JPH0686901B2 - アクチュエータの微動進退機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、アクチュエータの微動進退機構に関し、更
に詳細には、中空円筒体の内部に軸方向への移動可能に
配設した強磁性体芯と、該円筒体の外周に対応的に配置
した磁石との磁気的結合を利用して、前記磁石を中空円
筒体の外周で軸方向に移動させることにより、強磁性体
芯およびこれに取付けた駆動軸を軸方向に非接触で移動
させ得るよう構成したアクチュエータにおいて、前記駆
動軸の一部をなす中空軸の端部に設けたハンド等の作業
手段を、この中空軸に内挿したスライド棒の微動的な前
進後退移動により駆動して、所要の作業をなさしめるよ
うにした微動進退機構に関するものである。

従来技術 集積回路やトランジスタ等を製造する半導体関連産業で
は、その製造工程の多くに真空応用機器が使用されてい
る。殊に高真空を必要とする真空チャンバーは、オージ
ェ電子分光分析装置や磁気記録の分野、その他スパッタ
による蒸着作業等にも不可欠となっている。

この種の外界から完全に遮断された真空チャンバーで
は、内部に収納した各種のワークや試料を、その真空を
解除することなく直線移動させるために、前記ワーク等
を外部から非接触で駆動する装置が必要とされる。こう
した産業界の需要に応えるものとして、本件出願人は、
中空円筒体の内部に配設した強磁性体芯と、該円筒体の
外周に対応的に配置した磁石およびヨークからなる磁気
構体との磁気的結合を利用して前記強磁性体芯の非接触
駆動を行ない、この強磁性体芯に固定した駆動軸の直線
的な進退移動を実施し得るアクチュエータを新規に開発
した。

このアクチュエータは、第１図に示すように、例えばス
パッタ室の如き真空チャンバー10の外部に配設されるも
のであって、該チャンバー中のワーク12を把持するハン
ド14を装着した駆動軸16を、磁気結合作用下に外部から
非接触で駆動するようになっている。例えば真空チャン
バー10の外壁に、非磁性材料からなる中空円筒体18が固
定されて水平に延在し、この中空円筒体18の内部は該チ
ャンバー内に連通して真空雰囲気に保持されている。中
空円筒体18の内部には同心的に駆動軸16が回転および軸
方向移動自在に挿通され、推力発生部を担当する強磁性
体芯20と、回転力発生部を担当する強磁性体芯22とが夫
々駆動軸16に固定されている。

また中空円筒体18の外周には、同じく推力発生部を担当
する磁気構体24および回転力発生部を担当する磁気構体
26が、回転および軸方向移動自在に配置されている。そ
して前記磁気構体24,26を円筒体18の外表面に沿って移
動させることにより、前記強磁性体芯20,22を対応の磁
気構体との磁気結合作用下に、非接触で回転および軸方
向移動させ得るものである。

前述した磁気結合を利用するアクチュエータは、大気圧
下にある外界から真空チャンバー中の各種ワークを非接
触で駆動し得る点で高く評価される。しかしこのアクチ
ュエータでは、図１に関して説明したように、ハンド14
を装着した駆動軸16を軸線方向に前進後退させたり、ま
た長手軸を中心に回転させたりすることはできるが、該
ハンド14を開閉駆動させる等の自由度を更に付加するこ
とは困難であった。ハンド14を開閉するためには、外界
と完全に隔絶されている中空円筒体18または真空チャン
バー10の内部へ、何等かの非接触手段を介して、所要の
駆動力を伝達する必要があるからである。

発明の目的 本発明は、前述したアクチュエータにおいて、駆動軸の
端部に設けたハンド等の作業手段を、中空円筒体を介在
させた状態で外部から駆動して、所要の作業をなさしめ
るようにした微動進退機構を提供することを目的とす
る。

