(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、
前記差動排気シールが前記筐体側に設けられていると共に、前記筐体と前記スライダとの間に転がり軸受が配置されてなり、
前記転がり軸受は、前記スライダに取り付けられたガイドレールと、前記筐体に取り付けられ前記ガイドレールに沿って移動可能なベアリングとを含む駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部環境から隔離されたプロセス室内でワークを駆動することが可能な駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して少なくとも２次元方向に移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内に駆動装置を設けると、その可動部に補給する潤滑剤などが飛散してプロセス室内を汚染するおそれがある。
【０００３】
このような問題に対して、たとえば米国特許第４１９１３８５号には、一体型負圧密封式ガス軸受組立体が開示されている。かかる従来技術においては、軸受ブロック上に２次元方向に移動可能な可動部を設け、さらに軸受ブロックと可動部との間にプロセス室を形成し、差動排気シールによりプロセス室と外部とを密封することによって、プロセス室を負圧環境に維持したまま、その内部で可動部上に載置したワークの処理を行えるようにしている。従って、ワークを駆動する駆動部をプロセス室外に設置することができ、それによりプロセス室の汚染を抑止でき、また駆動部のメンテナンスも容易に行えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記従来技術において差動排気シールの吸引力の極小化を図るべく、図１２〜図１４に示すような駆動装置も考えられる。図１２はこの駆動装置の断面図であり、図１３は、図１２の駆動装置をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た（但しスライダを取り除いた状態で示す）図であり、図１４は、図１３の駆動装置をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。
【０００５】
これらの図面に示す駆動装置では、プロセス室Ｐをもつ筐体２０１のスライダ（可動部）２０２と対向する側の面に、差動排気シール２０３が設けられている。差動排気シール２０３は、筐体２０１に形成された長孔２０７（スライダ２０２側から伸延した円筒軸２０８が挿入されている）の周囲に沿って延在するトラック状となっている。このトラック状の部分の可動部２０２と対向する面２０３ａが排気面として機能する。さらに、差動排気シール２０３は、３本のトラック状の溝部２０４、２０５、２０６を具備しており、溝部２０４、２０５は、差動排気シール２０３の内部通路を介して、筐体２０１に形成された連通路２１０に連通している。連通路２１０は、不図示の吸引ポンプに接続されている。一方、溝部２０６は筐体２０１の両端と連通することにより大気圧に開放されている。そして、図１３で排気面２０３ａの外側には、多数の静圧気体軸受部２１２が設けられている。
【０００６】
ところで、上述した米国特許第４１９１３８５号の技術および図１２〜図１４で説明した技術においては、空気を噴出することによって軸受ブロックと可動部とを非接触に隔置する静圧軸受を用いている。かかる静圧軸受は、その反発力と差動排気シールの吸引力とが釣り合うことで軸受として機能している。そのため、何らかのトラブルにより空気供給が停止したときは、静圧軸受の反発力が低下したり或いはなくなり、それにより静圧軸受の反発力と差動排気シールの吸引力との釣り合いがとれなくなり、静圧軸受がその機能を失って対向面同士が接触し合う恐れがある。又、静圧軸受には気体供給源や配管などが必要となって、装置を大がかりなものとしてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、気体供給源や配管などを不要とでき、より簡素な構成の駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、
前記差動排気シールが前記筐体側に設けられていると共に、前記筐体と前記スライダとの間に転がり軸受が配置されてなり、
前記転がり軸受は、前記スライダに取り付けられたガイドレールと、前記筐体に取り付けられ前記ガイドレールに沿って移動可能なベアリングとを含む。
【０００９】
【作用】
本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記筐体と前記スライダとの間に転がり軸受が配置されてなり、前記転がり軸受は、前記スライダに取り付けられたガイドレールと、前記筐体に取り付けられ前記ガイドレールに沿って移動可能なベアリングとを含むので、気体供給源や配管などを設ける必要がなく、より簡素な構成で前記筐体と前記スライダとを相対可動自在に支持することができる。また、転がり軸受はプロセス室内外の差圧に起因する吸引力の大小に拘わらず軸受として機能するので、駆動装置を組み立てる際に圧力調整などの煩雑な作業を行う必要がなくなって、容易に組み立てを行うことが可能になる。
