特許 7451205 搬送装置および物品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-08

(45)【発行日】2024-03-18

(54)【発明の名称】搬送装置および物品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20240311BHJP

   B65G 54/02 20060101ALI20240311BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

B65G54/02

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020019513

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021126002

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】小野 智裕

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 仁

(72)【発明者】

【氏名】山本 武

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８７４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－００３１４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭４９－０２６７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８７２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

Ｂ６５Ｇ ５４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に沿って配置されたコアを有する複数のコイルと、
前記第１の方向に沿って移動する可動子と、を有する搬送装置において、
前記可動子は、
前記第１の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第１の磁石群と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第２の磁石群と、を有し、
前記複数のコイルのうちの少なくとも一つは、巻線部とヨークを有し、
前記ヨークは、前記第１の方向に沿って前記巻線部の外周に隣接して設けられていることを特徴とする搬送装置。

【請求項2】

前記ヨークは、前記第２の方向において前記複数のコイルのうち少なくとも１つを挟んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。

【請求項3】

前記ヨークは、前記コアと接続されており、
前記ヨークと前記コアは、前記コアの前記可動子と対向可能な面と反対側の面もしくは、前記コアの前記第２の方向を向いた側面において接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の搬送装置。

【請求項4】

前記ヨークは、磁性体あるいは比透磁率が１０００以上の材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の搬送装置。

【請求項5】

前記可動子が、前記第１の磁石群が配置されている第１のヨークと、前記第２の磁石群が配置されている第２のヨークと、を有し、
前記第１のヨークと前記第２のヨークは前記第１の方向において所定距離離れて配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の搬送装置。

【請求項6】

第１の方向に沿って配置されたコアを有する複数のコイルと、
前記第１の方向に沿って移動する可動子と、を有する搬送装置において、
前記可動子は、
前記第１の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第１の磁石群と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第２の磁石群と、
前記第１の磁石群が配置されている第１のヨークと、
前記第２の磁石群が配置されている第２のヨークと、を有し、
前記第１のヨークと前記第２のヨークとは前記第１の方向において所定距離離れて配置されていることを特徴とする搬送装置。

【請求項7】

前記第１のヨークおよび前記第２のヨークは、磁性体あるいは比透磁率が１０００以上の材料であることを特徴とする請求項５または６に記載の搬送装置。

【請求項8】

前記複数のコイルのうちの少なくとも一つは、前記コアを巻いた巻線部と第３のヨークを有し、
前記第３のヨークは、前記第１の方向に沿って前記巻線部の外周に隣接して設けられていることを特徴とする請求項６記載の搬送装置。

【請求項9】

前記第３のヨークは、前記第２の方向において前記複数のコイルのうち少なくとも１つを挟んで配置されていることを特徴とする請求項８に記載の搬送装置。

【請求項10】

前記第３のヨークは、前記コアと接続されており、
前記第３のヨークと前記コアは、前記コアの前記可動子と対向可能な面と反対側の面もしくは、前記コアの前記第２の方向を向いた側面において接続されていることを特徴とする請求項８または９に記載の搬送装置。

【請求項11】

前記第３のヨークは、磁性体あるいは比透磁率が１０００以上の材料であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の搬送装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の搬送装置により搬送されたワークに加工を行ない、物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、搬送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、工業製品を組み立てるための生産ラインや半導体露光装置等では、搬送装置が用いられている。特に、生産ラインにおける搬送装置は、ファクトリーオートメーション化された生産ライン内又は生産ラインの間の複数のステーションの間で、部品等のワークを搬送する。また、プロセス装置中の搬送装置として使われる場合もある。搬送装置としては、可動磁石型リニアモータによる搬送装置が既に提案されている。

【0003】

可動磁石型リニアモータによる搬送装置では、リニアガイド等の機械的な接触を伴う案内装置を使って搬送装置を構成する。またリニアモータの構成として、搬送方向への磁石の列を配置し、コイルの列を磁石の列に対向配置して、いずれかを可動子とし、もう一方を固定子として単軸駆動を行う構成が一般的である。特許文献１に示すように、搬送方向およびその直交方向への２軸駆動を行う場合は、磁石とコイルを２セット直交するように配置することで実現できる。

【0004】

また、特許文献２には、１つの磁石列と２種類のコイル列によって複数軸方向への搬送が可能な搬送装置が記載されている。特許文献２で記載されている搬送装置は、可動子として三相コイルのまわりに単相コイルを配置し、可動子の移動通路の両側に磁石列を対向配置することで、２軸駆動を可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平７－３１８６９９号

【文献】特許第５２４０５６３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、先行技術では２軸駆動を行うために２種類のコイルを使用しており、また磁石についてはコイルを挟む形で２列使用している。そのため、装置構成も大きくなり、その分のコストも増加しているといった問題がある。

【0007】

本発明は、さらなる小型化と低コスト化可能な搬送装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の搬送装置は、第１の方向に沿って配置されたコアを有する複数のコイルと、前記第１の方向に沿って移動する可動子と、を有する搬送装置において、前記可動子は、前記第１の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第１の磁石群と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第２の磁石群と、を有し、前記複数のコイルのうちの少なくとも一つは、巻線部とヨークを有し、前記ヨークは、前記第１の方向に沿って前記巻線部の外周に隣接して設けられていることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の搬送装置は、第１の方向に沿って配置されたコアを有する複数のコイルと、前記第１の方向に沿って移動する可動子と、を有する搬送装置において、前記可動子は、前記第１の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第１の磁石群と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って、前記コアと対向可能な位置に配置された第２の磁石群と、前記第１の磁石群が配置されている第１のヨークと、前記第２の磁石群が配置されている第２のヨークと、を有し、前記第１のヨークと前記第２のヨークとは前記第１の方向において所定距離離れて配置されていることを特徴とする。

【0010】

本発明の物品の製造方法は、上記の搬送装置により搬送されたワークに加工を行ない、物品を製造することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、より小型化および低コスト化した搬送装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態を示す側面図及び上面図である。

【図2】図１の断面図である。

【図3】図１の固定子部分の断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態におけるコイルを説明する断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態におけるコイルの磁気回路を説明する概念図である。

【図6】本発明の第１実施形態においてＹ方向に力を印加する方法を説明する概念図である。

【図7】本発明の第１実施形態のシステム構成を示す概略図である。

【図8】本発明の第１実施形態の姿勢制御方法を示す概略図である。

【図9】本発明の第１実施形態において可動子位置算出関数による処理を説明する概略図である。

【図10】本発明の第１実施形態において可動子姿勢算出関数による処理を説明する概略図である。

【図11】本発明の第１実施形態においてＸ方向に力を印加する方法を説明する概略図である。

【図12】本発明の第２実施形態を示す側面図及び上面図である。

【図13】本発明の第２実施形態におけるＹ方向の推力について説明する側面図及び上面図である。

【図14】本発明の第２実施形態におけるＹ方向の推力について説明する側面図及び上面図である。

【図15】本発明の第２実施形態におけるＹ方向の推力について説明する側面図及び上面図である。

【図16】本発明の第２実施形態を示す可動子の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について図１乃至図１１を用いて説明する。

