KR100236394B1

KR100236394B1 - 가동자석형다상리니어모터

Info

Publication number: KR100236394B1
Application number: KR1019950034630A
Authority: KR
Inventors: 카마타시게토; 사카이토시카즈
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1999-12-15
Also published as: US5703420A

Abstract

리니어모터자체의 진동을 억제하고 효율적인 냉각을 달성할 수 있는 가동자석형다상리니어 모터를 제공하기 위해서는, 코일의 양단부를 코일배열방햐을 따라 배치된 지지부재에 의해 지지하고, 상기 지지부재의 내부에 냉매를 공급하는 파이프를 배치하며, 고정자를 대체로 코일의 중앙부에 상기 배열방향을 따라 배치된 고정부재에 의해 고정하고, 가동자를 상기 배열방향과 수지인 방향으로 대체로 C자형단면을 지니도록 한다.

Description

가동자석형다상리니어모터

제1도(a)및 제1도(b)는 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터의 일시예를 도시한 사시도.

제2도는 상기 실시예의 XZ단면을 도시한 단면도

제3도는 상기 실시예의 고정자의 다른 예를 도시한 단면도

제4도는 상기 실시예의 고정자의 또 다른 예를 도시한 단면도

제5도는 상기 실시예의 고정자의 또 다른 예를 도시한 단면도

제6도는 상기 실시예의 YZ단면을 도시한 단면도

제7도는 상기 실시예의 고정자의 또 다른 예를 도시한 단면도

제8도는 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터의 다른 실시예를 도시한 도면

제9도는 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터의 또 다른 실시예를 도시한 사시도

제10도는 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터의 또다른 실시예를 도시한 사시도

제11도는 본 발명의 실시예를 적용한 XY스테이지의 일례를 도시한 사시도

제12도(a) 및 제 12도(b)는 종래의 가동자석형다상리니어모터를 도시한 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코일 2 : 지지부재

3,5 : 냉각관 4 : 고정부재

6 : 자석 7 : 요크

8 : 분할요크 9 : 요크스페이서

10 : 고정체

본 발명은 가동자석형다상리니어모터, 특히, 반도체제조장치, 정밀측정장치, 정밀가공기등의 정밀기기의 구동원으로서 이용되는 가동자석형다상리니어모터에 관한 것이다.

제12도(a) 및 제12도(b)는 종래의 가동자석형다상리니어모터를 도시한 것이다. 제12도(a)는 복수의 코일을 지닌 고정자를, 제12도(b)는 복수의 자석을 지닌 가동자를 도시한 것이다. 제12도(a) 및 제12도(b)에 있어서, 고정자(a)의 코일(51a)∼(51f)은 대체로 장방형으로 각각 감기어져 있고, X축방향으로 뻗은 2개의 지지부재(52)에 의해 배열 및 유지되어 있다.

지지부재(52)는 비자성체, 예를들면, 알루미늄계 재료로 구성되어 있고, 코일(51a)∼(51f)의 측부를 삽입하기위한 구멍을 지닌다. 상기 지지부재(52)는 코일(51a)∼(51f)을 삽입한후, 접착제에 의해 고정된다. 또, 코일(51a)∼(51f)을 냉각하기 위한 냉매를 공급하는 냉각관이 X축방향으로 각 지지부재(52)를 관통하여 뻗어있다. 코일(51a)∼(51f)의 리드선은 지지부재(52)를 따라 뻗어 있고 전선용커넥터(57)에 접속되어 있다. 배관용커넥터(54),(55)는 각각 지지부재(52)의 냉각관과 냉매안내용 파이프(58),(59)르 접속하기 위해 지지부재(52)의 각 단부에 고정되어 있다. 파이프(58),(59)는 각각 니플(56)을 통해 커넥터(54),(55)에 접속되어 있다.

고정자(a)를 고정체(도시되어 있지 않음)에 부착하기 위해 사용된 어태치먼트(60)는 지지부재(52)의 양단에 고정되어 각 지지부재(52)를 제12도(a)에 도시한 상태로 유지한다. 그러므로, 코일(51a)∼(51f), 지지부재(52)등으로 구성된 고정자(a)는 길이방향(X축방향)의 양단, 즉, 어태치먼트(6)의 양단에 고정되어 있다. 가동자는 자석(61a)∼(61d)을 지닌 상부요크(63)와, 자석(62a)∼(62d)을 지닌 하부요크(64)를 2개의 측판(65)에 의해 연결하는 것에 의해 박스형으로 형성된다. 자석(61a)∼(61d) 및 (62a)∼(62d)은 대향하는 자석의 극성이 다르도록 배치된다. 또, X축방향으로 인접한 자석간의 극성도 다르다. 요크(63),(64)는 철계재료(성체)로 구성되어 있다.

