JPH11294456A - 静圧空気軸受直線案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステージが大型化しても温度変化に対する軸受
性能の低下を抑え且つ低コストな静圧空気軸受直線案内
装置を提供することを課題としている。 【解決手段】基台１から突設するガイド部材２の両側面
に所定間隙を置いて対向する一対の対向部４，５をステ
ージ３下部に設けて一対の水平方向空気軸受６を形成す
る。その各水平方向空気軸受６の位置よりも幅方向外側
にそれぞれ上下方向を支持する上下方向空気軸受７を配
置する。その各上下用空気軸受７の近傍にそれぞれ、非
接触状態でステージ３を基台１に向けて吸引する吸引力
発生手段９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度な加工、及
び測定装置、半導体製造、及び検査装置などの試料、工
具、検出器などを高精度に移動させるための静圧空気軸
受直線案内装置に関し、特にステージが大型化した場合
に有利な静圧空気軸受直線案内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静圧空気軸受直線案内装置は、一
般に、案内方向に延びるガイドレールに可動体が上側か
ら跨がるように配置され、可動体のステージ５５が大型
の場合には、例えば、図３に示すような構造が一般的に
採用される。

【０００３】即ち、基台５０の上面に対し、幅方向（案
内方向に直交する水平方向）に所定距離を開けて一対の
ガイドレール５１を設け、その各ガイドレール５１の外
側面及び下面に対向する対向部５２をステージ５５下部
の幅方向両端部にそれぞれ設けて、そのガイドレール５
１の外側面と対向部５２との間に水平方向を支持する静
圧空気軸受５３をそれぞれ配置すると共に、その水平方
向の空気軸受５３よりも幅方向内側位置である上記各ガ
イドレール５１の上面位置及び下面位置に上下方向を支
持する静圧空気軸受５４を配置している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
ような装置構成では、例えば，固定体（基台５０及びガ
イドレール５１）と可動体（ステージ５５及び対向部５
２）との間に温度差が生じた場合には両者に熱膨張差が
生じるが、一対のガイドレール５１、即ち一対の水平方
向用軸受５３が幅方向に離れていることから、各水平方
向軸受５３の軸受すきまが特に変化して、最悪の場合、
軸受すきまが無くなり水平方向の空気軸受５３が作動し
なくなるおそれがある。これは、ステージ５５の幅が広
くなればなるほど顕著である。

【０００５】また、２本のガイドレール５１は、組立時
に人手で平行を出して基台５０に組付けるため、水平方
向真直度を出すのに手間が掛かり、組立技能と時間を必
要としていた。

【０００６】さらに、上記のようにステージ５５が大型
化した湯合、可動体の軽量化を図るためにステージ５５
の板厚を薄くすることが一般に行われるが、上記従来の
装置構成では各ガイドレール５１の側面位置と上面及び
下面位置に水平方向及び上下方向を支持する両方の空気
軸受５３，５４を集中して設ける必要があり、加工精度
を向上させることが極めて困難でコスト高となるばかり
か、所望の軸受すきまが得られなくなるおそれがあり軸
受性能上，不利な装置構成となっている。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、ステージが大型化しても温度変化に対
する軸受性能の低下を抑え且つ低コストな静圧空気軸受
直線案内装置を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の静圧空気軸受直線案内装置は、基台の基準
面から上方に突設し且つ案内方向に延びるガイド部材
と、そのガイド部材に沿って案内方向に移動可能な可動
体と、上記可動体を空気によって支持案内する空気軸受
部とを有する静圧空気軸受直線案内装置において、上記
ガイド部材の両側面に所定間隙を置いて対向する一対の
対向部を上記可動体に設けて、そのガイド部材の側面と
対向部との間に案内方向に直交する水平方向を支持する
水平方向空気軸受をそれぞれ配置し、その各水平方向空
気軸受位置よりも外側にそれぞれ上下方向を支持する上
下方向空気軸受を配置すると共に、その各上下用空気軸
受の近傍にそれぞれ、非接触状態で可動体を基台に向け
て吸引する吸引力発生手段を備えることを特徴とするも
のである。

【０００９】本発明によれば、可動体上面を構成するス
テージの大小に関係なく一対の水平方向空気軸受の間の
距離が小さく設定され、ガイド部材の両側面間の距離及
び一対の対向部間の距離についての温度変化による熱膨
張量が共に小さいことから、軸受すきまの変化量が少な
くなり、安定した軸受性能が得られる。

【００１０】また、上記一対の水平方向空気軸受の間の
距離が小さいことからモーメント剛性も大きいものとな
る。しかも、上下方向軸受が水平方向軸受よりも幅方向
の外側に配置されるので、一対の水平方向空気軸受の距
離を小さくしても、一対の上下方向軸受間の距離は幅方
向に大きくとれるため、ステージが大型化しても十分に
水平支持可能となり、また、例えば、可動体の幅方向両
端部近傍に上下方向空気軸受が配置されて、上下方向の
外部負荷などのモーメントに対しても強く安定した直線
案内とすることができる。

