(57)【要約】      （修正有）【課題】加圧気体の通気経路の全領域で層流状態が維持されるように、オリフィス、通気溝などを構成することにより、振動の発生を防止できる高精度な静圧軸受装置および静圧軸受装置を備えたステージを実現する。【解決手段】静圧軸受装置において、加圧気体の通気経路の全領域で層流状態が維持されるように、オリフィス１４、通気溝１１及び排気溝１２の形状などの構成を設計したものであり、通気溝１１の幅方向の断面形状が摺動面１０ａから離れる方向に凸の曲線を形成し、また、通気溝１１を、オリフィス１４を囲み環状に形成された環状溝１１ｂと、オリフィス１４を中心に環状溝１１ｂに向かって放射状に延設され、環状溝１１ｂとオリフィス１４とを連通する複数の分配溝１１ａとから、移動体の移動方向に対して対称となるように形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と移動体との摺動面間に軸受間隙を設け、当該軸受間隙に加圧気体を供給することにより前記移動体を前記固定体上で浮上させ、移動可能に構成された静圧軸受装置であって、
前記移動体は、
加圧気体を供給する主配管と、
摺動面に開口する主配管の吐出口に設けられ、加圧気体を整流するオリフィスと、
前記オリフィスに連通し前記オリフィスから吐出された加圧気体を前記軸受間隙に分配して供給する通気溝が形成された静圧パッドと、を備え、
前記通気溝は、
前記オリフィスを囲み環状に形成された環状溝と、
前記オリフィスを中心に前記環状溝に向かって放射状に延設され、前記環状溝と前記オリフィスとを連通する複数の分配溝と、からなり、
前記移動体の移動方向に対して対称となるように形成されており、
前記通気溝の幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成していることを特徴とする静圧軸受装置。
【請求項２】
前記分配溝の幅方向の断面積の総和が、前記オリフィスの断面積以上であることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置。
【請求項３】
前記通気溝の表面粗さが前記移動体の摺動面の表面粗さよりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静圧軸受装置。
【請求項４】
前記環状溝を囲んで設けられ、前記通気溝から前記軸受間隙に供給された加圧気体を前記軸受間隙の外方に案内して排気する排気溝であって、
前記移動体の移動方向に対して対称となるように形成されており、
幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成しているとともに、断面積が前記環状溝の断面積以上である排気溝を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の静圧軸受装置。
【請求項５】
前記軸受間隙を１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の静圧軸受装置。
【請求項６】
前記移動体及び固定体はセラミックスからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の静圧軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の静圧軸受装置を備え、前記移動体に物体を搭載して前記固定体に沿って移動可能に構成されたことを特徴とするステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧気体によって固定体に対して移動体を浮上させて支持、移動させる高精度の静圧軸受装置および静圧軸受装置を備えたステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高精度の位置決めが要求される加工装置、検査装置、半導体製造装置などにおいて、静圧気体を用いた静圧軸受装置が使用されている。図９に従来の静圧軸受装置の例を示す。図９（Ａ）に示すように、静圧軸受装置１００は、角柱状に形成された固定体１２０と、固定体１２０を取り囲むように形成され、固定体１２０に沿って移動可能に構成された移動体１１０と、からなる。図９（Ｂ）に、図９（Ａ）のＸ−Ｘ断面拡大説明図を示す。移動体１１０の摺動面１１０ａには、加圧気体の供給源と連通し加圧気体を吐出する吐出口１１１ａと、吐出口１１１ａから吐出された加圧気体を摺動面１１０ａに沿って分配する通気溝１１１ｂとを備えた静圧パッド１１１が形成されている。通気溝１１１ｂは、例えば、溝深さが約３０μｍ、溝幅が１０００μｍの矩形断面形状の溝に形成されている。
