(57)【要約】【課題】リニアモータの漏洩磁場を低減する。【解決手段】リニアモータ２は、第１方向に移動可能な可動子１０と、固定子２０と、を有する。ヨーク２２は、可動子１０を第１方向と垂直な第２方向から挟み込むように対向して設けられた一対のバックヨーク２２ａ、２２ｂを有する。複数の界磁磁石２４は、一対のバックヨーク２２それぞれの内側側面Ｓ１に、第１方向に沿って設けられる。一対の補助磁石２６ａ（２６ｂ）は（i）バックヨーク２２ａ（２２ｂ）の端部側面Ｓ２、ならびに（ii）バックヨーク２２ａ（２２ｂ）に設けられた最端の界磁磁石２４ａ’の近傍に設けられている。磁性体部材３０は、一対の補助磁石２６ａ、２６ｂを囲むように設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に移動可能な可動子と、固定子と、を有するリニアモータであって、
前記固定子および前記可動子の一方は、
前記固定子および前記可動子の他方を前記第１方向と垂直な第２方向から挟み込むように対向して設けられた一対のバックヨークと、
前記一対のバックヨークそれぞれの内側側面に、前記第１方向に沿って設けられた複数の界磁磁石と、
前記一対のバックヨークそれぞれの端部の間を磁気的に結合する磁性体部材と、
それぞれが、前記磁性体部材の内部に、または前記磁性体部材に接するように設けられた、少なくともひとつの補助磁石と、
を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記少なくともひとつの補助磁石のひとつは、前記一対のバックヨークの一方の端部側面と、当該バックヨークの一方に沿って設けられた最端の前記界磁磁石の両方と接するように配置され、
前記少なくともひとつの補助磁石の別のひとつは、前記一対のバックヨークの他方の前記端部側面と、当該バックヨークの他方に沿って設けられた最端の前記界磁磁石の両方と接するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記補助磁石は、前記複数の界磁磁石および前記磁性体部材により形成すべき目標磁束の流れに沿った方向に磁束を発生させるよう配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記磁性体部材は、前記第１方向と平行であり、前記一対のバックヨークの一方の端部側面と接する第１部分と、前記第１方向と平行であり、前記一対のバックヨークの他方の端部側面と接する第２部分と、前記第２方向と平行であり、前記第１部分と前記第２部分を結合する第３部分と、を含み、前記第１方向および前記第２方向と垂直な第３方向から見た断面図が、略Ｕ字形状を有しており、
前記少なくともひとつの補助磁石は、前記磁性体部材の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記少なくともひとつの補助磁石のひとつは、前記第１部分または前記第２部分の内部に、前記第１方向に磁束を発生させる向きで配置されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記少なくともひとつの補助磁石のひとつは、前記第３部分の内部に、前記第２方向に磁束を発生させる向きで配置されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記少なくともひとつの補助磁石のひとつは、前記磁性体部材のコーナーの内部に、斜め方向に磁束を発生させる向きで配置されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを直線運動に変換するためにリニアモータが利用される。リニアモータの用途によっては、漏洩磁場を極力低減することが望まれる。特許文献１には、固定子のヨークの端部に、磁性体プレートを配置することにより、漏洩磁場を低減する技術が開示される。
【０００３】
図１は、従来のリニアモータの固定子の構造を示す図である。従来のリニアモータにおいて、固定子２０ｒは、対向して設けられた一対のヨーク（バックヨーク）２２ａ、２２ｂと、バックヨーク２２ａ、２２ｂそれぞれの内側側面Ｓ１に、可動子（不図示）の可動方向に沿って設けられた複数の界磁磁石２４と、を備える。そして、バックヨーク２２ａ、２２ｂそれぞれの端部側面Ｓ２に接するようにして、磁性体プレート３０ｒが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁性体プレート３０ｒの透磁率は、空気の透磁率よりも大きい。磁束はその特性上、透磁率が大きいルートを進む。したがって、Ｕ字状の磁性体プレート３０ｒを一対のバックヨークの端部側面に取り付けることで、磁性体プレート３０ｒが存在しない場合に比べて、相対的に多くの磁束が磁性体プレートが占める空間を通過する。つまり磁束がその空間に収束し、相対的にその他の空間への磁束の発散を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、本発明者らは、図１の固定子２０ｒを有するリニアモータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
