JP4269711B2 - 静圧気体軸受 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で使用する静圧気体軸受に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置の光源が将来、レーザー光から更に短波長の電子ビーム、Ｘ線へと移行して行くにあたり、露光装置内部の可動機構に用いられる静圧気体軸受には真空環境内で動作可能であることが求められている。
静圧気体軸受は従来、エアーパッドから噴出する気体を軸受外部へ自由に放出しながら利用されてきたが、真空環境内で静圧気体軸受を動作させる場合、この軸受外部への気体放出を極力低減する必要がある。
これを実現するために、例えば特許文献１のように静圧気体軸受のエアーパッド周囲にラビリンスシール機構を設けた構造の静圧気体軸受が考案され、１０−５Ｐａの高真空環境内で利用できるものが既に実用化されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３３３０２２公報（第９図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、真空環境内で利用可能な静圧気体軸受として、本発明者らは、上記特許文献１にその最適な構造を開示し、静圧気体軸受の移動体から真空環境下へのリークをなくすことができたが、静圧気体軸受に接続される配管類の状況は以下のようになっている。
例えば、エアーパッド部に気体を供給するための気体供給配管においては約５気圧、即ち５０００００Ｐａ前後の高圧気体を内包しており、大気圧溝及び大気圧溝に接続された大気開放配管においては約１気圧、即ち１０００００Ｐａ前後の気体を内包している。更に、真空ポンプで排気を行う減圧溝、ガイド軸及びガイド軸に接続された排気配管においても、その内部の圧力は数Ｐａ〜数千Ｐａであり、静圧気体軸受周囲の圧力（１０−５Ｐａ）よりもはるかに高圧である。
このため、静圧気体軸受の各配管接続部や部品の締結部等において１箇所でもリーク箇所が存在すると、静圧気体軸受の周囲圧力が上昇し、所望の真空を得ることができない。このような不具合を防止するため、製作後に静圧気体軸受のリークチェックを行い不具合箇所の修正を行うことが必須である。
【０００５】
しかしながら、静圧気体軸受特有の問題により、リークチェックは経験と勘を要するかなり難しい作業となっていた。
すなわち、静圧気体軸受は微小隙間を介して静圧気体軸受外部と通じているため、例えばプローブ法によりヘリウムガスを吹き付けリークを検査する際、吹き付けられたヘリウムガスは静圧気体軸受周辺の空間を漂い、その一部は前記微小隙間を通って静圧気体軸受の内部空間へ流入してしまう可能性がある。
その結果、検査箇所に問題が無い場合でもヘリウムリークディテクタは反応を示し、その箇所で検査不合格と判定してしまうのである。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ヘリウムリークディテクタによるリークチェックが可能な圧力領域まで静圧気体軸受内部の圧力を減少させること、及び、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、リークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記減圧溝の更に外周には遮断溝を設けてあることとした。
遮断溝を有する構成としたので、遮断溝を利用して微小隙間への気体流入経路を一時的に遮断することが可能となる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項２は、前記遮断溝内に前記可動部の外部から液体を注入することが可能であることとした。
液体を遮断溝に注入することで、気体流入経路の一時的な遮断ができるのでより容易に遮断できるようになる。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項３は、前記遮断溝の深さが１ｍｍ以下であることとした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受の外形寸法に影響を与えることなく遮断溝を設けることが可能となる。また、遮断溝内に液体を注入した際、表面張力により液体を遮断溝内に一定時間留めることが可能となり、更には使用する液体も少量でよい。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項４は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、大気中において静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行う際、全ての前記減圧溝をポンプにて排気しながら行うこととした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受内部の全空間の圧力が１０００Pa以下となるので、全空間に対してヘリウムによるリークチェックを行うことが可能となる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項５は、前記遮断溝内に液体を注入することで、前記可動部と前記固定部の平滑面とが対抗し形成される微小隙間に対して外部から気体が流入する経路を一時的に遮断した状態で、静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行うこととした。
