JPH06193635A - 静圧軸受装置 - Google Patents
静圧軸受装置Info
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- JPH06193635A JPH06193635A JP34373792A JP34373792A JPH06193635A JP H06193635 A JPH06193635 A JP H06193635A JP 34373792 A JP34373792 A JP 34373792A JP 34373792 A JP34373792 A JP 34373792A JP H06193635 A JPH06193635 A JP H06193635A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
- F16C29/02—Sliding-contact bearings
- F16C29/025—Hydrostatic or aerostatic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
- F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
Abstract
(57)【要約】
【構成】静圧軸受装置を構成する移動体２の摺動面２ｂ
の気体流出部を粗面２ｃとする。 【効果】流出気体を完全な乱流にして、安定な状態とで
きるため、移動体２の振動を防止することが可能とな
る。そのため、１０ｎｍ程度の超高精度の位置決めを行
うことができ、超精密な加工や測定を行うことが可能と
なる。
の気体流出部を粗面２ｃとする。 【効果】流出気体を完全な乱流にして、安定な状態とで
きるため、移動体２の振動を防止することが可能とな
る。そのため、１０ｎｍ程度の超高精度の位置決めを行
うことができ、超精密な加工や測定を行うことが可能と
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高精度の加工を行う
ような工作機械、半導体製造装置、測定装置などに使用
される、超高精度の運動精度を持つ静圧軸受装置に関す
るものである。
ような工作機械、半導体製造装置、測定装置などに使用
される、超高精度の運動精度を持つ静圧軸受装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、直線方向の案内装置として
は、直線状の軸上で移動体を摺動させるすべり軸受や、
ボールまたはコロ状体を配置した転がり軸受が利用され
ている。しかし、昨今は超精密な精度が要求されている
ことから、静圧気体を用いた静圧軸受装置が使用されて
いる。
は、直線状の軸上で移動体を摺動させるすべり軸受や、
ボールまたはコロ状体を配置した転がり軸受が利用され
ている。しかし、昨今は超精密な精度が要求されている
ことから、静圧気体を用いた静圧軸受装置が使用されて
いる。
【０００３】この静圧軸受装置とは、図４に示すよう
に、直線状の軸を成す固定体２１を取り囲むように移動
体２２を配置して成り、移動体２２中の噴出孔２２ａよ
り両者間の微小間隙２３に気体を噴出させて、移動体２
２を固定体２１上に浮上させ、この状態で不図示の駆動
手段により、移動体２２を直線方向に移動させることに
よって、極めて高精度の移動を可能としたものである。
また、上記固定体２１や移動体２２を成す材料は、ステ
ンレス鋼やアルミニウムなどが用いられているが、より
高剛性で熱膨張係数が小さく、加工歪みの小さいセラミ
ックスが用いられるようになっている（例えば、実開昭
５９−１４９０９２号、５９−１４９０９３号公報等参
照）。
に、直線状の軸を成す固定体２１を取り囲むように移動
体２２を配置して成り、移動体２２中の噴出孔２２ａよ
り両者間の微小間隙２３に気体を噴出させて、移動体２
２を固定体２１上に浮上させ、この状態で不図示の駆動
手段により、移動体２２を直線方向に移動させることに
よって、極めて高精度の移動を可能としたものである。
また、上記固定体２１や移動体２２を成す材料は、ステ
ンレス鋼やアルミニウムなどが用いられているが、より
高剛性で熱膨張係数が小さく、加工歪みの小さいセラミ
ックスが用いられるようになっている（例えば、実開昭
５９−１４９０９２号、５９−１４９０９３号公報等参
照）。
【０００４】また、図５に示すように、円筒状の固定体
３１中に円柱状の移動体３２を保持し、両者の間隙に気
体を噴出させて静圧気体で支持しながら、移動体３２を
回転させるようにしたエアースピンドルや回転テーブル
も利用されている。
３１中に円柱状の移動体３２を保持し、両者の間隙に気
