(57)【要約】【課題】（１）スライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができるスライダ、（２）スライダの浮上量や姿勢を制御することができるスライダ、（３）気体軸受けの剛性を制御することができるスライダを実現する。【解決手段】ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴から気体を噴出し、前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、前記気体噴出穴の面積を、設けられた位置によって変化させたことを特徴とするスライダ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴から気体を噴出し、前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体噴出穴の面積を、設けられた位置によって変化させたことを特徴とするスライダ。
【請求項２】
ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴およびこの気体噴出穴に連結された気体溝を有し、前記気体噴出穴から気体を噴出して前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体溝の深さまたは幅の少なくとも一方を、その気体溝が設けられた位置によって変化させたことを特徴とするスライダ。
【請求項３】
前記気体噴出穴の面積または前記気体溝の深さまたは幅は、前記スライダの剛性を考慮して決定することを特徴とする請求項１または２に記載のスライダ。
【請求項４】
ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴から気体を噴出し、前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体噴出穴の少なくとも一部を圧電素子で形成し、穴の面積を調整可能としたことを特徴とするスライダ。
【請求項５】
ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴およびこの気体噴出穴に連結された気体溝を有し、前記気体噴出穴から気体を噴出して前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体溝の少なくとも一部を圧電素子で形成し、深さまたは幅の少なくとも一方を調整可能としたことを特徴とするスライダ。
【請求項６】
前記気体噴出穴が設けられている面と同じ面に、前記ステージとの距離を検出する距離センサが設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載のスライダ。
【請求項７】
前記気体溝は、前記気体噴出穴を中心として環状に形成された環状溝およびこの環状溝と前記気体噴出穴とを連結する連結溝からなることを特徴とする請求項２または３または５または６に記載のスライダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超精密加工機や検査装置などの被加工物又は原盤を高速で高精度に位置決めする移動ステージに用いて好適なスライダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スライダは、移動ステージ上に載置され、底面からステージに向かって気体（空気等）を噴出させ、スライダとステージの間に剛性を持った気体膜を作る。この気体膜が形成されることにより、スライダはステージ上で非接触で移動可能となる。
【０００３】
このようなスライダに関する先行技術としては、例えば下記のようなものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２６０５号公報
【０００５】
スライダの底面には気体を噴出させる気体噴出穴が設けられている。気体噴出穴から噴出される気体は、気体噴出穴に連通する配管部を介して気体供給手段（ポンプ）から供給される。気体噴出穴の周辺には、気体噴出穴を中心として十字状に形成された連結溝と、この連結溝が接続されるとともに環状に形成された環状溝が設けられている。
【０００６】
上述の構成において、スライダの底面をステージ上に対向させて載置する。気体供給手段から送出された気体は、配管部を通って気体噴出穴から噴出する。さらに、気体噴出穴から噴出した気体は、連結溝を通って環状溝に達する。そして、気体供給手段からの気体圧がスライダの重量を超えるとスライダはステージ上に浮上する。すなわち気体は気体軸受けとして機能し、スライダはステージ上を摩擦のない状態で移動可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなスライダには以下のような問題がある。
【０００８】
