JPH0686514A - ２軸独立駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つのロータとこれらの駆動手段とを完全に
分離できるようにするとともに、発振や伝達系のバック
ラッシを軽減して、位置決め精度や静止トルクの向上を
可能にする。 【構成】 ２軸独立駆動装置は、円筒状の第１ロータ
２、少なくとも一端側が第１ロータ２の端から突出する
ように第１ロータ２の内側に挿入されて第１ロータ２に
対して回転自在に支持された第２ロータ３、第１ロータ
２の周囲に駆動部10a が配置されて第１ロータ２に回転
力を伝達する第１磁気継手10、第１ロータ２の端から突
出した第２ロータ３の周囲に駆動部13a が配置されて第
２ロータ３に回転力を伝達する第２磁気継手13、第１磁
気継手10の駆動部10a を回転駆動する第１超音波モータ
18、および第２磁気継手13の駆動部13a を回転駆動する
第２超音波モータ19を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２つのロータを独立
に回転させる２軸独立駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の駆動装置として、第１ロータが
磁気継手などの非接触型駆動手段で回転駆動され、第１
ロータに取付けられたモータによって第２ロータが回転
駆動されるものが知られていた。

【０００３】ところが、このような従来の駆動装置で
は、第２ロータを駆動するためのモータなどの駆動手段
が第１ロータに設けられているため、２つのロータとこ
れらの駆動手段とを完全に分離して非接触型にすること
はできなかった。

【０００４】このため、たとえば、２つのロータが真空
シールドによってシールドされた真空雰囲気中に入れら
れるような場合など、第１ロータに設けられた第２ロー
タの駆動手段も真空雰囲気中に入れなければならなくな
り、種々の不都合が生じていた。

【０００５】そこで、本発明者らは、円筒状の第１ロー
タ、少なくとも一端側が第１ロータの端から突出するよ
うに第１ロータの内側に挿入されて第１ロータに対して
回転自在に支持された第２ロータ、第１ロータの周囲に
駆動部が配置されて第１ロータに回転力を伝達する第１
磁気継手、および第１ロータの端から突出した第２ロー
タの周囲に駆動部が配置されて第２ロータに回転力を伝
達する第２磁気継手を備えた２軸独立駆動装置を提案し
た（特願平３−３０９１２号参照）。この２軸独立駆動
装置では、第１および第２磁気継手の駆動部はサーボモ
ータとベルトを介して回転駆動されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の２軸独立駆動
装置は、たとえば、半導体ウェハのハンドリング装置に
おいてロボットアームを伸縮・旋回させるために使用さ
れるが、２つのロータがサーボモータ、ベルトおよび磁
気継手を介して回転させられるため、サーボモータの量
子化ノイズ（エンコーダの±１パルス分の不感帯での発
振）と伝達系のバックラッシなどの影響で、次のような
問題が発生する。

【０００７】まず、半導体ウェハのハンドリング装置に
使用した場合、ロボットアームが回転方向に振動する。
また、２つのロータの位置決め精度が低下する。

【０００８】この発明の目的は、上記の問題を全て解決
し、２つのロータとこれらの駆動手段とを完全に分離で
き、しかも発振や伝達系のバックラッシを軽減して、位
置決め精度や静止トルクの向上が可能な２軸独立駆動装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による２軸独立
駆動装置は、円筒状の第１ロータ、少なくとも一端側が
第１ロータの端から突出するように第１ロータの内側に
挿入されて第１ロータに対して回転自在に支持された第
２ロータ、第１ロータの周囲に駆動部が配置されて第１
ロータに回転力を伝達する第１磁気継手、第１ロータの
端から突出した第２ロータの周囲に駆動部が配置されて
第２ロータに回転力を伝達する第２磁気継手、第１磁気
継手の駆動部を回転駆動する第１超音波モータ、および
第２磁気継手の駆動部を回転駆動する第２超音波モータ
を備えているものである。

【００１０】

【作用】第１ロータを回転駆動する駆動手段である第１
磁気継手は非接触型のものであるから、これを２つのロ
ータから完全に切離すことができる。また、第２ロータ
を回転駆動する駆動手段である第２磁気継手も非接触型
のものであるから、これも２つのロータから完全に切離
すことができる。したがって、２つのロータをこれらの
駆動手段から完全に切離すことができる。

【００１１】また、第１および第２磁気継手の駆動部の
回転駆動に超音波モータが使用されているので、静止ト
ルクが大きくて、外乱などによる振動に強く、応答性が
向上し、伝達系のバックラッシが軽減し、省スペース化
が図れる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。なお、以下の説明において、図１およ
び図２の上下を上下とする。

