WO2024084988A1 - 回転伝達装置 - Google Patents

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WO2024084988A1
WO2024084988A1 PCT/JP2023/036419 JP2023036419W WO2024084988A1 WO 2024084988 A1 WO2024084988 A1 WO 2024084988A1 JP 2023036419 W JP2023036419 W JP 2023036419W WO 2024084988 A1 WO2024084988 A1 WO 2024084988A1
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shaft body
magnetic fluid
housing
rotor
fluid seal
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PCT/JP2023/036419
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭亮 鷺坂
Original Assignee
株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/10—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotation transmission device configured to transmit rotation to a rotating object.
  • Patent Document 1 proposes a configuration that uses a magnetic coupling that can transmit the rotation of a drive shaft to a driven shaft in a non-contact manner using magnetism.
  • the drive shaft of the magnetic coupling is placed on the outside of the partition wall and the driven shaft is placed on the inside of the partition wall.
  • One aspect of the present disclosure is to make it possible to make the device configuration as a rotation transmission device smaller than conventional configurations.
  • the rotation transmission device includes a shaft extending in a predetermined direction, a rotor, a housing, a stator, a bearing, and at least one magnetic fluid seal.
  • the rotor is arranged to surround the shaft body around the axis and is configured to follow the rotation of the shaft body around the axis.
  • the housing is a cylindrical member arranged to surround the shaft body around the axis outside the rotor, and is configured so that a first end of the member is closed and a second end, which is the end opposite to the first end, is open.
  • the stator is arranged to surround the shaft body along the housing around the axis and to face the rotor in the inward and outward directions, and is configured to be fixed to the housing.
  • the bearing is configured to support the shaft body at a predetermined support position along the axial direction so that it can rotate around the axis relative to the housing.
  • At least one magnetic fluid seal is configured to block the internal space surrounded by the housing at the sealing position by interposing a magnetic fluid between the shaft body and the housing around the entire circumference around the axis at a predetermined sealing position along the axial direction.
  • the at least one magnetic fluid seal includes a first magnetic fluid seal.
  • the first magnetic fluid seal is configured to block the internal space at a sealing position that is located on the second end side of the bearing and the rotor along the axial direction.
  • the rotation transmission device is configured so that, with a rotating object attached to the second end of the shaft, the shaft is rotated together with the rotor by passing current through the stator, and the rotation is transmitted to the rotating object.
  • the shaft rotates together with the rotor when current is applied to the stator, and this rotation can be transmitted to a rotating object attached to the shaft.
  • the rotation transmission device is configured as a single device that integrates the function of rotating as a motor and the function of transmitting that rotation. For this reason, the device configuration can be made more compact than conventional devices that realize these functions as separate devices. Furthermore, the compact configuration of the rotation transmission device allows for greater freedom in where it can be installed than in the past.
  • the internal space surrounded by the housing is sealed at the sealing position, so that even if impurities (e.g., gas, cutting chips, etc.; the same applies below) are generated around the bearing that operates with physical contact, the impurities can be prevented from reaching the rotating object attached to the second end of the shaft.
  • the bearing may be disposed closer to the first end than the rotor.
  • the at least one magnetic fluid seal may include a second magnetic fluid seal in addition to the first magnetic fluid seal.
  • the second magnetic fluid seal may be configured to close the internal space at a sealing position between the bearing and the rotor along the axial direction.
  • the rotor is sandwiched between magnetic fluid seals in the axial direction, and the space around the rotor is isolated from the bearings and the space around the rotating object. This makes it possible to prevent impurities generated around the bearings or in the space around the rotating object from reaching the area around the rotor.
  • Such a rotation transmission device prevents impurities from reaching the gap between the rotor and the housing and interfering with the rotation of the rotor. This eliminates the need to ensure a gap between the rotor and the housing to account for the effects of impurities. As a result, by narrowing the gap between the rotor and the housing, a configuration can be realized in which the distance between the rotor and the stator is narrowed. This allows the rotational torque of the motor to be increased.
  • FIG. 2 is a front view of a rotation transmission device and a vacuum chamber according to the embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG. 1 ) of the rotation transmission device and the vacuum chamber in the embodiment, taken along a plane intersecting the axial direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG. 1 ) of the rotation transmission device according to the embodiment, taken along a plane defined by an axial direction and a direction intersecting the axial direction;
  • 2 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG. 1) of a main portion of a rotation transmission device according to another embodiment, taken along a plane defined by an axial direction and a direction intersecting the axial direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG. 1) of a rotation transmission device according to another embodiment, taken along a plane defined by an axial direction and a direction intersecting the axial direction. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (view taken along the line AA in FIG. 1) of a rotation transmission device according to another embodiment, taken along a plane defined by an axial direction and a direction intersecting the axial direction.
