(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアームを駆動する第１のモータと、前記第１のモータの位置を検出する第１の位置検出器と、前記第１のアームに回転自在に支持された第２のアームを駆動する第２のモータと、前記第２のモータの位置を検出する第２の位置検出器と、前記第１のモータおよび前記第２のモータの電機子コイルをそれぞれ密閉する円筒状のキャンと前記第１の位置検出器および前記第２の位置検出器の検出コイルをそれぞれ密閉する円筒状のキャンとを同軸上に配置した駆動部を備え、
前記第１のモータおよび前記第２のモータはそれぞれ平滑電機子を有するリング状の固定子と、前記固定子の内側にそれぞれ配置されたカップ状の回転子とを設け、
前記第１の位置検出器は、前記第１のモータの回転子の内側に配置し、前記第２の位置検出器は、前記第２のモータの回転子の内側に配置し、
前記駆動部は、前記第１のモータ、前記第２のモータの固定子および前記第１の位置検出器、前記第２の位置検出器の固定部が前記キャンを介して真空環境の外に配置されるとともに、前記第１のモータ、前記第２のモータの回転子および前記第１の位置検出器、前記第２の位置検出器の回転部が前記真空環境の中に配置され、
かつ、前記駆動部は、前記真空チャンバーの外側に設けられた昇降装置を備えていることを特徴とする多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などの真空環境の中で利用される多関節ロボットに関し、とくにダイレクトドライブによってアームを駆動するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空環境の中で利用される多関節ロボットは、複数のアームを駆動する駆動部を備えているが、駆動部は各アームを直接駆動するモータをそれぞれ一つの軸上に直列に設け、各モータの絶縁物等から発生するガスが真空環境に放出されるのを防ぐために、駆動部を真空チャンバーの外側に配置し、かつモータや位置検出器のコイル部分をキャンで密封するようにしてある。
例えば真空環境の中で利用される水平多関節ロボットは、図２に示すように構成されている。
すなわち、１は真空チャンバー、１００は駆動部、１１は真空チャンバー１に設けられた取り付け穴、バー１１２０は取り付け穴１１に取り付けられた第１のブラケットである。２０は中空状の第１の出力軸で、第１のブラケット１２０に装着された軸受１３０を介して支持されている。
１４０は第１のブラケット１２０に同心状に取り付けられた中空状の第１のケーシングである。１５０は第１のケーシング１４０の端部に同心状に取り付けられた第２のブラケットで、軸受１６０を介して第１の出力軸２０を支持している。２１は水平方向に伸びる第１のアームで、真空チャンバー１の内側に配置され、真空チャンバー１の中に突出している第１の出力軸２０の先端部に固定されている。
３０は第１のモータ、３１０は第１のモータ３０のリング状の固定子で、内周に設けたスロットの中に電機子コイル３１１０を装着してあり、第１のケーシング１４０の内側に固定されている。３２０は第１のモータ３０の回転子で、固定子３１０の内側に空隙を介して対向するように第１の出力軸２０に固定されている。
１７０は中空状の第２のケーシングで、第２のブラケット１５０に同心状に取り付けられている。１８０は第２のケーシング１７０の端部に取り付けられた第３のブラケットである。
４０は第１の出力軸２０の位置を検出する第１の位置検出器、４１０は第１の位置検出器４０のリング状の固定部で検出コイル４１１０を備え、第１のケーシング１４０の内側に固定されている。４２０は第１の位置検出器４０の回転部で、固定部４１０の内側に空隙を介して対向するように第１の出力軸２０に固定されている。
【０００３】
５０は中空状の第２の出力軸で、第１の出力軸２０の内側に配置され、軸受２２０、２３０、２４０を介して第１の出力軸２０、第２のブラケット１５０、第３のブラケット１８０に支持され、かつ先端部は真空チャンバー１の内側に突出している。５１は第２の出力軸５０の先端部に固定された第１のプーリ、５２は第１のアーム２１の先端付近に回転自在に支持された第２のプーリ、５３は第１のプーリ５１と第２のプーリ５２に巻き掛けられたベルト、５４は第２のプーリ５２に固定された第２のアームである。
