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【発明の名称】 駆動装置
【発明者】 【氏名】中村 剛

【氏名】佐治 伸仁
【要約】 【課題】差動排気シールの排気面の面積を大きくした場合であっても、装置の構造物の剛性を上げなくともよい駆動装置を提供する。

【解決手段】Ｘ軸ステージ２の筐体１との対向面に設けられた凸部４と嵌合する凹部３をプロセス室Ｐを有する筐体１に設けると共に、凹部３の底面３ａおよび側面３ｂに差動排気シール５を設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが、前記筐体と前記スライダとの複数の対向面中の互いに交差する少なくとも２つの面に設けられてなる駆動装置。
【請求項２】 前記差動排気シールは、前記スライダのスライド方向に直交する断面における前記対向面が略コ字状であり、前記筐体に設けられた複数のシール領域と、各シール領域に隣接して形成され吸引ポンプに連通する溝部とを有し、前記複数のシール領域のうち最も内側のシール領域に隣接する溝部は、前記断面においては前記２つの面の交差部に形成されている請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】 前記最も内側のシール領域に隣接する溝部は、前記断面において両側面に設けられてなる請求項２の駆動装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部環境から隔離されたプロセス室内でワークを駆動することが可能な駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内に駆動装置を設けると、その可動部に補給する潤滑剤などが飛散してプロセス室内を汚染するおそれがある。
【０００３】このような問題に対して、たとえば米国特許第４１９１３８５号には、一体型負圧密封式ガス軸受組立体が開示されている。かかる従来技術においては、軸受ブロック上に２次元方向に移動可能な可動部を設け、さらに軸受ブロックと可動部との間にプロセス室を形成し、差動排気シールによりプロセス室と外部とを密封することによって、プロセス室を負圧環境に維持したまま、その内部で可動部上に載置したワークの処理を行えるようにしている。従って、ワークを駆動する駆動部をプロセス室外に設置することができ、それによりプロセス室の汚染を抑止でき、また駆動部のメンテナンスも容易に行えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】また、上記従来技術において差動排気シールの吸引力の極小化を図るべく、図１２〜図１４に示すような駆動装置も考えられる。図１２はこの駆動装置の断面図であり、図１３は、図１２の駆動装置をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た（但しスライダを取り除いた状態で示す）図であり、図１４は、図１３の駆動装置をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。
【０００５】これらの図面に示す駆動装置では、プロセス室Ｐをもつ筐体２０１のスライダ（可動部）２０２に対向する側の面に、差動排気シール２０３が設けられている。差動排気シール２０３は、筐体２０１に形成された長孔２０７（スライダ２０２側から伸延した円筒軸２０８が挿入されている）の周囲に沿って延在するトラック状となっている。このトラック状の部分の可動部２０２と対向する面２０３ａが排気面として機能する。さらに、差動排気シール２０３は、３本のトラック状の溝部２０４、２０５、２０６を具備しており、溝部２０４、２０５は、差動排気シール２０３の内部通路を介して、筐体２０１に形成された連通路２１０に連通している。連通孔２１０は、不図示の吸引ポンプに接続されている。一方、溝部２０６は筐体２０１の両端と連通することにより大気圧に開放されている。そして、図１３で排気面２０３ａの外側には、多数の静圧気体軸受部２１２が設けられている。
【０００６】図１２〜図１４で説明した技術においては、空気を噴出することによって軸受ブロックとスライダ２０２とを非接触に隔置する静圧軸受２１２を用いている。かかる静圧軸受２１２は、その反発力と差動排気シール２０３の吸引力とが釣り合うことで軸受として機能している。
【０００７】そして、このような構成において、差動排気シール２０３の排気面２０３ａの面積（（長孔の幅＋シール面幅×２）×円筒軸のストローク）は、円筒軸２０８のストローク、つまり長孔２０７の長さに応じて変化する。ところが、差動排気シール２０３の吸引力は、その排気面２０３ａの面積が増加するにつれて大きくなる（例えば、長孔の幅５０ｍｍでシール面幅４０ｍｍの場合には、円筒軸２０８のストロークが１００ｍｍ伸びることにより吸引力は１３００Ｎも大きくなる）。そのため、円筒軸２０８のストロークを大きくして差動排気シール２０３の排気面２０３ａを増大させる場合には、スライダ２０２と筐体２０１との間に配置される軸受などの装置の構造物の剛性を上げる必要が生じる。
【０００８】そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、差動排気シールの排気面の面積を大きくした場合であっても、装置の構造物の剛性を上げなくともよい駆動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが、前記筐体と前記スライダとの複数の対向面中の互いに交差する少なくとも２つの面に設けられてなる。
【００１０】
