(57)【要約】平型ボイスコイルモータは、コイルユニットと、コイルユニットに対してアンペール力を作用させる２つの主磁極ユニットと、を含む。コイルユニットは小さくて弱い磁石（１０７）を含み、２つの主磁極ユニットが小さくて弱い磁石（１０７）に対して作用させる力は、上下方向で上向きの合力である。小さくて弱い磁石（１０７）をコイルユニット内に配置することで、小さくて弱い磁石と主磁極ユニットの間の磁気的な斥力又は引力により、コイルユニットに対して上下方向で上向き力が常時確保され、もって、重力補償が達成される。更には、上記の配置は単にコイルユニットの内部を小さくて弱い磁石（１０７）に置き換えるだけで実現されるので、コイルユニットのコイルに作用するアンペール力に影響を与えることもないし、構造的な追加に起因したモータの過熱を引き起こすこともない。【選択図】図１
2016537963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルユニットと、
前記コイルユニットに対してアンペール力を作用させる２つの主磁極ユニットと、
を備え、
前記コイルユニットは、小さくて弱い磁石を含み、
前記２つの主磁極ユニットが前記小さくて弱い磁石に対して作用させる合力は、上下方向で上向きである、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項２】
請求項１に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記２つの主磁極ユニットのそれぞれは、前記コイルユニットから等距離にある一対の主磁石を少なくとも含み、
前記２つの主磁極ユニットは、前記コイルユニットに関して対称である、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項３】
請求項２に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記２つの主磁極ユニットのうち対称となる主磁石は同じ方向に着磁されており、
前記２つの主磁極ユニットのそれぞれにおいて、前記一対の主磁石は反対向きに着磁されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項４】
請求項３に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットの左右に配置されることで横向きの主磁場を形成し、
前記コイルユニットは、前記主磁場を貫く２つの通電導体部を含み、
前記２つの通電導体部は、上下に配置されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項５】
請求項４に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットに対して上下方向で上向きのアンペール力を作用させ、
前記小さくて弱い磁石は、前記小さくて弱い磁石の上側に配置された２つの主磁石の着磁方向と同じ方向に着磁されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項６】
請求項５に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記小さくて弱い磁石の上側に配置された前記２つの主磁石は、上下方向で上向きの合成された磁気的な引力を前記小さくて弱い磁石に対して作用させ、
前記小さくて弱い磁石の下側に配置された前記２つの主磁石は、上下方向で上向きの合成された磁気的な斥力を前記小さくて弱い磁石に作用させる、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項７】
請求項３に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットの上下に配置されることで上下方向の主磁場を形成し、
前記コイルユニットは、前記上下方向の主磁場を貫く２つの通電導体部を含み、
前記２つの通電導体部は、左右に配置されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項８】
請求項７に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記小さくて弱い磁石は、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項９】
請求項８に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記小さくて弱い磁石の上側に配置された前記２つの主磁石は、前記小さくて弱い磁石に対して上下方向で上向きの合成された磁気的な引力を作用させ、
前記小さくて弱い磁石の下側に配置された前記２つの主磁石は、前記小さくて弱い磁石に対して上下方向で上向きの合成された磁気的な斥力を作用させる、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１０】
請求項１に記載の平型ボイスコイルモータであって、
複数の間隔磁石と、
複数の背鉄と、
をさらに備え、
各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、
各間隔磁石は、対応する一対の主磁石と共に、対応する背鉄に固定されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１１】
