KR20080108505A - 모터 시스템 - Google Patents

Abstract

분위기 오염을 회피하면서도, 고정밀도로 로터의 회전 각도를 검출할 수 있고, 더욱이 검출기의 조정이 용이한 모터 시스템을 제공한다. 각각 하우징을 구성하는 본체(12A, 12B)와 격벽(13A, 13B)을 장착한 채로 분리가능하게 되어 있으므로, 더 이상 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 분해하지 않고, 모터 유닛(MU1)의 아래 쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 용이하게 행할 수 있고, 또한 모터 유닛(MU2)의 위쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 베어링(19')의 점검이나 교환도 용이하게 행할 수 있다.

모터 시스템, 다이렉트 드라이브 모터, 리졸버, 고정자, 베어링

Description

모터 시스템{MOTOR SYSTEM}

본 발명은 대기외의 분위기, 예를 들면 진공중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 모터 시스템에 관한 것이다.

예를 들면, 반도체 제조장치 등에 있어서는 불순물을 극력 배제하기 위해서 진공조내의 초고진공 분위기중에서 피가공물에 대한 가공 작업을 행한다. 그 경우에 사용되는 액츄에이터로서, 예를 들면 피가공물 위치 결정 장치의 구동 모터에 있어서는 구동축의 베어링에 일반적인 윤활유 등과 같이 휘발 성분을 함유하는 윤활제를 이용할 수 없기 때문에, 금이나 은 등의 연질 금속을 베어링의 내외륜에 플레이팅 하는 것으로 윤활성을 높이고 있다. 또한, 구동 모터의 코일 절연재, 배선 피복재 및 적층 자극(磁極)의 접착제 등도, 내열성이 우수하고 방출 가스가 적은 안정된 재료가 선정된다고 하는 실정이 있다.

특히 근래, 반도체의 집적도가 높아지고, 그에 따라 동시에 IC 패턴폭의 미세화에 의한 고밀도화가 진행되어 있다. 상기 미세화에 대응할 수 있는 웨이퍼를 제조하기 위해서, 웨이퍼 품질에 대한 고도의 균일성이 요구되어 있다. 그 요구에 부응하기 위해서는 웨이퍼의 저압 가스 처리실에 있어서의 불순물 가스 농도의 저감이 한층 더 중요하다. 또한, 요구대로 미세 가공을 행하기 위해서는 극히 고정 밀도의 위치 결정 장치가 필요하다. 이러한 견지로부터 상기 종래의 액츄에이터를 검토하면, 이하와 같은 여러 가지의 문제점이 지적된다.

즉, 초진공 분위기를 갖춘 진공조내에서 이용하는 구동 모터의 경우, 비록 구동 모터의 코일 절연재나 배선 피복 등에, 내열성이 우수하고 방출 가스가 적은 안정된 재료가 선정되어도, 그것이 유기계의 절연 재료인 한, 미크로적으로는 다공질이며, 표면에는 무수한 구멍을 가지고 있다. 이것을 일단 대기에 노출시키면, 그 표면의 구멍에 가스나 물분자 등을 넣어 흡장(吸藏)하여 버린다. 그러한 흡장 불순 분자를 진공 배기로 제거하는 탈가스에 장시간을 필요로 하기 때문에, 생산 효율의 저하는 피하기 어렵다. 또한, 진공중에 있어서는 공기의 대류에 의한 방열이 있을 수 없기 때문에, 코일 온도의 국부적인 상승을 일으켰을 경우에, 그 부분의 저항이 증대하여 발열이 가속되고, 코일 절연 피막의 소실을 초래하기 쉽다. 이것에 대해서, 코일 절연재에 무기 재료를 이용함과 함께, 배선은 스텐레스관의 시스 전선을 이용하는 것으로 흡착 불순 분자를 저감하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 그 경우는 비용이 매우 비싸질 뿐만 아니라, 코일 권선 스페이스내에 차지하는 동(銅) 등의 도체의 비율이 감소하여 전기 저항이 증가하고, 그 결과, 모터의 용량 저하를 초래할 우려가 있다.

이러한 문제에 대하여, 진공 봉지체의 안쪽에 고정자를 배치하고, 그 외 측에 출력 부재를 배치하고, 출력 부재 즉, 로터를 이용하여 프록레그(frog leg) 암을 구동하는 다이렉트 드라이브 모터가 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 특허 문헌 1의 다이렉트 드라이브 모터에 의하면, 고정자에 부수하는 코일 절연재나 배선 피 복 등은 대기압으로 유지된 진공 봉지체의 안쪽에 배치하므로, 그것들을 진공조내에 배치한 경우에 있어서의 흡장 불순 분자의 배출의 문제나, 발열의 문제를 회피할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 공개 특허 2000-69741호 공보

그런데, 고정밀의 구동을 행하기 위해서, 다이렉트 드라이브 모터의 회전 각도 위치를 검출하는 고정밀의 검출기를 이용할 필요가 있지만, 그 조정 작업을 보다 간소화시키고 싶다고 하는 요구가 있다. 그런데, 특허 문헌 1에는 명시가 없지만, 이러한 종래 기술의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서는 위쪽의 링 형상 보스를 분해하는 것에 의해, 하부의 링 형상 보스의 회전 각도 위치를 검출하는 검출기의 조정을 행한다고 생각할 수 있다. 그렇지만, 하부의 링 형상 보스의 회전 각도 위치를 검출하는 검출기의 조정을 행하기 위해서, 위쪽의 링 형상 보스를 하나하나 분해해야 한다면, 조정에 시간이 걸린다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 분위기 오염을 회피하면서도, 고정밀도로 로터의 회전 각도를 검출할 수 있고, 더욱이 검출기의 조정이 용이한 모터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명 1]

발명 1의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연재하고, 대기측과 대기 외측을 격절(隔絶)하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

더욱이, 적어도 2개의 인접하는 다이렉트 드라이브 모터는 각각 상기 하우징과 상기 격벽을 장착한 채로 분리 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 적어도 2개의 인접하는 다이렉트 드라이브 모터가 각각 상기 하우징과 상기 격벽을 장착한 채로 분리 가능하게 되어 있으므로, 상기 하우징과 상기 격벽을 장착한 어셈블리 상태로, 검출기의 조정(예를 들면, 고정자와 리졸버의 각도 조정)을 간단하면서도 또한 고정밀도로 행할 수 있다. 더욱이, 상기 모터 시스템이 4개 이상의 다이렉트 드라이브 모터를 가지는 경우에는 2개의 인접하는 다이렉트 드라이브 모터마다 분해할 수 있도록 하는 것으로, 한 쌍의 검출기의 각각을 축선 방향 양측으로부터 조정할 수 있으므로, 더 이상 분해할 필요가 없고, 조정이나 유지 보수의 수고를 줄일 수 있다.

〔발명 2]

발명 2의 모터 시스템은 발명 1의 모터 시스템에 있어서, 상기 하우징의 분리되는 면과 면과의 사이에 봉지체를 마련한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 하우징의 분리되는 면과 면의 사이에 봉지체를 마련하면, 대기측과 대기 외측의 사이의 기체 누출을 방지할 수 있다.

〔발명 3]

발명 3의 모터 시스템은 발명 1 또는 2의 모터 시스템에 있어서, 상기 하우징은 상기 대기 측에 연통하는 구멍을 가지고 있고, 상기 구멍내에 모터용의 배선이 배치되고 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 하우징은 상기 대기 측에 연통하는 구멍을 가지고 있고, 상기 구멍내에 모터용의 배선(예를 들면, 고정자의 배선이나 리졸버의 배선)이 배치되어 있으면, 그 배선의 처리가 용이하게 된다.

〔발명 4]

발명 4의 모터 시스템은 발명 3의 모터 시스템에 있어서, 상기 모터용의 배선은 상기 다이렉트 드라이브 모터내에서 커넥터를 개재하여 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 모터용의 배선은 상기 다이렉트 드라이브 모터내에서 커넥터를 개재하여 접속되어 있으면, 상기 커넥터를 이탈시키는 것으로, 상기 적어도 2개의 인접하는 다이렉트 드라이브 모터의 분리가 가능해진다.

〔발명 5]

발명 5의 다이렉트 드라이브 모터는 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절(隔絶)하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 속도를 검출하는 검출기를 가지고,

상기 고정자는 상기 외측 로터와 상기 내측 로터를 동시에 구동하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기 외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 속도를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터와 상기 내측 로터를 동시에 구동하므로, 상기 검출기를 상기 격벽보다 대기 측으로 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽보다 대기 외측의 분위기를 오염시키는 것이 방지되고, 또한 상기 고정자가 상기 외측 로터와 상기 내측 로터를 동시에 구동하는 것으로서, 상기 검출기에 의해 상기 내측 로터의 회전각을 검출하는 것으로, 상기 외측 로터의 회전각을 정밀도 있게 구할 수 있다.

〔발명 6]

발명 6의 다이렉트 드라이브 모터는 발명 5의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 외측 로터와, 상기 내측 로터는 자극(磁極) 수가 동일한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 외측 로터와, 상기 내측 로터는 자극수가 동일하면, 상기 외측 로터와 상기 내측 로터의 회전각이 동일해지므로, 상기 내측 로터의 회전각을 검출하는 것으로, 상기 외측 로터의 회전각을 즉시 구할 수 있다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상기 외측 로터에 자극수와, 상기 내측 로터의 자극수를 배수 혹은 정수 분의 1로 하여도 좋다.

〔발명 7]

발명 7의 다이렉트 드라이브 모터는 발명 5 또는 6의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 고정자의 반경 방향 내측으로, 내측 로터가 배치되는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 고정자의 반경 방향 내측에 내측 로터가 배치되면, 상기 고정자의 구동을 확실히 행할 수 있지만, 축선 방향으로 어긋나게 배치하여도 좋다.

〔발명 8]

발명 8의 다이렉트 드라이브 모터는 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터 및 상기 외측 로터와 일체로 회전하는 자기 커플링용 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터를 구동하는 고정자와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 속도를 검출하는 검출기를 가지고,

상기 자기 커플링용 로터와 상기 내측 로터는 자기 커플링 작용에 의해 동기하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터 및 상기 외측 로터와 일체로 회전하는 자기 커플링용 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터를 구동하는 고정자와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 속도를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 자기 커플링용 로터와 상기 내측 로터는 자기 커플링 작용에 의해 동기하여 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽보다 대기 측에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽보다 대기 외측의 분위기를 오염시키는 것이 방지되고, 또한 자기 커플링 작용에 의해 상기 자기 커플링용 로터와 동기하여 회전하는 상기 내측 로터의 회전각을 상기 검출기에 의해 검출하는 것으로, 상기 외측 로터의 회전각을 정밀도 있게 구할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 「외측 로터」와 「자기 커플링용 로터」를 형식상 다른 부재로 하고 있지만, 예를 들면 단일의 로터에 구동용의 자석과 자기 커플링용의 자석을 마련한 경우, 구동용의 자석을 마련한 로터의 부분이 「외측 로터」이며, 자기 커플링용의 자석을 마련한 로터의 부분이 「자기 커플링용 로터」라고 말할 수 있으므로, 그것도 본 발명에 포함된다.

〔발명 9]

발명 9의 다이렉트 드라이브 모터는 발명 8의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 격벽에 의해, 자기 커플링계에 있어서의 공진 주파수의 게인의 피크치를 억제한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기측 로터와 대기 외측 로터간의 상기 격벽에 의해, 자기 커플링계에 있어서의 공진 주파수의 게인의 피크치를 억제하는 효과에 의해, 진동이 적게 위치 결정이 가능해진다.

〔발명 10]

발명 10의 다이렉트 드라이브 모터는 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

상기 격벽은 상기 하우징에 대해서 부착되는 부착부와, 상기 외측 로터와, 상기 고정자 및 상기 내측 로터와의 사이를 연장하는 통 형상부, 저부를 가지고, 상기 저부는 상기 하우징에 대해서 축 방향으로 구속되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 상기 격벽은 상기 하우징에 대해서 부착되는 부착부와, 상기 외측 로터와, 상기 고정자 및 상기 내측 로터와의 사이를 연장하는 통 형상부와, 저부를 가지고, 상기 저부는 상기 하우징에 대해서 축 방향으로 구속되어 있지 않기 때문에, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 상기 격벽에 치수 오차나 변형이 생긴 경우에도, 상기 하우징에 상기 저부가 눌려지거나 당겨지거나 하지 않기 때문에, 상기 격벽의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 또한, 상기 격벽의 부착부 및 그것이 부착되는 상기 하우징을 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

〔발명 11]

발명 11의 다이렉트 드라이브 모터는 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

상기 격벽은 상기 하우징에 대해서 부착되는 부착부와, 상기 외측 로터와, 상기 고정자 및 상기 내측 로터의 사이를 연장하는 통 형상부와, 상기 부착 부와 상기 통 형상부를 연결하는 연결부를 가지고, 상기 연결부의 두께는 상기 부착부의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 발명 10의 효과에 대해, 상기 격벽은 상기 하우징에 대해서 부착되는 부착부와, 상기 외측 로터와, 상기 고정자 및 상기 내측 로터와의 사이를 연장하는 통 형상부와, 상기 부착부와 상기 통 형상부를 연결하는 연결부를 가지고, 상기 부착부의 두께는 상기 연결부의 두께보다 두껍기 때문에, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 상기 격벽에 변형이 발생한 경우에도, 상기 얇은 연결부가 먼저 변형하는 것으로, 상기 격벽의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 따라서, 상기 격벽의 부착부 및 그것이 부착되는 상기 하우징을 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

〔발명 12]

발명 12의 다이렉트 드라이브 모터는 발명 11의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 연결부는 파도 형상인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 연결부가 파도 형상이라면, 이러한 부위에 의해, 더욱 효과적으로 응력 완화를 도모할 수 있다.

〔발명 13]

발명 13의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

적어도 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터가 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 적어도 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있으므로, 복수의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터끼리의 동축도를 높일 수 있고, 프록레그(frog leg) 암을 구동했을 때는 동작 정밀도를 높일 수 있다. 그리고, 상기 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 떼어내면, 이러한 외측 로터를 지지하고 있던 베어링을 노출시킬 수 있고, 그 점검이나 제거를 용이하게 행할 수 있기 때문에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 상기 격벽의 외측에 있는 상기 외측 로터만을 떼어내면 되기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터 전체를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

〔발명 14]

발명 14의 모터 시스템은 발명 13의 모터 시스템에 있어서, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통이면, 부품 개수나 시일 개소를 감소시킬 수 있으므로 바람직하다.

〔발명 15]

발명 15의 모터 시스템은 발명 14의 모터 시스템에 있어서, 상기 격벽은 컵 형상인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 격벽은 컵 형상이면, 부품 개수가 적어지고, 시일 개소도 감소하므로 바람직하다. 단, 격벽은 컵 형상에 한정되지 않고, 원통과 원판을 조합하여 용접 등에 의해 일체화해도 좋고, 혹은 외측 로터를 떼어낼 방향으로 축경한 절두 원추와 원판을 조합하여도 좋다.

〔발명 16]

발명 16의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 상기 하우징의 어느 한쪽의 단부에 대해서 베어링에 의해 지지되고, 또 다른 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 상기 하우징의 다른 한쪽의 단부에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터가 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 상기 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터는 상기 하우징의 양단에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있으므로, 서로의 기계적 정밀도에 영향을 주기 어렵다. 따라서, 적재 하중 및 허용 모멘트가 큰 모터 시스템을 제공할 수 있다.

〔발명 17]

발명 17의 모터 시스템은 발명 16의 모터 시스템에 있어서, 상기 하우징의 어느 한쪽의 단부 형상이 모든 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 축 방향으로 떼어내는 것이 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 격벽 구조를 지지하고 있는 하우징의 한쪽의 단부 형상이 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 축 방향으로 떼어내는 것이 가능하도록 되어 있으면, 모든 외측 로터를 격벽으로부터 떼어낼 수 있고, 그것에 의해 점검이나 떼어냄을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 상기 격벽의 외측에 있는 상기 외측 로터만을 떼어내면 되기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터 전체를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

〔발명 18]

발명 18의 모터 시스템은 발명 16의 모터 시스템에 있어서, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이, 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통이면, 부품 개수나 시일 개소를 감소시킬 수 있으므로, 바람직하다.

〔발명 19]

발명 19의 모터 시스템은 발명 16의 모터 시스템에 있어서, 상기 격벽은 양단부에 상기 하우징과의 봉지 기구를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 격벽은 양단부에 상기 하우징과의 봉지 기구(오링 등)를 가지고 있으면, 상기 하우징의 양단부를 대기 외측에 배치할 수 있으므로, 상기 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터를 상기 하우징의 양단에 대해서 베어링에 의해 지지할 수 있다.

〔발명 20]

발명 20의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 4개 이상의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

1개의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 상기 하우징의 어느 한쪽의 단부에 대해서 베어링에 의해 지지되어, 또 다른 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 상기 하우징의 다른 한쪽의 단부에 대해서 베어링에 의해 지지되어,

더욱이, 적어도 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터가 상기 2개의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터 각각에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서, 이용되는 4개 이상의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터가, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 상기 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 상기 하우징의 양단에 대해서 베어링에 의해 지지되어 있고, 또한 각각의 상기 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터에 대해서 다른 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터가 베어링에 의해 지지되어 있으므로, 베어링으로 연결한 같은 종류의 외측 로터는 서로의 동축도가 높고, 또한, 다른 한쪽의 하우징 단부에 설치된, 베어링으로 연결한 같은 종류의 외측 로터와의 기계적 정밀도의 상호 간섭이 작은 모터 시스템을 제공할 수 있다. 따라서 2축 동축의 프록레그(frog leg) 암 로보트에 적용한 경우, 동작 정밀도를 높이고, 또한 적재 하중을 크게 할 수 있다.

〔발명 21]

발명 21의 모터 시스템은 발명 20의 모터 시스템에 있어서, 상기 하우징의 어느 한쪽의 단부 형상이 모든 상기 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 축 방향으로 떼어내는 것이 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 격벽 구조를 지지하고 있는 하우징의 한쪽의 단부 형상이 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 축 방향으로 떼어내는 것이 가능하도록 되어 있기 때문에, 모든 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터를 격벽으로부터 떼어낼 수 있고, 그것에 의해 점검이나 떼어내는 것을을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 격벽의 외측에 있는 상기 외측 로터만을 떼어내면 되기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터 전체를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

〔발명 22]

발명 22의 모터 시스템은 발명 20의 모터 시스템에 있어서, 상기 하우징은 인접하는 2개의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서 공통으로 이용되는 단위 마다 분할 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 하우징은 인접하는 2개의 다이렉트 드라이브 모터에 있어서 공통적으로 이용되는 단위마다 분할 가능하게 되어 있으면, 조립성이 우수하고, 모터와 검출기의 위상 맞춤 등의 조정을 하기 쉽기 때문에 바람직하다.

〔발명 23]

발명 23의 모터 시스템은 발명 20의 모터 시스템에 있어서, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 하나의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽이 다른 다이렉트 드라이브 모터의 상기 격벽과 공통이면, 부품 개수나 시일 개소를 감소시킬 수 있으므로 바람직하다.

〔발명 24]

발명 24의 모터 시스템은 발명 20의 모터 시스템에 있어서, 상기 격벽의 양단부에 상기 하우징과의 봉지 기구를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 격벽은 양단부에 상기 하우징과의 봉지 기구(오링 등)를 가지고 있으면, 상기 하우징의 양단부를 대기 외측에 배치할 수 있으므로, 상기 다이렉트 드라이브 모터의 외측 로터를 상기 하우징의 양단에 대해서 베어링에 의해 지지할 수 있다.

〔발명 25]

발명 25의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 제 1의 다이렉트 드라이브 모터와 제 2의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

더욱이, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 대해서, 그에 인접하는 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 제 2의 베어링을 개재하여 지지되어 있고,

상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 상기 하우징에 대해서 떼어내는 것이 가능하게 부착된 베어링 홀더에 의해, 제 1의 베어링을 개재하여 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 제 1의 다이렉트 드라이브 모터와 제 2의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터가, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있으므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 대기 측에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽의 대기 외측의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 더욱이, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 대해서, 그에 인접하는 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 제 2의 베어링을 개재하여 지지되어 있고, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 상기 하우징에 대해서 떼어내는 것이 가능하게 부착된 베어링 홀더에 의해, 제 1의 베어링을 개재하여 지지되어 있으므로, 상기 베어링 홀더를 떼어내는 것에 의해, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터를 상기 하우징으로부터 분리할 수 있고, 상기 베어링 홀더에 부착된 베어링의 점검을 포함한 유지 보수의 수고를 줄일 수 있다.

