ダイレクトドライブモータ、搬送装置および半導体製造装置
【課題】雰囲気汚染を回避しながらも、高精度にロータの回転角度を検出でき、更に信頼性を確保できるダイレクトドライブモータを提供する。
【解決手段】隔壁１３の円板部１３ａの肉厚が、円筒部１３ｂの肉厚より厚くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１３に変形が生じた場合でも、薄肉の円筒部１３ｂが先に変形することで、隔壁１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。
【解決手段】隔壁１３の円板部１３ａの肉厚が、円筒部１３ｂの肉厚より厚くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１３に変形が生じた場合でも、薄肉の円筒部１３ｂが先に変形することで、隔壁１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気外の雰囲気例えば真空中で用いられるダイレクトドライブモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造装置等においては、不純物を極力排除するために真空槽内の超高真空雰囲気中で被加工物に対する加工作業が行われる。その場合に使用されるアクチュエータとして、例えば被加工物位置決め装置の駆動モータにあっては、駆動軸の軸受に一般的なグリースなどのように揮発成分を含有する潤滑剤を用いることはできないから、金や銀などの軟質金属を軸受の内外輪にプレーティングすることで潤滑性を高めている。また、駆動モータのコイル絶縁材、配線被覆材及び積層磁極の接着剤なども、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されるという実情がある。
【０００３】
特に近年、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にＩＣのパターン幅の微細化による高密度化が進められている。この微細化に対応できるウエハを製造するために、ウエハ品質に対する高度の均一性が要求されている。その要求に応えるためには、ウエハの低圧ガス処理室における不純物ガス濃度の一層の低減が重要である。また、要求通りに微細加工を行うためには、極めて高精度の位置決め装置が必要である。こうした見地から上記従来のアクチュエータを検討すると、以下のような種々の問題点が指摘される。
【０００４】
すなわち、超真空雰囲気を備えた真空槽内で用いる駆動モータの場合、たとえ駆動モータのコイル絶縁材や配線被覆等に、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されても、それが有機系の絶縁材料である限り、ミクロ的には多孔質であって表面には無数の穴を有している。これを一旦大気にさらすと、その表面の穴にガスや水分子等を取り込んで吸蔵してしまう。それらの吸蔵不純分子を真空排気で除去する脱ガスに長時間を要してしまい、生産効率の低下は避けがたい。さらには、真空中においては空気の対流による放熱があり得ないから、コイル温度の局部的な上昇を生じた場合に、その部分の抵抗が増大して発熱が加速され、コイル絶縁皮膜の焼損を招き易い。これに対して、コイル絶縁材に無機材料を用いると共に、配線はステンレス管のシース電線を用いることで吸着不純分子を低減することが考えられる。しかしその場合はコストが非常に高くなるのみならず、コイル巻線スぺース内に占める銅などの導体の比率が減少して電気抵抗が増加し、その結果、モータの容量低下を来す恐れがある。
【０００５】
このような問題に対し、真空封止体の内側にステータを配置し、その外側に出力部材を配置して、出力部材即ちロータを用いてフロッグレッグアームを駆動するダイレクトドライブモータが特許文献１に記載されている。特許文献１のダイレクトドライブモータによれば、ステータに付随するコイル絶縁材や配線被覆などは、大気圧に維持された真空封止体の内側に配置するので、それらを真空槽内に配置した場合における吸蔵不純分子の排出の問題や、発熱の問題を回避できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６９７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような真空封止体を設ける場合、ハウジングと真空封止体との軸方向長さにある程度の加工誤差や組付誤差が生じたときや、ハウジングと真空封止体に異なる線膨張係数の材料を用いた場合に温度変化が生じたときや、ロータを回転駆動した時に生ずる渦電流損失による発熱などにより、真空封止体の薄肉部に引っ張りまたは圧縮応力が生じる。また、ハウジングと真空封止体との平行度や同軸度の誤差により、真空封止体の薄肉部に曲げ応力が生じる。しかるに、これらの応力による真空封止体の歪や破壊を未然に防ぐために、ハウジングと真空封止体の機械加工誤差をできるだけ小さくすることが考えられるが、それにより加工コストが増大する。特に、真空封止体における回転子と固定子の狭間に位置する部位は、磁束量を稼ぐために磁気的ギャップをできるだけ狭めるために非常に薄い壁にすることが好ましい。ところが、例えば高い加工精度を得るためにブロック材から真空封止体全体を削りだし等によって加工すると、多大な加工コストが必要となる。この問題は、半導体のウエハを搬送するためのダイレクトドライブモータや、大出力サーボモータのように、軸方向長さが必然的に長くならざるを得ないモータ構造の場合、特に顕在化することになる。
【０００８】
また、ハウジングはアルミニウム、真空封止体はオーステナイト系のステンレスといったように線膨張係数が異なる材料を用いる場合、温度変化によって生じる真空封止体への引っ張り、圧縮応力は防ぎようが無く、モータの運転、停止、環境温度の変化といったヒートサイクルにより、真空封止体に繰り返し応力が加えられたときには、疲労破壊などが生じる恐れがあった。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、雰囲気汚染を回避しながらも、高精度にロータの回転角度を検出でき、更に信頼性を確保できるダイレクトドライブモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明のダイレクトドライブモータは、
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転速度を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【００１１】
第２の本発明のダイレクトドライブモータは、
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転速度を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記連結部の肉厚は、前記取り付け部の肉厚より薄いことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明のダイレクトドライブモータによれば、大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、ハウジングと、前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び内側ロータと、前記内側ロータの回転位置を検出する検出器とを有し、前記ステータは、前記外側ロータを駆動し、前記内側ロータは前記外側ロータと共に連れ回るので、前記検出器を前記隔壁の内側に置くことで、その配線被覆の吸蔵不純分子が前記隔壁外の雰囲気を汚染することが防止される。しかも、前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、前記隔壁に寸法誤差や変形が生じた場合でも、前記ハウジングに前記底部が押しつけられたり引っ張られたりしないので、前記隔壁の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、前記隔壁の取り付け部およびそれが取り付けられる前記ハウジングを高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００１３】
第２の本発明のダイレクトドライブモータは、上述の発明の効果に対し、前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記取り付け部の肉厚は、前記連結部の肉厚より厚いので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、前記隔壁に変形が生じた場合でも、前記薄肉の連結部が先に変形することで、前記隔壁の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。従って、前記隔壁の取り付け部およびそれが取り付けられる前記ハウジングを高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００１４】
前記連結部は波状であると、かかる部位により、更に効果的に応力緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態にかかるダイレクトドライブモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】レゾルバ制御回路の例を示す図である。
【図４】モータ制御回路の例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるダイレクトドライブモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。図１において、２つのダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を直列に連結している。下方のダイレクトドライブモータＤ１のロータには、第１アームＡ１が連結され、第１アームＡ１の先端には第１リンクＬ１が枢動可能に連結されている。一方、上方のダイレクトドライブモータＤ２のロータには、第２アームＡ２が連結され、第２アームＡ２の先端には第２リンクＬ２が枢動可能に連結されている。リンクＬ１，Ｌ２は、ウエハＷを載置するテーブルＴに、それぞれ枢動可能に連結されている。
【００１７】
図１より明らかであるが、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２のロータがそれぞれ同方向に回転すれば、テーブルＴも同方向に回転し、かかるロータが逆方向に回転すれば、テーブルＴは、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に接近もしくは離隔するようになっている。従って、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を任意の角度で回転させれば、テーブルＴが届く範囲内で、任意の２次元位置にウエハＷを搬送させることができる。
【００１８】
このように例えば半導体製造装置における真空槽内に配置されるウエハ搬送アーム、例えばスカラ型や図に示すフロッグレッグ型のように複数のアームを備えた装置では、特に複数の回転モータが必要となる。真空環境では外界との接触表面積を極力小さくすると同時に、スぺースを有効に活用するためにモータ等の取付穴はなるべく少なくする必要がある。また、ウエハＷを水平にまっすぐに、振動を極力少なくして搬送するためには、アームの先端に作用するモーメントをロータ支持部で強固に保持する必要がある。そこで、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を複数、ハウジング部分で同軸に連結し、連結部分はシールで密に接合（溶接、Ｏリング、金属ガスケット、等による密な接合）して、モータロータの配設された空間とハウジング外部空間とを離隔することも必要となる。
【００１９】
また、ウエハＷを水平にまっすぐ、振動を少なく搬送するためにはアームＡ１、Ａ２の先端に作用するモーメントを、ロータ支持部で強固に保持する必要がある。更に、又、真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームの回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１，Ａ２等をぶつけてしまう可能性がある。このような要求に応じることができるダイレクトドライブモータを同軸に連結したモータシステムについて説明する。
【００２０】
本実施の形態は、表面磁石型の３２極３６スロットアウターロータ式ブラシレスタイプのダイレクトドライブモータを用いる。３２極３６スロットというスロットコンビネーションは、コギング力は小さいが径方向に磁気吸引力が発生し回転時の振動は大きいことが一般的に知られている８極９スロットというスロットコンビネーションの４倍の構成である。２n倍（ｎは整数）にしたことにより、径方向の磁気吸引力は相殺されるので、固定子と回転子の真円度や同軸度および機構部品の剛性を高めることなく回転時の振動を小さくでき、かつ、本来的にコギングが小さい構成であるので、非常に滑らかな回転が得られる。一方、このような非常に多極なモータとすることにより、機械角の周期に対する電気角の周期が多いので、位置決め制御性が良い。よって、本発明の如く、減速器を用いずにロボット装置を駆動するようなダイレクトドライブモータには好適である。また、総磁束量を下げることなく固定子連結部の肉厚と突極幅、および回転子のヨーク肉厚を狭くできるので、本発明の如く、薄型かつ大径幅狭のダイレクトドライブモータには好適である。
【００２１】
