JPH07288967A - 非接触搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温超電導体を用いて非接触に水平および垂
直に搬送することが可能なクリーンな搬送装置を提供す
る。 【構成】 磁化した高温超電導体を固定し軌条面側に磁
性材料の吸引・移動作用板を設置した搬送車５を、永久
磁石を固定子軌条の反搬送車側にリニア誘導モータ４を
設置した水平軌条３上を水平走行させると同時に、リニ
アパルスモータ１を設置した垂直軌条１上を垂直走行さ
せることを特徴とする非接触な立体搬送装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造設備などにお
いて、非接触に水平および垂直に搬送するクリーンな搬
送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、非接触搬送を実現するものとして
常電導電磁石を用いた非接触搬送装置が実用化されてい
る。この方式では搬送車に常電導電磁石とその電源およ
び制御部品を搭載して軌条と搬送車の間隔を間隔検出セ
ンサで測定し常電導電磁石の軌条に対する吸引力を制御
し非接触に間隔を一定に制御保持するが、搬送車の形状
および重量が大きくなり、また間隔保持力の不足から軌
条と搬送車の間隔が微小のため水平からの上昇曲線の半
径が小さくならずコンパクトなスペースでの立体走行が
得られず経済性も損ない適用範囲が制約されている。

【０００３】この様な問題から、常電導電磁石方式とは
別に電気学会磁気浮上応用技術調査専門委員会編「磁気
浮上と磁気軸受」（１９９３年６月発行、コロナ社、Ｐ
９６）に搬送車に高温超電導体を用いた非接触搬送装置
が発表されている。この方式では高温超電導体を搬送車
に固定して磁化し、軌条に設置した永久磁石により非接
触に間隔保持力および案内力を発生し、軌条の反搬送車
側に設置したリニア誘導モータ固定子による移動磁界で
高温超電導体を２次導体として推力を発生させる。この
ことから搬送車は電源および制御部品が不要となりコン
パクトで軽量となり非接触に水平浮上搬送を可能とする
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体の製造プロセス
では工程間の搬送のため搬送能力の大きなものが必要で
あり、また、工程毎の特性に合わせて水平および垂直搬
送に多くの機器を介することなく搬送することが搬送装
置の発塵防止のため強く望まれている。

【０００５】高温超電導体を用いた非接触搬送装置にお
いて、水平走行および垂直走行それぞれ単独に水平軌条
および垂直軌条を使用し、リニア誘導モータを用いて立
体走行する方法が考えられるが、搬送車の搬送面は水平
および垂直走行面に合わせて多面に配置する必要があり
搬送車の自重が大きくなる欠点があった。

【０００６】また、高温超電導体にリニア誘導モータで
推力を発生させる場合、高温超電導体の大きさの製作限
界からリニア誘導モータによる磁界作用面積が小さいた
め、搬送重量の大きな垂直走行では走行推力が不足する
という問題があった。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み高温超電導体を
用いた搬送装置において、搬送車の自重が小さく水平お
よび垂直走行が可能な非接触搬送装置を得ることを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触搬送装置
によれば、磁化した高温超電導体を固定した搬送車を非
接触に一定の間隔で保持し移動させる搬送システムにお
いて、永久磁石を固定し軌条の反搬送車側にリニア誘導
モータを設置した水平軌条と、水平軌条と同一平面上に
設置したリニアパルスモータの垂直軌条とで搬送車軌条
を構成することによって、高温超電導体を固定した搬送
車を水平および垂直に立体搬送することを特徴とする。

【０００９】また、前記の搬送システムの垂直搬送にお
いて、搬送車の軌条面側に複数の磁性材料からなる吸引
・移動作用板を設置し、リニアパルスモータにより吸引
・移動作用板に順次電磁力を作用させることによって、
上昇・下降力を向上させて垂直搬送を容易にすることを
特徴とする。

【００１０】さらに、前記の搬送システムにおいて、水
平軌条と垂直軌条の連結部のリニアパルスモータの磁極
およびコイルを水平方向に細分化して、高温超電導体と
対向した磁極の極性を水平軌条の磁界と同一形状にする
と同時に、吸引・移動作用板に対向した磁極を順次移動
方向に励磁し電磁力を作用させることにより、水平軌条
から垂直軌条、または、垂直軌条から水平軌条への移動
を可能とすることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明による非接触搬送装置は、搬送車に高温
超電導体を固定設置して磁化し、永久磁石またはリニア
パルスモータと高温超電導体の磁束のピンニングによる
着磁位置の保持により、非接触に一定の間隔および案内
力を発生させる搬送システムである。

