JP3255236B2 - ２自由度アクチュエータ - Google Patents
２自由度アクチュエータInfo
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- JP3255236B2 JP3255236B2 JP18322991A JP18322991A JP3255236B2 JP 3255236 B2 JP3255236 B2 JP 3255236B2 JP 18322991 A JP18322991 A JP 18322991A JP 18322991 A JP18322991 A JP 18322991A JP 3255236 B2 JP3255236 B2 JP 3255236B2
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- Japan
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- fixed
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスな
ど、真空あるいは清浄な環境で運転される製造設備にお
ける材料運搬、およびハンドリングを行うための２自由
度を有するアクチュエータに関する。
ど、真空あるいは清浄な環境で運転される製造設備にお
ける材料運搬、およびハンドリングを行うための２自由
度を有するアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、２自由度を有するアクチュエータ
は図２に示すように、円筒状のフレーム１の内側に回転
用モータ２のリング状の固定子２１と直線移動用のリニ
アモータ３のリング状の固定子３１とを軸方向に並べて
固定してある。固定子２１、３１の内側には回転モータ
２の回転子２２とリニアモータ３の移動子３２を固定し
た回転移動軸４を設け、回転移動軸４の一方端にはスラ
スト板４１を設けてある。固定子２１、３１を挟んで両
側のフレーム１の内側にはラジアル磁気軸受を構成する
案内用電磁石５およびラジアル方向のギャップセンサ５
１を設け、フレーム１の一方端にはスラスト板４１に対
向するスラストギャップセンサ６を設けて、回転移動軸
４を非接触で支持するようにしてある。また、リング状
の第１の固定子の内側に軸受を介して第１の回転子を設
け、第１の回転子の内側にリング状の第２の固定子を設
け、第２の固定子の内側に軸受を介して第２の回転子を
設けた２軸駆動用モータが開示されている（例えば特開
平１−１７７８４７号公報）。
は図２に示すように、円筒状のフレーム１の内側に回転
用モータ２のリング状の固定子２１と直線移動用のリニ
アモータ３のリング状の固定子３１とを軸方向に並べて
固定してある。固定子２１、３１の内側には回転モータ
２の回転子２２とリニアモータ３の移動子３２を固定し
た回転移動軸４を設け、回転移動軸４の一方端にはスラ
スト板４１を設けてある。固定子２１、３１を挟んで両
側のフレーム１の内側にはラジアル磁気軸受を構成する
案内用電磁石５およびラジアル方向のギャップセンサ５
１を設け、フレーム１の一方端にはスラスト板４１に対
向するスラストギャップセンサ６を設けて、回転移動軸
４を非接触で支持するようにしてある。また、リング状
の第１の固定子の内側に軸受を介して第１の回転子を設
け、第１の回転子の内側にリング状の第２の固定子を設
け、第２の固定子の内側に軸受を介して第２の回転子を
設けた２軸駆動用モータが開示されている（例えば特開
平１−１７７８４７号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体製造
設備内を真空環境にするためには、真空にするまでの排
気時間の短縮、および高真空化に伴う装置内の小形化は
必須条件であるが、上記回転モータとリニアモータをフ
レームの中に軸方向に並べて設けたものは、アクチュエ
ータが軸方向に長くなり、半導体製造設備等の中での占
有体積が大きくなり、装置の小形化を阻害するという欠
点があった。また、特開平１−１７７８４７号に開示さ
れた２軸駆動用モータによって回転と軸方向移動の両方
の動作をさせる場合、２軸のうちの一方の回転軸の回転
動作を直線運動に変換する必要があり、そのための変換
装置を必要とし、半導体設備等に利用する場合、その装
置の中での占有体積が大きくなるという欠点があった。
本発明は、半導体製造設備等の小形化に寄与する小形の
アクチュエータを提供することを目的とするものであ
る。
設備内を真空環境にするためには、真空にするまでの排
気時間の短縮、および高真空化に伴う装置内の小形化は
必須条件であるが、上記回転モータとリニアモータをフ
レームの中に軸方向に並べて設けたものは、アクチュエ
ータが軸方向に長くなり、半導体製造設備等の中での占
有体積が大きくなり、装置の小形化を阻害するという欠
点があった。また、特開平１−１７７８４７号に開示さ
