JP2006296061A - motor - Google Patents
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Abstract
【課題】
真空雰囲気中で用いられながらも、メンテナンスを容易にしたモータを提供する。
【解決手段】
真空雰囲気側に配置されたボルト41、42に、所定の表面処理を施しているので、真空雰囲気において取り付けられたボルト41、42の凝着を抑制でき、メンテナンスを容易に行うことができ、このダモータを含むシステム全体の稼働率を向上させることができる。
【選択図】 図1
【Task】
Provided is a motor that can be easily maintained while being used in a vacuum atmosphere.
[Solution]
Since the bolts 41 and 42 arranged on the vacuum atmosphere side are subjected to predetermined surface treatment, adhesion of the bolts 41 and 42 attached in the vacuum atmosphere can be suppressed, and maintenance can be easily performed. The operating rate of the entire system including the damotor can be improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば真空中で用いられると好適なモータに関する。 The present invention relates to a motor suitable for use in a vacuum, for example.
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。 For example, in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a workpiece is processed in an ultra-high vacuum atmosphere in a vacuum chamber in order to eliminate impurities as much as possible. As an actuator used in that case, for example, in a drive motor of a workpiece positioning device, a lubricant containing a volatile component such as general grease cannot be used for a drive shaft bearing. Lubrication is enhanced by plating soft metals such as gold and silver on the inner and outer rings of the bearing. In addition, there is a fact that a stable material with excellent heat resistance and low emission gas is selected for the coil insulating material of the drive motor, the wiring coating material, and the adhesive of the laminated magnetic pole.
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。 In particular, in recent years, the degree of integration of semiconductors has increased, and at the same time, higher density has been promoted by reducing the pattern width of the IC. In order to manufacture a wafer that can cope with this miniaturization, a high degree of uniformity in wafer quality is required. In order to meet the demand, it is important to further reduce the impurity gas concentration in the low-pressure gas processing chamber of the wafer. Further, in order to perform microfabrication as required, an extremely high precision positioning device is required. From the above viewpoint, the following problems are pointed out when the conventional actuator is examined.
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。 That is, in the case of a drive motor used in a vacuum chamber equipped with an ultra-vacuum atmosphere, even if a stable material with excellent heat resistance and low emission gas is selected for the coil insulation material or wiring coating of the drive motor, As long as it is an organic insulating material, it is microscopically porous and has numerous holes on its surface. Once this is exposed to the atmosphere, gas, water molecules, etc. are taken in and occluded in the holes on the surface. A long time is required for degassing to remove these occluded impure molecules by vacuum evacuation, and a reduction in production efficiency is unavoidable. Furthermore, since heat cannot be released due to air convection in a vacuum, when the coil temperature rises locally, the resistance of that portion increases, heat generation is accelerated, and the coil insulation film is burned out. Easy to invite. On the other hand, while using an inorganic material for the coil insulating material, it is conceivable to reduce adsorbed impure molecules by using a stainless steel sheath wire for the wiring. However, in that case, not only the cost becomes very high, but also the ratio of conductors such as copper in the coil winding space decreases, resulting in an increase in electrical resistance, resulting in a decrease in motor capacity. There is.
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モータが特許文献1に記載されている。特許文献1のモータによれば、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。
ところで、特許文献1のモータにおいて、ロータ等を支持するための軸受は、真空雰囲気中に存在するが、その潤滑剤としてグリースを使用すると、グリースの油分の蒸発やグリース自体の飛散等により、潤滑性能の劣化や使用環境の汚染等の不都合が生じる場合がある。そこで、グリースを使用する代わりに、金、銀、鉛等の軟質金属や、カーボン、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を膜状にコーティングすることにより潤滑性を付与することが多い。 By the way, in the motor of Patent Document 1, a bearing for supporting a rotor or the like exists in a vacuum atmosphere. However, when grease is used as the lubricant, lubrication occurs due to evaporation of grease oil or scattering of the grease itself. There may be inconveniences such as degradation of performance and contamination of the usage environment. Therefore, lubricity is often imparted by coating a soft metal such as gold, silver or lead, or a solid lubricant such as carbon or molybdenum disulfide into a film instead of using grease.
