(57)【要約】  円筒形リニアモータにおいて可動子（電機子）側の冷却用配管を設けずに、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方を同時に冷却する構造を提供すると共に、冷却構造の簡素化、リニアモータの小型化、軽量化、低価格化、リニアモータを搭載する装置（産業用機械など）の簡素化を図ることができる円筒形リニアモータとその固定子製造方法を提供する。  ハウジング内部に複数のコイルを有する可動子と、円筒状部材（２ａ）内部に中空円筒状磁石（２ｂ）とポールピース（２ｃ）とを交互に配置し、前記中空円筒状磁石（２ｂ）の内径側に冷媒管路（２ｄ）を有した固定子と、を備えた円筒形リニアモータにおいて、前記ポールピース（２ｃ）が冷媒通路（２ｆ）を有し、前記円筒状部材（２ａ）が前記ポールピース（２ｃ）の前記冷媒通路（２ｆ）に対応した同数かつ同位置の冷却穴（２ｅ）を有する。
2009041185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内部に複数のコイルを有する可動子と、円筒状部材内部に中空円筒状磁石とポールピースとを交互に配置し、前記中空円筒状磁石の内径側に冷媒管路を有した固定子とを備えた円筒形リニアモータにおいて、前記ポールピースが、冷媒通路を有し、前記円筒状部材が、前記ポールピースの前記冷媒通路に対応した同数かつ同位置の冷却穴を有する、ことを特徴とする円筒形リニアモータ。
【請求項２】
前記ポールピースの前記冷媒通路が、前記ポールピースの軸中心から円周方向に放射状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の円筒形リニアモータ。
【請求項３】
前記円筒状部材の前記冷却穴が、前記円筒状部材の外周面に配置されたものであって、前記円筒状部材の軸中心から円周方向に放射状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の円筒形リニアモータ。
【請求項４】
前記冷媒管路および前記ポールピースの前記冷媒通路、ならびに前記円筒状部材の前記冷却穴を通る冷媒が、気体状であることを特徴とする請求項１記載の円筒形リニアモータ。
【請求項５】
ハウジング内部に複数のコイルを有する可動子と、円筒状部材内部に中空円筒状磁石とポールピースとを交互に配置し、前記中空円筒状磁石の内径側に冷媒管路を有した固定子と、を備えた円筒形リニアモータの固定子製造方法において、前記固定子の片端面を、ブロックと前記円筒状部材との溶接あるいは接着封止し、予め接着固定されている前記中空円筒状磁石と前記ポールピースの１組を、前記固定子の開口端面から挿入し、前記中空円筒状磁石と前記ポールピースの１組を、一定時間加圧保持し、前記ポールピースの冷媒通路と、前記円筒状部材の冷却穴とを位置合わせして位置決めし、前記挿入、前記加圧保持、前記位置決めを順に繰り返した後、前記固定子の開口端面を、他のブロックと前記円筒状部材との溶接あるいは接着封止する、という手順で処理する円筒形リニアモータの固定子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置などの産業用機械（例えば、ステッパ）のステージを駆動する円筒形リニアモータとその固定子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造装置や液晶製造装置などの産業用機械は、位置決め精度や一定速送り時の送り精度、スループットの要求仕様が高くなっている。産業用機械に搭載されているリニアモータは、高精度、高速、高出力の性能が求められ、高速、高出力の性能を満たす手段には３つあることが一般的に知られている。
１つ目は磁束密度の高い永久磁石を使うこと、２つ目はコイルの巻数を多くすること、３つ目はコイルへ流す電流を大きくすることである。２つ目のコイルの巻数を多くすることで対処されるのが一般的である。しかしながら、この場合、コイル発熱量が増大しリニアモータの表面温度が上昇することによる熱が、産業用機械における周囲に悪影響を及ぼす場合があるためリニアモータに冷却構造を設ける必要がある。【０００３】
可動子にコイル（電機子）、固定子に永久磁石（界磁）を備えた従来のリニアモータは、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方あるいは一方に冷媒が流れる管路を備えた冷却構造を備えたものがある。
