JP2022531349A - 磁気浮上式重力補償装置 - Google Patents

Abstract

磁気浮上式重力補償装置（１００）であって、円筒形である第１磁性鋼（１０１）と、円筒形であり、第１磁性鋼（１０１）内に配置され、且つ第１磁性鋼（１０１）から径方向に離隔している第２磁性鋼（１０２）と、円筒形であり、第２磁性鋼（１０２）の２つの軸方向端部のうちの少なくとも１つの軸方向端部に位置し、且つ第２磁性鋼（１０２）の２つの軸方向端部から軸方向に離隔しており、中心線は第２磁性鋼（１０２）の中心線と一致するように構成され、また円筒壁厚さは、第２磁性鋼（１０２）の円筒壁厚さよりも小さい、少なくとも１つの端部磁性鋼（１０３ａ、１０３ｂ）と、を含み、第１磁性鋼（１０１）の磁化方向は径方向磁化であり、第２磁性鋼（１０２）及び端部磁性鋼（１０３ａ、１０３ｂ）の磁化方向は軸方向磁化である。磁気浮上式重力補償装置（１００）は、大きな磁気浮上力を提供することができ、磁気浮上力は大きなストロークでほとんど変動しない。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１９年０４月３０日に出願された「磁気浮上式重力補償装置」という発明名称の中国特許出願第２０１９１０３６３２３０.７号、及び２０１９年０７月１２日に出願された「磁気浮上式重力補償装置」という発明名称の中国特許出願第２０１９１０６２８２９１.１号に対する優先権を主張するものであり、上記出願の全文は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は集積回路装置の製造分野に関し、より具体的には、大ストローク磁気浮上式重力補償装置に関する。

近年、大規模集積回路装置の集積度の継続的な向上に伴い、作業台の精度要件、特にその垂直モジュールの移動精度は増加し続けており、フォトリソグラフィ装置、膜厚検査装置などの作業台の需要が高まるにつれて、移動ストロークは年々増加している。垂直重力補償技術も常に更新されている。現段階では、重力補償装置は一般に、機械式ばね、空気浮上式装置及び磁気浮上式重力補償装置の３つの方式を採用している。

米国特許ＵＳ６３３７４８４Ｂ１は空気浮上式装置を用いて重力を補償し、定圧チャンバ内の空気の流れを一定に制御することにより安定した空気浮上力を出力する。しかしながら、該空気浮上式装置の設計及び製造には一定の困難があり、また、定圧チャンバ内の空気の流れは常に安定している必要があり、空気の流れが変動すると、システムが乱れる。

中国特許ＣＮ２０１５１００９１９８０.５及びＣＮ２０１１１０２９９０７０.８で提案された調整可能な磁気浮上式重力補償装置は、いずれも、可動子の磁場強度を変更することによって磁場分布をより均一にし、変動の少ない磁気浮上力を出力する。しかしながら、これらの方法は、磁気回路の構造が複雑であるだけでなく、出力された磁気浮上力の変動が大きく、可動子の垂直ストロークが小さい。また、特許における可動子のストロークはわずか±２mmであり、これは適用要件を満たすには程遠い。

したがって、現段階では、ストロークが小さく、構造が複雑であるという従来の磁気浮上式重力補償装置の欠点を克服しつつ、変動が小さい、大きな磁気浮上力を発生させることができる新しい磁気浮上式重力補償装置が必要である。

本発明の目的は、ストロークが大きく且つ構造が単純であり、磁気浮上力の大きさが大きく且つ変動が小さい磁気浮上式重力補償装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、磁気浮上式重力補償装置を提供し、前記磁気浮上式重力補償装置は、
円筒形である第１磁性鋼と、
円筒形であり、且つ前記第１磁性鋼内に配置され、前記第１磁性鋼から径方向に離隔している第２磁性鋼と、
円筒形であり、且つ前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部のうちの少なくとも１つの軸方向端部に位置し、前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部から軸方向に離隔しており、前記端部磁性鋼の中心線は前記第２磁性鋼の中心線と一致するように構成され、また前記端部磁性鋼の円筒壁厚さは、前記第２磁性鋼の円筒壁厚さよりも小さい、少なくとも１つの端部磁性鋼と、を含み、
前記第１磁性鋼の磁化方向は径方向磁化であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼の磁化方向は軸方向磁化である。

一実施形態では、前記磁気浮上式重力補償は、前記第１磁性鋼を固定するための第１支持部材と、前記第２磁性鋼及び端部磁性鋼を固定するための第２支持部材とを含み、前記第１支持部材及び前記第２支持部材は互いに対して軸方向に移動することができる。

一実施形態では、前記第１支持部材は円筒形であり、前記第１磁性鋼は前記第１支持部材の内周面に埋め込まれている。

一実施形態では、前記第２支持部材は柱状であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼は前記第２支持部材の外周面に埋め込まれている。

一実施形態では、前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間は０.１～１.０mmである。

一実施形態では、前記第１磁性鋼は、互いに径方向に離隔している偶数個の径方向磁性鋼ブロックで構成され、単一の径方向磁性鋼ブロックの極弧係数の値の範囲は０.７５～０.９８である。

一実施形態では、前記第２磁性鋼の両端には、それぞれ１つの端部磁性鋼が設けられている。

一実施形態では、前記第２磁性鋼の少なくとも１つの端部には、２つ以上の端部磁性鋼が設けられている。

一実施形態では、前記端部磁性鋼の内径は前記第２磁性鋼の内径以上であり、且つ前記端部磁性鋼の外径は前記第２磁性鋼の外径以下である。

一実施形態では、第１磁性鋼、第２磁性鋼及び端部磁性鋼の長さはそれぞれＬａ、Ｌｂ及びＬｃであり、ここでＬｂ＞Ｌｃである。

一実施形態では、第２磁性鋼の内径及び端部磁性鋼の内径はそれぞれＤｂ及びＤｃであり、γ１＝Ｄｂ／Ｄｃであり、γ１の値は１／８～１である。

一実施形態では、前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂであり、λ１の値は１／４～１＋２λ２－２Ｓ／Ｌｂである。

一実施形態では、前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ２の値は１／４～３／８である。

一実施形態では、前記第１磁性鋼と前記第２磁性鋼との間隔はＲｇであり、Ｒｇは前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間の１０倍以上である。

