JP2009159716A - 平面モータ - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出精度を向上させることができる平面モータ、およびモータの性能を向上させることができる平面モータを実現する。
【解決手段】平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルとを備えた平面モータにおいて、 前記ケーブルを冷却する冷却器が設けられたことを特徴とする平面モータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルとを備えた平面モータに関するものである。

図７は従来の平面モータの一例を示す図であり、上面が平面状に形成された固定部（プラテン）１と、固定部１の上面をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する移動体（スライダ）２とからなる。

固定部１の外部には、移動体２のＸ軸側の一辺と向い合うようにレーザ干渉計５が固定配置されている。移動体２のレーザ干渉計５と向い合う面には、レーザ干渉計５からのレーザ光を反射する反射板（図示せず）が設けられている。レーザ干渉計５から出射されたレーザ光は空気中を往復し、レーザ干渉計５は反射板からの反射光に基づいて移動体２のＹ軸方向の距離を検出する。さらに、移動体２のＸ軸方向の距離の検出のため、移動体２のＹ軸側の一辺と向い合うように別のレーザ干渉計が設けられる場合がある。

ケーブル３は、移動体２を駆動するための信号線や電流を供給する動力線等が束ねられた所定長のケーブルである。ケーブル３は、固定部１の端部側と移動体２の間に配線され、一方向に屈曲可能な構造にしたケーブルホース４を備えた構造になっている。

ケーブルホース４の形状としては、矩形形状の断面をした筒状部品を一方向に屈曲可能なように連結したものや、蛇腹に加工されたホースなどが一般に存在する。

移動体２が移動すると、ケーブルホース４は固定部１の平面上を移動しながら自在に屈曲し、移動体２に追従する。このようにして、ケーブルホース４は、移動体２が移動する際にケーブル３が他の物体に触れて摩擦、切断してしまうことから保護している。

特開２００６−２４５４８４号公報

ケーブル３は電流の影響により発熱する。従来は、ケーブル３またはケーブルホース４には冷却機構を設けておらず、それらの表面からの輻射、対流によって放熱していた。

しかしながら、ケーブル３またはケーブルホース４からの輻射、対流により周囲の空気が暖められると、空気中を往復するレーザ光に悪影響となり、レーザ干渉計５の位置検出精度が悪化するという問題があった。

また、ケーブルホース４の内部は、内容物の密度が高く、熱がこもりやすい構造となっている。発熱を抑えるため、動力線の電流が制限され、モータの性能が制限されてしまうという問題があった。

本発明は、上記のような従来の問題をなくし、位置検出精度を向上させることができる平面モータ、およびモータの性能を向上させることができる平面モータを実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルとを備えた平面モータにおいて、
前記ケーブルを冷却する冷却器が設けられたことを特徴とする。

請求項２では、請求項１に記載の平面モータにおいて、前記ケーブルの温度を検出する温度検出器または前記ケーブルの電流を検出する電流検出器の少なくともいずれか一方と、
前記温度検出器または前記電流検出器の少なくとも一方の出力に基づいて前記ケーブルの冷却温度を決定する温度制御手段とを備え、
前記冷却器は前記温度制御手段で決定された冷却温度に応じて前記ケーブルの冷却を行うことを特徴とする。

請求項３では、請求項１または２に記載の平面モータにおいて、前記冷却器は前記ケーブルの前記固定部側に配置されたことを特徴とする。

請求項４では、請求項２または３に記載の平面モータにおいて、前記温度制御手段は、前記ケーブルに温度分布がある場合に、前記ケーブル全体の平均温度が周囲温度と一致するように前記冷却温度を決定することを特徴とする。

請求項５では、請求項２または３に記載の平面モータにおいて、前記温度制御手段は、前記ケーブルの中間地点の温度が周囲温度と一致するように前記冷却温度を決定することを特徴とする。

請求項６では、平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
気体の冷却を行う冷却器と、
この冷却器で冷却された気体を前記ケーブルホース内に供給する給気口を有する給気配管と、
前記ケーブルホース内の気体を吸気する吸気口を有する排気配管と、
前記排気配管が接続され、前記ケーブルホース内の気体の排気を行うポンプと、
を有することを特徴とする。

