(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着磁方向がＸ−Ｙ平面の面内方向と平行であり、前記Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う磁極が同極となるように対向させると共に磁軸をＸ、Ｙ方向に対してそれぞれ傾斜させて配置された複数の磁石と、前記複数の磁石間に挿入される複数のヨークとを有する磁極ユニットと、
所定の空隙を介して前記磁極ユニットと対向した複数の電機子コイルと、前記複数の電機子コイルを固定するコアとを有する推力発生ユニットと
を備えることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項２】
請求項１記載の電磁力モータにおいて、
前記磁石を所定のピッチＰで一方向に並列させ、かつ前記ヨークを所定のピッチＰで一方向に並列させ、
前記複数の電機子コイルは、相対的に前記ピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけずれて、前記コアに配置されていることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項３】
着磁方向がＸ−Ｙ平面の面内方向と平行であり、前記Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う磁極が同極となるように対向させて、それぞれの磁軸の方向を前記面内のＸ、Ｙ方向に対して所定の角度で傾斜させて所定のピッチＰで配置された複数の磁石と、前記複数の磁石の前記Ｘ、Ｙ方向の間に挿入した複数のヨークとを有する磁極ユニットと、
所定の空隙を介して前記磁極ユニットと平行に対向し、前記ピッチＰに等しい間隔で巻回された複数の電機子コイルと、前記複数の電機子コイルを前記Ｘ、Ｙ方向に固定するコアとを有する推力発生ユニットと
を備えることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項４】
請求項３記載の電磁力モータにおいて、
前記複数の磁石は、前記磁軸の方向が前記Ｘ、Ｙ方向に対してそれぞれほぼ４５°方向に傾斜するように配置されていることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電磁力モータにおいて、
前記複数のヨークで囲まれた領域に、非磁性体かつ非導体の部材が挿入されていることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の電磁力モータにおいて、
前記複数のヨークの前記電機子コイルと向かい合う表面に対向する裏面に、磁軸の方向がＺ方向で、前記磁石により磁化される前記ヨークの磁極と同極側が対面する磁石が設けられていることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の電磁力モータにおいて、
前記推力発生ユニットは、前記Ｘ方向に前記ピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＸ駆動用の複数の前記電機子コイルと、前記Ｙ方向に前記ピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＹ駆動用の複数の前記電機子コイルとを有していることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項８】
請求項７記載の電磁力モータにおいて、
前記Ｘ駆動用の電機子コイルとＹ駆動用の電機子コイルとは、前記Ｘ−Ｙ平面上で交差して配置されていることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の電磁力モータにおいて、
前記電機子コイルは、空心であることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項１０】
着磁方向がＸ−Ｙ平面の面内方向と平行であって同極同士を結合された一対の第１の磁石と、着磁方向が前記面内方向と平行であって同極同士を結合された一対の第２の磁石と、前記Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う磁極が同極となるように前記第１、２の磁石を対向させて、所定のピッチＰでＸ、Ｙ方向に並列させた複数対の磁石と、前記複数対の磁石のＸ、Ｙ方向の間に挿入した複数のヨークとを有する磁極ユニットと、
所定の空隙を介して前記磁極ユニットと平行に対向し、前記ピッチＰに等しい間隔で巻回された複数の電機子コイルと、前記複数の電機子コイルを前記Ｘ、Ｙ方向に固定する磁性体からなるコアとを有する推力発生ユニットと
を備えることを特徴とする電磁力モータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０記載の電磁力モータにおいて、
前記磁石は永久磁石を含むことを特徴とする電磁力モータ。
【請求項１２】
対象物を載置するステージと、前記ステージを駆動する駆動系とを有し、前記駆動系により前記ステージの位置を制御するステージ装置において、
前記ステージとして、請求項１又は請求項４に記載の磁極ユニットを用い、前記駆動系として、請求項１又は請求項４に記載の推力発生ユニットを用いることを特徴とするステージ装置。
【請求項１３】
マスクに描かれたパターン像を基板に露光する露光装置において、
前記基板を載置するステージ装置として、請求項１２に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁束内でコイルに電流を流して生じるローレンツ力を利用して推力を発生させる電磁力モータに関する。この電磁力モータは、特にＥＢ露光装置、または投影露光装置に使用されるステージに適する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニア型の電磁力モータを図９を用いて説明する。図９（ａ）は、従来のリニア型の電磁力モータの平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線で切った断面図である。図９に示す電磁力モータは、概略的には磁極ユニット４００と推力発生ユニット３００とから構成される。磁極ユニット４００は、磁性体である例えば低炭素鋼からなり、図中Ｘ方向に伸びる直方体状のヨーク２０８を有している。ヨーク２０８の＋Ｙ方向側面部にはＸ方向に所定のピッチＰで交互に並ぶ複数の永久磁石２０４、２１０が設けられている。永久磁石２０４、２１０はＹ方向にほぼ一致する磁軸を有している。永久磁石２０４は、＋Ｙ方向の面にＳ極が着磁され、−Ｙ方向の面にはＮ極が着磁されている。一方、永久磁石２１０は、＋Ｙ方向の面にＮ極が着磁され、−Ｙ方向の面にはＳ極が着磁されている。また、永久磁石２０４、２１０の磁極端面は、それぞれＸ方向にＰ／２の幅を有している。
【０００３】
また、ヨーク２０８の−Ｙ方向側面部であって、上記永久磁石２０４、２１０に対向する位置にもＸ方向に所定のピッチＰで交互に並ぶ複数の永久磁石２０６、２１２が設けられている。永久磁石２０６、２１２はＹ方向にほぼ一致する磁軸を有している。永久磁石２０６は、＋Ｙ方向の面にＳ極が着磁され、−Ｙ方向の面にはＮ極が着磁されている。一方、永久磁石２１２は、＋Ｙ方向の面にＮ極が着磁され、−Ｙ方向の面にはＳ極が着磁されている。永久磁石２０６、２１２の磁極端面は、それぞれＸ方向にＰ／２の幅を有している。
