JP4636019B2 - キャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使われると共に、リニアモータ本体の温度上昇低減と長期絶縁信頼性が要求されるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータに関する。

従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに用いられると共に、電機子巻線をキャンで覆い、電機子巻線とキャンの間に設けた冷媒通路に冷媒を流すことで、電機子巻線からの発熱量を冷媒で回収し、リニアモータ表面の温度上昇を低減する、キャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータとして、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。このうち、特許文献１のリニアモータについて、以下、図を用いて説明する。
特開２００２−２７７３０号公報（第４頁、図１） 特開２０００−４５７２号公報

図１６は従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図である。図１６において、１０は固定子、１１は筐体、１２はキャン、１３はキャン固定用のボルトねじ、１４は押え板、１５は端子台、１６は冷媒供給口、１７は冷媒排出口、１８は電機子巻線、２５は可動子、２６は界磁ヨーク支持部材、２７は界磁ヨーク、２８は永久磁石である。一方の可動子２５は、平板状の二つの界磁ヨーク２７と、各界磁ヨーク２７の表面に取付けた永久磁石２８と、二つの界磁ヨーク２７の間に挿入されると共に全体で合計４個の界磁ヨーク支持部材２６とから構成され、両端が開口した中空空間部を有している。そして、上記永久磁石２８は界磁ヨーク２７上に交互に極性が異なるように複数の磁石を隣り合わせに並べて配置したものとなっている。なお、可動子２５は、図示しないスライダとガイドレールからなるボールを用いたリニアガイドあるいは静圧軸受案内等によって支持されている。
また、他方の固定子１０は、可動子２５の中空空間部内に可動子２５の永久磁石２８と磁気的空隙を介して対向するように電機子が配置されており、詳細は以下の図１７で述べる。
図１７は、図１６のＡ−Ａ線に沿う本発明におけるキャンド・リニアモータの正断面図である。また、図１８は図１７のキャン１２を除いた固定子内部の構造を示している。図１７および図１８において、固定子１０は、内部を中空とする額縁状を有した金属製の筐体１１と、該筐体１１の中空部分を覆うために筐体１１の外形を象った板状のキャン１２と、該キャン１２を筐体１１に固定するためのボルトねじ１３と、該ボルトねじ１３の通し穴を有し、キャン１２を均等な荷重でもって押えるための押え板１４と、筐体１１の中空内に配置された電機子を構成する３相の電機子巻線１８と、電機子巻線１８を固定している巻線固定枠１９と、筐体１１とキャン１２の縁より少し大き目に象られたＯリング２１と、巻線固定枠１９と筐体１１を固定するためのボルトねじ２３とより構成されている。キャン１２および巻線固定枠１９の材質は樹脂製を採用しており、ここでは熱硬化性樹脂である例えばエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂である例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用している。筐体１１の空洞部の形状は、電機子巻線１８の外周を囲うように象られている。電機子巻線１８は平板状に形成された巻線固定枠１９の両面に配置されている。電機子巻線１８と一体になった巻線固定枠１９は、筐体１１の中空内に配置され、ボルトねじ２３で筐体１１と固定される。筐体１１の表裏の縁には、周回した溝が設けられており、そこにＯリング２１が配置される。そして、筐体１１に蓋をするようにキャン１２が筐体１１の表裏に配置される。キャン１２の上から筐体１１の縁に沿って押え板１４が敷かれ、ボルトねじ１３にて締め付けられ、キャン１２と筐体１１は固定される。電機子巻線１８は、集中巻コイルを３相分用意した複数のコイル群で構成され、巻線固定枠１９の左右両側に貼り付けられている。電機子巻線１８への電力供給は、筐体１１に取り付けられた端子台１５から行われる。端子台１５と電機子巻線１８はリード線（図示しない）で各々電気的に接続されている。また、冷媒は筐体１１に設けた冷媒供給口１６より供給され、冷媒排出口１７より排出される。その間に、冷媒は電機子巻線１８とキャン１２の間にある冷媒通路２０を流れ、発熱する電機子巻線１８を冷却する。
このように構成されたキャンド・リニアモータは、可動子２５と固定子１０の電気的相対位置に応じた３相交流電流を電機子巻線１８に流すことにより、永久磁石２８の作る磁界と作用して可動子２５に推力が発生し、可動子１０は図１６の矢印で示す進行方向に移動することとなる。この際、銅損によって発熱した電機子巻線１８は冷媒通路２０を流れる冷媒により冷却されるので、キャン１２の表面温度上昇を抑えることができる。