【作用】本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが、前記筐体と前記スライダとの複数の対向面中の互いに交差する少なくとも２つの面に設けられてなるので、差動排気シールの吸引力が交差する二方向に分かれて働くことになる。従って、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、装置の構造物に加えられる一方向に働く吸引力の大きさが減少することになり、差動排気シールの排気面の面積を大きくした場合であっても、差動排気シールの排気面が一平面の場合（吸引力が一方向だけに働く場合）と比べて、装置の構造物の剛性を上げなくともよくなる。
【００１１】更に、前記差動排気シールは、前記筐体に設けられた複数のシール領域と、各シール領域に隣接して形成され吸引ポンプに連通する溝部とを有し、前記複数のシール領域のうち最も内側のシール領域に隣接する溝部は、前記２つの面の交差部に形成されていると、最もシール性が問題となる交差部に、溝部（差圧室）を配置することで、外部から侵入する気体を効率よく排気することができる。この点の詳細については、図１５，１６を参照して後述する。
【００１２】ここで、差動排気シールとは、スライダと筐体の排気面との微小な間隙にある気体を排気することにより、スライダと筐体との対向面間が非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、排気面を有する部材を差動排気シールという。
【００１３】本発明において、差動排気シールは、前記筐体と前記スライダとの複数の対向面中の互いに対向する一対の面にそれぞれ設けられていることが好ましい。これにより、対向する一対の面に働く吸引力どうしが打ち消し合うことになるので、装置の構造物に加えられる吸引力の大きさがより減少する。ここで、一対の面は、必ずしも平行に対向している必要はない。
【００１４】なお、本発明において、差動排気シールは、筐体側に設けてもよいし、スライダ側に設けてもよい。
【００１５】また、本発明の駆動装置は、差動排気シールに吸引力を発生させるような差圧がプロセス室とプロセス室外との間に存在する場合だけでなく、差動排気シールに吸引力を発生させるような差圧がプロセス室とプロセス室外との間に存在しない場合（例えば、プロセス室が１気圧のＮ2雰囲気の場合）、差動排気シールに反発力を発生させるような差圧（負圧）が高圧のプロセス室とプロセス室外との間に存在する場合、および、プロセス室とプロセス室外との間の差圧が変化する場合（例えば、ゲートバルブを開閉する場合）のいずれの場合にも適用することが可能である。
【００１６】また、本発明において、筐体とスライダとの互いの対向面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００１７】また、本発明において、差動排気シールと共に、転がり軸受や静圧軸受を用いることができる。
【００１８】また、本発明において、スライダを貫通して開口からプロセス室に臨む導入軸が、導入軸の軸方向にスライド可能にスライダに支持されていることが好ましい。これにより、スライダを筐体に対して相対的にスライドさせ且つ導入軸をスライダに対して（スライダのスライド方向とは交差する方向に）スライドさせることで、導入軸に支持されたワークをプロセス室内において２次元駆動することができる。このとき、導入軸とスライダとの間隙は、差動排気シールによってシールされていてよい。
【００１９】ここで、本発明の駆動装置の原理について、図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明の一例としての駆動装置に用いられ得る筐体の部分的な斜視図であり、図２は、図１の筐体を具備した駆動装置の模式的なＸ方向中央の断面図である。図３は、本発明の別の一例としての駆動装置に用いられ得る筐体の部分的な斜視図であり、図４は、図３の筐体を具備した駆動装置の模式的なＸ方向中央の断面図である。又、図１５は、本発明の更に別の一例としての駆動装置に用いられ得る筐体の部分的な斜視図であり、図１６は、図１５の筐体を具備した駆動装置の模式的なＸ方向中央の断面図である。図２，４，１６は、スライダを含めて示している。
【００２０】図１および図２に示す駆動装置では、開口６を介して外部と連通したプロセス室Ｐを有する筐体１と、開口６を塞いだ状態で筐体１の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダ（Ｘ軸ステージ）２との対向面が凹凸面となっている。なお、スライダ２には、開口６からプロセス室内に突出する不図示のバー（例えば、軸体）が設けられる。このバーがスライダ２と共にＸ軸方向に移動することにより、プロセス室内に運動を伝達する。但し、移動させたいワークが小さい場合、直接ワークをスライダ２に固定するようにしてもよい。これらのことは、後述の図３，４，１５，１６の場合も同様である。すなわち、筐体１は、そのスライダ２側の面が中央に凹みを有する凹部３となっている。そして、凹部３の底面３ａおよび平行に対向する２つの側面３ｂには、筐体１とスライダ２との間隙をシールするために、不図示の吸引ポンプと接続されたトラック状の２つの溝部７、８が形成された差動排気シール５（図２には簡略化して描かれている：底面３ａおよび２つの側面３ｂからなる排気面をもつ）が開口６を取り囲むように設けられている。図１および図２に示す例では、開口６の幅が底部３ａの幅よりも小さく、溝部７は底面３ａ内だけに設けられており、溝部８は底面３ａと側面３ｂとの両方にかけて設けられている。
【００２１】また、スライダ２は、筐体１側の面が凸部４となっている。凸部４の幅および高さは、凹部３の幅および深さとそれぞれ実質的に同じ（厳密には、相対移動のため両者間にシールのための微小すきまが形成されるように管理される。以下「実質的に同じ」という場合、同様の意味である。）であって、凸部４は凹部３と嵌合する。なお、図１に示すように、凹部３の底面３ａと側面３ｂとの境界隅部であって溝部８の両側部分には、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化してなるものなどからなるシール材９が配置されている。シール材９は、スライダ２の凸部４の角部が面取り加工されているので、凹部３との間に断面略三角形状のすきまが生じ、差動排気シール５の性能に影響することから、この部分のすきまを極小化するためのものである。