体を噴出させて静圧気体で支持しながら、移動体３２を
回転させるようにしたエアースピンドルや回転テーブル
も利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、半導
体製造装置や測定装置などにおいて、より高い精度が要
求されるようになっており、これまで問題とならなかっ
たような移動体２２の微小な振動が問題となっている。
例えば、超高精度の加工、測定を行う際には、移動体２
２の位置決め精度１０ｎｍ以下の高い精度が求められる
場合があるが、セラミックスを用いた静圧軸受装置でも
５０ｎｍ程度の進行方向の振動が発生することがあっ
た。そのため、移動体２２が静止した状態でも５０ｎｍ
程度の振動が生じ、上記のような超高精度の加工、測定
が行えないという問題点があった。
体製造装置や測定装置などにおいて、より高い精度が要
求されるようになっており、これまで問題とならなかっ
たような移動体２２の微小な振動が問題となっている。
例えば、超高精度の加工、測定を行う際には、移動体２
２の位置決め精度１０ｎｍ以下の高い精度が求められる
場合があるが、セラミックスを用いた静圧軸受装置でも
５０ｎｍ程度の進行方向の振動が発生することがあっ
た。そのため、移動体２２が静止した状態でも５０ｎｍ
程度の振動が生じ、上記のような超高精度の加工、測定
が行えないという問題点があった。
【０００６】このような振動の発生は、固定体２１と移
動体２２間の微小間隙２３を流出する気体が流体学的に
不安定な状態となるためである。一般に流体の流れに
は、層流と呼ばれる規則的な流れと、乱流とよばれる不
規則な流れがあり、層流領域あるいは乱流領域ではいず
れも安定した流れであるが、両者の中間領域では流れが
不安定な状態となる。そして、上記セラミックス製の静
圧軸受装置の場合、移動体２２の摺動面２２ｂおよび固
定体２１の摺動面２１ａはいずれも表面粗さ（中心線平
均粗さ：Ｒａ）０．３〜０．４μｍの滑らかな面として
おり、この微小間隙２３に４ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の圧力
の気体を供給して使用した場合、気体の流れが層流と乱
流の中間領域となってしまうため、気体の圧力変動が激
しくなり、移動体２２を振動させてしまうのである。
動体２２間の微小間隙２３を流出する気体が流体学的に
不安定な状態となるためである。一般に流体の流れに
は、層流と呼ばれる規則的な流れと、乱流とよばれる不
規則な流れがあり、層流領域あるいは乱流領域ではいず
れも安定した流れであるが、両者の中間領域では流れが
不安定な状態となる。そして、上記セラミックス製の静
圧軸受装置の場合、移動体２２の摺動面２２ｂおよび固
定体２１の摺動面２１ａはいずれも表面粗さ（中心線平
均粗さ：Ｒａ）０．３〜０．４μｍの滑らかな面として
おり、この微小間隙２３に４ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の圧力
の気体を供給して使用した場合、気体の流れが層流と乱
流の中間領域となってしまうため、気体の圧力変動が激
しくなり、移動体２２を振動させてしまうのである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
静圧軸受装置を構成する移動体および／または固定体の
摺動面における少なくとも気体流出部を表面粗さ（Ｒ
ａ）２〜３μｍの粗面としたものである。
静圧軸受装置を構成する移動体および／または固定体の
摺動面における少なくとも気体流出部を表面粗さ（Ｒ
ａ）２〜３μｍの粗面としたものである。
【０００８】
【作用】本発明によれば、移動体および／または固定体
の摺動面における気体流出部が粗面であるため、移動体
と固定体の微小間隙を流出する気体が完全な乱流とな
り、安定した状態となるため、移動体の振動を防止する
ことができる。
の摺動面における気体流出部が粗面であるため、移動体
と固定体の微小間隙を流出する気体が完全な乱流とな
り、安定した状態となるため、移動体の振動を防止する
ことができる。
【０００９】
【実施例】以下本発明実施例を図によって説明する。
【００１０】図１（Ａ）に斜視図を示すように、本発明
の静圧軸受装置は、直線状の軸を成すセラミックス製の
固定体１と、これを取り囲むように配置されたセラミッ
クス製の移動体２から構成されている。そして同図
（Ｂ）に断面図を示すように、移動体２中に備えた噴出
孔２ａより、固定体１と移動体２間の幅２〜３μｍの微
小間隙３に気体を噴出することで、移動体２を固定体１
上に浮上させ、直線方向に滑らかな移動を行えるように
なっている。
の静圧軸受装置は、直線状の軸を成すセラミックス製の
