專利名稱：氣浮結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣浮結(jié)構(gòu)，且特別涉及一種位置可調(diào)整的氣浮結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)氣浮結(jié)構(gòu)由導(dǎo)軌(guide)及滑塊(slider)組成。導(dǎo)軌材料為花崗石或合金材料，滑塊材料為不銹鋼、鋁合金或陶瓷，滑塊上開(kāi)有氣道及節(jié)流孔。氣源內(nèi)氣體經(jīng)管路、氣道及節(jié)流孔注入導(dǎo)軌與滑塊間隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，使滑塊與導(dǎo)軌間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種組合結(jié)構(gòu)中，滑塊與導(dǎo)軌配合面即氣浮面，由于氣浮面加工精度要求較高，滑塊與導(dǎo)軌配合面需在較大的面積范圍內(nèi)達(dá)到較高的平面度(0. 5um-2um)及粗糙度(0. 2um-0. 4um)加工要求。 近年來(lái)，為降低加工及裝配難度，減小加工成本，氣浮結(jié)構(gòu)多采用導(dǎo)軌、滑塊及氣浮塊(air_ pad)配合的形式，氣浮塊材料多采用不銹鋼、鋁合金或陶瓷，在氣浮塊，而非滑塊上加工氣浮面、節(jié)流孔及氣道，氣浮塊裝于滑塊上，實(shí)現(xiàn)滑塊與導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。氣浮結(jié)構(gòu)是超精密測(cè)量與加工系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于納米技術(shù)、先進(jìn)光學(xué)器件及集成電路等領(lǐng)域，它具有清潔、無(wú)摩擦等優(yōu)點(diǎn)。超大規(guī)模集成電路光刻中，承載硅片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)，X、Y向長(zhǎng)行程多采用氣浮結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件與導(dǎo)軌間的零摩擦運(yùn)動(dòng)。光刻工藝的高精度要求氣浮結(jié)構(gòu)具有垂向及側(cè)向高剛度。傳統(tǒng)氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向采用單側(cè)或雙側(cè)氣浮。側(cè)向帶有單側(cè)氣浮的導(dǎo)軌，為保證氣浮塊正常工作，通過(guò)設(shè)置真空塊或永磁鐵為氣浮塊提供預(yù)緊力，真空塊及永磁鐵可提供的預(yù)緊力與真空塊及永磁鐵的面積有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)軌尺寸一定時(shí)，真空塊及永磁鐵面積受限，無(wú)法提供大預(yù)緊力，氣浮剛度的提高受到制約。側(cè)向帶有雙側(cè)氣浮的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌兩側(cè)的氣浮力互為預(yù)緊力，相比單側(cè)氣浮的導(dǎo)軌側(cè)向氣浮剛度大幅度提高，氣浮塊與滑塊間采用螺紋連接或球鉸連接。側(cè)向氣浮塊與滑塊間采用螺紋連接的氣浮結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌側(cè)向氣膜厚度由加工及裝配所決定，裝配完成后氣膜厚度不可調(diào)。要求導(dǎo)軌兩側(cè)具有良好的平行度、各側(cè)具有較好的平面度及粗糙度，加工及裝配難度大，成本高。側(cè)向氣浮塊與滑塊間采用球鉸連接的氣浮結(jié)構(gòu)，氣膜厚度可調(diào)，但由于球鉸結(jié)構(gòu)剛度較小，對(duì)氣浮剛度產(chǎn)生約50%的衰減。美國(guó)專利號(hào)US5382095提出了一種帶有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件和一個(gè)多孔質(zhì)墊的空氣靜壓軸承，這種軸承可抑制導(dǎo)軌的自激振動(dòng)。