(57)【要約】【課題】  θ方向への推力が大きく薄型のθリニアモータ、及び高精度で薄型のθ−Ｙ−Ｘステージを提供する。【解決手段】  円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と多相コイルとが対向配設されて相対移動するθリニアモータを備えたθステージと、θステージ上に載置されてＹ軸方向に駆動するＹ軸リニアモータを備えたＹ軸ステージと、Ｙ軸ステージ上に載置されて該Ｙ軸リニアモータのＹ軸可動子と直交する方向に駆動するＸ軸可動子を有するＸ軸リニアモータを備えたＸ軸ステージとから構成されたθ−Ｙ−Ｘステージであり、θステージの外周側に位置検出手段が配設されているθ−Ｙ−Ｘステージ。【選択図】        図１
2005192389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成された多極多相型のリニアモータであって、
前記多相コイルは複数の扁平な平コイル及び曲げコイルから構成されており、前記扁平コイルの空芯部に該扁平コイルに隣接する他の扁平コイルの平面部が配設されることにより実質的に同一平面部からなる有効鎖交部が形成されていることを特徴とするθリニアモータ。
【請求項２】
可動コイル型リニアモータである請求項１に記載のθリニアモータ。    
【請求項３】
可動磁石型リニアモータである請求項１に記載のθリニアモータ。
【請求項４】
円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成されており、前記多相コイルは複数の扁平な平コイル及び曲げコイルから構成され、前記扁平コイルの空芯部に該扁平コイルに隣接する他の扁平コイルの平面部が配設されることにより実質的に同一平面部からなる有効鎖交部が形成されたθリニアモータを備えたθステージと、
Ｙ軸リニアモータを備えたＹステージ及び／又はＸ軸リニアモータを備えたＸステージとで構成されたことを特徴とするリニアモータ駆動ステージ。
【請求項５】
円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成されたθリニアモータを備えたθステージと、
θステージ上に載置されてＹ軸方向に駆動するＹ軸リニアモータを備えたＹ軸ステージと、
Ｙ軸ステージ上に載置されて該Ｙ軸リニアモータのＹ軸可動子と直交する方向に駆動するＸ軸可動子を有するＸ軸リニアモータを備えたＸ軸ステージとから構成されたθ−Ｙ−Ｘステージであって、
θステージの外周側に位置検出手段が配設されていることを特徴とするθ−Ｙ−Ｘステージ。
【請求項６】
θリニアモータの固定子と可動子との間に配設された回転用軸受と、複数の永久磁石及びヨークとで形成された断面形状が略コの字状のＹ軸リニアモータの磁気回路部と、Ｙ軸リニアモータのベアリングと、をＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、回転用軸受とＹ軸リニアモータの磁気回路部との間にＹ軸リニアモータのベアリングが配設されている請求項５に記載のθ−Ｙ−Ｘステージ。
【請求項７】
θリニアモータの固定子と可動子との間に配設された回転用軸受と、複数の永久磁石及びヨークとで形成された断面形状が略コの字状のＸ軸リニアモータの磁気回路部と、Ｘ軸リニアモータのベアリングと、をＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、回転用軸受とＸ軸リニアモータの磁気回路部との間にＸ軸リニアモータのベアリングが配設されている請求項５又は６に記載のθ−Ｙ−Ｘステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置、フラットディスプレイ製造装置、プリント基板製造装置あるいはこれらの各種検査装置等のアライメントステージの駆動機構として有用なθリニアモータ、リニアモータ駆動ステージ及びθ−Ｙ−Ｘステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図８の断面図に示すように、走行方向がＸ軸方向のＸリニアモータ７Ｘ上に、走行方向がＹ軸方向のＹリニアモータ７Ｙを搭載し、更にその上にリニアモータ方式の揺動型θモータ７θを搭載したＸ−Ｙ−θステージ装置が開示されている。