JP6779488B2

JP6779488B2 - 近接センサ

Info

Publication number: JP6779488B2
Application number: JP2017070308A
Authority: JP
Inventors: 久也高橋; 陽司中原
Original assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018174049A

Description

本発明は、真空雰囲気中で使用される近接センサに関するものである。

半導体製造装置内等の真空雰囲気中で使用される近接センサは、ＬＣ共振回路を収容するセンサヘッドと、ＬＣ共振回路を発振させ、磁性体にてなる半導体や搬送用金属トレイ等の被検出物の接近をＬＣ共振回路の出力振幅に基づいて検出するセンサ本体とから構成される。

そして、センサヘッドが半導体製造装置内等で所定の被検出物検出位置に設置され、センサ本体で被検出物の接近又は有無を検出可能となっている。
高真空度を必要とする半導体製造装置等では、センサヘッドからのガスの放出による真空度の低下を防止することが必要である。

センサヘッドに収容される検出コイルは、ポリウレタンやポリエステル等の合成樹脂で被覆された軟銅線がフェライトコアに対しドーナッツ状に積層されている。そして、積層された軟銅線間には製造時に空気等のガスが吸蔵されている。

また、検出コイルに使用されている軟銅線は、無酸素銅のように脱ガス処理が施された材料が使用されているわけではない。
すると、半導体製造装置内等の高真空中では上記のような吸蔵ガスが装置内に拡散して、真空度を低下させてしまう恐れがある。

そこで、特許文献１，２には、真空雰囲気中へのガスの放出を防止するようにした近接センサ（近接スイッチ）が開示されている。

特開２００５−２１６５１５号公報実開平４−１６８４６号公報

特許文献１，２に開示された近接センサ（近接スイッチ）では、検出コイルを収容した容器を、ねじ締め、かしめあるいは真空接着剤の塗布により密封して、容器外へのガスの放出を防止する構造である。

しかし、ねじ締め、かしめあるいは真空接着剤の塗布による密封構造では、１Ｐａ（パスカル）程度以上の低真空中へのガス放出を防止する効果は期待できても、１×１０^−２Ｐａ程度未満の高真空中では、接合界面を分子レベルのガスが浸透するため、容器外へのガスの放出を阻止することはできない。

また、センサヘッドとセンサ本体を接続するケーブルは、外装材と芯線あるいはシールド線との間に空間が存在しているため、検出コイルから放出されたガスは、ケーブル内の空間を経て真空雰囲気中に容易に放出されてしまう。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は高真空中であっても検出コイルの吸蔵ガスの真空雰囲気中への放出を防止し得る近接センサを提供することにある。

上記課題を解決する近接センサは、外筒部を有する有底円筒状に形成され、前記外筒部の内側に検出コイルを装着したフェライトコアと、前記フェライトコアを容器内に収容したセンサヘッドとを備え、前記センサヘッドを真空雰囲気中に設置して、前記検出コイルにより被検出物の接近を検出する近接センサにおいて、前記容器内に、前記フェライトコア及び検出コイルを埋め込むように充填される真空用接着剤と、前記フェライトコアの外筒部と前記容器の内周面との間に介在されて、温度変化に基づいて前記真空用接着剤から前記フェライトコアの外筒部に作用する応力を吸収する第一の応力吸収部材を備えたことを特徴とする。

この構成により、真空用接着剤とフェライトコアの熱膨張係数の違いによりフェライトコアの外筒部に作用する応力が、第一の応力吸収部材で吸収される。
また、上記の近接センサでは、前記容器に、前記フェライトコアを収容可能とするように円形に開口する収容凹部を形成し、前記収容凹部に収容した前記フェライトコアの外周面と前記収容凹部の内周面との間に、円筒状の前記第一の応力吸収部材を介在させることが好ましい。

この構成により、外筒部に対し収容凹部の内周面に向かって作用する応力は、第一の応力吸収部材で弾性的に吸収される。
また、上記の近接センサでは、前記容器の底面と前記フェライトコアの底面との間に、第二の応力吸収部材を備えることが好ましい。

