JP5488831B2 - リニアモータ及びステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶・半導体関連製造装置、実装機械、工作機械などの産業機械の分野でステージ装置などに利用される、Ｘ軸及びＹ軸の２軸方向に駆動することが可能なリニアモータ及びそれを用いたステージ装置に関する。

従来、１台のリニアモータでＸ軸及びＹ軸の２軸方向の駆動を行うことができるリニアモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このリニアモータは、第１磁石列及び第２磁石列を有する界磁と、界磁の第１磁石列に対向する位置に第１電機子コイル列を配置すると共に、界磁の第２磁石列と対向する位置に第２電機子コイル列を配置した電機子とを備えている。第１磁石列は、界磁が有する２つの平板状の界磁ヨークの内側において、対向配置された一対の第１磁石がＸ軸方向に沿って複数列配置されることにより構成されている。また第２磁石列は、第１磁石列のＹ軸方向一方側（ヨーク開口側）において、対向配置された一対の第２磁石がＹ軸方向に沿って２列配置されることにより構成されている。

特開２０１０−７４９７６号公報

上記従来技術の構成では、モータの大きさが限定されている場合、界磁の第１磁石列と第２磁石列の位置が近くなり、第１磁石列によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列によるＹ軸駆動用の磁界とが相互に干渉するおそれがあった。

本発明の目的は、ＸＹ軸の各軸駆動用の磁界の相互干渉を抑制することができるリニアモータ及びステージ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１発明のリニアモータは、界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記可動子をＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向に移動可能なリニアモータにおいて、前記界磁は、対向配置された２つの平板状の界磁ヨークと、前記界磁ヨークの前記Ｙ軸方向一方側端部に設けられたヨークベースと、前記界磁ヨークの内側に設けられ、対向配置された極性の異なる一対の第１磁石が前記Ｘ軸方向に沿って複数列配置された第１磁石列と、前記界磁ヨークの内側における前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向一方側又は他方側に設けられ、対向配置された極性の異なる一対の第２磁石が前記Ｙ軸方向に沿って一列配置され、前記ヨークベースを介して前記Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループを形成する第２磁石列と、を有し、前記電機子は、前記第１磁石列と対向する位置に配置された第１電機子コイルと、前記第２磁石列と対向する位置に配置された第２電機子コイルと、を有することを特徴とする。

本願第１発明のリニアモータにおいては、界磁は、２つの平板状の界磁ヨークの内側に、対向配置された一対の第１磁石がＸ軸方向に沿って複数列配置された第１磁石列と、この第１磁石列のＹ軸方向一方側又は他方側に設けられ、対向配置された一対の第２磁石がＹ軸方向に沿って一列配置された第２磁石列とを有している。第１磁石列において、一対の第１磁石をＸ軸方向に沿って交互に極性が反対となるように配置することで、隣り合う二対の第１磁石同士で磁界の閉ループを形成し、第１磁石列と第１電機子コイルとで生じる電磁力によって電機子をＸ軸方向に駆動できる。また第１磁石列のＹ軸方向一方側又は他方側に設けられた第２磁石列では、一対の第２磁石と、界磁ヨークのＹ軸方向一方側端部に設けられたヨークベースとによって磁界の閉ループを形成し、第２磁石列と第２電機子コイルとで生じる電磁力によって電機子をＹ軸方向に駆動することが可能である。

このように、一対の第２磁石がＹ軸方向に沿って一列のみ配置された構成とすることで、一対の第２磁石をＹ軸方向に沿って二列配置し、第２磁石同士で磁界の閉ループを形成する構造に比べ、第２磁石のＹ軸方向の列数が少なくなるため、第１磁石列と第２磁石列の位置を遠ざけることができる。これにより、第１磁石列によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列によるＹ軸駆動用の磁界との相互干渉を抑制することができる。その結果、磁界の相互干渉によって各軸の漏れ磁束が増大し、モータ定数が低下するのを防止できる。また、磁界の相互干渉によって各軸のギャップ磁束密度に不均一が生じ、推力リプルやサイドフォースが増加するのを防止できる。したがって、モータを搭載する装置の各種性能に悪影響を及ぼすことがなく、モータの信頼性を向上することができる。