図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図２を参照して、２軸のモータシステムの内部構造について詳細に説明する。まず、ダイレクトドライブモータＤ１について説明する。定盤Ｇに据え付けた円板１０の中央開口１０ａに嵌合しボルト１１により相互に固定された中空円筒状の本体１２は、その上端にカップ状の隔壁１３を取り付けている。本体１２の中央は、ステータへの配線などを通すために用いることができる。本体１２，円板１０によりハウジングを構成する。
【００２２】
隔壁１３は、非磁性体であるステンレス製であり、本体１２に嵌合される肉厚の底部１３ａと、その周縁から軸線方向にダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を貫くようにして延在する円板部１３ａより薄肉の円筒部（筒状部）１３ｂとからなる。従って、隔壁１３は、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に共通に用いられる。円筒部１３ｂの下端は、ＴＩＧ溶接にて封止可能にホルダ１５に接合され、ホルダ１５は、円板１０にボルト１６により固定されている。ここで、円筒部１３ｂとホルダ１５との溶接部を略同一厚さとすることにより、片側への部品にのみ熱が逃げることを抑制し、嵌合部を均一に溶接できる構造となっている。ホルダ１５と円板１０の接触面には、シール部材を填め込む溝加工が施してあり、シール部材を溝に填め込んだ後にホルダ１５と円板１０をボルト１６により締結することにより、締結部分を大気側から分離隔絶している。隔壁１３は耐食性が高く、特に磁性の少ないオーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３１６を材料としており、ホルダ１５は隔壁１３との溶接性から同じくＳＵＳ３１６を材料としている。
【００２３】
更に、本体１２と隔壁１３，及び隔壁１３とホルダ１５とは気密的に接合され、且つホルダ１５と円板１０、及び円板１０と定盤Ｇとは、それぞれＯ−リングＯＲによって気密されている。従って、円板１０と、本体１２と、隔壁１３とで囲われる内部空間は、その外部から気密されている。尚、隔壁１３は必ずしも非磁性体である必要はない。又、Ｏ−リングＯＲを用いて気密する代わりに、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などで部材間を気密しても良い。
【００２４】
円板１０の外周上面において、軸受ホルダ１７がボルト１８により固定されている。軸受ホルダ１７には、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１９の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト２０により固定されている。一方、軸受１９の内輪は、第１外側ロータ２１の外周に嵌合し、ボルト２２により固定されている。すなわち、第１外側ロータ２１は、隔壁１３に対して回転自在に支持されており、またアームＡ１（図１）を支持する円筒状部材２３を、ボルト２４によって固定している。ここで、ボルト２４は、半径方向内方に延在する磁気シールド板２５を、円筒状部材２３に共締めしている。
【００２５】
円板１０および軸受ホルダ１７は、耐食性が高いオーステナイト系ステンレスを材料としており、円板１０は、チャンバである定盤Ｇとの嵌合固定およびシール装置を兼ねており、その下面に、Ｏ−リングＯＲを填め込む溝１０ｂが設けられている。
【００２６】
磁気シールド板２５は、磁性体であるＳＰＣＣ鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。その効果については後述する。
【００２７】
軸受１９は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータＤ１の軸受は１個で済むため、本発明の２軸同軸モータシステムを薄型化できる。軸受１９は、内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし。転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。
【００２８】
尚、軸受１９は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、また４点接触式玉軸受であるので、アームＡ１からの第１外側ロータ２１がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。
【００２９】
第１外側ロータ２１は、永久磁石２１ａと、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク２１ｂと、永久磁石２１ａとヨーク２１ｂを機械的に締結するための非磁性体からなるくさび（不図示）によって構成されている。永久磁石２１ａは、３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石２１ａ寄りとすることで、くさびをヨーク２１ｂ外径側からねじで締め上げることにより永久磁石２１ａをヨーク２１ｂに締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石２１ａはエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク２１ｂは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。
【００３０】
また、第１外側ロータ２１は、軸受１９の内輪と円筒状部材２３を嵌合固定する面を有している。４点接触玉軸受１９は非常に薄肉の軸受であり、組みつけられる部材の精度や線膨張係数の差異により回転精度や摩擦トルクが大きな影響を受ける。よって本実施の形態の場合は、回転輪である軸受１９の内輪を、加工精度を出しやすくかつ線膨張係数が軸受の軌道輪材質と略同一であるヨーク２１ｂに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、固定輪である軸受１９の外輪を、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボスにすきま嵌めとすることで、軸受１９の回転精度の低下や温度上昇による摩擦トルクの上昇を防ぐ構成となっている。
【００３１】
隔壁１３の半径方向内側において、第１外側ロータ２１の内周面に対向するようにして、第１ステータ２９が配置されている。第１ステータ２９は、本体１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１２ａの円筒状に変形した下部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第１ステータ２９の外径は隔壁１３の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。
【００３２】
第１ステータ２９の半径方向内側に、第１内側ロータ３０が配置されている。第１内側ロータ３０は、本体１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ３２に対して、玉軸受３３により回転自在に支持されている。第１内側ロータ３０の外周面には、バックヨーク３０ｂを介して永久磁石３０ａが取り付けられている。永久磁石３０ａは、第１外側ロータ２１の永久磁石２１ａと同様に３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなっている。従って、第１内側ロータ３０は、第１ステータ２９によって駆動される第１外側ロータ２１に同期して連れ回されるようになっている。
【００３３】
第１内側ロータ３０を回転自在に支持する軸受３３は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、１個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータＤ１を薄型化できる。隔壁１３の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。
【００３４】
隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石３０ａはバックヨーク３０ｂに接着固定してある。永久磁石３０ａはエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク３０ｂは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００３５】
第１内側ロータ３０の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ３４ａ及び３４ｂを組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ３２の外周に、レゾルバステータ３５，３６を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ３５と、１回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ３６とを２層に配置している。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ３４ｂの回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータＤ１の駆動電流制御に使用する回転角度検出が、極検出センサを用いることなく可能となっている。
【００３６】
レゾルバホルダ３２と第１内側ロータ３０は、モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが角度検出器であるレゾルバステータ３５，３６に伝達されないように、磁性体である炭素鋼を材料とし、加工成型後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００３７】
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａは、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルレゾルバステータ３５の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａに対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。第１内側ロータ３０と一体でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａが回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ３５の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａの１回転でリラクタンス変化の基本波成分がｎ周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図３に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ即ち第１内側ロータ３０の回転角度（又は回転速度）を検出するようになっている。レゾルバロータ３４ａ、３４ｂと、レゾルバステータ３５，３６とで検出器を構成する。
【００３８】
本実施の形態によれば、第１外側ロータ２１に対して、磁気カップリング作用により第１内側ロータ３０が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第１外側ロータ２１の回転角を隔壁１３越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受３３を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。
【００３９】
次に、ダイレクトドライブモータＤ２について説明するが、ここでは本体１２がハウジングを構成する。上述したダイレクトドライブモータＤ１の円筒状部材２３は、ダイレクトドライブモータＤ２に重合する位置まで上方に延在しており、その内周面に、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１９’の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト２０’により固定されている。一方、軸受１９’の内輪は、第２外側ロータ２１’の外周に嵌合し、ボルト２２’により固定されている。ここで、ボルト２２’、半径方向内方に延在する磁気シールド板４１を共締めしている。第２外側ロータ２１’は、隔壁１３に対して回転自在に支持されており、またアームＡ２（図１）を支持するリング状部材２３’を、ボルト２４’によって固定している。更に、ボルト２４’は、半径方向内方に延在する磁気シールド板２５’を、リング状部材２３’に共締めしている。
【００４０】
磁気シールド板４１，２５’は、磁性体であるＳＰＣＣ鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。磁気シールド板４１，２５’は、第１外側ロータ２１及び第２外側ロータ２１’の間に介在して磁気的シールドを形成し、それらからの磁束漏れによるお互いの連れ回しを防止している。即ち、磁気シールド板２５’は、非磁性体であるリング状部材２３’挟んでヨーク２１ｂ’に締結しており、それにより不要な磁気回路を生成することを防いでいる。この磁気シールド板４１，２５’により、ロータ相互の磁気干渉を防ぐことができるので、２軸同軸モータシステムでありながら全体の軸長を抑えた構成が可能である。磁気シールド板４１は外部からの異物吸引を防止している。
【００４１】
