(57)【要約】  【課題】  磁極の固定に起因する雰囲気汚染を回避しながらもモータ性能が高く、かつ信頼性の高い、大気外の雰囲気中で用いられるモータを提供する。  【解決手段】  磁性体からなるロータヨーク１９ａの内周面、外側ロータ磁石１８に磁力により固着されるので、重力や通電時のトルクなどによって容易に変位することはない。加えて、外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃは、スペーサ１９ｄの周方向の最大幅Ｗより小さくなっており（Ｗ＞Ｃ）、且つ外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃを形成する部位は、スペーサ１９ｄの最大幅Ｗの部位よりも半径方向外方に位置しているので、接着剤を用いることなく、不測の振動や衝撃などが生じても外側ロータ磁石１８が脱落したり周方向に変位することを抑制でき、従ってモータＤ１を真空中に配置した場合でも、吸蔵不純分子の放出ガス（アウトガス）による雰囲気汚染を回避することができる。【選択図】  図４
2006296057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも主ロータとステータとを有するモータにおいて、
前記主ロータは、磁性体からなる円環状のヨークと、前記ヨークの内周面に配列され永久磁石からなる複数の磁極と、隣接する前記磁極間に配置され前記ヨークの内周面に取り付けられるスペーサとを含み、
隣接する前記磁極の対向する一対の対向面における周方向の最小間隔は、前記スペーサの周方向の最大幅より小さくなっており、且つ前記磁極の対向面の最小間隔となる部位は、前記スペーサの最大幅の部位よりも半径方向外方に位置することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記磁極の対向面と前記スペーサとの間には、スキマが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ヨークは、前記磁極が軸線方向に変位したときに、前記磁極に当接する当接部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記スペーサは、前記磁極が軸線方向に変位したときに、前記磁極に当接する当接部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイレクトドライブモータ。
【請求項５】
前記スペーサは、前記ヨークに対して非磁性体からなるボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記モータは、減速機などを介さずにロータを直接駆動するダイレクトドライブモータであり、大気外の雰囲気中で用いられ、ハウジングと、前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側とを隔絶する隔壁とを有し、
前記主ロータは、前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ステータは、前記隔壁に対して大気側に配置され、
更に前記隔壁に対して大気側に配置され、且つ前記主ロータと共に連れ回る副ロータと、前記副ロータの回転速度を検出する検出器とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば大気外の雰囲気例えば真空中で用いられると好適なモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造装置等においては、不純物を極力排除するために真空槽内の超高真空雰囲気中で被加工物に対する加工作業が行われる。その場合に使用されるアクチュエータとして、例えば被加工物位置決め装置の駆動モータにあっては、駆動軸の軸受に一般的なグリースなどのように揮発成分を含有する潤滑剤を用いることはできないから、金や銀などの軟質金属を軸受の内外輪にプレーティングすることで潤滑性を高めている。また、駆動モータのコイル絶縁材、配線被覆材及び積層磁極の接着剤なども、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されるという実情がある。
【０００３】
特に近年、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にＩＣのパターン幅の微細化による高密度化が進められている。この微細化に対応できるウエハを製造するために、ウエハ品質に対する高度の均一性が要求されている。その要求に応えるためには、ウエハの低圧ガス処理室における不純物ガス濃度の一層の低減が重要である。また、要求通りに微細加工を行うためには、極めて高精度の位置決め装置が必要である。こうした見地から上記従来のアクチュエータを検討すると、以下のような種々の問題点が指摘される。
【０００４】
すなわち、超真空雰囲気を備えた真空槽内で用いる駆動モータの場合、たとえ駆動モータのコイル絶縁材や配線被覆等に、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されても、それが有機系の絶縁材料である限り、ミクロ的には多孔質であって表面には無数の穴を有している。これを一旦大気にさらすと、その表面の穴にガスや水分子等を取り込んで吸蔵してしまう。それらの吸蔵不純分子を真空排気で除去する脱ガスに長時間を要してしまい、生産効率の低下は避けがたい。
