JP4322762B2 - ステージガイド機構 - Google Patents

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    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02Sliding-contact bearings
    • F16C29/025Hydrostatic or aerostatic

Description

本発明はステージガイド機構に係り、特にステージの移動をガイドするガイドレールの歪みをできるだけ小さくなるように構成されたステージガイド機構に関する。
例えば、ステージ装置においては、ステージの移動をガイドするステージガイド機構は、上記定盤上に固定された石材からなる一対のガイドレールを有すると共に、ガイドレールに沿って移動するステージのスライダには、ガイドレールのガイド面に対して数μ〜十数μの隙間を介して対向する静圧軸受けパッドが設けられており、静圧軸受けパッドからガイド面に吹き付けられる空気圧によってスライダが浮上した状態で移動するように構成されている。
このような、ステージ装置では、ワークとして供給される基板の大型化に伴って装置全体が大型化しており、その分ステージの移動距離も延長されつつある。
既存の機械加工技術では、例えば、全長が従前通り1m程度のガイドレールであれば、数μの加工精度で加工することが可能である。しかしながら、ステージの移動距離が延長されるのに伴って、ガイドレールの全長が2m以上に長くなると、精密に計測することが難しくなり、ガイドレールを全長に亘り真直度を計測する際の計測誤差も大きくなるので、要求される精度をクリアするように真直度を有するガイドレールの製造が難しくなっており、さらに熱膨張による寸法変化がガイドレールの歪みや捩れに影響している。
また、ステージをガイドする一対のガイドレールが平行に取り付けられていないと、ステージの直進精度が悪くなるため、ガイドレールの全長が長くなるほど一対のガイドレールの平行度をより高精度に管理する必要がある。
このような、一対のガイドレールの真直度や平行度のばらつきによる影響を小さくするため、例えば、一対のガイドレールに沿って移動する一対のスライダと、一対のスライダ間を連結するビームとの間を板バネを介在させて連結することにより、ガイドレールにかかる負担を低減する構造のものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−214280号公報
しかしながら、上記特許文献1により開示されたステージ装置では、ガイドレールにかかる負担を低減することができるものの限界があり、例えば、ステージの移動距離が2m〜3mに延長される構成ものでは、上記板バネの弾性変形量だけではステージの静的及び動的安定性を確保することが難しい。
さらに、ステージ装置の大型化により定盤の上面精度を確保できないときや、ガイドレールが定盤上ではなく別フレーム上に支持される構成になってしまうときには、ガイドレールの水平度を得るためのレベル調整が困難になってしまうおそれがある。
そこで、本発明は上記課題を解決したステージガイド機構を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
請求項1記載の発明は、移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、前記ガイドレールの下側に水平面に対して所定の傾斜角度を有するように形成された下部傾斜面と、前記ガイドレールの下部傾斜面を側方から押圧して前記ガイドレールの位置を調整する押圧部材と、を有する調整機構を備え、前記押圧部材は、前記ガイドレールの下部傾斜面と同一の傾斜角度を有する当接面と、前記水平面に対して摺動可能に取り付けられる摺動面と、を有し、前記水平面に対する調整位置に応じて前記ガイドレールの位置を調整することを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記調整機構が、前記ガイドレールの延在方向と直交する側方から前記摺動面を摺動させて前記当接面を前記ガイドレールの下部傾斜面に押圧させる移動機構を備えたことを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記調整機構が、前記ガイドレールの下部傾斜面と前記押圧部材の当接面とを締結する締結手段を有することを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記ガイドレールを前記摺動面が摺動する水平面に締結することを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記ガイドレールが、下部両側に前記下部傾斜面を2面有し、前記ガイドレールの延在方向と直交する両側に前記押圧部材を配置したことを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記ガイドレールが、前記2面の下部傾斜面の夫々と平行な上部傾斜面を2面有することを特徴とする。