【０００４】
推力発生ユニット３００は、磁極ユニット４００を±Ｙ方向から挟み込むように設けられ、磁性体である例えば低炭素鋼からなる２つのコア２００、２１６を有している。磁極ユニット４００のヨーク２０８と＋Ｙ方向から対向するコア２００には、ヨーク２０８の＋Ｙ方向側面に設けられた複数の永久磁石２０４、２１０の端面と所定の空隙を介して対向する電機子コイル２０２が設けられている。電機子コイル２０２は、Ｘ−Ｚ面内に開口を有し、当該開口がＹ方向に貫通するように巻線が巻回されている。電機子コイル２０２の永久磁石２０４、２１０の端面と対向する２つの面はそれぞれＸ方向にＰ／２の幅を有し、Ｚ方向に永久磁石２０４、２１０の長さより長い幅を有している。またそれぞれ２つの面の中心間の距離はＸ方向にピッチＰに等しい長さを有している。
【０００５】
一方、磁極ユニット４００のヨーク２０８と−Ｙ方向から対向するコア２１６には、ヨーク２０８の−Ｙ方向側面に設けられた複数の永久磁石２０６、２１２の端面と所定の空隙を介して対向する電機子コイル２１４が設けられている。電機子コイル２１４は、Ｘ−Ｚ面内に開口を有し、当該開口がＹ方向に貫通するように巻線が巻回されている。電機子コイル２１４の永久磁石２０６、２１２の端面と対向する２つの面はそれぞれＸ方向にＰ／２の幅を有し、Ｚ方向に永久磁石２０６、２１２の長さより長い幅を有している。またそれら２つの面の中心間の距離はＸ方向にピッチＰに等しい長さを有している。
【０００６】
なお、電機子コイル２０２、２１４には、図示しない電源装置から所定の電流が供給されるようになっている。また、磁極ユニット４００は、図示しない支持機構により推力発生ユニット３００に対して相対的にＸ方向に移動可能に支持されている。
【０００７】
さて以上のような構成の電磁力モータにおいて、推力発生ユニット３００と磁極ユニット４００とが図９に示すような位置関係であるとすると、図示のような１回りの磁束ループ２１８が形成される。この磁束ループ２１８の磁束は、例えば永久磁石２０４を起点とすると、永久磁石２０４から磁性体のヨーク２０８と永久磁石２０６を通って電機子コイル２１４の巻線のうちＺ方向に伸びる一方の巻線を貫通し、磁性体のコア２１６内を通って再び電機子コイル２１４の巻線のうちＺ方向に伸びる他方の巻線を貫通して永久磁石２１２に至り、さらにヨーク２０８および永久磁石２１０を通って電機子コイル２０２の巻線のうちＺ方向に伸びる一方の巻線を貫通し、磁性体のコア２００内を通って再び電機子コイル２０２の巻線のうちＺ方向に伸びる他方の巻線を貫通して永久磁石２０４に戻る閉磁路を構成している。
【０００８】
このとき、図示しない電源装置から電機子コイル２０２、２１４に対して図９に示すような方向に電流を流す。図９において、「・」印は紙面から手前に向かう方向に電流が流れることを示し、「×」印は紙面手前から紙面に向かう方向に電流が流れることを示している。以下「・」「×」方向をコイルの軸方向という。
【０００９】
図示のように電機子コイル２０２、２１４に電流を流すことにより、電機子コイル２０２、２１４の巻線のうち、Ｚ方向に伸びて永久磁石２０４、２０４、２１０、２１２による磁束が貫通する領域には、フレミングの左手の法則に従い、Ｚ方向に電流が流れる巻線を−Ｘ方向に移動させようとするローレンツ力が発生する。推力発生ユニット３００を所定位置に固定しておけば、図示しない支持機構でＸ方向に移動可能に支持された磁極ユニット４００はローレンツ力の反力を推力として＋Ｘ方向に移動することになる。このようにして、推力発生ユニット３００を固定子とし、磁極ユニット４００を可動子として電磁力モータを構成することができる。さらに、このリニア型の電磁力モータを２次元に展開することにより平面型モータを構成することもできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上説明した従来の電磁力モータでは、以下のような問題を生じている。
（１）高推力化、高効率化の問題
従来の電磁力モータで用いられている永久磁石２０４、２０６、２１０、２１２は、図９からも明らかなように推力発生ユニット３００の電機子コイル２０２、２１４の軸に対して平行に磁束が通るように永久磁石表面が直接配置されている。従って、推力を向上させるためには、高エネルギ積を持つ永久磁石を採用し、それに伴う磁気回路の磁路断面積を大きくする必要がある。しかし、この方法では永久磁石の総コストに占める割合が大きくなってしまう点と、可動子として用いる場合の磁極ユニット４００の重量が大きくなってしまうため効率が悪くなってしまう点で問題がある。
【００１１】
（２）磁石不良防止の問題
従来の電磁力モータでは、永久磁石２０４、２０６、２１０、２１２は電機子コイル２０２、２１４の軸に対して平行な磁軸（磁化方向）になるよう配置されているが、その場合電機子コイル２０２、２１４の励磁による磁界（右ネジの法則による）が永久磁石２０４、２０６、２１０、２１２に対して減磁界として作用するため、永久磁石２０４、２０６、２１０、２１２が減磁されてしまうという問題がある。また、永久磁石２０４、２０６、２１０、２１２内部に発生する渦電流により磁石表面が焼き付く問題も生じている。
【００１２】
（３）高推力密度化の問題
従来のリニア型電磁力モータを２次元に展開した平面型電磁力モータでは、電機子コイルはＸ軸駆動用コイルとＹ軸駆動用コイルとを別個に備える必要があるが、これらの各軸用駆動コイルが推力発生ユニット上の独立した領域に固定配置されているため大きな表面積が必要となり、単位面積当たりの駆動力が小さくならざるを得ないという問題がある。
また、Ｘ軸駆動力とＹ軸駆動力とが異なる位置で作用するため、可動子に不要な回転力が生じてしまい制御が複雑になるという問題も生じている。
【００１３】
本発明は、上記従来の電磁力モータが有している技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、永久磁石を大型化せずに高い磁束密度を発生させて高推力化、高効率化を達成できる電磁力モータを提供することにある。
また、本発明の目的は、永久磁石に電機子コイルによる減磁界を作用させず、また永久磁石の焼き付けを防止した電磁力モータを提供することにある。
さらに、本発明の目的は、単位面積当たりの駆動力を大きくし、且つ可動子に不要な回転力を与えない平面型電磁力モータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施の形態を表す図１乃至図８に対応付けて説明すると上記目的は、隣り合う同極同士を対向させて、所定のピッチＰで一方向に並列させた複数の磁石（１０）と、複数の磁石（１０）間に挿入されてピッチＰで一方向に並列した複数のヨーク（１２）とを有する磁極ユニット（２）と、所定の空隙を介して磁極ユニット（２）と対向し、ピッチＰに等しい間隔で巻回された複数の電機子コイル（８，１４）と、複数の電機子コイル（８，１４）を一方向に並列するように固定する磁性体からなるコア（６，１６）とを有する推力発生ユニット（４）とを備えることを特徴とする電磁力モータによって達成される。
【００１５】
