TWI594545B

TWI594545B - Line of the motor, the stage device

Info

Publication number: TWI594545B
Application number: TW105107035A
Authority: TW
Inventors: Kotaro Wada; Dotaro Usui; Takashi Ikeda; Hirokazu YUSA
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-08-01
Also published as: JP2016171739A; TW201637325A

Description

線性馬達、載物台裝置

本申請基於2015年3月9日申請之日本專利申請第2015-045543號主張優先權。該日本申請之所有內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關一種線性馬達。

為了將電能轉換成直線運動而利用線性馬達。第1圖係習知的線性馬達的立體圖。如第1圖所示，線性馬達2r具備可動件10和定子20r。定子20r具備：以夾住可動件10之方式對置配置之一對磁軛(背磁軛)22a、22b；及在背磁軛22a、22b各自的內側側面S1a、S1b沿著可動件10的移動方向(X軸方向)設置之複數個場磁鐵24。複數個場磁鐵24以N極及S極按照既定的磁極間距交替出現之方式貼附。磁軛22和場磁鐵24形成磁路。

第2(a)圖、第2(b)圖係表示定子20r之立體圖。可動件的移動範圍較大的線性馬達2r中，需要加長磁軛22，但在該種情況下，從成本及加工精確度的問題來看，難以將長形磁軛22構成為一體，因此在多數情況下，如第2(a)圖所示，製作複數個短形磁軛23，並如第2(b)圖所示，將該等進行連結，藉此構成長形磁軛22。

第3(a)圖、第3(b)圖係磁軛22的平面圖。如第3(a)圖所示，在將短形磁軛23連結而構成長形磁軛22之情況下，在該等的連結部分25會產生因磁軛23的製作偏差而形成之間隙(空氣層)26。該間隙26成為磁阻較高的(因此導磁率較低的)部分。

場磁鐵24所產生的磁通量Φ通過磁軛22流入相鄰之場磁鐵24中。然而，在磁軛22並非一體物而具有連結結構之情況下，磁通量Φ無法穿過連結部分25的磁阻較高的部分，磁通量的一部分Φ_EXT漏洩到磁軛22的外側。或者，如第3(b)圖所示，在磁軛23的表面進行電鍍處理之情況下，電鍍27成為磁阻較高的部分，成為漏磁場的原因。

專利文獻1中揭示有藉由在磁軛的連結部分的形狀方面下工夫來減少漏磁場之技術。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本實開平5-8793號公報

習知的線性馬達的洩漏磁通量密度為數十mT左右，在很多用途中不會成問題，但在使用電子束之裝置等磁場對對象物帶來影響之用途中，期待將漏磁場減少至更低的水平。

本發明係鑑於該種課題而完成者，其一態樣的例示性目的之一為提供一種漏磁場得到減少之線性馬達。

本發明的一態樣係有關於線性馬達。線性馬達具有：可動件；及藉由在可動件的移動方向上連結複數個磁路而構成之定子。磁路具備磁軛及固定於磁軛之複數個場磁鐵。在相鄰之磁路的連結部以橫跨連結部之方式設有導磁率高於磁軛的高導磁率構件。

依該態樣，藉由在連結部設置高導磁率構件來形成磁阻較低的路徑，以旁通在連結部產生之磁阻較高的部分。藉此，能夠減少洩漏到磁軛的外側之磁通量。

高導磁率構件可以在其兩端上與磁路的場磁鐵的至少一部分重疊。

藉此，能夠將場磁鐵所產生之磁通量引導至高導磁率構件的內部，從而能夠減少漏磁場。

高導磁率構件可以被埋入磁軛中。

藉此，能夠增大高導磁率構件與磁軛接觸之面積，因此能夠將更多的磁通量引導至高導磁率構件的內部。

高導磁率構件可以設置於磁軛的表面。在該情況下，可以輕鬆地進行磁路的裝配。

磁軛可以包含以從與移動方向垂直的方向夾住可動件之方式對置設置之一對背磁軛。複數個場磁鐵可以設置於背磁軛的內側側面。在背磁軛的端部側面可以形成有與高導磁率構件嵌合之凹部。

