JP5946664B2 - エアガイド装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体とガイド部材とを備え、静圧軸受によって移動体をガイド部材と非接触状態に保ちながら軸線方向に移動できるように案内するエアガイド装置に関する。

従来、真空チャンバ内において利用される位置決めステージ装置において、静圧軸受による非接触案内機構と圧縮空気圧駆動機構とを組み合わせた流体圧アクチュエータを用いてステージの駆動を行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。この流体圧アクチュエータは、軸体であるガイド軸と、ガイド軸に外挿される筒状体であるスライダとを備え、スライダはガイド軸が延在する軸方向に沿って圧縮空気圧駆動機構により前後に移動可能とされている。そして、ガイド軸とスライダとの間は、静圧軸受によって非接触状態に保たれている。

特開２００２−３９１８０号公報

しかしながら、このような流体圧アクチュエータにあっては、ガイド軸の角部に損傷を受けることがあり、この損傷した部分においてガイド軸とスライダとの間が広く空き、静圧軸受から吹き出される空気がガイド軸とスライダとの間から真空チャンバ内に漏れ出すエア漏れを起こしてしまう場合があった。このようなガイド軸の損傷を防止するためには、損傷を受けにくい高強度のセラミック材料でガイド軸を構成すればよいが、このような高強度のセラミック材料は一般的に高価である。

そこで、本発明は、エア漏れが起きにくいエアガイド装置を、高強度の材料を使用することなく提供することを目的とする。

本発明のエアガイド装置は、所定の設備に設けられ、対象物の移動を案内するためのエアガイド装置において、軸方向に延在する内側部材と、軸方向に延在し、内側部材に外挿される外側部材と、を備え、内側部材又は外側部材の何れか一方は、軸方向に移動可能な移動体であり、内側部材又は外側部材の他方は、移動体の移動を案内するガイド部材であり、移動体は、エアによる静圧軸受によってガイド部材に対して非接触状態に保たれ、内側部材の軸方向に対して直交する断面形状は非円形であり、内側部材の外周面のうち隣接する面同士は鈍角をなし、内側部材の外周面は、主面と、主面よりも面積の狭い副面と、を有し、外側部材の内周面のうち内側部材の副面に対応する位置、又は内側部材の外周面のうち副面の位置には、充填部材が充填されており、充填部材を含む部材の周面と、周面に対面する部材の周面とは、それぞれ対応する形状とされている。

この構成によれば、内側部材の軸方向に対して直交する断面形状は非円形であり、内側部材の外周面は、その隣接する面同士が鈍角をなすと共に、主面と、主面よりも面積の狭い副面と、を有し、外側部材の内周面のうち内側部材の副面に対応する位置、又は内側部材の副面の位置に、充填部材が充填されており、充填部材を含む部材の周面と、周面に対応する部材の周面とが、それぞれ対応する形状とされているため、充填部材によって内側部材と外側部材との間隔を狭くすることにより内側部材と外側部材との間からのエア（空気）漏れを起きにくくしながら、損傷しやすい鋭角部や直角部を内側部材が有しない構成とすることができ、内側部材に一般的な材料を用いた場合でも内側部材が損傷を受けにくくすることができる。

ここで、充填部材は、充填部材が充填されている部材とは別部材であることが好ましい。この場合、充填部材が充填された部材を従来技術のようにセラミックよりなる一体品とした場合に比して、充填部材によって、充填部材が充填された部材の相手側の部材との間隔の精度を容易に出すことができる。