（１）気体噴出穴から噴出された気体はスライダの中心部分に溜まり易い。また、スライダの剛性は不均一であり、スライダを浮上させた際にスライダが変形してしまい、スライダ−ステージ間の気体の圧力分布が乱れる。その結果、スライダが所望の浮上量を得られない場合がある。スライダに所望の浮上量を与えるため、気体供給手段において気体の供給圧を上げる必要が生じ、気体の消費流量が増加してしまう。
【０００９】
（２）圧力分布が乱れた場合に、その乱れを制御することができず、スライダを所望の姿勢に保つことができない。
【００１０】
（３）気体軸受けの剛性を制御することができない。
【００１１】
本発明は、上記のような従来装置の問題をなくし、（１）スライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができるスライダ、（２）スライダの浮上量や姿勢を制御することができるスライダ、（３）気体軸受けの剛性を制御することができるスライダを実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴から気体を噴出し、前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体噴出穴の面積を、設けられた位置によって変化させたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２では、ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴およびこの気体噴出穴に連結された気体溝を有し、前記気体噴出穴から気体を噴出して前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体溝の深さまたは幅の少なくとも一方を、その気体溝が設けられた位置によって変化させたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３では、請求項１または２に記載のスライダにおいて、前記気体噴出穴の面積または前記気体溝の深さまたは幅は、前記スライダの剛性を考慮して決定することを特徴とする。
【００１５】
請求項４では、ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴から気体を噴出し、前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体噴出穴の少なくとも一部を圧電素子で形成し、穴の面積を調整可能としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５では、ステージ側の面に設けられた複数の気体噴出穴およびこの気体噴出穴に連結された気体溝を有し、前記気体噴出穴から気体を噴出して前記ステージ上で浮上するスライダにおいて、
前記気体溝の少なくとも一部を圧電素子で形成し、深さまたは幅の少なくとも一方を調整可能としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６では、請求項４または５に記載のスライダにおいて、前記気体噴出穴が設けられている面と同じ面に、前記ステージとの距離を検出する距離センサが設けられたことを特徴とする。
【００１８】
請求項７では、請求項２または３または５または６に記載のスライダにおいて、前記気体溝は、前記気体噴出穴を中心として環状に形成された環状溝およびこの環状溝と前記気体噴出穴とを連結する連結溝からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように、気体噴出穴の面積を、設けられた位置によって変化させたことにより、各気体噴出穴の出口圧力を調整することができ、スライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を制御することができる。また、気体供給手段において気体の供給圧を大幅に上げる必要がない。
【００２０】
請求項２によれば、気体溝の深さまたは幅の少なくとも一方を、その気体溝が設けられた位置によって変化させるため、スライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を制御することができる。また、気体供給手段において気体の供給圧を大幅に上げる必要がない。
【００２１】
請求項３によれば、気体噴出穴の面積をスライダの剛性を考慮して決定するため、スライダの剛性の不均一さをあらかじめ考慮した面積とすることができ、効果的にスライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御し、気体軸受けの剛性を制御することができる。気体溝の深さまたは幅の決定においても同様である。
【００２２】
請求項４によれば、気体噴出穴の少なくとも一部を圧電素子で形成し、穴の面積を調整可能としたため、スライダを駆動させつつ各気体噴出穴の出口圧力を調整することができ、スライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダの駆動中であっても、スライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を制御することができる。また、気体供給手段において気体の供給圧を大幅に上げる必要がない。