請求項４に記載の平型ボイスコイルモータであって、
複数の間隔磁石を更に備え、
各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、
前記複数の間隔磁石のうち左側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と反対の方向に着磁されており、
前記複数の間隔磁石のうち右側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１２】
請求項７に記載の平型ボイスコイルモータであって、
複数の間隔磁石を更に備え、
各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、
前記複数の間隔磁石のうち下側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されており、
前記複数の間隔磁石のうち上側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と反対の方向に着磁されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１３】
請求項４又は７に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記小さくて弱い磁石の、前記主磁場を貫通する前記通電導体部に前記小さくて弱い磁石が対面する方向の寸法は、
前記小さくて弱い磁石の、前記主磁石に前記小さくて弱い磁石が対面する方向の寸法よりも大きい、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１４】
請求項１に記載の平型ボイスコイルモータであって、
前記コイルユニットは、ボビンと、前記ボビンに巻かれたコイルと、を含み、
前記小さくて弱い磁石は前記ボビンの中に配置されている、
平型ボイスコイルモータ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の平型ボイスコイルモータであって、
複数の背鉄を更に備え、
各対の主磁石は、前記複数の背鉄のうち対応するものに固定されており、
前記コイルは、前記２つの主磁極ユニットによって形成された主磁場に対して平行であって前記複数の背鉄に対して直角となる軸回りで前記ボビンに巻かれている、
平型ボイスコイルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体加工機器に関連し、より詳しくは、平型ボイスコイルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンペールの法則に従う平型ボイスコイルモータは、高速、高加速、線形な力又はトルクのレスポンス、簡素な構成であるがゆえのメンテンナンスのし易さ、高い信頼性、高いエネルギー変換効率、決まったストローク、直接的な駆動可能性、滑らかな力とストロークの出力、線形制御可能性、電気的及び機械的の低い時定数、高いスラスト質量比、スロット効果不在、方向調整不要、理論上無限の位置感度、及び、コギング及び応答遅延の不存在、を必要とするサーボ制御応用において使用するのに適している。これらの特徴により、平型ボイスコイルモータは、高速且つ高精度な位置決めを必要とするフォトリソグラフィーツールにとっての高精度な位置決め要素として使用するのにも適している。
【０００３】
近年、半導体機器の高集積化のあおりを受けて、半導体加工のフォトリソグラフィーツールにおいて複数の自由度を有するウエハ位置決めステージは、サブミクロンオーダーでの位置決め精度を達成することが求められている。これらのウエハステージの振動を低減したり位置決め精度を高めたりするべく、これらの駆動源としてボイスコイルモータが広く採用されている。更には、ボイスコイルモータは、フォトリソグラフィーの精度を改善すべく、フォトリソグラフィーツールにおいて対象物に焦点を合わせる動作機構として採用されてもよい。
【０００４】
しかしながら、従前の平型ボイスコイルモータにおいては可動部の重力補償がないので、モータの動作時に重力起因の不必要なエラーが発生し得る。一方で、重力補償のための外的な手段を採用することになれば、モータの過熱を引き起こす可能性が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、可動部重力補償型平型ボイスコイルモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明に係る平型ボイスコイルモータは、コイルユニットと、前記コイルユニットに対してアンペール力を作用させる２つの主磁極ユニットと、を備え、前記コイルユニットは、小さくて弱い磁石を含み、前記２つの主磁極ユニットが前記小さくて弱い磁石に対して作用させる合力は、上下方向で上向きである。
前記２つの主磁極ユニットのそれぞれは、前記コイルユニットから等距離にある一対の主磁石を少なくとも含み、前記２つの主磁極ユニットは、前記コイルユニットに関して対称であることが好ましい。
前記２つの主磁極ユニットのうち対称となる主磁石は同じ方向に着磁されており、
前記２つの主磁極ユニットのそれぞれにおいて、前記一対の主磁石は反対向きに着磁されていることが好ましい。
