(57)【要約】【課題】静圧軸受パッドの隙間調整を容易に行なうことが可能な静圧軸受ユニットを提供する。【解決手段】直動案内装置は、圧縮空気を供給するための複数の給気管２１〜２４と、それぞれ給気管２１〜２４を流れる圧縮空気の圧力および流量を制御する複数組の圧力制御部２５〜２６および流量計２９〜３２と、それぞれ給気管２１〜２４を介して供給された圧縮空気をレール２，３に向けて噴出し、可動テーブル４を非接触で支持する複数の静圧軸受パッド６〜９とを備える。したがって、圧縮空気の圧力および流量を各静圧軸受パッド毎に個別に制御できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮気体を供給するための複数の給気路と、
それぞれ前記複数の給気路に対応して設けられ、各々が対応する給気路を流れる前記圧縮気体の圧力および流量のうちの少なくともいずれか一方を制御する複数の制御部と、
それぞれ前記複数の給気路に対応して設けられ、各々が対応する給気路を介して供給された前記圧縮気体を固定部に向けて噴出し、可動部を非接触で支持する複数の静圧軸受パッドとを備えた、静圧軸受ユニット。
【請求項２】
さらに、各給気路に対応して設けられ、対応する給気路を流れる前記圧縮気体の流量を検出する流量計を備え、
各制御部は、対応する流量計の検出結果に基づいて、前記圧縮気体の圧力を制御する、請求項１に記載の静圧軸受ユニット。
【請求項３】
各制御部は、対応する流量計の検出結果に基づいて、対応する静圧軸受パッドと前記固定部との間の軸受隙間が所定の値になるように、前記圧縮気体の圧力を制御する、請求項２に記載の静圧軸受ユニット。
【請求項４】
各制御部は、対応する静圧軸受パッドと前記固定部との間の軸受隙間が所定の値になるように、前記圧縮気体の流量を制御する、請求項１に記載の静圧軸受ユニット。
【請求項５】
さらに、各静圧軸受パッドに対応して設けられ、それぞれ対応する静圧軸受パッドの軸受面の一方端部および他方端部における前記圧縮気体の圧力を検出する第１および第２の圧力センサを備え、
各制御部は、対応する第１および第２の圧力センサの検出値の平均値が予め定められた第１の値になるように、対応する給気路を流れる前記圧縮気体の圧力を制御する、請求項１に記載の静圧軸受ユニット。
【請求項６】
さらに、前記第１および第２の圧力センサの検出値の差が予め定められた第２の値を超えた場合に異常信号を出力する信号発生部を備える、請求項５に記載の静圧軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は静圧軸受ユニットに関し、特に、各々が圧縮気体を噴射して可動部を非接触で支持する複数の静圧軸受パッドを備えた静圧軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大型移動ステージを案内したり、大型の回転体を支持するために転がり案内部や転がり軸受が用いられてきたが、近年、それらの代わりに静圧軸受パッドを使用する例が増えている。この静圧軸受パッドによれば、可動部を非接触で支持できるので、高精度な直進性、高精度位置決め、低振動、低騒音、長寿命、高速高精度回転などを実現することができる。
【０００３】
図５（ａ）（ｂ）は、そのような静圧軸受パッドを用いた大型移動ステージの構成を示す図である。図５（ａ）（ｂ）において、ベース５１上には２本のレール５２，５３が所定の間隔を開けて平行に設けられ、レール５２，５３にはそれぞれ移動体５４，５５が設けられている。
【０００４】
レール５２と移動体５４との間には、静圧軸受パッド５６が設けられている。静圧軸受パッド５６は、レール５２に対して移動体５４を水平方向に非接触の状態で支持し、Ｘ軸方向にガイドしている。また、移動体５４にはベース５１に対して静圧軸受パッド５７が設けられている。これにより、移動体５４は、ベース５１によってＺ軸方向にガイドされ、レール５２に沿ってＹ軸方向に移動する。同様に、移動体５５にも静圧軸受パッド５６，５７が設けられており、移動体５５はレール５３に沿ってＹ軸方向に移動可能となっている。
【０００５】
