(57)【要約】【課題】  磁気回路を大型化することなく推力を倍増すると共に、可動子フレームの加速度特性を上げることが可能なパルスモータを実現する。【解決手段】  進行方向に平行な上面及び下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コアを備える可動子フレームと、  前記可動子フレームを挟み、前記可動子コアの上面及び下面の歯に対向をした歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームと、  前記可動子コア又は前記固定子コアの少なくともいずれかに設けられた励磁巻線と、  前記励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して前記可動子コアと前記一対の固定子コア間に所定の空隙を形成するための空気軸受け手段と、を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に平行な上面及び下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コアを備える可動子フレームと、
前記可動子フレームを挟み、前記可動子コアの上面及び下面の歯に対向をした歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームと、
前記可動子コア又は前記固定子コアの少なくともいずれかに設けられた励磁巻線と、
前記励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して前記可動子コアと前記一対の固定子コア間に所定の空隙を形成するための空気軸受け手段と、
を備えることを特徴とする両面パルスモータ。
【請求項２】
前記可動子コアは、一体部材の上面及び下面に所定ピッチの歯が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の両面パルスモータ。
【請求項３】
前記一対の固定子コア間の距離を規制するためのスペーサ部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の両面パルスモータ。
【請求項４】
前記可動子フレームの進行方向が水平方向でない場合に、前記可動子フレームを支える支持手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の両面パルスモータ。
【請求項５】
前記支持手段は、空気軸受け手段であることを特徴とする請求項４に記載の両面パルスモータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の両面パルスモータの一対を、前記可動子フレームの進行方向に平行に所定距離を隔てて配置し、夫々の前記可動子フレーム間をブリッジ部材で結合したことを特徴とする両面パルスモータを用いたステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子コアと可動子コアが空気軸受け手段を介して対向するパルスモータの推力特性改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定ピッチで歯が形成されたプラテン（固定子フレーム）上面に、空気軸受け手段により浮上するスライダ（可動子フレーム）を２次元方向に位置制御するＸＹステージ及びこのステージに用いられているパルスモータの構造と動作は、特許文献１に開示されている。
【０００３】
図８は、従来のパルスモータの構成例を示す側断面図である。１は水平に配置された固定子フレームである。２は、この固定子フレームに支持される固定子コア、２１はこの固定子コアの上面に所定のピッチで形成された歯である。２２は、歯と歯の間に形成される溝を埋める樹脂充填材であり、固定子コア２の上面をフラットにしている。
【０００４】
３は、固定子フレーム１と対向配置された可動子フレームであり、下部に可動子コア４を支持している。可動子コア４は複数のヨーク４１が植設され、各ヨークの先端部に複数の歯４２が所定のピッチで形成されている。
【０００５】
これら歯４２が固定子コア２の歯２１と所定の空隙ｇを介して対向配置される。４３は、歯と歯の間及びヨーク間に形成される溝及び凹部を埋める樹脂充填材であり、可動子コア４の下面をフラットにしている。
【０００６】
５は、各ヨーク４１内に配置されたバイアス用の永久磁石である。６は、この永久磁石を内在して各ヨーク４１に巻回された励磁巻線である。この励磁巻線への励磁電流供給により、可動子コア４と固定子コア２間に強力な磁気吸引力が発生する。
【０００７】
Ａは、可動子フレーム３側の複数個所から固定子コア２の上面に噴出される圧縮エアであり、この噴出エアにより可動子コア４と固定子コア２間に空気軸受けが形成され、強力な磁気吸引力に抗して可動子フレーム３を浮上させ、所定の空隙ｇを保って矢印方向Ｐの移動を可能としている。
【０００８】
可動子フレーム３の浮上量は、空気軸受けの負荷容量と磁気回路の発生する吸引力の釣り合う位置で決定される。供給圧力0.2MPa(ゲージ圧)で15〜20μm程度の浮上量となる。
可動子コア４の下面及び固定子コア２の上面は、共に推力発生面が空気軸受けとして機能するように歯間の溝に充填された樹脂材は、全面を高精度で研削して平面を出している。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術によるパルスモータ構成では、次のような問題点がある。
（１）推力の増加を図りたい場合には、磁気回路を構成する要素を大型化する必要があり、可動子コアの形状が大型化し重量も増加するため、設計上の制約がある。
