JP2024060469A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転伝達装置としての装置構成を従来よりも小型化できるようにする。【解決手段】所定方向に延びる軸体と、前記軸体を軸線周りに包囲するように設けられ、前記軸体による軸線周りの回転に従動するロータと、前記軸体を軸線周りに前記ロータよりも外側で包囲するように設けられた円筒状のハウジングと、前記軸体を軸線周りに前記ハウジングに沿って包囲し、かつ、前記ロータと内外方向に対向する位置関係で設けられ、前記ハウジングに対して固定されたステータと、軸線方向に沿った所定の支持位置において、前記軸体を前記ハウジングに対して軸線周りに回転可能となるように支持する軸受けと、軸線方向に沿った所定のシール位置において、軸線周りの全周にわたり前記軸体と前記ハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、前記シール位置で前記ハウジングに包囲された内部空間を塞ぐ磁性流体シールと、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、回転対象物に回転を伝達する回転伝達装置に関する。

従来から、半導体を製造する過程などのように、減圧された閉鎖空間内で回転対象物を回転させつつ加工を実施するといったことが行われている。ここで、回転対象物を回転させるための動力は、閉鎖空間を区画する隔壁を介して外部から伝達させることが一般的であり、例えば、駆動軸の回転を磁気により非接触で従動軸に伝達可能なマグネットカップリングの使用が提案されている（特許文献１参照）。

これであれば、マグネットカップリングの駆動軸を隔壁の外側に配置し、従動軸を隔壁の内側に配置したうえで、隔壁の外側からモータで駆動軸を回転させることによって、この回転を従動軸経由で内部にある回転対象物にまで伝達することができる。回転を非接触で伝達できるため、閉鎖空間が外側と通じてしまうこともなく、減圧状態を維持できる。

特許第６４７５０６２号

しかし、この構成は、隔壁の外側にマグネットカップリングの駆動軸を配置し、この駆動軸を回転させるべくモータを連結するというものであり、回転およびその伝達という２つの機能を別々の装置で実現しているため、装置構成が大きくなりやすく、その設置場所などが制約されてしまうという課題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転伝達装置としての装置構成を従来よりも小型化できるようにすることである。

上記課題を解決するため第１局面の回転伝達装置は、所定方向に延びる軸体と、前記軸体を軸線周りに包囲するように設けられ、前記軸体による軸線周りの回転に従動するロータと、前記軸体を軸線周りに前記ロータよりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材であり、該部材としての一端側が閉塞されている一方、他端側が開放されているハウジングと、前記軸体を軸線周りに前記ハウジングに沿って包囲し、かつ、前記ロータと内外方向に対向する位置関係で設けられ、前記ハウジングに対して固定されたステータと、軸線方向に沿った所定の支持位置において、前記軸体を前記ハウジングに対して軸線周りに回転可能となるように支持する軸受けと、軸線方向に沿った所定のシール位置において、軸線周りの全周にわたり前記軸体と前記ハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、前記シール位置で前記ハウジングに包囲された内部空間を塞ぐ磁性流体シールと、を備え、前記磁性流体シールには、軸線方向に沿って前記軸受けおよび前記ロータよりも他端側にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐ第１磁性流体シールが備えられており、前記軸体の他端側に回転対象物を取り付けた状態で、前記ステータへの通電により前記ロータとともに前記軸体を回転させることによって、この回転を前記回転対象物に伝達させる、回転伝達装置である。

この局面の回転伝達装置は、ステータへの通電によりロータとともに軸体が回転し、軸体の他端側に取り付けた回転対象物に、この回転を伝達することができる。

このように、モータとして回転する機能およびその回転を伝達する機能が一体化された単体の装置として構成されているため、これらの機能を別々の装置で実現している従来のものよりも装置構成を小型化することができる。そして、装置構成の小型化により従来よりも設置場所の自由度が高い。