美國(guó)專利US7275627提供了三方面內(nèi)容，包括一種具有良好隔振效果的主動(dòng)減振設(shè)備、一種控制方法及一種帶有主動(dòng)減振設(shè)備的曝光設(shè)備。中國(guó)發(fā)明專利“氣浮XY兩坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)臺(tái)”(申請(qǐng)?zhí)?00410017014. 0，丁漢、李運(yùn)堂)提出了一種氣浮XY兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)氣浮結(jié)構(gòu)將疊放的XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，XY方向由兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)的電機(jī)定子都固定在機(jī)座上，顯著減少系統(tǒng)得運(yùn)動(dòng)慣量， 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件用氣浮結(jié)構(gòu)相連，系統(tǒng)無(wú)摩擦。以上三篇專利所述氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向均為雙側(cè)氣浮，氣浮塊與滑塊間采用螺紋連接， 加工及裝配難度大，成本高，且裝配完成后氣膜厚度不可調(diào)節(jié)，易造成氣浮結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)剛度，使運(yùn)動(dòng)臺(tái)模態(tài)受限，影響整個(gè)運(yùn)動(dòng)臺(tái)的控制精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多側(cè)預(yù)載，氣膜厚度可調(diào)的氣浮結(jié)構(gòu)，提高氣浮剛度及運(yùn)動(dòng)臺(tái)控制精度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種氣浮結(jié)構(gòu)，包括基座；第一導(dǎo)軌，固定安裝在基座上；第二導(dǎo)軌，與第一導(dǎo)軌相互平行，并固定安裝在基座上；龍門(mén)滑塊，滑動(dòng)地安裝在第一導(dǎo)軌上，L形滑塊，滑動(dòng)地安裝在第二導(dǎo)軌上；以及橫梁，連接龍門(mén)滑塊和L形滑塊；龍門(mén)滑塊與第一導(dǎo)軌之間、L形滑塊與第二導(dǎo)軌之間均設(shè)有氣浮塊和真空塊；通過(guò)橫梁傳遞龍門(mén)滑塊對(duì)第一導(dǎo)軌施加垂直于第一導(dǎo)軌的力和L形滑塊對(duì)第二導(dǎo)軌施加垂直于第二導(dǎo)軌的力。進(jìn)一步說(shuō)，龍門(mén)滑塊包括第一氣浮塊；第一真空塊，與第一氣浮塊均設(shè)置在龍門(mén)滑塊的第三側(cè)上，用以提供垂向的氣浮力和真空吸力，以保持龍門(mén)滑塊懸浮在第一導(dǎo)軌上；第三氣浮塊，設(shè)置在龍門(mén)滑塊的第一側(cè)上；以及第四氣浮塊，設(shè)置在龍門(mén)滑塊的第二側(cè)上，第一側(cè)和第二側(cè)位置相對(duì)，第四氣浮塊與第三氣浮塊所施加的氣浮力方向相反。進(jìn)一步說(shuō)，L形滑塊包括第二氣浮塊；第二真空塊，與第二氣浮塊均設(shè)置在L形滑塊的第五側(cè)上，用以提供垂向的氣浮力和真空吸力，以保持L形滑塊懸浮在第二導(dǎo)軌上；以及第三真空塊，設(shè)置在L形滑塊的第四側(cè)上，第三真空塊所施加的真空吸力與第三氣浮塊所施加的氣浮力方向相同。進(jìn)一步說(shuō)，第三真空塊替換為永磁體，提供與第三氣浮塊的氣浮力方向相同的吸引力。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提供一種多側(cè)預(yù)載， 氣膜厚度可調(diào)的氣浮結(jié)構(gòu)。