JP4692050B2 - Rotating support device - Google Patents

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本発明は、大気外の雰囲気例えば真空中で用いられるダイレクトドライブモータに用いられると好適な回転支持装置に関する。   The present invention relates to a rotation support device suitable for use in a direct drive motor used in an atmosphere outside the atmosphere, for example, in a vacuum.

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 特開平5−288570号公報
In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a direct drive motor in which a stator is arranged inside a vacuum sealing body, an output member is arranged outside thereof, and a frog leg arm is driven using an output member, that is, a rotor. Are listed. According to the direct drive motor of Patent Document 1, coil insulators and wiring coverings attached to the stator are arranged inside a vacuum seal body maintained at atmospheric pressure, and therefore when they are arranged in a vacuum chamber It is possible to avoid the problem of the storage of impure molecules and the problem of heat generation.
JP 2000-69741 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-288570

ところで、特許文献1における真空用アクチュエータは、アームに連結されて回転するリング状ボスを支持する転がり軸受を真空雰囲気中に備えている。ここで、アームから大きなモーメント力を受けながらもアームを精度良く位置決めするためには、転がり軸受のガタなどを予め排除する必要がある。かかる場合、深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受を二つ使用する方策や、4点接触玉軸受またはクロスローラ軸受を一つ使用する方策がある。しかるに、前者の方策では軸受を二つ使用することにより軸長が長くなるため、装置の小型化が難しいという問題点があり、後者の方策では温度変化により内輪と外輪の温度差が生じるため、内部すきまが生じたり、予圧過大となりトルク変動を生じる問題点がある。   By the way, the vacuum actuator in Patent Document 1 includes a rolling bearing that supports a ring-shaped boss that is connected to an arm and rotates in a vacuum atmosphere. Here, in order to accurately position the arm while receiving a large moment force from the arm, it is necessary to eliminate the play of the rolling bearing in advance. In such a case, there are a policy of using two deep groove ball bearings or angular ball bearings, and a policy of using one four-point contact ball bearing or cross roller bearing. However, in the former measure, since the shaft length becomes long by using two bearings, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the device, and in the latter measure, a temperature difference between the inner ring and the outer ring occurs due to temperature change. There are problems such as internal clearance and excessive preload, causing torque fluctuations.

このような問題点を解消するために、特許文献2においては、ロータを支持する深溝玉軸受の外輪を、ステータに対してアキシアル方向ヘ付勢して予圧をかけるためのばね部材を設けることにより、一つの深溝玉軸受を用いた場合でも、ガタがなく高精度な回転を可能としている。しかしながら、特許文献2に開示された技術は、ばね部材を設置することにより部品点数が多くなり、軸長が長くなったり、又ばねの劣化によって適正な予圧がかけられなくなる恐れがあるという問題がある。   In order to solve such problems, in Patent Document 2, a spring member is provided for preloading the outer ring of the deep groove ball bearing supporting the rotor in the axial direction against the stator. Even when one deep groove ball bearing is used, there is no play and high-precision rotation is possible. However, the technique disclosed in Patent Document 2 has a problem that the number of parts increases due to the installation of the spring member, the shaft length becomes long, and there is a risk that proper preload may not be applied due to the deterioration of the spring. is there.

一方、ばね部材を支持するための軸受を用いずに、回転体を支持する転がり軸受の固定輪をすきまばめとし、その固定輪20を予圧ばねで付勢して予圧をかけることも可能であるが、固定輪は予圧ばねのみで支持されているので、回転体の軸心ずれや異常振動を生じ、回転精度が悪くなる。   On the other hand, without using a bearing for supporting the spring member, it is also possible to apply a preload by biasing the fixed ring of the rolling bearing that supports the rotating body and biasing the fixed ring 20 with a preload spring. However, since the fixed ring is supported only by the preload spring, the rotational center of the rotating body is deviated and abnormal vibration occurs, resulting in poor rotational accuracy.

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、ばね部材を用いることなく、転がり軸受のガタを排除できる回転支持装置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 of the present invention is to provide a rotation support device that can eliminate the play of a rolling bearing without using a spring member.

本発明の回転支持装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側とを隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ハウジングに対して回転する第1回転体と、
前記第1回転体に取り付けられた第1磁石と、
前記ハウジングに対して前記第1回転体を支持する第1の軸受と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ハウジングに対して回転する第2回転体と、
前記第2回転体に取り付けられた第2磁石と、
前記ハウジングに対して前記第2回転体を支持する第2の軸受と、
前記隔壁に対して大気側に配置され、前記第2回転体の回転位置を検出する検出器とを有するダイレクトドライブモータの回転支持装置において、
前記第2の軸受は、単列の玉軸受であり、且つ前記第1磁石の軸線方向中心に対して、前記第2磁石の軸線方向中心がズレるようにして、前記第1磁石と前記第2磁石は前記隔壁のみを挟んで配置されており、磁力線が前記第2磁石から前記第1磁石へ向かうことによる前記第1磁石と前記第2磁石との間に生じる軸線方向の磁気的付勢力を用いて、前記第1の軸受と前記第2の軸受の少なくとも一方に予圧を付与することを特徴とする。

The rotation support device of the present invention comprises:
A housing;
A partition wall extending from the housing and separating the atmosphere side from the atmosphere outside;
A first rotating body that is disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and rotates with respect to the housing;
A first magnet attached to the first rotating body;
A first bearing for supporting the first rotating body with respect to the housing;
A second rotating body that is disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and rotates with respect to the housing;
A second magnet attached to the second rotating body;
A second bearing for supporting the second rotating body with respect to the housing;
In a rotation support device for a direct drive motor, which is disposed on the atmosphere side with respect to the partition wall and has a detector that detects a rotation position of the second rotating body,
It said second bearing is a ball bearing single row, and the axial direction center of the first magnet, the axial center of the second magnet in the displacement so that, the said first magnet first The two magnets are arranged with only the partition wall interposed therebetween, and an axial magnetic biasing force generated between the first magnet and the second magnet due to a line of magnetic force directed from the second magnet to the first magnet. A preload is applied to at least one of the first bearing and the second bearing.

本発明の回転支持装置によれば、前記第1磁石の軸線方向中心に対して、前記第2磁石の軸線方向中心がズレているので、前記第1磁石と前記第2磁石との間に形成される磁界により、前記第1磁石と前記第2磁石とは互いに少なくとも軸線方向に対して磁気的付勢力が与えられるため、かかる磁気的付勢力を用いて、前記第1の軸受と前記第2の軸受の少なくとも一方に予圧を付与することができ、それにより前記第1回転体又は前記第2回転体の高精度な回転を確保することができる。   According to the rotation support device of the present invention, since the axial center of the second magnet is shifted from the axial center of the first magnet, the rotational support device is formed between the first magnet and the second magnet. Since the magnetic force exerted on the first magnet and the second magnet gives a magnetic biasing force at least in the axial direction, the first bearing and the second magnet are used by using the magnetic biasing force. A preload can be applied to at least one of the bearings, thereby ensuring high-precision rotation of the first rotating body or the second rotating body.

