JP2760581B2

JP2760581B2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JP2760581B2
Application number: JP1178083A
Authority: JP
Inventors: 亮一鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH0344593A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は例えば半導体製造装置等で使用される高速
・高精度の位置決め装置の改良に関する。

（従来の技術）一般に、例えば半導体製造装置等で使用される高速・
高精度の位置決め装置ではサブミクロン程度の位置決め
精度が要求されている。この種の位置決め装置として従
来からガイドレール上に配設された被保持体の保持ステ
ージをガイドレールに沿って摺接状態で進退動作させる
ステージ駆動機構を設け、このステージ駆動機構をデジ
タルサーボ制御して保持ステージをガイドレール上に設
定された所定の停止位置で停止させる構成のものが知ら
れている。しかしながら、このような構成の位置決め装
置ではガイドレールと保持ステージとの接触面間の摩擦
力が大きい場合にはスティック・スリップが発生し易い
ので、位置決め精度が低下する問題がある。

そこで、ガイドレール上に配設された被保持体の保持
ステージをガイドレールに対して空気圧によって非接触
状態で保持させるエアベアリングと、保持ステージをガ
イドレールに沿って進退動作させる例えばリニアモータ
等のステージ駆動機構とを組み合わせた構成の直動ステ
ージを設け、この直動ステージのエアベアリングによっ
て保持ステージをガイドレールに対して非接触状態で保
持させることにより、ガイドレールと保持ステージとの
間の摩擦をなくして位置決め精度の向上を図るようにし
たものが考えられている。しかしながら、この場合には
保持ステージをデジタルサーボ制御する際に、１パルス
内で安定に位置決めすることが難しいので、保持ステー
ジをガイドレール上に設定された所定の停止位置で停止
させた場合にプラス・マイナス１パルスの範囲内で保持
ステージが振れるおそれがあり、これが保持ステージの
位置決め誤差になるとともに、保持ステージの発振の原
因になる問題があった。

また、保持ステージをガイドレール上に設定された所
定の停止位置で機械的にクランプすることにより、保持
ステージの振れを防止する構成にした場合にはクランプ
機構と保持ステージとの接触時に発塵が生じるおそれが
あるとともに、クランプ時に位置ずれが発生し易く、位
置決め精度の向上を図るうえで問題があった。

（発明が解決しようとする課題）ガイドレール上に配設された被保持体の保持ステージ
をガイドレールに沿って摺接状態で進退動作させるステ
ージ駆動機構を設け、このステージ駆動機構をデジタル
サーボ制御して保持ステージをガイドレール上に設定さ
れた所定の停止位置で停止させる構成の位置決め装置で
はガイドレールと保持ステージとの接触面間の摩擦力が
大きい場合にスティック・スリップが発生し易く、位置
決め精度が低下する問題があり、またエアベアリングと
リニアモータ等のステージ駆動機構とを組み合わせた構
成の直動ステージを設けた場合には保持ステージをデジ
タルサーボ制御する際に、１パルス内で安定に位置決め
することが難しく、保持ステージをガイドレール上に設
定された所定の停止位置で停止させた場合にプラス・マ
イナス１パルスの範囲内で保持ステージが振れるおそれ
があり、これが保持ステージの位置決め誤差になるとと
もに、保持ステージの発振の原因になる問題があった。
さらに、保持ステージをガイドレール上に設定された所
定の停止位置で機械的にクランプすることにより、保持
ステージの振れを防止する構成にした場合にはクランプ
機構と保持ステージとの接触時に発塵が生じるおそれが
あるとともに、クランプ時に位置ずれが発生し易く、位
置決め精度の向上を図るうえで問題があった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、ガイ
ドレールと保持ステージとの間のスティック・スリップ
の発生や保持ステージをガイドレール上の停止位置で停
止させた場合の保持ステージの振れを防止して位置決め
精度の向上を図ることができるとともに、保持ステージ
停止時の塵埃の発生を防止することができ、加えて総重
量を増大させることなく、強力なダンパ作用が得られる
位置決め装置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明はガイドレール上に配設された被保持体の保
持ステージと、この保持ステージを前記ガイドレールに
対して空気圧によって非接触状態で保持させるエアベア
リングと、前記保持ステージを前記ガイドレールに沿っ
て進退動作させるステージ駆動機構と、磁性流体からな
る粘性流体の収容室内に配設され、前記保持ステージの
動作に連動するロータ、このロータに離間対向配置され
たステータおよび前記収容室内の粘性流体の粘性抵抗を
調整する粘性抵抗調整部材を備え、前記ロータと前記ス
テータとの対向面間に相補凹凸形状の噛合部を構成し、
前記粘性抵抗調整部材による前記収容室内の粘性流体の
粘性抵抗変化にともない前記保持ステージの動作抵抗を
調整する磁性流体ダンパと、前記ステージ駆動機構およ
び前記粘性抵抗調整部材のオンオフ動作を制御して前記
磁性流体ダンパを作動させる制御部とを具備したことを
特徴とする位置決め装置である。