【００２２】このように、図１および図２に示す例では、差動排気シール５が、筐体１とスライダ２との対向面であって互いに直交する２つの面（底面３ａおよび側面３ｂ）に設けられているので、差動排気シール５の吸引力が直交二方向に分かれて働く。これにより、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、駆動装置の構造物に加えられる吸引力のうち、図１のＹ方向（底面３ａに垂直な方向）に作用する成分の大きさが減少する。すなわち、本例の場合、吸引力のうち、一部は２つの側面３ｂに作用する成分となるため、Ｙ方向には作用せず、その分、駆動装置の構造物に加えられるＹ方向（図１参照）の吸引力の大きさが減少することになる。従って、従来例に比較し装置の構造物の剛性を上げなくとも、開口６の長さを大きくすることが可能になる。
【００２３】他方、図３および図４に示す駆動装置では、開口１６を介して外部と連通したプロセス室Ｐを有する筐体１１と、開口１６を塞いだ状態で筐体１１の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダ（Ｘ軸ステージ）１２との対向面が凹凸面となっている。すなわち、筐体１１は、そのスライダ１２側の面が中央に凹みを有する凹部１３となっている。そして、凹部１３の底面１３ａおよび平行に対向する２つの側面１３ｂには、筐体１１とスライダ１２との間隙をシールするために、不図示の吸引ポンプと接続されたトラック状の２つの溝部１７、１８が形成された差動排気シール１５（図４には簡略化して描かれている：底面１３ａおよび２つの側面１３ｂからなる排気面をもつ）が開口１６を取り囲むように設けられている。図３および図４に示す例では、開口１６の幅が底部１３ａの幅とほぼ同じであり、溝部１７、１８は共に底面１３ａおよび側面１３ｂの両方にかけて設けられている。
【００２４】また、スライダ１２は、筐体１１側の面が凸部１４となっている。凸部１４の幅および高さは、凹部１３の幅および深さとそれぞれ実質的に同じであって、凸部１４は凹部１３と嵌合する。なお、図３に示すように、凹部１３の底面１３ａと側面１３ｂとの境界隅部であって溝部１７、１８の両側部分には、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化したものなどからなるシール材１９が配置されている。
【００２５】このように、図３および図４に示す例では、差動排気シール１５が、筐体１１とスライダ１２との対向面であって互いに直交する２つの面（底面１３ａおよび側面１３ｂ）に設けられているので、差動排気シール１５の吸引力が直交二方向に分かれて働く。これにより、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、駆動装置の構造物に加えられる吸引力の大きさが減少する。本例では、図１および図２の場合とは異なり、溝部１７を底面１３ａおよび側面１３ｂに形成することでＹ方向（図２参照）に加えられる吸引力を極小化しているので、駆動装置の構造物に加えられる吸引力の大きさのＹ方向成分はより一層小さくなっている。特に、本例の場合、スライダ１２の移動可能なストロークを大きくすべく開口１６の長さを増したとき、プロセス室内に運動を伝達する不図示のバーと、その動きを許容するための開口１６に対して、開口１６の幅とシールの幅とは実質的に同一であるため。ストローク増大による吸引力の増大が最も抑制される。従って、装置の構造物の剛性の増大を抑えつつ、開口１６の長さを大きくすることが可能になる。
【００２６】ここで、図１において、底面３ａにおける溝部７の内側のシール領域を３ｃとし、底面３ａ、側面３ｂにおける溝部７，８に挟まれたシール領域を３ｄとし、溝部８の外側のシール領域を３ｅとする。又、図３において、底面１３ａ、側面１３ｂにおける溝部１７の内側のシール領域を１３ｃとし、溝部１７，１８に挟まれたシール領域を１３ｄとし、溝部１８の外側のシール領域を１３ｅとする。図１に示す構成においては、シール領域３ｃには、シール材９が配置されていないため、この観点からは、シール領域１３ｃにシール材１９を配置した図３の構成よりも、スライダ２との間隙を小さく維持しやすいので、シール性能を確保しやすいという利点がある。
【００２７】但し、図１の構成は、図３の構成に比べると、シール領域３ｃ及びシール領域３ｄの一部で底面３ａを構成し、そのＹ方向面積が大きくなるため、スライダ２をＹ方向に引きつける力がその分だけ大きくなり、それを支持するためスライダ２の軸受容量は、図３の構成に比べると大きくする必要がある。又、図１の構成において、溝部７，８に挟まれたシール領域３ｄは、底面３ａ、側面３ｂにまたがって折れ曲がり、相手側のスライダ２に面取り部があるため、底面３ａと側面３ｂとの交差部にシール材９が配置されてはいるものの、他のシール領域が厳密にすきまが微小にされているのに比べると、この部分はシール性能が若干劣るという課題もある。
【００２８】これに対し、図３の構成は、底面１３ａの面積が小さいため、差動排気シールの吸引力による、スライダをＹ方向に引きつける力が比較的小さくなるという利点がある。しかしながら、シール領域１３ｃ、１３ｄ、１３ｅとも、底面１３ａ、側面１３ｂにまたがって折れ曲がっており、スライダ１２に面取り部があるため、底面１３ａと側面１３ｂとの交差部にシール材１９を配置する構成であるものの、かかる交差部で小さなスキマを形成するのが困難であることから、他のシール領域に比べると、この部分のシール性能は若干劣る。図１５，１６に示す構成は、図１、２の構成に比べて吸引力を小さくでき、かつ、図１、２および図３、４の構成に比べて高いシール性能を得られるものである。
