JP4443778B2 - Fluid pressure actuator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一軸方向駆動用のアクチュエータに関し、特に密封チャンバ、例えば電子ビーム露光装置における真空チャンバのような密封チャンバ内での使用に適した流体圧アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置用のX−Yテーブルは、高真空下で使用され、また電子ビーム軌道を制御するための磁場に影響を与えないようにアクチュエータに使用される材料は、非磁性材料に限定される。このため、アルミナセラミクス、ベリリウム銅などの非磁性材料を使用したテーブルをころ軸受で案内し、摩擦駆動するという構成が一般的である。
【0003】
摩擦駆動によるアクチュエータは、図6に示されるように、予圧Pをかけた従動輪(図示せず)と駆動輪61とでスライダ62を挟み、摩擦により駆動輪61の回転運動をスライダ62の直線運動に変換する構造である。駆動輪61は、サーボモータ63で駆動される。スライダ62には、テーブル64が案内面上をころ軸受案内によりスライド可能に組合わされる。テーブル64の移動量は変位センサ65で検出され、コントローラ66に送られる。コントローラ66は、検出された移動量を受けてテーブル64が所定の目標位置に位置決めされるようにサーボモータ63を制御する。
【0004】
図6に示すアクチュエータは、一軸分の構成であり、これをX軸用のアクチュエータとすると、別にY軸用のアクチュエータが必要となる。Y軸用のアクチュエータもX軸用のアクチュエータと同じ構成であるが、X軸用のアクチュエータとテーブル64とを一体的にY軸方向に移動させることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のアクチュエータの特徴は、ボールねじ駆動機構と比較して高速駆動が可能な点にあるが、摩擦力で駆動されるため推力が小さいことが問題点としてあげられる。更に、駆動輪61とスライダ62との間の摩擦係数が不明であるため、すべりを嫌って低速で用いられることが多く、電子ビーム露光装置に用いた場合のスループットは、半導体ウェハ15〜20枚/hr程度となっている。より大きな摩擦力を得るためには、大きな予圧Pが必要となり、アクチュエータの材料摩耗、発塵、寿命低下など信頼性の点で問題となる。
【0006】
また、ころ軸受案内は接触式案内であり、案内面ところの加工精度により案内精度が決まり、案内剛性は比較的大きいものの、接触面への塵埃の混入に弱いという問題がある。加えて、駆動輪61の回転にはサーボモータ63を使用するが、サーボモータ63は磁性を有するので、真空チャンバ外に設置する必要があり、電子ビームの磁場に影響しない真空チャンバ外からスライダ62によりテーブル64を駆動するという構成を採用せざるを得ない。これは、X軸用、Y軸用の両アクチュエータに共通の課題である。その結果、アクチュエータの占有面積増加、駆動軸が長くなることによる剛性の低下に起因する運動性能の劣化などが新たな問題として生じる。
【0007】
そこで、本発明の課題は、モータを使用しない流体圧アクチュエータを提供することにある。
【0008】
本発明の他の課題は、真空チャンバ内での使用に適した流体圧アクチュエータを提供することにある。
【0009】
本発明の更に他の課題は、可動部の軽量化を図った流体圧アクチュエータを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、一軸方向に延びるガイド軸とこれを収容しつつ移動可能な筒状のスライダとを含み、真空チャンバ内で使用される流体圧アクチュエータにおいて、前記ガイド軸は、その中央部に細くなった部分を有すると共に、太い部分と細くなった部分の間をテーパー状にしており、該アクチュエータは、前記ガイド軸における前記細くなった部分と前記テーパー状の部分の周囲と前記スライダの内壁との間に圧力室を形成すると共に、該圧力室を軸方向に関して2つのシリンダ室に区画する隔壁を前記スライダに設け、2つに区画されたシリンダ室にそれぞれ、前記ガイド軸内に設けられた供給/排出通路を通して前記テーパー状の部分から圧縮流体を出入り可能にすることにより構成され、前記2つのシリンダ室の両側であって、前記ガイド軸と前記スライダとの間にはそれぞれ静圧空気軸受及びシリンダ室からの漏れ流体を排出するための排出部を設け、前記ガイド軸内にはその端部から前記排出部に至る排出通路を設け、前記排出部は、前記静圧空気軸受の両側に設けられた排気部と、該静圧空気軸受よりも外側寄りに設けられた真空排気部とからなることを特徴とする流体圧アクチュエータが提供される。
【0013】
また、前記ガイド軸の両端部にそれぞれ前記圧縮流体を供給/排出するための接続部が設けられ、該接続部に接続した配管にはサーボ弁が設けられる。
【0014】
更に、前記ガイド軸内にはその端部から前記静圧空気軸受に至る給気通路が設けられる。
【0015】
本アクチュエータは、前記スライダを除いて非磁性材料で構成されることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
