JP3459978B2 - リニアモータ用のコイルユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータにお
ける磁石に対向配置されるコイルと、このコイルを内部
に収容して自身との隙間に冷媒を通して該コイルを冷却
するシェルと、を備えたリニアモータ用のコイルユニッ
トに関するものであり、特に、冷媒によってコイルを冷
却する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体製造用の露光装置や
高精度加工機等においては、対象物（例えば露光される
ウェハや被加工物）を高精度で且つ迅速に位置決めする
ことが要求されている。この際に利用される精密位置決
め装置としては、回転型モータの回転をボールねじ等に
よって直線運動に変換するものや、直線運動型のモータ
（いわゆるリニアモータ）等が広く利用されている。

【０００３】この中でもリニアモータは、構造が簡潔で
部品点数が少なく済み、更にその直線運動を直接利用で
きるというメリットを有しており、対象物を迅速に位置
決めすることができるものである。又、駆動時の摩擦抵
抗が少ないために、動作精度を高めることができるとい
う特徴も有している。以上の理由からリニアモータは、
精密な位置決めが要求されるあらゆる分野の直線駆動装
置として主流となりつつあり、例えば、液晶表示装置の
製造工程等でも広く利用されている。

【０００４】このリニアモータは、一般的に、磁石を備
えている磁極ユニットと、コイルを備えているコイルユ
ニットとから構成される。磁極ユニットとコイルユニッ
トのいずれか一方は所定の基台に連結されて固定子とし
て機能し、他方は移動テーブル等に連結されて可動子と
して機能する。この磁極ユニットとコイルユニットとは
互いに接触しないように一定の隙間が空けられており、
その隙間を維持した状態で相対的に直線運動する。

【０００５】ところで、上記のコイルユニットに設けら
れるコイルは、電流が供給されると発熱する。この発熱
はコイルユニット全体に伝達し、更に、このコイルユニ
ットと結合している基台や移動テーブル等にまで伝達さ
れる。この結果、以下に示すような２つの問題が発生す
る。

【０００６】（１）コイルの熱によってコイルユニット
自身や、このコイルユニットに連結される相手側機械が
熱膨張して位置決め精度に誤差を生じさせる要因にな
る。具体的には、コイルユニットに連結される相手側機
械が、例えば長さ１００ｍｍの低熱膨張材（熱膨張係数
１×１０-6）であったとすれば、１℃の温度上昇によっ
て１００ｎｍの熱変形が生じる。従って、ナノメートル
オーダの位置決め精度が要求される場合には、この熱膨
張が原因となって要求を十分に満たすことができない。

【０００７】（２）リニアモータの近傍には、このリニ
アモータの運動を計測するレーザ干渉計等が設置され
る。コイルユニットによって周囲の雰囲気が加熱されて
「揺らぎ」が発生すると、レーザ光の光路に影響を与え
て計測誤差が生じる。

【０００８】ここで、（１）の問題を解決するものとし
て、コイルユニットにおける相手側機械の取付面と、コ
イルとの間に冷媒を流して、コイルからの熱の伝達を防
止する技術が知られている。しかし、この技術において
はコイルユニットの周囲の雰囲気の温度上昇を抑制する
ことができず、結局（２）の問題点が解決されていなか
った。

【０００９】そこで、（１）、（２）の双方の問題をま
とめて解決するものとして、図１０、図１１に示される
ようなコイルユニット１０が提案されている。このコイ
ルユニット１０は、リニアモータ１に用いられるもので
あり、磁石ユニット２の磁石３に対向配置されている。

【００１０】具体的にこのコイルユニット１０は、磁石
３に対向配置される進行方向Ｘに長い平板状のコイル１
２と、このコイル１２を内部に収容すると共に、コイル
１２と自身との隙間１３に冷媒を通してコイル１２を冷
却可能なシェル１４と、を備える。一方、磁石ユニット
２は、断面コ字状のベース４を備えており、このベース
４内の対向する内壁４Ａに上記磁石３、３が取り付けら
れている。

【００１１】シェル１４における幅方向Ｙの一方の端縁
１４Ａの外側には、相手側機械に対する取付面１６が形
成されており、この取付面１６の長手方向Ｘの一端側に
は、シェル１４の隙間１３に冷媒を供給する供給孔１８
が形成され、他端側にはこの冷媒を排出する排出孔２０
が形成されている。この取付面１６を介してコイルユニ
ット１０が「固定側の」相手側機械に連結された場合、
コイルユニット１０が固定子となって磁石ユニット２が
可動子となる。反対に、コイルユニット１０が「移動側
の」相手機械に連結された場合、コイルユニット１０が
可動子となって磁石ユニット２が固定子となる。