  • 1...rotation transmission device 10...shaft body, 11...mounting surface, 13...small diameter portion, 15...shaft side flange, 17...through hole, 19...cylindrical body, 20...rotor, 30...housing, 30A...first end, 30B...second end, 40...stator, 41...lead wire, 60...magnetic fluid seal, 60A...first magnetic fluid seal, 60B...second magnetic fluid seal, 61...magnetic pole, 63...magnetic fluid, 65...permanent magnet, 70...rotation detection unit, 71...magnet piece, 73...magnetic sensor, 75...inner disk, 77...outer disk, 100...axis, 110, 110A, 110B...sealing position, 120...support position, 200...turntable, 300...vacuum chamber.
  • the rotation transmission device 1 is a device that is attached to an apparatus that processes a rotating object while rotating it in a depressurized closed space, in order to rotate the rotating object.
  • a configuration is exemplified in which the rotation transmission device 1 is attached to a vacuum chamber 300 of a semiconductor manufacturing apparatus in order to rotate a turntable 200 that is a rotating object.
  • the semiconductor manufacturing apparatus is configured so that a product can be processed while rotating the turntable 200 in a depressurized closed space.
  • the rotation transmission device 1 comprises a shaft body 10 extending in a predetermined direction (i.e., the direction of the axis 100), a rotor 20 surrounding the shaft body 10 around the axis 100, and a cylindrical housing 30 arranged to surround the shaft body 10 around the axis 100. It also comprises a stator 40 surrounding the shaft body 10 and the rotor 20 around the axis 100, a bearing 50 supporting the shaft body 10 for rotation, a magnetic fluid seal 60 sealing the internal space surrounded by the housing 30 at a predetermined position, and a rotation detection unit 70 detecting the rotation of the shaft body 10.
  • the shaft body 10 extends in a predetermined direction and is configured as multiple cylinders of different diameters connected along the predetermined direction.
  • the multiple cylinders are configured so that their central axes coincide with the axis 100.
  • the first end 10A (see FIG. 3, the lower end of FIGS. 1 and 2) of the shaft body 10 is housed in the housing 30.
  • a mounting surface 11 for mounting a rotating object is formed on the second end 10B side of the first end 10A.
  • the second end 10B is the end of the shaft body 10 opposite the first end 10A.
  • the rotating object is screwed to the shaft body 10 while being positioned along the mounting surface 11 of the shaft body 10.
  • the shaft body 10 also has a small diameter section 13 formed on the first end 10A side, which is smaller in diameter than the second end 10B side. In this embodiment, the entire area of the shaft body 10 on the first end 10A side is formed as the small diameter section 13.
  • the shaft body 10 also has a shaft side flange 15 that expands to a larger diameter on the second end 10B side than the other areas. This shaft side flange 15 is provided on the second end 10B side of the small diameter portion 13.
  • the rotor 20 is arranged to surround the shaft body 10 around the axis 100, and is driven by the rotation of the shaft body 10 around the axis 100.
  • the rotor 20 is arranged along the outer periphery of the shaft body 10.
  • the housing 30 is a cylindrical member that surrounds the shaft body 10 around the axis 100, outside the rotor 20. As shown in FIG. 4, the lower side of the housing 30 is closed and the upper side is open.
  • the housing 30 is made of a non-magnetic material.
  • the stator 40 is arranged so as to surround the shaft body 10 from the outside along the housing 30 around the axis 100.
  • the stator 40 is also arranged so as to face the rotor 20 in the inward/outward direction across a partition wall in the housing 30, and is fixed to the outer circumferential surface of the housing 30.
  • the inward/outward direction is the radial direction centered on the axis 100.
  • the bearing 50 supports the shaft body 10 at a predetermined support position 120 along the axis 100 (the vertical direction in Figs. 1 and 2) so that the shaft body 10 can rotate around the axis 100 relative to the housing 30.
  • a ball bearing is used as the bearing 50.
  • the bearing 50 rotatably supports the shaft body 10 at a support position 120 (see FIG. 6) that corresponds to the small diameter portion 13 along the axis 100.
  • a support position 120 (see FIG. 6) that corresponds to the small diameter portion 13 along the axis 100.
  • the support position 120 is provided on the first end 10A side.
  • the bearing 50 rotatably supports the shaft body 10 on the first end 10A side.
  • the bearing 50 surrounds the shaft body 10 from the outside around the axis 100 and supports the shaft body 10 by being interposed between the shaft body 10 and the housing 30.
  • the magnetic fluid seal 60 seals the internal space surrounded by the housing 30 at the sealing position 110 by interposing a magnetic fluid 63 between the shaft body 10 and the housing 30 around the entire circumference of the axis 100.
  • the sealing position 110 is set on the second end 10B side of the rotor 20 and the bearing 50 along the axis 100.
  • one of the shaft body 10 and the housing 30 is referred to as the first member, and the other of the shaft body 10 and the housing 30 that is not the first member is referred to as the second member.
  • This magnetic fluid seal 60 comprises a pair of magnetic poles 61 that protrude from the first member toward the second member at the sealing position 110, and a magnetic fluid 63 that is interposed between the tip side of each magnetic pole 61 and the second member.
  • each magnetic pole 61 is provided so as to protrude from the shaft body 10 toward the housing 30 at the sealing position 110, and the magnetic fluid 63 is configured to be interposed between the tip side of each magnetic pole 61 and the housing 30.