問題点を解決するための手段 前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明に
係る微動進退機構は、非磁性材質の中空円筒体の内部に
軸方向への移動自在に同心配置した駆動軸と、この駆動
軸に同心的に固定した第１の強磁性体芯と、前記中空円
筒体の外周に摺動自在に配設した第１の磁気構体と、前
記中空円筒体の内周壁面に配設されて軸方向に延在する
突条と、前記第１の強磁性体芯に穿設されて前記突条に
摺動可能に嵌合する凹溝とからなり、第１の磁気構体を
軸方向に移動させることにより、これと磁気結合した前
記第１の強磁性体芯および前記駆動軸を軸方向に移動さ
せるよう構成したアクチュエータにおいて、 前記駆動軸を、第１の強磁性体芯に内挿固定される中空
軸と、この中空軸に形成した中空部に回転防止手段を介
して進退可能に内挿したスライド棒とから構成し、 前記スライド棒の一端部に形成した雄ねじを、前記中空
円筒体に内挿した第２の強磁性体芯にねじ込むことによ
り、該スライド棒を第２の強磁性体芯に対して相対回転
可能とし、 前記中空円筒体の外周に摺動自在に第２の磁気構体を配
設し、該中空円筒体を介して前記第２の磁気構体と前記
第２の強磁性体芯とを対応的に磁気結合させ、 前記第２の磁気構体を中空円筒体の周方向に回転させる
ことにより、これと磁気結合した前記第２の強磁性体芯
を回転させて、前記回り止めのなされたスライド棒を、
前記中空軸に対し微動的に進退移動させるようにしたこ
とを特徴とする。

実施例 次に、本発明に係るアクチュエータの微動進退機構につ
き、好適な一実施例を挙げて添付図面を参照して以下説
明する。第２図は本発明の一実施例の全体構造を示す縦
断面図、第３は第２図のＢ−Ｂ線横断面図である。

第２図に示す中空円筒体28は、ステンレス鋼の如き非磁
性材料からなる長尺の管体であって、前記真空チャンバ
ー30に連通接続されて水平に延在している。この中空円
筒体28の外周には、推力発生部を構成する第１の磁気構
体32が移動可能に配設され、また円筒体内部には駆動軸
34が固定された第１の強磁性体芯36が移動自在に配置さ
れている。この第１の強磁性体芯36は、例えば13Cr系電
磁ステンレスの如き強磁性材料からなる円筒体を基材と
するコアであって、当該コアの外周に所定間隔で長手方
向に断面コ字状の環状溝38を順次凹設することにより大
径部36aと小径部36bとが軸方向に交互に画成されるよう
になっている。

また第１の磁気構体32は、例えば電磁軟鉄（S20C）の如
き強磁性体を材質とするリング状ヨーク40およびリング
状の稀土類磁石42を軸方向に交互に隣接配置してなり、
殊に磁極となるリング状ヨーク40と第１の強磁性体芯36
の大径部36aとが、中空円筒体28を隔てて相互に対応す
る位置関係に設定されている。

このように構成したアクチュエータでは、磁極となるヨ
ーク40と強磁性体芯36の大径部36aとが、第３図に示す
ように、全円周に亘って近接的に対応しているため、高
い密度の磁束を円周方向に関して平均に集束させること
ができる。従って第１の磁気構体32を中空円筒体28に沿
って摺動移動させることにより、第１の強磁性体芯36
（および駆動軸34）に駆動力が付与され、軸線方向への
進退移動が達成される。

前述した推力発生部のみを備えるリニアアクチュエータ
において、その中空円筒体28の内周壁面には、第２図お
よび第３図に示すように一本の突条44が配設されて軸方
向に所定長だけ延在している。この突条44は、磁気構体
32と強磁性体芯36との間に作用する磁気的結合を妨げる
ことのないよう非磁性で、かつ真空チャンバー30内の真
空雰囲気に対する耐性のある合成樹脂材料が好適に使用
される。また第１の強磁性体芯36には、第３図に示す如
く、その外周面において周方向に対し直角に（すなわち
軸方向に）凹溝46が穿設され、この凹溝46に前記突条44
が嵌合されて、前記第１の強磁性体芯36を中空円筒体28
の内部において軸方向への移動可能で、かつ周方向への
回転は不能に保持している。

