JP2004019760A

JP2004019760A - 静圧軸受

Info

Publication number: JP2004019760A
Application number: JP2002174373A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　剛; Toshinori Sato; 佐藤　俊徳
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】より簡素化され且つ低コストな構成を有する静圧軸受を提供する。
【解決手段】絞りとしての流体の通路において適宜ａ、ｂ、Ｌを決定することで、（１’）式の流量Ｑを調整できるから、静圧軸受の設計時に、供給される流体の量と、ガイド２の各部寸法とを調整することで、大気開放溝を省略しても、プロセス室Ｐの雰囲気を損なうことがない静圧軸受を提供できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば真空雰囲気或いは特殊なガス雰囲気などで高精度な位置決めのために用いられる静圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置などにおいては、真空雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをテーブルなどの移動部材に載置して移動・回転させることにより、その加工処理や検査などが行われている。ここで、近年においては製造される半導体がより微細化されたことに伴い、プロセス室内の真空度もより高める必要が生じてきている。
【０００３】
このようなプロセス室内において、移動部材を移動させる駆動装置を設ける場合、高精度な位置決めが要求される。また、例えば転がり軸受などを用いて移動部材を移動自在に支持しようとすると、潤滑剤などがプロセス室内に飛散したり、転動により発塵が生じたりする恐れがあるため、取り扱いに注意が必要である。そこで、転動体ではなく気体などの流体を用いて、移動部材を支持する静圧軸受が開発されるに至った（特許第２６０２６４８号、特許第２５８７２２７号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような用途における静圧軸受は、気体等を外部よりポンプなどで供給することにより、移動部材を非接触状態で支持するものであるから、例えばプロセス室内が真空状態であるならば、真空度を損ねないように、静圧軸受に供給された気体を回収するシステムが必要となる。そこで、上述した引用例の静圧軸受においては、静圧軸受に隣接して配置され、プロセス室の外部に連通する大気開放溝と、かかる大気開放溝に隣接して配置され、外部の負圧源に接続された負圧溝とを備えており、静圧軸受からあふれた気体を大気開放溝を介して外部へと流出させ、かつ大気開放溝で回収できなかった気体を、負圧溝で回収するというように２段構えで気体の回収を行うようになっている。
【０００５】
しかるに、このように２種類の溝を設けるということは、静圧軸受を設けるハウジングの構成をより大型化し且つ複雑にすると共に、プロセス室外部に至る配管も増えるため、取り扱いが容易でないという問題がある。なお、上記のような問題は、プロセス室が真空雰囲気の場合のみのことではなく、例えば大気中の場合でも軸受からの排出量を規制する必要のある場合にも生じうる。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、より簡素化され且つ低コストな構成を有する静圧軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の静圧軸受は、
第１の部材に対して第２の部材を変位可能に支持する静圧軸受において、
前記第１の部材と前記第２の部材とのいずれかに設けられ、外部の流体供給源に接続された軸受部と、
前記軸受部を囲んで隣接して配置され、更に外部の負圧源に接続された差圧室とを有し、
前記軸受部から漏れ出た流体は、前記差圧室で回収されるようになっており、