【００１３】図１に示す２軸独立駆動装置は、真空シー
ルド(1) の中の真空雰囲気(V) 中に配置された第１ロー
タ（外側ロータ）(2) と第２ロータ（内側ロータ）(3)
をシールド(1) の外の大気(A) 中から駆動するものであ
る。

【００１４】シールド(1) は、水平壁部(1a)に形成され
た穴の部分から垂直下向きにのびた有底円筒壁部(1b)を
備えており、この円筒壁部(1b)内の真空雰囲気(V) 中に
２つのロータ(2)(3)が回転および上下方向の移動ができ
るようにはめられている。第１ロータ(2) は、垂直円筒
状をなし、シールド円筒壁部(1b)内にわずかな隙間をあ
けてはめられている。第２ロータ(3) は垂直軸状をな
し、上下両端が第１ロータ(2) から突出するように第１
ロータ(2) の中心に挿入されている。そして、第２ロー
タ(3) は、上下２つの軸受(4)(5)により、第１ロータ
(2) に対して上下方向には移動しないが回転はしうるよ
うに支持されている。また、第１ロータ(2)の下端から
下方に突出した第２ロータ(3) の下端に、第１ロータ
(2) と外径がほぼ等しい短円柱状の大径部(3a)が形成さ
れている。

【００１５】シールド円筒壁部(1b)の周囲の大気(A) 中
の上部に第１駆動ユニット(6) が、下部に第２駆動ユニ
ット(7) がそれぞれ設けられている。

【００１６】第１駆動ユニット(6) は、第１ハウジング
(8) 、第１磁気軸受(9) 、第１磁気継手(10)の駆動部(1
0a) および第１超音波モータ(18)を備えている。第２駆
動ユニット(7) は、第２ハウジング(11)、第２磁気軸受
(12)、第２磁気継手(13)の駆動部(13a) および第２超音
波モータ(19)を備えている。

【００１７】上下２つのハウジング(8)(11) は、図示し
ない適宜な駆動手段により、互いに同期して上下方向に
移動させられる。

【００１８】第１磁気軸受(9) は第１ハウジング(8) の
下部に、第２磁気軸受(12)は第２ハウジング(11)の上部
に設けられ、それぞれシールド円筒壁部(1b)を挾んで第
１ロータ(2) の外周面と対向している。これらの磁気軸
受(9)(12) は公知のものであり、たとえば円周方向の４
箇所に電磁石(9a)(9b)(12a)(12b)を備え、第１ロータ
(2) を半径方向に保持するようになっている。

【００１９】第１磁気継手(10)の駆動部(10a) は第１ハ
ウジング(8) の上部に設けられ、シールド円筒壁部(1b)
を挾んで第１ロータ(2) の外周面と対向している。第２
磁気継手(13)の駆動部(13a) は第２ハウジング(11)の下
部に設けられ、シールド円筒壁部(1b)を挾んで第２ロー
タ(3) の大径部(3a)の外周面と対向している。これらの
駆動部(10a)(13a)はシールド円筒壁部(1b)と同軸のリン
グ状をなし、軸線を中心に回転しうるように軸受(14)(1
6)によりハウジング(8)(11) に支持されている。超音波
モータ(18)(19)はたとえば特開昭５９−１７５９８２号
公報などに記載されているような公知のものであり、リ
ング状のステータ(18a)(19a)とロータ(18b)(19b)から構
成されている。第１超音波モータ(18)のステータ(18a)
は第１ハウジング(8) に固定され、ロータ(18b) はこれ
に上から対向するように第１磁気継手(10)の駆動部(10
a) の下端面に固定されている。第２超音波モータ(19)
のステータ(19a) は第２ハウジング(11)に固定され、ロ
ータ(19b) はこれに上から対向するように第２磁気継手
(13)の駆動部(13a) の下端面に固定されている。そし
て、第１磁気継手(10)の駆動部(10a) は第１超音波モー
タ(18)により、第２磁気継手(13)の駆動部(13a) は第２
超音波モータ(19)により互いに独立に回転させられる。
磁気継手(10)(13)はたとえば特開昭５６−１５０６５０
号公報などに記載されているような公知のものであり、
第１磁気継手(10)の駆動部(10a) の回転力が第１ロータ
(2) に伝達され、第２磁気継手(13)の駆動部(13a) の回
転力が第２ロータ(3) に伝達される。

