JP3219441B2 - 磁気浮上搬送装置 - Google Patents

磁気浮上搬送装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で物体を搬送す
る磁気浮上搬送装置に係わり、特に磁気搬送浮上体の搬
送方向位置の検出機能を持つ磁気浮上搬送装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、発塵や潤滑油の飛散を嫌う、
例えば半導体製造プロセスライン等における物体(半導
体ウエハ等)の搬送や移動機構の軸受には、直流電磁石
を用いたいわゆる磁気軸受が用いられている。この種の
軸受は、磁石間あるいは磁石と磁性材料との間に作用す
る磁気的吸引力又は反発力を利用して、搬送物体あるい
は支持物体を空隙を介して非接触で浮揚させるようにし
たもので、種々の方式が実用化されている。
【0003】しかし、そのうちの電磁石を用いた磁気的
吸引力を利用した磁気軸受は、必要電力が少ないという
メリットはあるものの、本来、不安定な吸引力を電気的
な制御により安定化しなければならないため、その制御
装置が必要となり、更にその制御装置にギャップセンサ
などの付帯部品を多く必要とする欠点を有していた。
【0004】特に、この電磁石を用いた磁気的吸引力を
利用した磁気軸受で長い距離を搬送させる場合には、こ
れらの制御装置を搬送ラインに全体にわたって設ける必
要があった。
【0005】これを回避するのに、浮揚搬送される物体
側に必要な制御回路やセンサを搭載する手段が考えられ
るが、その場合、物体側にバッテリ等の電力源を設ける
必要があるために、長時間の浮揚には、充電や給電を行
うシステムが新たに必要になるなど、設備上大きな問題
をかかえることになる。
【0006】一方、磁気反発力を利用する磁気軸受で
は、上述のような制御装置を原則的に必要としないた
め、長距離の搬送機構としては大きな利点を有してい
る。しかしながら、永久磁石だけを組合せて反発浮上機
構を構成することは現実には不可能とされており、少な
くとも1軸以上の自由度を上述のような制御装置により
安定化させる必要があるといわれている。
【0007】これに対し交流電磁石を用いた誘導反発方
式(交流反発方式)は、導電材料からなる浮上体(磁気
搬送浮上体)の形状を工夫することにより、安定に浮上
支持させることが原理的に確認されている。
【0008】図2に、この交流電磁石を用いた誘導反発
方式の搬送装置の基本構成を示す。図中、1は搬送方向
に平行に施設された2列の電磁石からなる交流電磁石列
であり、2はこの交流電磁石列1上を搬送される浮上体
である。浮上体2には、例えばアルミニウムなどの軽く
て導電性の大きい材料が適しており、移送の対象とする
搬送物体は通常この浮上体2上に搭載される。
【0009】図2の構成では、交流電磁石列1(を構成
する交流電磁石)に交流電流を通電するとその上部に交
番磁界が発生し、その磁界中に浮上体2があるため、浮
上体2のアルミニウム材料中に過電流と呼ばれる交番電
流が流れる。
【0010】この電流により生じる磁界は交流電磁石列
1(を構成する交流電磁石)によって生じる磁界と反発
する方向に形成され、この反発力により浮上体2は交流
電磁石列1上に浮揚する。また、交流電磁石列1(を構
成する交流電磁石)を浮上体2の走行方向にリニア誘導
モータ結線とすることにより浮上体走行も可能となる。
【0011】以上が誘導反発方式を用いた搬送原理の概
要である。しかしながら、交流電磁石を搬送ライン全体
について常時励磁しておくことは効率が良くない。そこ
で、図3に示すように、交流電磁石からなる搬送ライン
(交流電磁石列1の軌道)を浮上体走行方向に沿ってい
くつかのブロック(電磁石ブロック)、例えばブロック
1−1〜1−4に分割し、励磁する電磁石ブロックを浮
上体2の走行に合わせて順次切換える方式が開発されて
いる。
【0012】図3の構成において、ブロック単位で励磁
する電磁石を切換える場合、そのブロックの上方を走行
する浮上体2と対向する位置に浮上体検出センサ(近接
スイッチ)8−1〜8−3を設置し、このセンサ8−1
〜8−3で浮上体2を検出し、順次切換えを実施する。
この場合、検出センサ8−1〜8−3と走行する浮上体
2との間には何等障害物がなく、検出センサ8−1〜8
−3は直接浮上体2をとらえることが可能であり、種々
の近接スイッチが使用できる。
【0013】さて近年は、発塵を嫌う半導体製造装置に
おけるウエハ搬送機器などにおける真空内搬送に、上記
した交流電磁石を使用する誘導反発方式を利用すること
が行われている。この場合、電磁石からの発塵、脱ガス
対策が必要となる。特に、電磁石からの脱ガスの問題
は、ウエハ表面の組成が悪化し、半導体の高集積化が進
む中で歩留まりが致命的に低下するという問題が起こ
る。
【0014】そこで従来は、この対策として、図4に示
すように、搬送方向に施設された交流電磁石列1の上方
に、セラミックスなどの非金属材料又は常磁性で浮上体
2に比較して電気抵抗が少なくとも5倍以上大きい金属
材料からなる管状の通路(管通路)7を設置し、この管
通路7内を、浮上体2及び浮上体2の上に置かれた半導
体ウエハなどの搬送物体が浮上搬送する構成を適用し、