【００２９】図１５および図１６に示す駆動装置では、開口２６を介して外部と連通したプロセス室Ｐを有する筐体２１と、開口２６を塞いだ状態で筐体２１の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダ（Ｘ軸ステージ）２２との対向面が凹凸面となっている。すなわち、筐体２１は、そのスライダ２２側の面が中央に凹みを有する凹部２３となっている。そして、凹部２３の底面２３ａおよび平行に対向する２つの側面２３ｂには、筐体２１とスライダ２２との間隙をシールするために、不図示の吸引ポンプと接続されたトラック状の２つの溝部２７、２８が形成された差動排気シール２５（底面２３ａおよび２つの側面２３ｂからなる排気面をもつ）が開口２６を取り囲むように設けられている。図１５および図１６に示す例では、開口２６の幅が底部２３ａの幅よりも小さく、溝部２７、溝部２８とも底面２３ａと側面２３ｂとの両方にかけて設けられているが、溝部２７のうち、Ｘ方向に延在する部分は、丁度底面２３ａと側面２３ｂとの交差部に位置するように設けられている。
【００３０】また、スライダ２２は、筐体２１側の面が凸部２４となっている。凸部２４の幅および高さは、凹部２３の幅および深さとそれぞれ実質的に同じであって、凸部２４は凹部２３と嵌合する。ここで、図１５において、底面２３ａにおける溝部２７の内側のシール領域を２３ｃとし、底面２３ａ、側面２３ｂにおける溝部２７，２８に挟まれたシール領域を２３ｄとし、溝部２８の外側のシール領域を２３ｅとする。ここで、溝部２７は、図１６に示すごとく、ちょうど底面２３ａと側面２３ｂとの交差部に沿うようにして形成されており、従って最も内側のシール領域２３ｃは、底面２３ａ側のみに形成されていることになる。シール領域２３ｄ、２３ｅにおいては、凹部２３の底面２３ａと側面２３ｂとの境界隅部に、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化してなるものなどからなるシール材２９が配置されている。シール材２９は、スライダ２２の凸部２４の角部が面取り加工されているので、凹部２３との間に断面略三角形状のすきまが生じ、差動排気シール１５の性能に影響することから、この部分のすきまを極小化するためのものである。
【００３１】このように、図１５および図１６に示す例では、図１及び図２の例と同様に、シール領域２３ｃは底面２３ａにのみ形成されているので、かかるシール領域２３ｃのシール性能を高く維持することができる。又、溝部２７，２８に挟まれたシール領域２３ｄとスライダ２２との間隙に侵入した気体は、それより内側におけるシール領域２３ｃとスライダ２２との間隙が小さく一様であることから、溝部２７を介して外部に排気されやすいという利点もある。更に、図１５等の構成は，図１の構成に比較すると、底面２３ａのうち、開口２６に沿ってＸ方向に延在する部分には、シール領域２３ｃ、２３ｄ、２３ｅのうち、２３ｃのみとなるので、その分、底面２３ａの面積を小さくすることができ、それの分Ｙ方向の吸引力を小さく抑えることができる。
【００３２】加えて、図１における溝部７，８に挟まれたシール領域３ｄのＸ方向に延在する部分は、底面３ａと側面３ｂの交差部にまたがっていて、スライダ２の凸部に面取り部があるため、シール領域３ｄ中に比較的間隙の大きな部分が生じることになり、従って間隙の管理が難しいが、図１５における溝部２７，２８に挟まれたシール領域２３ｄは、その開口２６に沿ってＸ方向に延在する部分は、底面３ａには形成されておらず、側面３ｂ側に形成されているため、そして、溝部２７のＸ方向に延在する部分は、底面２３ａと側面２３ｂとの交差部に形成されているため、底面２３ａと側面２３ｂの交差部にまたがった部分はわずかであり、そのためシール材２９の長さも短くて済むので、間隙の管理が比較的容易となっている。しかも、これより内側の部分には溝部２７があり、溝部２７には排気のための吸引力ポンプにからの排気通路が連通されている。それにより、シール領域２３ｄとスライダ２２との間の間隙における気圧を効果的に下げることができる。又、それに付随して最も内側のシール領域２３ｃとスライダ２２との間の間隙における気圧を更に下げることができ、その分容量が低い吸引ポンプを用いることができ、コスト低減に寄与する。
【００３３】なお、上述の例で用いたシール材９、１９、２９は、排気系コンダクタンスの問題から配置されているが、ポンプの性能や、目的とするシール性（例えば要求されるプロセス室内外の圧力差）、すきまの大きさなどによっては配置する必要はない。例えばスライダ２，１２，２２，の凸部の角部に面取り部がない場合は、当然シール材９，１９，２１は不要である。
【００３４】図１５，１６の例で、この面取り部がない場合には、溝２７のうち、Ｘ方向に沿う部分については、図１７あるいは図１８のように配置してもよい。面取り部がない場合では、３つの場合を比較すると、側面２３ｂ側のみに段差のある図１７の構成が、差動排気シールによる吸引力のＹ方向成分を押さえるという見地から最も好ましい。面取り部を有する場合は、図１６の構成が最も好ましい。
【００３５】
【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詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施の形態について、図５〜図８に基づいて説明する。本実施の形態は、静圧軸受支持構造で一軸方向移動の場合について、図３および図４で説明した例を適用したものである。図５は、本発明の第１の実施の形態の駆動装置のＸ軸ステージを外した状態での平面図であり、図６は、図５の駆動装置をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図であり、図７は、図５の駆動装置をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図であり、図８は、図５の駆動装置をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。