ところが、従来技術におけるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータは、冷媒通路２０を通る冷媒が電機子巻線１８の表面を流れることにより、以下のような問題が起きた。
（１） 従来のキャンド・リニアモータは、冷媒にフッ素系不活性冷媒（例えば住友３Ｍ製ハイドロフルエーテル（ＨＦＥ））を使用していた。ＨＦＥの導電率は０．００２（μＳ／ｃｍ）と極めて小さいので、ＨＦＥは電機子巻線を絶縁破壊させることなく直に冷却できる冷媒として有効なものであった。しかし、ＨＦＥの熱伝導率が０．０７（Ｗ／(ｍ・ｋ)）であるのに対し、水はＨＦＥの約８倍の０．６（Ｗ／(ｍ・ｋ)）もあるため、ＨＦＥは水に比べ圧倒的に小さく、電機子巻線とＨＦＥ間の熱伝達率が小さかった。その結果、電機子巻線から冷媒への熱移動量が少なくなると同時にキャン表面への熱移動量が多くなり、キャン表面の温度上昇が高くなった。
（２） 上記（１）の問題を解決する方策として、熱伝導率の大きい冷媒である水への変更が考えられる。水の熱伝導率は上述したようにＨＦＥの約８倍／(ｍ・ｋ)）もあることから、キャン表面温度上昇の大幅な低減が可能である。しかし、冷媒に水を使用すると別の問題が起きた。一般に電機子巻線を構成する導線には絶縁のための被覆層を有するエナメル線を使用するが、巻線作業時や電機子巻線固定時に起こる導線と他物体間との接触により、導線の被服層には微小なキズ（ピンホール）が存在している。冷媒に導電率が１（μＳ／ｃｍ）を超えるような純水を使用した場合、大きなピンホール箇所から絶縁破壊が生じた。さらに、ピンホールの穴径や深さが微小なものであっても、電機子巻線にかかる推力の反作用（機械的ストレス）や電流印加に伴う巻線の発熱（熱的ストレス）、浸水時の電圧印加による水中Ｔｒｅｅ現象などによって、ピンホールが大きくなり、短期間で絶縁破壊が生じた。
（３）導電率の小さい冷媒（ＨＦＥ）を使用した上で水に匹敵する冷却能力を得るには、キャンの厚さを薄くして冷媒通路断面積を大きくし電機子巻線からキャン表面までの熱抵抗を小さくするか、冷媒の供給圧力を増大させ流量を増加させるか、の２種類が考えられる。しかし、キャンの厚さを薄くすれば冷媒の圧力によってキャンの変形（空隙側へのキャンの膨らみ量）が大きくなり、キャンの厚さを変えずとも冷媒の供給圧力を増大させれば同じくキャンの変形が増大した。その結果、キャンの厚さも冷媒流量も変えることができず、キャン表面の温度上昇を低減することができなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、冷媒に対する電機子巻線の長期絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能とし、さらには、可動子と固定子の磁気的空隙へのキャン変形量を抑えることができるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、平板状に成形された複数のコイル群よりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前 記筐体の両開口部を密閉する片面もしくは両面に設けられたキャンと、前記電機子巻線と前記キャンとの間に形成された冷媒通路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線をモールド樹脂でモールドし、前記電機子巻線と前記冷媒通路の間に樹脂層を多層に積層してなる絶縁積層体を介在させたものである。
また、請求項２の発明は請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子において前記絶縁積層体を構成する樹脂層に金属層を積層させたものである。
また、請求項３の発明は請求項１または２記載のキャンド・リニアモータ電機子において前記樹脂層がガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填したものである。
また、請求項４の発明は請求項２記載のキャンド・リニアモータ電機子において前記金属層が、金属箔に接着剤もしくは粘着剤を有する金属箔テープで構成したものである。
また、請求項５の発明は請求項１〜請求項４までの何れか1項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁と前記電機子を相対的に走行するようにしたものである。
また、請求項６の発明は、請求項５記載のキャンド・リニアモータにおいて前記電機子と前記界磁を平板状に形成したものである。
また、請求項７の発明は、請求項５記載のキャンド・リニアモータにおいて、前記電機子と前記界磁を円筒状に形成したものである。