【００１１】
（２）可動子コア側に磁気回路を構成する要素を持たせている設計では、可動子フレームを軽くして加速度特性を上げてタクトの向上を図りたい場合に、重量上の制約がある。
【００１２】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、磁気回路を大型化することなく推力を倍増すると共に、可動子フレームの加速度特性を上げることが可能なパルスモータを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）進行方向に平行な上面及び下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コアを備える可動子フレームと、
前記可動子フレームを挟み、前記可動子コアの上面及び下面の歯に対向をした歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームと、
前記可動子コア又は前記固定子コアの少なくともいずれかに設けられた励磁巻線と、
前記励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して前記可動子コアと前記一対の固定子コア間に所定の空隙を形成するための空気軸受け手段と、
を備えることを特徴とする両面パルスモータ。
【００１４】
（２）前記可動子コアは、一体部材の上面及び下面に所定ピッチの歯が形成されていることを特徴とする（１）に記載の両面パルスモータ。
【００１５】
（３）前記一対の固定子コア間の距離を規制するためのスペーサ部材を備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の両面パルスモータ。
【００１６】
（４）前記可動子フレームの進行方向が水平方向でない場合に、前記可動子フレームを支える支持手段を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の両面パルスモータ。
【００１７】
（５）前記支持手段は、空気軸受け手段であることを特徴とする（４）に記載の両面パルスモータ。
【００１８】
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載の両面パルスモータの一対を、前記可動子フレームの進行方向に平行に所定距離を隔てて配置し、夫々の前記可動子フレーム間をブリッジ部材で結合したことを特徴とする両面パルスモータを用いたステージ。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
【００２０】
（１）推力発生のメカニズムを可動子フレームの両面とすることで、可動子フレームを大型化することなく、推力を２倍に増加させることができる。
【００２１】
（２）従来技術では可動子フレーム側に磁気回路が組み込まれていたが、本発明では固定子フレーム側に磁気回路を組み込むため、可動子フレームの小型・軽量化が可能となる。これにより、可動子フレームを軽くして加速度特性を上げてタクトの向上を図ることができる。
【００２２】
（３）又、これにより可動子フレーム側に励磁用の配線をする必要がなくなるため、接触不良や断線の可能性が小さくなる。更に、ケーブルという負荷がなくなることにより、外乱を小さくすることができる。
【００２３】
（４）従来技術では、可動子フレーム側に励磁巻線があるため銅損による発熱があり、温度管理の厳しい用途では可動子フレームを冷却する必要があった。冷却のためには可動子フレームに穴加工を施したり配管をおこなう必要があるが、これらは可動子フレームの大型化や外乱の原因となる。本発明では固定子フレーム側に励磁巻線を持たせることで、銅損による可動子の発熱がなくなることから、可動子フレームを冷却する必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した両面パルスモータの一実施形態を示す側断面図である。固定子コア及び可動子コアに形成される歯の形状及び樹脂充填材の構成は、図８と同一である。
【００２５】
本発明両面パルスモータの構造的な特徴は、図８で説明した従来技術の可動子コアを固定子側に、同じく固定子コアを可動子側に使用している。更に、可動子フレームの上下両面に可動子コアを取り付け、上下から固定子コアで挟み込むサンドウィッチ構造になっており、磁気回路は固定子フレーム側に組み込まれている。
【００２６】
図１において、１００は可動子フレームであり、進行方向Ｐに平行な上面及び下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コア２０１及び２０２を備える。この可動子フレームを挟んで、固定子フレーム３０１及び３０２が対向配置されている。
【００２７】
４０１は、固定子フレーム３０１に支持された固定子コアである。同様に、４０２は、固定子フレーム３０２に支持された固定子コアである。固定子コア３０１には、可動子コア２０１の上面に形成された歯に対向する歯が形成されている。同様に、固定子コア３０２には、可動子コア２０２の下面に形成された歯に対向する歯が形成されている。
【００２８】
５０１は、固定子コア４０１のヨークに巻回された励磁巻線である。同様に、５０２は、固定子コア４０２のヨークに巻回された励磁巻線である。これら励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して一対の可動子コアと一対の固定子コア間に所定の空隙を実現するために、可動子フレーム１００側から固定子コア４０１及び４０２の両側に圧縮エアＡを噴出する空気軸受手段を設けている。
【００２９】
