JP2716884B2 - Flat motor device - Google Patents

Flat motor device

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JP2716884B2
JP2716884B2 JP3172326A JP17232691A JP2716884B2 JP 2716884 B2 JP2716884 B2 JP 2716884B2 JP 3172326 A JP3172326 A JP 3172326A JP 17232691 A JP17232691 A JP 17232691A JP 2716884 B2 JP2716884 B2 JP 2716884B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、平面モータに関し、特
に対象物を載置するステージ部材を比較的広い面内で高
精度に駆動することのできる平面モータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar motor, and more particularly, to a planar motor capable of driving a stage member on which an object is mounted within a relatively wide surface with high precision.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造装置等の超精密機械分野で
は、対象物を比較的広い平面内で駆動し、位置決めを行
う装置に対して位置決め精度向上の要求がある。
2. Description of the Related Art In the field of ultra-precision machinery such as a semiconductor manufacturing apparatus, there is a demand for an apparatus which drives an object within a relatively wide plane to perform positioning, thereby improving positioning accuracy.

【0003】従来、対象物を2次元的に駆動する装置と
しては、まず、平面内の一方向であるx軸方向について
駆動を行うサーボモータとボールネジ等を備えたxステ
ージを形成し、その上にy軸方向の駆動を行うサーボモ
ータとボールネジ等を備えたyステージを重ねたxyス
テージ等が知られている。このような構成のxyステー
ジによれば、動力伝達機構や案内機構が必要であり、駆
動源の動力が100%対象物に伝わらずに、ステージを
構成している機械部材に不要な歪みや弾性変形を生じさ
せている。また、2段に組み合わせるため全体が大型化
し、その結果高速な運動を行う際、振動の影響が出やす
く精度が劣化しやすい。
Conventionally, as an apparatus for two-dimensionally driving an object, first, an x-stage provided with a servomotor for driving in the x-axis direction, which is one direction in a plane, and a ball screw is formed. An xy stage and the like in which a servo motor for driving in the y-axis direction and a y stage provided with a ball screw and the like are superposed are known. According to the xy stage having such a configuration, a power transmission mechanism and a guide mechanism are necessary, and 100% of the power of the driving source is not transmitted to the object, and unnecessary distortion and elasticity of the mechanical members constituting the stage are required. Causing deformation. In addition, the combination of the two stages increases the overall size, and as a result, when performing high-speed motion, the influence of vibration is likely to occur and the accuracy is likely to deteriorate.

【0004】そのため、0.01μm程度以下という高
い位置決め精度を実現するのは困難である。弾性変形量
を低減したり、振動の影響を低減するために、一般的に
機械構造体の大型化によって高剛性化を図ることが多
い。
Therefore, it is difficult to achieve a high positioning accuracy of about 0.01 μm or less. In general, in order to reduce the amount of elastic deformation or reduce the influence of vibration, the rigidity is generally increased by increasing the size of the mechanical structure.

【0005】このような構成の場合、高精度の位置決め
を実現するステージ装置は大型となり、重量も増加して
しまう。
In the case of such a configuration, the stage device for realizing high-precision positioning becomes large and the weight increases.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術によるxyステージ等においては、たとえば
0.01μmの位置決め精度を持つ超精密ステージ装置
を実現することは難しかった。
As described above,
With an xy stage or the like according to a conventional technique, it has been difficult to realize an ultra-precision stage device having a positioning accuracy of, for example, 0.01 μm.

