(57)【要約】      （修正有）【課題】キャリアの移動の側方安定性を改善する、物体を非接触的に保持、位置づけする、及び／又は移動させるための装置を提供する。【解決手段】装置は、基部３０と、基部に対して移動可能なキャリア５０と、基部とキャリアとの間に支持力又は保持力を生成し、キャリアが磁気ベアリングを介して基部上に非接触支持される磁気ベアリング１０、１００と、基部に沿って少なくとも１つの搬送方向にキャリアを変位させるために、基部とキャリアとの間に非接触作用する少なくとも１つのドライバ４０とを備える。ドライバは、基部とキャリアに配置され、搬送方向に沿って作用する変位力以外に基部とキャリアとの間に支持力又は保持力に対抗して作用する対抗力を生じさせるように構成された少なくとも１つのスライダーと１つの固定子を有するリニアモータを備える。【選択図】図５
2019205342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（５２）を保持し、位置づけし、及び／又は移動させるための装置であって、
基部（３０）と、前記基部（３０）に対して移動可能なキャリア（５０）と、
前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に支持力又は保持力（Ｈｖ、Ｈｈ）を生成するための少なくとも１つの磁気ベアリング（１０、１００、２００）であって、前記キャリア（５０）が前記磁気ベアリング（１０、１００、２００）を介して前記基部（３０）上に非接触支持される、少なくとも１つの磁気ベアリング（１０、１００、２００）と、
前記基部（３０）に沿って少なくとも１つの搬送方向（Ｔ）に前記キャリア（５０）を変位させるために、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に非接触作用する少なくとも１つのドライバ（４０；１４０）と
を備え、
前記ドライバ（４０；１４０）は、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）に配置され、前記搬送方向（Ｔ）に沿って作用する変位力（Ｖ）以外に、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に、前記支持力又は保持力（Ｈｖ、Ｈｈ）に対抗して作用する対抗力（Ｇ）を生じさせるように構成された少なくとも１つのスライダー（４１；１４１）と１つの固定子（４３；１４３）を有するリニアモータ（３８）を備える、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁気ベアリング（１０、１００、２００）が、能動的に制御可能な磁気ベアリング（１０、１００、２００）として構成され且つ相手要素（１８；１１８）と磁気的に相互作用する電気的に制御可能な電磁石（１２；１１２）と、距離センサ（２０、１２０）と、これらに連結され、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）の既定の相対位置を調節するように構成された電子ユニット（１５；１１５）とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）が、前記キャリア（５０）の重量力に対抗して作用する垂直保持力（Ｈｖ）を生成するための垂直磁気ベアリング（１０）として構成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つの磁気ベアリング（１００、２００）が、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に水平に作用する保持力（Ｈｈ）を生成するための水平磁気ベアリングとして構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記水平磁気ベアリング（１００）が、横方向（Ｑ）に前記キャリア（５０）を変位させるために前記キャリア（５０）又は前記基部（３０）に配置された相手要素（１１８）と協働する、前記基部（３０）又は前記キャリア（５０）に配置された少なくとも１つの電磁石（１１２）を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記水平磁気ベアリング（１００）と協働する前記相手要素（１１８）が、交互に分極し且つ前記キャリア（５０）又は前記基部（３０）に配置された少なくとも１列の永久磁石（１１８ａ、１１８ｂ）を備え、前記少なくとも１列の永久磁石（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記搬送方向（Ｔ）に対して斜めの又は直角の横方向（Ｑ）に互いに離間している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記水平磁気ベアリング（１００、２００）は、前記キャリア（５０）の上側（５１）又は下側（５３）と磁気的に相互作用する、請求項４から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気ベアリング（１０、１００、２００）と、前記ドライバ（４０；１４０）は、前記キャリア（５０）の相互に対向する側（５１、５３、５５、５７）と磁気的に相互作用する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記基部（３０）が、前記搬送方向（Ｔ）又は横方向（Ｑ）に互いに離間した複数の磁気ベアリング（１０、１００、２００）を備え、前記磁気ベアリングは連続的に、前記基部（３０）に沿って前記搬送方向（Ｔ）あるいは前記横方向（Ｑ）に前記キャリア（５０）を移動させるために、前記キャリア（５０）に配置された少なくとも１つの相手要素（１８；１１８；２１８）と磁気的に動作接続する、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記基部（３０）は、前記搬送方向（Ｔ）に及び横方向（Ｑ）に互いに垂直に、又は斜めに走る少なくとも２つの搬送経路（３１；１３１）を備え、各々において複数の磁気ベアリング（１０、１００、２００）を有し、前記搬送経路（３１；１３１）は交差領域（３２）において互いにつながる、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
２つのドライバ（４０；１４０）の少なくとも２つの別々に位置合わせされたスライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）が前記キャリア（５０）上に配置され、それらの一方は、前記基部（３０）に対して前記キャリア（５０）を前記搬送方向（Ｔ）に移動させるように構成され、それらの他方は、前記基部（３０）に対して前記キャリア（５０）を前記横方向（Ｑ）に移動させるように構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
互いに平行して位置合わせされた少なくとも２つのスライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）が、前記キャリア（５０）上に前記搬送方向（Ｔ）又は前記横方向（Ｑ）に互いから既定の最小間隔（ＤＴ、ＤＱ）をおいて配置される、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記搬送経路（３１、１３１）が各々、前記搬送方向（Ｔ）又は前記横方向（Ｑ）に互いから離間した固定子（４３；１４３）又はスライダー（４１；１４１）を備え、一つの搬送経路（３１）の前記スライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）は、それぞれの他の搬送経路（１３１）の前記スライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）の間の中間空間（３、１０３）のレベルに配置される、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記交差領域（３２）において、前記キャリア（５０）と前記基部（３０）に配置された前記２つのドライバ（４０；１４０）のスライダー（４１；１４１）及び固定子（４３；１４３）の、互いに対応し、前記搬送経路（３１）の一つに属する対は、それぞれの他の前記搬送経路（１３１）のスライダー（４１；１４１）と固定子（４３；１４３）の対と交互に起動されうる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記交差領域（３２）において、前記２つの搬送経路（１３１）のうちの一方に割り当てられた少なくとも２つの磁気ベアリング（１０、１００）を起動することができ、それぞれの他の前記搬送経路（１３１）に割り当てられた２つの別の磁気ベアリング（１０、２００）をそれに応じて動作停止させることができる、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体、具体的には基板を保持、位置づけし、及び／又は移動させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばディスプレイ用途向けの半導体構成要素を生産するための基板の処理において、比較的大面積の基板に様々な表面処理プロセスを受けさせなければならない。例えば、上記基板の表面は、例えば該当の基板にコーティング又は表面構造を形成するために、機械的又は化学的に処理する必要がある。すべての表面処理プロセスは、クリーンルーム条件下で、又は特に、例えば場合によりプラズマ支援のスパッタリング、物理的気相堆積又は化学気相堆積等の表面処理ステップが実施されなければならないときには真空内においてさえも実施される必要がある。
