(57)【要約】【課題】超精密な位置制御のすることのできる静圧軸受け機構を得るための静圧軸受けの凹部形成方法を提供する。【解決手段】凹部となる部分にあらかじめマスキング７２を行った軸受け形成部材７０の外周全体に所定厚みのメッキ層７４を施し、その後マスキング７２を除去することによって、メッキ層７４がされなかった部分を表面凹部７６とする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受け形成部材の表面に形成する凹部と同形状のマスキングを施す工程と、
軸受け形成部材表面を全体的に均一なメッキ層で被着する工程と、
軸受け形成部材からマスキングを除去する工程と、からなり、
マスキングが除去された部分を、前記凹部とすることを特徴とする静圧軸受け用の表面凹部形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静圧軸受けにおける軸受け形成面に凹部を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
あらゆる産業において、加工、測定制御の微細化が急速に進み、ナノメートルレベルの位置決め精度が各種の分野において必要とされるようになってきた。例えば半導体製造分野においては、半導体露光プロセス、あるいはこれに関連した各種のプロセスにおいて、ワークを極めて高精度に位置決めする必要が生じてきている。
【０００３】
高精度の位置決めは、従来より電動リニアモータにより行われることが多かったが、磁界や熱の発生が問題となり、これに代わる位置決め駆動制御アクチュエータとして、空気圧アクチュエータが利用されるようになってきた。空気圧アクチュエータは、空気比例弁あるいは空気圧サーボ弁によって所望の気体圧を供給して超精密制御するので、磁界や熱の発生がなく、かつクリーンである。
【０００４】
このようなアクチュエータや比例弁あるいはサーボ弁においては、摺動部分に気体静圧軸受けを設け、摩擦なく動くように工夫がなされている。
【０００５】
静圧軸受けを得るためには、固定側または移動体に絞りと呼ばれる凹部や孔を形成する。スプール側に絞りを形成して静圧軸受けとした構造も知られており（特許文献１）、オリフィス絞り、表面絞り、多孔質絞り、自成絞りがあげられる。
【０００６】
表面絞りまたはオリフィス絞りは、軸受け剛性が高く、精密制御を行う装置に適していることが知られている。
【０００７】
また、表面絞りは、薄溝で広くかつ浅い周壁を有したものなので、他に比べて詰まりにくく、安定した静圧軸受けを提供することができる。一方、オリフィス絞りにおいても、表面にポケットを設けることにより、表面絞りと同様の効果が得られることが知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９７２４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような利点を有する表面絞りの溝やオリフィス絞りにおけるポケットといった表面に形成された凹部は、例えば機械加工、放電加工、エッチングあるいはショットピーニング等により形成していた。
【００１０】
しかしながら、機械加工、エッチングあるいはショットピーニングによって上記表面絞りやポケットといった凹部を精密に形成することは、作業性が悪く、深さを均一にすることが困難であった。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するため、複雑な溝形状をした凹部を形成する場合や、曲面に凹部を形成する場合においても、簡易的でかつ均一な深さが得られる表面凹部形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上のような問題を解決するため、本発明の表面凹部形成方法においては、軸受け形成部材の表面に形成する凹部と同形状のマスキングを施す工程と、軸受け形成部材表面を全体的に均一なメッキ層で被着する工程と、軸受け形成部材からマスキングを除去する工程と、からなり、マスキングが除去された部分を、前記凹部とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明するにあたり、まず静圧軸受けについて比例弁を例に挙げて具体的に説明する。
【００１４】
図１に、静圧軸受けを持った比例弁の一例を示す。この実施例は三方向弁からなり、円筒状のハウジング１０の両端にマグネットケース１２，ケースエンド１４がしっかりと密接固定されている。ハウジング１０の内部にはスリーブ１６が固定されており、ハウジング１０及びスリーブ１６には三方向弁を形成するための供給ポートＰＳ、排気ポートＥＸ、負荷ポートＰＬが設けられている。供給ポートＰＳは図示していない圧縮空気源に接続され、排気ポートＥＸは大気に開口され、そして、負荷ポートＰＬは図示していない空気圧アクチュエータの空気室に接続される。
