JP2021125979A - 搬送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の大型化や複雑化を伴うことなく、可動子や固定子の摺動部から発生する汚染物質を低減することができる搬送システムを提供する。【解決手段】搬送システムは、複数のコイルを有し、複数のコイルのそれぞれが巻線とコアとを含む固定子と、マグネットを有し、複数のコイルからマグネットが受ける電磁力により搬送方向に沿って移動可能な可動子とを有し、固定子及び可動子は、それぞれ移動する可動子を搬送方向に案内するための第１の搬送用部材及び第２の搬送用部材のうちの一方及び他方を有し、第１の搬送用部材は、上側搬送用部材及び下側搬送用部材を含み、コアとマグネットとの間に生じる磁気吸引力と可動子に働く重力とが釣り合う平衡位置よりも下又は上にマグネットの上面が位置するように可動子の搬送位置が調整され、可動子は、搬送位置に応じて、第２の搬送用部材が下側搬送用部材又は上側搬送用部材に接触した状態で搬送される。【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、搬送システムに関する。
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などでは、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、可動磁石型リニアモータによる搬送システムが既に提案されている。
可動磁石型リニアモータによる搬送システムでは、リニアガイド等の機械的な接触を伴う案内装置を使って搬送システムを構成する。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短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、可動部又は移動部材にかかる自重をキャンセルする装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、可動部を支持し可動部の移動をガイドするガイド機構とともに、そのガイド機構に作用する可動部の自重を打ち消す方向に可動部に磁力を印加する補助機構を具備している。また、特許文献２に記載の装置は、直進案内に沿って上下に移動する移動部材と、移動部材と同重量の重りとを両端に連結して吊すベルトを案内する案内手段を備えている。
特許第５４３９７６２号公報 特開２０００−２４８１６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、自重をキャンセルするためにリニア駆動部とは別に可動部に対して磁力を印加する補助機構を具備している。別途補助機構を具備するため、特許文献１に記載の装置では、装置の大型化を回避することが困難であった。
また、特許文献２に記載の装置では、摺動するベルトを介して重りと連結された移動部材が、その自重と同重量の重りによるベルトからの引っ張り力とがバランスした状態で静止し、わずかな外力で垂直方向に移動する。特許文献２に記載の装置では、摺動するベルトが気体を介して案内されるため小さな摩擦で移動部材を移動させることはできるが、ベルトによる制約により垂直方向以外の方向への移動部材の移動は困難であった。
本発明は、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、可動子や固定子の摺動部から発生する汚染物質を低減することができる搬送システム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、搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記複数のコイルのそれぞれが巻線とコアとを含む固定子と、前記複数のコイルに対向可能に配置されたマグネットを有し、前記複数のコイルから前記マグネットが受ける電磁力により前記搬送方向に沿って移動可能な可動子とを有し、前記固定子は、移動する前記可動子を前記搬送方向に案内するための第１の搬送用部材及び第２の搬送用部材のうちの一方を有し、前記第１の搬送用部材は、前記第２の搬送用部材の上下にそれぞれ位置するように設置された上側搬送用部材及び下側搬送用部材を含み、前記可動子は、前記第１の搬送用部材及び前記第２の搬送用部材のうちの他方を有し、前記コアと前記マグネットとの間に生じる磁気吸引力と前記可動子に働く重力とが釣り合う平衡位置よりも下又は上に前記マグネットの上面が位置するように前記可動子の搬送位置が調整され、前記可動子は、前記搬送位置に応じて、前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に接触した状態で搬送され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、搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記複数のコイルのそれぞれが巻線とコアとを含む固定子と、前記複数のコイルに対向可能に配置されたマグネットを有し、前記複数のコイルから前記マグネットが受ける電磁力により前記搬送方向に沿って移動可能な可動子とを有し、前記固定子は、移動する前記可動子を前記搬送方向に案内するための第１の搬送用部材及び第２の搬送用部材のうちの一方を有し、前記第１の搬送用部材は、前記第２の搬送用部材の上下にそれぞれ位置するように設置された上側搬送用部材及び下側搬送用部材を含み、前記可動子は、前記第１の搬送用部材及び前記第２の搬送用部材のうちの他方を有し、前記コイルにより前記マグネットが受ける電磁力により前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に押し付けられるように、前記コイルに流れる電流を制御する制御装置をさらに有することを特徴とする搬送システムが提供される。
本発明によれば、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、可動子や固定子の摺動部から発生する汚染物質を低減することが可能になる。
本発明の第１実施形態によるキャリア及び固定子を含む搬送システムの全体構成を示すＺ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態によるキャリア及び固定子を含む搬送システムの全体構成を示すＹ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける制御システム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ける制御システムを示す概略図である。 本発明の第１の実施形態による搬送システムにおけるキャリア及び固定子を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるキャリア及び固定子を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるキャリアと固定子との位置関係を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるキャリアと固定子との位置関係を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるキャリアと固定子との位置関係を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおけるキャリア及び固定子を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおけるキャリア及び固定子を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。 本発明の第４実施形態による搬送システムにおけるキャリア及び固定子を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
まず、本実施形態による搬送システムの全体構成について図１乃至図３Ｂを用いて説明する。図１は、本実施形態によるキャリア及び固定子を含む搬送システムの全体構成を示す後述のＺ方向から見た概略図である。図２は、本実施形態によるキャリア及び固定子を含む搬送システムの全体構成を示す後述のＹ方向から見た概略図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態による搬送システムにおける制御システムを示す概略図である。なお、図１はキャリア１０１及び固定子２０１をＺ方向の下側から見た透視図、図２はキャリア１０１及び固定子２０１をＹ方向から見た断面図になっている。
図１及び図２に示すように、本実施形態による搬送システム１は、可動子であるキャリア１０１と、搬送路を構成する固定子２０１とを有している。搬送システム１は、可動磁石型リニアモータ（ムービング永久磁石型リニアモータ、可動界磁型リニアモータ）による搬送システムである。搬送システム１は、キャリア１０１により搬送されたワーク１０２に対して加工を施す工程装置をも有する加工システムの一部を構成している。