  • a permanent magnet 65 is sandwiched between a pair of magnetic poles 61 on the base side (on the shaft body 10 side in this embodiment).
  • Each magnetic pole 61 and permanent magnet 65 forms a magnetic circuit (see dashed lines in the figure) between the tip side of each magnetic pole 61 and a second member (housing 30 in this embodiment). With this configuration, the magnetic fluid 63 can be magnetically held between the shaft body 10 and the housing 30.
  • the magnetic fluid seal 60 seals the internal space surrounded by the housing 30 at the sealing position 110.
  • the sealing position 110 is set at a position closer to the second end 10B than the bearing 50, the rotor 20, and the shaft side flange 15 along the axis 100.
  • the rotation detection unit 70 is a magnetic encoder that includes a magnet piece 71 that rotates around the axis 100 following the shaft body 10, and a magnetic sensor 73 that detects the change in the magnetic field caused by the rotation of the magnet piece 71 as the rotation of the shaft body 10.
  • the magnet piece 71 is provided on the inner disk 75.
  • the inner disk 75 is a member formed in a disk shape.
  • the inner disk 75 is provided on the first end 10A side of the shaft body 10 and is configured to rotate following the shaft body 10.
  • the magnet piece 71 is arranged so that multiple magnetic poles (south poles and north poles) are adjacent to each other around the axis 100 along its surface.
  • the magnetic sensor 73 is provided on the outer disk 77.
  • the magnetic sensor 73 is a Hall element that detects changes in the magnetic poles around the axis 100 on the surface of the outer disk 77.
  • the outer disk 77 is a member formed in a disk shape, similar to the inner disk 75.
  • the outer disk 77 is fixed to the housing 30 so as to face the surface of the inner disk 75 with the partition wall of the housing 30 in between.
  • a configuration was exemplified in which the rotor 20 is provided on the outer periphery of the shaft body 10 and is integrated with the shaft body 10 so that the rotor 20 is driven by the rotation of the shaft body 10 about the axis 100.
  • the rotor 20 does not necessarily have to be integrated with the shaft body 10 as long as it is configured so that the rotor 20 is driven by the rotation of the shaft body 10 about the axis 100.
  • the stator 40 surrounds the shaft body 10 on the outside of the housing 30 and is fixed to the outer circumferential surface of the housing 30.
  • the stator 40 may surround the shaft body 10 on the inside of the housing 30 and be fixed to the inner circumferential surface of the housing 30.
  • the shaft body 10 may be configured such that each of the multiple support positions 120 is supported by a separate bearing 50.
  • multiple small diameter portions 13 may be formed at intervals in the direction of the axis 100, and a bearing 50 may be provided in each small diameter portion 13.
  • the sealing position 110 is located closer to the second end 10B than the bearing 50, the rotor 20, and the shaft-side flange 15 along the axis 100.
  • the magnetic fluid seal 60 may include a first magnetic fluid seal 60A and a second magnetic fluid seal 60B.
  • the first magnetic fluid seal 60A is configured to close the internal space at the first sealing position 110A, which is located closer to the second end 10B than the bearing 50 and the rotor 20 along the axis 100.
  • the second magnetic fluid seal 60 is configured to close the internal space at the second sealing position 110B, which is located between the bearing 50 and the rotor 20 along the axis 100.
  • a first magnetic fluid seal 60A and a second magnetic fluid seal 60B may be provided to sandwich the bearing 50 provided at the support position 120 on the second end 10B side in the axial direction 100.
  • the magnetic pole 61 of the magnetic fluid seal 60 is provided on the shaft body 10 side.
  • the magnetic pole 61 may be provided on the housing 30 side.
  • the rotation detection unit 70 is configured such that the magnet pieces 71 are arranged along the surface of the inner disk 75 with their magnetic poles (south and north poles) adjacent around the axis 100, and the magnetic sensor 73 is provided on the outer disk 77 fixed in a position opposite the surface of the inner disk 75.
  • the rotation detection unit 70 is not limited to this configuration as long as it can detect the rotation of the shaft body 10.
  • a configuration in which the magnet pieces 71 are arranged along the side of the inner disk 75 with their polarities adjacent around the axis 100, and the magnetic sensor 73 is arranged to surround the side of the inner disk 75 from the outside of the housing 30 around the axis 100 is conceivable.
  • the bearing 50 supports the shaft body 10 by surrounding the shaft body 10 from the outside around the axis 100.
  • the support structure of the shaft body 10 by the bearing 50 is not limited to the above configuration.
  • a through hole 17 penetrating the shaft body 10 from the first end 10A toward the second end 10B side may be formed, and a cylindrical body 19 extending along the through hole 17 from a region facing the first end 10A of the shaft body 10 on the inner wall of the housing 30 may be provided.
  • the bearing 50 it is conceivable to provide the bearing 50 so as to surround the cylindrical body 19 around the axis 100 and be interposed between it and the inner wall of the through hole 17.
