1282655 (1) 九、發明說明 " 【發明所屬之技術領域】 - 本發明是關於有良好效率將來自線圈的發熱冷卻所構 - 成之線性馬達及使用此線性馬達的載台裝置。 【先前技術】. 例如，用於半導體製造裝置或液晶製造裝置等之精密 # 定位裝置是用線性馬達來作爲驅動載置有基板等的被加工 物之載台之驅動手段，利用一對的線性馬達將載置台的兩 端並進驅動控制。 這種線性馬達係由成一列配置複數個線圈之線圈部、 及成一列配置有與線圈列相對向配置的複數個永久磁鐵之 ' 磁軛部所構成。然後，經線圈部通電而產生磁力，故相對 永久磁鐵而產生推力（驅動力）。 另外，線性馬達的構成包括有，磁軛部爲固定側而線 ® 圈部爲可動側之可動線圈方式、及線圈部爲固定側而磁軛 部爲可動側之可動磁軛方式。 上述2方式的任何一種都會因來自線圈的發熱而產生 溫度上升，則線圈本身的電阻値因而上升’因而驅動電流 降低。線性馬達因推力與驅動電流成比例，所以驅動電流 降低則推力也會降低。 另外，線圏所產生的熱會對外環境造成影響。因而線 性馬達爲了要減少線圈發熱所造成的影響’而設有將線圈 部冷卻之冷卻手段。這冷卻手段’例如有在線圏部的內部 -4 - (2) 1282655 設置板狀的熱交換管之構成。這冷卻方式則是利用熱交換 • 管使來自線圈的熱傳導至保持線圈部的線圈座側’而能有 " 良好效率放出線圈的熱（例如，參考日本專利文獻1 ) ° - 再則，這日本專利文獻1的線性馬達，由於配合 . 背部在線圈部的兩側配置有2列的線圈，因而在這2列的
W 線圈背面間的間隙***有熱交換管’而形成爲小型的構 成。
# 另外，線性馬達是相對向配置有2列的線圈列及2列 的磁鐵列。然則，各線圈形狀並不是平面，而是形成爲將 繞捲成矩形狀之線圏的兩側彎折90度的C形狀。再則， 還有以1 8 0度的不同配置線圈列所相鄰的線圈彼此間之C " 形狀的方向，以移動方向相互重疊的方式配置各線圈的兩 ' 側之彎折部分而抑制扭矩變動所構成（例如，參考日本專 利文獻2 )。 <日本專利文獻1> 特開2001— 327152號公報 ® 〈日本專利文獻2> 特開2002 - 10616號公報 【發明內容】 <發明所欲解決之課題> 不過，上述日本專利文獻1的線性馬達，由於在於往 移動方向延伸出去之線圈列，繞捲成矩形狀的各線圈是以 預設的間隔配置在同一平面上，因而會有在於各線圈間磁 力降低而發生扭矩不足的問題。 然則，上述日本專利文獻1的線性馬達，利用熱交換 -5- (3) 1282655 . 管能有良好效率將線圈的熱放出至熱放出部分，反之解決 線性馬達的效率降低則會有困難。 * 另外，上述日本專利文獻2的線性馬達，由於以所相 - 鄰的線圈彼此間有1 80度的不同的方式配置兩側彎折有90 度而形成爲C形狀之線圈，各線圈之兩側的彎折部分相互 重疊所構成，因而雖能解決扭矩不足而實現精密的移動控 制，卻無法在彎曲成曲柄狀之各線圈列的間隙***板狀的 ^ 熱交換管。 然則，日本專利文獻2的線性馬達，由於設有用來使 冷煤循環到線圈部之冷卻部，且設有把冷煤供應給該流路 之幫浦等，還必須是防止冷煤的流出之密封構造’因而構 • 造上大型化及複雜化，成爲成本提高的主要原因。 % 因此，本發明之目的是提供已解決了上述課題的線性 馬達及使用此線性馬達的載台裝置。 # <用以解決課題之手段> 本發明的申請專利範圍第1項，是一種具有：並排設 有複數個線圈之線圈部、及與前述線圈列相對向並排設有 複數個永久磁鐵之磁軛部、及將前述線圈部冷卻之線圈冷 卻部之線性馬達，其特徵爲：前述線圈冷卻部具備有：以 將前述線圈部的熱傳導到外部的方式所形成的具有熱傳導 元件之冷卻板、及連接到該冷卻板，把來自前述熱傳導元 件的熱放出到外部之熱放出部。 本發明的申請專利範圍第2項，其中前述冷卻板係以 -6 - 1282655附件:第94111905號專利申請案 · 中文說明書修正頁 ’ 民國95年~一一"^— ， ⑷ 修⑵正替勝: 前述線圈部的熱傳導到前述熱傳導元件的方式安裝在前述 ^ 線圈部的側面。 - 本發明的申請專利範圍第3項，其中前述熱放出部係 以抵接到前述冷卻板的熱放出側端部的方式設置在前述線 圈部的端部。 本發明的申請專利範圍第4項，其中前述線圈冷卻 、 部，係具有複數個前述冷卻板、及複數個熱放出部，而配 φ 置前述複數個的前述冷卻板之熱輸入側接觸到前述線圈部 的中央。 本發明的申請專利範圍第5項，其中前述冷卻板係形 成使前述熱傳導元件接觸到前述線圈部的側面和保持前述 • 線圈部之線圈座。 - 本發明的申請專利範圍第6項，其中前述熱傳導元件 係由形成在前述冷卻板的內部空間之熱交換管所組成。 本發明的申請專利範圍第7項，是一種載台裝置，其 φ 特徵爲：將申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項之線性 馬達應用作驅動裝置。 【實施方式】 以下，根據圖面說明本發明的一個實施例。 〈實施例1 > 第1圖爲表示本發明之線性馬達的一個實施例所適用 的載台裝置之平面圖。 (5) 1282655 . 如第1圖所示，載台裝置10爲XY載台，具有固定 在混泥土製的基礎上之基座14、及移動在基座14上之可 " 動部1 6、及朝X方向驅動可動部1 6的兩端部之一對的線 - 性馬達20。
- 可動部1 6具有用線性馬達20來驅動之滑動器1 8、及 連結滑動器1 8間朝與移動方向成垂直相交的方向所橫跨 之Υ滑動器24、及朝X方向移動在Υ滑動器24上之X •滑動器26。 滑動器18係經導引而可往Υ方向滑動支撐在往Υ方 向延伸出去之導引部3 0的導軌5 0上，且安裝有線性馬達 2 0的線圈部6 0。 ' 可動部16係設在左右兩端之滑動器18 —面利用導引 ' 部3 0導引，一面利用線性馬達20的驅動力往Υ方向驅 動。因而，可動部1 6係配置在兩端之滑動器1 8利用線性 馬達2 0的驅動力同時驅動，故左右的滑動器1 8平移。 ® 此處，參照第2圖和第3圖說明線性馬達20和導引 部3 0的構成。 如第2圖和第3圖所示，線性馬達2 0係由線圏部 60、及將固裝在由支撐在馬達支撐部34的上端之C形狀 所組成之磁軛44的內側面之永久磁鐵46排列成等間隔之 磁鐵單元5 6所構成。線圈部6 0的線圈片6 6 (參照第9 圖）係以與永久磁鐵46相對向的方式配置，經施加驅動 電壓，使相對永久磁鐵4 6之Υ方向的推力（驅動力）產 生。 -8 - 1282655 (_ (6) %邊2|!