FR3123016A1 - Dispositif de manipulation magnétique - Google Patents

Dispositif de manipulation magnétique Download PDF

Info

Publication number
FR3123016A1
FR3123016A1 FR2105231A FR2105231A FR3123016A1 FR 3123016 A1 FR3123016 A1 FR 3123016A1 FR 2105231 A FR2105231 A FR 2105231A FR 2105231 A FR2105231 A FR 2105231A FR 3123016 A1 FR3123016 A1 FR 3123016A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
ferromagnetic armature
actuator
tubular casing
magnetic
tubular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2105231A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3123016B1 (fr
Inventor
Richard Haettel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2105231A priority Critical patent/FR3123016B1/fr
Priority to EP22728895.8A priority patent/EP4341463A1/fr
Priority to US18/558,749 priority patent/US20240217120A1/en
Priority to PCT/EP2022/063034 priority patent/WO2022243191A1/fr
Publication of FR3123016A1 publication Critical patent/FR3123016A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3123016B1 publication Critical patent/FR3123016B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
    • B25J15/0608—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means with magnetic holding means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J1/00—Manipulators positioned in space by hand
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67742—Mechanical parts of transfer devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Electromagnets (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

L’invention concerne un dispositif (1) de manipulation magnétique, adapté pour manipuler un objet dans un espace de travail, le dispositif (1) comprenant : un boitier tubulaire (2) en matériau non magnétique ou faiblement magnétique, comprenant au moins deux faces adjacentes dites de coulissement (2a, 2b), une première extrémité du boitier tubulaire (2) étant ouverte et en communication avec l’espace de travail, une armature ferromagnétique (5) agencée dans le boitier tubulaire (2) de façon coulissante selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire (2), un arbre de manipulation (6) s’étendant à travers le boitier tubulaire (2), l’arbre de manipulation (6) étant couplé à l’armature ferromagnétique (5) de sorte à pouvoir coulisser vers ou dans l’espace de travail, un actionneur (7) agencé à l’extérieur du boitier tubulaire (2), comprenant une pluralité d’aimants (8) formant un système magnétique (20) avec l’armature ferromagnétique (5), l’actionneur (7) étant configuré pour faire coulisser l’armature ferromagnétique (5) selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire (2), des surfaces internes (9a, 9b) de l’actionneur (7) et des surfaces externes de l’armature ferromagnétique (5) étant configurées pour épouser les au moins deux faces de coulissement (2a, 2b), l’armature ferromagnétique (5) étant configurée pour être plaquée sur les au moins deux faces de coulissement (2a, 2b) du boitier tubulaire (2) par les aimants (8). Figure pour abrégé  : [Fig.1]

Description

Dispositif de manipulation magnétique
La présente invention concerne un dispositif de manipulation magnétique pour manipuler un objet dans un espace de travail, tel qu’une chambre à vide ou un four de recuit.
Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui des systèmes mécaniques de positionnement.
État de la technique
Les dispositifs de manipulation magnétiques, qui peuvent également être appelés cannes magnétiques, permettent, par l’intermédiaire d’un couplage magnétique, de transmettre un mouvement de translation ou un mouvement combiné translation/rotation à travers une paroi d’un espace de travail, par exemple une chambre à vide ou à atmosphère contrôlée. Ce type de chambres est nécessaire, par exemple, dans le processus de fabrication de composants semi-conducteurs.
Une canne magnétique consiste en un corps de canne, typiquement cylindrique, muni d’un axe mobile à l’intérieur du corps et d’un palier permettant de guider l’axe en sortie du corps de canne. L’axe est généralement équipé de roulements ou de coussinets de glissements lui permettant de coulisser à l’intérieur du corps de la canne. L’axe peut être déplacé à l’aide d’une poignée glissant sur le corps de canne, grâce à un couplage magnétique entre l’axe et la poignée générant une force de rappel. Des objets dans l’espace de travail peuvent être manipulés avec l’axe de la canne, dont l’extrémité peut comprendre une pince ou une pagaie pour saisir ou déplacer l’objet.
L’utilisation d’une canne magnétique permet notamment de s’affranchir de joints, assurant une étanchéité parfaite d’enceintes sous vide ou à atmosphère contrôlée.
