JP2000337375A - 静圧気体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライドテーブル等の可動体の真直度等の姿
勢を高精度に保つことができ、かつ製造が簡単なものと
する。 【解決手段】 各給気ノズル３に供給する給気経路を個
別とすることにより、各給気ノズル３を個別に制御可能
とする。この個別制御により、スライドテーブル等とな
る可動体２の姿勢制御を行う。この姿勢制御を行うにつ
き、可動体２の各位置の姿勢データ２３を予め測定して
記録しておく。次に、可動体２と供給圧の関係式等によ
る姿勢・供給圧関係情報２５から、姿勢を補正するため
の可動体位置毎の各給気ノズル３の供給圧の関係を求め
る。この結果に基づき、供給圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体分野の高
精度測定機器等に応用されるエアスライド装置やターン
テーブル等の静圧気体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高精度に形状を測定するテーブル装置と
して、従来、静圧気体軸受によるエアスライド装置等が
使用されている。これは、ウェハ等の大型化に伴い、長
ストロークでサブミクロンの高精度、例えば４００mm程
度の長いストロークで、０．１μｍ程度の真直度が要求
されるようになってきた。このような要望に対して、従
来はエアスライドの構成部品に高精度化が可能なセラミ
ックスを利用したり、形状を測定しながらラップ加工で
修正を行い、部品の高精度化を図るなどの方法が採られ
てきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手法では、材料や加工コストが高くなって、高価に
なったり、作業者の熟練を要する等の課題がある。ター
ンテーブルにおいても、直進型のエアスライドと同様な
課題がある。

【０００４】この発明の目的は、可動体の高精度な姿勢
を保つことができ、かつ製造が簡単な静圧気体軸受装置
を提供することである。この発明の他の目的は、可動体
がスライドテーブルの場合に、ピッチング、ヨーイン
グ、またはローリングに対する３種類の真直度に関する
姿勢のうち、いずれか一つまたは複数の種類の姿勢を高
精度に一定に保つことができるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、可動体がターンテーブル
を一体に有するロータである場合に、ターンテーブルの
各回転角度位置において、そのアキシャル振れ等を高精
度に無くすことである。この発明のさらに他の目的は、
個々の製品となる静圧気体軸受装置を、簡単に精度良く
仕上げることを可能にすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の静圧気体軸受
装置は、固定体（１，３１）と可動体（２，３２）の間
に静圧軸受隙間（ｄ１，ｄ２）を形成し、この隙間（ｄ
１，ｄ２）に圧力気体を供給して、前記可動体（１）を
前記固定体（１）に対して静圧支持する静圧気体軸受装
置において、可動体（２）の姿勢補正情報（２３）に基
づき、可動体位置に応じて、前記静圧軸受隙間（ｄ１，
ｄ２）の各部へ供給する圧力気体の供給圧を個別に制御
する手段（９，１０，２２）を設けたことを特徴とす
る。この構成によると、可動体（２）の移動に従い、予
め設定された姿勢補正情報（２３）に基づいて、その可
動体位置に応じて、静圧軸受隙間（ｄ１，ｄ２）の各部
へ供給する圧力気体の供給圧が個別に制御される。静圧
軸受隙間（ｄ１，ｄ２）の各部へ供給する供給圧の関係
を調整することで、可動体（２）の姿勢が変えられる。
したがって、部品精度や組立精度の限界等により、その
ままでは、可動体（２）の位置によって可動体（２）の
姿勢に微妙な狂いが生じる場合でも、これに対する姿勢
補正情報（２３）を適正に設定しておくことで、可動体
（２）の姿勢を、移動位置にかかわらず、常に一定に保
つことができる。このように、供給圧の個別制御によっ
て姿勢を保つようにしたため、部品精度や組立精度を高
精度に仕上げなくても、可動体（２）の姿勢を高精度に
保つことができる。そのため、製造が簡単で、安価に製
造できる。