請求項７では、請求項６に記載の平面モータにおいて、前記給気口または前記吸気口の少なくとも一方にテーパーが設けられたことを特徴とする。

請求項８では、請求項６または７に記載された平面モータにおいて、前記給気配管または前記排気配管の少なくとも一方は前記ケーブルホース内に配設されたことを特徴とする。

請求項９では、平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
前記ケーブルホース内に配置され、周囲温度よりも低い温度に冷却された高熱伝導性シートまたはパイプを備えたことを特徴とする平面モータ。

請求項１０では、平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
気体の吸引を行う真空ポンプを備え、
前記ケーブルホースは前記移動体と前記真空ポンプとの間を密封状態で接続し、
前記真空ポンプで気体を吸引して前記移動体２の熱を外部へ排出することを特徴とする。

このように、ケーブルを冷却する冷却器が設けられたことにより、ケーブルが冷却されてケーブル外部への発熱の影響を抑えることができ、位置検出精度を向上させることができる。また、動力線により多くの電流を流すことができるようになるため、モータの性能を向上させることができる。

請求項２によれば、ケーブルの温度または電流の少なくともいずれかに基づいてケーブルを冷却するため、ケーブルを精度良く温度制御することができる。

請求項３によれば、冷却器がケーブルの固定部側に配置されているため、移動体やケーブル自体が移動する際の阻害となりにくい。また、ケーブルホース内に冷却機構を設ける必要がない。

請求項４によれば、ケーブル全体の平均温度が周囲温度と一致するようにケーブルの冷却温度を決定するため、ケーブルが周囲の空気に与える影響を抑えることができる。

請求項５によれば、ケーブルの中間地点の温度が周囲温度と一致するように冷却温度を決定するため、ケーブルが周囲の空気に与える影響を抑えることができる。

請求項６によれば、冷却された気体をケーブルホース内に供給する給気配管と、ケーブルホース内の気体を吸気する排気配管とを有することにより、ケーブルおよびケーブルホースが冷却されてケーブル外部への発熱の影響を抑えることができ、位置検出精度を向上させることができる。また、動力線により多くの電流を流すことができるようになるため、モータの性能を向上させることができる。また、排気をモータより遠ざけることにより、レーザ干渉計による位置検出に影響を与えずに済む。

請求項７によれば、給気配管の給気口と排気配管の吸気口の少なくともいずれかにテーパーが設けられているため、気体の噴出し時の摩擦による温度上昇を防止するとともに、給気時の体積膨張による熱吸収により冷却効果を持たせることができる。

給気配管または排気配管は、請求項８のようにケーブルホース内に配設されていてもよい。

請求項９によれば、周囲温度よりも低い温度に冷却された高熱伝導性シートまたはパイプをケーブルホース内に配置したことにより、ケーブルまたはケーブルホースが冷却されてケーブルホース外部への発熱の影響を抑えることができ、位置検出精度を向上させることができる。また、動力線により多くの電流を流すことができるようになるため、モータの性能を向上させることができる。

請求項１０によれば、ケーブルまたはケーブルホースだけでなく、移動体に発生する熱の除去にも対応することができる。

以下、図面を用いて本発明の平面モータを説明する。

図１は本発明による平面モータの一実施例を示す図である。

図７と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。ケーブル３の固定部１側に冷却器１００が設けられる。冷却器１００はケーブル３を冷却するものである。冷却器１００は絶縁熱結合手段１００ａ、冷却手段１００ｂ、２次冷却手段１００ｃから構成されている。絶縁熱結合手段１００ａは、絶縁性の素材で形成され、ケーブル３を保持するとともにケーブル３と熱的に結合する。冷却手段１００ｂは絶縁熱結合手段１００ａに接続され、ケーブル３の熱を２次冷却手段１００ｃへと移動させる。冷却手段１００ｂとしてはペルチェ素子などが考えられる。２次冷却手段１００ｃは、例えばヒートシンクであり、冷却手段１００ｂからの熱を発散する。

