CN105275992A - 一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法 - Google Patents

一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法，它至少由：轴承体(1)、承载面(2)、多孔材料节流器(3)、供气孔I(4)、排气槽I(5)、回流孔I(6)、排气槽II(7)、回流孔II(8)、真空泵I(9)、真空泵II(10)、调压阀I(11)、气体压缩机I(12)、气体压缩机II(13)、调压阀II(14)、真空泵III(15)、回流孔III(16)、供气孔II(17)和小孔节流器(18)组成，本发明可以大幅提高真空环境中静压气体轴承的承载能力、刚度等静态特性，同时便于调整轴承的动态特性和最佳气膜厚度，减小润滑气体向真空环境泄漏。

Description

一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法
技术领域：
一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法，属于超精密静压气体润滑领域。
背景技术：
静压气体轴承以轴承体和承载面之间的微米级厚度润滑气膜实现运动支撑。相对于油润滑或脂润滑，气体润滑粘性滞后小，无摩擦/极低摩擦。因此，静压气体轴承具有精度高、寿命长，发热低、高速运动温升小，克服了传统轴承存在润滑介质失效、热稳定性差等不足，广泛应用于光刻曝光、干涉测量和半导体检测等超精密工程技术领域。
随着微电子制造和超精密测量技术的快速发展，不仅要求运动平台具有更高的运动定位精度，而且必须工作在真空或超洁净环境中，但真空环境中静压气体轴承性能变化显著，其典型特点是承载能力增大，刚度降低，最佳气膜厚度增大。另一方面，真空环境中静压气体轴承润滑气体从密封区域泄漏，将污染真空环境，甚至导致真空环境无法满足光刻曝光、干涉测量和半导体检测的特殊要求。
目前单一孔式节流或多孔材料节流静压气体轴承采用单个气源供气，只能通过调整供气压力改变轴承的静动态性能，不能同时充分发挥孔式节流和多孔材料节流各自的优点。在润滑气体密封方面，目前大都采用在轴承外缘设置回流系统的方式，存在对回流真空泵要求高，润滑气体泄漏量大，轴承密封性不好等问题。
针对上述问题，本发明提出一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法，轴承采用双供气系统，同时采用控式节流和多孔材料节流，充分发挥孔式节流和多孔材料节流各自的优点，从而使静压气体轴承在真空环境中具有更好的静动态性能，同时润滑气体更能有效回收，减小润滑气体对真空环境的污染。
发明内容：
本发明之目的是：提出一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承及其使用方法，使真静压气体轴承在空环境中具有更好的静动态特性，并且润滑气体泄漏量大幅降低。
为了实现本发明之目的，拟采用以下的技术方案：
本发明至少由：轴承体、承载面、多孔材料节流器、供气孔I、排气槽I、回流孔I、排气槽II、回流孔II、真空泵I、真空泵II、调压阀I、气体压缩机I、气体压缩机II、调压阀II、真空泵III、回流孔III、供气孔II和小孔节流器组成，其特征在于，所述的轴承体上设置小孔节流器、多孔材料节流器、排气槽I、排气槽II和回流孔III，小孔节流器通过供气孔I与调压阀II的出气口连通，调压阀II的进气口与气体压缩机II的出气口连通，多孔材料节流器通过供气孔II与调压阀I的出气口连通，调压阀I的进气口与气体压缩机I的出气口连通，排气槽I通过回流孔I与真空泵II的进气口连通，排气槽II通过回流孔II与真空泵I的进气口连通，回流孔III与真空泵III的进气口连通，上述的轴承体上至少设置三个小孔节流器。
本发明的使用方法如下：
轴承工作前，启动真空泵I、真空泵II和真空泵III直至真空泵I、真空泵II和真空泵III的进气口压力保持不变，启动气体压缩机I和气体压缩机II，通过调压阀I调整供气孔II内的气体压力，通过调压阀II调整供气孔I内的气体压力，使轴承体和承载面之间形成稳定的气膜。
本发明的特点：
小孔节流器、供气孔I、调压阀II和气体压缩机II构成孔式节流系统，多孔材料节流器、供气孔II、调压阀I和气体压缩机I构成多孔材料节流系统，形成复合节流式静压气体轴承，通过调压阀II和调压阀I分别控制小孔式流器和多孔材料节流器的供气压力，根据轴承工作的需要调整最佳气膜度，排气槽I、回流孔I和真空泵II构成第一排气系统，排气槽II、回流孔II和真空泵I构成第二排气系统，回流孔III和真空泵III构成第三排气系统，回流孔III和真空泵III构成的第三排气系统可以大幅减小经轴承外缘进入真空室内的润滑气体，并且回流孔III内的气体无法泄漏进入真空室，从而大幅提高轴承的密封效果。
附图说明：
图1示意了本发明的轴承结构
图2示意了图1中轴承体的主视图
图3示意了图1中轴承体的局部放大图
1、轴承体；2、承载面；3、多孔材料节流器；4、供气孔I；5、排气槽I；6、回流孔I；7、排气槽II；8、回流孔II；9、真空泵I；10、真空泵II；11、调压阀I；12、气体压缩机I；13、气体压缩机II；14、调压阀II；15、真空泵III；16、回流孔III；17、供气孔II；18、小孔节流器。
具体实施方式：
本发明的轴承体1上设置小孔节流器18、多孔材料节流器3、排气槽I5、排气槽II7和回流孔III16，小孔节流器18通过供气孔I4与调压阀II14的出气口连通，调压阀II14的进气口与气体压缩机II13的出气口连通，多孔材料节流器3通过供气孔II17与调压阀I11的出气口连通，调压阀I11的进气口与气体压缩机I12的出气口连通，排气槽I5通过回流孔I6与真空泵II10的进气口连通，排气槽II7通过回流孔II8与真空泵I9的进气口连通，回流孔III16与真空泵III15的进气口连通。
上述的轴承体1上至少设置三个小孔节流器18。
本发明的轴承工作前，启动真空泵I9、真空泵II10和真空泵III15直至真空泵I9、真空泵II10和真空泵III15的进气口压力保持不变，启动气体压缩机I12和气体压缩机II13，通过调压阀I11调整供气孔II17内的气体压力，通过调压阀II14调整供气孔I4内的气体压力，使轴承体1和承载面2之间形成稳定的气膜。

