(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段は、互いに離間して配置された２つの磁石と前記２つの磁石を連結する連結部材とを有し、
前記第二の磁気手段は、前記２つの磁石に対向する磁性体と、前記２つの磁石の間に配置された補極とを有し、
前記２つの磁石のうち、一方は前記連結部材側が第１の極となり前記磁性体側が第２の極となるように配置され、他方は前記連結部材側が第２の極となり前記磁性体側が第１の極となるように配置され、
前記補極は、前記２つの磁石の前記磁性体側の極と互いに反発する向きに磁化されていることを特徴とする磁気支持機構。
【請求項２】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段は、Ｕ字型に屈曲した磁石を有し、
前記第二の磁気手段は、前記Ｕ字型に屈曲した磁石の２つの端部に対向する磁性体と、前記Ｕ字型に屈曲した磁石とは別に前記Ｕ字の部分に配置された補極とを有し、
前記補極は、前記Ｕ字型に屈曲した磁石の２つの極と互いに反発する向きに磁化されていることを特徴とする磁気支持機構。
【請求項３】
前記第二の磁気手段は、前記磁性体と前記補極とを連結する連結手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気支持機構。
【請求項４】
前記連結手段が軟磁性材料を用いたものであることを特徴とする請求項３に記載の磁気支持機構。
【請求項５】
前記連結手段が磁石であり、前記磁石は、前記補極と逆向きに磁化されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気支持機構。
【請求項６】
前記第一、第二の磁気手段と補極と連結手段とが、前記２つの磁石の一方を中心に水平方向に回転した回転体を構成していることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項７】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一および第二の磁気手段は、磁石と前記磁石を連結する磁性体とを有し、前記第一および第二の磁気手段の磁石はそれぞれ、同じ極が前記磁性体に連結され、前記第一および第二の磁気手段のうち一方の前記磁性体に連結されていない極は、他方の磁性体と対向して配置されることを特徴とする磁気支持機構。
【請求項８】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一および第二の磁気手段はそれぞれ、互いに離間して配置された２つの磁石と前記２つの磁石を連結する連結部材とを有し、
前記第一および第二の磁気手段の２つの磁石はそれぞれ、異なる長さの第１の長さと第２の長さを有し、
前記第一および第二の磁気手段の２つの磁石は、互いに長さが異なる磁石同士が対向し、かつ、互いに異なる極同士が対向することを特徴とする磁気支持機構。
【請求項９】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段は屈曲した磁石を有し、
前記第二の磁気手段は、屈曲した磁性体を有し、
前記屈曲した磁石と前記屈曲した磁性体との端部がそれぞれ対向することを特徴とする磁気支持機構。
【請求項１０】
前記第一および第二の磁気手段が、前記磁石のいずれか１つを中心に水平方向に回転した回転体を構成していることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項１１】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段として、前記第二の磁気手段に面して、かつ所定の間隔を隔てた互に異なる一対の磁極を備え、前記第二の磁気手段として、前記第一の磁気手段の各磁極の近傍に各々一つの磁極を有する磁石を備え、かつ該第二の磁気手段の磁石の磁化の方向は前記第一の磁気手段の磁化の方向と直交していることを特徴とする磁気支持機構。
【請求項１２】
前記第二の磁気手段の磁石の各磁極は、前記第一の磁気手段の一対の磁極の内、近接するただ一つの磁極との間に吸引力が作用するように、その極性が設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気支持機構。
【請求項１３】
前記第二の磁気手段の磁石の各磁極は、前記第一の磁気手段の近接するただ一つの磁極との間に反撥力が作用するように、その極性が設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気支持機構。
【請求項１４】
前記第一の磁気手段として、所定の間隔を隔てた一対の磁石を備えたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項１５】
前記一対の磁石における、前記第二の磁気手段に面する磁極と反対側の各磁極の近傍に、該磁極と異極の磁極が位置するように磁石を固着していることを特徴とする請求項１４に記載の磁気支持機構。
【請求項１６】
前記第一の磁気手段の一対の磁極が、Ｕ字型に屈曲した単一の磁石からなることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項１７】
前記第一の磁気手段の磁極間の距離と、前記第二の磁気手段の磁極間の距離とが異なることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項１８】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段は、前記第二の磁気手段に面して、かつ所定の間隔を隔てた互に異なる一対の磁極を備え、前記第二の磁気手段は、前記第一の磁気手段に面して各磁極の近傍に各々一つの磁極と、磁化の方向が前記第一の磁気手段の磁化の方向と直交している磁石とを有することを特徴とする磁気支持機構。
【請求項１９】
前記第二の磁気手段の有する磁石は、前記第二の磁気手段の各磁極の近傍に同極の磁極が位置するように、前記第二の磁気手段の各磁極の間に固着していることを特徴とする請求項１８に記載の磁気支持機構。
【請求項２０】
前記第一および第二の磁気手段の各磁極は、それぞれ面している他方の磁気手段の磁極との間に吸引力が作用するように、その極性が設定されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の磁気支持機構。
【請求項２１】
前記第一の磁気手段として、所定の間隔を隔てた一対の磁石を備えたことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項２２】
前記一対の磁石における、前記第二の磁気手段に面する磁極と反対側の各磁極の近傍に、該磁極と異極の磁極が位置するように磁石を固着していることを特徴とする請求項２１に記載の磁気支持機構。
【請求項２３】
前記第一の磁気手段の一対の磁極が、Ｕ字型に屈曲した単一の磁石からなることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項２４】
所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、
前記第一の磁気手段として、互に異なる一対の磁極を備え、かつ該磁極は前記第二の磁気手段に面さず、前記第二の磁気手段として、前記一対の磁極の近傍に各々一つの磁極を備え、かつ該磁極は前記第一の磁気手段に面さず、かつ該第二の磁気手段の磁化の方向と前記第一の磁気手段の磁化の方向とは並行であることを特徴とする磁気支持機構。
【請求項２５】
前記第二の磁気手段の磁石の各磁極は、前記第一の磁気手段の一対の磁極の内近接するただ一つの磁極との間に吸引力が作用するように、その極性が設定されていることを特徴とする請求項２４に記載の磁気支持機構。
【請求項２６】
前記第一あるいは第二の磁気手段として、磁石を備えたことを特徴とする請求項２４または２５に記載の磁気支持機構。
【請求項２７】
前記第一の磁気手段の磁極間の距離と、前記第二の磁気手段の磁極間の距離とが異なることを特徴とする請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項２８】
前記第一の磁気手段の一対の磁極の近傍において該磁極と異なる磁極が位置し、かつ前記第１の磁気手段の磁化の向きと同一の磁化の向きとなるように、前記第一の磁気手段の両端に磁石が設けられており、該両端に設けられた磁石と前記第二の磁気手段との対向面間の距離が、前記第一の磁気手段と前記第二の磁気手段との対向面間の距離よりも遠いことを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項２９】
前記第一の磁気手段の一対の磁極の近傍において該磁極と同一の磁極が前記第二の磁気手段と面して、かつ前記第１の磁気手段の磁化の向きと直交する磁化の向きとなるように、前記第一の磁気手段の両端に磁石が設けられており、該両端に設けられた磁石と前記第二の磁気手段との対向面間の距離が、前記第一の磁気手段と前記第二の磁気手段との対向面間の距離よりも遠いことを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか１項に記載の磁気支持機構。
【請求項３０】
基板を保持する保持面を定盤に対して相対的に移動する位置決め装置において、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の磁気支持機構を用いて前記ステージの自重を前記定盤上で支持することを特徴とする位置決め装置。
【請求項３１】
前記保持面を前記定盤より重力方向であるＺ軸方向に移動するための駆動系の発生力が、前記磁気支持機構による支持力と同軸上にあることを特徴とする請求項３０に記載の位置決め装置。
【請求項３２】
前記保持面と前記定盤との間には、前記保持面をＺ軸方向と直交する２軸であるＸ軸およびＹ軸方向に駆動するためのＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載されてＺ軸方向とＸＹＺの各軸廻り方向に移動するチルトステージが設けられていることを特徴とする請求項３０または３１に記載の位置決め装置。
【請求項３３】
前記チルトステージは、少なくとも３組の前記駆動系と前記磁気支持機構との組により、前記ＸＹステージ上に支持されていることを特徴とする請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項３４】
前記ＸＹステージは前記定盤上に設けられたＹ軸方向静圧案内面に沿って移動するＹステージと、このＹステージを移動させるＹステージ用駆動系と、前記Ｙステージと共に移動し且つ前記Ｙステージに設けられたＸ軸方向静圧案内面に沿って移動するＸステージと、このＸステージを移動させるＸステージ用駆動系を有し、前記ＸおよびＹステージがそれぞれ個別に前記定盤上にＺ軸方向に関して静圧軸受けにより支持されていることを特徴とする請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項３５】
前記駆動系は、非接触駆動可能なリニアモータであることを特徴とする請求項３０〜３４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項３６】
請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の位置決め装置に搭載した基板に、原版のパターンを露光することを特徴とする露光装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の露光装置を含む各種プロセス用の製造装置群を半導体製造工場に設置する工程と、該製造装置群を用いて複数のプロセスによって半導体デバイスを製造する工程とを有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気力により浮上部を固定部に対して浮上し、且つその浮上状態を維持できる磁気支持機構、並びに、該磁気支持機構を用いた位置決め装置、露光装置、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気支持機構は、例えば、電磁石を用いるタイプ、永久磁石を用いるタイプ、両者を併用するタイプに分類することができる。そして永久磁石を用いるタイプの磁気支持機構は、磁気的な吸引力により吸引浮上せしめるタイプと、磁気的な反撥力により浮上せしめるタイプに大別される。図３２は、永久磁石の吸引力により浮上するタイプの従来例を説明する図である。同図中、１は固定部であり、永久磁石からなる吸引磁石１１、１２と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０からなり、２は浮上部でありヨーク２０からなる。同図に示したように吸引磁石１１と１２の磁化の方向は互いに逆向きに設定されている。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体である。吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が吸引磁石１１と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。それにより固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引される。浮上部２に働く鉛直方向ｚの磁気吸引力Ｆｚおよび図示しないバネなどによる力ｆと浮上部２の自重Ｗとが釣り合うように、すなわちＷ≒Ｆｚ＋ｆとなるように永久磁石の磁化の強さ、および各部の寸法が決められる。
【０００３】
【解決しようとする問題点】
図３３は、従来の磁気支持機構の持つ課題を説明するグラフであり、横軸は固定部と浮上部のギャップ長ｇで、縦軸は浮上部に働く力であり、上向きの吸引力Ｆｚと、バネなどによる下向きの力ｆである。
【０００４】
曲線４０が従来の磁気支持機構の吸引力Ｆｚで、直線４１がバネなどによる力ｆであり、曲線４２が両者の合力（Ｆｚ＋ｆ）であり、４３１〜４３５が能動制御による補償である。ギャップ長ｇは、ｇ＝ｇ０からｇ＝ｇ１の範囲で用いるとする。ここで固定部と浮上部の距離の増加に対する吸引力減少の割合を剛性と称する。すなわち剛性は曲線４０の接線の傾きである。
【０００５】
