(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りと
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、
前記第１可動子及び第２可動子は、
前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有することを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷を備え、
前記重り、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【請求項３】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りが取り付けられる重り取付部と
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、
前記第１可動子及び第２可動子は、
前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有することを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項４】
前記重り取付部に取り付けられた重りを備える
ことを特徴とする請求項３に記載のリニア駆動装置。
【請求項５】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷と
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、
前記第１可動子及び第２可動子は、
前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有し、
前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たす
ことを特徴とするリニア駆動装置。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【請求項６】
前記移動方向における単位長さ当たりの前記磁性体の個数は、前記第１可動子及び第２可動子夫々が有する前記複数の磁極対の各個数の合計となるようにしてある
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のリニア駆動装置。
【請求項７】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りと
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、
前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、
前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有することを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項８】
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷を備え、
前記重り、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たす
ことを特徴とする請求項７に記載のリニア駆動装置。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【請求項９】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りが取り付けられる重り取付部と
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、
前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、
前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有することを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項１０】
前記重り取付部に取り付けられた重りを備える
ことを特徴とする請求項９に記載のリニア駆動装置。
【請求項１１】
直線移動する可動部を有するリニアモータと、
該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、
前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷と
を備え、
前記移動方向変換機は、
前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、
前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、
前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、
前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有し、
前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たす
ことを特徴とするリニア駆動装置。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【請求項１２】
