JP5142030B2 - 多軸モータ - Google Patents

Description

本発明は、多軸モータに関し、特に大気外の雰囲気例えば真空中で用いられる搬送ロボットなどに用いると好適な多軸モータに関する。

従来、大気側から分離隔絶されたチャンバ内のスカラーアーム式ロボットを駆動する手段として，ベローズ式駆動方式や磁気結合駆動方式，磁性流体シール駆動方式等のカップリング機構やシール機構を介して、大気中に配置した数台のモータの出力を多重構造のシャフトにまとめ、その多重構造のシャフトをチャンバ内に導入する方法が用いられていた。

一方、大気側から分離隔絶された雰囲気中にモータを設置し、多重シャフト構造よりチャンバ内に駆動力を伝達する方法も、例えば特許文献１に示すように開発されている。即ち、特許文献１の技術によれば、３本の同軸多重シャフトを３台のダイレクトモータで回転させることで、２本のロボットアームを独立して駆動することができる。
特表２００２−５３４２８２号公報

ところが、上記のようなベローズ式駆動方式や磁気結合駆動方式などのカップリング機構を用いた場合、バックラッシが大きすぎたり、回転方向のねじれ剛性が低くなりすぎたりして、高精度の位置決め精度が得られないという問題点があった。一方、シール機構を介して回転力を導入する方式の場合、シール材に含まれる揮発成分によるアウトガスが発生してしまい、超高真空槽に適用することが難しいという問題があった。

更に、特許文献１に示すごとき、回転子と固定子の間に大気側との分離隔絶するための隔壁を配した３軸モータの場合、３台のモータを使用するため、部品間のアライメントが難しくなり、メンテナンスが困難である。また、３台の駆動モータから構成されるため、ハードと制御ソフトなどの構成部品コストが上昇し、構造が複雑のためメンテナンスコストも向上するという問題もある。

本発明は，かかる従来技術の間題点に鑑みてなされたものであり，例えばロボットの高精度な位置決めを実現しながらも、低コストである多軸モータを提供することを目的とする。

本発明の多軸モータは、
固定摩擦部材を取り付けたハウジングと、
前記ハウジングに内包され且つ前記ハウジングに対して回転自在に支持された中空の第３軸と、
前記第３軸に内包され且つ前記第３軸に対して回転自在に支持された中空の第２軸と、
前記第２軸に内包され且つ前記第２軸に対して回転自在に支持された第１軸と、
前記ハウジングに対して前記第３軸を駆動する第２モータと、
前記ハウジングに対して前記第１軸を駆動する第１モータと、
前記第２軸と一体的に回転するように取り付けられ相対移動可能となっている回転摩擦部材と、前記回転摩擦部材を一方向に付勢する付勢手段と、外部からの信号に応じて、前記回転摩擦部材を前記付勢力に抗して他方向に駆動する駆動力を選択的に発生する駆動手段とを備えたカップリング装置とを有し、
前記駆動手段が駆動力を発生しないときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力により前記固定摩擦部材に係合する位置へと移動し、前記駆動手段が駆動力を発生したときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力に抗して前記第３軸及び前記第１軸のうち少なくとも一方の軸に係合する位置へと移動するようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記第２モータのみを駆動することで、前記第３軸のみを独立して回転させることができ、或いは前記カップリング装置により前記第２軸を前記ハウジングに対して連結したときに、前記第１モータのみを駆動することで、前記第１軸のみを独立して回転させることができ、或いは前記カップリング装置により前記第２軸を前記第１軸及び／又は前記第３軸に対して連結したときに、前記第２モータ及び前記第１モータを駆動することで、前記第１軸、前記第２軸、前記第３軸を同時に回転させることができ、これにより、例えば特表２００２−５３４２８２号公報に示すごとき機構を、前記第１軸、前記第２軸、前記第３軸に連結しておくことで、２本のロボットアームを独立して動作させることができるため、簡素且つ低コストな構成を提供できる。

更に、前記第２軸と一体的に回転するように取り付けられ相対移動可能となっている回転摩擦部材と、前記回転摩擦部材を一方向に付勢する付勢手段と、外部からの信号に応じて、前記回転摩擦部材を前記付勢力に抗して他方向に駆動する駆動力を選択的に発生する駆動手段とを備えたカップリング装置とを有し、前記駆動手段が駆動力を発生しないときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力により前記固定摩擦部材に係合する位置へと移動し、前記駆動手段が駆動力を発生したときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力に抗して前記第３軸及び前記第１軸のうち少なくとも一方の軸に係合する位置へと移動するようになっているので、前記第２軸の連結又は固定を円滑に行わせることができる。

