JP4998684B2 - 位置決め装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ワーク等を位置決めできる位置決め装置に関する。
例えば液晶パネル製造装置などにおいては、間に接着剤を塗布した2枚の液晶パネル用基板を相対的に位置決めした上で、密着する方向に外力を与えて両者を接着している(特許文献1)。
特開2002−131762号公報
しかるに、特許文献1の技術では、2枚の液晶パネル用基板に伝達される密着力は、位置決めのためのテーブルを支持する案内軸受を介して伝達される。ここで、2枚の液晶パネル用基板間のシール部材によっては、接着に必要な外力を大きくしなくてはならない。ところが、そのように大きな外力を支持するためには、案内軸受の容量を大きくしなくてはならず、また力の伝達経路にある部材の強度も増大する必要が生じ、装置全体の大型化を招くという問題がある。これは、特に2枚の液晶パネル用基板を真空中で接着する場合、位置決め装置を収容する真空チャンバの大型化を招くこととなり、処理に必要な真空環境を得るまでの時間が長くなるという問題を生じさせる。
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、簡素且つコンパクトでありながら、ワークに与えられた外力を支持できる位置決め装置を提供することを目的とする。
本発明の位置決め装置は、
当接部を有するベースと、
前記ベースに対して移動可能な支持部と、
前記支持部に支持されるテーブルと、
前記支持部と前記テーブルとを連結するばね部材と、
前記ベースに対して前記支持部を移動可能に支持するガイドと、を有し、
所定値以上の外力が付与されたとき、前記ばね部材が弾性変形することにより、前記テーブルは前記ベースの当接部に当接し、前記外力が前記所定値を下回ったとき、前記テーブルは前記ベースの当接部から離隔することを特徴とする。
本発明の位置決め装置によれば、前記テーブルに所定値以上の外力が付与されたとき、前記ばね部材が弾性変形することにより、前記テーブルは前記ベースの当接部に当接し、前記外力が前記所定値を下回ったとき、前記テーブルは前記ベースの当接部から離隔するので、かかる外力を付与しないことで、前記当接部から離隔した前記テーブルを位置決めするために任意に移動させることができる。一方、かかる外力を付与することにより、前記テーブルが前記当接部に当接するので、その外力のほとんどを、前記ガイドの代わりに前記当接部で支持することができ、それにより前記ガイドをコンパクトなものとできる。
前記支持部は、前記ベースに対して、第1の方向(例えばX軸方向)と、前記第1の方向に直交する第2の方向(例えばY軸方向)と、回転方向(例えばθ軸回り)に移動可能にガイドされると好ましい。
前記ばね部材は板ばねであると好ましい。
また、請求項4の前記位置決め装置は、真空雰囲気に維持されたチャンバ内に配置されており、前記支持部を駆動する駆動源は、前記チャンバ外に配置されているので、駆動源を真空対応にしなくてすむため低コスト化が図れ、またチャンバの大きさを小さくできる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に付いて説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図であり、図2は、図1の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。なお、位置決め装置は、真空チャンバ内で用いることができる。
図2において、ベース1上に、紙面垂直方向に延在する一対のガイドレール2,2が配置されている。更に、ベース1の上方に配置されたX軸ステージ3の下面には、スライダ4,4が配置されており、それぞれガイドレール2,2に沿って移動可能となっている。X軸ステージ3は、中央に開口3aを有しており、ベース1上に配置されたX軸アクチュエータ3bにより、ガイドレール2,2に沿って駆動されるようになっている。ガイドレール2,2とスライダ4,4で、X軸方向のガイドを構成する。
X軸ステージ3上に、図2で左右方向に延在する一対のガイドレール5,5が配置されている。更に、X軸ステージ3の上方に配置されたY軸ステージ6の下面には、スライダ7,7が配置されており、それぞれガイドレール5,5に沿って移動可能となっている。Y軸ステージ6は、中央に開口6aを有しており、X軸ステージ3上に配置されたY軸アクチュエータ6bにより、ガイドレール5,5に沿って駆動されるようになっている。ガイドレール5,5とスライダ7,7で、Y軸方向のガイドを構成する。
