WO2006006401A1 - リニアモータ及びこのリニアモータを用いたステージ装置 - Google Patents

リニアモータ及びこのリニアモータを用いたステージ装置 Download PDF

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WO2006006401A1
WO2006006401A1 PCT/JP2005/011938 JP2005011938W WO2006006401A1 WO 2006006401 A1 WO2006006401 A1 WO 2006006401A1 JP 2005011938 W JP2005011938 W JP 2005011938W WO 2006006401 A1 WO2006006401 A1 WO 2006006401A1
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coil
heat
cooling
linear motor
cooling panel
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Application number
PCT/JP2005/011938
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daisuke Shinohira
Dotaro Usui
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. filed Critical Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor configured to efficiently cool a heat generated by a coil force and a stage device using the linear motor.
  • a linear motor is used as a driving means for driving a stage on which a workpiece such as a substrate is placed.
  • the translation drive is controlled by a pair of linear motors!
  • the configuration of the linear motor includes a moving coil system in which the magnet yoke part is a fixed side and the coil part is a movable side, and a moving magnet system in which the coil part is a fixed side and the magnet yoke part is a movable side. is there.
  • the linear motor is provided with cooling means for cooling the coil portion in order to reduce the influence of heat generated from the coil.
  • this cooling means for example, there is a configuration in which a panel-like heat pipe is provided inside the coil portion. In this cooling method, the heat from the coil is conducted to the holder side holding the coil portion by the heat pipe, so that the heat of the coil can be efficiently released (see, for example, Patent Document 1).
  • the two coil rows and the two magnet rows are arranged so as to face each other.
  • Each coil is formed in a U shape in which both sides of a coil wound in a rectangular shape that is flat and bent are bent 90 degrees.
  • the coil-shaped adjacent coils are arranged so that their U-shaped orientations are different by 180 degrees, and the bending parts on both sides of each coil are arranged so that they overlap in the moving direction, thereby suppressing torque fluctuations. (For example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-327152
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-10616
  • the coils formed in a U shape by bending both sides by 90 degrees are arranged so that the adjacent coils are different by 180 degrees, and the bent portions on both sides of each coil are arranged.
  • it was configured to overlap it was possible to eliminate the torque shortage and achieve precise movement control, but it was impossible to insert a panel-like heat pipe into the gap between each coil array bent in a crank shape.
  • the linear motor of Patent Document 2 is provided with a cooling flow path for circulating the refrigerant in the coil portion, a pump for supplying the refrigerant to the flow path, and the like. Therefore, the structure is increased in size and complexity, resulting in a cost increase.
  • the present invention provides the linear motor and a stage apparatus using the linear motor,
  • the object is to increase the cooling efficiency of the coil regardless of the coil shape.
  • the present invention has the following features.
  • the coil cooling unit is connected to the cooling panel, the cooling panel having a heat conduction element formed so as to release the heat of the coil unit to the outside, and the coil cooling unit And a heat dissipating part for dissipating heat from the heat conducting element to the outside.
  • the invention according to claim 2 or claim 8 is characterized in that the cooling panel is attached to a side surface of the coil portion so that heat of the coil portion is conducted to the heat conducting element.
  • the invention according to claim 3 and claim 9 is characterized in that the heat dissipating part is provided at an end of the coil part so as to abut on a heat dissipating side end of the cooling panel.
  • the coil cooling section includes a plurality of the cooling panels and a plurality of heat radiating sections, and a heat input side of the plurality of the cooling panels is the coil section. It is arranged so that it touches the center of.
  • the inventions of claims 5 and 11 are characterized in that the cooling panel is formed such that the heat conducting element is in contact with a side surface of the coil part and a holder part holding the coil part. To do.
  • the inventions of claims 6 and 12 are characterized in that the heat conducting element also has a heat pipe force formed in an internal space of the cooling panel.
  • the invention according to claim 7 is a coil portion in which a plurality of coils are arranged in parallel, a magnet yoke portion in which a plurality of permanent magnets are arranged in parallel so as to face the coil row, and the coil portion is cooled.
  • the stage apparatus which has a linear motor which has a coil cooling part which performs, a slider driven by the linear motor, a stage which moves with the slider, and a guide part which guides movement of the stage, the coil cooling part Is connected to the cooling panel having a heat conduction element formed so as to release the heat of the coil part to the outside. And a heat dissipating part that dissipates heat from the heat conducting element to the outside.
  • the cooling panel having the heat conducting element formed so as to release the heat of the coil section to the outside, and the heat from the heat conducting element are radiated to the outside connected to the cooling panel. Therefore, it is possible to prevent a decrease in driving force by efficiently radiating the heat of the coil part to the outside with a compact structure and suppressing the temperature rise of the coil part, and the adjacent coils are different from each other. Even when they are arranged so as to overlap each other, the coil part can be sufficiently cooled.
  • FIG. 1 is a plan view showing a stage apparatus to which an embodiment of a linear motor according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an enlarged front view showing the configurations of the linear motor 20 and the guide part 30.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view showing configurations of the linear motor 20 and the guide part 30.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the linear motor 20.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the linear motor 20.
  • FIG. 6 is a front view showing an appearance of a coil section 60.
  • FIG. 7 is a side view showing the appearance of a coil section 60.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of a coil section 60.
  • FIG. 9 is a front view showing the configuration of the cooling panel 53.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a coil 66.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state in which two rows of coils are combined.
  • FIG. 13 is a side view of Example 2 of the linear motor.
  • FIG. 14 is a side view of Example 3 of the linear motor.
  • FIG. 1 is a plan view showing a stage apparatus to which an embodiment of a linear motor according to the present invention is applied.
  • the stage apparatus 10 is an XY stage, and includes a base 14 fixed on a concrete base, a movable part 16 that moves on the base 14, and both ends of the movable part 16. And a pair of linear motors 20 for driving in the Y direction.
