JP4587113B2

JP4587113B2 - Static pressure gas bearing used in vacuum environment and gas recovery method of the static pressure gas bearing

Info

Publication number: JP4587113B2
Application number: JP2000390858A
Authority: JP
Inventors: 拓真津田; 猛林田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002188631A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空環境下で使用する静圧気体軸受、および、その静圧気体軸受の気体回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空環境下において使用される静圧気体軸受においては、エアーパッドの周囲に大気圧溝を設け、大気圧溝内の気圧を大気圧に保つような機構を設けることが望ましい。
その理由は、エアーパッド周囲に大気圧溝を設けることで、真空用の静圧気体軸受の設計においても、大気圧環境で利用される通常の静圧気体軸受と同様の設計手法にてエアーパッドの負荷容量や剛性等を設計することが出来るためである。
また、大気圧溝を設けない場合、エアーパッドから噴出した気体はすべて減圧溝を経由して排気ポンプへ流入するため、排気ポンプへの負担が大きくなってしまう。これを防止するためにも、大気圧溝を設けることが有効である。
【０００３】
そこで、大気圧溝内の圧力を大気圧に保つ機構として、従来は、エアーパッド周囲に設けられた大気圧溝に大気配管が接続され、大気配管の他端が真空チャンバー外部の大気へ単に開放されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう問題が発生する。
なお、ガイド軸表面に吸着した空気が移動体の移動により、真空中に放出されて、真空度が著しく低下することの検証については、特開平２０００−３４６０７０にも触れられている。
特開平２０００−３４６０７０においては、エアーパッドから放出される気体がガイド軸に付着し、その後移動体が移動し、その表面が露出すると、ガイド軸表面に付着した多量の気体分子が外部に放出されることが原因であることを突き止めた。そして、ガイド軸表面に気体分子付着確率の低い材質でコーティングを行なう等の気体分子付着量低減処理を施すことを提案している。これにより、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう現状を抑えることが出来るようになった。
そして、本発明者は、さらに真空度の高い環境下（１０^ー5Ｐａ程度）で使用可能な静圧気体軸受の研究開発を開始した。この研究開発において、気体分子付着量低減処理を施したガイド軸を採用した場合においても、移動体の移動に伴って真空チャンバー内の気圧が上昇してまう現象が希に発生することが確認された。
そこで、この原因を追求し、より高性能な静圧気体軸受を提供すべく更なる鋭意研究開発に取り組んだ。
静圧気体軸受が搭載される真空チャンバーは、例えば半導体露光装置の場合は通常、温度、湿度が管理されたクリーンルーム内に設置されている。
軸受内部の大気圧溝が大気配管を介して真空チャンバー外部の大気へ単に開放される静圧気体軸受においては、通常は、軸受側から大気側へ気体が流出するが、軸受隙間等により変動する大気圧溝の圧力バランスによっては逆に大気側から軸受側へ気体が流入する場合もあり得ることを見出したのである。
【０００５】
このように大気側から軸受側へ気体が逆流してしまった場合、特定の湿度を持った大気が大気圧溝を介して軸受側に流入し、多量の水分子がガイド軸表面へ吸着してしまうことになる。この状態で軸受の移動体が移動を開始し、水分子が吸着したガイド軸表面が真空に曝されると、吸着していた水分子が真空環境内に放出され、この結果、真空チャンバー内の気圧が上昇してしまうのである。
吸着していた水分子の量が僅かでも、真空チャンバーの圧力が１０^ー5Ｐａ程度の高真空であった場合は顕著な圧力上昇として観測される。このような現象は、例えば、電子ビーム露光装置内の軸受においてこのような圧力上昇が発生すると、光源部の故障や露光精度の悪化を引き起こすことがある。
特に真空度の高い真空環境下で使用する静圧気体軸受においては、真空チャンバー内の気圧上昇の要因を除去するように管理する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、真空環境下で用いられる静圧気体軸受において、真空環境下の軸受内部における大気圧溝内の圧力を一定に保ち、大気圧溝に配管を通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して、真空環境の真空度の低下を防ぐことが出来る真空環境下で使用する静圧気体軸受、および、その静圧気体軸受の気体回収方法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】
上記目的を達成するために本発明の請求項１では、ガイド軸と、このガイド軸に沿って移動する移動体とを真空チャンバー内に設けてなり、この移動体には、移動体とガイド軸との隙間に外部から供給される気体を放出するエアパッドを形成し、かつ、前記エアーパッドの周囲には、前記隙間に放出された気体を回収して外部に配管を介して放出する大気圧溝を設け、さらに、前記大気圧溝の周囲には、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収して外部に配管を介して放出する減圧溝を設けてなる真空環境下で使用される静圧気体軸受において、前記大気圧溝から回収した気体を外部に放出する配管中には、この配管を介して外部から大気圧溝に気体が逆流しないように内部気圧が大気圧よりも高い一定の圧力とした圧力緩衝用チャンバーを設け、前記大気圧溝と、前記圧力緩衝用チャンバーと、が連通していることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【０００８】