【0014】

図１は、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送装置の全体構成を示す概略図である。なお、図１は、可動子１０１及び固定子２０１の主要部分を抜き出して示したものである。また、図１（ａ）は可動子１０１を後述のＹ方向から見た図であり、図１（ｂ）は可動子１０１を後述のＺ方向から見た図である。

【0015】

まず、以下の説明において用いる座標軸、方向等を定義する。まず、可動子１０１の搬送方向である水平方向に沿ってＸ軸をとり、可動子１０１の搬送方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向と直交する方向である鉛直方向に沿ってＺ軸をとり、鉛直方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向に沿ってＹ軸をとり、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。さらに、Ｚ軸周りの回転をＷｚとする。また、乗算の記号として“＊”を使用する。

【0016】

本実施形態による搬送装置の全体構成について図１を用いて説明する。

【0017】

図１に示すように、本実施形態による搬送装置１は、台車、スライダ又はキャリッジを構成する可動子１０１と、搬送路を構成する固定子２０１とを有している。搬送装置１は、可動磁石型リニアモータ（ムービング永久磁石型リニアモータ、可動界磁型リニアモータ）による搬送装置である。

【0018】

搬送装置１は、例えば、固定子２０１により可動子１０１を搬送することにより、可動子１０１上によって搬送されるワーク１０２を、ワーク１０２に対して加工作業を施す工程装置に搬送する。ワークに加工作業を施すことにより、高精度な物品を製造することができる。なお、図１では、固定子２０１に対して１台の可動子１０１を示しているが、これに限定されるものではない。搬送装置１においては、複数台の可動子１０１が固定子２０１上を搬送されうる。

【0019】

次に、本実施形態による搬送装置１における搬送対象である可動子１０１について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による搬送装置１を示す概略図である。なお、図２は、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。また、図２（ａ）は、図１（ｂ）の（Ａ）－（Ａ）線に沿った断面を示している。また、図２（ｂ）は、図１（ｂ）の（Ｂ）－（Ｂ）線に沿った断面を示している。

【0020】

図１及び図２に示すように、可動子１０１は、永久磁石１０３として、永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを有している。

【0021】

永久磁石１０３は、可動子１０１のＸ方向に沿った上面に１列配置されて取り付けられている。具体的には、可動子１０１の上面に、永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄが取り付けられている。なお、以下では、特に区別する必要がない限り、可動子１０１の永久磁石を単に「永久磁石１０３」と表記する。この場合、「永久磁石１０３ａ」、「永久磁石１０３ｂ」、「永久磁石１０３ｃ」又は「永久磁石１０３ｄ」と表記して、各永久磁石１０３を個別に特定する。

【0022】

永久磁石１０３ａ、１０３ｄは、可動子１０１のＸ方向に沿った上面におけるＸ方向の両端部に取り付けられている。永久磁石１０３ｂ、１０３ｃは、可動子１０１の上面の永久磁石１０３ａ、１０３ｄ間に取り付けられている。永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、例えば、Ｘ方向に等ピッチに配置されている。

【0023】

永久磁石１０３ａ、１０３ｄは、それぞれ可動子１０１の中心である原点ＯからＸ方向の両側に距離ｒｚ３だけ離れた位置に取り付けられている。永久磁石１０３ｃ、１０３ｂは、それぞれ原点ＯからＸ方向の両側に距離ｒｙ３だけ離れた位置に取り付けられている。

【0024】

永久磁石１０３ａ、１０３ｄは、それぞれＹ方向に沿って配置された２個の永久磁石のセットである。永久磁石１０３ａ、１０３ｄは、それぞれ、固定子２０１側を向く外側の磁極の極性が交互に異なるように２個の永久磁石がＹ方向に沿って並べられて構成されたものである。なお、永久磁石１０３ａ、１０３ｄを構成するＹ方向に沿って配置された永久磁石の数は、２個に限定されるものではなく、複数個であればよい。また、永久磁石１０３ａ、１０３ｄを構成する永久磁石が配置される方向は、必ずしも搬送方向であるＸ方向と直交するＹ方向である必要はなく、Ｘ方向と交差する方向であればよい。すなわち、永久磁石１０３ａ、１０３ｄは、それぞれ磁極の極性が交互になるようにＸ方向と交差する方向に沿って配置された複数の永久磁石からなる磁石群であればよい。

【0025】

一方、永久磁石１０３ｂ、１０３ｃは、それぞれＸ方向に沿って配置された３個の永久磁石のセットである。永久磁石１０３ｂ、１０３ｃは、それぞれ、固定子２０１側を向く外側の磁極の極性が交互に異なるように３個の永久磁石がＸ方向に沿って並べられて構成されている。なお、永久磁石１０３ｂ、１０３ｃを構成するＸ方向に沿って配置された永久磁石の数は、３個に限定されるものではなく、複数個であればよい。すなわち、永久磁石１０３ｂ、１０３ｃは、磁極の極性が交互になるようにＸ方向に沿って配置された複数の永久磁石からなる磁石群であればよい。

【0026】

本明細書において、Ｘ方向に沿って配置された複数の永久磁石を第一の磁石群、Ｘ方向と交差する方向に配置された複数の永久磁石を第二の磁石群、第一の磁石群およびまたは第二の磁石群を単に磁石群と称する場合がある。

【0027】

各永久磁石１０３は、可動子１０１の上面に設けられた磁石用ヨーク１０７に取り付けられている。磁石用ヨーク１０７は、磁性体あるいは透磁率の大きな材料、例えば鉄で構成されている。本明細書において、透磁率の大きな材料とは、比透磁率が１０００以上の材料のことであるとする。

【0028】

永久磁石１０３が配置された可動子１０１は、固定子２０１の複数のコイル２０２に電流を流すことにより後述するように永久磁石１０３が受ける電磁力により姿勢が３軸制御されつつ移動可能に構成されている。

【0029】

可動子１０１は、Ｘ方向に沿って配置された複数のコイル２０２に沿ってＸ方向に移動可能である。可動子１０１は、その上面、側面、あるいは下面に搬送すべきワーク１０２を載置あるいは装着した状態で搬送される。可動子１０１は、例えば、ワークホルダ等のワーク１０２を可動子１０１上に保持する保持機構を有していてもよい。

【0030】

次に、本実施形態による搬送装置１における固定子２０１について図１（ａ）、図２及び図３を用いて説明する。

【0031】

図３は、固定子２０１のコイル２０２を示す概略図である。なお、図３は、コイル２０２をＺ方向から下から上の方向へ見た図である。

【0032】

固定子２０１は、可動子１０１の搬送方向であるＸ方向に沿って１列に配置された複数のコイル２０２を有している。固定子２０１には、複数のコイル２０２が可動子１０１に対向するように取り付けられている。固定子２０１は、搬送方向（第１の方向）であるＸ方向に延在して可動子１０１の搬送路を形成する。

【0033】

図１及び図２に示すように、固定子２０１に沿って搬送される可動子１０１は、リニアスケール１０４と、Ｙターゲット１０５とを有している。リニアスケール１０４、Ｙターゲット１０５は、それぞれ例えば可動子１０１の側面部にＸ方向に沿って取り付けられている。

