JP4209983B2 - ステージ機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固定された２本のレールをガイドとしてレール方向に移動するステージ機構に関し、特に、ステージ機構に用いられる板バネの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ステージ機構として２本のレールをガイドとしてレール方向に移動するものが知られている。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来のステージ機構について説明する。
【０００４】
ベース１上には２本のレール２及び３が所定の間隔をおいて配設されている。レール２及び３にはそれぞれ移動体４及び５が配置されており、移動体４及び５はそれぞれレール２及び３を移動する（運動する）。また、移動体４及び５はビーム６によって連結されている。この結果、移動体４及び５がレール２及び３上を移動するに連れてビーム６も移動することになる。
【０００５】
図４に示すステージ機構では、ビーム６をレール方向にスムースに移動させるためには、レール２及び３間の距離（レール間距離）とビーム長さ（レール間距離方向の長さ）とを厳密に寸法管理する必要がある。また、環境温度の変化によって生じる熱膨張変換による寸法変化に対処するため、ステージ機構を構成する機械部品は同種類の材質又は熱膨張係数が同程度の材質を用いて作成される。
【０００６】
一方、例えば、図５に示すように、直動案内に静圧空気軸受けを用いたステージ機構が知られている。
【０００７】
図５を参照して、図５において、図４と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。図示の例では、移動体４はレール２に対して数μｍ乃至十数μｍの隙間を有しており、この隙間には圧縮空気が供給される。これによって、移動体４はレール２に対して所定の隙間をもって浮上しつつ移動することになる。つまり、移動体４とレール２との間には静圧空気軸受け機能が備えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ステージ機構が大型化する傾向にあり、図４に示すステージ機構の場合、移動体４及び５間の距離が広がってくると、必然的にプレート長さも大きくなって、機械部品の材質を同種類としても、環境温度の変化があると、熱膨張の差が無視できなくなって、この結果、プレートをスムースにレール方向に移動させることが難しくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
一方、図５に示すステージ機構においても、レール間距離とプレート長さとが熱膨張の差によって変化すると、移動体４とレール２との隙間が変化する。そして、この隙間の変化は空気膜厚の変化となって、ガイド性能に悪影響を与えてしまう。加えて、移動体５を用いずに移動体４のみを用いてビーム６を片持ち支持した場合には、移動体４とレール２との隙間が大きく変化してしまい、ガイド性能に大きな影響を与えてしまう。
【００１０】
さらに、図５に示すステージ機構において、２本のレール２及び３の平行度又は真直度をゼロにすることは不可能であり、このため、相対する移動体の姿勢変化（ｙａｗ回転）が生じてしまい、ビーム６を曲げようとする力が発生する。この力は空気膜厚を変化させる力として作用し、これによっても、ガイド性能が悪影響を受けひいては静圧空気軸受けが損傷してしまうという問題点がある。
【００１１】
このように、従来のステージ機構においては、機械部品が環境温度の変化によって熱膨張した場合、静圧空気軸受けを用いたステージ機構であると、静圧空気軸受けと固定ガイド間の隙間量が変化して軸受けが有する剛性値が変化することになる。加えて、著しい温度変化があると、隙間量がマイナスとなって、機械構造物の変形、又は損傷が発生する恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は機械加工による形状誤差及び熱膨張による部品寸法の変化を吸収できるステージ機構を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ベース上に所定の間隔をおいて配設され予め定められた方向へ延びる第１及び第２のレールと、前記第１及び前記第２のレールをガイドとしてそれぞれ前記第１及び前記第２のレールに沿って移動する第１及び第２の移動体と、前記第１及び前記第２の移動体と連結するビームとを有し、前記ビームは前記予め定められた方向に直交する方向に延びており、前記ビームの一端は前記第１の移動体に固定され前記ビームの他端は前記第２の移動体に前記予め定められた方向に延びる板バネを介して固定されており、前記板バネは一端を前記ビームの側面に固定され、他端は前記第２の移動体の側面に固定されることで前記ビームを支持するものであり、前記板バネの一端と他端とは、前記あらかじめ定められた方向に沿って固定されることを特徴とするステージ機構が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１を参照して、図１において、図５と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。