前記移動方向における単位長さ当たりの前記磁性体の個数は、前記第２可動子（又は前記第１可動子）と、前記固定子とが夫々有する前記複数の磁極対の各個数の差分となるようにしてある
ことを特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれか一つに記載のリニア駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの駆動による震動を抑えることができるリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは、非接触で直接駆動可能なモータであるため、精密ステージ、半導体製造装置等の工業機械に多く用いられている。ところが、リニアモータの可動部が加速又は減速する場合に反作用力が発生するため、装置全体が震動するという問題がある。この震動を抑制するために、装置を堅牢に作る、又は重く設計することが必要であり、機能的に必要以上の堅牢性が求められることになる。また、震動を抑制するためにわざわざ、リニアモータとは別のアクチュエータを設置して、リニアモータの可動部の直線移動に対して逆向きの運動を与える等の対策が開示されている（例えば、特許文献１）。
一方、非特許文献１には、モータから出力されるトルクを伝達する磁気歯車機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９５９４５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、震動を抑制するために新たに精密駆動のアクチュエータユニットが必要になるという問題があった。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、必要以上に装置を重く、堅牢にしたり、また別個のアクチュエータを設けることなく、リニアモータの可動部の加速又は減速による反作用力を系内で吸収し、リニアモータの駆動による震動を抑えることができるリニア駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りとを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、前記第１可動子及び第２可動子は、前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有することを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るリニア駆動装置は、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷を備え、前記重り、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たすことを特徴とする。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【０００９】
第３発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りが取り付けられる重り取付部とを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、前記第１可動子及び第２可動子は、前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有することを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係るリニア駆動装置は、前記重り取付部に取り付けられた重りを備えることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷とを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨークを備え、前記第１可動子及び第２可動子は、前記中間ヨークを介して対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対を有し、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たすことを特徴とする。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
【００１２】
第６発明に係るリニア駆動装置は、前記移動方向における単位長さ当たりの前記磁性体の個数は、前記第１可動子及び第２可動子夫々が有する前記複数の磁極対の各個数の合計となるようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
第７発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りとを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有することを特徴とする。
第８発明に係るリニア駆動装置は、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷を備え、前記重り、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たすことを特徴とする。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