本発明におけるキャンド・リニアモータによれば以下の効果がある。
請求項１の発明によると、電機子巻線と冷媒との接触を全く無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したり、あるいは、電機子巻線の導線にピンホールが生じていたとしても、巻線固定枠によって電機子巻線が水と隔離されるため、水による絶縁破壊を防ぐことができる。それから、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。
また、巻線固定枠に冷媒が染み込むことによる絶縁抵抗の劣化を防止することができる。
また、請求項２の発明によると、冷媒の圧力による可動子に対向した空隙へのキャンの膨らみ量が小さくなるため、冷媒流量を増加することができ、請求項１記載の構成よりも、さらにキャン表面の温度上昇を低減できる。
また、請求項３の発明によると、絶縁抵抗の劣化を防止することができ、請求項１や請求項２の発明と併用することにより、絶縁性能の信頼性を向上させることができる。
また、請求項４の発明によると、キャンを固定する樹脂製押え板の表面の温度上昇を金属製の場合よりも低減することができる。
また、請求項５の発明によると、キャンを予め湾曲させた形状とすることにより、電機子巻線の冷媒に対する耐絶縁性が高く、冷却能力の高い水を冷媒として使用することでキャン表面温度 上昇の小さい電機子が得られ、これに界磁ヨークを対向配置させることで発熱のないキャンド・リニアモータを得ることができる。
請求項６の発明によると、電機子巻線と冷媒通路との間に樹脂層を多層に積層して介在させることで、樹脂層が耐冷媒絶縁の役割を果たし、導電率の高い水による浸水下での絶縁抵抗の低下を抑え、長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。また、樹脂層を多層化することにより、外側の樹脂層が保護する役割を果たし、内側の樹脂層のキズ（ピンホール）への直接の浸水を食い止めることができる。よって、製作時に電機子巻線や内側の樹脂層にピンホールが生じたり、機械的ストレス（推力の反作用）、熱的ストレス（巻線の発熱）、高電圧印加が作用したりしても、ピンホールの亀裂進行を抑え、絶縁信頼性を高めることができる。その結果、冷却能力の高い冷媒である水を使用することができ、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。
請求項７の発明によると、電機子巻線と冷媒通路との間に樹脂層と金属層を積層して介在させている。電機子巻線と冷媒との間に樹脂層を介在させることで、請求項６記載の発明と同様の効果を得ることができ、さらに金属層が内側への冷媒吸水を遮断するので、樹脂層の冷媒吸水により起こる絶縁抵抗低下を無くすことができる。よって、請求項１記載に比べ絶縁抵抗低下を無くし、長期間にわたる絶縁信頼性を確保することができる。
請求項８の発明によると、樹脂層にガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填しているので、樹脂層の機械強度を高めることができる。樹脂層と一体となった電機子巻線に推力の反作用が生じたとしても、樹脂層のクラック発生を防ぎ、クラック発生部からの冷媒浸水に伴う絶縁破壊を防ぐことができる。
請求項９の発明によると、金属層を極めて薄い金属箔テープで構成しているので、樹脂層と金属層の積層厚を薄くすることができる。積層厚が薄くなった分、冷媒通路の厚さを増やすことで、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。
請求項１０の発明によると、冷媒通路内に支柱を設け、キャンと樹脂層を支柱によって機械的に固定しているので、冷媒流量の増加に伴う冷媒通路内の圧力上昇が起きたとしても、キャンの変形量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やすことができ、リニアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。
請求項１１の発明によると、キャンを予め湾曲させて、冷媒通路側に凸面がくるように配置させているので、請求項５記載同様、冷媒通路内の圧力が上昇したとしても、キャンの外側への膨らみ量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やしリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、請求項１０記載のものに比べ、支柱などの部材を用いないので、製作を容易にかつ安価にすることができる。
請求項１２の発明によると、請求項６〜１１の何れかの電機子と永久磁石を有する界磁とを対向させて、電機子と界磁の何れか一方を固定子、他方を可動子としているので、請求項６〜１１の効果を有するリニアモータを提供することができる。
請求項１３の発明によると、電機子を構成する電機子巻線と界磁を構成する永久磁石を平板状に形成しているので、請求項６〜１１の効果を有した偏平なリニアモータを提供することができる。
請求項１４の発明によると、電機子を構成する電機子巻線と界磁を構成する永久磁石を円筒状に形成しているので、請求項６〜１１の効果を有した体積の小さいリニアモータを提供することができる。