このＸ−Ｙ−θステージ装置はトルク減少を防止できると共に高さ方向の寸法（ｈ２）を小さくし、かつトルク減少を防止した揺動型θモータ７θを搭載した点を特徴としている。図８において、８はベース、１１はキャリッジ、１はヨーク、２は永久磁石、１４はモールドコイル、２１は位置検出手段、１５は可動子、５は固定子である。
図９はＹリニアモータ７Ｙの断面図であり、１はヨーク、２は永久磁石、５は固定子、６は多相コイル、１０は基板、１３は樹脂部、１４はモールドコイル、１１はキャリッジ、１５は可動子である。
図１０はθモータ７θの平面図であり、６θは多相コイル、２θは永久磁石である。図１１は図１０のＡ−Ｏ−Ｂ線矢視断面図であり、８θはベース、９は中心軸、１θはヨーク、５θは固定子、１０θは基板、１１θはキャリッジ、１５θは可動子である。
【０００３】
特許文献２には、図１２の平面図に示すように、合成樹脂板２１０上に３組の扁平コイル２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃが、実質的にそれらの扁平コイルの１つのコイル幅だけ順次ずらして配設されたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３００７６６号公報（図２、３、５、６）
【特許文献２】特公平８−１３１８４号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のＸ−Ｙ−θステージ装置では、θモータ７θの多相コイル６θは空芯コイルをθ方向に順次並列させたものなのでθモータ７θの推力発生に寄与する有効鎖交部は６θｅｆｆに限られる。この為、θモータ７θの推力を大きくするのが困難であるという問題がある。
更にＸリニアモータ７Ｘ、Ｙリニアモータ７Ｙ及びθモータ７θの各々が別体の可動子及び固定子を形成して構成されているので、Ｘ−Ｙ−θステージの高さ（ｈ２）が１００ｍｍ超に厚くなり更に薄型にするのが困難であった。
更にθモータ７θのθ方向の位置決め分解能を向上する為には、Ｘ−Ｙステージ上に載置したθステージの外径寸法を大にし、かつその大外径部にリニアスケールを配設するのが望ましいが、θステージの外径寸法を大にするとθステージの質量増加が顕著になり、もってθステージを載置しているＸ−Ｙステージのリニアモータ推力を大きくする必要が生じてコスト上昇を招くという問題がある。
【０００５】
特許文献２に記載の３相扁平コイルは直線走行する可動コイル型リニアモータ用のものであり、円弧状走行路を走行する多極多相型リニアモータ用には改良を加えないと適用できないという問題があった。
【０００６】
従って、本発明が解決しようとする課題は、θ方向への推力を大きくすると共に薄型にしたθリニアモータを提供することである。
また本発明が解決しようとする課題は、前記θリニアモータを備えたθステージと、Ｙ軸リニアモータを備えたＹステージ及び／又はＸ軸リニアモータを備えたＸステージとで構成された、θ方向への推力が大きいと共に薄型のリニアモータ駆動ステージを提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、高精度で薄型のθ−Ｙ−Ｘステージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明のθリニアモータは、円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成された多極多相型のリニアモータであって、前記多相コイルは複数の扁平な平コイル及び曲げコイルから構成されており、前記扁平コイルの空芯部に該扁平コイルに隣接する他の扁平コイルの平面部が配設されることにより実質的に同一平面部からなる有効鎖交部が形成されていることを特徴とする。