Claims (3)

1.一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承，它至少由：轴承体(1)、承载面(2)、多孔材料节流器(3)、供气孔I(4)、排气槽I(5)、回流孔I(6)、排气槽II(7)、回流孔II(8)、真空泵I(9)、真空泵II(10)、调压阀I(11)、气体压缩机I(12)、气体压缩机II(13)、调压阀II(14)、真空泵III(15)、回流孔III(16)、供气孔II(17)和小孔节流器(18)组成，其特征在于，所述的轴承体(1)上设置小孔节流器(18)、多孔材料节流器(3)、排气槽I(5)、排气槽II(7)和回流孔III(16)，小孔节流器(18)通过供气孔I(4)与调压阀II(14)的出气口连通，调压阀II(14)的进气口与气体压缩机II(13)的出气口连通，多孔材料节流器(3)通过供气孔II(17)与调压阀I(11)的出气口连通，调压阀I(11)的进气口与气体压缩机I(12)的出气口连通，排气槽I(5)通过回流孔I(6)与真空泵II(10)的进气口连通，排气槽II(7)通过回流孔II(8)与真空泵I(9)的进气口连通，回流孔III(16)与真空泵III(15)的进气口连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承，其特征在于：在轴承体(1)上至少设置三个小孔节流器(18)。
3.根据权利要求1所述的一种用于真空环境中的复合节流式静压气体轴承的使用方法，其特征在于：轴承工作前，启动真空泵I(9)、真空泵II(10)和真空泵III(15)直至真空泵I(9)、真空泵II(10)和真空泵III(15)的进气口压力保持不变，启动气体压缩机I(12)和气体压缩机II(13)，通过调压阀I(11)调整供气孔II(17)内的气体压力，通过调压阀II(14)调整供气孔I(4)内的气体压力，使轴承体(1)和承载面(2)之间形成稳定的气膜。
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