【００１２】以下、本発明を図面、および、式を用いて
詳細に説明する。

【００１３】図１(a)(b)は本発明の非接触搬送装置の正
面図および平面図である。

【００１４】本発明の非接触立体搬送装置では、上昇・
下降用のリニアパルスモータ１が水平走行軌条３の両端
に垂直に設置されている。水平走行軌条３は下部および
上部走行用が設置されており、水平軌条の反搬送車側に
加速および減速のためのリニア誘導モータ４が設置され
ている。水平軌条３および垂直軌条１は同一平面上に構
成されており、搬送車５は垂直用のリニアパルスモータ
１と水平走行軌条３に対向した１面配置のみで済むため
軽量化することができる。

【００１５】図２(a)(b)は水平搬送の詳細を説明する平
面図および断面図である。

【００１６】水平走行軌条３は幅方向に例えば上からＮ
極、Ｓ極の異極性の繰り返し、走行方向に同極性で構成
される永久磁石７とその固定のため非磁性非導電性材料
の例えばＦＲＰで構成された支持板８が鉛直に設置され
ている。搬送車５は容器内部の軌条対向面に高温超電導
体６が設置され冷却されている。

【００１７】水平走行では、永久磁石７と高温超電導体
５の磁束のピンニング力により、非接触に一定の間隔を
保持および案内させることができ、鉛直配置した搬送車
５は案内力と搬送車重量とが釣り合った点で非接触に保
持することができる。水平軌条３の磁界分布を搬送車推
進方向で均一化することにより、搬送車５は抵抗なしで
移動することが可能となる。軌条の反搬送車側に設置さ
れたリニア誘導モータの固定子４により、搬送車５に固
定した２次導体、すなわち、高温超電導体５にローレン
ツ力を作用させ、リニア誘導モータ４の周波数、電流、
２次導体の厚みおよび導電率を選択することにより次式
で示される推力Ｆを発生させ、水平搬送に必要な大きな
推力の発生および制御が可能となる。また、水平走行軌
条の任意の位置にリニア誘導モータ４を設置することに
より任意の位置での運転・停止制御が可能となる。

【００１８】Ｆ∝ｆ×Ｉ² ×ｔ×σ×Ｓ Ｆ：推力 ｆ：リニア誘導モー
タ周波数 Ｉ：リニア誘導モータ電流 ｔ：２次導体の有効
厚み σ：２次導体の導電率 Ｓ：２次導体面積 図３(a)(b)は垂直搬送を詳細に説明する側面図および正
面図である。

【００１９】リニアパルスモータ１は複数の磁極１０お
よび励磁コイル１１を有しており、搬送車５はリニアパ
ルスモータ１の磁極面に対向した位置に設置されてお
り、リニアパルスモータ１の発生する磁界分布を水平軌
条８の永久磁石７の発生する磁界分布を同一形状にする
ことにより、水平走行と同様に非接触に一定間隔に保持
および案内することが可能となる。また、リニアパルス
モータ１の磁極ピッチを少なくとも高温超電導体６の半
径以下にして、磁極１０の極性を保ちながら順次上昇、
下降および停止することにより、搬送車５の高温超電導
体６に電磁力、すなわち、高温超電導体６のピンニング
力による案内力が作用し搬送車５の上昇、下降および停
止が可能となる。

【００２０】また、垂直搬送における推力不足を補償す
るために、搬送車５の容器外の搬送車側面に複数の磁性
材料からなる吸引・移動作用板９を設置し、吸引・移動
作用板の直下にあるリニアパルスモータ１の磁極１０を
順次移動方向に励磁し吸引・移動作用板９に電磁力が作
用する。この電磁力は吸引・移動作用板の移動方向に微
少変位した場合の磁界のエネルギーの変化に相当し、磁
界の大きな位置に吸引・移動作用板の端面がある時に最
も大きな力が発生し、吸引・移動作用板の両端面での磁
界の強さが等しい時に最小となる。電磁力の移動方向成
分ＦX を取り出すことにより、上昇、下降、停止力を向
上することが可能となる。

