JPS6244392A - アクチユエ−タの回転止め機構 - 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】 産業上の利用分野 この発明はアクチュエータの回転止め機構に関し、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
およびこれに取着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
軸が軸周りに回転するのを有効に防止し得る回転止め機
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、この強磁性体芯に挿通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
一ハンド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１ｏ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、夫々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２４，２６を円筒体１
８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を対応する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
。

発明が解決しようとする問題点 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。

ところでこのアクチュエータから前記の回転力発生部を
省略し、ワークを把持したハンドを駆動軸の周りに回転
させることなく、軸方向にのみ直線的に進退移動させる
ようにしたリニアアクチュエータ機構も提案されている
。しかるにこの機構では、前記駆動軸は外部から非接触
で保持され、しかも推力発生部を構成する磁気構体と前
記強磁性体芯との間には、周方向における磁気拘束力は
殆ど作用しないので、ハンドに把持したワークの重量バ
ランスの如何によっては、強磁性体芯およびこれに挿通
した駆動軸が、周方向に回転し、前記ワークの正確な位
置決めをなし得ない欠点があった。

発明の目的 本発明は、前述した推力発生部を備えるリニアアクチュ
エータにおいて、ワークの形態等によっては駆動軸が回
転してしまう欠点に鑑み、これを良好に解決するべく提
案されたものであって、駆動軸を周方向に磁気的に拘束
して、該駆動軸の回転を有効に防止し得る機構を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 前記目的を達成するため本発明は、非磁性材質の中空円
筒体（２８）の内部に駆動軸（３４）を軸方向への移動
自在に同心配置し、所定間隔で大径部（３６ａ）と小径
部（３６ｂ）とを交互に画成した第１の強磁性体芯（３
６）を前記駆動軸（３４）に同心的に挿通固定し、強磁
性材質のリング状ヨーク（４０）と磁石（４２）とを交
互に隣接配置した第１の磁気構体（３２）を前記中空円
筒体（２８）の外周に摺動自在に配設し、この第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）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、強磁
性材質の別のリング状ヨーク（４６）の内周に複数個の
磁石（４８）を半径方向に所定中心角で配置してなる第
２の磁気構体（４４）を前記第１の磁気構体（３２）に
隣接して中空円筒体（２８）の外周に摺動自在に配設し
、また周方向に所定中心角で複数条の凹溝（６２）を長
手方向に凹設してなる第２の強磁性体芯（６０）を前記
駆動軸（３４）に同心的に挿通固定して前記第２の磁気
構体（４４）と磁気結合させ、更に前記第１および第２
の磁気構体（３２，４４）を中空円筒体（２８）の外周
に沿って一体的に直線移動のみ可能に構成したことを特
徴とする。

実施例 次に本発明に係るアクチュエータの回転止め機構につき
、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の概略縦断
面図、第３図は本発明の要旨をなす回転止め機構の縦断
面図である。

（推力発生部を有するアクチュエータの概略）先ず理解
を容易にするため、駆動軸を軸線方向に進退駆動する推
力発生部のみを備えているアクチュエータの概略機構に
つき述べ、その後に本発明の回転止め機構の説明に及ぶ
こととする。第３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、そ
の一方の開放端部は真空チャンバー３０に連通接続する
と共に、他方の閉塞端部は外方に突出して水平に延在し
ている。この中空円筒体２８の外周には推力発生部の一
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を備えた第１の強磁性
体芯３６が移動自在に挿通配置されている。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、中空円筒体２８の内部に軸線方向への移動可能に挿
通配置した駆動軸３４（後述）に挿通固定されている。

この強磁性体芯３６は、第３図および第４図から判明す
るように、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３８を順次凹設することにより（図で
は２つ）、３つの大径部３６ａと２つの小径部３６ｂと
が軸方向に交互に画成されるようになっている。

またこの第１の強磁性体芯３６に対応する第１の磁気構
体３２は、中空円筒体２８の外周に軸線方向への移動可
能に挿通配置されている。この磁気構体３２は、例えば
電磁軟鉄（Ｓ２００）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。従って前記リング状ヨーク４ｏは、大径部３６
ａの数と同じく３つ設けられている。

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４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する
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
移動が達成されるものである。

（本発明に係る回転止め機構について）前述した推力発
生部を備えるアクチュエータでは、ワークの重量バラン
スによっては、強磁性体芯（および駆動軸）が周方向に
回転してしまう欠点があることは前述の通りであるが、
本発明では、以下の構成とすることにより前記回転を有
効に阻止している。すなわち第３図に示すように、中空
円筒体２８の外周に摺動自在に配設した前記第１の磁気
構体３２に隣接して、第２の磁気構体４４が同じく円筒
体２８に対して摺動自在に配設しである。この第２の磁
気構体４４は、電磁軟鉄（８２０Ｇ）の如き強磁性材料
からなるリング状ヨーク４６と、このヨーク４６の内周
に第５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）の希土類磁石４８
とから構成される。そして前記第１の磁気構体３２およ
び第２の磁気構体４４の外周には、アルミニュウムの如
き非磁性金属を材質とするスリーブ５０が共通的に囲続
配置され、夫々ビス５２により固定されている。

