JP4196433B2

JP4196433B2 - 密閉型アクチュエータ

Info

Publication number: JP4196433B2
Application number: JP19398198A
Authority: JP
Inventors: 広栄齋喜; 逸男渡辺
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: JP2000032701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型アクチュエータに係り、特に、微量の汚染物質や不純物ガスも許容されない超高真空雰囲気中、或いは腐食性ガス雰囲気のようにモータの磁極やコイルが腐食されてしまうような環境中で用いるのに好適な密閉型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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被加工物の位置決め装置や搬送装置には、位置決めや搬送を行う出力軸を回転駆動させるためのアクチュエータが必要である。従来のこの種のアクチュエータとして、例えば本出願人が先に提案した、超高真空の雰囲気中で不純物ガスを放出することなく、高精度の位置決めを可能とした密閉型アクチュエータ（特開平３−１５００４１号及び特開平３−１５００４２号）がある。このものは、回転駆動用コイルによって励磁される回転駆動用磁極が形成されたモータステータと、そのモータステータの磁極面に対して僅かのすきまを隔てて面対向に配設されると共に転がり軸受を介して回転自在に支承されたモータロータと、そのモータロータの変位を測定する変位検出手段であるレゾルバを備えている。そして、モータステータとモータロータとの間のすきまに非磁性金属隔壁を配してモータステータの配設された内部空間を気密に囲うことにより、モータロータ側空間と隔絶している。真空チャンバの外部におかれたこのアクチュエータで、真空チャンバ内に突出した出力軸に回転力が付与される構造である。
【０００３】
このように、モータステータとモータロータとを非磁性金属隔壁で隔絶したことにより、半導体製造装置の高真空雰囲気内や反応性ガス雰囲気中で使用しても、アクチュエータのコイルや有機絶縁材から不純ガスが放出されて雰囲気を汚染したり或いはコイルや有機絶縁材が侵食されることがなく、しかも、モータステータとモータロータ間で磁気回路の形成が妨げられることもなく、さらにはレゾルバにより高精度の位置決めも実現できるなど、実用上極めて有用である。
【０００４】
また、特表平８−５０６７７１号公報には、真空チャンバ内の搬送装置のための２軸同軸の回転駆動用アクチュエータが開示されている。このものは、図５に示すように、取付けフランジ２０１が真空チャンバの底壁２０２の開口部に取り付けられており、真空チャンバの外部に位置するハウジング２１６，２３６の内部に、外側駆動軸２０４と内側駆動軸２０５の２本の駆動軸が同軸に配置され、開口部を通過してハウジングの外に延びている。真空チャンバ内に位置する外側駆動軸２０４は内側駆動軸２０５の先端部の軸受２０６により支持されている。
【０００５】
外側駆動軸２０４の外表面にはモータロータ２０７が取り付けられており、これに対応するモータステータ２０８がモータロータ２０７の外側のハウジング２１６に支持されている。同様に、内側駆動軸２０５の外表面にはモータロータ２０９が取り付けられており、これに対応するモータステータ２１０がモータロータ２０９の外側のハウジング２３６に支持されている。
【０００６】
外側駆動軸２０４は軸受２１８，２１９によりハウジング２１６に支持され、内側駆動軸２０５は軸受２３８，２３９によりハウジング２３６に支持されている。モータロータ２０７とモータステータ２０８との間、及びモータロータ２０９とモータステータ２１０との間には、ハウジング２１６，ハウジング２３６から延長された薄肉の非金属性の隔壁２１６ａ，２３６ａが介挿され、モータロータ２０７，２０９を真空側、モータステータ２０８，２１０を大気側に仕切って、モータステータコイルから放出された不純ガスが真空チャンバ内を汚染するのを防いでいる。なお、モータロータ２０７（２０９）の変位を計測する変位計測手段として、例えばモータロータ２０７（２０９）に光学スリットを有する円板２１１（２３１）を設け、モータステータ側に発光素子２１３（２３３）と受光素子２１４（２３４）を配置してなる光学式検知機構を備えている。
