WO2005112233A1

WO2005112233A1 - キャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータ

Info

Publication number: WO2005112233A1
Application number: PCT/JP2005/006513
Authority: WO
Inventors: Kenichi Sadakane; Toru Shikayama; Tatsuo Abe; Akio Sakai; Shusaku Yoshida
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2005-11-24
Also published as: EP1758231A1; JPWO2005112233A1; KR100958484B1; EP2360818A2; US7663270B2; KR20070012489A; TWI366327B; TW200608673A; CN1954477B; JP4636019B2; CN1954477A; US20070252444A1; EP1758231A4

Abstract

　冷媒に対する電機子巻線の長期絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能とし、更には可動子と固定子の磁気的空隙へのキャン変形量を抑えることができるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供する。　キャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線（１８）の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠（４）で挟み込むように固定し、キャン（３）と巻線固定枠（４）との間の空間内に冷媒通路（５）を設け、筐体（２）と巻線固定枠（４）との間隙には、冷媒通路（５）に流す冷媒が二つの巻線固定枠（４）で挟み込んだ電機子巻線（１８）に漏出し、電機子巻線（１８）が浸水しないようにシール材（２４）を設け、巻線固定枠（４）の冷媒の接触する表面側に防水フィルムを貼り付けてある。

Description

明細書

キャンド.リニアモータ電機子およびキャンド.リニアモータ技術分野

[0001] 本発明は、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使われると共に、リニアモータ本体の温度上昇低減と長期絶縁信頼性が要求されるキャンド 'リニアモータ電機子およびキャンド 'リニアモータに関する。

背景技術

[0002] 従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに用いられると共に、電機子卷線をキャンで覆い、電機子卷線とキャンの間に設けた冷媒通路に冷媒を流すことで、電機子卷線からの発熱量を冷媒で回収し、リニアモータ表面の温度上昇を低減する、キャンド.リニアモータ電機子およびキャンド.リニアモータとして、例えば特許文献 1、特許文献 2に開示されたものがある。このうち、特許文献 1のリニアモータについて、以下、図を用いて説明する。

特許文献 1 :特開 2002— 27730号公報 (第 4頁、図 1)

特許文献 2 :特開 2000— 4572号公報

[0003] 図 16は従来技術を示すキャンド'リニアモータの全体斜視図である。図 16において、 10は固定子、 11は筐体、 12はキャン、 13はキャン固定用のボルトねじ、 14は押え板、 15は端子台、 16は冷媒供給口、 17は冷媒排出口、 18は電機子卷線、 25は可動子、 26は界磁ヨーク支持部材、 27は界磁ヨーク、 28は永久磁石である。一方の可動子 25は、平板状の二つの界磁ヨーク 27と、各界磁ヨーク 27の表面に取付けた永久磁石 28と、二つの界磁ヨーク 27の間に挿入されると共に全体で合計 4個の界磁ョーク支持部材 26とから構成され、両端が開口した中空空間部を有している。そして、上記永久磁石 28は界磁ヨーク 27上に交互に極性が異なるように複数の磁石を隣り合わせに並べて配置したものとなっている。なお、可動子 25は、図示しないスライダとガイドレール力もなるボールを用いたリニアガイドあるいは静圧軸受案内等によって支持されている。

また、他方の固定子 10は、可動子 25の中空空間部内に可動子 25の永久磁石 28 と磁気的空隙を介して対向するように電機子が配置されており、詳細は以下の図 17 で述べる。

図 17は、図 16の A— A線に沿う本発明におけるキャンド 'リニアモータの正断面図である。また、図 18は図 17のキャン 12を除いた固定子内部の構造を示している。図 17および図 18において、固定子 10は、内部を中空とする額縁状を有した金属製の筐体 11と、該筐体 11の中空部分を覆うために筐体 11の外形を象った板状のキャン 12と、該キャン 12を筐体 11に固定するためのボルトねじ 13と、該ボルトねじ 13の通し穴を有し、キャン 12を均等な荷重でもって押えるための押え板 14と、筐体 11の中空内に配置された電機子を構成する 3相の電機子卷線 18と、電機子卷線 18を固定している卷線固定枠 19と、筐体 11とキャン 12の縁より少し大き目に象られた Oリング 21と、卷線固定枠 19と筐体 11を固定するためのボルトねじ 23とより構成されている。キャン 12および卷線固定枠 19の材質は榭脂製を採用しており、ここでは熱硬化性榭脂である例えばエポキシ榭脂ゃ熱可塑性榭脂である例えばポリフエ二レンサルフアイド (PPS)を使用している。筐体 11の空洞部の形状は、電機子卷線 18の外周を囲うように象られている。電機子卷線 18は平板状に形成された卷線固定枠 19の両面に配置されている。電機子卷線 18と一体になつた卷線固定枠 19は、筐体 11の中空内に配置され、ボルトねじ 23で筐体 11と固定される。筐体 11の表裏の縁には、周回した溝が設けられており、そこに Oリング 21が配置される。そして、筐体 11に蓋をするようにキャン 12が筐体 11の表裏に配置される。キャン 12の上力も筐体 11の縁に沿って押え板 14が敷かれ、ボルトねじ 13にて締め付けられ、キャン 12と筐体 11は固定される。電機子卷線 18は、集中卷コイルを 3相分用意した複数のコイル群で構成され、卷線固定枠 19の左右両側に貼り付けられている。電機子卷線 18への電力供給は、筐体 11に取り付けられた端子台 15から行われる。端子台 15と電機子卷線 18 はリード線（図示しない)で各々電気的に接続されている。また、冷媒は筐体 11に設けた冷媒供給口 16より供給され、冷媒排出口 17より排出される。その間に、冷媒は電機子卷線 18とキャン 12の間にある冷媒通路 20を流れ、発熱する電機子卷線 18を冷却する。

