JPS61121762A - アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアクチュエータに関するものであって、更に
詳細には、中空円筒体の内部に少くとも軸方向移動自在
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
体芯を軸方向に非接触で強力に駆動させることのできる
アクチュエータに関するものである。

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。また高度の真空状態に保持した真空チャンバーは、
磁気記録、光記録、表示素子等の分野にも利用され、そ
の他真空炉やスパッタ室での蒸着作業にもこの種の高真
空技術は不可欠となっているに れら各種の技術分野で使用される真空応用装置や、真空
利用技術の開発・研究に使用される試験装置等は、一般
に外気と完全に遮断された真空容器内で、高真空度を損
うことのない条件下で円滑に作動するものであることが
要請される。そして前記真空容器中に収納した各種のワ
ークや試料を、該容器の真空を解除することなく直線移
動や回転移動させて姿勢変換する各種作業には、外部か
ら真空容器内のワーク等を非接触で駆動する装置が必要
とされる。また前記真空応用機器以外にも、放射性液体
や有毒液体の如く外部漏洩を巌重に防ぐ必要のある物質
の収納容器や、その流体管路系に使用するバルブ等の駆
動機構にも、外部から非接触で操作可能なアクチュエー
タが要請されている。

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、中空筒体の内部に配設した強磁性体芯と、該筒体の
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、この強磁性体芯に挿通固定した駆動軸の
直線的な進退移動並びに該軸線を中心とする回転移動を
、個別にまたは同時に実施し得る装置として、第１図に
示す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
パッタ室のような真空装置１０に配設されるものであっ
て、該真空室１０中に載置したワーク１２を移動操作す
るハンド１４を先端に装着した駆動軸１６を磁気結合に
より非接触駆動するようになっている。すなわち真空装
置１０の外方には非磁性材料からなる中空円筒体１８が
水平に突出延在し、該中空円筒体１８の中空部は真空室
に連通して真空雰囲気に保持されている。この中空円筒
体１８の内部に駆動軸１６が回転および軸方向移動自在
に挿通され、推力発生部Ｐと回転力発生部Ｒとに分割さ
れた２つの強磁性体芯２０゜２０が前記駆動軸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Ａおよび回転力発生部Ｂを担当する２つの磁
気構体２２．２２が回転および軸方向移動自在に挿通配
置されている。そして前記磁気構体２２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を磁気構体２２との磁気結合作用下に回転および
／または軸方向移動自在に非接触で移動させ得るように
なっている。

このアクチュエータは、大気圧下にある外界から真空室
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
るが、真空室中に載置されるワークの重量が大きい場合
は、磁気結合作用下に前記駆動軸を軸方向に推進させる
推力が不足する傾向があり、このため前記推力の増大を
図る技術的課題の解決が要請されていた。

このように推力を増大させるには、一般に高価な高性能
磁石の使用や２体積の充分大きい磁石の使用が提案され
るが、これは製造コストの上昇その他体積増大等の不都
合を招来する。このため磁気構体に設けた磁石の磁力を
増大させることなく、推力の増大を図ることは、云うべ
くして仲々技術的に達成困難であった。

本発明は、前述したアクチュエータに内在している前記
推力不足の欠点に鑑み、これを良好に解決するべく提案
されたものであって、磁気的に結合される各対応の強磁
性体芯および強磁性体ヨークの夫々の厚み関係を変動さ
せることにより、製造コストの上昇や体積増加を招来す
ることなく。

軸方向の推進力の増大を飛羅的に達成し得る手段を提供
することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係るアクチュエータは
、非磁性材料からなる中空円筒体の内部に駆動軸を軸方
向移動自在に同心配置し、強磁性体からなる円筒体の外
周に所定間隔で環状溝を順次凹設することにより大径部
と小径部とを軸方向に交互に画成した強磁性体芯を前記
駆動軸に同心的に挿通固定し、前記中空円筒体の外周に
リング状の強磁性体ヨークおよび磁石を軸方向に交互に
隣接配置してなる磁気構体を摺動自在に配設し、この磁
気構体を円筒体の外表面に沿って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強磁性体芯を軸方向に
移動させるよう構成したアクチュエータにおいて、前記
強磁性体芯の大径部の厚みを前記強磁性体ヨークの厚み
よりも小さくなるよう設定したことを特徴とする。