【0034】

固定子２０１は、複数のコイル２０２と、複数のリニアエンコーダ２０４と、複数のＹセンサ２０５と、複数のボールローラ２０７とを有している。このとき、ボールローラ２０７は搬送時に可動子１０１のガイドとして使用されるが、必ずしもボールローラである必要はなく、エアーなどにより微小に浮上させた搬送方式であってもよい。

【0035】

複数のコイル２０２は、可動子１０１の上面の永久磁石１０３と対向可能なように、Ｘ方向に沿って１列に配置されて固定子２０１に取り付けられている。１列に配置された複数のコイル２０２は、可動子１０１の永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと対向可能にＸ方向に沿って配置されている。

【0036】

本実施形態では、可動子１０１に対向するコイル２０２の列が、それぞれ、互いに構成する複数の永久磁石の配置方向が異なる永久磁石１０３ａ、１０３ｄ及び永久磁石１０３ｂ、１０３ｃに対向可能に配置されている。このため、少ない列数のコイル２０２で、後述するように可動子１０１に対して搬送方向及び搬送方向とは異なる力を印加することができ、よって可動子１０１の搬送制御及び姿勢制御を実現することができる。

【0037】

こうして、複数のコイル２０２は、可動子１０１が搬送される方向に沿って取り付けられている。複数のコイル２０２は、Ｘ方向に所定の間隔で並べられている。また、各コイル２０２は、その中心軸がＺ方向を向くように取り付けられている。なお、コイル２０２は、コアにコイルが巻かれており、本実施形態において、コイルの位置とは、コアの位置を示す。

【0038】

複数のコイル２０２は、例えば３個ずつの単位で電流制御されるようになっている。そのコイル２０２の通電制御される単位を「コイルユニット２０３」と記載する。コイル２０２は、通電されることにより、可動子１０１の永久磁石１０３との間で電磁力を発生して可動子１０１に対して力を印加することができる。

【0039】

コイルユニット２０３は、複数のコイル、単数のコイルユニット、あるいは複数のコイルユニットごとに、図１（ａ）に示すように、コイルボックス２０３１の中に収容され、コイルボックス２０３１ａ、２０３１ｂごとにＸ方向に沿って配置されていてもよい。本実施形態では、コイルボックスの中に収容される複数のコイル、単数のコイルユニット、あるいは複数のコイルユニットをコイル群と称する場合がある。

【0040】

次に、本実施形態のコイル２０２にについて図４を用いて説明する。図４は、本発明の本実施形態におけるコイルを説明する断面図である。

【0041】

わかりやすくするために、図４（ａ）に一般的なコイル２０２ｗの概念図を示す。コイル２０２ｗは、コア２０９と電線を巻きつけた巻線部２１０からなる構成となっている。

【0042】

図４（ｂ）に、本実施形態に係るコイルの概念図を示す。図４（ｂ）は、図３に示した複数のコイル２０２のうちの一つのコイル２０２を示している。本実施形態に係る複数のコイル２０２のうちの少なくとも一つは、図４（ｂ）に示すようにコイル用ヨーク２０８を含んでいる。つまり、本実施形態に係るコイル２０２は、コア２０９、巻線部２１０、およびコイル用ヨーク２０８からなる構成となっている。コイル用ヨーク２０８は、コア２０９と接続されるとともに、巻線部２１０に電流を流すことにより形成される磁路上に配置される。一例として、図４（ｂ）に示すようにコイル用ヨーク２０８は、搬送方向（第１の方向）に沿って巻線部２１０の外周に隣接して設けられる。コイル用ヨーク２０８は、磁性体あるいは透磁率の大きな材料、例えば鉄で構成されている。本明細書において、透磁率の大きな材料とは、比透磁率が１０００以上の材料のことであるとする。また、コイル用ヨーク２０８と巻線部２１０は必ずしも接触している必要はない。

【0043】

コイル用ヨーク２０８の形状は、必ずしも上記の形状である必要はなく、コイル用ヨーク２０８とコア２０９の間が接続されていなくてもよい。例えば、コイル２０２のＹ方向の面の両側を挟む形で搬送方向に沿って取り付けられる形などでもよく、限定されるものではない。ただし、コイル用ヨーク２０８は、コア２０９の可動子と対抗する面と反対側の面もしくは、コア２０９の側面と接続されていることが望ましい。

【0044】

次に、図５を用いて、図４（ａ）に記載したコイル２０２ｗおよび図４（ｂ）に記載したコイル２０２における磁束の変化について説明する。図５（ａ）ではコイル用ヨーク２０８がないとき、図５（ｂ）では、コイル用ヨーク２０８を取り付けた構成での磁気回路の概念図を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）の一部を拡大した概念図となっている。

【0045】

図４（ａ）においては、大気中及びコア２０９に磁路２１１が形成される。このとき図５（ａ）において、構成される磁気回路の磁束Φ［Ｗｂ］について説明する。簡単のため、コイルの巻数Ｎと電流Ｉ［Ａ］と断面積Ｓ［ｍ＾２］は一定として考え、大気中の比透磁率は１に近似できるものとする。また、コア２０９の材料は鉄であるとする。

【0046】

大気中において、簡単のため、図５（ａ）の破線部のような磁路長ｌ１［ｍ］とｌ３で断面積Ｓ［ｍ＾２］の磁路が形成されるとし、このときの透磁率をμ０［Ｈ／ｍ］として、磁気抵抗をＲｍ１［１／Ｈ］とする。

【0047】

同様に、コア２０９において、磁路長ｌ２［ｍ］で断面積Ｓ［ｍ＾２］の磁路が形成されるとし、このときの透磁率をμ０＊μｒ１［Ｈ／ｍ］として、磁気抵抗をＲｍ２［１／Ｈ］とする。また、起磁力をＮ＊Ｉとする。

【0048】

このときの磁気抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２及び磁束Φは、以下の式（１）のように表される。
Ｒｍ１＝（ｌ１＋ｌ３）／（μ０＊Ｓ）・・・（１ａ）
Ｒｍ２＝ｌ２／（μ０＊μｒ１＊Ｓ）・・・（１ｂ）
Φ＝Ｎ＊Ｉ／（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）・・・（１ｃ）

【0049】

次に、図４（ｂ）においては、大気中、コア２０９及びコイル用ヨーク２０８中に磁路２１２が形成される。このとき同様に図５（ｂ）において、構成される磁気回路の磁束Φ［Ｗｂ］について説明する。簡単のため、コイルの巻数Ｎと電流Ｉ［Ａ］と断面積Ｓ［ｍ＾２］は一定として考え、大気中の比透磁率は１に近似できるものとする。また、コア２０９及びコイル用ヨーク２０８の材料は鉄であると仮定する。

【0050】

大気中において、簡単のため、図６の破線部のような磁路長ｌ１［ｍ］で断面積Ｓ［ｍ＾２］の磁路が形成されるとし、このときの透磁率をμ０［Ｈ／ｍ］として、磁気抵抗をＲｍ１［１／Ｈ］とする。

【0051】

コア２０９において、磁路長ｌ２［ｍ］で断面積Ｓ［ｍ＾２］の磁路が形成されるとし、このときの透磁率をμ０＊μｒ１［Ｈ／ｍ］として、磁気抵抗をＲｍ２［１／Ｈ］とする。