浮上体搬送路と電磁石の設置場所とを空間的に遮断し
て、電磁石からの発塵、脱ガスの影響が浮上体2上の半
導体ウエハなどに影響しないようにしている。
【0015】この図4の構成においても、電磁石励磁の
効率を良くするために、図3と同様にして、浮上体2の
走行に合わせて励磁する電磁石ブロックの切換えを行
い、管通路7内を浮上走行する浮上体2の位置を検出す
る必要がある。
【0016】しかし図4の構成で、図3と同様の浮上体
検出センサ(近接スイッチ)を設けても、その検出セン
サにとっては、搬送路としての管通路7が障害物とな
り、直接浮上体2をとらえることができない。このため
従来は、管通路7に覗き窓あるいは信号取出しのための
穴加工等を必要とする問題があった。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来
は、交流電磁石による誘導反発方式を利用した磁気浮上
搬送装置において、電磁石からの発塵、脱ガスの対策の
ために外部と空間的に遮断される管通路を電磁石列に沿
って設置し、この管通路内を浮上体が浮上走行する構造
とした場合、浮上体の走行に合わせて励磁する電磁石ブ
ロックの切換えを行うために浮上体の位置を検出するに
は、管通路に覗き窓あるいは信号取出しのための穴加工
等を必要とするという問題があった。
【0018】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
その目的は、外部と空間的に遮断するための管通路内を
浮上体が浮上走行する構造の磁気浮上搬送装置であって
も、その管通路に覗き窓あるいは信号取出しのための穴
加工等を必要とせずに、管通路の外から非接触で浮上体
走行位置を検出できる磁気浮上搬送装置を提供すること
にある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性を有す
る常磁性もしくは非磁性金属材料からなる浮上体を交流
電磁石の交番磁界を利用して浮上搬送させる磁気浮上搬
送装置において、上記の交流電磁石からなる交流電磁石
列を上記浮上体の走行方向に沿って複数のブロック(電
磁石ブロック)に分割し、上記複数のブロックのうちの
連続するNブロックを同時に励磁する動作を、1ブロッ
クずつ順次ブロックを切換えながら実行する切換器と、
上記複数のブロックのうちの端部のN−1ブロックを除
く各ブロックを流れる電流を反映した所定の信号状態を
それぞれ検出するセンサと、この各センサの出力変化を
とらえて上記浮上体の位置を検出し、その検出位置に応
じて励磁するブロックを決定して上記切換器を制御する
切換信号を上記切換器に出力する切換信号発生器とを設
けたことを特徴とする。
【0020】
【作用】このような構成において、上記複数のブロック
のうちの端部のN−1ブロックを除く各ブロックを流れ
る電流を反映した所定の信号状態、例えば励磁電流は、
その上方に浮上体が位置するか否かによって異なる。そ
こで、上記端部のN−1ブロックを除く各ブロックの所
定の信号状態をそれぞれ対応するセンサで検出し、この
各センサの出力変化を切換信号発生器でとらえること
で、上記浮上体がいずれのブロックの上方に位置してい
るかを(即ち上記浮上体の位置を)非接触で簡単に確認
でき、確認した浮上体の位置に応じて励磁するブロック
を決定して上記切換器を制御することができる。また、
センサも全てのブロック毎に用意する必要がない。
【0021】
【実施例】図1は本発明を適用する磁気浮上搬送装置の
一実施例を示す基本構成図であり、図2乃至図4と同一
部分には同一符号を付してある。
【0022】図1において、1は交流電磁石列(交流電
磁石配列)、1−1〜1−5は電磁石ブロックである。
電磁石ブロック1−1〜1−5は、電磁石励磁の効率を
良くする目的で交流電磁石列1を搬送方向に5分割した
もので、ブロック単位で励磁されるようになっている。
2は交流電磁石列1の上方を浮上搬送する浮上体であ
り、導電性を有する常磁性もしくは非磁性金属材料から
なる。
【0023】3は交流電磁石列1を構成する電磁石に交
流電流を通電するための一定電圧の交流電源、4は励磁
する電磁石をブロック単位で切換えるための切換器であ
る。5−1〜5−5は電磁石ブロック1−1〜1−5の
励磁電流を検出するための電流センサ、6は電流センサ
5−1〜5−5の電流検出結果をもとに浮上体2の位置
を検出して、その検出結果に応じて切換器4を制御する
切換信号発生器である。
【0024】次に、図1の構成の動作を説明する。今、
浮上体2が、図1に示すように電磁石ブロック1−3の
上方を浮上走行中であり、この電磁石ブロック1−3
(を構成する電磁石)と、次の電磁石ブロック、即ち浮
上体2の図中Aで示す走行方向に対し現在のブロック位
置より1つ先のブロック1−4(を構成する電磁石)と
が、交流電源3により、切換器4を介して同時に励磁さ
れているものとする。
【0025】この状態では、電磁石ブロック1−4に
は、電磁石ブロックを一定電圧で励磁するための励磁電
流だけが流れる。これに対して、浮上体2が上方に位置
している電磁石ブロック1−3には、電磁石ブロックを
一定電圧で励磁するための励磁電流に加えて、変圧器の
原理により、浮上体2を流れる渦電流による反発磁界を
