(57)【要約】      （修正有）【課題】コイル周囲の絶縁性及び空気軸受け面の平坦度を損なうことなく、コイルで発生した熱を効率よく冷却部材に伝達させ、冷却性能を向上した平面モータを提供する。【解決手段】固定子１０と可動子２０とで構成される平面モータにおいて、可動子のヨークは、コイル２２１、２２２で発生した熱を放出または吸収する冷却部材２３に形成された凹部２３ａに、極歯形成面を外部に向けて収容されるとともに、極歯形成面と反対側の平坦面において冷却部材に接触する。そして、ヨークと冷却部材の間に形成される空間及び複数の突極間のスロットに、コイルを覆う第１の充填材２７ｂを封入し、第１の充填材とは異なる第２の充填材２７ａで開口端を封止する。第１の充填材として、第２の充填材よりも熱伝導率が高い材料を選定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に磁性体からなる極歯が所定ピッチで形成された固定子と、
前記固定子の極歯と空隙を介して対向する極歯が所定ピッチで形成された複数の突極を有するヨークを備え、前記複数の突極にコイルが巻回されてなる可動子とで構成される平面モータにおいて、
前記ヨークは、前記コイルで発生した熱を放出または吸収する冷却部材に形成された凹部に、前記極歯形成面を外部に向けて収容されるとともに、前記極歯形成面と反対側の平坦面において前記冷却部材に接触し、
前記ヨークと前記冷却部材の間に形成される空間及び前記複数の突極間のスロットは、前記コイルを覆う第１の充填材が封入されるとともに、前記第１の充填材とは異なる第２の充填材で開口端が封止され、
前記第１の充填材は、前記第２の充填材よりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
前記第２の充填材は、炭酸カルシウムをフィラとして配合されたエポキシ樹脂で構成され、前記開口端と前記ヨークの極歯が面一となるように加工可能であることを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記第１の充填材は、流動性を損なわない程度に炭酸カルシウムをフィラとして配合されたエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
【請求項４】
前記第１の充填材は、絶縁性を有する液体であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面モータに関し、特に、半導体製造装置や検査装置の位置決め装置に好適な平面モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、露光装置等の半導体製造装置や検査装置には、対象物の位置を高速かつ高精度で制御するための位置決め装置が搭載されている。この位置決め装置としては、対象物を載置したスライダを浮揚手段によって浮揚させ、平面モータにより非接触でＸＹ方向に駆動させるものが提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
図５は、位置決め装置の駆動手段として用いられる平面モータの基本構造について示す説明図である。なお、位置決め装置においては、図５に示す平面モータ２がモータモジュールとしてＸＹ方向に複数個配列されて駆動手段が構成される。
図５に示すように、平面モータ２は、固定子１０と可動子２０を有している。固定子１０の表面には、磁性体からなる極歯１０ａが所定ピッチで形成されている。可動子２０は、固定子１０に形成された極歯１０ａと空隙を介して対向する極歯２１１ａ，２１２ａ，・・が所定ピッチで形成された複数の突極２１１，２１２，・・を有するヨーク２１を備え、複数の突極２１１，２１２，・・のそれぞれにコイル２２１，コイル２２２，・・が巻回されている。
【０００４】
平面モータ２において、コイル２２１，２２２，・・で発生した熱を外部に放出または吸収するため、ヨーク２１は冷却部材としてのフレーム２３または冷却プレート２４に接触固定されている。
また、ヨーク２１の極歯形成面２１ａ及び固定子１０の極歯形成面１０ｂが可動子２０を浮揚させるための空気軸受け面を構成するため、ヨーク２１の極歯２１１ａ，２１２ａ，・・間のギャップ及び固定子の極歯１０ａ，１０ａ，・・間のギャップは埋込材２８で充填され、面一に切削・研磨加工がなされている。ここで、埋込材２８としては、切削性に優れた樹脂材料、例えば炭酸カルシウムをフィラ（充填剤）として配合したエポキシ樹脂が用いられる。