하지만, 그러한 종래의 리니어모터는, 장스트로크 또는 고출력의 리니어모터를 실현하고자할 경우, 진동 및 열에 대해서 다음의 결점을 지닌다.

[1] 가동스트로크는 다수의 코일을 X축방향으로 병렬시키는 것에 의해 연장할 수 있다. 하지만, 리니어모터코일은 길이방향의 양단에만 고정되므로, X축방향으로의 길이증가는 Y축 및 Z축방향의 길이가 동일한 경우 리니어모터의 강성을 저하시킨다. 그 결과, Z축 또는 Y축 방향의 현진동이 증가하고 진동주파수는 저하한다. 이때문에, 그러한 모터를 장치에 조립하면, 장치측에 모터자체의 진동이 전달되어 장치전체가 진동하게 된다. 그 결과, 리니어모터를 이용한 정밀한 위치결정 등이 방해를 받아 크기가 커져서 공간 및 중량적으로 불리하다.

[2] 리니어모터의 구동력을 증가시키기 위해 전류를 많이 공급하면, 각 코일에 의한 발열량은 전류의 제곱에 비례하여 증가한다. 냉각관의 표면적 또는 냉매의 유량이 적으면, 각 코일에 의해 발생하는열을 충분히 회수할 수 없다. 그러므로, 온도의 상승으로 인해 자석의 성능이 열화하고 리니어모터가 장착된 장치의 열변형, 공기변동 등으로 인해 정밀위치결정 등을 할 수 없게 된다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 제작되었고, 그 목적은 리니어모터자체의 진동을 억제할 수 있고, 효율적인 냉각을 달성할 수 있는 가동자석형다상리니어모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장스트로크모터를 실현할 수 있는 가동자석형다상리니어모터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 고정자의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 가동자석형 다상리니어모터에서는, 각 코일의 양단부를 코일배열방향을 따라 설치된 지지부재에 의해 지지하고, 상기 지지부재의 내부에는 냉매를 공급하는 파이프를 상기 배열방향을 따라 배치하고, 상기 고정자를 대체로 코일의 중앙위치에 상기 배열방향을 따라 배치된 고정부재를 이용하여 고정하고, 상기 가동자는 배열방향과 수직방향으로 대체로 C자형단면을 지닌 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 상기 고정자의 각 코일을 고정해도 되고, 또, 상기 고정부재에 냉매를 공급하는 냉각관을 설치하거나, 상기 고정부재에 오목부 또는 홈을 형성하여 상기 오목부 또는 홈에 각 코일을 배치해도 된다.

본 발명에 의하면, 고정자의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 가동자석형다상리니어모터에서는, 각 코일의 양단부를 코일배열방향을 따라 설치된 지지부재에 의해 지지하고, 상기 지지부재의 내부에는 냉매를 공급하는 파이프를 상기 배열방향을 따라 배치하고, 상기 고정자를 상기 배열방향을 따라 설치된 고정부재를 이용하여 고정하고, 상기 가동자는 상기 배열방향과 수직방향으로 대체로 U자형단면을 지닌 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정부재는 고정자의 각 코일을 고정해도 되고, 또, 상기 고정부재에 냉매를 공급하는 냉각관을 설치하거나 상기 고정부재와 상기 고정자와의 접촉부분을 볼트로 체결해도 된다.

본 발명에 의하면, 고정자의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 가동자석형다상리니어모터에서는, 각 코일의 양단부를 코일배열방향을 따라 설치된 지지부재로 지지하고, 상기 지지부재의 내부에는 냉매를 공급하는 파이프를 상기 배열방향을 따라 배치하고, 상기 고정자를, 대체로 코일의 중앙위치에 상기 배열방향을 따라 배치된 제1고정부재와, 상기 고정자의 양단부에 상기 배열방향을 따라 배치된 제2고정부재로 고정하고, 상기 가동자는 상기 배열방향과 수직 방향으로 대체로 C자형단면을 지닌 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1고정부재는 각 코일을 고정해도 되고, 상기 제1고정부재 냉매를 냉각관을 설치하거나 상기 제1고정부재에 오목부 또는 홈을 그안에 코일이 배치되도록 형성해도 된다. 또, 상기 고정자는 상기 제1 및 제2고정부재중 제2고정부재에 의해서만 소정의 고정체에 고정되어도 된다.

본 발명에 의하면, 냉각관을 구비한 지지관에 의해 지지되는 고정자측 코일의 실질적인 중앙부는 고정부재에 의해 고정 및 지지되므로, 추력이 발생하는 길이방향으로 긴 리니어모터에서도 리니어모터의 진동을 감소시킬 수 있다. 또, 상기 고정부재에 냉각관을 배치하면, 코일에 의해 발생하는 열을 효율적으로 회수하는 것이 가능하다.

또, 다른 발명에 의하면, 냉각관을 구비한 지지부재중 하나를 고정부재에 의해 유지하므로, 냉각관의 직경을 증가시킬 수 있고, 코일을 포함하는 고정자의 진동을 억제하면서 코일에 의해 발생하는 열을 효율적으로 회수할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

제1도(a) 및 제1도(b)는 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터의 특징을 잘 도시한 사이도이다. 제1도(a) 리니어모터의 고정자(a)의 일부를, 제1도(b)는 리니어모터의 가동자(b)를 도시한 도면이다. 고정자(a)의 코일(1a)∼(1e)은 각각 대체로 직사각형상으로 감기어 x축방향으로 소정의 간격으로 배열되어 있다. 지지부재(2a),(2b)는 상기 코일(1a)∼(1e)을 y축방향의 양단부로부터 삽입함으로써 지지한다. 냉각관(3a),(3b)은 지지부재(2a),(2b)에 냉매를 순환시키며 각각 길이방향의 구멍에 접속된 관을 지닌다. 고정부재(4)는 지지부재(2a),(2b)사이의 위치에서 코일(1a)∼(1e)을 지지함과 동시에 고정체(도시되어있지 않음)의 고정면에 고정되어 있다. 고정부재(4)는 대체로 코일(1a)∼(1e)의 중앙부에 x축방향으로 배치되어 코일 (1a)∼(1e)을 일체로 유지한다.

냉각관(5)은 고정부재(4)에 냉매를 순환시키며, 길이방향의 구멍과 상기 구멍에 접속된 관을 지닌다. 영구자석(6a)은 가동자(b)에 의해 유지된다. 가동자(b)의 영구자석(6b),(6c)은 자석(6a)에 대향하여 배치되어 있다. 하부요크(7)는 자석(6a)을 고정하고 분할요크(8a),(8b)는 각각 자석을 고정하고, y축방향으로 소정의 거리만큼 분리되어 배치되어 있다. 요크스페이서(9a),(9b)는 각각 요크(7)와 분할요크(8a)사이, 및 요크(7)와 분할요크(8b)사이에 z축방향으로 고정되어 있다. 고정자(a)는 일부가 도시되어 있고 가동자(b)는 가동체(도시되어 있지 않음)에 결합되어 있음을 주목한다.

제2도는 고정자(a)측의 고정부재(4)부근을 XZ평면을 따라 절단한 부분도면이다. 제2도에 있어서, 고정부재(4)는 고정체(10)에 고정되어 있고, 코일(1a)∼(1e)은 냉각관(3)을 구비한 지지부재(2)에 의해 지지됨과 동시에 냉각관(5)을 구비한 고정부재(4)에 부착되어 고정체(10)에 고정되어 있다. 제6도는 제1도에 도시한 고정자(a)와 가동자(b)를 조립한 상태를 도시한 YZ단면도이다. 제6도로부터 알 수 있듯이, 가동자(b)는 YZ단면도의 노치부분이 +z축방향(제6도의 위쪽방향)으로 향한 대체로 C자단면을 지닌다. 고정부재(4)는 고정체(10)에 볼트, 접착제 등에 의해 고정되어 있다. 가동자(b)는 고정자(a)에 대해서 가이드(도시되어 있지 않음)에 의해 x축(병진)방향이외의 이동은 국한되므로, x축방향으로만 이동한다.

제1도(a) 및 제1도(b)에 의하면, 서로 대향하는 자석(6a)과 자석(6b),(6c)과의 사이에는 자계가 존재한다. 이 자계중에 존재하는 코일(1a)∼(1e)에 적당한 전류를 공급하면, 로렌쯔력이 발생하여, 자석(6a)∼(6c) 및 코일(1a)∼(1e), 즉, 가동자(b)와 고정자(a)는 상대적으로 x 축방향으로 움직인다. 이 경우, 고정자(a)는 고정되어 있으므로, 가동자(b)가 x 축방향으로 구동된다. 고정자(a)는 적어도 고정부재(4)의 상면(+z축)에 의해 고정체(제1도(a)및 제1도(b)에는 도시되어 있지 않음)에 고정된다.