これにより、軸受内部の大気圧溝に配管を通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して真空環境の低下を防ぐことが出来る。
特に真空度の高い真空環境下で使用する静圧気体軸受においては、本発明は多大な効果を奏する。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の請求項２では、前記圧力緩衝用チャンバーには、大気圧溝から気体を回収するための配管を接続するガス回収用ポートと、圧力緩衝用チャンバー内の気圧が大気圧よりも高い一定の圧力となるように気体供給量を制御して気体を供給するための配管を接続するガス供給用ポートと、外部に圧力緩衝用チャンバー内の気体を常に放出する配管を接続するガスリーク用ポートと、を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１０】
これにより、圧力緩衝用チャンバーのガスリーク用ポートから常に外部に向かって気体を放出するため、外部から圧力緩衝用チャンバー内部への不純物の流入を防ぐことが出来る。
つまり、大気圧溝内に外部からの不純物の流入を防ぐことが出来、したがって、真空環境の低下を防ぐことが出来る。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の請求項３では、前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、純度の高い窒素であることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１２】
これにより、圧力緩衝用チャンバーから大気圧溝に気体が流入したとしても、水分を多く含んだ大気中の気体が流れ込まず、圧力緩衝用チャンバー中の純度の高い窒素が流れ込み、真空環境を低下するおそれがない。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の請求項４では、前記圧力緩衝用チャンバー内に供給される気体が、ドライエアーであることを特徴とする請求項２に記載の真空環境下で使用する静圧気体軸受としたことである。
【００１４】
これにより、圧力緩衝用チャンバーから大気圧溝に気体が流入したとしても、水分を多く含んだ大気中の気体が流れ込まず、圧力緩衝用チャンバー中のドライエアーが流れ込み、真空環境を低下するおそれがない。
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の請求項５では、移動体に設けたエアパッドからガイド軸と移動体との隙間に気体が放出され、前記エアーパッドの周囲に設けた大気圧溝から、前記隙間に放出された気体を回収し、さらに、前記大気圧溝の周囲に設けた減圧溝から、前記大気圧溝にて回収できなかった気体を回収してなる真空環境下で使用される静圧気体軸受の気体回収方法において、前記大気圧溝と、前記静圧気体軸受の外部に設けた圧力緩衝用チャンバーと、を連通し、前記圧力緩衝用チャンバー内の気圧を大気圧よりも高い一定の圧力に制御して、この圧力緩衝用チャンバーから常に外部に気体を放出させるとともに、前記大気圧溝から回収した気体も前記圧力緩衝用チャンバーを介して外部に放出させることを特徴とする真空環境下で使用する静圧気体軸受の気体回収方法としたことである。
【００１６】
これにより、圧力緩衝用チャンバーのガスリーク用ポートから常に外部に向かって気体を放出するため、外部から圧力緩衝用チャンバー内部への不純物の流入を防いで、軸受内部の大気圧溝よりエアパッドからの放出する気体を回収することが出来る。
つまり、軸受内部の大気圧溝よりエアパッドからの放出する気体を回収する際に、大気圧溝内に外部からの不純物の流入を防ぐことが出来、したがって、真空環境の低下を防ぐことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に、本発明による静圧気体軸受装置１を示す。この静圧気体軸受装置１は、真空チャンバー２内に定盤３と静圧気体軸受４とを設けている。静圧気体軸受４が動作する真空チャンバー２の内部の真空環境は、１０^−３〜１０^−４Ｐａ以下にすることが求められており、さらに１０^−５Ｐａ程度以下の真空環境での動作も将来は予想されている。静圧気体軸受４は、ガイド軸５と、このガイド軸５に沿って移動する移動体６とから構成される。そして、図２から図４に示すように、この移動体６には、移動体６とガイド軸５との隙間に外部から供給される気体を放出するエアーパッド７を形成し、さらに、エアーパッド７の周囲には、前記隙間に放出された気体を回収して外部に大気圧溝用配管１５ｂを介して放出する大気圧溝８を設けている。また、大気圧溝８の周囲には、大気圧溝８にて回収できなかった気体を回収して外部に配管を介して放出する減圧溝９を設けている。なお、大気圧溝８、大気圧溝用配管１５ｂならびに減圧溝９は、移動体６に設けるが、減圧溝用の配管は、ガイド軸５側に設けている。図３に示すように減圧溝９は、図面上の上下方向にも減圧溝９に連通する排気接続溝９ａを形成している。そしてガイド軸５には、この上下方向の排気接続溝９ａと対向する位置に減圧溝９（排気接続溝９ａを含む）から気体を回収するための排気孔２２を形成している。そのため、この移動体６は、図４（Ｂ）から図４（Ｃ）に示す範囲で移動しても前記排気孔２２が排気接続溝９ａにかかるため、排気孔２２を通じて減圧溝９（排気接続溝９ａを含む）の排気を行うことが出来る。
【００１８】
以上のようにすることで、静圧気体軸受４のエアーパッド７を取り囲む大気圧溝８、さらに大気圧溝８を取り囲むラビリンス排気機構により、真空チャンバー２内に流出する気体の量は真空チャンバー２の真空度に影響を与えないほど少量に抑えてある。要求される動作環境の真空度に応じて、減圧溝９を複数設けて気体の回収率をより向上させるようにすると良い。
【００１９】
また、減圧溝用の配管は、ガイド軸５内部に設けた場合を示したが、移動体６に設けることもできる。たとえば、移動体６を小型化し、また移動体６の移動距離の制限を受けないようにするには、排気性能をある程度犠牲に出来るならば移動体６に設けることが好ましい。この場合は、上述した上下方向の減圧溝９は不要となる。
