JP2002206532A - Air bearing device - Google Patents

Air bearing device

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JP2002206532A
JP2002206532A JP2001003789A JP2001003789A JP2002206532A JP 2002206532 A JP2002206532 A JP 2002206532A JP 2001003789 A JP2001003789 A JP 2001003789A JP 2001003789 A JP2001003789 A JP 2001003789A JP 2002206532 A JP2002206532 A JP 2002206532A
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air
shaft
ring
air bearing
actuator
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JP2001003789A
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Katsushi Nakano
勝志 中野
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Original Assignee
Nikon Corp
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02Sliding-contact bearings
    • F16C29/025Hydrostatic or aerostatic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air bearing device capable of preventing the reduction in its rigidity and a leakage of gas even when used in high degree vacuum. SOLUTION: A voltage is applied to piezoelectric elements 5 connected as shown in the drawing to make faces on which an air pad in a fixing part 1 exists act as actuators inside the fixing part 1 to deform the faces on which the air pad in the fixing part 1 exists as shown in the drawing. That is, a voltage is applied to the piezoelectric elements 5 positioned in the vicinity of the center of a movable part 2 to elongate the piezoelectric elements so that they copy the deformation of the movable part 2 by forming the corresponding air pad face of the fixing part 1 into a projecting shape. Consequently, an air gap becomes substantially constant, the rigidity of an air bearing is not deteriorated, and gas does not leak into a vacuum vessel from between the fixing part 1 and the movable part 2 to avoid a problem of worsening a vacuum degree.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エアベアリング装
置に関するものであり、さらに詳しくは、高真空度の雰
囲気内で使用するのに適切なエアベアリング装置に関す
るものである。なお、本明細書中でエアベアリングと称
するものは、空気を利用してベアリング効果をもたせる
ものばかりでなく、その他の気体を利用して同様の機能
を持たせるもの全てを含む概念である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air bearing device, and more particularly to an air bearing device suitable for use in a high vacuum atmosphere. In this specification, what is referred to as an air bearing is a concept that includes not only those that provide a bearing effect by using air but also those that have the same function by using other gases.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電粒子線を利用してレチクルに形成さ
れたパターンをウェハー等に露光転写する荷電粒子線露
光装置は、露光転写するパターンの線幅を細くでき、そ
れにより半導体デバイス等の集積度を上げることができ
るので、次世代のステッパーとして開発が進められてい
る。
2. Description of the Related Art A charged particle beam exposure apparatus for exposing and transferring a pattern formed on a reticle to a wafer or the like by using a charged particle beam can reduce the line width of the pattern to be exposed and transferred, thereby integrating semiconductor devices and the like. Because it can be increased, it is being developed as a next-generation stepper.

【0003】このような荷電粒子線露光装置の中で、最
も進んだものは分割露光方式を使用したものである。分
割露光方式においては、露光転写されるべきエリアを1
mm角程度の複数の部分(サブフィールドと呼ばれる)に
分けてレチクルを作成し、1つのサブフィールドについ
て一括露光転写を行い、レチクルとウェハーを共に移動
させながら、順次異なるサブフィールドを転写して、全
体として1枚のウェハーへの露光転写を行っている。
[0003] Among such charged particle beam exposure apparatuses, the most advanced one uses a division exposure system. In the division exposure method, the area to be exposed and transferred is 1
A reticle is created by dividing into a plurality of parts (called subfields) of about mm square, batch exposure transfer is performed for one subfield, and different subfields are sequentially transferred while moving the reticle and the wafer together. Exposure transfer to one wafer is performed as a whole.

【0004】このような荷電粒子線露光装置において
は、レチクルはレチクルステージ、ウェハーはウェハー
ステージと呼ばれるステージに搭載され、各ステージを
駆動することによるレチクルやウェハーの移動を行って
いる。そして、レチクルステージ及びウェハーステージ
を円滑に駆動させるために、エアベアリングが使用され
ている。
In such a charged particle beam exposure apparatus, the reticle is mounted on a reticle stage and the wafer is mounted on a stage called a wafer stage, and the reticle and wafer are moved by driving each stage. An air bearing is used to smoothly drive the reticle stage and the wafer stage.

【0005】エアベアリングの原理を、図5を用いて説
明する。図5(a)に示すように、ステージのリング1
2中央に穴を開け、そこから給気間13を介して圧縮空
気を吹き込むと、空気の圧力によりリング12が浮上す
る。これがエアベアリングの原理である。しかし、エア
ベアリングにより重量物を高精度に駆動したい場合、リ
ング12とシャフト11とのギャップが大きくなるのは
好ましくない。
The principle of the air bearing will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the ring 1 of the stage
When a hole is made in the center of the tube 2 and compressed air is blown from the hole through the air supply space 13, the ring 12 floats by the pressure of the air. This is the principle of the air bearing. However, when it is desired to drive a heavy object with high precision using an air bearing, it is not preferable that the gap between the ring 12 and the shaft 11 be large.

