JP2024049434A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルへの通電時の発熱による配線の軟化の防止や、発熱により配線の固定ができなくなる問題を解消するとともに、配線処理の工数を削減することができるリニアモータを提供する。【解決手段】固定子と可動子とが相対的に移動可能なリニアモータ１０において、可動子は、多相コイル６を有するとともに多相コイルに電流を供給する配線を含み、配線は、複数の基板を積層した多層プリント基板１２に形成されている。多層プリント基板は、配線と多相コイル及び配線と外部配線と接続するための接点７を有し、接点は、多層プリント基板の少なくとも一つに配置されるように、各プリント基板の各接点がスルーホール接続されていてもよい。【選択図】図４

Description

本発明は、リニアモータに関する。

半導体製造装置、液晶製造装置、あるいは半導体素子や液晶ディスプレイ等の検査装置においては、各種部品の搬送装置として２軸のステージ装置、いわゆるＸ－Ｙステージが使用されている。Ｘ－Ｙステージは、定盤に対して所定の方向（Ｘ方向）に移動するＸステージと、Ｘ方向に直交する方向（Ｙ方向）に移動するＹステージとを備える。
Ｘステージ及びＹステージはリニアモータ等により駆動される駆動部を含む。リニアモータは、Ｎ極とＳ極が対向するようにヨークに支持された永久磁石を有する断面コの字型の磁界発生部材と、その磁界内を横切るコイルを有するコイル部材を備えている。
リニアモータはコイルに電流を流すことで、永久磁石による磁界と、コイルに発生する磁界の相互作用で、磁界発生部材とコイル部材との相対移動ができるようになっている。

上記のようなリニアモータは、例えば、磁界発生部材を固定子、コイル部材を可動子とする構造となっており、搬送装置の高速化を図るためにコイルに流す電流を増加させることが一般的に行われている。
特許文献１、特許文献２には、リニアモータの各コイルへの電流の供給を、電気配線によって行う技術が開示されている。
特許文献３には、コイルへ供給される電流の配線をプリント基板で行う技術が開示されている。

特開２００１－２６８８８２号公報 特開２００５－５７９９２号公報 特開２００２－３４２２９号公報

特許文献１、あるいは特許文献２に記載の方法で、コイルに配線を行った場合、配線へ多くの電流を流すと、配線自体の発熱により、配線自体の軟化が懸念される。
また特許文献２のごとく配線自体をモールド固定しない場合には、配線の固定のために接着剤等を使用するため、発熱による接着剤の蒸発や接着力低下により、配線の固定が不十分となる問題があった。

特許文献３には、配線が交差する部分の処理について言及されていない。交差する部分をジャンパー線などによって処理すると、ジャンパー線の処理に工数がかかることが懸念される。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、コイルへの通電時の発熱による配線の軟化の防止や、発熱により配線の固定ができなくなる問題を解消するとともに、配線処理の工数を削減することができるリニアモータの提供を目的とする。

本発明のリニアモータは、固定子と可動子とが相対的に移動可能なリニアモータにおいて、前記可動子は、多相コイルを有するとともに前記多相コイルに電流を供給する配線を含み、前記配線は、複数の基板を積層した多層プリント基板に形成されていることを特徴とする。

前記多層プリント基板は、前記配線と多相コイル及び前記配線と外部配線と接続するための接点を有し、前記接点は、前記多層プリント基板の少なくとも一つに配置されるように、各プリント基板の各接点がスルーホール接続されていることを特徴とする。

前記可動子は、多相コイルを有するコイル部材とホルダとを有し、前記多層プリント基板が前記ホルダ内に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、コイルに多くの電流を流した際のコイル配線の発熱による軟化や、配線が不安定となる問題を解消できるとともに、配線処理の工数を削減することができるリニアモータの提供が可能となる。

発明の実施の形態に係るリニアモータの上面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 発明の実施の形態に係る可動子の斜視図である。 発明の実施の形態に係る可動子の説明図であって、（ａ）は平面図（一部透過図）、（ｂ）は側面図（一部透過図）である。 発明の実施の形態に係る多層プリント基板の配線構造を示す斜視図である。 別の実施の形態に係る多層プリント基板の配線構造を示す斜視図である。

以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。

図１は発明の実施の形態に係るリニアモータ１０の上面図である。図２は図１のＡ－Ａ断面図である。図３は発明の実施の形態に係る可動子の斜視図である。

本発明のリニアモータは、固定子と可動子とを有している。具体的には、本発明のリニアモータ１０は、磁界発生部材２２を含む複数の分割ユニット２を有する固定子１と、多相コイルを有するコイル部材４とホルダ５を有する可動子３を備えている。可動子３は、固定子１の内部に形成された磁気空隙ｇ内で駆動する。
本発明のリニアモータ１０は、複数の分割ユニット２を可動子３の可動方向（図１における上下（Ｘ）方向）に沿って接続したものであり、各分割ユニット２は同様の構造を有する。ただし、長さは同一である必要は無い。可動子３は、図２に示す様に、後述する多相コイルを有するコイル部材４とそれを支持するホルダ５を備えている。
本発明のリニアモータ１０によれば、可動子３にホール素子などの磁界検出素子を設けて、磁極位置を検出し、各コイルに流れる電流の向きを変えることにより、可動子３を可動方向に移動させることができる。すなわち、本発明のリニアモータ１０は、可動コイル型リニアモータである。

