JPH03150041A - 密閉型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超高真空雰囲気中などの微量の汚染物質や不
純物ガスも許容されない雰囲気中や、腐食性ガス雰囲気
中のようにモータの磁極やコイルが腐食されてしまうよ
うな環境中で用いるのに好適な密閉型アクチュエータに
関する。

〔従来の技術〕

例えば半導体製造装置等では、不純物を極力排除するた
めに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ブレーティングしてい
る。

また、駆動モータのコイル絶縁材や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。

他方、超高真空槽内へ外部から回転出力を導入する手段
として、従来、ベローズ式駆動方式を始め、磁気結合型
駆動方式、磁性流体シール駆動方式等の各種のアクチュ
エータが知られている。いずれも、真空用軸受に支承さ
れた回転軸の出力端側か真空雰囲気中に突出され、大気
中におかれた駆動装置により入力端偏に回転力が付与さ
れる構造をある。すなわちベローズ式駆動方式では、第
３図に示すように、回転軸ｌの出力端ＩＡ側は真空軸受
２に支承されて真空側Ｖ内に突出され、他端側ＩＢは斜
板形式の首振り機構３を取り付けてベローズ４で密封さ
れている。そしてこの斜板形式の首振り機構３を大気中
に配した回転装置５で回転駆動すると、ベローズ４が伸
縮運動を繰り返しつつ回転軸１が回転する仕組みである
。

これに対して磁気結合型駆動方式は、回転軸の入力端側
に磁性体からなる回転子が固着され、この回転子の外周
はハウジングで囲んで密閉されている。そのハウジング
を隔てて大気側に、回転子を取り巻くマグネットが配設
され、これを回転駆動することにより回転軸ｌが回転す
る仕組みである。

また磁性流体シール駆動方式の場合は、大気側と真空側
の間の隔壁を貫通して非磁性体からなるハウジングを取
付け、そのハウジング内に配した軸受間に永久磁石を挟
んだ円輪状のポールピースを設けると共に、ハウジング
を貫通させた回転軸の外周面とこれに対向するポールピ
ース内周面との間のすきまを磁性流体で密封している。

〔発明が解決しようとする課題〕

近時、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にＩ
Ｃ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ェハを製造するために、
ウェ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、ウェ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。

すなわち、超高真空装置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材等に
、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。

０　更には、真空中においては空気の対流による放熱が
有り得ないから、コイル温度の局部的な上昇を生じた場
合に、その部分の抵抗が増大して発熱が加速され、コイ
ル絶縁被膜の焼損を招ぎ易い。

０　これに対して、コイル絶縁材に無機材料を用いると
共に、配線はステンレス管のシース電線を用いることで
吸着不純分子を低減することが考えられる。しかしその
場合はコストが非常に高くなるのみならず、コイル捲線
スペース内に占める鋼などの導体の比率が減少して電気
抵抗が増加し、その結果、モータの容量低下を来す。

以上のような超高真空装置内にアクチュエータを設置し
た場合の問題点に対して、ベローズ式駆動方式、磁気結
合型駆動方式、磁性流体シール駆動方式等のように真空
装置外にアクチュエータの駆動部を設けた場合をみると
、 ベローズ式駆動方式ではバックラッジが大きく、磁石吸
引力により回転力を伝達する磁気結合型駆動方式では剛
性が低く、いずれも高精度の位置決め精度が得られない
という問題点がある。

また磁性流体シール駆動方式では、磁性流体の耐熱温度
が７０℃程度と低いから、超高真空槽のベークアウト工
程（真空槽内壁等の吸蔵ガス分子、水分子の放出工程）
における加熱温度に耐え得ず、多少の揮発成分を含んで
いるため放出ガスが発生してしまうという問題点がある
。

そこで本発明は、このような従来の問題点に着目してな
されたものであり、その目的とするところは、超高真空
の雰囲気中で不純物ガスの放出がなく、且つ高精度の位
置決めが可能な密閉型アクチュエータを提供することに
より上記従来の問題点を解決することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、回転駆動用コイル
によって励磁される回転駆動用磁極が形成されたモータ
ステータと、該モータステータの磁極面に対して僅かの
すきまを隔てて面対向に配設されると共に転がり軸受を
介して回転自在に支承されたモータロータとを少なくと
も備え、前記モータステータとモータロータとの間のす
きまに非磁性金属隔壁を配して、前記モータステータの
配設された内部空間を気密に覆い、モータロータ側空間
とは隔絶したことを特徴とする特走記モータステータと
モータロータ間の相対変位を検出する変位検出手段とし
て、レゾルバ検出器を備えることもできる。