【００２１】

【数１】

【００２２】X1,X2 ：吸引・移動作用板の両端位置 ＢX ：吸引・移動作用板に作用する磁束密度 μ：吸引・移動作用板の透磁率 Ｓ：吸引・移動作用板の両端部の面積 さらに、水平走行および垂直走行を組み合わせることに
より立体走行が可能となるが、搬送車５を垂直軌条１か
ら水平軌条８へ、あるいは、水平軌条８から垂直軌条１
へ水平移動させるために、水平軌条８と垂直軌条１の連
結部、すなわち、リニアパルスモータ１の上部および下
部の磁極１０および励磁コイル１１を水平方向に分割
し、高温超電導体５の直下に位置するこれらの磁極１０
−１を水平軌条の永久磁石７の磁界分布と同一形状にし
た状態で、吸引・移動作用板９の直下に位置する磁極１
０−２を移動方向に順次励磁して吸引・移動作用板９に
上記垂直方向の移動力と同様の電磁力ＦX を水平方向に
作用させることにより、水平走行軌条８から垂直軌条
１、または、垂直軌条１から水平軌条８への移動が可能
となる。

【００２３】以下、図４の動作原理図を用いて、垂直走
行における吸引・移動作用板に働く移動力動作について
詳細に説明する。

【００２４】吸引・移動作用板９−１に作用する電磁
力、すなわち、マクスウェルの応力は、移動方向安定点
（状態０の位置）、すなわち、励磁された２つの磁極１
０の中心が吸引・移動作用板９の中心と一致する位置で
は電磁力は吸引力成分のみとなり移動力は作用しない。
また、吸引・移動作用板９が移動方向に対して移動方向
安定点よりも後方の位置（状態１〜３）のときには電磁
力は移動方向に作用し、前方の位置のときは制動力とし
て作用する。したがって、吸引・移動作用板９を移動方
向安定点より反移動方向にずらして設置し、吸引・移動
作用板９が移動方向安定点に到達したタイミングでリニ
アパルスモータ１の磁極１０を前方へ移動することによ
り、常に移動方向に電磁力を作用させることができ、そ
のときの移動力は移動力グラフの破線のような三角波に
なる。

【００２５】また、吸引・移動作用板９を複数用いるこ
とにより移動力を大きくし、かつ、移動力のリップルを
低減させてスムーズに移動可能となる。例えば、吸引・
移動作用板２枚を用いた場合、すなわち、吸引・移動作
用板９−１および９−２を使用する場合、搬送車の移動
力は２枚の吸引・移動作用板９−１および９−２に働く
移動力の合力となるため、２枚の移動作用板の設定間隔
を、磁極ピッチを吸引・移動作用板の個数分で割った値
に磁極ピッチの３倍した値を加えた値にすることによ
り、移動力を移動力グラフの実線のごとくすることがで
き、平均移動力は約２倍大きくでき、かつ、移動力のリ
ップルは大幅に低減することができる。なお、これらの
一連の動作で発生する吸引力は吸引力グラフの実線のよ
うになるが、その影響は高温超電導体に作用させる磁界
強度を増加することにより反発力特性を向上させて、吸
引力分を相殺することにより補償することができる。

【００２６】

【実施例】本発明の一実施例として、搬送車５は幅145m
m ×高さ320mm ×奥行き30mmのＦＲＰ製容器内に、直径
45mm×厚み15mmの液体窒素温度７７Ｋで超電導状態を示
すＹ系酸化物高温超電導体６を４個固定し、容器外に幅
145mm ×高さ40mm×厚さ2mm の吸引・移動作用板２枚を
90mmの間隔で固定した総重量2.8Kg のものを用いた。水
平軌条は幅15mm×高さ25mm×厚さ10mmの残留磁束密度が
１．２Ｔの希土類Ｎd −Ｆｅ−Ｂの永久磁石７をＦＲＰ
製水平軌条に上下方向にＮＳ−ＮＳの極性に幅方向に同
一磁極になるように配置し、軌条裏面にポールピッチ69
mmの２ポールリニア誘導モータ４を設置したものを用い
た。垂直軌条は磁極ピッチ26mmのリニアパルスモータ１
を使用した。この装置においてギャップ2mm での着磁条
件で立体走行試験を実施した。

【００２７】水平走行は、リニア誘導モータ４に３相交
流電源を加え制御した電流による移動磁界により、搬送
車５に固定した２次導体の高温超電導体６に推力60gfが
発生し加速され、慣性走行後に、リニア誘導モータ４で
減速停止した。