本発明の電磁力モータにおいて、複数の電機子コイル（８，１４）は、相対的にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけずれて、コア（６，１６）に配置されていることを特徴とする。また、電機子コイル（８，１４）は、空心であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的は、隣り合う同極同士を対向させて、所定のピッチＰでＸ、Ｙ方向に並列させた複数の永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）と、複数の永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）のＸ、Ｙ方向の間に挿入した複数のヨーク（４８）とを有する磁極ユニット（４０）と、所定の空隙を介して磁極ユニット（４０）と平行に対向し、ピッチＰに等しい間隔で巻回された複数の電機子コイル（５２，５４）と、複数の電機子コイル（５２，５４）をＸ、Ｙ方向に固定する磁性体からなるコア（６２）とを有する推力発生ユニット（４２）とを備えることを特徴とする電磁力モータによって達成される。
【００１７】
この電磁力モータにおいて、複数の永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）は、磁軸の方向がＸ、Ｙ方向に対してそれぞれほぼ４５°方向に傾斜するように配置されていることを特徴とする。また、複数のヨーク（４８）で囲まれた領域に、非磁性体かつ非導体の部材（５０）が挿入されていることを特徴とする。さらに、複数のヨーク（４８）の電機子コイル（５２，５４）と向かい合う表面に対向する裏面に、磁軸の方向がＺ方向で、永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）により磁化されるヨーク（４８）の磁極と同極側が対面する永久磁石（４７ａ、４７ｂ）が設けられていることを特徴とする。またさらに、推力発生ユニット（４２）は、Ｘ方向にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＸ駆動用の複数の電機子コイル（５２）と、Ｙ方向にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＹ駆動用の複数の電機子コイル（５４）とを有していることを特徴とする。そして、Ｘ駆動用の電機子コイル（５２）とＹ駆動用の電機子コイル（５４）とは、Ｘ−Ｙ平面上で交差して配置されていることを特徴とする。また、電機子コイル（５２，５４）は、空心であることを特徴とする。
【００１８】
さらに上記目的は、同極同士を結合された一対の第１の永久磁石と、同極同士を結合された一対の第２の永久磁石と、第１、２の永久磁石の隣り合う同極同士を対向させて、所定のピッチＰでＸ、Ｙ方向に並列させた複数対の永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）と、複数対の永久磁石（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）のＸ、Ｙ方向の間に挿入した複数のヨーク（４８）とを有する磁極ユニット（４０）と、所定の空隙を介して磁極ユニット（４０）と平行に対向し、ピッチＰに等しい間隔で巻回された複数の電機子コイル（５２，５４）と、複数の電機子コイル（５２，５４）をＸ、Ｙ方向に固定する磁性体からなるコア（６２）とを有する推力発生ユニット（４２）とを備えることを特徴とする電磁力モータによって達成される。
【００１９】
このように本発明によれば、以下のような作用により従来の技術課題を解決することができるようになる。
（１）高推力化、高効率化の問題
着磁方向がＸ−Ｙ平面で前後左右対向するように永久磁石を配し、その間に磁気回路を構成する磁性体のヨークを配するようにしたので、磁極ユニットおよび推力発生ユニット間で構成される磁気回路内に高い磁束密度を発生させることができるようになる。
【００２０】
その際、平面型モータの場合の永久磁石の磁化方向は、Ｘ−Ｙ平面のＸ軸、Ｙ軸の各軸に対し傾けて例えば４５°の方向に着磁する。それにより、永久磁石の前後左右に隣接するヨークは、それぞれ磁極を持つように磁化されるため、永久磁石の磁束を電磁力発生に有効に利用することができるようになる。
【００２１】
（２）磁石不良防止の問題
電機子コイルの軸に対し直角方向に磁化方向を持つ永久磁石を配し、また、永久磁石間に磁性体のヨークを配して、ヨークから磁束を電機子コイルに供給する磁気回路を構成するようにしたので、永久磁石に直接電機子コイルによる減磁界を作用させることがなく、また永久磁石の焼き付けも防止できるようになる。
【００２２】
（３）高推力密度化の問題
各Ｘ駆動用コイルとＹ駆動用コイルとを交差させた配置にしているので、単位表面積当たりの平面駆動力を向上させることができるようになる。また、Ｘ駆動力とＹ駆動力とが同一点で作用するようになるため、回転力が生じず制御を容易にすることができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による電磁力モータを図１を用いて説明する。図１は本実施の形態による電磁力モータの概略の構成を示している。本実施の形態における電磁力モータは、可動子が１次元に移動するリニアモータである。
【００２４】
図１（ａ）は、本実施の形態によるリニア型の電磁力モータの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切った断面図である。図１に示す電磁力モータは、概略的には磁極ユニット２と推力発生ユニット４とから構成される。磁極ユニット２は、隣り合う同極同士を対向させてＸ方向に磁極が並び、所定のピッチＰでＸ方向に並列させた複数の永久磁石１０と、複数の永久磁石１０間に挿入されてピッチＰでＸ方向に並列した磁性体である例えば低炭素鋼からなる複数のヨーク１２とを有している。これら永久磁石１０およびヨーク１２のＸ方向の幅はそれぞれＰ／２である。また、磁極ユニット２は全体としてＸ方向に長い直方体形状をしている。なお、本実施の形態での永久磁石１０は、残留磁束密度Ｂｒ＝１．３３［Ｔ］、比透磁率μ＝１．０６６７、Ｈｃ＝９４７０００［Ａ／ｍ］であるＮｅｏｍａｘ４２（住友特殊金属工業株式会社製）相当のものを用いている。
【００２５】
推力発生ユニット４は、磁極ユニット２を±Ｙ方向から挟み込むように設けられた、磁性体である例えば低炭素鋼からなる２つのコア６、１６を有している。磁極ユニット２と＋Ｙ方向から対向するコア６には、磁極ユニット２８の＋Ｙ方向側面と所定の空隙を介して対向する電機子コイル８が設けられている。電機子コイル８は空心であり、Ｘ−Ｚ面内に開口を有し、当該開口がＹ方向に貫通するように巻線が巻回されている。電機子コイル８の磁極ユニット２側面と対向する２つの面はそれぞれＸ方向にＰ／２の幅を有し、Ｚ方向に磁極ユニット２の長さより長い幅を有している。また、それら２つの面の中心間の距離はＸ方向にピッチＰに等しい長さを有している。
【００２６】
一方、磁極ユニット２と−Ｙ方向から対向するコア１６には、磁極ユニット２の−Ｙ方向側面から所定の空隙を介して対向する電機子コイル１４が設けられている。電機子コイル１４は空心であり、Ｘ−Ｚ面内に開口を有し、当該開口がＹ方向に貫通するように巻線が巻回されている。電機子コイル１４の磁極ユニット２側面と対向する２つの面はそれぞれＸ方向にＰ／２の幅を有し、Ｚ方向に磁極ユニット２の長さより長い幅を有している。また、それら２つの面の中心間の距離はＸ方向にピッチＰに等しい長さを有している。
