JP3992768B2 - 誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力を用いて浮上体、特にガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体からなる浮上体を、周囲環境から完全に非接触で浮上させる静電浮上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、文献「８インチシリコンウエハの静電浮上」、静電気学会講演論文集、ｐｐ．１４１−１４４、１９９５に開示されるものがあった。
【０００３】
図７はかかる従来の静電浮上装置の固定子の電極面の平面図である。
【０００４】
この図において、９１０は固定子、９１１〜９１４は電極、９９１〜９９４は変位センサ用穴を示している。
【０００５】
固定子９１０は絶縁基板からなり、その上に、４つの導電体の電極９１１〜９１４が均等に形成され、１つのリングを形成している。このリングの外径は、固定子９１０と対向する浮上体（シリコンウエハ）の外径と等しくなっている。また、浮上体の位置及び姿勢を検出するため、電極９１１〜９１４には、変位センサ用穴９９１〜９９４が設けられ、この変位センサ用穴９９１〜９９４には各々変位センサが配置される。
【０００６】
このような従来の静電浮上システムでは、変位センサを用いて検出した浮上体（シリコンウエハ）の位置及び姿勢に基づいて、電極９１１〜９１４への印加電圧を能動的に制御することにより、浮上体を安定浮上させる。また、従来は、浮上体の電位をゼロボルトに保つため、電極９１１と電極９１３は正の電圧で、電極９１２と電極９１４は負の電圧で制御している。
【０００７】
なお、本発明に係る固定子電極構造の概念を説明する前に、まず、従来の静電浮上装置での電極構造を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合と、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合に形成される電界や浮上体表面の電荷の挙動、またその電荷により発生する静電浮上力について、図８を参考にしながら、簡単に説明する。
【０００８】
また、誘電体や絶縁体の浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれたとき、その水平方向に作用する復元力について、図９を参考にしながら説明する。
【０００９】
次に、本発明に係る誘電体や絶縁体の静電浮上に適した固定子電極構造の概念について、図１０を参考にしながら説明する。
【００１０】
図８〜図１０において、９１１、９１２、９１５〜９１８は電極を示す。その内、電極９１１と９１２は前述したように従来の静電浮上装置での電極を示す。図８と図１０における電極と浮上体間に作用する静電力は、浮上体の垂直方向成分のみを示している。また、図９において、浮上体の水平方向における復元力は、電極と浮上体間に作用する静電力の水平方向成分である。
【００１１】
まず、従来の静電浮上装置を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合について説明する。
【００１２】
浮上ギャップが電極と浮上体の重なっている部分の面積に比べて十分小さい場合、電極への印加電圧の制御を開始すると、電極９１１には電圧＋Ｖが、電極９１２には電圧−Ｖが印加され、図８（ａ）に示すような電界と電荷分布が形成される。つまり、導体や半導体の中では電荷が自由に移動できるので、電極９１１と電極９１２に電圧が印加された直後、電極９１１には正の電荷が、その電極９１１と対向する浮上体Ａ面には負の電荷が（電極９１２には負の電荷が、その電極９１２と対向する浮上体Ａ面には正の電荷が）各々電極と浮上体Ａの表面の全面に渡って、瞬時に現れる。
【００１３】
これにより、電極と浮上体Ａ間のギャップには満遍なく強い電界が形成され、浮上体はその表面の全体に渡って単位面積当たりほぼ同じ大きさの浮上力を受け、電極に電圧が印加されると同時に浮上することになる。
【００１４】
次に、従来の電極構造でガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体からなる浮上体Ｂを浮上させる場合は、電極に電圧が印加されると、誘電体や絶縁体は導体ではないので、分極することになり、図８（ｂ）に示すような電界や電荷分布が形成される。このとき、浮上体Ｂの界面には上向きと下向きの力が作用し、その内、上向きの力から下向きの力を引いた力が浮上力となる。
【００１５】
なお、浮上体Ｂが誘電体や絶縁体の場合に、電極に電圧を印加するとにより形成される電界は、電極９１１と電極９１２の境界付近では強いが、境界から遠くなるにつれ段々弱くなる。それゆえ、境界付近では多くの分極が起こり、浮上力も強くなるが、境界から遠い所では電界が弱いので分極発生が少なくなり、浮上力も弱くなる。
【００１６】
また、境界の付近では浮上体Ｂの上面から入り込み、浮上体Ｂの上面から出る電気力線が存在し、この部分では浮上体Ｂに上向きの力のみが働き、強い浮上力が得られることになる。更に、境界付近では電界が強いので誘電体や絶縁体は早く分極するが、遠い所では分極遅れが大きくなる。それにより、境界から遠い所では境界付近より長時間に渡って浮上力が徐々に増加することになる。また、境界付近では強い電界が形成されるので、浮上体Ｂにダイポールが誘起され、それと電極上で作られるダイポールとの間に強い静電吸引力が発生する。
【００１７】
なお、板ガラスのように微弱な導電性を有する高抵抗体の場合について説明すると次のようである。
【００１８】
高抵抗体の場合、電極間の境界付近での電界は強いので、この境界付近に対向する浮上体Ｂの部分には電荷が早く集まるが、境界から遠いところでは電界の強さが小さいため、電荷が集まるまで相当な時間を要する。つまり、電極９１１と電極９１２に電圧を印加したとき、境界付近では浮上力が素早く増加するが、境界から遠い所では長時間に渡って浮上力が徐々に増加することになる。
【００１９】
次に、浮上体の水平方向における復元力について説明する。
【００２０】
浮上体Ａが導体や半導体の場合、浮上体Ａに作用する復元力はエッジ効果をその原理としている。しかし、浮上体Ｂが誘電体や絶縁体の場合はそのエッジ効果による復元力は非常に小さく、次のように説明できる。
【００２１】
誘電体や絶縁体の浮上体Ｃが、図９に示すように、電極の真下の位置から水平方向にずれたとき、浮上体Ｃの誘電緩和現象または浮上体の高い抵抗率のため、浮上体Ｃが電極の真下の位置に浮上したとき誘導された電荷分布状態は、浮上体Ｃが水平方向にずれても直ちには変わらない。これにより、境界付近では、図９に示すように、復元力が作用する。この境界付近での復元力は、その境界付近で誘導された電荷量が浮上体Ｃの縁付近に誘導された電荷量より遙かに多いので、浮上体Ｃの縁付近に作用する復元力より、遙かに大きい。
【００２２】
このように、浮上体Ｃの全面に渡って強い浮上力を得、また素早く浮上力を増加させるためには、異なる電圧が印加される電極間の境界を沢山作ればよいことが分かる。つまり、図１０に示すように、固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に正と負（または、正とゼロ、負とゼロ）の電圧を交互に印加することにより、浮上体Ｄの全面に渡って強い電界を発生させ、浮上体Ｄを素早く浮上させることができる。また、これにより、浮上体Ｄの水平方向における復元力や剛性を増加させることができることは言うまでもない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の静電浮上装置は、図７に示すように、４つの電極で構成される電極構造を有するので電極間の境界は４つしかなく、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合、浮上時間（制御開始から浮上体が浮上するまでの時間を浮上時間と称する）が長くなる問題点があった。
【００２４】
実験によると、温度２０℃、湿度４５％ＲＨの環境下で、最初電極に、電圧±１．５ｋＶを印加し、直径１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍのガラス板を初期ギャップ０．３５ｍｍから目標ギャップ０．３ｍｍに浮上させるのに、約２分程度の時間を要した。
【００２５】
また、電極への印加電圧の変化に対する浮上体の表面に現れる電荷の時間遅れが大きく、そのため浮上系が不安定になりやすく、浮上剛性が低くなる問題点があった。
【００２６】
更に、浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれた場合、浮上体に作用する水平方向の復元力も小さいので、この静電浮上装置をロボットなどの搬送装置に取り付け、浮上体を浮上した状態で搬送するとき、搬送速度を上げることができず、搬送効率や搬送システムの信頼性を高めることができなかった。