れた２軸駆動用モータによって回転と軸方向移動の両方
の動作をさせる場合、２軸のうちの一方の回転軸の回転
動作を直線運動に変換する必要があり、そのための変換
装置を必要とし、半導体設備等に利用する場合、その装
置の中での占有体積が大きくなるという欠点があった。
本発明は、半導体製造設備等の小形化に寄与する小形の
アクチュエータを提供することを目的とするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、垂直の回転移
動軸の回転動作と軸方向移動動作を同時に行うことがで
きる２自由度アクチュエータにおいて、中央に設けられ
た垂直の固定軸と、その固定軸と同軸でその固定軸を内
包するように設けられた強磁性体でなる円筒状の回転移
動軸と、前記固定軸と同軸で前記回転移動軸を内包する
ように固定側に設けられた円筒状のフレームと、前記回
転移動軸の内周の軸方向中央部に移動ストローク分の距
離だけ離して固定され互いに異極に着磁された二つの永
久磁石よりなる移動子と、前記固定軸の外周の軸方向中
央部に前記移動子と空隙を介して対向するように設けら
れた固定子とからなり、その固定子を励磁すると前記移
動子と作用して前記回転移動軸を軸方向に移動させるこ
とができる軸方向移動手段と、前記回転移動軸の外周の
軸方向中央部に固定された永久磁石よりなる回転子と、
その回転子より軸方向長さが短く、前記回転子と空隙を
介して対向するよう前記フレームの内周に固定されて電
機子巻線が巻回された固定子とからなり、前記電機子巻
線を励磁すると前記固定子と前記回転子の間に磁力が作
用して前記回転移動軸を回転させることができる回転手
段と、前記軸方向移動手段の固定子の上側と下側に設け
られて前記回転移動軸の内周と空隙を介して対向するよ
うに前記固定軸に固定されたギャップセンサと、前記回
転手段の固定子の上側と下側に設けられて前記回転移動
軸の外周と空隙を介して対向するように前記フレームの
内周に固定された案内用電磁石とからなり、前記回転移
動軸を非接触で支持することができる軸受手段とを備え
たことを特徴とするものである。特に、前記回転手段
は、前記フレームの上方端付近に設けられて少なくとも
２組の磁気抵抗素子からなる回転位置センサを備え、前
記軸方向移動手段は、前記固定軸の上端部内周に設けら
れて前記回転移動軸の軸方向位置を検出する軸方向位置
センサを備えていることを特徴としている。
動軸の回転動作と軸方向移動動作を同時に行うことがで
きる２自由度アクチュエータにおいて、中央に設けられ
た垂直の固定軸と、その固定軸と同軸でその固定軸を内
包するように設けられた強磁性体でなる円筒状の回転移
動軸と、前記固定軸と同軸で前記回転移動軸を内包する
ように固定側に設けられた円筒状のフレームと、前記回
転移動軸の内周の軸方向中央部に移動ストローク分の距
離だけ離して固定され互いに異極に着磁された二つの永
久磁石よりなる移動子と、前記固定軸の外周の軸方向中
央部に前記移動子と空隙を介して対向するように設けら
れた固定子とからなり、その固定子を励磁すると前記移
動子と作用して前記回転移動軸を軸方向に移動させるこ
とができる軸方向移動手段と、前記回転移動軸の外周の
軸方向中央部に固定された永久磁石よりなる回転子と、
その回転子より軸方向長さが短く、前記回転子と空隙を
介して対向するよう前記フレームの内周に固定されて電
機子巻線が巻回された固定子とからなり、前記電機子巻
線を励磁すると前記固定子と前記回転子の間に磁力が作
用して前記回転移動軸を回転させることができる回転手
段と、前記軸方向移動手段の固定子の上側と下側に設け
られて前記回転移動軸の内周と空隙を介して対向するよ
うに前記固定軸に固定されたギャップセンサと、前記回
転手段の固定子の上側と下側に設けられて前記回転移動
軸の外周と空隙を介して対向するように前記フレームの
内周に固定された案内用電磁石とからなり、前記回転移
動軸を非接触で支持することができる軸受手段とを備え
たことを特徴とするものである。特に、前記回転手段
は、前記フレームの上方端付近に設けられて少なくとも
２組の磁気抵抗素子からなる回転位置センサを備え、前
記軸方向移動手段は、前記固定軸の上端部内周に設けら
れて前記回転移動軸の軸方向位置を検出する軸方向位置
センサを備えていることを特徴としている。
【０００５】
【作用】回転移動軸の外周に回転手段と磁気軸受からな
る軸受手段と回転位置センサを配置して回転移動軸の回
転方向の位置決めをすると共に、回転移動軸の内周にリ
ニアモータからなる軸方向移動手段とギャップセンサと
軸方向位置センサを配置して軸方向の位置決めを行うよ
うにしてあるので、回転モータとリニアモータの両方を
串刺しにした長さを軸方向に取る必要がなく、軸方向長
さが短い２自由度を有するアクチュエータを構成するこ
とができる。
る軸受手段と回転位置センサを配置して回転移動軸の回