本発明は更に、作業台本体を含む作業台を提供しており、前記作業台本体の下方には、上記磁気浮上式重力補償装置を収容するためのキャビティが設けられている。

一実施形態では、前記キャビティは３つのキャビティ又は４つのキャビティである。

本発明による磁気浮上式重力補償装置は、従来技術の磁気浮上式重力補償装置と比較して、大きな磁気浮上力を提供することができ、また磁気浮上力は大きなストロークでほとんど変動しない。

本発明による磁気浮上式重力補償装置の概略断面図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の第１実施形態の概略構造図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁性鋼の磁化方向及びサイズの縦断面概略図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁力線の概略図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁気浮上力曲線である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態の概略構造図である。 本発明による第２実施形態の磁気浮上力変動曲線である。 可動子磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒と、端部磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒が一致する、本発明による第３実施形態である。 可動子磁性鋼と軸方向端部磁性鋼の内径が等しい、本発明による第４実施形態である。 端部磁性鋼ブロック数が２であることを示す、本発明による第５実施形態である。 本発明による第６実施形態の１点レイアウトである。 本発明による第６実施形態の３点レイアウトである。 本発明による第６実施形態の４点レイアウトである。

以下、本発明の目的、特徴及び利点をより明確に理解するために、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図面に示された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の技術的解決策の本質的な精神を単に説明するものであることを理解されるべきである。

以下の説明において、様々な開示された実施形態を説明する目的で、特定の詳細が、様々な開示された実施形態の完全な理解を提供するために示されている。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの特定の詳細のうちの１つ以上なしに実施され得ることを認識するであろう。他の状況では、本出願に関連する周知の装置、構造及び技術は、実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、詳細に示されていないか、又は説明されていない場合がある。

文脈上別段の解釈が必要でない限り、明細書及び特許請求の範囲全体において、「含む」という単語及びその変形、例えば「包含する」及び「有する」は、オープンで包含的な意味として理解されるべきであり、即ち、「包むが、それに限定されない」と解釈されるべきである。

本明細書全体において、「一実施形態」又は「実施形態」の記載は、実施形態を参照して説明する特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態において」又は「実施形態において」の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。また、特定の特徴、構造、又は特性は１つ以上の実施形態において任意の方法で組み合わせることができる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「一」及び「前記」は、文脈で明確に別段の定めがない限り、複数の指示対象を含む。「又は」という用語は、文脈で明確に別段の定めがない限り、通常、「及び／又は」を含む意味で使用されることに留意されたい。

以下の説明において、本発明の構造及び動作モードを明確に示すために、多くの方向性単語を用いて説明するが、「前」、「後」、「左」、「右」、「外」、「内」、「外向き」、「内向き」、「上」、「下」などの単語は、限定的な用語ではなく、便利な用語として理解されるべきである。

本出願の特許請求の範囲及び明細書において、第１及び第２などの関係用語は、１つのエンティティ又は操作を別のエンティティ又は操作から区別するためにのみ使用され、これらのエンティティ又は操作間にそのような実際の関係又は順序が存在することを必ずしも要求又は暗示するものではないことに留意されたい。

本発明の目的は、ストロークが小さすぎて構造が複雑であるという従来の磁気浮上式重力補償装置の欠点を克服し、変動が小さい、大きな磁気浮上力を提供する大ストローク磁気浮上式重力補償装置を提供し、高精度の垂直移動を必要とする作業台に適用することである。以下、添付の図面を参照して本発明による磁気浮上式重力補償装置について説明する。

図１は、本発明による磁気浮上式重力補償装置１００の概略断面図である。

図１に示すように、該装置１００は、第１磁性鋼１０１と、第２磁性鋼１０２と、端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂとを含む。ここで、第１磁性鋼１０１は円筒形であり、第２磁性鋼１０２も円筒形であり、且つ第１磁性鋼１０１内に設置されており、第１磁性鋼１０１から径方向に一定の距離だけ離隔している。

２つの端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂは円筒形であり、それぞれ第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部に位置しており、また端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂはそれぞれ、第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部から軸方向に一定の距離だけ離隔している。第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部に端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂを追加することにより、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２との間の磁力線の分布を調整することができ、それにより、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２との互いに対する軸方向移動の大きなストロークにおいて、変動の少ない磁気浮上力が達成される。

しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、端部磁石１０３ａ又は１０３ｂは、第２磁性鋼１０２の一方の軸方向端部のみに設けられてもよいことを理解されるべきである。端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂの中心線は、第２磁性鋼１０２の中心線と一致しており、且つ端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂの円筒壁厚さは、第２磁性鋼１０２の円筒壁厚さよりも小さい。

第１磁性鋼１０１の磁化方向は径方向磁化であり、第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向は軸方向磁化である。上記の磁性鋼配置及び磁化方向は第１磁性鋼１０１、第２磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂが互いに対して移動するときに磁気浮上力を発生させることができる。

上記配置を実現するために、第１磁性鋼１０１を固定するための第１支持部材及び第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ａを固定するための第２支持部材が設けられており、第１支持部材及び第２支持部材は互いに対して軸方向に移動することができる。

実際には、第１支持部材及び第２支持部材の一方は作業台に対して固定され、他方は作業台のホルダーに対して固定されており、それにより、作業台が駆動装置の駆動下でホルダーに対して垂直に移動するとき、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂとの間、即ち第１支持部材と第２支持部材との間に発生する磁気浮上力によって、作業台及びその支持物の重量を補償することができ、作業台の垂直方向の移動をより高精度に制御することができる。

以下では、第１支持部材が作業台のホルダーに対して固定され、第２支持部材が作業台に対して固定される場合を例として本発明を説明する。しかしながら、第２支持部材が作業台のホルダーに対して固定され、第１支持部材が作業台に対して固定される実施形態も、本発明の範囲内であることを理解されるべきである。

以下、説明を容易にするために、第１磁性鋼１０１を固定子磁性鋼１０１と称し、第２磁性鋼１０２を可動子磁性鋼１０２と称する。図１に示す実施形態では、第１支持部材は固定子ベース１０４であり、第２支持部材は可動子軸１０５である。固定子ベース１０４は円筒形であり、固定子磁性鋼１０１は固定子ベース１０４の内周面に埋め込まれており、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂは可動子軸１０５の外面に埋め込まれており、且つ固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間に機械的接続がなく、互いに離隔している。

