(57)【要約】【課題】  電動モータを真空処理室内で用いる場合に、電力供給線の取り回しが良好で重量も軽減されると共に余計な負荷の発生が無く、且つ、真空処理室内の他の装置に対して悪影響を与えることを防止しつつ、駆動部及び電力供給線を共に十分に冷却する。【解決手段】  固定子又は可動子４の何れか一方に設けられた駆動部５を、冷却容器６に収容することで、当該冷却容器６を流れる冷却流体により十分に冷却すると共に、この駆動部５に通電する電力供給線１１を、冷却容器６に対して接続されて冷却流体を流す冷却管１２ｃ内に通すことで、冷却管１２ｃ内を流れる冷却流体により十分に冷却し、電力供給線１１を太くする必要を無くし、且つ、冷却管１２ｃを、金属管又は金属膜を被覆した管とすることで、電力供給線１１より発生するガス及び動磁場を外部に対して遮断する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子及び可動子と、これらの何れか一方に設けられた駆動部と、前記可動子を可動すべく前記駆動部に通電する電力供給線と、を備える電動モータに付設され、真空処理室内に配置された前記電動モータを冷却するための冷却装置であって、
前記駆動部を少なくとも収容し冷却流体が流れる冷却容器と、
この冷却容器の冷却流体の出入口に接続され、その内部を前記冷却流体が流れる冷却管と、を備え、
この冷却管は、その内部に前記電力供給線が通されていると共に、金属管又は金属膜を被覆した管とされていることを特徴とする電動モータの冷却装置。
【請求項２】
前記真空処理室内には、半導体製造装置が配置され、
前記電動モータは、前記半導体製造装置による所定の製造プロセスに必要な動作を行うことを特徴とする請求項１記載の電動モータの冷却装置。
【請求項３】
前記電力供給線は、前記冷却容器の前記冷却流体出口側の冷却管に通されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動モータの冷却装置。
【請求項４】
前記電力供給線は、前記真空処理室の外で前記冷却管内から所定に導出されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動モータの冷却装置。
【請求項５】
前記冷却流体は、所定の絶縁性を有する冷却液であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動モータの冷却装置。
【請求項６】
前記固定子又は前記可動子の何れか一方に設けられた前記駆動部がコイルを有すると共に、前記固定子又は前記可動子の他方が磁石を有し、
前記冷却容器内には前記コイルが収容され、
前記電力供給線が前記コイルのリード線とされて前記冷却管内を通され、
前記電動モータは、前記可動子が直線往復運動するリニアモータであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電動モータの冷却装置。
【請求項７】
前記可動子が前記コイルを有し、
前記冷却管は伸縮性を有することを特徴とする請求項６記載の電動モータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを冷却するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアモータの駆動部であるコイルを内部に収容し当該コイルの周囲に冷媒を流すことで、コイルを冷却するリニアモータのコイル冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２７５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記リニアモータは例えば半導体製造装置等に付設され真空処理室内で使用される場合がある。このような真空雰囲気では、大気の対流による放熱、大気への伝熱による放熱が無く、熱放射による放熱と発熱部に接続されている部材を通しての伝熱による放熱とされるがその放熱量は非常に限られた量である。ここで、上記冷却装置を備えるリニアモータが真空処理室内に配置されると、発熱体であるコイルは冷却装置により冷却され熱が回収されるため支障は無いが、コイルへ通電する電力供給線（リード線；動力線）にあっては、線材（複数本の細い無酸素銅線を縒った縒線）の有する電気抵抗により通電時に熱が発生し、この発生した熱が真空雰囲気で蓄積され続けてしまい焼損による断線の虞がある。