ベース１上には２本のレール２及び３が所定の間隔をおいて配設されており、レール２及び３にはそれぞれ移動体４及び５が配置されている。ここで、レール２及び移動体４に着目すると、図１（ｂ）に示すように、移動体４には静圧空気軸受けパッド１２が備えられており、レール２と移動体４との間には静圧空気軸受けパッド１２が介在している。この静圧空気軸受けパッド１２によって移動体４は図１（ａ）に示すＸ軸方向にガイドされている。さらに、図１（ｂ）に示すように、移動体４には静圧空気軸受けパッド１３が備えられており、移動体４は静圧空気軸受けパッドでベース１によってＺ軸方向（図１（ｂ）において上方向）にガイドされて図１（ａ）に示すＹ軸方向、つまり、レール２に沿って移動する。
【００１６】
なお、同様に、移動体５にも静圧空気軸受けパッド１２及び１３が備えられており、移動体５はレール３に沿って移動可能となっている。
【００１７】
ビーム６は移動体４とリジット（例えば、ネジを用いて）に固定されており、一方、ビーム６は移動体５と後述する板バネ構造によって連結されている。
【００１８】
ここで、図２も参照して、ビーム６の一端部にはＬ字形状のアングル７がネジ等によって取り付けられており、同様に、移動体５にもＬ字形状のアングル９がネジ等によって取り付けられている。そして、これらアングル７及び９は図１（ａ）においてＹ軸方向に互いに対向している。これらアングル７及び９との間には薄い長方形状の板バネ８が配設されている。つまり、アングル７には当て板７ａを介してボルトによって板バネ８の一端が固定され、アングル９には当て板９ａを介してボルトによって板バネ８の他端が固定されている。この結果、板バネ８はＹ軸方向に延在することになる。
【００１９】
いま、移動体４及び５がＹ軸方向に移動する際、板バネ８には長手方向、つまり、Ｙ軸方向に圧縮及び引っ張り力が加わり、ビーム６と移動体５とは高い剛性をもってあたかも剛に連結されているように運動する。
【００２０】
ここで、環境温度が変化して、例えば、ビーム６の長さ（ビーム長さ）がベース１に比べて相対的に熱膨張によって長くなると、その寸法変化は板バネ８の曲げによって吸収されることになる。つまり、ビーム長さが熱膨張によって長くなると（Ｘ軸方向に長くなると）、板バネ８は図１（ａ）においてＹ軸方向に延在している結果、板バネ８はＸ軸方向に曲げられることになって、これによって、ビーム６の寸法変化が吸収されることになる。
【００２１】
前述のように、ビーム長さの変化による力の発生方向が板バネの曲げ方向となるので、移動体５においてＸ軸方向に発生する力は静圧空気軸受けの空気膜厚に影響を与えないレベルまで設計に応じて低減させることができる。
【００２２】
図３を参照して、図３に示す例では、ビーム６に移動体１４が配置されており、移動体１４はビーム６をガイドとして、図３（ａ）のＸ軸方向に移動する。つまり、図３にはＸ−Ｙステージ機構が示されている。なお、図３において、図１に示す例と同一の構成要素については同一の参照番号を付し説明を省略する。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、ベース１と移動体１４との間には静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃが配置されている。つまり、移動体１４には静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃが取り付けられており、移動体１４は静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃによってベース１に対してＺ軸方向をガイドされて、Ｘ軸方向に移動する。
【００２４】
図示のＸ−Ｙステージ機構においても、図１に関連して説明したように、板バネ８でビーム６と移動体５とが連結されているから、ビーム６の長さ（ビーム長さ）がベース１に比べて相対的に熱膨張によって長くなると、その寸法変化は板バネ８の曲げによって吸収されることになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では板バネでビームと移動体とを連結するようにしたから、ビームの寸法変化を板バネの曲りによって吸収でき、その結果、ガイドにかかる負荷を低減させることができる。つまり、組み立て作業が容易となるばかりでなく、ガイド性能が向上するという効果があり、部品単体における加工精度及び組み立て精度が高くなくても移動体のガイド精度を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステージ機構の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図１に示すステージ機構において用いられる板バネ構造を示す図である。
【図３】本発明によるステージ機構の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来のステージ機構の一例を示す図である。