図３３は、磁気的な吸引力Ｆｚの剛性が負、すなわち不安定剛性であるために、バネなどにより、吸引力Ｆｚとは逆方向に働く力ｆが必要であることを示している。このことから、吸引力Ｆｚのギャップ依存性が大きいと、釣り合いを保つためには、バネ定数の大きいバネが必要となり、望ましくないことが分かる。また、図３３は、固定部と浮上部の距離が変化すると吸引力Ｆｚは非線形に変化することを示している。具体的には、距離によって剛性が変化していて、かつ距離が大きくなるにつれ剛性が小さくなることを示している。また、図３３は、吸引力Ｆｚの剛性が変化するので、合力（Ｆｚ＋ｆ）を自重Ｗと釣り合わせるためには、能動制御による補償４３１〜４３５が必要であることを示している。つまり吸引力により磁気浮上させる機構において、剛性が変化する不都合を回避するためには、剛性の変化分をリニアモータ（ＬＭ）やボイスコイルモータ（ＶＣＭ）などによる能動制御によって補償する必要がある。よってこの時、剛性の変化率が大きいと能動制御に伴なう発熱量が大きくなり、問題となる。以上、吸引浮上方式について述べたが、反撥浮上方式についても同様である。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、磁気支持機構において、磁気浮上力のギャップ依存性が小さくできて、かつ浮上力の非線形性に起因する剛性の変化を小さくできる機構を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、第１の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段は、互いに離間して配置された２つの磁石と前記２つの磁石を連結する連結部材とを有し、前記第二の磁気手段は、前記２つの磁石に対向する磁性体と、前記２つの磁石の間に配置された補極とを有し、前記２つの磁石のうち、一方は前記連結部材側が第１の極となり前記磁性体側が第２の極となるように配置され、他方は前記連結部材側が第２の極となり前記磁性体側が第１の極となるように配置され、前記補極は、前記２つの磁石の前記磁性体側の極と互いに反発する向きに磁化されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は第２の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段は、Ｕ字型に屈曲した磁石を有し、前記第二の磁気手段は、前記Ｕ字型に屈曲した磁石の２つの端部に対向する磁性体と、前記Ｕ字型に屈曲した磁石とは別に前記Ｕ字の部分に配置された補極とを有し、前記補極は、前記Ｕ字型に屈曲した磁石の２つの極と互いに反発する向きに磁化されていることを特徴とする。
また、本発明は第３の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一および第二の磁気手段は、磁石と前記磁石を連結する磁性体とを有し、前記第一および第二の磁気手段の磁石はそれぞれ、同じ極が前記磁性体に連結され、前記第一および第二の磁気手段のうち一方の前記磁性体に連結されていない極は、他方の磁性体と対向して配置されることを特徴とする。
また、本発明は第４の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一および第二の磁気手段はそれぞれ、互いに離間して配置された２つの磁石と前記２つの磁石を連結する連結部材とを有し、前記第一および第二の磁気手段の２つの磁石はそれぞれ、異なる長さの第１の長さと第２の長さを有し、前記第一および第二の磁気手段の２つの磁石は、互いに長さが異なる磁石同士が対向し、かつ、互いに異なる極同士が対向することを特徴とする。
また、本発明は第５の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段は屈曲した磁石を有し、前記第二の磁気手段は、屈曲した磁性体を有し、前記屈曲した磁石と前記屈曲した磁性体との端部がそれぞれ対向することを特徴とする。
また、本発明は第６の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段として、前記第二の磁気手段に面して、かつ所定の間隔を隔てた互に異なる一対の磁極を備え、前記第二の磁気手段として、前記第一の磁気手段の各磁極の近傍に各々一つの磁極を有する磁石を備え、かつ該第二の磁気手段の磁石の磁化の方向は前記第一の磁気手段の磁化の方向と直交していることを特徴とする。
また、本発明は第７の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段は、前記第二の磁気手段に面して、かつ所定の間隔を隔てた互に異なる一対の磁極を備え、前記第二の磁気手段は、前記第一の磁気手段に面して各磁極の近傍に各々一つの磁極と、磁化の方向が前記第一の磁気手段の磁化の方向と直交している磁石とを有することを特徴とする。
また、本発明は第８の構成として、所定の空隙を介して互いに相対移動可能な固定部と浮上部の一方に第一の磁気手段が配置されていて、他の一方に第二の磁気手段が配置されていて、該第一の磁気手段と該第二の磁気手段との間に働く磁気的な力により、固定部に対して浮上部を非接触で浮上させる磁気支持機構において、前記第一の磁気手段として、互に異なる一対の磁極を備え、かつ該磁極は前記第二の磁気手段に面さず、前記第二の磁気手段として、前記一対の磁極の近傍に各々一つの磁極を備え、かつ該磁極は前記第一の磁気手段に面さず、かつ該第二の磁気手段の磁化の方向と前記第一の磁気手段の磁化の方向とは並行であることを特徴とする。
【００３２】
【作用】
上述した様な本発明によれば、永久磁石の磁気的強度、浮上部重量、空隙を含む各部の寸法を調整することにより、磁気浮上力のギャップ依存性が小さくできて、かつ浮上力の非線形性に起因する剛性の変化を小さくできる。また、基板を位置決めするときには、安定して精密な位置決めが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。
【００３４】
【実施例】
（第一実施例）
図１は、第一実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１、１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、Ｚ方向の磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２１は永久磁石からなる補極であり、磁化の向きが図中に示した向きになるように、Ｚ方向に対して直交する向きであって永久磁石１１、１２に対して２つの極が対面するように連結部材５１によりヨーク２０に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１、１２と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０から第一の磁気手段を、ヨーク２０は第二の磁気手段を、補極２１は第三の磁気手段を、連結部材５１は連結手段を、それぞれ構成する。２は浮上部であり、ヨーク２０と補極２１と連結部材５１から構成される。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体であり、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。
【００３５】
本発明の作用を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１、１２と浮上部２の補極２１の位置関係を示す正面図であり、図１（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。
【００３６】
ギャップが小さい時には図１（ａ）に示したように、補極２１が吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１３Ｓとの間に位置しないことで、補極２１が両磁極１１Ｎと１２Ｓの間に位置する時に比べて、１１Ｎから１２Ｓに向かう漏れ磁束を減ずることができないので、補極２１は有効に働かず、補極２１を有しない場合と同じ程度の吸引力が得られる。一方、ギャップが大きい時には図１（ｂ）に示したように、補極２１が吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの間に位置することで、１１Ｎから１２Ｓに向かう漏れ磁束を減ずることができるので、補極２１が両磁極の間に位置しない時に比べて両磁極が有効に働き、補極がない場合と比べて大きな吸引力が得られる。この作用により、従来例のもつ課題を解決できる。このことについて以下に詳細に説明する。
【００３７】
先に説明したように図３３は、従来例において、固定部からの距離が離れれば磁気的な吸引力は急激に減少することを示している。図３４は、その物理的理由を説明する正面図である。図３４（ａ）はギャップが小さい時の、固定部１と浮上部２の位置関係を示し、図３４（ｂ）はギャップが大きい時の、固定部１と浮上部２の位置関係を示す。同図において矢印は磁束の流れを示す。７１１〜７１３は磁極１１Ｎから出る磁束を、７２１〜７２３は磁極１２Ｓに入る磁束を、７０１〜７０２は磁極１１Ｎから磁極１２Ｓに向かう漏れ磁束をそれぞれ表わす。すなわち、浮上部２が固定部１から離れるにしたがって、先に従来例のところで述べた磁気回路において、浮上部２を経由しない磁束すなわち吸引力に寄与しない漏れ磁束７０１〜７０２が増え、かつギャップ中の磁束７１１〜７１３、７２１〜７２３が広がるという二つの理由により、ギャップ中の磁束密度が低下するために吸引力が急激に減少しているのである。
【００３８】
そこで本実施例では漏れ磁束を減らして吸引力を改善するための手段として補極と呼ばれる磁石を付加する構成としている。図２は補極を用いた浮上機構の正面図である。同図において、１１および１２は永久磁石であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２１は永久磁石からなる補極であり、磁化の向きが図中に示した向きになるように、吸引磁石１１と吸引磁石１２の間に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１、１２と補極２１と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０から、浮上部２は、ヨーク２０から、それぞれ構成される。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体である。
【００３９】
補極２１の磁化の向きが、図３４に示した吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに向かう漏れ磁束７０１〜７０２と逆向きなので、これらの漏れ磁束を減ずることができる。
【００４０】
図３は磁気特性グラフであり、横軸はギャップ長ｇで、縦軸は浮上部に働く上向きの吸引力Ｆｚである。曲線４は図３２に示した従来の磁気支持機構の、曲線５は図２に示した補極を固定部側に設けた磁気支持機構の、曲線６が図１に示した本発明による補極を浮上部側に設けた磁気支持機構の、それぞれ特性曲線である。
【００４１】
補極を固定部側に設置することにより、補極を設置しない従来の場合に比べて、磁気的吸引力はストローク全般にわたって改善されているが、吸引力のギャップ依存性は改善されていないことが分かる。一方、本実施例では、浮上部側に補極を設置したことにより、ギャップが小さい時、すなわちｇ＝ｇ0 の近傍では補極が有効に働かず、従来と同程度の吸引力が得られ、ギャップが大きい時、すなわちｇ＝ｇ1 の近傍では補極が有効に働き、補極がある時と同程度の、従来と比べて大きい吸引力が得られる、すなわち特性曲線は曲線６のようになることが分かる。よって本実施例では、ストローク全般にわたって安定的な吸引力が得られ、なおかつ剛性の変化が小さくできる。
【００４２】
磁気支持機構を設計する時には、上記の考えに則って、該作用が得られるように、固定部１の吸引磁石１１、１２の寸法と磁化の強さ、およびこれらに対向する浮上部２のヨーク２０の間の間隙寸法と、補極寸法の比率と磁化の強さを適切に設定すればよい。
なお本実施例において、連結部材５１は軟磁性体でも非磁性体でもよいが、軟磁性体にした方が、より効果が大きい。
【００４３】
このことを表１に示す。表１は、図１に示した本実施例において、連結部材５１の材質を軟磁性体にした場合と非磁性体にした場合と、図３２に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力Ｆ（ｇ0 ）と最大ギャップ長ｇ1 における吸引力Ｆ（ｇ1 ）と、両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめた表である。なお本発明の構成に基づく装置の磁石の対向面積は、従来例による装置における対向面積と等しくなるように設定してある。
【００４４】
【表１】
0004428799.tif 000002
【００４５】
同表１から、本実施例による装置は連結部材の材質がいずれの場合も、従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力が大きいが、吸引力の増加率が最小ギャップ長ｇ0 における増加率よりも最大ギャップ長ｇ1 における増加率の方が大きいため、両吸引力の比、すなわちギャップ依存性が小さくなっている。この理由は、先に説明した作用によるものである。また同表１から、本実施例において、連結部材の材質を非磁性体にするよりも軟磁性体にした方が、ギャップ依存性を小さくできることが分かる。この理由は、連結部材を軟磁性体にすると非磁性体にした場合に比べて、ギャップが小さい時には吸引磁石の磁極から出た磁束が連結部材にも広がるのでギャップ中の磁束密度が低下するため吸引力が小さくなり、ギャップが大きい時には磁極から出た磁束がヨークよりも近い連結部材にも入るため吸引力が大きくなる作用によるものである。
【００４６】
本実施例において、図１における固定部１と浮上部２の配置を鉛直方向ｚに関して逆さにして、図４に示すように補極２１を有する方を固定部１、他方を浮上部２としても全く同じように磁気支持機構として作用する。すなわち補極２１が固定部１に設置されているか、浮上部２に設置されているかが重要なのではなく、ギャップの変化にしたがって補極２１の効果が変化する作用が得られるように構成されていることが、本例の構成において本質的なのである。
【００４７】
なお本実施例において、第一の磁気手段として、一対の磁石からなる構成だけでなく、図５に示した様に、単一の磁石１４である構成としても構わない。この場合でもギャップの変化にしたがって補極２１の効果が変化する作用が得られるように、磁極１４Ｎ，１４Ｓが配置されていればよい。
なお本発明の実施例においては、磁石の磁極はＳ極とＮ極とを全て置換しても構わない。
【００４８】
（第二実施例）
図６は、第二実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２１および２３は永久磁石からなる補極であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように、ヨーク２０に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１，１２と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０から第一の磁気手段を、ヨーク２０は第二の磁気手段を、補極２１は第三の磁気手段を、補極２３は連結手段を、それぞれ構成する。２は浮上部であり、ヨーク２０と補極２１と補極２３から構成される。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体であり、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。
【００４９】
連結部材２３を磁石にしたことによる、本実施例特有の作用を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、ギヤップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の補極２１，２３の位置関係を示す正面図であり、図６（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。
【００５０】