Y軸ステージ6上に、不図示のガイドにより、環状のθ軸ステージ8が相対回転可能に配置されている。ドーナツ板状のθ軸ステージ8は、Y軸ステージ6上に配置されたθ軸アクチュエータ8aにより、θ軸ステージ8の中心軸(θ軸という)回りに回転駆動される。θ軸ステージ8の上面には、ばね部材である3本の板ばね9の外方端が、周方向に等間隔で取り付けられ、各板ばね9は半径方向内方に向かって延在している。各板ばね9の内方端は、θ軸ステージ8の内側に非接触状態で配置された円形のテーブル10の上面に接合されている。ステージ3,6、8が支持部を構成する。
ベース1の上面には、当接部である円筒部1aが形成され、X軸ステージ3の開口3aと、Y軸ステージ6の開口6aを貫通して、その上面が、テーブル10の下方に位置するようになっている。テーブル10に、ワークWの自重を超える所定値以上の外力が付与されないときは、板ばね9のみによりテーブル10は支持されており、そのときテーブル10と円筒部1aとの間には、タッチダウンスキマΔ(数10〜数100μm)が生じている。尚、タッチダウン時の溶着等を防止するために、テーブル10と円筒部1aを、焼き入れした鋼(SUS440C等)を用いて形成したり、テーブル10と円筒部1aの密着する対向面に真空用グリースなどを塗布すると好ましい。
本実施の形態の動作について説明する。テーブル10の上にパネル基板W1を載置し、その上面の適所に接着剤を塗布した上で、パネル基板W1に重ねるようにして、不図示の筐体に固定されたホルダH(図2)により保持されたパネル基板W2を配置し、更にアクチュエータ3b、6b、8aを、X軸方向、Y軸方向、θ軸回りに駆動して、パネル基板W1,W2を互いに適切に位置決めする。
その後、ホルダHを駆動して、所定値以上の外力により、パネル基板W2をパネル基板W1に向かって押圧する。かかる場合、板ばね9が弾性変形することで、テーブル10の下面が円筒部1aに当接し、付与された外力を支持することができる。1分程度外力を維持した後、ホルダHがパネル基板W2の保持を中止し上方へと退却することで、固化した接着剤により接着されたパネル基板W1,W2を得ることができる。
本実施の形態によれば、所定値以上の外力が付与されたときに、板ばね9により弾性支持されたテーブル10の下面が円筒部1aに当接するため、ステージ3,6、8のガイドには、比較的小さい板ばね9の弾性力のみが付与されるのみであり、ホルダHから付与された外力のほとんどは、当接部1aで支持されることから、ステージ3,6、8のガイドの容量を小さくでき、また力伝達経路中の部材の強度を低くできるので、位置決め装置の構成を簡素化しコンパクトにできる。一方、テーブル10をX軸方向、Y軸方向、θ軸回りに駆動する際には、円筒部1aと非接触状態となるので、スムーズ且つ精度の良い位置決めが可能となる。
図3は、第2の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図であり、図4は、図3の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。尚、図3において左右方向をX軸方向とし、上下方向をY軸方向とする。
図4において、ベース101の上部は、筐体状のチャンバ102に覆われており、その内部は真空雰囲気に維持されている。ベース101の上面に、円形開口103aを有する矩形板状のガイド部103が配置され、更に円形開口103a内においてベース101の上面には、当接部である円盤部101aが形成されている。
ガイド部103の上方には、同様に円形開口104aを有する矩形板状の支持部104が配置されている。ガイド部103と支持部104との間に、4つの平面玉軸受105が配置されている。
図5は、図4の構成をV-V線に沿って切断し矢印方向に見た図である。図6は、図5の構成をVI-VI線に沿って切断し矢印方向に見た図である。図5,6において、平面玉軸受105は、9つの玉105aと、玉105aを収容する円形のポケットを備えた矩形板状の保持器105bとからなる。玉105aは、支持部104とガイド部103との間で転動し、これにより支持部104はガイド部103に対してX軸及びY軸方向及び回転方向(θ軸方向という)に相対変位可能となっている。ガイド部103の上面には、ストッパとして機能する突起103aが、保持器105bの各側面に対応して配置され、支持部104とガイド部103との相対移動量が所定範囲を超えたときに、保持器105bの側面に当接することで、平面玉軸受105がガイド部103から落下しないようにしている。
図7は、変形例にかかる平面玉軸受105’を示す、図6と同様な断面図である。図7において、ガイド部103の上面には、矩形状又は円形状の凹部103bが形成され、その内部に玉105aが収容されている。かかる変形例によれば、保持器が不要であり、また支持部104とガイド部103との相対移動量に関わりなく、玉103aはガイド部103から落下することが防止される。