図2を参照して、本発明による流体圧アクチュエータを、空気圧アクチュエータの場合についてその駆動原理について説明する。図2において、アクチュエータ10は、両端部を支持体により固定されて一軸方向に延びるガイド軸11と、これに沿って移動可能なスライダ12とを含む。スライダ12は、ガイド軸11の周囲を囲むことができるような筒状体であり、ガイド軸11の外周との間に空間ができるようにされている。この空間は、圧力室として使用されるものであり、この圧力室を軸方向に関して2つのシリンダ室16a、16bに区画する隔壁13をスライダ12の内壁に固定している。隔壁13もスライダ12と共にガイド軸11に沿ってスライド可能である。スライダ12の両端部にはそれぞれ、静圧空気軸受14を設け、これらの静圧空気軸受14には軸受給気系15を接続している。静圧空気軸受は良く知られているので、詳細な構造については説明を省略する。スライダ12の両端部にはまた、2つに区画されたシリンダ室16a、16bにそれぞれ、圧縮空気を出入り可能にするためのシリンダ給気系17a、17bを接続している。シリンダ給気系17a、17bはそれぞれ、サーボ弁18a、18bを備え、これらのサーボ弁18a、18bは圧縮空気供給源に接続されている。
【0017】
このような構成により、静圧空気軸受14に圧縮空気を供給すると、スライダ12はガイド軸11に対してわずかに浮上する。ここで、例えばサーボ弁18aを圧縮空気供給側、サーボ弁18bを大気開放側にすると、隔壁13はピストンとして作用してスライダ12は、図2中、右方向に移動する。このようにして、サーボ弁18a、18bの開度を制御することにより、スライダ12をガイド軸11に対して任意の位置に移動させることができる。位置制御系については、図6で説明したのと同様の方式を採用することができる。すなわち、図6で説明したコントローラがスライダ12の変位量に応じてサーボ弁18a、18bの開度を制御するようにすれば良いので、詳しい説明は省略する。
【0018】
次に、図1を参照して、上記の駆動原理を利用したアクチュエータ10の一例について説明する。この例では、ガイド軸11として断面四角形状の軸体を用い、スライダ12もガイド軸11を挿通可能な断面四角形状の内部空間を持つ断面四角形状にされている。特に、スライダ12の内壁とガイド軸11の外周面との間の隙間はわずかである。また、ガイド軸11の中央部に近い領域において圧力室を形成することができるように、ここではガイド軸11を細くし、太い部分と細くなった部分の間をテーパー状にしている。スライダ12の内壁には、圧力室を2つのシリンダ室16a、16bに区画するために、ガイド軸11に沿ってスライド可能な隔壁13を固定している。
【0019】
以下では、2つに区画されたシリンダ室16a、16bのうち、シリンダ室16a側の構造について説明する。シリンダ室16b側もまったく同じ構造である。
【0020】
シリンダ室16aに圧縮空気を出入り可能にするために、ガイド軸11内の中心にその端部から中央部に向けて空気通路11−1を設けている。この空気通路11−1は、シリンダ室16aに近い部分で複数に分岐されて前記テーパー状部分においてシリンダ室16aに連通しており、シリンダ室16a内の圧力分布が均一になるようにしている。ガイド軸11の端部における空気通路11−1には、空気配管が接続され、更に、図2で説明したサーボ弁が備えられる。スライダ12の最大ストロークは、シリンダ室16a、16bの軸方向寸法により決まる。
【0021】
図3をも参照して、シリンダ室16aに近いガイド軸11の周囲にはまた、静圧空気軸受14が設けられ、静圧空気軸受14の両側に排気部19−1、19−2が設けられる。静圧空気軸受14は、ガイド軸11の断面形状が矩形状であるので、その4つの面に設けられる。排気部19−1、19−2は、シリンダ室16aからの漏れ空気、静圧空気軸受14からの空気を排気するためのものであり、排気を容易にするためにガイド軸11の周囲に溝を形成し、この溝を通して排気を行うようにしている。ガイド軸11には更に、その軸方向に関して静圧空気軸受14よりも外側の位置に真空排気部19−3が設けられる。真空排気部19−3を備えるのは、真空チャンバ内での使用を考慮してのことであり、この真空排気部19−3も排気を容易にするために、ガイド軸11の周囲に溝を形成し、この溝を通して真空排気を行うようにしている。
【0022】
静圧空気軸受14に圧縮空気を供給するために、ガイド軸11内にその端部から静圧空気軸受14に至る複数の空気通路11−2を設けている。ガイド軸11内にはまた、その端部から排気部19−1、19−2の溝に至る複数の排気通路11−3を設けている。ガイド軸11内には更に、その端部から真空排気部19−3の溝に至る排気通路11−4を設けている。この排気通路11−4は、真空排気部19−3の溝に、ガイド軸11の4つの面毎に穴を設け、それぞれの穴に連通するようにされるのが望ましい。なお、図3では、便宜上、ガイド軸11に設けられた複数種類の通路をすべて実線で示しているが、これらの通路は、ガイド軸11内の周方向に関して異なった位置に設けられることは言うまでもない。
【0023】
ガイド軸11の端部における複数の空気通路11−2には空気配管が接続され、更に圧縮空気供給源が備えられる。同様に、ガイド軸11の端部における複数の排気通路11−3には空気配管が接続され、更に排気用のポンプが備えられる。ガイド軸11の端部における排気通路11−4には空気配管が接続され、更に真空排気用のポンプが備えられる。
【0024】
なお、ガイド軸11の両端部は、図1に示されるように、真空チャンバ1の側壁において支持されるように側壁を貫通している。したがって、ガイド軸11の両端部における空気配管の接続は、真空チャンバ1の外で行われる。
【0025】
