JP2006135200A

JP2006135200A - ステージ装置

Info

Publication number: JP2006135200A
Application number: JP2004324497A
Authority: JP
Inventors: Masami Arakawa; 雅美荒川
Original assignee: Neomax Kiko Co Ltd; Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd; Neomax Kiko Co Ltd
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】環境条件によらず、ガントリーの安定した移動を行うことができるステージ装置を提供する。
【解決手段】ステージ装置は、所定間隔をおいてベース上に設置された一対のガイドと、ガイドに移動可能に支持されるガントリー３と、ガントリー３をガイドに沿って駆動するＹ軸リニアモータと、ガントリー３の両端部に装着された軸受ユニット４ａとを備え、軸受ユニット４ａは、ガントリー３の周囲に配置されるキャリッジ４１と、キャリッジ４１に固定されかつガントリー３の移動方向と直交する方向のガントリー３の変位を許容するすべり軸受４２を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ等の電子部品の移動手段として使用されるステージ装置に関する。

液晶ディスプレイの製造設備においては、製造された液晶ディスプレイを検査するためにその移動手段としてベースに対して所定方向に移動するＸステージとそのステージに対して別の方向（直交する方向）に移動するＹステージを備えた２軸（Ｘ−Ｙ）のステージ装置が使用されている。２軸のステージ装置としては、設置面積が小さくて済みしかも基板の大型化に対応できるようにするために、液晶ディスプレイを保持したガントリーをその長手方向の両端に固定されたリニア軸受を介して、ベース上に設置されたガイドに沿って（Ｙ軸方向に）移動させる構造が提案されている。このガントリー駆動型ステージ装置は、例えば一対のＹ軸リニアモータと、これらによりＹ軸方向に移動するＸ軸フレームに装着されたＸ軸リニアモータを備えている（特許文献１参照）。

上記リニア軸受（リニアガイド装置）としては、例えば上方に開口するＣ字形の断面形状とした案内レールの上面と摺接するライナを、直動ブロックの下面に貼り付け、案内レールの上板の開口縁と摺接する第１のガイド部材と案内レールの上板の内面と摺接する第２のガイド部材をねじで直動ブロックに固定するようにした構造が提案されている（特許文献２参照）。上記のライナと２つのガイド部材は、低摩擦面を構成する樹脂（ＰＥ，ＰＯＭ、フッ素樹脂など）で形成されている

特開２００１−６９７４４号公報（第２頁、図６）特開２００３−３４３５５５号公報（第３〜４頁、図１、図２）

大型の液晶ディスプレー（例えば第７〜８世代）を検査する場合には、そのガラス基板は１辺の長さが２ｍ以上になるので、ガントリーの長さも２〜４ｍになる。ガントリーは、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックスなどの構造用材料で形成されるが、高温の環境条件では熱膨張により長手方向（Ｘ軸方向）に伸びが発生する。例えば長さが４ｍのガントリーを炭素鋼（熱膨張係数：１１．７×１０^−６／℃）又はステンレス鋼（熱膨張係数：１７．３×１０^−６／℃）で作製した場合には、２０℃の温度上昇があると、約０．９〜１．４ｍｍの伸びが発生する。特にガントリーを、軽合金、例えばアルミニウム合金（比重：２．８）で作製した場合には、他の構造用材料、例えばセラミックス（ジルコニアの比重：３．８）、炭素鋼（比重：７．８５）又はステンレス鋼（比重：７．９０）と比較して、大幅な軽量化が可能となる。しかしながらアルミニウム合金の熱膨張係数は２３．６×１０^−６／℃であり、ジルコニア（熱膨張係数：５×１０^−６／℃）、鋼（熱膨張係数：１１．７×１０^−６／℃）、ステンレス鋼（熱膨張係数：１７．３×１０^−６／℃）と比較して、かなり大きいので、高温の環境条件では熱膨張により長手方向（Ｘ軸方向）に大きく伸びてしまう。例えば長さが４ｍのガントリーをアルミニウム合金で形成した場合には、２０℃の温度上昇があると、約１．９ｍｍも伸びることになる。上述したような伸びが発生すると、ガントリーはその両端でリニア軸受に拘束されているので、ガントリーの位置ずれが生じ（平面からみてＹ軸に対してガントリーが傾く）、極端な場合には移動中にガイドから脱落するおそれがある。