【0007】本発明の目的は、たとえば小型で超精密精
度なステージ装置を実現するのに適した駆動方式として
平面モータ装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a planar motor device as a drive system suitable for realizing, for example, a small and ultra-precise precision stage device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の平面モータ装置
は、対象物を載置するためのステージ部材を、基準とな
る支持部材に対して相対的に所定面内で移動させる平面
モータ装置であって、前記ステージ部材と前記支持部材
の一方に取り付けられ、前記所定面に対してほぼ垂直な
方向に磁束を発生させる複数の永久磁石とこれらの永久
磁石を結合するヨークとの組み合わせであって、前記複
数の永久磁石の各々は前記ステージ部材と前記支持部材
の他方に面した面全体が同一極の磁極となっており、
記複数の永久磁石が、前記所定面内の第1の方向に長い
形状を有する第1の永久磁石と、該第1の方向と直交す
る前記所定面内の第2の方向に長い形状を有する第2の
永久磁石とを含み、前記ヨークが、前記複数の各永久磁
石同士の相対位置を固定する前記組み合わせと、前記ス
テージ部材と前記支持部材の他方に取り付けられ、第1
のコイルの組と第2のコイルの組を含む複数組のコイル
であって、該第1のコイルの組の各コイルが前記第2の
方向のコイル軸を有し、かつ前記第1の方向に配列し、
少なくとも一部のコイルが前記第1の永久磁石による磁
界と係合し、該第2のコイルの組の各コイルが前記第1
の方向のコイル軸を有し、かつ前記第2の方向に配列
し、少なくとも一部のコイルが前記第1の永久磁石によ
る磁界と係合し、該第1のコイルの組と第2のコイルの
組との相対位置が固定されている前記複数組のコイルと
を含む。
A planar motor device according to the present invention is a planar motor device for moving a stage member for mounting an object in a predetermined plane relative to a reference support member. A combination of a plurality of permanent magnets attached to one of the stage member and the support member and generating a magnetic flux in a direction substantially perpendicular to the predetermined surface, and a yoke connecting the permanent magnets; , The compound
Each of the plurality of permanent magnets comprises the stage member and the support member.
A plurality of permanent magnets having the same magnetic pole on the entire surface facing the other side, wherein the plurality of permanent magnets have a shape elongated in a first direction in the predetermined surface; And a second permanent magnet having a shape elongated in a second direction in the predetermined plane perpendicular to the predetermined plane, wherein the yoke fixes a relative position between the plurality of permanent magnets, and the stage member And the other of the support members,
A plurality of sets of coils including a set of coils and a set of second coils, wherein each coil of the first set of coils has a coil axis in the second direction and the first direction. Arranged in
At least some of the coils are engaged with the magnetic field by the first permanent magnet, and each coil of the second set of coils is
, And arranged in the second direction, at least a part of the coils is engaged with the magnetic field by the first permanent magnet, and the first coil set and the second coil And a plurality of sets of coils whose relative positions with respect to the set are fixed.

【0009】[0009]

【作用】複数のコイルと対向して一体の永久磁石が配置
されているため、コイルと永久磁石との相対位置が変位
しても、複数のコイルに電流を流すことにより、連続的
に力を発生させることができる。
According to the present invention, since an integral permanent magnet is arranged opposite to a plurality of coils, even if the relative position between the coil and the permanent magnet is displaced, a force is continuously applied by flowing current to the plurality of coils. Can be generated.

【0010】発生する力は、ステージ部材と支持部材に
取り付けられた永久磁石とコイルとの間に直接作用する
ので、遊びや弾性変形を小さくすることができる。
Since the generated force acts directly between the coil and the permanent magnet attached to the stage member and the support member, play and elastic deformation can be reduced.

【0011】[0011]

【実施例】図1に、本発明の実施例による平面モータ装
置の概略図を示す。図1(A)は、コイルと永久磁石と
の位置関係を示す平面図である。図1(B)は、永久磁
石とコイルとの位置関係を示す概略側面図である。
FIG. 1 is a schematic view of a planar motor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view showing a positional relationship between a coil and a permanent magnet. FIG. 1B is a schematic side view showing the positional relationship between the permanent magnet and the coil.

【0012】図1(A)に示すように、平面モータの可
動平面内にx軸方向、y軸方向およびx軸、y軸に垂直
な軸の回りの回転方向θ方向を設定する。
As shown in FIG. 1A, an x-axis direction, a y-axis direction, and a rotation direction θ direction about an axis perpendicular to the x-axis and the y-axis are set in the movable plane of the planar motor.

【0013】平面モータ装置は、基本的単位としてx方
向のリニアモータ構造部13、y方向のリニアモータ構
造部14、15を有する。x方向リニアモータ構造部1
3においては、4個の同等なx用コイル9a1、9a
2、9a3、9a4がy軸方向に並んで配置され、x軸
方向に所定距離離され、別の4個の同等なx用コイル9
b1、9b2、9b3、9b4がy軸方向に並んで配置
されている。
The planar motor device has, as basic units, a linear motor structure 13 in the x direction and linear motor structures 14 and 15 in the y direction. x direction linear motor structure 1
3, four equivalent x coils 9a1, 9a
2, 9a3, 9a4 are arranged side by side in the y-axis direction, are separated by a predetermined distance in the x-axis direction, and have another four equivalent x coils 9
b1, 9b2, 9b3, 9b4 are arranged side by side in the y-axis direction.