【図５】従来のステージ機構の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ ベース
２，３ レール
４，５，１４ 移動体
６ ビーム
７，９ アングル
８ 板バネ
１２，１３ 静圧空気軸受けパッド
【発明の属する技術分野】
本発明は固定された２本のレールをガイドとしてレール方向に移動するステージ機構に関し、特に、ステージ機構に用いられる板バネの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ステージ機構として２本のレールをガイドとしてレール方向に移動するものが知られている。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来のステージ機構について説明する。
【０００４】
ベース１上には２本のレール２及び３が所定の間隔をおいて配設されている。レール２及び３にはそれぞれ移動体４及び５が配置されており、移動体４及び５はそれぞれレール２及び３を移動する（運動する）。また、移動体４及び５はビーム６によって連結されている。この結果、移動体４及び５がレール２及び３上を移動するに連れてビーム６も移動することになる。
【０００５】
図４に示すステージ機構では、ビーム６をレール方向にスムースに移動させるためには、レール２及び３間の距離（レール間距離）とビーム長さ（レール間距離方向の長さ）とを厳密に寸法管理する必要がある。また、環境温度の変化によって生じる熱膨張変換による寸法変化に対処するため、ステージ機構を構成する機械部品は同種類の材質又は熱膨張係数が同程度の材質を用いて作成される。
【０００６】
一方、例えば、図５に示すように、直動案内に静圧空気軸受けを用いたステージ機構が知られている。
【０００７】
図５を参照して、図５において、図４と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。図示の例では、移動体４はレール２に対して数μｍ乃至十数μｍの隙間を有しており、この隙間には圧縮空気が供給される。これによって、移動体４はレール２に対して所定の隙間をもって浮上しつつ移動することになる。つまり、移動体４とレール２との間には静圧空気軸受け機能が備えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ステージ機構が大型化する傾向にあり、図４に示すステージ機構の場合、移動体４及び５間の距離が広がってくると、必然的にプレート長さも大きくなって、機械部品の材質を同種類としても、環境温度の変化があると、熱膨張の差が無視できなくなって、この結果、プレートをスムースにレール方向に移動させることが難しくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
一方、図５に示すステージ機構においても、レール間距離とプレート長さとが熱膨張の差によって変化すると、移動体４とレール２との隙間が変化する。そして、この隙間の変化は空気膜厚の変化となって、ガイド性能に悪影響を与えてしまう。加えて、移動体５を用いずに移動体４のみを用いてビーム６を片持ち支持した場合には、移動体４とレール２との隙間が大きく変化してしまい、ガイド性能に大きな影響を与えてしまう。
【００１０】
さらに、図５に示すステージ機構において、２本のレール２及び３の平行度又は真直度をゼロにすることは不可能であり、このため、相対する移動体の姿勢変化（ｙａｗ回転）が生じてしまい、ビーム６を曲げようとする力が発生する。この力は空気膜厚を変化させる力として作用し、これによっても、ガイド性能が悪影響を受けひいては静圧空気軸受けが損傷してしまうという問題点がある。
【００１１】
このように、従来のステージ機構においては、機械部品が環境温度の変化によって熱膨張した場合、静圧空気軸受けを用いたステージ機構であると、静圧空気軸受けと固定ガイド間の隙間量が変化して軸受けが有する剛性値が変化することになる。加えて、著しい温度変化があると、隙間量がマイナスとなって、機械構造物の変形、又は損傷が発生する恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は機械加工による形状誤差及び熱膨張による部品寸法の変化を吸収できるステージ機構を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ベース上に所定の間隔をおいて配設され予め定められた方向へ延びる第１及び第２のレールと、前記第１及び前記第２のレールをガイドとしてそれぞれ前記第１及び前記第２のレールに沿って移動する第１及び第２の移動体と、前記第１及び前記第２の移動体と連結するビームとを有し、前記ビームは前記予め定められた方向に直交する方向に延びており、前記ビームの一端は前記第１の移動体に固定され前記ビームの他端は前記第２の移動体に前記予め定められた方向に延びる板バネを介して固定されており、前記板バネは一端を前記ビームの側面に固定され、他端は前記第２の移動体の側面に固定されることで前記ビームを支持するものであり、前記板バネの一端と他端とは、前記あらかじめ定められた方向に沿って固定されることを特徴とするステージ機構が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１を参照して、図１において、図５と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。