移動体５４と５５の間にはビーム５８が設けられている。ビーム５８の一方端は移動体５４に固定され、ビーム５８の他方端は移動体５５に板バネ構造によって連結されている。ビーム５８には、移動体５９が設けられている。移動体５９はビーム５８をガイドとして、Ｘ軸方向に移動する。移動体５９にはベース５１に対して静圧軸受パッド６０〜６２が設けられており、移動体５９は静圧軸受パッド６０〜６２によってベース５１に対してＺ軸方向にガイドされつつＸ軸方向に移動する。また、ビーム５８の中央部の下端には、ベース５１に対して静圧軸受パッド６３が設けられており、ビーム５８は静圧軸受パッド６３によってベース５１に対してＺ軸方向にガイドされつつＹ軸方向に移動する（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５６６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の大型移動ステージでは、静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３の組み付けが容易でなかった。すなわち、パッドの組み付け時においては、可動部を垂直方向に支持する静圧軸受パッド５７，６０〜６３については、各パッドがベース５１に対して均一に接触するように各パッドの位置を調整する。また、レール５２，５３に対して移動体５４，５５を水平方向に支持する静圧軸受パッド５６については、静圧軸受パッド５６とレール５２または５３の間に軸受隙間に相当する厚さのスペーサを挿入し、パッド５６がスペーサに均一に接触するよう位置調整し、その後スペーサを除去し、静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３に給気して可動部を浮上させる。
【０００７】
ところが、このような大型移動ステージにおいては、静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３を保持する可動部の寸法が大きくて弾性変形を生じ易く、かつ静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３を背後より保持している部分も含め、静圧軸受パッド保持部の各部分の剛性が同一にはなっていない。また、従来、給気源に繋がる１つの圧力制御部から給気経路を分岐させ、複数の静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３に対して同一圧力の圧縮空気を供給していた。
【０００８】
このため、静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３に給気しても、静圧軸受パッド５６，５７，６０〜６３で均一な軸受隙間が得られるとは限らず、隙間調整が必要であった。静圧軸受パッドの軸受隙間は、各パッド近傍の狭いスペースに変位計を取り付け、給気のオン／オフを行なった時の測定箇所の位置変化から求める。測定の結果、所望の軸受隙間が得られていない静圧軸受パッドに対しては、浮上量を測定しつつ、パッド背後からの押力を弱めたり強めたりする試行錯誤を繰り返して調整する。この軸受隙間の調整にはミクロンオーダの微調整が必要とされるため、軸受隙間の測定および微調整は容易でなく、各軸受パッドにおける最適隙間の調整には大変手間を要していた。このような調整における手間は、上記大型移動ステージのみならず複数の静圧軸受パッドによって可動部を支持する大型回転装置においても同様である。
【０００９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、静圧軸受パッドの隙間調整を容易に行なうことが可能な静圧軸受ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る静圧軸受ユニットは、圧縮気体を供給するための複数の給気路と、それぞれ複数の給気路に対応して設けられ、各々が対応する給気路を流れる圧縮気体の圧力および流量のうちの少なくともいずれか一方を制御する複数の制御部と、それぞれ複数の給気路に対応して設けられ、各々が対応する給気路を介して供給された圧縮気体を固定部に向けて噴出し、可動部を非接触で支持する複数の静圧軸受パッドとを備えたものである。
【００１１】
好ましくは、さらに、各給気路に対応して設けられ、対応する給気路を流れる圧縮気体の流量を検出する流量計を備え、各制御部は、対応する流量計の検出結果に基づいて、圧縮気体の圧力を制御する。
【００１２】
また好ましくは、各制御部は、対応する流量計の検出結果に基づいて、対応する静圧軸受パッドと固定部との間の軸受隙間が所定の値になるように、圧縮気体の圧力を制御する。
【００１３】
また好ましくは、各制御部は、対応する静圧軸受パッドと固定部との間の軸受隙間が所定の値になるように、圧縮気体の流量を制御する。
【００１４】