【０００４】
そこで、コイルへの通電による発熱が少なく、発生した熱量によっても断線する虞が無い太い電力供給線（太い線材；太いほど電気抵抗が小さい）を用いることが考えられるが、このように太い電力供給線では取り回しに手間がかかると共に重量が大きくなる。また、コイルが可動子とされる場合には、当該可動子の移動に太い電力供給線が追従し変形するため、この太い電力供給線の変形力が抵抗となって余計な負荷を生じることになる。従って、電力供給線には、大気雰囲気で使用される通常の太さが要求される。
【０００５】
また、電力供給線は上記線材に樹脂の絶縁膜を被覆した構造が一般的であるが、例えば露光、イオン注入を行う半導体製造装置のようにガスを嫌う装置にあっては、電力供給線の被覆樹脂から生じるガスが問題となる。また、例えばＥＢ（電子ビーム）露光を行う半導体製造装置のように動磁場（交流磁場）の影響を嫌う装置にあっては、電力供給線より発生する動磁場が問題となる。
【０００６】
これらの問題は上記リニアモータに限定されるものではなく、全ての電動モータに対して問題となる。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、電動モータを真空処理室内で用いる場合に、電力供給線の取り回しが良好で重量も軽減されると共に余計な負荷の発生が無く、且つ、真空処理室内の他の装置に対して悪影響を与えることを防止しつつ、駆動部及び電力供給線を共に十分に冷却し得る電動モータの冷却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】
【０００８】
本発明による電動モータの冷却装置は、固定子及び可動子と、これらの何れか一方に設けられた駆動部と、可動子を可動すべく駆動部に通電する電力供給線と、を備える電動モータに付設され、真空処理室内に配置された電動モータを冷却するための冷却装置であって、駆動部を少なくとも収容し冷却流体が流れる冷却容器と、この冷却容器の冷却流体の出入口に接続され、その内部を冷却流体が流れる冷却管と、を備え、この冷却管は、その内部に電力供給線が通されていると共に、金属管又は金属膜を被覆した管とされていることを特徴としている。
【０００９】
このように電動モータが真空処理室内に配置されている場合に、本発明による電動モータの冷却装置によれば、固定子又は可動子の何れか一方に設けられた駆動部は、冷却容器に収容されているため、当該冷却容器を流れる冷却流体により十分に冷却される。この駆動部に通電する電力供給線は、冷却容器に対して接続されて冷却流体を流す冷却管内に通されているため、冷却管内を流れる冷却流体により十分に冷却され、電力供給線を太くする必要が無くされる。この冷却管は、金属管又は金属膜を被覆した管とされているため、電力供給線より発生するガス及び動磁場が外部に対して遮断される。
【００１０】
ここで、真空処理室内には、半導体製造装置が配置され、電動モータは、半導体製造装置による所定の製造プロセスに必要な動作を行うものであると、例えば露光、イオン注入を行う半導体製造装置ではガスを嫌い、例えばＥＢ露光を行う半導体製造装置では動磁場の影響を嫌うため、特に上記作用が効果的に奏される。
【００１１】
また、電力供給線は、冷却容器の冷却流体入口側の冷却管に通されていると、この冷却流体入口側の冷却管を流れる冷却流体により電力供給線が冷却され、冷却容器に流入する冷却流体の温度が上がり冷却容器内の駆動部に対する冷却効果が低減するため、電力供給線は、冷却容器の冷却流体出口側の冷却管に通されているのが好ましい。
【００１２】
また、電力供給線は、真空処理室の外で冷却管内から所定に導出されていると、メンテナンスが容易とされる。
【００１３】
また、冷却流体としては種々採用されるが、冷却気体に比して冷却効果が高く所定の絶縁性を有する例えば純水等の冷却液を採用するのが好ましい。
【００１４】
また、固定子又は可動子の何れか一方に設けられた駆動部がコイルを有すると共に、固定子又は可動子の他方が磁石を有し、冷却容器内にはコイルが収容され、電力供給線がコイルのリード線とされて冷却管内を通され、電動モータは、可動子が直線往復運動するリニアモータであることが好ましい。このようなリニアモータでは、高精度の位置決めを要求されるものがあり、この高精度の位置決めには熱の蓄積が大敵となるため、特に上記作用が効果的に奏される。
【００１５】
