(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性磁芯を有するソレノイド磁石と、前記磁芯と対向して配置され、駆動対象物と係合する可動部材に連結された永久磁石と、前記磁芯と永久磁石間の磁力に抗して永久磁石を磁芯から離間させるように作用するバネ部材とを備え、パルス電流を流すことによりソレノイド磁石から発生する磁場により永久磁石を磁芯に引き付け、永久磁力により可動部材を１つの安定状態に保持し、パルス電流を流すことによりソレノイド磁石から発生する磁場により永久磁石を磁芯から離間させ、前記バネ部材の力により可動部材を他の安定状態に保持するようにした超高真空パルス電流駆動器であって、
前記永久磁石は一端開口のハウジング内に配置され、永久磁石に連結されて前記開口を通して外部に延びる可動部材が、ハウジング内面に設けられたリニアガイドに案内されて２つの安定位置間を往復運動することを特徴とする超高真空パルス電流駆動器。
【請求項２】
前記リニアガイドが永久磁石からなり、前記可動部材を磁気浮上させることを特徴とする請求項１記載の超高真空パルス電流駆動器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高真空中における使用に好適なパルス電流駆動器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超高真空中において機械的動作を行う方法として、従来、
▲１▼磁気結合やベローズシールを用いた回転と直進導入器と多数のギアの組み合わせにより、超高真空槽外部の動きを伝達し変換する方法
▲２▼超高真空対応のモータを内部に装備する方法
▲３▼ソレノイド磁石とバネの組み合わせによる方法
等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼の方法は機構が複雑になり、超高真空槽内の大きなスペースを占め、重量が大きくなり、結果としてコスト高を招き、保守・点検にも労力を要してしまう。また、ベアリングなどを多用するため、ベーキングに伴う焼き付き現象等も問題となる。
▲２▼の方法は超高真空対応のモータが高価であると共に、ベーキングが難しく、脱ガスが多いので真空の質の低下を引き起こしてしまうという問題がある。
▲３▼の方法は十分な駆動力を得るには、ソレノイドコイルに大きな電流を流す必要がある。真空中での放熱が難しいので、長時間にわたる使用に対して信頼性に乏しく、また、発熱に伴う真空の質の低下も大きな問題となる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためのもので、発熱や焼き付きをなくし、真空の質に影響を与えず、小型化可能で信頼性の高い超高真空における機械的動作を可能にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強磁性磁芯を有するソレノイド磁石と、前記磁芯と対向して配置され、駆動対象物と係合する可動部材に連結された永久磁石と、前記磁芯と永久磁石間の磁力に抗して永久磁石を磁芯から離間させるように作用するバネ部材とを備え、パルス電流を流すことによりソレノイド磁石から発生する磁場により永久磁石を磁芯に引き付け、永久磁力により可動部材を１つの安定状態に保持し、パルス電流を流すことによりソレノイド磁石から発生する磁場により永久磁石を磁芯から離間させ、前記バネ部材の力により可動部材を他の安定状態に保持するようにした超高真空パルス電流駆動器であって、
前記永久磁石は一端開口のハウジング内に配置され、永久磁石に連結されて前記開口を通して外部に延びる可動部材が、ハウジング内面に設けられたリニアガイドに案内されて２つの安定位置間を往復運動することを特徴とする。
また、本発明は、前記リニアガイドが永久磁石からなり、前記可動部材を磁気浮上させることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の超高真空パルス電流駆動器の例を説明する図である。
駆動器全体を保持するハウジング９は前部が開口した、例えば管状体（勿論、箱型であってもよい）であり、最奥部に電流供給用のパルス電源（図示せず）に接続されたソレノイドコイル６を巻回した強磁性体からなる磁芯５が配置されてソレノイド磁石を構成し、磁芯５はハウジング内面に設けられた前部のスペーサ７とハウジング９の底面間に保持されている。この磁芯５に対向してソレノイド磁石から発生する磁場により力を受けてハウジング内を動くことのできる、可動棒１が連結された可動永久磁石４が配置されている。可動永久磁石４は強磁性磁芯５との間に働く永久磁力により、後述するバネの力に抗して可動棒１を保持する。
【０００７】
可動棒１はハウジング９の開口から外へ延び、その先端にピン１０が形成され、ＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等の試料ホルダや感知レバーホルダのつかみ孔に嵌合し、これに所定の動きを与えるためのものである。可動永久磁石４との連結部から所定距離にある可動棒１の部分は大径部１ａとなっており、これに対応して可動永久磁石４が動く領域より前方部分はハウジング内径も大きくなっている。可動永久磁石４の大径部１ａと、ハウジングの径が変わった段差部との間にバネ３が配置され、可動棒１を前方に付勢し、大径部１ａの前部をハウジング内面に形成されたストッパー８に押しつけるように、すなわち、可動永久磁石４とソレノイド磁石で発生する磁場間で作用する磁力に抗して作用する。スペーサ７は可動永久磁石４と磁芯５とが完全に密着するのを防ぎ、可動棒１が縮んだ状態の位置を決めており、ストッパー８は可動棒１が延びた状態の位置を決めている。磁芯５はソレノイドコイル６に流れる電流により誘起される磁場を強くし、また、可動永久磁石４との間の永久磁力でバネ３の力に抗して可動棒１を保持する役割をしている。そのため、可動棒１はパルス電流によりソレノイドコイル６から発生する磁場による力を受ける可動永久磁石４により駆動され、２つの安定位置の間で往復運動動作を行う。可動棒１の往復動の動きを安定させるためにハウジング内面にはリニアガイド２が設けられ、例えばベアリング等を用いて可動棒１がスムーズに動けるようになっている。
