JP4613574B2 - モータシステム - Google Patents

Description

本発明は、大気外の雰囲気例えば真空中で用いられる複数のダイレクトドライブモータを用いたモータシステムに関する。

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。

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。

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。

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。
特開２０００−６９７４１号公報

ところで、真空槽中にダイレクトドライブモータを設置して、直接フロッグレッグアームを駆動する場合、真空槽の構造により軸方向高さが制限されるという問題がある。特に、高タクトで半導体ウェハを搬送するために、真空槽内に２台同軸のフロッグレッグアーム式搬送装置を設置する場合があるが、かかる場合、ダイレクトドライブモータは４軸積層する必要があり、各軸のモータ構造は更に薄く、かつ各軸の軸方向間隔は更に狭く構成する必要がある。

又、特許文献１のダイレクトドライブモータにおいては、ロータとステータの間に大気側と分離隔絶するためのカップ型の隔壁を配しており、かかる隔壁に対して、ロータと一体になったリング状ボスを軸受により回転可能に支持している。しかるに、隔壁におけるロータとステータとの間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、隔壁を部分的に薄くした場合、その剛性が低下して、ロータに振動が生じたりする恐れがあり、このようなダイレクトドライブモータをフロッグレッグアーム式などの搬送ロボットに適用すると、搬送不良などを招く恐れがある。

更に、大気側と分離隔絶された環境に配置される軸受は、固体潤滑や特殊な潤滑剤を用いることが多く、このような軸受は一般的な軸受に対して寿命が短いため頻繁にメンテナンスを行う必要がある。ところが、カップ型の隔壁に軸受の固定輪を配した場合、何れか一方の軸受を交換する際には、ダイレクトドライブモータ全体を分解する必要があり、その度にシール部材の分解も行わなくてはならないという問題がある。しかも、軸受交換後はシール性能を確認するためのリーク試験などが必要であり、メンテナンスの手間がかかり、また装置稼働率の低下を招いている。

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、更にメンテナンス性を向上できるダイレクトドライブモータを用いたモータシステムを提供することを目的とする。

本発明のモータシステムは、大気外の雰囲気中で用いられる４つ以上のダイレクトドライブモータを同軸的に結合したモータシステムにおいて、
各ダイレクトドライブモータが、
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、
前記隔壁に対して大気側に配置され、前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有し、前記外側ロータは前記ステータにより直接駆動されるようになっており、
１つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記ハウジングのいずれか一方の端部に対して軸受により支持され、もう１つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記ハウジングのもう一方の端部に対して軸受により支持され、
更に、少なくとも１つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記２つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータ各々に対して軸受により支持されていることを特徴とする。

本発明のモータシステムによれば、大気外の雰囲気中で用いられる４つ以上のダイレクトドライブモータを同軸的に結合したモータシステムにおいて、各ダイレクトドライブモータが、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、前記隔壁に対して大気側に配置され、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、前記ダイレクトドライブモータの前記外側ロータは、前記ハウジングの両端に対して軸受により支持されており、かつ各々の前記ダイレクトドライブモータの外側ロータに対して別のダイレクトドライブモータの外側ロータが軸受により支持されているので、軸受で連結した同士の外側ロータは互いの同軸度が高く、かつ、もう一方のハウジング端部に設置された、軸受で連結した同士の外側ロータとの機械的精度の相互干渉が小さいモータシステムを提供できる。よって２軸同軸のフロッグレッグアームロボットに適用した場合、動作精度を高め、かつ積載荷重を大きくすることができる。

更に、隔壁構造を支持しているハウジングの一方の端部形状がダイレクトドライブモータの前記外側ロータを軸方向に取り外し自在となるようにされているため、すべてのダイレクトドライブモータの外側ロータを隔壁から抜き去ることができ、それにより点検や取り外しを容易に行えるため、メンテナンス性も向上する。更に、隔壁の外側にある前記外側ロータのみを取り外せばよいので、ダイレクトドライブモータ全体を取り外す必要がなく、再組立の際にリークチェックなどが不要となり、組立性が向上する。