上記構成とすることで、微小隙間へヘリウムガスが流入することを防止し、リークチェックの合否判定を確実に行うことが出来る。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項６は、前記遮断溝内に注入する液体として、揮発性の有機溶剤を使用することとした。
上記構成とすることで、リークチェックが完了した後において、遮断溝内に注入した液体を除去することが容易となる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項７は、前記揮発性の有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用することとした。
上記構成とすることで、イソプロピルアルコールの蒸発速度はアセトンなどに比べて低いため遮断溝内に１０分以上留めることが出来、リークチェック完了後は遮断溝内に空気を導入することで完全に除去することが容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
まず、具体的に、静圧気体軸受に対してヘリウムガスを用いたプローブ法によりリークチェックを行う方法を図面に基づき説明する。
プローブ法とは、検査対象となる真空機器の内部を排気しながら、真空機器の外部からプローブによりヘリウムガスを局所的に吹き付け、真空機器内部へ流入してくるヘリウムガスの量を分析計にて観察することで、プローブをあてた箇所におけるリークの有無を判定する方法である。
【００１５】
説明のために、リークチェックの対象となる静圧気体軸受の一例として、特許文献１に示された静圧気体軸受を取り上げることとし、その全体図を図１に示した。
図１は、４面が平滑面となっている固定部に、天板２ａ、側板２ｂ、底板ｃからなり、外部から供給されるエアーを介して固定部に対して左右に移動する可動部とを備える静圧気体軸受を示している。
また、この静圧気体軸受の具体的な内部構造を示すために、その各部品の詳細を図２から図７に示した。構造の詳細については特許文献１に記載されているため省略するが、要となるのは、固定部１はセラミックスからなるガイド軸であり、その内部にはリブ構造による空洞５が存在すること。及び、可動部２の内部においては減圧溝７が２重に配置され、それらは固定部内の前記空洞５を介して、真空チャンバー外部へ設置された真空ポンプへと接続されていることである。
また、エアーパッド９への気体供給配管２０、及び大気圧溝１０を大気へ開放するための大気開放配管２１については、可動部２へ配管が直接接続された構造となっている。尚、これら気体供給配管２０及び大気開放配管２１の接続口（それぞれ１５、１６）は、可動部２を構成する天板２ａ、測板２ｂ、底板２ｃの全てに設けられているが、図においては簡単のために測板２ｂにおいてのみ図示している。
以上でわかるように静圧気体軸受の内部空間は、気体供給系、大気開放系、内側減圧溝系、外側減圧溝系の４つの空間に分かれており、４つの空間についてそれぞれ個別にリークチェックを行っていくこととなる。
【００１６】
まず、気体供給系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図８に示した。リークチェックの対象が気体供給系であるから、気体供給配管接続口１５にヘリウムリークディテクタを接続することは当然であるが、それだけの状態でヘリウムリークディテクタを始動しても、気体供給配管２０内部の圧力が所定の圧力以下（１０００Ｐａ以下）まで下がらない。これは、静圧気体軸受においては固定部１と可動部２との間に数μｍの微小隙間が存在するため、前記４つの内部空間はこの微小隙間を介して全て通じており、更には静圧気体軸受外部の空間とも通じていることに起因する。
したがって、図８に示したように大気開放配管２１を封止し、さらに内側減圧溝７ａと外側減圧溝７ｂとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【００１７】
こうすると、気体供給系の空間の圧力は１０Ｐａ程度まで下がるため、リークチェックを行うことが可能となる。尚、大気開放配管２１を封止したのと同様に、固定部１両端の減圧溝排気配管接続口４を封止しても良いように思われるが、そうした場合は減圧溝７に残った大気圧の気体がゆっくりと気体供給配管２０内に流入するため、気体供給配管２０の圧力が十分に下がらず、高精度のリーク検査が難しくなってしまう。このため、図８のように減圧溝７をポンプで排気しながらリークチェックを行う必要がある。
【００１８】