【００３６】図５〜図８に示すように、Ｘ軸ステージ５０の筐体６０との対向面には、Ｘ方向に伸延したほぼ直方体状のリブ５５が設けられている。そして、リブ５５のＸ方向中央からは、円筒軸（導入軸）８０がＹ方向に突出している。円筒軸８０の先端部は、後述する長孔６２からプロセス室Ｐに臨んでいる。
【００３７】一方、プロセス室Ｐを有する筐体６０のＸ軸ステージ５０との対向面には、図５中上下にＸ方向に伸延した２本のリブ６４、６５が配置されていると共に、２本のリブ６４、６５の間にはこれらと平行に伸延した凹部６６が設けられている。凹部６６の幅および深さは、Ｘ軸ステージ５０のリブ５５の幅および高さとほぼ同じである。凹部６６は、底面６６ａと、互いに平行に対向した２つの側面６６ｂとを具備している。凹部６６の底面６６ａの中央には、プロセス室Ｐと外部とを連通する長孔６２が設けられている。
【００３８】凹部６６の底面６６ａおよび側面６６ｂには、筐体６０とＸ軸ステージ５０との間隙をシールする差動排気シール７０（差動排気シール手段）が設けられている。差動排気シール７０は、筐体６０に形成された凹部６６内において長孔６２の周囲に沿ってこれを取り囲むように底面６６ａおよび側面６６ｂにトラック状に延在している。このトラック状の部分のＸ軸ステージ５０と対向する面が差動排気シール７０の排気面（底面６６ａおよび側面６６ｂからなる）として機能する。さらに、差動排気シール７０は、３本のトラック状の溝部７１、７２、７３を形成しており、溝部７１、７２は、差動排気シール７０の内部通路７４、７５をそれぞれ介して、筐体６０に形成された連通路７６、７７に連通している。連通孔７６、７７は、不図示の吸引ポンプに接続されている。また、溝部７３は、溝部７８、７９を介して筐体６０の両側と連通することにより大気圧に開放されている。溝部７１、７２、７３は、底面６６ａおよび側面６６ｂの両方にかけて設けられている。なお、凹部６６の底面６６ａと側面６６ｂとの境界隅部であって溝部７１、７２の両側部分には、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化してなるものなどからなるシール材（図示せず）が配置されている。
【００３９】また、筐体６０のリブ６４、６５の内側面（Ｚ軸に垂直な面）と、２つのリブ６４、６５および凹部６６とに挟まれた面（Ｙ軸に垂直な面）には、多数の静圧軸受ポケット６８（表面絞り）が配置されている。静圧軸受ポケット６８は、エア通路６９から供給された空気を噴出し、その力で筐体６０を浮かせた状態にして摩擦力ゼロに近い状態で筐体６０を支持することを可能としている。
【００４０】凹形状の排気面のうち、溝部７１、７２を除く部分は、凹部６６の外側の筐体６０がＸ軸ステージ５０と対向している部分に比べ、Ｘ軸ステージ５０側にわずかに突出している。そして静圧軸受ポケット６８により、この突出部分と、これに対向するＸ軸ステージ５０の筐体６０と対向する面（対向シール面：リブ５５の表面を含む）とが、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されている。
【００４１】次に、本実施の形態の動作について説明する。Ｘ軸ステージ５０は、そのリブ５５を凹部６６に嵌合させることにより、静圧軸受ポケット６８（静圧軸受）による反発力と差動排気シール７０の吸引力とのバランスにより、低フリクション状態で筐体６０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源によりボールねじなどを用いて駆動されることで、筐体６０に対してＸ軸方向に移動可能となっている。このとき、円筒軸８０は、Ｘ軸ステージ５０と共にＸ軸方向に移動するが、筐体６０の（本発明の開口に該当する）長孔６２は、かかる円筒軸８０のＸ軸方向移動を許容するようになっている。言い換えると、Ｘ軸ステージ５０は、長孔６２の長手方向長さに規定される範囲内で、筐体６０に対してＸ軸方向に相対移動可能となっている。
【００４２】この際、排気面を有する差動排気シール７０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づき、筐体６０の連通路７６、７７を介して、リブ５５の頂面および側面を含むＸ軸ステージ５０との対向面（対向シール面）との間の空気を吸引しているので、Ｘ軸ステージ５０と筐体６０との間の間隙を介して、外部より空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体６０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差動排気シール７０により、外部からの空気の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好ましい。また、プロセス室Ｐ内がガスで満たされている場合も、このガスが差動排気シールによって回収されるため、プロセス室Ｐ外に漏れるのを防ぐことができる。
【００４３】さらに、本実施の形態によれば、Ｘ軸ステージ５０を、筐体６０の外部から駆動しているので、プロセス室Ｐ内に駆動系を設ける必要がなく、プロセス室Ｐ内の汚染などを防止できると共に、駆動系のメンテナンスが容易となる。また、差動排気シール７０の吸引力は、図面に示すトラック状の範囲に限られるので、たとえ筐体６０を大型化しても差動排気シール７０の全長は長くならず、従って静圧軸受ポケット６８の支持反力は変わらない。しかも、Ｘ軸ステージ５０の筐体６０と対向する面のうち、排気面より外側の部分の受ける力は大気圧と等しくなるので、Ｘ軸ステージ５０の表裏面に働く圧力分布を考えると、表裏で差圧が存在するのは、排気面から内側の限られた部分となる。従って、静圧軸受ポケット６８が支持すべき力は、この限られた面積の差圧の総和に抗する力でよいから小さくて済む。
