(57)【要約】【課題】ロードロックチャンバが必要無い小型真空チャンバを提供する。【解決手段】一対の外ヨーク１１と、内ヨーク１２と、側ヨーク１３とで成る日の字形閉鎖磁気回路と、外ヨーク１１の内側に電機子を固定し、永久磁石側を移動自在に設けたボイスコイル形リニアモータにおいて、コイル（１８ａ）をボビン（１７）に巻き、当該ボビンの外側にケース（２３）を構成し、コイル部を水密し、前記ボビンまたは前記ケースに給水口と排水口を設け、冷却用流体を前記コイルと前記ケースの間に流して前記コイルを直接冷却するようにした。【選択図】　　　図１
2004015914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の中心軸に平行させた磁性体で構成した一対の外ヨーク間に平行させて設けた内ヨークと、前記外ヨークと、前記内ヨークの両端部に設けた側ヨークと、で日の字形に形成した閉鎖磁気回路と、
前記外ヨークの内側と、前記内ヨークの外側に、前記外ヨークと前記内ヨークの対向する面に対向する互いに極性を逆にした永久磁石を設けて、または外ヨークのみ対向する互いに極性を逆にした永久磁石を設けて界磁を構成し、
前記永久磁石間に空隙を介し、非磁性体かつ絶縁体より成るボビンにコイルを設けた電機子を、軸方向に移動自在にまたは、逆に電機子を固定し、永久磁石側を移動自在に設けたボイスコイル形リニアモータにおいて、
前記コイルを前記ボビンに巻き、当該ボビンの外側にケースを構成し、コイル部を水密し、前記ボビンまたは前記ケースに給水口と排水口を設け、冷却用流体を前記コイルと前記ケースの間に流して前記コイルを直接冷却することを特徴とする冷却機能付きボイスコイル形リニアモータ。
【請求項２】
前記ボビンと前記ケースの間にＯリングを取り付け水密とし、前記コイルを直接冷却することを特徴とする請求項１記載の冷却機能付きボイスコイル形リニアモータ。
【請求項３】
前記ボビンと前記ケースの間を接着、または接着とねじ止めを併用することにより水密し、前記コイルを直接冷却することを特徴とする請求項１記載の冷却機能付きボイスコイル形リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイル形リニアモータに関し、特に、高推力と高効率を実現し、低発熱であることを必要とされるボイスコイル形リニアモータの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長手方向の中心軸に平行させた磁性体で構成した一対の外ヨーク間に平行させて設けた内ヨークと、前記外ヨークと前記内ヨークの両端部に設けた側ヨークとで日の字形に形成した閉鎖磁気回路と、前記外ヨークの内側と、内ヨークの外側に、外ヨークと内ヨークの対向する面に対向するものどおしの極性を逆にした永久磁石を設けて、前記永久磁石間に空隙を介し、非磁性体かつ絶縁体よりなるボビンにコイルを設けた電機子を、軸方向に移動自在に設けたボイスコイル形リニアモータにおいて、前記ボビンをコの字形の断面とし、コの字形の溝内に薄い非磁性体よりなるクーラの内側を密着させて固定しその外側に前記コイルを巻回した冷却構造がある。
例えば、特開平８−２１４５３０号公報によれば、ボイスコイル形リニアモータを磁束の収束度がよい、ヨークに流れる磁束が均一になり、全ストロークに渡り電機子反作用が有効に働き、しかも省スペースになるようにするために、図５のような構造のボイスコイル形リニアモータが開示されている。
図５において、界磁５０を外ヨーク５１と内ヨーク５２と側ヨーク５３とで構成した日の字形の閉鎖磁気回路と、極性を逆にした永久磁石とで構成し、空隙を介して電機子５９を設け、外ヨーク５１に設けた永久磁石を隣同志の極性を逆にした同じ幅の複数の永久磁石５５ａとし、内ヨーク５２に設けた永久磁石を隣同志の極性を逆にした同じ幅の複数の永久磁石５５ｂとし、永久磁石の対向するものどうしを異極性となるように配置している。そしてコイルを永久磁石５５ａのピッチと等しいピッチに分割し、隣どうしの巻き方向を逆にした直列のコイル５８ａとし、ボビン５７の側面・軸方向端部に軸方向と直角方向に折り曲げたフランジ５６を有するスラスト板５８を固定し、フランジ５６にワークを連結している。そして、内ヨーク５２とボビン５７の間の磁気ギャップに冷却水を流すクーラを設けて、コイルの冷却を行っていた。