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットの左右に配置されることで横向きの主磁場を形成し、前記コイルユニットは、前記主磁場を貫く２つの通電導体部を含み、前記２つの通電導体部は、上下に配置されていることが好ましい。
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットに対して上下方向で上向きのアンペール力を作用させ、前記小さくて弱い磁石は、前記小さくて弱い磁石の上側に配置された２つの主磁石の着磁方向と同じ方向に着磁されていることが好ましい。
前記小さくて弱い磁石の上側に配置された前記２つの主磁石は、上下方向で上向きの合成された磁気的な引力を前記小さくて弱い磁石に対して作用させ、前記小さくて弱い磁石の下側に配置された前記２つの主磁石は、上下方向で上向きの合成された磁気的な斥力を前記小さくて弱い磁石に作用させることが好ましい。
前記２つの主磁極ユニットは前記コイルユニットの上下に配置されることで上下方向の主磁場を形成し、前記コイルユニットは、前記上下方向の主磁場を貫く２つの通電導体部を含み、前記２つの通電導体部は、左右に配置されていることが好ましい。
前記小さくて弱い磁石は、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されていることが好ましい。
前記小さくて弱い磁石の上側に配置された前記２つの主磁石は、前記小さくて弱い磁石に対して上下方向で上向きの合成された磁気的な引力を作用させ、前記小さくて弱い磁石の下側に配置された前記２つの主磁石は、前記小さくて弱い磁石に対して上下方向で上向きの合成された磁気的な斥力を作用させることが好ましい。
平型ボイスコイルモータは、複数の間隔磁石と、複数の背鉄と、をさらに備え、各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、各間隔磁石は、対応する一対の主磁石と共に、対応する背鉄に固定されていることが好ましい。
平型ボイスコイルモータは、複数の間隔磁石を更に備え、各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、前記複数の間隔磁石のうち左側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と反対の方向に着磁されており、前記複数の間隔磁石のうち右側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されていることが好ましい。
平型ボイスコイルモータは、複数の間隔磁石を更に備え、各間隔磁石は、対応する一対の主磁石に属する２つの主磁石の間に配置されており、前記複数の間隔磁石のうち下側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されており、前記複数の間隔磁石のうち上側のものは、前記コイルユニットに対して作用するアンペール力の方向と反対の方向に着磁されていることが好ましい。
前記小さくて弱い磁石の、前記主磁場を貫通する前記通電導体部に前記小さくて弱い磁石が対面する方向の寸法は、前記小さくて弱い磁石の、前記主磁石に前記小さくて弱い磁石が対面する方向の寸法よりも大きいことが好ましい。
前記コイルユニットは、ボビンと、前記ボビンに巻かれたコイルと、を含み、前記小さくて弱い磁石は前記ボビンの中に配置されていることが好ましい。
平型ボイスコイルモータは、複数の背鉄を更に備え、各対の主磁石は、前記複数の背鉄のうち対応するものに固定されており、前記コイルは、前記２つの主磁極ユニットによって形成された主磁場に対して平行であって前記複数の背鉄に対して直角となる軸回りで前記ボビンに巻かれていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コイルユニット内に、主磁極ユニットとの間で磁気的な斥力又は引力を形成する小さくて弱い磁石を配置することで、コイルユニットには上下方向で上向きの力が常時作用することとなり、重力補償が提供される。更には、上記の構成は単にコイルユニットの内部を小さくて弱い磁石に置き換えるだけで実現されるので、コイルユニットのコイルに作用するアンペール力に影響を与えることもないし、構造的な追加に起因したモータの過熱を引き起こすこともない。このようにして、可動部重力補償型平型ボイスコイルモータが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】は、本発明の実施形態１に係る平型ボイスコイルモータの模式図である。
【図２】は、本発明の実施形態１に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石に対して作用する力を模式的に示している。
【図３】は、本発明の実施形態１に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の斜視図である。
【図４】は、本発明の実施形態１に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の横断面図である。
【図５】は、本発明の実施形態１に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の長手方向の断面図である。
【図６】は、本発明の実施形態２に係る平型ボイスコイルモータの模式図である。
【図７】は、本発明の実施形態２に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石に対して作用する力を模式的に示している。