しかるに、軸受に固体潤滑等を用いると、一般的な潤滑剤を用いた軸受に比べ寿命が短くなり、従って定期的に分解し交換するメンテナンスが必要となる。ところが、ロータや軸受を固定するボルトについても、真空雰囲気にあるために、金属同士が強い面圧で接触することによる凝着が生じやすくなり、これを緩めることが困難となる恐れがある。ボルトを緩めるのに手間取ると、メンテナンス時間が長くなり、モータひいてはそれを用いたシステム全体の稼働率を低下させることとなる。 However, if solid lubrication or the like is used for the bearing, the life is shortened as compared with a bearing using a general lubricant, and therefore maintenance is required to be periodically disassembled and replaced. However, since the bolts for fixing the rotor and the bearing are also in a vacuum atmosphere, adhesion due to contact of metals with a strong surface pressure is likely to occur, and it may be difficult to loosen them. If it takes time to loosen the bolts, the maintenance time becomes longer, and the operating rate of the entire system using the motor and therefore the motor is lowered.
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、真空雰囲気中で用いられながらも、メンテナンスを容易にしたモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a motor that is easily maintained while being used in a vacuum atmosphere.
本発明のモータは、真空雰囲気中で用いられるモータにおいて、少なくとも真空雰囲気側に配置されたボルトに、所定の表面処理を施していることを特徴とする。 The motor of the present invention is characterized in that in a motor used in a vacuum atmosphere, a predetermined surface treatment is applied to at least a bolt disposed on the vacuum atmosphere side.
本発明によれば、少なくとも真空雰囲気側に配置されたボルトに、所定の表面処理を施しているので、真空雰囲気において取り付けられた前記ボルトの凝着を抑制でき、メンテナンスを容易に行うことができ、このモータを含むシステム全体の稼働率を向上させることができる。 According to the present invention, since a predetermined surface treatment is applied to at least the bolt arranged on the vacuum atmosphere side, adhesion of the bolt attached in the vacuum atmosphere can be suppressed, and maintenance can be easily performed. The operating rate of the entire system including this motor can be improved.
更に、前記所定の表面処理は、熱処理、メッキ、コーティングの少なくとも1つであると、効果的に前記ボルトの凝着を抑制できる。 Furthermore, if the predetermined surface treatment is at least one of heat treatment, plating, and coating, adhesion of the bolt can be effectively suppressed.
更に、前記所定の表面処理は、ダイヤモンドライクカーボンの被膜をコーティングすると、より効果的に前記ボルトの凝着を抑制できる。 Furthermore, if the predetermined surface treatment is coated with a diamond-like carbon film, adhesion of the bolts can be more effectively suppressed.
更に、前記ボルトは、真空雰囲気中で用いられる軸受又は回転体を締結するためのボルトであると好ましい。 Furthermore, the bolt is preferably a bolt for fastening a bearing or rotating body used in a vacuum atmosphere.
更に、前記モータは、減速機など介さずにロータを直接駆動するダイレクトドライブモータであり、ハウジングと、前記ハウジングから延在し、大気側と真空雰囲気側とを隔絶する隔壁と、前記隔壁に対して真空雰囲気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速度を検出する検出器とを有し、前記ステータは、前記外側ロータと前記内側ロータとを同時に駆動すると、前記検出器を前記隔壁より大気側に置くことで、その配線被覆の吸蔵不純分子が前記隔壁より大気外側の雰囲気を汚染することが防止され、且つ前記ステータが、前記外側ロータと前記内側ロータとを同時に駆動することにより、前記検出器により前記内側ロータの回転角を検出することで、前記外側ロータの回転角を精度良く求めることができる。 Further, the motor is a direct drive motor that directly drives the rotor without using a reduction gear or the like, and a housing, a partition extending from the housing and separating the atmosphere side and the vacuum atmosphere side, and the partition An outer rotor disposed on the vacuum atmosphere side, a stator and an inner rotor disposed on the atmosphere side with respect to the partition wall, and a detector that detects a rotation speed of the inner rotor, When the outer rotor and the inner rotor are driven at the same time, by placing the detector on the atmosphere side from the partition wall, it is possible to prevent the impure molecules of the wiring coating from contaminating the atmosphere outside the atmosphere from the partition wall, and The stator detects the rotation angle of the inner rotor by the detector by driving the outer rotor and the inner rotor at the same time. It can be determined rotational angle of the outer rotor accurately.