  • the rotation detection unit 70 may be configured to use an optical or electromagnetic induction encoder.
  • the device configuration can be made more compact than conventional devices that realize these functions as separate devices. Furthermore, the compact device configuration allows for greater freedom in where it can be installed than before.
  • the internal space surrounded by the housing 30 is sealed by the magnetic fluid seal 60. Therefore, even if impurities are generated around the bearing 50, which operates with physical contact, the impurities can be prevented from reaching the rotating object side outside the internal space.
  • the rotor 20 is sandwiched between the magnetic fluid seal 60 in the axial direction 100, and the space around the rotor 20 is isolated from the bearing 50 and the space on the rotating object side. This makes it possible to prevent impurities generated around the bearing 50 or in the space on the rotating object side from reaching the area around the rotor 20.
  • the shaft body 10 is supported by the bearing 50 at the small diameter portion 13 formed on the first end 10A side. Therefore, the gap between the outer peripheral surface of the shaft body 10 and the inner peripheral surface of the housing 30 is wider around the bearing 50 and narrower on the second end 10B side than the bearing 50. As a result, even if impurities are generated around the bearing 50, the impurities tend to remain around the bearing 50 in the internal space of the housing 30, and can be prevented from reaching the second end 10B side (outside the internal space).
  • the shaft body 10 is supported by the bearing 50 at a position closer to the first end 10A than the shaft side flange 15 provided on the second end 10B side. Therefore, the gap between the outer peripheral surface of the shaft body 10 and the inner peripheral surface of the housing 30 is wider around the bearing 50 and narrower at the shaft side flange 15 on the second end 10B side than the bearing 50. As a result, even if impurities are generated around the bearing 50, the impurities tend to remain on the first end 10A side in the internal space of the housing 30, and can be prevented from reaching the second end 10B side.

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Abstract

回転伝達装置を提供する。回転伝達装置は、所定方向に延びる軸体と、ロータと、ハウジングと、ステータと、軸受けと、少なくとも１つの磁性流体シールと、を備える。少なくとも１つの磁性流体シールは、軸線周りの全周にわたり軸体とハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、シール位置でハウジングに包囲された内部空間を塞ぐように構成される。当該回転伝達装置は、軸体に回転対象物を取り付けた状態で、ステータへの通電によりロータとともに軸体を回転させることによって、この回転を回転対象物に伝達させるように構成される。

Description