  • the movable part 16 includes a slider 18 driven by the linear motor 20, a Y slider 24 horizontally mounted in the X direction orthogonal to the moving direction so as to connect the sliders 18, and an X on the Y slider 24. With rider 26 moving in the direction.
  • the slider 18 is supported by the guide rail 50 of the guide portion 30 extending in the Y direction so as to be slidable in the Y direction, and the coil portion 60 of the linear motor 20 is attached thereto.
  • the movable part 16 is driven in the Y direction by the driving force of the linear motor 20 while the sliders 18 provided at the left and right ends are guided by the guide part 30. Therefore, in the movable part 16, the sliders 18 disposed at both ends are simultaneously driven by the driving force of the linear motor 20, whereby the left and right sliders 18 are translated.
  • the linear motor 20 is composed of a permanent magnet 46 fixed to the inner surface of a coil portion 60 and a yoke 44 that is also supported by the upper end of the motor support portion 34 and also has a U-shaped force.
  • magnet units 56 (see FIG. 4) arranged at equal intervals.
  • the coil 66 (see FIG. 11) of the coil unit 60 is disposed so as to face the permanent magnet 46, and generates a thrust (driving force) in the Y direction with respect to the permanent magnet 46 by applying a driving voltage.
  • the linear motor 20 generates a Lorentz force against the permanent magnet 46 from the coil section 60. It is configured to apply a driving force in the Y direction to the slider 18 by generating the same.
  • the linear motor 20 can generate a driving force so that the slider 18 travels in the heel direction at a constant speed by controlling the voltage applied to the coil 66 of the coil unit 60.
  • the movable portion 16 has a slider 18 formed so as to surround four sides of the guide rail 50 extending in the heel direction.
  • the slider 18 has a first hydrostatic air bearing 52 and a second hydrostatic air bearing 54.
  • the first hydrostatic air bearing 52 injects compressed air between the upper surface 50-1 of the guide rail 50 and supports the slider 18 in a floating state upward.
  • the second static pressure air bearing 54 injects compressed air between the slider 18 and the right side surface 50-2 of the guide rail 50 to support the movable portion 16 in a floating state.
  • the slider 18 has a guide surface that faces each surface of the guide rail 50 via a minute gap. Accordingly, the compressed air injected into the gap from the static pressure air bearing 54 presses the guide surface of the slider 18 with a predetermined pressure. As a result, the slider 18 is floatingly supported with respect to the guide rail 50 through a minute gap, so that it can move in the ⁇ direction with almost no friction and in a non-contact state.
  • the linear scale 22 for detecting the moving position of the slider 18 includes a position detection plate 22a provided on the right side surface 50-2 of the guide rail 50 extending in the heel direction, and a position detection plate 22a. It consists of a sensor 22b that detects the number of slits. Since the sensor 22b is attached to the slider 18, the sensor 22b outputs the number of pulses corresponding to the number of slits arranged in a line at predetermined intervals as a detection signal.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the linear motor 20.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the linear motor 20.
  • the coil portion 60 is formed by integrally forming two rows of coils 66 with a mold 63 and extends in the traveling direction (Y direction).
  • the coil unit 60 has a cooling panel 53 attached to the left and right side surfaces, and a coil holder 64 that holds the upper part. The surfaces of the coil 66 and the cooling panel 53 are covered with the mold 63! /, So the cooling panel 53 is hidden from view!
  • the magnet unit 56 has a configuration in which a base yoke 58 and a side yoke 59 are combined in a U shape, and the magnet 46 is attached to the inner wall of the side yoke 59. Therefore, the magnet 46 fixed inside the side yoke 59 standing on both sides of the base yoke 58 is It arrange
  • FIG. 6 is a front view showing the appearance of the coil section 60.
  • FIG. 7 is a side view showing the appearance of the coil section 60.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of the coil unit 60.
  • the coil portion 60 is provided inside the mold 63 with a cooling panel 53.
  • the cooling panel 53 and the heat radiating section 55 constitute a coil cooling section 57.
  • the cooling panel 53 is disposed on the left and right side surfaces of the coil unit 60 and is housed in the mold 63.
  • the cooling panel 53 can have as large a contact area as possible with respect to the coil 66, the cooling capacity can be increased accordingly. Further, the cooling panel 53 may be provided only on one side of the coil part 60 according to the amount of heat generated by the coil 66 or may be provided on both sides of the coil part 60.
  • the cooling panel 53 also has a flat heat pipe force formed in a thin plate shape, and a heat conduction element using the principle of the heat pipe is provided in the internal space, and a conduit for circulating the refrigerant is used. Since there is no need to provide a heat exchanger or the like, the structure is compact. As shown in FIG. 7, the cooling panel 53 has a heat input side 53a on the right end side and a heat dissipation side 53b on the left end side. Therefore, the heat of the coil 66 is transferred from the right end side of the cooling panel 53 to the left end side, so that the heat inside the coil 66 moves to the right end side and is conducted to the heat input side 53a of the cooling panel 53.
  • the heat dissipating part 55 includes a first heat sink 55a fixed to the end of the coil part 60, and a second heat sink 55b fixed to the end face of the first heat sink 55a by a fastening member such as a screw. Consists of.
  • the first and second heat sinks 55a and 55b are formed in a T shape corresponding to the shape of the end portion of the coil portion 60, and are configured to prevent the movement of the coil portion 60.
  • the heat sinks 55a and 55b It is made of a metal with high conductivity and good workability (for example, copper or aluminum alloy). Further, the heat sinks 55a and 55b may have a block shape, or may have a configuration in which a plurality of heat dissipating fins are provided to increase the heat dissipating area.
  • FIG. 9 is a front view showing the configuration of the cooling panel 53.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
  • the inside of the cooling panel 53 is kept in a vacuum, and for example, a liquid such as pure water is injected.