更に、前記回転摩擦部材は、その移動方向において前記駆動手段と前記固定摩擦部材との間に配置されていると好ましい。

更に、前記回転摩擦部材は磁性材からなり、前記駆動手段は前記ハウジングの外側に配置された電磁コイルと、前記ハウジングの外側に配置され前記ハウジングの壁越しに磁路を形成したステータ部材とを有し、前記ステータ部材と前記回転摩擦部材との間には電磁力に基づく吸引力が発生するようになっていると好ましい。

更に、前記付勢手段はバネであると好ましい。

更に、前記付勢手段は永久磁石であると好ましい。

更に、前記固定摩擦部材は、セラミック等の非金属材から形成されていると好ましい。

更に、前記第２モータは、前記ハウジングの外周に配置された第２ステータと、前記第２ステータに対向するようにして前記第３軸の外周に取り付けられた第２ロータとを有し、
前記第１モータは、前記ハウジングの外周に配置された第１ステータと、前記第１ステータに対向するようにして前記第１軸の外周に取り付けられた第１ロータとを有すると好ましい。

更に、前記ハウジングの外周に配置された第２検出器と、前記第２検出器によって回転を検出されるために前記第３軸の外周に取り付けられた第２センサロータと、前記ハウジングの外周に配置された第１検出器と、前記第１検出器によって回転を検出されるために前記第１軸の外周に取り付けられた第１センサロータと、を有すると好ましい。

更に、前記ハウジングの外部は大気状態であり、前記ハウジングの内部は大気外の状態におかれると好ましい。

本発明の好ましい形態としては、二本の独立スカラーアームを駆動する多軸モータであって、密封型ハウジングで真空環境と大気環境を分離して、天板フランジによってプロセスチャンバに固定して、かかるハウジングから形成された真空側に２本の独立スカラーアームを駆動する３本の同軸シャフト（軸）を有するものである。各シャフトの間及びハウジングの間に真空軸受を配置することによって、各シャフトはハウジングに対し回転自在に支えられている。第１軸と第３軸にそれぞれ永久磁石を設け、対応するハウジングの外側にそれぞれ駆動電磁ステータを配置し、２台の駆動モータ構造を構成し、第２軸に第２円盤（回転摩擦部材）、ハウジング真空側内壁にハウジング円盤（固定摩擦部材）を配置すると良い。磁性材である第２円盤は第２軸に対して回転方向に拘束され、軸方向に移動自在に結合されている。

ハウジング内側に配置されたステータ部材が、ハウジングを越してハウジング外側に配置される電磁コイルと磁路上繋がっている。電磁コイルが励磁されたら、ステータ部材と第２円盤との間に吸引力が発生し、第２円盤が第１軸又は第３軸の方向へ動いて接触し、第１軸又は第３軸に対して固定される。又、別な形態では第２円盤に圧縮バネからなる反力装置があって、バネは第２軸に対して常に圧縮されているため、電磁コイルが通電しない時に、バネ反力によって第２円盤はハウジング円盤と押し合って、ハウジングと第２軸が互いにロックされる。第１軸と第３軸の位置を検出するために、第１軸用回転検出器と第３軸用回転検出器を配置すると良い。

本発明の一形態によれば、従来技術の３つのモータ構成に比べ、２つのモータと１つのロック（又はカップリング）構造への変更により、機械部品の減少と制御ソフトの簡単化が可能になり、コスト低減ができる。又、機械部品の減少によって、組立とメンテナンスの複雑さが低減でき、更に組立コストとメンテナンスコストが削減できる。更に、３つのモータ構成に比べ、体積がより小さくて、スループットの上昇を期待できる。加えて、円筒型ロック構造の採用により、接触する有効摩擦面の半径を大きくできるので、摩擦トルクが増大し、システム上の剛性が高まる。

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、第１の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ａの断面図であり、図１（ａ）は電磁コイルが励磁された状態を示し、図１（ｂ）は電磁コイルが非励磁の状態を示す。