本アクチュエータが、電子ビーム露光装置における真空チャンバのような高真空下で使用される場合、電子ビーム軌道を制御する磁場に影響を与えないようにするために、各構成要素の材料は、スライダ12を除いてアルミナセラミクスやベリリウム銅などの非磁性材料が使用される。一方、スライダ12についてはチタンが好ましい。これは、スライダ12、すなわち可動部の軽量化を図るためにスライダ12の肉厚を薄くすると、アルミナセラミクスやベリリウム銅などの材料の場合、圧縮空気により変形し易くなり、移動に悪影響を及ぼすからである。チタンは上記の材料に比べて薄くしても大きな機械的強度を持つので、軽量化に適している。
【0026】
図4は、アクチュエータの別の例を示す。この例では、ガイド軸11´は軸方向に関して同じ断面形状を有する。一方、スライダ12´を、ガイド軸11´が挿通される2つの部材12−1、12−2と、これらの2つの部材12−1、12−2をカバーしつつ連結している筒状体12−3とで構成することにより、ガイド軸11´の中央部の周囲に圧力室を形成している。更に、隔壁13´を圧力室内においてガイド軸11´に固定することにより、圧力室を2つのシリンダ室16a、16bに区画している。2つの部材12−1、12−2は、筒状体12−3と共に、ガイド軸11´に沿って移動可能であり、圧力室を形成している筒状体12−3の内壁は隔壁13´の外周上をスライド可能である。シリンダ室16a、16bに圧縮空気を出入り可能にするための構造、静圧軸受部14、排気部19−1、19−2、真空排気部19−3及びその回りの構造は、前記の例と同じで良い。
【0027】
本例でも、可動部であるスライダ12´、特に筒状体12−3をチタンで作ることで可動部の軽量化を実現することができ、それ以外の固定部分は前述した非磁性材料で構成される。
【0028】
このアクチュエータは、例えばシリンダ室16a´に圧縮空気が導入されると、スライダ12´が図4中、左方に移動する点で図1の例と異なるが、動作原理はまったく同じである。
【0029】
図5は、アクチュエータの更に別の例を示す。この例では、ガイド軸を、互いに中心軸が一致するように一定距離を隔てて一端部を対向させた2つの軸体21a、21bから成るようにしている。2つの軸体21a、21bは、矩形状の断面形状を持つのが好ましい。一方、スライダ22は、2つの軸体21a、21bの互いに対向し合う一端部の間に形成される空間(圧力室)と該一端部から他端部に向かう所定距離の領域とを内包することができるような断面矩形状の内部空間を持つ筒状体から成るようにしている。更に、前記一端部の間に形成される空間を軸方向に関して2つに区画する隔壁13をスライダ22の内壁に設けることにより、軸体21a、21bの一端部の端面と、スライダ22の内壁と、隔壁13とで2つのシリンダ室16a、16bを形成している。スライダ22は、ガイド軸21a、21bに沿って移動可能である。シリンダ室16a、16bに圧縮空気を出入り可能にするための構造、静圧軸受部14、排気部19−1、19−2、真空排気部19−3及びその回りの構造は、図1の例と同じで良い。
【0030】
なお、本例では、スライダ22及び隔壁13がチタンで作られ、他の固定部材が非磁性材料で構成される。
【0031】
このアクチュエータは、例えばシリンダ室16aに圧縮空気が導入されると、図1の例と同様に、スライダ22が図5中、右方に移動する。したがって、動作原理は図1の例とまったく同じである。
【0032】
上記の説明では、圧縮空気を使用する空気圧アクチュエータの場合について説明したが、圧縮空気のみならず、窒素ガス等の他の気体あるいは水のような液体による流体を使用しても良い。
【0033】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によるアクチュエータは、スライダがガイド軸に対して非接触で案内される構造であるので、これらの間の摩擦に起因する問題点、すなわち材料摩耗、発塵、寿命低下等の問題点を解消することができる。また、可動部をチタンで構成することにより肉厚を薄くして軽量化を図ることができる。更に、圧縮空気供給源、真空排気用のポンプを除く要素を真空チャンバ内に配置することができ、真空チャンバ内での占有面積を小さくすることができる。本発明によるアクチュエータは特に、各構成要素を非磁性材料で構成することにより、電子ビーム露光装置のような真空チャンバ内での使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアクチュエータの構造を示した部分断面図である。
【図2】図1に示されたアクチュエータの駆動原理を説明するための図である。
【図3】図1における静圧空気軸受部、排気部、及び真空排気部とそれらを空気配管と接続するためにガイド軸に設けられる通路を拡大して示した断面図である。
【図4】本発明によるアクチュエータの他の例を示した断面図である。
【図5】本発明によるアクチュエータの更に他の例を示した断面図である。
【図6】従来の摩擦駆動によるアクチュエータの一例を示した図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ
10 アクチュエータ
11、21a、21b ガイド軸
12、22 スライダ
13 隔壁
14 静圧空気軸受
16a、16b シリンダ室
18a、18b サーボ弁
19−1、19−2 排気部