この構成により、フェライトコアの底面に、容器の底面側への応力が作用すると、その応力が第二の応力吸収部材で弾性的に吸収される。
また、上記の近接センサでは、前記フェライトコアの底辺と前記フェライトコアの底辺上に充填される前記真空用接着剤との間に第三の応力吸収部材を備えることが好ましい。

この構成により、フェライトコアの底辺に、容器の蓋部材側への応力が作用すると、その応力が第三の応力吸収部材で弾性的に吸収される。
また、上記の近接センサでは、前記第一〜第三の応力吸収部材を、ポリイミド樹脂又はポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂で形成することが好ましい。

この構成により、ポリイミド樹脂又はポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂で形成された第一〜第三の応力吸収部材で、フェライトコアに作用する応力が弾性的に吸収される。
また、上記の近接センサでは、前記容器内において、前記検出コイルとケーブルとの接続部を前記検出コイルと一体に前記真空用接着剤で埋め込むことが好ましい。

この構成により、検出コイルの吸蔵ガスのケーブル内への放出が阻止される。

本発明の近接センサによれば、高真空中であっても検出コイルの吸蔵ガスの真空雰囲気中への放出を防止することができる。

近接センサのセンサヘッドを示す斜視図。センサヘッドを示す分解斜視図。センサヘッドを示す平面図。センサヘッドを示す断面図。

以下、近接センサの一実施形態を図面に従って説明する。図１に示す近接センサのセンサヘッド１は、金属製の容器２内にＬＣ共振回路を構成する検出コイル３が収容され、検出コイル３の収容部分に真空用接着剤４が充填されている。

詳述すると、図２及び図３に示すように、金属製の容器２は直方体状に形成されるとともに、その先端側には断面円形の収容凹部５が形成されている。また、収容凹部５の周囲から容器２の後端部近傍にかけて、容器２の周囲の縁部を除いて一定の深さで長方形状に凹む蓋取付凹部６が形成され、図１に示す四角板状の蓋部材７を嵌着可能となっている。蓋部材７は強化ガラスで形成されている。

容器２の後端部には、２個の取付孔８が形成され、取付ビスを使用して容器２を所定の位置に取り付け可能となっている。
収容凹部５内にはパイプ状のホルダー９が挿入され、そのホルダー９内において収容凹部５の底面上にはワッシャ状の第一のスペーサ１０が挿入されている。ホルダー９及び第一のスペーサ１０は、弾性を有するポリイミド樹脂あるいはＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂で形成される。

そして、ホルダー９の外径は収容凹部５の内径より僅かに小さい径で形成されて、収容凹部５に挿入した状態では、ホルダー９の外周面が収容凹部５の内周面に密接する状態となる。また、ホルダー９の高さは、蓋取付凹部６への蓋部材７の取付を阻害しないように、蓋取付凹部６内に突出しない高さで形成されている。

第一のスペーサ１０の外径は、収容凹部５の底面上においてホルダー９の内側に挿入可能とするように、ホルダー９の内径より僅かに小さい径で形成されている。
ホルダー９には、検出コイル３の銅線の両端部を導出可能とした案内溝９ａが形成されている。

ホルダー９内には第一のスペーサ１０上にフェライトコア１１が挿入され、そのフェライトコア１１に検出コイル３が挿入されている。フェライトコア１１は、外筒部１１ａと、検出コイル３の空芯部に挿通可能とした軸部１１ｂを径方向中央部に備えた有底円筒状に形成されている。軸部１１ｂの中心部には、フェライトコア１１を軸方向に貫通する透孔１３が形成されている。

また、フェライトコア１１には検出コイル３の銅線の両端部を導出可能とした案内溝１２が中心を挟んで対向する位置に２カ所設けられている。
フェライトコア１１の底面上にはワッシャ状の第二のスペーサ１４が挿入されている。第二のスペーサ１４は、ホルダー９及び第一のスペーサ１０と同一の材質で形成され、フェライトコア１１の底面上に挿入可能とした外径及び内径で形成されている。

収容凹部５には、蓋取付凹部６上に開口されるとともに、蓋取付凹部６内を容器２の基端側に向かって延びる開口溝１５が形成されている。
図４に示すように、開口溝１５は容器２の基端側側面に開口される挿通孔１６に連通され、その挿通孔１６から開口溝１５内にケーブル１７の端部を挿通可能となっている。