【０００３】
時には、ミクロン又はナノメートル範囲の構造を基板に形成する必要があるため、基板平面、及び基板平面に対して垂直のいずれに対しても、前記基板を高精度に位置づけすることが要求される。
【０００４】
基板環境において粒子が存在しないことに関する要件により、基板の非接触ベアリング及び対応する保持、移動又は横移動ドライバの実装態様が必要になる。これにより、基板近くに、基板処理に要求される精度に沿わない可能性のある流れとなりうる、望ましくない気流が生じる可能性があり、高純度の生産環境において空気ベアリングが適切なのは、限られた範囲内のみである。
【０００５】
更に、基部と、物体を担持するキャリアを有する、いわゆる磁気ウエハステージ又は磁気保持及び位置づけ装置が存在する。基部上のキャリアの非接触ベアリングについては、基部から既定距離にキャリアを浮かせた状態で保持する複数の磁気ベアリングに通常、距離センサと、制御回路が各々設けられる。
【０００６】
一般的なウエハステージは例えば、ＵＳ７８６８４８８Ｂ２号明細書から周知のものである。
【０００７】
特に真空環境において、能動的に規制され、それに応じて電気的に制御可能な磁気ベアリングの実装態様は、非常に複雑なものであることが分かっている。
【０００８】
キャリアを固定基部に沿って移動させる必要がある例えば基板などの物体を収容するためのキャリアの非接触ベアリングに対する周知の解決策は、搬送方向において互いに離間した複数の独立した又は個別の磁気ベアリングを含みうる。磁気ベアリングの列に沿ってキャリアを移動させるためには、キャリアの搬送移動中に、キャリアの瞬時位置によって、基部に固定するように配置された磁気ベアリングがキャリアと機械的に相互作用する必要がある。
【０００９】
前部において搬送方向にキャリアと動作接続しようとする磁気ベアリングを起動させる必要がある一方で、キャリアの後部に搬送方向に置かれた磁気ベアリングを対応して動作停止させる必要がある。移動したキャリアの活動範囲に入ってくる個別の磁気ベアリングの任意選択的な起動及び動作停止は適切に電気制御されるにかかわらず、キャリアの振動又は共鳴現象の発生を妨げることができない。更に、基部も外部から発生した機械的な干渉の影響を受ける可能性がある、又は基部上のキャリアの非接触ベアリングにおいては、基部の振動の励起につながることも考えられる。
【００１０】
更に、非接触ベアリング、また基部によって既定された移動経路に沿ったキャリアの非接触搬送においても、側方又は横移動案内手段を配設する必要がある。前記案内手段は同じく、適切に構成された磁気ベアリングを用いることによっても実装されうる。そのためには、多くの場合少なくとも２種類の磁気ベアリング、すなわち、キャリアの重量力を補うために、垂直方向にキャリアと相互作用するこれらの磁気ベアリング、そしてキャリアの搬送方向に対して垂直な側方安定性又は側方案内を提供する、いわゆる水平磁気ベアリングとして機能する別の磁気ベアリングが、基部によって既定された移動経路に沿って配設される必要がある。
【００１１】
基部に沿ったキャリアの非接触搬送及び非接触移動のために、ドライバも配設する必要がある。前記ドライバは通常、リニアモータの形態で配設されうる。
【００１２】
本発明の目的は、制御技術の観点から有利であり、キャリアの移動の側方安定性を改善する、物体を非接触的に保持、位置づけする、及び／又は移動させるための装置を提供することである。更に、本発明の目的は、搬送方向に移動可能なキャリアのエッジ領域外に置かれることで、基部上のキャリアの二次元移動が基本的に可能になりうる磁気ベアリングを側方に安定化させる、有利で改善された配置構成を提供することである。また、装置は、特に小型構造によって特徴づけられるべきである。加えて、キャリアの非接触搬送のために配設される磁気ベアリングを、特に効果的に、また多機能の形で使用することが可能であるはずである。
【００１３】
発明及び有利な実施形態
この問題は、請求項１に記載の装置を用いることで解決する。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１４】
これに関して配設される装置は、物体を非接触で保持し、位置づけし移動させるのに適切である。本装置は、不動又は固定基部と、物体の少なくとも１つのキャリアとを備え、前記キャリアは基部に対して移動可能である。基部に沿ったキャリアの非接触支持、又は非接触搬送及び移動のために、基部とキャリアとの間に支持力又は保持力を生成する少なくとも１つの磁気ベアリングが配設される。キャリアは従って、磁気ベアリングを介して基部上に非接触支持される。基部に沿って少なくとも１つの搬送方向にキャリアを動かすために、基部とキャリアとの間に非接触状態で働くドライバも配設される。
【００１５】
ドライバは具体的に、基部上に、またキャリア上に配置された少なくとも１つの固定子と１つの移動部材（本書ではスライダーとも称される）とを有するリニアモータを備え、少なくとも１つの固定子と１つの移動部材は、搬送方向に沿って作用する変位力以外に、基部とキャリアとの間に別の力、すなわち、支持力又は保持力に対抗して作用する対抗力を生じさせるように構成される。基部に沿ってキャリアを移動させるリニアモータは従って、移動方向又は搬送方向の変位力だけでなく、それに加えて少なくとも１つの磁気ベアリングに対抗して作用する対抗力も生成する。
【００１６】
磁気ベアリングが例えば重量力を補正するため、またキャリアを浮かせて非接触保持するための垂直磁気ベアリングとして構成された場合、ドライバ、又はドライバのリニアモータは、キャリアの重量力の方向に方向づけされた対抗力を生成する。これにより、キャリアの横移動安定性の改善が達成されうる。ドライバから生じる力は、重量力に加え、キャリアにも作用するため、磁気ベアリングから生じる支持力又は保持力を、非接触ベアリングのためにそれ相応に増加させなければならない。垂直方向に対する非接触ベアリングのために、磁気ベアリングから生じる保持力が、キャリアの重量力とドライバから生じる対抗力の合計とほぼ同じ大きさであるように配慮しなければならない。
【００１７】
対抗力及び保持力の増加は、一見したところ明らかに愚かなことのように見える。しかしながら、これによりホルダー上のキャリアの横移動安定性の向上が達成されうる。これにより、基部上のキャリアのベアリングの共鳴周波数が変化しうる、具体的には共鳴周波数が増加して、実際の関連範囲外の周波数範囲にシフトする。ベアリングの動力も対抗力によって増加しうる。おおよそ重量力の方向に対抗力が付与され、生成された結果、重力に起因して支持力又は保持力が、加速よりもはるかに大きくキャリアに作用しうる。
【００１８】
この結果、キャリアのベアリングにおいて、比較的大きい、すなわち１ｇよりも大きい加速力が、キャリアに作用しうる。上記加速力はかなりの、特に直接の動的ベアリング及び基部上のキャリアの位置の安定化をもたらす。横移動に対する基部上のキャリアの非接触ベアリングの干渉に対する感受性はこの点において、別々の又は追加の水平方向に作用する磁気ベアリングをこのために必要とすることなく、改善されうる。
【００１９】
この点において、基部上のキャリアの横移動安定化又は側方案内のための要件プロファイルは、ドライバから生じる対抗力によってはるかに簡単に満たされうる。例えば、側方安定化のために配設される水平方向に作用する磁気ベアリングの数を削減する、あるいは側方安定化のためのベアリングを完全に失くすことも考えられる。しかしながら少なくとも、例えば、水平方向に作用する磁気ベアリング、及びキャリアの側方安定化又は側方案内のために配設された磁気ベアリングを制御する働きの複雑さが簡略化されうる。これにより、上記装置の生産及び操業費が削減されうる。
【００２０】
ドライバから生じる対抗力により、基部上のキャリアのベアリング又は案内部の、横方向、すなわち基部によって予め定められた搬送方向に対して垂直の方向、また磁気ベアリングから生じる保持力の方向に対して垂直の方向の剛性が増加する。対抗力を印加することによって起こる剛性の増加は、ばねベアリングにある程度比較することができ、ここで基本的にベアリングを提供するばねには、高いばね定数が付与される。
【００２１】
別の実施形態によれば、少なくとも１つの磁気ベアリングは、能動的に制御可能な磁気ベアリングとして構成される。磁気ベアリングは、相手要素と磁気的に相互作用する電気的に制御可能な電磁石と、距離センサと、これらに連結された電子ユニットとを含む。基部とキャリアの既定の相対位置は、電子ユニット、距離センサ及び電磁石によって的を絞って調節されうる。磁気ベアリングには通常、制御回路が配設され、制御回路は、距離センサによって確認される距離測定信号に基づいて、距離センサと相手要素との間の距離が大部分において一定となる、あるいはプリセット範囲内であるように電磁石を制御する。
【００２２】
電磁石から生じる相手要素への引力により、電磁石と相手要素が互いに近づき、これが距離センサによって検出される。距離センサと電磁石に連結された電子ユニットはこれにより、段階的に、又は継続的に電磁石を通って流れる電流を低減させることができ、距離センサと相手要素との間に要求される距離が、制御に基づいて調節され維持される。
【００２３】