図１において、天板フランジ１０１が、大気外としての真空雰囲気内に維持されたプロセスチャンバ（不図示）の底壁に取り付けられている。天板フランジ１０１の開口１０１ａに対向して、例えばステンレス製である底付き円管状のハウジング１０２が配置され、天板フランジ１０１の開口１０１ａの周囲とハウジング１０２の上端周囲との間は、伸縮自在な筒状金属製のベローズ１０３により密封可能に連結されている。従って、プロセスチャンバの内部からハウジング１０２の内部までは密閉空間となり、ハウジング１０２の外部を大気雰囲気にしても、開口１０１ａから空気がプロセスチャンバ内に侵入することはない。このようにベローズ１０３を設けることで、プロセスチャンバ内の真空雰囲気を破壊することなく、不図示のアクチュエータによりハウジング１０２を天板フランジ１０１に対して接近・離隔させることができる。尚、このような動作が不要であれば、ハウジング１０２を天板フランジ１０１に対して溶接などで固定することもできる。

天板フランジ１０１の開口１０１ａを通ってプロセスチャンバ内に、同軸に配置された三本の軸１０４〜１０６が延出している。より具体的には、中空の第３軸１０４が、ハウジング１０２に対して、真空軸受１０７，１０８により軸線方向に移動不能且つ回転自在に支持されている。又、中空の第２軸１０５が、第３軸１０４に対して、真空軸受１０９，１１０により軸線方向に移動不能且つ回転自在に支持されている。更に、中実の第１軸１０６が、第２軸１０５に対して、真空軸受１１１，１１２により軸線方向に移動不能且つ回転自在に支持されている。従って、ハウジング１０２が天板フランジ１０１に対して接近・離隔した場合、三本の軸１０４〜１０６もハウジング１０２と一体で変位することとなる。ここで、第３軸１０４は、これを内包するハウジング１０２の上端より上方に突出し、第２軸１０５は、これを内包する第３軸１０４の上端より上方に突出し、第１軸１０６は、これを内包する第２軸１０４の上端より上方に突出していると、アーム等の接続に好適である。尚、システム剛性を向上させるために、各真空軸受としてアンギュラ式玉軸受のＤＢ組合せを使用することが好適であるが、ラジアル荷重とアキシアル荷重両方とも受けられる方式の軸受であれば、別の方式でも構わない。又、半径方向内側の軸の両端は、それより半径方向外側の軸の端部を超えて延出している。

第３軸１０４の下端外周には、第２ロータを構成する第２永久磁石１１３が周方向に並べて付着されているが、付着場所はこれに限定されない。第２永久磁石１１３に対向するようにして、ハウジング１０２の外周には第２ステータ１１４が取り付けられている。第２ステータ１１４に電力を供給すると、第２永久磁石１１３との間に発生した磁力により、ハウジング１０２に対して第３軸１０４が回転するようになっている。第２永久磁石１１３と第２ロータ１１４とで第２モータを構成する。

一方、第１軸１０６の下端外周には、上面中央が窪んだ厚肉円盤状の基板１１５（外径が第３軸１０４の外径と略等しい）が固定され、基板１１５の外周には、第１ロータを構成する第１永久磁石１１６が周方向に並べて付着されているが、付着場所はこれに限定されない。第１永久磁石１１６に対向するようにして、ハウジング１０２の外周には第１ステータ１１７が取り付けられている。第１ステータ１１７に電力を供給すると、第１永久磁石１１６との間に発生した磁力により、ハウジング１０２に対して第１軸１０６が回転するようになっている。第１永久磁石１１６と第１ロータ１１７とで第１モータを構成する。

本実施の形態のように、第２ステータ１１４と第１ステータ１１７とをハウジング１０２の外部の大気環境内におくことで、コイルなどから発生するアウトガスを真空環境から隔離し、かつ安定的な回転トルクが発生できるダイレクトドライブモータが構成される。又、以上の構成により、第３軸１０４と第１軸１０６は独立に回転と精密位置決めができ、かつバランスよい駆動性能が得られる。

更に、第３軸１０４の外周には、第２センサロータ１１８が取り付けられており、また第２センサロータ１１８に対向するようにして、ハウジング１０２の外周には第２検出器１１９が取り付けられている。第２検出器１１９は、第２センサロータ１１８の回転を磁気的に検出できるものであるが、精度良く第２センサロータ１１８即ち第３軸１０４の回転を検出できるものであれば、これに限られない。

一方、第１軸１０６に取り付けられた基板１１５の外周には、第１センサロータ１２０が取り付けられており、また第１センサロータ１２０に対向するようにして、ハウジング１０２の外周には第１検出器１２１が取り付けられている。第１検出器１２１も、第１センサロータ１２０の回転を磁気的に検出できるものであるが、精度良く第１センサロータ１２０即ち第１軸１０６の回転を検出できるものであれば、これに限られない。