特に、外側部材の内周面のうち内側部材の副面に対応する位置に前記充填部材が充填されていることが好ましい。

また、内側部材の副面は、軸方向に延びる四角体の軸方向に延びる辺を面取りしたような形状をなす平面または曲面であることが好ましい。

また、充填部材は樹脂により構成されることが好ましい。これによれば、充填部材が樹脂であるため、充填部材が内側部材又は外側部材に接触した場合に充填部材と接触した内側部材又は外部部材が損傷することを防止できると共に、メンテナンス時に充填部材を取り外して再度充填することにより、エアガイド装置のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、外側部材は、壁部材同士を接続することにより構成され、壁部材同士が接続される位置に充填部材が充填されていることが好ましい。この場合、例えば、壁部材をそれぞれ用意し、これらの壁部材同士を充填部材を介して接続すればよいため、エアガイド装置を容易に組み立てることができると共に、メンテナンス時にも外側部材を分解してメンテナンスを行うことができるため、エアガイド装置のメンテナンス作業を一層容易に行うことができる。

また、設備は真空環境内に設けられることが好ましい。この場合、真空環境内において、内側部材の損傷による空気の漏れを起きにくくすることができるという本発明の効果をより好適に発揮することができる。

本発明のエアガイド装置によれば、高強度の材料を使用することなく、エア漏れを起きにくくすることができる。

本発明の実施形態に係るエアガイド装置を用いたＸ−Ｙステージ装置を示す斜視図である。 第１実施形態に係るエアガイド装置の縦断面図である。 図２のIII-III線矢視図である。 エアガイド装置の特に好適な組み立て方の一例を示す図である。 第２実施形態に係るエアガイド装置の横断面図である。 第３実施形態に係るエアガイド装置の横断面図である。 第４実施形態に係るエアガイド装置の横断面図である。

以下、本発明によるエアガイド装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るエアガイド装置を用いたＸ−Ｙステージ装置を示す斜視図である。このＸ−Ｙステージ装置１は、Ｙ軸方向に離間して配置される一対のＸエアガイド装置１０，１０と、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に離間して配置された一対のＹエアガイド装置２０，２０と、ステージ３０と、を備えて構成されている。また、Ｘ−Ｙステージ装置１は、例えば真空チャンバ内などの真空環境内に設けられる。

Ｘエアガイド装置１０は、Ｘ軸方向に延在するＸガイド部材（ガイド部材、内側部材）１１と、Ｘ軸方向に延在し、Ｘガイド部材１１に外挿されるＸスライダ（移動体、外側部材）１２と、を備える。Ｘスライダ１２は、Ｘ軸方向に移動可能とされている。また、Ｘガイド部材１１は、Ｘスライダ１２の移動を案内する。Ｘガイド部材１１およびＸスライダ１２は、例えばセラミック材料により構成されている（詳しくは後述）。

Ｙエアガイド装置２０は、Ｙ軸方向に延在するＹガイド部材２１と、Ｙ軸方向に延在し、Ｙガイド部材２１に外挿されるＹスライダ２２と、を備える。Ｙスライダ２２は、Ｙ軸方向に移動可能とされている。また、Ｙガイド部材２１は、Ｙスライダ２２の移動を案内する。ここで、Ｙガイド部材２１の両端部は、それぞれ一対のＸスライダ１２，１２の側面に連結されている。また、一対のＹスライダ２２の対向する側面の間に、対象物を載置するためのステージ３０が固定されている。以上で述べた構成により、ステージ３０は、一対のＸスライダ１２，１２および一対のＹスライダ２２，２２の移動に伴って、ステージ３０上に載置された対象物とともにＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とされている。

Ｘエアガイド装置１０及びＹエアガイド装置２０は、ほぼ同様な構成であるため、ここでは、図２を参照して、Ｘエアガイド装置１０の構成についてより詳細に説明する。図２は、Ｘエアガイド装置１０をＸ軸に平行な平面で一部切断して示す縦断面図である。

Ｘガイド部材１１は、Ｘ軸方向に延びる四角体（四角柱に複数の孔を有するもの）であり、その中央部付近がやや細くされている。一方、Ｘスライダ１２は、Ｘガイド部材１１に外挿される、断面が四角形状の筒状体である。Ｘガイド部材１１が細くされていない領域においては、Ｘガイド部材１１の外周面と、それに対向するＸスライダ１２の内周面との間隔はきわめて狭く、例えば数μｍとされている。