前記軸受部と前記差圧室との間は、外部に対して連通していないことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明の静圧軸受は、第１の部材（例えばガイド）に対して第２の部材（例えばスライダ）を変位可能に支持する静圧軸受において、前記第１の部材と前記第２の部材とのいずれかに設けられ、外部の流体供給源（例えば正圧ポンプ）に接続された軸受部（例えば凹部又は大径部）と、前記軸受部を囲んで隣接して配置され、更に外部の負圧源（例えば負圧ポンプ）に接続された差圧室とを有し、前記軸受部から漏れ出た流体は、前記差圧室で回収されるようになっており、前記軸受部と前記差圧室との間は、外部に対して連通していないので、前記第１の部材の外部環境を損なうことなく、前記第２の部材を支持することができ、しかも従来技術のごとく、大気に連通する大気開放溝などを設ける必要がないため、構成が簡素化され、装置の小型化及び低コストが図れる。
【０００９】
本発明の原理について考察する。図１は、本発明の構成をモデル化して示す図である。図２は、従来技術の構成をモデル化して示す断面図である。図１において、ガイド２上にスライダ１が配置されている。スライダ１の図１で下面中央に軸受部１ａが形成されている。軸受部１ａは、外部の正圧ポンプに接続されている。又、スライダ１の下面において、軸受部１ａを囲むようにして、溝状の第１の差圧室１ｂが連続して形成され、更に第１の差圧室１ｂを囲むようにして、溝状の第２の差圧室１ｃが連続して形成されている。第１の差圧室１ｂは、外部の第１負圧ポンプに接続され、第２の差圧室１ｃは、外部の第２負圧ポンプに接続されている。尚、本発明にかかる図１の構成においては、軸受部１ａと第１差圧室１ｂとの間（隔壁１ｅ）が外部に連通しておらず閉鎖空間となっているのに対し、従来技術にかかる図２の構成においては、軸受部１ａと第１差圧室１ｂとの間が大気開放溝１ｄを介して外部に開放されている点のみが異なっている。
【００１０】
図１，２の構成において、正圧ポンプより軸受部１ａ内に流体（例えば気体）が供給されることにより、軸受部１ａとガイド２との対向面の間の部分内の圧力が高まり、それによりスライダ１をガイド２に対して浮上させ、非接触状態で支持することができる。スライダ１は、不図示の駆動装置によって矢印方向（又はそれに直交する方向）に移動可能となっている。なお、スライダ１を移動部とした場合で論じているが、逆にガイド２を移動部とする場合でも同様に適用可能である。あるいは、移動可能とする代わりに回転変位可能とする場合にも適用できる。
【００１１】
ここで、ガイド２に対してスライダ１が非接触状態で支持されるということは、ガイド２とスライダ１との間に隙間が存在することを意味するため、軸受部１ａ内に供給された流体は、かかる隙間を通過して周囲に漏れ出ることになる。例えば、上記のような静圧軸受が、内部を真空の雰囲気に維持されたプロセス室ＰとしたチャンバＣ内に設けられている場合、かかる流体が、プロセス室Ｐに侵入することで、その雰囲気を損ねる恐れがある。そこで、図２にかかる従来技術の場合、軸受部１ａから漏れ出た流体を、まず大気開放溝１ｄで捕捉してチャンバＣの外部へと流出させ、更に捕捉しきれなかった流体を、差圧室１ｂで捕捉して、チャンバＣの外部へと強制的に吸引することで、プロセス室Ｐ内の雰囲気を保護している。
【００１２】
これに対し、図１にかかる本発明の場合は、大気開放溝１ｄ（図２）を省略することで、スライダ１の構成を簡素化し、配管の数も減らせるので、低コスト化が図れ、しかもスライダ１の小型化を図れる。但し、単に大気開放溝を省略したのみでは、漏れ出た全ての流体を第１負圧ポンプで回収しなくてはならず、その容量の増大が不可欠となるため、その分のコスト増を招く。そこで、軸受部１ａから漏れ出る流体の量を制御することを考える。本発明者らは、鋭意研究の結果、流体の洩れ量を適切に制御することにより、小型化が図れると同時にシール性能も高くすることができる静圧軸受のより好ましい技術形態を発明した。かかる静圧軸受について説明する。
【００１３】
上述した静圧軸受において、軸受の消費流量を所定量（例えば後述するＱ）に制限する。まず、求めるべきは、図２に示すモデルにおける大気開放溝１ｄから差圧室１ｂへと漏れ出る気体の量である。