６０は第２のモータ、６１０は第２のモータ６０のリング状の固定子で、内周に設けたスロットの中に電機子コイル６１１０を装着してあり、第２のケーシング１７０の内側に固定されている。６２０は第２のモータ６０の回転子で、固定子６１０の内側に空隙を介して対向するように第２の出力軸５０に固定されている。
７０は第２の位置検出器、７１０は第２の位置検出器７０の固定部で検出コイル７１１０を備え、第２のケーシング１７０の内側に固定されている。７２０は第２の位置検出器７０の回転部で、固定部７１０の内側に空隙を介して対向するように第２の出力軸５０に固定されている。
３４は円筒状の非磁性鋼板からなる第１のキャンで、第１の位置検出器４０の固定部４１０の内側と第１のモータ３０の固定子３１０の内側を覆い、端部は第１のケーシング１４０と第２のブラケット１５０に取り付けられて、電機子コイル３１１０および検出コイル４１１０を密封している。
６４０は円筒状の非磁性鋼板からなる第２のキャンで、第２の位置検出器７０の固定部７１０の内側と第２のモータ６０の固定子６１０の内側を覆い、端部は第２のケーシング１７０と第２のブラケット１５０に取り付けられて、電機子コイル６１１０および検出コイル７１１０を密封している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術では、次のような問題があった。
（１）第１のモータ３０、第１の位置検出器４０、第２のモータ６０および第２の位置検出器７０が一つの回転軸上に直列に配置されているため、各アームの駆動部の高さが高くなり、ロボット全体が大きくなる。
（２）上記第１のモータ３０および第２のモータ６０のそれぞれの電機子コイルが各固定子の内周に設けたスロットの中に装着してあるため、トルクリップルが大きく、アーム動作を円滑にすることが難しい。
（３）固定子３１０、６１０の内側を覆う第１のキャン３４および第２のキャン６４を、各固定子と各回転子の間のギャップの中に挿入してあるが、スロットの中に電機子コイルを装着した通常のモータはギャップが０．５ｍｍ程度であるので、キャンの厚みを大きくすることができず、大型のモータではキャンの強度が不足し、十分な密封効果が得られない。
（４）上記第１のモータ３０および第２のモータ６０は、上記ギャップの中にキャンを挿入するので、ギャップを大きくする必要があるが、そのための磁束密度の減少を補うために各固定子の外径が大きくなる。したがって、モータの外径に対し、各回転子の外径が小さく、ロボットアームのような大負荷を駆動する場合、イナーシア比（ロータと負荷の慣性モーメントの比率）が大きくなり、モータのサーボ制御特性が悪くなる。
本発明は、安定したサーボ制御ができる、コンパクトな多関節ロボットを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第１のアームを駆動する第１のモータと、前記第１のモータの位置を検出する第１の位置検出器と、前記第１のアームに回転自在に支持された第２のアームを駆動する第２のモータと、前記第２のモータの位置を検出する第２の位置検出器と、前記第１のモータおよび前記第２のモータの電機子コイルをそれぞれ密閉する円筒状のキャンと前記第１の位置検出器および前記第２の位置検出器の検出コイルをそれぞれ密閉する円筒状のキャンとを同軸上に配置した駆動部を備えた多関節ロボットにおいて、前記第１のモータおよび前記第２のモータはそれぞれ平滑電機子を有するリング状の固定子と、前記固定子の内側にそれぞれ配置されたカップ状の回転子とを設け、前記第１の位置検出器は前記第１のモータの回転子の内側に配置し、前記第２の位置検出器は前記第２のモータの回転子の内側に配置してあるものである。
また、前記駆動部は前記第１のモータ、前記第２のモータの固定子および前記第１の位置検出器、前記第２の位置検出器の固定部が前記キャンを介して真空環境の外に配置され、前記第１のモータ、前記第２のモータの回転子および前記第１の位置検出器、前記第２の位置検出器の回転部が前記真空環境の中に配置されているものである。
また、前記駆動部は前記真空チャンバーの外側に設けられた昇降装置を備えたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示す正断面図である。
図において、１は真空チャンバー、１０は真空チャンバー１の外側に配置され、後述する第１のアーム２１および第２のアーム５４を駆動する駆動部である。