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つのモータD1、D2を直列に連結している。下方のモータ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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a frog-leg-arm type transfer device using a motor according to the present embodiment. In FIG. 1, two motors D1 and D2 are connected in series. A first arm A1 is coupled to the rotor of the lower motor D1, and a first link L1 is pivotably coupled to the tip of the first arm A1. On the other hand, the second arm A2 is connected to the rotor of the upper motor D2, and the second link L2 is pivotally connected to the tip of the second arm A2. The links L1 and L2 are pivotally connected to a table T on which the wafer W is placed.
図1より明らかであるが、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、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、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。 As is clear from FIG. 1, if the rotors of the motors D1 and D2 rotate in the same direction, the table T also rotates in the same direction, and if the rotor rotates in the opposite direction, the table T moves to the motors D1 and D2. It comes to approach or separate. Therefore, if the motors D1 and D2 are rotated at an arbitrary angle, the wafer W can be transferred to an arbitrary two-dimensional position within a range where the table T can reach.
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、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。 Thus, for example, in a wafer transfer arm disposed in a vacuum chamber in a semiconductor manufacturing apparatus, for example, an apparatus having a plurality of arms such as a scalar type or a frog-leg type shown in the figure, a plurality of rotary motors are required. . In a vacuum environment, it is necessary to reduce the surface area of contact with the outside as much as possible, and at the same time to reduce the number of mounting holes for a motor or the like as much as possible in order to effectively use the space. In addition, in order to transport the wafer W horizontally and with minimal vibration, it is necessary to firmly hold the moment acting on the tip of the arm with the rotor support. Therefore, a plurality of motors D1 and D2 are connected coaxially at the housing part, and the connecting part is tightly joined with a seal (tightly joined by welding, O-ring, metal gasket, etc.), and the space where the motor rotor is disposed It is also necessary to separate the housing from the external space.
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モータについて説明する。 Further, in order to convey the wafer W horizontally and with less vibration, it is necessary to firmly hold the moment acting on the tips of the arms A1 and A2 by the rotor support portion. Furthermore, when driving multiple axes in a vacuum environment, if the current rotation position of the arm is not recognized when the power is turned on, the arm A1, A2, etc. are hit against the wall of the vacuum chamber or the shutter of the vacuum chamber. There is a possibility. A motor capable of meeting such a request will be described.
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3は、図2の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図2、3を参照して、モータの内部構造について詳細に説明する。尚、モータD1,D2は基本的な構成が同一であるため、モータD1のみ説明し、モータD2の構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。 FIG. 2 is a view of the configuration of FIG. 1 taken along the line II-II and viewed in the direction of the arrow. FIG. 3 is a view of the configuration of FIG. 2 taken along line III-III and viewed in the direction of the arrow. The internal structure of the motor will be described in detail with reference to FIGS. Since the motors D1 and D2 have the same basic configuration, only the motor D1 will be described, and the description of the configuration of the motor D2 will be omitted by attaching the same reference numerals.