次に、大気開放系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図９に示した。この場合は大気開放配管接続口１６にヘリウムリークディテクタを接続し、気体供給配管２０を封止する。図８と同様に、内側減圧溝７ａと外側減圧溝７ｂとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【００１９】
また、内側減圧溝系、外側減圧溝系のリークチェックを行う際は、気体供給配管２０、大気開放配管２１の両方を封止し、減圧溝７はやはり真空ポンプで排気しながら、リークチェック対象となる配管にヘリウムリークディテクタを接続してリークチェックを行うことが出来る。その様子はそれぞれ図１０及び図１１に示した。
【００２０】
図１２に示したのは、本実施例における静圧気体軸受の可動部２を構成する天板２ｂを示す図である。図５に示した従来の形状と異なるのは、外側減圧溝７ｂの更に外側に、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの遮断溝１７ａ，１７ｂが形成されていることである。またこの遮断溝１７ａ，１７ｂの片側端部においては、遮断溝１７ａ，１７ｂに液体を注入するための液体注入穴１８ａ，１８ｂが天板２ａを貫通して設けられている。
ここで、この液体注入穴は、天板に設けた例を示したが、側板に設けてもよい。
【００２１】
本実施例における静圧気体軸受の可動部２を構成する２枚の側板２ｂ及び底板２ｃを、それぞれ図１４、図１５、図１３に示した。これらにおいても図１２の天板２ａと同様に、外側減圧溝７ｂの更に外側で可動部の移動方向の内面の両端付近に幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの遮断溝１７ａ，１７ｂが形成されており、これらの部材を組み立てて可動部２を構成した状態においては、天板２ａ、側板２ｂ、底板２ｃのそれぞれの遮断溝１７ａが接続され連続して固定部１を取囲むように形成され、同様に遮断溝１７ｂも固定部１を取囲むように設計されている。この状態で可動部２の移動方向の内面の両端部に外部から微小隙間を通って流入する気体を遮断することができる遮断溝１７ａおよび遮断溝１７ｂがそれぞれ形成される。また、片側の側板２ｂにおいては図１５に示したように、天板２ａの液体注入穴１８ａ、１８ｂから注入された液体の出口として、液体吐出穴１９ａ、１９ｂが側板２ｂを貫通して設けられている。
ここで、液体注入穴を側板に設けた場合は、液体吐出穴を天板に設けるようにすると良い。
【００２２】
可動部２において、天板２ａに形成された液体注入穴１８ａ、１８ｂへ注入された液体が、可動部２を構成する各部品に形成された遮断溝１７ａ、１７ｂに供給され、最終的には片側の側板２ｂに形成された液体吐出穴１９ａ、１９ｂから吐出されるまでに通過する経路を図１６に示した。同図にて明らかなように、液体注入穴１８ａ、１８ｂに注入された液体は固定部１の周りをほぼ一周するような経路で遮断溝１７ａ、１７ｂへ供給され、その後は蒸発するまでの一定時間、遮断溝１７ａ、１７ｂ内にとどまり、微小隙間へ気体が流入する経路を遮断することが出来る。尚、同図では液体の通過する経路において液体吐出穴１９ａ、１９ｂの近辺で隙間が開いているように見えるが、実際には微小隙間内にも液体が僅かに浸透するため、微小隙間へ気体が流入する経路は完全に遮断される。
【００２３】
尚、本発明においては「遮断溝１７は外側減圧溝７ｂの更に外周に設ける」と記述してきたが、この意味は、外側減圧溝７ｂから静圧気体軸受の外部に向かって気体が流出し得る経路を全て遮断できるように遮断溝１７を配置することを示す。
例えば、図１７のように、固定部が三つの平滑面を有し、この三つの平滑面に対して、可動部２が１枚の天板２ａと２枚の側板２ｂの３部品からなる３面拘束の構造である静圧気体軸受の場合、側板２ｂにおける遮断溝の配置は図１８のようなものが考えられる。このとき、液体注入穴１８へ注入された液体が、可動部２を構成する各部品に形成された遮断溝１７に供給され、最終的には片側の側板２ｂに形成された液体吐出穴１９から吐出されるまでに通過する経路は図１９に示すようになる。
【００２４】
注入する液体は、リークチェックの作業中には遮断溝１７内にとどまり、リークチェック完了後は速やかに除去できることが望ましい。発明者が行った実験においてはイソプロピルアルコールを使用した際に最も良好な使用感が得られた。
注入後１０分はリークチェックを行うことが可能であり、さらに検査が長時間にわたる場合には、液体を注入後、液体注入穴１８及び液体吐出穴１９をゴムキャップで封止しておけば、１時間以上に渡りリークチェックが可能であった。また、リークチェック完了後は液体注入穴１８に加圧空気を導入し、可動部２を固定部１に対して２〜３回ほどスライドさせることで完全に除去することが出来た。
【００２５】