【００１１】また、各上下方向空気軸受の近傍に吸引力
発生手段を設けることで、基台に対する可動体の吸引と
浮上とによる可動体に作用する剪断応力が小さく設定さ
れる。

【００１２】ここで、上記ガイド部材は、ステージの幅
方向略中央部に配置することが好ましい。このように配
置すると水平方向空気軸受はステージの幅方向略中央部
で水平方向を支持することになり、水平方向空気軸受か
ら可動体に作用する反力がより小さくなる。

【００１３】また、一対の上下方向空気軸受について
は、好ましくは幅方向対象にできるだけ相互の距離を大
きく取ることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の静圧空気
軸受直線案内装置を案内方向からみた構成図を、また、
図２は、吸着力発生手段を省略した装置の側面図を表
す。

【００１５】まず装置構成について説明すると、上面に
水平な基準面１ａを備えて案内方向に延びる基台１を有
し、その基台１上面の幅方向略中央部にガイド部材２が
突設されている。ガイド部材２は、断面角形状のレール
部材であって、上記基準面１ａに沿って案内方向に延び
ている。ガイド部材２は、底面と左右側面の計３面が真
直、平面で、平行、直角精度が良好に設定されている。

【００１６】上記基台１の基準面１ａの上方に所定間隔
を開けて可動体の一部を構成するステージ３の下面が平
行に対向配置されている。そのステージ３の下面から、
上記ガイド部材２を挟むように、当該ガイド部材２の各
側面に所定隙間を開けて対向する対向面を持った対向部
４，５がそれぞれ突設している。その各対向部４，５の
上記側面に対向する面には当該側面に向けて水平に空気
を吹き出す空気穴が設けられることで、ガイド部材２の
各側面と各対向部４，５との間にそれぞれ水平方向を支
持する水平方向空気軸受６が形成されている。

【００１７】また、上記対向部４，５のうち幅方向外側
にある対向部５の下面には、下方に向けて空気を吹き出
す空気穴が設けられることで、当該対向部５の下面と基
準面１ａとの間に一方の上下方向空気軸受７が形成され
ている。

【００１８】また、その対向部５と幅方向で対象な位置
には、上記可動体下面から下方に第２対向部８が突設
し、その第２対向部８の下面と基準面１ａとの間に他の
上下方向空気軸受７が形成されている。これによって各
上下方向空気軸受７は、各水平方向空気軸受６よりも幅
方向外方に配置された状態となる。

【００１９】ここで、上記対向部４，５及び第２対向部
８は、図２に示すように、案内方向に所定間隔を開けて
複数個，設けられている。また、各空気軸受の軸受部の
形状は、円形、矩形その他，特に形状は限定されない。

【００２０】さらに、各上下方向空気軸受７の幅方向外
側に吸引力発生手段９がそれぞれ設けられている。各吸
引力発生手段９は、基台１の上面に設けられて上記ガイ
ド部材２と平行に延びる強磁性体からなる吸引レール９
ａと、ステージ３下面に支持されて上記吸引レール９ａ
上面と所定間隙を開けて対向した永久磁石９ｂと、から
構成される。符号９ｃは永久磁石９ｂを支持するスペー
サであって、上記吸引レール９ａと永久磁石９ｂとの間
隙の調整、つまり当該永久磁石９ｂの高さ位置を調整し
易くするために設けられている。

【００２１】また、図１中、符号１０は駆動装置の例と
してのリニアモータを表す。次に、上記構成の静圧空気
軸受直線案内装置の動作等について説明する。上記構成
の装置にあっては、一対の上下方向空気軸受７及び吸引
力発生手段９によって、ステージ３は、基準面１ａに対
し上下方向に浮上支持されて水平となり、一対の水平方
向空気軸受６によって幅方向の位置決めがなされる。そ
して、ステージ３下部のリニアモータ１０によって駆動
されてガイド部材２に沿って直線移動する。

【００２２】そして、本実施形態では、ステージ３の大
きさに関係なくガイド部材２によるガイド巾を狭くでき
て、所謂ナローガイド状態となり、これによって、水平
方向空気軸受６の距離が狭くモーメント剛性も強いもの
となる。

【００２３】しかも、一対の水平方向空気軸受６間の距
離がステージ３の大きさに関係なく小さく設定できるた
め、ステージ３と基台１及びガイド部材２との間に温度
差が生じても、各水平方空気軸受６の軸受隙間への影響
は最小限に抑えられて、温度変化に対して安定した軸受
性能を保持できる。

【００２４】また、幅方向に離して上下方向を支持案内
する上下方向空気軸受７及び吸引力発生手段９が設けら
れることで、ステージ３が大型化しても十分に安定した
上下支持が可能となっている。

