(57)【要約】【課題】コンパクトな構造でありながら複数の磁極歯を備え、かつ二次側部材と一次側部材との間に働く磁気吸引力が相殺されるような直線駆動装置の推力を増加させる。【解決手段】磁性体で形成されたコア１１ａ，１１ｂとコア１１ａ，１１ｂに巻回した巻線１２とを有する一次側部材１０と、一次側部材１０と空隙を介して相対移動可能に支持された二次側部材２０とを備えた直線駆動装置において、コア１１ａ，１１ｂに共通して巻回された巻線１２に加えて、隣接する磁極歯１３ａ，１４ａ間にも巻線１２を設置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極歯が対向する第１の対向部を有し巻線が配置され磁性体からなる第１のコアと複数の磁極歯が対向する第２の対向部を有し巻線が配置され磁性体からなる第２のコアとを備える一次側部材と、前記第１の対向部を構成する磁極歯の間に配置されかつ前記第２の対向部を構成する磁極歯の間に配置され一次側部材に対し相対移動可能に支持された二次側部材とを備え、
前記第１の対向部を通る磁束と前記第２の対向部を通る磁束の向きが異なり、二次側部材の移動方向に隣り合う前記磁極歯の間に導体が配置されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記導体は前記二次側部材の相対移動方向を軸に巻かれた巻線であることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記磁極歯の間に配置される磁極歯には、磁極歯間を通る磁束の向きと反対方向に磁束を流す向きに電流が流されることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項４】
複数の磁極歯を有し磁性体からなり巻線が配置されたコアを備える一次側部材と、前記磁極歯と空隙を介して前記一次側部材に対し相対移動可能に支持される二次側部材とを備え、
前記コアには一方の磁極歯列が前記一次側部材の相対移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段に分けて配列され、
前記コアには他方の磁極歯列が二次側部材の相対移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段に分けて配列され、
前記二次側部材は前記第１段の磁極歯と前記第２段の磁極歯の間に配置され、前記二次側部材の相対移動方向に前記一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と前記他方の磁極歯列の第１段の磁極歯が交互に配置され、
前記二次側部材の相対移動方向に前記一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と前記他方の磁極歯列の第２段の磁極歯が交互に配置され、
前記二次側部材の移動方向に隣り合う前記磁極歯の極性が異なり、
前記隣り合う磁極歯の間に導体が配置されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項５】
請求項４において、前記導体は前記二次側部材の相対移動方向を軸に巻かれた巻線であることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項６】
請求項３において、前記磁極歯間に配置された導体には前記磁極間に流れる方向と反対方向に磁束を通す方向に電流が流されることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項７】
請求項１において、前記二次側部材は永久磁石又は巻線を備え、
前記二次側部材の相対移動方向に一方の磁極と他方の磁極とが交互に現れることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項８】
請求項１において、前記二次側部材は磁性体で形成されたコアを有し、前記二次側部材の相対移動方向に磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項９】
請求項１において、前記一次側部材が固定的に支持され、前記二次側部材が移動可能に支持されることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１０】
請求項１において、前記二次側部材が固定的に支持され、前記一次側部材が移動可能に支持されることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１１】
請求項１において、前記コアは前記二次側部材の移動方向に対して略垂直方向に開口部を有することを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記二次側部材は前記二次側部材の中心部が前記磁極歯の中心部から変位している状態で支持されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１３】
