JP2015121265A - Magnetic fluid bearing device and vacuum chamber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁性流体軸受装置並びに真空チャンバに関するものである。 The present invention relates to a magnetic fluid bearing device and a vacuum chamber.
例えば真空装置内部に配設される回転機構の真空シール等を行う、相対回転する内側部材及び外側部材間に形成される隙間を磁性流体シールにより封止する磁性流体軸受が知られている。なお、磁性流体シールは一般的には、内側部材の外周面に軸方向に複数並設された環状突部と、この環状突部の外側に配置される環状のポールピースと、これらの間に介在する磁性流体とで構成される。 For example, there is known a magnetic fluid bearing that seals a gap formed between a relatively rotating inner member and an outer member with a magnetic fluid seal, which performs vacuum sealing of a rotating mechanism disposed inside the vacuum device. In general, the magnetic fluid seal has a plurality of annular protrusions arranged in parallel in the axial direction on the outer peripheral surface of the inner member, an annular pole piece arranged outside the annular protrusion, and a gap between them. It consists of intervening magnetic fluid.
ところで、従来の磁性流体軸受の磁性流体シールは、特許文献1等に開示されるように、ラジアル軸受で支持された軸のシールを目的として設けられている。 By the way, the magnetic fluid seal of the conventional magnetic fluid bearing is provided for the purpose of sealing the shaft supported by the radial bearing as disclosed in Patent Document 1 and the like.
そのため、偏角を伴うラジアル荷重には対応できず、例えば、内側部材と外側部材との間に偏角を伴う多大なラジアル荷重が加わると、ラジアル軸受に過大な負荷がかかり、この負荷を受け切れないためにポールピースと環状突部との間のクリアランスが保持できず、その結果、ポールピースと環状突部との間から磁性流体が消失してシール性能が低下する可能性がある。 For this reason, a radial load with a declination cannot be accommodated.For example, if a large radial load with a declination is applied between the inner member and the outer member, an excessive load is applied to the radial bearing, and this load is received. Since it does not break, the clearance between the pole piece and the annular protrusion cannot be maintained. As a result, the magnetic fluid may disappear from between the pole piece and the annular protrusion, and the sealing performance may be deteriorated.
特に、例えば特許文献2に開示されるように、真空チャンバ内に、真空領域とは隔離される大気領域を形成する大気ボックスを、ガイド機構によって直線運動可能に設け、この大気ボックスと外部からこの大気ボックス内に配線や配管を導入するために内部を中空とした大気アームを介して大気ボックスと真空チャンバとを連結した真空装置における前記大気アームを構成する各アームの連結部分等に磁性流体軸受を使用した場合、以下の問題点を生じる。
In particular, as disclosed in
即ち、数メートルの大きさの真空装置では、ガイド機構、大気アーム及び真空チャンバを夫々厳密に平行に組み立てることが困難となり、また、真空チャンバを減圧した際に、アームや真空チャンバに変形が生じる。そのため、これらの影響により、大気ボックスや大気アームを移動させた場合、各連結部分の磁性流体軸受に偏角を伴うラジアル荷重がかかり、磁性流体シールが破損する場合がある。 That is, in a vacuum device having a size of several meters, it is difficult to assemble the guide mechanism, the atmospheric arm, and the vacuum chamber in exactly parallel with each other, and when the vacuum chamber is decompressed, the arm and the vacuum chamber are deformed. . For this reason, when the atmospheric box or the atmospheric arm is moved due to these effects, a radial load with a declination is applied to the magnetic fluid bearing of each connecting portion, and the magnetic fluid seal may be damaged.
