JP5965592B2

JP5965592B2 - アライメントステージ装置

Info

Publication number: JP5965592B2
Application number: JP2011134901A
Authority: JP
Inventors: 井田　英二; 英二井田; 重樹加藤
Original assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Current assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: JP2013005611A

Description

この発明は，例えば，半導体製造装置，組立装置，測定装置，試験装置等の各種の装置に使用されるモータを内蔵した円筒タイプのアライメントステージ装置に関する。

近年，アライメントステージ装置は，半導体製造装置，組立装置，試験装置，測定装置等の各種の装置において，益々多用途になると共に，小形で，高速，高加減速，高応答性，高精度等の性能が要求されるようになった。従来のアライメントステージ装置としては，例えば，一次側に電機子コイル及び界磁マグネットのいずれか一方を，二次側に他方を配設した永久磁石式モータが内蔵されているものが知られている。

また，本出願人は，径方向のサイズを可能な限り小さく構成し，ターンテーブルの推力をアップさせ，高速，高応答，高精度等の性能を発揮させるアライメントステージ装置を開発し，先に出願した。該アライメントステージ装置は，モータの界磁マグネットをターンテーブルに配設し，ベッドに固着した押え板の径方向に延びた平面上に周方向に沿ってモータの電機子コイルを配設する。ターンテーブルをベッドに回転支持する軸受の外輪はベッドと押え板で固定され，内輪はターンテーブルと押え板で固定されている。上記アライメントステージ装置では，一次側の電機子コイルと二次側の界磁マグネットから成る永久磁石式モータを上下方向に対向して内蔵しているが，モータの一次側でなる電機子コイルは，扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルから成り，モータの二次側でなる界磁マグネットは，板状にそれぞれ形成されて，ターンテーブルの下面に電機子コイルに対向して，円形平面に磁極（Ｎ極とＳ極）を交互に並べて周方向に沿って上下方向にそれぞれ配置されている（例えば，特許文献１参照）。

特開２００５−３４１６４８号公報

従来のアライメントステージ装置は，外径の大きさを小さく抑えた構成でありながら，電機子コイルを最大のスペースに配設して推力アップを実現していた。しかしながら，上記のアライメントステージ装置は，中央に形成した孔部の中空径を広げることは構成上，困難であった。また，上記のアライメントステージ装置は，コンパクトと言っても，まだ大きなサイズのものになっており，また，安価に作製するように構成されていたので，電機子コイルが矩形環状になり，界磁マグネットを構成する多数のマグネットが矩形板状に形成され，互いに水平方向に対向して配設されて，他の直動案内ユニットにおけるリニアモータの構成部品として利用する構造に構成されていた。即ち，上記のアライメントステージ装置は，ターンテーブルの推力即ち回転トルクを得るため，電機子組立体を構成する多数の電機子コイル及び界磁マグネットを構成する多数のマグネットを要し，これらの電機子コイルとマグネットとが円形状に対向状態に配設された外径が大きなサイズに形成されていた。従って，上記のアライメントステージ装置を，更に一層小形な構造に構成し，更に一層の推力をアップさせることが望まれていた。

また，上記のように電機子コイルと界磁マグネットとを水平面上の上下方向に対向させた永久磁石式モータは，磁気ディスク装置における磁気へッド位置決め用等に利用されるものであり，ターンテーブルにワーク等を搭載して，該ワークを角度位置決めするアライメントステージ装置に適用するのには，不向きなものであった。

この発明の目的は，上記の課題を解決するものであり，固定輪の中空状孔部に回転輪を回転可能に配設し，固定輪の前記孔部の内周面に電機子コイルのコアレスコイルを配設し，電機子コイルに対向して回転輪の外周面に界磁マグネットのマグネットを配設し，電機子コイルと界磁マグネットとを固定輪の端面に対して垂直方向，言い換えれば，高さ方向に対向させ，固定輪と回転輪との半径方向厚さを薄く構成して回転輪の中空孔を可及的に大きくして軽量に構成し，回転輪の回転による慣性モーメントを小さく構成して，高速，高加減速に良好に追従して高応答に構成すると共に，回転輪に取り付けたワーク等の機器の位置決めを高精度に達成できるダイレクトドライブ型モータを内蔵したアライメントステージ装置を提供することである。

