(57)【要約】【課題】真空中に配され、作業テーブルとともに移動するモータなどの発熱部を有する直動案内装置で、発熱部の冷却に変形自由度が大きく、熱搬送能力の優れたループ細管を利用することにより、真空中を移動する発熱部で発生する熱を効率よく冷却して発熱部周辺の温度上昇を防止し、計測精度や位置決め精度など、装置本来の機能を損なうことのない直動案内装置を簡単な構成で提供することにある。【解決手段】真空槽内に、駆動モータによって作業テーブルを所定方向に移動させる案内機構を設けた直動案内装置であって、前記駆動モータなどの発熱部と、該発熱部で発生した熱を真空槽の外部に除去するための放熱部とを有し、前記発熱部と前記放熱部とをループ細管によって連結し、該ループ細管の一端を前記発熱部と熱交換可能に接触し、他端を前記放熱部と熱交換可能に接触するようにして、前記ループ細管の内部を循環する作動媒体によって熱搬送経路を構成し、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に、駆動モータによって作業テーブルを所定方向に移動させる案内機構を設けた直動案内装置であって、
前記駆動モータなどの発熱部と、該発熱部で発生した熱を真空槽の外部に除去するための放熱部とを有し、前記発熱部と前記放熱部とをループ細管によって連結し、該ループ細管の一端を前記発熱部と熱交換可能に接触し、他端を前記放熱部と熱交換可能に接触するようにして、前記ループ細管の内部を循環する作動媒体によって熱搬送経路を構成し、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにしたことを特徴とする直動案内装置。
【請求項２】
前記ループ細管は、前記作動媒体の熱搬送経路に、少なくとも１箇所の屈曲部を有する請求項１に記載の直動案内装置。
【請求項３】
前記ループ細管は、前記作動媒体の熱搬送循環経路に、少なくとも１個の輪を形成する請求項１又は２に記載の直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータなどによって作業テーブルを移動自在に設けた直動案内装置に関し、特に半導体製品の高精度化の要請に応じて、真空中で使用される直動案内装置の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体などの精密製品の計測や位置決めに高精度の要請があり、直動案内装置も真空中に配置されることがある。この直動案内装置は、ワークを載せる作業テーブルの駆動源として超音波モータなどが使用される。
【０００３】
これらの駆動源は、摺動摩擦などによって発熱するが、直動案内装置が真空中に設置されると、空気の対流による空気への熱拡散がないため、作業テーブルやその駆動源などに大きな温度上昇が生じてしまう。また、真空中で比較的低摩擦かつ簡単な構成で作業テーブルを案内するため、転動体を用いた直動案内軸受を用いることが多い。しかし、この場合、一旦、移動体である作業テーブル側に蓄えられた熱の固定部である案内レールの熱伝導は、接触面積の小さな転動体を介して行われることになる。このことも温度上昇に繋がる。非接触の案内軸受の場合は構成も複雑であり、熱の問題はさらに大きい。その結果、直動案内装置は、部品の熱変形によって計測精度や位置決め精度が悪化したり、直動案内軸受などに塗布される潤滑剤の劣化や、潤滑剤からの脱ガスが促進されて真空環境が汚染されるという問題があった。
【０００４】
しかも、直動案内装置の発熱部であるモータは、作業テーブルとともに移動するため、予めモータなどの固定位置を想定し、発熱部から外部に意図的に放熱するための冷却手段を直動案内装置に講じることも困難であった。
【０００５】
そこで、モータなどで発生する熱を小さく抑えるため、モータ駆動時のデューティ比（稼動サイクル）を抑制したり、例えば特許文献１に示すように、モータの圧電素子表面に、黒色塗装を施して、輻射率を大きくして外部に放熱することが提案される。
【特許文献１】特開２００４−２４８３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３５７３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、デューティ比を抑制するのは装置本来の機能を犠牲にすることであって本質的な解決策ではなく、また輻射による放熱量も、モータなどで発生する熱量に比べて微量であるため、モータなどの発熱部周辺の温度上昇を防止するには不十分であった。
【０００７】
そこで、例えば特許文献２に示すように、超音波モータなどの圧電アクチュエータの接触子（フィンガ）が接触する作業テーブル側の表面にセラミックなどの硬質層をコーティングし、表面の熱伝導率を高め、樹脂やゲルなどの伝熱媒介を介して外部に熱を除去するものが提案される。
【０００８】
