JP4078099B2 - 保持装置および保持方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素子や半導体などの精密な部品を製造、測定、検査する装置で部品を保持する保持装置に係り、特に、部品を高精度に保持できる保持装置および保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学素子や半導体など高度な生産技術を要する部品の需要が高まっている。従来の光学素子は、例えば凸レンズ、凹レンズ、ミラー、プリズムといった比較的単純な形状をしたものが多かった。しかしながら、現在は光学素子の形状も複雑な形状をしたものがあり、また小さな形状の物もある。
【０００３】
図１３および図１４は、保持対象の例である光学素子を示す図である。例えば、図１３に示す光学素子１３４０は、レンズ面１３４１とプリズム面１３４２を有する。また、図１４に示す光学素子１４５０は、図１３の光学素子１３４０をアレイ状に配列して構成したものである。この光学素子１４５０は、より小型化されたものもある。
【０００４】
このような製品を製造する装置には、精密な加工、成型、検査、測定などの生産技術が必要になり、なかでも特に精密な位置決め技術が要求される。この位置決め技術は、素早く正確に任意の位置に移動させ停止する技術と、任意の位置で一旦停止した後その位置を任意の時間まで高精度に保持し続けるという２つの技術を有している。
【０００５】
このような装置のうち、光ディスク露光装置や、半導体露光装置、精密測定機などでは、ナノあるいはサブナノオーダの高精度な位置決め精度が要求される装置もある。
【０００６】
特開平１０−１０５２４１号公報に開示されたステージ装置は、半導体露光装置のステージであり、ステージ位置決め後の振動などでステージが微小変位することを防止しステージを所定位置に保持するために、板バネを真空吸着することによってステージを保持し位置決めの精度を確保するものである。
【０００７】
さらに、従来から流体を利用した保持装置が提供されている。流体、特にエアを用いた保持装置は、ステージに外力が加わった場合に、ステージの静止保持力を補助する。このほか、サーボモータを使用した回転ステージがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の保持装置は、実際には振動などの外乱による位置ずれによって、精密な位置保持は困難であるため、位置決め後に長時間その位置関係を保ち続けることが課題となっている。
【０００９】
特開平１０−１０５２４１号公報の技術では、真空吸着はＯＮ−ＯＦＦ制御方法であり、板バネの吸着時に停止位置がずれる可能性があるので、求められる静止精度によってはこの機構では不充分な場合があった。また、保持装置がモータとステージ間ではなく、ステージそのものに取り付けられているために、モータ起因の振動はステージ伝達後に減衰させるので減衰力が弱いものであった。さらに、基本的には板バネの弾性力の影響もあり、経年変化によって板バネの特性が変化した場合には、系の特性自体が変化する問題を有している。
【００１０】
また、流体を利用した保持装置は、負荷バランスが変化する際の、いわば補償用に取りつけられるものであり、停電時の安全性、例えば重力方向に荷重がある場合など、特殊な用途に限定して用いられるものであった。
【００１１】
さらに、サーボモータを使用した回転ステージでは、エンコーダカウントに起因する、いわゆるサーボ振動が発生しやすい。これをメカ的・電気的な方法で減少させる試みが、長年にわたって続けられており、制御方法やフィルタリング手法の発展により低振動のステージが開発されてきているが、不規則的な微小振動を完全に除去することは困難であった。
【００１２】
この不規則的な微小振動は、例えば回転ステージを光学測定機に用いた場合、特にレーザ干渉計を用いた装置などに用いた場合では、測定精度と相関関係が深い干渉縞が不規則に動くなど、干渉縞解析に影響を与えるので測定精度の確保が困難となる。この回転ステージは保持装置の接触圧が完全に制御できず、位置ずれが発生しやすい、床からの振動や、同じテーブル上の他のアクチエータおよび構造体、制御系から発生する不規則的な微小振動を減衰しきれない、等の問題が多かった。
【００１３】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、位置決め後の状態を高精度に保持することが可能であり、また、外乱、特に振動の減衰が可能な保持装置および保持方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る保持装置は、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持装置において、固定側の基部と、該基部に対し相対的な運動が可能な１つあるいは複数の可動部と、前記基部と可動部の間である流路に介在され、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体と、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるための磁界発生手段とを有し、前記基部と可動部は、それぞれ互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなり、前記磁界発生手段による磁気回路を構成することを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、流体に対し磁界を発生させることで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な構成で高精度な位置決めがおこなえるようになる。また、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができる。
【００１６】
また、請求項２の発明に係る保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性液体、あるいはＭＲ流体を用いたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、液体の磁性体を用いることで、可動部の移動時の保持力は小さく、可動部の停止後の保持力は大きくすることができる。また、保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持開始時の位置ずれを防止でき位置決め状態を高精度に保持できるようになる。
【００１８】
また、請求項３の発明に係る保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性粉体を用いたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、保持装置を液体の磁性体よりも安価に保持および減衰特性を持つ装置を構成できる。
【００２０】
また、請求項４の発明に係る保持装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、電磁石を用いたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、電磁石に対する電流の供給制御で、流体を凝集させ、可動部の保持がおこなえるようになり、保持動作のＯＮ−ＯＦＦ制御を簡単におこなえるようになる。
【００２２】
また、請求項５の発明に係る保持装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたことを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、特別な構成なく流体の凝集をおこなえるようになり、保持装置を安価に構成できるようになる。
【００２４】
また、請求項６の発明に係る保持装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段は、発生させる磁界の強さを変更可能なことを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、磁界の強さを変化させることにより、流体の種類によってはこの磁界の強さで流体の保持力を変更させることが可能となる。この特性を有する流体を用いた際には、磁界が小さなときには非凝集で、磁界を大きくして凝集させることができるようになり、可動部の保持力や減衰力を任意に変化させることができるようになる。