距離センサは、電磁石のすぐ近くに配置されることが好ましい。距離センサと電磁石との間の距離の最小化は、特に併置度を高めるために有利である。各磁気ベアリングは通常、電磁石、距離センサ、及びそれ自体の電子ユニットを備えるそれ自体の制御回路を有する。このように、それぞれの磁気ベアリングの領域における基部とキャリアとの間の局所的な距離の変化が正確に検出され、選択的に評価され、該当の電磁石の対応する制御に単独で使用されうる。
【００２４】
多数の磁気ベアリングの各磁気ベアリングに対して独立した制御回路を配設することにより、電磁石の制御電流又は制御信号を、それぞれの磁気ベアリングの領域において局所的に生成し処理することが更に可能になる。距離センサと電子ユニットとの間、また電子ユニットとそれぞれに割り当てられた電磁石との間のケーブル敷設要件はこれにより、削減されうる。これは、全装置の真空適合性に有利な影響を及ぼしうる。いずれにしても、本発明に係る装置は、基部に対するキャリアの位置づけ及び変位において、数ミクロンの、あるいはサブミクロンの範囲さえもの精度を提供しうる。装置は通常、真空互換性を持つ、つまり真空条件下、例えば基板のコーティングのため等、真空において、又は特に低圧下で実施される真空プロセスでの動作に適するように構成される。
【００２５】
別の実施形態によれば、本発明に係る装置は、通常搬送方向あるいは搬送方向に対して垂直に互いに離間した複数の磁気ベアリングを備える。少なくとも１つの、あるいは幾つかの磁気ベアリングは、キャリアの重量力に対抗して作用する垂直保持力を生成する垂直磁気ベアリングとして構成される。キャリアのエリアの上に配置され配分された少なくとも１つ、通常は少なくとも２つまたは３つの磁気ベアリングを介して、キャリアの重量力を補正することができ、これによりキャリアを基部上に非接触に浮かせて保持することができる。
【００２６】
磁気ベアリングと相手要素の配置は、キャリアと基部とで違う配分であってよい。真空用途においては、電磁石が配設された磁気ベアリングを基部側に配設し、電磁石と磁気的に相互作用する相手要素をキャリアに配設することが有利である。搬送方向におけるキャリアの垂直ベアリングにおいては、搬送方向に互いに離間した複数の磁気ベアリングを基部上に配設する必要があり、搬送方向における前記磁気ベアリングの間隔は、搬送方向におけるキャリア又はそれ自体の相手要素の対応する延長部よりも短くなければならない。
【００２７】
搬送方向に互いに離間した垂直磁気ベアリングの間隔は通常、搬送方向に連続する少なくとも２つの垂直磁気ベアリングが常にキャリアとの作用範囲内に位置するように選択される。
【００２８】
個別の磁気ベアリングの列は従って、基部上に搬送方向に配置されうる。搬送方向に延在する１列の垂直の磁気ベアリングをここに配設し、それで十分でありうる。これは、特に基部上でキャリアを浮かせるベアリングとして配設される。あるいは、複数の、例えば２つの通常平行する列の磁気ベアリングを搬送方向に配設することもでき、こうすれば磁気ベアリングの列は横方向に間隔を有するようになる。
【００２９】
別の実施形態によれば、少なくとも１つの磁気ベアリング又は少なくとも複数の磁気ベアリングは、基部とキャリアとの間に水平に作用する保持力を生成する水平磁気ベアリングとして構成される。水平、また垂直磁気ベアリングは各々、各々において電磁石、距離センサ及び電子ユニットを有するそれ自体の制御回路を含みうる。水平及び垂直磁気ベアリングが作用する方向はしかしながら、異なる。これは、電磁石と、電磁石に磁気的に係合しうる相手要素を適切に配置し、位置合わせすることによって達成しうる。
【００３０】
水平磁気ベアリングを、垂直磁気ベアリングと同じように、キャリアを側方に境界する案内部に沿って配置する、具体的には、搬送方向に互いに離間した複数の水平磁気ベアリングを前記側方案内部に配置して、キャリアの変位運動の過程でキャリアと連続して係合させ、また係合解除することが原則として考えられる。
【００３１】
基部とキャリアとの間に作用するドライバが、磁気ベアリングに対抗して作用する対抗力を生じさせるように構成され、これに関して例えば横方向のベアリングの剛性が増加するため、キャリアの側方案内又は横移動安定性における水平の磁気ベアリングの要件を有利に削減することができる。この点において、ドライバはある程度、水平磁気ベアリングの作用に寄与しうる。
【００３２】
ドライバから生じる対抗力は必ずしも、水平方向に作用するわけではない。ドライバが、垂直磁気ベアリングの垂直に作用する保持力に対抗して作用するときは常にそうである。代替的な実施形態によれば、ドライバから生じる対抗力が、水平磁気ベアリングの水平に作用する保持力と対抗して作用することも考えられる。この場合、ドライバはキャリアの磁気ベアリングの垂直安定性に寄与しうる、あるいはキャリアの片側の水平磁気ベアリング又は水平磁気ベアリングの列をドライバの作用と置き換えることができる。本発明の基本的な動作原理は、ずっと同じである。ドライバから生じる対抗力は水平方向、従ってキャリア及びキャリアに配置された物体の重量力に対して垂直にのみ作用する。
【００３３】
別の実施形態によれば、水平磁気ベアリングは、基部上に又はキャリア上に配置され、キャリア上又は基部上に配置された相手要素と協働して、キャリアを横方向に変位させる少なくとも１つの電磁石を備える。横方向は、搬送方向に対して横に、通常は搬送方向に対して垂直に、また垂直方向に対しても垂直に延在する。真空用途において、具体的には、水平磁気ベアリングの電磁石を基部側に配置し、電磁石と磁気的に相互作用する相手要素をキャリア上に配置することも可能になる。当然ながら、電磁石と、電磁石と相互作用する相手要素は、基部上で、又はそれぞれキャリア上で互いに向き合って配置され、これにより、これらの間での制限のない磁気的相互作用が可能になる。
【００３４】
水平磁気ベアリングの別の実施形態によれば、キャリア又は基部の相手要素は、代替的な方法で分極化した少なくとも１列の永久磁石を備え、少なくとも１列の永久磁石は横方向に、搬送方向に対して鈍角をなして又は垂直に互いから離間している。永久磁石は例えば、縦軸が横方向に向いた棒磁石として構成されうる。水平磁気ベアリングの電磁石は、コイルが巻かれた鉄磁心を備えていてよく、前記鉄磁心は複数の脚部を有し、そのうちの１つはコイルを通って延在する。
【００３５】
脚部の横方向の間隔は通常、横方向に互いに離間した永久磁石の間隔よりもやや狭くなっている。少なくとも１つのコイルが周囲に巻かれた鉄磁心の脚部の自由端は、横方向に互いに隣り合うように配置された永久磁石の方に向いている。コイルによって生成された磁場と永久磁石の磁場との相互作用の結果、横方向の力成分を有するローレンツ力が生じる。水平磁気ベアリングの電磁石の通電を変更した結果、横方向の力成分又は水平ベアリングから生じた横方向の力が、その大きさと方向の観点において変化しうる。
【００３６】
具体的には上記実施形態により、水平の磁気ベアリングと協働する相手要素を、磁気ベアリングの電磁石から垂直方向に離間するように配置することが可能になる。これにより更に、基部上及びキャリア上に、電磁石と、電磁石と磁気的に相互作用する相手要素とを、垂直に離間して配置することが可能になる。このように、水平の磁気ベアリングを、この目的のために側方案内又は非接触ベアリングにレール又は保持固定具を提供する必要なく実装することができ、前記レール又は保持固定具は、キャリアの移動経路に沿って側方に配置される。キャリアの横方向においてすぐ隣にある基部の領域は、具体的には、大部分がバリアフリーとして構成されうる。
【００３７】
別の実施形態によれば、水平磁気ベアリングが、キャリアの上側又は下側と磁気的に相互作用することが可能になる。水平磁気ベアリングの少なくとも１つ又は複数を、基部の搬送方向に沿って前記基部側に配置することは有利である。これらは通常、キャリアの上又はキャリアの下に位置する。具体的には、キャリアの上側又は下側は、水平磁気ベアリングと磁気的に相互作用する少なくとも１つの相手要素を備える。前記相手要素は適切に、キャリアの上側又は下側に配置される。このように、また特有の実施形態、及び相手要素と水平磁気ベアリングとの相互配置の理由によって、側方領域、すなわち大部分がバリアフリーの、キャリアの搬送方向に対して水平の又は垂直の領域を構成することが可能になる。一般的な非接触搬送システムにおいて普通配設されるような側方案内レールを、有利に省略することができる。
【００３８】
具体的には、全ての水平磁気ベアリング、及び全ての垂直磁気ベアリングを共に、例えばキャリアの上に位置する同一の基部に配置することが可能になりうる。この点において、キャリアを、水平及び垂直磁気ベアリングの磁気的相互作用のみによって、基部上に沿って浮揚させ、また浮かせて案内することができる。
【００３９】
別の実施形態によれば、少なくとも１つの磁気ベアリング及びドライバが概して、キャリアの互いに反対側と磁気的に相互作用することが可能になる。前記実施形態において、ドライバを水平又は垂直磁気ベアリングの反対にあるキャリアの側に配置することが可能になる。例えばドライバが垂直保持力に対抗して作用する垂直対抗力を生成した場合、ドライバはキャリアの下側と相互作用し、垂直磁気ベアリングがキャリアの上側と磁気的に動作接続することが有利に可能になる。従って、ドライバがキャリアの左側又は外側エッジと相互作用し、水平磁気ベアリングがキャリアの反対の右側エッジと磁気的に相互作用することもまた可能になりうる。
【００４０】
別の実施形態によれば、基部は、搬送方向にあるいは横方向に互いに離間した複数の磁気ベアリングを備え、基部に沿って搬送方向にあるいは横断方向にキャリアを移動させる目的で、磁気ベアリングは連続して、キャリアに配置された少なくとも１つの相手要素と磁気的に動作接続される。