次に本発明に係るアクチュエータにつき、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
本発明の一実施例に係るアクチュエータの縦断面を示す
ものであって、第１図でサークルＣにより囲んだ部分に
該当する個所の内、殊に駆動軸を軸線方向に進退駆動す
る推力発生部Ｐを取出したものである。このように推力
発生部Ｐだけで構成したアクチュエータとしてもよいこ
とは勿論であるが、後に第７図を参照して説明する如く
、回転部Ｒを別途付設する構造が推奨される。なお以下
の説明において、既出の部材と同一の構成部材について
は同じ参照符号で指示するものとする。

第１図に関連して述べた中空円筒体１８は、例えば１８
−８５ＵＳ（ステンレス）の如き非磁性材料を材質とし
、その一方の開放端部は真空装置１０中に連通接続する
と共に、他方の閉塞端部は装置外方に水平に突出延在し
ている。この中空円筒体１８を隔てて、その外周には前
記磁気構体２２が移動可能に配設されており、また円筒
体内部には駆動軸１６を備えた強磁性体芯２０が移動自
在に挿通配置されている。これらの強磁性体芯２０およ
び磁気構体２２は、以下の構造を備えている。

すなわち強磁性体芯２０は、例えば１３Ｃｒ系電磁ステ
ンレスの如き強磁性材料を材質とする円筒体を基材とす
るコアであって、中空円筒体１８の内部に軸線方向（お
よび円周方向）への移動可能に挿通配置した駆動軸１６
に挿通固定されているにの強磁性体芯２０は、第２図お
よび第３図から判明する如く、円筒状コアの外周に所定
間隔で長手方向に断面コ字状の環状溝２４を順次凹設す
ることにより（図では４つ）、５つの大径部２０ａと４
つの小径部２０ｂとが軸方向に交互に画成されるように
なっている。

またこの強磁性体芯２０に対応する磁気構体２２は、中
空円筒体１８の外周に軸線方向（および円周方向）への
移動可能に挿通配置されている。この磁気構体２２は、
例えば電磁軟鉄（３２０Ｇ）の如き強磁性体を材質とす
るリング状ヨーク２８およびリング状の稀土類磁石３０
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２８と強磁性体芯２０の大径部２０ａとが
、中空円筒体１８を隔てて相互に対応する位置関係に設
定されている６従って前記リング状ヨーク２８は、大径
部２０ａと同じく５つ設けられている。

この場合において本発明に係るアクチュエータでは、殊
に第４図から良好に判明する如く、前記強磁性体芯２０
における夫々の大径部２０ａの厚み寸法は、前記リング
状ヨーク２８の厚み寸法よりも小さくなるよう設定され
ている。例えばリング状ヨーク２８の厚み寸法を４ｒｒ
ａに設定すれば。

強磁性体芯２０の大径部２０ａの厚み寸法は２ｍｍに設
定される。なお前記強磁性体芯２０の大径部２０ａが配
列されるピッチは、磁気構体２２のリング状ヨーク２８
が配列されるピッチと同じに設定されるものであって、
第２図に示す如くアクチュエータがその作動を待機して
いる停止状態では。

夫々の大径部２０ａの中心線は、対応のリング状ヨーク
２８の中心線と整列的に一致している。また磁気構体２
２における磁石３０によるリング状ヨーク２８０着磁方
向は、第４図に例示したパターンに従っている。

更にリング状ヨーク２８の抜孔内周面と中空円筒体１８
の外周面との間に形成される等幅の環状間隙の寸法は１
例えば０．３ミリまたは１．０ミリの何れかが好適に選
択される。また磁気構体２２の外周には、アルミニュウ
ムの如き非磁性体を材質とする金属製シールドケース３
２が囲繞配置されるが、このシールドケース３２の厚み
寸法は、前記磁気構体２２から磁気漏洩を完全に遮蔽す
るに充分でかつ最小の厚みになるよう設定される。

