JP4792807B2 - モータ、およびこれを備えたウエハ搬送ロボット - Google Patents

Description

本発明はモータに関し、特に半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータに関する。

従来の半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム駆動のためのモータの軸方向断面図を図６に、径方向断面図を図７に示す。
図において、２はフレーム、３は電機子コア、４はコイル、５は永久磁石、６は回転子ヨーク、７はアダプタ、８は軸受、９はシャフト、１０はブラケット、１１は磁気センサ、１２はスリットディスクである。
回転子側には磁性体の回転子ヨーク６の外周面に界磁用の永久磁石５が隣り合う磁極が互いに異極となるように円周方向に固着されており、上記回転子ヨーク６はアダプタ７によってシャフト９に固着されており、前記シャフト９は軸受８により固定子側のブラケット１０に対して回転自在に支承されている。
また、固定子側には電機子コア３の内周面にコイル４が通電時の電気的位相によって決定された間隔及び相順をもって円周方向に配置されており、前記コイル４の内周面と前記永久磁石５の表面との間には所定のラジアル方向のクリアランスが存在する。
更に、前記電機子コア３はフレーム２に嵌合されており、前記フレーム２は前記ブラケット１０に連結されている。
かかるモータは、上記コイル４への通電によって発生する起磁力が連続的に変化することで作られる回転磁界と回転子側の界磁永久磁石５による磁束との電磁作用により、回転子ヨーク６が回転するようになっている。
また、固定子と回転子との相対的な速度及び位置を検出する手段として、固定子側に磁気センサ１１が配置されるとともに、回転子側に前記磁気センサ１１と所定のギャップを介して対向する位置に前記ギャップ及び回転方向と垂直なスリットが回転方向に所定の等間隔で設けられている磁性体からなるスリットディスク１２が配置される。
前記スリットディスク１２の回転に伴なう磁気抵抗のスリットピッチ毎の周期的な変化を前記磁気センサ１１で検出し、図示しない信号処理回路を介してスリットピッチに応じた検出信号が出力されるようになっている。
上述のようなモータは、前記シャフト９の軸端に図示しないアームが取り付けられ、前記シャフト９の回転によりアームが旋回動作する。
また、上述のようなモータが軸方向に２段構成をとると共に、それぞれのシャフトが同心軸構造とし、２軸のアームを相互に回転することで伸縮・旋回ができるようになったものもある。（例えば、特許文献１参照）。
特許第２７６１４３８号公報（図２）