【0052】

コイル用ヨーク２０８において、磁路長ｌ３［ｍ］で断面積Ｓ［ｍ＾２］の磁路が形成されるとし、このときの透磁率をμ０＊μｒ２［Ｈ／ｍ］として、磁気抵抗をＲｍ３［１／Ｈ］とする。

【0053】

また、起磁力をＮ＊Ｉとする。

【0054】

このときの磁気抵抗Ｒｍ及び磁束Φは、以下の式（２）のように表される。
Ｒｍ１＝ｌ１／（μ０＊Ｓ）・・・（２ａ）
Ｒｍ２＝ｌ２／（μ０＊μｒ１＊Ｓ）・・・（２ｂ）
Ｒｍ３＝ｌ３／（μ０＊μｒ２＊Ｓ）・・・（２ｃ）
Φ＝Ｎ＊Ｉ／（Ｒｍ１＋Ｒｍ２＋Ｒｍ３）・・・（２ｄ）

【0055】

一般的に、真空中の透磁率に比べ、鉄の透磁率は５０００～２０００００倍程度であり、非常に大きいことが知られている。また、真空中と大気中の透磁率はほぼ同じであるため、μｒ２は１と近似できる。そのため、式（１）と（２）を比べると、式（１）におけるＲｍ１のｌ３／（μ０＊Ｓ）に比べ、式（２）におけるｌ３／（μ０＊μｒ２＊Ｓ）は非常に小さくなることがわかる。したがって図４（ｂ）において、コイル用ヨーク２０８を追加した分だけ、磁気抵抗が減少する。

【0056】

以上により、図４（ａ）に比べて、コイル用ヨーク２０８を追加した図４（ｂ）において、磁束Φが増加することがわかる。

【0057】

次に、磁束ΦとＹ方向の推力Ｆｙの関係について図６を用いて説明する。図６は一般的なコイル２０２ｗと可動子１０１の断面図である。簡単のため、可動子には永久磁石２２２が一つ取り付けられているものとして、説明する。

【0058】

コイルコア２０９の断面積を［ｍ＾２］、大気中の磁束密度をμ０［Ｈ／ｍ］、コイル２０２ｗと可動子１０１の空間ギャップ２２１の磁束密度をＢ［Ｗｂ／ｍ＾２］とする。

【0059】

コイル２０２ｗに対して可動子１０１側がＮ極となるように電流を流したとき、可動子１０１とコイル２０２ｗには、磁路２１３が形成される。空間ギャップ２２１の磁気エネルギーＷｍは単位面積あたり次式で表せる。
Ｗｍ＝Ｂ＾２／２μ０ ［Ｎ／ｍ＾２］・・・（３）

【0060】

吸引力Ｆｍは上式に断面積Ｓを掛けることで以下のように表せる。
Ｆｍ＝Ｓ＊Ｂ＾２／２μ０ ［Ｎ］・・・（４）

【0061】

磁束密度は単位面積あたりの磁束で表せるので、以下のように示される。
Ｂ＝Φ／Ｓ ［Ｗｂ／ｍ＾２］・・・（５）

【0062】

式（４）、（５）より、吸引力Ｆｍは磁束Φで表せる事がわかる。
Ｆｍ＝Φ＾２／２＊μ０＊Ｓ ［Ｎ］・・・（６）

【0063】

このとき、吸引力Ｆｍはコイルコア２０９と永久磁石１０３ｄ１の間に働く力Ｆｍ１となり、その力はＺ方向の力Ｆｍ１ｚとＹ方向の力Ｆｍ１ｙに分解できる。Ｙ方向の推力Ｆｙは、Ｙ方向に分力であり、Ｆｍ１ｙで示される。

【0064】

したがって、磁束Φが増加した場合には、推力Ｆｙも増加することがわかる。このことから、コイルヨーク２０８を設けることによって磁束Φを増加させることで、Ｙ方向の推力を増加させることができることがわかる。

【0065】

また、図１（ｂ）の永久磁石１０３ｄで示すように、永久磁石２２２の磁石の極性を逆にした永久磁石をＹ方向負側に隣接するように取り付けた場合を考える。このとき、取り付けた永久磁石とコイルコア２０９との力は反発の力となり、前記の推力Ｆｍ１ｙと合わせてＹ方向の推力はおよそ倍となる。

【0066】

次に、本実施形態による搬送装置１を制御する制御システムについてさらに図７を用いて説明する。図７は、本実施形態による搬送装置１を制御する制御システム３を示す概略図である。

【0067】

複数のリニアエンコーダ２０４は、それぞれ可動子１０１のリニアスケール１０４と対向可能なようにＸ方向に沿って固定子２０１に取り付けられている。各リニアエンコーダ２０４は、可動子１０１に取り付けられたリニアスケール１０４を読み取ることで、可動子１０１のリニアエンコーダ２０４に対する相対的な位置を検出して出力することができる。

【0068】

複数のＹセンサ２０５は、それぞれ可動子１０１のＹターゲット１０５と対向可能なようにＸ方向に沿って固定子２０１に取り付けられている。各Ｙセンサ２０５は、可動子１０１に取り付けられたＹターゲット１０５との間のＹ方向の相対距離を検出して出力することができる。Ｙターゲット１０５とは、可動子の目標とする搬送方向と平行な面を有する凸部であり、この可動子の目標とする搬送方向と平行な面を固定子に固定されたＹセンサ２０５で測定する。これにより、可動子のＹ方向の姿勢を検知することが可能となる。可動子との間の相対距離を直接検出することも可能であるが、可動子自体を高精度に加工することが困難である場合があるため、そのような場合はＹターゲット１０５を用いることができる。

【0069】

図７に示すように、制御システム１は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２と、センサコントローラ３０４とを有し、可動子１０１と固定子２０１とを含む搬送装置１を制御する制御装置として機能する。統合コントローラ３０１には、コイルコントローラ３０２が通信可能に接続されている。また、統合コントローラ３０１には、センサコントローラ３０４が通信可能に接続されている。

【0070】

コイルコントローラ３０２には、複数の電流コントローラ３０３が通信可能に接続されている。コイルコントローラ３０２及びこれに接続された複数の電流コントローラ３０３は、１列のコイル２０２に対応して設けられている。各電流コントローラ３０３には、コイル２０２が接続されていてもよいし、複数のコイル２０２が接続されていてもよいし、コイルユニット２０３（不図示）が接続されていてもよいし複数のコイルユニット２０３が接続されていてもよい。電流コントローラ３０３は、接続されたコイルユニット２０３の各々のコイル２０２の電流の大きさを制御することができる。

【0071】

コイルコントローラ３０２は、接続された各々の電流コントローラ３０３に対して目標となる電流値を指令する。電流コントローラ３０３は接続されたコイル２０２の電流量を制御する。

【0072】

センサコントローラ３０４には、複数のリニアエンコーダ２０４及び複数のＹセンサ２０５が通信可能に接続されている。

【0073】

複数のリニアエンコーダ２０４は、可動子１０１が搬送中もそのうちの１つが必ず１台の可動子１０１の位置を測定できる間隔で固定子２０１に取り付けられている。また、複数のＹセンサ２０５は、そのうちの２つが必ず１台の可動子１０１のＹターゲット１０５を測定できる間隔で固定子２０１に取り付けられている。