【００２７】
そこで、本発明は、上記問題点を除去し、浮上体を素早く浮上させ、浮上時間を短縮するとともに、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができ、しかも、浮上体の水平方向に作用する復元力や、その剛性を向上させることができる誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
（１）誘電体や絶縁体からなる浮上体を静電力を用いて浮上させる静電浮上装置において、絶縁基板上に複数の電極グループが形成され、その各電極グループは交互に分離されて配置されている複数の電極から形成されている固定子と、この固定子に対向する浮上体と、前記固定子と前記浮上体とのギャップを検出する変位センサと、前記浮上体を安定浮上させるための制御電圧を発生する制御器とを備え、前記変位センサを用いて検出した前記浮上体の浮上位置に基づいて前記制御器から作り出した制御電圧と一定直流電圧とを前記各電極グループの交互に分離されて配置されている複数の電極に交互に印加するようにしたものである。
【００２９】
（２）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに異なるようにしたものである。
【００３０】
（３）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに同じであるようにしたものである。
【００３１】
（４）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極には、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧とゼロボルトとを交互に印加するようにしたものである。
【００３２】
（５）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出す制御電圧の極性を、前記浮上体の電位がゼロボルトとなるように選ぶようにしたものである。
【００３３】
（６）上記（３）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成するその面積が互いに同じである複数の電極には、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧と、その制御電圧と反対極性の同じ絶対値を有する電圧とが交互に印加され、前記浮上体の電位がゼロボルトとなるようにしたものである。
【００３４】
（７）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体は誘電体や絶縁体の板状体である。
【００３５】
（８）上記（７）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はガラス板である。
【００３６】
（９）上記（７）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はセラミックス板である。
【００３７】
このように、本発明によれば、固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に制御電圧と一定直流電圧（ゼロボルトを含む）、または制御電圧とその制御電圧と反対極性の同じ絶対値を有する電圧とを交互に印加することにより、異なる値の電圧が印加される電極間の境界を数多く作り、浮上体（誘電体や絶縁体）の全面に渡って強い電界を発生させ、浮上体を素早く浮上させ、浮上時間を短縮すると同時に、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができる。また、浮上体の水平方向に作用する復元力やその剛性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の概略構成図であり、図２はその静電浮上装置における固定子の電極構造及び配線を示す。
【００４０】
図１において、１０は固定子、２０はこの固定子１０と対向する誘電体や絶縁体からなる浮上体、３１〜３４は変位センサ、４０は制御器を示している。
【００４１】
図１及び図２で示すように、固定子１０は絶縁基板からなり、その上に誘電体や絶縁体からなる浮上体２０に浮上力を与えるための電極１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１４ａ〜１４ｄが形成されている。
【００４２】
これらの電極は同じ形状を有する４つのグループに分かれて固定子１０の上に均等に配置されている。つまり、電極１１ａ〜１１ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ１とする）を形成しており、電極１２ａ〜１２ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ２とする）を、電極１３ａ〜１３ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ３とする）を、電極１４ａ〜１４ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ４とする）を形成している。
【００４３】
この各電極グループは４つの電極で構成され、その電極の内、一番内側の電極は長方形状を、残りの３つの電極は長方形状の中空を有する長方形状をしており、その４つの電極は面積が互いに等しくなっている。また、各電極グループ内の一番外側に配置されている電極１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａにより形成される長方形状の電極の長辺と短辺の長さは、浮上体２０の長辺と短辺の長さと等しくなっている。
【００４４】
なお、各電極グループを形成する電極は１個置きに互いに接続されており（図２の点線参照）、２つの組の電極を形成している。つまり、電極グループ１を例にとると、電極１１ａと電極１１ｃは裏面で互いに接続されており、１つの組の電極（これを電極グループ１の１組電極とする）を形成しており、また、電極１１ｂと電極１１ｄは裏面で互いに接続されており、１つの組の電極（これを電極グループ１の２組電極とする）を形成している。電極グループ２，３，４についても同様である。
【００４５】
各電極グループを形成する２つの組の電極の内、１つの組の電極には制御器４０からの制御電圧が印加され、もう１つの組の電極には常にゼロボルトが印加される。つまり、電極グループ１の１組電極（電極１１ａと１１ｃ）には制御電圧Ｖ１が、電極グループ２の１組電極（電極１２ａと１２ｃ）には制御電圧Ｖ２が、電極グループ３の１組電極（電極１３ａと１３ｃ）には制御電圧Ｖ３が、電極グループ４の１組電極（電極１４ａと１４ｃ）には制御電圧Ｖ４が印加される。
【００４６】
そして、電極グループ１の２組電極（電極１１ｂと１１ｄ）と電極グループ２の２組電極（電極１２ｂと１２ｄ）と電極グループ３の２組電極（電極１３ｂと１３ｄ）と電極グループ４の２組電極（電極１４ｂと１４ｄ）には、常にゼロボルトの電圧が印加されるようになっている。
【００４７】
なお、各電極グループの一番内側に配置されている１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ、１４ｄには、浮上体２０の浮上位置を検出するための変位センサ用穴９１〜９４があいている。
【００４８】
また、上記した電極への電圧は、スルーホール（図示なし）を通して、裏面から供給するようになっている。これ以降の全ての実施例において、電極への電圧はこの第１実施例と同じように、スルーホールを通して裏面から供給するようになっている。
【００４９】
次に、浮上体２０を安定浮上させるには、電極への印加電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を能動的に制御すればよい。つまり、変位センサ３１〜３４を用いて、浮上体２０の位置及び姿勢を検出し、この検出された信号に基づいて制御器４０で浮上体２０を安定浮上させるための制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を作り出し、電極グループ１の１組電極（１１ａと１１ｃ）と、電極グループ２の１組電極（電極１２ａと１２ｃ）、電極グループ３の１組電極（１３ａと１３ｃ）と、電極グループ４の１組電極（電極１４ａと１４ｃ）に印加することにより、浮上体２０を安定浮上させることができる。
【００５０】
このように第１実施例では、制御電圧が印加される電極とゼロボルトが印加される電極を交互に配置し、電極間の境界を数多く形成することにより、長方形状のガラスやセラミックスなどの誘電体や絶縁体を浮上させるとき、制御開始から浮上するまでの時間を短縮することができる。
【００５１】
また、浮上系の安定性や浮上剛性、浮上体の水平方向における復元力や、その剛性を向上させることができる。
【００５２】