このように構成されたキャンド 'リニアモータは、可動子 25と固定子 10の電気的相対位置に応じた 3相交流電流を電機子卷線 18に流すことにより、永久磁石 28の作る磁界と作用して可動子 25に推力が発生し、可動子 10は図 16の矢印で示す進行方向に移動することとなる。この際、銅損によって発熱した電機子卷線 18は冷媒通路 2 0を流れる冷媒により冷却されるので、キャン 12の表面温度上昇を抑えることができる

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

ところが、従来技術におけるキャンド 'リニアモータ電機子およびキャンド 'リニアモータは、冷媒通路 20を通る冷媒が電機子卷線 18の表面を流れることにより、以下のような問題が起きた。

(1) 従来のキャンド 'リニアモータは、冷媒にフッ素系不活性冷媒 (例えば住友 3M 製ハイド口フルエーテル（HFE) )を使用していた。 HFEの導電率は 0. 002 ( SZc m)と極めて小さいので、 HFEは電機子卷線を絶縁破壊させることなく直に冷却できる冷媒として有効なものであった。し力し、 HFEの熱伝導率が 0. 07 (WZ(m'k))であるのに対し、水は HFEの約 8倍の 0. 6 (WZ(m'k))もあるため、 HFEは水に比べ圧倒的に小さぐ電機子卷線と HFE間の熱伝達率が小さかった。その結果、電機子卷線力冷媒への熱移動量が少なくなると同時にキャン表面への熱移動量が多くなり、キャン表面の温度上昇が高くなつた。

(2) 上記（1)の問題を解決する方策として、熱伝導率の大きい冷媒である水への変更が考えられる。水の熱伝導率は上述したように HFEの約 8倍 Z(m · k))もあることから、キャン表面温度上昇の大幅な低減が可能である。しかし、冷媒に水を使用すると別の問題が起きた。一般に電機子卷線を構成する導線には絶縁のための被覆層を有するエナメル線を使用するが、卷線作業時や電機子卷線固定時に起こる導線と他物体間との接触により、導線の被服層には微小なキズ (ピンホール）が存在している。冷媒に導電率が 1 ( μ S/cm)を超えるような純水を使用した場合、大きなピンホール箇所力も絶縁破壊が生じた。さらに、ピンホールの穴径ゃ深さが微小なものであっても、電機子卷線に力かる推力の反作用（機械的ストレス)や電流印加に伴う卷線の発熱 (熱的ストレス）、浸水時の電圧印加による水中 Tree現象などによって、ピンホールが大きくなり、短期間で絶縁破壊が生じた。

(3)導電率の小さい冷媒 (HFE)を使用した上で水に匹敵する冷却能力を得るには、キャンの厚さを薄くして冷媒通路断面積を大きくし電機子卷線力キャン表面までの熱抵抗を小さくするか、冷媒の供給圧力を増大させ流量を増加させるか、の 2種類が考えられる。しかし、キャンの厚さを薄くすれば冷媒の圧力によってキャンの変形（空隙側へのキャンの膨らみ量)が大きくなり、キャンの厚さを変えずとも冷媒の供給圧力を増大させれば同じくキャンの変形が増大した。その結果、キャンの厚さも冷媒流量も変えることができず、キャン表面の温度上昇を低減することができな力つた。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、冷媒に対する電機子卷線の長期絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能とし、さらには、可動子と固定子の磁気的空隙へのキャン変形量を抑えることができるキヤンド.リニアモータ電機子およびキャンド ·リニアモータ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

上記問題を解決するため、請求項 1記載の発明は、平板状に成形された複数のコィル群よりなる電機子卷線と、前記電機子卷線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前記筐体の両開口部を密閉するキャンと、を具備したキャンド 'リニアモータ電機子において、前記電機子卷線の両側面を長手方向に向力て挟み込むように固定してなる二つの卷線固定枠と、前記キャンと前記卷線固定枠との間に形成される空間内に設けた冷媒通路と、前記卷線固定枠の冷媒通路側と前記筐体との間隙に設けたシール材と、前記卷線固定枠の冷媒の接触する表面側に貼り付けた防水フィルムと、を備えたことを特徴としている。

また、請求項 2の発明は、請求項 1記載のキャンド'リニアモータ電機子において、前記キャンを予め湾曲させて、前記キャンの湾曲した凸面同士を互いに前記卷線固定枠に対向するよう配置したことを特徴として、る。

また、請求項 3の発明は、請求項 1または 2に記載のキャンド 'リニアモータ電機子において、前記電機子卷線を固定する前記卷線固定枠を結線基板で構成し、前記卷線固定枠と前記電機子卷線のモータリードを外部へ接続するための端子台との間における空隙部分に前記モータリードを覆うように第 2のシール材を充填したことを特徴としている。