遮断溝１７にイソプロピルアルコールを注入した後、ヘリウムガスによるリークチェックを行ったところ、微小隙間に対して直接ヘリウムガスを吹き付けた際においてもヘリウムリークディテクタは反応を示さず、静圧気体軸受の内部空間と外部の空間とは完全に遮断されていることがわかった。即ち、これまでのように微小隙間にヘリウムガスが流入しないように注意を払う必要も無く、静圧気体軸受の全ての箇所に対して確実にリークチェックを行うことが可能であることを確認した。
【００２６】
上記実施例では、固定部、可動部として記載したが、上記の可動部を固定し、上記の固定部を左右に移動させて用いる場合であっても、同様の構造と検査方法が適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、全ての内部空間に対してリークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図２】 従来の静圧気体軸受におけるガイド軸の構造を示す斜視図である。
【図３】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図４】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図５】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する天板を示す図である。
【図６】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する底板を示す図である。
【図７】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する側板を示す図である。
【図８】 静圧気体軸受の内部空間のうち、気体供給系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図９】 静圧気体軸受の内部空間のうち、大気開放系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１０】 静圧気体軸受の内部空間のうち、内側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１１】 静圧気体軸受の内部空間のうち、外側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１２】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する天板を示す図である。
【図１３】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する底板を示す図である。
【図１４】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する一方の側板を示す図である。
【図１５】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する他方の側板を示す図である。
【図１６】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【図１７】 本発明にかかる静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図１８】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部の構造を示す斜視図である。
【図１９】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【符号の説明】
１…固定部（ガイド軸）
２…可動部
２ａ…天板、２ｂ…側板、２ｃ…底板
３…支柱
４…排気配管接続口
４ａ…内側排気配管接続、４ｂ…外側排気配管接続
５…空洞
６…排気穴
６ａ…内側排気穴、６ｂ…外側排気穴
７…減圧溝
７ａ…内側減圧溝、７ｂ…外側減圧溝
８…ボルト穴
９…エアーパッド
１０…大気圧溝
１１…大気開放穴
１２…締結面
１３…シール剤供給穴
１４…シール剤封入溝
１５…気体供給配管接続口
１６…大気開放配管接続口
１７、１７ａ、１７ｂ…遮断溝
１８、１８ａ、１８ｂ…液体注入穴
１９、１９ａ、１９ｂ…液体吐出穴
２０…気体供給配管
２１…大気開放配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で使用する静圧気体軸受に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置の光源が将来、レーザー光から更に短波長の電子ビーム、Ｘ線へと移行して行くにあたり、露光装置内部の可動機構に用いられる静圧気体軸受には真空環境内で動作可能であることが求められている。
静圧気体軸受は従来、エアーパッドから噴出する気体を軸受外部へ自由に放出しながら利用されてきたが、真空環境内で静圧気体軸受を動作させる場合、この軸受外部への気体放出を極力低減する必要がある。