【００１０】
また、本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが前記筐体側に設けられているので、スライダの移動方向についての差動排気シールの長さが短くてよくなり、結果的に駆動装置全体のサイズを小さくすることができると共に、差動排気シールの排気面の面積に応じた大きさとなる吸引力若しくは反発力も小さくなって装置の構造物に高い剛性を必要としなくなる。
【００１１】
ここで、差動排気シールとは、スライダと筐体の排気面との微小な間隙にある気体を排気することにより、スライダと筐体との対向面間が非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、排気面を有する部材を差動排気シールという。
【００１２】
本発明の駆動装置は、差動排気シールに吸引力を発生させるような差圧がプロセス室とプロセス室外との間に存在する場合だけでなく、差動排気シールに吸引力を発生させるような差圧がプロセス室とプロセス室外との間に存在しない場合（例えば、プロセス室が１気圧のＮ2雰囲気の場合）、差動排気シールに反発力を発生させるような差圧（負圧）が高圧のプロセス室とプロセス室外との間に存在する場合、および、プロセス室内とプロセス室外との間の差圧が変化する場合（例えば、ゲートバルブを開閉する場合）のいずれの場合にも適用することが可能である。
【００１３】
また、本発明において、筐体とスライダとの互いの微小なすきまを介して対向する面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００１４】
また、本発明において、転がり軸受としては、リニアガイドなどを具備した直動型の転がり軸受のほか、回転式の転がり軸受を用いることもできる。
【００１５】
また、本発明において、転がり軸受としてリニアガイドを具備したものを用いた場合、リニアガイドのベアリングを筐体に固定することが好ましい。これにより、筐体が吸引力を受ける位置がスライダの位置によらずに一定となる。
【００１６】
また、本発明において、開口からプロセス室に臨む導入軸は、導入軸の軸方向にスライダによってスライド可能に支持されていることが好ましい。これにより、スライダを筐体に対して相対的にスライドさせ且つ導入軸をスライダに対して（スライダのスライド方向とは交差する方向に）スライドさせることで、導入軸に支持されたワークをプロセス室内において２次元駆動することができる。このとき、導入軸とスライダとの間隙は、差動排気シールによってシールされていてよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の駆動装置の断面図であり、図２は、図１の駆動装置をII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図３は、図１の駆動装置をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【００１９】
移動部であるＸ軸ステージ（スライダ）１０は、中央に円形の開口１１を有し、開口１１内には円筒軸（導入軸）３０が挿通固定されている。円筒軸３０の先端部は、Ｘ軸ステージ１０を貫通して後述する長孔２２からプロセス室Ｐに臨んでいる。
【００２０】
図３に示すように、Ｘ軸ステージ１０の右側面には、図３中、上下３個ずつで合計６個の断面がコ字状のベアリング（スライダ）１３が配置されている。かかるベアリング１３は、固定部である筐体２０に配置された２本のガイドレール２１に、ベアリング１３内を循環する不図示の多数の転動体を介して係合しており、ガイドレール２１に沿って図３の紙面垂直方向に滑動自在となっている。これらベアリング１３、ガイドレール２１及び多数の転動体で転がり案内軸受の一種であるリニアガイドが構成される。また、図３においてＸ軸ステージ１０の右方には、左側面にガイドレール２１が取り付けられた筐体２０が設けられている。なお、筐体２０の内部にはプロセス室Ｐが形成される。
【００２１】
図３において、筐体２０の左側面には、筐体２０とＸ軸ステージ１０との間隙をシールする差動排気シール６０（差動排気シール手段）が設けられている。図２に示すように、差動排気シール６０は、筐体２０に形成された長孔２２の周囲に沿って延在するトラック状となっている。このトラック状の部分のＸ軸ステージ１０と対向する面６０ａが差動排気シール６０の排気面として機能する。さらに、差動排気シール６０は、２本のトラック状の溝部６１、６２を形成しており、溝部６１、６２は、排気シール６０の内部通路６３、６４を介して、筐体２０に形成された連通路２３、２３に連通している。連通路２３、２３は、不図示の吸引ポンプに接続されている。筐体２０がＸ軸ステージ１０と対向している面のうち、前記トラック状の排気面６０ａの溝部６１、６２を除く部分６５、６６，６７は、その外側の部分に比べ、図２で手前側にわずかに突出している。そして前記リニアガイド（軸受）により、この突出部分と、これに対向するＸ軸ステージ１０の面１０ａ（対向シール面）とが、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されている。