【0006】それは、ギャップが大きくなると、エアベ
アリングのばね定数が小さくなり、リング12に低周波
の共振が現れるためである。そのため通常はベアリング
に与圧をかけて、リング12をシャフト11にきつく押
し付けて使用する。その与圧は図5(b)に示すように
して発生させる。すなわち、エアの吹き出し口周辺に溝
14を設け、そこから排気管15を通して空気を真空ポ
ンプにより排気する。その排気により溝の気圧を1気圧
より低くして、大気圧によりリングをシャフトに押し付
けることができる。
The reason is that when the gap becomes large, the spring constant of the air bearing becomes small, and low-frequency resonance appears in the ring 12. Therefore, usually, a pressure is applied to the bearing to press the ring 12 tightly against the shaft 11 before use. The pressurization is generated as shown in FIG. That is, a groove 14 is provided around the air outlet, and air is exhausted from the groove 14 through an exhaust pipe 15 by a vacuum pump. The exhaust allows the pressure in the groove to be lower than one atmosphere, and the ring can be pressed against the shaft by the atmospheric pressure.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】電子線は大気中では吸
収が大きく使用できないため、真空中で使用する。その
ため、電子線露光装置の内部は真空とする必要がある。
このような高度の真空中では、ウェハーやレチクルを駆
動するエアベアリングステージは、大気中で用いるよう
な形では使用できない。それは大量の空気が真空チャン
バー内部に漏れ出すためである。
Since the electron beam cannot be used in the atmosphere because of its high absorption, it is used in a vacuum. Therefore, the inside of the electron beam exposure apparatus needs to be evacuated.
In such a high vacuum, an air bearing stage for driving a wafer or a reticle cannot be used in a form used in the atmosphere. This is because a large amount of air leaks into the vacuum chamber.

【0008】そこで、高度の真空中で用いるエアベアリ
ングは、図6に示すような構造となっている。基本的な
構造は図5(b)に示すものと同じであり、図6と同じ
構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
エアの吹き出し部分と真空部分とを分離するような閉じ
た線のところに溝14を掘り、そこから排気管15を通
して真空ポンプで吹き出したエアを回収する。それによ
り真空チャンバー内に漏れ出す空気の量を低く抑えるこ
とができる。この真空エアベアリングは大気中のエアベ
アリングと異なり、大気圧により与圧をかけることがで
きない。
Therefore, an air bearing used in a high vacuum has a structure as shown in FIG. The basic structure is the same as that shown in FIG. 5B, and the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
A groove 14 is dug at a closed line that separates the air blowing portion from the vacuum portion, and the air blown by a vacuum pump through an exhaust pipe 15 is collected therefrom. As a result, the amount of air leaking into the vacuum chamber can be reduced. Unlike the air bearing in the atmosphere, this vacuum air bearing cannot apply a pressure due to the atmospheric pressure.

【0009】この対策として、図6(a)に示すよう
に、同様な真空エアベアリングにより、シャフト11を
両側から挟み込むことにより、移動部12がシャフト1
1から浮き上がってしまうのを防ぐ。しかし、通常のエ
アパッドの発生力は100kg重程度と大きいため、リ
ング12とシャフト11がそれぞれ変形して、図6
(b)に示すように、リング12とシャフト11とのギ
ャップが広がってしまう問題が発生する。このギャップ
変動により、エアベアリングの剛性が減少すると共に、
真空チャンバー内部に流出するエアの量が急激に増大す
るという問題がある。
As a countermeasure, as shown in FIG. 6 (a), the moving part 12 is held by the same vacuum air bearing by sandwiching the shaft 11 from both sides.
Prevent from rising from one. However, since the generating force of a normal air pad is as large as about 100 kg weight, the ring 12 and the shaft 11 are each deformed, and FIG.
As shown in (b), a problem occurs in that the gap between the ring 12 and the shaft 11 widens. This gap fluctuation reduces the rigidity of the air bearing,
There is a problem that the amount of air flowing into the vacuum chamber increases rapidly.

【0010】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、高度の真空中で用いられる場合でも、その剛性
が減少したり、気体が漏れ出すことが少ないエアベアリ
ング装置を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an air bearing device whose rigidity is reduced and gas leaks less even when used in a high vacuum. Make it an issue.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、シャフトとそれに嵌合するリングを有
してなり、当該リング内面には、対向する面にエアパッ
ドが設けられているエアベアリング装置であって、アク
チュエーターで前記シャフト又は前記リングの少なくと
も一方を変形させることにより、エアギャップの変動を
調整する機能を有することを特徴とするエアベアリング
装置(請求項1)である。
A first means for solving the above-mentioned problems comprises a shaft and a ring fitted to the shaft, and an inner surface of the ring is provided with an air pad on an opposing surface. An air bearing device according to claim 1, wherein said air bearing device has a function of adjusting a variation in an air gap by deforming at least one of said shaft and said ring with an actuator.