第２発明のリニアモータは、上記第１発明において、前記第２磁石列は、前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向一方側に設けられていることを特徴とする。

本願第２発明においては、第２磁石列が、第１磁石列のＹ軸方向一方側、すなわち界磁ヨークがヨークベースによって閉塞される側に設けられている。これにより、第２磁石列が第１磁石列のＹ軸方向他方側、すなわち界磁ヨークの開口側に設けられる場合に比べ、第２磁石列によるＹ軸駆動用の磁束の漏れを少なくすることができる。

第３発明のリニアモータは、上記第１発明において、前記第２磁石列は、前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向他方側に設けられていることを特徴とする。

本願第３発明においては、第２磁石列が、第１磁石列のＹ軸方向他方側、すなわち界磁ヨークの開口側に設けられている。この場合、第１磁石列のヨーク開口側に設けられた一対の第２磁石と、２つの界磁ヨークと、ヨークベースとで、第１磁石列を囲うように磁界の閉ループを形成し、第２磁石列と第２電機子コイルとで生じる電磁力にて電機子をＹ軸方向に駆動することが可能である。またこのように、第２磁石列を、第１磁石列のＹ軸方向一方側のみでなく他方側にも配置可能とすることで、第２磁石列のレイアウトの自由度を向上できる。

第４発明のリニアモータは、上記第２発明において、前記第２磁石列は、前記電機子の前記第２電機子コイルにおける前記Ｙ軸方向一方側のコイル辺部に対向する位置に設けられていることを特徴とする。

本願第４発明においては、第２磁石列が、電機子の第２電機子コイルにおけるＹ軸方向一方側のコイル辺部に対向する位置に設けられている。これにより、第２磁石列をＹ軸方向一方側寄りに配置することができるので、第１磁石列と第２磁石列の位置をより一層遠ざけることができる。したがって、磁界の相互干渉の抑制効果をさらに高めることができる。

第５発明のリニアモータは、上記第４発明において、前記第２磁石列は、前記第２電機子コイルの前記コイル辺部よりも前記Ｙ軸方向に長く形成された前記第２磁石で構成されており、前記第２磁石の前記Ｙ軸方向一方側端部と前記コイル辺部の前記Ｙ軸方向一方側端部とのＹ軸方向における間隔が、前記第２磁石の前記Ｙ軸方向他方側端部と前記コイル辺部の前記Ｙ軸方向他方側端部とのＹ軸方向における間隔よりも大きくなるように、設けられていることを特徴とする。

第２磁石列が、第２電機子コイルにおけるＹ軸方向一方側のコイル辺部（以下、第１コイル辺部と称する）に対向して配置された構成においては、第２電機子コイルのＹ軸方向他方側のコイル辺部（以下、第２コイル辺部と称する）は、第２磁石列と離れているため磁界の影響を受けにくい。しかし、電機子が界磁との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した場合には、第２コイル辺部は第２磁石列に近づくため磁界の影響を受け、推進力が弱まってしまう。一方、電機子が界磁との関係において相対的にＹ軸方向他方側に移動した場合には、第２コイル辺部は第２磁石列よりさらに遠ざかるため磁界の影響をほとんど受けず、推進力はほぼ一定である。このようにしてモータのＹ軸方向の推進力が電機子の移動方向によって異なると、推力リプルの増大を招く結果となる。

そこで本願第５発明においては、第２磁石列が、第２磁石のＹ軸方向一方側端部と第１コイル辺部のＹ軸方向一方側端部とのＹ軸方向における間隔が、第２磁石のＹ軸方向他方側端部と第１コイル辺部のＹ軸方向他方側端部とのＹ軸方向における間隔よりも大きくなるように設けられている。これにより、電機子が界磁との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した場合でも、第２コイル辺部と第２磁石列との距離を比較的大きく維持することが可能となるため、上述した推進力の減少を抑制することができる。したがって、推力リプルが増加するのを防止できる。

第６発明のリニアモータは、上記第１乃至第５発明のいずれかにおいて、前記ヨークベースは、磁性材料で構成されていることを特徴とする。

ヨークベースを鉄等の磁性材料で構成することにより、第１磁石列のＹ軸方向一方側又は他方側に設けられた一対の第２磁石と、磁性材料で構成されたヨークベースとで、Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループを確実に形成し、且つ、漏れ磁束を少なくすることができる。これにより、Ｙ軸方向の推進力を大きくすることができる。