搬送システム１は、例えば、固定子２０１によりキャリア１０１を搬送することにより、キャリア１０１に保持されたワーク１０２を、ワーク１０２に対して加工作業を施す工程装置に搬送する。工程装置は、特に限定されるものではないが、例えば、ワーク１０２であるガラス基板上に成膜を行う蒸着装置、スパッタ装置等の成膜装置である。なお、図１及び図２では、固定子２０１に対して１台のキャリア１０１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、複数台のキャリア１０１が固定子２０１上を搬送されうる。
ここで、以下の説明において用いる座標軸及び方向を定義する。図１及び図２において、キャリア１０１の搬送方向である水平方向に沿ってＸ軸をとり、キャリア１０１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。なお、キャリア１０１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。また、図４乃至図７についても同様の座標軸及び方向を用いて説明する。
Ｘ方向に沿って移動可能な可動子であるキャリア１０１は、永久磁石であるマグネット１０３と、スケール１０４と、ヨーク１０７と、搬送用部材である回転部材１０８とを有している。一方、固定子２０１は、コイル２０２と、エンコーダ２０４と、搬送用部材である補助部材２０５とを有している。
マグネット１０３は、ヨーク１０７を介してキャリア１０１の上部に複数取り付けられて設置されている。ヨーク１０７は、透磁率の大きな物質、例えば鉄で構成されている。複数のマグネット１０３は、キャリア１０１の上部においてＸ方向に沿って両側に２列に並ぶように設置されている。各列のマグネット１０３は、それぞれ、固定子２０１側を向く外側の磁極の極性が交互に異なるようにＸ方向に並べられている。こうして、複数のマグネット１０３は、固定子２０１の複数のコイル２０２に対向可能に配置されている。
回転部材１０８は、キャリア１０１を搬送するためのキャリア１０１側の搬送用部材であり、具体的には、キャリア１０１が固定子２０１上をＸ方向に沿って走行するための車輪である。回転部材１０８は、キャリア１０１のＸ方向に沿った両側部に複数取り付けられて設置されている。回転部材１０８は、キャリア１０１がＸ方向に沿って走行する際、固定子２０１側の搬送用部材である補助部材２０５に接触しつつ回転する。
スケール１０４は、固定子２０１のエンコーダ２０４により読み取り可能な位置にＸ方向に沿って固定されて設置されている。
上述のようにマグネット１０３及び回転部材１０８が設置されたキャリア１０１は、固定子２０１のコイル２０２によりマグネット１０３が受ける電磁力によりＸ方向に沿って移動して搬送されるように構成されている。キャリア１０１は、例えば、その上又は下にワーク１０２が取り付けられ又は保持されて搬送されるようになっている。なお、図１、図４及び図５では、ワーク１０２がキャリア１０１の下に取り付けられた状態を示している。なお、ワーク１０２をキャリア１０１に取り付け又は保持するための機構は、特に限定されるものではないが、機械的なフック、静電チャック等の一般的な取り付け機構、保持機構等を用いることができる。
固定子２０１において、エンコーダ２０４は、キャリア１０１のスケール１０４を読み取り可能なように取り付けられて設置されている。エンコーダ２０４は、キャリア１０１のスケール１０４を読み取ることにより、キャリア１０１のエンコーダ２０４に対する相対的な位置を検出することができる。エンコーダ２０４は、Ｘ方向に沿って複数設置されている。複数のエンコーダ２０４は、キャリア１０１が搬送中であってもそのうちの１つが必ず１台のキャリア１０１の位置を検出可能な間隔で設置されている。各エンコーダ２０４は、キャリア１０１のエンコーダ２０４に対する相対的な位置を示す位置情報を出力する。
コイル２０２は、キャリア１０１のマグネット１０３に対向可能なように固定子２０１に複数取り付けられて設置されている。複数のコイル２０２は、キャリア１０１のマグネット１０３に上方から対向可能に配置されている。複数のコイル２０２は、それぞれ、巻線２０２ａと、巻線２０２ａが巻かれたコア２０２ｂとを有している。複数のコイル２０２は、キャリア１０１の２列のマグネット１０３にそれぞれ上方から対向可能なようにＸ方向に沿って両側に２列に並ぶように設置されている。コイル２０２の各列において、複数のコイル２０２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３個のコイル２０２がＸ方向に順次並んだコイルユニット２１０がＸ方向に並ぶように設置されている。複数のコイル２０２は、コイルユニット２１０を１単位として単位ごとに制御される。コイル２０２は、電流が印加されることにより、キャリア１０１のマグネット１０３との間で電磁力による吸引力又は反発力を発生させてキャリア１０１に対して力を印加することができる。こうして、固定子２０１において、キャリア１０１に力の印加が可能なコイルユニット２１０がキャリア１０１の搬送方向であるＸ方向に沿って並んだ搬送路が形成されている。
補助部材２０５は、キャリア１０１を搬送するための固定子２０１側の搬送用部材であり、具体的には、キャリア１０１の回転部材１０８が接触して走行するレール状部材である。補助部材２０５は、キャリア１０１の両側部の回転部材１０８が走行可能なように、Ｘ方向に沿ってキャリア１０１の両側に位置するように固定子２０１に取り付けられて設置されている。補助部材２０５及び回転部材１０８は、移動するキャリア１０１をＸ方向に案内するための部材である。
補助部材２０５は、上側搬送用部材である上側補助部材２０５ａと、下側搬送用部材である下側補助部材２０５ｂとを有している（図４Ａ及び図４Ｂ参照）。上側補助部材２０５ａ及び下側補助部材２０５ｂは、互いに設置位置が上下に異なるレール状の部材である。上側補助部材２０５ａ及び下側補助部材２０５ｂは、キャリア１０１の回転部材１０８の上下にそれぞれ位置するように設置されている。キャリア１０１の複数の回転部材１０８の全部又は一部は、後述するように、上側補助部材２０５ａと下側補助部材２０５ｂとの間において、上側補助部材２０５ａ及び下側補助部材２０５ｂのうちの一方である下側補助部材２０５ｂに接触しつつ走行する。
なお、本実施形態及び後述の第２乃至第４実施形態では、搬送方向に対して両側２列にコイルユニット２１０、マグネット１０３、ヨーク１０７、回転部材１０８及び補助部材２０５を対称に配置した構成で説明しているが、これに限定されるものではない。コイルユニット２１０、マグネット１０３、ヨーク１０７、回転部材１０８及び補助部材２０５の各部の列数は、１列であってもよいし複数列であってもよい。例えば、キャリア１０１、ワーク１０２等のサイズ、質量等に応じて各部の列数を設定することができる。
本実施形態による搬送システム１は、図３Ａに示すように制御システム２を有している。制御システム２は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２とを有している。コイルコントローラ３０２は、コイルユニット２１０ごとに設けられている。統合コントローラ３０１には、コイルコントローラ３０２が通信可能に接続されている。なお、統合コントローラ３０１とコイルコントローラ３０２との間の通信規格は、特に限定されるものではなく、一般的なものを用いることができる。例えば、通信規格は、ＣＡＮ（Controller Area Network）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（Ethernet for Control Automation Technology）等である。
各コイルコントローラ３０２には、対応するコイルユニット２１０が接続されている。なお、図３Ａには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３個のコイル２０２を１組として構成されたコイルユニット２１０の各相のコイル２０２が１個ずつコイルコントローラ３０２に接続されている場合が例示されている。また、コイルコントローラ３０２には、エンコーダ２０４が接続されている。
統合コントローラ３０１には、エンコーダ２０４から出力されたキャリア１０１に関する位置情報がコイルコントローラ３０２を介して送信される。統合コントローラ３０１は、エンコーダ２０４からの位置情報に基づき、固定子２０１における搬送路上のキャリア１０１の位置を計算してキャリア１０１の搬送の制御を行う。統合コントローラ３０１は、計算したキャリア１０１の位置を示す位置情報をコイルコントローラ３０２に送信する。
各コイルコントローラ３０２は、接続されたコイルユニット２１０の各コイル２０２に流れる各電流の大きさを検出して各電流を制御する。コイルコントローラ３０２は、キャリア１０１の位置を示す位置情報に応じて、目標となる電流値を示す電流値指令を計算して、接続されたコイルユニット２１０の各コイル２０２に流れる電流の電流値を制御する。
コイルコントローラ３０２は、図３Ｂに示すように、コイル２０２の電流を検出する電流検出部３０３と、コイル２０２の電流を制御する電流制御部３０４と、コイル２０２の電流を計算する電流計算部３０５とを有している。電流検出部３０３は、電流制御部３０４とコイル２０２との間に設けられている。電流制御部３０４は、電流計算部３０５に接続されている。