  • This liquid is vaporized by the heat of the heat input side 53a and moves to the heat dissipation side 53b, thereby removing the heat of vaporization of the heat input side 53a and carrying it to the heat dissipation side 53b.
  • the heat radiating side 53b is cooled by the heat sinks 55a and 55b, the vapor is returned to the liquid at the heat radiating side 53b to radiate heat.
  • the liquid aggregated on the heat radiation side 53b returns to the heat input side 53a by capillary action.
  • the cooling panel 53 is formed in a flat plate shape with high heat conductivity and metal (for example, copper), and its internal space is defined in three passages by a pair of partition walls 53c. .
  • These channels include a pair of steam passages 53d for moving steam from the heat input side 53a to the heat dissipation side 53b, and a reflux passage 53e for moving liquid from the heat dissipation side 53b to the heat input side 53a. Is formed.
  • a reflux passage 53e is formed between the pair of steam passages 53d, and each of them extends in the horizontal direction. Further, both ends of the reflux passage 53e and the vapor passage 53d are in communication with each other, and vapor or liquid can flow therethrough. Also, since the return passage 53e is inserted with an ultrafine wire wick (not shown) in which copper wires are bundled, the reflux speed of the liquid is accelerated by capillary action! RU
  • the cooling panel 53 can efficiently release the heat generated in the coil 66 to the heat sinks 55a and 55b by the heat pipe principle, thereby cooling the coil 66, thereby suppressing the temperature rise of the coil 66. It becomes possible.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the coil 66.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state in which two rows of coils are combined.
  • the coil 66 is formed in a U shape with both sides bent by 90 degrees, and each of the two coil arrays 60A, 60B arranged in parallel in the traveling direction (X direction). Coils 66 are arranged opposite to each other in a direction different by 180 degrees.
  • the coil 66 of the first coil group 60A and the coil 66 of the second coil group 60B are combined so as to be alternately fitted.
  • the cooling panel 53 described above is attached to the straight portion 66A of the coil 66. Since the coil 66 is attached, the side force is also cooled.
  • the coil 66 has a so-called saddle type structure in which a copper wire is wound in a rectangular shape and both sides are bent by 90 degrees. More specifically, the coil 66 includes a straight portion 66A, a pair of bent portions 66B that are bent at both ends of the straight portion 66A, and a recess 66C formed between the straight portions 66A on both sides. It is formed. Accordingly, as shown in FIG. 12, the linear portion 66A of the coil 66 of the first coil row 60A is fitted into the recess 66C of the coil 66 of the second coil row 60B.
  • linear portion 66A of the coil 66 of the second coil row 60B is fitted into the recess 66C of the coil 66 of the first coil row 60A.
  • the linear portions 66A of the coils 66 of the first coil row 60A and the linear portions 66A of the coils 66 of the second coil row 60B are alternately combined so as to overlap each other.
  • the coils 66 are not connected to each other and are disassembled, so that the coils 66 are coiled together with the cooling panel 53 in the coil housing portion 6 2 (see FIG. 4). (See).
  • each coil 66 is efficiently cooled by the cooling panel 53 attached to the side surface and the heat release part 55 attached to the end part, and the temperature rise is suppressed.
  • the coil section 60 has a compact configuration, which suppresses an increase in resistance of each coil 66 due to heat generation, can prevent a reduction in thrust due to heat of the linear motor 20B, and is not affected by heat generation. High thrust can be achieved and stable torque can be obtained.
  • the cooling panel 53 can directly cool the coil portion 60 by taking the temperature thereof, so that even when the movable stage 18 is moved at a high speed by generating a high torque, the cooling panel 53 can be cooled. Sufficient cooling performance against the heat generation of Lu 66 can be obtained.
  • the linear motor 20B even if the coil shape is complicated in order to eliminate the torque shortage, the peripheral force of the coil 66 can be efficiently cooled. As a result, the linear motor 20B can simultaneously solve the two problems of realizing high-speed precise movement control by increasing torque and preventing thrust drop due to cooling of the coil 66. Further, by providing the cooling panel 53 on the side surface of the coil 66, radiation (radiation) from the coil 66 can be prevented, and the influence of heat on the surroundings can be reduced.
  • FIG. 13 is a side view of the second embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the coil unit 60 of the second embodiment has a pair of cooling panels 53 attached to the side surface symmetrically. Therefore, a total of four cooling panels 53 are attached to both sides of the coil portion 60.
  • Each of the four cooling panels 53 is attached so that the heat input side 53a is located at the center of the side surface of the coil part 60, and is attached so that the heat radiation side 53b is located at the end of the coil part 60. ing. Further, heat radiating portions 55 connected to the heat radiating side 53b of each cooling panel 53 are attached to both ends of the coil portion 60.
  • the four cooling panels 53 are provided on both sides of the coil part 60, it becomes possible to intensively cool the central part of the coil part 60 where the temperature rise is greatest. .
  • the cooling panel 53 can effectively suppress the temperature rise of the coil 66, and the cooling effect can be enhanced more than that of the first embodiment described above.
  • the plurality of (four in the present embodiment) cooling panels 53 can efficiently cool the heat generated by the applied voltage of the coil 66 with the central partial force of the coil portion 60. Therefore, sufficient cooling performance can be obtained even when a high torque is generated and the slider 18 is moved at a high speed.
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view of Example 3.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the coil portion 60 of the third embodiment is attached so that the cooling panel 70 cools the straight portion 66A and the upper bent portion 66B of the coil 66.
  • the lower part of the cooling panel 70 is the heat input side 70a, and the upper part is the heat dissipation side 70b.
  • the vapor passage and the reflux passage are formed to extend in the vertical direction, and the liquid injected into the internal passage becomes vapor by the heat of the lower heat input side 70a.
  • the heat release side 70b By moving to the heat release side 70b, the heat of vaporization on the heat input side 70a is taken away.