【０００６】この発明において、前記固定体（１）が直
線状のガイド面（１ａ，１ｂ）を持ち、前記可動体
（２）が前記ガイド面（１ａ，１ｂ）に沿って往復移動
するスライドテーブルである場合、前記供給圧を個別に
制御する手段（９，１０，２２）は、スライドテーブル
のピッチング、ヨーイング、またはローリングに対する
３種類の真直度に関する姿勢のうち、いずれか一つまた
は複数の種類の姿勢を一定に保つように制御するものと
しても良い。この構成の場合、スライドテーブルのピッ
チング、ヨーイング、またはローリングに対して、高真
直度が達成できる。

【０００７】この発明において、前記可動体（３２）が
ターンテーブル（３２ａ）を一体に有するロータであっ
て、このロータに対して互いに逆向きの軸方向反力を発
生させる一対のアキシアル静圧軸受（４１Ａ，４１Ｂ）
と、前記ロータの外周に設けられ径方向に支持するラジ
アル静圧軸受（４２Ａ，４２Ｂ）とを備える場合に、前
記供給圧を個別に制御する手段は、前記アキシアル静圧
軸受（４１Ａ，４１Ｂ）およびラジアル静圧軸受（４２
Ａ，４２Ｂ）のいずれか片方または両方における静圧軸
受隙間（ｅ１〜ｅ４）の各部へ供給する気体の圧力を制
御するものとしても良い。この構成の場合、ターンテー
ブルの各回転角度位置において、そのアキシャル振れお
よび傾きの両方またはいずれか片方を高精度に無くすこ
とができる。

【０００８】この発明の上記各構成のものにおいて、前
記供給圧を個別に制御する手段は、前記静圧軸受隙間
（ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ４）の各部に開口した給気ノズ
ルに対して、個々の給気ノズル毎、または複数の給気ノ
ズル（３，３３）の組毎に個別に圧力気体を供給する個
別供給経路（９，３９）と、これら個別供給経路（９，
３９）の供給圧を前記姿勢補正情報（２３）に基づき個
別に制御する給気圧制御手段（２２）とでなるものとし
ても良い。前記姿勢補正情報（２３）は、可動体（２，
３２）の姿勢と静圧軸受隙間の各部へ供給する圧力気体
の供給圧との関係情報（２５）、および予め測定された
可動体（２，３２）の各位置の姿勢データ（２４）とで
なる。上記の可動体の姿勢と静圧軸受隙間各部へ供給す
る供給圧との関係情報（２５）は、製品の個別差に関係
なく、同じ軸受装置、つまり同じ規格，仕様の軸受装置
において、一定のものとして良い。したがって、このよ
うな関係情報（２５）が設定され、姿勢データ（２４）
が未入力の静圧気体軸受装置を準備することで、個々の
軸受製品について測定された姿勢データ（２４）を設定
するだけで、高精度な静圧気体軸受装置に仕上げること
ができる。なお、上記の関係情報（２５）の設定は、姿
勢データ（２４）の設定と同時、または後に行っても良
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図３と共に説明する。この実施形態は、エアスライド
装置に応用した例である。図２に示すように、この静圧
気体軸受装置は、固定体１と可動体２との間に静圧軸受
隙間ｄ１，ｄ２を形成し、この隙間ｄ１，ｄ２に圧力気
体を供給する給気ノズル３を設けたものである。固定体
１は、直線状のガイド面１ａ，１ｂを持ち、可動体２は
ガイド面１ａ，１ｂに沿って往復移動するスライドテー
ブルとなる。固定体１は、断面形状が溝形に形成されて
いて、その溝内の底面および両側面が、前記ガイド面１
ａ，１ｂとなる。可動体２は、固定体１の各ガイド面１
ａ，１ｂに対面する被ガイド面２ａ，２ｂを有し、これ
らガイド面１ａ，１ｂおよび被ガイド面２ａ，２ｂ間の
隙間が、上記の静圧軸受隙間ｄ１，ｄ２となる。