〔발명 26]

발명 26의 모터 시스템은 발명 25의 모터 시스템에 있어서, 상기 베어링 홀더는 상기 하우징에 대해서 볼트에 의해 고정되어 있고, 상기 볼트는 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터보다 외측으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 베어링 홀더는 상기 하우징에 대해서 볼트에 의해 고정되어 있고, 상기 볼트는 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터보다 외측에 배치되어 있으면, 이러한 외측 로터를 떼어내지 않고, 상기 볼트를 완화할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 「외측 로터보다 외측에 배치되어 있다」란, 적어도 볼트 탈착 시에, 볼트 또는 공구와 외측 로터가 간섭하지 않는 상태에 있는 것을 말한다. 따라서, 외측 로터의 외경이 비원형 형상인 경우에는 외측 로터의 회전 위상에 따라서는 볼트가 그 외주보다 안쪽이 되었다고 하여도, 외측 로터를 회전시키는 것에 의해, 볼트가 그 외주보다 외측이 될 때는 볼트는 외측 로터보다 외측에 배치되어 있는 것으로 한다.

〔발명 27]

발명 27의 모터 시스템은 발명 25~26의 모터 시스템에 있어서, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터 및 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터의 최소 내경은 상기 격벽의 최대 외경보다 커지고 있고,

상기 베어링 홀더를 상기 하우징으로부터 떼어냈을 때에, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터와, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터는 일체적으로 상기 격벽에 따라 축선 방향으로 뽑아내는 것이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터 및 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터의 최소 내경은 상기 격벽의 최대 외경보다 커지고 있고, 상기 베어링 홀더를 상기 하우징으로부터 떼어냈을 때에, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터와, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터는 일체적으로 상기 격벽에 따라 축선 방향으로 뽑아내는 것이 가능하게 되어 있으면, 유지 보수시에 양쪽 모두의 외륜 로터를 일체적 으로 분해할 수 있으므로 바람직하다.

〔발명 28]

발명 28의 모터 시스템은 발명 27의 모터 시스템에 있어서, 상기 베어링 홀더를 상기 하우징으로부터 떼어냈을 때에, 상기 제 1의 베어링과 상기 베어링 홀더를 고정하는 볼트가 노출하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 베어링 홀더를 상기 하우징으로부터 떼어냈을 때에, 상기 제 1의 베어링과 상기 베어링 홀더를 고정하는 볼트가 노출하면, 이러한 볼트를 완화할 수 있기 때문에, 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 용이하게 분해할 수 있게 되므로 바람직하다. 여기서, 「노출된다」란, 공구를 걸어 맞출 수 있고, 또한 볼트를 완화할 수 있는 공간이 발생하는 것을 말한다.

〔발명 29]

발명 29의 모터 시스템은 발명 25의 모터 시스템에 있어서, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 복수 부품을 볼트에 의해 연결하여 이루어지고, 상기 모터 시스템이 조립된 상태에서, 상기 외측 로터의 복수 부품을 연결하는 볼트를 완화하는 것으로, 그 일부의 부품을 떼어낼 수 있고, 상기 일부의 부품을 떼어낸 상태로, 상기 제 2의 베어링과 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터를 고정하는 볼트가 노출되는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터는 복수 부품(예를 들면, 후술하는 제 2 외측 로터(21b')와 원통형 부재(23'))을 볼트에 의해 연결하여 이루어지고, 상기 모터 시스템가 조립된 상태로, 상기 외측 로터의 복수 부품을 연결하는 볼트를 완화하는 것으로, 그 일부의 부품(예를 들면, 원통형 부재(23'))을 떼어낼 수 있고, 상기 일부의 부품을 떼어낸 상태로, 상기 제 2의 베어링과 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터를 고정하는 볼트가 노출하면, 이러한 볼트를 완화할 수 있기 때문에, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 용이하게 분해할 수 있게 되므로 바람직하다.

〔발명 30]

발명 30의 모터 시스템은 발명 29의 모터 시스템에 있어서, 상기 제 2의 베어링과 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터를 고정하는 볼트를 완화하는 것에 의해, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 있어서의 나머지의 부품을 상기 격벽에 따라 축선 방향으로 뽑아내는 것이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 상기 제 2의 베어링과 상기 제 1의 다이렉트 드라이브 모터의 외륜 로터를 고정하는 볼트를 완화하는 것에 의해, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터에 있어서의 나머지의 부품(예를 들면, 제 2 외측 로터(21b'))을 상기 격벽에 따라 축선 방향으로 뽑아 내는 것이 가능하게 되어 있으면, 상기 제 2의 다이렉트 드라이브 모터의 상기 외측 로터를 용이하게 분해할 수 있으므로 바람직하다.

〔발명 31]

발명 31의 모터 시스템은 발명 25 내지 30의 어느 하나의 모터 시스템에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 격벽과 상기 하우징과는 공통인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 각 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 상기 격벽과 상기 하우징과는 공통이면, 부품 개수의 삭감을 도모할 수 있고, 부재간을 시일 하는 시일 부재의 수도 감소하므로 바람직하다.

〔발명 32]

발명 32의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

더욱이, 인접하는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서의 외측 로터끼리, 내측 로터끼리, 및 고정자끼리의 적어도 어느 하나의 사이에, 자기(磁氣) 실드를 배치한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 인접하는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서의 외측 로터끼리, 내측 로터끼리, 및 고정자끼리의 적어도 어느 하나의 사이에, 자기 실드를 배치했으므로, 로터나 고정자로부터 발생하는 누출 자속(磁束)이나 전자 노이즈 등의 영향이, 그에 인접하는 다이렉트 모터에 있어서의 로터나 고정자에 미치는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 모터 시스템의 박형화를 도모할 수 있다.

〔발명 33]

발명 33의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

더욱이, 인접하는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서의 외측 로터끼리, 내측 로터끼리, 및 고정자끼리의 적어도 어느 하나에 있어서, 서로 자극수를 다르게 하고 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서, 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 인접하는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서의 외측 로터끼리, 내측 로터끼리, 및 고정자끼리의 적어도 어느 하나에 있어서, 서로 자극수를 다르게 하고 있으므로, 로터나 고정자로부터 발생하는 누출 자속이나 전자 노이즈 등이, 그에 인접하는 다이렉트 모터에 있어서의 로터나 고정자를 구동한다고 하는 불편을 억제할 수 있다. 따라서, 모터 시스템의 박형화를 도모할 수 있다.

〔발명 34]

발명 34의 모터 시스템은 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

각 다이렉트 드라이브 모터가,

하우징과,

상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과,

상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

더욱이, 상기 외측 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치의 회전 바퀴가 로터 요크에 끼워 맞추어져 있는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 대기외의 분위기중에서 이용되는 다이렉트 드라이브 모터에 있어서 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와, 상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 내측 로터와, 상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고, 상기 고정자는 상기 외측 로터를 구동하고, 상기 내측 로터는 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하므로, 상기 검출기를 상기 격벽의 안쪽에 두는 것으로, 그 배선 피복의 흡장 불순 분자가 상기 격벽외의 분위기를 오염시키는 것이 방지된다. 게다가, 상기 외측 로터와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고 또한, 선팽창 계수가 베어링 장치의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 2는 도 1의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 3은 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 4는 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 5는 모터 유닛(MU1, MU2)을 분해한 상태를 도시하는 도면이며,

도 6은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 7은 도 6의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 8은 도 7의 구성을 III-III 선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 9는 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 lO은 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 ll은 본 실시 형태의 변형예시하는 도면이며,

도 12는 도 6에 도시하는 반송 장치에 이용할 수 있는 제 2의 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터의 도 7과 같은 단면도이며,

도 13은 격벽(113)에 와전류 손해가 발생하는 상태를 도시하는 모식도이며,

도 14는 3개의 자석을 열(列) 방향으로 도시한 도 13과 같은 모식도이며,

도 15는 격벽이 없는 경우에 있어서의 모터의 제어계 블럭도이며,

도 16은 격벽이 있는 경우에 있어서의 모터의 제어계 블럭도이며,

도 17은 전달 함수(G)의 주파수 특성을 도시하는 도면이며,

도 18은 전달 함수(G)의 주파수 특성을 도시하는 도면이며,

도 19는 자기(磁氣) 커플링의 용수철 강성을 도시하는 도면이며,

도 20은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 21은 도 20의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 22는 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 23은 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 24는 제 2의 실시 형태를 도시하는 단면도이며,

도 25는 제 3의 실시 형태를 도시하는 단면도이며,

도 26은 제 4의 실시 형태를 도시하는 단면도이며,

도 27은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 포함한 모터 시스템을 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 28은 도 27의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 29는 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 30은 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 31은 제 2의 실시 형태를 도시하는 단면도이며,

도 32는 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 33은 도 32의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 34는 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 35는 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 36은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 37은 도 36의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 38은 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 39는 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 40은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 단면도이며,

도 41은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 단면도이며,

도 42는 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 단면도이며,

도 43은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 단면도이며,

도 44는 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 사시도이며,

도 45는 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 사시도이며,

도 46은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 사시도이며,

도 47은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 사시도이며,

도 48은 본 실시 형태의 변형예시하는 단면도이며,

도 49는 변형예에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 50은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이며,

도 51은 도 50의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이며,

도 52는 리졸버 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 53은 모터 제어 회로의 예시하는 도면이며,

도 54는 본 실시 형태의 변형예시하는 단면도이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10 : 원판 10 : 본체

101 : 시일판 101 : 뚜껑 부재

101 : 자기 커플링용 내측 로터 자석 102 : 자기 실드판

103 : 자기 실드판 107 : 베어링 홀더

108 : 커플링용 외측 로터 자석 109 : 백 요크

lOa : 플랜지 lOA, lOB : 원판

11 : 볼트 11 : 작은 원판

11, 111 : 볼트 110 : 원판 부재

110 : 상부 원판부 110 : 본체

110a : 플랜지 110b : 원통형 부착부

111 : 작은 원판 112 : 큰 원판

113 : 격벽 113a : 격벽 홀더

113a, 113a' : 격벽 홀더 113b : 얇은 원통

113b, 113b' : 짧은 원통부 114 : 4점 접촉식 볼 베어링

115 : 내측 홀더 116 : 외측 로터

117 : 외측 홀더 118 : 외측 로터 자석

119 : 백 요크 12 : 격벽

12 : 큰 원판 12 : 본체

12, 112 : 본체 121 : 내측 로터

123 : 베어링 125 : 백 요크

125 : 자기 실드판 126 : 검출 로터

127 : 인크리멘탈 리졸버 127 : 볼트

128 : 앱솔루트 리졸버 129 : 고정자

12a : 플랜지부 12a, 112a : 플랜지부

12A, 12B : 본체 12b : 볼트

12b : 외주연 12d : 구멍

12d : 안내구멍 12e : 절결

12e : 절결 13 : 격벽

13, 113 : 격벽 13, 113, 213, 313 : 격벽

130 : 자기 실드판 13a :원판부

13A, 13B : 격벽 13b : 원통부

14 : 4점 접촉식 볼 베어링 15 : 홀더

15 : 내륜 홀더 15A, 15B : 홀더

16 : 볼트 16 : 외측 로터

17 : 외측 홀더 17, 107 : 베어링 홀더

17, 17' : 베어링 홀더 18 : 외측 로터 자석

18, 18' : 볼트 19 : 백 요크

19, 19' : 4점 접촉 볼 베어링

19, 19', 119, 119' : 4점 접촉 볼 베어링

20 : 고정자 홀더 20, 20' : 볼트

21 : 내측 로터 21, 21' : 외측 로터

21, 21' : 외측 로터 부재

21, 21', 121, 121' : 외측 로터 부재

21a, 21a' : 영구자석 21b, 21b' : 요크

22 : 리졸버 홀더 22, 22' : 볼트

23 : 원통형 부재 23 : 볼 베어링

23, 123 : 원통형 부재 23' : 링 형상 부재

23', 123' : 링 형상 부재 24 : 내측 로터 자석

24, 24' : 볼트 25 : 백 요크

25, 25' : 자기 실드판 26 : 검출 로터

27 : 인크리멘탈 리졸버 28 : 앱솔루트 리졸버

29 : 고정자 29, 29' : 고정자

29, 29', 129, 129' : 고정자 30 : 자기 실드판

30, 30' : 내측 로터 30, 30', 130, 130' : 내측 로터

30a, 30a' : 영구자석 30b, 30b' : 백 요크

32, 32' : 리졸버 홀더 32, 32', 132, 132' : 리졸버 홀더

33, 33' : 베어링 33, 33', 133, 133' : 베어링

34, 34' : 검출 로터 34, 34', 134, 134' : 검출 로터

34a, 34a' : 인크리멘탈 리졸버 로터

34a, 34a', 134a, 134a' : 인크리멘탈 리졸버 로터

34b, 34b' : 앱솔루트 리졸버 로터

34b, 34b', 134b, 134b' : 앱솔루트 리졸버 로터

35, 35' : 인크리멘탈 리졸버 고정자

35, 35', 135, 135' : 인크리멘탈 리졸버 고정자

36, 36' : 앱솔루트 리졸버 고정자

36, 36', 136, 136' : 앱솔루트 리졸버 고정자

41 : 자기 실드판 A1, A2 : 암

A1, A2, (A1', A2') : 암 D1, D2 : 다이렉트 드라이브 모터

D1, D2,(D3, D4) : 다이렉트 드라이브 모터

DMC1 : 모터 제어 회로 DMC2 : 모터 제어 회로

G : 정반 HR : 리졸버용 배선

HS : 고정자용 배선 Ll, L2 : 링크

Ll, L2, L1', L2' : 링크 MU1, MU2 : 모터 유닛

OR : 오링 T : 테이블

T, T' : 테이블

(제 1의 실시 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장 치의 사시도이며, 도 1에 있어서, 4개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2, D2, D1)를 이 순서로 위로부터 직렬로 연결되어 있다. 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 각각 제 1 암이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇(樞動) 가능하게 연결되어 있다. 한편, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 각각 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 1에서 명백하지만, 쌍으로 된 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 동 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 동 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다. 쌍으로 된 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)는 독립적으로 구동되므로, 2개의 테이블(T)은 독립하여 이동 가능하게 되어 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시한 프록레그(frog leg)형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게 할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터가 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대하여 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라고 하는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하여 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9슬롯이라는 슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 매우 다극(多極)의 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이, 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총 자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이며 또한 지름이 크고 폭이 좁은의 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 2는 도 1의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 2를 참조하여, 4축의 모터 시스템(위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)가 모터 유닛(MU1)을 구성하고, 하부의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)가 모터 유닛(MU2)을 구성한다)의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 모터 유닛(MU2)의 다이렉트 드라이브 모터(D1)로부터 설명한다. 정반(定盤)(G)에 고정시킨 원판(10B)의 중앙 개구(10a)에 끼워 맞추어 볼트(11)에 의해 서로 고정된 중공 원통형의 본체(12B)는 그 중앙에, 고정자에의 배선이나 리졸버에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있는 관통공(12k)을 형성하고 있다. 관통공(12k)의 상단은 확경하고 있고, 여기에 짧은 원통부(113b)를 끼워 맞추는 형태로, 도너츠 원반 형상의 격벽 홀더(113a)를 부착하고 있고, 격벽 홀더(113a)는 볼트(12b)에 의해 본체(12B)에 고정되어 있다. 격벽 홀더(113a)의 외주에는 바닥이 빠진 컵 형상의 격벽(13B)를 부착하고 있다. 본체(12B)와, 원판(10B)에 의해 하우징을 구성한다.

격벽(13B)은 비자성체인 스텐레스제이며, 격벽 홀더(113a)에 걸어 맞추는 플랜지부(13a)와, 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 관통하도록 하여 연장하는 얇은 원통부(13b)와, 홀더(15B)로 이루어진다. 따라 서, 격벽(13B)은 모터 유닛(MU2)의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 공통적으로 이용된다. 원통부(13b)의 하단은 TIG 용접에서 봉지 가능하게 홀더(15B)에 접합되고, 홀더(15B)는 원판(10B)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)와 홀더(15B)의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15B)와 원판(10B)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재(OR)를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15B)와 원판(10B)을 볼트(16)에 의해 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13B)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15B)는 격벽(13B)과의 용접성으로부터 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 격벽(13B)과 홀더(15B)는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15B)와 원판(10B), 및 원판(10B)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10B)과 격벽(13B)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13B)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재간을 기밀하여도 좋다.

원판(10B)의 외주 상면에 있어서, 베어링 홀더(17)가 볼트(18)에 의하여 고정되어 있다.

베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19)의 외륜 이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터(21)의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터(21)는 격벽(13B)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A1, 도 1)을 지지하는 원통형 부재(23)를 볼트(24)에 의해 고정하고 있다. 여기서, 볼트(24)는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25)을 원통형 부재(23)에 같이 고정하고 있다.

원판(10B) 및 베어링 홀더(17)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있고, 원판(10B)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

자기 실드판(25)은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 그 효과에 대해서는 후술한다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 다축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터(21)는 영구자석(21a)과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와, 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a) 쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b) 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적[(BH)max]이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 행하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 1 외측 로터(21)는 베어링(19)의 내륜과 원통형 부재(23)를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19)은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마 찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19)의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19)의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤 하는 것으로, 베어링(19)의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13B)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터(21)의 내주면에 대향하도록 하여, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12B)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자(電磁) 강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13B)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)의 반경 방향 내측에, 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12B)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 부착되어 있다. 영구자석(30a)은 제 1 외측 로터(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로, N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터(21)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13B)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유(鑛油)를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13B) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에 접착 고정되어 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 행하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 리졸버 홀더(32)의 외주에, 리졸버 고정자(35, 36)을 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈(incremental) 리졸버 고정자(35)와 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트(Absolute) 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자(界磁) 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하여, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감겨져 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로, 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하여, 도 3에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와, 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 1 외측 로터(21)의 회전각을 격벽(13B) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체(單體)로 베어 링(33)을 가지고 있고, 따라서 하우징에 넣기 전에, 리졸버 단체에의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행하기 때문에, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 1 외측 로터(21)와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19)의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19)의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b)에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

다음에, 모터 유닛(MU2)의 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기에서는 본체(12B)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 제 2 외측 로터(21')의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22')에 의해 고정되어 있다. 여기서, 볼트(22')는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(41)을 동시 고정하고 있다. 제 2 외측 로터(21')는 격벽(13B)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A2, 도 1)을 지지하는 링 형상 부재(23')를 볼트(24')에 의해 고정하고 있다. 더욱이, 볼트(24')는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25')을 링 형상 부재(23')에 같이 고정하고 있다.

자기 실드판(41, 25')은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 자기 실드판(41, 25')은 제 1 외측 로터(21) 및 제 2 외측 로터(21') 사이에 개재하여 자기적 실드를 형성하고, 그것들로부터의 자속 누락에 의한 서로의 동반 회전하기를 방지하고 있다. 즉, 자기 실드판(25')은 비자성체인 링 형상 부재(23')를 사이에 두고 요크(21b')에 체결하고 있고, 그것에 의해 불필요한 자기회로를 생성하는 것을 방지하고 있다. 이 자기 실드판(41, 25')에 의해, 로터 상호의 자기 간섭을 막을 수 있으므로, 2축 동축 모터 시스템이면서 전체의 축 길이를 억제한 구성이 가능하다. 자기 실드판(41)은 외부로부터의 이물질 흡인을 방지하고 있다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 다축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 되고 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 2 외측 로터(21')는 영구자석(21a')과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이 루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a') 쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b')외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 행하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 2 외측 로터(21')는 베어링(19')의 내륜과 링 형상 부재(23')를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선(線) 팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서 본 실시 형태의 경우는 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 베어링(19')의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤으로 하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저 하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13B)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터(21')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 본체(12B)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 장착되어 있고, 전자 강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13B)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')의 반경 방향 내측에, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있다. 제 2 내측 로터(30')는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 부착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 1 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하(負荷) 할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13B)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13B) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정되어 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 행하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a' 및 34b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 리졸버 홀더(32')의 외주에, 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')로 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자(界磁) 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하여, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터(21')의 회전각을 격벽(13B) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서 하우징에 넣기 전에, 리졸버 단체에서 의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 2 외측 로터(21')와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19')의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19')의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b')에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(30')와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하여, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 3에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 2 내측 로터(30')의 회전 각도(또는 회전 속 도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b')와 리졸버 고정자(35', 36')로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)와 제 2 외측 로터(21')와의 사이에, 자기 실드판(25, 41)을 배치하고 있으므로, 상호의 자기적 간섭을 억제하고 잘못된 구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피하고 있다.

