JP5220497B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置などの駆動部に利用されるリニアモータに関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００４−８８８４４号公報がある。この公報に記載されたリニアモータは、固定子の外郭をなすと共に、非磁性のステンレスからなるシェル（キャン）と、シェルの内部で長手方向に配列されたコイル列と、コイル列に対向してシェルの外方に配置された可動子をなすマグネットと、から主として構成され、シェルの内部には、コイル列を冷却するための冷媒が流動している。さらに、シェルは、左右に分割された第１のシェル半部と第２のシェル半部とで２分割されており、シェルの上部及び下部には、第１のシェル半部と第２のシェル半部との接合部がある。

特開２００４−８８８４４号公報

このようなリニアモータにおいて、高推力、高効率化を図るために、コイルへの通電量を多くし、コイルによって大量に発生する熱を冷却するために、冷媒の流量を多くする必要がある。しかしながら、冷媒の流量を多くすると、シェル内の圧力が高められて、シェルの変形が大きくなり、これによって、接合部に応力集中が発生し、接合部から冷媒が漏れ易くなる。また、シェルの変形を防止するために、シェルの肉厚を厚くすると、コイルとマグネットの距離を広げる必要があり、これによって磁束密度低下による推力低下が生じる。ここで、低下した推力を補う為に、更に電流を投入する事態となり、同時に冷媒の投入も必要になるという悪循環に陥る。また、接合部を覆っている補強部材の採用は、部品点数の増大やシェルの大型化を招き易い。
なお、ムービングコイルタイプについても同様な課題がある。

本発明は、高推力、高効率化を可能にしたリニアモータを提供することを目的とする。

本発明は、コイルと、コイルを内部に収容するシェルと、シェルの外部でコイルに対向して配置されたマグネットと、シェル内に設けられた冷媒流路とを有するリニアモータにおいて、
シェルは、第１のシェル部と、コイルを挟むように第１のシェル部に対向して配置される第２のシェル部と、第１のシェル部と第２のシェル部とを連結させる変形手段と、を備えたことを特徴とする。

このリニアモータにおいては、第１のシェル部と第２のシェル部とを変形手段によって連結させているので、シェル内部の圧力が変動した場合や、高推力、高効率化を図るためにコイルへの通電量を多くして、コイルによって大量に発生する熱を冷却するために冷媒の流量を多くすることで、シェル内の圧力が高められた場合でも、内圧により発生した応力を変形手段によって逃がすことができるので、第１のシェル部と変形手段との接合箇所や第２のシェル部と変形手段との接合箇所に応力集中が起き難く、これによって、接合箇所の強度を高めるための補強などを必要とせず、高推力、高効率化を確保しつつ、シェルの耐圧性を高めることができる。

また、第１及び第２のシェル部は、マグネットに対向して位置するシェル主壁部を有し、変形手段によって、第１及び第２のシェル部は、シェル主壁部に対して垂直な方向に変位すると好適である。

また、変形手段には、弾性部が設けられていると好適である。
この場合、弾性部は、弾性をもたない材質（例えば金属）で波状に形成されても、ゴム材により形成されてもよい。

また、変形手段は、非磁性の材料によって板状に一体成形されていると好適である。
このような構成を採用すると、変形手段の薄型化及び軽量化を可能にし、プレスや射出成形によって容易に成形することができる。

本発明によれば、リニアモータの高推力、高効率化が可能になる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るリニアモータの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、ムービングコイル又はムービングマグネットの何れにも適用可能であるが、ムービングマグネットを例に挙げて説明する。

図１及び図２に示すように、リニアモータ１は、内部で冷媒（例えば冷却水）が流動する冷媒流路Ｐを有する固定子２と、固定子２に沿って直線的に移動する可動子３とから主として構成され、様々な製造装置の駆動部として利用されている。可動子３は、マグネット５ａ，５ｂがヨーク６ａ，６ｂ上で一列に並べられて、固定子２を挟むようにして左右に一対配置されている。

固定子２は、非磁性の材料（例えばステンレス材）からなる長尺状のシェル１０と、シェル１０内で長手方向に複数のコイル７を並設させてなるコイル列とを備えている。このシェル１０内で流動する冷却水は、例えばシェル１０の後端１０ａ側から供給され、前端１０ｂ側から排出される。冷却水を利用することで、コイル７の通電により発生する熱を効率よく抑えることができ、半導体製造装置や液晶ガラス基板の製造装置といった厳格な温度管理下で利用される各種装置に対して、リニアモータから発生する熱の影響を可能な限り少なくすることができる。