第２軸１０５の下端外周には、フランジ状のバネ支持部１２３が溶接等により固定され、その上方には、ドーナツ板状である摩擦部材としての第２円盤１２２が取り付けられている。磁性材からなる第２円盤１２２と第２軸１０５との間には、例えば雄セレーションと雌セレーションとを係合した構造が形成されており、第２軸１０５に対して第２円盤１２２は一体的に回転するが、軸線方向に相対移動可能となっている。

第２円盤１２２とバネ支持部１２３との間には、付勢手段としての圧縮バネ１２４が配置されて、第２円盤１２２を図１で上方に向かって付勢している。

ハウジング１０２の内周には、第２円盤１２２に対して圧縮バネ１２４と反対側（図１で上側）に、セラミックなどからなるドーナツ板状であるハウジング円盤１２５が接着や凹凸の嵌合等によって固定されている。一方、第２円盤１２２に対して圧縮バネ１２４側（図１で下側）において、ハウジング１０２の外周には駆動手段としての電磁コイル１２６が配置され、それに対向してハウジング１０２の内周には、磁性材からなる環状のステータ部材１５０が固定されていて、電磁コイル１２６との間で磁路上連結されている。尚、ステータ部材１５０は、基板１１５の上端より下方の位置に形成されている。

更に、第２ステータ１１４，第１ステータ１１７，第２検出器１１９，第１検出器１２１，電磁コイル１２６は、制御装置ＣＯＮＴに信号授受可能に接続されている。

ここで、制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が圧縮バネ１２４の付勢力より大きければ、図１（ａ）に示すようにステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、基板１１５の上端に当接して、お互いに押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５を第１軸１０６に対してロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、圧縮バネ１２４の付勢力に応じて、図１（ｂ）に示すように第２円盤１２２は、ハウジング円盤１２５の下面に当接係合して摩擦力が作用するので、第２軸１０５とハウジング１０３とを互いに固定することができる。ハウジング円盤１２５はセラミックなどであるので、第２円盤１２２の係合時の摩擦力を任意に強く設定できるので好ましい。電磁コイル１２６，ステータ部材１５０、第２円盤１２２、圧縮バネ１２４によりカップリング装置を構成する。

本実施の形態のように、電磁コイル１２６をハウジング１０２の外部の大気環境内におくことで、それから発生するアウトガスを真空環境から隔離することができる。

ここで、本実施の形態の多軸モータを、例えば特表２００２−５３４２８２号公報に記載されているようなデュアルスカラーアームロボットに用いる例について検討する。特表２００２−５３４２８２号公報に記載されているデュアルスカラーアームロボットは、軸回りに旋回可能であり且つ半径方向に独立して移動可能な２つのアームを有している。より具体的には、第３軸１０４は一方のアームのフレームに連結され、第１軸１０６は他方のアームのフレームに連結され、第２軸１０５は両アームの間接駆動用プーリに連結されている。

以下に示すように、制御装置ＣＯＮＴからの信号により第３軸１０４〜第１軸１０６を回転駆動することで、アームの駆動を実現できる。
（１）制御装置ＣＯＮＴからのオン信号により電磁コイル１２６を励磁した状態では、第１軸１０６と第２軸１０５とが連結されるので、制御装置ＣＯＮＴを介しての電力供給により第２モータと第１モータとの駆動により、第３軸１０４、第２軸１０５，第１軸１０６は全て一体的に回転させることができ、これにより両アームは同方向に一体的に旋回する。更に、第２検出器１１９及び第１検出器１２１からの信号に基づき、第３軸１０４及び第１軸１０６が所定角度回転したことを検出したときは、制御装置ＣＯＮＴは第２モータと第１モータを静止させることができる。
（２）制御装置ＣＯＮＴからのオフ信号により電磁コイル１２６を非励磁とした状態では、静止したハウジング１０２に対して第２軸１０５が固定されるので、第３軸１０４及び第１軸１０６を一方向に回転駆動することで、両アームが半径方向外側へと変位し、或いは第３軸１０４及び第１軸１０６を他方向に回転駆動することで、両アームが半径方向内側へと変位する。更に、第２検出器１１９及び第１検出器１２１からの信号に基づき、第３軸１０４及び第１軸１０６が所定角度回転したことを検出したときは、制御装置ＣＯＮＴは第２モータと第１モータを静止させることができる。