前記ハウジングは、隣接する２つのダイレクトドライブモータにおいて共通に用いられる単位ごとに分割可能となっていると、組立性に優れ、モータと検出器の位相合わせ等の調整がやり易いので好ましい。

一つのダイレクトドライブモータの前記隔壁が、他のダイレクトドライブモータの前記隔壁と共通であると、部品点数やシール箇所を減少させることができるので好ましい。

前記隔壁は両端部に前記ハウジングとの封止機構（Ｏ−リング等）を有していると、前記ハウジングの両端部を大気外側に配置できるので、前記ダイレクトドライブモータの外側ロータを前記ハウジングの両端に対して軸受により支持できる。

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、４つのダイレクトドライブモータＤ１、Ｄ２、Ｄ３，Ｄ４を直列に連結している。一番下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、その上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。更に上のダイレクトドライブモータＤ３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。更に、一番上のダイレクトドライブモータＤ４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おり、リンクＬ１’，Ｌ２’は、別なウエハ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。

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。一方、ダイレクトドライブモータＤ３、Ｄ４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Ｄ３、Ｄ４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Ｄ３、Ｄ４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。

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、Ｄ３，Ｄ４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。

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、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、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。

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。２^ｎ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。

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、４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、中空円筒状の第１の本体１２が相互に固定されている。第１の本体１２は、その上端外周に縮径部１２ｈを形成している。第１の本体１２と類似の形状の第２の本体１１２は、その下端内周に大径部１１２ｈを形成している。縮径部１２ｈを、大径部１１２ｈに嵌合することによって、第１の本体１２と第２の本体１１２とは同軸に連結されている。本体１２、１１２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。第１の本体１２，円板１０及び第２の本体１１２によりハウジングを構成する。

第２の本体１１２の上面には、蓋部材１０１により中央開口を閉止された円板部材１１０が取り付けられている。円板部材１１０は、下面に隔壁１３の上端をボルト止めしており、また外周に軸受ホルダ１０７を取り付けている。円板部材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。軸受ホルダ１０７については後述する。

隔壁１３は、非磁性体であるステンレス製であり、円板部材１１０に取り付けられた肉厚の円板部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Ｄ４、Ｄ３、Ｄ２，Ｄ１を貫くようにして延在する薄肉の円筒部１３ｂとからなる。円板部１３ａの下面から延在するフランジ１３ｃが、円筒部１３ｂの上端にＴＩＧ溶接されている。すなわち、隔壁１３は、ダイレクトドライブモータＤ１〜Ｄ４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ＯＲ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。

更に、円板部材１１０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、円板部材１１０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も良い。

円板１０の外周上面において、軸受ホルダ１７が一体的に形成されている。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外側ロータ部材２１を内包嵌合した２重円筒状の円筒状部材２３に嵌合し、第１外側ロータ部材２１を共締めするボルト２２により固定されている。すなわち、第１外側ロータ部材２１は、アームＡ１（図１）を支持する円筒状部材２３により、隔壁１３に対して回転自在に支持されている。尚、第１外側ロータ部材２１と円筒状部材２３とで、外側ロータを構成する。

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。

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４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。

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外側ロータ部材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。

第１外側ロータ部材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。

隔壁１３の半径方向内側において、第１外側ロータ部材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。

第１ステータ２９に隣接且つ平行して、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外側ロータ部材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外側ロータ部材２１に同期して連れ回されるようになっている。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施の形態によれば、第１外側ロータ部材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外側ロータ部材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。

次に、ダイレクトドライブモータＤ２について説明するが、ここでは第１の本体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、二重円筒状のリング状部材２３’の周面に嵌合し、第２外側ロータ部材２１’を共締めするボルト２２’により固定されている。すなわち、第２外側ロータ部材２１’は、アームＡ２（図１）を支持するリング状部材２３’により、隔壁１３に対して回転自在に支持されている。尚、第２外側ロータ部材２１’とリング状部材２３’とで、外側ロータを構成する。