また、請求項 4の発明は、請求項 1または 2に記載のキャンド 'リニアモータ電機子にぉ、て、前記キャンを固定する押え板を榭脂製としたことを特徴として、る。

また、請求項 5記載の発明は、キャンド 'リニアモータに係るものであって、請求項 1 〜請求項 4に記載のキャンド 'リニアモータの電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並ベて配置した界磁ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨークの何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたものである。

また、請求項 6の発明は、複数のコイル群よりなる電機子卷線と、前記電機子卷線の片面もしくは両面に設けられたキャンと、前記電機子卷線と前記キャンとの間に形成された冷媒通路とを具備したキャンド 'リニアモータ電機子において、前記電機子卷線と前記冷媒通路の間に榭脂層を多層に積層してなる絶縁積層体を介在させたものである。

また、請求項 7の発明は、請求項 6に記載のキャンド 'リニアモータ電機子において、前記絶縁積層体を構成する榭脂層に金属層を積層させたものである。

また、請求項 8の発明は、請求項 6または 7に記載のキャンド 'リニアモータ電機子にぉヽて、前記榭脂層がガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填したものである。

また、請求項 9の発明は、請求項 7に記載のキャンド 'リニアモータ電機子において、前記金属層が、金属箔に接着剤もしくは粘着剤を有する金属箔テープで構成したものである。

また、請求項 10の発明は、請求項 6に記載のキャンド'リニアモータ電機子において、前記冷媒通路内に支柱を設け、前記キャンと前記榭脂層を前記支柱により固定したものである。

また、請求項 11の発明は、請求項 6に記載のキャンド'リニアモータ電機子において、前記キャンを予め湾曲させ、前記キャンの湾曲した凸面を前記冷媒通路側に向けて配置したものである。

また、請求項 12の発明は、請求項 6〜請求項 11までの何れ力 1項に記載のキャンド'リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁と前記電機子を相対的に走行するようにしたものである。

また、請求項 13の発明は、請求項 12に記載のキャンド 'リニアモータにおいて、前記電機子と前記界磁を平板状に形成したものである。

また、請求項 14の発明は、請求項 12に記載のキャンド 'リニアモータにおいて、前記電機子と前記界磁を円筒状に形成したものである。

発明の効果

本発明におけるキャンド 'リニアモータによれば以下の効果がある。

請求項 1の発明によると、電機子卷線と冷媒との接触を全く無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したり、あるいは、電機子卷線の導線にピンホールが生じていたとしても、卷線固定枠によって電機子卷線が水と隔離されるため、水による絶縁破壊を防ぐことができる。それから、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。

また、卷線固定枠に冷媒が染み込むことによる絶縁抵抗の劣化を防止することができる。

また、請求項 2の発明によると、冷媒の圧力による可動子に対向した空隙へのキヤンの膨らみ量が小さくなるため、冷媒流量を増加することができ、請求項 1記載の構成よりも、さらにキャン表面の温度上昇を低減できる。

また、請求項 3の発明によると、絶縁抵抗の劣化を防止することができ、請求項 1や請求項 2の発明と併用することにより、絶縁性能の信頼性を向上させることができる。また、請求項 4の発明によると、キャンを固定する榭脂製押え板の表面の温度上昇を金属製の場合よりも低減することができる。

また、請求項 5の発明によると、キャンを予め湾曲させた形状とすることにより、電機子卷線の冷媒に対する耐絶縁性が高ぐ冷却能力の高い水を冷媒として使用することでキャン表面温度上昇の小さい電機子が得られ、これに界磁ヨークを対向配置させることで発熱のな、キャンド ·リニアモータを得ることができる。請求項 6の発明によると、電機子卷線と冷媒通路との間に榭脂層を多層に積層して介在させることで、榭脂層が耐冷媒絶縁の役割を果たし、導電率の高い水による浸水下での絶縁抵抗の低下を抑え、長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。また、榭脂層を多層化することにより、外側の榭脂層が保護する役割を果たし、内側の榭脂層のキズ (ピンホール)への直接の浸水を食い止めることができる。よって、製作時に電機子卷線ゃ内側の榭脂層にピンホールが生じたり、機械的ストレス (推力の反作用）、熱的ストレス (卷線の発熱）、高電圧印加が作用したりしても、ピンホールの亀裂進行を抑え、絶縁信頼性を高めることができる。その結果、冷却能力の高い冷媒である水を使用することができ、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

請求項 7の発明によると、電機子卷線と冷媒通路との間に榭脂層と金属層を積層して介在させている。電機子卷線と冷媒との間に榭脂層を介在させることで、請求項 6 記載の発明と同様の効果を得ることができ、さらに金属層が内側への冷媒吸水を遮断するので、榭脂層の冷媒吸水により起こる絶縁抵抗低下を無くすことができる。よつて、請求項 1記載に比べ絶縁抵抗低下を無くし、長期間にわたる絶縁信頼性を確保することができる。

請求項 8の発明によると、榭脂層にガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填して!/、るので、榭脂層の機械強度を高めることができる。榭脂層と一体となった電機子卷線に推力の反作用が生じたとしても、榭脂層のクラック発生を防ぎ、クラック発生部からの冷媒浸水に伴う絶縁破壊を防ぐことができる。