上記目的を達成するために、第７発明のステージ装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアモータを直動機構の駆動源として用いたことを特徴とする。

本願第７発明によれば、第１磁石列によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列によるＹ軸駆動用の磁界との相互干渉を抑制することができるリニアモータを直動機構の駆動源として用いた信頼性の高いステージ装置を実現できる。

本発明によれば、ＸＹ軸の各軸駆動用の磁界の相互干渉を抑制することができる。

本発明の一実施形態リニアモータの全体概略構成を表す、Ｘ軸方向に直交する方向に沿った断面によるリニアモータの横断面図である。 界磁の全体概略構成を表す説明図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）中ＩＩＡ−ＩＩＡ断面による界磁の横断面図であり、図２（ｂ）は、界磁をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。 電機子の全体概略構成を表す説明図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）中ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ断面による電機子の横断面図であり、図３（ｂ）は、電機子をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。 比較例における界磁の全体概略構成を表す説明図あり、図４（ａ）は、図４（ｂ）中ＩＶＡ−ＩＶＡ断面による比較例における界磁の横断面図であり、図４（ｂ）は、比較例における界磁をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。 電機子が図１に示す位置から界磁との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した場合における、第２コイル辺部と第２磁石列との距離を表す説明図である。 第２磁石列を第１磁石列のＹ軸方向他方側に設ける変形例において、リニアモータの全体概略構成を表す、Ｘ軸方向に直交する方向に沿った断面によるリニアモータの横断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のリニアモータの全体概略構成を表す、Ｘ軸方向に直交する方向に沿った断面によるリニアモータの横断面図である。

図１に示すように、リニアモータ１は、いわゆるコアレス型のリニアモータであり、固定子として構成された界磁２と、可動子として構成された電機子３とを備えている。このリニアモータ１は、可動子として構成された電機子３を、Ｘ軸方向（図１中の紙面手前奥方向。詳細は後述）及びこれに直交するＹ軸方向（図１中の上下方向。詳細は後述）の２軸方向に駆動（移動）可能に構成されている。

図２は、上記界磁２の全体概略構成を表す説明図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）中ＩＩＡ−ＩＩＡ断面による界磁２の横断面図であり、図２（ｂ）は、界磁２をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。

図２（ａ）（ｂ）及び図１に示すように、界磁２は、２つの平板状の界磁ヨーク４と、これら２つの界磁ヨーク４を略平行に対向配置可能に支持（固定）するヨークベース５と、互いに極性の異なる一対のＸ軸永久磁石６ａ（第１磁石）が複数列（この例では１０列）配置された第１磁石列６と、互いに極性の異なる一対のＹ軸永久磁石７ａ（第２磁石）が一列配置された第２磁石列７とを有している。

２つの界磁ヨーク４は、例えば鉄などの磁性材料で構成されており、上記ヨークベース５を介して略平行に対向配置されている。なお、界磁ヨーク４の長手方向（図１及び図２（ａ）中の紙面手前奥方向、図２（ｂ）中の左右方向）が「Ｘ軸方向」に相当し、界磁ヨーク４の長手方向に直交する方向（図１及び図２（ａ）（ｂ）中の上下方向）が「Ｙ軸方向」に相当する。

ヨークベース５は、例えば鉄などの磁性材料で構成されており、２つの界磁ヨーク４を支持するようにして、これら２つの界磁ヨーク４間のＹ軸方向一方側（図１及び図２（ａ）（ｂ）中の下側）端部に設けられている。

