JP5115898B2 - 高剛性の材料により構成された移動体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高剛性の構成材料により可動部分が構成された、高精度の位置決め機構を有する移動体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度の位置決め機能が必要な移動体装置としては３次元測定器、直線度測定器、平面状物体のパターンを形成するための露光機などをあげることができる。このような高精度の位置決め装置を備えた移動体装置においては主として静圧流体軸受け装置が用いられている。また特に露光機においては最近の半導体ウェハーや液晶パネルを製造するにあたってはパターンの微細化に対応したさらに高精度の位置決め機能が求められていると共に、経済的にパターンを形成するために高速で半導体ウェハーや液晶パネルなどの被露光ワークやレチクル等が搭載された移動体を動かして装置のスループットを向上させることが求められている。しかしながら移動体を高速で動かすことは必然的に振動が発生することであり、位置決め精度に関してはマイナスの要因である。また一定の駆動力のもとで移動体を高速で動かすためには、可動部分の軽量化が必要である。
【０００３】
このような高速化と高位置決め精度を両立させるためには比剛性率(ヤング率／比重)の大きな材料で構成された移動体を用いる必要がある。そのため従来から用いられていた金属系の素材に代わって、近年ではセラミック製の構成材料を用いた可動部分が採用された移動体装置もあらわれており、例えば特開平４−３４７００８にはセラミック製の流体軸受けは比剛性の面で金属製のそれに優ることが開示されている。また特開平６−２９７４２１にはアルミナ製の流体軸受けが実施例として開示されている。また同じく特開平６−２９７４２１には流体軸受けに用いられるセラミック材料の例が列挙されており、この中には完全に焼結させればアルミナよりも比剛性率の大きなセラミック焼結体ができると推定される窒化珪素や炭化珪素も挙げられている。
【０００４】
またセラミック材料として完全に焼結させれば最も比剛性率が大きいと考えられる材質としては炭化硼素が挙げられ、特開平７−９７２６４にはその常圧焼結法が開示されているが、この方法においては複雑大型形状の製品を作ることは不可能であり、焼結度も９６％程度がその最大である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては次のような問題点があった。すなわち、アルミナの比剛性率はそのヤング率が最大値近くになるまで焼結させたとしても８０〜９５ＧＰａ程度であり、この程度の比剛性率では露光機に求められる優れたスループットと位置決め精度を達成するのに十分ではない。
【０００６】
また窒化珪素や炭化珪素などのセラミックスはアルミナに比べると難焼結体であると共に難成形体でもあり、露光機用の可動部分に用いられるような大型品を経済的に成形・焼結することは難しい。特に従来の製造方法においては、小型のテストピースではない実用に供される大型の製品においては加圧焼結(ホットプレス)が必要とされており、この加圧焼結を用いる限りその製造コストは莫大なものとなり、また複雑形状のものを製造することはできない。また例えば露光機の可動部分を軽量化するためには、リブ構造や中空構造を採用することが考えられるが、このような構造をとることはますますその成形・焼成が難しくなる結果を招いてしまう。その中でも炭化硼素は最もその焼結が難しいセラミックスであり、露光機用の可動部分に用いられるような大型品を経済的に成形・焼結させることは不可能であった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは露光機用静圧流体軸受け装置のような位置決め機能を有する移動体装置において、高剛性で軽量の構成材料によりその可動部分を構成することにより高速・高精度の位置決めを達成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決すべく、可動部分の一部または全部が比剛性率１００GＰａ以上の構成材料により構成された、位置決め機能を有する移動体装置を提供する。
