JP3812807B2 - 真空モータにおける真空位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等の真空内で使用するサーボモータの位置および速度を検出する真空モータにおける真空位置検出方法および真空位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
真空モータが特開平11−356025号公報に開示されている。図11は従来例の構成を示す真空位置検出器の横断面図である。図11において、モータステータ112を有するモータケース1120の一部に形成された取り付け孔1120aにはOリング118を介して磁気センサ体1111が密合して固定されている。前記モータの可動部であるロータ111の端部111aの外周には磁性材料より検出器ロータとなる磁性歯車1112が設けられている。この磁性歯車1112の歯車1112aに対向して前記磁気センサ体1111が位置している。
【0003】
前記磁気センサ体は図12で示されるように構成されており、この磁気センサ体1111のカップ型をなすと共に鍔部1111Aを有するカバ1111Bの内端1111Ba側の段部1111Bbには表側に周知の磁気センサ1111aを有するプリント基板1111bが設けられ、このプリント基板1111bの裏側にはバイアスマグネット1111cが設けられている。前記カバ1111Bの内側には樹脂充填材1111eが充填され、この樹脂充填材1111eによってプリント基板1111bが段部1111Bbに保持されている。従って、前記磁気センサ1111の内端1111Bbがモータケース1120の内側に位置し、モータケース1120の延長部である隔壁113によって磁気センサ外端1111Bbが大気側に位置している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来例では、
(1)磁気センサ外端を大気側に配置しなくてはならないため、モータ構造設計に自由度が少なくなるという問題点があった。
【0005】
(2)ロータの端部の外周に磁性歯車が設けられているので、ロータ1回転内の絶対角度を検出するためのバイナリーコード方式やバーニヤ方式等複数のスリットトラック列を形成すると外形が大きくなり、またロータイナーシャが大きくなるという問題があった。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解決するために、
磁気センサ、スリットディスクを真空内に配置することによって、信頼性を落とさずにモータ設計の自由度を増大させる真空モータにおける真空位置検出方法、及び平板状のスリットディスクを用いて複数のスリットトラックを平面上に容易に形成し、これらを使ってロータ1回転内の絶対角度を検出することによって、軽量で、薄型の絶対角度を検出できる真空モータにおける真空位置検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空モータにおける真空位置検出装置は、ステータに軸受を介して回転自在なロータを有し、前記ロータに検出器ロータを設け、前記検出器ロータを真空側に配置して位置を検出する真空位置検出装置において、前記検出器ロータは、磁性鋼板にスリット穴による1回転あたりのスリット数が2 N 、2 N ±1(ただし、Nは自然数)であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成した平板状のスリットディスクとこれを固定するための非磁性金属で形成されたスリットディスクベースよりなり、前記ステータ側に、前記複数のスリットトラックに対応した複数のMR素子、前記MR素子にバイアス磁界を与える永久磁石、前記MR素子及び前記永久磁石を収納する発ガスの少ない材質で形成されたセンサケース、前記MR素子からの出力信号を引き出すMR素子出力線及び電源を供給するMR素子電源線を備えた磁気センサヘッドと、発ガスの低い被覆材が施され、ケーブル端が前記センサケース内に発ガスの低い樹脂で封入された前記MR素子出力線及びMR素子電源線に接続するセンサケーブルを備え、前記磁気センサヘッドを前記スリットディスクに対向して真空内に配置し、前記ロータの絶対位置を検出することを特徴とする。
【0008】
また、前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする。
【0009】
また、前記被覆材としてフッ素樹脂を用いたことを特徴とする。
【0010】