しかしながら、真空引きポンプにより気体を回収するため、一般に減圧溝用の配管径はエアーパッド７や大気圧溝８に接続する配管径よりもかなり大きくなる。この場合、移動体６に減圧溝用の配管を接続すると、配管が抵抗、振動源となり、移動体６に求められる高い運動精度に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、通常は減圧溝用の配管はガイド軸５側に設けるようにするとよい。
つまり、移動体６の大きさ、移動距離、また、移動体６に配管を接続する場合は配管が移動体６に抵抗となって及ぼす影響、等を考慮し、減圧溝用の配管を移動体６に設けるかもしくはガイド軸５に設けるか決定すると良い。
【００２０】
なお、図１には、エアーパッド７へ気体を供給するための配管ならびに供給ポンプ、および、減圧溝用の配管ならびに真空引きポンプを省略している。
【００２１】
さて、この静圧軸受装置には、図１に示すように、大気圧溝８から回収した気体を外部に放出する大気圧溝用配管１５ａ中に、この大気圧溝用配管１５ａを介して外部から大気圧溝８に気体が逆流しないように、真空チャンバー２の外部に圧力緩衝用チャンバー１０を設けている。
そして、この圧力緩衝用チャンバー１０には、ガス回収用ポート１１とガス供給用ポート１２とガスリーク用ポート１３とが設けられている。
このガス回収用ポート１１には、真空チャンバー２の導入ポート１４を通じて大気圧溝８から気体を回収するための大気圧溝用配管１５ａを接続している。
また、ガス供給用ポート１２には、圧力緩衝用チャンバー１０内の気圧が大気圧よりも高い一定の圧力となるように気体供給量を制御して気体を供給するためのガス供給配管１５ａを接続している。そして、圧力緩衝用チャンバー１０の内部圧力を測定する圧力計１６が設けられ、また、マスフローコントローラ１７がガス供給配管１５ａ中に接続されている。そして、圧力緩衝用チャンバー１０内部の圧力が、大気圧よりも１０％程度高い圧力となるように圧力計１６から信号ケーブル２０を介してマスフローコントローラ１７に信号を送りガス供給流量の制御を行なうことで、窒素ボンベ１８からガス供給配管１５ａを介して流入する窒素の流量が制御されている。
また、ガスリーク用ポート１３には、外部に圧力緩衝用チャンバー１０内の気体を常に放出する配管を接続している。圧力緩衝用チャンバー１０に設けられたリークバルブ１９を適度に絞り、リークバルブ１９から外部に流出する窒素の流量が５〜１０リットル／分程度になるよう調節することが好ましい。これにより、リークバルブ１９から圧力緩衝用チャンバー１０への大気の流入を防ぎながらも、窒素の消費量を低く抑えることが出来る。
【００２２】
なお、上記窒素ボンベ１８から供給される窒素は、圧力緩衝用チャンバー１０中の気体が大気圧溝８に逆流しても、軸受周囲の真空度が低下しないように、純度の高い窒素とすることが好ましい。なお、純度の高い窒素とは、９９．９９％以上とすることが好ましい。特に、１０^ー5Ｐａ程度の高真空内において使用する場合は、９９．９９９９％以上とすることが好ましい。
また、ガス供給配管１５ａから圧力緩衝用チャンバー１０内に供給される気体が、ドライエアーとしてもよい。この場合は、圧力緩衝用チャンバー１０中の気体が大気圧溝８に逆流しても、真空度が低下しないように、ドライエアーの露点は−３０℃以下とすることが好ましい。
【００２３】
次に、上述した真空環境下で使用される静圧気体軸受４の気体回収方法について、順を追って説明する。
まず、移動体６に設けたエアーパッド７からガイド軸５と移動体６との隙間に高圧の気体が放出される。この放出した気体の静力により移動体６とガイド軸５とが非接触の状態となることで、移動体６がほとんど摩擦抵抗を受けずにガイド軸５に沿って移動することが出来る。
次に、このエアーパッド７の周囲に設けた大気圧溝８から、前記隙間に放出された気体を回収する。
この際、この静圧気体軸受４の外部に設けた圧力緩衝用チャンバー１０内の気圧を大気圧よりも高い一定の圧力（たとえば大気圧の１０％増）に制御して、この圧力緩衝用チャンバー１０から常に外部に気体を放出させるとともに、前記大気圧溝８から回収した気体も前記圧力緩衝用チャンバー１０を介して外部に放出させるようにする。これにより、外部の大気が逆流して大気圧溝８に流れ込むことはなくなる。
さらに、移動体６の端部から真空内に放出される気体を低減するために、大気圧溝８の周囲に設けた減圧溝９から、大気圧溝８にて回収できなかった気体を回収する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により、大気圧溝８と大気が通じているのは圧力緩衝用チャンバー１０に設けたリークバルブ１９のみであるが、リークバルブ１９からは５〜１０リットル／分程度の窒素が流出しているため、大気からの不純物流入を抑えることが出来る。よって、大気圧溝８に流入する気体はエアーパッド７から流入する気体か、窒素ボンベ１８から圧力緩衝用チャンバー１０を経由して供給される窒素のみとなるため、不純物流入による軸受からのガス放出量増加などの不具合を防止することが出来る。
つまり、真空環境下で用いられる静圧気体軸受４において、真空環境下の軸受内部における大気圧溝８内の圧力を一定に保ち、大気圧溝８に大気圧溝用配管１５ａを通じて外部の気体が逆流することによる気体の水分などの不純物の流入を阻止して、真空環境の真空度の低下を防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施形態である静圧気体軸受装置を示す斜視図である。
【図２】本発明における一実施形態である移動体を示す斜視図である。
【図３】図２における移動体の上板部材の内側を示す平面図および断面図である。
【図４】図２における移動体とガイド軸との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１静圧気体軸受装置
２真空チャンバー
３定盤
４静圧気体軸受
５ガイド軸
６移動体
６ａ上板
７エアーパッド
８大気圧溝
９減圧溝