本発明のθリニアモータは、多相扁平コイルの１つのコイルの空芯部に隣接する他のコイルの平面部を配設して有効鎖交部を形成し（空芯部を無くし）たことにより、従来に比べてθリニアモータの推力を大きくすることができると共に、薄型化を実現できる。
本発明のθリニアモータは可動コイル型リニアモータであるのが好ましい。また可動磁石型リニアモータであるのが好ましい。
【０００８】
本発明のリニアモータ駆動ステージは、円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成されており、前記多相コイルは複数の扁平な平コイル及び曲げコイルから構成され、前記扁平コイルの空芯部に該扁平コイルに隣接する他の扁平コイルの平面部が配設されることにより実質的に同一平面部からなる有効鎖交部が形成されたθリニアモータを備えたθステージと、Ｙ軸リニアモータを備えたＹステージ及び／又はＸ軸リニアモータを備えたＸステージとで構成されたことを特徴とする。
本発明のリニアモータ駆動ステージは、θリニアモータの多相コイル構造を反映してθステージが薄型でかつトルク大のものになり、もって高精度で薄型のリニアモータ駆動ステージを提供することができる。
【０００９】
本発明のθ−Ｙ−Ｘステージは、円弧状に配設された複数の永久磁石及びヨークとで断面形状が略コの字状の磁気回路を形成した磁気回路部と、前記磁気回路部が形成した磁気空隙に沿って円弧状に配設された多相コイルとが、前記磁気空隙を介して対向配設されて、前記磁気回路部と前記多相コイルとがθ方向に相対移動するように構成されたθリニアモータを備えたθステージと、θステージ上に載置されてＹ軸方向に駆動するＹ軸リニアモータを備えたＹ軸ステージと、Ｙ軸ステージ上に載置されて該Ｙ軸リニアモータのＹ軸可動子と直交する方向に駆動するＸ軸可動子を有するＸ軸リニアモータを備えたＸ軸ステージとから構成されたθ−Ｙ−Ｘステージであって、θステージの外周側に位置検出手段（リニアスケール等）が配設されていることを特徴とする。
本発明のθ−Ｙ−Ｘステージは、θステージがＹ−Ｘステージの下側に配設されているので、θステージの外径大寸法化によりθ方向の位置決め分解能が高められると共に、θステージの外径大寸法化によるθステージの質量増加はＹ−Ｘステージのリニアモータには無関係となりＹ−Ｘステージのリニアモータの推力下限仕様を緩和することができる。また本発明のθ−Ｙ−Ｘステージの全高さ（ｈ１）を１００ｍｍ以下に薄型化できる。
本発明のθ−Ｙ−Ｘステージにおいて、θリニアモータの固定子と可動子との間に配設された回転用軸受と、複数の永久磁石及びヨークとで形成された断面形状が略コの字状のＹ軸リニアモータの磁気回路部と、Ｙ軸リニアモータのベアリングと、をＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、回転用軸受とＹ軸リニアモータの磁気回路部との間にＹ軸リニアモータのベアリングが配設されることにより、θステージのベースに対するＹプレートの平均撓み量を１０μｍ以下に抑えることができる。更に、θリニアモータの固定子と可動子との間に配設された回転用軸受と、複数の永久磁石及びヨークとで形成された断面形状が略コの字状のＸ軸リニアモータの磁気回路部と、Ｘ軸リニアモータのベアリングと、をＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、回転用軸受とＸ軸リニアモータの磁気回路部との間にＸ軸リニアモータのベアリングが配設されることにより、θステージのベースに対するＹプレート及びＸプレートの平均撓み量を１０μｍ以下に抑えることができる。  
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、θ方向への推力を大きくすると共に薄型にしたθリニアモータを提供することができる。
またθ方向への推力が大きいと共に薄型のθリニアモータを有するθステージと、Ｙ軸リニアモータを有するＹ軸ステージ及び／又はＸ軸リニアモータを有するＸステージとで構成された高精度で薄型のリニアモータ駆動ステージを提供することができる。