本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図 図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図 図２のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図 図２の巻線固定枠表面を拡大した部分断面図 モータリード結線部を拡大した部分断面図 本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図 本発明の第３実施例を示すキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットした正断面図 第３実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図 第４実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図 第５実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図 第６実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図 第７実施例を示す図７（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットしたキャンド・リニアモータの正断面図 第８実施例を示す図７（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットしたキャンド・リニアモータの正断面図 第９実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図 図１４のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットした正断面図 従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図 図１６のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図 図１７のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図

符号の説明

１、１０ 固定子
２、１１ 筐体
３、３ａ、１２ キャン
４、１９ 巻線固定枠
５、５ａ、２０ 冷媒通路
６、２３ ボルトねじ
１３ ボルトねじ
１４ 押え板
１５ 端子台
１６ 冷媒供給口
１７ 冷媒排出口
１８ 電機子巻線
２１ Ｏリング
２２ 巻線固定枠支持部材
２４ シール材
２５ 可動子
２６ 界磁ヨーク支持部材
２７ 界磁ヨーク
２８ 永久磁石
２９ 防水フィルム
３１ モータリード
３２ シール材
４０ 絶縁積層体
４１ 保護樹脂層
４２ 接着樹脂層
４３ 主絶縁樹脂層
４４ モールド樹脂層
４５ 金属層
４６ 金属箔テープ
４７ 高強度絶縁樹脂層
５０ 支柱
５１ 支柱用Ｏリング
５２ 支柱固定用ボルト
５３ 支柱固定用インサートナット
５４ 支柱用キャン
５５ 湾曲キャン
６０ 可動子
６１ 筐体
６２ キャン
６３ 電機子巻線
６４ 端子台
６５ 冷媒供給口
６６ 冷媒排出口
６７ 冷媒通路
６８ 絶縁積層体
７０ 固定子
７１ 界磁ヨーク
７２ 永久磁石

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う本発明におけるキャンド・リニアモータの正断面図、図３は図２のキャンを除いた固定子の内部構造を示す側面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。また、可動子２５の構造は、従来技術と全く同じである。
図１〜図３において、１は固定子、２は筐体、３はキャン、４は巻線固定枠、５は冷媒通路、６はボルトねじ、２２は巻線固定枠支持部材、２４はシール材である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、電機子巻線１８の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠４で挟み込むように固定してあり、キャン３と巻線固定枠４との間に形成される空間内に冷媒通路５を設けた点である。
また、巻線固定枠４の冷媒通路側と筐体２との間隙には、冷媒通路５に流す冷媒が二つの巻線固定枠４で挟み込んだ電機子巻線１８に漏出し、電機子巻線１８が浸水しないようにシール材２４を設けるようになっている。
また、電機子巻線１８の上下部には二つの巻線固定枠４の上下端部と筐体２の内周側を支持固定するための巻線固定枠支持部材２２が挿設されている。上記の筐体２と巻線固定枠支持部材２２はボルトねじ６を筐体２に設けた通し孔に通した後、巻線固定枠支持部材２２の雌ネジにねじ込むことで固定される。そして、上記のキャン３と筐体２はボルトねじ１３をキャン３に設けた通し孔に通した後、筐体２の雌ネジにねじ込むことで固定されるようになっている。なお、通し孔および雌ネジの矢視は省略している。