【００１２】供給孔１８から供給された冷媒は、コイル
１２とシェル１４との隙間１３に拡散していき、コイル
１２との間で熱を授受する。従って、電流によって発熱
するコイル１２は冷却され、冷媒は加熱される。加熱さ
れた冷媒は排出孔２０から排出されるので、コイルユニ
ット１０の内部に熱が蓄積されず、周囲の雰囲気への輻
射が低減される。従って、このリニアモータ１はコイル
１２の発熱による外部への影響を少なくすることがで
き、より高精度な位置決めが可能となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなコイルユニット１０においても、必ずしも十分な冷
却効果が得られているとは言えなかった。具体的にシェ
ル１４内の冷媒の拡散状況を図１２に模式的に示すと、
冷媒はＡ、Ｂ、Ｃ・・・と徐々に広がりながら平行流と
なり、最後にＦ、Ｇ、Ｈと収束しながら排出孔２０から
排出される。冷媒は下流側に移動するに従って加熱され
ていくので、このＡ、Ｂ、Ｃ・・・Ｅ、Ｇ、Ｈの順とほ
ぼ一致するようにして温度が上昇していくことになる。

【００１４】この結果、特に下流側（Ｅ、Ｇ、Ｈ）近辺
における冷媒の温度は上流側と比較して大幅に上昇して
おり、冷却効率が低下すると共にこの高温状態の冷媒を
介してシェル１４に熱が伝達して外部に輻射されるとい
う問題があった。更に、下流側の高温状態の冷媒を介し
て取付面１６に熱が伝達し、相手機械側の熱膨張を誘発
する原因にもなっていた。

【００１５】しかもこの特性は冷媒の圧力（供給圧）と
隙間の大きさが比較的良好に設計されていても不可避的
に発生するものである。又、設計が良好でないときは、
冷媒がほとんど流れない部分が生じ易いのが事情であ
り、不具合が一層顕著になることもあった。

【００１６】これらを解決するためには、冷媒の流量を
増大して冷却効率を高める必要があるが、流量増大のた
めに隙間１３を大きくとると、磁石ユニット２側の磁石
３、３間距離Ｓ（図１参照）が広くなって磁束密度が小
さくなり、リニアモータ１の駆動力が低減するという問
題があった。又、冷媒の流量を増大させると、シェル１
４の肉厚を厚くして耐圧性を高める必要があり、この肉
厚増大もリニアモータ１の駆動力（推力）の低下に影響
を与えた。

【００１７】一方、近年の製造プロセスの高度化に伴
い、リニアモータの温度上昇を更に高いレベルで抑制し
たいという要求が高まっている。しかしながら、シェル
１４の厚みや隙間１３の大きさ等に一定の制約が課され
ている状況では、コイルユニット１０におけるコイル１
２の冷却能力には限界があり、上記の要求を満足できな
いのが現状である。

【００１８】本発明は、上記に示したような冷媒による
コイルの不均一な冷却や、冷却能力不足に関連する問題
点に鑑みてなされたものであり、冷媒を用いた新たな冷
却構造によって、コイルユニットの温度上昇を従来より
も飛躍的に低減させることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、リニアモータ
の磁石に対向配置されるコイルと、このコイルを所定の
隙間を空けて内部に収容すると共に、該隙間に冷媒を通
して該コイルを冷却可能なシェルと、を備えたリニアモ
ータに用いられるコイルユニットにおいて、シェルを所
定の隙間を空けて内部に収容すると共に、該隙間に冷媒
を通してシェルを冷却可能な外側カバーと、この外側カ
バー内のシェルの幅方向一端縁近傍に長手方向に延びて
形成され、外部から供給される冷媒を自身内に導入する
と共に、この冷媒をシェルの外表面に幅方向に導出可能
な外側第１主流路と、外側カバー内のシェルの幅方向他
端縁近傍に長手方向に延びて形成され、外側第１主流路
を経てシェルの外表面を幅方向に流れてきた冷媒を受け
ると共に、この冷媒をシェル内に供給可能な外側第２主
流路と、シェル内のコイル表面を流れてきた冷媒を外部
に排出可能な排出管と、を備えることにより、上記目的
を達成するものである。

【００２０】このコイルユニットにおいては、シェルの
周囲に更に外側カバーを配設することによる２重の冷却
構造を採用した。又更に、外側第１主流路によって先ず
（低温状態の）冷媒がコイルの長手方向に案内され、こ
の外側第１主流路を経てシェルと外側カバーとの隙間を
幅方向に（一端側から他端側に向けて）冷媒が流れる構
造になっている。この冷媒は外側第２主流路を経てシェ
ル内部に供給されて、コイル表面を幅方向に（他端側か
ら一端側にむけて）に流れて（最も高温になった状態
で）排出管から排出される。

【００２１】従って、長手方向に冷却の均一化が達成さ
れることに加えて、コイル表面及びシェル外表面をいわ
ゆる対向流によって冷却する構造であるので幅方向の均
一化も図られ、コイルユニット全体に亘って温度が均一
となりやすく、又冷却効率も従来より大幅に高められて
いる。その結果、周囲の雰囲気の局所的な温度上昇が防
止される。