回転伝達装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０２２年１０月１９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２２－１６７８５４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２２－１６７８５４号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、回転対象物に回転を伝達するように構成された回転伝達装置に関する。
　半導体を製造する過程などのように、減圧された閉鎖空間内で回転対象物を回転させつつ加工を実施する技術が知られている。ここで、回転対象物を回転させるための動力は、閉鎖空間を区画する隔壁を介して外部から伝達されることが一般的である。例えば、下記特許文献１では、駆動軸の回転を磁気により非接触で従動軸に伝達可能なマグネットカップリングを使用する構成が提案されている。
　これであれば、マグネットカップリングの駆動軸を隔壁の外側に配置し、従動軸を隔壁の内側に配置したうえで、隔壁の外側からモータで駆動軸を回転させることによって、この回転を従動軸経由で内部にある回転対象物にまで伝達することができる。また、回転を非接触で伝達できるため、閉鎖空間が外側と通じてしまうこともなく、減圧状態を維持できる。
特許第６４７５０６２号
　しかし、上記特許文献１の構成では、隔壁の外側にマグネットカップリングの駆動軸を配置し、この駆動軸を回転させるためにこの駆動軸にモータを連結している。つまり、回転およびその伝達という２つの機能を別々の装置で実現している。このため、装置構成が大きくなりやすく、その設置場所などが制約されてしまうという課題がある。
　本開示の一局面は、回転伝達装置としての装置構成を従来構成よりも小型化できるようにすることにある。
　本開示の一態様は、回転伝達装置である。回転伝達装置は、所定方向に延びる軸体と、ロータと、ハウジングと、ステータと、軸受けと、少なくとも１つの磁性流体シールと、を備える。
　ロータは、軸体を軸線周りに包囲するように設けられ、軸体による軸線周りの回転に従動するように構成される。ハウジングは、軸体を軸線周りにロータよりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材であり、該部材の第１端部が閉塞されており、第１端部とは反対側の端部である第２端部が開放されるように構成される。ステータは、軸体を軸線周りにハウジングに沿って包囲し、かつ、ロータと内外方向に対向するように配置され、ハウジングに対して固定されるように構成される。軸受けは、軸線方向に沿った所定の支持位置において、軸体をハウジングに対して軸線周りに回転可能となるように支持するように構成される。少なくとも１つの磁性流体シールは、軸線方向に沿った所定のシール位置において、軸線周りの全周にわたり軸体とハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、シール位置でハウジングに包囲された内部空間を塞ぐように構成される。また、少なくとも１つの磁性流体シールには、第１磁性流体シールが含まれている。第１磁性流体シールは、軸線方向に沿って軸受けおよびロータよりも第２端部側にある位置をシール位置として内部空間を塞ぐように構成される。そして、当該回転伝達装置は、軸体の第２端部側に回転対象物を取り付けた状態で、ステータへの通電によりロータとともに軸体を回転させることによって、この回転を回転対象物に伝達させるように構成される。
　このような回転伝達装置によれば、ステータへの通電によりロータとともに軸体が回転し、軸体に取り付けた回転対象物に、この回転を伝達することができる。
　このように、回転伝達装置は、モータとして回転する機能およびその回転を伝達する機能が一体化された単体の装置として構成されている。このため、これらの機能を別々の装置で実現している従来の装置よりも装置構成を小型化することができる。そして、回転伝達装置は、装置構成の小型化により従来よりも設置場所の自由度が高い。
　さらに、上記の回転伝達装置では、ハウジングで包囲された内部空間がシール位置において塞がれている。このため、物理的な接触を伴って動作する軸受け周辺に不純物（例えば、気体や切削片など；以下同様）が発生したとしても、不純物が軸体の第２端部側に取り付けた回転対象物側にまで到達することを抑制できる。
　本開示の一態様では、軸受けは、ロータよりも第１端部側に配置されていてもよい。また、少なくとも１つの磁性流体シールには、第１磁性流体シールに加えて、第２磁性流体シールが含まれていてもよい。第２磁性流体シールは、軸線方向に沿って軸受けとロータとの間にある位置をシール位置として内部空間を塞ぐように構成されてもよい。
　この回転伝達装置では、ロータが軸線方向において磁性流体シールで挟まれた状態となり、ロータ周りの空間が軸受けや回転対象物側の空間から隔離される。このため、軸受け周辺や回転対象物側の空間で発生した不純物がロータ周りに到達することを抑制できる。
　また、このような回転伝達装置では、不純物がロータとハウジングとの間に到達してロータの回転を妨げることが抑制される。このため、不純物の影響を考慮してロータとハウジングとの隙間を確保する必要がなくなる。その結果、ロータとハウジングとの隙間を狭くすることに伴い、ロータとステータとの間隔を狭めた構成を実現できる。よって、モータとしての回転トルクを大きくすることができる。
実施形態における回転伝達装置および真空チャンバーの正面図である。 実施形態における回転伝達装置および真空チャンバーを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）である。 実施形態における回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）である。 実施形態における回転伝達装置の一部構成要素のそれぞれを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）である。 実施形態における回転伝達装置のうちの磁性流体シールを、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した要部断面図である。 別の実施形態における回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した要部断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）である。 別の実施形態における回転伝達装置を、軸線方向とその交差方向とのなす面に沿って断面視した断面図（図１におけるＡ－Ａ矢視図）である。