この発明は，下端面がベース等の機台に固定される取付面に成る固定側でなる固定輪，前記固定輪に対して回転可能に支持され上側の端面がワーク等の機器を取り付けるためのワーク取付面に成る回転輪，及び前記固定輪に対して前記回転輪を相対回転駆動するモータを有し，前記モータの一次側でなる電機子コイルを構成する環状に巻回された三相のコアレスコイルは前記固定輪にそれぞれ配設され，前記モータの二次側でなる界磁マグネットを構成するマグネットは前記電機子コイルに対向して磁極を交互にして前記回転輪にそれぞれ配設されている円筒タイプから成るアライメントステージ装置において，
前記回転輪は，前記固定輪の中空孔部の前記下端面側端部に配設された軸受を介して回転可能に嵌合支持されて中空孔を有する円筒形状に形成され，前記ワーク取付面が前記固定輪の高さより高く設定されており，
前記電機子コイルは前記固定輪の前記中空孔部の内周面に周方向に沿って前記固定輪の前記下端面に対して垂直に延びてそれぞれ配設され，前記マグネットは前記回転輪の外周面に周方向に沿って前記電機子コイルに対向して前記回転輪の前記ワーク取付面に対して垂直に延びてそれぞれ配設され，
前記電機子コイルからの引き出し線を配線するコイル配線用基板は前記固定輪の前記下端面に対向する上端面に前記電機子コイルに対して垂直に且つ周方向に延びて配設され，前記電機子コイルは，前記コアレスコイルが個別に絶縁性の高い樹脂で形成され，前記電機子コイルの外側面が前記固定輪の前記中空孔部の前記内周面に対応したＲ形状の円筒凸面に形成され，前記電機子コイルの内側面は前記コアレスコイルが前記界磁マグネットの前記マグネットに露出対向して前記Ｒ形状の円筒凹面に形成され，及びそれぞれの前記コアレスコイルの前記円筒凸面には前記引き出し線の一方が配設された回り止め用突部が形成されると共に，前記回り止め用突部が前記固定輪の前記上端面側端部の前記内周面に隔置して複数形成された凹溝にそれぞれ嵌合して前記コアレスコイルが前記固定輪に位置決めされて成ることを特徴とするアライメントステージ装置に関する。

また，前記コアレスコイルの前記回り止め用突部は，コイル内径側部分から前記コイル配線用基板へ断面形状が半円形状の細長い棒状に形成されているものである。

また，このアライメントステージ装置は，前記軸受の外輪を前記固定輪に固着するための押え板を前記固定輪の前記下端面側のインロー部に配設して，前記軸受の内輪を前記回転輪に固着するための押え板を前記回転輪の前記ワーク取付面に対向する下端面に配設して，固定ねじによりそれぞれ位置決め固着している。また，前記軸受は，転動体であるローラが軸心を交互に直交して交差状に配設されてなるクロスローラ軸受である。

また，このアライメントステージ装置において，前記界磁マグネットの前記マグネットは，平板状に形成されて前記回転輪の外周面の周方向に沿って形成された多角形状の平面の取付面に，隣接する前記マグネット間にそれぞれ隙間を保って前記回転輪の前記ワーク取付面に対して垂直に延びて配設されている。

この発明によるアライメントステージ装置は，上記のように構成されているので，同じ大きさの中空径を持つ従来タイプの中空構造のステージ装置に比べて，コンパクトな外形で，省スペース化に貢献することができる。即ち，このアライメントステージ装置は，固定輪の孔部に回転輪を嵌合状態に配設し，固定輪の内周面と回転輪の外周面との間の円周状即ち環状のスペースに電機子コイルと界磁マグネットとを高さ方向に配設してモータを構成したので，半径方向に薄肉のモータを構成でき，装置全体をコンパクトに構成することができ，しかも径方向のサイズによって電機子コイルのコアレスコイルと界磁マグネットのマグネットとの設置数を容易に調整でき，モータの駆動力を所望に構成することができる。また，回転輪の中空孔径を拡大することによって，回転輪が軽量化されて慣性モーメントが小さくなり，アライメントステージの位置決め動作に必要なエネルギーが抑えられる。このアライメントステージ装置は，固定輪の外径寸法に対して，回転輪の中空孔径を可能な限り拡大することで，回転輪の中空孔のスペースの有効利用を向上させることができる。従来タイプの中空構造のアライメントステージ装置では，中空孔に配管等を通していたが，この発明のアライメントステージ装置では，回転輪の中空孔に配管を通す以外に，機械や装置の配線を通したり，他の機器類を通すこと，又は，透過光の測定などに有効利用が可能になる。