【００４１】
基部に複数の磁気ベアリングを配置することは、装置の真空適合性において有利である。磁気ベアリングのコイルの通電を通して生じる廃熱は、不動又は固定の基部を介して比較的良好に排出されうる。不動に配置された磁気ベアリングの熱伝導はいずれにせよ、磁気ベアリングがキャリア側に配置された場合よりも良好に、またより簡単に実行可能である。真空において非接触支持されるキャリアの熱輸送は、比較的費用がかかり、複雑である。
【００４２】
水平及び垂直磁気ベアリングの対を、搬送方向に離間した基部に配置することが更に可能になる。垂直磁気ベアリング及び／又は水平磁気ベアリングを、横方向に離間した基部に配置することもまた考えられる。従って、搬送方向と、また横方向の両方において、基部に対して非接触にキャリアを移動させることが基本的に可能になった。
【００４３】
これを構築することにおいて、基部は搬送方向に及び横方向において互いに垂直に、又は斜めに走る２つの搬送経路を備え、各搬送経路は各々において複数の磁気ベアリングを有し、搬送経路は交差領域において互いにつながることが、更に可能になる。具体的には、基部に対するキャリアの主な移動方向を、交差領域において変更することができる。交差領域の実施形態によっては、例えば搬送方向へ走る搬送経路が、横方向に走る別の搬送経路に入る場合がある。
【００４４】
しかしながら、搬送経路のうちの１つが別の搬送経路と鈍角をなしてつながり、Ｔ字交差点を形成する、又は２つの連続する搬送経路が単純に交差領域において交差することもまた考えられる。交差領域の特定の実施形態によっては、第１の搬送経路に沿って搬送方向に沿って移動するキャリアの方向が、交差領域において変更され、これによりキャリアは最初に第１の搬送経路を交差領域に到達するまで搬送方向にたどり、それから第２の搬送経路に沿って横方向に前進することが考えられる。水平面において別々に走る複数の搬送経路の実装態様、及び異なる搬送経路を連結させる交差領域の実装態様により、異なる経路に沿ったキャリアのほとんど無作為の二次元的可動性が可能になる。従って、例えば、複数のキャリアを異なる方向へ互いに衝突させることなく案内することができ、キャリアに配置可能な処理されるべき物体のプロセスステップ及び生産シーケンスにおいて非常に有利であることが判明しうる。
【００４５】
本発明の別の実施形態によれば、２つのリニアドライバの少なくとも２つの別々に位置合わせされたスライダー又は固定子をキャリアに配置することが更に可能になり、そのうちの一方は、基部に対して搬送方向にキャリアを移動させるように構成され、そのうちの他方は、基部に対して横方向にキャリアを移動させるように構成される。キャリア側に配設されるべきドライバの構成要素、例えば受動的要素として構成されたスライダーを、各々において問われる搬送経路の方向に対応して位置合わせすることができる。
【００４６】
このため、キャリアは例えば、キャリアを搬送方向に沿って、また第１の搬送経路に沿って移動させるように構成された第１のドライバのスライダーを備える。キャリアには同様に、横方向、すなわち横方向と一致する第２の搬送経路に沿ってキャリアだけを移動させるように構成された、第２のドライバの別のスライダーが設けられうる。
【００４７】
特に、キャリアに配置された２つのドライバのうちの一つのスライダー又は固定子だけが同時に起動されることが可能になる。２つのドライバの２つの別々に位置合わせされた固定子又はスライダーが基部側にも配設されたキャリアが交差領域に位置する場合、キャリアの移動方向を変えるために、一つのドライバの固定子を動作停止して他のドライバの固定子を選択する、あるいは２つのドライバの動作している固定子の役割を交換することを可能になる。
【００４８】
これには当然ながら、交差領域においてつながる異なる搬送経路のそれぞれの磁気ベアリングの対応する起動及び動作停止が可能になることも伴う。
【００４９】
ドライバの真空適合性を改善するために、磁気ベアリングと同様、これは、ドライバの全ての動作中の構成要素、この場合は一又は複数の固定子が基部に固定配置されているドライバにも適用され、ドライバと磁気的に相互作用するスライダーがキャリアに配置される。他の非真空用途においては、磁気ベアリング、すなわち電磁石及び相手要素の磁気ベアリングの能動的及び受動的構成要素の、基部及びキャリアにおける任意の配置が可能になりうる。ドライバ、スライダー及び固定子の受動的及び能動的構成要素にも同じことが適用される。
【００５０】
別の実施形態によれば、少なくとも２つのスライダー又は固定子が互いに平行して位置合わせされ、搬送方向又は横方向に互いから所定の最小間隔をおいて配置される。ドライバの構成要素、すなわち固定子又はスライダーはこの点において、搬送方向又は横方向において遮られるようにキャリアに配置される。互いに平行して位置合わせされているが、搬送方向又は横方向に互いから最小間隔をおいて配置されたドライバの２つの構成要素をキャリア上に配設した影響で、基部側のドライバに対応するドライバの構成要素が、搬送方向又は横方向に連続的ではなく、互いから離間して配置されることになる。
【００５１】
例えば、搬送方向に互いから離間した複数の個別の固定子が、搬送方向にキャリアを変位させるために基部に配置され、キャリアと動作接続されうるスライダーがキャリア上に配置されることが可能になる。基部側の固定子、そしてキャリア側のスライダーもまた、搬送方向から見ると、各々、互いから特定の最小間隔を有する。ここで間隔は、キャリアの少なくとも１つのスライダーが、各々において、基部の少なくとも１つの固定子と動作接続するように選択される。キャリア上の、また基部上のスライダー及び固定子の延長部と、搬送方向におけるこれらの間隔は、キャリアの少なくとも１つのスライダーが常に、各々において、基部の少なくとも１つの固定子と動作接続するように選択されなければならない。代替実施形態において上記配置構成を同様に提供することができ、固定子、又は少なくとも１つの固定子がキャリア側に配置され、スライダー、又は少なくとも１つのスライダーが基部側に配置される。
【００５２】
搬送方向又は横方向のいずれかにおいて、キャリアに配置されたドライバのスライダー又は固定子に既定の最小間隔を付与することで、互いにつながる２つの搬送経路の交差領域の実装態様が可能になる。
【００５３】
装置の別の実施形態によれば、搬送方向又は横方向の各搬送経路は、互いに離間した固定子又はスライダーを備える。１つの搬送経路のスライダー又は固定子は、それぞれの他の搬送経路のスライダー又は固定子の間の中間空間のレベルに配置される。例えば、基部側に配設され、搬送方向に延在する第１の搬送経路が、搬送方向におおよそ規則的な間隔をおいて配置された固定子の列を含む場合、基部側に配設された第２の搬送経路も同様に、搬送方向に互いに離間した複数の固定子を含みうる。第２の搬送経路の固定子全ての架空の連絡線は、第１の搬送経路の固定子間の中間空間において第１の搬送経路と交差する、またその逆も同様である。このように、第１及び第２の搬送経路の固定子を、同一平面において、互いに衝突しないように非接触に配置することができる。
【００５４】
２つのつながる又は交差する搬送経路の交差領域において、第１及び第２の搬送経路のスライダー又は固定子の間の中間空間が、基本的に互いに重なり合うようにすることができる。
【００５５】
別の実施形態によれば、２つの搬送経路の交差領域において、キャリア上に、また基部上に配置された２つのドライバのスライダー及び固定子の、互いに対応し、搬送経路の１つに属する対を、それぞれの他の搬送経路のスライダー及び固定子の、対応する対と交互に起動させることが可能になる。言い換えれば、各搬送経路がそれ自体のドライバを有するということである。そのためには、１度に２つのドライバが交差領域に存在することになり、このドライバは、キャリアを異なる方向へ搬送するように構成される。キャリアが交差領域に存在するときに、異なる水平方向に作用する２つのドライバのうちの一つのみが起動され、それぞれの他のドライバが動作停止される。
【００５６】
これを発展させると、別の実施形態によれば、２つの搬送経路のうちの一方に割り当てられた少なくとも２つの磁気ベアリングを交差領域において起動することができ、別の搬送経路に割り当てられた２つの別の磁気ベアリングをそれに応じて連続的に動作停止させる。これは特に垂直磁気ベアリングに適用される。第１の及び第２の搬送経路が異なる垂直磁気ベアリングを有し、２つの異なる種類の垂直磁気ベアリングが交差領域に存在する場合、交差領域においてキャリアの方向を変えるためには、例えば一つの搬送経路の垂直磁気ベアリングを動作停止させて、他の搬送経路の垂直磁気ベアリングを選択する必要がある。交差領域にある垂直磁気ベアリングの動作停止及び起動は、各々において連続的に、また反対の方法で実施され、これにより、キャリアが、一つの搬送経路の垂直磁気ベアリングから他の搬送経路の垂直磁気ベアリングへ切り替わる間、位置は全く変化しない。
【００５７】
第１の搬送経路の垂直磁気ベアリングから第２の搬送経路の垂直磁気ベアリングへの上記切り替えは通常、キャリアが停まっているときに行われる。一つの搬送経路の水平磁気ベアリングから、交差領域においてつながる他の搬送経路の水平磁気ベアリングへの同様の切替えは、同様の方法で行われうる。垂直磁気ベアリングの切り替えは、あるタイミングで、同期する方法で行うことができるが、交差領域における水平磁気ベアリングの切替えのタイミングでもオフセットされる。