【００２７】
これら電機子コイル８、１４は、巻線の線径ｄ＝０．５［ｍｍ］、コイルに供給する電流値Ｉ＝１．０［Ａ］であり、電流密度は、図１に示ようにＸ−Ｙ面でのコイルの断面積ｄ１×ｄ２＝４×４（ｍｍ2）内の巻線の本数を４９本として、電流密度ρ＝（４９×１．０）／（４×４）＝３．０６［Ａ／ｍｍ2］＝３．０６×１０6［Ａ／ｍ2］である。
【００２８】
なお、電機子コイル８、１４には、図示しない電源装置から所定の電流が供給されるようになっている。また、磁極ユニット２は、図示しない支持機構により推力発生ユニット４に対して相対的にＸ方向に移動可能に支持されている。
【００２９】
さて以上のような構成の本実施の形態におけるリニア型電磁力モータにおいて、推力発生ユニット４と磁極ユニット２とが図１に示すような位置関係であるとすると、図示のような２つの磁束ループ２２、２４が形成される。一方の磁束ループ２２の磁束は、Ｎ極が−Ｘ方向に向き、Ｓ極が＋Ｘ方向に向いている図１中中央に位置する永久磁石１０のＮ極から、当該Ｎ極に接するヨーク１２（図１中当該永久磁石１０の左側）を通り、当該ヨーク１２の＋Ｙ方向側面から電機子コイル８の巻線のうちＺ方向に伸びる一方の巻線を貫通し、磁性体のコア６内を通って再び電機子コイル８の巻線のうちＺ方向に伸びる他方の巻線を貫通して、当該永久磁石１０の図中右側のヨーク１２を介して当該永久磁石１０のＳ極に至る閉磁路を構成する。
【００３０】
また、他方の磁束ループ２４の磁束は、Ｎ極が−Ｘ方向に向き、Ｓ極が＋Ｘ方向に向いている図１中中央に位置する永久磁石１０のＮ極から、当該Ｎ極に接するヨーク１２（図１中当該永久磁石１０の左側）を通り、当該ヨーク１２の−Ｙ方向側面から電機子コイル１４の巻線のうちＺ方向に伸びる一方の巻線を貫通し、磁性体のコア１６内を通って再び電機子コイル１４の巻線のうちＺ方向に伸びる他方の巻線を貫通して、当該永久磁石１０の図中右側のヨーク１２を介して当該永久磁石１０のＳ極に至る閉磁路を構成する。
【００３１】
このとき、図示しない電源装置から電機子コイル８、１４に対して図１に示すような方向に電流を流す。図１において、「・」印は紙面から手前に向かう方向に電流が流れることを示し、「×」印は紙面手前から紙面に向かう方向に電流が流れることを示している。
【００３２】
図示のように電機子コイル８、１４に電流を流すことにより、電機子コイル８、１４の巻線のうち、Ｚ方向に伸びて永久磁石１０による磁束が貫通する領域には、フレミングの左手の法則に従い、Ｚ方向に電流が流れる巻線を−Ｘ方向に移動させようとするローレンツ力が発生する。推力発生ユニット４を所定位置に固定しておけば、図示しない支持機構でＸ方向に移動可能に支持された磁極ユニット２はローレンツ力の反力を推力として＋Ｘ方向に移動することになる。電機子コイル８、１４に流す電流の向きを逆にすれば、磁極ユニット２の移動方向を逆方向にすることももちろん可能である。このようにして、推力発生ユニット４を固定子とし、磁極ユニット２を可動子とする電磁力モータが構成される。なお、推力発生ユニット４を可動子として、また磁極ユニット２を固定子として機能させてももちろんよい。
【００３３】
また、本実施の形態による電磁力モータにおいて、推力発生ユニット４に設けられた複数の電機子コイル８、１４を、相対的にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけずらして配置すれば、推力むらを低減させた電磁力モータを実現することができる。
【００３４】
ここで、図１の状態での電機子コイル８、１４のうちＺ方向に電流が流れる領域を貫通する磁束の磁束密度Ｂｇをシミュレーションにより求めると、Ｂｇ＝０．２２３〜０．５９１［Ｔ］であり、平均の磁束密度Ｂｇａ＝０．４０７［Ｔ］となる。また、電機子コイル８、１４に流す電流値ＩはＩ＝１．０［Ａ］であり、磁束内の電機子コイルの巻線の長さｌは、図１（ｂ）に示すＺ方向の巻線の長さａ＝０．０３［ｍ］であるとすると、ｌ＝４９［本］×０．０３［ｍ］×４［ヶ所］である。従って、本実施の形態による電磁力モータで発生する推力（ローレンツ力）Ｆは、Ｆ＝Ｂｇａ×Ｉ×ｌ＝０．４０７［Ｔ］×１．０［Ａ］×４９［本］×０．０３［ｍ］×４［ヶ所］＝２．３９［Ｎ］となる。
【００３５】
一方、比較例として図９を用いて説明した従来の電磁力モータについて発生する推力を求めてみる。まず、図９の状態での電機子コイル２０２、２１４のうちＺ方向に電流が流れる領域を貫通する磁束の磁束密度Ｂｇをシミュレーションにより求めると、Ｂｇ＝０．０３２９７〜０．３２４１７［Ｔ］であり、平均の磁束密度Ｂｇａ＝０．１７８６［Ｔ］となる。その他の条件を本実施の形態の電磁力モータと同一とすれば、推力（ローレンツ力）Ｆは、Ｆ＝Ｂｇａ×Ｉ×ｌ＝０．１７８６［Ｔ］×１．０［Ａ］×４９［本］×０．０３［ｍ］×４［ヶ所］＝１．０５［Ｎ］となる。
【００３６】
以上から分かるように、本実施の形態による電磁力モータによれば、従来の電磁力モータに比較して約２．３倍の推力の向上を得ることができるようになる。このように本実施の形態によれば、磁極ユニット２が、隣り合う同極同士を対向させてＸ方向に磁極が並び、所定のピッチＰでＸ方向に並列させた複数の永久磁石１０と、複数の永久磁石１０間に挿入されてピッチＰでＸ方向に並列した磁性体からなる複数のヨーク１２とで構成したことにより、磁極ユニット２および推力発生ユニット４の磁性体で構成される磁気回路内に高い磁束密度を発生させることができるようになり、高推力化、高効率化を達成することができる。
【００３７】
また、本実施の形態による電磁力モータによれば、電機子コイル８、１４に近接して永久磁石の極１０がないため、電機子コイル８、１４に生じる磁界の影響を受けることがない。つまり、ヨーク１２に電機子コイル８、１４に生じる磁界が通過するだけに過ぎず、永久磁石１０の焼き付けを防止することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態による電磁力モータを図２乃至図６を用いて説明する。本実施の形態による電磁力モータは、２次元移動可能な平面型モータである。まず、図２を用いて本実施の形態による電磁力モータの原型となる平面型モータについて説明する。図２（ａ）は原型となる平面型モータの一部をその裏面側から透視的に見た平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２に示すように、この平面型モータは、固定子としての推力発生ユニット２８と可動子としての磁極ユニット４０を主たる構成要素としている。磁極ユニット４０は、磁性体のヨーク４８と、複数の磁性体のヨーク４８の間に挿入され、隣り合う同極同士を対向させた複数の永久磁石４６と、磁性体のヨーク４８と永久磁石４６とを固定する磁性体からなる平面状のヨーク４４とを有している。永久磁石４６は、平面内でピッチＰだけずれて交互に配置されており、それぞれの幅はＰ／２である。またそれらの磁軸はＸ方向に向いており、磁性体のヨーク４８の磁極がＮ極、Ｓ極になるようにして配置されている。
【００３９】