ここで、固定子軸１０５は一体構造であってもよく、又は図１に示すように、固定子軸の第１部分１０５ａ及び固定子軸の第２部分１０５ｂから組み立てることができ、固定子軸の第１部分１０５ａは、Ｔ字形の縦断面を有しており、固定子軸の第２部分１０５ｂは、ねじによって固定子軸の第１部分１０５ａと組み立てられる。該組立構造により、必要に応じて端部磁性鋼１０３ｂを取り付けたり取り外したりすることができる。

固定子磁性鋼１０１の磁化方向は径方向磁化であり、可動子磁性鋼１０２及び軸方向端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向はいずれも軸方向磁化である。図３に示すように、図中の矢印方向は磁性鋼の磁化方向を表し、固定子磁性鋼１０１の磁化方向は径方向外向きであり、可動子磁性鋼１０２及び軸方向端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向は同じで、いずれも軸方向下向きであり、同様に、それに対応して、固定子磁性鋼１０１の磁化方向を径方向内向きに、可動子磁性鋼１０２及び軸方向端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向を軸方向上向きに設定することもできる。

また、可動子磁性鋼１０２と軸方向端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂとの間に一定の隙間δがあり、これは、可動子磁場の調整及び磁性鋼の固定と組立に便利である。ここで、隙間値δの選択は、ストロークの大きさに依存しており、通常、隙間値は好ましくは、０.１ｍｍ～１.０mmである。

図２は本発明の第１実施形態の概略構造図を示す。

図２において、固定子磁性鋼１０１、可動子磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂはいずれも円筒形構造であり、且つ端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの形状及びサイズは同じである。

図３に示すように、固定子磁性鋼１０１、可動子磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの長さはそれぞれ、Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃであり、可動子磁性鋼外径１０２１及び端部磁性鋼外径１０３１は、それぞれＤｏｂ及びＤｏｃによって表され、可動子磁性鋼内径１０２２及び端部磁性鋼内径１０３２はそれぞれＤｂ及びＤｃによって表され、固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間の片側空隙はＲｇによって表される。可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの軸方向長さＬｂ及びＬｃは等しくなく、通常はＬｂ＞Ｌｃである。

図３に示すように、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの径方向厚さは可動子磁性鋼１０２の径方向厚さよりも小さい。端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂと可動子磁性鋼１０２との間の径方向の位置関係は、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径が可動子磁性鋼１０２の外径よりもわずかに大きくてもよく、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの内径が可動子磁性鋼１０２の内径よりもわずかに小さくてもよいことである。ただし、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径は可動子磁性鋼１０２の外径以下であり、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの内径は可動子磁性鋼１０２の内径以上であることが好ましい。

径方向の位置関係には、通常、（１）可動子磁性鋼外径１０２１が軸方向端部磁性鋼外径１０３１に等しく、可動子磁性鋼内径１０２２が軸方向端部磁性鋼１０３２に等しくない場合と、（２）可動子磁性鋼外径１０２１が軸方向端部磁性鋼外径１０３１に等しくなく、可動子磁性鋼内径１０２２が端部磁性鋼１０３２に等しい場合と、（３）可動子磁性鋼外径１０２１、内径１０２２がいずれも端部磁性鋼外径１０３１、内径１０３２に等しくないが、可動子磁性鋼１０２の内径と端部磁性鋼１０３の内径との間の距離が可動子磁性鋼１０２の外径と端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径との間の距離に等しく、即ち、可動子磁性鋼１０２の円筒厚さを径方向に二等分する円筒が端部磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒と一致する場合との３つの方案がある。

更に、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂは互いに異なっていてもよく、例えば、それらの外径、内径、円筒厚さ、又は高さの１つ以上が互いに異なっていてもよいことを理解されるべきである。

なお、図３に示す実施形態では、可動子磁性鋼外径１０２１は軸方向端部磁性鋼外径１０３１に等しく、可動子磁性鋼内径１０２２は軸方向端部磁性鋼内径１０３２に等しくない。

図３の実施形態では、３組のサイズ比λ１＝Ｌａ／Ｌｂ、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂ、γ１＝Ｄｂ／Ｄｃが定義されており、これらのサイズ比は、磁気浮上力の変動の大きさに関連し、磁気浮上式装置のストロークと大きさによっても変化する。

ここで、磁気浮上式装置の総ストロークをＳと仮定すると、ストロークの大きさに応じて、λ１の値の範囲は、好ましくは［１／４、１＋２λ２－Ｓ／Ｌｂ］であり、λ２の値は、軸方向端部磁性鋼のブロック数Ｎｔ（以下に説明するように）に関連しており、Ｎｔ＝１の場合、λ２の値の範囲は、好ましくは［１／４、３／８］であり、通常、γ１の値は磁気浮上力の変動に関連するが、磁性鋼の加工の難しさ及び組み立て工程を考慮すると、γ１の値の範囲は、好ましくは［１／８、１］である。

また、固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間の片側空隙Ｒｇも、ある程度磁場の強度に影響を与え、更に磁気浮上力の大きさ及び変動程度に影響を与え、一般に、片側空隙Ｒｇの値は磁気浮上力の大きさによって変化し、片側空隙Ｒｇの値は、好ましくはＲｇ≧１０δである。

図４は、上記実施形態の磁気浮上式重力補償装置の磁力線の概略図である。

磁力線の分布軌跡及び磁極の反発原理によれば、可動子軸１０５及びその支持物並びに可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの重力は、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂと固定子磁性鋼１０１との間の磁場相互作用によって発生する磁気浮上力によって補償されると推論することができ、且つ可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂに対する固定子磁性鋼１０１によって発生する径方向の推力は、大きさが同じであり、円周に沿って均一に分布する一組の力であるため、可動子軸１０５は磁気浮上力により常に固定子磁性鋼１０１の中心に浮かぶことができる。

ここで、電磁シミュレーションにより、可動子磁性鋼の磁場と固定子磁性鋼の磁場との相互作用によって生じる磁気浮上力曲線を得ることができ、図５に示すように、図中の磁気浮上力は２５mmのストローク範囲内で大きさが３８.１３Ｎ～３８.９７Ｎであり、変動は１.０８％であり、変動は非常に小さく、基本的に±２mmのストローク範囲内での従来の磁気浮上式重力補償装置の変動程度に近い。