  • the heat radiating side 70b of the part is connected to the coil holder 64, it functions as a coil holder 64 force heat sink and is cooled. For this reason, the vapor is returned to the liquid at the heat radiating side 70b to dissipate the heat.
  • the liquid aggregated on the heat radiating side 70b returns to the heat input side 70a due to capillary action and gravity.
  • cooling panels 53 and 70 also have a heat pipe force
  • the present invention is not limited to this, and a panel-shaped cooling unit includes a heat conduction element other than the heat pipe.
  • a heat conduction element other than the heat pipe.
  • things can be used.
  • the force described for the moving coil type linear motor is applicable to the moving magnet type linear motor.
  • the force described for the coreless type coil portion is not limited to this, and the present invention can of course be applied to a configuration using a cored die.

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Abstract

　リニアモータ２０のコイル部６０は、冷却パネル５３と放熱部５５とにより構成されたコイル冷却部５７を有する。コイル部６０では、コイル６６の側面に取り付けられたヒートパイプ構造とされた冷却パネル５３により冷却され、冷却パネル５３からの熱を放熱部５５により放熱する。これにより、各コイル６６の温度上昇が抑制されるため、発熱に伴う各コイル６６の抵抗が増大することが抑制される。

Description

明 細 書
リニアモータ及びこのリニアモータを用いたステージ装置
技術分野
[0001] 本発明はコイル力 の発熱を効率良く冷却するよう構成されたリニアモータ及びこ のリニアモータを用いたステージ装置に関する。
背景技術
[0002] 例えば、半導体製造装置や液晶製造装置等に用いられる精密位置決め装置では 、基板などの被加工物が載置されたステージを駆動する駆動手段としてリニアモータ を用いており、ステージの両端を一対のリニアモータにより並進駆動制御して!/、る。
[0003] この種のリニアモータでは、複数のコイルが一列に配設されたコイル部と、コイル列 に対向するように配置された複数の永久磁石が一列に配設されたマグネットヨーク部 とカゝら構成されている。そして、コイル部に通電されて電磁力が発生することにより、 永久磁石に対して推力（駆動力）が発生する。
[0004] また、リニアモータの構成としては、マグネットヨーク部が固定側でコイル部が可動 側となるムービングコイル方式と、コイル部が固定側でマグネットヨーク部が可動側と なるムービングマグネット方式とがある。
[0005] 上記 2方式の何れの方式にぉ 、てもコイルからの発熱による温度上昇が発生すると 、コイル自体の抵抗値が上昇するため、駆動電流が低下することになる。リニアモー タでは、推力が駆動電流に比例することから、駆動電流が低下すると、推力も低下す る。
[0006] また、コイル力も発生した熱が外環境に影響を与える。そのため、リニアモータでは 、コイルからの発熱による影響を減らすため、コイル部を冷却する冷却手段を設けて いる。この冷却手段としては、例えば、コイル部の内部にパネル状のヒートパイプを設 ける構成のものがある。この冷却方式では、コイルからの熱をヒートパイプによりコイル 部を保持するホルダ側へ伝導させており、効率良くコイルの熱を逃がすことができる（ 例えば、特許文献 1参照)。
[0007] さらに、この特許文献 1のリニアモータでは、コイル部の両側面に 2列のコイルが背 中合わせで配設されているため、 2列のコイル背面間の隙間にヒートパイプが挿入さ れており、コンパクトな構成になっている。
[0008] また、リニアモータにおいては、 2列のコイル列と、 2列のマグネット列とが対向する ように配置されている。そして、各コイル形状が平面的でなぐ矩形状に卷回されたコ ィルの両側を 90度曲げたコ字状に形成されている。さらに、コイル列の隣接するコィ ル同士のコ字状の向きが 180度異なるように配置され、各コイルの両側の曲げ部分 が移動方向で重なり合うように配置してトルク変動を抑制するように構成されたものも ある (例えば、特許文献 2参照)。
特許文献 1 :特開 2001— 327152号公報
特許文献 2 :特開 2002— 10616号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上記特許文献 1のリニアモータでは、移動方向に延在する各コイル 列において、矩形状に卷回された各コイルが同一平面に所定間隔で配置されるため 、各コイル間で電磁力が低下してトルク不足が生じるという問題がある。
[0010] そのため、上記特許文献 1のリニアモータでは、ヒートパイプによりコイルの熱を効 率良く放熱部分に逃がすことができる反面、リニアモータの効率低下を解消すること が困難である。