【0074】

統合コントローラ３０１は、リニアエンコーダ２０４及びＹセンサ２０５からの出力に基づき、複数のコイル２０２に印加する電流指令値を決定して、コイルコントローラ３０２に送信する。コイルコントローラ３０２は、統合コントローラ３０１からの電流指令値に基づき、上述のように電流コントローラ３０３に対して電流値を指令する。これにより、統合コントローラ３０１は、制御装置として機能し、固定子２０１に沿って可動子１０１を搬送するとともに、搬送する可動子１０１の姿勢を３軸で制御する。

【0075】

以下、統合コントローラ３０１により実行される可動子１０１の姿勢制御方法について図７、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による搬送装置１における可動子１０１の姿勢制御方法を示す概略図である。図８は、可動子１０１の姿勢制御方法の概略について主にそのデータの流れに着目して示している。統合コントローラ３０１は、以下に説明するように、可動子位置算出関数４０１、可動子姿勢算出関数４０２、可動子姿勢制御関数４０３及びコイル電流算出関数４０４を用いた処理を実行する。これにより、統合コントローラ３０１は、可動子１０１の姿勢を３軸で制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御する。なお、統合コントローラ３０１に代えて、コイルコントローラ３０２が統合コントローラ３０１と同様の処理を実行するように構成することもできる。

【0076】

まず、可動子位置算出関数４０１は、複数のリニアエンコーダ２０４からの測定値及びその取り付け位置の情報から、搬送路を構成する固定子２０１上にある可動子１０１の台数及び位置を計算する。これにより、可動子位置算出関数４０１は、可動子１０１に関する情報である可動子情報４０６の可動子位置情報（Ｘ）及び台数情報を更新する。可動子位置情報（Ｘ）は、固定子２０１上の可動子１０１の搬送方向であるＸ方向における位置を示している。可動子情報４０６は、例えば図８中にＰＯＳ－１、ＰＯＳ－２、…と示すように固定子２０１上の可動子１０１ごとに用意される。

【0077】

次いで、可動子姿勢算出関数４０２は、可動子位置算出関数４０１により更新された可動子情報４０６の可動子位置情報（Ｘ）から、各々の可動子１０１を測定可能なＹセンサ２０５を特定する。次いで、可動子姿勢算出関数４０２は、特定されたＹセンサ２０５から出力される値に基づき、各々の可動子１０１の姿勢に関する情報である姿勢情報（Ｙ，Ｗｚ）を算出して可動子情報４０６を更新する。可動子姿勢算出関数４０２により更新された可動子情報４０６は、可動子位置情報（Ｘ）及び姿勢情報（Ｙ，Ｗｚ）を含んでいる。

【0078】

次いで、可動子姿勢制御関数４０３は、可動子位置情報（Ｘ）及び姿勢情報（Ｙ，Ｗｚ）を含む現在の可動子情報４０６及び姿勢目標値から、各々の可動子１０１について印加力情報４０８を算出する。印加力情報４０８は、各々の可動子１０１に印加すべき力の大きさに関する情報である。印加力情報４０８は、後述する印加すべき力Ｔの力の２軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ）及びトルクの１軸成分（Ｔｗｚ）に関する情報を含んでいる。印加力情報４０８は、例えば図８中にＴＲＱ－１、ＴＲＱ－２、…と示すように固定子２０１上の可動子１０１ごとに用意される。

【0079】

次いで、コイル電流算出関数４０４は、印加力情報４０８及び可動子情報４０６に基づき、各コイル２０２に印加する電流指令値４０９を決定する。

【0080】

こうして、統合コントローラ３０１は、可動子位置算出関数４０１、可動子姿勢算出関数４０２、可動子姿勢制御関数４０３及びコイル電流算出関数４０４を用いた処理を実行することにより、電流指令値４０９を決定する。統合コントローラ３０１は、決定した電流指令値４０９をコイルコントローラ３０２に送信する。

【0081】

ここで、可動子位置算出関数４０１による処理について図９を用いて説明する。図９は、可動子位置算出関数による処理を説明する概略図である。

【0082】

図９において、基準点Ｏｅは、リニアエンコーダ２０４が取り付けられている固定子２０１の位置基準である。また、基準点Ｏｓは、可動子１０１に取り付けられているリニアスケール１０４の位置基準である。図９では、可動子１０１として２台の可動子１０１ａ、１０１ｂが搬送され、リニアエンコーダ２０４として２つのリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが配置されている場合を示している。なお、リニアスケール１０４は、各可動子１０１ａ、１０１ｂの同じ位置にＸ方向に沿って取り付けられている。

【0083】

例えば、図９に示す可動子１０１ｂのリニアスケール１０４には、１つのリニアエンコーダ２０４ｃが対向している。リニアエンコーダ２０４ｃは、可動子１０１ｂのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐｃを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ｃの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳｃである。したがって、可動子１０１ｂの位置Ｐｏｓ（１０１ｂ）は次式（７）により算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ｂ）＝Ｓｃ－Ｐｃ…式（７）

【0084】

例えば、図９に示す可動子１０１ａのリニアスケール１０４には、２つのリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂが対向している。リニアエンコーダ２０４ａは、可動子１０１ａのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐａを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ａの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳａである。したがって、リニアエンコーダ２０４ａの出力に基づく可動子１０１ａのＸ軸上の位置Ｐｏｓ（１０１ａ）は、次式（８）で算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ａ）＝Ｓａ－Ｐａ…式（８）

【0085】

また、リニアエンコーダ２０４ｂは、可動子１０１ｂのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐｂを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ｂの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳｂである。したがって、リニアエンコーダ２０４ｂの出力に基づく可動子１０１ａのＸ軸上の位置Ｐｏｓ（１０１ａ）′は、次式（９）により算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ａ）′＝Ｓｂ－Ｐｂ…式（９）

【0086】

ここで、各々のリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂの位置は予め正確に測定されているため、２つの値Ｐｏｓ（１０１ａ）、Ｐｏｓ（１０１ａ）′の差は十分に小さい。このように２つのリニアエンコーダ２０４の出力に基づく可動子１０１のＸ軸上の位置の差が十分小さい場合は、それら２つのリニアエンコーダ２０４は、同一の可動子１０１のリニアスケール１０４を観測していると判定することができる。

【0087】

なお、複数のリニアエンコーダ２０４が同一の可動子１０１と対向する場合は、複数のリニアエンコーダ２０４の出力に基づく位置の平均値を算出する等して、観測された可動子１０１の位置を一意に決定することができる。

【0088】

可動子位置算出関数４０１は、上述のようにしてリニアエンコーダ２０４の出力に基づき、可動子位置情報として可動子１０１のＸ方向における位置Ｘを算出して決定する。

【0089】

次に、可動子姿勢算出関数４０２による処理について図１０を用いて説明する。

【0090】

図１０では、可動子１０１として可動子１０１ｃが搬送され、Ｙセンサ２０５としてＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが配置されている場合を示している。図１０に示す可動子１０１ｃのＹターゲット１０５には、２つのＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが対向している。２つのＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが出力する相対距離の値をそれぞれＹａ、Ｙｂとし、Ｙセンサ２０５ａ、２０５ｂ間の間隔がＬｙの場合、可動子１０１ｃのＺ軸周りの回転量Ｗｚは、次式（１０）により算出される。
Ｗｚ＝（Ｙａ－Ｙｂ）／Ｌｙ…式（１０）