一対のＸ軸永久磁石６ａは、２つの界磁ヨーク４の互いに対向する面（言い換えれば各界磁ヨーク４の内側の面）のＹ軸方向他方側（図１及び図２（ａ）（ｂ）中の上側）に対向配置されている。第１磁石列６は、複数対（この例では１０対）のＸ軸永久磁石６ａがＸ軸方向に沿って等ピッチで、かつＸ軸方向に沿って交互に極性が反対となるように各界磁ヨーク４の内側の面のＹ軸方向他方側に対向配置されることで、界磁ヨーク４の内側のＹ軸方向他方側、言い換えれば界磁ヨーク４の開口側に設けられている。すなわち、第１磁石列６においては、２つの界磁ヨーク４のうち、一方の界磁ヨーク４側に配列された複数のＸ軸永久磁石６ａの極性が、例えばＳ極→Ｎ極→Ｓ極→Ｎ極→・・・となり、他方の界磁ヨーク４側に配列された複数のＸ軸永久磁石６ａの極性が、それぞれ反対のＮ極→Ｓ極→Ｎ極→Ｓ極→・・・となっている。また、第１磁石列６において複数対のＸ軸永久磁石６ａが上記のように配置されることにより、隣り合う二対のＸ軸永久磁石６ａ同士で、Ｘ軸駆動用の磁界の閉ループ（図示せず）が形成される。

一対のＹ軸永久磁石７ａは、２つの界磁ヨーク４の互いに対向する面（言い換えれば各界磁ヨーク４の内側の面）における第１磁石列６のＹ軸方向一方側（図１及び図２（ａ）（ｂ）中の下側）に対向配置されている。第２磁石列７は、一対のＹ軸永久磁石７ａがＸ軸方向に沿うように（Ｘ軸方向全域に渡るように）各界磁ヨーク４の内側の面における第１磁石列６のＹ軸方向一方側に対向配置されることで、界磁ヨーク４の内側における第１磁石列６のＹ軸方向一方側、言い換えれば界磁ヨーク４がヨークベース５によって閉塞される側に設けられている。すなわち、第２磁石列７においては、２つの界磁ヨーク４のうち、一方の界磁ヨーク４側に配置されたＹ軸永久磁石７ａの極性が例えばＮ極となり、他方の界磁ヨーク４側に配列されたＹ軸永久磁石７ａの極性が反対のＳ極となっている。また、第２磁石列７における一対のＹ軸永久磁石７ａとヨークベース５とで、Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループＬ１が形成される。なお、第２磁石列７の詳細については、後述する。

図３は、上記電機子３の全体概略構成を表す説明図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）中ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ断面による電機子３の横断面図であり、図３（ｂ）は、電機子３をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。なお、図３（ａ）中では、紙面手前奥方向が「Ｘ軸方向」、上下方向が「Ｙ軸方向」に相当する。図３（ｂ）中では、左右方向が「Ｘ軸方向」、上下方向が「Ｙ軸方向」に相当する。

図３（ａ）（ｂ）及び図１に示すように、電機子３は、平板状の基板９と、図示しない負荷を載置するための図示しないテーブルを固定する電機子ベース８とを有している。

基板９は、上記界磁２の第１及び第２磁石列６，７と磁気的空隙を介して対向配置されている。言い換えれば、第１及び第２磁石列６，７の内側の空隙に配置されている。この基板９には、例えば電気角１２０°の位相差を持つＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）３相コイル１１ａ（第１電機子コイル）が複数列（この例では６列）配置された第１電機子コイル列１１と、１つの単相コイル１２（第２電機子コイル）とが設けられている。

第１電機子コイル列１１は、複数（この例では６つ）のＡＣ３相コイル１１ａが基板９における上記界磁２の第１磁石列６と対向する位置にＸ軸方向に沿って等ピッチで配列されることによって構成されており、樹脂モールドにより平板状に成形され固定（配置）されている。

単相コイル１２は、第１電機子コイル列１１のＹ軸方向一方側（図１及び図３（ａ）（ｂ）中の下側）、すなわち基板９における上記界磁２の第２磁石列７と対向する位置にＸ軸方向に沿って（Ｘ軸方向全域に渡って）、樹脂モールドにより平板状に成形され固定（配置）されている。

電機子ベース８は、基板９のＹ軸方向他方側（図１及び図３（ａ）（ｂ）中の上側）に配置されている。この電機子ベース８には、Ｘ軸方向に沿って２つの冷媒通路１０が設けられている。冷媒通路１０は、電機子３を直接冷却するように、ＡＣ３相コイル１１ａや単相コイル１２から発生する熱量を回収するための冷媒通路である。電機子３に冷媒通路１０を設けることにより、コイル発熱による損失が少なくなり、効率のよいリニアモータ１を提供することができる。

