(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、当該基台上を案内方向に移動可能な可動体と、前記基台の上に前記案内方向に沿って設けられ、前記可動体を前記案内方向にガイドするガイド部材と、
当該可動体を気体によって支持・案内する空気軸受部と、当該可動体を当該基台に対して磁気吸引する、当該可動体に設けられた磁石および当該基台に設けられた磁性材料の吸引レールを備えた吸引力付与部と、を備えた静圧気体直線案内軸受装置であって、
前記空気軸受部は、
前記ガイド部材の側面に対向するように設けられ、当該ガイド部材の側面に対して空気を吹き出すように構成され、前記可動体を当該ガイド部材に対して水平方向に支持する、水平方向空気軸受と、
前記基台に対向するように設けられ、当該基台に対して空気を吹き出すように構成され、前記可動体を上下方向に支持する上下方向軸受と、
を備え、
前記上下方向軸受は前記基台の前記案内方向の両側に形成されてなり、
前記吸引付与部は、前記基台の前記案内方向の両側で、前記上下方向軸受に隣接されて設けられ、
前記基台は、セラミックスから構成され、前記吸引レールは、前記セラミックスの膨張係数に応じて選ばれた、熱膨張係数４〜５×１０-6／℃の低熱膨張鋳物から構成されていることを特徴とする静圧気体軸受直線案内装置。
【請求項２】
前記セラミックスは、熱膨張係数４〜８×１０-6／℃のアルミナセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受直線案内装置。
【請求項３】
前記セラミックスは、熱膨張係数５×１０-6／℃のムライトセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受直線案内装置。
【請求項４】
前記セラミックスは、熱膨張係数３〜４×１０-6／℃の窒化珪素セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受直線案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な加工装置及び測定装置、半導体製造や検査装置などにおいて、試料、工具、検出器などを高い位置決め精度をもって移動させることが可能な静圧気体軸受直線案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静圧気体軸受直線案内装置には、案内方向に延びるガイドレールと、このガイドレールの上側に跨がるように配置され且つ前記案内方向に移動可能な可動体と、この可動体を気体によって支持・案内する空気軸受部と、可動体を基台に対して吸引する吸引力付与部と、を備えて構成されたものがある。
【０００３】
このような静圧気体軸受直線案内装置としては、例えば、図３に示すように、上面に水平な基準面５０ａを備えて案内方向に延びる基台５０を有している。この基台５０は、一般的にセラミックスや石などによって構成されている。基台５０の上面の幅方向（案内方向に直交する水平方向）中心から若干偏位した位置には、ガイドレール５１が突設されている。このガイドレール５１は、基準面５０ａに沿って案内方向に延びている。この基台５０の基準面５０ａの上方に、所定間隔をあけて可動体であるテーブル５５の下面が、基準面５０ａに対して平行に対向配置されている。
【０００４】
テーブル５５の下面には、ガイドレール５１を両側から挟むように、ガイドレール５１の各側面に所定間隔をあけて対向する対向面を持った対向部５６及び５７がそれぞれ形成されている。この対向部５６及び５７のガイドレール５１の側面に対向する面には、水平方向を支持する水平方向空気軸受部５３がそれぞれ配置されている。また、対向部５６の下面には、上下方向を支持する上下方向空気軸受部５４が配置されている。また、テーブル５５の下面であって、対向部５６と幅方向で対象な位置には、対向部５８が形成されている。この対向部５８の下面には、前記と同様に上下方向を支持する上下方向空気軸受部５４が配置されている。これらの対向部５６〜５８は、案内方向に所定間隔をあけて複数個設けられている。
【０００５】
