JP2010060013A - 浮上ユニット及びそれを備えた非接触支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動自在とされた本体がその自重によって不用意に傾倒してワークを傷つけるおそれを大幅に低減すること。
【解決手段】支持体３０の球体部３５は本体２０の球面軸受け部２８ａに収容され、これにより本体２０は揺動自在となって支持体３０に支持されている。本体２０内には球体部３５と当接するＯリング２９と、そのＯリング２９によってシールされる閉空間Ｋ１とが設けられている。そして、その閉空間Ｋ１に加圧ポート４１及び内圧調節用通路４２を通じて加圧エアが供給されるようにした。支持体３０が固定された状態であれば、加圧エアの供給によって閉空間Ｋ１の圧力を高めるとその内圧の高まりによって本体２０が支持体３０に対して押し上げられる。これにより、Ａ部分での摩擦抵抗が高まって本体２０の自重による傾倒が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの傾斜に追従可能な浮上ユニット及びそれを備えた非接触支持装置に関するものである。

従来より、浮上ユニットを多数備え、各浮上ユニットの噴出面から噴出する加圧気体によって平板状ワーク（例えば、液晶パネル用ガラスや基板等の平板状物、移動テーブル等）を非接触支持する支持装置が知られている。このような非接触支持装置の用途例としては、ワークの位置決め装置等がある。非接触状態でワークの位置ズレを修正すれば、修正時にワークが装置側の支持面と擦れて傷つくおそれを低減できるからである。

ところで、生産効率の向上等の観点から、近年では非接触支持されるワークは大型化している。このように大型化したワークではその一部又は全体でうねり等が生じ易くなる。一方、浮上ユニットの上面（噴出面）がユニット設置面から突出した状態で設置された非接触支持装置の場合、浮上ユニットの上面は常に水平状態で維持されている。そのため、前述したようにワークにうねり等が生じて傾斜すると、その傾斜した部分の下方に配置された浮上ユニットの角にワークが衝突して傷いてしまうという問題があった。

そこで、当出願人は、かかる問題に対処すべく、噴出面を備えた本体が揺動自在に支持された浮上ユニットを以前に提案している（特許文献１参照）。かかる浮上ユニットによれば、ワークの傾斜に浮上ユニットの上面が追従してその上面がワークと平行な状態となるため、浮上ユニットの角とワークとの衝突を回避することが可能となる。
特開２００６−３１９３０９号公報

しかしながら、前述した従来技術では次に説明するような新たな別の問題が生じることを当発明者等は突き止めた。上記従来技術では噴出面を備えた本体を揺動自在としているため、ワークが不存在の場合に浮上ユニットの本体が傾倒した状態となってしまうのである。その傾倒の原因には主として本体の自重によることが考えられるが、その他にも本体の揺動中心と本体の重心とが一致しないことなども考えられる。そうすると、次のような問題が生じる。

図１５に示すように、非接触支持装置９１によってワークとしての移動テーブル（ステージ）Ｓ１を非接触支持する前、浮上ユニット９２の上面９３にステージＳ１が載置される。その際、本体９４の角がステージＳ１の被支持面に衝突してステージＳ１を傷つけてしまうおそれがある。それに加え、ステージＳ１の一部がうねりによって本体９４の傾倒と逆に傾斜している場合、図１６に示すように衝突角が大きくなって衝突による傷つきの程度はより大きなものとなってしまう。

また、非接触支持装置９１でのステージＳの想定浮上量は、通常、数μｍ〜数十μｍ程度というように極めて微小なものである。このため、非接触支持装置９１によるステージＳの非接触支持に際し、図１７に示すように被支持面の面精度が悪いステージＳ２であると、被支持面との隙間が想定浮上量よりも大きくなる浮上ユニット９２がある（図における中央の浮上ユニット）。当該浮上ユニット９２では広がった隙間から加圧気体が放出されて浮上力が弱くなり、同時にステージＳ２からの反作用も弱くなることから、図示のように本体９４が傾倒してその角がステージＳ２の被支持面に当たる。その状態で位置ズレを修正する場合には、ステージＳ２が擦れて傷ついてしまう。なお、図１７では、理解を容易にするため、ステージＳ２の面精度の悪さが誇張されている。

そこで、本発明は、本体の揺動自在と傾倒抑制という一見矛盾するかのような二つの機能を備えることにより、揺動自在とされた本体が不用意に傾倒してワークが傷つくおそれを大幅に低減できる浮上ユニット、及びそれを備えた非接触支持装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

手段１．加圧気体を噴出する噴出面を有する本体が支持体によって支持されており、前記噴出面から噴出される加圧気体によりワークを非接触支持する浮上ユニットであって、前記噴出面がワークの傾きに追従するように本体を揺動自在とする揺動機構と、前記本体がその自重によって傾倒することを抑制する傾倒抑制機構と、を備えている。

この手段１によれば、本体は揺動機構によってワークの傾斜に追従可能であるとともに、傾倒抑制機構によって自重による傾倒が抑制される。このため、ワークに対する作業（ワークの載置や非接触支持等）により自重を上回る力をワークから受けない限り、本体はその自重による傾倒が抑制される。それにより、本体がその自重によって不用意に傾倒してワークが傷つくおそれを大幅に低減できる。例えば、噴出面へのワーク載置時に本体が水平状態で維持されるため、本体上部の角がワークの被支持面に衝突してワークを傷つけるおそれを大幅に低減できる。また、ワークの被支持面の面精度が悪く被支持面との間の隙間が想定浮上量よりも大きくなった場合でも、本体上部の角がワークの被支持面に当たりワークが擦れて傷ついてしまうおそれも大幅に低減できる。