また、前記樹脂はエポキシ樹脂であること特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用い、前記磁気センサヘッドから出ている前記センサケーブルの被覆材質としてフッ素樹脂を用い、前記MR素子と前記永久磁石をエポキシ樹脂で前記センサケース内に封入すること、前記MR素子と前記永久磁石をアルミナ充填エポキシ樹脂で前記センサケース内に封入すること、前記磁気センサヘッドの外周に固定用つばを設けること、前記固定用つばにネジ止め用丸穴または長穴を開けること、前記スリットディスクの磁性材料としてケイ素鋼板を用いること、あるいは前記スリットディスクベースの材料として非磁性金属を用いることができる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【0013】
実施例1
図1は、本発明の第1の実施例を示す側断面図である。図1において、真空位置検出装置は、ステータ1に固定された磁気センサヘッド2とロータ3にネジ等で固定されたスリットディスクベース4に接着剤等で貼り付けられた平板状のスリットディスク5が真空中で対向するように配置されている。前記ロータ3は前記ステータ1と軸受け6を介して取り付けられているので、前記スリットディスク5は前記磁気センサヘッド2に対して前記ロータ3とともに回転できる機構となっている。
【0014】
前記スリットディスク5は、磁性鋼板をエッチング等で複数のスリット穴を平面上に形成することができるので、非常に薄くすることができ、また、スリット外形寸法を自由に設計できる。
【0015】
図2は、前記磁気センサヘッド2の構成を示す断面図である。非磁性のセンサケース2a内にMR素子2b、永久磁石2cを図2のように配置し、MR素子出力線2eおよびMR素子電源線2fは、永久磁石2cを避けて前記センサケーブル7にハンダ等で接続されている。
【0016】
前記センサケース2a内に前記MR素子2b、永久磁石2c、MR素子出力線、2e、MR素子電源線2f、センサケーブル7端を樹脂2dで封入することによって、真空内に配置できる。コネクタ8は、真空内に配置されている前記磁気センサヘッド2の出力信号を大気側に出力するためのコネクタであり、真空側で前記センサケーブル7と接続している。
【0017】
前記磁気センサヘッド2の出力信号を図4(a)に示す。スリット穴の有無によるリラクタンス変化によりスリットピッチに相当する周期の疑似正弦波A相と90゜位相の異なるB相信号が出力される。前記センサケーブル7と前記MR素子出力線2eおよび前記MR素子電源線2fは、図5に示すように接続されており、このA相、B相疑似正弦波信号を信号処理回路にてA/D変換および逓倍処理等を行い、図4(b)に示すa相、b相パルス信号を出力する。
【0018】
上記手段および構成により、磁気センサヘッドとスリットディスクおよびスリットディスクベースを真空中内に配置できるので、モータ設計の自由度を増大させることができる。
【0019】
実施例2
本実施例は、前記磁気センサヘッド2のセンサケース2aの材料として発ガスが少なく、磁性のないオーステナイト系ステンレス鋼を用いることである。オーステナイト系ステンレス鋼は、図6に示すような鋼種名がある。オーステナイト系ステンレス鋼は、磁性がなく、アルミ材等と比較して高強度であるので、磁気センサケースとして最適である。特に、SUS303を使用することによって、センサケース2aの形状を比較的自由に形成することができる。また、SUS304または、SUS316は発ガスが少ないためこれらを使用することにより発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。
【0020】
実施例3
本実施例は、図3に示すように前記センサケーブル7にフッ素樹脂被覆を施したセンサケーブル7aを前記MR素子出力線2eおよび前記MR素子電源線2fに接続し、樹脂2dで封入することによって、発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。
【0021】
実施例4
本実施例は、前記樹脂2dの材質としてエポキシ樹脂を用いることによって、発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。さらに、前記エポキシ樹脂をアルミナ充填エポキシ樹脂とすれば、樹脂にアルミナが含まれていることから、樹脂硬化の際、通常の樹脂よりも変形が小さいため、前記MR素子、永久磁石、MR素子出力線、MR素子電源線に加わる応力を緩和し、前記MR素子、永久磁石の位置ずれ、前記MR素子出力線、MR素子電源線の断線がなく、信頼性を向上させることができる。
【0022】
実施例5
本実施例は、図7(a)に示すように前記磁気センサヘッド2のセンサケース2aの外周に固定用つば2gを設けることである。この前記固定用つば2gを設けることによって、前記磁気センサヘッド2と前記スリットディスク5との間隔を一定に保つことができ、前記磁気センサヘッド2の位置決めを容易にすることができる。なお、この場合のセンサヘッド固定方法の一例として、センサケースに固定用スナップを設け、モータステータに固定する方法がある。