【0014】さらに、対応する2つのx用コイル9a
1、9b1を貫通して共通の高透磁率のコア12が配置
されている。同様に、対応するx用コイル9a2と9b
2、9a3と9b3、9a4と9b4をそれぞれ貫通し
てコア12が配置されている。
Further, two corresponding x coils 9a
A common high magnetic permeability core 12 is arranged so as to penetrate through 1 and 9b1. Similarly, the corresponding x coils 9a2 and 9b
2, 9a3 and 9b3, and 9a4 and 9b4, respectively, and the core 12 is arranged so as to pass therethrough.

【0015】図示の配置においては、図中下側に配置さ
れた3つのx用コイル9a1、9a2、9a3に対向す
るようにy方向に長い1つのx用磁石6aが配置され、
他の3つのx用コイル9b1、9b2、9b3と対向し
て他のy方向に長いx用磁石6bが配置されている。
In the illustrated arrangement, one x magnet 6a long in the y direction is arranged so as to face three x coils 9a1, 9a2, 9a3 arranged on the lower side in the figure.
Opposite to the other three x coils 9b1, 9b2, 9b3, another x magnet 6b long in the y direction is arranged.

【0016】y方向リニアモータ構造部14、15にお
いても同様の構成がとられている。すなわち、y方向リ
ニアモータ構造部14においては、y用コイル10b
1、10b2、10b3、10b4がx軸方向に並んで
配置され、その図中下方には、x方向の位置を対応させ
て他のy用コイル10a1、10a2、10a3、10
a4が、同様x軸方向に並んで配置されている。
The same configuration is adopted in the y-direction linear motor structures 14, 15. That is, in the y-direction linear motor structure 14, the y coil 10b
1, 10b2, 10b3, 10b4 are arranged side by side in the x-axis direction, and the other y coils 10a1, 10a2, 10a3, 10
a4 are similarly arranged in the x-axis direction.

【0017】また、上下に対応して配置されたy用コイ
ル10b1と10a1、10b2と10a2、10b3
と10a3、10b4と10a4にはそれぞれコア12
が貫通して配置されている。
The y coils 10b1 and 10a1, 10b2 and 10a2 and 10b3 are disposed vertically.
10a3, 10b4 and 10a4 each have a core 12
Are arranged to penetrate.

【0018】また、x軸方向に長いy用永久磁石7b
は、図中の配置においてx方向に長いy用コイル10b
1、10b2、10b3の上に配置され、他のx方向に
長いy用磁石7aは、y用磁石10a1、10a2、1
0a3の上に対向して配置されている。
The y permanent magnet 7b which is long in the x-axis direction
Is a y coil 10b that is long in the x direction in the arrangement in the figure
1, 10b2, 10b3, and the other y magnets 7a long in the x direction are y magnets 10a1, 10a2, 1
0a3 is arranged to face.

【0019】他のy方向リニアモータ構造部15は、y
方向リニアモータ構造部14と同等の構成を有する。す
なわち、11a1〜11a4、11b1〜11b4はy
用コイルを示し、8a、8bはy用磁石を示し、12は
コアを示す。
The other y-direction linear motor structure 15 is
It has the same configuration as the directional linear motor structure 14. That is, 11a1 to 11a4 and 11b1 to 11b4 are y
8a and 8b indicate y magnets, and 12 indicates a core.

【0020】図1(B)は、x用コイル9a1、9b1
およびその上に配置されたx用磁石6a、6bの相対関
係を示す概略側面図である。
FIG. 1B shows the x coils 9a1 and 9b1.
FIG. 5 is a schematic side view showing a relative relationship between x magnets 6a and 6b arranged thereon.

【0021】ベース1の上にx用コイル9a1、9b1
が固定され、その軸上にコア12が貫通されている。こ
れらのx用コイル9a1、9b1と対向するように、x
用磁石6a、6bがギャップ17を介して配置されてい
る。これらのx用磁石6a、6bは、ヨーク5に固定さ
れ、このヨーク5はステージ部材3の下面に固定されて
いる。少なくともヨーク5は、高透磁率の材料で形成さ
れている。
On the base 1, the x coils 9a1 and 9b1
Are fixed, and the core 12 is penetrated on the axis thereof. X is opposed to these x coils 9a1 and 9b1.
Magnets 6a and 6b are arranged via a gap 17. These x magnets 6a and 6b are fixed to the yoke 5, and the yoke 5 is fixed to the lower surface of the stage member 3. At least the yoke 5 is formed of a material having high magnetic permeability.

【0022】一対のx用磁石6a、6bは、ヨーク5に
対して極性を反転して配置されている。図示の構成にお
いては、一方のx用磁石6aは下方にN極、上方にS極
を有し、他方のx用磁石6bは上方にN極、下方にS極
を有する。
The pair of x magnets 6 a and 6 b are arranged with the polarity inverted with respect to the yoke 5. In the illustrated configuration, one x magnet 6a has an N pole below and an S pole above, and the other x magnet 6b has an N pole above and an S pole below.