【００３０】
また、請求項７の発明に係る保持装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部には、前記流路内に介在された流体を攪拌するための突起あるいは溝が形成されたことを特徴とする。
【００３１】
この請求項７の発明によれば、基部に対する可動部の移動で突起あるいは溝が流路内の流体を攪拌させることができ、流体の沈降による特性変化を防止できるようになる。この攪拌は、原点復帰などの試運転時に可動部を移動させるだけで簡単におこなえる。
【００３２】
また、請求項８の発明に係る保持方法は、互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなる固定側の基部と可動側の可動部の相対的な運動を規制、保持する保持方法であって、相対的な運動をすることが可能な基部と可動部の間の流路に、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体を介在させ、前記基部に対する前記可動部の相対位置を位置決めした後、前記基部と可動部が構成する磁気回路によって前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させることを特徴とする。
【００３３】
この請求項８の発明によれば、流路内の流体に磁界を発生させるだけで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な工程で高精度な位置決めがおこなえるようになる。また、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る保持装置および保持方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の保持装置における保持の基本構成を示す図である。
固定の基部１０１と可動する可動部１０２を有し、これら基部１０１と可動部１０２の間には流路１０６が設けられる。基部１０１，可動部１０２にはそれぞれ対向配置され磁界を発生させる磁石１０３，１０４が設けられる。
【００３６】
基部１０１と可動部１０２はともに磁性体からなる。磁石１０３，１０４は対向する面が互いに異なる磁極を有するよう配置される。これにより、基部１０１，可動部１０２は磁石１０３，１０４による磁気回路を構成している。
【００３７】
そして、流路１０６には粉体、あるいは液体などの流体１０５が封入される。この流体１０５は、磁界１０７に反応する物質であり、いわゆる磁性体としての性質を持つものである。この流体１０５が粉体であれば、砂鉄、磁性粉などの磁性粉体が用いられる。液体であれば、磁性流体、ＭＲ流体などが用いられる。
【００３８】
ＭＲ流体は、通常は液体としての挙動を示すが、磁界の強さに比例して粘性が変化し、強磁界下では固体のような挙動を示す物質である。同様の特性を持つものとして電界に反応して粘性が変化する電気粘性流体と呼ばれるものも存在するが、ＭＲ流体は電気粘性流体に比べて、粘性の変化量が２０〜５０倍程度大きいという特徴を持つ。
【００３９】
流路１０６に封入された流体（磁性粉体，磁性流体，ＭＲ流体）１０５は、磁石１０３，１０４の近傍では磁界が強くなる為に、磁性粉体は凝集し、磁性流体とＭＲ流体は粘性が増加して固体状になる。そのため、流体１０５は、磁界の強い部分は凝集部１０５ａが形成され、磁界の弱い部分は非凝集部１０５ｂが形成される。このように、磁界の強い部分は凝集部１０５ａとなり、流体の場合は粘性が増加し、可動部１０２の不必要な移動を規制することができる。
【００４０】
上記構成は、基部１０１に対する可動部１０２の相対運動を規制するものであるため、基部１０１と可動部１０２の位置関係を逆の構成とすることもでき、また、基部１０１と可動部１０２の双方ともに可動部として構成することもできる。
【００４１】
ところで、凝集部１０５ａは、磁性粉体の場合は固体であるが、磁性流体やＭＲ流体の場合は粘性が増加した固体状になっているので、弾性があり振動に対して減衰効果のあるダンパとしての働きも併せ持つことができる。
【００４２】
流体１０５として液体の磁性体を用いることで、可動部１０２の移動時の保持力は小さく、機構の停止時の保持力は大きくすることができる。また、可動部１０２に対して保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持による位置ずれを防止できる。一方、流体１０５に粉体の磁性体を用いると、液体の磁性体よりも安価に、保持および減衰特性を持つことができる。
【００４３】
上記説明した、流体１０５に磁性流体やＭＲ流体を用いた構成を、例えば部品保持用のステージに取り付けることにより、位置決め後その位置を保持および固定でき、この後は振動も減衰させることができるようになる。
【００４４】
すなわち、既存の除振台を用いれば、床からの振動は大きく減衰されるが、それでも伝達される振動がある。また、クリーンルーム内では、エアの噴き出しや、騒音の為に微小な振動が装置に伝わる。また高性能な除振台を用いても、除振台上のアクチエータなどから発生する振動は避けられず、不規則的で微小な振動は除去することが非常に困難である。半導体の露光装置、光ディスクの露光装置、光素子の測定装置など、ナノ、サブナノオーダの精度での位置決め、測定精度が要求され、微少な振動を抑制したい装置に対し、上記構成を適用して（特に流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた構成）振動抑制の効果が得られるようになる。
【００４５】
ところで、上記構成において磁界を発生させる磁石１０３，１０４は、一般的には電磁石が用いられる。電磁石は、電気を流したときに磁界が発生する（ＯＮ）ので、位置決め前には磁界を発生させない（ＯＦＦ）ようにしておく。この場合、流体１０５として、対応して流路１０６の中は全て非凝集部１０５ｂとなっている。この際、基部１０１と可動部１０２の間の保持力が小さくなるので、可動部１０２は滑らかに移動することが可能になる。
【００４６】
可動部１０２を移動させ、任意の位置で位置決めした後は、磁石１０３，１０４に電気を流し磁界を発生させる（ＯＮ）ことによって、流路１０６の中に凝集部１０５ａを生成して保持力を発生させればよい。さらに磁界の強さを変化させて凝集部１０５ａの保持力を可変させることもできる。磁石１０３，１０４として、永久磁石を使用してもよく、この場合、機械的に磁力をスイッチング（ＯＮ−ＯＦＦ）させる構成とすればよい。
【００４７】
ところで、上記磁石１０３，１０４は、必ずしもスイッチングが必要というわけでは無い。流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた場合は、せん断速度によって粘性が変わる傾向がある。そこで、可動部１０２を位置決めする際には、ある程度の速度で動かすことで、粘性抵抗を減らし、任意の位置決め位置では速度を低下させることによって粘性抵抗を大きくし、位置決め位置では速度が０なので粘性抵抗は最大になる。
【００４８】
このような手法を用いれば、磁界をスイッチング（ＯＮ−ＯＦＦ）させずとも保持力を得ることができる。この場合は、磁石１０３，１０４に電磁石を用いる必要は無い。そして、永久磁石を用い、かつ機械的なスイッチング機構も不要な保持装置を構成できるようになる。
【００４９】
図２は、実施の形態１による保持装置の動作手順を示すフローチャートである。部品の保持動作を手順に沿って説明する。
▲１▼基部１０１に対して可動部１０２をアクチエータなど（図示せず）で移動させ任意の位置で位置決めする（ステップＳ２０１）。
▲２▼磁石１０３，１０４からの磁界を流路１０６にかける（ステップＳ２０２）。
▲３▼流路１０６に封入した流体１０５に磁界がかかる（ステップＳ２０３）。