본체(12B)에 있어서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 사이를 연장하는 플랜지부(12a)를 반경 방향 바깥쪽으로 연장하는 적어도 2개의 안내구멍(12d)이 반경 방향으로 관통하도록 하여 형성되어 있고, 본체(12B)의 하부로부터 본체(12B) 내에 삽통된 고정자용의 배선(HSb, HSb)은 안내구멍(12d)을 개재하여 고정자(29, 29')에 접속되게 되어 있다. 이때, 내측 로터(30, 30')는 정전 차폐의 효과를 주게 된다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 한편, 본체(12B)의 양단부에는 각각 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 본체(12B)의 하부로부터 본체(12B) 내에 삽통된 리졸버에의 배선(HRb, HRb)을 절결(12e, 12e)을 개재하여 리졸버 측에 인출하는 구조로 되어 있다. 고정자용의 배선(HSb, HSb)과 리졸버용의 배선(HRb, HRb)을 분리하여 잘 처리하는 것으로, 배선간에 유도가 생기는 것을 억제할 수 있다.

도 4는 모터 유닛(MU1)에 있어서의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3상 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3상 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 1)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')에서 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3상 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터(21, 21')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용하였지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위 치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기 저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

계속하여, 도 2를 참조하여 모터 유닛(MU1)에 대해 설명한다. 이러한 모터 유닛(MU1)은 모터 유닛(MU2)에 대해서 기본적으로 같은 구조로 거울 형상의 관계로 되어 있으므로, 다른 구성을 중심으로서 설명하고, 동일 구성은 동일 부호를 부가하는 것으로 설명을 생략한다.

모터 유닛(MU2)의 본체(12B)의 상단에 고정된 격벽 홀더(113a)에 대해, 모터 유닛(MU1)의 본체(12A)의 하단에 볼트(12b)에 의하여 고정된 격벽 홀더(113a')는 마찬가지의 도너츠 원판 형상을 가지지만, 그 아래쪽 면(격벽 홀더(113a)에 대향하는 면)에 개구를 둘러싸도록 하여 둘레홈(113c')을 형성하고 있다. 둘레홈(13c') 안에는 봉지체인 오링(OR)이 배치되어 있고, 격벽 홀더(113a)의 상면과 격벽 홀더(113a')의 아래쪽 면이 접촉했을 때에, 양자 사이를 밀봉하도록 하고 있다. 격벽 홀더(113a')의 외주에는 바닥이 빠진 컵 형상의 격벽(13A)를 부착하고 있다. 본체(12A)와, 원판(10A)에 의해 하우징을 구성한다. 격벽(13A)의 작용 효과에 대해서는 격벽(13B)와 마찬가지이다.

도 2에서 위쪽에서부터, 볼트(127)가 모터 유닛(MU1)의 본체(12A) 및 격벽 홀더(113a')를 관통하고, 모터 유닛(MU2)의 격벽 홀더(113a)에 나사 결합하는 것에 의해, 모터 유닛(MU1, MU2)은 동축적으로 연결되어 있다. 모터 유닛(MU1)의 본체(12A)의 상면에, 원판부(10A)를 부착하고 있고, 그 중앙통로는 시일판(101)에 의해 밀폐되어 있다.

이와 같이 격벽(13A, 13B)을 2분할 구성으로 하는 것으로, 모터 유닛(MU1, MU2)과의 사이에, 가는 조임부를 마련할 수 있다. 따라서, 모터 유닛(MU1, MU2)의 각각에 테이블(T)과, 링크(L1, L2)와, 암(A1, A2)을 부착한 2대 동축의 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치를 구성한 경우, 테이블(T)은 격벽 홀더(113a, 113a')의 외경 근처까지 위치 결정이 가능해지고, 가동 범위가 넓어진다고 하는 이점을 가진다.

본체(12A)에 있어서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 사이를 연장하는 플랜지부(12a)를 반경 방향 바깥쪽으로 연장하는 적어도 2개의 안내구멍(12d)이 반경 방향으로 관통하도록 하여 형성되어 있고, 본체(12B)의 하부로부터 본체(12B)의 관통공(12b)내에 삽통되고, 또한 본체(12A)의 관통공(12b)에 도입된 고정자용의 배선(HSa, HSa)은 본체(12A)의 안내구멍(12d)을 개재하여 고정자(29, 29')에 접속되도록 되어 있다.

더욱이, 본체(12A)의 양단부에는 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 본체(12B)의 하부로부터 본체(12B)내의 관통공(12b)내에 삽통되고, 또한 본체(12A)의 관통공(12b)에 도입된 리졸버에의 배선(HRa, HRa)을 절결(12e, 12e)을 개재하여 리졸버 측으로 인출하는 구조로 되어 있다. 또한, 고정자용의 배선(HSa, HSa) 및 리졸버용의 배선(HRa, HRa)은 도중에서 분단되고, 그 분단된 단부는 본체(12A, 12B)의 관통공(12k)내에서, 커넥터를 구성하는 숫커넥터(CM)와 암커넥터(CF)에 각각 접속되어 있다. 숫커넥터(CM)와 암커넥터(CF)를 접속한 상태에서는 고정자용의 배선(HSa, HSa) 및 리졸버용의 배선(HRa, HRa)를 개재하여, 외부와 모 터 유닛(MU1)과의 사이에서 신호의 주고 받기를 행할 수 있게 되어 있다.

도 5는 모터 유닛(MU1, MU2)을 분해한 상태를 도시하는 도면이며, 모타유닛(MU1, MU2)을 분해하려면, 도 2에 있어서, 원판(10A)을 본체(12A)에서 떼어낸 후, 볼트(127)를 느슨하게 하여 떼어내는 것으로 가능하게 된다. 이때, 모터 유닛(MU1)의 고정자용의 배선(HSa, HSa) 및 리졸버용의 배선(HRa, HRa)이 연결된 채로 있으면 분해의 방해가 된다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서는 숫커넥터(CM)와 암 커넥터(CF)를 이탈시키는 것으로, 고정자용의 배선(HSa, HSa) 및 리졸버용의 배선(HRa, HRa)을 분리 단절하고, 그것에 의해 고정자용의 배선(HSa, HSa) 및 리졸버용의 배선(HRa, HRa)의 일부를 접속한 상태에서, 모터 유닛(MU1)을 모터 유닛(MU2)으로부터 분리시킬 수 있다. 이와 같이 하면, 배선의 피복을 손상시킬 우려도 적다.

또한, 모터 유닛(MU1, MU2)을 분리하면, 기밀 구조를 분해해 버리지만, 오링(OR, 128)은 그 직경이 작고, 한편 조립하기 쉬운 개소에 배치되어 있으므로, 재조립시에 기밀 누출을 일으킬 가능성은 낮다.

분해한 상태에서는 모터 유닛(MU1)의 아래 쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있고, 또한, 모터 유닛(MU2)의 위쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 또한, 모터 유닛(MU1)의 위쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 고정자와 리졸버의 각도 조정은 본체(12A)로부터 원판(12A)을 떼어내는 것으로 행할 수 있고, 한편, 모터 유닛(MU1)의 아래 쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모 터(D1)의 고정자와 리졸버의 각도 조정은 정반(G)에 고정시킬 수 있었던 원판(10B)으로부터 본체(12B)를 떼어내는 것으로 행할 수 있다.

본 실시 형태의 모터 시스템에 의하면, 각각 하우징을 구성하는 본체(12A, 12B)와, 격벽(13A, 13B)을 장착한 채로 분리 가능하게 되어 있으므로, 더 이상 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 분해하지 않고, 모터 유닛(MU1)의 아래 쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 용이하게 행할 수 있고, 또한 모터 유닛(MU2)의 위쪽에 배치된 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자와 리졸버의 각도 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 베어링(19')의 점검이나 교환도 용이하게 행할 수 있다. 또한, 이상으로부터 명백하지만, 6축, 8축, 10축 이상, 이런 식으로 스페이스가 허락하는 한 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 조합하여 이루어지는 모터 시스템을 형성하는 것은 용이하다.

이상의 실시 형태에서는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터에 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션이라도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 2축 동축의 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축의 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라는 구성으로 하면, 각 축의 자 계(磁界)에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력(推力) 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하고, 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온 감자하기 어려운, 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용되는 것이라면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅이 실시되어야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용되는 것이라면 핀홀이 적은 카니젠 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등이 실시되어야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측에서 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착에도 좋고, 다른 체결 방법에도 좋다.

또한, 베어링(19, 19')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의하여 적절하게 변경되는 것이며, 크로스 롤 러 베어링이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조로서도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈(deep groove) 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조로서도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식에서 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 외측 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에서도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로, 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법에 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의하여 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로서도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상 상술한 모터 시스템은 각 축의 로터나, 고정자나, 리졸버에 이용한 자기 커플링으로부터 누출되는 자속(磁束)에 의해, 서로의 로터나 회전 검출기에 이용한 자기 커플링에 회전 방향의 추력을 발생시키지 않도록, 서로의 자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 각 축의 로터사이에 설치하거나, 각 축의 로터, 고정자, 리졸버로부터 발생하는 전자계에 의해 서로의 리졸버에 간섭하지 않도록, 서로의 전자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 설치하거나, 축 방향으로 인접하는 축끼리의 로터의 극수(極數)나 고정자의 슬롯수를 바꾸거나 하는 것에 의해, 각 축 상호간에 발생하는 자기적 간섭을 방지하고 있으므로, 각 축의 축 방향 길이와, 각 축의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 2축 동축, 4축 동축이라고 하는 다축 동축 모터 시스템이면서, 전체의 축 길이를 억제한 구성이 가능하다. 특히, 4축 동축이라고 하는 다축 구성의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 시스템에 있어서는 챔버 구조를 크게 바꾸지 않고 고정밀의 위치 결정을 할 수 있는 프록레그(frog leg) 암식 로보트를 2대 설치할 수 있으므로 장치 전체의 성능 및 가동률을 높일 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한 하지 않고, 대기외의 분위기에서 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

〔제 2의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 6에 있어서, 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 직렬로 연결되어 있다. 아래쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 6에서 명백한 바와 같이, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반 송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷, 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터에 대해 설명한다.

도 7은 도 6의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 8은 도 7의 구성을 III-III선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 7, 도 8을 참조하여, 다이렉트 드라이브 모터의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한 다. 또한, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)는 기본적인 구성이 동일하기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)만 설명하고, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로 설명을 생략한다.

정반(G)에 플랜지(10a)를 고정시킨 중공 원통형의 본체(10)는 그 상단에 작은 원판(11)을 볼트에 의해 연결되어 있다. 작은 원판(11)의 상면에는 큰 원판(12)이 도시하지 않은 볼트에 의해 고정되어 있다. 본체(10)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(10), 작은 원판(11), 큰 원판(12)에 의해 하우징을 구성한다. 큰 원판(12)의 상면에는 본체(10)의 통로를 덮는 뚜껑 부재(50)가 밀봉적으로 볼트 고정 되어 있다.

본체(10)의 플랜지(10a)상에, 비자성체인 스텐레스제(SUS 304 등)의 원통형의 격벽(13)이 본체(10)에 대해서 동축으로 부착되어 있다. 격벽(13)의 상부는 얇게 되어 있고, 더욱이 상단은 반경 방향 내측으로 절곡되어 있고, 원판(12)에 의해 작은 원판(11)에 끼워지는 형태로 부착되어 있다. 또한, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 각 부재사이에는 도시하는 바와 같이 오링(OR)이 설치되고, 따라서 본체(10)의 플랜지(10a)와, 격벽(13)과, 작은 원판(11)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재사이를 기밀하여도 좋다.

격벽(13)의 하부 외주에, 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(14)의 내륜이 끼워 맞추어지고, 격벽(13)에 볼트로 고정되는 내륜 홀더(15)에 의해, 격 벽(13)에 대해서 부착되어 있다. 한편, 베어링(14)의 외륜은 외측 로터(16)의 내주에 끼워 맞추어지고, 외측 로터(16)에 볼트로 고정되는 외측 홀더(17)에 의해, 외측 로터(16)에 대해서 부착되어 있다. 즉, 외측 로터(16)는 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(14)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하고 있고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 외측 로터(16)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

외측 로터(16)의 내주면에는 외측 로터 자석(18)이 부착되어 있다. 외측 로터 자석(18)은 24극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 12개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 백 요크(19)에 조립되어 있다. 백 요크(19)는 자성 스텐레스에도, 철에 니켈 도금한 것에도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는 외측 로터 자석(18)은 네오디뮴철 붕소의 자석에 니켈 도금한 것을 이용하고 있다. 또한, 이 외측 로터 자석(18)은 외측 로터(16)에 대해서, 비자성 금속의 쐐기를 나사로 단단히 조으고 있다. 그 때문에 접착제 등의 수지는 배치되지 않고, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 진공중에 배치한 경우에도, 흡장 불순 분자의 방출 가스를 극히 적게 할 수 있다. 또한, 외측 로터 자석(18)의 상부를 덮도록 하여 자기 실드판(30)이 외측 로터(16)에 부착되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 외측 로터(16)의 내주면에 대향하도록 하여, 고정자(29)가 배치되어 있다. 고정자(29)는 고정자 홀더(20)에 의해, 본체(10)의 플랜지(10a)에 부착되고 있고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 원통형으로 U상, V상, W상의 순서로 각 상 12개의 코일이 늘어서고, 따라서 합계 36개의 코일을 포함하고 있다. 이 코일은 몰드 재료로 성형하여 일체화하고 있다. 이와 같이 고정자(29)를 격벽(13)의 안쪽에 배치하고 있으므로, 코일 발열 등에 대해 수냉(水冷)이나 공냉(空冷) 등의 강제 냉각을 행할 수 있다.

고정자(29)의 반경 방향 내측에, 내측 로터(21)가 배치되어 있다. 내측 로터(21)는 본체(10)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(22)에 대해서, 볼 베어링(23)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 내측 로터(21)의 외주면에는 백 요크(25)를 개재하여 내측 로터 자석(24)이 부착되어 있다. 내측 로터 자석(24)은 외측 로터 자석(18)과 마찬가지로 24극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 12개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 백 요크(25)에 조립되어 있다. 따라서, 내측 로터(21)는 고정자(29)에 의해 외측 로터(16)에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

내측 로터(21)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기용의 검출 로터(26)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(22)의 외주에 리졸버(27, 28)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버(27)와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버(28)를 2층으로 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도 검출 로터(26)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회 전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

본 실시 형태에 이용되고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 검출 로터(26)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 리졸버(27, 28)의 고정자의 자극의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 검출 로터(26)에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어져 있다. 내측 로터(21)와 일체로 검출 로터(26)가 회전하면, 리졸버(27, 28)의 고정자의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 검출 로터(26)의 1회전으로, 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 9에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 검출 로터(26) 즉, 내측 로터(21)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 검출 로터(26)와 리졸버(27, 28)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 있어서는 내측 로터(21)는 고정자(29)에 의해 외측 로터(16)에 동기하여 회전 구동되게 되어 있으므로, 내측 로터(21)의 회전 각도를 검출할 수 있으면, 그것으로부터 즉시 외측 로터(16)의 회전 각도를 구할 수 있고, 그것에 의해 외측 로터(16)의 구동 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

도 10은 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 모터 제어 회로(DMC)는 그 CPU로부터 3상 앰프(AMP)로 구동 신호를 출력하고, 3상 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 외측 로터(16)가 회전하고, 암(A1)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로 터(16)가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버(27, 28)로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터(16)가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3상 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터(16)의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터(16)의 서보 제어가 가능해진다.

본 실시 형태에 있어서는 앱솔루트 리졸버(28)를 사용하고 있으므로, 검출 로터(26)의 전기각(電氣角)과 토크 지령에 따라 3상의 고정자 코일에 흘리는 전류를 제어할 수 있다. 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 3상 코일(U상, V상, W상)에 전류를 흘리면 코아레스 모타의 구조이므로, 프레밍의 왼손의 법칙에 따라, 외측 로터(16), 내측 로터(21)에 각각 거의 같은 토크를 발생시킨다. 본래, 내측 로터(21)와 외측 로터(16)가 동기하지 않으면, 각각 회전 자재의 베어링으로 지지되어 있기 때문에

T_O : 외측 로터(16)에의 발생 토크

I_O : 외측 로터(16)측의 부하도 포함한 관성

α_O : 외측 로터(16)의 가속도

T_I : 내측 로터(21)에의 발생 토크

I_I : 내측 로터(21)의 관성

α_I : 내측 로터(21)의 가속도

로 하면, 외측 로터(16)에 암(A1)을 부착하고 있기 때문에, I_O : 외측 로터(16)측의 부하도 포함한 관성은 커지고 있는 것으로부터,

T_O=I_O×α_O

T_I=I_I×α_I

와 같이 각각 다른 가속도로 회전하려고 한다.

그렇지만, 외측 로터(16)와 내측 로터(21)는 동기하여 회전하므로, 회전 각도의 변위에 의해 소정의 토크를 발생한다. 그 때문에, 적재 부하가 없는 내측 로터(21)가 외측 로터(16)에 대해서, 토크의 발생 방향으로 미소 각도 위상이 진행되는 것으로 내측 로터(21)로부터 외측 로터(16)에 토크가 전달되고, 그 결과 내측 로터(21)와 외측 로터(16)의 가속도가 동일하게 되도록 토크가 전달되게 되고, 코일이 발생하는 토크는 관성에 따른 토크가 발생된다.

이상 상술한 본 실시 형태에서는 다이렉트 드라이브 모터(D1)가 모멘트력을 다점 접촉 베어링(14)으로 지지하고 있으므로, 강성이 높고, 암(A1)을 늘린 상태에서도 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로 반송할 수 있다. 또한 베어링(14)의 내륜은 격벽(13)의 두께 부재로 조립하고 있으므로, 작용하는 힘은 격벽(13)에 거의 작용하지 않고, 본체(10)에 직접 걸리기 때문에, 격벽(13)이 깨져 버리는 위험성을 극히 작게 할 수 있다.

또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버(28)와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버(27)로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터(16) 즉, 암(A1)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(21)의 회전 검출에 리졸버를 채용하였지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

도 11은 본 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다. 도 11에 도시하는 변형예에 있어서는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 2조(합계 4개) 직렬로 배치하여 이루어지지만, 개개의 다이렉트 드라이브 모터에 관해서는 도 7에 도시하는 구성과 마찬가지이므로, 주요한 부품에 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 고정자의 반경 방향 내측에 내측 로터를 배치하고 있으므로, 축선 방향 치수를 작게(얇게) 할 수 있기 때문에, 도 11에 도시하는 바와 같이 4개 직렬로서 반송 장치를 구성하여도, 높이 방향으로 컴팩트한 구성을 제공할 수 있다. 또한, 얇은 구성이므로 강성이 높아져 공진 등의 우려를 회피할 수 있고, 다축화에 유리하고 각 외측 로터의 제어 정수의 차이를 작게 할 수 있다. 더욱이, 동 형상의 다이렉트 드라이브 모터를 적층하여 이용하는 것으로, 고장시에는 그 다이렉트 드라이브 모터만을 교환하면 되고, 유지 보수성이 뛰어남과 함께, 교환 부품의 재고를 최소한으로 할 수 있다.

도 12는 도 6에 도시하는 반송 장치에 이용할 수 있는 제 2의 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터의 도 7과 같은 단면도이다. 또한, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)는 기본적인 구성이 동일하기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)만 설명하고, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로, 설명을 생략한다.

도 12에 있어서, 정반(G)에 플랜지(110a)를 고정시킨 중공 원통형의 본체(110)는 그 상단에 작은 원판(111)을 볼트에 의해 연결되어 있다. 작은 원판(111)의 상면 외주측에는 큰 원판(112)이 도시하지 않은 볼트에 의해 고정되어 있다. 본체(110)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(110), 작은 원판(111), 큰 원판(112)에 의해 하우징을 구성한다.

본체(110)의 플랜지(110a)상에 형성된 원통 부착부(110b)에 하단을 압입 끼워 맞춤 시키고, 비자성체인 스텐레스제(SUS 316L 등)의 원통형의 격벽(113)이 본체(110)에 대해서 동축에 장착되어 있다. 격벽(113)의 상부는 얇아지고 있고, 더욱이 상단은 반경 방향 내측으로 절곡되어 있고, 원판(112)에 의해 작은 원판(111)에 동시 고정되는 형태로 부착되어 있다. 또한, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 각 부재사이에는 도시하는 바와 같이 오링(OR)이 배치되고, 따라서 본체(110)의 플랜지(110a)와, 격벽(113)과, 작은 원판(111)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(113)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오 링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재 사이를 기밀하여도 좋다.

