(57)【要約】  【課題】  従来よりもさらに軽量化可能な筒状部材およびこの筒状部材からなる測定機・装置の構成部材を提供する。  【解決手段】  セラミックスからなる複数の板材２で構成された筒状部材１であって、板材２のうち少なくとも一つが中空部３を有している筒状部材１である。この筒状部材１は、軽量化することができ、この筒状部材１を測定機・装置の構成部材として用いれば、移動の高速化や位置決めの高精度化に対応することができるとともに、自重で撓むことが少ないので、構成部材の更なる大型化や長尺化に対応することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる複数の板材で構成された筒状部材であって、前記板材のうち少なくとも一つが中空部を有していることを特徴とする筒状部材。
【請求項２】
前記中空部が板材の一表面から対向する表面に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の筒状部材。
【請求項３】
前記中空部が複数の部材を積層することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒状部材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の筒状部材からなることを特徴とする測定機・装置の構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化を図るべく複数の板材で構成された筒状部材およびこの筒状部材からなる三次元測定機や半導体製造装置等の構成部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品形状の精密な測定に用いられる三次元測定機、半導体（集積回路）の作製に用いられる半導体製造装置、半導体や液晶パネルの基板の作製に用いられる露光装置等には、上下、左右、前後に移動する部材やこの移動する部材を支持する部材として、ガイド、ステージ、ミラー、フレームと呼ばれるセラミックスからなる構成部材が用いられている。
【０００３】
そして、このような構成部材には、製品測定や作製における構成部材の移動速度の向上および位置決め精度の向上のため軽量化が求められている。また、測定対象または作製対象となる製品の大型化に伴って、構成部材の大型化や長尺化が求められているが、大型化や長尺化によって構成部材の質量が増加し、構成部材が自重によって撓んでしまっては、構成部材として用いることができないため、大型化や長尺化を図るにあたっても軽量化が必要であった。そのため、軽量化を図るべく、筒状の構成部材が用いられている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−149739号公報
【特許文献２】特開2004−177331号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年では、製品測定や作製において、構成部材の更なる移動の高速化や位置決めの高精度化が求められている。また、測定対象または作製対象となる製品の更なる大型化に伴って、構成部材の更なる大型化や長尺化が求められている。そのため、これらの要求に応えるべく、構成部材を更に軽量化しなければならないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、従来よりもさらに軽量化可能な筒状部材およびこの筒状部材からなる測定機・装置の構成部材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】
【０００７】
本発明の筒状部材は、複数の板材で構成された筒状部材であって、前記板材のうち少なくとも一つが中空部を有していることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の測定器用部材は、本発明の筒状部材を測定装置用部材として用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の筒状部材によれば、複数の板材で構成された筒状部材であって、前記板材のうち少なくとも一つが中空部を有していることにより、一体的に形成された筒状部材や複数の中実材で形成された筒状部材よりも軽量化することができる。
【００１０】
本発明の測定機・装置の構成部材によれば、本発明の筒状部材からなることにより、軽
量化が図られているので、移動の高速化や位置決めの高精度化に対応することができる。また、自重によって撓むことが少ないので、測定対象または作製対象となる製品の更なる大型化に伴う、構成部材の更なる大型化や長尺化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の筒状部材の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態の筒状部材を構成する板材である中空材の一例を示す構成図である。
