JP2003032996A - リニアモータ及びその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 推力リップルが減少し、リニアリティの優れ
た、低コスト化、高速化、小型化、軽量化されたリニア
モータを提供する。 【解決手段】 厚さ方向に着磁した複数の主磁石を長手
方向に間隔を置いて交互に異極が現れるよう配置すると
共に、隣接する前記主磁石間に長手方向に着磁した補磁
用磁石を各々表面において同極が近接するように周期的
に嵌装して形成した、連続する第１の磁石列と、前記第
１の磁石列と同じ構成で極性が逆の第２の磁石列とを磁
気空隙を隔てて対向配置し、前記磁気空隙内に、コイル
５を前記磁石列に対して相対移動可能に設けて成るリニ
アモータにおいて、前記磁気空隙３の中央のみに正弦波
状磁束密度分布を形成するリニアモータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直動装置用リニアモ
ータに関し、特に例えば半導体製造装置、測定装置等の
超精密機器等の駆動機構として利用される直動装置用リ
ニアモータに関し、特に高精度の位置決めを必要とする
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来１０ｃｍ乃至１００ｃｍといった長
いストロークの範囲内で物体の位置決めを行うための駆
動装置としては、例えば、特公昭58-49100号および実開
昭63-93783号公報に開示されているような可動コイル型
リニアモータが多用されている。このリニアモータは、
厚さ方向に着磁した複数の永久磁石を着磁方向が異なる
ように対向させて配置し、対向する永久磁石間（または
永久磁石とヨークの間）に形成された磁気空隙内に、磁
束と直角方向に運動する可動コイル組み立て体を配設し
た構造を有する。

【０００３】このようなリニアモータでは、磁気回路部
にセンターヨークがなく、しかも磁気空隙内で磁束が複
数個の閉ループを構成し、磁路の一部に磁束が集中しな
いようになっているので、長いストロークの全域に亘っ
て一様な磁束密度を発生させることができる。

【０００４】このような従来のリニアモータの一例の概
略断面図を図１６に示す。なお、図１６は磁石を固定と
し、コイルを可動としたが、磁石を可動とし、コイルを
固定としても作用は同じである。図において１はヨーク
であり、軟鉄のような強磁性材料により例えば平板状に
形成する。２は永久磁石であり、厚さ方向に着磁し、表
面にＮＳ磁極が交互に出現するようにヨーク１の長手方
向に配設する。上記のように、永久磁石２を配設した２
組のヨーク１を、永久磁石２の異極が対向するように磁
気空隙３を介して配設する。ヨーク１および永久磁石２
から磁気回路が構成される。４は支持板であり、前記磁
気空隙３を確保するためにヨーク１の長手方向両端部に
配設する。なお支持板４は前記ヨーク１と同様の強磁性
材料によって形成することが好ましい。

【０００５】次に5はコイルであり、前記磁気空隙３に
おける磁束と巻線方向が直交するような偏平の多相コイ
ルによって形成する。すなわち複数個のコイルを永久磁
石２の配設方向に若干量宛てずらせて配設し、磁極の方
向を磁界検出素子等の手段（図示せず）を介して検出
し、電流を流すべきコイルおよびその方向を切換え得る
ように形成する。なお上記コイル５は可動子(図示せず)
に配設されたホルダ(図示せず)に一体に支持される。

【０００６】以上の構成により、コイル５に電流を流す
と、コイル５はフレミングの左手の法則により、ヨーク
１の長手方向の駆動力を受けるから、コイル５を一体に
支持してなる可動子(図示せず)はヨーク１の長手方向に
移動する。次にコイル５に前記と逆方向の電流を流す
と、コイル５には前記と逆方向の駆動力が作用するか
ら、可動子は前記と逆方向に移動する。従ってコイル５
への通電およびその電流の方向を選択することにより、
可動子を所定位置に移動させることができる。

【０００７】ここで磁気空隙３のコイル５移動方向の磁
束密度分布について説明する。一般に回転子側が永久磁
石界磁であり、外側が固定電機子であるモータにおいて
は、常に回転子の磁束と電機子起磁力の関係を垂直に保
持するためには、適切な制御回路によって正弦波電機子
電流の確立と正弦波の空隙磁束分布を形成することが必
要であるとされている。このように構成することによ
り、モータが発生するトルクは、電機子電流と磁束密度
の各々最大値の積にのみ依存し、回転子の基準軸からの
変位角には無関係なトルクが発生する。すなわち上記変
位角によるトルクリップルの発生を防止できる。

【０００８】一方、リニアモータは上記回転子および電
機子の直径を無限大に形成したものであり、トルクを推
力に置きかえれば、上記の理論が当然に適用される。し
たがって前記図１６の、磁気空隙３のコイル５移動方向
の磁束密度分布を正弦波状に形成できれば、コイル５移
動位置による推力リップルを減少し、リニアリティの優
れたリニアモータを得ることができる。

