JP2007078126A - Non-contact support device - Google Patents

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Shigetaka Yoshimoto
成香 吉本
Masaaki Miyatake
正明 宮武
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Tokyo University of Science
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a non-contact support device which can improve support stiffness of an object to be supported with respect to a base. <P>SOLUTION: A static-pressure gas thrust bearing 10 supports a movable table 14 against a stationary guide 12 in a non-contact state by supplying air to the space between the stationary guide 12 and the movable table 14. The static-pressure gas thrust bearing 10 is provided with a gas-dispersion member 26, a gas passage 16, a means of supplying gas, and an orifice 30. The gas-dispersion member 26 provided to the movable table 14 disperses and exhausts the air, which is supplied from a long groove 26A, to the surface opposite to the stationary guide 12. Then the gas passage 16, one end of which is opened toward the long groove 26A of the gas-dispersion member 26, is provided to the stationary guide 12, and the means of supplying gas supplies air to the long groove 26A of the gas-dispersion member 26 through the gas passage 16. Then the orifice 30 is provided to the gas passage 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被支持体を基部に対し非接触で支持するための非接触支持装置に関する。   The present invention relates to a non-contact support device for supporting a supported body in a non-contact manner with respect to a base.

例えば、半導体露光工程において、ウェハの高い位置決め精度を得るために静圧気体軸受を用いることが知られている。このような静圧気体軸受において、多孔体より成り給気用の長溝を有するガス分散部を移動テーブルに設け、長溝から供給された気体を多孔体内を通じて固定ガイド体との対向面に分散して排出させ、該気体の圧力で移動テーブルを固定ガイド体に対し非接触でかつ長溝の長手方向に移動可能支持した深溝付多孔質静圧気体スラスト軸受が考えられている(例えば、非特許文献1参照)。
宮武、吉本、八木、「深溝付多孔質静圧気体スラスト軸受に関する研究」、日本機械学会論文集(C編)、71巻、702号、2005年2月
For example, in a semiconductor exposure process, it is known to use a static pressure gas bearing to obtain high wafer positioning accuracy. In such a static pressure gas bearing, a gas dispersion portion made of a porous body and having a long groove for supplying air is provided on the moving table, and the gas supplied from the long groove is dispersed through the porous body on the surface facing the fixed guide body. A deep-grooved porous static pressure gas thrust bearing that is discharged and supported by the pressure of the gas so as to be movable in the longitudinal direction of the long groove without contacting the fixed guide body is considered (for example, Non-Patent Document 1). reference).
Miyatake, Yoshimoto, Yagi, "Study on Deep Hydrostatic Gas Thrust Bearings with Deep Grooves", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), 71, 702, February 2005

しかしながら、上記の如き従来の深溝付多孔質静圧気体スラスト軸受では、移動テーブルの固定ガイド体に対する支持剛性が低く、移動テーブルと固定ガイド体との間の軸受隙間が変化した場合に十分な復元力が得られず、移動テーブルの固定ガイド体に対する位置ずれが解消されない不具合が生じる恐れがある。   However, in the conventional deep groove porous hydrostatic gas thrust bearing as described above, the supporting rigidity of the moving table with respect to the fixed guide body is low, and sufficient restoration is possible when the bearing gap between the moving table and the fixed guide body changes. There is a risk that the force cannot be obtained and the displacement of the movable table with respect to the fixed guide body cannot be eliminated.

本発明は上記事実を考慮して、基部に対する被支持体の支持剛性を高めることができる非接触支持装置を得ることが目的である。   In view of the above fact, an object of the present invention is to obtain a non-contact support device capable of increasing the support rigidity of the supported body with respect to the base.

上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る非接触支持装置は、基部と被支持体との間にガスを供給することで、前記被支持体を前記基部に対し非接触で支持する非接触支持装置であって、前記被支持体に設けられ、給気口から供給されたガスを前記基部との対向面に分散して排出するガス分散部と、一端を前記ガス分散部の給気口に向けて開口させて前記基部に設けられたガス流路を通じて、前記ガス分散部の給気口にガスを供給するためのガス供給手段と、前記基部のガス流路又は前記ガス供給手段のガス流路に設けられた流体抵抗となる絞り手段と、を備えている。   In order to achieve the above object, a non-contact support device according to the first aspect of the present invention supports the supported body in a non-contact manner with respect to the base by supplying a gas between the base and the supported body. A non-contact support device that is provided on the supported body, disperses the gas supplied from the air supply port on a surface facing the base, and discharges the gas, and one end of the gas dispersion unit. A gas supply means for supplying gas to an air supply port of the gas dispersion unit through a gas flow channel provided in the base part and opened toward the air supply port; and a gas flow channel of the base part or the gas supply And a throttle means for providing fluid resistance provided in the gas flow path of the means.

請求項1記載の非接触支持装置では、ガス供給手段からのガスが基部のガス流路を通じて被支持体に設けられたガス分散部の給気口に供給されると、このガスはガス分散部によって該ガス分散部(被支持体)と基部との間に分散して排出され、このガス圧によって被支持体が基部に対し非接触で支持される。   In the non-contact support device according to claim 1, when the gas from the gas supply means is supplied to the air supply port of the gas dispersion portion provided in the support through the gas flow path of the base portion, the gas is dispersed in the gas dispersion portion. Thus, the gas is dispersed and discharged between the gas dispersion portion (supported body) and the base, and the support is supported in a non-contact manner with respect to the base by the gas pressure.