実験により、上記した固定子１０を用い、温度２０℃、湿度４５％ＲＨの境界下で、横×縦×厚さ（１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７ｍｍ）のガラス板の浮上実験を行い、制御開始から僅か約１秒で初期ギャップ０．３５ｍｍから目標ギャップ０．３ｍｍに浮上することを確認した。この実験において、各電極グループの１組電極への最初の印加電圧は３ｋＶで、各電極グループの２組電極にはゼロボルトを印加した。
【００５３】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００５４】
図３は本発明の第２実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す。
【００５５】
この図において、１１０は固定子、１１１ａ〜１１１ｊ、１１２ａ〜１１２ｆ、１１３ａ〜１１３ｊ、１１４ａ〜１１４ｆは電極、１９１〜１９４は変位センサ用穴を示している。
【００５６】
ストリップ状の電極１１１ａ〜１１１ｊ、１１２〜１１２ｆ、１１３ａ〜１１３ｊ、１１４ａ〜１１４ｆは、第１実施例のように、４つのグループに分かれており、絶縁基板からなる固定子１１０の上に形成されている。つまり、電極１１１ａ〜１１１ｊが電極グループ１を形成しており、電極１１２ａ〜１１２ｆが電極グループ２を、電極１１３ａ〜１１３ｊが電極グループ３を、電極１１４ａ〜１１４ｆが電極グループ４を形成している。電極グループ１は電極グループ３と同じ形状をしており、電極グループ２は電極グループ４と同じ形状をしている。
【００５７】
この４つの電極グループにより形成される長方形状の電極の長辺と短辺の長さは、浮上体の長辺と短辺の長さと各々等しくなっている。なお、同じ電極グループを形成する多数の電極は、互いに、その面積が等しくなっており、かつ、１個おきに互いに接続されており（図３の点線参照）、２つの組の電極を形成している。
【００５８】
つまり、電極グループ１を例にとると、電極１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｅ、１１１ｇ、１１１ｉは裏面で互いに接続されており、電極グループ１の１組電極を形成しており、また、電極１１１ｂ、１１１ｄ、１１１ｆ、１１１ｈ、１１１ｊは裏面で互いに接続されており、電極グループ１の２組電極を形成している。電極グループ２、３、４についても同様である。
【００５９】
なお、第１実施例と同様に、各電極グループを形成する２つの組の電極の内、１つの組の電極には制御器からの制御電圧が印加され、もう１つの組の電極には常にゼロボルトが印加される。つまり、電極グループ１の１組電極（電極１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｅ、１１１ｇ、１１１ｉ）には制御電圧Ｖ１が、電極グループ２の１組電極（電極１１２ｂ、１１２ｄ、１１２ｆ）には制御電圧Ｖ２が、電極グループ３の１組電極（電極１１３ｂ、１１３ｄ、１１３ｆ、１１３ｈ、１１３ｊ）には制御電圧Ｖ３が、電極グループ４の１組電極（電極１１４ａ、１１３ｃ、１１３ｅ）には制御電圧Ｖ４が印加される。
【００６０】
そして、電極グループ１の２組電極（電極１１１ｂ、１１１ｄ、１１１ｆ、１１１ｈ、１１１ｊ）と、電極グループ２の２組電極（電極１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｅ）と、電極グループ３の２組電極（電極１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｅ、１１３ｇ、１１３ｉ）と、電極グループ４の２組電極（電極１１４ｂ、１１４ｄ、１１４ｆ）には、常にゼロボルトの電圧が印加される。
【００６１】
このように第２実施例では、単純な形状であるストリップ状の電極を一列に並べ、その電極に制御電圧とゼロボルトを交互に印加することにより、電極間の境界を数多く形成させ、長方形状の誘電体や絶縁体からなる浮上体を短時間で安定性高く浮上させる。また、電極グループ１と電極グループ３を形成する電極を横方向に並べることにより、横方向（図３における左右方向）における復元力やその剛性を、電極グループ２と電極グループ４を形成する電極は縦方向に並べることにより、縦方向（図３における上下方向）における復元力やその剛性を向上させるようにしている。
【００６２】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００６３】
図４は本発明の第３実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造を示す図である。
【００６４】
図４において、２１０は固定子、２１１〜２１４、２１１ａａ〜２１１ａｅ、２１１ｂａ〜２１１ｂｅ、２１１ｃａ〜２１１ｃｅ、２１２ａａ〜２１２ａｅ、２１２ｂａ〜２１２ｂｅ、２１２ｃａ〜２１２ｃｅ、２１３ａａ〜２１３ａｅ、２１３ｂａ〜２１３ｂｅ、２１３ｃａ〜２１３ｃｅ、２１４ａａ〜２１４ａｅ、２１４ｂａ〜２１４ｂｅ、２１４ｃａ〜２１４ｃｅは電極、２９１〜２９４は変位センサ用穴を示している。
【００６５】
電極２１１ａａ〜２１１ａｅ、２１１ｂａ〜２１１ｂｅ、２１１ｃａ〜２１１ｃｅは裏面で互いに接続されており、制御電圧Ｖ１（図示なし）が供給される。電極２１２ａａ〜２１２ａｅ、２１２ｂａ〜２１２ｂｅ、２１２ｃａ〜２１２ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ２（図示なし）が供給される。電極２１３ａａ〜２１３ａｅ、２１３ｂａ〜２１３ｂｅ、２１３ｃａ〜２１３ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ３（図示なし）が供給される。電極２１４ａａ〜２１４ａｅ、２１４ｂａ〜２１４ｂｅ、２１４ｃａ〜２１４ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ４（図示なし）が供給される。
【００６６】
更に、格子状の電極２１１〜２１４には、常にゼロボルトが供給されるようになっている。なお、各電極グループにおける同一制御電圧が印加される電極の総面積は、ゼロボルトが印加される電極の面積と等しくなっている。
【００６７】
この固定子２１０を用い、制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を能動的に制御することにより、長方形の誘電体や絶縁体を短時間で安定性よく浮上させる。
【００６８】
次に本発明の第４実施例について説明する。
【００６９】
図５は本発明の第４実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【００７０】
この図において、３１０は固定子、３１１ａ〜３１１ｄ、３１２ａ〜３１２ｄ、３１３ａ〜３１３ｄ、３１４ａ〜３１４ｄは電極、３９１〜３９４は変位センサ用穴を示している。
【００７１】
この第４実施例では、浮上体として円形状のガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体のディスクを用いる。そこで、固定子３１０の上に形成されている電極の構造を、浮上体の円形状に対応した形にしたことを除けば、その構造の基本的な概念は第１実施例の固定子１０（図２参照）と同様である。つまり、電極は、４つのグループに分けられ、その各グループを形成する電極は、図５に示すように配線され、２つの組の電極を形成している。
【００７２】
この２つの組の電極の内、１つの組の電極には常にゼロボルトが印加され、残りの１つの組の電極には制御電圧が印加されるようになっている。なお、各グループを形成する電極は扇状で、その面積は等しくなっている。また、各電極グループの一番外側に配置されている電極３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａによって形成される円の外径は浮上体の外径と等しくなっている。
【００７３】
なお、上記した第１実施例から第４実施例では、板状体を空間上で安定浮上させるため、浮上体の上の４箇所で浮上体に与えられる静電力を制御したが、これは冗長性を持たせた場合であり、浮上体を安定浮上させるには最低の３箇所で静電力を制御するだけで十分である。
【００７４】
図６は本発明の第５実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【００７５】
図６において、４１０は固定子、４１１ａ〜４１１ｄ、４１２ａ〜４１２ｄ、４１３ａ〜４１３ｄは電極、４９１〜４９３は変位センサ用穴を示している。
【００７６】
この第５実施例では、浮上体を安定浮上させるためには、浮上体に最低の３箇所で浮上力を制御すればよいので、電極を第４実施例（図５参照）の４つのグループから３つのグループにしたことを除けば、その構造や配線の基本的な概念は第４実施例と同様である。
【００７７】