また平均粒径が０．３μｍ〜１．５μｍの炭化硼素を主成分とする粉体を成形助剤及び焼結助剤と共に分散媒中に分散させたスラリーを多孔質型に注型し、多孔質型に分散媒の一部を吸収させることにより該スラリーを固化させた成形体を作り、該成形体を乾燥後、非酸化性雰囲気下で常圧焼結するか又は非酸化性雰囲気下で常圧成形後ＨＩＰ処理した焼結体を作り、必要に応じて該焼結体の表面仕上げを行うことを特徴とする、炭化硼素焼結体の製造方法ならびに該炭化硼素焼結体により可動部分の一部又は全部が構成された位置決め機能を有する移動体装置を提供する。
それにより露光機用静圧流体軸受け装置のような位置決め機能を有する移動体装置において、高剛性で軽量の構成材料によりその可動部分を構成することにより高速・高精度の位置決めを達成可能となる。
【０００９】
【発明の実施の態様】
まず以下に本発明の構成要素について説明する。本発明において用いられる可動部分の一部または全部を構成する材料としては比剛性率が１００ＧＰａ以上、さらに好ましくは１１０ＧＰａ以上のものを用いることが好ましい。なお比剛性率とはヤング率をかさ比重で割った値であり、かさ比重の単位は無名数であるので、結局比剛性率の単位はヤング率と同様にＧＰａで表わすことができる。本発明においては好ましい下限未満の比剛性率の材料を用いると位置決めの速度及び精度が不十分である場合がある。また比剛性率の好ましい上限が存在せず比剛性率は大きければ大きいほど好ましいことは自明であるが、セラミック材料を用いた場合達成可能な比剛性率は２００ＧＰａ程度である。そしてこの様な好ましい比剛性率を達成するための好ましいセラミックス焼結体としては後述の炭化硼素焼結体、炭化珪素焼結体、金属含浸再結晶炭化珪素焼結体、反応焼結シリコン含浸炭化珪素焼結体をあげることができる。
【００１０】
本発明における移動体装置が用いられる好適な応用分野としては静圧流体軸受け装置を挙げることができる。静圧流体軸受け装置は３次元測定器や直線度測定器などの高精度の位置決めが必要な分野に好適に用いられるが、高精度に加えて強く高速移動が求められる応用分野としては、半導体ウェハーや液晶パネルなどの平板状物体のパターン形成に用いられる露光機を挙げることができる。なお、露光機においては、半導体ウェハーや液晶パネルなどの被露光ワークやレチクル等が搭載された移動体を形成する機構部品は数多くあり、静圧流体軸受け装置の可動部分と定義するのが不適当な場合もあるが、露光機の可動部分を形成する部品であれば本発明の技術を適用することが可能である。
【００１１】
本発明における高剛性の構成材料として適切なものとしてはセラミックス焼結体を挙げることができる。その中でも比剛性率が大きい点で、最も好ましいセラミック焼結体としては、炭化硼素焼結体を挙げることができる。炭化硼素焼結体は常圧焼結により製造されるものであって、その気孔率が１０体積％以下であることが好ましく、３体積％以下であればさらに好ましい。なおここでいう気孔率とは開気孔と閉気孔の両方を含む気孔率であるが、本発明においては開気孔率は実質的に０に近いため、気孔率は閉気孔率と実質的に同等である。なお、炭化硼素焼結体は常圧焼結後、さらにＨＩＰ処理を行うことにより、前記好ましい気孔率に到達させて高剛性にすることもできる。気孔率が好ましい上限を超えると比剛性率が不十分であったり、焼結後の加工時にチッピングを起こし易くなる等の不具合が発生する場合がある。なお気孔率には特に好ましい下限はなく、所望の比剛性率に到達するまで気孔率を小さくすれば良い。
【００１２】
この炭化硼素の常圧焼結においては焼結雰囲気はアルゴン、窒素、真空などの非酸化雰囲気で、最高温度を２０００〜２４００℃とすることが好ましい。この焼成条件で焼結させるためには焼結助剤が必要である。その焼結助剤の主成分としては有機物が好ましく、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ、タール、カーボンブラック、ポリカルボンシラン、炭化タングステンなどを適宜組合せて用いることができる。