固定体１と、これを取り囲むように配置されたセラミッ
クス製の移動体２から構成されている。そして同図
（Ｂ）に断面図を示すように、移動体２中に備えた噴出
孔２ａより、固定体１と移動体２間の幅２〜３μｍの微
小間隙３に気体を噴出することで、移動体２を固定体１
上に浮上させ、直線方向に滑らかな移動を行えるように
なっている。
【００１１】また、図２に移動体２の摺動面２ｂ側の平
面図を示すように、摺動面２ｂには噴出孔２ａに連通し
た気体供給溝２ｄを備えて表面絞りを構成している。さ
らに、この摺動面２ｂは、表面粗さ（中心線平均粗さ：
Ｒａ）０．３〜０．４μｍの滑らかな面となっている
が、両端の気体流出部には、表面粗さ（Ｒａ）２〜３μ
ｍの粗面２ｃを備えている。
面図を示すように、摺動面２ｂには噴出孔２ａに連通し
た気体供給溝２ｄを備えて表面絞りを構成している。さ
らに、この摺動面２ｂは、表面粗さ（中心線平均粗さ：
Ｒａ）０．３〜０．４μｍの滑らかな面となっている
が、両端の気体流出部には、表面粗さ（Ｒａ）２〜３μ
ｍの粗面２ｃを備えている。
【００１２】そして、このような本発明の静圧軸受装置
において、噴出孔２ａより微小間隙３へ気体を供給する
と、流出する気体が粗面２ｃで完全な乱流となって安定
した状態となるため、移動体２の振動を防止することが
できる。
において、噴出孔２ａより微小間隙３へ気体を供給する
と、流出する気体が粗面２ｃで完全な乱流となって安定
した状態となるため、移動体２の振動を防止することが
できる。
【００１３】なお、上記粗面２ｃの表面粗さ（Ｒａ）を
２〜３μｍとしたのは、２μｍ以下では流出気体を乱流
とする作用が乏しく、一方３μｍ以上では微小間隙３を
大きくする必要があり、剛性が低下するためである。
２〜３μｍとしたのは、２μｍ以下では流出気体を乱流
とする作用が乏しく、一方３μｍ以上では微小間隙３を
大きくする必要があり、剛性が低下するためである。
【００１４】また、このように乱流を発生させるために
は、粗面２ｃの幅Ａは、移動体２の全長Ｌに対して、Ｌ
／５０以上とする必要がある。ただし、粗面２ｃ部分が
多いと、移動体２の支持剛性や真直性能を低下させてし
まう恐れがあるため、粗面２ｃの幅Ａは、全長Ｌに対し
て、Ｌ／３０以下とすることが好ましい。即ち、粗面２
ｃは、移動体２の内面２ｂの気体流出部のみに形成し、
他の内面２ｂの大部分は表面粗さ（Ｒａ）０．３〜０．
４μｍの滑らかな面とすることで、移動体２の支持剛性
や真直性能を高く維持したまま、微小な振動を防止でき
るのである。
は、粗面２ｃの幅Ａは、移動体２の全長Ｌに対して、Ｌ
／５０以上とする必要がある。ただし、粗面２ｃ部分が
多いと、移動体２の支持剛性や真直性能を低下させてし
まう恐れがあるため、粗面２ｃの幅Ａは、全長Ｌに対し
て、Ｌ／３０以下とすることが好ましい。即ち、粗面２
ｃは、移動体２の内面２ｂの気体流出部のみに形成し、
他の内面２ｂの大部分は表面粗さ（Ｒａ）０．３〜０．
４μｍの滑らかな面とすることで、移動体２の支持剛性
や真直性能を高く維持したまま、微小な振動を防止でき
るのである。
【００１５】なお、上記固定体１、移動体２を成すセラ
ミックとしては、アルミナ、サファイア、ジルコニア、
炭化珪素、窒化珪素などのさまざまなものを用いること
ができ、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 含有量９９重量％以上の高
純度アルミナセラミックスを用いれば良い。そして、セ
ラミックス製の移動体２の内面２ｂは予め滑らかな面に
加工しておいて、気体流出部のみにサンドブラスト処理
を行って粗面２ｃを形成すれば良い。また、粗面２ｃを
形成するためには、上記サンドブラスト処理以外に、エ
ッチング処理を施したり、あるいは予め微小な凹凸形状
を形成して粗面２ｃとすることもできる。
ミックとしては、アルミナ、サファイア、ジルコニア、
炭化珪素、窒化珪素などのさまざまなものを用いること
ができ、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 含有量９９重量％以上の高
純度アルミナセラミックスを用いれば良い。そして、セ
ラミックス製の移動体２の内面２ｂは予め滑らかな面に
加工しておいて、気体流出部のみにサンドブラスト処理
を行って粗面２ｃを形成すれば良い。また、粗面２ｃを
形成するためには、上記サンドブラスト処理以外に、エ
ッチング処理を施したり、あるいは予め微小な凹凸形状
を形成して粗面２ｃとすることもできる。
【００１６】さらに、以上の実施例では、直線方向の静
圧軸受装置についてのみ示したが、図３に示すように回
転方向の静圧軸受装置についても、同様に本発明を適用