【００２２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図１において、左右方向をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸ステージ１０は、ガイドレール２１とベアリング１３と多数の転動体とで構成されるリニアガイド（軸受）により低フリクション状態で筐体２０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源によりボールねじなどを用いて駆動されることで、筐体２０に対してＸ軸方向に移動可能となっている。このとき、円筒軸３０は、Ｘ軸ステージ１０と共にＸ軸方向に移動するが、筐体２０の（本発明の開口に該当する）長孔２２は、かかる円筒軸３０のＸ軸方向移動を許容するようになっている。言い換えると、Ｘ軸ステージ１０は、長孔２２の長手方向長さに規定される範囲内で、筐体２０に対してＸ軸方向に相対移動可能となっている。
【００２３】
この際、排気面６０ａを有する差動排気シール６０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づき、筐体２０の連通路２３を介して、Ｘ軸ステージ１０の上側面１０ａ（対向シール面）との間の空気を吸引しているので、Ｘ軸ステージ１０と筐体２０との間の間隙を介して、外部より空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体２０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差動排気シール６０により、外部からの空気の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好ましい。また、プロセス室Ｐ内がガスで満たされている場合も、このガスが差動排気シールによって回収されるため、プロセス室Ｐ外に漏れるのを防ぐことができ、また、回収したガスを再利用することも可能である。
【００２４】
なお、転がり要素であるリニアガイドからの発塵に対しては、差動排気シール６０が適宜吸引するので、特に問題になることはない。そのため、通常の場合、大気中で使用可能なグリースやオイルを潤滑剤として使用することができる。但し、例えば大気中であっても、装置全体がクリーンルーム内に設置される場合もあり、そのような場合、駆動装置が設置されるクリーンルームの環境を維持するために、発塵が少ないクリーン仕様などのグリース或いは固体潤滑剤などを使用することが好ましい。
【００２５】
さらに、本実施の形態によれば、Ｘ軸ステージ１０を、筐体２０の外部から駆動しているので、プロセス室Ｐ内に駆動系を設ける必要がなく、プロセス室Ｐ内の汚染などを防止できると共に、駆動系のメンテナンスが容易となる。また、差動排気シール６０の吸引力が作用するのは、図２に示すトラック状の範囲に限られるので、たとえ筐体２０を大型化しても差動排気シール６０の全長は長くならず、従って軸受を構成するベアリング１３とガイドレール２１の支持反力は変わらない。しかも、Ｘ軸ステージ１０の筐体２０と対向する面のうち、排気面６０ａより外側の部分の受ける力は大気圧と等しくなるので、Ｘ軸ステージ１０の表裏面に働く圧力分布を考えると、表裏で差圧が存在するのは、排気面６０ａから内側の限られた部分となる。従って、リニアガイド（軸受）が支持すべき力は、この限られた面積の差圧の総和に抗する力でよいから小さくて済む。
【００２６】
また、本実施の形態では、差動排気シール６０の溝部６１、６２を長孔２２に隣接して筐体２０の側に設けたが、Ｘ軸ステージ１０の側に溝部を設けることも考えられる。しかしながら、この場合、Ｘ軸ステージ１０の移動可能な全範囲において、長孔２２に正対する方向（図２に相当する向き）から見た場合、排気面６０ａが長孔２２を囲んでいるように排気面６０ａを形成する必要がある。そのため、円筒軸３０の可動範囲となる（長孔２２＋円筒軸３０ストローク）分の長さを有する排気面６０ａが必要になる。そして、排気面６０ａの長さが長くなった分だけガイドレール２１の長さも長くする必要が生じ、結果的に駆動装置全体のサイズが大きくなる。特に、プロセス室Ｐ内外に差圧がある場合には、差動排気シール６０の排気面６０ａの面積が大きいほど大きな吸引力若しくは反発力が働くため、装置の構造物に高い剛性が必要となるというデメリットも生じてしまう。そのため、本実施の形態のように、差動排気シール６０の溝部６１、６２を長孔２２に隣接して筐体２０の側に設けることによって、装置を小型化でき、しかも装置の構造物に高い剛性を必要としないという利益が生じる。また、上で述べた例のように、筐体２０を固定部とし、Ｘ軸ステージ１０を移動部とした場合では、差動排気シール６０が固定部に設けられているので、連通路２３、２３と吸引ポンプとの配管は、Ｘ軸ステージ１０が移動しても動くことがなく、排気のためには比較的太く堅い配管が必要となるのであるが、その影響はないというメリットもある。
【００２７】