【００１０】固定体１と可動体２の間には、可動体２を
正逆に移動させる可動体駆動装置４が設けられている。
可動体駆動装置４は、リニアモータからなり、このモー
タを構成するステータコイル４ａおよびマグネット４ｂ
が、固定体１および可動体２に設けられている。ステー
タコイル４ａは、固定体１の上面に案内方向に沿って設
けられている。可動体２は、ステータコイル４ａに跨が
る溝状空間５が、下面に移動方向に沿って設けられ、こ
の溝状空間５の上底部にマグネット４ｂが設けられてい
る。また、固定体１と可動体２の間には、可動体２の移
動位置を検出する位置検出器６が設けられている。この
位置検出器６は、リニアスケールからなり、そのスケー
ル部６ａが固定体１に案内方向に沿って設けられ、スケ
ール部６ａを検出する検出部６ｂが可動体２に設けられ
ている。このリニアスケールからなる位置検出器６は、
光学式またはマグネット式等の非接触型のものである。

【００１１】給気ノズル３は、可動体２の各被ガイド面
２ａ，２ｂに、ガイド方向に互いに離れて各々複数設け
られている。図示の例では、可動体２の下面の給気ノズ
ル３として、前後２か所の給気ノズル３Ａａ，３Ａｂが
設けられ、可動体２の両側面の給気ノズル３として、前
後２か所の給気ノズル３Ｂａ，３Ｂｂが設けられてい
る。これら給気ノズル３は、図１に示すように、圧縮気
体供給源７に、共通給気経路８およびこの共通給気経路
８から分岐した個別の給気経路９を介して接続されてい
る。図１では、側面の給気ノズル３Ｂおよびこれに対す
る給気経路は図示を省略してある。個別の給気経路９
は、この例では一つの給気ノズル３毎に設けてあるが、
複数の給気ノズル３を組として、その１組の給気ノズル
組毎に設けても良い。一つの被ガイド面２ａ，２ｂにお
ける給気ノズル３の数が多い場合に、前記のように給気
ノズル組毎に個別給気経路９が設けられる。圧縮気体供
給源７は圧縮空気等の圧縮気体を供給するコンプレッサ
等からなる。各々の個別の給気経路９には、圧力調整弁
等の圧力調整手段１０が設けてあり、この圧力調整手段
１０は、電気信号に応じて圧力調整が可能なものとされ
ている。

【００１２】制御系を説明する。軸受制御装置２１は、
この静圧気体軸受装置の全体を制御する手段であり、コ
ンピュータ装置または集積回路等の電子回路で構成され
ている。この軸受制御装置２１の一部に、給気ノズル３
の供給圧を制御する給気圧制御手段２２が設けられてい
る。給気圧制御手段２２は、姿勢補正情報２３と、位置
対応供給圧指令手段２６とで構成される。姿勢補正情報
２３は、姿勢データ２４と姿勢・供給圧の関係情報２５
とでなり、記憶手段（図示せず）の所定の記憶領域に記
憶されている。

【００１３】姿勢データ２４は、可動体２を移動させた
ときの各位置における可動体２の姿勢を示す測定データ
であり、ガイド方向に並ぶ給気ノズル３の給気圧を互い
に同じとして可動体２を移動させたときのデータとされ
る。この姿勢データ２４は、テーブルからなる可動体２
のピッチング、ヨーイング、またはローリングに対する
３種類の真直度データのうちの、少なくとも任意の１種
類の真直度データとされる。ピッチングは、可動体２の
進行方向の前後で上下に傾く姿勢の変動を言う。ヨーイ
ングは、可動体２の進行方向の前後で左右に傾く姿勢の
変動を言う。ローリングは、可動体２の進行方向に垂直
な断面で可動体２が傾く姿勢の変動を言う。

【００１４】姿勢・供給圧の関係情報２５は、個々の給
気ノズル３の給気圧をどのような値にすると、可動体２
がどのような姿勢になるかを示す情報であり、可動体姿
勢と供給圧の関係式、または関係テーブル、または関係
式および関係テーブルの組み合わせからなる。姿勢・供
給圧の関係情報２５は、ピッチング、ヨーイング、およ
びローリングの各々について、関係する各給気ノズル３
とその給気圧との関係で示される。