【０００７】
図１の固定子２０ｒにおいて、漏洩磁場を低減するためには、バックヨーク２２と磁性体プレート３０ｒの間で磁気抵抗が不連続とならないように組み立てる必要がある。ところが現実的には、バックヨーク２２と磁性体プレート３０ｒの間に存在する隙間３１によって、バックヨーク２２と磁性体プレート３０ｒの間の磁気抵抗が不連続となる。
【０００８】
たとえば隙間３１は、（i）バックヨーク２２や磁性体プレート３０ｒの機械加工精度、組み立て誤差（寸法公差や幾何公差に起因する誤差）による空隙である。空気の磁気抵抗は、磁性体であるバックヨーク２２や磁性体プレート３０ｒの磁気抵抗より大きい。
【０００９】
あるいは隙間３１は、（ii）バックヨーク２２や磁性体プレート３０ｒに表面に施された表面処理層である。バックヨーク２２や磁性体プレート３０ｒは磁性体、すなわち鉄であるため、その防錆のために、非磁性体のコーティングが施される場合がある。非磁性体の表面処理層の磁気抵抗は、バックヨーク２２や磁性体プレート５の磁気抵抗よりも大きい。
【００１０】
このように、バックヨーク２２や磁性体プレート５の間に、磁気抵抗が大きな隙間３１が存在することにより、バックヨーク２２から漏れた磁束が、図１に矢印Φ１、Φ２で示すように、完全に磁性体プレート５に吸収されず、外部に漏れ出すことになる。
【００１１】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、漏洩磁場を低減したリニアモータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある態様は、リニアモータに関する。リニアモータは、第１方向に移動可能な可動子と、固定子と、を有するリニアモータに関する。固定子および可動子の一方は、固定子および可動子の他方を第１方向と垂直な第２方向から挟み込むように対向して設けられた一対のバックヨークと、一対のバックヨークそれぞれの内側側面に、第１方向に沿って設けられた複数の界磁磁石と、一対のバックヨークそれぞれの端部の間を磁気的に結合する磁性体部材と、それぞれが、磁性体部材の内部に、またはそれに接して設けられた、少なくともひとつの補助磁石と、を備える。
【００１３】
この態様によれば、磁性体部材と、バックヨークの間に隙間が生じたとしても、補助磁石によって、磁束が磁性体部材に引き込まれ、ヨークに戻すことができるため、漏洩磁場を低減することができる。
【００１４】
補助磁石は、複数の界磁磁石および磁性体部材により形成すべき目標磁束の流れに沿った方向に磁束を発生させてもよい。
【００１５】
少なくともひとつの補助磁石のひとつは、一対のバックヨークの一方の端部側面と、当該バックヨークの一方に沿って設けられた最端の界磁磁石の両方と接するように配置されてもよい。少なくともひとつの補助磁石の別のひとつは、一対のバックヨークの他方の端部側面と、当該バックヨークの他方に沿って設けられた最端の界磁磁石の両方と接するように配置されてもよい。
これにより、より確実に磁束を磁性体部材に引き込むことができる。また、補助磁石と最端の界磁磁石の反発力を低減できる。
【００１６】
磁性体部材は、第１方向と平行であり、一対のバックヨークの一方の端部側面と接する第１部分と、第１方向と平行であり、一対のバックヨークの他方の端部側面と接する第２部分と、第２方向と平行であり、第１部分と第２部分を結合する第３部分と、を含み、磁性体部材は、第１方向および第２方向と垂直な第３方向から見た断面図が、略Ｕ字形状を有してもよい。
少なくともひとつの補助磁石は、磁性体部材の内部に埋め込まれてもよい。
【００１７】
少なくともひとつの補助磁石のひとつは、第１部分または第２部分の内部に、第１方向に磁束を発生させる向きで配置されてもよい。
【００１８】
少なくともひとつの補助磁石のひとつは、第３部分の内部に、第２方向に磁束を発生させる向きで配置されてもよい。
【００１９】
少なくともひとつの補助磁石のひとつは、磁性体部材のコーナーの内部に、斜め方向に磁束を発生させる向きで配置されてもよい。
【００２０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、漏洩磁場を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のリニアモータの固定子の構造を示す図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るリニアモータを示す図である。