温度検出器１０１はケーブル３の温度を測定し、温度制御手段１０２に温度情報を出力する。電流検出器１０３はケーブル３に流れる電流値の情報を温度制御手段１０２に出力する。なお、電流検出器１０３は、ケーブル３に流れる電流の実測値に基づいてもよいし、移動体２に供給する電流の指令値に基づいてもよい。

温度制御手段１０２は、ケーブル３の温度情報および電流値情報に基づいて、ケーブル３の冷却温度を決定する。温度制御手段１０２は、ケーブル３の温度が周囲温度と同等になるようにケーブル３の冷却温度を制御する。温度制御手段１０２は、決定した冷却温度に応じて冷却器１００に制御信号を出力する。冷却器１００は、温度制御手段１０２で決定された冷却温度に応じてケーブル３の冷却を行う。
なお、温度制御手段１０２は、ケーブル３の温度情報および電流値情報のいずれか一方に基づいて冷却温度を決定してもよいし、両方の情報を組み合わせて冷却温度を決定してもよい。

図２はケーブル３の温度の説明図である。図２（ａ）において、横軸は冷却手段１００からのケーブル３の距離ｒ、縦軸は温度である。Ｌ１はケーブル３の温度上昇を示すラインである。Ｌ２は冷却器１００によるケーブル３の温度低下を示すラインである。冷却器１００から移動体２までのケーブル３の長さをＲとする。

ケーブル３は、動力線の電流により、全体的に一定の温度上昇が見られる。一方、冷却器１００はケーブル３の固定部側に配置されているため、ケーブル３は距離ｒ＝０において最も強く冷却され、距離ｒがｒ＝Ｒ（すなわち移動体２側）に近付くにつれて冷却の度合いが小さくなる。そのため、ケーブル３の温度上昇（Ｌ１）と温度低下（Ｌ２）を合成すると、ケーブル３には図２（ｂ）に示すような温度勾配（Ｌ３）が生じる。

図２（ｃ）（ｄ）は、ケーブル３の温度を周囲温度と同等にするための温度制御の例である。
（第１の例：図２（ｃ））
温度制御手段１０２は、ケーブル３の温度がケーブル３の中央部において周囲温度と一致するように、ケーブル３の冷却温度を決定する。この場合、温度検出器１０１はケーブル３の中央部、すなわちｒ＝Ｒ／２付近の温度を測定するのが望ましい。

（第２の例：図２（ｄ））
距離ｒ＝０〜Ｒにおいて周囲温度のラインとＬ３のラインで囲まれる面積のうち、周囲温度よりも温度が低い側に形成される面積をＳ１、周囲温度よりも温度が高い側に形成される面積をＳ２とする。温度制御手段１０２は、Ｓ１とＳ２の面積が同等になるようにケーブル３の冷却温度を決定する。

このように、冷却器１００でケーブル３を冷却することにより、ケーブル３の温度上昇を抑制し、ケーブル３が周囲の空気に与える影響を抑えることができる。その結果、レーザ干渉計の位置検出精度を向上させることができる。また、ケーブル３の温度分布の平均や、ケーブル３の中間地点の温度が周囲温度と同じになるように制御することで、ケーブル３の温度を精度良く制御することができる。また、ケーブル３の温度上昇が抑えられるため、より多くの電流を流すことができるようになり、モータの性能向上につながる。

なお、冷却器１００は、本実施例１のように、ケーブルホース４内に設ける必要はない。冷却器１００をケーブル３の固定部１側に設ければ、移動体２やケーブル３自体が移動する際の阻害となるおそれがない。

図３は本発明による平面モータの他の実施例を示す図である。

図７と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。ケーブルホース４内に、冷却された気体を供給する給気配管１０４と、ケーブルホース４内の気体を外部に排出する排気配管１０５が設けられる。

給気ポンプ１０６で圧縮気体を生成する。冷却器１０７で圧縮気体から熱を取り除いて冷却する。冷却された圧縮気体はフィルタ１０８でダスト、ミストが除去され、給気配管１０４に導入される。

給気配管１０４のケーブルホース４内に位置する部分には給気口１０４ａが設けられている。給気配管１０４に導入された冷却気体は、給気口１０４ａからケーブルホース４内に放出される。ケーブルホース４およびケーブルホース４内のケーブル３は、供給された冷却気体によって冷却される。