さらに、巻線固定枠表面については図４に示すようになっている。
図４は図２の巻線固定枠表面を拡大した部分断面図を示しており、図４において、１８は電機子巻線、２２は巻線固定枠支持部材、４は巻線固定枠、２９は防水フィルムである。
すなわち、巻線固定枠４の冷媒の接触する表面側に防水フィルム２９を貼り付けたものとなっていいる。
またさらに、モータリード結線部については図５に示すようになっている。
図５はモータリード結線部を拡大した部分断面図であり、図５において、２は筐体、４は巻線固定枠、１８は電機子巻線、１５は端子台、３１はモータリード、３２はシール材である。
すなわち、電機子巻線１８を固定する巻線固定枠４を結線基板で構成し、巻線固定枠４と電機子巻線１８のモータリード３１を外部へ接続するための端子台１５との間におけるる空隙部分に、モータリード３１を覆うようにシール材３２を充填したものとなっている。
それから、キャン３を固定する押え板１４の材質を金属よりも熱伝導率の小さい樹脂製としたものとなっている。

このような構成において、電機子巻線１８のコイル構成は従来技術と同じであるため、従来技術同様、本発明のキャンド・リニアモータも可動子２５と固定子１の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線１８に流すことにより、永久磁石２８の作る磁界と作用して可動子に推力が発生する。この際、冷媒がキャン３と巻線固定枠４の間に設けられた冷媒通路５を流れ、発熱する電機子巻線１８を冷却する。

したがって、本発明の第１実施例は、電機子巻線１８の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠４で挟み込むように固定し、キャン３と巻線固定枠４との間に形成される空間内に冷媒通路５を設けた構成、また、巻線固定枠４の冷媒通路側と筐体２との間隙にシール材２４を設ける構成にしたので、従来技術で問題となっていた冷媒と電機子巻線１８の接触を無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠４とシール材２４によって電機子巻線１８が水と隔離されるため、電機子巻線１８の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン３の表面の温度上昇を低減することができる。
また、巻線固定枠４の冷媒の接触する表面側に防水フィルム２９を貼り付ける構成にしたので、巻線固定枠に冷媒が染み込むことによる絶縁抵抗の劣化を防止することができる。
また、電機子巻線１８と該電機子巻線１８のモータリードを外部へ接続するための端子台１５との間におけるる空隙部分にモータリード３を覆うようにシール材３２を充填する構成にしたので、絶縁抵抗の劣化を防止し絶縁性能の信頼性を向上させることができる。
また、キャンを固定する押え板の材質を金属よりも熱伝導率の小さい樹脂製とすることにより、キャンを固定する樹脂製押え板の表面の温度上昇を金属製の場合よりも低減することができる。

次に本発明の第２実施例について説明する。
図６は、本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例のキャン３が直線状の板であったのに対して、キャンを予め湾曲させて、キャンの湾曲した凸面同士を互いに巻線固定枠４に対向するよう配置したものである。図６において、３ａは予め湾曲させたキャン、５ａは湾曲したキャン３ａと巻線固定枠４との間の空間部に形成された冷媒通路を示している。すなわち、キャン３ａは、冷媒通路５ａに冷媒が流れていないとき、その中央部が巻線固定枠４側に対してわずかに接触しない程度に湾曲した形状に形成されている。冷媒通路５ａに冷媒が流れると、キャン３ａはその冷媒による圧力によって中央部が外側（巻線固定枠４と反対側）に張り出すように変形する。
したがって、このようにキャン３ａを予め湾曲させた形状としたので、第１実施例を凌ぐ効果として、冷媒の流量による可動子に対向する空隙へのキャン変形を抑えることができる。また、第１実施例よりも冷媒流量を増加でき、温度上昇をより低減することが可能となる。

なお、以上の実施例では、固定子に電機子巻線、可動子に界磁とした永久磁石を持つ構造で説明したが、固定子に永久磁石、可動子に電機子巻線を持つ逆の構造としても良い。
また、可動子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。

図７は本発明の第３実施例を示すキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットした正断面図である。
本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付して説明する。