【0091】

なお、可動子１０１の位置によっては３つ以上のＹセンサ２０５が対向する場合もありうる。その場合、最小二乗法等を使ってＹターゲット１０５の傾き、すなわちＺ軸周りの回転量Ｗｚを算出することができる。

【0092】

可動子姿勢算出関数４０２は、上述のようにして、可動子１０１の姿勢情報としてＺ軸周りの回転量Ｗｚを算出することができる。

【0093】

また、可動子姿勢算出関数４０２は、次のようにして可動子１０１の姿勢情報として可動子１０１のＹ方向の位置Ｙを算出することができる。

【0094】

まず、可動子１０１のＹ方向の位置Ｙの算出について図１０を用いて説明する。図１０において、可動子１０１ｃがかかる２つのＹセンサ２０５をそれぞれＹセンサ２０５ａ、２０５ｂとする。また、Ｙセンサ２０５ａ、２０５ｂの測定値をそれぞれＹａ、Ｙｂとする。また、Ｙセンサ２０５ａの位置とＹセンサ２０５ｂの位置との中点をＯｅ′とする。さらに、式（７）～（１０）で得られた可動子１０１ｃの位置をＯｓ′とし、Ｏｅ′からＯｓ′までの距離をｄＸ′とする。このとき、可動子１０１ｃのＹ方向の位置Ｙは、次式により近似的に計算して算出することができる。
Ｙ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２－Ｗｚ＊ｄＸ′

【0095】

なお、位置ＹについてＷｚの回転量が大きい場合には、さらに近似の精度を高めて算出することができる。

【0096】

次に、コイル電流算出関数４０４による処理について図１を用いて説明する。なお、以下で用いる力の表記において、Ｘ方向及びＹ方向の力が働く方向をそれぞれｘ、ｙで示し、図１におけるＸ＋側をｆ、Ｘ－方向をｂで示す。

【0097】

図１において各永久磁石１０３に働く力をそれぞれ次のように表記する。各永久磁石１０３に働く力は、電流が印加された複数のコイル２０２により永久磁石１０３が受ける電磁力である。永久磁石１０３は、電流が印加された複数のコイル２０２により、可動子１０１の搬送方向であるＸ方向の電磁力のほか、Ｘ方向とは異なる方向であるＹ方向の電磁力を受ける。永久磁石１０３に働く力の表記は、それぞれ次のとおりである。
Ｆｘｆ：永久磁石１０３ｂのＸ方向に働く力
Ｆｙｆ：永久磁石１０３ａのＹ方向に働く力
Ｆｘｂ：永久磁石１０３ｃのＸ方向に働く力
Ｆｙｂ：永久磁石１０３ｄのＹ方向に働く力

【0098】

また、可動子１０１に対して印加される力Ｔを次式（１１）により表記する。なお、Ｔｘ、Ｔｙは、力の２軸成分であり、それぞれ力のＸ方向成分及びＹ方向成分である。また、Ｔｗｚは、モーメントの１軸成分であり、モーメントのＺ軸周り成分である。本実施形態による搬送装置１は、これら力Ｔの３軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｗｚ）を制御することにより、可動子１０１の姿勢を３軸で制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御する。
Ｔ＝（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｗｚ）…式（１１）

【0099】

すると、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗｚは、それぞれ次式（１２ａ）、（１２ｂ）、及び（１２ｃ）により算出される。
Ｔｘ＝Ｆｘｆ＋Ｆｘｂ…式（１２ａ）
Ｔｙ＝Ｆｙｆ＋Ｆｙｂ…式（１２ｂ）
Ｔｗｚ＝（Ｆｙｆ－Ｆｙｂ）＊ｒｚ３…式（１２ｃ）

【0100】

次に、コイル電流算出関数４０４が、各永久磁石１０３に働く力から各コイル２０２に印加する電流量を決定する方法について説明する。

【0101】

まず、Ｎ極及びＳ極の極性がＹ方向に交互に並んだ永久磁石１０３ａ、１０３ｄにＹ方向の力を印加する場合について説明する。なお、コイル２０２は、そのＹ方向の中心が永久磁石１０３ａ、１０３ｄのＹ方向の中心に位置するように配置されている。これにより、永久磁石１０３ａ、１０３ｄに対してＸ方向及びＺ方向に働く力は、殆ど発生しないようになっている。

【0102】

Ｘを可動子１０１の位置、ｊを列に並んだコイル２０２の番号として、単位電流当たりのコイル２０２（ｊ）のＹ方向に働く力大きさをＦｙ（ｊ、Ｘ）とし、コイル２０２（ｊ）に印加する電流をｉ（ｊ）とする。なお、コイル２０２（ｊ）は、ｊ番目のコイル２０２である。この場合、電流ｉ（ｊ）は、次式（１３）を満足するように決定することができる。なお、次式（１３）は、永久磁石１０３ｄに働く力の大きさＦｙｂついての式である。他の永久磁石１０３ａについても同様にしてコイル２０２に印加する電流を決定することができる。
ΣＦｙ（ｊ、Ｘ）＊ｉ（ｊ）＝Ｆｙｂ…式（１３）

【0103】

なお、複数のコイル２０２が永久磁石１０３に力を及ぼす場合には、各コイル２０２が及ぼす力に応じて単位電流当たりの力の大きさで電流を按分することにより、永久磁石１０３に働く力を一意に決定することができる。

【0104】

次に、Ｎ極、Ｓ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並んだ永久磁石１０３ｂに対してＸ方向に対して力を印加する方法について説明する。図１１は、永久磁石１０３ｂに対してＸ方向に対して力を印加する方法を説明する概略図である。コイル電流算出関数４０４は、以下に従って、永久磁石１０３ｂに対してＸ方向に対して力を印加するためにコイル２０２に印加する電流指令値を決定する。なお、永久磁石１０３ｃについても、永久磁石１０３ｂと同様にＸ方向に対して力を印加することができる。

【0105】

Ｘを可動子１０１の位置、ｊを列に並んだコイル２０２の番号として、単位電流当たりのコイル２０２（ｊ）のＸ方向に働く力の大きさを、Ｆｘ（ｊ、Ｘ）とする。また、コイル２０２（ｊ）の電流の大きさをｉ（ｊ）とする。なおコイル２０２（ｊ）は、ｊ番目のコイル２０２である。

【0106】

図１１（ａ）は、横にＸ軸、縦にＹ軸を取り、永久磁石１０３ｂに対向する６個のコイル２０２を抜き出して示す図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）をＹ方向から見た図である。コイル２０２には、Ｘ方向に並んだ順に１から６までの番号ｊを付与し、以下では例えばコイル２０２（１）のように表記して各コイル２０２を特定する。