なお、ワークとしては、噴出面と対峙する面（被支持面）が平坦な平板状ワーク、より具体的にはガラスや基板等の平板状物、移動テーブル等が想定される。

手段２．前記揺動機構は、前記本体又は前記支持体のいずれか一方に設けられた球体部と、他方に設けられ、前記球体部を収容するとともに、収容された球体部の球面上部と円環状に当接する上側当接部及び球面下部と円環状に当接する下側当接部とを少なくとも備えた収容部と、を有し、前記傾倒抑制機構は、前記収容部に収容された前記球体部の球面と当接する弾性環状部材と、前記弾性環状部材の配置によって前記他方の内部に設けられ、前記弾性環状部材によってシールされた閉空間と、前記閉空間に連通し、当該閉空間の内圧を調節可能とする内圧調節用通路と、を有し、前記閉空間は同閉空間の圧力の高まりによって前記本体を押し上げる位置に配置されているとした。

この手段２によれば、収容部内において球体部が任意の方向に回転することにより、支持体に対する本体の傾斜が任意に調整される。これにより、本体がどの方向にも揺動自在となる動作を実現できる。そして、球面を用いて揺動機構が構成されるため、滑らかな揺動動作が実現できる。また、非接触支持装置等への設置により支持体が固定された状態では、内圧調節用通路を通じて本体又は支持体内の閉空間の内圧が大気圧より高められると、その内圧によって本体が支持体に対して押し上げられる。これにより、上側当接部又は下側当接部で球体部との当接力が高まり、それとともに摩擦抵抗が高められるため、本体の自重による傾倒の抑制を実現できる。

手段３．前記上側当接部及び前記下側当接部の少なくとも一方は球面軸受け部であるとした。

この手段３によれば、収容部が備える当接部の少なくとも一方が球面軸受け部であるため、本体は球面軸受けを利用して揺動自在とされる。これにより、本体のより一層滑らかな揺動動作を実現することができる。

手段４．前記内圧調節用通路は、前記噴出面に加圧気体を供給すべく前記本体に設けられた気体通路とは別に設けられているとした。

この手段４によれば、内圧調節用通路が気体通路とは別に設けられているため、噴出面に供給される加圧気体の影響を受けることなく、閉空間の内圧が調節される。これにより、閉空間の内圧調節を容易に行うことができる。

手段５．前記弾性環状部材は前記球体部の球面上部に設けられているとした。

この手段５によれば、弾性環状部材が球体部の球面上部に設けられているため、閉空間の内圧が高められて本体が押し上げられてもその弾性環状部材がより一層つぶされることを避けられる。これにより、閉空間の圧力調節に伴って弾性環状部材が更なるつぶしと元の状態への復帰が繰り返されて弾性部材としての性能が低下することを抑制できる。

手段６．前記弾性環状部材は前記球体部の球面下部に設けられ、当該弾性環状部材の球面当接部分が前記下側当接部であるとした。

この手段６によれば、弾性環状部材の球面当接部分が下側当接部であるため、閉空間の内圧が高められて本体が押し上げられると、弾性環状部材はより一層つぶされることになる。弾性環状部材と球面との当接は線接触であり、高められたつぶし力はその接触部分に集中するため、面接触の場合よりも摩擦抵抗が高まる。このため、摩擦抵抗の高まりによる傾倒抑制効果を向上させることができる。

手段７．加圧気体を噴出する噴出面を有する本体が支持体によって支持されており、前記噴出面から噴出される加圧気体によりワークを非接触支持する浮上ユニットであって、前記噴出面がワークの傾きに追従するように本体を揺動自在とする揺動機構と、前記本体の自重による傾倒を抑制しつつ、ワークへの追従力に対しては弾性変形可能な弾性力を有し、自重によって傾倒しようとする前記本体と当接可能に設けられた傾倒抑制部材と、を備えている。

この手段７によれば、本体は揺動機構によってワークの傾斜に追従可能とされる。また、傾倒抑制部材が、自重によって本体が傾倒しないように、又は本体が傾倒したとしても一定以上傾倒しないように本体と当接することで、本体の自重による傾倒が抑制される。そしてこの場合、傾倒抑制部材は、本体の自重による傾倒に対してはその傾倒を抑制しつつ、ワークの傾斜に追従する力に対しては変形することのできる弾性力を有している。このため、本体の自重よりも大きなワークへの追従力に対しては傾倒抑制部材が弾性変形し、本体の追従傾斜は傾倒抑制部材によって阻害されない。このように、手段７によっても本体がその自重によって不用意に傾倒してワークが傷つくおそれを大幅に低減できる。

手段８．前記揺動機構は、前記本体又は前記支持体のいずれか一方に設けられた球体部と、他方に設けられ、前記球体部の球面と当接した状態で当該球体部を収容する収容部と、を有し、前記傾倒抑制部材は、前記球体部から延設された軸部に設けられ、自重によって傾倒しようとする前記本体の下面と当接可能な筒状部材であるとした。

この手段８によれば、収容部内において球体部が任意の方向に回転することにより、支持体に対する本体の傾斜が任意に調整される。これにより、本体がどの方向にも揺動自在となる動作を実現できる。また、傾倒抑制部材は支持体の軸部に設けられる筒状部材であるため、傾倒抑制効果を得るべく本体に対して新たな細工をする必要がない。このため、系統抑制機能を有する浮上ユニットの製造コストを低減できる。

手段９．ベース上に手段１乃至８のいずれかに記載の浮上ユニットが複数設置された非接触支持装置。

この手段９によれば、傾倒抑制可能な浮上ユニットを複数備えていることにより、ワークが傷つくおそれを大幅に低減できる非接触支持装置が得られる。

以下、発明を具体化した第１乃至第３の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

［第１の実施形態］
最初に、多数の浮上ユニットを備えた非接触支持装置の概要を、図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態では非接触支持装置をステージの位置決め装置に用いた場合を想定しており、図３は非接触支持装置を示す平面図である。以下の記載における上下とは鉛直方向を基準とした上下をいうものとする。

図３に示すように、非接触支持装置１１は基体１２を備えている。基体１２の上面は浮上ユニット設置面とされ、その設置面に多数の浮上ユニット１３が設置されている。各浮上ユニット１３は平面視において全体として格子状をなすように、前後左右に等間隔で配置されている。浮上ユニット１３の設置数は、非接触支持されるステージの平面積や撓み・うねり易さなどを考慮して適宜増減される。