９ａ排気接続溝
１０圧力緩衝用チャンバー
１１ガス回収用ポート
１２ガス供給用ポート
１３ガスリーク用ポート
１４導入ポート
１５配管
１５ａガス供給配管
１５ｂ大気圧溝用配管
１６圧力計
１７マスフローコントローラ
１８窒素ボンベ
１９リークバルブ
２０信号ケーブル
２１ねじ穴
２２排気孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a static pressure gas bearing used in a vacuum environment and a gas recovery method for the static pressure gas bearing.
[0002]
[Prior art]
In a static pressure gas bearing used in a vacuum environment, it is desirable to provide a mechanism that provides an atmospheric pressure groove around the air pad and maintains the atmospheric pressure in the atmospheric pressure groove at atmospheric pressure.
The reason is that by providing an atmospheric pressure groove around the air pad, the design of the static pressure gas bearing for vacuum can be designed with the same design method as a normal static pressure gas bearing used in an atmospheric pressure environment. This is because it is possible to design the load capacity, rigidity, and the like.
Further, when the atmospheric pressure groove is not provided, all of the gas ejected from the air pad flows into the exhaust pump via the decompression groove, so that the burden on the exhaust pump is increased. In order to prevent this, it is effective to provide an atmospheric pressure groove.
[0003]
Therefore, as a mechanism for maintaining the pressure in the atmospheric pressure groove at atmospheric pressure, conventionally, an atmospheric piping is connected to the atmospheric pressure groove provided around the air pad, and the other end of the atmospheric piping is simply opened to the atmosphere outside the vacuum chamber. It had been.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, there arises a problem that the atmospheric pressure in the vacuum chamber increases as the moving body moves.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-346070 touches upon verification that the air adsorbed on the surface of the guide shaft is released into the vacuum by the movement of the moving body and the degree of vacuum is significantly reduced.
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-346070, when the gas released from the air pad adheres to the guide shaft and then the moving body moves and the surface is exposed, a large amount of gas molecules attached to the surface of the guide shaft are released to the outside. I found out that this is the cause. Then, it is proposed to perform a gas molecule adhesion amount reduction process such as coating the surface of the guide shaft with a material having a low gas molecule adhesion probability. As a result, it is possible to suppress the current situation in which the atmospheric pressure in the vacuum chamber increases as the moving body moves.