この固定子４１０を用い、固定子の電極に印加される制御電圧を能動的に制御することにより、円形状の誘電体や絶縁体のディスクを短時間で安定性よく浮上させることができる。
【００７８】
なお、上記した第４実施例及び第５実施例において、固定子の上に形成されている電極の形状を、第２実施例と第３実施例の趣旨に基づいた形状にすることができることは言うまでもない。
【００７９】
また、上記の第１実施例〜第５実施例では、浮上体として円形状や長方形状の誘電体や絶縁体からなる浮上体を用いたが、それ以外の形状を有するものでも、本発明の趣旨に基づいて、電極構造を工夫することにより浮上体を短時間で浮上させ、かつ水平方向における復元力を増加させることができることは言うまでもない。
【００８０】
更に、上記の第１実施例〜第５実施例では、浮上体が誘電体や絶縁体である場合を例示したが、浮上体として導体や半導体など種々なものが用いられる場合にも本発明は適用できる。
【００８１】
なお、上記の第１実施例〜第５実施例において、常にゼロボルトが印加される電極に、ゼロボルトではない一定の電圧を印加することができることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記の第１実施例〜第４実施例において、浮上体（特に、導体や半導体）の電位をゼロボルトに維持したい場合には、電極に印加される制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の内、２つの制御電圧の極性として、同じ極性を有する残りの２つの制御電圧の極性と反対極性を用いればよい。例えば、制御電圧Ｖ１とＶ３の極性として正を、制御電圧Ｖ２とＶ４の極性として負をとることができる。この場合、浮上体が固定子の真下に一定のギャップで浮上した時、浮上体の電位をゼロボルトに保つことができるようになる。
【００８３】
更に、上記の第１実施例〜第５実施例において、常にゼロボルトが印加される電極に、制御電圧と反対極性の電圧を印加することができる。つまり、本発明の第１実施例（図２）を参考にして説明すると、電極グループ１の２組電極（電極１１ｂと１１ｄ）には制御電圧−Ｖ１を、電極グループ２の２組電極（電極１２ｂと１２ｄ）には制御電圧−Ｖ２を、電極グループ３の２組電極（電極１３ｂと１３ｄ）には制御電圧−Ｖ３を、電極グループ４の２組電極（電極１４ｂと１４ｄ）には制御電圧−Ｖ４を印加することができる。これにより、浮上体の電位はゼロボルトを保つことになる。本発明の第２実施例〜第５実施例についても同様である。
【００８４】
なお、上記の第１実施例〜第５実施例において、各グループを形成する電極の形を本発明の趣旨に基づいて変えたり、また電極の数を増減できることは言うまでもない。
【００８５】
また、上記の第１、２、４、５実施例では、各グループを形成する電極の面積が互いに等しい場合を例示したが、異なる面積にするようにしてもよい。
【００８６】
更に、上記第３実施例では、各グループにおいて制御電圧が印加される電極と常にゼロボルトが印加される電極の面積が等しい場合を例示したが、異なる面積にすることができることは言うまでもない。
【００８７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８９】
固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に制御電圧とゼロボルトを交互に印加することにより、異なる電圧が印加される電極間の境界を数多く形成し、浮上体（特に、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体）の全面に渡って強い電界を発生させることができる。
【００９０】
これにより、浮上体を短時間で浮上させることが可能であると同時に、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができる。
【００９１】
また、このように、電極間の境界を数多く作ることにより、浮上体がその水平方向にずれた場合、浮上体に作用する復元力やその剛性を増加させることができる。
【００９２】
これにより、より的確に、制御性よく静電力による浮上体の非接触支持を行うことができる。また、ロボットなどの搬送装置を用いてガラス板などを静電力で浮上させた状態で搬送する場合、短時間で浮上させることが可能であり、更に、水平方向における復元力やその剛性を向上させることができるので、搬送速度を上げることができ、搬送システムの効率や信頼度を高めることができる。
【００９３】
このように、本発明は光学機器や、液晶ディスプレイ製造工程、半導体製造工業、精密機械工業などの分野において、導体や半導体は言うまでもなく、誘電体や絶縁体の静電浮上装置、また搬送装置などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置における固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図３】 本発明の第２実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図４】 本発明の第３実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図５】 本発明の第４実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図６】 本発明の第５実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図７】 従来の静電浮上装置の固定子の電極面の平面図である。
【図８】 従来の静電浮上装置での電極構造を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合と、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合に形成される電界や浮上体表面の電荷の挙動、またその電荷により発生する静電浮上力についての説明図である。
【図９】 従来の静電浮上装置における誘電体や絶縁体の浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれた場合のその水平方向に作用する復元力についての説明図である。
【図１０】 本発明に係る誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上に適した固定子電極構造の概念についての説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０ 固定子
２０ 浮上体
３１，３２，３３，３４ 変位センサ
４０ 制御器
１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１４ａ〜１４ｄ，１１１ａ〜１１１ｊ，１１２ａ〜１１２ｆ，１１３ａ〜１１３ｊ，１１４ａ〜１１４ｆ，２１１〜２１４，２１１ａａ〜２１１ａｅ，２１１ｂａ〜２１１ｂｅ，２１１ｃａ〜２１１ｃｅ，２１２ａａ〜２１２ａｅ，２１２ｂａ〜２１２ｂｅ，２１２ｃａ〜２１２ｃｅ，２１３ａａ〜２１３ａｅ，２１３ｂａ〜２１３ｂｅ，２１３ｃａ〜２１３ｃｅ，２１４ａａ〜２１４ａｅ，２１４ｂａ〜２１４ｂｅ，２１４ｃａ〜２１４ｃｅ，３１１ａ〜３１１ｄ，３１２ａ〜３１２ｄ，３１３ａ〜３１３ｄ，３１４ａ〜３１４ｄ，４１１ａ〜４１１ｄ，４１２ａ〜４１２ｄ，４１３ａ〜４１３ｄ 電極
９１〜９４，１９１〜１９４，２９１〜２９４，３９１〜３９４，４９１〜４９３ 変位センサ用穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力を用いて浮上体、特にガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体からなる浮上体を、周囲環境から完全に非接触で浮上させる静電浮上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、文献「８インチシリコンウエハの静電浮上」、静電気学会講演論文集、ｐｐ．１４１−１４４、１９９５に開示されるものがあった。
【０００３】
図７はかかる従来の静電浮上装置の固定子の電極面の平面図である。
【０００４】
この図において、９１０は固定子、９１１〜９１４は電極、９９１〜９９４は変位センサ用穴を示している。
【０００５】
固定子９１０は絶縁基板からなり、その上に、４つの導電体の電極９１１〜９１４が均等に形成され、１つのリングを形成している。このリングの外径は、固定子９１０と対向する浮上体（シリコンウエハ）の外径と等しくなっている。また、浮上体の位置及び姿勢を検出するため、電極９１１〜９１４には、変位センサ用穴９９１〜９９４が設けられ、この変位センサ用穴９９１〜９９４には各々変位センサが配置される。
【０００６】
このような従来の静電浮上システムでは、変位センサを用いて検出した浮上体（シリコンウエハ）の位置及び姿勢に基づいて、電極９１１〜９１４への印加電圧を能動的に制御することにより、浮上体を安定浮上させる。また、従来は、浮上体の電位をゼロボルトに保つため、電極９１１と電極９１３は正の電圧で、電極９１２と電極９１４は負の電圧で制御している。