【０００５】
よって、駆動モータの形式を周対向型の表面磁石型ブラシレスモータとすることで回転子の電気配線を排除し、かつ固定子と回転子との狭間に円筒状の金属隔壁を設けることで、コイル絶縁材や配線被覆等、有機系の材料が多数用いられている固定子側を超真空雰囲気から隔絶し、吸蔵不純分子の放出を防ぐ方策が多く用いられてきた。
【０００６】
一方、回転子には電気配線が存在しないものの、永久磁石とロータヨークとの固定には接着剤を用いるのが一般的であり、超真空雰囲気ではこの接着剤からの吸蔵不純分子の放出が無視できないという問題がある。ここで、接着剤が広く用いられている理由は、ロータヨークと永久磁石の線膨張係数の差による応力を接着剤の層にて吸収し、極度の高温または低温時の永久磁石の割れや欠けを防ぐことができるというメリットによるものである。
【０００７】
このような問題に対し、ロータヨークにおいて、永久磁石の厚みを付加した直径を有する大径部を軸方向に２ヶ所設け、その間に永久磁石を配置して硬化性樹脂を充填することで永久磁石を固定し、かつ２ヶ所の大径部を含めて被せられるだけの長さを有する薄管を被せ、その口元を２ヶ所の大径部にそれぞれ溶接し密封することにより、吸蔵不純分子の放出を防ぐ手段を有するモータが特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２０００−６９６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ロータヨークは磁路を形成する部品であるが、磁束の変化が非常に少なく渦電流損失がほとんど生じない。よって、構造体用材料であるが強磁性体である低炭素鋼が広く用いられている。一方、永久磁石を固定している硬化性樹脂と共にロータヨークの大径部に被せる薄管は、磁束の短絡を避けるためにオーストナイト系のステンレスなどの非磁性金属を用いるのが望ましい。
【０００９】
しかし、材料特性が大きく異なる前記２つの材料を溶接で完全に封止することは困難であり、高度な技術を要するためコスト増を招く。また、溶接部に硬化性樹脂が付着していると、溶接不良を生じる原因となる。更に固定子への鎖交磁束の減少によるモータ性能の低下を許容し、薄管をロータヨークと同様の材質を用いた場合でも、ロータヨークは磁束を飽和することなく通すためにも、ある程度の体積を必要とする構造体であって熱容量が大きいのに対し、一方の薄管はモータのエアギャップを狭めるためにも非常に薄くすることが望ましく、熱容量が非常に小さいので、薄管にひずみや割れを生じやすく、溶接で完全に封止することは難しい。
【００１０】
また、ロータヨークに用いられるような強磁性を有する金属材料は非常にさびやすく、真空槽内での発塵を防ぐためにニッケルメッキなどの防錆処理を溶接後に施す必要があるが、溶接部に施されためっき膜にはピンホールを生じやすく、そこから錆が進行する恐れもあった。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、磁極の固定に起因する雰囲気汚染を回避しながらもモータ性能が高く、かつ信頼性の高い、大気外の雰囲気中で用いられるモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモータは、
少なくとも主ロータとステータとを有するモータにおいて、
前記主ロータは、磁性体からなる円環状のヨークと、前記ヨークの内周面に配列され永久磁石からなる複数の磁極と、隣接する前記磁極間に配置され前記ヨークの内周面に取り付けられるスペーサとを含み、
隣接する前記磁極の対向する一対の対向面における周方向の最小間隔は、前記スペーサの周方向の最大幅より小さくなっており、且つ前記磁極の対向面の最小間隔となる部位は、前記スペーサの最大幅の部位よりも半径方向外方に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモータによれば、磁性体からなる円環状のヨークに対して、永久磁石からなる複数の磁極は磁力により、その内周面に固着されるので、重力や通電によるトルクなどによって容易に変位することはない。しかしながら、不測の振動や衝撃などによって脱落したり周方向に変位する恐れは残る。そこで、本発明においては、隣接する磁極間にスペーサを配置し、隣接する前記磁極の対向する一対の対向面における周方向の最小間隔を、前記スペーサの周方向の最大幅より小さくし、且つ前記磁極の対向面の最小間隔となる部位を、前記スペーサの最大幅の部位よりも半径方向外方に位置させているので、接着剤を用いることなく、不測の振動や衝撃などによって前記磁極が脱落したり周方向に変位することを抑制でき、従って接着剤等を用いたときに発生するアウトガスによる雰囲気汚染を回避することができる。ただし、本発明のモータは、真空中で用いる場合に限らない。耐熱用途など、接着剤の使用が望ましくない場合もあるからである。尚、ここで「半径方向」、「軸線方向」は、ヨークを基準とするものとする。
【００１４】
更に、前記磁極の対向面と前記スペーサとの間には、スキマが形成されていると、温度変化によるヨークと磁極との熱膨張の差を吸収して、割れや欠けなどの不具合を回避できる。
【００１５】
更に、前記ヨークもしくは前記スペーサは、前記磁極が軸線方向に変位したときに、前記磁極に当接する当接部を有していると、前記磁極が軸線方向に変位することを阻止することができる。