ベース１上には２本のレール２及び３が所定の間隔をおいて配設されており、レール２及び３にはそれぞれ移動体４及び５が配置されている。ここで、レール２及び移動体４に着目すると、図１（ｂ）に示すように、移動体４には静圧空気軸受けパッド１２が備えられており、レール２と移動体４との間には静圧空気軸受けパッド１２が介在している。この静圧空気軸受けパッド１２によって移動体４は図１（ａ）に示すＸ軸方向にガイドされている。さらに、図１（ｂ）に示すように、移動体４には静圧空気軸受けパッド１３が備えられており、移動体４は静圧空気軸受けパッドでベース１によってＺ軸方向（図１（ｂ）において上方向）にガイドされて図１（ａ）に示すＹ軸方向、つまり、レール２に沿って移動する。
【００１６】
なお、同様に、移動体５にも静圧空気軸受けパッド１２及び１３が備えられており、移動体５はレール３に沿って移動可能となっている。
【００１７】
ビーム６は移動体４とリジット（例えば、ネジを用いて）に固定されており、一方、ビーム６は移動体５と後述する板バネ構造によって連結されている。
【００１８】
ここで、図２も参照して、ビーム６の一端部にはＬ字形状のアングル７がネジ等によって取り付けられており、同様に、移動体５にもＬ字形状のアングル９がネジ等によって取り付けられている。そして、これらアングル７及び９は図１（ａ）においてＹ軸方向に互いに対向している。これらアングル７及び９との間には薄い長方形状の板バネ８が配設されている。つまり、アングル７には当て板７ａを介してボルトによって板バネ８の一端が固定され、アングル９には当て板９ａを介してボルトによって板バネ８の他端が固定されている。この結果、板バネ８はＹ軸方向に延在することになる。
【００１９】
いま、移動体４及び５がＹ軸方向に移動する際、板バネ８には長手方向、つまり、Ｙ軸方向に圧縮及び引っ張り力が加わり、ビーム６と移動体５とは高い剛性をもってあたかも剛に連結されているように運動する。
【００２０】
ここで、環境温度が変化して、例えば、ビーム６の長さ（ビーム長さ）がベース１に比べて相対的に熱膨張によって長くなると、その寸法変化は板バネ８の曲げによって吸収されることになる。つまり、ビーム長さが熱膨張によって長くなると（Ｘ軸方向に長くなると）、板バネ８は図１（ａ）においてＹ軸方向に延在している結果、板バネ８はＸ軸方向に曲げられることになって、これによって、ビーム６の寸法変化が吸収されることになる。
【００２１】
前述のように、ビーム長さの変化による力の発生方向が板バネの曲げ方向となるので、移動体５においてＸ軸方向に発生する力は静圧空気軸受けの空気膜厚に影響を与えないレベルまで設計に応じて低減させることができる。
【００２２】
図３を参照して、図３に示す例では、ビーム６に移動体１４が配置されており、移動体１４はビーム６をガイドとして、図３（ａ）のＸ軸方向に移動する。つまり、図３にはＸ−Ｙステージ機構が示されている。なお、図３において、図１に示す例と同一の構成要素については同一の参照番号を付し説明を省略する。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、ベース１と移動体１４との間には静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃが配置されている。つまり、移動体１４には静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃが取り付けられており、移動体１４は静圧空気軸受けパッド１４ａ乃至１４ｃによってベース１に対してＺ軸方向をガイドされて、Ｘ軸方向に移動する。
【００２４】
図示のＸ−Ｙステージ機構においても、図１に関連して説明したように、板バネ８でビーム６と移動体５とが連結されているから、ビーム６の長さ（ビーム長さ）がベース１に比べて相対的に熱膨張によって長くなると、その寸法変化は板バネ８の曲げによって吸収されることになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では板バネでビームと移動体とを連結するようにしたから、ビームの寸法変化を板バネの曲りによって吸収でき、その結果、ガイドにかかる負荷を低減させることができる。つまり、組み立て作業が容易となるばかりでなく、ガイド性能が向上するという効果があり、部品単体における加工精度及び組み立て精度が高くなくても移動体のガイド精度を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステージ機構の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図１に示すステージ機構において用いられる板バネ構造を示す図である。