ここで、基部又はガス供給手段のガス流路には絞り手段が設けられているため、基部と被支持体との隙間(ガスが供給される対向面間)が大きくなると、該隙間が小さい場合と比較して該隙間内圧が低下する。すなわち、絞り手段を設けることで、基部と被支持体との隙間の大きさの変化量に応じた該隙間内圧の変化幅が増大する。これにより、基部に対し被支持体を所定隙間で支持しようとする支持剛性が高くなる。   Here, since the throttle means is provided in the gas flow path of the base or the gas supply means, when the gap between the base and the supported body (between the opposed surfaces to which the gas is supplied) becomes large, the gap is small. Compared with, the internal pressure of the gap decreases. That is, by providing the throttle means, the change width of the gap internal pressure corresponding to the amount of change in the gap size between the base and the supported body is increased. Thereby, the support rigidity which supports a to-be-supported body with a predetermined clearance with respect to a base becomes high.

このように、請求項1記載の非接触支持装置では、基部に対する被支持体の支持剛性を高めることができる。   Thus, in the non-contact support device according to the first aspect, the support rigidity of the supported body with respect to the base can be increased.

請求項2記載の発明に係る非接触支持装置は、請求項1記載の非接触支持装置において、前記基部は、前記被支持体を該基部に対し所定方向に移動可能に非接触で支持するガイド形状を有し、前記ガス分散部は、前記給気口が前記所定方向に沿って長手に形成されている。   A non-contact support device according to a second aspect of the invention is the non-contact support device according to the first aspect, wherein the base supports the supported body in a non-contact manner so as to be movable in a predetermined direction with respect to the base. The gas dispersion portion has a shape in which the air supply port is formed longitudinally along the predetermined direction.

請求項2記載の非接触支持装置では、ガス分散部の給気口が、基部が被支持体をガイドする方向に長手とされているため、基部に対する被支持体の非接触状態を維持しつつ、該被支持体を基部に対し所定方向に移動させることができる。   In the non-contact support device according to claim 2, since the air supply port of the gas dispersion portion is elongated in the direction in which the base portion guides the supported body, the non-contact state of the supported body with respect to the base portion is maintained. The supported body can be moved in a predetermined direction with respect to the base.

請求項3記載の発明に係る非接触支持装置は、請求項2記載の非接触支持装置において、前記被支持体は、前記基部を挿通させる筒状に形成されて内面側に前記ガス分散部が設けられている。   A non-contact support device according to a third aspect of the present invention is the non-contact support device according to the second aspect, wherein the supported body is formed in a cylindrical shape through which the base is inserted, and the gas dispersion portion is provided on the inner surface side. Is provided.

請求項3記載の非接触支持装置では、筒状に形成された被支持体は、内部を挿通した基部にガイドされつつ軸線方向に移動可能である。   In the non-contact support device according to claim 3, the supported body formed in a cylindrical shape is movable in the axial direction while being guided by the base portion inserted through the inside.

請求項4記載の発明に係る非接触支持装置は、請求項3記載の非接触支持装置において、前記被支持体には、複数の前記ガス分散部が周方向に沿って設けられており、前記基部の前記ガス流路は、前記複数のガス分散部の給気口に向けてそれぞれ開口するように分岐しており、前記絞り手段は、前記ガス流路の分岐部よりも下流側の各分岐流路にそれぞれ配置されている。   A non-contact support device according to a fourth aspect of the present invention is the non-contact support device according to the third aspect, wherein the supported body is provided with a plurality of the gas dispersion portions along a circumferential direction, The gas flow path of the base portion is branched so as to open toward the air supply ports of the plurality of gas dispersion portions, and the throttling means is provided at each branch downstream of the branch portion of the gas flow passage. Each is disposed in the flow path.

請求項4記載の非接触支持装置では、周方向に分割された複数のガス分散部が、それぞれの給気口から供給されたガスを基部におけるそれぞれの対向面に向けて排出する。そして、各ガス分散部に空気を供給するための分岐路にそれぞれ絞り手段が配置されているため、それぞれのガス分散部と基部との間の内圧を隙間に応じて変化させることができる。これにより、本非接触支持装置は、被支持体が基部に対して並列のガスばねにて支持する構成に相当し、基部に対する被支持体の支持剛性を一層高めることができる。   In the non-contact support device according to the fourth aspect, the plurality of gas dispersion portions divided in the circumferential direction discharge the gas supplied from the respective air supply ports toward the respective opposing surfaces in the base portion. And since the throttle means is each arrange | positioned at the branch path for supplying air to each gas dispersion | distribution part, the internal pressure between each gas dispersion | distribution part and a base can be changed according to a clearance gap. Thereby, this non-contact support apparatus is corresponded to the structure which a to-be-supported body supports with a gas spring parallel with respect to a base, and can further improve the support rigidity of the to-be-supported body with respect to a base.

請求項5記載の発明に係る非接触支持装置は、請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の非接触支持装置において、前記ガス分散部は、多孔体における前記給気口との連通面及び前記基部との対向面以外の面をシールして構成されている。   The non-contact support device according to a fifth aspect of the present invention is the non-contact support device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the gas dispersion portion communicates with the air supply port in a porous body. A surface other than the surface and the surface facing the base is sealed.

請求項5記載の非接触支持装置では、ガス分散部として多孔体を用いるため、ガス分散流路の形成(加工)が不要となり、構造の簡素化、製造の容易化が図られる。   In the non-contact support device according to the fifth aspect, since the porous body is used as the gas dispersion portion, the formation (processing) of the gas dispersion flow path is unnecessary, and the structure is simplified and the manufacture is facilitated.

以上説明したように本発明に係る非接触支持装置は、複基部に対する被支持体の支持剛性を高めることができるという優れた効果を有する。   As described above, the non-contact support device according to the present invention has an excellent effect that the support rigidity of the supported body with respect to the multiple base portions can be increased.

