JP3031940B2 - 移動案内装置 - Google Patents

移動案内装置

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JP3031940B2
JP3031940B2 JP2038410A JP3841090A JP3031940B2 JP 3031940 B2 JP3031940 B2 JP 3031940B2 JP 2038410 A JP2038410 A JP 2038410A JP 3841090 A JP3841090 A JP 3841090A JP 3031940 B2 JP3031940 B2 JP 3031940B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は移動案内装置に関し、特に半導体製造装置や
精密工作機械等において、例えばＸステージやＹステー
ジ等の移動体を高速にしかも高精度に所定位置に位置決
めすることのできる移動案内装置に関するものである。
［従来の技術］ 従来より移動体を所定の案内に沿って移動させ、所定
位置に高精度に位置決めを行なうようにした移動案内装
置が種々と提案されている。
第７図は従来のＸ、Ｙ移動機構を有する移動案内装置
の要部斜視図である。
同図において71は定盤であり、該定盤71上にＹ方向の
移動機構としてのＹステージ74が載置されている。又、
Ｙステージ74上にはＸ方向の移動機構としてのＸステー
ジ75が載置されている。
Ｘステージ75及びＹステージ74は不図示のリニアモー
ター等の駆動手段により所定方向に各々移動され位置決
めされる。
［発明が解決しようとする課題］ 第７図に示す従来の移動案内装置は定盤71、Ｙステー
ジ74、そしてＸステージ75と順に積み重ねた構成を採っ
ているため、上下方向に高くなる欠点があった。
又、Ｘステージ75が移動する際、Ｙステージ74に偏荷
重が発生し、Ｙステージ74が例えば第８図（Ａ）、
（Ｂ）の点線で示すように変形し、この結果Ｘステージ
75の静的な姿勢精度が劣化してくる欠点があった。
更にＸステージ75及びＹステージ74を剛体より構成す
るとＸステージ75、Ｙステージ74が第９図に示すように
６つの自由度を持つようになる為、例えばＹステージ74
がピッチングを起こすとＸステージ75のローリングとな
る等、６つの自由度が互いに全て連成し、動的にも姿勢
精度が劣化してくる等の問題点があった。
また静圧案内されたXY移動機構が、例えば特開昭62−
88526号公報、特開平１−188241号公報等に記載されて
いる。しかしながら、従来の構成では定盤、ステージを
全て同一部材により構成しないと、ステージ駆動中に温
度変化があった場合に軸受隙間が変化し、このため制御
特性が変化して円滑な位置決め動作ができなかった。ま
た、運搬中等温度変化の大きい環境では、熱膨張等によ
り軸受隙間が無くなり静圧軸受、ステージあるいは定盤
を破損する等の恐れがあった。
本発明は上記従来技術を更に改良するものであって、
第１移動体（Ｙステージ）と第２移動体（Ｘステージ）
の各々の移動体の案内機構を適切に設定することによ
り、例えば第１移動体の偏荷重を無くし第２移動体の静
的な姿勢精度の劣化を防止すると共に、運搬あるいは使
用時に温度変化が発生してもステージを破損させず、ま
た制御特性等が変化しない高精度な位置決めを可能とし
た移動案内装置の提供を目的としている。
また、本発明は例えばＹステージの移動に対して直交
する方向、垂直方向、そしてローリングの３成分におけ
る振動の連成を無くし、更にＹステージのピッチングを
静圧空気軸受の間隙を介してＸステージのみに伝達する
ようにし、これにより高精度な位置決めを可能とした移
動案内装置の提供を目的としている。
さらに運搬、あるいは使用時に温度変化が発生しても
ステージを破損させず、また制御特性等が変化しない高
精度な位置決めを可能とした移動案内装置の提供を目的
としている。
［課題を解決するための手段及び作用］ 前記目的を達成するため、本発明の移動案内装置は、
第１方向とこれと直交する第２方向を含む水平の基準面
を備えた定盤と、該定盤と一体に設けられ側面に垂直な
案内面を有する単一の固定ガイドと、該固定ガイドの案
内面に静圧軸受けを介して非接触に案内されて該定盤の
基準面上で該第１の方向に移動する第１の移動体と、該
第１の移動体を該固定ガイドの案内面に向けて付勢する
予圧機構と、該第１の移動体に案内されて該基準面上で
該第２の方向に移動する第２の移動体とを備え、上記第
１および第２の移動体の重量は独立して前記定盤の基準
面で支持され、且つ前記第１移動体の第１方向への案内
は前記単一の固定ガイドの１つの案内面のみで行なう。
ここで、第１および第２の移動体は静圧軸受を介して
定盤上に支持され得る。第２の移動体は第１の移動体の
側面に静圧軸受けを介して案内され得る。固定ガイドは
磁性材料であり、与圧機構は磁力によって与圧を発生す
るための磁石を有し得る。また、第１および第２の移動
体はセラミックス材料である得る。
さらに、第２の移動体を定盤の基準面に向けて付勢す