19−3 真空排気部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator for uniaxial driving, and more particularly to a hydraulic actuator suitable for use in a sealed chamber, such as a vacuum chamber in an electron beam exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
The XY table for the electron beam exposure apparatus is used under high vacuum, and the material used for the actuator is limited to non-magnetic materials so as not to affect the magnetic field for controlling the electron beam trajectory. The For this reason, a configuration in which a table using a nonmagnetic material such as alumina ceramics or beryllium copper is guided by a roller bearing and is friction driven is common.
[0003]
As shown in FIG. 6, the actuator by friction drive sandwiches the slider 62 between a driven wheel (not shown) to which a preload P is applied and the drive wheel 61, and the rotational movement of the drive wheel 61 is linearly applied to the slider 62 by friction. It is a structure that transforms into motion. The drive wheel 61 is driven by a servo motor 63. A table 64 is combined with the slider 62 so as to be slidable on the guide surface by a roller bearing guide. The amount of movement of the table 64 is detected by the displacement sensor 65 and sent to the controller 66. The controller 66 controls the servo motor 63 so that the table 64 is positioned at a predetermined target position in response to the detected movement amount.
[0004]
The actuator shown in FIG. 6 has a structure for one axis, and if this is an X-axis actuator, a separate Y-axis actuator is required. The Y-axis actuator has the same configuration as the X-axis actuator, but the X-axis actuator and the table 64 are integrally moved in the Y-axis direction.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned actuator is characterized in that it can be driven at a high speed as compared with the ball screw drive mechanism. However, it is a problem that the thrust is small because it is driven by a frictional force. Furthermore, since the coefficient of friction between the drive wheel 61 and the slider 62 is unknown, it is often used at low speeds because slipping is undesirable, and the throughput when used in an electron beam exposure apparatus is 15 to 20 semiconductor wafers. / Hr or so. In order to obtain a larger frictional force, a large preload P is required, which is a problem in terms of reliability such as material wear of the actuator, dust generation, and life reduction.
