(57)【要約】【課題】密閉容器内の環境を汚染することなく容器内の回転体を回転操作する。【解決手段】回転部１と第二種超電導体７からなるピン止め体との間に生じる磁気的ピン止め力により回転部１を浮上させ、第二種超電導体７の内側中心に配置された非接触式回転動力伝達体によって発生した回転力を前記回転体１側に追従発生させて回転部１を駆動モータ１４に連動して回転させる。【選択図】図１
2007162913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第二種超電導体を周方向に配置してなるピン止め体の上方に回転体を配置し、前記ピン止め体と前記回転体との間に磁気的ピン止め力を発生させて前記回転体を所定の位置に磁気浮上させ、前記ピン止め体側に配置された非接触式回転動力伝達体によって発生した回転力により前記回転体側に対応して回転力を追従発生させて前記回転体を回転させるように構成してなる磁気浮上型回転装置。
【請求項２】
前記回転体の外周側には前記磁気的ピン止め力を受けるリング状の永久磁石が配置されている請求項１に記載の磁気浮上型回転装置。
【請求項３】
前記回転体の中心部には前記回転力を受ける手段が設けられている請求項１又は２に記載の磁気浮上型回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転体を非接触で回転させる装置に関し、詳しくは磁気浮上及び磁気吸引力を利用して回転体を非接触状態で回転させる磁気浮上型回転装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製造又は検査に関する産業の特定の分野においては、内部が特殊環境下（例えば、希ガス雰囲気など）あるいはクリーン環境下（ホコリが極めて少ない）にある密閉された容器内において、回転体を容器外部から回転操作する工程が必要となる場合がある。
【０００３】
例えば、半導体製造の分野では、クリーン環境下にある密閉容器内で回転台の上に置かれたウェハーの表面にコーティング剤を滴下して、遠心力で拡げることにより基板上に薄膜を形成することが行われている。
【０００４】
上記の工程においては、密閉容器外に置かれた回転駆動部（例えば、駆動モーターなど）によりシャフトを介して基板を載せた回転台を回転操作する回転装置が一般的に用いられている。この回転台と回転駆動部を接続するシャフトは、密閉容器の床部を上下に貫通するため、当該貫通部分には密閉容器内の環境を保持するためのシール材が設けられている。
【０００５】
しかし、シール材の部分から微粒子状の異物が発生して密閉容器内の環境を汚染してしまうことを完全に避けることができないという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するため、特許文献１には、密閉容器内の回転台を非接触状態で外部から回転操作する回転装置が開示されている。
【特許文献１】特開平６−７４２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の特許文献１に記載の発明では、永久磁石間の反発力を利用して回転台を浮上させていることから回転台の位置ずれを生じやすく、それを制御するための制御コイルを回転台の周囲に設けなければならないため、回転装置の設置場所が限られてしまうとともに、構造が複雑になってしまうという問題があった。
【０００８】
また、回転体を安定的に浮上させるために永久磁石を大きくすると回転装置が大型化してしまい、上述の制御コイル等により構造が複雑化することと相まって、回転装置の保守や修理交換が困難になるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、密閉容器内の環境に影響を与えることがなく、しかも保守及び修理交換が容易にできる回転装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための第１の発明は、第二種超電導体を周方向に配置してなるピン止め体の上方に回転体を配置し、前記ピン止め体と前記回転体との間に磁気的ピン止め力を発生させて前記回転体を所定の位置に磁気浮上させ、前記ピン止め体側に配置された非接触式回転動力伝達体によって発生した回転力により前記回転体側に対応して回転力を追従発生させて前記回転体を回転させるように構成してなる磁気浮上型回転装置である。
【００１１】
このように構成された発明により、密閉容器内に置かれた回転体を容器外から非接触状態で安定的に回転操作することができる。
【００１２】
なお、第二種超電導体とは、磁場の強さがある値を超えると材料内部に超電導と常電導の部分が混在しはじめる材料をいう。