一方、推力発生ユニット２８は、複数の電機子コイル３６ａ、３６ｂ・・・と、複数の電機子コイル３６ａ等を固定する磁性体からなる平面状のコア３８を主たる構成要素としている。コア３８の一表面には、磁極ユニット２８の永久磁石４６の端面に対して所定の空隙を介して対向する電機子コイル３６ａ、３６ｂ、・・・が固定されている。電機子コイル３６ａ、３６ｂ、・・・は空心であり、Ｘ−Ｙ面内に開口を有し、当該開口がＺ方向に貫通するように巻線が巻回されている。電機子コイル３６ａ、３６ｂ、・・・の開口はＸ、Ｙ方向にそれぞれＰ／２の幅を有する矩形形状であり、開口の回りに巻回された巻線はＸ−Ｙ面内でＰ／２の幅を有している。従って、隣り合う電機子コイルの中心間の距離は３Ｐ／２であり、相対的にＸ、Ｙ方向にそれぞれＰ／２ずつずれて配置されている。
【００４０】
なお、磁極ユニット４０は、図示しない支持機構（空気軸受け等）により推力発生ユニット２８に対して所定の空隙を介してＸ−Ｙ面内を２次元的に移動可能に支持されている。
【００４１】
以上のような構成の平面型モータの動作を説明する。図２には、推力発生ユニット２８の電機子コイルに流す電流の向きと磁束の作用する方向を、またフレミングの左手の法則に基づくローレンツ力による推力の発生を示している。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、電機子コイル３６ａのＹ方向に向かう巻線の領域上方に磁性体のヨーク４８が位置しており、磁性体のヨーク４８からの磁束は磁束密度Ｂで、図中電機子コイル３６ａのＹ方向に向かう巻線を貫いている。この状態で図示しない電源装置から電機子コイル３６ａに図中時計回りに所定の電流Ｉが流されると、ローレンツ力が発生して電機子コイル３６ａのＹ方向に並んだ巻線を図中左方向（−Ｘ方向）に移動させようとする力が発生する。
【００４２】
推力発生ユニット２８を所定位置に固定しておけば、図示しない支持機構（空気軸受け等）で移動可能に支持された磁極ユニット４０はローレンツ力の反力を推力として＋Ｘ方向に移動することになる。電機子コイル３６ａに流す電流の向きを逆にすれば、磁極ユニット４０の移動方向を逆方向にすることももちろん可能である。このようにして、推力発生ユニット３８を固定子とし、磁極ユニット４０を可動子とする平面型電磁力モータが構成される。なお、推力発生ユニット２８を可動子として、また磁極ユニット４０を固定子として機能させてももちろんよい。
【００４３】
次に、電機子コイル３６ａに加えて電機子コイル３６ｂを用いることにより推力が平滑化されることを図２（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。図２（ｃ）は、電機子コイル３６ａに流す電流と発生する推力の特性を示している。また、図２（ｄ）は、電機子コイル３６ｂに流す電流と発生する推力の特性を示している。図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明したように、電機子コイル３６ａと電機子コイル３６ｂとは相対的にＰ／２だけずれて配置されているので、電機子コイル３６ａ上に磁極ユニット４０の永久磁石４６が対向している状態では、電機子コイル３６ｂの巻線を貫く磁束はほとんど存在せず、電機子コイル３６ｂは推力発生に寄与しない。ところが、電機子コイル３６ａにより生じた推力で磁極ユニット４０が移動を開始して磁性体のヨーク４８が移動すると、電機子コイル３６ａのＹ方向の巻線を貫く磁束は徐々に減少して、電機子コイル３６ａから得られる推力は徐々に低下する。一方、磁極ユニット４０の移動に伴って磁性体のヨーク４８が電機子コイル３６ｂに対向する位置に近づいてくるので、電機子コイル３６ｂのＹ方向の巻線を貫く磁束が増大する。そこで、電機子コイル３６ｂに対しても所定の通電スケジュールにより所定の電流を供給すれば、電機子コイル３６ｂにより推力を発生させることができるようになる。電機子コイル３６ａに対して電機子コイル３６ｂはＰ／２ずれた位置にあるので、これらの推力特性は図２（ｃ）、（ｄ）のようになる。図２（ｃ）、（ｄ）の波形を合成するように駆動することにより全体としてなめらかな推力特性を得ることができる。
【００４４】
図３（ａ）は、本実施の形態による電磁力モータの全体をその裏面側から透視的に見た平面図であり、図中の正方形状の中央部に「Ｓ」「Ｎ」と示したところは磁性体のヨーク４８がＳ極又はＮ極に磁化されていることを示し、正方形状の「ＳＮ」と対角方向に示したところは永久磁石４６の磁極方向を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３に示すように、本実施の形態による平面型の電磁力モータは、固定子としての推力発生ユニット４２と可動子としての磁極ユニット４０を主たる構成要素としている。磁極ユニット４０は、それぞれが立方体形状の複数の永久磁石４６、複数の磁性体からなるヨーク４８、および複数の非磁性体且つ非導体の部材５０がＸ−Ｙ面内にマトリクス状に並び、それらを固定する非磁性体且つ非導体からなる平面部材４４で構成されている。磁極ユニット４０の詳細な構成は後程図４を用いて説明する。
【００４５】
推力発生ユニット４２は、複数の電機子コイル５２、５４と、複数の電機子コイル５２、５４を固定する磁性体からなる平面状のコア６２を主たる構成要素としている。コア６２の一表面には、磁極ユニット４０の永久磁石４６、ヨーク４８、および非磁性、非導体部材５０で形成される平端面に対して所定の空隙を介して対向する複数の電機子コイル５２、５４が固定されている。電機子コイル５２、５４は空心であり、Ｘ−Ｙ面内に開口を有し、当該開口がＺ方向に貫通するように巻線が巻回されている。
【００４６】
電機子コイル５２の開口はＸ方向にＰ／２、Ｙ方向に５Ｐ／２の幅を有する長方形形状であり、開口の回りに巻回された巻線はＸ−Ｙ面内でＰ／２の幅を有している。また、電機子コイル５４の開口はＹ方向にＰ／２、Ｘ方向に５Ｐ／２の幅を有する長方形形状であり、開口の回りに巻回された巻線はＸ−Ｙ面内でＰ／２の幅を有している。そして、コア６２上で電機子コイル５２と電機子コイル５４がＸ−Ｙ平面上で交差して組６０ａ、６０ｂをなして配置されている。電機子コイル５２は、Ｘ駆動用の電機子コイルとして用いられ、電機子コイル５４は、Ｙ駆動用の電機子コイルとして用いられる。また、隣り合う電機子コイル５２、５４の組６０ａと組６０ｂとは、相対的にＸ、Ｙ方向にそれぞれＰ／２ずつずれて配置されている。
なお、磁極ユニット４０は、図示しない支持機構により推力発生ユニット４２に対して所定の空隙を介してＸ−Ｙ面内を２次元的に移動可能に支持されている。
【００４７】