코일(1a)∼(1e)은 고정부재(4)에 의해 각각 고정되어 있으므로, 고정자(a)[코일(1a)∼(1e)]가 x 축방향으로 연장되어도 지지부재(2a),(2b)를 포함한 코일(1a)∼(1e)의 현진동을 주로 억제할 수 있어 가동자석형다상리니어모터의 위치결정성능을 향상기킬 수 있다. 예를 들면, 고정자(a)의 x 축방향의 길이가 1m이상인 경우에는, 이 구성을 취하는 것에 의해 모터의 강성이 종래의 모터의 10배이상이 되는 것이 해석 및 실험에 의거해서 확인되어 있다. 이 사실은 리니어모터를 장착한 장치의 진동적 악영향을 최소한으로 억제하는 효과를 부여할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 가동자(b)를 구동하기 위해서는 코일(1a)∼(1e)에 코일의 배선(도시되어 있지 않음)을 통해 전류가 흐르게 하고, 이 전류에 의해, 코일(1a)∼(1e)은 열을 발생시킨다. 이 열은 구조체의 열변형, 분위기의 변동, 영구자석의 열화 등을 야기시킨다. 이 열을 회수하기 위해서, 지지부재(2a),(2b)의 냉각관(3a),(3b)에 냉매를 공급한다. 또, 지지부재(2a),(2b)사이에 위치한 고정부재(4)에도 냉각관(5)을 배치하여 냉매를 공급하는 것에 의해, 코일(1a)∼(1e)의 Y 축방향의 양단부외에 중앙부에도 냉각을 행한다. 이와같이해서, 코일(1a)∼(1e)의 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 공기나 외부구조체로 전달되는 열을 감소시킬 수 있다.

고정부재(4)에 설치된 냉각관(5)은 코일(1a)∼(1e)에서 발생한 열이 고정부재(4)를 경유하여고정체(10)[제6도참조]로 전달되는 것도 억제한다. 이 방식으로, 지지부재(2a),(2b)및 고정부재(4)가 각각 냉각수단을 구비하므로, 열의 회수를 효율적으로 달성할 수 있다. 이 사실은 리니어모터를 장착한 장치의 열적 악영향을 최소한으로 억제하는 효과를 부여한다.

상술한 바와 같이, 코일(1a)∼(1e)의 단부는 냉각관(3a),(3b)을 구비한 지지부재(2a),(2b)에 의해 지지되고, 코일(1a)∼(1e)의 중앙부는 냉각관(5)을 구비한 고정부재(4)에 의해 지지 및 고정되므로, 지지부재(2a),(2b)의 크기 또는 중량을 증가시키지 않고, 코일(1a)∼(1e) 및 지지부재(2a), (2b)를 포함한 고정자(A)의 강성을 증가시킴과 동시에, 코일(1a)∼(1e)의 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 고정자(a)의 길이증가 및 코일의 발열량증가에도 대응하여, 진동, 열등의, 정밀도의 악화요인을 제거하는 것이 가능하다.

고정자(a)가 고정부재(4)에 의해 고정체(10)에 고정되므로, 가동자(b)상부의 영구자석은 자석(6b),(6c)으로 분할되고, 상부요크는 분할요크(8a),(8b)로 분할된다. 자석(6b),(6c)간의 y 축방향으로의 갭은 고정부재(4)와의 간섭을 회피하기 위한 공간으로 작용한다. 요크(7), 분할요크(8a) 및 요크스페이서(9a)의 세트와, 요크(7), 분할요크(8b), 및 요크스페이서(9b)의 세트는, 예를 들면, 자석(6a),(6b)사이 및 자석(6a),(6c)사이에서 작용하는 흡인력에 대항해서 제6도에 도시한 대체로 C자형을 유지하도록 볼트(도시되어 있지 않음)에 의해 고정되어 있다. 이 방식으로, 요크는 가동자(b)의 중앙부에서 분할되므로, 고정자(a)와 고정부재(4)와의 간섭을 피할 수 있다.

제3도는 본 발명에 의한 고정자의 다른 실시예의 부분XZ단면도이다. 고정부재(4)와 코일(1a)∼(1e)과의 접합부에 오목부를 형성하고, 이 부분에 코일(1a)∼(1e)을 끼워맞춤하여 접착하고 있다. 본 실시예에서는, 코일(1a)∼(1e)과 고정부재(4)와의 접합부의 총면적이 증가하게 되어 코일(1a)∼(1e)에서 발생하는 열을 고정부재(4)에 보다 효율적으로 전달할 수 있으므로, 냉각관(5)의 냉매에 의해 회수되는 열량을 증가시킨다. 본 실시예에 의해, 냉각효율을 향상시키는 효과가 기대된다. 또, 고정부재(4)에 오목부를 정밀하게 형성하는 경우, 다른 위치결정지그를 이용하지 않고도 코일(1a)∼(1e)을 x 축방향으로 위치결정할 수 있으므로 조립공정도 간략화할 수 있다. 다른 효과는 상기 실시예와 동일하다.