【０００３】
静圧軸受装置１００では、静圧パッド１１１から移動体１１０の摺動面１１０ａと固定体１２０との間に形成される軸受間隙Ｇ１に加圧気体を吐出させて、移動体１１０を固定体１２０上に浮上させ、固定体１２０の延伸方向に沿って移動させることができる。このように、静圧軸受装置１００は、移動体１１０と固定体１２０とが非接触な移動機構であるため、振動が発生しにくく高精度の位置決めが可能である。
【０００４】
近年、静圧軸受装置を用いて、超高精度の加工、測定を行う際には、より高い位置決め精度、例えば、位置決め精度１０ｎｍ以下、が要求されるようになっており、これまで問題とされていなかった移動体の微小な振動が問題となってきた。
【０００５】
移動体の振動は、軸受間隙Ｇ１を流れる加圧気体が不安定な状態となることに起因している。加圧気体が、層流領域あるいは乱流領域ではいずれも安定した流れとなるが、両者の中間領域では気体の圧力変動が激しくなり、流れが不安定な状態となる。ここで、層流と乱流との遷移域はレイノルズ数Ｒｅ＝２０００〜３０００にあるため、Ｒｅ≦２０００であれば、層流状態となる。層流状態では加圧気体はなめらかな流れとなるために、振動が生じることはない。
【０００６】
このような静圧軸受装置における移動体の振動を抑制するために、例えば特許文献１には、通気溝の流路パターン形状を改良して乱流が発生しにくい流路形成技術が開示されている。
特許文献２には、静圧パッドの摺動面の表面粗さを小さくすることにより、気体が流れる粘性抵抗を小さくし、乱流を発生させない技術が開示されている。
特許文献３には、特許文献１または２と逆の発想で、静圧パッドの摺動面の気体流出部を粗面化することにより、乱流と層流との遷移をなくして安定した乱流域を形成して、振動を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４０５９号公報
【特許文献２】特開平６−３０７４４９号公報
【特許文献３】特許３２６０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術のように、角部を有する流路パターン形状、矩形状の通気溝を用いた場合には、角部などにおいて軸受間隙の変化などをきっかけに加圧空気の流れが乱れやすく、特に静圧軸受の剛性を上げるために加圧気体の流量を増大させた場合に乱流が発生しやすくなり、振動が発生してしまうという問題があった。
特許文献２に記載の技術のように静圧パッドの摺動面の表面粗さＲａを０．１μｍ以下の非常に平滑な面に加工すると製造コストが増大するという問題があった。
また、移動体と固定体との軸受間隙は移動体の走行中に変化しやすいため、特許文献３に記載の技術のように摺動面の表面粗さを荒くして、積極的に乱流を形成しても層流と乱流との中間領域になってしまうことがある。乱流により生じる振動は固有の振動数を持たず１０〜数１０ｋＨｚという幅広い周波数の振動であるため、静圧軸受装置の共振周波数をこの微小振動の周波数の帯域外に外すことはできない。この微小振動により静圧軸受装置が共振した場合には、数１００ｎｍの振動に増大することも起きうる。
【０００９】
そこで、本発明は、適用する給気圧力に基づいて、加圧気体の通気経路の全領域で層流状態が維持されるように、オリフィス、通気溝などを構成することにより、振動の発生を防止できる高精度な静圧軸受装置および静圧軸受装置を備えたステージを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、固定体と移動体との摺動面間に軸受間隙を設け、当該軸受間隙に加圧気体を供給することにより前記移動体を前記固定体上で浮上させ、移動可能に構成された静圧軸受装置であって、前記移動体は、加圧気体を供給する主配管と、摺動面に開口する主配管の吐出口に設けられ、加圧気体を整流するオリフィスと、前記オリフィスに連通し前記オリフィスから吐出された加圧気体を前記軸受間隙に分配して供給する通気溝が形成された静圧パッドと、を備え、前記通気溝は、前記オリフィスを囲み環状に形成された環状溝と、前記オリフィスを中心に前記環状溝に向かって放射状に延設され、前記環状溝と前記オリフィスとを連通する複数の分配溝と、からなり、前記移動体の移動方向に対して対称となるように形成されており、前記通気溝の幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成している、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、移動体に設けられた主配管により加圧気体を供給し、摺動面に開口する主配管の吐出口に設けられたオリフィスにより加圧気体を整流し、オリフィスに連通しオリフィスから吐出された加圧気体を軸受間隙に分配して供給する通気溝が形成された静圧パッドにより、固定体と移動体との摺動面間に設けられた軸受間隙に加圧気体を供給することにより移動体を固定体上で浮上させ、移動、位置決めをすることができる。