[0011] また、上記特許文献 2のリニアモータでは、両側を 90度曲げてコ字状に形成された コイルを隣接するコイル同士で 180度異なるように配置され、各コイルの両側の曲げ 部分が重なり合うように構成しているため、トルク不足を解消して精密な移動制御を 実現できるものの、クランク状に曲がった各コイル列の隙間にパネル状のヒートパイプ を挿入することができな力つた。
[0012] そのため、特許文献 2のリニアモータでは、コイル部に冷媒を循環させるための冷 却流路を設け、その流路に冷媒を供給するためのポンプ等を設けており、さらに冷媒 の流出を防止するシール構造も必要になるため、構成が大型化、及び複雑化し、コ ストアップの要因になっている。
[0013] 本発明は上記リニアモータ及びこのリニアモータを用いたステージ装置において、 コイル形状に拘わらずコイルの冷却効率を高めることを課題としている。 課題を解決するための手段
[0014] 上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
[0015] 請求項 1記載の発明は、複数のコイルが並設されたコイル部と、複数の永久磁石が 前記コイル列に対向するように並設されたマグネットヨーク部と、前記コイル部を冷却 するコイル冷却部とを有するリニアモータにおいて、前記コイル冷却部は、前記コィ ル部の熱を外部に逃がすように形成された熱伝導素子を有する冷却パネルと、該冷 却パネルに接続され、前記熱伝導素子からの熱を外部に放熱する放熱部と、を備え たことを特徴とする。
[0016] 請求項 2、請求項 8記載の発明は、前記冷却パネルが、前記コイル部の熱が前記 熱伝導素子に伝導するように前記コイル部の側面に取り付けられたことを特徴とする
[0017] 請求項 3、請求項 9記載の発明は、前記放熱部が、前記冷却パネルの放熱側端部 に当接するように前記コイル部の端部に設けられたことを特徴とする。
[0018] 請求項 4、請求項 10記載の発明は、前記コイル冷却部が、複数の前記冷却パネル と、複数の放熱部とを有し、前記複数の前記冷却パネルの入熱側が前記コイル部の 中央に接するように配置したことを特徴とする。
[0019] 請求項 5、請求項 11記載の発明は、前記冷却パネルが、前記熱伝導素子が前記 コイル部の側面及び前記コイル部を保持するホルダ部に接するように形成されたこと を特徴とする。
[0020] 請求項 6、請求項 12記載の発明は、前記熱伝導素子が、前記冷却パネルの内部 空間に形成されたヒートパイプ力もなることを特徴とする。
[0021] 請求項 7記載の発明は、複数のコイルが並設されたコイル部と、複数の永久磁石が 前記コイル列に対向するように並設されたマグネットヨーク部と、前記コイル部を冷却 するコイル冷却部とを有するリニアモータと、該リニアモータに駆動されるスライダと、 該スライダと共に移動するステージと、該ステージの移動をガイドするガイド部と、を 有するステージ装置において、前記コイル冷却部は、前記コイル部の熱を外部に逃 がすように形成された熱伝導素子を有する冷却パネルと、該冷却パネルに接続され 、前記熱伝導素子からの熱を外部に放熱する放熱部と、を備えたことを特徴とする。 発明の効果
[0022] 本発明によれば、コイル部の熱を外部に逃がすように形成された熱伝導素子を有 する冷却パネルと、冷却パネルに接続され、熱伝導素子からの熱を外部に放熱する 放熱部と、を備えたため、コンパクトな構成でコイル部の熱を外部に効率良く逃がして コイル部の温度上昇を抑制することにより、駆動力の低下を防止できると共に、且つ 隣接するコイルを互 、違いに重ね合わせるように配置した場合でもコイル部を十分に 冷却することが可能になる。
[0023] そのため、本発明のステージ装置においては、トルク不足を解消する構成とするた めにコイル形状が複雑である場合でも、コイル部の周囲力 効率良く冷却することが 可能になり、トルク増大により精密な高速移動制御の実現と、コイル部の冷却による 推力低下の防止という 2つの課題を同時に解決することができるという効果が得られ る。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明になるリニアモータの一実施例が適用されたステージ装置を示す平面 図である。
[図 2]リニアモータ 20及びガイド部 30の構成を拡大して示す正面図である。
[図 3]リニアモータ 20及びガイド部 30の構成を拡大して示す平面図である。
[図 4]リニアモータ 20の構成を示す縦断面図である。
[図 5]リニアモータ 20の構成を示す斜視図である。
[図 6]コイル部 60の外観を示す正面図である。
[図 7]コイル部 60の外観を示す側面図である。
[図 8]コイル部 60の外観を示す斜視図である。
[図 9]冷却パネル 53の構成を示す正面図である。
[図 10]図 9中 A— A線に沿う縦断面図である。
[図 11]コイル 66の構成を示す斜視図である。
[図 12]2列のコイルを組み合わせた状態を示す斜視図である。
[図 13]リニアモータの実施例 2の側面図である。 [図 14]リニアモータの実施例 3の側面図である, 符号の説明
10 ステージ装置
14 ベース
16 可動部
18 スライダ
20 リニアモータ
22 リニアスケール
24 Yスライダ
26 Xスライダ
30 ガイド部
34 モータ支持部
44 ヨーク
46 永久磁石
50 ガイドレール
52, 54 静圧空気軸受
53,70 冷却パネル
53a 入熱側
53b 放熱側
53d 蒸気通路
53e 還流通路
55 放熱部
55a 第 1のヒートシンク
5b 第 2のヒートシンク
6 石ユニット
7 コイル冷却部
8 ベースヨーク
9 サイドヨーク 60 コイノレ咅
63 モールド
64 コイノレホノレグ
66 コィノレ
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、図面と共に本発明を実施するための最良の形態について説明する。
実施例 1
[0027] 図 1は本発明になるリニアモータの一実施例が適用されたステージ装置を示す平 面図である。図 1に示されるように、ステージ装置 10は、 XYステージであり、コンクリ ート製の基礎上に固定されたベース 14と、ベース 14上を移動する可動部 16と、可動 部 16の両端部を Y方向に駆動する一対のリニアモータ 20とを有する。