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４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。

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２外側ロータ部材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。

また、リング状部材２３’は、軸受１９’の内輪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リング状部材２３’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、円筒状部材２３の内周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。

第２外側ロータ部材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。

隔壁１３の半径方向内側において、第２外側ロータ部材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、第１の本体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。

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、第１の本体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外側ロータ部材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外側ロータ部材２１’に同期して回転駆動されるようになっている。

第２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。

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。

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３４’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。

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。

本実施の形態によれば、第２外側ロータ部材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外側ロータ部材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。

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。

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、第１の本体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第１の本体１２の中央に引き出す構造となっている。一方、第１の本体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第１の本体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第１の本体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４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。

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層アンプ（ＡＭＰ）に駆動信号を出力し、３層アンプ（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の外側ロータ部材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。外側ロータ部材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、外側ロータ部材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層アンプ（ＡＭＰ）への駆動信号を停止することで外側ロータ部材２１，２１’の回転を停止させる。これにより外側ロータ部材２１，２１’のサーボ制御が可能となる。

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及び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及び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及び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、外側ロータ部材２１、２１’即ちアームＡ１，Ａ２の回転位置制御を高精度に行える。

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。

次に、ダイレクトドライブモータＤ４について説明する。第２の本体１１２に取り付けられた円板部材１１０に対し、取り外し可能にボルト止めされた軸受ホルダ１０７には、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１１９の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト１２０により固定されている。一方、軸受１１９の内輪は、第１外側ロータ部材１２１を内包嵌合した２重円筒状の円筒状部材１２３に嵌合し、第１外側ロータ部材１２１を共締めするボルト１２２により固定されている。すなわち、第１外側ロータ部材１２１は、アームＡ２’（図１）を支持する円筒状部材１２３により、隔壁１１３に対して回転自在に支持されている。尚、第１外側ロータ部材１２１と円筒状部材１２３とで、外側ロータを構成する。

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。軸受１１９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Ｄ４の軸受は１個で済むため、本発明の４軸同軸モータシステムを薄型化できる。軸受１１９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。

尚、軸受１１９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Ａ２’からの第１外側ロータ部材１２１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。

第１外側ロータ部材１２１は、永久磁石１２１ａと、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク１２１ｂと、永久磁石１２１ａとヨーク１２１ｂ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１２１ａ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１２１ａ寄りとすることで、くさびをヨーク１２１ｂ外径側からねじで締め上げることにより永久磁石１２１ａをヨーク１２１ｂ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１２１ａ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１２１ｂ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。

隔壁１１３の半径方向内側において、第１外側ロータ部材１２１の内周面に対向するようにして、第１ステータ１２９が配置されている。第１ステータ１２９は、本体１１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１１２ａ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１２９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。

第１ステータ１２９に隣接且つ平行して、第１内側ロータ１３０が配置されている。第１内側ロータ１３０は、第２の本体１１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ１３２に対して、玉軸受１３３により回転自在に支持されている。第１内側ロータ１３０の外周面には、バックヨーク１３０ｂを介して永久磁石１３０ａが取り付けられている。永久磁石１３０ａは、第１外側ロータ部材１２１の永久磁石１２１ａ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１３０は、第１ステータ１２９によって駆動される第１外側ロータ部材１２１に同期して連れ回されるようになっている。

第１内側ロータ１３０を回転自在に支持する軸受１３３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Ｄ４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。

隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石１３０ａはバックヨーク１３０ｂに接着固定してある。永久磁石１３０ａ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１３０ｂ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。

第１内側ロータ１３０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１３４ａ、１３４ｂを組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ１３２の外周に、レゾルバステータ１３５，１３６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１３５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１３６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１３４ｂ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Ｄ４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。

レゾルバホルダ１３２と第１内側ロータ１３０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１３５，１３６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。

