JPH02139146A - 一段６自由度位置決めテーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体、液晶パネル、ＣＯＤ等の薄膜デバイ
スの製造あるいは検査工程においてウェハの位置合せに
用いられる６自由度精密位置決めテーブルに関するもの
である。

従来の技術 近年、半導体、液晶パネル、ＣＯＤ等の薄膜デバイスは
、ますます微細化が進み、また、ウェハは生産性向上の
ため逆に大型化が進んでいる。従ってそれらの製造、検
査工程でウェハを位置合せする際には、ウェハの傾きも
位置合せに大きく影響するため！、７．！の３軸の他、
ウェハの傾きである、α、β、γの３軸、計６自由度の
位置合せが必要となってきている。

従来より、Ｘ、７．！、α、β、γの６自由度の位置合
せをする精密位置決めテーブルとして、これら６軸の各
軸を単純に６段積み重ねたものが用いられてきたが、こ
れは、コンパクトな構成にできないという欠点を有して
いた。

そこで上記欠点を解消するものとして、本出願人は先に
特願昭６２−２３０１４４号において、６自由度を一段
構成で位置決めするテーブルを提案している。

以下図面を参照しながら、上述した従来の一段６自由度
位置決めテーブルを説明する。第６図は従来の一段６自
由度位置決めテーブルの平面図で′あり、第６図はその
部分断面正面図である。従来の一段６自由度テーブルは
、基台１と、−枚で構成されたテーブル２と、直線運動
可能なくさび３とそれを駆動する送シネジ機構４および
回転アクチュエータ６よりなる６個のくさび機構７と、
６個のくさび機構７とテーブル２もしくは基台１間に設
けられ、前記くさび機構７とテーブル２の間隔、あるい
は、前記くさび機構７と基台１との間隔のみを一定に拘
束し、他の５自由度を自由にする６個の６自由度軸受８
と、テーブルをくさび機構７もしくは５自由度軸受８に
付勢する手段９よ多構成されている。

６自由度軸受８は、第６図に示すように、片面をテーブ
ル２に固定され、その反対側に凹球面を有するパッド１
０と、片側が前記凹球面に組合わさる凸球面で、その反
対側がくさび３の上平面に対向する平面で構成されたコ
マ１１とよりなりコマ１１には、凸球面部と平面部に圧
搾空気吹出口（図示せず）が設けられている。

以上のような構成によって、テーブル２の位置が６個の
くさび機構７の高さによって一意的に定められ、また６
個のくさび機構７とテーブル２もしくは基台１０間にそ
れぞれ設けられた６自由度軸受８によって、６個のくさ
び機構７の動きが互いに干渉することを防いでいるため
、−段で６自由度位置決めテーブルを構成することがで
きる。

特に６自由度軸受８の作用を説明すると、コマ１１の圧
搾空気吹出口より吹出す圧搾空気によシ、パッド１０と
コマ１１問およびコマ１１とくさび３間には薄い空気膜
が形成され、これらは６自由度空気軸受をなす。すなわ
ち軸受の高さ方向だけは一定であるが、他の５自由度は
、平面間あるいは球面間のすべりによシ自由となってい
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、６自由度軸受と
して片面拘束型の空気静圧軸受を用いているので、テー
ブルの剛性が低く、静圧軸受の設計によっては自励振動
を起しやすく精密で信頼性の高い位置決めが出来難く、
また常にドライエアーの供給を要し、取り扱いが面倒で
、不経済なものであった。

本発明は上記問題点に鑑み、剛性が高く、信頼性・経済
性の高い一段６自由度位置決めテーブルを提供するもの
である。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の一段６自由度位置決
めテーブルは、ローラーとローラーを回転及び軸方向移
動可能に支持する軸受よりなる６自由度軸受６個と、こ
れに接する６個のくさび機構と、これらを取付けたテー
ブルと基台とから成る構成を備えたものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、くさび機構に直接ロー
ラーが接し、その軸受は軸方向に移動可能であるのでく
さび機構とローラーとの接点を中心に６自由度の運動が
小さい摩擦で可能であシ、６個のくさび機構の動きが互
いに干渉することがなく、またエヤーを使わないので、
−段で６自由度の位置決めを高剛性で高精密かつ経済的
に実現することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の一段６自由度位置決めテーブ
ルについて図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における一段６自由度位
置決めテーブルの平面図を示すものである。第１図にお
いて、２１は基台、２２は一枚で構成されたテーブル、
２３〜２８は６自由度を有する軸受であって、後述する
第１〜第６のくさび機構４０．５０．６０．７０．８０
．９０のくさび上面とテーブル２２０間に介在し、固定
部をテーブル２２に固定され前記くさび上面とテーブル
２２０間の距離のみを一定に拘束し、他の６自由度を自
由にする６自由度軸受、４０，５０，６０゜７０．８０
．９０は、直動するくさび、ボールネジ、サーボモータ
、ロータリーエンコーダよりなシ、６自由度軸受２３〜
２８を介して、テープル２２に精密な動きを与える第１
〜第６のくさび機構であり、第１〜第３のくさび機構４
０　、５０　。

６ｏはテーブル２２にＸＹ平平面の運動Ｘ、７゜θを与
え、第４〜第６のくさび機構７０　、８０　。

９０はテーブル２２の下方にあってテーブル２２にＺ、
（！、βの運動を与える。２９．３０はテブル２２を第
２くさび機構５０に付勢するばね、３１．３２はテーブ
ル２２に第１図中のθ方向に回転力を与えることにより
、テーブル２２を第１くさび機構４ｏおよび第３くさび
機構６ｏに付勢するばねである。