電流検出部３０３は、電流制御部３０４とコイル２０２との間に流れる電流を検出する。電流検出部３０３は、電流制御部３０４からコイル２０２に向かう方向に流れる電流量を正として電流を検出することができる。電流検出部３０３は、検出した電流に関する情報を電流計算部３０５に入力する。
電流計算部３０５は、統合コントローラ３０１から送信される位置情報と、電流検出部３０３から入力される電流に関する情報に基づき、コイルユニット２１０の各コイル２０２に流す電流値を計算する。電流計算部３０５は、計算した電流値を電流制御部３０４に入力する。
電流制御部３０４は、電流計算部３０５から入力される電流値に基づき、各コイル２０２に流れる電流を制御する。ここで、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル２０２に流れる電流を、それぞれＩｕ、Ｉｖ及びＩｗとすれば、電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗは、次式（１）の関係が成立するように電流制御部３０４により制御される。
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ ……（１）
なお、図３Ｂでは、個別にコイル２０２がコイルコントローラ３０２に接続された場合が示されているが、一般的な三相モータで使用されるスター結線等を用いてコイルコントローラ３０２にコイル２０２が接続されていてもよい。
次に、本実施形態による搬送システム１において搬送されるキャリア１０１のＺ方向における位置についてさらに図４Ａ乃至図５Ｃを用いて説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態による搬送システム１におけるキャリア１０１及び固定子２０１を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。図５Ａ乃至図５Ｃは、本実施形態による搬送システム１におけるキャリア１０１と固定子２０１との位置関係を示すＸ方向から見た概略図である。
図４Ａは、キャリア１０１の搬送に先立って調整されるキャリア１０１のＺ方向における位置である調整位置を示す断面図である。一方、図４Ｂは、キャリア１０１がＸ方向に沿って搬送される際のキャリア１０１のＺ方向における位置である搬送位置を示す断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、固定子２０１の補助部材２０５は、キャリア１０１の両側に位置するようにそれぞれ設置されている。各補助部材２０５は、上側に位置する上側搬送用部材である上側補助部材２０５ａと、上側補助部材２０５ａよりも下側に位置する下側搬送用部材である下側補助部材２０５ｂとを有している。
キャリア１０１の両側部に設置された回転部材１０８は、それぞれ同じ側の補助部材２０５における上側補助部材２０５ａと下側補助部材２０５ｂとの間に位置する。キャリア１０１は、後述するようにＺ方向における位置が調整された状態で搬送される。
なお、図４Ａ及び図４Ｂには、ワーク１０２に対して加工作業を施す工程装置の例である蒸着装置４０１のチャンバ内にキャリア１０１及び固定子２０１が組み込まれている場合を示している。蒸着装置４０１のチャンバ内の下部には、蒸着源４０２が設置されている。蒸着源４０２の設置場所に搬送されたキャリア１０１の下部に取り付けられたワーク１０２である基板には、蒸着源４０２による蒸着により金属、酸化物等の薄膜が成膜される。このように、キャリア１０１とともにワーク１０２が搬送され、搬送されたワーク１０２に対して工程装置により加工が施されて物品が製造される。
キャリア１０１のＺ方向における位置は、マグネット１０３とコア２０２ｂとの間に生じる磁気吸引力とキャリア１０１に働く重力との大小関係に応じて異なる。図５Ａ乃至図５Ｃは、キャリア１０１と固定子２０１とのＺ方向の位置関係を示すＸ方向から見た断面図である。図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、コイル２０２のコア２０２ｂとマグネット１０３との間、すなわちコイル２０２のコア２０２ｂとマグネット１０３との間には、鉛直方向に磁気吸引力Ｆｍが生じる。また、キャリア１０１には、鉛直方向に重力Ｆｇが働く。
図５Ａは、磁気吸引力Ｆｍと重力Ｆｇが釣り合う位置にキャリア１０１が配置された状態を示している。図５Ａにおいて、コイルの２０２のキャリア１０１側の表面、具体的にはコア２０２ｂのキャリア１０１側の表面のＺ方向における位置Ｐ２を基準として破線で示す。また、磁気吸引力Ｆｍと重力Ｆｇとが釣り合うときのマグネット１０３上面のＺ方向における位置を平衡位置Ｐ１として一点鎖線で示す。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいても同様に平衡位置Ｐ１及び位置Ｐ２を示す。
図５Ｂは、マグネット１０３上面のＺ方向における位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１より鉛直方向で下にあり、磁気吸引力Ｆｍより重力Ｆｇが大きい状態を示している。この場合、Ｚ方向において、平衡位置Ｐ１とマグネット１０３上面の位置Ｐ３との間のギャップＧ３は、平衡位置Ｐ１に対してコイル２０２とは逆側に形成される。なお、図５Ｂ及び図５Ｃ中、位置Ｐ３を二点鎖線で示す。図４Ａ及び図４Ｂにおいても同様に位置Ｐ３を示す。
図５Ｃは、マグネット１０３上面のＺ方向における位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１より鉛直方向で上にあり、磁気吸引力Ｆｍより重力Ｆｇが小さい状態を示している。この場合、Ｚ方向において、平衡位置Ｐ１とマグネット１０３上面の位置Ｐ３との間のギャップＧ３は、平衡位置Ｐ１に対してコイル２０２側に形成される。
一般的に、コイル２０２とマグネット１０３との間に生じる磁気吸引力及び反発力を大きくできれば、キャリア１０１を搬送するためのリニアモータの推力を大きくすることができる。磁気吸引力及び反発力は、コイル２０２とマグネット１０３との間のギャップ内の磁束密度の大きさにより変化するため、磁束密度を大きくすれば磁気吸引力も大きくなる。ギャップ内の磁束密度を大きくするためには、マグネット１０３としてネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石等の強力な磁石を選択することが考えられる。また、マグネット１０３の体積を大きくすれば、ギャップ内の磁束密度を大きくすることができる。また、コイル２０２において巻線２０２ａの中心に高透磁率のコア２０２ｂを配置することにより、磁束密度を大きくすることができる。高透磁率のコア２０２ｂは、磁気抵抗が小さく磁束を通しやすい。巻線内にコア２０２ｂを配置することでマグネット１０３から生じた磁束がコイル２０２内を通りやすくなるため、ギャップ内における磁束密度を大きくすることができる。さらに、マグネット１０３及びコア２０２ｂをＺ方向において各々の中心位置が略揃うように配置することにより磁束が通りやすくなり、その結果、コイル２０２とマグネット１０３との間に効率よく力を発生させることができる。
一方で、マグネット１０３の周辺に高透磁率の部材があると、マグネット１０３と高透磁率の部材との間に吸引力が発生する。すなわち、マグネット１０３の吸引力は、近傍に配置されるコイル２０２のコア２０２ｂにも大きく作用する。例えば、コア２０２ｂとマグネット１０３とが近接した構成の場合、吸引力が作用して回転部材１０８や補助部材２０５に大きな力がかかる。両者が近接した構成では、回転部材１０８や補助部材２０５には、吸引力による変形や破損が生じない強度を持たせることが必要となる。コア２０２ｂとマグネット１０３とが離間した構成では、特にキャリア１０１の重量が大きい場合、キャリア１０１を支える回転部材１０８や補助部材２０５には、重力による変形や破損が生じない強度を持たせることが必要となる。
一例として、マグネット１０３の材料をネオジム磁石、大きさを５０×４０×１０ｍｍとしてヨーク１０７に取り付けた場合の吸引力は、コア２０２ｂとマグネット１０３との間のギャップが１ｍｍでは数百ニュートンとなる。さらに、キャリア１０１上に複数のマグネット１０３を配置すれば、これにマグネット１０３の数を乗じた吸引力がキャリア１０１にかかることになる。
回転部材１０８や補助部材２０５の強度が不足すると、吸引力や重力が原因となってキャリア１０１や固定子２０１が変形し、変形後にはキャリア１０１と周辺部材との接触や擦れが発生する。また、回転部材１０８や補助部材２０５の強度を確保しようとすると、各々の構成物が大きくなり搬送システム１全体が大きくなってしまう。仮に強度が確保されたとしても、キャリア１０１を搬送する際には、キャリア１０１を支える回転部材１０８や補助部材２０５には大きな力が加わる結果、これらの摺動部で汚染物質であるゴミの量が増加する問題が発生する。
本実施形態では、図５Ａに示すように、コイル２０２内のコア２０２ｂとマグネット１０３との間に発生する磁気吸引力Ｆｍがキャリア１０１に働く重力Ｆｇと釣り合う平衡位置Ｐ１を求め、平衡位置Ｐ１を基準としてキャリア１０１の搬送位置を決定する。