次に、本実施の形態による電磁力モータの磁極ユニット４０の構造を図４を用いて詳細に説明する。図４（ａ）は、磁極ユニット４０の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。磁極ユニット４０は、隣り合う同極同士を対向させて、Ｘ−Ｙ平面上に当該平面と平行に磁極が並び、所定のピッチＰでＸ、Ｙ方向に並列させた立方体形状の４種類の複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを有している。そして、複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、磁軸の方向がＸ、Ｙ方向に対して傾斜するように配置されており、本実施の形態においては、その傾斜量は、Ｘ、Ｙ各軸に対して４５°の方向である。図４を参照しつつ具体的に説明すると、複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、図中のＸ−Ｙ平面内でＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な辺を有する正方形形状をしており、永久磁石４６ａは、その正方形形状の左上角部にＮ極、右下角部にＳ極が着磁されている。複数の永久磁石４６ｂは、正方形形状の右上角部にＮ極、左下角部にＳ極が着磁されている。複数の永久磁石４６ｃは、正方形形状の左上角部にＳ極、右下角部にＮ極が着磁されている。また、複数の永久磁石４６ｄは、正方形形状の右上角部にＳ極、左下角部にＮ極が着磁されている。そして、これらの複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄは、隣り合う磁極が同極となるようにＸ−Ｙ平面状に分布して配置されている。
【００４８】
また、複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄのＸ、Ｙ方向に隣り合う間にはピッチＰで磁性体からなる立方体形状のヨーク４８がそれぞれ挿入されている。従って、図４に示すように、複数の永久磁石４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ間に挟まれたそれぞれのヨーク４８は、同極同士が隣り合った永久磁石の磁極と同極に磁化される。例えば、隣り合う永久磁石４６ａ、４６ｄ間に挿入されたヨーク４８はＳ極に磁化される。
【００４９】
また、それぞれ隣接する４つのヨーク４８の各辺で囲まれた立方体領域には非磁性体かつ非導体の部材５０が挿入されている。この部材５０にはセラミック等を用いることができ、また空気であってもよい。
【００５０】
次に、図５を用いて本実施の形態による平面型の電磁力モータの特徴的な構造を比較例および発展例と共に説明する。図５（ａ）は比較例として、図９を用いて説明した原型の電磁力モータの構造を示している。図５（ｂ）は、本実施の形態による電磁力モータの構造を示している。図５（ｃ）は、磁束密度をより向上させた本実施の形態による電磁力モータの発展型の構造を示している。なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれの電磁力モータの側断面を模式的に表したものであり、また電機子コイルの図示は省略している。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示す平面型の電磁力モータにより生じる磁束ループ７０の磁束は、例えば磁極ユニットの永久磁石２０６を起点とすると、永久磁石２０６から推力発生ユニット側の磁性体のコア２１６を通って、磁極ユニットの永久磁石２１２を通り、さらに磁性体のヨーク２０８を通って永久磁石２０６に戻る閉磁路を構成している。
【００５２】
つまり、この平面型の電磁力モータの永久磁石２０６、２１２は、図からも明らかなように推力発生ユニット側の電機子コイル（図示を省略）の軸に対して平行に磁束が通るように永久磁石表面が直接配置されている。従って、図９を用いて説明した従来の電磁力モータは、高推力化、高効率化を達成するには高エネルギ積を持つ永久磁石を採用し、それに伴う磁気回路の磁路断面積を大きくしなければならないという問題が生じる。さらに、電機子コイルの励磁による磁界の影響で永久磁石２０６、２１２が減磁してしまうという問題もある。また、永久磁石２０６、２１２内部に発生する渦電流により磁石表面が焼き付く問題も生じる。
【００５３】
一方、図５（ｂ）に示す本実施の形態による電磁力モータにより生じる磁束ループ７２の磁束は、例えば磁極ユニットの永久磁石４６ａを起点とすると、永久磁石４６ａから磁性体のＮ極に磁化されたヨーク４８を通り、ヨーク４８から推力発生ユニット側の磁性体のコア６２を通って、磁極ユニットのＳ極に磁化されたヨーク４８を介して永久磁石４６ａに戻る閉磁路を構成している。
【００５４】
つまり、Ｘ−Ｙ平面で着磁方向が前後左右対向するように永久磁石４６ａ〜４６ｄを配し、その間に磁気回路を構成する磁性体からなるヨーク４８を配するようにしてあるので、ヨーク４８内に磁束を集中させることができ、推力発生ユニットの磁性体のコア６２とで構成される磁気回路内に高い磁束密度を発生させることができるようになる。
【００５５】
また、Ｘ−Ｙ平面で座標軸に対して４５°の方向に着磁された永久磁石４６ａ〜４６ｄの前後左右に隣接するヨーク４８は、それぞれ独立した磁極を持つため、永久磁石４６ａ〜４６ｄの磁束を有効利用することができ、磁極ユニットのヨーク４８から推力発生ユニットの電機子コイルに供給する磁束密度を向上させることができる。
【００５６】
さらに、Ｘ−Ｙ面に平行に磁化方向を持つ永久磁石４６ａ〜４６ｄを配置し、永久磁石４６ａ〜４６ｄ間に磁性体のヨーク４８を配置することにより、ヨーク４８より磁束を電機子コイルに供給する磁気回路を構成して、永久磁石４６ａ〜４６ｄに直接電機子コイルによる減磁界を作用させない構造にすることができる。また、永久磁石４６ａ〜４６ｄの焼き付けも防止できる。
【００５７】
図５（ｃ）に示す構造は、本実施の形態による平面型電磁力モータの発展型であり、複数のヨーク４８の電機子コイル（図示を省略）と向かい合う表面に対向する裏面に、磁軸の方向がＺ方向で、永久磁石４６ａ〜４６ｄにより磁化されるヨーク４８の磁極と同極側が対面する永久磁石４７ａ、４８ｂを設けた点に特徴を有している。こうすることにより、磁束ループ７２に加えて永久磁石４７ａからコア６２を介して永久磁石４７ｂに至る磁束ループ７４を生じさせることができるので、電機子コイルに供給する磁束の磁束密度をさらに向上させることが可能になる。
【００５８】
次に、図６を用いて本実施の形態による電磁力モータの動作を説明する。図６（ａ）は、図３（ａ）に示した磁極ユニットの一部と、推力発生ユニット４２の１つのＸ駆動用の電機子コイル５２を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａで切断した断面を示している。図６（ａ）、（ｂ）において、Ｘ駆動用の電機子コイル５２のＹ方向に向かう巻線の領域上方に所定の空隙を介してヨーク４８が位置しており、永久磁石４６ａ〜４６ｄの配置により、電機子コイル５２のＹ方向に向かう巻線のうち図６（ａ）中左側に対応する３つのヨーク４８はＮ極に磁化され、図中右側の巻線に対応する３つのヨーク４８はＳ極に磁化されている。この状態で図６（ｂ）に示すような磁束ループ７６が形成されている。すなわち、永久磁石４６ａからＮ極に磁化されたヨーク４８を通って、電機子コイル５２の図中左側のＹ方向に伸びた巻線を貫いてコア６２に至り、コア６２内を通ってＹ方向に伸びる図中右側の巻線を貫いてＳ極に磁化されたヨーク４８を介して永久磁石４６ａに戻る閉磁路である。図示しない電源装置から電機子コイル５２に図６（ａ）中反時計回りに所定の電流Ｉが流されると、ローレンツ力が発生して電機子コイル５２のＹ方向に並んだ巻線を図中左方向（−Ｘ方向）に移動させようとする力が発生する。
【００５９】