請求項 9の発明によると、金属層を極めて薄!、金属箔テープで構成して、るので、榭脂層と金属層の積層厚を薄くすることができる。積層厚が薄くなつた分、冷媒通路の厚さを増やすことで、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

請求項 10の発明によると、冷媒通路内に支柱を設け、キャンと榭脂層を支柱によつて機械的に固定しているので、冷媒流量の増加に伴う冷媒通路内の圧力上昇が起きたとしても、キャンの変形量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やすことができ、リニアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。

請求項 11の発明によると、キャンを予め湾曲させて、冷媒通路側に凸面がくるように配置させているので、請求項 5記載同様、冷媒通路内の圧力が上昇したとしても、キャンの外側への膨らみ量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やしリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、請求項 10記載のものに比べ

、支柱などの部材を用いないので、製作を容易にかつ安価にすることができる。請求項 12の発明によると、請求項 6〜11の何れかの電機子と永久磁石を有する界磁とを対向させて、電機子と界磁の何れか一方を固定子、他方を可動子としているので、請求項 6〜： L 1の効果を有するリニアモータを提供することができる。

請求項 13の発明によると、電機子を構成する電機子卷線と界磁を構成する永久磁石を平板状に形成しているので、請求項 6〜： L 1の効果を有した偏平なリニアモータを提供することができる。

請求項 14の発明によると、電機子を構成する電機子卷線と界磁を構成する永久磁石を円筒状に形成して、るので、請求項 6〜： L 1の効果を有した体積の小さ、リニアモータを提供することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1実施例を示すキャンド'リニアモータの全体斜視図

[図 2]図 1の A— A線に沿うキャンド 'リニアモータの正断面図

[図 3]図 2のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図

[図 4]図 2の卷線固定枠表面を拡大した部分断面図

[図 5]モータリード結線部を拡大した部分断面図

[図 6]本発明の第 2実施例を示すキャンド'リニアモータの固定子の正断面図

[図 7]本発明の第 3実施例を示すキャンド 'リニアモータであって、 (a)はその全体斜視図、（b)は（a)の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットした正断面図

[図 8]第 3実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図

[図 9]第 4実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図

[図 10]第 5実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図

[図 11]第 6実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図

[図 12]第 7実施例を示す図 7 (a)の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットしたキャンド .リニアモータの正断面図

[図 13]第 8実施例を示す図 7 (a)の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットしたキャンド .リニアモータの正断面図

圆 14]第 9実施例を示すキャンド 'リニアモータの全体斜視図

[図 15]図 14の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットした正断面図圆 16]従来技術を示すキャンド'リニアモータの全体斜視図

[図 17]図 16の A— A線に沿うキャンド 'リニアモータの正断面図 [図 18]図 17のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図符号の説明

1、 10 固定子

2、 11 筐体

3、 3a、 12 キャン

4、 19 卷線固定枠

5、 5a、 20 冷媒通路

6、 23 ボノレ卜ねじ

13 ボルトねじ

14 押え板

15 端子台

16 冷媒供給口

17 冷媒排出口

18 電機子卷線

21 Oリング

22 卷線固定枠支持部材

24 シール材

25 可動子

26 界磁ヨーク支持部材

27 界磁ヨーク

28 永久磁石

29 防水フィルム

31 モータリード 32 シール材

40 絶縁積層体

41 保護榭脂層

42 接着樹脂層

43 主絶縁樹脂層

44 モールド榭脂層

45 金属層

46 金属箔テープ

47 高強度絶縁榭脂層

50 支柱

51 支柱用 Oリング

52 支柱固定用ボルト

53 支柱固定用インサートナット

54 支柱用キャン

55 湾曲キャン

60 可動子

61 筐体

62 キャン

63 電機子巻線

64 端子台

65 冷媒供給口

66 冷媒排出口

67 冷媒通路

68 絶縁積層体

70 固定子

71 界磁ヨーク

72 水久磁石

発明を実施するための最良の形態 [0009] 以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

実施例 1

[0010] 図 1は本発明の第 1実施例を示すキャンド'リニアモータの斜視図、図 2は図 1の A

A線に沿う本発明におけるキャンド 'リニアモータの正断面図、図 3は図 2のキャンを除いた固定子の内部構造を示す側面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。また、可動子 25の構造は、従来技術と全く同じである。

図 1〜図 3において、 1は固定子、 2は筐体、 3はキャン、 4は卷線固定枠、 5は冷媒通路、 6はボルトねじ、 22は卷線固定枠支持部材、 24はシール材である。

本発明の特徴は以下のとおりである。

すなわち、電機子卷線 18の両側面を長手方向に向力つて二つの卷線固定枠 4で挟み込むように固定してあり、キャン 3と卷線固定枠 4との間に形成される空間内に冷媒通路 5を設けた点である。

また、卷線固定枠 4の冷媒通路側と筐体 2との間隙には、冷媒通路 5に流す冷媒が二つの卷線固定枠 4で挟み込んだ電機子卷線 18に漏出し、電機子卷線 18が浸水しな、ようにシール材 24を設けるようになって!/、る。

