JP2010261549A - 制動装置、ステージ移動装置、ワーク処理装置及び制動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦制動方式の制動装置を用いた場合は、制動装置の作動時に粉塵が発生するため、クリーンルームなどの清浄な環境には不向きであった。
【解決手段】本発明の制動装置６は、内部が流体２９で満たされた、密閉された容器（２１，２４）と、制動で停止すべき移動体の移動に連動して容器（２１，２４）内で流体２９を移動させる流体移動手段（２２，２３）と、移動体を停止させるときに容器（２１，２４）内で流体２９の移動を阻止する流体移動阻止手段（２５）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、制動装置、ステージ移動装置、ワーク処理装置及び制動方法に関する。さらに詳しくは、移動体に制動力を加える制動装置とこれを用いたステージ移動装置及びワーク処理装置、ならびに制動方法に関する。

ステージ移動装置を用いてワークにさまざまな処理を施すワーク処理装置の需要が高まっている。例えば、平面型表示装置（以下、「ＦＰＤ」と略称）の製造工程では、ワークとしてガラス基板をステージに搭載し、ステージの移動によってガラス基板をレーザ光で走査するレーザアニール装置の需要が高まっている。レーザアニール装置は、例えば、ガラス基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成する際のシリコンの結晶化工程で用いられている。この種のレーザアニール装置では、レーザ光の光学系に精密な調整が施されているため、走査による調整のずれや振動により、レーザ光の照射位置にずれが発生しないように、光学系を固定して、ワークであるガラス基板をステージと一緒に移動させている。

近年、ＦＰＤの需要の増加につれて採算性を改善のために、大型のガラス基板でＦＰＤを製造する必要が生じている。このため、ステージ移動装置が必要な工程においても、大型のガラス基板に合わせてステージが大型化している。その一方で、ＦＰＤは高精細化が進んでいるため、それぞれの製造工程において高精度な位置決めが要求される。高精度な位置決めを大型のステージで実現するには、ステージを高剛性化する必要がある。また、大型のステージで必要な剛性を確保すると、ステージ全体の重量（質量）が増加する。このため現在ではステージの重量が１００ｋｇ以上のステージ移動装置も多くなっている。重量があるステージを高精度に位置決めする場合は、ステージの移動をエアスライド機構で案内する構成が採用されることが多い。

図８はエアスライド機構を採用したステージ移動装置の構成例を示す斜視図であり、図はその一部拡大図である。図示したステージ移動装置５０は、定盤５１と、エアスライド機構５２と、ステージ５３とを備えた構成となっている。エアスライド機構５２は、長尺状の案内部材５４と、スライダ５５とを備えている。案内部材５４には複数の案内面５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが形成されている。スライダ５５は、案内部材５４に形成された案内面５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄに沿って移動するものである。スライダ５５には複数の案内面５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄに対応して複数のスライドパッド５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄが取り付けられている。

エアスライド機構５２では、案内部材５４の案内面５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄとこれに対応するスライダ５５のスライドパッド５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄとを僅かな隙間を介して対向する状態に配置する。そして、スライダ５５のスライドパッド５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄに刻まれた溝から、案内部材５４の案内面５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄに向けて高圧の空気を噴出させることにより、両者の間に薄い空気の層を形成する。この空気層の介在により案内部材５４とスライダ５５が非接触の状態に保持される。このため、スライダ５５に一度外力を加えると、スライダ５５は案内部材５４に沿ってほぼ等速直線運動を行なう。

こうしたエアスライド機構５２に組み合わせて用いられるアクチュエータにリニアモータ５８がある。リニアモータ５８は、案内部材５４とスライダ５５が対向する部分に設けられている。また、リニアモータ５８は、それぞれ磁極を有する固定子５９と可動子６０を用いて構成されている。このようにエアスライド機構５２とリニアモータ５８を組み合わせたステージ移動装置５０は、重量があるステージ５３を高精度に位置決めするためには非常に有利な構成である。ただし、一度動き出したステージ５３を瞬時に停止させることができないという不利な面がある。ステージ５３を停止させる場合に、リニアモータ５８のダイナミックブレーキを用いることも可能である（例えば、特許文献１を参照）。ただし、リニアモータ５８のダイナミックブレーキは制動力が弱いため、ステージ５３が重くなると、これを即座に停止させることができないという欠点がある。そこで、リニアモータのダイナミックブレーキとは別に、制動装置をステージ移動装置に組み込んだ構成が考えられている。

図１０は制動装置を備えるステージ移動装置の第１構成例を示す斜視図であり、図１１はその一部拡大図である。図示のように、制動装置６１は、案内部材５４の短手方向の両側に左右一対をなして設けられている。各々の制動装置６１は、ブラケット６２と、シリンダ６３と、ブレーキパッド６４とを用いて構成されている。ブラケット６２は、スライダ５５に取り付けられている。シリンダ６３は、ブラケット６２の外側に取り付けられている。ブレーキパッド６４は、ブラケット６２の内側に位置してシリンダ６３の出力軸の先端に取り付けられている。

上記構成からなる制動装置６１を備えるステージ移動装置５０において、ステージ５３の移動中に制動装置６１を作動させる場合は、シリンダ６３の駆動によりブレーキパッド６４を進出させる。これにより、案内部材６４が各々の制動装置６１のブレーキパッド６４で両側から挟み込まれる。このため、ステージ５３を停止させようとする制動力が発生する。