【０００９】例えば実開平３−７００８２号公報にはこ
のような推力リップルを減少し、リニアリティの優れた
リニアモータが記載されている。以下、図を参照しなが
らこのリニアモータについて説明する。このリニアモー
タの断面図は前記図１６と同じである。図１７はこのリ
ニアモータの永久磁石２の斜視図である。なお同一部分
は前記図１６と同一の参照符号で示す。図１７において
コイル（図示せず）の移動方向、すなわち永久磁石２の
配設方向と平行な端面を凹面2-1に形成する。したがっ
て従来、直方体であった永久磁石２の幅（図１６の紙面
と直交する方向）寸法は、永久磁石２の配設方向におい
て端部より中間部が小に形成される。原直方体の幅寸法
と中間部の幅寸法との差の１／２を削減量とする。図１
８は削減量と推力および推力リップルとの関係を示す図
である。この場合使用した永久磁石はフェライト磁石で
あり、厚さ１０．５ｍｍ、長さ（永久磁石２の配設方向
の寸法）２４ｍｍ、幅３０ｍｍの直方体から、図１７に
示す凹面2-1を円筒曲面に形成したものである。図1８か
ら明らかなように削減量が増大すると、曲線ａによって
示されるように推力リップルが大幅に減少する。一方削
減量の増大により、曲線ｂによって示されるように推力
も減少する。しかしこの場合の推力の減少率は小であ
り、リニアモータとしての性能には影響を及ぼさない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のリニアモー
タでは、永久磁石２の配設方向と平行な端面を凹面2-1
に形成した。しかし、永久磁石をこのような形状にする
ためには、専用金型を用いて成形するのが有利である
が、このようなリニアモータに使用される永久磁石の数
量はそれほど多くはなく、専用金型を製作する費用が無
視できない。専用金型を用いない場合は、板状の永久磁
石を切断加工等して製作するが、端面を凹面に形成する
ためには、さらに切削研磨加工等を要し費用が増大する
という問題点がある。

【００１１】また上記構成のリニアモータにおいては、
推力を向上させて高速化するためには、例えばR−Fe−
Ｂ（Ｒ：Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類元素の１種以上）系磁石
のような高性能永久磁石を使用することにより磁束量を
増大させることが必要になる。この場合、ヨークにおけ
る磁気飽和を防止し、永久磁石の具有する磁束を最大限
に活用するためにはヨークの断面積を大にする必要があ
る。従って、磁気回路が大型化するとともに、リニアモ
ータ全体の重量が増大するという問題点がある。また、
磁気回路を構成するヨークの組み立てに要するコストも
増大するという問題点もある。一方、近年におけるこの
種の装置に対する高速化、小型化、軽量化および低コス
ト化の要求はますます厳しくなってきており、上記従来
の構成のものでは、これらの要求に応じえないという問
題点がある。

【００１２】そこで本発明の目的は、このような推力リ
ップルが減少し、リニアリティの優れた、低コスト化、
高速化、小型化、軽量化されたリニアモータおよびその
組み立て方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、厚
さ方向に着磁した複数の主磁石を長手方向に間隔を置い
て交互に異極が現れるよう配置すると共に、隣接する前
記主磁石間に長手方向に着磁した補磁用磁石を各々表面
において同極が近接するように周期的に嵌装して形成し
た、連続する第１の磁石列と、前記第１の磁石列と同じ
構成で極性が逆の第２の磁石列とを磁気空隙を隔てて対
向配置し、前記磁気空隙内に、コイルを前記磁石列に対
して相対移動可能に設けて成るリニアモータにおいて、
前記磁気空隙の中央のみに正弦波状磁束密度分布を形成
することを特徴とするリニアモータである。

【００１４】本願の第２の発明は、前記コイル厚さをＬ
ｃ、前記磁気空隙長をＬｇとすると、寸法関係が０．３
<Ｌｃ／Ｌｇ<０．９であることを特徴とする前記第１の
発明のリニアモータである。

【００１５】本願の第３の発明は、前記磁石列がバック
プレートに配設され、このバックプレートがベースに配
設されている前記第１又は第２の発明のリニアモータで
ある。

【００１６】本願の第４の発明は、前記磁石列が長手方
向に分割された複数の短磁石列から成り、この短磁石列
が短尺プレートに配設され、この短尺プレートがベース
に配設されている前記第３の発明のリニアモータであ
る。

【００１７】本願の第５の発明は、長手方向に連続した
各２個ずつの前記主磁石と前記補磁用磁石を１つのユニ
ットとし、前記短磁石列が１つのユニットから成ること
を特徴とする前記第４の発明のリニアモータである。

【００１８】本願の第６の発明は、前記コイルが横方向
に配設されていることを特徴とする前記第３乃至第５の
何れかの発明のリニアモータである。

【００１９】本願の第７の発明は、第３乃至第６の何れ
かの発明のリニアモータの組み立て方法であって、前記
磁石列が予めバックプレートに配設されてから、このバ
ックプレートがベースに配設されることを特徴とするリ
ニアモータの組み立て方法である。

【００２０】本願の第８の発明は、第３乃至第６の何れ
かの発明のリニアモータの組み立て方法であって、前記
短磁石列が予め前記短尺プレートに配設されてから、こ
の短尺プレートがベースに配設されることを特徴とする
リニアモータの組み立て方法である。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のリニアモータの実
施の第１の形態を示す要部断面図であり、図２は図１の
ヨーク、永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。
同一部分は前記図１６あるいは図１７と同一の参照符号
で示す。以下、図１及び図２を参照しながら実施の第１
の形態について説明する。