従来は、スカラーアームロボットを駆動するために最低３つのダイレクトドライブモータが必要であったが、２つのモータと１つの選択手段を備えた本実施の形態にかかる多軸モータでスカラーアームロボットを駆動できるため、簡素且つ低コストなロボットを提供できる。尚、本実施の形態では、第２円盤１２２の付勢に圧縮バネを用いているが、それ以外にも、引っ張りばね、磁気吸引、磁気反発など種々のタイプのバネを採用できる。

図２は、第２の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｂの断面図である。尚、以下の実施の形態においては、電磁コイルはオンでもオフでもない中立の状態で示しており、制御装置ＣＯＮＴ及び配線は省略している。図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図２においては、上面中央に窪みを有しておらず円盤状の基板１１５の上面に対向して、第２軸１０５の下端外周に軸線方向移動可能且つ相対回転不能に第２円盤１２２を取り付けている。第２円盤１２２の上方において、第２軸１０５の外周に、フランジ状のバネ支持部１２３ｂを形成し、支持部１０５ａと第２円盤１２２との間を引っ張りバネ１２４ｂで連結することにより、第２円盤１２２に上方に向かう付勢力を付与している。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が引っ張りバネ１２４ｂの付勢力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２が基板１５５の上面と押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５を第１軸１０６に対してロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、引っ張りバネ１２４ｂの付勢力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５の下面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に対して固定することができる。

図３は、第３の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｃの断面図である。以下、図２に示す第２の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図３においては、第２円盤１２２の下方にハウジング円盤１２５が設けられ、第２円盤１２２の上方に、電磁コイル１２６及びステータ部材１５０が設けられている。ステータ部材１５０は、第３軸１４０の下端より上方に配置されている。バネ支持部材１２３と第２円盤１２２との間には圧縮バネ１２４ｃが配置されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が圧縮バネ１２４ｃの付勢力より大きければ、第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接係合して摩擦力が作用する。これにより、第２軸１０５と第３軸１０４とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、圧縮バネ１２４ｃの付勢力に応じて、第２円盤１２２がハウジング円盤１２５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図４は、第４の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｄの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図４においては、第２円盤１２２の下方にハウジング円盤１２５が設けられ、第２円盤１２２の上方に、電磁コイル１２６及びステータ部材１５０が設けられている。第２円盤１２２と、その下方に配置されたバネ支持部材１２３との間には引っ張りバネ１２４ｄが配置されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が引っ張りバネ１２４ｄの付勢力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接係合して摩擦力が作用する。これにより、第２軸１０５と第３軸１０４とが互いにロックする或いはカップリングとして作用する。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、引っ張りバネ１２４ｄの付勢力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５に向かって付勢され、第２円盤１２２がハウジング円盤１２５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図５は、第５の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｅの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図５においては、第２円盤と圧縮バネとを電磁コイル及びステータ部材をそれぞれ２つ設けている。より具体的には、ハウジング円盤１２５を上下に挟むようにして、上方第２円盤１２２と下方第２円板１２２’が、上述と同様に第２軸１０５に取り付けられている。上方第２円盤１２２の更に上方には、高さ方向に上方電磁コイル１２６と上方ステータ部材１５０とを挟んで上方バネ支持部１２３が形成され、下方第２円盤１２２’の更に下方には、高さ方向に下方電磁コイル１２６’と下方ステータ部材１５０’とを挟んで下方バネ支持部１２３’が形成されている。更に、上方第２円盤１２２と上方バネ支持部１２３との間には、上方圧縮バネ１２４ｅが配置され、下方第２円盤１２２’と下方バネ支持部１２３’との間には、下方圧縮バネ１２４ｅ’が配置されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６、１２６’が励磁されると、ステータ部材１５０，１５０’と第２円盤１２２、１２２’が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が圧縮バネ１２４ｅ、１２４ｅ’の付勢力より大きければ、上方第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接し、下方第２円盤１２２’は第１軸１０６の基板１１５の上面に当接してそれぞれ摩擦力が作用する。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、圧縮バネ１２４ｅ、１２４ｅ’の付勢力に応じて、第２円盤１２２、１２２’はハウジング円盤１２５の両面に当接して、それぞれ摩擦力が作用することとなる。これにより、固定時の剛性を高く確保できる。