冷媒流路Ｐを内部に備えたシェル１０は、非磁性の材料（例えばステンレス材）によって形成されると共に長手方向に延在する第１のシェル部１１と、非磁性の材料（例えばステンレス材）によって形成されると共に、コイル７を挟むように第１のシェル部１１に対して面対称をなして対向する第２のシェル部１２と、シェル１０の前後端を閉鎖するための蓋部１３，１４と、上部側で第１のシェル部１１と第２のシェル部１２とを連結する第１の連結板（変形手段）２０と、下部側で第１のシェル部１１と第２のシェル部１２とを連結する第２の連結板（変形手段）３０とからなる。

第１のシェル部１１は、コイル７とマグネット５ａとの間でマグネット５ａに対向して位置する断面Ｉ字状の第１のシェル主壁部１１ａと、第１のシェル主壁部１１ａと一体をなして上方及び下方に延在する断面Ｌ字状の第１及び第２のシェル副壁部１１ｂ，１１ｃとからなる。

同様に、第２のシェル部１２は、コイル７とマグネット５ｂとの間でマグネット５ｂに対向して位置する断面Ｉ字状の第２のシェル主壁部１２ａと、第２のシェル主壁部１２ａと一体をなして上方及び下方に延在する断面Ｌ字状の第１及び第２のシェル副壁部１２ｂ，１２ｃとからなる。

第１の連結板２０は、非磁性のステンレス板により一体成形されている。この第１の連結板２０は、第１のシェル副壁部１１ｂの上端にレーザ溶接により固定される第１の接合部２１と、第１のシェル副壁部１２ｂの上端にレーザ溶接により固定される第２の接合部２２と、中央に配置されてコイル７の上端が固定されるコイル保持部２３と、コイル保持部２３と第１の接合部２１とを連結する第１の弾性部２４と、コイル保持部２３と第２の接合部２２とを連結する第２の弾性部２５とからなる。

同様に、第２の連結板３０は、非磁性のステンレス板により一体成形されている。この第２の連結板３０は、第２のシェル副壁部１１ｃの下端にレーザ溶接により固定される第３の接合部２１ａと、第２のシェル副壁部１２ｃの下端にレーザ溶接により固定される第４の接合部２２ａと、中央に配置されてコイル７の下端が固定されるコイル保持部２３ａと、コイル保持部２３と第３の接合部２１ａとを連結する第３の弾性部２４ａと、コイル保持部２３ａと第２の接合部２２ａとを連結する第４の弾性部２５ａとからなる。

そして、第１の接合部２１は、第１のシェル部１１の上端にレーザ溶接Ｓ１により接合され、第２の接合部２２は、第２のシェル部１２の上端にレーザ溶接Ｓ２により接合され、第３の接合部２１ａは、第１のシェル部１１の下端にレーザ溶接Ｓ３により接合され、第４の接合部２２ａは、第２のシェル部１２の下端にレーザ溶接Ｓ４により接合されている。

このようにして組立てられたシェル１０は、第１〜第４の弾性部２４，２５，２４ａ，２５ａによって、第１及び第２のシェル部１１，１２を、矢印Ａ方向（シェル主壁部１１ａ，１２ａに対して垂直な方向）に変位可能になっている。従って、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４に応力集中が起き難い。

第１〜第４の弾性部２４，２５，２４ａ，２５ａは、断面波状に形成されて長手方向に延在し、第１及び第２の連結板２０，３０は、非磁性の金属板のプレス加工又は樹脂の射出成形により一体成形がされている。このような断面波形状を採用すると、弾性の少ない材質（例えば金属）で弾性部２４，２５，２４ａ，２５ａを成形することができる。しかも、第１及び第２の連結板２０，３０は、薄型化や軽量化が容易である。