図8は、別な変形例にかかる平面玉軸受105”を軸線方向上方から見た図である。図8において、ガイド部103の上面には、円形開口103aの周囲にドーナツ板状の保持器105b”が配置され、その周方向に並んだポケットには、玉105aが配置されている。図示していないが、ガイド部103の円形開口103aの縁に、周方向に延在する短い壁を設ければ、これが保持器15b”のストッパとして機能するので、支持部104とガイド部103との相対移動量に関わりなく、平面玉軸受105”がガイド部103から落下することが防止される。
図3,4において、支持部104の上面には、ばね部材である3本の板ばね106の外方端が、周方向に等間隔で取り付けられ、各板ばね106は円形開口104aの半径方向内方に向かって延在している。各板ばね106の内方端は、円形開口104aの内側に非接触状態で配置された円盤状のテーブル107の上面に接合されている。テーブル107には、ワーク(不図示)が載置される。
ここで、テーブル107に、ワークの自重を超える所定値以上の外力が付与されないときは、板ばね106のみによりテーブル107は支持されており、そのときテーブル107と円盤部101aとの間には、タッチダウンスキマΔ(数10〜数100μm)が生じている。タッチダウン時の溶着等を防止するために、テーブル107と円盤部101aを、焼き入れした鋼(SUS440C等)を用いて形成したり、テーブル107と円盤部101aの密着する対向面に真空用グリースなどを塗布すると好ましい。
尚、支持部104とテーブル107の自重により、平面玉軸受105には、常に予圧が付与されているが、かかる自重が不十分である場合、図3に点線で示すような予圧機構PSを設け、平面玉軸受105に補助的に予圧を与えることができる。予圧機構PSとしては、ばねの付勢力や磁気吸引力を用いて支持部104をガイド部103に付勢する構成が考えられる。
チャンバ102の外部は大気環境となっている。チャンバ102の外部において、支持台108x上に、駆動源としての2つのモータ109A、109Bが軸線を図3,4で左右方向(X軸方向)に平行にして固定されている。
モータ109A、109Bの回転軸110A,110Bは、外側カップリング111A、111Bに連結されている。外側カップリング111A、111Bは、チャンバ102の開口102a、102bに装着された磁気シールユニット112A、112Bの軸113A、113Bに連結されている。図示していないが、磁気シールユニット112A、112Bは、軸113A,113Bを支持する軸受と、永久磁石と、永久磁石に捕捉されて軸113A、113Bの周囲の空間を密封する磁性流体とをその内部に有し、開口102a、102bを介する気体等の移動を阻止し、チャンバ102内の真空環境を維持するように機能するものである。尚、上記のような磁性流体シールに変えて、磁気カップリング、差動排気シール、O−リング等を用いたシールユニットとしてもよい(特開2003−314572号公報参照)。
磁気シールユニット112A、112Bの軸113A、113Bは、内側カップリング114A、114Bに連結されている。内側カップリング114A、114Bは、ベース101に立設された支持柱115A、115Bに軸受BRA、BRBを介して回転自在に支持された、ボールねじユニットBSA、BSBのねじ軸116A、116Bに連結されている。
ベース101上には、図3,4で左右方向(X軸方向)に平行に延在するようにしてガイドレール117A、117Bが設けられている。ガイドレール117A、117B上には、スライダ118A、118BがX軸方向に移動可能に配置されている。スライダ118A、118Bは、ボールねじユニットBSA、BSBのナット119A、119Bを嵌合固定したブラケットBKA、BKBの下面に取り付けられている。したがって、ねじ軸116A、116Bの回転運動は、ナット119A、119Bの軸線方向(X軸方向)運動に変換される。
支持部104の第1側面104bには、水平方向(XY平面に平行な方向)に延在するようにして、ガイドレール120A、120Bが取り付けられている。ガイドレール120A、120B上には、スライダ121A、121Bが、分離不能であるがガイドレール120A、120Bの延在方向に沿って相対移動可能に配置されている。スライダ121A、121Bは、ブラケットBKA、BKBの端部に植設され且つ図3で紙面垂直方向(図4で上下方向)に延在するピン122A、122Bを挿通され、軸受BGA,BGBを介するピン結合により相対回転可能に嵌合している。
チャンバ102の外部において、支持台108y上に、駆動源としてのモータ109Cが、その軸線をモータ109A、109Bの軸線と直交するように(すなわち、Y軸方向に平行に)して固定されている。
モータ109Cの回転軸110Cは、外側カップリング111Cに連結されている。外側カップリング111Cは、チャンバ102の開口102cに装着された磁気シールユニット112Cの軸113Cに連結されている。磁気シールユニット112Cは、磁気シールユニット112A、112Bと同様に、開口102cを介する気体の移動を阻止し、チャンバ102内の真空環境を維持するように機能する。