【0023】したがって、図中破線の矢印で示すように
磁路16が形成され、磁束が分布する。このような磁束
の存在下において、コイル9a1に図に示すような方向
の電流を与え、コイル9b1に図に示すような反対方向
の電流を与えると、主にコイルの上部分を流れる電流が
磁束と相互作用する。これら2つのコイルにおいては磁
束の向きが逆であるため、逆方向に電流を流す両コイル
に同一方向のx方向の力が生じる。この力によってステ
ージ部材3はx方向に駆動される。
Accordingly, the magnetic path 16 is formed as shown by the broken arrow in the figure, and the magnetic flux is distributed. In the presence of such a magnetic flux, when a current in the direction shown in the figure is applied to the coil 9a1 and a current in the opposite direction as shown in the figure is applied to the coil 9b1, the current mainly flowing in the upper part of the coil becomes the magnetic flux. Interacts with. Since the directions of the magnetic fluxes in these two coils are opposite to each other, a force in the same direction x is generated in both the coils that flow currents in opposite directions. This force drives the stage member 3 in the x direction.

【0024】同様の原理により、y方向リニアモータ構
造部14、15においては、y方向の力が発生する。
According to the same principle, a y-direction force is generated in the y-direction linear motor structures 14, 15.

【0025】たとえば、y方向リニアモータ構造部1
4、15に生じる力によって、ステージ部材3がy方向
に変位する。この時、x用磁石6a、6bと対向するコ
イルは変わっても、いくつかのコイルはx用磁石6a、
6bと対向する。したがって、x方向の力を発生するこ
とができる。
For example, the y-direction linear motor structure 1
The stage member 3 is displaced in the y direction by the forces generated at 4 and 15. At this time, although the coils facing the x magnets 6a and 6b are changed, some coils are changed to the x magnets 6a and 6b.
6b. Therefore, a force in the x direction can be generated.

【0026】図1に示すような構造の平面モータ装置の
駆動モードを図2に示す。図2(A)はx並進モードを
示し、図2(B)はy並進モードを示し、図2(C)は
θ回転モードを示す。
FIG. 2 shows a driving mode of the planar motor device having the structure as shown in FIG. 2A shows the x translation mode, FIG. 2B shows the y translation mode, and FIG. 2C shows the θ rotation mode.

【0027】図2(A)においては、x方向リニアモー
タ構造部13のコイルに電流を流す。このため、x方向
リニアモータ構造部13のコイルにx方向の力が発生
し、ステージ部材をx方向に駆動する。
In FIG. 2A, a current is applied to the coil of the x-direction linear motor structure 13. For this reason, a force in the x direction is generated in the coil of the x-direction linear motor structure 13, and the stage member is driven in the x direction.

【0028】図2(B)は、y並進モードを示す。y方
向リニアモータ構造部14、15のコイルに同一方向の
力が発生するように電流を流す。すると、y方向リニア
モータ構造部14、15のコイルに同一のy方向の駆動
力が発生する。したがって、ステージ部材はy方向に並
進運動する。
FIG. 2B shows the y translation mode. An electric current is applied to the coils of the y-direction linear motor structures 14, 15 so that a force in the same direction is generated. Then, the same y-direction driving force is generated in the coils of the y-direction linear motor structures 14 and 15. Therefore, the stage member translates in the y direction.

【0029】図2(C)はxy平面内におけるθ回転モ
ードを示す。y方向リニアモータ構造部14、15に逆
方向のy方向の力が発生するように電流を供給する。た
とえば、図示のようにy方向リニアモータ構造部14に
おいては−y方向、y方向リニアモータ構造部15にお
いては+y方向に力が発生するように、それぞれのコイ
ルに電流を供給する。これら逆方向で平行な力が発生す
ると、リニアモータ構造部14、15の永久磁石を支持
するステージ部材はxy平面内で+θ方向に回転する。
FIG. 2C shows the θ rotation mode in the xy plane. An electric current is supplied to the y-direction linear motor structures 14 and 15 so that a force in the opposite y-direction is generated. For example, current is supplied to each coil such that a force is generated in the −y direction in the y-direction linear motor structure 14 and in a + y direction in the y-direction linear motor structure 15 as shown in the drawing. When these parallel forces are generated in the opposite directions, the stage members supporting the permanent magnets of the linear motor structures 14, 15 rotate in the + θ direction in the xy plane.