図６は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態２００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置２００は、固定子磁性鋼２０１、可動子磁性鋼２０２、及び端部磁性鋼２０３ａ、２０３ｂを含む。該実施形態は第１実施形態と基本的に同じであり、ただし、固定子磁性鋼１０２の磁化及び加工プロセスの難しさを考慮すると、固定子磁性鋼１０１を、円周方向にブロックに分割された一組の径方向磁化磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄに置き換えることができる。該実施形態において径方向の不平衡力を解消するために、固定子磁性鋼のブロック数Ｎは通常偶数であり、本実施形態では、Ｎ＝４である。

なお、Ｎの値は、本実施形態の値に限定されるものではなく、固定子磁性鋼の内径及び外径に応じて、６個又は８個など、他の偶数に拡張することができる。

径方向磁化磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄの極弧係数αは磁性鋼の極弧長と極ピッチとの比であり、経験から、固定子磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄの極弧係数αは通常、０.７５～１.０の間で選択されることが分かり、固定子磁性鋼２０１ａの極弧係数αは固定子磁性鋼２０１ａと固定子磁性鋼２０１ｂとの間のピッチ角θで同等に表すことができる。Ｎが異なる値をとる場合、ピッチ角θの値の範囲は通常［０°、３０°］である。円周方向に隣接する磁性鋼間のピッチ角θを調整することにより、各磁性鋼の極弧係数αを調整することができ、それによって固定子磁性鋼の総体積を増加又は減少させて、磁気浮上力の大きさを調整することができる。

本実施形態では、磁気浮上力の大きさ及び変動の大きさを総合的に考慮すると、一組の好ましいトポロジー構造が推奨され、ここで、固定子磁性鋼の円周方向ブロック数Ｎ＝４であり、磁性鋼ピッチ角θ＝５°であり、磁性鋼の極弧係数α＝１７／１８であり、シミュレーションによって得られた磁気浮上力変動曲線を図７に示す。図から分かるように、第２実施形態の磁気浮上力は、ストローク範囲内で大きさが３６.１３Ｎ～３６.９１Ｎで変動し、変動率は１.０９％であり、変動は非常に小さい。

図８は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態３００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置３００は固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼３０２、及び端部磁性鋼３０３ａを含む。該実施形態において、可動子磁性鋼１０２の円筒厚さを径方向に二等分する円筒は、端部磁性鋼１０３の円筒厚さを径方向に二等分する円筒と一致する。

図９は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態４００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置４００は固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼４０２、及び端部磁性鋼４０３ａを含む。ここで、端部磁性鋼内径４０３２は可動子磁性鋼内径４０２２に等しく、端部磁性鋼外径４０３１は可動子磁性鋼外径４０２１に等しくない。

図１０は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態５００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置５００は、固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼５０２、及び端部磁性鋼５０３ａ、５０３ｃを含む。ここで、可動子磁性鋼５０２の一方の軸方向端部にある端部磁性鋼は、軸方向に沿ってブロックに分割される。片側ブロック数Ｎｔは、磁気浮上式重力補償装置のストローク及び磁気浮上力の変動の大きさに応じて調整することができ、前述の各実施形態では、Ｎｔ＝１であるが、Ｎｔは１に限定されず、１より大きくてもよい。

一般に、端部磁性鋼の片側ブロック数Ｎｔが多ければ多いほど、可動子磁性鋼５０２及び端部磁性鋼によって提供される磁場の分布がより均一になり、磁気浮上力曲線がより安定になる。本実施形態では、軸方向端部磁性鋼のブロック数Ｎｔ＝２の方案が示されている。また、該実施形態では、端部磁性鋼内径５０３２は可動子磁性鋼内径５０２２に等しくなく、端部磁性鋼外径５０３１は可動子磁性鋼外径５０２１に等しい。

しかしながら、可動子磁性鋼５０２の他方の軸方向端部に、単一の端部磁性鋼又は軸方向にブロックに分割された端部磁性鋼を設けてもよいことを理解されるべきである。端部磁性鋼及び可動子磁性鋼５０２は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の径方向の位置関係を採用することもできる。

図１１～図１３は、本発明による磁気浮上式重力補償装置を使用する作業台の底面図を示す。

作業台の下方には、本発明による磁気浮上式重力装置を収容するためのキャビティが設けられている。図１１に示すように、作業台の下方のキャビティは１つであってもよく、また例えば図１２に示すように、例えば正三角形に配置されて３点レイアウトを形成する３つであってもよく、又は正方形に配置されて４点レイアウトを形成する４つであってもよい。

本発明の好ましい実施形態は、上記で詳細に説明されたが、必要に応じて、実施形態の態様を修正して、様々な特許、出願及び刊行物の態様、特徴及び概念を採用して、追加の実施形態を提供することができることを理解されるべきである。

上記の詳細な説明を考慮して、実施形態に対してこれら及び他の変更を行うことができる。一般的に言えば、特許請求の範囲において、使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの特許請求の範囲が享受するすべての同等の範囲と共にすべての可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１９年０４月３０日に出願された「磁気浮上式重力補償装置」という発明名称の中国特許出願第２０１９１０３６３２３０.７号、及び２０１９年０７月１２日に出願された「磁気浮上式重力補償装置」という発明名称の中国特許出願第２０１９１０６２８２９１.１号に対する優先権を主張するものであり、上記出願の全文は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は集積回路装置の製造分野に関し、より具体的には、大ストローク磁気浮上式重力補償装置に関する。

近年、大規模集積回路装置の集積度の継続的な向上に伴い、作業台の精度要件、特にその垂直モジュールの移動精度は増加し続けており、フォトリソグラフィ装置、膜厚検査装置などの作業台の需要が高まるにつれて、移動ストロークは年々増加している。垂直重力補償技術も常に更新されている。現段階では、重力補償装置は一般に、機械式ばね、空気浮上式装置及び磁気浮上式重力補償装置の３つの方式を採用している。

米国特許ＵＳ６３３７４８４Ｂ１は空気浮上式装置を用いて重力を補償し、定圧チャンバ内の空気の流れを一定に制御することにより安定した空気浮上力を出力する。しかしながら、該空気浮上式装置の設計及び製造には一定の困難があり、また、定圧チャンバ内の空気の流れは常に安定している必要があり、空気の流れが変動すると、システムが乱れる。