【００１６】
前記スペーサは、前記ヨークに対して非磁性体からなるボルトにより固定されていると、前記スペーサの固定を確実に行いながら、モータ性能を確保できる。
【００１７】
更に、前記モータは、減速機などを介さずにロータを直接駆動するダイレクトドライブモータであり、大気外の雰囲気中で用いられ、ハウジングと、前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側とを隔絶する隔壁とを有し、
前記主ロータは、前記隔壁に対して大気外側に配置され、前記ステータは、前記隔壁に対して大気側に配置され、
更に前記隔壁に対して大気側に配置され、且つ前記主ロータと共に連れ回る副ロータと、前記副ロータの回転速度を検出する検出器とを有することを特徴とする。
【００１８】
前記検出器を前記隔壁より大気側に置くことで、その配線被覆の吸蔵不純分子が前記隔壁より大気外側の雰囲気を汚染することが防止され、且つ前記ステータが、前記主ロータと前記副ロータとを同時に駆動することにより、前記検出器により前記副ロータの回転角を検出することで、前記主ロータの回転角を精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。図１において、２つのモータＤ１、Ｄ２を直列に連結している。下方のモータＤ１のロータには、第１アームＡ１が連結され、第１アームＡ１の先端には第１リンクＬ１が枢動可能に連結されている。一方、上方のモータＤ２のロータには、第２アームＡ２が連結され、第２アームＡ２の先端には第２リンクＬ２が枢動可能に連結されている。リンクＬ１，Ｌ２は、ウエハＷを載置するテーブルＴに、それぞれ枢動可能に連結されている。
【００２０】
図１より明らかであるが、モータＤ１、Ｄ２のロータがそれぞれ同方向に回転すれば、テーブルＴも同方向に回転し、かかるロータが逆方向に回転すれば、テーブルＴは、モータＤ１、Ｄ２に接近もしくは離隔するようになっている。従って、モータＤ１、Ｄ２を任意の角度で回転させれば、テーブルＴが届く範囲内で、任意の２次元位置にウエハＷを搬送させることができる。
【００２１】
このように例えば半導体製造装置における真空槽内に配置されるウエハ搬送アーム、例えばスカラ型や図に示すフロッグレッグ型のように複数のアームを備えた装置では、特に複数の回転モータが必要となる。真空環境では外界との接触表面積を極力小さくすると同時に、スぺースを有効に活用するためにモータ等の取付穴はなるべく少なくする必要がある。また、ウエハＷを水平にまっすぐに、振動を極力少なくして搬送するためには、アームの先端に作用するモーメントをロータ支持部で強固に保持する必要がある。そこで、モータＤ１、Ｄ２を複数、ハウジング部分で同軸に連結し、連結部分はシールで密に接合（溶接、Ｏリング、金属ガスケット、等による密な接合）して、モータロータの配設された空間とハウジング外部空間とを離隔することも必要となる。
【００２２】
また、ウエハＷを水平にまっすぐ、振動を少なく搬送するためにはアームＡ１、Ａ２の先端に作用するモーメントを、ロータ支持部で強固に保持する必要がある。更に、又、真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームの回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１，Ａ２等をぶつけてしまう可能性がある。このような要求に応じることができるモータについて説明する。
【００２３】
図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図２、３を参照して、モータの内部構造について詳細に説明する。尚、モータＤ１，Ｄ２は基本的な構成が同一であるため、モータＤ１のみ説明し、モータＤ２の構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００２４】
定盤Ｇにフランジ１０ａを据え付けた中空円筒状の本体１０は、その上端に小円板１１をボルトにより連結している。小円板１１の上面には、大円板１２が不図示のボルトにより固定されている。本体１０の中央は、ステータへの配線などを通すために用いることができる。本体１０，小円板１１，大円板１２によりハウジングを構成する。大円板１２の上面には、本体１０の開口を覆う蓋部材５０が密封的にボルト止めされている。なお、モータＤ２の本体１０の中央開口内に、Ｄ２用レゾルバ配線Ｈ１と、Ｄ２用モータ配線Ｈ２とが引き出され、更にモータＤ１の本体１０の中央開口内に、Ｄ１用レゾルバ配線Ｈ３と、Ｄ１用モータ配線Ｈ４とが引き出され、これら４本の配線は、定盤Ｇの開口を通って外部へと延在している。
【００２５】
本体１０のフランジ１０ａ上に、非磁性体であるステンレス製（ＳＵＳ３０４等）の円筒状の隔壁１３が本体１０に対して同軸に取り付けられている。隔壁１３の上部は薄くなっており、更に上端は半径方向内方に折れ曲がっていて、円板１２により小円板１１に挟持される形で取り付けられている。尚、モータＤ１の各部材間には、図示のようにＯ−リングＯＲが配置され、従って本体１０のフランジ１０ａと、隔壁１３と、小円板１１とで囲われる内部空間は、その外部から気密されている。尚、隔壁１３は必ずしも非磁性体である必要はない。又、Ｏ−リングＯＲを用いて気密する代わりに、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などで部材間を気密してもも良い。
