KR101001799B1

KR101001799B1 - 리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터

Info

Publication number: KR101001799B1
Application number: KR1020057022212A
Authority: KR
Inventors: 데루히코 아오키; 지안핑 유
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2010-12-15
Also published as: KR20060024778A; JP4415567B2; US20070040453A1; US7446439B2; TW200505133A; WO2004105219A1; JP2004350339A; TWI277271B

Abstract

기판, 캔 및 프레임의 변형을 저감하면서, 모터 구조의 간소화 및 소형화를 도모할 수 있는 리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

기판(12)의 양 측면에 고정된 전기자 코일(11)과, 전기자 코일(11)을 덮도록 설치된 캔(2)과 프레임(3)으로 이루어지는 밀봉체를 구비하고, 전기자 코일(11)의 주위에 냉매를 흐르게 해 냉각하도록 한 리니어 모터 전기자로서, 기판(12)에 전기자 코일(11)을 접착 고정하고, 그것을 프레임(3)에 장착한 후, 캔(2)과 프레임(3)의 사이에 지주(9)를 배치하고, 캔(2)과 지주(9), 프레임(3)과 지주(9)를 각각 용접에 의해 접합한 것이다.

Description

리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터{LINEAR MOTOR ARMATURE AND LINEAR MOTOR USING THE SAME}

본 발명은 저 온도 상승이 요구되는, 예를 들면 반도체 노광 장치, 액정 노광 장치 등에 사용되는 리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터에 관한 것이다.

종래, 예를 들면 반도체 노광 장치, 액정 노광 장치 등의 고 정밀도 위치결정 장치는, 고속화, 고출력화에 대한 요구가 해마다 높아져 가고 있다. 고정밀도 위치 결정 장치의 고성능화를 위해, 그 구성 부품인 리니어 모터에 있어서는 저 온도 상승이 요구된다. 이러한 리니어 모터는, 예를 들면 도 4처럼 되어 있다. 이하, 스테이지 장치 구동용의 보이스 코일형인 것을 예로 들어 설명한다.

도 4는 종래의 리니어 모터에 공통인 전체의 외관을 나타낸 사시도이다. 1은 전기자, 2는 캔, 3은 프레임, 4는 냉매 유출구, 5는 영구 자석, 6은 요크, 7은 베이스, 8은 계자(界磁), 10은 냉매 유입구이다. 또, 도 5는 제1 종래 기술을 나타내는 전기자의 분해 사시도이다. 11은 전기자 코일, 12는 기판, 13은 나사이다.

도 4에 있어서, 리니어 모터는 전기자(1)를 가동자로 하고, 계자(8)를 고정자로 해서 구성됨과 동시에, 전기자(1)는 도시 생략한 리니어 가이드, 에어 슬라이 드 또는 슬라이드 가이드 등에 의해 지지되어, 가동자를 화살표로 나타낸 진행 방향으로 이동시키는 것으로 되어 있다.

구체적으로는, 계자(8)는 평판형의 요크(6)와, 이 요크(6) 상에 번갈아 극성이 다르도록 인접하게 복수개 나란히 배치한 영구 자석(5)과, 요크(6)를 장착하는 베이스(7)로 구성된다. 영구 자석(5)은 요크(6)에 대해 접착에 의해 고정됨과 동시에, 후술하는 전기자(1)의 양측에 갭을 통해 배치된다.