更に、前記回転支持装置は、前記第1回転体に対向して配置されたステータと、前記第2回転体の回転位置を検出する検出器とを備え、且つ前記ステータが前記第1回転体と前記第2回転体とを同時に駆動するダイレクトドライブモータに用いられると、前記ダイレクトドライブモータの高精度な回転を支援することができる。   Further, the rotation support device includes a stator disposed to face the first rotating body, and a detector that detects a rotational position of the second rotating body, and the stator is configured to be in contact with the first rotating body. When used in a direct drive motor that drives the second rotating body at the same time, high-precision rotation of the direct drive motor can be supported.

更に、前記ダイレクトドライブモータは、大気外の雰囲気中で用いられ、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に対し、前記第1回転体は大気外側に配置され、前記ステータ及び前記第2回転体は大気側に設けられていると、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、前記第1回転体と前記第2回転体とを同時に駆動することにより、前記検出器により前記第2回転体の回転角を検出することで、前記第1回転体の回転角を精度良く求めることができる。   Further, the direct drive motor is used in an atmosphere outside the atmosphere, extends from the housing and separates the atmosphere side from the atmosphere outside, and the first rotating body is disposed outside the atmosphere, and the stator When the second rotating body is provided on the atmosphere side, the impure molecules in the wiring coating may contaminate the atmosphere outside the atmosphere from the partition wall by placing the detector on the atmosphere side from the partition wall. The first rotating body is prevented by detecting the rotation angle of the second rotating body with the detector by simultaneously driving the first rotating body and the second rotating body. Can be obtained with high accuracy.

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、2つのダイレクトドライブモータD1、D2を直列に連結している。下方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、上方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。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 transport device using a direct drive motor according to the present embodiment. In FIG. 1, two direct drive motors D1 and D2 are connected in series. A first arm A1 is connected to the rotor of the lower direct drive motor D1, and a first link L1 is pivotally connected to the tip of the first arm A1. On the other hand, the second arm A2 is connected to the rotor of the upper direct drive 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、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。   As is clear from FIG. 1, if the rotors of the direct drive motors D1 and D2 rotate in the same direction, the table T also rotates in the same direction. If the rotor rotates in the opposite direction, the table T The motors D1 and D2 are approached or separated from each other. Therefore, if the direct drive 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、ダイレクトドライブモータ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 direct drive 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 motor rotor is disposed. It is also necessary to separate the open space and the housing 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。   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 system in which direct drive motors that can meet such demands are connected coaxially will be described.

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。2n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。 In this embodiment, a surface magnet type 32-pole 36-slot outer rotor brushless type direct drive motor is used. The slot combination of 32 poles and 36 slots has a configuration four times that of the slot combination of 8 poles and 9 slots, which is generally known to have a small cogging force but a large magnetic attraction force in the radial direction and a large vibration during rotation. It is. Since the magnetic attractive force in the radial direction is canceled by increasing 2n times (n is an integer), vibration during rotation without increasing the roundness and coaxiality of the stator and rotor and the rigidity of the mechanical parts Can be made small and cogging is inherently small, so that a very smooth rotation can be obtained. On the other hand, by using such a very multipolar motor, the electrical angle cycle is greater than the mechanical angle cycle, so that the positioning controllability is good. Therefore, as in the present invention, it is suitable for a direct drive motor that drives a robot apparatus without using a speed reducer. Further, since the thickness and salient pole width of the stator connecting portion and the yoke thickness of the rotor can be reduced without reducing the total magnetic flux amount, a direct drive motor having a thin and large diameter and narrow width as in the present invention is used. Is preferred.

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、ダイレクトドライブモータを直接につなげた2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、本実施の形態にかかる回転支持装置を用いた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により相互に固定された中空円筒状の本体12は、その上端にカップ状の隔壁13を取り付けている。本体12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12,円板10によりハウジングを構成する。   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. With reference to FIG. 2, the internal structure of a two-axis motor system in which a direct drive motor is directly connected will be described in detail. First, the direct drive motor D1 using the rotation support device according to the present embodiment will be described. A hollow cylindrical main body 12 fitted into the central opening 10a of the disk 10 installed on the surface plate G and fixed to each other by bolts 11 has a cup-shaped partition wall 13 attached to the upper end thereof. The center of the main body 12 can be used for passing wiring to the stator. The main body 12 and the disk 10 constitute a housing.

隔壁13は、非磁性体であるステンレス製であり、本体12に嵌合される肉厚の底部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D1、D2を貫くようにして延在する薄肉の円筒部13bと、ホルダ15とからなる。従って、隔壁13は、ダイレクトドライブモータD1、D2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とホルダ15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。   The partition wall 13 is made of stainless steel, which is a non-magnetic material, and has a thick bottom portion 13a fitted to the main body 12 and a thin wall portion extending from the periphery thereof so as to penetrate the direct drive motors D1 and D2 in the axial direction. It consists of a cylindrical portion 13 b and a holder 15. Therefore, the partition wall 13 is commonly used for the direct drive motors D1 and D2. The lower end of the cylindrical portion 13b is joined to the holder 15 so as to be sealed by TIG welding, and the holder 15 is fixed to the disk 10 with bolts 16. Here, by setting the welded portions of the cylindrical portion 13b and the holder 15 to substantially the same thickness, it is possible to suppress heat from escaping only to the components on one side and to weld the fitting portions uniformly. The contact surface between the holder 15 and the disc 10 is provided with a groove processing for fitting the seal member. After the seal member OR is fitted into the groove, the holder 15 and the disc 10 are fastened by the bolts 16. The part is separated from the atmosphere side. The partition wall 13 is made of SUS316 made of austenitic stainless steel, which has high corrosion resistance and is less magnetic, and the holder 15 is also made of SUS316 because of its weldability with the partition wall 13.

更に、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、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良い。   Further, the partition wall 13 and the holder 15 are airtightly joined, and the holder 15 and the disk 10 and the disk 10 and the surface plate G are hermetically sealed by O-rings OR, respectively. Therefore, the internal space surrounded by the disk 10 and the partition wall 13 is airtight from the outside. In addition, the partition 13 does not necessarily need to be a nonmagnetic material. Further, instead of using the O-ring OR, the members may be hermetically sealed by electron beam welding or laser beam welding.

円板10の外周上面において、軸受ホルダ17がボルト18により固定されている。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21の外周に嵌合し、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21は、隔壁13に対して回転自在に支持されており、またアームA1(図1)を支持する円筒状部材23を、ボルト24によって固定している。ここで、ボルト24は、半径方向内方に延在する磁気シールド板25を、円筒状部材23に共締めしている。   A bearing holder 17 is fixed by bolts 18 on the outer peripheral upper surface of the disk 10. An outer ring of a four-point contact ball bearing 19 used in a vacuum is fitted on the bearing holder 17 and fixed with bolts 20. On the other hand, the inner ring of the bearing 19 is fitted to the outer periphery of the first outer rotor 21 and is fixed by bolts 22. That is, the first outer rotor 21 is rotatably supported with respect to the partition wall 13, and a cylindrical member 23 that supports the arm A <b> 1 (FIG. 1) is fixed by the bolt 24. Here, the bolt 24 fastens the magnetic shield plate 25 extending inward in the radial direction together with the cylindrical member 23.