図６に示した機構においては、吸引磁石１１と１２の間に、補極２３を経由しない磁気回路Ｃ１と、補極２３を経由する磁気回路Ｃ２の二つがあり、これら二つの磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が吸引磁石１１と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路Ｃ１と、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束９１，９２が補極２３のＳ極２３Ｓに入り、補極２３を経て、補極２３のＮ極２３Ｎから出た磁束９３，９４が吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路Ｃ２とが構成される。
【００５１】
補極２１の効果は本発明の第一実施例と同じである。したがって連結部２３を非磁性体から永久磁石に変更したことによる効果に絞って説明を行なう。
【００５２】
連結手段を非磁性体から永久磁石からなる補極２３に変更したことにより、磁気回路Ｃ２を経由する磁束が増え、磁気回路Ｃ１を経由する磁束は減少する。したがって吸引磁石１１のＮ極１１Ｎとヨーク２０の間の吸引力と吸引磁石１２のＳ極１２Ｓとヨーク２０の間の吸引力は減少する。一方、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと補極２３のＳ極２３Ｓとの間に吸引力Ｆ１が、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓと補極２３のＮ極２３Ｎとの間に吸引力Ｆ２がそれぞれ働く。
【００５３】
ギャップが小さい図６（ａ）においては、磁束９１，９３の鉛直成分が小さいために、吸引力Ｆ１，Ｆ２の向きは水平方向となって鉛直方向の力には寄与しない。したがって固定部１と浮上部２の間に働く吸引力は、補極２３が両磁極の間に位置しない時に比べて小さくなる。
【００５４】
一方、ギャップが大きい図６（ｂ）においては、磁束９２，９４の鉛直成分が大きいために、吸引力Ｆ１，Ｆ２は鉛直方向となって鉛直方向の力に寄与する。補極２３はヨーク２０よりも吸引磁石１１および１２に近いため、補極２３の存在によって、吸引磁石１１および１２とヨーク２０の間の吸引力が減少する程度よりも、吸引磁石１１および１２と補極２３との間に働く吸引力の鉛直成分の増加の程度の方が大きい。したがって固定部１と浮上部２の間に働く吸引力は、補極２３が両磁極の間に位置する時に比べて大きくなる。
【００５５】
以上の作用による本実施例特有の効果を上記表１に示す。表１から、本実施例による装置は、従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力が大きく、吸引力の比、すなわちギャップ依存性が小さいことが分かる。また連結部材を非磁性体あるいは軟磁性体にした第一実施例と比べても、さらに吸引力を大きく、かつギャップ依存性を小さくできることが分かる。この理由は、第一実施例において連結部材を軟磁性体とした方が非磁性体とした場合に比べて、ギャップが小さい時には吸引磁石の磁極から出た磁束が連結部材にも広がるのでギャップ中の磁束密度が低下するため吸引力が小さく、ギャップが大きい時には磁極から出た磁束がヨークよりも近い連結部材にも入るため吸引力が大きくなる作用を、連結部材を磁石にすることにより、さらに強調する作用が働くことによるものである。
【００５６】
（第三実施例）
図７は第三実施例による磁気支持機構の正面図を示すものである。同図において、１１、１２、１３、２１および２２は永久磁石からなり、１１、１２および１３は吸引磁石であり、２１および２２は補極である。１０および２０は磁性体からなり、１０は吸引磁石１１、１２、１３の背面に固着されたバックヨークであり、２０はヨークである。５１および５２は補極２１，２２をヨーク２０に固着する連結部材である。図中に示した様に、吸引磁石１１と１３は磁化の向きが同じ方向になるように、吸引磁石１２は磁化の向きが、それらとは反対向きになるように、それぞれ設定してある。補極２１と２２は磁化の向きが、それぞれ図中に示したように互いに逆向きになるように設定している。
【００５７】
固定部１は、吸引磁石１１，１２，１３とバックヨーク１０から第一の磁気手段を、ヨーク２０は第二の磁気手段を、補極２１，２２は第三の磁気手段を、連結部材５１，５２は連結手段を、それぞれ構成している。２は浮上部であって、補極２１，２２と連結部材５１，５２とヨーク２０から構成される。
【００５８】
第三実施例の作用を図７を用いて説明する。図７（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２，１３と浮上部２の補極２１，２２の位置関係を示す正面図であり、図７（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。
【００５９】
図７に示した機構においては、図３２を用いて説明した磁気回路と同等の回路が、吸引磁石１１と１２のあいだで形成される磁気回路Ｃ３と、吸引磁石１２と１３により形成される磁気回路Ｃ４の二つあり、これら二つの磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が吸引磁石１１と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路Ｃ３と、吸引磁石１３のＮ極１３Ｎから出た磁束が１３と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１３に戻る磁気回路Ｃ４とが構成される。
【００６０】
ギャップが小さい時には図７（ａ）に示した様に、前者の磁気回路Ｃ３において補極２１が吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置しないことにより、補極を有しない場合と同程度の吸引力が得られ、後者の磁気回路Ｃ４においても補極２２が吸引磁石１３のＮ極１３Ｎから吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置しないことにより、補極を有しない場合と同程度の吸引力が得られる。
【００６１】
一方、ギャップが大きい時には図７（ｂ）に示した様に、前者の磁気回路Ｃ３において補極２１が、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置することにより、Ｎ極１１ＮからＳ極１２Ｓに向かう漏れ磁束を減ずることができる。したがって、補極が両磁極の間に位置しない時に比べて両磁極が有効に働いて、補極がない場合と比べて大きな吸引力が得られ、後者の磁気回路Ｃ４においても補極２２が、吸引磁石１３のＮ極１３Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置することにより、１３Ｎから１２Ｓに向かう漏れ磁束を減ずることができるので、補極が両磁極の間に位置しない時に比べて両磁極が有効に働いて、補極がない場合と比べて大きな吸引力が得られる。
【００６２】
以上の作用により、ストローク全般にわたって安定的な吸引力が得られ、なおかつ剛性の変化が小さくできる。
このことから、第一実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【００６３】
さらに第三実施例は、第一実施例と比較して、同程度の吸引力を有すると仮定した場合には、第一実施例よりもヨーク厚を薄くできる、すなわち装置の高さを低くできる特徴を有する。なぜならば、第一実施例においては磁気回路が一つであるのに対し、第三実施例においては磁気回路が二つ（複数）であることにより、両実施例において同程度の吸引力を仮定した時に、第三実施例では一つ当たりの磁気回路中の磁束を第一実施例よりも小さく抑えることができることにより、磁束が飽和しない程度にヨークの厚さを薄くできるからである。さらにこのことから、両実施例においてヨークの厚さ、すなわち装置の高さが同じ程度であれば、第一実施例よりも第三実施例の方が吸引力を大きくできることが分かる。
【００６４】
（第四実施例）
図８に、第四実施例による軸対称構成の磁気支持機構を示す。図８（ａ）は構成を分かりやすくするためにモデルの一部を切り取ってある斜視図で、図８（ｂ）は軸断面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２１は永久磁石からなる補極であり、磁化の向きが図中に示した向きになるように、連結部材５１によりヨーク２０に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１，１２と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０から第一の磁気手段を、ヨーク２０は第二の磁気手段を、補極２１は第三の磁気手段を、連結部材５１は連結手段を、それぞれ構成する。２は浮上部であり、ヨーク２０と補極２１と連結部材５１から構成される。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体であり、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。
【００６５】
第四実施例の作用を図８（ｂ）を用いて説明する。図８に示した機構においては、図３２を用いて説明した磁気回路と同等の磁気回路が、吸引磁石１１と１２の間で、ｚ軸周りに軸対称に形成される。軸対称をなすこれらの磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が吸引磁石１１と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路が軸対称に構成される。
【００６６】
ギャップが小さい時には、該磁気回路において補極２１が吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置しないことにより、補極を有しない場合と同程度の吸引力が得られる。
【００６７】
一方、ギャップが大きい時には、該磁気回路において補極２１が、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置することにより、Ｎ極１１ＮからＳ極１２Ｓに向かう漏れ磁束を減ずることができるので、補極が両磁極の間に位置しない時に比べて有効に働いて、補極がない場合と比べて大きな吸引力が得られる。
【００６８】
以上の作用により、ストローク全般にわたって安定的な吸引力が得られ、なおかつ剛性の変化が小さくできる。このことから、第一実施例と第三実施例で示した矩形構成以外の軸対称構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【００６９】
さらに、図８に示した第四実施例の軸対称構成の場合には、先の第一実施例、第三実施例である矩形構成と比べて、より大きい吸引力を得られることができる。このことを、図９を用いて次に説明する。図９は、第四実施例においてギャップが大きい時の、すなわち補極２１が吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石１２のＳ極１２Ｓの両磁極間に位置する時の、ギャップ中の磁束の流れを、鉛直方向から見た図である。８１１〜８１８は磁極１１Ｎから出る磁束を表わす。同図から、ギャップが大きくなっても、軸対称構成になっているので、磁極１２Ｓ近傍において、磁極１２Ｓと同極である補極２１のＳ極２１Ｓが径方向に位置することにより、磁極１２Ｓ近傍の磁束は、径方向への広がりが抑制されることが分かる。これに対して、図１あるいは図７に示した矩形構成では、ギャップが大きくなった時の、各図中の磁極１２Ｓ近傍のギャップ中の磁束は、紙面に対して奥行き方向に広がりが増している。また図１、あるいは図７に示した矩形構成では、ギャップが大きくなった時に、図１中の磁極１１Ｎ近傍において、あるいは図７に示した磁極１１Ｎ近傍と磁極１３Ｎ近傍において、それぞれ紙面に対して奥行き方向にも、ギャップ中の磁束の広がりが増すのに対して、図８に示した軸対称構成においては、ギャップが大きくなっても、吸引磁石１１が軸対称形状であることにより、図８（ｂ）に示した断面に対して奥行き方向ヘの磁束の広がりはない。すなわち図８に示した軸対称構成では、矩形構成に比べて、ギャップ中の磁束の広がりが少ないので、より大きい吸引力を得ることができる。
【００７０】
（第五実施例）
図１０は、第五実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２１は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示した向きになるように設定されている。１０は磁性体からなるバックヨークであり、吸引磁石１１，１２の背面に固着されていて、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。１は固定部であり、吸引磁石１１、１２とバックヨーク１０から第一の磁気手段を、２は浮上部であり、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図１０（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の吸引磁石２１の位置関係を示す正面図であり、図１０（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束８１ａあるいは８１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束８２ａあるいは８２ｂが吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通ってもとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。それにより固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引される。
【００７１】
本実施例の作用を図１０と図１１を用いて、詳細に説明する。以下、ギャップ中の磁束の、磁気回路（磁路）に沿った長さを磁路長と呼ぶことにする。
【００７２】
先に図３２に示した従来の磁気支持機構においては、固定部１の磁極１１Ｎ、１２Ｓに対向するヨーク２０上の箇所に磁極が誘起されるので、ギャップ中の磁束の磁路長とギャップ長がほぼ等しくなる。図３５はこのことを説明する従来の磁気支持機構の正面図である。同図中、１は固定部であり、永久磁石からなる吸引磁石１１，１２と吸引磁石の背面に固着されたバックヨーク１０からなり、２は浮上部でありヨーク２０からなる。同図に示したように吸引磁石１１と１２の磁化の方向は互いに逆向きに設定されている。バックヨーク１０およびヨーク２０は磁性体である。磁極２０Ｎａ，２０Ｎｂと２０Ｓａ，２０Ｓｂは、それぞれヨーク２０上に誘起されたＮ極とＳ極であり、それぞれ固定部１の磁極１２Ｓと磁極１１Ｎに対向する。図３５（ａ）は、ギャップが小さい時、すなわちｇ＝ｇ0 における固定部１の吸引磁石１１、１２と浮上部２のヨーク２０の位置関係を示す正面図であり、図３５（ｂ）は、ギャップが大きい時、すなわちｇ＝ｇ1 における両者の位置関係を示す正面図である。矢印は磁束の流れを示す。９１ｂおよび９２ｂは磁極１１Ｎから１２Ｓに向かう漏れ磁束である。吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束９３ａ〜９５ａあるいは９３ｂ〜９５ｂが浮上部２のヨーク２０の表面上に誘起されたＳ極２０Ｓａあるいは２０Ｓｂに入り、ヨーク２０を経て、ヨーク２０の表面上に誘起されたＮ極２０Ｎａあるいは２０Ｎｂから出た磁束９６ａ〜９８ａあるいは９６ｂ〜９８ｂが吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通ってもとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。それにより固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引される。この時、ギャップが小さい図３５（ａ）、すなわちｇ＝ｇ0 における磁束９４ａ，９７ａの磁路長をＬ0 として、ギャップが大きい図３５（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 における磁束９４ｂ，９７ｂの磁路長をＬ1 とすると、Ｌ0 ≒ｇ0 であり、かつＬ1 ≒ｇ1 である。