定盤Gにフランジ10aを据え付けた中空円筒状の本体10は、その上端に小円板11をボルトにより連結している。小円板11の上面には、大円板12が不図示のボルトにより固定されている。本体10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10,小円板11,大円板12によりハウジングを構成する。
The hollow cylindrical
本体10のフランジ10a上に、非磁性体であるステンレス製(SUS304等)の円筒状の隔壁13が本体10に対して同軸に取り付けられている。隔壁13の上部は薄くなっており、更に上端は半径方向内方に折れ曲がっていて、円板12により小円板11に挟持される形で取り付けられている。尚、モータD1の各部材間には、図示のようにO−リングORが配置され、従って本体10のフランジ10aと、隔壁13と、小円板11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。
On the
隔壁13の下部外周に、真空中で用いられる4点接触式玉軸受14の内輪が嵌合し、隔壁13にボルト41で固定される内輪ホルダ15により、隔壁13に対して取り付けられている。一方、軸受14の外輪は、外側ロータ16の内周に嵌合し、外側ロータ16にボルト42で固定される外側ホルダ17により、外側ロータ16に対して取り付けられている。すなわち、外側ロータ16は、隔壁13に対して回転自在に支持されている。軸受14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おり、また4点接触式玉軸受であるので、アームA1からの外側ロータ16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。
An inner ring of a four-point
本実施の形態においては、真空雰囲気中に配置された4点接触式玉軸受14にグリースを用いていないので、アウトガスの発生を抑制できるが、その分耐久性は低下するため、定期的なメンテナンスが必要となる。一方、隔壁13に4点接触式玉軸受14の内輪を固定するボルト41と、外輪ロータ16に4点接触式玉軸受14の外輪を固定するボルト42とを用いているが、これらは真空雰囲気中に存在するので、メンテナンスを容易にするためには、その凝着を抑制する必要がある。そこで、ボルト41,42には所定の表面処理を行っている。
In the present embodiment, since no grease is used for the four-point
かかる所定の表面処置としては、熱処理、メッキ、コーティングなどがある。ボルトの熱処理としては、通常の焼入れ・焼戻し処理、窒化処理、浸炭処理、浸炭窒化処理等があげられる。また、メッキとしては、無電解ニッケルメッキ、硬質クロムメッキ等があげられる。さらに、コーティングとしては、PVD、CVDにより形成する被膜があり、Ti系硬質膜(TiN、TiCN、TiC、TiAIN)、CrN、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等があげられるが、特にダイヤモンドライクカーボンも被膜が好ましい。 Examples of the predetermined surface treatment include heat treatment, plating, and coating. Examples of the heat treatment of the bolt include normal quenching / tempering treatment, nitriding treatment, carburizing treatment, and carbonitriding treatment. Examples of the plating include electroless nickel plating and hard chrome plating. Furthermore, coatings include films formed by PVD and CVD, including Ti-based hard films (TiN, TiCN, TiC, TiAIN), CrN, diamond, diamond-like carbon (DLC), etc., especially diamond-like carbon. Also preferred are coatings.
外側ロータ16の内周面には、外側ロータ磁石18が取り付けられている。外側ロータ磁石18は、24極の構成でN極、S極の磁石が各12個交互に磁性金属からなり、バックヨーク19に組みつけられている。バックヨーク19は、磁性ステンレスでも、鉄にニッケルメッキした物でも良い。本実施の形態においては、外側ロータ磁石18は、ネオジウム鉄ボロンの磁石にニッケルメッキした物を用いている。また、この外側ロータ磁石18は外側ロータ16に対して、非磁性金属のクサビをねじで締め付けている。そのため接着剤などの樹脂は配置されておらず、モータD1を真空中に配置した場合でも、吸蔵不純分子の放出ガスを極めて少なくできる。尚、外側ロータ磁石18の上部を覆うようにして磁気シールド板30が外側ロータ16に取り付けられている。
An
隔壁13の半径方向内側において、外側ロータ16の内周面に対向するようにして、ステータ29が配置されている。ステータ29は、ステータホルダ20により、本体10のフランジ10aに取り付けられており、図3に示すように、円筒状にU相、V相、W相の順序で各相12個のコイルが並べられ、従って合計36個のコイルを含んでいる。このコイルは、モールド材で成型して一体化している。このようにステータ29を隔壁13の内側に配置しているので、コイル発熱などに対して水冷や空冷などの強制冷却を行うことができる。
A
ステータ29の半径方向内側に、内側ロータ21が配置されている。内側ロータ21は、本体10の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ22に対して、玉軸受23により回転自在に支持されている。内側ロータ21の外周面には、バックヨーク25を介して内側ロータ磁石24が取り付けられている。内側ロータ磁石24は、外側ロータ磁石18と同様に24極の構成でN極、S極の磁石が各12個交互に磁性金属からなり、バックヨーク25に組みつけられている。従って、内側ロータ21は、ステータ29によって外側ロータ16に同期して回転駆動されるようになっている。
The
内側ロータ21の内周には、回転角度を計測する検出器用の検出ロータ26を組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ22の外周に、レゾルバ27,28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27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28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26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、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。
A
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、検出ロータ26は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、レゾルバ27,28のステータの磁極の外周面には、回転軸と平行に各磁極で検出ロータ26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。内側ロータ21と一体で検出ロータ26が回転すると、レゾルバ27,28のステータの磁極との間のリラクタンスが変化し、検出ロータ26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4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検出ロータ26即ち内側ロータ21の回転角度(又は回転速度)を検出するようになっている。検出ロータ26と、レゾルバ27,28とで検出器を構成する。