磁軛可以包含以從與移動方向垂直的方向夾住可動件之方式對置設置之一對背磁軛。複數個場磁鐵可以設置於背磁軛的內側側面。高導磁率構件可以設置於相鄰之背磁軛的外側側面。

在該情況下，可以輕鬆地進行磁路的裝配。

在背磁軛的外側側面可以設有槽，高導磁率構件可以被埋入槽中。

藉此，能夠提高在背磁軛上安裝高導磁率構件時的裝配精確度，並且能夠使背磁軛與高導磁率構件處於同一水平面，從而能夠減少漏磁場。

高導磁率構件可以係板狀。高導磁率構件亦可以係棒狀。

本發明的另一態樣係有關於載物台裝置。載物台裝置可以具備上述中的任意一種線性馬達。

另外，將以上構成要件的任意組合及本發明的構成要件及表現在方法、裝置、系統等之間相互替換者，亦作為本發明的態樣而有效。

依本發明，能夠減少漏磁場。

2‧‧‧線性馬達

10‧‧‧可動件

20‧‧‧定子

22‧‧‧磁軛

24‧‧‧場磁鐵

30‧‧‧磁路

40‧‧‧高導磁率構件

42‧‧‧凹部

44‧‧‧槽

46‧‧‧孔

50‧‧‧高導磁率構件

S1‧‧‧內側側面

S2‧‧‧端部側面

S3‧‧‧外側側面

第1圖係習知的線性馬達的立體圖。

第2(a)圖、第2(b)圖係表示定子之立體圖。

第3(a)圖、第3(b)圖係磁軛的平面圖。

第4(a)圖、第4(b)圖係表示第1實施形態之線性馬達的定子之圖。

第5圖係定子的裝配圖。

第6圖係定子的平面圖。

第7(a)圖、第7(b)圖係第1變形例之定子的立體圖。

第8圖係第2變形例之定子的立體圖。

第9(a)圖、第9(b)圖係表示第2實施形態之線性馬達的定子之圖。

第10(a)圖、第10(b)圖係第3、第4變形例之定子的立體圖。

第11圖係第5變形例之定子的立體圖。

第12(a)圖、第12(b)圖係第6變形例之定子的剖面圖。

第13圖係使用實施形態之線性馬達之載物台裝置的平面圖。

以下，基於較佳的實施形態，參閱圖式對本發明進行說明。對各圖式所示之相同或等同的構成要件、構件、處理標註相同符號，並適當省略重複之說明。並且，實施形態並不限定發明而是例示，實施形態中所記述之所有特徵及其組合並不一定係發明的本質性者。

(第1實施形態)

第4(a)圖、第4(b)圖係表示第1實施形態之線性馬達的定子20之圖。該定子20藉由在可動件的移動方向(X軸方向)上連結複數個磁路30而構成。磁路30具備磁軛22及固定於磁軛22之複數個場磁鐵24。在相鄰之磁路30的連結部32以橫跨連結部32之方式設置有導磁率高於磁軛22的高導磁率構件40。

本實施形態中，板狀的高導磁率構件40被埋入磁軛22中。第5圖係定子20的裝配圖。在第5圖中僅示有以從與移動方向(X軸方向)垂直的方向(Y方向)夾住可動件之方式對置設置之一對背磁軛22a、22b中的一個亦即22a，另一個22b則省略。場磁鐵24設置於背磁軛22a的內側側面S1a。相鄰之磁路30各自的背磁軛22a的端部側面(接合面)S2a彼此接觸。在背磁軛22a的端部側面S2a形成有與高導磁率構件40嵌合之凹部42。相鄰之磁路30以在各自的凹部42中嵌合有高導磁率構件40之狀態連結。關於背磁軛22b側亦同樣地構成。