Cependant, la conception de la canne avec notamment un palier et d’autres éléments de guidage peut engendrer des contraintes liées à l’encombrement, au couplage mécanique de l’axe avec l’objet à mouvoir ou à la température d’utilisation de la canne.
L’invention a pour objet de proposer un dispositif de manipulation magnétique pouvant pallier ces inconvénients.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de manipulation magnétique permettant de manipuler des charges utiles importantes.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de manipulation magnétique robuste pouvant être mis en œuvre avec des espaces de travail à très haute température et/ou polluants.
Il est encore un but de la présente invention de proposer un dispositif de manipulation magnétique peu encombrant.
Au moins un de ces buts est atteint avec un dispositif de manipulation magnétique, adapté pour manipuler un objet dans un espace de travail, le dispositif comprenant :
  • un boitier tubulaire en matériau non magnétique ou faiblement magnétique, comprenant au moins deux faces adjacentes dites de coulissement, une première extrémité du boitier tubulaire étant ouverte et en communication avec l’espace de travail,
  • une armature ferromagnétique agencée dans le boitier tubulaire de façon coulissante selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire,
  • un arbre de manipulation s’étendant à travers le boitier tubulaire, l’arbre de manipulation étant couplé à l’armature ferromagnétique de sorte à pouvoir coulisser vers ou dans l’espace de travail,
  • un actionneur agencé à l’extérieur du boitier tubulaire, comprenant une pluralité d’aimants formant un système magnétique avec l’armature ferromagnétique, l’actionneur étant configuré pour faire coulisser l’armature ferromagnétique selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire,
des surfaces internes de l’actionneur et des surfaces externes de l’armature ferromagnétique étant configurées pour épouser les au moins deux faces de coulissement, l’armature ferromagnétique étant configurée pour être plaquée sur les au moins deux faces de coulissement du boitier tubulaire par les aimants.
Par la suite, le terme « manipulation d’un objet » doit être compris comme incluant le support, la saisie, le déplacement, le positionnement, le contrôle de la position, etc., de l’objet.
Le dispositif selon la présente invention met en œuvre un système magnétique générant à la fois une force magnétique radiale ainsi qu’une force de rappel. Un objet peut être déplacé ou manipulé en déplaçant l’actionneur le long du boitier tubulaire. Grâce à ce mouvement de translation, l’objet peut être déplacé dans un espace de travail, comme par exemple un four de recuit, y être introduit ou retiré de celui-ci.
La force de rappel est nécessaire pour faire coulisser l’armature ferromagnétique de manière synchrone avec l’actionneur lorsque celui-ci est déplacé. Grâce à la force de rappel, une force de déplacement ou de contrainte est transmise via l’arbre de manipulation à l’objet qu’on souhaite manipuler.
La force magnétique radiale est nécessaire pour plaquer l’armature magnétique contre les faces de coulissement du boitier tubulaire. Un guide en forme de « V » est formé par les faces de coulissement. Le guidage de l’armature ferromagnétique, et donc de l’arbre de manipulation couplé à celle-ci, en s’appuyant sur les faces de coulissement permet de supprimer le jeu mécanique de fonctionnement de l’arbre de manipulation. L’arbre de manipulation peut ainsi supporter des couples de rotation importants sans tourner autour de son axe. Il n’est pas nécessaire que l’arbre de manipulation soit équipé de roulements de guidage ou de coussinets de glissement. Ceci permet également d’augmenter la charge utile en bout de l’arbre de manipulation par rapport à des cannes de l’art antérieur.
De manière importante, le dispositif selon la présente invention ne nécessite pas de palier à l’extrémité ouverte du boitier tubulaire. En effet, l’armature ferromagnétique restant plaquée contre les faces de coulissement, l’arbre de manipulation n’a donc pas besoin d’être soutenu en sortie du boitier tubulaire.
L’absence de palier permet d’améliorer le dégazage du dispositif pour une utilisation sous ultravide. En effet, le déplacement des molécules est facilité grâce à l’absence de passages à faible section.
Le dispositif selon la présente invention n’est pas soumis aux contraintes liées à la présence d’un palier ou de roulements de guidage de l’arbre de manipulation. Le dispositif peut donc être utilisé avec des espaces de travail dans lesquels l’arbre de manipulation est chauffé à des hautes températures ou soumis à des pollutions, comme dans un four ou une enceinte de dépôt par exemple.