転方向の位置決めをすると共に、回転移動軸の内周にリ
ニアモータからなる軸方向移動手段とギャップセンサと
軸方向位置センサを配置して軸方向の位置決めを行うよ
うにしてあるので、回転モータとリニアモータの両方を
串刺しにした長さを軸方向に取る必要がなく、軸方向長
さが短い２自由度を有するアクチュエータを構成するこ
とができる。
【０００６】
【実施例】本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示す側断面図で、円筒状のフレ
ーム１の内側のほぼ中央部に永久磁石形同期電動機から
なる回転用モータ２のリング状の固定子２１を固定し、
固定子２１の内周には空隙を介して対向する永久磁石か
らなる回転子２２を設け、回転子２２を強磁性体よりな
る中空円筒状の回転移動軸４の外周に固定してある。回
転移動軸４の内周には移動ストローク分だけ距離を離し
て固定した２つのそれぞれ異極になるように着磁したリ
ング状の永久磁石からなるリニアモータ３の移動子３２
を固定してある。回転移動軸４の一方端にはロボットの
アームなどの負荷を取りつける取付け部４２を設け、取
付け部４２の外周には回転移動軸４の回転位置を検出す
るための円周方向に等ピッチで複数個の凸極を設けたテ
ィース体４３を固定し、フレーム１の一方端に設けた少
なくとも２組の磁気抵抗素子からなる回転位置センサ４
４によって回転移動軸４の回転方向の位置を検出するよ
うにしてある。また、フレーム１の内側の固定子２１か
ら回転移動軸４の軸方向移動量以上離れた両側には回転
移動軸４に空隙を介して対向して、円周方向に９０度の
間隔をもって配置したそれぞれ２組、合計８個の案内用
電磁石５を固定してある。
図１は本発明の実施例を示す側断面図で、円筒状のフレ
ーム１の内側のほぼ中央部に永久磁石形同期電動機から
なる回転用モータ２のリング状の固定子２１を固定し、
固定子２１の内周には空隙を介して対向する永久磁石か
らなる回転子２２を設け、回転子２２を強磁性体よりな
る中空円筒状の回転移動軸４の外周に固定してある。回
転移動軸４の内周には移動ストローク分だけ距離を離し
て固定した２つのそれぞれ異極になるように着磁したリ
ング状の永久磁石からなるリニアモータ３の移動子３２
を固定してある。回転移動軸４の一方端にはロボットの
アームなどの負荷を取りつける取付け部４２を設け、取
付け部４２の外周には回転移動軸４の回転位置を検出す
るための円周方向に等ピッチで複数個の凸極を設けたテ
ィース体４３を固定し、フレーム１の一方端に設けた少
なくとも２組の磁気抵抗素子からなる回転位置センサ４
４によって回転移動軸４の回転方向の位置を検出するよ
うにしてある。また、フレーム１の内側の固定子２１か
ら回転移動軸４の軸方向移動量以上離れた両側には回転
移動軸４に空隙を介して対向して、円周方向に９０度の
間隔をもって配置したそれぞれ２組、合計８個の案内用
電磁石５を固定してある。
【０００７】固定子１の他方端には円板状のブラケット
７を固定し、ブラケット７の中心部に回転移動軸４と同
心に中空状の固定軸８の一方端を固定し、固定軸８の外
周にはリニアモータ３の移動子３２の２個の永久磁石に
それぞれ空隙を介して対向する２個の互いに逆方向に円
筒状に巻回された電機子巻線からなる固定子３１を固定
してある。また、固定軸８の外周の固定子３１の両側
に、回転移動軸４の内周に空隙を介して対向し、円周方
向に９０度の間隔をもって配置した１組２個のギャップ
センサ５１をそれぞれ固定してある。ギャップセンサ５
１はＣ形形状の積層鉄心に巻回された励磁巻線と検出巻
線からなり、ギャップによるパーミアンス変化を検出す
るギャップトランス形の検出器である。取付け部４２の
固定軸８の端部に対向する面には棒状鉄心９１の端部を
固定し、棒状鉄心９１の側面は固定軸８の内周に空隙を
介して対向するようにしてあり、固定軸８の内周に円筒
状に巻回した励磁巻線と検出巻線からなる軸方向位置セ
ンサ９によって棒状鉄心９１の位置の変化によるパーミ
アンスの変化を検出することにより、回転移動軸４の軸
方向の位置を検出するようにしてある。固定軸８の他方
端には補助軸受８１を設け、取付け部４２の固定軸８に
対向する面に設けた凹部に緩く嵌合させて、磁気軸受が
作動しない時に回転移動軸４を保持するようにしてあ
る。次に動作について説明すると、まず、ギャップセン
サ５１によって検出した空隙値が所定の目標に入るよう
に案内用電磁石５の励磁を行う。また、直線位置センサ
９により得られた軸方向の位置検出値が所定の目標値に
入るようにリニアモータ３の固定子３１を励磁する。こ
の状態で回転移動軸４は回転用モータ２の固定子２１お
よびリニアモータ３の固定子３１に対して非接触で支持
され、リニアモータ３により、例えば一点鎖線で示すよ
うに回転移動軸４を上昇させる軸方向動作および回転モ
ータ２による回転動作の２自由度動作を行うことができ
る。
７を固定し、ブラケット７の中心部に回転移動軸４と同