Then, the present inventors have started research and development of the available hydrostatic gas bearing in addition a vacuum degree of high environmental temperatures (about 10 ^{@ 5} Pa). In this research and development, even when a guide shaft that has been subjected to a treatment to reduce the amount of adhering gas molecules is adopted, it has been confirmed that a phenomenon in which the pressure inside the vacuum chamber rises with the movement of the moving body rarely occurs. It was.
Therefore, we pursued this cause and worked on further research and development to provide higher performance hydrostatic gas bearings.
For example, in the case of a semiconductor exposure apparatus, a vacuum chamber in which a static pressure gas bearing is mounted is usually installed in a clean room in which temperature and humidity are controlled.
In a static pressure gas bearing in which the atmospheric pressure groove inside the bearing is simply opened to the atmosphere outside the vacuum chamber via the atmospheric piping, the gas normally flows out from the bearing side to the atmospheric side, but it varies depending on the bearing clearance, etc. On the contrary, it has been found that gas may flow from the atmosphere side to the bearing side depending on the pressure balance of the atmospheric pressure groove.
[0005]
When gas flows backward from the atmosphere side to the bearing side in this way, air with a specific humidity flows into the bearing side through the atmospheric pressure groove, and a large amount of water molecules are adsorbed on the guide shaft surface. Will end up. When the moving body of the bearing starts moving in this state and the surface of the guide shaft on which water molecules are adsorbed is exposed to vacuum, the adsorbed water molecules are released into the vacuum environment. The atmospheric pressure will rise.
Even slightly the amount of water molecules adsorbed, if the pressure in the vacuum chamber is a high vacuum of about 10 ^{@ 5} Pa is observed as significant pressure rise. Such a phenomenon may cause failure of the light source unit or deterioration of exposure accuracy when such a pressure increase occurs in a bearing in an electron beam exposure apparatus, for example.
In particular, in a static pressure gas bearing used in a vacuum environment with a high degree of vacuum, it is necessary to manage so as to eliminate the cause of an increase in atmospheric pressure in the vacuum chamber.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and in a static pressure gas bearing used in a vacuum environment, the pressure in the atmospheric pressure groove inside the bearing in the vacuum environment is kept constant, and the atmospheric pressure groove Static pressure gas bearings used in a vacuum environment that can prevent the inflow of impurities such as moisture of the gas due to the backflow of external gas through the piping and prevent the vacuum degree of the vacuum environment from being lowered, and static It aims at providing the gas recovery method of a pressurized gas bearing.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in claim 1 of the present invention, a guide shaft and a moving body that moves along the guide shaft are provided in a vacuum chamber. The moving body includes a moving body and a guide shaft. An air pad that discharges gas supplied from the outside is formed in the gap, and an atmospheric pressure groove that collects the gas released into the gap and discharges it to the outside through a pipe around the air pad Further, a decompression groove is provided around the atmospheric pressure groove to collect a gas that could not be recovered in the atmospheric pressure groove and to discharge the gas to the outside through a pipe. In a static pressure gas bearing, the internal pressure is higher than the atmospheric pressure so that the gas recovered from the atmospheric pressure groove is discharged to the outside through the pipe so that the gas does not flow back into the atmospheric pressure groove from the outside. Pressure buffering channel Over the provided the atmospheric pressure groove, and the pressure buffering chamber, but is to have a hydrostatic gas bearing for use in a vacuum environment, characterized in that in communication.
[0008]
Accordingly, it is possible to prevent the inflow of impurities such as moisture of the gas due to the reverse flow of the external gas through the pipe to the atmospheric pressure groove inside the bearing, thereby preventing the deterioration of the vacuum environment.
In particular, in a static pressure gas bearing used in a vacuum environment with a high degree of vacuum, the present invention has a great effect.
[0009]
In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, the pressure buffering chamber includes a gas recovery port for connecting a pipe for recovering a gas from the atmospheric pressure groove, and an atmospheric pressure in the pressure buffering chamber. A gas supply port that connects a pipe for supplying gas by controlling the gas supply amount so that the pressure becomes a constant pressure higher than the atmospheric pressure, and a pipe that constantly releases the gas in the pressure buffer chamber to the outside A hydrostatic gas bearing for use in a vacuum environment according to claim 1, wherein a gas leak port is provided to connect the gas leak port.
[0010]
As a result, gas is always discharged outward from the gas leak port of the pressure buffering chamber, so that inflow of impurities from the outside into the pressure buffering chamber can be prevented.