【０００７】
上記図５の構成から明らかなように、この２軸同軸の回転駆動用アクチュエータは、２つのアクチュエータを直列に連結したものであるが、特開平９−２３８４３８号公報には、本出願人の提案による図６に示す２軸同軸の回転駆動用アクチュエータが開示されている。こちらは、回転駆動用磁極３１５が形成されたモータステータ３１１と、そのモータステータ３１１の磁極面に対して僅かの隙間を隔てて面対向に配設され転がり軸受３１７，３１８を介して支承されたモータロータ３１２と、モータロータ３１２の変位を測定する可変リラクタンス形デゾルバ３２６を備え、モータステータ３１１とモータロータ３１２との間の隙間に非磁性金属の封止隔壁３３３を配してモータステータ３１１の配設された内部空間を気密に覆い、且つ軸受３１７，３１８は封止隔壁３３３の軸方向両側に配置して軸受に作用する負荷をハウジングで直接受けるように構成した密閉型アクチュエータを単位アクチュエータとしている。そして２台の単位アクチュエータを直列に連結して、同軸に２つの出力軸Ａ，Ｂを有する２軸同軸のアクチュエータユニットを構成したものである。このように、複数台の単位アクチュエータを同軸に連結してなる複合型アクチュエータの必要性と効果については、特開平９−２３８４３８号公報の項目［００６７］〜［００７０］にわたって詳細に説明されており、重複した説明は省くが、要するに出力軸を同軸に複合することで、真空チャンバにおける取り付け開口部を必要最小限にし、且つ真空チャンバ内の表面積を極力小さくするのに極めて有効であるといえる。一方、アクチュエータ自体にとっても、多くの部品を共通化することができて、部品製作コストの低減やメンテナンスの容易性を図ることができるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の複合型アクチュエータにあっては、単位アクチュエータを軸方向に直列に配置しているため、アクチュエータの全長が長くなるという問題点がある。近年はより大きな対象物を駆動する必要性が増す傾向にあり、これに対応するべくトルクを大きくすると、アクチュエータの外径及び全長がますます大きくならざるを得ない。
【０００９】
そこで、本発明は、このような従来の複合型アクチュエータの問題点に着目してなされたものであり、長さを抑えて装置全体の省スペース化を可能とする複合型の密閉型アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる発明は、チャンバ内でそれぞれ独立に回転駆動される複数の出力軸を同軸に備えた密閉型アクチュエータであって、ロータ磁極を有して前記複数の出力軸のそれぞれに連結したモータロータと、そのモータロータの磁極面に対して間隔を隔てて面対向にそれぞれ配置され回転駆動用コイルにより励磁されるステータ磁極を備えたモータステータと、そのモータステータを前記チャンバとは気密に隔絶して取り付けたハウジングと、そのハウジングに前記モータロータの回転軸を回転自在に支承する軸受と、相対するモータロータとモータステータとの間に配設された非磁性金属材料からなる封止隔壁と、前記モータロータの変位を計測する変位計測手段とから構成されている密閉型アクチュエータを単位の密閉型アクチュエータとし、前記単位の密閉型アクチュエータを２単位備え、該２単位の密閉型アクチュエータをそれぞれ互いに半径方向に異なる位置に且つ同心に並列して配設するとともに、前記半径方向の外側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの内側にモータロータを配置したインナロータタイプで構成し、前記半径方向の内側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの外側にモータロータを配置したアウタロータタイプで構成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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に示す密閉型アクチュエータ１０は、大径小径の２つの円筒体１１Ａ，１１Ｂを底板１１Ｃで気密に連結するとともに上部を開放した二重円筒状のハウジング１１内に、それぞれ独立に回転駆動される２台の出力軸、すなわち第１出力軸Ａ及び第２出力軸Ｂの二軸を同軸に配置した構成になっている。換言すれば、第１出力軸Ａを有する単位の密閉型アクチュエータ１０Ａ及び第２出力軸Ｂを有する密閉型アクチュエータ１０Ｂを、２軸同軸に且つ半径方向に異なる位置に並列して連結したもので、一方の単位の密閉型アクチュエータ１０Ａを外側に配設し、その内側に他方の単位の密閉型アクチュエータ１０Ｂを同心に配設している。
