JP3721969B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
板ばねにより、基台に対する移動体の移動を制限するステージ装置全般に関し、特に露光装置などの光学機械、測定器、工作機械、スクリーン印刷機など、各種の機械、器具に適用できるステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高精度の微小移動を可能にするために、撓み継ぎ手を用いて、基台に対する移動体の移動を制限するステージ装置が知られており、例えば特開昭６２−２２９８５３号公報に記載されたステージ装置が挙げられる。
図７に、同公報のステージ装置の斜視図を示し、詳細に説明する。
【０００３】
上記公報のステージ装置のステージ３１は、金属例えば、アルミニウムの単一ブロックから機械加工されてなり、長方形フレーム３３、一対の取り付けブロック３５，３７、及び相対的に長方形フレーム３３を移動させることを可能にする複合台形リンク仕掛５１〜５８とを備えている。
取り付けブロック３５，３７はベース（図示しない）に対して定置、即ち固定されているが、長方形フレーム３３自体は、上記の複合台形リンク仕掛５１〜５８の両端に設けられた撓み継ぎ手Ｌに生ずる撓みにより、取り付けブロック３５，３７及びベースに対して相対的に小さな寸法だけ移動可能となっている。
【０００４】
上記長方形フレーム３３の移動は、３個のトルクモータ６１〜６３によって制御される。
各トルクモータ６１〜６３の出力軸にはそれぞれクランク６５〜６７が取り付けられ、各クランク６５〜６７には、長方形フレーム３３まで延びる連結棒要素７１〜７３が取り付けられている。
そして、連結棒要素７１，７２の先端は、リンク５３，５４の対応する穴（図示しない）を自由に通過して、長方形フレーム３３の側方部分４７上の互いに離れた個所に連結されている。
また、連結棒要素７３の先端は、取り付けブロック３７の穴７９を自由に通過して、長方形フレーム３３の側方部分４３上の中央個所に連結されている。
【０００５】
よって、上記構成により、各トルクモータ６１〜６３によって発生する回転運動は、それぞれクランク６５〜６７、連結棒要素７１〜７３を介して直線運動に変換され、それらの変位が長方形フレーム３３の対応する個所に与えられる。
詳細には、トルクモータ６３に変位を生じさせると、長方形フレーム３３には、Ｘ軸方向の並進運動が与えられ、トルクモータ６１，６２に、同方向に、同量の変位を生じさせると、長方形フレーム３３には、Ｙ軸方向の並進運動が与えられる。更に、トルクモータ６１，６２に反対方向の変位を生じさせると、長方形フレーム３３には、θ方向の回転運動が与えられる。
【０００６】
そして、上記公報のステージ装置は、ステージ平面に対して垂直に加えられる力に対し、高い剛性を持つ。また、ステージの移動に際して、しゅう動や転がりによる摩擦抵抗が無いため、バックラッシ無しに作動する。したがって、位置決め精度、繰り返し精度等が非常に高く、パーティクルの発生も無い。更に、ステージ自体の構造が非常にシンプルで、組み立て、調整、メンテナンスが簡単であるという特長を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記長方形フレーム３３の平面内の移動量は、撓み継ぎ手Ｌの撓み量によって決まるため、大きな移動量を得るためには、撓み継ぎ手Ｌを大きくする必要が有り、その結果、ステージ装置全体が大きなものとなってしまうという問題を有していた。
また、上記長方形フレーム３３の移動は、３個のトルクモータ６１〜６３によって制御されるが、トルクモータの誤動作により、撓み継ぎ手Ｌが弾性限界を越えてしまった場合（塑性変形してしまった場合）、ステージ３１は一体成形加工されているため、修理不能になってしまうという問題をも有していた。
【０００８】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステージの移動量が大きく、且つ修理を容易に行うことが可能なステージ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のステージ装置は、基台に対する移動体の移動を制限するステージ装置であって、板ばねと、板状部材と、板ばね連結部材とを有し、上記板状部材には、上記基台、移動体、または板ばね連結部材と係合する位置決め手段が設けられ、上記板ばねの左右両端には、上記板状部材が溶接またはろう付けされ、２枚の上記板ばねは、上記板ばね連結部材の両端に略直角に配置・固定され、４個の上記板ばね連結部材は、移動体の周囲に配置され、上記板ばね連結部材に固定された２枚の板ばねのうち、一方は上記基台に、他方は上記移動体に固定されている。
