(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに軸受を介して回転自在なロータを有し、前記ロータに検出器ロータを設け、前記検出器ロータを真空側に配置して位置を検出する真空位置検出装置において、
前記検出器ロータは、磁性鋼板にスリット穴による１回転あたりのスリット数が２Ｎ、２Ｎ±１（ただし、Ｎは自然数）であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成した平板状のスリットディスクとこれを固定するための非磁性金属で形成されたスリットディスクベースよりなり、
前記ステータ側に、前記複数のスリットトラックに対応した複数のＭＲ素子、前記ＭＲ素子にバイアス磁界を与える永久磁石、前記ＭＲ素子及び前記永久磁石を収納する発ガスの少ない材質で形成されたセンサケース、前記ＭＲ素子からの出力信号を引き出すＭＲ素子出力線及び電源を供給するＭＲ素子電源線を備えた磁気センサヘッドと、
発ガスの低い被覆材が施され、ケーブル端が前記センサケース内に発ガスの低い樹脂で封入された前記ＭＲ素子出力線及びＭＲ素子電源線に接続するセンサケーブルを備え、
前記磁気センサヘッドを前記スリットディスクに対向して真空内に配置し、前記ロータの絶対位置を検出することを特徴とする真空モータにおける真空位置検出装置。
【請求項２】
前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする請求項１記載の真空モータにおける真空位置検出装置。
【請求項３】
前記被覆材質としてフッ素樹脂を用いたことを特徴とする請求項１記載の真空位置検出装置。
【請求項４】
前記樹脂はエポキシ樹脂であること特徴とする請求項１記載の真空モータにおける真空位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等の真空内で使用するサーボモータの位置および速度を検出する真空モータにおける真空位置検出方法および真空位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空モータが特開平１１−３５６０２５号公報に開示されている。図１１は従来例の構成を示す真空位置検出器の横断面図である。図１１において、モータステータ１１２を有するモータケース１１２０の一部に形成された取り付け孔１１２０ａにはＯリング１１８を介して磁気センサ体１１１１が密合して固定されている。前記モータの可動部であるロータ１１１の端部１１１ａの外周には磁性材料より検出器ロータとなる磁性歯車１１１２が設けられている。この磁性歯車１１１２の歯車１１１２ａに対向して前記磁気センサ体１１１１が位置している。
【０００３】
前記磁気センサ体は図１２で示されるように構成されており、この磁気センサ体１１１１のカップ型をなすと共に鍔部１１１１Ａを有するカバ１１１１Ｂの内端１１１１Ｂａ側の段部１１１１Ｂｂには表側に周知の磁気センサ１１１１ａを有するプリント基板１１１１ｂが設けられ、このプリント基板１１１１ｂの裏側にはバイアスマグネット１１１１ｃが設けられている。前記カバ１１１１Ｂの内側には樹脂充填材１１１１ｅが充填され、この樹脂充填材１１１１ｅによってプリント基板１１１１ｂが段部１１１１Ｂｂに保持されている。従って、前記磁気センサ１１１１の内端１１１１Ｂｂがモータケース１１２０の内側に位置し、モータケース１１２０の延長部である隔壁１１３によって磁気センサ外端１１１１Ｂｂが大気側に位置している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来例では、
（１）磁気センサ外端を大気側に配置しなくてはならないため、モータ構造設計に自由度が少なくなるという問題点があった。
【０００５】
（２）ロータの端部の外周に磁性歯車が設けられているので、ロータ１回転内の絶対角度を検出するためのバイナリーコード方式やバーニヤ方式等複数のスリットトラック列を形成すると外形が大きくなり、またロータイナーシャが大きくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解決するために、
