JPH0447A - 非接触支持を有する摩擦駆動装置 - 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、直線運動等をさせるための駆動装置に関し、
特に非接触支持を利用しつつ、摩擦力により回転運動を
直線、運動に変換して物体を移動させることのできる摩
擦駆動装置の構造に関する。

「従来の技術］ 半導体集積回路の製造技術の分野では、半導体デバイス
の高密度化が進められている。それに伴って、半導体露
光装置のウェーハとマスクのアライメント調整に０．０
１μｍオータの分解能か要求されてきている。サーボモ
ータとボールネジによる従来の駆動装置でこのような精
度を達成することは困雛である。このような高分解能を
有する直線運動駆動装置に、従来、第３図に示すような
アイドラーで接触支持しつつ、駆動ローラで摩擦駆動す
る摩擦駆動方式によるものがあった。

モータ３１の回転子に軸３２が接続され、軸３２は転が
りベアリング装置３３で支持される。駆動ローラ３４か
軸３２上に取り付けられ、モータ３１の回転と共に回転
する。駆動ローラ３４は駆動ロッド３５の一方（図では
左）の側面に押し付けられており、接触摩擦力を利用し
て駆動力を伝達する。駆動ロッド３５の右側面はアイド
ラーローラ３６によって転かり支持かされ、■定ベース
に対し位置決めされる。この結果、駆動ロッド３５は矢
印方向に直線運動する。駆動ロッドの先には図示しない
ステージ装置等が結合される。アイドラーローラ３６は
、転がりベアリング３７により支持される。

摩擦駆動装置の分解能を決定する要素として、大きなも
のは、駆動源から対象物までの間の駆動力の機械的損失
である。具体的には、駆動力の摩擦損失を少なくし、か
つその変動を抑えて、モータからの駆動力が正確に非駆
動物体（駆動ロッド）に伝達されることか要求される。

上に述べた従来の摩擦駆動方式では、モータ３１の回転
力を駆動ローラ３４に伝える際に、モータ３１内の摩擦
損失の他、転かりベアリング３３による摩擦損失かあり
、しかも転がりベアリング３３の弾性歪みや、カタによ
り、回転時に微小な振動か発生したりもする。アイドラ
ーローラ３６の転がりベアリング３７での摩擦損失もあ
る。また、力の働く向きによるヒステリシスか生じる。

また、駆動ローラ３４と駆動ロッド３５との間にも押圧
変形、摩擦損失かあり、さらに案内支持のためのアイド
ラーローラ３６と駆動ロッド３５との間にも押圧変形、
摩擦損失がある。駆動ローラ３４と駆動ロッド３５との
間の転がり摩擦は一両者間の押圧力Ｆに応じて摩擦係数
μが変動するため、押圧力Ｆか変化すれば、それに応じ
て変動してしまう、押圧力Ｆは、駆動ローラ３４や駆動
ロッド３５の接触面の微小な凹凸により変化してしまう
ので、結局駆動力の摩擦損失の変動をもたらす、摩擦係
数の変動は駆動ローラ３４のスリップをもたらし、駆動
力（回転トルク）対移動量の関係の変動を引き起こす、
これは、０．０１μｍオータの分解能での移動制御か要
求される直線駆動装置としては重大な問題である。

５課題を解決するための手段］ ベースに支持されたモータの固定子と、ベアリングによ
って支持されたモータの回転子と、回転子の回転駆動力
を外部に出力するための回転面を有するローラと、ロー
ラからの駆動力を摩擦により受けて運動を行う可動部材
と、可動部材との間に空気膜を発生し、空気膜を介して
可動部材に摺動自由な支持力を与えることにより可動部
材とローラとの間の押圧力を確保するエアパッド装置を
有するように構成する。

［発明か解決しようとする課趙］ 以上説明したように、従来の技術によれば、カタを排除
した摩擦駆動においても、駆動力源から被駆動物体まで
駆動力を伝達する闇に摩擦等による駆動力の減衰、変動
か避は難かった。

本発明の目的は、超高分解能を有する運動装置に好適な
摩擦駆動装置を提供することである。

１作用」 駆動力源のモータの固定子と回転子との間に発生する駆
動力は、回転子かエアベアリングで支持されているため
、実質的に摩擦力ゼロで駆動ローラに伝達される。駆動
ローラの回転は、面と面との摩擦接触により可動部材に
伝達される。可動部材は、駆動ローラの回転力を受けて
所定方向に駆動される。エアパッド装置は、可動部材に
空気膜を介して支持力を与えることにより可動部材と駆
動ローラとの間の押圧力か確保される。さらに、この押
圧力は空気膜を介して可動部材に加えられるので、可動
部材は実質的に摩擦カ七口で摺動することかできる。