従って本発明の目的は、環境条件によらずガントリーの安定した移動が可能なステージ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のステージ装置は、所定間隔をおいてベース上に設置された一対のガイド部材と、前記ガイド部材に移動可能に支持されるガントリーと、前記ガントリーを前記ガイド部材に沿って駆動する駆動手段と、前記ガントリーの両端部に装着された軸受ユニットとを備え、前記軸受ユニットは、前記ガントリーの周囲に配置されるキャリッジと、前記キャリッジ又は前記ガントリーに固定されかつ前記ガントリーの移動方向と直交する方向の前記ガントリーの変位を許容するすべり軸受を有することを特徴とするものである。

本発明においては、前記ガントリーは矩形状断面を有するとともに、前記軸受ユニットは、矩形状断面を有するキャリッジとその各辺に固定されたすべり軸受を有し、各すべり軸受は前記ガントリーとの摺動面を有する構造を採用することができる。

本発明においては、前記ガントリーは矩形状断面を有するとともに、前記軸受ユニットは、その１辺に対向する平板状のキャリッジと前記ガントリーの１辺に固定されたすべり軸受を有し、前記すべり軸受は前記キャリッジとの摺動面を有する構造を採用することができる。

本発明においては、前記すべり軸受は、少なくとも表面が自己潤滑性を有する材料で形成することができる。

本発明おいては、前記駆動手段は、前記ベース部材に固着された、前記ガントリーの移動方向に沿って正弦波状の磁界分布が現出する磁気空隙を有する固定子と、前記ガントリーに固定され、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを含む可動子とを有する可動コイル型リニアモータであることが好ましい。

本発明によれば、移動方向と直交する方向に形成されたガントリー部材の両端部がすべり軸受で支持されているので、ガントリーが熱膨張により伸びても、その伸びが拘束されず、ガントリーの安定した移動を行うことができる。

以下本発明の詳細を添付図面により説明する。図１は本発明の実施の形態に係わるステージ装置の平面図、図２は図１をＡ方向から見た矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図、図５は図２のＤ−Ｄ線断面図である。

図１及び図２に示すように、リニアモータで駆動されるガントリーを有するステージ（以下リニアモータステージという）１０は、平板状のベース１と、ベース１上に設置された一対のガイド２ａ、２ｂと、その上に設置されたガントリー３と、ガントリー３の両端部に装着された軸受ユニット４ａ、４ｂと、ガントリー３をＹ軸方向に駆動するＹ軸リニアモータ５ａ、５ｂと、ガントリー３の上に設置されたＸ軸リニアモータ６を備えている。図１及び図２において、理解を容易にするために、Ｙ軸リニアモータ５とＸ軸リニアモータ６は１点鎖線で示されている。

ベース１は、高い位置決め精度を実現するために、剛性が高くかつ周囲の温度及び湿度変化に対して影響を受けにくい材料（例えばグラナイトに代表される石材）で形成されると共に、基準面となる表面は、高い面精度と平面度を有するように加工されている。

図３及び図４に示すようにガントリー３は、ベース１のＸ軸方向の全長にわたって形成された、中空の角柱体状部材である。軸受ユニット４ａは、ガントリー３を取り囲む矩形状断面を有するキャリッジ４１と、その各辺に装着されたすべり軸受４２とを有し、キャリッジ４１の下面に固定されたリニア軸受２０を介してガイド２ａの表面に支持されている。ガントリー３は、軽量化のために、比重の小さい非磁性金属材料（例えばアルミニウム合金）で形成されている。またキャリッジ４１は、例えばアルミニウム合金で形成することができる。図４に示すように、すべり軸受４２は、ボルトを含む締結部材４５でキャリッジ４１の各辺に締結されるフランジ部４３と端面がガントリー２１の外周面に当接する摺動部４４からなるＴ字状断面を有する部材である。リニア軸受２０の表面には、締結部材４５との干渉を防止するために、ガントリー３の移動方向に沿って溝２１が形成されている。すべり軸受４２は、少なくとも表面を摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れた公知の軸受材料で形成したものを用い得る。すべり軸受４２は全体が自己潤滑性を有する材料で形成されていてもよいが、少なくとも表面の一部、特に摺動部４４のガントリー２１の外周面に当接する面が自己潤滑性を有する材料で形成されていればよい。自己潤滑性を有する材料としては、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の熱可塑性樹脂、またはフェノール樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂から選ばれた自己潤滑性を有する樹脂、自己潤滑性を有する樹脂中に固体潤滑剤（グラファイト、カーボン繊維、ガラス繊維、ニ硫化モリブデン、青銅等）が分散された材料、またはウッドセラミックスなどの植物性セラミックスで形成することができる。あるいは軸受の表面のみに自己潤滑性を付与する場合には、炭素と水素を主体とする非晶質構造を有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、特に金属（タングステン等）やシリコンを含むＤＬＣからなる被膜を形成することもできる。また他方の軸受ユニット４ｂは、図示を省略するが、キャリッジ４１の下面に固定されたリニア軸受２０を介してガイド２ｂの表面に支持されるとともに、軸受ユニット４ａと同様の構造を有するので、その説明を省略する。

Ｙ軸リニアモータ５ａは、図３に示すようにコ字形断面を有するガイド部材２ａの内側に固設された固定子５１とリニア軸受２０の下面に固着された可動子５４を有する。固定子５１は、強磁性体からなる断面コ字型のヨーク５２とその内面に固着された一対の永久磁石体５３ａ、５３ｂを含み、各永久磁石体は、厚さ方向に磁化された複数のブロック状永久磁石が空隙を介して異極性の磁極が対面しかつ相隣る磁極の極性が異なるようにＹ軸方向に連続又は所定間隔をおいて配置された構造を有する。従って一対の永久磁石体５３ａ、５３ｂの間に形成された磁気空隙には、正弦波状の磁束密度分布を有する磁束が発生する。可動子５４は、リニア軸受２０の下面に固着されたコイルユニット５５を有する。コイルユニット５５は、コイルボビンとそこに装着された複数の偏平コイル（いずれも不図示）を含む多相コイル（例えば２相または３相コイル）であり、各相のコイルに通電された時にＹ軸方向の推力が発生するように結線されている。Ｙ軸リニアモータ５ｂは、Ｙ軸リニアモータ５ａと同様の構成を有するので、その説明を省略する。

Ｘ軸リニアモータ６は、Ｙ軸リニアモータ５ａ、５ｂと同様に構成することができる。すなわち図５に示すように、Ｘ軸リニアモータ６は、コ字形断面を有する非磁性体からなるケース６１の内部に固定された固定子６２と可動子６５を有する。ケース６１はガントリー３の上面に固着されている。固定子６２はＸ軸方向に沿って伸びる断面コ字型のヨーク６３とその内面に固着された一対の永久磁石体６４ａ、６４ｂを有する。可動子６５はキャリッジ６７に固定されたコイルユニット６６を含む。キャリッジ６７は、その両端部に固定されたリニア軸受６８ａ、６８ｂによりケース６１の外周に支持されている。永久磁石体６４ａ、６４ｂ及びコイルユニット６６は、Ｙ軸リニアモータ５ａの永久磁石体及びコイルユニットと同様に構成することができる。

上記のステージ装置の動作を図１〜図３に説明する。Ｙ軸リニアモータ５ａ、５ｂのコイルユニット５５、５５に通電して、可動子５４、５４にＹ軸方向の推力を発生させることにより、ガントリー３はガイド２ａ、２ｂの表面をＹ軸方向に走行する。またガントリー３が所定位置まで移動すると、ガントリー３の上に設置されたＸ軸リニアモータ６が駆動されてキャリッジ６７が所定の位置に移動する。この多極多相リニアモータによれば、起動時には多相コイルに大電流を流して大きな推力を発生させ、所定速度まで加速された時には駆動電流を低減させて一定の速度で駆動し、目標位置に近づくと再び駆動電流を高めて減速させるような速度パターンで駆動される。上記の動作において、環境温度が上昇すると、ガントリー３は熱膨張によりＸ軸方向に伸びる。しかしてガントリー３の両端部は、すべり軸受４２で支持されているので、その伸びが拘束されず、ガントリー３のＸ軸方向への変位が許容される。したがってガントリーの長さが４ｍ程度までは、その平行度（一方の端部と他方の端部とのずれ量）を２０〜３０μｍに保つことが可能となるので、ガントリー３をＹ軸方向に安定した状態で移動させることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限らず、次のような変形が可能である。
図６は本発明の他の実施の形態に係わるステージ装置の要部を示す縦断面図、図７は図６のＥ−Ｅ線断面図であり、図３及び図４と同一機能部分は同一の参照符号で示し、その詳細な説明を省略する。
両図に示すように、ガントリー３の軸方向の一端部を支持する軸受ユニット４０は、平板状のキャリッジ４６と、ガントリー３の一辺を挟むようにボルト及びナットを含む締結部材４５で固着された平板状のすべり軸受４７ａ、４７ｂを有する。キャリッジ４６の表面には、締結部材４５との干渉を防止するために、ガントリー３の移動方向に沿って溝４８が形成されている。この軸受ユニット４０によれば、ガントリー３がＸ軸方向に伸びた場合でも、ガントリー３とキャリッジ４６との間にすべり軸受４７ｂが介装されているので、ガントリー３はキャリッジ４６に対して移動可能となる。

本発明の実施の形態に係わるステージ装置の平面図である。図１をＡ方向からみた矢視図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。図３のＣ−Ｃ線断面図である。図２のＤ−Ｄ線断面図である。本発明の他の実施の形態に係わるステージ装置の要部を示す断面図である。図６のＥ−Ｅ線断面図である。

符号の説明

１０：ステージ装置、１：ベース、２ａ、２ｂ：ガイド、２０：リニア軸受、３：ガントリー、４ａ、４ｂ、４０：軸受ユニット、４１、４６：キャリッジ、４２、４７ａ、４７ｂ：すべり軸受、４５：締結部材、５ａ、５ｂ：Ｙ軸リニアモータ、６：Ｘ軸リニアモータ

Claims

所定間隔をおいてベース上に設置された一対のガイド部材と、前記ガイド部材に移動可能に支持されるガントリーと、前記ガントリーを前記ガイド部材に沿って駆動する駆動手段と、前記ガントリーの両端部に装着された軸受ユニットとを備え、前記軸受ユニットは、前記ガントリーの周囲に配置されるキャリッジと、前記キャリッジ又は前記ガントリーに固定されかつ前記ガントリーの移動方向と直交する方向の前記ガントリーの変位を許容するすべり軸受を有することを特徴とするステージ装置。
前記ガントリーは矩形状断面を有するとともに、前記軸受ユニットは、矩形状断面を有するキャリッジとその各辺に固定されたすべり軸受を有し、各すべり軸受は前記ガントリーとの摺動面を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記ガントリーは矩形状断面を有するとともに、前記軸受ユニットは、その１辺に対向する平板状のキャリッジと前記ガントリーの１辺に固定されたすべり軸受を有し、前記すべり軸受は前記キャリッジとの摺動面を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記すべり軸受は、少なくとも表面が自己潤滑性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記駆動手段は、前記ベース部材に固着された、前記ガントリーの移動方向に沿って正弦波状の磁界分布が現出する磁気空隙を有する固定子と、前記ガントリーに固定され、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを含む可動子とを有する可動コイル型リニアモータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステージ装置。