複数の磁極歯が対向する第１の対向部を有し巻線が配置され磁性体からなる第１のコアと複数の磁極歯が対向する第２の対向部を有し巻線が配置され磁性体からなる第２のコアとを備える一次側部材と、前記第１の対向部を構成する磁極歯の間に配置されかつ前記第２の対向部を構成する磁極歯の間に配置され一次側部材に対し相対移動可能に支持された二次側部材とを備え、
前記第１の対向部を通る磁束と前記第２の対向部を通る磁束の向きが異なり、二次側部材の移動方向に隣り合う前記磁極歯の間に導体が配置されていることを特徴とする直線駆動装置を制御する方法において、
隣り合う前記磁極歯の間に流れる磁束を妨げる向きに磁束が発生するように前記磁極歯の間の導体に電流を流すことを特徴とする直線駆動装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３の直線駆動装置の制御方法において、大推力を要する場合に前記隣り合う磁極歯の間に配置した導体に電流を流すことを特徴とする直線駆動装置の制御方法。
【請求項１５】
搬送対象物をＸ方向に駆動するＸ軸駆動装置と、搬送対象物をＸ方向と異なる方向であるＹ方向に駆動するＹ軸駆動装置とを備えるＸＹテーブルにおいて、
前記Ｘ方向駆動装置または前記Ｙ方向駆動装置の駆動源として請求項１に記載の直線駆動装置を用いたＸＹテーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線駆動装置、その制御方法、及び搬送対象物を二方向に移動させるＸＹテーブルに関するものである。ＸＹテーブルは、例えば集積回路の製造工程において、ウェーハ表面を加工する際に、ウェーハを二方向に移動させる用途等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
一般に直線駆動装置は、複数の磁極歯を有する一次側部材と、一次側部材と空隙を介して相対移動可能に支持された二次側部材とを備える。そのうち、同極性の複数磁極歯に共通して巻線を巻回することでコンパクト化を図ったものが特開平１０−１７４４１８号公報（以下、特許文献１という。）に開示されている。
また特開２００１−２８８７５号公報（以下、特許文献２という。）に開示されているような、異極性の磁極歯も含めて一括して巻線を巻回することでさらなるコンパクト化を実現した直線駆動装置もある。
【０００３】
また、磁極間に永久磁石を配置して漏れ磁場を低減する例が特開昭６１−
８５０４５号公報（以下、特許文献３という。）に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１７４４１８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８８７５号公報
【特許文献３】
特開昭６１−８５０４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２に記載の直線駆動装置では、コアに巻回した巻線に駆動電流を流したとき、コア中の磁束密度が高くなって磁気飽和を起こすと、コアが磁束を有効に導けなくなるため駆動電流を増やしてもそれ以上は推力が増えなくなる。これは、複数磁極歯に共通して巻線を巻回するために巻線箇所が磁極歯端部から離れた位置となっていることに起因する。
【０００６】
また、磁極間に永久磁石を配置して漏れ磁場を低減する例が特許文献３に記載されているが、永久磁石が利用できるのは漏れ磁場の向きが時間変化しない場合に限定される。一般には漏れ磁場の向きが時間的に変化するため、永久磁石では不適格である。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解消するために、コンパクトな構造を十分に保ちつつ、最大推力がより大きい直線駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴によれば、直線駆動装置及びＸＹテーブルにおいて、二次側部材の移動方向に隣り合う磁極歯の間に導体を配置する。これにより、一次側のコアが磁気飽和を起こした場合にも、磁極歯間の漏れ磁束を低減でき、直線駆動装置の最大推力を大きくすることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴によれば、直線駆動装置の制御方法において、隣り合う磁極歯の間に流れる磁束を妨げる向きに磁束が発生するように磁極歯の間の導体に電流を流す。これにより、一次側のコアが磁気飽和を起こした場合にも、磁極歯間の漏れ磁束を低減することができ、直線駆動装置の最大推力を大きくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態（以下、実施例１という。）による直線駆動装置の基本構成図である。
本実施例の直線駆動装置は、磁性体で形成された第１のコア１１ａ，第２のコア１１ｂ，第１のコア及び第２のコアの複数の磁極歯に共通して巻回した導体からなる巻線１２及び磁極歯間に設置した巻線１５を有する一次側部材１０と、一次側部材１０と空隙を介して相対移動可能に支持された二次側部材２０とを備える。一般に直線駆動装置においては、一次側部材が固定され二次側部材が駆動される方式と、二次側部材が固定され一次側部材が駆動される方式があるが、本発明はどちらの方式でも構わない。本実施例においては、二次側部材が駆動される方式を説明する。コア１１を形成する磁性体としては、一般的には鉄が使用されるが、他の材料でもよい。二次側部材２０には永久磁石２１が固着されており、前記二次側部材の移動方向に沿って一方の磁極２１ａと他方の磁極２１ｂとが交互に現れている。