（作用）エアベアリングからの空気圧によってガイドレールに
対して保持ステージを非接触状態で保持させることによ
り、保持ステージの移動時にガイドレールと保持ステー
ジとの間のスティック・スリップの発生を防止するとと
もに、制御部によってステージ駆動機構および粘性抵抗
調整部材のオンオフ動作を制御し、保持ステージがガイ
ドレール上に設定された所定の停止位置以外の場所に位
置している保持ステージの進退動作中の状態で、ステー
ジ駆動機構をオン状態、粘性抵抗調整部材をオフ状態で
保持させることにより、保持ステージの進退動作中の磁
性流体ダンパの粘性流体収容室内の粘性流体の粘性抵抗
を小さくして保持ステージの移動スピードを高速化す
る。そして、保持ステージの進退動作中、保持ステージ
が停止位置に移動した時点で、ステージ駆動機構をオフ
操作し、かつ粘性抵抗調整部材をオン操作して磁性流体
ダンパを作動させ、粘性流体収容室内の粘性流体の粘性
抵抗を大きくすることにより、保持ステージを停止位置
で停止させた場合の保持ステージの振れを防止して位置
決め精度の向上を図り、保持ステージ停止時の塵埃の発
生を防止する。

さらに、磁性流体ダンパの磁性流体の収容室内のロー
タと、ステータとの対向面間に構成された相補凹凸形状
の噛合部によって両者間の隙間を小さくすることによ
り、粘性抵抗調整部材をオン操作して磁性流体ダンパを
作動させた際に、この噛合部の凹凸部分で磁束の集中を
起こし、相補凹凸形状の噛合部の凹凸部分内の粘性流体
を瞬時に高粘度化して、粘性流体の機械的抵抗を大きく
し、強力なダンパ作用が得られるようにしたものであ
る。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第１図は位置決め装置全体の概略構成を示すもの
で、１はこの位置決め装置の基板である。この基板１の
上面両端部には離間対向配置させた一対の支持脚2a,2b
が配設されており、これらの支持脚2a,2b間には矩形断
面のガイドレール３が架設されている。このガイドレー
ル３には被保持体の保持ステージ４が装着されている。
この保持ステージ４は略矩形枠状に形成されており、こ
の保持ステージ４はガイドレール３に沿って移動可能に
取り付けられている。この場合、ガイドレール３には保
持ステージ４をガイドレール３に対して空気圧によって
非接触状態で保持させるエアベアリングが組み込まれて
いる。また、保持ステージ４の両側部には直線状の突設
部材5,6がそれぞれ突設されている。

さらに、基板１の上面には保持ステージ４をガイドレ
ール３に沿って進退動作させるリニアモータ（ステージ
駆動機構）７が配設されている。このリニアモータ７は
ガイドレール３と平行に配設された固定子7aとこの固定
子7aに沿って往復動作する可動子7bとによって形成され
ている。この場合、固定子7aは基板１の上面両端部に離
間対向配置させた一対の支持脚8a,8b間に架設されてい
る。また、このリニアモータ７の可動子7bには保持ステ
ージ４の一側部側の突設部材５の先端部が固定されてい
る。そして、リニアモータ７の動作時にはこの突設部材
５を介して可動子7bの動作が保持ステージ４側に伝達さ
れ、可動子7bの動作に連動して保持ステージ４がガイド
レール３に沿って進退動作するようになっている。

一方、保持ステージ４の他側部側の突設部材６には基
板１の上面両端部に離間対向配置された一対の滑車9a,9
b間に張設された伸縮のない操作ワイヤ10の両端部が止
着されている。この場合、一方の滑車9aは基板１の上面
一端部に突設された支持板11に回転自在に軸支されてい
る。さらに、他方の滑車9bは基板１の上面他端部に配設
された磁性流体ダンパ12の回転軸12aの先端部に固定さ
れている。そして、保持ステージ４の動作時には保持ス
テージ４の動作にともない操作ワイヤ10が進退動作し、
この操作ワイヤ10の進退動作に連動して滑車9a,9bが回
転するとともに、この滑車9bの回転にともない磁性流体
ダンパ12の回転軸12aが一体的に回転するようになって
おり、磁性流体ダンパ12によって滑車9bの回転速度が制
御されるようになっている。

