(57)【要約】【課題】外側に漏れる漏洩磁束を低減したリニアモータを提供する。【解決手段】複数の磁気回路３０を可動子の可動方向に連結して構成される固定子２０を備える。磁気回路３０は、ヨークと、ヨークの厚み方向の一方の面に固定される複数の界磁磁石２４と、を含む。ヨーク２３Ｙａは隣接する磁気回路３０に設けられた契合部１４に向かって突き出す突部１２を有し、突部１２は契合部１４に契合する。突部１２は、可動方向において契合部１４の少なくとも一部とオーバーラップしている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気回路を可動子の可動方向に連結して構成される固定子を備え、
前記磁気回路は、ヨークと、前記ヨークの厚み方向の一方の面に固定される複数の界磁磁石と、を含み、
前記ヨークは隣接する前記磁気回路に設けられた契合部に向かって突き出す突部を有し、前記突部は前記契合部に契合することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記突部は、前記可動方向において前記契合部の少なくとも一部とオーバーラップしていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記突部の突端は、前記厚み方向において前記ヨークの前記界磁磁石が設けられる側に寄った位置に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記突部は、前記厚み方向に対して傾斜する傾斜面から構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記突部の突端は、前記ヨークの前記厚み方向範囲の両端を避けた中間位置に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記突部は前記契合部に嵌め込まれる部分を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のリニアモータを備えることを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを直線運動に変換するためにリニアモータが利用される。図１は、従来のリニアモータ５００の斜視図である。図１に示すようにリニアモータ５００は、可動子１０と固定子５２０を備える。固定子５２０は、可動子１０を挟み込むように、対向配置された一対のヨークであるバックヨーク２２ａ，２２ｂと、バックヨーク２２ａ，２２ｂそれぞれの内側側面Ｓ１ａ，Ｓ１ｂに、可動子１０の可動方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられた複数の界磁磁石２４と、を備える。複数の界磁磁石２４は、所定の磁極ピッチにしたがい、Ｎ極およびＳ極が交互に現れるように貼り付けられる。ヨーク２２と界磁磁石２４は、磁気回路を形成している。
【０００３】
図２（ａ）、（ｂ）は、固定子５２０を示す斜視図である。可動子の可動範囲が大きなリニアモータ５００では、ヨーク２２を長くする必要があるが、このような場合に、長尺のヨーク２２を一体に構成することは、コストや加工精度の問題から難しく、したがって図２（ａ）に示すように、短尺のヨーク２３を複数個製作し、図２（ｂ）に示すようにそれらを連結することで、長尺のヨーク２２を構成する場合が多い。
【０００４】
図３（ａ）、（ｂ）は、ヨーク２２の平面図である。図３（ａ）に示すように、短尺のヨーク２３を連結して長尺のヨーク２２を構成する場合、それらの連結部分２５には、ヨーク２３の製作ばらつきに起因する空気層である間隙２６が発生する。この間隙２６は透磁率が低く磁気抵抗が高い部分となる。
【０００５】
界磁磁石２４が発生する磁束Ｆｍは、ヨーク２２を通過して隣り合う界磁磁石２４に流れ込む。ところがヨーク２２が一体品ではなく連結構造を有する場合には、磁気抵抗の高い部分の前後で磁位の差が大きくなり、磁束Ｆｍの分布がＹ軸方向に拡がることでその一部がヨーク２２の外側に漏洩して漏洩磁束Ｆｓが増える原因となる。特に、磁束は磁気抵抗の大きな間隙２６を避けてその両側に拡がろうとするから、ヨーク２２の外側に漏洩する割合が増える。あるいは図３（ｂ）に示すように、ヨーク２３の表面がメッキ処理される場合、メッキ２７が磁気抵抗が高い部分となり、同様に漏洩磁束を増やす原因となる。
【０００６】
特許文献１には、ヨークの連結部分の形状を工夫することにより、漏洩磁束を低減する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平５−８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のリニアモータの漏れ磁束密度は数十ｍＴ程度であり、多くの用途では問題とならないが、電子線を使用した装置など、磁界が対象物に影響を及ぼす用途においては、漏洩磁束をより低いレベルまで低減することが望まれる。