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、偏角を伴うラジアル荷重が加わっても、内側部材と外側部材とが相対的に球面運動して負荷を良好に受けることができ、各部材間のクリアランスを保持できる磁性流体軸受装置並びに真空チャンバを提供することを目的としている。 The present invention was made in view of the current situation as described above, and even when a radial load with a declination is applied, the inner member and the outer member can be relatively spherically moved to receive the load satisfactorily. It is an object of the present invention to provide a magnetic fluid bearing device and a vacuum chamber that can maintain a clearance between members.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
内側部材1とこの内側部材1に軸方向を揃えて回転可能に被嵌される外側部材2とから成り、前記内側部材1の球状凸面とした外周面3とこの球状凸面と対向する球状凹面とした前記外側部材2の内周面4との間に複数の転動体5を配設して、前記内側部材1と前記外側部材2とを前記球状凸面及び前記球状凹面に沿って相対的に球面運動可能に構成し、前記内側部材1と前記外側部材2との間に形成された外側に凸湾曲する湾曲状間隙を封止する磁性流体シールを設けたことを特徴とする磁性流体軸受装置に係るものである。
An inner member 1 and an
また、前記磁性流体シールは、前記内側部材1の外周面3若しくは前記外側部材2の内周面4にその軸方向に複数並設された環状突部6と、前記外側部材2の内周面4若しくは前記内側部材1の外周面3に設けられ前記湾曲状間隙を挟んで前記環状突部6に対向するポールピース7と、このポールピース7と前記環状突部6との間に介在する磁性流体8とで構成し、前記環状突部6及び前記ポールピース7の各対向面形状は、これら環状突部6及びポールピース7が夫々設けられる前記内側部材1の外周面3の球状凸面形状及び前記外側部材2の内周面4の球状凹面形状に沿う形状に設定したことを特徴とする請求項1記載の磁性流体軸受装置に係るものである。
The magnetic fluid seal includes a plurality of
また、前記内側部材1と前記外側部材2との相対移動量を、前記磁性流体シールによる封止が破られない範囲に制限する相対移動量制限部を備えたことを特徴とする請求項1,2のいずれか1項に記載の磁性流体軸受装置に係るものである。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a relative movement amount limiting unit that limits a relative movement amount between the inner member 1 and the
また、前記内側部材1と前記外側部材2との間に、周方向に配列する複数の前記転動体5から成る転動体列を軸方向に複数並設し、この転動体列の間に前記磁性流体シールを設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁性流体軸受装置に係るものである。
Further, a plurality of rolling element rows each including a plurality of
また、真空チャンバ9内を移動する大気室10と、第1の連接腕12と第2の連接腕13とを有する大気連接腕11とを備えた真空チャンバであって、
前記第1の連接腕12と前記真空チャンバ9の側面とは、第1の回動連結部によって接続され、
前記第1の連接腕12と前記第2の連接腕13とは、第2の回動連結部によって接続され、
前記第2の連接腕13と前記大気室10とは、第3の回動連結部によって接続され、
少なくとも前記第2の回動連結部は、請求項1〜4のいずれか1項に記載された磁性流体軸受装置を備えることを特徴とする真空チャンバに係るものである。
A vacuum chamber comprising an
The first connecting
The first connecting
The second connecting
At least the second rotation connecting portion includes the magnetic fluid bearing device according to any one of claims 1 to 4, and relates to a vacuum chamber.
本発明は上述のように構成したから、偏角を伴うラジアル荷重が加わっても、内側部材と外側部材とが相対的に球面運動して負荷を良好に受けることができ、各部材間のクリアランスを保持できる磁性流体軸受装置並びに真空チャンバとなる。 Since the present invention is configured as described above, even when a radial load with a declination is applied, the inner member and the outer member can be relatively spherically moved to receive the load satisfactorily, and the clearance between each member The magnetic fluid bearing device and the vacuum chamber can be held.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 An embodiment of the present invention which is considered to be suitable will be briefly described with reference to the drawings showing the operation of the present invention.
内側部材1と外側部材2との間に偏角を伴うラジアル荷重が加わった際、内側部材1と外側部材2とが転動体5を介して相対的に球面運動して負荷を良好に受けることができ、各部材間のクリアランスが保持される。
When a radial load with a declination is applied between the inner member 1 and the
このような偏角を伴うラジアル荷重が発生する要因としては、真空チャンバの変形によるものや組み立て時の誤差によるものがある。 Factors that cause such a radial load with a declination include a deformation of the vacuum chamber and an error during assembly.