通過(guò)橫梁傳遞龍門(mén)滑塊對(duì)第一導(dǎo)軌施加的垂直于第一導(dǎo)軌的力和L形滑塊對(duì)第二導(dǎo)軌施加垂直于第二導(dǎo)軌的力，能夠調(diào)整氣浮結(jié)構(gòu)的位置和氣膜厚度，使得氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度達(dá)到最大，性能達(dá)到最佳。第二側(cè)包括第四氣浮塊，保證氣浮結(jié)構(gòu)的剛度。第一側(cè)包括第三氣浮塊為第四氣浮塊提供預(yù)載力。L形滑塊的第四側(cè)包括第三真空塊也可以為第四氣浮塊提供預(yù)載力。通過(guò)調(diào)節(jié)第三氣浮塊的供氣壓力和第三真空塊的真空壓力，可調(diào)節(jié)第四氣浮塊的預(yù)載力大小，調(diào)節(jié)第四氣浮塊與第一導(dǎo)軌間的氣膜厚度。
圖1 (a) 1 (c)所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中導(dǎo)軌及基座的氣浮結(jié)構(gòu)仰視圖。圖3(a) 3(c)所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中氣浮結(jié)構(gòu)各向視圖。
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。圖1 (a) 1 (c)所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1(a)所示為前視圖、圖1(b)所示為側(cè)視圖、圖1(c)所示為俯視圖。請(qǐng)結(jié)合參考圖1(a) 1(c)。氣浮結(jié)構(gòu)100能夠應(yīng)用于先進(jìn)光學(xué)器件，例如是承載硅片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)，或其他需要減少摩擦和震動(dòng)的精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)。氣浮結(jié)構(gòu)100至少包括基座3、第一導(dǎo)軌1、第二導(dǎo)軌2、龍門(mén)滑塊4、L形滑塊5及橫梁7。第一導(dǎo)軌1和第二導(dǎo)軌2相互平行，并固定安裝在基座3上。龍門(mén)滑塊4可滑動(dòng)地安裝在第一導(dǎo)軌1上。L形滑塊5可滑動(dòng)地安裝在第二導(dǎo)軌2上。橫梁7連接龍門(mén)滑塊 4和L形滑塊5，當(dāng)龍門(mén)滑塊4和L形滑塊5之一移動(dòng)時(shí)，藉由橫梁7可以帶動(dòng)另一滑塊移動(dòng)。通過(guò)橫梁7，龍門(mén)滑塊4對(duì)第一導(dǎo)軌1施加的垂直于第一導(dǎo)軌1的力和L形滑塊5對(duì)第二導(dǎo)軌2施加垂直于第二導(dǎo)軌2的力得以相互傳遞。龍門(mén)滑塊4滑動(dòng)地安裝在第一導(dǎo)軌1上，龍門(mén)滑塊4具有第一側(cè)A、第二側(cè)B和第三側(cè)D，其中第一側(cè)A與第二側(cè)B處于相對(duì)的位置。分別與第一導(dǎo)軌1的兩側(cè)面相互作用， 而使得龍門(mén)滑塊4得以懸浮在第一導(dǎo)軌1上。L形滑塊5滑動(dòng)地安裝在第二導(dǎo)軌2上，L形滑塊5具有第四側(cè)C、第五側(cè)E，它們分別與第二導(dǎo)軌2相互作用，而使得L形滑塊5得以懸浮在第二導(dǎo)軌2上。圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中導(dǎo)軌及基座的氣浮結(jié)構(gòu)仰視圖。龍門(mén)滑塊4與第一導(dǎo)軌1之間、L形滑塊5與第二導(dǎo)軌2之間均設(shè)有氣浮塊和真空塊。通過(guò)橫梁傳遞龍門(mén)滑塊4對(duì)第一導(dǎo)軌1施加的垂直于第一導(dǎo)軌1的力和L形滑塊5 對(duì)第二導(dǎo)軌2施加垂直于第二導(dǎo)軌2的力，能夠調(diào)整氣浮結(jié)構(gòu)的位置和氣膜厚度。請(qǐng)參考圖2。龍門(mén)滑塊4的第三側(cè)D包括第一氣浮塊8和第一真空塊11。