　１…回転伝達装置、１０…軸体、１１…取付面、１３…小径部、１５…軸側フランジ、１７…貫通孔、１９…円柱体、２０…ロータ、３０…ハウジング、３０Ａ…第１端部、３０Ｂ…第２端部、４０…ステータ、４１…リード線、６０…磁性流体シール、６０Ａ…第１磁性流体シール、６０Ｂ…第２磁性流体シール、６１…磁極、６３…磁性流体、６５…永久磁石、７０…回転検出部、７１…磁石片、７３…磁気センサ、７５…内側円盤、７７…外側円盤、１００…軸線、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…シール位置、１２０…支持位置、２００…ターンテーブル、３００…真空チャンバー。
　以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
　（１）全体構成
　回転伝達装置１は、減圧された閉鎖空間内で回転対象物を回転させつつ加工する装置に対し、この回転対象物を回転させるべく取り付けられる装置である。本実施形態では、図１、図２に示すように、半導体製造装置の真空チャンバー３００に対し、回転対象物であるターンテーブル２００を回転させるべく取り付けられる構成を例示する。半導体製造装置は、減圧された閉鎖空間内でターンテーブル２００を回転させつつ製品を加工できるように構成される。
　この回転伝達装置１は、図３に示すように、所定方向（すなわち軸線１００の方向）に延びる軸体１０、軸体１０を軸線１００周りに包囲するロータ２０、軸体１０を軸線１００周りに包囲するように設けられた円筒状のハウジング３０、を備える。また、軸体１０およびロータ２０を軸線１００周りに包囲するステータ４０、軸体１０を回転可能に支持する軸受け５０、ハウジング３０に包囲された内部空間を所定の位置で塞ぐ磁性流体シール６０、軸体１０の回転を検出する回転検出部７０を備える。
　軸体１０は、所定方向に延びており、径が異なる複数の円筒を、所定方向に沿って接続したように構成される。複数の円筒は、中心軸が軸線１００と一致するように構成される。軸体１０は、第１端部１０Ａ（図３参照、図１、２の下端）側がハウジング３０に収められる。第１端部１０Ａ側に対し、図３に示すように、第２端部１０Ｂ側に回転対象物を取り付けるための取付面１１が形成されている。第２端部１０Ｂは、軸体１０における第１端部１０Ａとは反対側の端部である。本実施形態において、回転対象物は、軸体１０の取付面１１に沿って配置された状態で軸体１０にネジ止めされる。
　また、軸体１０は、第１端部１０Ａ側に第２端部１０Ｂ側よりも小径に構成された小径部１３が形成されている。本実施形態においては、軸体１０における第１端部１０Ａ側の領域全体が小径部１３として形成されている。
　また、軸体１０は、第２端部１０Ｂ側においてそれ以外の領域よりも大径に拡がる軸側フランジ１５を備えている。この軸側フランジ１５は、小径部１３よりも第２端部１０Ｂ側に設けられている。
　ロータ２０は、軸体１０を軸線１００周りに包囲するように設けられ、軸体１０による軸線１００周りの回転に従動する。本実施形態において、ロータ２０は、軸体１０の外周に沿って設けられている。
　ハウジング３０は、軸体１０を軸線１００周りにロータ２０よりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材である。ハウジング３０は、図４に示すように、この部材としての下側が閉塞されており、上側が開放されている。このハウジング３０は、非磁性の材料により形成されている。
　ステータ４０は、図３に示すように、軸体１０を軸線１００周りにハウジング３０に沿って外側から包囲するように配置される。かつ、ステータ４０は、ハウジング３０における隔壁を挟んでロータ２０と内外方向に対向するように配置され、ハウジング３０の外周面に固定されている。内外方向とは、軸線１００を中心とする径の方向である。
　軸受け５０は、軸線１００方向（図１、２の上下方向）に沿った所定の支持位置１２０において、軸体１０をハウジング３０に対して軸線１００周りに回転可能となるように支持する。本実施形態では、軸受け５０としてボールベアリングが用いられている。
　また、軸受け５０は、軸線１００方向に沿って小径部１３に対応する位置を支持位置１２０（図６参照）として、軸体１０を回転可能に支持している。本実施形態では、小径部１３の任意の外周のうちの１か所の外周である支持位置１２０のみが軸受け５０で支持されている。支持位置１２０は第１端部１０Ａ側に設けられている。換言すれば、この軸受け５０は、軸体１０をその第１端部１０Ａ側で回転可能に支持している。本実施形態において、軸受け５０は、軸体１０を軸線１００周りに外側から包囲し、軸体１０とハウジング３０との間に介在することによって軸体１０を支持している。
　磁性流体シール６０は、図５に示すように、シール位置１１０において、軸線１００周りの全周にわたり軸体１０とハウジング３０との間に磁性流体６３を介在させることで、シール位置１１０でハウジング３０に包囲された内部空間を塞ぐ。シール位置１１０は、軸線１００方向に沿ってロータ２０および軸受け５０よりも第２端部１０Ｂ側に設定される。
　ここで、軸体１０およびハウジング３０のうちの１つの部材を第１部材、前記軸体１０およびハウジング３０のうちの第１部材でない部材を第２部材とする。
　この磁性流体シール６０は、シール位置１１０において第１部材から第２部材に向けて突出する一対の磁極６１と、各磁極６１の先端側と第２部材との間に介在する磁性流体６３と、を備える。本実施形態では、各磁極６１は、シール位置１１０において軸体１０からハウジング３０に向けて突出するように設けられ、磁性流体６３は、各磁極６１の先端側とハウジング３０との間に介在するように構成される。