このような構成のリニアモータ１においては、第１のシェル部１１と第２のシェル部１２とを第１及び第２の連結板（変形手段）２０，３０によって連結させているので、シェル１０の内部の圧力が変動した場合や、高推力、高効率化を図るためにコイル７への通電量を多くして、コイル７によって大量に発生する熱を冷却するために冷媒の流量を多くすることで、シェル１０内の圧力が高められた場合でも、内圧により発生した応力を第１及び第２の連結板（変形手段）２０，３０によって逃がすことができるので、第１のシェル部１１と第１及び第２の連結板（変形手段）２０，３０との接合箇所Ｓ１，Ｓ３や第２のシェル部１２と第１及び第２の連結板（変形手段）２０，３０との接合箇所Ｓ２，Ｓ４に応力集中が起き難く、これによって、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４の強度を高めるための補強などを必要とせず、高推力、高効率化を確保しつつ、シェル１０の耐圧性を高めることができる。

さらに、本発明は、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４に応力が集中し難いので、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４の劣化対策にも効果的である。特に、図１に示すように、第１及び第２のシェル主壁部１１ａ，１２ａにエンボス部Ｅを設けることで、第１及び第２のシェル主壁部１１ａ，１２ａの剛性を高めることができる。従来のシェル構造に関してシェルにエンボス部を単に形成すると、剛性を高めた結果として接合部分に応力が集中し易くなるが、本発明では、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４に応力が集中し難いので、エンボス部Ｅの適用が効果的である。

また、外部方向への圧力が最も大きいのはシェル主壁部１１ａ，１２ａである。変形手段を設けていない従来にあっては、冷媒流路の圧力を逃がすことなくシェルが受けることになる。この場合、大きな圧力を受けるシェル主壁部が、圧力方向に弓なりのように膨らんで変形し易く、近くに配置されたマグネットに接触しない程度の流量しか流せなかった。これに対し、本発明では、圧力を逃がす変形手段２０，３０を設けているので、第１及び第２のシェル部１０，１１の全体を圧力方向に変位させることができるので、シェル主壁部だけが変位する従来のものに比較して、シェル主壁部１１ａ，１２ａがマグネット方向へ弓なりに変位するのを変位手段２０，３０によって抑制することができる。

また、このような構成のシェル１０は、肉厚を厚くする必要がなく、軽量化も可能であり、部品点数の増大やシェルの大型化を招き難い。

なお、弾性部２４，２５，２４ａ，２５ａの弾性係数は、シェル１０内の圧力を考慮して、第１及び第２のシェル部１１，１２がマグネット５ａ，５ｂに接触しないような値が選択される。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、弾性部の材質は、剛性の低い材料であってもよく、ゴム製の弾性部は平板状であってもよい。弾性部は、蛇腹状であってもよい。第１及び第２のシェル部１１，１２は非磁性の材質であればよく、例えば樹脂であってもよい。

第１及び第２の連結板２０，３０が樹脂で成形されている場合、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４に応力が集中し難いので、接合箇所Ｓ１〜Ｓ４に接着剤を適用させることもできる。

変形手段２０，３０は、一部に弾性機能を備えたものに限らず、例えば、ゴム、樹脂、バネ、蛇腹によって、それ自体に弾性機能をもたせても良い。

本発明に係るリニアモータの一実施形態を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

符号の説明

１…リニアモータ、５ａ，５ｂ…マグネット、７…コイル、１０…シェル、１１…第１のシェル部、１１ａ，１２ａ…シェル主壁部、１２…第２のシェル部、２０，３０…連結板（変形手段）、２４，２５，２４ａ，２５ａ…弾性部、Ｓ１，Ｓ２…接合箇所、Ｐ…冷媒流路。

Claims (4)

1. コイルと、前記コイルを内部に収容するシェルと、前記シェルの外部で前記コイルに対向して配置されたマグネットと、前記シェル内に設けられた冷媒流路とを有するリニアモータにおいて、
   前記シェルは、
   第１のシェル部と、
   前記コイルを挟むように前記第１のシェル部に対向して配置される第２のシェル部と、
   前記第１のシェル部と前記第２のシェル部とを連結させる変形手段と、を備えたことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第１及び第２のシェル部は、前記マグネットに対向して位置するシェル主壁部を有し、前記変形手段によって、前記第１及び第２のシェル部は、前記シェル主壁部に対して垂直な方向に変位することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記変形手段には、弾性部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 前記変形手段は、非磁性の材料によって板状に一体成形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リニアモータ。

Images