【００２２】図において、１はヨークであり、例えば軟
鉄のような強磁性材料により平板状に形成する。６はベ
ースであり、例えば軟鉄のような強磁性材料により平板
状に形成する。７は可動子であり、ヨーク１上に配設し
た支持摺動部材８上に移動可能に載置する。可動子７の
下方にコイルフレーム９を配設し、コイルフレーム９が
磁気空隙３内において紙面と直交する方向に移動可能に
設け、コイル５が磁気空隙３の（図１の紙面の左右方向
の）中央に位置するようにして、コイル５をコイルフレ
ーム９に配設する。そして磁化方向が厚さ方向（図１の
紙面の左右方向）の永久磁石である主磁石２ａ、及び磁
化方向が長手方向（図１の紙面と直交する方向）の永久
磁石である補磁用磁石２ｂ（図２に示す）をヨーク１上
に図２のように配設する。ヨーク１はこれら永久磁石の
吸引力に耐えるよう、適切な厚さ寸法とする。補磁用磁
石２ｂの、磁化方向（図１の紙面の上下方向）寸法およ
び厚さ（図１の紙面の左右方向）寸法は、主磁石２ａの
コイルと平行方向（図１の紙面の上下方向）寸法および
厚さ寸法と同寸法とする。補磁用磁石２ｂの長手方向寸
法は適用する磁気回路に応じて最適の値に設定する。

【００２３】上記の構成により、主磁石２ａの間に配置
した補磁用磁石２ｂにより閉磁気回路が形成されヨーク
１における磁気飽和を防止できる。また補磁用磁石２ｂ
が無い場合は、主磁石２ａの長手方向の端部において図
１の紙面の左右方向の磁束が不足して磁気空隙３内にお
いて長手方向の磁束密度分布が正弦波状にならないが、
主磁石２ａの間に配置した補磁用磁石２ｂにより主磁石
２ａの長手方向の端部において図１の紙面の左右方向の
磁束が補充されて、磁気空隙３内において長手方向の磁
束密度分布が正弦波状に近いものとなる。

【００２４】続いて、磁気回路の空隙磁束密度分布につ
いて説明する。上記のように、連続する磁石列の磁気回
路の長手方向の空隙磁束密度分布は周期的な略正弦波状
の波形となる。この波形は磁気空隙３の（図１の紙面の
左右方向の）中央において正確な正弦波波形となり、磁
気空隙３の中央から遠ざかる（すなわち、左右の永久磁
石に近づく）につれて正確な正弦波波形から徐々に崩れ
た波形となる。磁気空隙３の全ての位置において長手方
向の磁束密度分布を正確な正弦波波形とすることが理想
であるがそれは困難である。永久磁石により正弦波状磁
束密度分布が形成される位置を磁気空隙３の中央とする
ことが設計上合理的である。そして、前述のようにコイ
ル５が磁気空隙３の（図１の紙面の左右方向の）中央に
位置するように配設されているので、前記コイル５の磁
気空隙３の中央から遠ざかる部分の割合が小さくなり、
コイル５に作用する磁束のうち、前記の正確な正弦波波
形から崩れた波形の割合が小さくなり、推力リップルが
減少するので好ましい。またコイル５の厚さ寸法が小さ
いほど、コイル５に作用する磁束の正確な正弦波の波形
成分の割合が大きくなり推力リップルが減少するが、同
時にコイル５に作用する磁束量が減少して推力は低下す
る。コイル５の厚さ寸法が大きくなるとこの反対の特性
となる。このように推力リップルを減少させることと、
大きな推力を得ることとはトレードオフの関係にあるの
で、それら両者が共にリニアモータとしての要求特性を
満足するようにする必要がある。ここでコイル５の厚さ
寸法（図１の紙面の左右方向の寸法）をＬｃ、磁気空隙
３の空隙寸法（図１の紙面の左右方向の寸法）をＬｇ
（＝一定）とし、Ｌｃ／Ｌｇと推力リップル及び推力比
との関係を図３に示す。但し推力比はＬｃ／Ｌｇ＝０．
６の推力定数を１として示すものとする。この場合使用
した永久磁石はR−Fe−Ｂ（Ｒ：Ｎｄ、Ｐｒ等の希土類
元素の１種以上）系磁石の一種である日立金属ＨＳ３７
ＢＶであり、主磁石２ａの厚さ寸法１０．５ｍｍ、長手
方向寸法２４ｍｍ、コイルと平行方向寸法３０ｍｍであ
り、補磁用磁石２ｂの厚さ寸法１０．５ｍｍ、長手方向
寸法１８ｍｍ、磁化方向寸法３０ｍｍである。本発明の
ような高精度の位置決めを必要とするリニアモータにお
いては、一般には推力リップルは１０％以下が好ましい
とされている。図３の実線によって示されるように、Ｌ
ｃ／Ｌｇが０．９以下であれば、推力リップルを確実に
１０％以下にすることができる。そして、Ｌｃ／Ｌｇが
０．８５以下であれば、推力リップルを８％以下にする
ことができるのでより好ましい。さらに、Ｌｃ／Ｌｇが
０．８以下であれば、推力リップルを７％以下にするこ
とができるのでより好ましい。一方Ｌｃ／Ｌｇの減少に
より、破線によって示されるように推力も減少する。こ
の減少率はＬｃ／Ｌｇにほぼ比例して減少する。但し、
推力比が０．２以下では、推力が所定の必要な大きさを
得ることが出来ない。図３の実線によって示されるよう
に、Ｌｃ／Ｌｇが０．３以上であれば、推力比を０．２
以上にすることができる。そして、Ｌｃ／Ｌｇが０．４
以上であれば、推力比を０．６以上にすることができる
のでより好ましい。さらに、Ｌｃ／Ｌｇが０．５以上で
あれば、推力比を０．８以上にすることができるのでよ
り好ましい。したがって前記推力リップルの減少率と推
力の減少率の両方を勘案すると、推力リップルが減少す
るとともに、推力が減少し過ぎないようにするための寸
法関係は、０．３<Ｌｃ／Ｌｇ<０．９であり、より好ま
しくは０．４<Ｌｃ／Ｌｇ<０．８５であり、さらに好ま
しくは０．５<Ｌｃ／Ｌｇ<０．８である。このようにす
ることにより推力リップルが減少し、リニアリティの優
れた高推力のリニアモータが得られる。