請求項記載の発明は、前記スライダの内側に、前記ガイドレールの上部傾斜面に対向する角度に傾斜させた静圧軸受けパッドを設けたことを特徴とする。
請求項記載の発明は、移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、水平方向に移動可能に設けられ、少なくとも前記ガイドレールの下部傾斜面を2箇所以上で両側から押圧する押圧部材と、該押圧部材を水平面に固定する固定部材と、前記スライダの内側に前記ガイドレールの上面に対向するように配置された静圧軸受けパッドと、を備え、前記押圧部材は、前記ガイドレールの下部傾斜面と同一の傾斜角度を有する当接面と、前記水平面に対して摺動可能に取り付けられる摺動面と、を有し、前記水平面に対する調整位置に応じて前記ガイドレールの位置を調整することを特徴とする。
請求項9記載の発明は、移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、前記ガイドレールの下部両側に水平面に対して所定の傾斜角度を有するように形成された下部傾斜面と、前記ガイドレールの下部両側に形成された一対の下部傾斜面を側方から押圧して前記ガイドレールの位置を調整する一対の押圧部材と、を有する調整機構を備え、前記一対の押圧部材は、前記ガイドレールの上下方向及び水平方向の位置を調整することを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項1乃至の何れかに記載のステージガイド機構であって、前記ガイドレールに前記スライダを駆動するリニアモータの固定子を設け、前記固定子が前記スライダに設けられたリニアモータの移動子に対して駆動力を付与することを特徴とする。
本発明によれば、押圧部材の当接面をガイドレールの下部傾斜面に当接させると共に、押圧部材の摺動面を水平面に対して摺動させて水平面に対する位置を調整することにより、ガイドレールの位置を調整することが可能になる。よって、ガイドレールの歪みをその設置場所で調整することが可能になり、あるいは設置現場に運搬する過程でガイドレールに歪みが生じた場合でもステージ装置を設置した後にガイドレールの歪みがなくなるように調整することが可能になる。これにより、装置の大型化に伴うガイドレールの全長が延長されても要求される真直度を得ることができる。また、一対のガイドレールを取り付ける際に一対のガイドレールの歪みを調整すると共に、平行度を維持するように調整することもできる。
また、本発明によれば、調整機構がガイドレールの傾斜面を側方から押圧する押圧部材と、押圧部材を水平面に固定する固定部材と、を有するため、比較的簡単な操作でガイドレールの歪みを調整することが可能になり、設置現場で組み立てが完了した後の調整作業を効率良く行える。
また、本発明によれば、ガイドレールが、下部両側に下部傾斜面を2面有し、ガイドレールの延在方向と直交する両側に押圧部材を配置したことにより、ガイドレールの上下方向及び左右方向の調整を容易に行うことができる。
また、本発明によれば、ガイドレールに当接する一対の押圧部材を移動させることにより、ガイドレールの上下方向及び水平方向の位置を適宜調整することが可能になる。

また、本発明によれば、スライダの内側にガイドレールの上部傾斜面に対向する角度に傾斜させた静圧軸受けパッドを設けることにより、断面形状を正方形としたガイドレールを45度の傾斜面を有する向きに取り付けてもスライダの摺動安定性を確保することができる。
また、本発明によれば、ガイドレールにスライダを駆動するリニアモータの固定子を設け、固定子がスライダに設けられたリニアモータの移動子に対して駆動力を付与する構成とすることにより、コンパクトな構成を実現できると共に、ベース上のスペース効率を高めてベースの横幅を小さくすることも可能になる。さらに、スライダの下面中央に推力を付与することができるので、スライダの重心に対して回転モーメントを発生させないようにスライダを駆動させることが可能になる。