Ｘガイド部材１１が細くなっている領域においては、Ｘガイド部材１１の外周面とＸスライダ１２の内周面との間に圧力室が形成される。この圧力室は、Ｘスライダ１２の内周面に内側に張り出す隔壁１３により、２つのシリンダ室１６ａ，１６ｂに区画される。シリンダ室１６ａには、Ｘガイド部材１１の内部に形成されＸ軸方向に延びる孔である空気通路１１−１が連通しており、さらに空気通路１１−１の先（図示左側）には圧縮空気供給源が接続されている。この圧縮空気供給源により、空気通路１１−１から圧縮空気を供給することで、隔壁１３に対して圧力がかかり、Ｘスライダ１２は図示右方向へ移動する。図示を省略しているが、シリンダ室１６ｂ側も全く同じ構造となっており、シリンダ室１６ｂに圧縮空気を供給すると、隔壁１３に対して圧力がかかり、Ｘスライダ１２は図示左方向へ移動する。

ここで、Ｘスライダ１２のＸガイド部材１１に対向する４面の外周面には、静圧軸受１４が設けられている。また、Ｘガイド部材１１の内部には、静圧軸受１４に圧縮空気を供給するための孔である空気通路１１−２が設けられており、また、空気通路１１−２の先には圧縮空気供給源が接続されている。この圧縮空気供給源により、空気通路１１−２から圧縮空気を供給することで、静圧軸受１４から空気を吹き出し、Ｘスライダ１２は、Ｘガイド部材１１に対して非接触状態に保たれる。静圧軸受１４で吹き出された空気は、Ｘガイド部材１１の外周面上において静圧軸受１４の近傍に配置される排気部１９−１，１９−２，１９−３から回収され、孔である空気通路１１−３，１１−４を通じて真空チャンバ外に排気される。このようにして、静圧軸受１４で吹き出された空気がＸガイド部材１１とＸスライダ１２の間から漏れ出ることが防止される。

ここで、図３を参照して、本実施形態の特徴をなすＸガイド部材１１およびＸスライダ１２の形状についてより詳細に説明する。図３は、図２のIII-III線矢視図である。

Ｘガイド部材１１は、Ｘ軸方向（紙面垂直方向）に対して直交する断面形状が非円形とされている。より具体的には、Ｘガイド部材１１は、その外周面に４面の主面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有する四角体であり、そのＸ軸方向に延びる辺を面取りしたような形状をなす副面１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈを主面同士の間に有している。副面１１ｅ〜１１ｈは、主面１１ａ〜１１ｄより面積が狭く、隣り合う面同士は鈍角をなしている。例えば隣り合う面同士である主面１１ａと副面１１ｅは鈍角αをなし、主面１１ｂと副面１１ｅは鈍角βをなしている。

なお、本明細書においては、面同士が鈍角をなすという記載を、２つの平面が鈍角をなして交わっている場合だけでなく、隣接する２つの面の少なくとも一方が曲面である場合にも用いる。隣接する２面の一方が平面で他方が曲面である場合については、隣接する２面の交わる箇所における当該曲面の接平面（接線方向の平面）が、曲面に隣接する平面と鈍角をなして交わる場合に、隣接する２面が鈍角をなしていると定義する。また、隣接する２面の両方が曲面である場合については、隣接する２面の交わる箇所におけるそれぞれの曲面の接平面が鈍角をなして交わる場合に、隣接する２面が鈍角をなしていると定義する。

Ｘスライダ１２の内周面のうち、Ｘガイド部材１１の副面１１ｅ〜１１ｈに対応する位置には、Ｘスライダ１２とは別部材である充填部材１７が充填されている。この充填部材１７は、例えばＰＴＦＥ樹脂により構成されている。そして、充填部材１７を含むＸスライダ１２の内周面は、Ｘガイド部材１１の外周面である主面１１ａ〜１１ｄおよび副面１１ｅ〜１１ｈに対応する形状とされている。