【0012】本発明においては、エアベアリングに気体
を供給したときに発生するエアベアリングのシャフトと
リング間のエアギャップの変動を、アクチュエーターに
よりシャフトとリング部の少なくとも一方を変形させて
補償するようにしている。よって、エアギャップの変動
が緩和されるので、剛性が減少したり、気体が漏れ出す
ことが少ないエアベアリング装置とすることができる。
なお、「リング」とは、必ずしも円形のものを意味する
ものではなく、多角形のものでもよい。
In the present invention, the fluctuation of the air gap between the shaft and the ring of the air bearing, which occurs when gas is supplied to the air bearing, is compensated by deforming at least one of the shaft and the ring by the actuator. ing. Therefore, since the fluctuation of the air gap is reduced, it is possible to provide an air bearing device in which the rigidity is reduced and the gas is less likely to leak.
The “ring” does not necessarily mean a circular one, but may be a polygonal one.

【0013】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記シャフト内部を中空と
し、前記エアパッドと対面する前記シャフトの内壁面
を、当該シャフトの内部に設けたアクチュエーターで連
結し、当該アクチュエーターで前記シャフトを変形させ
ることにより、エアギャップの変動を調整する機能を有
することを特徴とする(請求項2)である。
[0013] A second means for solving the above-mentioned problems is as follows.
The first means, wherein the inside of the shaft is hollow, an inner wall surface of the shaft facing the air pad is connected by an actuator provided inside the shaft, and the shaft is deformed by the actuator. And a function of adjusting the fluctuation of the air gap (claim 2).

【0014】前述のように、高度の真空中で用いられる
エアベアリングは、シャフトにリングを嵌合させたよう
な構成とされている。そして、シャフトは、軽量化を図
るために中空とされているのが普通である。本手段にお
いては、この中空部にアクチュエーターを設置し、この
アクチュエーターにより、リングのエアパッドに対向す
る、シャフト面同士を連結し、アクチュエーターを作動
させることによりシャフト面を変形させる。そして、こ
のことにより、エアギャップの変動を緩和し、エアベア
リング装置の剛性が減少したり、気体が漏れ出すことを
防止する。
As described above, an air bearing used in a high vacuum has a structure in which a ring is fitted to a shaft. The shaft is usually hollow to reduce the weight. In this means, an actuator is installed in the hollow portion, the actuator connects the shaft surfaces facing the air pad of the ring, and deforms the shaft surface by operating the actuator. This alleviates the fluctuation of the air gap, thereby preventing the rigidity of the air bearing device from decreasing and preventing gas from leaking.

【0015】前記課題を解決する第3の手段は、前記第
1の手段であって、前記リングのエアパッド面の外周部
に梁を設け、その梁と前記エアパッド外周面とを、アク
チュエーターで連結し、当該アクチュエーターで前記エ
アパッド面を変形させることにより、エアギャップの変
動を調整する機能を有することを特徴とするもの(請求
項3)である。
A third means for solving the above-mentioned problem is the first means, wherein a beam is provided on an outer peripheral portion of an air pad surface of the ring, and the beam is connected to the outer peripheral surface of the air pad by an actuator. The air pad surface is deformed by the actuator to adjust the fluctuation of the air gap (claim 3).

【0016】本手段においては、リングのエアパッド面
の外周部に設けられた梁とエアパッド外周面とをアクチ
ュエーターで連結し、そのアクチュエーターを作動させ
ることによりリングのエアパッドを変形させる。そし
て、このことにより、エアギャップの変動を緩和し、エ
アベアリング装置の剛性が減少したり、気体が漏れ出す
ことを防止する。
In this means, the beam provided on the outer peripheral portion of the air pad surface of the ring and the outer peripheral surface of the air pad are connected by an actuator, and the air pad of the ring is deformed by operating the actuator. This alleviates the fluctuation of the air gap, thereby preventing the rigidity of the air bearing device from decreasing and preventing gas from leaking.

【0017】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第1の手段であって、前記リングのエアパッド面に
アクチュエーターを設け、当該アクチュエーターで前記
エアパッド面の高さを変化させることにより、エアギャ
ップの変動を調整する機能を有することを特徴とするも
の(請求項4)である。
A fourth means for solving the above-mentioned problem is:
The first means, wherein an actuator is provided on an air pad surface of the ring, and the actuator has a function of adjusting a variation in an air gap by changing a height of the air pad surface. (Claim 4).

【0018】本手段においては、リングに設けたアクチ
ュエーターにより、リングのエアパッド面の高さを変化
させる。そして、このことにより、エアギャップの変動
を緩和し、エアベアリング装置の剛性が減少したり、気
体が漏れ出すことを防止する。
In this means, the height of the air pad surface of the ring is changed by an actuator provided on the ring. This alleviates the fluctuation of the air gap, thereby preventing the rigidity of the air bearing device from decreasing and preventing gas from leaking.

