(57)【要約】【課題】  リニアモータの内部に設置されたコイルの温度を、リニアモータの外部から測定することができるコイル温度測定方法を提供する。【解決手段】  強磁性体からなるヨーク３１１とこのヨークの内側に所定方向に配列された複数の永久磁石３１２を有し、正弦波状の磁束密度が現出する磁気空隙を有する固定子３１と、磁気空隙内に位置する有効導体部を有する複数の空心コイルを有しかつ各空心コイルの周囲が熱硬化性樹脂でモールドされた可動コイル部材３２とを備えたリニアモータ３ａ（３ｂ）の一方の端部側に、可動コイル部材３２の表面温度を測定する放射温度計１００を設置し、ヨーク３１１に設けた複数の貫通孔３０から可動コイル部材３２表面の熱放射を放射温度計に入射させることにより、可動コイル部材３２の表面温度を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体からなるヨークとこのヨークの内側に所定方向に配列された複数の永久磁石を有し、正弦波状の磁束密度が現出する磁気空隙を有する固定子と、前記磁気空隙内に位置する有効導体部を有する複数のコイルを有する可動コイル部材とを備えたリニアモータの一方の端部側に、前記可動コイル部材の表面温度を測定する放射温度計を設置し、前記ヨークに設けた貫通孔から前記可動コイル部材表面の熱放射を取り出して、前記放射温度計に入射させることを特徴とするコイル温度測定方法。
【請求項２】
前記放射温度計は、可動コイル部材の熱放射を捕捉する集光部と、前記熱放射を電気信号に変換する焦電検出素子を有する光電変換部と、前記電気信号を増幅して温度として出力する出力部を有することを特徴とする請求項１に記載のコイル温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動コイル形リニアモータのコイルの温度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＤＰやＬＣＤ等のディスプレイ製造装置においては、例えばガラス基板を搭載したステージを駆動するために、多相コイル（例えば３相コイル）を有する可動子を備えたブラシレス同期リニアモータ（以下単にリニアモータという）が使用されている。基板の大型化、スループットの向上を達成するために、リニアモータには、高速化及び大推力化が必要とされるので、コイルに供給される駆動電流が増大する。駆動電流の増大に伴いコイルの発熱量が増大して、コイルが破損しないようにするために、コイルの温度を測定することが必要となる。しかしながら、可動コイル形リニアモータは、可動子は固定子の内部に設置されているので、通常は、退避位置でコイルを取り外し、熱電対などの熱伝導を利用した温度計により、コイルの表面温度を測定している。しかしこの方法は、コイルの着脱に手間が掛り、効率的ではない。
【０００３】
そこで、コイルの温度を直接的に測定することが提案されている。例えば、特許文献１には、Ｎ、Ｓの磁極を交互に長手方向に有する界磁マグネットに、駆動用コイルを相対向して配置し（マグネット又はコイルの一方が移動子）、コイルに流れている駆動電流を電流モニタ回路で監視し、この駆動電流からコイルの温度を求めることが提案されている。
【０００４】
また特許文献２に記載されているように、移動又は回転している部材の温度を測定するために、放射温度計により、非測定部材と非接触でその表面温度を測定することが行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６７７６４号公報（第３−４頁、図１、図４）
【特許文献２】特開平８−２９２６０号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された方法によれば、コイルに流れる駆動電流は負荷の状態により変動するので、信頼性が不足するという問題がある。
【０００７】
特許文献２には、ロータリーキルンの内部の温度を測定することは記載されているが、リニアモータの内部に配置された可動コイルの温度を測定するための構成は記載されていない。
【０００８】
従って本発明の目的は、リニアモータの内部に配置されたコイルの温度を、リニアモータの外部から測定することができるコイル温度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のコイル温度測定方法は、強磁性体からなるヨークとこのヨークの内側に所定方向に配列された複数の永久磁石を有し、正弦波状の磁束密度が現出する磁気空隙を有する固定子と、前記磁気空隙内に位置する有効導体部を有する複数のコイルを有する可動コイル部材とを備えたリニアモータの一方の端部側に、前記可動子の表面温度を測定する放射温度計を設置し、前記ヨークに前記可動子の移動方向に沿ってコイルに臨むように設けた貫通孔から前記可動コイル表面からの熱放射を取り出して、前記放射温度計に入射させることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記放射温度計は、可動コイル部材の熱放射を捕捉する集光部と、前記熱放射を電気信号に変換する焦電検出素子を有する光電変換部と、前記電気信号を増幅して温度として出力する出力部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヨークに可動コイル部材に臨む貫通孔を設け、そこからコイルの熱放射を取り出して、ヨークの一方の端部側に設置された放射温度計に入射させるようにしたので、リニアモータの外部から、モータ内部に配置された可動コイルの温度を速やかに測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の詳細を、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明のコイル温度測定方法が適用されるリニアモータを示す平面図、図２は図１をＡ方向から見た矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図１をＣ方向から見た矢視図、図５は可動コイル部材の斜視図、図６は放射温度計の構成を示すブロック図、図７は図６の信号処理部の機能を示すブロック図である。
【００１４】
［ＸＹステージ］
図１及び図２に示すＸＹステージ１は、矩形状（長方形状）のベース２のＸ軸方向の両端部に設置されたリニアモータ３ａ、３ｂと、Ｙ軸方向に移動するテーブル４と、その上に搭載されたＸステージ５（破線で示す）と、基板浮上手段１０（一点鎖線で示す）を備えている。リニアモータ３ａ（３ｂ）は、ベース２上に固設された略コ字形状のフレーム２０ａ（２０ｂ）の内側に設置されるとともに、テーブル４はフレーム２０ａ（２０ｂ）の一方の上端部に固設された案内レール２１ａ（２１ｂ）に支持されている（図２参照）。ベース２の一端側（Ｙ軸方向の端部）には、放射温度計１００が設置されている。
【００１５】
このＸＹステージ１によれば、基板浮上手段１０に支持された基板（不図示）に対してＸステージ１０に搭載された検査手段（不図示）をＹ軸方向及びＸ軸方向に走査することにより、基板表面の全体にわたって所定の検査項目を実施することができる。
【００１６】
［リニアモータ］
リニアモータ３ａの構造を図３及び図４により説明する。固定子３１は、強磁性体からなるコ字形断面を有するヨーク３１１と、相対する２辺の内側に固着された複数の永久磁石３１２を有する。これらの永久磁石３１２は、厚さ方向（Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向：Ｚ軸方向）に磁化されたブロック状磁石であり、磁気空隙（対向する永久磁石間の間隙）にＹ軸方向に沿って正弦波状の磁束密度分布が現出するようにするために、異極性の磁極が隣接しかつ異極性の磁極が対向するようにヨーク３１１に所定間隔をおいて固着される。また図示を省略するが、磁気空隙に正弦波状の磁束密度分布がより確実に現出するような磁気回路を形成するために、隣接する永久磁石間にＹ軸方向に磁化されたブロック状の補助磁石を、同極性の磁極が永久磁石３１２の磁極（磁気空隙側の磁極）と隣接するように配置することができる。
【００１７】
ヨーク３１１の上辺部で永久磁石が固着されない部分には、Ｙ軸方向に沿って所定間隔Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…をおいて可動コイル部材３２に臨む複数の貫通孔３０が設けられている。またテーブル４の裏面（可動子が支持される側の面）には、貫通孔３０に対向する位置に、Ｙ軸方向に沿ってガイド溝４１が形成されるとともに、コイルから放出された光を放射温度計１１０に到達させる（光路を変更する）ために、レンズやミラーなどの光学部材１１が設置されている。
【００１８】
可動コイル部材３２は、コイルユニット３２１の外周を樹脂３２０でモールドして形成した断面Ｈ字形状部材であり、モールドされた部分の端部は連結部３２２を介してテーブル４の裏面に接続されている。図５を参照すると、コイルユニット３２１は、帯状のコイル基板３２２と、その両面に偏平な複数の空心コイル３２３を固着して形成されている。このコイルユニット３２１は、例えば４組の３相コイル（Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜Ｗ４）とするために、これらの空心コイル３２３を同相となるコイルの巻始めどうし又は巻終りどうしを結線しかつ各相のコイル列を例えばＹ形結線することにより、作成することができる。各空心コイル３２３の寸法は、推力に寄与する有効導体部の幅Ｗ１が永久磁石３１２の幅Ｗ１（図３参照）と略一致し、無効導体部が磁気空隙外に位置するように設定される。なお、図５において、矢印は巻線の進行方向を示す。
【００１９】