【００２２】又、外側カバー内に供給された最も低温状
態の冷媒によって、シェル内の排出される直前の最も高
温状態の冷媒が覆われる。又、幅方向中間近傍では、外
側カバー内を流れる適度に低温状態の冷媒によって、シ
ェル内の（コイルを冷却して）適度に高温状態になった
冷媒が覆われる。このようにして、外側カバー内の冷媒
の存在により、内から外へコイルの熱伝達が極めて合理
的に抑制されるので、従来よりも大幅にコイルユニット
の温度上昇を低減する事が出来る。

【００２３】なお、上記発明においては、更に、シェル
内における外側第２主流路側に長手方向に延びて形成さ
れ、外側第２主流路から供給される前記冷媒を自身内に
導入すると共に、冷媒を前記シェル内のコイルの表面に
幅方向に導出可能な内側主流路を備えるようにしてもよ
い。

【００２４】この構造によれば、外側第２主流路まで流
れてきたことによって冷媒の流れが不均一になった（乱
れた）場合であっても、内側主流路によって冷媒が長手
方向に再び導入されてからコイル表面に導出されるの
で、コイルの均一な冷却が可能になる。

【００２５】上記発明では更に、シェル内における外側
第１主流路側に長手方向に延びて形成され、シェル内の
コイル表面を幅方向に流れてきた冷媒を受けると共に、
この冷媒を排出管から排出可能な内側第２主流路を備え
るようにしてもよい。

【００２６】コイルを冷却することで高温となった冷媒
は、出来るだけ速やかに外部に排出して周囲への熱の影
響を抑制しなければならない。そこで本構造によれば、
高温状態の冷媒はまず内側第２主流路に速やかに排出さ
れてコイル周囲に滞らないので、コイル上の局所的な高
温状態が防止される。

【００２７】更に、この（高温状態の）冷媒が導入され
る長手方向の内側第２主流路を、最も低温状態の冷媒が
導入される長手方向の外側第１主流路によって覆うこと
ができるので、周囲雰囲気や機械取付面への熱伝達が抑
制される。なお、上記内容から明らかなように、このコ
イルユニットを相手側機械に取り付ける機械取付面は、
外側カバーの外周における外側第１主流路側が好まし
い。これは、該外側第１主流路によってコイルからの熱
伝達が遮断されるからである。

【００２８】又、上記の発明においては、外カバーの長
手方向一端側近傍に、外側第１主流路に冷媒を供給可能
な供給孔を形成すると共に、外側第２主流路の長手方向
他端側近傍に、自身内に案内された冷媒をシェル内に供
給可能な連通孔を形成し、且つシェル内における前記供
給孔近傍相当位置に、該シェル内の冷媒を排出可能な排
出管を配置することが好ましい。

【００２９】このようにすると、供給孔→連通孔→排出
管の順番に冷媒が移動するので、全体視すると、供給孔
から冷媒が供給されてコイルユニットの対角線上を移動
し、再び供給孔近傍まで戻ってきて排出管から排出され
るような冷却構造になる。従って、コイル全体に亘って
更に均一な冷却効果を得ることが出来、周囲の雰囲気の
温度上昇を更に高いレベルで抑制可能となる。又、供給
側と排出側が近接するので外部の配管設計が容易にな
る。

【００３０】更に上記排出管を、外側第１主流路におけ
る供給孔の下流側近傍を貫通するようにして配設する事
が好ましく、このようにすると、最も高温状態の冷媒が
通過する排出管の外周面が、外側第１主流路を流れる冷
媒によって冷却されるので、排出管近傍のコイルユニッ
トの局所的な温度上昇を抑制しながら、即ち、排出管内
の冷媒のみが温まった状態でコイルの発生する熱を回収
することが出来る。なお、供給孔の下流側近傍とは、供
給孔よりも長手方向内側に位置し且つ該供給孔に近いこ
とと略同義である。

【００３１】又、上記の総ての発明における外側第１主
流路が、冷媒をシェルの外表面に幅方向に導出する手段
としては、例えば、外側第１主流路に複数の枝流路を長
手方向所定間隔で形成し、この外側第１主流路内に導入
された冷媒をこの複数の枝流路の各々によって分岐させ
て、シェルの外表面に幅方向に導出可能にすることが望
ましい。なお、この枝流路の数、形状、長さ等は何等限
定されるものではなく、要は、冷媒を幅方向に導出可能
なものであれば良い。

【００３２】更にこの枝流路の下流端には、該枝流路か
ら導出される前記冷媒を一旦貯留可能な長手方向の副流
路を形成し、副流路を介して該冷媒を前記シェルの外表
面に導出可能とする事が好ましい。この構造によれば、
各枝流路から導出された冷媒が副流路によって長手方向
に拡散し、圧力や流量が長手方向に平均化されながらシ
ェルの外表面に導出されるので、コイルユニットの外周
面の温度分布の均一性を高めることが出来る。又、枝流
路によって１又は、副流路によって、第１主流路におけ
る冷媒の圧力が長手方向に拡散されて幅方向に流れ込む
ので、外カバーやシェルの肉厚を薄くすることも可能で
あり、二重冷却構造にしたとしても、コイルユニットを
比較的コンパクトに構成することが出来る。

