专利名称：线性马达及使用该线性马达的载物台装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将来自线圈的热高效率地冷却而构成的线性马达及使用该线性马达的载物台装置。
背景技术：
在例如半导体制造装置或液晶制造装置等中使用的精密定位装置中，作为驱动载置基板等被加工物的台的驱动机构而使用线性马达，通过一对线性马达并行驱动控制载物台的两端。
在这种线性马达中，有将多个线圈配设成一列的线圈部、和将于线圈列对置地配置的多个永久磁铁配设成一列的磁轭部构成。并且，通过对线圈部通电产生电磁力，来对永久磁铁产生推力(驱动力)。
此外，作为线性马达的结构，有磁轭部为固定侧而线圈部为可动侧的动线圈方式、和线圈部为固定侧而磁轭部为可动侧的动磁铁方式。
在上述两种方式的任一种方式中，如果发生了因来自线圈的发热带来的温度上升，线圈本身的电阻值都会上升，所以驱动电流降低。在线性马达中，由于推力与驱动电流成比例，所以如果驱动电流降低，则推力也降低。
此外，从线圈产生的热会给外部环境带来影响。因此，在线性马达中，为了减少因来自线圈的发热带来的影响而设有冷却线圈部的冷却机构。作为该冷却机构，例如有在线圈部的内部中设置板状的热导管的结构。在该冷却方式中，通过使来自线圈的热通过热导管向保持线圈部的保持件侧传导，能够高效地使线圈的热散逸(参照例如专利文献1)。
进而，在该专利文献1的线性马达中，由于在线圈部的两侧面上背靠背地设有两列线圈，所以将热导管插入在两列线圈背面间的间隙中，成为紧凑的结构。
此外，在线性马达中，配置为使两列线圈列与两列磁铁列对置。并且，各线圈形状不是平面，而是形成为将卷绕为矩形的线圈的两侧弯折90度的コ字状。进而，还有配置为使线圈列的相邻的线圈彼此的コ字状的朝向相差180度、配置为使各线圈的两侧的弯曲部分在移动方向上重合、来抑制转矩变动而构成的结构(参照例如专利文献2)。
专利文献1日本特开2001-327152号公报专利文献2日本特开2002-10616号公报但是，在上述专利文献1的线性马达中，在沿移动方向延伸的各线圈列中，卷绕为矩形的各线圈以预定间隔配置在同一平面上，所以有在各线圈间电磁力降低而发生转矩不足的问题。
因此，在上述专利文献1的线性马达中，能够通过热导管高效地使线圈的热散逸到散热部分，而另一方面，难以解决线性马达的效率降低。
此外，在上述专利文献2的线性马达中，构成为，将两侧弯曲90度而形成为コ字状的线圈配置为使其相邻的线圈彼此相差180度，使各线圈的两侧的弯曲部分重合，所以能够解决转矩不足而实现精密的移动控制，但不能将板状的热导管插入到弯曲为曲柄状的各线圈列的间隙中。
因此，在专利文献2的线性马达中，设有用来使冷媒循环到线圈部的冷却流路、设有用来将冷媒供给到该流路中的泵等，还需要防止冷媒的流出的密封构造，所以结构变得大型化及复杂化，成为成本上升的原因。
发明内容
本发明的课题是在上述线性马达及使用该线性马达的载物台装置中，不论线圈形状如何都能提高线圈的冷却效率。
为了解决上述课题，本发明具有以下的特征。
技术方案1所述的发明是一种线性马达，具有并列设置了多个线圈的线圈部、将多个永久磁铁与上述线圈列对置地并列设置的磁轭部、以及将上述线圈部冷却的线圈冷却部，其特征在于，上述线圈冷却部具备冷却板，具有形成为将上述线圈部的热向外部散逸的热传导元件；散热部，与该冷却板连接，将来自上述热传导元件的热向外部散热。
技术方案2、技术方案8所述的发明的特征在于，上述冷却板安装在上述线圈部的侧面，以便上述线圈部的热传导给上述热传导元件。
技术方案3、技术方案9所述的发明的特征在于，上述散热部抵接在上述冷却板的散热侧端部地设在上述线圈部的端部。
技术方案4、技术方案10所述的发明的特征在于，上述线圈冷却部具有多个上述冷却板和多个散热部，配置为使上述多个上述冷却板的热量输入侧与上述线圈部的中央接触。
技术方案5、技术方案11所述的发明的特征在于，上述冷却板形成为，使上述热传导元件与上述线圈部的侧面及保持上述线圈部的保持部接触。
技术方案6、技术方案12所述的发明的特征在于，上述热传导元件由形成在上述冷却板的内部空间中的热导管构成。