[0006]
Further, the roller bearing guide is a contact type guide, and the guide accuracy is determined by the processing accuracy of the guide surface, and although the guide rigidity is relatively large, there is a problem that it is vulnerable to dust contamination on the contact surface. In addition, a servo motor 63 is used to rotate the drive wheel 61. Since the servo motor 63 has magnetism, it needs to be installed outside the vacuum chamber, and the slider 62 from outside the vacuum chamber that does not affect the magnetic field of the electron beam. Therefore, the configuration of driving the table 64 must be adopted. This is a problem common to both the X-axis and Y-axis actuators. As a result, an increase in the occupied area of the actuator, a deterioration in motion performance due to a decrease in rigidity due to a longer drive shaft, and the like arise as new problems.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluid pressure actuator that does not use a motor.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a hydraulic actuator suitable for use in a vacuum chamber.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide a fluid pressure actuator that reduces the weight of the movable part.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, seen including a movable tubular slider while accommodating it and the guide shaft extending in the axial direction, the hydraulic actuator for use in a vacuum chamber, wherein the guide shaft, the central portion And a tapered portion between the thick portion and the thinned portion, and the actuator includes the thinned portion of the guide shaft, the periphery of the tapered portion, and the slider. A pressure chamber is formed between the inner wall and a partition that divides the pressure chamber into two cylinder chambers in the axial direction, provided in the slider, and provided in the guide shaft in each of the two cylinder chambers. are constituted by through the supply / discharge passage allowing out of the compressed fluid from said tapered portion, a both sides of the two cylinder chambers, before Between the guide shaft and the slider, there are provided a discharge part for discharging the leaking fluid from the hydrostatic air bearing and the cylinder chamber, respectively, and a discharge passage from the end part to the discharge part is provided in the guide shaft. The fluid pressure actuator is characterized in that the discharge section includes an exhaust section provided on both sides of the hydrostatic air bearing and a vacuum exhaust section provided on the outer side of the hydrostatic air bearing. Provided.
[0013]
Further, connecting portions for supplying / discharging the compressed fluid are provided at both ends of the guide shaft, and a servo valve is provided in a pipe connected to the connecting portion.
[0014]
Furthermore, before Symbol guide shaft supply passage is provided leading to the hydrostatic air bearings from the end.
[0015]
The actuator is preferably made of a nonmagnetic material except for the slider.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to FIG. 2, the driving principle of the fluid pressure actuator according to the present invention in the case of a pneumatic actuator will be described. In FIG. 2, the actuator 10 includes a guide shaft 11 having both ends fixed by a support and extending in a uniaxial direction, and a slider 12 movable along the guide shaft 11. The slider 12 is a cylindrical body that can surround the periphery of the guide shaft 11, and a space is formed between the slider 12 and the outer periphery of the guide shaft 11. This space is used as a pressure chamber, and a partition wall 13 that divides the pressure chamber into two cylinder chambers 16 a and 16 b in the axial direction is fixed to the inner wall of the slider 12. The partition wall 13 can also slide along the guide shaft 11 together with the slider 12. Hydrostatic air bearings 14 are provided at both ends of the slider 12, and a bearing air supply system 15 is connected to these hydrostatic air bearings 14. Since the hydrostatic air bearing is well known, a detailed description of the structure is omitted. Cylinder air supply systems 17a and 17b for allowing compressed air to enter and exit from the cylinder chambers 16a and 16b divided into two are connected to both ends of the slider 12, respectively. The cylinder air supply systems 17a and 17b include servo valves 18a and 18b, respectively, and these servo valves 18a and 18b are connected to a compressed air supply source.
[0017]
With such a configuration, when compressed air is supplied to the static pressure air bearing 14, the slider 12 slightly floats with respect to the guide shaft 11. Here, for example, when the servo valve 18a is set to the compressed air supply side and the servo valve 18b is set to the atmosphere release side, the partition wall 13 acts as a piston and the slider 12 moves rightward in FIG. Thus, the slider 12 can be moved to an arbitrary position with respect to the guide shaft 11 by controlling the opening degree of the servo valves 18a and 18b. For the position control system, the same method as described in FIG. 6 can be adopted. That is, the controller described with reference to FIG. 6 may control the opening degree of the servo valves 18a and 18b in accordance with the amount of displacement of the slider 12, and detailed description thereof will be omitted.