次に、図４を参照して、Ｘスライダ１２の特に好適な組み立て方の一例について説明する。Ｘスライダ１２は、ここでは、例えば軸方向に延びる４枚の平板状の壁部材同士を接続して四角筒状とすることにより構成されている。図４は、隣接する２枚の壁部材１２ａ，１２ｄが接続される位置の近傍を示す図である。

図４（ａ）は、２枚の壁部材１２ａ，１２ｄを接続する前の状態を示す。図４（ａ）に示されるように、２枚の壁部材１２ａ，１２ｄの端部には、充填部材１７Ａを充填するための凹部１９が設けられている。

図４（ｂ）は、壁部材１２ａと壁部材１２ｄとを接続し、さらに凹部１９に充填部材１７を充填した状態を示す。壁部材１２ａと壁部材１２ｄの間の接続は、例えば接着剤やボルトを使って行う。そして、充填部材１７Ａを壁部材１２ａおよび壁部材１２ｄの凹部１９に紙面垂直方向から進入させて充填する。さらに、充填部材１７Ａの露出する面を専用の治具により研磨して、Ｘガイド部材１１に対向する面をＸガイド部材１１の副面１１ｈに対応する形状とする。

以上のように構成されるＸエアガイド装置１０においては、Ｘガイド部材１１のＸ軸方向に対して直交する断面形状は非円形であり、Ｘガイド部材１１の外周面１１ａ〜１１ｈは、その隣接する面同士が鈍角をなすと共に、主面１１ａ〜１１ｄと、主面１１ａ〜１１ｄよりも面積の狭い副面１１ｅ〜１１ｈと、を有し、Ｘガイド部材１１の副面１１ｅ〜１１ｈに対応する位置に充填部材１７が充填されており、充填部材１７を含む部材であるＸスライダ１２の内周面と、このＸスライダ１２の内周面に対面する部材であるＸガイド部材１１の外周面とが、それぞれ対応する形状とされているため、充填部材１７によってＸガイド部材１１とＸスライダ１２との間隔を狭くすることによりＸガイド部材１１とＸスライダ１２との間からのエア（空気）漏れを起きにくくしながら、損傷しやすい鋭角部や直角部をＸガイド部材１１が有しない構成となっており、Ｘガイド部材１１に一般的な材料を用いた場合でもＸガイド部材１１が損傷を受けにくくにくくなっている。すなわち、部材が損傷を受けにくいエアガイド装置１０を、高強度の材料を使用することなく提供できる。

また、充填部材１７が、充填部材１７が充填されている部材であるＸスライダ１２とは別部材とされているため、Ｘスライダ１２を従来技術のようにセラミックよりなる一体品とした場合に比して、充填部材１７によってＸガイド部材１１との間隔の精度を容易に出すことができる。

また、充填部材１７が樹脂により構成されているため、充填部材１７がＸガイド部材１１に接触した場合に充填部材１７と接触したＸガイド部材１１が損傷することを防止できると共に、メンテナンス時に充填部材１７を取り外して再度充填することにより、Ｘエアガイド装置１０のメンテナンス作業を容易に行うことができる。さらに、真空中で利用可能な材料であるＰＴＦＥ樹脂により充填部材１７が構成されるため、Ｘエアガイド装置１０を真空中で使用することができる。

また、Ｘスライダ１２は、壁部材１２ａ，１２ｄ同士を接続することにより構成され、壁部材１２ａ，１２ｄ同士が接続される位置に充填部材１７Ａが充填されているため、例えば、壁部材１２ａ，１２ｄをそれぞれ用意し、これらの壁部材１２ａ，１２ｄ同士を充填部材１７Ａを介して接続すればよく、従ってＸエアガイド装置１０を容易に組み立てることができると共に、メンテナンス時にもＸスライダ１２を分解してメンテナンスを行うことができるため、Ｘエアガイド装置１０のメンテナンス作業を一層容易に行うことができる。

また、Ｘエアガイド装置１０が設けられる設備が真空環境内に設けられるため、真空環境内において、Ｘガイド部材１１の損傷による空気の漏れを起きにくくすることができるという本発明の効果をより好適に発揮することができる。