【００２３】
請求項５によれば、気体溝の少なくとも一部を圧電素子で形成し、深さまたは幅の少なくとも一方を調整可能としたため、スライダを駆動させつつスライダ−ステージ間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダの駆動中であっても、スライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を制御することができる。また、気体供給手段において気体の供給圧を大幅に上げる必要がない。
【００２４】
請求項６によれば、気体噴出穴が設けられている面と同じ面に、ステージとの距離を検出する距離センサが設けられているため、スライダ−ステージ間の距離のばらつきに基づいて効果的に気体噴出穴の面積または気体溝の深さまたは幅を調整することができる。
【００２５】
気体溝は、請求項７のように、気体噴出穴を中心として環状に形成された環状溝およびこの環状溝と前記気体噴出穴とを連結する連結溝で構成してもよい。このように構成すれば、気体噴出穴と気体溝が連携して、効果的にスライダの変形を抑え、スライダの浮上量や姿勢を制御し、気体軸受けの剛性を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明のスライダを説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明によるスライダの一実施例を示す図であり、（ａ）はスライダの底面図、（ｂ）はスライダおよびステージの側面図である。
【００２８】
スライダ１０の底面には気体を噴出させる気体噴出穴１２が設けられている。気体噴出穴１２から噴出される気体は、気体噴出穴１２に連通する配管部１１を介して気体供給手段（ポンプ）１３から供給される。気体供給手段１３は圧縮された気体（たとえば空気）を供給する。
【００２９】
気体噴出穴１２の周辺には、気体噴出穴１２を中心として十字状に形成された連結溝３０と、この連結溝３０が接続されるとともに環状に形成された環状溝３１が設けられている。連結溝３０と環状溝３１は気体溝である。気体溝は、気体噴出穴１２から噴出された圧縮気体がスライダ底面に広がるためのガイドの役目を担う。
【００３０】
上述の構成において、スライダ１０の底面をステージ２０上に対向させて載置する。気体供給手段１３から送出された気体は、配管部１１を通って気体噴出穴１２から噴出する。さらに、気体噴出穴１２から噴出された気体は、連結溝３０を通って環状溝３１に達する。そして、気体供給手段１３からの気体圧がスライダ１０の重量を超えるとスライダ１０はステージ２０上に浮上する。すなわち気体は気体軸受けとして機能し、スライダ１０はステージ２０上を摩擦のない状態で移動可能となる。スライダ１０は、気体噴出面の反対側に搬送物を載せて所望の位置に搬送する。
【００３１】
図２は浮上時のスライダの様子を示す図である。気体噴出穴１２から噴出された気体はスライダ１０の中心部分に溜まりやすい。また、スライダ１０の剛性が不均一であることに起因して、スライダ１０を浮上させると図２（ａ）のようにスライダ１０が変形してしまう。図２（ａ）の例では、スライダ１０の左端はステージ２０側へ沈みこみ、スライダ１０の右端は上へ反っている。スライダ１０の変形により、スライダ１０とステージ２０間の気体の圧力分布が乱れ、その結果スライダ１０が所望の浮上量を得られない場合がある。
【００３２】
そこで、気体噴出穴１２のそれぞれにつき穴の面積を決定し、決定した面積に従ってスライダ１０に気体噴出穴を開ける。面積の決定には、気体噴出穴１２が設けられる位置やスライダ１０の剛性を考慮する。
【００３３】
気体噴出穴１２の面積を変化させると、気体噴出穴１２の出口圧力が変化する。気体噴出穴１２の面積で出口圧力を調整することにより、気体噴出穴１２にそれぞれ連結された気体溝の圧力が変化し、スライダ１０の浮上量や姿勢を所望の状態に調整できる。
【００３４】
たとえば、
（１）スライダ１０の周辺部に設けられている気体噴出穴の面積は、中心部に設けられた気体噴出穴よりも出口圧力が強くなるような面積とする。
（２）スライダ１０で部分的に剛性が低くステージ２０側へ沈みやすい部分に設けられている気体噴出穴は、剛性が強い部分に設けられた気体噴出穴よりも出口圧力が強くなるような面積とする。
【００３５】
本実施例では４つの気体噴出穴１２が設けられている。これら４つの気体噴出穴１２の面積をそれぞれ決定する。
【００３６】
このように、気体噴出穴１２の面積をあらかじめ調整しておくことにより、図２（ｂ）のように、スライダ１０の変形を抑えるとともにスライダ１０に所定の浮上量を与えることができる。また、スライダ１０を所望の姿勢とすることができる。
【００３７】
気体噴出穴１２の面積により出口圧力を調整することは、気体軸受けの剛性を制御することにもなる。
【００３８】
なお、気体噴出穴１２の面積だけでなく、併せて連結溝３０と環状溝３１の深さまたは幅を変化させてもよい。あらかじめ各気体溝の場所やスライダ１０の剛性を考慮して深さと幅を決定し、決定した深さや幅に従ってスライダ１０に気体溝を形成する。
【００３９】
気体噴出穴１２の穴の形状は特に限定されない。円形でも矩形であってもよい。円形の場合には、径の大きさにより面積を調整してもよい。
【００４０】
なお、本実施例では気体溝が設けられている例を挙げたが、気体溝をなくし、気体噴出穴１２のみとした構成としてもよい。
【実施例２】
【００４１】
図３は本発明によるスライダの他の実施例を示す図であり、（ａ）はスライダの底面図、（ｂ）はスライダおよびステージの側面図である。
【００４２】
前記実施例１では、気体噴出穴１２の面積をスライダ１０上の位置によって変化させた。同様に、気体溝の深さや幅を位置によって変化させることで同等の効果が得られると考えられる。
【００４３】
気体溝それぞれにつき深さや幅を決定し、決定した深さや幅に従ってスライダ１０に気体溝を形成する。気体溝の深さや幅の決定には、それぞれの気体溝が設けられる位置やスライダ１０の剛性を考慮する。
【００４４】
気体溝の深さや幅を変化させることで、気体溝の圧力が変化し、スライダ１０とステージ２０間の圧力分布に変化が生じる。これにより、スライダ１０の浮上量や姿勢を所望の状態に調整できる。また、気体軸受けの剛性を制御することにもなる。
【実施例３】
【００４５】
図４は本発明によるスライダの他の実施例を示す図であり、（ａ）はスライダの底面図、（ｂ）はスライダおよびステージの側面図、（ｃ）は気体噴出穴の断面図の拡大図である。
【００４６】
図４は、前記実施例１（図１）において、気体噴出穴１２を圧力素子で形成し、距離センサ１４を付加したものである。
【００４７】
気体噴出穴１２を圧電素子１２１で形成し、気体噴出穴ごとに穴の面積を調整可能とする。圧電素子１２１は、図４（ｃ）のように気体噴出穴１２の一部分のみに形成されていてもよいし、気体噴出穴１２の内壁を一周するように形成されていてもよい。圧電素子１２１に電気信号を与えて膨張させることで、気体噴出穴１２の面積を変化させる。
【００４８】
スライダ１０の四隅に距離センサ１４が設けられている。距離センサ１４は、それぞれスライダ１０−ステージ２０間の距離を測定する。
【００４９】
距離センサ１４の測定結果に基づき、スライダ１０の浮上量および浮上時の姿勢を算出する。そして、スライダ１０が所望の浮上量および姿勢となるように気体噴出穴１２の圧電素子１２１を制御し、気体噴出穴１２の面積の調整を行う。
【００５０】
気体噴出穴１２の面積を必要に応じて変化させることで、スライダ１０を駆動させつつ必要に応じて気体噴出穴１２の出口圧力を調整することができ、スライダ１０−ステージ２０間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダ１０の駆動中であっても、スライダ１０の変形を抑え、スライダ１０の浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を必要に応じて制御することができる。
【００５１】
図５はスライダ１０の動作の説明図である。
スライダ１０が図５（ａ）のように姿勢が斜めに傾いていたとする。スライダ１０の両端とステージ２０間の距離Ｄ１，Ｄ２を距離センサ１４で測定する。そして、Ｄ１，Ｄ２の差がゼロとなるように気体噴出穴１２の面積を調整する（図５（ｂ））。たとえば、Ｄ１側にある気体噴出穴１２の面積を出口圧力が高まるように調整し、Ｄ２側にある気体噴出穴１２の面積を出口圧力が弱まるように調整する。
【００５２】
また、何らかの理由で図５（ｃ）のようにスライダ１０に外部から力Ｆが加えられる場合がある。スライダ１０は力Ｆの影響でモーメントが生じ、傾いてしまう。そこで、距離センサ１４でステージ２０までの距離を測定し、測定結果に基づいて気体噴出穴１２の面積を調整し、モーメントおよび気体軸受けの剛性を制御する（図５（ｄ））。
【００５３】
気体噴出穴１２の面積を圧電素子１２１でアクティブに変化させることで、気体噴出穴の出口圧力が変化する。これに伴って各気体溝の圧力が変化し、スライダ１０の浮上量が変化する。この機能を利用し、各距離センサ１４で測定したスライダ１０−ステージ２０間の距離が等しくなるようにスライダ１０の浮上時の姿勢を制御する。
【００５４】
なお、本実施例ではスライダ１０の面積調整に圧電素子を利用したが、これに限らず、スライダ１０を駆動しながら気体噴出穴１２の面積を調整可能なものであれば利用可能である。
【００５５】
なお、本実施例では気体溝が設けられている例を挙げたが、気体溝をなくし、気体噴出穴１２のみとした構成としてもよい。
【実施例４】
【００５６】
図６は本発明によるスライダの他の実施例を示す図であり、（ａ）はスライダの底面図、（ｂ）はスライダおよびステージの側面図である。
【００５７】
図６は、前記実施例３（図５）において、気体噴出穴１２ではなく気体溝を圧電素子で形成したものである。
【００５８】
