KR100826823B1

KR100826823B1 - 리니어 모터 및 이 리니어 모터를 이용한 스테이지장치

Info

Publication number: KR100826823B1
Application number: KR1020067025878A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 시노히라; 도타로 우스이
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2008-05-02
Also published as: KR20070022722A

Abstract

리니어 모터(20)의 코일부(60)는, 냉각패널(53)과 방열부(55)에 의해 구성된 코일 냉각부(57)를 가진다. 코일부(60)에서는, 코일(66)의 측면에 장착된 히트 파이프 구조로 된 냉각패널(53)에 의해 냉각되고, 냉각패널(53)로부터의 열을 방열부(55)에 의해 방열한다. 이로써, 각 코일(66)의 온도 상승이 억제되므로, 발열에 수반하는 각 코일(66)의 저항이 증대되는 것이 억제된다.

Description

리니어 모터 및 이 리니어 모터를 이용한 스테이지장치{Linear motor and stage device using the same}

본 발명은 코일로부터의 발열을 효율 좋게 냉각하도록 구성된 리니어 모터 및 이 리니어 모터를 이용한 스테이지장치에 관한 것이다.

예컨대, 반도체 제조장치나 액정 제조장치 등에 이용되는 정밀 위치결정장치에서는, 기판 등의 피가공물이 올려 놓아진 스테이지를 구동하는 구동수단으로서 리니어 모터를 이용하고 있어서, 스테이지의 양단을 한 쌍의 리니어 모터에 의해 병진 구동제어하고 있다.

이 종류의 리니어 모터에서는, 복수의 코일이 일렬로 설치된 코일부와, 코일열(列)에 대향하도록 배치된 복수의 영구자석이 일렬로 설치된 마그넷 요크부로 구성되어 있다. 그리고, 코일부에 통전되어 전자력이 발생함으로써, 영구자석에 대하여 추력(推力)(구동력)이 발생한다.

또한, 리니어 모터의 구성으로서는, 마그넷 요크부가 고정(固定)측이고 코일부가 가동(可動)측이 되는 무빙 코일 방식과, 코일부가 고정측이고 마그넷 요크부가 가동측이 되는 무빙 마그넷 방식이 있다.

상기 두 방식의 어느 방식에 있어서도 코일로부터의 발열에 의한 온도 상승 이 발생하면, 코일 자체의 저항값이 상승하므로, 구동전류가 저하되게 된다. 리니어 모터에서는, 추력이 구동전류에 비례하므로, 구동전류가 저하되면, 추력도 저하된다.

또한, 코일로부터 발생한 열이 외부 환경에 영향을 준다. 따라서, 리니어 모터에서는, 코일로부터의 발열에 의한 영향을 줄이기 위해서, 코일부를 냉각하는 냉각수단을 마련하고 있다. 이 냉각수단으로서는, 예컨대, 코일부의 내부에 패널 형상의 히트 파이프를 마련하는 구성의 것이 있다. 이 냉각방식에서는, 코일로부터의 열을 히트 파이프에 의해 코일부를 지지하는 홀더 측으로 전도시키고 있어서, 효율 좋게 코일의 열을 방열시킬 수 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

또한, 이 특허문헌 1의 리니어 모터에서는, 코일부의 양 측면에 2열의 코일이 등을 맞대고 설치되어 있으므로, 2열의 코일 배면 사이의 간극에 히트 파이프가 삽입되어 있어서, 콤팩트한 구성으로 되어 있다.

또한, 리니어 모터에 있어서는, 2열의 코일열(列)과, 2열의 마그넷열(列)이 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 각 코일 형상이 평면적이지 않고, 사각형 형상으로 감겨진 코일의 양측을 90도 구부린 ㄷ자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 코일열의 인접하는 코일끼리의 ㄷ자 형상의 방향이 180도 다르게 배치되어, 각 코일의 양측의 구부린 부분이 이동방향에서 겹치도록 배치해서 토크 변동을 억제하도록 구성된 것도 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2001-327152호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2002-010616호 공보

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나, 상기 특허문헌 1의 리니어 모터에서는, 이동방향으로 뻗은 각 코일열에 있어서, 사각형 형상으로 감겨진 각 코일이 동일 평면에 소정 간격으로 배치되므로, 각 코일 간에서 전자력이 저하되어 토크 부족이 생긴다고 하는 문제가 있다.

따라서, 상기 특허문헌 1의 리니어 모터에서는, 히트 파이프에 의해 코일의 열을 효율 좋게 방열부분에 방출할 수 있는 반면, 리니어 모터의 효율 저하를 해소하는 것이 곤란하다.

또한, 상기 특허문헌 2의 리니어 모터에서는, 양측을 90도 구부려서 ㄷ자 형상으로 형성된 코일을 인접하는 코일끼리 180도 다르게 배치되고, 각 코일의 양측의 구부린 부분이 겹치도록 구성하고 있으므로, 토크 부족을 해소해서 정밀한 이동 제어를 실현할 수 있기는 하지만, 크랭크 형상으로 구부러진 각 코일열의 간극에 패널 형상의 히트 파이프를 삽입할 수 없었다.

따라서, 특허문헌 2의 리니어 모터에서는, 코일부에 냉매를 순환시키기 위한 냉각 유로를 마련하여, 그 유로에 냉매를 공급하기 위한 펌프 등을 마련하고 있고, 또한 냉매의 유출을 방지하는 실링 구조도 필요하게 되므로, 구성이 대형화, 및 복잡화되어, 코스트 업의 요인으로 되어 있다.

본 발명은 상기 리니어 모터 및 이 리니어 모터를 이용한 스테이지장치에 있어서, 코일 형상에 상관없이 코일의 냉각 효율을 높이는 것을 과제로 하고 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하와 같은 특징을 가진다.

청구항 1 기재의 발명은, 복수의 코일이 병설(竝設)된 코일부와, 복수의 영구자석이 상기 코일열(列)에 대향하도록 병설된 마그넷 요크부와, 상기 코일부를 냉각하는 코일 냉각부를 가지는 리니어 모터에 있어서, 상기 코일 냉각부는, 상기 코일부의 열을 외부에 방출하도록 형성된 열전도 소자를 가지는 냉각패널과, 이 냉각패널에 접속되고, 상기 열전도 소자로부터의 열을 외부에 방열하는 방열부를 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 2, 청구항 8 기재의 발명은, 상기 냉각패널은, 상기 코일부의 열이 상기 열전도 소자에 전도하도록 상기 코일부의 측면에 장착된 것을 특징으로 한다.

청구항 3, 청구항 9 기재의 발명은, 상기 방열부는, 상기 냉각패널의 방열측 단부(端部)에 맞닿도록 상기 코일부의 단부에 마련된 것을 특징으로 한다.

청구항 4, 청구항 10 기재의 발명은, 상기 코일 냉각부가, 복수의 상기 냉각패널과, 복수의 방열부를 가지고, 상기 복수의 상기 냉각패널의 입열(入熱)측이 상기 코일부의 중앙에 접하도록 배치한 것을 특징으로 한다.

청구항 5, 청구항 11 기재의 발명은, 상기 냉각패널이, 상기 열전도 소자가 상기 코일부의 측면 및 상기 코일부를 지지하는 홀더부에 접하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