例えば、図1に図示したように、真空チャンバ9内に、基板を吸着するものであって真空領域とは隔離される大気領域を形成する大気室10を設ける場合、外部からこの大気室10内に配線や配管を導入するために内部を中空とした大気連接腕11を介して大気室10と真空チャンバ9とを連結する。この大気連接腕11は、ガイド機構によりガイドされて水平移動する大気室10の移動に追従するために(図2参照)、複数の連接腕を回動自在に連結して構成されている。ここで、真空チャンバ9内を減圧し真空状態とした際には、図3に図示したように、真空チャンバ9の壁部が内方に撓み、大気連接腕11の回動連結部Aに偏角を伴うラジアル荷重が作用する。
For example, as shown in FIG. 1, when an
この際、本発明を大気連接腕11の回動連結部Aに適用していれば、真空チャンバ9の撓みにより当該回動連結部Aに偏角を伴うラジアル荷重が作用しても、図3,4に図示したように、内側部材1と外側部材2とが内側部材1の球状凸面及び外側部材2の球状凹面に沿って相対的に球面運動してこの偏角を伴うラジアル荷重は良好に受けられ、よって、例えば磁性流体シールを構成する環状突部6とポールピース7との間の湾曲状間隙を保持することができ、当該湾曲状間隙から磁性流体8が消失することによる真空シール性能の低下を阻止できることになる。また、真空チャンバ9の変形等の外力による負荷を吸収することができ、シール部の性能維持及び軸受寿命の延長を図ることができる。
At this time, if the present invention is applied to the rotation connecting portion A of the atmosphere connecting arm 11, even if a radial load with a declination acts on the rotation connecting portion A due to the bending of the
また、組み立て時の誤差の影響で偏角を伴うラジアル荷重が加わっても、その影響を低減することができ、即ち、組立調整範囲の許容値を大きく設定でき、それだけ組立調整が容易なものとなる。 In addition, even if a radial load with a declination is applied due to the effects of errors during assembly, the effects can be reduced, that is, the allowable value of the assembly adjustment range can be set large, and the assembly adjustment can be made easier. Become.
また、例えば、内側部材1と外側部材2の相対移動量を、磁性流体シールによる封止が破られない範囲に制限する相対移動量制限部を備える構成とした場合には、一層確実にシール作用の低下を阻止できるものとなる。
Further, for example, when the relative movement amount of the inner member 1 and the
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、円環状の内側部材1とこの内側部材1に軸方向を揃えて回転可能に被嵌される円環状の外側部材2とから成る磁性流体軸受装置であり、真空成膜装置の真空チャンバ9内の大気室10への配線を外部から導入するための大気連接腕11の回動連結部A(第2の回動連結部)に設けている。
The present embodiment is a ferrofluid bearing device comprising an annular inner member 1 and an annular
なお、図1、3、4では大気室10と大気連接腕11との回動連結部24(第1の回動連結部)及び真空チャンバ9と大気連接腕11との回動連結部25(第3の回動連結部)には、一般的な磁性流体軸受を採用しているが、前記円環状の内側部材1とこの内側部材1に軸方向を揃えて回転可能に被嵌される円環状の外側部材2とから成る磁性流体軸受装置を採用しても良い。
1, 3, and 4, the rotation connecting portion 24 (first rotation connecting portion) between the
具体的には、本実施例は、前記内側部材1の球状凸面とした外周面3とこの球状凸面と対応する球状凹面とした前記外側部材2の内周面4との間に複数の転動体5を配設して、前記内側部材1と前記外側部材2とを前記球状凸面及び前記球状凹面に沿って相対的に球面運動可能に構成し、前記内側部材1と前記外側部材2との間に形成された外側に凸湾曲する湾曲状間隙を封止する磁性流体シールを設けている。
Specifically, in this embodiment, a plurality of rolling elements are provided between the outer
また、図1、2では真空チャンバ9の側面に大気連接腕11を設置しているが、この大気連接腕11は真空チャンバ9の上面側や下面側に設けることも可能である。
1 and 2, the atmosphere connecting arm 11 is provided on the side surface of the