モータステータの配設されたアクチュエータ内部を非磁
性金属隔壁で気密に覆い、モータロータ側から隔絶した
。そのため、モータステータの回転駆動用コイルや絶縁
材等に吸蔵されているガスや水分が、雰囲気を汚染する
不純物として放出されることはない。また反対に、モー
タステータの回転駆動用コイルや絶縁材等が半導体製造
のエッチング用反応性ガスで浸食されることもない。

まーた、モータステータを真空槽内などの高度の清浄度
が要求される雰囲気から叢離する隔壁は、モータステー
タとモータロータ間の僅かなギャップに介装された非磁
性金属隔壁であるから、モータステータコイルへの通電
で形成される磁気回路の形成を妨げない。よってモータ
ステータのコイルへの通電をオーブンループまたはクロ
ーズトループで制御してモータロータの回転を高精度に
制御することが可能であり、高精度の位置決めを行うこ
とができる。

また、非磁性金属隔壁は、これを介して形成される磁気
回路に影響を与えないから、回転変位検出手段であるレ
ゾルバを設け、高精度の位置決め精度のための回転検出
値を出力可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図に示す密閉型アクチュエータ１０は、モータステ
ータ１１の外側でカップ状のモータロータ１２が回転す
る形式の、いわゆるアウターロータ型の直接駆動モータ
である。

すなわち、モータステータ１１は、軸心に固定され中心
部に軸方向の空孔Ｈを有する円筒状軸として設けられて
いる。その外周面には、回転駆動用コイル１４によって
励磁される回転駆動用磁極としての千−タステータ磁極
１５が形成されている。回転駆動用コイル１４は、絶縁
材１３を介してモータステータ磁極１５に巻回されてい
る。

このモータステータ磁極１５の先端部には、回転軸と平
行に一定のピッチを有する複数の歯が設けられている。

一方、カップ状のモータロータ１２は、モータステータ
１１と同軸に上記モータステータ磁極１５の上下に配し
た真空用転がり軸受１７．１８を介して、モータステー
タ１１の外面に回転自在に取付けられている。そのモー
タロータ１２の内周面には、モータステータ１１のモー
タステータ磁極１５に対向させて、磁性体金属からなる
モータロータ磁極１６が設けられている。このモータロ
ータ磁極１６の内周面には、前記モータステータ磁極１
５の外周面の歯と平行に歯列が設けられている。その歯
列のピッチはモータステータ磁極１５の歯のピッチと同
一であるが、モータステータ磁極１５の歯とモータロー
タ磁極１６の歯列の位相は相対的にずらすように配設さ
れている。かくして、回転駆動用コイル１４への電流の
供給を制御しつつモータステータ磁極１５の歯を周方向
に順次励磁することにより、モータロータ磁極１６の歯
列を順次吸引してモータロータ１２をモータステータ１
１の回りに回転させるようになっている。

上記真空用転がり軸受１７．１８は、いずれも内輪と外
輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、ガス
放出のない金属潤滑としたものを用いている。上方の軸
受１７の外輪１７ａはモータロータ１２の上端側の内面
に嵌合されている。

内輪１７ｂはモータステータ１１の上端外面に嵌めこま
れると共に、モータステータ１１の上端面に固着された
環状の軸受押え２１で固定されている。

下方の軸受１８の外輪１８ａはモータロータ１２の下端
側の内面に嵌合されている。内輪１８ｂはモータステー
タ１１の下端外面に嵌めこまれると共に、モータステー
タ１１の下方の延長部１１Ａに装着された環状の軸受押
え２２で固定されている。

上記のように支承されたモータロータ１２の上端面１２
Ａには、被回転駆動体がボルトで固着されるようになっ
ている。

また、上方の軸受１７の直下のモータステータ１１の外
周面には円輪状の隔壁板２３が嵌着されて溶接されてお
り、下方の軸受１８の直上のモータステータ１１の外周
面には円板状のつば２４が突設されており、これによっ
てモータロータ１２を収納している空間の上下が仕切ら
れている。

上記の隔壁板２３で仕切られモータロータ１２の上方に
位置する空間Ｓには、モータを高精度に位置決めするべ
くモータステータ１１とモータロータ１２間の相対変位
を検出する変位検出手段ととして、高分解能の回転検出
器であるレゾルバ２６が内臓されている。コイル２７を
有するレゾルバ２６のステータ２８は、モータステータ
１１の外周面に固着されている。これに対してレゾルバ
２６のロータ２９は、前記ステータ２８に対向させてモ
ータロータ１２の段部に固定されている。