【図３】実施の形態に係るリニアモータの原理を説明する図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、固定子の変形例を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、固定子の変形例を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｈ）は、固定子の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るリニアモータを示す図である。図２（ａ）は、リニアモータ２の斜視図を、図２（ｂ）は固定子２０の平面図を示す。図２（ｂ）には、固定子２０の一端側のみが示されるが、他端側も同様に構成される。
【００２５】
リニアモータ２は、第１方向（Ｘ軸）に移動可能な可動子１０および固定子２０を備える。可動子１０は、図示しない電機子巻線（コイル）を有する。本実施の形態は、コアレスリニアモータ、あるいはコア付きリニアモータのいずれにも採用することができ、可動子１０の構造は特に限定されない。
【００２６】
固定子２０は、ヨーク２２、複数の界磁磁石２４、少なくともひとつ（本実施の形態では２個）の補助磁石２６ａ、２６ｂ、磁性体部材３０を備える。
ヨーク２２は、可動子１０を第１方向（Ｘ方向）と垂直な第２方向（Ｙ方向）から挟み込むように対向して設けられた一対のバックヨーク２２ａ、２２ｂを有する。一対のバックヨーク２２ａ、２２ｂは、底部のヨーク２２ｃと一体に形成される。
【００２７】
一対のバックヨーク２２ａ、２２ｂそれぞれの内側側面Ｓ１には、第１方向に沿って設けられ複数の界磁磁石２４が設けられる。本実施の形態において、複数の界磁磁石２４は、主極２４ａと補極２４ｂが交互に配置されるハルバッハ配列となっている。
【００２８】
磁性体部材３０は、一対のバックヨーク２２ａ、２２ｂそれぞれの端部Ｓ２の間を磁気的に結合する。
【００２９】
補助磁石２６ａ、２６ｂは、磁性体部材３０と接するように設けられる。具体的には補助磁石２６ａは、磁性体部材３０とヨーク２２ａに挟まれる領域に設けられ、補助磁石２６ｂは、磁性体部材３０とヨーク２２ｂに挟まれる領域に設けられる。
【００３０】
複数の界磁磁石２４および磁性体部材３０によって、磁束が形成される。図２（ｂ）には、複数の界磁磁石２４および磁性体部材３０によって形成すべき目標磁束がΦＲＥＦで示される。補助磁石２６ａ、２６ｂは、この目標磁束ΦＲＥＦの流れに沿った方向に磁束ΦＡＵＸａ、ΦＡＵＸｂを発生させるように配置される。
【００３１】
本実施の形態において、補助磁石２６ａは、バックヨーク２２ａの第１方向（Ｘ軸）と垂直な端部側面Ｓ２ａの近傍に設けられ、端部側面Ｓ２ａと垂直方向に磁束ΦＡＵＸａを発生させる。同様に、補助磁石２６ｂは、バックヨーク２２ｂの端部側面Ｓ２ｂの近傍に設けられ、端部側面Ｓ２ｂと垂直方向に磁束ΦＡＵＸｂを発生させる。
【００３２】
本実施の形態において、磁性体部材３０は、補助磁石２６ａ、２６ｂを囲むように設けられる。具体的には、磁性体部材３０は、Ｕ字形状を有し、その内側のコーナーに補助磁石２６ａ、２６ｂが設けられる。
【００３３】
好ましくは、補助磁石２６ａは、対応するバックヨーク２２ａの端部側面Ｓ２ａと、最端の界磁磁石２４ａ’の両方と接するように配置される。同様に、補助磁石２６ｂは、バックヨーク２２ｂの端部側面Ｓ２ｂと、対応する最端の界磁磁石２４ａ’の両方と接するように配置される。
【００３４】
以上がリニアモータ２の構成である。
図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係るリニアモータの原理を説明する図である。図３（ａ）には、補助磁石２６が無い場合の磁束の流れを、図３（ｂ）には、補助磁石２６を設けたときの磁束の流れを模式的に示す。図３（ａ）には、界磁磁石２４によって形成すべき磁束の理想的な流れ（目標方向）がΦＲＥＦとして示される。補助磁石２６が無い場合、図３（ａ）に示すように、実際に形成される磁束は目標方向ΦＲＥＦから逸脱する。
【００３５】
これに対して図３（ｂ）に示すように補助磁石２６を設けた場合、補助磁石２６が磁束の収束ポイントとなり、図３（ａ）において目標方向ΦＲＥＦから逸脱する方向の磁束（漏洩磁場）が、目標方向ΦＲＥＦに引き込まれる。
【００３６】
リニアモータ２によれば、磁性体部材３０とヨーク２２の端部側面Ｓ２の間に、隙間が生じた場合であっても、補助磁石２６ａ、２６ｂが磁束の収束ポイントとなり、隙間によって外部に漏れ出そうとする磁束を磁性体部材３０に引き込むことができ、漏洩磁場を低減することができる。
【００３７】
図１のリニアモータ２ｒにおいて、ｍＴ（ミリテスラ）オーダーの漏洩磁場が存在する場合、実施の形態に係るリニアモータ２の構造を採用すると、漏洩磁場を、μＴ（マイクロテスラ）オーダーにまで低減することができる。
【００３８】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３９】