１１は真空チャンバー１に設けられた取り付け穴、１２は真空チャンバー１の中に配置された第１のブラケットである。２は中空状の第１の出力軸で、第１のブラケット１２に装着された軸受１３を介して支持され、先端部は真空チャンバー１の内側に突出している。１４は第１のブラケット１２に同心状に取り付けられた中空状の第１のケーシングである。１５は第１のケーシング１４の端部に同心状に取り付けられた第２のブラケットで、軸受１６を介して第１の出力軸２を支持している。２１は水平方向に伸びる第１のアームで、真空チャンバー１の内側に配置され、真空チャンバー１の中に突出している第１の出力軸２の先端部に固定されている。
３は第１のモータ、３１は第１のモータ３のリング状の固定子で、第１のケーシング１４の内側に固定されている。固定子３１の内周には円筒状に形成された電機子コイル３１１を樹脂により接着し、平滑電機子を形成してある（製造方法は、本出願人の出願に係る特開昭６３−２８３４５５号に開示されている）。３２は第１のモータ３の回転子で、磁極を形成した円筒部３２１と第１の出力軸２との結合部を形成した円板部３２２とによりカップ状に形成され、円筒部３２１が固定子３１の内側に電機子コイル３１１に対して空隙を介して対向するように配置され、円板部３２２が第１の出力軸２に固定されている。
３３は円筒状の非磁性鋼板からなる第１のモータ用キャンで、電機子コイル３１１の内周面を覆うように第１のケーシング１４に固定され、電機子コイル３１１を密封している。
したがって、第１のモータ３の回転子３２は真空環境の中に配置されるが、固定子３１は大気中に配置される。
【０００７】
４は第１の出力軸２の位置を検出する第１の位置検出器、４１は第１の位置検出器４のリング状の固定部で検出コイル４１１を備え、第２のブラケット１５に固定され、かつ第１のモータ３の円筒部３２１の内側に空隙を介して配置されている。４２は第１の位置検出器４の回転部で、固定部４１の内側に空隙を介して対向するように第１の出力軸２に固定されている。４３は円筒状の非磁性鋼板からなる第１の位置検出器用キャンで、検出コイル４１１の内周面を覆うように固定部４１に固定され、検出コイル４１１を密封している。
したがって、第１の位置検出器４の回転部４２は真空環境の中に配置されるが、固定部４１は大気中に配置される。
１７は中空状の第２のケーシングで、第２のブラケット１５に同心状に取り付けられている。１８は第２のケーシング１７の端部に取り付けられた第３のブラケットである。
５は中空状の第２の出力軸で、第１の出力軸２の内側に配置され、軸受２２、２３、２４を介して第１の出力軸２、第２のブラケット１５、第３のブラケット１８に支持され、先端部は真空チャンバー１の内側に突出している。５１は第２の出力軸５の先端部に固定された第１のプーリ、５２は第１のアーム２１の先端付近に回転自在に支持された第２のプーリ、５３は第１のプーリ５１と第２のプーリ５２に巻き掛けられたベルト、５４は第２のプーリ５２に固定された第２のアームである。
６は第２のモータ、６１は第２のモータ６のリング状の固定子で、第２のケーシング１７の内側に固定されている。固定子６１の内周には円筒状に形成された電機子コイル６１１を樹脂により接着し、平滑電機子を形成してある。６２は第２のモータ６の回転子で、磁極を形成した円筒部６２１と第２の出力軸５との結合部を形成した円板部６２２とによりカップ状に形成され、円筒部６２１が固定子６１の内側に電機子コイル６１１に対して空隙を介して対向するように配置され、円板部６２２が第１の出力軸２に固定されている。
６３は円筒状の非磁性鋼板からなる第２のモータ用キャンで、電機子コイル６１１の内周面を覆うように第２のケーシング１７に固定され、電機子コイル６１１を密封している。
したがって、第２のモータ６の回転子６２は真空環境の中に配置されるが、固定子６１は大気中に配置される。
【０００８】
７は第２の出力軸５の位置を検出する第２の位置検出器、７１は第２の位置検出器７のリング状の固定部で検出コイル７１１を備え、第２のブラケット１５に固定され、かつ第２のモータ６の円筒部６２１の内側に空隙を介して配置されている。７２は第２の位置検出器７の回転部で、固定部７１の内側に空隙を介して対向するように第２の出力軸５に固定されている。７３は円筒状の非磁性鋼板からなる第２の位置検出器用キャンで、検出コイル７１１の内周面を覆うように固定部７１に固定され、検出コイル７１１を密封している。
したがって、第２の位置検出器７の回転部７２は真空環境の中に配置されるが、固定部７１は大気中に配置される。
