはＹ−側に力を受ける。このため、コイル１０９に印加する電流量を制御して励磁する方向を制御することにより、永久磁石群１６１−ｍｙに対するＹ方向の力を制御することができる。

なお、コイル１０９は、図９Ａに示す内部に永久磁石を含まないタイプのものに限定されるものではない。コイル１０９は、図９Ｂに示すように、内部に永久磁石を含むタイプのものであってもよい。その場合、コイル１０９に電流を印加しない場合でも、永久磁石群１６１−ｍｙに対して、Ｙ方向に一定の大きさの力ＦｙＭ０が印加されることになる。

これに対しては、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、コイル１０９と永久磁石群１６１−ｍｙとをＹ方向にもう一対設け、２組の永久磁石群１６１−ｍｙのうち、一方の永久磁石群１６１−ｍｙｌと他方の永久磁石群１６１−ｍｙｒとする。なお、図９ＢはＸ方向から見た図、図９ＣはＺ方向から見た図である。永久磁石群１６１−ｍｙｌと永久磁石群１６１−ｍｙｒとでは、永久磁石１６１−ｍｙａ、１６１−ｍｙｂにおける磁極の並びを互いに逆にする。これにより、永久磁石群１６１−ｍｙｌと永久磁石群１６１−ｍｙｒとでは、印加される力ＦｙＭ０の方向が互いに逆方向となる。これにより、コイル１０９に電流を印加しない場合において、Ｙ方向の力を互いに打ち消し合わせることができる。こうして、図９Ｂに示す場合でも、コイル１０９に電流を印加することにより、図９Ａに示す場合と同様にＹ方向に力を発生させることができる。

本実施形態のように、第２実施形態においてＹ方向の力を発生させるヨーク板１０２−ｌｃ、１０２−ｒｃに代わり、永久磁石群１６１−ｍｙ又は永久磁石群１６１−ｍｙｌ、１６１−ｍｙｒを使うことによりＹ方向の力を制御することができる。このような永久磁石群１６１−ｍｙ又は永久磁石群１６１−ｍｙｌ、１６１−ｍｙｒを第２実施形態に組み込むことができる。この場合においても、第２実施形態と同様に可動子の姿勢を６軸で制御しつつ可動子１０１ｃを搬送することができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。なお、上記第１乃至第３実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。

図１０に示すように、本実施形態では、可動子１０１ｃにおいて、上記第２実施形態におけるヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆに代えて、永久磁石１６１−ｍｘｚが設置されている。永久磁石１６１−ｍｘｚは、Ｙ方向に沿って配置され、互いに極性が異なる磁極がＹ方向に並ぶようにヨーク板１０２上に設置されている。ヨーク板１０２−ｌｂ、１０２−ｌｆ、１０２−ｒｂ、１０２−ｒｆに代えて永久磁石１６１−ｍｘｚを使用することにより、コイル１０９に電流を印加しない場合の吸引力をより大きく取ることができる。

本実施形態においても、Ｘ方向及びＺ方向への力の印加方法については第２実施形態と同様であるから、第２実施形態と同様に可動子１０１ｃの姿勢を６軸で制御しつつ可動子を搬送することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。なお、上記第１乃至第４実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。

図１１に示すように、本実施形態では、第１実施形態の構成において、Ｙ方向制御用のコイル４０２及びヨーク４０１が設置されているとともに、Ｙ方向検出用のＹ方向センサ２０９が設置されている。

ヨーク４０１は、可動子１０１ａのＸ方向に沿った両側面にそれぞれ設置されている。コイル４０２は、固定子１０８に複数設置されている。複数のコイル４０２は、固定子１０８において、可動子１０１ａの両側面のヨーク４０１に対向可能なように可動子１０１ａの両側にＸ方向に沿って列状に配置されている。

Ｙ方向センサ２０９は、可動子１０１ａに取り付けられた不図示のターゲットとの間の相対距離を検出することにより、可動子１０１ａのＹ方向の位置を検出することができる。

コイル４０２についても、例えば、コイルコントローラ３０２により目標となる電流値を電流コントローラ３０３に対して指令し、電流コントローラ３０３によりコイル４０２に印加する電流の大きさを制御するように構成することができる。コイル４０２に電流を印加することによりヨーク４０１との間に吸引力が働くため左右両側のコイル４０２の電流の大きさを制御することにより、可動子１０１ａに対するＹ方向の力の大きさを制御することができる。

本実施形態では、ヨーク４０１及びコイル４０２をさらに含む構成により、第１実施形態１と比較してＹ方向の力を積極的に制御することができる。したがって、本実施形態では、可動子１０１ａの姿勢を一層安定させながら可動子１０１ａを搬送することが可能になる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、可動子１０１ａを浮上させる浮上力として、コイル１０９により可動子１０１ａが受ける電磁力のみを利用する場合を例に説明したが、これに限定されるものでなない。例えば、可動子１０１ａの質量又は可動子１０１ａ上に置かれるワーク１０７の質量が大きく鉛直方向へ印加すべき浮上力が大きい場合には、別途、空気等の流体による静圧を浮上用に使って浮上力を補助してもよい。