なお前記スリーブ５０により結合された第１の磁気構体
３２および第２の磁気構体４４は、図示のように中空円
筒体２８の外周に摺動自在に挿通した各スライド軸受５
４．５６の夫々に担持されて、該円筒体２８の外周を摺
動し得るようになっている。また第２の磁気構体４４の
ヨーク４６と、第１の磁気構体３２のヨーク４ｏとの間
には、非磁性材料からなる環状スペーサ５８が前記スリ
ーブ５０の内方において介装されて、相互に磁気干渉す
るのを防止するようになっている。

次に第２の強磁性体芯６０が前記駆動軸３４に同心的に
挿通固定され、前記第２の磁気構体４４と磁気結合させ
である。すなわち第２の強磁性体芯６０は、例えば１３
Ｃｒ系電磁ステンレスのような強磁性材料からなるコア
部材であって、第５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６２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は、中空円筒体２８の内部に
配設した前記駆動軸３４に挿通固定され、前記第１の強
磁性体芯３６に環状スペーサ６４を介して隣接している
。このとき第２の強磁性体芯６ｏにおける複数の突条部
（前記凹溝６２の形成されていない部位）は、第２の磁
気構体４４における複数の希土類磁石４８により磁気結
合され、中空円筒体２８を隔てて前記夫々の希土類磁石
４８に対応して、周方向への回転を拘束されている。従
って中空円筒体２８の外周において、第２の磁気構体４
４を回動させない限り、第２の強磁性体芯６ｏおよびこ
れに固定した駆動軸３４は該円筒体２８の内部で磁気拘
束されて回転を阻止される。

しかるに第２の磁気構体４４は、中空円筒体２８の外周
において周方向にも回転し得るよう挿通されているので
、本発明では更に、この第２の磁気構体４４および第１
の磁気構体３２を前記円筒体２８の外周に沿って直線的
にのみ移動可能とする手段を設けである。例えば、第３
図および第７図に示すように、中空円筒体２８の外方に
おいて、これと平行に延在する丸棒からなる案内体６６
が配設され、前記スリーブ５０により共通的に固定した
第１および第２の磁気構体３２，４４には突出片６８が
関係的に固定しである。そして突出片６８に凹設した円
弧溝７１を、前記案内体６６に摺動自在に係合させるこ
とにより、第１および第２の磁気構体３２，４４を、前
記円筒体２８に対し回転不能で、かつ直線的にのみ移動
させることができる。

なお図示の実施例に係るアクチュエータでは、真空チャ
ンバー３０内に臨むグリッパ等のハンド７ｏを、回転さ
せることなく軽微に前進および後退させる微動推進機構
が付設されているので、これにつき説明する。この微動
推進機構は、前述した第１の磁気構体３２を大きく直線
移動させ、これと磁気結合した第１の強磁性体芯３６（
駆動軸３４）を移動させることにより、真空チャンバー
３０内でハンド７０のおおまがな位置決めを行い、その
後微細に進退移動させて正確な位置決めを行うためのも
のである。例えば前記駆動軸３４は。

第３図に示す如く、第１および第２の強磁性体芯３６．
６０に挿通固定される中空軸７２と、この中空軸７２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７４とから構成されている。中空軸７２には
軸方向に所定長のスリット７６が穿設され、このスリッ
ト７６に前記スライド棒７４に突設したピン７８を第８
図に示すように臨ませることにより、該スライド棒７４
の摺動距離をこのスリット７６の長さ内に規定している
。なお中空軸７２には、中空円筒体２８の内周壁に当接
して摺動するスライド軸受７３が配設されている。

またスライド棒７４の一端部には、雄ねじ形成部７４ａ
が設けられ、この雄ねじ形成部７４ａは後述する微動推
進機構の第３の強磁性体芯８ｏに螺切した雌ねじ部にね
じ込まれている。すなわち微動推進機構は、第１の磁気
構体３２に隣接して中空円筒体２８に摺動自在に配設し
た第３の磁気構体８２と、これに磁気結合した第３の強
磁性体芯８ｏとから構成される。例えば第３の磁気構体
８２は、電磁軟鉄（Ｓ２０Ｃ）の如き強磁性材料からな
るリング状ヨーク８４と、このヨーク８４の内周に第６
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）の希土類磁石８６とから
構成される。なお第３の磁気構体８２は、図示のように
中空円筒体２８に摺動自在に挿通した前記スライド軸受
５４（これは第１の磁気構体３２も担持している）にそ
の一方を担持されると共に、その他方を別のスライド軸
受８８に担持されている。従ってこの第３の磁気構体８
２は、前記スライド軸受５４に連結されて第゛１および
第２の磁気構体３２，４４と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、これら第１お
よび第２の磁気構体３２，４４とは独立して周方向に回
転し得るようになっている。また第３の磁気構体８２の
外周には、非磁性材質のスリーブ９０が囲繞配置されて
いる。

