(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、該固定体を囲繞する可動体とからなり、上記可動体の固定体と対向する軸受面に、上記可動体と固定体との隙間に圧縮気体を供給して静圧気体層を形成するための給気口と、上記圧縮気体を回収するための排気溝とを備えた真空対応型静圧気体軸受において、上記可動体の給気口と排気溝との間にスリットを設けるとともに、上記スリット中に弾性体を充填してあることを特徴とする真空対応型静圧気体軸受。
【請求項２】
上記可動体のスリット開口部を弾性体で覆ってあることを特徴とする請求項１に記載の真空対応型静圧気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下において真空度を大きく低下させることなく使用することが可能な真空対応型静圧気体軸受に関するものであり、例えば、真空環境下を必要とする露光工程や検査工程あるいは成膜工程等で使用するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直線方向に移動する静圧気体軸受として図８に示すようなものが用いられている。
【０００３】
この静圧気体軸受３０は、角柱状をしたセラミック製の固定体２１と、このセラミック製の固定体２１を微少隙間（不図示）を設けて囲繞するセラミック製の可動体２２とからなり、可動体２２に備えるホース２３から供給した圧縮気体を可動体２２と固定体２１との微少隙間Ｔに噴出させることによって、可動体２２を固定体２１上に浮上させ、静圧支持するようになっていた。
【０００４】
また、この可動体２２を移動させるためには、可動体２２に取り付けたナット２４に係合するボールネジ２５をモータ２６で回転させることにより、可動体２２を直線方向に移動させるようになっていた（例えば、特開昭５８−１９３９６４号公報、特開平１−１５９１５２号公報参照）。
【０００５】
また、可動体２２を駆動させる他の駆動手段として、可動体２２に取り付けたベルトをローラで張架し、ローラを回転させてベルトを駆動させることにより可動体２２を移動させるようにしたものや、リニアモータにて可動体２２を駆動させるようにしたものも提案されている。
【０００６】
ところで、静圧気体軸受３０を真空環境下で動作させるためには、可動体２２と固定体２１との微少隙間に供給した圧縮気体を回収する機構が必要であり、例えば、図９に示すように、可動体２２の固定体２１と対向する軸受面２２ａに、圧縮気体を供給する給気口３１以外に、軸受面２２ａ端部に三重の排気溝３２，３３，３４を備え、これらの排気溝３２，３３，３４によって給気口３１より噴出された圧縮気体を回収し、可動体２２と固定体２１との隙間より圧縮気体が漏れることを防止することにより、真空度が低下することを防ぐようになっていた。
【０００７】
なお、この構造では、最も内側の排気溝３２は大気開放され、残りの排気溝３３，３４は不図示の真空排気ポンプによって吸引排気されるようになっていた（米国特許第４，７４９，２８３号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静圧気体軸受３０の可動体２２は、固定体２１との微少隙間Ｔに供給した圧縮気体の圧力によって、可動体２２の上下が図１０に示すように大きく膨れ上がり、その結果、固定体２１と可動体２２との隙間が大きく拡がり、可動体２２の軸受面２２ａ端部に排気溝３２，３３，３４を設けてもその機能を十分に発揮することができず、大きな隙間Ｔより圧縮気体が外部に流出して所定の真空度を維持できなくなり、例えば１×１０-4Ｐａ以上の真空環境下では使用することができないといった課題があった。特に真空度が高くなればなる程、可動体２２と固定体２１との隙間より漏れる圧縮気体によって悪影響を受け易いものであった。
【０００９】
しかも、静圧気体軸受３０の剛性を高めるためには、可動体２２と固定体２１との微少隙間に供給する圧縮気体の圧力を高める必要があるが、この場合、可動体２２がさらに膨張し、固定体２１との隙間Ｔが大きくなることにより多量の圧縮気体が漏れ、真空度を大きく低下させてしまうといった課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、固定体と、固定体を囲繞する可動体とからなり、上記可動体の固定体と対向する軸受面に、上記可動体と固定体との隙間に圧縮気体を供給して静圧気体層を形成するための給気口と、上記圧縮気体を回収するための排気溝を備えた真空対応型静圧気体軸受において、上記可動体の給気口と排気溝との間にスリットを設け、スリット中に弾性体を充填するか、あるいは上記可動体のスリット開口部を弾性体で覆うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は本発明の真空対応型静圧気体軸受を示す斜視図、図２は本発明の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の一部を破断した分解斜視図である。
【００１４】
