(57)【要約】【課題】漏れ磁束の低減及び磁気回路特性の向上に寄与できるモータ装置を提供する。【解決手段】固定子と移動子とが第１方向Ｙに相対移動する。固定子と移動子の一方に設けられ、少なくとも一部の発磁体Ｍが第１方向に磁極を位置させて、第１方向に沿って複数配列された発磁ユニットＭＵと、固定子と移動子の他方に設けられ、発磁体に対して第１方向と直交する第２方向に間隔をあけて設けられたコイル体Ｃが、第１方向に沿って複数配列されたコイルユニットＣＵと、複数のコイル体に対して複数の相で電流を印加する印加部２０と、第２方向でコイルユニットを挟んで発磁ユニットと逆側に設けられ、発磁ユニットから発せられた磁束Ｂを導くヨーク部１０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】
固定子と移動子とが第１方向に相対移動するモータ装置であって、
前記固定子と前記移動子の一方に設けられ、少なくとも一部の発磁体が前記第１方向に磁極を位置させて、該第１方向に沿って複数配列された発磁ユニットと、
前記固定子と前記移動子の他方に設けられ、前記発磁体に対して前記第１方向と直交する第２方向に間隔をあけて設けられたコイル体が、前記第１方向に沿って複数配列されたコイルユニットと、
前記複数のコイル体に対して複数の相で電流を印加する印加部と、
前記第２方向で前記コイルユニットを挟んで前記発磁ユニットと逆側に設けられ、前記発磁ユニットから発せられた磁束を導くヨーク部と、
を備えるモータ装置。
【請求項２】
前記発磁ユニットは、前記複数の発磁体が同一の磁極同士を対向させて前記第１方向に延在するシャフト状に形成され、
前記コイルユニット及び前記ヨーク部は、前記発磁ユニットが挿通する筒状にそれぞれ形成される請求項１記載のモータ装置。
【請求項３】
前記ヨーク部は、前記第１方向の一端側で内部空間を閉塞する壁部を備え、
前記発磁ユニットは、前記第１方向の一端側で前記壁部に一体的に支持される請求項２記載のモータ装置。
【請求項４】
前記ヨーク部は、前記第１方向の両端側で内部空間を閉塞する壁部を備え、
前記発磁ユニットは、前記第１方向の両端側で前記壁部に一体的に支持される請求項２記載のモータ装置。
【請求項５】
前記ヨーク部は、周壁部に前記相対移動の移動範囲に亘る長さで前記第１方向に延在する孔部を備え、
前記コイルユニットは、外側から前記孔部に挿通される支持部材に支持される請求項４記載のモータ装置。
【請求項６】
前記壁部は、磁性材で形成される請求項３から５のいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記発磁ユニットと前記ヨーク部とは、前記コイルユニットに対して一体的に相対移動する請求項１から６のいずれか一項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記ヨーク部は、前記コイルユニットに一体的に固定され、前記発磁ユニットに対して一体的に相対移動する請求項１記載のモータ装置。
【請求項９】
前記ヨーク部は、前記第１方向に延在するシャフト状に形成され、
前記コイルユニットは、前記ヨーク部が挿通する筒状に形成され、
前記発磁ユニットは、前記ヨーク部及び前記コイルユニットが挿通する筒状に形成される請求項１記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記発磁ユニットは、前記第１方向に磁極を位置させる発磁体と、前記第２方向に磁極を位置させる発磁体とが、第１方向に沿って交互に配列される請求項９記載のモータ装置。
【請求項１１】
ステージ部と該ステージ部を駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置として、請求項１から１０のいずれか一項に記載のモータ装置が用いられるステージ装置。
【請求項１２】
ベース部に設けられ前記固定子が固定される固定部と、
該固定部に設けられ前記移動子を前記第１方向に移動自在に支持する軸受装置とを備える請求項１１記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置及びステージ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体を移動させる際のモータ装置としては、電磁気的相互作用の一種であるローレンツ力により相対移動する軸体と筒体とを固定子及び可動子とするシャフトモータが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０２３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
