JP4220880B2 - 防水型端子台ユニット - Google Patents

Description

本発明は防水機能を持つ端子台ユニットに関し、特にコイルの冷却を必要とする冷却型リニアモータにおけるコイルと外部との電気的接続を行うための端子台に適した防水型端子台ユニットに関する。

半導体製造装置や液晶製造装置において、ワークを搭載して位置決めを行うための位置決め装置の駆動源としてリニアモータの需要が増大している。しかしながら、リニアモータにおいてはコイルが発熱源となるので、厳しく温度管理された装置、例えばステッパ等に使用されるリニアモータには、コイルの冷却構造が不可欠となっている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、コイルの冷却を必要とする冷却型リニアモータの場合、発熱したコイルを冷却するためにコイルの周囲を空間ができるように金属あるいは樹脂などのケーシングで覆い、ケーシング内に冷媒を流して冷却する方式をとるものが多い。そこで問題となるのが、ケーシングの内部と外部との唯一の接点になる端子台を、如何にシールし、メンテナンス性を向上させ安価に設置するかということになる。

従来の冷却型リニアモータにおける端子台構造について３つの例を説明する。第１〜第３のいずれの例においても、端子台１００は、端子部分を除く主要部分が絶縁性樹脂材から成る。

第１の例は、図６に示すように、上部に外部接続用の端子１１０、下部には端子１１０と接続した金属端子１１１を持つ市販の端子台１００を基板あるいは接着樹脂材を介してリニアモータのケーシング２００に固定する。その際、ケーシング２００において金属端子１１１と接続した端子１１３の貫通箇所となる部分をガラスやエポキシ樹脂等によるシール部２１０でシールするハーメチック型と呼ばれる構造を採用する。ケーシング２００内では端子１１３あるいはこれと接続したリード線と図示しないリニアモータのコイルとの結線を行う。なお、端子１１３にはシール部２１０に対応する箇所に径を太くした抜け防止部１１２が設けられている。

第２の例は、図７を参照して、図６と同様の端子１１０、金属端子１１１を持つ市販の端子台１００を接着樹脂材あるいはＯ−リング１２０を介してリニアモータのケーシング２００に固定する。その際、金属端子１１１にはリード線１２１が接続され、ケーシング２００から導出されたコイル側リード線２２０と接続される。リード線１２１、コイル側リード線２２０はケーシング２００に設けられた穴２０１を通してケーシング２００内に収容される。１３０は接着剤を使用しない場合に端子台１００をケーシング２００に取り付けるためのボルトであり、２０２はＯ−リング１２０を収容するための溝である。

第３の例は、図８を参照して、図７の構造において端子台１００とケーシング２００との間に金属材料によるプレート１５０を介在させるようにした構造であり、端子台１００とプレート１５０との間は接着剤で接着し、プレート１５０とケーシング２００との間はＯ−リング１２０を用いてシールする構造である。

しかしながら、図６の第１の例の場合、確実なシールは期待できるが、加熱が必要である等の手間がかかるうえに材料費が高いのでコスト高となり、メンテナンス性にも問題が生じる場合がある。

一方、図７、図８の第２、第３の例では、構造自体は単純であり、低コストで済むというメリットはある。しかし、第２の例においてＯ−リング１２０を使用した場合には、端子台１００自体のシール性能の不完全性に起因する端子台１００自体からの冷媒の漏洩があり、接着剤を施した場合においても接着層の薄さ（接着面積の少なさ）から、十分なシール性能が得られないという問題がある。

また、いずれの例においても、電気的絶縁という観点からは非常に信頼性が低いという問題を有している。更に、樹脂製の端子台と金属という線膨張係数の大きく異なるもの同士のシール構造では、熱変形によるシール性の劣化という問題もある。
特開２００１−３２６００２号公報

そこで、本発明の課題は、コイル冷却用の冷媒を漏洩させることなく、メンテナンス性にも優れ且つ安価でコンパクトな防水型端子台ユニットを提供することにある。

本発明によれば、コイルを収容し、該コイルを冷媒により冷却するように構成されているケーシングに設置されて前記コイルとケーシング外部との電気的接続を行うための端子台ユニットであって、リード線を接続するための１つ以上の端子を下面側に有する端子台と、該端子台の下面側に接着され、前記端子とその周囲領域を含む部分に対応する部分に穴を持つ絶縁プレートと、該絶縁プレートの下面側に接着される上面を持ち、該上面から下面に至る１つ以上の貫通穴を持つ金属プレートとから成り、前記貫通穴を通して前記リード線が前記金属プレートの下面側に導出され、前記穴を含む前記絶縁プレートと前記端子台との接触面と、前記絶縁プレートと前記金属プレートとの接触面、及び前記貫通穴に接着剤を充填して一体化して成ることを特徴とする防水型端子台ユニットが提供される。