技术方案7所述的发明是一种载物台装置，其特征在于，具有线性马达，具有并列设置了多个线圈的线圈部、将多个永久磁铁与上述线圈列对置地并列设置的磁轭部、和将上述线圈部冷却的线圈冷却部；滑块，被该线性马达驱动；载物台，与该滑块一起移动；导引部，导引该载物台的移动；上述线圈冷却部具备冷却板，具有形成为将上述线圈部的热向外部散逸的热传导元件；散热部，与该冷却板连接，将来自上述热传导元件的热向外部散热。
发明的效果根据本发明，由于具备冷却板，具有形成为将上述线圈部的热向外部散逸的热传导元件；散热部，与该冷却板连接，将来自上述热传导元件的热向外部散热；所以通过以紧凑的结构使线圈部的热向外部高效率地散逸而抑制线圈部的温度上升，由此能够防止驱动力的降低，并且即使在配置为使相邻的线圈相互不同地重合的情况下也能够将线圈部充分地冷却。
因此，在本发明的载物台装置中，即使在为了做成解决转矩不足的结构而使线圈形状较复杂的情况下，也能够从线圈部的周围高效率地进行冷却，可得到能够同时解决通过转矩增大实现精密的高速移动控制、和防止线圈部的冷却带来的推力降低的两个课题的效果。
图1是表示应用了作为本发明的线性马达的一实施例的载物台装置的俯视图。
图2是放大表示线性马达20及导引部30的结构的主视图。
图3是放大表示线性马达20及导引部30的结构的俯视图。
图4是表示线性马达20的结构的纵剖视图。
图5是表示线性马达20的结构的立体图。
图6是表示线圈部60的外观的主视图。
图7是表示线圈部60的外观的侧视图。
图8是表示线圈部60的外观的立体图。
图9是表示冷却板53的结构的主视图。
图10是沿着图9中A-A线的纵剖视图。
图11是表示线圈66的结构的立体图。
图12是表示将两列线圈组合后的状态的立体图。
图13是线性马达的实施例2的侧视图。
图14是线性马达的实施例3的侧视图。
标号说明10 载物台装置14 基座16 可动部18 滑块20 线性马达22 线性标尺24Y 滑块26X 滑块30 导引部34 马达支撑部44 磁轭46 永久磁铁50 导轨52、54 静压空气轴承53、70 冷却板53a 热量输入侧53b 散热侧53d 蒸汽通路53e 回流通路55 散热部55a 第1散热器55b 第2散热器56 磁铁单元
57 线圈冷却部58 底磁轭59 侧磁轭60 线圈部63 模具64 线圈保持件66 线圈具体实施方式
下面，结合附图对用来实施本发明的优选的实施方式进行说明。
实施例1图1是表示应用了作为本发明的线性马达的一实施例的载物台装置的俯视图。如图1所示，载物台装置10是XY载物台，具有固定在混凝土制的基础上的基座14、在基座14上移动的可动部16、和将可动部16的两端部向Y方向驱动的一对线性马达20。
可动部16具有受线性马达20驱动的滑块18、在与移动方向正交的X方向上横架以将滑块18连结的Y滑块24、和在Y滑块24上沿X方向移动的X滑块26。
滑块18受在Y方向上延伸的导引部30的导轨50导引，在Y方向上可滑动地被支撑，安装有线性马达20的线圈部60。
可动部16在设于左右两端上的滑块18受导引部30导引的同时受线性马达20的驱动力向Y方向驱动。由此，可动部16通过由线性马达20的驱动力同时驱动配置在两端的滑块18，使左右的滑块18并行移动。
这里，参照图2及图3对线性马达20及导引部30的结构进行说明。如图2及图3所示，线性马达20由线圈部60、和将固定在支撑在马达支撑部34的上端上的由コ字状构成的磁轭44的内侧面上的永久磁铁46等间隔地排列而成的磁铁单元56(参照图4)构成。线圈部60的线圈66(参照图11)配置为与永久磁铁46对置，通过施加驱动电压而产生对永久磁铁46的Y方向的推力(驱动力)。
因而，线性马达20构成为，通过从线圈部60产生对永久磁铁46的洛伦兹力而对滑块18施加Y方向的驱动力。并且，线性马达20通过控制施加给线圈部60的线圈66的电压，能够产生驱动力以使滑块18向Y方向以一定的速度行驶。
可动部16具有包围沿Y方向延伸的导轨50的四边而形成的滑块18。滑块18具有第1静压空气轴承52和第2静压空气轴承54。第1静压空气轴承52对与导轨50的上表面50-1之间喷射压缩空气而以悬浮在上方的状态支撑滑块18。第2静压空气轴承54对滑块18与导轨50的右侧面50-2之间喷射压缩空气而以向侧方悬浮的状态支撑可动部16。