【００１４】
図３は、平行平板間を高圧側から低圧側へ流体が流れる通路をモデル化した図である。図３においては、図示していないが、通路の上面は不図示のスライダによって遮蔽されており、すなわち通路は矩形断面を有するものである。ここで、通路の高さ（微小なすきまの大きさ）をａ、幅をｂ、長さをＬとしたときに、通路を流れる流体を粘性流であるとし、２次元ポアズイユ流れと考えたとき、その流量Ｑは、
Ｑ＝ａ^３ｂ（Ｐｏ^２−Ｐｈ^２）／（１２μＬ）［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］　（１）
で表せる。尚、Ｐｏは高圧側の圧力（大気圧）であり、Ｐｈは差圧室側の圧力（真空に近い圧力）であり、μは流体の粘度（空気の場合、２０℃で１．８２×１０^−５　［Ｐａ・ｓ］）であるが、図２の静圧気体軸受へ適用する場合、差圧室１ｂの圧力は十分に小さいので、Ｐｏ^２＞＞Ｐｈ^２であるから、Ｐｏ^２−Ｐｈ^２≒Ｐｏ^２とおくことができ、従って（１）式は以下のようになる。
Ｑ＝ａ^３ｂ・Ｐｏ^２／（１２μＬ）［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］　　　　　　（１’）
【００１５】
ここで、Ｐｏ、μについては定数であるから、図３のモデルにおけるＱは、ａ、ｂ、Ｌを変数として一義的に決定される。なお、上記（１）式あるいは（１’）式は、図３のモデルの場合であり、図２のような同心円状等のように通路の形状が変化すると厳密にはＱを求める式も変化する。しかし、近似的に上記（１）式、または（１’）を適用すれば問題ない。ここで、定常状態では、軸受部１ａから排出される気体の流量（軸受消費流量）を、（１’）式の流量Ｑより低く抑えれば、大気開放溝を省略しても、高いシール性能を得ることができ、好ましい。これを言い換えると、適宜シール部のａ、ｂ、Ｌを決定することで、（１’）式の流量Ｑが決定されるから、静圧軸受の設計時に、軸受消費流量を前記（１’）式で求められる流量Ｑ以下となるようにすることができ、その場合、大気開放溝を省略し、差圧室１ｂ、１ｃの２段のみとしても、プロセス室Ｐの雰囲気を損なうことがなく、かつ、コンパクトな構成の静圧軸受を提供できるのである。軸受消費流量の調整の仕方としては、大別して流体供給源であるポンプからの流量を抑制する方法と、差圧室へ至る軸受部等の諸元を見直す方法がある。後者としては、軸受部として絞り効果の高い多孔質絞りの場合であれば、軸受絞りの諸元（目づまり量等）、自成絞り等の絞り効果の比較的低いものの場合であれば、軸受ランド部の形状（幅、長さ）及びすきまの大きさの調整により行うものがある。
【００１６】
更に、前記軸受部は多孔質材料から形成されていると、均一な圧力分布をつくりやすく、同一の流量で他の方式の静圧軸受に比べ、損失も少ない。さらに流量の少ない絞りがつくりやすく、すきまを小さく、少ない流量で高い剛性を得ることができ、よりコンパクトな構成が提供される。また、この場合、軸受部１ａと差圧室１ｂとの間の部分のガイド２とのすき間は大きくしても良くなる。
【００１７】
更に、前記ハウジングの外部は、前記流体が漏れ出ることによって損なわれる雰囲気内に維持されていると、本発明の静圧軸受の作用効果をより発揮できるので好ましい。尚、「流体が漏れ出ることによって損なわれる環境」とは、前記流体が空気である場合、空気が流入することによって、真空度が損なわれる真空雰囲気や、ガスの濃度が薄まる特殊ガス雰囲気をいうが、それらに限られない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図４（ａ）は、第１の実施の形態にかかる静圧軸受の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の構成をＩＶＢ−ＩＶＢ線で切断して矢印方向に見た図であり、図５は、第１の実施の形態に対応する比較例にかかる静圧軸受の断面図であり、図５（ａ）の構成をＶＢ−ＶＢ線で切断して矢印方向に見た図である。図４に示す静圧軸受は、図１に示す構成と細部が若干異なっているが、基本的にほぼ同様な構成である。図５においても同様である。