第９発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に設けられており、前記リニアモータが駆動した場合に前記移動方向変換機の前記第１可動子及び前記第２可動子に働く反作用力を均衡させる重りが取り付けられる重り取付部とを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有することを特徴とする。
第１０発明に係るリニア駆動装置は、前記重り取付部に取り付けられた重りを備えることを特徴とする。
第１１発明に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部を有するリニアモータと、該リニアモータの可動部に接続されており、該可動部と一体的に直線移動する第１可動子、及び該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子を有する移動方向変換機と、前記第１可動子、前記第２可動子又は前記リニアモータの可動部に接続された負荷とを備え、前記移動方向変換機は、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有する固定子を備え、前記第１可動子（又は前記第２可動子）は、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁性体を有し、前記第２可動子（又は前記第１可動子）は、前記第１可動子（又は前記第２可動子）を介して、前記固定子に対向しており、前記リニアモータの可動部の移動方向に沿って略等間隔に配された磁極対を有し、前記リニアモータ、前記移動方向変換機及び前記負荷の質量と、前記移動方向変換機による第１可動子及び第２可動子の移動量の比とは下記式を満たすことを特徴とする。
Ｍａ／Ｍｂ＝α
但し、
Ｍａ：前記移動方向変換機の前記第１可動子側の質量
Ｍｂ：前記移動方向変換機の前記第２可動子側の質量
α：前記第１可動子の移動量に対する第２可動子の移動量の比
第１２発明に係るリニア駆動装置は、前記移動方向における単位長さ当たりの前記磁性体の個数は、前記第２可動子（又は前記第１可動子）と、前記固定子とが夫々有する前記複数の磁極対の各個数の差分となるようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第１、第２、第７及び第８発明にあっては、リニアモータの可動部には移動方向変換機が接続されている。移動方向変換機は、リニアモータの可動部と一体的に直線移動する第１可動子と、該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子とを有するため、リニアモータの可動部が加速又は減速した場合、移動方向変換機の第２可動子は該可動部と逆方向に加速又は減速する。リニアモータが駆動した場合、移動方向変換機の第１可動子側と、第２可動子側とにはそれぞれ向きが異なる力が働く。第１可動子、第２可動子又は前記リニアモータの可動部には、リニアモータが駆動した場合に移動方向変換機の第１可動子及び第２可動子に働く反作用力を均衡させるための重りが設けられているため、リニア駆動装置全体に加わる力は相殺する。よって、リニアモータ始動時又は停止時にリニア駆動装置を震動させるような力は働かない。
【００１５】
第３、第４、第９及び第１０発明にあっては、重り取付部を備えており、負荷に応じた重りを適宜取り付けることが可能である。
【００１６】
第５及び第１１発明にあっては、リニアモータの可動部には移動方向変換機が設けられている。移動方向変換機は、リニアモータの可動部と一体的に直線移動する第１可動子と、該第１可動子に対して逆向きに直線移動する第２可動子とを有するため、リニアモータの可動部が加速又は減速した場合、移動方向変換機の第２可動子は該可動部と逆方向に加速又は減速する。リニアモータが駆動した場合、移動方向変換機の第１可動子側と、第２可動子側とにはそれぞれ向きが異なる力が働く。第１可動子側と、第２可動子側の質量は、リニアモータが駆動した場合に移動方向変換機の第１可動子及び第２可動子に働く反作用力が拮抗するように設定されているため、リニア駆動装置全体に加わる力は相殺する。よって、リニアモータ始動時又は停止時にリニア駆動装置を震動させるような力は働かない。
【００１７】
第１乃至第１２発明にあっては、第１可動子と、第２可動子と、中間ヨーク又は固定子とは直動磁気歯車を構成しているため、非接触で第１可動子及び第２可動子は直線移動する。従って、非接触機構で、リニアモータの震動を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、必要以上に装置を重く、堅牢にしたり、また別個のアクチュエータを設けることなく、リニアモータの可動部の加速又は減速による反作用力を系内で吸収し、リニアモータの駆動による震動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るリニア駆動装置の一構成例を示した斜視図である。
【図２】直線移動方向に直交する方向から見たリニア駆動装置の側断面図である。
【図３】直線移動方向から見たリニア駆動装置の側面図である。
【図４】移動方向変換機の要部を示した分解斜視図である。
【図５】リニア駆動装置の動作説明図である。
【図６】リニア駆動装置の動作説明図である。