平衡位置Ｐ１は、コア２０２ｂとマグネット１０３とが互いに対向することにより発生した磁気吸引力Ｆｍが重力Ｆｇと釣り合う状態におけるマグネット１０３上面の位置である。平衡位置Ｐ１は、コア２０２ｂとマグネット１０３とが互いに対向するそれぞれの面と面との鉛直方向（Ｚ方向）の相対的な位置関係を反映している。なお、磁気吸引力Ｆｍは、それぞれ複数存在するコア２０２ｂ及びマグネット１０３との間に発生する磁気吸引力の総和である。平衡位置Ｐ１は、コア２０２ｂの下面の位置Ｐ２を基準として磁気吸引力Ｆｍとキャリア１０１に働く重力Ｆｇが釣り合うときのマグネット１０３の上面までの位置である。
キャリア１０の搬送位置を決定するための基準となる平衡位置Ｐ１を求める手順の一例について説明する。
まず、図４Ａに示す状態において、適度に膨らましたエアジャッキをマグネット１０３とコア２０２ｂとの間に配置しておく。また、上側補助部材２０５ａを固定子２０１から取り外しておく。このときのキャリア１０１の位置は、磁気吸引力Ｆｍよりも重力Ｆｇが大きくなる位置、すなわち、マグネット１０３上面の位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１よりも下になる位置になっている。
次いで、Ｚ方向に沿ってコア２０２ｂ側にキャリア１０１を持ち上げていく。マグネット１０３上面が平衡位置Ｐ１より上になるようにキャリア１０１が持ち上げられると、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に磁気吸引力が働き、この磁気吸引力によりキャリア１０１がコア２０２ｂ側に吸引される。
キャリア１０１がコア２０２ｂ側に吸引された際、エアジャッキによりコア２０２ｂとマグネット１０３との間には空間ができるため、この空間にスペーサを配置する。スペーサは、樹脂等の磁性を持たないものであればよい。ここで、スペーサ上には、フォースゲージ、ロードセル等の力センサを事前に設置しておく。力センサは、鉛直方向（Ｚ方向）の力を測定することができるように配置する。力センサは、キャリア１０１に働く重力Ｆｇとコア２０２ｂとマグネット１０３との間に発生した磁気吸引力との和を測定する。
このように力センサを含むスペーサを配置した状態でエアジャッキを萎ませる。すると、スペーサ及び力センサを挟み込んでキャリア１０１がコア２０２ｂ側に吸引されるため、力センサにより重力Ｆｇと磁気吸引力Ｆｍとの和を測定することができる。こうしてキャリア１０１のＺ方向における位置を仮決めして、重力Ｆｇと磁気吸引力Ｆｍとの和を測定する。
コア２０２ｂに近い位置から遠い位置にキャリア１０１の位置を順次変えて各位置で力センサによる測定を行い、平衡位置Ｐ１を探っていく。コア２０２ｂに近い位置では、コア２０２ｂとマグネット１０３との間の距離が近いため、磁気吸引力Ｆｍが大きく測定される。少しずつスペーサの厚さを増加させていきながら上記手順を繰り返して各位置で力センサによる測定を行えば、徐々に力センサの測定値が０ニュートンに近づいていく。力センサの測定値が０ニュートンになったときのマグネット１０３上面の位置を平衡位置Ｐ１とする。こうして、平衡位置Ｐ１を求めることができる。
なお、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に他の部材が介在する場合であっても、平衡位置Ｐ１を求めることは可能である。例えば、作業性を向上するためにいつくかのコイル２０２を１つの箱に入れてまとめて配置することが考えられる。この場合、コア２０２ｂとマグネット１０３との間には、コイル２０２が収納された箱の一部が介在する。また、例えば、マグネット１０３がキャリア１０１内部に配置される場合が考えられる。この場合、コア２０２ｂとマグネット１０３との間には、キャリア１０１の筐体の一部が存在する。これらのような場合であっても、コア２０２ｂを含む部材とマグネット１０３を含むキャリア１０１との間にて上記の手順により平衡位置Ｐ１を探り、他の部材からコア２０２ｂやマグネット１０３までの距離を差し引けば同様に考えることができる。
また、上記では、平衡位置Ｐ１を求める手順として、エアジャッキ、スペーサ及び力センサを用いた例を示したが、これに限定されるものではない。Ｚ方向において磁気吸引力Ｆｍと重力Ｆｇとの和が０ニュートンになる平衡位置Ｐ１を求めることができる手順であれば、種々の手順を用いることができる。
上述した平衡位置Ｐ１に対して、キャリア１０１が搬送される搬送位置としては次の位置が考えられる。すなわち、キャリア１０１の搬送位置として、マグネット１０３上面のＺ方向における位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１よりもコア２０２ｂに近い位置、位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１に一致する位置、又は位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１よりもコア２０２ｂから遠い位置が考えられる。
位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１よりもコア２０２ｂに近い位置でキャリア１０１を搬送させると、例えば、段差を乗り越えるためにキャリア１０１が傾き、キャリア１０１の一部がコア２０２ｂに近づきすぎて磁気吸引力により張り付いてしまうことがある。この場合、キャリア１０１の搬送中であれば、張り付き時の衝撃力でマグネット１０３が破損することがありうる。また、強い磁気吸引力によりキャリア１０１が張り付いて動かせないコイル２０２に大電流を流し続けることでコイル２０２が破損することがありうる。
また、先に述べたように、マグネット１０３とコア２０２ｂとの間で発生する磁気吸引力は非常に大きい。特に、大型のキャリア１０１を搬送する場合では、搬送方向において必要な推力を得るためにマグネット１０３が多くなる。マグネット１０３が多くなればなるほど、コア２０２ｂに張り付いた状態からキャリア１０１を剥がすことが困難となる。
また、位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１に一致する位置でキャリア１０１を搬送させると、部品のばらつき、部品の組み立てのばらつき等によりＺ方向でキャリア１０１にかかる力の方向が変動する。この結果、キャリア１０１の位置が安定しない。位置が安定しないため、キャリア１０１の搬送中にがたつきを生じる。
一方で、平衡位置Ｐ１からマグネット１０３上面の位置Ｐ３を下に離してしまうと、磁気吸引力Ｆｍによりキャリア１０１の自重を低減する効果が小さくなる。これだけではなく、コイル２０２からの磁束がマグネット１０３へ作用しづらくなり、その結果、搬送方向の推力も低下してしまう。
そこで、本実施形態による搬送システム１は、キャリア１０１に設置された回転部材１０８と、回転部材１０８を固定子２０１側で受ける補助部材２０５とを有する構成を採用している。また、本実施形態では、図４Ａに示すように、Ｚ方向において、回転部材１０８の下部１０８ｂと下側補助部材２０５ｂとの間に形成される最大のギャップＧ２が、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に形成されるギャップＧ１より小さく設定されている。すなわち、最大のギャップＧ２がギャップＧ１よりも小さくなるように、コア２０２ｂに対して、回転部材１０８を含むキャリア１０１及び補助部材２０５の位置が調整されている。最大のギャップＧ２は、コイル２０２側への移動が上側補助部材２０５ａにより規制される回転部材１０８の上部１０８ａが上側補助部材２０５ａに接触したときの回転部材１０８の下部１０８ｂと下側補助部材２０５ｂとの間のギャップである。最大のギャップＧ２がギャップＧ１よりも小さいため、搬送されるキャリア１０１のマグネット１０３がコイル２０２のコア２０２ｂに吸い付くことはない。
また、本実施形態では、キャリア１０１がコア２０２ｂに最も接近した位置でもマグネット１０３上面の位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１より下となるように、コア２０２ｂに対して、回転部材１０８を含むキャリア１０１及び補助部材２０５の位置が調整されている。キャリア１０１がコア２０２ｂに最も接近した位置は、回転部材１０８の上部１０８ａが上側補助部材２０５ａに接触した位置である。
本実施形態では、磁気吸引力Ｆｍよりも重力Ｆｇが大きいため、キャリア１０１の搬送時において、キャリア１０１の回転部材１０８の下部１０８ｂが下側補助部材２０５ｂに接触する。キャリア１０１は、コイル２０２とマグネット１０３との間に働く電磁力により、回転部材１０８の下部１０８ｂが下側補助部材２０５ｂに接触しながらＸ方向に沿って走行するように搬送される。
こうして、本実施形態では、平衡位置Ｐ１よりも下にマグネット１０３の上面が位置するようにキャリア１０１の搬送位置が調整されていている。
上記構成を有する本実施形態による搬送システム１では、キャリア１０１に働く重力Ｆｇに対して、同じくキャリア１０１に働く磁気吸引力Ｆｍが逆方向に常に働くこととなるため、キャリア１０１の自重を低減することができる。コア２０２ｂとマグネット１０３との間に生じる磁気吸引力Ｆｍを利用するため、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１の自重を低減することができる。キャリア１０１の自重が低減されるため、回転部材１０８及び補助部材２０５にかかる力を低減することができるため、回転部材１０８と補助部材２０５との摺動部から発生する汚染物質等のゴミを低減することができる。