【０００７】
なお、本発明に係る固定子電極構造の概念を説明する前に、まず、従来の静電浮上装置での電極構造を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合と、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合に形成される電界や浮上体表面の電荷の挙動、またその電荷により発生する静電浮上力について、図８を参考にしながら、簡単に説明する。
【０００８】
また、誘電体や絶縁体の浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれたとき、その水平方向に作用する復元力について、図９を参考にしながら説明する。
【０００９】
次に、本発明に係る誘電体や絶縁体の静電浮上に適した固定子電極構造の概念について、図１０を参考にしながら説明する。
【００１０】
図８〜図１０において、９１１、９１２、９１５〜９１８は電極を示す。その内、電極９１１と９１２は前述したように従来の静電浮上装置での電極を示す。図８と図１０における電極と浮上体間に作用する静電力は、浮上体の垂直方向成分のみを示している。また、図９において、浮上体の水平方向における復元力は、電極と浮上体間に作用する静電力の水平方向成分である。
【００１１】
まず、従来の静電浮上装置を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合について説明する。
【００１２】
浮上ギャップが電極と浮上体の重なっている部分の面積に比べて十分小さい場合、電極への印加電圧の制御を開始すると、電極９１１には電圧＋Ｖが、電極９１２には電圧−Ｖが印加され、図８（ａ）に示すような電界と電荷分布が形成される。つまり、導体や半導体の中では電荷が自由に移動できるので、電極９１１と電極９１２に電圧が印加された直後、電極９１１には正の電荷が、その電極９１１と対向する浮上体Ａ面には負の電荷が（電極９１２には負の電荷が、その電極９１２と対向する浮上体Ａ面には正の電荷が）各々電極と浮上体Ａの表面の全面に渡って、瞬時に現れる。
【００１３】
これにより、電極と浮上体Ａ間のギャップには満遍なく強い電界が形成され、浮上体はその表面の全体に渡って単位面積当たりほぼ同じ大きさの浮上力を受け、電極に電圧が印加されると同時に浮上することになる。
【００１４】
次に、従来の電極構造でガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体からなる浮上体Ｂを浮上させる場合は、電極に電圧が印加されると、誘電体や絶縁体は導体ではないので、分極することになり、図８（ｂ）に示すような電界や電荷分布が形成される。このとき、浮上体Ｂの界面には上向きと下向きの力が作用し、その内、上向きの力から下向きの力を引いた力が浮上力となる。
【００１５】
なお、浮上体Ｂが誘電体や絶縁体の場合に、電極に電圧を印加するとにより形成される電界は、電極９１１と電極９１２の境界付近では強いが、境界から遠くなるにつれ段々弱くなる。それゆえ、境界付近では多くの分極が起こり、浮上力も強くなるが、境界から遠い所では電界が弱いので分極発生が少なくなり、浮上力も弱くなる。
【００１６】
また、境界の付近では浮上体Ｂの上面から入り込み、浮上体Ｂの上面から出る電気力線が存在し、この部分では浮上体Ｂに上向きの力のみが働き、強い浮上力が得られることになる。更に、境界付近では電界が強いので誘電体や絶縁体は早く分極するが、遠い所では分極遅れが大きくなる。それにより、境界から遠い所では境界付近より長時間に渡って浮上力が徐々に増加することになる。また、境界付近では強い電界が形成されるので、浮上体Ｂにダイポールが誘起され、それと電極上で作られるダイポールとの間に強い静電吸引力が発生する。
【００１７】
なお、板ガラスのように微弱な導電性を有する高抵抗体の場合について説明すると次のようである。
【００１８】
高抵抗体の場合、電極間の境界付近での電界は強いので、この境界付近に対向する浮上体Ｂの部分には電荷が早く集まるが、境界から遠いところでは電界の強さが小さいため、電荷が集まるまで相当な時間を要する。つまり、電極９１１と電極９１２に電圧を印加したとき、境界付近では浮上力が素早く増加するが、境界から遠い所では長時間に渡って浮上力が徐々に増加することになる。
【００１９】
次に、浮上体の水平方向における復元力について説明する。
【００２０】
浮上体Ａが導体や半導体の場合、浮上体Ａに作用する復元力はエッジ効果をその原理としている。しかし、浮上体Ｂが誘電体や絶縁体の場合はそのエッジ効果による復元力は非常に小さく、次のように説明できる。
【００２１】
誘電体や絶縁体の浮上体Ｃが、図９に示すように、電極の真下の位置から水平方向にずれたとき、浮上体Ｃの誘電緩和現象または浮上体の高い抵抗率のため、浮上体Ｃが電極の真下の位置に浮上したとき誘導された電荷分布状態は、浮上体Ｃが水平方向にずれても直ちには変わらない。これにより、境界付近では、図９に示すように、復元力が作用する。この境界付近での復元力は、その境界付近で誘導された電荷量が浮上体Ｃの縁付近に誘導された電荷量より遙かに多いので、浮上体Ｃの縁付近に作用する復元力より、遙かに大きい。
【００２２】
このように、浮上体Ｃの全面に渡って強い浮上力を得、また素早く浮上力を増加させるためには、異なる電圧が印加される電極間の境界を沢山作ればよいことが分かる。つまり、図１０に示すように、固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に正と負（または、正とゼロ、負とゼロ）の電圧を交互に印加することにより、浮上体Ｄの全面に渡って強い電界を発生させ、浮上体Ｄを素早く浮上させることができる。また、これにより、浮上体Ｄの水平方向における復元力や剛性を増加させることができることは言うまでもない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の静電浮上装置は、図７に示すように、４つの電極で構成される電極構造を有するので電極間の境界は４つしかなく、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合、浮上時間（制御開始から浮上体が浮上するまでの時間を浮上時間と称する）が長くなる問題点があった。
【００２４】
実験によると、温度２０℃、湿度４５％ＲＨの環境下で、最初電極に、電圧±１．５ｋＶを印加し、直径１００ｍｍ、厚み０．７ｍｍのガラス板を初期ギャップ０．３５ｍｍから目標ギャップ０．３ｍｍに浮上させるのに、約２分程度の時間を要した。
【００２５】
また、電極への印加電圧の変化に対する浮上体の表面に現れる電荷の時間遅れが大きく、そのため浮上系が不安定になりやすく、浮上剛性が低くなる問題点があった。
【００２６】
更に、浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれた場合、浮上体に作用する水平方向の復元力も小さいので、この静電浮上装置をロボットなどの搬送装置に取り付け、浮上体を浮上した状態で搬送するとき、搬送速度を上げることができず、搬送効率や搬送システムの信頼性を高めることができなかった。
【００２７】
そこで、本発明は、上記問題点を除去し、浮上体を素早く浮上させ、浮上時間を短縮するとともに、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができ、しかも、浮上体の水平方向に作用する復元力や、その剛性を向上させることができる誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
（１）誘電体や絶縁体からなる浮上体を静電力を用いて浮上させる静電浮上装置において、絶縁基板上に複数の電極グループが形成され、その各電極グループは交互に分離されて配置されている複数の電極から形成されている固定子と、この固定子に対向する浮上体と、前記固定子と前記浮上体とのギャップを検出する変位センサと、前記浮上体を安定浮上させるための制御電圧を発生する制御器とを備え、前記変位センサを用いて検出した前記浮上体の浮上位置に基づいて前記制御器から作り出した制御電圧と一定直流電圧とを前記各電極グループの交互に分離されて配置されている複数の電極に交互に印加するようにしたものである。
【００２９】
（２）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに異なるようにしたものである。
【００３０】
（３）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに同じであるようにしたものである。
【００３１】