That is, the inflow of impurities from the outside into the atmospheric pressure groove can be prevented, and therefore the vacuum environment can be prevented from being lowered.
[0011]
In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, the gas supplied into the pressure buffering chamber is high-purity nitrogen, which is used in a vacuum environment according to the second aspect. This is a static pressure gas bearing.
[0012]
As a result, even if gas flows into the atmospheric pressure groove from the pressure buffering chamber, gas in the atmosphere containing a large amount of moisture does not flow in, but high-purity nitrogen in the pressure buffering chamber flows in, reducing the vacuum environment There is no fear.
[0013]
In order to achieve the above object, according to claim 4 of the present invention, the gas supplied into the pressure buffering chamber is dry air. The static electricity used in a vacuum environment according to claim 2, This is a pressurized gas bearing.
[0014]
As a result, even if gas flows into the atmospheric pressure groove from the pressure buffering chamber, gas in the atmosphere containing a large amount of moisture does not flow in, and dry air in the pressure buffering chamber flows in, which may reduce the vacuum environment. Absent.
[0015]
In order to achieve the above object, in claim 5 of the present invention, gas is released from the air pad provided on the moving body to the gap between the guide shaft and the moving body, and from the atmospheric pressure groove provided around the air pad, A static pressure used in a vacuum environment in which the gas released into the gap is recovered, and further, the gas that cannot be recovered in the atmospheric pressure groove is recovered from the decompression groove provided around the atmospheric pressure groove. In the gas recovery method of the gas bearing, the atmospheric pressure groove and a pressure buffering chamber provided outside the static pressure gas bearing are communicated, and the atmospheric pressure in the pressure buffering chamber is constant higher than atmospheric pressure. A vacuum environment characterized by controlling the pressure so that the gas is always released from the pressure buffer chamber to the outside and the gas recovered from the atmospheric pressure groove is also discharged to the outside through the pressure buffer chamber. In is that a gas recovery method of the externally pressurized gas bearing to be used.
[0016]
As a result, gas is always released from the gas leak port of the pressure buffer chamber to the outside, preventing the inflow of impurities from the outside to the inside of the pressure buffer chamber, and releasing from the air pad from the atmospheric pressure groove inside the bearing. Gas can be recovered.
That is, when recovering the gas released from the air pad from the atmospheric pressure groove inside the bearing, it is possible to prevent the inflow of impurities from the outside into the atmospheric pressure groove, thus preventing the vacuum environment from being lowered.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a static pressure gas bearing device 1 according to the present invention. The static pressure gas bearing device 1 includes a surface plate 3 and a static pressure gas bearing 4 in a vacuum chamber 2. The vacuum environment inside the vacuum chamber 2 in which the static pressure gas bearing 4 operates is required to be 10 ⁻³ to 10 ⁻⁴ Pa or less, and further, the operation is performed in a vacuum environment of about 10 ⁻⁵ Pa or less. The future is expected. The static pressure gas bearing 4 includes a guide shaft 5 and a moving body 6 that moves along the guide shaft 5. As shown in FIGS. 2 to 4, the moving body 6 is formed with an air pad 7 for releasing the gas supplied from the outside in the gap between the moving body 6 and the guide shaft 5. around 7 is provided with an atmospheric pressure groove 8 to release through the atmospheric pressure groove pipe 15 b to the outside to recover the gaseous release in the gap. In addition, a decompression groove 9 is provided around the atmospheric pressure groove 8 to collect the gas that could not be collected in the atmospheric pressure groove 8 and discharge it to the outside via a pipe. The atmospheric pressure groove 8, the atmospheric pressure groove pipe 15 b and the decompression groove 9 are provided on the moving body 6, but the decompression groove pipe is provided on the guide shaft 5 side. As shown in FIG. 3, the decompression groove 9 forms an exhaust connection groove 9 a that communicates with the decompression groove 9 in the vertical direction in the drawing. The guide shaft 5 has an exhaust hole 22 for recovering gas from the decompression groove 9 (including the exhaust connection groove 9a ) at a position facing the exhaust connection groove 9a in the vertical direction. Therefore, even if this moving body 6 moves within the range shown in FIG. 4B to FIG. 4C, the exhaust hole 22 covers the exhaust connection groove 9a. (Including the groove 9a ) can be exhausted.
[0018]
As described above, the amount of gas flowing into the vacuum chamber 2 is reduced by the atmospheric pressure groove 8 surrounding the air pad 7 of the static pressure gas bearing 4 and the labyrinth exhaust mechanism surrounding the atmospheric pressure groove 8. The amount is kept small so as not to affect the degree of vacuum. Depending on the required degree of vacuum of the operating environment, a plurality of decompression grooves 9 may be provided to further improve the gas recovery rate.