ここで、ステージとはガラスや基板製造等に用いられる移動テーブルのことであり、これが「ワーク」に相当する。なお、「ワーク」としては移動テーブルに限定されるものではなく、例えば、液晶パネル用ガラスや基板等の平板状物であってもよい。

各浮上ユニット１３の上面の一部は加圧気体（ここでは、加圧エアが用いられるものとする。）が噴出する噴出面１４となっている。各浮上ユニット１３は同一のものであるから、その上面によって同一平面が形成されている。各浮上ユニット１３の上面にステージを載置後に噴出面１４から加圧エアを噴出させると、載置されたステージは微小な間隔をおいて非接触支持される。このため、かかる状態でステージの位置ズレを修正すれば、浮上ユニット１３の上面と擦れることなくステージの位置ズレが修正される。

次に、前記浮上ユニット１３の詳細を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は浮上ユニットの一部断面図であり、この図１を参照して浮上ユニットの構成を説明する。なお、図２も図１と同じく浮上ユニットの一部断面図であるが、この図２は後述する傾倒抑制機構の説明において参照する。

図１に示されているように、浮上ユニット１３は本体２０と、本体２０を揺動自在に支持する支持体３０とを備えている。まず、本体２０の詳しい構成は次の通りである。本体２０の主ボディ２１は円柱形状をなし、その側面にはベアリングポート２２が形成されている。ベアリングポート２２は、主ボディ２１の内部に形成された気体通路２３の一端に連通している。また、主ボディ２１の上面は平坦に形成され、その上面には平面視において円形状をなす収容溝２４が形成されている。収容溝２４の底面には流通溝２５が形成されている。前記気体通路２３の他端はこの流通溝２５に連通している。このため、流通溝２５は気体通路２３を介して前記ベアリングポート２２と連通している。そして、前記収容溝２４にはその収容溝２４に合わせて円板状に形成された多孔質体２６が密に収容されている。その収容状態において、多孔質体２６の上面は主ボディ２１の上面とともに同一平面をなし、両者によって浮上ユニット１３の本体２０上面が形成されている。

なお、前記多孔質体２６は、焼結三フッ化樹脂、焼結四フッ化樹脂といったフッ素樹脂によって形成されている。ただし、フッ素樹脂以外でも、焼結ナイロン樹脂、焼結ポリアセタール樹脂等の合成樹脂材料や、焼結アルミニウム、焼結銅、焼結ステンレス等の金属材料、焼結カーボン、焼結セラミックスなどの素材を用いてもよい。

かかる構成を有する本体２０では、ベアリングポート２２に加圧エアが供給されるとその加圧エアは気体通路２３を通じて流通溝２５、さらには多孔質体２６の底面に至る。そして、加圧エアは多孔質体２６の微細孔を通過し、その多孔質体２６の上面から噴出する。したがって、多孔質体２６の上面は浮上ユニット１３の噴出面１４である。

次に、上記浮上ユニット１３は揺動機構を備えていることにより、前記本体２０が揺動自在となって支持体３０に支持されている。まず支持体３０側の構成として、支持体３０は主軸部３１を有し、その基端部には取付軸部３２が設けられている。取付軸部３２の外面にはねじ部３３が形成されており、このねじ部３３を利用して前述した非接触支持装置１１の基体１２に取り付けられる。主軸部３１の先端側には、横断面が徐々に小さくなる首部３４を介して球体部３５が設けられている。なお、主軸部３１の中心軸線は取付軸部３２、首部３４及び球体部３５の中心を通る上下方向の中心線と一致し、それは浮上ユニット１３全体の中心線とされている。浮上ユニット１３を構成する各部及び各部材はこの中心線を基準として設けられている。

一方、本体２０側の構成として、主ボディ２１の下面の中央部には円形状をなす開口を備えた取付凹部２７が設けられている。取付凹部２７の内面にはねじ部が形成されている。取付凹部２７には球面軸受け部材２８が設けられている。球面軸受け部材２８は外形が前記取付凹部２７に合致する円柱形状をなし、その外側面にはねじ部が形成されている。このねじ部を取付凹部２７のねじ部にねじ込むことにより、球面軸受け部材２８が取付凹部２７に収まった状態で主ボディ２１に取り付けられている。球面軸受け部材２８の内面には、前記球体部３５の球面と当接可能な球面軸受け部２８ａが形成されている。球体部３５はその略全体が球面軸受け部材２８によって包み込まれている。ただ、球面軸受け部材２８の上面に形成された孔２８ｂを通じ、球体部３５の頭頂部が球面軸受け部材２８の外へ露出した状態となっている。この孔２８ｂと球体部３５の頭頂部とにより形成された凹状空間に弾性環状部材としてのＯリング２９が収容されている。孔２８ｂの内面は、上面開口から内側へ傾斜するテーパ状に形成されている。Ｏリング２９は、球面軸受け部材２８が主ボディ２１に取り付けられることで押しつぶされ、取付凹部２７の底面、球体部３５の頭頂部球面及び孔２８ｂの内面と密接した状態で本体２０内に配置されている。

なお、この実施形態では、球面軸受け部材２８の球面軸受け部２８ａが球体部３５の収容部となっている。また、球面軸受け部２８ａの上半分（球体部３５の上半球と当接する部分）が上側当接部にあたり、下半分（球体部３５の下半球と当接する部分）が下側当接部にあたる。

以上より、球面軸受け部材２８を有する本体２０は、球体部３５の球面軸受けによって揺動自在とされた状態で支持体３０に支持されている。これにより、本体２０はステージの傾斜に追従して傾斜することが可能となっている。そして、Ｏリング２９が球体部３５の球面と密接している部分では摩擦抵抗が生じる。また、Ｏリング２９のつぶし力Ｗ（図１における矢印）により本体２０が押し上げられるため、球面軸受け部２８ａの下部（図１において一点鎖線で囲まれたＡ部分）でも摩擦抵抗が生じる。これらの摩擦抵抗により、本体２０の傾倒（自重による傾斜）がある程度抑制される。