心に中空状の固定軸８の一方端を固定し、固定軸８の外
周にはリニアモータ３の移動子３２の２個の永久磁石に
それぞれ空隙を介して対向する２個の互いに逆方向に円
筒状に巻回された電機子巻線からなる固定子３１を固定
してある。また、固定軸８の外周の固定子３１の両側
に、回転移動軸４の内周に空隙を介して対向し、円周方
向に９０度の間隔をもって配置した１組２個のギャップ
センサ５１をそれぞれ固定してある。ギャップセンサ５
１はＣ形形状の積層鉄心に巻回された励磁巻線と検出巻
線からなり、ギャップによるパーミアンス変化を検出す
るギャップトランス形の検出器である。取付け部４２の
固定軸８の端部に対向する面には棒状鉄心９１の端部を
固定し、棒状鉄心９１の側面は固定軸８の内周に空隙を
介して対向するようにしてあり、固定軸８の内周に円筒
状に巻回した励磁巻線と検出巻線からなる軸方向位置セ
ンサ９によって棒状鉄心９１の位置の変化によるパーミ
アンスの変化を検出することにより、回転移動軸４の軸
方向の位置を検出するようにしてある。固定軸８の他方
端には補助軸受８１を設け、取付け部４２の固定軸８に
対向する面に設けた凹部に緩く嵌合させて、磁気軸受が
作動しない時に回転移動軸４を保持するようにしてあ
る。次に動作について説明すると、まず、ギャップセン
サ５１によって検出した空隙値が所定の目標に入るよう
に案内用電磁石５の励磁を行う。また、直線位置センサ
９により得られた軸方向の位置検出値が所定の目標値に
入るようにリニアモータ３の固定子３１を励磁する。こ
の状態で回転移動軸４は回転用モータ２の固定子２１お
よびリニアモータ３の固定子３１に対して非接触で支持
され、リニアモータ３により、例えば一点鎖線で示すよ
うに回転移動軸４を上昇させる軸方向動作および回転モ
ータ２による回転動作の２自由度動作を行うことができ
る。
【０００８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転移動軸の外周に回転モータとラジアル磁気軸受と回転
位置センサを配置し、内周にリニアモータとギャップセ
ンサと軸方向位置センサを配置して回転方向と軸方向の
位置決めを行うようにしてあるので、回転モータとリニ
アモータの両方を串刺しにした長さを軸方向に取る必要
がなく、軸方向長さが短くなるので、リニアモータの長
さとほぼ同じ長さの２自由度のアクチュエータを構成す
ることができ、半導体製造設備等の小形化に寄与する小
形のアクチュエータを提供するができる効果がある。
転移動軸の外周に回転モータとラジアル磁気軸受と回転
位置センサを配置し、内周にリニアモータとギャップセ
ンサと軸方向位置センサを配置して回転方向と軸方向の
位置決めを行うようにしてあるので、回転モータとリニ
アモータの両方を串刺しにした長さを軸方向に取る必要
がなく、軸方向長さが短くなるので、リニアモータの長
さとほぼ同じ長さの２自由度のアクチュエータを構成す
ることができ、半導体製造設備等の小形化に寄与する小
形のアクチュエータを提供するができる効果がある。
【図１】本発明の実施例を示す側断面図である。
【図２】従来例を示す側断面図である。
１ フレーム ２ 回転用モー
タ ２１ 固定子 ２２ 回転子 ３ リニアモータ ３１ 固定子 ３２ 移動子 ４ 回転移動軸 ４２ 取付け部 ４３ ティース
体 ４４ 回転位置センサ ５ 案内用電磁
石 ５１ ギャップセンサ ７ ブラケット ８ 固定軸 ８１ 補助軸受
タ ２１ 固定子 ２２ 回転子 ３ リニアモータ ３１ 固定子 ３２ 移動子 ４ 回転移動軸 ４２ 取付け部 ４３ ティース
体 ４４ 回転位置センサ ５ 案内用電磁
石 ５１ ギャップセンサ ７ ブラケット ８ 固定軸 ８１ 補助軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 川端 修 (56)参考文献 特開 平３−6711（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−61834（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240267（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−318（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 16/04
Claims (3)
- 【請求項１】垂直の回転移動軸の回転動作と軸方向移動
動作を同時に行うことができる２自由度アクチュエータ
において、 中央に設けられた垂直の固定軸と、 その固定軸と同軸でその固定軸を内包するように設けら
れた強磁性体でなる円筒状の回転移動軸と、 前記固定軸と同軸で前記回転移動軸を内包するように固
定側に設けられた円筒状のフレームと、前記回転移動軸の内周の軸方向中央部に移動ストローク
分の距離だけ離して固定され互いに異極に着磁された二