また好ましくは、さらに、各静圧軸受パッドに対応して設けられ、それぞれ対応する静圧軸受パッドの軸受面の一方端部および他方端部における圧縮気体の圧力を検出する第１および第２の圧力センサを備え、各制御部は、対応する第１および第２の圧力センサの検出値の平均値が予め定められた第１の値になるように、対応する給気路を流れる圧縮気体の圧力を制御する。
【００１５】
また好ましくは、さらに、第１および第２の圧力センサの検出値の差が予め定められた第２の値を超えた場合に異常信号を出力する信号発生部を備える。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る静圧軸受ユニットでは、各静圧軸受パッド毎に給気路および制御部を設けたので、各静圧軸受パッドに供給する圧縮空気の圧力または流量を個別に制御することができる。したがって、各静圧軸受パッドの軸受隙間を容易に所定の値に微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による直動案内装置の機構部の構成を示すための、可動テーブル長手方向の手前側における断面図である。図１において、この直動案内装置は、ベース１と、ベース１上に所定の間隔を開けて平行に設けられた２本のレール２，３とを備える。レール２，３の各々は、四角形の断面形状を有する。レール２，３を覆うようにして可動テーブル４が設けられ、可動テーブル４上にはワーク５が搭載される。可動テーブル４は、コの字形の断面形状を有する。
【００１８】
可動テーブル４の下面とレール２，３の上面との間にそれぞれ静圧軸受パッド６，７が設けられ、可動テーブル４の両側面とレール２，３の側面との間にそれぞれ静圧軸受パッド８，９が設けられている。静圧軸受パッド６〜９の軸受面はレール２または３に対向して配置される。静圧軸受パッド６〜９の背面（軸受面と反対側の面）の中央の穴（図示せず）にはそれぞれボールスタッド１０〜１３先端の球体部が挿入され、ボールスタッド１０〜１３の各々の基端は可動テーブル４の対応する面のネジ孔（図示せず）に螺合されている。
【００１９】
なお、図１は可動テーブル長手方向の手前側の断面図であるが、可動テーブル長手方向の奥側の断面図も図１と同じである。すなち、本装置には、手前側に４個の静圧軸受パッド６〜９が配置されるとともに、奥側にも４個の静圧軸受パッド６〜９が配置され、合計８個の静圧軸受パッドが配置されている。これらの８個の静圧軸受パッドにより、可動部のヨーイング方向およびピッチング方向の角度剛性を高めている。
【００２０】
図２は、静圧軸受パッド６の構成を示す断面図である。図２では、静圧軸受パッド６がレール２の上面から浮上している状態が示されている。静圧軸受パッド６は、支持板１６および噴射板１７を含む。支持板１６の上面の中央には半球形の穴１６ａが形成されており、その穴１６ａにはボールスタッド１０先端の球頭部が挿入されている。また、支持板１６の下面の中央領域には浅い凹部１６ｂが形成され、支持板１６の上面から凹部１６ｂに貫通する給気孔１６ｃが形成されている。噴射板１７は、たとえばカーボンなどの潤滑性を有する中実の材料で形成されており、支持板１６の下面に固定されている。噴射板１７には多数の貫通孔１７ａが形成されている。噴射板１７の下面が静圧軸受パッド６の軸受面となる。なお、多数の貫通孔１７ａが形成された噴射板１７の代わりに、多孔質材料で形成された噴射板を用いてもよい。
【００２１】
静圧軸受パッド６は、ボールスタッド１０により、レール２の上面に沿った角度に自由に傾くことができ、かつレール２の上面の方向に押し付けられた状態で支持されており、軸受面から不要なモーメント荷重を受けないようになっている。給気孔１６ｃに圧縮空気を供給すると、圧縮空気は多数の貫通孔１７ａを介してレール２の上面に噴射され、圧縮空気の圧力によって静圧軸受パッド６がレール２の上面から浮上する。他の静圧軸受パッド７〜９も、静圧軸受パッド６と同じ構成である。したがって、手前側と奥側の静圧軸受パッド６〜９に圧縮空気を供給すると、ワーク５を搭載した可動テーブル４は、レール２，３およびベース１から浮上する。
【００２２】
図１に戻って、レール２，３の間の領域には、リニアモータ１４およびエンコーダ１５が設けられている。可動部長手方向の手前側断面図（図１）と奥側断面図は同じであり、レール２，３、リニアモータ１４、およびエンコーダ１５は手前側から奥側に延在している。リニアモータ１４の固定子１４ａはレール２に隣接してベース１に固定され、可動子１４ｂは可動テーブル４の下面に固定されている。リニアモータ１４は、可動テーブル４を長さ方向に移動させる。エンコーダ１５のスケール１５ａはレール３の側面に設けられ、センサ１５ｂはスケール１５ａに対向して可動テーブル４の下面に固定されている。エンコーダ１５は、可動テーブル４の基準点の位置を検出する。コントローラ（図示せず）は、エンコーダ１５の検出結果に基づいてリニアモータ１４を制御し、可動テーブル４をレール２，３の長さ方向の任意の位置に移動させる。