なお第２図で符号４２は、磁石３０およびリング状ヨー
ク２８からなる磁気構体２２を中空円筒体１８に対して
軸方向移動（および回転移動）自在に支持するスライド
メタルを示す。

このように構成されるアクチュエータでは、磁極となる
リング状ヨーク２８と１強磁性体芯２゜の大径部２０ａ
とが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することができ
る。従って磁気構体２２を中空円筒体１８に沿って摺動
移動させることにより、強磁性体芯、２０に駆動力が付
与され軸線方向に円滑に駆動されるものであるが、殊に
本発明に係るアクチュエータでは、第４図に示すように
強磁性体芯２０における夫々の大径部２０ａの厚み寸法
は、対応のリング状ヨーク２８の厚み寸法よりも小さく
設定されているため、以下の如く推力の増大が図られる
。

すなわち第４図に示すアクチュエータの不作動状態時に
おいて、夫々のリング状ヨーク２８に中空円筒体１８を
介して対向している大径部２０ａは、磁気誘導作用下に
異極に励磁されている（例えばヨーク２８がＮ極に励磁
されていれば、大径部２０ａはＳ極に励磁され、ヨーク
２８がＳ極に励磁されていれば、大径部２０ａはＮ極に
励磁される）。しかるにこの状態で前記磁気構体２２を
矢印Ａ方向に移動させれば、その移動の初期において大
径部２０ａのＳｌとヨーク２８のＮ１、および大径部２
０ａの鴎とヨーク２８の＆（以下同様）との間に作用す
る吸引力により、強磁性体芯２０は矢印Ａ方向への推進
が開始される。

次いで第５図に示すように磁気構体２２を矢印Ａ方向に
移動させる中期〜後期に至ると、ヨーク２８のＮ１と軸
方向に偏綺している大径部２０ａの鴎およびヨーク２８
の＆と軸方向に偏綺している大径部２０ａの＆（以下同
様）とが同極同志で互に反発し合って、更に磁気構体２
２を矢印Ａ方向に強力に移動させる。またヨーク２８の
Ｎ１と大径部２０ａのＳ□との異極同志による吸引およ
びヨーク２８の＆と大径部２０ａの乱（以下同様）との
異極同志による吸引によっても、矢印へ方向への磁気構
体２２の移動が強力に達成される。このような磁気吸引
および磁気反発の相乗作用により、強磁性体芯２０への
矢印Ａ方向の推進力は可及的に増大するものであって、
ヨーク２８の厚み寸法を前述の如＜４ｎｎとし、大径部
２０ａの厚み寸法をその半分の２ｍに設定した場合の推
力を実測したところ、１２．７ｋｇから１６．１ｋｇに
増大したことが確認された。

次に第７図は本発明に係るアクチュエータの別の実施例
を示すものであって、既に説明した推力発生部Ｐに加え
て、回転部Ｒを付設した構造が開示されている。すなわ
ち回転部Ｒの一部を構成する別の強磁性体芯４４は１例
えばＬ　Ｂ　Ｃｒ系電磁ステンレスの如き強磁性材料を
材質とする軸方向に長いコア部材であって、その横断面
は第８図に示すように１円筒体外周の周方向に所定中心
角で複数条の凹溝４６が長手方向に凹設され、例えば６
極のモータ回転子の形状を呈している。この別の強磁性
体芯４４は、中空円筒体１８の内部に軸線方向への移動
自在に配設した前記駆動軸１６に挿通配置され、前記推
力部Ｐにおける強磁性体芯２０に隣接的に位置している
。なお前記別の強磁性体芯４４と強磁性体芯２０との間
には、非磁性材料からなるスペーサ４８が同軸的に介挿
されて、両弾磁性体芯が相互に磁気的干渉するのを防止
するようになっている。

