(57)【要約】【課題】平面モータの構成要素であるブロックの１つまたは複数個を１モジュールとし、モジュール毎に個別のフレームに接合すると共に、モジュール毎にその周辺を大気に開放する構成として、フレーム剛性は上げずに高推力が得られる平面モータを提供する。【解決手段】複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻線してなるコアを複数個並べてなるモータブロックを複数個配置してなるブロックをスライダ上に複数個搭載し、前記コイルを励磁して、２次元方向に沿って所定のピッチで磁性体の歯が形成されたプラテン上を移動できるように構成された平面モータにおいて、  前記ブロックの１つまたは複数ブロックを１つのモジュールとし、モジュール毎に個別のフレームに接合すると共に、前記モジュール毎にモジュールの外側のブロック周辺が大気に開放される構成とする。【選択図】                    図１
2006149050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻線してなるコアを複数個並べてなるモータブロックを複数個配置してなるブロックをスライダ上に複数個搭載し、前記コイルを励磁して、２次元方向に沿って所定のピッチで磁性体の歯が形成されたプラテン上を移動できるように構成された平面モータにおいて、
前記ブロックの１つまたは複数ブロックを１つのモジュールとし、モジュール毎に個別のフレームに接合すると共に、前記モジュール毎にモジュールの外側のブロック周辺が大気に開放される構成としたことを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
隣り合う前記モジュールの間には、溝または穴、または空気吸引用の構造などでなる空隙が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記各モジュールは、それぞれに配置位置を調整する調整機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
【請求項４】
前記調整機構は、ピエゾを用いた駆動機構であることを特徴とする請求項３に記載の平面モータ。
【請求項５】
前記各モジュールは、それぞれ個別に励磁電流が流れるように構成されたことを特徴とする請求項１または４のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項６】
前記複数のブロックは、Ｘ軸およびＹ軸方向においてＮブロックであり、そのＮブロックが１／Ｎピッチずつずらして配置されたことを特徴とする請求項１または５のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項７】
前記複数のブロックは、Ｎ個ずつの２組のブロックＮ１とＮ２であり、Ｎ１ブロックとＮ２ブロックはそれぞれ１／Ｎピッチずつずらすと共にＮ１ブロックとＮ２ブロックとの間は１／（２Ｎ）ピッチだけずらしたことを特徴とする請求項６に記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローバ、ハンドラ、ステッパ等に用いられる２次元位置決め装置などに好適な平面モータに関し、特にスライダの大型化とリップル低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プローバ、ハンドラ、ステッパ等に用いられる２次元位置決め装置などに好適な平面モータの構造に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５３０８５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３８３０号公報
【０００４】
図２および図３は特許文献２に記載の平面モータ（特許文献２ではパルスモータと呼んでいるので、以下パルスモータという）の一例を示す要部構成図である。図２は上面図、図３は図２のＡ−Ａ’部分の断面図である。このパルスモータは、プラテン１０上に浮揚のスライダ２０を２次元方向に移動させ得るように構成したものである。
【０００５】
図３において、プラテン１０は、板状であって、Ｘ方向とＹ方向に沿って一定ピッチで歯１１がマトリクス状に形成されている。プラテン１０は、磁性体で構成されていて、平坦面に格子状の溝を切ることにより形成される。図には、Ｘ軸方向に沿って形成された一定ピッチの溝を示してある。
【０００６】
スライダ２０には、図２に示すように、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂとＹモータブロック２２ａ，２２ｂが搭載されている。Ｘモータブロック２１ａには、コア２１１ａ，２１１ｂが設けられている。図４はコア２１１ａをＥ方向から見た図である。コア２１１ａは、図３に示すように、突極２１２ａ〜２１２ｆを有する。各突極の先端にはピッチｐで歯２１３が形成されている。プラテン１０の歯１１のピッチは歯２１３のピッチと等しいかあるいはほぼ等しくなっている。歯２１３は歯１１と対向配置されている。突極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。突極２１２ａの歯と突極２１２ｄの歯は同位相である。突極２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。
【０００７】
コイル２１４ａ〜２１４ｆは、突極２１２ａ〜２１２ｆにそれぞれ巻かれている。コイル２１４ａ〜２１４ｆの巻かれた突極の歯の位相はｐ／３ずつずれている。コイル２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ，２１４ｅ，２１４ｆをそれぞれＵ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル，Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルとする。この例では、コイルは３相コイルである。励磁手段２１５は、コイル２１４ａ〜２１４ｆに位相が１２０°ずつずれた正弦波交流信号を流すことによって各コイルを励磁する。