また，この発明のアライメントステージ装置は，中空孔の寸法を可能な限り外径寸法に近づけた構造を持ち，中空空間を活用できる薄肉，低断面なステージ装置を実現できる。電機子コイルは，絶縁性の高い樹脂で個別にモールド即ち形成することによって，鋼製の固定輪との間にモールド材とは別の絶縁部材を介在させることがなく，そのまま取り付け可能となる。また，電機子コイルは，固定輪の内周面と同じＲ形状即ち円筒面に形成することによって，そのまま固定輪の内周面に取り付け可能になる。また，平板状コイルと比較して，コイルとマグネットのギャップを狭く構成できるので，推力を大きく構成できる。また，電機子コイルには，回り止め突起があるので，電機子コイル固定時の位置決めが容易で，組立て性が良好になる。更に，電機子コイルは，樹脂材でモールド即ち形成されているが，表面を覆う樹脂の厚みを薄くすることができる。その結果，電機子コイルとコイルヨークである固定輪の距離を小さく構成でき，同時に界磁マグネットとコイルヨークとの距離が小さくなり，界磁マグネットからの磁束を強くすることができる。また，コイル配線用基板は，固定輪の反取付面側の端面に配置されているので，固定輪の内面に配置される電機子コイルに発生するジュール熱が伝わり難く，基板上の設けられた他の電機回路部品の熱による誤動作や損傷を防止することができる。また，固定輪に回転輪を回転可能に支持する軸受は，固定輪と回転輪のインロー部に押え板で固定するので，ステージ装置の総高さを抑えることができる。

また，界磁マグネットは，他の製品の平板形状マグネットを流用でき，１種類のマグネットでモータを構成できるので，管理コスト面で有利となる。界磁マグネットは，マグネット同士の間即ち周方向に僅かな隙間を設けて配置しており，その結果，仮にアライメントステージ装置が稼働しているときに界磁マグネットに位置ずれが発生しても，隣り合う界磁マグネット同士が干渉して，回転輪から脱落することが予防され，また，界磁マグネットの寸法誤差や取付位置の誤差を吸収できる。更に，回転輪は，多角形状の平面で構成されているので，界磁マグネットの配設が容易になる。アライメントステージ装置には，クロスローラ軸受が組み込まれる。クロスローラ軸受は，コンパクトでありながら，ラジアル荷重，アキシアル荷重，モーメントを同時に受けることができ，ステージ装置のサイズを小形化することができる。

この発明によるアライメントステージ装置を示す平面図である。図１のアライメントステージ装置を示す側面図である。図１のアライメントステージ装置を示す下面図である。図１のアライメントステージ装置から遮蔽板を外した状態を示す平面図である。図１のアライメントステージ装置におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図５のアライメントステージ装置におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図１のアライメントステージ装置における固定輪を示す平面図である。図７の固定輪におけるＣ−Ｃ断面を示す断面図である。図７の固定輪を示す下面図である。図１のアライメントステージ装置における回転輪を示す平面図である。図１０の回転輪を示す側面図である。図１０の回転輪を示す下面図である。図１のアライメントステージ装置に組み込まれた電機子コイルを示す正面図である。図１３の電機子コイルを示す側面図である。図１３の電機子コイルを示す上面図である。図１３の電機子コイルを示す斜視図である。