또, 전기자(1)는, 도 5에 나타낸 바와 같이 동선(銅線)을 집중적으로 감아서 성형하여 이루어지는 전기자 코일(11)과, 전기자 코일(11)을 배열하여 위치결정 고정하기 위한 기판(12)과, 기판(12)의 네 모퉁이를 나사(13)로 고정하기 위한 프레임(3)와, 기판(12)의 양 측면에 고정된 전기자 코일(11)의 외측을 덮도록 프레임(3) 내에서 밀봉하기 위한 캔(2)으로 구성된다. 또한, 캔(2)은 기본적으로 비자성 재료로 이루어지며, 예를 들면 스테인레스, 수지, 세라믹스 등등의 박판으로 구성된다. 또, 프레임(3)은 스테인레스의 주물로 형성됨과 동시에, 중앙부는 전기자 코일(11), 기판(12)을 수납하기 위해 필요한 구멍부(3A)가 관통형성되어 있고, 구멍부(3A)의 캔(2)에 대향하는 부분(바닥부)에는 캔(2)의 두께에 상당하는 두께가 형성되어 있다. 그리고, 프레임(3)의 길이방향에서의 양단의 한쪽 끝에 냉매를 흐르게 하기 위한 냉매 유입구(10)를, 다른쪽 끝에 냉매 유출구(4)를 각각 구비하고 있다. 캔(2)은 프레임(3)과의 접합면을 용접에 의해 접합함으로써, 캔(2)과 프레임(3)은 밀봉체를 구성한다. 그리고, 기판(12)은 그 자신의 강도가 요구되므로, 스테인레스가 많이 사용되고 있다.

또한, 도 6은 도 5의 전기자의 정면도, 도 7은 도 6의 A-A선을 따른 단면도를 나타내고 있으며, 도면에서 14는 냉매 통로를 나타내고 있다.

도 6, 도 7에 나타낸 바와 같이, 전기자 코일(11)의 온도 상승을 저감시키기 위해서, 모터 내부에 냉매 통로(14)를 설치하고 있다. 냉매를 냉매 유입구(10)로부터 공급하고 냉매 유출구(4)로부터 배출함으로써, 냉매는 전기자 코일(11)과 캔(2)의 사이에 있는 냉매 통로(14)를 흐른다.

이렇게 구성된 리니어 모터는, 가동자 자신의 위치에 있었던 소정의 전류를 전기자 코일(11)에 흐르게 함으로써, 가동자가 고정자의 영구 자석(5)이 만드는 자계와 작용하여, 가동자는 추력(推力)을 발생시킨다. 그리고, 동손(銅損)에 의해 전기자 코일(11)이 발열하여 온도 상승한다. 온도 상승한 전기자 코일(11)의 발열은 냉매에 의해 열 회수되지만, 열회수 되지 않는 열량이 프레임(3)의 온도를 상승시킨다. 기판(12)의 온도 상승값은, 기판(12)이 냉매와 접하는 부분이 적기 때문에, 전기자 코일(11)의 온도 상승값과 거의 같아진다. 따라서 프레임(3)과 기판(12)에 온도 차가 발생한다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).

다음에, 제2 종래 기술을 설명한다.

도 8은 제2 종래 기술을 나타낸 전기자의 분해 사시도, 도 9는 도 8에 나타낸 전기자의 정면도, 도 10은 도 9의 A-A선을 따른 단면도이다. 제2 종래 기술의 구성 요소가 제1 종래 기술과 같은 것에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점만을 설명한다.

즉, 지주(支柱)(18)와 캔(2)의 사이, 지주(18)와 프레임(3)의 사이에 냉매 누설 방지를 위한 O링(17)을 끼우고, 캔(2), 프레임(3) 및 기판(12)의 중심부에 구멍을 형성하여, 기판(12)을 캔(2), 프레임(3)측으로부터 접시머리 나사(16)로 고정한 점이다. 이러한 구성에 의해, 공급된 냉매의 압력에 의한 캔(2), 프레임(3)의 변형을 저감시키는 구조로 되어 있다. 또한, 리니어 모터의 동작에 대해서는, 제1 종래 기술과 같기 때문에 설명을 생략한다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특개 2001-25227호 공보(명세서 2페이지, 도 4)

특허 문헌 2 : 일본 특개 2001-231246호 공보(명세서 4페이지, 도 2)

그런데, 종래 기술에서는 이하의 문제가 있었다.

(1) 제1 종래 기술에서는, 온도 상승한 기판(12)의 열 팽창량과, 프레임(3)의 열 팽창량이 다르므로, 기판(12)에 열 응력이 발생하여 변형하는 경우가 있었다.