ケーブル１７は、絶縁材で被覆された芯線１８の周囲が編組線にてなるシールド線１９で被覆され、そのシールド線１９がさらに絶縁材で被覆されている。そして、ケーブル１７の端部は絶縁材が剥がされて、芯線１８及びシールド線１９が露出されている。

検出コイル３は、ポリウレタンやポリエステル等の合成樹脂材で被覆された軟銅線がドーナッツ状に巻かれて構成され、軟銅線の両端部はホルダー９及びフェライトコア１１の案内溝１２を経て開口溝１５内に延設されている。そして、開口溝１５内で検出コイル３の軟銅線の一端が芯線１８に接続され、検出コイル３の他端がシールド線１９に接続されている。

ケーブル１７は、真空雰囲気外、すなわち半導体製造装置外に延設されてセンサ本体（図示しない）に接続される。センサ本体は検出コイルから交流磁界を発生させ、この状態で磁性体にてなる被検出物が接近すると、検出コイルの磁気エネルギーが吸収されてＬＣ共振回路の出力電圧が変化する。センサ本体では、このＬＣ共振回路の出力電圧の変化に基づいて被検出物の接近又は有無を検出するようになっている。

収容凹部５にフェライトコア１１及び検出コイル３を挿入し、検出コイル３の軟銅線の両端部をケーブル１７に接続した状態で、収容凹部５及び開口溝１５内の空間をすべて埋めるように真空用接着剤４が充填されている。従って、収容凹部５内の検出コイル３、フェライトコア１１、ホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０，１４及び検出コイル３の端部が接続されるケーブル１７の端部は、真空用接着剤４で埋められている。

真空用接着剤４はエポキシ系の接着剤であり、埋め込んだ検出コイル３等からのガスの放出を阻止する機能を備えている。また、ホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０，１４は、真空用接着剤４との接着性が極めて高い。

収容凹部５及び開口溝１５内への真空用接着剤４の充填後に、蓋部材７が蓋取付凹部６に嵌着される。そして、このように構成されたセンサヘッド１が真空雰囲気中に設置される。

次に、上記のように構成された近接センサのセンサヘッド１の作用を説明する。
真空雰囲気中の所定位置に設置されたセンサヘッド１に被検出物が接近すると、検出コイル３を含むＬＣ共振回路の出力電圧が変化する。センサ本体では、このＬＣ共振回路の出力電圧の変化に基づいて被検出物の接近又は有無が検出される。

センサヘッド１内に収容されている検出コイル３は、真空用接着剤４で埋め込まれている。従って、検出コイル３に吸蔵されるガスは、真空用接着剤４内に封止される。
また、開口溝１５及び開口溝１５に連なる挿通孔１６内の空間も真空用接着剤４で埋められるので、検出コイル３の端部とケーブル１７との接続部も真空用接着剤４で埋められる。従って、検出コイル３の吸蔵ガスがケーブル１７内を経て真空雰囲気中に放出されることもない。

エポキシ樹脂を原料とする真空用接着剤４の熱膨張係数は、３０〜６０×１０^-6／℃程度であるのに対し、フェライトコア１１の熱膨張係数は、１０〜１５×１０^-6／℃程度であり、真空用接着剤４の熱膨張係数がフェライトコア１１の熱膨張係数に対し２〜６倍程度と大きい。

すると、センサヘッド１が設置される真空雰囲気中において、常温から１００℃程度の温度サイクルが繰り返される場合に、真空用接着剤４の膨張若しくは収縮によりフェライトコア１１に圧縮応力あるいは拡張応力が作用する。

このような圧縮応力及び拡張応力は、弾性を有するホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０，１４で吸収されて、フェライトコア１１の組成変形が防止される。
図４において、検出コイル３を埋め込んでいる部分の真空用接着剤４の膨張によりフェライトコア１１の外筒部１１ａに径方向外側への応力が作用するときには、その応力はホルダー９で弾性的に吸収される。