（４）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極には、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧とゼロボルトとを交互に印加するようにしたものである。
【００３２】
（５）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出す制御電圧の極性を、前記浮上体の電位がゼロボルトとなるように選ぶようにしたものである。
【００３３】
（６）上記（３）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成するその面積が互いに同じである複数の電極には、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧と、その制御電圧と反対極性の同じ絶対値を有する電圧とが交互に印加され、前記浮上体の電位がゼロボルトとなるようにしたものである。
【００３４】
（７）上記（１）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体は誘電体や絶縁体の板状体である。
【００３５】
（８）上記（７）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はガラス板である。
【００３６】
（９）上記（７）記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はセラミックス板である。
【００３７】
このように、本発明によれば、固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に制御電圧と一定直流電圧（ゼロボルトを含む）、または制御電圧とその制御電圧と反対極性の同じ絶対値を有する電圧とを交互に印加することにより、異なる値の電圧が印加される電極間の境界を数多く作り、浮上体（誘電体や絶縁体）の全面に渡って強い電界を発生させ、浮上体を素早く浮上させ、浮上時間を短縮すると同時に、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができる。また、浮上体の水平方向に作用する復元力やその剛性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の概略構成図であり、図２はその静電浮上装置における固定子の電極構造及び配線を示す。
【００４０】
図１において、１０は固定子、２０はこの固定子１０と対向する誘電体や絶縁体からなる浮上体、３１〜３４は変位センサ、４０は制御器を示している。
【００４１】
図１及び図２で示すように、固定子１０は絶縁基板からなり、その上に誘電体や絶縁体からなる浮上体２０に浮上力を与えるための電極１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄ、１４ａ〜１４ｄが形成されている。
【００４２】
これらの電極は同じ形状を有する４つのグループに分かれて固定子１０の上に均等に配置されている。つまり、電極１１ａ〜１１ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ１とする）を形成しており、電極１２ａ〜１２ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ２とする）を、電極１３ａ〜１３ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ３とする）を、電極１４ａ〜１４ｄが１つの電極グループ（これを電極グループ４とする）を形成している。
【００４３】
この各電極グループは４つの電極で構成され、その電極の内、一番内側の電極は長方形状を、残りの３つの電極は長方形状の中空を有する長方形状をしており、その４つの電極は面積が互いに等しくなっている。また、各電極グループ内の一番外側に配置されている電極１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａにより形成される長方形状の電極の長辺と短辺の長さは、浮上体２０の長辺と短辺の長さと等しくなっている。
【００４４】
なお、各電極グループを形成する電極は１個置きに互いに接続されており（図２の点線参照）、２つの組の電極を形成している。つまり、電極グループ１を例にとると、電極１１ａと電極１１ｃは裏面で互いに接続されており、１つの組の電極（これを電極グループ１の１組電極とする）を形成しており、また、電極１１ｂと電極１１ｄは裏面で互いに接続されており、１つの組の電極（これを電極グループ１の２組電極とする）を形成している。電極グループ２，３，４についても同様である。
【００４５】
各電極グループを形成する２つの組の電極の内、１つの組の電極には制御器４０からの制御電圧が印加され、もう１つの組の電極には常にゼロボルトが印加される。つまり、電極グループ１の１組電極（電極１１ａと１１ｃ）には制御電圧Ｖ１が、電極グループ２の１組電極（電極１２ａと１２ｃ）には制御電圧Ｖ２が、電極グループ３の１組電極（電極１３ａと１３ｃ）には制御電圧Ｖ３が、電極グループ４の１組電極（電極１４ａと１４ｃ）には制御電圧Ｖ４が印加される。
【００４６】
そして、電極グループ１の２組電極（電極１１ｂと１１ｄ）と電極グループ２の２組電極（電極１２ｂと１２ｄ）と電極グループ３の２組電極（電極１３ｂと１３ｄ）と電極グループ４の２組電極（電極１４ｂと１４ｄ）には、常にゼロボルトの電圧が印加されるようになっている。
【００４７】
なお、各電極グループの一番内側に配置されている１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ、１４ｄには、浮上体２０の浮上位置を検出するための変位センサ用穴９１〜９４があいている。
【００４８】
また、上記した電極への電圧は、スルーホール（図示なし）を通して、裏面から供給するようになっている。これ以降の全ての実施例において、電極への電圧はこの第１実施例と同じように、スルーホールを通して裏面から供給するようになっている。
【００４９】
次に、浮上体２０を安定浮上させるには、電極への印加電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を能動的に制御すればよい。つまり、変位センサ３１〜３４を用いて、浮上体２０の位置及び姿勢を検出し、この検出された信号に基づいて制御器４０で浮上体２０を安定浮上させるための制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を作り出し、電極グループ１の１組電極（１１ａと１１ｃ）と、電極グループ２の１組電極（電極１２ａと１２ｃ）、電極グループ３の１組電極（１３ａと１３ｃ）と、電極グループ４の１組電極（電極１４ａと１４ｃ）に印加することにより、浮上体２０を安定浮上させることができる。
【００５０】
このように第１実施例では、制御電圧が印加される電極とゼロボルトが印加される電極を交互に配置し、電極間の境界を数多く形成することにより、長方形状のガラスやセラミックスなどの誘電体や絶縁体を浮上させるとき、制御開始から浮上するまでの時間を短縮することができる。
【００５１】
また、浮上系の安定性や浮上剛性、浮上体の水平方向における復元力や、その剛性を向上させることができる。
【００５２】
実験により、上記した固定子１０を用い、温度２０℃、湿度４５％ＲＨの境界下で、横×縦×厚さ（１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．７ｍｍ）のガラス板の浮上実験を行い、制御開始から僅か約１秒で初期ギャップ０．３５ｍｍから目標ギャップ０．３ｍｍに浮上することを確認した。この実験において、各電極グループの１組電極への最初の印加電圧は３ｋＶで、各電極グループの２組電極にはゼロボルトを印加した。
【００５３】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００５４】
図３は本発明の第２実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す。
【００５５】
この図において、１１０は固定子、１１１ａ〜１１１ｊ、１１２ａ〜１１２ｆ、１１３ａ〜１１３ｊ、１１４ａ〜１１４ｆは電極、１９１〜１９４は変位センサ用穴を示している。
【００５６】
ストリップ状の電極１１１ａ〜１１１ｊ、１１２〜１１２ｆ、１１３ａ〜１１３ｊ、１１４ａ〜１１４ｆは、第１実施例のように、４つのグループに分かれており、絶縁基板からなる固定子１１０の上に形成されている。つまり、電極１１１ａ〜１１１ｊが電極グループ１を形成しており、電極１１２ａ〜１１２ｆが電極グループ２を、電極１１３ａ〜１１３ｊが電極グループ３を、電極１１４ａ〜１１４ｆが電極グループ４を形成している。電極グループ１は電極グループ３と同じ形状をしており、電極グループ２は電極グループ４と同じ形状をしている。
【００５７】