[0019]
Moreover, although the case where the piping for pressure reduction grooves was provided in the guide shaft 5 was shown, it can also be provided in the movable body 6. For example, in order to reduce the size of the moving body 6 and not to limit the moving distance of the moving body 6, it is preferable to provide the moving body 6 if the exhaust performance can be sacrificed to some extent. In this case, the vertical decompression groove 9 described above is not necessary.
However, since the gas is collected by the vacuum pump, the pipe diameter for the decompression groove is generally much larger than the pipe diameter connected to the air pad 7 or the atmospheric pressure groove 8. In this case, if a pipe for decompression groove is connected to the moving body 6, the pipe becomes a resistance and a vibration source, which may adversely affect high motion accuracy required for the moving body 6. Therefore, it is usually preferable to provide the pressure reducing groove pipe on the guide shaft 5 side.
In other words, considering the size and moving distance of the moving body 6 and the influence of the piping acting as a resistance on the moving body 6 when connecting the piping to the moving body 6, the piping for the decompression groove is moved to the moving body. It is good to decide whether to provide it on 6 or on the guide shaft 5.
[0020]
In FIG. 1, the piping and supply pump for supplying gas to the air pad 7, the decompression groove piping and the vacuum pump are omitted.
[0021]
Now, as shown in FIG. 1, the hydrostatic bearing device has an atmospheric pressure groove pipe 15a that discharges the gas recovered from the atmospheric pressure groove 8 to the outside through the atmospheric pressure groove pipe 15a. A pressure buffering chamber 10 is provided outside the vacuum chamber 2 so that the gas does not flow back to the atmospheric pressure groove 8.
The pressure buffer chamber 10 is provided with a gas recovery port 11, a gas supply port 12, and a gas leak port 13.
An atmospheric pressure groove pipe 15 a for recovering gas from the atmospheric pressure groove 8 is connected to the gas recovery port 11 through the introduction port 14 of the vacuum chamber 2.
Further, the gas supply port 15 is connected to a gas supply pipe 15a for supplying gas by controlling the gas supply amount so that the pressure in the pressure buffering chamber 10 becomes a constant pressure higher than the atmospheric pressure. is doing. And the pressure gauge 16 which measures the internal pressure of the chamber 10 for pressure buffering is provided, and the mass flow controller 17 is connected in the gas supply piping 15a. Then, a signal is sent from the pressure gauge 16 to the mass flow controller 17 via the signal cable 20 so as to control the gas supply flow rate so that the pressure inside the pressure buffering chamber 10 is about 10% higher than the atmospheric pressure. Thus, the flow rate of nitrogen flowing from the nitrogen cylinder 18 through the gas supply pipe 15a is controlled.
Further, the gas leak port 13 is connected to the outside a pipe for constantly releasing the gas in the pressure buffer chamber 10. It is preferable that the leak valve 19 provided in the pressure buffer chamber 10 is appropriately throttled and adjusted so that the flow rate of nitrogen flowing out from the leak valve 19 is about 5 to 10 liters / minute. As a result, the amount of nitrogen consumed can be kept low while preventing the inflow of air from the leak valve 19 to the pressure buffering chamber 10.
[0022]
The nitrogen supplied from the nitrogen cylinder 18 is high purity nitrogen so that the vacuum around the bearing does not decrease even if the gas in the pressure buffering chamber 10 flows backward into the atmospheric pressure groove 8. Is preferred. Note that high purity nitrogen is preferably 99.99% or more. In particular, when used in 10 ^@ 5 Pa approximately in a high vacuum, preferably to less than 99.9999%.
The gas supplied from the gas supply pipe 15a into the pressure buffer chamber 10 may be dry air. In this case, the dew point of the dry air is preferably set to −30 ° C. or lower so that the degree of vacuum does not decrease even if the gas in the pressure buffering chamber 10 flows back into the atmospheric pressure groove 8.
[0023]
Next, the gas recovery method of the static pressure gas bearing 4 used in the above-described vacuum environment will be described step by step.
First, high-pressure gas is discharged from the air pad 7 provided on the moving body 6 into the gap between the guide shaft 5 and the moving body 6. The moving body 6 and the guide shaft 5 are brought into a non-contact state by the static force of the released gas, so that the moving body 6 can move along the guide shaft 5 with almost no frictional resistance.
Next, the gas released into the gap is recovered from the atmospheric pressure groove 8 provided around the air pad 7.
At this time, the pressure in the pressure buffering chamber 10 provided outside the static pressure gas bearing 4 is controlled to a constant pressure higher than the atmospheric pressure (for example, 10% increase of the atmospheric pressure), and this pressure buffering chamber is controlled. The gas is always released from 10 to the outside, and the gas recovered from the atmospheric pressure groove 8 is also released to the outside through the pressure buffering chamber 10. As a result, the external atmosphere does not flow backward and flow into the atmospheric pressure groove 8.