従来の半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム駆動のためのモータでは、永久磁石５による磁束の大部分（主磁束）は図８に示すように、コイル４を貫通し電機子コア３の中を通り、隣接する磁極が逆向きの永久磁石５の部分へと流れ、回転子ヨーク６の中を通ってもとの永久磁石に戻ってくるような閉ループを形成するが、磁束の一部は図９に示すように軸方向の両側に漏洩する。
この軸方向の両側への漏洩磁束は微小ではあるが、磁気的に遮蔽されていないので、磁束が狭い範囲で閉じにくく、モータ外部の広範囲にまで漏洩磁束が広がるため、その結果、磁気センサ１１が誤動作を起こしたり、磁場の影響が問題となる装置環境（電子ビーム、プラズマ等に近い環境）で使用される場合に悪影響を及ぼすという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁気センサを誤動作させることが無く、磁場の影響が問題となる装置環境においても問題なく使用することができるように、永久磁石からの漏洩磁束がモータ外部の広範囲にまで広がることを防止することができるウエハ搬送ロボットにおけるモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、モータに係り、
円板状のアダプタと、
前記円板状のアダプタの中心を貫通して前記アダプタを固着しているシャフトと、
前記アダプタの内側面に固定された円筒状をした磁性体の回転子ヨークと、
前記円筒状の回転子ヨークの円筒外周面にそれぞれ隣り合う磁極が互いに異極となるように取付けられた複数の界磁用の永久磁石と、
前記シャフトを軸受を介して回転自在に支承している固定子側のブラケットと、
前記ブラケットの反軸受側の端部に連結される円筒状のフレームと、
前記円筒状のフレームの円筒内周面に嵌合される円筒状をした電機子コアと、
前記電機子コアの円筒内周面に、通電時の電気的位相によって決定された間隔及び相順をもって円周方向に配置されると共に前記永久磁石の表面との間にラジアル方向のクリアランスを設けて配置される複数のコイルと、を備えたモータにおいて、
前記永久磁石の長さ方向の両側から前記永久磁石を挟むように前記永久磁石と所定の間隔をあけて前記回転子ヨークに機械的かつ磁気的に結合されることにより前記電機子コアの両端部分を通る磁束を通過させて閉ループを形成させる２枚の環状磁性体リングと、
前記アダプタの前記回転子ヨーク固定面の反対面で前記環状磁性体リングの近傍に配置された磁性体のスリットディスクと、
前記スリットディスクの回転に伴う磁気抵抗の変化を検出する磁気センサと、をさらに備えたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータにおいて、前記電機子コア３の軸方向の長さを、前記２枚の環状磁性体リング１ａ及び１ｂ間の距離の長さとしたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のモータにおいて、前記環状磁性体リング１ａ、１ｂがそれぞれ前記永久磁石５の前記環状磁性体リング１ａ、１ｂ側の端面から環状磁性体リング１ａ、１ｂまでの距離Ａが、前記電機子コア３の内周面と前記永久磁石５の表面との間の距離Ｂと等しくなる位置に設けられていることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のモータにおいて、前記環状磁性体リング１ａ、１ｂの外周端部が前記永久磁石５の表面の延長面まで延びていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、モータに係り、円板状のアダプタと、
前記円板状のアダプタの中心を貫通して前記アダプタを固着しているシャフトと、
前記アダプタの内側面に固定された円板状をした磁性体の回転子ヨークと、
前記円筒状の回転子ヨークの表面にそれぞれ隣り合う磁極が互いに異極となるように取付けられた複数の界磁用の永久磁石と、
前記シャフトを軸受を介して回転自在に支承している固定子側のブラケットと、
前記ブラケットの内側に設けられた円板状の電機子コアと、
前記電機子コアの表面に、通電時の電気的位相によって決定された間隔及び相順をもって円周方向に配置されると共に前記永久磁石の表面との間に軸方向のクリアランスを設けて配置される複数のコイルと、を備えたモータにおいて、
前記永久磁石の長さ方向の両側から前記永久磁石を挟むように前記永久磁石と所定の間隔をあけて前記回転子ヨークに機械的かつ磁気的に結合されることにより前記電機子コアの両端部分を通る磁束を通過させて閉ループを形成させる内径のそれぞれ異なる２個の管状磁性体リングと、
前記アダプタの前記回転子ヨーク固定面の反対面で前記管状磁性体リングの近傍に配置された磁性体のスリットディスクと、
前記スリットディスクの回転に伴う磁気抵抗の変化を検出する磁気センサと、をさらに備えたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５項記載のモータにおいて、前記電機子コア３の半径方向の長さを、前記２個の管状磁性体リング１ｃ、１ｄ間の距離の長さとしたことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項５又は６項記載のモータにおいて、前記永久磁石５の前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄ側の端面から前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄまでの距離Ｃが、前記電機子コア３と前記永久磁石５の対向面間の距離Ｄと等しくなる位置に、前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄがそれぞれ設けられていることを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項記載のモータにおいて、前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄの管先端部が前記永久磁石５の前記コイル４表面の延長面まで延びていることを特徴としている。
請求項９記載の発明は、ウエハ搬送ロボットに係り、請求項１〜８のいずれか１項記載のモータを用いたことを特徴としている。