通過(guò)第一氣浮塊8施加垂向氣浮力至第一導(dǎo)軌1，同時(shí)，第一真空塊11龍門(mén)滑塊4與第一導(dǎo)軌1之間形成垂向真空吸力，龍門(mén)滑塊4懸浮于第一導(dǎo)軌1上。第一氣浮塊8和第一真空塊11的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，本實(shí)施例中，第一氣浮塊8的數(shù)量為2，第一真空塊11的數(shù)量為3。L形滑塊5的第五側(cè)E也包括第二氣浮塊和第二真空塊，結(jié)構(gòu)與作用與第一氣浮塊 8和第一真空塊11相同，通過(guò)第二氣浮塊和第二真空塊的垂向氣浮力和垂向真空吸力的作用，L形滑塊5懸浮于第二導(dǎo)軌2上。圖3(a) 3(c)所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中氣浮結(jié)構(gòu)各向視圖。圖3(a)所示為龍門(mén)滑塊4的第一側(cè)A的結(jié)構(gòu)示意圖。龍門(mén)滑塊4的第一側(cè)A包括第三氣浮塊9，用以施加側(cè)向氣浮力至第一導(dǎo)軌1的側(cè)面。
圖3(b)所示為龍門(mén)滑塊4的第二側(cè)B的結(jié)構(gòu)示意圖。龍門(mén)滑塊4的第二側(cè)B包括第四氣浮塊10，用以施加側(cè)向氣浮力至第一導(dǎo)軌1的另一側(cè)面，由于第一側(cè)A與第二側(cè)B 的位置相對(duì)，因此第四氣浮塊10與第三氣浮塊9對(duì)第一導(dǎo)軌1兩側(cè)面所施加的氣浮力方向相反。圖3 (c)所示為L(zhǎng)形滑塊5的第四側(cè)C的結(jié)構(gòu)示意圖。L形滑塊5的第四側(cè)C包括第三真空塊6，用以施加側(cè)向真空吸力至第二導(dǎo)軌2的側(cè)面，第三真空塊6所施加的真空吸力與第三氣浮塊9所施加的氣浮力方向相同。下述為調(diào)節(jié)氣膜厚度的步驟按照上述結(jié)構(gòu)所加工的氣浮結(jié)構(gòu)100，將第一氣浮塊8供氣壓力調(diào)到設(shè)計(jì)值，調(diào)節(jié)第一真空塊11的真空吸力，從而調(diào)節(jié)第一氣浮塊8的預(yù)載力，使第一氣浮塊8的與第一導(dǎo)軌1達(dá)到最佳垂向剛度；將第四氣浮塊10的供氣壓力調(diào)到設(shè)計(jì)值，調(diào)節(jié)第三真空塊6的真空壓力及第三氣浮塊9的供氣壓力，從而調(diào)節(jié)第四氣浮塊10的預(yù)載力，使第四氣浮塊10與第一導(dǎo)軌1間達(dá)到最佳氣膜厚度，氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度達(dá)到最大，性能達(dá)到最佳。當(dāng)整個(gè)氣浮結(jié)構(gòu)100達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，龍門(mén)滑塊4的第一側(cè)A受力與L形滑塊5的第四側(cè)C受力之和與龍門(mén)滑塊4的第二側(cè)B受力大小相等，方向相反。另外，L形滑塊5的第四側(cè)C上的第三真空塊6能夠替換為永磁體或其他提供預(yù)載的方式，只要能夠在第二導(dǎo)軌2和第四側(cè)C之間形成吸引力即可。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提供一種多側(cè)預(yù)載， 氣膜厚度可調(diào)的氣浮結(jié)構(gòu)。通過(guò)橫梁傳遞龍門(mén)滑塊4對(duì)第一導(dǎo)軌1施加的垂直于第一導(dǎo)軌1的力和L形滑塊 5對(duì)第二導(dǎo)軌2施加垂直于第二導(dǎo)軌2的力，能夠調(diào)整氣浮結(jié)構(gòu)的位置和氣膜厚度，使得氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度達(dá)到最大，性能達(dá)到最佳。第二側(cè)B包括第四氣浮塊10，保證氣浮結(jié)構(gòu)100的剛度。第一側(cè)A包括第三氣浮塊9為第四氣浮塊10提供預(yù)載力。L形滑塊的第四側(cè)C包括第三真空塊6也可以為第四氣浮塊10提供預(yù)載力。