以下，図面を参照して，この発明によるアライメントステージ装置の実施例を説明する。このアライメントステージ装置は，先に出願した本出願人に係る特許４５８４６２６号に開示されたアライメントステージ装置に対して，モータの構成方向を変えて，全体的に円筒タイプのアライメントステージ装置に構成し，固定輪１の外径寸法Ｄに対して回転輪２の中空孔の内径寸法ｄを可及的に拡大し，装置そのものの軽量化を計り，高速，高応答，高精度な装置に構成したものである。このアライメントステージ装置は，回転輪２の中空孔７の内径寸法ｄを可能なかぎり大きくするために，薄肉の固定輪１，薄肉の回転輪２，薄肉の電機子コイル５を構成するコアレスコイルを用いており，モータ線５２を通じて電流が供給される固定輪１に配設された一次側の電機子コイル５と回転輪２に配設された二次側の界磁マグネット４とを固定輪１や回転輪２との端面に垂直な高さ方向に対向設置した永久磁石式モータを内蔵し，固定輪１の外径寸法Ｄに対して回転輪２の中空径が大きなダイレクトドライブタイプの装置に構成されている。即ち，このアライメントステージ装置は，従来のものよりも，固定輪１の外径寸法Ｄに対して回転輪２の中空孔７の内径寸法ｄを可能な限り拡大して，中空孔７部分の空間を有効利用できるダイレクトドライブタイプのアライメントステージ装置を提供することである。それ故に，このアライメントステージ装置の外形の大きさを抑えた構成でありがら，回転輪２の中空孔７の内径寸法ｄを可能な限り大きくしたものである。

このアライメントステージ装置は，例えば，各種機器，可動テーブル等の各種ベースに取り付けて使用され，θ方向を含む運動を実現することができるものである。このアライメントステージ装置は，固定輪１，回転輪２，固定輪１に対して回転輪２を相対回転駆動する永久磁石式のモータを有するものであり，図１〜図３に，アライメントステージ装置の外観が示されている。図４には，図１に示した各種の部品，即ち，遮蔽板６，原点前センサ１４，及びリミットセンサ１５，１６を外した状態を示している。図５及び図６には，アライメントステージ装置の断面図が示されている。図７〜図９には，固定輪１が示されており，図１０〜図１２には回転輪２が示されており，図１３〜図１６には，電機子コイル５が示されている。このアライメントステージ装置は，特に，回転輪２が固定輪１の中空円形孔の孔部１０の固定側端部に配設した軸受３（図５）を介して回転可能に嵌合支持された円筒形状に形成され，回転輪２が固定輪１の高さより高く設定されている。更に，電機子コイル５が固定輪１の孔部１０の内周面に周方向に沿って複数配設されている。また，界磁マグネット４のマグネット４Ｍが回転輪２の外周面４８の平面状の取付面３８に電機子コイル５に対向して，隙間Ｃを持ってそれぞれ配設されている。詳しくは，界磁マグネット４を構成する平板状のマグネット４Ｍは，回転輪２の外周面４８の周方向に沿って形成された多角形状の平面の取付面３８に，隣接するマグネット４Ｍ間にそれぞれ隙間Ｃを保って回転輪２の固体側端面に対して垂直に延びて配設されている。また，回転輪２の外周面４８には，フランジ部から成る突き当て部３７が設けられており，マグネット４Ｍは，それらの上面が突き当て部３７の下面が突き当たる状態で回転輪２の外周面４８の取付面３８に互いに隙間Ｃだけ隔置してそれぞれ配設されて位置決めされている。また，電機子コイル５からの引き出し線１８を配線するコイル配線用基板１１は，固定輪１の反固定側端面である上端面５３に電機子コイル５と直角をなす向きに配設されている。

このアライメントステージ装置では，図１と図２に示すように，位置決めされるワーク等の機器（図示せず）は，回転輪２の上側の端面であるワーク取付面５４に設けたワーク固定用のねじ穴２４を通じて回転輪２の上方に固定される。また，図３及び図５に示すように，回転輪１には，軸受３を介して回転輪２が回転自在に取り付けられる。また，固定輪１は，その下端面である固定側の端面である取付面５６に設けられた固定用ねじ穴２９を通じてベース等の機台にねじで固定される。軸受３は，押え板２５，２６によって固定されるものである。押え板２５，２６を本装置の下面側の固定輪１のインロー部３３（図８）に配置し，固定ねじ２７，２８を固定輪１と回転輪２とに形成された押え板固定用ねじ穴３４に螺入することにより，軸受３の外輪１２を固定輪１に取り付け，内輪１３を回転輪２に取り付け，その上で固定輪１を外輪１２に位置決め固着している。また，固定輪１には孔部１０の内周面に沿って電機子コイル５のコアレスコイル５Ｃがそれぞれ配設され，また，回転輪２には，外周面４８の取付面３８に沿って界磁マグネット４のマグネット４Ｍがそれぞれ配設され，その状態で回転輪２を固定輪１に嵌入配設して，回転輪２は軸受３を介して固定輪１に回転自在に支持される。図５における符号３５は読み取りヘッド用ブロックである。