本発明の実施形態に係る非接触支持装置としての静圧気体スラスト軸受10について、図1乃至図6に基づいて説明する。   A static pressure gas thrust bearing 10 as a non-contact support device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図3には、静圧気体スラスト軸受10の概略全体構成が斜視図にて示されている。また、図1(A)には、図3の1A−1A線に沿った断面が示されており、図1(B)には、図1(A)の部分拡大図が示されている。さらに、図2には、図3の2−2線に沿った断面図が示されている。これらの図に示される如く、静圧気体スラスト軸受10は、基部としての固定ガイド体12と、被支持部としての可動テーブル14とを備えている。   FIG. 3 is a perspective view showing a schematic overall configuration of the static pressure gas thrust bearing 10. 1A shows a cross section along line 1A-1A in FIG. 3, and FIG. 1B shows a partially enlarged view of FIG. 1A. Further, FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. As shown in these drawings, the static pressure gas thrust bearing 10 includes a fixed guide body 12 as a base portion and a movable table 14 as a supported portion.

固定ガイド体12は、図3に矢印Aにて示す所定方向に長手とされた略直方体のブロック状に形成されている。固定ガイド体12内には、ガス流路16が形成されており、ガス流路16の給気口16Aは、チューブ18、レギュレータ20を介してコンプレッサ22の吐出部22Aに接続されている。チューブ18、レギュレータ20及びコンプレッサ22は、本発明におけるガス供給手段に相当し、所定圧力のガス(空気)を固定ガイド体12のガス流路16に供給するようになっている。   The fixed guide body 12 is formed in a substantially rectangular parallelepiped block shape which is elongated in a predetermined direction indicated by an arrow A in FIG. A gas flow path 16 is formed in the fixed guide body 12, and an air supply port 16 </ b> A of the gas flow path 16 is connected to a discharge portion 22 </ b> A of the compressor 22 via a tube 18 and a regulator 20. The tube 18, the regulator 20, and the compressor 22 correspond to gas supply means in the present invention, and supply gas (air) having a predetermined pressure to the gas flow path 16 of the fixed guide body 12.

図1(A)及び図2に示される如く、固定ガイド体12のガス流路16は、該固定ガイド体12の長手方向一端側における軸心部を通るヘッダ流路16Bと、ヘッダ流路16Bの末端から固定ガイド体12の放射方向に分岐した4つの分岐流路16Cとで構成されている。各分岐流路16Cの末端は、それぞれ固定ガイド体12の対応する周面12Aの長手方向及び幅(上下)方向の中央部で開口する排気口16Dとされている。   As shown in FIGS. 1A and 2, the gas flow path 16 of the fixed guide body 12 includes a header flow path 16 </ b> B passing through an axial center portion on one end side in the longitudinal direction of the fixed guide body 12 and a header flow path 16 </ b> B. And four branch flow paths 16C branched from the end of the fixed guide body 12 in the radial direction. The end of each branch channel 16C is an exhaust port 16D that opens at the center in the longitudinal direction and width (vertical) direction of the corresponding peripheral surface 12A of the fixed guide body 12.

図1(A)に示される如く、可動テーブル14は、矩形筒状に形成されて内部に固定ガイド体12を挿通させている。より具体的には、図1(A)に示される如く、可動テーブル14は、断面視で略正方形枠状に形成されたテーブル本体24と、テーブル本体24の4つの平坦な内周面にそれぞれ固着された4つのガス分散部材26とを含んで構成されている。テーブル本体24は、図示しない半導体ウェハ等のワークが載置又は保持されるようになっている。   As shown in FIG. 1A, the movable table 14 is formed in a rectangular cylinder shape, and the fixed guide body 12 is inserted through the movable table 14. More specifically, as shown in FIG. 1A, the movable table 14 includes a table main body 24 formed in a substantially square frame shape in a sectional view, and four flat inner peripheral surfaces of the table main body 24, respectively. The four gas dispersion members 26 are fixed to each other. The table body 24 is configured to place or hold a workpiece such as a semiconductor wafer (not shown).

各ガス分散部材26は、それぞれ多孔体にて略直方体状に形成されている。ガス分散部材26を構成する多孔体は、セラミックや焼結金属などを採用することができる。この実施形態では、グラファイトにてガス分散部材26を構成している。各ガス分散部材26は、接着等によってテーブル本体24の対応する内周面に固着されており、各端面がエッジシール部材28にてシールされている。これにより、多孔体よりなるガス分散部材26は、可動テーブル14に挿通された固定ガイド体12の対応する周面12Aと対向する内向きの面のみから供給されたガスを排出し得る構成とされている。   Each gas dispersion member 26 is formed of a porous body in a substantially rectangular parallelepiped shape. As the porous body constituting the gas dispersion member 26, ceramic, sintered metal, or the like can be used. In this embodiment, the gas dispersion member 26 is made of graphite. Each gas dispersion member 26 is fixed to a corresponding inner peripheral surface of the table main body 24 by adhesion or the like, and each end surface is sealed with an edge seal member 28. Thereby, the gas dispersion member 26 made of a porous body is configured to be able to discharge the gas supplied only from the inward surface facing the corresponding peripheral surface 12A of the fixed guide body 12 inserted through the movable table 14. ing.