４１は前述した傾き角ψを有するくさびで、テブルを駆
動するだめの座標変換式を簡略化するため、第１図中の
Ｘ軸にくさびの上面の法線が平行となるように設けられ
ている。他のくさびも同様の理由で、第２くさび機構６
０は、第１図中のｙ軸に、第３くさび機構６０は同Ｘ軸
に、第４〜第６くさび機構７０．８０．９０は同２軸に
それらのくさび上面の法線が平行となるよう設けられて
いる。

次に、６自由度軸受２３〜２８、第１〜第６のくさび機
構４０　、５０　、６０　、　Ｔｏ　、　８０　、９０
はほぼ同様の構成であるため、第２図及び第３図を用い
て６自由度軸受２３、第１くさび機構４０のみについて
くわしく説明する。

４２はくさび４１を直線運動可能に支持するＬ型針状こ
ろがり軸受で、Ｌ型の案内面を持つブロック４３とくさ
び４１の間に介在する。４４ａはくさび４１に固定され
たボールナツト、４４ｂはボールネジ軸、４６はボール
ネジ軸４４ｂを回転自在に支持する玉軸受、４６はボー
ルネジ７４ｂを回転駆動するサーボモータ、４７はサー
ボモータ４６の位相を検出するロータリーエンコーダ、
４Ｂはボールネジ軸４４ｂとサーボモータ４６を連結す
るカップリングである。

６自由度軸受２３は、その外周がトーリック面であるロ
ーラー２３ａと、固定軸２３ｂと、それらの間に６って
ローラー２３ａを回転及び軸方向移動可能に支持するス
トロークボールベアリング２３ｃと、軸受枠２３ｄと、
ローラー２３ａと軸受枠２３ｄとの間にあってローラー
２３ａの重量を支持する弱い２つのバネ２３ｅとよりな
る。

以上のように構成された一段６自由度軸受について、以
下第２図及び第４図を用いてその動作を説明する。

サーボモーター４６によってボールネジＭ４４ｂが回転
し、くさび４１はボールナラ）４４ａと共に移動する。

くさびの上面が角度ψだけ傾いていることにより、これ
に接する６自由度軸受２３のローラー２３ａの中心位置
はＸ方向に移動し、そのＸ方向位置は、サーボモーター
４６の回転角度によって一義的に定まる。このようにし
て残りの６自由度軸受２４，２５，２６，２７．２８の
ローラーの各くさび機構５０　、６０　、７０　、８０
　。

９０からの距離は定まりテーブル２２の６自由度の全自
由度が固定され位置決めが完了する。

この時、６自由度軸受２３の動作は第４図に示すように
、くさび４１の移動とテーブル２２のＹ方向移動に対し
てはローラー２３ａが回転し、テーブル２２のＺ方向移
動に対してはローラー２３ａに対して固定軸２３ｂがス
トロークボールベアリング２３ｃを介して軸方向に摺動
し、テーブル２２のθ回転に対しては、ローラー２３ａ
に対し固定軸２３ｂが回転し、テーブル２２のβ回転に
対してはローラー２３ａの外周トーリック面がくさび４
１の上面に点４９で接しつつ揺動し、テーブル２２のα
回転に対してはローラー２３ａがくさびとの接点４９を
中心にねじれ回転することによシいずれも小さな摩擦で
運動可能であり、実用上問題ない６自由度運動を行う。

又、大径のローラー２３ａとくさび機構４Ｑとの接触に
おけるＸ方向の剛性は位置決め用として十分大きい。

以上、谷くさび機構の移動量によってテーブル２２の位
置が定まることを述べたが、テーブル２２の必要な移動
量から各くさび機構の移動量が定められることは従来例
（特願昭６２−２３０１４４号）においてくわしく説明
されているので省略する。

発明の効果 以上のように本発明は、ローラーとローラーを回転及び
軸方向移動可能に支持する軸受よりなる６自由度軸受６
個とこれに接する６個のくさび機構とこれらを取付けた
テーブルと基台から成る構成をとることにより、５自由
度軸受として空気静圧軸受を用いずに済み１位置決めの
剛性が高く、信頼性・経済性の高い一段６自由度位置　
めテーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における一段６自由度位
置決めテーブルの部分断面平面図、第２図はその主要機
構であるくさび機構と６自由度軸受の拡大断面図、第３
図は５自由度軸受の縦断面図、第４図は６自由度軸受の
運動を説明する斜視図、第６図は従来の一段６自由度位
置決めテーブルを示す部分断面平面図、第６図は同部分
断面正面図である。 ２１・・・・・・基台、２２・・・・・・テーブル、２
３〜２８・・・・・・６自由度軸受、２３ａ・・・・・
・ローラー、４０゜５０．６０．７０．８０　、ｅｏ−
−・−（さび機構、４１・・・・・・くさび、４４ｂ・
・・・・・ポールネジ軸、４６・・・・サーボモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基台と、１枚で構成されたテーブルと、直線運動可能な
   くさびとそれを駆動する送りネジ機構および回転アクチ
   ュエータよりなる６個のくさび機構と、６個のくさび機
   構とテーブルもしくは基台間に設けられ、くさび機構と
   テーブルの間隔もしくはくさび機構と基台との間隔のみ
   を一定に拘束し他の５自由度を自由にする６個の５自由
   度軸受と、前記テーブルを前記６個のくさび機構もしく
   は５自由度軸受に付勢する手段よりなる一段６自由度位
   置決めテーブルにおいて、５自由度軸受が、ローラーと
   、ローラーを回軸及び軸方向移動可能に支持する軸受よ
   りなる一段６自由度位置決めテーブル。