▲４▼流体１０５が凝集する。磁性流体やＭＲ流体は粘性増加により、凝集部１０５ａと非凝集部１０５ｂを形成する（ステップＳ２０４）。
▲５▼流体１０５の凝集によって基部１０１と可動部１０２が保持され、位置関係が固定される（ステップＳ２０５）。
▲６▼磁性流体やＭＲ流体の凝集部１０５ａは振動を減衰させるダンパ効果があり、微小な振動を減衰させる（ステップＳ２０６）。
▲７▼磁石１０３，１０４からの磁界を無くせば、流体１０５の凝集を解ける。磁性流体やＭＲ流体は粘性が低下して保持力を解く（ステップＳ２０７）。
【００５０】
図３は、直動型の保持装置の構成例を示す図である。図示のように、基部１０１と可動部１０２の長さ方向に磁石１０３，１０４を複数個並べて配置させたものである。このように磁石１０３，１０４を複数個並べる構成とすることにより、直動ステージを構成することができる。
【００５１】
図４は、回転型の保持装置の構成例を示す図である。図示のように、基部１０１の中央部に円形状の溝を形成し、内部に小径な円形状の可動部１０２を配置することにより円環状の流路１０６を形成させている。磁石１０３，１０４は円環状の流路１０６に沿って、例えば、図示のように等角度間隔で配置する。この構成によれば、可動部１０２を回転させることができ、回転ステージを構成することができる。
【００５２】
図５は回転型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。テーブル５６４は、リニアガイド５６６に軸支され、ボールネジ５６５に連結されている。ボールネジ５６５は、カップリング５６２を介してモータ５６１に連結されている。モータ５６１の回転力は、カップリング５６２を介してボールネジ５６５を回転させ、テーブル５６４をリニアガイド５６６に沿った方向に移動させる。モータ５６１の駆動により、テーブル５６４を任意の位置に移動、停止させることができる。
【００５３】
図示のようにボールネジ５６５のネジ軸には、回転型の保持装置５６３の可動部１０２（図４参照）を接続させている。基部１０１は、直動ステージ側に固定されている。この構成によれば、ピン打ちやゴムブレーキの接触による固定方法に比べて停止時のブレーキをかけた瞬間での位置ずれはほとんど発生しない。また、流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた場合には、凝集部１０５ａ（図４参照）がダンパとして作用するため、モータ５６１などに起因する微小な回転振動を吸収し、振動がテーブル５６４に伝達することを防ぐことができるようになる。
【００５４】
図６は、直動型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。テーブル５６４を移動させるための直動機構（モータ５６１，カップリング５６２，ボールネジ５６５，リニアガイド５６６）の構成は図５と同一であり、モータ５６１の駆動により、テーブル５６４を任意の位置に移動、停止させることができる。
【００５５】
そして、テーブル５６４の移動方向に沿って直動型の保持装置６６３を配置させ、テーブル５６４に可動部１０２（図４参照）を連結させている。基部１０１は直動ステージ側に固定されている。
【００５６】
このように、直動ステージに対して回転型、あるいは直動型の保持装置を用いて位置決め後の保持位置を正確に保持させることができるようになる。直動ステージに限らず、インデックステーブルなどの回転ステージについても同様に上記構成の保持装置を適用でき、位置決め時に回転を停止させた際にモータに起因する振動を減衰させることが可能である。
【００５７】
そして、この発明の保持装置は、上記説明したような一般的なステージへの適用に限らず、基部１０１に対し可動部１０２が相対運動をする構成に適用して保持が可能である。したがって、サーフェースモータ（２次元モータ）や、ロボットのチャック、回転ローラの保持などの装置の機構部に適用することにより、上記同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、この発明の保持装置の実施の形態２の構成について説明する。図７は、この発明の保持装置の実施の形態２による構成を示す図である。この実施の形態２において、前述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を附している。
【００５９】
実施の形態１（図１）に示した保持装置では、基部１０１と可動部１０２がともに磁性体であり磁気回路が構成されているので、効率良く磁力を利用できる。図７に示す実施の形態２では、基部７０１にのみ磁石１０３を設けて、可動部７０２側には磁石を設けない構成となっている。但し、可動部７０２に磁性体を用いることにより、図示のように磁気回路を形成させて効率良く磁界７０７を形成することができる。
【００６０】
図８は、実施の形態２による保持装置の変形例を示す図である。図示の構成は、基部７０１にのみ磁石１０３を設け、可動部８０２側には磁石を設けていない。加えてこの可動部８０２は非磁性体であり磁力線がとおりにくく、可動部８０２には磁気回路が形成されない。
【００６１】
このように、磁性体が片面だけであれば、非磁性の可動部８０２が磁力によって力を受けることがないので、基部７０１に対する非磁性の可動部８０２の位置決め状態、例えば表面のうねりなどによる２面（流路１０６）のギャップ距離の大小の影響が少なく、より高精度に位置決め可能である。また、保持力も両面が磁性体の場合に比べて、ギャップが変動してもほぼ一定に保つことが可能である。このように可動部８０２が磁性体である必要は無い。磁性体は片面だけの構成でも良く、例えば、磁性体の可動部８０２に磁石１０４（図１参照）を設け、基部７０１側には磁石１０３を設けない構成としてもよい。
【００６２】
図９は、実施の形態２による保持装置の他の変形例を示す図である。図示のように、磁性体の基部７０１と、非磁性体の可動部９０２を所定長さで設け、基部７０１の長さ方向に複数個の磁石１０３を設けた構成としてもよい。また、図示のように、磁石１０３のＮ，Ｓ極を基部７０１の長さ方向に向けて配置してもよい。
【００６３】
（実施の形態３）
次に、この発明の保持装置の実施の形態３の構成について説明する。図１０は、この発明の保持装置の実施の形態３による構成を示す図である。図１０は、実施の形態１で説明した図１の拡大図である。
【００６４】
上記各実施の形態で説明した流体１０５のうち、磁性粉体は、時間の経過と共に凝集し、ＭＲ流体も長期的には粒子の沈殿を生じる。このため、ある時間の間隔で攪拌させる必要性がある。なお、磁性流体を用いる場合には沈殿は生じないので攪拌は必要無い。
【００６５】
このため、基部１０１と可動部１０２には、それぞれ流路１０６側に突出する突起１００１，１００２を設ける。これにより、可動部１０２の移動によって流路１０６に封入された流体１０５を攪拌させる。この突起１００１，１００２は必ずしも基部１０１と可動部１０２の両方から突出形成する必要はなく、攪拌さえできれば良いので、突起１００１，１００２のいずれか一方のみ突出形成してもよい。
【００６６】
図１１は、実施の形態３の構成の変形例を示す図である。図示の構成では、基部１０１，１０２上で流路１０６に磁石１０３，１０４が突出するよう設けたものである。このように、基部１０１，１０２に突起を形成するに限らず、磁石１０３，１０４を突出配置させても同様に攪拌可能である。
【００６７】
図１２は、実施の形態３の構成の変形例を示す図である。図示の構成では、攪拌のために、基部１０１と可動部１０２にそれぞれ溝１２０１，１２０２を形成したものである。このように、突起に限らず溝１２０１，１２０２を形成しても同様に可動部１０２の移動によって流体１０５を攪拌させることができる。
【００６８】
実施の形態３で説明した流体１０５の攪拌動作は、例えば、この発明の保持装置をステージに適用した場合には、電源投入後の初期動作（原点復帰や試運転）をおこなう際に可動部１０２を移動させる制御で攪拌させることが可能である。
【００６９】