【0107】

図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイル２０２は、距離Ｌのピッチでされている。一方、可動子１０１の永久磁石１０３は、距離３／２＊Ｌのピッチで配置されている。

【0108】

図１１（ｃ）のグラフは、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す各々のコイル２０２に対して単位電流を印加した際に発生するＸ方向の力Ｆｘの大きさを模式的に示したグラフである。

【0109】

簡単のため、図１１では、コイル２０２のＸ方向の位置の原点Ｏｃをコイル２０２（３）とコイル２０２（４）の中間とし、永久磁石１０３ｂのＸ方向の中心Ｏｍを原点としている。このため、図１１は、ＯｃとＯｍとが合致した場合、すなわちＸ＝０の場合を示している。

【0110】

このとき、例えばコイル２０２（４）に対して働く単位電流当たりの力は、Ｘ方向にＦｘ（４，０）の大きさである。また、コイル２０２（５）に対して働く単位電流当たりの力は、Ｘ方向にＦｘ（５，０）の大きさである。

【0111】

ここで、コイル２０２（１）～２０２（６）に印加する電流値をそれぞれｉ（１）～ｉ（６）とする。すると、永久磁石１０３ｂに対して、Ｘ方向に働く力の大きさＦｘｆは、それぞれ一般的に次式（１４）で表される。
Ｆｘｆ＝Ｆｘ（１，Ｘ）＊ｉ（１）＋Ｆｘ（２，Ｘ）＊ｉ（２）＋Ｆｘ（３，Ｘ）＊ｉ（３）＋Ｆｘ（４，Ｘ）＊ｉ（４）＋Ｆｘ（５，Ｘ）＊ｉ（５）＋Ｆｘ（６，Ｘ）＊ｉ（６）…式（１４）

【0112】

上記式（１４）を満足する電流値ｉ（１）～ｉ（６）をそれぞれコイル２０２（１）～２０２（６）に印加されるように電流指令値を決定することにより、永久磁石１０３ｂに対してＸ方向に独立に力を印加することができる。コイル電流算出関数４０４は、永久磁石１０３に対してＸ方向に独立に力を印加するために、上述のようにしてコイル２０２（ｊ）に印加する電流指令値を決定することができる。

【0113】

こうして決定される電流指令値により可動子１０１のＸ方向に力が印加される。可動子１０１に印加されるＸ方向の力により、可動子１０１は、Ｘ方向に移動する推進力を得てＸ方向に移動する。

【0114】

こうして、統合コントローラ３０１は、複数のコイル２０２に印加する電流を制御することにより、可動子１０１に印加する力の３軸成分のそれぞれを制御する。

【0115】

なお、可動子１０１の搬送により永久磁石１０３ｂの中心Ｏｍに対してコイル２０２の中心Ｏｃが移動した場合、すなわちＸ≠０の場合は、移動した位置に応じたコイル２０２を選択することができる。さらに、コイル２０２に発生する単位電流当たりの力に基づいて、上記と同様の計算を実行することができる。

【0116】

上述のようにして、統合コントローラ３０１は、複数のコイル２０２に印加する電流の電流指令値を決定して制御することにより、固定子２０１上での可動子１０１の姿勢を３軸で制御しつつ、可動子１０１の非接触での固定子２０１上の搬送を制御する。すなわち、統合コントローラ３０１は、可動子１０１の搬送を制御する搬送制御手段として機能し、複数のコイル２０２により永久磁石１０３が受ける電磁力を制御することにより、固定子２０１上における可動子１０１の非接触での搬送を制御する。また、統合コントローラ３０１は、可動子１０１の姿勢を制御する姿勢制御手段として機能し、固定子２０１上における可動子１０１の姿勢を３軸で制御する。なお、制御装置としての統合コントローラ３０１の機能の全部又は一部は、コイルコントローラ３０２その他の制御装置により代替されうる。

【0117】

このように、本実施形態によれば、１列に配置された複数のコイル２０２により、可動子１０１に対して、２軸の力成分（Ｔｘ，Ｔｙ）及び１軸のモーメント成分（Ｔｗｚ）の３軸の力を印加することができる。これにより、可動子１０１の姿勢を３軸で制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御することができる。本実施形態によれば、制御すべき変数である力の３軸成分の数よりも少ない列数である１列のコイル２０２により、可動子１０１の姿勢の３軸制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御することができる。

【0118】

したがって、本実施形態によれば、コイル２０２の列数を少なく構成することができるため、システムの大型化や複雑化を伴うことなく、可動子１０１の姿勢を制御しつつ、可動子１０１を搬送することができる。さらに、本実施形態によれば、コイル２０２の列数を少なく構成することができるため、安価に小型の搬送装置を構成することができる。

【0119】

本実施形態では列数を少なく構成する例（１列のコイル）を示したが、もちろんＸ方向に沿って複数のコイル２０２からなるコイル列を複数有していてもよい。

【0120】

［第２実施形態］
図１２は、本発明の第２実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送装置の全体構成を示す概略図である。なお、図１２は、可動子１０１及び固定子２０１の主要部分を抜き出して示したものである。また、図１２（ａ）は図１２（ｂ）の（Ｃ）－（Ｃ）断面をＹ方向から見た図であり、図１２（ｂ）は可動子１０１をＺ方向から見た図である。本実施形態においては、第１実施形態の可動子の各永久磁石１０３ａ、１０３ｄ、１０３ｂおよび１０３ｃが、可動子１０１の上面に設けられた独立した磁石用ヨーク１０７に取り付けられている例を示す。つまり、永久磁石１０３ａが第１のヨーク、永久磁石１０３ｂおよび１０３ｃが第２のヨーク、永久磁石１０３ｄが第３のヨークに取り付けられ、それぞれのヨークは所定距離離れて配置されている例を示す。第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。

【0121】

まず、第一の実施形態で説明した、各永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄが同じ磁石用ヨーク１０７に取り付けられている時の、永久磁石１０３ｃと永久磁石１０３ｄの間に形成される磁気回路について、図１３を用いて説明する。図１３は図１の一部を拡大した図であり、可動子１０１をＹ方向負側に図示する矢印の分だけ一定量動かした場合の例を示す概念図である。

【0122】

図１３に示すように、永久磁石１０３ｃにおいては、永久磁石１０３ｄに近い側から、永久磁石１０３ｃ１、１０３ｃ２及び１０３ｃ３が配置されている。また、永久磁石１０３ｄにおいて、Ｙ方向正の向きから、永久磁石１０３ｄ１及び永久磁石１０３ｄ２が配置されている。

【0123】

また、永久磁石１０３ｃ、１０３ｄに対向しているコイル２０２として、永久磁石１０３ｄ１に対向するコイルをコイル２０２ａ、永久磁石１０３ｃ１に対向するコイルをコイル２０２ｂ、永久磁石１０３ｃ２に対抗するコイルをコイル２０２ｃとする。