【００２６】
隔壁１３の下部外周に、真空中で用いられる４点接触式玉軸受１４の内輪が嵌合し、隔壁１３にボルトで固定される内輪ホルダ１５により、隔壁１３に対して取り付けられている。一方、軸受１４の外輪は、外側ロータ（主ロータともいう）１６の内周に嵌合し、外側ロータ１６にボルトで固定される外側ホルダ１７により、外側ロータ１６に対して取り付けられている。すなわち、外側ロータ１６は、隔壁１３に対して回転自在に支持されている。軸受１４は、内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いており、また４点接触式玉軸受であるので、アームＡ１からの外側ロータ１６がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。
【００２７】
外側ロータ１６の内周面には、外側ロータ磁石１８が取り付けられている。外側ロータ磁石１８は、２４極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１２個交互に磁性金属からなり、隔壁１３に対しギャップを介した状態で、バックヨーク１９に組みつけられている。
【００２８】
図４は、図３の矢印IV部を拡大して示す図であり、図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図において、バックヨーク１９は、非磁性体からなる円環状のロータヨーク（単にヨークともいう）１９ａと、ロータヨーク１９ａの半径方向外方に嵌合されるヨークホルダ１９ｂとから構成されている。ロータヨーク１９ａとヨークホルダ１９ｂとは、ボルト１９ｃにより互いに固定されている。
【００２９】
ロータヨーク１９ａの内周面には、複数の永久磁石である外側ロータ磁石（磁極ともいう）１８が周方向に沿って間隔をあけながら配列されている。外側ロータ磁石１８は、半径方向内方に向いた磁極（Ｎ極又はＳ極）が交互になるように配列されており、隣接する外側ロータ磁石１８間には、くさび状のスペーサ１９ｄが配置されている。スペーサ１９ｄは、ねじ孔１９ｆを有し、ロータヨーク１９ａの半径方向外方から挿通された非磁性体のボルト１９ｅを、かかるねじ孔１９ｆに螺合させることによって、ロータヨーク１９ａの内周面に取り付けられている。
【００３０】
一つの外側ロータ磁石１８は、図４の方向に見て、その周方向端面（対向面ともいう）１８ａ、１８ａが、半径方向内方に向かうにつれて漸次近接する形状となっている。これを言い換えると、隣接する外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａの間隔は、半径方向内方に向かうにつれて広がっている。これに対し、それらの間に介在するスペーサ１９ｄは、外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａに対向した側面１９ｇ、１９ｇが半径方向内方に向かうにつれて漸次離隔する形状となっている。外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃは、スペーサ１９ｄの周方向の最大幅Ｗより小さくなっており（Ｗ＞Ｃ）、且つ外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃを形成する部位は、スペーサ１９ｄの最大幅Ｗの部位よりも半径方向外方に位置している。又、対向面１８ａ、１８ａと、側面１９ｇ、１９ｇとの間には、それぞれΔ／２のスキマが形成されている。
【００３１】
ロータヨーク１９ａは、磁性ステンレスでも、鉄にニッケルメッキした物でも良い。本実施の形態においては、外側ロータ磁石１８は、極ごとに分割されたセグメント形式であり、エネルギー積の高いネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石を材料としている。このネオジウム系磁石は鉄と比較して線膨張係数が非常に小さい上にもろく割れやすい性質を持つ。本実施の形態においては、耐食性を高め、かつ、耐磨耗性の高いニッケルコーティングを施してある。このような表面処理を施すことにより、不純分子を吸蔵しにくく、かつ、スぺーサ１９ｄで固定する際のすべりや、極度の高温または低温時にさらされた際の、摺動磨耗による発塵を防げるので真空環境に好適である。
【００３２】
より詳細に外側ロータ磁石１８の形状を説明すると、ロータヨーク１９ａの内周面と接する外径側の形状は、ロータヨーク１９ａの内周面と同一半径ないし若干大きい半径を有する円弧状であり、エアギャップ側である隔壁１３側の形状は、ロータヨーク１９ａに配置された際に各々の磁石の円弧中心が回転中心と同一となるような半径を有する円弧状である。周方向端面１８ａ、１８ａの形状は平面状であるが、接線交点を磁石寄りとなるような形状である。軸方向端面は平行な一対の面状であり、軸線に対して直角である。各辺は面取りが施してあり、微細な割れや欠けを防いでいる。
【００３３】
一方、ロータヨーク１９ａは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ直接軸受で支持されるような場合を考慮し、交換時等の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。その形状は円環状であり、外側ロータ磁石１８を配置する内周部には、外側ロータ磁石１８の軸方向端面の長さよりも若干幅広で、かつ外側ロータ磁石１８に施された面取りよりも大きな短フランジ部１９ｈ、１９ｈが設けてある（図５参照）。