【０００３】
また、コイルと非磁性ギャップ側のカバーとの間の両面に給水口から排水口まで立体曲げ一体成形または、水密に接続された非磁性体液冷却管を埋設した冷却構造のボイスコイル形リニアモータが特開２００２−２７７２４号公報に開示されている。同公報によれば、図６のような構造のボイスコイル形リニアモータとすることにより、モータの推力低下がなく、しかも冷却性能および水密性の高い冷却機能が得られるものである。図６において、閉鎖磁気回路を内ヨーク６２、外ヨーク６１および側ヨーク６３とで構成し、この内ヨーク６２の外側および外ヨーク６１の内側に永久磁石６５ａ、６５ｂを配設し、永久磁石６５ａ、６５ｂ間に磁気ギャップを介してボビンにコイル６８を巻回した電機子７０とを設けている。そして電機子７０を保持し、かつ、各々のヨーク６１、６２、６３の周囲を覆うように設けたカバー６９と、各々のヨーク６１、６２、６３とカバー６９とが対向する面の間にカバー６９の内側に沿うように取り付けた液冷却管７１とを設け、液冷却管７１は給水口７１Ａから排水口７１Ｂに至る管路を立体的に曲げて一体成形して成るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述の従来技術では、磁気ギャップ側にクーラがあるため、磁気ギャップを広くとる必要があり、推力を確保するために電流または、巻回数を増やす結果となり、熱損失に問題があった。
また、発熱部であるコイルと冷却媒体との間にパイプやボビンが介在しているので、冷却効果が十分得られなかった。
本発明は、これらの課題を解決するもので、熱損失の少ない、冷却効果が十分得られ、しかも磁界が有効に機能して推力低下の無い、外形寸法の増えない安価なボイスコイル形リニアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の冷却機能付きボイスコイル形リニアモータの発明は、長手方向の中心軸に平行させた磁性体で構成した一対の外ヨーク間に平行させて設けた内ヨークと、前記外ヨークと、前記内ヨークの両端部に設けた側ヨークと、で日の字形に形成した閉鎖磁気回路と、前記外ヨークの内側と、前記内ヨークの外側に、前記外ヨークと前記内ヨークの対向する面に対向する互いに極性を逆にした永久磁石を設けて、または外ヨークのみ対向する互いに極性を逆にした永久磁石を設けて界磁を構成し、前記永久磁石間に空隙を介し、非磁性体かつ絶縁体より成るボビンにコイルを設けた電機子を、軸方向に移動自在にまたは、逆に電機子を固定し、永久磁石側を移動自在に設けたボイスコイル形リニアモータにおいて、前記コイルを前記ボビンに巻き、当該ボビンの外側にケースを構成し、コイル部を水密し、前記ボビンまたは前記ケースに給水口と排水口を設け、冷却用流体を前記コイルと前記ケースの間に流して前記コイルを直接冷却することを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷却機能付きボイスコイル形リニアモータにおいて、前記ボビンと前記ケースの間にＯリングを取り付け水密とし、前記コイルを直接冷却することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の冷却機能付きボイスコイル形リニアモータにおいて、前記ボビンと前記ケースの間を接着、または接着とねじ止めを併用することにより水密し、前記コイルを直接冷却することを特徴とする。上記構成により、冷却用液体は給水口から入り、コイルの表面を流れ、排水口から排出され、その間にコイルを冷却するので、熱損失の少ない、冷却効果が十分得られ、しかも磁界が有効に機能して推力低下の無い、外形寸法の増えない安価なボイスコイル形リニアモータが得られることとなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基づいて詳しく説明する。
図１〜図４は本発明の実施の形態を示すもので、図１はボイスコイル形リニアモータの全体斜視図を一部破断して示す図、図２は図１のＡ―Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は図１のボビンとコイルとケースから成る構成部分の分解斜視図である。