この真空対応型静圧気体軸受１０は、角柱状をしたセラミック製の固定体２と、このセラミック製の固定体２を微少隙間Ｓを設けて囲繞するセラミック製の可動体２とからなり、可動体２に備えるホース３から供給した圧縮気体を可動体２と固定体１との微少隙間Ｓに噴出することによって、可動体２を固定体１上に浮上させ、静圧支持するようになっている。
【００１５】
また、可動体２の駆動手段としては、可動体２に取り付けたナット４に係合するボールネジ５をモータ６で回転させることにより、可動体２を固定体１の軸方向に沿って滑らかに移動させることができるようになっている。
【００１６】
なお、可動体２の他の駆動手段としては、ボールネジ方式以外にベルト駆動やリニアモータ等を用いることもできる。
【００１７】
また、可動体２は四枚の板状体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを組み合わせたもので、各板状体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの内側壁面である軸受面１１の中央部には、「田」字状をした四つの静圧パッド１２ｂを備えるとともに、各静圧パッド２ｂの中心には、ホース３より送られたきた圧縮気体を噴出するための給気口１２ａを備えており、各給気口１２ａより固定体２との微少隙間に噴出された圧縮気体を静圧パッド１２ｂによって全体に広げ、静圧気体層を形成するようになっている。
【００１８】
また、可動体２を形成する板状体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの軸受面１１の両端部には二重の排気溝１３，１４を形成してあり、排気溝１３はホース８を介して不図示のロータリーポンプと接続するとともに、排気溝１４はホース９を介して不図示のターボ分子ポンプ又はロータリポンプと接続し、可動体２と固定体１との微少隙間に供給された圧縮気体を回収することにより、可動体２と固定体１との微少隙間より外部に漏れることを防止するようにしてある。
【００１９】
さらに、可動体２を形成する上下の板状体２ａ，２ｂの軸受面１１における給気口１２ａと排気溝１３，１４との間には、可動体２の移動方向に対して垂直な方向に延びるスリット７を形成してある。
【００２０】
その為、図３に示すように、可動体２を固定体１上で静圧支持するため、微少隙間に供給した圧縮気体の圧力によって可動体２の中央が膨らんだとしても可動体２を形成する板状体２ａ，２ｂの端部が膨らむことをスリット７によって防ぐことができるため、可動体２の端部と固定体１との微少隙間Ｓが大きく開くことを効果的に防止することができる。
【００２１】
その為、本発明の真空対応型静圧気体軸受１０によれば、可動体２の端部と固定体１との微少隙間Ｓが大きく開くようなことがなく、また、可動体２の軸受面１１端部に備える二重の排気溝１３，１４より効率良く圧縮気体を回収することができるため、可動体２と固定体１との微少隙間Ｓからの圧縮気体の漏れを大幅に低減することができる。
【００２２】
その結果、本発明の真空対応型静圧気体軸受１０を真空環境下で用いれば、真空度を低下させることなく、静圧気体軸受１０が持つ滑らかな移動特性を発揮することができ、真空環境下での高精度の移動、位置決めを実現することができる。
【００２３】
なお、スリット７の大きさとしては、真空度を大きく低下させない範囲で形成しておけば良く、スリット７の幅Ｗは５ｍｍ以下、スリット７の長さＬは軸受面１１の幅Ｍの７０％〜９０％の長さとすれば良く、好ましくはスリット７の幅Ｗを２ｍｍ以下、スリット７の長さＬを軸受面１１の幅Ｍに対して８５％〜９０％の長さとすれば良い。また、スリット７の幅Ｗの下限値は特に限定するものではなく、少なくとも切れ込みが入っている程度であれば構わない。
【００２４】
また、上述した実施形態では、スリット７を可動体２を形成する上下の板状体２ａ，２ｂにのみ形成した例を示したが、可動体２を形成する左右の板状体２ｃ，２ｄにのみ形成するようにしても良く、さらには全ての板状体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに形成するようにしても良い。
【００２５】
さらに、給気口１２ａと排気溝１３との間に二重以上のスリット、あるいは短い長さのスリットを複数個設けた構造でも構わない。
【００２７】
図４は可動体２のスリット７を、ゴムや樹脂等の弾性体１２によって埋めたものであり、このような構造とすることで、可動体２の上下の板状体２ａ，２ｂ中央が膨らむことに伴って板状体２ａ，２ｂ端部も膨らもうとすることを効果的に防止し、外部への圧縮気体の漏れを防ぐことができるとともに、スリット７からの圧縮気体の漏れを完全に防止することができるため、より信頼性の高い真空対応型静圧気体軸受１０とすることができる。
【００２８】
なお、このような効果を奏することができる弾性体１２としては、例えば、シリコン、ネオプレン、ポリウレタン系等のゴムや、ポリエチレン、ポリオフィン、ポリエステル、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができ、これらの中でも伸び率が５０％以上であるものが良い。