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。   The disc 10 and the bearing holder 17 are made of austenitic stainless steel having high corrosion resistance. The disc 10 also serves as a fitting and fixing device with the surface plate G serving as a chamber and a sealing device. A groove 10b for fitting the ring OR is provided.

磁気シールド板25は、磁性体であるSPCC鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。その効果については後述する。   The magnetic shield plate 25 is subjected to nickel plating in order to improve rust prevention and corrosion resistance after press molding the SPCC steel plate, which is a magnetic material. The effect will be described later.

第1の軸受である軸受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2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。   The bearing 19, which is the first bearing, is a four-point contact ball bearing that can load radial, axial, and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, only one bearing of the direct drive motor D1 is required, so that the two-axis coaxial motor system of the present invention can be thinned. The bearing 19 is made of martensitic stainless steel, which has high corrosion resistance for both the inner and outer rings and can be hardened by quenching. The rolling elements are ceramic balls, and the lubricant is vacuum grease that does not solidify even in vacuum.

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。   The bearing 19 may be a metal lubrication that is plated with a soft metal such as gold or silver on the inner ring and the outer ring and does not emit outgas even in a vacuum, and is a four-point contact ball bearing. The first outer rotor 21 from the arm A1 can receive a moment in the tilting direction, but is not limited to a four-point contact type, and a cross roller, a cross ball, and a cross taper bearing can also be used. Alternatively, fluorine-based coating treatment (DFO) may be performed to improve lubricity.

第1外側ロータ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。   The first outer rotor 21 includes a permanent magnet 21a, an annular yoke 21b made of a magnetic material for forming a magnetic path, and a wedge made of a non-magnetic material for mechanically fastening the permanent magnet 21a and the yoke 21b ( (Not shown). The permanent magnet 21a is a segment type in which each of the N pole and S pole magnets is made of a magnetic metal and is divided into 16 poles in a 32 pole configuration, and each of the permanent magnets 21a has a sector shape. The arc centers of the inner diameter and the outer diameter are the same, but the tangential intersection of the circumferential end face is closer to the permanent magnet 21a, so that the wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke 21b, thereby fixing the permanent magnet 21a to the yoke 21b. It is concluded to. By setting it as such a structure, a permanent magnet can be fastened without using the fixing member which generate | occur | produces outgas, such as an adhesive agent. The permanent magnet 21a is a neodymium (Nd—Fe—B) based magnet having a high energy product, and is coated with nickel in order to improve corrosion resistance. The yoke 21b is made of low carbon steel having high magnetism and is plated with nickel in order to improve rust prevention and corrosion resistance and prevent wear during bearing replacement after processing and molding.

また、第1外側ロータ21は、軸受19の内輪と円筒状部材23を嵌合固定する面を有している。4点接触式玉軸受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ヨーク21b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、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボス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。   The first outer rotor 21 has a surface for fitting and fixing the inner ring of the bearing 19 and the cylindrical member 23. The four-point contact ball bearing 19 is a very thin bearing, and rotational accuracy and friction torque are greatly affected by differences in accuracy of members to be assembled and linear expansion coefficients. Therefore, in the case of the present embodiment, the inner ring of the bearing 19 that is a rotating ring is fixed to the yoke 21b that is easy to obtain machining accuracy and whose linear expansion coefficient is substantially the same as the bearing ring material of the bearing. The outer ring of the bearing 19, which is a ring, is fitted with a clearance holder made of austenitic stainless steel or an aluminum boss to prevent a decrease in rotational accuracy of the bearing 19 and an increase in friction torque due to a temperature rise. Yes.

隔壁13の半径方向内側において、第1外側ロータ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。   A first stator 29 is arranged on the inner side in the radial direction of the partition wall 13 so as to face the inner peripheral surface of the first outer rotor 21. The first stator 29 is attached to a cylindrically deformed lower portion of the flange portion 12a extending in the radial direction at the center of the main body 12, and is formed of a laminated material of electromagnetic steel plates. The motor coil is concentratedly wound after the bobbin is fitted. The outer diameter of the first stator 29 is approximately the same as or smaller than the inner diameter of the partition wall 13.

第1ステータ29の半径方向内側に、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、第2の軸受である深溝玉軸受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21に同期して連れ回されるようになっている。   A first inner rotor 30 is disposed on the inner side in the radial direction of the first stator 29. The first inner rotor 30 is rotatably supported by a deep groove ball bearing 33 that is a second bearing with respect to a resolver holder 32 that is bolted to the outer peripheral surface of the main body 12. A permanent magnet 30a is attached to the outer peripheral surface of the first inner rotor 30 via a back yoke 30b. The permanent magnet 30a has a configuration of 32 poles as in the case of the permanent magnet 21a of the first outer rotor 21, and each of 16 magnets of N poles and S poles is made of a magnetic metal alternately. Accordingly, the first inner rotor 30 is rotated along with the first outer rotor 21 driven by the first stator 29.

図3は、図2の矢印III部を拡大して示す図であるが、一部簡略化して示している。図3において、第1内側ロータ30を回転自在に支持する軸受33は、深溝玉軸受である。一般的に深溝玉軸受は安価であるが、高精度な回転を確保するためにはガタを排除する予圧装置が必要であり、それにより装置の大型化やコスト増を招く恐れがある。   FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow III in FIG. 2, but is partially simplified. In FIG. 3, a bearing 33 that rotatably supports the first inner rotor 30 is a deep groove ball bearing. In general, deep groove ball bearings are inexpensive, but in order to ensure highly accurate rotation, a preload device that eliminates backlash is necessary, which may lead to an increase in size and cost of the device.

そこで、本実施の形態においては、第1回転体である第1外側ロータ21の永久磁石(第1磁石)21aと、第2回転体である第1内側ロータ30の永久磁石(第2磁石)30aとの間に作用する磁力を用いて、軸受33に予圧を付与している。より具体的には、図3に示すように、第1外側ロータ21の永久磁石21aの軸線方向中心Aに対して、第1内側ロータ30の永久磁石30aの軸線方向中心Bを、軸線方向(図で下側)にずらす配置としている。ここで、永久磁石21aがS極で、永久磁石30aがN極であるとすると、図4で模式的に示すように、磁力線が永久磁石30aから永久磁石21aへと向かい、それにより磁気的吸引力(付勢力)が発生するので、永久磁石30aは軸線方向(図で上方)へと付勢されることとなる。永久磁石30aが上方に付勢されると、第1内側ロータ30を介して、軸受33の外輪が上方に付勢されることとなり、一方、軸受33の内輪は軸線方向位置が固定されているので、かかる付勢力によって軸受33のガタが排除されることとなる。即ち、大がかりな予圧装置を用いることなく、磁気カップリングにおいて本来的に発生する磁力を用いることで、軸受33に予圧を付与することができ、構成のコンパクト化やコスト低減を図ることができる。このような構成とすれば、高価な4点接触式玉軸受を用いることなく1個の深溝玉軸受で済むため、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。   Therefore, in the present embodiment, the permanent magnet (first magnet) 21a of the first outer rotor 21 that is the first rotating body and the permanent magnet (second magnet) of the first inner rotor 30 that is the second rotating body. A preload is applied to the bearing 33 using a magnetic force acting between the bearing 30a and the bearing 30a. More specifically, as shown in FIG. 3, the axial center B of the permanent magnet 30 a of the first inner rotor 30 is set in the axial direction (with respect to the axial center A of the permanent magnet 21 a of the first outer rotor 21. The arrangement is shifted to the lower side in the figure. Here, if the permanent magnet 21a is an S pole and the permanent magnet 30a is an N pole, as schematically shown in FIG. 4, the lines of magnetic force move from the permanent magnet 30a to the permanent magnet 21a, thereby magnetically attracting. Since a force (biasing force) is generated, the permanent magnet 30a is biased in the axial direction (upward in the figure). When the permanent magnet 30a is biased upward, the outer ring of the bearing 33 is biased upward via the first inner rotor 30, while the axial position of the inner ring of the bearing 33 is fixed. Therefore, the play of the bearing 33 is eliminated by the urging force. That is, without using a large preload device, the magnetic force inherently generated in the magnetic coupling can be used to apply preload to the bearing 33, and the configuration can be made compact and the cost can be reduced. With such a configuration, one deep groove ball bearing can be used without using an expensive four-point contact ball bearing, so that the direct drive motor D1 can be thinned. Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, a bearing using grease lubrication based on general bearing steel and mineral oil can be applied.