[0018]
Next, an example of an actuator 10 using the above driving principle will be described with reference to FIG. In this example, a shaft body having a quadrangular cross section is used as the guide shaft 11, and the slider 12 is also formed into a quadrangular cross section having a square internal section space through which the guide shaft 11 can be inserted. In particular, the gap between the inner wall of the slider 12 and the outer peripheral surface of the guide shaft 11 is slight. In addition, the guide shaft 11 is thinned so that the thick portion and the narrowed portion are tapered so that the pressure chamber can be formed in a region near the center of the guide shaft 11. A partition wall 13 slidable along the guide shaft 11 is fixed to the inner wall of the slider 12 in order to partition the pressure chamber into two cylinder chambers 16 a and 16 b.
[0019]
Below, the structure of the cylinder chamber 16a side among the cylinder chambers 16a and 16b divided into two is demonstrated. The cylinder chamber 16b side has the same structure.
[0020]
In order to allow compressed air to enter and exit the cylinder chamber 16a, an air passage 11-1 is provided in the center of the guide shaft 11 from its end toward the center. The air passage 11-1 is branched into a plurality of portions near the cylinder chamber 16a and communicates with the cylinder chamber 16a at the tapered portion so that the pressure distribution in the cylinder chamber 16a is uniform. An air pipe is connected to the air passage 11-1 at the end of the guide shaft 11, and the servo valve described with reference to FIG. The maximum stroke of the slider 12 is determined by the axial dimensions of the cylinder chambers 16a and 16b.
[0021]
Referring also to FIG. 3, a hydrostatic air bearing 14 is also provided around the guide shaft 11 near the cylinder chamber 16 a, and exhaust portions 19-1 and 19-2 are provided on both sides of the hydrostatic air bearing 14. It is done. Since the cross-sectional shape of the guide shaft 11 is rectangular, the hydrostatic air bearing 14 is provided on its four surfaces. The exhaust parts 19-1 and 19-2 are for exhausting leaked air from the cylinder chamber 16a and air from the static pressure air bearing 14, and are provided with grooves around the guide shaft 11 for easy exhaust. The exhaust gas is exhausted through this groove. The guide shaft 11 is further provided with a vacuum exhaust part 19-3 at a position outside the hydrostatic air bearing 14 in the axial direction. The evacuation unit 19-3 is provided in consideration of use in a vacuum chamber, and the evacuation unit 19-3 also has a groove around the guide shaft 11 in order to facilitate evacuation. It is formed and evacuated through this groove.
[0022]
In order to supply compressed air to the static pressure air bearing 14, a plurality of air passages 11-2 extending from the end portion to the static pressure air bearing 14 are provided in the guide shaft 11. In the guide shaft 11, a plurality of exhaust passages 11-3 extending from the end portions to the grooves of the exhaust portions 19-1 and 19-2 are also provided. Further, an exhaust passage 11-4 extending from the end of the guide shaft 11 to the groove of the vacuum exhaust section 19-3 is provided. The exhaust passage 11-4 is preferably provided with holes in the groove of the vacuum exhaust part 19-3 for each of the four surfaces of the guide shaft 11 and communicates with the holes. In FIG. 3, for convenience, a plurality of types of passages provided in the guide shaft 11 are all shown by solid lines, but it goes without saying that these passages are provided at different positions in the circumferential direction in the guide shaft 11. Yes.
[0023]
An air pipe is connected to the plurality of air passages 11-2 at the end of the guide shaft 11, and a compressed air supply source is further provided. Similarly, an air pipe is connected to the plurality of exhaust passages 11-3 at the end of the guide shaft 11, and an exhaust pump is further provided. An air pipe is connected to the exhaust passage 11-4 at the end of the guide shaft 11, and a vacuum exhaust pump is further provided.
[0024]
Note that both end portions of the guide shaft 11 penetrate the side walls so as to be supported on the side walls of the vacuum chamber 1 as shown in FIG. Therefore, the connection of the air pipes at both ends of the guide shaft 11 is performed outside the vacuum chamber 1.