さらに、上下方向空気軸受部５４の幅方向外側には、吸引力発生部５９が各々設けられている。この吸引力発生部５９は、基台５０の基準面５０ａに設けられてガイドレール５１と平行に延びる、例えば強磁性体からなる吸引レール５９ａと、テーブル５５の下面に支持されて吸引レール５９ａの上面と所定間隔をあけて対向した磁石５９ｂと、から構成されている。この吸引力発生部５９は、その吸引力を大きくするために、吸引レール５９ａを透磁率の高い、例えば純鉄や鉄系の磁性材料で形成している。なお、符号６０は、テーブル５５の移動を行う公知の駆動装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の静圧気体軸受直線案内装置は、基台がセラミックスや石などから構成され、吸引レールが純鉄や鉄系の磁性材料で構成されているため、両者の熱膨張係数が異なることになる。ここで、純鉄の熱膨張係数は、９〜１０×１０-6／℃であり、セラミックス（アルミナ）の熱膨張係数は、４〜８×１０-6／℃、石の熱膨張係数は、６〜９×１０-6／℃である。このため、使用時の温度変化によって、熱膨張係数の違う材料間で寸法にずれが生じる、いわゆる「バイメタル現象」が起こり、真直度精度が悪化する虞がある。
【０００７】
さらに、静圧気体軸受直線案内装置の保管温度や輸送時の温度が大きく変化した場合（例えば、夏季３０℃以上、冬季１０℃以下など）は、使用の際に常温に戻っても、ボルトの結合部などが位置ずれを起こして元の精度に戻らないという虞もある。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題とするものであり、大きな温度変化が生じてもバイメタル現象が起こることを低減し、安定した真直度精度を保つことが可能な静圧気体軸受直線案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、基台と、当該基台上を案内方向に移動可能な可動体と、前記基台の上に前記案内方向に沿って設けられ、前記可動体を前記案内方向にガイドするガイド部材と、当該可動体を気体によって支持・案内する空気軸受部と、当該可動体を当該基台に対して磁気吸引する、当該可動体に設けられた磁石および当該基台に設けられた磁性材料の吸引レールを備えた吸引力付与部と、を備えた静圧気体直線案内軸受装置であって、前記空気軸受部は、前記ガイド部材の側面に対向するように設けられ、当該ガイド部材の側面に対して空気を吹き出すように構成され、前記可動体を当該ガイド部材に対して水平方向に支持する、水平方向空気軸受と、前記基台に対向するように設けられ、当該基台に対して空気を吹き出すように構成され、前記可動体を上下方向に支持する上下方向軸受と、を備え、 前記上下方向軸受は前記基台の前記案内方向の両側に形成されてなり、前記吸引付与部は、前記基台の前記案内方向の両側で、前記上下方向軸受に隣接されて設けられ、前記基台は、セラミックスから構成され、前記吸引レールは、前記セラミックスの膨張係数に応じて選ばれた、熱膨張係数４〜５×１０-6／℃の低熱膨張鋳物から構成されていることを特徴とする静圧気体軸受直線案内装置を提供するものである。
【００１０】
この構成を備えた静圧気体軸受直線案内装置は、基台と吸引レールの熱膨張係数をほぼ同じにすることで、大きな温度変化が生じても、両者の間に寸法変化が生じることがなく、いわゆる「バイメタル現象」が起こることを低減することができる。このため、安定した真直度精度を保つことができる。
【００１１】
また、基台をセラミックスから構成したため、錆びることがなく、さらに、金属より熱膨張係数が小さいため、変形することが少なく、寸法精度が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明に係る静圧気体軸受直線案内装置は、基台と吸引レールの熱膨張係数がほぼ同じであるため、大きな温度変化が生じても、両者の間に寸法変化が生じることがなく、バイメタル現象が起こることを低減することができる。この結果、安定した真直度精度を維持することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態に係る静圧気体軸受直線案内装置について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る静圧気体軸受直線案内装置の正面図、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る静圧気体軸受直線案内装置は、上面に水平な基準面１ａを備え且つ案内方向に延びる基台１と、基台１の上面に案内方向に沿って設けられたガイド部材２と、ガイド部材２に案内されて移動する可動体の構成要素であるテーブル３と、テーブル３を支持・案内する空気軸受部６、７及び８と、空気軸受部６、７及び８に対して吸引力を与える吸引力付与部１０と、を備えて構成されている。
【００１５】