軸受１９’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータＤ２の軸受は１個で済むため、本発明の２軸同軸モータを薄型化できる。内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし。転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。
【００４２】
尚、軸受１９’は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、また４点接触式玉軸受であるので、アームＡ１からの第１外側ロータ２１’がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。
【００４３】
第２外側ロータ２１’は、永久磁石２１ａ’と、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク２１ｂ’と、永久磁石２１ａ’とヨーク２１ｂ’を機械的に締結するための非磁性体からなるくさび（不図示）によって構成されている。永久磁石２１ａ’は、３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石２１ａ’寄りとすることで、くさびをヨーク２１ｂ’外径側からねじで締め上げることにより永久磁石２１ａ’をヨーク２１ｂ’に締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石２１ａ’はエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク２１ｂ’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。
【００４４】
また、第２外側ロータ２１’は、軸受１９’の内輪とリング状部材２３’を嵌合固定する面を有している。４点接触玉軸受１９’は非常に薄肉の軸受であり、組みつけられる部材の精度や線膨張係数の差異により回転精度や摩擦トルクが大きな影響を受ける。よって本実施の形態の場合は、軸受１９’の内輪を、加工精度を出しやすくかつ線膨張係数が軸受の軌道輪材質と略同一であるヨーク２１ｂに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、軸受１９’の外輪を、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボスにすきま嵌めとすることで、軸受１９’の回転精度の低下や温度上昇による摩擦トルクの上昇を防ぐ構成となっている。
【００４５】
隔壁１３の半径方向内側において、第２外側ロータ２１’の内周面に対向するようにして、第２ステータ２９’が配置されている。第２ステータ２９’は、本体１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１２ａの円筒状に変形した上部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第２ステータ２９’の外径は隔壁１３の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。
【００４６】
第２ステータ２９’の半径方向内側に、第２内側ロータ３０’が配置されている。第２内側ロータ３０’は、本体１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ３２’に対して、玉軸受３３’により回転自在に支持されている。第２内側ロータ３０’の外周面には、バックヨーク３０ｂ’を介して永久磁石３０ａ’が取り付けられている。永久磁石３０ａ’は、第２外側ロータ２１’の永久磁石２１ａ’と同様に３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなっている。従って、第２内側ロータ３０’は、第２ステータ２９’によって第２外側ロータ２１’に同期して回転駆動されるようになっている。
【００４７】
第１内側ロータ３０’を回転自在に支持する軸受３３’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、１個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータＤ２を薄型化できる。隔壁１３の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。
【００４８】
隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石３０ａ’はバックヨーク３０ｂ’に接着固定してある。永久磁石３０ａ’はエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク３０ｂ’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００４９】
第２内側ロータ３０’の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ３４ａ’及び３４ｂを組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ３２’の外周に、レゾルバステータ３５’，３６’を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ３５’と、１回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ３６’とを２層に配置している。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ３４ｂ’の回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータＤ２の相対回転角度を、極検出センサを用いることなく可能となっている。
【００５０】
レゾルバホルダ３２’と第２内側ロータ３０’は、モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが角度検出器であるレゾルバステータ３５’，３６’に伝達されないように、磁性体である炭素鋼を材料とし、加工成型後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００５１】
本実施の形態によれば、第２外側ロータ２１’に対して、磁気カップリング作用により第２内側ロータ３０’が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第２外側ロータ２１’の回転角を隔壁１３越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受３３を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。
【００５２】
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルステータレゾルバステータ３５’の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’に対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。第２内側ロータ３０’と一体でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’が回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ３５’の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’の１回転でリラクタンス変化の基本波成分がｎ周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図３に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’即ち第２内側ロータ３０’の回転角度（又は回転速度）を検出するようになっている。レゾルバロータ３４ａ’、３４ｂ’と、レゾルバステータ３５’，３６’とで検出器を構成する。
【００５３】
本実施の形態においては、隔壁１３の底部１３ａが、本体１２に対して軸方向に拘束されていないので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１３に寸法誤差や変形が生じた場合でも、本体１２に底部１３ａが押しつけられたり引っ張られ出したりしないので、隔壁１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、底部１３ａの深さ及び本体１２の長さ寸法を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。又、円筒部１３ｂを薄肉とすることで、ロータとステータ間の磁束密度量を確保することが容易となっている。
【００５４】
更に、本実施の形態によれば、第１外側ロータ２１と第２外側ロータ２１’との間に、磁気シールド板２５，４１を配置しているので、相互の磁気的干渉を抑制し、誤駆動や連れ周りなどの不具合を回避している。又、本体１２においてダイレクトドライブモータＤ１，Ｄ２の間を延在するフランジ部１２ａの外周縁１２ｂは、磁性体である炭素鋼を材料とし、第１ステータ２９と第２ステータ２９’との間に介在し、それらが洩れ磁束の影響を受けることで第１外側ロータ２１又は第２外側ロータ２１’に誤った回転方向の推力を発生させないように、互いの磁界を遮蔽する磁気シールドとして機能する。
【００５５】
尚、フランジ部１２ａを中心として第１ステータ２９と第２ステータ２９’を上下に配置し、その半径方向内側にレゾルバを配置している。また、本体１２は中空構造となっており、フランジ部１２ａには中央に連通する径方向の通し穴１２ｄが少なくとも１つ設けてあり、ここを介してモータ配線を本体１２の中央に引き出す構造となっている。一方、本体１２の両端部にはそれぞれ少なくとも１つの切り欠き１２ｅ、１２ｅが設けてあり、これらを介してレゾルバの配線を本体１２の中央に引き出す構造となっている。このような構造とすることで、ハウジング側から順に、ダイレクトモータＤ１のレゾルバ、ステータ２９、ダイレクトモータＤ２のステータ２９’、そのレゾルバの順で配置することが可能となり、２軸でありながら容易にステータとレゾルバの角度調整が行える。そこで、基準となる外側ロータを回転駆動する設備を別に用意しておけば、その設備にステータとレゾルバを組み込んだ本体１２をセットすることにより、高精度にステータに対するレゾルバの角度調整ができるので、コンミテーションずれによる角度位置決め精度の低下を防ぎ、かつ、本発明の２軸同軸モータに対する駆動制御回路の互換性を高めることができる。
【００５６】
図４は、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２の駆動回路を示すブロック図である。外部のコンピュータからモータ回転指令が入力されたとき、ダイレクトドライブモータＤ１用のモータ制御回路ＤＭＣ１及びダイレクトドライブモータＤ２用のモータ制御回路ＤＭＣ２は、それぞれ、そのＣＰＵから３相アンプ（ＡＭＰ）に駆動信号を出力し、３相アンプ（ＡＭＰ）からダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に駆動電流が供給される。それによりダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ１の外側ロータ２１，２１’が独立して回転し、アームＡ１，Ａ２（図１）を移動させるようになっている。外側ロータ２１，２１’が回転すると、上述のようにして回転角度を検出したレゾルバステータ３５，３６，３５’、３６’からレゾルバ信号が出力されるので、それをレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）でデジタル変換した後に入力したＣＰＵは、外側ロータ２１，２１’が指令位置に到達したか否かを判断し、指令位置に到達すれば、３相アンプ（ＡＭＰ）への駆動信号を停止することで外側ロータ２１，２１’の回転を停止させる。これにより外側ロータ２１，２１’のサーボ制御が可能となる。
【００５７】
真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームＡ１およびＡ２の回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１等をぶつけてしまう可能性があるが、本実施の形態では、回転軸の１回転の絶対位置を検出するアブソリュートレゾルバステータ３６および３６’と、より分解能の細かい回転位置を検出するインクリメンタルレゾルバステータ３５および３５’からなる可変リラクタンス型レゾルバを採用しているので、外側ロータ２１、２１’即ちアームＡ１，Ａ２の回転位置制御を高精度に行える。
【００５８】
尚、ここでは内側ロータ３０の回転検出にレゾルバを採用したが、検出器を隔壁１３の内部の大気側に配置できるため、一般に高精度位置決めに使用するサーボモータにおいては高精度で滑らかに駆動するための位置検出手段として採用されている光学式エンコーダや、磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダ等も使用できる。
【００５９】