【００２３】
図３は、静圧軸受パッド６〜９に圧縮空気を供給する給気部の構成を示すブロック図である。図３において、給気部は、給気源２０、給気管２１〜２４、圧力制御部２５〜２８、および流量計２９〜３２を備える。なお、静圧軸受パッド６〜９は手前側と奥側に１組ずつ合計２組設けられているので、給気管２１〜２４、圧力制御部２５〜２８、および流量計２９〜３２も２組設けられている。手前側と奥側は同じ構成であるので、以下、１組の静圧軸受パッド６〜９に対応する部分について説明する。給気源２０は、所定の圧力の圧縮空気を供給する。給気管２１〜２４の一方端は給気源２０の給気口に接続され、それらの他方端はそれぞれ静圧軸受パッド６〜９の給気孔に接続される。
【００２４】
圧力制御部２５〜２８は、それぞれ給気管２１〜２４の所定の位置に介挿される。流量計２９〜３２は、それぞれ給気管２１〜２４の圧力制御部２５〜２８の下流側の所定の位置に介挿される。流量計２９〜３２は、それぞれ給気管２１〜２４に流れる圧縮空気の流量を測定し、測定した流量を示す信号を出力する。圧力制御部２５〜２８は、それぞれ流量計２９〜３０の出力信号に基づいて、それぞれ給気管２１〜２４に予め定められた流量の圧縮空気が流れるように、圧縮空気の圧力を制御する。したがって、静圧軸受パッド６〜９の圧縮空気の流量は、個別に制御可能になっている。
【００２５】
この直動案内装置の組み立て時には、静圧軸受パッド６，７の軸受面がそれぞれレール２，３の上面に全面均一に接するように、ボールスタッド１０，１１の各々の突出量を調整する。また、静圧軸受パッド８の軸受面とレール２の側面との間に所定の軸受隙間に相当するスペーサを挿入するとともに、静圧軸受パッド９の軸受面とレール３の側面との間に所定の軸受隙間に相当するスペーサを挿入し、静圧軸受パッド８，９の軸受面がスペーサに全面均一に接するように、ボールスタッド１２，１３の各々の突出量を調整する。
【００２６】
次に、静圧軸受パッド８，９の軸受面とレール２，３の側面との間のスペーサを除去し、静圧軸受パッド６〜９の各々に圧縮空気を供給する。静圧軸受パッド６〜９の軸受隙間と流量計２９〜３２の測定値との間には相関があるので、流量計２９〜３２の測定値から静圧軸受パッド６〜９の軸受隙間を容易に求めることができる。したがって、静圧軸受パッド６〜９の固定部の剛性が異なっていても、静圧軸受パッド６〜９への給気圧を個別に変えることによって各軸受隙間が所定量になるように容易に制御することができる。
【００２７】
軸受隙間の所定量からのずれ量が大きい場合には、圧縮空気の流量を見ながら静圧軸受パッド６〜９を背後から押しているボールスタッド１０〜１３の締め付け力を再調整して概略所定の隙間に調整し、さらに上記個別の圧力制御によって微調整することもできる。
【００２８】
このように、各静圧軸受パッド毎の浮上量測定のための新たな変位計の設置作業や測定作業も不要であり、個々の静圧軸受パッドにおける軸受隙間調整を容易に能率よく行なうことが可能である。
【００２９】
なお、本機構は、浮上中における静圧軸受パッド６〜９への急激な負荷変動などには対応し難いが、急激な負荷変動が無い上記用途において、組付け給気時の初期軸受隙間の調整や、可動テーブル４の中心からずれた偏荷重が搭載または付加された場合などにおける可動テーブル４の傾き防止などにも有効である。
【００３０】
また、流量計２９〜３２は給気管２１〜２４に設ければよいので、静圧軸受パッド６〜９の取り付け部のスペースに関係なく、簡単に取り付けることができる。
【００３１】
また、この実施の形態１では、流量計２９〜３２の出力信号を圧力制御部２５〜２８にフィードバックしたが、流量計２９〜３２の出力信号を圧力制御部２５〜２８にフィードバックさせずに、流量計２９〜３２の測定値を見ながら手動で圧力調整を行なってもよい。
【００３２】
また、圧力制御部２５〜２８および流量計２９〜３２の代わりに、流量コントローラによって各静圧軸受パッドの圧縮空気の流量を一定に制御してもよい。
【００３３】
[実施の形態２]
図４は、この発明の実施の形態２による直動案内装置の要部を示すブロック図である。この直動案内装置の機構部の概略構成は、図１で示したものと略同じであり、２組の静圧軸受パッド６〜９を備える。
【００３４】