摩擦力は駆動ローラと可動部材との間の転がり抵抗だけ
であり、摩擦損失が極めて少なくなる。

しかも、エアパッド装置が空気膜を介して可動部材に押
圧力を与えているので、駆動ローラや駆動ロッドの接触
面に微小な凹凸があっても、空気膜がこれらを吸収して
押圧力を一定に保つ、押圧力が安定化するので摩擦係数
も安定し、高い駆動力分解能が得られる。

「実施例コ 第１図は、本発明の摩擦駆動装置の一実施例の構成を示
す、１１はサーボモータで、駆動力発生源である。モー
タ１１の回転子に回転軸１２が直接接続されており、回
転子１１と回転軸１２はエアベアリング装置１３でサー
ボモータ１１の固定子に対し位置決め支持される４回転
部分の支持かエアベアリングであるため、実質的に回転
運動に対する摩擦損失やヒステリシスはない。回転軸１
２の先端部に駆動ローラ１４が結合されている。

駆動ローラは駆動ロッド１５の一方の側面と接触してお
り、駆動ローラ１４か回転すると、その回転運動は摩擦
によって駆動ロッド１５に伝達され、駆動ロッド１５は
矢印Ａ方向に直線運動する。駆動ロッド１５の先にはス
テージ装置１６か適当な結合装置により結合される。ス
テージ装置１６には、駆動対象となる任意の物体ないし
は装置か搭載される。

駆動ロッド１５の他方の側面は、エアパッド１７によっ
て、移動方向に摺動自在に固定ベース１８に対して位置
決め支持される。エアパッド１７は、駆動ロッド１５の
側面と対向する面から圧縮空気を噴出して駆動ロッド１
５の側面との間に空気膜を形成する。駆動ロッド１５は
、この空気膜に支持されて、その上を滑りながら矢印Ａ
方向に直線運動する。空気膜であるので摩擦損失は実質
的にない、エアパッド１７は、圧電アクチュエータ１９
により固定ベース１８に支持されている４圧電アクチユ
エータ１９は、ピエゾ効果を有するセラミック等の誘電
体圧電素子を変位軸を整列させ、変位軸方向に複数枚積
層して接着固定したものである。積層型圧電素゛子は、
電圧を印加すると図の矢印Ｂ方向に変位する。同時に、
変位方向に強い靭性を有する。印加電圧を調整すれば変
位量が制御できる。

第２図は、第１図の矢印Ａ方向から見た図であり、駆動
ローラ１４、駆動ロッド１５、エアパッド１７、そして
圧電アクチュエータ１９による駆動支持装置の詳細を示
す。

エアパッド１７は、空気膜２０を形成して、その空気圧
により駆動ロッド１５に対し圧力Ｆ１を与えている。駆
動ロッド１５は圧力Ｆ１を駆動ローラ１４に与える。駆
動ローラ１４と駆動ロッド１５とは接触しているので、
駆動ロッド１５は反作用Ｆ２を受ける。駆動ローラ１４
と駆動ロッド１５とは、実質的に靭体と見れば、Ｆ１＝
Ｆ２となり、平衡して第２図の横方向については駆動ロ
ッド１５は、一定位置に位置決め支持される６また、力
Ｆ２により駆動ローラ１４と駆動ロッド１５との間で摩
擦を発生する。

なお、駆動ローラ１４は厳密には一部押し潰されて駆動
ロッド１５と接触し、その摩擦係数μは押圧力Ｆ２によ
り変化する。

駆動ローラ１４は極めて高い真円度で、かつその回転面
は非常に滑らかな加工仕上げ精度で作られる。また、駆
動ローラ１４の回転面と接触する駆動ロッド１５の側面
も精密仕上げにより平滑度を持っている。

しかし、それでも接触面等に凹凸（形状誤差）が残存す
る。１１１械的転がりベアリング等で支持を行った場合
は、凹凸かあると押圧力Ｆ２を変動させる。押圧力Ｆ２
が変動すると摩擦係数μが変化し、従って、駆動力の伝
達損失か変動する。この変動は、０．０１μｍの分解能
を要求される移、動装置では無視できないものである。