とはいえ、この程度の摩擦抵抗だけでは本体２０の傾倒を抑制する効果が十分に得られないため、本体２０は傾倒してしまう。そのため、この第１の実施形態における浮上ユニット１３では、その本体２０の傾倒を抑制する傾倒抑制機構を備えている。この傾倒抑制機構により、本体２０の内圧を調節して前記Ａ部分の摩擦抵抗を増加させることが可能となり、それによって本体２０の傾倒が十分に抑制される。

そこで、次にこの傾倒抑制機構について詳しく説明する。ここでは、図１の他、傾倒抑制を説明するための説明図である図２を適宜参照する。まず、傾倒抑制機構は次のような構成からなる。主ボディ２１の側面には、前記ベアリングポート２２とは別の箇所に、加圧ポート４１が設けられている。加圧ポート４１は主ボディ２１内に前記気体通路２３とは別に形成された内圧調節用通路４２の一端と連通している。内圧調節用通路４２の他端は取付凹部２７の底面で開口し、Ｏリング２９の内側に形成される閉空間Ｋ１に連通している。図２に示すように、加圧ポート４１に加圧気体（ここでも、加圧エアが用いられるものとする。）が供給されると、内圧調節用通路４２を通じてこの閉空間Ｋ１の圧力が大気圧よりも高められる。この加圧状態では、Ｏリング２９によって閉空間Ｋ１がシールされる。したがって、加圧ポート４１を大気開放とするか又は加圧ポート４１に加圧エアを供給するかにより、閉空間Ｋ１の圧力（本体２０の内圧）を調節することが可能となっている。

そして、かかる構成において、加圧ポート４１に加圧エアを供給して閉空間Ｋ１が加圧されると、図２において矢印で示されているように、本体２０には上方への力が作用して押し上げられる。そうすると、Ａ部分における摩擦抵抗が加圧前に比べて高まり、本体２０の傾倒抑制効果も加圧前に比べて大きくなる。これにより、本体２０の傾倒を抑制することが十分に可能となる。

ここで、前述したように、本体２０はステージの傾斜に追従させるべく揺動自在に支持されている。このため、閉空間Ｋ１を加圧する程度は本体２０の傾倒を抑制することが可能な程度となっている。ステージの載置や非接触支持等によって一個の浮上ユニット１３にかかる荷重（１０〜１００ｋｇ程度）は本体２０の重量（１ｋｇ程度）と大きく異なるため、その程度の加圧度であれば本体２０の揺動機能は阻害されない。つまり、ステージが載置されたり、ステージを非接触支持したりすればそのステージによって本体２０が下方向へ押し付けられるため、前述した加圧による本体２０の押し上げが揺動機能に及ぼす影響は小さい。

次に、以上詳述した浮上ユニット１３が設置された非接触支持装置１１において、浮上ユニット１３がなす動作を図面を適宜参照しながら説明する。

まず、ステージを浮上ユニット１３の上面に載置する動作について、その動作説明図である図４を参照しながら説明する。図４に示されているように、ステージＳを浮上ユニット１３の本体上面（主ボディ２１の上面及び多孔質体２６の上面）に載置する場合、加圧ポート４１に加圧エアを供給しておく。そうすると、本体２０は前述したように傾倒することが抑制され、浮上ユニット１３の本体上面は水平状態で維持される。これにより、ステージＳの載置時に本体上部の角がステージＳの被支持面（噴出面１４と対峙する面）に衝突して当該ステージＳが傷つくおそれを大幅に低減できる。

また、ステージＳの一部がうねり等によって傾斜していたとすると、その傾斜した部分の被支持面は水平に維持された浮上ユニット１３の本体上面と非平行状態となる。この場合、閉空間Ｋ１は本体２０の傾倒を抑制することが可能な程度に加圧されているだけであるから、ステージＳの載置によって本体２０の自重を大きく超える荷重を受けるため本体２０はステージＳの傾斜に追従して傾斜する。この点、水平な本体上面と傾斜したステージＳの被支持面とが非平行状態にあるためステージＳが本体上部の角に当たり得るが、本体２０が傾倒してしまう従来技術と比較すればステージＳを傷つけるおそれの大幅な低減が期待できる。

次に、非接触支持中に傾斜したステージＳに本体２０が追従傾斜する動作について、その動作説明図である図５を参照しながら説明する。なお、図５では理解し易くするためにステージの傾斜及び浮上量が誇張して図示されている。ステージＳの非接触支持中では、ベアリングポート２２及び加圧ポート４１に加圧エアが供給されている。これにより、多孔質体２６の上面から加圧エアが噴出してステージＳが非接触支持され、本体２０は自重によって傾倒することが抑制されている。かかる非接触支持中に、うねり等が生じてステージＳの一部分が図５（ａ）に示す如く傾斜することがある。この場合、その傾斜した部分の下方に配置された浮上ユニット１３では、傾斜によってステージＳとの間で広がった隙間から加圧エアが外に放出されることになる。そして、その隙間が広がった部分ではステージＳに対する浮上力が十分に作用せず、ステージＳから本体２０が受ける反作用も小さくなる。そうすると、Ｏリング２９のつぶし力Ｗ及び閉空間Ｋ１の内圧によって本体２０が押し上げられ、本体２０はステージＳの傾斜に追従して傾斜する。その結果、図５（ｂ）に示されているように、ステージＳの被支持面と浮上ユニット１３の本体上面とが平行状態となり、ステージＳが本体上部の角に衝突して傷つくおそれを低減させることができる。

また、図示を省略するが、ステージＳの被支持面の面精度が悪く、一部の浮上ユニット１３でその上面とステージＳとの隙間が想定浮上量よりも大きくなった場合であっても、当該浮上ユニット１３の本体２０は傾倒することが抑制される。これにより、位置決め装置としての利用において、本体上部の角がステージＳに当たりその状態で位置ズレが修正されてしまいステージＳが擦れて傷つくおそれも大幅に低減できる。