また、電機子卷線 18の上下部には二つの卷線固定枠 4の上下端部と筐体 2の内周側を支持固定するための卷線固定枠支持部材 22が揷設されている。上記の筐体 2 と卷線固定枠支持部材 22はボルトねじ 6を筐体 2に設けた通し孔に通した後、卷線固定枠支持部材 22の雌ネジにねじ込むことで固定される。そして、上記のキャン 3と筐体 2はボルトねじ 13をキャン 3に設けた通し孔に通した後、筐体 2の雌ネジにねじ込むことで固定されるようになっている。なお、通し孔および雌ネジの矢視は省略している。

[0011] さらに、卷線固定枠表面については図 4に示すようになつている。

図 4は図 2の卷線固定枠表面を拡大した部分断面図を示しており、図 4において、 1 8は電機子卷線、 22は卷線固定枠支持部材、 4は卷線固定枠、 29は防水フィルムである。

すなわち、卷線固定枠 4の冷媒の接触する表面側に防水フィルム 29を貼り付けたものとなっていいる。

またさらに、モータリード結線部にっ、ては図 5に示すようになって、る。図 5はモータリード結線部を拡大した部分断面図であり、図 5において、 2は筐体、 4 は卷線固定枠、 18は電機子卷線、 15は端子台、 31はモータリード、 32はシール材である。

すなわち、電機子卷線 18を固定する卷線固定枠 4を結線基板で構成し、卷線固定枠 4と電機子卷線 18のモータリード 31を外部へ接続するための端子台 15との間におけるる空隙部分に、モータリード 31を覆うようにシール材 32を充填したものとなっている。

それから、キャン 3を固定する押え板 14の材質を金属よりも熱伝導率の小さい榭脂製としたものとなっている。

[0012] このような構成において、電機子卷線 18のコイル構成は従来技術と同じであるため、従来技術同様、本発明のキャンド'リニアモータも可動子 25と固定子 1の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子卷線 18に流すことにより、永久磁石 28の作る磁界と作用して可動子に推力が発生する。この際、冷媒がキャン 3と卷線固定枠 4の間に設けられた冷媒通路 5を流れ、発熱する電機子卷線 18を冷却する。

[0013] したがって、本発明の第 1実施例は、電機子卷線 18の両側面を長手方向に向かつて二つの卷線固定枠 4で挟み込むように固定し、キャン 3と卷線固定枠 4との間に形成される空間内に冷媒通路 5を設けた構成、また、卷線固定枠 4の冷媒通路側と筐体 2との間隙にシール材 24を設ける構成にしたので、従来技術で問題となって！/、た冷媒と電機子卷線 18の接触を無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、卷線固定枠 4とシール材 24によって電機子卷線 18が水と隔離されるため、電機子卷線 18の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン 3の表面の温度上昇を低減することができる。

また、卷線固定枠 4の冷媒の接触する表面側に防水フィルム 29を貼り付ける構成にしたので、卷線固定枠に冷媒が染み込むことによる絶縁抵抗の劣化を防止することがでさる。また、電機子卷線 18と該電機子卷線 18のモータリードを外部へ接続するための端子台 15との間におけるる空隙部分にモータリード 3を覆うようにシール材 32を充填する構成にしたので、絶縁抵抗の劣化を防止し絶縁性能の信頼性を向上させることができる。

また、キャンを固定する押え板の材質を金属よりも熱伝導率の小さ、榭脂製とすることにより、キャンを固定する榭脂製押え板の表面の温度上昇を金属製の場合よりも低減することができる。

実施例 2

[0014] 次に本発明の第 2実施例について説明する。

図 6は、本発明の第 2実施例を示すキャンド 'リニアモータの固定子の正断面図である。

第 2実施例が第 1実施例と異なる点は、第 1実施例のキャン 3が直線状の板であつたのに対して、キャンを予め湾曲させて、キャンの湾曲した凸面同士を互いに卷線固定枠 4に対向するよう配置したものである。図 6において、 3aは予め湾曲させたキャン、 5aは湾曲したキャン 3aと卷線固定枠 4との間の空間部に形成された冷媒通路を示している。すなわち、キャン 3aは、冷媒通路 5aに冷媒が流れていないとき、その中央部が卷線固定枠 4側に対してわずかに接触しない程度に湾曲した形状に形成されている。冷媒通路 5aに冷媒が流れると、キャン 3aはその冷媒による圧力によって中央部が外側 (卷線固定枠 4と反対側）に張り出すように変形する。

したがって、このようにキャン 3aを予め湾曲させた形状としたので、第 1実施例を凌ぐ効果として、冷媒の流量による可動子に対向する空隙へのキャン変形を抑えることができる。また、第 1実施例よりも冷媒流量を増加でき、温度上昇をより低減することが可能となる。

[0015] なお、以上の実施例では、固定子に電機子卷線、可動子に界磁とした永久磁石を持つ構造で説明したが、固定子に永久磁石、可動子に電機子卷線を持つ逆の構造としても良い。

また、可動子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。実施例 3

[0016] 図 7は本発明の第 3実施例を示すキャンド'リニアモータであって、（a)はその全体斜視図、（b)は（a)の A— A'線に沿って断面を 1Z4にカットした正断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付して説明する