固定子１を構成している分割ユニット２は、非磁性フレーム２１と磁界発生部材２２である永久磁石を含む。非磁性フレーム２１は、ベース部材２１１と一対のサイド部材２１２を有する。ベース部材２１１は角柱状をなし、側部に平板上のサイド部材２１２が配置されている。非磁性フレーム２１は断面コの字状をなしている。非磁性フレーム２１を構成するベース部材２１１、サイド部材２１２は例えばアルミニウム合金などの非磁性材料で構成されている。
ベース部材２１１には、可動子３の可動方向に延びる溝２１３が形成されている（図２参照）。溝２１３はベース部材２１１の幅方向の中央部に設けられている。溝２１３の深さと幅は、後述するコイル部材４の一部が入る寸法に設定されている。

磁界発生部材２２は、ヨーク２３、主磁石２４、補助磁石２５を含んでいる。ヨーク２３は平板状をなしており、ＳＳ材などの強磁性材料からなる。ヨーク２３の一面には複数個の主磁石２４が、可動子３の可動方向に沿って、所定の間隔で固定されている。主磁石２４の磁化方法は厚さ方向（可動子３の可動方向と垂直な方向）である。
補助磁石２５の磁化方向は、可動子３の可動方向と平行に、かつ主磁石２４の磁化方向と直交する方向である。補助磁石２５は主磁石２４を挟んで同極の磁極が対向するように配置されている。ヨーク２３の他面は非磁性フレーム２１のサイド部材２１２に固定されている。磁界発生部材２２は以上のような構成で断面コの字状をなしている。
磁気空隙を挟んで対向する主磁石２４、補助磁石２５は異極が対向するように配置されたハルバッハ配列となっている。磁気空隙ｇの磁界の向きは、磁石の対向方向となっている。
主磁石２４、補助磁石２５は公知の永久磁石を用いることができる。一例としては希土類磁石である。希土類磁石としては、Ｒ（ＲはＮｄ等の希土類元素から選択された少なくとも一種からなる元素）、Ｔ（ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏ）及びＢ（ホウ素）を必須成分とするＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石が好ましい。
リニアモータの小型・軽量化、高効率・省エネルギー化（エネルギー効率の改善）を図るためには、主磁石２４及び補助磁石２５にＲ－Ｔ－Ｂ系焼結磁石を用いることが好ましい。

可動子３はコイル部材４とホルダ５を含む。可動子３のコイル部材４は、固定子１に形成された磁気空隙ｇ内に配置される。ホルダ５は被駆動部材（図示せず）に連結される。被駆動部材は例えば直動タイプの軸受け等である。
コイル６（図３参照）はコイル部材４に樹脂によりモールド成形され固定されている。

実施の形態１
以下において本発明のリニアモータにおける多層プリント基板の配線構造について詳述する。
図４は発明の実施の形態に係る可動子の説明図であって、（ａ）は平面図（一部透過図）、（ｂ）は側面図（一部透過図）である。図５は発明の実施の形態に係る多層プリント基板の配線構造を示す斜視図である。
図４において３相コイル（Ｕ、Ｖ、Ｗ）相が可動子の可動方向に沿って併設されている。各コイルは多層プリント基板１２に形成されたプリント配線（結線パターン）によって接続されている。
多層プリント基板１２は、ホルダ５内に配置されている。例えば配線８（８ｂ）はＵ相同士を直列に接続、配線９はＶ相同士を直列に接続、配線１０はＷ相同士を直列に接続している。１１は中性線である。
Ｕ相への電流の供給は、配線８ａから左側のＵ相コイル（Ｕ１）の始点（巻き始め）へと行われ、コイルＵ１の終点から配線８ｂによってコイルＵ２の始点へと行われる。
接点７は配線８、９、１０に電流を供給するために（図示しない）外部配線と半田付けするための接点である。また、配線をコイルの巻き線の一部（たとえば１４）と接続するための接点である。
多層プリント基板１２は、プリント基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの４層構造となっており、１２ａにはＵ相に電流を供給する配線、１２ｂにはＶ相に電流を供給する配線、１２ｃにはＷ相に電流を供給する配線、１２ｄには中性線に係る配線がプリントされている。
図５に示す様に、プリント基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにはそれぞれ配線がプリントされ積層されている。プリント基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの順に幅を広く（図５において高さ方向の大きさを変えていくことでそれぞれの接点が常に一平面にでるようにしても良い。
多層プリント基板１２の積層は、各プリント基板を個々に作製し、作製後、接着剤等で固定しても良いし、プレスにより積層基板を形成しても良い。
なお、図５に示す各接点と各コイル及び外部との接続は、あらかじめ接点に配線を接続しておいてから積層しても良い。

実施の形態２
図６に別の実施の形態に係る多層プリント基板の配線構造を示す。図６に示す様に、接点７及び接点１３は全て基板１２ａに設け、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのプリント配線への外部電源の供給、あるいはコイルとの接続はスルーホールにより１２ａから行っても良い。
図６において、破線１５は、基板１２ｄの中性線１１の接点１３ｂが基板１２ｂ、１２ｃを貫通して１２ａの表面に接点１３ａを形成していることを示している。

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ リニアモータ
１ 固定子
２ 分割ユニット
３ 可動子
２２ 磁界発生部材
４ コイル部材
５ ホルダ
６ コイル
７、１３ 接点（半田付けをする電極）
８ Ｕ相配線
９ Ｖ相配線
１０ Ｗ相配線
１１ 中性線
１２ 多層プリント基板
１４ コイル配線

Claims (3)

1. 固定子と可動子とが相対的に移動可能なリニアモータにおいて、前記可動子は、多相コイルを有するとともに前記多相コイルに電流を供給する配線を含み、前記配線は、複数の基板を積層した多層プリント基板に形成されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記多層プリント基板は、前記配線と多相コイル及び前記配線と外部配線と接続するための接点を有し、前記接点は、前記多層プリント基板の少なくとも一つに配置されるように、各プリント基板の各接点がスルーホール接続されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記可動子は、多相コイルを有するコイル部材とホルダとを有し、前記多層プリント基板が前記ホルダ内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。