【図８】は、本発明の実施形態２に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の斜視図である。
【図９】は、本発明の実施形態２に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の横断面図である。
【図１０】は、本発明の実施形態２に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の長手方向の断面図である。
【図１１】は、本発明の実施形態３に係る平型ボイスコイルモータの模式図である。
【図１２】は、本発明の実施形態３に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の斜視図である。
【図１３】は、本発明の実施形態３に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の横断面図である。
【図１４】は、本発明の実施形態３に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の長手方向の断面図である。
【図１５】は、本発明の実施形態４に係る平型ボイスコイルモータの模式図である。
【図１６】は、本発明の実施形態４に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の斜視図である。
【図１７】は、本発明の実施形態４に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の横断面図である。
【図１８】は、本発明の実施形態４に係る平型ボイスコイルモータの弱い磁石の長手方向の断面図である。
【０００９】
これらの図において、１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ及び１０２ｂは主磁石を示し、１０３ａ及び１０３ｂは間隔磁石を示し、１０４はコイルを示し、１０５はボビンを示し、１０６は背鉄を示し、１０７は弱い磁石を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１から図１８までと共に４つの実施形態を参照して、本発明に係る重力補償型平型ボイスコイルモータを詳細に説明する。これらの実施形態は任意のものであり、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲において、当業者が変更し修正することができる。
【００１１】
実施形態１
図１に示すように、本実施形態に従って構成された重力補償型平型ボイスコイルモータは、コイルユニットと、コイルユニットに対してアンペール力Ｔを作用させる２つの主磁極ユニットと、を含む。コイルユニットは、小さくて弱い磁石１０７と、コイル１０４と、ボビン１０５と、を含む。２つの主磁極ユニットは、小さくて弱い磁石１０７に対して上下方向で上向きの合力を作用させることで、コイルユニットにとっての重力補償を提供している。
【００１２】
本実施形態において、コイルユニットが弱い磁石１０７を含んでいるので、弱い磁石１０７と主磁極ユニットとの間の磁気的な斥力又は引力により、コイルユニットに対する上下方向で上向きの力が常時確保され、重力補償を提供している。加えて、上記配置はコイルユニットの内部を小さくて弱い磁石１０７に単に置き換えるだけで達成されるので、コイル１０４に作用するアンペール力に影響を与えないし、構造的な追加に起因したモータの過熱を引き起こすこともない。このようにして、可動部重力補償型平型ボイスコイルモータが実現される。
【００１３】
図３から図５までと共に図１に示すように、主磁極ユニットは、それぞれ、一対の主磁石を少なくとも有しており、それぞれ、符号１０１ａ及び１０２ａ、符号１０１ｂ及び１０２ｂで示されている。主磁石１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、及び、１０２ｂはコイルユニットに対して等距離であり、従って、２つの主磁極ユニットはコイルユニットに関して対称である。
【００１４】
２つの主磁極ユニットにおいて、互いに対称となる２つの主磁石は同じ方向に着磁されており、即ち、本実施形態によれば、主磁石１０１ａ及び１０１ｂは同じ方向に着磁されており、主磁石１０２ａ及び１０２ｂは同じ方向に着磁されている。一方で、各主磁極ユニットにおける２つの主磁石は逆向きに着磁されており、即ち、本実施形態によれば、主磁石１０１ａ及び１０２ａは逆向きに着磁されており、主磁石１０１ｂ及び１０２ｂは逆向きに着磁されている。
【００１５】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、コイルユニットと２つの主磁極ユニットはそれぞれ上下方向に延びており、各主磁極ユニットの２つの主磁石は上下に配置されている。換言すれば、図１において、主磁石１０１ａは主磁石１０２ａに対して上下に隣り合うように配置されており、主磁石１０１ｂは主磁石１０２ｂに対して上下に隣り合うように配置されている。
【００１６】
本実施形態では、図４と共に図１に示すように、２つの主磁極ユニットは、横向きの主磁場を形成している。換言すれば、主磁極ユニットにおける主磁石の着磁方向は横向きとされており、コイルユニットの２つの通電導体部は主磁場を貫くと共に互いに上下となるように配置されている。
【００１７】