以上説明した保持装置は、精密な光学素子、例えば、コピー機やプリンタ内部で使用される書込み光学系、読み取り光学系に適用し位置決め状態を精密に保持できるようになる。具体的には、等倍結像素子、光学プリズム、ｆθレンズ、ｆθミラー、プロジェクターに用いるマイクロレンズアレイなどがある。また、光通信機器などに用いられる微小光学素子や、精密位置決めが必要な半導体などの部品の位置検出、検査、測定などをおこなう各装置に適用して位置決め状態を精密に保持できるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持装置において、固定側の基部と、該基部に対し相対的な運動が可能な１つあるいは複数の可動部と、前記基部と可動部の間である流路に介在され、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体と、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるための磁界発生手段とを有するため、流体に対し磁界を発生させることで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な構成で高精度な位置決めがおこなえるようになるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性液体、あるいはＭＲ流体を用いたため、液体の磁性体を用いることで、可動部の移動時の保持力は小さく、可動部の停止後の保持力は大きくすることができる。また、保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持開始時の位置ずれを防止でき位置決め状態を高精度に保持できるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性粉体を用いたため、保持装置を液体の磁性体よりも安価に保持および減衰特性を持つ装置を構成できるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、電磁石を用いたため、電磁石に対する電流の供給制御で、流体を凝集させ、可動部の保持がおこなえるようになり、保持動作のＯＮ−ＯＦＦ制御を簡単におこなえるという効果を奏する。
【００７４】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたため、特別な構成なく流体の凝集をおこなえるようになり、保持装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７５】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段は、発生させる磁界の強さを変更可能なため、磁界の強さを変化させることにより、流体の種類によってはこの磁界の強さで流体の保持力を変更させることが可能となる。この特性を有する流体を用いた際には、磁界が小さなときには非凝集で、磁界を大きくして凝集させることができるようになり、可動部の保持力や減衰力を任意に変化させることができるという効果を奏する。
【００７６】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部および可動部がいずれも磁性体からなるため、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができるという効果を奏する。
【００７７】
また、請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部のいずれか一方が磁性体からなり、他方が非磁性体からなるため、例えば、磁性体の基部に対する非磁性の可動部の位置決め時に、表面のうねりなどによる２面のギャップ距離の大小の影響が少なく、より高精度に位置決めが可能となる。また、保持力も両面が磁性体の場合に比べて、ギャップが変動してもほぼ一定に保つことが可能という効果を奏する。
【００７８】
また、請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部には、前記流路内に介在された流体を攪拌するための突起あるいは溝が形成されたため、基部に対する可動部の移動で突起あるいは溝が流路内の流体を攪拌させることができ、流体の沈降による特性変化を防止できるようになる。この攪拌は、原点復帰などの試運転時に可動部を移動させるだけで簡単におこなえるという効果を奏する。
【００７９】
また、請求項１０に記載の発明によれば、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持方法であって、相対的な運動をすることが可能な基部と可動部の間の流路に、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体を介在させ、前記基部に対する前記可動部の相対位置を位置決めした後、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるため、流路内の流体に磁界を発生させるだけで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な工程で高精度な位置決めがおこなえるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る保持装置の基本構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による保持装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】直動型の保持装置の構成例を示す図である。
【図４】回転型の保持装置の構成例を示す図である。
【図５】回転型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。
【図６】直動型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。
【図７】この発明の保持装置の実施の形態２による構成を示す図である。
【図８】実施の形態２による保持装置の変形例を示す図である。
【図９】実施の形態２による保持装置の他の変形例を示す図である。
【図１０】この発明の保持装置の実施の形態３による構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３の構成の変形例を示す図である。
【図１２】実施の形態３の構成の変形例を示す図である。
【図１３】保持対象の例である光学素子を示す図である。
【図１４】保持対象の例である光学素子を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 基部
１０２ 可動部
１０３，１０４ 磁石
１０５ 流体
１０５ａ 凝集部
１０５ｂ 非凝集部
１０６ 流路
１０７ 磁界
５６１ モータ
５６２ カップリング
５６３ 保持装置
５６４ テーブル
５６５ ボールネジ
５６６ リニアガイド
６６３ 保持装置
７０１ 基部
７０２，８０２，９０２ 可動部
７０７ 磁界
１００１，１００２ 突起
１２０１，１２０２ 溝
１３４０，１４５０ 光学素子
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素子や半導体などの精密な部品を製造、測定、検査する装置で部品を保持する保持装置に係り、特に、部品を高精度に保持できる保持装置および保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学素子や半導体など高度な生産技術を要する部品の需要が高まっている。従来の光学素子は、例えば凸レンズ、凹レンズ、ミラー、プリズムといった比較的単純な形状をしたものが多かった。しかしながら、現在は光学素子の形状も複雑な形状をしたものがあり、また小さな形状の物もある。
【０００３】
図１３および図１４は、保持対象の例である光学素子を示す図である。例えば、図１３に示す光学素子１３４０は、レンズ面１３４１とプリズム面１３４２を有する。また、図１４に示す光学素子１４５０は、図１３の光学素子１３４０をアレイ状に配列して構成したものである。この光学素子１４５０は、より小型化されたものもある。
【０００４】