【図７】変形例に係るリニア駆動装置の一構成例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態に係るリニア駆動装置の一構成例を示した斜視図、図２は、直線移動方向に直交する方向から見たリニア駆動装置の側断面図、図３は、直線移動方向から見たリニア駆動装置の側面図である。なお図３中、ハッチングが付された部分は、磁石又は磁性体で構成されている部分を示している。ベース１に設けられた本実施の形態に係るリニア駆動装置は、直線移動する可動部２２を有するリニアモータ２と、可動部２２に接続されており、該可動部２２と一体的に直線移動する第１可動子３１、及び該第１可動子３１に対して逆向きに直線移動する第２可動子３２を有する移動方向変換機３と、可動部２２及び第１可動子３１を連結する連結部４と、第２可動子３２に設けられており、リニアモータ２が駆動した場合に移動方向変換機３の第１可動子３１及び第２可動子３２に働く反作用力を均衡させる重り３７とを備える。本実施の形態に係るリニア駆動装置は、精密ステージ、半導体製造装置等の工業機械に適用することができるが、以下では負荷５を有する一般的な装置を想定して説明する。
【００２１】
リニアモータ２は、長手方向に沿って略等間隔に複数の磁極対が配された長尺平板状の固定子２１を備え、固定子２１はベース１に固定されている。固定子２１の両長辺側には、その長手方向に沿ってリニアモータスライドレール２３が敷設されている。また、リニアモータ２は、各リニアモータスライドレール２３に沿って移動可能な支持部２４によって支持された略矩形板状の可動ステージ２５と、間隙を有して固定子２１に対向するように可動ステージ２５の固定子２１側に設けられた可動部２２とを備える。可動部２２は、固定子２１の長手方向に沿って略等間隔に複数の磁極対が配されている。固定子２１及び可動部２２の一方は、永久磁石で構成され、他方は電磁石で構成されている。電磁石への通電は図示しない制御部によって制御されており、電磁石の励磁方向を順次変化させることによって、可動部２２は、固定子２１に沿って直線移動する。本実施の形態では、可動ステージ２５上に負荷５が配されている。
【００２２】
移動方向変換機３は、例えば空間高調波型の直動磁気歯車であり、可動部２２の移動方向に沿って略等間隔に配された磁性体を有する中間ヨーク３３と、前記中間ヨーク３３を介して対向している第１可動子３１及び第２可動子３２とを備える。また、移動方向変換機３は、可動部２２の移動方向に沿ってベース１に敷設された移動方向変換機用スライドレール３４を備える。
【００２３】
図４は、移動方向変換機３の要部を示した分解斜視図である。第１可動子３１は、可動部２２の移動方向に長い矩形板状をなし、図１に示すように、連結部４によって可動部２２に接続されている。第１可動子３１は、磁性体からなる板３１１を有し、板３１１の下面には、厚さ方向に着磁された下側Ｎ極の磁石３１２ａ及び下側Ｓ極の磁石３１２ｂからなる磁極対３１２が、可動部２２の移動方向に沿って単位長さΔＬ当たり６個配されている。ここで厚さ方向に着磁された磁石とは、下側及び上側が異極となるよう着磁されていることを意味する。例えば、磁石３１２ａは、下側及び上側夫々がＮ極及びＳ極に着磁され、磁石３１２ｂは、下側及び上側夫々がＳ極及びＮ極に着磁されている。第２可動子３２の長手方向の長さは、例えば単位長のΔＬである。
【００２４】
第２可動子３２は、図４に示すように、可動部２２の移動方向に沿って略等間隔に配された複数の磁極対３２２を有し、第１可動子３１と中間ヨーク３３を介して対向している。第２可動子３２は、磁性体からなる長尺の板３２１を有し、板３２１の上面には、厚さ方向に着磁された上側Ｎ極の磁石３２２ａ及び上側Ｓ極の磁石３２２ｂからなる磁極対３２２が、可動部２２の移動方向に沿って単位長さΔＬ当たり１４個配されている。第２可動子３２の長手方向の長さは、第１可動子３１の長さと略同一寸法である。第２可動子３２は、支持部３５によって、移動方向変換機用スライドレール３４に沿って移動可能に支持されている。
【００２５】
中間ヨーク３３は、長尺板状をなし、その長手方向は移動方向変換機用スライドレール３４の長手方向と同じ向きであり、第１可動子３１と第２可動子３２との間に間隙を有して配され、その短辺側端部が保持部３６によって保持され、ベース１に固定されている。中間ヨーク３３は、例えば、図４に示すように、第１可動子３１及び第２可動子３２夫々が有する磁極対３１２，３２２の単位長さΔＬ当たりの個数６及び１４の合計となる２０個の強磁性の磁性体３３１を等間隔に長手方向に沿って単位長さΔＬ毎に保持している。中間ヨーク３３の長手方向の長さは、第１可動子３１の長手方向の幅の略２倍である。ここで強磁性の磁性体とは軟磁性体のことをいい、又磁性体とは軟磁性体のことを指す。
【００２６】
より一般的には、前記長手方向に沿って第１可動子３１に配された磁極対３１２の単位長さΔＬ当たり個数がｐｈ、前記長手方向に沿って第２可動子３２に配された磁極対３２２の単位長さΔＬ当たり個数がｐｌ、前記長手方向に沿って中間ヨーク３３に配された磁性体３３１の単位長さΔＬ当たり個数がｎｓである場合、下記式（１）を満たすように各磁極対３１２，３２２及び磁性体３３１の個数を合わせる。
ｎｓ＝ｐｌ＋ｐｈ…（１）
【００２７】
このように構成された移動方向変換機３においては、可動部２２と共に第１可動子３１が長手方向に直線移動した場合、第１可動子３１及び第２可動子３２夫々が有する磁極対３１２、３２２間の磁気的相互作用により、第１可動子３１とは逆方向に第２可動子３２が移動する（池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁参照）。つまり、第１可動子３１が移動した場合、第１可動子３１からの磁束の空間高調波が中間ヨークにより変調され、第２可動子３２側の磁極対ピッチと同じ周期の空間高調波が生成される。上記式（１）が成立するときに、第１可動子３１を移動させると、第２可動子３２はその単位長さ当たりの磁極対ピッチと反比例した減速比で移動する。第２可動子３２に配置してある磁極対の単位長さΔＬ当たりの個数ｐｌと、第１可動子３１に配置してある磁極対の単位長さΔＬ当たりの個数ｐｈとの比ｐｈ／ｐｌが第２可動子３２に対する第１可動子３１のギア比となる。図４に示す磁気ギア装置の例では、ギア比３／７となる。このため、リニアモータ２の可動部２２と共に第１可動子３１が移動した場合、第２可動子３２は第１可動子３１よりもゆっくり逆方向へ移動する。