以上の説明から、この第１の実施形態によれば以下の優れた効果を有する。

上記浮上ユニット１３では、本体２０は揺動機構によって揺動自在とされ、ステージＳの傾斜に追従可能となっている。併せて、閉空間Ｋ１の圧力を高めて球面軸受け部分（Ａ部分）での摩擦抵抗を増加させることにより、本体２０の自重による傾倒が抑制される。このため、ステージＳの載置や非接触支持によって本体２０がその自重を上回る力を受けない限り、浮上ユニット１３の本体上面は水平状態で維持される。その結果、本体２０がその自重によって不用意に傾倒してステージＳが傷つくおそれを大幅に低減できる。例えば、ステージＳを載置する場合や、ステージＳの面精度が悪いために一部の浮上ユニット１３でステージＳとの隙間が大きくなった場合に、本体上部の角との衝突によってステージＳが傷つくおそれを大幅に低減できる。

上記浮上ユニット１３では、本体２０は球面軸受けによって揺動自在とされているため、本体２０を任意の方向に傾斜させることできるし、滑らかな揺動動作を実現できる。

上記浮上ユニットでは、閉空間Ｋ１を加圧する加圧エアの通路となる内圧調節用通路４２が気体通路２３とは別に設けられているため、非接触支持用に供給される加圧エアの影響を受けることなく内圧を調節することができる。これにより、内圧の調節を容易に行うことができる。

上記浮上ユニット１３では、Ｏリング２９が球体部３５の球面上部と当接する位置に配置されているため、傾倒抑制のために本体２０を押し上げた場合でもそれによってＯリング２９がより一層つぶされることを回避できる。これにより、閉空間Ｋ１の圧力調節に伴って更なるつぶしと元の状態への復帰が繰り返されてＯリング２９の性能が低下することを抑制できる。

なお、この第１の実施形態は上記した内容に限定されない。他の実施形態として考えられるものを以下に列挙する。

上記実施の形態では、閉空間Ｋ１の加圧度を傾倒抑制が可能な程度としたが、加圧度をより高めれば傾倒抑制の確実性が高まるため、本体２０の揺動機能が阻害される程度まで加圧度を高めることも可能である。このような場合、本体２０の揺動機能が要求される時点で閉空間Ｋ１の圧力を適宜調節（例えば、加圧停止や加圧度を弱めるなど）すれば、揺動機能が阻害された状況を解消できる。

上記実施の形態では、閉空間Ｋ１の加圧を常時行っているが、ステージＳの載置後に加圧ポート４１への加圧エアの供給を遮断し、閉空間Ｋ１の加圧を停止させて大気開放状態に調節してもよい。

上記実施の形態では、加圧ポート４１が主ボディ２１の側面に設けられているが、それが主ボディ２１の下面に設けられた構成としてもよい。また、加圧ポート４１や内圧調節用通路４２が支持体３０に設けられた構成としてもよく、その場合、内圧調節用通路４２の一端は球体部３５の頭頂部で開口することになる。

上記実施の形態では、ベアリングポート２２と加圧ポート４１とが別々に設けられているが、図６に示されているように、両ポート２２，４１を共通化した共通ポート５１が設けれた構成としてもよい。この場合、主ボディ２１には気体通路２３及び内圧調節用通路４２につながる共通路５２が設けられる。こうすることにより、製造工程の削減が可能となる。

本体２０が揺動自在となって支持体３０に支持される揺動機構の構成としては、図７（ａ）に示されているように、主ボディ２１の下面に半球凹状をなす球面軸受け部５３が形成された構成としてもよい。この場合、球面軸受け部５３に形成された溝にＯリング２９が収容される。また、主ボディ２１の下部には揺動自在となった主ボディ２１の支持を補助する補助部材５４が一体的に設けられている。補助部材５４は球体部３５の球面下部を収容する収容凹部５５と、当該球体部３５と円周方向全体に当接する球面当接部５６を有している。その球面当接部５６の当接により主ボディ２１が球体部３５から外れ落ちることを防いでいる。かかる構成において、本体２０の内圧が高められると、球面当接部５６と球体部３５の球面との摩擦抵抗が高くなり、本体２０の傾倒が抑制される。なお、この別例では補助部材５４も本体２０の一部であり、球面軸受け部５３と補助部材５４の収容凹部５５とで球体部３５の収容部が構成されている。また、球面当接部５６が下側当接部にあたる。

その他、前述した半球状の球面軸受け部５３に代えて、図７（ｂ）に示されているように、テーパ面を有する凹部５７とし、その凹部５７に球体部３５の上部が収容された構成としてもよい。この場合、凹部５７のテーパ面に球体部３５の球面上部が当接することにより、主ボディ２１が揺動自在となる。

上記実施の形態では、揺動機構の構成として、本体２０側に球面軸受け部２８ａが設けられ、支持体３０側に球体部３５が設けられているが、それを逆にした構成としてもよい。つまり、本体２０側に球体部が設けられ、支持体３０側に球面軸受け部が設けられた構成であってもよい。この場合、図示を省略するが、主ボディ２１の下面に下方へ延びる軸部が設けられ、その軸部の先に球体部が設けられる。かかる構成では、本体２０の傾倒を抑制するＯリング２９、内圧調節用通路４２及び閉空間Ｋ等は支持体３０側に設けられることになる。そして、支持体３０内の閉空間Ｋの内圧が高められると、その内圧によって本体２０が支持体３０に対して押し上げられる。これにより、球面軸受け部の上部側で球体部との当接力が高まり、それとともに摩擦抵抗が高められるため、本体２０の傾倒抑制を実現できる。

上記実施の形態では、多孔質体２６の上面と主ボディ２１の上面とが面一とされているが、多孔質体２６をその上面が主ボディ２１の上面から突出した状態で設けられた構成であってもよい。

上記実施の形態では、非接触支持装置１１をステージＳの位置決め装置に用いた場合を想定して説明しているが、ワーク（ステージＳや平板状物等）の移載装置等、他の用途に非接触支持装置１１が用いられるようにしてもよい。