Grâce à l’absence de contrainte que peut présenter un palier en sortie du boitier tubulaire, la forme de l’arbre de manipulation mis en œuvre dans le dispositif peut être très variable. La section de l’arbre peut être ovale, ronde, carrée, etc., et le diamètre de l’arbre peut varier sur sa longueur.
De manière avantageuse, un outil de support ou de manipulation, tel qu’un axe ou une pagaie en quartz, peut être couplé à l’arbre de manipulation permettant de porter et/ou manipuler un objet. Cet outil peut être couplé à l’arbre de manipulation à l’aide d’une pièce de couplage mécanique.
Un axe en quartz est particulièrement adapté pour être utilisé dans des réacteurs de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Le quartz résiste très bien aux chocs thermiques et ne dégaze que très peu à haute température. Il est très résistant chimiquement par rapport aux produits utilisés dans les réacteurs CVD. Cette résistance permet également de pouvoir le décontaminer facilement par voie chimique.
Bien sûr, d’autres matériaux peuvent être utilisés pour l’outil de manipulation.
Le déplacement de l’actionneur peut être effectué manuellement. La manipulation à la main de l’actionneur est particulièrement aisée et facile à mettre en œuvre.
Alternativement, l’actionneur peut être déplacé à l’aide d’un moteur. Ceci permet des déplacements plus précis et délicats.
Selon un mode de réalisation, le boitier tubulaire peut avoir une section essentiellement rectangulaire avec quatre faces dont deux faces adjacentes de coulissement.
Selon un exemple avantageux, la section du boitier tubulaire peut être carrée.
La fabrication d’un tel boitier tubulaire est particulièrement aisée.
Selon un mode réalisation, l’arbre de manipulation peut être couplé à l’armature ferromagnétique au moyen d’une pièce de couplage.
Alternativement, l’arbre de manipulation peut être directement fixé à l’armature ferromagnétique.
Selon un mode de réalisation, l’armature ferromagnétique peut comprendre aux moins deux roues sur une face posée sur l’une des faces de coulissement du boitier tubulaire et au moins une roue sur une autre face posée sur une autre face de coulissement, de façon à pouvoir rouler sur les faces de coulissement.
Le couple généré par la charge utile, mise en porte-à-faux sur l’arbre de manipulation, est reparti sur les roues de l’armature ferromagnétique. Le contact entre les roues et les faces de coulissement est linéaire (et non ponctuel). Ce contact linéaire permet de manipuler de fortes charges avec le dispositif selon l’invention sans usure prématurée des faces de coulissement.
Les roues peuvent notamment comprendre des roulements.
Selon un exemple, les roulements peuvent comprendre des billes, de préférence non-magnétiques.
De manière avantageuse, chaque face de l’armature ferromagnétique posée sur les faces de coulissement peut comprendre deux roues.
Alternativement, et en fonction de l’utilisation du dispositif de manipulation, l’armature ferromagnétique peut comprendre des paliers, notamment en polymère, agencés sur les faces posées sur les faces de coulissement.
Selon un mode de réalisation, le système magnétique peut comprendre une pluralité de circuits magnétiques.
Le nombre de circuits magnétiques détermine la force magnétique du système magnétique. L’ajout d’un circuit magnétique augmente la force magnétique radiale ainsi que la force de rappel. Le nombre peut être adapté selon l’application souhaitée du dispositif selon l’invention.
Selon un mode de réalisation, l’armature ferromagnétique peut comprendre un monobloc.
Un tel monobloc peut être facilement usiné et est très robuste.
Alternativement, l’armature ferromagnétique peut comprendre une pluralité de pièces ferromagnétiques.
Selon des modes de réalisation, l’armature ferromagnétique peut être en fer doux, en acier faiblement allié ou en fer-cobalt.
D’autres matériaux adaptés peuvent bien sûr être mis en œuvre.
Selon un mode de réalisation, les aimants sont agencés selon une matrice de Halbach.
Un agencement d’aimants selon une matrice de Halbach permet d’augmenter le champ magnétique du côté de l’armature ferromagnétique tout en le diminuant fortement de l’autre côté (vers l’extérieur de l’actionneur). Une telle disposition d’aimants permet ainsi d’améliorer les performances des aimants, ainsi que de réduire l’encombrement de l’agencement.