In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the
本実施の形態においては、内側ロータ21は、ステータ29によって外側ロータ16に同期して回転駆動されるようになっているので、内側ロータ21の回転角度を検出できれば、それから直ちに外側ロータ16の回転角度を求めることができ、それにより外側ロータ16の駆動制御を高精度に行うことができる。
In the present embodiment, the
図5は、モータD1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、モータ制御回路DMCは、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)からモータD1に駆動電流が供給される。それによりモータD1の外側ロータ16が回転し、アームA1を移動させるようになっている。外側ロータ16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27,28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16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16の回転を停止させる。これにより外側ロータ16のサーボ制御が可能となる。
FIG. 5 is a block diagram showing a drive circuit of the motor D1. When a motor rotation command is input from an external computer, the motor control circuit DMC outputs a drive signal from the CPU to the three-phase amplifier (AMP), and a drive current is supplied from the three-phase amplifier (AMP) to the motor D1. The Thereby, the
本実施の形態においては、アブソリュートレゾルバ28を使用しているので、検出ロータ26の電気角とトルク指令に応じて3相のステータコイルに流す電流を制御できる。モータD1の3相コイル(U相、V相、W相)に電流を流すとコアレスモータの構造であるので、フレミングの左手の法則に従って、外側ロータ16、内側ロータ21に、各々それぞれ、ほぼ同じトルクを発生させられる。本来、内側ロータ21と外側ロータ16が同期しなければ、各々回転自在の軸受で支持されているため
TO:外側ロータ16への発生トルク
IO:外側ロータ16側の負荷も含めたイナーシャ
αO:外側ロータ16の加速度
TI:内側ロータ21ヘの発生トルク
II:内側ロータ21のイナーシャ
αI:内側ロータ21の加速度
とすると、外側ロータ16にアームA1を取り付けているため、Io:外側ロータ16側の負荷も含めたイナーシャは大きくなっていることから、
TO=IO×αO
TI=II×αI
のように別々の加速度で回転しようとする。
In the present embodiment, since the
T O = I O × α O
T I = I I × α I
Try to rotate at different accelerations.
しかしながら、外側ロータ16と内側ロータ21とは同期して回転するので、回転角度の変位により所定のトルクを発生する。そのため、積載負荷のない内側ロータ21が外側ロータ16に対して、トルクの発生方向に微小角度位相が進むことにより内側ロータ21から外側ロータ16にトルクが伝達され、結果内側ロータ21と外側ロータ16との加速度が同一となるようにトルクが伝達されることになり、コイルが発生するトルクはイナーシャに応じたトルクが発生される。
However, since the
以上述べた本実施の形態では、モータD1が、モーメント力を多点接触軸受14で支持しているので、剛性が高く、アームA1を伸ばした状態でもウエハWを水平にまっすぐ搬送できる。また軸受14の内輪は隔壁13の肉厚の部材に組みつけているので、作用する力は隔壁13に殆ど作用せず、本体10に直接かかるため、隔壁13が破れてしまう危険性を極めて小さくすることができる。
In the present embodiment described above, since the motor D1 supports the moment force by the multipoint contact bearing 14, the rigidity is high, and the wafer W can be transported horizontally and straight even when the arm A1 is extended. Further, since the inner ring of the
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A1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28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27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16即ちアームA1の回転位置制御を高精度に行える。
Also, when driving multiple axes in a vacuum environment, if the current rotation position of the arm A1 is not recognized when the power is turned on, the arm A1 or the like may hit the wall of the vacuum chamber or the shutter of the vacuum chamber. However, in the present embodiment, a variable reluctance resolver comprising an
特に、真空雰囲気側に配置されたボルト41、42に、所定の表面処理を施しているので、真空雰囲気において取り付けられたボルト41、42の凝着を抑制でき、メンテナンスを容易に行うことができ、このモータを含むシステム全体の稼働率を向上させることができる。例えば磁気シールド板30を固定するボルトについても、所定の表面処理を行って良い。
In particular, since the
尚、ここでは内側ロータ21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。
Here, a resolver is employed for detecting the rotation of the
図6は、本実施の形態の変形例を示す図である。図6に示す変形例においては、モータD1,D2を2組(合計4個)直列に配置してなるが、個々のモータに関しては、図2に示す構成と同様であるので、主要な部品に同じ符号を付して説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the present embodiment. In the modification shown in FIG. 6, two sets of motors D1 and D2 (a total of four) are arranged in series. However, the individual motors are the same as those shown in FIG. The same reference numerals are given and description thereof is omitted.