また回転部Ｒにおける中空円筒体１８の外周には、別の
磁気構体５０が回転自在に配設される。

例えばこの別の磁気構体５０は、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５２と、こ
のヨーク５２に第８図に示す如き配列で、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）の稀
土類磁石５４ａ〜５４ｎとから構成される。そして前記
別の磁気構体５０も、前記中空円筒体１８の外周に回転
自在かつ軸方向移動自在に挿通配置され、前記別の強磁
性体芯４４の突条部（前記凹溝４６が形成されていない
個所）が、中空円筒体１８を隔てて複数個（図示例では
６個）の稀土類磁石５４と対応する位置関係に設定され
ている。更にこの回転部Ｒにおける磁気構体５０の一部
をなす稀土類磁石５４と、推力発生部Ｐにおける磁気構
体２２の一部をなすリング状ヨーク２８との間には、非
磁性材料からなる環状スペーサ５６が介挿されて、相互
に磁気干渉するのを防止するようになっている。このよ
うに構成したことにより、推力発生部Ｐでは前述した通
り軸方向における推力の増大が図られ、また回転部Ｒで
は前記側の磁気構体５０を移動させることにより、良好
な回転力が得られるものである。

なお第６図は、本発明に示す構造とは逆に、強磁性体芯
２０における夫々の大径部２０ａの厚み寸法を、対応の
リング状ヨーク２８の厚み寸法より大きく設定した場合
を示す。しかしながらこの場合は、第１のヨーク２８　
（１）のＮと第２の大径部２０ａ（２＞のＳおよび第２
のヨーク２８　（２）のＳと第３の大径部２０ａ（３）
のＮ（以下同様）との間には磁気誘導による吸引力が作
用し、推進させようとする方向に対し逆方向の制動力が
加わる。従って当然の帰結として推進力の増大は図られ
ない。

以上詳細に説明した如く、本発明に係るアクチュエータ
によれば、強磁性体芯における夫々の大径部の厚み寸法
を、対応のリング状ヨークの厚み寸法よりも小さく設定
することによって、有効に軸方向推力の増大が図られる
。しかも磁石は従来のアクチュエータに採用されている
ものを、何等変更することなく使用し得るものであって
、コストの上昇および体積増加が抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空装置にアクチュエータを設けた例の概略構
造図、第２図は本発明に係るアクチュエータの一例を示
す縦断面図、第３図は第２図のａ　−ａ線横断面図、第
４図および第５図は本発明のアクチュエータを作動させ
た場合の磁気誘導状態を示す説明図、第６図は本発明の
アクチュエータと逆の構造にしたアクチュエータの部分
説明図、第７図は本発明に係るアクチュエータの別の実
施例を示すものであって、推力発生部Ｐに加えて、回転
部Ｒを付設した構造を示す縦断面図、第８図は第７図の
ｂ−ｂ線横断面図である。 １６・・・・駆動軸　　　　１８・・・・中空円筒体２
０・・・・強磁性体芯　　２２・・・・磁気構体２８・
・・・リング状ヨーク３０・・・・磁石特許出願人　　
　　大同特殊鋼株式会社ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非磁性材料からなる中空円筒体の内部に駆動軸を
   軸方向移動自在に同心配置し、強磁性体からなる円筒体
   の外周に所定間隔で環状溝を順次凹設することにより大
   径部と小径部とを軸方向に交互に画成した強磁性体芯を
   前記駆動軸に同心的に挿通固定し、前記中空円筒体の外
   周にリング状の強磁性体ヨークおよび磁石を軸方向に交
   互に隣接配置してなる磁気構体を摺動自在に配設し、こ
   の磁気構体を円筒体の外表面に沿って軸方向に移動させ
   ることによりこれと磁気結合した前記強磁性体芯を軸方
   向に移動させるよう構成したアクチュエータにおいて、
   前記強磁性体芯の大径部の厚みを前記強磁性体ヨークの
   厚みよりも小さくなるよう設定したことを特徴とするア
   クチュエータ。
2. （２）前記中空円筒体の外周には、前記リング状の強磁
   性体ヨークおよび磁石を交互に配置してなる磁気構体に
   隣接して、リング状の強磁性体ヨークおよび該ヨークに
   所定中心角で半径方向に配置した複数個の磁石からなる
   別の磁気構体が摺動自在に配設され、また前記駆動軸に
   は、前記大径部と小径部とを交互に画成した強磁性体芯
   に隣接して、円筒体外周の周方向に所定中心角で複数条
   の凹溝を長手方向に凹設してなる別の強磁性体芯が同心
   的に挿通固定されている特許請求の範囲第１項記載のア
   クチュエータ。