청구항 6, 청구항 12 기재의 발명은, 상기 열전도 소자는, 상기 냉각패널의 내부공간에 형성된 히트 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 7 기재의 발명은, 복수의 코일이 병설(竝設)된 코일부와, 복수의 영구자석이 상기 코일열(列)에 대향하도록 병설된 마그넷 요크부와, 상기 코일부를 냉각하는 코일 냉각부를 가지는 리니어 모터와, 이 리니어 모터에 구동되는 슬라이더와, 이 슬라이더와 함께 이동하는 스테이지와, 이 스테이지의 이동을 가이드하는 가이드부를 가지는 스테이지장치에 있어서, 상기 코일 냉각부는, 상기 코일부의 열을 외부에 방출하도록 형성된 열전도 소자를 가지는 냉각패널과, 이 냉각패널에 접속되고, 상기 열전도 소자로부터의 열을 외부에 방열하는 방열부를 구비한 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 코일부의 열을 외부에 방출하도록 형성된 열전도 소자를 가지는 냉각패널과, 냉각패널에 접속되고, 열전도 소자로부터의 열을 외부에 방열하는 방열부를 구비하였으므로, 콤팩트한 구성으로 코일부의 열을 외부에 효율 좋게 방출하여서 코일부의 온도상승을 억제함으로써, 구동력의 저하를 방지할 수 있음과 함께, 또한 인접하는 코일을 번갈아 다르게 겹치도록 배치한 경우이더라도 코일부를 충분히 냉각하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 스테이지장치에 있어서는, 토크 부족을 해소하는 구성으로 하기 위해서 코일 형상이 복잡한 경우이더라도, 코일부의 주위로부터 효율 좋게 냉각하는 것이 가능해져서, 토크 증대에 의해 정밀한 고속 이동 제어의 실현과, 코일부의 냉각에 의한 추력 저하의 방지라고 하는 2개의 과제를 동시에 해결할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명이 되는 리니어 모터의 일실시예가 적용된 스테이지장치를 나타낸 평면도이다.

도 2는, 리니어 모터(20) 및 가이드부(30)의 구성을 확대해서 나타낸 정면도이다.

도 3은, 리니어 모터(20) 및 가이드부(30)의 구성을 확대해서 나타낸 평면도이다.

도 4는, 리니어 모터(20)의 구성을 나타낸 종단면도이다.

도 5는, 리니어 모터(20)의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 6은, 코일부(60)의 외관을 나타낸 정면도이다.

도 7은, 코일부(60)의 외관을 나타낸 측면도이다.

도 8은, 코일부(60)의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 9는, 냉각패널(53)의 구성을 나타낸 정면도이다.

도 10은, 도 9 중 A-A선을 따른 종단면도이다.

도 11은, 코일(66)의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 12는, 2열의 코일을 조합한 상태를 나타낸 사시도이다.

도 13은, 리니어 모터의 실시예 2의 측면도이다.

도 14는, 리니어 모터의 실시예 3의 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스테이지장치

14 : 베이스

16 : 가동부

18 : 슬라이더

20 : 리니어 모터

22 : 리니어 스케일

24 : Y슬라이더

26 : X슬라이더

30 : 가이드부

34 : 모터 지지부

44 : 요크

46 : 영구자석

50 : 가이드 레일

52, 54 : 정압(靜壓) 공기베어링

53, 70 : 냉각패널

53a : 입열(入熱)측

53b : 방열(放熱)측

53d : 증기통로

53e : 환류(還流)통로

55 : 방열부

55a : 제1 히트 싱크

55b : 제2 히트 싱크

56 : 자석 유닛

57 : 코일 냉각부

58 : 베이스 요크

59 : 사이드 요크

60 : 코일부

63 : 몰드

64 : 코일 홀더

66 : 코일

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 도면과 함께 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 설명한다.

[실시예 1]

도 1은, 본 발명이 되는 리니어 모터의 일실시예가 적용된 스테이지장치를 나타낸 평면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 스테이지장치(10)는, XY스테이지이고, 콘크리트로 만들어진 기초 위에 고정된 베이스(14)와, 베이스(14) 위를 이동하는 가동부(16)와, 가동부(16)의 양 단부(端部)를 Y방향으로 구동하는 한 쌍의 리니어 모터(20)를 가진다.

가동부(16)는, 리니어 모터(20)에 의해 구동되는 슬라이더(18)와, 슬라이더(18) 사이를 연결하도록 이동방향과 직교하는 X방향으로 가로 걸쳐진 Y슬라이더(24)와, Y슬라이더(24) 위를 X방향으로 이동하는 X슬라이더(26)를 가진다.

슬라이더(18)는, Y방향으로 뻗은 가이드부(30)의 가이드 레일(50)에 가이드되어서 Y방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있으며, 리니어 모터(20)의 코일부(60)가 장착되어 있다.