なお、ここでは、第１可動子３１における単位長さΔＬ当たりの磁極対３１２の個数が、第２可動子３２における単位長さΔＬ当たりの磁極対３２２の個数より小さい場合、つまり第１可動子３１の直線移動量に対して、第２可動子３２の移動量が小さくなる場合について説明したが、第１可動子３１の移動量に対して第２可動子３２の移動量が大きくなる場合にも本発明は適用できる。
また、第１可動子３１及び第２可動子３２の長手方向の寸法を単位長さΔＬ、中間ヨーク３３の長手方向の寸法がΔＬ×２の場合を説明したが、所定範囲を移動する第１可動子３１と、第２可動子３２とが同期ずれしない磁力で結合できていれば十分であり、第１可動子３１、第２可動子３２及び中間ヨーク３３の長さは特に限定されない。例えば、上述の実施の形態において、中間ヨーク３３の長手方向の寸法を、第１可動子３１と略同一寸法になるように構成しても良い。更に、第１可動子３１の可動範囲を拡大するために、第１可動子３１の長手方向の長さを２／３ΔＬ、第２可動子３２の長手方向の長さを３／２ΔＬ、中間ヨーク３３の長手方向の長さを２ΔＬとしても良い。第１及び第２可動子３１，３２及び中間ヨーク３３に配されている磁極対３１２，３２２及び磁性体３３１の数は、第１可動子３１は２／３ΔＬの長さに磁極対３１２を４個、第２可動子３２は３／２ΔＬの長さに磁極対３２２を２１個、中間ヨーク３３は２ΔＬの長さに磁性体３３１を４０個、長手方向に等配している。
本明細書では磁極対を二つの磁石で形成したが、一磁極を複数の磁石で形成し、磁極対を構成しても良い。また一つの磁石を等分にＮＳ着磁して磁極対を形成しても良い。
【００２８】
重り３７は、例えば、第２可動子３２の下面に固定された板状の部材である。重り３７の固定位置は特に限定されないが、第２可動子３２の重心位置など、重量バランスが取れる位置に固定すると良い。また、重り３７の大きさ及び部材は特に限定されない。更に、小さな重り３７でリニア駆動装置に加わる反作用力を相殺するためには、重り３７の密度を大きくすると良い。重り３７は、第２可動子３２に着脱不能に固定しても良いし、適宜着脱できるように構成しても良い。例えば、重り３７を着脱自在に固定する重り取付部を第２可動子３２に設け、負荷５の質量に応じて、後述の式（２）を満たす質量を有する重り３７を前記重り取付部に取り付けるように構成しても良い。重り取付部は、例えば、重り３７を第２可動子３２に締結するためのネジ孔、重り３７が嵌合する凹部、重り３７を係止する爪部材などで構成される。
【００２９】
リニア駆動装置の震動発生を抑えることができる重り３７は第２可動子３２に配置され、その質量は下記式を満たすように決定される。
Ｍａ×ａ＝Ｍｂ×ｂ…（２）
【００３０】
ここで、Ｍａは、支持部２４、可動ステージ２５、可動部２２、可動ステージ２５に載置された負荷５、連結部４、第１可動子３１からなる直線移動部分の質量の総和である。Ｍｂは、第２可動子３２、及び支持部３５からなる直線移動部分の質量の総和である。ａ、ｂは、移動方向変換機３の第１可動子３１及び第２可動子３２の移動量である。つまり、第１可動子３１の移動量：第２可動子３２の移動量＝ａ：ｂである。なお、特許請求項の範囲における変数αは、第１可動子３１の移動量に対する第２可動子３２の移動量の比、即ちｂ／ａである。
【００３１】
次に、本実施の形態に係るリニア駆動装置の作用について説明する。
図５及び図６は、リニア駆動装置の動作説明図である。図５に示すように、可動部２２が右方向へ移動した場合、移動方向変換機３の第２可動子３２は左方向へ移動する。可動部２２に連結している第１可動子３１と、第２可動子３２との質量及び移動量の比は、上記式（２）を満たすため、第１可動子３１及び第２可動子３２に働く力は互いに相殺される。
同様に、図６に示すように、可動部２２が左方向へ移動した場合、移動方向変換機３の第２可動子３２は右方向へ移動する。可動部２２に連結している第１可動子３１と、第２可動子３２との質量及び移動量の比は、上記式（２）を満たすため、第１可動子３１及び第２可動子３２に働く力は互いに相殺する。
このように、リニアモータ２の可動部２２と共に第１可動子３１が加速又は減速した場合、第２可動子３２は第１可動子３１よりもゆっくり加速又は減速し、第１可動子３１に働く力を受け止めることができる。なお、本実施の形態では第１可動子３１は、長手方向の長さΔＬの範囲で移動することができる。
【００３２】
このように構成されたリニア駆動装置にあっては、可動部２２が加速又は減速した場合であっても、リニア駆動装置内で発生する力が互いに相殺する。従って、必要以上にリニア駆動装置を重く、堅牢にしたり、また別個のアクチュエータを設けるといった大がかりなシステムを構築することなく、可動部２２の加速又は減速による反作用力を系内で吸収し、リニアモータ２の駆動による震動を抑えることができる。
【００３３】
また、移動方向変換機３は、直動磁気歯車機構であるため、第２可動子３２を第１可動子３１に対して非接触で逆方向へ移動させることができる。従って、不要な摩擦力、付随的な震動、騒音が発生すること無く、リニアモータ２の駆動による震動を抑えることができる。