【００１０】
【作用】
上記構成によれば、本発明のステージ装置の移動体は、板ばねの撓みにより、その移動が制限される。
また、本発明のステージ装置は、複数の部材の組み立て物からなり、該部材のうち、板状部材は、板ばねに対して溶接またはろう付けによって位置決めされ、板ばね、板ばね連結部材、基台、及び移動体は、板状部材に設けられた位置決め手段によって互いに位置決めされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例に係るステージ装置の斜視図を示す。
図１に示すように、金属、例えばアルミニウムの単一ブロックから機械加工された移動体１の一対の側面には、第１，第２の駆動機構（図示しない）の駆動軸２ａ，２ｂと係合する第１，第２の被駆動部材３ａ，３ｂが取り付けられている。
また、移動体の上記一対の側面と異なる一側面には、第１，第２の駆動軸２ａ，２ｂに対して、垂直な移動方向を生じるように設けられた第３の駆動機構（図示しない）の駆動軸２ｃと係合する第３の被駆動部材３ｃが取り付けられている。
なお、被駆動部材３の、駆動軸２との係合部には、駆動軸２の移動方向と垂直な平面４が形成されており、第１，第２の駆動軸の平面４ａ，４ｂは互いに平行であり、第３の駆動軸の平面４ｃは、第１，第２の駆動軸の平面４ａ，４ｂに対して垂直な関係にある。
【００１２】
また、移動体１の周囲には、両端に板ばね５を固定した、４個の板ばね連結部材６（固定の詳細については、後述する。）が配置され、板ばね連結部材６に固定した２枚の板ばね５のうち、一方は移動体１に、もう一方は、固定部材７ａ、または７ｂを介して基台８にそれぞれ固定される。したがって、固定部材７ａ、または７ｂ（固定部材７ｂは、移動体１の移動に際して、第３の被駆動部材３ｃと干渉することが無いように、孔９が設けられており、第３の被駆動部材３ｃは、この孔９を挿通して移動体１に取り付けられる。）は基台８に対して定置、即ち固定されることになるが、移動体１自体は、各板ばね５に生ずる撓みにより、固定部材７及び基台８に対して相対的に移動可能となる。
そして、移動体１の移動は、３個の駆動機構によって制御される。
【００１３】
次に、本発明の実施例に係るステージ装置に用いられる板ばね、板ばね連結部材の構造について説明する。
図２は、本発明の実施例に係るステージ装置に用いられる板ばねの構造を示す図である。
板ばね５は、金属板、例えばステンレス板からなり、駆動機構によって生じる駆動力に対して、適当な撓みを発生するように、形状、大きさ、厚み等が選定される。
１０は、板状部材であり、スポット溶接またはろう付けにより板ばね５の左右両端に固着・一体化される。
そして、固着一体化した後、各板状部材１０には、移動体１、板ばね連結部材６、及び基台８に設けられたピン１１（後述する）としっかり嵌合する丸孔１２、前述したピン１１に対し、Ａ方向には隙間が最小となり、Ｂ方向には多少の隙間を有する長丸孔１３、板ばね５を板ばね連結部材６、移動体１または基台８の何れかに固定する際に用いるボルト１４を挿通するボルト用貫通孔１５が、板ばね５に貫通して設けられる。
ここで、一方を長丸孔１３としたのは、加工の公差・精度の問題である。仮に両方ともピン１１にしっかりとはめ合う丸孔１２にすると、加工公差により組み立てられない場合があるためである。
【００１４】
図３は、本発明の実施例に係るステージ装置に用いられる板ばね連結部材の斜視図である。
板ばね連結部材６は、金属の単一ブロックからなり、板ばね連結部材６の面６ａ，６ｂには、前述した板状部材１０に設けられた丸孔１２及び長丸孔１３と係合する円筒ピン１１ａ，１１ｂ、及び前述したボルト１４に対応するネジ孔１６が設けられている。
また、板ばね連結部材６の面６ａと面６ｂとは互いに垂直な関係にある。
【００１５】
次に、板ばね連結部材、移動体、及び基台に対する板ばねの固定について説明する。
図４は、板ばね連結部材に板ばねを固定した状態を示す図である。
板ばね連結部材６に設けられた円筒ピン１１ａ，１１ｂは、板状部材１０に設けられた丸孔１２、長丸孔１３にそれぞれ嵌通し、板ばね連結部材６に対する板ばね５の位置決めがなされる。
そして、板状部材１０に設けられたボルト用嵌通孔１５を挿通して、ボルト１４が板ばね連結部材６に設けられたネジ孔１６に螺合し、板ばね連結部材６に対する板ばね５の固定がなされる。
この時、板ばね連結部材６の面６ａと面６ｂとは互いに垂直な関係にあるため、板ばね連結部材６に位置決め・固定された２枚の板ばね５は、互いに略直角に配置・固定されることになる。
ところで、丸孔１２、長丸孔１３のそれぞれに嵌通する円筒ピン１１ａ、円筒ピン１１ｂ、長丸孔１３、およびボルト１４と螺合するネジ孔１６は、板ばね連結部材６だけでなく、移動体１、及び基台８に固定された固定部材７にも設けられており、同様に移動体１、及び基台８に対する板ばね５の位置決め・固定がなされる。