【００３４】
外側ロータ磁石１８と、ロータヨーク１９ａの短フランジ部１９ｈ、１９ｈとの互いの隙間は、モータの使用温度および保存温度の低温側にさらされた際でも隙間が残留する寸法である。
【００３５】
ロータヨーク１９ａには、スぺーサ１９ｄを締結するためのボルト１９ｅを通す通し穴１９ｊが極数と同数かつ等配に半径方向にあけられており、外径面にはボルト頭を沈頭するための座ぐり１９ｋが設けられている。更に、ロータヨーク１９ａの外径側には、軸受装置の回転側とヨークホルダを勘合固定する部位を形成しても良く、それにより軸受装置の内輪とヨークホルダを嵌めることができる。かかる場合、真空用グリース潤滑の４点接触玉軸受を用いて、回転輪である内輪を、加工精度を出しやすく、かつ線膨張係数が軸受の軌道輪材質と略同一であるヨークに締まり嵌めあるいは中間嵌めとし、回転輪である外輪を真空環境で頻繁に用いられるアルミニウムやオーステナイト系ステンレス製の軸受ホルダにすきま嵌めとすることで、軸受装置の回転精度の低下や温度上昇による摩擦トルクの上昇を防ぐことができる。
【００３６】
スぺーサ１９ｄは、磁束が短絡してステータ２９への鎖交磁束が低減することを防ぐため、磁性の少ないオーステナイト系ステンレスを材料とし、磁極間毎に挿入され、外側ロータ磁石１８をロータヨーク１９ａ上に略等配に配置する機能を有する。またこの材料は耐食性が高いので不純分子を吸蔵しにくく、真空環境に好適に使用されている。スペーサ１９ｄの形状は台形柱状であり、ロータヨーク１９ａと接する部位は、外側ロータ磁石１８と同様にロータヨーク１９ａの内周面と同一半径ないし若干大きい半径を有する円弧状である。スペーサ１９ｄには、ボルト１９ｅによる固定を行うためのねじ孔１９ｆがあけられている。エアギャップ側である隔壁１３に対向するスペーサ１９ｄの面は平面状であり、ロータヨーク１９ａと接する部位からの幅は、ロータヨーク１９ａ外径からロータヨーク座ぐり１９ｋに沈頭したボルト頭に対する深さ寸法を加えても、各々の外側ロータ磁石１８の内径接円よりも外側に位置する寸法としている。スペーサ１９ｄの円周方向端面は平面状であるが、ロータヨーク１９ａの内周面上に等配された外側ロータ磁石１８の円周方向端面と略平行であり、かつ若干の隙間を有する寸法である。
【００３７】
外側ロータ磁石１８とスぺーサ１９ｄの円周方向端面における接線交点角度と互いのスキマΔ／２は、外側ロータ磁石１８がエアギャップ方向に浮いたとしても、ステータ２９との吸着力よりロータヨーク１９ａとの吸着力の方が強く、かつ、モータの使用温度および保存温度の低温側にさらされた際でもスキマΔ／２が残留する寸法である
【００３８】
ボルト１９ｅはスぺーサ１９ｄと同様に耐食性が高く磁性の少ないオーステナイト系ステンレスを材料とし、磁束が短絡してステータ２９への鎖交磁束が低減することを防いでいる。
【００３９】
ヨークホルダ１９ｂは慣性低減のため、金属材料としては比重が小さいアルミニウム合金を材料とし、ロータヨーク１９ａの外径部とのはめあい部と、ロータヨーク１９ａの端面との締結部を有している。
【００４０】
このような構成とすることにより、外側ロータ磁石１８をロータヨーク１９ａの内周面に吸着させたのちに、スぺーサ１９ｄをボルト１９ｅで外径側から締め上げることにより、外側ロータ磁石１８を簡単に等配置できる。
【００４１】
すべての外側ロータ磁石１８とスぺーサ１９ｄが配置された状態であっても、互いの周方向端面にはスキマΔ／２があるので、スぺーサ１９ｄはロータヨーク１９ａの内周面から浮き上がることなく確実にボルト１９ｅで固定できる。更に、スペーサ１９ｄにおけるロータヨーク１９ａの内周面と接する部位は、ロータヨーク１９ａの内周面と同一半径ないし若干大きい半径を有する円弧状なので、ボルト１９ｅで締め上げた際に全面もしくは２ヶ所で線接触し、さらに強固に固定できる。
【００４２】
一方、外側ロータ磁石１８の周方向端面だけでなく軸方向端面にも、ロータヨーク１９ａに対してスキマがあるので、外側ロータ磁石１８は磁気的な吸着力のみで固定されており、極度の高温にさらされた際でも外側ロータ磁石１８は機械的に拘束されていないのでロータヨーク１９ａに対して微細に変位でき、極度の低温にさらされた際でも隙間があるので、スぺーサ１９ｄと短フランジ部１９ｈ、１９ｈからの圧縮応力を受けない。よって、外側ロータ磁石１８に割れや欠けを生じる恐れが少ない。
【００４３】
そして、外側ロータ磁石１８におけるロータヨーク１９ａの内周面と接する部位は、ロータヨーク１９ａの内周面と同一半径ないし若干大きい半径を有する円弧状なので、ロータヨークとの吸着力により全面もしくは２ヶ所で線接触する。よって、ステータ２９の通電による回転方向のトルクが加わってもぐらつくことが抑制される。
【００４４】
スぺーサ２９が固定された状態では、ロータヨーク１９ａとの吸着力以上の引張力が加わったとしても、外側ロータ磁石１８とスぺーサ１９ｄの円周方向端面は、その接線交点が回転中心よりも永久磁石寄りとなるような形状なので、スぺーサ１９ｄとのスキマΔ／２以上は浮くことができず、外側ロータ磁石１８がギャップ側（隔壁１３側）に外れることがない。また、スぺーサ１９ｄが固定された状態では、軸方向にロータヨーク１９ａとの吸着力以上の力を受けてもロータヨーク１９ａの短フランジ部１９ｈ、１９ｈとの隙間以上は変位できないので、外側ロータ磁石１８が軸方向に外れることがない。また、外側ロータ形式であるので、モータ回転にともなう遠心力により外側ロータ磁石１８が外れることがない。