図１２は制動装置を備えるステージ移動装置の第２構成例を示す斜視図であり、図１３はその要部拡大図である。図示のように、制動装置７０は、案内部材５４の短手方向の片側に設けられている。制動装置７０は、第１のブラケット７１と、直動ガイド機構７２と、第２のブラケット７３と、レール部材７４と、シリンダ７５と、ブレーキパッド７６とを用いて構成されている。第１のブラケット７１は、スライダ５５の一方の側面に固定されている。第１のブラケット７１は、Ｌ字形に形成されている。直動ガイド機構７２は、レール形状の固定子７７と、当該固定子７７に案内されて移動する２つの可動子７８とによって構成されている。固定子７７は、第１のブラケット７１の上に固定されている。第２のブラケット７３は、直動ガイド機構７２の２つの可動子７８の上に搭載されている。第２のブラケット７３は、第１のブラケット７１とは逆向きのＬ字形に形成されている。レール部材７４は、一対の支持部材７９により定盤１の上に固定された状態で設けられている。レール部材７４は、案内部材５４と平行に配置されている。シリンダ７５は、第２のブラケット７３の上に搭載されている。ブレーキパッド７６は、シリンダ７５の出力軸の先端に取り付けられている。ブレーキパッド７６は、第２のブラケット７３との間にレール部材７４を挟むように配置されている。

上記構成からなる制動装置７０を備えるステージ移動装置５０において、ステージ５３の移動中に制動装置７０を作動させる場合は、シリンダ７５の駆動によりブレーキパッド７６を進出させる。これにより、ブレーキパッド７６と第２のブラケット７３との間でレール部材７４がシリンダ７５の駆動力により挟み込まれる。このため、ステージ５３を停止させようとする制動力が発生する。

このようにブレーキパッドを用いた摩擦制動方式の制動装置を備えるステージ移動装置としては、例えば、特許文献２又は特許文献３に記載されたものが知られている。

特開平８−３１７６２５号公報 特開２００７−１１４５５０号公報 特開平１０−８９３５７号公報

しかしながら上記従来の制動装置６１，７０を備えるステージ移動装置５０では、いずれも強い制動力を発生させるために、ブレーキパッド６４，７６を用いた摩擦によりステージ５３を停止させる仕組み（摩擦制動方式）を採用している。このため、制動装置６１，７０の作動時に必ず粉塵が発生する。したがって、クリーンルームなどの清浄な環境下に設置されるステージ移動装置やワーク処理装置には採用できないという欠点があった。

本発明の目的は、制動装置の作動時に粉塵等を発生させることなく、強い制動力を発生させることができる仕組みを提供することにある。

本発明に係る制動装置は、内部が流体で満たされた、密閉された容器と、制動で停止すべき移動体の移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、前記移動体を停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備える。

本発明に係る制動装置においては、移動体の移動中に容器内で流体の移動を流体移動阻止手段によって阻止すると、移動体に移動に伴う慣性力が流体移動手段を介して容器内の流体に加わる。そうすると、容器内で流体の圧力（流体圧）が上昇するため、当該流体圧の変化によって容器内に制動力が発生する。こうして発生した制動力は、流体移動手段を介して移動体に加わる。

本発明に係るステージ移動装置は、ベースと、前記ベース上に移動可能に設けられたステージと、前記ベース上で移動する前記ステージに制動力を加える制動装置とを備え、前記制動装置は、内部が流体で満たされた、密閉された容器と、前記ステージの移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、前記ステージを停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備える。

また、本発明に係るワーク処理装置は、ベースと、前記ベース上に移動可能に設けられるとともに、処理の対象となるワーク又は当該ワークを処理する処理機能部を搭載するステージと、前記ベース上で移動する前記ステージに制動力を加える制動装置とを備え、前記制動装置は、内部が流体で満たされた、密閉された容器と、前記ステージの移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、前記ステージを停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備える。

本発明に係るステージ移動装置及びワーク処理装置においては、ステージの移動中に容器内で流体の移動を流体移動阻止手段によって阻止すると、ステージの移動に伴う慣性力が流体移動手段を介して容器内の流体に加わる。そうすると、容器内で流体の圧力（流体圧）が上昇するため、当該流体圧の変化によって容器内に制動力が発生する。こうして発生した制動力は、流体移動手段を介してステージに加わる。

本発明に係る制動方法は、制動で停止すべき移動体に流体圧の変化を利用して制動力を加えるものである。

本発明に係る制動方法においては、流体圧の変化を利用して移動体に制動力を加えるため、作動時に粉塵等が発生せず、強い制動力が得られる。

本発明によれば、制動装置の作動時に粉塵等を発生させることなく、強い制動力を発生させることができる。

本発明の実施の形態に係るワーク処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るステージ移動装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るステージ移動装置の構成例を示す一部拡大図である。 本発明の実施の形態に係る制動装置の主要部の構成を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るワーク処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 制動装置を作動させていないときの状態を説明する概念図である。 制動装置を作動させたときの状態を説明する概念図である。 エアスライド機構を採用したステージ移動装置の構成例を示す斜視図である。 エアスライド機構を採用したステージ移動装置の構成例を示す一部拡大図である。 制動装置を備えるステージ移動装置の第１構成例を示す斜視図である。 制動装置を備えるステージ移動装置の第１構成例を示す一部拡大図である。 制動装置を備えるステージ移動装置の第２構成例を示す斜視図である。 制動装置を備えるステージ移動装置の第２構成例を示す一部拡大図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

本発明の実施の形態については、以下の順序で説明する。
１．ワーク処理装置の構成
２．ステージ移動装置の構成
３．制動装置の構成
４．ワーク処理装置の動作

＜１．ワーク処理装置の構成＞
図１は本発明の実施の形態に係るワーク処理装置の構成を示すブロック図である。ワーク処理装置１は、さまざまな対象物をワークとして、当該ワークに目的とする処理を施す装置である。ワーク処理装置１は、大きくは、処理機能部２と、ステージ移動装置３と、制御部４と、操作部５とを備えた構成となっている。また、ステージ移動装置３は、制動装置６を含み、操作部５は、スタートボタン７ａと非常停止ボタン７ｂを含む構成となっている。