高導磁率構件40的材料並沒有特別限定，根據磁軛22的材料選擇導磁率高於磁軛22的材料即可。作為磁軛 22，例如使用比導磁率μ/μ₀=1000左右的鐵材(SS400)或低碳鋼，在該情況下，作為高導磁率構件40，選擇比導磁率(導磁率)比其高的材料，例如純度更高的純鐵、高導磁合金(μ/μ₀=8000，μ=1.0×10^-2H/m)或鐵鈷合金等即可。在使用高導磁合金作為磁軛22的情況下，可以使用導磁率比其高的材料，例如鐵鈷合金或純度較高的純鐵。

以上係第1實施形態之定子20的構成。接著，對其優點進行說明。

第6圖係定子20的平面圖。在第6圖中以一點虛線示出磁通量Φ。高導磁率構件40的導磁率大於磁軛22的導磁率，因此通過高導磁率構件40內部之磁通量密度B1大於通過磁軛22內部之磁通量密度B2。換言之，場磁鐵24所產生之磁通量Φ集中在高導磁率構件40中。藉此，在第3圖所示之習知的構成中，能夠減少從磁軛23向外部漏出之磁通量Φ。

以上係第1實施形態之定子20的優點、效果。

為了提高該優點、效果，將場磁鐵24所產生之磁通量Φ有效地引導至高導磁率構件40的內部是很重要的。因此，使高導磁率構件40的兩端與磁路30的場磁鐵24的至少一部分重疊為較佳。更為佳地，高導磁率構件40在移動方向(X軸方向)上遍及場磁鐵24的寬度W的1/4以上、進一步較佳地遍及1/2以上而重疊為較佳。亦即，當將重疊寬度設為W_OL時， W_OL W/2為較佳。

並且，高導磁率構件40亦在高度方向(Z方向)上與場磁鐵24的至少一部分重疊為較佳。本實施形態中，高導磁率構件40的高度h高於場磁鐵24的高度H，因此在高度方向上，從場磁鐵24的背面(與磁軛22之接觸面)之磁通量全部都通過高導磁率構件40。

藉由如此規定高導磁率構件40的尺寸及與場磁鐵24之間的配置關係，能夠適當地減少漏磁場。

(第1變形例)

接著，對與第1實施形態有關之變形例進行說明。第7(a)圖、第7(b)圖係第1變形例之定子20的立體圖。該變形例中，高導磁率構件40的高度h與場磁鐵24的高度H實質上相等。在該變形例中，亦能夠得到與實施形態相同的效果。

(第2變形例)

第8圖係第2變形例之定子20的立體圖。在該變形例中，高導磁率構件40為棒狀。在背磁軛22a、22b各自的端部側面S2設有複數個孔(凹部)46。高導磁率構件40被插入對應之孔46中。在該變形例中，亦能夠得到與實施形態相同的效果。

(其他變形例)

進而，高導磁率構件40的形狀並不限定於板狀、棒狀，可以設為任意的形狀。並且，設置於每一連結部之高導磁率構件40的個數亦並沒有特別限定。

(第2實施形態)

第9(a)圖、第9(b)圖係表示第2實施形態之線性馬達的定子20之圖。第1實施形態中，高導磁率構件40被埋入磁軛22中，相對於此，第2實施形態中，高導磁率構件50貼附於磁軛22的表面。

具體而言，高導磁率構件50設置於背磁軛22a、22b各自的外側側面S3。在背磁軛22a、22b各自的外側側面S3的端部設置槽44。高導磁率構件50被埋入槽44中。如第9(b)圖所示，高導磁率構件50的表面與背磁軛22a(22b)的表面以無段差之方式處於同一水平面為較佳。通過消除高導磁率構件50與背磁軛22a(22b)的段差，能夠減少從段差亦即不連續部位之漏磁場。