【００１３】
また、本発明におけるセラミック焼結体のもう一つの好ましい例として炭化珪素焼結体を挙げることができる。炭化珪素焼結体は前記炭化硼素焼結体に比較するとその比剛性率においては劣るものの、価格が安い点や、焼結後の加工性が優れているという利点がある。炭化珪素焼結体は常圧焼結により製造されるものであって、その気孔率が５体積％以下であることが好ましく、３体積％以下であればさらに好ましい。なお、炭化珪素焼結体は常圧焼結後、さらにＨＩＰ処理を行うことにより、前記好ましい気孔率に到達させて高剛性にすることもできる。気孔率が好ましい上限を超えると比剛性率が不十分であったり、焼結後の加工時にチッピングを起こし易くなる等の不具合が発生する場合がある。なお気孔率には特に好ましい下限はなく、所望の比剛性率に到達するまで気孔率を小さくすれば良い。
【００１４】
この炭化珪素の常圧焼結においては焼結雰囲気はアルゴン、窒素、真空などの非酸化雰囲気で、最高温度を１８００〜２４００℃とすることが好ましい。この焼成条件で焼結させるためには焼結助剤が必要である。その焼結助剤の主成分としては炭素原子を含む化合物、硼素原子を含む化合物、アルミニウム原子を含む化合物からなる群より選択された化合物が好ましく、例えば炭化硼素、アルミニウム、アルミナ、窒化アルミニウム、フェノール樹脂、フラン樹脂、ピッチ、タール、カーボンブラック、等を適宜組合せて用いることができる。
【００１５】
また本発明におけるセラミック焼結体の好ましいもう一つの例として、再結晶炭化珪素焼結体に金属を含浸させたものを挙げることができる。この金属含浸再結晶炭化珪素焼結体は、上記の炭化珪素焼結体に比べると焼結時の収縮が非常に小さいため、大型複雑形状品に応用するのに有利である反面、比剛性率は炭化珪素焼結体に比べるとやや落ちることや、含浸した金属に起因する耐酸、耐アルカリ、耐プラズマなどの化学的特性の低下が見られるなどの欠点もある。
【００１６】
再結晶炭化珪素焼結体は多孔質体であるため、本発明におけるセラミックス焼結体として使用するためには金属を含浸させて緻密体とする必要がある。含浸させる金属としてはシリコン、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましく、特に好適なものはシリコンである。
【００１７】
また本発明におけるセラミック焼結体の好ましいもう一つの例として、反応焼結により製造されたシリコン含浸炭化珪素焼結体を挙げることができる。この反応焼結シリコン含浸炭化珪素焼結体はシリコン含浸再結晶炭化珪素焼結体と比較すると、焼結時の寸法変化に起因するクラックの発生を防止という観点からの寸法・形状の自由度はやや劣るものの、反応焼結・シリコン含浸が同時に行われるため製造コストが安いという利点がある。
【００１８】
本発明におけるセラミック焼結体の焼結工程前の成形工程における好ましい成形方法としては鋳込成形を挙げることができる。鋳込成形とはセラミック粉末を主成分とし成形助剤及び焼結助剤と共に溶媒中に分散させたスラリーを多孔質型に注型し、多孔質型に溶媒の一部を型の毛管吸引力やスラリーへの直接加圧等により吸収させることにより該スラリーを固化させてから脱型・乾燥させる成形方法である。溶媒としては水や各種有機溶媒が用いられるが、最も汎用性があるのは水を主成分とする溶媒である。なお、本発明における移動体装置で特に大型・肉圧の製品を鋳込成形する場合においては、長時間の着肉を行うとスラリーの沈降やいわゆるすわりなどの現象により均一な成形体が得られない場合がある。この場合短時間で着肉を達成する方法のひとつとして、着肉中のスラリーに加圧する加圧成形の手段をあげることができる。加圧のための圧力には特に制限はなく、高圧にするほど着肉速度が大きくなるが、工業的には０．３ＭPa〜１０ＭＰａ程度の圧力が適当である。
【００１９】