가동부(16)는, 좌우 양단에 마련된 슬라이더(18)가 가이드부(30)에 의해 가이드되면서 리니어 모터(20)의 구동력에 의해 Y방향으로 구동된다. 따라서, 가동부(16)는, 양단에 배치된 슬라이더(18)가 리니어 모터(20)의 구동력에 의해 동시에 구동됨으로써, 좌우의 슬라이더(18)가 병진(竝進)한다.

여기서, 리니어 모터(20) 및 가이드부(30)의 구성에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 리니어 모터(20)는, 코일부(60)와, 모터 지지부(34)의 상단에 지지된 ㄷ자 형상으로 이루어지는 요크(44)의 내측면에 고착된 영구자석(46)을 등간격으로 배열한 자석 유닛(56)(도 4 참조)으로 구성되어 있다. 코일부(60)의 코일(66)(도 11 참조)은, 영구자석(46)에 대향하도록 배치되어 있고, 구동 전압의 인가에 의해 영구자석(46)에 대한 Y방향의 추력(推力)(구동력)을 발생시킨다.

따라서, 리니어 모터(20)는, 영구자석(46)에 대한 로렌츠의 힘(Lorentz force)을 코일부(60)로부터 발생시킴으로써 Y방향의 구동력을 슬라이더(18)에 부여하도록 구성되어 있다. 그리고, 리니어 모터(20)는, 코일부(60)의 코일(66)에 인가되는 전압을 제어됨으로써 슬라이더(18)를 Y방향으로 일정 속도로 주행시키도록 구동력을 발생시킬 수 있다.

가동부(16)는, Y방향으로 뻗어있는 가이드 레일(50)의 4변(邊)을 둘러싸도록 형성된 슬라이더(18)를 가진다. 슬라이더(18)는, 제1 정압(靜壓) 공기베어링(52)과, 제2 정압 공기베어링(54)을 가진다. 제1 정압 공기베어링(52)은, 가이드 레일(50)의 상면(上面)(50-1)과의 사이에 압축공기를 분사해서 슬라이더(18)를 상측으로 플로팅 상태로 지지한다. 제2 정압 공기베어링(54)은, 슬라이더(18)와 가이드 레일(50)의 우측면(右側面)(50-2)과의 사이에 압축공기를 분사해서 가동부(16)를 측방(側方)으로 플로팅 상태로 지지한다.

슬라이더(18)는, 가이드 레일(50)의 각 면에 미소(微小)한 간극을 사이에 두고 대향하는 가이드면을 가진다. 따라서, 상기 정압 공기베어링(54)으로부터 상기 간극에 분사된 압축공기는, 슬라이더(18)의 가이드면을 소정 압력으로 가압한다. 이로써, 슬라이더(18)는, 가이드 레일(50)에 대하여 미소한 간극을 통하여 플로팅 지지되어 있으므로, 거의 마찰이 없는 비접촉상태로 Y방향으로 이동하는 것이 가능하다.

슬라이더(18)의 이동위치를 검출하는 리니어 스케일(22)은, 가이드 레일(50) 의 우측면(50-2)에 Y방향으로 뻗어 형성하여 마련된 피(被)위치검출판(22a)과, 피위치검출판(22a)의 슬릿수를 검출하는 센서(22b)로 구성되어 있다. 센서(22b)는, 슬라이더(18)에 장착되어 있으므로, 이동량을 소정 간격으로 일렬로 배치된 슬릿수에 따른 펄스수를 검출신호로서 출력한다.

도 4는 리니어 모터(20)의 구성을 나타낸 종단면도이다. 도 5는 리니어 모터(20)의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 코일부(60)는, 2열의 코일(66)을 몰드(63)에 의해 일체화한 것이며, 진행방향(Y방향)으로 뻗어 형성되어 있다. 또한, 코일부(60)는, 좌우측면에 냉각패널(53)이 장착되고, 또한 상부(上部)를 지지하는 코일 홀더(64)가 장착된다. 여기서, 코일(66) 및 냉각패널(53)의 표면은, 몰드(63)에 덮여 있으므로, 냉각패널(53)은 외관상 숨겨져서 보이지 않는다.