可動子（電機子）側の冷却構造は、ハウジングに覆われた複数のコイルに対し、ハウジング内部に冷媒を流す構造がある（例えば、特許文献１参照）。また、固定子（界磁）側の冷却構造は、円筒状の磁石の中央に冷媒管路を設けているもの（例えば、特許文献２参照）や、磁石の周囲をハウジングで覆い、ハウジング内部に冷媒を流す構造がある（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図７は、従来の円筒形リニアモータの固定子の断面図である。図において、「固定子１０は、非磁性の円筒状部材（丸管）１２に多数の永久磁石１１を内包して不図示の両端のブロックを用いて多数の永久磁石１１を封じ込めている。永久磁石１１は、円柱形をしており、同極同士が向き合う形で円筒状部材１２内に配置される。また、図示していないが、同極の磁石の間にポールピースとして円柱形の磁性体を挟むことにより、組込時の磁石同士の反発力を和らげることができる。磁石と磁石、あるいは磁石とポールピースとは接着剤によって固着され、円筒状部材１２の両端をそれぞれ非磁性のブロック（不図示）に固定することにより、磁石列を保持している。可動子２０は、大別すると、コイル組立体２１と、コイル支持体２２と、コイル組立体２１を取り囲むハウジング２３とから構成される。コイル組立体２１は、円筒形状であり、円筒状部材１２と略同心状の円筒管に複数の円筒コイルを有した円筒コイル２１ｃと、円筒コイル２１ｃを一体的に固定している非磁性且つ非導電体製の外皮２１ｓとからなる」ものである。【０００５】
また、この冷却構造は、「右蓋２３ｒには、二系統の通路２０ａ、２０ｂ（以下、第１の通路２０ａ、第２の通路２０ｂという）に対応する配管口２６ａ、２６ｂが設けてあ」り、「第１の通路２０ａは、内管２３ｕ、中管２３ｎ、右蓋２３ｒ、及び不図示の左蓋によって形成されている。一方、第２の通路２０ｂは、中管２３ｎ、外管２３ｇ、右蓋２３ｒ及び不図示の左蓋によって形成されている。この第１の通路２０ａと第２の通路２０ｂとは独立しており、ハウジング２３内で交わることはない。なお、第１の通路２０ａと第２の通路２０ｂとに供給する冷媒としては、不活性冷媒が好ましく、液体でも気体でもかまわない。また、第１の通路２０ａと第２の通路２０ｂとに同じ冷媒を流してもいいし、熱の吸収効率が異なる冷媒を流してもかまわ」ず、「第１の通路２０ａと第２の通路２０ｂで冷媒の流れる方向を逆にすることにより、ハウジング２３表面の温度ムラを抑え」ている。【０００６】
図８は、他の従来の円筒形リニアモータの固定子の断面図である。図において、「円筒の永久磁石１１の空洞部に非磁性のパイプ１３を配置し、さらに円筒の永久磁石１１を非磁性の円筒状部材１２に挿入して両端をそれぞれ非磁性のブロック（不図示）で固定している。さらに、不図示のブロックにそれぞれ配管口を設け、非磁性のパイプ１３の内部と配管口とを連通させることにより、固定子１０の中心軸に流体用の通路（以下、第３の通路２０ｃという）を形成している」ものである。
「したがって、第３の通路２０ｃに冷媒を流すことにより、固定子１０の温度を均一にすることができる。このため、可動子２０からの熱などによって固定子１０内の円筒の永久磁石１１の温度が変わり、磁束密度に変化を生じてリニアモータの推力が変動するのを防ぐことができる」のである。
このように、従来のリニアモータは、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方あるいは一方に冷媒が流れる管路を設けることで、可動子（電機子）側のハウジングや固定子（界磁）側の永久磁石の表面温度を低減させている。
【特許文献１】特開２００３−２０９９６２号公報（第３−６頁、図２、５）
【特許文献２】特開２００５−３９９４１  号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように産業用機械に搭載されるリニアモータは、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方あるいは一方に冷却構造が必要となる。特に、可動子（電機子）側に冷却構造を設けることは大型化・反軽量化することになり、また、可動子が冷却用の配管引っ張りつつ可動することになるため、モータ性能の低下につながる。また冷却構造の配管が必要になり、装置の複雑化という問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、円筒形リニアモータにおいて可動子（電機子）側の冷却用配管を設けずに、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方を同時に冷却する構造を提供すると共に、冷却構造の簡素化、リニアモータの小型化、軽量化、低価格化、リニアモータを搭載する装置（産業用機械など）の簡素化を図ることができる円筒形リニアモータとその固定子製造方法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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、ハウジング内部に複数のコイルを有する可動子と、円筒状部材内部に中空円筒状磁石とポールピースとを交互に配置し、前記中空円筒状磁石の内径側に冷媒管路を有した固定子とを備えた円筒形リニアモータにおいて、前記ポールピースが、冷媒通路を有し、前記円筒状部材が、前記ポールピースの前記冷媒通路に対応した同数かつ同位置の冷却穴を有するものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における前記ポールピースの前記冷媒通路が、前記ポールピースの軸中心から円周方向に放射状に形成されたものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明における前記円筒状部材の前記冷却穴が、前記円筒状部材の外周面に配置されたものであって、前記円筒状部材の軸中心から円周方向に放射状に形成されたものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明における前記冷媒管路および前記ポールピースの前記冷媒通路、ならびに前記円筒状部材の前記冷却穴を通る冷媒が、気体状であるものである。