処理機能部２は、処理の対象となるワークを処理する機能を有するものである。処理機能部２が行なう処理の内容は、処理の対象となるワークの種類にもよるが、例えば、加工処理、熱処理、リペア処理、欠陥検査処理などがある。加工処理には、例えば、エンドミルのような切削工具を物理的にワーク（被加工物）に接触させて行なう処理や、高エネルギー密度のレーザ光をワークに照射して行なう非接触式の処理などが含まれる。熱処理には、例えば、シリコンの結晶化（アモルファスシリコンからポリシリコンへの転換）などを目的に行なわれるレーザアニール処理などが含まれる。リペア処理には、例えば、ショートした配線を高出力レーザで加熱し切断する処理や、未接続の配線を局所ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）などで結合する処理が含まれる。欠陥検査処理には、例えば、半導体基板やガラス基板に形成された配線、薄膜トランジスタなどの欠陥を検査する処理などが含まれる。

ステージ移動装置３は、処理の対象となるワークを移動させるものである。例えば、処理の対象となるワークが、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ表示装置などに代表されるＦＰＤ用のガラス基板である場合は、当該ガラス基板をステージ移動装置３が移動させるものとなる。ＦＰＤ用のガラス基板は、１枚のガラス基板からパネル基板（ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板など）を複数枚切り出す（多面取りする）場合に、パネル基板の数倍以上の大きさになる。

制御部４は、ワーク処理装置１全体の動作を統括的に制御するものである。制御部４は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read-Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などのハードウェアを用いて構成されるものである。その場合、制御部４は、予めＲＯＭに格納された制御プログラムをＣＰＵがＲＡＭに読み出して実行することにより、ワーク処理装置１の動作を制御する。

操作部５は、ワーク処理装置１を操作するオペレータの入力操作を受け付けるものである。操作部５を用いてオペレータが入力操作したときの操作情報は制御部４に通知される。

制動装置６は、ステージ移動装置３が備えるステージ（後述）を停止させるために設けられたものである。

スタートボタン７ａは、ワーク処理装置１を用いてワークを処理する場合に、ワーク処理装置１の動作を開始するときにオペレータによって押下操作される操作ボタンである。
非常停止ボタン７ｂは、ワーク処理装置１に何らかの異常が発生してステージ移動装置３のステージを緊急的に停止させる必要が生じたときにオペレータによって押下操作される操作ボタンである。

なお、操作部５には、ここで挙げるスタートボタン７ａと非常停止ボタン７ｂの他にも、種々の操作ボタンが設けられている。例えば、操作部５には、電源ボタン、動作モードの切り換えボタン、ワークの処理条件を変更するための操作ボタン（テンキー等を含む）などが設けられている。

また、ここではワーク処理装置１の構成要素として、処理機能部２、ステージ移動装置３、制御部４及び操作部５を挙げているが、本発明はこれに限らず、他の構成要素を追加で含むものであってもよい。例えば図示はしないが、ステージ移動装置３が備えるステージに対してワークを移載するワーク移載装置を、ワーク処理装置１の構成要素の１つに含めてもよい。また、制御部４及び操作部５のうち、少なくとも一方は、ワーク処理装置１の本体部分とは別個に構成してもよい。

＜２．ステージ移動装置の構成＞
図２は本発明の実施の形態に係るステージ移動装置の構成例を示す斜視図であり、図３はその一部拡大図である。図示したステージ移動装置３は、上述した制動装置６の他に、定盤１１と、エアスライド機構１２と、ステージ１３とを備えた構成となっている。エアスライド機構１２は、案内部材１４と、スライダ１５とを備えている。

定盤１１は、ステージ移動装置３の「ベース」を構成するものである。定盤１１は、図示しないワーク処理装置１の架台に固定された状態で設けられている。エアスライド機構１２（案内部材１４、スライダ１５）は、定盤１１上でステージ１３を移動させるとともに、当該ステージ１３の移動方向を案内する移動案内手段となるものである。

ステージ１３は、スライダ１５の上に搭載されている。ステージ１３は、スライダ１５に固定されている。このため、ステージ１３はスライダ１５と一体に移動する構成となっている。ステージ１３の上部には、図示しないワークを支持する支持部１３ａが設けられている。例えば、処理の対象となるワークがＦＰＤ用のガラス基板であれば、当該ガラス基板がステージ１３の支持部１３ａに載せられる。その場合、ワークとなるガラス基板は、例えば、真空吸着方式によりステージ１３の支持部１３ａに水平に支持された状態で固定される。

案内部材１４は、長尺状に形成されている。案内部材１４は、当該案内部材１４の長手方向から見て凹形状に形成されている。案内部材１４は、当該案内部材１４の底面を定盤１１の上面に接触させた状態で、定盤１１の上に、例えばネジ止め等によって固定されている。案内部材１４には複数（図例では４つ）の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成されている。複数の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、案内部材１４の長手方向に沿って形成されている。各々の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、高い平坦度をもって精密に研磨仕上げされている。また、複数の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄのうち、２つの案内面１６ａ，１６ｂは案内部材１４の短手方向の両側に形成され、他の２つの案内面１６ｃ，１６ｄは案内部材１４の上面に左右に分けて形成されている。また、案内部材１４の長手方向から見ると、２つの案内面１６ａ，１６ｂは、それぞれ定盤１１の上面から垂直に起立する状態で互いに平行に形成され、他の２つの案内面１６ｃ，１６ｄは、定盤１１の上面と平行な向きで互いに平行（同一面状）に形成されている。