この４つの電極グループにより形成される長方形状の電極の長辺と短辺の長さは、浮上体の長辺と短辺の長さと各々等しくなっている。なお、同じ電極グループを形成する多数の電極は、互いに、その面積が等しくなっており、かつ、１個おきに互いに接続されており（図３の点線参照）、２つの組の電極を形成している。
【００５８】
つまり、電極グループ１を例にとると、電極１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｅ、１１１ｇ、１１１ｉは裏面で互いに接続されており、電極グループ１の１組電極を形成しており、また、電極１１１ｂ、１１１ｄ、１１１ｆ、１１１ｈ、１１１ｊは裏面で互いに接続されており、電極グループ１の２組電極を形成している。電極グループ２、３、４についても同様である。
【００５９】
なお、第１実施例と同様に、各電極グループを形成する２つの組の電極の内、１つの組の電極には制御器からの制御電圧が印加され、もう１つの組の電極には常にゼロボルトが印加される。つまり、電極グループ１の１組電極（電極１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｅ、１１１ｇ、１１１ｉ）には制御電圧Ｖ１が、電極グループ２の１組電極（電極１１２ｂ、１１２ｄ、１１２ｆ）には制御電圧Ｖ２が、電極グループ３の１組電極（電極１１３ｂ、１１３ｄ、１１３ｆ、１１３ｈ、１１３ｊ）には制御電圧Ｖ３が、電極グループ４の１組電極（電極１１４ａ、１１３ｃ、１１３ｅ）には制御電圧Ｖ４が印加される。
【００６０】
そして、電極グループ１の２組電極（電極１１１ｂ、１１１ｄ、１１１ｆ、１１１ｈ、１１１ｊ）と、電極グループ２の２組電極（電極１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｅ）と、電極グループ３の２組電極（電極１１３ａ、１１３ｃ、１１３ｅ、１１３ｇ、１１３ｉ）と、電極グループ４の２組電極（電極１１４ｂ、１１４ｄ、１１４ｆ）には、常にゼロボルトの電圧が印加される。
【００６１】
このように第２実施例では、単純な形状であるストリップ状の電極を一列に並べ、その電極に制御電圧とゼロボルトを交互に印加することにより、電極間の境界を数多く形成させ、長方形状の誘電体や絶縁体からなる浮上体を短時間で安定性高く浮上させる。また、電極グループ１と電極グループ３を形成する電極を横方向に並べることにより、横方向（図３における左右方向）における復元力やその剛性を、電極グループ２と電極グループ４を形成する電極は縦方向に並べることにより、縦方向（図３における上下方向）における復元力やその剛性を向上させるようにしている。
【００６２】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００６３】
図４は本発明の第３実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造を示す図である。
【００６４】
図４において、２１０は固定子、２１１〜２１４、２１１ａａ〜２１１ａｅ、２１１ｂａ〜２１１ｂｅ、２１１ｃａ〜２１１ｃｅ、２１２ａａ〜２１２ａｅ、２１２ｂａ〜２１２ｂｅ、２１２ｃａ〜２１２ｃｅ、２１３ａａ〜２１３ａｅ、２１３ｂａ〜２１３ｂｅ、２１３ｃａ〜２１３ｃｅ、２１４ａａ〜２１４ａｅ、２１４ｂａ〜２１４ｂｅ、２１４ｃａ〜２１４ｃｅは電極、２９１〜２９４は変位センサ用穴を示している。
【００６５】
電極２１１ａａ〜２１１ａｅ、２１１ｂａ〜２１１ｂｅ、２１１ｃａ〜２１１ｃｅは裏面で互いに接続されており、制御電圧Ｖ１（図示なし）が供給される。電極２１２ａａ〜２１２ａｅ、２１２ｂａ〜２１２ｂｅ、２１２ｃａ〜２１２ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ２（図示なし）が供給される。電極２１３ａａ〜２１３ａｅ、２１３ｂａ〜２１３ｂｅ、２１３ｃａ〜２１３ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ３（図示なし）が供給される。電極２１４ａａ〜２１４ａｅ、２１４ｂａ〜２１４ｂｅ、２１４ｃａ〜２１４ｃｅは裏面で互いに接続され、制御電圧Ｖ４（図示なし）が供給される。
【００６６】
更に、格子状の電極２１１〜２１４には、常にゼロボルトが供給されるようになっている。なお、各電極グループにおける同一制御電圧が印加される電極の総面積は、ゼロボルトが印加される電極の面積と等しくなっている。
【００６７】
この固定子２１０を用い、制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を能動的に制御することにより、長方形の誘電体や絶縁体を短時間で安定性よく浮上させる。
【００６８】
次に本発明の第４実施例について説明する。
【００６９】
図５は本発明の第４実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【００７０】
この図において、３１０は固定子、３１１ａ〜３１１ｄ、３１２ａ〜３１２ｄ、３１３ａ〜３１３ｄ、３１４ａ〜３１４ｄは電極、３９１〜３９４は変位センサ用穴を示している。
【００７１】
この第４実施例では、浮上体として円形状のガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体のディスクを用いる。そこで、固定子３１０の上に形成されている電極の構造を、浮上体の円形状に対応した形にしたことを除けば、その構造の基本的な概念は第１実施例の固定子１０（図２参照）と同様である。つまり、電極は、４つのグループに分けられ、その各グループを形成する電極は、図５に示すように配線され、２つの組の電極を形成している。
【００７２】
この２つの組の電極の内、１つの組の電極には常にゼロボルトが印加され、残りの１つの組の電極には制御電圧が印加されるようになっている。なお、各グループを形成する電極は扇状で、その面積は等しくなっている。また、各電極グループの一番外側に配置されている電極３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａによって形成される円の外径は浮上体の外径と等しくなっている。
【００７３】
なお、上記した第１実施例から第４実施例では、板状体を空間上で安定浮上させるため、浮上体の上の４箇所で浮上体に与えられる静電力を制御したが、これは冗長性を持たせた場合であり、浮上体を安定浮上させるには最低の３箇所で静電力を制御するだけで十分である。
【００７４】
図６は本発明の第５実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【００７５】
図６において、４１０は固定子、４１１ａ〜４１１ｄ、４１２ａ〜４１２ｄ、４１３ａ〜４１３ｄは電極、４９１〜４９３は変位センサ用穴を示している。
【００７６】
この第５実施例では、浮上体を安定浮上させるためには、浮上体に最低の３箇所で浮上力を制御すればよいので、電極を第４実施例（図５参照）の４つのグループから３つのグループにしたことを除けば、その構造や配線の基本的な概念は第４実施例と同様である。
【００７７】
この固定子４１０を用い、固定子の電極に印加される制御電圧を能動的に制御することにより、円形状の誘電体や絶縁体のディスクを短時間で安定性よく浮上させることができる。
【００７８】
なお、上記した第４実施例及び第５実施例において、固定子の上に形成されている電極の形状を、第２実施例と第３実施例の趣旨に基づいた形状にすることができることは言うまでもない。
【００７９】
また、上記の第１実施例〜第５実施例では、浮上体として円形状や長方形状の誘電体や絶縁体からなる浮上体を用いたが、それ以外の形状を有するものでも、本発明の趣旨に基づいて、電極構造を工夫することにより浮上体を短時間で浮上させ、かつ水平方向における復元力を増加させることができることは言うまでもない。
【００８０】
更に、上記の第１実施例〜第５実施例では、浮上体が誘電体や絶縁体である場合を例示したが、浮上体として導体や半導体など種々なものが用いられる場合にも本発明は適用できる。
【００８１】
なお、上記の第１実施例〜第５実施例において、常にゼロボルトが印加される電極に、ゼロボルトではない一定の電圧を印加することができることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記の第１実施例〜第４実施例において、浮上体（特に、導体や半導体）の電位をゼロボルトに維持したい場合には、電極に印加される制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の内、２つの制御電圧の極性として、同じ極性を有する残りの２つの制御電圧の極性と反対極性を用いればよい。例えば、制御電圧Ｖ１とＶ３の極性として正を、制御電圧Ｖ２とＶ４の極性として負をとることができる。この場合、浮上体が固定子の真下に一定のギャップで浮上した時、浮上体の電位をゼロボルトに保つことができるようになる。
【００８３】