図５は、第２の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図２〜４の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図５の構成においては、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６０】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部１１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。環状部１１３ａの下部は、薄く半径方向外方に延在したフランジ部１１３ｃとなっており、その折り曲げられた外縁に薄肉円筒部１１３ｂの上端をＴＩＧ溶接してなる。環状部１１３ａの取り付け部の肉厚は、フランジ部１１３ｃ及び薄肉円筒部１１３ｂの肉厚より厚くなっている。薄肉円筒部１１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部１１３ａとフランジ部１１３ｃと薄肉円筒部１１３ｂとホルダ１５とで隔壁１１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０でハウジングを構成する。
【００６１】
本実施の形態では、上部円板部１１０の上面は、蓋部材１０１により閉止され、その外周に取り付けられた軸受ホルダ１０７は、軸受１９’を支持するようになっている。従って、ダイレクトドライブモータＤ１の円筒状部材１２３は、ダイレクトドライブモータＤ２側まで延在していない。ダイレクトドライブモータＤ１の軸受ホルダ１１７は、円板１０と一体になっている。上部円板部１１０，蓋部材１０１，軸受ホルダ１０７は、耐食性が高いオーステナイト系ステンレスを材料としている。
【００６２】
上部円板部１１０の、軸受ホルダ１０７の取り付け外周面は、薄肉円筒部１１３ｂより半径方向内側に位置しており、従って、軸受ホルダ１０７を上部円板部１１０より取り外せば、２つの外側ロータ２１，２１’は、上部円板部１１０を分解することなく上方に取り外し可能となっている。従って、メンテナンス時などに気密構造を分解する必要はなく、作業を容易にすることができる。
【００６３】
本実施の形態においては、隔壁１１３の環状部（取り付け部）１１３ａの肉厚に対し、フランジ部（連結部）１１３ｃの肉厚は薄くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部１１３ｃが変形することで、隔壁１１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部１１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００６４】
図６は、第３の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図５の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図６の構成においても、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６５】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部２１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。環状部２１３ａの下部は、薄板状であって波形に半径方向外方に延在したフランジ部２１３ｃとなっており、その折り曲げられた外縁に薄肉円筒部２１３ｂの上端をＴＩＧ溶接してなる。環状部２１３ａの取り付け部の肉厚は、フランジ部２１３ｃ及び薄肉円筒部２１３ｂの肉厚より厚くなっている。薄肉円筒部２１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部２１３ａとフランジ部２１３ｃと薄肉円筒部２１３ｂとホルダ１５とで隔壁２１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０とでハウジングを構成する。
【００６６】
本実施の形態においても、隔壁２１３の環状部（取り付け部）２１３ａの肉厚に対し、フランジ部（連結部）２１３ｃの肉厚は薄くなっており、更には、環状部２１３ａと薄肉円筒部２１３ｂとを連結するフランジ部２１３ｃが波形となっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁２１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部２１３ｃが変形することで、隔壁２１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部２１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００６７】
図７は、第４の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図５の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図４の構成においても、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６８】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部３１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。筒状部３１３ｅは、ほぼ同一肉厚の小円筒部３１３ｃと大円筒部３１３ｂとをフランジ部３１３ｄにより連結した形状を有しており、円筒部３１３ｃの上部は、環状部３１３ａにの内周面にＴＩＧ溶接されている。環状部３１３ａの肉厚は、筒状部３１３ｅの肉厚より厚くなっている。大円筒部３１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部３１３ａと筒状部３１３ｅとホルダ１５とで隔壁３１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０とでハウジングを構成する。
【００６９】
本実施の形態においても、隔壁３１３の環状部（取り付け部）３１３ａの肉厚に対し、筒状部３１３ｅの肉厚は薄くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁３１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部３１３ｄが変形することで、隔壁３１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部３１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００７０】
以上の実施の形態では、表面磁石型の３２極３６スロットアウターロータ式ブラシレスモータを用いた例を用いて説明したが、この形式のモータに限定されるものではなく、ブラシレスモータであれば適用できるものであり、他の磁極形式、例えば永久磁石埋め込み型であっても良いし、他のスロットコンビネーションでも良いし、あるいはインナロータ型であっても良い。
【００７１】
また、各軸の干渉対策として、軸方向に隣接する軸同士の回転子の極数およびスロット数が異なる構成としても良い。例えば、２軸同軸の場合は、第一軸が３２極３６スロット、第二軸が２４極２７スロット、４軸同軸の場合は、第一軸および第三軸が３２極３６スロット、第二軸および第四軸が２４極２７スロットといった構成にすれば、各軸の磁界による回転子および磁気カップリング装置への回転方向の推力発生といった相互干渉を防ぐことができる。
【００７２】
また、ロータの永久磁石は、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石を用い、耐食性を高めるためのコーティングとして、ニッケルコーティングを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、例えばべークアウト時の温度条件によっては高温減磁しにくいサマリウム・コバルト（Ｓｍ・Ｃｏ）系の磁石を用いるべきであり、超真空中で使用されるのであればアウトガス遮断性の高い窒化チタンコーティングを施すべきである。
【００７３】
また、ヨークは、低炭素鋼を材料とし、ニッケルめっきを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、特に表面処理に関しては、超真空中で使用されるのであればピンホールの少ないカニゼンめっきやクリーンエスめっき、窒化チタンコーティング等を施すべきである。
【００７４】
また、永久磁石をヨークに締結する方法は、非磁性のくさびをヨーク外径側からねじで締め上げる例を用いて説明したが、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、環境によっては接着でも良いし、他の締結方法でも良い。
【００７５】
また、軸受１９，１９’は真空用グリス潤滑の４点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、材質、潤滑方法に限定されるものではなく、使用される環境、荷重条件、回転速度などによって適宜変更されるものであり、クロスローラ軸受であっても良いし、４軸同軸モータの場合、さらに機械的な剛性を高めるために、別な軸受で支持する構造としても良いし、高速回転する場合など、多点接触軸受を用いることができない場合は各軸の回転子を支持する軸受および別な軸受を深溝玉軸受やアンギュラ軸受として予圧をかける構造としても良いし、超真空中で使用される場合は、軌道輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングしたような、ガス放出のない金属潤滑としたものを用いても良い。
【００７６】
また、磁気カップリングとして機能する内側ロータとして、永久磁石とバックヨークを用いた形式で説明したが、永久磁石とバックヨークの材質および形状はこれに限定されるものではない。例えば、レゾルバの質量と軸受の摩擦トルクによっては、ロータと同極数でなくても良いし、同幅でなくても良い。永久磁石を用いない突極でも良い。
【００７７】
また、角度検出器としてレゾルバを用いた例で説明したが、製造コストや分解能によって適宜変更されるものであり、例えば光学式のロータリエンコーダでも良い。
【００７８】
また、角度検出器の回転側を回転自在に支持する軸受３３，３３’として、グリス潤滑の４点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、潤滑方法に限定されるものではなく、設置スぺースや摩擦トルク、回転速度などによって適宜変更されるものであり、高速回転や摩擦トルクの低減など、多点接触軸受を用いることができない場合は、アンギュラ軸受や深溝玉軸受を各軸ごとに２個配置して、予圧をかける構造としても良い。
【００７９】
また、その他の隔壁の外、中に配置される構造部品および隔壁の材質、形状、製造方法は、製造コストや使用される環境、荷重条件、構成などによって適宜変更されるものである。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態のダイレクトドライブモータは、真空雰囲気に限らず、大気外の雰囲気で使用することができる。例えば、半導体製造工程の場合、真空排気後に真空槽内部にエッチング用の反応性ガスが導入されることがあるが、本実施の形態のダイレクトドライブモータでは、隔壁により内部と外部とが遮蔽されているため、モータコイルや絶縁材等がエッチングされてしまうおそれもない。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 円板
１１ ボルト
１２ 本体
１２ａ フランジ部
１２ｂ 外周縁
１２ｄ 穴
１２ｅ 欠き
１３、１１３，２１３，３１３ 隔壁
１５ ホルダ
１６ ボルト
１７、１７’ 軸受ホルダ
１８、１８’ ボルト
１９、１９’ ４点接触玉軸受
２０、２０’ ボルト
２１、２１’ 外側ロータ
２１ａ、２１ａ’ 永久磁石
２１ｂ、２１ｂ’ ヨーク
２２、２２’ ボルト
２３’ リング状部材
２３ 円筒状部材
２４、２４’ ボルト
２５、２５’ 磁気シールド板
２９、２９’ ステータ
３０、３０’ 内側ロータ
３０ａ、３０ａ’ 永久磁石
３０ｂ、３０ｂ’ バックヨーク
３２、３２’ レゾルバホルダ
３３、３３’ 軸受
３４、３４’ 検出ロータ
３４ａ、３４ａ’ インクリメンタルレゾルバロータ
３４ｂ、３４ｂ’ アブソリュートレゾルバロータ
３５、３５’ インクリメンタルレゾルバステータ
３６、３６’ アブソリュートレゾルバステータ
４１ 磁気シールド板
１０１ 蓋部材
１０７ 軸受ホルダ
１１０ 上部円板部
１１３ａ 隔壁ホルダ
１１３ｂ 薄肉円筒
１２５ 磁気シールド板
Ａ１，Ａ２ アーム
Ｄ１，Ｄ２ ダイレクトドライブモータ
ＤＭＣ１ モータ制御回路
ＤＭＣ２ モータ制御回路
Ｇ 定盤
Ｌ１，Ｌ２ リンク
ＯＲ Ｏ−リング
Ｔ テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気外の雰囲気例えば真空中で用いられるダイレクトドライブモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造装置等においては、不純物を極力排除するために真空槽内の超高真空雰囲気中で被加工物に対する加工作業が行われる。その場合に使用されるアクチュエータとして、例えば被加工物位置決め装置の駆動モータにあっては、駆動軸の軸受に一般的なグリースなどのように揮発成分を含有する潤滑剤を用いることはできないから、金や銀などの軟質金属を軸受の内外輪にプレーティングすることで潤滑性を高めている。また、駆動モータのコイル絶縁材、配線被覆材及び積層磁極の接着剤なども、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されるという実情がある。
【０００３】