スライダ１５は、案内部材１４に形成された案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに沿って移動するものである。スライダ１５は、案内部材１４の長手方向から見て門型に形成されている。また、スライダ１５は案内部材１４の上に被さるように搭載されている。スライダ１５には上述した複数の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに対応して複数（図例では４つ）のスライドパッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが取り付けられている。各々のスライドパッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、それぞれに対応する案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに近接して対向する状態に配置されている。すなわち、スライドパッド１７ａは案内面１６ａに近接して対向する状態で配置され、スライドパッド１７ｂは案内面１６ｂに近接して対向する状態で配置されている。また、スライドパッド１７ｃは案内面１６ｃに近接して対向する状態で配置され、スライドパッド１７ｃは案内面１６ｃに近接して対向する状態で配置されている。複数のスライドパッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄのうち、スライドパッド１７ａの案内面１６ａと対向する面（以下、「パッド面」という）は、精密に仕上げ加工されている。また、スライドパッド１７ａのパッド面には、空気を導く溝が刻まれている。こうしたパッド構造は、他の３つのスライドパッド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄにも同様に適用されている。

上記構成からなるエアスライド機構１２においては、スライドパッド１７ａのパッド面に設けられた溝から高圧のエアを噴出させることにより、スライドパッド１７ａのパッド面とこれに対応する案内面１６ａとの間に薄い空気の層が形成される。これと同様に、他のスライドパッド１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに設けられた溝からも高圧のエアを噴出させることにより、対応する案内面１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとの間に薄い空気の層が形成される。こうした空気層の介在により、案内部材１４の案内面１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとスライダ１５のスライドパッド１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとの隙間が一定に保持される。また、案内部材１４とスライダ１５が非接触の状態に保持される。このため、スライダ１５に一度外力を加えると、スライダ１５は案内部材１４に沿ってほぼ等速直線運動を行なう。

なお、移動案内手段については、案内部材１４とスライダ１５とを組み合わせたエアスライド機構１２に限らず、ある方向に対してステージ１３を移動可能に支持するものであればよい。例えば、レール状の固定子と、当該固定子に沿って移動自在とされた可動子とを組み合わせた直動ガイド機構を用いて移動案内手段を構成してもよい。

案内部材１４の上面の凹部とその上に被さるスライダ１５によって形成される空間には、リニアモータ１８が設けられている。リニアモータ１８は、ステージ１３及びスライダ１５を案内部材１４の長手方向に移動させるための駆動手段となるものである。リニアモータ１８の駆動状態（磁極の切り換え等）は、制御部４によって制御されるようになっている。リニアモータ１８は、それぞれ磁極を有する固定子１９と可動子２０によって構成されている。リニアモータ１８の固定子１９は、案内部材１４の上面の凹部底面に固定されている。固定子１９は、断面コ字形の長尺状に形成されている。また、固定子１９は、案内部材１４の長手方向に沿って配置されている。リニアモータ１８の可動子２０は、スライダ１５の案内部材１４と対向する下面に固定されている。可動子２０は、その一部（磁極形成部）２０ａを固定子１９のコ字形の部分に挿入する状態で配置されている。

＜３．制動装置の構成＞
図４は本発明の実施の形態に係る制動装置の主要部の構成を示す概念図である。制動装置６は、内部が流体で満たされた、密閉された容器と、制動で停止すべき移動体の移動に連動して容器内で前記流体を移動（流動）させる流体移動手段と、移動体を停止させるときに容器内で流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備えている。より具体的に記述すると、制動装置６は、シリンダ２１と、ピストン２２と、スプール２３と、バイパス管２４と、制御弁２５とを備えた構成となっている。このうち、シリンダ２１とバイパス管２４は、上記の「密閉された容器」を構成するものである。また、ピストン２２とスプール２３は、上記の「流体移動手段」を構成するものである。また、制御弁２５は、上記の「流体移動阻止手段」を構成するものである。また、「制動で停止すべき移動体」は、ステージ１３に相当するものである。

シリンダ２１は、円筒状に形成されている。シリンダ２１は、案内部材１４と平行な向きで定盤１１の上に固定されている。シリンダ２１の内部は密閉された空間になっている。シリンダ２１の中心軸方向の一端と他端には、それぞれシール孔２６が形成されている。また、シリンダ２１の外周壁には、当該シリンダ２１の中心軸方向に距離を隔てて２つの連結孔２７が設けられている。

ピストン２２は、シリンダ２１の中心軸方向に移動するように、シリンダ２１の内部に組み込まれている。ピストン２２は、シリンダ２１の内部を第１室２１ａと第２室２１ｂに仕切っている。このため、シリンダ２１の内部でピストン２２が移動すると、その移動方向と移動量に応じて、第１室２１ａと第２室２１ｂの容積が相対的に変化する。すなわち、シリンダ２１の内部でピストン２２を図４の左方向に移動させると、その移動量に応じて第１室２１ａの容積が減少し、その分だけ第２室２１ｂの容積が増加する。また反対に、シリンダ２１の内部でピストン２２を図４の右方向に移動させると、その移動量に応じて第１室２１ａの容積が増加し、その分だけ第２室２１ｂの容積が減少する。シリンダ２１の内部におけるピストン２２の移動範囲は、ピストン２２が移動中に連結孔２７を塞がないように、一方の連結孔２７から他方の連結孔２７に至る範囲よりも短い範囲に設定されている。