【０００９】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、漏洩磁束を低減したリニアモータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータは、複数の磁気回路を可動子の可動方向に連結して構成される固定子を備える。磁気回路は、ヨークと、ヨークの厚み方向の一方の面に固定される複数の界磁磁石と、を含む。ヨークは隣接する磁気回路に設けられた契合部に向かって突き出す突部を有し、突部は契合部に契合する。
【００１１】
この態様によると、突部が契合部と契合して連結部を構成するから、連結部の対向面積が増えて連結部の磁気抵抗が下がりヨーク外部への漏洩磁束を減らすことができる。
【００１２】
本発明の別の態様のステージ装置は、上述のリニアモータを備えてもよい。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、漏洩磁束を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のリニアモータの斜視図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、固定子を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、ヨークの平面図である。
【図４】実施の形態に係るリニアモータの固定子を示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、固定子の平面図である。
【図６】ヨークの平面図である。
【図７】第１変形例の固定子を示す斜視図である。
【図８】第１変形例の固定子の平面図である。
【図９】第２変形例の固定子を示す斜視図である。
【図１０】第２変形例の固定子の平面図である。
【図１１】実施の形態に係るリニアモータを用いたステージ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図４は第１の実施の形態に係るリニアモータの固定子２０の一部を示す斜視図である。固定子２０は、複数の磁気回路３０を、可動子の可動方向（Ｘ軸方向）に連結して構成される。磁気回路３０は、ヨーク２３Ｙａ、２３Ｙｂと、ヨーク２３Ｙａ、２３Ｙｂの厚み方向であるＹ軸方向の一方の内側側面に固定される複数の界磁磁石２４を備える。なお、互いに隣接するヨークの一方をヨーク２３Ｙａと、他方をヨーク２３Ｙｂと表記する。図５（ａ）、（ｂ）は固定子２０の一部を示す平面図である。図５（ａ）は連結前を示し、図５（ｂ）は連結後を示す。図５（ｂ）に示すように、ヨーク２３Ｙａは隣接する磁気回路３０のヨーク２３Ｙｂに向かって可動方向（Ｘ軸方向）に突き出す突部１２を有し、隣接するヨーク２３Ｙｂには突部１２と契合して連結部３２を構成する契合部１４が設けられる。この構成により、連結部３２における突部１２と契合部１４の対向面積が増えて連結部３２の磁気抵抗が下がりヨーク２３Ｙａ、２３Ｙｂの外部への漏洩磁束を減らすことができる。
【００１８】
ヨーク外部への漏洩磁束を減らす観点で、ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの連結部３２の磁気抵抗は小さい方が望ましい。連結部３２の磁気抵抗を小さくするためには連結部３２の対向面積は大きい方が有利である。そこで本実施の形態では、突部１２は、可動子の可動方向（Ｘ軸方向）において契合部１４の少なくとも一部とオーバーラップしている。突部１２が契合部１４とオーバーラップする領域３２ｂを有することで、オーバーラップ領域を有しない場合と比較して連結部３２の対向面積を大きくすることができる。
【００１９】
漏洩磁束のうちヨーク２３Ｙａの界磁磁石２４側（以下、内側という。）に漏れるものは外部装置への影響が小さく、ヨーク２３Ｙａの界磁磁石２４と反対側（以下、外側という。）に漏れるものは外部装置への影響が大きい。つまり、外部装置への影響が大きいヨーク２３Ｙａの外側への漏洩磁束を重点的に低減することが重要である。そこで本実施の形態では、ヨーク２３Ｙａの突部１２の突端１２ｐは、厚み方向（Ｙ軸方向）においてヨーク２３Ｙａの界磁磁石２４が固定される側に寄った位置に形成される。つまり、図５(ｂ)に示すように、突部１２の突端１２ｐはヨーク２３Ｙａの厚み方向（Ｙ軸方向）の範囲の二等分線２４ｎより内側に位置する。図６は、ヨーク２３Ｙａ、２３Ｙｂの平面図である。このように構成することにより、図６に示すように、磁束Ｆｍが突部１２と契合部１４の境界に沿って突部１２の突端１２ｐの周辺に集中する。突端１２ｐがヨーク２３Ｙａの内側に寄って位置することで、連結部３２の周辺で、磁束Ｆｍがヨーク２３Ｙａの界磁磁石２４側である内側に寄って分布するから、ヨーク２３Ｙａの外側への漏洩磁束が小さくなる。