基台１は、アルミナセラミックスから構成されており、その熱膨張係数は、４．７×１０-6／℃である。基台１の基準面１ａの幅方向（案内方向に直交する水平方向）の中央部から一方の端部（図１では左側）に若干偏位した位置には、ガイド部材２が設けられている。また、基台１の幅方向両側には、後に詳述する吸引力付与部１０の吸引レール１０ａが固定され、案内方向に沿って延びている。
【００１６】
ガイド部材２は、断面長方形を備えたレール部材からなり、基準面１ａの案内方向に沿って配置されている。このガイド部材２は、底面（基準面１ａ側）と、左右側面の計３面が真直、平面で、平行、直角精度が良好に設定されており、基台１と同様に、アルミナセラミックスから構成されている。また、このガイド部材２は、幅が狭く構成されているため、ナローガイド状態となる。このため、水平方向空気軸受６ａ及び７ａの距離が狭くなり、モーメント剛性の強いものとなる。
【００１７】
テーブル３は、基台１の基準面１ａの上方に所定間隔をあけた状態で配置されている。テーブル３の下面には、ガイド部材２と所定の間隔をあけて且つガイド部材２を両側から挟むように、一対の空気軸受部６及び７が対向配置されている。この空気軸受部６及び７は、図２に示すように、案内方向に互いに間隔をあけて各々２個所設置されている。この空気軸受部６及び７の、ガイド部材２の側面に対向する面には、水平方向を支持する水平方向空気軸受６ａ及び７ａがそれぞれ配置されている。
【００１８】
水平方向空気軸受６ａ及び７ａは、ガイド部材２に対向する面に、ガイド部材２に水平に空気を吹き出す空気穴が形成されている。この空気穴からガイド部材２に対し空気を吹き出すことで、テーブル３は、ガイド部材２に対し水平方向に支持される。このように、水平方向空気軸受６及び７は、ガイド部材２を挟み込むようにガイド部材２の両側に対向して配置されているため、ガイド部材２に対して偏った力がかからない。このため、ガイド部材２の変形を低減することができる。
【００１９】
また、空気軸受部６の下面には、上下方向を支持する上下方向空気軸受６ｂが配置されている。
【００２０】
また、テーブル３の下面であって、２つの空気軸受部６と幅方向で対象な位置には、空気軸受部８が形成されている。この空気軸受部８の下面には、前記と同様に上下方向を支持する上下方向空気軸受８ｂが各々配置されている。
【００２１】
各上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂには、その下面に基準面１ａに向けて空気を吹き出す空気穴が形成されている。この空気穴から基準面１ａに空気を吹き出すことで、テーブル３は、基準面１ａ対して上下方向に支持される。また、空気穴から吹き出される空気の圧力は、各上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂに対しそれぞれ独立に設定することができるようになっている。このため、例えばテーブル３の変形によって、上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂと、基準面１ａとの間の隙間が変化しても、前記空気の給気圧力を調整することで微調整ができるようになっている。なお、水平方向空気軸受６ａ及び７ａ、上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂの各空気軸受に、空気を供給する装置、及び経路は図示しないが、任意に設定されている。
【００２２】
さらに、テーブル３の幅方向最端部（空気軸受部６及び８の幅方向外側）には、吸引力付与部１０の構成要素である永久磁石１０ｂがスペーサ１０ｃを介して吸引レール１０ａと所定の間隔をあけて各々設けられている。なお、この永久磁石１０ｂ及びスペーサ１０ｃは、吸引レール１０ａと共に吸引力付与部１０を構成する。このスペーサ１０ｃは、吸引レール１０ａと永久磁石１０ｂとの間隙の調整、つまり永久磁石１０ｂの高さ位置を調整し易くするために設けられている。この吸引力付与部１０により、テーブル３は基台１に対して吸引される。
【００２３】
なお、吸引力付与部１０を空気軸受部６及び８（上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂ）に隣接したことで、テーブル３の吸引と浮上のせん断応力が、テーブル３に作用しないようにしている。
【００２４】