することができる。この場合は、回転体１２を支持する
固定体１１の摺動面１１ａにおける気体流出部に、粗面
１１ｂを形成すれば良い。このような静圧軸受装置を例
えば回転テーブルに用いれば、所定角度回転させて静止
した時に生じる振動が極めて微小なものとなり、高精度
の測定や加工が可能となる。
圧軸受装置についてのみ示したが、図３に示すように回
転方向の静圧軸受装置についても、同様に本発明を適用
することができる。この場合は、回転体１２を支持する
固定体１１の摺動面１１ａにおける気体流出部に、粗面
１１ｂを形成すれば良い。このような静圧軸受装置を例
えば回転テーブルに用いれば、所定角度回転させて静止
した時に生じる振動が極めて微小なものとなり、高精度
の測定や加工が可能となる。
【００１７】ここで、図１、２に示す本発明の静圧軸受
装置を試作し、移動体２の振動を測定する実験を行っ
た。材質はアルミナセラミックスとし、固定体１は断面
が６０×６０ｍｍの角柱体でストローク長は３００ｍｍ
とし、移動体２は１００×１００ｍｍで、全長Ｌを２０
０ｍｍとした。また、移動体２の内面２ｂの気体供給用
溝２ｄは、中央部が幅５ｍｍ、深さ５ｍｍで、これに連
続する周辺部を幅１ｍｍ、深さ２０μｍとした。さら
に、粗面２ｃの幅Ａは５ｍｍ（全長Ｌの１／４０）と
し、この表面粗さ（Ｒａ）は２〜３μｍとして、その他
の部分は表面粗さ（Ｒａ）０．３〜０．４μｍとした。
装置を試作し、移動体２の振動を測定する実験を行っ
た。材質はアルミナセラミックスとし、固定体１は断面
が６０×６０ｍｍの角柱体でストローク長は３００ｍｍ
とし、移動体２は１００×１００ｍｍで、全長Ｌを２０
０ｍｍとした。また、移動体２の内面２ｂの気体供給用
溝２ｄは、中央部が幅５ｍｍ、深さ５ｍｍで、これに連
続する周辺部を幅１ｍｍ、深さ２０μｍとした。さら
に、粗面２ｃの幅Ａは５ｍｍ（全長Ｌの１／４０）と
し、この表面粗さ（Ｒａ）は２〜３μｍとして、その他
の部分は表面粗さ（Ｒａ）０．３〜０．４μｍとした。
【００１８】また、比較例として、上記と同一の大きさ
で、粗面２ｃを形成しないものを用意し、両者に対し
て、噴出孔２ａより圧力４ｋｇｆ／ｃｍ2 で、流量１０
リットル／分（標準状態換算）の空気を噴出して、移動
体２を浮上させ、このときの移動体２の振動をレーザー
測長機で測定した。
で、粗面２ｃを形成しないものを用意し、両者に対し
て、噴出孔２ａより圧力４ｋｇｆ／ｃｍ2 で、流量１０
リットル／分（標準状態換算）の空気を噴出して、移動
体２を浮上させ、このときの移動体２の振動をレーザー
測長機で測定した。
【００１９】結果は図６に示す通りである。このよう
に、粗面２ｃを形成しない比較例では、移動体２に５０
〜６０ｎｍ程度の振動が生じていたのに対し、本発明実
施例では、移動体２の振動を１０〜２０μｍ程度と小さ
くできることが確認された。また、図示していないが、
粗面２ｃの表面粗さ（Ｒａ）を３μｍ以上としたもので
は、気体の流出状態が変化し、振動を防止する効果が得
られなかった。
に、粗面２ｃを形成しない比較例では、移動体２に５０
〜６０ｎｍ程度の振動が生じていたのに対し、本発明実
施例では、移動体２の振動を１０〜２０μｍ程度と小さ
くできることが確認された。また、図示していないが、
粗面２ｃの表面粗さ（Ｒａ）を３μｍ以上としたもので
は、気体の流出状態が変化し、振動を防止する効果が得
られなかった。
【００２０】
【発明の効果】このように、本発明によれば、静圧軸受
装置を構成する移動体および／または固定体の摺動面に
おける少なくとも気体流出部を表面粗さ（Ｒａ）２〜３
μｍの粗面としたことによって、流出気体を完全な乱流
にして、安定な状態とできるため、移動体の振動を防止
することが可能となる。そのため、１０ｎｍ程度の超高
精度の位置決めを行うことができ、極めて精密な加工や
測定を行うことが可能となる。
装置を構成する移動体および／または固定体の摺動面に
おける少なくとも気体流出部を表面粗さ（Ｒａ）２〜３
μｍの粗面としたことによって、流出気体を完全な乱流
にして、安定な状態とできるため、移動体の振動を防止
することが可能となる。そのため、１０ｎｍ程度の超高
精度の位置決めを行うことができ、極めて精密な加工や
測定を行うことが可能となる。
【図１】（Ａ）は本発明の静圧軸受装置を示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）中のＸ−Ｘ線断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）中のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明の静圧軸受装置を構成する移動体の内面