【００１６】
【効果】
次に、本発明の作用・効果について説明する。
本発明のステージ装置の移動体１は、板ばね５の撓みにより、その移動が制限されている。また、図５に示すように、金属の単一ブロックに一体成形加工を施して設けた、従来のステージ装置の、撓み継ぎ手Ｌの撓み量Ｂ１に比べて、本発明の実施例に係るステージ装置に設けた、板ばね５の撓み量Ｂ２は大きいので、従来のステージ装置に比べ、大きな移動量を得ることができる。
【００１７】
また、本発明のステージ装置は、移動体１、板ばね５、板ばね連結部材６、固定部材７、板状部材１０などの部材の組み立て物からなる。
従って、トルクモータの誤動作により、板ばね５が弾性限界を越えてしまった場合（塑性変形してしまった場合）、該板ばね５を交換するだけで良く、ステージ装置の修理を容易に行うことができる。
【００１８】
更に、該部材のうち、板状部材１０は、板ばね５に対して溶接またはろう付けによって位置決めされ、移動体１、板ばね５、板ばね連結部材６、及び固定部材７は、板状部材１０に設けられた丸孔１２または長丸孔１３に、それぞれの部材に設けられたピン１１を嵌通させることにより、互いに位置決めされているので、それぞれの部材は位置ずれを生じることはなく、移動体５平面に対して垂直に加えられる力に対し、高い剛性を維持することができる。
【００１９】
加えて、従来のステージ装置と同様に、移動体５の移動に際して、しゅう動や転がりによる摩擦抵抗が無いため、バックラッシ無しに作動する。したがって、位置決め精度、繰り返し精度等が非常に高く、パーティクルの発生も無い。
【００２０】
なお、位置決め手段として、図６に示すように、板状部材１０に精度の高い径を有する丸孔１２を２個ずつ設け、移動体１、板ばね連結部材６、及び固定部材７には、それぞれこの丸孔１２にしっかり嵌合する円筒ピン１１ａと、Ａ方向にはわずかな隙間を持ち、Ｂ方向には隙間を持つ、両欠け円筒ピン１１ｃとを設けて構成しても良い。
また、本実施例においては、基台８と、固定部材７ａ、７ｂを別々の部材として設け、基台８に対して、固定部材７ａ、７ｂを定置・固定したが、これに限るものではなく、それぞれの部材を一体化した１つの部材として、構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るステージ装置の斜視図である。
【図２】 本発明の実施例に係るステージ装置に用いられる板ばねの構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施例に係るステージ装置に用いられる板ばね連結部材の斜視図である。
【図４】 板ばね連結部材に板ばねを固定した状態を示す図である。
【図５】 撓み継ぎ手と板ばねの撓み量を示す図である。
【図６】 他の位置決め手段を示す図である。
【図７】 従来のステージ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ 移動体
２ 駆動軸
２ａ 第１の駆動軸
２ｂ 第２の駆動軸
２ｃ 第３の駆動軸
３ 被駆動部材
３ａ 第１の被駆動部材
３ｂ 第２の被駆動部材
３ｃ 第３の被駆動部材
４ 平面
４ａ 第１の平面
４ｂ 第２の平面
４ｃ 第３の平面
５ 板ばね
６ 板ばね連結部材
７，７ａ，７ｂ 固定部材
８ 基台
９ 孔
１０ 板状部材
１１ ピン
１１ａ，１１ｂ 円筒ピン
１１ｃ 両欠け円筒ピン
１２ 丸孔
１３ 長丸孔
１４ ボルト
１５ ボルト用嵌通孔
１６ ネジ孔
３１ ステージ
３３ 長方形フレーム
３５，３７ 取り付けブロック
４１，４３，４５，４７ 側方部分
５１〜５８ 複合台形リンク仕掛
６１〜６３ トルクモータ
６５〜６７ クランク
７１〜７３ 連結棒要素
７９ 穴
Ｂ１ 撓み継ぎ手の撓み量
Ｂ２ 板ばねの撓み量
Ｌ 撓み継ぎ手

Claims (1)

1. 基台に対する移動体の移動を制限するステージ装置であって、
   板ばねと、
   板状部材と、
   板ばね連結部材とを有し、
   上記板状部材には、上記基台、移動体、または板ばね連結部材と係合する位置決め手段が設けられ、
   上記板ばねの左右両端には、上記板状部材が溶接またはろう付けされ、
   ２枚の上記板ばねは、上記板ばね連結部材の両端に略直角に配置・固定され、
   ４個の上記板ばね連結部材は、移動体の周囲に配置され、
   上記板ばね連結部材に固定された２枚の板ばねのうち、一方は上記基台に、他方は上記移動体に固定されているステージ装置。

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