［第２の実施形態］
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と浮上ユニットの構成が一部異なったものである。このため、以下ではその浮上ユニットについて構成上の相違点、及びそれによって生じる浮上ユニットの動作の相違点を中心に説明し、共通部分については同一の符号を付して説明を省略する。また、効果や別例についても共通するものは説明を省略する。

最初に、この第２の実施形態における浮上ユニットの構成上の相違を、図８を参照しながら説明する。図８は浮上ユニットの一部断面図である。図８に示されているように、浮上ユニット６０は揺動機構の構成、特に本体２０側の構成が異なっている。まず、主ボディ２１の下面中央部に半球凹状をなす球面軸受け部６１が設けられている。この球面軸受け部６１によって支持体３０の球体部３５の上部が軸受けされる。また、主ボディ２１の下面には、揺動自在となった主ボディ２１の支持を補助する補助部材６２が一体的に設けられている。補助部材６２には球面軸受け部６１の開口よりも若干大き目の収容孔６３が形成され、その収容孔６３には球体部３５の下部が収容されている。収容孔６３の下側開口は環状突部６４によって上側開口よりも絞られており、その環状突部６４に形成された溝にＯリング６５が球体部３５の球面下部と密接した状態で配設されている。このＯリング６５が球体部３５の球面下部に当接することにより、主ボディ２１が球体部３５から外れ落ちることを防いでいる。

なお、この実施形態では、補助部材６２も本体２０の一部であり、球面軸受け部６１と補助部材６２の収容孔６３とで球体部３５の収容部が構成されている。また、球面軸受け部６１が上側当接部にあたり、Ｏリング６５の球面当接部分が下側当接部にあたる。

以上より、浮上ユニット６０では、球面軸受け部６１及び補助部材６２が設けられることで本体２０が揺動自在となって支持体３０に支持されている。そして、Ｏリング６５の球面当接部分（図８において一点鎖線で囲まれたＢ部分）では摩擦抵抗が生じる。また、図８に示すように、Ｏリング６５のつぶし力Ｗにより球面軸受け部６１が球体部３５の球面に押し付けられるため、球面軸受け部６１でも摩擦抵抗が生じる。これらの摩擦抵抗により、本体２０の傾倒がある程度抑制される。

次に、傾倒抑制機構について説明する。ここでは、図８の他、図８と同じく浮上ユニットの一部断面図であって、傾倒抑制を説明するための説明図である図９を適宜参照する。

この浮上ユニット６０では、内圧調節用通路４２は、加圧ポート４１の反対端が球面軸受け部６１の球体部３５の頭頂部にあたる部分で開口するように形成されている。そして、球面軸受け部６１と球体部３５の球面上部との間、及び補助部材６２の収容孔６３内に形成される空間が閉空間Ｋ２とされ、この閉空間Ｋ２に内圧調節用通路４２は連通している。図９に示すように、加圧ポート４１に加圧エアが供給されると、内圧調節用通路４２を通じてこの閉空間Ｋ２の圧力が高まる。この加圧状態では、Ｏリング６５によって閉空間Ｋ２がシールされる。したがって、加圧ポート４１を大気開放とするか又は加圧ポート４１に加圧エアを供給するかにより、閉空間Ｋ２の圧力を調節することが可能となっている。

閉空間Ｋ２の圧力が高まると、図９において矢印で示されているように、本体２０には上方への力が作用して押し上げられる。そうすると、Ｂ部分における摩擦抵抗が加圧前に比べて高まり、本体２０の傾倒抑制効果も加圧前に比べて大きくなる。これにより、本体２０の傾倒を抑制することが十分に可能となる。

以上説明した第２の実施形態の浮上ユニット６０によっても、閉空間Ｋ２の圧力を高めることにより本体２０の傾倒が抑制される。そして、かかる浮上ユニット６０が非接触支持装置１１に設置されれば、浮上ユニット６０の本体上面が水平状態に維持されるため、第１の実施形態の浮上ユニット１３と同様の動作が可能となる。したがって、前述した第１の実施形態と同じ効果も得られる。

もっとも、次の点では第２の実施形態に特有の優れた効果を有する。

上記浮上ユニット６０では、Ｏリング６５が球体部３５の球面下部と当接しているため、傾倒抑制のため本体２０が押し上げられると、Ｏリング６５はより一層つぶされることになる。Ｂ部分でのＯリング６５と球面との接触は線接触であり、高められたつぶし力はその接触部分に集中する。このため、面接触の場合よりも少ない加圧で傾倒抑制効果を高めることができる。

なお、この第２の実施形態は上記した内容に限定されない。他の実施形態として考えられるものを以下に列挙する。

上記実施の形態では、加圧ポート４１及び内圧調節用通路４２が主ボディ２１に設けられているが、図１０に示されているように、補助部材６２に設けられた構成としてもよい。また、図示を省略するが、加圧ポート４１が補助部材６２に設けられるとともに、内圧調節用通路４２が補助部材６２及び主ボディ２１の両者をまたいで設けられ、球面軸受け部６１に開口するようにしてもよい。

本体２０が揺動自在となって支持体３０に支持される構成としては、半球状の球面軸受け部６１に代えて、図１１（ａ）に示されているように、テーパ面を有する凹部７１とし、その凹部７１に球体部３５の上部が収容された構成としてもよい。この場合、凹部７１のテーパ面に球体部３５の球面上部が当接することにより、本体２０が揺動自在となって支持体３０に支持される。

その他、主ボディ２１と球体部３５とを直接当接させるのではなく、図１１（ｂ）に示されているように、第１の実施形態における球面軸受け部材２８と同様の球面軸受け部材７２が設けられた構成としてもよい。この場合、球体部３５の球面下部に密接するＯリング６５を保持するためのＯリング保持部材７３が主ボディ２１の下面に設けられる。

［第３の実施形態］
この第３の実施形態も、上記第１の実施形態と浮上ユニットの構成が一部異なったものである。このため、以下ではその浮上ユニットについて構成上の相違点、及びそれによって生じる浮上ユニットの動作の相違点を中心に説明し、共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。また、効果や別例についても共通するものは適宜説明を省略する。