給気口１０４ａにはテーパーが設けられている。テーパーを設けることにより、気体の噴き出し時の摩擦による温度上昇を防止するとともに、給気時の体積膨張による熱吸収により冷却効果を持たせる効果がある。

ケーブルホース４内で熱を吸収した気体は、排気配管１０５を介して真空ポンプ１０９によりケーブルホース４外部に排気される。排気配管１０５のケーブルホース４内に位置する部分には吸気口１０５ａが設けられており、ケーブルホース４内の気体は吸気口１０５ａから排気配管１０５に導入される。吸気口１０５ａにも、給気口１０４ａと同様のテーパーが設けられていてもよい。

真空ポンプ１０９からの気体の排気は、レーザ干渉計５（図示せず）から遠ざけることができる。そのため、排気される気体によってレーザ干渉計５の位置検出に影響を与えるおそれがない。

なお、図３では、給気配管１０４および排気配管１０５はそれぞれ一本ずつしか図示されていないが、必要に応じて複数設けられていてもよい。また、給気口１０４ａおよび吸気口１０５ａもそれぞれ１ヶ所ずつしか図示されていないが、必要に応じて各配管ごとに複数設けられていてもよい。配管の数が多ければ、ケーブルホース４内への気体の供給および排出が強化される。また、給気配管１０４および排気配管１０５をそれぞれ移動体２側まで延ばし、所定間隔ごとに給気口１０４ａと吸気口１０５ａを設ければ、ケーブル３およびケーブルホース４をより均等に冷却することが可能になる。

このように、ケーブルホース４内に冷却気体を送り込んで熱を吸収させることにより、ケーブルホース４内の温度が下がり、ケーブルホース４外部への発熱の影響を抑えることができる。その結果、レーザ干渉計の位置検出精度を向上させることができる。また、ケーブル３の温度上昇が抑えられるため、より多くの電流を流すことができるようになり、モータの性能向上につながる。

図４は本実施例の変形例を示す図である。図３の構成に、前記実施例１と同様な温度検出器１０１、温度制御手段１０２、電流検出器１０３を追加したものである。

温度検出器１０１はケーブル３の温度を測定し、温度制御手段１０２に温度情報を出力する。電流検出器１０３はケーブル３に流れる電流値の情報を温度制御手段１０２に出力する。温度制御手段１０２は、ケーブル３の温度情報および電流値情報に基づいて、給気配管１０４に供給する気体の冷却温度を決定する。温度制御手段１０２は、ケーブル３またはケーブルホース４の温度が周囲温度と同等になるように気体の冷却温度を制御する。

温度制御手段１０２は、決定した冷却温度に応じて冷却器１０７に制御信号を出力する。冷却器１０７は、温度制御手段１０２で決定された冷却温度に応じて給気ポンプ１０８から供給される圧縮気体の冷却を行う。

図５は本発明による平面モータの他の実施例を示す図である。

前記実施例１では直接ケーブル３を冷却したが、ケーブル３を直接冷却する代わりに、ケーブルホース４内に冷却された高熱伝導性シート１１１を通しても、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

図７と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。ケーブルホース４内に高熱伝導性シートを配置する。高熱伝導性シート１１０は、冷却器１１１により周囲温度よりも低い温度に冷却される。冷却器１１１は、前記実施例１の冷却器１００と同じ構成のものを用いてよい。

ケーブルホース４内に冷却された高熱伝導性シート１１０を配置することにより、ケーブル３の発熱を効果的に吸収し、ケーブル３の温度上昇を抑えることができる。その結果、前記実施例１と同様の効果をえることができる。なお、高熱伝導性シート１１０の代わりに、冷却されたパイプ等を用いてもよいと考えられる。

図６は本発明による平面モータの他の実施例を示す図である。

前記実施例１，２，３では、ケーブル３またはケーブルホース４からの熱の影響を抑えた。本発明は、移動体２に生じる熱の除去にも用いることができる。

図７と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。ケーブルホース４は、カバーの取り付けなどにより密封状態とする。または、ケーブルホース４はホース状のものなど、内部の気体が密封状態となるものを使用する。