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図1は本発明になるステージガイド機構の一実施例が適用されたステージ装置を示す平面図である。図2はステージガイド機構の実施例1を拡大して示す縦断面図である。図3はステージガイド機構の実施例1を拡大して示す分解斜視図である。
図1乃至図3に示されるように、ステージ装置10は、基板の大型化に伴いY方向の全長が2〜6mに設定されたベース(定盤)14と、ベース14上を移動する移動体16と、移動体16の両端部をY方向に駆動する一対のリニアモータ20とを有する。このステージ装置10は、輸送しやすくするため、工場で組み立てて試運転及び検査した後、分解されて設置現場に搬送される。そして、設置現場で再び組み立てられ、検査及び調整作業が行なわれる。
移動体16は、リニアモータ20により駆動されるスライダ18と、スライダ18間を連結するように移動方向と直交するX方向に横架されたYステージ24と、Yステージ24上をX方向に移動するXステージ26とを有する。
スライダ18は、ステージガイド機構28によりY方向に移動可能にガイドされている。このステージガイド機構28は、Y方向に延在する一対のガイドレール30と、ガイドレール30のガイド面に対向するようにスライダ18の内部に設けられた3個の静圧軸受けパッド32〜34と、ガイドレール30の歪みを調整する複数の調整機構36とを有する。ガイドレール30は、断面形状がほぼ正方形の石からなり、水平面に対して4辺が45度の角度で傾けた状態でベース14上に取り付けられている。従って、ガイドレール30は、機械加工により比較的容易に加工することができる。
調整機構36は、ガイドレール30の両側から押圧してガイドレール30の歪みを調整するように構成されており、ガイドレール30の長手方向の複数箇所(少なくとも2箇所)に設けられている。また、調整機構36は、設置場所でガイドレール30の真直度及び平行度を測定して歪みが生じた場所に適宜取り付けられる。
また、スライダ18には、リニアモータ20のコイル部(移動子)38を支持する支持部40が取り付けられており、ベース14上に起立されたフレーム42上に設けられたコ字状の保持部材44の内側には、リニアモータ20の磁石(固定子)46がY方向に延在形成されている。従って、スライダ18は、リニアモータ20に駆動されてY方向に移動する。
よって、移動体16は、両端に配置された一対のスライダ18が一対のガイドレール30によりガイドされながらリニアモータ20に同時に駆動されることによりY方向に並進する。
ここで、ステージガイド機構28の構成について図2及び図3を参照して説明する。
図2及び図3に示されるように、ステージガイド機構28のガイドレール30は、断面がほぼ正方形であり、水平面に対して各4辺が45度の傾斜角度を有するように取り付けられる。尚、ガイドレール30の断面は、正方形に限らず、各ガイド面が対向する面とが平行であるひし形あるいは平行四辺形であれば加工を容易に行うことができる。
調整機構36は、ガイドレール30の下部傾斜面30a,30bを両側から押圧する一対の調整ブロック50,51と、調整ブロック50をベース14の上面(水平面)に固定する固定用ボルト(固定部材)52と、調整ブロック50を側方から押圧して取付位置を調整する調整ねじ(移動機構)54と、調整ブロック50,51に螺入され調整ブロック50,51をガイドレール30に締結する締結ボルト(締結部材)56とを有する。
一対の調整ブロック50,51は、左右対称な構成であり、夫々、ガイドレール30の下部傾斜面30a,30bを側方から押圧する押圧部材である。また、調整ブロック50,51は、下部傾斜面30a,30bと同一角度で傾斜する当接面50a,51aと、ベース14の上面を摺動する摺動面50b,51bとを有する。
固定用ボルト52は、摺動面50b,51bを貫通してベース14に挿通され、ボルトによりベース14に固定される。この固定用ボルト52による調整ブロック50,51の締結力は、移動体16の移動により荷重がガイドレール30に作用したとき、移動体16の荷重に負けない摩擦力を発生させるように設定されている。