【００３４】
更に、可動部２２及び第１可動子３１が連結部４で略直接的に連結されているため、可動部２２及び第１可動子３１に働く力の作用点と、反作用点との距離が短く、リニア駆動装置の各部の剛性を高める必要が無い。
【００３５】
更にまた、第２可動子３２は、第１可動子３１の移動に対して逆向きに移動するが、この移動は、受動的な移動であるため、装置の動作信頼性に優れている。
【００３６】
更にまた、本実施の形態に係るリニア駆動装置を利用した場合、搬送装置、露光装置、マウンタ、ロボットなどの精度向上、装置の小型軽量化などが実現できる。
【００３７】
なお、実施の形態では、重り３７を第２可動子３２に固定する例を説明したが、第１可動子３１又は可動部２２に固定しても良い。
【００３８】
また、重り３７を設けることで上記式（２）を満たすように構成してあるが、重り３７が無くても、上記式（２）を満たすのであれば、重り３７を設けなくても良い。
【００３９】
更に、本実施の形態では、可動ステージ２５を一方向へ移動させる例を説明したが、複数組のリニアモータ２及び移動方向変換機３をベース１に設けることによって、ＸＹステージを構成することもできる。
【００４０】
更に、本実施の形態では、リニアモータ２と、移動方向変換機３とがベース１に対して横並びになるように構成されているが、リニアモータ２及び移動方向変換機３を上下に配列させても良い。
【００４１】
（変形例）
実施の形態に係るリニア駆動装置の移動方向変換機３は、中間ヨーク３３を固定した構成であったが、実施の形態における第２可動子３２をベース１に固定し、中間ヨーク３３を移動可能に構成しても良い。変形例に係るリニア駆動装置は、実施の形態における第２可動子３２を固定子（以下、変換機用固定子１３２という。）とし、実施の形態における中間ヨーク３３を可動子（以下、第２可動子１３３という。）として構成している。
【００４２】
図７は、変形例に係るリニア駆動装置の一構成例を示した斜視図である。変形例に係るリニア駆動装置は、実施の形態と同様、リニアモータ２、移動方向変換機１０３、連結部４と、重り３７（図示していない）を備える。変形例に係る移動方向変換機１０３は、第１可動子３１と、第２可動子１３３と、変換機用固定子１３２と、移動方向変換機用スライドレール１３４とを有する。第１可動子３１は、実施の形態と同様の構成である。第２可動子１３３は、実施の形態における中間ヨーク３３と同様の構成であり、第２可動子１３３は、支持部１３５を介して移動方向変換機用スライドレール１３４に、移動可能に設けられている。変換機用固定子１３２は、実施の形態における第２可動子３２と同様の構造であり、長手方向が移動方向変換機用スライドレール１３４と略同一になるように、ベース１に固定されている。
【００４３】
第２可動子１３３は、例えば、変換機用固定子１３２及び第１可動子３１夫々が有する磁極対の単位長さΔＬ当たりの個数１４及び６の差分となる８個の強磁性の磁性体を等間隔に長手方向に沿って保持している。
より一般的には、前記長手方向に沿って第１可動子３１に配された磁極対の単位長さΔＬ当たり個数がｐｈ、前記長手方向に沿って変換機用固定子１３２に配された磁極対の単位長さΔＬ当たり個数がｐｌ、前記長手方向に沿って第２可動子１３３に配された磁性体の単位長さΔＬ当たり個数がｎｓである場合、下記式（３）を満たすように各磁極対及び磁性体の個数を合わせる。
ｎｓ＝｜ｐｌ−ｐｈ｜…（３）
【００４４】
変形例にあっては、実施の形態と同様、可動部２２が加速又は減速した場合であっても、リニア駆動装置内で発生する力が互いに相殺する。従って、必要以上に装置を重く、堅牢にしたり、また別個のアクチュエータを設けることなく、可動部２２の加速又は減速による反作用力を系内で吸収することができる。
【００４５】
なお、上述の変形例では、実施の形態における第２可動子３２を固定子として構成した場合を説明したが、実施の形態における第１可動子３１を変換機用固定子として、可動部２２を第２可動子３２又は中間ヨーク３３に連結するように構成しても良い。この場合、例えば、第２可動子は、変換機用固定子及び第１可動子夫々が有する磁極対の単位長さΔＬ当たりの個数６及び１４の差分となる８個の強磁性の磁性体を等間隔に長手方向に沿って保持している。
また、本実施の形態では、リニアモータ２及び移動方向変換機３の長手方向を略水平にして使用する例を説明したが、リニアモータ２及び移動方向変換機３の長手方向を鉛直にして使用しても良い。この場合も、上述の実施の形態と同様、可動部２２の加速又は減速による反作用力を系内で吸収し、リニアモータ２の駆動による震動を抑えることができる等の効果を奏する。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  ベース
２  リニアモータ
３，１０３  移動方向変換機
４  連結部
５  負荷
２１  固定子
２２  可動部
２３  スライドレール
２４  支持部
２５  可動ステージ
３１  第１可動子
３２  第２可動子
３３  中間ヨーク
３４  移動方向変換機用スライドレール
３５  支持部
３６  保持部
【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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【図７】
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