さらに、充填部材１７（１７Ａ）によってＸガイド部材１１との間隔の精度を容易に出せるため、Ｘスライダ１２についても高強度の材料を使用する必要がなく、一般的な材料を使用することも可能である。

なお、ここでは、特に好適であるとして、Ｘエアガイド装置１０は、真空環境内に設置されるものとして説明したが、非真空環境内に設置される場合にも適用できる。また、Ｘガイド部材１１を内側部材とし、Ｘスライダ１２を外側部材として、内側部材の位置が固定され、外側部材が軸方向に移動するものとして説明したが、これとは逆に、内側部材が軸方向に移動し、外側部材の位置が固定される形態としてもよい。また、スライダである移動体を、空気圧を駆動源として移動させるアクチュエータに対する適用を述べているが、コイルと磁石を駆動源とするリニアモータに対しても適用できる。さらに、Ｘエアガイド装置１０をＸ−Ｙステージ装置１に適用する形態について説明したが、このようなエアガイド装置を例えばチップマウンタなどに適用してもよい。また、充填部材１７を構成する樹脂を、ＰＴＦＥ樹脂に代えてＰＥＥＫ樹脂などとしてもよい。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るＸエアガイド装置１０Ｂの横断面図（Ｘ軸方向に直交する断面図）である。この第２実施形態に係るＸエアガイド装置１０Ｂが第１実施形態に係るＸエアガイド装置１０と異なる点は、Ｘガイド部材１１の一部の副面とこれに対向する充填部材の形状を変えた点である。

すなわち、第１実施形態のＸエアガイド装置１０においては、Ｘガイド部材１１の副面１１ｅ〜１１ｈが平面であったが、本実施形態のＸエアガイド装置１０Ｂにおいては、副面１１ｅ〜１１ｈの一部である副面１１ｆ，１１ｇが曲面とされている。そして、副面１１ｆ，１１ｇに対向する位置の充填部材１７の形状は、副面１１ｆ，１１ｇに対向する面が副面１１ｆ，１１ｇの曲面形状に倣う形状とされている。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係るＸエアガイド装置１０Ｃの横断面図である。この第３実施形態に係るＸエアガイド装置１０Ｃが第１実施形態に係るＸエアガイド装置１０と異なる点は、Ｘガイド部材１１の全ての副面とこれに対向する充填部材の形状を変えた点である。

すなわち、本実施形態のＸエアガイド装置１０Ｃにおいては、全ての副面１１ｅ〜１１ｈが曲面とされている。そして、副面１１ｅ〜１１ｈに対向する位置の充填部材１７の形状は、副面１１ｅ〜１１ｈに対向する面が副面１１ｅ〜１１ｈの曲面形状に倣う形状とされている。

このような第２、第３実施形態においても、先の第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るＸエアガイド装置１０Ｄの横断面図である。この実施形態において、Ｘガイド部材１１は、円柱状体の側面を、対向する二平面で切り欠いたような形状とすることにより、Ｘ軸方向（紙面垂直方向）に直交する断面形状が非円形とされている。従って、Ｘガイド部材１１は、その外周面に曲面である主面１１ｊ，１１ｋおよびこれらの間に二平面である副面１１ｍ，１１ｎを有している。また、主面１１ｊ，１１ｋと副面１１ｍ，１１ｎのうち、隣接する面同士は鈍角をなしている。例えば、主面１１ｋと副面１１ｍとがなす角γ、および主面１１ｋと副面１１ｎとがなす角δは、それぞれ鈍角とされている。

Ｘスライダ１２の内周面には充填部材１７が充填されると共に部材１８が設けられており、この充填部材１７及び部材１８を含むＸスライダ１２の内周面は、Ｘガイド部材１１の外周面である主面１１ｊ，１１ｋおよび副面１１ｍ，１１ｎに対応する形状とされている。より具体的には、Ｘスライダ１２の内周面において、主面１１ｊ，１１ｋに対応する位置には、例えばＰＴＦＥ樹脂により構成される部材１８が設けられ、この部材１８の主面１１ｊ，１１ｋに対向する面は、主面１１ｊ，１１ｋに倣うような曲面形状とされている。