このレゾルバ２６のステータ２８の磁極の外周面には、
モータステータ磁極１５と同様に回転軸と平行に一定の
ピッチを有する複数の歯が設けられており、コイル２７
は各磁極に巻回されている。

一方、レゾルバ２６のロータ２９は、モータロータ磁極
１６と同様に、位相をずらした同一ピッチの歯列を有し
ている。

そして、モータロータ１２が回転するとレゾルバ２６の
ロータ２９も回転するから、ステータ２８の歯との間の
りラクタンスが変化する。その変化を図示しないドライ
ブユニットの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モータロータ１２の回転位
置を検出するようになっている。３１はモータステータ
磁極１５とレゾルバ２６との間に介装してモータステー
タ１１に固定された磁気シールド板である。また３２は
モータステータ１１の内外を貫通する配線孔である。

上記モータステータ１１とモータロータ１２との対向面
間のすきま１９には、例えば非磁性ステンレスＳＵ３３
０４などの非磁性金属からなる薄肉円筒状の隔壁３３が
、両者１１．１２を隔離するように配設されている。こ
の隔Ｊ３３の上端部は、モータステータ１１の上部空間
を仕切る隔壁板２３の外周面２３Ａに溶接されている。

また、隔壁３３の下端部は、モータステータ１１の下部
空間を仕切るつば２４の外周面２４Ａに溶接されている
。

上記隔壁３３の上下の溶接および隔壁板２３の基部２３
Ｂとモータステータ１１の外周面との溶接個所は、気密
にシール溶接されている。このため、モータステータ１
１の外周において、回転駆動用コイル１４．モータステ
ータ磁極１５およびレゾルバ２６のコイル２７．ステー
タ２８等が収納されたスペースは、モータロータ１２側
の外部から完全に隔絶されている。

なお上記溶接は、回転駆動用コイル１４やその絶ｉ材１
３、レゾルバ２６のコイル２７等の耐熱性が比較的低い
材料でなる部品が内蔵されている状態で行われるため、
温度上昇を局部に限定できる電子ビーム溶接やレーザビ
ーム溶接が用いられる。

モータステータ１１の下方の延長部１１Ａの端末には、
真空用フランジ３４がシール溶接されている。

次に作用を説明する。

第２図は、密閉型アクチュエータ１０を真空槽に取付け
た状態を示すもので、槽壁３５に設けられた取付は孔３
６から真空槽内部Ｖに密閉型アクチュエータＩＯの本体
部分を差し入れ、真空用フランジ３４をボルト３６で槽
壁３５に固定している。

密閉型アクチュエータ１０における隔壁３３で密閉され
たスペースは、モータステータ１１に設けられている配
線孔３２．空孔Ｈを経て大気側Ａに連通しているが、真
空槽内部Ｖとは完全に隔絶されている。そのため、モー
タステータ１１の回転駆動用コイル１４やレゾルバ２６
のコイル２７、およびそれらの絶縁材１３等に吸蔵され
ているガスや水分が真空槽内部■に拡散して真空雰囲気
を汚染することは防止される。

したがって、真空槽内部Ｖの排気も容易であり、ベータ
アウト時も短時間で所定の超高真空に到達でき、生産効
率が高い。また、コイル絶縁材にわざわざ高価な無機材
料を使用する必要もない。更には、半導体製造の場合、
真空排気後に真空槽内部Ｖに導入されるエッチング用の
反応性ガスに対しても、ステンレス材からなる隔壁３３
で保護されるから、上記コイルや絶縁材等がエッチング
されてしまうおそれはない。

また、回転駆動用コイル１４が大気側に連通しているか
ら、通電で発熱しても対流で放熱することができ、局部
的な蓄熱によるコイル焼損も防止できる。なお、回転駆
動用コイル１４が大気側にあることから、必要に応じて
モータステータ１１の内部に空気や水を通して強制冷却
することも容　　　　′易である。

また、モータロータ１２の回転の位置決め精度について
も、フィードバック制御により極めて高精度が保証され
る。すなわち、モータステータ１１の所定の回転駆動用
コイル１４に通電すると起磁力を生じ、モータステータ
磁極１５の歯が励磁される。非磁性金属からなる隔壁３
３の厚みは十分に薄いから、その磁束は隔壁３３を通し
てモータロータ１２に到達する。こうして通電したモー
タステータ磁極１５と、これに対向したモータロータ磁
極１６との間に磁気回路が形成されて、該両磁極の対向
する歯同士が強く吸引し合う。