本防水型端子台ユニットにおいては、前記絶縁プレートは、前記端子台の線膨張係数と前記金属製プレートの線膨張係数との中間の線膨張係数を持つ材料で構成されることが好ましい。

本防水型端子台ユニットにおいては、前記金属プレートの下面側に、前記貫通穴と連通する連通穴を有して下方に突出する突起部が設けられ、該突起部の連通穴にも接着剤が充填される。

本防水型端子台ユニットは、前記金属プレートの下面と前記ケーシングとの間にＯ−リングを介在させて該ケーシングに設置される。

本発明による防水型端子台ユニットは、従来の端子台に比べて以下の問題点を解決できた。

１）端子台と金属プレートとの間に絶縁プレートを挟んでいるため、端子台下面の金属部分（端子部分）とコイルのケーシングあるいは金属プレートとの間の電気的絶縁性低下を回避することができる。

２）絶縁プレートの穴部に接着剤を充填塗布することにより、端子台とケーシング間の接着層を厚くしてシール性向上を図ることができる。

３）金属プレート下面にモータのケーシングに嵌め込まれる突起部を設けたことにより、突起部が無いものと比べ接着層を厚くすることができ、シール性を確実なものとすることができる。

４）端子台をユニット構造としたため、端子台ユニット単体での冷媒漏洩及び電気的絶縁試験が可能であり、容易に交換ができるためメンテナンス性、作業性が向上した。

５）市販の端子台を使用して容易に作成できるため、ハーメチック構造を採用することによる高コスト化を回避でき、スペースの制限を最小限に抑え、コンパクトな構造となった。

６）金属プレート（ステンレス等）と端子台（ＰＢＴ製等）との間に、これらと中間の線膨張係数を持つポリカーボネートやＰＥＥＫ等の絶縁プレートを挟んで接着することにより、熱変形によるシール性の劣化を抑えることが可能である。

図１〜図５を参照して、本発明による防水型端子台ユニットの好ましい実施の形態について説明する。図１は、好ましい実施の形態による防水型端子台ユニットの分解図である。本防水型端子台ユニットは、端子台１０と絶縁プレート２０と金属プレート３０とを含む。

端子台１０は、前に説明したように、上部に外部接続用の端子１１を有し、下部には端子１１と接続した金属端子１２を有する市販の端子台を使用することもできる。従って、端子台１０の端子部分を除く主要部は樹脂製（例えばＰＢＴ樹脂製）である。金属端子１２には、リニアモータのケーシング５０から導出されるコイル側リード線５１と接続するためのリード線６０が接続されている。

図２を参照して、絶縁プレート２０は、端子台１０の下面に接着剤により張り合わされるものであり、端子台１０の下面から突き出している金属端子１２を逃がすように長穴（丸穴でも良い）２０−１が開けられている。この絶縁プレートには、例えばポリカーボネート、ベークライト（布入りを含む）やＰＥＥＫ等のエンジニアリングプラスチック（あるいはスーパーエンジニアリングプラスチック）による絶縁材またはフェノール樹脂による絶縁材が使用される。これらの絶縁材は、端子台１０の線膨張係数と金属プレート３０の線膨張係数との中間の線膨張係数を持つ。なお、端子台１０には、その両側に図１に示されたボルト４０を挿通するための穴１０−１が設けられており、絶縁プレート２０において穴１０−１に対応する位置にもボルト４０を挿通するための穴２０−２が設けられている。

図１、図３を参照して、金属プレート３０は、その上面側に端子台１０の下面から突き出している２本の金属端子１２を逃がすように２つの座ぐり部３０−１が設けられていると共に、それぞれの中心にリード線６０を挿通するための貫通穴３０−２が形成されている。一方、金属プレート３０の下面側には突起部３１が設けられており、この突起部３１には上記の貫通穴３０−２に連なる連通穴が形成されていることにより貫通穴３０−２は突起部３１の下面まで続いている。図３には、この連通穴に貫通穴と同じ参照番号３０−２を付している。金属プレート３０には、例えばステンレス等のようなある程度の剛性を持つ材料が使用される。

この金属プレート３０は、座ぐり部３０−１、貫通穴３０−２に接着剤を充填すると共に、絶縁プレート２０の下面側に接着剤を塗布し長穴２０−１にも接着剤を充填することで絶縁プレート２０の下面側に接着される。なお、金属プレート３０において穴１０−１に対応する位置にはボルト４０を螺入するための穴３０−３が設けられている。つまり、端子台１０、絶縁プレート２０、金属プレート３０は、接着剤で接着されると共に、ボルト４０で一体的に固定される。

図１において、４５はＯ−リング（封止リング）であり、ケーシング５０に設けられた溝５０−１に収容される。ケーシング５０にはまた、金属プレート５０の突起部３１を収容するための受入れ穴５０−２が設けられている。