また、本実施の形態によると、筐体２０とＸ軸ステージ１０との間に転がり軸受であるリニアガイドが配置されてなるので、静圧軸受のように、気体供給源や配管などが不要となり、駆動装置の簡素化・低コスト化を図ることができる。又、リニアガイドはプロセス室Ｐ内外の差圧に起因する吸引力の大小に拘わらず軸受として機能するので、駆動装置を組み立てる際に圧力調整などの煩雑な作業を行う必要がなくなって、容易に組み立てを行うことが可能になる。
【００２８】
なお、上述した第１の実施の形態において、プロセス室Ｐ内外の圧力差が変化するような場合には、吸引力の変化による高さ寸法の変化が小さい高剛性を有する転がり要素を転がり軸受として用いることで、状況に応じて差動排気シール６０のギャップ幅が変化するのを防止することができる。
【００２９】
以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、上述の実施の形態には様々な変更・改良が可能である。例えば、排気面６０ａの溝部６１、６２は２列にしたが、これに限定されず、吸引ポンプの性能、プロセス室内外の差圧の大きさ、等に応じ、１列あるいは３列以上としても良い。また、排気面６０ａと対向シール面との隙間の大きさも吸引ポンプ等の性能との兼ね合いで決まるもので、数μｍから数１００μｍまで適宜選択可能である。さらに、軸受としては、実施の形態に示すガイドレール２１とベアリング１３とから構成される軸受に限らず、各種の転がり軸受を用いることができ、たとえばＸ軸ステージ１０の案内軸受として、リニアガイドの代わりに他の転がり案内軸受（クロスローラガイド等）を用いてもよい。また、本駆動装置の設置する姿勢については特に限定されず、例えば図１、あるいは図３に示す方向が正面となるようにしてもよいし、図１に示す状態から上下逆にし、Ｘ軸ステージが上側にあるようにしてもよい。例えば、軸３０のたわみを嫌う場合には、軸３０が垂直となるようにする、というように適宜決められる。
【００３０】
又、差動排気シール６０と筐体２０とは一体でも別体でも良い。さらに、排気面６０ａを筐体２０の外側の部分より突出させる代わりに、排気面６０ａの外周に沿って、少なくとも両端部すなわち本実施の形態では円弧部分の外側に大気と連通する溝を設けても良い。さらに、長孔２２、排気面６０ａ、排気面の溝部６１、６２の形状も、図２の形状に限定されない。また、筐体２０とＸ軸ステージ１０との互いの案内対向面は、本実施の形態のように平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００３１】
加えて、本実施の形態においては、筐体２０を固定部とし、Ｘ軸ステージ１０を移動部としているが、これとは逆に、Ｘ軸ステージ１０を固定部として、筐体２０を移動部とすることもできる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態について図４および図５に基づいて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態の駆動装置の平面図であり、図５は、図４の駆動装置をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態は、転がり軸受として、回転形のものを用いたものである。
【００３３】
移動部である円盤状の回転ステージ（スライダ）７６は、中央に円形の開口７８を有し、開口７８内には円筒軸（導入軸）８２が挿通固定されている。円筒軸８２の先端部は、回転ステージ７６を貫通して後述する円形孔７９からプロセス室Ｐに臨んでいる。
【００３４】
図５に示すように、回転ステージ７６は、その縁部において、内部にプロセス室Ｐが形成された筐体８０の左側に固定配置された回転形の転がり軸受である円環状のベアリング７７によって支持されている。これにより、回転ステージ７６は筐体８０との僅かな間隙を保ちつつその中心の回りを回動することが可能となっている。
【００３５】
図５において、筐体８０の左側面には、筐体８０と回転ステージ７６との間隙をシールする差動排気シール７０（差動排気シール手段）が設けられている。図５に示すように、差動排気シール７０は、筐体８０に形成された円形孔７９の周囲に沿って延在する円環状となっている。この円環状の部分の回転ステージ７６と対向する面７０ａが差動排気シール７０の排気面として機能する。さらに、差動排気シール７０は、２本の円環状の溝部７１、７２を形成しており、溝部７１、７２は、差動排気シール７０の内部通路７３、７４を介して、筐体８０に形成された連通路７５、７５に連通している。連通孔７５、７５は、不図示の吸引ポンプに接続されている。筐体８０が回転ステージ７６と対向している部分のうち、排気面７０ａの溝部７１、７２を除く部分８３，８４，８５は、その外側の部分に比べ、図４で手前側にわずかに突出している。そして前記ベアリング７７（軸受）により、この突出部分と、これに対向する回転ステージ７６の面７６ａ（対向シール面）とが、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されている。