격벽(113)의 하부 외주에, 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(114)의 내륜이 끼워 맞추어지고, 격벽(113)에 볼트로 고정되는 내륜 홀더(115)에 의해, 격벽(113)에 대해서 장착되어 있다. 한편, 베어링(114)의 외륜은 외측 로터(116)의 내주에 끼워 맞추어지고, 외측 로터(116)에 볼트로 고정되는 외측 홀더(117)에 의해, 외측 로터(116)에 대해서 부착되어 있다. 즉, 외측 로터(116)는 격벽(113)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(114)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하고 있고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 외측 로터(116)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태에서 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

외측 로터(116)의 내주면 중앙에는 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)이 부착되어 있다. 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 배치된 자성 금속으로 이루어지고, 백 요크(109)에 조립되어 있다. 외측 로터(116)에 끼워 맞춤 고정되는 자기 커플링용 로터인 백 요크(109)는 자성 스텐레스에도, 철에 니켈 도금한 것에도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)은 네오디뮴철 붕소의 자석에 니켈 도금 한 것을 이용하고 있다. 또한, 상기 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)은 외측 로터(116)에 대해서, 비자성 금속의 쐐기를 나사로 단단히 조이고 있다. 그 때문에 접착제 등의 수지는 배치되어 있지 않고, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 진공중에 배치한 경우에도, 흡장 불순 분자의 방출 가스를 극히 적게 할 수 있다. 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)의 상부를 덮도록 하여, 자기 실드판(103)이 외측 로터(116)에 부착되어 있다.

더욱이, 외측 로터(116)의 내주면 상부에는 외측 로터 자석(118)이 부착되어 있다. 외측 로터 자석(118)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 배치된 자성 금속으로 이루어지고, 백 요크(119)에 조립되어 있다. 백 요크(119)는 자성 스텐레스에도, 철에 니켈 도금한 것에도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는 외측 로터 자석(118)은 네오디뮴철 붕소의 자석에 니켈 도금한 것을 이용하고 있다. 또한, 상기 외측 로터 자석(118)은 외측 로터(116)에 대해서, 비자성 금속의 쐐기를 나사로 단단히 조이고 있다. 그 때문에 접착제 등의 수지는 배치되어 있지 않고, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 진공중에 배치한 경우에도, 흡장 불순 분자의 방출 가스를 극히 적게 할 수 있다. 외측 로터 자석(118)의 상부를 덮도록 하고, 자기 실드판(130)이 원판(112)의 아래쪽 면에 부착되어 있다.

격벽(113)의 반경 방향 내측에 있어서, 외측 로터 자석(118)에 대향하도록 하여, 고정자(129)가 배치되어 있다. 고정자(129)는 본체(110)에 부착되어 있고, 도시하지 않지만 원통형으로 U상이 3슬롯, V상이 3슬롯, W상이 3슬롯으로 합계 9슬롯의 코일을 4조 즉, 합계 36슬롯을 늘어놓아 이루어진다. 고정자(129)의 상부를 덮도록 하고, 자기 실드판(102)이 외측 로터(116)에 부착되어 있다.

이 32극 36슬롯의 모터는 8극 9슬롯이라고 하는 코깅력이 적은 공지 기술의 모터의 4배의 슬롯 구성이므로, 마찬가지로 적은 코깅력을 실현할 수 있다.

또한, 8극 9슬롯 모터의 짝수배의 구성이므로, 외측 로터(116)의 대각선에 동상(同相), 동극(同極)이 배치되어 있다. 8극 9슬롯 모터에서는 자석의 흡인력의 언밸런스가, 지지하는 베어링에 래디얼력을 발생시켜, 베어링(114)의 강성 등에 의해 진동이 발생하는 일이 있지만, 짝수배의 구성이므로, 상기 언밸런스력이 대각선상의 동상 동극으로 상쇄되기 때문에, 외측 로터(116)를 지지하는 베어링(114)에는 언밸런스력은 작용하지 않고, 진동 발생을 억제한 특징이 있다.

더욱이, 격벽(113)의 반경 방향 내측에 있어서, 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)에 대향하도록 하여, 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)이 배치되어 있다. 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)은 본체(110)의 플랜지(110a)의 원통 부착부(110b)에 대해서, 베어링(123)을 개재하여 회전 가능하게 지지된 내측 로터(121)에 백 요크(125)를 개재하여 부착되어 있다. 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)은 커플링용 외측 로터 자석(108)과 마찬가지로 32극의 구성으로, N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 배치되어 있다. 따라서, 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)과 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)은 격벽(113)을 개재시키면서 다른 극을 대향시킨 상태로 서로 당기는 자력에 의해 상대 회전이 고정되고, 즉, 양자석간에 비접촉으로 작용하는 자기 커플링력에 근거하여, 내측 로터(121)는 백 요크(119) 즉, 외측 로터(116)와 동기하여 회전하게 되어 있다.

내측 로터(121)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기용의 검출 로터(126)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 본체(110)의 외주에, 리졸버(127, 128)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버(127)와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버(128)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 검출 로터(126)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

본 실시 형태에서 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 검출 로터(126)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 리졸버(127, 128)의 고정자의 자극 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 검출 로터(126)에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 내측 로터(121)와 일체로 검출 로터(126)가 회전하면, 리졸버(127, 128)의 고정자의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 검출 로터(126)의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 9에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 검출 로터(126) 즉, 내측 로터(121)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하도록 되어 있다. 검출 로터(126)와 리졸버(127, 128)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 있어서는 내측 로터(121)는 자기 커플링을 개재하여 외측 로터(116)에 동기하여 회전 구동되게 되어 있으므로, 내측 로터(121)의 회전 각도를 검출할 수 있으면, 그리고 즉시 외측 로터(116)의 회전 각도를 구할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터(D1)는 도 10에 도시하는 것 같은 구동 회로에 의해 서보 제어된다.

본 실시 형태에 있어서는 자기 실드판(102, 103)은 고정자(129)와 외측 로터 자석(118)과의 사이에 발생하는 자계가, 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)과 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)간의 흡인력을 어지럽혀 자기 커플링 작용에 영향을 주지 않게 하기 위해서 설치되어 있다. 단, 고정자(129) 및 외측 로터 자석(118)의 자극이 32극으로, 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)과 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)의 자극도 32극이기 때문에, 각각 같은 자극수이기 때문에, 자기 실드판(102, 103)을 생략해도, 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)과 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)간의 흡인력이 특별히 흐트러지는 일은 없다. 따라서, 자기 실드판(102, 103)은 고정자(129) 및 외측 로터 자석(118)의 자극과 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)과 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)의 자극이 다른 경우에 특히 유효하다.

그런데, 자기 커플링의 작용에 의해, 외측 로터(116)가 진동하면, 내측 로터(121)도 따라서 진동하고, 그것에 기초하여 리졸버(127, 128)가 각도 위치를 검출하여 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 제어를 행하면, 외측 로터(116)의 회전 동작이 이상(異常)하게 될 우려가 있다. 이것을 자기 커플링계의 공진(共振)이라고 한다. 본 실시 형태에서는 격벽(113)을 이용하여 이러한 동작 이상을 회피하고 있다.

이하에, 격벽(113)의 와전류 손해를 이용한 자기 커플링계의 공진 주파수의 게인피크치를 작게 하는 원리를 도시한다. 도 13은 격벽(113)에 와전류 손해가 발생하는 상태를 도시하는 모식도이다. 도 13에 있어서, 외측 로터(116)에는 자기 커플링용 외측 로터 자석(108)의 N극이 부착되고, 내측 로터(121)에는 자기 커플링용 내측 로터 자석(101)의 S극이 부착되고, 그것들은 격벽(113)을 사이에 두고 대향 배치되어 자기 커플링을 형성하고 있는 것으로 한다.

여기서, 도 13에서는 도시하지 않은 고정자에 소정의 전력을 공급하면, 외측 로터(116)가 도면에서 화살표 방향으로 회전하지만, 격벽(113)을 관통하는 자력에 기초한 자기 커플링 작용에 의해, 내측 로터(121)도 같은 방향을 동반 회전하는 회전을 한다. 이때, 격벽(113)의 a측(자속밀도가 증대하는 측)에는 자속을 약하게 하는 방향으로 와전류(A)가 발생한다. 또한, 격벽(113)의 b측(자속밀도가 감소하는 측)에는 자속을 강하게 하는 방향으로, 역회전의 와전류(B)가 발생한다. 이것이, 자속의 변화를 방해하도록 전류가 발생하는 와전류의 원리이다.

도 14는 3개의 자석을 열 방향으로 도시한 도 13과 같은 모식도이며, 와전류를 이용하여 회전에 대한 브레이크력이 발생하는 상태를 나타내고 있다. 외측 로터(116)가 도 14에 화살표로 도시하는 방향으로 상대 회전하면, 도 13에 도시하는 원리에 의해 격벽(113)에는 와전류가 발생하여 자속을 발생한다. 와전류에 의해 발생한 자속은 외측 로터(116)에 구비된 자석(108)의 진행 방향에 대해 반발력을 발생한다. 이 와전류는 자속의 변화율이 높을수록 커지므로, 격벽(113)의 투자율(透磁率, 자기저항)과 자석(108)의 자속밀도, 주파수가 높을수록 커진다. 격 벽(113)은 그 재질과 형상으로부터 고유의 자기저항치와 전기 저항값을 가지고 있고, 전기 저항값과 와전류의 2승의 곱이 격벽(113)의 와전류 손해가 된다. 따라서, 주파수에 의존하는 격벽(113)의 와전류 손해에 의해, 자기 커플링 작용시에는 외측 로터(116)의 덤핑 저항이 생기고, 예를 들면, 외측 로터(116)가 진동하고 있는 경우, 이것을 감쇠시키는 효과를 가진다.

도 15는 격벽이 없는 경우에 있어서의 모터의 제어계 블럭도이며, 도 16은 격벽이 있는 경우에 있어서의 모터의 제어계 블럭도이다. 격벽(113)이 없을 때는 도 15에 도시하는 바와 같이, 자기 커플링의 용수철 강성(Kf)만에 의하여, 외측 로터(116)는 반력을 받고, 격벽(113)이 있을 때는 도 16에 도시하는 바와 같이, 자기 커플링의 용수철 강성(Kf)과 격벽의 덤핑 저항(Cf)에 기초하는 반력을 받는 것을 알 수 있다.

여기서, 도 16에 도시하는 제어계에 있어서, 모터 토크(Te)에 대한 모터 속도(ωrm)의 전달 함수는 식 (1)과 같이 되고, 그 공진 주파수, 감쇠율은 식 (2), (3), (4), (5)와 같이 된다. 단, Jm은 모터 관성, Jr는 리졸버 관성, Kf는 자기 커플링의 용수철 계수, Cf는 자기 커플링의 덤핑 저항, ωa는 공진 주파수, ωz는 반(反)공진주파수, ξ_a, ξ_z는 감쇠율이다.

이 전달 함수(G)의 주파수 특성을 도 17, 도 18에 도시한다. 게인은 공진점(ωat)에서 큰 피크치를 가지지만, 이것은 감쇠율 ξ_a(또는 Cf : 와전류 손해에 의한 덤핑 저항)이 작아지면, 작아질수록 커진다. 즉, 주파수에 대한 와전류 손해가 작으면, 작을수록 공진의 게인 피크치는 커지는 것을 알 수 있다. 이 공진이 크면 리졸버의 각도 검출 신호의 위상과 외측 로터의 위상이 역위상이 되어, 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터는 발진해 버릴 우려가 있다. 이것을 회피하기 위해서는 감쇠율 ξ_a를 크게 하면 좋고, 이 경우, 격벽의 와전류 손해로 이루어지는 덤핑 저항을 크게 하는 것으로 피크치를 작게 할 수 있다. 종래에는 모터 제어부 등에서 이 공진 주파수에 놋치필터를 이용한 각도 신호를 이용하는 것으로 발진을 막아 왔지만, 놋치필터의 특성이 너무 강하면, 그 공진 주파수 근방의 각도 신호를 제어할 수 없게 되어 버릴 우려가 있다. 이것에 대해, 격벽의 와전류 손해를 이용하는 것으로 공진 주파수의 피크치를 작게 하는 것으로, 공진 주파수 근방도 제어할 수 있게 된다. 또한, 자기 커플링의 용수철 강성은 도 19와 같이 나타내어진다.

본 발명에 의한 2축 동축 다이렉트 드라이브 모터는 격벽의 와전류 손해를 이용하는 것으로, 자기 커플링의 공진 주파수의 게인의 피크를 작게 할 수 있다. 다만, 와전류 손해는 격벽의 발열로 연결되므로, 발열을 고려하여, 격벽의 재질, 형상을 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 약한 놋치필터의 효과와 함께 덤핑 저항을 결정하는 것으로, 발열이 적고, 제어를 가능하게 할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되어 해석되어서는 않되고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한정되지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

〔제 3의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 20은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 20에 대해, 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 직렬로 연결되어 있다. 아래쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 20에서 명백하지만, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조 내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하 게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로, 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷, 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하고 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9슬롯과 7슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 아주 극이 많은 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총 자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이면서 또한 지름이 크고 폭이 좁은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 21은 도 20의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 21을 참조하여, 2축의 모터 시스템의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 대해 설명한다. 정반(G)에 고정시킨 원판(10)의 중앙 개구(10a)에 끼워 맞춤하고 볼트(11)에 의해 서로 고정된 중공 원통형의 본체(12)는 그 상단에 컵 형상의 격벽(13)을 부착하고 있다. 본체(12)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(12), 원판(10)에 의해 하우징을 구성한다.

격벽(13)은 비자성체인 스텐레스제이며, 본체(12)에 끼워 맞추는 두꺼운 저부(13a)와, 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 관통하도록 하여 연장하는 원판부(13a)보다 얇은 원통부(통 형상부, 13b)로 이루어진다. 따라서, 격벽(13)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 공통적으로 이용된다. 원통부(13b)의 하단은 TIG 용접에서 봉지 가능하게 홀더(15)에 접합되고, 홀더(15)는 원판(10)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)와 홀 더(15)와의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15)와 원판(10)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15)와 원판(10)을 볼트(16)에 의하여 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15)는 격벽(13)과의 용접성에서 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 본체(12)와 격벽(13), 및 격벽(13)과 홀더(15)는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15)와 원판(10) 및 원판(10)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10)과, 본체(12)와, 격벽(13)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재간을 기밀하여도 좋다.

원판(10)의 외주 상면에 있어서, 베어링 홀더(17)가 볼트(18)에 의해 고정되어 있다. 베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터(21)의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터(21)는 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A1, 도 20)을 지지하는 원통형 부재(23)를 볼트(24)에 의해 고 정하고 있다. 여기서, 볼트(24)는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25)을 원통형 부재(23)에 동시 고정하고 있다.

원판(10) 및 베어링 홀더(17)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있고, 원판(10)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

자기 실드판(25)은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 그 효과에 대해서는 후술한다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공에서도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21)가 틸트할 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터(21)는 영구자석(21a)과 자로(磁路)를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b)외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 1 외측 로터(21)는 베어링(19)의 내륜과 원통형 부재(23)를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19)은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19)의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19)의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더 나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤하는 것으로, 베어링(19)의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터(21)의 내주면에 대향하도록 하여, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)의 반경 방향 내측에 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 부착되어 있다. 영구자석(30a)은 제 1 외측 로터(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터(21)에 동기하여 따라서 돌도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일 반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에 접착 고정되어 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 리졸버 홀더(32)의 외주에, 리졸버 고정자(35, 36)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)와 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되고 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 22에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와, 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉, 동반 회전하므로 제 1 외측 로터(21)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로, 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기서, 본체(12) 가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 제 2 외측 로터(21')의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22')에 의해 고정되어 있다. 여기서, 볼트(22'), 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(41)을 동시 고정하고 있다. 제 2 외측 로터(21')는 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A2, 도 20)을 지지하는 링 형상 부재(23')를 볼트(24')에 의해 고정하고 있다. 더욱이, 볼트(24')는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25')을 링 형상 부재(23')에 동시 고정하고 있다.

자기 실드판(41, 25')은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 자기 실드판(41, 25')은 제 1 외측 로터(21) 및 제 2 외측 로터(21')의 사이에 개재하여 자기적 실드를 형성하고, 그것들로부터의 자속 누락에 의한 서로의 동반 회전하기를 방지하고 있다. 즉, 자기 실드판(25')은 비자성체인 링 형상 부재(23')를 사이에 두고 요크(21b')에 체결되어 있고, 그것에 의해 불필요한 자기회로를 생성하는 것을 막고 있다. 이 자기 실드판(41, 25')에 의해, 로터 상호의 자기 간섭을 막을 수 있으므로, 2축 동축 모터 시스템이면서 전체의 축 길이를 억제한 구성이 가능하다. 자기 실드판(41)은 외부로부터의 이물질 흡인을 방지하고 있다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있 는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅 하고, 진공중에도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 2 외측 로터(21')는 영구자석(21a')과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a') 쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b') 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구 자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 2 외측 로터(21')는 베어링(19')의 내륜과 링 형상 부재(23')를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립되는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 베어링(19')의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤으로 하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터(21')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')의 반경 방향 내측에, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있 다. 제 2 내측 로터(30')는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 장착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 1 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정하고 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a' 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 리졸버 홀더(32')의 외주에, 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능하게 되어 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터(21')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가 지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(30')와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하여, 도 22에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 2 내측 로터(30')의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b')와, 리졸버 고정자(35', 36')로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 있어서는 격벽(13)의 저부(13a)가 본체(12)에 대해서 축 방향으로 구속되어 있지 않기 때문에, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 격벽(13)에 치수 오차나 변형이 발생한 경우에도, 본체(12)에 저부(13a)가 꽉 눌리거나 끌려나오거나 하지 않기 때문에, 격벽(13)의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 또한, 저부(13a)의 깊이 및 본체(12)의 길이 치수를 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

또한, 원통부(13b)를 얇은 것으로 하는 것으로, 로터와 고정자간의 자속밀도량을 확보하는 것이 용이해 지고 있다.

더욱이, 본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)와 제 2 외측 로터(21') 와의 사이에 자기 실드판(25, 41)을 배치하고 있으므로, 상호의 자기적 간섭을 억제하고, 오구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피하고 있다. 또한, 본체(12)에 있어서 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 사이를 연장하는 플랜지부(12a)의 외주연(12b)은 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')와의 사이에 개재하고, 그것들이 누락 자속의 영향을 받는 것으로 제 1 외측 로터(21) 또는 제 2 외측 로터(21')에 잘못된 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차단하는 자기 실드로서 기능한다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 본체(12)는 중공 구조로 되어 있고, 플랜지부(12a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(12d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 본체(12)의 중앙에 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 본체(12)의 양단부에는 각각 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로 다이렉트 모터(D1)의 리졸버, 고정자(29), 다이렉트 모터(D2)의 고정자(29'), 그 리졸버의 순서로 배치하는 것이 가능해지고, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버를 짜넣은 본체(12)를 세트하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션(commutation) 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 방지하고, 또한, 본 발명의 2축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 23은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3층 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 20)를 이동시키게 되어 있다. 외측 로터(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터(21, 21')의 서보 제어가 가능하게 된다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항 형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용했지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

도 24는 제 2의 실시 형태에 관련된 도 21과 같은 단면도이다. 본 실시 형태에 대해서는 도 21~도 23의 실시 형태에 대해서 다른 부위에 대하여 설명하고, 동일한 기능을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로 설명을 생략한다. 또한, 도 24의 구성에 있어서는 안쪽 로터, 고정자, 리졸버는 간략하게 일체화하여 도시하고 있지만, 이것들은 도 21에 도시하는 구성과 같다.

본 실시 형태에 있어서는 원통형의 본체(112)의 상면에 부착된 상부 원판부(110)의 단부(110)에 볼트를 이용하여 환상부(113a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 결합하고 있다. 환상부(113a)의 하부는 얇고 반경 방향 바깥쪽으로 연장한 플랜지부(113c)로 되어 있고, 그 절곡된 바깥 가장자리에 얇은 원통부(113b)의 상단을 TIG 용접하여 이루어진다. 환상부(113a) 부착부의 두께는 플랜지부(113c) 및 얇은 원통부(113b)의 두께보다 두껍게 되어 있다. 얇은 원통부(113b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 환상부(113a)와 플랜지부(113c)와 얇은 원통부(113b)와 홀더(15)로 격벽(113)을 구성한다. 또한, 원 판부(110)와 본체(112)와 원판(10)으로 하우징을 구성한다.

본 실시 형태에서는 상부 원판부(110)의 상면은 뚜껑 부재(101)에 의해 폐지되고, 그 외주에 부착된 베어링 홀더(107)는 베어링(19')을 지지하게 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(123)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)측까지 연장하고 있지 않다. 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링 홀더(117)은 원판(10)과 일체로 되어 있다. 상부 원판부(110), 뚜껑 부재(101), 베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다.