【００３３】ところで、上記のような思想は、コイルユ
ニットが周囲の雰囲気及び相手機械に与える熱影響を抑
制することを主な目的としているが、一方で、冷媒を反
対方向に流せばコイルユニットの「放熱性」をより高め
た使い方が出来るようになる。

【００３４】具体的には、リニアモータの磁石に対向配
置されるコイルと、コイルを所定の隙間を空けて内部に
収容すると共に、隙間に冷媒を通して該コイルを冷却可
能なシェルと、を備えたリニアモータに用いられるコイ
ルユニットにおいて、シェルを所定の隙間を空けて内部
に収容すると共に、該間に冷媒を通して該シェルを冷却
可能な外側カバーと、シェル内のコイルの幅方向一端縁
近傍に長手方向に延びて形成され、外部から供給される
冷媒を自身内に導入すると共にこの冷媒をコイルの表面
に幅方向に導出可能な第１案内路と、シェル内のコイル
の幅方向他端縁近傍に長手方向に延びて形成され、第１
案内路を経てコイルの表面を幅方向に流れてきた冷媒を
受けると共に、この冷媒を、シェルと外側カバーとの隙
間に供給可能な第２案内路と、シェル外表面を流れてき
た冷媒を外部に排出可能な排出孔と、を備えるようにす
ればよい。

【００３５】この発明は、要は、これまで説明してきた
構造の冷媒の流れ（上流、下流）を逆に考えたものであ
る。

【００３６】このようにすれば、低温状態の冷媒がまず
コイル表面を冷却し、その後シェルと外側カバーとの隙
間を流れることで、冷媒の熱が外部に放出される。従っ
て、コイルを積極的に冷却することが出来るので、特
に、大容量のリニアモータにおいて（周囲の雰囲気の温
度上昇の抑制よりも）コイルの温度上昇自体を極力低減
させる必要がある場合に適している。なお、更に詳細な
構造も上記に示したものを総て反対に応用すればよい。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００３８】図１及び図２には、第１実施形態に係るリ
ニアモータ３０に用いられるコイルユニット３２が示さ
れている。

【００３９】コイルユニット３２は、磁石ユニット３４
の磁石３６、３６に対向配置される進行方向Ｘ（図２参
照）に長い平板状のコイル４０と、このコイル４０を所
定の隙間４２を空けて内部に収容すると共に、この隙間
４２に冷媒を通してコイル４０を冷却可能なシェル４４
と、このシェル４４を所定の隙間４２Ｂを明けて内部に
収容するとともに、この隙間４２Ｂに冷媒を通してシェ
ル４４を冷却可能な外側カバー６４と、を備える。な
お、この磁石ユニット３４は、断面コ字状のベース３８
を備えており、このベース３８の内壁３８Ａに上記磁石
３６、３６が取り付けられた構造である。

【００４０】平板状のコイル４０は、進行方向Ｘに垂直
な断面がＩ字状（鞍型）になっており、より具体的に
は、図３に示されるコイル片４６が複数組み合わせされ
て構成される。このコイル片４６は、銅線をリング状に
巻いたものであるが、全体として（外観上は）直線部４
６Ａと、この直線部４６Ａの両端に屈曲形成される屈曲
部４６Ｂと、を備えるように整形される。従って図４に
示されるように、複数のコイル片４６を直線部４６Ａが
重なり合うように交互に組み合わせ、進行方向Ｘの順番
にＵ層、Ｖ層、Ｗ層・・・とすれば、断面がＩ字状の上
記コイル４０が構成される。このままの状態では互いに
連結されておらず分解してしまうので、図２に示される
ように、このコイル４０は、幅方向Ｙ一端縁４０Ａ側に
配置される長手方向のコイルホルダ４８と共に樹脂Ｇに
よって一体モールドされている。

【００４１】シェル４４は、コイル４０を内部に収容す
る部材であり、上記のコイルホルダ４８と、このコイル
ホルダ４８に連結されるステンレス製のプレート５０
と、を備える。プレート５０は、コイル４０の断面Ｉ字
状に沿うようにして屈曲されており、内部にコイル４０
を収容した状態で該コイル４０の直線部４６Ａに所定の
隙間４２が形成されるようになっている。

【００４２】外側カバー６４は、シェル４４を内部に収
容する部材であり、コイルホルダ４８の幅方向Ｙ外側に
取り付けられる進行方向Ｘに長い外蓋６６と、この外蓋
６６に連結されるステンレス製の外側プレート６８と、
を備えて構成される。外側プレート６８は、シェル４４
のプレート５０に沿うようにして屈曲されており、内部
にシェル４４を収容した状態で（コイル４０の直線部４
６Ａ相当位置に）所定の隙間４２Ｂが形成されるように
なっている。