또한, 자석 유닛(56)은, 베이스 요크(58), 사이드 요크(59)를 U자 형상으로 조합한 구성이며, 이 사이드 요크(59)의 내벽에 상기 자석(46)이 장착되어 있다. 따라서, 베이스 요크(58)의 양측에 기립(起立)하는 사이드 요크(59)의 내측에 고착된 자석(46)은, 몰드(63) 내부에 수납된 코일(66)의 양측에 대향하도록 배치된다. 또한, 냉각패널(53)은, 얇은 판 형상으로 형성되어 있으므로, 코일부(60)의 이동을 방해하지 않도록 코일부(60)의 양측면에 장착되어 있다.

여기서, 리니어 모터(20)의 코일부(60)의 구성에 대해서 설명한다. 도 6은 코일부(60)의 외관을 나타낸 정면도이다. 도 7은 코일부(60)의 외관을 나타낸 측면도이다. 도 8은 코일부(60)의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 코일부(60)는, 몰드(63)의 내측에 냉각패널(53)(도 7, 도 8 중, 파선(破線)으로 나타냄)이 장착되고, 코일부(60)의 단부에는 방열부(55)가 장착되어 있다. 이들 냉각패널(53)과 방열부(55)는, 코일 냉각부(57)를 구성하고 있다. 냉각패널(53)은, 코일부(60)의 좌우측면에 배치되고, 몰드(63)의 내부에 수납되어 있다.

냉각패널(53)은, 코일(66)에 대한 접촉면적을 가능한 한 크게 취할 수 있으므로, 그 만큼 냉각능력을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 냉각패널(53)은, 코일(66)의 발열량에 따라서 코일부(60)의 일측에만 마련해도 좋고, 혹은 코일부(60)의 양측에 마련하는 구성으로 하여도 좋다.

냉각패널(53)은, 박판(薄板) 형상으로 형성된 평면형 히트 파이프로 이루어지고, 내부공간에는 히트 파이프의 원리를 이용한 열전도 소자가 마련되어 있어서, 냉매를 순환시키기 위한 관로나 열교환기 등을 마련할 필요가 없으므로, 콤팩트한 구성으로 되어 있다. 냉각패널(53)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 우단(右端)측이 입열(入熱)측(53a)이고 좌단(左端)측이 방열(放熱)측(53b)이다. 따라서, 코일(66)의 열은, 냉각패널(53)의 우단측으로부터 좌단측으로 옮겨지므로, 코일(66) 내부의 열은 우단측으로 이동해서 냉각패널(53)의 입열측(53a)에 전도된다.

또한, 코일부(60)의 일단부에는, 냉각패널(53)의 방열측에 접하는 방열부(55)가 장착되어 있다. 이 방열부(55)는, 코일부(60)의 단부에 고착된 제1 히트 싱크(55a)와, 제1 히트 싱크(55a)의 단면에 나사 등의 체결부재에 의해 탈부착 가능하게 고정된 제2 히트 싱크(55b)로 이루어진다. 제1, 제2 히트 싱크(55a, 55b) 는, 코일부(60)의 단부의 형상에 따른 T자 형상으로 형성되어 있고, 코일부(60)의 이동을 방해하지 않는 형상으로 구성되어 있다. 또한, 히트 싱크(55a, 55b)는, 방열 효과를 얻기 위해서, 열전도율이 높고, 또한 가공성이 좋은 금속(예컨대, 구리나 알루미늄 합금 등)에 의해 형성되어 있다. 또한, 히트 싱크(55a, 55b)는, 블럭 형상이어도 좋고, 혹은 방열면적을 확대하기 위해서, 복수의 방열 핀을 마련하는 구성으로 하여도 좋다.

도 9는 냉각패널(53)의 구성을 나타낸 정면도이다. 도 10은 도 9 중 A-A선을 따른 종단면도이다. 도 9, 도 10에 나타낸 바와 같이, 냉각패널(53)의 내부는, 진공으로 유지되어 있으며, 예컨대, 순수(純水) 등의 액체가 주입되어 있다. 이 액체는, 입열측(53a)의 열에 의해 증기가 되어서 방열측(53b)으로 이동함으로써 입열측(53a)의 기화열을 빼앗아 방열측(53b)으로 옮긴다. 그리고, 방열측(53b)이 히트 싱크(55a, 55b)에 의해 냉각되므로, 방열측(53b)에서 증기가 액체로 되돌려져 열을 방열한다. 그리고, 방열측(53b)에서 응집된 액체는, 모세관 현상에 의해 입열측(53a)으로 되돌아온다.