【０００８】
永久磁石２１６ａ，２１６ｂはコア２１１ａに装着されていて、突極の長さ方向に着磁され、突極に長さ方向のバイアス磁束φｍを与える。永久磁石２１６ｂの上には図６に示すようにヨーク２２０ｂが取付けられている。
浮揚手段２１７は、スライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるもので、例えば、スライダ２０の下面に設けた穴から圧縮空気を噴出することによってスライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるものである。このとき、スライダ２０とプラテン１０の間には圧縮空気の層が形成される。
【０００９】
コア２１１ｂもコア２１１ａと同様な構成になっている。コア２１１ｂは、コア２１１ａに対して突極の歯の位相をｐ／２だけずらして配置している。コア２１１ｂに巻かれた３相コイルをそれぞれＵ−相コイル（Ｕの上にバーが付いた符合をＵ−と表す。以下、Ｖ−，Ｗ−についても同様），Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルとする。Ｕ相コイルとＵ−相コイルには同相の交流信号が与えられる。
【００１０】
他の相についても同様である。なお、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルを設けたのは、コイルを励磁したときにスライダが回転するのを防ぐためである。Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ相突極，Ｖ相突極，Ｗ相突極とする。同様に、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ−相突極，Ｖ−相突極，Ｗ−相突極とする。
【００１１】
Ｘモータブロック２１ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｘモータブロック２１ｂにあるコア２１９ａ，２１９ｂの突極の歯は、コア２１１ａ，２１１ｂの歯と同位相になっている。
【００１２】
永久磁石２１８ａ，２１８ｂはコア２１９ａに装着されている。永久磁石２１８ａ，２１８ｂの着磁方向は永久磁石２１６ａ，２１６ｂの着磁方向と同方向である。Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向の推力を発生する。
【００１３】
Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＸモータブロック２１ａを９０°回転移動させた向きに配置されている。
Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向の推力を発生する。
【００１４】
最近、例えば図５に示すように、上記のような４個のモータブロックを１組としたブロック３０を、複数個配置して、スライダ２０を大型化するようになっている。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図（断面図）である。この複数のブロック３０は、全体で１つのフレーム４０に組み付けられ、上面はトップカバー５０で覆われている。そして、フレーム４０は、空気軸受けや推力発生の機構と一体的に結合されている。
なお、このような大型の平面モータにおいても、特許文献１の記載と同様に、Ｘ１軸、Ｘ２軸およびＹ軸の３軸で位置決めできるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような平面モータでは次のような課題がある。
スライダ２０を高推力にして大型化すると、空気軸受けおよび剛性向上のためフレーム４０の強度を上げる必要があるが、それに伴い、重量が増加し、重量／推力の比が大きくなり、高推力にしても加速度が上がらないという問題がある。
またフレーム４０の変形による推力のムラ成分の増加等が発生する。
【００１６】
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、平面モータの構成要素であるブロックの１つまたは複数個を１モジュールとし、モジュール毎に個別のフレームに接合すると共に、モジュール毎にその周辺を大気に開放する構成として、フレーム剛性は上げずに高推力が得られる平面モータを提供することにある。
本発明の他の目的は、コギング・推力リップルを補正するための調整機構も備えた平面モータを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ブロックの配置により、推力リップル（コギングも含む）の高次成分を容易にキャンセルできる平面モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻線してなるコアを複数個並べてなるモータブロックを複数個配置してなるブロックをスライダ上に複数個搭載し、前記コイルを励磁して、２次元方向に沿って所定のピッチで磁性体の歯が形成されたプラテン上を移動できるように構成された平面モータにおいて、
前記ブロックの１つまたは複数ブロックを１つのモジュールとし、モジュール毎に個別のフレームに接合すると共に、前記モジュール毎にモジュールの外側のブロック周辺が大気に開放される構成としたことを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、空気軸受は、モジュールの周辺を大気に開放するため、１モジュールに必要なフレーム剛性で良く、平面モータを大型化しても、フレーム剛性は上げずに高推力の得られる平面モータを容易に実現できる。
【００１９】