つの永久磁石よりなる移動子と、前記固定軸の外周の軸
方向中央部に前記移動子と空隙を介して対向するように
設けられた固定子とからなり、その固定子を励磁すると
前記移動子と作用して 前記回転移動軸を軸方向に移動さ
せることができる軸方向移動手段と、前記回転移動軸の外周の軸方向中央部に固定された永久
磁石よりなる回転子と、その回転子より軸方向長さが短
く、前記回転子と空隙を介して対向するよう前記フレー
ムの内周に固定されて電機子巻線が巻回された固定子と
からなり、前記電機子巻線を励磁すると前記固定子と前
記回転子の間に磁力が作用して 前記回転移動軸を回転さ
せることができる回転手段と、前記軸方向移動手段の固定子の上側と下側に設けられて
前記回転移動軸の内周と空隙を介して対向するように前
記固定軸に固定されたギャップセンサと、前記回転手段
の固定子の上側と下側に設けられて前記回転移動軸の外
周と空隙を介して対向するように前記フレームの内周に
固定された案内用電磁石とからなり、 前記回転移動軸を
非接触で支持することができる軸受手段と、 を備えたことを特徴とする２自由度アクチュエータ。 - 【請求項２】前記回転手段は、前記フレームの上方端付
近に設けられて少なくとも２組の磁気抵抗素子からなる
回転位置センサを備えていることを特徴とする請求項１
記載の２自由度アクチュエータ。 - 【請求項３】前記軸方向移動手段は、前記固定軸の上端
部内周に設けられて前記回転移動軸の軸方向位置を検出
する軸方向位置センサを備えていることを特徴とする請
求項１記載の２自由度アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18322991A JP3255236B2 (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | ２自由度アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18322991A JP3255236B2 (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | ２自由度アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053650A JPH053650A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3255236B2 true JP3255236B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=16132046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18322991A Expired - Fee Related JP3255236B2 (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | ２自由度アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255236B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5158534B2 (ja) * | 2006-02-03 | 2013-03-06 | 日本パルスモーター株式会社 | 複合駆動モータ |
| SE529714C2 (sv) * | 2006-03-03 | 2007-11-06 | Scania Cv Ab | Anordning för manövrering av växellåda |
| CN101879721B (zh) * | 2010-06-30 | 2011-10-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种四自由度一体化机器人关节机构 |
| JP5531920B2 (ja) * | 2010-11-10 | 2014-06-25 | 株式会社安川電機 | モータ |
| JP6537930B2 (ja) * | 2015-08-21 | 2019-07-03 | 国立大学法人横浜国立大学 | 電気機械エネルギー変換装置 |
| GB201520343D0 (en) * | 2015-11-18 | 2015-12-30 | Trw Ltd | A position sensor assembly |
-
1991
- 1991-06-26 JP JP18322991A patent/JP3255236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053650A (ja) | 1993-01-08 |
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