この場合、圧電アクチュエータなどの発熱部から伝熱媒介への熱伝導率を高める手段を開示したものであって、真空中で移動する作業テーブルやモータなどの発熱部から発生した熱を積極的に除去するようにした手段を提案するものでない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、真空中に配され、作業テーブルとともに移動するモータなどの発熱部を有する直動案内装置で、発熱部の冷却に変形自由度が大きく、熱搬送能力の優れたループ細管を利用することにより、真空中を移動する発熱部で発生する熱を効率よく冷却して発熱部周辺の温度上昇を防止し、計測精度や位置決め精度など、装置本来の機能を損なうことのない直動案内装置を簡単な構成で提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、真空槽内に、駆動モータによって作業テーブルを所定方向に移動させる案内機構を設けた直動案内装置であって、前記駆動モータなどの発熱部と、該発熱部で発生した熱を真空槽の外部に除去するための放熱部とを有し、前記発熱部と前記放熱部とをループ細管によって連結し、該ループ細管の一端を前記発熱部と熱交換可能に接触し、他端を前記放熱部と熱交換可能に接触するようにして、前記ループ細管の内部を循環する作動媒体によって熱搬送経路を構成し、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにしたことにより、達成される。
【００１１】
また、上記目的は、ループ細管を作動媒体の熱搬送経路に、少なくとも１箇所の屈曲部を有することにより、効果的に達成される。
【００１２】
また、上記目的は、ループ細管を作動媒体の熱搬送循環経路に、少なくとも１個の輪を形成することにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本願発明に係る直動案内装置によると、真空中に配され、作業テーブルとともに移動する超音波モータなどの駆動源の冷却手段として、変形自由度が大きく熱搬送能力の優れたループ細管を用いて、駆動源周辺の発熱を簡単な構成で外部に放熱するようにした。これにより、真空中で空気の対流がなくても、温度上昇を受け易い作業テーブルやモータなどの移動体を、その移動位置に追随して効率よく冷却することができる。その結果、発熱部周辺の温度上昇による熱膨張などの影響を最小限に抑えることができ、直動案内装置の精度低下を招かない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る直動案内装置で発生する熱を冷却するための概略構成を示す。同図に示すように、直動案内装置１は、半導体製品などの精密計測や精密位置決めなどを行うために真空槽Ａに配される。
【００１６】
直動案内装置１は、図２に示すように、２本の真直ぐなレール２に沿って移動するスライダ３に載置された平板状の作業テーブル４を備える。この作業テーブル４は、スライダ３に固定されてスライダ３と一体に移動する。
【００１７】
また、直動案内装置１は、作業テーブル４の側面に超音波モータ５の接触子（フィンガ）６が接触しており、超音波モータ５の駆動により、作業テーブル４をレール２に沿って往復動させるようになっている。なお、７は、真空槽Ａの床面から延びるモータ支持台である。
【００１８】
また、超音波モータ５は、図３に示すように、例えば４分割された電極部８ａ〜８ｄを有する圧電素子９を備え、互いに対角に位置する電極間を結線して、各対応する電極に異なる位相の電圧を印加することによって、圧電素子９に縦方向と横方向の振動を発生させる。これにより、接触子６が楕円運動をし、作業テーブル４を任意の方向に移動させる。なお、１０ａは、接触子６を作業テーブル４に対し所定の予圧で押しつけるためのコイルばね、１０ｂは、圧電素子９をケース１１に支持する弾性体である。
【００１９】
その際、真空槽Ａで発生する発熱部として、圧電素子９の温度上昇や、作業テーブル４が移動する際に作業テーブル４と接触子６の接触によって発生する摺動摩擦によって発熱する。これらの発熱は、超音波モータ５のケース１１などを通って熱伝導により外部に除去されるが、真空中では、空気の対流がないため、真空槽Ａの内部で発熱部を強制的に冷却する必要がある。
【００２０】
本願発明では、超音波モータ５で発生する熱を外部に積極的に除去するため、図４に示すようなループ細管１２を利用する。すなわち、超音波モータ５の発熱部と外部への放熱部１３（受熱部）との間をループ細管１２の束によって連結し、ループ細管１２の内部を循環する熱搬送用の作動媒体を、超音波モータ５などの発熱部周辺で発生した熱を受けて蒸発させるとともに、放熱部１３で凝縮させる。その際、ループ細管１２の一端である発熱部側で、端部をスライダ３或いは作業テーブル４に機械的に押し付けて熱交換可能に接触させるか、又は、溶接で熱交換可能に接触させると、発熱部とループ細管１２の端部との熱伝導が良好になる。また、発熱部とループ細管１２との間にグリースを介在させたり、エポキシなどの樹脂やシリコンなどで接着すれば、熱源とループ細管１２との熱伝導がより一層良好になる。
【００２１】