図2において、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。   In FIG. 2, since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, the permanent magnet 30a is bonded and fixed to the back yoke 30b. The permanent magnet 30a is a neodymium (Nd—Fe—B) based magnet having a high energy product, and has a nickel coating to prevent demagnetization due to rust. The yoke 30b is made of low carbon steel having high magnetism, and is chromate plated for rust prevention after processing and forming.

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。   Resolver rotors 34 a and 34 b are assembled as detectors for measuring the rotation angle on the inner periphery of the first inner rotor 30, and resolver stators 35 and 36 are disposed on the outer periphery of the resolver holder 32 so as to face it. Although attached, in this embodiment, the high-resolution incremental resolver stator 35 and the absolute resolver stator 36 capable of detecting which position of the rotor is located in one rotation are arranged in two layers. Therefore, even when the power is turned on, the rotation angle of the absolute resolver rotor 34b is known, no return to origin is required, and the electrical phase angle of the magnet with respect to the coil is known. Therefore, the rotation used for driving current control of the direct drive motor D1 Angle detection is possible without using a pole detection sensor.

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。   The resolver holder 32 and the first inner rotor 30 are made of carbon steel, which is a magnetic material, so that electromagnetic noise from the motor field and the motor coil is not transmitted to the resolver stators 35, 36 that are angle detectors. Chromate plating is applied after molding to prevent rust.

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。   In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the incremental resolver rotor 34a has a plurality of slot teeth having a constant pitch, and an outer peripheral surface of the incremental resolver stator 35 has a rotation shaft and a rotating shaft. In parallel with each magnetic pole, teeth whose phases are shifted with respect to the incremental resolver rotor 34a are provided, and a coil is wound around each magnetic pole. When the incremental resolver rotor 34a rotates integrally with the first inner rotor 30, the reluctance with the magnetic pole of the incremental resolver stator 35 changes, and the fundamental wave component of the change in reluctance becomes n cycles with one rotation of the incremental resolver rotor 34a. In this way, the change in reluctance is detected, digitized by the resolver control circuit shown in FIG. 3 and used as a position signal, whereby the rotational angle (or rotational speed) of the incremental resolver rotor 34a, that is, the first inner rotor 30 is used. Is supposed to be detected. The resolver rotors 34a and 34b and the resolver stators 35 and 36 constitute a detector.

本実施の形態によれば、第1外側ロータ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。又、第1外側ロータ21と回転自在に支持する軸受19の回転輪を、加工精度が出しやすくかつ線膨張係数が軸受19の駆動輪と略同一であるロータヨーク21bに嵌合することで、回転精度の向上と温度変化による摩擦トルクの変動防止を図ることができる。   According to this embodiment, the first inner rotor 30 rotates at the same speed by the magnetic coupling action with respect to the first outer rotor 21, that is, rotates around, so that the rotation angle of the first outer rotor 21 is set to the partition wall 13. It can be detected over. Further, in the present embodiment, the resolver alone has the bearing 33 without using the motor forming parts and the housing. Therefore, the eccentricity adjustment by the resolver alone and the position adjustment of the resolver coil are performed before being incorporated in the housing. Therefore, there is no need to provide adjustment holes and notches in the housing and both flanges. Further, the rotating wheel of the bearing 19 that is rotatably supported by the first outer rotor 21 is fitted into a rotor yoke 21b that is easy to obtain machining accuracy and has substantially the same linear expansion coefficient as that of the driving wheel of the bearing 19, thereby rotating. It is possible to improve accuracy and prevent fluctuations in friction torque due to temperature changes.

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、第2外側ロータ21’の外周に嵌合し、ボルト22’により固定されている。ここで、ボルト22’、半径方向内方に延在する磁気シールド板41を共締めしている。第2外側ロータ21’は、隔壁13に対して回転自在に支持されており、またアームA2(図1)を支持するリング状部材23’を、ボルト24’によって固定している。更に、ボルト24’は、半径方向内方に延在する磁気シールド板25’を、リング状部材23’に共締めしている。   Next, although the direct drive motor D2 is demonstrated, the main body 12 comprises a housing here. The cylindrical member 23 of the direct drive motor D1 described above extends upward to a position where it overlaps with the direct drive motor D2, and the inner peripheral surface of the four-point contact ball bearing 19 ′ used in vacuum An outer ring is fitted in a fitting manner and is fixed by a bolt 20 '. On the other hand, the inner ring of the bearing 19 ′ is fitted to the outer periphery of the second outer rotor 21 ′ and is fixed by bolts 22 ′. Here, the bolt 22 'and the magnetic shield plate 41 extending inward in the radial direction are fastened together. The second outer rotor 21 ′ is rotatably supported with respect to the partition wall 13, and a ring-shaped member 23 ′ that supports the arm A <b> 2 (FIG. 1) is fixed by a bolt 24 ′. Further, the bolt 24 ′ fastens the magnetic shield plate 25 ′ extending inward in the radial direction together with the ring-shaped member 23 ′.

磁気シールド板41,25’は、磁性体であるSPCC鋼板をプレス成型加工後に、防錆および耐食性を高めるためにニッケルめっきを施している。磁気シールド板41,25’は、第1外側ロータ21及び第2外側ロータ21’の間に介在して磁気的シールドを形成し、それらからの磁束漏れによるお互いの連れ回しを防止している。即ち、磁気シールド板25’は、非磁性体であるリング状部材23’挟んでヨーク21b’に締結しており、それにより不要な磁気回路を生成することを防いでいる。この磁気シールド板41,25’により、ロータ相互の磁気干渉を防ぐことができるので、2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。磁気シールド板41は外部からの異物吸引を防止している。   The magnetic shield plates 41 and 25 ′ are subjected to nickel plating in order to improve rust prevention and corrosion resistance after press molding the SPCC steel plate, which is a magnetic material. The magnetic shield plates 41 and 25 ′ are interposed between the first outer rotor 21 and the second outer rotor 21 ′ to form a magnetic shield and prevent mutual rotation due to magnetic flux leakage from them. That is, the magnetic shield plate 25 ′ is fastened to the yoke 21 b ′ with the ring-shaped member 23 ′ that is a nonmagnetic material interposed therebetween, thereby preventing unnecessary magnetic circuits from being generated. Since the magnetic shield plates 41 and 25 ′ can prevent magnetic interference between the rotors, it is possible to achieve a configuration in which the overall axial length is suppressed despite being a two-axis coaxial motor system. The magnetic shield plate 41 prevents foreign matter from being attracted from the outside.