【００５８】
交差領域に配置された垂直磁気ベアリングが、つながっている搬送経路の両方に等しく属することも考えられる。そうなると、交差領域においてキャリアの方向を変えるために、垂直磁気ベアリングに特別な措置を取る必要がない。キャリアがちょうどそれに沿って移動する搬送経路の垂直磁気ベアリングは、交差領域を離れるときにのみ起動される必要がある。
【００５９】
本発明の別の目的、特徴及び有利な実施形態を、図面を参照しながら、実施形態の例の以下の記載において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】制御回路が配設された磁気ベアリングを図式的に示す図である。
【図２】起動力だけでなく、ベアリングに対抗して作用する対抗力、又は磁気ベアリングの保持力も生成するドライバを有する、本発明に係る装置の基礎原理を図式的に示す図である。
【図３】２つの水平磁気ベアリングを有する、図２に示す実施形態の例が発展したものを示す図である。
【図４】水平磁気ベアリングから水平方向に離間した２つの垂直磁気ベアリングと、水平磁気ベアリングと、水平ベアリングの反対に配置されたドライバを有する、別の実施形態を示す図である。
【図５】水平磁気ベアリングがキャリアの外に配置された、本発明に係る装置の別の実施形態を示す図である。
【図６】リニアモータとして構成されるドライバの断面を図式的に示す図である。
【図７】水平磁気ベアリングのスライダーを示す平面図である。
【図８】水平磁気ベアリングの実施形態全体の断面を示す図である。
【図９】搬送方向に細長い基部を有する、本発明に係る装置を示す平面図である。
【図１０】キャリアの下側に配置された、異なる方向に作用する２つのドライバのスライダーを図式的に示す図である。
【図１１】異なる水平方向に作用する水平磁気ベアリングと協働する、キャリアの上側における２つの異なる種類の相手要素を示す平面図である。
【図１２】キャリアが交差領域に位置する、互いに直角に走る２つの搬送経路を図式的に示す図である。
【図１３】搬送経路の構成、及びこの構成の結果によるキャリアの横方向又は変位方向を図式的に示す図である。
【図１４】異なる搬送経路の別の実施形態とともに、基部に非接触支持されたキャリアの、異なる搬送経路による結果的な横移動又は変位の可能性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図４及び９に、キャリア５０に配置された、物体５２を保持する、位置づけする及び／又は移動させるための、本発明に係る装置１を簡略して図式的に示す。装置１は例えば、ウエハステージとして、又はディスプレイの真空コーティングのための搬送システムとして構成されうる。装置１は、図９によれば搬送方向（Ｔ）又はｚ方向に延在する、この場合は少なくとも２つの案内レールの形態である固定基部３０を備える。
【００６２】
基部３０上でのキャリア５０の非接触ベアリング、また非接触搬送のために、搬送方向に互いに離間し、搬送方向に位置合わせされ、列において互いの後ろにある複数の磁気ベアリング１０が基部３０上に搬送方向（Ｔ）に配設される。この場合、搬送方向（Ｔ）に対してキャリア５０の左側及び右側の側方エッジに配設された磁気ベアリング１０は、不動又は固定基部３０におけるキャリア５０の非接触ベアリングとして機能する。
【００６３】
更に、ドライバ４０の複数の個別の固定子４３もまた基部３０上に搬送方向（Ｔ）に配置され、固定子４３は、リニアモータ３８のように、キャリア５０上の固定子４３に対応する少なくとも１つのスライダー４１と非接触的に協働する。リニアモータ３８は、基部側の固定子４３と少なくとも１つ又は複数のキャリア側の移動部材（「スライダー４１」）によって形成されていてよく、リニアモータは、装置１の動作中に搬送方向に方向付けされた変位力（Ｖ）をキャリア５０に加える。このように、キャリア５０を基部３０上で非接触的に支持することができ、基部に沿って非接触移動させることもできる。
【００６４】
磁気ベアリング１０の基礎構造を、図２の断面図に示す。磁気ベアリング１０は、基部側、すなわち固定基部３０に配置される。磁気ベアリング１０は、コイル１６を有し、また鉄磁心１４又はフェライト磁心を有する、少なくとも１つの電磁石１２を備える。馬蹄形に構成される鉄磁心１４の脚部の自由端は、キャリア５０に向いている。キャリア５０において、電磁石１２と磁気的に相互作用する相手要素１８は、磁気ベアリング１０へ向くように配置される。磁気ベアリング１０は更に、キャリア５０と、基部側に配置された磁気ベアリング１０との間の距離２６を測定する距離センサ２０を備える。相手要素１８は、強磁性体又は永久磁石で構成されうる。相手要素１８は通常、基部３０に平行に、又は基部３０の案内レール（明示せず）に平行に延在し、これに沿ってキャリア５０が非接触的な方法で変位しうる。
【００６５】
距離センサ２０、電磁石１２及び電子ユニット１５は制御回路１１を形成し、これを図１に別々に、やや詳細に示す。距離センサ２０以外にも、制御回路１１はまた、設定点ジェネレータ２５、コントローラ２２、増幅器２４及び電磁固定子として作用する電磁石１２も備える。電磁石１２の代わりに、他の電磁固定子、例えば双方向に作用するローレンツ又はプランジャー・コイル固定子も基本的に全ての磁気ベアリング１０、１００、２００において使用可能である。
【００６６】
コントローラ２２によって生成されうる制御信号は増幅器２４によって増幅され、相手要素１８に作用する保持力（Ｈ）を生成するためにコイル１６へ適切に供給される。距離センサ２０は、電磁石１２又は電磁固定子のすぐ近くに配置されることが好ましく、前記距離センサは相手要素１８又はキャリア５０からの距離２６を恒久的に測定する。距離センサ２０によって決定された距離２６は、距離信号の形態で設定点ジェネレータ２５へ送られる。設定点ジェネレータ２５において、設定点の値及び実際の値が互いに比較される。設定点の値と実際の値との間の差に対応して、対応する比較信号がコントローラ２２へ送られ、コントローラ２２はそこから、電磁石１２を制御するために供給される制御信号を生成し、前記制御信号を増幅器２４へ送る。
【００６７】
コイル１６へ送られた増幅制御信号は、キャリア５０と基部３０との間の所定距離２６が維持されるように計算されて決定され、要求された距離から外れた場合は、距離２６を維持するために電磁固定子又は電磁石１２から生じた力が動的に適応される。
【００６８】
磁気ベアリング１０の電気要素は通常、単一の電子ユニット１５に組み込まれる。例えば増幅器２４、コントローラ２２及び設定点ジェネレータ２５等の電気要素は全て、共通のプリント基板に少なくとも、例えば単一の結合スイッチング回路の形態で収容されうる。これに関して、電子ユニットの空間要件と、付属のケーブル敷設要件は最小限まで縮小されうる。
【００６９】
制御回路１１にはまた、基部３０の振動の励起を決定するように構成された加速又は移動センサ２８が任意選択的に設けられうる。移動センサ２８によって生成されうる信号は通常、例えばコントローラ２２に組み込まれうる振動ダンパー２３へ送られる。基部３０及びキャリア５０の間に要求される異なる距離２６は、設定点ジェネレータ２５に連結された制御装置２９で、的を絞った必要に応じた方法で調節することができる。
【００７０】
距離センサ２０に対向し、横方向（Ｑ）に対してほぼ重なり合うように配置され、距離センサ２０から垂直距離に配置される基準部１９を、キャリア５０に配置することもできる。
【００７１】
図１及び２に図式的に示される磁気ベアリング１０は、垂直磁気ベアリングとして構成される。磁気ベアリング１０は、保持力（Ｈ）、特に垂直保持力（Ｈｖ）を生成し、垂直保持力（Ｈｖ）により、キャリア５０とキャリア５０に配置された物体５２の重量力が少なくとも補正される又は加えられる。
【００７２】
図２、３及び５に示す実施形態の例において、キャリア５０の下側にリニアモータ３８の形態のドライバ４０が配設される。ここでリニアモータ３８は、キャリア５０に配置され、キャリア５０に対応する固定子４３と協働する一又は複数のスライダー４１を備え、前記固定子は、キャリア５０を搬送方向（Ｔ）に移動させる目的で基部３０に配置されている。基部３０の特殊な幾何学形状は、この場合図示していない。言うまでもなく、基部側に配置されたドライバの構成要素、すなわち固定子４３、そして磁気ベアリング１０も、基部３０によって予め定められた搬送経路３１に沿って相対的に固定して、また不動に配置される。
【００７３】
ドライバ４０の構造を、図６及び７に図式的に示す。リニアモータ３８の方法で配設されたドライバ４０は、キャリア５０において搬送方向（Ｔ）に規則的な間隔を置いて配置された交互の極性を有する永久磁石４２ａ、４２ｂを備える。永久磁石４２ａは、隣接する永久磁石４２ｂの反対方向に分極される。搬送方向（Ｔ）において永久磁石４２ｂの後ろの永久磁石４２ａは、１つの永久磁石４２ａを除いて最後のものと同じ方向に分極される。キャリア５０に交互に分極した永久磁石４２ａ、４２ｂを規則的に配置することにより細長いスライダー４１が形成され、これは、基部３０に配置された電気的に制御可能な固定子４３と協働しうる。
【００７４】
固定子４３は、複数の脚部が設けられた鉄又はフェライト磁心４４を備え、コイル４５、４６、４７が搬送方向（Ｔ）に１つの脚部を除いて２番目の又は次の脚部ごとに巻かれている。コイル４５、４６、４７は固定子４３の三相を形成し、これらに交互に電流が印加されうる。個々の等間隔に配置された鉄磁心４４の脚部４４．１、４４．２、４４．３、４４．４、４４．５、４４．６、及び４４．７の周期性又は中央から中央までの距離は、搬送方向（Ｔ）に交互に配置された永久磁石４２ａ、４２ｂ、４２ａ、４２ｂの中央から中央までの距離又は周期性よりも多少小さくなっている。個々のコイル４５、４６、４７へ電流を交互に印加することによって、搬送方向（Ｔ）に作用する変位力（Ｖ）が基部３０に対してキャリア５０に加えられうる。