また，このアライメントステージ装置は，固定輪１の外径寸法をＤ，回転輪２の通し孔である中空孔７の内径寸法をｄとすると，寸法比率ｄ／Ｄが，６０％〜７５％の範囲に設定され，好ましくは，６５％〜７０％の範囲に設定されているものである。例えば，寸法比率ｄ／Ｄが６０％以下であると，無用な部分の厚みが増して，軽量化を損なって回転輪２の慣性モーメントが大きくなり，高速，高加減速に追従できず，固定輪１に対する回転輪２の位置決めのレスポンスが悪化する。また，寸法比率ｄ／Ｄが７５％以上になると，固定輪１と回転輪２との厚みが薄くなり過ぎ，剛性が不足し，強度不足になり，回転輪２のスムーズな回転運動に支障をきたすことになる。即ち，このアライメントステージ装置では，寸法比率ｄ／Ｄの７５％が実用可能な仕様の上限になり，寸法比率ｄ／Ｄが７５％以上の大きな中空径の仕様では，例えば，固定輪１の外径寸法Ｄがφ１５０ｍｍに対して，回転輪２の内径寸法ｄがφ１１５ｍｍの場合では，ある程度の推力を得られる構造とするとき，モータ部分を除いた回転輪２と固定輪１との合計の肉厚が５ｍｍ程度となり，実用上の限界に近いと思料される。固定輪１の外径寸法Ｄに対する固定輪１の固定側の取付面５６から回転輪２のワーク取付面５４までの高さ寸法ｈの寸法比率ｈ／Ｄは，寸法比率ｄ／Ｄを上記の範囲を維持して，ある程度の推力を得られる構造とする場合には，４０％〜５５％の範囲内に設定されるものであり，好ましくは，４５％〜５０％の範囲内に設定されるものである。

このアライメントステージ装置は，回転輪２の中空孔７を可及的に大きく形成することによって，回転輪２の質量を軽く構成でき，回転輪２の可動部慣性モーメントを小さく構成でき，回転輪２が駆動する時に回転輪２の加減速時における必要トルクを小さく構成できる。可動部である回転輪２を加速させるのに必要なトルクには，回転輪２の回転抵抗によるトルクと，回転輪２の加速に要するトルクがあり，可動部慣性モーメントが小さくなることで，回転輪２の加速に要するトルクも小さくなる。従って，このアライメントステージ装置では，回転輪２の駆動に必要なトルクが小さく構成できるので，最大トルクの小さいモータでも短い加速時間で最高速度に達することができる。その結果，回転輪２の急加速，急停止を伴う運転パターン指令にも追従でき，レスポンスが向上して高タクト動作を行うことができる。回転輪２の中空孔７を極端に拡大して薄肉化した場合には，可動部の回転輪２と固定側の固定輪１が薄くなることで，機械的な剛性が不足して，高速，高加減速運転での位置決め動作に支障をきたすことになる。また，回転輪２の中空孔７は，大きなサイズの機器を通す又は設置することができ，スペースの有効利用ができ，例えば，装置から太いケーブル等の機器を通すことができる。また，このアライメントステージ装置では，回転輪２の中空孔７を大きく構成できるので，光源を透過できる範囲を大きくすることができ，下面側から光を透過する透過光測定等に使用することができ，より広い面積を検査することができるようになる。