前記磁性流体シールは、前記内側部材1の外周面3にその軸方向に複数並設された環状突部6と、前記外側部材2の内周面4に設けられ前記湾曲状間隙を挟んで前記環状突部6に対向するポールピース7と、このポールピース7と前記環状突部6との間に介在する磁性流体8とで構成している。環状突部6は、内側部材1の外周面3に溝部を周設することで形成している。また、図4中、符号22は永久磁石、23はOリングである。本実施例の外側部材2は分割体で構成し、分離状態でOリング23付きポールピース7及び永久磁石22を組み込んだ後、一体化している。
The magnetic fluid seal is provided on the outer
そして、前記環状突部6及びポールピース7の対向面形状は、これら環状突部6及びポールピース7が夫々設けられる前記内側部材1の外周面3の球状凸面形状及び前記外側部材2の内周面4の球状凹面形状に沿う形状に設定している。
And the opposing surface shape of the said
具体的には、前記各環状突部6の対向面形状は、内側部材1の外周面3の球状凸面形状に沿う形状、即ち、内側部材1の全体として球状凸面を成す外周面3の外形状に合致する曲面形状としている。また、前記ポールピース7の対向面形状は、外側部材2の内周面4の球状凹面形状に沿う形状、即ち、外側部材2の全体として球状凹面を成す内周面4の外形状に合致する曲面形状としている。
Specifically, the opposing surface shape of each
なお、本実施例では、内側部材1の全体として球状凸面を成す外周面3及び外側部材2の全体として球状凹面を成す内周面4の外形状に、環状突部6及びポールピース7の対向面が夫々合致するように(略面一となるように)構成しているが、曲面運動を阻害しないのであれば、環状突部6及びポールピース7の対向面が多少突出若しくは没入していても良い。
In this embodiment, the outer
また、環状突部6及びポールピース7は、対向した位置に設けられれば良く、内側部材1の外周面3に環状突部6が設けられ外側部材2の内周面4にポールピース7が設けられても、あるいは、内側部材1の外周面3にポールピース7が設けられ外側部材2の内周面4に環状突部6が設けられても良い。また、複数並設された環状突部6は、図4では夫々が平行となるように設けられているが、設けられる球状凸面若しくは球状凹面に対して垂直になるように設けても良い。
Further, the
また、大気連接腕11は、下方側の第1の連接腕12と上方側の第2の連接腕13とを回動自在に連結して構成し、この第1の連接腕12と第2の連接腕13との回動連結部Aに本実施例を設けている。
The atmosphere connecting arm 11 is configured by rotatably connecting a first connecting
具体的には、内側部材1は第1の連接腕12と連結され、外側部材2は第2の連接腕13と連結され、第1の連接腕12の内部の中空部と第2の連接腕13の内部の中空部を封止状態で連通するように構成している。従って、各連接腕12・13の内部及び大気室10の内部は大気圧に維持される。本実施例においては、第1の連接腕12は後述する相対移動量制限体15を介して内側部材1にネジ等で連結されている。また、第2の連接腕13は外側部材2の取付フランジ14にネジ等で連結されている。
Specifically, the inner member 1 is connected to the first connecting
また、本実施例は、前記内側部材1と前記外側部材2との相対移動量を、前記磁性流体シールによる封止が破られない範囲に制限する相対移動量制限部を備えている。
In addition, this embodiment includes a relative movement amount limiting unit that limits the relative movement amount between the inner member 1 and the
具体的には、円盤状で内側部材1の内部と連通する中央孔16を有する基部17と、この基部17の中央孔16の周囲から立ち上がり内側部材1の内周面18に嵌合する筒部19とから成る相対移動量制限体15を、内側部材1の両端に、内側部材1の両端面と基部17が夫々密着するように設けている。
Specifically, a
この相対移動量制限体15の基部17の外周端部には、外側部材2の両端部に夫々設けた当接面20と対向する対向当接面21を設け、この対向当接面21に外側部材2の当接面20が当接することで、それ以上の相対移動が阻止される構成としている。本実施例においては、外側部材2の外周面4の両端部に段部を設け、この段部の垂直面を当接面20に設定している。従って、段部の形成幅により相対移動量を適宜設定できる。
At the outer peripheral end of the
また、転動体5は、外側部材2の内周面4若しくは内側部材1の外周面3または双方に設けた転動体5を保持する転動体保持溝により保持する構成としている。本実施例においては、内側部材1の外周面3に角溝状の転動体保持溝26を周設し、この転動体保持溝26と外側部材2の内周面4とで転動体5が保持される構成としている。なお、転動体5同士の間隔を保持するスペーサを各転動体5間に設けても良い。