상부 원판부(110)의 베어링 홀더(107)의 설치 외주면은 얇은 원통부(113b)에서 반경 방향 내측에 위치하고 있고, 따라서, 베어링 홀더(107)를 상부 원판부(110)에서 떼어내면, 2개의 외측 로터(21, 21')는 상부 원판부(110)를 분해하지 않고 위쪽으로 떼어내는 것이 가능해지고 있다. 따라서, 유지 보수시 등에 기밀 구조를 분해할 필요는 없고, 작업을 용이하게 할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는 격벽(113)의 환상부(113a, 부착부)의 두께에 대해, 플랜지부(113c, 연결부)의 두께는 얇아지고 있으므로, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하고, 격벽(113)에 축 방향의 신축 응력이 발생한 경우에서도, 플랜지부(113c)가 변형하는 것으로, 격벽(113)의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 또한, 환상부(113a) 및 그것이 부착되는 상부 원판부(110)나 본체(12)를 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

도 25는 제 3의 실시 형태에 관련된 도 21과 같은 단면도이다. 본 실시 형 태에 대해서는 도 24의 실시 형태에 대해서 다른 부위에 대하여 설명하고, 동일한 기능을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로, 설명을 생략한다. 또한, 도 25의 구성에 있어서도, 안쪽 로터, 고정자, 리졸버는 간략하게 일체화하여 도시하고 있지만, 이것들은 도 21에 도시하는 구성과 같다.

본 실시 형태에 있어서는 원통형의 본체(112)의 상면에 부착된 상부 원판부(110)의 단부(110a)에 볼트를 이용하여 환상부(213a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 결합하고 있다. 환상부(213a)의 하부는 얇은 판자 형상이고 파형으로 반경 방향 바깥쪽으로 연장한 플랜지부(213c)로 되어 있고, 그 절곡된 바깥 가장자리에 얇은 원통부(213b)의 상단을 TIG 용접하여 이루어진다. 환상부(213a) 부착부의 두께는 플랜지부(213c) 및 얇은 원통부(213b)의 두께보다 두껍게 되어 있다. 얇은 원통부(213b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 환상부(213a)와 플랜지부(213c)와 얇은 원통부(213b)와 홀더(15)로 격벽(213)을 구성한다. 또한, 원판부(110)와 본체(112)와 원판(10)으로 하우징을 구성한다.

본 실시 형태에 있어서도, 격벽(213)의 환상부(부착부, 213a)의 두께에 대해, 플랜지부(213c, 연결부)의 두께는 얇아지고 있고, 더욱이, 환상부(213a)와 얇은 원통부(213b)를 연결하는 플랜지부(213c)가 파형으로 되어 있으므로, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 격벽(213)에 축 방향의 신축 응력이 발생한 경우에도, 플랜지부(213c)가 변형하는 것으로, 격벽(213)의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있 다. 또한, 환상부(213a) 및 그것이 부착되는 상부 원판부(110)나 본체(12)를 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

도 26은 제 4의 실시 형태에 관련된 도 21과 같은 단면도이다. 본 실시 형태에 대해서는 도 24의 실시 형태에 대해서 다른 부위에 대하여 설명하고, 동일한 기능을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로 설명을 생략한다. 또한, 도 23의 구성에 있어서도, 안쪽 로터, 고정자, 리졸버는 간략하게 일체화하여 도시하고 있지만, 이것들은 도 21에 도시하는 구성과 같다.

본 실시 형태에 있어서는 원통형의 본체(112)의 상면에 부착된 상부 원판부(110)의 단부(段部, 110a)에 볼트를 이용하여 환상부(313a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 결합하고 있다. 통 형상부(313e)는 거의 동일 두께의 작은 원통부(313c)와 대원통부(313b)를 플랜지부(313d)에 의하여 연결한 형상을 가지고 있고, 원통부(313c)의 상부는 환상부(313a)에의 내주면에 TIG 용접되어 있다. 환상부(313a)의 두께는 통 형상부(313e)의 두께보다 두껍게 되어 있다. 대원통부(313b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 환상부(313a)와 통 형상부(313e)와 홀더(15)로 격벽(313)을 구성한다. 또한, 원판부(110)와 본체(112)와 원판(10)으로 하우징을 구성한다.

본 실시 형태에 있어서도, 격벽(313)의 환상부(313a, 부착부)의 두께에 대해, 통 형상부(313e)의 두께는 얇아지고 있으므로, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 격벽(313)에 축 방향의 신축 응력이 발생한 경우에도 플랜 지부(313d)가 변형하는 것으로, 격벽(313)의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 또한, 환상부(313a) 및 그것이 부착되는 상부 원판부(110)나 본체(12)를 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

이상의 실시 형태에서는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터로 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션이라도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 2축 동축의 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축의 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라는 구성으로 하면, 각 축의 자계에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하고, 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온 감자 하기 어려운 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용되는 것이라면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅을 실시해야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용되는 것이라면 핀홀이 적은 카니젠 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등을 실시해야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측에서 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착에서도 좋고, 다른 체결 방법에서도 좋다.

또한, 베어링(19, 19')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경할 수 있는 것이며, 크로스 롤러 베어링이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조라고 하여도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조라고 하여도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식으로 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에서도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로, 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로서도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한 정하지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재등이 에칭 되어 버릴 우려도 없다.

〔제 4의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 27은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터로 이루어지는 모터 시스템을 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 27에 대해, 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 직렬로 연결되어 있다. 하부의 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되어 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2) L2가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 , 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 27에서 명백하지만, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면 반도체 제조장치에 있어서의 진공조내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축에 연결하고, 연결 부분은 시일로, 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷, 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를, 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2)등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라고 하는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하고 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9 슬롯이라는 슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 아주 극이 많은 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이, 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이며 또한 지름이 크고 폭이 좁은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 28은 도 27의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 28을 참조하여, 2축의 모터 시스템의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 대해 설명한다. 정반(G)에 고정시킨 원판(10)의 중앙 개구(10)에 동축에 접합되고 볼트(11)에 의해 서로 고정된 중공 원통형의 본체(12)는 그 상단에 컵 형상의 격벽(13)을 부착하고 있다. 본체(12)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(12), 원판(10)에 의해 하우징을 구성한다.

격벽(13)은 비자성체인 스텐레스제이며, 본체(12)에 끼워 맞추는 두께의 저 부(13a)와, 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 관통하도록 하여 연장하는 얇은 원통부(13b)로 이루어진다. 따라서, 격벽(13)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 공통적으로 이용된다. 원통부(13b)의 하단은 TIG 용접으로 봉지 가능하게 홀더(15)에 접합되고, 홀더(15)는 원판(10)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15)와 원판(10)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재(OR)를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15)와 원판(10)을 볼트(16)에 의해 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15)는 격벽(13)과의 용접성에서 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 격벽(13)과 홀더(15)와는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15)와 원판(10), 및 원판(10)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10)과 격벽(13)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재사이를 기밀하여도 좋다.

원판(10)의 외주 상면에, 베어링 홀더(17)가 일체적으로 형성되어 있다. 베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터 부재(21)를 끼워 맞춤 한 2겹 원통형의 원통형 부재(23)에 끼워 맞추어지고, 제 1 외측 로터 부재(21)를 동시 고정하는 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터 부재(21)는 암(A1, 도 27)을 지지하는 원통형 부재(23)에 의해 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제 1 외측 로터 부재(21)와 원통형 부재(23)로 외측 로터를 구성한다.

원판(10, 베어링 홀더(17)를 포함한다)은 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있고, 원판(10)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터 부재(21)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

또한, 원통형 부재(23)는 베어링(19)의 내륜을 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19)은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19)의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 원통형 부재(23)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19)의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 홀더(17)에 헐거운 끼워 맞춤하는 것으로, 베어링(19)의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

제 1 외측 로터 부재(21)는 영구자석(21a)과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와, 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b) 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-FeB)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터 부재(21)의 내주면에 대향하도록 하여, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)에 인접하고 또한 평행하여, 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 부착되어 있다. 영구자석(30a)은 제 1 외측 로터 부재(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터 부재(21)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형 식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에접착 고정하고 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32)의 외주에 리졸버 고정자(35, 36)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로, 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 29에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와, 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터 부재(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의한 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉, 동반 회전하므로 제 1 외측 로터 부재(21)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체(單體)로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하 우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기서는 본체(12)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 이중 원통형의 링 형상 부재(23')의 주위면에 끼워 맞추어지고, 제 2 외측 로터 부재(21')를 동시 고정하는 볼트(22')에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 2 외측 로터 부재(21')는 암(A2, 도 27)을 지지하는 링 형상 부재(23')에 의해, 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제 2 외측 로터 부재(21')와 링 형상 부재(23')로 외측 로터를 구성한다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터 부재(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

또한, 링 형상 부재(23')는 베어링(19')의 내륜을 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 베어링(19')의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

제 2 외측 로터 부재(21')는 영구자석(21a')과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a')쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b')외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으 로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터 부재(21')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')에 인접하고 또한 평행하여, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있다. 제 2 내측 로터(30')는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 장착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터 부재(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터 부재(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 1 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액 셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정하고 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a' 및 34b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32')의 외주에 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도 앱솔루트 리졸버 로터(34b')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터 의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터 부재(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터 부재(21')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로, 베어링(33')을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(30')와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 29에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 2 내측 로터(30')의 회전 각도(또는 회전 속 도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b)와 리졸버 고정자(35', 36')로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 외측 로터(제 2 외측 로터(21') 및 링 형상 부재(23'))가 다른 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 외측 로터(제 1 외측 로터(21) 및 원통형 부재(23))에 대해서 베어링(19')에 의해 지지되어 있으므로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 외측 로터를 떼어내면, 이러한 외측 로터를 지지하고 있던 베어링(19')을 노출시킬 수 있고, 다음에 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 외측 로터를 떼어내면, 이러한 외측 로터를 지지하고 있던 베어링(19)을 노출시킬 수 있고, 그러한 점검이나 제거를 용이하게 행할 수 있기 때문에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 격벽(13)의 외측에 있는 외측 로터만을 떼어내면 되기 때문에, 격벽 구조를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측으로 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 본체(12)는 중공 구조로 되어 있고, 플랜지부(12a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(12d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 본체(12)의 양단부에는 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로, 다이렉트 모터(D1)의 리절버, 고정자(29), 다이렉트 모 터(D2)의 고정자(29'), 그 리졸버의 순서로, 배치하는 것이 가능해지고, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버를 짜넣은 본체(12)를 세트 하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 막고, 또한, 본 발명의 2축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 30은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3층 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터 부재(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 27)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터 부재(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')에서 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터 부재(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터 부재(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터 부재(21, 21')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터 부재(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용했지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

도 31은 제 2의 실시 형태에 관련된 도 28과 같은 단면도이다. 본 실시 형태에 대해서는 도 28~도 30의 실시 형태에 대해서 다른 부위에 대하여 설명하고, 동일한 기능을 가지는 부위에 대해서는 동일 부호를 부여하는 것으로 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는, 원통형의 본체(112)의 표면에 부착된 상부 원판부(110)의 단부(段部, 110a)에 환상부(113a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 볼트 결합하고 있다. 환상부(113a)의 하부는 얇고 반경 방향 바깥쪽으로 연장한 플랜지부(113c)가 되어 있고, 그 절곡된 바깥 가장자리에 얇은 원통부(113b)의 상단 을 TIG 용접하여 이루어진다. 환상부(113a) 부착부의 두께는 플랜지부(113c) 및 얇은 원통부(113b)의 두께보다 두껍게 되어 있다. 얇은 원통부(113b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 환상부(113a)와 플랜지부(113c)와 얇은 원통부(113b)와 홀더(15)로 격벽(113)을 구성한다. 또한, 원판부(110)와 본체(112)와 원판(10)으로 하우징을 구성한다.

본 실시 형태에서는 상부 원판부(110)의 상면은 뚜껑 부재(101)에 의해 폐지되고, 그 외주에 부착된 베어링 홀더(107)는 베어링(19')을 지지하게 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(123)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)측까지 연장하고 있지 않다. 상부 원판부(110), 뚜껑 부재(101), 베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다.

상부 원판부(110)에 있어서의 베어링 홀더(107)의 부착 좌면의 외경부(110a)는 얇은 원통부(113b)보다 반경 방향 내측에 위치하고 있고, 따라서, 베어링 홀더(107)를 상부 원판부(110)에서 떼어내면, 2개의 외측 로터 부재(21, 21')는 상부 원판부(110)를 분해하지 않고 위쪽으로 떼어내는 것이 가능해지고 있다. 따라서, 유지 보수시 등에 기밀 구조를 분해할 필요는 없고, 작업을 용이하게 할 수 있다. 즉, 격벽 구조를 지지하고 있는 하우징(본체(12)와 상부 원판부(110))의 최대 외경부가 다이렉트 드라이브 모터(D1 및 D2)의 외측 로터(외측 로터 부재(21 및 21')와 링 형상 부재(23 및 23'))의 내경보다 작기 때문에, 베어링 홀더(107)를 하우징으로부터 떼어내면, 다이렉트 드라이브 모터(D1 및 D2)의 외측 로터를 격벽(13)으로부터 떼어낼 수 있고, 그것에 의해 점검이나 제거를 용이하게 행할 수 있기 때문 에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 베어링 홀더(107)만을 떼어내면 되기 때문에, 격벽 구조를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

더욱이, 본 실시 형태에 있어서는, 격벽(113) 환상부(113a)의 두께에 대해, 플랜지부(113c)의 두께는 얇아지고 있으므로, 치수 정밀도나 기계 정밀도 및 온도 변화에 기인하여, 격벽(113)에 축 방향의 신축 응력이 발생한 경우에도, 얇은 플랜지부(113c)가 변형하는 것으로, 격벽(113)의 축 방향 응력이나 휨 응력을 완화할 수 있고, 그것에 의해 시일 불량이나 파괴 등을 막을 수 있다. 또한, 환상부(113a) 및 그것이 부착되는 상부 원판부(110)나 본체(12)를 고정밀도로 가공하지 않아도 되기 때문에, 보다 저비용의 다이렉트 드라이브 모터를 제공할 수 있다.

이상의 실시 형태에서는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터로 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션이라도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 2축 동축인 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축인 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라고 하는 구성으로 하면, 각 축의 자계에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하고, 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온 감자하기 어려운 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용되는 것이라면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용되는 것이라면 핀 홀의 적은 카니젠, 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측으로부터 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착이라도 좋고, 다른 체결 방법이라도 좋다.

또한, 베어링(19, 19')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 크로스 롤 러 베어링이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조로 하여도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수가 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조로 하여도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식으로 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법에 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로 하여도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능하다는 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 모터 시스템은 진공 분위기에 한정하지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 모터 시스템에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

〔제5의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 32는 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 32에 있어서, 4개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2,(D3, D4))를 직렬로 연결되어 있다. 가장 아래의 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 그 위의 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결 되어 있다. 더욱 위의 다이렉트 드라이브 모터(D3)의 로터에는 제 1 암(A1')이 연결되고, 제 1 암(A1')의 선단에는 제 1 링크(L1')가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 더욱이, 가장 위의 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 로터에는 제 2 암(A2')이 연결되고, 제 2 암(A2')의 선단에는 제 2 링크(L2')가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있고, 링크(L1', L2')는 별도의 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T')에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 32에서 명백하지만, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다. 한편, 다이렉트 드라이브 모터(D3, D4)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T')도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T')는 다이렉트 드라이브 모터(D3, D4)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D3, D4)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T')가 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조 내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2, D3, D4)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로, 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷 등에 의한 조밀한 접합)하여, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2, A1', A2')의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2, A1', A2')등을 부딪쳐 버리는 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하고 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9슬롯이라는 슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 아주 극이 많은 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이, 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이며 또한 지름이 크고 폭이 좁은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 33은 도 32의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 33을 참조하여, 4축의 모터 시스템의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 대해 설명한다. 정반(G)에 고정시킨 원판(10)의 중앙 개구(10a)에 끼워 맞추어지고 볼트(11)에 의해, 중공 원통형의 제 1의 본체(12)가 서로 고정되어 있다. 제 1의 본체(12)는 그 상단 외주에 축경부(12h)를 형성하고 있다. 제 1의 본체(12)와 유사한 형상의 제 2의 본체(112)는 그 하단 내주에 큰 직경부(112h)를 형성하고 있다. 축경부(12h)를 큰 직경부(112h)에 끼워 맞추는 것에 의해, 제 1의 본체(12)와 제 2의 본체(112)는 동축으로 연결되어 있다. 본체(12, 112)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 제 1의 본체(12), 원판(10) 및 제 2의 본체(112)에 의해 하우징을 구성한다.

제 2의 본체(112)의 상면에는 뚜껑 부재(101)에 의해 중앙 개구를 폐지 된 원판 부재(110)가 부착되어 있다. 원판 부재(110)는 아래쪽 면에 격벽(13)의 상단을 볼트 고정하고 있고, 또한 외주에 베어링 홀더(107)를 부착하고 있다. 원판 부재(110), 뚜껑 부재(101), 베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다. 베어링 홀더(107)에 대해서는 후술 한다.

격벽(13)은 비자성체인 스텐레스제이며, 원판 부재(110)에 부착된 두께의 원판부(13a)와, 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터( D4, D3, D2, D1)를 관통하도록 하여 연장하는 얇은 원통부(13b)로 이루어진다. 원판부(13a)의 아래쪽 면으로부터 연장하는 플랜지(13c)가 원통부(13b)의 상단에 TIG 용접되어 있다. 즉, 격벽(13)은 다이렉트 드라이브 모터(D1~D4)에 공통적으로 이용된다.

원통부(13b)의 하단은 TIG 용접에서 봉지 가능하게 홀더(15)에 접합되고, 홀더(15)는 원판(10)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15)와 원판(10)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재(OR)를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15)와 원판(10)을 볼트(16)에 의하여 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15)는 격벽(13)과의 용접성에서 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 원판 부재(110)와 격벽(13), 및 격벽(13)과 홀더(15)는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15)와 원판(10), 및 원판(10)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10)과 원판 부재(110)와 격벽(13)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재사이를 기밀하여도 좋다.

원판(10)의 외주 상면에 있어서, 베어링 홀더(17)가 일체적으로 형성되어 있다. 베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터 부재(21)를 내포하여 끼워 맞춤한 2겹 원통형의 원통형 부재(23)에 끼워 맞추어지고, 제 1 외측 로터 부재(21)를 동시 고정하는 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터 부재(21)는 암(A1, 도 32)을 지지하는 원통형 부재(23)에 의해, 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 제 1 외측 로터 부재(21)와 원통형 부재(23)로 외측 로터를 구성한다.

원판(10) 및 베어링 홀더(17)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있고, 원판(10)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라 이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 4축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한, 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터 부재(21)가 틸트할 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터 부재(21)는 영구자석(21a)과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와, 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b) 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-FeB)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터 부재(21)의 내주면에 대향하도록 하여, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)에 인접하고 또한 평행하여, 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 장착되어 있다. 영구자석(30a)은 제 1 외측 로터 부재(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로, N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터 부재(21)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라 이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에접착 고정하고 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32)의 외주에 리졸버 고정자(35, 36)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 대해, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 34에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와, 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터 부재(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉, 동반 회전하므로 제 1 외측 로터 부재(21)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로, 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기에서는 제 1의 본체(12)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장되어 있고, 그 내주면에, 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 이중 원통형의 링 형상 부재(23')의 주위면에 끼워 맞추어지고, 제 2 외측 로터 부재(21')를 동시 고정하는 볼트(22')에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 2 외측 로터 부재(21')는 암(A2, 도 32)을 지지하는 링 형상 부재(23')에 의해, 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제 2 외측 로터 부재(21')와 링 형상 부재(23')로 외측 로터를 구성한다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 4축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 2 외측 로터 부재(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

또한, 링 형상 부재(23')는 베어링(19')의 내륜을 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 링 형상 부재(23')에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19')의 외륜을 원통형 부재(23)의 내주에 헐거운 끼워 맞춤하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

제 2 외측 로터 부재(21')는 영구자석(21a')과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a')쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b') 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터 부재(21')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 제 1의 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')의 반경 방향 내측에, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있다. 제 2내측 로터(30')는 제 1의 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 부착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터 부재(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터 부재(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 2 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정하고 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로, 리졸버 홀더(32')의 외주에, 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자 성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터 부재(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉, 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터 부재(21')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33')을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하여, 도 34에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b')와 리졸버 고정자(35', 36') 로 검출기를 구성한다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 제 1의 본체(12)는 중공 구조로 되어 있고, 플랜지부(12a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(12d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 제 1의 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 제 1의 본체(12)의 양단부에는, 각각 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 제 1의 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로, 다이렉트 모터(D1)의 리졸버, 고정자(29), 다이렉트 모터(D2)의 고정자(29'), 그 리졸버의 순서로 배치하는 것이 가능해져, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버를 짜넣은 제 1의 본체(12)를 세트 하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 막을 수 있고, 또한, 본 발명의 4축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 35는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3층 앰 프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터 부재(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 32)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터 부재(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터 부재(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터 부재(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터 부재(21, 21')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1)등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터 부재(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용했지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D4)에 대해 설명한다. 제 2의 본체(112)에 부착된 원판 부재(110)에 대해, 떼어내는 것이 가능하게 볼트 고정 된 베어링 홀더(107)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(119)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(120)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(119)의 내륜은 제 1 외측 로터 부재(121)를 내포하여 끼워 맞춤한 2겹 원통형의 원통형 부재(123)에 끼워 맞추어지고, 제 1 외측 로터 부재(121)를 동시 고정하는 볼트(122)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터 부재(121)는 암(A2', 도 32)를 지지하는 원통형 부재(123)에 의해, 격벽(113)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제 1 외측 로터 부재(121)와 원통형 부재(123)로 외측 로터를 구성한다.