中国特許ＣＮ２０１５１００９１９８０.５及びＣＮ２０１１１０２９９０７０.８で提案された調整可能な磁気浮上式重力補償装置は、いずれも、可動子の磁場強度を変更することによって磁場分布をより均一にし、変動の少ない磁気浮上力を出力する。しかしながら、これらの方法は、磁気回路の構造が複雑であるだけでなく、出力された磁気浮上力の変動が大きく、可動子の垂直ストロークが小さい。また、特許における可動子のストロークはわずか±２mmであり、これは適用要件を満たすには程遠い。

したがって、現段階では、ストロークが小さく、構造が複雑であるという従来の磁気浮上式重力補償装置の欠点を克服しつつ、変動が小さい、大きな磁気浮上力を発生させることができる新しい磁気浮上式重力補償装置が必要である。

本発明の目的は、ストロークが大きく且つ構造が単純であり、磁気浮上力の大きさが大きく且つ変動が小さい磁気浮上式重力補償装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、磁気浮上式重力補償装置を提供し、前記磁気浮上式重力補償装置は、
円筒形である第１磁性鋼と、
円筒形であり、且つ前記第１磁性鋼内に配置され、前記第１磁性鋼から径方向に離隔している第２磁性鋼と、
円筒形であり、且つ前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部のうちの少なくとも１つの軸方向端部に位置し、前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部から軸方向に離隔しており、前記端部磁性鋼の中心線は前記第２磁性鋼の中心線と一致するように構成され、また前記端部磁性鋼の円筒壁厚さは、前記第２磁性鋼の円筒壁厚さよりも小さい、少なくとも１つの端部磁性鋼と、を含み、
前記第１磁性鋼の磁化方向は径方向磁化であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼の磁化方向は軸方向磁化である。

一実施形態では、前記磁気浮上式重力補償装置は、前記第１磁性鋼を固定するための第１支持部材と、前記第２磁性鋼及び端部磁性鋼を固定するための第２支持部材とを含み、前記第１支持部材及び前記第２支持部材は互いに対して軸方向に移動することができる。

一実施形態では、前記第１支持部材は円筒形であり、前記第１磁性鋼は前記第１支持部材の内周面に埋め込まれている。

一実施形態では、前記第２支持部材は柱状であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼は前記第２支持部材の外周面に埋め込まれている。

一実施形態では、前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間は０.１～１.０mmである。

一実施形態では、前記第１磁性鋼は、互いに径方向に離隔している偶数個の径方向磁性鋼ブロックで構成され、単一の径方向磁性鋼ブロックの極弧係数の値の範囲は０.７５～０.９８である。

一実施形態では、前記第２磁性鋼の両端には、それぞれ１つの端部磁性鋼が設けられている。

一実施形態では、前記第２磁性鋼の少なくとも１つの端部には、２つ以上の端部磁性鋼が設けられている。

一実施形態では、前記端部磁性鋼の内径は前記第２磁性鋼の内径以上であり、且つ前記端部磁性鋼の外径は前記第２磁性鋼の外径以下である。

一実施形態では、第１磁性鋼、第２磁性鋼及び端部磁性鋼の長さはそれぞれＬａ、Ｌｂ及びＬｃであり、ここでＬｂ＞Ｌｃである。

一実施形態では、第２磁性鋼の内径及び端部磁性鋼の内径はそれぞれＤｂ及びＤｃであり、γ１＝Ｄｂ／Ｄｃであり、γ１の値は１／８～１である。

一実施形態では、前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ１＝Ｌａ／Ｌｂであり、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂであり、λ１の値は１／４～１＋２λ２－２Ｓ／Ｌｂである。

一実施形態では、前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂであり、λ２の値は１／４～３／８である。

一実施形態では、前記第１磁性鋼と前記第２磁性鋼との間隔はＲｇであり、Ｒｇは前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間の１０倍以上である。

本発明は更に、作業台本体を含む作業台を提供しており、前記作業台本体の下方には、上記磁気浮上式重力補償装置を収容するためのキャビティが設けられている。

一実施形態では、前記キャビティは３つのキャビティ又は４つのキャビティである。

本発明による磁気浮上式重力補償装置は、従来技術の磁気浮上式重力補償装置と比較して、大きな磁気浮上力を提供することができ、また磁気浮上力は大きなストロークでほとんど変動しない。

本発明による磁気浮上式重力補償装置の概略断面図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の第１実施形態の概略構造図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁性鋼の磁化方向及びサイズの縦断面概略図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁力線の概略図である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の磁気浮上力曲線である。 本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態の概略構造図である。 本発明による第２実施形態の磁気浮上力変動曲線である。 可動子磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒と、端部磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒が一致する、本発明による第３実施形態である。 可動子磁性鋼と端部磁性鋼の内径が等しい、本発明による第４実施形態である。 端部磁性鋼ブロック数が２であることを示す、本発明による第５実施形態である。 本発明による第６実施形態の１点レイアウトである。 本発明による第６実施形態の３点レイアウトである。 本発明による第６実施形態の４点レイアウトである。

以下、本発明の目的、特徴及び利点をより明確に理解するために、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図面に示された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の技術的解決策の本質的な精神を単に説明するものであることを理解されるべきである。

以下の説明において、様々な開示された実施形態を説明する目的で、特定の詳細が、様々な開示された実施形態の完全な理解を提供するために示されている。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの特定の詳細のうちの１つ以上なしに実施され得ることを認識するであろう。他の状況では、本出願に関連する周知の装置、構造及び技術は、実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、詳細に示されていないか、又は説明されていない場合がある。

文脈上別段の解釈が必要でない限り、明細書及び特許請求の範囲全体において、「含む」という単語及びその変形、例えば「包含する」及び「有する」は、オープンで包含的な意味として理解されるべきであり、即ち、「包むが、それに限定されない」と解釈されるべきである。

本明細書全体において、「一実施形態」又は「実施形態」の記載は、実施形態を参照して説明する特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態において」又は「実施形態において」の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。また、特定の特徴、構造、又は特性は１つ以上の実施形態において任意の方法で組み合わせることができる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「一」及び「前記」は、文脈で明確に別段の定めがない限り、複数の指示対象を含む。「又は」という用語は、文脈で明確に別段の定めがない限り、通常、「及び／又は」を含む意味で使用されることに留意されたい。