修(更)正替換幻 因此，線性馬達2 0係由線圈部6 0使相對永久磁鐵4 6 的勞侖茲力產生而將Y方向的驅動力加諸在滑動器1 8所 / 構成，經控制施加至線圈部60的線圈片之電壓，就能使 - 驅動力產生來使滑動器18往Y方向以一定速度行進。 可動部16具有往Y方向延伸出去之導軌50、及包圍 導軌5 0的4邊所形成之滑動器1 8、及將壓縮空氣噴射至 滑動器1 8與滑軌5 0的上面5 0 -1之間而將滑動器1 8往上 φ 方支撐成浮起狀態之第1靜壓空氣軸承5 2、及將壓縮空氣 噴射至滑動器1 8與滑軌50的右側面50-2之間而將可動 部1 6往側方支撐成浮起狀態之第2靜壓空氣軸承5 4。 滑動器1 8具有介於微小的間隙與導軌5 0的各面相對 向之導引面。因此，從上述靜壓空氣軸承5 4噴射至上述 間隙之壓縮空氣以預設壓力押壓滑動器1 8的導引面。由 於此因，滑動器1 8是與導軌5 0隔著微小的間隙被浮動支 撐著，所以能在幾乎沒有摩擦的非接觸狀態往Y方向移動。
檢測滑動器1 8的移動位置之線性標尺2 2係由：往Y 方向延伸出去形成在導軌5 0的右側面5 0-2所設置之被位 置檢測用板22a、及檢測該被位置檢測用板22a上的細縫 數之感測器22b所構成。感測器22b由於安裝在滑動器 1 8，因而把將移動量對應於以預設的間隔成一列配置的細 縫數之脈衝波數作爲檢測訊號來輸出。 第4圖爲表示線性馬達2 0的構成之縱向剖面圖。第5 圖爲表示線性馬達2 0的構成之立體圖。 如第4圖和第5圖所示，線圈部60係利用型模63將 -9 - (7) 1282655 • 2列的線圈6 6 —體化’朝行進方向（γ方向）延伸形成。 .另外，線圈部60在左右側面安裝有冷卻板5 3，還安裝有 保持上部之線圈座。然而，線圈6 6和冷卻板5 3的表面由 * 於覆蓋在型模，因而外觀上是看不見冷卻板5 3。 - 另外，磁鐵單元5 6爲將基座磁軛5 8、側面磁軛5 9組 合成U形狀之構成，在這側面磁軛5 9的內壁安裝有上述 磁鐵46。因此，在豎立在基座磁軛58的兩側之側面磁軛 ® 5 9的內側所固裝之磁鐵4 6係以與收納在型模6 3內部之線 圈6 6的兩側相對向的方式配置。另外，冷卻板5 3由於形 成爲薄的板狀，因而在不妨礙線圈部6 0的移動下安裝在 線圈部60 。 此處’ S兌明線性馬達2 0之線圈部6 0的構成。 第6圖爲表示線圈部60的外觀圖，第6Α圖爲正面 圖’第6 Β圖爲側面圖。第7圖爲表示線圈部6 0的外觀之 立體圖。 ^ 如第6Α、6Β圖和第7圖所示，線圏部60係在型模 63的內側安裝有冷卻板53 (第6Β圖、第7圖中，用虛線 表不），在線圈部6 0的端部安裝有熱放出部5 5。這兩冷 卻板5 3及熱放出部5 5構成線圈冷卻部5 7。冷卻板5 3配 置在線圈部60的左右側面，且收納在型模63的內部。 冷卻板53因可以盡可能取得相對線圈66的大面積。 另外，冷卻板53也可以依照線圈66的發熱量而設成僅設 置在線圈部6 0的單一側，或者設置在線圈部6 0的兩側之 構成。 -10- (8) 1282655 . 冷卻板5 3係由形成爲薄板狀之平面型熱交換管所 成，在內部空間設有利用熱交換管的原理之熱傳導元件 因沒有必要設置使冷煤循環的管路或熱交換器等，所以 * 成爲小型的構成。冷卻板5 3如第6B圖所示，右端側爲 - 輸入側53a而左端側爲熱放出側53b。因而，線圈66的 從冷卻板5 3的右端側傳導到左端側，因而線圈66內部 熱移到右端側而傳導至冷卻板53的熱輸入側53a。 • 另外，在線圈部60的一端部，安裝有與冷卻板53 熱放出側相接觸之熱放出部5 5。這熱放出部5 5由固裝 線圈部60的端部之第1散熱座55a、及用螺絲等的接合 件可拆卸地固定在第1散熱座55a的端面之第2散熱 * 55b所組成。第1、第2散熱座55a、55b係依照線圏部 ' 端部的形狀而形成爲T形狀，以不妨礙線圈部60的移 之形狀所構成。另外，散熱座55a、55b由於有放熱 果，因而用熱傳導率較高且加工性良好的金屬（例如， ® 或鋁合金等）來形成。另外，散熱座55a、55b可以是 塊狀，由於爲了要擴大放熱面積，也可以是設有複數個 熱風扇之構成。 第8圖爲表示冷卻板53的構成圖，第8A圖爲正 圖，第8B圖爲沿著A — A之縱向剖面圖。 如8 A、8 B圖所示，冷卻板5 3的內部維持在真空， 如，裝入純水等的液體。這液體藉由熱輸入側5 3 a的熱 變成爲蒸氣而移往熱放出側53b，除掉熱輸入側53a的 化熱而送至熱放出側53b。然後，熱放出側53b藉由散 組 形 熱 熱 的 的 在 構 座 60 動 效 銅 區 放 面 例 來 氣 熱 -11 - (9) 1282655 座5 5 a、5 5 b來冷卻，因而在於熱放出側5 3 b蒸氣變回一 體而將熱放出。然後，在於熱放出側5 3 b所凝聚的液體利 用毛細管現象回到熱輸入側5 3 a ° - 冷卻板5 3係以熱傳導率較高的金屬（例如’銅）來 • 形成爲平板狀，其內部的空間以一對的隔壁5 3 c來區隔成 3個通路。這些通路形成有促使蒸氣從熱輸入側5 3 a移到 熱放出側5 3 b之一對的蒸氣通路5 3 d、及促使液體從熱放 鲁 出側5 3 b移到熱輸入側5 3 a之還流通路5 3 e。在一對的蒸 氣通路5 3 d之間形成有還流通路5 3 e ’各個都朝水平方向 延伸形成。另外’還流通路5 3 e及蒸氣通路5 3 d的兩端相 互連通著，蒸氣或是液體可以流通。另外’還流通路5 3 e * 係***有整束銅線的極細線芯線（未圖示）’因而液體的 還流速度利用毛細管現象來加速所構成。 如此，冷卻板5 3因能利用熱交換管的原理’將線圈 66所產生的熱，有良好效率傳導至散熱座55a、55b並冷 ® 卻，所以能抑制線圏66的溫度上升。 第9圖爲表示線圈66的構成之立體圖。第10圖爲表 示組合2列線圏的狀態之立體圖。 第9圖和第1 0圖所示，線圈66形成爲兩側彎折有90 度的C形狀，且朝行進方向（X方向）並排設置的2個線 圈列60A、60B的線圏66分別以1 80度不同的方向相對向 配置；第1線圈列60A的線圈66與第2線圈列60B的線 圈以交互嵌合的方式組合。在線圈66的直線部66A，安 裝有前述過的冷卻板5 3，從側面來冷卻。 -12- 1282655 • do) ίί- R 9.修(更)正替換iR! 95. 11： 2 3 ： 線圈6 6爲將銅線繞捲成矩形狀，且將兩側彎折9 0度 之所謂的鞍型構成，更具體上使具備有直線部6 6 A、及彎 折形成在這直線部66A的兩端之一對的彎折部66B、及形 - 成在兩側的直線部66A間之凹部66C所形成。