Alternativement, il est possible d’utiliser des morceaux de fer doux agencés au-dessus de deux aimants adjacents, à l’intérieur de l’actionneur, pour former le circuit magnétique.
Selon des exemples, les aimants peuvent être en néodyme-fer-bore ou en samarium-cobalt.
D’autres matériaux d’aimants permanents peuvent également être mis en œuvre.
Selon un mode de réalisation, l’actionneur peut comprendre des roulettes agencées sur au moins deux de ses surfaces internes, de façon à pouvoir rouler sur le boitier tubulaire.
Alternativement, l’actionneur peut comprendre des paliers, par exemple des paliers polymères, agencés sur au moins deux de ses surfaces internes, de façon à pouvoir coulisser sur le boitier tubulaire.
Selon un mode de réalisation, l’actionneur peut être constitué d’un manchon agencé tout autour du boitier tubulaire et ayant une section intérieure adaptée à la section du boitier tubulaire.
Le manchon constitue une poignée pour une bonne prise en main lors d’un déplacement manuel de l’actionneur.
Alternativement, l’actionneur peut n’entourer que partiellement le boitier tubulaire. Il peut, par exemple, avoir la forme d’un demi-cylindre. Ce type d’actionneur permet d’être retiré du boitier tubulaire radialement et non axialement.
L’actionneur peut être retiré pour un étuvage de l’arbre de manipulation, par exemple. Aussi, le déplacement d’un tel actionneur sur le boitier tubulaire, pouvant comprendre des brides, jauges à vides, etc., est facilité.
Cela pourrait également résoudre des problèmes liés à des objets (brides, jauges à vide, etc.) se trouvant à proximité du corps de canne et qui bloquerait le déplacement de l’actionneur.
De manière avantageuse, le système magnétique peut être décentré selon l’axe de l’armature ferromagnétique par rapport à son centre.
Ce décentrage permet de mieux compenser le couple créé par l’arbre de manipulation.
Lorsque le système magnétique est décentré vers l’arrière de l’armature ferromagnétique (par rapport à un mouvement en direction de l’espace de travail), la charge admissible sur l’arbre de manipulation peut être augmentée lorsque le dispositif est en position horizontale.
Selon un mode de réalisation, la pièce de couplage peut comprendre une deuxième armature ferromagnétique, le dispositif comprenant en outre un deuxième actionneur agencé à l’extérieur du boitier tubulaire et comprenant une pluralité d’aimants formant un système magnétique avec la deuxième armature ferromagnétique, le deuxième actionneur étant configuré pour tourner radialement autour du boitier tubulaire, en entrainant la pièce de couplage et l’arbre de manipulation en rotation.
Le dispositif selon ce mode de réalisation permet de combiner des translations et des rotations pour des déplacements ou positionnements plus complexes de l’objet dans l’espace de travail.
Description des figures et modes de réalisation
D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
  • [Fig.1] les Figures 1(a) (vue en perspective) et 1(b) (vue en coupe) longitudinale) sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non-limitatif d’un dispositif de manipulation selon l’invention ;
  • [Fig.2] la Figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d’un exemple de réalisation non-limitatif d’un dispositif de manipulation selon l’invention ;
  • [Fig.3] la Figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un exemple d’un actionneur mis en œuvre dans le dispositif de manipulation selon l’invention ;
  • [Fig.4] la Figure 4 est une représentation schématique d’un exemple d’une armature ferromagnétique mise en œuvre dans le dispositif de manipulation selon l’invention ; et
  • [Fig.5] la Figure 5 est une représentation schématique d’un exemple d’un système magnétique mis en œuvre dans le dispositif de manipulation selon l’invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence.
La montre des représentations schématiques d’un dispositif de manipulation magnétique selon un mode de réalisation de l’invention (vue en perspective (a) et en coupe longitudinale (b), respectivement).
Le dispositif de manipulation 1 comprend un boitier tubulaire 2, ou tube 2. Le boitier tubulaire 2 est en matériau non magnétique ou faiblement magnétique. Une extrémité 3 du boitier 2 est ouverte afin de pouvoir communiquer avec un espace de travail dans lequel un objet doit être manipulé, transféré ou positionné. Cette extrémité ouverte est équipée d’une bride 13 d’adaptation permettant le couplage mécanique du dispositif 1 avec l’espace de travail, par exemple une enceinte sous vide. Le boitier tubulaire 2 peut être fabriqué par extrusion ou mis en forme à partir de tôle puis soudé. Dans ce dernier cas, la soudure intérieure est enlevée (« raclée ») pour que la section intérieure soit bien lisse.