調整ブロック50,51には、固定用ボルト52が挿通される長孔50c,51cと、締結ボルト56が挿通される長孔50d,51dとが設けられている。この長孔50c,51c及び50d,51dは、夫々X方向に幅広でY方向に幅狭となるように形成されているため、調整ブロック50,51がガイドレール30の延在方向(Y方向)への移動を規制すると共に、Y方向と直交するX方向に移動することを可能にしている。そして、固定用ボルト52は、先端部分がベース14に埋め込まれためねじ部材53に螺入されており、締め付け方向に回されることにより調整ブロック50,51を固定する。
調整ブロック50,51の外側のベース14上には、調整ねじ54を水平状態に螺入されたブラケット58が固定されている。この調整ねじ54は、調整ブロック50,51の端部に当接しており、工具を用いて時計方向に回動することにより、先端の押圧パッド54aが調整ブロック50,51を押圧する。これにより、調整ブロック50,51は、当接面50a,51aがガイドレール30を押圧する方向に移動し、調整ねじ54を反時計方向に回動することによりガイドレール30から離間する方向に移動する。
そして、調整ブロック50,51を互いに近接する方向に移動させた場合は、当接面50a,51aが下部傾斜面30a,30bを両側から押圧することでガイドレール30を上方に移動させることができ、調整ブロック50,51を互いに離間する方向に移動させた場合は、当接面50a,51aが下部傾斜面30a,30bから離間する方向に移動してガイドレール30を下方に移動させることができる。これにより、ガイドレール30の高さ位置(上下方向の歪み)を調整することが可能になる。
このように調整機構36は、ガイドレール30の歪みをその場で調整することが可能になり、あるいは設置現場に運搬する過程でガイドレール30に歪みが生じた場合でもステージ装置10を設置した後にガイドレール30の歪みがなくなるように調整することが可能になる。これにより、ガイドレール30は、装置の大型化に伴って全長が延長されても要求される真直度を得ることができる。また、一対のガイドレール30を取り付ける際に一対のガイドレール30の歪みを調整すると共に、平行度を維持するように調整することもできる。
また、調整機構36がガイドレール30の下部傾斜面30a,30bを側方から押圧するため、比較的簡単な操作でガイドレール30の歪みを調整することが可能になり、設置現場で組み立てが完了した後の調整作業を効率良く行える。
また、調整ブロック50,51を同一方向(右方向あるいは左方向)に移動させることによりガイドレール30の水平方向の位置(歪み)を調整することが可能になる。
スライダ18は、下面側にガイドレール30の上部傾斜面30c,30dに対向する傾斜面18a,18bを有する。この傾斜面18a,18bには、3個の静圧軸受けパッド32〜34が設けられており、そのうち静圧軸受けパッド32,33は、揺動構造型で、残りの静圧軸受けパッド34は、固定構造型である。
傾斜面18a,18bに設けられた静圧軸受けパッド32,33は、弾性ヒンジなどの軸方向の強度を有すると共に半径方向の弾性を有する弾性支持部材32a,33bにより揺動可能に支持されている。これは、静圧軸受けパッド32,33と上部傾斜面30c,30dとの間の隙間が微小(数μ〜数十μ)であり、上部傾斜面30c,30dに歪みあると、静圧軸受けパッド32,33は、弾性部材32a,33bが歪みに合わせて弾性変形して揺動することにより安定して浮上することができる。
このように、スライダ18の内側にガイドレール30の上部傾斜面30c,30dに対向する角度に傾斜させた静圧軸受けパッド32〜34を設け、断面形状をほぼ正方形としたガイドレール30を水平面に対して45度の傾斜面を有する向きに取り付けることにより、空気圧の反力の水平成分と垂直成分が発生し、それら成分のバランスにより安定した摺動を確保することができる。また、従来のように水平面と垂直面の夫々に対向する位置に設ける構成のものよりも静圧軸受けパッドの設置数を減らすことが可能になった。
ここで、上記調整機構36によるガイドレール30の歪みを調整作業について説明する。本実施例では、ステージ装置10の組み立て作業が終了すると、ガイドレール30の調整作業を行う。
ベース14上に取り付けられたガイドレール30の歪みを調整する場合、一対のガイドレール30の両端を調整ブロック50,51の当接面50a,51aに載置した状態で固定用ボルト52を緩めて調整ブロック50,51がベース14上を摺動できるようにする。そして、締結ボルト56を締め付けて調整ブロック50,51をガイドレール30に締結する。この後、ガイドレール30の両端の位置が規定位置になるように調整ねじ54を回して調整ブロック50,51の取付位置を微調整する。