最初に、この第３の実施形態における浮上ユニットの構成上の相違を、図１２を参照しながら説明する。図１２は浮上ユニットの一部断面図である。図１２に示されているように、浮上ユニット８０では、主ボディ２１の取付凹部２７が第１の実施形態の場合に比べて浅く形成され、それにより球面軸受け部材２８の下部が主ボディ２１の下面から突出した状態で主ボディ２１に取り付けられている。

さらに、この浮上ユニット８０では、特に傾倒抑制に関する構成が異なっている。すなわち、Ｏリング２９、加圧ポート４１及び内圧調節用通路４２の代わりに、傾倒抑制部材及び筒状部材としての筒状カラー８１が支持体３０の主軸部３１及び首部３４の周囲に取り付けられている。支持体３０においては取付軸部３２の横断面が主軸部３１の横断面よりも大きくされ、それにより形成された環状の段差面８２によって筒状カラー８１の下面が支持されている。この筒状カラー８１は、ウレタン樹脂等の軟質樹脂又はゴム等の弾性材料によって形成されている。そして、支持体３０への非取付状態における筒状カラー８１の高さＨ２は、球面軸受け部材２８の下面と段差面８２との間の高さＨ１よりも高く形成されている。このため、筒状カラー８１は上下方向に圧縮された状態で支持体３０に取り付けられており、筒状カラー８１には上下方向への圧力が付与されている。この与圧により筒状カラー８１は上下方向への復元力（図の矢印参照）が蓄積され、その上下面がそれぞれ球面軸受け部材２８の下面及び段差面８２と密接した状態で取り付けられている。

ここで、弾性材料により形成された前記筒状カラー８１は、本体２０の自重による傾倒を抑制しつつ、ステージへの追従力に対しては弾性変形可能な弾性力を有している。第１の実施形態で説明したように、ステージから受ける荷重は本体２０の重量を大きく上回るため、前述のような弾性力を有するという性質を筒状カラー８１に付与することが可能となっている。

以上のように、浮上ユニット８０には本体２０側の下面と密接した状態で筒状カラー８１が設けられ、その筒状カラー８１は本体２０の傾倒を抑制しつつ、ステージへの追従力に対しては弾性変形可能な弾性力を有している。そのため、かかる浮上ユニット８０が非接触支持装置１１に設置されれば、本体２０の自重による傾倒を抑制可能でありながら、ステージの傾斜に本体２０が追従傾斜する機能を維持できる。

詳しくは、ステージを浮上ユニット８０の本体上面に載置する場合、筒状カラー８１によって本体上面が水平状態に維持されるため、かかる動作によってステージが傷つくおそれを大幅に低減できる。載置されるステージが傾斜していたとすれば、ステージの載置によって本体２０の自重を上回る荷重を受けて筒状カラー８１は弾性変形し、本体２０はステージＳの傾斜に追従して傾斜する。なお、第１の実施形態と同様、この場合にはステージが水平な本体上部の角に当たり得るが、従来技術と比較すればステージを傷つけるおそれの大幅な低減が期待できる。

次に、非接触支持中での本体２０の追従動作について、動作説明図である図１３を参照しながら説明する。なお、図１３ではステージの傾斜及び浮上量が誇張して図示されている。図１３に示されているように、ステージＳの非接触支持中にステージＳの一部が傾斜すると、その傾斜部分の下方に配置された浮上ユニット８０ではステージＳとの隙間が広がった部分で浮上力が十分に作用せず、ステージＳから本体２０が受ける反作用も小さくなる（図５（ａ）を参照した第１の実施形態の説明を参照）。そうすると、筒状カラー８１の傾斜山側では与圧が軽減され、筒状カラー８１の復元力により本体２０が押し上げられる。その一方で、筒状カラー８１の傾斜谷側では山側での押し上げに伴って本体２０（詳しくは、球面軸受け部２８の下面）が上から押し付けられ、筒状カラー８１は弾性変形する。このようにして、本体２０はステージＳの傾斜に追従して傾斜する。その結果、図１３に示されているように、ステージＳの被支持面と浮上ユニット８０の本体上面とが平行状態となり、ステージＳが本体上部の角に衝突して傷つくおそれを低減できる。

また、図示を省略するが、ステージの被支持面の面精度が悪く、一部の浮上ユニット８０でその上面とステージとの隙間が想定浮上量よりも大きくなった場合、当該浮上ユニット８０の本体２０は筒状カラー８１との当接により傾倒することが抑制される。これにより、本体上部の角がステージに当たりその状態で位置ズレが修正されてしまいステージが擦れて傷つくおそれも大幅に低減できる。

以上より、この第３の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の効果が得られる。ただ、閉空間Ｋ等を有する傾倒抑制機構ではなく筒状カラー８１が設けられている点で、この第３の実施形態にはその特有の優れた効果を有している。すなわち、上記浮上ユニット８０では、支持体３０の主軸部３１に設けられる筒状カラー８１によって本体２０の傾倒が抑制されるため、上述した第１及び第２の実施形態と異なり、本体２０に新たな細工をする必要がない。このため、傾倒抑制機能を有する浮上ユニットの製造コストを低減できる。

なお、この第３の実施形態は上記した内容に限定されない。他の実施形態として考えられるものを以下に列挙する。

上記実施の形態では、傾倒抑制部材として筒状カラー８１が設けられているが、それに代えてＯリングが用いられてもよい。この場合、図１４に示されているように、支持体３０における球体部３５の付け根部分にＯリング８６が設けられた構成が例として考えられる。このＯリング８６の剛性により本体２０の傾倒が抑制されるとともに、弾性力によりステージに対する本体２０の追従機能が得られる。その他、傾倒抑制部材としては、コイルバネ等であってもよい。