ここで、通気溝の幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成しているため、加圧気体が通気溝の幅方向から軸受間隙に流れ出る際に、圧力損失や気流の乱れがなく、層流を維持することができる。
また、通気溝を、オリフィスを囲み環状に形成された環状溝と、オリフィスを中心に環状溝に向かって放射状に延設され、前記環状溝と前記オリフィスとを連通する複数の分配溝とから、移動体の移動方向に対して対称となるように形成することにより、軸受間隙における加圧気体の圧力分布を一様にすることができる。
これらにより、静圧パッドから軸受間隙へ吐出される加圧気体を圧力分布が一様な層流とすることができるので、振動の発生を防止できる高精度な静圧軸受装置を実現することができる。
更に、層流を安定して維持することができるため、加圧気体の給気圧力を上げることができるので、高剛性の静圧軸受装置を実現することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の静圧軸受装置において、前記分配溝の幅方向の断面積の総和が、前記オリフィスの断面積以上である、という技術的手段を用いる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、分配溝の幅方向の断面積の総和が、オリフィスの断面積以上である、例えば、断面積Ｓ１の分配溝がｎ本ある場合に、オリフィスの断面積Ｓ２との間に、Ｓ１×ｎ≧Ｓ２の関係が成立するため、オリフィスから吐出された加圧気体が分配溝に流入するときに圧力損失が生じにくいので、安定した層流を維持することができ、振動の発生を防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の静圧軸受装置において、前記通気溝の表面粗さが前記移動体の摺動面の表面粗さよりも小さくなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、通気溝の表面粗さが移動体の摺動面の表面粗さよりも小さくなるように形成されているため、摺動面に比べて加圧気体の流れが乱流に遷移しやすい通気溝において、表面粗さに起因する流れの乱れを生じにくくすることができるので、安定した層流を維持することができ、振動の発生を防止することができる。例えば、摺動面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．２〜０．６μｍの場合、通気溝の表面粗さＲａは０．１〜０．４μｍであることが好ましい。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の静圧軸受装置において、前記環状溝を囲んで設けられ、前記通気溝から前記軸受間隙に供給された加圧気体を前記軸受間隙の外方に案内して排気する排気溝であって、前記移動体の移動方向に対して対称となるように形成されており、幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成しているとともに、断面積が前記環状溝の断面積以上である排気溝を備えた、という技術的手段を用いる。
【００１７】
請求項４に記載の発明のような排気溝を設けることにより、加圧気体の圧力分布が一様になるように、軸受間隙外へ効率よく排気でき、加圧気体の流量を安定させることができるので、層流を安定して維持することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の静圧軸受装置において、前記軸受間隙を１０μｍ以下とした、という技術的手段を用いる。
【００１９】
請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の静圧軸受装置では、層流を安定して維持することができるため、軸受間隙を小さくすることができる。請求項５に記載の発明のように、軸受間隙が従来の静圧軸受装置の軸受間隙より小さい１０μｍ以下となるように静圧軸受装置を構成することができる。これにより、より高剛性の静圧軸受装置とすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の静圧軸受装置において、前記移動体及び固定体はセラミックスからなる、という技術的手段を用いる。
【００２１】