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１３４ａ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１３５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１３４ａ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１３０と一体でインクリメンタルレゾルバロータ１３４ａが回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ１３５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１３４ａ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１３４ａ即ち第１内側ロータ１３０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１３４ａ、１３４ｂと、レゾルバステータ１３５，１３６とで検出器を構成する。

本実施の形態によれば、第１外側ロータ部材１２１に対して、磁気カップリング作用により第１内側ロータ１３０が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第１外側ロータ部材１２１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１３３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。

次に、ダイレクトドライブモータＤ３について説明するが、ここでは第２の本体１１２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Ｄ４の円筒状部材１２３は、ダイレクトドライブモータＤ３に重合する位置まで下方に延在しており、その内周面に、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１１９’の外輪が嵌合的に取り付けられ、ボルト１２０’により固定されている。一方、軸受１１９’の内輪は、二重円筒状のリング状部材１２３’の周面に嵌合し、第２外側ロータ部材１２１’を共締めするボルト１２２’により固定されている。すなわち、第２外側ロータ部材１２１’は、アームＡ１’（図１）を支持するリング状部材１２３’により、隔壁１３に対して回転自在に支持されている。尚、第２外側ロータ部材１２１’とリング状部材１２３’とで、外側ロータを構成する。

軸受１１９’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Ｄ３の軸受は１個で済むため、本発明の４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。

尚、軸受１１９’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２外側ロータ部材１２１’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。

第２外側ロータ部材１２１’は、永久磁石１２１ａ’と、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク１２１ｂ’と、永久磁石１２１ａ’とヨーク１２１ｂ’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１２１ａ’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１２１ａ’寄りとすることで、くさびをヨーク１２１ｂ’外径側からねじで締め上げることにより永久磁石１２１ａ’をヨーク１２１ｂ’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１２１ａ’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１２１ｂ’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。

隔壁１３の半径方向内側において、第２外側ロータ部材１２１’の内周面に対向するようにして、第２ステータ１２９’が配置されている。第２ステータ１２９’は、第２の本体１１２の中央で半径方向に延在したフランジ部１１２ａ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１２９’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。

第２ステータ１２９’の半径方向内側に、第２内側ロータ１３０’が配置されている。第２内側ロータ１３０’は、第２の本体１１２の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ１３２’に対して、玉軸受１３３’により回転自在に支持されている。第２内側ロータ１３０’の外周面には、バックヨーク１３０ｂ’を介して永久磁石１３０ａ’が取り付けられている。永久磁石１３０ａ’は、第２外側ロータ部材１２１’の永久磁石１２１ａ’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１３０’は、第２ステータ１２９’によって第２外側ロータ部材１２１’に同期して回転駆動されるようになっている。

第２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Ｄ３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。

隔壁１３内部は大気環境であるため、永久磁石１３０ａ’はバックヨーク１３０ｂ’に接着固定してある。永久磁石１３０ａ’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１３０ｂ’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。

第２内側ロータ１３０’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１３４ａ’、１３４ｂ’を組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ１３２’の外周に、レゾルバステータ１３５’，１３６’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１３５’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１３６’とを２層に配置している。このため電源投入時にも、検出ロータ１３４’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Ｄ３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。

レゾルバホルダ１３２’と第２内側ロータ１３０’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１３５’，１３６’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。

本実施の形態によれば、第２外側ロータ部材１２１’に対して、磁気カップリング作用により第２内側ロータ１３０’が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第２外側ロータ部材１２１’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１３３’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。

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１３４ａ’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１３５’の磁極の外周面には、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１３４ａ’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１３０’と一体でインクリメンタルレゾルバロータ１３４ａ’が回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ１３５’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１３４ａ’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１３４ａ’即ち第２内側ロータ１３０’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１３４ａ’、１３４ｂ’と、レゾルバステータ１３５’，１３６’とで検出器を構成する。