図4にも示される如く、各ガス分散部材26の幅方向中央部には、可動テーブル14に挿通された固定ガイド体12の長手方向に沿って長手とされた長溝(スリット)26Aが形成されている。この実施形態では、図1及び図2に示される如く、長溝26Aは、ガス分散部材26を厚み方向に貫通して形成されており、テーブル本体24の内周面が溝底を構成している。   As shown in FIG. 4, a long groove (slit) 26 </ b> A that is elongated along the longitudinal direction of the fixed guide body 12 inserted through the movable table 14 is formed at the center in the width direction of each gas dispersion member 26. ing. In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the long groove 26A is formed so as to penetrate the gas dispersion member 26 in the thickness direction, and the inner peripheral surface of the table body 24 forms the groove bottom. .

図1(A)に示される如く、各長溝26Aは、それぞれガス流路16における異なる排気口16Dに臨んで位置している。したがって、コンプレッサ22が排出した空気は、レギュレータ20、チューブ18、ガス流路16を通じて各ガス分散部材26の給気口としての各長溝26Aに供給されるようになっている。そして、図1(B)に示される如く、可動テーブル14を構成する多孔体である各ガス分散部材26は、各長溝26Aから供給された空気を固定ガイド体12の対向面に向けて吹き出す構成である。図1(B)の白抜きの矢印は、空気の流れを概念的に示している。   As shown in FIG. 1A, each long groove 26 </ b> A is positioned facing a different exhaust port 16 </ b> D in the gas flow path 16. Therefore, the air discharged from the compressor 22 is supplied to each long groove 26 </ b> A as an air supply port of each gas dispersion member 26 through the regulator 20, the tube 18, and the gas flow path 16. As shown in FIG. 1B, each gas dispersion member 26, which is a porous body constituting the movable table 14, blows air supplied from each long groove 26A toward the opposing surface of the fixed guide body 12. It is. The white arrow in FIG. 1B conceptually shows the flow of air.

このガス圧によって、各ガス分散部材26と対応する固定ガイド体12の周面12Aとの間に軸受隙間Cが形成され、可動テーブル14が固定ガイド体12に対し非接触で支持される構成である。また、可動テーブル14の給気口である各長溝26Aが固定ガイド体12の長手方向に長手とされているため、可動テーブル14は、固定ガイド体12に対し非接触で支持されつつ、該固定ガイド体12の長手方向に移動可能とされている。なお、この実施形態では、各軸受隙間Cの間隔h0の設計値は、片側で略4〜6μm(最大8〜12μm)として設定されている。   With this gas pressure, a bearing gap C is formed between each gas dispersion member 26 and the corresponding peripheral surface 12A of the fixed guide body 12, and the movable table 14 is supported in a non-contact manner with respect to the fixed guide body 12. is there. Further, since each long groove 26 </ b> A that is an air supply port of the movable table 14 is elongated in the longitudinal direction of the fixed guide body 12, the movable table 14 is supported in a non-contact manner with respect to the fixed guide body 12. The guide body 12 is movable in the longitudinal direction. In this embodiment, the design value of the interval h0 of each bearing gap C is set to approximately 4 to 6 μm (maximum 8 to 12 μm) on one side.

また、静圧気体スラスト軸受10は、コンプレッサ22の吐出部22Aとガス流路16の各排気口16Dとの間に配設された絞り手段としてオリフィス30を備えている。この実施形態では、オリフィス30は、軸心部を貫通するオリフィス孔32Aを有し筒状に形成されたオリフィス部材32を、各分岐流路16Cにそれぞれ嵌合して構成されている。この実施形態では、オリフィス孔32Aは、円形断面を有し全長に亘り直径が略一定である円柱状空間とされており、その直径d0が0.15mm以下に設定されている。   The static pressure gas thrust bearing 10 includes an orifice 30 as a throttle means disposed between the discharge portion 22A of the compressor 22 and each exhaust port 16D of the gas flow path 16. In this embodiment, the orifice 30 is configured by fitting an orifice member 32 having an orifice hole 32A penetrating the axial center portion and formed in a cylindrical shape into each branch channel 16C. In this embodiment, the orifice hole 32A is a cylindrical space having a circular cross section and having a substantially constant diameter over its entire length, and its diameter d0 is set to 0.15 mm or less.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

上記構成の静圧気体スラスト軸受10では、コンプレッサ22を作動すると、レギュレータ20によって一定圧力に調整された空気は、チューブ18、ガス流路16を通じて可動テーブル14の各ガス分散部材26にそれぞれの長溝26Aから供給される。この空気は、多孔体であるガス分散部材26の内部を通じて分散され、固定ガイド体12の対応する周面12Aに向けて略均一に吹き出される。これにより、可動テーブル14は、固定ガイド体12に対し非接触で支持される。   In the static pressure gas thrust bearing 10 having the above-described configuration, when the compressor 22 is operated, the air adjusted to a constant pressure by the regulator 20 passes through the tube 18 and the gas flow path 16 to each gas dispersion member 26 of the movable table 14 to each long groove. 26A. The air is dispersed through the inside of the gas dispersion member 26 which is a porous body, and is blown out substantially uniformly toward the corresponding peripheral surface 12A of the fixed guide body 12. Thereby, the movable table 14 is supported in a non-contact manner with respect to the fixed guide body 12.