る予圧機構を更に有し得る。また、第１の移動体を第１
の方向に移動させるための第１の移動体を挟んで両側に
設けた２つの第１リニアモータと、第２の移動体を第２
の方向に移動させるための第２リニアモータを有し、第
２リニアモータは第１の移動体と一体的に設けられ得
る。
［実施例］ 第１図〜第５図に本発明の第１の実施例の概略構成を
示す。
第１図は斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面図、
第３図は第１図のＢ矢視図、第４図は第１図のＣ矢視
図、第５図は第１図の裏面図である。
図において１は定盤であり、上面が滑らかな基準面と
なっている。1aは軸受保守用切り欠き、４は移動体とし
てのＹステージ、５は移動体としてのＸステージ、２は
Ｙステージ４の横方向（Ｙ軸方向）の固定ガイド、３
（3a、3b,3c,3d）は多孔質の静圧空気軸受であり、この
うち3aはＸステージ５の横方向（Ｙ軸方向）、3bはＸス
テージ５の垂直方向、3CはＹステージ４の横方向、3dは
Ｙステージ４の垂直方向を各々案内している。
4aはＹステージの横方向、垂直方向の静圧空気軸受取
付板、4bはＸステージ５の横方向の案内である。
4cはＹステージ用の駆動アクチュエータ、4dはＹステ
ージ用の駆動アクチュエータ4cの連結板であり静圧空気
軸受取付板4aに連結されている。5aはＸステージ５の移
動板、5bはＸステージ５の横方向の軸受取付板、5cはＸ
ステージ５の垂直方向の軸受取付板、5dはＸステージ５
の駆動アクチュエータである。６は予圧用磁石ユニット
であり、本出願人の特願昭62−62735号で提案している
ように例えば磁力手段として永久磁石とその両側に設け
たヨークとを有した予圧機構により、静圧軸受に加圧流
体を給気し、移動体を浮上させる際、軸受けの特性のバ
ラツキにより移動体が傾くのを防止し、常に一定の姿勢
を保つようにしている。
本実施例において駆動アクチュエータ4c、5dとしては
例えばリニアモーター、油圧直流モーター等を用いてい
る。
第１図に示すように本実施例においてはＹステージ４
は静圧空気軸受３に給気することにより定盤１より浮上
させ、２つの駆動アクチュエータ4cにより固定ガイド２
の側面の案内面に沿ってＹ方向に移動させている。
又、Ｘステージ５は静圧空気軸受３に給気することに
よりＹステージ４と同様に定盤１より浮上させ、Ｙステ
ージ４の側面を横方向の案内として駆動アクチュエータ
ー5cによりＸ方向に移動させている。このとき、Ｘステ
ージ５及びＹステージ４は複数の予圧用磁石ユニット６
により常に一定の姿勢となるように調整されている。
本実施例の特徴としては、 （イ）Ｘステージ及びＹステージの垂直方向の案内をい
ずれも定盤より行ない、ＸステージやＹステージが移動
しても相手側のステージに移動荷重が発生しないように
して静的な姿勢を良好に維持している。
（ロ）Ｙステージの縦方向（第１図においてＸ方向）、
垂直方向（第１図のＺ方向）そしてローリング（第１図
のＹ軸回りの回転）の振動の３成分について連成を全く
無くしている。
（ハ）Ｙステージのピッチング（第１図のＸ軸回りの回
転）は静的空気軸受3aを介してＸステージのみに伝わる
ようにしており、これにより連成を極力押えている。
（ニ）第７図に示す従来の移動案内装置に比べ、Ｘステ
ージを固定ガイド２若しくはＹステージ用の駆動アクチ
ュエータ4dにオーバーハングさせることにより定盤の占
有面積を略等しくしている。
（ホ）移動案内装置全体の高さを定盤を含め従来に比べ
約1/2程度にしている。
（ヘ）連結板の高さを調整することによりＸステージと
Ｙステージの駆動点とＸステージ、Ｙステージの高さ方
向の重心点を略一致させ、これにより駆動時の振動の発
生を極力押えている。
（ト）Ｙステージの横方向の静圧空気軸受取付板4aの長
さをＸステージ５の移動板5aの長さと一致させ、これに
より可動面積が拡大するのを防止している。
（チ）定盤１、固定ガイド２とＹステージ４、Ｘステー
ジ５とを熱膨張係数の異なる異種部材で構成することが
できる。例えば、定盤１、固定ガイド２を磁石予圧のた
め磁性体で構成しＹステージ４、Ｘステージ５を軽量、
高剛性化のためセラミック等の材料を用いることができ
る。この場合、固定ガイド２が１本で、しかも１面の案
内面のみを基準としているので温度差が生じても特性の
変化が無い。
（リ）定盤１に切り欠き1aを設けることによりＸステー
ジ５の垂直方向の静圧軸受取付板5dに異物等が混入して
も、切り欠き下にＸステージ５を移動させることにより
容易に清掃できる。
（ヌ）Ｘステージ５の横方向軸受取付板5bは、第２図に
示す様にコの字型とすることにより、部材の接触面積が
広がり締結部のずれに対する信頼性が向上する。
（ル）固定ガイド２を定盤１に横付けすることにより、
固定ガイド２は横ずれしない。
第６図は本発明の第２の実施例の斜視図である。本実
施例に於て、第１の実施例と同じ部材には同一番号を付
けている。
同図に於て、固定ガイド２を定盤１の上面に、ピン打
ち、接着（不図示）等の固定手段により取付けている。