【００１２】
先ず、外側に配した単位の密閉型アクチュエータ１０Ａの構成について説明する。このアクチュエータ１０Ａは、いわゆるインナロータタイプの可変リラクタンス型ステップモータである。すなわち、前記二重円筒状ハウジング１１の外郭壁１１Ａの内周面に、回転駆動用コイル１２Ａによって励磁される回転駆動用磁極としてのモータステータ磁極１３Ａが複数、円周等分に配設固着されている。各モータステータ磁極１３Ａの内周には、第１出力軸Ａの回転軸と平行で一定のピッチを有する複数の歯が設けられている。この歯は、ステップモータにおいて突極歯と呼ばれる公知の構成のものであり、以下の説明でも突極歯と呼ぶ。その各モータステータ磁極１３Ａに、回転駆動用コイル１２Ａを絶縁材を介して巻回することにより、単位の密閉型アクチュエータ１０Ａのモータステータ１４Ａを構成している。
【００１３】
一方、このモータステータ１４Ａの内周面に対して僅かのエアギャップをおいて面対向に磁性体金属からなるモータロータ磁極１５Ａを配設し、これを前記第１出力軸Ａの外周面に一体的に固着して、単位の密閉型アクチュエータ１０Ａのモータロータ１６Ａを構成している。
【００１４】
モータロータ磁極１５Ａの外周面には、前記モータステータ磁極１３Ａの内周面の突極歯と平行に歯列が設けられている。その歯列のピッチはモータステータ磁極１３Ａの歯のピッチと同一であるが、モータステータ磁極１３Ａの突極歯とモータロータ磁極１５Ａの磁極の歯列の位相は相対的にずらすように配設されている。かくして、回転駆動用コイル１２Ａへの電流の供給を制御しつつモータステータ磁極１３Ａの歯を周方向に順次励磁することにより、モータロータ磁極１５Ａの歯列を順次吸引して、モータロータ１６Ａを構成する第１出力軸Ａをモータステータ１４Ａの内側で回転させるようになっている。
【００１５】
当該モータロータ１６Ａを構成する第１出力軸Ａは、軸方向に間隔をおいてモータステータ１４Ａと同軸に配した真空用転がり軸受１７Ａ，１８Ａを介して、ハウジング外郭壁１１Ａに回転自在に支承されている。上記真空用転がり軸受１７Ａ，１８Ａは、いずれも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、ガス放出のない金属潤滑としたものを用いている。なお、第１出力軸Ａの上端は、ハウジング１１の外郭壁１１Ａの開口の外部へ突出させてあり、その端面に被回転駆動体を固定するためのボルト穴１９Ａを設けている。２０Ａは、下方の真空用転がり軸受１８Ａに予圧を付与する予圧設定ばねである。
【００１６】
そして、モータステータ磁極１３Ａの上端側に位置する空間に、モータを高精度に位置決めするべくモータステータ１４Ａとモータロータ１６Ａ間の相対変位を検出する変位検出手段として、高分解能の回転検出器である可変リラクタンス形レゾルバ２１Ａが内臓されている。レゾルバコイル２２Ａを有するレゾルバステータ２３Ａは、ハウジング外郭壁１１Ａの内周面に固着されている。これに対してレゾルバロータ２４Ａは、前記レゾルバステータ２３Ａに対向させて第１の出力軸Ａの段部２５Ａに固定されている。この可変リアクタンス形レゾルバ２１Ａのレゾルバステータ２３Ａの磁極の内周面には、モータステータ磁極１３Ａと同じく、一定のピッチを有する複数の突極歯が設けられており、レゾルバコイル２２Ａはレゾルバステータ２３Ａの各磁極に巻回されている。一方、レゾルバロータ２４Ａは、モータロータ磁極１５Ａと同様に、位相をずらした同一ピッチの歯列を有している。そして、モータロータ１６Ａの回転に伴い、レゾルバロータ２４Ａが回転してレゾルバステータ２３Ａの磁極との間のリラクタンスが変化し、レゾルバロータ２４Ａ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モータロータ１６Ａを構成する第１の出力軸Ａの回転角度位置（又は回転速度）を検出するようになっている。２６Ａはモータステータ磁極１３Ａとレゾルバ２１Ａとの間に介装してモータステータ１４Ａに固定された磁気シールド板である。
【００１７】