請求項５記載の発明は、ハウジング内部に複数のコイルを有する可動子と、円筒状部材内部に中空円筒状磁石とポールピースとを交互に配置し、前記中空円筒状磁石の内径側に冷媒管路を有した固定子と、を備えた円筒形リニアモータの固定子製造方法において、前記固定子の片端面を、ブロックと前記円筒状部材との溶接あるいは接着封止し、予め接着固定されている前記中空円筒状磁石と前記ポールピースの１組を、前記固定子の開口端面から挿入し、前記中空円筒状磁石と前記ポールピースの１組を、一定時間加圧保持し、前記ポールピースの冷媒通路と、前記円筒状部材の冷却穴とを位置合わせして位置決めし、前記挿入、前記加圧保持、前記位置決めを順に繰り返した後、前記固定子の開口端面を、他のブロックと前記円筒状部材との溶接あるいは接着封止する、という手順で処理するのである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１または４に記載の発明によると、可動子（電機子）側の冷却用配管を設けずに、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方を同時に冷却することができ、リニアモータの小型化、軽量化、低価格化、リニアモータを搭載する装置（産業用機械など）の簡素化を図ることができる。
また、請求項２または３に記載の発明によると、冷却構造を簡素化することができる。
請求項５に記載の発明によると、可動子（電機子）側の冷却用配管を設けずに、可動子（電機子）側と固定子（界磁）側の両方を同時に冷却することができる円筒形リニアモータを、容易に安定して製造することができ、また円筒形リニアモータの信頼性向上を図ることができる。
可動子と固定子を同じ冷却管路で同時に冷却することができ、装置の冷却構造が簡易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を示す円筒形リニアモータの全体概略図
【図２】本発明の実施例１に係る固定子の断面図
【図３】本発明の実施例１に係るポールピースの全体斜視図
【図４】本発明の第１実施例に係るポールピースの断面図
【図５】本発明の実施例１に係る円筒状部材の全体斜視図
【図６】本発明の実施例１に係る可動子の断面図
【図７】従来の円筒形リニアモータの固定子の断面図
【図８】他の従来の円筒形リニアモータの固定子の断面図
【符号の説明】
【００１１】
１      可動子
１ａ    電線
１ｂ    ボビン
１ｃ    コイル
１ｄ    ヨーク
１ｅ    モールド樹脂
１ｆ    アルミフレーム
２      固定子
２ａ    円筒状部材
２ｂ    永久磁石
２ｃ    ポールピース
２ｄ    冷媒管路
２ｅ、２ｆ  冷却穴
３      可動方向
１０    固定子
１１    永久磁石
１２    円筒状部材（丸管）
１３    パイプ
２０    可動子
２０ａ  第１の通路
２０ｂ  第２の通路
２０ｃ  第３の通路
２１    コイル組立体
２１ｃ  円筒コイル
２１ｓ  外皮
２２    コイル支持体
２３    ハウジング
２３ｇ  外管
２３ｎ  中管
２３ｒ  右蓋
２３ｕ  内管
２４ａ  Ｏリング
２４ｂ  Ｏリング
２５ａ  接着剤
２６ａ、２６ｂ  配管口
２８  コネクタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る円筒形リニアモータの全体概略図である。図において、１は可動子、２は固定子、１ａは可動子の電機子に電流を供給するための電線、２ｅは冷却穴である。この円筒型リニアモータは、電機子である可動子１と、界磁である固定子２、固定子２を固定するための図示しない固定子支持部品から成る。また、可動子１の支持部品は、図示しないリニアガイドによって固定される。電線１ａに電流を印加すると、可動子１は可動方向３に動作する。【００１４】
図２は、本発明の実施例１に係る固定子の断面図である。図において、２ａは固定子２の外観となるステンレス製の円筒状部材、２ｂは磁界を発生する中空円筒形の永久磁石、２ｃは永久磁石２ｂ組込み時の永久磁石２ｂ同士の反発力を和らげるため、また、軸方向(長手方向)における広い範囲で高い磁束密度を確保するための磁性体である中空円筒形のポールピース、２ｄは冷媒管路である。固定子２は、永久磁石２ｂと、ポールピース２ｃと、固定子２の端面を封止するための図示しないステンレス製のブロックと、固定子２の各部品の外周を覆う円筒状部材２ａと、から成る。