また、第２図は磁性流体ダンパ12の概略構成を示すも
のである。この磁性流体ダンパ12にはダンパ本体13の略
円筒状のケース14内にロータ（可動部材）15,ステータ1
6および電磁石（粘性抵抗調整部材）17がそれぞれ配設
されている。この場合、ロータ15には回転軸12aの基端
部が固定されている。また、ダンパ本体13のケース14に
は仕切り壁14aを介して仕切られた軸受部18と磁性流体
からなる粘性流体Ｒの収容室19とがそれぞれ設けられて
いる。そして、軸受部18内には一対のベアリング20a,20
bが離間対向配置されており、これらのベアリング20a,2
0bによって回転軸12aが回転自在に支持されている。さ
らに、粘性流体Ｒの収容室19の内底部には電磁石17が配
設されており、この電磁石17上にステータ16が固定され
ている。このステータ16は厚肉円板21によって形成され
ており、この厚肉円板21の表面に同心円状の一対の円形
溝22a,22bがそれぞれ形成されている。また、ロータ15
はステータ16に対して離間対向配置された厚肉円板23に
よって形成されており、この厚肉円板23のステータ16と
の対向面には同心円状の一対の円筒形突起24a,24bがそ
れぞれ突設されている。そして、これらの円筒形突起24
a,24bがステータ16の各円形溝22a,22b内にそれぞれ挿入
されている。さらに、粘性流体収容室19内に配置された
ロータ15の回転軸12aの基端部には平板状のプロペラ25
が固定されている。なお、磁性流体は磁場の影響を受け
ると粘性が大きく変化する流体であり、電磁石17の通電
制御にともないダンパ本体13のケース14内の磁場を変化
させることにより、磁性流体収容室19内の粘性流体Ｒの
粘性抵抗を変化させ、ロータ15および滑車9bの回転速度
を制御する構成になっている。

また、磁性流体ダンパ12の電磁石17は例えばマイクロ
コンピュータおよびその周辺回路によって形成された制
御部26に接続されている。さらに、この制御部26にはリ
ニアモータ７が接続されているとともに、保持ステージ
４の位置センサ27が接続されている。この位置センサ27
はガイドレール３上に設定された保持ステージ４の所定
の停止位置に設置されており、この位置センサ27からの
検出信号が制御部26に入力されるようになっている。そ
して、制御部26にはリニアモータ７の動作をデジタルサ
ーボ制御して保持ステージ４をガイドレール３上に設定
された所定の停止位置で停止させる停止位置制御機能お
よび保持ステージ４がガイドレール３上の停止位置以外
の場所に位置している状態で磁性流体ダンパ12の電磁石
17の通電を遮断状態で保持させることにより、粘性流体
収容室19内の粘性流体Ｒの粘性抵抗を小さくし、保持ス
テージ４がガイドレール３上の停止位置まで移動した状
態で電磁石17に通電して粘性流体収容室19内の粘性流体
Ｒの粘度抵抗を大きくするように磁性流体ダンパ12の電
磁石17を制御する粘性抵抗制御機能がそれぞれ設けられ
ている。

次に、上記構成の作用について説明する。

まず、保持ステージ４がガイドレール３上の所定の停
止位置以外の場所に位置している状態、すなわち保持ス
テージ４の移動中は磁性流体ダンパ12の電磁石17の通電
が遮断状態で保持される。そのため、この状態では磁性
流体ダンパ12の粘性流体収容室19内の粘性流体Ｒが電磁
石17からの磁場の影響を受けることがないので、粘性流
体Ｒの粘性抵抗が小さい状態で保持される。この場合、
例えば粘性流体Ｒのベース溶媒として水を使用した場合
には磁場が０の状態では粘性抵抗が略０に近いので、保
持ステージ４を磁性流体ダンパ12の影響を受けることな
く、円滑に移動させることができ、保持ステージ４の移
動スピードを高速化することができる。

また、位置センサ27からの検出信号にもとづいて制御
部26によって保持ステージ４がガイドレール３上の停止
位置まで移動した状態が検出されると磁性流体ダンパ12
の電磁石17が通電される。そのため、この状態では磁性
流体ダンパ12の粘性流体収容室19内の粘性流体Ｒが電磁
石17からの磁場の影響を受け、磁性流体ダンパ12内の粘
性流体Ｒの粘性抵抗、密度が増大するので、ロータ15の
回転軸12aのプロペラ25に作用する抗力が増大し、滑車9
bの回転抵抗が増大する。この場合、ステータ16の各円
形溝22a,22b内にロータ15の各円筒形突起24a,24bを挿入
させ、磁性流体ダンパ12の粘性流体収容室19内のロータ
15と、ステータ16との対向面間に相補凹凸形状の噛合部
が構成されている。これにより、ステータ16の各円形溝
22a,22bとロータ15の各円筒形突起24a,24bとの間の相補
凹凸形状の噛合部の凹凸部分で両者間の隙間を小さくす
ることができるので、電磁石17をオン操作して磁性流体
ダンパ12を作動させた際に、この噛合部の凹凸部分で磁
束の集中を起こし、相補凹凸形状の噛合部の凹凸部分内
の粘性流体を瞬時に高粘度化することができ、格別に総
重量を増大させることなく、強力なダンパ作用が得られ
る。したがって、従来のエアベアリングとリニアモータ
等のステージ駆動機構とを組み合わせた直動ステージの
ように保持ステージ４をガイドレール３上の停止位置で
停止させた場合にプラス・マイナス１パルスの範囲内で
保持ステージ４が振れることを防止することができるの
で、保持ステージ４の位置決め誤差を低減し、保持ステ
ージ４の位置決め精度の向上を図ることができる。