このような製品を製造する装置には、精密な加工、成型、検査、測定などの生産技術が必要になり、なかでも特に精密な位置決め技術が要求される。この位置決め技術は、素早く正確に任意の位置に移動させ停止する技術と、任意の位置で一旦停止した後その位置を任意の時間まで高精度に保持し続けるという２つの技術を有している。
【０００５】
このような装置のうち、光ディスク露光装置や、半導体露光装置、精密測定機などでは、ナノあるいはサブナノオーダの高精度な位置決め精度が要求される装置もある。
【０００６】
特開平１０−１０５２４１号公報に開示されたステージ装置は、半導体露光装置のステージであり、ステージ位置決め後の振動などでステージが微小変位することを防止しステージを所定位置に保持するために、板バネを真空吸着することによってステージを保持し位置決めの精度を確保するものである。
【０００７】
さらに、従来から流体を利用した保持装置が提供されている。流体、特にエアを用いた保持装置は、ステージに外力が加わった場合に、ステージの静止保持力を補助する。このほか、サーボモータを使用した回転ステージがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の保持装置は、実際には振動などの外乱による位置ずれによって、精密な位置保持は困難であるため、位置決め後に長時間その位置関係を保ち続けることが課題となっている。
【０００９】
特開平１０−１０５２４１号公報の技術では、真空吸着はＯＮ−ＯＦＦ制御方法であり、板バネの吸着時に停止位置がずれる可能性があるので、求められる静止精度によってはこの機構では不充分な場合があった。また、保持装置がモータとステージ間ではなく、ステージそのものに取り付けられているために、モータ起因の振動はステージ伝達後に減衰させるので減衰力が弱いものであった。さらに、基本的には板バネの弾性力の影響もあり、経年変化によって板バネの特性が変化した場合には、系の特性自体が変化する問題を有している。
【００１０】
また、流体を利用した保持装置は、負荷バランスが変化する際の、いわば補償用に取りつけられるものであり、停電時の安全性、例えば重力方向に荷重がある場合など、特殊な用途に限定して用いられるものであった。
【００１１】
さらに、サーボモータを使用した回転ステージでは、エンコーダカウントに起因する、いわゆるサーボ振動が発生しやすい。これをメカ的・電気的な方法で減少させる試みが、長年にわたって続けられており、制御方法やフィルタリング手法の発展により低振動のステージが開発されてきているが、不規則的な微小振動を完全に除去することは困難であった。
【００１２】
この不規則的な微小振動は、例えば回転ステージを光学測定機に用いた場合、特にレーザ干渉計を用いた装置などに用いた場合では、測定精度と相関関係が深い干渉縞が不規則に動くなど、干渉縞解析に影響を与えるので測定精度の確保が困難となる。この回転ステージは保持装置の接触圧が完全に制御できず、位置ずれが発生しやすい、床からの振動や、同じテーブル上の他のアクチエータおよび構造体、制御系から発生する不規則的な微小振動を減衰しきれない、等の問題が多かった。
【００１３】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、位置決め後の状態を高精度に保持することが可能であり、また、外乱、特に振動の減衰が可能な保持装置および保持方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る保持装置は、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持装置において、固定側の基部と、該基部に対し相対的な運動が可能な１つあるいは複数の可動部と、前記基部と可動部の間である流路に介在され、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体と、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるための磁界発生手段とを有し、前記基部と可動部は、それぞれ互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなり、前記磁界発生手段による磁気回路を構成することを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、流体に対し磁界を発生させることで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な構成で高精度な位置決めがおこなえるようになる。また、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができる。
【００１６】
また、請求項２の発明に係る保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性液体、あるいはＭＲ流体を用いたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、液体の磁性体を用いることで、可動部の移動時の保持力は小さく、可動部の停止後の保持力は大きくすることができる。また、保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持開始時の位置ずれを防止でき位置決め状態を高精度に保持できるようになる。
【００１８】
また、請求項３の発明に係る保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性粉体を用いたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、保持装置を液体の磁性体よりも安価に保持および減衰特性を持つ装置を構成できる。
【００２０】
また、請求項４の発明に係る保持装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、電磁石を用いたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、電磁石に対する電流の供給制御で、流体を凝集させ、可動部の保持がおこなえるようになり、保持動作のＯＮ−ＯＦＦ制御を簡単におこなえるようになる。
【００２２】
また、請求項５の発明に係る保持装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたことを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、特別な構成なく流体の凝集をおこなえるようになり、保持装置を安価に構成できるようになる。
【００２４】
また、請求項６の発明に係る保持装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段は、発生させる磁界の強さを変更可能なことを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、磁界の強さを変化させることにより、流体の種類によってはこの磁界の強さで流体の保持力を変更させることが可能となる。この特性を有する流体を用いた際には、磁界が小さなときには非凝集で、磁界を大きくして凝集させることができるようになり、可動部の保持力や減衰力を任意に変化させることができるようになる。
【００３０】
また、請求項７の発明に係る保持装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部には、前記流路内に介在された流体を攪拌するための突起あるいは溝が形成されたことを特徴とする。
【００３１】
この請求項７の発明によれば、基部に対する可動部の移動で突起あるいは溝が流路内の流体を攪拌させることができ、流体の沈降による特性変化を防止できるようになる。この攪拌は、原点復帰などの試運転時に可動部を移動させるだけで簡単におこなえる。
【００３２】
また、請求項８の発明に係る保持方法は、互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなる固定側の基部と可動側の可動部の相対的な運動を規制、保持する保持方法であって、相対的な運動をすることが可能な基部と可動部の間の流路に、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体を介在させ、前記基部に対する前記可動部の相対位置を位置決めした後、前記基部と可動部が構成する磁気回路によって前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させることを特徴とする。
【００３３】
この請求項８の発明によれば、流路内の流体に磁界を発生させるだけで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な工程で高精度な位置決めがおこなえるようになる。また、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る保持装置および保持方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の保持装置における保持の基本構成を示す図である。
固定の基部１０１と可動する可動部１０２を有し、これら基部１０１と可動部１０２の間には流路１０６が設けられる。基部１０１，可動部１０２にはそれぞれ対向配置され磁界を発生させる磁石１０３，１０４が設けられる。
【００３６】
基部１０１と可動部１０２はともに磁性体からなる。磁石１０３，１０４は対向する面が互いに異なる磁極を有するよう配置される。これにより、基部１０１，可動部１０２は磁石１０３，１０４による磁気回路を構成している。
【００３７】
そして、流路１０６には粉体、あるいは液体などの流体１０５が封入される。この流体１０５は、磁界１０７に反応する物質であり、いわゆる磁性体としての性質を持つものである。この流体１０５が粉体であれば、砂鉄、磁性粉などの磁性粉体が用いられる。液体であれば、磁性流体、ＭＲ流体などが用いられる。
【００３８】
ＭＲ流体は、通常は液体としての挙動を示すが、磁界の強さに比例して粘性が変化し、強磁界下では固体のような挙動を示す物質である。同様の特性を持つものとして電界に反応して粘性が変化する電気粘性流体と呼ばれるものも存在するが、ＭＲ流体は電気粘性流体に比べて、粘性の変化量が２０〜５０倍程度大きいという特徴を持つ。
【００３９】
流路１０６に封入された流体（磁性粉体，磁性流体，ＭＲ流体）１０５は、磁石１０３，１０４の近傍では磁界が強くなる為に、磁性粉体は凝集し、磁性流体とＭＲ流体は粘性が増加して固体状になる。そのため、流体１０５は、磁界の強い部分は凝集部１０５ａが形成され、磁界の弱い部分は非凝集部１０５ｂが形成される。このように、磁界の強い部分は凝集部１０５ａとなり、流体の場合は粘性が増加し、可動部１０２の不必要な移動を規制することができる。
【００４０】
上記構成は、基部１０１に対する可動部１０２の相対運動を規制するものであるため、基部１０１と可動部１０２の位置関係を逆の構成とすることもでき、また、基部１０１と可動部１０２の双方ともに可動部として構成することもできる。
【００４１】
ところで、凝集部１０５ａは、磁性粉体の場合は固体であるが、磁性流体やＭＲ流体の場合は粘性が増加した固体状になっているので、弾性があり振動に対して減衰効果のあるダンパとしての働きも併せ持つことができる。
【００４２】
流体１０５として液体の磁性体を用いることで、可動部１０２の移動時の保持力は小さく、機構の停止時の保持力は大きくすることができる。また、可動部１０２に対して保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持による位置ずれを防止できる。一方、流体１０５に粉体の磁性体を用いると、液体の磁性体よりも安価に、保持および減衰特性を持つことができる。
【００４３】
上記説明した、流体１０５に磁性流体やＭＲ流体を用いた構成を、例えば部品保持用のステージに取り付けることにより、位置決め後その位置を保持および固定でき、この後は振動も減衰させることができるようになる。
【００４４】
すなわち、既存の除振台を用いれば、床からの振動は大きく減衰されるが、それでも伝達される振動がある。また、クリーンルーム内では、エアの噴き出しや、騒音の為に微小な振動が装置に伝わる。また高性能な除振台を用いても、除振台上のアクチエータなどから発生する振動は避けられず、不規則的で微小な振動は除去することが非常に困難である。半導体の露光装置、光ディスクの露光装置、光素子の測定装置など、ナノ、サブナノオーダの精度での位置決め、測定精度が要求され、微少な振動を抑制したい装置に対し、上記構成を適用して（特に流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた構成）振動抑制の効果が得られるようになる。
【００４５】
ところで、上記構成において磁界を発生させる磁石１０３，１０４は、一般的には電磁石が用いられる。電磁石は、電気を流したときに磁界が発生する（ＯＮ）ので、位置決め前には磁界を発生させない（ＯＦＦ）ようにしておく。この場合、流体１０５として、対応して流路１０６の中は全て非凝集部１０５ｂとなっている。この際、基部１０１と可動部１０２の間の保持力が小さくなるので、可動部１０２は滑らかに移動することが可能になる。
【００４６】
可動部１０２を移動させ、任意の位置で位置決めした後は、磁石１０３，１０４に電気を流し磁界を発生させる（ＯＮ）ことによって、流路１０６の中に凝集部１０５ａを生成して保持力を発生させればよい。さらに磁界の強さを変化させて凝集部１０５ａの保持力を可変させることもできる。磁石１０３，１０４として、永久磁石を使用してもよく、この場合、機械的に磁力をスイッチング（ＯＮ−ＯＦＦ）させる構成とすればよい。
【００４７】
ところで、上記磁石１０３，１０４は、必ずしもスイッチングが必要というわけでは無い。流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた場合は、せん断速度によって粘性が変わる傾向がある。そこで、可動部１０２を位置決めする際には、ある程度の速度で動かすことで、粘性抵抗を減らし、任意の位置決め位置では速度を低下させることによって粘性抵抗を大きくし、位置決め位置では速度が０なので粘性抵抗は最大になる。
【００４８】
このような手法を用いれば、磁界をスイッチング（ＯＮ−ＯＦＦ）させずとも保持力を得ることができる。この場合は、磁石１０３，１０４に電磁石を用いる必要は無い。そして、永久磁石を用い、かつ機械的なスイッチング機構も不要な保持装置を構成できるようになる。
【００４９】
図２は、実施の形態１による保持装置の動作手順を示すフローチャートである。部品の保持動作を手順に沿って説明する。
▲１▼基部１０１に対して可動部１０２をアクチエータなど（図示せず）で移動させ任意の位置で位置決めする（ステップＳ２０１）。
▲２▼磁石１０３，１０４からの磁界を流路１０６にかける（ステップＳ２０２）。
▲３▼流路１０６に封入した流体１０５に磁界がかかる（ステップＳ２０３）。
▲４▼流体１０５が凝集する。磁性流体やＭＲ流体は粘性増加により、凝集部１０５ａと非凝集部１０５ｂを形成する（ステップＳ２０４）。
▲５▼流体１０５の凝集によって基部１０１と可動部１０２が保持され、位置関係が固定される（ステップＳ２０５）。
▲６▼磁性流体やＭＲ流体の凝集部１０５ａは振動を減衰させるダンパ効果があり、微小な振動を減衰させる（ステップＳ２０６）。
▲７▼磁石１０３，１０４からの磁界を無くせば、流体１０５の凝集を解ける。磁性流体やＭＲ流体は粘性が低下して保持力を解く（ステップＳ２０７）。
【００５０】
図３は、直動型の保持装置の構成例を示す図である。図示のように、基部１０１と可動部１０２の長さ方向に磁石１０３，１０４を複数個並べて配置させたものである。このように磁石１０３，１０４を複数個並べる構成とすることにより、直動ステージを構成することができる。
【００５１】
図４は、回転型の保持装置の構成例を示す図である。図示のように、基部１０１の中央部に円形状の溝を形成し、内部に小径な円形状の可動部１０２を配置することにより円環状の流路１０６を形成させている。磁石１０３，１０４は円環状の流路１０６に沿って、例えば、図示のように等角度間隔で配置する。この構成によれば、可動部１０２を回転させることができ、回転ステージを構成することができる。