図６は、第６の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｆの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。第２円盤と圧縮バネとを電磁コイル及びステータ部材をそれぞれ２つ設けている。より具体的には、ハウジング円盤１２５を上下に挟むようにして、上方第２円盤１２２と下方第２円板１２２’が、第２軸１０５に取り付けられている。上方第２円盤１２２の更に上方には、高さ方向に上方電磁コイル１２６と上方ステータ部材１５０とを挟んで上方バネ支持部１２３が形成され、下方第２円盤１２２’の更に下方には、高さ方向に下方電磁コイル１２６’と下方ステータ部材１５０’とを挟んで下方バネ支持部１２３’が形成されている。更に、下方第２円盤１２２’と上方バネ支持部１２３とは、上方第２円盤１２２に形成された開口を通過する上方引っ張りバネ１２４ｆにより連結されており、上方第２円盤１２２と下方バネ支持部１２３’とは、下方第２円盤１２２’に形成された開口を通過する下方引っ張りバネ１２４ｆ’により連結されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６、１２６’が励磁されると、ステータ部材１５０，１５０’と第２円盤１２２、１２２’が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が引っ張りバネ１２４ｆ、１２４ｆ’の付勢力より大きければ、上方第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接し、下方第２円盤１２２’は第１軸１０６の基板１１５の上面に当接してそれぞれ摩擦力が作用する。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、引っ張りバネ１２４ｆ、１２４ｆ’の付勢力に応じて、第２円盤１２２、１２２’はハウジング円盤１２５の両面に当接して、それぞれ摩擦力が作用することとなる。これにより、固定時の剛性を高く確保できる。

図７は、第７の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｇの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図７においては、バネの代わりに第２円盤を付勢する付勢手段としての永久磁石の吸引力を用いている。より具体的には、セラミックなどのハウジング円盤１２５の下面には、ドーナツ板状の溝１２５ａが形成されており、かかる溝１２５ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。溝１２５ａの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。永久磁石１３０の磁力により、磁性体である第２円盤１２２は常に上方に付勢されている。電磁コイル１２６，ステータ部材１５０、第２円盤１２２、永久磁石１３０によりカップリング装置を構成する。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０の磁力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２は基板１１５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第１軸１０６とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、永久磁石１３０の磁力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５に対して押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図８は、第８の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｈの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図８においては、第２円盤を付勢するため永久磁石の反発力を用いている。より具体的には、第１軸１０６に取り付けられた基板１１５の上面にドーナツ板状の溝１１５ａが形成されており、かかる溝１１５ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。溝１１５ａの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。一方、第２円盤１２２の下面には、ドーナツ板状の溝１２２ａが形成されており、かかる溝１２２ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３１が固着されている。溝１２２ａの深さより永久磁石１３１の肉厚が薄くなっている。ここで、永久磁石１３０，１３１は、互いに同極同士を向き合わせているため、永久磁石１３０、１３１の間には反発力が生じており、よって第２円盤１２２は常に上方に付勢されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ハウジング円盤１２５と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０、１３１の間の反発力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２は基板１１５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第１軸１０６とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、永久磁石１３０、１３１の間の反発力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５に押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図９は、第９の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｉの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図９においては、第２円盤を付勢するため永久磁石の吸引力を用いている。より具体的には、セラミックなどのハウジング円盤１２５の上方に、第２円盤１２２を挟んで電磁コイル１２６とステータ部材１５０とが設けられている。ハウジング円盤１２５の上面には、ドーナツ板状の溝１２５ａが形成されており、かかる溝１２５ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。溝１２５ａの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。永久磁石１３０の磁力により、磁性体である第２円盤１２２は常に下方に付勢されている。電磁コイル１２６，ステータ部材１５０、第２円盤１２２、永久磁石１３０によりカップリング装置を構成する。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０の磁力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第３軸１０４とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、永久磁石１３０の磁力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５に対して押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図１０は、第１０の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｊの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図１０においては、第２円盤を付勢するため永久磁石の反発力を用いている。より具体的には、ハウジング円盤１２５の上方に、第２円盤１２２を挟んで電磁コイル１２６とステータ部材１５０とが設けられている。ハウジング円盤１２５の上方で第３軸１０４の下端内周に、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。これに対向して、第２円盤１２２の上面にはドーナツ板状の溝１２２ａが形成されており、かかる溝１２２ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３１が固着されている。溝１２２ａの深さより永久磁石１３１の肉厚が薄くなっている。ここで、永久磁石１３０，１３１は、互いに同極同士を向き合わせているため、永久磁石１３０、１３１の間には反発力が生じており、よって第２円盤１２２は常に下方に付勢されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６が励磁されると、ステータ部材１５０と第２円盤１２２が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０、１３１の間の反発力より大きければ、ステータ部材１５０に第２円盤１２２が吸引され、第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第３軸１０４とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６の励磁を中断すれば、永久磁石１３０、１３１の間の反発力に応じて、第２円盤１２２はハウジング円盤１２５に対して押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図１１は、第１１の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｋの断面図である。以下、図１に示す第１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図１１においては、第２円盤を付勢するため永久磁石の吸引力を用いると共に、第２円盤と磁石と電磁コイル及びステータ部材をそれぞれ２つ設けている。より具体的には、セラミックなどのハウジング円盤１２５を上下に挟むようにして、上方第２円盤１２２と下方第２円板１２２’が、第２軸１０５に取り付けられている。上方第２円盤１２２の更に上方には、上方電磁コイル１２６と上方ステータ部材１５０とが配置され、下方第２円盤１２２’の更に下方には、下方電磁コイル１２６’と下方ステータ部材１５０’とが配置されている。ハウジング円盤１２５の上面には、ドーナツ板状の溝１２５ａが形成されており、かかる溝１２５ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。溝１２５ａの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。又、ハウジング円盤１２５の下面には、ドーナツ板状の溝１２５ｂが形成されており、かかる溝１２５ｂ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３１が固着されている。溝１２５ｂの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６、１２６’が励磁されると、ステータ部材１５０，１５０’と第２円盤１２２、１２２’が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０、１３１の磁力より大きければ、上方第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接し、下方第２円盤１２２’は第１軸１０６の基板１１５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第３軸１０４及び第１軸１０６とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６、１２６’の励磁を中断すれば、永久磁石１３０、１３１の磁力に応じて、ハウジング円盤１２５の両面に第２円盤１２２、１２２’が押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