【００３６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図５において、上下方向をＸ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向とする。回転ステージ７６は、ベアリング７７（軸受）により低フリクション状態で筐体８０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源により駆動されることで、筐体８０に対して平行に自らの回りを回動可能となっている。このとき、円筒軸８２は、回転ステージ７６と共に軸回りに回転する。
【００３７】
この際、排気面７０ａを有する差動排気シール７０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づき、筐体８０の連通路７５を介して、回転ステージ７６の上側面７６ａ（対向シール面）との間の空気を吸引しているので、回転ステージ７６と筐体８０との間の間隙を介して、外部より空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体８０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差動排気シール７０により、外部からの空気の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好ましい。また、プロセス室Ｐ内がガスで満たされている場合も、このガスが差動排気シールによって回収されるため、プロセス室Ｐ外に漏れるのを防ぐことができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、差動排気シール７０の溝部７１、７２を円形孔７９に隣接して筐体８０の側に設けているので、第１の実施の形態と同様に、装置を小型化でき、しかも装置の構造物に高い剛性を必要としないという利点がある。また、本実施の形態によると、筐体８０と回転ステージ７６との間に転がり軸受であるベアリング７７が配置されてなるので、駆動装置の簡素化・低コスト化がはかれる。ベアリング７７はプロセス室Ｐ内外の差圧に起因する吸引力の大小に拘わらず軸受として機能するので、駆動装置を組み立てる際に圧力調整などの煩雑な作業を行う必要がなくなって、容易に組み立てを行うことが可能になる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図６〜図８に基づいて説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態の駆動装置の側面図であり、図７は、図６の駆動装置をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図であり、図８は、図６の駆動装置においてＸ軸ステージをスライドさせた状態を示す図である。
【００４０】
本実施の形態は、リニアガイドのベアリング１３が筐体２０に固定されており、ガイドレール２１がＸ軸ステージに固定されている点のみにおいて、第１の実施の形態と相違している。そのため、本実施の形態において第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付すこととし、その説明を省略する。
【００４１】
図６〜図８に示すように、本実施の形態では、移動部であるＸ軸ステージ（スライダ）１０の筐体２０との対向面に２本のガイドレール２１が配置されていると共に、筐体２０のＸ軸ステージ１０との対向面に各ガイドレール２１に対応して３個ずつ、合計６個のベアリング１３が配置されている。なお、図６〜図８において、差動排気シール６０を簡略化して示している。この場合も、第１の実施の形態と同様に、Ｘ軸ステージ１０は筐体２０に対してＸ方向に相対的にスライド可能である。
【００４２】
上述のように構成された本実施の形態によると、上述した第１の実施の形態と同様の効果が得られるほか、スライドによるＸ軸ステージ１０の位置変化に拘わらずガイドレール２１からベアリング１３を介して筐体２０に与えられる吸引力の位置が一定となる。すなわち、本実施の形態では、ベアリング１３も差動排気シール６０の排気面６０ａも、ともに筐体２０の側に設けられている。したがって、Ｘ軸ステージ１０の位置が変化しても、筐体２０からみた場合、両者の位置が変化することはない。差動排気シール６０が作動している状態において、筐体２０等からなる固定部と、Ｘ軸ステージ１０等からなる移動部との両者間に作用する力は、排気面６０ａの部分の吸引力と、これに抗するべアリング１３とガイドレール２１との間に作用する力（べアリング支持力）とであり、両者はバランスしている。ここで、本実施の形態では、上述のとおり、Ｘ軸ステージ１０の位置によらず排気面６０ａの位置、べアリング１３の位置、ともに不変であるから、例えば図８のようにＸ軸ステージ１０が偏った位置に移動した場合でも各べアリング１３の個々の支持力はほぼ不変であり、差動排気シール６０の吸引力に起因して筐体２０とＸ軸ステージ１０との平行度を狂わせるように作用するモーメント荷重が発生することはない。したがって筐体２０とＸ軸ステージ１０との平行が保たれるので、排気面６０ａとこれと対向する面との隙間が部分的に広くなることによるシール性能の低下や、Ｘ軸ステージ１０のＸ軸方向の運動精度（真直度）の低下といった問題が生じない。