いま、円周方向に沿い順に配列されている複数の回転駆
動用コイル１４に対して、図外のドライブユニットを芥
して制御されたモータ電流を、配列に従い順次通電する
。すると、モータステータ磁極１５の各歯の励磁は、通
電の順序に従い順次移動されて、モータロータ１２が回
転する。モータロータ１２が回転するとレゾルバ２６の
ロータ２９も回転する。これにより、ステータ２８との
歯間のりラクタンスが変化する。その変化を図示しない
ドライブユニットの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、ロータ２９の回転
角ひいてはモータロータ１２の回転角度の精密なフィー
ドバック制御がなされ、高精度の位置決めができる。

なお、上記実施例では、回転検出器（例えばレゾルバ２
６）を使用し、ロータの位置をフィードバック制御して
、高精度の位置決めを行う閉ループ構成としたものを述
べたが、これに限らずパルスモータ（ステッピングモー
タ）として、回転検出器を用いない開ループ制御方式で
高精度の位置決めを行うようにしても良い。

また、密閉型アクチュエータ１０の取付けに関しては、
真空槽の壁面にフランジで取付け、配線はモータステー
タ１１の配線孔３２．空孔Ｈを経て大気側で行う場合を
示したが、その他、密閉型アクチュエータｌＯ全体を真
空槽の内部に設置し、配線は密閉型アクチュエータ１０
と真空槽壁に設けたコネクタとの間に配設した金属製配
管を通して行うようにしても良い。

また、モータステータ１１を内側、モータロータ１２を
外側に配設した構成を示したが、これとは反対にモータ
ステータ１１が外側、モータロータ１２のほうが内側に
なる構成として、ロータ側を真空雰囲気中で使用するこ
とも可能である。

また、モータステータ１１とモータロータ１２が円筒状
で周面対向する構造のモータみではなく、両者を円板状
で平面対向する構造のモータに対しても適用可能であり
、その場合もステータとロータとのギャップに介在させ
た非磁性体金属からなる円板で隔壁を構成してシール溶
接でステータ側を密閉すると共に、ロータを真空用軸受
で支承する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回転駆動用コイ
ルによって励磁される回転駆動用磁極が形成されたモー
タステータと、該モータステータの磁極面に対して僅か
のすきまを隔てて面対向に配設されると共に軸受を介し
て回転自在に支承されたモータロータとを少なくとも備
えると共に、モータステータとモータロータとの間のす
きまには非磁性金属隔壁を気密に配設して、モータステ
ータのある内部空間をモータロータ側空間から隔絶した
。そのため、アクチュエータを例えば半導体製造装置の
高真空雰囲気内や反応性ガス雰囲気中で使用しても、ア
クチュエータ構成部材中で吸蔵ガスが最も多いコイルや
有機絶縁材から高真空雰囲気内に不純ガスが放出された
り、あるいはコイルや有機絶縁材等が浸食されたりする
ことはない。

また、上記非磁性金属隔壁でモータステータとモータロ
ータ間で磁気回路の形成を妨げられることがなく、モー
タステータコイルへの通電を制御してモータロータの回
転ひいては被駆動体の高精度の位置決めを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を半断面で示す側面図、第２図
はその取付は態様図、第３図は従来の密閉型アクチュエ
ータの一例を示す模式断面図である。 図中、１１はモータステータ、１２はモータロータ、１
４は回転駆動用コイル、１５はモータステータ磁極、１
９はすきま、２６はレゾルバ、３３は隔壁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転駆動用コイルによって励磁される回転駆動用
   磁極が形成されたモータステータと、 該モータステータの磁極面に対して僅かのすきまを隔て
   て面対向に配設されると共に転がり軸受を介して回転自
   在に支承されたモータロータとを少なくとも備え、 前記モータステータとモータロータとの間のすきまに非
   磁性金属隔壁を配して、前記モータステータの配設され
   た内部空間を気密に覆い、モータロータ側空間とは隔絶
   したことを特徴とする密閉型アクチュエータ。
2. （２）前記モータステータとモータロータ間の相対変位
   を検出する変位検出手段としてレゾルバ検出器を備えた
   ことを特徴とする請求項（１）記載の密閉型アクチュエ
   ータ。