尚、フランジ部１１２ａを中心として第１ステータ１２９と第２ステータ１２９’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、第２の本体１１２は中空構造となっており、フランジ部１１２ａには中央に連通する径方向の通し穴１１２ｄ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第２の本体１１２の中央に引き出す構造となっている。一方、第２の本体１１２の両端部にはそれぞれ少なくとも１つの切り欠き１１２ｅ、１１２ｅが設けてあり、これらを介してレゾルバの配線を第２の本体１１２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Ｄ４のレゾルバ、ステータ１２９、ダイレクトモータＤ３のステータ１２９’、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第２の本体１１２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４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。

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Ｄ３用のモータ制御回路ＤＭＣ１及びダイレクトドライブモータＤ４用のモータ制御回路ＤＭＣ２は、それぞれ、そのＣＰＵから３層アンプ（ＡＭＰ）に駆動信号を出力し、３層アンプ（ＡＭＰ）からダイレクトドライブモータＤ３、Ｄ４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Ｄ３、Ｄ４の外側ロータ部材１２１，１２１’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。外側ロータ部材１２１，１２１’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１３５，１３６，１３５’、１３６’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、外側ロータ部材１２１，１２１’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層アンプ（ＡＭＰ）への駆動信号を停止することで外側ロータ部材１２１，１２１’の回転を停止させる。これにより外側ロータ部材１２１，１２１’のサーボ制御が可能となる。

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’及び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１３６及び１３６’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１３５、１３５’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、外側ロータ部材１２１、１２１’即ちアームＡ１’，Ａ２’の回転位置制御を高精度に行える。

尚、ここでは内側ロータ１３０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。

本実施の形態にかかるモータシステムの上端部に最も近い（第１の）ダイレクトドライブモータＤ４の外側ロータを構成する円筒状部材１２３は、ハウジング（ここでは円筒部材１１０）に取り外し可能に取り付けられている軸受ホルダ１０７に対して軸受１１９により支持されており、かつ円筒部材１１０における軸受ホルダ１０７の取付座面の外径部１１０ａは、薄肉円筒部１３ｂより半径方向内に位置している。従って、軸受ホルダ１０７を取り外せば、ダイレクトドライブモータＤ４の円筒状部材１２３と共に、軸受１１９’により支持されているダイレクトドライブモータＤ３の円筒状部材１２３’を、外側ロータ部材１２１及び１２１’と一体的に隔壁１３から抜き去ることができ、次いでダイレクトドライブモータＤ２及びＤ１を抜き去ることができるので、それにより点検や取り外しを容易に行えるため、メンテナンス性も向上する。更に、軸受ホルダ１０７のみを取り外せばよいので、隔壁構造を取り外す必要がなく、再組立の際にリークチェックなどが不要となり、組立性が向上する。

本実施の形態のハウジングは、第１の本体１２と第２の本体１１２とが軸線方向に、任意の位相で連結可能とされており、すなわち隣接する２つのダイレクトドライブモータＤ１，Ｄ２及びＤ３，Ｄ４において共通に用いられる単位ごとに取り外し可能にボルトで固定されている。第１の本体１２は、円板１０側から順に、ダイレクトドライブモータＤ１の角度検出器、ダイレクトドライブモータＤ１の固定子（ステータ）、ダイレクトドライブモータＤ２の固定子、ダイレクトドライブモータＤ２の角度検出器の順で、及び第２の本体１１２は、第１の本体１２側から順に、ダイレクトドライブモータＤ３軸の角度検出器、ダイレクトドライブモータＤ３軸の固定子、ダイレクトドライブモータＤ４の固定子、ダイレクトドライブモータＤ４の角度検出器の順で配置することが可能となり、各軸とも容易に固定子に対する角度検出器の角度調整が行える。そこで、基準となるモータ回転子を回転駆動する設備を別に用意しておけば、その設備にモータ固定子と回転検出器を組み込んだ第１の本体又は第２の本体をセットすることにより、個別にモータ固定子に対する角度検出器の角度調整が高精度にできるので、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、組み付け後の調整が容易もしくは不要であり、かつ本発明４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

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。

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、４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。