次に前記駆動軸34は、第２図に示す如く、第１の強磁性
体芯36に固定される中空軸50と、この中空軸50の中空部
内に所定距離だけ軸方向に進退可能に挿通されたスライ
ド棒52とから構成されている。中空軸50には軸方向に所
定長のスリット54が穿設され、このスリット54に前記ス
ライド棒52に突設したピン56を臨ませることにより、該
スライド棒52の回転防止を行なうと共に、その摺動距離
を該スリット54の長さ内に規定している。なお中空軸50
は、中空円筒体28の内周壁に配設したスライド軸受58に
摺動可能に支持されている。またスライド棒52の回転を
中空軸50内で防止する手段としては、上記の外に前記の
突条44と凹溝46との嵌合によるようにしてもよい。

前記スライド棒52の一端部には、雄ねじ形成部52aが設
けられ、この雄ねじ形成部52aは後述の第２の強磁性体
芯60に螺切した雌ねじ部にねじ込まれている。また第１
の磁気構体32に隣接して第２の磁気構体62が中空円筒体
28に摺動自在に配設され、第２の強磁性体芯60と磁気結
合している。この第２の磁気構体62は、電磁軟鉄（S20
C）の如き強磁性材料からなるリング状ヨーク64と、こ
のヨーク64の内周に第４図に示す配列で、半径方向に所
定の中心角をなすよう隣接配置した複数個（ｎ個）の希
土類磁石66とから構成される。

なお第１および第２の磁気構体32,62は、中空円筒体28
の外周に摺動自在に挿通した一対のスライド軸受68,70
に担持されて、一体的に中空円筒体28の外周に沿って軸
方向に摺動し得ると共に、周方向に回転し得るようにな
っている。また両磁気構体32,62の外周には、非磁性材
質のスリーブ72が囲繞配置されている。

第２の強磁性体芯60は、例えば13Cr系電磁ステンレスの
如く強磁性材料からなるコア部材であって、第４図に示
すように、その横断面において周方向に所定中心角で複
数条の凹溝74が軸方向に凹設され、例えば６極のモータ
回転子の形状を呈している。この第２の強磁性体芯60の
中心には、所定直径の雌ねじが軸方向に螺切され、この
雌ねじに前記駆動軸34の一部をなすスライド棒52の先端
に設けた雄ねじ形成部52aがねじ込まれている。このと
き第２の強磁性体芯60における複数の突起部（前記凹溝
74の形成されていない部位）は、第２の磁気構体62にお
ける複数の希土類磁石66と、中空円筒体28を隔てて対応
して磁気結合され、周方向への回転を拘束されている。
また図示のように、中空軸50の真空チャンバー30に指向
する側の端部にはハンド48が固定されている。そしてこ
のハンド48のフィンガは、スライド棒52の左右移動によ
り開閉付勢されるようになっている。すなわち第２の磁
気構体62を正逆何れかの周方向に回転させれば、雄ねじ
形成部52aを備えたスライド棒52は、前記ピン56により
中空軸50に対して回動を阻止されつつも、そのねじのピ
ッチに応じた微速度で軸方向への進退移動を行なう。

実施例の作用 次に、このように構成した実施例に係る微動進退機構の
作用につき説明する。既に述べた如く第１の磁気構体32
を中空円筒体28の外周において軸方向に進退移動させれ
ば、これと第１の強磁性体芯36との間では磁気結合がな
されているから、強磁性体芯36および駆動軸34もこれに
伴って軸方向に進退移動する。このとき第１の強磁性体
芯36に穿設した凹溝46は、前記突条44に嵌合されている
から、第１の強磁性体芯36は中空円筒体28の内部におい
て周方向への回転不能に保持される。

次いでハンド48の開閉を駆動する場合につき説明する。
例えば、第１の磁気構体32により駆動軸34を大きく移動
させて、第１図に示す真空チャンバー10の内部でハンド
48のおおまかな位置決めを行なう。その後に前記第２の
磁気構体62を中空円筒体28の回りに回転させることによ
り、これと磁気結合している第２の強磁性体芯60が追従
的に回転する。このとき前記スライド棒52は、前記ピン
56を中空軸50のスリット54に臨ませている結果として、
その回転を阻止させられた状態で、前記雄ねじ部52aの
ねじ作用下に微動的に前進または後退移動を行なう。す
なわち、第２の磁気構体62を、例えば正方向に回転させ
ることにより、図２においてスライド棒52は右方向へ前
進し、ハンド48に組込んだリンク部を付勢して該ハンド
48を開放させるに至る。また第２の磁気構体62を、例え
ば逆方向に回転させれば、図２においてスライド棒52は
左方向へ後退し、従ってハンド48は内蔵したバネの引張
作用下に閉成するに至る。