【0019】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第4の手段であって、前記アクチュエーターのスト
ロークが、リングのエアパッド面の場所に応じた、所定
の値となるように、前記アクチュエーターがあらかじめ
調整されていることを特徴とするもの(請求項5)であ
る。
A fifth means for solving the above-mentioned problem is:
The fourth means, wherein the actuator is adjusted in advance so that a stroke of the actuator has a predetermined value according to a position of an air pad surface of a ring. 5).

【0020】ほとんどの場合、エアベアリングに供給さ
れる気体の圧力と流量は一定なので、エアギャップの大
きさは、リングの場所に応じた所定の値となる。よっ
て、前記アクチュエーターのストロークを、リングの位
置に応じた所定の値となるように調整することにより、
各場所でエアギャップの量に応じてエアパッド面の高さ
が決定されることになり、エアギャップを一定の値に保
つことができる。これは、アクチュエーターを複数設
け、そのストロークを異なるものとすることにより達成
される。また、発明の実施の形態の欄で述べるように、
アクチュエーターとして圧電素子を使用する場合には、
場所によりその厚さを異ならせることにより実現でき
る。
In most cases, since the pressure and flow rate of the gas supplied to the air bearing are constant, the size of the air gap is a predetermined value according to the location of the ring. Therefore, by adjusting the stroke of the actuator to a predetermined value according to the position of the ring,
The height of the air pad surface is determined at each location according to the amount of the air gap, and the air gap can be kept at a constant value. This is achieved by providing a plurality of actuators with different strokes. Also, as described in the section of the embodiment of the invention,
When using a piezoelectric element as an actuator,
This can be realized by varying the thickness depending on the location.

【0021】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第1の手段であって、前記シャフトの前記エアパッ
ドと対向する面にアクチュエーターを設け、当該アクチ
ュエーターで前記エアパッドに対向する面の高さを変化
させることにより、エアギャップの変動を調整する機能
を有することを特徴とするもの(請求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The first means, wherein an actuator is provided on a surface of the shaft facing the air pad, and a function of adjusting a variation in an air gap by changing a height of the surface facing the air pad with the actuator is provided. (Claim 6).

【0022】シャフトを中心としてみた場合、シャフト
の所定位置のエアギャップは、リングが存在する位置に
よって変化する。本手段においては、アクチュエーター
によりシャフトの、エアパッド面に対向する面の高さを
変化させるようにしているので、例えば、リングの位置
を検出し、それに応じてシャフトの各部分の面の高さを
変化させることにより、エアギャップを一定に保つこと
ができる。この場合も、アクチュエーターを複数設け、
そのストロークを異なるものとすることにより実現でき
る。
When viewed from the center of the shaft, the air gap at a predetermined position of the shaft changes depending on the position where the ring exists. In this means, since the height of the surface of the shaft facing the air pad surface is changed by the actuator, for example, the position of the ring is detected, and the height of the surface of each portion of the shaft is determined accordingly. By changing it, the air gap can be kept constant. Also in this case, a plurality of actuators are provided,
This can be realized by making the strokes different.

【0023】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第1の手段から第6の手段のいずれかであって、当
該アクチュエーターが圧電素子を有してなることを特徴
とするもの(請求項7))である。
A seventh means for solving the above problem is as follows.
Any one of the first to sixth means, wherein the actuator has a piezoelectric element (claim 7).

【0024】アクチュエーターの駆動手段として圧電素
子を用いると、圧電素子に電圧を印加するという簡単な
手段によりアクチュエーターのストロークを調整するこ
とができるので、他の機械的、電気的なアクチュエータ
ーを用いるのに比して、構成が簡単となり、かつ微少な
量のストローク変動を正確に制御することができる。
When a piezoelectric element is used as a driving means of the actuator, the stroke of the actuator can be adjusted by a simple means of applying a voltage to the piezoelectric element, so that other mechanical and electric actuators can be used. In comparison with this, the configuration is simple, and a minute amount of stroke variation can be accurately controlled.

【0025】前記課題を解決する第8の手段は、前記第
1の手段から第7の手段であって、前記シャフトと前記
リング間のエアギャップを検出するギャップセンサーを
設け、そのセンサーの信号をアクチュエーターにフィー
ドバックすることによりギャップを調整する機能を有す
ることを特徴とするもの(請求項8)である。
An eighth means for solving the above-mentioned problems is the first to seventh means, wherein a gap sensor for detecting an air gap between the shaft and the ring is provided, and a signal from the sensor is provided. It has a function of adjusting the gap by feeding back to the actuator (claim 8).