　一対の磁極６１の間には、それぞれの根元側（実施形態では軸体１０側）に永久磁石６５が挟まれて配置される。各磁極６１および永久磁石６５は、各磁極６１の先端側と第２部材（本実施形態ではハウジング３０）との間で磁気回路（同図破線参照）を形成する。この構成によって、軸体１０とハウジング３０との間に磁性流体６３を磁気的に保持できる。
　本実施形態において、磁性流体シール６０は、図３、４に示すように、シール位置１１０にてハウジング３０に包囲された内部空間を塞いでいる。シール位置１１０は、軸線１００方向に沿って軸受け５０、ロータ２０および軸側フランジ１５のいずれよりも第２端部１０Ｂ側の位置に設定される。
　回転検出部７０は、図３に示すように、軸体１０に従動して軸線１００周りに回転する磁石片７１と、磁石片７１の回転に伴う磁界の変化を軸体１０の回転として検出する磁気センサ７３と、を備えた磁気式エンコーダである。
　これらのうち、磁石片７１は、内側円盤７５に設けられる。内側円盤７５は、円盤状に形成された部材である。内側円盤７５は、軸体１０の第１端部１０Ａ側に設けられ、軸体１０に従動して回転するように構成される。磁石片７１は、その表面に沿って軸線１００周りに複数の磁極（Ｓ極およびＮ極）が隣接するように並べて配置されている。
　また、磁気センサ７３は、外側円盤７７に設けられている。磁気センサ７３は、外側円盤７７の表面における軸線１００周りに沿った磁極の変化を検出するホール素子である。外側円盤７７は、内側円盤７５と同様に、円盤状に形成された部材である。外側円盤７７は、内側円盤７５の表面に対してハウジング３０の隔壁を挟んで対向するようにハウジング３０に固定されている。
　このように構成された回転伝達装置１では、軸体１０の第２端部１０Ｂ側に回転対象物を取り付けた状態で、リード線４１（図１参照）を通じたステータ４０への通電を行う。この作動により、回転伝達装置１は、ロータ２０とともに軸体１０を回転させ、この回転を回転対象物に伝達させることができる。
　（２）変形例
　以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
　例えば、上記実施形態では、軸体１０による軸線１００周りの回転にロータ２０が従動するように、このロータ２０を軸体１０の外周に設けて軸体１０と一体になっている構成を例示した。しかし、ロータ２０は、軸体１０による軸線１００周りの回転にロータ２０が従動するように構成されていればよく、必ずしも軸体１０と一体となっていなくてもよい。
　また、上記実施形態では、ステータ４０が、ハウジング３０の外側で軸体１０を包囲し、このハウジング３０の外周面に固定されている構成を例示した。しかし、ステータ４０は、ハウジング３０の内側で軸体１０を包囲し、このハウジング３０の内周面に固定された構成でもよい。
　また、上記実施形態では、軸体１０において１か所の支持位置１２０のみが軸受け５０で支持されている構成を例示した。しかし、軸体１０は、複数の支持位置１２０それぞれが別々の軸受け５０で支持された構成としてもよい。この場合、複数の小径部１３を軸線１００方向に間隔を空けて形成し、それぞれの小径部１３に軸受け５０を設けた構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、軸線１００方向に沿って軸受け５０、ロータ２０および軸側フランジ１５のいずれよりも第２端部１０Ｂ側の位置をシール位置１１０とした。そして、このシール位置１１０に磁性流体シール６０が設けられている構成を例示した。しかし、磁性流体シール６０としては、図６に示すように、第１磁性流体シール６０Ａと、第２磁性流体シール６０Ｂと、を備えてもよい。第１磁性流体シール６０Ａは、軸線１００方向に沿って軸受け５０およびロータ２０よりも第２端部１０Ｂ側にある位置である第１シール位置１１０Ａにて内部空間を塞ぐように構成される。第２磁性流体シール６０は、軸線１００方向に沿って軸受け５０とロータ２０との間にある位置である第２シール位置１１０Ｂにて内部空間を塞ぐように構成される。
　この構成において、軸線１００方向にロータ２０を挟んだ複数の支持位置１２０のそれぞれで、軸体１０を軸受け５０にて支持する場合には、第２端部１０Ｂ側の支持位置１２０に設けられた軸受け５０を軸線１００方向に挟むように第１磁性流体シール６０Ａおよび第２磁性流体シール６０Ｂが設けられてもよい。
　また、上記実施形態では、磁性流体シール６０における磁極６１が軸体１０側に設けられている構成を例示した。しかし、この磁極６１は、ハウジング３０側に設けられている構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、回転検出部７０として、磁石片７１が、内側円盤７５の表面に沿って軸線１００周りに磁極（Ｓ極およびＮ極）が隣接するように配置され、磁気センサ７３が、内側円盤７５の表面と対向する位置に固定された外側円盤７７に設けられている構成を例示した。しかし、回転検出部７０は、軸体１０の回転を検出できればよく、この構成に限定されない。例えば、内側円盤７５の側面に沿って軸線１００周りに極性が隣接するように磁石片７１を配置し、内側円盤７５の側面をハウジング３０の外側から軸線１００周りに包囲するように磁気センサ７３を配置する、といった構成が考えられる。
　また、上記本実施形態では、軸受け５０が、軸線１００周りに軸体１０を外側から包囲するようにして軸体１０を支持する構成を例示した。しかし、軸受け５０による軸体１０の支持構造は上記構成に限られない。例えば、図７に示すように、軸体１０に第１端部１０Ａから第２端部１０Ｂ側に向けて貫通する貫通孔１７を形成するとともに、ハウジング３０内壁において軸体１０の第１端部１０Ａと対向する領域から貫通孔１７に沿って延びる円柱体１９を設けてもよい。この構造においては、この円柱体１９を軸線１００周りに包囲して貫通孔１７内壁との間に介在するように軸受け５０を設けることが考えられる。
　また、上記実施形態では、回転検出部７０として磁気式エンコーダが採用された構成を例示した。しかし、回転検出部７０としては光学式や電磁誘導式のエンコーダを採用した構成としてもよい。