磁気シールユニット112Cの軸113Cは、内側カップリング114Cに連結されている。内側カップリング114Cは、ベース101に立設された支持柱115Cに不図示の軸受を介して回転自在に支持された、ボールねじユニットBSCのねじ軸116Cに連結されている。
ベース101上には、図3で上下方向(Y軸方向)に延在するようにしてガイドレール(不図示)が設けられている。かかるガイドレール上には、スライダ(不図示)がY軸方向に沿って移動可能に配置されている。かかるスライダは、ボールねじユニットBSCのナット119Cを嵌合固定したブラケットBKCの下面に取り付けられている。したがって、ねじ軸116Cの回転運動は、ナット119Cの軸線方向(Y軸方向)運動に変換される。
支持部104の第1側面104bに直交する第2側面104cには、水平方向(XY平面に平行な方向)に延在するようにして、ガイドレール120Cが取り付けられている。ガイドレール120C上には、スライダ121Cが分離不能であるが、ガイドレール120Cの延在方向に沿って相対移動可能に配置されている。スライダ121Cは、ブラケットBKCの端部に植設され且つ図3で紙面垂直方向に延在するピン122Cを挿通され、軸受(不図示)を介するピン結合により相対回転可能に嵌合している。
モータ109Aに電力を供給すると、回転軸110Aが回転するので、ボールねじユニットBSAのねじ軸116Aが回転し、ナット119Aがガイドレール117Aに沿って軸線方向に移動する。それにより、ブラケットBKA、ピン122A、スライダ121Aを介してガイドレール120Aが押され(又は引かれ)るので、それに応じて支持部104が変位する。
又、モータ109Bに電力を供給すると、回転軸110Bが回転するので、ボールねじユニットBSBのねじ軸116Bが回転し、ナット119Bがガイドレール117Bに沿って軸線方向に移動する。それにより、ブラケットBKB、ピン122B、スライダ121Bを介してガイドレール120Bが押され(又は引かれ)るので、それに応じて支持部104が変位する。
更に、モータ109Cに電力を供給すると、回転軸110Cが回転するので、ボールねじユニットBSCのねじ軸116Cが回転し、ナット119Cがガイドレール117Cに沿って軸線方向に移動する。それにより、ブラケットBKC、ピン122C、スライダ121Cを介してガイドレール120Cが押され(又は引かれ)るので、それに応じて支持部104が変位する。
図3において、幾何学的関係より明らかであるが、例えば、モータ109A、109Bの回転軸110A、110Bを同方向に同量回転させれば、支持部104をX軸方向のいずれかに駆動できる。これによりばね板106に連結されたテーブル107を、それに載置したワークごと、X軸方向に所定量変位させることができる。
更に、例えば、モータ109Cの回転軸110Cを回転させれば、支持部104をY軸方向のいずれかに駆動できる。これによりばね板106に連結されたテーブル107を、それに載置したワークごと、Y軸方向に所定量変位させることができる。
加えて、例えばモータ109A、109Bの回転軸110A、110Bを異なる方向に同量回転させれば、ナット119Aから、ピン122A、スライダ121Aを介してガイドレール120Aに伝達される力と、ナット119Bから、ピン122B、スライダ121Bを介してガイドレール120Bに伝達される力とが逆方向で釣り合うので、支持部104は、XY平面と直交する軸の中心回りに回転することとなる。これによりばね板106に連結されたテーブル107を、それに載置したワークごと、θ軸方向に所定量変位させることができる。そして、各モータ109A、109B、109Cによる回転方向、及び回転量を適宜選択することにより、テーブル107を、それに載置したワークごと、XY平面内の調整可能な範囲内で、任意に位置決めすることができる。
例えば、上述した実施の形態のように、テーブル107の上にパネル基板(不図示)を載置し、その上面の適所に接着剤を塗布した上で、かかるパネル基板に重ねるようにして、不図示の筐体に固定されたホルダ(不図示)により保持された別のパネル基板(不図示)を配置し、上述のごとくX軸方向、Y軸方向、θ軸方向に駆動して、両パネル基板を互いに適切に位置決めする。
その後、ホルダを駆動して、所定値以上の外力により、上方のパネル基板を下方のパネル基板に向かって押圧する。かかる場合、板ばね106が弾性変形することで、テーブル107の下面が円盤部101aに当接し、付与された外力を支持することができる。所定時間後、ホルダが上方へと退却することで、固化した接着剤により接着されたパネル基板を得ることができる。
