JP3891545B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータに関し、特にコイルを固定するジャケットに適用して有効な熱伝導異方性材料の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石と電機子コイルとを相対的に直線移動可能に形成したリニアモータは電動モータの一種であり、従来より、レチクルパターンをウエハに露光する半導体露光装置等のように精密な移動、位置決め等が必要な装置のアクチュエータとして広く用いられるようになってきている。
【０００３】
特許第２５０５８５７号に記載されたリニアモータは、電機子コイルの両端を支持する部材の内部に冷媒を流し、冷却を行っている。また、特許第２６６１０９２号に記載のリニアモータは、永久磁石側を断熱材料を介して取り付けることで、移動体への熱伝導を少なくする配慮をしている。また、特開平１０−１２７０３５号公報，特開平１０−３０９０７１号公報，特開平１１−１２２９００号公報に記載のリニアモータは、電機子コイルを冷媒に直接浸し、冷却効率の向上を図っている。
【０００４】
図２および３は、このような従来のリニアモータの構造を示す断面図である。図２において、１はリニアモータの電機子コイル、２は電機子コイル１を図面の奥行き方向に複数配列した状態で保持する、断面がＨ形の棒状支持部材、３は支持部材２の両側方部内を長手方向に流れる冷媒、４は電機子コイル１の表面を覆う充填材、５はリニアモータの磁界を形成する永久磁石、６は永久磁石５と電機子コイル１の磁界で磁気回路を構成するヨークである。また、図３においても、図２と同じ符号を付したものは同様の機能を有する。これらの図に示すように、電機子コイル１は、支持部材２の内部に流れる冷媒３により両側部で冷却される。さらに、図２の構成では、支持部材２により電機子コイル１全体を覆い、冷媒３付近以外は支持部材２と電機子コイル１の間に充填材４を挟入することにより、電機子コイル表面から外部に熱が伝わるの防いでいる。一方、図３の構成では、２本の棒状支持部材２により、進行方向に並べて配列した電機子コイル１の両側方部のみを支持している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの製造において、生産性の向上を図るためにはレチクルとウエハとの露光用位置決め時に急な加減速を行う必要がある。そのアクチュエータであるリニアモータの推力を上げるためには、モータ全体の体積、磁石の磁束密度、電機子コイルの電流のいずれかを上げる必要があるが、体積は設計上の制約で増加できず、磁束密度は磁性体の物性により限界があるため、電機子コイルの電流を増やすことになる。その場合、推力は電流に比例して増加するが、銅損による熱は電流の２乗に比例するため、必要な冷却能力も増大する。このときの冷媒への伝熱能力は、接触面積、物性（熱伝導率、比熱、比重）、温度差、流量により決まる。前記接触面積と物性の２項目は構造や材料により決まるため、選択の範囲が少ない。そこで、電機子コイルと冷媒との温度差を上げるか、冷媒の流量を上げる必要がある。
【０００６】
上述した従来の構成のリニアモータでは、電機子コイルで発生した熱が完全に冷媒に伝わらないため、電機子コイルや電機子コイルを包むジャケットの表面温度が上昇し、周囲の外気温度にムラを生じさせる。さらに、リニアモータは回転型モータと異なり、少なくともコイルジャケットが外気に露出せざるをえない構造となっている。このため、半導体製造装置など高精度が必要な環境では、前記外気温度のムラが位置決め時の精度を劣化させてしまうため、リニアモータの推力の向上が困難であった。
【０００７】
一方、特開平１０−１２７０３５号公報，特開平１０−３０９０７１号公報，特開平１１−１２２９００号公報に記載のリニアモータでは、この温度上昇を極力少なくするため、電機子コイルを直接冷媒に浸けるという工夫をしている。しかしながら、この場合は電機子コイルの絶縁を十分に行うか、冷媒に絶縁性のある液体を使用する必要がある。また、冷却能力を上げるように冷媒の流量を増やそうとすると、管路の抵抗は流速が増えるにつれて増大してしまうため、管路内の圧力が増大する。電機子コイル表面の被覆用構造材は磁気回路の抵抗を少なくするには薄い方が良いが、前記公報に記載のリニアモータでは、冷媒圧力に耐えるだけの厚みが必要となるため、かえって推力の低下を招く可能性があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、電機子コイルの表面温度上昇を抑えつつ、推力を向上したリニアモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のリニアモータは、永久磁石と、永久磁石に相対的に移動可能な電機子コイルと、電機子コイルの表面を包む熱伝導異方性材料と、電機子コイルより発生した熱を放出するための放熱部とを有する。そして、この熱伝導異方性材料は、電機子コイルから発生した熱を、放熱部に導くように配向されていることを特徴とする。例えば、前記放熱部が前記電機子コイルの側面に前記相対的移動の方向と平行に設けられている場合、前記熱伝導異方性材料は、前記相対的移動の方向および前記永久磁石と電機子コイルが対向する方向に垂直な方向の方が、前記永久磁石と電機子コイルが対向する方向よりも熱伝導率が高いことを特徴とする。
