JP3623672B2 - Ultra high vacuum pulse current driver - Google Patents
Ultra high vacuum pulse current driver Download PDFInfo
- Publication number
- JP3623672B2 JP3623672B2 JP32700998A JP32700998A JP3623672B2 JP 3623672 B2 JP3623672 B2 JP 3623672B2 JP 32700998 A JP32700998 A JP 32700998A JP 32700998 A JP32700998 A JP 32700998A JP 3623672 B2 JP3623672 B2 JP 3623672B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- permanent magnet
- pulse current
- magnetic core
- force
- magnet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electromagnets (AREA)
Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse current driver suitable for use in ultra-high vacuum.
[0002]
[Prior art]
As a method for performing mechanical operation in an ultra-high vacuum,
(1) Rotation using magnetic coupling and bellows seal, and a method of transmitting and converting the movement outside the ultra-high vacuum chamber by combining a linear advance introducer and multiple gears (2) Internally equipped with a motor for ultra-high vacuum (3) A method using a combination of a solenoid magnet and a spring is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The method (1) has a complicated mechanism, occupies a large space in the ultra-high vacuum chamber, increases its weight, results in high costs, and requires labor for maintenance and inspection. In addition, since many bearings are used, the seizure phenomenon associated with baking becomes a problem.
The method {circle around (2)} has a problem that an ultra-high vacuum-compatible motor is expensive, baking is difficult, and a large amount of degassing causes a reduction in vacuum quality.
In the method (3), it is necessary to flow a large current through the solenoid coil in order to obtain a sufficient driving force. Since it is difficult to dissipate heat in a vacuum, the reliability is poor for long-term use, and the deterioration of the quality of the vacuum accompanying heat generation becomes a major problem.
[0004]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to eliminate the generation of heat and burn-in, to affect the quality of the vacuum, and to enable mechanical operation in an ultra-high vacuum that can be miniaturized and highly reliable. And
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a solenoid magnet having a ferromagnetic core, a permanent magnet that is disposed opposite to the magnetic core and connected to a movable member that engages with an object to be driven, and a magnetic force between the magnetic core and the permanent magnet. A spring member that acts to separate the permanent magnet from the magnetic core against the magnetic field, attracts the permanent magnet to the magnetic core by the magnetic field generated by the solenoid magnet by flowing a pulse current, and moves the movable member 1 by the permanent magnetic force. It is held in one stable state, and a permanent magnet is separated from the magnetic core by a magnetic field generated from a solenoid magnet by flowing a pulse current, and the movable member is held in another stable state by the force of the spring member. A vacuum pulse current driver,
The permanent magnet is disposed in a housing having an opening at one end, and a movable member connected to the permanent magnet and extending to the outside through the opening is guided by a linear guide provided on the inner surface of the housing to reciprocate between two stable positions. It is characterized by that.
Further, the present invention is characterized in that the linear guide is made of a permanent magnet, and the movable member is magnetically levitated.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an ultrahigh vacuum pulse current driver according to the present invention.
The housing 9 that holds the entire drive unit is, for example, a tubular body (of course, may be a box) having an open front portion, and is connected to a pulse power source (not shown) for supplying current at the innermost portion. A magnetic core 5 made of a ferromagnetic material around which a
[0007]
The movable rod 1 extends from the opening of the housing 9 and has a
[0008]
Next, the operation of the pulse current driver having such a configuration will be described with reference to FIG.
In the pulse current driver, the movable rod 1 reciprocates between the state 1 (FIG. 2 (a)) and the state 2 (FIG. 2 (b)) due to the pulse current, and is 0.1 during the transition between the states. It operates with a pulse current of about a second and enters a self-holding state at each stable position.
[0009]
State 1
The movable rod 1 is kept in the state 1 pressed to the foremost position defined by the stopper 8 by the repulsive force of the spring 3. At this time, the movable permanent magnet 4 is separated from the magnetic core 5, and the attractive force acting between them is smaller than the repulsive force of the spring.
[0010]
Transition state (state 1 → state 2)
When a current in a direction that exerts an attractive force on the movable permanent magnet 4 is passed through the
[0011]
State 2
The movable rod 1 is kept in the state 2 attracted to the rearmost position defined by the
[0012]
Transition state (state 2 → state 1)
When a current in a direction that exerts a repulsive force on the movable permanent magnet 4 is passed through the
[0013]
In the above example, the movable rod 1 is mechanically guided by the linear guide 2 to give a stable movement. However, a permanent magnet is used as the linear guide, and the movable rod is magnetically levitated by a magnetic force. Also good. By adopting such a configuration, a driver having no mechanical contact such as a bearing can be realized, so that seizure can be avoided even when baking is performed in an ultra-high vacuum. Moreover, since there is no mechanical friction, there is almost no outgas at the time of a drive, and it can apply to an ultra clean system.
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing another example of the present invention applied to the lever movement.
A
[0015]
Next, the operation will be described.
The
[0016]
Next, when a current in a direction that exerts an attractive force on the
[0017]
The
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be achieved.