一方、第１の実施の形態のようにベアリング１３がＸ軸ステージ１０側に配置されている場合は、Ｘ軸ステージ１０の位置が変化するのに伴ってベアリング１３からの位置が変化する。したがって、吸引力が大きな場合には、Ｘ軸ステージ１０が偏った位置にある場合の上述のようなモーメント荷重の影響を考慮し、例えば支持するべアリング１３を剛性の高いものにする、等の対応が必要になる揚合もある。特に、吸引力が数千Ｎにも及ぶような極めて大きな場合には、本実施の形態によれば、装置の高剛性化のための大型化を招くこともない。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施の形態について、図９〜図１１に基づいて説明する。図９は、本発明の第４の実施の形態の駆動装置の断面図であり、図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図９の駆動装置に用いられるＸ軸ステージの平面図（筐体１１０と対向する面を示す図）、正面図、及び平面図のＡ−Ａ線断面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図９の駆動装置に用いられる筐体の斜視図、平面図、そのＢ−Ｂ線断面図、および、Ｃ−Ｃ線断面で示す側面図である。本実施の形態は、筐体とＸ軸ステージとの差動排気シールの構成、及び円筒軸がＸ軸ステージに対してスライド可能に構成されている点のみにおいて、第３の実施の形態と相違している。
【００４４】
第１の移動部であるＸ軸ステージ（スライダ）９０は、後述するように、中央に円形の開口９１を有し、開口９１内には差動排気シール（第２の差動排気シール手段）９２が設けられている。なお、図９および図１０（ｂ）では、差動排気シール９２、後述する静圧軸受９３および差動排気シール１２０を簡略化して示している。Ｘ軸ステージ９０の開口９１内には、第２の移動部である円筒軸（導入軸）１００が挿通されている。円筒軸の先端部は、Ｘ軸ステージ９０を貫通して後述する矩形の長孔１１２から筐体１１０内のプロセス室Ｐに臨んでいる。円筒軸１００は、シール面であるその周面の一部が開口９１内に設けられた差動排気シール９２に包囲されている。また、円筒軸１００は、図９中、差動排気シール９２よりも左方において静圧軸受９３によって支持されている。これにより、円筒軸１００とＸ軸ステージ９０との間隙がシールされると共に、円筒軸１００はＸ軸ステージ９０に対して非接触的に支持され、摩擦などの抵抗なく、Ｘ軸ステージ９０に対して図９中左右に相対的にスライド移動可能となっている。詳細を図１０（ｃ）に示す。差動排気シール９２は、開口９１の内周面に設けられた円環状の溝部９２ａ、９２ｂ、内部通路９２ｃ、９２ｄ、及び、これらを介して溝部９２ａ、９２ｂに連通されるとともに不図示の吸引ポンプに接続される連通孔９２ｅ、９２ｆを備える。また、静圧軸受９３は多孔質体でなり、開口９１に内嵌される軸受本体９３ａ、不図示の給気ポンプから軸受本体９３ａにエアを供給するエア通路９３ｂ、及び軸受本体９３ａから排出されるエアを外部へ導く排気通路９３ｄを備える。
【００４５】
図９、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｘ軸ステージ９０の筐体１１０との対向面には、図９中上下に２本のガイドレール９４が配置されていると共に、２本のガイドレール９４の間にはこれらと平行に伸延したほぼ直方体状のリブ９５が一直線上に設けられている。そして、リブ９５の中央には、Ｘ軸ステージ９０を貫通する開口９１が設けられている。
【００４６】
一方、図９、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、筐体１１０のＸ軸ステージ９０との対向面には、Ｘ軸ステージ９０のリブ９５の幅とほぼ同じだけ離隔した互いに平行な２つのリブ１１４、１１５が設けられている。そのため、２つのリブ１１４、１１５の間は、リブ９５の幅とほぼ等しい幅を有する凹部１１６となっている。凹部１１６は、底面１１６ａと互いに平行に対向する２つの側面１１６ｂとを具備している。凹部１１６の底面１１６ａの中央には、矩形の長孔１１２が設けられている。
【００４７】
また、筐体１１０のＸ軸ステージ９０との対向面には、図９中上下３個ずつで合計６個の断面がコ字状のベアリング１１８が配置されている。かかるベアリング１１８は、Ｘ軸ステージ９０に配置された２本のガイドレール９４に、ベアリング１１８内を循環する不図示の多数の転動体を介して係合しており、ガイドレール９４に沿って図９の紙面垂直方向に滑動自在となっている。これらベアリング１１８、ガイドレール９４及び多数の転動体で転がり案内軸受の一種であるリニアガイドが構成される（第１の軸受）。
【００４８】