【図３】本実施形態の筒状部材の他の例を示す概略斜視図である。
【図４】本実施形態の筒状部材を構成する板材である中空材の他の例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態の筒状部材およびこの筒状部材からなる測定機・装置の構成部材について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の筒状部材１の一例を示す概略斜視図である。本実施形態の筒状部材１は、セラミックスからなる複数の板材２で構成された筒状部材１であって、これらの板材２のうち少なくとも一つが中空部３を有していることを特徴としている。そして、図１に示す例において、（ａ）は板材２のうちの一つが、一表面から対向する表面に貫通する貫通孔である中空部３を有している例を示すものであり、（ｂ）は板材２のうちの一つが、板材２の内部に中空部３を有している例を示すものである。
【００１４】
なお、以下の説明において、中空部３を有していない板材２を中実材２ａ、中空部３を有する板材２を中空材２ｂと称すこともある。図１に示す例の筒状部材１は、中実材２ａと中空材２ｂとで四角筒状に形成されている。なお、本実施形態の筒状部材１は、四角筒状に限るものではなく、複数の板材２で構成され、これらの板材２のうち少なくとも一つが中空部３を有し、筒状に形成されるものであればよい。
【００１５】
このように、本実施形態の筒状部材１は、板材２のうち少なくとも一つが中空部３を、すなわち中空材２ａを有していることにより、一体的に四角筒状に形成された筒状部材や複数の中実材で四角筒状に形成された筒状部材よりも、軽量化を図ることができる。なお、複数の板材２で筒状部材１を構成するには、各種接着剤を用いる接合や、ガラス接合，メタライズ接合およびセラミックスラリーによる接合など、様々な接合方法を用いて接合すればよい。
【００１６】
また、本実施形態の筒状部材１を構成する板材２の材質であるセラミックスとしては、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、イットリアまたはチタン酸アルミニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素、炭化珪素または炭化硼素などの非酸化物セラミックスあるいはこれらのいずれか１種以上組み合わせのものを用いることができる。
【００１７】
そして、セラミックスは、バインダを添加して成形し、焼成時にこのバインダを除去して焼結体と成るものであり、バインダの除去が十分でない箇所が１箇所でもあれば焼結体にクラックを生じ、良品を得ることができない難焼結材である。そのため、特に、厚みが厚いまたは長さの長い、大型化や長尺化したセラミックスからなる筒状部材を一体的に作製するときよりも、本実施形態の筒状部材１は、複数の板材２で構成されており、良品を得やすいので作製コストを低減することができる。
【００１８】
そして、図１（ａ）に示す例のように、本実施形態の筒状部材１を構成する複数の板材２のうち少なくとも一つが中空部３を有し、その中空部３が板材２の一表面から対向する
表面に貫通する貫通孔であるときには、筒状部材１の軽量化を図ることができるとともに、貫通孔を媒体の流路として用いることにより、媒体の熱を利用して筒状部材１自体またはその周囲を温めたり、冷やしたりすることができる。また、周囲環境の温度によって筒状材１が膨張や収縮しない温度調整した媒体を流すことで、筒状部材１の寸法変化を抑制することができる。なお、板材２の一表面から対向する表面に貫通する貫通孔である中空部３を正面視したときの形状は、四角形状に限るものではなく、円形状であってもよい。
【００１９】
また、図１（ｂ）に示す例のように、本実施形態の筒状部材１を構成する複数の板材２のうち少なくとも一つが、板材２の内部に中空部３を有しているときには、外観から中空部３を有していることが視認されにくい状態で軽量化を図ることができる。
【００２０】
そして、このような内部に中空部３を有している板材２は、例えば、図２に示すように、複数の部材である平板21と枠板22とを用いて積層することによって形成することができる。具体的には、中央に孔23を有する枠体22を平板21で挟む構成となるように、各種接着剤を用いる接合や、ガラス接合，メタライズ接合およびセラミックスラリーによる接合など、様々な接合方法を用いて接合することによって、板材２の内部に中空部３を形成することができる。また、孔23の形状を変えることにより、様々な形状の中空部３を内部に有する板材２を形成することができる。