ここでいう成形助剤とはスラリーの流動特性やスラリー中の粉体の分散特性を向上させると共に成形体のバインダーや可塑性付与剤として機能して成形体強度を向上させるものであることが好ましく、好ましい成形助剤としてはアルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム、アルギン酸トリエタノールアミン等のアルギン酸塩、ポリカルボン酸アンモニウム、ジブタルフタール、カルボキシルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、カルボキシルメチルセルロースアンモニウム、メチルセルロース、メチルセルロースナトリウム、ヒドロキシルエチルセルロース、ヒドロキシルエチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸またはそのアンモニウム塩のオリゴマー、モノエチルアミンなどの各種アミン、ピリジン、ピペリジン、水酸化テトラメチルアンモニウム、デキストリン、ペプトン、溶性デンプン、各種ポリマー、各種エマルジョン等の有機物や粘土類を挙げることができる。
【００２０】
なおここでいうスラリーの流動特性を向上させるとは増粘または解膠作用によりスラリーの粘性を最適値に調節することやスラリーの流動特性にチクソトロピー性を付与することをさしており、特に焼結特性のみを考慮してセラミック粉体の粒度分布幅を狭くした場合スラリーはダイラタンシー性を示すようになるため、この成形助剤の添加により流動特性をチクソトロピックに改質することは重要である。
【００２１】
この焼結特性と流動特性を両立させるための好ましいセラミック粉体の粒度分布としては、平均粒径の１／２より小さな粒径を持つ粉体の体積分率が１０％以上を占めるようにすることが好ましい。この体積分率が好ましい下限未満になると、成形助剤の添加によっては好ましいスラリーの流動特性が得られない場合がある。この体積分率には好ましい上限はなく、各粉体の焼結特性により、焼結度が悪化しない範囲で粒度分布を広くすることが好ましい。
【００２２】
また本発明におけるセラミック焼結体の焼結工程前の成形工程においては前述の鋳込成形が最も好ましいが、別のもう一つの可能な成形方法としてＣＩＰ成形を挙げることができる。ＣＩＰ成形は成形体を生加工により削り出していくため材料歩留が低く、生加工に要するコストが高いという欠点はあるが、可塑性に劣る材料を用いて大型複雑形状の成形体を製造するのには適している。ＣＩＰ成形においても同様に成形助剤は必要であり、鋳込成形とほぼ同様の成形助剤を用いることができる。ただしＣＩＰ成形においては成形体の可塑性はあまり必要としないので、焼結体の物性を低下させる可能性がある粘土などの可塑性に重点をおいた成形助剤の使用をひかえることが可能となる。
【００２３】
以上本発明における構成材料としてセラミックス焼結体を用いる場合の成形方法及び焼結方法に関して述べてきたが、それぞれの工程に用いられる成形助剤、焼結助剤として共通のものを用いる手段を優れた物性の焼結体を得る手段としてあげることができる。これは例えば成形助剤が焼結に関与しないものである場合、その成形助剤を焼結工程中で加熱により取り除く必要があり、その取り除かれた焼結助剤の分だけ充填が低くなって焼結が妨げられてしまうことを防ぐためである。
【００２４】
この成形助剤として働くと共に焼結助剤としての働きを呈する成分としては、有機物及び粘土をあげることができ、その中でも特に好適なものは、高分子有機物である。
【００２５】
成形助剤及び焼結助剤として両方の働きをする高分子有機物としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、弗素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、スチロール樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、糖類などをあげることができる。高分子有機物の場合、焼結助剤として働くのは主として炭素分であるため、焼結助剤としての効率を上げるためには炭素分の含有量が多い有機物が好ましく、例えばフェノール樹脂やフラン樹脂をあげることができる。
【００２６】