これを実現するために、例えば特許文献１のように静圧気体軸受のエアーパッド周囲にラビリンスシール機構を設けた構造の静圧気体軸受が考案され、１０−５Ｐａの高真空環境内で利用できるものが既に実用化されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３３３０２２公報（第９図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、真空環境内で利用可能な静圧気体軸受として、本発明者らは、上記特許文献１にその最適な構造を開示し、静圧気体軸受の移動体から真空環境下へのリークをなくすことができたが、静圧気体軸受に接続される配管類の状況は以下のようになっている。
例えば、エアーパッド部に気体を供給するための気体供給配管においては約５気圧、即ち５０００００Ｐａ前後の高圧気体を内包しており、大気圧溝及び大気圧溝に接続された大気開放配管においては約１気圧、即ち１０００００Ｐａ前後の気体を内包している。更に、真空ポンプで排気を行う減圧溝、ガイド軸及びガイド軸に接続された排気配管においても、その内部の圧力は数Ｐａ〜数千Ｐａであり、静圧気体軸受周囲の圧力（１０−５Ｐａ）よりもはるかに高圧である。
このため、静圧気体軸受の各配管接続部や部品の締結部等において１箇所でもリーク箇所が存在すると、静圧気体軸受の周囲圧力が上昇し、所望の真空を得ることができない。このような不具合を防止するため、製作後に静圧気体軸受のリークチェックを行い不具合箇所の修正を行うことが必須である。
【０００５】
しかしながら、静圧気体軸受特有の問題により、リークチェックは経験と勘を要するかなり難しい作業となっていた。
すなわち、静圧気体軸受は微小隙間を介して静圧気体軸受外部と通じているため、例えばプローブ法によりヘリウムガスを吹き付けリークを検査する際、吹き付けられたヘリウムガスは静圧気体軸受周辺の空間を漂い、その一部は前記微小隙間を通って静圧気体軸受の内部空間へ流入してしまう可能性がある。
その結果、検査箇所に問題が無い場合でもヘリウムリークディテクタは反応を示し、その箇所で検査不合格と判定してしまうのである。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ヘリウムリークディテクタによるリークチェックが可能な圧力領域まで静圧気体軸受内部の圧力を減少させること、及び、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、リークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記減圧溝の更に外周には遮断溝を設けてあることとした。
遮断溝を有する構成としたので、遮断溝を利用して微小隙間への気体流入経路を一時的に遮断することが可能となる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項２は、前記遮断溝内に前記可動部の外部から液体を注入することが可能であることとした。
液体を遮断溝に注入することで、気体流入経路の一時的な遮断ができるのでより容易に遮断できるようになる。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項３は、前記遮断溝の深さが１ｍｍ以下であることとした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受の外形寸法に影響を与えることなく遮断溝を設けることが可能となる。また、遮断溝内に液体を注入した際、表面張力により液体を遮断溝内に一定時間留めることが可能となり、更には使用する液体も少量でよい。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項４は、少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、大気中において静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行う際、全ての前記減圧溝をポンプにて排気しながら行うこととした。
上記構成とすることで、静圧気体軸受内部の全空間の圧力が１０００Pa以下となるので、全空間に対してヘリウムによるリークチェックを行うことが可能となる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項５は、前記遮断溝内に液体を注入することで、前記可動部と前記固定部の平滑面とが対抗し形成される微小隙間に対して外部から気体が流入する経路を一時的に遮断した状態で、静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行うこととした。
上記構成とすることで、微小隙間へヘリウムガスが流入することを防止し、リークチェックの合否判定を確実に行うことが出来る。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項６は、前記遮断溝内に注入する液体として、揮発性の有機溶剤を使用することとした。
上記構成とすることで、リークチェックが完了した後において、遮断溝内に注入した液体を除去することが容易となる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項７は、前記揮発性の有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用することとした。