[0028] 可動部 16は、リニアモータ 20により駆動されるスライダ 18と、スライダ 18間を連結 するように移動方向と直交する X方向に横架された Yスライダ 24と、 Yスライダ 24上を X方向に移動する ライダ 26とを有する。
[0029] スライダ 18は、 Y方向に延在するガイド部 30のガイドレール 50にガイドされて Y方 向に摺動可能に支持されており、リニアモータ 20のコイル部 60が取り付けられている
[0030] 可動部 16は、左右両端に設けられたスライダ 18がガイド部 30によりガイドされなが らリニアモータ 20の駆動力により Y方向に駆動される。よって、可動部 16は、両端に 配置されたスライダ 18がリニアモータ 20の駆動力により同時に駆動されることにより、 左右のスライダ 18が並進する。
[0031] ここで、リニアモータ 20及びガイド部 30の構成について図 2及び図 3を参照して説 明する。図 2及び図 3に示されるように、リニアモータ 20は、コイル部 60と、モータ支 持部 34の上端に支持されたコ字状力もなるヨーク 44の内側面に固着された永久磁 石 46を等間隔に配列した磁石ユニット 56 (図 4参照）とから構成されている。コイル部 60のコイル 66 (図 11参照）は、永久磁石 46に対向するように配置されており、駆動 電圧の印加により永久磁石 46に対する Y方向の推力（駆動力）を発生させる。
[0032] 従って、リニアモータ 20は、永久磁石 46に対するローレンツ力をコイル部 60から発 生させることで Y方向の駆動力をスライダ 18に付与するように構成されている。そして 、リニアモータ 20は、コイル部 60のコイル 66に印加される電圧を制御されることにより スライダ 18を Υ方向に一定速度で走行させるように駆動力を発生させることができる。
[0033] 可動部 16は、 Υ方向に延在するガイドレール 50の 4辺を囲むように形成されたスラ イダ 18を有する。スライダ 18は、第 1の静圧空気軸受 52と、第 2の静圧空気軸受 54 とを有する。第 1の静圧空気軸受 52は、ガイドレール 50の上面 50-1との間に圧縮空 気を噴射してスライダ 18を上方にフローティング状態に支持する。第 2の静圧空気軸 受 54は、スライダ 18とガイドレール 50の右側面 50-2との間に圧縮空気を噴射して可 動部 16を側方にフローティング状態に支持する。
[0034] スライダ 18は、ガイドレール 50の各面に微小な隙間を介して対向するガイド面を有 する。従って、上記静圧空気軸受 54から上記隙間に噴射された圧縮空気は、スライ ダ 18のガイド面を所定圧力で押圧する。これにより、スライダ 18は、ガイドレール 50 に対して微小な隙間を介してフローティング支持されて 、るので、殆ど摩擦の無!ヽ非 接触状態で Υ方向に移動することが可能である。
[0035] スライダ 18の移動位置を検出するリニアスケール 22は、ガイドレール 50の右側面 5 0-2に Υ方向に延在形成して設けられた被位置検出板 22aと、被位置検出板 22aの スリット数を検出するセンサ 22bと力 構成されている。センサ 22bは、スライダ 18に 取り付けられているため、移動量を所定間隔で一列に配置されたスリット数に応じた パルス数を検出信号として出力する。
[0036] 図 4はリニアモータ 20の構成を示す縦断面図である。図 5はリニアモータ 20の構成 を示す斜視図である。図 4及び図 5に示されるように、コイル部 60は、 2列のコイル 66 をモールド 63により一体ィ匕したものであり、進行方向（Y方向）に延在形成されている 。また、コイル部 60は、左右側面に冷却パネル 53が取り付けられ、さらに上部を保持 するコイルホルダ 64が取り付けられる。尚、コイル 66及び冷却パネル 53の表面は、 モールド 63に覆われて!/、るため、冷却パネル 53は外観上隠れて見えな!/、。
[0037] また、磁石ユニット 56は、ベースヨーク 58、サイドヨーク 59を U字状に組み合わせた 構成であり、このサイドヨーク 59の内壁に上記磁石 46が取り付けられている。従って 、ベースヨーク 58の両側に起立するサイドヨーク 59の内側に固着された磁石 46は、 モールド 63内部に収納されたコイル 66の両側に対向するように配置される。また、冷 却パネル 53は、薄い板状に形成されているため、コイル部 60の移動を妨げないよう にコイル部 60の両側面に取り付けられている。
[0038] ここで、リニアモータ 20のコイル部 60の構成について説明する。図 6はコイル部 60 の外観を示す正面図である。図 7はコイル部 60の外観を示す側面図である。図 8はコ ィル部 60の外観を示す斜視図である。
[0039] 図 6乃至図 8に示されるように、コイル部 60は、モールド 63の内側に冷却パネル 53
(図 7、図 8中、破線で示す）が取り付けられ、コイル部 60の端部には放熱部 55が取り 付けられている。これら冷却パネル 53と放熱部 55とは、コイル冷却部 57を構成して いる。冷却パネル 53は、コイル部 60の左右側面に配置され、モールド 63の内部に 収納されている。
[0040] 冷却パネル 53は、コイル 66に対する接触面積をできるだけ大きくとることができる ので、その分冷却能力を高めることが可能になる。また、冷却パネル 53は、コイル 66 の発熱量に応じてコイル部 60の片側のみに設けても良いし、あるいはコイル部 60の 両側に設ける構成としても良い。
[0041] 冷却パネル 53は、薄板状に形成された平面型ヒートパイプ力もなり、内部空間には ヒートパイプの原理を用いた熱伝導素子が設けられており、冷媒を循環させるための 管路ゃ熱交換器などを設ける必要がないので、コンパクトな構成になっている。冷却 パネル 53は、図 7に示されるように、右端側が入熱側 53aで左端側が放熱側 53bで ある。そのため、コイル 66の熱は、冷却パネル 53の右端側から左端側に運ばれるた め、コイル 66内部の熱は右端側に移動して冷却パネル 53の入熱側 53aに伝導され る。