【００２０】上下２つのハウジング(8)(11) が互いに同
期して上下に移動すると、２つの磁気軸受(9)(12) も上
下に移動し、図示しない磁気継手の軸線方向の保持力に
よって２つのロータ(2)(3)が一体となって上下に移動さ
せられる。

【００２１】第１超音波モータ(18)によって第１磁気継
手(10)の駆動部(10a) を回転させると、その回転力が第
１ロータ(2) に伝達され、第１ロータ(2) が第２ロータ
(3)とは独立して回転させられる。同様に、第２超音波
モータ(19)によって第２磁気継手(13)の駆動部(13a) を
回転させると、その回転力が第２ロータ(3) に伝達さ
れ、第２ロータ(3) が第１ロータ(2) とは独立して回転
させられる。

【００２２】図２および図３は、上記の２軸独立駆動装
置を使用した半導体ウェハのハンドリング装置の１例の
主要部を示している。なお、この場合、図１の場合に比
べて、第１ロータ(2) は真空シールド(1) の水平壁部(1
a)より上方に大きく突出し、第２ロータ(3) は第１ロー
タ(2) の上端より上方に大きく突出している。

【００２３】２軸独立駆動装置の第１ロータ(2) は真空
シールド(1) の円筒壁部(1b)の上端から水平壁部(1a)よ
り上方の真空雰囲気(V) 中に突出しており、その上端面
に円筒状のハウジング(28)を介して円筒状の第１駆動プ
ーリ(29)が固定されている。第２ロータ(3) はプーリ(2
9)より上方に突出しており、その上端部にフランジ部材
(30)を介して水平な第１アーム(31)の基端部が固定され
ている。このフランジ部材(30)の下部はプーリ(29)の内
側を通ってハウジング(28)の内側上部までのびており、
これらの間に軸受(32)(33)が設けられて、第１ロータ
(2) と第１アーム(31)とが相互に回転しうるようになっ
ている。第１アーム(31)は下面が開口した中空状のもの
であり、その基端部がプーリ(29)の周囲を覆っている。

【００２４】第１アーム(31)の先端部上面に形成された
開口の周囲にボス部(34)が形成され、このボス部(34)の
上面に円筒状のハウジング(35)を介して第２駆動プーリ
(36)が固定されている。第１アーム(31)のボス部(34)お
よびハウジング(35)の内側に、軸受(37)(38)を介して垂
直な第２アーム回転軸(39)が回転支持されている。この
軸(39)の下端部に、第１従動プーリ(40)が固定されてい
る。このプーリ(40)はボス部(34)より下方の第１アーム
(31)内に位置しており、これと第１駆動プーリ(29)とが
第１ベルト(41)によって連結されている。軸(39)は第２
駆動プーリ(36)より上方に突出しており、その上端部に
フランジ部材(42)を介して第２アーム(43)の基端部が固
定されている。第２アーム(43)も下面が開口した中空状
のものであり、その基端部が第２駆動プーリ(36)の周囲
を覆っている。

【００２５】第２アーム(43)の先端部上面に形成された
開口の周囲にボス部(44)が形成され、このボス部(44)の
上面に円筒状のハウジング(45)が固定されている。この
ボス部(44)とハウジング(45)の内側に、軸受(46)(47)を
介してホルダ回転軸(48)が回転支持されている。この軸
(48)の下端部に、第２従動プーリ(49)が固定されてい
る。このプーリ(49)はボス部(44)より下方の第２アーム
(43)内に位置しており、これと第２駆動プーリ(36)とが
第２ベルト(50)によって連結されている。軸(48)はハウ
ジング(45)より上方に突出しており、その上端部にウェ
ハホルダ(51)が固定されている。そして、第１アーム(3
1)、第２アーム(43)およびウェハホルダ(51)により、ス
カラ型ロボット(52)が構成されている。

【００２６】第１駆動プーリ(29)と第１従動プーリ(40)
の直径の比は２：１、第２駆動プーリ(36)と第２従動プ
ーリ(49)の直径の比は１：２であり、第２ロータ(3) と
第２アーム回転軸(39)の軸間距離と、第２アーム回転軸
(39)とホルダ回転軸(48)の軸間距離とは等しい。

【００２７】上記のハンドリング装置において、２つの
ロータ(2)(3)が一体となって同じ速度で回転すると、２
つのアーム(31)(43)とホルダ(51)は相対位置関係を変え
ずに一体となって回転する。