【００２１】
なお、図１では、筒状部材１を構成する複数の板材２のうち一つが中空部３を有している例を示したが、複数の板材２のうちの二つまたは三つ、もしくは板材２のすべてが中空部３を有しているものであってもよいことはいうまでもない。
【００２２】
図３は、本実施形態の筒状部材１の他の例を示す概略斜視図である。図３（ａ），（ｂ）は、いずれも複数の中空材２ｂで構成された筒状部材１であり、（ａ）は一表面から対向する表面に貫通する貫通孔である中空部３を有している例を示すものであり、（ｂ）は内部に中空部３を有している例を示すものである。このように、複数の板材２のうちの中空材２の割合を増やすことにより、さらに軽量化を図ることができる。
【００２３】
また、図４は、本実施形態の筒状部材１を構成する板材２である中空材２ｂの他の例を示す概略斜視図である。図４（ａ），（ｂ）は、いずれも複数の中空部３を有する中空材２ｂであり、（ａ）は一表面から対向する表面に貫通する複数の貫通孔である中空部３を有している例を示すものであり、（ｂ）は内部に複数の中空部３を有している例を示すものである。
【００２４】
図３（ａ）に示す例のように、一表面から対向する表面に貫通する複数の貫通孔である中空部３間に中実部を有していることにより、長手方向の曲げ強度に優れ、自重による撓みが少なく、高剛性でありながら軽量化を図ることのできる中空材２ｂとすることができる。また、図３（ｂ）に示す例のように、内部に複数の中空部３を有し、長手方向および短手方向に中実部を有していることにより、長手方向のみならず短手方向の曲げ強度に優れ、自重による撓みが少なく、高剛性でありながら軽量化を図ることのできる中空材２ｂとすることができる。
【００２５】
そして、本実施形態の筒状部材１は、製品形状の精密な測定に用いられる三次元測定機、半導体（集積回路）の作製に用いられる半導体製造装置、半導体や液晶パネルの基板の作製に用いられる露光装置等において、上下、左右、前後に移動する部材やこの移動する部材を支持ずる部材とである、ガイド、ステージ、ミラー、フレームと呼ばれるセラミックスからなる構成部材に用いることができる。
【００２６】
この構成部材が、本実施形態の筒状部材１からなることにより、軽量化が図られている
ので、移動の高速化や位置決めの高精度化に対応することが可能となる。また、軽量化が図られていることから、自重によって撓むことが少ないので、測定対象または作製対象となる製品の更なる大型化に伴う、構成部材の更なる大型化や長尺化に対応することができる。さらに、構成部材の軽量化によって、構成部材を駆動するための駆動源であるモータへの負担を軽減できるとともに、測定機・装置も軽量化され、運搬や設置等に掛かる負担を軽減できる。
【００２７】
次に、本実施形態の筒状部材１の製造方法の一例を示す。
【００２８】
まず、図１（ａ）に示す例の筒状部材１の製造方法について説明する。平均粒径が１μｍ程度のアルミナ原料と、ＣａＯ，ＳｉＯ２，ＭｇＯ等の焼結助剤と、バインダと、溶媒（水）とを所定量秤量して、ニーダーなどの攪拌機に入れて混練して粘土状の坏土とする。そして、この坏土を図１（ａ）の中実材２ａの形状を成形可能な所定の金型を先端部に備えたスクリュー式の押出成形機に入れて成形して中実材２ａとなる成形体を得る。また、同じ坏土を用いて、中空材２ｂの形状を成形可能な所定の金型を先端部に備えたスクリュー式の押出成形機で成形して中空材２ｂとなる成形体を得る。ここで、必要に応じて切削加工を施してもよい。
【００２９】
そして、中実材２ａとなる成形体および中空材２ｂとなる成形体を乾燥した後、焼成炉に入れて大気雰囲気中1400℃以上1700℃以下の温度で焼成することによって、板材２である中実材２ａおよび中空材２ｂを得る。なお、焼成後に、必要に応じて研削等の加工を施してもよい。
【００３０】
なお、中実材２ａについては、押出成形以外の成形方法によっても作製可能である。例えば、アルミナ原料と、ＣａＯ，ＳｉＯ２，ＭｇＯ等の焼結助剤と、バインダと、水とを所定量秤量し、攪拌機の容器内に入れて混合・攪拌しスラリーとした後、これを噴霧造粒（スプレードライ）法にて造粒した顆粒を得る。そして、この顆粒を用いて、静水圧プレス成形（ラバープレス）法や粉末プレス成形法にて成形し、必要に応じて切削加工を施して、成形後の工程は上述した工程と同じ工程により中実材２ａを得ればよい。
【００３１】
そして、得られた中実材２ａと中空材２ｂとを、各種接着剤を用いて接合したり、ガラスを塗布し熱処理して接合することによって筒状部材１を得ることができる。また、中実材２ａとなる成形体と中空材２ｂとなる成形体とを用いて、アルミナからなるスラリーを塗布して焼成することによって筒状部材１を得てもよい。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示す例の筒状部材１の製造方法について説明する。なお、中実部２ａについては、上述した製造方法と同様であるので省略し、板材２の内部に中空部３を有する中実材２ｂの製造方法について、図２を用いて説明する。