【００４５】
ロータヨーク１９ａの短フランジ部１９ｈ、１９ｈは、永久磁石に施された面取りよりも若干高い程度であり、外側ロータ磁石１８の半径方向厚さに比べて遥かに小さいので、磁束の短絡によるモータの性能の低下を最小限に抑えることができる。図示していないが、薄い外側ロータ磁石を用いる場合や、磁束の短絡を更に少なくしたい場合は、外側ロータ磁石の軸方向端面とロータヨーク１９ａの短フランジ部１９ｈ、１９ｈの肩部との間に、非磁性体の円環状部材を配置しても良い。その場合は磁束の短絡を配慮することなく短フランジ部１９ｈ、１９ｈを設定できるので、例えばそれらの間に外側ロータ磁石を埋没させ、モータ組立時の磁極破損を防止する等の効果を得ることができる。また、かかる円環状部材はその法線方向に一ヶ所切れ目を入れておくとロータヨーク１９ａに装着しやすくなる。
【００４６】
スぺーサ１９ｄの内径側とロータヨーク１９ａと接する部位との幅は、ロータヨーク１９ａの外径からの沈頭したボルト頭に対する深さ寸法を加えても、各々の永久磁石の内径接円よりも外側に位置する寸法としている。よって、ロータヨーク１９ａがヨークホルダ１９ｂにはめられた状態では、スぺーサ１９ｄを固定しているボルト１９ｅがヒートサイクルなどにより緩んだとしてもボルト頭までの深さ寸法以上は緩むことは無いので、スぺーサ１９ｄが隔壁１３と干渉してモータがロックすることを防止できる。
【００４７】
本実施の形態の外側ロータ磁石１８は、上述の作用を有しながらも、接着剤による固定を行う場合と同様の略円環状の単純な六面体であり、磁極固定にまつわる無用な穴や溝や辺、および無駄な磁石体積を設ける必要が無い。よって、モータ性能および永久磁石の部品コストは接着剤による磁極固定を行う場合と同等である。逆に接着工程を省けるので、組立コストが抑えられ、かつ機能保証が行いやすい。
【００４８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、磁性体からなるロータヨーク１９ａの内周面に対し、外側ロータ磁石１８は磁力により固着されるので、重力や通電によるトルクなどによって容易に変位することはない。加えて、外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃは、スペーサ１９ｄの周方向の最大幅Ｗより小さくなっており（Ｗ＞Ｃ）、且つ外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａにおける周方向の最小間隔Ｃを形成する部位は、スペーサ１９ｄの最大幅Ｗの部位よりも半径方向外方に位置しているので、接着剤を用いることなく、不測の振動や衝撃などが生じても外側ロータ磁石１８が脱落したり周方向に変位することを抑制でき、従ってモータＤ１を真空中に配置した場合でも、吸蔵不純分子の放出ガス（アウトガス）による雰囲気汚染を回避することができる。
【００４９】
更に、外側ロータ磁石１８、１８の対向面１８ａ、１８ａと、スペーサ１９ｄの側面１９ｇ、１９ｇとの間に、それぞれスキマΔ／２が形成されていると、温度変化によるロータヨーク１９ａと外側ロータ磁石１８との熱膨張の差を吸収して、割れや欠けなどの不具合を回避できる。
【００５０】
また図５において、ロータヨーク１９ａは、軸線方向両端において、半径方向内方に延在する短フランジ部１９ｈ、１９ｈを有しており、当接部となる短フランジ部１９ｈ、１９ｈが、ロータヨーク１９ａの内周面から突き出しているので、外側ロータ磁石１８が軸線方向に変位することを阻止するようになっている。尚、外側ロータ磁石１８の上部を覆うようにして磁気シールド板３０が外側ロータ１６に取り付けられている。
【００５１】
隔壁１３の半径方向内側において、外側ロータ１６の内周面に対向するようにして、ステータ２９が配置されている。ステータ２９は、ステータホルダ２０により、本体１０のフランジ１０ａに取り付けられており、図３に示すように、円筒状にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順序で各相１２個のコイルが並べられ、従って合計３６個のコイルを含んでいる。このコイルは、モールド材で成型して一体化している。このようにステータ２９を隔壁１３の内側に配置しているので、コイル発熱などに対して水冷や空冷などの強制冷却を行うことができる。
【００５２】
ステータ２９の半径方向内側に、内側ロータ（副ロータともいう）２１が配置されている。内側ロータ２１は、本体１０の外周面にボルト固定されたレゾルバホルダ２２に対して、玉軸受２３により回転自在に支持されている。内側ロータ２１の外周面には、バックヨーク２５を介して内側ロータ磁石２４が取り付けられている。内側ロータ磁石２４は、外側ロータ磁石１８と同様に２４極の構成でＮ極、Ｓ極の磁石が各１２個交互に磁性金属からなり、バックヨーク２５に組みつけられている。従って、内側ロータ２１は、ステータ２９によって外側ロータ１６に同期して回転駆動されるようになっている。
【００５３】