スプール２３は、ピストン２２と一体化された状態でシリンダ２１の外部に引き出された「軸体」となるものである。スプール２３は、断面円形に形成されている。ここで、シリンダ２１の中心軸方向の長さや、当該中心軸方向におけるスプール２３の長さは、予め設定された移動範囲内でステージ１３を移動させても、シリンダ２１とピストン２２が干渉したり、シリンダ２１とスプール２３が干渉したりしないように設定されている。例えば、シリンダ２１の中心軸方向におけるスプール２３の長さは、ステージ１３の移動範囲の２倍程度に設定されている。

スプール２３は、平面視長方形の環状に形成されている。更に詳述すると、スプール２３は、第１の軸部２３ａと、第２の軸部２３ｂと、第３の軸部２３ｃとによって形成されている。第１の軸部２３ａ、第２の軸部２３ｂ及び第３の軸部２３ｃは、全体として環状をなすように一体に形成されている。スプール２３は、ステージ１３と一体に移動するように、ステージ１３側に固定されている。具体的には、スプール２３は、ステージ１３と一体に移動するスライダ１５に固定されている。ただし、本発明はこれに限らず、スプール２３を図示しない固定用部材を用いてステージ１３に直接固定してもよい。また、ステージ１３及びスライダ１５のいずれか一方に、スプール２３を固定するための固定用部材とは別の中間部材（不図示）を介して、スプール２３を固定してもよい。

第１の軸部２３ａは、ピストン２２と一体に形成されている。第１の軸部２３ａは、ピストン２２と同軸状に配置されている。第１の軸部２３ａは、ピストン２２の一方の端面と他方の端面から、それぞれシリンダ２１の中心軸方向に延びている。第１の軸部２３ａは、ピストン２２を間（中間部）に挟んで、シリンダ２１の中心軸方向と平行に配置されている。第１の軸部２３ａの一部は、シリンダ２１の内部に収まっており、第１の軸部２３ａの他部は、シリンダ２１の外部に引き出されている。また、第１の軸部２３ａは、シリンダ２１に設けられたシール孔２６を通して、シリンダ２１の中心軸方向の一方と他方に向けて、シリンダ２１の外部に引き出されている。第２の軸部２３ｂは、シリンダ２１の外部で、かつ、シリンダ２１の横に並ぶかたちで第１の軸部２３ａと平行に配置されている。第２の軸部２３ｂの長さ方向の中間部は、一対の結合部２８でスライダ１５の一方の側面に固定されている。一対の結合部２８は、第２の軸部２３ｂの長さ方向に距離を隔てて設けられている。第３の軸部２３ｃは、第１の軸部２３ａと第２の軸部２３ｂを連続的につなぐかたちで、各々の軸部２３ａ，２３ｂの長さ方向の両端部に配置されている。第３の軸部２３ｃはＵ字形に形成されている。また、シリンダ２１の外部に引き出された第１の軸部２３ａと、第２の軸部２３ｂと、第３の軸部２３ｃは、定盤１１の上面から浮いた状態に配置されている。

バイパス管２４は、全体として略Ｕ字形に形成されている。バイパス管２４の一端部はシリンダ２１の一方の連結孔２７に接続され、バイパス管２４の他端部はシリンダ２１の他方の連結孔２７に接続されている。このため、シリンダ２１の内部とバイパス管２４の内部は、２つの連結孔２７を介して連通した状態になっている。シリンダ２１とバイパス管２４は、一体で形成してもよいし、それぞれ別体で構成したものを相互に組み付けて連結してもよい。バイパス管２４は、上述したスプール２３の軸部と同様に、定盤１１の上面から浮いた状態に配置されている。また、バイパス管２４の断面積は、シリンダ２１の断面積よりも小さく設定されている。バイパス管２４の断面積は、当該バイパス管２４の外周壁を除いた部分の断面積で規定され、シリンダ２１の断面積は、当該シリンダ２１の外周壁を除いた部分の断面積で規定されるものである。このため、バイパス管２４の断面積をＳｂとし、バイパス管２４の内径（直径）をＤｂとすると、「Ｓｂ＝（π×Ｄｂ²）÷４」の数式でバイパス管２４の断面積が求まる。同様に、シリンダ２１の断面積をＳｃとし、シリンダ２１の内径（直径）をＤｃとすると、「Ｓｃ＝（π×Ｄｃ²）÷４」の数式でシリンダ２１の断面積が求まる。シリンダ２１の断面積Ｓｃは、ピストン２２の直径Ｄｐから求められるピストン２２の断面積「Ｓｐ＝（π×Ｄｐ²）÷４」に置き換えて考えてもよい。

シリンダ２１の内部とバイパス管２４の内部は、それぞれ流体２９で満たされている。シリンダ２１の第１室２１ａと第２室２１ｂはバイパス管２４でつながっている。このため、シリンダ２１の内部とバイパス管２４の内部は、共通（同一）の流体２９で満たされている。また、ステージ１３と一体にスプール２３が移動すると、シリンダ２１の内部では、ステージ１３の移動に連動してピストン２２がシリンダ２１の中心軸方向に移動する。そうすると、シリンダ２１及びバイパス管２４の内部では、ピストン２２の移動にしたがって流体２９が移動する。

流体２９に関しては、圧縮性の流体を用いてもよいし、非圧縮性の流体を用いてもよい。圧縮性の流体としては、空気、窒素ガスなどの気体が挙げられる。非圧縮性の流体としては、純水、油などの液体が挙げられる。ここでは、非圧縮性の流体である純水を流体２９として用いることとする。流体２９に純水を用いた場合は、万が一、シリンダ２１の外に流体２９が流出しても、ワークへの影響を避けることができる。清浄度の要求が厳しくない場合は、常温での飽和水上気圧が低い流体を使用してもよい。