本実施形態では、図１と共に図２に示すように、小さくて弱い磁石１０７とそれより上側に配置された２つの主磁石１０１ａ及び１０１ｂとの間の磁気的な引力Ｆ１０１ａ及びＦ１０１ｂは結合して単一の上下方向で上向きの合成された磁気的な引力となってコイルユニットに作用し、小さくて弱い磁石１０７とそれより下側に配置された２つの主磁石１０２ａ及び１０２ｂとの間の磁気的な斥力Ｆ１０２ａ及びＦ１０２ｂは結合して上下方向で上向きの合成された磁気的な斥力となって同様にコイルユニットに作用する。
【００１８】
従って、本実施形態においては、２つの主磁極ユニットは上下方向で上向きのアンペール力をコイルユニットに対して作用させ、小さくて弱い磁石１０７はそれより上側に配置された２つの主磁石と同じ方向に着磁されている。図１及び図２に示すように、主磁石１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの着磁方向は何れも横向きであり、本実施形態において、主磁石１０１ａ及び１０１ｂの着磁方向は何れも横向きであって左向きであり、主磁石１０２ａ及び１０２ｂの着磁方向は何れも横向きであって右向きである。更に言えば、小さくて弱い磁石１０７は、それより上側に配置された２つの主磁石１０１ａ及び１０１ｂと同じ方向に着磁されている。詳しく言えば、各図において描かれた着磁方向で示すように、主磁石１０１ａ及び１０１ｂと小さくて弱い磁石１０７は、何れも、Ｎ極を左側としＳ極を右側としている。この理由により、図２に示すような上向き斜めの磁気的な引力がＳ極Ｎ極間で生成される。これらの力の横向き成分は横方向において互いに打ち消し合うので、２つの主磁石１０１ａ及び１０１ｂは、上下方向で上向きの力を小さくて弱い磁石１０７、即ちコイルユニットに作用させる。同様の理由により、横向きであって右向きの着磁方向によって、主磁石１０２ａ及び１０２ｂは磁気的な斥力を小さくて弱い磁石１０７と共に生成し、磁気的な斥力は結合して上下方向に上向きの力となりコイルユニットに作用する。
【００１９】
図１に示すように、平型ボイスコイルモータは、更に、間隔磁石１０３と背鉄１０６を含む。間隔磁石１０３及び一対の主磁石１０１及び１０２は、背鉄１０６に固定されている。間隔磁石１０３は、それぞれ、一対の主磁石１０１及び１０２の何れかの磁石の間に配置されている。間隔磁石１０３の着磁方向は、主磁石１０１及び１０２の着磁方向に対して直交している。２つの主磁極ユニットの間隔磁石１０３、即ち、磁石１０３ａ及び１０３ｂは本実施形態において逆向きに着磁されている。
【００２０】
図１に示すように、小さくて弱い磁石１０７から見て左側の間隔磁石１０３ａの着磁方向は、コイルユニットに作用するアンペール力の方向と逆向き、即ち上下方向で下向きであり、一方で、小さくて弱い磁石１０７から見て右側の間隔磁石１０３ｂの着磁方向は、コイルユニットに作用するアンペール力の方向と同じ向き、即ち上下方向で上向きである。
【００２１】
コイルユニットに作用するアンペール力の方向における小さくて弱い磁石１０７の寸法は、小さくて弱い磁石１０７の、小さくて弱い磁石１０７が２つの間隔磁石１０３に対面する方向における寸法よりも大きい。特に、本実施形態によれば、図１において強調して示しているように、アンペール力の方向は上下方向で上向きであり、小さくて弱い磁石１０７は横寸法よりも大きい上下寸法を有する。
【００２２】
図１に示すように、コイルユニットは更にボビン１０５とコイル１０４を含む。小さくて弱い磁石１０７はボビン１０５の内側に配置されており、コイル１０４はボビン１０５に巻かれている。ボビン１０５は、２つの主磁極ユニットによって形成された主磁場に対して平行に、且つ、最も外側となる背鉄１０６に対して直交するように延びている。これにより、コイルを流れる電流が図１に示す方向に確実に従うようになり、もって、上下方向で上向きのアンペール力が生成される。
【００２３】
当業者によって理解されるように、図１の磁石１０１、１０２、１０３、及び１０７の着磁方向を何れもそれぞれ逆向きに置き換えても、２つの主磁極ユニットによって小さくて弱い磁石１０７に作用する上下方向で上向きの合力の生成、ひいてはコイルユニットにとっての重力補償が同様に実現され、それ故、上記の置き換えも同様に本発明の範囲内とされる。
【００２４】
実施形態２
図８から図１０までと共に図６及び図７に示すように、本実施形態は、２つの主磁極ユニットが上下方向の主磁場を形成し、この主磁場を横切るコイルユニットの２つの通電導体部が互いに横方向となるように配置されている点で、実施形態１と本質的に異なっている。本実施形態において、小さくて弱い磁石１０７は、コイルユニットに作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されている。コイルユニットの上側にある２つの主磁石１０１ａ及び１０２ａは、小さくて弱い磁石１０７に対して上下方向で上向きの磁気的な引力を作用させ、一方で、コイルユニットの下側にある２つの主磁石１０１ｂ及び１０２ｂは、小さくて弱い磁石１０７に対して上下方向で上向きの磁気的な斥力を作用させる。小さくて弱い磁石１０７ひいてはコイルユニットに作用する上向きの磁気的な引力は、上向き斜めの力Ｆ１０２ａ及びＦ１０１ａの結合によって得られる力であり、図７に示すように、それらの横向き成分は互いに打ち消し合っている。上向き斜めの力は、Ｎ極Ｓ極間の引き付けによって生成される。加えて、コイルユニットの下側にある主磁石１０１ｂ及び１０２ｂは、コイルユニットの上側にある主磁石１０１ａ及び１０１ｂと同じ方向に着磁されているので、主磁石１０１ｂ及び１０２ｂのＮ極とＳ極は、それぞれ、小さくて弱い磁石１０７のＮ極とＳ極に対して最も近くなるように位置している。同一の磁極間の反発が図７に示すＦ１０２ｂ及びＦ１０１ｂとなり、結合されて上下方向で上向きの力となって小さくて弱い磁石１０７ひいてはコイルユニットに作用する。