ところで、エアベアリング１３内の空気層やエアパッド
１７で発生される空気１１２０は、駆動口ラド１５に比
べて弾性変形可能であり、部分的変形も可能である。空
気膜２０の厚みＸを変化させて、駆動ローラ１４と駆動
ロッド１５の接触面の凹凸による押圧力Ｆ２の変動を吸
収し、押圧力Ｆ２の値を一定に保つことかできる。

空気膜２０の厚みＸは、圧電アクチュエータ１９の変位
量を制御することによって調整可能である。圧電アクチ
ュエータ１９の変位量は印加電圧によって制御でき、容
易にｏ、ｏｉμｍ以下の分解能を実現できる。空気膜２
０の厚みＸもまた同程度の安定度で調整できる。また、
圧電アクチュエータ１つの変位応答速度は非常に速いの
で、空気圧変動や駆動バーの変位をモニタしてフィード
バックする時も、ダイナミックな制御応答精度が高い。

以上の説明では、第２図の図面の上下方向の支持方法つ
いては特に言及しなかったか、これはエアベアリング方
式でも、磁気ベアリンク方式でも他のベアリング方式よ
る支持方法でもよい。

また、実施例の圧電アクチュエータ１つは２本備えられ
ているか、駆動ロッド１５の長さや押圧力の大きさ等を
考慮して適切な本数を選択できる。

さらに、第１図のステージ装置１６上に、さらに他の方
向についても同様の直線駆動装！を搭載すれば、Ｘ　−
、Ｙ　２次元運動を行う装置となる。

本発明の摩擦駆動装置は、半導体露光装置のステッパの
他に、測距装置や超精密加工機等の高精度の位置決めを
要求される移動装置として広い分野に利用することかで
きる。

１発明の効果コ 駆動源から非駆動体までの間で摩擦力は駆動ローラ等の
ローラと駆動ロッド等の可動部材との間の転がり抵抗た
けとしたなめ、摩擦損失が極めて少なくなる。

エアパッドか空気膜を介して可動部材に押圧力を与えて
いるので、駆動ローラや駆動ロッド等の部材の接触面の
微小な凹凸を空気膜が吸収して平均化した押圧力を一定
に保つ。

エアパッドの空気膜の厚みを圧電アクチュエータによっ
て最適値に調整することも可能である。

高速、高分解能の摩擦駆動装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による摩擦駆動装置を利用
した直線運動装置の構成図、 第２図は、本発明の実施例の駆動／支持機構の構成図、 第３図は、従来の技術の摩擦駆動装置の例の構成図であ
る。 ３３、３７ 圧電アクチュエータ 空気膜 モータ 転かりベアリング アイドラーローラ 特許出願人　住友重機械工業株式会社 復代理人　弁理士　高橋敬四部 図において、 １２．３２ １４．３４ １５．３５ サーホモータ 回転軸 エアベアリング 駆動ローラ 駆動ロッド ステージ装置 エアノマッド 固定ベース 第 図 ２０、空気膜 駆動、・支持機構 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ベースに支持されたモータの固定子と、エアベ
   アリングによって支持されたモータの回転子と、 前記回転子の回転駆動力を外部に出力するための回転面
   を有するローラと、 前記ローラの回転面と接触する面を有し、該接触面と該
   回転面との間で発生する摩擦力により前記ローラからの
   回転駆動力を受け、それにより直線運動を行う可動部材
   と、 前記ローラと逆の側で前記可動部材に対向し、前記可動
   部材との間に空気膜を発生し、該空気膜を介して前記可
   動部材に摺動自由な支持力を与え、それにより前記可動
   部材と前記ローラとの間の押圧力を確保するエアパッド
   手段と を有する摩擦駆動装置。
2. （２）、前記エアパッド手段は、前記空気膜を発生する
   エア吹き出し装置と、該エア吹き出し装置を前記可動部
   材に向かう方向に移動させて該エア吹き出し装置と該可
   動部材との間の間隔を調整することのできる圧電素子を
   用いたアクチュエータとを含む請求項１記載の摩擦駆動
   装置。
3. （３）、前記エアパッド手段は、前記可動部材の直線運
   動を案内する支持部を含む請求項２記載の摩擦駆動装置
   。