냉각패널(53)은, 열전도율이 높은 금속(예컨대, 구리)에 의해 평판 형상으로 형성되어 있고, 그 내부공간은, 한 쌍의 격벽(53c)에 의해 3개의 통로로 구획 지어져 있다. 이들의 통로로서는, 입열측(53a)으로부터 방열측(53b)으로 증기가 이동하기 위한 한 쌍의 증기통로(53d)와, 방열측(53b)으로부터 입열측(53a)으로 액체가 이동하기 위한 환류(還流)통로(53e)가 형성되어 있다. 한 쌍의 증기통로(53d)의 사이에 환류통로(53e)가 형성되고 있으며, 각각 수평방향으로 뻗어 형성되어 있다. 또한, 환류통로(53e)와 증기통로(53d)의 양단(兩端)은, 서로 연결되어 통하여 있어서, 증기 또는 액체가 유통할 수 있다. 또한, 환류통로(53e)는, 구리선을 묶은 극세선 심지(wick)(미도시)가 삽입되어 있으므로, 액체의 환류속도가 모세관 현상에 의해 가속되도록 구성되어 있다.

이와 같이, 냉각패널(53)은, 히트 파이프의 원리에 의해 코일(66)에서 발생한 열을 효율 좋게 히트 싱크(55a, 55b)에 방출해서 냉각할 수 있으므로, 코일(66)의 온도상승을 억제하는 것이 가능하게 된다.

도 11은 코일(66)의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 12는 2열(列)의 코일을 조합한 상태를 나타낸 사시도이다. 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 코일(66)은, 양측이 90도 구부러진 ㄷ자 형상으로 형성되며, 또한 진행방향(X방향)으로 병설(竝設)된 2개의 코일열(60A, 60B)의 각 코일(66)이 각각 180도 다른 방향으로 대향 배치되어 있다. 그리고, 제1 코일열(60A)의 코일(66)과 제2 코일열(60B)의 코일(66)은, 서로 번갈아 끼워맞추도록 조합되어 있다. 코일(66)의 직선부(66A)에는, 상술한 냉각패널(53)이 장착되므로, 코일(66)은 측면(側面)으로부터 냉각된다.

코일(66)은, 구리선을 사각형 형상으로 감고, 또한 양측을 90도 구부린 이른바 안장(鞍裝)형 구조로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 코일(66)은, 직선부(66A)와, 이 직선부(66A)의 양단에 굴곡 형성되는 한 쌍의 굴곡부(66B)와, 양측의 직선부(66A) 사이에 형성된 오목부(66C)를 구비하도록 형성된다. 따라서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 코일열(60A) 코일(66)의 직선부(66A)가 제2 코일열(60B) 코일(66)의 오목부(66C)에 끼워맞춰진다. 또한, 제2 코일열(60B) 코일(66)의 직선 부(66A)가 제1 코일열(60A) 코일(66)의 오목부(66C)에 끼워맞춰진다. 그리고, 제1 코일열(60A) 코일(66)의 직선부(66A)와 제2 코일열(60B) 코일(66)의 직선부(66A)가 겹치도록 서로 번갈아 조합되어 있다.

이와 같이, 코일부(60)에서는, 안장형 구조의 코일(66)을 180도의 방향으로부터 입체적으로 조합하므로, 상술한 특허문헌 1과 같이 평면 형상의 코일을 동일평면에 병설(竝設)하는 것보다도 큰 구동력이 얻어지지만, 코일열 사이에 히트 파이프를 삽입할 스페이스가 없다.

또한, 이대로의 상태에서는, 각 코일(66)이 서로 연결되어 있지 않고 분해되어 버리므로, 각 코일(66)은, 냉각패널(53)과 함께 수지몰드(53) 내부의 코일 수납부(62)(도 6 참조)에 수납된다.