ここで、静圧気体スラスト軸受10では、ガス流路16にオリフィス30を設けたため、固定ガイド体12と可動テーブル14との軸受隙間Cの間隔h0が大きくなると、該軸受隙間Cの間隔h0が小さい場合と比較して、該軸受隙間Cの内圧が大きく低下する。すなわち、オリフィス30を設けることで、固定ガイド体12と可動テーブル14との軸受隙間Cの間隔h0に応じた該軸受隙間Cの内圧の変化幅が増大する。これにより、固定ガイド体12に対し可動テーブル14を所定間隔で支持しようとする支持剛性が高くなる。   Here, in the static pressure gas thrust bearing 10, the orifice 30 is provided in the gas flow path 16. Therefore, when the gap h 0 of the bearing gap C between the fixed guide body 12 and the movable table 14 becomes large, the gap h 0 of the bearing gap C is increased. Compared with the case where it is small, the internal pressure of the bearing gap C is greatly reduced. That is, by providing the orifice 30, the change width of the internal pressure of the bearing gap C corresponding to the interval h0 of the bearing gap C between the fixed guide body 12 and the movable table 14 is increased. Thereby, the support rigidity which tends to support the movable table 14 with respect to the fixed guide body 12 at a predetermined interval is increased.

このオリフィス30の設置による支持剛性の向上効果について、図5及び図6に示す数値解析結果、実験結果を参照しつつ、さらに説明する。   The effect of improving the support rigidity due to the installation of the orifice 30 will be further described with reference to the numerical analysis results and the experimental results shown in FIGS.

図5(A)には、静圧気体スラスト軸受10を構成するガス分散部材26を1つだけ用いて可動テーブル14に相当する被支持体を支持した場合における、ガス分散部材26の幅方向(長溝26Aの短手方向)に沿った軸受隙間Cの圧力分布の数値解析結果が示されている。一方、図5(B)には、比較例としてオリフィス30を備えない構成における同条件での数値解析結果が示されている。   FIG. 5A shows the width direction of the gas dispersion member 26 when only one gas dispersion member 26 constituting the static pressure gas thrust bearing 10 is used to support a supported body corresponding to the movable table 14 (see FIG. The numerical analysis result of the pressure distribution of the bearing gap C along the short direction of the long groove 26A) is shown. On the other hand, FIG. 5B shows a numerical analysis result under the same conditions in a configuration without the orifice 30 as a comparative example.

なお、これらの図において軸受隙間Cの幅方向の位置を表す横軸は、解析モデルの模式図にて示される。この解析モデルの符号は、静圧気体スラスト軸受10の対応部品、部分の符号と一致している。また、これらの図に示す圧力は、絶対圧力を大気圧で除して無次元化したものであり、メモリ「1」は内圧(ゲージ圧力)0を表す。さらに、図5(A)の解析では、オリフィス30の直径d0を0.2mmとしている。   In these drawings, the horizontal axis representing the position in the width direction of the bearing gap C is shown by a schematic diagram of the analysis model. The sign of this analysis model coincides with the sign of the corresponding part and part of the static pressure gas thrust bearing 10. The pressures shown in these figures are obtained by dividing the absolute pressure by the atmospheric pressure to make it dimensionless, and the memory “1” represents the internal pressure (gauge pressure) 0. Furthermore, in the analysis of FIG. 5A, the diameter d0 of the orifice 30 is 0.2 mm.

図5(A)から、オリフィス30を備える構成(静圧気体スラスト軸受10)においては、軸受隙間Cの間隔h0が極めて小さい場合(1μm以下)は、長溝26A内の圧力Pslがレギュレータ20による供給圧力Ps0にほぼ保たれて軸受隙間Cの圧力Psも高く支持され、軸受隙間Cの間隔h0が1μmを超えて大きくなると、間隔h0の増大に応じて軸受隙間C内(オリフィス30下流)の圧力Pslが低下することがわかる(矢印B参照)。   5A, in the configuration including the orifice 30 (hydrostatic gas thrust bearing 10), the pressure Psl in the long groove 26A is supplied by the regulator 20 when the interval h0 of the bearing gap C is extremely small (1 μm or less). When the pressure h of the bearing gap C is increased by exceeding 1 μm, the pressure in the bearing gap C (downstream of the orifice 30) is increased as the gap h0 increases. It can be seen that Psl decreases (see arrow B).

一方、図5(B)から、オリフィス30を備えない構成においては、軸受隙間Cの間隔h0が極めて小さい場合(1μm以下)は、オリフィス30を備える構成と同様の圧力分布となるものの、軸受隙間Cの間隔h0が1μmを超えて大きくなった場合には、軸受隙間Cの間隔h0の変化に対して該軸受隙間C内の圧力Psの変化が小さいことがわかる。   On the other hand, from FIG. 5 (B), in the configuration without the orifice 30, when the interval h0 of the bearing gap C is very small (1 μm or less), the pressure distribution is the same as the configuration with the orifice 30; When the C interval h0 exceeds 1 μm, it can be seen that the change in the pressure Ps in the bearing gap C is small with respect to the change in the interval h0 of the bearing gap C.

これは、オリフィス30を備えない構成では軸受隙間Cの間隔h0に依らず長溝26A内が供給圧力Ps0に保たれる(空気流量が増加する)のに対し、オリフィス30を備える構成では該オリフィス30の絞り効果(圧力損失)によって長溝26Aへの供給空気量の増加が抑制されるため、軸受隙間Cの間隔h0の増大に伴って長溝26A内の圧力Pslが低下し、その結果、軸受隙間C内の圧力Psが低下することによる。   This is because in the configuration without the orifice 30, the inside of the long groove 26A is maintained at the supply pressure Ps0 regardless of the interval h0 of the bearing gap C (the air flow rate increases), whereas in the configuration with the orifice 30, the orifice 30 Since the increase in the amount of air supplied to the long groove 26A is suppressed by the squeezing effect (pressure loss), the pressure Psl in the long groove 26A decreases as the interval h0 of the bearing gap C increases, and as a result, the bearing gap C This is because the internal pressure Ps decreases.