磁気センサ、スリットディスクを真空内に配置することによって、信頼性を落とさずにモータ設計の自由度を増大させる真空モータにおける真空位置検出方法、及び平板状のスリットディスクを用いて複数のスリットトラックを平面上に容易に形成し、これらを使ってロータ１回転内の絶対角度を検出することによって、軽量で、薄型の絶対角度を検出できる真空モータにおける真空位置検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空モータにおける真空位置検出装置は、ステータに軸受を介して回転自在なロータを有し、前記ロータに検出器ロータを設け、前記検出器ロータを真空側に配置して位置を検出する真空位置検出装置において、前記検出器ロータは、磁性鋼板にスリット穴による１回転あたりのスリット数が２Ｎ、２Ｎ±１（ただし、Ｎは自然数）であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成した平板状のスリットディスクとこれを固定するための非磁性金属で形成されたスリットディスクベースよりなり、前記ステータ側に、前記複数のスリットトラックに対応した複数のＭＲ素子、前記ＭＲ素子にバイアス磁界を与える永久磁石、前記ＭＲ素子及び前記永久磁石を収納する発ガスの少ない材質で形成されたセンサケース、前記ＭＲ素子からの出力信号を引き出すＭＲ素子出力線及び電源を供給するＭＲ素子電源線を備えた磁気センサヘッドと、発ガスの低い被覆材が施され、ケーブル端が前記センサケース内に発ガスの低い樹脂で封入された前記ＭＲ素子出力線及びＭＲ素子電源線に接続するセンサケーブルを備え、前記磁気センサヘッドを前記スリットディスクに対向して真空内に配置し、前記ロータの絶対位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記被覆材としてフッ素樹脂を用いたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記樹脂はエポキシ樹脂であること特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記磁気センサヘッドのセンサケース材質としてオーステナイト系ステンレス鋼を用い、前記磁気センサヘッドから出ている前記センサケーブルの被覆材質としてフッ素樹脂を用い、前記ＭＲ素子と前記永久磁石をエポキシ樹脂で前記センサケース内に封入すること、前記ＭＲ素子と前記永久磁石をアルミナ充填エポキシ樹脂で前記センサケース内に封入すること、前記磁気センサヘッドの外周に固定用つばを設けること、前記固定用つばにネジ止め用丸穴または長穴を開けること、前記スリットディスクの磁性材料としてケイ素鋼板を用いること、あるいは前記スリットディスクベースの材料として非磁性金属を用いることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００１３】
実施例１
図1は、本発明の第１の実施例を示す側断面図である。図1において、真空位置検出装置は、ステータ１に固定された磁気センサヘッド２とロータ３にネジ等で固定されたスリットディスクベース４に接着剤等で貼り付けられた平板状のスリットディスク５が真空中で対向するように配置されている。前記ロータ３は前記ステータ１と軸受け６を介して取り付けられているので、前記スリットディスク５は前記磁気センサヘッド２に対して前記ロータ３とともに回転できる機構となっている。
【００１４】
前記スリットディスク５は、磁性鋼板をエッチング等で複数のスリット穴を平面上に形成することができるので、非常に薄くすることができ、また、スリット外形寸法を自由に設計できる。
【００１５】
図２は、前記磁気センサヘッド２の構成を示す断面図である。非磁性のセンサケース２ａ内にＭＲ素子２ｂ、永久磁石２ｃを図２のように配置し、ＭＲ素子出力線２ｅおよびＭＲ素子電源線２ｆは、永久磁石２ｃを避けて前記センサケーブル7にハンダ等で接続されている。
【００１６】
前記センサケース２ａ内に前記ＭＲ素子２ｂ、永久磁石２ｃ、ＭＲ素子出力線、２ｅ、ＭＲ素子電源線２ｆ、センサケーブル７端を樹脂２ｄで封入することによって、真空内に配置できる。コネクタ８は、真空内に配置されている前記磁気センサヘッド２の出力信号を大気側に出力するためのコネクタであり、真空側で前記センサケーブル７と接続している。
【００１７】
前記磁気センサヘッド２の出力信号を図４（ａ）に示す。スリット穴の有無によるリラクタンス変化によりスリットピッチに相当する周期の疑似正弦波Ａ相と90゜位相の異なるＢ相信号が出力される。前記センサケーブル７と前記ＭＲ素子出力線２ｅおよび前記ＭＲ素子電源線２ｆは、図５に示すように接続されており、このＡ相、Ｂ相疑似正弦波信号を信号処理回路にてＡ／Ｄ変換および逓倍処理等を行い、図４（ｂ）に示すａ相、ｂ相パルス信号を出力する。
【００１８】
上記手段および構成により、磁気センサヘッドとスリットディスクおよびスリットディスクベースを真空中内に配置できるので、モータ設計の自由度を増大させることができる。
【００１９】
実施例２
本実施例は、前記磁気センサヘッド２のセンサケース２ａの材料として発ガスが少なく、磁性のないオーステナイト系ステンレス鋼を用いることである。オーステナイト系ステンレス鋼は、図６に示すような鋼種名がある。オーステナイト系ステンレス鋼は、磁性がなく、アルミ材等と比較して高強度であるので、磁気センサケースとして最適である。特に、ＳＵＳ３０３を使用することによって、センサケース２ａの形状を比較的自由に形成することができる。また、ＳＵＳ３０４または、ＳＵＳ３１６は発ガスが少ないためこれらを使用することにより発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。