【００１０】
このようにコイルジャケットに、電機子コイルから発生した熱を放熱部に導くように配向された熱伝導異方性材料を用いることにより、コイルから外気への熱伝導に比べ、放熱部への熱伝導が高くなる。これにより、コイルより発生した熱を特定の方向に伝導させることが可能となり、ひいては、電機子コイルの表面温度上昇を抑えつつ、推力を向上することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本発明に係る熱異方性材料は、例えばグラファイト等の繊維で構成されることが好ましい。この場合、繊維の方向への熱伝導率は高いが、その他の方向は比較的熱伝導率が低くなる。したがって、繊維の方向をコイルから放熱部の向きに揃えることにより、コイルから外気へ伝わろうとする熱を効率よく放熱部に導くように機能する。熱異方性材料として好適なグラファイトシートは、例えば樹脂シートを超高温（３０００℃）に加熱することにより、樹脂中の水素、酸素および窒素を抜き、グラファイト結晶化を進行させて製造することができる。この方法で製造したグラファイトシートの熱異方性はシートの厚み方向とそれ以外で異なるのみで、面内方向には全て同じ熱伝導率となる。
【００１２】
また、熱伝導異方性材料を放熱部に密着して、熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率よりも熱伝導性の高い接着剤により固定すると、熱抵抗が小さくなり好ましい。
【００１３】
また、熱伝導異方性材料とコイルとの間には、熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率より低い熱伝導率の材料を挟んで成形したコイルジャケットとすると、コイルの熱がコイルジャケット表面に伝わりにくくなり、コイル両側の支持部材へ伝わる熱量が多くなる。
さらに、熱伝導異方性材料を管路内を流れる冷媒に直接浸すことで、冷媒との接触面積が大きく取れるため、冷媒への熱伝導が良好となる。
【００１４】
この熱伝導異方性材料としては、金属よりも渦電流損失が少なくなる材料が好ましい。熱伝導率に異方性をもたせるには、熱伝導率の良い金属（銅) と悪い材料を積層したような構造の材料も可能である。しかしながら、グラファイトシート等の、金属より電気伝導率の悪い材料を用いることで、渦電流損失を少なくすることができる。
【００１５】
本発明に係る放熱部とは、放熱板や、内部に冷媒を流すための管路等が挙げられるが、熱をリニアモータ外部の冷却手段に伝導できるように、冷却手段と連絡していることが好ましいので、通常、冷媒の管路を意味する。
【００１６】
放熱部として冷媒の管路を設ける場合、熱伝導異方性材料は、熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率の接着剤により、管路表面または管路内を流れる冷媒に接している。通常、管路は、電機子コイルを支持するための支持部材の内部に通されており、その内壁材は、支持部材の熱伝導率以上の熱伝導率を有する非磁性体材料であることが望ましい。このとき、熱伝導異方性材料は、管路表面である支持部材表面に密着する。また、支持部材が冷媒に対して不透過性のものであれば、管路は、単に支持部材に穿たれた孔であってもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の特徴を最もよく表す実施例のリニアモータを移動方向に垂直な面で切った断面模式図である。
【００１８】
同図において、１はリニアモータの電機子であるコイル、２は電機子コイル１を保持する支持部材、３は支持部材中を流れる冷媒、４は電機子コイル表面を覆う充填材、５はリニアモータの磁界を形成する永久磁石、６は永久磁石５と電機子コイル１の磁界で磁気回路を構成するヨーク、７はグラファイトシート等の熱異方性材料である。支持部材２は、進行方向に延び互いに平行に固定された一対の棒状であり、その間に電機子コイル１を挟んで支持するものである。
【００１９】
次に、この図を参照して本実施例のリニアモータの動作を説明する。不図示の電源から電機子コイル１に電流が供給されると、永久磁石５とヨーク６により形成された磁界により電機子コイル１および永久磁石５の間で図面と垂直方向に推力が発生すると同時に、コイル１の直流抵抗により電流の２乗に比例した熱が発生する。