依第2實施形態，在磁路30的連結部，藉由在磁軛22的表面設置導磁率較高的高導磁率構件50，高導磁率構件50內部的磁通量密度變高，磁軛22外部的磁通量密度相對變低。亦即，能夠將欲從磁軛22的表面向外側漏出之磁通量引入高導磁率構件50的內部，從而能夠減少漏磁場。

並且，與第1實施形態相比，第2實施形態具有可以輕鬆地進行定子20的裝配之優點。

(第3、第4變形例)

接著，對與第2實施形態有關之變形例進行說明。第10(a)圖、第10(b)圖係第3、第4變形例之定子20的立體圖。第10(a)圖的第3變形例中，高導磁率構件50的高度h與場磁鐵24的高度H實質上相等。在該變形例中，亦能夠得到與實施形態相同的效果。

第10(b)圖的第4變形例中，在相鄰之磁路30的連結部，高導磁率構件50以覆蓋背磁軛22a、22b的外側側面S3a、S3b及磁軛22的底面S4之方式具有“”字形狀。依該變形例，在1個連結部所使用之高導磁率構件50僅1個既充分，因此可以進一步輕鬆地進行裝配。並且，亦能夠減少從磁軛22底面之漏磁場。

(第5變形例)

第11圖係第5變形例之定子20的立體圖。該定子20具備第1高導磁率構件40和第2高導磁率構件50。如第1實施形態中所說明，第1高導磁率構件40被埋入磁軛22的內部。如第2實施形態中所說明，第2高導磁率構件50設置於磁軛22的表面。藉由並用高導磁率構件40和高導磁率構件50，能夠進一步減少漏磁場。

(第6變形例)

第12(a)圖、第12(b)圖係第6變形例之定子20c 的剖面圖。上述實施形態或變形例中，一個磁路30的“”字形狀的磁軛22係作為1個組件而構成者。相對於此，第6變形例中，磁軛22c藉由連結複數個部分70、72而構成。在該等的連結中可以使用螺釘74等機械式結合手段，亦可以使用黏接劑。

例如，複數個部分中的一個70可以具有L字形狀的剖面形狀，另一個72可以具有I字形狀的剖面形狀。在複數個部分70與72的接合面76以正交並橫跨接合面76之方式設有導磁率高於磁軛22c的高導磁率構件78。高導磁率構件78可以係板狀。

第12(a)圖的變形例中，高導磁率構件78貼附於“”字形狀的磁軛22c的底部。高導磁率構件78的長度L長於底部的長度l₁。在I字形狀部分72形成有與高導磁率構件78嵌合之凹部80。部分70和72以在凹部80中嵌合有高導磁率構件78之狀態連結。凹部80的深度l₂可以規定為l₁+l₂≒L。考慮I字形狀部分72的厚度d₁及強度、高導磁率構件78的厚度d₂、強度等來決定深度l₂即可。

依該變形例，即使將“”字形狀的的磁軛22c設計為分割成複數個部分，亦能夠減少連結部分中之洩漏磁通量，與一體型的“”字形狀的磁軛22相比，能夠實現毫不遜色的性能。

第12(b)圖中，L字形狀部分70與I字形狀部分72的分割形態不同，其他相同。

該變形例中，分割成2個部分70、72，但對該等的形狀並沒有特別限定。例如，可以在“”字形狀的磁軛22c的底面中央分割成2個L字形狀的部分。或者，分割成3個以上的部分。

並且，第6變形例中，將高導磁率構件78貼附於磁軛22c的部分70的底面，但本發明並不限定於此，亦可以如第9圖或第10圖所示，形成槽44並在槽44中埋入高導磁率構件78。