【００７３】
これに対して、本実施例においては、図１０に示した様に、磁束が吸引磁石２１の磁極に回り込んで入るのでギャップ長ｇが小さいほど磁路長とギャップ長の差が大きくなる。つまり、ギャップが小さい図１０（ａ）、すなわちｇ＝ｇ0 における磁束８１ａ，８２ａの磁路長をＬ0 ’として、ギャップが大きい図１０（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 における磁束８１ｂ，８２ｂの磁路長をＬ1 ’とすると、図１０（ａ）からＬ0 ’＞＞ｇ0 であり、図１０（ｂ）からＬ1 ’≒ｇ1 かつＬ1 ’＞ｇｌである。よって、Ｌ0 ’＞＞Ｌ0 であり、Ｌ1 ’≠Ｌ1 かつＬ1 ’＞Ｌ1 が成り立つ。
【００７４】
図１１は磁気特性グラフで、横軸はギャップ中の磁束の磁路長Ｌであり、縦軸は浮上部に働く上向きの吸引力Ｆｚである。曲線４は図３５に示した従来の磁気支持機構の、曲線５は図１０に示した本実施例による浮上部側に磁石を設けた磁気支持機構の、それぞれ特性曲線である。従来に比べて本実施例では、まず、浮上部の第二の磁気手段を従来の軟磁性体から永久磁石に変更したことにより、起磁力が向上するので特性曲線は従来の曲線４から曲線５のように変化する。つぎに、（Ｌ0 ’＞＞Ｌ0 ≒ｇ0 ）より、図１１に示した様にＦ０’＜Ｆ０、すなわち最小ギャップ長ｇ0 における吸引力を小さくできる。さらに、Ｌ1 ’≒Ｌ1 （≒ｇ1 ）より、図１１に示した様にＦ１’＞Ｆ１、すなわち最大ギャップ長ｇ1 における吸引力を大きくできる。
【００７５】
よって以上から、（Ｆ０／Ｆ１）＞＞（Ｆ０’／Ｆ１’）となり、本実施例によると、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。
【００７６】
本実施例による効果を表２を用いて次に示す。表２は、図１０に示した本実施例と、図３５に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、両吸引力の比をまとめた表である。
【００７７】
【表２】
0004428799.tif 000003
【００７８】
同表から、本実施例による装置は従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力が小さくなって、最大ギャップ長ｇ1 における吸引力が大きくなっているため、ギャップ依存性が小さいことが分かる。この理由は、上に説明した作用によるものである。
【００７９】
なお本実施例において、図１２と図１３に示した様に、浮上部２の吸引磁石２１の幅Ｗ２と固定部１の吸引磁石１１と１２の幅Ｗ１とを変えることにより、後述する効果が得られる。図１２と図１３は、そのことを説明する図であり、図１２はＷ２をＷ１よりも短くした場合であり、図１３はＷ２をＷ１よりも長くした場合である。また図１２（ａ）と図１３（ａ）はギャップ長ｇ＝ｇ0 の小さい場合であり、図１２（ｂ）と図１３（ｂ）はギャップ長ｇ＝ｇ1 の大きい場合である。このとき、図１３に示したＷ２＞Ｗ１の方が、図１２に示したＷ２＜Ｗ１よりも、吸引力のギャップ依存性を小さくできる。一方で、図１２に示したＷ２＜Ｗ１の方が、図１３に示したＷ２＞Ｗ１よりも、吸引力を大きくできて、かつ明らかに磁石寸法を小さくできて、さらにこのことから吸引磁石２１近傍の漏れ磁束を少なくできるメリットがある。吸引力に関するこれらの理由は、次に示す作用によるものである。すなわち、Ｗ２＜Ｗ１である図１２においては、ギャップ長ｇが小さいｇ＝ｇ0 の図１２（ａ）におけるギャップ中の磁束７１ａあるいは７２ａの磁路長と、ギャップ長ｇが大きいｇ＝ｇ1 の図１２（ｂ）におけるギャップ中の磁束７１ｂあるいは７２ｂの磁路長との差をΔＬ４として、Ｗ２＞Ｗ１である図１３においては、ギャップ長ｇが小さいｇ＝ｇ0 の図１３（ａ）におけるギャップ中の磁束７３ａあるいは７４ａの磁路長と、ギャップ長ｇが大きいｇ＝ｇ1 の図１３（ｂ）におけるギャップ中の磁束７３ｂあるいは７４ｂの磁路長との差をΔＬ５とすると、ΔＬ４＞ΔＬ５となる。このことから図１３に示したＷ２＞Ｗ１の方が、図１２に示したＷ２＜Ｗ１よりも、吸引力のギャップ依存性を小さくできるのである。また、同じギャップ長ｇで両者のギャップ中の磁束の磁路長を比べると、図１２に示したＷ２＜Ｗ１の磁路長の方が、図１３に示したＷ２＞Ｗ１の磁路長よりも常に短いことから、図１２の方が図１３よりも吸引力を大きくできるのである。また図１２と図１３に示したＷ２≠Ｗ１の場合には、図１０に示したＷ２＝Ｗ１の場合に比べて、組立て誤差が浮上装置の性能、例えば磁気浮上力や横方向の剛性に及ぼす影響を小さくできるメリットもある。
【００８０】
なお本発明において、前記第二の磁気手段の磁石の各磁極に対しては、前記第一の磁気手段の近接するただ一つの磁極との間に働く磁気力が支配的である。すなわち図１０において、磁極２１Ｓに対しては磁極１１Ｎとの間に、磁極２１Ｎに対しては磁極１２Ｓとの間に、それぞれ働く磁気力が支配的であり、例えば磁極２１Ｓと磁極１２Ｓとの間には殆ど磁気力が働かない。このことにより、ストローク全般にわたって安定的な吸引力が得られ、なおかつ剛性の変化が小さくできる。
【００８１】
また、本実施例において、図１０における固定部１と浮上部２の配置を鉛直方向ｚに関して逆さにして、図１４に示すように吸引磁石２１を有する方を固定部１、他方を浮上部２としても全く同じように磁気支持機構として作用する。すなわち固定部に設置されている吸引磁石と、浮上部に設置されている吸引磁石のそれぞれの磁化の方向が直交していることが重要で、ギャップの変化にしたがってギャップ中の磁束の磁路長の変化が小さくなる作用が得られるように構成されていることが、本例の構成において本質的なのである。
【００８２】
なお本実施例において、第一の磁気手段として、一対の磁石と軟磁性体からなる構成だけでなく、図１５に示した様に、単一の磁石１４である構成としても構わない。この場合でもギャップの変化に対して、ギャップ中の磁束の磁路長の変化が小さくなる作用が得られるように、磁極が配置されていればよい。
【００８３】
（第六実施例）
図１６は、第六実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１３は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向が図中に示した向きになるように、吸引磁石１１，１２の背面に固着されている。２１は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示した向きになるように設定されている。固定部１は、吸引磁石１１，１２と補極１３から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図１６（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１、１２と浮上部２の吸引磁石２１の位置関係を示す正面図であり、図１６（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図１６に示した機構において、吸引磁石１１，１２と吸引磁石２１の間に構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束５１ａあるいは５１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束５２ａあるいは５２ｂが吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、補極１３を通って、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【００８４】
バックヨークを軟磁性体から磁石に変更したことによる本実施例の効果を上記表２に示す。同表から、本実施例による装置は、まず従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力を小さくできて、かつ最大ギャップ長ｇ1 における吸引力を大きくできる作用により、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。この理由は、第五実施例のところで述べた作用によるものである。このことから、第五実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【００８５】
また同表から、本実施例による装置は、第五実施例に比べて、補極１３により起磁力が向上したことにより、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力が大きくなり、かつ最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の増加の程度の方がより大きいことで、吸引力の比、すなわちギャップ依存性が小さいことが分かる。
【００８６】
さらに第六実施例は、第五実施例と比較して、起磁力が向上したことから、同程度の吸引力を発生させるためには、第五実施例よりも吸引磁石１１，１２の厚さを薄くできる、すなわち装置の高さを低くできる特徴を有することが分かる。
【００８７】
（第七実施例）
図１７は、第七実施例による磁気支持機構を示す正面図である。３１および３２は永久磁石からなる反撥磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２２は永久磁石からなる反撥磁石であり、磁化の方向が図中に示した向きになるように設定されている。１０は磁性体からなるバックヨークであり、反撥磁石３１，３２の背面に固着されていて、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。１は固定部であり、反撥磁石３１，３２とバックヨーク１０から第一の磁気手段を、２は浮上部であり、反撥磁石２２から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図１７（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の反撥磁石３１，３２と浮上部２の反撥磁石２２の位置関係を示す正面図であり、図１７（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図１７に示した機構において、反撥磁石３１，３２と反撥磁石２２の間に構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な反撥力が働き、浮上部２が固定部１に反撥され、浮上する。具体的には、反撥磁石３１のＮ極３１Ｎから出た磁束６１ａあるいは６１ｂが、ギャップ中を経て、反撥磁石３２のＳ極３２Ｓに入り、バックヨーク１０を通ってもとの反撥磁石３１に戻る磁気回路Ｃ１と、浮上部２の反撥磁石２２のＮ極２２Ｎから出た磁束６２ａあるいは６２ｂが、ギャップ中を経て、Ｓ極２２Ｓに入る磁気回路Ｃ２とが構成される。
【００８８】
本実施例の効果を上記表２に示す。同表から、本実施例による装置は、従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における浮上力を小さくできて、かつ最大ギャップ長ｇ1 における浮上力を大きくできることにより、浮上力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。
このことから、第五実施例以外の構成でも、本実施例の効果が得られることが分かる。
【００８９】
（第八実施例）
図１８は、第八実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および２２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１０と２０は磁性体からなるヨークであり、吸引磁石１１あるいは吸引磁石２２にそれぞれ固着され、いずれも磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。１は固定部であり、吸引磁石１１とヨーク１０から第一の磁気手段を、２は浮上部であり、吸引磁石２２とヨーク２０から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。
【００９０】
図１８（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１と浮上部２の吸引磁石２２の位置関係を示す正面図であり、図１８（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。
【００９１】
同機構において構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引され、浮上する。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束３１ａ〜３３ａあるいは３１ｂ〜３３ｂが浮上部２のヨーク２０上に誘起される磁極２０Ｓａあるいは磁極２０Ｓｂに入り、ヨーク２０を通って、吸引磁石２２のＳ極２２Ｓから吸引磁石２２を経て、Ｎ極２２Ｎから出た磁束３４ａ〜３６ａあるいは３４ｂ〜３６ｂがヨーク１０上に誘起される磁極１０Ｓａあるいは磁極１０Ｓｂに入り、ヨーク１０を通って、吸引磁石１１のＳ極１１Ｓを経て、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【００９２】
本実施例の作用を、図１８と図３５を用いて説明を行なう。先に説明したように図３３は、図３２に示した従来の磁気支持機構において、固定部からの距離が離れれば磁気的な吸引力４０は急激に減少することを示している。その物理的理由は第５実施例において図３５を用いて説明した通りである。すなわち、浮上部が固定部から離れるにしたがって、先に従来例のところで述べた磁気回路において、浮上部２を経由しない磁束すなわち吸引力に寄与しない漏れ磁束９１ｂ〜９２ｂが増え、かつギャップ中の磁束９３ｂ〜９５ｂ、９６ｂ〜９８ｂが広がるという二つの理由により、ギャップ中の磁束密度が低下するために吸引力40が急激に減少しているのである。
【００９３】
これに対して、本発明では、ギャップ長ｇが小さい図１８（ａ）においては、従来例と同様に漏れ磁束は殆どなく、ギャップ長ｇが大きい図１８（ｂ）においても、近接する吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石２２のＮ極２２Ｎは同極であることから、これらの磁極間において吸引力に寄与しない漏れ磁束は生じない。