上述のような成形助剤及び焼結助剤として作用する高分子有機物は成形工程及び焼結工程において均一にセラミックス粉体周辺に存在することが好ましい。そのために通常考えられる方法としては溶媒中に高分子有機物を溶解させた状態で成形し、成形工程の進行に伴って溶媒分が減少し、ついには溶媒分が完全になくなるにつれて溶解していた高分子有機物が粉体の間隙に存在せしめるという方法を採ることができる。
【００２７】
その他の高分子有機物を成形工程及び焼結工程中に均一に粉体周辺に存在せしめる手段としては、使用する溶媒に実質的に溶解しない高分子有機物をあらかじめコーティングした粉体を用いて成形する方法を挙げることができる。例えば溶媒として水を用いて鋳込成形を行う場合においては、まず有機溶媒に溶解するが水には実質的に溶解しない高分子有機物を有機溶媒中に溶解させ、該溶液とセラミックス粉体を混合した後に該混合物から有機溶剤を蒸発などの手段により実質的に取り除いた、高分子有機物がコーティングされた粉体を製造する。次に高分子有機物がコーティングされた粉と水を混合してスラリーを製造し、そのスラリーを用いて鋳込成形を行う。有機溶媒を用いて鋳込成形を行う場合においては全く逆に水溶性であるが該有機溶媒には実質的に溶解しない高分子有機物を用いて、セラミックス粉体表面をあらかじめコーティングしておけばよい。これは従来の湿式成形法の常識となっている使用する溶媒に可溶の成形助剤を用いるという概念の全く反対である。なおこの場合の各溶媒に対しての水溶性、油溶性というのは水性または油性のエマルジョンを形成するものも含んで応用することができる。また水や有機溶媒に溶解しないという意味は、全く溶解しないというわけではなく仮にごく微量溶解するにせよ実質的な意味でそれは無視することができるという意味である。例えば高分子有機物としてフェノール樹脂を用いる場合においては、フェノール樹脂には油溶性のノボラック型と水溶性のレゾルシン型があり、溶媒として水を用いて鋳込成形を行う場合は油溶性のノボラック型を用い、溶媒として有機溶媒を用いて鋳込成形を行う場合は水溶性のレゾルシン型を用いると好適である。この方法が優れている点としては例えば鋳込成形型が高分子有機物を吸い込むことによって目詰まりを起こすことを防ぐことや、また成形体の乾燥工程において高分子有機物の成形体中の部分的な偏析が発生することを防ぐことをあげることができる。またこの方法は従来の溶媒に可溶の助剤を使用する場合に比べると成形体にずば抜けて優れた可塑性及び／または強度を付与する事ができる。この粉体にあらかじめ高分子有機物をコーティングしておく場合の好ましい粉体と高分子有機物の比率は、粉体１００体積部に対して高分子有機物１−４０体積部であり、高分子有機物の量が好ましい範囲の下限以下であると助剤としての効果が充分に発揮できない場合があり、高分子有機物の量が好ましい上限以上であると、焼結が充分に進まなかったり鋳込成形を行う場合スラリーの粘性が高すぎて鋳込みに適さなくなるなどの場合がある。
【００２８】
なお、このような樹脂などの成形助剤及び焼結助剤としての両方の働きを示す成分が発現する成形助剤としての機能としては、成形工程において成形体に可塑性及び／または強度を付与する機能をあげる事ができる。この可塑性とは成形体にしなやかさを与えることにより、工程中に成形体に何らかの応力がかかった場合においても変形によるクラックが発生するのを抑える働きをするものである。また強度とは文字通り成形体の強度を向上させることにより、成形体に衝撃などの外力が加えられた場合にも破損などが生じないようにすることを意味している。可塑性は主として成形体中に溶媒が比較的に多い場合に重要なファクターであり、成形体の乾燥が進み溶媒が比較的少なくなってからは強度が重要なファクターとなる。
【００２９】
なお、上記のように樹脂などの成形助剤及び焼結助剤の両方の働きを示す成分が発現する成形助剤としての機能は主として可塑性及び／または強度であるため、その他の機能を示す成形助剤として例えば解膠剤や分散剤は別途加える必要がある場合が多い。また可塑性や強度を向上させる成形助剤を更に別途組み合せて用いることもできる。焼結助剤に関しても同様に、成形助剤及び焼結助剤の両方の機能を呈する成分以外に、別の焼結助剤と組み合せることも可能である。