図１に戻り、上記界磁２の第２磁石列７の詳細を説明する。

界磁２の第２磁石列７は、前述したように、界磁ヨーク４の内側における第１磁石列６のＹ軸方向一方側（図１中の下側）に設けられている。詳細には、第２磁石列７は、界磁ヨーク４の内側の、上記電機子３の単相コイル１２におけるＹ軸方向一方側のコイル辺部１２ａ（以下適宜、「第１コイル辺部１２ａ」と称する。図３（ａ）（ｂ）も参照）に対向する位置に設けられている。

さらに詳細に言えば、第２磁石列７は、第１コイル辺部１２ａよりもＹ軸方向に長く形成された一対のＹ軸永久磁石７ａで構成されており、Ｙ軸方向の推進力が発生していない状態において、間隔Ｓ１が間隔Ｓ２よりも大きくなるように、界磁ヨーク４の内側の、当該第１コイル辺部１２ａに対向する位置に設けられている。間隔Ｓ１は、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向一方側端部と第１コイル辺部１２ａのＹ軸方向一方側端部とのＹ軸方向における間隔（距離）である。間隔Ｓ２は、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向他方側（図１中の上側）端部と第１コイル辺部１２ａのＹ軸方向他方側端部とのＹ軸方向における間隔（距離）である。

以上のように構成されたリニアモータ１では、電機子３をＸＹ軸方向の２軸方向に駆動することができる。すなわち、電機子３のＡＣ３相コイル１１ａに通電することで、上記Ｘ軸駆動用の磁界の閉ループとの作用、すなわちＡＣ３相コイル１１ａと界磁２の第１磁石列６とで生じる電磁力によって、電機子３に推力を発生させ電機子３をＸ軸方向に駆動することができる。また、電機子３の単相コイル１２に通電することで、上記Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループＬ１との作用、すなわち単相コイル１２と界磁２の第２磁石列７とで生じる電磁力によって、電機子３に推力を発生させ電機子３をＹ軸方向に駆動することができる。

ここで、以上説明した本実施形態の効果を説明する前に、図４を用いて本実施形態の効果を説明するための比較例を説明する。図４は、比較例における界磁２の全体概略構成を表す説明図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）中ＩＶＡ−ＩＶＡ断面による比較例における界磁２の横断面図であり、図４（ｂ）は、比較例における界磁２をＸ軸方向に直交する方向に沿って見た側面図である。なお、図４（ａ）（ｂ）は、上記図２（ａ）（ｂ）に対応する図であり、対比の便宜のため、比較例における各部の符号は、本実施形態と同一の符号を用いている。

比較例のリニアモータ１の構成は、本実施形態のリニアモータ１の構成とほぼ同様であるが、比較例のリニアモータ１が備える界磁２の第２磁石列７が、Ｙ軸方向に沿って二列配置されている点に相違がある。すなわち、図４（ａ）（ｂ）に示すように、比較例における界磁２では、界磁ヨーク４の内側における第１磁石列６のＹ軸方向一方側（図４中の下側）に、第２磁石列７が、Ｙ軸方向に沿って二列配置されている。言い換えれば、一対のＹ軸永久磁石７ａがＹ軸方向に沿って二列配置されている。したがって、比較例における界磁２では、二対のＹ軸永久磁石７ａ同士で、Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループＬ２が形成される。他の構成については、本実施形態のリニアモータ１と同様である。

上記比較例のリニアモータ１では、次のような不具合が生じる場合がある。すなわち、上記比較例においては、一対のＹ軸永久磁石７ａがＹ軸方向に沿って二列配置されているので、第１磁石列６と第２磁石列７との位置が近くなり、第１磁石列６によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列７によるＹ軸駆動用の磁界とが相互に干渉するおそれがある。その結果、磁界の相互干渉によって各軸の漏れ磁束が増大し、モータ定数が低下する可能性がある。また、磁界の相互干渉によって各軸のギャップ磁束密度に不均一が生じ、推力リプルやサイドフォースが増加する可能性もある。