【００２５】
本実施形態において、平型ボイスコイルモータは、更に、一対の主磁石１０１及び１０２の何れかの磁石の間にそれぞれ配置された間隔磁石１０３を含み、下側の間隔磁石１０３ｂはコイルユニットに作用するアンペール力の方向と同じ方向に着磁されており、上側の間隔磁石１０３ａはコイルユニットに作用するアンペール力の方向と逆向きに着磁されている。
【００２６】
本実施形態は、平型ボイスコイルモータのその他の部分については実施形態１と類似している。詳しく言えば、本実施形態の平型ボイスコイルモータは、背鉄１０６と磁石１０３も含んでおり、本実施形態のコイルユニットは、図８から図１０までに模式的に示すように実施形態１のそれと構造的に同一である。
【００２７】
当業者によって理解されるように、図６の磁石１０１、１０２、１０３、及び１０７の着磁方向を何れもそれぞれ逆向きに置き換えても、２つの主磁極ユニットによって小さくて弱い磁石１０７に作用する上下方向で上向きの合力の生成、ひいてはコイルユニットにとっての重力補償が同様に実現され、それ故、上記の置き換えも同様に本発明の範囲内とされる。
【００２８】
実施形態３
図１１から図１４までに示すように、本実施形態は、磁石１０３を備えない点で実施形態１と相違しているが、実施形態１と同様に動作する。本実施形態では、各主磁極ユニットは、２つの主磁石と、主磁石が固定される背鉄と、を含んでいる。主磁石の各対の磁石は、互いに隙間を空けて離れている。小さくて弱い磁石の、コイルユニットに作用するアンペール力の方向における寸法は、小さくて弱い磁石の、小さくて弱い磁石が２つの隙間に対面する方向における寸法よりも大きい。この違いはさておき、本実施形態は実施形態１と類似しており、主磁極ユニット及びコイルユニットの構造、要素の配置に関して類似している。
【００２９】
実施形態４
図１５から図１８までに示すように、本実施形態は、主磁極ユニット及びコイルユニットがそれぞれ上下となっている構成を考慮すると実施形態２に類似しており、コイルユニットは同一の構成を有しており、主磁極ユニットはそれぞれ類似の構成及び同一の動作原理を有している。本実施形態は、主磁極ユニットから磁石１０３が欠け落ちている点で実施形態２と相違している。一方で、本実施形態は主磁極ユニット及びコイルユニットがそれぞれ横向き配置である点で実施形態３と相違している。図１６から図１８までに示すように、上述した相違点はさておき、本実施形態は平型ボイスコイルモータの残りの部分について実施形態３と類似している。
【００３０】
本発明は、上下方向の力の出力に責任のある微動ベクトルモータのボイスコイルモータにおける過熱問題にとって改善された解決策を提供する。微動ベクトルモータは、６つのボイスコイルモータから構成されており、横向き出力用のものを３つ、上下方向出力用のものを３つ含んでおり、２０キログラムの負荷に耐え得るように設計されている。この負荷を上下方向出力用の３つのボイスコイルモータに割り当てると、これらのモータは、加速しているわけでもない負荷を空中に浮遊させておくために６６Ｎほどの力を出力する必要がある。この状態で、各モータは５０Ｗの熱を発生させ（負荷を加速させる際は更に多くの）、もって、水冷システムにとっての大きな課題をもたらす。
【００３１】
ボイスコイルモータは、自由度が１つのみであってストロークの短い単相モータである。上下方向の力を出力するとき（図１）、電力消費の大部分は負荷の重力に起因するものであり、負荷に変化がない限りその消費は継続する。この場合、本発明に係る重力補償型平型ボイスコイルモータが採用されれば、重力の大部分は磁石によって提供される力によって打ち消され、モータは残りの少ない部分のみをカバーするだけでよい。更には、上向きの加速のみが必要とされれば、動作電流を増加させることが必要となる。この改善により、ボイスコイルモータの電力消費を約９０％削減することができる。
【００３２】
要約すると、本発明によれば、コイルユニットの内部に、主磁極ユニットとの間で磁気的な斥力及び引力を発生させる小さくて弱い磁石が設けられるので、コイルユニットには上下方向で上向きの力が常時確保され、もって、重力補償を提供する。更には、上記の構成は単にコイルユニットの内部を小さくて弱い磁石に置き換えるだけで実現されるので、コイルユニットのコイルに作用するアンペール力に影響を与えることもないし、構造的な追加に起因したモータの過熱を引き起こすこともない。このようにして、可動部重力補償型平型ボイスコイルモータが実現される。実際の応用においては、小さくて弱い磁石それ自体は損傷し易く、また、重力補償を提供するために必要となる力は比較的小さい。従って、小さくて弱い磁石がひび割れないように、弱い磁石は小型化してボビンに埋め込むことが好ましい。
【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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【国際調査報告】
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