本実施形態では、キャリア１０１の自重を低減するためにキャリア１０１の搬送に用いるのと同じコイル２０２を利用するため、キャリア１０１の自重を低減ために装置大型化や複雑化を伴うことがない。また、本実施形態では、キャリア１０１の搬送方向に対して垂直な方向その他の交差する方向において、キャリア１０１を吊すベルト等の接触が必要な部材が存在しない。このため、本実施形態では、搬送方向であるＸ方向へのキャリア１０１の移動は容易に行うことができる。
また、回転部材１０８が走行する補助部材２０５には、継ぎ目等により段差が存在する場合がある。本実施形態では、キャリア１０１の自重が低減されているため、補助部材２０５に段差が存在する場合であっても、回転部材１０８が段差を通過する際にキャリア１０１が受ける衝撃を低減することができる。
また、本実施形態では、上側補助部材２０５ａにより回転部材１０８のコイル２０２側への移動が制約されるため、キャリア１０１がいかなる状況でもコア２０２ｂとマグネット１０３との間に一定の距離が空いた状態が確保されている。例えば、マグネット１０３が多く設置される大型のキャリア１０１がコア２０２ｂ側に近づいたとしても、一定の距離が空いた状態が確保されているため、極端に磁気吸引力が大きくなることがない。このように、本実施形態では、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に一定の距離が空いた状態が確保されていることにより両者の間に生じる磁気吸引力が極端に大きくなることがない。このため、本実施形態によれば、キャリア１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１のメンテナンスを容易に行うことができる。
また、キャリア１０１の走行性をあげるため、キャリア１０１に複数の回転部材１０８が設置される場合がある。本実施形態では、搬送時に回転部材１０８の全部又は一部が補助部材２０５に接触する。すなわち、キャリア１０１の複数の回転部材１０８の全部又は一部は、上側補助部材２０５ａと下側補助部材２０５ｂとの間において、上側補助部材２０５ａ及び下側補助部材２０５ｂのうちの一方である下側補助部材２０５ｂに接触しつつ走行する。このため、本実施形態では、制御上発振しづらくなり、その結果、ゲインを大きくすることにより応答性を向上することができる。
このように、本実施形態によれば、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１や固定子２０１の摺動部から発生する汚染物質を低減することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態による搬送システム１におけるキャリア１０１及び固定子２０１を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。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。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、図１乃至図４Ｂに示す第１実施形態による搬送システム１の構成と同様である。本実施形態による搬送システム１は、搬送されるキャリア１０１のＺ方向における位置の点で第１実施形態による搬送システム１とは異なっている。
図６Ａは、本実施形態において、キャリア１０１の搬送に先立って調整されるキャリア１０１のＺ方向における位置である調整位置を示す断面図である。一方、図６Ｂは、本実施形態において、キャリア１０１がＸ方向に沿って搬送される際のキャリア１０１のＺ方向における位置である搬送位置を示す断面図である。
まず、本実施形態における平衡位置Ｐ１を求める手順の一例について説明する。
まず、図６Ａに示す状態において、適度に膨らましたエアジャッキをマグネット１０３とコア２０２ｂとの間に配置しておく。このときのキャリア１０１の位置は、重力Ｆｇよりも磁気吸引力Ｆｍが大きくなる位置、すなわち、マグネット１０３上面の位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１よりも上になる位置になっている。
次いで、Ｚ方向に沿ってコア２０２ｂ側にキャリア１０１を持ち上げて吸引させた後、下側補助部材２０５ｂを取り外す。ここで、下側補助部材２０５ｂに鉛直方向（Ｚ方向）の位置調整機構を設けて、マグネット１０３上面の位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１より下にくるようにキャリア１０１を移動できるようにしておいてもよい。このような位置調整機構によれば、調整中にマグネット１０３上面の位置が平衡位置Ｐ１より下の位置となってキャリア１０１が落下することを防止することができる。
次いで、第１実施形態と同様、エアジャッキ及びスペーサを用いて位置を仮決めしながら、フォースゲージ等の力センサにより鉛直方向のキャリア１０１に働く重力Ｆｇとコア２０２ｂとマグネット１０３との間に生じる磁気吸引力Ｆｍとの和を測定していく。少しずつスペーサの厚さを増加させていきながら、上記手順を繰り返して各位置で力センサによる測定を行えば、徐々に力センサの測定値が０ニュートンに近づいていく。力センサの測定値が０ニュートンになったときのマグネット１０３上面の位置を平衡位置Ｐ１とする。こうして、本実施形態においても平衡位置Ｐ１を求めることができる。
なお、本実施形態においても、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に他の部材が介在する場合には、第１実施形態と同様に考えることができる。
また、本実施形態においても、平衡位置Ｐ１を求める手順として、エアジャッキ、スペーサ及び力センサを用いた例を示したが、第１実施形態と同様に種々の手順を用いることができる。
コア２０２ｂに対して遠い位置でキャリア１０１を搬送させると、例えば推力が不足して小さな段差を乗り越えられないことがある。搬送中であれば、キャリア１０１に段差を乗り越えさせるためにコイル２０２に大電流を流し続けることでコイル２０２が破損してしまうことがある。
そこで、本実施形態による搬送システム１は、第１実施形態と同様、キャリア１０１に設置された回転部材１０８と、回転部材１０８を固定子２０１側で受ける補助部材２０５とを有する構成を採用している。また、本実施形態では、図６Ａに示すように、Ｚ方向において、回転部材の上部１０８ａと上側補助部材２０５ａとの間に形成される最大のギャップＧ４が、コア２０２ｂとマグネット１０３との間に形成されるギャップＧ１より小さく設定されている。すなわち、最大のギャップＧ４がギャップＧ１よりも小さくなるように、コア２０２ｂに対して、回転部材１０８を含むキャリア１０１及び補助部材２０５の位置が調整されている。最大のギャップＧ４は、コイル２０２とは反対の側への移動が下側補助部材２０５ｂにより規制される回転部材１０８の下部１０８ｂが下側補助部材２０５ｂに接触したときの回転部材１０８の上部１０８ａと上側補助部材２０５ａとの間のギャップである。最大のギャップＧ４がギャップＧ１よりも小さいため、搬送されるキャリア１０１のマグネット１０３がコイル２０２のコア２０２ｂに吸い付くことはない。
また、本実施形態では、キャリア１０１がコア２０２ｂから最も離間した位置でもマグネット１０３上面の位置Ｐ３が平衡位置Ｐ１より上となるように、コア２０２ｂに対して、回転部材１０８を含むキャリア１０１及び補助部材２０５の位置が調整されている。キャリア１０１がコア２０２ｂから最も離間した位置は、回転部材１０８の下部１０８ｂが下側補助部材２０５ｂに接触した位置である。
本実施形態では、重力Ｆｇよりも磁気吸引力Ｆｍが大きいため、キャリア１０１の搬送時において、キャリア１０１の回転部材１０８の上部１０８ａが上側補助部材２０５ａに接触する。キャリア１０１は、コイル２０２とマグネット１０３との間に働く電磁力により、回転部材１０８の上部１０８ａが上側補助部材２０５ａに接触しながらＸ方向に沿って走行するように搬送される。
こうして、本実施形態では、平衡位置Ｐ１よりも上にマグネット１０３の上面が位置するようにキャリア１０１の搬送位置が調整されていている。
上記構成を有する本実施形態による搬送システム１では、キャリア１０１に働く重力Ｆｇに対して、同じくキャリア１０１に働く磁気吸引力Ｆｍが逆方向に常に働く。しかも、本実施形態では、重力Ｆｇよりも磁気吸引力Ｆｍが大きい。このため、本実施形態では、キャリア１０１の自重をキャンセルすることができる。本実施形態でも、第１実施形態と同様にコア２０２ｂとマグネット１０３との間に生じる磁気吸引力Ｆｍを利用するため、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１の自重をキャンセルすることができる。キャリア１０１の自重がキャンセルされるため、回転部材１０８及び補助部材２０５にかかる力を低減することができるため、回転部材１０８と補助部材２０５との摺動部から発生する汚染物質であるゴミを低減することができる。