【００１９】
図４（ａ）において、チャンバＣ内のプロセス室Ｐは、真空の雰囲気に維持されている。チャンバＣ内には、ガイド１２上をスライド可能にスライダ（ハウジング）１１が設置されている。ハウジング１１の図４（ａ）で下面中央に円筒状の凹部１１ａが形成されている。内部が供給室になる凹部１１ａには、グラファイトやセラミックなどの多孔質材料から形成され軸受部を構成する多孔質材１３がボルトＢにより取り付けられている。多孔質材１３は凹部１１ａに接着されていてもよいし、あるいは圧入されてもよい。多孔質材１３の図４（ａ）で上面には、リング状の溝１３ａ（多孔質材１３の固定がボルトによらない場合、円筒状の溝でもよい。）が形成されている。すなわち、凹部１１ａと多孔質材１３との間には、環状空間が形成されている。この環状空間は、配管部１４を介して、チャンバＣ外部の正圧ポンプＰ１に接続されている。なお、多孔質材１３の外形ｄ０とボルトＢのための座ぐり穴内径ｄ１との比ｄ１／ｄ０を０．２〜０．６に規制し、動剛性に優れ、軸受負荷容量をあまり犠牲にすることなく、軸受消費流量を抑制するようにしている。
【００２０】
又、ハウジング１１の図４（ａ）で下面において、凹部１１ａを囲むようにして、溝状の第１の差圧室１１ｂが連続して形成され、更に第１の差圧室１１ｂを囲むようにして、溝状の第２の差圧室１１ｃが連続して形成されている（図４（ｂ）参照）。第１の差圧室１１ｂは、配管部１５を介して、チャンバＣ外部の第１負圧ポンプＰ２に接続され、第２の差圧室１１ｃは、配管部１６を介して、チャンバＣ外部の第２負圧ポンプＰ３に接続されている。尚、比較例にかかる図５の静圧軸受が異なる点は、図１の静圧軸受に対して、凹部１１ａと第１差圧室１ｂとの間に、連続して延在する大気開放溝１１ｄを形成し、配管部１７を介してチャンバＣの外部に大気開放している点のみである。
【００２１】
図４，５の構成において、正圧ポンプＰ１より凹部１１ａ内に空気が圧送され、溝１３ａに沿って全周に行き渡り、多孔質材１３の内部を通過して下面にいたり、ここに均一な静圧を形成するため、それによりスライダ１１をガイド１２に対して離隔させ、非接触状態で支持することができる。スライダ１１は、不図示の駆動装置によって例えば矢印方向に移動可能となっている。
【００２２】
上記のようなスライダ１１のユニットを直線案内機構に使用する場合、例えば、後述の図８（ａ）のように、角柱状のガイド部材を囲むように所定のすきまを介してスライダとしてのハウジングを設け、ハウジングのガイド部材と対向する４つの面のそれぞれにスライダ１１を設けるようにするなどが考えられる。また、１つのユニットでの静圧軸受の反発力と、差圧室での吸引力とのつり合いを調整することにより、対向しない２面のみで構成するようなスライダとすることもできる。この場合に本発明を適用すれば、小型、軽量化のみならず、小さな容量のポンプで必要な真空度を得ることも可能となる。
【００２３】
ここで、大気開放溝１１ｄの外径をφ６０ｍｍ、大気開放溝１１ｄと差圧室１１ｂとの隔壁の半径方向幅を５ｍｍとしたときに、上記（１’）式に基づいて、図５の構成で、大気開放される空気の漏れ量Ｑを計算（従ってｂ＝６０πｍｍ、Ｌ＝５ｍｍとして計算）すると、大気開放溝１１ｄと差圧室１１ｂとの間の隔壁とガイド１２との隙間を１０μｍとした場合、およそＱ＝０．９０［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となる。そこで、図４の構成においては、多孔質材１３による絞りの調整、または正圧ポンプＰ１から凹部１１ａへの供給量の調整により、軸受消費流量を０．９０［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］以下とすることで、図５に示す大気開放溝１１ｄを省略でき、よりシール性能が向上する。なお隔壁１１ｅは軸受ランド部を構成するもので、軸受面や他の隔壁と面一としておいるが、必ずしもそうでなくてもよく、凹ませる（ガイドとのすきまを大きくする）ようにしてもよい。
【００２４】