【００１５】
前記スリーブ１６内にはスプール１８が軸方向に直動可能に軸支されており、このスプール１８は３つのランド（弁体）１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有し、周知のように、スプール１８が軸方向に移動する際に、ランド１８ｂが各ポートＰＳ、ＥＸ、ＰＬを開閉し、供給ポートＰＳ及び排気ポートＥＸに接続された気体供給圧と排気圧とをスプール１８の位置に応じた割合で負荷ポートＰＬへ出力することができる。
【００１６】
スプール１８の一端にはコイルボビン２０が形成されており、このコイルボビン２０に可動線輪２２が巻回固定されている。前述したマグネットケース１２には前記可動線輪２２の周囲に対向配置されるリング状の永久磁石２４が固定されており、マグネットケース１２自体も磁性体からなり、この結果、可動線輪２２は永久磁石２４の磁界内に配置されることとなる。可動線輪２２には、端子２６から所定の入力電流が供給され、この入力電流に応じた駆動力でスプール１８を軸方向に直進駆動することができる。
【００１７】
スプール１８をスリーブ１６内で所定の軸方向位置に定位するために、スプール１８の両端には定位バネ２８、３０が配置されており、前記可動線輪２２の駆動力に対抗した反力をスプール１８に与えることができ、これによってスプール１８は可動線輪２２に与えられた入力信号に応じた位置に移動してその位置を保持することができる。そして、このようにしてスプール１８の位置が定まると、このときの各ポートＰＳ，ＥＸの開き具合によって負荷ポートＰＬからは所定の気体圧が負荷である空気圧アクチュエータへ出力される。前記定位バネ２８、３０によるスプール１８の無負荷静止位置を調整するために一方の定位バネ２８の軸方向位置はゼロ点調整ネジ３２によって調整される。
【００１８】
なお、本発明においては、比例弁が静圧軸受けを有しており、この静圧軸受けはスプール１８に設けられている。
【００１９】
図２に、スプール１８のランド１８ａに設けられた静圧軸受けを示す。静圧軸受けにはランド１８ａの外周面に表面絞り３４を設けている。この表面絞り３４はランド１８ａの外周面に複数個設けられた薄溝からなり、この薄溝はスプール１８の直進移動方向に沿って形成されている。そして、この薄溝からなる表面絞り３４はスプール１８の空気室３６に向かって開口するとともに、スプールの外側である排気室３８に対してはランド１８ａの外周によって閉塞されている。
【００２０】
すなわち、表面絞り３４はその右端が空気室３６に向かって開き、空気室３６に供給される供給ポートＰＳからの気体圧を導き、これを表面絞り３４の周壁からスリーブ１６との間に吹き出し、所望の非接触静圧軸受け作用を得ることが可能となる。ランド１８ａとスリーブ１６との間に所望の静圧力を得るため、表面絞り３４の左端は、前述したようにランド１８ａの外周によって閉塞されており、ランド１８ａの左端部は極めて微小な間隔によってスリーブ１６との間で静圧軸受けされることとなる。
【００２１】
なお、前述した排気室３８の気体はハウジング１０に設けられた排気孔１０ａから外部へ排気される。
【００２２】
次に、図３を用いて、他方の静圧軸受けが形成されているスプール１８のランド１８ｃを詳細に説明する。
【００２３】
ランド１８ｃ側においても、前述した表面絞り３４と同様の表面絞り４０が形成されるが、このランド１８ｃは排気ポートＥＸと隣接しているために、供給ポートＰＳからの気体供給圧を導くための工夫がなされている。すなわち、図１に示されるようにスプール１８には導通孔４２が設けられており、この導通孔４２は一端が供給ポートＰＳに連通する空気室３６に開口しており、またその他端はランド１８ｃに設けられた導入溝４４に対向している。図３において、この開口端は導入溝４４に設けられた複数の開口４６として示されている。従ってこの導入溝４４には供給ポートＰＳに接続された気体供給圧が導かれ、排気ポートＥＸと連通する空気室４８とはランド１８ｃに設けられたリング壁５０によって遮蔽されることとなる。従って、ランド１８ｃに一端が導入溝４４に開口し、多端がランド１８ｃによって閉塞された表面絞り４０をスプール１８の直進方向に沿って複数薄溝状に設ければ、前述した図２に示した供給側のランド１８ａと同様に極めて安定した静圧軸受けを得ることが可能である。
【００２４】
このように、スプール１８の両側のランド１８ａ、１８ｃに静圧軸受けを設ければ、供給ポートＰＳの気体供給圧をそのまま利用することができ、また特別な静圧軸受け用の圧縮空気源などを必要とすることがなく、構造が簡単で装置を小型化し、ナノメートルレベルの極めて超精密な比例弁を得ることが可能となる。
【００２５】
また、この静圧軸受けをランド１８ａ、１８ｃに設けられた表面絞り３４、４０から構成すれば、薄溝の広くかつ浅い周壁を有した絞り（凹部）からなるので目詰まりを起こしにくく、極めて安定した静圧軸受けを提供することが可能となる。
【００２６】
ここまで、静圧軸受けの一例として、スプールのランドに表面絞りを形成したものについて説明したが、これ以外にも、オリフィス絞りのスプール表面に設けたポケットと呼ばれる凹部も同様の効果を有する。このような、スプール表面に空気層を作るための薄溝で広くかつ浅い周壁を有した凹部は、ナノメートルレベルの超精密位置制御を行う上で基本的な構成であり、極めて精密に加工しなければならない。
【００２７】
そこで、本発明においては、凹部の形成方法として、凹部となる表面の部分にあらかじめマスキングを行い、その後にランドの外周全体を所定厚にメッキし、その後にマスキングを除去することによって、メッキされなかった部分を表面凹部とする形成方法を提供する。なお、ここに示す加工方法は必ずしも前述した本発明の実施例におけるスプールのランドのような曲面形状ばかりでなく、その他の平面あるいは任意の形状の支持体に対しても応用することが可能である。
【００２８】
ここで、本発明に係る表面凹部形成方法について説明する。
【００２９】
図４（イ）は、スプールのランドあるいは平面支持体などの軸受け形成部材７０であり、まず、表面凹部を形成したい部分にマスキング７２を施す。このマスキングとしては、テープ等を貼着する、所望形状に溶剤を塗布する、あるいは治具を押し当てる、等の手法がある。本メッキをする前に、メッキの付着性を良くするために、マスキングする部分にも、同様なまたは異なるメッキをあらかじめしておく方法もとられる。
【００３０】
次に、図４（ロ）に示すように、軸受け形成部材７０の全面にメッキ層７４を形成する。このメッキ処理は硬質アルマイト処理あるいは無電解ニッケルメッキ、フッ素潤滑メッキ、ニッケルボロンメッキ、硬質クロムメッキ等によって形成することが可能である。この時、実際上は、マスキング７２にはメッキが付着しにくいので、図４（ロ）に示されるようにその表面にはメッキ層が形成されない。
【００３１】
次に、図４（ハ）に示すように、軸受け形成部材７０から種々の手法によりマスキング７２を除去すれば、その部分が表面凹部７６として得られ、この時のメッキ層７４の厚みが表面絞りの深さとなる。この凹部深さは実施形態においては３〜２０μｍの範囲で選択される。３μｍより小さいと静圧軸受けとしての性能が出にくく、逆に２０μｍより大きいとその部分に空気溜まりが生じて安定感が悪化してしまうためである。
【００３２】
なお、仮にマスキング７２の上にメッキ層７４が被着されても、次の工程でマスキング７２を確実かつ正確に軸受け形成部材７０からきれいに除去することができれば、本発明による表面凹部形成方法は実現可能である。
【００３３】
また、上記本メッキ処理による凹部形成後に、ＤＬＣ薄膜を形成したり、二硫化モリブデン処理を施したりすることによって、前記凹部をさらに１〜数μｍ程度の薄膜で覆い、硬質化、低摩擦化を図ることもできる。
【００３４】
以上のように、本発明の凹部形成方法によれば、極めて簡単にかつ複雑な形状であっても容易に表面凹部を得ることが可能となり、特にナノメートルレベルの制御を行う超精密静圧軸受けを得るために極めて好適である。本書で主に説明した比例弁やサーボ弁に限られず、シリンダやＸ−Ｙステージ等、静圧軸受けを用いて精密制御を行う他の用途にも適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静圧軸受け用の表面凹部を簡単な方法によって精度良く形成することが可能となり、超精密制御に有益な静圧軸受けを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により作製した比例弁を示す要部断面図である。
【図２】図１に示した比例弁の供給ポート側静圧軸受けの要部を示す斜視図である。
【図３】図１に示した比例弁の排気ポート側静圧軸受けの要部を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る表面凹部形成方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ハウジング、１６  スリーブ、１８  スプール、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  ランド（弁体）、２２  可動線輪、２８，３０  定位バネ、３４，４０  表面絞り、７０  軸受け形成部材、７２  マスキング、７４  メッキ層、７６  表面凹部、ＰＳ  供給ポート、ＥＸ  排気ポート、ＰＬ  負荷ポート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004353719.tif 000005
【図４】
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