以下の説明において、本発明の構造及び動作モードを明確に示すために、多くの方向性単語を用いて説明するが、「前」、「後」、「左」、「右」、「外」、「内」、「外向き」、「内向き」、「上」、「下」などの単語は、限定的な用語ではなく、便利な用語として理解されるべきである。

本出願の特許請求の範囲及び明細書において、第１及び第２などの関係用語は、１つのエンティティ又は操作を別のエンティティ又は操作から区別するためにのみ使用され、これらのエンティティ又は操作間にそのような実際の関係又は順序が存在することを必ずしも要求又は暗示するものではないことに留意されたい。

本発明の目的は、ストロークが小さすぎて構造が複雑であるという従来の磁気浮上式重力補償装置の欠点を克服し、変動が小さい、大きな磁気浮上力を提供する大ストローク磁気浮上式重力補償装置を提供し、高精度の垂直移動を必要とする作業台に適用することである。以下、添付の図面を参照して本発明による磁気浮上式重力補償装置について説明する。

図１は、本発明による磁気浮上式重力補償装置１００の概略断面図である。

図１に示すように、該装置１００は、第１磁性鋼１０１と、第２磁性鋼１０２と、端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂとを含む。ここで、第１磁性鋼１０１は円筒形であり、第２磁性鋼１０２も円筒形であり、且つ第１磁性鋼１０１内に設置されており、第１磁性鋼１０１から径方向に一定の距離だけ離隔している。

２つの端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂは円筒形であり、それぞれ第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部に位置しており、また端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂはそれぞれ、第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部から軸方向に一定の距離だけ離隔している。第２磁性鋼１０２の２つの軸方向端部に端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂを追加することにより、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２との間の磁力線の分布を調整することができ、それにより、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２との互いに対する軸方向移動の大きなストロークにおいて、変動の少ない磁気浮上力が達成される。

しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、端部磁石１０３ａ又は１０３ｂは、第２磁性鋼１０２の一方の軸方向端部のみに設けられてもよいことを理解されるべきである。端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂの中心線は、第２磁性鋼１０２の中心線と一致しており、且つ端部磁性鋼１０３ａ及び１０３ｂの円筒壁厚さは、第２磁性鋼１０２の円筒壁厚さよりも小さい。

第１磁性鋼１０１の磁化方向は径方向磁化であり、第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向は軸方向磁化である。上記の磁性鋼配置及び磁化方向は第１磁性鋼１０１、第２磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂが互いに対して移動するときに磁気浮上力を発生させることができる。

上記配置を実現するために、第１磁性鋼１０１を固定するための第１支持部材及び第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ａを固定するための第２支持部材が設けられており、第１支持部材及び第２支持部材は互いに対して軸方向に移動することができる。

実際には、第１支持部材及び第２支持部材の一方は作業台に対して固定され、他方は作業台のホルダーに対して固定されており、それにより、作業台が駆動装置の駆動下でホルダーに対して垂直に移動するとき、第１磁性鋼１０１と第２磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂとの間、即ち第１支持部材と第２支持部材との間に発生する磁気浮上力によって、作業台及びその支持物の重量を補償することができ、作業台の垂直方向の移動をより高精度に制御することができる。

以下では、第１支持部材が作業台のホルダーに対して固定され、第２支持部材が作業台に対して固定される場合を例として本発明を説明する。しかしながら、第２支持部材が作業台のホルダーに対して固定され、第１支持部材が作業台に対して固定される実施形態も、本発明の範囲内であることを理解されるべきである。

以下、説明を容易にするために、第１磁性鋼１０１を固定子磁性鋼１０１と称し、第２磁性鋼１０２を可動子磁性鋼１０２と称する。図１に示す実施形態では、第１支持部材は固定子ベース１０４であり、第２支持部材は可動子軸１０５である。固定子ベース１０４は円筒形であり、固定子磁性鋼１０１は固定子ベース１０４の内周面に埋め込まれており、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂは可動子軸１０５の外面に埋め込まれており、且つ固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間に機械的接続がなく、互いに離隔している。

ここで、可動子軸１０５は一体構造であってもよく、又は図１に示すように、可動子軸の第１部分１０５ａ及び可動子軸の第２部分１０５ｂから組み立てることができ、可動子軸の第１部分１０５ａは、Ｔ字形の縦断面を有しており、可動子軸の第２部分１０５ｂは、ねじによって可動子軸の第１部分１０５ａと組み立てられる。該組立構造により、必要に応じて端部磁性鋼１０３ｂを取り付けたり取り外したりすることができる。

固定子磁性鋼１０１の磁化方向は径方向磁化であり、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向はいずれも軸方向磁化である。図３に示すように、図中の矢印方向は磁性鋼の磁化方向を表し、固定子磁性鋼１０１の磁化方向は径方向外向きであり、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向は同じで、いずれも軸方向下向きであり、同様に、それに対応して、固定子磁性鋼１０１の磁化方向を径方向内向きに、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの磁化方向を軸方向上向きに設定することもできる。

また、また、可動子磁性鋼１０２と端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂとの間に一定の隙間δがあり、これは、可動子磁場の調整及び磁性鋼の固定と組立に便利である。ここで、隙間値δの選択は、ストロークの大きさに依存しており、通常、隙間値は好ましくは、０.１ｍｍ～１.０mmである。

図２は本発明の第１実施形態の概略構造図を示す。

図２において、固定子磁性鋼１０１、可動子磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂはいずれも円筒形構造であり、且つ端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの形状及びサイズは同じである。

図３に示すように、固定子磁性鋼１０１、可動子磁性鋼１０２、及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの長さはそれぞれ、Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃであり、可動子磁性鋼外径１０２１及び端部磁性鋼外径１０３１は、それぞれＤｏｂ及びＤｏｃによって表され、可動子磁性鋼内径１０２２及び端部磁性鋼内径１０３２はそれぞれＤｂ及びＤｃによって表され、固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間の片側空隙はＲｇによって表される。可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの軸方向長さＬｂ及びＬｃは等しくなく、通常はＬｂ＞Ｌｃである。

図３に示すように、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの径方向厚さは可動子磁性鋼１０２の径方向厚さよりも小さい。端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂと可動子磁性鋼１０２との間の径方向の位置関係は、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径が可動子磁性鋼１０２の外径よりもわずかに大きくてもよく、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの内径が可動子磁性鋼１０２の内径よりもわずかに小さくてもよいことである。ただし、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径は可動子磁性鋼１０２の外径以下であり、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの内径は可動子磁性鋼１０２の内径以上であることが好ましい。