検出コイル３を埋め込んでいる部分の真空用接着剤４の膨張によりフェライトコア１１の底辺に容器２の底辺側への応力が作用するときには、その応力は第一のスペーサ１０で弾性的に吸収される。

第一のスペーサ１０の径方向内側に充填されている真空用接着剤４の膨張によりフェライトコア１１の底辺に容器２の蓋部材７側への応力が作用するときには、その応力は第二のスペーサ１４で弾性的に吸収される。

ホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０による作用により、真空用接着剤４の膨張あるいは収縮によりフェライトコア１１に作用する応力は、ホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０，１４で吸収される。

上記のような近接センサのセンサヘッド１では、次に示す効果を得ることができる。
（１）センサヘッド１の容器２内に収容された検出コイル３及び検出コイル３とケーブル１７との接続部分は、真空用接着剤４で埋め込まれているので、検出コイル３の吸蔵ガスの容器２外への放出を阻止することができる。従って、センサヘッド１からの吸蔵ガスの放出による真空雰囲気中の真空度の低下を防止することができる。

（２）容器２内で検出コイル３とともに埋め込まれるフェライトコア１１と真空用接着剤４との熱膨張係数の違いによりフェライトコア１１に作用する応力をホルダー９、第一及び第二のスペーサ１０，１４で吸収することができる。従って、フェライトコア１１と真空用接着剤４との熱膨張係数の違いによるフェライトコア１１の破損を防止することができる。

（３）フェライトコア１１の外筒部１１ａに径方向外側への応力が作用するときには、その応力をホルダー９で弾性的に吸収することができる。
（４）フェライトコア１１の底辺に、容器２の底辺側への応力が作用するときには、その応力をフェライトコア１１の底面に接する第一のスペーサ１０で弾性的に吸収することができる。

（５）フェライトコア１１の底辺に、容器２の蓋部材７側への応力が作用するときには、その応力を第二のスペーサ１４で弾性的に吸収することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・フェライトコア１１に作用する応力を吸収する手段として、ホルダー９のみを備えてもよい。

１…センサヘッド、２…容器、３…検出コイル、４…真空用接着剤、９…第一の応力吸収部材（ホルダー）、１０…第二の応力吸収部材（第一のスペーサ）、１１…フェライトコア、１１ａ…外筒部、１４…第三の応力吸収部材（第二のスペーサ）、１７…ケーブル。

Claims

外筒部を有する有底円筒状に形成され、前記外筒部の内側に検出コイルを装着したフェライトコアと、
前記フェライトコアを容器内に収容したセンサヘッドと
を備え、
前記センサヘッドを真空雰囲気中に設置して、前記検出コイルにより被検出物の接近を検出する近接センサにおいて、
前記容器内に、前記フェライトコア及び検出コイルを埋め込むように充填される真空用接着剤と、
前記フェライトコアの外筒部と前記容器の内周面との間に介在されて、温度変化に基づいて前記真空用接着剤から前記フェライトコアの外筒部に作用する応力を吸収する第一の応力吸収部材と
を備えたことを特徴とする近接センサ。
請求項１に記載の近接センサにおいて、
前記容器に、前記フェライトコアを収容可能とするように円形に開口する収容凹部を形成し、前記収容凹部に収容した前記フェライトコアの外周面と前記収容凹部の内周面との間に、円筒状の前記第一の応力吸収部材を介在させたことを特徴とする近接センサ。
請求項２に記載の近接センサにおいて、
前記容器の底面と前記フェライトコアの底面との間に、第二の応力吸収部材を備えたことを特徴とする近接センサ。
請求項３に記載の近接センサにおいて、
前記フェライトコアの底辺と前記フェライトコアの底辺上に充填される前記真空用接着剤との間に第三の応力吸収部材を備えたことを特徴とする近接センサ。
請求項４に記載の近接センサにおいて、
前記第一〜第三の応力吸収部材を、ポリイミド樹脂又はポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂で形成したことを特徴とする近接センサ。
請求項１乃至５のいずれか１項４に記載の近接センサにおいて、
前記容器内において、前記検出コイルとケーブルとの接続部を前記検出コイルと一体に前記真空用接着剤で埋め込むことを特徴とする近接センサ。