特に近年、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にＩＣのパターン幅の微細化による高密度化が進められている。この微細化に対応できるウエハを製造するために、ウエハ品質に対する高度の均一性が要求されている。その要求に応えるためには、ウエハの低圧ガス処理室における不純物ガス濃度の一層の低減が重要である。また、要求通りに微細加工を行うためには、極めて高精度の位置決め装置が必要である。こうした見地から上記従来のアクチュエータを検討すると、以下のような種々の問題点が指摘される。
【０００４】
すなわち、超真空雰囲気を備えた真空槽内で用いる駆動モータの場合、たとえ駆動モータのコイル絶縁材や配線被覆等に、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されても、それが有機系の絶縁材料である限り、ミクロ的には多孔質であって表面には無数の穴を有している。これを一旦大気にさらすと、その表面の穴にガスや水分子等を取り込んで吸蔵してしまう。それらの吸蔵不純分子を真空排気で除去する脱ガスに長時間を要してしまい、生産効率の低下は避けがたい。さらには、真空中においては空気の対流による放熱があり得ないから、コイル温度の局部的な上昇を生じた場合に、その部分の抵抗が増大して発熱が加速され、コイル絶縁皮膜の焼損を招き易い。これに対して、コイル絶縁材に無機材料を用いると共に、配線はステンレス管のシース電線を用いることで吸着不純分子を低減することが考えられる。しかしその場合はコストが非常に高くなるのみならず、コイル巻線スぺース内に占める銅などの導体の比率が減少して電気抵抗が増加し、その結果、モータの容量低下を来す恐れがある。
【０００５】
このような問題に対し、真空封止体の内側にステータを配置し、その外側に出力部材を配置して、出力部材即ちロータを用いてフロッグレッグアームを駆動するダイレクトドライブモータが特許文献１に記載されている。特許文献１のダイレクトドライブモータによれば、ステータに付随するコイル絶縁材や配線被覆などは、大気圧に維持された真空封止体の内側に配置するので、それらを真空槽内に配置した場合における吸蔵不純分子の排出の問題や、発熱の問題を回避できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６９７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような真空封止体を設ける場合、ハウジングと真空封止体との軸方向長さにある程度の加工誤差や組付誤差が生じたときや、ハウジングと真空封止体に異なる線膨張係数の材料を用いた場合に温度変化が生じたときや、ロータを回転駆動した時に生ずる渦電流損失による発熱などにより、真空封止体の薄肉部に引っ張りまたは圧縮応力が生じる。また、ハウジングと真空封止体との平行度や同軸度の誤差により、真空封止体の薄肉部に曲げ応力が生じる。しかるに、これらの応力による真空封止体の歪や破壊を未然に防ぐために、ハウジングと真空封止体の機械加工誤差をできるだけ小さくすることが考えられるが、それにより加工コストが増大する。特に、真空封止体における回転子と固定子の狭間に位置する部位は、磁束量を稼ぐために磁気的ギャップをできるだけ狭めるために非常に薄い壁にすることが好ましい。ところが、例えば高い加工精度を得るためにブロック材から真空封止体全体を削りだし等によって加工すると、多大な加工コストが必要となる。この問題は、半導体のウエハを搬送するためのダイレクトドライブモータや、大出力サーボモータのように、軸方向長さが必然的に長くならざるを得ないモータ構造の場合、特に顕在化することになる。
【０００８】
また、ハウジングはアルミニウム、真空封止体はオーステナイト系のステンレスといったように線膨張係数が異なる材料を用いる場合、温度変化によって生じる真空封止体への引っ張り、圧縮応力は防ぎようが無く、モータの運転、停止、環境温度の変化といったヒートサイクルにより、真空封止体に繰り返し応力が加えられたときには、疲労破壊などが生じる恐れがあった。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、雰囲気汚染を回避しながらも、高精度にロータの回転角度を検出でき、更に信頼性を確保できるダイレクトドライブモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明のダイレクトドライブモータは、
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転速度を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【００１１】
第２の本発明のダイレクトドライブモータは、
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転速度を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記連結部の肉厚は、前記取り付け部の肉厚より薄いことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明のダイレクトドライブモータによれば、大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、ハウジングと、前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び内側ロータと、前記内側ロータの回転位置を検出する検出器とを有し、前記ステータは、前記外側ロータを駆動し、前記内側ロータは前記外側ロータと共に連れ回るので、前記検出器を前記隔壁の内側に置くことで、その配線被覆の吸蔵不純分子が前記隔壁外の雰囲気を汚染することが防止される。しかも、前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、前記隔壁に寸法誤差や変形が生じた場合でも、前記ハウジングに前記底部が押しつけられたり引っ張られたりしないので、前記隔壁の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、前記隔壁の取り付け部およびそれが取り付けられる前記ハウジングを高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００１３】
第２の本発明のダイレクトドライブモータは、上述の発明の効果に対し、前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記取り付け部の肉厚は、前記連結部の肉厚より厚いので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、前記隔壁に変形が生じた場合でも、前記薄肉の連結部が先に変形することで、前記隔壁の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。従って、前記隔壁の取り付け部およびそれが取り付けられる前記ハウジングを高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００１４】
前記連結部は波状であると、かかる部位により、更に効果的に応力緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態にかかるダイレクトドライブモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】レゾルバ制御回路の例を示す図である。
【図４】モータ制御回路の例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるダイレクトドライブモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。図１において、２つのダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を直列に連結している。下方のダイレクトドライブモータＤ１のロータには、第１アームＡ１が連結され、第１アームＡ１の先端には第１リンクＬ１が枢動可能に連結されている。一方、上方のダイレクトドライブモータＤ２のロータには、第２アームＡ２が連結され、第２アームＡ２の先端には第２リンクＬ２が枢動可能に連結されている。リンクＬ１，Ｌ２は、ウエハＷを載置するテーブルＴに、それぞれ枢動可能に連結されている。
【００１７】
図１より明らかであるが、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２のロータがそれぞれ同方向に回転すれば、テーブルＴも同方向に回転し、かかるロータが逆方向に回転すれば、テーブルＴは、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に接近もしくは離隔するようになっている。従って、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を任意の角度で回転させれば、テーブルＴが届く範囲内で、任意の２次元位置にウエハＷを搬送させることができる。
【００１８】
このように例えば半導体製造装置における真空槽内に配置されるウエハ搬送アーム、例えばスカラ型や図に示すフロッグレッグ型のように複数のアームを備えた装置では、特に複数の回転モータが必要となる。真空環境では外界との接触表面積を極力小さくすると同時に、スぺースを有効に活用するためにモータ等の取付穴はなるべく少なくする必要がある。また、ウエハＷを水平にまっすぐに、振動を極力少なくして搬送するためには、アームの先端に作用するモーメントをロータ支持部で強固に保持する必要がある。そこで、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を複数、ハウジング部分で同軸に連結し、連結部分はシールで密に接合（溶接、Ｏリング、金属ガスケット、等による密な接合）して、モータロータの配設された空間とハウジング外部空間とを離隔することも必要となる。
【００１９】
また、ウエハＷを水平にまっすぐ、振動を少なく搬送するためにはアームＡ１、Ａ２の先端に作用するモーメントを、ロータ支持部で強固に保持する必要がある。更に、又、真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームの回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１，Ａ２等をぶつけてしまう可能性がある。このような要求に応じることができるダイレクトドライブモータを同軸に連結したモータシステムについて説明する。
【００２０】
本実施の形態は、表面磁石型の３２極３６スロットアウターロータ式ブラシレスタイプのダイレクトドライブモータを用いる。３２極３６スロットというスロットコンビネーションは、コギング力は小さいが径方向に磁気吸引力が発生し回転時の振動は大きいことが一般的に知られている８極９スロットというスロットコンビネーションの４倍の構成である。２n倍（ｎは整数）にしたことにより、径方向の磁気吸引力は相殺されるので、固定子と回転子の真円度や同軸度および機構部品の剛性を高めることなく回転時の振動を小さくでき、かつ、本来的にコギングが小さい構成であるので、非常に滑らかな回転が得られる。一方、このような非常に多極なモータとすることにより、機械角の周期に対する電気角の周期が多いので、位置決め制御性が良い。よって、本発明の如く、減速器を用いずにロボット装置を駆動するようなダイレクトドライブモータには好適である。また、総磁束量を下げることなく固定子連結部の肉厚と突極幅、および回転子のヨーク肉厚を狭くできるので、本発明の如く、薄型かつ大径幅狭のダイレクトドライブモータには好適である。
【００２１】
図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図２を参照して、２軸のモータシステムの内部構造について詳細に説明する。まず、ダイレクトドライブモータＤ１について説明する。定盤Ｇに据え付けた円板１０の中央開口１０ａに嵌合しボルト１１により相互に固定された中空円筒状の本体１２は、その上端にカップ状の隔壁１３を取り付けている。本体１２の中央は、ステータへの配線などを通すために用いることができる。本体１２，円板１０によりハウジングを構成する。
【００２２】
隔壁１３は、非磁性体であるステンレス製であり、本体１２に嵌合される肉厚の底部１３ａと、その周縁から軸線方向にダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２を貫くようにして延在する円板部１３ａより薄肉の円筒部（筒状部）１３ｂとからなる。従って、隔壁１３は、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に共通に用いられる。円筒部１３ｂの下端は、ＴＩＧ溶接にて封止可能にホルダ１５に接合され、ホルダ１５は、円板１０にボルト１６により固定されている。ここで、円筒部１３ｂとホルダ１５との溶接部を略同一厚さとすることにより、片側への部品にのみ熱が逃げることを抑制し、嵌合部を均一に溶接できる構造となっている。ホルダ１５と円板１０の接触面には、シール部材を填め込む溝加工が施してあり、シール部材を溝に填め込んだ後にホルダ１５と円板１０をボルト１６により締結することにより、締結部分を大気側から分離隔絶している。隔壁１３は耐食性が高く、特に磁性の少ないオーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３１６を材料としており、ホルダ１５は隔壁１３との溶接性から同じくＳＵＳ３１６を材料としている。
【００２３】