次にガイドレール30の真直度の調整は、ガイドレール30の中間部分で歪みが生じている箇所に調整ブロック50,51を取り付け、各歪み箇所毎に調整ねじ54による調整作業を行う。そして、一対のガイドレール30の平行度の調整は、どちらのガイドレール30を基準として、他方のガイドレール30の位置を調整ブロック50,51を用いて調整する。
図4はステージガイド機構の実施例2を拡大して示す縦断面図である。尚、図4において、上記実施例1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図4に示されるように、実施例2のステージガイド機構60では、上記締結ボルト56の代わりにガイドレール30とベース14との間を締結ボルト62を用いて締結する構成となっている。この締結ボルト62は、ガイドレール30の中心を垂直方向に貫通する貫通孔64に挿入されており、その先端がベース14に埋め込まれためねじ部材66に螺入される。また、貫通孔64は、上孔64aが上方からみると円形であり、下孔64bが上方からみると長孔形状に形成されている。下孔64bは、前述した長孔50c,51c及び50d,51dと同様に、X方向に幅広でY方向に幅狭となるように形成されているため、調整機構36による調整時にガイドレール30がX方向に移動することを可能にしている。
このように、ステージガイド機構60では、調整機構36による調整後に上方から工具を貫通孔64に挿入して締結ボルト62を締め付けてガイドレール30をベース14に固定する構成であるので、ガイドレール30の締結作業が容易に行える。
図5はステージガイド機構の実施例3を拡大して示す縦断面図である。尚、図5において、上記実施例1、2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図5に示されるように、実施例3のステージガイド機構70では、実施例1の構成に対してスライダ72とガイドレール74の構成が異なる。スライダ72は、下側に矩形状の凹部72aが形成されている。また、スライダ72は、従来のものと同様にコ字状に形成されているので、傾斜面を加工するよりも比較的容易に加工することができる。
また、ガイドレール74は、断面形状が略五角形であり、下部に実施例1と同様な下部傾斜面74a,74bが形成されており、上部には水平な上面74cと、垂直な左右側面74d,74eとが形成されている。そして、スライダ72の凹部72aには、ガイドレール74の上面74cに対向するように静圧軸受けパッド76が取り付けられている。また、スライダ72の垂直面72b,72cには、ガイドレール74の左右側面74d,74eに対向するように静圧軸受けパッド77,78が取り付けられている。
従って、スライダ72は、静圧軸受けパッド76からの空気圧によりガイドレール74の上面74cに対して数μの隙間を介して浮上した低摩擦状態に支持され、且つ静圧軸受けパッド77,78からの空気圧によりガイドレール74の左右側面74d,74eに対してX方向の位置を規制される。
図6はステージガイド機構の実施例4を拡大して示す縦断面図である。尚、図6において、上記実施例1〜3と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図6に示されるように、実施例4のステージガイド機構80では、リニアモータ82がガイドレール30に設けられている。すなわち、リニアモータ82は、ガイドレール30の上部に形成された取付溝84に埋め込まれた磁石(固定子)46と、磁石46間に挿入されたコイル部(移動子)38とから構成されている。取付溝84は、スライダ18の移動方向であるY方向に延在形成されており、複数の磁石46がY方向に並設されている。そして、コイル部38は、複数のコイルがモールドされており、取付溝84の左右両側に配された磁石46間に挿入された状態で上端がスライダ18の下面に取り付けられている。
従って、スライダ18は、リニアモータ82に駆動されてY方向に移動する。このようにステージガイド機構80では、リニアモータ82がガイドレール30に内蔵される構成であるので、コンパクトな構成を実現できると共に、ベース14上のスペース効率を高めてベース14の横幅を小さくすることも可能になる。
本発明になるステージガイド機構の一実施例が適用されたステージ装置を示す平面図である。 ステージガイド機構の実施例1を拡大して示す縦断面図である。 ステージガイド機構の実施例1を拡大して示す分解斜視図である。 ステージガイド機構の実施例2を拡大して示す縦断面図である。 ステージガイド機構の実施例3を拡大して示す縦断面図である。 ステージガイド機構の実施例4を拡大して示す縦断面図である。