【００４３】次に、図１及び図５〜図７を参照して、コ
イルユニット３２におけるコイル４０の冷却構造につい
て詳細に説明する。

【００４４】図５及び図６に示されるように、外側カバ
ー６４内におけるシェル４４の幅方向一端縁４４Ａ近傍
には、長手方向（進行方向と同じ）Ｘに延びる外側第１
主流路７０が形成されている。この外側第１主流路７０
の長手方向一端７０Ａ側近傍には、この外側第１主流路
７０に冷媒を供給可能な供給孔７２が形成されており、
この供給孔７２から供給される冷媒が外側第１主流路７
０によって長手方向Ｘに案内される。

【００４５】この外側第１主流路７０には、複数の枝流
路７４が長手方向Ｘ所定間隔で形成される。この枝流路
７４によって外側第１主流路７０内に導入された冷媒が
分岐されて、シェル４４の外表面（隙間４２Ｂ）を幅方
向Ｙに流れていく。

【００４６】外側カバー６４内におけるシェル４４の幅
方向他端縁４４Ｂ側近傍には、長手方向Ｘに延びる外側
第２主流路７６が形成されている。この外側第２主流流
路７６は、外側第１主流路７０及び枝流路７４を経てシ
ェル４４の外表面４４Ｃ（隙間４２Ｂ）を幅方向Ｙに流
れてきた冷媒を受けると共に、この冷媒をシェル４４の
内部に供給するようになっている。なお、この外側第２
主流路７６は、プレート５０と外側プレート６８との隙
間を（コイル４０の直線部４０Ａ近傍の隙間４２Ｂより
も）拡張することによって形成されている。

【００４７】上記枝流路７４の下流端７４Ａ（図１参
照）には、ここから導出される冷媒を一旦貯留可能な長
手方向Ｘの副流路７８が形成されている。この副流路７
８は冷媒を貯留すると共にこの冷媒を隙間４２Ｂに導出
する構造になっており、いわゆるバッファ的な役割を有
している。なお、この副流路７８は、プレート５０と外
側プレート６８との隙間を上記隙間４２Ｂよりも拡張す
ることによって形成されている。

【００４８】なお、上記外側第１主流路７０及び枝流路
７４は、外蓋６６の内壁に切削等によって溝を形成し、
この外蓋６６をコイルホルダ４８に取り付けた状態の前
記溝で構成されるようにすればよい。

【００４９】次に、シェル４４の内部の冷却構造につい
て説明する。

【００５０】図５に示されるように、シェル４４の内部
には、外側第２主流路７６側に長手方向Ｘに延びる内側
主流路５６が形成されている。つまり、外側第２主流路
７６と内側主流路５６は平行に配置される。この外側第
２主流路７６と内側主流路５６の長手方向Ｘ他端側５６
Ｂ（即ち、長手方向Ｘにおける供給孔７２と反対側）に
はこれらを連結する連通孔７８が形成されており、この
連通孔７８を介して、外側第２主流路７６を案内された
冷媒が内側主流路５６に供給される。なお、この内側主
流路５６は、シェル４４内に配置された長手方向Ｘの流
路形成部材５７に溝を形成することによって構成されて
いる。

【００５１】この内側主流路５６には、長手方向Ｘに所
定間隔で複数の内側枝流路５６Ａが形成されており、内
側主流路５６内を長手方向Ｘに案内された冷媒が、この
内側枝流路５６Ａを介してコイル４０の表面に（隙間４
２に）幅方向Ｙに導出されるようになっている。詳細に
は、この枝流路５６Ａは、所定間隔毎にそれぞれ３方向
に形成されており（図１参照）、それぞれから導出され
た冷媒が隙間４２側に流れていく。

【００５２】シェル４４内における外側第１主流路７０
側には、図７に示されるように、コイル４０の表面を幅
方向Ｙに流れてきた冷媒を受ける内側第２主流路５２が
形成されている。この内側第２主流路５２には長手方向
Ｘ所定間隔で細孔５４が形成されており（図１参照）、
コイル４０の表面を流れてきた冷媒は複数の細孔５４を
介して内側第２主流路５２に流れ込む。更に、この内側
第２主流路５２における長手方向Ｘの一端５２Ａ側に
は、この内側第２主流路５２によって回収された冷媒を
排出可能な排出管５５が形成されている。より具体的に
は、外側第１主流路７０における供給孔７２の下流側近
傍を、上記排出管５５が貫通して外蓋６６側に開口する
ようになっている。つまり、排出管５５の周囲を外側第
１主流路７０が取り囲むようになっている（図６参
照）。