通過(guò)調(diào)節(jié)第三氣浮塊9的供氣壓力和第三真空塊6的真空壓力，可調(diào)節(jié)第四氣浮塊10的預(yù)載力大小，調(diào)節(jié)第四氣浮塊10與第一導(dǎo)軌1間的氣膜厚度。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氣浮結(jié)構(gòu)，其特征是，包括基座；第一導(dǎo)軌，固定安裝在所述基座上；第二導(dǎo)軌，與所述第一導(dǎo)軌相互平行，并固定安裝在所述基座上；龍門(mén)滑塊，滑動(dòng)地安裝在所述第一導(dǎo)軌上，L形滑塊，滑動(dòng)地安裝在所述第二導(dǎo)軌上；以及橫梁，連接所述龍門(mén)滑塊和所述L形滑塊；所述龍門(mén)滑塊與所述第一導(dǎo)軌之間、所述L形滑塊與所述第二導(dǎo)軌之間均設(shè)有氣浮塊和真空塊；通過(guò)所述橫梁傳遞所述龍門(mén)滑塊對(duì)所述第一導(dǎo)軌施加的垂直于所述第一導(dǎo)軌的力和所述L形滑塊對(duì)所述第二導(dǎo)軌施加的垂直于所述第二導(dǎo)軌的力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣浮結(jié)構(gòu)，其特征是，所述龍門(mén)滑塊包括第一氣浮塊；第一真空塊，與所述第一氣浮塊均設(shè)置在所述龍門(mén)滑塊的第三側(cè)上，用以提供垂向的氣浮力和真空吸力，以保持所述龍門(mén)滑塊懸浮在所述第一導(dǎo)軌上；第三氣浮塊，設(shè)置在所述龍門(mén)滑塊的第一側(cè)上；以及第四氣浮塊，設(shè)置在所述龍門(mén)滑塊的第二側(cè)上，所述第一側(cè)和第二側(cè)位置相對(duì)，所述第四氣浮塊與第三氣浮塊所施加的氣浮力方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣浮結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述L形滑塊包括第二氣浮塊；第二真空塊，與所述第二氣浮塊均設(shè)置在所述L形滑塊的第五側(cè)上，用以提供垂向的氣浮力和真空吸力，以保持所述L形滑塊懸浮在所述第二導(dǎo)軌上；以及第三真空塊，設(shè)置在所述L形滑塊的第四側(cè)上，所述第三真空塊所施加的真空吸力與所述第三氣浮塊所施加的氣浮力方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣浮結(jié)構(gòu)，其特征是，所述第三真空塊替換為永磁體，提供與所述第三氣浮塊的氣浮力方向相同的吸引力。
全文摘要
本發(fā)明提出一種氣浮結(jié)構(gòu)，包括基座、龍門(mén)滑塊、L形滑塊、橫梁、第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌。第二導(dǎo)軌與第一導(dǎo)軌相互平行并固定安裝在基座上。龍門(mén)滑塊滑動(dòng)地安裝在第一導(dǎo)軌上，L形滑塊滑動(dòng)地安裝在第二導(dǎo)軌上。橫梁，連接龍門(mén)滑塊和L形滑塊。龍門(mén)滑塊與第一導(dǎo)軌之間、L形滑塊與第二導(dǎo)軌之間均設(shè)有氣浮塊和真空塊。通過(guò)橫梁傳遞龍門(mén)滑塊對(duì)第一導(dǎo)軌施加垂直于第一導(dǎo)軌的力和L形滑塊對(duì)第二導(dǎo)軌施加垂直于第二導(dǎo)軌的力。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)龍門(mén)滑塊和L形滑塊上的氣浮塊和真空塊，可以使龍門(mén)滑塊與第一導(dǎo)軌、L形滑塊與第二導(dǎo)軌間達(dá)到最佳氣膜厚度，氣浮結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度達(dá)到最大，性能達(dá)到最佳。
文檔編號(hào)F16C32/06GK102444670SQ20101050811
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者王茜 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司