径方向の位置関係には、通常、（１）可動子磁性鋼外径１０２１が端部磁性鋼外径１０３１に等しく、可動子磁性鋼内径１０２２が端部磁性鋼内径１０３２に等しくない場合と、（２）可動子磁性鋼外径１０２１が端部磁性鋼外径１０３１に等しくなく、可動子磁性鋼内径１０２２が端部磁性鋼内径１０３２に等しい場合と、（３）可動子磁性鋼外径１０２１、内径１０２２がいずれも端部磁性鋼外径１０３１、内径１０３２に等しくないが、可動子磁性鋼１０２の内径と端部磁性鋼１０３の内径との間の距離が可動子磁性鋼１０２の外径と端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの外径との間の距離に等しく、即ち、可動子磁性鋼１０２の円筒厚さを径方向に二等分する円筒が端部磁性鋼の円筒厚さを径方向に二等分する円筒と一致する場合との３つの方案がある。

更に、端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂは互いに異なっていてもよく、例えば、それらの外径、内径、円筒厚さ、又は高さの１つ以上が互いに異なっていてもよいことを理解されるべきである。

なお、図３に示す実施形態では、可動子磁性鋼外径１０２１は端部磁性鋼外径１０３１に等しく、可動子磁性鋼内径１０２２は端部磁性鋼内径１０３２に等しくない。

図３の実施形態では、３組のサイズ比λ１＝Ｌａ／Ｌｂ、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂ、γ１＝Ｄｂ／Ｄｃが定義されており、これらのサイズ比は、磁気浮上力の変動の大きさに関連し、磁気浮上式装置のストロークと大きさによっても変化する。

ここで、磁気浮上式装置の総ストロークをＳと仮定すると、ストロークの大きさに応じて、λ１の値の範囲は、好ましくは［１／４、１＋２λ２－２Ｓ／Ｌｂ］であり、λ２の値は、端部磁性鋼のブロック数Ｎｔ（以下に説明するように）に関連しており、Ｎｔ＝１の場合、λ２の値の範囲は、好ましくは［１／４、３／８］であり、通常、γ１の値は磁気浮上力の変動に関連するが、磁性鋼の加工の難しさ及び組み立て工程を考慮すると、γ１の値の範囲は、好ましくは［１／８、１］である。

また、固定子磁性鋼１０１と可動子磁性鋼１０２との間の片側空隙Ｒｇも、ある程度磁場の強度に影響を与え、更に磁気浮上力の大きさ及び変動程度に影響を与え、一般に、片側空隙Ｒｇの値は磁気浮上力の大きさによって変化し、片側空隙Ｒｇの値は、好ましくはＲｇ≧１０δである。

図４は、上記実施形態の磁気浮上式重力補償装置の磁力線の概略図である。

磁力線の分布軌跡及び磁極の反発原理によれば、可動子軸１０５及びその支持物並びに可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂの重力は、可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂと固定子磁性鋼１０１との間の磁場相互作用によって発生する磁気浮上力によって補償されると推論することができ、且つ可動子磁性鋼１０２及び端部磁性鋼１０３ａ、１０３ｂに対する固定子磁性鋼１０１によって発生する径方向の推力は、大きさが同じであり、円周に沿って均一に分布する一組の力であるため、可動子軸１０５は磁気浮上力により常に固定子磁性鋼１０１の中心に浮かぶことができる。

ここで、電磁シミュレーションにより、可動子磁性鋼の磁場と固定子磁性鋼の磁場との相互作用によって生じる磁気浮上力曲線を得ることができ、図５に示すように、図中の磁気浮上力は２５mmのストローク範囲内で大きさが３８.１３Ｎ～３８.９７Ｎであり、変動は１.０８％であり、変動は非常に小さく、基本的に±２mmのストローク範囲内での従来の磁気浮上式重力補償装置の変動程度に近い。

図６は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第２実施形態２００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置２００は、固定子磁性鋼、可動子磁性鋼２０２、及び端部磁性鋼２０３ａ、２０３ｂを含む。該実施形態は第１実施形態と基本的に同じであり、ただし、固定子磁性鋼の磁化及び加工プロセスの難しさを考慮すると、固定子磁性鋼を、円周方向にブロックに分割された一組の径方向磁化磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄに置き換えることができる。該実施形態において径方向の不平衡力を解消するために、固定子磁性鋼のブロック数Ｎは通常偶数であり、本実施形態では、Ｎ＝４である。

なお、Ｎの値は、本実施形態の値に限定されるものではなく、固定子磁性鋼の内径及び外径に応じて、６個又は８個など、他の偶数に拡張することができる。

径方向磁化磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄの極弧係数αは磁性鋼の極弧長と極ピッチとの比であり、経験から、固定子磁性鋼２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄの極弧係数αは通常、０.７５～１.０の間で選択されることが分かり、固定子磁性鋼２０１ａの極弧係数αは固定子磁性鋼２０１ａと固定子磁性鋼２０１ｂとの間のピッチ角θで同等に表すことができる。Ｎが異なる値をとる場合、ピッチ角θの値の範囲は通常［０°、３０°］である。円周方向に隣接する磁性鋼間のピッチ角θを調整することにより、各磁性鋼の極弧係数αを調整することができ、それによって固定子磁性鋼の総体積を増加又は減少させて、磁気浮上力の大きさを調整することができる。

本実施形態では、磁気浮上力の大きさ及び変動の大きさを総合的に考慮すると、一組の好ましいトポロジー構造が推奨され、ここで、固定子磁性鋼の円周方向ブロック数Ｎ＝４であり、磁性鋼ピッチ角θ＝５°であり、磁性鋼の極弧係数α＝１７／１８であり、シミュレーションによって得られた磁気浮上力変動曲線を図７に示す。図から分かるように、第２実施形態の磁気浮上力は、ストローク範囲内で大きさが３６.１３Ｎ～３６.９１Ｎで変動し、変動率は１.０９％であり、変動は非常に小さい。