内側ロータ２１の内周には、回転角度を計測する検出器用の検出ロータ２６を組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ２２の外周に、レゾルバ２７，２８を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバ２７と、１回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバ２８とを２層に配置している。このため電源投入時にも、検出ロータ２６の回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、モータＤ１の駆動電流制御に使用する回転角度検出が、極検出センサを用いることなく可能となっている。
【００５４】
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、検出ロータ２６は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、レゾルバ２７，２８のステータの磁極の外周面には、回転軸と平行に各磁極で検出ロータ２６に対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。内側ロータ２１と一体で検出ロータ２６が回転すると、レゾルバ２７，２８のステータの磁極との間のリラクタンスが変化し、検出ロータ２６の１回転でリラクタンス変化の基本波成分がｎ周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図６に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することで検出ロータ２６即ち内側ロータ２１の回転角度（又は回転速度）を検出するようになっている。検出ロータ２６と、レゾルバ２７，２８とで検出器を構成する。
【００５５】
本実施の形態においては、内側ロータ２１は、ステータ２９によって外側ロータ１６に同期して回転駆動されるようになっているので、内側ロータ２１の回転角度を検出できれば、それから直ちに外側ロータ１６の回転角度を求めることができ、それにより外側ロータ１６の駆動制御を高精度に行うことができる。
【００５６】
図７は、モータＤ１の駆動回路を示すブロック図である。外部のコンピュータからモータ回転指令が入力されたとき、モータ制御回路ＤＭＣは、そのＣＰＵから３相アンプ（ＡＭＰ）に駆動信号を出力し、３相アンプ（ＡＭＰ）からモータＤ１に駆動電流が供給される。それによりモータＤ１の外側ロータ１６が回転し、アームＡ１を移動させるようになっている。外側ロータ１６が回転すると、上述のようにして回転角度を検出したレゾルバ２７，２８からレゾルバ信号が出力されるので、それをレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）でデジタル変換した後に入力したＣＰＵは、外側ロータ１６が指令位置に到達したか否かを判断し、指令位置に到達すれば、３相アンプ（ＡＭＰ）への駆動信号を停止することで外側ロータ１６の回転を停止させる。これにより外側ロータ１６のサーボ制御が可能となる。
【００５７】
本実施の形態においては、アブソリュートレゾルバ２８を使用しているので、検出ロータ２６の電気角とトルク指令に応じて３相のステータコイルに流す電流を制御できる。モータＤ１の３相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に電流を流すとコアレスモータの構造であるので、フレミングの左手の法則に従って、外側ロータ１６、内側ロータ２１に、各々それぞれ、ほぼ同じトルクを発生させられる。本来、内側ロータ２１と外側ロータ１６が同期しなければ、各々回転自在の軸受で支持されているため
ＴO：外側ロータ１６への発生トルク
ＩO：外側ロータ１６側の負荷も含めたイナーシャ
αO：外側ロータ１６の加速度
ＴI：内側ロータ２１ヘの発生トルク
ＩI：内側ロータ２１のイナーシャ
αI：内側ロータ２１の加速度
とすると、外側ロータ１６にアームＡ１を取り付けているため、Ｉｏ：外側ロータ１６側の負荷も含めたイナーシャは大きくなっていることから、
ＴO＝ＩO×αO
ＴI＝ＩI×αI
のように別々の加速度で回転しようとする。
【００５８】
しかしながら、外側ロータ１６と内側ロータ２１とは同期して回転するので、回転角度の変位により所定のトルクを発生する。そのため、積載負荷のない内側ロータ２１が外側ロータ１６に対して、トルクの発生方向に微小角度位相が進むことにより内側ロータ２１から外側ロータ１６にトルクが伝達され、結果内側ロータ２１と外側ロータ１６との加速度が同一となるようにトルクが伝達されることになり、コイルが発生するトルクはイナーシャに応じたトルクが発生される。
【００５９】
以上述べた本実施の形態では、モータＤ１が、モーメント力を多点接触軸受１４で支持しているので、剛性が高く、アームＡ１を伸ばした状態でもウエハＷを水平にまっすぐ搬送できる。また軸受１４の内輪は隔壁１３の肉厚の部材に組みつけているので、作用する力は隔壁１３に殆ど作用せず、本体１０に直接かかるため、隔壁１３が破れてしまう危険性を極めて小さくすることができる。
【００６０】