【0030】以上の説明においては、各コイルはベース
に固定され、各永久磁石はステージ部材に固定され、ス
テージはxy平面内で自由に運動できると仮定した。コ
イルに働く力と永久磁石に働く力は大きさが等しく、向
きが逆である。このような構造は、たとえば、ステージ
をコロ等でxy平面内に支持することによって実現する
こともできるが、以下に述べるようにエアベアリング等
の摩擦の少ないベアリング機構を用いることがより好ま
しい。
In the above description, it has been assumed that each coil is fixed to the base, each permanent magnet is fixed to the stage member, and the stage can move freely in the xy plane. The force acting on the coil and the force acting on the permanent magnet are equal in magnitude and opposite in direction. Such a structure can be realized by, for example, supporting the stage in a xy plane with a roller or the like, but it is more preferable to use a bearing mechanism with low friction such as an air bearing as described below.

【0031】ステージの可動部の機械構造部の自重もし
くは、磁石等による吸引力と逆向きにエアベアリングの
浮上力が作用するようにエアベアリングを組み合わせた
構造によれば、ステージをベース上所定高さに保持し、
xy平面内の運動自由に支持することができる。
According to the structure in which the air bearing is combined so that the floating force of the air bearing acts in the opposite direction to the self-weight of the mechanical structure of the movable portion of the stage or the attraction force of a magnet or the like, the stage can be set at a predetermined height above the base. Hold on to
The robot can be freely moved in the xy plane.

【0032】図3は、平面モータ装置を備えたxyステ
ージ装置を示す斜視図である。ベース1は、その上に平
坦な案内面2を有し、案内面2上にx用コイル9、第1
y用コイル10、第2y用コイル11を固定する。
FIG. 3 is a perspective view showing an xy stage device provided with a planar motor device. The base 1 has a flat guide surface 2 thereon, and the x coil 9 on the guide surface 2,
The y coil 10 and the second y coil 11 are fixed.

【0033】なお、x用コイル9は、x軸方向に5個の
コイルが同軸に配置され、同様の5個のコイルの組が5
組y方向に並列に配置されている。また、y用コイル1
0、11は、y軸方向に5個のコイルが同軸配置され、
これら5個のコイルの組がx方向に4組配置されてい
る。なお、同軸に配列されたコイルの中心部には鉄等の
高透磁率のコアが挿入されている。
The x coil 9 has five coils arranged coaxially in the x-axis direction.
They are arranged in parallel in the set y direction. Moreover, the coil 1 for y
0 and 11 have five coils coaxially arranged in the y-axis direction,
Four sets of these five coils are arranged in the x direction. Note that a core having high magnetic permeability such as iron is inserted into the center of the coils arranged coaxially.

【0034】ベース1の案内面2上には、エアパッド4
で支持されたメインステージ3が配置される。エアパッ
ド4は、たとえば下面にエア吹き出し口を有するもので
あり、エアの吹き出しによってベース1の案内面2上に
浮上する。SORアライナ等、縦型のステージにする場
合は、エアパッドに永久磁石を並用することにより、垂
直面上で平面運動が可能となる。
On the guide surface 2 of the base 1, an air pad 4
The main stage 3 supported by is arranged. The air pad 4 has, for example, an air outlet on its lower surface, and floats on the guide surface 2 of the base 1 by blowing air. When a vertical stage such as an SOR aligner is used, a plane motion can be performed on a vertical plane by using a permanent magnet in parallel with the air pad.

【0035】メインステージ3の下面には、鉄等の高透
磁率材料で形成されたヨーク5が固定されている。この
ヨーク5の下面には、さらにx用磁石6、y用磁石7お
よび8が固定されている。各磁石は、対応するコイルの
複数個にわたる長さを有する。
A yoke 5 made of a material having high magnetic permeability such as iron is fixed to the lower surface of the main stage 3. An x magnet 6 and y magnets 7 and 8 are further fixed to the lower surface of the yoke 5. Each magnet has a length that spans a plurality of corresponding coils.

【0036】図4は、図3における磁石とコイルとの関
係をより詳細に示す。図4(A)は、磁石とコイルの組
み合わせの一相のみを取り出した図である。ヨーク5の
下面に逆平行の関係にある永久磁石M1とM2が固着さ
れている。これら永久磁石M1とM2の間隔は、対応す
るコイルC1とC2の間隔に等しく設定されている。
FIG. 4 shows the relationship between the magnet and the coil in FIG. 3 in more detail. FIG. 4A is a diagram in which only one phase of the combination of the magnet and the coil is extracted. Permanent magnets M1 and M2 having an antiparallel relationship are fixed to the lower surface of the yoke 5. The interval between the permanent magnets M1 and M2 is set equal to the interval between the corresponding coils C1 and C2.