[0042] また、コイル部 60の一端部には、冷却パネル 53の放熱側に接する放熱部 55が取 り付けられている。この放熱部 55は、コイル部 60の端部に固着された第 1のヒートシ ンク 55aと、第 1のヒートシンク 55aの端面にねじ等の締結部材により取り外し可能に 固定された第 2のヒートシンク 55bとからなる。第 1、第 2のヒートシンク 55a,55bは、コ ィル部 60の端部の形状に応じた T字状に形成されており、コイル部 60の移動を妨げ ない形状に構成されている。また、ヒートシンク 55a,55bは、放熱効果を得るため、熱 伝導率が高ぐ且つ加工性の良い金属（例えば、銅やアルミニウム合金など）により形 成されている。また、ヒートシンク 55a,55bは、ブロック状でも良いし、あるいは放熱面 積を拡大するため、複数の放熱フィンを設ける構成としても良い。
[0043] 図 9は冷却パネル 53の構成を示す正面図である。図 10は図 9中 A— A線に沿う縦 断面図である。図 9、図 10に示されるように、冷却パネル 53の内部は、真空に保たれ ており、例えば、純水などの液体が注入されている。この液体は、入熱側 53aの熱に より蒸気となって放熱側 53bへ移動することで入熱側 53aの気化熱を奪って放熱側 5 3bに運ぶ。そして、放熱側 53bがヒートシンク 55a,55bによって冷却されるため、放 熱側 53bで蒸気が液体に戻されて熱を放熱する。そして、放熱側 53bで凝集された 液体は、毛細管現象により入熱側 53aへ戻る。
[0044] 冷却パネル 53は、熱伝導率の高!、金属（例えば、銅）により平板状に形成されてお り、その内部空間は、一対の隔壁 53cにより 3つの通路に画成されている。これらの通 路としては、入熱側 53aから放熱側 53bへ蒸気が移動するための一対の蒸気通路 5 3dと、放熱側 53bから入熱側 53aへ液体が移動するための還流通路 53eとが形成さ れている。一対の蒸気通路 53dの間に還流通路 53eが形成されており、夫々が水平 方向に延在形成されている。また、還流通路 53eと蒸気通路 53dとの両端は、互いに 連通されており、蒸気または液体が流通することができる。また、還流通路 53eは、銅 線を束ねた極細線ウィック（図示せず）が挿入されているため、液体の還流速度が毛 細管現象により加速されるように構成されて！、る。
[0045] このように、冷却パネル 53は、ヒートパイプの原理によってコイル 66で生じた熱を効 率良くヒートシンク 55a,55bに逃がして冷却することができるので、コイル 66の温度上 昇を抑制することが可能になる。
[0046] 図 11はコイル 66の構成を示す斜視図である。図 12は 2列のコイルを組み合わせた 状態を示す斜視図である。図 11及び図 12に示されるように、コイル 66は、両側が 90 度曲げられたコ字状に形成され、且つ進行方向（X方向）に並設された 2つのコイル 列 60A, 60Bの各コイル 66が夫々 180度異なる向きで対向配置されている。そして、 第 1コイル列 60Aのコイル 66と第 2コイル列 60Bのコイル 66とは、交互に嵌合するよ うに組み合わされている。コイル 66の直線部 66Aには、前述した冷却パネル 53が取 り付けられるため、コイル 66は側面力も冷却される。
[0047] コイル 66は、銅線を矩形状に卷回し、且つ両側を 90度曲げたいわゆる鞍型構造に なっている。より具体的には、コイル 66は、直線部 66Aと、この直線部 66Aの両端に 屈曲形成される一対の屈曲部 66Bと、両側の直線部 66A間に形成された凹部 66C とを備えるように形成される。従って、図 12に示されるように、第 1コイル列 60Aのコィ ル 66の直線部 66Aが第 2コイル列 60Bのコイル 66の凹部 66Cに嵌合される。また、 第 2コイル列 60Bのコイル 66の直線部 66Aが第 1コイル列 60Aのコイル 66の凹部 66 Cに嵌合される。そして、第 1コイル列 60Aのコイル 66の直線部 66Aと第 2コイル列 6 0Bのコイル 66の直線部 66Aとが重なり合うように交互に組み合わされて 、る。
[0048] このように、コイル部 60では、鞍型構造のコイル 66を 180度の向きから立体的に組 み合わせるため、前述した特許文献 1のように平面状のコイルを同一平面に並設す るよりも大きい駆動力が得られる力 コイル列間にヒートパイプを挿入するスペースが 無い。
[0049] さらに、このままの状態では、各コイル 66が互いに連結されておらず分解してしまう ので、各コイル 66は、冷却パネル 53と共に榭脂モールド 53の内部のコイル収納部 6 2 (図 4参照）に収納される。
[0050] コイル部 60では、側面に取り付けられた冷却パネル 53と、端部に取り付けられた放 熱部 55とにより各コイル 66が効率良く冷却されて温度上昇が抑制される。そのため、 コイル部 60は、コンパクトな構成で発熱に伴う各コイル 66の抵抗が増大することが抑 制され、リニアモータ 20Bの熱による推力の低下を防止できると共に、発熱による影 響を受けずに高推力化を図り、安定したトルクを得ることが可能になる。
[0051] このように、冷却パネル 53は、コイル部 60の温度を直接奪って冷却することができ るので、高トルクを発生させて可動ステージ 18を高速で移動させるような場合でも、コ ィル 66の発熱に対する十分な冷却性能を得ることができる。
[0052] よって、リニアモータ 20Bでは、トルク不足を解消する構成とするためにコイル形状 が複雑である場合でも、コイル 66の周囲力も効率良く冷却することが可能になる。こ れにより、リニアモータ 20Bでは、トルク増大により精密な高速移動制御の実現と、コ ィル 66の冷却による推力低下の防止という 2つの課題を同時に解決することができる [0053] また、コイル 66の側面に冷却パネル 53を設けることにより、コイル 66からの放射（輻 射)を防ぐことができ、周囲への熱影響を低減できる。
実施例 2
[0054] 図 13は実施例 2の側面図である。尚、図 13において、前述した実施例 1と同一部 分には同一符号を付してその説明は省略する。図 13に示されるように、実施例 2のコ ィル部 60は、側面に一対の冷却パネル 53が左右対称に取り付けられている。従って 、コイル部 60の両側には、合計 4枚の冷却パネル 53が取り付けられている。