【００２０】
次に、主な熱はコイル１自身を伝導し、支持部材２に伝わる。コイル１は銅線等をエナメル等で絶縁するなどの方法で作られており、その熱伝導率は、銅の熱伝導率（約４００Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べ、エナメル等の絶縁材が混じることにより小さくなる。例えば銅の占積率を８０％とし、エナメルの熱伝導率を１Ｗ／ｍ・Ｋとすると、コイル１の熱伝導率は、
【００２１】
【数１】

となる。
【００２２】
また、コイル１自身も熱伝導率に異方性があり、円周方向には高く、径方向には低くなる。また、コイル１表面を覆う充填材４は、充填剤としては比較的熱伝導率の大きいエポキシ等の材料でも１Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるので、熱は支持部材２へ伝わっていく。
【００２３】
支持部材２は熱伝導性の良い非磁性材料（銅、アルミニウム等) であるので、その熱伝導率は大きい（２００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ）。このため、コイル１から伝わってきた熱は支持部材２全体に伝わる。
【００２４】
さらに、支持部材２はその内部を流れる冷媒３に接しており、支持部材２の熱は冷媒３に伝わる。冷媒の熱伝導率は、純水の場合、０．６Ｗ／ｍ・Ｋであり、不活性冷媒であるフロリナート（商標：スリーエム社製）の場合、その約１／１０であるため、冷媒３と支持部材２との温度差を考慮すると、純水を使うほうが有利である。この冷媒３と支持部材２との温度差に比例して、熱が支持部材２から冷媒３へ伝達する。さらに、冷媒流路の両端部は不図示の冷却手段を介して接続され、冷却手段により冷却された冷媒３が流路内を循環している。
【００２５】
一方、コイル１の熱は充填材４へも伝わる。その充填材４へ伝わった熱は、さらに熱異方性材料７へと伝達される。熱異方性材料７の内部は、図１において横方向の熱伝導率が優れて大きく（６００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋ）、縦方向への熱伝導率はそれと比較すると小さい（５Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、充填材４より流入した熱は、ほとんど前記横方向流れる。熱異方性材料７は、支持部材２に密着するように構成されているため、熱異方性材料７から流れてきた熱は支持部材２に入り、結果として冷媒３へ伝達していく。
【００２６】
一方、空気の熱伝導率は０．０２６Ｗ／ｍ・Ｋと熱異方性材料７に比べて低いので、表面からの熱の空気中への伝導は少なく、また、熱異方性材料７の横方向の熱伝達の優れた特性により、リニアモータの表面温度はほとんど一定となり、温度ムラが少なくなる。
【００２７】
また、永久磁石５が推力を受けて移動すると、電機子コイル１側に導電性材料がある場合は渦電流が生じ、その渦電流により永久磁石５と電機子コイル１の相対移動を妨げブレーキをかけてしまう。しかし、熱異方性材料７をグラファイト等の繊維で構成し、その繊維方向を図１の横方向に揃えておくようにすれば、仮にグラファイトに導電性がある場合でも電気伝導度にも異方性を持つようになるため、渦電流は発生しない。
【００２８】
本実施例では支持部材２に熱異方性材料７を密着させる構造であるが、支持部材２の内部を流れる冷媒３に熱異方性材料７が直接浸るように構成すると、より表面温度を冷媒温度に近くすることができる。この場合、冷媒との接触面積ができるだけ多くなるような構造とすることが望ましい。
また、コイル１と熱異方性材料７の間の充填材４は、熱伝導率の高いものでなくてもよく、極端な例では強度が十分であれば空隙でもよい。
さらに、熱異方性材料７は一層である必要はなく、他の充填材や接着材等で複数の積層構造にすると、熱異方性の効果がより高まる。
【００２９】
以上説明したように、本実施例によれば、相対的に移動可能な永久磁石５と、電機子コイル１と、電機子コイル１の両側をそれぞれ固定する棒状の支持部材２と、支持部材２の内部に冷媒３を流すための熱伝導性の良い材料で作られた非磁性体の管路と、を有するリニアモータの、電機子コイル１の表面を、渦電流損失の少ない熱伝導異方性材料７で包むことにより、電機子コイル１から外気への熱伝導に比べ、外気と管路および冷媒３への熱伝導が良くなる。これにより、コイルの熱の外気への影響を少なくすることができる。一方、外気への影響を同程度とした場合、冷媒３の流量が充分で電流が流せるときには同じ外形のリニアモータにおいてさらに推力を大きく取ることができる。
【００３０】
また、熱異方性材料７をグラファイト等の繊維で構成した場合、繊維の方向を電機子コイル１から管路の向きに揃えることにより、電機子コイル１から外気へ伝わろうとする熱がさらに効率よく管路内の冷媒に導かれ、外気への影響を減らすことができる。