【0037】図示のように、永久磁石M1とM2がコイ
ルC1とC2の上に配置されると、永久磁石M1からコ
イルC1内のコア12に達し、コア12を通って永久磁
石M2に進み、ヨーク5を介して永久磁石M1に戻る磁
路が形成される。コイルC1、C2の上側巻線は、この
磁路と交差している。
As shown, when the permanent magnets M1 and M2 are placed on the coils C1 and C2, the permanent magnets M1 reach the core 12 in the coil C1 and pass through the core 12 to the permanent magnet M2. A magnetic path returning to the permanent magnet M1 via the yoke 5 is formed. The upper windings of the coils C1, C2 intersect this magnetic path.

【0038】したがって、コイルC1とC2に電流を流
すと、電流の強さに応じた力がコイルの軸方向に発生す
る。
Therefore, when a current flows through the coils C1 and C2, a force corresponding to the strength of the current is generated in the axial direction of the coil.

【0039】ただし、コイルC1とC2において、磁束
は逆方向に進むので、コイルC1とC2に同一方向の力
を発生させると、これらの力は互いに逆方向に作用し、
相殺する。コイルC1とC2に逆方向の電流を流せば、
同一方向の力が発生する。
However, in the coils C1 and C2, the magnetic flux proceeds in the opposite directions. Therefore, if forces in the same direction are generated in the coils C1 and C2, these forces act in opposite directions.
cancel. If currents in opposite directions are passed through the coils C1 and C2,
Forces in the same direction are generated.

【0040】コイルに電流を流すことにより、ヨーク5
が矢印方向に移動する。しかしながら、磁石M1とM2
がコイルとコイルの境界上に移動されると、隣接するコ
イルから逆方向の力が発生するので、ヨーク5に作用す
る力は減少する。このような力の発生を図5(A)に示
す。
By passing a current through the coil, the yoke 5
Moves in the direction of the arrow. However, magnets M1 and M2
Is moved over the boundary between the coils, a force in the opposite direction is generated from the adjacent coil, so that the force acting on the yoke 5 is reduced. The generation of such a force is shown in FIG.

【0041】すなわち、磁石とコイルの間に1つの磁路
を形成し、一相の駆動を行うと、発生する力は、図5
(A)に示すようにリップル状になる。
That is, when one magnetic path is formed between the magnet and the coil and one-phase driving is performed, the generated force is as shown in FIG.
It becomes a ripple shape as shown in FIG.

【0042】図3のステージ装置においては、各リニア
モータ構造部は4個の永久磁石を有している。これらの
永久磁石は、図4(B)に示すように2個ずつが組とさ
れ、2組が位相をずらして配置されている。
In the stage apparatus shown in FIG. 3, each linear motor structure has four permanent magnets. As shown in FIG. 4B, these permanent magnets are grouped two by two, and the two groups are arranged out of phase.

【0043】すなわち、図示のように磁石M1とM2が
コイルとコイルの境界上にあり、力を発生できない時、
他の磁石M3とM4はコイルC4とC5の上に配置さ
れ、十分な力を発生することができる。ヨーク5が移動
して、磁石M3とM4がコイルとコイルの境界上に配置
されるときには、今度は磁石M1とM2がコイルの中央
部上に配置され、十分な力を発生する。このような2相
駆動により発生する力のパターンを、図5(B)に示
す。
That is, as shown, when the magnets M1 and M2 are on the boundary between coils and cannot generate a force,
The other magnets M3 and M4 are located above the coils C4 and C5 and can generate sufficient force. When the yoke 5 moves and the magnets M3 and M4 are positioned on the coil-coil boundary, the magnets M1 and M2 are now positioned on the center of the coil and generate sufficient force. FIG. 5B shows a pattern of a force generated by such two-phase driving.

【0044】すなわち、図5(B)の上2段に示す位相
をずらせた2相の駆動力を合成することにより、図5
(B)最下段に示すようなほぼ一定の推力を得ることが
できる。
That is, by synthesizing the two-phase driving forces with the phases shifted in the upper two stages shown in FIG.
(B) An almost constant thrust as shown at the bottom can be obtained.