[0055] 4枚の各冷却パネル 53は、入熱側 53aがコイル部 60側面の中央に位置するように 取り付けられており、放熱側 53bがコイル部 60の端部に位置するように取り付けられ ている。そして、コイル部 60の両端には、各冷却パネル 53の放熱側 53bに接続され る放熱部 55が取り付けられて 、る。
[0056] このように、コイル部 60の両側には、 4枚の冷却パネル 53が設けられているため、 コイル部 60の最も温度上昇の大きい中央部を重点的に冷却することが可能になる。 これにより、冷却パネル 53は、コイル 66の温度上昇を効果的に抑制することができ、 前述した実施例 1のものよりも冷却効果を高めることができる。このように、複数 (本実 施例では、 4枚）の冷却パネル 53は、コイル 66の印加電圧による発熱をコイル部 60 の中央部分力も効率良く冷却することができる。そのため、高トルクを発生させてスラ イダ 18を高速で移動させるような場合でも、十分な冷却性能を得ることができる。 実施例 3
[0057] 図 14は実施例 3の縦断面図である。尚、図 14において、前述した実施例 1と同一 部分には同一符号を付してその説明は省略する。図 14に示されるように、実施例 3 のコイル部 60は、冷却パネル 70がコイル 66の直線部 66A及び上部の屈曲部 66B を冷却するように取り付けられている。冷却パネル 70は、下部が入熱側 70aで、上部 が放熱側 70bである。
[0058] 従って、冷却パネル 70では、蒸気通路及び還流通路が上下方向に延在形成され ており、内部通路に注入された液体は、下部の入熱側 70aの熱により蒸気となって上 部の放熱側 70bへ移動することで入熱側 70aの気化熱を奪うことになる。そして、上 部の放熱側 70bは、コイルホルダ 64に接続されているため、コイルホルダ 64力ヒート シンクとして機能して冷却される。このため、放熱側 70bで蒸気が液体に戻されて熱 を放熱する。そして、放熱側 70bで凝集された液体は、毛細管現象及び重力により 入熱側 70aに戻る。
[0059] このように実施例 3では、実施例 1, 2のようにヒートシンク 55を設ける必要が無く部 品手数を削減することができ、且つコイル部 60の端部力もヒートシンク 55が突出しな V、構成とすることが可能になる。
産業上の利用可能性
[0060] 尚、上記実施例では、冷却パネル 53,70がヒートパイプ力もなる場合について説明 したが、これに限らず、パネル状の冷却手段であれば、ヒートパイプ以外の熱伝導素 子を有するものでも良いのは勿論である。
[0061] また、上記実施例では、ムービンコイル型のリニアモータについて説明した力 本発 明は、ムービングマグネット型のリニアモータにも適用できるのは言うまでもない。
[0062] また、上記実施例では、コアレス型のコイル部について説明した力 これに限らず、 コァ付型を用 V、た構成にも本発明を適用できるのは勿論である。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のコイルが並設されたコイル部と、複数の永久磁石が前記コイル列に対向する ように並設されたマグネットヨーク部と、前記コイル部を冷却するコイル冷却部とを有 するリニアモータにぉ ヽて、
前記コイル冷却部は、
前記コイル部の熱を外部に逃がすように形成された熱伝導素子を有する冷却パネ ルと、
該冷却パネルに接続され、前記熱伝導素子からの熱を外部に放熱する放熱部と、 を備えたことを特徴とするリニアモータ。
[2] 前記冷却パネルは、前記コイル部の熱が前記熱伝導素子に伝導するように前記コ ィル部の側面に取り付けられたことを特徴とする請求項 1に記載のリニアモータ。
[3] 前記放熱部は、前記冷却パネルの放熱側端部に当接するように前記コイル部の端 部に設けられたことを特徴とする請求項 1に記載のリニアモータ。
[4] 前記コイル冷却部は、複数の前記冷却パネルと、複数の放熱部とを有し、前記複 数の前記冷却パネルの入熱側が前記コイル部の中央に接するように配置したことを 特徴とする請求項 1に記載のリニアモータ。
[5] 前記冷却パネルは、前記熱伝導素子が前記コイル部の側面及び前記コイル部を 保持するホルダ部に接するように形成されたことを特徴とする請求項 1に記載のリニ ァモータ。
[6] 前記熱伝導素子は、前記冷却パネルの内部空間に形成されたヒートパイプ力 な ることを特徴とする請求項 1に記載のリニアモータ。
[7] 複数のコイルが並設されたコイル部と、複数の永久磁石が前記コイル列に対向する ように並設されたマグネットヨーク部と、前記コイル部を冷却するコイル冷却部とを有 するリニアモータと、
該リニアモータに駆動されるスライダと、
該スライダと共に移動するステージと、
該ステージの移動をガイドするガイド部と、
を有するステージ装置において、 前記コイル冷却部は、
前記コイル部の熱を外部に逃がすように形成された熱伝導素子を有する冷却パネ ルと、
該冷却パネルに接続され、前記熱伝導素子からの熱を外部に放熱する放熱部と、 を備えたことを特徴とするステージ装置。
[8] 前記冷却パネルは、前記コイル部の熱が前記熱伝導素子に伝導するように前記コ ィル部の側面に取り付けられたことを特徴とする請求項 7に記載のステージ装置。
[9] 前記放熱部は、前記冷却パネルの放熱側端部に当接するように前記コイル部の端 部に設けられたことを特徴とする請求項 7に記載のステージ装置。
[10] 前記コイル冷却部は、複数の前記冷却パネルと、複数の放熱部とを有し、前記複 数の前記冷却パネルの入熱側が前記コイル部の中央に接するように配置したことを 特徴とする請求項 7に記載のステージ装置。
[11] 前記冷却パネルは、前記熱伝導素子が前記コイル部の側面及び前記コイル部を 保持するホルダ部に接するように形成されたことを特徴とする請求項 7に記載のステ ージ装置。
[12] 前記熱伝導素子は、前記冷却パネルの内部空間に形成されたヒートパイプ力 な ることを特徴とする請求項 7に記載のステージ装置。
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