本発明によると、回転子の永久磁石５から発生する漏洩磁束が狭い範囲で閉ループを形成するようになるので、モータ外部の広範囲にまで漏洩磁束が広がらなくなり、磁気センサ１１が誤動作することが無く、磁場の影響が問題となる装置環境で使用される場合においても悪影響を及ぼすことが無いウエハ搬送ロボットにおけるモータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本発明の第１の実施例における半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム駆動のためのモータの軸方向断面図を図１に、径方向断面図を図２に示す。
図において１は環状（中空円板状）磁性体リング、２は円筒状のフレーム、３は円筒状の電機子コア、４はコイル、５は永久磁石、６は円筒状の回転子ヨーク、７はアダプタ、８は軸受、９はシャフト、１０はブラケット、１１は磁気センサ、１２はスリットディスクである。
本実施例が特許文献１と異なる部分は、従来のモータに、永久磁石５の軸方向の両側に配置されるとともに回転子ヨーク６とボルト締めや接着などの方法で磁気的に結合された環状磁性体リング１ａ、１ｂを追加した部分である。

さらに、本発明により、電機子コア３の軸方向の長さを前記環状磁性体リング１ａ及び１ｂと対向する位置までの長さとしている。言い換えれば、電機子コア３の軸方向の長さを２枚の環状磁性体リング１ａ及び１ｂの間の距離の長さとしている。
さらに、前記環状磁性体リング１ａ、１ｂは、それぞれ前記永久磁石５の軸方向端面から磁性体リング１ａ、１ｂまでの距離Ａが前記電機子コア３の内周面と前記永久磁石５の表面との間の距離Ｂと等しくなる位置に設けられている。
また、前記磁性体リング１ａ、１ｂの外周面は前記永久磁石５の表面と同じ面となるような寸法にしている。すなわち、環状磁性体リング１ａ、１ｂの外周端部は永久磁石５の表面の延長面まで延びている。
以上の構成により、主磁束を不必要に拾うことが無く、漏洩磁束のみが環状磁性体リング１ａ、１ｂを通りやすくなる。

モータの動作原理は従来例と同じであり、永久磁石５による主磁束の流れも従来例と同様である。すなわち、半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム駆動のためのモータでは、永久磁石５による磁束の大部分（主磁束）は図３に示すように、コイル４を貫通し電機子コア３の中を通り、隣接する磁極が逆向きの永久磁石５の部分へと流れ、回転子ヨーク６の中を通ってもとの永久磁石に戻ってくるような閉ループを形成する。そして、従来例では磁束の一部が図９に示すように軸方向の両側に漏洩していたが、本発明によれば、図４に示すように、本発明により設けられた環状磁性体リング１ａ、１ｂ及び電機子コア３の前記環状磁性体リング１ａ及び１ｂと対向する両端部分を通る閉ループを形成するので、磁束が狭い範囲で閉じるようになる。
これにより、磁気センサ１１を永久磁石５や回転子ヨーク６に接近させても漏洩磁束の影響を受けることが無くなる。
更に、漏洩磁束がモータ外部の広範囲にまで及ばなくなるので、磁場の影響が問題となる装置環境で使用される場合においても悪影響を及ぼすことが無くなる。

本発明の第２の実施例における半導体製造装置等で用いられるウエハ搬送ロボットにおけるアーム駆動のためのモータの軸方向断面図を図５に示す。
図５（ａ）において、１は管状（軸方向に短いパイプ状）磁性体リング、２はフレーム、３は円板状の電機子コア、４はコイル、５は永久磁石、６は円板状の回転子ヨーク、７はアダプタ、８は軸受、９はシャフト、１０はブラケット、１１は磁気センサ、１２はスリットディスクである。
本実施例が第１の実施例と異なる部分は、第１の実施例の環状磁性体リング１ａ、１ｂに替えて管状磁性体リング１ｃ、１ｄを永久磁石５の半径方向の両側に配置したことである。
そして、電機子コア３の半径方向の長さを前記管状磁性体リング１ｃ及び１ｄと対向する位置までの長さとした部分である。すなわち、電機子コア３の半径方向の長さを、前記２個の管状磁性体リング１ｃ、１ｄ間の距離の長さとしたことである。
さらに、前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄは、それぞれ前記永久磁石５の半径方向端面から管状磁性体リング１ｃ、１ｄまでの距離Ｃが前記電機子コア３と前記永久磁石５の対向面間の距離Ｄと等しくなる位置に設けられている。
また、前記管状磁性体リング１ｃ、１ｄの先端面は前記永久磁石５の表面と同じ面となるような寸法にしている。すなわち、管状磁性体リング１ｃ、１ｄの管先端部が永久磁石５の表面の延長面まで延びている。
以上の構成により、従来例では磁束の一部が図９に示すように軸方向の両側に漏洩していたが、本発明によれば、図５（ｂ）に示すように、本発明により設けられた管状磁性体リング１ｃ、１ｄ及び電機子コア３の管状磁性体リング１ｃ、１ｄと対向する両端部分を通る閉ループを形成するので、磁束が狭い範囲で閉じるようになる。
これにより、磁気センサ１１を永久磁石５や回転子ヨーク６に接近させても漏洩磁束の影響を受けることが無くなる。
更に、漏洩磁束がモータ外部の広範囲にまで及ばなくなるので、磁場の影響が問題となる装置環境で使用される場合においても悪影響を及ぼすことが無くなる。