これに対し、本実施形態のリニアモータ１においては、一対のＹ軸永久磁石７ａがＹ軸方向に沿って一列のみ配置された構成（図２（ａ）（ｂ）等を参照）とすることで、上記比較例のように一対のＹ軸永久磁石７ａをＹ軸方向に沿って二列配置し、Ｙ軸永久磁石７ａ同士で磁界の閉ループＬ２を形成する構造に比べ、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向の列数が少なくなるため、第１磁石列６と第２磁石列７の位置を遠ざけることができる。これにより、第１磁石列６によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列７によるＹ軸駆動用の磁界との相互干渉を抑制することができる。その結果、磁界の相互干渉によって各軸の漏れ磁束が増大し、モータ定数が低下するのを防止できる。また、磁界の相互干渉によって各軸のギャップ磁束密度に不均一が生じ、推力リプルやサイドフォースが増加するのを防止できる。したがって、リニアモータ１を搭載する装置の各種性能に悪影響を及ぼすことがなく、リニアモータ１の信頼性を向上することができる。

また、本実施形態では特に、第２磁石列７が、第１磁石列６のＹ軸方向一方側、すなわち界磁ヨーク４がヨークベース５によって閉塞される側に設けられている（図２（ａ）（ｂ）等を参照）。これにより、第２磁石列７が第１磁石列６のＹ軸方向他方側、すなわち界磁ヨーク４の開口側に設けられる場合に比べ、第２磁石列７によるＹ軸駆動用の磁束の漏れを少なくすることができる。

また、本実施形態では特に、第２磁石列７が、上記第１コイル辺部１２ａに対向する位置に設けられている（図１等を参照）。これにより、第２磁石列７をＹ軸方向一方側寄りに配置することができるので、第１磁石列６と第２磁石列７の位置をより一層遠ざけることができる。したがって、磁界の相互干渉の抑制効果をさらに高めることができる。

また、本実施形態では特に、間隔Ｓ１が間隔Ｓ２よりも大きくなるように第２磁石列７を配置している。これにより、次のような効果を得ることができる。すなわち、図１に示すように、第２磁石列７が上記第１コイル辺部１２ａに対向して配置された構成においては、単相コイル１２におけるＹ軸方向他方側のコイル辺部１２ｂ（以下適宜、「第２コイル辺部１２ｂ」と称する。図３（ａ）（ｂ）も参照）は、第２磁石列７と離れているため磁界の影響を受けにくい。しかし、電機子３が界磁２との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した場合には、第２コイル辺部１２ｂは第２磁石列７に近づくため磁界の影響を受け、推進力が弱まってしまう。一方、電機子３が界磁２との関係において相対的にＹ軸方向他方側に移動した場合には、第２コイル辺部１２ｂは第２磁石列７よりさらに遠ざかるため磁界の影響をほとんど受けず、推進力はほぼ一定である。このようにしてリニアモータ１のＹ軸方向の推進力が電機子３の移動方向によって異なると、推力リプルの増大を招く結果となる。

そこで本実施形態では、上述のように第２磁石列７を上記間隔Ｓ１が上記間隔Ｓ２よりも大きくなるように配置することにより、電機子３が界磁２との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した場合でも、第２コイル辺部１２ｂと第２磁石列７との距離Ｄを比較的大きく維持することが可能となるため、上述した推進力の減少を抑制することができる。したがって、推力リプルが増加するのを防止できる。

図５は、この場合における距離Ｄを表す説明図である。なお、この図５は、電機子３が上記図１に示す位置から界磁２との関係において相対的にＹ軸方向一方側に移動した以外は、図１と同様である。図１及び図５において、距離Ｄは、上記第２コイル辺部１２ｂと、第２磁石列７との距離（この例では第２コイル辺部１２ｂのＹ軸方向一方側端部と、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向他方側端部との距離）である。図５に示すように、電機子３が、上記図１に示す位置から、界磁２との関係において相対的にＹ軸方向一方側（図１及び図５中の下側）に移動しても、第２磁石列７を間隔Ｓ１が間隔Ｓ２よりも大きくなるように配置したことによって、距離Ｄは、電機子３が上記図１に示す位置に存在する場合に比べ小さくなっているものの、未だ比較的大きく維持されている。