【００３１】
熱伝導異方性材料７を管路に密着して熱伝導性の高い接着剤により良好に固定すると、熱抵抗が小さくなるため、電機子コイル１から外気へ伝わろうとする熱がさらに効率よく管路内の冷媒３に導かれ、外気への影響を減らすことができる。
【００３２】
また、熱伝導異方性材料７を管路内を流れる冷媒３に直接浸すことで、冷媒３との接触面積が大きく取れるため、冷媒３への熱伝導が良好となり、電機子コイル１から外気へ伝わろうとする熱がさらに効率よく管路内の冷媒３に導かれ、外気への影響を減らすことができる。
【００３３】
熱伝導異方性材料７を管路内を流れる冷媒３に直接浸すことで、冷媒３との接触面積が大きく取れるため、冷媒３への熱伝導が良好となり、電機子コイル１から外気へ伝わろうとする熱がさらに効率よく管路内の冷媒３に導かれ、外気への影響を減らすことができる。
【００３４】
熱伝導異方性材料７と電機子コイル１との間に熱伝導異方性材料７の小さい熱伝導率の材料を挟んで成形したコイルジャケットとすると、電機子コイル１の熱がコイルジャケット表面に伝わりにくくなるため、外気への影響を減らすことができる。
【００３５】
熱伝導異方性材料７としては、熱伝導率の良い金属（銅) と悪い材料を積層したような構造のものではなく、グラファイトシートなどの、金属よりも電気伝導率の悪い材料を用いるようにすれば、渦電流損失が発生することもない。
【００３６】
また、本実施例の構成は、バックヨークタイプのリニアモータ等、以下の実施例においても同様の効果がある。
【００３７】
（実施例２）
図４は、本発明を適用した別の例のムービングマグネット型リニアモータを移動方向に垂直に切った断面模式図である。同図に示すように、本例のリニアモータでは、電機子コイル１およびレール９が定盤８に固定され、永久磁石５を取付けたヨーク６が定盤８上を図面の奥行き方向に移動する。ヨーク６の移動方向に関して両側方部には、ローラ１０が各々シャフト１１を介して回転自在に軸止され、これによりヨーク６はレール９上を直線移動する。また、定盤８上には、位置検知用磁電変換素子１３と、速度制御用の発電コイル１２が設けられている。永久磁石５の移動により、発電コイル１２には電圧が発生し、この電圧を制御回路に入力してリニアモータの速度を制御している。
【００３８】
本実施例のリニアモータでは、電機子コイル１、熱異方性材料７、定盤８、レール９、発電コイル１２および磁電変換素子１３が固定部を構成し、永久磁石５、ヨーク６、ローラ１０およびシャフト１１が可動部を構成している。
【００３９】
熱異方性材料７は、図面の奥行き方向に高い熱伝導率を有し、進行方向の両末端に配置された不図示の放熱部に電機子コイル１からの熱を伝導する。
【００４０】
また、本例でも実施例１と同様に電機子コイル１の両側方部に棒状の支持部材を設けて、その内部を冷媒が流れる構造としてもよい。この場合、熱異方性材料７は、冷媒流路を覆い、図面の横方向に高い熱伝導率を有するように配向する。
【００４１】
（実施例３）
本実施例のリニアモータは、発電コイル１２の代わりに光学的に速度を検知する機構を具備する他は実施例２と同様である。
図５に、本実施例のムービングマグネット型リニアモータを移動方向に垂直に切った断面を模式的に示す。同図において、１４および１５は、傾設反斜面であり、定盤８に固着した不図示の発光素子からの光を傾設反斜面１４で反射し、主尺１６に設けられたスリットを通して傾設反斜面１５に導く。傾設反斜面１５は、この光を反射して前記発光素子と併設されて定盤８に固着した不図示の受光素子に導くように構成される。主尺１６は、リニアモータの進行方向に平行に延びる冊状の部材であり、光を透過しない材質からなる。主尺１６には、リニアモータの進行方向に等間隔に多数のスリットが設けられ、前記受光素子上での明暗の切り換わる速さによりリニアモータの速度を検知している。
【００４２】
なお、本図においても、可動部（永久磁石５、ヨーク６、ローラ１０、シャフト１１および傾設反斜面１４，１５）が図面の奥行き方向に移動する。
【００４３】
本実施例の熱異方性材料７および電機子コイル１の放熱部等は、実施例２と同様である。
【００４４】
（実施例４）
図６は、本発明を適用したムービングマグネット型リニアモータのバックヨーク型の例を示す図である。この図６も図１〜５と同様、リニアモータの移動方向に垂直に切った断面を模式的に示している。同図に示すように、本例のリニアモータでは、摺動部材１８に取付けられた永久磁石５が、複数対のコイル１を取りつけた一対のヨーク６の間を非接触で図面の奥行き方向に移動する。本例では、冷媒３は支持部材２の内部をリニアモータの移動方向と平行に流れており、熱異方性材料７はコイル１と冷媒３を覆い図面の上下方向の熱伝導率が高くなるように配向している。
【００４５】
（実施例５）