図において、４０が樹脂層を多層化して構成した絶縁積層体である。本発明の可動子２５の構造は、従来技術と全く同じである。一方、固定子１は、内部を中空とする口の字形の金属製の筐体２と、筐体２の中空部分を覆うため筐体２の外形を象った板状のキャン３と、キャン３を筐体２に固定するためのキャン固定用ボルト１３と、キャン固定用ボルト１３の通し穴を持ちキャン３を均等な荷重でもって押えるための押え板１４と、筐体２の中空内に配置された３相の電機子巻線１８および絶縁積層体４０と、筐体２の中空部より少し大き目に象られたＯリング２１により構成されている。キャン３の材質は樹脂製であり、例えば熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用している。筐体２の中空部の形状は、電機子巻線１８の外周を囲うように象られている。電機子巻線１８と一体になった巻線固定部（図示しない）は、筐体２の中空内に配置され、巻線固定部と筐体２とがボルトにより固定されている。筐体２の表裏の縁には、周回した溝が設けられており、そこにＯリング２１が配置されている。そして、キャン３が筐体２の表裏に配置されている。キャン３の上から筐体２の縁に沿って押え板１４が敷かれ、キャン固定用ボルト１３にて締め付けられ、キャン３と筐体２は固定されている。電機子巻線１８は、複数の集中巻コイルを３相分用意したもので構成されており、絶縁積層体４０と一体に樹脂モールドされている。電機子巻線１８への電力供給は、筐体２に取り付けられた端子台１５から行われる。端子台１５と電機子巻線１８はリード線（図示しない）で各々電気的に接続されている。また、冷媒は筐体２に設けた冷媒供給口１６より供給され、冷媒排出口１７より排出される。その間に、冷媒は絶縁積層体４０とキャン３の間にある冷媒通路５を流れ、発熱する電機子巻線１８を冷却する。

図８は第３実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図である。
図において、４１が保護樹脂層、４２が接着樹脂層、４３が主絶縁樹脂層、４４がモールド樹脂層である。絶縁積層体４０は冷媒通路５側から保護樹脂層４１、接着樹脂層４２、主絶縁樹脂層４３、モールド樹脂層４４を積層して構成したものである。保護樹脂層４１は主絶縁樹脂層４３側への冷媒の吸水を抑制するとともに主絶縁樹脂層４３を保護する役割がある。よって、保護樹脂層４１には、吸水率が小さく薄肉でも破断することのないポリイミド樹脂やナイロン樹脂などを使用している。接着樹脂層４２は保護樹脂層４１と主絶縁樹脂層４３を接着もしくは粘着する役割がある。よって、接着樹脂層４２には、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の接着剤や粘着剤を使用している。主絶縁樹脂層４３は冷媒の吸水を抑制し、耐冷媒絶縁を確保するとともに、電機子巻線１８の発熱による温度上昇時においても軟化せずに絶縁性を長期確保する役割がある。よって、主絶縁樹脂層４３には、吸水率が小さく絶縁抵抗の高い樹脂材であるエポキシ樹脂やポリエチレン樹脂を使用している。モールド樹脂層４４は電機子巻線１８と主絶縁樹脂層４２を一体に固着する役割があることから、モールド材として一般的に用いられるエポキシ樹脂を使用している。

本発明が特許文献１と異なる部分は、固定子の内部にある電機子巻線と冷媒間に樹脂層を多層化して構成した絶縁積層体を備えた部分である。

このような構成により、電機子巻線の導線被覆にピンホールがあったとしても、また、推力の反作用や電機子巻線の発熱、高電圧印加があったとしても、多層の樹脂層が耐冷媒絶縁の役割を果たし、導電率の高い水による浸水下においても絶縁抵抗の低下を抑え、長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。また、保護樹脂層が主絶縁樹脂層を保護するので、製作時に主絶縁樹脂層にキズ（ピンホール）が生じたとしても保護樹脂層がピンホール箇所への直接の浸水を食い止めることができ、ピンホールの亀裂進行を抑制し、長期絶縁信頼性を確保することができる。その結果、冷却能力の高い冷媒である水を使用し、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

次に本発明の第４実施例について説明する。
図９は第４実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図である。図において、１２５が金属層である。第４実施例が第３実施例と異なる点は、絶縁積層体４０の保護樹脂層４１を金属層４５に置き換えたことである。金属層４５は第３実施例で使用した保護樹脂層４１と同様に、主絶縁樹脂層４３を保護する役割のほかに、主絶縁樹脂層４３への冷媒の吸水を遮断する役割がある。よって、金属層４５には薄肉のステンレス、珪素鋼板などを使用している。