図１２は、第１２の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｌの断面図である。以下、図１１に示す第１１の実施の形態に対し、異なる点を主として説明する。図１２においては、第２円盤を付勢するため永久磁石の反発力を用いると共に、第２円盤を２つ、永久磁石を４つ、電磁コイル及びステータ部材を２つ設けている。より具体的には、ハウジング円盤１２５を上下に挟むようにして、上方第２円盤１２２と下方第２円板１２２’が、第２軸１０５に取り付けられている。上方第２円盤１２２の上面には、ドーナツ板状の溝１２２ａが形成されており、かかる溝１２２ａ内には、ドーナツ板状の永久磁石１３０が固着されている。溝１２２ａの深さより永久磁石１３０の肉厚が薄くなっている。永久磁石１３０に対向するようにして、その上方には、第３軸１０４の下端内周に、ドーナツ板状の永久磁石１３１が取り付けられている。一方、下方第２円盤１２２’の下面には、ドーナツ板状の溝１２２ａ’が形成されており、かかる溝１２２ａ’内には、ドーナツ板状の永久磁石１３２が固着されている。溝１２２ａ’の深さより永久磁石１３２の肉厚が薄くなっている。永久磁石１３２に対向するようにして、その下方には、基板１１５の上面に形成された溝１１５ａ内に、ドーナツ板状の永久磁石１３３が取り付けられている。溝１２５ａの深さより永久磁石１３３の肉厚が薄くなっている。ここで、永久磁石１３０，１３１及び１３２，１３３は、それぞれ互いに同極同士を向き合わせているため、永久磁石１３０、１３１及び１３２，１３３の間には反発力が生じており、よって上方第２円盤１２２は常に下方に付勢され、下方第２円盤１２２’は常に上方に付勢されている。

制御装置ＣＯＮＴからの電力供給により電磁コイル１２６、１２６’が励磁されると、ステータ部材１５０，１５０’と第２円盤１２２、１２２’が磁化され、互いに吸引する吸引力に基づく駆動力が発生するので、かかる駆動力が永久磁石１３０、１３１及び１３２，１３３の磁力より大きければ、上方第２円盤１２２は第３軸１０４の下端に当接し、下方第２円盤１２２’は第１軸１０６の基板１１５の上面に当接係合して摩擦力が作用し、第２軸１０５と第３軸１０４及び第１軸１０６とが互いにロックする或いはカップリングとして機能させることができる。一方、電磁コイル１２６、１２６’の励磁を中断すれば、永久磁石１３０、１３１及び１３２，１３３の磁力に応じて、ハウジング円盤１２５の両面に第２円盤１２２、１２２’が押圧し合うように係合することで摩擦力が作用し、第２軸１０５をハウジング１０２に固定することができる。