【００３３】
まず、アルミナ原料と、ＣａＯ，ＳｉＯ２，ＭｇＯ等の焼結助剤と、バインダと、水とを所定量秤量し、攪拌機の容器内に入れて混合・攪拌しスラリーとした後、これを噴霧造粒（スプレードライ）法にて造粒した顆粒を得る。そして、この顆粒を用いて、静水圧プレス成形（ラバープレス）法や粉末プレス成形法にて成形し、必要に応じて切削加工を施して、平板21となる成形体および枠板22となる成形体を得る。
【００３４】
そして、平板21となる成形体および枠板22となる成形体を必要に応じて乾燥した後、焼成炉に入れて大気雰囲気中1400℃以上1700℃以下の温度で焼成することによって、平板22および枠板23を得る。なお、焼成後に、必要に応じて研削等の加工を施してもよい。
【００３５】
次に、得られた平板21と枠板22を用いて、枠体22を平板21で挟む構成となるように、各
種接着剤を用いて接合したり、ガラスを塗布し熱処理して接合することによって、内部に中空部３を有する中空材２ｂを得ることができる。また、平板21となる成形体と枠体23となる成形体とを用いて、アルミナからなるスラリーを塗布して焼成することによって、内部に中空部３を有する中空材２ｂを得てもよい。
【００３６】
そして、このようにして得られた、内部に中空部３を有する中空材２ｂと、中実材２ａとを、各種接着剤を用いて接合したり、ガラスを塗布し熱処理して接合することによって筒状部材１を得ることができる。また、内部に中空部３を有する中空材２ｂとなる成形体と、中実材２ａとなる成形体とを用いて、アルミナからなるスラリーを塗布して焼成することによって筒状部材１を得てもよい。
【実施例１】
【００３７】
以下、本実施形態の筒状部材１の実施例について以下に示す。
【００３８】
複数の板材２で構成され、板材２のうち一つが中空材２ｂである図１（ａ），（ｂ）に示す構成の筒状部材１と、一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材とを作製し、質量比較を行なった。なお、寸法としては、幅が100ｍｍ、高さが80ｍｍ、長さが300ｍｍ、厚みが15ｍｍの筒状とした。
【００３９】
よって、図１（ａ）の筒状部材１を構成する複数の板材２は、図示面において、幅が100ｍｍ、高さ（厚み）が15ｍｍ、長さが300ｍｍの中実材２ａを１本と、同寸法の板材２に、幅が50ｍｍ、高さが10ｍｍ、長さが300ｍｍの中空部３を有する中空材を１本と、幅が15ｍｍ、高さが50ｍｍ、長さが300ｍｍの中実材２ａを２本とからなる。
【００４０】
また、図１（ｂ）については、中実部２ａについては同様であり、幅が100ｍｍ、高さ
（厚み）が15ｍｍ、長さが300ｍｍの中空材２ｂの内部に、幅が50ｍｍ、高さが10ｍｍ、
長さが180ｍｍの中空部３を有するものとした。
【００４１】
まず、平均粒径が１μｍのアルミナ原料と、ＣａＯ，ＳｉＯ２，ＭｇＯからなる焼結助剤と、バインダと、水とを所定量秤量し、これらをニーダーに入れて投入して混練して粘土状の坏土とした。そして、この坏土を用いて、上述した寸法の中実材２ａの形状を成形可能な所定の金型を先端部に備えたスクリュー式の押出成形機で成形して中実材２ａとなる成形体を得た。また、同じ坏土を用いて、上述した寸法の図１（ａ）の中空材２ｂの形状を成形可能な所定の金型を先端部に備えたスクリュー式の押出成形機で成形して図１（ａ）の中空材２ｂとなる成形体を得た。
【００４２】
さらに、同じ坏土を用いて、上述した寸法の筒状部材を一体的に成形可能な所定の金型を先端部に備えたスクリュー式の押出成形機で成形して、一体的に形成された筒状部材となる成形体を得た。
【００４３】
また、図１（ｂ）の中空材２ｂについては、同じアルミナ１次原料と、ＣａＯ，ＳｉＯ２，ＭｇＯからなる焼結助剤と、バインダと、水とを所定量秤量し、攪拌機の容器内に入れて混合・攪拌しスラリーとした後、これを噴霧造粒（スプレードライ）法にて造粒した顆粒を得た。そして、この顆粒を用いて、静水圧プレス成形（ラバープレス）法にて成形し、平板21となる成形体および枠板22となる成形体を切り出した。
【００４４】
そして、すべての成形体を、乾燥機に投入し、24時間乾燥させた後、焼成炉に入れて1580℃の焼成温度で２時間保持して焼成して、一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材と、中実材２ａと、中空材２ｂと、平板21および枠板22とを得た。次に、図１（ａ）に示す本実施形態の筒状部材１については、中実材２ａを３本および中空材２ｂを１