【００９４】
よってこのことから、本実施例では、ギャップ中の磁束密度の低下を抑制することができて、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。本実施例による効果を表３に示す。表３は、図１８に示した本実施例と、図３２に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、その両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめた表である。なお本発明の構成に基づく装置の磁石の対向面積と、同表中の従来例による装置における対向面積とは等しくなるように設定してある。
【００９５】
【表３】
0004428799.tif 000004
【００９６】
同表から、本実施例による装置は従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力は同程度で、かつ最大ギャップ長ｇ1 における吸引力が大きくなっているため、ギャップ依存性が小さいことが分かる。この理由は、上に説明した作用によるものである。
【００９７】
また本実施例よる装置は漏れ磁束が抑制できるため、従来例に比べて、二つの吸引磁石間の横方向の距離を小さくできることから、装置の横幅を小さくできるという特徴を有する。
【００９８】
なお本実施例において、第一および第二の磁気手段として、両方に磁石を備えた構成だけでなく、例えば図１９に示した様に、固定部１は単一の磁石１２からなり、浮上部２は磁性体であるヨーク２０からなる構成としても構わない。すなわちギャップの変化に伴った漏れ磁束の増加を抑制する作用が得られるように、磁極が配置されていることが本質的なのである。
【００９９】
（第九実施例）
図２０は第九実施例による磁気支持機構の正面図を示すものである。１１、１２、２１および２２は永久磁石からなる吸引磁石である。図中に示した様に、吸引磁石１１と２１は磁化の向きが同じ方向になるように、吸引磁石１２と２２は磁化の向きが、それらとは反対向きになるように、それぞれ設定してある。１０と２０は磁性体からなるヨークであって、吸引磁石１１，１２あるいは吸引磁石２１，２２にそれぞれ固着され、いずれも磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。固定部１は、吸引磁石１１，１２とヨーク１０から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１，２２とヨーク２０から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。
【０１００】
図２０（ａ）はギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の吸引磁石２１，２２の位置関係を示す正面図で、図２０（ｂ）はギャップが大きい時の位置関係を示ず正面図である。
【０１０１】
図２０に示した機構においては、図１８を用いて説明した磁気回路と同等の磁気回路が、吸引磁石１１，１２と吸引磁石２１，２２のあいだで形成され、この磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引され、浮上する。具体的には、固定部１の吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束５１ａ〜５３ａあるいは５１ｂ〜５３ｂが吸引磁石１１と対向する浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓから吸引磁石２１に入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから、ヨーク２０を経て、浮上部２の吸引磁石２２のＳ極２２Ｓから吸引磁石２２に入り、吸引磁石２２を経て、Ｎ極２２Ｎから出た磁束５４ａ〜５６ａあるいは５４ｂ〜５６ｂが対向する固定部１の吸引磁石１２のＳ極１２Ｓから吸引磁石１２に入り、この吸引磁石１２を経て、Ｎ極１２Ｎから、ヨーク１０を経て、１１に戻る磁気回路が構成される。
【０１０２】
第九実施例の作用を図２０を用いて示す。第八実施例において説明したのと同様に、ギャップ長ｇが小さい図２０（ａ）においては、従来例と同様に漏れ磁束は殆どなく、ギャップ長ｇが大きい図２０（ｂ）においても、近接する吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石２２のＮ極２２Ｎとは同極であることから、磁気回路における、従来生じていたギャップ中の磁極間の漏れ磁束を抑制することができるので、従来例に比べて大きな吸引力が得られる。
【０１０３】
本実施例による効果を上記表３に示す。表３は、図２０に示した本発明の構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめている。なお本実施例による装置の磁石の対向面積は、同表中の従来例、および第八実施例の構成に基づく装置における対向面積と等しくなるように設定してある。同表から、本実施例による装置は従来例に比べて、最大ギャップ長ｇ1 における吸引力がより大きくなっているため、ギャップ依存性が小さくなっていることが分かる。この理由は、上に説明した作用によるものである。このことから、第八実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【０１０４】
さらに第九実施例は、第八実施例と同程度の起磁力を有する場合にも、第八実施例よりも大きい吸引力を得られる特徴を有する。なぜならば、第八実施例においては磁束３１ａ〜３３ａ，３４ａ〜３６ａあるいは磁束３１ｂ〜３３b,３４ｂ〜３６ｂが大きく広がることによりギャップ中の磁束密度が低下するのに対して、第九実施例においては磁石を対向させていることにより、磁束５１ａ〜５３ａ，５４ａ〜５６ａあるいは磁束５１ｂ〜５３ｂ，５４ｂ〜５６ｂが第八実施例ほど広がらないので、磁束密度の低下を第八実施例よりも小さく抑えることができるからである。
【０１０５】
また、この作用は、ギャップが大きい程大きいので、ギャップ依存性を改善する効果がある。第九実施例のギャップ依存性が、第八実施例と比べても小さくなっている理由は、このためである。
【０１０６】
（第十実施例）
図２１は第十実施例による磁気支持機構の正面図を示すものである。１１、１２および２２は永久磁石からなる吸引磁石である。図中に示した様に、吸引磁石１１と１２は磁化の向きが同じ方向になるように、吸引磁石２２は磁化の向きが、それらとは反対向きになるように、それぞれ設定してある。１０と２０は磁性体からなるヨークであって、吸引磁石１１および１２、または吸引磁石２２にそれぞれ固着され、いずれも磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。
【０１０７】
固定部１は、吸引磁石１１，１２とヨーク１０から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２２とヨーク２０から第二の磁気手段を、それぞれ構成している。
【０１０８】
図２１（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１、１２と浮上部２の吸引磁石２２の位置関係を示す正面図で、図２１（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。
【０１０９】
図２１に示した機構においては、図１８を用いて説明した磁気回路と同等の、吸引磁石１１と２２のあいだで形成される磁気回路Ｃ１と、吸引磁石１２と２２により形成される磁気回路Ｃ２の二つがあり、これら二つの磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が吸引磁石１１と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石２２のＳ極２２Ｓに入り、吸引磁石２２を経て、Ｎ極２２Ｎから出た磁束がヨーク１０を通って吸引磁石１１に戻る磁気回路Ｃ１と、吸引磁石１２のＮ極１２Ｎから出た磁束が吸引磁石１２と対向する浮上部２のヨーク２０を経て、吸引磁石２２のＳ極２２Ｓに入り、吸引磁石２２を経て、Ｎ極２２Ｎから出た磁束がヨーク１０を通って吸引磁石１２に戻る磁気回路Ｃ２とが構成される。
【０１１０】
第十実施例の作用を図２１を用いて示す。第八実施例において説明したのと同様に、ギャップ長ｇが小さい図２１（ａ）においては、従来例と同様に漏れ磁束は殆どなく、ギャップ長ｇが大きい図２１（ｂ）においても、近接する吸引磁石１１のＮ極１１Ｎと吸引磁石２２のＮ極２２Ｎ、あるいは磁極１２Ｎと２２Ｎは同極であることから、磁気回路Ｃ１，Ｃ２における、従来生じていたギャップ中の磁極間の漏れ磁束を抑制することができるので、従来例に比べて大きな吸引力が得られる。
【０１１１】
本実施例による効果を上記表３に示す。表３は、図２１に示した本実施例と、図３２に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 における吸引力と、両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめた表である。なお本実施例による装置の磁石の対向面積は、同表中の従来例、および第八実施例の構成に基づく装置における対向面積と等しくなるように設定してある。同表から、本実施例による装置は従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力が小さくなっていて、かつ最大ギャップ長ｇ1 における吸引力が大きくなっているため、ギャップ依存性が小さくなっていることが分かる。この理由は、上に説明した作用によるものである。
【０１１２】
このことから、前記実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
さらに第十実施例は、第八実施例と比較して、同程度の吸引力を発生させるためには、第八実施例よりもヨーク厚を薄くできる、すなわち装置の高さを低くできる特徴を有する。
【０１１３】
なぜならば、第八実施例においては磁気回路が一つであるのに対し、第十実施例においては磁気回路が二つ（複数）であることにより、両実施例において同程度の吸引力を発生させるためには、第十実施例では一つ当たりの磁気回路中の磁束密度を第八実施例よりも小さく抑えることができることにより、磁束が飽和しない程度にヨークの厚さを薄くできるからである。さらにこのことから、両実施例においてヨークの厚さ、すなわち装置の高さが同じ程度であれば、第八実施例よりも第十実施例の方が吸引力を大きくできることが分かる。
【０１１４】
（第十一実施例）
図２２に、第十一実施例による軸対称構成の磁気支持機構を示す。図２２（ａ）は構成を分かりやすくするためにモデルの一部を切り取ってある俯瞰図であり、図２２（ｂ）は軸断面図である。１１および２２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の向きが図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１０と２０は磁性体からなるヨークであって、吸引磁石１１あるいは吸引磁石２２に固着されていて、いずれも磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。固定部１は、吸引磁石１１とヨーク１０から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２２とヨーク２０から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。
【０１１５】
図２２に示した機構においては、図１８を用いて説明した磁気回路と同等の磁気回路が、吸引磁石１１と２２の間で、ｚ軸周りに軸対称に構成される。軸対称をなすこれらの磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が浮上部２のヨーク２０上に誘起される磁極２０Ｓに入り、ヨーク２０を通って、吸引磁石２２のＳ極２２Ｓから２２を経て、Ｎ極２２Ｎから出た磁束がヨーク１０上に誘起される磁極１０Ｓに入り、ヨーク１０を通って、吸引磁石１１のＳ極１１Ｓを経て、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【０１１６】
本実施例の作用は次の通りである。第八実施例において説明したように、ギヤップ長ｇが大きい場合に、従来生じていた漏れ磁束を抑制することができるので、従来例に比べて大きな吸引力が得られる。
【０１１７】
本実施例による効果を上記表３に示す。表３は、図２２に示した本実施例と、図３２に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、両吸引力Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）の比をまとめた表である。なお本実施例による装置の磁石の対向面積は、同表中の従来例、および第八実施例の構成に基づく装置における対向面積とほぼ等しくなるように設定してある。同表から、本発明による装置は、従来例に比べて、最大ギャップ長ｇ1 における浮上力をより大きくできることにより、浮上力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。この理由は、上に示した作用によるものである。
【０１１８】
このことから、第八実施例、第九実施例、第十実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
さらに、図２２に示した軸対称構成の場合においては、ギャップが大きくなっても、吸引磁石１１が軸対称形状であることにより、図２２（ｂ）に示した断面に対して奥行き方向への磁束の広がりはない。すなわち図２２に示した軸対称構成では、矩形構成に比べて、ギャップ中の磁束の広がりが少ないので、より大きい吸引力を得ることができる。
【０１１９】
（第十二実施例）
図２３は、第十二実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２３は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向が図中に示した向きになるように設定されている。１０は磁性体からなるバックヨークであり、吸引磁石１１，１２の背面に固着されている。２０１および２０２は磁性体からなるヨークであり、補極２３に固着されていて、いずれも磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。１は固定部であり、吸引磁石１１、１２とバックヨーク１０から第一の磁気手段を、２は浮上部であり、補極２３とヨーク２０１、２０２から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。
【０１２０】