そして、図6(A)には、図5と同様のモデルにおける軸受隙間Cの間隔h0に対する長溝26Aへの空気流量(供給空気量)Q、長溝26A内の圧力Pslの各実験値(プロット)及び計算結果(線図)が重ね合わされて示されている。この図から、オリフィス30を備えない構成では、軸受隙間Cの間隔h0の増大に伴って、空気流量Qが指数関数的に増大することがわかる。このため、長溝26A内の圧力Pslは、供給圧力Ps0に保たれる。   FIG. 6A shows experimental values (plots) of the air flow rate (supply air amount) Q to the long groove 26A and the pressure Psl in the long groove 26A with respect to the interval h0 of the bearing gap C in the same model as FIG. And the calculation results (diagrams) are shown superimposed. From this figure, it can be seen that in the configuration without the orifice 30, the air flow rate Q increases exponentially as the interval h0 of the bearing gap C increases. For this reason, the pressure Psl in the long groove 26A is maintained at the supply pressure Ps0.

一方、オリフィス30を備えた構成(静圧気体スラスト軸受10)では、空気流量Qはオリフィス30の直径d0に応じた所定量に漸近して増大が抑制されることがわかる。また、これに伴って、オリフィス30を備えた構成では、軸受隙間Cの間隔h0の増大に伴って長溝26A内の圧力Pslが減少することがわかる。   On the other hand, in the configuration including the orifice 30 (static pressure gas thrust bearing 10), it can be seen that the air flow rate Q gradually approaches a predetermined amount corresponding to the diameter d0 of the orifice 30 and the increase is suppressed. Accordingly, it can be seen that in the configuration including the orifice 30, the pressure Psl in the long groove 26A decreases as the interval h0 of the bearing gap C increases.

以上により、図5に示される如き圧力分布が得られることが実験的にも確かめられた。また、図6(A)からは、オリフィス30の直径d0が小さいほど、空気流量Qが小さく抑えられ、圧力Pslの減少幅が大きくなることがわかる。   From the above, it was experimentally confirmed that a pressure distribution as shown in FIG. 5 was obtained. Further, FIG. 6 (A) shows that the smaller the diameter d0 of the orifice 30, the smaller the air flow rate Q is, and the greater the decrease in the pressure Psl.

さらに、図6(B)には、図5と同様のモデルにおける軸受隙間Cの間隔h0に対する無次元化した負荷容量W、無次元化した静剛性Ksの各実験値(プロット)及び計算結果(線図)が重ね合わされて示されている。負荷容量Wは、実験的にはその間隔h0で支持した負荷(質量)を基準負荷で除して無次元化したものであり、既知の質量を用いて感覚h0を測定することにより得ることができる。また、数値解析的には軸受隙間C内の圧力Psの関数として算出される。静剛性Ksは、実験的には負荷容量W(既知の質量)の微小変化量ΔWを該微小変化に伴う間隔h0の変化量Δh0で除したΔW/Δh0であり、数値解析的には負荷容量Wを間隔h0で微分したものである。   Further, FIG. 6B shows experimental values (plots) and calculation results of the dimensionless load capacity W and the dimensionless static stiffness Ks with respect to the gap h0 of the bearing gap C in the same model as FIG. Diagram) is shown superimposed. The load capacity W is experimentally obtained by dividing the load (mass) supported at the interval h0 by the reference load to make it dimensionless, and can be obtained by measuring the sensation h0 using a known mass. it can. In numerical analysis, it is calculated as a function of the pressure Ps in the bearing gap C. The static stiffness Ks is experimentally calculated as ΔW / Δh0 obtained by dividing the minute change amount ΔW of the load capacity W (known mass) by the change amount Δh0 of the interval h0 associated with the minute change. W is differentiated by the interval h0.

この図6(B)から、オリフィス30を備えない構成では、軸受隙間Cの間隔h0が小さい領域(略5μm以下)においては、負荷容量が間隔h0の増大に応じて減少することがわかり、また静剛性の最大値は間隔h0が略2μmの場合に得られることがわかる。そして、この比較例モデルでは、各構成部品の加工精度、組付精度の観点から実用的な間隔h0=5μm前後の領域では、実用的な静剛性が得られないことがわかる。   From FIG. 6B, it can be seen that in the configuration without the orifice 30, the load capacity decreases as the interval h0 increases in the region where the interval h0 of the bearing gap C is small (approximately 5 μm or less). It can be seen that the maximum value of the static stiffness is obtained when the interval h0 is approximately 2 μm. And in this comparative example model, it turns out that practical static rigidity is not obtained in the area | region of practical space | interval h0 = 5 micrometer from a viewpoint of the processing precision of each component, and an assembly | attachment precision.

一方、オリフィス30を備えた構成(静圧気体スラスト軸受10)では、負荷容量Wはより広い領域で間隔h0の増大に応じて減少することがわかる。そして、オリフィス30を備えた構成においては、ガス分散部材26の多孔質の絞りによる静剛性の極大値と、オリフィス30の絞りによる静剛性の極大値が現れることがわかる。オリフィス30の絞りによる静剛性の極大値は、直径d0を小さくすると多孔質の絞りによる静剛性の極大値に近づき、このモデルではd0=0.15mm以下とすることで、多孔質及びオリフィス30による絞り作用がほぼ重なることが確かめられた。   On the other hand, in the configuration including the orifice 30 (static pressure gas thrust bearing 10), it can be seen that the load capacity W decreases as the interval h0 increases in a wider region. In the configuration including the orifice 30, it can be seen that the maximum value of the static rigidity due to the porous restriction of the gas dispersion member 26 and the maximum value of the static rigidity due to the restriction of the orifice 30 appear. When the diameter d0 is reduced, the maximum value of the static stiffness due to the restriction of the orifice 30 approaches the maximum value of the static rigidity due to the porous restriction, and in this model, d0 = 0.15 mm or less, so It was confirmed that the squeezing action almost overlapped.

