CN102444670A

CN102444670A - 气浮结构

Info

Publication number: CN102444670A
Application number: CN2010105081168A
Authority: CN
Inventors: 王茜
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明提出一种气浮结构，包括基座、龙门滑块、L形滑块、横梁、第一导轨和第二导轨。第二导轨与第一导轨相互平行并固定安装在基座上。龙门滑块滑动地安装在第一导轨上，L形滑块滑动地安装在第二导轨上。横梁，连接龙门滑块和L形滑块。龙门滑块与第一导轨之间、L形滑块与第二导轨之间均设有气浮块和真空块。通过横梁传递龙门滑块对第一导轨施加垂直于第一导轨的力和L形滑块对第二导轨施加垂直于第二导轨的力。本发明通过调节龙门滑块和L形滑块上的气浮块和真空块，可以使龙门滑块与第一导轨、L形滑块与第二导轨间达到最佳气膜厚度，气浮结构侧向刚度达到最大，性能达到最佳。

Description

气浮结构

技术领域

本发明涉及一种气浮结构，且特别涉及一种位置可调整的气浮结构。

背景技术

传统气浮结构由导轨(guide)及滑块(slider)组成。导轨材料为花岗石或合金材料，滑块材料为不锈钢、铝合金或陶瓷，滑块上开有气道及节流孔。气源内气体经管路、气道及节流孔注入导轨与滑块间隙内，实现润滑，使滑块与导轨间可进行相对运动。这种组合结构中，滑块与导轨配合面即气浮面，由于气浮面加工精度要求较高，滑块与导轨配合面需在较大的面积范围内达到较高的平面度(0.5um-2um)及粗糙度(0.2um-0.4um)加工要求。近年来，为降低加工及装配难度，减小加工成本，气浮结构多采用导轨、滑块及气浮块(air_pad)配合的形式，气浮块材料多采用不锈钢、铝合金或陶瓷，在气浮块，而非滑块上加工气浮面、节流孔及气道，气浮块装于滑块上，实现滑块与导轨间的相对运动。

气浮结构是超精密测量与加工系统的关键部件，广泛应用于纳米技术、先进光学器件及集成电路等领域，它具有清洁、无摩擦等优点。超大规模集成电路光刻中，承载硅片的运动台，X、Y向长行程多采用气浮结构实现运动部件与导轨间的零摩擦运动。光刻工艺的高精度要求气浮结构具有垂向及侧向高刚度。传统气浮结构侧向采用单侧或双侧气浮。

侧向带有单侧气浮的导轨，为保证气浮块正常工作，通过设置真空块或永磁铁为气浮块提供预紧力，真空块及永磁铁可提供的预紧力与真空块及永磁铁的面积有关，当导轨尺寸一定时，真空块及永磁铁面积受限，无法提供大预紧力，气浮刚度的提高受到制约。

侧向带有双侧气浮的导轨，导轨两侧的气浮力互为预紧力，相比单侧气浮的导轨侧向气浮刚度大幅度提高，气浮块与滑块间采用螺纹连接或球铰连接。侧向气浮块与滑块间采用螺纹连接的气浮结构，导轨侧向气膜厚度由加工及装配所决定，装配完成后气膜厚度不可调。要求导轨两侧具有良好的平行度、各侧具有较好的平面度及粗糙度，加工及装配难度大，成本高。侧向气浮块与滑块间采用球铰连接的气浮结构，气膜厚度可调，但由于球铰结构刚度较小，对气浮刚度产生约50％的衰减。

美国专利号US5382095提出了一种带有一个运动部件和一个多孔质垫的空气静压轴承，这种轴承可抑制导轨的自激振动。

美国专利US7275627提供了三方面内容，包括一种具有良好隔振效果的主动减振设备、一种控制方法及一种带有主动减振设备的曝光设备。

中国发明专利“气浮XY两坐标平面运动台”(申请号：200410017014.0，丁汉、李运堂)提出了一种气浮XY两坐标运动平台，通过气浮结构将叠放的XY运动平台相连接，XY方向由两个直线电机分别驱动，系统的电机定子都固定在机座上，显著减少系统得运动惯量，相对运动的部件用气浮结构相连，系统无摩擦。

以上三篇专利所述气浮结构侧向均为双侧气浮，气浮块与滑块间采用螺纹连接，加工及装配难度大，成本高，且装配完成后气膜厚度不可调节，易造成气浮结构实际刚度远小于设计刚度，使运动台模态受限，影响整个运动台的控制精度。

发明内容

本发明提供一种多侧预载，气膜厚度可调的气浮结构，提高气浮刚度及运动台控制精度。

为了达到上述目的，本发明提出一种气浮结构，包括：

基座；

第一导轨，固定安装在基座上；

第二导轨，与第一导轨相互平行，并固定安装在基座上；

龙门滑块，滑动地安装在第一导轨上，

L形滑块，滑动地安装在第二导轨上；以及

横梁，连接龙门滑块和L形滑块；

龙门滑块与第一导轨之间、L形滑块与第二导轨之间均设有气浮块和真空块；

通过横梁传递龙门滑块对第一导轨施加垂直于第一导轨的力和L形滑块对第二导轨施加垂直于第二导轨的力。

进一步说，龙门滑块包括：

第一气浮块；

第一真空块，与第一气浮块均设置在龙门滑块的第三侧上，用以提供垂向的气浮力和真空吸力，以保持龙门滑块悬浮在第一导轨上；

第三气浮块，设置在龙门滑块的第一侧上；以及

第四气浮块，设置在龙门滑块的第二侧上，第一侧和第二侧位置相对，第四气浮块与第三气浮块所施加的气浮力方向相反。

进一步说，L形滑块包括：

第二气浮块；

第二真空块，与第二气浮块均设置在L形滑块的第五侧上，用以提供垂向的气浮力和真空吸力，以保持L形滑块悬浮在第二导轨上；以及

第三真空块，设置在L形滑块的第四侧上，第三真空块所施加的真空吸力与第三气浮块所施加的气浮力方向相同。

进一步说，第三真空块替换为永磁体，提供与第三气浮块的气浮力方向相同的吸引力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明提供一种多侧预载，气膜厚度可调的气浮结构。

通过横梁传递龙门滑块对第一导轨施加的垂直于第一导轨的力和L形滑块对第二导轨施加垂直于第二导轨的力，能够调整气浮结构的位置和气膜厚度，使得气浮结构侧向刚度达到最大，性能达到最佳。

第二侧包括第四气浮块，保证气浮结构的刚度。第一侧包括第三气浮块为

第四气浮块提供预载力。L形滑块的第四侧包括第三真空块也可以为第四气浮块提供预载力。

通过调节第三气浮块的供气压力和第三真空块的真空压力，可调节第四气浮块的预载力大小，调节第四气浮块与第一导轨间的气膜厚度。

附图说明

图1(a)～1(c)所示为本发明较佳实施例的结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例中导轨及基座的气浮结构仰视图。

图3(a)～3(c)所示为本发明较佳实施例中气浮结构各向视图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1(a)～1(c)所示为本发明较佳实施例的结构示意图。

图1(a)所示为前视图、图1(b)所示为侧视图、图1(c)所示为俯视图。

请结合参考图1(a)～1(c)。

气浮结构100能够应用于先进光学器件，例如是承载硅片的运动台，或其他需要减少摩擦和震动的精密运动台。

气浮结构100至少包括基座3、第一导轨1、第二导轨2、龙门滑块4、L形滑块5及横梁7。第一导轨1和第二导轨2相互平行，并固定安装在基座3上。龙门滑块4可滑动地安装在第一导轨1上。L形滑块5可滑动地安装在第二导轨2上。横梁7连接龙门滑块4和L形滑块5，当龙门滑块4和L形滑块5之一移动时，藉由横梁7可以带动另一滑块移动。通过横梁7，龙门滑块4对第一导轨1施加的垂直于第一导轨1的力和L形滑块5对第二导轨2施加垂直于第二导轨2的力得以相互传递。

龙门滑块4滑动地安装在第一导轨1上，龙门滑块4具有第一侧A、第二侧B和第三侧D，其中第一侧A与第二侧B处于相对的位置。分别与第一导轨1的两侧面相互作用，而使得龙门滑块4得以悬浮在第一导轨1上。

L形滑块5滑动地安装在第二导轨2上，L形滑块5具有第四侧C、第五侧E，它们分别与第二导轨2相互作用，而使得L形滑块5得以悬浮在第二导轨2上。

龙门滑块4与第一导轨1之间、L形滑块5与第二导轨2之间均设有气浮块和真空块。通过横梁传递龙门滑块4对第一导轨1施加的垂直于第一导轨1的力和L形滑块5对第二导轨2施加垂直于第二导轨2的力，能够调整气浮结构的位置和气膜厚度。

请参考图2。龙门滑块4的第三侧D包括第一气浮块8和第一真空块11。通过第一气浮块8施加垂向气浮力至第一导轨1，同时，第一真空块11龙门滑块4与第一导轨1之间形成垂向真空吸力，龙门滑块4悬浮于第一导轨1上。第一气浮块8和第一真空块11的数量可以根据需要进行设置，本实施例中，第一气浮块8的数量为2，第一真空块11的数量为3。

L形滑块5的第五侧E也包括第二气浮块和第二真空块，结构与作用与第一气浮块8和第一真空块11相同，通过第二气浮块和第二真空块的垂向气浮力和垂向真空吸力的作用，L形滑块5悬浮于第二导轨2上。

图3(a)～3(c)所示为本发明较佳实施例中气浮结构各向视图。

图3(a)所示为龙门滑块4的第一侧A的结构示意图。龙门滑块4的第一侧A包括第三气浮块9，用以施加侧向气浮力至第一导轨1的侧面。

图3(b)所示为龙门滑块4的第二侧B的结构示意图。龙门滑块4的第二侧B包括第四气浮块10，用以施加侧向气浮力至第一导轨1的另一侧面，由于第一侧A与第二侧B的位置相对，因此第四气浮块10与第三气浮块9对第一导轨1两侧面所施加的气浮力方向相反。

图3(c)所示为L形滑块5的第四侧C的结构示意图。L形滑块5的第四侧C包括第三真空块6，用以施加侧向真空吸力至第二导轨2的侧面，第三真空块6所施加的真空吸力与第三气浮块9所施加的气浮力方向相同。

下述为调节气膜厚度的步骤：

按照上述结构所加工的气浮结构100，将第一气浮块8供气压力调到设计值，调节第一真空块11的真空吸力，从而调节第一气浮块8的预载力，使第一气浮块8的与第一导轨1达到最佳垂向刚度；

将第四气浮块10的供气压力调到设计值，调节第三真空块6的真空压力及第三气浮块9的供气压力，从而调节第四气浮块10的预载力，使第四气浮块10与第一导轨1间达到最佳气膜厚度，气浮结构侧向刚度达到最大，性能达到最佳。

当整个气浮结构100达到稳定时，龙门滑块4的第一侧A受力与L形滑块5的第四侧C受力之和与龙门滑块4的第二侧B受力大小相等，方向相反。

另外，L形滑块5的第四侧C上的第三真空块6能够替换为永磁体或其他提供预载的方式，只要能够在第二导轨2和第四侧C之间形成吸引力即可。

通过横梁传递龙门滑块4对第一导轨1施加的垂直于第一导轨1的力和L形滑块5对第二导轨2施加垂直于第二导轨2的力，能够调整气浮结构的位置和气膜厚度，使得气浮结构侧向刚度达到最大，性能达到最佳。

第二侧B包括第四气浮块10，保证气浮结构100的刚度。第一侧A包括第三气浮块9为第四气浮块10提供预载力。L形滑块的第四侧C包括第三真空块6也可以为第四气浮块10提供预载力。

通过调节第三气浮块9的供气压力和第三真空块6的真空压力，可调节第四气浮块10的预载力大小，调节第四气浮块10与第一导轨1间的气膜厚度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种气浮结构，其特征是，包括：

基座；

第一导轨，固定安装在所述基座上；

第二导轨，与所述第一导轨相互平行，并固定安装在所述基座上；

龙门滑块，滑动地安装在所述第一导轨上，

L形滑块，滑动地安装在所述第二导轨上；以及

横梁，连接所述龙门滑块和所述L形滑块；

所述龙门滑块与所述第一导轨之间、所述L形滑块与所述第二导轨之间均设有气浮块和真空块；

通过所述横梁传递所述龙门滑块对所述第一导轨施加的垂直于所述第一导轨的力和所述L形滑块对所述第二导轨施加的垂直于所述第二导轨的力。

2.根据权利要求1所述的气浮结构，其特征是，所述龙门滑块包括：

第一气浮块；

第一真空块，与所述第一气浮块均设置在所述龙门滑块的第三侧上，用以提供垂向的气浮力和真空吸力，以保持所述龙门滑块悬浮在所述第一导轨上；

第三气浮块，设置在所述龙门滑块的第一侧上；以及

第四气浮块，设置在所述龙门滑块的第二侧上，所述第一侧和第二侧位置相对，所述第四气浮块与第三气浮块所施加的气浮力方向相反。

3.根据权利要求1所述的气浮结构，其特征在于，所述L形滑块包括：

第二气浮块；

第二真空块，与所述第二气浮块均设置在所述L形滑块的第五侧上，用以提供垂向的气浮力和真空吸力，以保持所述L形滑块悬浮在所述第二导轨上；以及

第三真空块，设置在所述L形滑块的第四侧上，所述第三真空块所施加的真空吸力与所述第三气浮块所施加的气浮力方向相同。

4.根据权利要求1所述的气浮结构，其特征是，所述第三真空块替换为永磁体，提供与所述第三气浮块的气浮力方向相同的吸引力。