【００２５】このとき、浮上させる各上下方向空気軸受
７と吸引する吸引力発生手段９とを近接して配置するこ
とで、吸引力と浮上力によるせん断応力が殆どステージ
３に作用しないようにしている。

【００２６】また、吸引レール９ａを強磁性材から構成
することで、小さな面積で吸引力を稼ぎ且つ軽量化を図
っている。また、吸引レール９ａが、上下方向空気軸受
７の外方で案内方向と平行な方向に延在していることか
ら、吸引レール９ａは上下方向空気軸受７に対する外部
からのごみ安堵の付着を防止する役割も持つ。

【００２７】なお、永久磁石９ｂの代わりに電磁石など
の他の磁気手段を採用しても構わない。また、吸引力発
生手段９としては、真空吸引その他の非接触の吸引手段
を採用しても構わない。

【００２８】また、上記各空気軸受６，７と吸引力発生
手段９は案内方向にそれぞれ２個設けているので、ステ
ージ３が案内方向に長くなった場合でも上下モーメント
及び水平モーメントによる負荷に強いものとなってい
る。また、案内方向に離して２個設けることで、各対向
部４，５，８を案内方向に長くするよりも軽量化が図ら
れる。

【００２９】さらに、上記の構造により、ステージ３に
対して空気軸受６，７の反力や吸引力などによる応力が
ほとんど発生しないことから、ステージ３の単体精度が
確保できる極限まで板厚を薄くすることが可能となり、
例えば，アルミ合金などの縦弾性係数の低い材料でステ
ージ３を製作することも可能となる。

【００３０】また、本実施形態では、各空気軸受６，７
に空気を供給しない使用停止状態でも、吸引力発生手段
１０の磁力によってステージ３は基台１側に吸引されて
位置決めされた状態となる。

【００３１】なお、上記実施形態では、リニアモータ１
０の配置との関係から一対の水平方向空気軸受６の位置
が幅方向で左右対象な位置に無いが、一対の水平方向空
気軸受６はできるだけ幅方向で左右対象な位置にあるこ
とが好ましい。

【００３２】また、上記実施形態では、対向部８，５の
下面位置に上下方向空気軸受７を形成しているが、対向
部５に水平方向空気軸受６及び上下方向空気軸受７の両
方を設ける必要はない。上下方向空気軸受用の対向部を
別途，設けてもよい。

【００３３】また、吸引力発生手段９を上下方向空気軸
受７よりも内側に配置してもよいし、また、吸引力発生
手段９と上下方向空気軸受７とは幅方向で並ぶ必要もな
い。つまり、案内方向に平行な方向で吸引力発生手段９
と上下方向空気軸受７とを並べて配置してもよい。この
場合には、吸引レール９ａの上面位置に上下方向空気軸
受７が形成されることになる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明を採用
すると、固定体と可動体との間に温度差が生じても、可
動体の大きさに影響を受けることなく各空気軸受におけ
る軸受すきまの変化は殆どなく、温度変化に対して安定
した軸受性能を保持する効果を有する。

【００３５】また、上下、水平とも真直度精度が人の手
に依存せず機械加工精度で決まることから、精度の安定
した生産と組立時間短縮となり、低コスト化を図れると
いう効果を有する。

【００３６】さらに、ステージに空気軸受の反力がほと
んど伝わらなくなることからステージ単体の剛性があま
り必要なくなり、板厚を薄くでき軽量化に繋がり、制御
性も向上するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る装置の案内方向から
みた構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る吸引力発生手段を省
略した概略側面図である。

【図３】従来の装置構成を説明する図である。

【符号の説明】

１ 基台 １ａ 基準面 ２ ガイド部材 ３ ステージ（可動体） ４，５ 対向部 ６ 水平方向空気軸受 ７ 上下方向空気軸受 ８ 第２対向部 ９ 吸引力発生手段 １０ リニアモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台の基準面から上方に突設し且つ案内
   方向に延びるガイド部材と、そのガイド部材に沿って案
   内方向に移動可能な可動体と、上記可動体を空気によっ
   て支持案内する空気軸受部とを有する静圧空気軸受直線
   案内装置において、 上記ガイド部材の両側面に所定間隙を置いて対向する一
   対の対向部を上記可動体に設けて、そのガイド部材の側
   面と対向部との間に案内方向に直交する水平方向を支持
   する水平方向空気軸受をそれぞれ配置し、その各水平方
   向空気軸受位置よりも外側にそれぞれ上下方向に浮上支
   持する上下方向空気軸受を配置すると共に、その各上下
   用空気軸受の近傍にそれぞれ、非接触状態で可動体を基
   台に向けて吸引する吸引力発生手段を備えることを特徴
   とする静圧空気軸受直線案内装置。