【０００８】
次に、かかる構成のパルス電流駆動器の動作を図２により説明する。
パルス電流駆動器は、パルス電流により可動棒１が状態１（図２（ａ））と状態２（図２（ｂ））の間を往復動作し、各状態間を遷移する間の０．１秒程度のパルス電流で作動し、各安定位置で自己保持状態となる。
【０００９】
状態１
可動棒１はバネ３の反発力により、ストッパー８で規定される最前方位置に押しつけられた状態１に保たれている。このとき、可動永久磁石４は磁芯５から離れており、これらの間に働く引力はバネの反発力より小さい。
【００１０】
遷移状態（状態１→状態２）
可動永久磁石４に引力を及ぼす向きの電流をソレノイドコイル６に流すと、可動永久磁石４と磁芯５との間に働く力がバネ３の反発力を上回り、可動棒１が状態２に向かって運動する。
【００１１】
状態２
可動棒１は可動永久磁石４と磁芯５との間の引力により、スペーサ７で規定される最後方位置に引きつけられた状態２に保たれている。このとき、可動永久磁石４と磁芯５は接近しているため、もはやソレノイド６への電流の供給は必要なく、可動永久磁石４の永久磁力のみによってバネの反発力を上回り、安定状態が維持される。
【００１２】
遷移状態（状態２→状態１）
可動永久磁石４に反発力を及ぼす向きの電流をソレノイドコイル６に流すと、永久磁力と電磁力が相殺し、バネ３の反発力の方が強くなり、可動棒１が状態１に向かって運動する。
【００１３】
なお、上記の例においてはリニアガイド２で可動棒１を機械的にガイドして安定な動きを与えるようにしたが、リニアガイドとして永久磁石を用い、磁力により可動棒を磁気浮上させるようにしてもよい。かかる構成とすることにより、ベアリング等の機械的接触が一切ない駆動器を実現できるので、超高真空中でベーキングを行っても、焼き付きを避けることができる。また、機械的な摩擦がないため、駆動時のアウトガスがほとんどなく、ウルトラクリーンシステムに応用可能である。
【００１４】
図３はてこの動きに適用した本発明の他の例を示す図である。
支持台２０の端部の支点２１にてこ２２が枢着され、その根本部と支持台２０の下面の適宜の位置との間にバネ２３が設けられて、てこを時計方向に付勢し、受台２９に押しつけている。また、てこの根本部には永久磁石２４が取付けられ、これに対向して、支持台の下面側に取付けられた取付け部材２７にパルス電源に接続されたソレノイドコイル２６が巻回された強磁性体からなる磁芯２５が取付けられてソレノイド磁石を構成している。ソレノイドコイル２６にパルス電流を流すと、発生した磁場と永久磁石との吸引力により、てこ２２はストッパ２８で規定される位置まで反時計方向に回ってその状態で安定する。てこ２２の先端のピン３０は操作対象と係合するためのものである。
【００１５】
次に動作について説明する。
てこ２２はバネ２３の反発力により、受台２９で規定される位置まで時計方向に回転し、その状態に保たれる。このとき、永久磁石２４は磁芯２５から離れており、これらの間に働く引力はバネの反発力より小さい。
【００１６】
次いで、永久磁石２４に引力を及ぼす向きの電流をソレノイドコイル２６に流すと、永久磁石２４と磁芯２５との間に働く力がバネ２３の反発力を上回り、てこ２２が反時計方向に回転する。
【００１７】
てこ２２は永久磁石２４と磁芯２５との間の引力により、ストッパー２８で規定される位置まで反時計方向に回転し、その状態に保たれる。このとき、永久磁石２４と磁芯２５は接近するため、ソレノイド２６への電流の供給は必要なく、永久磁石２４の永久磁力のみによってバネの反発力を上回り、安定状態が維持される。  この状態で永久磁石２４に反発力を及ぼす向きの電流をソレノイドコイル２６に流すと、永久磁力と電磁力が相殺し、バネ２３の反発力の方が強くなり、てこ２２が時計方向に回転し、他の安定状態に保持される。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下のような効果を達成することができる。
▲１▼パルス電流駆動であるため、発熱が殆どなく、超高真空装置での使用において真空の質に悪影響を及ぼさない。
▲２▼パルス電流駆動であるため、電流導入を行うリード線は細いもので十分であり、装置設計上の自由度が大きい。
▲３▼パルス電流駆動であるため、瞬間的に大電流を流すことが可能で、小さなソレノイドコイルで十分な駆動力を得ることができる。従来の定常電流を用いる磁気駆動器と比較して、格段に小型化が可能である。
▲４▼磁力とバネ力のバランスによる自己保持機能により、安定位置を保っている。
安定位置を保持する機構には、機械的摩擦が無いため、焼き付きなどが無く、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超高真空パルス電流駆動器の例を説明する図である。
【図２】パルス電流駆動器の動作を説明する図である。
【図３】てこの動きに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
１…可動棒、２…リニアガイド、３…バネ、４…可動永久磁石、５…磁芯、６…ソレノイドコイル、７…スペーサ、８…ストッパー、９…ハウジング、１０…ピン、２０…支持台、２１…支点、２２…てこ、２３…バネ、２４…永久磁石、２５…磁芯、２６…ソレノイドコイル、２７…取付け部材、２８…ストッパー、２９…受台、３０…ピン。
【図１】
0003623672.tif 000002
【図２】
0003623672.tif 000003
【図３】
0003623672.tif 000004