更に、上記の第１実施例〜第５実施例において、常にゼロボルトが印加される電極に、制御電圧と反対極性の電圧を印加することができる。つまり、本発明の第１実施例（図２）を参考にして説明すると、電極グループ１の２組電極（電極１１ｂと１１ｄ）には制御電圧−Ｖ１を、電極グループ２の２組電極（電極１２ｂと１２ｄ）には制御電圧−Ｖ２を、電極グループ３の２組電極（電極１３ｂと１３ｄ）には制御電圧−Ｖ３を、電極グループ４の２組電極（電極１４ｂと１４ｄ）には制御電圧−Ｖ４を印加することができる。これにより、浮上体の電位はゼロボルトを保つことになる。本発明の第２実施例〜第５実施例についても同様である。
【００８４】
なお、上記の第１実施例〜第５実施例において、各グループを形成する電極の形を本発明の趣旨に基づいて変えたり、また電極の数を増減できることは言うまでもない。
【００８５】
また、上記の第１、２、４、５実施例では、各グループを形成する電極の面積が互いに等しい場合を例示したが、異なる面積にするようにしてもよい。
【００８６】
更に、上記第３実施例では、各グループにおいて制御電圧が印加される電極と常にゼロボルトが印加される電極の面積が等しい場合を例示したが、異なる面積にすることができることは言うまでもない。
【００８７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８９】
固定子の上に多数の電極を形成し、その電極に制御電圧とゼロボルトを交互に印加することにより、異なる電圧が印加される電極間の境界を数多く形成し、浮上体（特に、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体）の全面に渡って強い電界を発生させることができる。
【００９０】
これにより、浮上体を短時間で浮上させることが可能であると同時に、浮上剛性や浮上系の安定性を高めることができる。
【００９１】
また、このように、電極間の境界を数多く作ることにより、浮上体がその水平方向にずれた場合、浮上体に作用する復元力やその剛性を増加させることができる。
【００９２】
これにより、より的確に、制御性よく静電力による浮上体の非接触支持を行うことができる。また、ロボットなどの搬送装置を用いてガラス板などを静電力で浮上させた状態で搬送する場合、短時間で浮上させることが可能であり、更に、水平方向における復元力やその剛性を向上させることができるので、搬送速度を上げることができ、搬送システムの効率や信頼度を高めることができる。
【００９３】
このように、本発明は光学機器や、液晶ディスプレイ製造工程、半導体製造工業、精密機械工業などの分野において、導体や半導体は言うまでもなく、誘電体や絶縁体の静電浮上装置、また搬送装置などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置における固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図３】 本発明の第２実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図４】 本発明の第３実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図５】 本発明の第４実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図６】 本発明の第５実施例を示す誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置の固定子の電極構造及び配線を示す図である。
【図７】 従来の静電浮上装置の固定子の電極面の平面図である。
【図８】 従来の静電浮上装置での電極構造を用いて導体やシリコンウエハのような半導体を浮上させる場合と、ガラスやセラミックスのような誘電体や絶縁体を浮上させる場合に形成される電界や浮上体表面の電荷の挙動、またその電荷により発生する静電浮上力についての説明図である。
【図９】 従来の静電浮上装置における誘電体や絶縁体の浮上体が電極の真下の位置から水平方向にずれた場合のその水平方向に作用する復元力についての説明図である。
【図１０】 本発明に係る誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上に適した固定子電極構造の概念についての説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０ 固定子
２０ 浮上体
３１，３２，３３，３４ 変位センサ
４０ 制御器
１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄ，１３ａ〜１３ｄ，１４ａ〜１４ｄ，１１１ａ〜１１１ｊ，１１２ａ〜１１２ｆ，１１３ａ〜１１３ｊ，１１４ａ〜１１４ｆ，２１１〜２１４，２１１ａａ〜２１１ａｅ，２１１ｂａ〜２１１ｂｅ，２１１ｃａ〜２１１ｃｅ，２１２ａａ〜２１２ａｅ，２１２ｂａ〜２１２ｂｅ，２１２ｃａ〜２１２ｃｅ，２１３ａａ〜２１３ａｅ，２１３ｂａ〜２１３ｂｅ，２１３ｃａ〜２１３ｃｅ，２１４ａａ〜２１４ａｅ，２１４ｂａ〜２１４ｂｅ，２１４ｃａ〜２１４ｃｅ，３１１ａ〜３１１ｄ，３１２ａ〜３１２ｄ，３１３ａ〜３１３ｄ，３１４ａ〜３１４ｄ，４１１ａ〜４１１ｄ，４１２ａ〜４１２ｄ，４１３ａ〜４１３ｄ 電極
９１〜９４，１９１〜１９４，２９１〜２９４，３９１〜３９４，４９１〜４９３ 変位センサ用穴
Claims (9)
- 誘電体や絶縁体からなる浮上体を静電力を用いて浮上させる静電浮上装置において、
（ａ）絶縁基板上に複数の電極グループが形成され、該各電極グループは交互に分離されて配置されている複数の電極から形成されている固定子と、
（ｂ）該固定子に対向する浮上体と、
（ｃ）前記固定子と前記浮上体とのギャップを検出する変位センサと、
（ｄ）前記浮上体を安定浮上させるための制御電圧を発生する制御器とを備え、
（ｅ）前記変位センサを用いて検出した前記浮上体の浮上位置に基づいて前記制御器から作り出した制御電圧と一定直流電圧とを前記各電極グループの交互に分離されて配置されている複数の電極に交互に印加することを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。 - 請求項１記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに異なることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項１記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極は、その面積が互いに同じであることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項１記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成する複数の電極には前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧とゼロボルトとを交互に印加することを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項１記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出す制御電圧の極性を、前記浮上体の電位がゼロボルトとなるように選ぶことを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項３記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記各電極グループを形成するその面積が互いに同じである複数の電極には、前記浮上体の浮上位置に基づいて作り出した制御電圧と、該制御電圧と反対極性の同じ絶対値を有する電圧とが交互に印加され、前記浮上体の電位がゼロボルトとなることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項１記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体は誘電体や絶縁体の板状体であることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項７記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はガラス板であることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
- 請求項７記載の誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置において、前記浮上体はセラミックス板であることを特徴とする誘電体や絶縁体からなる浮上体の静電浮上装置。
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