図２３（ａ）は、ギャップが小さい時、すなわちｇ＝ｇ0 における固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の補極２３およびヨーク２０１，２０２の位置関係を示す正面図であり、図２３（ｂ）は、ギャップが大きい時、すなわちｇ＝ｇ1 における両者の位置関係を示す正面図である。図示した機構において構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引され、浮上する。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束８１ａ〜８３ａあるいは８１ｂ〜８３ｂが浮上部２のヨーク２０１のＳ極２０１Ｓａあるいは２０１Ｓｂから入って、ヨーク２０１を通って、補極２３のＳ極２３Ｓから入って、補極２３を経て、Ｎ極２３Ｎから出て、ヨーク２０２を通って、該ヨーク２０２のＮ極２０２Ｎａあるいは２０２Ｎｂから出た磁束８４ａ〜８６ａあるいは８４ｂ〜８６ｂが吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通ってもとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。但し、８７ｂおよび８８ｂは漏れ磁束であり、吸引力には寄与しない。
【０１２１】
本実施例の作用を図２３と図３２を用いて、従来のものと比較しながら、次に示す。
先に図３２に示した従来の磁気支持機構においては、ギャップ長の変化に対するギャップ中の磁束密度の変化が大きく、それに伴い、吸引力のギャップ依存性が大きくなる。図３５により、このことを説明する。なお、図３５における各部材および磁気回路の基本構成については、実施例５で説明した通りであるので省略する。
【０１２２】
図３５（ａ）で示したギャップが小さい時、すなわちｇ＝ｇ0 におけるヨーク２０の表面上に誘起されたＮ極２０ＮａあるいはＳ極２０Ｓａの面積をＳ０として、ギャップが大きい図３５（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 におけるヨーク２０の表面上に誘起されたＮ極２０ＮｂあるいはＳ極２０Ｓｂの面積をＳ１とすると、図示したようにギャップが大きいほど磁束が広がるので、Ｓ０＜Ｓ１である。さらに、ギャップが大きいほど吸引力には寄与しない漏れ磁束９１ｂ，９２ｂが増える。よってギャップ長の変化に対するギャップ中の磁束密度の変化が大きく、それに伴い、ギャップ依存性も大きい。
【０１２３】
これに対して、本実施例においては、ギャップ長ｇの変化に対するギャツプ中の磁束密度の変化が小さく、それに伴い、吸引力のギャップ依存性も小さいことを説明する。ギャップが小さい図２３（ａ）、すなわちｇ＝ｇ0 における、ヨーク２０１の表面上に誘起されたＮ極２０１Ｎａあるいはヨーク２０２の表面上に誘起されたＳ極２０２Ｓａの面積をＳ０’として、ギャップが大きい図２３（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 における、ヨーク２０１の表面上に誘起されたＮ極２０１Ｎｂあるいはヨーク２０２の表面上に誘起されたＳ極２０２Ｓｂの面積をＳ１’とすると補極２３を設けたことにより誘起される磁極の範囲が制限されるので、Ｓ０’≒Ｓ１’が成り立つ。さらに補極２３が作る磁界によりギャップ中に生じる補極２３のＳ極２３ＳからＮ極２３Ｎに向かう不図示の磁束の向きは漏れ磁束８７ｂ，８８ｂと逆向きであるので、これら吸引力には寄与しない漏れ磁束８７ｂ，８８ｂを弱める作用がある。よってギャップ中の磁束密度のギャップ依存性が小さくなるので吸引力のギャップ依存性も小さくなる。
またこれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので剛性の変化も小さくできることが分かる。
【０１２４】
本実施例による効果を表４に示す。表４は、図２３に示した本実施例と、図３５に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめた表である。なお従来例による装置の固定部と浮上部の幅は揃えていて、かつ第十二実施例による装置における幅とも等しくなるように設定してある。
【０１２５】
【表４】
0004428799.tif 000005
【０１２６】
同図から、本実施例による装置は従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力と最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の両方とも大きくなっているが、特に最大ギャップ長における吸引力の増加が大きいため、ギャップ依存性が小さくなっていることが分かる。
この理由は、上に説明した作用によるものである。
【０１２７】
なお本発明において、図２３における固定部１と浮上部２の配置を鉛直方向ｚに関して逆さにして、図２４に示した様に、補極２３を有する方を固定部１、他方を浮上部２としても全く同じように磁気支持機構として作用する。すなわち、ヨーク２０１，２０２上に誘起される磁極面積のギャップ依存性と、吸引力に寄与しない漏れ磁束のギャップ依存性とを小さくする作用が得られるように構成されていることが、本実施例において本質的なのである。
【０１２８】
なお本実施例において、第一の磁気手段として、一対の磁石と軟磁性体からなる構成だけでなく、図２５に示した様に、単一の磁石１４である構成としても構わない。この場合もヨーク２０１，２０２上に誘起される磁極面積と、吸引力に寄与しない漏れ磁束の、ギャップ依存性をいずれも小さくする作用が得られるように構成されていればよい。
【０１２９】
（第十三実施例）
図２６は、第十三実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および１２は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１３および２３は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向が図中に示したように吸引磁石１１，１２の磁化の方向と直交するように設定されている。１０１および１０２は磁性体からなるヨークであり、飽和しない程度の厚味を持たせていて、補極１３と共に吸引磁石１１，１２の背面に固着されている。２０１および２０２は磁性体からなるヨークであり、飽和しない程度の厚味を持たせていて、補極２３に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１，１２と補極１３とヨーク１０１，１０２から第一の磁気手段を、浮上部２は、補極２３とヨーク２０１，２０２から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図２６（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の補極２３およびヨーク２０１，２０２の位置関係を示す正面図であり、図２６（ｂ）は、ギャップが大きい時の両者の位置関係を示す正面図である。図２６に示した機構において構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引され、浮上する。具体的には、固定部１の吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束５１ａ〜５３ａあるいは５１ｂ〜５３ｂが浮上部２のヨーク２０１のＳ極２０１Ｓａあるいは２０１Ｓｂから入って、ヨーク２０１を通って、補極２３のＳ極２３Ｓから入って、補極２３を経て、Ｎ極２３Ｎから出て、ヨーク２０２を通って、２０２のＮ極２０２Ｎａあるいは２０２Ｎｂから出た磁束５４ａ〜５６ａあるいは５４ｂ〜５６ｂが吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入って、吸引磁石１２を経て、Ｎ極１２Ｎから出て、ヨーク１０２を通って、補極１３を経て、ヨーク１０１を通って、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。ここで、５７ｂおよび５８ｂは漏れ磁束であり、吸引力には寄与しない。
【０１３０】
バックヨークの一部を軟磁性体から磁石に変更したことによる本実施例の効果を表４に示す。なお本実施例による装置の固定部１と浮上部２の幅は、第十二実施例による装置における幅、すなわち従来例による装置の幅と等しくなるように設定している。同表から、本実施例による装置は、従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力と、最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の両方とも大きくなっているが、特に最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の増加が大きいため、ギャップ依存性が小さくなっていることが分かる。この理由は、第十二実施例のところで述べた作用によるものである。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。
このことから、第十二実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【０１３１】
（第十四実施例）
図２７は、第十四実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１，１２および２１，２２は永久磁石からなる吸引磁石であり、それぞれ磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。２３は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向が図中に示したように吸引磁石と垂直な向きになるように設定されている。１０は磁性体からなるバックヨークであり、吸引磁石１１，１２の背面に固着されていて、磁束が飽和しない程度の厚さをもつ。１は固定部であり、吸引磁石１１，１２とバックヨーク１０から第一の磁気手段を、２は浮上部であり、補極２３と吸引磁石２１，２２から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図２７（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，１２と浮上部２の補極２３および吸引磁石２１，２２の位置関係を示す正面図であり、図２７（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図２７に示した機構において、吸引磁石１１，１２と補極２３および吸引磁石２１，２２のあいだに構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引され、浮上する。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束が、ギャップを経て、吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、補極２３を通って、吸引磁石２２のＮ極２２Ｎから出た磁束が、ギャップを経て、吸引磁石１２のＳ極１２Ｓに入り、バックヨーク１０を通ってもとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【０１３２】
本実施例の効果を表４に示す。なお本実施例による装置の固定部１と浮上部２の幅は、第十二実施例による装置における幅、すなわち従来例による装置の幅と等しくなるように設定している。同表から、本実施例による装置は、従来例に比べて、最小ギャップ長ｇ0 における吸引力と、最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の両方とも大きくなっているが、特に最大ギャップ長ｇ1 における吸引力の増加が大きいため、ギャップ依存性が小さくなっていることが分かる。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。
【０１３３】
このことから、第十二実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
また本実施例によれば、第十二実施例あるいは第十三実施例における浮上部の軟磁性体を、磁石に変更したことにより起磁力が向上するので、表４にも示されるように、第十二実施例あるいは第十三実施例と比べて、より大きな吸引力を得ることができる。
【０１３４】
（第十五実施例）
図２８は、第十五実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および２１は永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。固定部１は、吸引磁石１１から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図２８（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１と浮上部２の吸引磁石２１の位置関係を示す正面図であり、図２８（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図示した機構において、構成される磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束８１ａあるいは８１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束８２ａあるいは８２ｂが吸引磁石１１のＳ極１１Ｓに入って、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【０１３５】
本発明の作用を図２８と図３５を用いて、詳細な説明を行なう。
第５実施例で述べたように、図３２に示した従来の磁気支持機構においては、固定部１の磁極１１Ｎ，１２Ｓに対向するヨーク２０上の箇所に磁極が誘起されるので、ギャップ中の磁束の磁路長とギャップ長がほぼ等しくなる。
第５実施例で述べたのと同様に従来の装置においては、ギャップが小さい図３５（ａ）、すなわちｇ＝ｇ0 における磁束９４ａ、９７ａの磁路長をＬ0 、吸引力をＦ０として、ギヤップが大きい図３５（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 における磁束９４ｂ、９７ｂの磁路長をＬ1 、吸引力をＦ１とするとＬ0 ≒ｇ0 、かつＬ1 ≒ｇ1 であるので、Ｌ1 −Ｌ0 ≒Δｇ（＝ｇ1 −ｇ0 ）である。またギャップ依存性は（Ｆ０／Ｆ１）で表わされる。
【０１３６】
これに対して、本実施例においては、図２８に示した様に、ギャップ長ｇにかかわらず、磁路長とギャップ長の差はほぼ一定である。つまり、ギャップが小さい図２８（ａ）、すなわちｇ＝ｇ0 における磁束８１ａ，８２ａの磁路長をＬ0 ’、吸引力をＦ０’として、ギャップが大きい図２８（ｂ）、すなわちｇ＝ｇ1 における磁束８１ｂ，８２ｂの磁路長をＬ1 ’、吸引力をＦ１’とすると、図２８（ａ）と図２８（ｂ）から、Ｌ1 ’−Ｌ0 ’≒Δｇ（＝ｇ1 −ｇ0 ）が成り立つ。
【０１３７】
このことと、Ｌ0 ’＞Ｌ0 から、（Ｌ0 ’＋Δｇ）／Ｌ0 ’＜（Ｌ0 ＋Δｇ）／Ｌ0 であるので、すなわち（Ｌ1 ’／Ｌ0 ’）＜（Ｌ1 ／Ｌ0 ）が成り立つ。つまり、従来に比べて本発明では、ギャップの変化に対する、磁路長の変化は小さくなるので、吸引力のギャップ依存性が小さくなる作用、すなわち（Ｆ０’／Ｆ１’）＜（Ｆ０／Ｆ１）となる作用が働く。
また、図２８と図３５からＬ0 ’＞Ｌ0 なので、最小ギャップ長における吸引力は小さくなる、すなわちＦ’０＜Ｆ０となる作用が働く。