ケーブルホース４の一端は、移動体２と封止状態で接続される。ケーブルホース４の他端は、ケーブルホース４内部の気体を密封状態に保つようにしながら排気配管１１２に接続される。排気配管１１２は外部の真空ポンプ１１３に接続される。これにより、真空ポンプ１１３と移動体２が密封状態で接続される。

真空ポンプ１１３はケーブルホース４を介して移動体２から気体を吸引する。移動体２から吸引される気体は、移動体２に発生した熱を吸収している。そのため、移動体２から気体を吸引することにより、移動体２を強制空冷する効果が得られ、移動体２の熱を外部へ排出することができる。

このように、本発明は、ケーブルまたはケーブルホースだけでなく、移動体２に発生する熱の排出にも対応することができる。

図１は本発明による平面モータの一実施例を示す図。 図２はケーブル３の温度の説明図。 図３は本発明による平面モータの他の実施例を示す図。 図４は本実施例の変形例を示す図。 図５は本発明による平面モータの他の実施例を示す図。 図６は本発明による平面モータの他の実施例を示す図。 図７は従来の平面モータの一例を示す図。

符号の説明

１ 固定部（プラテン）
２ 移動体（スライダ）
３ ケーブル
４ ケーブルホース
５ レーザ干渉計
１００ 冷却器
１００ａ 絶縁熱結合手段
１００ｂ 冷却手段
１００ｃ ２次冷却手段
１０１ 温度検出器
１０２ 温度制御手段
１０３ 電流検出器
１０４ 給気配管
１０５ 排気配管
１０６ 給気ポンプ
１０７ 冷却器
１０８ フィルタ
１０９ 真空ポンプ
１１０ 高熱伝導性シート
１１１ 冷却器
１１２ 排気配管
１１３ 真空ポンプ

Claims (10)

1. 平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルとを備えた平面モータにおいて、
   前記ケーブルを冷却する冷却器が設けられたことを特徴とする平面モータ。
2. 前記ケーブルの温度を検出する温度検出器または前記ケーブルの電流を検出する電流検出器の少なくともいずれか一方と、
   前記温度検出器または前記電流検出器の少なくとも一方の出力に基づいて前記ケーブルの冷却温度を決定する温度制御手段とを備え、
   前記冷却器は前記温度制御手段で決定された冷却温度に応じて前記ケーブルの冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
3. 前記冷却器は前記ケーブルの前記固定部側に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
4. 前記温度制御手段は、前記ケーブルに温度分布がある場合に、前記ケーブル全体の平均温度が周囲温度と一致するように前記冷却温度を決定することを特徴とする請求項２または３に記載の平面モータ。
5. 前記温度制御手段は、前記ケーブルの中間地点の温度が周囲温度と一致するように前記冷却温度を決定することを特徴とする請求項２または３に記載の平面モータ。
6. 平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
   気体の冷却を行う冷却器と、
   この冷却器で冷却された気体を前記ケーブルホース内に供給する給気口を有する給気配管と、
   前記ケーブルホース内の気体を吸気する吸気口を有する排気配管と、
   前記排気配管が接続され、前記ケーブルホース内の気体の排気を行うポンプと、
   を有することを特徴とする平面モータ。
7. 前記給気口または前記吸気口の少なくとも一方にテーパーが設けられたことを特徴とする請求項６に記載の平面モータ。
8. 前記給気配管または前記排気配管の少なくとも一方は前記ケーブルホース内に配設されたことを特徴とする請求項６または７に記載された平面モータ。
9. 平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
   前記ケーブルホース内に配置され、周囲温度よりも低い温度に冷却された高熱伝導性シートまたはパイプを備えたことを特徴とする平面モータ。
10. 平面を有する固定部と、この固定部の平面上を移動する移動体と、前記固定部の端部側から前記移動体に配線されているケーブルと、このケーブルを保持するケーブルホースとを備えた平面モータにおいて、
    気体の吸引を行う真空ポンプを備え、
    前記ケーブルホースは前記移動体と前記真空ポンプとの間を密封状態で接続し、
    前記真空ポンプで気体を吸引して前記移動体２の熱を外部へ排出することを特徴とする平面モータ。

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