Le dispositif 1 comprend également une armature ferromagnétique 5 à l’intérieur du tube 2 ainsi qu’un arbre de manipulation 6 s’étendant à travers le tube 2. L’arbre de manipulation 6 est couplé de manière rigide à l’armature ferromagnétique 5. L’arbre de manipulation 6 peut être fixé directement à l’armature ferromagnétique 5, tel qu’illustré sur la . La fixation peut également être réalisée au moyen d’une pièce de couplage.
L’arbre de manipulation 6 et le boitier tubulaire 2 sont, de préférence, en acier inoxydable.
Comme illustré sur la , une pagaie 11 est fixé à l’arbre de manipulation 6 au moyen d’une pièce de couplage mécanique 12. La pagaie 11 permet de porter un objet à manipuler sur sa pale.
Le dispositif de manipulation 1 comprend un actionneur 7. L’actionneur 7 est agencé à l’extérieur du tube 2. Dans le mode de réalisation tel qu’illustré sur la , l’actionneur 7 a la forme d’un manchon 7 disposée tout autour du tube 2 de manière coulissante.
La représente une coupe transversale du dispositif de manipulation 1 selon le mode de réalisation de la . L’actionneur 7 comprend une pluralité d’aimants 8. Dans l’exemple de la , deux aimants 8 sont agencés le long de deux faces internes 9a, 9b de l’actionneur 7. Les aimants 8 peuvent être, par exemple, en néodyme-fer-bore ou en samarium-cobalt.
La montre une coupe longitudinale de l’actionneur 7. Dans l’exemple représenté, l’actionneur 7 comprend deux roulettes 17 sur les faces internes 9a, 9b pourvues d’aimants 8. Les roulettes 17 peuvent être montées sur des roulements à aiguilles. Les roulettes 17 peuvent être, par exemple, en polyétheréthercétone (PEEK).
Un exemple de réalisation de l’armature ferromagnétique 5 est montré sur la . L’armature ferromagnétique 5 est un monobloc usiné comprenant deux faces 5a, 5b munies de deux roues 10 ou roulements, respectivement. L’armature ferromagnétique 5 comprend également un perçage 15 pour y insérer l’arbre de manipulation 6 et le fixer avec des boulons.
L’armature ferromagnétique 5 peut être en fer doux, en acier faiblement allié, en fer-cobalt ou en un autre matériau adapté. Après usinage, l’armature ferromagnétique 5 peut être soumise à un traitement thermique afin d’optimiser ses propriétés magnétiques.
D’autres matériaux ferromagnétiques peuvent bien sûr être utilisés pour l’armature. Dans le mode de réalisation représenté, l’armature ferromagnétique 5 constitue un chariot capable de rouler à l’intérieur du boitier tubulaire 2.
Les roues 10 peuvent comprendre des roulements hybrides munis de bagues en acier, billes en céramique et cages en PEEK. Ces roulements hybrides peuvent être utilisés sans graisse.
Le boitier tubulaire 2 comprend au moins deux faces adjacentes dites de coulissement. Dans le mode de réalisation représenté sur la , les deux faces 2a, 2b de coulissement forment entre elles un angle droit pointant vers le bas. L’armature ferromagnétique 5 est plaquée sur les deux faces de coulissement 2a, 2b du boitier tubulaire 2 par les aimants 8 de l’actionneur 7, de sorte que les roues 10 de l’armature ferromagnétique 5 soient en contact avec les faces de coulissement 2a, 2b.
Les faces de coulissement 2a, 2b peuvent former un angle différent d’un angle droit, tant que l’ouverture de l’angle permet de plaquer une armature ferromagnétique 5 d’une forme adaptée sur les deux faces de coulissement.
L’actionneur 7 peut être saisi pour pouvoir faire coulisser l’armature ferromagnétique 5 et l’arbre de manipulation 6 selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire 2. L’armature ferromagnétique 5 peut alors être déplacée le long du boitier tubulaire 2 tout en restant plaquée contre les faces de coulissement 2a, 2b du boitier 2.