又、真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームＡ１の回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームＡ１等をぶつけてしまう可能性があるが、本実施の形態では、回転軸の１回転の絶対位置を検出するアブソリュートレゾルバ２８と、より分解能の細かい回転位置を検出するインクリメンタルレゾルバ２７からなる可変リラクタンス型レゾルバを採用しているので、外側ロータ１６即ちアームＡ１の回転位置制御を高精度に行える。
【００６１】
尚、ここでは内側ロータ２１の回転検出にレゾルバを採用したが、検出器を隔壁１３の内部の大気側に配置できるため、一般に高精度位置決めに使用するサーボモータにおいては高精度で滑らかに駆動するための位置検出手段として採用されている光学式エンコーダや、磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダ等も使用できる。
【００６２】
以上、本実施例においては、アウタロータ方式のモータを例として説明したが、インナロータ方式でも同様の効果が得られる。その場合、外側ロータ磁石１８とスぺーサ１９ｄの接線交点は、上述した如くスぺーサ１９ｄとのスキマΔ／２以上は浮くことができない角度にすべきである。また、ボルト１９ｅの脱落防止と外側ロータ磁石１８の飛散防止のために、ロータヨークに非磁性の薄管を被せると良い。
【００６３】
外側ロータ磁石１８は、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石を用い、耐食性を高めるためのコーティングとして、ニッケルコーティングを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、例えばベークアウト時の温度条件によっては高温減磁しにくいサマリウム・コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）系の磁石を用いるべきであり、超真空中で使用されるのであればアウトガス遮断性の高い窒化チタンコーティングを施すべきである。
【００６４】
また、ロータヨーク１９ｂは、低炭素鋼を材料とし、ニッケルめっきを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、特に表面処理に関しては、超真空中で使用されるのであればピンホールの少ないカニゼンめっきやクリーンエスめっき、窒化チタンコーテイング等を施すべきである。
【００６５】
また、軸受装置は真空用グリース潤滑の４点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、材質、潤滑方法に限定されるものではなく、使用される環境、荷重条件、回転速度などによって適宜変更されるものであり、クロスローラ軸受であっても良いし、深溝玉軸受やアンギュラ軸受として予圧をかける構造としても良いし、超真空中で使用される場合は、軌道輪に金や銀などの軟質金属をプレーテイングしたような、ガス放出のない金属潤滑としたものを用いても長い。また、スぺーサ１９ｄやボルト１９ｅの材質は、製造コストや使用される環境などによって適宜変更されるものである。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態のモータは、真空雰囲気に限らず、大気外の雰囲気で使用することができる。例えば、半導体製造工程の場合、真空排気後に真空槽内部にエッチング用の反応性ガスが導入されることがあるが、本実施の形態のモータでは、隔壁により内部と外部とが遮蔽されているため、モータコイルや絶縁材等がエッチングされてしまうおそれもない。更に、本発明は、上述した実施の形態におけるダイレクトドライブタイプのモータＤ１，Ｄ２以外の通常のモータにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態にかかるモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送装置の斜視図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】図３の矢印IV部を拡大して示す図である。
【図５】図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図６】レゾルバ制御回路の例を示す図である。
【図７】モータ制御回路の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 本体
１０ａ フランジ
１１ 小円板
１２ 大円板
１２ 隔壁
１３ 隔壁
１４ ４点接触式玉軸受
１５ 内輪ホルダ
１６ 外側ロータ
１７ 外側ホルダ
１８ 外側ロータ磁石
１８ａ 対向面
１９ バックヨーク
１９ａ ロータヨーク
１９ｂ ヨークホルダ
１９ｃ ボルト
１９ｄ スペーサ
１９ｅ ボルト
１９ｆ ねじ孔
１９ｇ 側面
１９ｈ 短フランジ部
２０ ステータホルダ
２１ 内側ロータ
２２ レゾルバホルダ
２３ 玉軸受
２４ 内側ロータ磁石
２５ バックヨーク
２６ 検出ロータ
２７ インクリメンタルレゾルバ
２８ アブソリュートレゾルバ
２９ ステータ
３０ 磁気シールド板
Ｄ１，Ｄ２ モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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