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2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。   The bearing 19 ′ is a four-point contact ball bearing that can load radial, axial, and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, only one bearing of the direct drive motor D2 is required, so that the biaxial coaxial motor of the present invention can be thinned. The inner and outer rings are made of martensitic stainless steel, which has high corrosion resistance and can be hardened by quenching. The rolling elements are ceramic balls, and the lubricant is vacuum grease that does not solidify even in vacuum.

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。   The bearing 19 'may be made of a metal lubrication in which a soft metal such as gold or silver is plated on the inner ring and the outer ring to prevent outgassing even in a vacuum, and is a four-point contact ball bearing. The first outer rotor 21 'from the arm A1 can receive a moment in the tilting direction, but is not limited to the four-point contact type, and a cross roller, a cross ball, and a cross taper bearing can also be used. You may use, and you may perform a fluorine-type film processing (DFO) for lubricity improvement.

第2外側ロータ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。   The second outer rotor 21 ′ is composed of a permanent magnet 21a ′, an annular yoke 21b ′ made of a magnetic material to form a magnetic path, and a nonmagnetic material for mechanically fastening the permanent magnet 21a ′ and the yoke 21b ′. It is composed of a body wedge (not shown). The permanent magnet 21a 'is a segment type in which each of the N poles and the S poles is made of a magnetic metal and is divided into 16 poles, and each of the permanent magnets 21a' has a sector shape. The arc centers of the inner diameter and the outer diameter are the same, but the tangent intersection of the circumferential end surface is closer to the permanent magnet 21a ′, so that the wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke 21b ′, thereby permanent magnet 21a ′. Is fastened to the yoke 21b '. By setting it as such a structure, a permanent magnet can be fastened without using the fixing member which generate | occur | produces outgas, such as an adhesive agent. The permanent magnet 21a 'is a neodymium (Nd-Fe-B) magnet having a high energy product, and is coated with nickel in order to improve corrosion resistance. The yoke 21b 'is made of low carbon steel having high magnetism and is plated with nickel in order to improve rust prevention and corrosion resistance and prevent wear during bearing replacement after processing and molding.

また、第2外側ロータ21’は、軸受19’の内輪とリング状部材23’を嵌合固定する面を有している。深溝玉軸受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、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ヨーク21bに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、軸受19’の外輪を、オーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダやアルミニウム製のボス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。   The second outer rotor 21 ′ has a surface for fitting and fixing the inner ring of the bearing 19 ′ and the ring-shaped member 23 ′. The deep groove ball bearing 19 ′ is a very thin bearing, and rotational accuracy and friction torque are greatly affected by differences in accuracy of members to be assembled and linear expansion coefficients. Therefore, in the case of the present embodiment, the inner ring of the bearing 19 ′ has an interference fit or an intermediate fit on a yoke 21b that is easy to obtain machining accuracy and whose linear expansion coefficient is substantially the same as the bearing ring material of the bearing. The outer ring is configured to have a clearance fit with a bearing holder made of austenitic stainless steel or an aluminum boss, thereby preventing a decrease in rotational accuracy of the bearing 19 ′ and an increase in friction torque due to a temperature rise.

隔壁13の半径方向内側において、第2外側ロータ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、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。   A second stator 29 ′ is disposed on the inner side in the radial direction of the partition wall 13 so as to face the inner peripheral surface of the second outer rotor 21 ′. The second stator 29 ′ is attached to the upper part of the flange 12 a that extends in the radial direction in the center of the main body 12, is formed of a laminated material of electromagnetic steel plates, and each salient pole is insulated. After the bobbin is fitted, the motor coil is concentratedly wound. The outer diameter of the second stator 29 ′ is approximately the same as or smaller than the inner diameter of the partition wall 13.

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、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、深溝玉軸受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21’に同期して回転駆動されるようになっている。   A second inner rotor 30 ′ is disposed on the inner side in the radial direction of the second stator 29 ′. The second inner rotor 30 ′ is rotatably supported by a deep groove ball bearing 33 ′ with respect to a resolver holder 32 ′ that is bolted to the outer peripheral surface of the main body 12. A permanent magnet 30a 'is attached to the outer peripheral surface of the second inner rotor 30' via a back yoke 30b '. The permanent magnet 30a 'has a configuration of 32 poles, like the permanent magnet 21a' of the second outer rotor 21 ', and is composed of 16 magnetic poles each having 16 N poles and S poles. Accordingly, the second inner rotor 30 ′ is rotationally driven by the second stator 29 ′ in synchronization with the second outer rotor 21 ′.

ダイレクトドライブモータD2においても、第1外側ロータ21’の永久磁石21a’の軸線方向中心に対して、第1内側ロータ30’の永久磁石30a’の軸線方向中心は、軸線方向(図で下側)にずれているので、永久磁石30a’は軸線方向(図2で下方)へと付勢されることとなる。永久磁石30a’が下方に付勢されると、第1内側ロータ30’を介して、軸受33’の外輪が下方に付勢されることとなり、一方、軸受33’の内輪は軸線方向位置が固定されているので、かかる付勢力によって軸受33’のガタが排除されることとなる。このような構成とすれば、高価な4点接触式玉軸受を用いることなく1個の深溝玉軸受で済むため、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。   Also in the direct drive motor D2, the axial center of the permanent magnet 30a ′ of the first inner rotor 30 ′ is the axial direction (the lower side in the figure) with respect to the axial center of the permanent magnet 21a ′ of the first outer rotor 21 ′. ), The permanent magnet 30a ′ is biased in the axial direction (downward in FIG. 2). When the permanent magnet 30a ′ is biased downward, the outer ring of the bearing 33 ′ is biased downward via the first inner rotor 30 ′, while the inner ring of the bearing 33 ′ has an axial position. Since it is fixed, the backlash of the bearing 33 ′ is eliminated by the urging force. With such a configuration, since one deep groove ball bearing is sufficient without using an expensive four-point contact ball bearing, the direct drive motor D2 can be thinned. Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, a bearing using grease lubrication based on general bearing steel and mineral oil can be applied.

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。   Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, the permanent magnet 30a 'is fixedly bonded to the back yoke 30b'. The permanent magnet 30a 'is a neodymium (Nd-Fe-B) based magnet having a high energy product, and is coated with nickel to prevent demagnetization due to rust. The yoke 30b 'is made of a low-carbon steel having high magnetism, and is chromated for rust prevention after work forming.

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。   Resolver rotors 34 a ′ and 34 b ′ are assembled as detectors for measuring the rotation angle on the inner periphery of the second inner rotor 30 ′, and the resolver stator 32 ′ is disposed on the outer periphery of the resolver holder 32 ′ so as to face it. Although 35 'and 36' are attached, in this embodiment, a high resolution incremental resolver stator 35 'and two layers of an absolute resolver stator 36' capable of detecting which position of the rotor is in one rotation. Is arranged. Therefore, even when the power is turned on, the rotational angle of the absolute resolver rotor 34b 'is known, no return to origin is required, and the electrical phase angle of the magnet with respect to the coil is known. Therefore, the relative rotational angle of the direct drive motor D2 is This is possible without using a detection sensor.