Further, the rolling
また、本実施例は、外側部材2と内側部材1との間に、周方向に配列する複数の転動体5から成る転動体列(前記転動体保持溝26)を軸方向に複数(本実施例では2つ)並設し、この転動体列(前記転動体保持溝26)の間に前記磁性流体シールを設けている。
Further, in this embodiment, a plurality of rolling element rows (the rolling element holding grooves 26) composed of a plurality of rolling
以上から、本実施例によれば、内側部材1と外側部材2との間に偏角を伴うラジアル荷重が加わっても、磁性流体シールを構成する環状突部6とポールピース7との間の湾曲状間隙を保持することができ、当該湾曲状間隙から磁性流体8が消失することによる真空シール性能の低下を阻止できることになる。また、真空チャンバ9の変形等の外力による負荷を吸収することができ、シール部の性能維持及び軸受寿命の延長を図ることができる。
From the above, according to the present embodiment, even when a radial load with a declination is applied between the inner member 1 and the
また、組み立て時の誤差の影響で偏角を伴うラジアル荷重が加わっても、その影響を低減することができ、即ち、組立調整範囲の許容値を大きく設定でき、それだけ組立調整が容易なものとなる。 In addition, even if a radial load with a declination is applied due to the effects of errors during assembly, the effects can be reduced, i.e., the tolerance of the assembly adjustment range can be set large, and the assembly adjustment can be made easier. Become.
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。 Note that the present invention is not limited to this embodiment, and the specific configuration of each component can be designed as appropriate.
1 内側部材
2 外側部材
3 外周面
4 内周面
5 転動体
6 環状突部
7 ポールピース
8 磁性流体
9 真空チャンバ
10 大気室
11 大気連接腕
12 第1の連接腕
13 第2の連接腕
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Atmospheric chamber
11 Atmospheric articulated arms
12 First articulated arm
13 Second articulated arm
Claims (5)
前記第1の連接腕と前記真空チャンバの側面とは、第1の回動連結部によって接続され、
前記第1の連接腕と前記第2の連接腕とは、第2の回動連結部によって接続され、
前記第2の連接腕と前記大気室とは、第3の回動連結部によって接続され、
少なくとも前記第2の回動連結部は、請求項1〜4のいずれか1項に記載された磁性流体軸受装置を備えることを特徴とする真空チャンバ。 A vacuum chamber comprising an atmospheric chamber moving in the vacuum chamber, and an atmospheric connecting arm having a first connecting arm and a second connecting arm,
The first connecting arm and the side surface of the vacuum chamber are connected by a first rotation connecting portion,
The first connecting arm and the second connecting arm are connected by a second rotation connecting portion;
The second connecting arm and the atmosphere chamber are connected by a third rotation connecting portion,
The vacuum chamber characterized in that at least the second rotation connecting portion includes the magnetic fluid bearing device according to any one of claims 1 to 4.
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