【0026】本手段においては、シャフトと、リング間
のエアギャップを直接検出し、それを所定の値に調整す
るようにアクチュエーターにフードバックをかけている
ので、エアギャップを正確に制御することができる。ギ
ャップセンサーとしては、光学式や静電容量式の周知の
ものを使用することができる。
In this means, since the air gap between the shaft and the ring is directly detected and the feedback is applied to the actuator so as to adjust it to a predetermined value, it is possible to accurately control the air gap. it can. As the gap sensor, a known sensor of an optical type or a capacitance type can be used.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施
の形態の例を示す斜視図である。図1において、1はシ
ャフト、2はリング、3はエアベアリング部、4は排気
用溝、5は圧電素子である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a shaft, 2 is a ring, 3 is an air bearing portion, 4 is an exhaust groove, and 5 is a piezoelectric element.

【0028】シャフト1は軽量化のため中空となってい
る。シャフト1を囲むように、リング2が設けられてい
る。リング2のハッチングのかかっている四角形部分が
エアベアリング部3となっている。またリング2の内側
の両端には、排気用溝4が設けられている。ここで、シ
ャフト1の内部の中空部分に、圧電素子5を図のように
配置する。
The shaft 1 is hollow for weight reduction. A ring 2 is provided so as to surround the shaft 1. The hatched square portion of the ring 2 is the air bearing 3. Exhaust grooves 4 are provided at both ends inside the ring 2. Here, the piezoelectric element 5 is arranged as shown in the hollow portion inside the shaft 1.

【0029】この圧電素子の作用を、図2を用いて説明
する。以下の図においては、発明の実施の形態の欄にお
ける前出の図に示された構成要素には、同じ符号を付し
てその説明を省略する。図2において、6は給気管、7
は排気管である。
The operation of the piezoelectric element will be described with reference to FIG. In the following drawings, the same reference numerals are given to the components shown in the preceding drawings in the section of the embodiment of the invention, and the description thereof will be omitted. In FIG. 2, 6 is an air supply pipe, 7
Is an exhaust pipe.

【0030】図2(a)は、図1に示したものを中央で
切断した断面を示す概要図である。リング2のエアベア
リング部には、給気管6から空気等の気体が供給され、
その圧力により、シャフト1とリング2の間にギャップ
が生じてベアリング効果を発揮する。このエアベアリン
グ装置を高度の真空中で使用する場合、供給された気体
がシャフト1とリング2の隙間から漏れ出さないよう
に、リング2の両端部付近に設けられた排気用溝4か
ら、排気管7を通じて気体を吸引し、外部に排気するよ
うにされている。
FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing a cross section cut at the center of the one shown in FIG. Gas such as air is supplied to the air bearing portion of the ring 2 from the air supply pipe 6,
The pressure causes a gap between the shaft 1 and the ring 2 to exert a bearing effect. When this air bearing device is used in a high vacuum, the exhaust gas is exhausted from exhaust grooves 4 provided near both ends of the ring 2 so that the supplied gas does not leak from the gap between the shaft 1 and the ring 2. Gas is sucked through the pipe 7 and exhausted to the outside.

【0031】このエアベアリングを高度の真空中で使用
する場合、実際には、給気される気体の圧力のために
(b)に示すように、リング2は外側に変形し、シャフ
ト1は外側に変形する。これにより、前述のように、エ
アベアリングの剛性が劣化したり、シャフト1とリング
2の間から気体が真空容器中に漏れ出して真空度を悪化
させるという問題が発生する。
When the air bearing is used in a high vacuum, the ring 2 is deformed outward and the shaft 1 is actually deformed due to the pressure of the supplied gas, as shown in FIG. Deform to. As a result, as described above, the rigidity of the air bearing deteriorates, and gas leaks out from between the shaft 1 and the ring 2 into the vacuum vessel, thereby deteriorating the degree of vacuum.

【0032】本実施の形態においては、この問題を
(c)に示すような方法により解決している。すなわ
ち、シャフト1の内部に、シャフト1のエアパッドが存
在する面同士を、図に示すように連結した圧電素子5に
電圧をかけることによりアクチュエーターとして作用さ
せ、シャフト1のエアパッドが存在する面を図に示すよ
うに変形させる。つまり、リング2の中央付近に位置す
る圧電素子5に電圧をかけることにより、その圧電素子
を伸長させ、対応するシャフト1のエアパッド面を凸状
として、リング2の変形に倣わせる。これにより、エア
ギャップはほぼ一定となり、エアベアリングの剛性が劣
化したり、シャフト1とリング2の間から気体が真空容
器中に漏れ出して真空度を悪化させるという問題が回避
される。
In the present embodiment, this problem is solved by the method shown in FIG. That is, the surfaces of the shaft 1 where the air pads are present are made to act as actuators by applying a voltage to the piezoelectric elements 5 connected to each other as shown in FIG. Deform as shown. In other words, when a voltage is applied to the piezoelectric element 5 located near the center of the ring 2, the piezoelectric element is expanded, and the air pad surface of the corresponding shaft 1 is made convex to imitate the deformation of the ring 2. As a result, the air gap becomes substantially constant, thereby avoiding the problem that the rigidity of the air bearing is deteriorated and that the gas leaks from the space between the shaft 1 and the ring 2 into the vacuum vessel to deteriorate the degree of vacuum.