제4도는 본 발명에 의한 고정자의 또 다른 실시예의 부분 XZ단면도이다. 고정부재(4a),(4b),(4c)의 각각은 코일(1a)∼(1e)을 고정체(10)에 고정하고 냉각관(5a),(5b),(5c)의 각각은 냉매를 고정부재(4a),(4b),(4c)에 공급한다. 동도는 고정부재(4a),(4b),(4c)에 냉매를 직렬로 공급하는 경우의 예이다. 고정부재(4a),(4b),(4c)에 냉각관을 병렬로 배치하여 냉매를 공급해도 된다. 고정부재(4a),(4b),(4c)는 제3도 고정부재(4)를 몇조각으로 분할하여 얻은 각각에 해당한다. 분할된 고정부재(4a),(4b),(4c)를 이용하면 각 고정부재(4a)∼(4c)의 x 축방향의 크기가 작아 가공성이 용이하므로 형상의 높은 정밀도를 얻을 수 있다. 다른 효과는 상기 실시예와 동일하다.

제5도는 본 발명에 의한 고정자의 또 다른 실시예의 부분 XZ단면도이다. 고정부재(4a),(4b)는 각각 코일(1a),(1b) 및 코일(1d),(1e)을 고정체(10)에 고정한다. 고정부재(4a),(4b)간 간격은 고정자(a), 즉, 지지부재(2)와 코일(1a)∼(1e)의 강성을 손상시키지 않는 범위내에서 증가시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 지지부재(2)에 의해 지지되는 코일(1a)∼(1e)중 몇몇이 고정부재(4a),(4b)에 의해 고정체(10)와 고정되므로, 고정부재(4a),(4b)의 수 및 중량을 감소할 수 있어 구성의 간략화를 도모할 수 있다. 다른 효과는 상기 실시예와 동일하다.

제7도는 본 발명에 의한 고정자(a)의 또 다른 실시예를 도시한 YZ단면도이다. 고정부재(4)는 냉각관(5a),(5b)을 구비한다. 상기와 같은 냉각관(5)을 복수배치하거나 또는 냉각관(5)의 단면적을 증가시키면, 냉각관의 표면적을 증가시킬 수 있고 냉매의 유량도 증가시킬 수 있다.

고정부재(4)의 YZ단면을 T자형으로 설계하면, 냉각관(5a)의 간섭없이 고정부재(4)를 볼트로 고정체(10)에 체결할 수 있다. 또, 고정부재(4)와 고정체(10)간의 접촉면적이 증가하므로, 접착면적이 증가하여 접착력이 증가하게 된다. 그러므로, 복수의 냉각관(5)[(5a)및 (5b)]을 배치하거나 또는 냉각관의 단면적을 증가시켜서 고정부재(4)를 T자형단면으로 설계하면, 냉각효율이 향상하여 고정부재(4)를 고정체(10)에 확실히 고정할 수 있다. 다른 효과는 상기 실시예와 동일하다.

제8도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 제8도중, 분할요크(8a),(8b)는 요크스페이서(9)에 고정되어 있다. 또, 분할요크(8a),(8b)와 요크스페이서(9)는 단일 부재와 일체로 형성해도 된다. 대향한 영구자석(6a),(6b)은 각각 분할요크(8a),(8b)에 고정되어 서로를 흡입한다. 이 경우, 이 흡인력에 대해서 가동자가 대체로 U자형을 유지하도록 요크스페이서(9)는 상기 자석(6a),(6b)이 배치된 분할요크(8a),(8b)를 지지한다.

자석(6a),(6b)사이에 발생하는 자계중에 코일(1)이 존재하며, 이 코일(1)에 전류를 공급하는 것에 의해, 제8도의 지면에 수직인 방향(x축방향)으로 로렌쯔력이 발생한다. 이 힘에 의해서 코일(1)과 자석(6a),(6b)은 x축방향으로 상대운동을 한다. 코일(1)에 전류가 흐르면, 코일(1)이 발열하고 이것이 분위기온도를 상승시켜 공기를 변동시키거나 구조체 및 영구자석에 열변형 또는 열화를 부여한다. 이것을 방지하기 위해서, 코일(1)을 지지하는 지지부재(2a),(2b)에 냉각관(3a),(3b)을 배치하고 냉매에 의해 코일(1)을 냉각한다.