ここで、シリンダ２１の内部に流体２９を充填するにあたって、各々のシール孔２６の内壁部分には、シリンダ２１の外部への流体２９の流出を阻止するために、シリンダ２１の中心軸方向に間隔をあけて、図示しない２つのシール部材が組み込まれている。各々のシール部材は、スプール２３（第１の軸部２３ａ）の外径に対応した内径の孔を有する円形のリング状に形成されている。各々のシール部材は、例えば、適度な潤滑性を有する樹脂材料を用いて形成されている。そして、スプール２３の第１の軸部２３ａは、各々のシール部材の孔に嵌合する状態で、シリンダ２１の外部に引き出されている。また、各々のシール部材の内周面は、スプール２３の第１の軸部２３ａの外周面に密に接触している。

制御弁２５は、バイパス管２４の途中、さらに詳しくはバイパス管２４の中間部に設けられている。制御弁２５は、バイパス管２４の管路を開閉する「弁」として設けられたものである。制御弁２５は、自身の弁体によってバイパス管２４の管路を開閉する。制御弁２５は、ステージ１３を停止させるときにバイパス管２４の管路を弁体で閉じることにより、バイパス管２４の内部で流体２９の移動を阻止する。制御弁２５は、例えば、電磁弁を用いて構成されている。制御弁２５を構成する電磁弁としては、通電時に開状態（開弁）となり、非通電時に閉状態（閉弁）となる「ノーマリークローズタイプ」のものが採用されている。制御弁２５の開閉動作は、制御部４によって制御されるようになっている。

＜４．ワーク処理装置の動作＞
次に、本発明の実施の形態に係るワーク処理装置の動作について説明する。なお、ここではワーク処理装置の動作のうち、特にワーク処理装置１が備えるステージ移動装置３の動作（駆動状態）を制御部４で制御する際の手順について、図５のフローチャートを用いて説明する。

制御部４は、ワークの処理を開始するのに先立って、操作部５のスタートボタン７ａがオペレータによって押下操作されたかどうかを判断する（ステップＳ１）。オペレータは、ステージ移動装置３のステージ１３上に図示しないワーク（例えば、ＦＰＤ用のガラス基板など）が固定されている状況で、操作部５のスタートボタン７ａを押下する。実際にオペレータが操作部５のスタートボタン７ａを押下操作すると、当該オペレータの入力操作に基づく操作情報が制御部４に通知される。このため、制御部４では、操作部５からの通知（スタートボタン７ａが押下された旨の通知）の有無に基づいて、スタートボタン７ａが押下されたかどうかを判断する。

次に、制御部４は、上記ステップＳ１で操作部５のスタートボタン７ａが押下されたと判断すると、それをきっかけにして制御弁２５に通電する（ステップＳ２）。これにより、制御弁２５の弁体が開状態となる。このため、制動装置６のバイパス管２４の管路内を流体２９が自由に行き来できる状態になる。

次に、制御部４は、リニアモータ１８の駆動を開始する（ステップＳ３）。リニアモータ１８を駆動する場合は、その駆動に先立って、例えば、固定子１９と可動子２０との間にダイナミックブレーキによる制動力を働かせる。これにより、スライダ１５が停止された状態に保持される。この状態から、制御部４により与えられる駆動信号にしたがって、例えば固定子１９の長手方向で磁極（Ｎ極、Ｓ極）の切り換えを行なうと、固定子１９と可動子２０の間に移動用の磁界が発生する。そして、この磁界の作用でスライダ１５に推進力が加わる。このため、スライダ１５が案内部材１４の長手方向に移動する。

スライダ１５は、予め設定された始点位置から案内部材１４の長手方向に移動を開始する。そうすると、スライダ１５と一体にステージ１３も移動する。このため、ステージ１３上に固定されたワークが案内部材１４の長手方向に移動を開始することになる。このとき、ステージ１３は、リニアモータ１８の駆動状態に応じて一定の速度で移動する。

ワークの移動経路の途中には、例えば、処理機能部２がレーザアニール処理を行なうものであれば、レーザ光源と光学系を含むレーザ光照射手段が処理機能部２として配置される。レーザ光照射手段は、例えば、定盤１１の上に設置される門型の架台（不図示）の梁部に実装され、その下方をステージ１３が移動するものとなる。そして、ステージ１３上に固定されたワークが予め設定された位置まで移動すると、レーザ光照射手段からワークに向けてレーザ光が照射される。これにより、ステージ１３上に固定されたワークの表面が、当該ステージ１３の移動にしたがって、レーザ光の照射により一方向に走査される。ＦＰＤ用のガラス基板をワークとして取り扱う場合は、ガラス基板上に隙間なく均一にレーザ光を照射するために、ステージ１３の移動方向と直交する方向にレーザ光の照射位置をずらしつつ、ステージ１３を案内部材１４に沿って複数回往復移動させることになる。その際、制御部４は、予め設定された始点と終点との間をステージ１３が往復移動するようにリニアモータ１８の駆動を制御する。

このようにステージ１３を移動させると、制動装置６のスプール２３がステージ１３と一体になって移動する。また、スプール２３が移動すると、当該スプール２３と一体構造をなすピストン２２がシリンダ２１の内部で移動する。このとき、シリンダ２１及びバイパス管２４の内部に充填されている流体２９は、ピストン２２の移動に伴ってバイパス管２４の管路内を流れる。例えば、図６に示すように、スプール２３と一体にピストン２２が図の右方向に移動すると、第２室２１ｂに充填されていた流体２９は、図中矢印で示すように、バイパス管２４に流入するとともに、当該バイパス管２４を通して第１室２１ａに流入する。また、図示はしないが、スプール２３と一体にピストン２２が図の左方向に移動した場合は、第１室２１ａに充填されていた流体２９が、バイパス管２４に流入するとともに、当該バイパス管２４を通して第２室２１ｂに流入する。つまり、ステージ１３と一体にスプール２３が移動すると、その移動方向に応じて、バイパス管２４の内部を、第１室２１ａから第２室２１ｂに向かう方向、又は第２室２１ｂから第１室２１ａに向かう方向に、流体２９が流れる。このとき、スプール２３の移動に伴う抵抗は、流体２９の粘性抵抗と、上記シール部材による抵抗と、流体２９がバイパス管２４に圧縮されて通過するときの抵抗を合成したものとなる。