請求項６に記載の発明のように、移動体及び固定体をセラミックスにより構成すると、面精度を向上させることができるので、より高剛性で高精度な静圧軸受装置を構成することができる。
また、セラミックスは金属材料に比べて低熱膨張であるため、温度の変化による寸法変化を小さくすることができるので、より高精度の静圧軸受装置を実現することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、ステージが請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の静圧軸受装置を備え、前記移動体に物体を搭載して前記固定体に沿って移動可能に構成された、という技術的手段を用いる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、ステージが請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の静圧軸受装置を備えているので、高剛性で、駆動時及び静定状態での振動の発生を抑制した良好なステージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】静圧軸受装置の斜視説明図である。
【図２】静圧軸受装置の断面説明図である。図１のＡ−Ａ断面の拡大説明図であり、図２（Ｂ）はオリフィスの拡大説明図である。
【図３】静圧軸受装置の静圧パッド構造を示す平面説明図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面であり、通気溝及び排気溝の幅方向の断面形状を示す断面説明図である。
【図５】加圧気体の給気圧力と消費流量との関係を示す説明図である。
【図６】加圧気体の給気圧力と軸受剛性との関係を示す説明図である。
【図７】加圧気体の給気圧力と移動体の振動との関係を示す説明図である。
【図８】静圧軸受装置の静圧パッド構造の変更例を示す平面説明図である。
【図９】従来の静圧軸受装置の構造を示す説明図である。図９（Ａ）は斜視説明図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＸ−Ｘ断面の拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の静圧軸受装置について、図を参照して説明する。 なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１に示すように、静圧軸受装置１は、角柱状に形成された固定体２０と、固定体２０を取り囲むように形成され、固定体２０に沿って移動可能に構成された移動体１０と、からなる。移動体１０及び固定体２０は、例えば、アルミナのようなセラミックスにより形成されている。移動体１０及び固定体２０をセラミックスにより構成すると、面精度を向上させることができるので、乱流が発生しにくくなり、高精度な静圧軸受装置を構成することができる。また、セラミックスは金属材料に比べて低熱膨張であるため、温度の変化による寸法変化を小さくすることができるので、高精度の静圧軸受装置を実現することができる。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、移動体１０は、加圧気体を供給する主配管１３と、加圧気体を整流するオリフィス１４と、オリフィス１４に連通し、オリフィス１４から吐出された加圧気体を移動体１０の摺動面１０ａと固定体２０との間に形成される軸受間隙Ｇに分配して供給する静圧パッド３０と、を備えている。
【００２８】
静圧パッド３０には、後述する分配溝１１ａ及び環状溝１１ｂからなる通気溝１１が形成されている。通気溝１１の外周には、通気溝１１から軸受間隙Ｇに供給された加圧気体を軸受間隙Ｇの外方に案内して排気する排気溝１２が形成されている。図２（Ａ）では、固定体２０の上方の移動体１０の構造を示すが、固定体２０を挟んで対向する下方の摺動面にも同様の構造が形成されている。ここで、水平方向の摺動面にも同様の構造を形成してもよい。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、オリフィス１４は、摺動面１０ａ（図では下面）に開口する主配管１３の吐出口１３ａに設けられ、吐出口１３ａ側が圧力損失の少ない先細りのテーパー形状に形成されている。これにより、吐出口１３ａから吐出される加圧気体が層流となるように整流している。本実施形態では、主配管１３は３〜５ｍｍφ程度の管状に形成されており、オリフィス１４は先端の径が０．２〜０．３ｍｍφに形成されている。
【００３０】