これにより、軸受隙間Cの間隔h0=5μm前後の領域において高い静剛性を得ることができる。また、図6(A)に示される如く、間隔h0=5μm前後の領域では空気流量Qが小さく抑えられており、上記した如き高い静剛性を得るために空気消費量が増大することもない。   As a result, high static rigidity can be obtained in a region around the interval h0 = 5 μm of the bearing gap C. Further, as shown in FIG. 6A, the air flow rate Q is kept small in the region around the interval h0 = 5 μm, and the air consumption does not increase in order to obtain the high static rigidity as described above.

以上説明したように、オリフィス30を備える静圧気体スラスト軸受10では、オリフィス30を備えない構成と比較して、軸受隙間Cの間隔h0が大きくなると固定ガイド体12に対する可動テーブル14の支持力が大きく低下し、支持力が負荷に釣り合う状態すなわち間隔h0が小さい状態に復帰しようとする復元作用が強く働くこととなる。すなわち、静圧気体スラスト軸受10では、固定ガイド体12に対し可動テーブル14を所定間隔に保持するための支持剛性(静剛性Ks)が向上し、これにより位置決め精度が向上する。   As described above, in the static pressure gas thrust bearing 10 provided with the orifice 30, the support force of the movable table 14 with respect to the fixed guide body 12 is increased when the interval h 0 of the bearing gap C is increased as compared with the configuration without the orifice 30. The restoring action is greatly reduced, and the restoring force that tries to return to a state in which the supporting force is balanced with the load, that is, the state in which the interval h0 is small is strongly exerted. That is, in the static pressure gas thrust bearing 10, the support rigidity (static rigidity Ks) for holding the movable table 14 at a predetermined interval with respect to the fixed guide body 12 is improved, thereby improving the positioning accuracy.

特に、静圧気体スラスト軸受10では、互いに対向する二対のガス分散部材26が可動テーブル14を構成しているため、換言すれば、可動テーブル14は固定ガイド体12に対し上下方向、幅方向共に一対の並列ばねで支持された如き支持状態となるため、各方向の支持剛性が一層高くなり、位置決め精度が一層向上する。   In particular, in the static pressure gas thrust bearing 10, since the two pairs of gas dispersion members 26 facing each other constitute the movable table 14, in other words, the movable table 14 is in the vertical direction and the width direction with respect to the fixed guide body 12. Since both are supported by a pair of parallel springs, the support rigidity in each direction is further increased, and the positioning accuracy is further improved.

また、静圧気体スラスト軸受10では、可動テーブル14に長溝26Aを有するガス分散部材26を設けため、可動側部材である可動テーブル14に空気を供給することなく、また可動テーブル14の可動方向に長手のガス分散部材26を固定ガイド体12に設けて空気消費量を増大することなく、可動テーブル14を固定ガイド体12に対し移動させる構成が実現された。   Further, in the static pressure gas thrust bearing 10, since the gas dispersion member 26 having the long groove 26A is provided in the movable table 14, air is not supplied to the movable table 14 which is a movable side member, and in the movable direction of the movable table 14. A configuration in which the movable table 14 is moved relative to the fixed guide body 12 without increasing the air consumption by providing the long gas dispersion member 26 on the fixed guide body 12 is realized.

さらに、可動テーブル14が固定ガイド体12を挿通させる筒状に形成されているため、上記の通り複数の(互いに独立して空気ばねを構成する)ガス分散部材26を周方向に並べて支持剛性を向上しつつ、可動テーブル14を固定ガイド体12に対して一方向にのみガイドする構成が実現された。特に、固定ガイド体12、可動テーブル14の軸直角断面が非円形すなわち回り止め形状とされているため、回り止め用のガイドを別途設ける必要もない。   Furthermore, since the movable table 14 is formed in a cylindrical shape through which the fixed guide body 12 is inserted, as described above, a plurality of gas dispersion members 26 (which constitute air springs independently of each other) are arranged in the circumferential direction to provide support rigidity. While improving, the structure which guides the movable table 14 only to one direction with respect to the fixed guide body 12 was implement | achieved. In particular, since the cross sections perpendicular to the axes of the fixed guide body 12 and the movable table 14 are non-circular, that is, non-rotating, it is not necessary to separately provide a detent guide.

さらにまた、静圧気体スラスト軸受10では、ガス分散部材26が多孔体にて構成されているため、空気分散用の溝等を設ける必要がなく、加工工数が少ない簡単な構造で供給された空気を略均一に分散させて軸受隙間Cに噴出す構成が実現された。   Further, in the static pressure gas thrust bearing 10, since the gas dispersion member 26 is formed of a porous body, it is not necessary to provide an air dispersion groove or the like, and the air supplied with a simple structure with a small number of processing steps. Was substantially uniformly dispersed and ejected into the bearing gap C.

なお、上記実施形態では、多孔体より成るガス分散部材26を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、固定ガイド体12の周面12Aとの対向面(軸受表面)すなわち軸受隙間Cに向けて開口する多数の分散溝(浅溝)を長溝26Aに相当する空気供給溝に連通させて構成されたガス分散部材を、ガス分散部材26に代えて用いることができる。   In the above-described embodiment, an example in which the gas dispersion member 26 made of a porous body is provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a surface (bearing surface) facing the peripheral surface 12A of the fixed guide body 12 In other words, a gas dispersion member configured by communicating a large number of dispersion grooves (shallow grooves) opening toward the bearing gap C with an air supply groove corresponding to the long groove 26A can be used in place of the gas dispersion member 26. .