また高精度で薄型のθ−Ｙ−Ｘステージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明について、図面により説明する。
図１は本発明のθ−Ｙ−Ｘステージの実施形態の一例を示す矢視図である。図１において、θ−Ｙ−Ｘステージ１００は、θ方向に揺動するθリニアモータを有するθステージ３０と、θステージ３０上に配設されていると共にＹ軸方向に走行するＹ軸リニアモータを有するＹステージ６０と、Ｙステージ６０上に配設されていると共にＸ軸方向に走行するＸステージ８０と、を有して構成されている。
図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図であり、便宜的にθ−Ｙ−Ｘステージ１００のうちの中心軸から左側半分を図示している。
図３は、図１のＸステージ８０についてのＢ−Ｂ線矢視断面図である。
図４は、便宜的に図１からＸステージ８０を除外して図示した斜視図である。
図５はθステージ３０を示す平面図である。
図６はθリニアモータ５０の構成を説明する平面図である。
図７はＹ軸リニアモータ（Ｘ軸リニアモータ）の多相コイルとして好適な３相扁平コイルのコイル幅、実質的な有効鎖交部分と、界磁磁石の磁極幅との関係を説明する図である。
【００１２】
θステージ３０について以下に詳しく説明する。
図２、５を参照して、３３は強磁性鋼材製のベース（ＳＳ４００製等）であり、ベース３３上に配設されたコイル基板３５（ガラス入りエポキシ樹脂製等）とコイル基板３５上に設けたθ用３相扁平コイル３６等とによりθ用固定子４５が構成されている。
強磁性のＳプレート６４（ＳＳ４００製等）と強磁性のヨーク４０，３９（いずれもＳＳ４００製等）とがねじ（図示省略）で接合されて断面がコの字状のヨーク接合体が構成されている。このヨーク接合体のＳプレート６４側表面でかつθ用固定子４５の３相扁平コイル３６と空隙３７を介して対向する位置に界磁磁石３８（株式会社ＮＥＯＭＡＸ製のＮｄＦｅＢ系異方性焼結磁石、ＨＳ５０−ＡＨ）が配設されている。界磁磁石３８は着磁されて図示のようにＺ軸方向に磁極Ｎ，Ｓを有し、界磁磁石３８と前記ヨーク接合体により断面が略コの字状の磁気回路部を形成している。該磁気回路部により磁気空隙３７が形成されている。前記磁気回路部はθリニアモータ５０の可動子４６の一部であり、回転用軸受４２（クロスローラベアリング）を介してθ方向に所定角度揺動する。即ち回転用軸受４２がθリニアモータ５０の揺動運動の中心軸（支点）であり、ベース３３の段差部分に配設されて、外輪押さえ４１及び内輪押さえ４４により固定されている。４３は内輪押さえ４４をベース３３に螺着するためのねじである。４８は内輪押さえ４４の切欠き部である。５２は中空穴である。θステージ３０のベース３３の外周面にリニアスケール３２が配設され、リニアスケール３２と対向する位置に読取ヘッドを有したθ用エンコーダ３１が設けてある。θ用エンコーダ３１はＹステージ６０のＳプレート６４から延存した取付部材（図示省略）に取り付けられ、リニアスケール３２と対向している。リニアスケール３２をベース３３の外周面に配設したことで、ベース３３の外径寸法を大きくしてθ方向の位置決め分解能を顕著に高められると共に、ベース３３の外径大寸法化による質量増は上側のＹ軸リニアモータ７４及びＸ軸リニアモータ９８に何ら悪影響を及ぼさない。
【００１３】
図６を参照して、θ用固定子４５は、扇形のコイル基板３５（ガラス入りエポキシ樹脂製等）上に、ホール素子４９を介して左右対称に配設された３相扁平コイル３６（台形空芯状）を有している。３相扁平コイル３６は曲げコイル３６ａ及び平コイル３６ｂから構成されている。３６ａａは曲げコイルの折り曲げ位置を示している。曲げコイル３６ａの空芯部に隣接する平コイル３６ｂ，３６ｂの扁平部分が同一平面を形成するように配置されて、θリニアモータ５０の推力発生に寄与する有効鎖交部を形成している。３相コイル３６の両端部に空芯部５９が形成されて、３相コイルの総数が３の倍数に調整されて推力発生のバランスをとっている。