このアライメントステージ装置において，モータは，回転輪２をダイレクトに駆動するダイレクトドライブ型のモータに構成されている。モータは，一次側でなる電機子コイル５のコアレスコイル５Ｃと二次側でなる界磁マグネット４を構成するマグネット４Ｍとから構成される。モータの一次側でなる電機子コイル５は，扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイル５Ｃから構成されている。モータの二次側でなる界磁マグネット４は，平らな板状に形成されたマグネット４Ｍから構成されている。モータは，固定輪１の孔部１０の内周面に電機子コイル５を配設し，回転輪２の外周面４８に界磁マグネット４のマグネット４Ｍを全周にわたり，対向して配置することによって，永久磁石式モータが構成されている。モータの構成は，マグネット４Ｍの吸引力をキャンセルして，軸受３にかかる負荷を低減することができる。モータの構成は，回転輪２に界磁マグネット４を配置したので，回転輪２への電気配線を不要にした構造に構成されている。このアライメントステージ装置では，モータは，電機子コイル５を３個と界磁マグネット４を４個で１組を構成し，全体として，合計４組が配置され，電機子コイル５のコアレスコイル５Ｃを１２個，界磁マグネット４のマグネット４Ｍを１６個で構成されている。このアライメントステージ装置では，回転輪２は，マグネットヨークとして，磁気回路部分になる鋼製の磁性材料で構成されている。

このアライメントステージ装置は，予め決められた所定の角度θの範囲内を揺動回転して回転輪２に設置されたワーク等に対して位置決めすることができるステージに構成されている。本実施例では，前記所定の角度θは，２６０°に設定されている。このアライメントステージ装置について，具体的な実施例として，固定輪１の外周面の外径寸法Ｄは，φ１５０ｍｍであり，回転輪２の中空孔７の内周面の内径寸法ｄは，φ１００mmであり，装置の高さを構成する固定輪１の固定側の取付面５６から回転輪２のワーク取付面５４までの高さ寸法ｈは６７ｍｍであり，それで，寸法比率ｈ／Ｄは約４５％となり，総重量は３．５ｋｇに設定されている。軸受３は，図５に示すように，固定輪１に取り付けられた外輪１２，回転輪２に取り付けられた内輪１３，外輪１２と内輪１３間に配設されている転動体であるローラ３１から構成され，ローラ３１の軸心を交互に直交して交差状に配設されてなるクロスローラ軸受から構成されている。従って，このアライメントステージ装置は，軸受３で回転輪２を固定輪１の下端部に回転可能に支持でき，しかも，固定輪１の孔部１０である内周面に薄肉でなる電機子コイル５を配設し，回転輪２の外周面４８に薄肉でなる界磁マグネット４を配設し，全体としてコンパクトに構成でき，固定輪１と回転輪２との下端部を軸受３で相対回転自在に構成したので，総高さもコンパクトに構成されている。

図１３〜図１６には，電機子コイル５の例が示されている。電機子コイル５は，コアレスコイル５Ｃが個別に樹脂４９でモールド即ち形成されている。電機子コイル５の外側面は，固定輪１の内周形状に一致するＲ形状即ち円筒凸面４１の凸曲面Ｇに形成され，また，電機子コイル５の内側面は，同様にＲ形状即ち円筒凹面４０の凹曲面Ｆに形成され，全体にわたって肉厚が略等しく成るように樹脂４９で形成されている。電機子コイル５は，回転輪２側の円筒凹面である凹曲面Ｆは，例えば，曲率Ｒ６２．５の曲面に形成され，凹曲面Ｆには，コアレス部４５を持つコアレスコイル５Ｃが界磁マグネット４側に露出対向し，界磁マグネット４のマグネット４Ｍとの距離を可及的に狭く構成して装置全体の薄肉構造に貢献している。電機子コイル５のコアレスコイル５Ｃの界磁マグネット４側のその他の５面である，上面４２，下面４３，両側面４４，円筒凸面の凸曲面Ｇは，その周囲が厚さｔ2 が０．５ｍｍのモールド材で覆われ，コイル内径側部分はモールド材即ち樹脂４９で構成されている。電機子コイル５のモールド材は，絶縁性の高い樹脂４９が選定されており，電機子コイル５の固定輪１への組み付け時に固定輪１との間にモールド材以外の絶縁性部材を介在させる必要がなく，電機子コイル５を固定輪１の孔部１０の内周面に配置するだけで組み付けが達成できる。