【００１５】位置対応供給圧指令手段２６は、位置検出
器６の位置検出値を監視し、その位置における姿勢デー
タ２４を読み出して、姿勢・供給圧関係情報２５に従
い、各給気ノズル３の適切な供給圧を計算し、その供給
圧になるように、圧力調整手段１０に圧力制御信号を指
令する手段である。なお、姿勢補正情報２３は、姿勢デ
ータ２４と姿勢・供給圧関係情報２５とから、試験運転
段階で各可動体位置における各給気ノズル３への適切な
供給圧を計算した結果としても良い。その場合、位置対
応供給圧指令手段２６は、位置検出値に応じた供給圧
を、姿勢補正情報２３から直接に得て、圧力調整手段１
０に指令を与えるようにする。

【００１６】上記構成の作用を説明する。この静圧気体
軸受装置の製作の後、補正したい可動体２の真直度、例
えば、ピッチング、ヨーイング、またはローリングのう
ち、一つまたは複数について、予め可動体２の真直度デ
ータを測定し、給気圧制御手段２２に姿勢データ２４と
して記録しておく。実際の静圧気体軸受装置の運転に際
しては、位置対応供給圧指令手段２６により、位置検出
器６の位置検出値を監視し、姿勢・供給圧関係情報２５
として設定された可動体姿勢と供給圧の関係式から、上
記の真直度を補正するように、可動体位置毎に各給気ノ
ズル３の供給圧の関係を求める。この結果に基づき、可
動体位置毎に供給圧を制御することができ、静圧気体軸
受装置の機械的精度を高精度に仕上げなくても、高真直
度を達成することができる。

【００１７】図３に示す具体例で説明する。この静圧気
体軸受装置において、各給気ノズル３の給気圧を一定と
して移動させた場合の可動体２の真直度を、オートコリ
メータ等の測定手段で測定したときに、図３（Ａ）に示
すような結果が得られたとする。同図の例は、ピッチン
グの例である。この結果は姿勢データ２４として給気圧
制御手段２２に設定しておく。この真直度を補正する場
合、例えば、図３（Ａ）のＡの領域では、図の左側の給
気ノズル３Ａａの給気圧を上げ、逆に右側の給気ノズル
３Ａｂの給気圧を下げることよって、可動体２の傾きを
補正する。他方、Ｂの領域では、逆に左の給気ノズル３
Ａａの給気圧を下げ、逆に右側の給気ノズル３Ａｂの給
気圧を上げることよって、可動体２の傾きを補正する。
Ｃの領域では、両給気ノズル３Ａａ，３Ａｂの給気圧を
同一とする。

【００１８】このような制御を行うことにより、スライ
ドテーブルである可動体２の真直度を高精度にすること
ができる。また、供給圧と可動体２の姿勢を求めておけ
ば、真直度のデータを測定することにより、計算により
各可動体位置での供給圧を計算することができる。図３
は、ピッチングの例を示したが、ヨーイングやローリン
グについても、上記と同様に補正することができる。

【００１９】図４は、この発明をロータリテーブル装置
に応用した例を示す。この例では、可動体３２は、ター
ンテーブル３２ａを一体に有するロータである。固定体
３１と可動体３２の間には、可動体３２のフランジ部３
２ｂに対して互いに逆向きを軸方向反力を発生させる一
対のアキシアル静圧軸受４１Ａ，４１Ｂと、可動体３２
の丸軸部３２ｃの外周に対して設けられ径方向に支持す
る複数のラジアル静圧軸受４２Ａ，４２Ｂとを備える。
アキシアル静圧軸受４１Ａ，４１Ｂは、固定体３１と可
動体３２のフランジ部３２ｂとの間に形成される静圧軸
受隙間ｅ１，ｅ２に圧力気体を各々供給する給気ノズル
３３Ａａ，３３Ａｂを設けたものである。各給気ノズル
３３Ａａ，３３Ａｂは、可動体３２の回転中心周りの円
周方向の３か所以上に設けられている。ラジアル静圧軸
受４２Ａ，４２Ｂは、固定体３１の内径面と可動体３２
の外径面の間の静圧軸受隙間ｅ３，ｅ４に圧力気体を各
々供給する給気ノズル３３Ｂａ，３３Ｂｂを設けたもの
である。