【0023】
さらに、図7(b)に示すようなネジ止め用丸穴のあいた固定用つば2hを設けることによって、前記磁気センサヘッド2の固定用つば2hにある丸穴にネジを通して前記ステータ1に容易にしっかりと固定することができ、振動等に強く信頼性を向上させることができる。
【0024】
また、図7(c)に示すように長穴のあいた固定用つば2jを設けることによって、前記磁気センサヘッド2の回転方向の取り付け角度を調整をすることができ、磁気センサヘッドの出力信号の振幅、位相を調節することができるので、前記磁気センサヘッド2の検出精度を向上させることができる。
【0025】
なお、前記固定用つば2g、丸穴のあいた固定用つば2h、長穴のあいた固定用つば2jの形状は円板状でなくてもよく、図7(d)に示すような形状でもよいことは明らかである。
【0026】
実施例6
本実施例は、前記スリットディスク5の材料としてケイ素鋼板を用いることである。前記スリットディスク5の材料として磁性鋼板を用いれば信号は得られるが、材質によっては、不安定な磁気的特性による検出精度低下、および出力信号振幅減少による耐ノイズ性低下等の問題が発生する。ケイ素鋼板を前記スリットディスク5の材料として用いることによって、不安定な磁気的特性による精度低下、および出力信号振幅減少による耐ノイズ性低下等の問題を回避することができ、検出精度および信頼性を向上させることができる。
【0027】
実施例7
本実施例は、前記スリットディスクベース5の材料として、非磁性金属を用いることである。非磁性金属を用いることによって、前記スリットディスク5のスリット有無によるリラクタンス変化に影響を与えることがないので、安定した出力信号を得ることができ信頼性を向上させることができる。
【0028】
実施例8
本実施例は、前記スリットディスク5に1回転あたりのスリット数が2N、2N±1であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成し、このスリットトラックよりモータの前記ロータ3の1回転あたりの絶対角度を真空中で検出するものである。
【0029】
具体的な構成例を図8に示す。図8において、前記スリットディスク5には、1回転中のパルス数のそれぞれ異なるAスリットトラック51、Bスリットトラック52の2つのスリットトラックがエッチング等の手法により形成され、磁気センサヘッド2には、Aスリットトラック用MR素子2b−1、Bスリットトラック用MR素子2b−2が配置されており、前記スリットディスク5と前記磁気センサヘッド2は、対向して配置されている。9は前記磁気センサヘッド2の疑似正弦波信号を取り入れて絶対角度信号を出力する信号処理回路である。スリットディスク5が回転するとスリット穴の有無によるリラクタンス変化により図4(a)に示すようなスリットピッチに相当する周期の疑似正弦波A相と90゜位相の異なるB相信号が出力される。さらにこのA相、B相信号を前記信号処理回路9によって、1回転中の絶対角度信号に変換する。
【0030】
1例としてAスリットトラックには1回転にN=7の2N=27=128のスリットが形成され、BスリットトラックにはAスリットトラックより1スリット少ない1回転に2N−1=27−1=127のスリットが形成されている場合についての絶対角度信号を検出する方法を図9の信号処理回路9のブロック図で説明する。
【0031】
図9において、Aスリットトラック用MR素子2b−1は、前記スリットディスク5の1回転に128周期の磁束の変化を受け、128周期の図4(a)に示すような90゜位相の異なるA相、B相の信号を出力する。同様に前記Bスリットトラック検出用MR素子2b−2は、前記スリットディスク5の1回転に127周期の磁束の変化を受け、127周期の90゜位相の異なるA相、B相の信号を出力する。これら出力信号は増幅器91で増幅され、それぞれ位相変調回路A92aおよび位相変調回路B92bに入力される。前記位相変調回路92aおよび92bでは、発信器97から出力されるクロック信号CKを入力して搬送波信号生成回路95で生成された一定周期の搬送波信号96をA相、B相信号で位相変調し、スリットディスク1回転に0゜〜360゜の位相変化を128回くり返すθ1’信号と、127回くり返されるθ2’に変換される。前記θ1’、θ2’信号は、2値化された信号で、立ち上がりエッジ時間が位相情報を持つ信号である。位相差検出回路94では、図10に示すようなθ1’信号とθ2’信号の位相差であるスリットディスク1回転に1回の0゜〜360゜の位相変化をもたらすθ1−θ2信号が出力される。前記θ1−θ2信号は、前記θ1’とθ2’信号の立ち上がりエッジ間を前記クロック信号CKでカウントし、デジタル化した位相差信号である。逓倍回路93では、前記搬送波信号96と前記θ1’信号の立ち上がりエッジ間をクロック信号CKでカウントする。これによって、前記搬送波信号96の周期をクロック信号CKの周期のI倍(Iは自然数)とすると、分割数Iのデジタル化した位相信号θ1を得ることができる。絶対値信号生成回路98により、θ1−θ2信号でθ1信号の繰り返し番数を特定することによって、1回転に128×分割数Iパルスの絶対角度信号99を得ることができる。