さらに、上記局面の回転伝達装置では、ハウジングで包囲された内部空間がシール位置において塞がれているため、物理的な接触を伴って動作する軸受け周辺に不純物（気体や切削片など；以下同様）が発生したとしても、これが回転対象物側にまで到達することを抑制できる。

また、この局面は以下に示す第２局面のようにしてもよい。第２局面の回転伝達装置において、前記磁性流体シールには、軸線方向に沿って前記軸受けと前記ロータとの間にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐ第２磁性流体シールが備えられている。

この局面の回転伝達装置では、ロータが軸線方向に磁性流体シールで挟まれた状態となり、ロータ周りの空間が軸受けや回転対象物側の空間から隔離されるため、軸受け周辺や回転対象物側の空間で発生した不純物がロータ周りに到達することを防止できる。

こうして、不純物がロータとハウジングとの間に到達してロータの回転を妨げることがなくなるため、不純物の影響を考慮してロータとハウジングとの隙間を確保する必要がなくなる。その結果、ロータとハウジングとの隙間を狭くすることに伴い、ロータとステータとの間隔を狭めた構成を実現できるため、こうしてモータとしての回転トルクを大きくすることができる。

本開示の一実施形態である回転伝達装置および真空チャンバーの正面図 本開示の一実施形態である回転伝達装置および真空チャンバーを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図） 本開示の一実施形態である回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図） 本開示の一実施形態である回転伝達装置の一部構成要素それぞれを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図） 本開示の一実施形態である回転伝達装置のうちの磁性流体シールを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した要部断面図 別の実施形態における回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した要部断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図） 別の実施形態における回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
回転伝達装置減圧１は、減圧された閉鎖空間内で回転対象物を回転させつつ加工する装置に対し、この回転対象物を回転させるべく取り付けられるものである。本実施形態では、図１、図２に示すように、減圧された閉鎖空間内で回転対象物であるターンテーブル２００を回転させつつ加工する半導体製造装置の真空チャンバー３００に対し、このターンテーブル２００を回転させるべく取り付けられる構成を例示する。

この回転伝達装置１は、図３に示すように、所定方向に延びる軸体１０、軸体１０を軸線１００周りに包囲するロータ２０、軸体１０を軸線１００周りに包囲するように設けられた円筒状のハウジング３０、軸体１０およびロータ２０を軸線周りに包囲するステータ４０、軸体１０を回転可能に支持する軸受け５０、ハウジング３０に包囲された内部空間を所定の位置で塞ぐ磁性流体シール６０、軸体１０の回転を検出する回転検出部７０を備える。

軸体１０は、所定方向に延びており、ハウジング３０に収められる一端（図１、２の下端）側に対し、図３に示すように、他端（図１、２の上端）側に回転対象物を取り付けるための取付面１１が形成されている。本実施形態において、回転対象物は、軸体１０の取付面１１に沿って配置された状態で軸体１０にネジ止めされる。

また、軸体１０は、一端側に他端側よりも小径な小径部１３が形成されている。本実施形態においては、軸体１０における一端側の領域全体が小径部１３として形成されている。

また、軸体１０は、他端側においてそれ以外の領域よりも大径に拡がる軸側フランジ１５を備えている。この軸側フランジ１５は、小径部１３よりも他端側に設けられている。

ロータ２０は、軸体１０を軸線１００周りに包囲するように設けられ、軸体１０による軸線１００周りの回転に従動する。本実施形態において、ロータ２０は、軸体１０の外周に沿って設けられている。

ハウジング３０は、軸体１０を軸線１００周りにロータ２０よりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材であり、図４に示すように、この部材としての一端側が閉塞されている一方、他端側が開放されている。このハウジング３０は、非磁性の材料により形成されている。

ステータ４０は、軸体１０を軸線１００周りにハウジング３０に沿って包囲し、かつ、ロータ２０と内外方向に対向する位置関係で設けられ、ハウジング３０に対して固定されている。本実施形態において、ステータ４０は、ハウジング３０の外側で軸体１０を包囲し、このハウジング３０の外周面に固定されており、ハウジング３０における隔壁を挟んでロータ２０と内外方向に対向する位置関係で配置されている。