【００２０】固定体３１と可動体３２の間には、可動体
３２を回転させる可動体駆動装置３４が設けられてい
る。可動体駆動装置３４は、回転式のモータからなり、
このモータを構成するステータコイル３４ａおよびマグ
ネット３４ｂが、固定体３１および可動体３２に設けら
れている。また、固定体３１と可動体３２の間には、可
動体３２の回転位置を検出する回転位置検出器３６が設
けられている。

【００２１】給気ノズル３３（３３Ａａ，３３Ａｂ，３
３Ｂａ，３３Ｂｂ）は、圧縮気体供給源３７に、共通給
気経路３８およびこの共通給気経路３８から分岐した個
別の給気経路３９を介して接続されている。同図では、
個別給気経路３９は、一部のもののみを図示してある。
個別の給気経路３９は、この例では一つの給気ノズル３
３毎に設けてあるが、複数の給気ノズル３３を組とし
て、その１組の給気ノズル組毎に設けても良い。

【００２２】軸受制御装置２１は、特に説明した事項の
他は、図１の例と同じであるため、対応部分に同一符号
を付して重複する説明を省略する。図４の例のようなロ
ータリテーブルの場合、姿勢データ２４は、例えば可動
体３２の各回転位置におけるアキシャル方向の変位とさ
れる。姿勢・供給圧関係情報２５は、可動体３２のアキ
シャル方向の変位と、アキシアル静圧軸受４１Ａ，４１
Ｂにおける各給気ノズル３３Ａａ，３３Ａｂの関係とさ
れ、または可動体３２のアキシャル方向の変位と、ラジ
アル静圧軸受４２Ａ，４２Ｂの各給気ノズル３３Ｂａ，
３３Ｂｂの給気圧の関係、あるいは上記アキシャル方向
の変位と、アキシアル静圧軸受４１Ａ，４１Ｂにおける
各給気ノズル３３Ａａ，３３Ａｂの給気圧、およびラジ
アル静圧軸受４２Ａ，４２Ｂの各給気ノズル３３Ｂａ，
３３Ｂｂの給気圧の相互関係とされる。位置対応指令手
段２６は、回転位置検出器３６を監視して、姿勢補正情
報２３からその位置に対応するアキシアル静圧軸受４１
Ａ，４１Ｂの各給気ノズル３３Ａａ，３３Ａｂに与える
給気圧の調整信号を出力する。

【００２３】この実施形態の場合も、予めロータである
可動体３２を回転させながら、ターンテーブル部３２ａ
のアキシャル方向の変位を測定し、アキシャル方向の変
位が最小となるように、角度位置より、給気ノズル３３
の供給圧を変化させることになる。これにより、１回転
に１回の端面振れであるアキシャル振れを抑制する。

【００２４】なお、ロータリテーブル装置に応用する場
合も、姿勢補正情報２３は、姿勢データ２４と姿勢・供
給圧関係情報２５との両方を設ける代わりに、姿勢デー
タ２４と姿勢・供給圧関係情報２５とを演算した結果で
ある各回転角度位置における供給圧のデータとしても良
い。その場合、位置対応供給圧指令手段２６は、計算を
することなく、角度位置の検出値により、姿勢補正情報
２３から各給気ノズル３３の供給圧を直接に得て、指令
を行うものとする。また、前記各実施形態において、姿
勢データ２４から姿勢・供給圧関係情報２５によって各
給気ノズル３，３の供給圧を計算する手段は、給気圧制
御手段２２と独立した装置で構成しても良い。