また、本実施形態では特に、ヨークベース５が、鉄などの磁性材料で構成されている。ヨークベース５を磁性材料で構成することにより、第１磁石列６のＹ軸方向一方側に設けられた一対のＹ軸永久磁石７ａと、磁性材料で構成されたヨークベース５とで、Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループＬ１を確実に形成し、且つ、漏れ磁束を少なくすることができる。これにより、Ｙ軸方向の推進力を大きくすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）第２磁石列を第１磁石列のＹ軸方向他方側に設ける場合
上記実施形態においては、界磁２において第２磁石列７を第１磁石列６のＹ軸方向一方側に設けていたが、これに限られず、第２磁石列７を第１磁石列６のＹ軸方向他方側に設けてもよい。

図６は、本変形例のリニアモータ１の全体概略構成を表す、Ｘ軸方向に直交する方向に沿った断面によるリニアモータ１の横断面図である。なお、図６は、前述の図１に対応する図である。図１と同等の部分には同符号を付し、説明を適宜省略する。また、図１中では、紙面手前奥方向が「Ｘ軸方向」、上下方向が「Ｙ軸方向」に相当する。

本変形例のリニアモータ１においては、界磁２の第１及び第２磁石列６，７を設けた位置と、電機子３の第１電機子コイル列１１及び単相コイル１２を設けた位置とが、上記実施形態のリニアモータ１と異なっている。

すなわち、図６に示すように、本変形例のリニアモータ１においては、一対のＸ軸永久磁石６ａが複数列配置された第１磁石列６が、界磁ヨーク４の内側のＹ軸方向一方側（図６中の下側）、言い換えれば界磁ヨーク４がヨークベース５によって閉塞される側に設けられている。したがって、本変形例では、上記実施形態と同様、第１磁石列６において複数対のＸ軸永久磁石６ａが前述のように配置されることにより、隣り合う二対のＸ軸永久磁石６ａ同士で、Ｘ軸駆動用の磁界の閉ループが形成される。そして、本変形例のリニアモータ１においては、第１電機子コイル列１１（言い換えれば複数のＡＣ３相コイル１１ａ）が、基板９における上記第１磁石列６と対向する位置に、樹脂モールドにより平板状に成形され固定されている。

また、本変形例のリニアモータ１においては、一対のＹ軸永久磁石７ａが一列配置された第２磁石列７が、界磁ヨーク４の内側における第１磁石列６のＹ軸方向他方側（図６中の上側）、言い換えれば界磁ヨーク４の開口側に設けられている。したがって、本変形例では、上記実施形態と異なり、第２磁石列７における一対のＹ軸永久磁石７ａと、２つの界磁ヨーク４と、ヨークベース５とで、Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループＬ３が形成される。そして、本変形例のリニアモータ１においては、単相コイル１２が、第１電機子コイル列１１のＹ軸方向他方側、すなわち基板９における上記第２磁石列７と対向する位置に、樹脂モールドにより平板状に成形され固定されている。

また、本変形例における第２磁石列７は、詳細には、界磁ヨーク４の内側の、前述の第２コイル辺部１２ｂに対向する位置に設けられている。さらに詳細に言えば、本変形例における第２磁石列７は、第２コイル辺部１２ｂよりもＹ軸方向に長く形成された一対のＹ軸永久磁石７ａで構成されており、間隔Ｓ３が間隔Ｓ４よりも大きくなるように、界磁ヨーク４の内側の、当該第２コイル辺部１２ｂに対向する位置に設けられている。間隔Ｓ３は、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向他方側端部と第２コイル辺部１２ｂのＹ軸方向他方側端部とのＹ軸方向における間隔（距離）である。間隔Ｓ４は、Ｙ軸永久磁石７ａのＹ軸方向一方側端部と第２コイル辺部１２ｂのＹ軸方向一方側端部とのＹ軸方向における間隔（距離）である。

上記以外のリニアモータ１の構成は、上記実施形態のリニアモータ１と同様である。

以上説明した本変形例においては、第２磁石列７が、第１磁石列６のＹ軸方向他方側、すなわち界磁ヨーク４の開口側に設けられている。この場合、第１磁石列６のヨーク開口側に設けられた一対のＹ軸永久磁石７ａと、２つの界磁ヨーク４と、ヨークベース５とで、第１磁石列６を囲うように磁界の閉ループＬ３を形成し、第２磁石列７と単相コイル１２とで生じる電磁力にて電機子３をＹ軸方向に駆動することができる。本変形例においても、一対のＹ軸永久磁石７ａがＹ軸方向に沿って一列のみ配置された構成となるので、上記実施形態と同様に、第１磁石列６と第２磁石列７の位置を遠ざけることができる。またこのように、第２磁石列７を、第１磁石列６のＹ軸方向一方側のみでなく他方側にも配置可能とすることで、第２磁石列７のレイアウトの自由度を向上できる。