また、可動子がコイルを有し、冷却管は伸縮性を有していると、可動子の移動に、金属管又は金属膜を被覆した管である冷却管が容易に追従可能とされる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明による電動モータの冷却装置によれば、電動モータを真空処理室内に用いる場合に、電力供給線を太くする必要を無くすことで電力供給線の取り回しを良好とし重量も軽減すると共に余計な負荷の発生を無くし、且つ、電力供給線より発生するガス及び動磁場を外部に対して遮断することで真空処理室内の他の装置に対して悪影響を与えることを防止しつつ、駆動部及び電力供給線を共に十分に冷却することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による電動モータの冷却装置の好適な実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動モータの冷却装置を備えた半導体製造設備を示す概略構成図、図２は、図１中の電動モータを示す側面構成図、図３は、図２に示す電動モータの可動子の正面断面構成図、図４は、図１中の冷却装置の真空処理室外の構成を主に示す一部断面構成図である。ここで、本実施形態で用いられる電動モータは、半導体製造装置に付設されるリニアモータであり、図１に示すように、半導体製造装置１及びリニアモータ２は真空処理室３内に配設されている。
【００１８】
半導体製造装置１は、真空雰囲気で所定の製造プロセスを実行するものであり、例えば露光、イオン注入を行う半導体製造装置、例えばＥＢ露光を行う半導体製造装置である。
【００１９】
リニアモータ２は、半導体製造装置による所定の製造プロセスに必要な動作を行うものであり、リニアモータ２を構成する可動子が迅速に直線往復移動することで例えばウエハや被加工物等の対象物を高精度に位置決めする高精度位置決め装置として用いられている。
【００２０】
このリニアモータ２は、図２に示すように、可動子４としてコイル５及び冷却容器６を備え、固定子７として磁石ユニット８及び基台９を備えている。コイル５は、リニアモータ２の駆動部を構成するものであり、線材を所定形状に巻回して構成され、図３に示すように、電力供給線（本実施形態ではコイルのリード線）１１を通して通電されるＵ、Ｖ、Ｗの三相のコイルを備えている。このコイル５は、図２及び図３に示すように、金属製の箱形の冷却容器６に収容され例えば接着剤等により冷却容器６内の所定位置に固定されている。なお、図３においては、コイル５は模式的に描かれている。
【００２１】
これらのコイル５と冷却容器６との間には、所定の隙間が形成され、当該隙間が冷却流体の流れる流路１０とされ、当該流路１０を流れる冷却流体により、通電により発熱するコイル５が冷却される。ここで、本実施形態では、冷却流体として例えば空気等の冷却気体に比して冷却効果が高い冷却液が採用されている。この冷却液としては、所定の高い絶縁性を有し熱容量の高い液が好ましく、例えばＨＦＥ７２００（商品名；住友３Ｍ製）や例えばＦＣ７７（商品名；住友３Ｍ製）を用いるのが好ましく、また、絶縁レベルの高い純水等を用いるのが好ましい。
【００２２】
そして、可動子４は、移動方向（図２の紙面垂直方向；図３の紙面左右方向）に延在する所定の支持部材（不図示）に支持されている。
【００２３】
図２に示すように、磁石ユニット８は、冷却容器６を両側から挟み可動子４の移動方向に延在するように配設される磁石列であり、金属製の基台９に固定支持されている。
【００２４】
そして、このような可動子４及び固定子７を備えるリニアモータ２にあっては、可動子４を構成するコイル５に電力供給線１１を介して通電することで、当該可動子４が支持部材に支持・案内されながら磁石ユニット８，８間を高速（本実施形態では例えば２ｍ／ｓ）で繰り返し往復直線運動する。
【００２５】
ここで、リニアモータ２には、コイル５を冷却するための冷却装置５０が付設されている。この冷却装置５０は、図３及び図４に示すように、上記冷却容器６と、ポンプ３０と、これらのポンプ３０と冷却容器６とを接続し内部に冷却液が流れる冷却管１２ａ〜１２ｄと、を備えている。
【００２６】
ポンプ３０は、図１及び図４に示すように、真空処理室３外に配設され、その駆動により冷却液を冷却管１２ａ〜１２ｄを通して冷却容器６に循環供給する。
【００２７】