進而，高導磁率構件78的形狀並不限定於板狀、棒狀，可以設為任意的形狀。並且，設置於每一接合面76之高導磁率構件78的個數亦並沒有特別限定。

第1或第2實施形態及第1~第5變形例可以掌握為，一個較長的磁軛在每一磁路中沿可動件的移動方向被分割成複數個。因此，從本說明書整體可導出以下技術思想。

本發明的一態樣係有關於具有可動件和定子之線性馬達。磁軛可以構成為分割成複數個部分。磁軛上可以設有以正交並橫跨複數個部分的接合面之方式設置且導磁率高於磁軛的複數個部分的高導磁率構件。

最後，對線性馬達2的用途進行說明。第13圖係使用實施形態之線性馬達2之載物台裝置100的平面圖。該載物台裝置100被稱作XY載物台，將對象物在X方向、Y方向上進行定位。

載物台裝置100主要具備Y載物台120、X載物台 130及平台140。Y載物台120具備一對滑塊124及橫向架設於一對滑塊124之間之橫向架設材122。在橫向架設材122上設有使X載物台130沿X方向移動之X線性馬達2X。X線性馬達2X具備：固定於橫向架設材122上且沿X方向延伸之定子20；及與X載物台130下表面結合之可動件(線圈)10。如此，藉由控制X線性馬達2X的可動件10，X載物台130在X方向上被定位。

在平台140的兩端設有一對Y線性馬達2Y。Y線性馬達2Y分別具備可動件10及定子20。在Y線性馬達2Y的定子20上固定有上述滑塊124。藉由控制Y線性馬達2Y的可動件10，Y載物台120在Y方向上被定位。

以上係載物台裝置100的構成。實施形態之線性馬達2可適當使用於載物台裝置100的X線性馬達2X或Y線性馬達2Y。載物台裝置100可以用於曝光裝置中之晶片或玻璃基板的定位，或者亦可以用於掃描型電子顯微鏡(SEM)中所使用之致動器等。

基於實施形態，使用具體的語句對本發明進行了說明，但實施形態只不過係示出本發明的原理、應用，實施形態在不脫離申請專利範圍中所規定之本發明的思想之範圍內允許很多變形例及配置的變更。

20‧‧‧定子

22‧‧‧磁軛

22a、22b‧‧‧背磁軛

24‧‧‧場磁鐵

30‧‧‧磁路

32‧‧‧連結部

40‧‧‧高導磁率構件

42‧‧‧凹部

Claims

一種線性馬達，其具有：可動件；及藉由在前述可動件的移動方向上連結複數個磁路而構成之定子，該線性馬達的特徵為，前述磁路具備：磁軛；及固定於前述磁軛之複數個場磁鐵，在相鄰之前述磁路的連結部以橫跨前述連結部之方式設有導磁率高於前述磁軛的高導磁率構件。
如申請專利範圍第1項所述之線性馬達，其中，前述高導磁率構件在其兩端上與前述磁路的場磁鐵的至少一部分重疊。
如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，前述高導磁率構件被埋入前述磁軛中。
如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，前述高導磁率構件設置於前述磁軛的表面。
如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，前述磁軛包含以從與移動方向垂直的方向夾住前述可動件之方式對置設置之一對背磁軛，前述複數個場磁鐵設置於前述背磁軛的內側側面，在前述背磁軛的端部側面形成有與前述高導磁率構件嵌合之凹部。
如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，前述磁軛包含以從與移動方向垂直的方向夾住前述可動件之方式對置設置之一對背磁軛，前述複數個場磁鐵設置於前述背磁軛的內側側面，前述高導磁率構件設置於前述背磁軛的外側側面。
如申請專利範圍第5項所述之線性馬達，其中，在前述背磁軛的外側側面設有槽，前述高導磁率構件被埋入前述槽中。
一種載物台裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第1至7項中任一項所述之線性馬達。
一種線性馬達，其具有可動件及定子，該線性馬達的特徵為，前述定子具備：分割成複數個部分而構成之磁軛；及以正交並橫跨前述複數個部分的接合面之方式設置且導磁率高於前述複數個部分的高導磁率構件。
一種載物台裝置，其特徵為，具備申請專利範圍第9項所述之線性馬達。