【0033】この際、リング2にギャップセンサーを取
り付けて、リング2とシャフト1のエアギャップを測定
し、その値を圧電素子にフィードバックすることにより
エアギャップを一定に保つようにしてもよい。ギャップ
センサーとしては、例えば光学式のものや、静電容量式
のもの等、周知のものが使用できる。静電容量式センサ
ーを使う場合は、シャフト表面に金属をコートしなけれ
ばならない。このように、ギャップセンサーを使用する
ようにすれば、圧空の圧力変動があった場合でも、エア
ギャップを一定に保つことができる。以上の説明におい
ては、シャフト1の長さ方向に複数の圧電素子を配置し
たが、必要に応じて、シャフト1の横方向にも同様な圧
電素子を複数設けるようにすれば、横方向のギャップ変
動も補正できる。
At this time, a gap sensor may be attached to the ring 2 to measure the air gap between the ring 2 and the shaft 1, and the value may be fed back to the piezoelectric element to keep the air gap constant. As the gap sensor, a known sensor such as an optical sensor or a capacitance sensor can be used. If a capacitive sensor is used, the shaft surface must be coated with metal. Thus, if the gap sensor is used, the air gap can be kept constant even when the pressure of the compressed air fluctuates. In the above description, a plurality of piezoelectric elements are arranged in the longitudinal direction of the shaft 1. However, if a plurality of similar piezoelectric elements are provided in the lateral direction of the shaft 1 as necessary, the gap in the lateral direction can be increased. Fluctuations can also be corrected.

【0034】図3は、本発明の第2の実施の形態の例を
示す概要図であり、(a)は斜視図、(b)はその作動
を説明するための図(中央で切断した断面図)である。
図3において、8は梁部である。図1に示した第1の実
施の形態では、シャフト1側に圧電素子5を設けたが、
第2の実施例では、リング2側に設けている。
FIGS. 3A and 3B are schematic views showing an example of the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a view for explaining the operation (a cross section cut at the center). Figure).
In FIG. 3, reference numeral 8 denotes a beam. In the first embodiment shown in FIG. 1, the piezoelectric element 5 is provided on the shaft 1 side.
In the second embodiment, it is provided on the ring 2 side.

【0035】すなわち、リング2の上下に両持ちの梁8
を設け、その梁8とリング2本体との間に圧電素子5を
設ける。(b)において、給気管6より気体を供給する
と同時に圧電素子5に電圧をかけて伸長させると、リン
グ2のエアパッド面が図に示すように変形する。そのた
め、シャフト1の変形にリング2の変形を倣わせること
ができ、所望量のエアギャップが確保できる。これによ
り、エアギャップはほぼ一定となり、エアベアリングの
剛性が劣化したり、シャフト1とリング2の間から気体
が真空容器中に漏れ出して真空度を悪化させるという問
題が回避される。この場合、あらかじめリングの変形を
計測し、それをキャンセルするだけの電圧を印加しても
よいが、前述のようにエアギャップセンサを設け、エア
ギャップが一定になるように、圧電素子5にかける電圧
を調整してもよい。
That is, the two-sided beams 8 above and below the ring 2
Is provided, and the piezoelectric element 5 is provided between the beam 8 and the ring 2 main body. In (b), when gas is supplied from the air supply pipe 6 and a voltage is applied to the piezoelectric element 5 to expand the piezoelectric element 5, the air pad surface of the ring 2 is deformed as shown in the figure. Therefore, the deformation of the ring 2 can be made to follow the deformation of the shaft 1, and a desired amount of air gap can be secured. As a result, the air gap becomes substantially constant, so that the problems of deterioration of the rigidity of the air bearing and leakage of gas from between the shaft 1 and the ring 2 into the vacuum container to deteriorate the degree of vacuum are avoided. In this case, the deformation of the ring may be measured in advance, and a voltage sufficient to cancel the deformation may be applied. However, as described above, the air gap sensor is provided and applied to the piezoelectric element 5 so that the air gap becomes constant. The voltage may be adjusted.

【0036】図4は、その他の実施の形態の例を示すも
ので、中央で切断した断面図である。図4において、9
a、9bは電極、10は絶縁体である。これらの図にお
いては、簡略化のために気体供給路、気体排出路は図示
を省略している。
FIG. 4 shows another example of the embodiment, and is a sectional view taken at the center. In FIG. 4, 9
Reference numerals a and 9b denote electrodes, and reference numeral 10 denotes an insulator. In these drawings, a gas supply path and a gas discharge path are omitted for simplification.