図７は、本発明を適用したムービングマグネット型リニアモータの更に別の例を示す図である。図７も図１〜６と同様、リニアモータの移動方向に垂直に切った断面を模式的に示している。同図に示すように、本例のリニアモータでは、ほぼ矩形筒状のヨーク６の内面上側中央部に永久磁石５が固着され、ヨーク６の両側四隅に固定されたシャフト１１にローラ１０が回転自在に取りつけられている。一方、非磁性体材料により長尺状に形成された支持部材２には、複数の電機子コイル１がその長手方向に並べて配設され、各電機子コイル１の内側に位置するように位置検出用ホールセンサ１３が設けられ、これら電機子コイル１、支持部材２およびホールセンサ１３全体を熱異方性材料７により被覆している。また、支持部材２は、リニアモータの移動方向両端部にて図示しないフレームに固定され、段差状のガイドレール１９に平行に固定されている。このガイドレール１９のガイド部２０上をローラ１０が転がり、矩形筒状ヨーク６が図面の奥行き方向に移動する。
【００４６】
本実施例のリニアモータでは、電機子コイル１、支持部材２、熱異方性材料７およびホールセンサ１３からなる固定部が、一対のガイドレール１９間の上部に位置して、ヨーク６の内側に非接触で通されている。
【００４７】
本実施例の熱異方性材料７および電機子コイル１の放熱部等は、実施例２〜４と同様である。
【００４８】
（実施例６）
図８は、本発明を適用したムービングコイル型リニアモータの例を移動方向に垂直な面で切った断面模式図である。同図に示すように、本例のリニアモータでは、断面が長方形の筒状のヨーク６の内側上部および下部に複数対の永久磁石５が並べて配設されている。一方、板状の支持部材２の上面および下面には一対の電機子コイル１が固着され、支持部材２の側方部両端に固着した摺動部材１８が筒状ヨーク６の内側上部および下部で摺動することにより、これらが筒状ヨーク６内を図面の奥行き方向に移動する。
【００４９】
本実施例のリニアモータでは電機子コイル１、支持部材２、熱異方性材料７、磁電変換素子１３および摺動部材１８が可動部を構成し、永久磁石５およびヨーク６が固定部を構成している。
【００５０】
熱異方性材料７は、図面の奥行き方向に高い熱伝導率を有し、進行方向の両末端に配置された不図示の放熱部に電機子コイル１からの熱を伝導する。
【００５１】
また、本例でも実施例１と同様に支持部材２の内部を冷媒が流れる構造としてもよい。この場合、熱異方性材料７は、支持部材２の冷媒流路を覆い冷媒流路に向けて高い熱伝導率を有するように配向し、冷媒流路は進行方向の両端部にてリニアモータの駆動に支障を来さない程度の柔軟な管により接続される。
【００５２】
（実施例７）
図９は、本発明を適用したムービングコイル型リニアモータの別の例を示す図である。図９も図８と同様、リニアモータの移動方向に垂直に切った断面を模式的に示している。同図に示すように、本例のリニアモータでは、永久磁石５およびレール９が定盤８に固着され、電機子コイル１を取付けた支持部材２が定盤８上を図面の奥行き方向に移動する。支持部材２の移動方向に関して両側方部には、ローラ１０が回転自在に軸止され、これにより支持部材２はレール９上を直線移動する。また、支持部材２には、位置検知用磁電変換素子１３が設けられている。
本実施例の熱異方性材料７および電機子コイル１の放熱部は、実施例６と同様である。
【００５３】
（実施例８）
本実施例のリニアモータは、電機子コイル１が重ねて配置されている他は、実施例７と同様である。図１０に、本実施例のリニアモータにおける可動部の一部断面斜視図を示す。
【００５４】
（実施例９）
図１１は、本発明を適用したムービングコイル型リニアモータの更に別の例を示す図である。図１１も図８および図９と同様、リニアモータの移動方向に垂直に切った断面を模式的に示している。同図に示すように、本例のリニアモータでは、進行方向の両側に配置した複数対の永久磁石５の間に、非接触で配置されて支持部材２に固定された電機子コイル１が、固定部であるヨーク６に対して摺動し、図面の奥行き方向に移動する。
【００５５】
本実施例の熱異方性材料７および電機子コイル１の放熱部は、実施例６および７と同様である。
【００５６】
（実施例１０）
本実施例では、実施例９のように電機子コイル１の側面を挟むように永久磁石の対が設けられている。本例のリニアモータの可動部を移動方向に垂直に切った断面を図１２に模式的に示す。同図に示すように、支持部材２および支持部材２に巻かれた電機子コイル１は、熱異方性材料７で被覆され、不図示の固定部上を摺動する摺動板２１に固着している。電機子コイル１の上端および下端部周囲には放熱プレート２２が固着され、電機子コイル１で発生した熱を放出している。また、熱異方性材料７は、上下方向への熱伝導率が高くなるように配向し、その厚み方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率の接着剤により放熱プレート２２に接着され、電機子コイル１の熱を放熱プレート２２へ逃がしている。