例えば、発磁体を軸体に設け、コイル体を筒体に設けた場合、コイル体は発磁体からの磁束を通してしまうため、磁束の経路が長くなり磁気回路の効率が低下するとともに、モータ装置の周囲に磁気による悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、漏れ磁束の低減及び磁気回路特性の向上に寄与できるモータ装置及びステージ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】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、固定子と移動子とが第１方向に相対移動するモータ装置であって、固定子と移動子の一方に設けられ、少なくとも一部の発磁体が第１方向に磁極を位置させて、第１方向に沿って複数配列された発磁ユニットと、固定子と移動子の他方に設けられ、発磁体に対して第１方向と直交する第２方向に間隔をあけて設けられたコイル体が、第１方向に沿って複数配列されたコイルユニットと、複数のコイル体に対して複数の相で電流を印加する印加部と、第２方向でコイルユニットを挟んで発磁ユニットと逆側に設けられ、発磁ユニットから発せられた磁束を導くヨーク部と、を備えるモータ装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、ステージ部とステージ部を駆動する駆動装置とを備え、駆動装置として、本発明の第１の態様のモータ装置が用いられるステージ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、漏れ磁束を低減させることができるともに、磁気回路特性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係るモータ装置の概略的な構成図。
【図２】第２実施形態に係るモータ装置の概略的な構成図。
【図３】第３実施形態に係るモータ装置の概略的な構成図。
【図４】第４実施形態に係るモータ装置の概略的な構成図。
【図５】第５実施形態に係るステージ装置の概略的な構成図。
【図６】第６実施形態に係るステージ装置の概略的な構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のモータ装置及びステージ装置の実施の形態を、図１ないし図６を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
モータ装置の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
ここでは、モータ装置として、発磁体を有する軸状（シャフト状）の発磁ユニットが移動子として設けられ、コイル体を有する筒状のコイルユニットが固定子として設けられるシャフトモータを例示して説明する。
なお、以下の説明では、移動子の移動方向をＹ軸方向（第１方向）とし、鉛直方向をＺ方向、Ｙ軸方向、Ｚ方向の双方に直交する方向をＸ方向とする。
【００１２】
この図に示されるモータ装置ＳＭは、移動子を構成する発磁ユニットＭＵと、固定子を構成するコイルユニットＣＵと、ヨーク部１０と、印加部２０とを備えている。
【００１３】
発磁ユニットＭＵは、複数（図１では５個）の発磁体ＭがＹ方向に磁極を位置させ、且つ同一の磁極同士をそれぞれ対向させてＹ方向に延在するシャフト状に形成されている。
コイルユニットＣＵは、発磁ユニットＭＵの外周側に隙間をあけて配された円環状のコイル体ＣがＹ方向に沿って複数（図１では６個）配列された構成となっている。
【００１４】
ヨーク部１０は、磁性材料により有底の円筒形状に形成されている。ヨーク部１０は、発磁ユニットＭＵを中心とする径方向（第２方向）に関して、コイルユニットＣＵを挟んで発磁ユニットＭＵと逆側に隙間をあけて設けられた円筒部１０Ａと、円筒部１０Ａの＋Ｙ側の一端に設けられ内部空間を閉塞する端壁部（壁部）１０Ｂとを備えている。端壁部１０Ｂは発磁ユニットＭＵの＋Ｙ側の端部と固定されている。また、ヨーク部１０には、外部からコイルユニットＣＵに電力を供給するための配線を導入するための、例えばスリット（不図示）が移動方向であるＹ方向に延在して円筒部１０Ａに形成されている。なお、配線は円筒部１０Ａの−Ｙ側の開口端から導入する構成でもよい。
【００１５】
印加部２０は、複数のコイル体Ｃに対して、複数の相（例えば三相）で電流を印加するものである。
【００１６】