なお、このループ細管１２（別名：ヒートレーン（登録商標）と呼称される。）は、図５に示すように、内部に作動媒体の熱搬送通路Ｓが形成されていて、蛇行した細管内に作動媒体を循環させる熱搬送技術である。この熱搬送技術では、熱吸収により作動液を相変化させ、蒸気の移動を利用して潜熱を輸送するとともに、核沸騰により液相を振動させ、この振動を利用して顕熱を輸送するようになっている。これにより、ループ細管１２の一端を発熱部に連結するとともに、他端を外部への放熱部に連結させるだけで、ループ細管１２の内部を循環する作動媒体の相変化を利用し、熱源で発生した熱を冷却装置まで搬送して外部に放熱するようにした。
【００２２】
また、ループ細管１２は、ヒートパイプのように、ウィックなどの内部構造のない細管を作動媒体のコンテナとしてだけ使用するため、変形自由度が大きく、装置の設置状況に応じてループ細管１２を自由に屈曲させることができ、屈曲による熱搬送性能の低下も招かない。また、ヒートパイプのように重力の影響を受けにくく、真空環境や無重力環境でも正常に作動する。その結果、ループ細管１２は、多数のループ細管１２、１２、・・・を束ねて１本のワイヤのように取り扱うことができ、少なくとも１箇所の屈曲部を設け、屈曲部の位置が変化しないように固定すれば、固定位置を基軸としてループ細管１２の両端（蒸発部側と凝縮部側）を接近させたり、離反させたりすることができる。例えば、図６に示すように、ループ細管１２の屈曲部を真空槽Ａの天井に取り付けられたフック１４によって吊るすと、例えば超音波モータ５を駆動して、ループ細管１２の両端が接近する方向に移動する場合、図７に示すように、ループ細管１２の弛みを利用し、作業テーブルの移動範囲に応じて設定された余剰で容易に吸収することができる。
【００２３】
よって、ループ細管１２を用いると、屈曲させても熱搬送能力に影響しないため、真空槽Ａで、作業テーブル４やモータ５などの発熱部の移動に容易に追随することができ、作業テーブル４などの配置に応じて、装置のレイアウトを自由にすることができる。すなわち、ループ細管１２を少なくとも１箇所の屈曲部で固定し、発熱部（本実施形態では、超音波モータ５）と放熱部１３（受熱部）を連結するだけで、別途真空槽Ａに冷却設備を施すことなく、作業テーブル４などの移動体で発生する熱を外部に放熱することができる。なお、図４では、放熱部１３との接続側のループ細管１２の折り返し数を５回としているが、これに限らず２回以上の適宜の数としてもよい。
【００２４】
また、図８や図９のように、ループ細管１２を自由に曲げることも可能で、例えば少なくとも１個の輪を形成すれば、形成する輪の径の増減により、ループ細管１２の両端の接近或いは離反によって生じるループ細管１２の長さ変化を簡単に吸収することができる。
【００２５】
さらに、ループ細管１２は可撓性に富み、熱伝導率の高く、真空中での使用可能なものであればよい。また、ループ細管１２を可撓性に富み、熱伝導率が高く、真空中での使用に適したテープ状のシートで挟んで、或いは一面に貼り付けて一体化したものを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本件発明の一実施形態に係る直動案内装置を真空槽に配し、直動案内装置で発生する熱を外部に放熱する状態を説明する図である。
【図２】前記直動案内装置を側方から眺めた図である。
【図３】前記直動案内装置で使用する超音波モータの概略構成を説明する図である。
【図４】前記直動案内装置で発生する熱を搬送するためのループ細管を示す図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線におけるループ細管の断面図である。
【図６】前記ループ細管をくの字状に配した状態を示す図である。
【図７】図６のループ細管の両端が接近した場合に、ループ細管が弛む状態を示す図である。
【図８】前記ループ細管を変形して１個の輪を形成した状態を示す図である。
【図９】図８の変形を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１            直動案内装置
３            スライダ
４            作業テーブル
５            超音波モータ
６            接触子
９            圧電素子
１２          ループ細管
１３          放熱部
１４          フック
【図１】
2006246643.tif 000003
【図２】
2006246643.tif 000004
【図３】
2006246643.tif 000005
【図４】
2006246643.tif 000006
【図５】
2006246643.tif 000007
【図６】
2006246643.tif 000008
【図７】
2006246643.tif 000009
【図８】
2006246643.tif 000010
【図９】
2006246643.tif 000011