図８は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第３実施形態３００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置３００は固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼３０２、及び端部磁性鋼３０３ａを含む。該実施形態において、可動子磁性鋼３０２の円筒厚さを径方向に二等分する円筒は、端部磁性鋼３０３ａの円筒厚さを径方向に二等分する円筒と一致する。

図９は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第４実施形態４００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置４００は固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼４０２、及び端部磁性鋼４０３ａを含む。ここで、端部磁性鋼内径４０３２は可動子磁性鋼内径４０２２に等しく、端部磁性鋼外径４０３１は可動子磁性鋼外径４０２１に等しくない。

図１０は、本発明による磁気浮上式重力補償装置の第５実施形態５００の概略構造図である。

該磁気浮上式重力補償装置５００は、固定子磁性鋼（図示せず）、可動子磁性鋼５０２、及び端部磁性鋼５０３ａ、５０３ｃを含む。ここで、可動子磁性鋼５０２の一方の軸方向端部にある端部磁性鋼は、軸方向に沿ってブロックに分割される。片側ブロック数Ｎｔは、磁気浮上式重力補償装置のストローク及び磁気浮上力の変動の大きさに応じて調整することができ、前述の各実施形態では、Ｎｔ＝１であるが、Ｎｔは１に限定されず、１より大きくてもよい。

一般に、端部磁性鋼の片側ブロック数Ｎｔが多ければ多いほど、可動子磁性鋼５０２及び端部磁性鋼によって提供される磁場の分布がより均一になり、磁気浮上力曲線がより安定になる。本実施形態では、端部磁性鋼のブロック数Ｎｔ＝２の方案が示されている。また、該実施形態では、端部磁性鋼内径５０３２は可動子磁性鋼内径５０２２に等しくなく、端部磁性鋼外径５０３１は可動子磁性鋼外径５０２１に等しい。

しかしながら、可動子磁性鋼５０２の他方の軸方向端部に、単一の端部磁性鋼又は軸方向にブロックに分割された端部磁性鋼を設けてもよいことを理解されるべきである。端部磁性鋼及び可動子磁性鋼５０２は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の径方向の位置関係を採用することもできる。

図１１～図１３は、本発明による磁気浮上式重力補償装置を使用する作業台の底面図を示す。

作業台の下方には、本発明による磁気浮上式重力装置を収容するためのキャビティが設けられている。図１１に示すように、作業台の下方のキャビティは１つであってもよく、また例えば図１２に示すように、例えば正三角形に配置されて３点レイアウトを形成する３つであってもよく、又は正方形に配置されて４点レイアウトを形成する４つであってもよい。

本発明の好ましい実施形態は、上記で詳細に説明されたが、必要に応じて、実施形態の態様を修正して、様々な特許、出願及び刊行物の態様、特徴及び概念を採用して、追加の実施形態を提供することができることを理解されるべきである。

上記の詳細な説明を考慮して、実施形態に対してこれら及び他の変更を行うことができる。一般的に言えば、特許請求の範囲において、使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの特許請求の範囲が享受するすべての同等の範囲と共にすべての可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。

Claims (16)

1. 磁気浮上式重力補償装置であって、
   円筒形である第１磁性鋼と、
   円筒形であり、前記第１磁性鋼内に配置され、且つ前記第１磁性鋼から径方向に離隔している第２磁性鋼と、
   円筒形であり、前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部のうちの少なくとも１つの軸方向端部に位置し、且つ前記第２磁性鋼の２つの軸方向端部から軸方向に離隔しており、中心線は前記第２磁性鋼の中心線と一致するように構成され、また円筒壁厚さは、前記第２磁性鋼の円筒壁厚さよりも小さい、少なくとも１つの端部磁性鋼と、を含み、
   前記第１磁性鋼の磁化方向は径方向磁化であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼の磁化方向は軸方向磁化である、ことを特徴とする磁気浮上式重力補償装置。
2. 前記第１磁性鋼を固定するための第１支持部材と、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼を固定するための第２支持部材とを含み、
   前記第１支持部材及び前記第２支持部材は互いに対して軸方向に移動することができる、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
3. 前記第１支持部材は円筒形であり、前記第１磁性鋼は前記第１支持部材の内周面に埋め込まれている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気浮上式重力補償装置。
4. 前記第２支持部材は柱状であり、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼は前記第２支持部材の外周面に埋め込まれている、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気浮上式重力補償装置。
5. 前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間は０.１～１.０mmである、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
6. 前記第１磁性鋼は、互いに径方向に離隔している偶数個の径方向磁性鋼ブロックで構成され、単一の径方向磁性鋼ブロックの極弧係数の値の範囲は０.７５～０.９８である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
7. 前記第２磁性鋼の両端には、それぞれ１つの端部磁性鋼が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
8. 前記第２磁性鋼の少なくとも１つの端部には、２つ以上の端部磁性鋼が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
9. 前記端部磁性鋼の内径は前記第２磁性鋼の内径以上であり、且つ前記端部磁性鋼の外径は前記第２磁性鋼の外径以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
10. 前記第１磁性鋼、前記第２磁性鋼及び前記端部磁性鋼の長さはそれぞれＬａ、Ｌｂ及びＬｃであり、ここでＬｂ＞Ｌｃである、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気浮上式重力補償装置。
11. 前記第２磁性鋼の内径及び前記端部磁性鋼の内径はそれぞれＤｂ及びＤｃであり、γ１＝Ｄｂ／Ｄｃであり、ここでγ１の値は１／８～１である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
12. 前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ１＝Ｌａ／Ｌｂであり、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂであり、λ１の値は１／４～１＋２λ２－２Ｓ／Ｌｂである、ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気浮上式重力補償装置。
13. 前記第１支持部材と前記第２支持部材の互いに対する軸方向移動のストロークはＳであり、λ２＝Ｌｃ／Ｌｂであり、λ２の値は１／４～３／８である、ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気浮上式重力補償装置。
14. 前記第１磁性鋼と前記第２磁性鋼との間隔はＲｇであり、Ｒｇは前記第２磁性鋼と前記端部磁性鋼との間の隙間の１０倍以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式重力補償装置。
15. 作業台であって、作業台本体を含み、前記作業台本体の下方には、請求項１～１４のいずれか一項に記載の磁気浮上式重力補償装置を収容するためのキャビティが設けられている、ことを特徴とする作業台。
16. 前記キャビティは３つのキャビティ又は４つのキャビティである、ことを特徴とする請求項１５に記載の作業台。

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