本実施の形態のモータは、ステータの半径方向内側に内側ロータを配置しているので、軸線方向寸法を小さく(薄く)できるため、図6に示すように4個直列として搬送装置を構成しても、高さ方向にコンパクトな構成を提供できる。また薄い構成であるので剛性が高まり共振などの恐れを回避でき、多軸化に有利であり各外側ロータの制御定数の差異を小さくできる。更に、同形状のモータを積層して用いることで、故障時にはそのモータのみを交換すれば良く、メンテナンス性に優れると共に、交換部品の在庫を最小限にできる。 In the motor of this embodiment, since the inner rotor is arranged on the radially inner side of the stator, the axial dimension can be made small (thin), so that the conveyor device is configured as four in series as shown in FIG. However, it is possible to provide a compact configuration in the height direction. In addition, since the structure is thin, the rigidity is increased and the risk of resonance or the like can be avoided, which is advantageous for multi-axis use, and the difference in control constant between the outer rotors can be reduced. Furthermore, by stacking and using motors having the same shape, only the motors need to be replaced in the event of a failure, and the maintenance is excellent and the inventory of replacement parts can be minimized.
図7は、図1に示す搬送装置に用いることができる第2の実施の形態にかかるモータの図2と同様な断面図である。尚、モータD1,D2は基本的な構成が同一であるため、モータD1のみ説明し、モータD2の構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。 FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of a motor according to a second embodiment that can be used in the transport apparatus shown in FIG. Since the motors D1 and D2 have the same basic configuration, only the motor D1 will be described, and the description of the configuration of the motor D2 will be omitted by attaching the same reference numerals.
図7において、定盤Gにフランジ110aを据え付けた中空円筒状の本体110は、その上端に小円板111をボルトにより連結している。小円板111の上面外周側には、大円板112が不図示のボルトにより固定されている。本体110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110,小円板111,大円板112によりハウジングを構成する。
In FIG. 7, a hollow cylindrical
本体110のフランジ110a上に形成された円筒取り付け部110bに下端を圧入嵌合させて、非磁性体であるステンレス製(SUS316L等)の円筒状の隔壁113が本体110に対して同軸に取り付けられている。隔壁113の上部は薄くなっており、更に上端は半径方向内方に折れ曲がっていて、円板112により小円板111に共締めされる形で取り付けられている。尚、モータD1の各部材間には、図示のようにO−リングORが配置され、従って本体110のフランジ110aと、隔壁113と、小円板111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113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。
A
隔壁113の下部外周に、真空中で用いられる4点接触式玉軸受114の内輪が嵌合し、隔壁113にボルト141で固定される内輪ホルダ115により、隔壁113に対して取り付けられている。一方、軸受114の外輪は、外側ロータ116の内周に嵌合し、外側ロータ116にボルト142で固定される外側ホルダ117により、外側ロータ116に対して取り付けられている。すなわち、外側ロータ116は、隔壁113に対して回転自在に支持されている。軸受114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おり、また4点接触式玉軸受であるので、アームA1からの外側ロータ116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。
An inner ring of a four-point
本実施の形態においても、真空雰囲気中に配置された4点接触式玉軸受114にグリースを用いていないので、アウトガスの発生を抑制できるが、その分耐久性は低下するため、定期的なメンテナンスが必要となる。一方、隔壁113に4点接触式玉軸受114の内輪を固定するボルト141と、外輪ロータ116に4点接触式玉軸受114の外輪を固定するボルト142とを用いているが、これらは真空雰囲気中に存在するので、メンテナンスを容易にするためには、その凝着を抑制する必要がある。そこで、ボルト141,142には上述した所定の表面処理を行っている。即ち、真空雰囲気側に配置されたボルト141、142に、所定の表面処理を施しているので、真空雰囲気において取り付けられたボルト141、142の凝着を抑制でき、メンテナンスを容易に行うことができ、このモータを含むシステム全体の稼働率を向上させることができる。
Also in this embodiment, since no grease is used for the four-point
