(57)【要約】【課題】本発明はコイルの冷却を行うための管路の接続及びメンテナンスを容易に行うことを課題とする。【解決手段】リニアモータ２０は、コイル部６０と、コイル部６０の延在方向に移動するマグネットヨーク部６２とから構成されている。コイル部６０の上流側ブロック６０ａの上流側端部には、冷却媒体供給管路４０が接続される流入口４２と、コイル部６０の内部を通過した冷却媒体を排出する冷却媒体排出管路４４が接続される流出口４６とが互いに近接した位置に設けられている。冷却媒体の流入口４２及び流出口４６は、上流側ブロック６０ａを貫通する貫通孔に雌ねじを設け、この雌ねじに継手を螺入することで、冷却媒体供給管路４０、冷却媒体排出管路４４を結合させる継手構造になっている。そのため、冷却媒体供給管路４０及び冷却媒体排出管路４４の接続作業やメンテナンス作業がやりやすくなり、作業効率を高められる。【選択図】図２
2008048509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルが保持されたコイル部と、
複数の永久磁石が前記コイルに対向するように並設されたマグネットヨーク部と、
前記複数のコイルの全体を覆うように前記コイル部の長手方向に延在形成されたカバー部材と、
前記カバー部材の内側に冷却媒体を供給して前記コイルを冷却する冷却部と、を備えたリニアモータにおいて、
前記カバー部材の長手方向の何れか一方の端部に流入口及び流出口を設け、
前記カバー部材の長手方向の一側に、前記流入口から流入した冷却媒体を前記コイル部の側面に供給する供給経路を設け、
前記カバー部材の長手方向の他側に、前記コイル部の側面を通過した冷却媒体を回収して前記流出口に流出させる回収経路を設けたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記供給経路は、
前記流入口に連通され、前記カバー部材の長手方向の一側に形成された一対の流路と、
前記一対の流路の延在方向に沿って設けられた複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路を流れる冷却媒体を前記コイル部の側面に導く開口と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記回収経路は、
前記カバー部材の一端から前記カバー部材の他端に延在形成され、前記分岐流路を落下する冷却媒体を回収する下流側流路と、
前記カバー部材の長手方向の一側に形成され、前記下流側流路を介して回収された冷却媒体を前記流出口へ導く流出流路と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記一対の供給経路の間に、前記流出流路を挿通させるように配置したことを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記流入口及び流出口が設けられた前記上流側端部の内側に冷却媒体の滞留を防止する隔壁を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のリニアモータ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載のリニアモータをステージの駆動手段に用いたことを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイルの周囲に冷却媒体を供給してリニアモータの発熱を抑えるように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いる。
【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から構成されている。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おい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、コイルから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、温調機により冷却された流体をポンプによりコイル部に供給し、コイル部を冷却した流体を回収して循環させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
さらに、従来のリニアモータでは、長手方向に延在するカバー部材の内部に複数のコイルが樹脂モールドされた状態で収納されており、カバー部材の長手方向の一端には、冷媒としての流体が供給される流入口が設けられ、カバー部材の長手方向の他端には、流体を排出する流出口が設けられている。
【特許文献１】特開平８−１６７５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来のリニアモータでは、上記流入口と流出口とがカバー部材の両端に離れて設けられているので、カバー部材の長手方向の両端に冷却媒体の管路を接続することになり、各管路の取り回しが難しくなると共に、冷却経路のメンテナンス作業に手間がかかるという問題がある。