また、吸引レール１０ａは、基台１と同様の熱膨張係数を備えた低熱膨張材料、例えば、低熱膨張鋳物（熱膨張係数：４〜５×１０-6／℃）を用いて構成した。このため、温度変化によって、熱膨張係数の違う材料間で寸法にずれが生じる、いわゆる「バイメタル現象」が起こることがなく、安定した真直度精度を得ることができる。
【００２５】
なお、この静圧気体軸受直線案内装置には、特に図示しないが、テーブル３の移動を行う公知の駆動装置が設けられている。
【００２６】
この静圧気体軸受直線案内装置が作動する際は、上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂの空気穴から空気を基準面１ａに向けて吹き出し、これによってテーブル３は、基準面１ａに対して上下方向に浮上支持されて水平となる。また、水平方向空気軸受６ａ及び７ｂの空気穴から空気をガイド部材２に向けて吹き出し、これによってテーブル３は、幅方向の位置決めがなされている。そして、テーブル３は、駆動装置１１によって駆動されて、案内方向に移動される。この時、吸引力付与部１０と、上下方向空気軸受部６ｂ及び８ｂとが、近接して設けられているため、吸引力付与部１０による吸引力と、上下方向空気軸受部６ｂ及び８ｂによる浮上力によるせん断応力が、ほとんどテーブル３に作用せず、吸引力と浮上力とが釣り合った状態でテーブル３の良好な移動が行える。
【００２７】
この移動に際して、テーブル３は、その上下方向の支持が各々の上下方向空気軸受６ｂ及び８ｂによって独立して制御されるため、基準面１ａに対して常に水平方向に安定して維持される。また、このテーブル３は、水平方向空気軸受６ａ及び７ａによって、ガイド部材２に対して偏った力がかからないため、スムーズな移動が行われる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、基台１を熱膨張係数が、４．７×１０-6／℃であるアルミナセラミックスで構成した場合について説明したが、これに限らず、基台１は、石や他のセラミックスから構成することができる。この場合、例えば、熱膨張係数が６〜９×１０-6／℃程度の石を使用できる。また、セラミックスとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス（熱膨張係数：４〜８×１０-6／℃）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス（熱膨張係数：５×１０-6／℃）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス（熱膨張係数：３〜４×１０-6／℃）等が挙げられる。
【００２９】
この場合には、吸引レール１０ａも、吸引レール１０ａとしての機能を損なわず、且つ基台１の構成材料の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を備えた材料から構成することが必要である。
【００３０】
また、本実施の形態では、磁気吸引力を与える手段として、永久磁石を使用した場合について説明したが、これに限らず、電磁石や真空吸引などその他の非接触手段を使用することもできる。
【００３１】
さらにまた、本実施の形態では、一対の水平方向空気軸受を２個（合計４個）所配置した場合について説明したが、これに限らず、一対の水平方向空気軸受の設置数及び設置箇所は、テーブルのサイズや、ストロークの長さなどに応じて任意に決定することができる。
【００３２】
そしてまた、本実施の形態では、上下方向空気軸受をテーブルの幅方向両側に各々２個づつ、合計４個設置した場合について説明したが、これに限らず、上下方向空気軸受の設置数及び設置箇所は、テーブルのサイズや、ストロークの長さなどに応じて任意に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の本実施の形態に係る静圧気体軸受直線案内装置の正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】従来の静圧気体軸受直線案内装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 基台
１ａ 基準面
２ ガイド部材
３ テーブル
６、７、８ 空気軸受部
６ａ、７ａ 水平方向空気軸受
６ｂ、８ｂ 上下方向空気軸受
１０ 吸引力付与部
１０ａ 吸引レール
１０ｂ 永久磁石
１０ｃ スペーサ
【図１】
0004591449.tif 000002
【図２】
0004591449.tif 000003
【図３】
0004591449.tif 000004