【００２０】
ヨークの連結部３２がＸ軸またはＹ軸に平行な非傾斜面から構成される場合に、これらに製造誤差が含まれると、連結部３２の密着性が低下してこの連結部３２での磁気抵抗がばらつく原因となりうる。そこで本実施の形態では、ヨーク２３Ｙａの突部１２は、厚み方向（Ｙ軸方向）に対して傾斜する１または複数の傾斜面から構成される。具体的には、図６に示すように、突部１２は２つの傾斜面１２ｓと傾斜面１２ｔから構成される。傾斜面１２ｓと傾斜面１２ｔはＹ軸に対してそれぞれ反対方向に傾斜しており、その接する部分には突端１２ｐが形成される。なお、傾斜面とはＹ軸に対して傾斜する面をいう。傾斜面１２ｓ、傾斜面１２ｔは、好ましくはＹ軸に対して１５度から７５度の範囲、より好ましくは３０度から６０度の範囲で傾斜していることが望ましい。突部１２がＸ軸またはＹ軸に平行な非傾斜面を含まないことで、連結部の密着性が向上して連結部での磁気抵抗のバラツキが緩和される。
【００２１】
ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの連結部が単なる突き当て形状である場合は、これらのＹ軸方向の位置合わせに手間がかかり生産性が低下する原因となりうる。そこで実施の形態では、ヨーク２３Ｙａの突部１２の突端１２ｐは、ヨーク２３Ｙａの厚み方向（Ｙ軸方向）範囲の両端を避けた中間位置に設けられる。つまり、図６に示すように、突端１２ｐは、ヨーク２３ＹａのＹ軸方向の外側の一端２３ａと内側の他端２３ｂを避けた中間位置に設けられる。この結果、ヨーク２３Ｙｂの契合部１４のＹ軸方向の端部１４ａ、１４ｂが突部１２の一部をＹ軸方向に挟むことで、ヨーク２３Ｙａとヨーク２３ＹｂのＹ軸方向の位置合わせが容易になる。
【００２２】
ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの位置合わせに手間がかかることで生産性が低下することがある。そこで本実施の形態では、ヨーク２３Ｙａの突部１２は契合部１４に嵌め込まれる部分を含む。ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの連結部３２に嵌め込み構造を含むことで、これらの位置合わせが簡単になり、生産性を改善することができる。
【００２３】
ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの内側側面Ｓ１ａ、Ｓ１ｂにおける境界は、互いに隣り合う界磁磁石２４の間においてＸ軸方向の中央に位置するように設けられてもよい。特に、当該境界は、互いに隣り合う界磁磁石２４間をＸ軸方向に二等分する線上にＺ軸方向に延伸するように設けられてもよい。この構成では、境界が中央にあるからヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの位置合わせが容易になる。特に、ハルバッハ配列構造を構成する場合に、隣り合う界磁磁石２４の間にＸ軸方向に二分割した二つの補極磁石を設けることで、二つの補極磁石それぞれをヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂとに分けて別々に固定することができる。この場合、この二つの補極磁石が磁気的に引き合うことで、ヨーク２３Ｙａとヨーク２３Ｙｂの連結作業が容易になる。なお、このような構成は以下に説明するそれぞれの変形例においても適用することができる。
【００２４】
次に、実施の形態に係る固定子２０の特徴を説明する。
実施の形態の固定子２０では、ヨーク２３Ｙａは隣接する磁気回路３０のヨーク２３Ｙｂに設けられた契合部１４に向かって突き出す突部１２を有し、突部１２は契合部１４に契合する。突部１２と契合部１４とにより構成されることで連結部３２の対向面積が増えて連結部３２の磁気抵抗が下がりヨーク２３Ｙａ、２３Ｙｂの外部への漏洩磁束を減らすことができる。
【００２５】
実施の形態の固定子２０では、突部１２は、可動方向（Ｘ軸方向）において契合部１４の少なくとも一部とオーバーラップしているから、このオーバーラップしている部分で連結部３２の対向面積を拡大して磁気抵抗を小さくすることができる。
【００２６】
実施の形態の固定子２０では、ヨーク２３Ｙａの突部１２の突端１２ｐは、厚み方向（Ｙ軸方向）においてヨーク２３Ｙａの界磁磁石２４が固定される側に寄った位置に形成されるから、界磁磁石２４の磁束が突端１２ｐの周辺に集中して内側に寄って流れることで、外側への漏洩を抑制することができる。
【００２７】
実施の形態の固定子２０では、ヨーク２３Ｙａの突部１２は、厚み方向（Ｙ軸方向）に対して傾斜する１または複数の傾斜面から構成されるから、傾斜面を突き当てることで連結部３２の密着性が向上する。