上記構成のモータ装置ＳＭにおいては、発磁ユニットＭＵにおけるＮ極から生じた、矢印で示す磁束Ｂは、コイルユニットＣＵを通った後に、ヨーク部１０の主として円筒部１０Ａに導かれてＳ極に至る。そして、印加部２０がコイルユニットＣＵの各コイル体Ｃに三相で電流を印加することにより、発磁ユニットＭＵとコイルユニットＣＵとの電磁気的相互作用によるローレンツ力が推力として作用し、発磁ユニットＭＵ及びヨーク部１０がコイルユニットＣＵに対して一体的にＹ方向に駆動される。
【００１７】
このように、本実施形態では、コイルユニットＣＵを挟んで発磁ユニットＭＵと逆側にヨーク部１０を設けて磁束Ｂを導いているため、コイルユニットＣＵを通った磁束Ｂが空気中を通る距離を短くすることが可能となり、モータ装置ＳＭの周囲に磁気による悪影響が及ぶことを抑制できるとともに、磁気回路の効率低下も抑制することができる。さらに、本実施形態では、ヨーク部１０と発磁ユニットＭＵとが一体で移動するため、渦電流力、コギング力等の影響を受けることなく安定して駆動力（推力）を得ることができる。
【００１８】
また、本実施形態では、ヨーク部１０の内部空間にコイルユニットＣＵが収容されているため、コイルユニットＣＵへの通電で生じた熱の影響が外部へ及ぶことも抑制することが可能となる。加えて、本実施形態では、発磁ユニットＭＵの一端が固定される端壁部１０Ｂも磁性材であるため、当該端壁部１０Ｂも磁束Ｂを導くことに寄与でき、さらなる磁気回路特性の向上を図ることが可能になる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、モータ装置ＳＭの第２実施形態について、図２を参照して説明する。
この図において、図１に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第２実施の形態と上記の第１実施形態とが異なる点は、第１実施形態では、ヨーク部１０の円筒部１０Ａと端壁部１０Ｂとが一体の構成であったが、第２実施形態では別部材で構成されていることである。
【００２０】
すなわち、本実施形態におけるヨーク部１０は、Ｙ方向の両端が開口する円筒部１０Ａに対して、＋Ｙ側２の開口部が非磁性材からなる端壁部１０Ｃによって閉塞されている。
他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００２１】
本実施形態のモータ装置ＳＭにおいては、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、円筒部１０Ａについては簡素な円筒体で形成できることから、円筒部１０Ａの製造の容易化を図ることができる。
なお、円筒部１０Ａと端壁部１０Ｃとを別部材で構成する場合、端壁部１０Ｃについては第１実施形態と同様に、磁性材料で形成する構成としてもよい。
この構成では、円筒部１０Ａの製造の容易化と、磁気回路特性の一層の向上との双方を図ることができる。
【００２２】
（第３実施形態）
次に、モータ装置ＳＭの第３実施形態について、図３を参照して説明する。
この図において、図１に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第３実施の形態と上記の第１実施形態とが異なる点は、ヨーク部１０の移動をガイドするガイド部を設けたことである。
【００２３】
本実施形態のモータ装置ＳＭにおいては、ヨーク部１０の円筒部１０Ａの外周を取り囲む円環状の軸受固定部３１が設置部（ベース部）３０に固定して設けられ、軸受固定部３１には円筒部１０Ａの外周面との間でヨーク部１０のＹ方向への移動をガイドする軸受部材３２が設けられている。軸受部材３２としては、エアベアリング等のエアガイドやリニアガイド等の非接触ガイドを用いることができる。軸受固定部３１及び軸受部材３２は、ヨーク部１０のＹ方向の両端部側に、ヨーク部１０が移動した場合でも、常時ヨーク部１０へのガイドが可能な位置に配置されている。
【００２４】
また、ヨーク部１０は、端壁部１０Ｂが円筒部１０Ａの両端に設けられている。そして、発磁ユニットＭＵは、両端において端壁部１０Ｂに固定・支持されている。また、円筒部１０Ａの設置部３０と対向する位置の周壁部には、Ｙ方向に延在するスリット部（孔部）３３が形成されている。スリット部３３には、コイルユニットＣＵを支持し設置部３０に固定される支持台３４が挿通している。コイルユニットＣＵへの配線は、支持台３４及びスリット部３４を介して接続される。スリット部３３の形成範囲は、ヨーク部１０及び発磁ユニットＭＵがＹ方向に駆動された場合でも、ヨーク部１０が支持台３４と干渉しないように、ヨーク部１０の移動範囲に亘って形成されている。