本防水型端子台ユニットの組立て工程について説明する。図２に示すように、端子台１０の下面及び絶縁プレート２０の上面、つまり端子台１０と絶縁プレート２０の接触面にそれぞれ接着剤（例えばエポキシ系弾性接着剤）を全面塗布し張り合わせる。２つを張り合わせてできた絶縁プレート２０の長穴２０−１によるくぼみに再び接着剤を塗布しくぼみに充填させる。

次に、図３に示すように、絶縁プレート２０の下面及び金属プレート３０の上面（座ぐり部３０−１も含む）、つまり絶縁プレート２０と金属プレート３０の接触面にそれぞれ同様に接着剤を塗布し張り合わせる。

なお、絶縁プレート２０の両面にＧＢＢ（ガラスビーズブラスト）等によりブラスト加工を施すことにより、絶縁プレート２０の表面を粗くして接着面積を増やし、接着強度を向上させることができる。

以上の工程だけでも充分にシール性は確保できるが、より良好なシール性を確保するため、図４に示すように、更に金属プレート３０の下面から突出している突起部３１の連通穴（端子台１０からのリード線６０が導出されている穴）３０−２からも接着剤を充填する。

以上のようにして防水型端子台ユニットを一体的に組立てた後、端子台１０側からのリード線６０とケーシング５０側から出ているリード線５１を結線し、ケーシング５０内に収容した後、Ｏ−リング４５を介して防水型端子台ユニットをケーシング５０に設置することにより、良好なシール機能を持つ端子接続構造が実現される。なお、金属プレート３０の４つのコーナ部に設けられた穴３０−４を通して図示しないボルトがケーシング５０に螺入されることで防水型端子台ユニットはケーシング５０に固定される。

図５は、本防水型端子台ユニットをケーシング５０に設置した状態を断面図にて示す。

本発明による防水型端子台ユニットは、コイルの冷却構造を持つリニアモータ、例えば半導体製造装置や液晶製造装置において、ワークを搭載して位置決めを行うための位置決め装置の駆動源として用いられるリニアモータへの適用に適しており、特に、厳しく温度管理された装置、例えばステッパ等に使用されるリニアモータに最適である。

本発明の好ましい実施の形態による防水型端子台ユニットを分解して示すと共に本防水型端子台ユニットが設置されるリニアモータのケーシングを示した図である。 図１に示された端子台と絶縁プレートとの関係を端子台の下面側から見た斜視図である。 図１に示された端子台と絶縁プレートとの張り合わせ体とこれに組み合わされる金属プレートとの関係を端子台の上面側（図ａ）及び下面側（図ｂ）から見た斜視図である。 図３の状態から金属プレートを張り合わせた状態を端子台の下面側から見た斜視図である。 本発明の好ましい実施の形態による防水型端子台ユニットをリニアモータのケーシングに取り付けた構造を示した一部断面側面図である。 従来の冷却型リニアモータにおける端子台構造の第１の例を説明するための図である。 従来の冷却型リニアモータにおける端子台構造の第２の例を説明するための図である。 従来の冷却型リニアモータにおける端子台構造の第３の例を説明するための図である。

符号の説明

１０、１００ 端子台
１１、１１０ 外部接続用の端子
１２、１１１ 金属端子
２０ 絶縁プレート
３０ 金属プレート
３１ 突起部
４０、１３０ ボルト
４５、１２０ Ｏ−リング
５０、２００ ケーシング
５１、２２０ モータ側リード線
６０、１２１ リード線

Claims (4)

1. コイルを収容し、該コイルを冷媒により冷却するように構成されているケーシングに設置されて前記コイルとケーシング外部との電気的接続を行うための端子台ユニットであって、
   リード線を接続するための１つ以上の端子を下面側に有する端子台と、
   該端子台の下面側に接着され、前記端子とその周囲領域を含む部分に対応する部分に穴を持つ絶縁プレートと、
   該絶縁プレートの下面側に接着される上面を持ち、該上面から下面に至る１つ以上の貫通穴を持つ金属プレートとから成り、
   前記貫通穴を通して前記リード線が前記金属プレートの下面側に導出され、前記穴を含む前記絶縁プレートと前記端子台との接触面と、前記絶縁プレートと前記金属プレートとの接触面、及び前記貫通穴に接着剤を充填して一体化して成ることを特徴とする防水型端子台ユニット。
2. 前記絶縁プレートは、前記端子台の線膨張係数と前記金属製プレートの線膨張係数との中間の線膨張係数を持つ材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の防水型端子台ユニット。
3. 前記金属プレートの下面側には、前記貫通穴と連通する連通穴を有して下方に突出する突起部が設けられ、該突起部の連通穴にも接着剤が充填されることを特徴とする請求項１または２に記載の防水型端子台ユニット。
4. 前記金属プレートの下面と前記ケーシングとの間にＯ−リングを介在させて該ケーシングに設置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の防水型端子台ユニット。
   
   

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