また、本実施形態では、キャリア１０１の自重がキャンセルされているため、補助部材２０５に段差が存在する場合であっても、第１実施形態と同様に、回転部材１０８が段差を通過する際にキャリア１０１が受ける衝撃を低減することができる。
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、上側補助部材２０５ａによりコア２０２ｂとマグネット１０３との間に一定の距離が空いた状態が確保されている。これにより、両者の間に生じる磁気吸引力が極端に大きくなることがないため、キャリア１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１のメンテナンスを容易に行うことができる。
また、本実施形態では、下側補助部材２０５ｂにより回転部材１０８のコイル２０２とは反対の側への移動が制約されるため、キャリア１０１がコア２０２ｂから離れてしまっても、キャリア１０１の位置はコイル２０２から一定の距離の範囲内に収まる。したがって、本実施形態では、キャリア１０１の搬送方向において推力不足となることがない。
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、キャリア１０１に複数の回転部材１０８が設置される場合において、搬送時に回転部材１０８の全部又は一部が補助部材２０５に接触する。すなわち、キャリア１０１の複数の回転部材１０８の全部又は一部は、上側補助部材２０５ａと下側補助部材２０５ｂとの間において、上側補助部材２０５ａ及び下側補助部材２０５ｂのうちの他方である上側補助部材２０５ａに接触しつつ走行する。このため、本実施形態によれば、ゲインを大きくすることにより応答性を向上することができる。
このように、本実施形態によれば、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１や固定子２０１の摺動部から発生する汚染物質を低減することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。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。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、図１乃至図６Ｂに示す第１又は第２実施形態による搬送システム１の構成と同様である。
本実施形態では、第１又は第２実施形態の構成において、コイルユニット２１０の複数のコイル２０２により、キャリア１０１上のマグネット１０３に対して、Ｘ方向及びＺ方向に力を印加してキャリア１０１の搬送を行う場合について説明する。コイルユニット２１０の複数のコイル２０２によりマグネット１０３に対して印加されるＸ方向及びＺ方向の力は、それぞれコイル２０２を流れる電流とマグネット１０３で生じた磁界との相互作用で発生する電磁力である。
ここで、以下の説明において用いる記号を定義する。Ｉｕは、コイルユニット２１０を流れるＵ相電流を表す。Ｉｖは、コイルユニット２１０を流れるＶ相電流を表す。Ｉｗは、コイルユニット２１０を流れるＷ相電流を表す。Ｑは、キャリア１０１のＸ方向の位置を表す。（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを要素とする電流ベクトルを表す。「・」は、乗算記号を表す。
図２に示すように、キャリア１０１のＸ軸方向の中心Ｏｓを原点とする。また、Ｘ方向に順に並んだ３つのマグネット１０３を、必要に応じて「マグネット１０３ｃ」、「マグネット１０３ａ」及び「マグネット１０３ｂ」と表記して区別する。マグネット１０３ａの中心は、原点（中心）Ｏｓに位置している。マグネット１０３ｂとマグネット１０３ｃとのＸ方向における中心間の距離をλとする。マグネット１０３ｂのＸ方向の中心は、Ｘ方向において原点Ｏｓを基準に＋λ／２の位置にある。マグネット１０３ｃのＸ方向の中心は、Ｘ方向において原点Ｏｓを基準に−λ／２の位置にある。
また、固定子２０１による搬送路の原点をＯとすると、原点Ｏは、コイル２０２の中心に位置している。図２では、搬送路の原点Ｏにキャリア１０１の中心Ｏｓが合致した状態を模式的に示している。
ここで、さらに以下の説明で用いる記号を定義する。Ｉｑは、コイル２０２に流れる電流のうち、キャリア１０１がＸ方向に受ける力の発生に寄与する電流であるｑ軸電流を表す。Ｉｄは、コイル２０２に流れる電流のうち、キャリア１０１がＺ軸方向に受ける力の発生に寄与する電流であるｄ軸電流を表す。Ｆｑは、キャリア１０１及びマグネット１０３がＸ方向に受ける力の大きさを表す。Ｆｄは、キャリア１０１及びマグネット１０３がＺ方向に受ける力の大きさを表す。Ｃｑは、単位ｑ軸電流当たりに発生するＸ方向の力の大きさを表す。Ｃｄは、単位ｄ軸電流当たりに発生するＺ方向の力の大きさを表す。Ｃｑは、Ｘ方向の推力定数である。Ｃｄは、Ｚ方向の推力定数である。さらに、位相をθとして次式（２）で定義する。
θ＝３６０・Ｑ／λ ……（２）
とすれば、Ｉｑ、Ｉｄは、それぞれ次式（３）、（４）で表される。
Ｉｑ＝Ｉｕ・ｓｉｎ（θ）＋Ｉｖ・ｓｉｎ（θ＋１２０°）＋Ｉｗ・ｓｉｎ（θ＋２４０°） ……（３）
Ｉｄ＝Ｉｕ・ｃｏｓ（θ）＋Ｉｖ・ｃｏｓ（θ＋１２０°）＋Ｉｗ・ｃｏｓ（θ＋２４０°） ……（４）
また、Ｆｑ、Ｆｄは、それぞれ次式（５）、（６）で表される。Ｆｑ、Ｆｄは、コイルユニット２１０のコイル２０２によりマグネット１０３が受ける電磁力である。
Ｃｑ・Ｉｑ＝Ｆｑ ……（５）
Ｃｄ・Ｉｄ＝Ｆｄ ……（６）
例えば図２に示すように、搬送路の原点Ｏとキャリア１０１の中心Ｏｓとが一致するとき、Ｑ、θは、それぞれ次式（７）に示すように０である。
Ｑ＝θ＝０ ……（７）
原点Ｏと中心Ｏｓとが一致する場合を例にとると、この場合、式（３）、（４）は、それぞれ次式（３−１）、（４−１）のように変形することができる。
Ｉｑ＝Ｉｕ・０＋Ｉｖ・√３／２＋Ｉｗ・（−√３／２） ……（３−１）
Ｉｄ＝Ｉｕ・１＋Ｉｖ・（−１／２） ＋Ｉｗ・（−１／２） ……（４−１）
上記の例において、電流ベクトル（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）として次式（８）で表される電流ベクトルをコイルユニット２１０に印加する場合を考える。
（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（−１．０［Ａ］，０．５［Ａ］，０．５［Ａ］） ……（８）
この場合、Ｉｑ、Ｉｄは、それぞれ次式（３−２）、（４−２）のように計算される。
Ｉｑ＝−１．０・０＋０．５・√３／２＋０．５・（−√３／２）＝０［Ａ］ ……（３−２）
Ｉｄ＝−１．０・１＋０．５・（−１／２）＋０．５・（−１／２）＝−３／２［Ａ］ ……（４−２）
ここで、Ｃｑが２０√３［Ｎ／Ａ］であり、Ｃｄが２０［Ｎ／Ａ］である場合、（Ｆｑ、Ｆｄ）は、次式（９）のようになる。
（Ｆｑ，Ｆｄ）＝（０［Ｎ］，−３０［Ｎ］） ……（９）
Ｚ方向を基準とすれば、重力と同じ方向にＦｄが生じる。
次に、次式（１０）で表される９０°位相をずらした電流ベクトルをコイルユニット２１０に印加する場合を考える。
（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）＝（０［Ａ］，√３／２［Ａ］，−√３／２［Ａ］） ……（１０）
とすれば、Ｉｑ、Ｉｄは、それぞれ次式（３−３）、（４−３）のように計算される。
Ｉｑ＝０・１＋（√３／２）・（√３／２）＋（−√３／２）・（−√３／２）＝３／２［Ａ］ ……（３−３）
Ｉｄ＝０・１＋（√３／２）・（−１／２）＋（−√３／２）・（−１／２）＝０［Ａ］ ……（４−３）
ここで、Ｃｑが２０√３［Ｎ／Ａ］であり、Ｃｄが２０［Ｎ／Ａ］である場合、（Ｆｑ、Ｆｄ）は、次式（１１）のようになる。
（Ｆｑ，Ｆｄ）＝（３０√３［Ｎ］，０［Ｎ］） ……（１１）
Ｘ方向を基準とすれば、搬送方向にＦｑが生じる。すなわち、キャリア１０１の位置が同じ位置であっても、加える電流の位相を変えることにより、Ｘ方向の力Ｆｑ及びＺ方向の力Ｆｄを制御することができる。制御装置であるコイルコントローラ３０２は、コイルユニット２１０に印加する電流の値及び位相を変更することにより、キャリア１０１に働くＸ方向の力Ｆｑ及びＺ方向の力Ｆｄを制御することができる。
図１乃至図４Ｂに示すリニアモータによる搬送システム１では、ｑ軸電流Ｉｑを流すことで搬送方向（Ｘ方向）の力Ｆｑが大きくなり、ｄ軸電流Ｉｄを流すことでコイル２０２と垂直な方向であるＺ方向の力Ｆｄが大きくなる。
本実施形態では、キャリア１０１を搬送する態様に応じて、キャリア１０１に対して印加するＺ方向の力Ｆｄの向きを制御することができる。すなわち、第１実施形態のようにキャリア１０１を搬送する場合と、第２実施形態のようにキャリア１０１を搬送する場合とでＺ方向の力Ｆｄの向きを変更することができる。