또, 코일의 강성을 증대하고, 진동을 감소하며, 코일의 냉각성능을 향상기키기 위해서, 지지부재(2a)에 냉각관(5)을 구비한 고정부재(4)를 배치하고 상기 고정부재(4)를 통해서 고정체(10)에 상기 지지부재(10)를 고정한다. 코일(1)은 고정체(10)에 고정되어 있으므로, 상술한 로렌쯔력에 의해 자석(6a),(6b)이 x축방향으로 구동된다. 또 고정부재(4)가 지지부재(2a)에 설치되어 있으므로, 요크스페이서(9)는 분할요크(8a),(8b)의 우측(+Y측)에만 존재하고 그좌측(-Y측)에는 존재하지 않는다.

이 방식에 있어서, 코일(1)을 냉각관(3a),(3b)을 구비한 지지부재(2a),(2b)에 의해 지지하면, 1개의 지지부재를 냉각관(5)을 구비한 고정부재(4)에 의해 지지 및 고정함으로써 코일(1)및 지지부재(2a),(2b)를 포함한 고정자의 강성을 증가시키고, 코일(1)의 냉각성능을 향상시키는 것이 가능하다. 이런 이유로, 고정자의 길이증가 및 코일에 의한 발열량증가에도 대응하여 진동, 열 등의, 고정밀도의 악화요인을 제거할 수 있다. 게다가, 자석(6a),(6b), 분할요크(8a),(8b)등으로 구성된 가동자의 부품수를 감소할 수 있어, 구조가 간략화되므로, 제작 및 조립공정이 용이하게 되어 코스트가 삭감된다.

제9도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 여기에서는, 제1도(a) 및 제1도(b)에 도시한 상술한 실시예에 있어서의 지지부재(2a),(2b)의 x축방향의 양단부가 단부고정부재(20)에 의해 고정체(10)에 고정되어 있다. 제9도에서는 상하방향(z축방향)이 제1도(a)및 제1도(b)와 역으로 되어 있지만, 다른 구성은 제1도(a) 및 제1도(b)에 도시한 실시예와 동일하므로, 여기서는 그 반복된 설명은 생략한다. 본 실시예에서는, 지지부재(2a),(2b)의 양단부가 단부고정부재(20)에 의해 고정체(10)에 더욱 고정되어 있으므로, 제1도(a) 및 제1도(b)에 도시한 실시예에 비해서 고정자(a)의 강성을 향상기킬 수 있다. 이 때문에, 리니어모터를 장착한 장치측의 고정자(a)의 진동으로 인한 악영향을 더욱더 제거할 수 있다.

본 실시예에서는, 지지부재(2a),(2b)가 단부고정부재(20)에 의해 고정체(10)에 고정되어 있으므로, 코일(1a)∼(1c)에 고정된 고정부재(4)를 고정체(10)에 고정시킬 필요는 없다.

보다 구체적으로는, 고정부재(4)의 코일유지면의 반대면만이 고정체(10)에 접촉되도록하거나 또는 고정부재(4)가 고정체(10)와의 사이에 z축방향으로 소정의 갭을 가지고 배치되도록 고정부재(4)의 형상 및/또는 장착위치를 결정해도 된다. 이 경우에, 고정자(a)의 강성은 전술한 실시예에 비해서는 낮지만, 고정부재(4)가 코일(1a)∼(1c)과 결합하기때문에 제12도(a) 및 제12도(b)에 도시한 종래예에 비해서 강성을 향상시킬 수 있어, z축 또는 y축방향으로의 현진동을 감소시킬 수 있다.

제10도는 제9도에 도시한 실시예의 변형을 도시한 것이다. 본 실시예의 상기 제9도의 실시예와의 다른 점은, 고정부재(4)와 코일(1a)∼(1c)과의 접합부에 오목부를 형성하여, 이들 오목부에 코일(1a)∼(1c)을 끼워적중하여 접착하고 있는 점에 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 코일(1a)∼(1c)과 고정부(4)와의 접합부의 총면적이 증가하게되어 코일(1a)∼(1c)에 의해 발생된 열을 고정부재(4)에 보다 효율적으로 전달할 수 있음으로 해서, 냉각관(5)의 냉매에 의해 회수되는 열량을 증가시킨다. 이것에 의해, 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또, 고정부재(4)에 오목부를 정밀하게 형성하는 경우, 다른 위치결정지그를 이용하지 않고도 코일(1a)∼(1c)을 x축방향으로 위치결정할 수 있으므로 조립공정을 간략화할 수 있다. 다른 구성 및 효과는 제9도에 도시한 상기 실시예와 동일하다.