【００７５】
通常はキャリア５０の鋼板に配置される永久磁石４２ａ、４２ｂを固定子４３と組み合わせて使用することによって、キャリア５０において変位力（Ｖ）だけでなく誘引対抗力（Ｇ）も搬送方向（Ｔ）に働くことになり、前記対抗力は、図２、３及び５の実施形態の例において垂直に下向きに向いている。ドライバ４０は従って、二重機能を発揮する。一方で、ドライバ４０は、キャリア５０を搬送方向（Ｔ）に移動させるための変位力（Ｖ）を生成する。一方で、ドライバ４０は、磁気ベアリング１０の保持力（Ｈ）に対抗して作用する対抗力（Ｇ）を生成する。このように、ドライバ４０は、すなわち特に対抗力（Ｇ）が磁気ベアリング１０の保持力（Ｈ）に対して直角に又は斜めに作用するときの、横方向（Ｑ）に対するキャリア５０の横方向の安定化の向上に寄与しうる。
【００７６】
図７による平面図から分かるように、リニアモータ３８のスライダー４１の永久磁石４２ａ、４２ｂは、搬送方向（Ｔ）に対して厳密に直交して位置合わせされていない、すなわちｘ方向に位置合わせされておらず、ｘ方向又は横方向（Ｑ）に対して特定の傾斜角をなしている。一方で固定子４３、すなわち固定子４３自体の鉄磁心４４は、永久磁石４２ａ、４２ｂによって形成される長方形の架空の外側輪郭６０に対応して位置合わせされうる。横方向（Ｑ）に対してわずかに傾斜した永久磁石４２ａ、４２ｂの向きにより、固定子４３に対してスライダー４１が並進移動したときに、可能な限り均一で一定の対抗力（Ｇ）が生成されるようになる。これは制御技術の観点から、キャリア５０が搬送方向（Ｔ）に移動している間の、ドライバ４０の反対側にある一又は複数の磁気ベアリング１０、１００にとって有利であることがわかる。
【００７７】
更に、ドライバ４０のスライダー４１及び固定子４３の特定の実施形態とは別に、ドライバ４０にはまた、図５に示すように、位置センサ４８が配設され、また基部及びキャリア５０において位置センサ４８に対応するコーディング４９が配設されうる。コーディング４９は、搬送方向（Ｔ）に延在する。コーディング４９はキャリア５０の、キャリア５０に対応する位置センサ４８の正反対のところに配置され、前記位置センサは通常、ドライバ４０の固定子４３のすぐ近くに位置することが好ましい。搬送方向（Ｔ）におけるキャリア５０の所定の実際の位置は、コーディング４９と位置センサ４８で決定することができる。
【００７８】
キャリアにおいて側方に作用するいかなる外乱又は摂動力は、例えばキャリア５０において垂直方向に下向きに作用する対抗力（Ｇ）によってはるかに簡単に補正されうる。ドライバ４０から生じる対抗力（Ｇ）を付与した結果、水平方向、及び横方向（Ｑ）に発生する全ての外乱の影響によるキャリア５０の横方向（Ｑ）への望ましくない動きは、はるかに小さくなる。
【００７９】
これにはまた、基部３０上で非接触支持されるキャリア５０を側方に又は横方向に安定化させるための追加費用を削減することができる利点がある。これにより、装置１をはるか小型に設計し、またよりコスト効率の高い実装態様の可能性を実現することができる。
【００８０】
図２の補足である図３において、キャリア５０の左側及び右側の側方エッジに配置された２つの磁気ベアリング１００が配設される。これらのベアリング１００も、基部３０に固定して配置される。これらは各々、これらと対向する側方相手要素１１８と協働し、各側方相手要素１１８は、それぞれの磁気ベアリング１００に対向するキャリア５０の反対側に配置される。磁気ベアリング１００の作用モード及び構造は、磁気ベアリング１０の作用モード及び構造と基本的に同一、又は同様のものであってよい。キャリア５０の上に配置された磁気ベアリング１０を介したキャリア５０の垂直ベアリングと同様に、横方向（Ｑ）のキャリア５０の側方案内又は横方向の安定化は、キャリア５０の反対側に配置された磁気ベアリング１００を介して実施されうる。側方安定化のために配設された水平磁気ベアリング１００の列は図９には明示していないが、これらはここに示す垂直磁気ベアリング１００とおおよそ同じく延在する。
【００８１】
互いに搬送方向（Ｔ）に離間した複数の水平磁気ベアリング１００は、キャリア５０を側方に案内するために、２つの対向する側に、この場合は、キャリア５０の左側５５と、右側５７との両方に配設される。キャリア５０又はそれ自体の相手要素１１８に誘引力のみを加える電磁石１２を有する場合の本書に示す実施形態においては従って、横方向（Ｑ）にキャリア５０を案内するのに、水平磁気ベアリング１００をキャリア５０の両側に配置する必要がある。
【００８２】
図４による別の実施形態では、水平磁気ベアリング１００は、キャリア５０の右側５７にのみ配設され、ドライバ４０が反対の左側５５に配置される。この実施形態の例において、互いに横方向（Ｑ）に離間した２つの垂直磁気ベアリング１０も、キャリア５０の上に配設される。キャリアに保持されるべき物体５２は、キャリア５０の下側５３に位置する。装置１のこの実施形態の例において、ドライバ４０は、反対側にある水平磁気ベアリング１００の側方保持力（Ｈｈ）に対抗して作用する、水平方向に作用する対抗力（Ｇ）を生成する。
【００８３】
例えば、図３においてキャリア５０の左側５５に配置された水平磁気ベアリング１００の作用モードはこれにより、ドライバ４０によって完全に置き換えられうる。図４に示す配置構成を通して、またドライバ４０の二重機能を通して最終的に水平磁気ベアリング１００のうちの１つを節約することができる。水平磁気ベアリング１００を、キャリア５０に沿って側方に配置されたドライバ４０に置き換えることによって、かなり節約できる可能性がもたらされる。
【００８４】
この点に関し、図２、３、４及び５は単なる例として、図９に図式的に示す装置全体の断面を再現することしかできず、断面に示す全ての磁気ベアリング１０、１００と、ドライバの構成要素のスライダー４１及び固定子４３は、搬送方向（Ｔ）に、すなわち図２、３、４の紙上の平面に対して直交して、規則的又は反復的に等距離に配置されることに更に留意すべきである。
【００８５】
図９及び１２に示す、平行に走り、互いに横方向（Ｑ）に離間した２列の個々の磁気ベアリング１０の配置は、必ずしもなくてよいものである。垂直磁気ベアリングについては、例えば図２及び３に図式的に示すように、単一の垂直磁気ベアリング１０のみが横方向（Ｑ）に設けられる場合、また複数の上記磁気ベアリング１０が搬送方向（Ｔ）に列をなして配置される場合は、基本的にそれで十分である。上記実施形態では、キャリア５０は、基部３０上でほとんど点状に浮いた状態で支持される。キャリア５０の横方向（Ｑ）での振動又は揺動運動は、リニアモータ３８から生じる対抗力（Ｇ）によって補正されうる、又は少なくとも弱められうる。
【００８６】
水平磁気ベアリング１００の別の実施形態を、図５及び８に示す。水平磁気ベアリングは、リニアドライバと同じように、複数の脚部１４４．１、１４４．２、及び１４４．３が設けられた鉄又はフェライト磁心１１４を備える。コイル１１６は、中央脚部１４４．２の周りに巻かれる。この点において、鉄磁心１１４及びコイル１１６は電磁石１１２を形成し、電磁石１１２は、リニアモータ３８の固定子４３のように相手要素１１８と協働する。相手要素１１８は、スライダー４１と同様に、複数の、この場合においては少なくとも２つまたは少なくとも３つの交互に分極した永久磁石１１８ａ、１１８ｂ、１１８ａを備え、永久磁石１１８ａ、１１８ｂ、１１８ａは、図５及び８に示す実施形態では、キャリア５０上に横方向（Ｑ）に互いから離間するように配置される。永久磁石１１８ａ、１１８ｂは、搬送方向（Ｔ）に対して直角の横方向（Ｑ）に互いに離間していてもよいし、搬送方向（Ｔ）に対して斜めの横方向（Ｑ）に互いに離間していてもよい。
【００８７】
電流をコイル１１６に印加することによって、リニアモータ３８に対して前述したように、基部３０からキャリア５０上に横方向（Ｑ）に方向付けされた力が発揮されうる。図８に示す水平磁気ベアリング１００はこの点において、それ自体の配置及び作用モードだけでなく、それ自体の構造についても垂直磁気ベアリング１０と異なっている。
【００８８】
図５及び８に示す水平磁気ベアリング１００の実施形態の変形例は、水平方向又は横方向（Ｑ）に作用する磁気ベアリング１００がキャリア５０の側方領域外、従って例えばキャリア５０の上にも配置可能であることにおいて有利である。例えば、水平磁気ベアリング１００は、横方向（Ｑ）に互いに離間した２つの垂直磁気ベアリングの間の基部に配置されうる。水平磁気ベアリング１００には位置センサ１２０も配設され得、位置センサ１２０は、横方向（Ｑ）において位置を決定するために、キャリア５０の反対側に配置された基準部１１９と協働しうる。位置センサ１２０、及び垂直方向に測定する距離センサ２０を、光学的に、容量的に又は磁気的に実装しうる。
【００８９】
図８に示す水平磁気ベアリング１００の実施形態は明らかに、横方向（Ｑ）におけるキャリア５０の比較的わずかな移動、又は比較的小さい動きのみをもたらしうる。図５による実施形態の例では、２つの垂直磁気ベアリング１０の垂直保持力（Ｈｖ）に対して作用する、ドライバ４０から生じる対抗力（Ｇ）があるために、上記のような水平磁気ベアリング１００による横方向（Ｑ）のキャリア５０が小さく変位するだけで十分でありうる。
【００９０】
図５による実施形態は、横方向の安定化のため、及び横方向（Ｑ）におけるキャリア５０の側方案内のためにキャリア５０側に構造的な方策を付与する必要がないことにおいて有利である。いわばバリアからの解放はキャリア５０の左右で実施され、これにより、本書で提案されるベアリングの結果、搬送方向（Ｔ）、そして横方向（Ｑ）の両方においてキャリアの基本的な移動可能性が得られる。
【００９１】
最後に、基部は従って、異なる方向に向いた複数の搬送経路３１、１３１を提供することができ、これら搬送経路３１、１３１に沿ってキャリア５０の対応する移動のための磁気ベアリング１０、１００が配置される。例えば、図１３及び１４に示すように、最も多様な搬送経路３１及び１３１が考えられ、搬送経路３１は搬送方向（Ｔ）に延在し、搬送経路１３１は横方向（Ｑ）に延在する。搬送経路３１、１３１は通常、水平面において互いに直角に配向する。これに関し、図１３及び１４に上から見た平面図を示す。
【００９２】
個々の搬送経路３１、１３１は必ずしも、例えば図９に示すように、搬送方向（Ｔ）又は横方向（Ｑ）において離間した２列の平行した磁気ベアリング１０を備えているわけではない。搬送経路３１は基本的に、例えば図２又は図３において示すように、別々の磁気ベアリング１０のうちの単列のみが搬送方向（Ｔ）又は横方向（Ｑ）において互いに離間している、個々のベアリングレールによっても形成されうる。単列の垂直ベアリングは、基部３０上でのキャリア５０の浮いた配置及びベアリングに対し特に好適である。
【００９３】
図１３に、搬送方向（Ｔ）に延在し、交差領域３２ａにおいて直角に走る別の搬送経路１３１とつながる左側の搬送経路３１ａを示す。交差領域３２ａとは反対の方向に向いた搬送経路１３１の端部に位置するのは別の交差領域３２ｂであり、別の交差領域３２ｂにおいて、搬送経路１３１は搬送方向（Ｔ）に延在する別の搬送経路３１ｂに切り替わる。
【００９４】
図１４による実施形態では、横方向（Ｑ）において互いに離間した２つの平行する搬送経路３１ａ、３１ｂが、搬送方向（Ｔ）において互いに離間した２つの搬送経路１３１ａ、１３１ｂによって互いに接続される。結果として、合計４つの交差領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが得られる。各々においてその都度、キャリア５０を交差領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ間で搬送経路３１ａ、３１ｂ、１３１ａ、１３１ｂのうちの１つに沿ってほとんど任意に移動させることができる。
【００９５】
図１２では、交差領域３２のうちの１つが多少拡大されているが、図式的には簡略化されている。従って、搬送方向（Ｔ）において互いに離間したドライバ４０の複数の固定子４３が、搬送方向（Ｔ）に延在する搬送経路３１に沿って基部３０に配置され、固定子は各々、必要に応じてキャリア５０の下側５３に配設されたキャリア５０のスライダー４１と協働する。中間空間３は、基部側に配置された個々の固定子４３の間に設けられる。互いに直角に配向した２つの搬送経路３１、１３１は交差領域３２において交差し、第２の搬送経路１３１は横方向（Ｑ）に走る。
【００９６】
搬送経路１３１はまた、別のドライバ１４０の固定子１４３と共にキャリア側にも配設される。中間空間１０３はまた、別のドライバ１４０の固定子１４３の間にも設けられ、固定子は横方向（Ｑ）に離間してオフセット配置される。２つのドライバ４０、１４０の個々の固定子４３、１４３は、第１の搬送経路３１の全ての固定子４３の仮想接続線が、横方向（Ｑ）に互いに連続するドライバ１４０の２つの固定子１４３の間の中間空間１０３を走るように、交差領域３２に配置される。
【００９７】
反対に、ドライバ１４０の全ての固定子１４３の仮想接続線が、搬送方向（Ｔ）において隣接するドライバ４０の固定子４３の間の中間空間３を通って走ることも可能になる。
【００９８】
交差領域３２の中心では、２つの搬送経路３１、１３１の中間空間３、１０３は少なくともセクションにおいて重なり合う場合がある。
【００９９】
２つのドライバ４０、１４０の固定子４３、１４３の配向及び配置に対応して、キャリア５０の下側に対応するスライダー４１、１４１が配設され、スライダーは各々、交互に配置された前述した永久磁石４２ａ、４２ｂ及び１４２ａ、１４２ｂを含む。スライダー４１の永久磁石４２ａ、４２ｂの向きは、ドライバ１４０のスライダー１４１の永久磁石１４２ａ、１４２ｂの向きに対して９０度回転する。加えて、スライダー４１、１４１は、互いの横に配置され、キャリア５０の下側５３において重なり合うことはない。
【０１００】
キャリア５０の下側５３に、ドライバ４０の少なくとも２つのスライダー４１が互いに離間して配置されるべきである。ドライバ１４０の２つのスライダー１４１はキャリア５０上に、横方向（Ｑ）に最小距離ＤＱだけ互いに離間して配置される。同じことが、互いに平行している他のドライバ４０のスライダー４１に適用される。スライダー４１はキャリア５０上に、搬送方向（Ｔ）に最小距離ＤＴだけ互いに離間して配置される。
【０１０１】
このように、図１２に図式的に示す交差領域３２の構成を得ることができ、ドライバ４０のスライダー４１と固定子４３、及びまた他のドライバ１４０の固定子１４３及びスライダー１４１は互いに幾何学的に重なり合う。キャリア５０が例えば左から横方向（Ｑ）に交差領域３２に到達するためには、第２の搬送経路１３１に沿って走る、ドライバ１４０の固定子１４３を起動する必要がある。交差領域３２の位置に到達すると、ドライバ１４０は停止しうる。ドライバ１４０の固定子１４３は次に動作停止してよく、他のドライバ４０の固定子４３が起動しうる。交差領域３２から進んできたキャリア５０は従って、第１の搬送経路３１に沿って移動しうる。
【０１０２】
当然ながら、図９に対応して、搬送経路３１、１３１には各々、垂直磁気ベアリング１０の列も配設され、垂直磁気ベアリング１０は、それぞれの搬送経路３１、１３１に沿って規則的な間隔で基部上に配置され、必要に応じて基部に対するキャリア５０の移動に応じて起動される。
【０１０３】
最後に、図１１にも、単なる例として、２つの異なる水平磁気ベアリング１００、２００の個々の相手要素１１８、２１８が、キャリア５０の上側５１に配置されたところを示す。キャリア５０上で搬送方向（Ｔ）に互いに離間した相手要素１１８は各々、横方向（Ｑ）に互いに離間した２以上の永久磁石１１８ａ、１１８ｂを備え、縦方向に位置合わせされた永久磁石１１８ａ、１１８ｂは基本的に搬送方向（Ｔ）に平行して走る。キャリア５０の前部及び後部に搬送方向（Ｔ）に配置された２つの相手要素１１８は各々、搬送方向（Ｔ）に規則的な間隔で基部３０上に配置され且つキャリア５０に横方向（Ｑ）に発揮される水平保持力（Ｈｈ）を提供しうる水平磁気ベアリング１００と協働する。
【０１０４】
一方で、キャリア５０の前部及び後部に搬送方向（Ｔ）に配置された２つの別の相手要素２１８は、搬送経路１３１に沿って横方向（Ｑ）に規則的な間隔で離間して基部３０上に配置され且つキャリア５０に搬送方向（Ｔ）に作用する保持力（Ｈｈ）を提供しうる水平磁気ベアリング２００と協働する。それに応じて、永久磁石１１８ａ、１１８ｂも、相手要素２１８の永久磁石２１８ａ、２１８ｂに対して９０度回転してキャリア５０上に配置される。この場合にキャリアの上側５１に配置された相手要素１１８、２１８は、下側に配設されたスライダー４１、１４１と同様に、２つの搬送経路３１、１３１の交差領域において対応する水平磁気ベアリング１００、２００と幾何学的に重なり合っていてよい。
【０１０５】
キャリア５０の方向を変更する限りにおいて、例えば搬送経路３１に割り当てられた水平磁気ベアリング１００を動作停止させなければならず、他の搬送経路１３１に割り当てられた水平磁気ベアリング２００を起動させなければならない。
【０１０６】
当然ながら、垂直磁気ベアリング１０に対しても同じことが行われる。１つの搬送経路３１の垂直磁気ベアリング１０が大部分において他の搬送経路１３１の垂直磁気ベアリング１０と同一になるように構成された場合はしかしながら、２倍の数の２つの搬送経路３１、１３１の垂直磁気ベアリング１０が交差領域３２自体に配設されなくても、２度十分でありうる。交差領域３２においてキャリアの移動方向を変更する過程においては、必要に応じて、キャリア５０が交差領域３２を離れて、搬送経路３１、１３１のうちの１つにのみ属する磁気ベアリング１０が作用するエリアに到達するやいなや、第１の搬送経路３１及び／又は第２の搬送経路１３１の垂直磁気ベアリング１０を常に起動させさえすれば十分でありうる。
【符号の説明】
【０１０７】
１    保持、位置づけ及び搬送装置
３    中間空間
１０    垂直磁気ベアリング
１１    制御回路
１２    電磁石
１４    鉄磁心
１５    電子ユニット
１６    コイル
１８    相手要素
１９    基準部
２０    距離センサ
２２    コントローラ
２３    振動ダンパー
２４    増幅器
２５    設定点ジェネレータ
２６    距離
２８    移動センサ
２９    制御装置
３０    基部
３１    搬送経路
３２    交差領域
３８    リニアモータ
４０    ドライバ
４１    スライダー
４２ａ    永久磁石
４２ｂ    永久磁石
４３    固定子
４４    鉄磁心
４４．１、４４．２、４４．３、４４．４、４４．５、４４．６、４４．７    脚部
４５    コイル
４６    コイル
４７    コイル