【００２５】図４は本発明のリニアモータの実施の第２
の形態を示す要部断面図であり、図５は図４のサイドヨ
ーク（後述）およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。同一
部分は前記図１、図２、図１６あるいは図１７と同一の
参照符号で示す。以下、図４及び図５を参照しながら実
施の第２の形態について説明する。

【００２６】支持摺動部材８、コイルフレーム９および
コイル５は実施の第１の形態と同じである。図４におい
て、６はベースであり、例えばアルミニウム合金のよう
な低比重の非磁性材料によって形成され、底板部６ａ上
に２条の突起部６ｂを一体に設ける。ベース６はマグネ
シウム合金その他の軽合金、もしくはＦＲＰ等の所謂エ
ンジニアリングプラスチック材料で形成しても良い。７
は可動子であり、前記突起部６ｂ上に配設した支持摺動
部材８上に移動可能に載置する。コイルフレーム９およ
びコイル５は実施の第１の形態と同じである。次に１ｂ
はサイドヨークであり、例えば軟鉄のような強磁性材料
により略Ｕ字状断面に形成する。サイドヨーク１ｂの外
幅（図４の紙面の左右方向の）寸法は、サイドヨーク１
ｂがベース６の突起部６ａの内側に挿入可能でサイドヨ
ーク１ｂの外側が突起部６ａの内側に略隙間無く接する
ようにする。そして磁化方向が厚さ方向（図４の紙面の
左右方向）の永久磁石である主磁石２ａ、及び磁化方向
が長手方向（図４の紙面と直交する方向）の永久磁石で
ある補磁用磁石２ｂを図５のように配設する。補磁用磁
石２ｂの、磁化方向（図４の紙面の上下方向）寸法およ
び厚さ（図４の紙面の左右方向）寸法は、主磁石２ａの
コイルと平行方向（図４の紙面の上下方向）寸法および
厚さ寸法と同寸法とする。補磁用磁石２ｂの長手方向寸
法は適用する磁気回路に応じて最適の値に設定する。

【００２７】上記の構成により、主磁石２ａの間に配置
した補磁用磁石２ｂにより閉磁気回路が形成されサイド
ヨーク１ｂにおける磁気飽和を防止できる。また補磁用
磁石２ｂが無い場合は、主磁石２ａの長手方向の端部に
おいて図４の紙面の左右方向の磁束量が不足して磁気空
隙３内において長手方向の磁束密度分布が正弦波状にな
らないが、主磁石２ａの間に配置した補磁用磁石２ｂに
より主磁石２ａの長手方向の端部において図４の紙面の
左右方向の磁束が補充されて、磁気空隙３内において長
手方向の磁束密度分布が正弦波状に近いものとなる。

【００２８】実施の第１の形態においては、ヨーク１お
よびベース６は例えば軟鉄のような高比重の材料により
形成される。またヨーク１は永久磁石の吸引力に耐える
ようにするため、厚さ寸法が磁気回路の磁路として必要
な厚さ寸法よりも大きくなった。これに対して実施の第
２の形態においてはベース６は例えばアルミニウム合金
のような低比重の非磁性材料によって形成される。また
底板部６ａ上に２条の突起部６ｂを一体に設け、この突
起部６ｂにより永久磁石の吸引力を受けるようにしたの
でサイドヨーク１ｂの厚さ寸法は磁気回路の磁路として
必要な厚さ寸法よりも大きくする必要は無い。したがっ
て実施の第２の形態においては、リニアモータの重量を
実施の第１の形態よりも軽量化できる。そして実施の第
１の形態と同様に寸法関係が０．３<Ｌｃ／Ｌｇ<０．９
の範囲では、推力リップルの減少率が大きく、推力の減
少率が小さいので、推力リップルが減少し、リニアリテ
ィの優れた高性能のリニアモータが得られる。

【００２９】図６は本発明のリニアモータの実施の第３
の形態を示す要部断面図であり、図７は図６のバックプ
レート（後述）、永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図
である。同一部分は前記図１、図２、図４、図５、図１
６あるいは図１７と同一の参照符号で示す。以下、図６
及び図７を参照しながら実施の第３の形態について説明
する。