８は駆動部１０を昇降させる昇降装置、８１は真空チャンバー１の取り付け穴１１を覆い、第１の出力軸２の端部を突出させる開口部を有する上部取り付け板、８２は取り付け穴１１の内側に取り付けられた円筒状のケース、８３は下部取り付け板で、駆動部の下方に間隔を置いて配置され、ケース８２に固定されている。８４はボールねじで、上方は上部取り付け板８１に、下方は下部取り付け板８３に回転自在に支持されている。８５はボールねじ８４に係合するナットで、第１のブラケット１２に固定されている。８６はボールねじ８４をベルト等を介して駆動するねじ駆動モータである。８７はガイドレールで、上部取り付け板８１と下部取り付け板８３との間に設けられ、第１のブラケット１２および第３のブラケット１８の突出部１２１および１８１に係合し、駆動部１０が上下に直線移動し得るようにしてある。８８は上部取り付け板８１と駆動部１０との間に設けられた真空シール用のベローズである。
【０００９】
このような構成により、第１の位置検出器４は第１のモータの内側に挿入され、第２の位置検出器は第２のモータの内側に挿入されるので、アーム駆動部の高さが低くなり、ロボット全体を小さくすることができる。
また、第１のモータ３および第２のモータ６は平滑電機子によって固定子が形成されているので、トルクリップルが小さい。しかも、固定子と回転子の間のギャップを大きくしても、トルク低下の影響が小さいので、厚みが１ｍｍ程度の厚いキャンを用いることができる。したがって、十分な強度のキャンによって大型のモータでも完全に電機子コイルを密封することができ、真空環境に適した高出力のアーム駆動部を形成することができる。
さらに、第１のモータ３および第２のモータ６は平滑電機子を用い、スロットが無い固定子であるので、固定子の厚みを小さくすることができる。したがって、モータの外径に対して回転子の外径を大きくすることができ、イナーシア比を１に近づけることができるので、モータのサーボ制御特性が極めて良くなり、アームの動作が円滑になる。
なお、駆動部１０は昇降装置８によって昇降し得るので、アームの動作範囲が広がる。
なお、上記実施例では２本のアームを備えた水平多関節ロボットについて説明したが、本発明はアームを水平に維持するものに限るものでは無く、駆動部の軸を水平に配置し、複数のアームを垂直方向に移動させるものでも適用できる。
また、本発明は、中空の出力軸の中に１本以上の中空の出力軸を設け、各出力軸を平滑電機子を有する固定子とカップ状の回転子を備えた、いわゆるギャップワインディングモータによって駆動することにより、２本以上のアームを備えた多関節ロボットに適用することができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、アームを駆動するモータに平滑電機子を有する固定子とカップ状の回転子からなるモータを用い、位置検出器を回転子の内側に挿入した構成にしてあるので、アーム駆動部の高さが低くなり、ロボット全体を小さくすることができるとともに、アームの動作が円滑で、かつ動作範囲が広く、また真空環境に適した制御性の良い多関節ロボットを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す側断面図である。
【図２】  従来例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１：真空チャンバー、１０：駆動部、１１：取り付け穴、１２：第１のブラケット、１３、１６：軸受、１４：第１のケーシング、１５：第２のブラケット、１７：第２のケーシング、１８：第３のブラケット、２：第１の出力軸、２１：第１のアーム、２２、２３、２４：軸受、３：第１のモータ、３１：固定子、３１１：電機子コイル、３２：回転子、３２１：円筒部、３２２：円板部、３３：第１のモータ用キャン、４：第１の位置検出器、４１：固定部、４１１：検出コイル、４２：回転部、４３：第１の位置検出器用キャン、５：第２の出力軸、５１：第１のプーリ、５２：第２のプーリ、５３：ベルト、５４：第２のアーム、６：第２のモータ、６１：固定子、６１１：電機子コイル、６２：回転子、６２１：円筒部、６２２：円板部、６３：第２のモータ用キャン、７：第２の位置検出器、７１：固定部、７１１：検出コイル、７２：回転部、７３：第２の位置検出用キャン、８：昇降装置、８４：ボールねじ、８５：ナット、８６：駆動モータ
【図１】
0003726978.tif 000002
【図２】
0003726978.tif 000003