【００１１】
第１のコア１１ａは磁極歯１３ａ，１３ｂが対向する第１の対向部を有し、第２のコア１１ｂは磁極歯１４ａ，１４ｂが対向する第２の対向部を有する。第１の対向部と第２の対向部は磁気的な極性が異なり、巻線１２に電流を流すと第１の対向部と第２の対向部を流れる磁束の向きが逆向きとなる。例えば、巻線１２に矢印３１の方向に電流が流れた場合には、第１の対向部には、下向き（１３ａから１３ｂに向かう方向）に磁束が通り、第２の対向部には上向き（１４ｂから１４ａに向かう方向）に磁束が通る。
【００１２】
コア１１には、第１の磁極（磁束の発生源）１６ａと第２の磁極１６ｂがある。第１の磁極には、二次側部材２０の移動方向に対して略垂直方向に第１段
（１３ａ）と第２段（１４ｂ）とに分けて配列した一方の磁極歯列１３ａ，１４ｂが配置され、同様に第２の磁極にも、二次側部材２０の移動方向に対して略垂直方向に第１段（１４ａ）と第２段（１３ｂ）とに分けて配列した他方の磁極歯列１４ａ，１３ｂとを有し、第１段及び第２段のそれぞれにおいて、一方の磁極歯列に属する磁極歯と他方の磁極歯列に属する磁極歯とが交互に配列されている。一方の磁極歯列と他方の磁極歯列の磁気的な極性は異なり、例えば巻線１２に矢印３１の方向に電流が流れた場合には、一方の磁極歯列を通る磁束は磁極歯から出ていく方向に通り、他方の磁極歯を通る磁束は磁極歯に入っていく方向に通る。第１段の磁極歯１３ａ及び１４ａと第２段の磁極歯１３ｂ及び１４ｂとに挟まれた空間には、巻線１２に電流を流すことで、第１段の磁極歯から第２段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域と、第２段の磁極歯から第１段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域とが交互に並ぶ。二次側部材２０は、その空間に空隙を介して配置され、前記一次側部材の発生する磁場と作用して移動する。
【００１３】
二次側部材が移動する方向に隣り合う第１のコアの磁極歯と第２のコアの磁極歯の間（例えば、磁極歯１３ａ，１４ａの間）には、磁極歯間の漏れ磁束を低減するための導体からなる巻線１５が配置される。巻線１５は二次側の移動方向を軸として巻かれ、巻線１５には、第１のコア，第２のコアに共通して巻回した巻線１２に流れる電流が作る磁場が磁極歯間に漏れるのを妨げるように通電する。
そうすることで、たとえコア１１が磁気飽和を起こした状態でも、隣り合う磁極歯の間を通過する漏れ磁束が低減され、推力を増加させることができる。巻線
１５に通電するのは常時であってもよいし、大推力を要する状況下のみでもよい。また、巻線１５の代わりに磁極歯間に超電導体を配置しても、マイスナー効果により漏れ磁束を低減する効果がある。
【００１４】
本実施例の直線駆動装置は、瞬間的に大推力を必要とする用途、例えば遮断器や変速機といった製品に特に適している。
【００１５】
磁極歯の間に設置する巻線１５は、図１のように上側磁極歯間に設置する以外に、図２のように下側磁極歯間に設置してもよい。あるいは図３のように上側と下側の両方の磁極歯間に設置してもよい。
【００１６】
図４に、本発明の別の実施形態（以下、実施例２という。）を示す。本実施例においては、一次側部材１０のコア１１が、二次側部材２０の移動方向に対して略垂直方向に前記二次側部材２０を挿入するのに十分な幅の開口部１７を有する。二次側部材２０の中心部３２が磁極歯１３の中心部１８から外れる方向に変位すると、元の位置へ引き戻す向きの磁気吸引力が二次側部材２０と一次側部材
１０との間に働く。そのため二次側部材２０の支持機構は、磁極歯の中心部１８に向かう方向に関しては比較的緩やかでよい。さらには二次側部材２０磁極歯
１３ａの中心部１８から変位した状態で支持し、二次側部材２０に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を発生させることで、二次側部材２０を支持する支持機構に加わる負荷を軽減することも出来る。
【００１７】
磁極歯間に設置された巻線１５には、実施例１と同様に、巻線１２に流れる電流が作る磁場が磁極歯間に漏れるのを妨げるように通電する。巻線１５に通電するのは常時であってもよいし、大推力を要する状況下のみでもよい。
【００１８】
磁極歯間に設置する巻線１５は、図４のように二次側部材２０に対して片側に設置する以外に、図５のように二次側部材２０の両側に設置してもよい。
【００１９】
ここで実施例１及び２において、二次側部材２０に固着された永久磁石２１の代わりに、界磁巻線を設置し、界磁巻線に電流を流すことで磁極を生じさせてもよい。その場合、界磁巻線の芯として磁性体を設置してもよい。あるいは永久磁石と界磁巻線を併用してもよい。また、前記界磁巻線は、互いに一部重なり合うように設置されていてもよい。あるいは、前記界磁巻線は、基板上にプリントされた配線であってもよい。