モータステータ磁極１３Ａとモータロータ磁極１５Ａとの対向面間のすき間（エアギャップ）、及びレゾルバステータ２３Ａとレゾルバロータ２４Ａとの対向面間のすき間（エアギャップ）には、例えば非磁性ステンレスＳＵＳ３０４などの非磁性金属からなる円筒状の隔壁２８Ａが配設されている。この隔壁２８Ａの上下両端部はそれぞれ、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接により、上下の前記真空用転がり軸受１７Ａ，１８Ａの近傍においてハウジング外郭壁１１Ａの内周面に気密に溶接している。これにより、モータステータ１４Ａの磁極１３Ａ，その回転駆動用コイル１２Ａ及びレゾルバステータ２３Ａ，レゾルバコイル２２Ａ等が収納されたスペースを、ハウジング外郭壁１１Ａ内に密閉し、モータロータ１６Ａ及びレゾルバロータ２４Ａ側のスペース（後述するように真空状態になる）から完全に気密に隔絶している。
【００１８】
なお、上記隔壁２８Ａで仕切ったモータステータ１４Ａ，その回転駆動用コイル１２Ａ，レゾルバステータ２３Ａ，レゾルバコイル２２Ａ等が収納されたスペース内に例えばモールド剤をすき間なく注入するなどの方法で、隔壁２８Ａの補強をすることもできる。ハウジング１１の外郭壁１１Ａの上端側には、真空用フランジ部１１Ｆを取り付けており、真空装置への密閉型アクチュエータ１０の取付け部を構成している。
【００１９】
ここで、上記可変リラクタンス形レゾルバ２１Ａについて説明する。このレゾルバとして、具体的には、例えば本出願人が先に特開平５−１２２Ａ９１６号，特表平８−５０６７７１号公報に開示したものが好適に利用できる。このレゾルバは、レゾルバステータ２３Ａに、図２に示すように３相１８極の第１の磁極Ａ₁₁〜Ａ₁₆，Ｂ₁₁〜Ｂ₁₆，Ｃ₁₁〜Ｃ₁₆が所定間隔で形成され、その第１の磁極の中間位置に３相１８極の第２の磁極Ａ₂₁〜Ａ₂₆，Ｂ₂₁〜Ｂ₂₆，Ｃ₂₁〜Ｃ₂₆が所定間隔で形成され、各磁極がＡ₁₁─Ｃ₂₁─Ｂ₁₁─Ａ₂₁─Ｃ₁₁─Ｂ₂₁─Ａ₁₂─Ｃ₂₂─……の順序で配列されている。各磁極Ａ₁₁〜Ｃ₂₆には、内周面側の端面に３つの歯Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｔ_S3が形成されると共に中央部に１つの励磁巻線Ｌ_A11〜Ｌ_C26が巻装されている。このため、１８０°の位置の磁極は互いに同相となる。また、レゾルバロータ２４は、レゾルバステータ２３Ａの歯Ｔ_S1〜Ｔ_S3と位相をずらして同一ピッチの歯列Ｔ_Rを有している。
【００２０】
図３はレゾルバ制御回路の構成を示すもので、前記励磁巻線Ｌ_A11〜Ｌ_C26の一端を単相交流電源３０に接続すると共に、他端を抵抗Ｒ_A1〜Ｒ_C2を介して接地することにより、励磁巻線及び抵抗間から導出した出力端子Ｔ_A1〜Ｔ_C2からレゾルバロータ２４の歯列Ｔ_Rとの間でのリラクタンス変化に応じた電流変化に基づくｉ相出力信号ｆ_a1（θ）〜ｆ_c1（θ）及びｆ_a2（θ）〜ｆ_c2（θ）が端子Ｔ_A1〜Ｔ_C1及びＴ_A2〜Ｔ_C2に出力され、差動増幅器３１Ａ〜３１Ｃに入力される。差動増幅器３１Ａ〜３１Ｃでは差値を演算し、その出力が相変換回路３２で２相信号に変換され、２相信号ｆ_c( θ) 、ｆ_s( θ) が信号処理回路３３に供給される。
【００２１】
信号処理回路３３は、乗算器と励磁用の交流電源から交流電圧が同期信号として入力される同期整流器などを備え、同期整流器の出力信号が速度信号として出力されると共に、回転速度を示すデジタル値が出力される。上記レゾルバ及びレゾルバ制御回路の詳細は、特開平５−１２２Ａ９１６号公報を参照するとよい。
【００２２】
続いて、内側に配した単位の密閉型アクチュエータ１０Ｂの構成について説明する。このアクチュエータ１０Ｂは、いわゆるアウタロータタイプの可変リラクタンス型ステップモータである。回転駆動用コイル１２Ｂによって励磁されるモータステータ磁極１３Ｂは、二重円筒状ハウジング１１の内郭壁１１Ｂの外周面に配設固着されている。その各モータステータ磁極１３Ｂの外周に、第２出力軸Ｂの回転軸と平行で一定のピッチを有する複数の突極歯が設けられている。その各モータステータ磁極１３Ｂに、回転駆動用コイル１２Ｂを絶縁材を介して巻回することにより、単位の密閉型アクチュエータ１０Ｂのモータステータ１４Ｂを構成している。
【００２３】