上記構成とすることで、イソプロピルアルコールの蒸発速度はアセトンなどに比べて低いため遮断溝内に１０分以上留めることが出来、リークチェック完了後は遮断溝内に空気を導入することで完全に除去することが容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
まず、具体的に、静圧気体軸受に対してヘリウムガスを用いたプローブ法によりリークチェックを行う方法を図面に基づき説明する。
プローブ法とは、検査対象となる真空機器の内部を排気しながら、真空機器の外部からプローブによりヘリウムガスを局所的に吹き付け、真空機器内部へ流入してくるヘリウムガスの量を分析計にて観察することで、プローブをあてた箇所におけるリークの有無を判定する方法である。
【００１５】
説明のために、リークチェックの対象となる静圧気体軸受の一例として、特許文献１に示された静圧気体軸受を取り上げることとし、その全体図を図１に示した。
図１は、４面が平滑面となっている固定部に、天板２ａ、側板２ｂ、底板ｃからなり、外部から供給されるエアーを介して固定部に対して左右に移動する可動部とを備える静圧気体軸受を示している。
また、この静圧気体軸受の具体的な内部構造を示すために、その各部品の詳細を図２から図７に示した。構造の詳細については特許文献１に記載されているため省略するが、要となるのは、固定部１はセラミックスからなるガイド軸であり、その内部にはリブ構造による空洞５が存在すること。及び、可動部２の内部においては減圧溝７が２重に配置され、それらは固定部内の前記空洞５を介して、真空チャンバー外部へ設置された真空ポンプへと接続されていることである。
また、エアーパッド９への気体供給配管２０、及び大気圧溝１０を大気へ開放するための大気開放配管２１については、可動部２へ配管が直接接続された構造となっている。尚、これら気体供給配管２０及び大気開放配管２１の接続口（それぞれ１５、１６）は、可動部２を構成する天板２ａ、測板２ｂ、底板２ｃの全てに設けられているが、図においては簡単のために測板２ｂにおいてのみ図示している。
以上でわかるように静圧気体軸受の内部空間は、気体供給系、大気開放系、内側減圧溝系、外側減圧溝系の４つの空間に分かれており、４つの空間についてそれぞれ個別にリークチェックを行っていくこととなる。
【００１６】
まず、気体供給系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図８に示した。リークチェックの対象が気体供給系であるから、気体供給配管接続口１５にヘリウムリークディテクタを接続することは当然であるが、それだけの状態でヘリウムリークディテクタを始動しても、気体供給配管２０内部の圧力が所定の圧力以下（１０００Ｐａ以下）まで下がらない。これは、静圧気体軸受においては固定部１と可動部２との間に数μｍの微小隙間が存在するため、前記４つの内部空間はこの微小隙間を介して全て通じており、更には静圧気体軸受外部の空間とも通じていることに起因する。
したがって、図８に示したように大気開放配管２１を封止し、さらに内側減圧溝７ａと外側減圧溝７ｂとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【００１７】
こうすると、気体供給系の空間の圧力は１０Ｐａ程度まで下がるため、リークチェックを行うことが可能となる。尚、大気開放配管２１を封止したのと同様に、固定部１両端の減圧溝排気配管接続口４を封止しても良いように思われるが、そうした場合は減圧溝７に残った大気圧の気体がゆっくりと気体供給配管２０内に流入するため、気体供給配管２０の圧力が十分に下がらず、高精度のリーク検査が難しくなってしまう。このため、図８のように減圧溝７をポンプで排気しながらリークチェックを行う必要がある。
【００１８】
次に、大気開放系の空間についてリークチェックを行うための配管接続方法を図９に示した。この場合は大気開放配管接続口１６にヘリウムリークディテクタを接続し、気体供給配管２０を封止する。図８と同様に、内側減圧溝７ａと外側減圧溝７ｂとを真空ポンプにて排気しながらヘリウムリークディテクタを始動する。
【００１９】
また、内側減圧溝系、外側減圧溝系のリークチェックを行う際は、気体供給配管２０、大気開放配管２１の両方を封止し、減圧溝７はやはり真空ポンプで排気しながら、リークチェック対象となる配管にヘリウムリークディテクタを接続してリークチェックを行うことが出来る。その様子はそれぞれ図１０及び図１１に示した。
【００２０】
図１２に示したのは、本実施例における静圧気体軸受の可動部２を構成する天板２ｂを示す図である。図５に示した従来の形状と異なるのは、外側減圧溝７ｂの更に外側に、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの遮断溝１７ａ，１７ｂが形成されていることである。またこの遮断溝１７ａ，１７ｂの片側端部においては、遮断溝１７ａ，１７ｂに液体を注入するための液体注入穴１８ａ，１８ｂが天板２ａを貫通して設けられている。