【００３０】ベース６、可動子７、支持摺動部材８、コ
イルフレーム９およびコイル５は実施の第２の形態と同
じである。次に１５はバックプレートであり、例えば軟
鉄のような強磁性材料により平板状に形成する。このバ
ックプレート１５は磁気回路的には実施の第２形態のサ
イドヨーク１ｂと同等の機能を有する。そしてバックプ
レート１５には、長手方向（図６の紙面と直交する方
向）に２個の主磁石２ａを間隔を置いて互に異極が現れ
るように配設すると共に、前記２個の主磁石２ａの間及
び図７のＹＵ側の主磁石２ａのさらにＹＵ側に長手方向
に着磁した補磁用磁石２ｂを各々表面において同極が近
接するように配設する。これら２個の主磁石２ａと２個
の補磁用磁石２ｂを１つのユニットとし、長手方向に連
続して配設された１以上のユニット数のこれら磁石が長
磁石列を構成する。この長磁石列がバックプレート１５
に配設され磁石付バックプレートが形成される。片方の
突起部６ｂに配設される磁石付バックプレートの数は通
常1枚であるが２枚以上でも良い。

【００３１】前述の第２の形態においては、着磁済みの
永久磁石（主磁石２ａおよび補磁用磁石２ｂ）をサイド
ヨーク１ｂの内側に取り付ける。しかし、このような着
磁済みの高性能永久磁石で主磁石と補磁用磁石とを並べ
て配置すると隣接する永久磁石同士の同極反発力が大き
いこと、サイドヨーク１ｂの内側の空間が狭いこと、及
び組み立て冶具等の使用が制限されることなどの理由か
ら磁石をサイドヨーク１ｂの内側に固着する作業の作業
性は非常に悪い。これに対して実施の第３の形態におい
ては、ヨークであるバックプレート１５を別途に用意
し、これに磁石の貼りつけ作業を行うとができるため十
分な作業スペースを確保できるので冶具の使用も自由で
あり同極反発力が大きくても作業性は大幅に改善され
る。その後磁石が固着されたこのバックプレート１５を
突起部６ｂに固定する。そして実施の第１の形態と同様
に、寸法関係が０．３<Ｌｃ／Ｌｇ<０．９の範囲では、
推力リップルの減少率が大きく推力の減少率が小さいの
で、推力リップルが減少し、リニアリティの優れた高性
能のリニアモータが得られる。また実施の第２の形態と
同様に、リニアモータの重量を軽量化できる。

【００３２】図８は本発明のリニアモータの実施の第４
の形態を示す要部断面図であり、図９は図８の短尺プレ
ート（後述）、永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図で
ある。同一部分は前記図１、図２、図４ないし図７、図
１６あるいは図１７と同一の参照符号で示す。以下、図
８及び図９を参照しながら実施の第４の形態について説
明する。

【００３３】ベース６、可動子７、支持摺動部材８、コ
イルフレーム９およびコイル５は実施の第２の形態と同
じである。

【００３４】次に１０は短尺プレートであり、例えば軟
鉄のような強磁性材料により平板状に形成する。この短
尺プレート１０は磁気回路的には実施の第２の形態のサ
イドヨーク１ｂと同等の機能を有する。そして短尺プレ
ート１０には、長手方向（図８の紙面と直交する方向）
に２個の主磁石２ａを間隔を置いて互に異極が現れるよ
うに配設するとともに、前記２個の主磁石２ａの間及び
図９のＹＵ側の主磁石２ａのさらにＹＵ側に長手方向に
着磁した補磁用磁石２ｂを各々表面において同極が近接
するように配設する。これら２個の主磁石２ａと２個の
補磁用磁石２ｂを１つのユニットとし、長手方向に連続
して短尺プレート１０に配設された１以上のユニット数
のこれらの磁石が短磁石列を構成する。短尺プレート１
０に（１以上のユニット数の磁石から成る）短磁石列が
配設されて磁石付短尺プレート１１が形成される。補磁
用磁石２ｂの、磁化方向（図８の紙面の上下方向）寸法
および厚さ（図８の紙面の左右方向）寸法は、主磁石２
ａのコイルと平行方向寸法および厚さ寸法と同寸法とす
る。補磁用磁石２ｂの長手方向寸法は適用する磁気回路
に応じて最適の値に設定する。短尺プレート１０の長手
方向寸法は、短磁石列の長手方向寸法と同寸法とし、短
尺プレート１０と短磁石列の長手方向の端面が揃うよう
にする。なお、長手方向両端部の短尺プレート１０の、
隣接する短尺プレート１０が無い側の端部は、主磁石２
ａまたは補磁用磁石２ｂの長手方向長手方向端部から出
っ張るようにしても良い。短尺プレート１０のコイルと
平行方向寸法は、主磁石２ａのコイルと平行方向寸法と
同じか、またはそれより大きい寸法とする。そして複数
の前記磁石付短尺プレート１１を図９の構成となるよう
作成する。次にベース６の一方の突起部６ａの内側に磁
石付短尺プレート１１を必要数配設して連続する第１の
磁石列を形成すると共に、他の突起部６ａの内側に前記
の第１の磁石列とは極性が逆になるように対向させて、
磁石付短尺プレート１１を必要数配設して連続する第２
の磁石列を形成する。