滑块18具有经由微小的间隙与导轨50的各面对置的导引面。因而，从上述静压空气轴承54对上述间隙喷射的压缩空气以预定的压力推压滑块18的导引面。由此，滑块18相对于导轨50经由微小的间隙受到悬浮支撑，所以能够以几乎没有摩擦的非接触状态沿Y方向移动。
检测滑块18的移动位置的线性标尺22由沿Y方向延伸而形成设置在导轨50的右侧面50-2上的被位置检测板22a、和检测被位置检测板22a的分割条数的传感器22b构成。传感器22b由于安装在滑块18上，所以将以预定间隔配置成一列的分割条数相对应的脉冲数作为检测信号来输出移动量。
图4是表示线性马达20的结构的纵剖视图。图5是表示线性马达20的结构的立体图。如图4及图5所示，线圈部60是通过模具(モ一ルド)63将两列线圈66一体化而成的，沿行进方向(Y方向)延伸形成。此外，线圈部60在左右侧面上安装有冷却板53，还安装有保持上部的线圈保持件64。另外，线圈66及冷却板53的表面被模具63覆盖，所以冷却板53在外观上被遮挡而看不到。
此外，磁铁单元56是将底磁轭5、侧磁轭59组合为U字状的结构，在该侧磁轭59的内壁上安装有上述磁铁46。因而，固定于在底磁轭58的两侧竖立的侧磁轭59的内侧的磁铁46配置为，使其与收纳在模具63内部的线圈66的两侧对置。此外，冷却板53由于形成为薄板状，所以安装在线圈部60的两侧面上，以使其不会妨碍线圈部60的移动。
这里，对线性马达20的线圈部60的结构进行说明。图6是表示线圈部60的外观的主视图。图7是表示线圈部60的外观的侧视图。图8是表示线圈部60的外观的立体图。
如图6至图8所示，线圈部60在模具63的内侧安装有冷却板53(图7、图8中用虚线表示)，在线圈部60的端部安装有散热部55。这些冷却板53与散热部55构成线圈冷却部57。冷却板53配置在线圈部60的左右侧面，收纳在模具63的内部中。
冷却板53可以将对线圈66的接触面积尽量做大，所以能够提高这部分冷却能力。此外，冷却板53也可以根据线圈66的发热量而仅设置在线圈部60的单侧，或者也可以做成设在线圈部60的两侧上的结构。
冷却板53由形成为薄板状的平面型热导管构成，在内部空间中设有利用热导管的原理的热传导元件，由于不需要设置使冷媒循环的管路及热交换器等，所以成为紧凑的结构。冷却板53如图7所示，右端侧为热量输入侧53a而左端侧为散热侧53b。因此，线圈66的热从冷却板53的右端侧向左端侧传递，所以线圈66的内部的热向右端侧移动而传导给冷却板53的热量输入侧53a。
此外，在线圈部60的一端部上，安装有与冷却板53的散热侧接触的散热部55。该散热部55由固定在线圈60的端部上的第1散热器55a、和通过螺钉等连结部件可拆装地固定在第1散热器55a的端面上的第2散热器55b构成。第1、第2散热器55a、55b形成为对应于线圈部60的端部的形状的T字状，构成为不妨碍线圈部60的移动的形状。此外，散热器55a、55b为了得到散热效果而由热传导率较高切加工性良好的金属(例如铜或铝合金等)形成。此外，散热器55a、55b既可以是块状，或者也可以为了扩大散热面积而做成设置多个散热片的结构。
图9是表示冷却板53的结构的主视图。图10是沿着图9中的A-A线的纵剖视图。如图9、图10所示，冷却板53的内部被保持为真空，注入了例如纯水等的液体。该液体在热量输入侧53a的热的作用下成为蒸汽而向散热侧53b移动，由此取得热量输入侧53a的气化热而传递给散热侧53b。并且，由于散热侧53b被散热器55a、55b冷却，所以在散热侧53b蒸汽变回到液体而散放热。并且，在散热侧53b凝聚的液体通过毛细现象而返回到热量输入侧53a。
冷却板53由热传导率较高的金属(例如铜)形成为平板状，其内部空间由一对隔壁53c划分为3个通路。作为这些通路，形成有用来使蒸汽从热量输入侧53a向散热侧53b移动的一对蒸汽通路53d、和用来使液体从散热侧53b向热量输入侧53a移动的回流通路53e。回流通路53e形成在一对蒸汽通路53d之间，分别在水平方向上延伸形成。此外，回流通路53e与蒸汽通路53d的两端互相连通，蒸汽或液体能够流通。此外，回流通路53e由于插入有将铜线扎束成的极细线芯(未图示)，所以构成为通过毛细现象加速液体的回流速度。