【００２０】
あるいは、二次側部材２０に磁性体で形成されたコアを備えさせ、前記二次側部材の移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れるようにすることで、磁気抵抗の差により生じるリラクタンス力を推力として利用することもできる。その場合、永久磁石を二次側部材２０に固着して併用してもよい。なお磁気的凹部は非磁性体で形成してもよい。さらに二次側部材２０の断面形状は、矩形以外の形状、例えば円形や楕円形であってもよい。
【００２１】
上述したように、実施例１及び２においては、一次側部材１０を固定的に支持し二次側部材２０を移動可能に支持する方式でもよいし、二次側部材２０を固定的に支持し一次側部材１０を移動可能に支持する方式でもよい。
【００２２】
直線駆動装置の最終形態としては、例えば図１に示した一次側部材１０を１つの一次側部材ユニットとし、これを複数個並べて、各一次側部材ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、相異なる一次側部材ユニットの磁極同士の二次側部材移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各一次側部材ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの位置関係は、図６のように直列に並べてもよいし、図７のように並列に並べてもよい。このような位置関係に一次側部材ユニットを配置することにより、推力の脈動を大幅に低減することができる。
【００２３】
あるいは二次側部材２０を複数ユニットから構成し、各二次側部材ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相異なる二次側部材ユニットの磁極同士の二次側部材移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各二次側部材ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの位置関係は、図８のように直列に並べてもよいし、図９のように並列に並べてもよい。ただし図８の構成を取るには、実施例２のように一次側部材１０のコア１１が開口部を有する必要がある。
【００２４】
図１０は、本発明の一実施形態（以下、実施例３という。）であるＸＹテーブルの基本構成図である。図１０において、１０１はベースであり、１０２は直線案内装置のレール、１０３はステージ、１０８は直線案内装置１０２を支持するアームである。３ＸはＸ軸駆動装置の一次側部材、３ＹはＸ軸と交差する方向であるＹ軸駆動装置の一次側部材、３ＺはＺ軸駆動装置の一次側部材、６Ｘ，６Ｙ，６Ｚは各々軸の駆動装置の二次側部材を示しそれぞれの駆動装置は上記実施例で示したものを利用している。Ｘ軸駆動装置３Ｘ，Ｙ軸駆動装置３ＹがそれぞれＸ軸，Ｙ軸を駆動することにより搬送対象物であるテーブル１０３が駆動される。本実施例では、二次側部材６Ｘ，６Ｙが駆動される方式であるが、一次側部材３Ｘ，３Ｙが駆動される方式でも構わない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、直線駆動装置またはＸＹテーブルの最大推力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による直線駆動装置の基本構成図。
【図２】本発明の実施例１の第１変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図３】本発明の実施例１の第２変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図４】本発明の実施例２による直線駆動装置の基本構成図。
【図５】本発明の実施例２の変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図６】一次側部材ユニットを直列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図７】一次側部材ユニットを並列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図８】二次側部材ユニットを直列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図９】二次側部材ユニットを並列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図１０】本発明の実施例３によるＸＹテーブルの基本構成図。
【符号の説明】
１０…一次側部材、１１ａ…第１のコア、１１ｂ…第２のコア、１２…巻線、１３…磁極歯、１４…磁極歯列、１５…磁極歯間に設置した巻線、２０…二次側部材、２１…永久磁石。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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