[0017] 図において、 40が榭脂層を多層化して構成した絶縁積層体である。本発明の可動子 25の構造は、従来技術と全く同じである。一方、固定子 1は、内部を中空とする口の字形の金属製の筐体 2と、筐体 2の中空部分を覆うため筐体 2の外形を象った板状のキャン 3と、キャン 3を筐体 2に固定するためのキャン固定用ボルト 13と、キャン固定用ボルト 13の通し穴を持ちキャン 3を均等な荷重でもって押えるための押え板 14と、筐体 2の中空内に配置された 3相の電機子卷線 18および絶縁積層体 40と、筐体 2の中空部より少し大き目に象られた Oリング 21により構成されている。キャン 3の材質は榭脂製であり、例えば熱硬化性榭脂のエポキシ榭脂ゃ熱可塑性榭脂のポリフエ-レンサルファイド (PPS)を使用している。筐体 2の中空部の形状は、電機子卷線 18の外周を囲うように象られている。電機子卷線 18と一体になつた卷線固定部（図示しない）は、筐体 2の中空内に配置され、卷線固定部と筐体 2とがボルトにより固定されている。筐体 2の表裏の縁には、周回した溝が設けられており、そこに Oリング 21が配置されている。そして、キャン 3が筐体 2の表裏に配置されている。キャン 3の上カも筐体 2の縁に沿って押え板 14が敷かれ、キャン固定用ボルト 13にて締め付けられ、キヤン 3と筐体 2は固定されている。電機子卷線 18は、複数の集中卷コイルを 3相分用意したもので構成されており、絶縁積層体 40と一体に榭脂モールドされている。電機子卷線 18への電力供給は、筐体 2に取り付けられた端子台 15から行われる。端子台 15と電機子卷線 18はリード線（図示しなヽ）で各々電気的に接続されて!、る。また、冷媒は筐体 2に設けた冷媒供給口 16より供給され、冷媒排出口 17より排出される。その間に、冷媒は絶縁積層体 40とキャン 3の間にある冷媒通路 5を流れ、発熱する電機子卷線 18を冷却する。

[0018] 図 8は第 3実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図である。

図において、 41が保護榭脂層、 42が接着榭脂層、 43が主絶縁榭脂層、 44がモールド榭脂層である。絶縁積層体 40は冷媒通路 5側カゝら保護榭脂層 41、接着榭脂層 42、主絶縁榭脂層 43、モールド榭脂層 44を積層して構成したものである。保護榭脂層 41は主絶縁榭脂層 43側への冷媒の吸水を抑制するとともに主絶縁榭脂層 43を保護する役割がある。よって、保護榭脂層 41には、吸水率が小さく薄肉でも破断することのないポリイミド榭脂やナイロン榭脂などを使用している。接着榭脂層 42は保護榭脂層 41と主絶縁榭脂層 43を接着もしくは粘着する役割がある。よって、接着榭脂層 42には、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の接着剤や粘着剤を使用している。主絶縁榭脂層 43は冷媒の吸水を抑制し、耐冷媒絶縁を確保するとともに、電機子卷線 18の発熱による温度上昇時においても軟化せずに絶縁性を長期確保する役割がある。よって、主絶縁榭脂層 43には、吸水率が小さく絶縁抵抗の高い榭脂材であるエポキシ榭脂ゃポリエチレン榭脂を使用してヽる。モールド榭脂層 44は電機子卷線 18と主絶縁榭脂層 42を一体に固着する役割があることから、モールド材として一般的に用、られるエポキシ榭脂を使用して、る。

[0019] 本発明が特許文献 1と異なる部分は、固定子の内部にある電機子卷線と冷媒間に榭脂層を多層化して構成した絶縁積層体を備えた部分である。

[0020] このような構成により、電機子卷線の導線被覆にピンホールがあつたとしても、また、推力の反作用や電機子卷線の発熱、高電圧印加があつたとしても、多層の榭脂層が耐冷媒絶縁の役割を果たし、導電率の高い水による浸水下においても絶縁抵抗の低下を抑え、長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。また、保護榭脂層が主絶縁榭脂層を保護するので、製作時に主絶縁榭脂層にキズ (ピンホール)が生じたとしても保護榭脂層がピンホール箇所への直接の浸水を食い止めることができ、ピンホールの亀裂進行を抑制し、長期絶縁信頼性を確保することができる。その結果、冷却能力の高い冷媒である水を使用し、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

実施例 4

[0021] 次に本発明の第 4実施例について説明する。

図 9は第 4実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図である。図において、 125が金属層である。第 4実施例が第 3実施例と異なる点は、絶縁積層体 40の保護榭脂層 41 を金属層 45に置き換えたことである。金属層 45は第 3実施例で使用した保護榭脂層 41と同様に、主絶縁榭脂層 43を保護する役割のほかに、主絶縁榭脂層 43への冷媒の吸水を遮断する役割がある。よって、金属層 45には薄肉のステンレス、珪素鋼板などを使用している。

[0022] このような構成により、第 3実施例と同様に、導電率の高い水による浸水下においても長期間、絶縁破壊を防ぐことができる。さらに、金属層が内側への冷媒の吸水を遮断するので、主絶縁榭脂層の吸水による絶縁抵抗低下を無くすことができる。その結果、冷媒に導電率の高い水を使用したとしても、電機子卷線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊を全く起こさず、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。