[0025]
When the actuator is used under a high vacuum such as a vacuum chamber in an electron beam exposure apparatus, the material of each component is made to be a slider 12 so as not to affect the magnetic field that controls the electron beam trajectory. A non-magnetic material such as alumina ceramics or beryllium copper is used. On the other hand, titanium is preferable for the slider 12. This is because if the thickness of the slider 12 is reduced in order to reduce the weight of the movable portion, that is, a material such as alumina ceramic or beryllium copper, the slider 12 is easily deformed by compressed air, which adversely affects movement. It is. Titanium is suitable for weight reduction because it has a large mechanical strength even if it is thinner than the above materials.
[0026]
FIG. 4 shows another example of the actuator. In this example, the guide shaft 11 ′ has the same cross-sectional shape with respect to the axial direction. On the other hand, the cylindrical member which connects slider 12 ', covering two members 12-1 and 12-2 through which guide shaft 11' is inserted, and covering these two members 12-1 and 12-2 The pressure chamber is formed around the central portion of the guide shaft 11 ′. Furthermore, by fixing the partition wall 13 'to the guide shaft 11' in the pressure chamber, the pressure chamber is divided into two cylinder chambers 16a and 16b. The two members 12-1 and 12-2 are movable along the guide shaft 11 ′ together with the cylindrical body 12-3, and the inner wall of the cylindrical body 12-3 forming the pressure chamber is a partition wall 13. It can slide on the outer periphery of ′. The structure for allowing compressed air to enter and exit the cylinder chambers 16a and 16b, the static pressure bearing part 14, the exhaust parts 19-1 and 19-2, the vacuum exhaust part 19-3 and the structure around them are the same as the above example. The same is good.
[0027]
Also in this example, the slider 12 ', which is a movable part, in particular, the cylindrical body 12-3 can be made of titanium, and the weight of the movable part can be reduced, and the other fixed parts are made of the non-magnetic material described above. Is done.
[0028]
Although this actuator differs from the example of FIG. 1 in that, for example, when compressed air is introduced into the cylinder chamber 16a ′, the slider 12 ′ moves to the left in FIG. 4, the operating principle is exactly the same.
[0029]
FIG. 5 shows still another example of the actuator. In this example, the guide shaft is composed of two shaft bodies 21a and 21b having one end portions opposed to each other at a predetermined distance so that the central axes coincide with each other. The two shaft bodies 21a and 21b preferably have a rectangular cross-sectional shape. On the other hand, the slider 22 includes a space (pressure chamber) formed between one end portions of the two shaft bodies 21a and 21b facing each other and a region of a predetermined distance from the one end portion toward the other end portion. It is made up of a cylindrical body having an internal space with a rectangular cross section. Furthermore, the Rukoto provided a partition 13 for partitioning a space formed between the one end into two in the axial direction on the inner wall of the slider 22, the end face of the one end of the shaft 21a, 21b, the inner wall of the slider 22 And the partition wall 13 form two cylinder chambers 16a and 16b . The slider 22 is movable along the guide shafts 21a and 21b. The structure for allowing compressed air to enter and exit the cylinder chambers 16a and 16b, the static pressure bearing portion 14, the exhaust portions 19-1 and 19-2, the vacuum exhaust portion 19-3, and the surrounding structure are shown in the example of FIG. Same as ok.
[0030]
In this example, the slider 22 and the partition wall 13 are made of titanium, and the other fixing members are made of a nonmagnetic material.
[0031]
In this actuator, for example, when compressed air is introduced into the cylinder chamber 16a, the slider 22 moves to the right in FIG. 5 as in the example of FIG. Therefore, the operating principle is exactly the same as in the example of FIG.
[0032]
In the above description, the case of a pneumatic actuator using compressed air has been described. However, not only compressed air but also other fluids such as nitrogen gas or fluids such as water may be used.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, since the actuator according to the present invention has a structure in which the slider is guided in a non-contact manner with respect to the guide shaft, problems due to friction between them, that is, material wear, dust generation, Problems such as a decrease in service life can be solved. Further, by forming the movable portion from titanium, the thickness can be reduced and the weight can be reduced. Furthermore, elements other than the compressed air supply source and the pump for evacuation can be arranged in the vacuum chamber, and the occupied area in the vacuum chamber can be reduced. The actuator according to the present invention is particularly suitable for use in a vacuum chamber such as an electron beam exposure apparatus by constituting each component with a nonmagnetic material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a structure of an actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a driving principle of the actuator shown in FIG. 1;
3 is an enlarged cross-sectional view showing a static pressure air bearing portion, an exhaust portion, and a vacuum exhaust portion in FIG. 1 and a passage provided in a guide shaft for connecting them to an air pipe.