軸受け５０は、軸線１００方向（図１、２の上下方向）に沿った所定の支持位置１２０において、軸体１０をハウジング３０に対して軸線１００周りに回転可能となるように支持する。本実施形態では、軸受け５０としてボールベアリングが用いられている。

また、軸受け５０は、軸線１００方向に沿って小径部１３に対応する位置を支持位置１２０として、軸体１０を回転可能に支持している。本実施形態では、１か所の支持位置１２０のみが軸受け５０で支持されている。支持位置１２０が一端側に設けられていることから、この軸受け５０は、軸体１０をその一端側で回転可能に支持している。本実施形態において、軸受け５０は、軸体１０を軸線１００周りに外側から包囲し、軸体１０とハウジング３０との間に介在することによって軸体１０を支持している。

磁性流体シール６０は、図５に示すように、軸線１００方向に沿ってロータ２０および軸受け５０よりも他端側にあるシール位置１１０において、軸線１００周りの全周にわたり軸体１０とハウジング３０との間に磁性流体６３を介在させることで、シール位置１１０でハウジング３０に包囲された内部空間を塞ぐ。

この磁性流体シール６０は、シール位置１１０において軸体１０およびハウジング３０のいずれか一方から他方に向けて突出する一対の磁極６１と、磁極６１の先端側と軸体１０およびハウジング３０のいずれか他方との間に介在する磁性流体６３と、を備える。本実施形態において、磁極６１は、シール位置１１０において軸体１０から突出するように設けられている。

この磁極６１は、それぞれの末端側に永久磁石６５が挟まれ、その先端側と軸体１０およびハウジング３０の他方との間に位置する磁気回路（同図破線参照）を形成することによって、軸体１０とハウジング３０との間に磁性流体６３を磁気的に保持している。

本実施形態において、磁性流体シール６０は、軸線１００方向に沿って軸受け５０、ロータ２０および軸側フランジ１５のいずれよりも他端側の位置をシール位置１１０として、ハウジング３０に包囲された内部空間を塞いでいる。

回転検出部７０は、軸体１０に従動して軸線１００周りに回転する磁石片７１と、磁石片７１の回転に伴う磁界の変化を軸体１０の回転として検出する磁気センサ７３と、を備えた磁気式エンコーダである。

これらのうち、磁石片７１は、軸体１０の一端側に設けられた状態で軸体１０に従動して回転する内側円盤７５に設けられており、その表面に沿って軸線１００周りに磁極（Ｓ極およびＮ極）が隣接するように配置されている。また、磁気センサ７３は、内側円盤７５の表面とハウジング３０の隔壁を挟んで対向する位置でハウジング３０に固定された外側円盤７７に設けられており、その表面における軸線１００周りに沿った磁極の変化を検出するホール素子である。

このように構成された回転伝達装置１では、軸体１０の他端側に回転対象物を取り付けた状態で、リード線４１を通じたステータ４０への通電によりロータ２０とともに軸体１０を回転させることによって、この回転を回転対象物に伝達させる。

（２）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、軸体１０による軸線１００周りの回転にロータ２０が従動するように、このロータ２０を軸体１０の外周に設けて軸体１０と一体になっている構成を例示した。しかし、ロータ２０は、軸体１０による軸線１００周りの回転にロータ２０が従動するように構成されていればよく、必ずしも軸体１０と一体となっていなくてもよい。

また、上記実施形態では、ステータ４０が、ハウジング３０の外側で軸体１０を包囲し、このハウジング３０の外周面に固定されている構成を例示した。しかし、ステータ４０は、ハウジング３０の内側で軸体１０を包囲し、このハウジング３０の内周面に固定されたものとしてもよい。