静圧軸受装置１では、主配管１３からオリフィス１４を介して静圧パッド３０に加圧気体を供給し、静圧パッド３０から移動体１０の摺動面１０ａと固定体２０との間に形成される軸受間隙Ｇに加圧気体を吐出させることにより、移動体１０を固定体２０上に浮上させ、固定体２０の延伸方向に沿って移動させるとともに高精度の位置決めをすることができる。静圧パッド３０から軸受間隙Ｇに吐出された加圧気体は、排気溝１２により軸受間隙Ｇの外方に排気される。
【００３１】
本発明の静圧軸受装置１は、高精度な移動、位置決めを実現するために、加圧気体の通気経路の全領域で層流状態が維持されるように、オリフィス１４、通気溝１１及び排気溝１２の形状などの構成を設計したものである。以下に、具体的な構成を説明する。
【００３２】
図３に示すように、摺動面１０ａは矩形に形成されており、その摺動面１０ａに通気溝１１を備えた静圧パッド３０と、排気溝１２とが形成されている。静圧パッド３０は、オリフィス絞りと表面絞りとを組み合わせた複合絞りにより形成されている。
【００３３】
通気溝１１は、オリフィス１４を囲み環状に形成された環状溝１１ｂと、オリフィス１４を中心に環状溝１１ｂに向かって放射状に延設され、環状溝１１ｂとオリフィス１４とを連通する複数の分配溝１１ａと、を備えている。本実施形態では、環状溝１１ｂは円形に形成されており、分配溝１１ａは中心角２２．５°で１６本形成されている。また、通気溝１１は、移動体１０の移動方向（図中では左右方向）に対して対称となるように形成されている。
【００３４】
排気溝１２は、環状溝１１ｂを囲んで設けられた環状排気溝１２ａと、環状排気溝１２ａと静圧軸受装置１の外部とを連通する外部排気溝１２ｂと、を備えている。排気溝１２は加圧気体の圧力分布が一様になるように、外部に効率よく排気できる形状に形成されている（図４）。排気溝１２も通気溝１１同様に、移動体１０の移動方向に対して対称となるように形成されている。
【００３５】
環状排気溝１２ａは、環状溝１１ｂから吐出される加圧気体に応じた量を圧力分布が一様になるように排気するために、環状溝１１ｂと相似形であることが好ましい。本実施形態では、環状溝１１ｂ同様に円形とした。
ここで、環状排気溝１２ａの半径Ｒ２は、環状溝１１ｂの半径Ｒ１に加えて環状溝１１ｂの幅Ｗ１（図４）の２倍以上大きい間隔が確保されていれば、圧力損失や加圧気体の流れが乱れることのない良好な排気状態とすることができる。後述する実施例では、Ｒ２−Ｒ１＝２〜１０ｍｍとしたが、良好な排気が可能であり、振動は発生しなかった。
【００３６】
主配管１３からオリフィス１４を介して吐出口１３ａから吐出された加圧気体は、分配溝１１ａにより静圧パッド３０内で等方的に分配され、分配溝１１ａ及び環状溝１１ｂから軸受間隙Ｇに吐出された後に、排気溝１２により軸受間隙Ｇの外方に排気される。上述のように、通気溝１１を移動体１０の移動方向に対して対称となるように形成することにより、軸受間隙Ｇにおける加圧気体の圧力分布を一様にすることができる。また、排気溝１２を設けることにより、加圧気体の圧力分布が一様になるように、加圧気体を外部へ効率よく排気でき、加圧気体の流量を安定させることができる。
【００３７】
図４に示すように、通気溝１１（図中は環状溝１１ｂ）及び排気溝１２（環状排気溝１２ａ）は、幅方向の断面形状が摺動面１０ａから離れる方向に凸の曲線を形成している。本実施形態では、環状溝１１ｂの断面形状は円弧状であり、深さＤ１は１０μｍ以下、幅Ｗ１は３００〜５００μｍとなるように形成されている。分配溝１１ａも同様の断面形状を有している。通気溝１１は、例えば、半径１〜５ｍｍの研磨ドリルなどで加工することにより形成可能である。
ここで、通気溝１１及び排気溝１２の幅方向の断面形状が摺動面１０ａから離れる方向に凸の曲線を形成しているため、加圧気体が各溝の幅方向から軸受間隙Ｇに流れ出る際に、圧力損失や気流の乱れがなく、層流を維持することができる。
【００３８】
分配溝１１ａの幅方向の断面積の総和は、オリフィス１４の断面積以上であるように形成されている。例えば、分配溝１１ａの断面積をＳ１とすると、本実施形態では分配溝１１ａが１６本あるので、オリフィス１４の断面積Ｓ２との間に、Ｓ１×１６≧Ｓ２の関係が成立する。これにより、オリフィス１４から層流で吐出された加圧気体が分配溝１１ａに流入するときに圧力損失が生じにくいので、安定した層流を維持することができ、振動の発生を防止することができる。
【００３９】
排気溝１２は、環状排気溝１２ａが環状溝１１ｂから吐出される加圧気体に応じた量を排気するために、環状溝１１ｂの断面積以上であることを好ましい。本実施形態では、環状溝１１ｂの断面形状は通気溝１１同様に円弧状であり、深さＤ２は３０μｍ、幅Ｗ２は３００μｍとなるように形成されている。