４８    位置センサ
４９    コーディング
５０    キャリア
５１    上側
５２    物体
５３    下側
５５    左側
５７    右側
６０    外側輪郭
１００    水平ベアリング
１１１    制御回路
１１２    電磁石
１１４    鉄磁心
１１４．１、１１４．２、１１４．３    脚部
１１６    コイル
１１８    相手要素
１１８ａ      永久磁石
１１８ｂ    永久磁石
１１９    基準部
１２０    位置センサ
１３１    搬送経路
１４０    ドライバ
１４１    スライダー
１４２ａ    永久磁石
１４２ｂ      永久磁石
１４３    固定子
２００    水平ベアリング
２１８    相手要素
２１８ａ    永久磁石
２１８ｂ    永久磁石
【図１】
2019205342.tif 000003
【図２】
2019205342.tif 000004
【図３】
2019205342.tif 000005
【図４】
2019205342.tif 000006
【図５】
2019205342.tif 000007
【図６】
2019205342.tif 000008
【図７】
2019205342.tif 000009
【図８】
2019205342.tif 000010
【図９】
2019205342.tif 000011
【図１０】
2019205342.tif 000012
【図１１】
2019205342.tif 000013
【図１２】
2019205342.tif 000014
【図１３】
2019205342.tif 000015
【図１４】
2019205342.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（５２）を保持し、位置づけし、及び／又は移動させるための装置であって、
基部（３０）と、前記基部（３０）に対して移動可能なキャリア（５０）と、
前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に支持力又は保持力（Ｈｖ）を生成するための少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）であって、前記キャリア（５０）が前記磁気ベアリング（１０）を介して前記基部（３０）上に非接触支持される、少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）と、
前記基部（３０）に沿って少なくとも１つの搬送方向（Ｔ）に前記キャリア（５０）を変位させるために、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に非接触作用する少なくとも１つのドライバ（４０；１４０）と、
前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に水平に作用する保持力（Ｈｈ）を生成するための少なくとも１つの水平磁気ベアリング（１００）であって、前記キャリア（５０）の上側（５１）又は下側（５３）と磁気的に相互作用するように構成された水平磁気ベアリング（１００）と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記ドライバ（４０；１４０）は、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）に配置され、前記搬送方向（Ｔ）に沿って作用する変位力（Ｖ）以外に、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）との間に、前記支持力又は保持力（Ｈｖ）に対抗して作用する対抗力（Ｇ）を生じさせるように構成された少なくとも１つのスライダー（４１；１４１）と１つの固定子（４３；１４３）を有するリニアモータ（３８）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）が、能動的に制御可能な磁気ベアリング（１０）として構成され且つ相手要素（１８；１１８）と磁気的に相互作用する電気的に制御可能な電磁石（１２；１１２）と、距離センサ（２０、１２０）と、これらに連結され、前記基部（３０）と前記キャリア（５０）の既定の相対位置を調節するように構成された電子ユニット（１５；１１５）とを備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）が、前記キャリア（５０）の重量力に対抗して作用する垂直保持力（Ｈｖ）を生成するための垂直磁気ベアリング（１０）として構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記水平磁気ベアリング（１００）が、横方向（Ｑ）に前記キャリア（５０）を変位させるために前記キャリア（５０）又は前記基部（３０）に配置された相手要素（１１８）と協働する、前記基部（３０）又は前記キャリア（５０）に配置された少なくとも１つの電磁石（１１２）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記水平磁気ベアリング（１００）と協働する前記相手要素（１１８）が、交互に分極し且つ前記キャリア（５０）又は前記基部（３０）に配置された少なくとも１列の永久磁石（１１８ａ、１１８ｂ）を備え、前記少なくとも１列の永久磁石（１１８ａ、１１８ｂ）は、前記搬送方向（Ｔ）に対して斜めの又は直角の横方向（Ｑ）に互いに離間している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁気ベアリング（１０）と、前記ドライバ（４０；１４０）は、前記キャリア（５０）の相互に対向する側（５１、５３、５５、５７）と磁気的に相互作用する、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記基部（３０）が、前記搬送方向（Ｔ）又は横方向（Ｑ）に互いに離間した複数の磁気ベアリング（１０、１００、２００）を備え、前記磁気ベアリングは連続的に、前記基部（３０）に沿って前記搬送方向（Ｔ）あるいは前記横方向（Ｑ）に前記キャリア（５０）を移動させるために、前記キャリア（５０）に配置された少なくとも１つの相手要素（１８；１１８；２１８）と磁気的に動作接続する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記基部（３０）は、前記搬送方向（Ｔ）に及び横方向（Ｑ）に互いに垂直に、又は斜めに走る少なくとも２つの搬送経路（３１；１３１）を備え、各々において複数の磁気ベアリング（１０、１００、２００）を有し、前記搬送経路（３１；１３１）は交差領域（３２）において互いにつながる、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
２つのドライバ（４０；１４０）の少なくとも２つの別々に位置合わせされたスライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）が前記キャリア（５０）上に配置され、それらの一方は、前記基部（３０）に対して前記キャリア（５０）を前記搬送方向（Ｔ）に移動させるように構成され、それらの他方は、前記基部（３０）に対して前記キャリア（５０）を前記横方向（Ｑ）に移動させるように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
互いに平行して位置合わせされた少なくとも２つのスライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）が、前記キャリア（５０）上に前記搬送方向（Ｔ）又は前記横方向（Ｑ）に互いから既定の最小間隔（ＤＴ、ＤＱ）をおいて配置される、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記搬送経路（３１、１３１）が各々、前記搬送方向（Ｔ）又は前記横方向（Ｑ）に互いから離間した固定子（４３；１４３）又はスライダー（４１；１４１）を備え、一つの搬送経路（３１）の前記スライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）は、それぞれの他の搬送経路（１３１）の前記スライダー（４１；１４１）又は固定子（４３；１４３）の間の中間空間（３、１０３）のレベルに配置される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記交差領域（３２）において、前記キャリア（５０）と前記基部（３０）に配置された前記２つのドライバ（４０；１４０）のスライダー（４１；１４１）及び固定子（４３；１４３）の、互いに対応し、前記搬送経路（３１）の一つに属する対は、それぞれの他の前記搬送経路（１３１）のスライダー（４１；１４１）と固定子（４３；１４３）の対と交互に起動されうる、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記交差領域（３２）において、前記２つの搬送経路（１３１）のうちの一方に割り当てられた少なくとも２つの磁気ベアリング（１０、１００）を起動することができ、それぞれの他の前記搬送経路（１３１）に割り当てられた２つの別の磁気ベアリング（１０、２００）をそれに応じて動作停止させることができる、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。
【外国語明細書】
2019205342000001.pdf