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。

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。

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。

また、軸受１９，１９’、１１９，１１９’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。

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、外側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。

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。

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’、１３３，１３３’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。

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。

以上述べたモータシステムは、各軸のロータや、ステータや、レゾルバに用いた磁気カップリングから漏れる磁束によって、互いのロータや回転検出器に用いた磁気カップリングに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ための磁気シールドを各軸のロータ間に配設したり、各軸のロータ、ステータ、レゾルバから発生する電磁界によって互いのレゾルバに干渉しないように、互いの電磁界を遮蔽するための磁気シールドを配設したり、軸方向に隣接する軸同士のロータの極数やステータのスロット数を変えたりすることによって、各軸相互に発生する磁気的干渉を防止しているので、各軸の軸方向長さと、各軸の軸方向距離を短くすることができる。よって、４軸同軸、４軸同軸といった多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。特に、４軸同軸といった多軸構成のダイレクトドライブモータを用いたシステムにおいては、チャンバ構造を大きく変えることなく高精度な位置決めが出来るフロッグレッグアーム式ロボットを２台設置できるので、装置全体の性能および稼働率を高めることができる。尚、４軸以上のモータシステムにも用いることができることは言うまでもない。

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。

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の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 レゾルバ制御回路の例を示す図である。 モータ制御回路の例を示す図である。

符号の説明

１０ 円板
１１、１１１ ボルト
１２、１１２ 本体
１２ａ、１１２ａ フランジ部
１３ 隔壁
１３ａ 円板部
１３ｂ 円筒部
１７、１０７ 軸受ホルダ
１９、１９’、１１９，１１９’ ４点接触玉軸受
２１、２１’、１２１，１２１’ 外側ロータ部材
２３’、１２３’ リング状部材
２３ 、１２３ 円筒状部材
２９、２９’、１２９，１２９’ ステータ
３０、３０’、１３０，１３０’ 内側ロータ
３２、３２’、１３２，１３２’ レゾルバホルダ
３３、３３’、１３３，１３３’ 軸受
３４、３４’、１３４，１３４’ 検出ロータ
３４ａ、３４ａ’、１３４ａ、１３４ａ’ インクリメンタルレゾルバロータ
３４ｂ、３４ｂ’、１３４ｂ、１３４ｂ’ アブソリュートレゾルバロータ
３５、３５’、１３５、１３５’ インクリメンタルレゾルバステータ
３６、３６’ 、１３６、１３６’アブソリュートレゾルバステータ
１０１ 蓋部材
１１０ 円板部材
Ａ１，Ａ２，Ａ１’，Ａ２’ アーム
Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３，Ｄ４ 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、Ｌ１’，Ｌ２’ リンク
ＯＲ Ｏ−リング
Ｔ、Ｔ’ テーブル

Claims (5)

1. 大気外の雰囲気中で用いられる４つ以上のダイレクトドライブモータを同軸的に結合したモータシステムにおいて、
   各ダイレクトドライブモータが、
   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、
   前記隔壁に対して大気側に配置され、前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有し、前記外側ロータは前記ステータにより直接駆動されるようになっており、
   １つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記ハウジングのいずれか一方の端部に対して軸受により支持され、もう１つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記ハウジングのもう一方の端部に対して軸受により支持され、
   更に、少なくとも１つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータが、前記２つのダイレクトドライブモータの前記外側ロータ各々に対して軸受により支持されていることを特徴とするモータシステム。
2. 前記ハウジングのいずれか一方の端部形状が、すべての前記ダイレクトドライブモータの前記外側ロータを軸方向に取り外し自在となるようにされていることを特徴とする請求項１のモータシステム。
3. 前記ハウジングは、隣接する２つのダイレクトドライブモータにおいて共通に用いられる単位ごとに分割可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
4. 一つのダイレクトライブモータの前記隔壁が、他のダイレクトドライブモータの前記隔壁と共通であることを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
5. 前記隔壁な両端部に前記ハウジングとの封止機構を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。

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