【0045】各磁石は、対応するコイルの横方向に長い
形状を有する。図4(C)は、このような磁石の横方向
とコイルとの関係を示す。コイルC1、C6、C7、C
8は、横方向に並んで配置されている。これに対して磁
石M1は、3つ分のコイルの幅を有する。したがって、
ヨーク5がコイルの横方向に移動したときも、十分な長
さにおいて磁石とコイルとが対向し、必要な力を発生さ
せることができる。
Each magnet has a shape that is long in the lateral direction of the corresponding coil. FIG. 4C shows the relationship between the lateral direction of such a magnet and the coil. Coil C1, C6, C7, C
8 are arranged side by side in the horizontal direction. On the other hand, the magnet M1 has a width of three coils. Therefore,
Even when the yoke 5 moves in the lateral direction of the coil, the magnet and the coil face each other for a sufficient length, and a necessary force can be generated.

【0046】すなわち、平面内である程度広範囲にステ
ージを駆動するためには、コイル1つに対して磁石1つ
を対向させる構成は好ましくなく、図示のように複数個
のコイルを軸方向に結合し、かつ軸と直交する方向に複
数組のコイルを配置することが好ましい。
That is, in order to drive the stage over a wide range within a plane, it is not preferable to have one magnet opposed to one coil, and a plurality of coils are connected in the axial direction as shown in the figure. It is preferable to arrange a plurality of sets of coils in a direction perpendicular to the axis.

【0047】このように、多数のコイルを配置し、その
上に多数、たとえば4個の磁石を2相駆動を行うように
配置することにより、磁石の発生する磁束を十分コイル
に鎖交させ、ステージの駆動に必要な力を十分広範囲に
発生させることが可能となる。
As described above, by arranging a large number of coils and arranging a large number of, for example, four magnets thereon to perform two-phase driving, the magnetic flux generated by the magnets is sufficiently linked to the coils. The force required for driving the stage can be generated in a sufficiently wide range.

【0048】なお、磁石と対向するコイルに流れる電流
を制御することにより、図2に示したような種々の駆動
モードを実現できることは当業者に自明であろう。
It will be apparent to those skilled in the art that various driving modes as shown in FIG. 2 can be realized by controlling the current flowing through the coil facing the magnet.

【0049】ステージをエアパッドにより浮上させ、コ
イルと磁石の組み合わせにより、駆動することにより、
ほぼ摩擦のない状態でステージに直接力を作用させるこ
とができる。このため、構造部材に歪みや弾性変形を生
じることを防止することが可能となる。また、装置全体
を小型化にできる。このようにして、高精度の位置決め
が可能なステージ装置が提供される。
The stage is lifted by an air pad and driven by a combination of a coil and a magnet.
A force can be directly applied to the stage with almost no friction. For this reason, it is possible to prevent the structural member from being distorted or elastically deformed. Further, the size of the entire apparatus can be reduced. In this way, a stage device capable of high-accuracy positioning is provided.

【0050】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数のコイルと対向させて多数の磁石を配置し、制御し
た電流をコイルに供給することにより、コイルに発生す
る力を高精度に制御することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
By arranging a large number of magnets in opposition to a large number of coils and supplying a controlled current to the coils, it is possible to control the force generated in the coils with high accuracy.

【0052】コイルに発生する推力を高精度に制御する
ことにより、高精度の位置決めが可能となる。
By controlling the thrust generated in the coil with high accuracy, high-precision positioning becomes possible.

【0053】圧電素子等を用いた微動ステージと比べ、
大ストロークの駆動が可能である。かつ、微動ステージ
と同等の高精度の位置決めが可能である。
As compared with a fine movement stage using a piezoelectric element or the like,
Large stroke drive is possible. In addition, high-precision positioning equivalent to that of the fine movement stage is possible.

【0054】ベース上にコイルを配置すれば、コイルへ
の通電による発熱はステージと分離された状態で起きる
ため、メインステージの加熱を防止することができる。
If the coil is arranged on the base, heat generated by energization of the coil occurs in a state separated from the stage, so that heating of the main stage can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による平面モータ装置を示す。
図1(A)は平面図、図1(B)は側面図である。
FIG. 1 shows a planar motor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a side view.

【図2】駆動モードを説明するための図である。図2
(A)はx並進モードを示し、図2(B)はy並進モー
ドを示し、図2(C)はθ回転モードを示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining a drive mode. FIG.
2A shows the x translation mode, FIG. 2B shows the y translation mode, and FIG. 2C shows the θ rotation mode.

【図3】本発明の実施例によるステージ装置を示す斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a stage device according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3に示すステージ装置の推力発生の原理を説
明するための概略側面図である。図4(A)は一相駆動
を示し、図4(B)は2相駆動を示し、図4(C)はコ
イルの横方向に対する磁石の配置を示す。
FIG. 4 is a schematic side view for explaining the principle of generation of a thrust of the stage device shown in FIG. 3; FIG. 4A shows one-phase driving, FIG. 4B shows two-phase driving, and FIG. 4C shows the arrangement of magnets in the lateral direction of the coil.

