JP2005274176A

JP2005274176A - 磁気結合式回転導入機

Info

Publication number: JP2005274176A
Application number: JP2004083921A
Authority: JP
Inventors: Akio Emori; 昭夫江森
Original assignee: HIGH METAL KOGYO KK
Current assignee: HIGH METAL KOGYO KK
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06
Also published as: TW200532175A; KR20050094731A

Abstract

【課題】特殊環境下で使用できる、センシング方法を開発する。
【解決手段】以下の部材で構成される磁気結合式回転導入機１であり、密閉可能に設けられたケースの外側に設けられ、回転する磁石片１１９を備えたヨーク１２１に接続された回転軸１０３と、密閉可能に設けられたケース１０９の内側で回転する磁石片が発生する磁場により回転する磁力線作用部を軸支する出力回転軸と、回転出力軸に取付けられた回転信号出力手段と、回転信号出力手段からの信号を検出するケースの外側に設けられた信号検出手段。回転信号出力手段は、磁性部材が回転出力軸に１箇所または複数箇所設けられている。
【選択図】図１

Description

真空下等の特殊環境下で製造等を行う装置の駆動部に関する。詳細には、半導体デバイス製造装置や電子部品製造装置等の駆動部の磁気結合式回転機構に関する。

真空下等の特殊環境下で製造等を行う装置の駆動部に用いられる回転導入機について、回転力（トルク）の伝達方式には、例えば、磁気結合式、ベローズシール式、Ｏリングシール式、磁性流体シール式等がある。これら回転導入機は、装置の仕様、製造物等を考慮した上で、どのタイプを使用するかが決定される。ところが、ベローズシール式、Ｏリングシール式、磁性流体シール式には下記の問題点がある。

(1)ベローズシール式では、ベローズの寿命によって、発生トルクが制限される可能性がある。
(2)Ｏリングシール式では、潤滑グリスが介在するため雰囲気が汚染される可能性がある。
(3)磁性流体シール式でも、シール用オイルが介在するため雰囲気が汚染される可能性がある。

上記理由により、高真空下（パーティクル等を嫌う清浄真空下）で用いられる半導体製造装置や電子部品製造装置等には磁気結合式回転導入機が適合しているため、かなりの台数が用いられてきた。

図６には、従来の磁気結合式回転導入機１０１の例を示した。回転出力軸１０３は、永久磁石の磁気作用により回転する磁力線作用部１０５を備え、ベアリング１０７により回転可能に軸支されている。回転出力軸１０３および磁力線作用部１０５は、使用時に真空雰囲気１１１を維持させる必要がある。そのため、回転出力軸１０３および磁力線作用部１０５を収納したケース１０９を容器隔壁１１３に取付け、両者の間にシール１１７を設けて大気雰囲気１１５から遮断する。

ケース１０９に収納された磁力線作用部１０５のケース１０９を挟む大気雰囲気１１１の外側周囲には、回転伝達用磁石片１１９が取付けられた電磁軟鉄製のヨーク１２１が配設されている。かかる構造により、ヨーク１２１は、駆動源接続軸１２３と一体となってベアリング１２５に軸支され、図示しないモータ等に接続されて回転される。係る構造により、ヨーク１２１の回転に同期して回転出力軸１０３が回転し、回転出力軸１０３を通してトルクが伝達される。
特開平１１−２５４５号公報

図７（ａ）の正面断面図および図７（ｂ）の側面断面図を用いて、従来例の磁気結合式回転導入機１０１を用いた操業例について説明する。磁気結合式回転導入機１０１は、カップリングによってモータに連結されており、モータの回転に同期して回転する回転出力軸はピニオンギア１３３に連結されている。搬送板１３９には、ピニオンギア１３３に噛合し、ピニオンギア１３３の回転によって左右方向１４３に移動するラック１３５が取付けられている。すなわち、回転出力軸の回転により、ワーク１４１を載せた搬送板１３９が軸受け１３７を介し図面の左右方向１４３に移動する。