코일부(60)에서는, 측면(側面)에 장착된 냉각패널(53)과, 단부(端部)에 장착된 방열부(55)에 의해 각 코일(66)이 효율 좋게 냉각되어서 온도상승이 억제된다. 따라서, 코일부(60)는, 콤팩트한 구성으로 발열에 수반하는 각 코일(66)의 저항이 증대되는 것이 억제되어, 리니어 모터(20B)의 열에 의한 추력의 저하를 방지할 수 있음과 함께, 발열에 의한 영향을 받지 않고 높은 추력화를 도모하여, 안정된 토크를 얻는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 냉각패널(53)은, 코일부(60)의 온도를 직접 빼앗아서 냉각할 수 있으므로, 높은 토크를 발생시켜서 가동 스테이지(18)를 고속으로 이동시키도록 하는 경우이더라도, 코일(66)의 발열에 대한 충분한 냉각 성능을 얻을 수 있다.

따라서, 리니어 모터(20B)에서는, 토크 부족을 해소하는 구성으로 하기 위해 서 코일 형상이 복잡한 경우이더라도, 코일(66)의 주위로부터 효율 좋게 냉각하는 것이 가능하게 된다. 이로써, 리니어 모터(20B)에서는, 토크 증대에 의해 정밀한 고속 이동 제어의 실현과, 코일(66)의 냉각에 의한 추력 저하의 방지라고 하는 2개의 과제를 동시에 해결할 수 있다.

또한, 코일(66)의 측면에 냉각패널(53)을 마련함으로써, 코일(66)로부터의 방사(放射)(복사(輻射))를 막을 수 있어서, 주위에 대한 열 영향을 저감할 수 있다.

[실시예 2]

도 13은 실시예 2의 측면도이다. 다만, 도 13에 있어서, 상술한 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 코일부(60)는, 측면에 한 쌍의 냉각패널(53)이 좌우 대칭으로 장착되어 있다. 따라서, 코일부(60)의 양측에는, 합계 4개의 냉각패널(53)이 장착되어 있다.

4개의 각 냉각패널(53)은, 입열측(53a)이 코일부(60) 측면의 중앙에 위치하도록 장착되어 있고, 방열측(53b)이 코일부(60)의 단부에 위치하도록 장착되어 있다. 그리고, 코일부(60)의 양단에는, 각 냉각패널(53)의 방열측(53b)에 접속되는 방열부(55)가 장착되어 있다.

이와 같이, 코일부(60)의 양측에는, 4개의 냉각패널(53)이 마련되어 있으므로, 코일부(60)의 가장 온도상승이 큰 중앙부를 중점적으로 냉각하는 것이 가능하게 된다. 이로써, 냉각패널(53)은, 코일(66)의 온도상승을 효과적으로 억제할 수 있어서, 상술한 실시예 1의 것보다도 냉각 효과를 높일 수 있다. 이와 같이, 복수(본 실시예에서는, 4개)의 냉각패널(53)은, 코일(66)의 인가 전압에 의한 발열을 코일부(60)의 중앙부분으로부터 효율 좋게 냉각할 수 있다. 따라서, 높은 토크를 발생시켜서 슬라이더(18)를 고속으로 이동시키도록 하는 경우이더라도, 충분한 냉각 성능을 얻을 수 있다.

[실시예 3]

도 14는 실시예 3의 종단면도이다. 다만, 도 14에 있어서, 상술한 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 코일부(60)는, 냉각패널(70)이 코일(66)의 직선부(66A) 및 상부의 굴곡부(66B)를 냉각하도록 장착되어 있다. 냉각패널(70)은, 하부(下部)가 입열측(70a)이고, 상부(上部)가 방열측(70b)이다.

따라서, 냉각패널(70)에서는, 증기통로 및 환류통로가 상하방향으로 뻗어 형성되어 있고, 내부통로에 주입된 액체는, 하부의 입열측(70a) 열에 의해 증기가 되어서 상부의 방열측(70b)으로 이동함으로써 입열측(70a)의 기화열을 빼앗게 된다. 그리고, 상부의 방열측(70b)은, 코일 홀더(64)에 접속되어 있으므로, 코일 홀더(64)가 히트 싱크로서 기능해서 냉각된다. 따라서, 방열측(70b)에서 증기가 액체로 되돌려져서 열을 방열한다. 그리고, 방열측(70b)에서 응집된 액체는, 모세관 현상 및 중력에 의해 입열측(70a)으로 되돌아온다.