【００５７】
（実施例１１）
実施例９および１０では、電機子コイルの両側方部に設けられた一対の永久磁石は互いに磁界の向きが逆方向になるように配置されていたのに対して、本実施例では、電機子コイル１を挟むように設けられる一対の永久磁石５は互いに磁界の向きが同一方向になるように配置されている。本例のムービングコイル型リニアモータを移動方向に垂直に切った断面を図１３に模式的に示す。
【００５８】
本実施例の熱異方性材料７および電機子コイル１の放熱部は、実施例６〜１０と同様である。
【００５９】
（実施例１２）
図１４は、本発明を適用したムービングコイル型リニアモータの更に別の例を示す斜視図である。同図に示すように、本例のリニアモータでは、支持部材２に片側３個のボビン部が対向して２列形成され、各ボビン部に電機子コイル１が巻回されている。対向するボビン部の中央には、非接触に複数の永久磁石５が移動方向に並べて配設され、これらの永久磁石５は筒状に形成されたヨーク６の内面上部中央に支持されている。支持部材２と、６個の電機子コイル１からなる可動部は、ヨーク６の長手方向にスリット状に開けられたガイドに添って移動する。
【００６０】
本実施例の熱異方性材料（不図示）および電機子コイル１の放熱部は、実施例６〜１１と同様である。
【００６１】
（実施例１３）
図１５は、本発明を適用したリニアパルスモータを進行方向に対して側方から見た模式図である。図１５に示すように、本例のリニアモータでは、固定部の両側に設けられた一対の平行なレール９（一方は不図示）に沿って、可動部がステップ駆動する。ステップ駆動は、可動部に設けられた歯２３ａ，２３ｂと、一対のレール９間に位置し永久磁石を打ち抜いて作成した歯２３ｃとが対向して、精確に一致するように移動する。可動部には、一対のユニットが、レール９を上下から挟むように接続されており、レール９の厚み変動を補償する構造になっている。レール９上面に位置するユニットは、移動方向に並べて配置した３個の電機子コイル１ａ（１ａ，１ａ’，１ａ”）と、この３個の電機子コイル１ａを被覆する熱異方性材料７ａと、これらを支持する磁性積層体からなる支持部材２ａの４隅にシャフト１１ａ（１１ａ，１１ａ’）により回転自在に取りつけられた４個のローラ１０ａ（１０ａ，１０ａ’のみ図示）とを有する。同様にレール９の下面に位置するユニットも、電機子コイル１ｂ、熱異方性材料７ｂ、シャフト１１ｂおよび４隅のローラ１０ｂを有する。熱異方性材料７は、図面の奥行き方向に高い熱伝導率を有し、進行方向の両側方部に配置された不図示の放熱部に電機子コイル１からの熱を伝導する。
【００６２】
また、本例でも実施例１と同様に支持部材２の内部を冷媒が流れる構造としてもよい。この場合、熱異方性材料７は、支持部材２の冷媒流路を覆い冷媒流路に向けて高い熱伝導率を有するように配向し、冷媒流路の両端部はリニアモータの駆動に支障を来さない程度の柔軟な管により接続される。
【００６３】
（実施例１４）
図１６は、本発明を適用したボイスコイル型リニアモータを移動方向に平行に切った断面を模式的に示す図である。同図に示すように、本例のリニアモータでは、一対の長尺が平行になるように末端部（不図示）で固定したヨーク６（６ａ，６ｂ）と、一方の長尺状ヨーク６ａ上の長手方向に複数配列した永久磁石５と、長尺状ヨーク６ａに平行に固定された軸ヨーク６ｂとが固定部を構成し、支持部材２と、支持部材２により連結された電機子コイルである２個のボイスコイル１と、これら支持部材２およびボイスコイル１全体を覆う熱異方性材料７とが可動部を構成している。支持部材２は、断面がほぼ長方形の円筒状を呈しており、円筒内に通した軸ヨーク６ｂに添って摺動する。熱異方性材料７は、図面の奥行き方向に高い熱伝導率を有し、進行方向の両側方部に配置された不図示の放熱部に電機子コイル１からの熱を伝導する。
【００６４】
また、本例でも実施例１と同様に支持部材２の内部を冷媒が流れる構造としてもよい。この場合、熱異方性材料７は、支持部材２の冷媒流路を覆い冷媒流路に向けて高い熱伝導率を有するように配向し、冷媒流路の両端部はリニアモータの駆動に支障を来さない程度の柔軟な管により接続される。
【００６５】
（実施例１５）
図１７は、本発明を適用したボイスコイル型リニアモータの別の例を示す模式図である。同図に示すように、本実施例のリニアモータは、ボイスコイル１が１個のみである他は、実施例１４のものと同様の構成であり、ボイスコイル１は図中ＸＹ方向に移動する。
【００６６】
（実施例１６）
図１８は、本発明を適用したボイスコイル型リニアモータの更に別の例を示す部分断面模式図である。同図において、２４は可動ロッド、２５は可動ロッドスライダ、２６は間隙、２７はＯリング、２８はＯリング支持板、２９はＯリング止め板、３０ａ，３０ｂはネジ、３１はパッキン、３２は当て板であり、３３はセンタポールである。