(1) Since it is driven by a pulse current, it hardly generates heat and does not adversely affect the quality of vacuum when used in an ultra-high vacuum apparatus.
{Circle around (2)} Since the pulse current drive is used, a thin lead wire for introducing the current is sufficient, and the degree of freedom in designing the device is large.
{Circle around (3)} Since pulse current driving is used, a large current can be flowed instantaneously, and a sufficient driving force can be obtained with a small solenoid coil. Compared to a conventional magnetic driver using a steady current, the size can be significantly reduced.
(4) A stable position is maintained by a self-holding function based on a balance between magnetic force and spring force.
Since the mechanism that holds the stable position has no mechanical friction, there is no seizure and the reliability is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an ultra-high vacuum pulse current driver according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of a pulse current driver.
FIG. 3 is a diagram showing an example applied to a lever movement.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Movable rod, 2 ... Linear guide, 3 ... Spring, 4 ... Movable permanent magnet, 5 ... Magnetic core, 6 ... Solenoid coil, 7 ... Spacer, 8 ... Stopper, 9 ... Housing, 10 ... Pin, 20 ... Support stand , 21 ... fulcrum, 22 ... leverage, 23 ... spring, 24 ... permanent magnet, 25 ... magnetic core, 26 ... solenoid coil, 27 ... mounting member, 28 ... stopper, 29 ... cradle, 30 ... pin.
Claims (2)
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。A solenoid magnet having a ferromagnetic core, a permanent magnet disposed opposite to the magnetic core and connected to a movable member that engages with the driven object, and a magnetic force between the magnetic core and the permanent magnet And a spring member that acts to move the permanent magnet away from the magnetic core. By applying a pulse current, the permanent magnet is attracted to the magnetic core by a magnetic field generated from the solenoid magnet, and the movable member is brought into one stable state by the permanent magnetic force. An ultra-high vacuum pulse current drive that keeps the movable member in another stable state by the force of the spring member by holding the pulse magnet and separating the permanent magnet from the magnetic core by the magnetic field generated from the solenoid magnet. A vessel ,
The permanent magnet is disposed in a housing having an opening at one end, and a movable member connected to the permanent magnet and extending to the outside through the opening is guided by a linear guide provided on the inner surface of the housing to reciprocate between two stable positions. An ultra-high vacuum pulse current driver characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32700998A JP3623672B2 (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | Ultra high vacuum pulse current driver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32700998A JP3623672B2 (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | Ultra high vacuum pulse current driver |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150229A JP2000150229A (en) | 2000-05-30 |
| JP3623672B2 true JP3623672B2 (en) | 2005-02-23 |
Family
ID=18194307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32700998A Expired - Fee Related JP3623672B2 (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | Ultra high vacuum pulse current driver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3623672B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100945711B1 (en) * | 2007-07-03 | 2010-03-05 | 한국과학기술원 | Electromagnetic actuator |
| CN113241970B (en) * | 2021-05-24 | 2022-05-24 | 燕山大学 | Multistable speed amplification and frequency boost combined vibration energy collector and collecting method thereof |
| CN120558731B (en) * | 2025-07-31 | 2025-10-03 | 汉中万利航空装备制造有限公司 | A pressure testing device for the production of aviation machinery parts |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP32700998A patent/JP3623672B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000150229A (en) | 2000-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101436506A (en) | Motorized manipulator for positioning a tem specimen | |
| US7511905B2 (en) | Magnetic coupled actuator | |
| US11094499B1 (en) | Apparatus of charged-particle beam such as electron microscope comprising sliding specimen table within objective lens | |
| JP3623672B2 (en) | Ultra high vacuum pulse current driver | |
| US6669121B2 (en) | Holder support device | |
| US3784943A (en) | Solenoid actuator | |
| CN110153549A (en) | Soldering turret including the rotating arm with limited wear and fast quick-detach | |
| US11118702B2 (en) | Valve with energy-saving electrodynamic actuator | |
| US11239041B2 (en) | Multi-stage vacuum equipment with stages separation controlled by SMA actuator | |
| US20180005785A1 (en) | Switch device | |
| JP2767664B2 (en) | Welding equipment for tubes | |
| JP2965186B2 (en) | Sample equipment such as electron microscope | |
| CN100445860C (en) | optical device | |
| CN113550988A (en) | Drum-type electromagnetic brake device | |
| JP3426161B2 (en) | Linear drive for driven body | |
| CN223527095U (en) | Magnetic control latching relay | |
| JPH07182805A (en) | Latch actuator | |
| JP4558573B2 (en) | Stopping and holding device for linear actuator | |
| JP7646035B2 (en) | Charged particle beam equipment | |
| JPH07156091A (en) | Linear actuator | |
| JP2572689Y2 (en) | Optical head drive | |
| JP7108252B2 (en) | Supply rod for cap nuts and supply method | |
| JP2999721B2 (en) | electromagnet | |
| US20210391104A1 (en) | Fluid flow control valve with swiveled & compensated stroke | |
| JPH11220865A (en) | Linear drive device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040623 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040625 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040823 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041119 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041125 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081203 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091203 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101203 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101203 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111203 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121203 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121203 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131203 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |