JP2001341037A - Ｘ−ｙステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速且つ高精度に、Ｘ方向、Ｙ方向及びθｚ
方向に移動テーブルを位置決め制御する。 【解決手段】 Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブル
２を備え、移動テーブル２上に設置される部材をＸ−Ｙ
平面内で位置決め可能なＸ−Ｙステージ装置１５におい
て、移動テーブル２に対して所定のＺ方向の隙間を空け
て固定ベース１を配置し、このＺ方向の隙間に少なくと
も３本のＺ方向の支柱部材を配置する。固定ベース１及
び移動テーブル２には、移動テーブル２をＹ方向に相対
移動させることが可能なＹ方向駆動用リニアモータ３、
５と、Ｙ方向位置が互いに異なる少なくとも２つのＸ方
向駆動用リニアモータ７、９とを配置し、Ｘ方向駆動用
リニアモータ７、９によってＸ方向の相対移動量が互い
に異になるように推進させ、移動テーブル２がＺ方向を
基軸として回転するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ−Ｙ平面内で移
動可能な移動テーブルを備え、該移動テーブル上に設置
される部材を前記Ｘ−Ｙ平面内で位置決め可能なＸ−Ｙ
ステージ装置に関するものであり、特に、この移動テー
ブル上の部材を回転制御（補正）する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＸ−Ｙステージ装置は、
電子部品搭載装置（チップマウンタ）、工作機械、光学
系（レンズ・ミラー等）制御機構等の数多くの産業分野
で広く利用されている。

【０００３】図７に、従来のＸ−Ｙステージ装置１００
を示す。このＸ−Ｙステージ装置１００は、Ｘ軸案内機
構１０３におけるＸ軸テーブル（図示省略）上に、Ｘ−
Ｙテーブル１０７を有するＹ軸案内機構１０６を搭載し
たものである。Ｘ軸案内機構１０３は、Ｘ軸方向に配置
されるＸ軸ボールネジ１０２と、このＸ軸ボールネジ１
０２を回転駆動するＸ軸サーボモータ１０１と、を備え
ており、このＸ軸サーボモータ１０１を適宜制御するこ
とによって、Ｙ軸案内機構１０６全体がＸ方向に移動・
位置決めされる。Ｙ軸案内機構１０６は、Ｙ軸方向に配
置されるＹ軸ボールネジ１０５と、このＹ軸ボールネジ
１０５を回転駆動するＹ軸サーボモータ１０４と、を備
えており、このＹ軸サーボモータ１０４を適宜制御する
ことによって、Ｘ−Ｙテーブル１０７が、Ｙ軸案内機構
１０６上でＹ方向に移動・位置決めされる。従って、Ｘ
軸及びＹ軸サーボモータ１０１、１０４を制御すれば、
Ｘ−Ｙテーブル１０７がＸ方向及びＹ方向に位置決めさ
れるようになっている。

【０００４】Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ１０１、１０４
の制御方式には、例えば、エンコーダによって計測され
るＸ軸及びＹ軸ボールネジ１０２、１０５の回転量から
Ｘ−Ｙテーブル１０７の移動量を予測し、その予測値か
らＸ軸及びＹ軸サーボモータ１０１、１０４を制御する
セミクローズドループ制御方式や、又、Ｘ−Ｙテーブル
１０７の移動量をリニアゲージ等によって直接計測し、
その値からＸ軸及びＹ軸サーボモータ１０１、１０４を
フィードバック制御するフルクローズループ制御方式等
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、技術の高度化に
伴ってＸ−Ｙテーブル１０７の「高速制御」、「精密制
御」等の要求が高まってきている。高速制御を達成しよ
うとする場合、各ボールネジ１０２、１０５等のシャフ
ト機構による駆動方式では加減速の際の当該シャフト機
構の慣性の増大や振動の増大等が発生するため、制御速
度を高めるのには一定の限界があった。又、精密制御を
達成しようとする場合、セミクローズドループ制御方式
では、各ボールネジ１０２、１０５の撓み、バックラッ
シ等が考慮されないので、結局、Ｘ−Ｙテーブル１０７
を精密に制御することが困難であった。

【０００６】又、フルクローズドループ制御方式によれ
ばより精密な制御が可能になるが、しかしながら制御速
度が上昇すると各ボールネジ１０２、１０５の振動がＸ
−Ｙテーブル１０７に伝達してＸ−Ｙテーブル７の位置
計測信号が不安定となった。その結果、信号が不安定と
なる分、フィードバック制御の応答性を高めることが出
来ないという問題が生じた。

【０００７】Ｘ−Ｙ方向の高精度な制御が要求されるよ
うになった今日、従来は問題とならなかったＺ方向を基
軸とした回転方向の位置決め誤差が問題となってきてい
る。これは、例えば、Ｘ軸案内機構１０３とＹ軸案内機
構１０６との間に相対的な「ねじり」が生じた場合や、
又Ｘ−Ｙテーブル１０７に載置される部材に「載置誤
差」が生じた場合等が原因となっていることが多い。

【０００８】この回転方向の誤差を補正する場合、或い
は回転方向に積極的に制御する場合、Ｘ−Ｙテーブル１
０７上に、Ｚ軸回転用のサーボモータ等を介在させて回
転テーブルを設置しなければならない。しかし、Ｘ−Ｙ
ステージ装置１００が３段積み上げ構造となってしまう
ので、自身の重さによって転倒モーメントが生じ、精密
な制御が困難となってしまう。また、このような３段積
み上げ構造では、最下段に位置するＸ軸案内機構１０３
の移動負荷（慣性負荷）が増大するので、Ｘ方向の制御
とＹ方向の制御との応答性に差が生じてしまい、制御の
高速化を実現することが困難となる。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、コンパクトな構成で、高速且つ高精度制御に加
えて回転方向制御も可能とされたＸ−Ｙステージ装置を
得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｘ−Ｙ平面内
で移動可能な移動テーブルを備え、該移動テーブルに載
置される部材をＸ−Ｙ平面内で位置決め可能なＸ−Ｙス
テージ装置において、移動テーブルに対して所定のＺ方
向の隙間を空けて配置される固定ベースと、固定ベース
及び移動テーブルに固定支持されるようにしてＺ方向の
隙間に配置され、自身が弾性変形することによって、該
固定ベースに対して移動テーブルがＸ−Ｙ平面内で移動
可能とされる少なくとも３本のＺ方向の支柱部材と、固
定ベース及び前記移動テーブルに配置され、該移動テー
ブルをＹ方向に相対移動させることが可能なＹ方向駆動
用リニアモータと、Ｙ方向位置が互いに異なるようにし
て、固定ベース及び移動テーブルに少なくとも２つ配置
され、各々独立して固定ベースに対して移動テーブルを
Ｘ方向に相対移動させることが可能な複数のＸ方向駆動
用リニアモータと、を備え、少なくとも２つのＸ方向駆
動用リニアモータによる移動テーブルのＸ方向相対移動
量が互いに異になるように制御することで、移動テーブ
ルが、Ｘ−Ｙ平面内でＺ方向を基軸として回転可能とし
たことにより上記目的を達成するものである。

【００１１】このＸ−Ｙステージ装置によれば、移動テ
ーブルがＺ方向を基軸として回転可能となっているの
で、該移動テーブルに部材が載置される際のＺ方向回転
誤差を補正することが出来る。即ち、Ｘ−Ｙ方向の位置
決めに加えて、Ｚ方向を基軸とした回転方向の位置決め
も可能となっている。

【００１２】この回転制御は、「Ｘ方向」駆動用リニア
モータを有効利用することにより達成されている。つま
り、Ｘ方向駆動用リニアモータによって、高速且つ精密
なＸ方向移動制御及び回転方向移動制御が合理的に両立
されている。これは以下に示す発明者による２つの着想
によって達成されたものである。

【００１３】（１）リニアモータを駆動装置に採用し電
磁力によって非接触に駆動することとすれば、移動テー
ブル自体の回転を許容できる。

【００１４】（２）Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニアモー
タによって、移動テーブルをＸ−Ｙ方向に移動する場
合、可動部材は基本的に移動テーブル及びその支持系の
みとなり、加減速に伴う駆動系の慣性を激減させること
ができ、また非接触駆動が可能となることから、振動の
影響も激減させることができる。従って、高速且つ高精
度に制御可能な状態で、移動テーブルのＸ−Ｙ及び回転
制御を実現できる。

【００１５】この結果、数少ない動力源（リニアモー
タ）で効率の良く高精度なＸ−Ｙ及び回転制御を行うこ
とが可能となり、製造コストも低減することが出来る。

【００１６】又、弾性変形可能な「Ｚ方向の」支柱部材
によって移動テーブルを支持することにより、複雑な構
成（例えばエアーベアリング）を必要とすることなく移
動テーブル自体の回転を許容しつつ、移動テーブルを保
持できる。

【００１７】更に、移動テーブルに変位による支柱部材
の弾性変形によって生じる反力（復元力）が、「線形性
（或いは線形に近い特性）」を有することになり、その
結果、移動テーブルが回転した場合でも、その復元トル
クが線形に近い特性を有する事となる。一般的に、ボー
ルネジ等の機械的な駆動手段によれば、自身の回転量等
によって容易に移動テーブルの変位量を制御出来るが、
電磁力によって駆動するリニアモータは、移動テーブル
の変位量等を直接計測することによるフルクローズドル
ープ制御を採用しなければならない。従って、その復元
トルクの非線形的変動が大きいと、制御が複雑となり応
答性等に大きな影響を受けてしまうが、上述のように復
元トルクが線形に近い特性を有する構成にした結果、移
動テーブルの回転方向計測値からのフィードバック制御
が容易となり、高速且つ高精度な回転方向位置決め（位
置補正）が可能となる。

【００１８】以上に示したことは、移動テーブルをＸ−
Ｙ方向に移動させる際に、移動テーブル自身の回転方向
誤差をほとんど「零」に制御出来ることにもつながる。
従って、移動テーブルの回転を制御した高精度の位置決
めが要求される状況で特に有効である。

【００１９】又、各リニアモータの駆動力と上記復元力
を合理的に組み合わせることによって、移動テーブル上
に載置される部材を回転方向に微小振動（微小往復回
転）させることも可能となる（なお、この微小振動は、
高速の往復位置決め制御としてとらえることができ
る）。

【００２０】以上に示したような微小・精密制御を、例
えばボールネジやベアリング等を介在させて行おうとす
ると、このボールネジ等における局所部分（特定部分）
に繰り返し応力が作用し、局所的に疲労が生じて寿命が
低下するという問題があった。しかし支柱部材によれ
ば、構造上、転動疲労の問題が生じないため、長時間に
渡って安定した制御特性を発揮できるようになる。又同
様に、構造上、バックラッシや摩擦力等の問題も発生し
ない。

【００２１】更に、例えば、各リニアモータの通電状態
をＯＦＦにすれば、移動テーブルが自動的に中立位置に
復帰しようとする構造であるので、積極的に中立位置動
作（ニュートラル制御）を省略することも出来るように
なる。つまり、リニアモータと上記弾性変形可能な支柱
部材とを組み合わたことにより、極めて合理的な高速・
精密制御が達成されている。

【００２２】なお、移動テーブルの移動量が大きい場
合、支柱部材の弾性変形量も大きくなるので、移動テー
ブルのＺ方向位置に微少の変動が生じるが、その様な場
合でも、このＺ方向に対して垂直となるＸ−Ｙ平面内で
位置決め制御されていれば本発明の範疇に入る。このＺ
方向の変動量は、Ｘ−Ｙステージ装置を使用するものが
許容出来る範囲内で設定すればよく、言い換えると、使
用者が許容可能なＺ方向の変動量に対応させて、Ｘ−Ｙ
方向の移動距離限界を設定するようにすればよい。

【００２３】なお、上記発明においては、Ｙ方向駆動用
リニアモータが、Ｘ方向位置が互いに異なるようにして
少なくとも２つ配置され、各々独立して前記固定ベース
に対して前記移動テーブルをＹ方向に相対移動させるこ
とが可能としてもよい。

【００２４】このようにすれば、上記複数のＸ方向駆動
用リニアモータと同様に、Ｙ方向駆動用リニアモータに
よっても移動テーブルを回転させることが出来る。従っ
て、Ｘ方向駆動用リニアモータと組み合わされることに
より、移動テーブルのより高速且つ精密な位置決め制御
が可能となる。又、Ｘ方向駆動用リニアモータとＹ方向
駆動用リニアモータの数を一致させることが好ましく、
双方向の駆動力のバランスが図られるのでＸ−Ｙ方向に
均等な応答特性を有する制御が可能となる。なお、より
好ましくはＸ方向及びＹ方向駆動用リニアモータをそれ
ぞれ２つずつ配置する。

【００２５】ところで、本発明におけるリニアモータの
「１つ（数）」の概念は、例えばＸ方向駆動用リニアモ
ータについて考えると、Ｙ方向に異なる位置に配置され
て初めて計上（カウント）されるものである。Ｙ方向同
一位置で、即ちＸ方向に並んだ状態でＸ方向駆動用リニ
アモータが複数配置された場合であっても、それは全体
として「Ｘ方向に駆動する」機能を有するものであり、
これらを合わせて「１つ」のＸ方向駆動用リニアモータ
が配置されていると考える。これはＹ方向駆動用リニア
モータについても同様である。

【００２６】以上に示した発明においては、Ｚ方向の支
持部材が、自身の重心位置が前記移動テーブルの中心と
一致している仮想正多角形の各頂点位置に対応するよう
にして複数本設置されていることが好ましい。このよう
にすると、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向に移動テーブル
が変位される際のバランスが向上する。

【００２７】特に、Ｚ方向の支柱部材が、自身の重心位
置が前記移動テーブルの中心と一致している仮想正三角
形の各頂点位置に対応するようにして３本設置されてい
ることが好ましい。このようにすれば、最も少ない本数
で移動テーブルが保持されると共に、移動テーブルが回
転する際の復元トルクの中心が該移動テーブルの中心と
一致する（或いは近づく）ので、リニアモータによる回
転制御が容易となる。

【００２８】これと全く同様に、Ｚ方向の支柱部材が、
自身の中心が前記移動テーブルの中心と一致している仮
想正方形の各頂点位置に対応するようにして４本設置さ
れていてもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施の形態の例について詳細に説明する。

【００３０】図１及び図２に、本発明の実施形態に係る
Ｘ−Ｙステージ装置１５の全体構成を示す。このＸ−Ｙ
ステージ装置１５は、Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テ
ーブル２を備えており、この移動テーブル２上に設置さ
れる部材（図示省略）をＸ−Ｙ平面内で位置決め可能と
なっている。なお本実施形態に限っては、移動テーブル
２は、方形の板状部材であって内部に開口２Ｃが形成さ
れるベーステーブル２Ａと、このベーステーブル２Ａ上
に固定・配設される搭載テーブル２Ｂ（点線によって図
示）と、から構成されている。

【００３１】Ｘ−Ｙステージ装置１５は、更に、移動テ
ーブル２（ベーステーブル２Ａ）に対してＺ方向の所定
の隙間Ｓを空けて平行に配置される固定ベース１と、こ
の固定ベース１及び移動テーブル２に自身の両端が固定
支持されるようにして隙間Ｓに配置され、自身が弾性変
形することによって、固定ベース１に対して移動テーブ
ル２がＸ−Ｙ平面内で移動可能とされる３本のＺ方向の
支柱部材１１、１２、１３と、を備える。なお、固定ベ
ース１は外部部材（例えばＸ−Ｙステージ装置１５専用
の取付台）に固定されており、この固定ベース１を基準
として、移動テーブル２の移動量が決定される。なお、
各支柱部材１１、１２、１３は、自身の重心位置が移動
テーブル２の中心Ｃと一致しているＸ−Ｙ平面内の仮想
正三角形Ｔの各頂点位置に対応するようにして設置され
ている。このようにすると、最も少ない本数（３本）で
移動テーブルが保持出来るようになり、更に、移動テー
ブル２が回転する際の復元トルクの中心が移動テーブル
の中心Ｃと一致する（或いは近づく）ので、後述するリ
ニアモータによる回転制御が容易となる。

【００３２】ベーステーブル２Ａにおける開口２Ｃに
は、Ｙ計測基準面２４と、所定のＹ方向距離Ｐを空けて
配置される２つのＸ計測基準面２３、２３と、が形成さ
れており、又、各基準面２３、２３、２４に対向するよ
うにして、固定ベース１側にはＹ変位センサ１４及び２
つのＸ変位センサ１５、１６が設置されている。Ｘ変位
センサ１５、１６を２つ配置した理由は、各Ｘ変位セン
サ１５、１６の変位量の差を利用して、移動テーブル２
の回転角度を計測するためである。

【００３３】支柱部材１１（１２、１３も同様）は、図
３に拡大して示されるように、Ｚ方向に長い棒状部材で
あり、両端側の大径部１１Ａと、その間に形成される小
径部１１Ｂとから構成される。大径部１１Ａには、軸端
側において雄ねじ２７Ａが形成されると共に、小径部１
１Ｂ側（内側）において段部２７Ｂが形成されている。
従って、大径１１Ａを、固定ベース１及びベーステーブ
ル２Ａにそれぞれ形成される貫通孔２５に挿入し、ナッ
ト２８を取り付ければ互いに固定されるようになってい
る。小径部１１Ｂは容易に弾性変形可能となっており、
その結果、移動テーブル２がＸ−Ｙ平面内で移動可能と
される。

【００３４】図１に戻って、固定ベース１及び移動テー
ブル２には、Ｘ方向位置が互いに異なるようにして、即
ちＸ方向に所定の距離Ｅずれた状態で、各々独立して該
移動テーブル２を（固定ベース１に対して）Ｙ方向に相
対移動させることが可能な２つのＹ方向駆動用リニアモ
ータ３、５が配置されている。又全く同様に、Ｙ方向位
置が互いに異なるようにして（Ｙ方向に所定の距離Ｆず
れた状態で）、各々独立して固定ベース１に対して移動
テーブル２をＸ方向に相対移動させることが可能な２個
のＸ方向駆動用リニアモータ７、９が配置されている。

【００３５】各リニアモータ３、５、７、９は、各々、
自身の駆動方向（推力発生方向）に直列的に２つの駆動
ユニットが配置されて対となって機能する。例えば、Ｘ
方向駆動用リニアモータ７は、移動テーブル２のＸ方向
両端側に配置される２つの駆動ユニット７Ａ、７Ｂとか
ら構成されており、これらの駆動ユニット７Ａ、７Ｂが
セットになってＸ方向の推力を発生するように機能す
る。

【００３６】詳細には図４に拡大して示されるように、
Ｘ方向駆動用リニアモータ７（他のリニアモータも同
様）の駆動ユニット７Ａは、固定ベース１側に固定され
て固定子として機能する磁石ユニット２８と、ベーステ
ーブル２Ａ側に固定（内蔵）されて可動子として機能す
るコイル８Ａと、を備える。

【００３７】磁石ユニット２８は、コイル８Ａに対して
Ｚ方向に磁界Ｇが生じるように配置される永久磁石２１
Ａ〜２１Ｄと、この永久磁石２１Ａ〜２１Ｄを支持する
２つのヨーク２０Ａ、２０Ｂと、このヨーク２０Ａ、２
０Ｂを所定の間隔を維持した状態で保持するホルダ２２
と、を備えており、一方のヨーク２０Ｂが固定ベース１
に固定されることで、磁石ユニット２８全体が固定され
るようになっている。一方、コイル８Ａは、上記Ｚ方向
の磁界Ｇ中をＹ方向に電流が流れるように配置されてお
り（図１参照）、その結果、該コイル８ＡがＸ方向の推
進力３２Ａ（図５参照）を受けるようになっている。

【００３８】なお、この実施形態では磁石ユニット２８
が固定子、コイル８Ａが可動子として機能する場合に限
って示したが、勿論これらを反対に設置して、磁石ユニ
ット２８を可動子、コイル８Ａを固定子として機能させ
るようにしてもよい。

【００３９】上記の２つのＸ方向駆動用リニアモータ
７、８は、移動テーブル２のＸ方向の移動距離が互いに
異になるように制御可能とされており、その結果、移動
テーブル２がＸ−Ｙ平面内でＺ方向を基軸として回転可
能となっている。つまり、図５に示されるように、第１
の推力対３２Ａ、３２Ｂと、第２の推力対３３Ａ、３３
Ｂとの大きさが異なるように制御すれば、移動テーブル
２に偶力が作用して回転するようになっている。なお、
この回転角度は、既に説明した２つのＸ変位センサ１
５、１６から算出される。又全く同様に、２つのＹ方向
リニアモータ３、５も、移動テーブル２のＹ方向の移動
距離が互いに異になるように制御可能となっている。

【００４０】Ｘ−Ｙステージ装置１５に採用される制御
系の構成ついて図６を参照して説明する。

【００４１】Ｘ−Ｙステージ装置１５における移動テー
ブル２には、既に説明したように、合計８つのコイル４
Ａ、４Ｂ、６Ａ、６Ｂ、８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂが
内蔵されている。なお、コイル対４Ａ、４Ｂと、コイル
対６Ａ、６Ｂとによって２つのＹ方向の推力（３０Ａ、
３０Ｂ）（３１Ａ、３１Ｂ）が生じ、コイル対８Ａ、８
Ｂと、コイル対１０Ａ、１０Ｂとによって２つのＸ方向
の推力（３２Ａ、３２Ｂ）（３３Ａ、３３Ｂ）が生じる
ようになっており、各コイル対は一体（セット）として
制御される。

【００４２】制御系は、２つのＸ変位センサ１５、１６
の各検出値を加算演算する加算器４２と、同各検出値の
偏差を演算する減算器４１とを備える。この加算器４２
からの出力には比例ゲイン４３（１／２）が掛け合わさ
れ、Ｘ方向の平均変位として減算器４５に入力される。
一方、減算器４１の出力値は、いわゆる回転変位量と一
義的な関係を有する値であり、減算器４６に入力され
る。なお、Ｙ変位センサ１４からの出力は、直接減算器
４４に入力される。

【００４３】各出力値が入力された上記減算器４４、４
５、４６には、更に、位置指令出力手段５８からの各種
指令値が入力される。この位置指令出力手段５８は、移
動テーブル２のＸ方向位置、Ｙ方向位置及びＺ方向を基
軸とする回転位置（θｚという）を設定・出力するもの
である。減算器４４には、Ｙ方向指令位置が入力され、
Ｙ変位センサ１４からの出力値との偏差を演算してその
結果をＹ位置制御補償器４７に対して出力する。減算器
４５には、Ｘ方向指令位置が入力され、上記加算器４２
を経て入力された値との偏差を演算し、その結果をＸ位
置制御補償器４８に対して出力する。減算器４６にはθ
ｚ指令位置が入力され、上記減算器４１を経て入力され
た値との偏差を演算し、その結果をθｚ位置制御補償器
４９に対して出力する。

【００４４】各位置制御補償器４７、４８、４９では、
入力された各値から各リニアモータの操作量を算出す
る。つまり、Ｙ位置制御補償器４７においては、２つの
Ｙ方向駆動用リニアモータ３、５に対して共通するＹ方
向操作量を出力する。同様に、Ｘ位置制御補償器４８に
おいては、２つのＸ方向駆動用リニアモータ７、９に対
して共通するＸ方向操作量を出力する。これらの、Ｘ方
向及びＹ方向操作量によって、移動テーブル２のＸ−Ｙ
位置が決定されることになる。

【００４５】さて、θｚ位置制御補償器４９では、θｚ
操作量が算出・出力される。このθｚ操作量は、２つの
Ｘ方向駆動用リニアモータ７、９を相対的に反対方向に
駆動し、又同様に、２つのＹ方向駆動用リニアモータ
３、５を相対的に反対方向に駆動することで所定のθｚ
回転を得ようとするものである。このような制御を達成
するために、各コイル対（４Ａ、４Ｂ）（６Ａ、６Ｂ）
（８Ａ、８Ｂ）（１０Ａ、１０Ｂ）に連結される電流ア
ンプ５４〜５７の直前には、減算器５０、５２と、加算
器５１、５３とが設置されている。この減算器５０、５
２及び加算器５１、５３の総てに上記θｚ操作量が入力
され、上記Ｘ方向及びＹ方向操作量の対して加算又は減
算演算される。この演算結果は各電流アンプ５４〜５７
への電流指令値として出力され、その指令値に従って、
各電流アンプ５４〜５７が各コイル対（４Ａ、４Ｂ）
（６Ａ、６Ｂ）（８Ａ、８Ｂ）（１０Ａ、１０Ｂ）に電
流を流す。

【００４６】この結果、Ｘ方向及びＹ方向操作量に従っ
て移動テーブル２が移動され、更にその移動場所で、移
動テーブル２がθｚ操作量に従って回転するようになっ
ている。

【００４７】このＸ−Ｙステージ装置１５によれば、移
動テーブル２がＺ方向を基軸として回転可能となってい
るので、移動テーブル２に載置される部材のＺ方向回転
誤差を補正することが出来る。即ち、Ｘ−Ｙ方向の位置
決めに加えて、Ｚ方向を基軸とした回転方向の位置決め
も可能となっている。

【００４８】この回転制御は、Ｘ方向及びＹ方向駆動用
リニアモータ３、５、７、９を有効利用したことにより
達成されているが、具体的には、（１）各リニアモータ
を駆動装置に採用したことにより、移動テーブル２を電
磁力によって非接触に駆動し、移動テーブル２の回転が
許容されたこと、（２）Ｘ方向及びＹ方向駆動用リニア
モータ３、５、７、９によって、移動テーブル２のＸ−
Ｙ方向の移動を制御可能な状態で、更に回転制御を可能
にしたこと、等の本発明者による合理的な着想から達成
されたものである。

【００４９】この結果、数少ない動力源（リニアモー
タ）で効率の良いＸ−Ｙ方向制御及び回転制御が可能と
なり、製造コストも低減することが出来る。

【００５０】更に上記のメリットは、弾性変形可能なＺ
方向の支柱部材１１、１２、１３によって移動テーブル
２を支持することにより、複雑な構成とせずに回転を許
容しながら移動テーブルを保持することができることに
つながる。というのも、上記（２）からも明らかなよう
に、移動テーブル２のＸ−Ｙ方向変位は、各リニアモー
タによって既に制御可能となっており、別途Ｘ−Ｙ方向
の部材等によって移動テーブル２の移動を案内する必要
が無いからである。

【００５１】又、移動テーブル２に移動に伴う支柱部材
１１、１２、１３の弾性変形によって生じる反力（復元
力）が、「線形性（或いは線形に近い特性）」を有して
いる。その結果、移動テーブル２が回転した場合でも、
その復元トルクも線形に近い特性を有することになる。
一般的に、ボールネジ等の機械的な駆動手段によれば、
自身の回転量等によって容易に移動テーブルの変位量を
制御出来るが、電磁力によって非接触に駆動する各リニ
アモータ３、５、７、９は、移動テーブル２の変位量等
を直接計測してフルクローズドループ制御を行わなけれ
ばならない。従って、その復元トルクの非線形的変動が
大きいと、制御が複雑となり応答性等に大きな影響を受
けてしまうが、上述のように復元トルクが線形に近い特
性を有する構成にした結果、移動テーブル２の回転方向
のフィードバック制御が容易となり、高速且つ高精度な
回転方向位置決め（位置補正）が可能となる。

【００５２】このＸ−Ｙステージ装置１５によれば、移
動テーブル２をＸ−Ｙ方向に移動させる際に、移動テー
ブル２自身の回転方向誤差をほとんど「零」に制御出来
る。従って、移動テーブル２の回転を制御した高精度の
位置決めが要求される状況で特に有効である。

【００５３】これとは反対に、各リニアモータ３、５、
７、９の駆動力（推進力）と上記復元トルクを合理的に
組み合わせれば、移動テーブル２上に載置される部材
を、回転方向に微小振動（微小往復回転）させることも
可能となる（なお、この微小振動は、高速の往復位置決
め制御としてとらえることができる）。

【００５４】又、支柱部材１１、１２、１３によれば、
構造上、ベアリング等の転動疲労の問題が生じないた
め、長時間に渡って安定した制御特性を発揮できるよう
になる。当然のことながら、構造上、バックラッシや摩
擦抵抗等の問題も発生しない。

【００５５】更に、例えば、各リニアモータ３、５、
７、９の通電状態をＯＦＦにすれば、移動テーブルは自
動的に中立位置に復帰しようとするので、積極的な中立
位置決定動作（センタリング制御）を省略することも出
来るようになる。つまり、磁気駆動タイプのリニアモー
タ３、５、７、９と上記弾性変形可能な支柱部材１１、
１２、１３とを組み合わたことにより、極めて合理的な
高速・精密制御が達成されている。

【００５６】なお、移動テーブル２の移動量が大きい
と、支柱部材１１、１２、１３の弾性変形量（湾曲量）
も大きくなり、移動テーブル２のＺ方向位置（いわゆる
高さ位置）に変動が生じる。このＺ方向の変動は本実施
形態が想定している範囲のことであるが、このＺ方向の
変動量は、Ｘ−Ｙステージ装置１５を使用するものが許
容出来る範囲内で設定すればよい。言い換えると、使用
者が許容可能なＺ方向の変動量に対応させて、移動テー
ブル２のＸ−Ｙ方向の移動距離限界を設定するようにす
ればよい。

【００５７】ここでいうリニアモータの「１つ（数）」
の概念は、例えばＸ方向駆動用リニアモータ７、９につ
いて考えると、Ｙ方向に異なる位置に配置されて初めて
「１個」として計上（カウント）されるものである。つ
まり、各駆動ユニット７Ａ、７Ｂのように駆動方向に直
列的にに複数配置された場合であっても、それは各駆動
ユニットが発生する推進力を合力としてとらえ、全体と
して１つの「Ｘ方向に駆動する」機能を有するものであ
り、「１つ」のＸ方向駆動用リニアモータ７が配置され
ていると考える。これはＹ方向駆動用リニアモータにつ
いても同様である。

【００５８】なお、本発明では、Ｘ方向駆動用リニアモ
ータとＹ方向駆動用リニアモータのそれぞれ２個配置す
る場合に限定されず、Ｘ方向駆動用が少なくとも２つ、
Ｙ方向駆動用が少なくとも１つ配置されていればよい。

【００５９】又、上記実施形態においては、３本の支柱
部材１１、１２、１３が配設される場合に限って示した
が、本発明はそれに限定されず４本以上配設しても構わ
ない。例えば、自身の中心が移動テーブル２の中心Ｃと
一致している前記Ｘ−Ｙ平面内の仮想正方形の各頂点位
置に対応するようにして４本設置するようにしてもよ
い。

【００６０】更に、本実施形態では、移動テーブル２と
固定ベース１との隙間ＳがＸ−Ｙ方向に均一となってお
り、その結果、各支柱部材１１、１２、１３の長さが一
致している場合に限って示したが、本発明はそれに限定
されず、所定の隙間Ｓはその場所によって異なってお
り、その隙間Ｓと一致するように、異なる長さの複数の
支柱部材を設置しても構わない。

【００６１】

【発明の効果】本発明に係るＸ−Ｙステージ装置によれ
ば、高速且つ高精度なＸ−Ｙ制御に加えて、簡潔な構成
でθ軸方向制御が出来るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るＸ−Ｙステージ装置を
Ｚ軸方向からみた全体図

【図２】図１におけるII−II矢視断面図

【図３】図２におけるIII部を拡大して示す部分拡大断
面図

【図４】図２におけるIV部を拡大して示す部分拡大断面
図

【図５】同Ｘ−Ｙステージ装置における推力の状態を示
す模式図

【図６】同Ｘ−Ｙステージ装置に採用される制御系の構
成を示す制御系統図

【図７】従来のＸ−Ｙステージ装置を示す全体斜視図

【符号の説明】

１…固定ベース ２…移動テーブル ３、５…Ｙ方向駆動用リニアモータ ７、９…Ｘ方向駆動用リニアモータ １１、１２、１３…支柱部材 １５…Ｘ−Ｙステージ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中森 靖仁 東京都田無市谷戸町二丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 Ｆターム(参考） 2F078 CA08 CB09 CB12 CC07 CC11 CC15 3C048 BC02 DD05 DD12 DD26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な移動テーブルを
   備え、該移動テーブルに載置される部材をＸ−Ｙ平面内
   で位置決め可能なＸ−Ｙステージ装置において、 前記移動テーブルに対して所定のＺ方向の隙間を空けて
   配置される固定ベースと、 該固定ベース及び移動テーブルに固定支持されるように
   して前記Ｚ方向の隙間に配置され、自身が弾性変形する
   ことによって、該固定ベースに対して該移動テーブルが
   Ｘ−Ｙ平面内で移動可能とされる少なくとも３本のＺ方
   向の支柱部材と、 前記固定ベース及び前記移動テーブルに配置され、該移
   動テーブルをＹ方向に相対移動させることが可能なＹ方
   向駆動用リニアモータと、 Ｙ方向位置が互いに異なるようにして、前記固定ベース
   及び移動テーブルに少なくとも２つ配置され、各々独立
   して該固定ベースに対して該移動テーブルをＸ方向に相
   対移動させることが可能な複数のＸ方向駆動用リニアモ
   ータと、を備え、 前記少なくとも２つのＸ方向駆動用リニアモータによる
   前記移動テーブルのＸ方向相対移動量が互いに異になる
   ように制御することで、該移動テーブルが、前記Ｘ−Ｙ
   平面内でＺ方向を基軸として回転可能となっていること
   を特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記Ｙ方向駆動用リニアモータが、Ｘ方向位置が互いに
   異なるようにして少なくとも２つ配置され、各々独立し
   て前記固定ベースに対して前記移動テーブルをＹ方向に
   相対移動させることが可能となっていることを特徴とす
   るＸ−Ｙステージ装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記Ｚ方向の支持部材が、自身の重心位置が前記移動テ
   ーブルの中心と一致している仮想正多角形の各頂点位置
   に対応するようにして複数本設置されていることを特徴
   とするＸ−Ｙステージ装置。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３において、 前記Ｚ方向の支柱部材が、自身の重心位置が前記移動テ
   ーブルの中心と一致している仮想正三角形の各頂点位置
   に対応するようにして３本設置されていることを特徴と
   するＸ−Ｙステージ装置。
5. 【請求項５】請求項１、２又は３において、 前記Ｚ方向の支柱部材が、自身の中心が前記移動テーブ
   ルの中心と一致している仮想正方形の各頂点位置に対応
   するようにして４本設置されていることを特徴とするＸ
   −Ｙステージ装置。