【0037】(a)はリング2のエアパッド面の裏面に
板状の圧電素子5を設けたものである。その表裏面に設
けた電極9a、9b間に電圧をかけることにより、圧電
素子5を伸長させて、電極9bの面をシャフト1に倣わ
せるものである。この場合も、ギャップセンサーを設け
てフィードバック制御してもよい。このとき、電極9b
とシャフト1は接地電位等の同電位とし、両者が接触し
ても電気的な短絡が起こらないようにする必要がある。
このとき、(b)に示すように、変形の大きな部分の圧
電素子5の厚みを厚くしておくと、エアパッド全体に亘
り、より均一なギャップが実現できる。
FIG. 3A is a diagram in which a plate-like piezoelectric element 5 is provided on the back surface of the air pad surface of the ring 2. By applying a voltage between the electrodes 9a and 9b provided on the front and back surfaces, the piezoelectric element 5 is extended and the surface of the electrode 9b is made to follow the shaft 1. Also in this case, a feedback control may be performed by providing a gap sensor. At this time, the electrode 9b
It is necessary that the shaft 1 and the shaft 1 have the same electric potential such as a ground electric potential so that an electric short circuit does not occur even when they contact each other.
At this time, as shown in (b), if the thickness of the piezoelectric element 5 in a portion where deformation is large is increased, a more uniform gap can be realized over the entire air pad.

【0038】(c)は、シャフト1の表面付近全体に、
板状の圧電素子5を設けた実施の形態である。(a)に
示すように、板状の圧電素子5に1つの共通電極により
電圧を印加し、全体の厚みを一様に変化させるような構
成とすれば、エアを供給すると同時に圧電素子にも電圧
を印可し、シャフト全体の厚みを厚くすることによりギ
ャップ変動は小さく抑えられる。
(C) shows the entire area near the surface of the shaft 1
This is an embodiment in which a plate-shaped piezoelectric element 5 is provided. As shown in (a), if a configuration is adopted in which a voltage is applied to the plate-shaped piezoelectric element 5 by one common electrode to change the entire thickness uniformly, air is supplied to the piezoelectric element at the same time. By applying a voltage and increasing the thickness of the entire shaft, gap fluctuation can be suppressed to a small value.

【0039】しかし、より木目細かくギャップ管理を行
う場合には、圧電素子の電極をパターニングしておけ
ば、電極部分毎に厚みを変えられる。(c)においては
電極9bをパターニングして分割し、リング2の駆動に
同期させて圧電素子5の各部分に印加する電圧を変える
ことにより、シャフト1とリング2のギャップの大きさ
に合わせて圧電素子5の伸長量を制御し、その結果、こ
のギャップ量を一定値にすることができる。この場合
も、ギャップセンサーを設けてフィードバック制御して
もよい。
However, when the gap management is performed more finely, the thickness of each electrode portion can be changed by patterning the electrodes of the piezoelectric element. In (c), the electrode 9b is patterned and divided, and the voltage applied to each part of the piezoelectric element 5 is changed in synchronization with the driving of the ring 2 so as to match the size of the gap between the shaft 1 and the ring 2. The extension amount of the piezoelectric element 5 is controlled, and as a result, the gap amount can be set to a constant value. Also in this case, a feedback control may be performed by providing a gap sensor.

【0040】なお、これまでの説明は、高度の真空中で
用いられるエアベアリングを前提として行ってきた。も
ちろん本発明は、このようなエアベアリングにおいて最
も効果があるものであるが、大気中で使用するエアベア
リングにも適応できる。その場合、与圧をかける真空排
気系が不要となり、システムをシンプルにすることがで
きる。
The above description has been made on the assumption that the air bearing is used in a high vacuum. Of course, the present invention is most effective in such an air bearing, but can also be applied to an air bearing used in the atmosphere. In that case, a vacuum evacuation system for applying pressurization becomes unnecessary, and the system can be simplified.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明を真空中エアベアリングに使用す
る場合、エアパッドの圧力によるリングの変形によるギ
ャップ変動を小さく抑えることができる。その結果、エ
アベアリングの剛性を高く保てると共に、真空チャンバ
ーへのエアの流出も小さくできる。一方、本発明を大気
中で使用するエアベアリングに適応した場合、与圧をか
ける真空系が不要となり、システムをシンプルにするこ
とができる。
When the present invention is used for an air bearing in a vacuum, the gap fluctuation due to the deformation of the ring due to the pressure of the air pad can be reduced. As a result, the rigidity of the air bearing can be kept high, and the outflow of air into the vacuum chamber can be reduced. On the other hand, when the present invention is applied to an air bearing used in the atmosphere, a vacuum system for applying pressurization becomes unnecessary, and the system can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の例を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明における圧電素子の採用を、従来例と比
較して説明する概要図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the adoption of a piezoelectric element in the present invention in comparison with a conventional example.

【図3】本発明の第2の実施の形態の例を示す概要図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明のその他の実施の形態の例を示す概要図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of another embodiment of the present invention.

【図5】エアベアリングの原理を示す概要図である。FIG. 5 is a schematic view showing the principle of an air bearing.