また、上記実施形態では、複数のコイル１０９が１列又は２列に配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。可動子１０１ａに配置されたヨーク板１０２の数に応じて、複数のコイル１０９を複数列に配置することもできる。

また、本発明による搬送システムは、電子機器等の物品を製造する製造システムにおいて、可物品となるワークに対して各作業工程を実施する工作機械等の各工程装置の作業領域にワークを可動子とともに搬送する搬送システムとして利用することができる。作業工程を実施する工程装置は、ワークに対して部品の組み付けを実施する装置、塗装を実施する装置等、あらゆる装置であってよい。また、製造される物品も特定のものに限定されるものではなく、あらゆる部品であってよい。

このように、本発明による搬送システムを用いてワークを作業領域に搬送し、作業領域に搬送されたワークに対して作業工程を実施して物品を製造することができる。上述のように、本発明による搬送システムでは、優れた作業性を確保しつつ、可動子の制御性を損なうことなく可動子を非接触で搬送することができる。
したがって、本発明による搬送システムをワークの搬送に採用した物品の製造システムは、優れた作業性を確保しつつ、ワークを安定して搬送することができる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

１、１０ 搬送システム
３ 制御システム
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ 可動子
１０２ ヨーク板
１０３ ヨーク板突極部
１０４ ワーク置き台
１０６ 梁
１０７ ワーク
１０８ 固定子
１０９ コイル
１１０ 巻線部
１１１ 永久磁石
１１２ 連結部材
１１３ 鉄心
１１４Ｌ コイル列
１１４Ｒ コイル列
１４０ 磁束
１４１ コイル突極部
１６１ 永久磁石群
２０４ Ｘ方向センサ
２０５ ブラケット
２０６ Ｚ方向センサ
２０９ Ｙ方向センサ
２０７ リニアスケール
３０１ 統合コントローラ
３０２ コイルコントローラ
３０３ 電流コントローラ
４０１ ヨーク
４０２ コイル

Claims (19)

1. 軟磁性材料から構成された受力部を有する可動子と、
   第１の方向に沿って配置された複数のコイルとを有し、
   前記可動子は、前記複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である
   ことを特徴とする搬送システム。
2. 前記受力部は、前記複数のコイルの側に向かって突出した突極部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の搬送システム。
3. 前記受力部は、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の前記突極部を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の搬送システム。
4. 前記可動子は、前記力により浮上しつつ前記第１の方向に移動可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の搬送システム。
5. 前記可動子は、前記力により姿勢が制御されつつ前記第１の方向に移動可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の搬送システム。
6. 前記複数のコイルのそれぞれは、鉄心を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の搬送システム。
7. 前記鉄心は、前記可動子の側に向かって突出した突極部を有する
   ことを特徴とする請求項６記載の搬送システム。
8. 前記複数のコイルのそれぞれは、その磁気回路内に配置された永久磁石を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の搬送システム。
9. 前記可動子は、前記受力部として第１の受力部及び第２の受力部を有し、
   前記第１の受力部は、前記複数のコイルにより、前記第１の方向の力及び前記第１の方向と交差する第２の方向の力を受け、
   前記第２の受力部は、前記複数のコイルにより、前記第１の方向及び前記第２の方向と交差する第３の方向の力を受ける
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の搬送システム。
10. 前記複数のコイルは、前記可動子の上方に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の搬送システム。
11. 前記可動子は、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された永久磁石を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の搬送システム。
12. 軟磁性材料から構成された受力部を有し、
    第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である
    ことを特徴とする可動子。
13. 前記受力部は、前記複数のコイルの側に向かって突出した突極部を有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の可動子。
14. 前記受力部は、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された複数の前記突極部を有する
    ことを特徴とする請求項１３記載の可動子。
15. 前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配置された永久磁石をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の可動子。
16. 軟磁性材料から構成された受力部を有し、第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である可動子を制御する制御装置であって、
    前記力を制御することにより、前記第１の方向への前記可動子の搬送を制御する搬送制御手段を有する
    ことを特徴とする制御装置。
17. 前記力を制御することにより、前記可動子の姿勢を制御する姿勢制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項１６記載の制御装置。
18. 軟磁性材料から構成された受力部を有し、第１の方向に沿って配置された複数のコイルによる磁界から前記受力部が受ける力により、前記複数のコイルに沿って前記第１の方向に移動可能である可動子を制御する制御方法であって、
    前記力を制御することにより、前記第１の方向への前記可動子の搬送を制御する
    ことを特徴とする制御方法。
19. 前記力を制御することにより、前記可動子の姿勢を制御する
    ことを特徴とする請求項１８記載の制御方法。

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