因此，如第 1 〇圖所不’第1線圈列6 Ο A的線圈片6 6的直線部6 6 A嵌 合在第2線圈列60B的線圈66的凹部66C，第2線圈列 6 0B的線圈66的直線部66A嵌合在第1線圈列60A的線 φ 圈66的凹部66C，交互組合使第1線圈列60A的線圈66 的直線部66A與第2線圈列60B的線圈66的直線部66A 相互重疊。 如此，線圈部60由於從1 80度的方向立體組合鞍型 • 構造的線圈66，因而可獲得比如同前述的日本專利文獻1 * 將平面狀的線圈並排設置在同一平面上還大的驅動力，不 過在線圈列間沒有***熱交換管的空間。 再則，維持原樣的狀態，因各線圈66未相互連結會 φ 解體，所以各線圈66與冷卻板53 —起收納在樹脂型模53 的內部之線圈收納部6 2。 線圈部60是利用安裝在側冷卻板53、及安裝在端部 之熱放出部5 5，有良好效率冷卻各線圈6 6而抑制溫度上 k 升，因而抑制小型的構成且隨著發熱所造成各線圈66的 電阻增大，可以防止因線性馬達2 0的熱而降低推力，並 且不會受發熱的影響，能達到高推力化且又達到穩定的扭 矩。 如此，冷卻板5 3能夠直接除掉線圈部6 0的溫度來冷 -13- 1282655 2¾修(更)正替換頁丨 ， (11) 卻，所以即使產生高扭矩來使滑動器〗8高速移動時，仍 能相對線圈6 6的發熱達到充分的冷卻性能。 因而線性馬達2 0，由於是設成解決扭矩不足之構成而 造成線圈形狀變複雜的情況，仍能有良好效率從線圈66 的周圍開始冷卻，藉由扭矩增大而能同時將實現精密的高 速移動控制、及防止因線圈部的冷卻而造成推力降低的2 個課題解決。
另外，在線圈66的側面設有冷卻板53，故能防止來 自線圈66的放射（輻射），又能減低對周圍的熱影響。 <實施例2 > ' 第1 1圖爲實施例2的側面圖。然而，第1 1圖中，與 • 前述過的實施例1相同的部分附註相同的圖號，其說明則 省略。 如第1 1圖所示，實施例2的線圈部6 0，在側面左右 φ 對稱安裝有一對的冷卻板53。因此，在線圈部60的兩 側，安裝有合計4片的冷卻板5 3。 4片的冷卻板53，位於線圈部60側面的中央安裝有 熱輸入側5 3 a，位於線圈部60的端部安裝有熱放出側 5 3 b。然後在線圈部6 0的兩_女裝有連接到各冷卻板5 3 的熱放出側5 3 b之熱放出部5 5。 如此，由於在線圈部6 0的兩側，設有4片的冷卻板 53，因而能重點冷卻線圈部60的最大溫度上升的中央 部，且有效抑制線圈6 6的溫度上升，故比貫施例1更能 -14- (12) 1282655 提高冷卻效果。如此，複數片（本實施例爲4片）的冷卻 板5 3，能將線圈6 6施加電壓所造成的發熱有良好效率從 線圈部6 0的中央部分開始冷卻，所以即使是產生高扭矩 而使滑動器1 8高速移動的情況，仍能達到充分的冷卻性 <實施例3 > • 第12圖爲實施例3的縱向剖面圖。然而，第12圖 中，與前述過的實施例1相同的部分附註相同的圖號’其 說明則省略。 如第1 2圖所示，實施例3的線圈部60安裝有冷卻板 7 0，將線圈6 6的直線部6 6 A和上部的彎折部6 6 B冷卻。 冷卻板70下部爲熱輸入側70a而上部爲熱放出側70b。因 此，冷卻板70是利用下部之熱輸入惻70a的熱變成爲蒸 氣而移往上部的熱放出側7〇b來除掉熱輸入側70a的氣化 ® 熱。