外側ロータ116の内周面中央には、磁気カップリング用外側ロータ磁石108が取り付けられている。磁気カップリング用外側ロータ磁石108は、32極の構成でN極、S極の磁石が各16個交互に配置された磁性金属からなり、バックヨーク109に組みつけられている。外側ロータ116に嵌合固定される磁気カップリング用ロータであるバックヨーク109は、磁性ステンレスでも、鉄にニッケルメッキした物でも良い。本実施の形態においては、磁気カップリング用外側ロータ磁石108は、ネオジウム鉄ボロンの磁石にニッケルメッキした物を用いている。また、この磁気カップリング用外側ロータ磁石108は外側ロータ116に対して、非磁性金属のクサビをねじで締め付けている。そのため接着剤などの樹脂は配置されておらず、モータD1を真空中に配置した場合でも、吸蔵不純分子の放出ガスを極めて少なくできる。磁気カップリング用外側ロータ磁石108の上部を覆うようにして、磁気シールド板103が外側ロータ116に取り付けられている。
An
更に、外側ロータ116の内周面上部には、外側ロータ磁石118が取り付けられている。外側ロータ磁石118は、32極の構成でN極、S極の磁石が各16個交互に配置された磁性金属からなり、バックヨーク119に組みつけられている。バックヨーク119は、磁性ステンレスでも、鉄にニッケルメッキした物でも良い。本実施の形態においては、外側ロータ磁石118は、ネオジウム鉄ボロンの磁石にニッケルメッキした物を用いている。また、この外側ロータ磁石118は外側ロータ116に対して、非磁性金属のクサビをねじで締め付けている。そのため接着剤などの樹脂は配置されておらず、モータD1を真空中に配置した場合でも、吸蔵不純分子の放出ガスを極めて少なくできる。外側ロータ磁石118の上部を覆うようにして、磁気シールド板130が円板112の下面に取り付けられている。
Further, an
隔壁113の半径方向内側において、外側ロータ磁石118に対向するようにして、ステータ129が配置されている。ステータ129は、本体110に取り付けられており、図示しないが、円筒状にU相が3スロット、V相が3スロット、W相が3スロットで合計9スロットの巻線を4組すなわち合計36スロットが並べられてなる。ステータ129の上部を覆うようにして、磁気シールド板102が外側ロータ116に取り付けられている。
A
この32極36スロットのモータは、8極9スロットというコギング力が少ない公知の技術のモータの4倍のスロット構成であるので、同様に少ないコギング力を実現できる。また、8極9スロットモータの偶数倍の構成であるので、外側ロータ116の対角線に同相、同極が配置されている。8極9スロットモータでは、磁石の吸引力のアンバランスが、支持する軸受にラジアル力を発生させ、軸受114の剛性等により振動が発生することがあるが、偶数倍の構成であるので、このアンバランス力が対角線上の同相同極で相殺されるため、外側ロータ116を支持する軸受114には、アンバランス力は作用せずに、振動発生を抑えた特徴がある。
Since this 32-pole 36-slot motor has a slot configuration four times that of a known technology motor with a small cogging force of 8 poles and 9 slots, a small cogging force can be realized similarly. In addition, since the configuration is an even multiple of the 8-pole 9-slot motor, the same phase and the same polarity are arranged on the diagonal line of the
更に、隔壁113の半径方向内側において、磁気カップリング用外側ロータ磁石108に対向するようにして、磁気カップリング用内側ロータ磁石101が配置されている。磁気カップリング用内側ロータ磁石101は、本体110のフランジ110aの円筒取り付け部110bに対して、軸受123を介して回転自在に支持された内側ロータ121に、バックヨーク125を介して取り付けられている。磁気カップリング用内側ロータ磁石101は、カップリング用外側ロータ磁石108と同様に32極の構成でN極、S極の磁石が各16個交互に配置されている。従って、磁気カップリング用内側ロータ磁石101と磁気カップリング用外側ロータ磁石108とは、隔壁113を介在させつつ異極を対向させた状態で互いに引き合う磁力により相対回転が固定され、すなわち両磁石間に非接触で作用する磁気カップリング力に基づいて、内側ロータ121は、バックヨーク119即ち外側ロータ116と同期して回転するようになっている。
Furthermore, the magnetic coupling
内側ロータ121の内周には、回転角度を計測する検出器用の検出ロータ126を組みつけており、それに対向する形で、本体110の外周に、レゾルバ127,128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127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128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126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、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。
A
本実施の形態で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、検出ロータ126は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、レゾルバ127,128のステータの磁極の外周面には、回転軸と平行に各磁極で検出ロータ126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。内側ロータ121と一体で検出ロータ126が回転すると、レゾルバ127,128のステータの磁極との間のリラクタンスが変化し、検出ロータ126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4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検出ロータ126即ち内側ロータ121の回転角度(又は回転速度)を検出するようになっている。検出ロータ126と、レゾルバ127,128とで検出器を構成する。
In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the
本実施の形態においては、内側ロータ121は、磁気カップリングを介して外側ロータ116に同期して回転駆動されるようになっているので、内側ロータ121の回転角度を検出できれば、それから直ちに外側ロータ116の回転角度を求めることができる。又、本実施の形態のモータD1は、図5に示すような駆動回路によってサーボ制御される。
In the present embodiment, the