【００１３】
また、磁気的ピン止め力とは、第二種超電導体を通過する外部磁束が、材料内部の常伝導部分に保持されることにより生じる復元力をいう。
【００１４】
第２の発明は、前記回転体の外周側には磁気的ピン止め力を受けるリング状の永久磁石が配置されている磁気浮上型回転装置である。
【００１５】
そして第３の発明は、前記回転体の中心部には前記回転力を受ける手段が設けられている磁気浮上型回転装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、回転部と第二種超電導体の間に生じる磁気的ピン止め力により回転部を浮上させ、その浮上した回転部を非接触式回転動力伝達体により非接触状態で回転させるため、密閉容器内に置かれた回転部を容器内の雰囲気に影響を与えることなく容器外から安定的に回転操作することができる。
【００１７】
また、密封容器内の回転部には駆動部分がないため保守・修理の必要はほとんどなく、かつ回転部を浮上・回転させる密封容器外の部分を一体的に構成することができるため、回転装置を小型化できるとともに保守及び修理交換を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る磁気浮上型回転装置の第１の実施形態を図１に示す。図１は、磁気浮上型回転装置の側面からの断面図である。
【００１９】
磁気浮上型回転装置（以下、「回転装置」という。）は、密閉容器内で回転する回転部１と、床壁３をはさんで容器外から前記回転体１を回転操作する固定部２とに大きく分けられる。
【００２０】
回転部１は、図示しない対象物を載置する非磁性材からなる円板状のテーブル４と、その底面に設置されたリング状の永久磁石５及び回転力を受ける手段である回転力受動体６から構成される。
【００２１】
回転部の底面図を図２に示す。なお、永久磁石については、磁石の極性を「Ｎ」及び「Ｓ」により表している。
【００２２】
リング状の永久磁石５と回転力受動体６は、テーブル４の底面上に同心円状に配設されている。
【００２３】
外周側に設置されたリング状の永久磁石５は、表面に現れる極性が「Ｎ」又は「Ｓ」のいずれか片方になるように磁化されている。
【００２４】
内周側に設置された回転力受動体６は、表面に現れる極性が周方向に交互に変わるよう
に配置された複数の永久磁石から構成されている。
【００２５】
なお、図２においては、例として４つの永久磁石からなる構成を示しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２６】
固定部２は、図１に示すように、支持架台１５に固定された第二種超電導体７、断熱容器１１及び回転駆動部８から構成される。
【００２７】
ピン止め体である第二種超電導体７は、リング状の中空の断熱容器１１内に、冷却材１２、例えば液体窒素や液体ヘリウムなどに浸漬した状態で収納されている。断熱容器１１は二重構造となっており、二つの隔壁の間をほぼ真空状態にすることにより断熱効果を奏している。また、第二種超電導体７の底部と断熱容器１１の間には、熱伝導に優れた材料、例えば銅からなる伝熱板１３が敷設されており、冷却材１２は伝熱板１３を介して図示しない外部の冷却器により冷却される。
【００２８】
また回転駆動部８は、円板状の金属板９とその上面に設置された回転力伝達体１０からなり、下方に設置された駆動モーター１４と接続されている。
【００２９】
固定部の上面図を図３に示す。なお、永久磁石の極性の表示については、図２の場合と同様である。
【００３０】
第二種超電導体７は短尺の円柱形状のバルク体であり、回転部１に設置されたリング状の永久磁石５と対向するように断熱容器１１内に同心円状に複数設置される。それら複数の第二種超電導体７がなす同心円の内外径の大きさは、対向するリング状の永久磁石５の内外径よりも大きくすることが、回転部１を安定的に浮上させる点から好ましい。
【００３１】
また第二種超電導体７の材料は、イットリウム系（Y-Ba-Cu-O）、ガドリニウム系（Ga-Ba-Cu-O）、ネオジム系（Nd-Ba-Cu-O）またはユーロピウム系（Eu-Ba-Cu-O）の酸化物か
らなるものであることが望ましい。
【００３２】
なお、この第二種超電導体７の形状及び配置は、リング状の永久磁石５に対向するものであるならば、図３に示す構成に限定されるものではない。
【００３３】
回転駆動部８は、第二種超電導体７を収納した断熱容器１１の内側に位置するように設置され、非接触回転力伝達手段である回転力伝達体１０は回転部１の回転力受動体６と対向するように金属板９上に配設される。
【００３４】