【００５３】なお、内側第２主流路５２及び細孔５４等
は、コイル４０を一体モールドする以前のコイルホルダ
４８に切削等によって形成しておけばよい。

【００５４】次に、このコイルユニット３２の作用につ
いて説明する。

【００５５】供給孔７２から供給された冷媒は、外側第
１主流路７０によって長手方向Ｘに案内される。この外
側第１主流路７０の圧力が高まると、冷媒は枝流路７４
を介して副流路７８に流れ出す。各枝流路７４から副流
路７８に導入される冷媒量は、外側第１主流路７０の機
能により既に長手方向Ｘにおいてかなり均一化されてい
るため、副流路７８内の冷媒の圧力はその長手方向Ｘに
おいて一層均一化される。そしてこの副流路７８内の冷
媒が隙間４２Ｂに幅方向Ｙに流れ込む。

【００５６】この隙間４２Ｂを経てシェル４４の外表面
４４Ｃを冷却した冷媒は外側第２主流路７６に流れ込
み、長手方向Ｘに案内される。この冷媒は連通孔７８か
ら内側主流路５６に供給され、上記の外側第２主流路７
６の案内方向と反対方向に案内される。この内側主流路
５６における冷媒の圧力が高まると、この冷媒が内側枝
流路５６Ａから流れだし、シェル４４の内部を満たして
いく。幅方向Ｙに沿って流れてコイル４０を冷却した冷
媒は、細孔５４を経て内側第２主流路５２内に流れ込
む。この内側第２主流路５２内に流れ込んだ冷媒は長手
方向Ｘに案内されて排出管５５から排出される。

【００５７】このコイルユニット３２によれば、コイル
４０をシェル４４及び外側カバー６４によって覆う二重
構造になっている。更に、外側第１主流路７０及び内側
主流路５６によって冷媒が長手方向Ｘに案内（拡散）さ
れると共に、その後に幅方向Ｙに流れ出す構造である。
従って、各隙間４２、４２Ｂにおいて相対的に幅方向Ｙ
の対向流が形成される。

【００５８】これらの冷媒の長手方向Ｘの拡散及び幅方
向Ｙ対向流により、長手方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方向に
おいて均一な冷却が達成されるので、コイルユニット３
２の全体に亘って温度を均一にすることができる。その
結果、冷媒の流量を増大させなくても、従来と比較して
大幅に冷却効率を高めることができる。

【００５９】例えば、本発明者による解析結果によれ
ば、仮にコイルの発熱量を２００（Ｗ）、冷媒の流量を
２（ｌ／ｍｉｎ）とした場合には、従来のコイルユニッ
トの外表面の温度が約２．５℃上昇するのに対して、本
第１実施形態のコイルユニット３２では約０．４５℃の
温度上昇に抑えられている。なお、シェルの材質や冷媒
の種類によって上記解析結果は異なるものであるが、い
ずれの場合においても極めて優れた結果を得ることがで
きる。

【００６０】特に、外側カバー６４とシェル４４との隙
間４２Ｂを流れる冷媒は、コイル４０の外部への熱伝達
の影響を効果的に遮断するものであり、シェル４４の最
も高温となる部分を最も低温状態の冷媒で覆う構造にな
っている。つまり、外側の隙間４２Ｂに流れたばかりの
低温の冷媒は、シェル４４内の回収直前の高温の冷媒を
覆うことになるので、コイル４０の冷却効率の向上に加
えて外部雰囲気への熱伝達量を大幅に低減することがで
きる。

【００６１】又、隙間４２Ｂを幅方向Ｙに流れることに
よって冷媒の流れが乱れた場合でも、外側第２主流路７
６によって回収されて再び内側主流路５６によって長手
方向Ｘに案内されるので、コイル４０の表面の隙間４２
においても長手方向Ｘに均一な流れを形成することがで
きる。更に、コイル４０を冷却して高温状態となった冷
媒は、細孔５４を介して内側第２主流路５２に速やかに
回収されるので、コイル４４上における冷媒の澱みが防
止されて局所的な高温状態を防止することができる。こ
の観点から、上記細孔５４はできるだけ数多く形成する
ことが好ましく、又、スリット状にして細孔５４の流路
断面積を拡張するようにしてもよい。

【００６２】又、取付面６０とコイル４０との間には、
（最も低温状態の冷媒が導入される）外側第１主流路７
０が介在しているので、取付面６０への熱伝達量が抑制
されて、相手機械側の熱膨張が大幅に低減される。

【００６３】更に、本第１実施形態においては、供給孔
７２→連通孔７８→排出管５５の順番に冷媒が移動する
ので、全体的に考えると長手方向Ｘにも対向流が形成さ
れている。特に、外側第１主流路７０と内側第２主流路
５２、外側第２主流路７６と内側主流路５６との間には
明らかに対向流が形成されており、このことによっても
長手方向Ｘの均一な冷却が達成されている。又、供給孔
７２と排出管５５とが近接するので、外部の配管設計が
大変容易になる。

【００６４】排出管５５には最も高温状態の冷媒が通過
することになるが、この排出管５４の周囲を第１主流路
７０が取り囲んでいるので（図６参照）、この排出管５
５からの取付面６０への熱伝達を低減することができ、
このことによっても相手側機械の熱膨張が低減される。

【００６５】次に、図８、図９を参照して、本発明の第
２実施形態に係るコイルユニット１３２について説明す
る。なお、以下に具体的に説明しない部分・部材等につ
いては、上記の第１実施形態に係るコイルユニット３２
とほぼ同様であるので、同一部分にはこのコイルユニッ
ト３２と下２桁を同一符号を付することによって、構
成、作用等の詳細な説明は省略する。

【００６６】このコイルユニット１３２における外側第
２主流路１７６には、シェル１４４の内部に冷媒を供給
する複数の連通孔１７８が長手方向Ｘに所定間隔で形成
されている。この外側第２主流路１７６はこれらの連通
孔１７８を介して隙間４２に直接冷媒を供給することが
できる。従って、第１実施形態のコイルユニット３２に
おける内側主流路５６は形成されていない（外側第２主
流路１７６が内側主流路の機能を兼ねているとも言え
る）。

【００６７】このコイルユニット１３２においても、外
側第１主流路１７０によって冷媒が長手方向Ｘに案内さ
れると共に、枝流路１７４を経て幅方向Ｙに導出され
る。更に、外側第２主流路１７６においても複数の連通
孔１７８を経て冷媒が幅方向Ｙに導出される。従って、
長手方向Ｘの冷媒の拡散と幅方向Ｙの対向流によって、
上記の第１実施形態とほぼ同等の効果を得ることがで
き、更に第１実施形態よりも内部構造を簡潔にすること
ができる。

【００６８】なお、上記の第１及び第２実施形態におい
ては、枝流路７４や連通孔１７８が長手方向に等間隔で
配置されている場合を示したが、本発明はそれに限定さ
れない。又、枝流路７４や連通孔１７８の長さや形状に
ついても特に制限はない。

【００６９】更に、本発明における冷媒を幅方向Ｙに流
すという概念は、コイルユニットを全体的に見た場合を
考慮に入れたものである。即ち、従来は長手方向に積極
的に冷媒を流していたのに対して、本発明は幅方向に積
極的に流すものであり、冷媒の幅方向の流れに多少のズ
レや澱みがあったとしても、本発明が想定している範囲
内である。

【００７０】以上に示したコイルユニット３２、１３２
は、コイル４０の外部への熱伝達の影響を防止すること
に主眼を置いているが、この構造において冷媒を反対に
流せば（逆流させれば）コイルの温度上昇自体を極力低
減させる放熱構造を得ることができる。

【００７１】具体的には、図５で示したコイルユニット
３２において、排出管５５を供給管、内側第２主流路５
２を第１案内路、内側主流路５６を第２案内路、供給孔
７２を排出孔とすればよい。このようにすると、供給管
（排出管５５）から供給される冷媒が第１案内路（内側
第２主流路５２）によって長手方向Ｘに案内され、細孔
５４を経てコイル４０の表面に冷媒が幅方向Ｙに導出さ
れる。コイル４０を冷却した冷媒は第２案内路（内側主
流路５６）に受け止められて、シェル４４と外側カバー
６４との隙間４２Ｂに導出される。外側カバー６４によ
って熱が効果的に外部に放出されることで、コイル４０
を積極的に冷却した冷媒は、最終的に排出孔（供給孔７
２）から排出されることになる。

【００７２】

【発明の効果】本発明に係るコイルユニットによれば、
コイルの冷却効率を大幅に高めると共に、周囲の雰囲気
及び相手機械に対する熱伝達を大幅に抑制することがで
きる。従って、リニアモータによる相手機械の位置決め
精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るコイルユニットが
適用されるリニアモータを示す断面図

【図２】同リニアモータを部分的に示す斜視図

【図３】同コイルユニットに用いられるコイル片を示す
斜視図

【図４】同コイル片を複数組み合わせて構成したコイル
を示す斜視図

【図５】同コイルユニットの冷却構造を示す部分断面図

【図６】図５のVI−VI断面図

【図７】図５のVII−VII断面図

【図８】本発明の第２実施形態に係るコイルユニットを
示す断面図

【図９】図８のIX−IX断面図

【図１０】従来のリニアモータを示す断面図

【図１１】図１０の11−11断面図

【図１２】同リニアモータのコイルユニットにおける冷
媒の拡散状況を示す模式図

【符号の説明】

３０…リニアモータ ３２、１３２…コイルユニット ３４…磁石ユニット ３６…磁石 ４２、４２Ｂ、１４２、１４２Ｂ…隙間 ４４、１４４…シェル ４４Ａ、１４４Ａ…一端縁 ４４Ｂ、１４４Ｂ…他端縁 ５２、１５２…内側第２主流路 ５４、１５４…細孔 ５５、１５５…排出管 ５６…内側主流路 ６０、１６０…取付面 ６４、１６４…外側カバー ６６、１６６…外蓋 ６８、１６８…外側プレート ７０、１７０…外側第１主流路 ７４、１７４…枝流路 ７６、１７６…外側第２主流路 ７８、１７８…副流路 ７４、１７４…枝流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 41/03 Ｈ０２Ｋ 41/03 Ａ (56)参考文献 特開 平10−309071（ＪＰ，Ａ) 特開2001−25227（ＪＰ，Ａ) 特開2001−218443（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−68706（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−41381（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 41/02 H02K 41/00 H02K 9/00 F25D 1/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リニアモータの磁石に対向配置されるコイ
   ルと、 該コイルを所定の隙間を空けて内部に収容すると共に、
   該隙間に冷媒を通して該コイルを冷却可能なシェルと、
   を備えたリニアモータに用いられるコイルユニットにお
   いて、 前記シェルを所定の隙間を空けて内部に収容すると共
   に、該隙間に冷媒を通して該シェルを冷却可能な外側カ
   バーと、 該外側カバー内の前記シェルの幅方向一端縁近傍に長手
   方向に延びて形成され、外部から供給される前記冷媒を
   自身内に導入すると共に、該冷媒を該シェルの外表面に
   幅方向に導出可能な外側第１主流路と、 前記外側カバー内の前記シェルの幅方向他端縁近傍に長
   手方向に延びて形成され、前記外側第１主流路を経て前
   記シェルの外表面を幅方向に流れてきた前記冷媒を受け
   ると共に、該冷媒を該シェル内に供給可能な外側第２主
   流路と、 シェル内のコイル表面を流れてきた前記冷媒を外部に排
   出可能な排出管と、 を備えることを特徴とするリニアモータ用のコイルユニ
   ット。
2. 【請求項２】請求項１において、更に、 前記シェル内における前記外側第２主流路側に長手方向
   に延びて形成され、該外側第２主流路から供給される前
   記冷媒を自身内に導入すると共に、該冷媒を前記シェル
   内のコイルの表面に幅方向に導出可能な内側主流路を備
   えることを特徴とするリニアモータ用のコイルユニッ
   ト。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、更に、 前記シェル内における前記外側第１主流路側に長手方向
   に延びて形成され、前記シェル内の該コイル表面を幅方
   向に流れてきた前記冷媒を受けると共に、該冷媒を前記
   排出管から排出可能な内側第２主流路を備えることを特
   徴とするリニアモータ用のコイルユニット。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３において、 前記外側カバーの長手方向一端側近傍に、前記外側第１
   主流路に前記冷媒を供給可能な供給孔を形成すると共
   に、前記外側第２主流路の長手方向他端側近傍に、自身
   内に案内された前記冷媒を前記シェル内に供給可能な連
   通孔を形成し、且つ該シェル内における前記供給孔近傍
   相当位置に、前記冷媒を排出可能な前記排出管を配置し
   たことを特徴とするリニアモータ用のコイルユニット。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記排出管が、前記外側第１主流路における前記供給孔
   の下流側近傍を貫通するようにして配設されていること
   を特徴とするリニアモータ用のコイルユニット。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記外側第１主流路に、複数の枝流路を長手方向所定間
   隔で形成し、 該外側第１主流路内に導入された前記冷媒を該複数の枝
   流路の各々によって分岐させて、前記シェルの外表面に
   幅方向に導出可能にしたことを特徴とするリニアモータ
   用のコイルユニット。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記枝流路の下流端に、該枝流路から導出される前記冷
   媒を一旦貯留可能な長手方向の副流路を形成し、該副流
   路を介して該冷媒を前記シェルの外表面に幅方向に導出
   可能にしたことを特徴とするリニアモータ用のコイルユ
   ニット。
8. 【請求項８】リニアモータの磁石に対向配置されるコイ
   ルと、 該コイルを所定の隙間を空けて内部に収容すると共に、
   該隙間に冷媒を通して該コイルを冷却可能なシェルと、
   を備えたリニアモータに用いられるコイルユニットにお
   いて、 前記シェルを所定の隙間を空けて内部に収容すると共
   に、該隙間に冷媒を通して該シェルを冷却可能な外側カ
   バーと、 前記シェル内の前記コイルの幅方向一端縁近傍に長手方
   向に延びて形成され、外部から供給される前記冷媒を自
   身内に導入すると共に該冷媒を前記コイルの表面に幅方
   向に導出可能な第１案内路と、 前記シェル内の前記コイルの幅方向他端縁近傍に長手方
   向に延びて形成され、前記第１案内路を経て該コイルの
   表面を幅方向に流れてきた前記冷媒を受けると共に、該
   冷媒を、該シェルと前記外側カバーとの前記隙間に供給
   可能な第２案内路と、 前記シェルの外表面を流れてきた前記冷媒を外部に排出
   可能な排出孔と、 を備えることを特徴とするリニアモータ用のコイルユニ
   ット。