本実施の形態においては、磁気シールド板102,103は、ステータ129と外側ロータ磁石118との間に発生する磁界が、磁気カップリング用内側ロータ磁石101と磁気カップリング用外側ロータ磁石108間の吸引力を乱し磁気カップリング作用に影響を与えないようにするために設けられている。但し、ステータ129及び外側ロータ磁石118の磁極が32極で、磁気カップリング用内側ロータ磁石101と磁気カップリング用外側ロータ磁石108の磁極も32極であるため、各々同磁極数であるから、磁気シールド板102,103を省略しても、磁気カップリング用内側ロータ磁石101と磁気カップリング用外側ロータ磁石108間の吸引力が特に乱れることはない。従って、磁気シールド板102,103は、ステータ129及び外側ロータ磁石118の磁極と、磁気カップリング用内側ロータ磁石101と磁気カップリング用外側ロータ磁石108の磁極とが異なる場合に特に有効である。
In the present embodiment, the
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。更に、上述した実施の形態においては、減速機などを用いることなく直接動力を出力するダイレクトドライブタイプのモータD1,D2に本発明を適用したが、これに限らず通常のモータにも適用できる。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the motor of the present embodiment can be used not only in a vacuum atmosphere but also in an atmosphere outside the atmosphere. For example, in the case of a semiconductor manufacturing process, a reactive gas for etching may be introduced into the vacuum chamber after evacuation, but in the motor of the present embodiment, the inside and the outside are shielded by the partition wall. There is no possibility that the motor coil, the insulating material or the like is etched. Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the direct drive type motors D1 and D2 that directly output power without using a reduction gear or the like. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a normal motor.
10 本体
10a フランジ
11 小円板
12 大円板
12 隔壁
13 隔壁
14 4点接触式玉軸受
15 内輪ホルダ
16 外側ロータ
17 外側ホルダ
18 外側ロータ磁石
19 バックヨーク
20 ステータホルダ
21 内側ロータ
22 レゾルバホルダ
23 玉軸受
24 内側ロータ磁石
25 バックヨーク
26 検出ロータ
27 インクリメンタルレゾルバ
28 アブソリュートレゾルバ
29 ステータ
30 磁気シールド板
41、42 ボルト
101 磁気カップリング用内側ロータ磁石
102 磁気シールド板
103 磁気シールド板
108 カップリング用外側ロータ磁石
109 バックヨーク
110 本体
110a フランジ
110b 円筒状取り付け部
111 小円板
112 大円板
113 隔壁
114 4点接触式玉軸受
115 内側ホルダ
116 外側ロータ
117 外側ホルダ
118 外側ロータ磁石
119 バックヨーク
121 内側ロータ
123 軸受
125 バックヨーク
126 検出ロータ
127 インクリメンタルレゾルバ
128 アブソリュートレゾルバ
129 ステータ
130 磁気シールド板
141、142 ボルト
D1,D2 モータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と真空雰囲気側とを隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して真空雰囲気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速度を検出する検出器とを有し、
前記ステータは、前記外側ロータと前記内側ロータとを同時に駆動することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のモータ。
The motor is a direct drive motor that directly drives the rotor without using a reduction gear or the like,
A housing;
A partition wall extending from the housing and separating the air side and the vacuum atmosphere side;
An outer rotor disposed on the vacuum atmosphere side with respect to the partition;
A stator and an inner rotor disposed on the atmosphere side with respect to the partition;
A detector for detecting the rotational speed of the inner rotor,
The motor according to claim 1, wherein the stator drives the outer rotor and the inner rotor simultaneously.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005111886A JP2006296061A (en) | 2005-04-08 | 2005-04-08 | motor |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009303332A (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Nsk Ltd | Direct drive motor |
| JP2010178451A (en) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Minebea Motor Manufacturing Corp | Coaxial motor |
-
2005
- 2005-04-08 JP JP2005111886A patent/JP2006296061A/en active Pending
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