図６において、θ用可動子４６を構成する断面形状が略コの字状の磁気回路部のうちの下側のヨーク３９，４０は見えているが、上側のＳプレート６４及び界磁磁石３８（図２参照）は見えないので便宜的に界磁磁石３８（台形状）を点線で図示してある。
前記３相コイルの有効鎖交部は実質的にθ用可動子４６の界磁磁石３８の磁極Ｓ，Ｎに対向する高さＨａの部分である。
実質的に同一平面部を形成した３相扁平コイル３６の３つのコイルにまたがる平均幅をＷｃ、界磁磁石３８の磁極の平均幅をＷｍ及び平均高さをＨｍとしたとき、Ｈａ＞ＨｍでかつＷｃ＝Ｗｍとするのが大推力を発生する為に好ましい。（平均幅Ｗｃ）＝（３相扁平コイルの３つのコイル幅の合計）＋（微小空隙部５８，５８）であるが、（微小空隙部５８，５８）の占有部分は小さい。従って、（３相扁平コイルの３つのコイル幅の合計）部分がθ方向に連なり形成された前記有効鎖交部は図１０の従来コイルの有効鎖交部（６θｅｆｆ）の約１．８倍の占有部分を有しており、θ方向の推力を顕著に高めることができる。
平均幅Ｗｃのコイルピッチ角度をθｃ、及び平均幅Ｗｍの界磁磁石３８の磁極ピッチ角度をθｍとしたとき、θｃ＝θｍとするのが大推力を発生する為に好ましい。
４９ａ，４９ｂ，４９ｃは磁極検出手段（ホール素子等）であり、５１はコイル基板３５をベース３３に固定するためのねじである。
このような構成の可動コイル型θリニアモータ５０を搭載したθステージ３０はθ方向に最大で揺動角度（θ）＝２０度程度迄、好ましくは１〜１０度程度の高精度の揺動が可能であり、また扁平コイル３６の使用により薄型化を実現した。
θリニアモータ５０において、界磁磁石３８の磁極と磁気空隙３７を介して対向するヨーク３９の表面に更に界磁磁石３８と同一材質、形状でかつ異なる磁極を対向面に形成した永久磁石を配設して一対の永久磁石列を有する断面略コの字状の磁気回路部を形成した場合は推力を更に高めることができる。
θリニアモータ５０において、θ用固定子４５側に界磁磁石と強磁性ヨークとで形成した断面略コの字状の磁気回路部を配設し、θ用可動子４６側に多相コイルを配設すれば、可動コイル型θリニアモータとなり、有用である。
【００１４】
図２、４を参照して、Ｙステージ６０について詳しく説明する。
Ｓプレート６４上にコイル基板７１（ガラス入りエポキシ樹脂製等）がＹ軸方向に延びて配設され、その上に３相扁平コイル６５が配設されてＹ軸リニアモータ７４の固定子４６が構成されている。Ｙ軸リニアモータ７４の固定子４６はθリニアモータ５０の可動子４６を兼用しており、θ−Ｙステージの薄型化に寄与している。
図７を参照して、３相扁平コイル６５は少なくともそれぞれ中央に空芯部を有する第１、第２、及び第３の３つの扁平コイル６５ａ，６５ｂ，６５ｃを有して構成されている。扁平コイル６５ａは平坦部からなり、扁平コイル６５ｂ及び６５ｃは紙面の上下長手方向の中央側が平坦部で、かつ両端に折り曲げ部を有する。３相扁平コイル６５ａの空芯部（Ｗｉ：各扁平コイルの空芯部の幅）に扁平コイル６５ｂ，６５ｃの平坦部（Ｗｃ’：各扁平コイルの幅）がそれぞれ配置されて実質的に同一平面部を形成し、Ｙ軸方向に大推力を発生するようになっている。各コイル６５ａ，６５ｂ及び６５ｃの位相検出用として、コイル基板７１の端部に３個のホール素子（図示省略）が設置してある。Ｗｍ’、Ｈｍ’はそれぞれ各界磁磁石８１の磁極幅、及び高さである。Ｈａ’は推力発生に寄与する前記扁平コイルの実質的な有効鎖交部分の高さである。実質的にＷｃ’はＷｍ’の１／３であり、ＷｉはＷｃ’の２倍である。このような寸法関係を有するので、Ｙ軸リニアモータ７４の走行方向において各扁平コイルは界磁磁石８１の２つの磁極Ｎ，Ｓにまたがる大きさに設定されている。