ところで、磁気結合式回転導入機１０１は、機械的にトルクを外部から伝達するための接合部は備えず、回転磁力を利用してトルクを伝達する機構を用いている。このため、何らかの原因により、磁気結合式回転導入機１０１の大気雰囲気１１５側に接続されるモータ１３１等の駆動源との同期が一致しない状況が発生する可能性がある。一般に脱調と呼ばれている現象であり、真空雰囲気１１１側の回転出力軸１０３の回転の遅れや停止等が起きる現象である。

この現象を回避するためには、図７（ｂ）に示したように、例えば、ワーク位置決めセンサや駆動確認センサ等の位置センサ１４７を設けて、例えば、搬送板１３９またはラック１３５等の作動状態を常に確認する必要がある。しかし、真空雰囲気１１１という特殊環境でもあるため、設けるセンサが高価となり、設計も煩雑になって付随費用が増大しコストアップの要因となっている。

前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、以下部材で構成されることを特徴とする磁気結合式回転導入機である。
（ａ）密閉可能に設けられたケースの外側に設けられ、回転する磁石片を備えたヨークに接続された回転軸と、
（ｂ）前記密閉可能に設けられたケースの内側で前記回転する磁石片が発生する磁場により回転する磁力線作用部を軸支する出力回転軸と、
（ｃ）前記回転出力軸に取付けられた回転信号出力手段と、
（ｄ）前記回転信号出力手段からの信号を検出する前記ケースの外側に設けられた信号検出手段。

本発明の第２の態様は、前記回転信号出力手段は、磁性部材が回転出力軸に１箇所または複数箇所設けられていることを特徴とする磁気結合式回転導入機である。

本発明の第３の態様は、前記信号検出手段は、前記磁性部材が近づいた際に感応する磁気センサであることを特徴とする磁気結合式回転導入機である。

本発明の第４の態様は、前記回転信号出力手段は、光透過性の材質を用いたケースの場合には光反射板であり、前記信号検出手段は反射された光を検出する光センサを用いることを特徴とする磁気結合式回転導入機である。

本発明の第５の態様は、前記ケースの外側が大気であり、その内側は真空又は高純度の特殊雰囲気であることを特徴とする磁気結合式回転導入機である。

本発明の第６の態様は、前記記載の磁気結合式回転導入機が、前記信号検出手段の信号をモニタして回転の異常動作の監視および／または正常動作の復帰を行う制御システムを備えていることを特徴とする回転導入機である。

本発明の磁気結合式回転導入機を用いることにより以下の効果が望める。
第１に、磁気センサの信号をモニタすることにより正常運転しているかの判断が可能となる。
第２に、制御用のコンピュータ等を用いて磁気センサ信号からモータを制御し、異常動作を正常動作に戻すことが可能となる。
第３に、被駆動物側にて位置センサ等を設置する場合、高真空条件など装置仕様上困難な場合が多い。例えば、高温の加熱物を被駆動物とした場合、これをセンシングすることは、センサの種類、配線の種類や材料、配線の引き回し等非常に煩雑であるが、本発明の磁気結合式回転導入機を用いることにより簡単になる。
第４に、本発明の磁気結合式回転導入機を用いることにより、従来方法で同性能の機能を実現する場合に比較して、コストは数十分の一以下になる。特に、装置側設計工数の削減効果は非常に高く、装置全体の信頼性も飛躍的に高くなる。

図１を用いて、本発明の磁気結合式回転導入機について説明する。本発明では、回転出力軸１０３の回転体５にセンサ用のマグネットピース３が備えられている。ケース１０９の外側には、回転体５の回転とともに回転するマグネットピース３の接近により感応する磁気センサ７が設けられている。