電機子コイル５の固定輪１側の凸曲面である円筒凸面Ｇの上部には，回り止め用突部３９が設けられているおり，回り止め用突部３９は，固定輪１の内周面１０の周方向に隔置して形成されている凹溝５０に挿入されることによって，電機子コイル５が固定輪１の内周面１０との位置決めと回り止めとの機能を果たすことができる。電機子コイル５の樹脂製のチューブ５１は，引き出し線１８に被せて，電機子コイル５のモールド時に引き出し線１８をガイドする役割を果たす。電機子コイル５の回り止め用突部３９は，電機子コイル５の幅方向の中央位置に位置しており，細長い棒状の形状で断面形状は略半円形状で，その長さは電機子コイル５の腕の幅寸法と同程度に形成されている。また，電機子コイル５は，引き出し線１８の出口を電機子コイル５の上側端面に２つ有しており，そのうち１つは電機子コイル５の回り止め用突部３９に配置され，もう１つは，モールド材で覆われない内側の凹曲面Ｆ側から見て，左側に配置されている。また，電機子コイル５は，その回り止め用突部３９がコイル配線用基板１１側となるように固定輪１の孔部１０の内周面に取り付けられる。電機子コイル５の回り止め用突部３９は，コイル配線用基板１１側に設けられている。コイル配線用基板１１は，厚さｔ１が１ｍｍの略Ｃ字形の平板形状に形成されている。また，コイル配線用基板１１は，アライメントステージ装置の固定輪１における反取付面側の上端面５３に２個配設されている。

このアライメントステージ装置は，非接触の読み取りヘッド２０を備えた光学式エンコーダを備えており，該光学式エンコーダは，回転輪２の外周面４８に接着固定された反射テープから成る光学式スケール８と，これに対向して配設されたブロック３５を介して固定輪１の上端面５３にねじ固定された読み取りヘッド２０とによって，回転輪２の回転角度を検出するように構成され，検出信号はエンコーダ線１９を通じてコントローラ（図示せず）に入力される。読み取りヘッド２０には，原点検出用の磁気センサが内蔵されており，回転輪２のワーク取付面５４の原点マーク取付用凹部３６に固定された原点マーク９に接着固定されたマグネットが磁気センサ上部を通過することによって原点信号を出力するように構成されている。

また，回転輪２の外周面４８のワーク取付面側には，環状の段部５５が設けられている。回転輪２の環状段部５５には，透明な中空円盤が嵌合しており，中空円盤は，内径側に数箇所の孔が設けられ，くさび形状を持つ突起部を有する固定具２３が差し込まれる。固定具２３のくさび部分は，中空円盤の孔に差し込まれることによって，中空円盤が回転輪２に対して回転したり，浮き上がりを抑える機能を果たす。中空円盤は，固定具２３によって回転輪２にねじ止め固定することによって，回転輪２に固定されている。中空円盤は，遮蔽用シール３０を貼ることで，遮蔽板６を構成している。遮蔽板６は，遮蔽用シール３０の形状を変えることによって，センサの検出位置を容易に変更することができるものである。

このアライメントステージ装置において，固定輪１に固定されたブラケット４６には，回転輪２の時計回り方向のリミットセンサ１５，及び反時計回り方向のリミットセンサ１６，及び原点前センサ１４として，透過型フォトセンサが取り付けられている。これらのセンサ１４〜１６は，センサ線１７を通じてコントローラ（図示せず）に接続されている。固定輪１側のリミットセンサ１５，１６は，回転輪２側の遮蔽板６を検知してリミット信号を出力するように構成されている。原点前センサ１４は，リミットセンサ１５，１６と同様の構造となっている。フォトセンサは，径方向に位置をずらして配置されており，遮蔽板６を同心円状に複数構成することによって，それぞれ個別にセンサの検出位置を調整することができる。

固定輪１には，樹脂ブロックから構成された時計回りの方向に揺動する回転輪２を停止させるメカストッパ２１と，反時計回りの方向に揺動する回転輪２を停止させるメカストッパ２２とがねじ固定されている。また，回転輪２の外周面４８には，メカストッパ２１，２２に当接して回転輪２の揺動範囲を規制する回転輪側メカストッパ３２が取り付けられている。メカストッパ２１，２２は，図１，図２，図４に示すように，回転輪２の回転範囲を規制するために固定輪１に設けられている。メカストッパ２１，２２は，回転輪２の回転範囲即ち動作角度が２８０°の範囲に成る位置に設定されている。回転輪側メカストッパ３２は，衝撃吸収を目的として，頭部にウレタンコーティングを施している。回転輪２に固定した回転輪側メカストッパ３２を，固定輪１のメカストッパ２１，２２に当接させることによって，回転輪２の回転範囲が規制されるようになっている。

