JP6274856B2

JP6274856B2 - 磁性流体軸受装置並びに真空チャンバ

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Publication number: JP6274856B2
Application number: JP2013265371A
Authority: JP
Inventors: 悌二 ▲高▼橋; 亮太後藤
Original assignee: Canon Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015121265A

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。

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。

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。

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。

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。

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。

実開平７−３８８１９号公報特開２００９−２９９１７６号公報

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回転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。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

内側部材１と前記内側部材１に被嵌される外側部材２とを回転軸方向を揃えて相対的に回転可能に構成し、
前記内側部材１の湾曲状凸面を含む外周面３と前記湾曲状凸面と対向する湾曲状凹面を含む前記外側部材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とを前記湾曲状凸面及び前記湾曲状凹面に沿って前記回転軸と交差する軸で相対的に回転運動可能に構成し、
前記内側部材１と前記外側部材２との間に形成された湾曲状間隙を封止する磁性流体シールを設け、
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設け、
前記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磁性流体軸受装置に係るものである。

また、前記内側部材１と前記外側部材２との前記回転運動による相対移動量を、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記載の磁性流体軸受装置に係るものである。

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、前記ポールピース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の湾曲状凸面形状及び前記外側部材２の内周面４の湾曲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。

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１〜３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。

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回転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。

真空チャンバ内の大気室及び大気連接腕の概略説明側面図である。真空チャンバ内の大気室及び大気連接腕の概略説明平面図である。真空チャンバ内を真空状態とした場合の概略説明側面図である。本実施例の拡大概略説明断面図である。

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。

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を介して相対的に回転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。

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。

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。

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の湾曲状凸面及び外側部材２の湾曲状凹面に沿って相対的に回転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。

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。

また、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することで、一層確実にシール作用の低下を阻止できるものとなる。

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。

本実施例は、円環状の内側部材１とこの内側部材１に回転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。

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に回転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。

具体的には、本実施例は、前記内側部材１の湾曲状凸面とした外周面３とこの湾曲状凸面と対応する湾曲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とを前記湾曲状凸面及び前記湾曲状凹面に沿って前記回転軸と交差する軸で相対的に回転運動可能に構成し、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。

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。

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。

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の湾曲状凸面形状及び前記外側部材２の内周面４の湾曲状凹面形状に沿う形状に設定している。

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の湾曲状凸面形状に沿う形状、即ち、内側部材１の全体として湾曲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の湾曲状凹面形状に沿う形状、即ち、外側部材２の全体として湾曲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。

なお、本実施例では、内側部材１の全体として湾曲状凸面を成す外周面３及び外側部材２の全体として湾曲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。

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、設けられる湾曲状凸面若しくは湾曲状凹面に対して垂直になるように設けても良い。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

内側部材と前記内側部材に被嵌される外側部材とを回転軸方向を揃えて相対的に回転可能に構成し、
前記内側部材の湾曲状凸面を含む外周面と前記湾曲状凸面と対向する湾曲状凹面を含む前記外側部材の内周面との間に複数の転動体を配設して、
前記内側部材と前記外側部材とを前記湾曲状凸面及び前記湾曲状凹面に沿って前記回転軸と交差する軸で相対的に回転運動可能に構成し、
前記内側部材と前記外側部材との間に形成された湾曲状間隙を封止する磁性流体シールを設け、
前記内側部材と前記外側部材との間に、周方向に配列する複数の前記転動体から成る転動体列を軸方向に複数設け、
前記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磁性流体軸受装置。
前記内側部材と前記外側部材との前記回転運動による相対移動量を、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記載の磁性流体軸受装置。
前記磁性流体シールは、前記内側部材の外周面若しくは前記外側部材の内周面にその軸方向に複数並設された環状突部と、前記外側部材の内周面若しくは前記内側部材の外周面に設けられ前記湾曲状間隙を挟んで前記環状突部に対向するポールピースと、前記ポールピースと前記環状突部との間に介在する磁性流体とで構成し、前記環状突部及び前記ポールピースの各対向面形状は、これら環状突部及びポールピースが夫々設けられる前記内側部材の外周面の湾曲状凸面形状及び前記外側部材の内周面の湾曲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。
真空チャンバ内を移動する大気室と、第１の連接腕と第２の連接腕とを有する大気連接腕とを備えた真空チャンバであって、
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１〜３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。