【０００５】
また、コイル２２１，２２２，・・が巻回された部位には高電圧が印加されることとなるため、その周囲、すなわち、ヨーク２１とフレーム２３の間に形成される空間及び突極２１１，２１２，・・間のスロットは、絶縁体２９で充填されている。
ここで、絶縁体２９の端面は空気軸受け面を構成することとなるため、平坦度を確保すべく良好な切削性が要求される。そのため、絶縁体２９としては、極歯間のギャップを埋める埋込材２８と同様に、炭酸カルシウムをフィラとして配合したエポキシ樹脂が用いられている。が用いられる。つまり、従来の平面モータ２では、絶縁性、切削性に優れたエポキシ樹脂によりコイル２２１，コイル２２２，・・の周囲を充填している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５４８６５号公報
【特許文献２】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した平面モータ２では、コイル２２１，２２２，・・で発生した熱は、絶縁体２９→ヨーク２１→冷却プレート２４→フレーム２３または絶縁体２９→フレーム２３と伝達され、冷却されることとなる。
しかしながら、絶縁体２９を構成するエポキシ樹脂は熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、コイルで発熱した熱を十分に冷却部材（冷却プレート２４，フレーム２３）に伝達することができないため、冷却部材による冷却性能を十分に活かせていない。
【０００８】
また、絶縁体２９の熱伝導率を高くするためには、一般にフィラの配合量を多くする手法が取られるが、この場合、流動性が損なわれコイル２２１，２２２，・・周囲の絶縁性が確保できなくなったり、切削性が損なわれ空気軸受け面の平坦度が確保できなくなったりする虞がある。
このように、絶縁体２９を構成する充填材は、熱伝導性、流動性、絶縁性、切削性など多くの性質が要求されるが、全ての条件を満足するような充填材は存在しない。
【０００９】
本発明は、コイル周囲の絶縁性及び空気軸受け面の平坦度を損なうことなく、コイルで発生した熱を効率よく冷却部材（冷却プレート、フレーム）に伝達させ、冷却性能を向上した平面モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、表面に磁性体からなる極歯が所定ピッチで形成された固定子と、
前記固定子の極歯と空隙を介して対向する極歯が所定ピッチで形成された複数の突極を有するヨークを備え、前記複数の突極にコイルが巻回されてなる可動子とで構成される平面モータにおいて、
前記ヨークは、前記コイルで発生した熱を放出または吸収する冷却部材に形成された凹部に、前記極歯形成面を外部に向けて収容されるとともに、前記極歯形成面と反対側の平坦面において前記冷却部材に接触し、
前記ヨークと前記冷却部材の間に形成される空間及び前記複数の突極間のスロットは、前記コイルを覆う第１の充填材が封入されるとともに、前記第１の充填材とは異なる第２の充填材で開口端が封止され、
前記第１の充填材は、前記第２の充填材よりも熱伝導率が高い材料で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平面モータにおいて、前記第２の充填材は、炭酸カルシウムをフィラとして配合されたエポキシ樹脂で構成され、前記開口端と前記ヨークの極歯が面一となるように加工可能であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の平面モータにおいて、前記第１の充填材は、流動性を損なわない程度に炭酸カルシウムをフィラとして配合されたエポキシ樹脂であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の平面モータにおいて、前記第１の充填材は、絶縁性を有する液体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コイルで発生した熱を効率よく冷却部材（冷却プレート、フレーム）に伝達させることができるので、平面モータの冷却性能を向上することができる。また、コイル周囲の絶縁性及び空気軸受け面の平坦度は損なわれないので、平面モータにおいて重要視される特性は維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る平面モータ１の概略構成の一例について示す拡大断面図である。