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。   The resolver holder 32 ′ and the second inner rotor 30 ′ are made of carbon steel, which is a magnetic body, so that electromagnetic noise from the motor field and the motor coil is not transmitted to the resolver stators 35 ′, 36 ′, which are angle detectors. The material is chromate plated for rust prevention after processing and molding.

本実施の形態によれば、第2外側ロータ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。又、第2外側ロータ21’と回転自在に支持する軸受装置19’の回転輪を、加工精度が出しやすくかつ線膨張係数が軸受装置19’の駆動輪と略同一であるロータヨーク21b’に嵌合することで、回転精度の向上と温度変化による摩擦トルクの変動防止を図ることができる。   According to the present embodiment, the second inner rotor 30 ′ rotates at the same speed by the magnetic coupling action with respect to the second outer rotor 21 ′. Can be detected through the partition wall 13. Further, in the present embodiment, the resolver alone has the bearing 33 without using the motor forming parts and the housing. Therefore, the eccentricity adjustment by the resolver alone and the position adjustment of the resolver coil are performed before being incorporated in the housing. Therefore, there is no need to provide adjustment holes and notches in the housing and both flanges. Further, the rotating wheel of the bearing device 19 ′ that is rotatably supported by the second outer rotor 21 ′ is fitted into a rotor yoke 21b ′ that is easy to obtain machining accuracy and has the same linear expansion coefficient as the driving wheel of the bearing device 19 ′. By combining, it is possible to improve the rotation accuracy and prevent the fluctuation of the friction torque due to the temperature change.

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2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インクリメンタルレゾルバロータ34a’即ち第2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。   In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the incremental resolver rotor 34a ′ has a plurality of slot teeth having a constant pitch, and the outer peripheral surface of the incremental resolver stator 35 ′ is rotated. Teeth whose magnetic poles are shifted in phase with respect to the incremental resolver rotor 34a ′ at each magnetic pole in parallel with the axis are provided, and a coil is wound around each magnetic pole. When the incremental resolver rotor 34a ′ rotates integrally with the second inner rotor 30 ′, the reluctance with the magnetic pole of the incremental resolver stator 35 ′ changes, and the fundamental wave component of the reluctance change is changed by one rotation of the incremental resolver rotor 34a ′. The change in the reluctance is detected so as to be n cycles, digitized by the resolver control circuit shown in FIG. 4 as an example, and used as a position signal to rotate the incremental resolver rotor 34a ′, that is, the second inner rotor 30 ′. An angle (or rotational speed) is detected. The resolver rotors 34a 'and 34b' and the resolver stators 35 'and 36' constitute a detector.

本実施の形態によれば、第1外側ロータ21と第2外側ロータ21’との間に、磁気シールド板25,41を配置しているので、相互の磁気的干渉を抑制し、誤駆動や連れ周りなどの不具合を回避している。又、本体12においてダイレクトドライブモータD1,D2の間を延在するフランジ部12aの外周縁12bは、磁性体である炭素鋼を材料とし、第1ステータ29と第2ステータ29’との間に介在し、それらが洩れ磁束の影響を受けることで第1外側ロータ21又は第2外側ロータ21’に誤った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磁気シールドとして機能する。   According to the present embodiment, since the magnetic shield plates 25 and 41 are arranged between the first outer rotor 21 and the second outer rotor 21 ′, mutual magnetic interference is suppressed, We avoid troubles such as companions. Further, the outer peripheral edge 12b of the flange portion 12a extending between the direct drive motors D1 and D2 in the main body 12 is made of carbon steel, which is a magnetic material, between the first stator 29 and the second stator 29 ′. It functions as a magnetic shield that shields each other's magnetic field so as to prevent the first outer rotor 21 or the second outer rotor 21 ′ from generating thrust in the wrong rotation direction due to the influence of leakage magnetic flux.

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、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本体12の中央に引き出す構造となっている。一方、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2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。   The first stator 29 and the second stator 29 'are arranged vertically with the flange portion 12a as the center, and the resolver is arranged on the inner side in the radial direction. The main body 12 has a hollow structure, and the flange portion 12a has at least one radial through hole 12d communicating with the center, through which the motor wiring is drawn out to the center of the main body 12. It has become. On the other hand, both ends of the main body 12 are provided with at least one notch 12e and 12e, respectively, through which the resolver wiring is drawn out to the center of the main body 12. With this structure, it is possible to arrange the resolver of the direct motor D1, the stator 29, the stator 29 ′ of the direct motor D2, and the resolver in this order from the housing side. The angle of the stator and resolver can be adjusted. Therefore, if a facility for rotationally driving the reference outer rotor is prepared separately, the angle of the resolver relative to the stator can be adjusted with high accuracy by setting the main body 12 incorporating the stator and resolver in the facility. It is possible to prevent the angle positioning accuracy from being lowered due to the deviation of the commutation, and to improve the compatibility of the drive control circuit with the biaxial coaxial motor of the present invention.

図5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21,21’の回転を停止させる。これにより外側ロータ21,21’のサーボ制御が可能となる。   FIG. 5 is a block diagram showing a drive circuit for the direct drive motors D1 and D2. When a motor rotation command is input from an external computer, the motor control circuit DMC1 for the direct drive motor D1 and the motor control circuit DMC2 for the direct drive motor D2 respectively drive signals from the CPU to the three-layer amplifier (AMP). Is output from the three-layer amplifier (AMP) to the direct drive motors D1 and D2. As a result, the outer rotors 21 and 21 'of the direct drive motors D1 and D1 rotate independently to move the arms A1 and A2 (FIG. 1). When the outer rotors 21, 21 ′ rotate, resolver signals are output from the resolver stators 35, 36, 35 ′, 36 ′ whose rotation angles have been detected as described above. The CPU input after the digital conversion determines whether or not the outer rotors 21 and 21 'have reached the command position. When the CPU reaches the command position, the drive signal to the three-layer amplifier (AMP) is stopped. The rotation of the outer rotors 21 and 21 ′ is stopped. This enables servo control of the outer rotors 21 and 21 '.

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および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および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および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21、21’即ちアームA1,A2の回転位置制御を高精度に行える。   When driving a multi-axis arm in a vacuum environment, the arm A1 or the like may hit the wall of the vacuum chamber or the shutter of the vacuum chamber unless the current rotational position of the arms A1 and A2 is recognized when the power is turned on. However, in the present embodiment, the variable reluctance comprising the absolute resolver stators 36 and 36 ′ for detecting the absolute position of one rotation of the rotating shaft and the incremental resolver stators 35 and 35 ′ for detecting the rotational position with finer resolution. Since the mold resolver is employed, the rotational position control of the outer rotors 21, 21 ', that is, the arms A1, A2, can be performed with high accuracy.