【００５２】
図５は回転型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。テーブル５６４は、リニアガイド５６６に軸支され、ボールネジ５６５に連結されている。ボールネジ５６５は、カップリング５６２を介してモータ５６１に連結されている。モータ５６１の回転力は、カップリング５６２を介してボールネジ５６５を回転させ、テーブル５６４をリニアガイド５６６に沿った方向に移動させる。モータ５６１の駆動により、テーブル５６４を任意の位置に移動、停止させることができる。
【００５３】
図示のようにボールネジ５６５のネジ軸には、回転型の保持装置５６３の可動部１０２（図４参照）を接続させている。基部１０１は、直動ステージ側に固定されている。この構成によれば、ピン打ちやゴムブレーキの接触による固定方法に比べて停止時のブレーキをかけた瞬間での位置ずれはほとんど発生しない。また、流体１０５として磁性流体やＭＲ流体を用いた場合には、凝集部１０５ａ（図４参照）がダンパとして作用するため、モータ５６１などに起因する微小な回転振動を吸収し、振動がテーブル５６４に伝達することを防ぐことができるようになる。
【００５４】
図６は、直動型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。テーブル５６４を移動させるための直動機構（モータ５６１，カップリング５６２，ボールネジ５６５，リニアガイド５６６）の構成は図５と同一であり、モータ５６１の駆動により、テーブル５６４を任意の位置に移動、停止させることができる。
【００５５】
そして、テーブル５６４の移動方向に沿って直動型の保持装置６６３を配置させ、テーブル５６４に可動部１０２（図４参照）を連結させている。基部１０１は直動ステージ側に固定されている。
【００５６】
このように、直動ステージに対して回転型、あるいは直動型の保持装置を用いて位置決め後の保持位置を正確に保持させることができるようになる。直動ステージに限らず、インデックステーブルなどの回転ステージについても同様に上記構成の保持装置を適用でき、位置決め時に回転を停止させた際にモータに起因する振動を減衰させることが可能である。
【００５７】
そして、この発明の保持装置は、上記説明したような一般的なステージへの適用に限らず、基部１０１に対し可動部１０２が相対運動をする構成に適用して保持が可能である。したがって、サーフェースモータ（２次元モータ）や、ロボットのチャック、回転ローラの保持などの装置の機構部に適用することにより、上記同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、この発明の保持装置の実施の形態２の構成について説明する。図７は、この発明の保持装置の実施の形態２による構成を示す図である。この実施の形態２において、前述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を附している。
【００５９】
実施の形態１（図１）に示した保持装置では、基部１０１と可動部１０２がともに磁性体であり磁気回路が構成されているので、効率良く磁力を利用できる。図７に示す実施の形態２では、基部７０１にのみ磁石１０３を設けて、可動部７０２側には磁石を設けない構成となっている。但し、可動部７０２に磁性体を用いることにより、図示のように磁気回路を形成させて効率良く磁界７０７を形成することができる。
【００６０】
図８は、実施の形態２による保持装置の変形例を示す図である。図示の構成は、基部７０１にのみ磁石１０３を設け、可動部８０２側には磁石を設けていない。加えてこの可動部８０２は非磁性体であり磁力線がとおりにくく、可動部８０２には磁気回路が形成されない。
【００６１】
このように、磁性体が片面だけであれば、非磁性の可動部８０２が磁力によって力を受けることがないので、基部７０１に対する非磁性の可動部８０２の位置決め状態、例えば表面のうねりなどによる２面（流路１０６）のギャップ距離の大小の影響が少なく、より高精度に位置決め可能である。また、保持力も両面が磁性体の場合に比べて、ギャップが変動してもほぼ一定に保つことが可能である。このように可動部８０２が磁性体である必要は無い。磁性体は片面だけの構成でも良く、例えば、磁性体の可動部８０２に磁石１０４（図１参照）を設け、基部７０１側には磁石１０３を設けない構成としてもよい。
【００６２】
図９は、実施の形態２による保持装置の他の変形例を示す図である。図示のように、磁性体の基部７０１と、非磁性体の可動部９０２を所定長さで設け、基部７０１の長さ方向に複数個の磁石１０３を設けた構成としてもよい。また、図示のように、磁石１０３のＮ，Ｓ極を基部７０１の長さ方向に向けて配置してもよい。
【００６３】
（実施の形態３）
次に、この発明の保持装置の実施の形態３の構成について説明する。図１０は、この発明の保持装置の実施の形態３による構成を示す図である。図１０は、実施の形態１で説明した図１の拡大図である。
【００６４】
上記各実施の形態で説明した流体１０５のうち、磁性粉体は、時間の経過と共に凝集し、ＭＲ流体も長期的には粒子の沈殿を生じる。このため、ある時間の間隔で攪拌させる必要性がある。なお、磁性流体を用いる場合には沈殿は生じないので攪拌は必要無い。
【００６５】
このため、基部１０１と可動部１０２には、それぞれ流路１０６側に突出する突起１００１，１００２を設ける。これにより、可動部１０２の移動によって流路１０６に封入された流体１０５を攪拌させる。この突起１００１，１００２は必ずしも基部１０１と可動部１０２の両方から突出形成する必要はなく、攪拌さえできれば良いので、突起１００１，１００２のいずれか一方のみ突出形成してもよい。
【００６６】
図１１は、実施の形態３の構成の変形例を示す図である。図示の構成では、基部１０１，１０２上で流路１０６に磁石１０３，１０４が突出するよう設けたものである。このように、基部１０１，１０２に突起を形成するに限らず、磁石１０３，１０４を突出配置させても同様に攪拌可能である。
【００６７】
図１２は、実施の形態３の構成の変形例を示す図である。図示の構成では、攪拌のために、基部１０１と可動部１０２にそれぞれ溝１２０１，１２０２を形成したものである。このように、突起に限らず溝１２０１，１２０２を形成しても同様に可動部１０２の移動によって流体１０５を攪拌させることができる。
【００６８】
実施の形態３で説明した流体１０５の攪拌動作は、例えば、この発明の保持装置をステージに適用した場合には、電源投入後の初期動作（原点復帰や試運転）をおこなう際に可動部１０２を移動させる制御で攪拌させることが可能である。
【００６９】
以上説明した保持装置は、精密な光学素子、例えば、コピー機やプリンタ内部で使用される書込み光学系、読み取り光学系に適用し位置決め状態を精密に保持できるようになる。具体的には、等倍結像素子、光学プリズム、ｆθレンズ、ｆθミラー、プロジェクターに用いるマイクロレンズアレイなどがある。また、光通信機器などに用いられる微小光学素子や、精密位置決めが必要な半導体などの部品の位置検出、検査、測定などをおこなう各装置に適用して位置決め状態を精密に保持できるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持装置において、固定側の基部と、該基部に対し相対的な運動が可能な１つあるいは複数の可動部と、前記基部と可動部の間である流路に介在され、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体と、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるための磁界発生手段とを有するため、流体に対し磁界を発生させることで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な構成で高精度な位置決めがおこなえるようになるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性液体、あるいはＭＲ流体を用いたため、液体の磁性体を用いることで、可動部の移動時の保持力は小さく、可動部の停止後の保持力は大きくすることができる。また、保持開始時の衝撃がほとんど発生しないので、保持開始時の位置ずれを防止でき位置決め状態を高精度に保持できるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記流体として、磁性粉体を用いたため、保持装置を液体の磁性体よりも安価に保持および減衰特性を持つ装置を構成できるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、電磁石を用いたため、電磁石に対する電流の供給制御で、流体を凝集させ、可動部の保持がおこなえるようになり、保持動作のＯＮ−ＯＦＦ制御を簡単におこなえるという効果を奏する。