打消すためのアンペア回数に相当する電流が余分に流れ
る。
【0026】したがって、各電磁石ブロック1−1〜1
−5を流れる電流を電流センサ5−1〜5−5により検
出し、切換信号発生器6にて比較すれば、電磁石ブロッ
ク1−1〜1−5上の浮上体2の有無、即ち電磁石ブロ
ック1−1〜1−5のいずれの上に浮上体2が存在する
かを判別し、浮上体2の走行方向位置を検出することが
できる。
【0027】切換信号発生器6は、電流センサ5−1〜
5−5の検出電流をもとに浮上体2の走行方向位置を検
出することにより、その位置に合わせて、励磁する電磁
石ブロックを決定し、その電磁石ブロックに切換えるた
めの切換信号を切換器4に出力する。
【0028】なお、上記の電流センサ5−1〜5−5で
検出する値としては、電磁石電流の絶対値、電磁石電流
の励磁電圧に対する位相差、電磁石電流と励磁電流の積
である励磁電力等、浮上体2の有無により大きく変化す
る各電磁石ブロック1−1〜1−5をそれぞれ流れる電
流を反映した所定の信号状態であれば何であっても構わ
ない。
【0029】また、図1の構成では、各電磁石ブロック
1−1〜1−5にそれぞれ1つの電流センサ5−1〜5
−5を設けているが、同時に励磁する電磁石ブロック数
を例えば最大3とした場合、電磁石ブロック1−1と電
磁石ブロック1−4は同時に励磁されることはなく、ま
た電磁石ブロック1−2と電磁石ブロック1−5も同時
に励磁されることがないので、電流センサ5−4と5−
5を省略して、代りに電流センサ5−1と5−2で兼用
することも可能である。また、図1の構成では、交流電
磁石列1が5つの電磁石ブロック1−1〜1−5に分割
されているが、これに限るものではないことは勿論であ
る。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、導
電性を有する常磁性もしくは非磁性金属材料からなる浮
上体を交流電磁石の交番磁界を利用して浮上搬送させる
磁気浮上搬送装置において、搬送方向に施設された交流
電磁石列を、電磁石励磁の効率化のために複数のブロッ
クに分割して、この複数のブロックのうちの連続するN
ブロックを同時に励磁する動作を、1ブロックずつ順次
ブロックを切換えながら実行すると共に、上記複数のブ
ロックのうちの端部のN−1ブロックを除く各ブロック
を流れる電流を反映した所定の信号状態をそれぞれセン
サで検出し、各センサの出力変化をとらえて浮上体の位
置を検出するようにしたので、電磁石からの発塵、脱ガ
ス対策のために、上記の交流電磁石列の上方に、外部と
空間的に遮断する管通路を設置した場合でも、この管通
路内を浮上走行する浮上体の走行位置を管通路外から非
接触で検出することができる。したがって、この浮上体
走行位置検出信号をもって浮上体の走行位置に合わせ、
交流電磁石からなる搬送ラインの励磁区間を限定するこ
とが可能となり、搬送ラインとしては電源効率を良くす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する磁気浮上搬送装置の一実施例
を示す基本構成図。
【図2】誘導反発原理による磁気浮上搬送装置を説明す
るための図。
【図3】従来の磁気浮上搬送装置における励磁電磁石切
換えを説明するための図。
【図4】管通路を持つ誘導反発原理による磁気浮上搬送
装置を説明するための図。
【符号の説明】
1…交流電磁石列、1−1〜1−5…電磁石ブロック、
2…浮上体、3…交流電源、4…切換器、5−1〜5−
5…電流センサ、6…切換信号発生器、7…管通路、8
−1〜8−3…浮上体検出センサ(近接スイッチ)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 元巳 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−120303(JP,A) 特開 昭49−127114(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 13/03 - 13/10 B65G 54/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性を有する常磁性もしくは非磁性金
    属材料からなる浮上体を交流電磁石の交番磁界を利用し
    て浮上搬送させる磁気浮上搬送装置において、 上記浮上体を浮上搬送させるための電磁石列を上記浮上
    体の走行方向に沿って複数のブロックに分割し、上記複
    数のブロックのうちの連続するNブロックを同時に励磁
    する動作を、1ブロックずつ順次ブロックを切換えなが
    ら実行する切換器と、上記複数のブロックのうちの端部
    のN−1ブロックを除く各ブロックを流れる電流を反映
    した所定の信号状態をそれぞれ検出するセンサと、この
    各センサの出力変化をとらえて上記浮上体の位置を検出
    し、その検出位置に応じて励磁するブロックを決定して
    上記切換器を制御する切換信号を上記切換器に出力する
    切換信号発生器とを具備することを特徴とする磁気浮上
    搬送装置。
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