このような構成により、第３実施例と同様に、導電率の高い水による浸水下においても長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。さらに、金属層が内側への冷媒の吸水を遮断するので、主絶縁樹脂層の吸水による絶縁抵抗低下を無くすことができる。その結果、冷媒に導電率の高い水を使用したとしても、電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊を全く起こさず、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

次に本発明の第５実施例について説明する。
図１０は第５実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図である。図において、４６が金属箔テープである。第５実施例５が第３実施例と異なる点は、金属層４５と接着樹脂層４２を金属箔テープ４６に置き換えたことである。金属箔テープ４６は、薄肉の金属箔の片面に接着剤もしくは粘着剤が設けられたものである。

このような構成により、金属層と接着樹脂層が極めて薄い金属箔テープに置き換えられ、絶縁積層体の厚さを減らし、冷媒通路の厚さを増やすことで、リニアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。

次に本発明の第６実施例について説明する。
図１１は第６実施例を示す図７（ｂ）におけるＢ部拡大図である。図において、４７が高強度絶縁樹脂層である。第６実施例６が第３実施例〜第５実施例と異なる点は、主絶縁樹脂層４３にガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填させた高強度絶縁樹脂層４７に置き換えたことである。

このような構成により、絶縁積層体の機械強度を高めることができるので、電機子巻線に推力の反作用や発熱が生じたとしても絶縁積層体のクラック発生を防ぎ、クラック部の浸水に伴う絶縁破壊を防ぐことができる。よって、第３実施例〜第５実施例よりも機械的ストレスや熱的ストレスに対して、より絶縁信頼性を高めることができる。

次に本発明の第７実施例について説明する。
図１２は第７実施例を示す図７（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットしたキャンド・リニアモータの正断面図である。
図において、５０が支柱、５１が支柱用Ｏリング、５２が支柱固定用ボルト、５３が支柱固定用インサートナット、５４が支柱用キャンである。第７実施例が第３実施例〜第６実施例と異なる点は、冷媒通路５内に支柱５０を設けたことである。支柱５０は主絶縁樹脂層４３もしくは高強度絶縁樹脂層４７と一体に形成されており、支柱５０の先端に支柱用Ｏリング５１が置かれると共に支柱固定用インサートナット５３が埋め込まれ、支柱用固定ボルト５２によって支柱用キャン５４と機械的に締結されている。

このような構成により、冷媒流量の増加に伴う冷媒通路内の圧力上昇が起きたとしても、キャンの変形量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やすことができ、リニアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。

次に本発明の第８実施例について説明する。
図１３は第８実施例を示す図７（ａ）のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットしたキャンド・リニアモータの正断面図である。図において、５５が湾曲キャンである。第８実施例が第７実施例と異なる点は、冷媒通路５内に設けていた支柱５０を取り除き、予めＶ字状に湾曲させたキャン５５を冷媒通路５側に凸面がくるように配置させたことである。

このような構成により、第７実施例同様、冷媒通路内の圧力が上昇したとしても、キャンの外側への膨らみ量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やしリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、請求項５記載のものに比べ支柱などの部材を用いないので、製作を容易にかつ安価にすることができる。