【0124】

このとき、コイルに電流を流していない状態で、可動子１０１に働くＹ方向の推力について説明する。

【0125】

図１３に示すように、可動子１０１と固定子２０１の間において、磁路２３１ａ及び磁路２３１ｂが形成される。図１３に示した磁路は、代表的なものであり、実際に形成される磁路はこの限りではない。磁路２３１ａは、永久磁石１０３ｃ１、コイル２０２ｂ、コイル２０２ａ、永久磁石１０３ｄ１及び磁石用ヨーク１０７により形成される。磁路２３１ｂは、永久磁石１０３ｃ１、コイル２０２ｂ、コイル２０２ｃ、永久磁石１０３ｃ２及び磁石用ヨーク１０７により形成される。

【0126】

磁路２３１ａ及び磁路２３１ｂにより、コイル２０２ｂの可動子１０１側はＳ極として、コイル２０２ａの可動子１０１側はＮ極として働くようになる。Ｘ方向には同様に磁路が形成され、固定子２０１側には対抗する永久磁石に対応した磁極が発生する。

【0127】

このとき、永久磁石１０３ｃ１の固定子２０１側がＮ極で、コイル２０２ｂの可動子１０１側がＳ極となるため、固定子２０１と可動子１０１の間には引き合う力が働く。これにより、可動子１０１にはＹ方向正側への推力Ｆａ１が働く。これは固定子２０１と可動子１０１の中心が一致する方向の推力となる。

【0128】

また磁路２３１ａにより、永久磁石１０３ｄ１の固定子２０１側がＳ極で、コイル２０２ａの可動子１０１がＮ極となるため、固定子２０１と可動子１０１には引き合う力が働く。これにより、永久磁石１０３ｄ１にはＹ方向負側への推力Ｆｂ１が働く。

【0129】

同様にして磁路２３１ｂにより、永久磁石１０３ｃ２の固定子２０１側がＳ極で、コイル２０２ｃの可動子１０１がＮ極となるため、固定子２０１と可動子１０１には引き合う力が働く。これにより、永久磁石１０３ｃ２にはＹ方向正側への推力Ｆｃ１が働く。

【0130】

このとき、Ｆａ１とＦｃ１は同一方向の推力であるが、Ｆｂ１は逆方向であり、Ｆｂ１は固定子２０１と可動子１０１の中心が一致する方向の推力を減少させる働きをする。

【0131】

次に、可動子１０１をＹ方向正側に図１３での移動量と同じ分だけ一定量動かした場合の例を示す概念図を図１４に示す。図１４は図１２の一部を拡大した図である。

【0132】

図１４に示すように、可動子１０１と固定子２０１の間において、磁路２３１ｃ及び磁路２３１ｄが形成される。図１４に示した磁路は、代表的なものであり、実際に形成される磁路はこの限りではない。磁路２３１ｃは、永久磁石１０３ｃ１、コイル２０２ｂ、コイル２０２ａ、永久磁石１０３ｄ２及び磁石用ヨーク１０７により形成される。磁路２３１ｄは、永久磁石１０３ｃ１、コイル２０２ｂ、コイル２０２ｃ、永久磁石１０３ｃ２及び磁石用ヨーク１０７により形成される。

【0133】

磁路２３１ｃ及び磁路２３１ｄにより、コイル２０２ｂの可動子１０１側はＳ極として、コイル２０２ａの可動子１０１側はＮ極として働くようになる。Ｘ方向には同様に磁路が形成され、固定子２０１側には対抗する永久磁石に対応した磁極が発生する。

【0134】

このとき、永久磁石１０３ｃ１の固定子２０１側がＮ極で、コイル２０２ｂの可動子１０１側がＳ極となるため、固定子２０１と可動子１０１の間には引き合う力が働く。これにより、永久磁石１０３ｃ１にはＹ方向正側への推力Ｆａ２が働く。これは固定子２０１と可動子１０１の中心が一致する方向の推力となる。

【0135】

また磁路２３１ｃにより、永久磁石１０３ｄ２の固定子２０１側がＮ極で、コイル２０２ａの可動子１０１がＮ極となるため、固定子２０１と可動子１０１には反発する力が働く。これにより、永久磁石１０３ｄ２にはＹ方向正側への推力Ｆｂ２が働く。

【0136】

同様にして磁路２３１ｄにより、永久磁石１０３ｃ２の固定子２０１側がＳ極で、コイル２０２ｃの可動子１０１がＮ極となるため、固定子２０１と可動子１０１には引き合う力が働く。これにより、永久磁石１０３ｃ２にはＹ方向正側への推力Ｆｃ２が働く。

【0137】

このとき、Ｆａ２、Ｆｂ２及びＦｃ２は同一方向の推力であるため、Ｆｂ２はＦｂ１と異なり固定子２０１と可動子１０１の中心が一致する方向の推力を増加させる働きをする。

【0138】

以上により、可動子１０１がＹ方向正側と負側にそれぞれ同一の一定量移動した位置でのＹ方向の推力には偏りが発生することがわかる。

【0139】

次に、本実施形態（各永久磁石１０３ａ、１０３ｂおよび１０３ｃ、１０３ｄが、独立した磁石用ヨーク１０７に取り付けられている）の磁気回路について図１５を用いて説明する。本実施形態では、図１５に示すように各永久磁石１０３ａ、１０３ｂおよび１０３ｃ、１０３ｄは、各々が独立した可動子１０１の上面に設けられた磁石用ヨーク１０７に取り付けられている。永久磁石１０３ｂ及び１０３ｃも別々の磁石用ヨーク１０７の上に取り付けられていても良い。磁石用ヨーク１０７は、透磁率の大きな材料、例えば鉄で構成されている。

【0140】

これにより、Ｘ方向に沿って配置された永久磁石１０３ａと永久磁石１０３ｂの間、及び、永久磁石１０３ｃと永久磁石１０３ｄの間に、磁石用ヨーク１０７にギャップを設けることによってできた磁気抵抗の大きなギャップ１０８が配置される。

【0141】

永久磁石１０３ｃと永久磁石１０３ｄの間のギャップ１０８は磁気抵抗が非常に大きいため、磁路２３１ａ及び図１４で示した磁路２３１ｃを通る磁束が減少する。

【0142】

このとき、図１３で説明したときと同様に永久磁石１０３ｃ１にＦａ３、永久磁石１０３ｃ２にＦｃ３が働く。しかし、永久磁石１０３ｄ２に働くＦｂ３については、磁路２３１ａを通る磁束が減少しているため、Ｆｂ１に比べ減少する。

【0143】

同様に磁路２３１ｃを通る磁束が減少すると図１４で示したＦｂ２が減少する。これにより、Ｙ方向の推力の偏りを抑制することが可能となる。

【0144】

また、可動磁石型リニアモータによる搬送装置では、図１６に示すように搬送方向に対して永久磁石に一定の角度をつけることによって、コギングを抑制できることが知られている。

【0145】

しかし、永久磁石に一定の角度をつけた場合には、永久磁石１０３ｄと永久磁石１０３ｃの距離が近くなる。このため、永久磁石１０３ｄと永久磁石１０３ｃの間に形成される磁路による推力の偏りがより大きく発生する。この場合においても、本実施形態の効果により、推力の偏りを抑えることができる。

【符号の説明】

【0146】

１０１ 可動子
１０２ ワーク
１０３ 永久磁石
１０４ リニアスケール
１０５ Ｙターゲット
１０７ 磁石用ヨーク
２０１ 固定子
２０２ コイル
２０３ コイルユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】