【００３５】なお図９は、1枚の短尺プレート１０に配
設される磁石のユニット数が１の場合を示すが、1枚の
短尺プレート１０に配設される磁石のユニット数は２以
上でも良い。また、一つの磁気回路がユニット数の異な
る磁石付短尺プレート１１で構成されても良い。例えば
磁気回路の一端がユニット数１で他はユニット数２の磁
石付短尺プレート１１で構成されても良い。そして、上
述の突起部６ｂへの磁石付短尺プレート１１の取り付け
の難易により、このユニット数を適切に選定すれば良
い。

【００３６】図１０は本発明のリニアモータの実施の第
５の形態を示す要部断面図であり、図１１は図１０の短
尺プレート、中ヨーク（後述）、永久磁石およびコイル
のＡ―Ａ矢視図である。同一部分は前記図１、図２、図
４ないし図９、図１６あるいは図１７と同一の参照符号
で示す。以下、図１０及び図１１を参照しながら実施の
第３の形態について説明する。

【００３７】６はベースであり、例えばアルミニウム合
金のような低比重の非磁性材料によって形成され、底板
部６ａ上に２条の突起部６ｂと、支持部６ｃとを一体に
設ける。１２は中ヨークであり、例えば軟鉄のような強
磁性材料により横断面形状を略Ｕ字型に形成する。中ヨ
ーク１２は長手方向一体としても良いし、長手方向に分
割しても良い。そして中ヨーク１２の略Ｕ字型横断面の
両外側には実施の第４の形態と同様に、長手方向に短磁
石列が図のような極性に配設されて磁石付中ヨーク１３
が形成される。中ヨーク１２の短磁石列が配設される部
分のコイルと平行方向寸法は、主磁石２ａのコイルと平
行方向寸法と同じか、またはそれより大きい寸法とす
る。磁石付中ヨーク１３は前記支持部６ｃに、例えばボ
ルト締結あるいは接着等の適切な手段により配設固着さ
れる。なお、中ヨーク１２を支持部６ｃに固着してから
永久磁石２を固着しても良い。２条の突起部６ｂの内側
には実施の第４の形態と同様に、長手方向に短尺プレー
ト１０および短磁石列が図のような極性に配設されて磁
石付短尺プレート１３が形成される。このようにするこ
とにより、磁気空隙３が２箇所形成される。そして実施
の第４の形態と同様の磁石付短尺プレート１３が形成さ
れるので、実施の第４の形態と同様に磁気回路の組み立
てが容易である。可動子７の下方にコイルフレーム９を
２個配設し、コイルフレーム９が前記２箇所の磁気空隙
３内において紙面と直交する方向に移動可能に設け、コ
イル５が磁気空隙３の（図１０の紙面の左右方向の）略
中央に位置するようにして、コイル５をコイルフレーム
９に配設する。

【００３８】そして上記以外は実施の第４の形態と同じ
構成である。すなわち、実施の第５の形態は実施の第４
の形態の磁気回路を２回路にし、それにともないコイル
５も２列にしたものである。したがって、実施の第４の
形態のリニアモータよりも推力を大きくすることができ
るとともに、実施の第４の形態と同様に磁気回路の組み
立てが容易であり、低コスト化することができる。

【００３９】図１２は本発明のリニアモータの実施の第
６の形態を示す要部断面図であり、図１３は図１２の短
尺プレート、永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図であ
る。同一部分は前記図１、図２、図４ないし図１１、図
１６あるいは図１７と同一の参照符号で示す。以下、図
１２及び図１３を参照しながら実施の第６の形態につい
て説明する。

【００４０】図において、１４はスペーサであり例えば
アルミニウム合金のような低比重の非磁性材料によって
形成さる。スペーサ１４の図１２の紙面の左右両側に磁
石付短尺プレート１１が配設された後、例えばボルト締
結あるいは接着等の適切な手段によりベース６の支持部
６ｃにスペーサ１４が配設される。

【００４１】本実施の形態は、実施の第５の形態を示す
図１０の磁石付中ヨーク１３を無くし、その代わりにス
ペーサ１４を配設し、実施の第４の形態と同様の磁石付
短尺プレート１１をこのスペーサ１４の両面に配設した
ものであり、それ以外は実施の第５の形態と同じであ
る。したがって、実施の第５の形態と同様に推力を大き
くすることができるそして実施の第１の形態と同様に寸
法関係が０．３５<Ｌｃ／Ｌｇ<０．７５の範囲では、推
力リップルの減少率が大きく推力の減少率が小さいの
で、推力リップルが減少し、リニアリティの優れた高性
能のリニアモータが得られる。また実施の第２の形態と
同様に、リニアモータの重量を軽量化できる。さらに実
施の第４の形態と同様に磁気回路の組み立てが容易であ
り、低コスト化することができる。

【００４２】図１４は本発明のリニアモータの実施の第
７の形態を示す要部断面図であり、その短尺プレート、
永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図は図９と同じであ
る。同一部分は前記図１、図２、図４ないし図１３、図
１６あるいは図１７と同一の参照符号で示す。以下、図
１４及び図９を参照しながら実施の第６の形態について
説明する。