まず、第１実施形態のようにマグネット１０３上面が平衡位置Ｐ１より下の位置になるようにしてキャリア１０１を搬送する場合、ｄ軸電流を流して重力と同じ向きに力Ｆｄをキャリア１０１にかけて搬送を行う。このような制御による搬送を行うことにより、キャリア１０１の回転部材１０８の下部１０８ｂが下側補助部材２０５ｂに押し付けられるため、キャリア１０１の位置が安定する。位置が安定すれば、最初の調整時に回転部材１０８と補助部材２０５との間のギャップＧ２を小さくすることができるため、平衡位置Ｐ１の近傍にてキャリア１０１を搬送することができる。磁気吸引力Ｆｍと重力Ｆｇとが釣り合う平衡位置Ｐ１近傍でキャリア１０１の搬送を行うことにより、回転部材１０８や補助部材２０５にかかる力を小さくすることができ、これらの摺動部における汚染物質であるゴミの発生を低減することができる。さらに、Ｚ方向において力Ｆｄをかけ続けるため、キャリア１０１の位置が安定する結果、ワーク１０２への加工を高い精度で行うことができる。
一方、第２実施形態のようにマグネット１０３上面が平衡位置Ｐ１より上の位置になるようにしてキャリア１０１を搬送する場合、ｄ軸電流Ｉｄの符号を第１実施形態のように搬送する場合とは逆にする。これにより、力Ｆｄが常にキャリア１０１にかかる方向を重力と反対向きにする。このような制御による搬送を行うことにより、キャリア１０１の回転部材１０８の上部１０８ａが上側補助部材２０５ａに押し付けられるため、上記と同様の効果を得ることができる。
なお、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは、通常、それぞれコイルコントローラ３０２により最大で流せる電流は決まっている。このため、コイルコントローラ３０２は、電流の位相を変更することにより、発生する力の方向を制御することができる。すなわち、コイルコントローラ３０２は、電流の位相を変更することにより、Ｚ方向及びＸ方向で制御する力に応じて電流の振り分け量を変更することができる。
例えば、搬送方向において必要な推力が小さい場合では、ｑ軸電流が少なくてよいため、ｄ軸電流Ｉｄへの振り分け量を多くして、回転部材１０８を補助部材２０５に押し付けながら搬送を行うことができる。一方向に押し付けながら搬送することができるのであれば、キャリア１０１が平衡位置Ｐ１をまたがってもよい。
また、本実施形態では、キャリア１０１の重量が変わった場合に、ｄ軸電流を制御することにより安定したキャリア１０１の搬送を行うことができる。例えば、ワーク１０２が無い空運転動作を行う場合や、複数のキャリア１０１の搬送において一部のキャリア１０１のみ改良を行い、重量の異なるキャリア１０１が混在することがある。
例えば、複数のキャリア１０１の搬送を行う中で重量を軽くしたキャリア１０１が混在する場合を考える。軽くしたキャリア１０１は重力が小さくなるため、磁気吸引力Ｆｍと重力Ｆｇとが釣り合う平衡位置Ｐ１は、軽くしたキャリア１０１では、軽くしていないキャリア１０１と比較してより下の位置に移動する。図４Ａにおいては、平衡位置Ｐ１に対してマグネット１０３上面の位置Ｐ３が下になるように調整した。しかしながら、軽くしたキャリア１０１では、平衡位置Ｐ１がより下の位置に移動するため、マグネット１０３上面の位置Ｐ３が上となる場合が生じてしまう。平衡位置Ｐ１よりマグネット１０３上面の位置Ｐ３が上となることに起因して、極端な場合では、重量が重いキャリア１０１は図４Ｂの位置で搬送、重量が軽いキャリア１０１は図４Ａの位置で搬送されることとなる。このように、搬送されるキャリア１０１によって搬送される際の高さが異なることが起こりうる。キャリア１０１により異なる高さで搬送を行えば、外部装置からワーク１０２に与えるプロセスに要する時間が異なってしまい、一定の品質が保てない等の不具合を生じうる。また、重量が少しだけ軽いキャリア１０１の場合、キャリア１０１は、ギャップＧ２の間でＺ方向の位置が安定しなくなり、ふらついてしまうことがある。
これらの場合、先に述べたようにｄ軸電流を流して重力の方向又は磁気吸引力の方向にキャリア１０１を押し付ける制御を行うことにより、キャリア１０１を安定して搬送することができる。すなわち、本実施形態によれば、互いに重量が異なる複数のキャリア１０１が混在する場合であっても、一定の高さで各キャリア１０１をより安定して搬送することができる。
このように、本実施形態によれば、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１や固定子２０１の摺動部から発生する汚染物質を低減することができるとともに、安定してキャリア１０１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７を用いて説明する。図７は、本実施形態による搬送システム１におけるキャリア１０１及び固定子２０１を含む構成を示すＸ方向から見た概略図である。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。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、図１乃至図６Ｂに示す第１又は第２実施形態による搬送システム１の構成と同様である。本実施形態による搬送システム１は、第３実施形態によりキャリア１０１に対してＺ方向に力Ｆｄを印加する際に、キャリア１０１のＺ方向の位置をセンサにより検出した結果を利用して、Ｚ方向の力Ｆｄを印加するためのｄ軸電流Ｉｄの制御を行うものである。本実施形態による搬送システム１は、第１又は第２実施形態による搬送システム１の構成に加えて、キャリア１０１のＺ方向の位置を検出するセンサ２０６をさらに有している。
図７に示すように、本実施形態による搬送システム１では、センサ２０６が固定子２０１に取り付けられて設置されている。センサ２０６は、キャリア１０１のＺ方向における位置、すなわちキャリア１０１の高さを検出する検出部として機能する。具体的には、例えば、センサ２０６は、例えば、キャリア１０１のＺ方向における位置、すなわちキャリア１０１の高さが所定の閾値以下か当該閾値を超えたかを検出するフォトスイッチ、磁気スイッチ等のスイッチである。また、例えば、センサ２０６は、例えば、キャリア１０１のＺ方向における位置を連続的に検出するフォトセンサ、磁気センサ、渦電流センサ等の位置センサであってもよい。
センサ２０６は、キャリア１０１のＺ方向における位置に関する検出結果を示す検出信号をコイルコントローラ３０２に送信する。コイルコントローラ３０２は、センサ２０６による検出結果であるセンサ２０６から受信した検出信号に基づき、キャリア１０１に対してＺ方向に力を印加するためのｄ軸電流Ｉｄを制御する。なお、検出信号に基づくｄ軸電流Ｉｄを制御は、コイルコントローラ３０２に代えて、統合コントローラ３０１、専用のコントローラ等の他の制御装置が行うこともできる。
本実施形態では、キャリア１０１を搬送する態様に応じて、キャリア１０１に対してＺ方向の力Ｆｄを印加するためのｄ軸電流Ｉｄを制御することができる。すなわち、第１実施形態のようにキャリア１０１を搬送する場合と、第２実施形態のようにキャリア１０１を搬送する場合とでｄ軸電流の制御を変更することができる。
まず、第１実施形態では、マグネット１０３上面が平衡位置Ｐ１より下になるようにしてキャリア１０１を搬送する。ここで、センサ２０６として上記スイッチが設置されているとする。この場合、コイルコントローラ３０２は、センサ２０６からの検出信号がキャリア１０１の高さが閾値を超えたことを示すと、ｄ軸電流Ｉｄを流してＺ方向の力Ｆｄを制御し、重力Ｆｇの方向にキャリア１０１を押し付ける制御を行う。すなわち、コイルコントローラ３０２は、回転部材１０８の下部１０８ｂを下側補助部材２０５ｂに押し付けるようにｄ軸電流Ｉｄを制御する。
一方、第２実施形態では、マグネット１０３上面が平衡位置Ｐ１より上になるようにしてキャリア１０１を搬送する。ここで、センサ２０６として上記スイッチが設置されているとする。この場合、コイルコントローラ３０２は、センサ２０６からの検出信号がキャリア１０１の高さがある閾値以下であることを示すと、ｄ軸電流Ｉｄを流してＺ方向の力を制御し、磁気吸引力Ｆｍの方向にキャリア１０１を押し付ける制御を行う。すなわち、コイルコントローラ３０２は、回転部材１０８の上部１０８ａを上側補助部材２０５ａに押し付けるようにｄ軸電流Ｉｄを制御する。
こうして、コイルコントローラ３０２は、センサ２０６により検出されたキャリア１０１の高さに基づき、キャリア１０１の回転部材１０８を下側補助部材２０５ｂ又は上側補助部材２０５ａに押し付けるようにｄ軸電流Ｉｄを制御する。本実施形態では、上記いずれの搬送態様においても、キャリア１０１のＺ方向における位置に応じてキャリア１０１を押し付けながら搬送することにより、Ｚ方向にてふらつきの少ない安定した搬送を実現することができる。
また、センサ２０６として上記フォトセンサ、渦電流センサ等の位置センサが設置されている場合、コイルコントローラ３０２は、キャリア１０１のＺ方向における位置の連続的な検出値に基づきｄ軸電流Ｉｄを制御することができる。このため、コイルコントローラ３０２は、高精度にｄ軸電流Ｉｄを制御することができるため、キャリア１０１の搬送時において必要に応じてｄ軸電流Ｉｄを流すことができる。この場合、ｄ軸電流を常時流し続ける必要がなくなるため、エネルギー効率を向上することができる。したがって、コイル２０２やコイルコントローラ３０２の発熱を低減することができる。
このように、本実施形態によれば、装置の大型化や複雑化を伴うことなく、キャリア１０１や固定子２０１の摺動部から発生する汚染物質を低減することができるとともに、安定してキャリア１０１を搬送することができる。