図３及び図４に示すように、ポンプ３０と冷却容器６とを接続する冷却管１２ａ，１２ｂは冷却容器６へ冷却液を供給し、冷却管１２ｃ，１２ｄは冷却容器６から冷却液を回収するもので、冷却管１２ａは真空処理室３外に配置されてポンプ３０の冷却液供給口３０ａに接続され、冷却管１２ｂは真空処理室３内に配置されて冷却管１２ａに連絡されると共に冷却容器６の入口６ｂに接続されている。また、冷却管１２ｃは真空処理室３内に配置されて冷却容器６の出口６ａに接続され、冷却管１２ｄは真空処理室３外に配置されて冷却管１２ｃに連絡されると共にポンプ３０の冷却液回収口３０ｂに接続されている。
【００２８】
そして、真空処理室３内で可動子４（冷却容器６）に接続される冷却管１２ｂ，１２ｃは、可動子４の移動に追従し得るように、例えば蛇腹状やベローズ状のように伸縮性を有する構成とされている。
【００２９】
ここで、特に本実施形態にあっては、コイル５へ通電する電力供給線１１を冷却すべく、電力供給線１１が、冷却容器６の冷却液出口側の冷却管１２ｃ，１２ｄ内に通されていると共に、真空処理室３内に同室されている半導体製造装置１に対して当該電力供給線１１による悪影響が作用しないように、真空処理室３内で電力供給線１１が通されている冷却管１２ｃが、金属管又は金属膜を被覆した管とされている。
【００３０】
また、図４に示すように、冷却管１２ｃ，１２ｄに通されている電力供給線１１は、本実施形態にあっては、冷却管１２ｄの途中で端子箱４０を介して外部に取り出されている。
【００３１】
この端子箱４０は、凹型の本体部４０ａに対して平板状の絶縁蓋４０ｂが例えば螺子留めされて成る直方体形状の箱形に構成され、対向する側壁に形成された開口４０ｃ，４０ｄを通して冷却液が流入、流出し、流入側の開口４０ｃを通して電力供給線１１が導入されている。絶縁蓋４０ｂには、複数の所定位置に金属端子４０ｅが貫通して固定され、この金属端子４０ｅの内側の端部に、電力供給線１１の線材端部がクランプされ、金属端子４０ｅの外側の端部に、コイル５へ通電するための駆動回路６０（図１参照）からの電力供給線１３の線材端部がクランプされている。
【００３２】
この端子箱４０は、所謂ハーメチック構造の端子箱、すなわち、金属製上蓋の複数の所定位置に例えばガラスや樹脂より成る絶縁部を備え、この絶縁部に金属端子が貫通して固定され、この金属端子の内側の端部に一方の電力供給線の線材端部が半田付けされ、金属端子の外側の端部に他方の電力供給線の線材端部がクランプされる構造の端子箱に比して簡易な構造とされている。
【００３３】
そして、この端子箱４０は、真空処理室３外の冷却管１２ｄの途中に設置され、電力供給線１１はポンプ３０に進入すること無くポンプ３０の前段で分岐されているため、メンテナンスが容易とされている。
【００３４】
このように構成される冷却装置５０を備えた半導体製造設備によれば、半導体製造装置１により真空雰囲気で所定の製造プロセスが実行され、これに伴い、所定の製造プロセスに必要な動作をリニアモータ２に実行させるべく、コイル５には駆動回路６０から電力供給線１３，１１を介して通電が成され、可動子４が、高速で繰り返し往復直線運動する。
【００３５】
この時、可動子４に接続される冷却管１２ｂ，１２ｃは伸縮性を有しているため、当該冷却管１２ｂ，１２ｃは可動子４の移動に容易に追従する。
【００３６】
このコイル５への通電に従いコイル５は発熱し特に真空処理室３内に配置されていることから蓄熱されようとするが、この時、ポンプ３０が駆動されていて、冷却容器６のコイル５に対しては冷却液が冷却管１２ａ〜１２ｄを通して循環供給されているため、コイル５は当該冷却液により十分冷却される。
【００３７】
同時に、電力供給線１１はコイル５への通電により発熱し特に真空処理室３内に配置されていることから蓄熱されようとするが、当該電力供給線１１は冷却管１２ｃ，１２ｄ内に通されているため、冷却容器６からの冷却液により十分冷却される。特に本実施形態では、リニアモータ２が高精度位置決め装置とされ、このような高精度位置決め装置にあっては熱膨張等による精度低下が大敵となるため、冷却液による十分な冷却が効果的である。
【００３８】
なお、電力供給線１１は、冷却容器６の冷却液入口側の冷却管１２ａ，１２ｂに通されていると、この冷却管１２ａ，１２ｂを流れる冷却液により電力供給線１１が冷却され、冷却容器６に流入する冷却液の温度が上がり冷却容器６内のコイル５に対する冷却効果が低減するため、本実施形態のように冷却容器６の冷却液出口側の冷却管１２ｃ，１２ｄに通されているのが好ましい。
【００３９】