この回転力伝達体１０は、回転力受動体６と同じく周方向に極性が交互に変わるように配置された永久磁石から構成されるが、回転力受動体６と同一仕様であることが後述する磁気的吸引力高め、かつ製造コストを合理化する上から好ましい。
【００３５】
このように、第二種超電導体７、断熱容器１１及び回転駆動部８は、簡易的な構造を有するとともに一体的に構成されている。
【００３６】
以上のように構成された回転装置の動作について説明する前に、回転部が浮上及び回転する原理について説明する。
【００３７】
最初に回転部が浮上する原理について、図４に基づき詳細に説明する。図４は、回転部のリング状の永久磁石と固定部の第二種超電導体との関係を表した模式図である。
【００３８】
まず図４（ａ）のように、水平方向に対称な形状を有する永久磁石２０（回転部１のリング状の永久磁石５に相当）を、同じく水平方向に対称な第二種超電導体２１（固定部２の第二種超電導体７に相当）から上方に所定の距離ｄだけ離して拘束手段２２により保持する。なお、永久磁石２０はＮ極が第二種超電導体２１に対向するように磁化されている。
【００３９】
この状態においては、永久磁石２０から発生する磁束２３は、第二種超電導体２１の内部を単に通過するだけである。
【００４０】
次に図４（ｂ）のように、第二種超電導体２１を液体窒素２４に浸すなどして臨界温度以下まで冷却する。超電導状態になった第二種超電導体内２１では、永久磁石２０からの磁束２３が量子化されて、内部に存在する常電導部分にあたかもピンで止めたかのように捕捉・保持されるというピンニング効果２６が生じる。このとき、永久磁石２０と第二種超電導体２１からなる系のポテンシャルエネルギーは安定状態となる。
【００４１】
このような状態から図４（ｃ）のように永久磁石２０の拘束手段２２を解除すると、永久磁石２０は第二種超電導体２１に向かって重力により落下するため両者間の距離がｄよりも小さくなるが、このことはピン止めされた位置２６から磁束２３がずれて系のポテンシャルエネルギーが不安定になることを意味する。そのため、ポテンシャルエネルギーを安定させる方向、つまり図４（ｂ）の状態に戻るように永久磁石２０には重力と反対の軸方向にピン止め力２７が生じるため、第二種超電導体２１から距離ｄの位置において永久磁石２０が浮上することとなる。
【００４２】
この現象は、図４（ｄ）のように永久磁石２０が水平方向に移動した場合においても同様であり、系のポテンシャルエネルギーが安定する径方向にピン止め力２８が生じる。
【００４３】
なお、上記の所定の距離ｄは、永久磁石２０と第二種超電導体２６の形状及び永久磁石の磁力の強さなどから一義的に定まるものである。
【００４４】
次に、第二種超電導体上に浮上した永久磁石を回転する方法について図５に基づいて詳細に説明する。図５は、回転部の永久磁石と、固定部の第二種超電導体及び永久磁石の位置関係を示した模式図であり、図１と同じ部分には同一の符号を付している。。
【００４５】
回転部１は上記で説明した原理により、リング状の永久磁石５からの磁束３０が第二種超電導体７でピン止めされることにより固定部２の上方に浮上する。このとき、互いに対向する回転力受動体６と回転力伝達体１０は、周方向に極性が交互に変わるように配置された永久磁石から構成されているため、回転力伝達体１０が設置されている金属板９を適当に回転させて異なる極同士を対向させるようにすることにより、両者の間に磁気的な吸引力３１を発生させることができる。その状態で駆動モーター１４により回転駆動部８を回転させると、浮上している回転部１を吸引力３０を介して連動して回転させることができる。ここで回転力受動体６及び回転力伝達体１０は、周方向に極性が交互に変わるように配置された永久磁石から構成されているため、単一の極性同士とした場合に比べて、永久磁石の磁気的吸引力を回転に関して効果的に利用することができる。
【００４６】
このとき、第二種超電導体７に捕捉されているリング状の永久磁石５からの磁束３０も周方向へ動くことになるが、これらのリング状の永久磁石５と第二種超電導体７は水平方向に対称な形状であるため、系のポテンシャルエネルギーが変化することはなく、回転部１の回転に影響を与えることはない。
【００４７】
なお、なんらかの原因により、回転部１が軸方向又は径方向へずれた場合には、図４に
示したようにピン止め力が発生してもとの位置に戻るため、安定的に回転状態を維持することができる。
【００４８】
以上から、回転装置の動作は以下のように説明される。
まず、第二種超電導体７を臨界温度以下に冷却して、回転部１のリング状の永久磁石５と固定部２の第二種超電導体７との間のピン止め力３１により、所定の距離だけ離れた高さで回転部１を浮上させる。ここで「所定の距離」とは、図４における「距離ｄ」に相当するものである。
【００４９】