また、上記実施形態では、軸体１０において１か所の支持位置１２０のみが軸受け５０で支持されている構成を例示した。しかし、軸体１０は、複数の支持位置１２０それぞれが別々の軸受け５０で支持された構成としてもよい。この場合、小径部１３を軸線１００方向に間隔を空けて形成し、それぞれの小径部１３に軸受け５０を設けた構成としてもよい。

また、上記実施形態では、軸線１００方向に沿って軸受け５０、ロータ２０および軸側フランジ１５のいずれよりも他端側の位置をシール位置１１０として、このシール位置１１０に磁性流体シール６０が設けられている構成を例示した。しかし、磁性流体シール６０としては、図６に示すように、軸線１００方向に沿って軸受け５０およびロータ２０よりも他端側にある位置をシール位置１１０として内部空間を塞ぐ第１磁性流体シール６０と、軸線１００方向に沿って軸受け５０とロータ２０との間にある位置をシール位置１１０として内部空間を塞ぐ第２磁性流体シール６０と、を備えた構成としてもよい。

この構成において、軸線１００方向にロータ２０を挟んだ支持位置１２０それぞれでもって、軸体１０を軸受け５０にて支持する場合には、他端側の支持位置１２０に設けられた軸受け５０を軸線１００方向に挟むように磁性流体シール６０が設けられる。

また、上記実施形態では、磁性流体シール６０における磁極６１が軸体１０側に設けられている構成を例示した。しかし、この磁極６１は、ハウジング３０側に設けられている構成としてもよい。

また、上記実施形態では、回転検出部７０として、磁石片７１が、内側円盤７５の表面に沿って軸線１００周りに磁極（Ｓ極およびＮ極）が隣接するように配置され、磁気センサ７３が、内側円盤７５の表面と対向する位置に固定された外側円盤７７に設けられている構成を例示した。しかし、回転検出部７０は、軸体１０の回転を検出できればよく、この構成に限定されない。例えば、内側円盤７５の側面に沿って軸線１００周りに極性が隣接するように磁石片７１を配置し、内側円盤７５の側面をハウジング３０の外側から軸線１００周りに包囲するように磁気センサ７３を配置する、といった構成が考えられる。

また、上記本実施形態では、軸受け５０が、軸線１００周りに外側から包囲するようにして軸体１０を支持するよう構成されたものを例示した。しかし、軸受け５０による軸体１０の支持構造はこれに限られない。例えば、図７に示すように、軸体１０にその一端から他端側に向けて貫通する貫通孔１７を形成するとともに、ハウジング３０内壁において軸体１０の一端と対向する領域から貫通孔１７に沿って延びる円柱体１９を設けた構造において、この円柱体１９を軸線１００周りに包囲して貫通孔１７内壁との間に介在するように軸受け５０を設けることが考えられる。

また、上記実施形態では、回転検出部７０として磁気式エンコーダが採用された構成を例示した。しかし、回転検出部７０としては光学式や電磁誘導式のエンコーダを採用した構成としてもよい。

（３）作用，効果
上記構成の回転伝達装置１は、ステータ４０への通電によりロータ２０とともに軸体１０が回転し、軸体１０の他端側に取り付けた回転対象物に、この回転を伝達することができる。

このように、モータとして回転する機能およびその回転を伝達する機能が一体化された単体の装置として構成されているため、これらの機能を別々の装置で実現している従来のものよりも装置構成を小型化することができる。そして、装置構成の小型化により従来よりも設置場所の自由度が高い。

さらに、上記構成の回転伝達装置１では、ハウジング３０で包囲された内部空間が磁性流体シール６０により塞がれているため、物理的な接触を伴って動作する軸受け５０周辺に不純物（気体や切削片など；以下同様）が発生したとしても、これが回転対象物側にまで到達することを抑制できる。

また、上記構成の回転伝達装置１では、ロータ２０が軸線１００方向に磁性流体シール６０で挟まれた状態となり、ロータ２０周りの空間が軸受け５０や回転対象側の空間から隔離されるため、軸受け５０周辺や回転対象物側の空間で発生した不純物がロータ２０周りに到達することを防止できる。