【００２８】水平軌条から垂直軌条への移動は、水平方
向に分割されたリニアパルスモータ４の磁極１０および
励磁コイル１１により、高温超電導体６の直下の磁極１
０を水平走行軌条の永久磁石７と同じ極性に励磁し、同
時に、吸引・移動作用板９直下の分割された磁極を順次
移動方向に励磁したことにより、高温超電導体６の一定
間隔保持力で非接触に一定間隔を保持しながら、吸引・
移動作用板９に電磁力が発生し滑らかに水平軌条から垂
直軌条への乗り入れが可能となった。

【００２９】垂直走行は、リニアパルスモータ１の磁極
１０を順次進行方向に移動させることにより、高温超電
導体６の一定間隔保持力で一定間隔を保持しながら同時
に、吸引・移動作用板９に図５に示すような移動力が作
用し、搬送装置重量を上回る平均移動力10Kgf により搬
送車５は任意の位置で上昇し、磁極１０の進行方向を逆
転することにより下降した。また、コイル電流を調整し
て移動力と搬送車重量を釣合わせることにより任意の位
置で停止した。

【００３０】これらの一連の動作を連続的に行うことに
より非接触に立体搬送が実現することができた。

【００３１】以上の説明から上述した水平走行軌条とリ
ニアパルスモータを複数に組合わせることにより水平ま
たは垂直の複数分岐が可能な立体搬送が期待できること
はいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の非接触搬
送装置によれば、磁化した高温超電導体を搬送車に固定
し、永久磁石を固定した水平軌条と軌条の反搬送車側に
設置したリニア誘導モータにより、非接触に水平走行が
可能となり、同時に、垂直軌条としてリニアパルスモー
タを設置し、搬送車の軌条面側に設置した磁性材料の吸
引・移動作用板にリニアパルスモータを順次作用させて
上昇・下降力を発生させる構成としたことにより、完全
に非接触で垂直搬送が可能となった。さらに、水平走行
および垂直走行を組み合わせることにより、クリーンレ
ベルが高くコンパクトで経済的な搬送装置が実現され、
クリーンルーム内の自動搬送による製造能力増強、製造
コストの低減が大幅に改善されるとともに半導体製造プ
ロセスでは発塵の低減により製造歩留が大幅に改善され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による非接触搬送装置の一実施例の構
成を説明するための図である。

【図２】 本発明による非接触搬送装置の水平搬送を説
明するための図である。

【図３】 本発明による非接触搬送装置の垂直搬送を説
明するための図である。

【図４】 本発明による非接触搬送装置の吸引・移動作
用板の移動動作の原理を説明するための図である。

【図５】 本発明による非接触搬送装置の吸引・移動作
用板に作用する吸引力および移動力特性を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…リニアパルスモータ、２…鉄心、３…水平走行軌
条、４…水平走行用リニア誘導モータ、５…搬送車、６
…高温超電導体、７…永久磁石、８…水平軌条支持板、
９…吸引・移動作用板、１０…磁極、１１…励磁コイ
ル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 勝良 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁化した高温超電導体を固定した搬送車
   を非接触に一定の間隔で保持し移動させる搬送システム
   において、永久磁石を固定し軌条の反搬送車側にリニア
   誘導モータを設置した水平軌条と、水平軌条と同一平面
   上に設置したリニアパルスモータの垂直軌条とで搬送車
   軌条を構成することによって、高温超電導体を固定した
   搬送車を水平および垂直に立体搬送することを特徴とす
   る非接触搬送装置。
2. 【請求項２】 搬送車の軌条面側に複数の磁性材料から
   なる吸引・移動作用板を設置し、リニアパルスモータに
   より吸引・移動作用板に順次電磁力を作用させることに
   よって、上昇・下降力を向上させて垂直搬送を容易にす
   ることを特徴とする請求項１記載の非接触搬送装置。
3. 【請求項３】 水平軌条と垂直軌条の連結部のリニアパ
   ルスモータの磁極およびコイルを水平方向に細分化し
   て、高温超電導体と対向した磁極の極性を水平軌条の磁
   界と同一形状にすると同時に、吸引・移動作用板に対向
   した磁極を順次移動方向に励磁し電磁力を作用させるこ
   とにより、水平軌条から垂直軌条、または、垂直軌条か
   ら水平軌条への移動を可能とすることを特徴とする請求
   項１および請求項２記載の非接触搬送装置。