図１〜図３において、１０は界磁、１１は平板状強磁性体よりなる一対の外ヨーク、１２は内ヨーク、１３は平板状の強磁性体よりなる一対の側ヨーク、１５は永久磁石、１７はボビン、１８はボビン１７に巻かれた電機子コイル、１９はカバー、２３は電機子コイルの外側のケース、２１Ａは給水口、２１Ｂは排水口、２４は水路である。２０はボビン１７とコイル１８とケース２３と水路２４とで構成される。
このようなボイスコイル形リニアモータは、その長手方向の中心軸に平行して平板状強磁性体よりなる一対の外ヨーク１１、１１を設け、その内側には永久磁石１５ａ、１５ａを配置してある。外ヨーク１１、１１の両側面には平板状強磁性体よりなる一対の側ヨーク１３、１３を対面させて固定してある。側ヨーク１３、１３の中央部には内ヨーク１２を固定してある。また、内ヨーク１２の上下面には永久磁石１５ｂ、１５ｂを、永久磁石１５ａ、１５ａに対して異極性に着磁し、１５ａと１５ｂを対面させて配置してある。すなわち、外ヨーク１１、１１、側ヨーク１３、１３と内ヨーク１２で日の字形のヨークを形成し、その内側に永久磁石１５ａ、１５ａ、永久磁石１５ｂ、１５ｂを配置し、界磁１０を構成する。
ボビン１７に巻かれた電機子コイル１８とこの電機子コイル１８の端部を覆う外側ケース２３とで電機子を構成し、永久磁石１５ａ及び１５ｂと空隙をもたせて配置することにより、軸方向に移動自在な移動子となる。
【０００６】
図４は図１の中核をなす構成部分を示すもので、ボビンとコイルとケースから成る構成部分の分解斜視図である。
電機子コイル１８とその外側のケース２３の間の空間を給水口２１Ａから入った冷却用液体が通り、排水口２１Ｂから排出される。この間冷却用液体が電機子コイル１８の表面を直接流れることにより熱を奪い、冷却する。
また、ボビン１７および外側ケース２３は非磁性材料、高電気抵抗材料でできており、電機子コイル１８で発生する磁気に影響を及ぼさない。また、冷却用液体は絶縁性のものであり、電機子コイル１８にかかる電気的に短絡することはない。さらに、ボビン１７とケース２３の間にＯリングを取り付けて水密とするのがよい。または、ボビン１７とケース２３の間を接着、または接着とねじ止めを併用することにより水密としてもよい。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、電機子コイルをボビンに巻き、そのボビンの外側をケースで覆ってコイル部を水密し、前記ボビンまたは前記ケースに給水口と排水口を設け、冷却用流体を前記コイルと前記ケースの間に流して前記コイルを直接冷却するようにしたので、
（１）冷却効率が高いため、高速・高応答なモータを提供できる。
（２）熱を周囲に逃がさないため、取り付けた機械に熱的影響を及ぼさない。
（３）磁界が有効に機能するため、推力低下が無い。
（４）外形寸法の増加が少ない。
（５）安価に製作が可能である。
といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す全体斜視図を一部破断して示す図である。
【図２】図１のＡ―Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１の中核をなす構成部分である、ボビンとコイルとケースから成る構成部分の分解斜視図である。
【図５】従来公知の冷却構造を備えたボイスコイル形リニアモータである。
【図６】従来公知の別の構成の冷却構造を備えたボイスコイル形リニアモータである。
【符号の説明】
１０　界磁
１１　外ヨーク
１２　内ヨーク
１３　側ヨーク
１４　溝
１５ａ、１５ｂ　永久磁石
１７　ボビン
１８　コイル
１９　カバー
２０　電機子
２１　液冷却管
２２　排気ダクト
２３ケース
２４水路
２５仕切り
【図１】
2004015914.tif 000003
【図２】
2004015914.tif 000004
【図３】
2004015914.tif 000005
【図４】
2004015914.tif 000006
【図５】
2004015914.tif 000007
【図６】
2004015914.tif 000008