本用いて、接合面に接着剤を均一に塗布し、表面から加重をかけた状態で、乾燥機で150
℃の温度で乾燥することにより図１（ａ）に示す構成の筒状体１を得た。また、図１（ｂ）に示す本実施形態の筒状部材１については、まず、２枚の平板21と枠板22とを用いて、接合面に接着剤を均一に塗布して、枠板22を平板21で挟んだ。そして、この平板21と枠板22とで構成された中空材２ｂを１本および中実材２ａを３本用いて、接合面に接着剤を均一に塗布し、表面から加重をかけた状態で、乾燥機で150℃の温度で乾燥することにより
図１（ｂ）に示す構成の筒状体１を得た。
【００４５】
そして、図１（ａ）に示す構成の筒状部材１、図１（ｂ）に示す構成の筒状部材１および一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材のそれぞれの質量を測定した。結果、一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材は5.00ｋｇに対し、図１（ａ）に示す構成の筒状部材１は4.44ｋｇ、図１（ｂ）に示す構成の筒状部材１は4.66ｋｇであり、本実施形態の筒状部材１は、５％を超える軽量化を図れることがわかった。
【００４６】
さらに、図１（ａ）に示す構成の筒状部材１、図１（ｂ）に示す構成の筒状部材１および一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材を複数個にわたって実施例１に示した製造方法で作製したところ、一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材については、バインダの除去が十分でなかったためと思われるクラックが筒状部材の角部に生じているのが確認されたが、本実施形態の筒状部材１を構成する複数の板材２である中実材２ａおよび中空部２ｂには、クラックは生じていなかった。この結果より、本実施形態の筒状部材１は、複数の板材２である中実材２ａおよび中空部２ｂで構成されていることにより、良品を得やすく、作製コストを低減できることがわかった。
【実施例２】
【００４７】
次に、図３（ａ），（ｂ）に示す構成の筒状部材１を作製した。外寸については、実施例１で作製した筒状部材１を構成する板材２と同様とし、図３（ａ）の筒状部材１を構成する中空材２ｂのうち、幅が15ｍｍ、高さが50ｍｍ、長さが300ｍｍの中空材２ｂの有す
る中空部３の寸法としては、図示面において、幅を10ｍｍ、高さを40ｍｍ、長さを300ｍ
ｍとした。また、図３（ｂ）の筒状部材１を構成する中空材２ｂのうち、幅が15ｍｍ、高さが50ｍｍ、長さが300ｍｍの中空材２ｂの有する中空部３の寸法としては、幅が10ｍｍ
、高さが40ｍｍ、長さが180ｍｍとした。
【００４８】
そして、図３（ａ）に示す構成の筒状部材１、図３（ｂ）に示す構成の筒状部材１の質量を測定した。結果、一体的に形成された中空部３を有していない筒状部材に対し、図３（ａ），（ｂ）に示す構成の筒状部材１は、20％以上軽量化を図れることがわかった。
【実施例３】
【００４９】
次に、図４（ａ），（ｂ）に示す構成の中空材２ｂを用いて筒状部材１を作製し、三次元測定機に取り付けた。なお、筒状部材１の長さは2000ｍｍとした。そして、高速駆動や高精度な位置決めが可能であるかの確認を行なったところ、軽量化が図られていることから、自重による撓みも少なく、従来よりも早くまた精度良く測定を行えることが確認できた。
【００５０】
この結果、本実施形態の筒状部材１は、セラミックスからなる複数の板材２で構成され、板材２のうち少なくとも一つが中空部３を有していることにより、一体的に形成された筒状部材よりも、軽量化を図ることができることがわかった。
【００５１】
また、本実施形態の筒状部材１を測定機・装置の構成部材として用いることにより、軽量化が図られているので、移動の高速化や位置決めの高精度化に対応できることがわかった。また、軽量化が図られていることから、自重によって撓むことが少ないので、測定対
象または作製対象となる製品の更なる大型化に伴う、構成部材の更なる大型化や長尺化に対応することができることがわかった。また、構成部材の軽量化によって、構成部材を駆動するための駆動源であるモータへの負担を軽減できるとともに、測定機・装置も軽量化され、運搬や設置等に掛かる負担を軽減できることがわかった。
三次元測定機
【符号の説明】
【００５２】
１：筒状部材
２：板材
２ａ：中実材
２ｂ：中空材
３： 中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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