【００３０】
また本発明における可動部分の重量をさらに低減させる方法として該可動部分を中空構造および／又はリブ構造とする手段を挙げることができる。この様な複雑な構造をとるためには、剛性の高い材料、特にセラミックス焼結体を用いる場合、焼結後の研削加工の工数をなるべく少なくする必要があり、ニアネットシェイプ構造をできるだけ成形工程でおりこむ必要がある。
【００３１】
セラミック焼結体でこのような中空構造及び／又はリブ構造のものを製造する手段として最も簡便な手段としてはまず鋳込成形の型割によりこのような構造を作りこむ手段を挙げることができる。鋳込成形には、成形体の両面に型を配して溶媒を吸収させる固形（２重）鋳込成形と、成形体の片面に型を配してもう片面の余剰泥漿を排出する排泥（１重）鋳込成形があり、中空構造を作る場合には中空部の泥漿を排出するような型割に、またリブ構造を作る場合には、固形鋳込成形でリブ部分の両側からはさみこんだ型により溶媒を吸収する型割とする手段が好適である。
【００３２】
その他の手段としては成形体同志の接合又は焼結体同志の接合により目的とする構造を作りこむ手段を挙げることができる。その場合の接合剤としては、成形体を接合する場合には成形体を構成するセラミック粉体と同じセラミック粉体を主成分として分散媒や増粘剤等の添加剤を加えたものが好ましく、また焼成体を接合する場合には各種合金やシリコンなどのろう剤が好ましい。
【００３３】
またもう一つの中空構造及び／又はリブ構造を作りこむ手段としては、ＣＩＰ成形後の生加工により削り出す手段を挙げることができる。もちろん完全に閉じた中空構造を生加工で削り出すことは不可能であるが、前記接合による方法と組み合せることにより、中空構造を形成することができる。
【００３４】
本発明においては比剛性のなるべく大きな構成材料を用いる必要があるが、汎用工業材料として最も比剛性が大きいのは炭化硼素であり、本発明に用いられる構成材料としては価格面では炭化珪素などと比較すると劣るものの、物性面では最も好適である。
【００３５】
炭化硼素を鋳込成形する場合の焼結性が好ましい炭化硼素の平均粒径は０．３μm〜１．５μmであり、これは通常の鋳込成形に比べると非常に微粒であるため成形体の充填があがりにくく、成形体の可塑性や強度も発現しにくい粒度構成である。この様な成形体の物性を向上させるためには前述の成形助剤としても焼結助剤としても作用する助剤を用いることが好ましく、特に好ましい助剤はフェノール樹脂、フラン樹脂などの樹脂分である。焼結助剤としては上記樹脂分を単独で用いても良く、硼化チタン、ポリカルボシラン、炭化タングステン、炭化鉄、炭化タリウム、弗化アルミニウム、炭化ジルコニウムなどと組み合せることもできる。
【００３６】
助剤として用いられる樹脂分等は非酸化性雰囲気下の焼結工程中の昇温過程において、蒸し焼きにされて炭素分を骨格成分とする物質に変換され、この物質が炭化硼素の粒成長を抑制して焼結助剤としての働きを示す。この炭素分の焼結助剤としての作用は常圧焼結に特有のものであり、焼成体中の炭化硼素結晶の平均粒径を好ましい範囲である１０μm以下におさえることができる。なお、粒成長が進み、結晶粒子径が好ましい範囲を超えると強度などの物性に悪影響が及ぶ場合がある。なお、焼結前の炭化硼素はＢ４Ｃに比べて硼素分が多い結晶を多量に含んでいる場合が多いが、それらの結晶中に焼結助剤の炭素が取り込まれて、焼結体中の炭化硼素はＢ４Ｃがその主成分となる。なお、焼結助剤としての炭素分の一部は黒鉛結晶としても焼結体中に存在する。
【００３７】
【実施例】
以下の方法によって、種々のセラミックス焼結体を作成した。
（実施例１）