例えば直線案内機構の場合、スライダが小さくなれば、スライダの重量が軽減され且つ小型化が図れれば、案内ガイドの長さも短くなる。特に、案内ガイドの両端を固定し、その間をスライダが移動するタイプの場合、案内ガイドの支持スパンも短くなるため、スライダ自体の軽量化も相俟って、その案内精度（上下方向真直度、耐ピッチング性等）を向上させることができる。
【００２５】
又、静圧軸受の吐出面には、多孔質絞り、表面絞り、オリフィス絞り、自成絞り等が設けられるが、多孔質絞りの漏れ抵抗を１とした場合、一般的には表面絞りの漏れ抵抗は２〜３、オリフィス絞りの漏れ抵抗は５〜１５、自成絞りの漏れ抵抗は１０〜３０であるので、高いシール性能を得るためには、多孔質絞りが最も好ましいが、上述した条件を満たす限り、他の絞りも用いることができる。また、多孔質材料はグラファイトやセラミックスに限らず、焼結金属等、他のものでもよい。なお、軸受ランド部の形状の変化や、軸受ランド部とガイドとのすきまの大きさの変化が軸受消費流量の変化に及ぼす影響は、漏れ抵抗の小さな（絞り効果の大きな）方式のものの場合は小さく、漏れ抵抗の大きな（絞り効果の小さな）方式のものの場合は大きい。従って、静圧軸受の形状見直しによる軸受消費流量の変化は、例えば多孔質絞りの場合では、実質的に軸受部の絞りの調整のみでほぼ決まり、例えば自成絞りの場合は、ランド部の形状やランド部とガイドとのすきまの大きさの調整の影響が大きい。
【００２６】
図６は、第２の実施の形態にかかる静圧軸受の図４（ｂ）と同様な断面図である。図６において、図４の多孔質材１３と同様な構成の２つの多孔質材２３が、それぞれボルトＢによりハウジング２１に固定されている。各多孔質材２３の背後に配置された配管部（不図示）を介して外部の正圧ポンプ（不図示）より空気の供給を受けている。このようなユニットを例えば直線案内装置に適用する場合は、第１の実施の形態で述べたのと同様なものがあげられる。
【００２７】
多孔質材２３を含むようにして、多孔質材２３の表面（軸受面）や隔壁２１ｆ、２１ｇと面一のランド部２１ｅが形成され、更にランド部２１ｅを挟んでその外側にトラック溝状の差圧室２１ｂが形成されている。なお、ランド部２１ｅに関しては、必ずしも軸受面や隔壁２１ｆ、２１ｇと面一でなく、凹ませるようにしてもよい。又差圧室２１ｂに対し、隔壁２１ｆを挟んでその外側にトラック溝状の差圧室２１ｃが形成されている。更に、差圧室２１ｃに対し、隔壁２１ｇを挟んでその外側は、真空雰囲気に維持されたプロセス室Ｐとなっている。差圧室２１ｂは、間隔をあけて配置された配管部２５を介して、外部の負圧ポンプ（不図示）に接続され、差圧室２１ｃは、間隔をあけて配置された配管部２６を介して、外部の負圧ポンプ（不図示）に接続されている。
【００２８】
本実施の形態において、差圧室２１ｂを大気開放溝と仮定し、隔壁２１ｆの周長を２８８ｍｍ、幅５ｍｍとしたときに、（１’）式により、大気開放溝から漏れ出る空気の量を計算すると、不図示のスライダとの隙間が１０μｍのとき、およそ１．３８［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となり、かかる隙間が５μｍの時、およそ０．１７［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となる。従って、軸受消費流量が隙間の大きさに応じた流量の計算値を超えないように、多孔質材の絞りを調整するか、あるいは正圧ポンプからの気体供給量を調整すればよい。また、第１の実施の形態の場合と同様、静圧軸受として例えば自成絞り式等を採用する場合、軸受消費流量調整の方法として、軸受ランド部２１ｅの形状や、軸受ランド部２１ｅと案内ガイドとの隙間の大きさの変更などもあげられる。
【００２９】
図７は、第３の実施の形態にかかる静圧軸受の下面図（図４（ｂ）と同様な方向から見た図）である。図７において、図４の多孔質材１３と同様な構成の４つの多孔質材３３が、等間隔にそれぞれボルトＢによりハウジング３１に固定されている。各多孔質材３３の背後に配置された配管部（不図示）を介して外部の正圧ポンプ（不図示）より空気の供給を受けている。このようなユニットを例えば直線案内装置に適用する場合は、第１の実施の形態で述べたのと同様なものがあげられる。
【００３０】