【００６７】
本実施例のリニアモータは、円柱状のボイスコイル１と永久磁石５の誘導磁極を一軸上に配置するものであり、記録用ディスクにおける読み書きヘッドの位置決め装置等に用いられる。本例のリニアモータでは、一本の銅線を円筒状に巻き上げて作ったボイスコイル１の一端面が支持体２に固定される。そして、センタポール３３とボイスコイル１との中心軸は一致し、ボイスコイル１の内面とセンタポール３３との外周面が適切な微小間隔を保ち、且つ、ヨーク６、前後方からヨーク６に挟まれて固定された永久磁石５およびセンタポール３３から形成される有効磁束ギャップとボイスコイル１の銅線とが直交するような構造を有し、ボイスコイル１へ外部から供給される電流によって、ボイスコイル１はその中心軸に沿って直線運動を行う。
【００６８】
さらに、本例のリニアモータでは、センタポール３３の中心は空洞になっており、内部に粘性液体が封入される。一方、ボイスコイル１および可動ロッド２４は、各断面の中心が一致するように支持部材２に垂直に固定される。そして、ボイスコイル１の直線運動に併せて可動ロッド２４も直線運動する。このとき、粘性液体は可動ロッドスライダ２５とセンタポール３３の内面の隙間を運動方向と反対に移動して、可動ロッドに対して速度に比例した粘性力を与える。
【００６９】
熱異方性材料７は、ボイスコイル１の進行方向に高い熱伝導率を有し、支持部材２に配置された不図示の放熱部に電機子コイル１からの熱を伝導する。
【００７０】
（実施例１７）
図１９は、本発明を適用したボイスコイル型リニアモータの更に別の例を示す部分断面模式図である。同図において、３４はギャップ、３５は補助コイル、３６は中心軸であり、３７は誘導磁石部分である。
【００７１】
本実施例のリニアモータも、実施例１６と同様に、永久磁石５と電機子であるボイスコイル１の誘導磁極を一軸上に配置するものであり、ボイスコイルは中心軸３６に添って移動する。本実施例では、カップ状ヨーク６の中心に円柱状の永久磁石５を固着し、その回りに補助コイル３５が巻回される。また、補助コイル３５の外径と同じ大きさの断面を有する円柱状の誘導磁極３７が、永久磁石５に固着されている。一方、カップ状ヨーク６の内面と、補助コイル３５および誘導磁極３７との間には、カップ状のボイスコイル１が所定のギャップ３４を保つように緩挿している。以上のカップ状ヨーク６、永久磁石５、補助コイル３５およびボイスコイル１の中心は、全て同一の軸３６に一致している。補助コイル３５は、負荷が大きな被駆動体を駆動するために大出力を発生するためのもので、ボイスコイル１に印加される電圧の正負に関係なく同一方向の電流が流れるように、ダイオードブリッジ回路を介してボイスコイル１と電源（不図示）に接続されている。これにより、ボイスコイル１にながす電流が磁場に及ぼす影響を打ち消し、ギャップ３４における磁場の均一性を保っている。
本実施例の熱異方性材料７およびボイスコイル１の放熱部は、実施例１６と同様である。
【００７２】
（実施例１８）
図２０は、実施例１６および１７と同様なカップ型のボイスコイル型リニアモータをコンプレッサに用いた例を示す断面模式図である。同図において、３８ａ，３８ｂはスプリング、３９は円柱部、３９ａは円柱部３９に穿たれた圧縮物質の流路であり、圧縮室４１と管４２を導通している。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リニアモータにおける電機子コイルの表面温度上昇を抑えることが可能となり、逆に表面温度を一定にする場合には、リニアモータの推力を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１のリニアモータを示す図。
【図２】 従来のリニアモータの１例を示す図。
【図３】 従来のリニアモータの他の例を示す図。
【図４】 実施例２のリニアモータを示す図。
【図５】 実施例３のリニアモータを示す図。
【図６】 実施例４のリニアモータを示す図。
【図７】 実施例５のリニアモータを示す図。
【図８】 実施例６のリニアモータを示す図。
【図９】 実施例７のリニアモータを示す図。
【図１０】 実施例８のリニアモータに係るコイル配置を示す図。
【図１１】 実施例９のリニアモータを示す図。
【図１２】 実施例１０のリニアモータに係る可動部の構造を示す図。
【図１３】 実施例１１のリニアモータを示す図。
【図１４】 実施例１２のリニアモータを示す図。
【図１５】 実施例１３のリニアモータを示す図。
【図１６】 実施例１４のリニアモータを示す図。
【図１７】 実施例１５のリニアモータを示す図。
【図１８】 実施例１６のリニアモータを示す図。
【図１９】 実施例１７のリニアモータを示す図。
【図２０】 本発明のリニアモータをコンプレッサに適用した実施例を示す図。
【符号の説明】