然後，上部的熱放出側7〇b連接到線圈座64，因而線 圏座64有散熱座的功能來進行冷卻。因此，在於熱放出 側 7 0b蒸氣變回一體而將熱放出。然且，在於熱放出側 7 0b所凝聚的液體，利用毛細管現象和重力回到熱輸入側 7 0 a ° 如此，實施例3係如同實施例1、2不必設置散熱座 5 5，能夠削減零組件數，且能設成散熱座5 5不致突出線 圈部60的端部之構成。 -15- (13) 1282655 〔發明之效果〕 依據本發明，由於具備有：以將前述線 到外部的方式所形成的具有熱傳導元件之冷 ^ 到該冷卻板，把來自前述熱傳導元件的熱放 - 放出部，因而以小型的構成就有良好效率將 導致外部而抑制線圈部的溫度上升，故能防 低，並且即使相互不同疊合來配置所相鄰的 # 充分將線圈部冷卻。 然而，載台裝置由於是設成消除扭矩不 成線圈形狀變複雜的情況，仍能有良好效率 圍開始冷卻，藉由扭矩增大而能同時將實現 * 動控制、及防止因線圈部的冷卻而造成推力 ^ 題解決。 〔產業上利用的可能性〕 然而，上述實施例已說明了冷卻板5 3、 管所組成的情況，不過並不侷限於此，當然 卻手段，即使是具有熱交換管以外的熱傳導| 另外，上述實施例已說明了可動線圈型 不過本發明當然也能適用於可動磁鐵型的線t 另外，上述實施例已說明了無鐵芯型的 並不侷限於此，當然也能將本發明用在用p 成0 圈部的熱傳導 卻板、及連接 出到外部之熱 線圈部的熱傳 止驅動力的降 線圈時，仍能 足之構成而造 從線圈部的周 精密的高速移 牵低的2個課 7〇由熱交換 若有板狀的冷 蒙子亦可。 的線性馬達， 馬達。 線圈部，不過 付鐵芯型之構 -16- (14) 1282655 【圖式簡單說明】 弟1圖爲表不本發明的線性馬達的一'個貫施例所適用 之載台裝置之平面圖。 第2圖爲表示擴大線性馬達2 0和導引部3 0的構成之 正面圖。 第3圖爲表示擴大線性馬達20和導引部30的構成之 正面圖。 | 第4圖爲表示線性馬達20的構成之縱向剖面圖。 第5圖爲表示線性馬達20的構成之立體圖。 第6圖爲表示線圈部60的外觀圖；第6A圖爲正面 圖，第6B圖爲側面圖。 第7圖爲表示線圈部60的外觀之立體圖。 第8圖爲表示冷卻板53的構成圖；第8A圖爲正面 圖，第8 B圖爲沿著A — A線之縱向剖面圖。 第9圖爲表示線圈66的構成之立體圖。 B 第1 0圖爲表示組合2列的線圈的狀態之立體圖。 第1 1圖爲線性馬達的實施例2之側面圖。 第1 2圖爲線性馬達的實施例3之側面圖。 【主要元件符號說明】 10 :載台裝置 14 :基座 1 6 :可動部 1 8 :滑動器 -17- (15) 1282655
20 : 22 : 24 : 2 6 ·· 30 ： 34 : 4 4 ·· 46 : 5 0 ·· 52、 53 ' 53a 53b 53d 53e 55 : 5 5a 55b 56 : 57 : 58 : 59 : 60 : 63 : 線性馬達 線性標尺 Y滑動器 X滑動器 導引部 馬達支撐部 磁軛 永久磁鐵 導軌 5 4 :靜壓空氣軸承 7 0 :冷卻板 :熱輸入側 :熱放出側 :蒸氣通路 :還流通路 熱放出部 :第1散熱座 :第2散熱座 磁鐵單元 線圈冷卻部 基座磁軛 側面磁軛 線圈部 型模 -18- (16)1282655 6 4 :線圈座 6 6 :線圈
19-