本実施例により前記第１の実施例の（イ）〜（ル）の
効果に加え、 （イ）第１図の定盤１の固定ガイド取付面（側面）の加
工、精度出しが不要となるため、コストダウンの効果が
ある。
（ロ）固定ガイド２の高さを低くできるため薄肉化を図
っても剛性を充分保持できる。
［発明の効果］ 本発明によれば、第１移動体（Ｙステージ）と第２移
動体（Ｘステージ）の重量を独立して定盤の基準面で支
持し、且つ第１移動体の第１方向への案内を単一の固定
ガイド側面の１つの案内面のみとし、そして第２移動体
の第２方向への案内を第１移動体の側面とすることによ
り、第１移動体の偏荷重を無くし第２移動体の静的な姿
勢精度の劣化を防止すると共に、運搬あるいは使用時に
温度変化が発生してもステージを破損させず、制御特性
等が変化しない高精度な位置決めが可能となり、仮に、
定盤、固定ガイド、第１移動体、第２移動体の材料特性
（熱膨張係数）に差があっても軸受特性が変化せず、常
に一義的な高精度位置決めが可能な移動案内装置が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の斜視図、 第２図は第１図のＡ−Ａ′断面図、 第３図は第１図のＢ方向矢視図、 第４図は第１図のＣ方向矢視図、 第５図は第１図の実施例の裏面図、 第６図は本発明の第２の実施例の斜視図、 第７図は従来のXYステージの斜視図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）は従来技術の問題点の説明
図、 第９図は振動モード説明図である。 1:定盤、 1a:軸受保守用切り欠き、 2:固定ガイド、 ３（3a〜3d）：静圧空気軸受、 4:Yステージ、 4a:横方向及び垂直方向軸受取付板、 4b:Xステージ横方向ガイド、 4c:駆動アクチュエータ、 4d:連絡板、 5:Xステージ、 5a:移動板、 5b:横方向軸受取付板、 5c:垂直方向軸受取付板、 5d:駆動アクチュエータ、 6:予圧用磁石ユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−188241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−232912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−23890（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−112541（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 G12B 5/00 H01L 21/68

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１方向とこれと直交する第２方向を含む
    水平の基準面を備えた定盤と、該定盤と一体に設けられ
    側面に垂直な案内面を有する単一の固定ガイドと、該固
    定ガイドの案内面に静圧軸受けを介して非接触に案内さ
    れて該定盤の基準面上で該第１の方向に移動する第１の
    移動体と、該第１の移動体を該固定ガイドの案内面に向
    けて付勢する予圧機構と、該第１の移動体に案内されて
    該基準面上で該第２の方向に移動する第２の移動体とを
    備え、上記第１および第２の移動体の重量は独立して前
    記定盤の基準面で支持され、且つ前記第１移動体の第１
    方向への案内は前記単一の固定ガイドの１つの案内面の
    みで行なうことを特徴とする移動案内装置。
  2. 【請求項２】前記第１および第２の移動体は静圧軸受を
    介して前記定盤上に支持されていることを特徴とする請
    求項１記載の移動案内装置。
  3. 【請求項３】前記第２の移動体は前記第１の移動体の側
    面に静圧軸受けを介して案内されていることを特徴とす
    る請求項１記載の移動案内装置。
  4. 【請求項４】前記固定ガイドは磁性材料であり、前記与
    圧機構は磁力によって与圧を発生するための磁石を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の移動案内装置。
  5. 【請求項５】前記第１および第２の移動体はセラミック
    ス材料であることを特徴とする請求項１記載の移動案内
    装置。
  6. 【請求項６】前記第２の移動体を前記定盤の基準面に向
    けて付勢する予圧機構を更に有することを特徴とする請
    求項１記載の移動案内装置。
  7. 【請求項７】前記第１の移動体を前記第１の方向に移動
    させるための該第１の移動体を挟んで両側に設けた２つ
    の第１リニアモータと、前記第２の移動体を前記第２の
    方向に移動させるための第２リニアモータを有し、該第
    ２リニアモータは該第１の移動体と一体的に設けられて
    いることを特徴とする請求項１記載の移動案内装置。
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