(2) 제2 종래 기술에서는, O 링(17), 접시머리 나사(16)를 사용해 캔(2), 프레임(3)의 변형 저감을 도모하고 있었으므로 부품이 많고 구조도 복잡하다. 또, O 링(17)으로 밀봉하므로 밀봉 면이 필요하여, 지주(18)의 직경 치수에는 어느 정도의 면적이 필요하다는 제약이 있었다. 캔(2)에서도 나사 머리가 들어갈 수 있을 만큼의 판두께가 필요해 모터의 소형화를 방해하고 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 기판, 캔 및 프레임의 변형을 저감하면서, 모터 구조의 간소화 및 소형화를 도모할 수 있는 리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 기판의 양 측면에 고정된 전기자 코일과, 상기 전기자 코일을 덮도록 설치된 캔과 프레임으로 이루어지는 밀봉체를 구비하고, 상기 전기자 코일의 주위에 냉매를 흐르게 해 냉각하도록 한 리니어 모터 전기자로서, 냉매의 압력에 의한 캔 및 프레임의 변형을 저감할 수 있도록, 서로 대향하는 캔과 프레임의 사이에 지주를 설치하고, 상기 지주를 용접에 의해 접합한 것이다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재된 리니어 모터 전기자에 있어서, 상기 기판의 길이방향과 수직으로 적어도 1개의 홈을 형성한 것이다.

청구항 3의 발명은, 리니어 모터에 관한 것이며, 청구항 1 또는 2에 기재된 리니어 모터 전기자와, 당해 전기자와 갭을 통해 서로 대향 배치시킨 계자를 구비하고, 상기 계자는, 요크와, 상기 요크 상에 번갈아 극성이 다르도록 인접하게 복수개 나란히 배치시킨 영구 자석으로 구성되며, 상기 전기자와 상기 계자부 중 어느 한쪽을 상대 이동하는 가동자로, 다른쪽을 고정자로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 이하의 효과가 있다.

(1) 제1 실시예에 따른 리니어 모터 전기자는, 냉매의 압력에 의한 캔 및 프레임의 변형을 저감할 수 있도록, 서로 대향하는 캔과 프레임의 사이에 지주를 설치하고, 지주를 용접에 의해 접합했으므로, 종래 기술에 대해 캔 및 프레임의 변형 저감을 저해하지 않고 변형 저감을 유지할 수 있다. 또, 종래 기술에서 사용한 O 링, 접시머리 나사가 불필요해지므로, 부품 수의 삭감 및 조립의 간소화를 도모할 수 있다. 또, 종래 기술의 캔에 설치된 접시머리 나사의 나사 머리가 들어가기 위한 두께가 불필요해지므로, 캔의 박육(薄肉)화를 도모할 수 있다. 또한 접시머리 나사에 의한 체결을 없앰으로써, 지주의 세소(細小)화가 도모되어, 모터의 소형화 또는 고 추력화를 실현할 수 있다.

(2) 제2 실시예에 따른 리니어 모터 전기자는, 기판의 길이방향과 수직으로 홈을 형성했으므로, 기판에 열 응력이 발생하더라도, 홈 부분이 신축함으로써 열 응력을 완화할 수 있어, 변형을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 리니어 모터의 전기자의 정면도,

도 2는 도 1의 B-B선에 따른 단면도,

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 리니어 모터의 전기자에 사용되는 기판의 정면도,

도 4는 종래의 리니어 모터에 공통인 전체의 외관을 나타낸 사시도,

도 5는 제1 종래 기술을 나타낸 전기자의 분해 사시도,

도 6은 도 5에 나타낸 전기자의 정면도,

도 7은 도 6의 A-A선에 따른 단면도,

도 8은 제2 종래 기술을 나타낸 전기자의 분해 사시도,

도 9는 도 8에 나타낸 전기자의 정면도,

도 10은 도 9의 A-A선에 따른 단면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1…전기자 2…캔

2A…홈 3…프레임

3A…구멍부 4…냉매 유출구

5…영구 자석 6…요크

7…베이스 8…계자

9…지주 9A, 9B…접합면

10…냉매 유입구 11…전기자 코일

12…기판 13…나사

14…냉매 통로 16…접시머리 나사

17… O 링 18…지주

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초해 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 리니어 모터의 전기자의 정면도이다. 도 2는 도 1의 B-B선에 따른 단면도이다. 본 발명의 구성 요소가 종래 기술과 같은 것에 대해서는 설명을 생략하며, 다른 점만을 설명한다.