【００４０】
更に、摺動面１０ａと通気溝１１または排気溝１２との境界の角部を面取りして滑らかに形成すると、より一層流れを乱れにくくすることができ、層流状態が安定となる形状とすることができる。
【００４１】
また、通気溝１１の表面粗さは、移動体１０の摺動面１０ａの表面粗さよりも小さくなるように形成されている。これにより、摺動面１０ａに比べて加圧気体の流れが乱流に遷移しやすい通気溝１１において、表面粗さに起因する流れの乱れを生じにくくすることができるので、安定した層流を維持することができ、振動の発生を防止することができる。例えば、摺動面１０ａの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．２〜０．６μｍの場合、通気溝１１の表面粗さＲａは０．１〜０．４μｍであることが好ましい。
【００４２】
本発明の静圧軸受装置１では、層流を安定して維持することができ、加圧気体の給気圧力を低くしても高剛性を得ることができる。そこで、軸受間隙Ｇを従来の静圧軸受装置の軸受間隙より小さい１０μｍ以下となるように小さくすることにより、より高剛性の静圧軸受装置とすることができる。
【００４３】
本発明の静圧軸受装置１では、上記の構成を備えるため、静圧パッド３０から軸受間隙Ｇへ吐出される加圧気体を圧力分布が一様な層流とすることができるので、振動の発生を防止できる高精度、例えば、１０ｎｍ以下の超高精度の位置決めを行うことができる静圧軸受装置１を実現することができる。
更に、層流を安定して維持することができるため、加圧気体の給気圧力を上げることができるので、高剛性の静圧軸受装置１を実現することができる。
【００４４】
そして、静圧軸受装置１を用いて移動体１０に物体を搭載して固定体２０に沿って移動可能なステージを構成すると、高剛性で、駆動時及び静定状態での振動の発生を抑制した良好なステージとすることができる。従って、静圧軸受装置１を備えたステージは、走査型露光装置や液晶パネルの検査装置など高い走行精度が要求される用途に好適に用いることができる。
また、複数の静圧軸受装置の組み合わせにより、Ｘ−Ｙステージなどの多軸の移動機構を形成することもできる。
【００４５】
（変更例）
通気溝１１及び排気溝１２の断面形状は、滑らかな曲線による凸形状で層流を達成できる形状であれば、楕円の弧やその他の曲線形状を採用することができる
【００４６】
通気溝１１及び排気溝１２の配置形状は、移動方向に対称であればよく、移動方向に垂直な方向については非対称でもよい。
【００４７】
分配溝１１ａ、外部排気溝１２ｂの本数は、層流が維持できる範囲内であれば任意である。分配溝１１ａの断面形状と環状溝１１ｂの断面形状、または環状排気溝１２ａの断面形状と外部排気溝１２ｂの断面形状は、層流が維持できる範囲内であればそれぞれ異なるものとすることができる。
【００４８】
加圧気体の外部への安定した排気が達成されていれば、排気溝１２を設けなくてもよい。
【００４９】
固定体２０及び移動体１０を形成するセラミックスとしては、アルミナ以外にもジルコニア、炭化けい素、窒化けい素など各種セラミックスを用いることができる。また、セラミックス以外の材料、例えば、ステンレス鋼などの金属材料などで形成することもできる。
【００５０】
（実施例）
本発明の静圧軸受装置１の効果を、従来の静圧軸受装置１００と比較した。
【００５１】
本発明の静圧軸受装置１は、固定体２０として、純度９９．８ ％ のアルミナセラミックスからなる、断面が４２ｍｍ×４２ｍｍ 、長さが２００ｍｍの四角柱を用いた。移動体１０は、同じアルミナセラミックスにより、固定体２０を囲むように４枚の平板を組み合わせて構成した。上下の平板は、幅が８０ｍｍ、厚さが２０ｍｍ、長さが８０ｍｍであり、左右の平板は、幅が４０ｍｍ、厚さが２０ｍｍ、長さが８０ｍｍの平板である。静圧パッド３０、排気溝１２などの軸受機構は、上下の平板の摺動面１０ａに設けられている。オリフィス１４は先端径が０．３ｍｍφに形成されている。通気溝１１は、幅方向の断面が、深さ１０μｍ、幅３００μｍの円弧状となるように形成されている。軸受隙間Ｇは２μｍとした。また、摺動面１０ａの表面粗さはＲａ０．４μｍ、通気溝１１の表面粗さはＲａ０．２μｍ以下に形成されている。
【００５２】
まず、加圧気体の消費流量を評価した。消費流量の評価は、主配管１３から供給される圧縮空気の給気圧力を変化させたときに、圧縮空気が排気溝１２及び軸受間隙Ｇから排出される気体の消費量を測定することにより行った。図５は、給気圧力を０．１〜０．５ＭＰａの範囲で変化させたときの消費流量の測定結果である。本発明の静圧軸受装置１では、従来の静圧軸受装置よりも、圧縮空気の消費量がおおよそ２／３に低減されており、圧縮空気の消費量の低減効果が確認された。
