JPS6244393A - アクチユエ−タの微動推進機構 - 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微動推進機構に関し、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
軸を大きく進退移動させて大まかな位置決めを行い、次
いで緩徐に進退移動させて正確な位置決めを有効になし
得る微動推進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
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］８が固定されて水平に延在し、この中空円筒体１
８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へれる。

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
ようにした機構も提案されている。しかるにこの機構に
よれば、該駆動軸は大まかに移動されるので、真空チャ
ンバー内でハンドの正確な位置決めを行うには、前記磁
気構体を数度に亘って僅かなストロークで進退調節しな
ければならない欠点があった。

発明の目的 本発明は、前述した推力発生部を備えるアクチュエータ
に内在している前記欠点に鑑み、これを良好に解決する
べく提案されたものであって、真空チャンバー内でハン
ドを微動推進可能として、ワークの正確な位置決めをな
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に係るアクチュエータの
微動推進機構は、非磁性材質の中空円筒体（２８）の内
部に中空軸（４６）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（３６）を前記中空軸
（４６）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て、この第１の磁気構体（３２）
の軸方向移動により前記第１の強磁性体芯（３６）も軸
方向に移動し得るよう磁気結合させ、強磁性材質の別の
リング状ヨーク（６０）の内周に複数個の磁石（６２）
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
（５８）を、前記第１の磁気構体（３２）と共に一体的
に摺動可能で、かつ中空円筒体（２８）の外周に独立的
に回転自在に配設し、周方向に所定中心角で複数条の凹
溝（７０）を長手方向に凹設してなる第２の強磁性体芯
（５６）を、中空円筒体（２８）の内部において、前記
中空軸（４６）に摺動可能でかつ回転不能に挿通したス
ライド棒（４８）に回転自在にねじ込んで前記第２の磁
気構体（５８）と磁気結合させ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推進機構につき
、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微動推進機構の縦断
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、その後に本発明の微動推進機構の説明に及ぶ
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１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（３２０Ｇ）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
向しこ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４０は、大径部３
６ａ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。

（本発明に係る微動推進機構について）前述した推力発
生部を備えるアクチュエータでは、駆動軸は大まかに移
動されるので、真空チャンバー内でハンドの正確な位置
決めを行うには、前記磁気構体を数度に亘って僅かなス
トロークで進退調節しなければならない欠点があること
は前述した通りである。そこで本発明では、真空チャン
バー３０内に臨むグリッパ等のハント４４を軽微に前進
および後退させる微動推進機構が付設されている。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３
６を移動させることにより、真空チャンバー３０内でハ
ンド４４の大まかな位置決めを行い、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の強磁
性体芯３６に挿通固定される中空軸４６と、この中空軸
４６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４８とから構成されている。中空軸４
６には軸方向に所定長のスリット５０が穿設され、この
スリット５０に前記スライド棒４８に突設したピン５２
を臨ませることにより、該スライド棒４８の摺動距離を
このスリット５０の長さ内に規定している。なお中空軸
４６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５４が配設さ九ている。

またスライド棒４８が真空チャンバー３０に指向する側
の端部には、雄ねじ形成部４８ａが設けられ、この雄ね
じ形成部４８ａは後述する微動推進機構の第２の強磁性
体芯５６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２の磁気構体５８
と、これに磁気結合した第２の強磁性体芯５６とから構
成される。例えば第２の磁気構体５８は、電磁軟鉄（３
２０Ｃ）の如き強磁性材料からなるリング状ヨーク６０
と、このヨーク６ｏ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６２とから構成される。なお第２
の磁気構体５８は、図示のように中空円筒体２８に摺動
自在に挿通したスライド軸受６４（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６６に担持されている。

従ってこの第２の磁気構体５８は、前記スライド軸受６
４に連結されて第１の磁気構体３２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、当該
第１の磁気構体３２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２の磁気構体５８の外周には、
非磁性材質のスリーブ６８が囲続配置されている。

次に第２の強磁性体芯５６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７０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５６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４８の先端に設けた雄ねじ形成部４８ａがねじ
込まれている。このとき第２の強磁性体芯５６における
複数の突条部（前記凹溝７０の形成されていない部位）
は、第２の磁気構体５８における複数の希土類磁石６２
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６２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、雄ねじ形成部４８ａに
はハンド４４を有する軸頚部７２が、割ピン７４を介し
て固定されている。

従って第２の磁気構体５８を正逆何れかの周方向に回転
させれば、雄ねじ形成部４８ａを備えたスライド棒４８
は、前記ピン５２により中空軸４６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ことが諒解されよう。