実施例 5

[0023] 次に本発明の第 5実施例について説明する。

図 10は第 5実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図である。図において、 46が金属箔テープである。第 5実施例 5が第 3実施例と異なる点は、金属層 45と接着榭脂層

42を金属箔テープ 46に置き換えたことである。金属箔テープ 46は、薄肉の金属箔の片面に接着剤もしくは粘着剤が設けられたものである。

[0024] このような構成により、金属層と接着榭脂層が極めて薄い金属箔テープに置き換えられ、絶縁積層体の厚さを減らし、冷媒通路の厚さを増やすことで、リニアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。

実施例 6

[0025] 次に本発明の第 6実施例について説明する。

図 11は第 6実施例を示す図 7 (b)における B部拡大図である。図において、 47が高強度絶縁榭脂層である。第 6実施例 6が第 3実施例〜第 5実施例と異なる点は、主絶縁榭脂層 43にガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填させた高強度絶縁榭脂層 47 に置き換えたことである。

[0026] このような構成により、絶縁積層体の機械強度を高めることができるので、電機子卷線に推力の反作用や発熱が生じたとしても絶縁積層体のクラック発生を防ぎ、クラック部の浸水に伴う絶縁破壊を防ぐことができる。よって、第 3実施例〜第 5実施例よりも機械的ストレスや熱的ストレスに対して、より絶縁信頼性を高めることができる。実施例 7

[0027] 次に本発明の第 7実施例について説明する。

図 12は第 7実施例を示す図 7 (a)の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットしたキヤンド ·リニアモータの正断面図である。

図において、 50が支柱、 51が支柱用 Oリング、 52が支柱固定用ボルト、 53が支柱固定用インサートナット、 54が支柱用キャンである。第 7実施例が第 3実施例〜第 6 実施例と異なる点は、冷媒通路 5内に支柱 50を設けたことである。支柱 50は主絶縁榭脂層 43もしくは高強度絶縁榭脂層 47と一体に形成されており、支柱 50の先端に支柱用 Oリング 51が置かれると共に支柱固定用インサートナット 53が埋め込まれ、支柱用固定ボルト 52によって支柱用キャン 54と機械的に締結されている。

[0028] このような構成により、冷媒流量の増加に伴う冷媒通路内の圧力上昇が起きたとしても、キャンの変形量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やすことができ、リユアモータ表面の温度上昇をさらに低減することができる。

実施例 8

[0029] 次に本発明の第 8実施例について説明する。

図 13は第 8実施例を示す図 7 (a)の A—A'線に沿って断面を 1Z4にカットしたキヤンド.リニアモータの正断面図である。図において、 55が湾曲キャンである。第 8実施例が第 7実施例と異なる点は、冷媒通路 5内に設けていた支柱 50を取り除き、予め V 字状に湾曲させたキャン 55を冷媒通路 5側に凸面がくるように配置させたことである。

[0030] このような構成により、第 7実施例同様、冷媒通路内の圧力が上昇したとしても、キヤンの外側への膨らみ量を抑えることができる。よって、冷媒流量を増やしリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、請求項 5記載のものに比べ支柱などの部材を用いな、ので、製作を容易にかつ安価にすることができる。

実施例 9

[0031] 次に本発明の第 9実施例について説明する。

図 14は第 9実施例を示すキャンド'リニアモータの全体斜視図である。図 15は図 14 の A—A'線に沿って断面を 1/4にカットした正断面図である。

図において、 60が可動子、 61が筐体、 62がキャン、 63が電機子卷線、 64が端子台、 65が冷媒供給口、 66が冷媒排出口、 67が冷媒通路、 68が絶縁積層体、 70が固定子、 71が界磁ヨーク、 72が永久磁石である。固定子 70は、ストローク方向に長い円柱状の界磁ヨーク 71の外周に多極を構成する複数の永久磁石 72が配置されている。一方、可動子 60は中間に電機子卷線 63が配置され、その内外周に絶縁積層体 68、冷媒通路 67、キャン 62が設けられている。ここで、筐体 61とキャン 62にはステンレスが使用され、これらは溶接によって接合されている。また、電機子卷線 63は卷線固定部（図示しない）と一体にモールドされ筐体 61とボルトにより固定されている。冷媒は一方の筐体 61に設けられた冷媒供給口 65から供給され、筐体 61内部の管路を通り冷媒通路 67に流れ、その後、他方の筐体 61内の管路を通って冷媒排出口 66から排出される。可動子 60は、その中空空間内に固定子 70が挿入され、図示しな!、リニアガイドゃ静圧案内軸受等によって支持されて、る。このような構成にぉヽて、所定の電流を電機子卷線 63に流すことで永久磁石 72の作る磁界との作用により可動子 60に推力が発生し、可動子 60は矢印で示す進行方向に移動する。そのとき電機子卷線に生じる発熱はその表面を通る冷媒によって回収され、キャン表面の温度上昇を極めて小さなものにしている。

[0032] また、図 15における B部を拡大したものは第 3実施例〜第 6実施例と同様の構造であり、図 8から 11に示されるものを円弧に形成したものと同じである。このように、第 9 実施例が第 3実施例〜第 8実施例と異なる点は、電機子卷線と永久磁石を円筒状に形成したことである。