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。   Here, the resolver is adopted for detecting the rotation of the inner rotor 30. However, since the detector can be arranged on the atmosphere side inside the partition wall 13, a servo motor generally used for high-precision positioning is driven with high precision and smoothness. For example, an optical encoder that is employed as a position detecting means, a magnetic encoder using a magnetoresistive element, or the like can be used.

図6は、本実施の形態の変形例にかかる4軸同軸モータシステムを示す断面図である。図6に示す変形例においては、ダイレクトドライブモータD1,D2を2組(合計4個)直接に配置してなるが、個々のダイレクトドライブモータに関しては、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 cross-sectional view showing a four-axis coaxial motor system according to a modification of the present embodiment. In the modification shown in FIG. 6, the direct drive motors D1 and D2 are directly arranged in two sets (four in total), but the individual direct drive motors are the same as those shown in FIG. The same reference numerals are given to the main parts, and the description is omitted.

本実施の形態においては、直列に連結した本体12の上面に取り付けられた上部円板部110に、隔壁ホルダ113aをO−リングORを介して気密的に結合し、その外周面に薄肉円筒113bの上端をTIG溶接してなる。薄肉円筒113bの下端は、上述の実施の形態と同様にホルダ15にTIG溶接されている。隔壁ホルダ113aと薄肉円筒113bとホルダ15とで隔壁を構成するが、これは4つのダイレクトドライブモータに共通して用いられる。   In the present embodiment, a partition wall holder 113a is hermetically coupled to the upper disk portion 110 attached to the upper surface of the body 12 connected in series via an O-ring OR, and a thin cylinder 113b is formed on the outer peripheral surface thereof. TIG welding is performed on the upper end. The lower end of the thin cylinder 113b is TIG welded to the holder 15 as in the above-described embodiment. The partition wall holder 113a, the thin-walled cylinder 113b, and the holder 15 constitute a partition wall, which is commonly used for the four direct drive motors.

円板部110の上面は、蓋部材101により閉止され、その外周に取り付けられた軸受ホルダ107は、軸受19を支持するようになっている。円板部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。   The upper surface of the disc part 110 is closed by the lid member 101, and the bearing holder 107 attached to the outer periphery thereof supports the bearing 19. The disc part 110, the lid member 101, and the bearing holder 107 are made of austenitic stainless steel having high corrosion resistance.

上部円板部110の、軸受ホルダ107の取り付け外周面は、薄肉円筒113bより半径方向内側に位置しており、従って、軸受ホルダ107を上部円板部110より取り外せば、4つの外側ロータ21,21’は、上部円板部110を分解することなく上方に取り外し可能となっている。従って、メンテナンス時などに気密構造を分解する必要はなく、作業を容易にすることができる。   The outer peripheral surface of the upper disk part 110 to which the bearing holder 107 is attached is located radially inward from the thin cylinder 113b. Therefore, if the bearing holder 107 is removed from the upper disk part 110, the four outer rotors 21, 21 ′ can be removed upward without disassembling the upper disk part 110. Therefore, it is not necessary to disassemble the airtight structure during maintenance or the like, and the work can be facilitated.

本実施の形態においては、中央の第2外側ロータ21’、21’との間に、磁気シールド板25’,25’を配置しているので、相互の磁気的干渉を抑制し、誤駆動や連れ周りなどの不具合を回避している。又、本体12,12の間には、その外周から薄肉円筒113bの内側まで半径方向に延在する磁気シールド板125が配置されている。磁気シールド板125は、磁性体である炭素鋼を材料とし、第2ステータ29’、29’の間に介在することによって、洩れ磁束の影響を受けて隣接する第2外側ロータ21’、21’に誤った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磁気シールドとして機能する。このように、その他の磁気シールド25,41、12bの効果と相まって、4軸同軸でありながら全体の軸長を抑えた構成が可能である。   In the present embodiment, since the magnetic shield plates 25 ′ and 25 ′ are arranged between the second outer rotors 21 ′ and 21 ′ at the center, mutual magnetic interference is suppressed, We avoid troubles such as companions. Further, a magnetic shield plate 125 extending in the radial direction from the outer periphery to the inside of the thin cylinder 113b is disposed between the main bodies 12 and 12. The magnetic shield plate 125 is made of carbon steel, which is a magnetic material, and is interposed between the second stators 29 'and 29' so that the magnetic shield plate 125 is adjacent to the second outer rotors 21 'and 21' under the influence of leakage magnetic flux. It functions as a magnetic shield that shields each other's magnetic field so that a thrust in the wrong rotation direction is not generated. Thus, coupled with the effects of the other magnetic shields 25, 41, and 12b, a configuration in which the overall axial length is suppressed while being four-axis coaxial is possible.

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。   In the above embodiment, the example using the surface magnet type 32-pole 36-slot outer rotor brushless motor has been described. However, the present invention is not limited to this type of motor, and any brushless motor can be applied. Other magnetic pole types, for example, a permanent magnet embedded type, other slot combinations, or an inner rotor type may be used.

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、2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。   Further, as a countermeasure against interference of each axis, a configuration may be adopted in which the number of poles and the number of slots of the rotors adjacent to each other in the axial direction are different. For example, in the case of 2-axis coaxial, the first axis is 32 poles and 36 slots, the second axis is 24 poles and 27 slots, and in the case of 4-axis coaxial, the first axis and the third axis are 32 poles and 36 slots, and the second axis If the fourth axis has a configuration of 24 poles and 27 slots, it is possible to prevent mutual interference such as generation of thrust in the rotating direction on the rotor and the magnetic coupling device due to the magnetic field of each axis.

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。   The rotor permanent magnet is a neodymium (Nd-Fe-B) -based magnet and has been described using a nickel coating as an example of a coating for enhancing corrosion resistance. However, the material is limited to this material and surface treatment. However, it should be changed as appropriate depending on the environment in which it is used. For example, a samarium-cobalt (Sm · Co) -based magnet that is difficult to demagnetize at high temperatures should be used depending on the temperature conditions during baking. If used in ultra-vacuum, a titanium nitride coating with a high outgas barrier should be applied.

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。   In addition, the yoke has been described using an example in which nickel is plated with low carbon steel as a material. However, the yoke is not limited to this material and surface treatment, and may be appropriately changed depending on the environment used. In particular, regarding surface treatment, if it is used in ultra-vacuum, it should be subjected to Kanigen plating, clean s plating, titanium nitride coating, etc. with few pinholes.

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。   The method of fastening the permanent magnet to the yoke has been described using an example in which a non-magnetic wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke, but it is appropriately changed depending on the environment in which it is used. May be bonded or other fastening methods.

また、軸受19,19’は真空用グリス潤滑の4点接触式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、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、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。   In addition, the bearings 19 and 19 ′ have been described using an example of a grease grease four-point contact type bearing for vacuum, but are not limited to this type, material, and lubrication method. In the case of a 4-axis coaxial motor, in order to further increase the mechanical rigidity, it may be supported by a separate bearing, or when used in ultra-vacuum. Alternatively, a metal lubrication that does not emit gas, such as plating of a soft metal such as gold or silver, may be used.