【００４４】特に、本実施の形態によると、筐体６０に設けた凹部６６の底面６６ａおよび側面６６ｂが差動排気シール７０の排気面となるので、筐体とＸ軸ステージとの接触面が互いに凹凸のない平面（排気用の溝部を除く）である場合と比較して両者のＹ方向の対向面積が減ると共に、差動排気シール７０の吸引力が直交二方向に分かれて働く。これにより、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、駆動装置の構造物に加えられる吸引力のうちＹ方向に作用する成分の大きさが減少する。すなわち、本実施の形態の場合、吸引力のうち、一部は、２つの側面６６ｂに作用する成分となり、Ｙ方向には作用しないため、その分、駆動装置の構造物に加えられるＹ方向の吸引力の大きさが減少することになる。従って、装置の構造物の剛性を上げなくとも、開口６２の長さを大きくすることが可能になる。これにより、差動排気シール７０の吸引力によるシール機能を維持しつつＹ方向の吸引力を低下させることができる。そのため、Ｘ軸ステージの差動排気シールの排気面が、吸引力がＹ方向のみに作用する平面状（排気用の溝部を除く）である場合に比較して、駆動装置の構造物に高い剛性のものを用いる必要がなくなる。
【００４５】また、本実施の形態では、差動排気シール７０の溝部７１、７２、７３を長孔６２に隣接して筐体６０の側に設けたが、Ｘ軸ステージ５０の側に溝部を設けることも考えられる。しかしながら、この場合、Ｘ軸ステージ５０の移動可能な全範囲において、長孔６２に正対する方向（図５に相当する向き）から見た場合、排気面が長孔６２を囲んでいるように排気面を形成する必要がある。そのため、円筒軸８０の可動範囲となる（長孔６２＋円筒軸８０ストローク）分の長さを有する排気面が必要になる。
【００４６】なお、上述した第１の実施の形態において、プロセス室Ｐ内外の圧力差が変化するような場合には、吸引力の変化による高さ寸法の変化が小さい高剛性を有する転がり要素を転がり軸受として用いることで、状況に応じて差動排気シール７０のギャップ幅が変化するのを防止することができる。
【００４７】以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、上述の実施の形態には様々な変更・改良が可能である。例えば、排気面の溝部７１、７２、７３は３列にしたが、これに限定されず、吸引ポンプの性能、プロセス室内外の差圧の大きさ、等に応じ、１列、２列あるいは４列以上としても良い。また、排気面と対向シール面との隙間の大きさも吸引ポンプ等の性能との兼ね合いで決まるもので、数μｍから数１００μｍまで適宜選択可能である。さらに、軸受としては、実施の形態に示す静圧軸受ポケット６８に限らず、各種の軸受を用いることができ、たとえばリニアガイドや他の転がり案内軸受（クロスローラガイド等）を用いてもよい。また、静圧軸受としては、多孔質型などの別タイプのものを用いてもよい。
【００４８】又、差動排気シール７０と筐体６０とは一体でも別体でも良い。さらに、排気面の外周に沿って、少なくとも両端部すなわち本実施の形態では円弧部分の外側に大気と連通する溝を設ける代わりに、排気面を筐体６０の外側の部分より突出させても良い。又、長孔６２、排気面、排気面の溝部７１、７２、７３の形状も、図５〜図８の形状に限定されない。例えば、図１および図２で説明したように長孔６２の幅を凹部６６の幅より狭くし、溝部７１が底面６６ａのみに形成された構成であってもよい。同様に、図１５、図１６の説明に準じた構成、図１７に準じた構成、あるいは図１８に準じた構成としてもよい。また、筐体６０とＸ軸ステージ５０との互いの案内対向面は、本実施の形態のように平面だけで構成されていてもよいし、曲面を含んでいてもよい。
【００４９】加えて、本実施の形態においては、筐体６０を固定部とし、Ｘ軸ステージ５０を移動部としているが、これとは逆に、Ｘ軸ステージ５０を固定部として、筐体６０を移動部とすることもできる。また、導入軸８０を本実施の形態のように固定するのではなく、導入軸８０がＸ軸ステージ５０に対してＹ軸方向にスライド可能に支持されていてもよい。これにより、２軸方向の制御が可能となる。また、筐体６０およびＸ軸ステージ５０の向きは、図面に示されたものに限らず、任意の向きであってよい。
【００５０】次に、本発明の第２の実施の形態について、図９〜図１１に基づいて説明する。図９（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の駆動装置の正面図であり、図９（ｂ）は側面における断面を示す図であり、図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図９の駆動装置に用いられるＸ軸ステージの平面図、（筐体１１０と対向する面を示す図）、正面図、及び（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図９の駆動装置に用いられる筐体の斜視図、平面図、そのＢ−Ｂ線断面図、および、（ｃ）のＣ−Ｃ断面図である。本実施の形態では軸受としてリニアガイドを用いていると共に、Ｘ軸ステージを貫通した導入軸がＸ軸ステージに対してその移動方向と直交する方向にスライド可能となっている。