【０１３８】
さらに、従来はギャップ長が大きくなるにつれて増えていた漏れ磁束を、本実施例では抑制できることを、図２８と図３５を用いて、次に説明する。従来においては図３５に示したように、固定部１の磁極１１Ｎと１２Ｓが浮上部２の磁気手段に面していたことにより、ギャップ長が大きくなるにつれて、１１Ｎと１２Ｓ間の磁気抵抗が、磁極１１Ｎと２０Ｓｂ間の磁気抵抗、あるいは磁極１２Ｓと２０Ｎｂ間の磁気抵抗に比べて相対的に小さくなって、漏れ磁束９１ｂ，９２ｂが増えていた。これに対して、本実施例では、固定部の磁極１１Ｎと１１Ｓの位置が真反対であることにより、１１Ｎと１１Ｓ間の磁気抵抗が大きいので、ギャップ長が大きくなっても、従来に比べて漏れ磁束は大きく増えない。つまり、最大ギャップ長における吸引力は大きくなる、すなわちＦ１’＞Ｆ１となる作用が働く。
【０１３９】
よって以上から、（Ｆ０’／Ｆ１’）＜＜（Ｆ０／Ｆ１）となり、本発明では、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。
【０１４０】
本実施例による効果を表５を用いて次に示す。表５は、図２８に示した本発明と、図３５に示した従来例の、それぞれの構成に基づいて設計した装置について、最小ギャップ長ｇ0 と最大ギャップ長ｇ1 とにおける吸引力と、両吸引力の比Ｆ（ｇ0 ）／Ｆ（ｇ1 ）をまとめた表である。なお従来例による装置の固定部と浮上部の幅は揃えていて、かつ第十五実施例による装置における幅とも等しくなるように設定してある。
【０１４１】
【表５】
0004428799.tif 000006
【０１４２】
同表から、本実施例による装置は従来例に比べて、最小ギヤップ長ｇ0 における吸引力が小さくなって、最大ギャップ長ｇ1 における吸引力が大きくなっているため、ギャップ依存性が小さいことが分かる。この理由は、上に説明した作用によるものである。
【０１４３】
なお本実施例において、前記第二の磁気手段の磁石の各磁極に対しては、前記第一の磁気手段の近接するただ一つの磁極との間に働く磁気力が支配的である。すなわち図２８において、磁極２１Ｓに対しては磁極１１Ｎとの間に、磁極２１Ｎに対しては磁極１１Ｓとの間に、それぞれ働く磁気力が支配的であり、例えば磁極２１Ｓと磁極１１Ｓとの間には殆ど磁気力が働かない。
このことにより、ストローク全般にわたって安定的な吸引力が得られ、なおかつ剛性の変化が小さくできる。
【０１４４】
（第十六実施例）
図２９は、第十六実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および２１は長さの異なる永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。固定部１は、吸引磁石１１から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図２９（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１と浮上部２の吸引磁石２１の位置関係を示す正面図であり、図２９（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図示した機構において、構成される磁気回路により固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が働き、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束３１ａあるいは３１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束３２ａあるいは３２ｂが吸引磁石１１のＳ極１１Ｓに入って、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路が構成される。
【０１４５】
表５に、本実施例の効果を示す。なお本実施例による装置の浮上部２の磁石幅は、第十五実施例による装置における幅、すなわち従来例による装置の幅と等しくなるように設定していて、固定部１の磁石幅を短くしている。同表から、本実施例では図３２に示した従来例に比べて吸引力のギャップ依存性を小さくできる効果があることが分かる。この理由は第十五実施例において説明した作用によるものである。このことから、第十五実施例以外の構成でも本発明の効果が得られることが分かる。
【０１４６】
また表５に示した様に、本実施例によると、固定部１の吸引磁石１１の幅Ｗ１と浮上部２の吸引磁石２１の幅Ｗ２とを違えることにより、図２８の第十五実施例に示したＷ２≒Ｗ１の場合と比ベても、Ｗ２≠Ｗ１の場合には、吸引力のギャップ依存性をさらに小さくできる効果があることが分かる。
【０１４７】
図２９は、そのことを説明する図であり、Ｗ１をＷ２よりも短くした場合であるが、Ｗ１をＷ２よりも長くした場合も対称性から理屈は同じである。ギャップ長ｇが小さいｇ＝ｇ0 の図２９（ａ）におけるギャップ中の磁束３１ａあるいは３２ａの磁路長Ｌ”0 （≒ｇ0 ＋α）と、ギャップ長ｇが大きいｇ＝ｇ1 の図２９（ｂ）におけるギャップ中の磁束３１ｂあるいは３２ｂの磁路長Ｌ”1 （≒ｇ1 ＋β）との差をΔＬ”（＝Ｌ”1 −Ｌ”0 ）とするとΔＬ”−Δｇ≒（β−α）であり、一方ギャップ長ｇが大きくなる程、磁路長とｇとの差は小さくなる、つまり（β＜α）なのでΔＬ”＜Δｇとなる。
【０１４８】
このことから図２９に示したＷ１＜Ｗ２の方が、図３２に示した従来例、あるいは図２８に示した第十五実施例よりも、吸引力のギャップ依存性を小さくできるのである。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。
また第十六実施例の方が、第十五実施例よりも、組立て誤差が浮上装置の性能、例えば磁気浮上力や横方向の剛性に及ぼす影響を小さくできるメリットがある。
【０１４９】
（第十七実施例）
図３０は、第十七実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および２１は長さの異なる永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１２および１３は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向が吸引磁石１１と同じ向きになるように、吸引磁石１１に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１と補極１２，１３から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図３０（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１，補極１２，１３と浮上部２の吸引磁石２１との位置関係を示す正面図であり、図３０（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図３０に示した機構において、構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束４１ａあるいは４１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束４３ａあるいは４３ｂが吸引磁石１１のＳ極１１Ｓに入り、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路と、補極１２のＮ極１２Ｎから出た磁束４２ａあるいは４２ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束４４ａあるいは４４ｂが補極１３のＳ極１３Ｓに入り、吸引磁石１１を通って、もとの補極１２に戻る磁気回路が構成される。
【０１５０】
補極を図３０に示した向きに付加したことによる本実施例の効果を、表５に示す。なお本実施例による装置の固定部１と浮上部２の幅は、第十五実施例による装置における幅、すなわち従来例による装置の幅と等しくなるように設定していて、かつ図３０に示した固定部１の吸引磁石１１の幅を、図２９に示した第十六実施例による装置における固定部の吸引磁石幅と揃えている。同図から、本発明による装置は、まず従来例に比べて、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。これらの理由は、第十五実施例のところで述べた作用によるものである。このことから、第十五実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
また同図から、本発明による装置は、第十六実施例に比べて、補極１２，１３により起磁力が向上したことにより、ギャップ長全般にわたって、吸引力が大きくなることが分かる。
【０１５１】
したがって第十七実施例は、第十六実施例と比較して、同程度の吸引力を発生させるためには、第十六実施例よりも吸引磁石１１，２１の厚さを薄くできる、すなわち装置の高さを低くできる特徴を有することが分かる。
【０１５２】
（第十八実施例）
図３１は、第十八実施例による磁気支持機構を示す正面図である。１１および２１は長さの異なる永久磁石からなる吸引磁石であり、磁化の方向が図中に示したように互いに逆向きになるように設定されている。１４および１５は永久磁石からなる補極であり、磁化の方向は吸引磁石１１と直交して、かつ磁化の向きは、近接する浮上部２の磁極との間に吸引力が作用する向きに、吸引磁石１１に固着されている。固定部１は、吸引磁石１１と補極１４，１５から第一の磁気手段を、浮上部２は、吸引磁石２１から第二の磁気手段を、それぞれ構成する。図３１（ａ）は、ギャップが小さい時の固定部１の吸引磁石１１と補極１４，１５と浮上部２の吸引磁石２１との位置関係を示す正面図であり、図３１（ｂ）は、ギャップが大きい時の位置関係を示す正面図である。図３１に示した機構において、構成される磁気回路により、固定部１と浮上部２の間に磁気的な吸引力が発生し、浮上部２が固定部１に吸引される。具体的には、吸引磁石１１のＮ極１１Ｎから出た磁束５１ａあるいは５１ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束５３ａあるいは５３ｂが吸引磁石１１のＳ極１１Ｓに入り、もとの吸引磁石１１に戻る磁気回路と、補極１４のＮ極１４Ｎから出た磁束５２ａあるいは５２ｂが浮上部２の吸引磁石２１のＳ極２１Ｓに入り、吸引磁石２１を経て、Ｎ極２１Ｎから出た磁束５４ａあるいは５４ｂが補極１５のＳ極１５Ｓに入り、吸引磁石１１を通って、もとの補極１４に戻る磁気回路が構成される。
【０１５３】
補極を図３１に示した向きに付加したことによる本実施例の効果を表５に示す。なお本実施例による装置の固定部１と浮上部２の幅は、第十五実施例による装置における幅、すなわち従来例による装置の幅と等しくなるように設定していて、かつ図３１に示した固定部１の吸引磁石１１の幅を、図２９に示した第十六実施例による装置における固定部の吸引磁石幅と揃えている。表５から、本発明による装置は、まず従来例に比べて、吸引力の比、すなわちギャップ依存性を小さくできることが分かる。またそれに伴い、吸引力の非線型性も小さくなるので、剛性の変化も小さくできることが分かる。これらの理由は、第十五実施例のところで述べた作用によるものである。このことから、第十五実施例以外の構成でも、本発明の効果が得られることが分かる。
【０１５４】
また同図から、本発明による装置は、補極１４，１５の磁化の向きを図３１に示したように、近接する浮上部の磁極との間の吸引力が、第十七実施例に比べて、より垂直方向に働く向きに設定したことにより、ギャップ長全般にわたって、吸引力が大きくなることが分かる。
【０１５５】
したがって第十八実施例は、第十七実施例と比較して、同程度の吸引力を発生させるためには、第十七実施例よりも吸引磁石１１，２１の厚さを薄くできる、すなわち装置の高さを低くできる特徴を有することが分かる。
【０１５６】
（第十九実施例）
図３６に、本発明の磁気支持機構を用いた位置決め装置を示す。同図において３０１はチルトステージであり、その上面３０２にはウエハ３０３を保持するためのウエハチャックが設けられている。３０４はベースである。３０５は磁気支持機構であり第１実施例に示したのと同様に、Ｚ方向の磁化の向きが互いに逆向きになるように一対の吸引磁石がベース３０４に設けられ、この一対の吸引磁石の間にはチルトステージ３０１に固定された補極が設けられている。
なお、本実施例において、磁気支持機構３０５は３個設けられているが、図３６にはそのうち２個のみを図示している。
【０１５７】
また、磁気支持機構３０５には、ベース３０４を基準にチルトステージ３０１を重力方向であるＺ方向に駆動可能な、不図示のリニアモータが設けられ、その駆動によって、ベース３０４を基準にチルトステージ３０１の重力方向であるＺ方向の位置、あるいは傾きを高速に自動制御できる。
【０１５８】
本実施例のステージ装置によれば、リニアモータの駆動によりチルトステージのＺ方向位置が変化しても、磁気支持機構の浮上力の変化が抑制されるので、チルトステージ上に載値したウエハ面を安定して精密に位置決めすることができる。
【０１５９】
（第二十実施例）
図３７は本発明に係わる６軸ウエハステージの一実施例の斜視図である。
本実施例において、Ｘステージは第十九実施例のベース３０４に相当し、チルトステージ３０１を静圧ＸＹステージのＸステージ上に搭載した６軸方向に駆動する位置決め装置である。同図において、３０８がステージ定盤、３０７がＹステージ、３０４がＸステージである。
【０１６０】
Ｙステージ３０７は静圧空気軸受けに給気することにより定盤３０８から浮上され、その両側に配置された２つの駆動アクチュエータ３１０により片側に設けられている固定ガイド３１１に沿ってＹ方向に移動される。また、Ｘステージ３０４は静圧空気軸受けに給気することによりＹステージ３０７と同様に定盤３０８から浮上され、Ｙステージ３０７の側面を水平方向の案内として駆動アクチュエーター３１０によりＸ方向に移動される。このとき、Ｘステージ３０４およびＹステージ３０７は複数の与圧用磁石ユニットによって常に一定の姿勢となるように調整されている。
【０１６１】
（半導体生産システムの実施例）
次に、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産システムの例を説明する。これは半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナンス、あるいはソフトウェア提供などの保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワークを利用して行うものである。
【０１６２】
図３８は全体システムをある角度から切り出して表現したものである。図中、４０１は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダー（装置供給メーカ）の事業所である。製造装置の実例として、半導体製造工場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例えば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッチング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査装置等）を想定している。事業所４０１内には、製造装置の保守データベースを提供するホスト管理システム４０８、複数の操作端末コンピュータ４１０、これらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）４０９を備える。ホスト管理システム４０８は、ＬＡＮ４０９を事業所の外部ネットワークであるインタネット４０５に接続するためのゲートウェイと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を備える。