［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、上記実施形態ではキャリア１０１側に回転部材１０８、固定子２０１側に補助部材２０５が設置された構成を例に説明したが、これに限定されるものではない。上記実施形態の構成とは逆に、キャリア１０１側に補助部材２０５、固定子２０１側に回転部材１０８が設置された場合であっても上記と同様の効果を得ることができる。この場合、固定子２０１側には、搬送路にそって複数の回転部材１０８を並ぶように設置することができる。このように、キャリア１０１は回転部材１０８及び補助部材２０５のうちの一方を、固定子２０１は回転部材１０８及び補助部材２０５のうちの他方を有すればよい。
また、上記実施形態では、キャリア１０１が一方向に搬送される搬送路が固定子２０１により構成された場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。キャリア１０１が搬送される搬送路として、例えば、キャリア１０１が往復する搬送路、キャリア１０１が循環する搬送路等の他の搬送路を固定子２０１により構成することができる。
また、上記実施形態では、コイルユニット２１０ごとにコイルコントローラ３０２が接続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。１つのコイルコントローラ３０２が複数のコイルユニット２１０を制御することができるようにコイルコントローラ３０２とコイルユニット２１０との接続を適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、コイル２０２を３個１組としてコイルユニット２１０が構成された場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。コイルユニット２１０を構成するコイル２０２の数は、適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、統合コントローラ３０１がコイルコントローラ３０２とは別に設けら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。コイルコントローラ３０２は、統合コントローラ３０１の機能の全部又は一部を有することもでき、搬送システム１全体を制御する機能を有することもできる。統合コントローラ３０１及びコイルコントローラ３０２の機能は、一又は複数の制御装置が担うことができる。
また、上記実施形態では、エンコーダ２０４がコイルコントローラ３０２に接続された場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。エンコーダ２０４は、別途設けられたエンコーダ２０４に専用のコントローラに接続されて制御されてもよい。
１０１ キャリア
１０２ ワーク
１０３ マグネット
１０４ スケール
１０７ ヨーク
１０８ 回転部材
２０１ 固定子
２０２ コイル
２０２ａ 巻線
２０２ｂ コア
２０４ エンコーダ
２０５ａ 上側補助部材
２０５ｂ 下側補助部材
２０６ センサ
２１０ コイルユニット
３０１ 統合コントローラ
３０２ コイルコントローラ
３０３ 検出部
３０４ 制御部
３０５ 計算部
４０１ 蒸着装置
４０２ 蒸着源

Claims (13)

  1. 搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記複数のコイルのそれぞれが巻線とコアとを含む固定子と、
    前記複数のコイルに対向可能に配置されたマグネットを有し、前記複数のコイルから前記マグネットが受ける電磁力により前記搬送方向に沿って移動可能な可動子とを有し、
    前記固定子は、移動する前記可動子を前記搬送方向に案内するための第１の搬送用部材及び第２の搬送用部材のうちの一方を有し、
    前記第１の搬送用部材は、前記第２の搬送用部材の上下にそれぞれ位置するように設置された上側搬送用部材及び下側搬送用部材を含み、
    前記可動子は、前記第１の搬送用部材及び前記第２の搬送用部材のうちの他方を有し、
    前記コアと前記マグネットとの間に生じる磁気吸引力と前記可動子に働く重力とが釣り合う平衡位置よりも下又は上に前記マグネットの上面が位置するように前記可動子の搬送位置が調整され、
    前記可動子は、前記搬送位置に応じて、前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に接触した状態で搬送される
    ことを特徴とする搬送システム。
  2. 前記固定子は、前記第１の搬送用部材を有し、
    前記可動子は、前記第２の搬送用部材を有し、
    前記可動子の搬送位置は、前記平衡位置よりも下に前記マグネットの前記上面が位置するように調整され、
    前記可動子は、前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材に接触した状態で搬送される
    ことを特徴とする請求項１記載の搬送システム。
  3. 前記第２の搬送用部材の下部と前記下側搬送用部材との間に形成される第１のギャップは、前記コアと前記マグネットとの間に形成される第２のギャップよりも小さい
    ことを特徴とする請求項２記載の搬送システム。
  4. 前記固定子は、前記第１の搬送用部材を有し、
    前記可動子は、前記第２の搬送用部材を有し、
    前記可動子の搬送位置は、前記平衡位置よりも上に前記マグネットの前記上面が位置するように調整され、
    前記可動子は、前記第２の搬送用部材が前記上側搬送用部材に接触した状態で搬送される
    ことを特徴とする請求項１記載の搬送システム。
  5. 前記第２の搬送用部材の上部と前記上側搬送用部材との間に形成される第１のギャップは、前記コアと前記マグネットとの間に形成される第２のギャップよりも小さい
    ことを特徴とする請求項４記載の搬送システム。
  6. 前記複数のコイルは、前記マグネットに上方から対向可能に配置されている
    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. 前記第１の搬送用部材は、レール状の部材であり、
    前記第２の搬送用部材は、前記第１の搬送用部材に接触しつつ回転する回転部材である
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の搬送システム。
  8. 前記第２の搬送用部材は、複数であり、
    複数の前記第２の搬送用部材の全部又は一部は、前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に接触する
    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. 前記コイルにより前記マグネットが受ける電磁力により前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に押し付けられるように、前記コイルに流れる電流を制御する制御装置をさらに有する
    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. 搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記複数のコイルのそれぞれが巻線とコアとを含む固定子と、
    前記複数のコイルに対向可能に配置されたマグネットを有し、前記複数のコイルから前記マグネットが受ける電磁力により前記搬送方向に沿って移動可能な可動子とを有し、
    前記固定子は、移動する前記可動子を前記搬送方向に案内するための第１の搬送用部材及び第２の搬送用部材のうちの一方を有し、
    前記第１の搬送用部材は、前記第２の搬送用部材の上下にそれぞれ位置するように設置された上側搬送用部材及び下側搬送用部材を含み、
    前記可動子は、前記第１の搬送用部材及び前記第２の搬送用部材のうちの他方を有し、
    前記コイルにより前記マグネットが受ける電磁力により前記第２の搬送用部材が前記下側搬送用部材又は前記上側搬送用部材に押し付けられるように、前記コイルに流れる電流を制御する制御装置をさらに有する
    ことを特徴とする搬送システム。
  11. 前記可動子の高さを検出する検出部を有し、
    前記制御装置は、前記検出部の検出結果に基づき前記電流を制御する
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の搬送システム。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載された搬送システムと、
    前記可動子により搬送されるワークに対して加工を施す工程装置と
    を有することを特徴とする加工システム。
  13. 請求項１２に記載の加工システムを用いて物品を製造する物品の製造方法であって、
    前記可動子により前記ワークを搬送する工程と、
    前記可動子により搬送された前記ワークに対して、前記工程装置により前記加工を施す工程と
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
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