上記実施の形態では、被取付側の高さＨ１よりも高さＨ２が高い筒状カラー８１を用いてそれが圧縮された状態で設けられているが、高さＨ１と同じかそれより若干低い高さＨ２の筒状カラー８１が設けられた構成であってもよい。これにより、筒状カラー８１の取り付けが容易となる。ただ、高さＨ２の低い筒状カラー８１が取り付けられた構成では、球面軸受け部材２８の下面が筒状カラー８１の上面に当接するまで本体２０が一定程度傾倒する。しかし、その場合でも本体２０が一定以上傾倒しないようにする傾倒抑制効果は得られるし、若干高さが低い程度であるならば本体２０を水平に近い状態で維持できる。このため、筒状カラー８１が設けられていない構成に比べれば有効な手段となり得る。

上記実施の形態では、球面軸受け部材２８の下部を主ボディ２１の下面から突出させているが、第１の実施形態と同様、球面軸受け部材２８全体を取付凹部２７に収めて主ボディ２１の下面と球面軸受け部材２８の下面とを面一とした構成としてもよい。

上記実施の形態では、支持体３０に筒状カラー８１の下面を支持する段差面８２が形成されているが、段差面８２に代えて、非接触支持装置１１が有する基体１２の上面（ユニット設置面）によって筒状カラー８１の下面が支持されるようにしてもよい。こうすることで、支持体３０にも新たな細工は不要となり、筒状カラー８１が設けられるだけで浮上ユニットに対して容易に傾倒抑制機能を付与することができる。

第１の実施形態における浮上ユニットの一部断面図。 浮上ユニットの傾倒抑制機能を説明するための説明図。 非接触支持装置を示す平面図。 ステージ載置動作を説明する動作説明図。 本体のステージ追従動作を説明する動作説明図。 第１の実施形態の別例（通路構成の相違）である浮上ユニットの一部断面図。 第１の実施形態の別例（揺動機構の相違）である浮上ユニットの一部断面図。 第２の実施形態における浮上ユニットの一部断面図。 浮上ユニットの傾倒抑制機能を説明するための説明図。 第２の実施形態の別例（通路構成の相違）である浮上ユニットの一部断面図。 第２の実施形態の別例（揺動機構の相違）である浮上ユニットの一部断面図。 第３の実施形態における浮上ユニットの一部断面図。 本体のステージ追従動作を説明する動作説明図。 第３の実施形態の別例（傾倒抑制部材の相違）である浮上ユニットの一部断面図。 従来の浮上ユニットを用いた場合の一問題点を説明する説明図。 従来の浮上ユニットを用いた場合の一問題点を説明する説明図。 従来の浮上ユニットを用いた場合の一問題点を説明する説明図。

符号の説明

１１…非接触支持装置、１２…基体（ベース）１３…浮上ユニット、１４…噴出面、２０…本体、２３…気体通路、２８ａ…球面軸受け部（収容部、上側当接部、下側当接部）、２９…Ｏリング（弾性環状部材）、３０…支持体、３１…主軸部（軸部）、３５…球体部、４２…内圧調節用通路、６０…浮上ユニット、６１…球面軸受け部（収容部、上側当接部）、６３…収容孔（収容部）、６５…Ｏリング（弾性環状部材、下側当接部）、８０…浮上ユニット、８１…筒状カラー（傾倒抑制部材、筒状部材）、Ｋ…閉空間、Ｓ…ステージ（ワーク）。

Claims (9)

1. 加圧気体を噴出する噴出面を有する本体が支持体によって支持されており、前記噴出面から噴出される加圧気体によりワークを非接触支持する浮上ユニットであって、
   前記噴出面がワークの傾きに追従するように本体を揺動自在とする揺動機構と、
   前記本体がその自重によって傾倒することを抑制する傾倒抑制機構と、
   を備えていることを特徴とする浮上ユニット。
2. 前記揺動機構は、
   前記本体又は前記支持体のいずれか一方に設けられた球体部と、
   他方に設けられ、前記球体部を収容するとともに、収容された球体部の球面上部と円環状に当接する上側当接部及び球面下部と円環状に当接する下側当接部を少なくとも備えた収容部と、
   を有し、
   前記傾倒抑制機構は、
   前記収容部に収容された前記球体部の球面と当接する弾性環状部材と、
   前記弾性環状部材の配置によって前記他方の内部に設けられ、前記弾性環状部材によってシールされた閉空間と、
   前記閉空間に連通し、当該閉空間の内圧を調節可能とする内圧調節用通路と、
   を有し、
   前記閉空間は同閉空間の圧力の高まりによって前記本体を押し上げる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の浮上ユニット。
3. 前記上側当接部及び前記下側当接部の少なくとも一方は球面軸受け部であることを特徴とする請求項２に記載の浮上ユニット。
4. 前記内圧調節用通路は、前記噴出面に加圧気体を供給すべく前記本体に設けられた気体通路とは別に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の浮上ユニット。
5. 前記弾性環状部材は前記球体部の球面上部に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の浮上ユニット。
6. 前記弾性環状部材は前記球体部の球面下部に設けられ、当該弾性環状部材の球面当接部分が前記下側当接部であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の浮上ユニット。
7. 加圧気体を噴出する噴出面を有する本体が支持体によって支持されており、前記噴出面から噴出される加圧気体によりワークを非接触支持する浮上ユニットであって、
   前記噴出面がワークの傾きに追従するように本体を揺動自在とする揺動機構と、
   前記本体の自重による傾倒を抑制しつつ、ワークへの追従力に対しては弾性変形可能な弾性力を有し、自重によって傾倒しようとする前記本体と当接可能に設けられた傾倒抑制部材と、
   を備えていることを特徴とする浮上ユニット。
8. 前記揺動機構は、
   前記本体又は前記支持体のいずれか一方に設けられた球体部と、
   他方に設けられ、前記球体部の球面と当接した状態で当該球体部を収容する収容部と、
   を有し、
   前記傾倒抑制部材は、前記球体部から延設された軸部に設けられ、自重によって傾倒しようとする前記本体の下面と当接可能な筒状部材であることを特徴とする請求項７に記載の浮上ユニット。
9. ベース上に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の浮上ユニットが複数設置された非接触支持装置。

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