なお、本発明の実施例において、磁性体リング１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄは回転子ヨーク６にボルト締めや接着などの方法で磁気的に結合された例を示したが、磁性体リング１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄと回転子ヨーク６は一体のものとなっていても構わない。
また、本実施例において回転子、固定子及びセンサ部の取付け位置、取付け方法について一例を示したが、本実施例で示した取付け方法、取付け位置に限定されることはなく、他の取付け方法、取付け位置でも構わない。
また、本実施例においてシャフト９は中空構造となっているが、中実構造でも構わない。
また、本実施例において永久磁石について隣り合う磁極が互いに異極となる複数の磁石を用いた例を示したが、１つの磁石に多極着磁したものを用いても構わない。

このように、本発明によれば、従来例において前記永久磁石の回転方向及び前記コイルと永久磁石間のクリアランスと直交する方向の両側へ漏洩していた磁束が磁性体リング及び電機子コアの前記磁性体リングと対向する両端部分を通る閉ループを形成するようになるので、モータ外部の広範囲にまで漏洩磁束が広がらなくなり、磁気センサが誤動作することが無く、磁場の影響が問題となる装置環境で使用される場合においても悪影響を及ぼすことが無い用途におけるモータを提供することができる。特に、電子ビームによる露光装置のような微弱な磁界の変動が許されない場所では露光中は磁場変動を生じさせないために従来はウエハ搬送ロボットの動作を停止させる必要があったが、本発明によれば、露光中（プロセス中）でも動作可能となるので、装置全体のスループットを大幅に向上させることができるようになる。

本発明は、ウエハ搬送ロボットにおけるモータに限らず、微弱な磁界の変動が許されない他の用途のロボットにも適用できる。
また、ウエハ搬送ロボットにおけるモータに限らず、一般的な回転子に界磁極を持った回転型モータにも微弱な磁界の変動が許されないそれの用途に適用できる。

本発明の実施例を示すウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータ構造の軸方向断面図である。 本発明の実施例を示すウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータ構造の径方向断面図である。 本発明のモータにおける主磁束の磁束線図である。 本発明のモータにおける永久磁石の軸方向両側に広がる磁束の磁束線図である。 本発明の他の実施例を示すウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータ構造の軸方向断面図である。 従来例のウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータ構造の軸方向断面図である。 従来例のウエハ搬送ロボットにおけるアーム動作のためのモータ構造の径方向断面図である。 従来例のモータにおける主磁束の磁束線図である。 従来例のモータにおける永久磁石の軸方向両側に広がる磁束の磁束線図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 環状磁性体リング
１ｃ、１ｄ 管状磁性体リング
２ フレーム
３ 電機子コア
４ コイル
５ 永久磁石
６ 回転子ヨーク
７ アダプタ
８ 軸受
９ シャフト
１０ ブラケット
１１ 磁気センサ
１２ スリットディスク
距離Ａ 永久磁石５の軸方向端面から磁性体リング１ａ、１ｂまでの距離
距離Ｂ 電機子コア３の内周面と永久磁石５の表面との間の距離
距離Ｃ 永久磁石５の半径方向端面から管状磁性体リング１ｃ、１ｄまでの距離
距離Ｄ 電機子コア３と永久磁石５の対向面間の距離