なお前述した推力発生機構を備えるアクチュエータは、
そのままの構成では、ハンドが把持するワークの重量バ
ランスによっては、第１の強磁性体芯（および駆動軸）
が周方向に回転してしまう欠点がある。そこで図示の実
施例では、以下の構成を備え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３の磁気構体７６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３の磁気構体７６は、電磁軟鉄（３２０Ｃ）の如
き強磁性材料からなるリング状ヨーク７８と、このヨー
ク７８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８０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３の磁気構体７
６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８２が共通的に囲繞配置され、夫々ビス
８４により固定されている。

なお前記スリーブ８２により結合された第１の磁気構体
３２および第３の磁気構体７６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６
４．８６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３の磁気構体７６の
ヨーク７８と、第１の磁気構体３２のヨーク４０との間
には、非磁性材料からなる環状スペーサ８８が前記スリ
ーブ８２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３の強磁性体芯９０が、前記駆動軸３４に同心的
に挿通固定され、前記第３の磁気構体７６と磁気結合さ
せである。すなわち第３の強磁性体芯９ｏは１例えば１
３Ｃｒ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９０は、中空円筒体２越の内
部に配設した前記駆動軸３４の一部を構成する中空軸４
６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９４を介して隣接している。このとき第３の強磁
性体芯９０における複数の突条部（前記凹溝９２の形成
されていない部位）は、第３の磁気構体７６における複
数の希土類磁石８０により磁気結合され、中空円筒体２
８を隔てて前記夫々の希土類磁石８０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、第りの磁気構体７６を回動させない限り
、第３の強磁性体芯９０およびこれに固定した中空軸４
６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３の磁気構体７６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
、本実施例では更に、この第３の磁気構体７６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９６が配設され、
前記スリーブ８２により共通的に固定した第１および第
３の磁気構体３２，７６には突出片９８が関係的に固定
しである。そして突出片９８に凹設した円弧溝９９を、
前記案内体９６に摺動自在に係合させることにより、第
１および第３の磁気構体３２．７６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。

次にこのように構成した本発明に係る微動推進機構の作
用につき説明する。既に述べた如く第１の磁気構体３２
は、中空円筒体２８の外周に沿って軸方向に摺動可能で
あり、この磁気構体３２は中空軸４６に挿通固定した第
１の強磁性体芯３６との間で磁気結合がなされている。

従って当該第１の磁気構体３２を進退移動させることに
より。

駆動＄１１１３４の一部を構成する中空軸４６もこれに
伴って軸方向に進退移動し、アクチュエータとしての本
来の機能を発揮する。

このように第１の磁気構体３２により駆動軸３４を大き
く移動させて、真空チャンバー３０内でハンド４４の大
まかな位置決めを行ない、その後に前記第２の磁気構体
５８を中空円筒体２８の周りにおいて所要方向に回転さ
せる。このときスライド捧４８は中空軸４６に挿通され
、スリット５０中に臨ませたピン５２により回転を阻止
されているから、前記雄ねじ形成部４８ａと第２の強磁
性体芯５６に螺切した雌ねじとのねじ作用下に。

スライド捧４８は中空軸４６に対し緩徐に微動前進また
は微動後退し、ハンド４４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、ワークを把持したハンドを
軸方向に直線的に進退移動させるようにしたアクチュエ
ータにおいて、該駆動軸を大まかに移動させた後、真空
チャンバー内でハントを微動的に前進および後退させる
ことができるので、正確な位置決めを簡単に実施するこ
とができる。

【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
微動推進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微動推進機
構の一例を示す縦断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線機
断面図、第５図は第３図のＣ−Ｃ線描断面図、第６図は
第３図のＡ−Ａ線描断面図である。 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４６・・・中空軸　　　　４８
・・・スライド捧５８・・・第２の磁気構体６０・・・
ヨーク６２・・・磁石　　　　　５６・・・第２の強磁
性体芯ＦＩＧ、１ １ｎ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非磁性材質の中空円筒体の内部に中空軸を軸方向への移
   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
   磁性体芯を前記中空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
   に配設して、この第１の磁気構体の軸方向移動により前
   記第１の強磁性体芯も軸方向に移動し得るよう磁気結合
   させ、 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の磁気構体と共に一体的に摺動可能で、か
   つ中空円筒体の外周に独立的に回転自在に配設し、 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、中空円筒体の内部において
   、前記中空軸に摺動可能でかつ回転不能に挿通したスラ
   イド棒に回転自在にねじ込んで前記第２の磁気構体と磁
   気結合させたことを特徴とするアクチュエータの微動推
   進機構。