多孔質材３３を含むようにして、多孔質材３３の表面（軸受面）や隔壁３１ｆ、３１ｇと面一のランド部３１ｅが形成され、更にランド部３１ｅを挟んでその外側にトラック溝状の差圧室３１ｂが形成されている。なお、ランド部３１ｅに関しては必ずしも軸受面や隔壁３１ｆ、３１ｇと面一でなく、凹ませるようにしてもよい。又差圧室３１ｂに対し、隔壁３１ｆを挟んでその外側にトラック溝状の差圧室３１ｃが形成されている。更に、差圧室３１ｃに対し、隔壁３１ｇを挟んでその外側は真空雰囲気に維持されたプロセス室Ｐとなっている。差圧室３１ｂは、間隔をあけて配置された配管部３５を介して、外部の負圧ポンプ（不図示）に接続され、差圧室３１ｃは、間隔をあけて配置された配管部３６を介して、外部の負圧ポンプ（不図示）に接続されている。
【００３１】
本実施の形態において、差圧室３１ｂを大気開放溝と仮定し、隔壁３１ｆの周長を４８８ｍｍ、幅５ｍｍとしたときに、（１’）式により、大気開放溝から漏れ出る空気の量を計算すると、不図示のスライダとの隙間が１０μｍのとき、およそ２．３４［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となり、かかる隙間が５μｍの時、およそ０．２９［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となる。従って、軸受消費流量が、隙間の大きさに応じた流量の計算値を超えないように多孔質材の絞りを調整するか、あるいは正圧ポンプからの気体供給量を調整すればよい。また、第１の実施の形態の場合と同様、静圧軸受として例えば自成絞り式等を採用する場合、軸受消費流量調整の方法として、軸受ランド部３１ｅの形状や、軸受ランド部３１ｅと案内ガイドとの隙間の大きさの変更などもあげられる。
【００３２】
図８は、第４の実施の形態にかかる静圧軸受を示す図であり、図８（ａ）は、かかる静圧軸受の斜視図であり（配管部は図示省略）、図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成をＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線で切断して矢印方向に見た図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の構成をＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線で上下に切断して矢印方向に見たときにガイド４２と対向する部分を示す図である。図８に示す静圧軸受は、角柱状のガイド４２の各面に対向するように、スライダ４１の各面に、図８（ｂ）、（ｃ）の静圧軸受を配置してなるものである。各静圧軸受の構成は基本的に共通であるので、一つの静圧軸受のみを説明し、その他の静圧軸受に関しては説明を省略する。
【００３３】
図８において、ハウジング（スライダ）４１外部のプロセス室Ｐは、真空の雰囲気に維持されている。ガイド４２を上下左右に挟むようにしてハウジング４１が設置されている。ハウジング４１の図８（ｂ）で下面の２ヶ所に円筒状の凹部４１ａが形成されている。凹部４１ａには、グラファイトやセラミックなどの多孔質材料から形成され軸受部を構成する多孔質材４３がボルトＢにより取り付けられている。多孔質材４３は凹部４１ａに接着あるいは圧入されていてもよい。多孔質材４３の図８（ｂ）で上面には、リング状の溝４３ａが形成されている。すなわち、凹部４１ａと多孔質材４３との間には、環状空間が形成されている。この環状空間は、配管部４４を介して、不図示のチャンバ外部の正圧ポンプＰ１に接続されている。
【００３４】
又、ハウジング４１の図８（ｂ）で下面において、多孔質材４３を囲むようにして、トラック溝状の第１の差圧室４１ｂが形成され、更に第１の差圧室４１ｂを囲むようにして、トラック溝状の第２の差圧室４１ｃが形成されている（図８（ｃ）参照）。第１の差圧室４１ｂは、配管部４５を介して、不図示のチャンバ外部の第１負圧ポンプＰ２に接続され、第２の差圧室４１ｃは、配管部４６を介して、不図示のチャンバ外部の第２負圧ポンプＰ３に接続されている。
【００３５】