【００５１】第１の移動部であるＸ軸ステージ（スライダ）９０は、後述するように、中央に円形の開口９１を有し、開口９１内には差動排気シール（第２の差動排気シール手段）９２が設けられている。なお、図９（ｂ）および図１０（ｂ）では、差動排気シール９２、後述する静圧軸受９３および差動排気シール１２０を簡略化して示している。Ｘ軸ステージ９０の開口９１内には、第２の移動部である円筒軸（導入軸）１００が挿通されている。円筒軸の先端部は、Ｘ軸ステージ９０を貫通して後述する矩形の長孔１１２から筐体１１０内のプロセス室Ｐに臨んでいる。円筒軸１００は、シール面であるその周面の一部が開口９１内に設けられた差動排気シール９２に包囲されている。また、円筒軸１００は、図９（ｂ）中、差動排気シール９２よりも下方において静圧軸受９３によって支持されている。これにより、円筒軸１００とＸ軸ステージ９０との間隙がシールされると共に、円筒軸１００はＸ軸ステージ９０に対して非接触的に支持され、摩擦などの抵抗なく、Ｘ軸ステージ９０に対して図９（ｂ）中上下に相対的にスライド移動可能となっている。詳細を図１０（ｃ）に示す。差動排気シール９２は開口９１の内周面に設けられ、円筒軸１００と微少スキマを介して対向する排気面を備える。さらに差動排気シール９２は、前記排気面に設けられた円環状の溝部９２ａ、９２ｂ、更に内部通路９２ｃ、９２ｄ、及び、これらを介して溝部９２ａ、９２ｂに連通されるとともに不図示の吸引ポンプに接続される連通孔９２ｅ、９２ｆを備える。また、静圧軸受９３は多孔質体でなり、開口９１に内嵌される軸受本体９３ａ、不図示の給気ポンプから軸受本体９３ａにエアを供給するエア通路９３ｂ、及び軸受本体９３ａから排出されるエアを外部へ導く排気通路９３ｄを備える。
【００５２】図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｘ軸ステージ９０の筐体１１０との対向面には、図９（ｂ）中左右に２本のガイドレール９４が配置されている（ボルトにより固定）と共に、２本のガイドレール９４の間にはこれらと平行に伸延したほぼ直方体状のリブ９５が一直線上に設けられている。そして、リブ９５の中央には、Ｘ軸ステージ９０を貫通する開口９１が設けられている。
【００５３】一方、図９（ａ）、図９（ｂ）、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、筐体１１０のＸ軸ステージ９０との対向面には、Ｘ軸ステージ９０のリブ９５の幅とほぼ同じだけ離隔した互いに平行な２つのリブ１１４、１１５が設けられている。そのため、２つのリブ１１４、１１５の間は、リブ９５の幅とほぼ等しい幅を有する凹部１１６となっている。凹部１１６は、底面１１６ａと互いに平行に対向する２つの側面１１６ｂとを具備している。凹部１１６の底面１１６ａの中央には、矩形の長孔１１２が設けられている。
【００５４】また、筐体１１０のＸ軸ステージ９０との対向面には、図９（ｂ）中左右３個ずつで合計６個の断面がコ字状のベアリング１１８が配置されている（ボルトにより固定）。かかるベアリング１１８は、Ｘ軸ステージ９０に配置された２本のガイドレール９４に、ベアリング１１８内を循環する不図示の多数の転動体を介して係合しており、ガイドレール９４に沿って図９（ｂ）の紙面垂直方向に滑動自在となっている。これらベアリング１１８、ガイドレール９４及び多数の転動体で転がり案内軸受の一種であるリニアガイドが構成される（第１の軸受）。
【００５５】図９（ｂ）および図１１（ａ）において、凹部１１６の底面１１６ａおよび側面１１６ｂには、筐体１１０とＸ軸ステージ９０との間隙をシールする差動排気シール１２０（第１の差動排気シール手段）が設けられている。図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、差動排気シール１２０は、筐体１１０に形成された凹部１１６内において長孔１１２の周囲に沿ってこれを取り囲むように底面１１６ａおよび側面１１６ｂに延在するトラック状となっている。このトラック状の部分のＸ軸ステージ９０と対向する面１２０ａが差動排気シール１２０の排気面として機能する。さらに、差動排気シール１２０は、２本のトラック状の溝部１２１、１２２を形成しており、溝部１２１、１２２は、差動排気シール１２０の内部通路１２３、１２４を介して、筐体１１０に形成された連通路１２５、１２６に連通している。連通孔１２５、１２６は、不図示の吸引ポンプに接続されている。溝部１２１、１２２は、底面１１６ａおよび側面１１６ｂの両方にかけて設けられている。なお、凹部１１６の底面１１６ａと側面１１６ｂとの境界隅部であって排気面１２０ａの溝部１２１、１２２以外の部分には、リブ９５の不図示の面取り部とのスキマを極小化するため、セラミック製のものあるいは接着剤を盛って固化してなるものなどからなるシール材１２７が配置されている。
【００５６】凹形状の排気面１２０ａ（溝部１２１、１２２を除く）は、その外側の筐体１１０がＸ軸ステージ９０と対向している部分に比べ、Ｘ軸ステージ９０側にわずかに突出している。そして前記リニアガイド（第１の軸受）により、この突出部分と、これに対向するＸ軸ステージ９０の面（対向シール面）とが、外側の部分に比べ十分に小さな間隔を隔てて対向するように設定されている。
【００５７】次に、本実施の形態の動作について説明する。図９（ａ）において、左右方向をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸ステージ９０は、リブ９５を凹部１１６に嵌合させるとともに、ガイドレール９４とベアリング１１８と多数の転動体とで構成されるリニアガイド（第１の軸受）により低フリクション状態で筐体１１０に対して支持されているので、不図示の外部駆動源によりボールねじなどを用いて駆動されることで、筐体１１０に対してＸ軸方向に移動可能となっている。このとき、円筒軸１００は、Ｘ軸ステージ９０と共にＸ軸方向に移動するが、筐体１１０の（本発明の開口に該当する）長孔１１２は、かかる円筒軸１００のＸ軸方向移動を許容するようになっている。言い換えると、Ｘ軸ステージ９０は、長孔１１２の長手方向長さに規定される範囲内で、筐体１１０に対してＸ軸方向に相対移動可能となっている。