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、ハウジング円盤は、セラミックなどに限られない。本実施の形態の多軸モータは、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。

第１の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ａの断面図である。 第２の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｂの断面図である。 第３の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｃの断面図である。 第４の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｄの断面図である。 第５の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｅの断面図である。 第６の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｆの断面図である。 第７の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｇの断面図である。 第８の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｈの断面図である。 第９の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｉの断面図である。 第１０の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｊの断面図である。 第１１の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｋの断面図である。 第１２の実施の形態にかかる多軸モータ１００Ｌの断面図である。

符号の説明

１００Ａ〜１００Ｌ 多軸モータ
１０１ 天板フランジ
１０１ａ 開口
１０２ ハウジング
１０３ ベローズ
１０４ 第３軸
１０５ 第２軸
１０５ａ バネ支持部
１０６ 第１軸
１０７，１０８ 真空軸受
１０９，１１０ 真空軸受
１１１，１１２ 真空軸受
１１３ 永久磁石
１１４ 第２ステータ
１１５ 基板
１１５ａ 溝
１１６ 永久磁石
１１７ 第１ステータ
１１８ 第２センサロータ
１１９ 第２検出器
１２０ 第１センサロータ
１２１ 第１検出器
１２２ 第２円盤
１２３ バネ支持部
１２４ バネ
１２５ ハウジング円盤
１２６ 電磁コイル
１３０，１３１，１３２，１３３ 永久磁石
１５０ ステータ部材
ＣＯＮＴ 制御装置

Claims (9)

1. 固定摩擦部材を取り付けたハウジングと、
   前記ハウジングに内包され且つ前記ハウジングに対して回転自在に支持された中空の第３軸と、
   前記第３軸に内包され且つ前記第３軸に対して回転自在に支持された中空の第２軸と、
   前記第２軸に内包され且つ前記第２軸に対して回転自在に支持された第１軸と、
   前記ハウジングに対して前記第３軸を駆動する第２モータと、
   前記ハウジングに対して前記第１軸を駆動する第１モータと、
   前記第２軸と一体的に回転するように取り付けられ相対移動可能となっている回転摩擦部材と、前記回転摩擦部材を一方向に付勢する付勢手段と、外部からの信号に応じて、前記回転摩擦部材を前記付勢力に抗して他方向に駆動する駆動力を選択的に発生する駆動手段とを備えたカップリング装置とを有し、
   前記駆動手段が駆動力を発生しないときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力により前記固定摩擦部材に係合する位置へと移動し、前記駆動手段が駆動力を発生したときは、前記回転摩擦部材は前記付勢手段の付勢力に抗して前記第３軸及び前記第１軸のうち少なくとも一方の軸に係合する位置へと移動するようになっていることを特徴とする多軸モータ。
2. 前記回転摩擦部材は、その移動方向において前記駆動手段と前記固定摩擦部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多軸モータ。
3. 前記回転摩擦部材は磁性材からなり、前記駆動手段は前記ハウジングの外側に配置された電磁コイルと、前記ハウジングの外側に配置され前記ハウジングの壁越しに磁路を形成したステータ部材とを有し、前記ステータ部材と前記回転摩擦部材との間には電磁力に基づく吸引力が発生するようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸モータ。
4. 前記付勢手段はバネであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多軸モータ。
5. 前記付勢手段は永久磁石であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多軸モータ。
6. 前記固定摩擦部材は、非金属材から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多軸モータ。
7. 前記第２モータは、前記ハウジングの外周に配置された第２ステータと、前記第２ステータに対向するようにして前記第３軸の外周に取り付けられた第２ロータとを有し、
   前記第１モータは、前記ハウジングの外周に配置された第１ステータと、前記第１ステータに対向するようにして前記第１軸の外周に取り付けられた第１ロータとを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多軸モータ。
8. 前記ハウジングの外周に配置された第２検出器と、前記第２検出器によって回転を検出されるために前記第３軸の外周に取り付けられた第２センサロータと、前記ハウジングの外周に配置された第１検出器と、前記第１検出器によって回転を検出されるために前記第１軸の外周に取り付けられた第１センサロータと、を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多軸モータ。
9. 前記ハウジングの外部は大気状態であり、前記ハウジングの内部は大気外の状態におかれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の多軸モータ。

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