【００２９】
図５は可動体２のスリット７の開口部を、ゴムや樹脂あるいは金属の薄板からなる弾性板１３によって覆ったものであり、このような構造とすることで、可動体２の上下の板状体２ａ，２ｂ中央が膨らむことに伴って板状体２ａ，２ｂ端部も膨らもうとすることを効果的に防止し、外部への圧縮気体の漏れを防ぐことができるとともに、スリット７からの圧縮気体の漏れを完全に防止することができるため、より信頼性の高い真空対応型静圧気体軸受１０とすることができる。
【００３０】
なお、このような効果を奏することができる弾性板１３としては、例えば、シリコン、ネオプレン、ポリウレタン系等のゴムや、ポリエチレン、ポリオフィン、ポリエステル、ポリカーボネート等の樹脂、あるいは、ポリイミド系フィルム、ポリエステルフィルム、さらにはアルミニウム箔、ステンレス箔等の金属を用いることができ、ゴムや樹脂にあってはこれらの中でも伸び率が５０％以上であるものが良く、また、フィルムや金属にあってはこれらの中でも厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度のものを用いることが好ましい。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、改良あるいは変更したものにも適用できることは言う迄もない。
【００３２】
また、本発明は、可動体が回転する真空対応型静圧気体軸受にも適用できる。
【００３３】
【実施例】
ここで、図１に示す可動体２にスリット７を備えた真空対応型静圧気体軸受１０と、図９に示す可動体２２にスリットを持たない真空対応型静圧気体軸受３０とを製作し、各可動体２，２２を固定体１，２１上に静圧支持した時の可動体２，２２の変形状態をシミュレーション及び実測試験により調べる実験を行った。
【００３４】
本実験では、固定体１，２１に、アルミナ純度が９９．９％のアルミナセラミックスからなり、６０ｍｍ×６０ｍｍの断面形状を有する長さ３００ｍｍの柱状体をしたものを用いるとともに、可動体２，２２に、アルミナ純度が９９．９％のアルミナセラミックスからなり、断面形状が１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形をなし、板厚が２０ｍｍ、長さが８０ｍｍの筒状体をしたものを用い、可動体２，２２と固定体１，２１との隙間Ｓ，Ｔが０．００５ｍｍとなるようにした。
【００３５】
また、各可動体２，２２の排気溝１３，１４，３２，３３，３４は真空ポンプと接続し、可動体２，２２と固定体１，２１との隙間Ｓ，Ｔに供給した圧縮気体を排気するようにした。
【００３６】
さらに、図１に示す本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受１０では、可動体２の上下の板状体２ａ，２ｂの給気口１２ａと排気溝１２ｂとの間に、幅Ｗ５ｍｍ、長さＬ５０ｍｍのスリット７をそれぞれ形成した。
【００３７】
そして、実測試験では、可動体２，２２と固定体１，２１との隙間Ｓ，Ｔに０．４ＭＰａの圧縮気体を供給して可動体２，２２を固定体１，２１上に静圧支持した時の可動体２，２２の上部板状体２ａの端部における幅方向を接触式の形状測定機（kyocera製 NANOWAY）を用いて測定した。なお、可動体２，２２の上部板状体２ａは、いずれもその端部における幅方向において３μｍの反りを有していた。
【００３８】
また、シミュレーションでは、実測試験と同じデータ（固定体１，２１及び可動体２，２２の材質特性と寸法、及び可動体２，２２と固定体１，２１との隙間に供給する圧縮気体の供給圧等）を入力し、有限要素法を用いて計算した。
【００３９】
有限要素法における本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受１０のシミュレーション結果は図６（ａ）に、従来の真空対応型静圧気体軸受３０の結果は図６（ｂ）に、実測試験における本発明の真空対応型静圧気体軸受１０の結果は図７（ａ）に、従来の真空対応型静圧気体軸受３０の結果は図７（ｂ）にそれぞれ示す通りである。
【００４０】
この結果、有限要素法における従来の真空対応型静圧気体軸受３０は、図６（ｂ）に示すように、可動体２２の上部の板状体が全体的に膨らんでおり、端部における固定体２１との隙間Ｔが最大で３μｍも開いていた。
【００４１】
また、この結果は図７（ｂ）に示す実測値とも一致しており、可動体２２の上部板状体の端部は、その幅方向において最大で６．０９μｍ変形しており、板状体の反り分（３μｍ）を引くと、約３．０９μｍであった。その為、可動体２２と固定体１との隙間Ｔは約３μｍにまで開くことが判った。
【００４２】
これに対し、有限要素法における本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受１０は、図６（ａ）に示すように、可動体２の上部板状体２ａが、その中央で大きく膨らんでいるものの、端部の変形は小さく、端部における固定体１との隙間Ｓは最大でも０．２μｍと小さいものであった。