【００５８】この際、排気面１２０ａを有する差動排気シール１２０は、不図示の吸引ポンプからの吸引力に基づき、筐体１１０の連通路１２５，１２６を介して、Ｘ軸ステージ９０のリブ９５の頂面および側面（対向シール面）との間の空気を吸引しているので、Ｘ軸ステージ９０と筐体１１０との間の間隙を介して、外部より空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。従って、ワークの加工処理のため、筐体１１０内のプロセス室Ｐを負圧環境にしたような場合にも、差動排気シール１２０により、外部からの空気の侵入を阻止できるので、プロセス室Ｐの負圧環境を維持でき好ましい。また、プロセス室Ｐ内がガスで満たされている場合も、このガスが差動排気シールによって回収されるため、プロセス室Ｐ外に漏れるのを防ぐことができる。一方、円筒軸１００の下端は、Ｘ軸ステージ９０上に設置された駆動源（不図示）に接続されており、円筒軸１００をＹ方向に駆動するようになっている。
【００５９】このように、本実施の形態によると、Ｘ軸ステージ９０と円筒軸１００とを互いに交差する方向に駆動することができるので、円筒軸１００の先端に支持されたワークをプロセス室Ｐ内において２次元的に位置決めすることができるようになる。さらに、上述した第１の実施の形態による効果も得ることができる。
【００６０】また、本実施の形態によると、筐体１１０に設けた凹部１１６の底面１１６ａおよび側面１１６ｂに差動排気シール１２０の排気面１２０ａが設けられているために、筐体とＸ軸ステージとの接触面が互いに凹凸のない平面（排気用の溝部を除く）である場合と比較してＹ方向の対向面積が減ると共に、差動排気シール１２０の吸引力が直交二方向に分かれて働く。これにより、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、駆動装置の構造物に加えられる吸引力のうちＹ方向に作用する成分の大きさが減少する。すなわち、本実施の形態の場合、吸引力のうち一部は、２つの側面１１６ｂに作用する成分となり、Ｙ方向には作用しないので、駆動装置の構造物に加えられる吸引力のうち図９（ａ）のＹ方向（底面１１６ａ（図１１（ａ））に垂直な方向）に作用する成分の大きさが減少することになる。従って、装置の構造物の剛性を上げなくとも、開口１１２の長さを大きくすることが可能になる。これにより、差動排気シール１２０の吸引力によるシール機能を維持しつつＹ方向の吸引力を低下させることができる。そのため、Ｘ軸ステージの差動排気シールの排気面が、吸引力がＹ方向のみに作用する平面状（排気用の溝部を除く）である場合に比較して、駆動装置の構造物に高い剛性のものを用いる必要がなくなる。
【００６１】なお、本実施の形態は、例えば以下のように設計変更が可能である。まず、円筒軸１００の軸受としては、転がり軸受（玉軸受、ころ軸受など）を用いることもできる。また、軸部材としての円筒軸１００に回転駆動機構を設ければ、外部より、円筒軸１００を任意に相対回転させることができ、それにより３軸の駆動装置を構成することができるが、相対回転を阻止したい場合には、軸部材として断面が矩形などの多角形状の軸や、楕円状の軸あるいはスプライン軸などを用いると、別個に相対回転阻止手段などを設ける必要がないため好ましい。
【００６２】又、長孔１１２、排気面、排気面の溝部１２１、１２２の形状も、図９〜図１１の形状に限定されない。例えば、図１および図２で説明したように、長孔１１２の幅を凹部１１６の幅より狭くし、溝部１２１が底面１１６ａのみに形成された構成であってもよい。同様に、図１５、図１６の説明に準じた構成、図１７に準じた構成、あるいは図１８に準じた構成としてもよい。また、筐体１１０とＸ軸ステージ９０との互いの接触面は、本実施の形態のように平面だけで構成されていてもよいし、曲面を含んでいてもよい。さらに、凹部１１６の底面１１６ａと側面１１６ｂとを直交させず、両側面１１６ｂを傾斜させ、例えば断面台形状の凹部とし、リブ９５についてもこれに対応した断面台形状となるようにしても、吸引力のＹ方向成分を減少させることができる。
【００６３】加えて、本実施の形態においては、筐体１１０を固定部とし、Ｘ軸ステージ９０を移動部としているが、これとは逆に、Ｘ軸ステージ９０を固定部として、筐体１１０を移動部とすることもできる。また、導入軸１００を本実施の形態のようにスライド可能にするのではなく、導入軸１００がＸ軸ステージ９０に対して固定されていてもよい。これにより、１軸方向のみの制御が可能となる。また、筐体１１０およびＸ軸ステージ９０の向きは、図面に示されたものに限らず、任意の向きであってよい。
【００６４】また、転がり軸受としては、スラスト方向のみ支持するタイプを用いてもよい。従って、剛性の高い円筒状のコロを転動体とするタイプにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】本発明の駆動装置は、開口を介して外部と連通したプロセス室を有する筐体と、前記開口を塞いだ状態で前記筐体の外壁面に沿って相対的にスライド可能なスライダと、前記筐体と前記スライダとの間隙をシールする差動排気シールとを備えた駆動装置において、前記差動排気シールが、前記筐体と前記スライダとの複数の接触面中の互いに交差する少なくとも２つの面に設けられてなるので、差動排気シールの吸引力が交差する二方向に分かれて働くことになる。従って、吸引力が一方向だけに働いている場合よりも、装置の構造物に加えられる吸引力の大きさが減少することになり、差動排気シールの排気面の面積を大きくした場合であっても、装置の構造物の剛性を上げなくともよくなる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２０４
【氏名又は名称】日本精工株式会社
【出願日】 平成１３年１２月６日（２００１．１２．６）
【代理人】 【識別番号】１００１０７２７２
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 敬二郎 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−２５７９６５（Ｐ２００２−２５７９６５Ａ）
【公開日】 平成１４年９月１１日（２００２．９．１１）
【出願番号】 特願２００１−３７２１５９（Ｐ２００１−３７２１５９）