また、副面１１ｍ，１１ｎに対応する位置にはＰＴＦＥ樹脂により構成される充填部材１７が充填され、この充填部材１７の副面１１ｍ，１１ｎに対応する面は、副面１１ｍ，１１ｎに平行な平面とされている。そして、主面１１ｊ，１１ｋと充填部材１８との間隔、および副面１１ｍ，１１ｎと充填部材１７との間隔は、それぞれ数μｍ程度となるように調整されている。この距離の調整は、充填部材１７，１８を治具によって研磨することにより行われる。

以上のように構成される本実施形態のＸエアガイド装置１０Ｄによっても、第１実施形態のＸエアガイド装置１０とほぼ同様な作用・効果を奏する。さらに、Ｘガイド部材１１のＸ軸方向に直交する断面形状は非円形とされているため、Ｘスライダ１２がＸガイド部材１１周りに回転してしまうことが防止される。

なお、以上で説明した第１〜４実施形態においては、外側部材であるＸスライダ１２の内周面のうち、内側部材であるＸガイド部材１１の副面に対応する位置に、充填部材１７を充填するものとして説明を行ったが、本発明においては、内側部材であるＸガイド部材１１の副面の位置に充填部材１７を充填してもよい。

また、本発明において、対応する形状とは、内側部材の外周面のうち全ての面と、外側部材の内周面のうち全ての面とが、充填部材を含んだ状態においてそれぞれ平行である形状に限られない。すなわち、対応する形状とは、内側部材又は外側部材に充填部材が充填されることにより、内側部材と外側部材との間からエアが漏れにくくされた形状であればよい。

１…Ｘ−Ｙステージ装置、１０…Ｘエアガイド装置（エアガイド装置）、１１…Ｘガイド部材（内側部材）、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｊ，１１ｋ…主面、１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｍ，１１ｎ…副面、１２…Ｘスライダ（外側部材）、１２ａ，１２ｄ…壁部材、１４…静圧軸受、１７…充填部材。

Claims (5)

1. 所定の設備に設けられ、対象物の移動を案内するためのエアガイド装置において、
   セラミック材料により構成されると共に軸方向に延在する内側部材と、
   前記軸方向に延在し、前記内側部材に外挿される外側部材と、を備え、
   前記内側部材又は前記外側部材の何れか一方は、前記軸方向に移動可能な移動体であり、
   前記内側部材又は前記外側部材の他方は、前記移動体の移動を案内するガイド部材であり、
   前記移動体は、エアによる静圧軸受によって前記ガイド部材に対して非接触状態に保たれ、
   前記内側部材の前記軸方向に対して直交する断面形状は非円形であり、
   前記内側部材の外周面のうち隣接する面同士は鈍角をなし、
   前記内側部材の外周面は、主面と、前記主面よりも面積の狭い副面と、を有し、
   前記外側部材の内周面のうち前記内側部材の前記副面に対応する位置、又は前記内側部材の外周面のうち前記副面の位置には、樹脂により構成される充填部材が充填されており、
   前記充填部材を含む部材の周面と、前記周面に対面する部材の周面とは、それぞれ対応する形状とされている、エアガイド装置。
2. 前記外側部材の内周面のうち前記内側部材の前記副面に対応する位置に前記充填部材が充填されている、請求項１に記載のエアガイド装置。
3. 前記内側部材の前記副面は、前記軸方向に延びる四角体の前記軸方向に延びる辺を面取りしたような形状をなす平面または曲面である、請求項１又は２に記載のエアガイド装置。
4. 前記外側部材は、壁部材同士を接続することにより構成され、
   前記壁部材同士が接続される位置に前記充填部材が充填されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアガイド装置。
5. 前記設備は真空環境内に設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアガイド装置。

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