こうして、不純物がロータ２０とハウジング３０との間に到達してロータ２０の回転を妨げることがなくなるため、不純物の影響を考慮してロータ２０とハウジング３０との隙間を確保する必要がなくなる。その結果、ロータ２０とハウジング３０との隙間を狭くすることに伴い、ロータ２０とステータ４０との間隔を狭めた構成を実現できるため、こうしてモータとしての回転トルクを大きくすることができる。

また、上記構成の回転伝達装置１では、軸体１０がその一端側に形成された小径部１３で軸受け５０に支持されているため、軸体１０の外周面とハウジング３０の内周面との隙間が、軸受け５０周辺で広く、これよりも他端側において狭くなっている。これにより、軸受け５０周辺に不純物が発生したとしても、これがハウジング３０の内部空間における軸受け５０周辺に滞留しやすくなり、他端側にまで到達することを抑制できる。

また、上記構成の回転伝達装置１では、軸体１０がその他端側に備えられた軸側フランジ１５よりも一端側の位置で軸受け５０に支持されているため、軸体１０の外周面とハウジング３０の内周面との隙間が、軸受け５０周辺で広く、これよりも他端側の軸側フランジ１５において狭くなっている。これにより、軸受け５０周辺に不純物が発生したとしても、これがハウジング３０の内部空間における一端側に滞留しやすくなり、他端側にまで到達することを抑制できる。

１…回転伝達装置、１０…軸体、１１…取付面、１３…小径部、１５…軸側フランジ、１７…貫通孔、１９…円柱体、２０…ロータ、３０…ハウジング、４０…ステータ、４１…リード線、６０…磁性流体シール、６１…磁極、６３…磁性流体、６５…永久磁石、７０…回転検出部、７１…磁石片、７３…磁気センサ、７５…内側円盤、７７…外側円盤、１００…軸線、１１０…シール位置、１２０…支持位置、２００…ターンテーブル、３００…真空チャンバー。

Claims (5)

1. 所定方向に延びる軸体と、
   前記軸体を軸線周りに包囲するように設けられ、前記軸体による軸線周りの回転に従動するロータと、
   前記軸体を軸線周りに前記ロータよりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材であり、該部材としての一端側が閉塞されている一方、他端側が開放されているハウジングと、
   前記軸体を軸線周りに前記ハウジングに沿って包囲し、かつ、前記ロータと内外方向に対向する位置関係で設けられ、前記ハウジングに対して固定されたステータと、
   軸線方向に沿った所定の支持位置において、前記軸体を前記ハウジングに対して軸線周りに回転可能となるように支持する軸受けと、
   軸線方向に沿った所定のシール位置において、軸線周りの全周にわたり前記軸体と前記ハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、前記シール位置で前記ハウジングに包囲された内部空間を塞ぐ磁性流体シールと、を備え、
   前記磁性流体シールには、軸線方向に沿って前記軸受けおよび前記ロータよりも他端側にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐ第１磁性流体シールが備えられており、
   前記軸体の他端側に回転対象物を取り付けた状態で、前記ステータへの通電により前記ロータとともに前記軸体を回転させることによって、この回転を前記回転対象物に伝達させる、回転伝達装置。
2. 前記軸受けは、前記ロータよりも一端側に配置されており、
   前記磁性流体シールには、軸線方向に沿って前記軸受けと前記ロータとの間にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐ第２磁性流体シールが備えられている、
   請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記磁性流体シールは、
   前記シール位置において、前記軸体および前記ハウジングの一方から他方に向けて突出する磁極と、
   前記磁極の先端側と前記軸体および前記ハウジングの他方との間に介在する磁性流体と、を備える、
   請求項１または請求項２に記載の回転伝達装置。
4. 前記磁性流体シールは、
   前記磁極が、前記シール位置において前記軸体から突出している、
   請求項３に記載の回転伝達装置。
5. 前記軸体の回転を検出する回転検出部、を備える、
   請求項１または請求項２に記載の回転伝達装置。

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