図２には、マグネットピース３と一体となって回転する回転体５の断面形状を示した。マグネットピース３は回転体５に１箇所または複数個のマグネットが取付けられたものである。取付け方法には、回転体５に設けた穴にマグネットピース３を嵌合させる等の方法がある。他の方法としては、例えば、ネジ止めがある。

マグネットピース３とケース１０９との間には、接触させないためにクリアランスを設ける。そのため、回転体５の直径とクリアランスの寸法に応じて、回転体に設けたマグネットピースの寸法を適宜変える。

ケース１０９の外側にとりつけた磁気センサ７には、マグネットピース３が近づいた際に感応する磁気センサを用いており、回転出力軸１０３の回転状態が検出できる。マグネットピースを複数設けた場合には、より緻密な検出が可能となる。

ケース１０９の材質には、非磁性ステンレス鋼、アルミニウム、ガラス、樹脂、例えばアクリル樹脂等が用いられる。従って、ケースの材質にガラス、樹脂等の透明素材を選択した場合には、マグネットピースの換わりに反射板９等を取付け、反射した光を検出するセンサを設けることにより上記目的が達成できる。センサとしては、フォトセンサを用いることができる。要は回転出力軸１０３の回転を常時検出でき、高真空雰囲気または大気雰囲気を嫌う特殊条件に耐え、かつ雰囲気の汚染源とならなければ上記目的を達成できる。

図３（ａ）の正面断面図および図３（ｂ）の側面断面図を用いて、本発明例の磁気結合式回転導入機１０１を用いた操業例について説明する。磁気結合式回転導入機１０１は、カップリングによってモータに連結されており、モータの回転に同期して回転する回転出力軸はピニオンギア１３３に連結されている。搬送板１３９には、ピニオンギア１３３に噛合し、ピニオンギア１３３の回転によって左右に移動するラック１３５が取付けられている。すなわち、回転出力軸の回転により、ワーク１４１を載せた搬送板１３９が軸受け１３７上で図面の左右に移動する。

本発明では、図７に示したような、例えば、ワーク位置決めセンサ、駆動確認センサ等の位置センサ１４７を設けて、搬送板１３９の作動状態を常に確認する必要がない。

本発明例の磁気結合式回転導入機１０１を用いた他の実施例について説明する。図４には、清浄な大気またはアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気のチャンバーでワーク１４１を加熱等する場合における適用例を示した。磁気結合式回転導入機１０１は、カップリングによってモータに連結されており、モータの回転に同期して回転する回転出力軸は対流発生用ファン１５１に連結されている。本設備は、加熱室１５７でワーク１４１を均一に加熱し、加熱後ゲートバルブ１５５を通ってワーク加工用の特殊環境室１５９に移動する。

対流発生用ファン１５１が停止するとワーク１４１の温度分布むらが発生し製品には欠陥が生じるので、ファン１５１を常に回転させて温度を常に均一に保つ必要がある。従って、回転導入機軸が常に回転していることを必ず確認する必要がある。現有の装置では、モータ側１３１にエンコーダ等の回転検出器を取付けて確認しているがこれは間接的に回転を確認しているだけであるが、本発明の磁気結合式回転導入機を設けることにより、前記効果をもたらすことができる。もちろん、磁気結合式回転導入機はワークを搬送する搬送板１３９の駆動用に用いて良い。

図５に示したフローチャートにより、図４に示した本発明の磁気結合式回転導入機を用いた実施例について説明する。まず、ワーク設置１６３では、ワーク１４１を密閉容器１４９内の搬送板１３９上に設置する。ついで、加熱・回転検出開始１６５では、密閉容器内に設けられたヒータ１５３による加熱開始とともに、対流発生用ファン１０１の回転を開始し、本発明の磁気結合式回転導入機１０１のセンサによるモニタを開始する。