즉, 기판(12)에 전기자 코일(11)을 접착 고정하여, 그것을 프레임(3)에 장착한 후, 서로 대향하는 캔(2)과 프레임(3)의 사이에 지주(9)를 배치하고, 캔(2)과 지주(9), 프레임(3)과 지주(9)를 각각 용접에 의해 접합한 점이다. 또한 리니어 모터의 동작에 대해서는, 종래 기술과 같기 때문에 설명을 생략한다.

제1 실시예에 따른 리니어 모터 전기자는, 냉매의 압력에 의한 캔(2) 및 프 레임(3)의 변형을 저감할 수 있도록, 서로 대향하는 캔(2)와 프레임(3)의 사이에 지주(9)를 설치하고, 지주(9)를 용접에 의해 접합했으므로, 종래 기술에 대해 캔(2) 및 프레임(3)의 변형 저감을 저해하지 않고 변형 저감을 유지할 수 있다. 또, 종래 기술에서 사용한 O 링(17), 접시머리 나사(16)가 불필요해지므로, 부품 수의 삭감 및 조립의 간소화를 도모할 수 있다. 또, 종래 기술의 캔(2)에 설치된 접시머리 나사(16)의 나사 머리가 들어가기 위한 두께가 불필요해지므로, 캔(2)의 박육화를 도모할 수 있다. 또한, 접시머리 나사에 의한 체결을 없앰으로써, 지주(9)의 세소화가 도모되어, 모터의 소형화 또는 고 추력화를 실현할 수 있다.

(실시예 2)

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 리니어 모터의 전기자에 사용되는 기판의 정면도이다.

도면에 있어서, 기판(12)의 길이방향과 수직으로 2개의 홈(12A)을 형성한 점이 종래 기술과 다르다.

이렇게 제2 실시예는, 기판(12)의 길이방향과 수직으로 홈(12A)을 형성했으므로, 기판(12)에 열 응력이 발생해도, 홈(12A) 부분이 신축함으로써 열 응력을 완화할 수 있어, 변형을 저감시킬 수 있다.

본 발명은 예를 들면 반도체 노광 장치, 액정 노광 장치 등에 사용되는 리니어 모터 전기자 및 이를 사용한 리니어 모터에 적용하며, 특히 저 온도 상승이 요구되는 캔드(canned) 리니어 모터를 제공하는 분야에 유용하다.

Claims

기판의 양 측면에 고정된 전기자 코일과,

상기 전기자 코일의 주위에 냉매를 흐르게 해 냉각하기 위해서 상기 전기자 코일을 덮도록 설치된 캔과 프레임으로 이루어지는 밀봉체를 구비하고,

냉매의 압력에 의한 상기 캔 및 상기 프레임의 변형을 저감할 수 있도록, 서로 대향하는 상기 캔과 상기 프레임의 사이에 지주를 설치함과 동시에, 상기 지주를 용접에 의해 접합한 리니어 모터 전기자에 있어서,

상기 기판의 길이방향과 수직으로 적어도 1개의 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 리니어 모터 전기자.
제1항에 기재된 리니어 모터 전기자와, 당해 전기자와 갭을 통해 서로 대향 배치시킨 계자를 구비하고, 상기 계자는, 요크와, 상기 요크 상에 번갈아 극성이 다르도록 인접하게 복수개 나란히 배치시킨 영구 자석으로 구성되며, 상기 전기자와 상기 계자 중 어느 한쪽을 상대 이동하는 가동자로, 다른쪽을 고정자로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
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