【００７４】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたため、特別な構成なく流体の凝集をおこなえるようになり、保持装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７５】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記磁界発生手段は、発生させる磁界の強さを変更可能なため、磁界の強さを変化させることにより、流体の種類によってはこの磁界の強さで流体の保持力を変更させることが可能となる。この特性を有する流体を用いた際には、磁界が小さなときには非凝集で、磁界を大きくして凝集させることができるようになり、可動部の保持力や減衰力を任意に変化させることができるという効果を奏する。
【００７６】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部および可動部がいずれも磁性体からなるため、基部および可動部を含む磁気回路を構成できるようになり、流体に対し効率良く磁界をかけることができ、大きな保持力を発生させることができるという効果を奏する。
【００７７】
また、請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部のいずれか一方が磁性体からなり、他方が非磁性体からなるため、例えば、磁性体の基部に対する非磁性の可動部の位置決め時に、表面のうねりなどによる２面のギャップ距離の大小の影響が少なく、より高精度に位置決めが可能となる。また、保持力も両面が磁性体の場合に比べて、ギャップが変動してもほぼ一定に保つことが可能という効果を奏する。
【００７８】
また、請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれか一つに記載の発明において、前記基部あるいは可動部には、前記流路内に介在された流体を攪拌するための突起あるいは溝が形成されたため、基部に対する可動部の移動で突起あるいは溝が流路内の流体を攪拌させることができ、流体の沈降による特性変化を防止できるようになる。この攪拌は、原点復帰などの試運転時に可動部を移動させるだけで簡単におこなえるという効果を奏する。
【００７９】
また、請求項１０に記載の発明によれば、固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持方法であって、相対的な運動をすることが可能な基部と可動部の間の流路に、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体を介在させ、前記基部に対する前記可動部の相対位置を位置決めした後、前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるため、流路内の流体に磁界を発生させるだけで、基部に対する可動部の相対的な位置関係の変化を防止できるようになり、簡単な工程で高精度な位置決めがおこなえるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る保持装置の基本構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による保持装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】直動型の保持装置の構成例を示す図である。
【図４】回転型の保持装置の構成例を示す図である。
【図５】回転型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。
【図６】直動型の保持装置を組み込んだ直動ステージの全体構成を示す図である。
【図７】この発明の保持装置の実施の形態２による構成を示す図である。
【図８】実施の形態２による保持装置の変形例を示す図である。
【図９】実施の形態２による保持装置の他の変形例を示す図である。
【図１０】この発明の保持装置の実施の形態３による構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３の構成の変形例を示す図である。
【図１２】実施の形態３の構成の変形例を示す図である。
【図１３】保持対象の例である光学素子を示す図である。
【図１４】保持対象の例である光学素子を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 基部
１０２ 可動部
１０３，１０４ 磁石
１０５ 流体
１０５ａ 凝集部
１０５ｂ 非凝集部
１０６ 流路
１０７ 磁界
５６１ モータ
５６２ カップリング
５６３ 保持装置
５６４ テーブル
５６５ ボールネジ
５６６ リニアガイド
６６３ 保持装置
７０１ 基部
７０２，８０２，９０２ 可動部
７０７ 磁界
１００１，１００２ 突起
１２０１，１２０２ 溝
１３４０，１４５０ 光学素子
Claims (8)
- 固定側の部材と可動側の部材の相対的な運動を規制、保持する保持装置において、
固定側の基部と、該基部に対し相対的な運動が可能な１つあるいは複数の可動部と、
前記基部と可動部の間である流路に介在され、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体と、
前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させるための磁界発生手段と、を有し、
前記基部と可動部は、それぞれ互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなり、前記磁界発生手段による磁気回路を構成することを特徴とする保持装置。 - 前記流体として、磁性液体、あるいはＭＲ流体を用いたことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
- 前記流体として、磁性粉体を用いたことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
- 前記磁界発生手段として、電磁石を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の保持装置。
- 前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の保持装置。
- 前記磁界発生手段は、発生させる磁界の強さを変更可能なことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の保持装置。
- 前記基部あるいは可動部には、前記流路内に介在された流体を攪拌するための突起あるいは溝が形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の保持装置。
- 互いの対向面の磁極が異なる磁性体からなる固定側の基部と可動側の可動部の相対的な運動を規制、保持する保持方法であって、
相対的な運動をすることが可能な基部と可動部の間の流路に、磁界の強さに反応し凝集する特性を有する磁性体からなる流体を介在させ、
前記基部に対する前記可動部の相対位置を位置決めした後、
前記基部と可動部が構成する磁気回路によって前記流体に対し磁界を発生させて前記基部に対する可動部の相対位置を固定保持させることを特徴とする保持方法。
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