発明の効果 以上に説明した如く、本発明に係るアクチュエータの微
動進退機構によれば、該アクチュエータにおける駆動軸
の一部をなす中空軸に内挿したスライド棒を、外部から
磁気結合により非接触的に前進または後退させることに
より、該中空軸の端部に設けたハンド等の作業手段を駆
動して、所要の作業をなさしめることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空チャンバーにアクチュエータを設けた例の
概略縦断面図、第２図は本発明に係るアクチュエータの
微動進退機構を真空チャンバーに設けた例の概略縦断面
図、第３図は第２図のＢ−Ｂ線横断面図、第４図は第２
図のＡ−Ａ線横断面図である。 28……中空円筒体、32……第１の磁気構体 34……駆動軸、36……第１の強磁性体芯 44……突条、46……凹溝 48……ハンド、50……中空軸 52……スライド棒、54……スリット 56……ピン、52a……雄ねじ 60……第２の強磁性体芯 62……第２の磁気構体、64……リング状ヨーク 66……磁石、74……凹溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性材質の中空円筒体（28）の内部に軸
   方向への移動自在に同心配置した駆動軸（34）と、この
   駆動軸（34）に同心的に固定した第１の強磁性体芯（3
   6）と、前記中空円筒体（28）の外周に摺動自在に配設
   した第１の磁気構体（32）と、前記中空円筒体（28）の
   内周壁面に配設されて軸方向に延在する突条（44）と、
   前記第１の強磁性体芯（36）に穿設されて前記突条（4
   4）に摺動可能に嵌合する凹溝（46）とからなり、第１
   の磁気構体（32）を軸方向に移動させることにより、こ
   れと磁気結合した前記第１の強磁性体芯（36）および前
   記駆動軸（34）を軸方向に移動させるよう構成したアク
   チュエータにおいて、 前記駆動軸（34）を、第１の強磁性体芯（36）に内挿固
   定される中空軸（50）と、この中空軸（50）に形成した
   中空部に回転防止手段（54,56）を介して進退可能に内
   挿したスライド棒（52）とから構成し、 前記スライド棒（52）の一端部に形成した雄ねじ（52
   a）を、前記中空円筒体（28）に内挿した第２の強磁性
   体芯（60）にねじ込むことにより、該スライド棒（52）
   を第２の強磁性体芯（60）に対して相対回転可能とし、 前記中空円筒体（28）の外周に摺動自在に第２の磁気構
   体（62）を配設し、該中空円筒体（28）を介して前記第
   ２の磁気構体（62）と前記第２の強磁性体芯（60）とを
   対応的に磁気結合させ、 前記第２の磁気構体（62）を中空円筒体（28）の周方向
   に回転させることにより、これと磁気結合した前記第２
   の強磁性体芯（60）を回転させて、前記回り止めのなさ
   れたスライド棒（52）を、前記中空軸（50）に対し微動
   的に進退移動させるようにした ことを特徴とするアクチュエータの微動進退機構。
2. 【請求項２】前記回転防止手段は、前記中空軸（50）に
   穿設した所定長のスリット（54）と、前記スライド棒
   （52）から突出して該スリットと（54）に臨むピン（5
   6）とからなる特許請求の範囲第１項に記載のアクチュ
   エータの微動進退機構。
3. 【請求項３】前記第２の磁気構体（62）は、強磁性材料
   からなるリング状ヨーク（64）と、このヨーク（64）の
   内周に所定の中心角で隣接配置した複数の磁石（66）と
   から構成される特許請求の範囲第１項に記載のアクチュ
   エータの微動進退機構。
4. 【請求項４】前記第２の強磁性体芯（60）は、強磁性材
   料からなるコア部材からなり、その外周面の周方向に所
   定中心角で複数条の凹溝（74）が凹設されている特許請
   求の範囲第１項に記載のアクチュエータの微動進退機
   構。