【図３】本発明によるステージ機構の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来のステージ機構の一例を示す図である。
【図５】従来のステージ機構の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ ベース
２，３ レール
４，５，１４ 移動体
６ ビーム
７，９ アングル
８ 板バネ
１２，１３ 静圧空気軸受けパッド
Claims (3)
- ベース上に所定の間隔をおいて配設され予め定められた方向へ延びる第１及び第２のレールと、前記第１及び前記第２のレールをガイドとしてそれぞれ前記第１及び前記第２のレールに沿って移動する第１及び第２の移動体と、前記第１及び前記第２の移動体と連結するビームとを有し、前記ビームは前記予め定められた方向に直交する方向に延びており、前記ビームの一端は前記第１の移動体に固定され前記ビームの他端は前記第２の移動体に前記予め定められた方向に延びる板バネを介して固定されており、
前記板バネは一端を前記ビームの側面に固定され、他端は前記第２の移動体の側面に固定されることで前記ビームを支持するものであり、
前記板バネの一端と他端とは、前記あらかじめ定められた方向に沿って固定されることを特徴とするステージ機構。 - 前記第２の移動体の側面には凹部が形成され、前記板バネの他端は前記凹部の内部に固定され、前記板バネの一端は前記凹部の内部にて前記ビームの他端側面に固定されることを特徴とする請求項１に記載のステージ機構。
- 前記第２の移動体と前記ビームの他端との間には空間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01268399A JP4209983B2 (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | ステージ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01268399A JP4209983B2 (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | ステージ機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214280A JP2000214280A (ja) | 2000-08-04 |
| JP4209983B2 true JP4209983B2 (ja) | 2009-01-14 |
Family
ID=11812186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01268399A Expired - Lifetime JP4209983B2 (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | ステージ機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4209983B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE50214232D1 (de) | 2002-07-02 | 2010-04-08 | Agfa Gevaert Healthcare Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Auslesen von in einer Speicherschicht abgespeicherter Information |
| JP4391883B2 (ja) | 2004-05-19 | 2009-12-24 | 住友重機械工業株式会社 | 移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置 |
| TWI544294B (zh) * | 2008-08-18 | 2016-08-01 | 瑪波微影Ｉｐ公司 | 帶電粒子射束微影系統以及目標物定位裝置 |
| JP5825512B2 (ja) * | 2011-07-01 | 2015-12-02 | 株式会社東京精密 | 平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置 |
| JP5928678B2 (ja) * | 2011-07-01 | 2016-06-01 | 株式会社東京精密 | 平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置 |
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-
1999
- 1999-01-21 JP JP01268399A patent/JP4209983B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000214280A (ja) | 2000-08-04 |
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