強磁性のＹプレート８４（ＳＳ４００製等）と強磁性のヨーク６６，７５（いずれもＳＳ４００製等）とがねじ６８により接合されて断面がコの字状のヨーク接合体がＹ軸方向に延びて形成されている。前記コの字状ヨーク接合体のＹプレート８４側表面でかつＹ軸リニアモータ７４の固定子４６の扁平コイル６５と空隙６７を介して対向する位置にブロック状の界磁磁石８１（ＨＳ５０−ＡＨ）が配設されている。界磁磁石８１は厚み方向に磁極を有し、このブロック状界磁磁石８１の複数個が隣り合う磁極を交互に異なるようにしてＹ軸方向に延びて配列されている。そしてヨーク６６，７５、Ｙプレート８４及び界磁磁石８１により断面が略コの字状の磁気回路部が形成されている。該磁気回路部はＹ軸リニアモータ７４の可動子９０の一部を構成しており、磁気空隙６７を形成している。Ｓプレート６４の外周面に配設されたリニアスケール６２と、Ｙプレート８４の外周側にブラケット６３（Ａｌ合金製等）を介して配設された、読取ヘッドを有するエンコーダ６１とにより、走行方向（Ｙ軸方向）の位置決めを高精度で行えるようになっている。
Ｙステージ６０では、撓み抑制の為に、Ｙプレート８４（Ｙ軸リニアモータ７４の可動子９０）とＳプレート６４（Ｙ軸リニアモータ７４の固定子４６）との接合に工夫を施してある。このようにＹ軸リニアモータ７４は可動磁石型であり、両プレート間にはベアリング８５及びレール８７が配設されており、可動子９０がＹ軸方向に高精度で走行自在になっていると共に、ベアリング８５、レール８７、θステージ３０の回転用軸受４２及びＹ軸リニアモータ７４における断面が略コの字状の磁気回路部とをＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、ベアリング８５及びレール８７をθステージ３０の回転用軸受４２とＹ軸リニアモータ７４における断面が略コの字状の磁気回路部との間に配設したことにより、ベース３３に対するＹプレート８４の平均撓み量を５μｍ以下に抑えることができた。更に、本発明者の検討から、同様にＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、ベアリング８５及びレール８７をＹ軸リニアモータ７４における断面が略コの字状の磁気回路部の外周側に配設した場合には前記平均撓み量が１０μｍ超になることが確認された。
Ｙ軸リニアモータ７４において、界磁磁石８１の磁極と磁気空隙６７を介して対向するヨーク６６の表面に更に界磁磁石８１と同一材質、形状でかつ異なる磁極を対向面に形成した永久磁石を配設して一対の永久磁石列を有する断面略コの字状の磁気回路部を形成した場合は推力を更に高めることができる。
Ｙ軸リニアモータ７４において、Ｙ用固定子４６側に界磁磁石と強磁性ヨークとで形成した断面略コの字状の磁気回路部を配設し、Ｙ用可動子９０側に多相コイルを配設すれば、可動コイル型Ｙ軸リニアモータとなり、有用である。
【００１５】
図１〜３を参照して、Ｘステージ８０について以下に詳しく説明する。
強磁性のＹプレート８４（ＳＳ４００製等）上にブロック状の界磁磁石（ＨＳ５０−ＡＨ）がＸ軸方向に延設されていると共に、Ｙプレート８４とヨーク８３，８２（いずれもＳＳ４００製等、図１では図示省略。）とがねじ（図示省略）により締結されて、断面が略コの字状の磁気回路部を形成している。該磁気回路部はＸ軸リニアモータ９８の固定子９０の一部を構成しており、磁気空隙１２０を形成している。Ｘ軸リニアモータ９８の固定子９０はＹ軸リニアモータ７４の可動子９０を兼務しており、θ−Ｙ−Ｘステージ１００の薄型化に寄与している。
Ｙプレート８４上にコイル基板１１０（ガラス入りエポキシ樹脂製等）がＸ軸方向に延設され、その上に３相扁平コイル１１５が配設されてＸ軸リニアモータ９８の可動子９５を構成している。３相扁平コイル１１５の構造は図７に示される３相扁平コイル６５と同様なので説明を省略する。Ｘ軸リニアモータ９８は可動コイル型である。
Ｘステージ８０では、ベアリング１０２、レール１０１、θステージ３０の回転用軸受４２及びＸ軸リニアモータ９８における断面が略コの字状の磁気回路部とをＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、ベアリング１０２及びレール１０１を、θステージ３０の回転用軸受４２とＸ軸リニアモータ９８における断面が略コの字状の磁気回路部との間に配設したことにより、ベース３３に対するＸプレート８６の平均撓み量を５μｍ以下に抑えることができた。更に、本発明者の検討から、同様にＸ−Ｙ平面上に投影して見たとき、ベアリング１０２及びレール１０１をＸ軸リニアモータ９８における断面が略コの字状の磁気回路部の外周側に配設した場合には前記平均撓み量が１０μｍ超になることが確認された。