図９および図１１（ａ）において、凹部１１６の底面１１６ａおよび側面１１６ｂには、筐体１１０とＸ軸ステージ９０との間隙をシールする差動排気シール１２０（第１の差動排気シール手段）が設けられている。図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、差動排気シール１２０は、筐体１１０に形成された凹部１１６内において長孔１１２の周囲に沿ってこれを取り囲むように底面１１６ａおよび側面１１６ｂに延在するトラック状となっている。このトラック状の部分のＸ軸ステージ９０と対向する面１２０ａが差動排気シール１２０の排気面として機能する。さらに、差動排気シール１２０は、２本のトラック状の溝部１２１、１２２を形成しており、溝部１２１、１２２は、差動排気シール１２０の内部通路１２３、１２４を介して、筐体１１０に形成された連通路１２５，１２６に連通している。連通孔１２５，１２６は、不図示の吸引ポンプに接続されている。溝部１２１、１２２は、底面１１６ａおよび側面１１６ｂの両方にかけて設けられている。なお、凹部１１６の底面１１６ａと側面１１６ｂとの境界隅部であって排気面１２０ａの溝部１２１、１２２以外の部分には、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化してなるものなどからなるシール材１２７が配置されている。シール材１２７は、Ｘ軸ステージ９０のリブ９５の角部が面取り加工されていて凹部１１６との間に、Ｘ軸に垂直な方向からみた断面で略三角形状のすきまが生じ、差動排気シール１２０の性能に影響するため、この部分のすきまを極小化するためのものである。
【００４９】
凹形状の排気面１２０ａのうち、溝部１２１、１２２を除く部分は、その外側の筐体１１０がＸ軸ステージ９０と対向している部分に比べ、Ｘ軸ステージ９０側にわずかに突出している。そして前記リニアガイド（第１の軸受）により、この突出部分と、これに対向するＸ軸ステージ９０の面（対向シール面）とが、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されている。
【００５０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図９において、上下方向をＺ軸方向とし、左右方向をＹ軸方向、、紙面垂直方向をＸ方向とする。Ｘ軸ステージ９０は、リブ９５を凹部１１６に嵌入させることにより、ガイドレール９４とベアリング１１８と多数の転動体とで構成されるリニアガイド（第１の軸受）により低フリクション状態で筐体１１０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源によりボールねじなどを用いて駆動されることで、筐体１１０に対してＸ軸方向に移動可能となっている。このとき、円筒軸１００は、Ｘ軸ステージ９０と共にＸ軸方向に移動するが、筐体１１０の（本発明の開口に該当する）長孔１１２は、かかる円筒軸１００のＸ軸方向移動を許容するようになっている。言い換えると、Ｘ軸ステージ９０は、長孔１１２の長手方向長さに規定される範囲内で、筐体１１０に対してＸ軸方向に相対移動可能となっている。
【００５１】
この際、排気面１２０ａを有する差動排気シール１２０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づき、筐体１１０の連通路１２５，１２６を介して、Ｘ軸ステージ９０のリブ９５の頂面および側面（対向シール面）との間の空気を吸引しているので、Ｘ軸ステージ９０と筐体１１０との間の間隙を介して、外部より空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体１１０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差動排気シール１２０により、外部からの空気の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好ましい。また、プロセス室Ｐ内がガスで満たされている場合も、このガスが差動排気シールによって回収されるため、プロセス室Ｐ外に漏れるのを防ぐことができる。一方、図９で円筒軸１００の左端は、Ｘ軸ステージ９０上に設置された駆動源（不図示）に接続されており、円筒軸１００をＹ方向に駆動するようになっている。
【００５２】
このように、本実施の形態によると、Ｘ軸ステージ９０と円筒軸１００とを互いに交差する方向に駆動することができるので、円筒軸１００の先端に支持されたワークをプロセス室Ｐ内において２次元的に位置決めすることができるようになる。さらに、上述した第３の実施の形態による効果も得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態によると、筐体１１０に設けた凹部１１６の底面１１６ａおよび側面１１６ｂに差動排気シール１２０の排気面１２０ａが設けられているために、第１および第３の実施の形態のように筐体とＸ軸ステージとの対向面が互いに凹凸のない平面である場合と比較してＹ方向の対向面積が減ると共に、差動排気シール１２０の吸引力が直交二方向に分かれて働く。これにより、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、駆動装置の構造物に加えられる吸引力のうち、Ｙ軸方向に作用する成分の大きさが減少する。すなわち本実施の形態の場合、吸引力のうち、一部は２つの側面１１６ｂに作用する成分となり、Ｙ軸方向には作用しないため、その分駆動装置の構造物に加えられるＹ方向の吸引力の大きさが減少することになる。従って、装置の構造物の剛性を上げなくとも、開口１１２の長さを大きくすることが可能になる。これにより、差動排気シール１２０の吸引力によるシール機能を維持しつつＹ方向の吸引力を低下させることができる。そのため、駆動装置の構造物に高い剛性のものを用いる必要がなくなる。