제10도에 도시한 실시예에서도, 고정부재(4)를 고정체(10)에 접착할 필요는 없지만, 고정부재(4)를 고정체(10)에 접촉시키기만 해도 되고 또는 고정부재(4)와 고정체(10)사이에 z축방향으로 소정의 갭을 형성해도 된다.

제11도는 본 발명의 가동자석형다상리니어모터를 반도체제조장치 특히, 반도체소자제조용의 스텝앤리피트(step-and-repeat)또는 스템앤스캔(step-and-scan)형 노광장치의 XY스테이지에 장착한 구성을 도시한 사시도이다.

동도에 의하면, 테이블(11)은 기준면으로 작용하는 상면을 지니고, 고정가이드(12)는 기준면으로 작용하는 측면을 지닌다. Y스테이지(13)은 가동체로서 테이블(11)상에서 y축방향으로 진동을 감소시킬 수 있다.

제10도는 제9도에 도시한 실시예의 변형을 도시한 것이다. 본 실시예의 상기 제9도의 실시예와의 다른 점은, 고정부재(4)와 코일(1a)∼(1c)과의 접합부에 오목부를 형성하여, 이들 오목부에 코일(1a)∼(1c)을 끼워맞춤하여 접착하고 있는 점에 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 코일(1a)∼(1c)과 고정부(4)와의 접합부의 총면적이 증가하게되어 코일(1a)∼(1c)에 의해 발생된 열을 고정부재(4)에 보다 효율적으로 전달할 수 있음으로 해서, 냉각관(5)의 냉매에 의해 회수되는 열량을 증가시킨다. 이것에 의해, 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또, 고정부재(4)에 오목부를 정밀하게 형성하는 경우, 다른 위치결정지그를 이용하지 않고도 코일(1a)∼(1c)을 x축방향으로 위치결정할 수 있으므로 조립공정을 간략화할 수 있다. 다른 구성 및 효과는 제9도에 도시한 상기 실시예와 동일하다.

제11도는 본 발명의 가동자석형다상리니어모터를 반도체제조장치 특히, 반도체소자제조용의 스텝앤리피트(step-and-repeat)또는 스텝앤스캔(step-and-scan)형 노광장치의 XY스테이지에 장착한 구성을 도시한 사시도이다.

동도에 의하면, 테이블(11)은 기준면으로 작용하는 상면을 지니고, 고정가이드(12)는 기준면으로 작용하는 측면을 지닌다. Y스테이지(13)는 가동체로서 테이블(11)상에서 y축방향으로 이동하고, X스테이지(14)는 가동체로서 테이블(11)상에서 x축방향으로 이동한다. 이 경우, X스테이지(14)는 Y스테이지(13)의 측면을 가이드기준면으로 이용하여 y축방향으로 Y스테이지(b)와 함께 이동한다. 본 발명에 의한 Y스테이지구동용 가동자석형다상리니어모터는 고정자(16a),(16b) 및 가동자(15a),(15b)를 구비한다. 본 발명에 의한 가동자석형다상리니어모터(17)는 X스테이지를 구동한다. Y스테이지를 구동한다. Y스테이지리니어모터는 고정부재(4)에 의해 고정체(10)에 고정되어 있다.

이 XY스테이지는 레이저간섭식위치계측기, 콘트롤러 및 리니어모터드라이버(도시되어 있지 않음)를 이용한 나노미터오더의 위치결정밀도를 지닌다. 스테이지자체의 미진동 및 0.1℃ 정도의 온도변화에 의한 열변형 또는 공기변동이 스테이지의 성능을 열화시킨다. 이 때문에, 제11도에 도시한 스테이지에서는, 리니어모터(16a),(16b)를 냉각관(5)[제1도(a) 및 제1도(b)참조]을 구비한 고정부재(4)[제1도(a) 및 제1도(b)참조]를 이용하여 고정함으로써, 리니어모터의 크기 및 중량을 증가시키지 않고 리니어모터의 강성 및 냉각성능을 향상시킨다.