１：コイル、２：支持部材、３：冷媒、４：充填材、５：永久磁石、６：ヨーク、７：グラファイトシート、８：定盤、９：レール、１０：ローラ、１１：シャフト、１２：発電コイル、１３：センサ、１４，１５：傾設反斜面、１６：主尺、１８：摺動部材、１９：段差状のガイドレール、２０：ガイド部、２１：摺動板、２２：放熱プレート、２３：歯、２４：可動ロッド、２５：可動ロッドスライダ、２６：間隙、２７：Ｏリング、２８：Ｏリング支持板、２９：Ｏリング止め板、３０ａ，３０ｂ：ネジ、３１：パッキン、３２：当て板、３３：センタポール、３４：ギャップ、３５：補助コイル、３６：中心軸、３７：誘導磁石部分、３８：スプリング、３９：円柱部、４１：圧縮室、４２：管。

Claims (17)

1. 永久磁石と、該永久磁石に相対的に移動可能な電機子コイルと、該電機子コイルの表面を包む熱伝導異方性材料と、前記電機子コイルより発生した熱を放出するための放熱部を有し、前記熱伝導異方性材料は、前記電機子コイルから発生した熱を前記放熱部に導くように配向されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 永久磁石と、該永久磁石に相対的に移動可能な電機子コイルと、該電機子コイルの表面を包む熱伝導異方性材料と、前記電機子コイルより発生した熱を放出するための放熱部とを有し、前記放熱部は、前記電機子コイルの側面に前記相対的移動の方向と平行に設けられ、前記熱伝導異方性材料は、前記相対的移動の方向および前記永久磁石と電機子コイルが対向する方向に垂直な方向の方が、前記永久磁石と電機子コイルが対向する方向よりも熱伝導率が高いことを特徴とするリニアモータ。
3. 前記熱伝導異方性材料と、前記コイルとの間に、前記熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
4. 前記熱伝導異方性材料は、金属よりも渦電流損失が少なくなる材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
5. 前記熱伝導異方性材料は、グラファイトシートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
6. 前記熱伝導異方性材料が、前記熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率の接着剤により、前記放熱部に密着することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 前記放熱部は、熱をリニアモータ外部の冷却手段に伝導できるように、前記冷却手段と連絡していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記放熱部が、放熱板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
9. 前記放熱部が、内部に冷媒を流すための管路であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
10. 前記管路の内壁材が、非磁性体材料であることを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
11. 前記熱伝導異方性材料は、前記管路内を流れる冷媒に接していることを特徴とする請求項９または１０に記載のリニアモータ。
12. 前記電機子コイルを支持する支持部材を更に有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のリニアモータ。
13. 前記支持部材の熱伝導率が、２００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１２に記載のリニアモータ。
14. 前記熱伝導異方性材料は、熱伝導異方性材料の厚み方向の熱伝導率よりも高い熱伝導率の接着剤により、前記支持部材表面に密着することを特徴とする請求項１２または１３に記載のリニアモータ。
15. 前記支持部材は、進行方向に延び互いに平行に固定された一対の棒状であり、その間に前記電機子コイルを挟んで支持するものであることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
16. 前記冷媒を流すための管路が前記支持部材の内部を通ることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
17. 前記管路の内壁材が、前記支持部材の熱伝導率以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１２〜１６に記載のリニアモータ。

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