この場合、請求項２のように、隣り合う前記モジュールの間には、溝または穴または空気吸引用の構造などでなる空隙を形成する。
また、請求項３のように、各モジュールには、配置位置を調整する調整機構を備える。この調整機構は、請求項４のように、ピエゾを用いた駆動機構である。
また、各モジュールは、請求項５のように、それぞれ個別に励磁電流が流れるように構成される。
【００２０】
また、複数のブロックは、請求項６のように、Ｘ軸およびＹ軸方向においてＮブロックであり、そのＮブロックが１／Ｎピッチずつずらして配置する。
これにより、コギングも含む推力リップルの高次成分を容易にキャンセルすることができる。
【００２１】
また、請求項７のように、複数のブロックを、Ｎ個ずつの２組のブロックＮ１とＮ２で構成し、Ｎ１ブロックとＮ２ブロックはそれぞれ１／Ｎピッチずつずらすと共にＮ１ブロックとＮ２ブロックとの間を１／（２Ｎ）ピッチだけずらす。
このような構成により、推力リップルのすべての次数の成分をキャンセルすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）１ブロック毎に製造でき、その特性を確認できる。
（２）大型化を図っても、１ブロックまたは４ブロックレベルで製造でき、大型の加工機は不要である。
（３）ブロックをセラミックス等で製作しても小型化でき、製造の歩留まりの向上が図れる。
（４）空気軸受は、１ブロックの大きさに必要なフレーム剛性で良く、容易に軽量化が図れる。
【００２３】
（５）モジュール毎の調整機構を利用することにより、容易に推力リップルのすべての次数の成分をキャンセルすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る平面モータの一実施例を示す要部構成図である。本発明では、図１に示すように、１ブロックまたは複数のブロックを１モジュールとし、そのモジュール６０毎に個別のフレーム４０に接合する。
【００２５】
また、１ブロックずつ、互いに位置を微調整できる機構または冶具（いずれも図示せず）が設けられる。
また、１ブロックずつ、または複数ブロックずつ、その外周辺が大気に開放されるように、空間（例えば溝）または穴が形成されている。あるいは空気の吸引ができるような構造が形成されている。なお、ここでは、これらの空間、穴、空気吸引用の構造などでなる部分を代表して空隙１００と呼ぶ。
なお、この空隙１００の間隔は、ブロック調整機構１１０によって調整可能である。各フレーム４０はトップカバー５０にネジ固定されている。また、トップカバー５０は梁構造を適用して軽量化を図っている。
【００２６】
このような構成によれば、空気軸受については、１ブロックの大きさに必要なフレーム剛性でよく、軽量化が図れる。したがって、フレーム剛性を上げることなく、多数のブロックを用いた高推力の平面モータを容易に実現できる。
【００２７】
そして、このような構造では、次のような利点や効果がある。
（１）１ブロック毎に製造でき、１ブロック毎に特性を確認できる。
（２）大型の加工機は不要である。１ブロックまたは最大でも４ブロックレベルであるので、大型の加工機を使用する必要はない。
（３）長穴の加工や大型マシン等が不要である。ブロックをセラミックス等で製作しても小型化でき、容易に歩留まりの向上を図ることができる。
（４）モジュール６０自体は軽量化でき、これを接合するプレートは、軽量化を考慮して梁構造を構成できる。これにより、従来に比較して固有値を向上できる。従来の平面モータでは、フレームの梁が全体の梁を構成しているため、最適な位置に梁が構成できなかった。
【００２８】
なお、本発明はまた、モジュール６０毎に設けた調整機構を利用して、ある特定の次数を補正できるようにブロックを配置することができる。
推力リップルは一般にプラテン格子のピッチに対して１次成分、２次成分が大きく、更に高調波を含む。これをキャンセルするために、例えばＮブロック（ここでは、Ｘ軸のみを対象として説明する）をそれぞれ機械的に１／４ピッチずつ（すなわち、０、１／４ピッチ、１／２ピッチ、３／４ピッチ、・・・と）ずらせることにより、１次、２次、３次、５次、６次・・・の成分がキャンセルできる。
【００２９】
ただし、４次成分は増加する。そのため、更に４ブロックを敷設し（上記のＮブロックを改めてＮ１ブロックと表し、増加したブロックをＮ２ブロックと表す）、Ｎ１ブロックについては、０、１／４ピッチ、１／２ピッチ、３／４ピッチ、・・・とずらし、Ｎ２ブロックについては、１／８ピッチ、３／８ピッチ、５／８ピッチ、７／８ピッチ、・・・とずらして、４次成分をキャンセルできるように配置する。
【００３０】
上記のように配置した場合には、平面モータの位置がセンサ（図１には図示していないが、特許文献１に記載のセンサ１５，１６に相当）に対してずれるため、励磁手段（図１には図示していないが、特許文献２に記載の励磁手段２１５に相当）はモジュール毎に励磁電流を流す。
なお、各モジュールの接合の微調整は、例えばピエゾを用いた駆動手段を用いて行うようにしてもよい。
【００３１】
なお、なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る平面モータの一実施例を示す要部構成図である。
【図２】従来の平面モータの要部構成を示す上面図である。
【図３】図２の平面モータの断面図である。
【図４】図３に示すコアの構成図である。
【図５】従来の大型化平面モータの一例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
２０  スライダ
３０  ブロック
４０  フレーム
５０  トップカバー
６０  モジュール
１００  空隙
【図１】
2006149050.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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