図８の構成において、正圧ポンプＰ１より凹部４１ａ内に空気が圧送され、溝４３ａに沿って全周に行き渡り、多孔質材４３の内部を通過して下面にいたり、ここに均一な静圧を形成する。すなわち、スライダ４１を上下左右の静圧軸受によりガイド４２に対して離隔させ、非接触状態で支持することができる。スライダ４１は、不図示の駆動装置によって矢印方向に移動可能となっている。
【００３６】
図６の実施の形態に対し、最外周の隔壁４１ｇの面積が広いため、すきまの大きさ等、他の条件が同じなら、よりシール効果も高められる。
【００３７】
図９は、第４の実施の形態の変形例を示す図８（ａ）と同様な図である。本変形例においては、第４の実施の形態に対して、２つの多孔質材４１の構成・配置や、配管部４５，４６の位置は同じであるが、差圧室５１ｂ、５１ｃの形状が異なり、図９の方向に見て略矩形状となっている。それにより軸受ランド部５１ｅの面積を大きくでき、すなわち軸受負荷容量を高められる。
【００３８】
図１０は、第５の実施の形態にかかる静圧軸受の断面図である。図１０において、スライダを構成するハウジング６１外部のプロセス室Ｐは、真空の雰囲気に維持されている。ハウジング６１の円形開口６１ｈ内に、丸軸状のガイド６２が配置されている。ハウジング６１の開口６１ｈにおける中央に大径部６１ａが形成されている。大径部６１ａには、グラファイトやセラミックなどの多孔質材料から形成される円筒状の多孔質材６３が接着されている。なお、圧入あるいはボルトによる固定等でもよい。多孔質材６３の外周面には、薄い円筒状の溝６３ａが形成されている。すなわち、大径部６１ａと多孔質材６３との間には、環状空間が形成されている。この環状空間は、配管部６４を介して、不図示のチャンバ外部の正圧ポンプＰ１に接続されている。
【００３９】
又、ハウジング６１の円形開口６１ｈにおいて、隔壁６１ｅを挟んでその外側に周溝状の差圧室６１ｂが形成されている。又差圧室６１ｂに対し、隔壁６１ｆを挟んでその外側に周溝状の差圧室６１ｃが形成されている。更に、差圧室６１ｃに対し、隔壁６１ｇを挟んでその外側は真空雰囲気に維持されたプロセス室Ｐとなっている。差圧室６１ｂは、配管部６５を介して外部の負圧ポンプＰ２に接続され、差圧室６１ｃは、配置された配管部６６を介して外部の負圧ポンプＰ３に接続されている。
【００４０】
図１０の構成において、正圧ポンプＰ１より大径部６１ａ内に空気が圧送され、溝６３ａに沿って全周に行き渡り、多孔質材６３の内部を通過して内周面にいたり、ここに均一な静圧を形成する。すなわち、ガイド６２の外周面を多孔質材６３の内周面に対して離隔させ、非接触状態で支持することができる。ハウジング６１は、不図示の駆動装置によって軸線方向に移動可能となっている。
【００４１】
本実施の形態において、両側にある差圧室６１ｂを大気開放溝と仮定し、ガイド６２の外径を４０ｍｍ、隔壁６１ｆの幅を５ｍｍとしたときに、（１’）式により、大気開放溝から漏れ出る空気の量を計算すると、不図示のスライダとの隙間が１０μｍのとき、１．２１［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となり、かかる隙間が５μｍの時、０．１５［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］となる。従って、隙間の大きさに応じて計算された流量を超えないように、大径部６１ａに供給する空気の量を適宜調整すればよい。或いは、多孔質材６３の絞りを調整しても良い。さらに、例えば静圧軸受として自成絞り等を採用する場合、軸受消費流量調整の方法として、軸受ランド部６１ｅの形状や、軸受ランド部６１ｅと案内ガイドとの隙間の大きさの変更などもあげられる。なお、第５の実施の形態では丸軸状のガイドと円筒状のスライダとの組み合わせで構成し、スライダ内周面に周溝状の差圧室を設ける場合を示したが、図８（ａ）のような角柱状のガイドの場合にしても差圧室を周溝状に設けるような構成とすることもできる。