【図5】図4と対応して発生する力を説明するためのグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph for explaining a force generated corresponding to FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース 2 案内面 3 ステージ部材(メインステージ) 4 エアパッド 5 ヨーク 6 x用磁石 7、8 y用磁石 9 x用コイル 10、11 y用コイル 12 コア DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Guide surface 3 Stage member (main stage) 4 Air pad 5 Yoke 6 Magnet for x 7, 8 y Magnet 9 Coil for x 10, 11 Y coil 12 Core

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 対象物を載置するためのステージ部材
を、基準となる支持部材に対して相対的に所定面内で移
動させる平面モータ装置であって、 前記ステージ部材と前記支持部材の一方に取り付けら
れ、前記所定面に対してほぼ垂直な方向に磁束を発生さ
せる複数の永久磁石とこれらの永久磁石を結合するヨー
クとの組み合わせであって、前記複数の永久磁石の各々
は前記ステージ部材と前記支持部材の他方に面した面全
体が同一極の磁極となっており、前記複数の永久磁石
が、前記所定面内の第1の方向に長い形状を有する第1
の永久磁石と、該第1の方向と直交する前記所定面内の
第2の方向に長い形状を有する第2の永久磁石とを含
み、前記ヨークが、前記複数の各永久磁石同士の相対位
置を固定する前記組み合わせと、 前記ステージ部材と前記支持部材の他方に取り付けら
れ、第1のコイルの組と第2のコイルの組を含む複数組
のコイルであって、該第1のコイルの組の各コイルが前
記第2の方向のコイル軸を有し、かつ前記第1の方向に
配列し、少なくとも一部のコイルが前記第1の永久磁石
による磁界と係合し、該第2のコイルの組の各コイルが
前記第1の方向のコイル軸を有し、かつ前記第2の方向
に配列し、少なくとも一部のコイルが前記第1の永久磁
石による磁界と係合し、該第1のコイルの組と第2のコ
イルの組との相対位置が固定されている前記複数組のコ
イルとを含む平面モータ装置。
1. A planar motor device for moving a stage member for mounting an object on a predetermined surface relative to a reference support member, wherein one of the stage member and the support member And a combination of a plurality of permanent magnets that generate magnetic flux in a direction substantially perpendicular to the predetermined surface and a yoke that couples these permanent magnets, wherein each of the plurality of permanent magnets
Is the entire surface facing the other of the stage member and the support member
The body has the same magnetic pole, and the plurality of permanent magnets have a shape elongated in a first direction in the predetermined plane.
And a second permanent magnet having a shape elongated in a second direction in the predetermined plane orthogonal to the first direction, wherein the yoke is positioned relative to each of the plurality of permanent magnets. And a plurality of sets of coils including a first set of coils and a second set of coils attached to the other of the stage member and the support member, wherein the first set of coils Have a coil axis in the second direction and are arranged in the first direction, and at least some of the coils are engaged with a magnetic field by the first permanent magnet. , Each coil of the set has a coil axis in the first direction and is arranged in the second direction, and at least some of the coils engage a magnetic field provided by the first permanent magnet. Wherein the relative position between the set of coils and the set of second coils is fixed. A planar motor device including a plurality of sets of coils.
【請求項2】 前記複数組のコイルの各組は、平行に配
置された複数のコアと各コアの対応する複数の位置に配
置されたコイルとを有し、コアの軸方向の異なる位置で
多相駆動されるのに適した請求項1記載の平面モータ装
置。
2. Each of the plurality of sets of coils has a plurality of cores arranged in parallel and a coil arranged at a plurality of corresponding positions of each core, and is provided at different positions in the axial direction of the cores. 2. The planar motor device according to claim 1, wherein the planar motor device is adapted to be driven in multiple phases.
【請求項3】 前記ステージ部材と前記支持部材とは平
面案内機構を介して結合している請求項1ないし2記載
の平面モータ装置。
3. The flat motor device according to claim 1, wherein the stage member and the support member are connected via a flat guide mechanism.
【請求項4】 前記複数組のコイルは、軸上に高透磁率
材料のコアを有する複数組の有心コイルである請求項1
〜3のいずれかに記載の平面モータ装置。
4. The plurality of sets of coils are a plurality of sets of cored coils having a core made of a material having high magnetic permeability on a shaft.
4. The flat motor device according to any one of claims 1 to 3.
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