【図２】本発明に係る平面モータ１の概略構成の一例について示す上面図及び断面図である。
【図３】平面モータ１を適用した位置決め装置１００の概略構成について示す説明図である。
【図４】位置決め装置１００に搭載される平面モータ１を構成するモータモジュールの配列状態の一例について示す説明図である。
【図５】従来の平面モータ２の基本構造について示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１，２は、本発明に係る平面モータ１の概略構成の一例について示す説明図である。
図２（ａ）は平面モータ１の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図について示している。また、図１は、図２（ｂ）の拡大図である。なお、図２（ａ）では、後述するフレーム２３及び冷却プレート２４は省略している。
【００１５】
図１，２に示すように、平面モータ１は、固定子１０と、可動子２０とで構成される。
固定子１０の表面には、磁性体からなる極歯１０ａ，１０ａ，・・が所定ピッチで形成されている。可動子２０は、固定子１０に形成された極歯１０ａ，１０ａ，・・と空隙を介して対向する極歯２１１ａ，２１２ａ，・・が所定ピッチで形成された複数の突極２１１，２１２，・・を有するヨーク２１を備えている。
本実施形態に係る平面モータ１は、５つのヨーク２１，２１，・・の対応する突極２１１，２１２，・・間に永久磁石２６を狭持した構成を有する。この永久磁石２６は、ヨーク２１，２１，・・の配列方向に沿って着磁されている。
【００１６】
複数のヨーク２１，２１，・・にまたがって、突極２１１，２１４にはＡ相コイル２２１，２２４が巻回され、突極２１２，２１５にはＢ相コイル２２２，２２５が巻回され、突極２１３，２１６にはＣ相コイルコイル２２３，２２６が巻回されている。このＡ相コイル２２１，２２４、Ｂ相コイル２２２，２２５、Ｃ相コイルコイル２２３，２２６に、位相が１２０°ずつずれた３相の正弦波電流を流すことによって、可動子２０は一方向（図では左右方向）に移動される。
【００１７】
ヨーク２１，２１，・・は、コイル２２１，２２２，・・で発生した熱を外部に放出または吸収するため、冷却部材２３，２４に接触固定される。具体的には、バーナット２５により、極歯形成面２１ａと反対側の平坦面２１ｂに冷却プレート２４が配設される。そして、フレーム２３に形成された凹部２３ａに、極歯形成面２１ａを外部に向けて収容され、図示しない固定部材により冷却プレート２４がフレーム２３に固着される。すなわち、ヨーク２１，２１，・・は、冷却プレート２４を介してフレーム２３に吊設された状態となっている。
ここで、冷却プレート２４は、コイル２２１，２２２，・・の発熱と渦電流によるヨーク２１，２１，・・の発熱を吸収するために冷却水が流れる構造となっている。また、フレーム２３には冷却水路が設けられ、冷却機能を向上している。
【００１８】
ヨーク２１の極歯形成面２１ａ及び固定子１０の極歯形成面１０ｂは可動子２０を浮揚させるための空気軸受け面を構成するため、極歯２１１ａ，２１２ａ，・・間のギャップ及び固定子の極歯１０ａ，１０ａ，・・間のギャップは埋込材２８で充填され、面一に切削・研磨加工がなされている。ここで、埋込材２８としては、切削性に優れた樹脂材料、例えば炭酸カルシウムをフィラとして配合したエポキシ樹脂が用いられる。
【００１９】
また、コイル２２１，２２２，・・が巻回された部位には高電圧が印加されることとなるため、その周囲、すなわち、ヨーク２１とフレーム２３の間に形成される空間及び突極２１１，２１２，・・間のスロットは、絶縁体２７で充填されている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、絶縁体２７を、コイルコイル２２１，２２２，・・を覆う第１の充填材２７ｂと、開口端を閉塞する第２の充填材２７ａで構成している。また、第１の充填材２７ｂには、第２の充填材２７ａよりも熱伝導率が高い材料が選定される。
例えば、第２の充填材２７ａは、従来使用されていた炭酸カルシウムをフィラとして配合したエポキシ樹脂で構成される。これにより、スロットの開口端は、極歯２１１ａ，２１２ａ，・・の歯先面と面一に加工可能となる。
【００２１】
また、第１の充填材２７ｂは、第２の充填材２７ａよりも多量の炭酸カルシウムをフィラとして配合されたエポキシ樹脂で構成される。これにより、第１の充填材２７ｂは第２の充填材２７ａよりも導電率が高くなる。