【００４３】図において、６はベースであり、実施の第
２の形態のベース６と同様な材料によって形成され、底
板部６ａ上に２条の突起部６ｂを一体に設ける。このベ
ース６に副ベース６ｄを配設する。副ベース６ｄの材料
はベース６と同様とし、断面Ｕ字型形状で、このＵ字型
を横に倒した状態で配設する。７は可動子であり、横部
材７ａ、縦部材７ｂから成り、前記突起部６ｂ上に配設
した支持摺動部材８上に移動可能に載置する。可動子７
の下方にコイルフレーム９を配設し、コイルフレーム９
が磁気空隙３内において紙面と直交する方向に移動可能
に設け、コイル５が磁気空隙３の（図１４の紙面の上下
方向の）略中央に位置するようにして、コイル５をコイ
ルフレーム９に配設する。短尺プレート１０および磁石
付短尺プレート１１は実施の第４の形態と同じものを図
８において紙面時計回りに９０度回転させて（すなわち
縦のものを横にして）配設したものである。

【００４４】なお、ベース６あるいは副ベース６ｄは上
記形状に限定されるものではなく、上記機能を満足でき
るものであれば上記形状と異なっていても良い。可動子
７は図の形状に限定されるものではなく、例えば（突起
部６ｂを長くして）縦部材７ｂを無くし横部材７ａのみ
で構成しても良い。コイルフレーム９は図の形状に限定
されるものではなく、例えば（縦部材７ｂを長くして）
コイルフレーム９を横向きに縦部材７ｂに配設しても良
い。また、磁石付短尺プレート１１の代わりに実施の第
３の形態のような磁石付バックプレートを用いても良
い。

【００４５】本実施の形態は実施の第４の形態のリニア
モータにおいて、コイルが横方向に配設され（それにと
もない磁石付短尺プレートも横方向に配設され）ている
ものである。したがって実施の第４の形態と同様に磁気
回路の組み立てが容易であり、低コスト化することがで
きる。そして実施の第１の形態と同様に寸法関係が０．
３５<Ｌｃ／Ｌｇ<０．７５の範囲では、推力リップルの
減少率が大きく推力の減少率が小さいので、推力リップ
ルが減少し、リニアリティの優れた高性能のリニアモー
タが得られる。また実施の第２の形態と同様に、リニア
モータの重量を軽量化できる。

【００４６】また、このようなリニアモータが使用され
る装置においては、通常、装置の縦方向寸法を小さくす
ることが好ましい。これは、例えばＸ方向に可動子を移
動させるＸリニアモータの可動子上に、Ｘ方向に対し直
角であるＹ方向に可動子を移動させるＹリニアモータを
搭載したステージ装置（以下、Ｘ―Ｙステージ装置と記
す）等に用いられる（多段積み型の）リニアモータにお
いて、縦方向寸法を小さくしたコンパクトな装置を要求
される。あるいは多段積み型でないリニアモータでも縦
方向寸法が小さいほうが好ましいことはもちろんであ
る。さらに、可動子７の重心は低いほうが好ましい。こ
のため、リニアモータの縦方向寸法を小さくすることが
求められるのである。しかしリニアモータの推力は、磁
気空隙３内で磁束と鎖交するコイル５の有効寸法（すな
わち主磁石２ａの、コイルと平行方向寸法）に比例する
ので、主磁石２ａの縦方向寸法を小さくすると推力減少
を招来する（すなわち性能を維持できない）。したがっ
て実施の第１ないし第４の形態のリニアモータにおいて
は、性能を維持しながら縦方向寸法を小さくすることは
必ずしも容易ではなかった。本実施の形態においてはコ
イル５が横方向に配設されているので、推力を維持する
ために磁気空隙３内で磁束と鎖交するコイル５の有効寸
法（すなわち主磁石２ａの、コイルと平行方向寸法）を
大きくしてもリニアモータの縦方向寸法は増大しない。
したがって、リニアモータの性能を維持しながら縦方向
寸法を小さくすることができる。

【００４７】図１５は本発明のリニアモータの実施の第
８の形態を示す要部断面図であり、同一部分は前記図
１、図２、図４ないし図１４、図１６あるいは図１７と
同一の参照符号で示す。以下、図１５を参照しながら実
施の第７の形態について説明する。

【００４８】本実施の形態は実施の第７の形態のリニア
モータにおいて副ベース６ｄ、磁石付短尺プレート１
１、コイル５およびコイルフレーム９を横方向に２組配
設したものであり、それ以外は実施の第７の形態と同じ
である。本実施の形態においては、副ベース６ｄの断面
Ｕ字型形状のＵ字型を横に倒した状態で、Ｕ字の閉じた
（開口でない）側が対向するように配設したが、開口側
が対向するように配設しても良く、一方の開口側と他方
の閉じた側が対向するように配設しても良い。なお、ベ
ース６あるいは副ベース６ｄは上記形状に限定されるも
のではなく、上記機能を満足できるものであれば上記形
状と異なっていても良い。また、磁石付短尺プレート１
１の代わりに実施の第３の形態のような磁石付バックプ
レートを用いても良い。

【００４９】このようにすることにより、実施の第７の
形態のリニアモータよりも推力を大きくすることができ
るとともに、実施の第７の形態と同様にリニアモータの
性能を維持しながら縦方向寸法を小さくすることができ
る。そして実施の第１の形態と同様に寸法関係が０．３
５<Ｌｃ／Ｌｇ<０．７５の範囲では、推力リップルの減
少率が大きく推力の減少率が小さいので、推力リップル
が減少し、リニアリティの優れた高性能のリニアモータ
が得られる。また実施の第２の形態と同様に、リニアモ
ータの重量を軽量化できる。さらに実施の第４の形態と
同様に磁気回路の組み立てが容易であり、低コスト化す
ることができる。