베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다. 베어링(119)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 4축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(119)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(119)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한, 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A2')으로부터의 제 1 외측 로터 부재(121)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터 부재(121)는 영구자석(121a)과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(121b)와, 영구자석(121a)과 요크(121b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(121a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(121a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(121b) 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(121a)을 요크(121b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(121a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(121b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(113)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터 부재(121)의 내주면에 대향하도록 하여, 제 1 고정자(129)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(129)는 본체(112)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(112a)의 원통형으로 변형한 하 부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(129)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(129)에 인접하고 또한 평행하여, 제 1 내측 로터(130)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(130)는 제 2의 본체(112)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(132)에 대해서, 볼 베어링(133)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(130)의 외주면에는 백 요크(130b)를 개재하여 영구자석(130a)이 장착되어 있다. 영구자석(130a)은 제 1 외측 로터 부재(121)의 영구자석(121a)과 같이 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(130)는 제 1 고정자(129)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터 부재(121)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(130)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(133)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D4)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(130a)은 백 요크(130b)에 접착 고정되어 있다. 영구자석(130a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있 다. 요크(130b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(130)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(134a, 134b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(132)의 외주에 리졸버 고정자(135, 136)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(135)와 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(136)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(134b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(132)와 제 1 내측 로터(130)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(135, 136)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(135)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(134a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(130)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(134a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(135)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a)의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 34에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(134a) 즉, 제 1 내측 로터(130)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하도록 되어 있다. 리졸버 로터(134a, 134b)와, 리졸버 고정자(135, 136)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터 부재(121)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(130)가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 1 외측 로터 부재(121)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(133)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D3)에 대해 설명하지만, 여기에서는 제 2의 본체(112)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 원통형 부재(123)는 다이렉트 드라이브 모터(D3)에 중합하는 위치까지 아래쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에 진공중에서 이용할 수 있는 4점 접촉식 볼 베어링(119')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(120')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(119')의 내륜은 이중 원통형의 링 형상 부재(123')의 주위면에 끼워 맞추어지 고, 제 2 외측 로터 부재(121')를 동시 고정하는 볼트(122')에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 2 외측 로터 부재(121')는 암(A1', 도 32)을 지지하는 링 형상 부재(123')에 의해, 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 제 2 외측 로터 부재(121')와 링 형상 부재(123')로 외측 로터를 구성한다.

베어링(119')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D3)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 4축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(119')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1')으로부터의 제 2 외측 로터 부재(121')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 2 외측 로터 부재(121')는 영구자석(121a')과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(121b')와, 영구자석(121a')과 요크(121b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성 되어 있다. 영구자석(121a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(121a')쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(121b') 외경측으로부터 나사로 조으는 것으로 영구자석(121a')을 요크(121b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(121a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(121b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터 부재(121')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(129')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(129')는 제 2의 본체(112)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(112a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(129')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(129')의 반경 방향 내측에 제 2 내측 로터(130')가 배치되어 있다.

제 2 내측 로터(130')는 제 2의 본체(112)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(132')에 대해서, 볼 베어링(133')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(130')의 외주면에는 백 요크(130b')를 개재하여 영구자석(130a')이 부착되어 있다. 영구자석(130a')은 제 2 외측 로터 부재(121')의 영구자석(121a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(130')는 제 2 고정자(129')에 의해 제 2 외측 로터 부재(121')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 2 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D3)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(130a')은 백 요크(130b')에 접착 고정되어 있다. 영구자석(130a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(130b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(130')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(134a', 134b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(132')의 외주에 리졸버 고정자(135', 136')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고 분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(135')와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(136')를 2층으로 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 검출 로터(134')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D3)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(132')와 제 2 내측 로터(130')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(135', 136')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터 부재(121')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(130')가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터 부재(121')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(133')을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(135')의 자극의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(130')와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(134a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(135')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 34에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(134a') 즉, 제 2 내측 로터(130')의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(134a', 134b')와 리졸버 고정자(135', 136')로 검출기를 구성한다.

또한, 플랜지부(112a)를 중심으로서 제 1 고정자(129)와 제 2 고정자(129')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 제 2의 본체(112)는 중공 구조로 되어 있고, 플랜지부(112a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(112d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 제 2의 본체(112)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 제 2의 본체(112)의 양단부에는 적어도 1개의 절결(112e, 112e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 제 2의 본체(112) 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로 다이렉트 모터(D4)의 리졸버, 고정자(129), 다이렉트 모터(D3)의 고정자(129'), 그 리졸버의 순서로 배치하는 것이 가능해지고, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버를 짜넣은 제 2의 본체(112)를 세트 하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 방지하고, 또한, 본 발명의 4축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 35는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D3)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D4)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3층 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D3, D4)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D3, D4)의 외측 로터 부재(121, 121')가 독립하여 회전하고, 암(A1', A2', 도 32)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터 부재(121, 121')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(135, 136,135', 136')로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터 부재(121, 121')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터 부재(121, 121')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터 부재(121, 121')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1' 및 A2')의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1') 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(136 및 136')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(135, 135')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터 부재(121, 121') 즉, 암(A1', A2')의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(130)의 회전 검출에 리졸버를 채용했지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 상단부에 가장 가까운 (제 1의) 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 외측 로터를 구성하는 원통형 부재(123)는 하우징(여기에서는 원통 부재(110))에 떼어내는 것이 가능하게 부착되어 있는 베어링 홀더(107)에 대해서 베어링(119)에 의해 지지되어 있고, 또한 원통 부재(110)에 있어서의 베어링 홀더(107)의 설치좌면의 외경부(110a)는 얇은 원통부(13b)보다 반경 방향내에 위치하고 있다. 따라서, 베어링 홀더(107)를 떼어내면, 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 원통형 부재(123)와 함께, 베어링(119')에 의해 지지되어 있는 다이렉트 드라이브 모터(D3)의 원통형 부재(123')를, 외측 로터 부재(121 및 121')와 일체적으로 격벽(13)으로부터 떼어낼 수 있고, 그 다음에 다이렉트 드라이브 모터(D2 및 D1)를 떼어낼 수 있으므로, 그것에 의해 점검이나 제거를 용이하게 행할 수 있기 때문에, 유지 보수성도 향상한다. 더욱이, 베어링 홀더(107)만을 떼어내면 되기 때문에, 격벽 구조를 떼어낼 필요가 없고, 재조립 시에 리크 체크 등이 불필요해져, 조립성이 향상한다.

본 실시 형태의 하우징은 제 1의 본체(12)와 제 2의 본체(112)가 축선 방향으로, 임의의 위상으로 연결 가능하게 되어 있고, 즉 인접하는 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2 및 D3, D4)에 있어서 공통적으로 이용되는 단위마다 떼어내는 것이 가능하게 볼트로 고정되어 있다. 제 1의 본체(12)는 원판(10)측에서 순서대로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 각도 검출기, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 고정자(스테이터), 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 고정자, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 각도 검출기의 순서로, 및 제 2의 본체(112)는 제 1의 본체(12)측에서 순서대로, 다이렉트 드라이브 모터(D3)축의 각도 검출기, 다이렉트 드라이브 모터(D3)축의 고정자, 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 고정자, 다이렉트 드라이브 모터(D4)의 각도 검출기의 순서로 배치하는 것이 가능해지고, 각 축 모두 용이하게 고정자에 대한 각도 검출기의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 모터 회전자를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 모터 고정자와 회전 검출기를 짜넣은 제 1의 본체 또는 제 2의 본체를 세트 하는 것으로서, 개별적으로 모터 고정자에 대한 각도 검출기의 각도 조정을 고정밀도로 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 막고, 조립 후의 조정이 용이 혹은 불필요하고, 또한, 본 발명의 4축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

이상의 실시 형태에서는, 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터로 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션이라도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 4축 동축의 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축의 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라고 하는 구성으로 하면, 각 축의 자계에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하여 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온감자하기 어려운 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용된다면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용된 다면 핀홀이 적은 카니젠, 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측으로부터 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착에도 좋고, 다른 체결 방법에도 좋다.

또한, 베어링(19, 19', 119, 119')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 크로스 롤러 베어링이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조로 하여도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수가 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조로 하여도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식으로 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 외측 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에서도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로, 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33', 133, 133')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수가 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로 하여도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상 상술한 모터 시스템은 각 축의 로터나, 고정자나, 리졸버에 이용한 자기 커플링으로부터 누출되는 자속에 의해, 서로의 로터나 회전 검출기에 이용한 자기 커플링에 회전 방향의 추력을 발생시키지 않도록, 서로의 자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 각 축의 로터사이에 설치하거나 각 축의 로터, 고정자, 리졸버로부터 발생하는 전자계에 의해 서로의 리졸버에 간섭하지 않도록 서로의 전자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 설치하거나, 축 방향으로 인접하는 축끼리의 로터의 극수나 고정자의 슬롯수를 바꾸거나 하는 것에 의해, 각 축 상호간에 발생하는 자기적 간섭을 방지하고 있으므로, 각 축의 축 방향 길이와 각 축의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 4축 동축, 4축 동축이라고 하는 다축 동축 모터 시스템이면서, 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다. 특히, 4축 동축이라고 하는 다축 구성의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 시스템에 있어서는 챔버 구조를 크게 바꾸지 않고 고정밀의 위치 결정을 할 수 있는 프록레그(frog leg) 암식 로보트를 2대 설치할 수 있으므로, 장치 전체의 성능 및 가동률을 높일 수 있다. 또한, 4축 이상의 모터 시스템에도 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명하여 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한정하지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

〔제6의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 36은 본 실시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 36에 있어서, 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 직렬로 연결되어 있다. 아래쪽의 (제 1의) 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 위쪽의(제 2의) 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 36에서 명백하지만, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게 할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게 하여 반송하기 위해서는 암의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷, 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요 하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2)등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하고 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9슬롯이라는 슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 아주 극이 많은 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이, 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이 며 또한 지름이 크고 폭이 좁은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 37은 도 36의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 37을 참조하여, 2축의 모터 시스템의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 대해 설명한다. 정반(G)에 고정시킨 원판(10)의 중앙 개구(10a)에 끼워 맞춤한 볼트(11)에 의해 서로 고정된 중공 원통형의 본체(12)는 그 상단에 컵 형상의 격벽(13)을 부착하고 있다. 본체(12)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(12), 원판(10)에 의해 하우징을 구성한다.

격벽(13)은 비자성체인 스텐레스제이며, 본체(12)에 끼워 맞추는 두께의 저부(13a)와 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 관통하도록 하여 연장하는 얇은 원통부(13b)와, 홀더(15)로 이루어진다. 따라서, 격벽(13)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 공통적으로 이용된다. 원통부(13b)의 하단은 TIG 용접에서 봉지 가능하게 홀더(15)에 접합되고, 홀더(15)는 원판(10)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)와 홀더(15)의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15)와 원판(10)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재(OR)를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15)와 원판(10)을 볼트(16)에 의해 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15)는 격벽(13)과의 용접성에서 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 격벽(13)과 홀더(15)는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15)와 원판(10), 및 원판(10)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10)과 격벽(13)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재사이를 기밀하여도 좋다.

대기 외측 부재인 원판(10)의 외주 상면에 있어서, 그것과 별체인 베어링 홀더(17)가 볼트(18)에 의해 고정되어 있다. 볼트(18)는 원통형 부재(23)의 외측에 배치되고, 그 머리 부분을 노출시키고 있다. 베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(제 1의 베어링, 19)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 환상의 베어링 억제(BH)를 개재하여 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터(21)의 외주에 끼워 맞추어지고, 환상의 베어링 억제(BH)를 개재하여 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터(21)는 베어링 홀더(17) 및 격벽(13)에 대해서, 베어링(19)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A1, 도 36)을 지지하는 원통형 부재(23)를 그 상면에 볼트(24)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 볼트(24)는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25, 점선으로 도시한다)을 원통형 부재(23)에 동시 고정할 수 있다. 제 1 외측 로터(21)와 원통형 부재(23)로 외측 로터를 구성한다.

원판(10) 및 베어링 홀더(17)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료이며, 원판(10)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

자기 실드판(25)은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 그 효과에 대해서는 후술한다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터(21)는 영구자석(21a)과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와, 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구 자석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b) 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 1 외측 로터(21)는 베어링(19)의 내륜과 원통형 부재(23)를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19)은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19)의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19)의 외륜을, 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤 하는 것으로, 베어링(19)의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터(21)의 내주면에 대향 하도록 하고, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)의 반경 방향 내측에, 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 부착되어 있다. 영구자석(30a)은 제 1 외측 로터(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터(21)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에접 착 고정하고 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서, 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32)의 외주에, 리졸버 고정자(35, 36)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극에서 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로, 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 38에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 1 외측 로터(21)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 1 외측 로터(21)와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19)의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19)의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b)에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기서는 본체(12)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에, 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(제 2의 베어링, 19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 환상의 베어링 억제(BH')를 개재하여 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 제 2 외측 로터(21')의 외주에 끼워 맞추어지고, 환상의 베어링 억제(BH')를 개재하여 볼트(22')에 의해 고정되어 있다.

여기서, 볼트(22'), 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(41, 점선으로 도시한다)을 동시 고정할 수 있다. 제 2 외측 로터(21')는 원통형 부재(23) 및 격벽(13)에 대해서, 베어링(19')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A2, 도 36)을 지지하는 링 형상 부재(23')를 그 상면에 볼트(24')에 의해 고정하고 있다. 더욱이, 볼트(24')는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25')을 링 형상 부재(23')에 동시 고정하고 있다. 이러한 조립 상태에서는 제 2 외측 로터(21')와 일체화된 원통형 부재(23')가 볼트(20')를 축선 방향 바깥쪽 및 반경 방향 바깥쪽으로부터 덮고 있다. 제 2 외측 로터(21')와 원통형 부재(23')로 외측 로터를 구성한다.

자기 실드판(41, 25')은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시할 수 있다. 자기 실드판(41, 25')은 제 1 외측 로터(21) 및 제 2 외측 로터(21')의 사이에 개재하여 자기적 실드를 형 성하고, 그것들로부터의 자속 누락에 의한 서로의 동반 회전하기를 방지하는 기능을 가진다. 즉, 자기 실드판(25')은 비자성체인 링 형상 부재(23')를 사이에 두고 요크(21b')에 체결하고, 그것에 의해 불필요한 자기회로를 생성하는 것을 막을 수 있다. 이 자기 실드판(41, 25')에 의해, 로터 상호의 자기 간섭을 막을 수 있으므로, 2축 동축 모터 시스템이면서 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다. 자기 실드판(41)은 외부로부터의 이물질 흡인을 방지할 수 있다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또한 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 2 외측 로터(21')는 영구자석(21a')과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체 결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a')쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b')외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 2 외측 로터(21')는 베어링(19')의 내륜과 링 형상 부재(23')를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 베어링(19')의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤으로 하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터(21')의 내주면에 대향하도록 하고, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')의 반경 방향 내측에, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있다. 제 2 내측 로터(30')는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 장착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 1 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정하고 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a' 및 34b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32')의 외주에 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')와, 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉, 동반 회전하므로, 제 2 외 측 로터(21')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 2 외측 로터(21')와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19')의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19')의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b')에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되고 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(30')와 일체로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 38에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 2 내측 로터(30')의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b')와 리졸버 고정자(35', 36') 로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)와 제 2 외측 로터(21')와의 사이에, 자기 실드판(25, 41)을 배치하는 것으로서, 상호의 자기적 간섭을 억제하고, 오구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피할 수 있다. 또한, 본체(12)에 있어서 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 사이를 연장하는 플랜지부(12a)의 외주(12b)는 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')와의 사이에 개재하고, 그것들이 누락 자속의 영향을 받는 것으로 제 1 외측 로터(21) 또는 제 2 외측 로터(21')에 잘못된 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차단하는 자기 실드로서 기능한다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 본체(12)는 중공 구조로 되어 있고, 플랜지부(12a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(12d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 본체(12)의 양단부에는 각각 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로, 다이렉트 모터(D1)의 리절버, 고정자(29), 다이렉트 모터(D2)의 고정자(29'), 그 리졸버의 순서로, 배치하는 것이 가능해지고, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버 를 짜넣은 본체(12)를 세트 하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 막을 수 있고, 또한, 본 발명의 2축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 39는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력하고, 3층 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 36)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터(21, 21')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치 를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용하였지만, 검출기를 격벽(13)의 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

다음에, 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 형상에 대해 설명한다. 도 40~도 43은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 단면도이며, 도 44~도 47은 본 실시 형태에 관련된 모터 시스템의 분해 공정을 도시하는 사시도이다.

본 실시 형태에 관련된 모터 시스템에 있어서, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링(19)의 점검 또는 교환이 필요하게 된 것으로 한다. 이러한 경우, 머리 부분이 노출된 육각볼트(18)에 공구(도시하지 않음)를 걸어 맞추어, 이것을 완화한다. 그러면, 도 40에 도시하는 바와 같이, 베어링 홀더(17)를 원판(10)으로부터 분리할 수 있으므로, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 일체로 위쪽으로 뽑아낼 수 있다(도 44 참조). 여기서, 격벽(13)과 원판(10)은 조립할 수 있던 채로 되기 때문에, 그 기밀성은 붕괴하고 있지 않고, 재조립시에 리크 체크 등을 행할 필요는 없다.

이때, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 아래쪽 면이 노출하게 되기 때문에, 베어링(19)의 윤활 상태 등을 점검할 수 있다. 이러한 점검에 의해, 베어링(19)이 교환 시기가 되었다고 판단된 경우, 베어링(19)의 교환이 필요하다.

베어링(19)의 교환을 행하는 경우, 도 41에 도시하는 바와 같이, 볼트(22)를 요크(21b)로부터 떼어낸다(도 45 참조). 그러면, 베어링(19)의 내륜을 고정하고 있던 베어링 억제(BH)를 분리할 수 있으므로, 도 42에 도시하는 바와 같이, 베어링 홀더(17)와 일체로 베어링(19)을 떼어낼 수 있다(도 46 참조).

이러한 상태로, 볼트(20)를 베어링 홀더(17)로부터 떼어내면, 베어링(19)의 외륜을 고정하고 있던 베어링 억제(BH)를 분리할 수 있으므로, 베어링 홀더(17)로부터 베어링(19)을 분리할 수 있다. 조립은 이상과 역의 순서로 행하면 된다.

또한, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링(19') 점검 또는 교환이 필요하게 되었을 경우에는 도 37에 있어서, 볼트(24')를 요크(21b')로부터 떼어내면, 원통형 부재(23')를 분리할 수 있게 된다. 이때, 베어링(19')을 눈으로 인인식(視認)할 수 있으므로, 그 윤활 상태 등을 점검할 수 있다.

이러한 점검에 의해, 베어링(19')이 교환 시기가 되었다고 판단된 경우, 볼트(20')를 원통형 부재(23)로부터 떼어내면, 베어링(19')의 외륜을 고정하고 있던 베어링 억제(BH')를 분리할 수 있으므로, 요크(21b')와 일체로 베어링(19')를 분리할 수 있다.

더욱이, 볼트(22')를 요크(21b')로부터 떼어내면, 베어링(19)의 내륜을 고정 하고 있던 베어링 억제(BH')를 분리할 수 있으므로, 요크(21b')로부터 베어링(19')를 분리할 수 있다. 조립은 이상과 역의 순서로 행하면 된다. 도 43, 12에, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 완전하게 분해한 상태를 도시한다.