一方、このモータステータ１４Ｂの外周面に対して僅かのエアギャップをおいて面対向に、磁性体金属からなるモータロータ磁極１５Ｂを配設し、これを前記第２出力軸Ｂの内周面に一体的に固着して、単位の密閉型アクチュエータ１０Ｂのモータロータ１６Ｂを構成している。モータロータ磁極１５Ｂの内周面には、前記モータステータ磁極１３Ｂの外周面の突極歯と平行に歯列が設けられている。その歯列のピッチはモータステータ磁極１３Ｂの歯のピッチと同一であるが、モータステータ磁極１３Ｂの突極歯とモータロータ磁極１５Ｂの歯列の位相は相対的にずらすように配設されている。かくして、回転駆動用コイル１２Ｂへの電流の供給を制御しつつモータステータ磁極１３Ｂの歯を周方向に順次励磁することにより、モータロータ磁極１５Ｂの歯列を順次吸引して、モータロータ１６Ｂとしての第２出力軸Ｂをモータステータ１４Ｂの外側で回転させるようにしている。
【００２４】
当該モータロータ１６Ｂを構成する第２出力軸Ｂは、軸方向に間隔をおいてモータステータ１４Ｂと同軸に配した真空用転がり軸受１７Ｂ，１８Ｂを介して、ハウジング外郭壁１１Ｂに回転自在に支承されている。第２出力軸Ｂの上端は、第１出力軸Ａの中空孔を貫通して、ハウジング１１の外郭壁１１Ａの開口の外部へ突出させてあり、その端面に被回転駆動体を固定するためのボルト穴１９Ｂを設けている。２０Ｂは、下方の真空用転がり軸受１８Ｂに予圧を付与する予圧設定ばねである。
【００２５】
前記モータステータ磁極１３Ｂの上端側に位置する空間には、モータステータ１４Ｂとモータロータ１６Ｂ間の相対変位を検出する変位検出手段として、高分解能の回転検出器である可変リラクタンス形レゾルバ２１Ｂが内臓されている。レゾルバコイル２２Ｂを有するレゾルバステータ２３Ｂは、ハウジング内郭壁１１Ｂの外周面に固着されている。これに対してレゾルバロータ２４Ｂは、前記レゾルバステータ２３Ｂに対向させて第２の出力軸Ｂの段部２５Ｂに固定されている。この可変リアクタンス形レゾルバ２１Ｂのレゾルバステータ２３Ｂの磁極の外周面にはモータステータ磁極１３Ｂと同じく、一定のピッチを有する複数の突極歯が設けられており、レゾルバコイル２２Ｂはレゾルバステータ２３Ｂの磁極に巻回されている。一方、レゾルバロータ２４Ｂは、モータロータ磁極１５Ｂと同様に、位相をずらした同一ピッチの歯列を有している。そして、モータステータ磁極１３Ｂとその上方に位置するレゾルバ２１Ｂとの間には、磁気シールド板２６Ｂが介装してある。
【００２６】
モータステータ磁極１３Ｂとモータロータ磁極１５Ｂとの対向面間のすき間（エアギャップ）、及びレゾルバステータ２３Ｂとレゾルバロータ２４Ｂとの対向面間のすき間（エアギャップ）には、例えば非磁性ステンレスＳＵＳ３０４などの非磁性金属からなる円筒状の隔壁２８Ｂが配設されている。この隔壁２８Ｂの上下両端部はそれぞれ、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接により、上下の前記真空用転がり軸受１７Ｂ，１８Ｂの近傍においてハウジング内郭壁１１Ｂの外周面に気密に溶接している。これにより、モータステータ１４Ｂの磁極１３Ｂ，その回転駆動用コイル１２Ｂ及びレゾルバステータ２３Ｂ，レゾルバコイル２２Ｂ等が収納されたスペースを密閉し、モータロータ１６Ｂ及びレゾルバロータ２４Ｂ側のスペース（後述するように真空状態になる）から完全に気密に隔絶している。
【００２７】
なお、上記隔壁２８Ｂで仕切ったモータステータ１４Ｂ，その回転駆動用コイル１２Ｂ，レゾルバステータ２３Ｂ，レゾルバコイル２２Ｂ等が収納されたスペース内に例えばモールド剤をすき間なく注入するなどの方法で、隔壁２８Ｂの補強をすることもできる。ハウジング１１Ｂの円筒状の内郭壁１１Ｂの上端側は閉じられており、下端側のみ開口している。
【００２８】
次に、上記密閉型アクチュエータ１０の動作を説明する。
この複合密閉型アクチュエータ１０を、例えば真空チャンバのアクチュエータ取り付け用開口部に取り付ける。この場合、第１の出力軸Ａ及び第２の出力軸Ｂの先端は真空チャンバ内部に差し入れられる。それら二つの軸を駆動する単位のアクチュエータ１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ互いに半径方向に異なる位置に同心に並列して組み込んであるから、両アクチュエータを直列に連結したものに比べてアクチュエータ１０の全長を略半分に短く抑えることができ、装置全体の省スペース化を実現できる。
【００２９】