炭化硼素粉末(平均粒径０．７４μm、比重２．５、エレクトロシュメルツベルクケンプテン社製)に、所定量のノボラック型フェノール樹脂（比重１．１８、昭和高分子(株)製）をアセトン溶液として加え、混合攪拌し、アセトンを十分蒸発させた後粉砕して、フェノール樹脂をコーティングした炭化硼素粉末を得た。この炭化硼素粉末を２５体積部、水７５体積部となるように各原料を調合し、混合攪拌してスラリーとした。なお分散剤として、ポリカルボン酸アンモニウム塩(花王(株)製)を炭化硼素粉末１００重量部に対して1重量部添加した。攪拌方法は、凝集粒子をできるだけ均一に分散させることを目的に１００００rpmの高速せん断応力を加えた。その後３００ｒｐｍで真空攪拌を行い脱泡した。このようにして得られた鋳込み成形用炭化硼素粉末スラリーを３５ｍｍΦの石膏型に流し込み、排泥鋳込成形を行った。５ｍｍ着肉させた後に排泥し、５分間放置した後に離型、乾燥して成形体を得た。離型時と乾燥後の重量変化から成形体の充填率を算出した。また前記乾燥後の成形体から試験片を切り出し、アルキメデス法により乾燥体の充填率を測定した。さらに前記試験片を次のヒートカーブで焼成した。
20〜1200℃（真空下）：１時間
1200〜2250℃（Arガス雰囲気下）：1時間４０分
2250℃に保持（Arガス雰囲気下）：３０分
得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した。これらの結果を表１に示す。なおフェノール樹脂添加量は、炭化硼素粉末に対する体積部で表記した。
【００３８】
（実施例２）
炭化硼素粉末(平均粒径０．７４μm、比重２．５、エレクトロシュメルツベルクケンプテン社製)に、ノボラック型フェノール樹脂（比重１．１８、昭和高分子(株)製）のアセトン溶液とポリカルボシランのヘキサン溶液との混合溶液を加え、混合攪拌し、有機溶剤を十分蒸発させた後粉砕して、出発原料である炭化硼素粉末とした。この粉末を用いて実施例１と同一の方法、条件により成形・焼成を行った。なおフェノール樹脂及びポリカルボシランの添加量は炭化硼素粉末に対する体積部で表記した。
【００３９】
（実施例３）
炭化硼素粉末(平均粒径０．７４μm、比重２．５、エレクトロシュメルツベルクケンプテン社製)約２００ｇに、炭化硼素の焼結助剤としてTiC、ZrC、Fe₃C、TiB₂、AlF₃粉末をそれぞれ所定の添加量になるように配合した混合粉体に、水約１０００ｇを加えてポットミルで２４時間混合し、炭化硼素粉末と焼結助剤粉末を水中で均一に分散させた後、この混合物を乾燥、粉砕して出発原料の炭化硼素質混合粉末を得た。この粉末を用いて実施例１と同一の方法、条件により成形・焼成を行った。なお各粉末焼結助剤の添加量は、炭化硼素粉末に対する体積部で表記した。
【００４０】
（実施例４）
実施例３で作製した炭化硼素と各種粉末系焼結助剤との混合粉末に、実施例１と同一の方法でフェノール樹脂をコーティングさせた。この炭化硼素粉末、粉末焼結助剤及びフェノール樹脂との混合粉末を用いて、実施例１と同一の方法、条件により成形・焼成を行った。
【００４１】
（比較例１）
炭化硼素粉末を３０体積部、水７０体積部を調合し、実施例１と同一の方法により成形体を作製し、炭化硼素焼結体を製造し、得られた焼結体の相対密度を測定した。なお分散剤として、ポリカルボンアンモニウム塩を炭化硼素粉末に対して１重量部添加した。
【００４２】
（比較例２）
比較例１の材料に加えレゾルシン型フェノール樹脂水溶液（昭和高分子(株)製）を炭化硼素粉末１００体積部に対し５−５０体積部加えてスラリーを作成し、石膏型に鋳込成形を行った。その結果はほとんど着肉現象が発生せず、成形体を得る事はできなかった。
【００４３】
実施例１−４、比較例１の各物性の測定結果を表１に示す。なお表中の空欄は未測定であることを示し、比較例2については成形体を得る事ができなかったため当然ながら結果は表示していない。なお実施例１，２，４の成形体は脱型時に高い可塑性を示し脱型時の成形体を曲げたりひねったりしてもクラックが発生しなかったのに対し、実施例3、比較例1の成形体に関しては脱型時に成形体を少し曲げたりひねったりしただけでクラックが発生した。また乾燥後の成形体に関しては実施例１，２，４の成形体は高強度で１０ｃｍほどの高さから落下させても破損しないのに対し、実施例3、比較例1の成形体は５ｃｍ程度の高さから落下させると大きく破損した。なお、実施例3のサンプルは成形体の可塑性や強度に関して他の実施例に比べて劣るものの、焼成体の物性においては遜色がなく、成形時に変形や破損の危険性が小さなプロセスにおいては充分に実用可能である。
【００４４】