更に、本体１２と隔壁１３，及び隔壁１３とホルダ１５とは気密的に接合され、且つホルダ１５と円板１０、及び円板１０と定盤Ｇとは、それぞれＯ−リングＯＲによって気密されている。従って、円板１０と、本体１２と、隔壁１３とで囲われる内部空間は、その外部から気密されている。尚、隔壁１３は必ずしも非磁性体である必要はない。又、Ｏ−リングＯＲを用いて気密する代わりに、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などで部材間を気密しても良い。
【００２４】
円板１０の外周上面において、軸受ホルダ１７がボルト１８により固定されている。軸受ホルダ１７には、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１９の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト２０により固定されている。一方、軸受１９の内輪は、第１外側ロータ２１の外周に嵌合し、ボルト２２により固定されている。すなわち、第１外側ロータ２１は、隔壁１３に対して回転自在に支持されており、またアームＡ１（図１）を支持する円筒状部材２３を、ボルト２４によって固定している。ここで、ボルト２４は、半径方向内方に延在する磁気シールド板２５を、円筒状部材２３に共締めしている。
【００２５】
円板１０および軸受ホルダ１７は、耐食性が高いオーステナイト系ステンレスを材料としており、円板１０は、チャンバである定盤Ｇとの嵌合固定およびシール装置を兼ねており、その下面に、Ｏ−リングＯＲを填め込む溝１０ｂが設けられている。
【００２６】
磁気シールド板２５は、磁性体であるＳＰＣＣ鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。その効果については後述する。
【００２７】
軸受１９は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータＤ１の軸受は１個で済むため、本発明の２軸同軸モータシステムを薄型化できる。軸受１９は、内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし。転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。
【００２８】
尚、軸受１９は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、また４点接触式玉軸受であるので、アームＡ１からの第１外側ロータ２１がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。
【００２９】
第１外側ロータ２１は、永久磁石２１ａと、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク２１ｂと、永久磁石２１ａとヨーク２１ｂを機械的に締結するための非磁性体からなるくさび（不図示）によって構成されている。永久磁石２１ａは、３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石２１ａ寄りとすることで、くさびをヨーク２１ｂ外径側からねじで締め上げることにより永久磁石２１ａをヨーク２１ｂに締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石２１ａはエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク２１ｂは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。
【００３０】
また、第１外側ロータ２１は、軸受１９の内輪と円筒状部材２３を嵌合固定する面を有している。４点接触玉軸受１９は非常に薄肉の軸受であり、組みつけられる部材の精度や線膨張係数の差異により回転精度や摩擦トルクが大きな影響を受ける。よって本実施の形態の場合は、回転輪である軸受１９の内輪を、加工精度を出しやすくかつ線膨張係数が軸受の軌道輪材質と略同一であるヨーク２１ｂに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、固定輪である軸受１９の外輪を、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボスにすきま嵌めとすることで、軸受１９の回転精度の低下や温度上昇による摩擦トルクの上昇を防ぐ構成となっている。
【００３１】
隔壁１３の半径方向内側において、第１外側ロータ２１の内周面に対向するようにして、第１ステータ２９が配置されている。第１ステータ２９は、本体１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１２ａの円筒状に変形した下部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第１ステータ２９の外径は隔壁１３の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。
【００３２】
第１ステータ２９の半径方向内側に、第１内側ロータ３０が配置されている。第１内側ロータ３０は、本体１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ３２に対して、玉軸受３３により回転自在に支持されている。第１内側ロータ３０の外周面には、バックヨーク３０ｂを介して永久磁石３０ａが取り付けられている。永久磁石３０ａは、第１外側ロータ２１の永久磁石２１ａと同様に３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなっている。従って、第１内側ロータ３０は、第１ステータ２９によって駆動される第１外側ロータ２１に同期して連れ回されるようになっている。
【００３３】
第１内側ロータ３０を回転自在に支持する軸受３３は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、１個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータＤ１を薄型化できる。隔壁１３の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。
【００３４】
隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石３０ａはバックヨーク３０ｂに接着固定してある。永久磁石３０ａはエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク３０ｂは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００３５】
第１内側ロータ３０の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ３４ａ及び３４ｂを組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ３２の外周に、レゾルバステータ３５，３６を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ３５と、１回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ３６とを２層に配置している。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ３４ｂの回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータＤ１の駆動電流制御に使用する回転角度検出が、極検出センサを用いることなく可能となっている。
【００３６】
レゾルバホルダ３２と第１内側ロータ３０は、モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが角度検出器であるレゾルバステータ３５，３６に伝達されないように、磁性体である炭素鋼を材料とし、加工成型後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００３７】
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａは、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルレゾルバステータ３５の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａに対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。第１内側ロータ３０と一体でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａが回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ３５の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａの１回転でリラクタンス変化の基本波成分がｎ周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図３に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ即ち第１内側ロータ３０の回転角度（又は回転速度）を検出するようになっている。レゾルバロータ３４ａ、３４ｂと、レゾルバステータ３５，３６とで検出器を構成する。
【００３８】
本実施の形態によれば、第１外側ロータ２１に対して、磁気カップリング作用により第１内側ロータ３０が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第１外側ロータ２１の回転角を隔壁１３越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受３３を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。
【００３９】
次に、ダイレクトドライブモータＤ２について説明するが、ここでは本体１２がハウジングを構成する。上述したダイレクトドライブモータＤ１の円筒状部材２３は、ダイレクトドライブモータＤ２に重合する位置まで上方に延在しており、その内周面に、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１９’の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト２０’により固定されている。一方、軸受１９’の内輪は、第２外側ロータ２１’の外周に嵌合し、ボルト２２’により固定されている。ここで、ボルト２２’、半径方向内方に延在する磁気シールド板４１を共締めしている。第２外側ロータ２１’は、隔壁１３に対して回転自在に支持されており、またアームＡ２（図１）を支持するリング状部材２３’を、ボルト２４’によって固定している。更に、ボルト２４’は、半径方向内方に延在する磁気シールド板２５’を、リング状部材２３’に共締めしている。
【００４０】
磁気シールド板４１，２５’は、磁性体であるＳＰＣＣ鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。磁気シールド板４１，２５’は、第１外側ロータ２１及び第２外側ロータ２１’の間に介在して磁気的シールドを形成し、それらからの磁束漏れによるお互いの連れ回しを防止している。即ち、磁気シールド板２５’は、非磁性体であるリング状部材２３’挟んでヨーク２１ｂ’に締結しており、それにより不要な磁気回路を生成することを防いでいる。この磁気シールド板４１，２５’により、ロータ相互の磁気干渉を防ぐことができるので、２軸同軸モータシステムでありながら全体の軸長を抑えた構成が可能である。磁気シールド板４１は外部からの異物吸引を防止している。
【００４１】
軸受１９’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータＤ２の軸受は１個で済むため、本発明の２軸同軸モータを薄型化できる。内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし。転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。
【００４２】
尚、軸受１９’は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、また４点接触式玉軸受であるので、アームＡ１からの第１外側ロータ２１’がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。
【００４３】
第２外側ロータ２１’は、永久磁石２１ａ’と、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク２１ｂ’と、永久磁石２１ａ’とヨーク２１ｂ’を機械的に締結するための非磁性体からなるくさび（不図示）によって構成されている。永久磁石２１ａ’は、３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石２１ａ’寄りとすることで、くさびをヨーク２１ｂ’外径側からねじで締め上げることにより永久磁石２１ａ’をヨーク２１ｂ’に締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石２１ａ’はエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク２１ｂ’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。
【００４４】