この複合タイプの密閉型アクチュエータ１０にあっては、外側のアクチュエータ１０Ａ及び内側のアクチュエータ１０Ｂのそれぞれに、可変リラクタンス型ステップモータを採用したため、モータロータ１６Ａ，１６Ｂには誘導型モータのように過電流による発熱はなく、且つモータロータ１６Ａ，１６Ｂは多孔性でガスを吸蔵しやすい永久磁石を使用せずに突極歯を有する磁性体としたから真空到達時間も短くて済む。
【００３０】
また、この複合タイプの密閉型アクチュエータ１０にあっては、外側のアクチュエータ１０Ａのモータステータ１４Ａ及びレゾルバステータ２３Ａを、隔壁２８Ａにより真空チャンバ内部と隔絶し、また内側のアクチュエータ１０Ｂのモータステータ１４Ｂ及びレゾルバステータ２３Ｂを、隔壁２８Ｂにより真空チャンバ内部と隔絶しているから、モータステータの回転駆動用コイル１２Ａ，１２Ｂやレゾルバコイル２２Ａ，２２Ｂの絶縁材等に吸蔵されているガスや水分が真空槽内部に拡散して真空雰囲気を汚染するおそれもない。したがって、真空槽内部の排気も容易であり、ベークアウト時も短時間で所定の超高真空に到達でき、生産効率が高い。また、コイル絶縁材にわざわざ高価な無機材料を使用する必要もない。
【００３１】
更には、半導体製造の場合、真空排気後に真空槽内部Ｖに導入されるエッチング用の反応性ガスに対しても、ステンレス材からなる隔壁２８Ａ，２８Ｂで保護されるから、上記コイルや絶縁材等がエッチングされてしまうおそれはない。なお、回転駆動用コイル１２Ａ，１２Ｂが大気側にあることから、必要に応じてモータステータ１４Ａ，１４Ｂの内部に空気や水を通して強制冷却することも容易である。
【００３２】
また、モータロータ１６Ａ，１６Ｂの回転の位置決め精度についても、フィードバック制御により極めて高精度が保証される。いま、各モータステータ１４Ａ，１４Ｂの回転駆動用コイル１２Ａ，１２Ｂに通電すると起磁力を生じ、モータステータ磁極１３Ａ，１３Ｂの突極歯が励磁される。この場合、非磁性金属からなる隔壁２８Ａ，２８Ｂの厚みは十分に薄いから、その磁束はそれぞれの隔壁２８Ａ，２８Ｂを通してモータロータ１６Ａ，１６Ｂに到達する。こうして通電したモータステータ磁極１３Ａ，１３Ｂと、これにそれぞれ対向したモータロータ磁極１５Ａ，１５Ｂとの間に磁気回路が形成されて、該両磁極の対向する歯同士が強く吸引し合う。
【００３３】
すなわち、円周方向に沿い順に配列されている複数の回転駆動用コイル１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれに、図外のドライブユニットを介して制御されたモータ電流を、配列に従い順次通電する。モータステータ磁極１３Ａ，１３Ｂの各歯の励磁は、通電の順序に従い順次移動され、それぞれのモータロータ１６Ａ，１６Ｂが回転する。これに伴い各レゾルバ２１Ａ，２１Ｂのレゾルバロータ２４Ａ，２４Ｂも回転する。これにより生じた各レゾルバステータ２３Ａ，２３Ｂとの歯間のリラクタンス変化を、図示しないドライブユニットの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、単位のアクチュエータ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれのモータロータ１６Ａ，１６Ｂの回転角度の精密なフィードバック制御がなされ、高精度の位置決めができる。
【００３４】
なお、この実施の形態では、モータロータ１６Ａ，１６Ｂの変位計測手段として、可変リラクタンス形レゾルバ２１Ａ，２１Ｂを用いたが、これに限らず、高精度位置決めに使用するサーボモータにおいて一般的に用いられる光学式エンコーダや磁気式エンコーダ等を使用することもできる。ただし、本実施の形態の如く超高真空中で使用することを条件にした場合には、光学式エンコーダや磁気式エンコーダは好ましくない。その理由は、それらに用いられている発光素子，受光素子や磁気抵抗素子等が半導体のため、真空チャンバ内の前処理として一般に行われる１００℃以上での高温ベークアウトが困難であり、且つ電気回路を真空中で使用する際の短絡防止に必要とされる絶縁樹脂やプリント基板等に含まれる不純物が真空環境を汚染するおそれがあるためである。
【００３５】