さらに、エアベアリングからの空気圧によってガイド
レール３に対して保持ステージ４を非接触状態で保持さ
せるようにしたので、保持ステージ４の移動時にガイド
レール３と保持ステージ４との間のスティック・スリッ
プの発生を防止することができ、保持ステージ４の移動
動作を円滑化することができるとともに、保持ステージ
４の停止時には保持ステージ４をガイドレール３上の停
止位置で機械的にクランプした場合のような保持ステー
ジ４の停止時の塵埃の発生を防止することができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では回転式の磁性流体ダンパ12
を使用した場合について示したが、直動式の磁性流体ダ
ンパ12を直接保持ステージ４に取り付ける構成にしても
よい。さらに、その他この発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施できることは勿論である。

［発明の効果］この発明によればエアベアリングからの空気圧によっ
てガイドレールに対して保持ステージを非接触状態で保
持させたので、保持ステージの移動時にガイドレールと
保持ステージとの間のスティック・スリップの発生を防
止することができる。さらに、制御部によってステージ
駆動機構および前記粘性抵抗調整部材のオンオフ動作を
制御し、保持ステージがガイドレール上に設定された所
定の停止位置以外の場所に位置している保持ステージの
進退動作中の状態で、ステージ駆動機構をオン状態、粘
性抵抗調整部材をオフ状態で保持させることにより、保
持ステージの進退動作中の磁性流体ダンパの粘性流体収
容室内の粘性流体の粘性抵抗を小さくして保持ステージ
の移動スピードを高速化することができる。そして、保
持ステージの進退動作中、保持ステージが停止位置に移
動した時点で、ステージ駆動機構をオフ操作し、かつ粘
性抵抗調整部材をオン操作して磁性流体ダンパを作動さ
せるようにしたので、粘性流体収容室内の粘性流体の粘
性抵抗を大きくすることにより、保持ステージを停止位
置で停止させた場合の保持ステージの振れを防止して位
置決め精度の向上を図り、保持ステージ停止時の塵埃の
発生を防止することができる。

さらに、磁性流体ダンパの磁性流体の収容室内のロー
タと、ステータとの対向面間に相補凹凸形状の噛合部を
構成したので、この相補凹凸形状の噛合部によって両者
間の隙間を小さくすることができる。これにより、粘性
抵抗調整部材をオン操作して磁性流体ダンパを作動させ
た際に、この噛合部の凹凸部分で磁束の集中を起こし、
相補凹凸形状の噛合部の凹凸部分内の粘性流体を瞬時に
高粘度化して、粘性流体の機械的抵抗を大きくすること
ができる。その結果、格別に総重量を増大させることな
く、強力なダンパ作用が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は位置
決め装置全体の概略構成図、第２図は磁性流体ダンパを
示す縦断面図である。３……ガイドレール、４……保持ステージ、７……リニ
アモータ（ステージ駆動機構）、12……磁性流体ダン
パ、13……ダンパ本体、15……ロータ（可動部材）、17
……電磁石（粘性抵抗調整部材）、Ｒ……粘性流体、19
……粘性流体収容室、25……流入通路、26……制御部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイドレール上に配設された被保持体の保
持ステージと、この保持ステージを前記ガイドレールに対して空気圧に
よって非接触状態で保持させるエアベアリングと、前記保持ステージを前記ガイドレールに沿って進退動作
させるステージ駆動機構と、磁性流体からなる粘性流体の収容室内に配設され、前記
保持ステージの動作に連動するロータ、このロータに離
間対向配置されたステータおよび前記収容室内に粘性流
体の粘性抵抗を調整する粘性抵抗調整部材を備え、前記
ロータと前記ステータとの対向面間に相補凹凸形状の噛
合部を構成し、前記粘性抵抗調整部材による前記収容室
内の粘性流体の粘性抵抗変化にともない前記保持ステー
ジの動作抵抗を調整する磁性流体ダンパと、前記ステージ駆動機構および前記粘性抵抗調整部材のオ
ンオフ動作を制御して前記磁性流体ダンパを作動させる
制御部とを具備したことを特徴とする位置決め装置。