また、第２外側ロータ２１’は、軸受１９’の内輪とリング状部材２３’を嵌合固定する面を有している。４点接触玉軸受１９’は非常に薄肉の軸受であり、組みつけられる部材の精度や線膨張係数の差異により回転精度や摩擦トルクが大きな影響を受ける。よって本実施の形態の場合は、軸受１９’の内輪を、加工精度を出しやすくかつ線膨張係数が軸受の軌道輪材質と略同一であるヨーク２１ｂに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、軸受１９’の外輪を、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボスにすきま嵌めとすることで、軸受１９’の回転精度の低下や温度上昇による摩擦トルクの上昇を防ぐ構成となっている。
【００４５】
隔壁１３の半径方向内側において、第２外側ロータ２１’の内周面に対向するようにして、第２ステータ２９’が配置されている。第２ステータ２９’は、本体１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１２ａの円筒状に変形した上部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第２ステータ２９’の外径は隔壁１３の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。
【００４６】
第２ステータ２９’の半径方向内側に、第２内側ロータ３０’が配置されている。第２内側ロータ３０’は、本体１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ３２’に対して、玉軸受３３’により回転自在に支持されている。第２内側ロータ３０’の外周面には、バックヨーク３０ｂ’を介して永久磁石３０ａ’が取り付けられている。永久磁石３０ａ’は、第２外側ロータ２１’の永久磁石２１ａ’と同様に３２極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１６個交互に磁性金属からなっている。従って、第２内側ロータ３０’は、第２ステータ２９’によって第２外側ロータ２１’に同期して回転駆動されるようになっている。
【００４７】
第１内側ロータ３０’を回転自在に支持する軸受３３’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を１個の軸受で負荷できる４点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、１個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータＤ２を薄型化できる。隔壁１３の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。
【００４８】
隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石３０ａ’はバックヨーク３０ｂ’に接着固定してある。永久磁石３０ａ’はエネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク３０ｂ’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００４９】
第２内側ロータ３０’の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ３４ａ’及び３４ｂを組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ３２’の外周に、レゾルバステータ３５’，３６’を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ３５’と、１回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ３６’とを２層に配置している。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ３４ｂ’の回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータＤ２の相対回転角度を、極検出センサを用いることなく可能となっている。
【００５０】
レゾルバホルダ３２’と第２内側ロータ３０’は、モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが角度検出器であるレゾルバステータ３５’，３６’に伝達されないように、磁性体である炭素鋼を材料とし、加工成型後に防錆のためにクロメートめっきを施している。
【００５１】
本実施の形態によれば、第２外側ロータ２１’に対して、磁気カップリング作用により第２内側ロータ３０’が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第２外側ロータ２１’の回転角を隔壁１３越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受３３を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。
【００５２】
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルステータレゾルバステータ３５’の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’に対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。第２内側ロータ３０’と一体でインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’が回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ３５’の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’の１回転でリラクタンス変化の基本波成分がｎ周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図３に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ３４ａ’即ち第２内側ロータ３０’の回転角度（又は回転速度）を検出するようになっている。レゾルバロータ３４ａ’、３４ｂ’と、レゾルバステータ３５’，３６’とで検出器を構成する。
【００５３】
本実施の形態においては、隔壁１３の底部１３ａが、本体１２に対して軸方向に拘束されていないので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１３に寸法誤差や変形が生じた場合でも、本体１２に底部１３ａが押しつけられたり引っ張られ出したりしないので、隔壁１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、底部１３ａの深さ及び本体１２の長さ寸法を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。又、円筒部１３ｂを薄肉とすることで、ロータとステータ間の磁束密度量を確保することが容易となっている。
【００５４】
更に、本実施の形態によれば、第１外側ロータ２１と第２外側ロータ２１’との間に、磁気シールド板２５，４１を配置しているので、相互の磁気的干渉を抑制し、誤駆動や連れ周りなどの不具合を回避している。又、本体１２においてダイレクトドライブモータＤ１，Ｄ２の間を延在するフランジ部１２ａの外周縁１２ｂは、磁性体である炭素鋼を材料とし、第１ステータ２９と第２ステータ２９’との間に介在し、それらが洩れ磁束の影響を受けることで第１外側ロータ２１又は第２外側ロータ２１’に誤った回転方向の推力を発生させないように、互いの磁界を遮蔽する磁気シールドとして機能する。
【００５５】
尚、フランジ部１２ａを中心として第１ステータ２９と第２ステータ２９’を上下に配置し、その半径方向内側にレゾルバを配置している。また、本体１２は中空構造となっており、フランジ部１２ａには中央に連通する径方向の通し穴１２ｄが少なくとも１つ設けてあり、ここを介してモータ配線を本体１２の中央に引き出す構造となっている。一方、本体１２の両端部にはそれぞれ少なくとも１つの切り欠き１２ｅ、１２ｅが設けてあり、これらを介してレゾルバの配線を本体１２の中央に引き出す構造となっている。このような構造とすることで、ハウジング側から順に、ダイレクトモータＤ１のレゾルバ、ステータ２９、ダイレクトモータＤ２のステータ２９’、そのレゾルバの順で配置することが可能となり、２軸でありながら容易にステータとレゾルバの角度調整が行える。そこで、基準となる外側ロータを回転駆動する設備を別に用意しておけば、その設備にステータとレゾルバを組み込んだ本体１２をセットすることにより、高精度にステータに対するレゾルバの角度調整ができるので、コンミテーションずれによる角度位置決め精度の低下を防ぎ、かつ、本発明の２軸同軸モータに対する駆動制御回路の互換性を高めることができる。
【００５６】
図４は、ダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２の駆動回路を示すブロック図である。外部のコンピュータからモータ回転指令が入力されたとき、ダイレクトドライブモータＤ１用のモータ制御回路ＤＭＣ１及びダイレクトドライブモータＤ２用のモータ制御回路ＤＭＣ２は、それぞれ、そのＣＰＵから３相アンプ（ＡＭＰ）に駆動信号を出力し、３相アンプ（ＡＭＰ）からダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２に駆動電流が供給される。それによりダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ１の外側ロータ２１，２１’が独立して回転し、アームＡ１，Ａ２（図１）を移動させるようになっている。外側ロータ２１，２１’が回転すると、上述のようにして回転角度を検出したレゾルバステータ３５，３６，３５’、３６’からレゾルバ信号が出力されるので、それをレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）でデジタル変換した後に入力したＣＰＵは、外側ロータ２１，２１’が指令位置に到達したか否かを判断し、指令位置に到達すれば、３相アンプ（ＡＭＰ）への駆動信号を停止することで外側ロータ２１，２１’の回転を停止させる。これにより外側ロータ２１，２１’のサーボ制御が可能となる。
【００５７】
真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームＡ１およびＡ２の回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１等をぶつけてしまう可能性があるが、本実施の形態では、回転軸の１回転の絶対位置を検出するアブソリュートレゾルバステータ３６および３６’と、より分解能の細かい回転位置を検出するインクリメンタルレゾルバステータ３５および３５’からなる可変リラクタンス型レゾルバを採用しているので、外側ロータ２１、２１’即ちアームＡ１，Ａ２の回転位置制御を高精度に行える。
【００５８】
尚、ここでは内側ロータ３０の回転検出にレゾルバを採用したが、検出器を隔壁１３の内部の大気側に配置できるため、一般に高精度位置決めに使用するサーボモータにおいては高精度で滑らかに駆動するための位置検出手段として採用されている光学式エンコーダや、磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダ等も使用できる。
【００５９】
図５は、第２の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図２〜４の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図５の構成においては、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６０】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部１１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。環状部１１３ａの下部は、薄く半径方向外方に延在したフランジ部１１３ｃとなっており、その折り曲げられた外縁に薄肉円筒部１１３ｂの上端をＴＩＧ溶接してなる。環状部１１３ａの取り付け部の肉厚は、フランジ部１１３ｃ及び薄肉円筒部１１３ｂの肉厚より厚くなっている。薄肉円筒部１１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部１１３ａとフランジ部１１３ｃと薄肉円筒部１１３ｂとホルダ１５とで隔壁１１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０でハウジングを構成する。
【００６１】
本実施の形態では、上部円板部１１０の上面は、蓋部材１０１により閉止され、その外周に取り付けられた軸受ホルダ１０７は、軸受１９’を支持するようになっている。従って、ダイレクトドライブモータＤ１の円筒状部材１２３は、ダイレクトドライブモータＤ２側まで延在していない。ダイレクトドライブモータＤ１の軸受ホルダ１１７は、円板１０と一体になっている。上部円板部１１０，蓋部材１０１，軸受ホルダ１０７は、耐食性が高いオーステナイト系ステンレスを材料としている。
【００６２】
上部円板部１１０の、軸受ホルダ１０７の取り付け外周面は、薄肉円筒部１１３ｂより半径方向内側に位置しており、従って、軸受ホルダ１０７を上部円板部１１０より取り外せば、２つの外側ロータ２１，２１’は、上部円板部１１０を分解することなく上方に取り外し可能となっている。従って、メンテナンス時などに気密構造を分解する必要はなく、作業を容易にすることができる。