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’として、グリス潤滑の深溝玉軸受を用いた例を説明したが、軸受19,19’を、深溝玉軸受として、同様に磁力を用いて予圧を付与する構成とすることもできる。   Moreover, although the example which used the deep groove ball bearing of grease lubrication was demonstrated as bearings 33 and 33 'which rotatably support the rotation side of an angle detector, bearing 19 and 19' is similarly used as a deep groove ball bearing. It can also be set as the structure which provides a preload using a magnetic force.

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。   In addition, the inner rotor functioning as a magnetic coupling has been described as using a permanent magnet and a back yoke. However, the material and shape of the permanent magnet and the back yoke are not limited thereto. For example, depending on the mass of the resolver and the friction torque of the bearing, the number of poles may not be the same as that of the outer rotor, or the width may not be the same. A salient pole that does not use a permanent magnet may be used.

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。   Further, although an example in which a resolver is used as an angle detector has been described, it can be appropriately changed depending on manufacturing cost and resolution, and for example, an optical rotary encoder may be used.

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。   In addition to the other partition walls, the structural parts and the material, shape, and manufacturing method of the partition parts and the partition walls are appropriately changed depending on the manufacturing cost, the environment used, the load conditions, the configuration, and the like.

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、2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。   In the motor system described above, magnetic flux leaking from the magnetic couplings used in the rotors, stators, and resolvers of each axis does not generate thrust in the rotational direction in the magnetic couplings used in the rotors and rotation detectors. In addition, a magnetic shield for shielding each other's magnetic field is arranged between the rotors of each shaft, and the electromagnetic waves generated from the rotor, stator, and resolver of each shaft are not interfered with each other's resolver. Magnetic interference generated between each axis can be prevented by arranging a magnetic shield to shield the field, or changing the number of rotor poles and the number of stator slots between adjacent axes in the axial direction. Thus, the axial length of each axis and the axial distance of each axis can be shortened. Therefore, although it is a multi-axis coaxial motor system such as a 2-axis coaxial system and a 4-axis coaxial system, a configuration in which the entire axial length is suppressed is possible. In particular, in a system using a multi-axis direct drive motor such as a 4-axis coaxial system, two frog-leg-arm robots that can perform high-precision positioning without greatly changing the chamber structure can be installed. The operating rate can be increased.

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。   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 direct drive 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 direct drive motor of the present embodiment, the inside and the outside are shielded by the partition wall. Therefore, there is no possibility that the motor coil, the insulating material, and the like are etched.

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。It is a perspective view of the frog leg arm type conveying device using the direct drive motor concerning this embodiment. 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。It is the figure which cut | disconnected the structure of FIG. 1 by the II-II line | wire, and looked at the arrow direction. 図2の矢印III部を拡大して示す図であるIt is a figure which expands and shows the arrow III part of FIG. レゾルバ制御回路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a resolver control circuit. モータ制御回路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a motor control circuit. 本実施の形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 円板
11 ボルト
12 本体
12a フランジ部
12b 外周縁
12d 穴
12e 欠き
13 隔壁
13a 円板部
13b 円筒部
15 ホルダ
16 ボルト
17、17’ 軸受ホルダ
18、18’ ボルト
19、19’ 4点接触玉軸受
20、20’ ボルト
21、21’ 外側ロータ
21a、21a’ 永久磁石
21b、21b’ ヨーク
22、22’ ボルト
23’ リング状部材
23 円筒状部材
24、24’ ボルト
25、25’ 磁気シールド板
29、29’ ステータ
30、30’ 内側ロータ
30a、30a’ 永久磁石
30b、30b’ バックヨーク
32、32’ レゾルバホルダ
33、33’ 深溝玉軸受
34a、34a’ インクリメンタルレゾルバロータ
34b、34b’ アブソリュートレゾルバロータ
35、35’ インクリメンタルレゾルバステータ
36、36’ アブソリュートレゾルバステータ
41 磁気シールド板
101 蓋部材
107 軸受ホルダ
110 上部円板部
113a 隔壁ホルダ
113b 薄肉円筒
125 磁気シールド板
A1,A2 アーム
D1,D2 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 リンク
OR O−リング
T テーブル

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Disc 11 Bolt 12 Main body 12a Flange part 12b Outer peripheral edge 12d Hole 12e Notch 13 Bulkhead 13a Disc part 13b Cylindrical part 15 Holder 16 Bolt 17, 17 'Bearing holder 18, 18' Bolt 19, 19 'Four-point contact ball bearing 20, 20 'bolt 21, 21' outer rotor 21a, 21a 'permanent magnet 21b, 21b' yoke 22, 22 'bolt 23' ring-shaped member 23 cylindrical member 24, 24 'bolt 25, 25' magnetic shield plate 29, 29 'Stator 30, 30' Inner rotor 30a, 30a 'Permanent magnet 30b, 30b' Back yoke 32, 32 'Resolver holder 33, 33' Deep groove ball bearing 34a, 34a 'Incremental resolver rotor 34b, 34b' Absolute resolver rotor 35, 35 'Incremental resolver stator 3 36 'Absolute resolver stator 41 Magnetic shield plate 101 Lid member 107 Bearing holder 110 Upper disk portion 113a Bulkhead holder 113b Thin cylinder 125 Magnetic shield plates A1, A2 Arm D1, D2 Direct drive motor DMC1 Motor control circuit DMC2 Motor control circuit G Surface plate L1, L2 Link OR O-ring T Table

Claims (1)

ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側とを隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ハウジングに対して回転する第1回転体と、
前記第1回転体に取り付けられた第1磁石と、
前記ハウジングに対して前記第1回転体を支持する第1の軸受と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ハウジングに対して回転する第2回転体と、
前記第2回転体に取り付けられた第2磁石と、
前記ハウジングに対して前記第2回転体を支持する第2の軸受と、
前記隔壁に対して大気側に配置され、前記第2回転体の回転位置を検出する検出器とを有するダイレクトドライブモータの回転支持装置において、
前記第2の軸受は、単列の玉軸受であり、且つ前記第1磁石の軸線方向中心に対して、前記第2磁石の軸線方向中心がズレるようにして、前記第1磁石と前記第2磁石は前記隔壁のみを挟んで配置されており、磁力線が前記第2磁石から前記第1磁石へ向かうことによる前記第1磁石と前記第2磁石との間に生じる軸線方向の磁気的付勢力を用いて、前記第1の軸受と前記第2の軸受の少なくとも一方に予圧を付与することを特徴とする回転支持装置。
A housing;
A partition wall extending from the housing and separating the atmosphere side from the atmosphere outside;
A first rotating body that is disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and rotates with respect to the housing;
A first magnet attached to the first rotating body;
A first bearing for supporting the first rotating body with respect to the housing;
A second rotating body that is disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and rotates with respect to the housing;
A second magnet attached to the second rotating body;
A second bearing for supporting the second rotating body with respect to the housing;
In a rotation support device for a direct drive motor, which is disposed on the atmosphere side with respect to the partition wall and has a detector that detects a rotation position of the second rotating body,
It said second bearing is a ball bearing single row, and the axial direction center of the first magnet, the axial center of the second magnet in the displacement so that, the said first magnet first Two magnets are arranged with only the partition wall interposed therebetween, and an axial magnetic biasing force generated between the first magnet and the second magnet due to a line of magnetic force directed from the second magnet to the first magnet. And a preload is applied to at least one of the first bearing and the second bearing.
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