[0033] このような構成により、第 3実施例〜第 6実施例と同様に、冷却能力の高い水を冷媒として使うことができ、リニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。さらには、第 3実施例〜第 8実施例では電機子を構成する電機子卷線と界磁を構成する永久磁石を平板状に形成し、偏平なキャンド 'リニアモータとしていた力第 9実施例では円筒状とすることで、電機子卷線のコイルエンド部を排除でき、体積の小さなキャンド ·リニアモータを提供することができる。

[0034] なお、第 1実施例〜第 8実施例では固定子に電機子卷線、可動子に界磁永久磁石を持つ構造とし、第 9実施例では可動子に電機子卷線、固定子に界磁永久磁石を持つ構造として説明したが、それが逆の構造であっても良い。また、第 3実施例〜第 8 実施例では可動子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。また、電機子卷線を複数の集中卷コイルで構成される 3相の交流リニアモータとして説明した力集中卷コイルを 1個設けたいわゆるボイスコイルモータ (VCM)としたり、複数台の可動子と複数個の集中卷コイルを設けた多自由度動作する VCMとしても良い。また、電機子卷線を筐体に固定するための部材である卷線固定部（図示なし)を用いて説明したが、卷線固定部を主絶縁榭脂層や高強度榭脂層と一体に形成しても良い。さらに、支柱と主絶縁榭脂層や高強度榭脂層を一体に形成したもので説明したが、支柱をこれら榭脂層と別個にしたり、支柱とキャンを一体に形成したりしても、同様の効果が得られることは言うまでも無い。また、湾曲キャンを V字状に形成したもので説明した力お椀形状としたり、凹状 (階段状)としても同様の効果が得られることは言うまでも無い。産業上の利用可能性

本発明は、電機子卷線と冷媒との間に多層の榭脂層や金属層を介在させて構成すること〖こよって、導電率の高い水を冷媒として使用しても、絶縁抵抗低下や絶縁破壊が起こさずリニアモータ表面の温度上昇を低減することができる。よって、温度上昇が極めて小さく長期絶縁信頼性が要求される半導体露光装置や検査装置などの用途に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 平板状に成形された複数のコイル群よりなる電機子卷線と、前記電機子卷線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前記筐体の両開口部を密閉するキャンと、を具備したキャンド ·リニアモータ電機子にぉヽて、

前記電機子卷線の両側面を長手方向に向かって挟み込むように固定してなる二つの卷線固定枠と、

前記キャンと前記卷線固定枠との間に形成される空間内に設けた冷媒通路と、前記卷線固定枠の冷媒通路側と前記筐体との間隙に設けたシール材と、前記卷線固定枠の冷媒の接触する表面側に貼り付けた防水フィルムと、を備えたことを特徴とするキャンド 'リニアモータ電機子。

[2] 前記キャンを予め湾曲させて、前記キャンの湾曲した凸面同士を互いに前記卷線固定枠に対向するよう配置したことを特徴とする請求項 1記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[3] 前記電機子卷線を固定する前記卷線固定枠を結線基板で構成し、前記卷線固定枠と前記電機子卷線のモータリードを外部へ接続するための端子台との間における空隙部分に前記モータリードを覆うように第 2のシール材を充填したことを特徴とする請求項 1または 2に記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[4] 前記キャンを固定する押え板を榭脂製としたことを特徴とする請求項 1または 2に記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[5] 請求項 1〜請求項 4に記載のキャンド'リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨークの何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴とするキャンド ·リニアモータ。

[6] 複数のコイル群よりなる電機子卷線と、前記電機子卷線の片面もしくは両面に設けられたキャンと、前記電機子卷線と前記キャンとの間に形成された冷媒通路とを具備したキャンド ·リニアモータ電機子にぉヽて、

前記電機子卷線と前記冷媒通路の間に榭脂層を多層に積層してなる絶縁積層体を介在させたことを特徴とするキャンド ·リニアモータ電機子。

[7] 前記絶縁積層体を構成する榭脂層に金属層を積層させたことを特徴とする請求項

6に記載のキャンド ·リニアモータ電機子。

[8] 前記榭脂層は、ガラス繊維もしくはカーボン繊維を充填したものであることを特徴とする請求項 6または 7に記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[9] 前記金属層は、金属箔に接着剤もしくは粘着剤を有する金属箔テープで構成したものであることを特徴とする請求項 7に記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[10] 前記冷媒通路内に支柱を設け、前記キャンと前記榭脂層を前記支柱により固定したことを特徴とする請求項 6に記載のキャンド ·リニアモータ電機子。

[11] 前記キャンを予め湾曲させ、前記キャンの湾曲した凸面を前記冷媒通路側に向けて配置したことを特徴とする請求項 6に記載のキャンド 'リニアモータ電機子。

[12] 請求項 6〜請求項 11までの何れか 1項に記載のキャンド'リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁と前記電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴とするキャンド ·リニアモータ。

[13] 前記電機子と前記界磁を平板状に形成したことを特徴とする請求項 12に記載のキヤンド.リニアモータ。

[14] 前記電機子と前記界磁を円筒状に形成したことを特徴とする請求項 12に記載のキヤンド.リニアモータ。