推力発生ユニット４２を所定位置に固定しておけば、図示しない支持機構で移動可能に支持された磁極ユニット４０はローレンツ力の反力を推力として＋Ｘ方向に移動することになる。電機子コイル５２に流す電流の向きを逆にすれば、磁極ユニット４０の移動方向を逆方向にすることももちろん可能である。このようにして、推力発生ユニット４２を固定子とし、磁極ユニット４０を可動子とする平面型電磁力モータが構成される。なお、推力発生ユニット４２を可動子として、また磁極ユニット４０を固定子として機能させてももちろんよい。
【００６０】
なお、以上の説明はＸ方向の駆動について説明したが、Ｙ方向についても同様にして駆動することができ、図３に示したように、複数の電機子コイルを用意してＸ、Ｙ方向を同時に駆動することにより、Ｘ−Ｙ平面を２次元に移動可能な電磁力モータを実現できる。
【００６１】
また、図３に示したように、各Ｘ駆動用コイルとＹ駆動用コイルとを交差させた配置にしているので、単位表面積当たりの平面駆動力を向上させることができると共に、Ｘ駆動力とＹ駆動力とが同一点で作用するようになるため、回転力が生じず制御を容易にすることができるようになる。
【００６２】
さらに、交差させたＸ駆動用コイルとしての電機子コイル５２とＹ駆動用コイルとしての電機子コイル５４とを組にして、Ｘ、Ｙ方向に相対的にＰ／２だけずれた電機子コイル５２、５４の組６０ａ、６０ｂを交互に配置しているので、図２で説明したのと同様にして推力の平滑化が実現できる。
【００６３】
なお、図６（ａ）に示したように、例えばＸ方向の駆動の際、１つの電機子コイル５２だけでは、当該電機子コイル５２のＸ方向に伸びる巻線に対してＹ方向に移動させるローレンツ力がわずかに生じる。そこで、他の電機子コイル５２に対して−Ｙ方向に働くローレンツ力を生じさせる電流を供給することにより全体としてＸ駆動用コイルに作用するＹ方向のローレンツ力をキャンセルするようにする。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態による平面型の電磁力モータによれば、着磁方向が前後左右対向するように永久磁石を配し、その間に磁気回路を構成する磁性体のヨークを配するようにしたので、磁極ユニットおよび推力発生ユニット間で構成される磁気回路内に高い磁束密度を発生させることができるようになる。その際、平面型モータの場合の永久磁石の磁化方向は、例えばＸ−Ｙ平面のＸ軸、Ｙ軸の各軸に対し４５°の方向に着磁する。それにより、永久磁石の前後左右に隣接するヨークは、それぞれ磁極を持つように磁化されるため、永久磁石の磁束を電磁力発生に有効に利用することができるようになる。
【００６５】
また本実施の形態による平面型の電磁力モータによれば、電機子コイルの軸に対し直角方向に磁化方向を持つ永久磁石を配し、永久磁石間に磁性体のヨークを配して、ヨークから磁束を電機子コイルに供給する磁気回路を構成するようにしたので、永久磁石に直接電機子コイルによる減磁界を作用させることがなく、また永久磁石の焼き付けも防止できるようになる。
【００６６】
さらに、本実施の形態による平面型電磁力モータによれば、各Ｘ駆動用コイルとＹ駆動用コイルとを交差させた配置にしているので、単位表面積当たりの平面駆動力を向上させることができるようになる。また、Ｘ駆動力とＹ駆動力とが同一点で作用するようになるため、回転力が生じず制御を容易にすることができるようになる。
【００６７】
また、本実施の形態による電磁力モータは、電磁力駆動であるために可変時期抵抗駆動のパルスモータ方式に比較して高速化が容易であり、また電磁誘導駆動の誘導モータ方式に比較して制御性に優れているという利点も有している。
【００６８】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、平面型モータを示す上記第２の実施の形態による電磁力モータは図７に示すような構成にすることも可能である。図７（ａ）は、第２の実施の形態の変形例としての平面型電磁力モータをその裏面側から透視的に見た平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図７（ｃ）は、図２で説明した正方形の電機子コイル、図３で説明した長方形の電機子コイルとは異なる、電機子コイルの１軸分の形状を示している。第２の実施の形態と同様の機能、作用を有する構成部材には同一の符号を付している。本変形例の特徴は磁極ユニット４０の永久磁石の個々の形状が三角柱である点にある。すなわち、本変形例の永久磁石は、第２の実施の形態における立方体形状の永久磁石４６ａ〜４６ｄのそれぞれが、磁軸方向の対角線で切断した２個の三角柱形状の永久磁石４６ｘ１、４６ｘ２（ｘ＝ａ〜ｄ）の組み合わせに置き換えられている。
このような構成の電磁力モータにおいても、第２の実施の形態による電磁力モータが解決した技術的課題を同様に解決することができる。
【００６９】
また、上記実施の形態においては、複数の電機子コイルをＸ、Ｙ方向にそれぞれ相対的にＰ／２だけずれて配置したが、本発明はこれに限られず、推力発生ユニットの構成としては、Ｘ方向にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＸ駆動用の複数の電機子コイルと、Ｙ方向にピッチＰの１／ｎ（ｎは、２以上の整数）だけ相対的にずれて配置されているＹ駆動用の複数の電機子コイルとを有するようにしてももちろんよい。こうすることにより、さらに推力の平滑化を向上させることができる。
【００７０】
図８は、図１で説明したリニアモータ、図２で説明した平面モータを、露光装置に適用した概略構成を示している。本実施の形態における露光装置は、レチクルを１次元に走査しつつ、ウェハをそれと同期した速度（投影倍率を掛けた速度）で１次元に走査させる、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。図８において、ベース１００上に防振ダンパ１１２を介してインバー（低膨張率の合金）よりなる第１コラム２３０が載置されている。第１コラム２３０は投影光学系ＰＬを固定している。また、第１コラム２３０には、図１で説明したリニアモータを使用したレチクル走査ステージ１８０の位置を測定するためのレーザ干渉計１３５も固定されている。なお、レチクル走査ステージ１８０は第２コラム１７０に固定されている。また、ベース１００上に防振ダンパ１２２を介してインバーよりなる第３コラム１２５が載置され、第３コラムには照明光学系１３０が固定されている。
【００７１】
第１コラム２３０内方には、第１コラム２３０と分離されて、図２で説明した平面型モータを用いたステージ装置が設けられている。このステージ装置は、図２おける推力発生ユニット２８に対応するステージ駆動ユニット３００と、磁極ユニット４０が設けられたウェハステージＷＳＴとから構成され、ウェハステージＷＳＴ上に感光基板としてのウェハＷが載置されている。ウェハステージＷＳＴのウェハＷの反対面には磁軸がそれぞれ所定の方向を向いた複数の永久磁石および磁性体のヨークが配列されている。ステージ駆動ユニットはフレーム１２４を介してベース１００に固定される。
【００７２】