次に、制御部４は、ワークの処理が終了したかどうかを判断する（ステップＳ４）。そして、ワークの処理が終了したと判断すると、制御部４は、リニアモータ１８の駆動を停止した後（ステップＳ５）、制御弁２５への通電を遮断する（ステップＳ６）。これにより、スライダ１５は再び停止した状態に保持される。

一方、ワークの処理が終了していないと判断した場合は、制御部４は、操作部５の非常停止ボタン７ｂがオペレータによって押下操作されたかどうかを判断する（ステップＳ７）。オペレータが操作部５の非常停止ボタン７ｂを押下操作すると、当該オペレータの入力操作に基づく操作情報が制御部４に通知される。このため、制御部４では、操作部５からの通知（非常停止ボタン７ｂが押下された旨の通知）の有無に基づいて、非常停止ボタン７ｂが押下されたかどうかを判断する。そして、操作部５の非常停止ボタン７ｂが押下されない状況では上記ステップＳ４に戻る。

これに対して、制御部４は、上記ステップＳ７で操作部５の非常停止ボタン７ｂが押下された判断すると、それをきっかけにして上記ステップＳ６に移行し、制御弁２５への通電を遮断する。これにより、図７に示すように、制御弁２５の弁体が開状態から閉状態に切り替わる。すなわち、制御弁２５が非通電状態になると、バイパス管２４の管路が制御弁２５の弁体によって閉じられる。この状態では、バイパス管２４の内部を流体２９が自由に流動できなくなる。

このため、ステージ１３の移動中に非常停止ボタン７ｂが押された場合は、ステージ１３に移動に伴う慣性力が、スプール２３及びピストン２２を介して、密閉容器（２１，２４）内の流体２９に加わる。そうすると、閉容器（２１，２４）内で流体２９の圧力（流体圧）が上昇する。例えば、上記図７において、スプール２３と一体にピストン２２が図の右方向に移動しているときに制御弁２５が閉状態になった場合は、第２室２１ｂに充填されている流体２９の内圧が上昇する。これと反対に、スプール２３と一体にピストン２２が図の左向に移動しているときに制御弁２５が閉状態になった場合は、第１室２１ａに充填されている流体２９の内圧が上昇する。こうしてシリンダ２１内の第１室２１ａ又は第２室２１ｂで流体２９の内圧が上昇すると、シリンダ２１内でピストン２２の移動を阻止しようとする強い制動力が発生する。この制動力は、ピストン２２、スプール２３及びスライダ１５を介してステージ１３に加えられる。このように、定盤１１上で案内部材１４に沿って移動するステージ１３に対し、流体圧の変化を利用して制動力を加えることにより、当該制動力の印加によってステージ１３が停止する。

このとき、制御弁２５を介してバイパス管２４の中を流れる流体２９の流量が少なくても、バイパス管２４の断面積がシリンダ２１の断面積よりも小さくなっているため、パスカルの原理により、小さな弁体でも大きな制動力を発生させることができる。その理由を少し詳しく説明する。まず、上述したようにバイパス管２４の断面積をＳｂとし、シリンダ２１の断面積をＳｃとする。また、流体２９の作動圧力をＰｗとし、制御弁２５の弁体に加わる力をＦｂとし、シリンダ２１によって発生する制動力をＦｃとする。そうした場合、「Ｆｂ＝Ｓｂ×Ｐｗ」の計算式と「Ｆｃ＝Ｓｃ×Ｐｗ」の計算式が成り立つ。このため、制動力は「Ｆｃ＝Ｆｂ×（Ｓｃ÷Ｓｂ）」の計算式で表される。この計算式から分かるように、バイパス管２４の断面積Ｓｂを相対的に小さくするか、シリンダ２１の断面積Ｓｃを相対的に大きくすると、より大きな制動力Ｆｃが得られる。例えば、バイパス管２４の断面積Ｓｂをシリンダ２１の断面積Ｓｃの１／４に設定すると、制御弁２５の弁体に加わる力Ｆｂの４倍相当の制動力Ｆｃを発生させることができる。実際の設計においては、ステージ１３を停止させるうえで必要とされる制動力に合わせて、シリンダ２１の断面積Ｓｃと流体２９の作動圧力Ｐｗを決定し、制御弁２５の弁体の耐荷重からバイパス管２４の断面積Ｓｂを決定するとよい。

本発明の実施の形態に係るワーク処理装置１においては、ステージ移動装置３が備える制動装置６が、バイパス管２４を流れる流体２９の移動を制御弁２５で阻止（規制）することにより、シリンダ２１の内部に制動力が発生する仕組みを採用している。このため、摩擦制動方式のように粉塵等を発生させることなく、摩擦制動方式と同等又はそれ以上に強い制動力を発生させることができる。また、本発明の実施の形態に係る制動装置６では、粉塵等の発生がないため、クリーンルームなどの清浄な環境下に設置されるステージ移動装置３やこれを備えるワーク処理装置１にも問題なく採用することができる。