【００４３】
また、この結果は図７（ａ）に示す実測値とも一致しており、可動体２の上部板状体２ａの端部は、その幅方向において最大で３．２０μｍ変形しており、板状体２ａの反り分（３μｍ）を引くと、約０．２０μｍであった。その為、可動体２の端部と固定体１との隙間Ｓは０．２μｍと開き具合を極めて小さくすることができた。
【００４４】
この結果、可動体２に備える給気口１２ａと排気溝１３との間にスリット７を設けることにより、圧縮気体による可動体２端部の変形を防止し、固定体１との隙間が開くことを効果的に防止することができることが判る。そして、本発明のようにスリット７を設ければ、排気溝１３，１４からの圧縮気体の回収効率を向上させるため、例えば、１×１０-4Ｐａの真空環境下で使用しても真空度を低下させることなく使用することができた。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、固定体と、固定体を囲繞する可動体とからなり、上記可動体の固定体と対向する軸受面に、上記可動体と固定体との隙間に圧縮気体を供給して静圧気体層を形成するための給気口と、上記可動体と固定体との隙間に供給された圧縮気体を回収するための排気溝を備えた真空対応型静圧気体軸受において、上記可動体の給気口と排気溝との間に外周方向に延びるスリットを設けたことによって、可動体と固定体との隙間に供給した圧縮気体の圧力で可動体の中央が膨らんだとしても可動体の端部と固定体の隙間が大きく開くことを防止することができるため、可動体と固定体との隙間に供給された圧縮気体を排気溝から効率良く排気し、可動体と固定体との隙間より外部に漏れることを効果的に防ぐことができる。
【００４６】
その為、本発明の真空対応型静圧気体軸受は、真空度が１×１０-4Ｐａの真空環境下でも使用可能なものとすることができる。
【００４７】
また、本発明は、上記可動体のスリット中に弾性体を充填するか、あるいは上記可動体のスリット開口部を弾性板で覆うことにより、スリットからの圧縮気体の漏れを防ぐことができるため、より一層信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受を示す斜視図である。
【図２】本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の一部を破断した分解斜視図である。
【図３】本発明の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形状態を模式的に示した部分斜視図である。
【図４】本発明の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体を示す部分斜視図である。
【図５】本発明の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の他の実施形態を示す部分斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形具合を有限要素法にて測定した結果を示す模式図、（ｂ）は従来の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形具合を有限要素法にて測定した結果を示す模式図である。
【図７】（ａ）は本発明参考例の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形具合を示す実測値、（ｂ）は従来の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形具合を示す実測値である。
【図８】一般的な静圧気体軸受を示す斜視図である。
【図９】従来の真空対応型静圧気体軸受の要部を示す部分断面図である。
【図１０】従来の真空対応型静圧気体軸受に備える可動体の変形状態を模式的に示した部分斜視図である。
【符号の説明】
１，２１：固定体
２，２２：可動体
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：可動体を形成する板状体
３，２３：ホース
４，２４：ナット
５，２５：ボールネジ
６，２６：モータ
７：スリット
８，９：ホース
１０，３０：真空対応型静圧気体軸受
１１，２２ａ：軸受面
１２ａ：給気口
１２ｂ：静圧パッド
１３，１４：排気溝
【図１】
0003996759.tif 000002
【図２】
0003996759.tif 000003
【図３】
0003996759.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003996759.tif 000006
【図６】
0003996759.tif 000007
【図７】
0003996759.tif 000008
【図８】
0003996759.tif 000009
【図９】
0003996759.tif 000010
【図１０】
0003996759.tif 000011