このように、本実施形態では、電力供給線１１は冷却液により十分に冷却されるため、電力供給線１１を太くする必要が無くされている。このため、電力供給線１１の取り回しが良くなり重量も軽減されると共に余計な負荷の発生が無くされている。
【００４０】
この電力供給線１１は環境に曝されていると被覆樹脂からガスを生じ、また、当該電力供給線１１からは動磁場（交流磁場）が生じ、前述した露光、イオン注入を行う半導体製造装置（化学反応プロセスを行う半導体製造装置）ではガスを嫌い、前述したＥＢ露光を行う半導体製造装置では動磁場の影響を嫌う。
【００４１】
ここで、特に本実施形態では、電力供給線１１が冷却管１２ｃに通され当該冷却管１２ｃが金属管又は金属膜を被覆した管とされているため、電力供給線１１より発生するガス及び動磁場が外部に対して遮断されている。このため、同室の半導体製造装置１に対して悪影響を与えることが防止されている。
【００４２】
なお、本半導体製造設備にあっては、冷却液の温度が上昇し過ぎると、当該冷却液が流路内で蒸発しリニアモータ２が破壊する虞や、コイル５を冷却容器６に接着している接着剤が剥がれる虞や、本実施形態のように高精度位置決め装置にあってはコイル５からの温度が構造部材に伝達され熱膨張により精度破壊を生じる虞等があるため、回収する冷却液の温度は高くても３０〜４０°Ｃとなるように設計する必要がある。
【００４３】
因みに、本実施形態のリニアモータ２にあっては、電力供給線１１に１０Ａｒｍｓ程度の電流を流す必要があるが、本発明者らの実験によると、電力供給線１１を大気中で用いる場合と同様に線材の太さが０．７５ｍｍ２のものを３本用いるようにしても、断線等を生じること無くリニアモータ２の性能が十分に発揮されることが確認された。
【００４４】
以上、本発明をその実施形態に基づき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、例えば、上記実施形態においては、冷却容器６にコイル５を収容して当該コイル５を冷却するようにしているが、例えば槽のような冷却容器にコイル及び他の構成部品も収容し、これらを冷却液に浴するようにして冷却することも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態においては、冷却効果が高いとして冷却流体として冷却液を用いているが、冷却気体を用いることも可能である。
【００４６】
また、上記実施形態においては、駆動部であるコイル５を可動子４に設けているため、電力供給線１１を可動子４に接続するようにしているが、コイル５を固定子７に設けている場合には、電力供給線１１を固定子７に接続することになる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、リニアモータ２に対する適用を述べているが、回転型モータに対しても適用可能であり、また、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータ等に対しても適用可能であり、さらには、圧電セラミックスを駆動部として用い当該圧電セラミックスに通電し振動させることでこの圧電セラミックスに圧接される可動子であるロータを可動する超音波モータ等に対しても適用可能であり、要は、電動モータ全てに対して適用可能である。また、電動モータの用途も、勿論高精度位置決め装置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る電動モータの冷却装置を備えた半導体製造設備を示す概略構成図である。
【図２】図１中の電動モータを示す側面構成図である。
【図３】図２に示す電動モータの可動子の正面断面構成図である。
【図４】図１中の冷却装置の真空処理室外の構成を主に示す一部断面構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…半導体製造装置、２…リニアモータ（電動モータ）、３…真空処理室、４…可動子、５…コイル（駆動部）、６…冷却容器、６ａ…冷却流体の出口、６ｂ…冷却流体の入口、７…固定子、８…磁石、１１…電力供給線（コイルのリード線）、１２ａ〜１２ｄ…冷却管、３０…ポンプ、４０…端子箱、５０…冷却装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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