また、この実施の形態では、可変リラクタンス形レゾルバ２１Ａ，２１Ｂとモータアクチュエータ１０Ａ，１０Ｂとの間に磁気シールド板２６Ａ，２６Ｂをそれぞれ介装しているが、さらに各アクチュエータ１０Ａ，１０Ｂのモータロータ磁極１５Ａ，１５Ｂ及びレゾルバロータ２４Ａ，２４Ｂを取り付ける第１出力軸Ａ及び第２出力軸Ｂの材質を非磁性体としてもよい。これにより、通常のレゾルバであればモータスタックより発生する磁気がレゾルバに回り制御が非常に困難であるのに対して、モータスタックより回りこむ磁気を打ち消すことができて一層安定した制御が可能になる。すなわち、レゾルバステータ２３Ａ，２３Ｂとレゾルバロータ２４Ａ，２４Ｂとの間を遮断する非磁性金属製の隔壁２８Ａ，２８Ｂを設けたため、アクチュエータのモータ駆動電源から供給されるモータ電流のスイッチング周波数の高周波磁束や、モータステータから発生する回転磁界からの漏洩磁束がレゾルバに混入してＳ／Ｎ比を低下させ、ひいては高精度の位置検出に悪影響を与えるおそれがある場合は、レゾルバロータ２４Ａ，２４Ｂの取り付け部材である第１出力軸Ａ及び第２出力軸Ｂを非磁性体とすれば、漏洩磁束が当該出力軸を経てレゾルバロータ２４Ａ，２４Ｂに混入することを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させて高精度の位置検出が可能になる。
【００３６】
一般的に可変リラクタンス形レゾルバは、検出用のレゾルバコイルに交流電圧を印加して励磁し、対向するレゾルバロータのスロット歯の回転位置θに応じたリラクタンス変化をインダクタンス変化として検出するものであって、同期整流器によって励磁電圧成分が除去された出力Ｖｓｉｎθを検出することができ、ロータの回転位置を検出することができる。しかし、本実施の形態のようにステータとロータとの間を遮断する非磁性金属製の隔壁２８Ａ，２８Ｂを設けた場合、検出コイルを励磁する交流電圧の周波数が高いと、当該封止用の隔壁２８Ａ，２８Ｂを磁束が貫通する際に発生する非磁性金属内の渦電流が増加し、ロータの回転位置の検出が困難となることがある。その場合は、１〜１０ＫＨｚ程度の交流を印加して励磁すれば、封止用の隔壁２８Ａ，２８Ｂ内での渦電流の発生を抑え、ロータの安定な駆動制御が可能になる。
【００３７】
また、Ｓ／Ｎ比を向上させるため、特開平９−２３８４３８号公報おいて本出願人が先に提案したように、可変リラクタンス型レゾルバを構成するレゾルバステータ２３Ａ，２３Ｂの巻線２２Ａ，２２Ｂを差動回路型としてノイズの低減をはかるようにしてもよい。
【００３８】
図４に本発明の他の実施の形態を示す。
なお、上記第１の実施の形態と同一又は相当部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。このものは、上記第１の実施の形態の密閉型アクチュエータ１０における第１の出力軸Ａの駆動用モータを、インナーロータ型構造ではなく、アウタロータ型の構造とした点が異なっている。すなわち、図４に示すように、第１出力軸Ａを有する単位の密閉型アクチュエータ１０Ａ及び第２出力軸Ｂを有する密閉型アクチュエータ１０Ｂを、２軸同軸に且つ半径方向に異なる位置に並列して連結した構成は上記第１の実施の形態のものと同じであるが、そのうち外側に配した単位の密閉型アクチュエータ１０Ａの方を、インナロータタイプの可変リラクタンス型ステップモータに代えて、アウタロータタイプの可変リラクタンス型ステップモータで構成している。
【００３９】
ハウジング１１は、大径の円筒体である外郭壁１１Ａ及び小径の円筒体である内郭壁１１Ｂの中間位置に、更に円筒状の中間隔壁１１Ｄを備えている。そして、この中間隔壁１１Ｄの外周面に、外側の単位の密閉型アクチュエータ１０Ａの回転駆動用磁極としてのモータステータ磁極１３Ａが複数、円周等分に配設固着されている。それらの各モータステータ磁極１３Ａの突極歯は円筒状の外周面に設けてある。その各モータステータ磁極１３Ａに、回転駆動用コイル１２Ａを絶縁材を介して巻回し、単位の密閉型アクチュエータ１０Ａのモータステータ１４Ａを構成している。一方、このモータステータ１４Ａの外周面に対して僅かのエアギャップをおいて面対向に配設した磁性体金属からなるモータロータ磁極１５Ａは、第１出力軸Ａの内周面に一体的に固着して、単位の密閉型アクチュエータ１０Ａのモータロータ１６Ａを構成している。
【００４０】
モータロータ磁極１５Ａの内周面には、前記モータステータ磁極１３Ａの外周面の突極歯と平行に歯列が設けられている。その歯列のピッチはモータステータ磁極１３Ａの歯のピッチと同一であるが、モータステータ磁極１３Ａの突極歯とモータロータ磁極１５Ａの歯列の位相は相対的にずらすように配設されている。かくして、回転駆動用コイル１２Ａへの電流の供給を制御しつつモータステータ磁極１３Ａの歯を周方向に順次励磁することにより、モータロータ磁極１５Ａの歯列を順次吸引して、モータロータ１６Ａとしての第１出力軸Ａをモータステータ１４Ａの外側で回転させるようになっている。