Comme illustré sur la , l’actionneur 7 se présente sous la forme d’une poignée 7. La poignée peut être déplacée manuellement.
Les aimants 8 de l’actionneur et l’armature ferromagnétique 5 forment un système magnétique. Le système magnétique 20 du dispositif de la est illustré sur la . L’armature ferromagnétique 5 n’est illustrée que partiellement (sans les extrémités équipées de roues). Le système magnétique 20 comprend trois blocs 21, 22, 23, comprenant chacun deux fois trois aimants 8 et une partie de l’armature ferromagnétique 5. Chacun des blocs 21, 22, 23 forme un circuit magnétique. Les flux magnétiques sont indiqués par des flèches. Les blocs 21, 22, 23 sont séparés l’un de l’autre par deux aimants 26 (un aimant 26 sur chacune des deux faces internes de l’actionneur). Le nombre de blocs peut bien sûr être différent, selon les besoins en termes de force magnétique.
Dans le système magnétique 20 de la , les aimants 8 sont agencés selon une matrice de Halbach. Cet agencement est obtenu en tournant les orientations magnétiques de 90° entre aimants 8 successifs.
Un couplage magnétique fort entre l’actionneur 7 et l’armature ferromagnétique 5 permet de maintenir ces deux composants plaqués de part et d’autre des faces de coulissement 2a, 2b du tube 2. La force d’attraction exercée radialement entre l’actionneur 7 et l’armature ferromagnétique 5 permet de contrebalancer le couple induit par l’arbre de manipulation 6 fixé à l’armature ferromagnétique 5 et la pagaie 11. La résultante 25 de la force radiale exercée entre l’actionneur 7 et l’armature ferromagnétique 5 est illustré dans la .
Dans l’exemple montré sur la , le système magnétique 20 est décentré selon l’axe de l’armature ferromagnétique 5, par rapport à son centre, vers le côté opposé à l’arbre de manipulation 6. En effet, ce décentrage permet de mieux contrebalancer le couple induit par l’arbre de manipulation et la charge utile.
La section intérieure de l’actionneur 7 est adaptée à la section du tube 2. En effet, au moins les deux surfaces internes 9a, 9b munies d’aimants 8 de l’actionneur 7 doivent épouser les faces de coulissement 2a, 2b du tube 2. Dans le mode de réalisation représenté sur la , la section extérieure du tube 2 ainsi que la section intérieure de l’actionneur 7 sont carrées.
De la même manière, la section extérieure de l’armature ferromagnétique 5 est adaptée à la section du boitier tubulaire 2. L’armature ferromagnétique 5 doit être plaquée contre les faces de coulissement 2a, 2b avec au moins les deux faces équipées de roues 10 par la force magnétique radiale. En pratique, l’armature 5 peut remplir complètement la section intérieure du tube 2 tout en laissant un jeu de fonctionnement.
Ainsi, les aimants 8 sont agencés au plus proche de l’armature ferromagnétique 5, permettant d‘obtenir un système magnétique 20 de performance optimale. La distance entre les aimants 8 et l’armature 5 est telle qu’elle permet d’intercaler le tube 2, tout en laissant un espace nécessaire au jeu de fonctionnement ainsi que les roues 10 de l’armature 5 et les roulements 17 de l’actionneur 7.
Le boitier tubulaire 2 peut avoir une section carrée (telle qu’illustré sur les Figures 1 et 2), rectangulaire ou triangulaire, ou même en forme de segment de cercle (c’est-à-dire un triangle avec un côté hémisphérique).
Selon un autre mode de réalisation (non représenté), le dispositif de manipulation selon l’invention comprend une deuxième armature ferromagnétique, agencée dans une pièce de couplage entre la première armature ferromagnétique, telle que décrite ci-dessus, et l’arbre de manipulation. Cette deuxième armature ferromagnétique interagit avec un deuxième actionneur agencé à l’extérieur du boitier tubulaire. Le deuxième actionneur comprend une pluralité d’aimants formant ainsi un système magnétique avec la deuxième armature ferromagnétique. Le deuxième actionneur est configuré pour pouvoir tourner radialement autour du boitier tubulaire. Grâce au couplage magnétique entre les aimants du deuxième actionneur et la deuxième armature ferromagnétique, la pièce de couplage ainsi que l’arbre de manipulation sont entrainés en rotation lorsque le deuxième actionneur est tourné autour du tube.