Claims (9)

1. 円板状のアダプタと、
   前記円板状のアダプタの中心を貫通して前記アダプタを固着しているシャフトと、
   前記アダプタの内側面に固定された円筒状をした磁性体の回転子ヨークと、
   前記円筒状の回転子ヨークの円筒外周面にそれぞれ隣り合う磁極が互いに異極となるように取付けられた複数の界磁用の永久磁石と、
   前記シャフトを軸受を介して回転自在に支承している固定子側のブラケットと、
   前記ブラケットの反軸受側の端部に連結される円筒状のフレームと、
   前記円筒状のフレームの円筒内周面に嵌合される円筒状をした電機子コアと、
   前記電機子コアの円筒内周面に、通電時の電気的位相によって決定された間隔及び相順をもって円周方向に配置されると共に前記永久磁石の表面との間にラジアル方向のクリアランスを設けて配置される複数のコイルと、を備えたモータにおいて、
   前記永久磁石の長さ方向の両側から前記永久磁石を挟むように前記永久磁石と所定の間隔をあけて前記回転子ヨークに機械的かつ磁気的に結合されることにより前記電機子コアの両端部分を通る磁束を通過させて閉ループを形成させる２枚の環状磁性体リングと、
   前記アダプタの前記回転子ヨーク固定面の反対面で前記環状磁性体リングの近傍に配置された磁性体のスリットディスクと、
   前記スリットディスクの回転に伴う磁気抵抗の変化を検出する磁気センサと、をさらに備えたことを特徴とするモータ。
2. 前記電機子コアの軸方向の長さを、前記２枚の環状磁性体リング間の距離の長さとしたことを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記環状磁性体リングはそれぞれ前記永久磁石の前記環状磁性体リング側の端面から環状磁性体リングまでの距離が、前記電機子コアの内周面と前記永久磁石の表面との間の距離と等しくなる位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
4. 前記環状磁性体リングの外周端部が前記永久磁石の表面の延長面まで延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ。
5. 円板状のアダプタと、
   前記円板状のアダプタの中心を貫通して前記アダプタを固着しているシャフトと、
   前記アダプタの内側面に固定された円板状をした磁性体の回転子ヨークと、
   前記円筒状の回転子ヨークの表面にそれぞれ隣り合う磁極が互いに異極となるように取付けられた複数の界磁用の永久磁石と、
   前記シャフトを軸受を介して回転自在に支承している固定子側のブラケットと、
   前記ブラケットの内側に設けられた円板状の電機子コアと、
   前記電機子コアの表面に、通電時の電気的位相によって決定された間隔及び相順をもって円周方向に配置されると共に前記永久磁石の表面との間に軸方向のクリアランスを設けて配置される複数のコイルと、を備えたモータにおいて、
   前記永久磁石の長さ方向の両側から前記永久磁石を挟むように前記永久磁石と所定の間隔をあけて前記回転子ヨークに機械的かつ磁気的に結合されることにより前記電機子コアの両端部分を通る磁束を通過させて閉ループを形成させる内径のそれぞれ異なる２個の管状磁性体リングと、
   前記アダプタの前記回転子ヨーク固定面の反対面で前記管状磁性体リングの近傍に配置された磁性体のスリットディスクと、
   前記スリットディスクの回転に伴う磁気抵抗の変化を検出する磁気センサと、をさらに備えたことを特徴とするモータ。
6. 前記電機子コアの半径方向の長さを、前記２個の管状磁性体リング間の距離の長さとしたことを特徴とする請求項５記載のモータ。
7. 前記管状磁性体リングは、それぞれ前記永久磁石の前記管状磁性体リング側の端面から前記管状磁性体リングまでの距離が、前記電機子コアと前記永久磁石の対向面間の距離と等しくなる位置に設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載のモータ。
8. 前記管状磁性体リングの管先端部が前記永久磁石の前記コイル表面の延長面まで延びていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のモータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載のモータを駆動機構として用いたことを特徴とするウエハ搬送ロボット。

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