【００５０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
い。実施の形態に記した形状、材質、寸法等はこれらに
限定されるものではなく、機能、生産性等を勘案して最
適のものとすれば良い。尚、永久磁石や可動子の実施態
様は上記に限るものではない。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、推力リップルが減少
し、リニアリティの優れた、低コスト化、高速化、小型
化、軽量化されたリニアモータおよびその組み立て方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニアモータの実施の第１の形態を示
す要部断面図である。

【図２】図１のリニアモータのヨーク、永久磁石および
コイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図３】実施の第１の形態のリニアモータの、Ｌｃ／Ｌ
ｇと推力および推力リップルとの関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明のリニアモータの実施の第２の形態を示
す要部断面図である。

【図５】図４のリニアモータのサイドヨーク、永久磁石
およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図６】本発明のリニアモータの実施の第３の形態を示
す要部断面図である。

【図７】図６のリニアモータのバックプレート、永久磁
石およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図８】本発明のリニアモータの実施の第４の形態を示
す要部断面図である。

【図９】図８および図１４のリニアモータの短尺プレー
ト、永久磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図１０】本発明のリニアモータの実施の第５の形態を
示す要部断面図である。

【図１１】図１０のリニアモータの短尺プレート、永久
磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図１２】本発明のリニアモータの実施の第６の形態を
示す要部断面図である。

【図１３】図１２のリニアモータの短尺プレート、永久
磁石およびコイルのＡ―Ａ矢視図である。

【図１４】本発明のリニアモータの実施の第７の形態を
示す要部断面図である。

【図１５】本発明のリニアモータの実施の第８の形態を
示す要部断面図である。

【図１６】従来のリニアモータの一例の概略断面図であ
る。

【図１７】従来の推力リップルを解消し、リニアリティ
の優れたリニアモータの永久磁石の斜視図である。

【図１８】従来の推力リップルを解消し、リニアリティ
の優れたリニアモータのＬｃ／Ｌｇと推力および推力リ
ップルとの関係を示す図面である。

【符号の説明】

１，１ａ ヨーク、 １ｂ サイドヨーク、 ２ 永久
磁石、 2-1 凹面、２ａ 主磁石、 ２ｂ 補磁用磁
石、 ３ 磁気空隙、 ４ 支持板、５ コイル、 ６
ベース、 ６a 底板部、 ６b 突起部、 ６ｃ 支
持部、６ｄ 副ベース、 ７ 可動子、 ７ａ 横部
材、 ７ｂ 縦部材、８ 支持摺動部材、 ９ コイル
フレーム、 １０ 短尺プレート、１１ 磁石付短尺プ
レート、 １２ 中ヨーク、 １３ 磁石付中ヨーク、
１４ スペーサ、 １５ バックプレート

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H641 BB06 BB18 GG03 HH02 HH05 HH13 HH14 HH16 HH20 JA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に着磁した複数の主磁石を長手
   方向に間隔を置いて交互に異極が現れるよう配置すると
   共に、隣接する前記主磁石間に長手方向に着磁した補磁
   用磁石を各々表面において同極が近接するように周期的
   に嵌装して形成した、連続する第１の磁石列と、前記第
   １の磁石列と同じ構成で極性が逆の第２の磁石列とを磁
   気空隙を隔てて対向配置し、前記磁気空隙内に、コイル
   を前記磁石列に対して相対移動可能に設けて成るリニア
   モータにおいて、前記磁気空隙の中央のみに正弦波状磁
   束密度分布を形成することを特徴とするリニアモータ。
2. 【請求項２】 前記コイル厚さをＬｃ、前記磁気空隙長
   をＬｇとすると、寸法関係が０．３<Ｌｃ／Ｌｇ<０．９
   である請求項１記載のリニアモータ。
3. 【請求項３】 前記磁石列がバックプレートに配設さ
   れ、このバックプレートがベースに配設されている請求
   項１又は請求項２記載のリニアモータ。
4. 【請求項４】 前記磁石列が長手方向に分割された複数
   の短磁石列から成り、この短磁石列が短尺プレートに配
   設され、この短尺プレートがベースに配設されている請
   求項３記載のリニアモータ。
5. 【請求項５】 長手方向に連続した各２個ずつの前記主
   磁石と前記補磁用磁石を１つのユニットとし、前記短磁
   石列が１つのユニットから成ることを特徴とする請求項
   ４記載のリニアモータ。
6. 【請求項６】 前記コイルが横方向に配設されているこ
   とを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載のリニア
   ニアモータ。
7. 【請求項７】 請求項３乃至６の何れかに記載のリニア
   モータの組み立て方法であって、前記磁石列が予めバッ
   クプレートに配設されてから、このバックプレートがベ
   ースに配設されることを特徴とするリニアモータの組み
   立て方法。
8. 【請求項８】 請求項３乃至６の何れかに記載のリニア
   モータの組み立て方法であって、前記短磁石列が予め前
   記短尺プレートに配設されてから、この短尺プレートが
   ベースに配設されることを特徴とするリニアモータの組
   み立て方法。