ここで、この液体注入穴は、天板に設けた例を示したが、側板に設けてもよい。
【００２１】
本実施例における静圧気体軸受の可動部２を構成する２枚の側板２ｂ及び底板２ｃを、それぞれ図１４、図１５、図１３に示した。これらにおいても図１２の天板２ａと同様に、外側減圧溝７ｂの更に外側で可動部の移動方向の内面の両端付近に幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの遮断溝１７ａ，１７ｂが形成されており、これらの部材を組み立てて可動部２を構成した状態においては、天板２ａ、側板２ｂ、底板２ｃのそれぞれの遮断溝１７ａが接続され連続して固定部１を取囲むように形成され、同様に遮断溝１７ｂも固定部１を取囲むように設計されている。この状態で可動部２の移動方向の内面の両端部に外部から微小隙間を通って流入する気体を遮断することができる遮断溝１７ａおよび遮断溝１７ｂがそれぞれ形成される。また、片側の側板２ｂにおいては図１５に示したように、天板２ａの液体注入穴１８ａ、１８ｂから注入された液体の出口として、液体吐出穴１９ａ、１９ｂが側板２ｂを貫通して設けられている。
ここで、液体注入穴を側板に設けた場合は、液体吐出穴を天板に設けるようにすると良い。
【００２２】
可動部２において、天板２ａに形成された液体注入穴１８ａ、１８ｂへ注入された液体が、可動部２を構成する各部品に形成された遮断溝１７ａ、１７ｂに供給され、最終的には片側の側板２ｂに形成された液体吐出穴１９ａ、１９ｂから吐出されるまでに通過する経路を図１６に示した。同図にて明らかなように、液体注入穴１８ａ、１８ｂに注入された液体は固定部１の周りをほぼ一周するような経路で遮断溝１７ａ、１７ｂへ供給され、その後は蒸発するまでの一定時間、遮断溝１７ａ、１７ｂ内にとどまり、微小隙間へ気体が流入する経路を遮断することが出来る。尚、同図では液体の通過する経路において液体吐出穴１９ａ、１９ｂの近辺で隙間が開いているように見えるが、実際には微小隙間内にも液体が僅かに浸透するため、微小隙間へ気体が流入する経路は完全に遮断される。
【００２３】
尚、本発明においては「遮断溝１７は外側減圧溝７ｂの更に外周に設ける」と記述してきたが、この意味は、外側減圧溝７ｂから静圧気体軸受の外部に向かって気体が流出し得る経路を全て遮断できるように遮断溝１７を配置することを示す。
例えば、図１７のように、固定部が三つの平滑面を有し、この三つの平滑面に対して、可動部２が１枚の天板２ａと２枚の側板２ｂの３部品からなる３面拘束の構造である静圧気体軸受の場合、側板２ｂにおける遮断溝の配置は図１８のようなものが考えられる。このとき、液体注入穴１８へ注入された液体が、可動部２を構成する各部品に形成された遮断溝１７に供給され、最終的には片側の側板２ｂに形成された液体吐出穴１９から吐出されるまでに通過する経路は図１９に示すようになる。
【００２４】
注入する液体は、リークチェックの作業中には遮断溝１７内にとどまり、リークチェック完了後は速やかに除去できることが望ましい。発明者が行った実験においてはイソプロピルアルコールを使用した際に最も良好な使用感が得られた。
注入後１０分はリークチェックを行うことが可能であり、さらに検査が長時間にわたる場合には、液体を注入後、液体注入穴１８及び液体吐出穴１９をゴムキャップで封止しておけば、１時間以上に渡りリークチェックが可能であった。また、リークチェック完了後は液体注入穴１８に加圧空気を導入し、可動部２を固定部１に対して２〜３回ほどスライドさせることで完全に除去することが出来た。
【００２５】
遮断溝１７にイソプロピルアルコールを注入した後、ヘリウムガスによるリークチェックを行ったところ、微小隙間に対して直接ヘリウムガスを吹き付けた際においてもヘリウムリークディテクタは反応を示さず、静圧気体軸受の内部空間と外部の空間とは完全に遮断されていることがわかった。即ち、これまでのように微小隙間にヘリウムガスが流入しないように注意を払う必要も無く、静圧気体軸受の全ての箇所に対して確実にリークチェックを行うことが可能であることを確認した。
【００２６】
上記実施例では、固定部、可動部として記載したが、上記の可動部を固定し、上記の固定部を左右に移動させて用いる場合であっても、同様の構造と検査方法が適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、微小隙間へのヘリウムガス流入を完全に防止することができ、全ての内部空間に対してリークチェックを容易に且つ正確に行うことが可能な静圧気体軸受、及びそのリークチェック方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図２】 従来の静圧気体軸受におけるガイド軸の構造を示す斜視図である。
【図３】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図４】 従来の静圧気体軸受における可動部の構造を示す斜視図である。