符号の説明
10 ステージ装置
14 ベース
16 移動体
18,72 スライダ
20,82 リニアモータ
24 Yステージ
26 Xステージ
28,60,70,80 ステージガイド機構
30,74 ガイドレール
32〜34,76〜78 静圧軸受けパッド
36 調整機構
38 コイル部(移動子)
46 磁石(固定子)
50,51 調整ブロック
52 固定用ボルト
54 調整ねじ
56,62 締結ボルト

Claims (10)

  1. 移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、
    前記ガイドレールの下側に水平面に対して所定の傾斜角度を有するように形成された下部傾斜面と、
    前記ガイドレールの下部傾斜面を側方から押圧して前記ガイドレールの位置を調整する押圧部材と、を有する調整機構を備え、
    前記押圧部材は、
    前記ガイドレールの下部傾斜面と同一の傾斜角度を有する当接面と、
    前記水平面に対して摺動可能に取り付けられる摺動面と、
    を有し、前記水平面に対する調整位置に応じて前記ガイドレールの位置を調整することを特徴とするステージガイド機構。
  2. 前記調整機構は、
    前記ガイドレールの延在方向と直交する側方から前記摺動面を摺動させて前記当接面を前記ガイドレールの下部傾斜面に押圧させる移動機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載のステージガイド機構。
  3. 前記調整機構は、
    前記ガイドレールの下部傾斜面と前記押圧部材の当接面とを締結する締結手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載のステージガイド機構。
  4. 前記ガイドレールを前記摺動面が摺動する水平面に締結することを特徴とする請求項1または2に記載のステージガイド機構。
  5. 前記ガイドレールは、下部両側に前記下部傾斜面を2面有し、
    前記ガイドレールの延在方向と直交する両側に前記押圧部材を配置したことを特徴とする請求項乃至の何れかに記載のステージガイド機構。
  6. 前記ガイドレールは、前記2面の下部傾斜面の夫々と平行な上部傾斜面を2面有することを特徴とする請求項に記載のステージガイド機構。
  7. 前記スライダの内側に、前記ガイドレールの上部傾斜面に対向する角度に傾斜させた静圧軸受けパッドを設けたことを特徴とする請求項に記載のステージガイド機構。
  8. 移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、
    水平方向に移動可能に設けられ、少なくとも前記ガイドレールの下部傾斜面を2箇所以上で両側から押圧する押圧部材と、
    該押圧部材を水平面に固定する固定部材と、
    前記スライダの内側に前記ガイドレールの上面に対向するように配置された静圧軸受けパッドと、を備え、
    前記押圧部材は、
    前記ガイドレールの下部傾斜面と同一の傾斜角度を有する当接面と、
    前記水平面に対して摺動可能に取り付けられる摺動面と、
    を有し、前記水平面に対する調整位置に応じて前記ガイドレールの位置を調整することを特徴とするステージガイド機構。
  9. 移動方向に延在するように配されたガイドレールを有し、ステージのスライダを前記ガイドレールに沿ってガイドするステージガイド機構において、
    前記ガイドレールの下部両側に水平面に対して所定の傾斜角度を有するように形成された下部傾斜面と、
    前記ガイドレールの下部両側に形成された一対の下部傾斜面を側方から押圧して前記ガイドレールの位置を調整する一対の押圧部材と、を有する調整機構を備え、
    前記一対の押圧部材は、前記ガイドレールの上下方向及び水平方向の位置を調整することを特徴とするステージガイド機構。
  10. 請求項1乃至の何れかに記載のステージガイド機構であって、
    前記ガイドレールに前記スライダを駆動するリニアモータの固定子を設け、
    前記固定子が前記スライダに設けられたリニアモータの移動子に対して駆動力を付与することを特徴とするステージガイド機構。
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