这样，冷却板53能够通过热导管原理将在线圈66中产生的热高效率地散逸到散热器55a、55b而进行冷却，所以能够抑制线圈66的温度上升。
图11是表示线圈66的结构的立体图。图12是表示将两列线圈组合后的状态的立体图。如图11及图12所示，线圈66形成为两侧弯曲90度的コ字状，并且沿行进方向(X方向)并列设置的两个线圈列60A、60B的各线圈66分别使朝向相差180度而对置配置。并且，第1线圈列60A的线圈66与第2线圈列60B的线圈66相互嵌合地组合。由于在线圈66的直线部66A上安装有上述的冷却板53，所以线圈66从侧面被冷却。
线圈66是将铜线卷绕为矩形状、且将两侧弯曲90度的所谓的鞍形构造。更具体地讲，线圈66具备直线部66A、弯曲形成在该直线部66A的两端的一对弯曲部66B、和形成在两侧的直线部66A之间的凹部66C而形成。因而，如图12所示，第1线圈列60A的线圈66的直线部66A与第2线圈列60B的线圈66的凹部66C嵌合。此外，第2线圈列60B的线圈66的直线部66A与第1线圈列60A的线圈66的凹部66C嵌合。并且，将第1线圈列60A的线圈66的直线部66A与第2线圈列60B的线圈66的直线部66A重合地交替组合。
这样，在线圈部60中，由于将鞍形构造的线圈66从180度的朝向立体地组合，所以与上述的专利文献1那样将平面状的线圈并列设置在同一平面上的情况相比能够得到较大的驱动力，但在线圈列之间没有插入热导管的空间。
进而，在这种状态下，各线圈66没有相互连结而是分解的，所以各线圈66与冷却板63一起收纳在树脂模具63的内部的线圈收纳部62(参照图4)中。
在线圈部60中，通过安装在侧面的冷却板53、和安装在端部的散热部55将各线圈66高效地冷却而抑制温度上升。因此，线圈部60能够通过紧凑的结构抑制伴随着发热的各线圈66的电阻增大而防止线性马达20B的热造成的推力的降低，并且能够不受发热的影响而实现高推力化，能够得到稳定的转矩。
这样，由于冷却板53能够直接降低线圈部60的温度而将其冷却，所以即使在产生高转矩而使可动载物台18高速移动的情况下，也能够得到对应于线圈66的发热的足够的冷却性能。
由此，在线性马达20B中，即使在为了做成解决转矩不足的结构而使线圈形状较复杂的情况下，也能够从线圈66的周围高效率地冷却。由此，在线性马达20B中，能够同时解决通过转矩增大而实现精密的高速移动控制、和防止线圈66的冷却带来的推力降低的两个课题。
此外，通过在线圈66的侧面设置冷却板53，能够防止从线圈66的散热(辐射)，能够减少对周围的热影响。
实施例2图13是实施例2的侧视图。另外，在图13中，对于与上述实施例1相同的部分赋予相同的标号而省略其说明。如图13所示，实施例2的线圈部60在侧面上左右对称地安装有一对冷却板53。因而，在线圈部60的两侧安装有合计4片冷却板53。
4片各冷却板53将热量输入侧53a安装为使其位于线圈部60侧面的中央，将散热侧53b安装为使其位于线圈部60的端部。并且，在线圈部60的两端安装有与各冷却板53的散热侧53b连接的散热部55。
这样，由于在线圈部60的两侧设有4片冷却板53，所以能够将线圈部60的温度上升最多的大的中央部重点地冷却。由此，冷却板53能够有效地抑制线圈66的温度上升，与上述实施例1相比能够提高冷却效果。这样，多个(在本实施例中为4片)冷却板53能够将线圈66的施加电压带来的发热从线圈部60的中央部分开始高效率地冷却。因此，即使在产生高转矩而使滑块18高速地移动的情况下，也能够得到足够的冷却性能。
实施例3图14是实施例3的侧视图。另外，在图14中，对于与上述实施例1相同的部分赋予相同的标号而省略其说明。如图14所示，实施例3的线圈部60安装为，使冷却板70将线圈66的直线部66A及上部的弯曲部66B冷却。冷却板70的下部是热量输入侧70a，上部是散热侧70b。
因而，在冷却板70中，蒸汽通路及回流通路在上下方向上延伸而形成，注入到内部通路中的液体在下部的热量输入侧70a的热的作用下变为蒸汽而向上部的散热侧70b移动，由此来获取热量输入侧70a的气化热。并且，上部的散热侧70b由于与线圈保持件64连接，所以线圈保持件64起到作为散热片的作用而进行冷却。因此，在散热侧70b，蒸汽变回到液体而散放热。并且，在散热侧70b凝聚的液体通过毛细现象及重力而返回到热量输入侧70b。