次に、駆動モーター１４を回転させることにより回転力受動体６と回転力伝達体１０との間の吸引力３０を介して回転部１を連動して回転させる。
【００５０】
なお、回転部１の回転を停止するときは、駆動モーター１４を停止すればよいことはもちろんである。
【００５１】
このように、密封容器内の回転部１には駆動部分がないため保守・修理の必要はほとんどない。また、駆動部分を有する固定部２は構造が簡易であり、一体的に構成されているため小型化でき、保守及び修理交換が容易である。
【００５２】
本発明に係る回転装置の第２の実施形態を図６に示す。図６は、第２の実施形態に係る磁気浮上型回転装置の断面図である。
【００５３】
本実施形態は、第１の実施形態における非接触式回転動力伝達体である回転力伝達体１０を、周方向に配列された複数の電磁石１６により構成したものである。
【００５４】
これらの電磁石１６による磁力の向きが周方向に順に異なるように電流を制御することにより、回転力受動体６と電磁石１６の間にＤＣブラシレス同期モーターを構成することができる。
【００５５】
従って、駆動モータ１４などの機械的な回転機構が不要となるため、固定部２を更に小型化できるとともに、保守及び修理交換も容易化することができる。
【００５６】
本発明に係る回転装置の第３の実施形態を図７に示す。図７は、第３の実施形態に係る磁気浮上型回転装置の断面図である。
【００５７】
本実施形態は、第２の実施形態における回転力を受ける手段である回転力受動体６を、円盤状の導電性金属板１７により構成したものである。
【００５８】
本実施形態においては、第２の実施形態の場合と同様に電磁石１６による磁力の向きが周方向に順に異なるように電流を制御することにより、電磁石１６の磁界により導電性金属板１７に渦電流を誘導して回転部１に回転力を生じさせることができる。
【００５９】
従って、本実施形態により回転部１の構造を更に簡易なものとすることができる。
【００６０】
本発明に係る磁気浮上型回転装置は、特に半導体ウエハーの表面にコーティング剤を滴下し、これを遠心力で広げてウエハーの表面に薄膜を形成する工程に好適に使用されるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば薄板状物などの被処理物の表面に形成された薄膜の乾燥や加熱、場合によっては薄板状物の洗浄など密閉容器中において回転処理できるものに適用できるものである。
また、少量の液体に対して遠心力を作用させて物質の重量差を利用して分離するような、例えはバイオ関連技術に関係する機器にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る磁気浮上型回転装置の断面図である。
【図２】本発明に係る磁気浮上型回転装置の回転部の底面図である。
【図３】本発明に係る磁気浮上型回転装置の固定部の上面図である。
【図４】磁気浮上の原理を示す模式図である。
【図５】回転の原理を示す模式図である。
【図６】本発明に係る磁気浮上型回転装置の第２の実施形態の断面図である。
【図７】本発明に係る磁気浮上型回転装置の第３の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  回転部                  ２  固定部              ３  密封容器の床壁
４  ステージ          ５  リング状の永久磁石          ６  回転力受動体
７  第二種超電導体          ８  回転駆動部          ９  金属板
１０  回転力伝達体          １１  断熱容器          １２  液体窒素
１３  伝熱板                １４  駆動モータ        １６  電磁石
１７  導電性金属板          ２０  永久磁石          ２１  第二種超電導体２２  拘束手段              ２３  磁束              ２４  液体窒素
２５  断熱容器              ２６  ピン止め部分          
２７  軸方向のピン止め力              ２８  径方向のピン止め力
３０  リング状の永久磁石の磁束        ３１  磁気的吸引力
【図１】
2007162913.tif 000003
【図２】
2007162913.tif 000004
【図３】
2007162913.tif 000005
【図４】
2007162913.tif 000006
【図５】
2007162913.tif 000007
【図６】
2007162913.tif 000008
【図７】
2007162913.tif 000009