【表１】

【００４５】
（実施例６）
実施例1のフェノール樹脂添加率１８．９体積部の組成にて、石膏成形による固形鋳込成形、及び１．８ＭＰａの加圧成形による排泥鋳込成形の手段により成形体を作成した。なお、石膏成形においては着肉予想時間の２倍の土締め時間を設定し、加圧成形においては排泥終了後０．３ＭＰａの圧力で１０分間の土締めを実施した。得られた成形体を乾燥して乾燥体充填率を測定した後に、後述の焼成パターンI、IIに従い焼結したサンプルをＪＩＳＲ１６０１の手法による３点曲げ強度、ＪＩＳＲ１６０２の手段による共振法によるヤング率および３点曲げによるヤング率、アルキメデス法による焼成体相対密度及びかさ比重を測定した。その測定結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】

【００４７】
（実施例７）
実施例６のスラリーにさらに炭化硼素１００体積部に対しＴｉＢ２を２．８体積部加えたスラリーを実施例６と同様に成形・焼成して同様の物性測定を行った。その測定結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】

【００４９】
なお、上記焼成パターンI IIは以下の通りである。

【００５０】
(実施例８)
セラミックス焼結体として炭化硼素焼結体(試料Ｎｏ１)、炭化珪素焼結体(試料Ｎｏ２)、シリコン含浸再結晶炭化珪素焼結体(試料Ｎｏ３)、反応焼結シリコン含浸炭化珪素焼結体(試料Ｎｏ４)、アルミナ焼結体(比較試料)のそれぞれのサンプルについてヤング率とかさ比重を測定した。なおヤング率の測定法は共振法によるものである。
【００５１】
次にそれぞれの試料を静圧軸受けのガイド軸を完全に囲むスライダーとして用い、スライダーとガイド軸の間に圧縮空気を供給してスライダーをガイド軸と比接触の状態で支持した後に駆動手段を用いてスライダーを２００mmのストロークで１ｍｍずつ繰り返し往復運動させて位置決め機能を評価した。その結果を表４に示す。なお位置決め機能の評価は、位置決め分解能と位置決めに要する時間を総合して評価したものであり◎は特に優れていることを表わし、○は優れていることを表わし×は劣っていることを表わしている。
【００５２】
【表４】

【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高比剛性の構成材料を移動体装置の可動部分に用いることにより、高速で高精度の位置決めが可能となり、露光機などに好適に応用することができる。

Claims (2)

1. 可動部分の一部又は全部が比剛性率１００ＧＰａ以上のセラミックス焼結体により構成された、位置決め機能を有する移動体装置において、
   前記セラミックス焼結体は、炭化硼素粉体と、溶媒としての水と、高分子有機物を主成分とする助材と、を主成分とする混合物を出発原料として鋳込み成形後焼結することにより製造したものであり、
   前記炭化硼素粉体は、該粉体中にＢ４Ｃよりも硼素分が多い結晶を含んでおり、
   該高分子有機物は、前記溶媒としての水に実質的に溶解しないフェノール樹脂あるいはフラン樹脂であって、前記成形工程よりも前に前記炭化硼素粉体にコーティングされるものであり、
   該高分子有機物は、前記混合物の成形工程においては、成形体に可塑性および／または強度を付与する成形助剤としての効果を呈する一方で、
   該焼結工程においては、焼結行程の全部または一部を非酸化性雰囲気とすることにより炭素分を骨格成分とする物質に変換され、該炭素分を骨格成分とする物質が炭化硼素粉体の焼結助剤としての作用を示すものであり、
   焼結終了後は、該炭素分の一部は焼結体中に黒鉛として存在する一方で、一部は前記炭化硼素粉体中の前記Ｂ４Ｃよりも硼素分が多い結晶と反応することで焼結体中に炭化硼素結晶の炭素分として存在することを特徴とする、露光機の可動部分に用いられる移動体装置。
2. 前記炭化硼素粉体の平均粒径が０．３μｍ〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の露光機の可動部分に用いられる移動体装置。