【００２８】
実施の形態の固定子２０では、ヨーク２３Ｙａの突部１２の突端１２ｐは、ヨークの厚み方向（Ｙ軸方向）の範囲の両端を避けた中間位置に設けられるから、契合部１４の両端で突部１２の一部を挟むことで、連結部３２の位置合わせが容易になる。
【００２９】
実施の形態の固定子２０では、ヨーク２３Ｙａの突部１２は契合部１４に嵌め込まれる部分を含むから、連結部３２の位置合わせが簡単になる。
【００３０】
（第１変形例）
続いて第１の実施の形態に関連した変形例を説明する。図７は第１変形例に係る固定子２０の斜視図である。図８は第１変形例に係る固定子２０の平面図である。この変形例において、ヨーク２３Ｙａの突部１２は実質的に１つの傾斜面で構成され、同様に１つの傾斜面で構成されるヨーク２３Ｙｂの契合部１４に契合する。突部１２はＸ軸方向において契合部１４とオーバーラップしている。この変形例においても、実施の形態と共通する構成において同様の効果を得ることができる。加えて１つの傾斜面で構成されるから製造が容易になる。
【００３１】
（第２変形例）
図９は第２変形例に係る固定子２０の斜視図である。図１０は第２変形例に係る固定子２０の平面図である。ヨーク２３Ｙａの突部１２は、Ｙ軸に平行な面とＸ軸に平行な面とで構成され、実質的に傾斜面を含まない。突部１２の突端１２ｐは両側に段形状が設けられる凸型形状を有する。ヨーク２３Ｙｂの契合部１４は凹型形状を有し、契合部１４には突端１２ｐが嵌め込まれる。この変形例においても、実施の形態と共通する構成において同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（その他の変形例）
ヨーク２３Ｙａの突部１２の形状は、実施の形態におけるくさび形状の例、第１変形例における斜面形状の例および第２変形例における凸型形状の例について説明したがこれらに限定されるものではない。例えば、突部１２の形状は、これらの形状を組み合わせたものであってもよく、これらの形状に他の形状を組み合わせたものであってもよい。
【００３３】
次に、リニアモータ２の用途を説明する。図１１は、実施の形態に係るリニアモータ２を用いたステージ装置１００の平面図である。このステージ装置１００はＸＹステージと称され、対象物をＸ方向、Ｙ方向に位置決めする。
【００３４】
ステージ装置１００は、主としてＹステージ１２０と、Ｘステージ１３０と、定盤１４０と、を備える。Ｙステージ１２０は、一対のスライダ１２４と、一対のスライダ１２４の間に横架する横架材１２２と、を備える。横架材１２２の上には、Ｘステージ１３０をＸ方向に移動させるＸリニアモータ２Ｘが設けられている。Ｘリニアモータ２Ｘは、横架材１２２に固定されＸ方向に延在する固定子２０と、Ｘステージ１３０の下面に結合された可動子（コイル）１０とを備える。かくしてＸリニアモータ２Ｘの可動子１０を制御することにより、Ｘステージ１３０がＸ方向に位置決めされる。
【００３５】
定盤１４０の両端には、一対のＹリニアモータ２Ｙが設けられる。Ｙリニアモータ２Ｙはそれぞれ、可動子１０および固定子２０を備える。Ｙリニアモータ２Ｙの固定子２０には、上述のスライダ１２４が固定される。Ｙリニアモータ２Ｙの可動子１０を制御することによりＹステージ１２０がＹ方向に位置決めされる。
【００３６】
以上がステージ装置１００の構成である。実施の形態に係るリニアモータ２は、ステージ装置１００のＸリニアモータ２ＸあるいはＹリニアモータ２Ｙに好適に用いることができる。ステージ装置１００は、露光装置におけるウェハやガラス基板の位置決めに用いることができ、あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に使用されるアクチュエータなどにも利用可能である。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、色々な変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【００３８】
２・・リニアモータ、  １０・・可動子、  １２・・突部、  １２ｐ・・突端、  １４・・契合部、  ２０・・固定子、  ２２・・ヨーク、  ２３・・ヨーク、  ２３Ｙａ・・ヨーク、  ２３Ｙｂ・・ヨーク、  ２４・・界磁磁石、  ３０・・磁気回路、  ３２・・連結部、  １００・・ステージ装置。
【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】
2017175781.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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