이와 같이 실시예 3에서는, 실시예 1, 2와 같이 히트 싱크(55)를 마련할 필요가 없어 부품에 소요되는 작업을 삭감할 수 있으며, 또한 코일부(60)의 단부로부터 히트 싱크(55)가 돌출되지 않은 구성으로 하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 상기 실시예에서는, 냉각패널(53, 70)이 히트 파이프로 이루어지는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 패널 형상의 냉각수단이면, 히트 파이프 이외의 열전도 소자를 가지는 것이라도 좋은 것은 물론이다.

또한, 상기 실시예에서는, 무빙 코일형의 리니어 모터에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 무빙 마그넷형의 리니어 모터에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상기 실시예에서는, 코어리스(coreless)형의 코일부에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 코어부착형을 이용한 구성에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims

복수의 코일이 병설(竝設)된 코일부와, 복수의 영구자석이 상기 코일에 대향하도록 병설된 마그넷 요크부와, 상기 코일부를 냉각하는 코일 냉각부를 가지는 리니어 모터에 있어서,

상기 코일 냉각부는,

상기 코일부의 열을 외부에 방출하도록 형성된 열전도 소자를 가지는 냉각패널과,

상기 코일부의 이동방향 단부에 배치되고, 상기 냉각패널에 접속되어, 상기 열전도 소자로부터의 열을 외부에 방열하는 방열부를 구비한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각패널은, 상기 코일부의 열이 상기 열전도 소자에 전도하도록 상기 코일부의 측면에 장착된 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 방열부는, 상기 냉각패널의 방열측 단부(端部)에 맞닿도록 상기 코일부의 단부에 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 코일 냉각부는, 복수의 상기 냉각패널과, 복수의 방열부를 가지고, 상기 복수의 상기 냉각패널의 입열(入熱)측이 상기 코일부의 중앙에 접하도록 배치한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각패널은, 상기 열전도 소자가 상기 코일부의 측면 및 상기 코일부를 지지하는 홀더부에 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
청구항 1에 있어서,

상기 열전도 소자는, 상기 냉각패널의 내부공간에 형성된 히트 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
복수의 코일이 병설(竝設)된 코일부와, 복수의 영구자석이 상기 코일에 대향하도록 병설된 마그넷 요크부와, 상기 코일부를 냉각하는 코일 냉각부를 가지는 리니어 모터와,

이 리니어 모터에 구동되는 슬라이더와,

이 슬라이더와 함께 이동하는 스테이지와,

이 스테이지의 이동을 가이드하는 가이드부를 가지는 스테이지장치에 있어서,

상기 코일 냉각부는,

상기 코일부의 열을 외부에 방출하도록 형성된 열전도 소자를 가지는 냉각패널과,

상기 코일부의 이동방향 단부에 배치되고, 상기 냉각패널에 접속되어, 상기 열전도 소자로부터의 열을 외부에 방열하는 방열부를 구비한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
청구항 7에 있어서,

상기 냉각패널은, 상기 코일부의 열이 상기 열전도 소자에 전도하도록 상기 코일부의 측면에 장착된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
청구항 7에 있어서,

상기 방열부는, 상기 냉각패널의 방열측 단부에 맞닿도록 상기 코일부의 단부에 마련된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
청구항 7에 있어서,

상기 코일 냉각부는, 복수의 상기 냉각패널과, 복수의 방열부를 가지고, 상기 복수의 상기 냉각패널의 입열(入熱)측이 상기 코일부의 중앙에 접하도록 배치한 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
청구항 7에 있어서,

상기 냉각패널은, 상기 열전도 소자가 상기 코일부의 측면 및 상기 코일부를 지지하는 홀더부에 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
청구항 7에 있어서,

상기 열전도 소자는, 상기 냉각패널의 내부공간에 형성된 히트 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.