設定温度・回転検出異常なし１６７では、センサモニタで加熱温度、あるいは対流発生用ファンの回転数等を検出し、異常の場合には警報等を発するとともに、適切な対処手段をとる。異常がない場合、均一に加熱されたワーク１４１をゲートバルブ１５５を通してワーク加工用の特殊環境室１５９に移動させる。ついで、特殊環境室１５９内でワークの加工処理開始１７１を行う。

すなわち、本発明の磁気結合式回転導入機を用いることにより、磁気センサの信号をモニタして正常運転しているかの判断が可能となった。また、制御用のコンピュータ等を用いて磁気センサ信号からモータを制御し、異常動作を正常動作に戻すことが可能となる。

高温、高真空等の条件が必要な室内に位置センサを設けるとなると、仕様上困難な場合が多い。例えば、高温の加熱物を被駆動物とした場合、これをセンシングすることは、センサの種類、配線の種類や材料、引き回し等非常に煩雑であるが、本発明の磁気結合式回転導入機を用いることで、仕様がシンプルとなる。そのため、コストは従来法に比べ数十分の一以下になる。特に、装置側設計工数の削減効果は非常に高く、装置全体の信頼性も飛躍的に高くなる。

高真空下（パーティクル等を嫌う清浄真空下）あるいは特殊ガス雰囲気で用いられる、例えば、半導体製造装置、電子部品製造装置等に用いられる。

本発明の磁気結合式回転導入機の例である本発明の、マグネットピースを取付けた回転体の断面形状である。本発明の、磁気結合式回転導入機を用いた例である。本発明の、磁気結合式回転導入機を用いた例である。本発明の、磁気結合式回転導入機を用いた例である。従来例の磁気結合式回転導入機を示した。従来例の磁気結合式回転導入機を用いた例である

符号の説明

１磁気結合式回転導入機
３マグネットピース
５回転体
７磁気センサ
９反射板
１０１磁気結合式回転導入機
１０３回転出力軸
１０５磁力線作用部
１０７ベアリング
１０９ケース
１１１真空雰囲気
１１３容器隔壁
１１５大気雰囲気
１１７シール
１１９磁石片
１２１ヨーク
１２３駆動源接続軸
１２５ベアリング
１３３ピニオンギア
１３５ラック
１３７軸受け
１３９搬送板
１４１ワーク
１４３左右方向
１４５回転方向
１４７位置センサ
１４９密閉容器
１５１対流発生用ファン
１５３ヒータ
１５５ゲートバルブ
１５７加熱室
１５９特殊環境室
１６１ワーク移動方向
１６３ワーク設置
１６５加熱・回転検出開始
１６７設定温度・回転検出異常なし
１６９ワーク移動
１７１加工処理開始

Claims

以下部材で構成されることを特徴とする磁気結合式回転導入機。
（ａ）密閉可能に設けられたケースの外側に設けられ、回転する磁石片を備えたヨークに接続された回転軸と、
（ｂ）前記密閉可能に設けられたケースの内側で前記回転する磁石片が発生する磁場により回転する磁力線作用部を軸支する出力回転軸と、
（ｃ）前記回転出力軸に取付けられた回転信号出力手段と、
（ｄ）前記回転信号出力手段からの信号を検出する前記ケースの外側に設けられた信号検出手段。
前記回転信号出力手段は、磁性部材が回転出力軸に１箇所または複数箇所設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気結合式回転導入機。
前記信号検出手段は、前記磁性部材が近づいた際に感応する磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の磁気結合式回転導入機。
前記回転信号出力手段は、光透過性の材質を用いたケースの場合には光反射板であり、前記信号検出手段は反射された光を検出する光センサを用いることを特徴とする請求項１記載の磁気結合式回転導入機。
前記ケースの外側が大気であり、その内側は真空又は高純度の特殊雰囲気であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気結合式回転導入機。
更に、請求項１〜４のいずれかに記載の磁気結合式回転導入機が、前記信号検出手段の信号をモニタして回転の異常動作の監視および／または正常動作の復帰を行う制御システムを備えていることを特徴とする回転導入機。