【００５３】
次に、軸受剛性を評価した。軸受剛性は、移動体１０に所定の荷重を負荷したときに、移動体１０が沈み込む変位量を電気マイクロメータで測定し、次式により算出した。
【００５４】
軸受剛性（Ｎ／μｍ）＝負荷荷重（ｋｇ）×９．８／変位量（μｍ）
【００５５】
図６は、給気圧力を０．１〜０．５ＭＰａの範囲で変化させたときの軸受剛性の測定結果である。本発明の静圧軸受装置１では、従来の静圧軸受装置よりも、軸受剛性が約１．６倍と高くなっており、図５で示した結果と併せて、圧縮空気の消費流量が少なく、高剛性な静圧軸受装置であることが確認された。
【００５６】
続いて、本発明の静圧軸受装置１と従来の静圧軸受装置の振動測定を行った。図７は、給気圧力を０．１〜０．５ＭＰａの範囲で変化させたときの振動測定結果である。給気圧力が０．２ＭＰａまでは、両者ともに振動はほとんど発生していない。しかし、０．３ＭＰａを超えると、従来の静圧軸受装置では振動が大きくなり、０．５ＭＰａでは使用不能な振動レベルとなった。一方、本発明の静圧軸受装置１では、０．５ＭＰａでも振動はほとんど発生しなかった。
以上の通り、本発明の静圧軸受構造と最適設定により、静圧軸受装置１を１０ｎｍ以下の振動レベルで安定に作動させることができる。
【００５７】
［実施形態の効果］
（１）本発明の静圧軸受装置１によれば、高精度な移動、位置決めを実現するために、加圧気体の通気経路の全領域で層流状態が維持されるように、オリフィス１４、通気溝１１及び排気溝１２の形状などの構成を設計したものであり、通気溝１１の幅方向の断面形状が摺動面１０ａから離れる方向に凸の曲線を形成しているため、加圧気体が通気溝１１の幅方向から軸受間隙に流れ出る際に、圧力損失や気流の乱れがなく、層流を維持することができる。
また、通気溝１１を、オリフィス１４を囲み環状に形成された環状溝１１ｂと、オリフィス１４を中心に環状溝１１ｂに向かって放射状に延設され、環状溝１１ｂとオリフィス１４とを連通する複数の分配溝１１ａとから、移動体１０の移動方向に対して対称となるように形成することにより、軸受間隙Ｇにおける加圧気体の圧力分布を一様にすることができる。
排気溝１２を設けることにより、加圧気体の圧力分布が一様になるように、軸受間隙Ｇ外へ効率よく排気でき、加圧気体の流量を安定させることができるので、層流を安定して維持することができる。
これらにより、静圧パッド３０から軸受間隙Ｇへ吐出される加圧気体を圧力分布が一様な層流とすることができるので、振動の発生を防止できる高精度な静圧軸受装置１を実現することができる。
更に、層流を安定して維持することができるため、加圧気体の給気圧力を上げることができるので、高剛性の静圧軸受装置１を実現することができる。
【００５８】
（２）静圧軸受装置１を用いて移動体１０に物体を搭載して固定体２０に沿って移動可能なステージを構成すると、高剛性で、駆動時及び静定状態での振動の発生を抑制した良好なステージとすることができる。
【００５９】
［その他の実施形態］
上述の実施形態では、静圧パッド３０が一つの構成を採用したが、これに限定されるものではなく、一つの摺動面１０ａに複数の静圧パッド３０を備えた構成を採用することができる。例えば、図８に示すように、静圧パッド３０を左右対称に４個配置することができる。このように静圧パッド３０を複数個備えた構成では、加圧気体の排気の際に流れが乱れやすくなるので、排気溝１２を設けることは必須である。本実施形態では、環状排気溝１２ａ、外部排気溝１２ｂに加え、静圧パッド３０が形成される領域を区画するように十字に形成されるとともに外部排気溝１２ｂと連通し排気を補助する第２外部排気溝１２ｃが形成されている。これにより、加圧気体の排気がスムースになり加圧気体の流量を安定させることができるので、層流を安定して維持することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１      静圧軸受装置
１０    移動体
１０ａ  摺動面
１１    通気溝
１１ａ  分配溝
１１ｂ  環状溝
１２    排気溝
１２ａ  環状排気溝
１２ｂ  外部排気溝
１２ｃ  第２外部排気溝
１３    主配管
１３ａ  吐出口
１４    オリフィス
２０    固定体
３０    静圧パッド
Ｇ      軸受間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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