【００２５】

【発明の効果】この発明の静圧気体軸受装置は、可動体
の姿勢補正情報に基づき、可動体位置に応じて、前記静
圧軸受隙間の各部へ供給する圧力気体の供給圧を個別に
制御する手段を設けたため、部品精度や組立精度が十分
でなくても、可動体の高精度な姿勢を保つことができ、
製造も簡単で安価に製造できる。上記の姿勢補正情報
を、可動体の姿勢と静圧軸受隙間各部へ供給する圧力気
体の供給圧との関係情報、および予め測定された可動体
の各位置の姿勢データからなるものとした場合は、個々
の製品についての姿勢データを測定して設定するだけ
で、個々の製品を簡単に精度良く仕上げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる静圧気体軸受装
置の概念構成を示すブロック図である。

【図２】（Ａ）は同静圧気体軸受装置の拡大破断側面
図、（Ｂ）は同破断側面図、（Ｃ）その可動体の下面図
である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）は可動体の各領域におけるピッ
チングを固定体と対応させて示す説明図である。

【図４】この発明の他の実施形態にかかる静圧気体軸受
装置の概念構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…固定体 ２…可動体 ３…給気ノズル ４…可動体駆動装置 ６…位置検出手段 ９…個別給気経路 １０…圧力調整手段 ２２…給気圧制御手段 ２３…姿勢補正情報 ２４…姿勢データ ２５…姿勢・供給圧関係情報 ２６…位置対応供給圧指令手段 ３１…固定体 ３２…可動体 ３２ａ…ターンテーブル ３３…給気ノズル ４１Ａ，４１Ｂ…アキシアル静圧軸受 ４２Ａ，４２Ｂ…ラジアル静圧軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C048 AA07 BB11 BB20 BC01 CC07 CC20 DD01 DD11 EE07 3J102 AA02 BA05 CA11 CA16 EA02 EA06 EA07 EA12 EB03 EB07 GA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定体と可動体との間に静圧軸受隙間を
   形成し、この隙間に圧力気体を供給して、前記可動体を
   前記固定体に対して静圧支持する静圧気体軸受装置にお
   いて、可動体の姿勢補正情報に基づき、可動体位置に応
   じて、前記静圧軸受隙間の各部へ供給する圧力気体の供
   給圧を個別に制御する手段を設けたことを特徴とする静
   圧気体軸受装置。
2. 【請求項２】 前記固定体が直線状のガイド面を持ち、
   前記可動体が前記ガイド面に沿って往復移動するスライ
   ドテーブルであり、前記供給圧を個別に制御する手段
   は、スライドテーブルのピッチング、ヨーイング、また
   はローリングに対する３種類の真直度に関する姿勢のう
   ち、いずれか一つまたは複数の種類の姿勢を一定に保つ
   ように制御するものとした請求項２に記載の静圧気体軸
   受装置。
3. 【請求項３】 前記可動体がターンテーブルを一体に有
   するロータであり、このロータに対して互いに逆向きの
   軸方向反力を発生させる一対のアキシアル静圧軸受と、
   前記ロータの外周に設けられ径方向に支持するラジアル
   静圧軸受とを備え、前記供給圧を個別に制御する手段
   は、前記アキシアル静圧軸受およびラジアル静圧軸受の
   いずれか片方または両方における静圧軸受隙間の各部へ
   供給する気体の圧力を制御するものとした請求項１に記
   載の静圧気体軸受装置。
4. 【請求項４】 前記供給圧を個別に制御する手段は、前
   記静圧軸受隙間の各部に開口した給気ノズルに対して、
   個々の給気ノズル毎、または複数の給気ノズルの組毎に
   個別に圧力気体を供給する個別供給経路と、これら個別
   供給経路の供給圧を前記姿勢補正情報に基づき個別に制
   御する給気圧制御手段とでなり、前記姿勢補正情報は、
   可動体の姿勢と静圧軸受隙間の各部へ供給する圧力気体
   の供給圧との関係情報、および予め測定された可動体の
   各位置の姿勢データとでなる請求項１ないし請求項３の
   いずれかに記載の静圧気体軸受装置。