【図５】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する天板を示す図である。
【図６】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する底板を示す図である。
【図７】 従来の静圧気体軸受における可動部を構成する側板を示す図である。
【図８】 静圧気体軸受の内部空間のうち、気体供給系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図９】 静圧気体軸受の内部空間のうち、大気開放系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１０】 静圧気体軸受の内部空間のうち、内側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１１】 静圧気体軸受の内部空間のうち、外側減圧溝系のリークチェックを行う際の配管接続方法を示す図である。
【図１２】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する天板を示す図である。
【図１３】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する底板を示す図である。
【図１４】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する一方の側板を示す図である。
【図１５】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部を構成する他方の側板を示す図である。
【図１６】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【図１７】 本発明にかかる静圧気体軸受の外観を示す斜視図である。
【図１８】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部の構造を示す斜視図である。
【図１９】 本発明の一実施例である静圧気体軸受の可動部において、天板の液体注入穴から遮断溝へ注入された液体が通る経路を示す図である。
【符号の説明】
１…固定部（ガイド軸）
２…可動部
２ａ…天板、２ｂ…側板、２ｃ…底板
３…支柱
４…排気配管接続口
４ａ…内側排気配管接続、４ｂ…外側排気配管接続
５…空洞
６…排気穴
６ａ…内側排気穴、６ｂ…外側排気穴
７…減圧溝
７ａ…内側減圧溝、７ｂ…外側減圧溝
８…ボルト穴
９…エアーパッド
１０…大気圧溝
１１…大気開放穴
１２…締結面
１３…シール剤供給穴
１４…シール剤封入溝
１５…気体供給配管接続口
１６…大気開放配管接続口
１７、１７ａ、１７ｂ…遮断溝
１８、１８ａ、１８ｂ…液体注入穴
１９、１９ａ、１９ｂ…液体吐出穴
２０…気体供給配管
２１…大気開放配管
Claims (6)
- 少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、
前記減圧溝の更に外周には
大気中においてヘリウムによるリークチェックを行う際、外部から液体を注入することで、前記液体が蒸発するまでの一定時間、前記液体が遮断溝にとどまり、前記微小隙間にヘリウムガスが流入することを遮断するための遮断溝を設けてあることを特徴とする静圧気体軸受。 - 前記遮断溝の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受。
- 少なくとも一つの平滑面を有する固定部と、前記固定部の平滑面に沿って運動する可動部とからなり、前記可動部には、前記固定部の平滑面と対抗し形成される微小隙間に対し外部から供給される気体を放出するエアーパッドを形成し、前記エアーパッドの外周には、少なくとも前記微小隙間に放出された気体を回収して配管を介してポンプにより排気するための減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、
大気中において静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行う際、全ての前記減圧溝をポンプにて排気しながら行うことを特徴とする静圧気体軸受の検査方法。 - 前記減圧溝の更に外周には遮断溝を設け該遮断溝内に液体を注入し、前記可動部と前記固定部の平滑面とが対抗し形成される微小隙間に対して外部から気体が流入する経路を一時的に遮断した状態で、静圧気体軸受全体に対してヘリウムによるリークチェックを行うことを特徴とする請求項３に記載の静圧気体軸受の検査方法。
- 前記遮断溝内に注入する液体として、揮発性の有機溶剤を使用することを特徴とする請求項４に記載の静圧気体軸受の検査方法。
- 前記揮発性の有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用することを特徴とする請求項５に記載の静圧気体軸受の検査方法。
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