　（３）作用，効果
　上記構成の回転伝達装置１は、ステータ４０への通電によりロータ２０とともに軸体１０が回転し、軸体１０に取り付けた回転対象物に、この回転を伝達することができる。
　このように、モータとして回転する機能およびその回転を伝達する機能が一体化された単体の装置として構成されているため、これらの機能を別々の装置で実現している従来の装置よりも装置構成を小型化することができる。そして、装置構成の小型化により従来よりも設置場所の自由度が高い。
　さらに、上記構成の回転伝達装置１では、ハウジング３０で包囲された内部空間が磁性流体シール６０により塞がれている。このため、物理的な接触を伴って動作する軸受け５０周辺に不純物が発生したとしても、不純物が内部空間の外側の回転対象物側にまで到達することを抑制できる。
　また、上記構成の回転伝達装置１では、ロータ２０が軸線１００方向に磁性流体シール６０で挟まれた状態となり、ロータ２０周りの空間が軸受け５０や回転対象側の空間から隔離される。このため、軸受け５０周辺や回転対象物側の空間で発生した不純物がロータ２０周りに到達することを抑制できる。
　こうして、不純物がロータ２０とハウジング３０との間に到達してロータ２０の回転を妨げることがなくなるため、不純物の影響を考慮してロータ２０とハウジング３０との隙間を確保する必要がなくなる。その結果、ロータ２０とハウジング３０との隙間を狭くすることに伴い、ロータ２０とステータ４０との間隔を狭めた構成を実現できるため、こうしてモータとしての回転トルクを大きくすることができる。
　また、上記構成の回転伝達装置１では、軸体１０がその第１端部１０Ａ側に形成された小径部１３で軸受け５０に支持されている。このため、軸体１０の外周面とハウジング３０の内周面との隙間が、軸受け５０周辺で広く、軸受け５０よりも第２端部１０Ｂ側において狭くなっている。これにより、軸受け５０周辺に不純物が発生したとしても、不純物がハウジング３０の内部空間における軸受け５０周辺に滞留しやすくなり、第２端部１０Ｂ側（内部空間の外側）にまで到達することを抑制できる。
　また、上記構成の回転伝達装置１では、軸体１０がその第２端部１０Ｂ側に備えられた軸側フランジ１５よりも第１端部１０Ａ側の位置で軸受け５０に支持されている。このため、軸体１０の外周面とハウジング３０の内周面との隙間が、軸受け５０周辺で広く、軸受け５０よりも第２端部１０Ｂ側の軸側フランジ１５において狭くなっている。これにより、軸受け５０周辺に不純物が発生したとしても、不純物がハウジング３０の内部空間における第１端部１０Ａ側に滞留しやすくなり、第２端部１０Ｂ側にまで到達することを抑制できる。

Claims (5)

  1. 　回転伝達装置であって、
    　所定方向に延びる軸体と、ロータと、ハウジングと、ステータと、軸受けと、少なくとも１つの磁性流体シールと、を備え、
    　前記ロータは、前記軸体を軸線周りに包囲するように設けられ、前記軸体による軸線周りの回転に従動するように構成され、
    　前記ハウジングは、前記軸体を軸線周りに前記ロータよりも外側で包囲するように設けられた円筒状の部材であり、該部材の第１端部が閉塞されており、前記第１端部とは反対側の端部である第２端部が開放されるように構成され、
    　前記ステータは、前記軸体を軸線周りに前記ハウジングに沿って包囲し、かつ、前記ロータと内外方向に対向するように配置され、前記ハウジングに対して固定されるように構成され、
    　前記軸受けは、軸線方向に沿った所定の支持位置において、前記軸体を前記ハウジングに対して軸線周りに回転可能となるように支持するように構成され、
    　前記少なくとも１つの磁性流体シールは、軸線方向に沿った所定のシール位置において、軸線周りの全周にわたり前記軸体と前記ハウジングとの間に磁性流体を介在させることで、前記シール位置で前記ハウジングに包囲された内部空間を塞ぐように構成され、
    　前記少なくとも１つの磁性流体シールには、第１磁性流体シールが含まれており、
    　前記第１磁性流体シールは、軸線方向に沿って前記軸受けおよび前記ロータよりも第２端部側にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐように構成され、
    　当該回転伝達装置は、前記軸体の前記第２端部側に回転対象物を取り付けた状態で、前記ステータへの通電により前記ロータとともに前記軸体を回転させることによって、この回転を前記回転対象物に伝達させるように構成される、回転伝達装置。
  2. 　前記軸受けは、前記ロータよりも第１端部側に配置されており、
    　前記少なくとも１つの磁性流体シールには、前記第１磁性流体シールに加えて、第２磁性流体シールが含まれており、
    　前記第２磁性流体シールは、軸線方向に沿って前記軸受けと前記ロータとの間にある位置を前記シール位置として内部空間を塞ぐように構成される、
    　請求項１に記載の回転伝達装置。
  3. 　前記少なくとも１つの磁性流体シールは、磁極と、磁性流体と、をさらに備え、
    　前記軸体および前記ハウジングのうちの１つの部材を第１部材、前記軸体および前記ハウジングのうちの前記第１部材でない部材を第２部材として、
    　前記磁極は、前記シール位置において、前記第１部材から前記第２部材に向けて突出するように構成され、
    　前記磁性流体は、前記磁極の先端側と前記第２部材との間に介在するように構成される、
    　請求項１または請求項２に記載の回転伝達装置。
  4. 　前記磁極は、前記シール位置において前記軸体から突出するように構成される、
    　請求項３に記載の回転伝達装置。
  5. 　前記軸体の回転を検出するように構成される回転検出部、をさらに備える、
    　請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の回転伝達装置。
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