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。
【図４】（Ａ）は従来の静圧軸受装置を示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）中のＹ−Ｙ線断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）中のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】回転方向の静圧軸受装置を示す斜視図である。
【図６】本発明および比較例の静圧軸受装置における移
動体の振動量を示す図である。
動体の振動量を示す図である。
１、１１：固定体 ２、１２：移動体 ３、１３：微小間隙
Claims (1)
- 【請求項１】固定体と移動体間の微小間隙に静圧気体を
供給し、上記固定体上で移動体を浮上させて移動させる
ようにした静圧軸受装置において、上記移動体および／
または固定体の摺動面における少なくとも気体流出部分
を表面粗さ（Ｒａ）２〜３μｍの粗面としたことを特徴
とする静圧軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34373792A JP3260869B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 静圧軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34373792A JP3260869B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 静圧軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06193635A true JPH06193635A (ja) | 1994-07-15 |
| JP3260869B2 JP3260869B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=18363862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34373792A Expired - Fee Related JP3260869B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 静圧軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3260869B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8297842B2 (en) | 2009-01-05 | 2012-10-30 | Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. | Air guide |
| US8608382B2 (en) | 2010-01-22 | 2013-12-17 | Sintokogio Ltd. | Static-pressure bearing apparatus and stage comprising static-pressure bearing apparatus |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP34373792A patent/JP3260869B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8297842B2 (en) | 2009-01-05 | 2012-10-30 | Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. | Air guide |
| US8608382B2 (en) | 2010-01-22 | 2013-12-17 | Sintokogio Ltd. | Static-pressure bearing apparatus and stage comprising static-pressure bearing apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3260869B2 (ja) | 2002-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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