【０１６３】
一方、４０２〜４０４は、製造装置のユーザとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造工場４０２〜４０４は、互いに異なるメーカに属する工場であっても良いし、同一のメーカに属する工場（例えば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であっても良い。各工場４０２〜４０４内には、夫々、複数の製造装置４０６と、それらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）４１１と、各製造装置４０６の稼動状況を監視する監視装置としてホスト管理システム４０７とが設けられている。各工場４０２〜４０４に設けられたホスト管理システム４０７は、各工場内のＬＡＮ４１１を工場の外部ネットワークであるインタネット４０５に接続するためのゲートウェイを備える。これにより各工場のＬＡＮ４１１からインタネット４０５を介してベンダー４０１側のホスト管理システム４０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システム４０８のセキュリティ機能によって限られたユーザだけがアクセスが許可となっている。具体的には、インタネット４０５を介して、各製造装置４０６の稼動状況を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生した製造装置の症状）を工場側からベンダー側に通知する他、その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの保守情報をベンダー側から受け取ることができる。各工場４０２〜４０４とベンダー４０１との間のデータ通信および各工場内のＬＡＮ４１１でのデータ通信には、インタネットで一般的に使用されている通信プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネットワークとしてインタネットを利用する代わりに、第三者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネットワーク（ＩＳＤＮなど）を利用することもできる。また、ホスト管理システムはベンダーが提供するものに限らずユーザがデータベースを構築して外部ネットワーク上に置き、ユーザの複数の工場から該データベースへのアクセスを許可するようにしてもよい。
【０１６４】
さて、図３９は本実施形態の全体システムを図３８とは別の角度から切り出して表現した概念図である。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユーザ工場と、該製造装置のベンダーの管理システムとを外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介して各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の情報をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複数のベンダーの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装置のそれぞれのベンダーの管理システムとを工場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデータ通信するものである。図中、５０１は製造装置ユーザ（半導体デバイス製造メーカ）の製造工場であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここでは例として露光装置５０２、レジスト処理装置５０３、成膜処理装置５０４が導入されている。なお図３９では製造工場５０１は１つだけ描いているが、実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装置はＬＡＮ５０６で接続されてイントラネットを構成し、ホスト管理システム５０５で製造ラインの稼動管理がされている。一方、露光装置メーカ５１０、レジスト処理装置メーカ５２０、成膜装置メーカ５３０などベンダー（装置供給メーカ）の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行なうためのホスト管理システム５１１，５２１，５３１を備え、これらは上述したように保守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備える。ユーザの製造工場内の各装置を管理するホスト管理システム５０５と、各装置のベンダーの管理システム５１１，５２１，５３１とは、外部ネットワーク５００であるインタネットもしくは専用線ネットワークによって接続されている。このシステムにおいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起きた機器のベンダーからインタネット５００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能で、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【０１６５】
半導体製造工場に設置された各製造装置はそれぞれ、ディスプレイと、ネットワークインタフェースと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモリやハードディスク、あるいはネットワークファイルサーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフトウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例えば図４０に一例を示す様な画面のユーザインタフェースをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機種（６０１）、シリアルナンバー（６０２）、トラブルの件名（６０３）、発生日（６０４）、緊急度（６０５）、症状（６０６）、対処法（６０７）、経過（６０８）等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力された情報はインタネットを介して保守データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が保守データベースから返信されディスプレイ上に提示される。またウェブブラウザが提供するユーザインタフェースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能（６１０〜６１２）を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスしたり、ベンダーが提供するソフトウェアライブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド（ヘルプ情報）を引出したりすることができる。
【０１６６】
次に上記説明した生産システムを利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図４１は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インタネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【０１６７】
図４２は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【０１６８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、磁気力のギャップ依存性を小さくできて、かつ磁気力の非線型性に起因する剛性の変化を小さくできる、すなわち安定した浮上力が得られる磁気支持機構が実現できる。
さらに極性が異なる磁極に高低差を設けることにより、従来に比べて横方向の寸法を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施例の正面図である。図１（ａ）はギャップが小さい時で、図１（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２】  補極を固定部側に設置した磁気支持機構の正面図である。
【図３】  本発明の磁気支持機構の原理を説明する、吸引力特性のグラフである。
【図４】  本発明の第一実施例の、別の形態の正面図である。
【図５】  本発明の第一実施例の、さらに別の形態の正面図である。
【図６】  本発明の第二実施例の正面図である。図６（ａ）はギャップが小さい時で、図６（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図７】  本発明の第三実施例の正面図である。図７（ａ）はギャップが小さい時で、図７（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図８】  本発明の第四実施例である。図８（ａ）は斜視図で、図８（ｂ）は軸断面図である。
【図９】  本発明の第四実施例特有の効果を説明する、鉛直方向から見た図である。
【図１０】  本発明の第五実施例の正面図である。図１０（ａ）はギャップが小さい時で、図１０（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図１１】  本発明の磁気支持機構の原理を説明する、吸引力特性のグラフである。
【図１２】  本発明における浮上部の磁石長が短い時の効果を説明する、正面図である。
【図１３】  本発明における浮上部の磁石長が長い時の効果を説明する、正面図である。
【図１４】  本発明の第五実施例の、別の形態の正面図である。
【図１５】  本発明の第五実施例の、さらに別の形態の正面図である。
【図１６】  本発明の第六実施例の正面図である。図１６（ａ）はギャップが小さい時で、図１６（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図１７】  本発明の第七実施例の正面図である。図１７（ａ）はギャップが小さい時で、図１７（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図１８】  本発明の第八実施例の正面図である。図１８（ａ）はギャップが小さい時で、図１８（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図１９】  本発明の第八実施例の、別の形態の正面図である。
【図２０】  本発明の第九実施例の正面図である。図２０（ａ）はギャップが小さい時で、図２０（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２１】  本発明の第十実施例の正面図である。図２１（ａ）はギャップが小さい時で、図２１（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２２】  本発明の第十一実施例である。図２２（ａ）は斜視図で、図２２（ｂ）は軸断面図である。
【図２３】  本発明の第十二実施例の正面図である。図２３（ａ）はギャップが小さい時で、図２３（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２４】  本発明の第十二実施例の、別の形態の正面図である。
【図２５】  本発明の第十二実施例の、さらに別の形態の正面図である。
【図２６】  本発明の第十三実施例の正面図である。図２６（ａ）はギャップが小さい時で、図２６（ｂ）はギャフプが大きい時である。
【図２７】  本発明の第十四実施例の正面図である。図２７（ａ）はギヤップが小さい時で、図２７（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２８】  本発明の第十五実施例の正面図である。図２８（ａ）はギャップが小さい時で、図２８（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図２９】  本発明の第十六実施例の正面図である。図２９（ａ）はギャップが小さい時で、図２９（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図３０】  本発明の第十七実施例の正面図である。図３０（ａ）はギャップが小さい時で、図３０（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図３１】  本発明の第十八実施例の正面図である。図３１（ａ）はギャップが小さい時で、図３１（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図３２】  従来の、磁気的な吸引力による磁気支持機構の図である。
【図３３】  従来の、磁気的な吸引力による磁気支持機構の課題を説明するグラフである。
【図３４】  図３２に示す従来の磁気支持機構の持つ課題を、磁束の流れにより説明する一断面図である。図３４（ａ）はギャップが小さい時であり、図３４（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図３５】  図３２に示す従来の磁気支持機構の持つ課題を、磁束の流れにより説明する他の断面図である。図３５（ａ）はギャップが小さい時であり、図３５（ｂ）はギャップが大きい時である。
【図３６】  本発明の位置決め装置の一例を説明する正面図である。
【図３７】  本発明の位置決め装置の他の例を説明する斜視図である。
【図３８】  半導体デバイスの生産システムをある角度から見た概念図である。
【図３９】  半導体デバイスの生産システムを別の角度から見た概念図である。
【図４０】  ユーザーインタフェースの具体例である。
【図４１】  デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図４２】  ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１：固定部、２：浮上部、４，５，６，４０：磁気吸引力特性曲線、１０，１０１，１０２，２０，２０１，２０２：ヨーク（バックヨーク）、１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２，２３，３１，３２：磁石、４１：バネなどによる力、４２：磁気吸引力とバネなどによる力の合力、４３１〜４３５：能動制御による補償、５１，５２：連結部材、３１ａ〜３６ｂ，４１ａ〜４４ｂ，５１ａ〜５８ｂ，６１ａ〜６２ｂ，７１ａ〜７４ｂ，８１ａ〜８８ｂ，９３ａ〜９８ｂ，７０１〜７０２，７１１〜７１３，７２１〜７２３，８１１〜８１８，９１〜９４：磁束。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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