본 실시 형태에 의하면, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 제 1 외측 로터(21)와 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 제 2 외측 로터(21')의 최소 내경이 격벽(13)의 최대 외경보다 커져 있고, 또한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 요크(21b)가 베어링 홀더(17)를 개재하여 볼트(18)에 의해 원판(10)에 부착되어 있고, 더욱이 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)에 베어링(19')을 개재하여 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 요크(21b')가 부착되어 있으므로, 볼트(18)를 떼어내는 것으로, 베어링 홀더(17) 마다 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 원판(10) 및 격벽(13)으로부터 분리할 수 있고, 격벽(13)에 의한 기밀 구조를 분해할 필요는 없고, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 유지 보수 작업을 용이하게 행할 수 있다.

도 48은 본 실시 형태의 변형예에 관련된 4축 동축 모터 시스템을 도시하는 단면도이다. 도 48에 도시하는 변형예에 있어서는, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 2조(합계 4개) 직접 배치하여 이루어지지만, 개개의 다이렉트 드라이브 모터에 관해서는 도 37에 도시하는 구성과 마찬가지이므로, 주요한 부품에 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는, 직렬로 연결한 본체(12)의 상면에 부착된 상부 원판부(110)에 격벽 홀더(113a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 결합하고, 그 외주면에 얇은 원통(113b)의 상단을 TIG 용접하여 이루어진다. 얇은 원통(113b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 격벽 홀더(113a)와 얇은 원통(113b)과 홀더(15)로 격벽을 구성하지만, 이것은 4개의 다이렉트 드라이브 모터에 공통적으로 이용된다.

원판부(110)의 상면은 뚜껑 부재(101)에 의하여 폐지되고, 그 외주에 부착된 베어링 홀더(107)는 베어링(19)을 지지하도록 되어 있다. 원판부(110), 뚜껑 부재(101), 베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다. 본체(12), 원판(10), 상부 원판부(110)에 의해 하우징을 구성한다.

하부의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 있어서, 대기 외측 부재인 원판(10)의 외주 상면에, 별체의 베어링 홀더(17)가 볼트(18)에 의하여 고정되어 있다. 제 1 외측 로터(21)는 베어링 홀더(17)에 대해서 베어링(19)에 의해 지지되어 있다. 제 2 외측 로터(21')는 원통형 부재(23)에 대해서 베어링(19')에 의해 지지되어 있다.

한편, 위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 있어서, 대기 외측 부재인 상부 원판부(110)의 외주 상면에, 베어링 홀더(107)가 볼트(118)에 의해 고정되어 있다. 제 1 외측 로터(21)는 베어링 홀더(17)에 대해서 베어링(19)에 의해 지지되어 있다. 제 2 외측 로터(21')는 제 1 외측 로터(21)에 대해서 베어링(19')에 의해 지지되어 있다.

다이렉트 드라이브 모터(D1)의 제 1 외측 로터(21)와, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 제 2 외측 로터(21')의 최소 내경이, 격벽(13)의 최대 외경보다 커져 있고, 또한, 상부 원판부(110)의 별체의 베어링 홀더(107)의 부착 외주면은 얇은 원 통(113b)보다 반경 방향 내측에 위치하고 있고, 따라서, 베어링 홀더(107)를 상부 원판부(110)에서 떼어내면, 상부의 2개의 외측 로터(21, 21')를 상부 원판부(110)를 분해하지 않고 위쪽으로 뽑아내는 것이 가능하게 되어 있고, 더욱이 베어링 홀더(17)를 원판(10)에서 떼어내면, 하부의 2개의 외측 로터(21, 21')도 상부 원판부(110)를 분해하지 않고 위쪽으로 뽑아낼 수 있다. 따라서, 베어링의 점검이나 교환 등의 유지 보수시에, 격벽(13)에 의한 기밀 구조를 분해할 필요는 없고, 유지 보수 작업을 용이하게 할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 중앙의 제 2 외측 로터(21', 21')와의 사이에, 자기 실드판(25', 25')을 배치하고 있으므로, 상호의 자기적 간섭을 억제하고, 오구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피하고 있다. 또한, 본체(12, 12)의 사이에는 그 외주로부터 얇은 원통(113b)의 안쪽까지, 반경 방향으로 연장하는 자기 실드판(125)이 배치되어 있다. 자기 실드판(125)은 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 제 2 고정자(29', 29')의 사이에 개재하는 것에 의해, 누락 자속의 영향을 받아 인접하는 제 2 외측 로터(21', 21')에 잘못된 회전 방향의 추력을 발생시키지 않도록, 서로의 자계를 차단하는 자기 실드로서 기능한다. 이와 같이, 그 외의 자기 실드(25, 41, 12b)의 효과와 함께, 4축 동축이면서 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다.

도 49는 본 실시 형태에 관련된 4축 동축 모터 시스템을 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 49에 있어서, 각 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링 크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 각 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다. 각 테이블(T)은 각각 독립적으로 이동한다.

이상의 실시 형태에서는, 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터에 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션이라도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 2축 동축인 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축인 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라고 하는 구성으로 하면, 각 축의 자계에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하여, 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의하여 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온 감자하기 어려운 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용되는 것이라면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용된다면 핀홀이 적은 카니젠 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측으로부터 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착에도 좋고, 다른 체결 방법에도 좋다.

또한, 베어링(19, 19')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 크로스 롤러 베어링으로 이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조로 하여도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조로 하여도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식으로 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 외측 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에서도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더 등으로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수가 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로 하여도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상 상술한 모터 시스템은 각 축의 로터나, 고정자나, 리졸버에 이용한 자기 커플링으로부터 누출되는 자속에 의해, 서로의 로터나 회전 검출기에 이용한 자기 커플링에 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 각 축의 로터사이에 설치하거나, 각 축의 로터, 고정자, 리졸버로부터 발생하는 전자계에 의해 서로의 리졸버에 간섭하지 않게, 서로의 전자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 설치하거나, 축 방향으로 인접하는 축끼리의 로터의 극수나 고정자의 슬롯수를 바꾸거나 하는 것에 의해, 각 축 서로간에 발생하는 자기적 간섭을 방지하고 있으므로, 각 축의 축 방향 길이와, 각 축의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 2축 동축, 4축 동축이라고 하는 다축 동축 모터 시스템이면서, 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다. 특히, 4축 동축이라고 하는 다축 구성의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 시스템에 있어서는 챔버 구조를 크게 바꾸지 않고 고정밀의 위치 결정을 할 수 있는 프록레그(frog leg) 암식 로보트를 2대 설치할 수 있으므로, 장치 전체의 성능 및 가동률을 높일 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한정하지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 일이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

〔제7의 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 50은 본 실 시 형태에 관련된 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 프록레그(frog leg) 암식 반송 장치의 사시도이다. 도 50에 있어서, 2개의 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 직렬로 연결하고 있다.

하부의 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 로터에는 제 1 암(A1)이 연결되고, 제 1 암(A1)의 선단에는 제 1 링크(L1)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 한편, 위쪽의 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 로터에는 제 2 암(A2)이 연결되고, 제 2 암(A2)의 선단에는 제 2 링크(L2)가 피봇 가능하게 연결되어 있다. 링크(L1, L2)는 웨이퍼(W)를 재치하는 테이블(T)에 각각 피봇 가능하게 연결되어 있다.

도 50에서 명백하지만, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 로터가 각각 같은 방향으로 회전하면, 테이블(T)도 같은 방향으로 회전하고, 이러한 로터가 역방향으로 회전하면, 테이블(T)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 접근 혹은 이격하도록 되어 있다. 따라서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 임의의 각도로 회전시키면, 테이블(T)이 닿는 범위내에서, 임의의 2 차원 위치에 웨이퍼(W)를 반송시킬 수 있다.

이와 같이 예를 들면, 반도체 제조장치에 있어서의 진공조내에 배치되는 웨이퍼 반송 암, 예를 들면, 스칼라형이나 도면에 도시하는 프록레그(frog leg) 형과 같이 복수의 암을 구비한 장치에서는 특히 복수의 회전 모터가 필요하다. 진공 환경에서는 외계와의 접촉 표면적을 극력 작게 하는 것과 동시에, 스페이스를 유효하게 활용하기 위해서 모터 등의 부착구멍은 가능한 한 적게할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 극력 적게하여 반송하기 위해서는 암의 선단 에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 그래서, 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 복수, 하우징 부분에서 동축으로 연결하고, 연결 부분은 시일로 조밀하게 접합(용접, 오링, 금속 개스킷, 등에 의한 조밀한 접합)하고, 모터 로터의 설치된 공간과 하우징 외부 공간을 이격하는 것도 필요하다.

또한, 웨이퍼(W)를 수평으로 똑바로, 진동을 적게 반송하기 위해서는 암(A1, A2)의 선단에 작용하는 모멘트를 로터 지지부에서 강고하게 보호 유지할 필요가 있다. 더욱이, 또한, 진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재 암의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1, A2) 등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있다. 이러한 요구에 응할 수 있는 다이렉트 드라이브 모터를 동축으로 연결한 모터 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 타입의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한다. 32극 36슬롯이라고 하는 슬롯 콤비네이션은 코깅력은 작지만 지름 방향으로 자기 흡인력이 발생하고 회전시의 진동은 큰 것이 일반적으로 알려져 있는 8극 9슬롯이라는 슬롯 콤비네이션의 4배의 구성이다. 2ⁿ배(n는 정수)로 한 것에 의해, 지름 방향의 자기 흡인력은 상쇄되므로, 고정자와 회전자의 진원도나 동축도 및 기구 부품의 강성을 높이지 않고 회전시의 진동을 작게 할 수 있고, 또한, 본래적으로 코깅이 작은 구성이므로, 매우 매끄러운 회전을 얻을 수 있다. 한편, 이러한 아주 극이 많은 모터로 하는 것으로서, 기계각의 주기에 대한 전기각의 주기가 많기 때문에, 위치 결정 제어성이 좋다. 따라서, 본 발명과 같이, 감속기를 이용하지 않고 로보트 장치를 구동하는 것 같은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다. 또한, 총자속량을 내리지 않고 고정자 연결부의 두께와 돌극 폭, 및 회전자의 요크 두께를 좁게 할 수 있으므로, 본 발명과 같이, 박형이며 또한 지름이 크고 폭이 좁은 다이렉트 드라이브 모터에는 매우 적합하다.

도 51은 도 50의 구성을 II-II선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 도면이다. 도 51을 참조하여, 2축의 모터 시스템의 내부 구조에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 다이렉트 드라이브 모터(D1)에 대해 설명한다. 정반(G)에 고정시킨 원판(10)의 중앙 개구(10a)에 끼워 맞추어 볼트(11)에 의해 서로 고정된 중공 원통형의 본체(12)는 그 상단에 컵 형상의 격벽(13)을 부착하고 있다. 본체(12)의 중앙은 고정자에의 배선 등을 통하기 위해서 이용할 수 있다. 본체(12), 원판(10)에 의해 하우징을 구성한다.

격벽(13)은 비자성체인 스텐레스제이며, 본체(12)에 끼워 맞추는 두께의 저부(13a)와, 그 외주연으로부터 축선 방향으로 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 관통하도록 하여 연장하는 얇은 원통부(13b)와 홀더(15)로 이루어진다. 따라서, 격벽(13)은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 공통적으로 이용된다. 원통부(13b)의 하단은 TIG 용접에서 봉지 가능하게 홀더(15)에 접합되고, 홀더(15)는 원판(10)에 볼트(16)에 의해 고정되어 있다. 여기서, 원통부(13b)와 홀더(15)의 용접부를 대략 동일 두께로 하는 것으로서, 한쪽 편에의 부품에만 열이 빠져나가는 것을 억제하고, 끼워 맞춤부를 균일하게 용접할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더(15)와 원판(10)의 접촉면에는 시일 부재를 끼워 넣는 홈 가공이 실시되어 있고, 시일 부재(OR)를 홈에 끼워 넣은 후에 홀더(15)와 원판(10)을 볼트(16)에 의해 체결하는 것으로서, 체결 부분을 대기측으로부터 분리 격절하고 있다. 격벽(13)은 내식성이 높고, 특히 자성이 적은 오스테나이트계 스텐레스의 SUS 316을 재료로 하고 있고, 홀더(15)는 격벽(13)과의 용접성에서 마찬가지로 SUS 316을 재료로 하고 있다.

더욱이, 격벽(13)과 홀더(15)는 기밀적으로 접합되고, 또한 홀더(15)와 원판(10), 및 원판(10)과 정반(G)은 각각 오링(OR)에 의해 기밀되어 있다. 따라서, 원판(10)과 격벽(13)으로 둘러싸인 내부 공간은 그 외부로부터 기밀되어 있다. 또한, 격벽(13)은 반드시 비자성체일 필요는 없다. 또한, 오링(OR)을 이용하여 기밀하는 대신에, 전자빔 용접이나 레이저 빔 용접 등으로 부재사이를 기밀하여도 좋다.

원판(10)의 외주 상면에 있어서, 베어링 홀더(17)가 볼트(18)에 의해 고정되어 있다. 베어링 홀더(17)에는 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19)의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20)에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19)의 내륜은 제 1 외측 로터(21)의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22)에 의해 고정되어 있다. 즉, 제 1 외측 로터(21)는 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A1, 도 50)을 지지하는 원통형 부재(23)를 볼트(24)에 의해 고정하고 있다. 여기서, 볼트(24)는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25)을 원통형 부재(23)에 동시 고정하고 있다.

원판(10) 및 베어링 홀더(17)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있고, 원판(10)은 챔버인 정반(G)과의 끼워 맞춤 고정 및 시일 장치를 겸하고 있고, 그 아래쪽 면에, 오링(OR)을 끼워 넣는 홈(10b)이 설치되어 있다.

자기 실드판(25)은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 그 효과에 대해서는 후술한다.

베어링(19)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터 시스템을 박형화할 수 있다. 베어링(19)은 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19)은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21)가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 1 외측 로터(21)는 영구자석(21a)과 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b)와, 영구자석(21a)과 요크(21b)를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자 석(21a)은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a)쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b)외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a)을 요크(21b)에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 1 외측 로터(21)는 베어링(19)의 내륜과 원통형 부재(23)를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19)은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 회전 바퀴인 베어링(19)의 내륜을, 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 고정 바퀴인 베어링(19)의 외륜을 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤하는 것으로, 베어링(19)의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 1 외측 로터(21)의 내주면에 대향 하도록 하여, 제 1 고정자(29)가 배치되어 있다. 제 1 고정자(29)는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 하부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 1 고정자(29)의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 1 고정자(29)의 반경 방향 내측에, 제 1 내측 로터(30)가 배치되어 있다. 제 1 내측 로터(30)는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32)에 대해서, 볼 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 1 내측 로터(30)의 외주면에는 백 요크(30b)를 개재하여 영구자석(30a)이 장착되어 있다. 영구자석(30a)은, 제 1 외측 로터(21)의 영구자석(21a)과 마찬가지로 32극의 구성으로, N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 1 내측 로터(30)는 제 1 고정자(29)에 의해 구동되는 제 1 외측 로터(21)에 동기하여 동반 회전하도록 되어 있다.

제 1 내측 로터(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33)은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a)은 백 요크(30b)에접 착 고정하고 있다. 영구자석(30a)은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b)는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 1 내측 로터(30)의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a 및 34b)를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32)의 외주에 리졸버 고정자(35, 36)를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)와 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36)를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b)의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 구동 전류 제어에 사용하는 회전 각도 검출이, 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32)와 제 1 내측 로터(30)는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35, 36)에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)에 대해 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되어 있고, 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 1 내측 로터(30)와 일체로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35)의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a)의 1회전으로, 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 52에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a) 즉, 제 1 내측 로터(30)의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a, 34b)와 리졸버 고정자(35, 36)로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 1 내측 로터(30)가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 1 외측 로터(21)의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 1 외측 로터(21)와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19)의 회전 바퀴를 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19)의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b)에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

다음에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 대해 설명하지만, 여기에서는 본체(12)가 하우징을 구성한다. 상술한 다이렉트 드라이브 모터(D1)의 원통형 부재(23)는 다이렉트 드라이브 모터(D2)에 중합하는 위치까지 위쪽으로 연장하고 있고, 그 내주면에, 진공중에서 이용되는 4점 접촉식 볼 베어링(19')의 외륜이 끼워 맞춤식으로 부착되고, 볼트(20')에 의해 고정되어 있다. 한편, 베어링(19')의 내륜은 제 2 외측 로터(21')의 외주에 끼워 맞추어지고, 볼트(22')에 의해 고정되어 있다. 여기서, 볼트(22'), 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(41)을 동시 고정하고 있다. 제 2 외측 로터(21')는 격벽(13)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 또한 암(A2, 도 50)을 지지하는 링 형상 부재(23')를 볼트(24')에 의해 고정하고 있다. 더욱이, 볼트(24')는 반경 방향 내측으로 연장하는 자기 실드판(25')을 링 형상 부재(23')에 동시 고정하고 있다.

자기 실드판(41, 25')은 자성체인 SPCC 강판을 프레스 성형 가공 후에, 방청 및 내식성을 높이기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다. 자기 실드판(41, 25')은 제 1 외측 로터(21) 및 제 2 외측 로터(21')의 사이에 개재하여 자기적 실드를 형성하고, 그것들로부터의 자속 누락에 의한 서로의 동반 회전하기를 방지하고 있다. 즉, 자기 실드판(25')은 비자성체인 링 형상 부재(23')를 사이에 두고 요크(21b')에 체결되어 있고, 그것에 의해 불필요한 자기회로를 생성하는 것을 막고 있다. 이 자기 실드판(41, 25')에 의해, 로터 상호의 자기 간섭을 막을 수 있으므로, 2축 동축 모터 시스템이면서 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다. 자기 실드판(41)은 외부로부터의 이물질 흡인을 방지하고 있다.

베어링(19')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 베어링은 1개로 끝나기 때문에, 본 발명의 2축 동축 모터를 박형화할 수 있다. 내외륜 모두 내식성이 높고, 또한 담금질에 의한 경화를 얻을 수 있는 마루텐사이트계 스텐레스를 재료로 하고, 전동체는 세라믹 볼, 윤활제는 진공이라도 고체화하지 않는 진공용의 그리스를 이용하고 있다.

또한, 베어링(19')은 내륜과 외륜에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이 팅 하고, 진공중에서도 아웃 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋고, 또 4점 접촉식 볼 베어링이므로, 암(A1)으로부터의 제 1 외측 로터(21')가 틸트하는 방향의 모멘트를 받을 수 있지만, 4점 접촉식에 한정하지 않고, 크로스 롤러, 크로스 볼, 크로스 테이퍼 베어링도 이용할 수 있고, 예압 상태로 이용하여도 좋고, 윤활성 향상을 위해 불소계 피막 처리(DFO)를 행하여도 좋다.

제 2 외측 로터(21')는 영구자석(21a')과, 자로를 형성하기 위해 자성체로 이루어지는 링 형상의 요크(21b')와, 영구자석(21a')과 요크(21b')를 기계적으로 체결하기 위한 비자성체로 이루어지는 쐐기(도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 영구자석(21a')은 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어지고, 극마다 분할된 세그먼트(segment) 형식이며, 그 개개의 형상은 선형(扇形)이다. 내경과 외경의 원호 중심은 동일하지만, 원주 방향 단면의 접선 교점을 영구자석(21a')쪽으로 하는 것으로, 쐐기를 요크(21b') 외경측에서 나사로 조으는 것으로 영구자석(21a')을 요크(21b')에 체결하고 있다. 이러한 구성으로 하 는 것으로서, 접착제 등, 아웃 가스를 발생하는 고정 부재를 이용하지 않고 영구자석을 체결할 수 있다. 영구자석(21a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 내식성을 높이기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(21b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에, 방청 및 내식성을 높이고, 또한 베어링 교환시의 마모를 막기 위해서 니켈 도금을 실시하고 있다.

또한, 제 2 외측 로터(21')는 베어링(19')의 내륜과 링 형상 부재(23')를 끼워 맞춤 고정하는 면을 가지고 있다. 4점 접촉 볼 베어링(19')은 매우 얇은 베어링이며, 조립할 수 있는 부재의 정밀도나 선팽창 계수의 차이에 의해 회전 정밀도나 마찰 토크가 큰 영향을 받는다. 따라서, 본 실시 형태의 경우는 베어링(19')의 내륜을 가공 정밀도를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링의 궤도 바퀴 재질과 대략 동일한 요크(21b)에 틈이 없이 끼워 맞추거나 혹은 중간 끼움으로 하고, 베어링(19')의 외륜을, 오스테나이트계 스텐레스제의 베어링 홀더나 알루미늄제의 보스에 헐거운 끼워 맞춤으로 하는 것으로, 베어링(19')의 회전 정밀도의 저하나 온도 상승에 의한 마찰 토크의 상승을 막는 구성으로 되어 있다.