以下、実施の形態に係るリニアモータ２の変形例を説明する。
【００４０】
（変形例１）
図４（ａ）〜（ｃ）は、固定子２０の変形例を示す平面図である。図４（ａ）〜（ｃ）の変形例では、磁性体部材３０の形状が図２のそれとは異なっている。図４（ａ）の固定子２０ａでは、磁性体部材３０ａが、補助磁石２６ａと２６ｂに挟まれる領域（ハッチングを付している）にも存在している。つまり、磁性体部材３０ａに補助磁石２６ａ、２６ｂが埋め込まれた状態で直方体を成している。
【００４１】
図４（ｂ）の固定子２０ｂでは、磁性体部材３０ｂは、図２（ｂ）の磁性体部材３０の角が丸められている。図４（ｂ）の固定子２０ｃの磁性体部材３０ｃは、図４（ａ）と図４（ｂ）の変形例の組み合わせである。
【００４２】
これらの変形例においても、図２（ａ）、（ｂ）のリニアモータ２と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（変形例２）
図５（ａ）、（ｂ）は、固定子２０の変形例を示す平面図である。図５（ａ）の固定子２０ｅでは、主極２４ａと補極２４ｂの配置が図２（ｂ）のそれとは逆となっており、具体的には、最端の界磁磁石２４が補極２４ｂとなっている。補助磁石２６ａ、２６ｂの向きは、図２（ａ）の補助磁石２６ａ、２６ｂの向きと直角である。図５（ｂ）の固定子２０ｆでは、主極に相当する界磁磁石２４のみが間隔を隔てて配置される。
【００４４】
これらの変形例においても、図２（ａ）、（ｂ）のリニアモータ２と同様の効果を得ることができる。なお、変形例１と変形例２を組み合わせた態様も有効である。
【００４５】
（変形例３）
これまでは、補助磁石２６を２個設ける場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、補助磁石２６は少なくともひとつ設けられればよい。図６（ａ）〜（ｈ）は、固定子２０の変形例を示す平面図である。これらの変形例に示されるように、補助磁石２６は、１個、２個、３個など、任意の個数でよく、補助磁石２６は、磁性体部材３０に埋め込まれてもよい。これらの変形例においても、補助磁石２６はそれぞれ、目標磁束ΦＲＥＦに沿う方向に磁束ΦＡＵＸを発生させるよう配置される。図６（ａ）〜（ｇ）の変形例から、以下の技術的思想が導かれる。
【００４６】
磁性体部材３０は、第１方向（紙面の左右方向）と平行であり、一対のバックヨークの一方２２ａの端部側面と接する第１部分と、第１方向と平行であり、一対のバックヨークの他方２２ｂの端部側面と接する第２部分と、第２方向（紙面の上下方向）と平行であり、第１部分と第２部分を結合する第３部分と、を含む。この磁性体部材３０は、第１方向および第２方向と垂直な第３方向（紙面垂直方向）から見た断面図が、略Ｕ字形状を有する。少なくともひとつの補助磁石２６は、磁性体部材３０の内部に埋め込まれる。
【００４７】
図５（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、少なくともひとつの補助磁石のひとつは、第１部分または第２部分の内部に、第１方向に磁束を発生させる向きで配置される。
【００４８】
図５（ａ）、（ｆ）、（ｇ）に示すように、少なくともひとつの補助磁石のひとつは、第３部分の内部に、第２方向に磁束を発生させる向きで配置される。
【００４９】
図５（ｄ）に示すように、少なくともひとつの補助磁石のひとつは、磁性体部材３０のコーナーの内部に、斜め方向に磁束を発生させる向きで配置される。
【００５０】
（変形例４）
実施の形態では、コイルが可動子側に設けられたコイル可動型について説明したが、本発明は、コイルが固定子側に設けられるコイル固定型のリニアモータにも適用可能である。この場合、バックヨーク２２ａ、２２ｂ、界磁磁石２４、補助磁石２６、磁性体部材３０が、可動子を形成することになる。
【００５１】
上述したさまざまなリニアモータは、低漏洩磁場が要求されるさまざまな用途に利用できる。こうした用途としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に使用されるアクチュエータが例示される。ＳＥＭにおいて、漏洩磁場は電子の軌道を曲げるため、測定精度に大きな影響を及ぼす。上述のリニアモータは、漏洩磁場がきわめて小さいため、ＳＥＭの内部のアクチュエータ、たとえばステージの位置制御、ビーム源の位置制御などのアクチュエータに好適に利用できる。
【００５２】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００５３】
２…リニアモータ、１０…可動子、２０…固定子、２２…ヨーク、２４…界磁磁石、２４ａ…主極、２４ｂ…補極、２６…補助磁石、３０…磁性体部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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