Grâce à cette conception alternative, le mouvement de translation de l’arbre de manipulation du dispositif décrit ci-dessus peut être couplé à un mouvement de rotation de l’arbre de manipulation. Ainsi, des manipulations plus complexes de l’objet sont possibles.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims (16)

  1. Dispositif (1) de manipulation magnétique, adapté pour manipuler un objet dans un espace de travail, le dispositif (1) comprenant :
    • un boitier tubulaire (2) en matériau non magnétique ou faiblement magnétique, comprenant au moins deux faces adjacentes dites de coulissement (2a, 2b), une première extrémité du boitier tubulaire (2) étant ouverte et en communication avec l’espace de travail,
    • une armature ferromagnétique (5) agencée dans le boitier tubulaire (2) de façon coulissante selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire (2),
    • un arbre de manipulation (6) s’étendant à travers le boitier tubulaire (2), l’arbre de manipulation (6) étant couplé à l’armature ferromagnétique (5) de sorte à pouvoir coulisser vers ou dans l’espace de travail,
    • un actionneur (7) agencé à l’extérieur du boitier tubulaire (2), comprenant une pluralité d’aimants (8) formant un système magnétique (20) avec l’armature ferromagnétique (5), l’actionneur (7) étant configuré pour faire coulisser l’armature ferromagnétique (5) selon l’axe longitudinal du boitier tubulaire (2),
    des surfaces internes (9a, 9b) de l’actionneur (7) et des surfaces externes (5a, 5b) de l’armature ferromagnétique (5) étant configurées pour épouser les au moins deux faces de coulissement (2a, 2b), l’armature ferromagnétique (5) étant configurée pour être plaquée sur les au moins deux faces de coulissement (2a, 2b) du boitier tubulaire (2) par les aimants (8).
  2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section du boitier tubulaire (2) est carrée.
  3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’un outil de manipulation (11) de l’objet est couplé à l’arbre de manipulation (6).
  4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature ferromagnétique (5) comprend aux moins deux roues (10) sur une face posée sur l’une des faces de coulissement (2a, 2b) du boitier tubulaire (2) et au moins un roues (10) sur une autre face posée sur une autre face de coulissement (2a, 2b), de façon à pouvoir rouler sur les faces de coulissement (2a, 2b).
  5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système magnétique (20) comprend une pluralité de circuits magnétiques.
  6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature ferromagnétique (5) comprend un monobloc.
  7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’armature ferromagnétique (5) comprend une pluralité de pièces ferromagnétiques.
  8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’armature ferromagnétique (5) est en fer doux, en acier faiblement allié ou en fer-cobalt.
  9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants (8) sont agencés selon une matrice de Halbach.
  10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants (8) sont en néodyme-fer-bore ou en samarium-cobalt.
  11. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’actionneur (7) comprend des roulettes (17) agencées sur au moins deux de ses surfaces internes (9a, 9b), de façon à pouvoir rouler sur le boitier tubulaire (2).
  12. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’actionneur (7) comprend des paliers agencés sur au moins deux de ses surfaces internes, de façon à pouvoir coulisser sur le boitier tubulaire (2).
  13. Dispositif (1) selon l‘une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’actionneur (7) est constitué d’un manchon agencé tout autour du boitier tubulaire (2) et ayant une section intérieure adaptée à la section du boitier tubulaire (2).
  14. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système magnétique (20) est décentré selon l’axe de l’armature ferromagnétique (5) par rapport à son centre.
  15. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un moteur configuré pour déplacer l’actionneur (7).
  16. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’arbre de manipulation (6) est couplé à l’armature ferromagnétique (5) au moyen d’une pièce de couplage comprenant une deuxième armature ferromagnétique, le dispositif comprenant en outre un deuxième actionneur agencé à l’extérieur du boitier tubulaire (2) et comprenant une pluralité d’aimants formant un système magnétique avec la deuxième armature ferromagnétique, le deuxième actionneur étant configuré pour tourner radialement autour du boitier tubulaire (2), en entrainant la pièce de couplage et l’arbre de manipulation (6) en rotation.