図２は、進行方向Ｐから見た図１のＢ−Ｂ断面図である。可動子フレーム１００の上下両面に取り付ける可動子コア２０１及び２０２は、磁気吸引力のバランスを取るため、互いの位置関係を長手方向及び幅方向ともに精度良く合わせてある。
【００３０】
上下の固定子フレーム３０１，３０２は、磁気吸引力のバランスを取るため、スペーサ部材６００を介して互いの位置関係を長手方向及び幅方向ともに精度よく合わせてある。可動子コア、固定子コアとも理想的に位置関係が合えば、上下で磁気吸引力のバランスがとれるため吸引力による可動子の変形がなくなる。
【００３１】
スペーサ部材６００は、上下の固定子フレーム３０１，３０２を互いに固定するためのものである。空気軸受けによる浮上時の微小ギャップに合わせて、スペーサ部材の厚さを可動子フレーム１００の厚さよりも30〜40μm程度大きくしている。
【００３２】
磁気吸引力と釣り合うように、数値計算（ＤＦ法等）を用いて空気軸受けを設計することにより、固定子コアと可動子コアの間で上下とも15〜20μm程度の微小空隙を保持させることができる。空隙が大きすぎると推力が低下するため、上下両面とも従来の浮上量と同程度に保つ必要がある。また、ギャップが小さすぎると固定子と可動子が接触するおそれがある。
【００３３】
図３は、可動子フレーム１００の上下面に形成された空気軸受け手段の平面図である。Ｎ１乃至Ｎ６は、６箇所に分散配置されたエア噴射ノズル孔、Ｌ１乃至Ｌ５はこれらノズル孔を結んで連通するエア溝である。空気軸受け手段は、従来技術と同様に可動子フレーム１００側に持たせており、自成絞りと表面絞りの複合型を採用している。
【００３４】
この方式では、エア吹き出し口の圧力が高く、可動子コア外周に向かって圧力が小さくなる。このことは可動子の受ける力に分布が生じることを意味し、可動子フレームの変形につながる。従って、空気軸受け面の圧力差が小さいほど可動子の変形が小さくなる。数値計算によりエア溝とエア噴射ノズル孔の配置を最適化し、空気軸受け面の圧力をできるだけ均一にしている。
【００３５】
図４は、従来の片面パルスモータ及び本発明両面パルスモータの起磁力に対する推力特性の比較図である。Ｆ１は従来の片面パルスモータ、Ｆ２は本発明の両面パルスモータの特性図である。
【００３６】
同一起磁力で比較すると、本発明の両面パルスモータは従来の片面パルスモータの略２倍の推力を発生する。即ち、磁気回路の構成が同一でも推力は２倍が得られるので、磁気回路を大型化しないで推力の増加を実現することができる。
【００３７】
図５は、本発明の他の実施形態を示す側断面図である。この実施形態の特徴は、可動子フレーム１００に支持される上面側及び下面側の可動子コアを、一体部材２０３で構成した点にある。このような一体構造により、可動子フレーム１００を小型軽量化することができる。
【００３８】
図６は、本発明の両面パルスモータを立てて使用する場合の形態を示した断面図である。即ち、可動子コアと固定子コアの対向面を、図１に示す水平面対向より９０度回転させ、対向面を垂直としたものである。
【００３９】
水平対向以外の角度で対向させた場合には、可動子フレーム１００に重力が作用するので、これを支えると共に移動に対する摩擦が発生しない支持手段７００をスペーサ部材６００との間に設ける必要がある。この支持手段として空気軸受け手段を用いることもできる。
【００４０】
図７は、本発明の両面パルスモータを用いたステージを示す正面図である。両面パルスモータの一対を、可動子フレームの進行方向に平行に所定距離を隔てて配置し、夫々の可動子フレーム間をブリッジ部材８００で結合したものである。９００はブリッジ部材８００に搭載されたワークである。
【００４１】
以上説明した実施形態では、固定子フレーム３０１，３０２側に磁気回路を組み込んだ構成を示した。これにより、可動子フレーム１００側に磁気回路が組み込まれていた従来構造に比較して、可動子フレーム１００の小型・軽量化が可能となり、加速度特性を上げてタクトの向上を図ることができる。
【００４２】
しかし、固定子フレーム３０１，３０２側に磁気回路を組み込んだ構成では、可動子コアの移動に伴ない、励磁電流を供給する固定子コア側の励磁巻線を切り換える必要が生ずるので、設計が煩雑となる。従って、可動子フレーム１００の軽量化を特に必要としない低速用では、従来構造と同様に、可動子コア側に磁気回路を設ける構成を取ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用した両面パルスモータの一実施形態を示す側断面図である。
【図２】進行方向Ｐから見た図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】可動子フレームの上下面に形成された空気軸受け手段の平面図である。
【図４】従来の片面パルスモータ及び本発明両面パルスモータの起磁力に対する推力特性の比較図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図６】本発明の両面パルスモータを立てて使用する場合の形態を示した断面図である。
【図７】本発明の両面パルスモータを用いたステージを示す正面図である。
【図８】従来のパルスモータの構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  可動子フレーム
２０１，２０２  可動子コア
３０１，３０２  固定子フレーム
４０１，４０２  固定子コア
５０１，５０２  励磁巻線
【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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