【００６３】
本実施の形態においては、隔壁１１３の環状部（取り付け部）１１３ａの肉厚に対し、フランジ部（連結部）１１３ｃの肉厚は薄くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁１１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部１１３ｃが変形することで、隔壁１１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部１１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００６４】
図６は、第３の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図５の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図６の構成においても、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６５】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部２１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。環状部２１３ａの下部は、薄板状であって波形に半径方向外方に延在したフランジ部２１３ｃとなっており、その折り曲げられた外縁に薄肉円筒部２１３ｂの上端をＴＩＧ溶接してなる。環状部２１３ａの取り付け部の肉厚は、フランジ部２１３ｃ及び薄肉円筒部２１３ｂの肉厚より厚くなっている。薄肉円筒部２１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部２１３ａとフランジ部２１３ｃと薄肉円筒部２１３ｂとホルダ１５とで隔壁２１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０とでハウジングを構成する。
【００６６】
本実施の形態においても、隔壁２１３の環状部（取り付け部）２１３ａの肉厚に対し、フランジ部（連結部）２１３ｃの肉厚は薄くなっており、更には、環状部２１３ａと薄肉円筒部２１３ｂとを連結するフランジ部２１３ｃが波形となっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁２１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部２１３ｃが変形することで、隔壁２１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部２１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００６７】
図７は、第４の実施の形態にかかる図２と同様な断面図である。本実施の形態については、図５の実施の形態に対して異なる部位について説明し、同様な機能を有する部位については同じ符号を付すことで説明を省略する。尚、図４の構成においても、内側ロータ、ステータ、レゾルバは簡略一体化して示しているが、これらは図２に示す構成と同様である。
【００６８】
本実施の形態においては、円筒状の本体１１２の上面に取り付けられた上部円板部１１０の段部１１０ａに、ボルトを用いて環状部３１３ａをＯ−リングＯＲを介して気密的に結合している。筒状部３１３ｅは、ほぼ同一肉厚の小円筒部３１３ｃと大円筒部３１３ｂとをフランジ部３１３ｄにより連結した形状を有しており、円筒部３１３ｃの上部は、環状部３１３ａにの内周面にＴＩＧ溶接されている。環状部３１３ａの肉厚は、筒状部３１３ｅの肉厚より厚くなっている。大円筒部３１３ｂの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ１５にＴＩＧ溶接されている。環状部３１３ａと筒状部３１３ｅとホルダ１５とで隔壁３１３を構成する。又、円板部１１０と本体１１２と円板１０とでハウジングを構成する。
【００６９】
本実施の形態においても、隔壁３１３の環状部（取り付け部）３１３ａの肉厚に対し、筒状部３１３ｅの肉厚は薄くなっているので、寸法精度や機械精度および温度変化に起因して、隔壁３１３に軸方向の伸縮応力が生じた場合でも、フランジ部３１３ｄが変形することで、隔壁３１３の軸方向応力や曲げ応力を緩和することができ、それによりシール不良や破壊などを防ぐことができる。また、環状部３１３ａおよびそれが取り付けられる上部円板部１１０や本体１２を高精度に加工しなくて済むため、より低コストなダイレクトドライブモータを提供できる。
【００７０】
以上の実施の形態では、表面磁石型の３２極３６スロットアウターロータ式ブラシレスモータを用いた例を用いて説明したが、この形式のモータに限定されるものではなく、ブラシレスモータであれば適用できるものであり、他の磁極形式、例えば永久磁石埋め込み型であっても良いし、他のスロットコンビネーションでも良いし、あるいはインナロータ型であっても良い。
【００７１】
また、各軸の干渉対策として、軸方向に隣接する軸同士の回転子の極数およびスロット数が異なる構成としても良い。例えば、２軸同軸の場合は、第一軸が３２極３６スロット、第二軸が２４極２７スロット、４軸同軸の場合は、第一軸および第三軸が３２極３６スロット、第二軸および第四軸が２４極２７スロットといった構成にすれば、各軸の磁界による回転子および磁気カップリング装置への回転方向の推力発生といった相互干渉を防ぐことができる。
【００７２】
また、ロータの永久磁石は、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石を用い、耐食性を高めるためのコーティングとして、ニッケルコーティングを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、例えばべークアウト時の温度条件によっては高温減磁しにくいサマリウム・コバルト（Ｓｍ・Ｃｏ）系の磁石を用いるべきであり、超真空中で使用されるのであればアウトガス遮断性の高い窒化チタンコーティングを施すべきである。
【００７３】
また、ヨークは、低炭素鋼を材料とし、ニッケルめっきを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、特に表面処理に関しては、超真空中で使用されるのであればピンホールの少ないカニゼンめっきやクリーンエスめっき、窒化チタンコーティング等を施すべきである。
【００７４】
また、永久磁石をヨークに締結する方法は、非磁性のくさびをヨーク外径側からねじで締め上げる例を用いて説明したが、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、環境によっては接着でも良いし、他の締結方法でも良い。
【００７５】
また、軸受１９，１９’は真空用グリス潤滑の４点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、材質、潤滑方法に限定されるものではなく、使用される環境、荷重条件、回転速度などによって適宜変更されるものであり、クロスローラ軸受であっても良いし、４軸同軸モータの場合、さらに機械的な剛性を高めるために、別な軸受で支持する構造としても良いし、高速回転する場合など、多点接触軸受を用いることができない場合は各軸の回転子を支持する軸受および別な軸受を深溝玉軸受やアンギュラ軸受として予圧をかける構造としても良いし、超真空中で使用される場合は、軌道輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングしたような、ガス放出のない金属潤滑としたものを用いても良い。
【００７６】
また、磁気カップリングとして機能する内側ロータとして、永久磁石とバックヨークを用いた形式で説明したが、永久磁石とバックヨークの材質および形状はこれに限定されるものではない。例えば、レゾルバの質量と軸受の摩擦トルクによっては、ロータと同極数でなくても良いし、同幅でなくても良い。永久磁石を用いない突極でも良い。
【００７７】
また、角度検出器としてレゾルバを用いた例で説明したが、製造コストや分解能によって適宜変更されるものであり、例えば光学式のロータリエンコーダでも良い。
【００７８】
また、角度検出器の回転側を回転自在に支持する軸受３３，３３’として、グリス潤滑の４点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、潤滑方法に限定されるものではなく、設置スぺースや摩擦トルク、回転速度などによって適宜変更されるものであり、高速回転や摩擦トルクの低減など、多点接触軸受を用いることができない場合は、アンギュラ軸受や深溝玉軸受を各軸ごとに２個配置して、予圧をかける構造としても良い。
【００７９】
また、その他の隔壁の外、中に配置される構造部品および隔壁の材質、形状、製造方法は、製造コストや使用される環境、荷重条件、構成などによって適宜変更されるものである。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態のダイレクトドライブモータは、真空雰囲気に限らず、大気外の雰囲気で使用することができる。例えば、半導体製造工程の場合、真空排気後に真空槽内部にエッチング用の反応性ガスが導入されることがあるが、本実施の形態のダイレクトドライブモータでは、隔壁により内部と外部とが遮蔽されているため、モータコイルや絶縁材等がエッチングされてしまうおそれもない。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 円板
１１ ボルト
１２ 本体
１２ａ フランジ部
１２ｂ 外周縁
１２ｄ 穴
１２ｅ 欠き
１３、１１３，２１３，３１３ 隔壁
１５ ホルダ
１６ ボルト
１７、１７’ 軸受ホルダ
１８、１８’ ボルト
１９、１９’ ４点接触玉軸受
２０、２０’ ボルト
２１、２１’ 外側ロータ
２１ａ、２１ａ’ 永久磁石
２１ｂ、２１ｂ’ ヨーク
２２、２２’ ボルト
２３’ リング状部材
２３ 円筒状部材
２４、２４’ ボルト
２５、２５’ 磁気シールド板
２９、２９’ ステータ
３０、３０’ 内側ロータ
３０ａ、３０ａ’ 永久磁石
３０ｂ、３０ｂ’ バックヨーク
３２、３２’ レゾルバホルダ
３３、３３’ 軸受
３４、３４’ 検出ロータ
３４ａ、３４ａ’ インクリメンタルレゾルバロータ
３４ｂ、３４ｂ’ アブソリュートレゾルバロータ
３５、３５’ インクリメンタルレゾルバステータ
３６、３６’ アブソリュートレゾルバステータ
４１ 磁気シールド板
１０１ 蓋部材
１０７ 軸受ホルダ
１１０ 上部円板部
１１３ａ 隔壁ホルダ
１１３ｂ 薄肉円筒
１２５ 磁気シールド板
Ａ１，Ａ２ アーム
Ｄ１，Ｄ２ ダイレクトドライブモータ
ＤＭＣ１ モータ制御回路
ＤＭＣ２ モータ制御回路
Ｇ 定盤
Ｌ１，Ｌ２ リンク
ＯＲ Ｏ−リング
Ｔ テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【請求項２】
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記連結部の肉厚は、前記取り付け部の肉厚より薄いことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【請求項３】
前記連結部は波状であることを特徴とする請求項２に記載のダイレクトドライブモータ。
【請求項１】
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部、底部とを有し、前記底部は、前記ハウジングに対して軸方向に拘束されていないことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【請求項２】
大気外の雰囲気中で用いられるダイレクトドライブモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置された外側ロータと、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータ及び前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記隔壁は、前記ハウジングに対して取り付けられる取り付け部と、前記外側ロータと、前記ステータ及び前記内側ロータとの間を延在する筒状部と、前記取り付け部と前記筒状部とを連結する連結部とを有し、前記連結部の肉厚は、前記取り付け部の肉厚より薄いことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
【請求項３】
前記連結部は波状であることを特徴とする請求項２に記載のダイレクトドライブモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４９５１９（Ｐ２０１２−２４９５１９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９４７９１（Ｐ２０１２−１９４７９１）
【出願日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【分割の表示】特願２０１０−１６１１８１（Ｐ２０１０−１６１１８１）の分割
【原出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【分割の表示】特願２０１０−１６１１８１（Ｐ２０１０−１６１１８１）の分割
【原出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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