【図6】真空中で用いるエアベアリングの概要図と、そ
の問題点を説明するための図である。
6A and 6B are a schematic diagram of an air bearing used in a vacuum and a diagram for explaining its problems.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シャフト 2…リング 3…エアベアリング部 4…排気用溝 5…圧電素子 6…給気管 7…排気管 8…梁部 9a、9b…電極 10…絶縁体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shaft 2 ... Ring 3 ... Air bearing part 4 ... Exhaust groove 5 ... Piezoelectric element 6 ... Air supply pipe 7 ... Exhaust pipe 8 ... Beam part 9a, 9b ... Electrode 10 ... Insulator

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シャフトとそれに嵌合するリングを有し
てなり、当該リング内面には、対向する面にエアパッド
が設けられているエアベアリング装置であって、アクチ
ュエーターで前記シャフト又は前記リングの少なくとも
一方を変形させることにより、エアギャップの変動を調
整する機能を有することを特徴とするエアベアリング装
置。
1. An air bearing device comprising a shaft and a ring fitted to the shaft, wherein an inner surface of the ring is provided with an air pad on an opposing surface, wherein at least one of the shaft and the ring is actuated by an actuator. An air bearing device having a function of adjusting a change in an air gap by deforming one of them.
【請求項2】 請求項1記載のエアベアリング装置であ
って、前記シャフト内部を中空とし、前記エアパッドと
対面する前記シャフトの内壁面を、当該シャフトの内部
に設けたアクチュエーターで連結し、当該アクチュエー
ターで前記シャフトを変形させることにより、エアギャ
ップの変動を調整する機能を有することを特徴とするエ
アベアリング装置。
2. The air bearing device according to claim 1, wherein the inside of the shaft is hollow, and an inner wall surface of the shaft facing the air pad is connected by an actuator provided inside the shaft. An air bearing device having a function of adjusting a fluctuation of an air gap by deforming the shaft.
【請求項3】 請求項1に記載のエアベアリング装置で
あって、前記リングのエアパッド面の外周部に梁を設
け、その梁と前記エアパッド外周面とを、アクチュエー
ターで連結し、当該アクチュエーターで前記エアパッド
面を変形させることにより、エアギャップの変動を調整
する機能を有することを特徴とするエアベアリング装
置。
3. The air bearing device according to claim 1, wherein a beam is provided on an outer peripheral portion of the air pad surface of the ring, and the beam and the outer peripheral surface of the air pad are connected by an actuator, and the actuator uses the beam. An air bearing device having a function of adjusting a change in an air gap by deforming an air pad surface.
【請求項4】 請求項1に記載のエアベアリング装置で
あって、前記リングのエアパッド面にアクチュエーター
を設け、当該アクチュエーターで前記エアパッド面の高
さを変化させることにより、エアギャップの変動を調整
する機能を有することを特徴とするエアベアリング装
置。
4. The air bearing device according to claim 1, wherein an actuator is provided on an air pad surface of the ring, and the height of the air pad surface is changed by the actuator to adjust a change in an air gap. An air bearing device having a function.
【請求項5】 請求項4に記載のエアベアリング装置で
あって、前記アクチュエーターのストロークが、リング
のエアパッド面の場所に応じた、所定の値となるよう
に、前記アクチュエーターがあらかじめ調整されている
ことを特徴とするエアベアリング装置。
5. The air bearing device according to claim 4, wherein the actuator is adjusted in advance so that a stroke of the actuator has a predetermined value according to a position of an air pad surface of a ring. An air bearing device, characterized in that:
【請求項6】 請求項1に記載のエアベアリング装置で
あって、前記シャフトの前記エアパッドと対向する面に
アクチュエーターを設け、当該アクチュエーターで前記
エアパッドに対向する面の高さを変化させることによ
り、エアギャップの変動を調整する機能を有することを
特徴とするエアベアリング装置。
6. The air bearing device according to claim 1, wherein an actuator is provided on a surface of the shaft facing the air pad, and the height of the surface facing the air pad is changed by the actuator. An air bearing device having a function of adjusting a fluctuation of an air gap.
【請求項7】 請求項1から請求項6のうちいずれか1
項に記載のエアベアリング装置であって、前記アクチュ
エーターが圧電素子を有してなることを特徴とするエア
ベアリング装置。
7. One of claims 1 to 6
Item 7. The air bearing device according to Item 1, wherein the actuator has a piezoelectric element.
【請求項8】 請求項1から7記載のエアベアリング装
置にあって、前記シャフトと前記リング間のエアギャッ
プを検出するギャップセンサーを設け、そのセンサーの
信号をアクチュエーターにフィードバックすることによ
りギャップを調整する機能を有することを特徴とするエ
アベアリング装置。
8. The air bearing device according to claim 1, further comprising a gap sensor for detecting an air gap between the shaft and the ring, and adjusting a gap by feeding back a signal from the sensor to an actuator. An air bearing device having a function to perform.
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