FIG. 4 is a sectional view showing another example of an actuator according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing still another example of the actuator according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of a conventional actuator by friction drive.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 10 Actuator 11, 21a, 21b Guide shaft 12, 22 Slider 13 Partition 14 Static pressure air bearing 16a, 16b Cylinder chamber 18a, 18b Servo valve 19-1, 19-2 Exhaust part 19-3 Vacuum exhaust part

Claims (4)

一軸方向に延びるガイド軸とこれを収容しつつ移動可能な筒状のスライダとを含み、真空チャンバ内で使用される流体圧アクチュエータにおいて、
前記ガイド軸は、その中央部に細くなった部分を有すると共に、太い部分と細くなった部分の間をテーパー状にしており、
該アクチュエータは、前記ガイド軸における前記細くなった部分と前記テーパー状の部分の周囲と前記スライダの内壁との間に圧力室を形成すると共に、該圧力室を軸方向に関して2つのシリンダ室に区画する隔壁を前記スライダに設け、2つに区画されたシリンダ室にそれぞれ、前記ガイド軸内に設けられた供給/排出通路を通して前記テーパー状の部分から圧縮流体を出入り可能にすることにより構成され
前記2つのシリンダ室の両側であって、前記ガイド軸と前記スライダとの間にはそれぞれ静圧空気軸受及びシリンダ室からの漏れ流体を排出するための排出部を設け、前記ガイド軸内にはその端部から前記排出部に至る排出通路を設け、
前記排出部は、前記静圧空気軸受の両側に設けられた排気部と、該静圧空気軸受よりも外側寄りに設けられた真空排気部とからなることを特徴とする流体圧アクチュエータ。
Look including a movable tubular slider and the guide shaft extending in the uniaxial direction while accommodating this, the hydraulic actuators used in the vacuum chamber,
The guide shaft has a thinned portion at the center thereof, and has a tapered shape between a thick portion and a thinned portion,
The actuator forms a pressure chamber between the narrowed portion of the guide shaft, the periphery of the tapered portion, and the inner wall of the slider, and divides the pressure chamber into two cylinder chambers in the axial direction. A partition wall is provided on the slider, and each of the cylinder chambers divided into two is configured to allow compressed fluid to enter and exit from the tapered portion through a supply / discharge passage provided in the guide shaft ,
On both sides of the two cylinder chambers, between the guide shaft and the slider, there are provided a hydrostatic air bearing and a discharge portion for discharging leaking fluid from the cylinder chamber, respectively, Provide a discharge passage from its end to the discharge part,
The fluid discharge actuator according to claim 1, wherein the discharge part includes an exhaust part provided on both sides of the static pressure air bearing and a vacuum exhaust part provided on the outer side of the static pressure air bearing .
請求項記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記ガイド軸の両端部にそれぞれ前記圧縮流体を供給/排出するための接続部を設け、該接続部に接続した配管にはサーボ弁を設けたことを特徴とする流体圧アクチュエータ。2. The fluid pressure actuator according to claim 1 , wherein a connecting portion for supplying / discharging the compressed fluid is provided at each end of the guide shaft, and a servo valve is provided in a pipe connected to the connecting portion. Fluid pressure actuator. 請求項記載の流体圧アクチュエータにおいて、前記ガイド軸内にはその端部から前記静圧空気軸受に至る給気通路を設けたことを特徴とする流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator of claim 1, wherein, before Symbol guide shaft hydraulic actuator, characterized in that a supply passage leading to the hydrostatic air bearings from the end. 請求項1〜のいずれか1項に記載の流体圧アクチュエータにおいて、該アクチュエータを、前記スライダを除いて非磁性材料で構成したことを特徴とする流体圧アクチュエータ。The fluid pressure actuator according to any one of claims 1 to 3 hydraulic actuator, characterized in that the actuator was constructed except for the slider in the non-magnetic material.
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