ここで、軸方向(長手方向)に磁化された永久磁石２ｂを同極同士突き当てた構造のため、磁束が空隙方向（短手方向）に絞り込まれるが、永久磁石２ｂ間にポールピース２ｃを挿入することで軸方向(長手方向)における広い範囲で高い磁束密度を確保できるのである。
また、円筒状部材２ａとポールピース２ｃは、後述する冷却穴を有している。
本発明が従来技術と異なる部分は、それぞれに冷却穴を有した円筒状部材２ａとポールピース２ｃとを備えた部分である。【００１５】
図３は、本発明の実施例１に係るポールピースの全体斜視図、図４は、本発明の実施例１に係るポールピースの断面図である。図において、２ｆは冷却穴である。
磁性体である中空円筒形のポールピース２ｃは、切削加工、ロストワックスまたは金型成型により製作される。
冷却穴２ｆは、図示の通り、ポールピース２ｃの軸中心から円周方向に放射状に冷媒通路を形成している。【００１６】
図５は、本発明の実施例１に係る円筒状部材の全体斜視図である。図において、２ｅは冷却穴である。
冷却穴２ｅは、円筒状部材２ａの外周面に、ポールピース２ｃの冷却穴２ｆに対応した同数、同位置に配置されたものであり、ポールピース２ｃの冷却穴２ｆと同様、円筒状部材２ａの軸中心から円周方向に放射状に形成されている。また、冷却穴２ｅは、切削加工または穴あけ加工により製作される。【００１７】
ここで、固定子２における冷媒の流路について説明する。なお、本発明に用いる冷媒は空気（エア）などの気体である。
図１における固定子２の図示しない冷媒口（例えば、固定子２の右端または左端）より冷媒を流入すると、冷媒は図２における冷媒管路２ｄを通り、図３または図４におけるポールピース２ｃの冷却穴２ｆ、図５における中空円筒状部材２ａの冷却穴２ｅを介し、固定子２外部へ放出される。固定子２外部へ放出された冷媒は、図１における固定子２に対しある空隙を介して可動方向３に可動する可動子１に吹き付けられることになり、固定子２および可動子１を同時に冷却することができるのである。【００１８】
更に、固定子２の製造方法について説明する。
図２において、図示しない固定子２の右端面あるいは左端面を封止するためのステンレス製のブロックのうちの片側のブロックと、円筒状部材２ａを溶接し、封止された円筒状部材２ａの内部に、円筒状部材２ａの開口端から、予め接着固定されている永久磁石２ｂとポールピース２ｃとの組みを、必要数分順に挿入する。この際、永久磁石２ｂは、同極同士がポールピース２ｃを介して接合される配置となるため、反発力が発生する。この反発力による配置隙間を発生させないために、図示しない丸棒状の冶具により接着剤が必要強度に達する時間まで加圧保持した後、円筒状部材２ａ内部の永久磁石２ｂとポールピース２ｃの配置を完了する。
また、円筒状部材２ａの冷却穴２ｅとポールピース２ｃの冷却穴２ｆは、図示しない位置決め冶具により互いに位置合わせされ位置決めされる。
最後に、円筒状部材２ａの開口端をブロックで封止し、固定子２の製造は完了する。なお、封止においても、永久磁石２ｂとポールピース２ｃとブロックとの接合は、永久磁石２ｂ同士の反発力以上の固定力がある接着剤で固定される。
すなわち、先ず、固定子２の片端面を封止後、予め接着固定されている永久磁石２ｂとポールピース２ｃとの１組みを円筒状部材２ａの開口端から挿入し、次に、図示しない丸棒状の冶具により一定時間加圧保持し、次に、図示しない位置決め冶具により円筒状部材２ａの冷却穴２ｅとポールピース２ｃの冷却穴２ｆとを位置決めする。
この永久磁石２ｂとポールピース２ｃとの組みの挿入、一定時間の加圧保持、冷却穴の位置決め、の作業を繰り返し、最後に、円筒状部材２ａの開口端をブロックで封止するのである。【００１９】
図６は、本発明の実施例１に係る可動子の断面図である。図において、可動子１は、ボビン１ｂに巻回された円筒形のコイル１ｃが軸方向に複数個並べて配置されている。ボビン１ｂは樹脂成形で作製されるため寸法ばらつきがなく、コイル１ｃは軸方向に等間隔で配置される。コイル１ｃの外側には、磁性体からなる円筒形のヨーク１ｄ、さらに外側にはアルミフレーム１ｆ（ハウジングに相当）が配置される。
また、コイル群の結線処理は、コイル１ｃとアルミフレーム１ｆとの間の図示しないスペースで行い、このスペースは更にモールド樹脂１ｅにて成形される。ヨーク１ｄとアルミフレーム１ｆは図示しない位置決めピンにて機械的に固定されている。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置などの産業用機械（例えば、ステッパ）のステージを駆動する円筒形リニアモータとその固定子製造方法に関するものとして説明したが、円筒形リニアモータを適用できる用途、例えば、工作機械、射出成型機、金属加工機などの産業用機械にも適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2009041185.tif 000011
2009041185.tif 000012
2009041185.tif 000013
2009041185.tif 000014