また、流体２９として、非圧縮性の流体を用いた場合は、シリンダ２１の内部で、一方の室内に充填された流体２９の内圧が上昇しても、当該室内の容積が変化しない。このため、ステージ１３に瞬間的に強い制動力を加えることができる。したがって、ステージ１３を瞬時に停止させることができる。

また、流体２９として、圧縮性の流体を用いた場合は、シリンダ２１の内部で、一方の室内に充填された流体２９の内圧が上昇したときに、当該室内の容積が流体の圧縮性に応じて若干変化する。このため、ステージ１３を停止させる際の衝撃を緩和することができる。

また、非圧縮性の流体を用いる場合に、制御弁２５の弁体の開度を可変とし、制御弁２５が非通電状態になったときに弁体を完全に閉じないように（換言すると、弁体が閉状態になっても僅かに管路が開いた状態となるように）制御してもよい。このように制御すれば、流体２９の内圧が上昇したときに、その流体圧を制御弁２５の弁体を介して一方から他方に逃がすことができる。このため、ステージ１３を停止させる際の衝撃を緩和することができる。また、ステージ１３を減速させながら停止させることができる。

また、制御弁２５をノーマリークローズタイプの電磁弁で構成しておけば、ステージ１３の移動中に何らかの異常が発生して電磁弁への通電が断たれた場合に、制御弁２５の弁体が即座に閉状態となってバイパス管２４の管路が閉じられる。このため、何らかの異常が発生して制御弁２５への通電が断たれたときに、自動的に制動力を発生させてステージ１３を停止させることができる。したがって、異常発生時の安全性を確保することができる。

また、バイパス管２４の断面積をシリンダ２１の断面積よりも小さくしているため、比較的小さな制御弁２５で大きな制動力を発生させることができる。このため、摩擦制動方式の制動装置であれば、大型のステージの重量にあわせて制動装置にも大型のアクチュエータを用いる必要がある。これに対して、上記の制動装置６の場合は、大型のアクチュエータを使用しなくても、大型のステージを停止させるのに十分な制動力を発生させることができる。例えば、１００ｋｇを超えるような大型のステージであっても、上記の制動装置６によれば、即時停止させることができる。また、非常停止時に制動装置６の作動によりステージ１３を停止させることで、ステージ１３の衝突等に伴う機械的な被害や、これに伴う設備復旧のための稼働停止を避けることができる。

なお、上記実施の形態においては、ステージ移動装置３が備える制動装置６を、ステージ１３を非常停止させる場合に利用するものとしたが、本発明はこれに限らず、ワークの処理中にステージ１３を所望の位置に停止させるための制動装置として利用してもよい。その場合は、制動装置６を作動させたときにステージ１３の制動距離が短くなるため、ステージ１３を所望の位置に精度良く停止させることができる。

また、ステージ移動装置３の制動装置６は、案内部材１４の片側だけでなく、案内部材１４の両側に設けてもよい。

また、ステージ移動装置３が備えるステージ１３は、処理の対象となるワークを搭載する以外にも、例えば、ワークを処理する処理機能部２を搭載するものとしてもよい。

また、ステージ移動装置３のステージ１３は、一軸方向に移動するものに限らず、例えば、水平面に平行なＸＹ平面内でＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向に移動するものであってもよい。さらにその場合は、ステージの移動方向ごとに制動装置６を設けてもよい。

１…ワーク処理装置、２…処理機能部、３…ステージ移動装置、６…制動装置、１１…定盤、１３…ステージ、２１…シリンダ、２１ａ…第１室、２１ｂ…第２室、２２…ピストン、２３…スプール、２４…バイパス管、２５…制御弁、２９…流体

Claims (10)

1. 内部が流体で満たされた、密閉された容器と、
   制動で停止すべき移動体の移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、
   前記移動体を停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段と
   を備える制動装置。
2. 前記流体は、非圧縮性の流体である
   請求項１記載の制動装置。
3. 前記流体は、圧縮性の流体である
   請求項１記載の制動装置。
4. 前記流体は、純水である
   請求項２記載の制動装置。
5. 前記容器は、第１室と第２室を有するシリンダと、前記シリンダの第１室と第２室をつなぐバイパス管とを用いて構成され、
   前記流体移動手段は、前記シリンダの内部を前記第１室と前記第２室に仕切るピストンと、前記ピストンと一体化された状態で前記シリンダの外部に引き出された軸体とを用いて構成され、
   前記流体移動阻止手段は、前記バイパス管の途中に設けられて当該バイパス管の管路を開閉する弁を用いて構成されている
   請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の制動装置。
6. 前記バイパス管の断面積が前記シリンダの断面積よりも小さい
   請求項５記載の制動装置。
7. 前記弁は、ノーマリークローズタイプの電磁弁である
   請求項５又は６記載の制動装置。
8. ベースと、
   前記ベース上に移動可能に設けられたステージと、
   前記ベース上で移動する前記ステージに制動力を加える制動装置とを備え、
   前記制動装置は、
   内部が流体で満たされた、密閉された容器と、
   前記ステージの移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、
   前記ステージを停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備える
   ステージ移動装置。
9. ベースと、
   前記ベース上に移動可能に設けられるとともに、処理の対象となるワーク又は当該ワークを処理する処理機能部を搭載するステージと、
   前記ベース上で移動する前記ステージに制動力を加える制動装置とを備え、
   前記制動装置は、
   内部が流体で満たされた、密閉された容器と、
   前記ステージの移動に連動して前記容器内で前記流体を移動させる流体移動手段と、
   前記ステージを停止させるときに前記容器内で前記流体の移動を阻止する流体移動阻止手段とを備える
   ワーク処理装置。
10. 制動で停止すべき移動体に流体圧の変化を利用して制動力を加える
    制動方法。

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