次に本発明の第９実施例について説明する。
図１４は第９実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図である。図１５は図１４のＡ−Ａ’線に沿って断面を１／４にカットした正断面図である。
図において、６０が可動子、６１が筐体、６２がキャン、６３が電機子巻線、６４が端子台、６５が冷媒供給口、６６が冷媒排出口、６７が冷媒通路、６８が絶縁積層体、７０が固定子、７１が界磁ヨーク、７２が永久磁石である。固定子７０は、ストローク方向に長い円柱状の界磁ヨーク７１の外周に多極を構成する複数の永久磁石７２が配置されている。一方、可動子６０は中間に電機子巻線６３が配置され、その内外周に絶縁積層体６８、冷媒通路６７、キャン６２が設けられている。ここで、筐体６１とキャン６２にはステンレスが使用され、これらは溶接によって接合されている。また、電機子巻線６３は巻線固定部（図示しない）と一体にモールドされ筐体６１とボルトにより固定されている。冷媒は一方の筐体６１に設けられた冷媒供給口６５から供給され、筐体６１内部の管路を通り冷媒通路６７に流れ、その後、他方の筐体６１内の管路を通って冷媒排出口６６から排出される。可動子６０は、その中空空間内に固定子７０が挿入され、図示しないリニアガイドや静圧案内軸受等によって支持されている。このような構成において、所定の電流を電機子巻線６３に流すことで永久磁石７２の作る磁界との作用により可動子６０に推力が発生し、可動子６０は矢印で示す進行方向に移動する。そのとき電機子巻線に生じる発熱はその表面を通る冷媒によって回収され、キャン表面の温度上昇を極めて小さなものにしている。

また、図１５におけるＢ部を拡大したものは第３実施例〜第６実施例と同様の構造であり、図８から１１に示されるものを円弧に形成したものと同じである。このように、第９実施例が第３実施例〜第８実施例と異なる点は、電機子巻線と永久磁石を円筒状に形成したことである。

このような構成により、第３実施例〜第６実施例と同様に、冷却能力の高い水を冷媒として使うことができ、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、第３実施例〜第８実施例では電機子を構成する電機子巻線と界磁を構成する永久磁石を平板状に形成し、偏平なキャンド・リニアモータとしていたが、第９実施例では円筒状とすることで、電機子巻線のコイルエンド部を排除でき、体積の小さなキャンド・リニアモータを提供することができる。

なお、第１実施例〜第８実施例では固定子に電機子巻線、可動子に界磁永久磁石を持つ構造とし、第９実施例では可動子に電機子巻線、固定子に界磁永久磁石を持つ構造として説明したが、それが逆の構造であっても良い。また、第３実施例〜第８実施例では可動子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。また、電機子巻線を複数の集中巻コイルで構成される３相の交流リニアモータとして説明したが、集中巻コイルを１個設けたいわゆるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）としたり、複数台の可動子と複数個の集中巻コイルを設けた多自由度動作するＶＣＭとしても良い。また、電機子巻線を筐体に固定するための部材である巻線固定部（図示なし）を用いて説明したが、巻線固定部を主絶縁樹脂層や高強度樹脂層と一体に形成しても良い。さらに、支柱と主絶縁樹脂層や高強度樹脂層を一体に形成したもので説明したが、支柱をこれら樹脂層と別個にしたり、支柱とキャンを一体に形成したりしても、同様の効果が得られることは言うまでも無い。また、湾曲キャンをＶ字状に形成したもので説明したが、お椀形状としたり、凹状（階段状）としても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

本発明は、電機子巻線と冷媒との間に多層の樹脂層や金属層を介在させて構成することによって、導電率の高い水を冷媒として使用しても、絶縁抵抗低下や絶縁破壊が起こさずリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。よって、温度上昇が極めて小さく長期絶縁信頼性が要求される半導体露光装置や検査装置などの用途に適用することができる。

Claims (7)

1. 平板状に成形された複数のコイル群よりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前記筐体の両開口部を密閉する片面もしくは両面に設けられたキャンと、前記電機子巻線と前記キャンとの間に形成された冷媒通路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線をモールド樹脂でモールドし、前記電機子巻線と前記冷媒通路の間に樹脂層を多層に積層してなる絶縁積層体を介在させたことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
2. 前記絶縁積層体を構成する樹脂層に金属層を積層させたことを特徴とする請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子。
3. 前記樹脂層は、ガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
4. 前記金属層は、金属箔に接着剤もしくは粘着剤を有する金属箔テープで構成したものであることを特徴とする請求項２に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
5. 請求項１ないし請求項４までの何れか1項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁と前記電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴とするキャンド・リニアモータ。
6. 前記電機子と前記界磁を平板状に形成したことを特徴とする請求項５記載のキャンド・リニアモータ。
7. 前記電機子と前記界磁を円筒状に形成したことを特徴とする請求項５記載のキャンド・リニアモータ。

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