【００２０】
実施例３
本実施例は、図３に示すように前記センサケーブル７にフッ素樹脂被覆を施したセンサケーブル７ａを前記ＭＲ素子出力線２ｅおよび前記ＭＲ素子電源線２ｆに接続し、樹脂２ｄで封入することによって、発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。
【００２１】
実施例４
本実施例は、前記樹脂２ｄの材質としてエポキシ樹脂を用いることによって、発ガスを低く抑え、発ガス特性の向上を達成している。さらに、前記エポキシ樹脂をアルミナ充填エポキシ樹脂とすれば、樹脂にアルミナが含まれていることから、樹脂硬化の際、通常の樹脂よりも変形が小さいため、前記ＭＲ素子、永久磁石、ＭＲ素子出力線、ＭＲ素子電源線に加わる応力を緩和し、前記ＭＲ素子、永久磁石の位置ずれ、前記ＭＲ素子出力線、ＭＲ素子電源線の断線がなく、信頼性を向上させることができる。
【００２２】
実施例５
本実施例は、図７（ａ）に示すように前記磁気センサヘッド２のセンサケース２ａの外周に固定用つば２ｇを設けることである。この前記固定用つば２ｇを設けることによって、前記磁気センサヘッド２と前記スリットディスク５との間隔を一定に保つことができ、前記磁気センサヘッド２の位置決めを容易にすることができる。なお、この場合のセンサヘッド固定方法の一例として、センサケースに固定用スナップを設け、モータステータに固定する方法がある。
【００２３】
さらに、図７（ｂ）に示すようなネジ止め用丸穴のあいた固定用つば２ｈを設けることによって、前記磁気センサヘッド２の固定用つば２ｈにある丸穴にネジを通して前記ステータ１に容易にしっかりと固定することができ、振動等に強く信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、図７（ｃ）に示すように長穴のあいた固定用つば２ｊを設けることによって、前記磁気センサヘッド２の回転方向の取り付け角度を調整をすることができ、磁気センサヘッドの出力信号の振幅、位相を調節することができるので、前記磁気センサヘッド2の検出精度を向上させることができる。
【００２５】
なお、前記固定用つば２ｇ、丸穴のあいた固定用つば２ｈ、長穴のあいた固定用つば２ｊの形状は円板状でなくてもよく、図７（ｄ）に示すような形状でもよいことは明らかである。
【００２６】
実施例６
本実施例は、前記スリットディスク５の材料としてケイ素鋼板を用いることである。前記スリットディスク５の材料として磁性鋼板を用いれば信号は得られるが、材質によっては、不安定な磁気的特性による検出精度低下、および出力信号振幅減少による耐ノイズ性低下等の問題が発生する。ケイ素鋼板を前記スリットディスク５の材料として用いることによって、不安定な磁気的特性による精度低下、および出力信号振幅減少による耐ノイズ性低下等の問題を回避することができ、検出精度および信頼性を向上させることができる。
【００２７】
実施例７
本実施例は、前記スリットディスクベース５の材料として、非磁性金属を用いることである。非磁性金属を用いることによって、前記スリットディスク５のスリット有無によるリラクタンス変化に影響を与えることがないので、安定した出力信号を得ることができ信頼性を向上させることができる。
【００２８】
実施例８
本実施例は、前記スリットディスク５に1回転あたりのスリット数が２Ｎ、２Ｎ±１であるスリットトラックを含む複数のスリットトラックを平面上に形成し、このスリットトラックよりモータの前記ロータ３の１回転あたりの絶対角度を真空中で検出するものである。
【００２９】
具体的な構成例を図８に示す。図８において、前記スリットディスク５には、１回転中のパルス数のそれぞれ異なるＡスリットトラック５１、Ｂスリットトラック５２の２つのスリットトラックがエッチング等の手法により形成され、磁気センサヘッド２には、Ａスリットトラック用ＭＲ素子２ｂ−１、Ｂスリットトラック用ＭＲ素子２ｂ−２が配置されており、前記スリットディスク５と前記磁気センサヘッド２は、対向して配置されている。９は前記磁気センサヘッド２の疑似正弦波信号を取り入れて絶対角度信号を出力する信号処理回路である。スリットディスク５が回転するとスリット穴の有無によるリラクタンス変化により図４（ａ）に示すようなスリットピッチに相当する周期の疑似正弦波Ａ相と90゜位相の異なるＢ相信号が出力される。さらにこのＡ相、Ｂ相信号を前記信号処理回路9によって、1回転中の絶対角度信号に変換する。
【００３０】
1例としてＡスリットトラックには1回転にＮ＝７の２Ｎ＝２７＝１２８のスリットが形成され、ＢスリットトラックにはＡスリットトラックより1スリット少ない1回転に２Ｎ−１＝２７−１＝１２７のスリットが形成されている場合についての絶対角度信号を検出する方法を図９の信号処理回路９のブロック図で説明する。