前記実施例３では、気体噴出穴１２を圧電素子で形成し、気体噴出穴１２の面積を必要に応じて変化させることで、スライダ１０−ステージ２０間の圧力分布を制御した。同様に、気体溝の深さや幅を圧電素子を用いて変化させることで、同等の効果が得られると考えられる。
【００５９】
気体溝を圧電素子で形成し、気体溝ごとに溝の深さまたは幅の少なくとも一方を調整可能とする。圧電素子１２１は、気体溝の一部分のみに形成されていてもよいし、気体溝の壁面をすべて覆うように形成されていてもよい。気体溝の深さ調整のためには気体溝の底部に圧電素子を形成するとよいと考えられる。気体溝の幅調整のためには気体溝の側面部に圧電素子を形成するとよいと考えられる。圧電素子に電気信号を与えて膨張させることで、気体溝の深さや幅を変化させる。
【００６０】
距離センサ１４の測定結果に基づき、スライダ１０の浮上量および浮上時の姿勢を算出する。そして、スライダ１０が所望の浮上量および姿勢となるように気体溝の圧電素子を制御し、気体溝の深さや幅の調整を行う。
【００６１】
気体溝の深さや幅を必要に応じて変化させることで、スライダ１０を駆動させつつ必要に応じてスライダ１０−ステージ２０間の圧力分布を制御することができる。また、これにより、スライダ１０の駆動中であっても、スライダ１０の変形を抑え、スライダ１０の浮上量や姿勢を制御でき、気体軸受けの剛性を必要に応じて制御することができる。
【００６２】
なお、気体溝の深さや幅は、ひとつの溝を複数に分割して制御するようにしてもよい。たとえば、本実施例では環状溝３１を四辺形としているが、各辺につき深さや幅を制御してもよい。各辺をさらに複数に分割して制御できるようにしてもよい。
【００６３】
気体溝の深さや幅の調整は、気体噴出穴１２の面積の調整と併せて行ってもよいし、気体噴出穴１２の面積を固定（気体噴出穴１２に圧電素子を用いない場合を含む。）して行ってもよい。
【実施例５】
【００６４】
図７は本発明によるスライダの他の実施例を示す図であり、（ａ）はスライダの底面図、（ｂ）（ｃ）はスライダおよびステージの側面図である。
【００６５】
前記実施例３（図５）や前記実施例４（図６）では、スライダ１０の底面の四隅に距離センサが設けられていたが、さらにスライダ１０の中央に距離センサが配置されていてもよい。
【００６６】
スライダ１０の四隅に設けられた距離センサだけでは、スライダ１０の浮上時の変形量が把握しにくく、どのように変形量を抑えればいいかわからない場合がある。そこで、さらにスライダ１０の中央部に距離センサを取り付けることで、スライダ１０の変形を把握しやすくなり、変形量を最適に抑えることができる。
【００６７】
スライダ１０の四隅に設けられた距離センサ１４で、スライダ１０−ステージ２０間の距離Ｄ１，Ｄ２を測定する。さらに、スライダ１０の中央部に設けられた距離センサで、距離Ｄ３を測定する（図７（ｂ））。測定された距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に基づいて、スライダ１０浮上時の姿勢および変形量を算出する。そして、スライダ１０が所望の浮上量および姿勢となるように気体噴出穴１２や気体溝の圧電素子に電気信号を与え、気体噴出穴１２の面積や気体溝の幅、深さを調整する。これにより、効率良くスライダ１０の浮上時の変形を抑え、姿勢を所望の状態に制御することができる（図７（ｃ））。
【００６８】
なお、距離センサ１４の個数は必要に応じて増減させることができる。スライダ１０が大きい場合や、スライダ１０の変形や姿勢を精度良く検出したい場合には、距離センサを多く設けるとよい。
【００６９】
また、本実施例では、スライダ１０の中央部に取り付けたのは距離センサであったが、ひずみゲージを取り付けても、同様の効果があると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は本発明によるスライダの一実施例を示す図。
【図２】図２は浮上時のスライダの様子を示す図。
【図３】図３は本発明によるスライダの他の実施例を示す図。
【図４】図４は本発明によるスライダの他の実施例を示す図。
【図５】図５はスライダ１０の動作の説明図。
【図６】図６は本発明によるスライダの他の実施例を示す図。
【図７】図７は本発明によるスライダの他の実施例を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１０        スライダ
１１        配管部
１２        気体噴出穴
１２１      圧電素子
１３        気体供給手段
１４        距離センサ
２０        ステージ
３０        連結溝
３１        環状溝
【図１】
2009063032.tif 000003
【図２】
2009063032.tif 000004
【図３】
2009063032.tif 000005
【図４】
2009063032.tif 000006
【図５】
2009063032.tif 000007
【図６】
2009063032.tif 000008
【図７】
2009063032.tif 000009