モールド用樹脂としては、電気的に絶縁性（例えば１０１２Ω・ｃｍ以上の体積抵抗を有する）を示しかつ耐熱性が大なる材料を使用することが必要であり、例えばエポキシ樹脂（耐熱温度（長期）９５〜１００℃）、メラミン樹脂（耐熱温度：１５０〜２００℃）あるいはシリコーン樹脂（シリコーンワニスの最高使用温度：２００℃）等の熱硬化性樹脂が好ましい。またこれらの樹脂にガラス繊維（例えば短繊維）などの充填材を添加することにより、耐熱性を高めることができ、例えばエポキシ樹脂にガラス繊維を充填した場合の連続使用温度は、１２０℃程度に向上する。
【００２０】
上記の構成を有するリニアモータの動作は次の通りである。コイルユニット３２１の各相に正弦波電流を流すことにより、電流の値に応じた推力で可動コイル部材３２を移動することができ、またコイルユニット３２１に供給する電流の向きを変えることにより、可動コイル部材３２の移動方向を切り替えることができる。    
【００２１】
［放射温度計］
放射温度計１００は、コイルの表面から発生する熱放射（物体の熱的な状態に応じて放射される電磁波で、紫外線〜遠赤外線の領域）を利用して（温度が高くなると放射エネルギーが強くなる）コイルの温度を求める温度計である。この放射温度計としては、放射エネルギー強度の全波長領域での積分値から温度を算出する（シュテファン−ボルツマンの法則に従う）全放射温度計を使用することが好ましい。特に、コイルの表面温度は、通常１００℃以下（温度測定の分野では低温域）であることを考慮して、測定波長を８〜１３μｍに限定して大気中の気体（酸素や二酸化酸素等）による吸収によって放射エネルギーが減衰するのを防止するようにした広帯域放射温度計が好適である。
【００２２】
放射温度計１００は、図６に示すように、熱放射（放射束）を捕捉する集光部１１０と、検出された放射束を電気信号に変換して外部に取り出す光電変換部１２０と、その電気信号を増幅し、温度に変換して出力する信号処理部１３０を備えている。
【００２３】
集光部１１０は、凸レンズ、ミラー（凹凸面鏡）、光ファイバーあるいはレンズと光ファイバーとの組合わせた光学部品で形成することができる。
【００２４】
光電変換部１２０は、集光部１１０で捕捉された光信号を電気信号に変換する検出素子を有する。測定温度が１００℃以下であることを考慮すると、光電型検出素子よりも応答性は遅いが、平坦な波長特性をもつ熱電型検出素子（焦電素子又はサーモパイル）を使用することが好ましく、赤外域に高い感度をもつ焦電検出素子｛ＴＧＳ（硫酸グリシン）又はＰｂＴｉＯ３（チタン酸鉛）などの強誘電体｝使用することがより好ましい。
【００２５】
信号処理部１３０は、例えば、焦電検出素子の検出信号を増幅する（直流増幅又は交流増幅）プリアンプ１３１と、コイルの放射率は１以下なので、入射エネルギーが黒体に比べて減少するのを電気的に補正する放射率補正部１３２と、検出素子の温度に対する出力の非直線性を補正するリニアライザ１３３と、コイル温度の微細な変動をとらえて見掛け上温度指示が変化することを防止するモジュレータ（信号変調部）１３４と、測定された温度を出力するために、液晶やＬＥＤなどの出力・表示部１３５を有する（図７参照）。
【００２６】
［温度測定］
上記の構成によれば、次の手順でコイルの表面温度を測定することができる。まず、コイルの駆動電流を供給して、可動子を定速で走行させた後、可動子が例えば固定子の端部で停止した時に、可動子の表面に発生した熱エネルギーは貫通孔３０から光学系を経て放射温度計に入射するので、コイルの温度を測定することができる。また可動子が固定子の中央寄りで（図４の一点鎖線で示す位置で）停止した時にも、可動子の表面に発生した熱エネルギーは貫通孔３０から光学系１１を経て放射温度計に入射するので、コイルの温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のコイル温度測定方法が適用されるリニアモータを示す平面図である。
【図２】図１をＡ方向から見た矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１をＣ方向から見た矢視図である。
【図５】コイル部材の斜視図である。
【図６】放射温度計の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の信号処理部の機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：ＸＹステージ、２：ベース、３ａ、３ｂ：リニアモータ、３０：貫通孔、３１：固定子、３１１：ヨーク、３１２：永久磁石、３２：可動コイル部材、３２０：モールド樹脂、３２１：コイルユニット、４：テーブル、５：Ｘステージ、
１００：放射温度計、１１０：集光部、１２０：光電変換部、１３０：信号処理部、
【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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