【００４２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、上述した実施の形態では、差圧室を大気開放と仮定した場合の外方へと漏れ出る空気の量に対して、静圧軸受に供給する空気の量を小さくすることによりシール性能の向上を図るようにしたが、負圧ポンプの性能や要求されるシール性能との兼ね合いになるが、上記漏れ出る空気の量が、静圧軸受に供給する空気の量より若干大きくなるようにしても良い場合もある。また、本発明は、大気圧中で用いられる場合でも、用いることができる。例えば、静圧軸受の反発力と差圧室の吸引力とのバランスを図るような使い方をする場合に、大気開放溝を省略することにより、装置の小型、軽量化を図ることが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の静圧軸受は、第１の部材（例えばガイド）に対して第２の部材（例えばスライダ）を変位可能に支持する静圧軸受において、前記第１の部材と前記第２の部材とのいずれかに設けられ、外部の流体供給源（例えば正圧ポンプ）に接続された軸受部（例えば凹部又は大径部）と、前記軸受部を囲んで隣接して配置され、更に外部の負圧源（例えば負圧ポンプ）に接続された差圧室とを有し、前記軸受部から漏れ出た流体は、前記差圧室で回収されるようになっており、前記軸受部と前記差圧室との間は、外部に対して連通していないので、前記第１の部材の外部環境を損なうことなく、前記第２の部材を支持することができ、しかも従来技術のごとく、大気に連通する大気開放溝などを設ける必要がないため、構成が簡素化され、装置の小型化及び低コストが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成をモデル化して示す図である。
【図２】従来技術の構成をモデル化して示す断面図である。
【図３】大気開放溝から漏れ出る流体の通路をモデル化して示す図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる静圧軸受を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に対応する比較例にかかる静圧軸受を示す図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる静圧軸受の断面図である。
【図７】第３の実施の形態にかかる静圧軸受の断面図である。
【図８】第４の実施の形態にかかる静圧軸受を示す図である。
【図９】第４の実施の形態の変形例にかかる静圧軸受を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態にかかる静圧軸受を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１　スライダ
２、１２，２２，３２，４２，５２，６２　ガイド（ハウジング）
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３　多孔質材

Claims

第１の部材に対して第２の部材を変位可能に非接触に支持する静圧軸受において、
前記第１の部材と前記第２の部材とのいずれかに設けられ、外部の流体供給源に接続された軸受部と、
前記軸受部を囲んで隣接して配置され、更に外部の負圧源に接続された差圧室とを有し、
前記軸受部から漏れ出た流体は、前記差圧室で回収されるようになっており、前記軸受部と前記差圧室との間は、外部に対して連通していないことを特徴とする静圧軸受。
前記流体は気体であることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受。
前記静圧軸受は密閉空間内に設けられ、前記流体供給源及び前記負圧源は、前記密閉空間の外部に設けられてなる請求項１または２に記載の静圧軸受。
前記軸受部の軸受消費流量を、前記流体を粘性流とし、且つ前記差圧室が大気開放されていると仮定した場合の該差圧室から外方に位置する他の差圧室への漏れ込み流量以下に規制していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静圧軸受。
前記軸受部は多孔質材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静圧軸受。