ウェハ駆動系１３７からの制御により推力発生ユニット２８が励磁されると、それに応じてウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面（水平面）内で図８の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）、水平面内でＹ軸に垂直なＸ方向、および投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ方向にウェハＷを位置決めすると共に、ウェハＷの投影光学系ＰＬの結像面に対する傾きも調整できるようになっている。ウェハステージＷＳＴがＸ、Ｙ、θ方向に移動することによって、ステージ駆動ユニットには移動方向とは逆向きの反力が生じる。この反力は、フレーム１２４を介してベース１００に逃がされる。一方、投影光学系ＰＬは、防振ダンパ１１２を介して第１コラム２３０により保持されているので、ステージ駆動ユニットに生じる反力が投影光学系ＰＬに振動を及ぼすことはない。
【００７３】
防振ダンパ１１７を介してインバーよりなる第２コラム１７０がベース１００に固定されている。第２コラム１７０の上部にＸ方向に摺動自在なレチクル走査ステージ１８０が載置され、レチクル走査ステージ１８０上に転写用のパターンが形成されたレチクルＲが保持されている。レチクル走査ステージ１８０は、具体的には特開平８−６３２３１号公報に記載されたリニアモータの固定子と移動子が相対的に移動する駆動方式のステージであり、駆動による反力が相殺されるような構造となっている。従って、レチクル走査ステージ１８０に生じる反力およびステージ駆動ユニットに生じる反力は、投影光学系ＰＬに振動を及ぼすことはなく、照明光学系１３０にも振動を及ぼすことがない。
【００７４】
不図示のエキシマレーザ光源（ＫｒＦ、ＡｒＦ）、あるいは固体レーザ光源（Ｆ２）からの露光用照明光が導光光学系（不図示）を介して、照明光学系１３０に入射するようになっている。照明光学系１３０は、ブラインド機構、フライアイレンズ、コンデンサレンズ等を有し、所定の領域に形成された照明光でレチクルＲを照射するようになっている。このように、所定形状に規定された照明光を受けたレチクルＲは、レチクル走査ステージ１８０に保持されて第２コラム１７０上を少なくともＸ方向に等速移動できるようになっている。レチクル走査ステージ１８０は、駆動系１３４によってＸ方向の一次元走査移動、ヨーイング補正のための微小回転移動等を行う。またレチクル走査ステージ１８０の一端にはレーザ干渉計１３５からの測長ビームを反射する移動鏡１３６が固定され、レチクルＲのＸ方向位置がレーザ干渉計１３５によってリアルタイムに計測される。
【００７５】
レチクルＲに形成されたパターンの像は、投影光学系ＰＬによって、例えば１／４に縮小されてウェハＷ上に結像される。ウェハＷは、ＸＹＺ方向に移動可能なウェハステージＷＳＴ上に載置されている。
【００７６】
露光時にはレチクル走査ステージ１８０をレチクル駆動系１３４により駆動することにより、その照明領域に対して、レチクルＲをその照明領域の長手方向に垂直な方向であるＸ方向に一定速度Ｖ１で走査する。これに同期して、ウェハステージＷＳＴをウェハ駆動系１３７で駆動することにより、ウェハＷをその照明領域内のレチクル像に対して−Ｘ方向に一定速度Ｖ２で走査する。投影光学系ＰＬによるレチクルＲからウェハＷへの投影倍率をβとすると、速度Ｖ２はβ・Ｖ１である。このようにして、レチクルＲおよびウェハＷを同期して走査することにより、レチクルＲの全パターンの像がウェハＷ上に投影露光される。１つの露光領域の露光が終了すると、ウェハステージＷＳＴをステージ駆動ユニットで駆動することにより、ウェハＷ上の次の露光領域の走査開始位置が投影光学系ＰＬの露光フィールド内に移動する。
【００７７】
また、ウェハステージＷＳＴのＸ方向一端面にはレーザ干渉計１３８Ｘからの測長ビームを反射する移動鏡１３９Ｘが固定され、ウェハステージＷＳＴのＸ方向の座標位置がレーザ干渉計１３８Ｘによってリアルタイムに計測される。図示は省略したがウェハステージＷＳＴのＹ方向一端面にもレーザ干渉計１３８Ｙからの測長ビームを反射する移動鏡１３９Ｙが固定され、ウェハステージＷＳＴのＹ方向の座標位置がレーザ干渉計１３８Ｙによってリアルタイムに計測されるようになっている。
【００７８】
また、本走査型露光装置における露光動作の制御は、主制御部１４１により統括的に管理される。主制御部１４１の基本的な動作は、レーザ干渉計１３５、１３８からの位置情報、駆動系１３４、１３７等からの速度情報等に基づいて、スキャン露光時にレチクル走査ステージ１８０とウェハステージＷＳＴとを所定の速度比（投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた値）を保ちつつ、レチクルパターンとウェハパターンとの相対位置関係を所定のアライメント誤差内に抑えたまま相対移動させることにある。
【００７９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、永久磁石を大型化せずに高い磁束密度を発生させることができ、電磁力モータの高推力化、高効率化を実現することができるようになる。
また、本発明によれば、電磁力モータの永久磁石に電機子コイルによる減磁界を作用させず、また永久磁石の焼き付けを防止することができるようになる。
さらに、本発明によれば、平面型電磁力モータの単位面積当たりの駆動力を大きくし、且つ可動子に不要な回転力を与えないようにすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるリニア型電磁力モータの概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による電磁力モータの原型となる平面型モータの動作を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータの概略の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータの可動子の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータでの磁束ループの発生を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータの動作を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータの他の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による平面型電磁力モータを露光装置に適用した構成を示す図である。
【図９】従来のリニア型電磁力モータを示す図である。
【符号の説明】
２、２６、４０  磁極ユニット
４、２８、４２  推力発生ユニット
６、１６、３８  コア
８、１４、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ  電機子コイル
１０、３２、３４  永久磁石
１２、３０  ヨーク
２２、２４  磁束ループ
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４７ａ、４７ｂ  永久磁石
４８  ヨーク
５０  部材
５２、５４  電機子コイル
６０ａ、６０ｂ  電機子コイルの組
６２  コア
７０、７２、７４、７６  磁束ループ
１４１  主制御部
２０２、２１４  電機子コイル
２０４、２０６、２１０、２１２  永久磁石
【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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