本発明の実施形態に係る静圧気体スラスト軸受を示す図であって、(A)は図3の1A−1A線に沿う断面図、(B)は空気の流れを示す図1(A)の部分拡大図である。It is a figure which shows the static pressure gas thrust bearing which concerns on embodiment of this invention, Comprising: (A) is sectional drawing which follows the 1A-1A line | wire of FIG. 3, (B) is FIG. 1 (A) which shows the flow of air. It is a partial enlarged view. 本発明の実施形態に係る静圧気体スラスト軸受を示す、図3の2−2線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 2-2 line of FIG. 3 which shows the static pressure gas thrust bearing which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静圧気体スラスト軸受の概略全体構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic overall configuration of a static pressure gas thrust bearing according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る静圧気体スラスト軸受を構成するガス分散部材の斜視図である。It is a perspective view of a gas dispersion member which constitutes a static pressure gas thrust bearing concerning an embodiment of the present invention. (A)は本発明の実施形態に係る静圧気体スラスト軸受における軸受隙間の圧力分布を示す線図、(B)は本発明の実施形態との比較例における軸受隙間の圧力分布を示す線図である。(A) is a diagram showing the pressure distribution of the bearing gap in the hydrostatic gas thrust bearing according to the embodiment of the present invention, (B) is a diagram showing the pressure distribution of the bearing gap in a comparative example with the embodiment of the present invention. It is. (A)は軸受隙間の間隔と空気流量、長溝内圧力との関係を示す線図、(B)は軸受隙間の間隔と静圧気体スラスト軸受の負荷容量、静剛性との関係を示す線図である。(A) is a diagram showing the relationship between the bearing gap interval and the air flow rate, and the long groove pressure, and (B) is a diagram showing the relationship between the bearing gap interval and the load capacity and static stiffness of the static pressure gas thrust bearing. It is.

符号の説明Explanation of symbols

10 静圧気体スラスト軸受
12 固定ガイド体(基部)
14 可動テーブル(被支持体)
16 ガス流路(基部のガス流路)
16C 分岐流路
18 チューブ(ガス供給手段のガス流路)
22 コンプレッサ(ガス供給手段)
26 ガス分散部材(ガス分散部)
26A 長溝(給気口)
30 オリフィス(絞り手段)
10 Static pressure gas thrust bearing 12 Fixed guide body (base)
14 Movable table (supported body)
16 Gas flow path (base gas flow path)
16C branch channel 18 tube (gas channel of gas supply means)
22 Compressor (gas supply means)
26 Gas dispersion member (gas dispersion part)
26A long groove (air supply port)
30 Orifice (throttle means)

Claims (5)

基部と被支持体との間にガスを供給することで、前記被支持体を前記基部に対し非接触で支持する非接触支持装置であって、
前記被支持体に設けられ、給気口から供給されたガスを前記基部との対向面に分散して排出するガス分散部と、
一端を前記ガス分散部の給気口に向けて開口させて前記基部に設けられたガス流路を通じて、前記ガス分散部の給気口にガスを供給するためのガス供給手段と、
前記基部のガス流路又は前記ガス供給手段のガス流路に設けられた流体抵抗となる絞り手段と、
を備えた非接触支持装置。
A non-contact support device for supporting the supported body in a non-contact manner with respect to the base by supplying a gas between the base and the supported body,
A gas dispersion part that is provided on the supported body and that disperses and discharges the gas supplied from the air supply port on a surface facing the base part;
A gas supply means for opening one end toward the air supply port of the gas dispersion unit and supplying gas to the air supply port of the gas dispersion unit through a gas flow path provided in the base part;
A throttling means to be a fluid resistance provided in the gas flow path of the base or the gas flow path of the gas supply means;
A non-contact support device.
前記基部は、前記被支持体を非接触で支持しつつ所定方向にガイドし得るガイド形状を有し、
前記ガス分散部は、前記給気口が前記所定方向に沿って長手に形成されている請求項1記載の非接触支持装置。
The base has a guide shape capable of guiding in a predetermined direction while supporting the supported body in a non-contact manner,
The non-contact support device according to claim 1, wherein the gas distribution part has the air supply port formed longitudinally along the predetermined direction.
前記被支持体は、前記基部を挿通させる筒状に形成されて内面側に前記ガス分散部が設けられている請求項2記載の非接触支持装置。   The non-contact support device according to claim 2, wherein the supported body is formed in a cylindrical shape through which the base portion is inserted, and the gas dispersion portion is provided on an inner surface side. 前記被支持体には、複数の前記ガス分散部が周方向に沿って設けられており、
前記基部の前記ガス流路は、前記複数のガス分散部の給気口に向けてそれぞれ開口するように分岐しており、
前記絞り手段は、前記ガス流路の分岐部よりも下流側の各分岐流路にそれぞれ配置されている請求項3記載の非接触支持装置。
The supported body is provided with a plurality of gas dispersion portions along a circumferential direction,
The gas flow path of the base portion is branched so as to open toward the air supply ports of the plurality of gas dispersion portions,
The non-contact support device according to claim 3, wherein the constricting means is disposed in each branch flow channel downstream of the branch portion of the gas flow channel.
前記ガス分散部は、多孔体における前記給気口との連通面及び前記基部との対向面以外の面をシールして構成されている請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の非接触支持装置。   The said gas dispersion | distribution part is comprised by sealing surfaces other than the communicating surface with the said air supply port in a porous body, and the surface facing the said base part. Contact support device.
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