FR2105231A 2021-05-19 2021-05-19 Dispositif de manipulation magnétique Active FR3123016B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2105231A FR3123016B1 (fr) 2021-05-19 2021-05-19 Dispositif de manipulation magnétique
EP22728895.8A EP4341463A1 (fr) 2021-05-19 2022-05-13 Dispositif de manipulation magnétique
US18/558,749 US20240217120A1 (en) 2021-05-19 2022-05-13 Magnetic handling device
PCT/EP2022/063034 WO2022243191A1 (fr) 2021-05-19 2022-05-13 Dispositif de manipulation magnétique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2105231 2021-05-19
FR2105231A FR3123016B1 (fr) 2021-05-19 2021-05-19 Dispositif de manipulation magnétique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3123016A1 true FR3123016A1 (fr) 2022-11-25
FR3123016B1 FR3123016B1 (fr) 2023-05-19

Family

ID=76284059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2105231A Active FR3123016B1 (fr) 2021-05-19 2021-05-19 Dispositif de manipulation magnétique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240217120A1 (fr)
EP (1) EP4341463A1 (fr)
FR (1) FR3123016B1 (fr)
WO (1) WO2022243191A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06232237A (ja) * 1993-02-03 1994-08-19 Hitachi Ltd 磁気カップリング式直進導入機
US20070107739A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-17 Smc Corporation Straight conveying device for vacuum
US20080191155A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Intevac, Inc. Magnetically coupled valve actuator
WO2019063477A1 (fr) * 2017-09-29 2019-04-04 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Dispositif et chambre à vide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06232237A (ja) * 1993-02-03 1994-08-19 Hitachi Ltd 磁気カップリング式直進導入機
US20070107739A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-17 Smc Corporation Straight conveying device for vacuum
US20080191155A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Intevac, Inc. Magnetically coupled valve actuator
WO2019063477A1 (fr) * 2017-09-29 2019-04-04 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Dispositif et chambre à vide

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022243191A1 (fr) 2022-11-24
FR3123016B1 (fr) 2023-05-19
EP4341463A1 (fr) 2024-03-27
US20240217120A1 (en) 2024-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3224500B1 (fr) Mécanisme de vis et écrou à billes
FR2823538A1 (fr) Compresseurs a volutes
EP1156576A1 (fr) Actionneur linéaire ou rotatif
EP0129655B1 (fr) Dispositif d'accouplement à petit débattement pour arbres oscillants
FR2464114A1 (fr) Dispositif pour le realesage d'arbres creux
EP1523630B8 (fr) Actionneur mecanique incluant un ecrou a cames helicoidales
FR2605691A1 (fr) Joint homocinetique double
FR3123016A1 (fr) Dispositif de manipulation magnétique
FR2737915A1 (fr) Reducteur de vitesse a engrenages epicycloidaux et procede d'usinage pour broche de support pour satellite epicycloidal d'un tel reducteur
FR2631612A1 (fr) Dispositif d'aiguillage pour tuyaux pour installations de transport pneumatique de matieres en vrac
EP0634234B1 (fr) Dispositifs de rainurage de tubes
FR2522763A1 (fr) Reducteur de vitesse
EP3047939B1 (fr) Outil de rodage d'une surface externe d'un tube cylindrique droit
FR2702696A1 (fr) Dispositif antivibratile.
EP2948568B1 (fr) Cellule de trempe sous gaz
FR2467318A1 (fr) Palier a fluide magnetique ou ferro-fluide, son procede de fabrication, procede d'aimantation d'une structure ferromagnetique cylindrique et aimant permanent comportant une telle structure
EP2786845B1 (fr) Outil électroportatif
FR3067633B1 (fr) Dispositif de prehension pour une piece de turbomachine
FR2668084A1 (fr) Dispositif de prehension magnetique.
FR2738603A1 (fr) Glissiere a billes
EP3595843B1 (fr) Electro-broche compacte
FR2812138A1 (fr) Rotor feuillete pour frein a courants de foucault et dispositif comportant un tel rotor
FR2802591A1 (fr) Vilebrequin mecano-soude et son procede de fabrication
EP2046530B1 (fr) Boitier d'outil de galetage a largeur reglable
FR3120001A1 (fr) Outil d’assemblage d’un synchroniseur de boîte de vitesses

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20221125

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4