Ｘ軸リニアモータ９８において、界磁磁石１０８の磁極と磁気空隙１２０を介して対向するヨーク８２の表面に更に界磁磁石１０８と同一材質、形状でかつ異なる磁極を対向面に形成した永久磁石を配設して一対の永久磁石列を有する断面略コの字状の磁気回路部を形成した場合は推力を更に高めることができる。
Ｘ軸リニアモータ９８において、Ｘ用固定子９０側に多相コイルを配設し、Ｘ用可動子９５側に界磁磁石と強磁性ヨークとで形成した断面略コの字状の磁気回路部を配設すれば、可動磁石型Ｘ軸リニアモータとなり、有用である。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施例）
図１に示される構造の本発明のθ−Ｙ−Ｘステージを作製し、性能を評価した結果を表１に示す。
（従来例）
図８〜１１に示される従来構造のＸ−Ｙ−θステージ装置に対し、比較の為に性能評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１より、本発明のθ−Ｙ−Ｘステージは従来にない薄型（全高さ（ｈ１）が１００ｍｍ以下）でかつ高性能の３軸位置決めステージであるのがわかる。
表１の性能に限定されず、本発明のθ−Ｙ−Ｘステージでは、全高さ（ｈ１）を６０〜８０ｍｍに、Ｘ軸及びＹ軸の推力を３０〜１５０Ｎに、θ軸のトルクを２〜６Ｎ・ｍに、Ｘ軸及びＹ軸のストロークを最大１００ｍｍ迄（１００ｍｍ以下に）、Ｘ軸及びＹ軸の位置決め分解能を０．２μｍ以下に（好ましくは０．１μｍ以下に）、θ方向の位置決め分解能を０．０００１４度以下に（好ましくは０．０００１３度以下に）、Ｘ軸及びＹ軸の絶対位置精度を好ましくは５μｍ以下に、θ軸の絶対位置精度を０．００３５度以下に（好ましくは０．００３０度以下に）、Ｘ軸及びＹ軸の繰返し位置精度を好ましくは３μｍ以下に、θ軸の繰り返し位置精度を０．０００７０度以下に（好ましくは０．０００６０度以下に）するのが可能である。更に、表１に記したように、θ方向の位置決め分解能を０．００００１度〜０．００００５度程度という従来実現が困難であったレベルを実現可能である。
【００２０】
本発明においては、θリニアモータ、Ｙ軸リニアモータ及びＸ軸リニアモータは可動磁石型であっても可動コイル型であってもよく特に限定されないが、図２等で説明した通り、Ｓプレート６４がθリニアモータ５０の可動子兼Ｙ軸リニアモータ７４の固定子であり、かつＹプレート８４がＹ軸リニアモータ７４の可動子兼Ｘ軸リニアモータ９８の固定子であることが薄型化を実現する為に好ましい。
また上記実施の形態及び実施例では３相コイルの場合を記載したが、２相あるいは４相以上の多相コイルの場合でも本発明のθリニアモータ及びリニアモータ駆動ステージを構成するのに何ら支障は無い。
また上記実施の形態及び実施例では台形状又は矩形状の空芯コイルであって曲げコイルと平コイルとからなる３相コイルの場合を記載したが、特に限定されず、従来周知の形状の多相コイルを用いて本発明のθリニアモータ及びリニアモータ駆動ステージを構成することができる。
また上記実施の形態及び実施例では台形状及びブロック状の永久磁石を使用したが、特に限定されず、円弧状等の適宜の形状品を用いることができる。
また上記実施の形態及び実施例ではθモータの支持摺動部材としてクロスローラベアリングを使用したが、これに限定されず、例えばクロスローラベアリングに替えてラジアル軸受けとスラスト軸受けとを組み合わせて使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のθ−Ｙ−Ｘステージの実施形態の一例を示す矢視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１のＸステージ８０についてのＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】便宜的に図１からＸステージ８０を除外して図示した斜視図である。