격벽(13)의 반경 방향 내측에 있어서, 제 2 외측 로터(21')의 내주면에 대향하도록 하여, 제 2 고정자(29')가 배치되어 있다. 제 2 고정자(29')는 본체(12)의 중앙에서 반경 방향으로 연장한 플랜지부(12a)의 원통형으로 변형한 상부에 부착되어 있고, 전자강판의 적층재로 형성되고, 각 돌극에는 절연 처리로서 보빈을 끼워 넣은 후에 모터 코일이 집중적으로 감겨져 있다. 제 2 고정자(29')의 외경은 격벽(13)의 내경과 대략 동일 혹은 작은 치수로 하고 있다.

제 2 고정자(29')의 반경 방향 내측에, 제 2 내측 로터(30')가 배치되어 있다. 제 2 내측 로터(30')는 본체(12)의 외주면에 볼트 고정된 리졸버 홀더(32')에 대해서, 볼 베어링(33')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제 2 내측 로터(30')의 외주면에는 백 요크(30b')를 개재하여 영구자석(30a')이 부착되어 있다. 영구자석(30a')은 제 2 외측 로터(21')의 영구자석(21a')과 마찬가지로 32극의 구성으로 N극, S극의 자석이 각 16개 교대로 자성 금속으로 이루어져 있다. 따라서, 제 2 내측 로터(30')는 제 2 고정자(29')에 의해 제 2 외측 로터(21')에 동기하여 회전 구동되게 되어 있다.

제 1 내측 로터(30')를 회전 가능하게 지지하는 베어링(33')은 래디얼, 액셜, 모멘트 하중을 1개의 베어링으로 부하할 수 있는 4점 접촉 볼 베어링이다. 이 형식의 베어링을 이용하는 것으로, 1개의 베어링으로 끝나기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)를 박형화할 수 있다. 격벽(13)의 내부는 대기 환경이기 때문에, 일반적인 베어링 강과 광유를 기유로 한 그리스 윤활을 이용한 베어링을 적용할 수 있다.

격벽(13) 내부는 대기 환경이기 때문에, 영구자석(30a')은 백 요크(30b')에 접착 고정하고 있다. 영구자석(30a')은 에너지적이 높은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석이며, 녹에 의한 감자(Demagnetization)를 막기 위해서 니켈 코팅을 실시하고 있다. 요크(30b')는 높은 자성을 가지는 저탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

제 2 내측 로터(30')의 내주에는 회전 각도를 계측하는 검출기로서 리졸버 로터(34a' 및 34b')를 조립하고 있고, 그것에 대향하는 형태로 리졸버 홀더(32')의 외주에 리졸버 고정자(35', 36')를 부착하고 있지만, 본 실시 형태에서는 고분해능의 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')로 1회전의 어느 위치에 로터가 있는지를 검출할 수 있는 앱솔루트 리졸버 고정자(36')를 2층에 배치하고 있다. 이 때문에 전원 투입시에도, 앱솔루트 리졸버 로터(34b')의 회전 각도를 알 수 있고, 원점복귀가 불필요하고, 또한, 코일에 대한 자석의 전기적 위상 각도를 알 수 있기 때문에, 다이렉트 드라이브 모터(D2)의 상대 회전 각도의 검출이 극 검출 센서를 이용하지 않고 가능해지고 있다.

리졸버 홀더(32')와 제 2 내측 로터(30')는 모터의 계자 및 모터 코일로부터의 전자 노이즈가 각도 검출기인 리졸버 고정자(35', 36')에 전달되지 않도록, 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 가공 성형 후에 방청을 위해서 크로메이트 도금을 실시하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 제 2 외측 로터(21')에 대해서, 자기 커플링 작용에 의해 제 2 내측 로터(30')가 같은 속도로 회전하고, 즉 동반 회전하므로, 제 2 외측 로터(21')의 회전각을 격벽(13) 넘어로 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모터를 형성하는 부품이나 하우징을 이용하지 않고 리졸버 단체로 베어링(33)을 가지고 있고, 따라서, 하우징에 짜넣기 전에, 리졸버 단체에서의 편심 조정이나 리졸버 코일의 위치 조정 등의 정밀도 조정을 행할 수 있으므로, 하우징이나 양 플랜지에 조정용의 구멍이나 절결을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 제 2 외측 로터(21')와 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치(19')의 회전 바퀴를 가공 정밀도 를 내기 쉽고, 또한 선팽창 계수가 베어링 장치(19')의 구동 바퀴와 대략 동일한 로터 요크(21b')에 끼워 맞추는 것으로, 회전 정밀도의 향상과 온도 변화에 의한 마찰 토크의 변동 방지를 도모할 수 있다.

본 실시 형태에 이용하고 있는 고분해능의 가변 자기 저항형 리졸버에 있어서, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')는 일정한 피치를 가지는 복수의 슬롯 치열을 가지고, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 외주면에는 회전축과 평행하게 각 자극으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')에 대해서 위상을 비켜 놓은 치차가 설치되고 있어 코일이 각 자극에 감기어 있다. 제 2 내측 로터(30')와 일체로, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')가 회전하면, 인크리멘탈 리졸버 고정자(35')의 자극과의 사이의 자기 저항이 변화하고, 인크리멘탈 리졸버 로터(34a')의 1회전으로 자기 저항 변화의 기본파 성분이 n주기가 되도록 하고, 그 자기 저항 변화를 검출하고, 도 52에 예시하는 리졸버 제어 회로에 의해 디지털화 하고, 위치 신호로서 이용하는 것으로 인크리멘탈 리졸버 로터(34a') 즉, 제 2 내측 로터(30')의 회전 각도(또는 회전 속도)를 검출하게 되어 있다. 리졸버 로터(34a', 34b')와 리졸버 고정자(35', 36')로 검출기를 구성한다.

본 실시 형태에 의하면, 제 1 외측 로터(21)와 제 2 외측 로터(21')와의 사이에, 자기 실드판(25, 41)을 배치하고 있으므로, 상호의 자기적 간섭을 억제하고, 오구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피하고 있다. 또한, 본체(12)에 대해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 사이를 연장하는 플랜지부(12a)의 외주(12b)는 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')와의 사이에 개재하 고, 그것들이 누락 자속의 영향을 받는 것으로 제 1 외측 로터(21) 또는 제 2 외측 로터(21')에 잘못된 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차단하는 자기 실드로서 기능한다.

또한, 플랜지부(12a)를 중심으로서 제 1 고정자(29)와 제 2 고정자(29')를 상하에 배치하고, 그 반경 방향 내측에 리졸버를 배치하고 있다. 또한, 본체(12)는 중공 구조가 되어 있고, 플랜지부(12a)에는 중앙으로 연통하는 지름 방향의 안내구멍(12d)이 적어도 1개 마련되어 있고, 여기를 개재하여 모터 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 한편, 본체(12)의 양단부에는 적어도 1개의 절결(12e, 12e)이 마련되어 있고, 이것들을 개재하여 리졸버의 배선을 본체(12)의 중앙으로 인출하는 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 하는 것으로, 하우징측으로부터 순서대로, 다이렉트 모터(D1)의 리졸버, 고정자(29), 다이렉트 모터(D2)의 고정자(29'), 그 리졸버의 순서로 배치하는 것이 가능해져, 2축이면서 용이하게 고정자와 리졸버의 각도 조정을 행할 수 있다. 그래서, 기준이 되는 외측 로터를 회전 구동하는 설비를 별도로 준비해 두면, 그 설비에 고정자와 리졸버를 짜넣은 본체(12)를 세트 하는 것으로서, 고정밀도로 고정자에 대한 리졸버의 각도 조정을 할 수 있으므로, 커뮤테이션 차이에 의한 각도 위치 결정 정밀도의 저하를 막고, 또한, 본 발명의 2축 동축 모터에 대한 구동 제어 회로의 호환성을 높일 수 있다.

도 53은 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)의 구동 회로를 도시하는 블럭도이다. 외부의 컴퓨터로부터 모터 회전 지령이 입력되었을 때, 다이렉트 드라이브 모 터(D1)용의 모터 제어 회로(DMC1) 및 다이렉트 드라이브 모터(D2)용의 모터 제어 회로(DMC2)는 각각, 그 CPU로부터 3층 앰프(AMP)에 구동 신호를 출력ㅎ하고, 3층 앰프(AMP)로부터 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)에 구동 전류가 공급된다. 그것에 의해 다이렉트 드라이브 모터(D1, D1)의 외측 로터(21, 21')가 독립하여 회전하고, 암(A1, A2, 도 50)을 이동시키게 되어 있다. 외측 로터(21, 21')가 회전하면, 위에서 설명한 바와 같이 하여 회전 각도를 검출한 리졸버 고정자(35, 36, 35', 36')로부터 리졸버 신호가 출력되므로, 그것을 리졸버 디지털 변환기(RDC)로, 디지털 변환한 후에 입력한 CPU는 외측 로터(21, 21')가 지령 위치에 도달하였는지 아닌지를 판단하고, 지령 위치에 도달하면, 3층 앰프(AMP)에의 구동 신호를 정지하는 것으로 외측 로터(21, 21')의 회전을 정지시킨다. 이것에 의해 외측 로터(21, 21')의 서보 제어가 가능해진다.

진공 환경에서의 복수축의 암 구동 시에는 전원 투입시에 현재의 암(A1 및 A2)의 회전 위치를 인식하지 않으면 진공조의 벽이나, 진공조의 셔터에 암(A1)등을 부딪쳐 버릴 가능성이 있지만, 본 실시 형태에서는 회전축의 1회전의 절대 위치를 검출하는 앱솔루트 리졸버 고정자(36 및 36')와, 보다 분해능의 세세한 회전 위치를 검출하는 인크리멘탈 리졸버 고정자(35 및 35')로 이루어지는 가변 자기 저항형 리졸버를 채용하고 있으므로, 외측 로터(21, 21') 즉, 암(A1, A2)의 회전 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 여기에서는 내측 로터(30)의 회전 검출에 리졸버를 채용했지만, 검출기를 격벽(13) 내부의 대기 측에 배치할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정밀도 위 치 결정에 사용하는 서보모터에 있어서는 고정밀도로 매끄럽게 구동하기 위한 위치 검출 수단으로서 채용되고 있는 광학식 엔코더나, 자기저항 소자를 사용한 자기식 엔코더 등도 사용할 수 있다.

도 54는 본 실시 형태의 변형예에 관련된 4축 동축 모터 시스템을 도시하는 단면도이다.

도 54에 도시하는 변형예에 있어서는 다이렉트 드라이브 모터(D1, D2)를 2조(합계 4개) 직접 배치하여 이루어지지만, 개개의 다이렉트 드라이브 모터에 관해서는, 도 51에 도시하는 구성과 마찬가지이므로, 주요한 부품에 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는 직렬로 연결한 본체(12)의 표면에 부착된 상부 원판부(110)에, 격벽 홀더(113a)를 오링(OR)을 개재하여 기밀적으로 결합하고, 그 외주면에 얇은 원통(113b)의 상단을 TIG 용접하여 이루어진다. 얇은 원통(113b)의 하단은 상술한 실시 형태와 마찬가지로 홀더(15)에 TIG 용접되어 있다. 격벽 홀더(113a)와 얇은 원통(113b)과 홀더(15)로 격벽을 구성하지만, 이것은 4개의 다이렉트 드라이브 모터에 공통적으로 이용된다.

원판부(110)의 상면은 뚜껑 부재(101)에 의해 폐지되고, 그 외주에 부착된 베어링 홀더(107)는 베어링(19)을 지지하게 되어 있다. 원판부(110), 뚜껑 부재(101), 베어링 홀더(107)는 내식성이 높은 오스테나이트계 스텐레스를 재료로 하고 있다.

상부 원판부(110)의, 베어링 홀더(107)의 설치 외주면은 얇은 원통(113b)보 다 반경 방향 내측에 위치하고 있고, 따라서, 베어링 홀더(107)를 상부 원판부(110)에서 떼어내면, 4개의 외측 로터(21, 21')는 상부 원판부(110)를 분해하지 않고 위쪽으로 떼어내는 것이 가능해지고 있다. 따라서, 유지 보수시 등에 기밀 구조를 분해할 필요는 없고, 작업을 용이하게 할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 중앙의 제 2 외측 로터(21', 21')와의 사이에, 자기 실드판(25', 25')을 배치하고 있으므로, 상호의 자기적 간섭을 억제하고, 오구동이나 동반 회전 등의 불편을 회피하고 있다. 또한, 본체(12, 12)의 사이에는 그 외주로부터 얇은 원통(113b)의 안쪽까지, 반경 방향으로 연장하는 자기 실드판(125)이 배치되어 있다. 자기 실드판(125)은 자성체인 탄소강을 재료로 하고, 제 2 고정자(29', 29')의 사이에 개재하는 것에 의해, 누락 자속의 영향을 받아 인접한 제 2 외측 로터(21', 21')에 잘못된 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차단하는 자기 실드로서 기능한다. 이와 같이, 그 외의 자기 실드(25, 41, 12b)의 효과와 함께, 4축 동축이면서 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다.

이상의 실시 형태에서는 표면 자석형의 32극 36슬롯 아웃 로터식 브러시리스 모터를 이용한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 형식의 모터로 한정되는 것은 아니고, 브러시리스 모터라면 적용할 수 있는 것이며, 다른 자극 형식, 예를 들면 영구자석 매입형이라도 좋고, 다른 슬롯 콤비네이션에도 좋고, 혹은 이너 로터형이라도 좋다.

또한, 각 축의 간섭 대책으로서 축 방향으로 인접하는 축끼리의 회전자의 극 수 및 슬롯수가 다른 구성으로 하여도 좋다. 예를 들면, 2축 동축의 경우는 제 1축이 32극 36슬롯, 제 2축이 24극 27슬롯, 4축 동축의 경우는 제 1축 및 제 3축이 32극 36슬롯, 제 2축 및 제 4축이 24극 27슬롯이라고 하는 구성으로 하면, 각 축의 자계에 의한 회전자 및 자기 커플링 장치에의 회전 방향의 추력 발생이라는 상호 간섭을 막을 수 있다.

또한, 로터의 영구자석은 네오디뮴(Nd-Fe-B)계 자석을 이용하여 내식성을 높이기 위한 코팅으로서 니켈 코팅을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리에 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 베이크아웃시의 온도 조건에 따라서는 고온 감자하기 어려운 사마리움·코발트(Sm·Co)계의 자석을 이용하여야 하는 것이며, 초진공중에서 사용된다면 아웃 가스 차단성이 높은 질화 티탄 코팅을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 요크는 저탄소강을 재료로 하고, 니켈 도금을 실시한 예를 이용하여 설명하였지만, 이 재질, 표면 처리로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 특히 표면 처리에 관해서는 초진공중에서 사용된다면 핀홀이 적은 카니젠 도금이나 크린에스 도금, 질화 티탄 코팅 등을 실시하여야 하는 것이다.

또한, 영구자석을 요크에 체결하는 방법은 비자성의 쐐기를 요크 외경측으로부터 나사로 조으는 예를 이용하여 설명하였지만, 사용되는 환경 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 환경에 따라서는 접착에도 좋고, 다른 체결 방법에도 좋다.

또한, 베어링(19, 19')은 진공용 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용 한 예를 설명하였지만, 이 형식, 재질, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 사용되는 환경, 하중 조건, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 크로스 롤러 베어링이라도 좋고, 4축 동축 모터의 경우, 한층 더 기계적인 강성을 높이기 위해서, 별도의 베어링으로 지지하는 구조로 하여도 좋고, 고속 회전하는 경우 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 각 축의 회전자를 지지하는 베어링 및 별도의 베어링을 깊은 홈 볼 베어링이나 앵귤러 베어링으로서 예압을 거는 구조로 하여도 좋고, 초진공중에서 사용되는 경우는 궤도 바퀴에 금이나 은 등의 연질 금속을 플레이팅 한 것 같은 가스 방출이 없는 금속 윤활로 한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 자기 커플링으로서 기능하는 내측 로터로서 영구자석과 백 요크를 이용한 형식으로 설명하였지만, 영구자석과 백 요크의 재질 및 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리졸버의 질량과 베어링의 마찰 토크에 따라서는 외측 로터와 같은 극수가 아니어도 좋고, 같은 폭이 아니어도 좋다. 영구자석을 이용하지 않는 돌극에도 좋다.

또한, 각도 검출기로서 리졸버를 이용한 예로, 설명하였지만, 제조 비용이나 분해능에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 예를 들면 광학식의 로터리 엔코더로도 좋다.

또한, 각도 검출기의 회전측을 회전 가능하게 지지하는 베어링(33, 33')으로서 그리스 윤활의 4점 접촉 볼 베어링을 이용한 예를 설명하였지만, 이 형식, 윤활 방법으로 한정되는 것은 아니고, 설치 스페이스나 마찰 토크, 회전 속도 등에 의해 적절하게 변경되는 것이며, 고속 회전이나 마찰 토크의 저감 등, 다점접촉 베어링을 이용할 수 없는 경우는 앵귤러 베어링이나 깊은 홈 볼 베어링을 각 축 마다 2개 배치하고, 예압을 거는 구조로 하여도 좋다.

또한, 그 외의 격벽의 밖, 안에 배치되는 구조 부품 및 격벽의 재질, 형상, 제조 방법은 제조 비용이나 사용되는 환경, 하중 조건, 구성 등에 의해 적절하게 변경되는 것이다.

이상 상술한 모터 시스템은 각 축의 로터나, 고정자나, 리졸버에 이용한 자기 커플링으로부터 누출되는 자속에 의해, 서로의 로터나 회전 검출기에 이용한 자기 커플링에 회전 방향의 추력을 발생시키지 않게, 서로의 자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 각 축의 로터사이에 설치하거나 각 축의 로터, 고정자, 리졸버로부터 발생하는 전자계에 의해 서로의 리졸버에 간섭하지 않게, 서로의 전자계를 차폐하기 위한 자기 실드를 설치하거나, 축 방향으로 인접하는 축끼리의 로터의 극수나 고정자의 슬롯수를 바꾸거나 하는 것에 의해, 각 축 서로간에 발생하는 자기적 간섭을 방지하고 있으므로, 각 축의 축 방향 길이와, 각 축의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 2축 동축, 4축 동축이라고 하는 다축 동축 모터 시스템이면서, 전체의 축길이를 억제한 구성이 가능하다. 특히, 4축 동축이라고 하는 다축 구성의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 시스템에 있어서는 챔버 구조를 크게 바꾸지 않고 고정밀의 위치 결정을 할 수 있는 프록레그(frog leg) 암식 로보트를 2대 설치할 수 있으므로, 장치 전체의 성능 및 가동률을 높일 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정하여 해석되어서는 되지 않고, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터는 진공 분위기에 한정하지 않고, 대기외의 분위기로 사용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정의 경우, 진공 배기 후에 진공조 내부에 에칭용의 반응성 가스가 도입되는 것이 있지만, 본 실시 형태의 다이렉트 드라이브 모터에서는 격벽에 의해 내부와 외부가 차폐되어 있기 때문에, 모터 코일이나 절연재 등이 에칭되어 버릴 우려도 없다.

본 발명은 대기외의 분위기, 예를 들면 진공중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 이용한 모터 시스템에 관한 것이다.

Claims (4)

1. 대기외의 분위기중에서 이용되는 복수의 다이렉트 드라이브 모터를 동축적으로 결합한 모터 시스템에 있어서,

   각 다이렉트 드라이브 모터가,

   하우징과,

   상기 하우징으로부터 연장하고, 대기측과 대기 외측을 격절하는 격벽과, 상기 격벽에 대해서 대기 외측에 배치된 외측 로터와,

   상기 격벽에 대해서 대기 측에 배치된 고정자 및 상기 격벽에 대해서 대기 측으로 배치되고, 상기 외측 로터와 함께 동반 회전하는 내측 로터와,

   상기 내측 로터의 회전 위치를 검출하는 검출기를 가지고 있고,

   더욱이, 적어도 2개의 인접하는 다이렉트 드라이브 모터는 상기 하우징과 상기 격벽을 장착한 채로 분리 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징의 분리되는 면과 면과의 사이에 봉지체를 마련한 것을 특징으로 하는 모터 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 하우징은 상기 대기 측에 연통하는 구멍을 가지고 있고, 상기 구멍내에 모터용의 배선이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 모터용의 배선은 상기 다이렉트 드라이브 모터내에서 커넥터를 개재하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 시스템.

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