次に第３の強磁性体芯８０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６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９２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３の強
磁性体芯８０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７４の先端に設けた雄ねじ形成部７４ａがねじ
込まれている。このとき第３の強磁性体芯８０における
複数の突条部（前記凹溝ｇ２の形成されていない部位）
は、第３の磁気構体８２における複数の希土類磁石８６
により磁気結合され、中空円筒体２８を隔てて前記夫々
の希土類磁石８６に対応して、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７２の真空チャン
バー３０に指向する側の端部に、ハンド７ｏが固定され
ている。

従って第３の磁気構体８２を正逆何れかの周方向に回転
させれば、雄ねじ形成部７４ａを備えたスライド棒７４
は、前記ピン７８により中空軸７２に対して回動を阻止
されつつも、そのねじのピンチに応じた微速度で軸方向
への進退移動を行なうことが諒解されよう。

次にこのように構成した本発明に係る回転止め機構の作
用につき説明する。既に述べた如く第１および第２の磁
気構体３２，４４は、中空円筒体２８の外周を軸方向に
摺動し得るが、これらの磁気構体は突出片６８に形成し
た円弧溝７１を前記案内体６６に摺動可能に係合させて
、周方向への回転を阻止されている。従って駆動軸３４
に挿通固定した第２の強磁性体芯６０は、これに対応す
る第２の磁気構体４４により磁気拘束されて、周方向へ
の回転を防止される。しかも前述した第１の磁気構体３
２と、駆動軸３４に挿通固定した第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、当該第１の磁
気構体３２を中空円筒体２８に沿って進退移動させるこ
とにより、駆動軸３４もこれに伴って軸方向に進退移動
し、リニアアクチュエータとしての機能を発揮する。

なお前述した微動推進機構を併用する場合は、第１の磁
気構体３２により駆動軸３４を大きく移動させて、ハン
ド７０のおおまかな位置決めを行ない、その後に前記第
３の磁気構体８２を中空円筒体２８の周りに回転させる
ことにより、前記ねじ作用下にスライド棒７４が中空軸
７２に対し微動して（回転することなく）、ハンド７ｏ
の正確な位置決めがなされる。

゛発明の効果 このように本発明によれば、中空円筒体の内部に同心配
置した駆動軸に固定した第２の強磁性体芯を、中空円筒
体の外部に設けた第２の磁気構体により磁気拘束すると
共に、この第２の磁気構体を中空円筒体に対して軸方向
への移動は可能で、しかも周方向への回転は不能となる
よう構成したことにより、確実に駆動軸およびこれに関
係的に接続したハンドの回転止めを達成し、これにより
正確な位置決めがなされる。

【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
概略縦断面間、第２図は本発明に係るアクチュエータの
回転止め機構を真空チャンバーに設けた例の概略縦断面
図、第３図は本発明に係るアクチュエータの回転止め機
構の一例を示す縦断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線板
断面図、第５図は第３図のＣ−Ｃ線横断面図、第６図は
第３図のＡ−Ａ線板断面図、第７図は本発明に係るアク
チュエータの回転止め機構の外観を示す斜視図、第８図
は駆動軸を構成する中空軸とスライド棒との挿通関係を
示す概略斜視図である。 ２８・・・中空円筒体　　３２・・・第１の磁気構体３
４・・・駆動軸　　　　３６・・・第１の強磁性体芯３
６ａ・大径部　　　　３６ｂ・小径部４０・・・ヨーク
　　　　　４２・・・磁石４４・・・第２の磁気構体４
６・・・ヨーク４８・・・磁石　　　　　５０・・・ス
リーブ６０・・・第２の強磁性体芯 ６６・・・案内体　　　　６８・・・突出片特許出願人
　　　日本フィシチック機器株式会社ＦＩＧ、１ ］０ ２８、 ＦＩＧ、２ で

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非磁性材質の中空円筒体の内部に駆動軸を軸方向
   への移動自在に同心配置し、所定間隔で大径部と小径部
   とを交互に画成した第１の強磁性体芯を前記駆動軸に同
   心的に挿通固定し、強磁性材質のリング状ヨークと磁石
   とを交互に隣接配置した第１の磁気構体を前記中空円筒
   体の外周に摺動自在に配設し、この第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、強磁性材質の別のリング状ヨーク
   の内周に複数個の磁石を半径方向に所定中心角で配置し
   てなる第２の磁気構体を前記第１の磁気構体に隣接して
   中空円筒体の外周に摺動自在に配設し、また周方向に所
   定中心角で複数条の凹溝を長手方向に凹設してなる第２
   の強磁性体芯を前記駆動軸に同心的に挿通固定して前記
   第２の磁気構体と磁気結合させ、更に前記第１および第
   ２の磁気構体を中空円筒体の外周に沿って一体的に直線
   移動のみ可能に構成したことを特徴とするアクチュエー
   タの回転止め機構。
2. （２）前記第１および第２の磁気構体を中空円筒体の外
   周に沿って一体的に直線移動のみ可能にする手段として
   、第１および第２の磁気構体をスリーブにより共通的に
   固定すると共に、中空円筒体の外方に平行に案内体を配
   置し、前記磁気構体に関係的に設けた突出片を前記案内
   体に摺動自在に係合させてなる特許請求の範囲第１項記
   載のアクチュエータの回転止め機構。