【図５】θステージ３０を示す平面図である。
【図６】θリニアモータ５０の構成を説明する平面図である。
【図７】Ｙ軸リニアモータ（Ｘ軸リニアモータ）の多相コイルとして好適な３相扁平コイルのコイル幅及び実質的な有効鎖交部分と、界磁磁石の磁極幅との関係を説明する図である。
【図８】従来のＸ−Ｙ−θステージ装置を示す断面図である。
【図９】従来のＹステージの断面図である。
【図１０】従来のθステージの平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ｏ−Ｂ線矢視断面図である。
【図１２】従来の３相扁平コイルの構造を説明する図である
【符号の説明】
【００２２】
１，１θ：ヨーク、
２，２θ：永久磁石、
３，３θ：磁気空隙、
４，４θ：支持板、
５，５θ：固定子、
６，６θ：コイル、
６tl：端末線、６ｐ：端子ピン、
７Ｘ：Ｘリニアモータ、
７Ｙ：Ｙリニアモータ、
７θ：θモータ、
８，８θ：ベース、
８θａ：ベースケーブル穴、
９：中心軸、
１０，１０θ：基板、
１１，１１θ：キャリッジ、
１１θａ：キャリッジケーブル穴、
１２：インサートナット、
１３，１３θ：樹脂部、
１４，１４θ：モールドコイル、
１５、１５θ：可動子、
１６，１６θ：支持摺動部材、
１７：内輪押さえ板、
１８：外輪押さえ板、
１９：配線、２０：ケーブルベア、
２０ａ：リンクプレート、２０ｂ：穴付板、２０ｃ：穴、
２０ｄ：ケーブルベア受け、
２１，２１θ：位置検出手段、
２１ａ，２１θａ：読取ヘッド、
２１ｂ，２１θｂ：スケール、
３０：θステージ、
３１：θ用位置検出手段、
３２：θ用リニアスケール、
３３：ベース、
３４：凹部、
３５：コイル基板、
３６：θ用多相コイル、
３７：磁気空隙、
３８：永久磁石、
３９，４０：ヨーク、
４１：外輪押さえ、
４２：回転用軸受、
４３：ねじ、
４４：内輪押さえ、
４５：θ用固定子、
４６：θ用可動子兼Ｙ軸用固定子、
４８：切り欠き部、
４９：磁極検出手段、
５０：θリニアモータ、
５１：ねじ、
５２：中空穴、
５４：窓、
５５：扁平コイルの折り曲げ部、
５８：微小空芯部、
５９：空芯部、
６０：Ｙステージ、
６１：Ｙ軸用位置検出手段、
６２：Ｙ軸用リニアスケール、
６３：ブラケット、
６４：Ｓプレート、
６５：Ｙ用多相コイル、
６６，７５：ヨーク、
６７：磁気空隙、
６８，６９：ねじ、
７０ａ，７０ｂ：ねじ、
７１：コイル基板、
７４：Ｙ軸リニアモータ、
７８：ねじ、
８０：Ｘステージ、
８１：永久磁石、
８２，８３：ヨーク、
８４：Ｙプレート、
８５：リニアモータ用ベアリング（リニアモータ用ブロック）、
８６：Ｘプレート、
８７：レール、
８８ａ，８８ｂ：リニアモータ用ベアリング（リニアモータ用ブロック）、
８９：ねじ、
９０：Ｙ軸用可動子兼Ｘ軸用固定子、
９３：カバー（Ａｌ合金製）、
９５：Ｘ軸用可動子、
９８：Ｘ軸用リニアモータ、
１００：θ−Ｙ−Ｘステージ、
１０１：レール、
１０２：ベアリング、
１０３：Ｘ軸用位置検出手段、
１０４：Ｘ軸用リニアスケール、
１０５：取付部材、
１０８：永久磁石、
１１０：コイル基板、
１１５：Ｘ用多相コイル、
１２０：磁気空隙、
１２２〜１２４：取付用孔、
１２６：給電ケーブル、
１２８：信号ケーブル。
【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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【図１１】
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【図１２】
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