【００４１】
この第２の実施の形態は、第１の出力軸Ａの駆動用モータをインナーロータ型構造とした第１の実施の形態よりも加工が容易になる利点がある。その他の構成及び作用・効果は第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００４２】
なお、上記の各実施の形態では、本発明の密閉型アクチュエータを真空チャンバに取り付けて使用する場合を述べたが、これに限らず、腐食性ガス雰囲気としたチャンバに取り付けて好適に使用することも可能である。
【００４３】
また、複合する単位のアクチュエータを２軸互いに半径方向に異なる位置に同軸に配した場合を示したが、単位のアクチュエータを２軸以上半径方向に異なる位置に同軸に配してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る複合タイプの密閉型アクチュエータによれば、単位の密閉型アクチュエータを２単位備え、該２単位の密閉型アクチュエータをそれぞれ互いに半径方向に異なる位置に且つ同心に並列して配設するとともに、前記半径方向の外側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの内側にモータロータを配置したインナロータタイプで構成し、前記半径方向の内側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの外側にモータロータを配置したアウタロータタイプで構成したため、軸方向に直列に連結した同一トルクを有する複合タイプの密閉型アクチュエータに比べて、アクチュエータの全長を略半分に短くすることができて、装置全体のスペースを効率よく利用できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】図１に示す可変リラクタンス形レゾルバの概略断面図である。
【図３】上記レゾルバの回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の断面図である。
【図５】従来の複合タイプの密閉型アクチュエータの一例を示す断面図である。
【図６】従来の複合タイプの密閉型アクチュエータの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０密閉型アクチュエータ
１０Ａ単位の密閉型アクチュエータ
１０Ｂ単位の密閉型アクチュエータ
１１ハウジング
１２Ａ回転駆動用コイル
１２Ｂ回転駆動用コイル
１３Ａモータステータ磁極
１３Ｂモータステータ磁極
１４Ａモータステータ
１４Ｂモータステータ
１５Ａモータロータ磁極
１５Ｂモータロータ磁極
１６Ａモータロータ
１６Ｂモータロータ
１７Ａ軸受
１７Ｂ軸受
１８Ａ軸受
１８Ｂ軸受
２１Ａ変位計測手段
２１Ｂ変位計測手段
２８Ａ封止隔壁
２８Ｂ封止隔壁

Claims

チャンバ内でそれぞれ独立に回転駆動される複数の出力軸を同軸に備えた密閉型アクチュエータであって、
ロータ磁極を有して前記複数の出力軸のそれぞれに連結したモータロータと、そのモータロータの磁極面に対して間隔を隔てて面対向にそれぞれ配置され回転駆動用コイルにより励磁されるステータ磁極を備えたモータステータと、そのモータステータを前記チャンバとは気密に隔絶して取り付けたハウジングと、そのハウジングに前記モータロータの回転軸を回転自在に支承する軸受と、相対するモータロータとモータステータとの間に配設された非磁性金属材料からなる封止隔壁と、前記モータロータの変位を計測する変位計測手段とから構成されている密閉型アクチュエータを単位の密閉型アクチュエータとし、
前記単位の密閉型アクチュエータを２単位備え、該２単位の密閉型アクチュエータをそれぞれ互いに半径方向に異なる位置に且つ同心に並列して配設するとともに、前記半径方向の外側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの内側にモータロータを配置したインナロータタイプで構成し、前記半径方向の内側に配した単位の密閉型アクチュエータを、モータステータの外側にモータロータを配置したアウタロータタイプで構成したことを特徴とする密閉型アクチュエータ。