なお、第１の充填材２７ｂはコイル２２１，２２２，・・が巻回された部位における絶縁性を確保するため、隙間無く浸透する必要がある。そのため、第１の充填材２７ｂに配合されるフィラの量は流動性を損なわない程度に設定されるべきである。
【００２２】
また、第１の充填材２７ｂとして、絶縁性を有する液体を採用すれば、流動性は確実に満足される上、第２の充填材２７ａよりも熱伝導率を容易に高くすることができる。また、第１の充填材２７ｂとして、水等の導電性を有する液体を採用する場合は、コイル２２１，２２２，・・の表面を予め絶縁性の樹脂でモールドすることで対応できる。
【００２３】
このように、本実施形態に係る平面モータ１は、表面に磁性体からなる極歯１０ａ，１０ａ，・・が所定ピッチで形成された固定子１０と、固定子１０の極歯１０ａ，１０ａ，・・と空隙を介して対向する極歯２１１ａ，２１２ａ，・・が所定ピッチで形成された複数の突極２１１，２１２，・・を有するヨーク２１を備え、突極２１１，２１２，・・にコイル２２１，２２２，・・が巻回されてなる可動子２０とで構成されている。
ヨーク２１は、コイル２２１，２２２，・・で発生した熱を放出または吸収するフレーム（冷却部材）２３に形成された凹部２３ａに、極歯形成面２１ａを外部に向けて収容されるとともに、極歯形成面２１ａと反対側の平坦面２１ｂにおいて冷却プレート（冷却部材）２４に接触している。
そして、ヨーク２１と冷却部材２３の間に形成される空間及び突極２１１，２１２，・・間のスロットは、コイル２２１，２２２，・・を覆う第１の充填材２７ｂが封入されるとともに、第１の充填材２７ｂとは異なる第２の充填材２７ａで開口端が封止されている。また、第１の充填材２７ｂとして、第２の充填材２７ａよりも熱伝導率が高い材料が選定されている。
すなわち、本実施形態では、複数種類の充填材を、それぞれの特長を活かせる部位に使用するようにしている。
【００２４】
これにより、絶縁体２７（第１の充填材２７ｂ）の熱伝導率は、従来の平面モータ２（図５参照）で用いられていた絶縁体２９の熱伝導率も高くなるため、コイル２２１，２２２，・・で発生した熱は効率よく冷却部材２３，２４に伝達されることとなる。
例えば、突極２１１に巻回されたＡ相コイル２２１の外周部や突極２１６に巻回されたＣ相コイル２２６の外周部で発生した熱は、絶縁体２９を介して効率よくフレーム２３に伝達される。また例えば、コイル２２１，２２２，・・の突極２１１，２１２，・・間のスロットに位置する部位で発生した熱は、効率よくヨーク２１を介して冷却プレート２３に伝達される。
したがって、フレーム２３及び冷却プレート２４による冷却性能が最大限に発揮されるようになり、平面モータ１を効果的に冷却することができる。
【００２５】
また、第１の充填材２７ｂは流動性を有するので、コイル周囲の絶縁性は損なわれない。さらに、スロットの開口端は切削性に優れる第２の充填材２７ｂで封止されるので、空気軸受け面の平坦度が損なわれることもない。
【００２６】
図３は、平面モータ１を適用した位置決め装置１００の概略構成について示す説明図である。
図３に示すように、位置決め装置１００は、水平に固定されたプラテン１１０と、プラテン１１０上を移動自在に載置されるスライダ１２０と、を備えて構成されている。すなわち、位置決め装置１００においては、平面モータ１を構成する固定子１０がプラテン１１０に設けられ、可動子２０がスライダ１２０に設けられる。
【００２７】
プラテン１１０の表面には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って一定ピッチで極歯１０ａが形成されている。極歯１０ａは、例えば、磁性体からなるプラテン１１０の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。図３では簡略のため、一部の極歯だけを示している。
プラテン１１０の側面には、Ｙ軸方向に鏡面が形成されたＸ軸ミラー３５が装着され、Ｘ軸方向に鏡面が形成されたＹ軸ミラー３６が装着されている。
【００２８】
スライダ１２０は、プラテン１１０の上面をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動して位置決め制御されるものである。スライダ１２０の上部にワーク（試料台）及び位置決めの対象となるターゲットが搭載される。