図４において、静圧軸受パッド６の長手方向の両端部には、支持板１６の上面から噴射板１７の下面まで貫通する孔３５，３６が形成されている。他の静圧軸受パッド７〜９の各々においても、同様に、貫通孔３５，３６が形成されている。２組の静圧軸受パッド６〜９の各々に対応して、チューブ３７，３８、圧力センサ３９，４０、演算部４１、給気管４３および圧力制御部４４が設けられ、２組の静圧軸受パッド６〜９に共通の給気源４２が設けられる。
【００３５】
貫通孔３５，３６の支持板１６の上面側の開口部は、それぞれチューブ３７，３８を介して圧力センサ３９，４０に接続される。これにより、噴射板１７の下面の一方端および他方端とレール２の上面との間の軸受圧（空気圧）Ｐａ，Ｐｂが、貫通孔３５，３６およびチューブ３７，３８を介して圧力センサ３９，４０に伝達される。圧力センサ３９，４０は、それぞれ軸受圧Ｐａ，Ｐｂを測定し、測定値を示す信号を出力する。
【００３６】
演算部４１は、圧力センサ３９，４０の出力信号に基づいて、２つの軸受圧Ｐａ，Ｐｂの平均値（Ｐａ＋Ｐｂ）／２と差（Ｐａ−Ｐｂ）を求める。噴射板１７の貫通孔１７ａの詰まりや、支持板１６とボールスタッド１０の接触の不具合などに起因して、静圧軸受パッド６が大きく傾いていると、軸受圧Ｐａ，Ｐｂが不均一になり、噴射板１７のエッジとレール２の上面とが接触し易くなる。これを防止するため、軸受圧の差（Ｐａ−Ｐｂ）が所定の値を超えたとき、演算部４１は異常信号を出力する。異常信号に応答して、たとえば、軸受異常の表示やシステムの運転停止が実施される。
【００３７】
給気源４２は、所定の圧力の圧縮空気を供給する。給気管４３の一方端は給気源４２の給気口に接続され、その他方端は静圧軸受パッド６の給気孔１６ｃに接続される。圧力制御部４４は、給気管４３の所定の位置に介挿され、軸受圧の平均値（Ｐａ＋Ｐｂ）／２が所定の値になるように、圧縮空気の圧力を制御する。なお、このときの圧力調整も、軸受圧の平均値（Ｐａ＋Ｐｂ）／２を見て手動で行ってもよい。
【００３８】
この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
なお、上記説明においては、複数の静圧軸受パッドを用いた静圧軸受ユニットの具体例として直動案内装置について説明したが、本発明は、回転型の大型空気軸受ユニットにおける静圧軸受パッドへの給気システムにも同様に適用し得る。
【００３９】
また、大型空気軸受ユニットは、移動ステージとしては各種検査装置や測定装置などに使用され、回転装置としてはウエハ検査装置や形状測定器などに使用され、稼動時に静圧軸受パッドに急激に大きな負荷変動が加わることの無い用途に多数使用されている。本発明は、特に、急激な変動荷重の加わらない用途に使用される大型空気軸受ユニットに適用される。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１による直動案内装置の機構部の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した静圧軸受パッドの構成を示す断面図である。
【図３】図１に示した複数の静圧軸受パッドに圧縮空気を供給する給気部の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２による直動案内装置の要部を示すブロック図である。
【図５】従来の大型移動ステージの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，５１  ベース、２，３，５２，５３  レール、４  可動テーブル、５  ワーク、６〜９，５６，５７，６０〜６３  静圧軸受パッド、１０〜１３  ボールスタッド、１４  リニアモータ、１４ａ  固定子、１４ｂ  可動子、１５  エンコーダ、１５ａ  スケール、１５ｂ  センサ、１６  支持板、１６ａ  穴、１６ｂ  凹部、１６ｃ  給気孔、１７  噴射板、１７ａ  貫通孔、２０，４２  給気源、２１〜２４，４３  給気管、２５〜２８，４４  圧力制御部、２９〜３２  流量計、３５，３６  貫通孔、３７，３８  チューブ、３９，４０  圧力センサ、４１  演算部、５４，５５，５９  移動体、５８  ビーム。
【図１】
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【図２】
2010106927.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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