【０００９】
さらに、冷却媒体を循環させる冷却システムにおいては、流入口に接続された供給側管路と流出口に接続された回収側管路との取り出し方向が１８０度反対方向であるので、管路が他の機器と干渉しないように複数箇所で曲げられて複雑な形状で配置されるため、圧力損失が増大するという問題を有している。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決し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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明は、複数のコイルが保持されたコイル部と、複数の永久磁石が前記コイルに対向するように並設されたマグネットヨーク部と、前記複数のコイルの全体を覆うように前記コイル部の長手方向に延在形成されたカバー部材と、前記カバー部材の内側に冷却媒体を供給して前記コイルを冷却する冷却部と、を備えたリニアモータにおいて、前記カバー部材の長手方向の何れか一方の端部に流入口及び流出口を設け、前記カバー部材の長手方向の一側に、前記流入口から流入した冷却媒体を前記コイル部の側面に供給する供給経路を設け、前記カバー部材の長手方向の他側に、前記コイル部の側面を通過した冷却媒体を回収して前記流出口に流出させる回収経路を設けることにより、上記課題を解決するものである。
【００１３】
前記供給経路は、前記流入口に連通され、前記カバー部材の長手方向の一側に形成された一対の流路と、前記一対の流路の延在方向に沿って設けられた複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路を流れる冷却媒体を前記コイル部の側面に導く開口と、を有することが望ましい。
【００１４】
前記回収経路は、前記カバー部材の一端から前記カバー部材の他端に延在形成され、前記分岐流路を落下する冷却媒体を回収する下流側流路と、前記カバー部材の長手方向の一側に形成され、前記下流側流路を介して回収された冷却媒体を前記流出口へ導く流出流路と、を有することが望ましい。
【００１５】
前記一対の流路の間に、前記流出流路を挿通させるように配置することが望ましい。
【００１６】
前記流入口及び流出口が設けられた前記上流側端部の内側に冷却媒体の滞留を防止する隔壁を設けることが望ましい。
【００１７】
請求項１乃至５の何れかに記載のリニアモータをステージの駆動手段に用いたことを特徴とするステージ装置により、上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カバー部材の長手方向の何れか一方の端部に流入口及び流出口を設け、カバー部材の長手方向の一側に、流入口から流入した冷却媒体をコイル部の側面に供給する供給流路を設け、カバー部材の長手方向の他側に、コイル部の側面を通過した冷却媒体を回収して流出口に流出させる回収流路を設けるため、流入口及び流出口に接続される管路が平行に配置することが可能になり、従来のものよりも省スペース化を図れると共に、上記管路の取り回しが容易になるので、メンテナンス作業も容易に行えると共に、管路を複雑に曲げることもないので、圧力損失を軽減して冷却媒体の流速低下を防止して冷却効率を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して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】
【００２０】
図１は本発明によるリニアモータの一実施例が適用されたステージ装置の平面図である。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。
【００２１】
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Ｘステージ２６とを有する。本実施例では、上記スライダ１８とＹスライダ２４とを組み合わせたものがＹステージになる。
【００２２】
スライダ１８は、Ｙ方向に延在するガイド部３０にガイドされてＹ方向に摺動可能に支持されており、且つ駆動手段としてのリニアモータ２０からの推力（駆動力）によってＹ方向の移動を制御される。
【００２３】
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。また、各リニアモータ２０は、可動部１６の両端に配置された一対のスライダ１８を並進させるように同一の駆動力を同時に発生させるように制御される。
【００２４】
ここで、リニアモータ２０の構成について図２を参照して説明する。図２に示されるように、リニアモータ２０は、ムービングマグネット型（ＭＭ型）であり、ベース１４上に固定されるコイル部６０と、コイル部６０の延在方向（長手方向）に移動するマグネットヨーク部６２とから構成されている。コイル部６０は、後述する複数のコイルが並設されており、マグネットヨーク部６２は、コイル部６０の側面に対向するように配置された永久磁石６８を有する。
【００２５】
また、コイル部６０は、駆動電圧の印加により永久磁石６８に対するＹ方向の推力（駆動力）を発生させる。従って、リニアモータ２０は、永久磁石６８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おり、コイル部６０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Ｙ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。
【００２６】
コイル部６０は、上流側ブロック（上流側端部）６０ａと下流側ブロック（下流側端部）６０ｂとの間にコイル収納部６０ｃを有する構成である。上流側ブロック６０ａの長手方向（Ｙ方向）の上流側端部（一端）には、冷却媒体が供給される冷却媒体供給管路４０が接続される流入口４２と、コイル部６０を冷却した使用済みの冷却媒体を排出する冷却媒体排出管路４４が接続される流出口４６とが互いに近接した位置に設けられている。
【００２７】
このように、流入口４２と流出口４６とがマグネットヨーク部６２の同じ面に近接配置されているので、従来のものよりも省スペース化を図れると共に、流入口４２及び流出口４６に対する冷却媒体供給管路４０及び冷却媒体排出管路４４の接続作業やメンテナンス作業がやりやすくなり、作業効率を高められる。さらに、冷却媒体供給管路４０及び冷却媒体排出管路４４の取り回しが容易に行えるので、他の機器との干渉を避けるために冷却媒体供給管路４０及び冷却媒体排出管路４４を曲げる回数が減少して冷却媒体供給管路４０及び冷却媒体排出管路４４における圧力損失を低減することが可能になる。
【００２８】
冷却媒体の流入口４２及び流出口４６は、上流側ブロック６０ａを貫通する貫通孔に雌ねじを設け、この雌ねじに継手を螺入することで、給水、排水を行なう配管またはフレキシブルホースからなる冷却媒体供給管路４０、冷却媒体排出管路４４を結合させる継手構造になっている。
【００２９】
ここで、コイル部６０の内部の構成について詳細に説明する。図３はコイル部６０の内部構造を示す斜視図である。図４はコイル部６０の縦断面図である。
【００３０】
図３及び図４に示されるように、コイル部６０は、複数のコイル６６が樹脂モールド７０により一体化された状態で保持されると共に、樹脂モールド７０の外側には冷却媒体の流路を形成するカバー部材７２が設けられている。従って、樹脂モールド７０とカバー部材７２との間には、冷却媒体が流れる冷却媒体流路（側面流路）７４が形成されている。
【００３１】
コイル６６は、鞍型に巻回されたものであり、各コイル６６が１８０度異なる向きに交互に配置されて移動方向に延在されるように並設されている。そのため、各コイル６６が収納された樹脂モールド７０は、移動方向から見るとＩ字状に形成されている。そして、樹脂モールド７０の外側には、樹脂モールド７０の全体を覆うように形成されたカバー部材７２の内壁が冷却媒体流路７４を介して樹脂モールド７０の外面に対向している。
【００３２】
本実施例の外側のカバー部材７２は、ステンレス材または樹脂材またはセラミックスにより形成されている。
【００３３】
冷却媒体流路７４は、樹脂モールド７０の外面に接するように冷却媒体の流れ方向を導くように形成された隙間であるが、カバー部材７２の上部に固定されたマニホールド部７６から冷却媒体が落下するように下方に流れるため、コイル６６を冷却することが可能になる。
【００３４】
冷却媒体流路７４は、図３及び図４に示されるように、一対の上部流路８８に連通されるコイル６６の上部を冷却する上部垂直流路７４ａと、上部垂直流路７４ａの下方に形成された上部水平流路７４ｂと、コイル６６の中間部分を冷却する中間部垂直流路７４ｃと、中間部垂直流路７４ｃの下方に連通されコイル６６の下部を冷却する下部水平流路７４ｄ,下部垂直流路７４eと、両側の下部垂直流路７４eが連通される底部流路７４ｆとを有する。従って、供給経路７８に供給された冷却媒体は、上方から下方に向けて上記流路７４ａ〜７４ｆを通過して落下する過程で樹脂モールド７０を冷却することでコイル６６の発熱を抑制する。
【００３５】
図５はマニホールド部７６の横断面図である。図６はコイル部６０の縦断面図である。図５及び図６に示されるように、マニホールド部７６には、前述した流入口４２が連通する供給経路７８と、流出口４６に連通する回収経路８０とが形成されている。供給経路７８及び回収経路８０は、コイル部６０の延在方向（Ｙ方向）に延在形成されており、且つ、回収経路８０を形成する流出流路９２が中央に配置され、流出流路９２の両側に仕切壁８２を介して供給経路７８を形成する一対の上部流路８８が平行に形成されている。また、冷却媒体流路７４は、上部流路８８と共に供給経路７８を形成している。
【００３６】
マニホールド部７６の内部には、上記供給経路７８の一対の上部流路８８と回収経路８０の流出流路９２とが平行に配置されており、流入口４２は、分岐孔８１を介して一対の上部流路８８に連通されている。そして、供給流路７８の側方には複数の凹部からなる分岐流路８４が所定間隔毎に設けられている。この分岐流路８４は、前述した上部垂直流路７４ａの上端に形成された開口８６に連通している。尚、開口８６は、分岐流路８４のＹ方向の幅寸法によって供給経路７８に連通される部分の開口面積が決まるため、分岐流路８４の配置数や幅寸法は任意に設定される。
【００３７】
供給経路７８は、マニホールド部７６の内部に形成された一対の上部流路８８と、一対の上部流路８８の延在方向に沿って設けられた複数の分岐流路８４と、複数の分岐流路８４から落下する冷却媒体をコイル部６０の側面に形成された冷却媒体流路７４に導く開口８６とを有する。
【００３８】
回収経路８０は、長手方向（Ｙ方向）の下流側（他端）に位置する下流側ブロック（下流側端部）６０ｂの内側に設けられ、冷却媒体流路７４を通過した冷却媒体を底部からカバー部材７２の上部のマニホールド部７６に回収する垂直流路９０と、マニホールド部７６に形成され、垂直流路９０を介して回収された冷却媒体を流出口４６へ導く流出流路９２とを有する。
【００３９】
また、供給経路７８の一対の上部流路８８は、下流側端部が閉塞されているので、供給経路７８に供給された冷却媒体は、全てＹ方向に流れながら複数の分岐流路８４の開口８６より冷却媒体流路７４へ流入する。これにより、冷却媒体は、図５中矢印で示すようにＹ方向に流れながら側方（Ｘ方向）にも分流し、この分流された冷却媒体の一部が開口８６を通過して上部垂直流路７４ａに落下することになる。従って、上部流路８８の側方に形成された複数の分岐流路８４により分流された冷却媒体は、Ｙ方向に延在する複数のコイル６６の熱を回収して冷却する。
【００４０】
また、コイル部６０は、図６に示されるように、流入口４２及び流出口４６が設けられた上流側ブロック６０ａの内側には、上記分岐孔８１を有する隔壁９４が冷却媒体流路７４の上流側端部を閉塞している。そして、コイル部６０の下流側ブロック６０ｂの内側には、底部流路７４ｆとマニホールド部７６の流出流路９２とを連通するように垂直方向に延在形成された垂直流路９０が設けられているので、冷却媒体流路７４に供給された冷却媒体は、上記隔壁９４によって、Ｙ方向の下流側へのみ流れるようになり、上流側に流れることが防止される。これにより、冷却媒体流路７４の冷却媒体が滞留せずに下流側へ流れて、冷却効率が高められている。
【００４１】
そして、供給経路７８の底部流路７４ｆに落下した冷却媒体は、Ｙ方向の下流側に流れ、コイル部６０の下流に形成された垂直回収流路９０を通過して上方に形成された流出流路９２に至る。さらに、回収経路８０を通過した冷却媒体は、流出口４６から冷却媒体排出管路４４に排出される。尚、冷却媒体排出管路４４を通過した冷却媒体は、熱交換器（図示せず）により冷却され、再び冷却媒体供給管路４０を介してコイル部６０に供給される。このように冷却媒体がコイル部６０の冷却媒体流路７４を循環することでコイル部６０の全体を効率よく冷却して複数のコイル６６による温度上昇をむら無く抑制することができ、リニアモータ２０の駆動力（推力）を安定的に発生させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
上記実施例では、ステージ装置に用いられるリニアモータを一例として挙げたが、これに限らず、他の装置の駆動手段として用いられるリニアモータにも本発明を適用できるのは勿論である。
【００４３】
また、上記実施例では、ムービングマグネット型（ＭＭ型）のリニアモータについて説明したが、本発明は、ムービンコイル型（ＭＣ型）のリニアモータにも適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるリニアモータの一実施例が適用されたステージ装置の平面図である。
【図２】リニアモータ２０の構成を示す斜視図である。
【図３】コイル部６０の内部構造を示す斜視図である。
【図４】コイル部６０の縦断面図である。
【図５】マニホールド部７６の横断面図である。
【図６】コイル部６０の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ステージ装置
１８  スライダ
２０  リニアモータ
４０  冷却媒体供給管路
４２  流入口
４４  冷却媒体排出管路
４６  流出口
６０  コイル部
６０ａ  上流側ブロック
６０ｂ  下流側ブロック
６０ｃ  コイル収納部
６２  マグネットヨーク部
６６  コイル
６８  永久磁石
７０  樹脂モールド
７２  カバー部材
７４  冷却媒体流路
７６  マニホールド部
７８  供給経路
８０  回収経路
８４  分岐流路
８６  開口
８８  上部流路
９０  垂直流路
９２  流出流路
９４  隔壁
【図１】
2008048509.tif 000003
【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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