【００３１】
図９において、Ａスリットトラック用ＭＲ素子２ｂ−１は、前記スリットディスク５の1回転に１２８周期の磁束の変化を受け、１２８周期の図４（ａ）に示すような９０゜位相の異なるＡ相、Ｂ相の信号を出力する。同様に前記Ｂスリットトラック検出用ＭＲ素子２ｂ−２は、前記スリットディスク５の１回転に１２７周期の磁束の変化を受け、１２７周期の９０゜位相の異なるＡ相、Ｂ相の信号を出力する。これら出力信号は増幅器９１で増幅され、それぞれ位相変調回路Ａ９２ａおよび位相変調回路Ｂ９２ｂに入力される。前記位相変調回路９２ａおよび９２ｂでは、発信器９７から出力されるクロック信号ＣＫを入力して搬送波信号生成回路９５で生成された一定周期の搬送波信号９６をＡ相、Ｂ相信号で位相変調し、スリットディスク1回転に０゜〜３６０゜の位相変化を１２８回くり返すθ１’信号と、１２７回くり返されるθ２’に変換される。前記θ１’、θ２’信号は、２値化された信号で、立ち上がりエッジ時間が位相情報を持つ信号である。位相差検出回路94では、図10に示すようなθ１’信号とθ２’信号の位相差であるスリットディスク1回転に1回の０゜〜３６０゜の位相変化をもたらすθ１−θ２信号が出力される。前記θ１−θ２信号は、前記θ１’とθ２’信号の立ち上がりエッジ間を前記クロック信号ＣＫでカウントし、デジタル化した位相差信号である。逓倍回路９３では、前記搬送波信号９６と前記θ１’信号の立ち上がりエッジ間をクロック信号ＣＫでカウントする。これによって、前記搬送波信号９６の周期をクロック信号ＣＫの周期のＩ倍（Ｉは自然数）とすると、分割数Ｉのデジタル化した位相信号θ１を得ることができる。絶対値信号生成回路９８により、θ１−θ２信号でθ１信号の繰り返し番数を特定することによって、１回転に１２８×分割数Ｉパルスの絶対角度信号９９を得ることができる。
【００３２】
本構成にすることによって、真空中で高分解能な絶対位置信号を得ることができる。また、本実施例のように２つのスリットトラックだけでなく複数のスリットトラックで補完することによって繰り返し番数の特定を容易にすることができ、信頼性を向上することができる。
【００３３】
なお、前記実施例ではロータリエンコーダ、リニアエンコーダの両方に適用できることは明らかである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
（１）磁気センサ、スリットディスクの発ガスを抑え、耐腐食性を持たせて真空内に配置することができるので、信頼性を落とさずにモータ設計の自由度を増大させることができる。
【００３５】
（２）真空ロボット等に適用した場合、ロータ１回転内の絶対角度が検出できるため、電源投入時および何らかの原因で停止しても原点復帰等が必要なく、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例1の形態を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施例１の磁気センサヘッド側断面図である。
【図３】本発明の実施例4の磁気センサヘッド側断面図である。
【図４】本発明の実施例の磁気センサヘッド出力信号波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例の磁気センサヘッド構成部品であるＭＲ素子の接続図である。
【図６】本発明で使用するオーステナイト系ステンレス鋼の種類を示す図である。
【図７】本発明の実施例５の形態を示す磁気センサヘッド図である。
【図８】本発明の実施例８の絶対角度を検出する構成を示した斜示図である。
【図９】信号処理回路9のブロック図である。
【図１０】信号処理回路９での出力形態を説明するための図である。
【図１１】従来例の側断面図である。
【図１２】従来例の磁気センサ側断面図である。
【符号の説明】
１：ステータ  ２：磁気センサヘッド  ２ａ：センサケース  ２ｂ、２ｂ−１、２ｂ−２：ＭＲ素子  ２ｃ：永久磁石  ２ｄ：樹脂  ２ｅ：ＭＲ素子出力線  ２ｆ：ＭＲ素子電源線  ２ｇ,２ｈ,２ｊ：固定用つば  ３：ロータ  ４：スリットディスクベース  ５：スリットディスク  ５１：Aスリットトラック  ５２：Bスリットトラック  ６：軸受  ７：センサケーブル  ７ａ：フッ素樹脂被覆センサケーブル  ８：コネクタ  ９：信号処理回路
【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】
0003812807.tif 000007
【図７】
0003812807.tif 000008
【図８】
0003812807.tif 000009
【図９】
0003812807.tif 000010
【図１０】
0003812807.tif 000011
【図１１】
0003812807.tif 000012
【図１２】
0003812807.tif 000013