他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００２５】
上記構成のモータ装置ＳＭにおいては、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、コイルユニットＣＵへの電流印加でヨーク部１０及び発磁ユニットＭＵが駆動された際にも、ヨーク部１０が軸受部材３２によりガイドされるため、円滑で安定した駆動が可能になる。また、本実施形態では、円筒部１０Ａの内部空間が両端で閉塞されるため、コイルユニットＣＵへの通電で生じる熱の影響を一層抑制することができる。
【００２６】
（第４実施形態）
次に、モータ装置ＳＭの第４実施形態について、図４を参照して説明する。
この図において、図１に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記第１〜第３実施形態では、ヨーク部１０が発磁ユニットＭＵに一体的に固定されて移動子を構成する例を説明したが、本実施形態ではヨーク部１０がコイルユニットＣＵに一体的に固定されて固定子を形成する構成について説明する。
【００２７】
図４に示すように、コイルユニットＣＵは、非磁性材で形成された介装部材３６を介してヨーク部１０に固定されている。介装部材３６としては、非磁性のスペーサあるいは接着剤等を用いることができる。また、コイルユニットＣＵをヨーク部１０に圧入することで固定する構成としてもよい。この構成では、ヨーク部１０が設置部等に固定される。また、ヨーク部１０の長さは、Ｙ方向に相対移動する発磁ユニットＭＵの移動範囲に亘る長さに設定される。
【００２８】
上記構成のモータ装置ＳＭにおいては、コイルユニットＣＵへの通電により、発磁ユニットＭＵがＹ方向へ駆動される。この場合、直径が小さい発磁ユニットＭＵのみが移動子となるため、アクチュエータ部がより小型のモータ装置ＳＭを提供することが可能になる。なお、上記の構成では、発磁ユニットＭＵとヨーク部１０とが相対移動することになるため、渦電流力、コギング力が少量ながら生じるため、比較的ストロークが小さい場合や、出力が低い場合等に用いることが好ましい。
【００２９】
（第５実施形態；ステージ装置）
次に、上記のモータ装置ＳＭを備えるステージ装置について、図５を参照して説明する。ここでは、図１に示した第１実施形態に係るモータ装置ＳＭを備えるステージ装置について説明する。この図において、図１乃至図４に示す第１〜第４実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図５に示すステージ装置ＳＴは、モータ装置ＳＭとステージ部ＴＢとを備えている。
ステージ部ＴＢは、駆動対象が取り付けられるものであり、モータ装置ＳＭの移動子を構成するヨーク部１０の端壁部１０Ｂに設けられている。
【００３１】
モータ装置ＳＭにおける発磁ユニットＭＵの−Ｙ側には、同軸で軸状部材４１が延設されている。軸状部材４１の外周面は、軸受部材３２によりＹ方向への移動をガイドされる。軸受部材３２は、設置部３０に固定された軸受固定部３１に設けられている。軸受部材３２としては、エアベアリング等のエアガイドやリニアガイド等の非接触ガイドを用いることができる。
【００３２】
コイルユニットＣＵは、−Ｙ側の端面に固定されたスペーサ４２により支持されている。スペーサ４２は、内周が発磁体Ｍ及び軸状部材４１の外径より大径で、外周がヨーク部１０の円筒部１０Ａより小径でＹ方向に延びる円筒形状に形成されており、＋Ｙ側の端部がコイルユニットＣＵに固定され、−Ｙ側の端部が軸受固定部３１に固定されている。印加部２０からコイルユニットＣＵへの配線は、軸受固定部３１及びスペーサ４２を介して接続される。
【００３３】
上記構成のステージ装置ＳＴにおいては、コイルユニットＣＵに電流が印加されることにより、発磁ユニットＭＵ及びヨーク部１０がステージ部ＴＢ（及び駆動対象）とともにＹ方向に移動する。このとき、発磁ユニットＭＵに設けられた軸状部材４１が軸受部材３２によって非接触でガイドされるため、ステージ部ＴＢは安定して、且つ円滑に駆動されることになる。
従って、本実施形態のステージ装置ＳＴでは、漏れ磁束が低減され、磁気回路特性が向上した状態で安定して駆動対象を駆動することができる。
【００３４】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態として、別形態のモータ装置ＳＭを備えるステージ装置ＳＴについて、図６を参照して説明する。