（２）リニアモータをステージ装置に適用する場合
すなわち、上記実施形態のリニアモータ１や上記（１）の変形例のリニアモータ１をステージ装置における直動機構の駆動源として用いてもよい。以下、そのようなステージ装置の一例を説明する。ステージ装置は、固定台上を移動可能なリニアモータ、このリニアモータの上部に配設されたステージ、上記固定台側及びリニアモータ側にそれぞれ設けられたスライダ及びガイドレールからなるリニアガイド等から構成されている。このステージ装置のリニアモータは、上記実施形態のリニアモータ１、又は、上記（１）の変形例のリニアモータ１から構成されている。このように構成されたステージ装置においては、リニアモータの駆動によってステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動することができる。すなわち、リニアモータは、ステージ装置における直動機構の駆動源として用いられている。前述したような第１磁石列６によるＸ軸駆動用の磁界と第２磁石列７によるＹ軸駆動用の磁界との相互干渉を抑制することができるリニアモータを直動機構の駆動源として用いることにより、信頼性の高いステージ装置を実現できる。

（３）その他
以上においては、界磁２を固定子とし、電機子３を可動子として、可動子である電機子３をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能としていたが、これに限られない。すなわち、反対に、界磁を可動子とし、電機子を固定子として、可動子である界磁をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能としてもよい。この場合も上記実施形態等と同様の効果を得る。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ リニアモータ
２ 界磁
３ 電機子
４ 界磁ヨーク
５ ヨークベース
６ 第１磁石列
６ａ Ｘ軸永久磁石（第１磁石）
７ 第２磁石列
７ａ Ｙ軸永久磁石（第２磁石）
１１ａ ＡＣ３相コイル（第１電機子コイル）
１２ 単相コイル（第２電機子コイル）
１２ａ 第１コイル辺部（第２電機子におけるＹ軸方向一方側のコイル辺部）

Claims (7)

1. 界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記可動子をＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向に移動可能なリニアモータにおいて、
   前記界磁は、
   対向配置された２つの平板状の界磁ヨークと、
   前記界磁ヨークの前記Ｙ軸方向一方側端部に設けられたヨークベースと、
   前記界磁ヨークの内側に設けられ、対向配置された極性の異なる一対の第１磁石が前記Ｘ軸方向に沿って複数列配置された第１磁石列と、
   前記界磁ヨークの内側における前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向一方側又は他方側に設けられ、対向配置された極性の異なる一対の第２磁石が前記Ｙ軸方向に沿って一列配置され、前記ヨークベースを介して前記Ｙ軸駆動用の磁界の閉ループを形成する第２磁石列と、を有し、
   前記電機子は、
   前記第１磁石列と対向する位置に配置された第１電機子コイルと、
   前記第２磁石列と対向する位置に配置された第２電機子コイルと、を有する
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第２磁石列は、
   前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向一方側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記第２磁石列は、
   前記第１磁石列の前記Ｙ軸方向他方側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
4. 前記第２磁石列は、
   前記電機子の前記第２電機子コイルにおける前記Ｙ軸方向一方側のコイル辺部に対向する位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
5. 前記第２磁石列は、
   前記第２電機子コイルの前記コイル辺部よりも前記Ｙ軸方向に長く形成された前記第２磁石で構成されており、
   前記第２磁石の前記Ｙ軸方向一方側端部と前記コイル辺部の前記Ｙ軸方向一方側端部とのＹ軸方向における間隔が、前記第２磁石の前記Ｙ軸方向他方側端部と前記コイル辺部の前記Ｙ軸方向他方側端部とのＹ軸方向における間隔よりも大きくなるように、設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記ヨークベースは、
   磁性材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアモータを直動機構の駆動源として用いた
   ことを特徴とするステージ装置。
   

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