【0032】
本構成にすることによって、真空中で高分解能な絶対位置信号を得ることができる。また、本実施例のように2つのスリットトラックだけでなく複数のスリットトラックで補完することによって繰り返し番数の特定を容易にすることができ、信頼性を向上することができる。
【0033】
なお、前記実施例ではロータリエンコーダ、リニアエンコーダの両方に適用できることは明らかである。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
(1)磁気センサ、スリットディスクの発ガスを抑え、耐腐食性を持たせて真空内に配置することができるので、信頼性を落とさずにモータ設計の自由度を増大させることができる。
【0035】
(2)真空ロボット等に適用した場合、ロータ1回転内の絶対角度が検出できるため、電源投入時および何らかの原因で停止しても原点復帰等が必要なく、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の形態を示す側断面図である。
【図2】本発明の実施例1の磁気センサヘッド側断面図である。
【図3】本発明の実施例4の磁気センサヘッド側断面図である。
【図4】本発明の実施例の磁気センサヘッド出力信号波形を示す図である。
【図5】本発明の実施例の磁気センサヘッド構成部品であるMR素子の接続図である。
【図6】本発明で使用するオーステナイト系ステンレス鋼の種類を示す図である。
【図7】本発明の実施例5の形態を示す磁気センサヘッド図である。
【図8】本発明の実施例8の絶対角度を検出する構成を示した斜示図である。
【図9】信号処理回路9のブロック図である。
【図10】信号処理回路9での出力形態を説明するための図である。
【図11】従来例の側断面図である。
【図12】従来例の磁気センサ側断面図である。
【符号の説明】
1:ステータ 2:磁気センサヘッド 2a:センサケース 2b、2b−1、2b−2:MR素子 2c:永久磁石 2d:樹脂 2e:MR素子出力線 2f:MR素子電源線 2g,2h,2j:固定用つば 3:ロータ 4:スリットディスクベース 5:スリットディスク 51:Aスリットトラック 52:Bスリットトラック 6:軸受 7:センサケーブル 7a:フッ素樹脂被覆センサケーブル 8:コネクタ 9:信号処理回路
Claims (4)
- ステータに軸受を介して回転自在なロータを有し、前記ロータに検出器ロータを設け、前記検出器ロータを真空側に配置して位置を検出する真空位置検出装置において、
前記検出器ロータは、磁性鋼板にスリット穴による1回転あたりのスリット数が2N、2N±1(ただし、Nは自然数)であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成した平板状のスリットディスクとこれを固定するための非磁性金属で形成されたスリットディスクベースよりなり、
前記ステータ側に、前記複数のスリットトラックに対応した複数のMR素子、前記MR素子にバイアス磁界を与える永久磁石、前記MR素子及び前記永久磁石を収納する発ガスの少ない材質で形成されたセンサケース、前記MR素子からの出力信号を引き出すMR素子出力線及び電源を供給するMR素子電源線を備えた磁気センサヘッドと、
発ガスの低い被覆材が施され、ケーブル端が前記センサケース内に発ガスの低い樹脂で封入された前記MR素子出力線及びMR素子電源線に接続するセンサケーブルを備え、
前記磁気センサヘッドを前記スリットディスクに対向して真空内に配置し、前記ロータの絶対位置を検出することを特徴とする真空モータにおける真空位置検出装置。 - 前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする請求項1記載の真空モータにおける真空位置検出装置。
- 前記被覆材質としてフッ素樹脂を用いたことを特徴とする請求項1記載の真空位置検出装置。
- 前記樹脂はエポキシ樹脂であること特徴とする請求項1記載の真空モータにおける真空位置検出装置。
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