この図において、図１乃至図５に示す第１〜第５実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記第１〜第５実施形態では、中心軸を構成する軸状の発磁ユニットＭＵ、発磁ユニットＭＵに挿通される円環状のコイルユニットＣＵ、これら発磁ユニットＭＵ、コイルユニットＣＵを内部空間に収容するヨーク部１０を用いる構成としたが、本実施形態では、中心側からヨーク部１０、コイルユニットＣＵ、発磁ユニットＭＵを配置する構成について説明する。
【００３５】
図５に示すモータ装置ＳＭにおいては、ヨーク部１０は軸状に形成され、円筒状のコイルユニットＣＵの中心孔に挿通されている。コイルユニットＣＵは、−Ｙ側の端部で軸状部材４１Ａにより保持されて移動子を構成している。軸状部材４１Ａの外周面は、軸受部材３２によりＹ方向への移動をガイドされる。軸状部材４１Ａには、Ｙ方向に延在し、＋Ｙ側に開口する孔部４４が形成されている。孔部４４の直径は、ヨーク部１０の直径よりも大径に形成され、軸状部材４１Ａとヨーク部１０との相対移動時にこれらが互いに干渉しないようになっている。
【００３６】
軸受部材３２は、設置部３０に固定された軸受固定部３１に設けられている。軸受部材３２としては、エアベアリング等のエアガイドやリニアガイド等の非接触ガイドを用いることができる。
【００３７】
発磁ユニットＭＵは、円筒状のヨーク部材１２の円筒部１２Ａに支持されており、ヨーク部１０の一端部はヨーク部材１２の＋Ｙ側の端壁部１２Ｂに固定されている。
発磁ユニットＭＵは、Ｙ方向に配列された円環状の発磁体Ｍを有している。発磁体Ｍは、ヨーク部１０を中心とする径方向に着磁された主極ＭＭと、Ｙ方向に着磁された補極ＭＳとがＹ方向に沿って交互に配置された構成となっている。また、主極ＭＭについては、磁束が外周側に向かう方向に着磁されるものと、内周側に向かう方向に着磁されるものとが交互に配列される。同様に、補極ＭＳについては、磁束が＋Ｙ側に向かう方向に着磁されるものと、−Ｙ側に向かう方向に着磁されるものとが交互に配列される。
【００３８】
上記構成のモータ装置ＳＭにおいては、発磁ユニットＭＵによって、発磁体Ｍ（内周側に向けて着磁された主極ＭＭ）からコイルユニットＣＵを通ってヨーク部１０に導かれ、さらに発磁体Ｍ（外周側に向けて着磁された主極ＭＭ）及び発磁体Ｍ（補極ＭＳ）に至る磁気回路が形成され、コイルユニットＣＵへの通電により、コイルユニットＣＵ及び軸状部材４１Ａがステージ部ＴＢ（及び駆動対象）とともにＹ方向に移動する。
このとき、コイルユニットＣＵに設けられた軸状部材４１Ａが軸受部材３２によって非接触でガイドされるため、ステージ部ＴＢは安定して、且つ円滑に駆動されることになる。
【００３９】
従って、本実施形態のステージ装置ＳＴでは、コイル体Ｃを挟んで発磁体Ｍと逆側にヨーク部１０を設けることで漏れ磁束が低減され、磁気回路特性が向上した状態で安定して駆動対象を駆動することができる。
なお、発磁ユニットＭＵから生じた磁束が軸状のヨーク部１０に集中することで効率が低下する場合には、例えば、コイル体Ｃを円環状ではなく、長円状としてコイルの長さを大きくすることで、効率の向上を図ることができる。
【００４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態で示した固定子と移動子とは一例であり、固定子と移動子を逆の構成にしてもよい。
また、上記実施形態で示したステージ装置ＳＴに適用されるモータ装置ＳＭは、各実施形態で示したモータ装置のいずれも適用可能である。
【００４２】
上記実施形態で説明したモータ装置ＳＭ及びステージ装置ＳＴは、各種製造機器、計測機器等に広く適用可能であり、例えば、マスクに形成されたパターンを基板に露光する露光装置等にも、マスク駆動用のモータ装置、基板駆動用のモータ装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ヨーク部、  １０Ｂ、１０Ｃ…端壁部（壁部）、  ２０…印加部、  ３０…設置部（ベース部）、  ３３…スリット部（孔部）、  Ｂ…磁束、  Ｃ…コイル体、  ＣＵ…コイルユニット、  Ｍ…発磁体、  ＭＵ…発磁ユニット、  ＳＭ…モータ装置、  ＳＴ…ステージ装置
【図１】
2013219998.tif 000003
【図２】
2013219998.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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