スライダ１２０の上部には、スライダ１２０のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸センサ３１，３１がＸ軸ミラー３５に対向して配置されるとともに、スライダ１２０のＹ軸方向の位置を検出するＹ軸センサ３２がＹ軸ミラー３６に対向して配置されている。
Ｘ軸センサ３１，３１は、Ｘ軸ミラー３５に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ１２０のＸ軸方向の位置を検出する干渉計である。Ｙ軸センサ３２は、Ｙ軸ミラー３６に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ１２０のＹ軸方向の位置を検出する干渉計である。
【００２９】
Ｘ軸制御部３３，３３は、Ｘ軸センサ３１，３１による検出位置を元にスライダ１２０の位置をフィードバック制御するものであり、Ｘ軸センサ３１，３１及び可動子２０を構成するＸ軸モータモジュール２０ａ〜２０ｄ（図４参照）に電気的に接続されている。
Ｙ軸制御部３４は、Ｙ軸センサ３２による検出位置を元にスライダ１２０の位置をフィードバック制御するものであり、Ｙ軸センサ３２及び可動子２０を構成するＹ軸モータモジュール２０ｅ〜２０ｈ（図４参照）に電気的に接続されている。これらの個々のモータモジュール２０ａ〜２０ｈが、図１，２に示す平面モータ１で構成されている。
【００３０】
図４は、位置決め装置１００に搭載される平面モータの配列状態の一例について示す説明図である。
図４に示すように、スライダ１２０には、Ｘ軸方向にスライダ１２０を駆動するＸ軸モータモジュール２０ａ〜２０ｄが、スライダ１２０のＸ軸方向の一辺に沿って１組ずつ配設されている。また、Ｙ軸方向にスライダ１２０を駆動するＹ軸モータモジュール２０ｅ〜２０ｈが、２組のＸ軸モータモジュール２０ａ〜２０ｄに狭持される領域において、移動方向（Ｙ軸方向）に平行に４つ配設されている。
これらのモータモジュール２０ａ〜２０ｈは、フレーム２３に設けられた収容部（凹部）に接触固定される。また、図４に示すように、フレーム２３のプラテン１１０と対向する面には、プラテン１１０に向けて圧縮空気を噴出するためのノズル２３ｂが設けられている。
【００３１】
このような構成を有する位置決め装置１００では、フレーム２３に外部から空気を供給して、ノズル２３ｂからプラテン１１０側に圧縮空気を排出することによりスライダ１２０を浮上させる。そして、コイル２２１，２２２，・・に電流を流すことにより、極歯１０ａ，１０ａ，・・と極歯２１１ａ，２１２ａ，・・との間に磁気吸引力を生じさせて、スライダ１２０（可動子２０）をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させる。
すなわち、スライダ１２０とプラテン１１０との間をノズル２３ｂから噴出した空気が流れることによって、エアベアリングを構成している。このとき、スライダ１２０とプラテン１１０とのギャップは数十μｍ程度となる。
【００３２】
位置決め装置１００において、モータモジュール２０ａ〜２０ｈは優れた冷却性能を有するので、センサ３１，３２等が発熱による熱的影響を受けることはなく、高精度な位置決め制御が実現可能となる。
【００３３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記実施形態では、可動子にコイルを装着した平面モータについて説明したが、固定子側にコイルを装着する場合にも適用することができる。
また、充填材の密度、硬化収縮率、熱膨張率を考慮することで、平面モータを軽量化したり、特性をさらに改善したりすることができる。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１  平面モータ
１０  固定子
１０ａ  極歯
２０  可動子
２０ａ〜２０ｈ  モータモジュール
２１  ヨーク
２１１〜２１６  突極
２１１ａ〜２１６ａ  極歯
２２１〜２２６  コイル
２３  フレーム（冷却部材）
２４  冷却プレート（冷却部材）
２５  バーナット
２７  絶縁体
２７ａ  第２の充填材
２７ｂ  第１の充填材
２８  埋込樹脂
【図１】
2010178557.tif 000003
【図２】
2010178557.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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