この発明によるアライメントステージ装置は，クリーンルーム，試験実験室等のエリアで稼働される半導体製造装置，各種組立装置，測定装置，試験装置，位置決めテーブル，スライドテーブル等の各種装置に組み込んで使用できるものである。

１固定輪
２回転輪
３軸受
４界磁マグネット
４Ｍマグネット
５電機子コイル
５Ｃコアレスコイル
７中空孔
１０中空孔部
１１コイル配線用基板
１２外輪
１３内輪
１８引き出し線
２５，２６押え板
２７，２８押え板固定ねじ
３１ローラ（転動体）
３３インロー部
４０凹曲面
４１凸曲面
４８外周面
４９樹脂
５０凹溝
５４ワーク取付面
５６取付面
Ｃ隙間
Ｄ固定輪の外径
ｄ回転輪の内径
ｈ固定輪の取付面から回転輪のワーク取付面までに高さ
Ｇ凸曲面
Ｆ凹曲面

Claims

下端面がベース等の機台に固定される取付面に成る固定側でなる固定輪，前記固定輪に対して回転可能に支持され上側の端面がワーク等の機器を取り付けるためのワーク取付面に成る回転輪，及び前記固定輪に対して前記回転輪を相対回転駆動するモータを有し，前記モータの一次側でなる電機子コイルを構成する環状に巻回された三相のコアレスコイルは前記固定輪にそれぞれ配設され，前記モータの二次側でなる界磁マグネットを構成するマグネットは前記電機子コイルに対向して磁極を交互にして前記回転輪にそれぞれ配設されている円筒タイプから成るアライメントステージ装置において，
前記回転輪は，前記固定輪の中空孔部の前記下端面側端部に配設された軸受を介して回転可能に嵌合支持されて中空孔を有する円筒形状に形成され，前記ワーク取付面が前記固定輪の高さより高く設定されており，
前記電機子コイルは前記固定輪の前記中空孔部の内周面に周方向に沿って前記固定輪の前記下端面に対して垂直に延びてそれぞれ配設され，前記マグネットは前記回転輪の外周面に周方向に沿って前記電機子コイルに対向して前記回転輪の前記ワーク取付面に対して垂直に延びてそれぞれ配設され，
前記電機子コイルからの引き出し線を配線するコイル配線用基板は前記固定輪の前記下端面に対向する上端面に前記電機子コイルに対して垂直に且つ周方向に延びて配設され，前記電機子コイルは，前記コアレスコイルが個別に絶縁性の高い樹脂で形成され，前記電機子コイルの外側面が前記固定輪の前記中空孔部の前記内周面に対応したＲ形状の円筒凸面に形成され，前記電機子コイルの内側面は前記コアレスコイルが前記界磁マグネットの前記マグネットに露出対向して前記Ｒ形状の円筒凹面に形成され，及びそれぞれの前記コアレスコイルの前記円筒凸面には前記引き出し線の一方が配設された回り止め用突部が形成されると共に，前記回り止め用突部が前記固定輪の前記上端面側端部の前記内周面に隔置して複数形成された凹溝にそれぞれ嵌合して前記コアレスコイルが前記固定輪に位置決めされて成ることを特徴とするアライメントステージ装置。
前記コアレスコイルの前記回り止め用突部は，コイル内径側部分から前記コイル配線用基板へ断面形状が半円形状の細長い棒状に成ることを特徴とする請求項１に記載のアライメントステージ装置。
前記軸受の外輪を前記固定輪に固着するための押え板を前記固定輪の前記下端面側のインロー部に配設して，前記軸受の内輪を前記回転輪に固着するための押え板を前記回転輪の前記ワーク取付面に対向する下端面に配設して，固定ねじによりそれぞれ位置決め固着していることを特徴とする請求項１又は２に記載のアライメントステージ装置。
前記軸受は，転動体であるローラが軸心を交互に直交して交差状に配設されてなるクロスローラ軸受であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライメントステージ装置。
前記界磁マグネットの前記マグネットは，平板状に形成されて前記回転輪の外周面の周方向に沿って形成された多角形状の平面の取付面に，隣接する前記マグネット間にそれぞれ隙間を保って前記回転輪の前記ワーク取付面に対して垂直に延びて配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアライメントステージ装置。