예를들면, Y스테이지의 가동범위가 커져서 Y스테이지리니어모터의 리니어모터(16a),(16b)의 길이가 y축방향으로 증가하여도, 또는 구동력을 증가시키기 위해서 공급전류량을 증가시켜도, 냉각관(5)을 구비한 고정부재(4)에 의해 리니어모터가 지지되므로, 리니어모터와 그 주변부의 진동 및 온도상승을 최소한으로 억제할 수 있다.

그 결과, XY스테이지의 위치결정성능의 열화요인, 즉, 미진동, 열변형, 공기변동 등을 억제 할 수 있으므로, XY스테이지의 위치 결정정밀도, 위치결정시간 등의 성능을 향상시킬 수 있다. 또, XY스테이지를 장착한 반도체제조장치, 측정장치, 가공기등으로의 진동 및 열의 악영향을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가동자석형다상리니어모터에 있어서 장스트로크나 고출력배치를 채택한 경우에도, 리니어모터의 중량 및 크기를 크기변환시키지 않고 고정자의 진동을 억제하고 냉매의 냉각효율을 향상시킬 수 있음으로 해서 효율적으로 열을 회수하는 것이 가능하다.

Claims

고정자측의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자측의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 가동자석형다상리니어모터에 있어서, 코일배열방향으로 따라 설치되어 각 코일의 양단부를 유지함으로써 복수의 코일을 지지하는 지지부재; 상기 코일배열방향을 따라 설치되어 상기 지지부재의 내부에 냉매를 공급하는 파이프; 대체로 코일의 중앙부에 상기 배열방향을 따라 배치되어 상기 고정자를 고정하는 고정부재; 및 상기 고정부재에 배치된 냉매를 공급하는 냉각관으로 이루어지고, 상기 가동자는 상기 코일배열방향과 수직인 방향을 따라 볼 때 대체로 C자형 단면을 지닌 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
제1항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 고정자측의 각 코일을 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형 다상리니어모터.
제1항에 있어서, 상기 고정부재에는 오목부 또는 홈이 형성되어 있고, 상기 오목부 또는 홈에는 코일이 배치된 것을 가동자석형다상리니어모터.
고정자측의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자측의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 가동자석형다상리니어모터에 있어서, 코일배열방향을 따라 설치되어 각 코일의 양단부를 유지함으로써 복수의 코일을 지지하는 지지부재; 상기 코일배열방향을 따라 설치되어 상기 지지부재의 내부에 냉매를 공급하는 파이프; 상기 지지부재에 상기 배열방향을 따라 배치되어 상기 고정자를 고정하는 고정부재; 및 상기 고정부재내에 배치된 상기 고정부재에 냉매를 공급하는 냉각관으로 이루어지고, 상기 가동자는 상기 코일 배열방향과 수직인 방향을 따라 볼 때 대체로 U자형단면을 지닌 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
제4항에 있어서, 상기 고정부재는 상기 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형 다상리니어모터.
제4항에 있어서, 상기 고정부재와 상기 고정자와의 접촉부분은 볼트로 체결된 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
고정자측의 복수의 코일에 전류를 공급하여 가동자측의 자석에 추력을 부여하는 것에 의해 상기 가동자를 상기 고정자에 대해서 이동시키는 상기 고정부재는 상지 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터에 있어서, 코일배열방향을 따라 설치되어 각 코일의 양단부를 유지함으로써 복수의 코일을 지지하는 지지부재; 상기 배열방향을 따라 설치되어 상기 지지부재의 내부에 냉매를 공급하는 파이프; 상기 고정자를, 대체로 코일의 중앙부에 상기 배열방향을 따라 배치되어 고정하는 제1고정부재와, 상기 고정자의 양단부에 상기 코일배열방향을 따라 배치되어 고정하는 제2고정부재; 및 상기 제 1고정부재에 냉매를 공급하는 냉각관으로 이루어지고, 상기 가동자는 상기 코일배열방향과 수직인 방향을 따라 볼 때 대체로 C자형단면을 지닌 것을 특징으로 하는 상기 고정부재는 상지 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
제7항에 있어서, 상기 제1고정부재는 각 코일을 고정하는 것을 특징으로 하는 상기 고정부재는 상지 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
제7항에 있어서, 상기 제1고정부재에는 오목부 또는 홈이 형성되어 있고, 상기 오목부 또는 홈에는 코일이 배치된 것을 특징으로 하는 상기 고정부재는 상지 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.
제7항에 있어서, 상기 고정자는 상기 제1 및 제2고정부재중 상기 제2고정부재에 의해서만 소정의 고정체에 고정된 것을 특징으로 하는 상기 고정부재는 상지 지지부재의 일측부를 고정하는 것을 특징으로 하는 가동자석형다상리니어모터.