【００２８】２つのロータ(2)(3)が相対的に回転する
と、２つのアーム(31)(43)が互いに逆方向に回転するこ
とで、スカラ型ロボット(52)が伸縮し、ロータ(2)(3)の
半径方向にホルダ(51)の位置が変わる。このとき、第１
ロータ(2) が停止していれば、ロータ(2)(3)を中心とす
るホルダ(51)の円周方向の位置は変わらず、ホルダ(51)
はロータ(2)(3)の１つの半径上を移動する。また、第１
ロータ(2) が回転すれば、ホルダ(51)の円周方向の位置
も変わる。そして、いずれの場合も、２つのロータ(2)
(3)の軸線とホルダ回転軸(48)の軸線を結ぶ直線とホル
ダ(51)のなす角度は常に一定であり、ホルダ(51)はロー
タ(2)(3)の半径方向に関して常に一定の姿勢を保持して
移動する。

【００２９】第１アーム(31)の基端部に、第２ロータ
(3) に対してアーム(31)と反対側に突出したカウンタウ
ェイト(53)が取付けられている。このカウンタウェイト
(53)により、第２ロータ(3) と一体に回転する回転部分
のアンバランス量が軽減し、安定した回転が可能にな
る。また、第２ロータ(3) を停止させるために必要な制
動力が低減する。さらに、回転部分の固有振動数を低く
して、発振を防止することができる。

【００３０】従来のハンドリング装置の主要部は、多く
の場合、アルミニウムで作られており、現在より高温の
処理炉への半導体ウェハの搬送に用いた場合、次のよう
な問題が発生する。

【００３１】アルミニウムは線膨張係数が大きいので、
位置決め精度が低下する。剛性が低いので、長いアーム
を製作した場合にたわみが大きくなる。熱伝導率が高い
ので、駆動部への熱伝導が大きい。

【００３２】このため、ハンドリング装置を高温の処理
炉などで使用する場合、アーム(31)(43)などの主要部を
セラミックスで製作するのが望ましい。このようにすれ
ば、次のような効果が奏される。

【００３３】セラミックスは耐熱性が高いので、高温対
応が可能である。線膨脹係数が小さいので、位置決め精
度が向上する。剛性が高いので、軽量化および長いアー
ムの製作が可能である。熱伝導率が低いので、駆動部へ
の熱伝導が小さく、駆動部の保護が図れる。

【００３４】２つのロータ(2)(3)は、軸線方向に移動し
ないものであってもよい。この場合、２つの駆動ユニッ
ト(6)(7)のハウジング(8)(11) は、円筒壁部(1b)の周囲
に固定状に設けられればよい。

【００３５】また、この発明は、ロータ(2)(3)と駆動ユ
ニット(6)(7)との間に円筒壁部(1b)がないような場合に
も適用できる。

【００３６】

【発明の効果】この発明の２軸独立駆動装置によれば、
上述のように、２つのロータをこれらの駆動手段から完
全に切離すことができ、したがって、たとえば、２つの
ロータだけを真空雰囲気中に入れて、これらの駆動手段
は大気中に配置するようなことが可能であり、従来のよ
うに駆動手段も真空雰囲気中に入れなければならない場
合の問題が解消される。また、第１および第２磁気継手
の駆動部の回転駆動に超音波モータが使用されているの
で、静止トルクが大きくて、外乱などによる振動に強
く、応答性が向上し、伝達系のバックラッシが軽減し、
省スペース化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す２軸独立駆動装置の縦
断面図である。

【図２】図１の２軸独立駆動装置を使用した半導体ウェ
ハのハンドリング装置の主要部を示す部分切欠き側面図
である。

【図３】図２のハンドリング装置の平面図である。

【符号の説明】

(2) 第１ロータ (3) 第２ロータ (3a) 大径部 (4)(5) 軸受 (6) 第１駆動ユニット (7) 第２駆動ユニット (9) 第１磁気軸受 (10) 第１磁気継手 (10a) 駆動部 (12) 第２磁気軸受 (13) 第２磁気継手 (13a) 駆動部 (18) 第１超音波モータ (19) 第２超音波モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の第１ロータ、少なくとも一端側が
   第１ロータの端から突出するように第１ロータの内側に
   挿入されて第１ロータに対して回転自在に支持された第
   ２ロータ、第１ロータの周囲に駆動部が配置されて第１
   ロータに回転力を伝達する第１磁気継手、第１ロータの
   端から突出した第２ロータの周囲に駆動部が配置されて
   第２ロータに回転力を伝達する第２磁気継手、第１磁気
   継手の駆動部を回転駆動する第１超音波モータ、および
   第２磁気継手の駆動部を回転駆動する第２超音波モータ
   を備えている２軸独立駆動装置。