这样，在实施例3中，不需要如实施例1、2那样设置散热片55，能够削减部件件数，并且能够做成不使散热片55从线圈部60的端部突出的结构。
工业实用性另外，在上述实施例中，对冷却板53、70由热导管构成的情况进行了说明，但并不限于此，只要是板状的冷却机构，具有热导管以外的热传导元件当然也可以。
此外，在上述实施例中，对动线圈型的线性马达进行了说明，但本发明当然也可以应用于动磁铁型的线性马达中。
此外，在上述实施例中，对无芯型的线圈部进行了说明，但并不限于此，当然也可以将本发明应用于使用了带芯型的结构中。
权利要求
1.一种线性马达，具有并列设置了多个线圈的线圈部、将多个永久磁铁与上述线圈列对置地并列设置的磁轭部、以及将上述线圈部冷却的线圈冷却部，其特征在于，上述线圈冷却部具备冷却板，具有形成为将上述线圈部的热向外部散逸的热传导元件；散热部，与该冷却板连接，将来自上述热传导元件的热向外部散热。
2.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，上述冷却板安装在上述线圈部的侧面，以便上述线圈部的热传导给上述热传导元件。
3.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，上述散热部抵接在上述冷却板的散热侧端部地设在上述线圈部的端部。
4.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，上述线圈冷却部具有多个上述冷却板和多个散热部，配置为使上述多个上述冷却板的热量输入侧与上述线圈部的中央接触。
5.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，上述冷却板形成为，使上述热传导元件与上述线圈部的侧面及保持上述线圈部的保持部接触。
6.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，上述热传导元件由形成在上述冷却板的内部空间中的热导管构成。
7.一种载物台装置，其特征在于，具有线性马达，具有并列设置了多个线圈的线圈部、将多个永久磁铁与上述线圈列对置地并列设置的磁轭部、和将上述线圈部冷却的线圈冷却部；滑块，被该线性马达驱动；载物台，与该滑块一起移动；导引部，导引该载物台的移动；上述线圈冷却部具备冷却板，具有形成为将上述线圈部的热向外部散逸的热传导元件；散热部，与该冷却板连接，将来自上述热传导元件的热向外部散热。
8.如权利要求7所述的载物台装置，其特征在于，上述冷却板安装在上述线圈部的侧面，以便上述线圈部的热传导给上述热传导元件。
9.如权利要求7所述的载物台装置，其特征在于，上述散热部抵接在上述冷却板的散热侧端部地设在上述线圈部的端部。
10.如权利要求7所述的载物台装置，其特征在于，上述线圈冷却部具有多个上述冷却板和多个散热部，配置为使上述多个上述冷却板的热量输入侧与上述线圈部的中央接触。
11.如权利要求7所述的载物台装置，其特征在于，上述冷却板形成为，使上述热传导元件与上述线圈部的侧面及保持上述线圈部的保持部接触。
12.如权利要求7所述的载物台装置，其特征在于，上述热传导元件由形成在上述冷却板的内部空间中的热导管构成。
全文摘要
本发明提供一种线性马达及使用该线性马达的载物台装置。线性马达(20)的线圈部(60)具有由冷却板(53)和散热部(55)构成的线圈冷却部(57)。在该线圈部(60)中，通过做成了安装于线圈(66)的侧面的热导管构造的冷却板(53)冷却，将来自冷却板(53)的热通过散热部(55)散热。由此，能够抑制各线圈(66)的温度上升，所以抑制了伴随着发热的各线圈(66)的电阻增大。
文档编号H02K41/03GK1965459SQ20058001895
公开日2007年5月16日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年7月12日
发明者筱平大辅, 臼井道太郎 申请人:住友重机械工业株式会社