本実施の形態によれば、所定値以上の外力が付与されたときに、板ばね106により弾性支持されたテーブル107の下面が円盤部101aに当接するため、ガイド部103には、平面玉軸受105を介して比較的小さい板ばね106の弾性力のみが付与されるのみであり、付与された外力のほとんどは、円盤部101aで支持されることから、平面玉軸受105の容量やガイド部103の支持剛性等を小さくでき、また力伝達経路中の部材の強度を低くできるので、位置決め装置の構成を簡素化しコンパクトにできる。一方、テーブル107をX軸方向、Y軸方向、θ軸方向に駆動する際には、円盤部101aと非接触状態となるので、スムーズ且つ精度の良い位置決めが可能となる。
更に、本実施の形態によれば、モータ109A、109B、109Cをチャンバ102の外部に配置したので、真空対応のモータにする必要がなく低コスト化が図れる。又、X軸方向、Y軸方向及びθ軸方向の移動のためにそれぞれ専用の可動ステージを設ける必要もなく、支持部104は、同一面内の駆動によりX軸方向、Y軸方向、θ軸方向に駆動できるため、高さ方向の寸法を抑えてコンパクトな位置決め装置を提供できる。
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。板ばねの形状・数は任意に設定することができるが、板ばねに限定されることなく、例えば用途や荷重によって適宜選択されたコイルばねを、テーブル10とステージ6、又はテーブル107と支持部104との間に介装することもできる。本発明の位置決め装置は、パネルの接着のみならず、種々の用途に用いることができる。
第1の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図である。 図1の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 第2の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図である。 図3の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 図4の構成をV-V線に沿って切断し矢印方向に見た図である。 図5の構成をVI-VI線に沿って切断し矢印方向に見た図である。 変形例にかかる平面玉軸受105’を示す、図6と同様な断面図である。 別な変形例にかかる平面玉軸受105”を軸線方向上方から見た図である。
符号の説明
1 ベース
1a 円筒部
2,2 ガイドレール
3 X軸ステージ
3a 開口
3b X軸アクチュエータ
4,4 スライダ
5,5 ガイドレール
6 Y軸ステージ
6a 開口
6b Y軸アクチュエータ
7,7 スライダ
8 θ軸ステージ
8a θ軸アクチュエータ
10 テーブル
101 ベース
101a 円盤部
102 チャンバ
102a〜102c 開口
103 ガイド部
103a 円形開口
104 支持部
104a 円形開口
104b 第1側面
104c 第2側面
105、105’、105” 平面玉軸受
106 板ばね
107 テーブル
108x 支持台
108y 支持台
109A〜109C モータ
110A〜110C 回転軸
111A〜111C 外側カップリング
112A〜112C 磁気シールユニット
113A〜113C 軸
114A〜114C 内側カップリング
115A〜115C 支持柱
116A〜 116C ねじ軸
117A〜117C ガイドレール
118A〜118C スライダ
119A〜119C ナット
120A〜120C ガイドレール
121A〜121C スライダ
122A〜122C ピン
BSA〜BSC ボールねじユニット
W1,W2 パネル基板

Claims (4)

  1. 当接部を有するベースと、
    前記ベースに対して移動可能な支持部と、
    前記支持部に支持されるテーブルと、
    前記支持部と前記テーブルとを連結するばね部材と、
    前記ベースに対して前記支持部を移動可能に支持するガイドと、を有し、
    前記テーブルに所定値以上の外力が付与されたとき、前記ばね部材が弾性変形することにより、前記テーブルは前記ベースの当接部に当接し、前記外力が前記所定値を下回ったとき、前記テーブルは前記ベースの当接部から離隔することを特徴とする位置決め装置。
  2. 前記支持部は、前記ベースに対して、第1の方向と、前記第1の方向に直交する第2の方向と、回転方向に移動可能にガイドされることを特徴とする請求項1に記載の位置決め装置。
  3. 前記ばね部材は板ばねであることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置決め装置。
  4. 前記位置決め装置は、真空雰囲気に維持されたチャンバ内に配置されており、前記支持部を駆動する駆動源は、前記チャンバ外に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の位置決め装置。
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