【００５４】
なお、本実施の形態は、例えば以下のように設計変更が可能である。まず、円筒軸１００の軸受としては、転がり軸受（玉軸受、ころ軸受など）を用いることもできる。また、軸部材としての円筒軸１００に回転駆動機構を設ければ、外部より、円筒軸１００を任意に相対回転させることができ、それにより３軸の駆動装置を構成することができるが、相対回転を阻止したい場合には、軸部材として断面が矩形などの多角形状の軸や、楕円状の軸あるいはスプライン軸などを用いると、別個に相対回転阻止手段などを設ける必要がないため好ましい。また、凹部１１６の底面１１６ａと側面１１６ｂとを直交させず、両側面１１６ｂを傾斜させ、例えば断面台形状の凹部とし、リブ９５についてもこれに対応した断面台形状となるようにすることで、吸引力のＹ方向成分を減少させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記筐体と前記スライダとの間に転がり軸受が配置されてなり、前記転がり軸受は、前記スライダに取り付けられたガイドレールと、前記筐体に取り付けられ前記ガイドレールに沿って移動可能なベアリングとを含むので、気体供給源や配管などを設ける必要がなく、より簡素な構成で前記筐体と前記スライダとを相対可動自在に支持することができる。また、転がり軸受はプロセス室内外の差圧に起因する吸引力の大小に拘わらず軸受として機能するので、駆動装置を組み立てる際に圧力調整などの煩雑な作業を行う必要がなくなって、容易に組み立てを行うことが可能になる。
【００５６】
また、本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記開口から前記プロセス室に臨む導入軸と、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが前記筐体側に設けられているので、スライダの移動方向についての差動排気シールの長さが短くてよくなり、結果的に駆動装置全体のサイズを小さくすることができると共に、差動排気シールの排気面の面積に応じた大きさとなる吸引力若しくは反発力も小さくなって装置の構造物に高い剛性を必要としなくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の駆動装置の断面図である。
【図２】図１の駆動装置をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】図１の駆動装置をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の駆動装置の平面図である。
【図５】図４の駆動装置をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の駆動装置の側面図である。
【図７】図６の駆動装置をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図８】図６の駆動装置においてＸ軸ステージをスライドさせた状態を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の駆動装置の断面図である。
【図１０】それぞれ、図９の駆動装置に用いられるＸ軸ステージの平面図（筐体１１０と対向する面を示す図）、正面図、及び平面図のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】それぞれ、図９の駆動装置に用いられる筐体の斜視図、平面図、そのＢ−Ｂ線断面図、および、Ｃ−Ｃ線断面で示す側面図である。
【図１２】米国特許第４１９１３８５号の駆動装置の変形例としての駆動装置の断面図である。
【図１３】図１２の駆動装置をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図１４】図１３の駆動装置をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。
【符号の説明】
１０  Ｘ軸ステージ（スライダ）
１３  ベアリング
２０  筐体
２１  ガイドレール
３０  円筒軸
６０  差動排気シール
３０  円筒軸
【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】
0004305936.tif 000007
【図７】
0004305936.tif 000008
【図８】
0004305936.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004305936.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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