Further, in order to reduce the gas released into the vacuum from the end of the moving body 6, the gas that could not be recovered in the atmospheric pressure groove 8 is recovered from the decompression groove 9 provided around the atmospheric pressure groove 8. .
[0024]
【The invention's effect】
In the present invention, the atmospheric pressure groove 8 and the atmosphere communicate only with the leak valve 19 provided in the pressure buffering chamber 10 according to the above configuration, but nitrogen of about 5 to 10 liters / minute is supplied from the leak valve 19. Since it flows out, the inflow of impurities from the atmosphere can be suppressed. Therefore, the gas flowing into the atmospheric pressure groove 8 is only the gas flowing in from the air pad 7 or nitrogen supplied from the nitrogen cylinder 18 via the pressure buffering chamber 10, so that the gas is released from the bearing due to the inflow of impurities. Problems such as an increase in the amount can be prevented.
That is, in the static pressure gas bearing 4 used in a vacuum environment, the pressure in the atmospheric pressure groove 8 inside the bearing in the vacuum environment is kept constant, and external gas is passed through the atmospheric pressure groove 8 through the atmospheric pressure groove pipe 15a. By preventing the inflow of impurities such as gas moisture due to the reverse flow, the vacuum degree in the vacuum environment can be prevented from lowering.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a static pressure gas bearing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a moving body according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view and a cross-sectional view showing the inside of the upper plate member of the movable body in FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a relationship between a moving body and a guide shaft in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Static pressure gas bearing apparatus 2 Vacuum chamber 3 Surface plate 4 Static pressure gas bearing 5 Guide shaft 6 Moving body 6a Top plate 7 Air pad 8 Atmospheric pressure groove 9 Decompression groove 9a Exhaust connection groove 10 Pressure buffer chamber 11 Gas recovery port 12 Gas supply port 13 Gas leak port 14 Introduction port 15 Pipe 15a Gas supply pipe 15b Atmospheric groove pipe 16 Pressure gauge 17 Mass flow controller 18 Nitrogen cylinder 19 Leak valve 20 Signal cable 21 Screw hole 22 Exhaust hole

Claims

A guide shaft and a moving body that moves along the guide shaft are provided in the vacuum chamber, and an air pad that discharges gas supplied from the outside to the gap between the moving body and the guide shaft is provided on the moving body. Forming and providing an atmospheric pressure groove around the air pad for collecting the gas released into the gap and releasing the gas to the outside through a pipe; and In a static pressure gas bearing used in a vacuum environment in which a decompression groove is provided that collects gas that could not be collected in the atmospheric pressure groove and is released to the outside via a pipe, the gas collected from the atmospheric pressure groove is In the pipe that discharges to the outside, there is provided a pressure buffer chamber in which the internal pressure is higher than the atmospheric pressure so that the gas does not flow back into the atmospheric pressure groove from the outside through this pipe, and the atmospheric pressure groove And the pressure buffering cha Bar and, but externally pressurized gas bearing for use in a vacuum environment, characterized in that in communication.

Gas is supplied to the pressure buffer chamber so that a gas recovery port for connecting a pipe for recovering the gas from the atmospheric pressure groove and a constant pressure higher than the atmospheric pressure in the pressure buffer chamber. A gas supply port for connecting a pipe for supplying gas by controlling the amount, and a gas leak port for connecting a pipe for constantly releasing the gas in the pressure buffer chamber to the outside are provided. The static pressure gas bearing used in a vacuum environment according to claim 1.

The static pressure gas bearing used in a vacuum environment according to claim 2, wherein the gas supplied into the pressure buffering chamber is high-purity nitrogen.

The hydrostatic gas bearing used in a vacuum environment according to claim 2, wherein the gas supplied into the pressure buffering chamber is dry air.

Gas is released from the air pad provided on the moving body into the gap between the guide shaft and the moving body, and the gas released into the gap is recovered from the atmospheric pressure groove provided around the air pad. In a gas recovery method of a static pressure gas bearing used in a vacuum environment by recovering a gas that could not be recovered in the atmospheric pressure groove from a decompression groove provided around the groove, the atmospheric pressure groove, The pressure buffer chamber provided outside the hydrostatic gas bearing is communicated, and the pressure in the pressure buffer chamber is controlled to a constant pressure higher than the atmospheric pressure. A gas recovery method for a static pressure gas bearing for use in a vacuum environment, wherein the gas is discharged and the gas recovered from the atmospheric pressure groove is also discharged to the outside through the pressure buffer chamber.