JPH0635097B2 - 微小位置決め装置 - Google Patents
微小位置決め装置Info
- Publication number
- JPH0635097B2 JPH0635097B2 JP60154284A JP15428485A JPH0635097B2 JP H0635097 B2 JPH0635097 B2 JP H0635097B2 JP 60154284 A JP60154284 A JP 60154284A JP 15428485 A JP15428485 A JP 15428485A JP H0635097 B2 JPH0635097 B2 JP H0635097B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- braking
- driven member
- braking means
- state
- piezo element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に微小位置決め装置に係るものであり、特
に半導体製造装置のステージの微小位置決めまたは光学
装置における光学要素の微小位置決めに適した装置に係
るものである。
に半導体製造装置のステージの微小位置決めまたは光学
装置における光学要素の微小位置決めに適した装置に係
るものである。
［従来の技術］ 従来の微小位置決め装置としてはピエゾ素子に電界を加
えたときの伸縮を利用して被駆動部材を変位させるもの
がある。すなわちピエゾ素子を直接被駆動部材と接触さ
せ電界を加えたときのピエゾ素子の伸びまたは縮みに相
当するストロークだけ被駆動部材を変位させるものと、
被駆動部材（円柱状移動棒第７図３）の周囲に、被駆動
部材の軸方向に伸縮するピエゾ素子（第７図４）を配置
し、このピエゾ素子の一端で被駆動部材をつかみ、他端
は被駆動部材から離れている状態で（第７図b ）電界を
かけ、ピエゾ素子を被駆動部材の軸方向に伸ばし（第７
図c ）、この伸びた状態でピエゾ素子の他端で被駆動部
材をつかみ（第７図ｄ）、次でピエゾ素子の前記の一端
を被駆動部材から離し（第７図e ）その状態で逆方向に
電界をかけ、ピエゾ素子を被駆動部材の軸方向に縮め
（第７図f ）、この縮んだ状態でピエゾ素子の前記の一
端で被駆動部材をつかみ（第７図g ）、それからピエゾ
素子の前記の他端を被駆動部材から離し（第７図h ）、
以下これを繰返し尺取り虫運動により被駆動部材をピエ
ゾ素子の伸びまたは縮みに相当するストロークの倍数に
より定まる任意の大きさだけ変位させるものとがある。
えたときの伸縮を利用して被駆動部材を変位させるもの
がある。すなわちピエゾ素子を直接被駆動部材と接触さ
せ電界を加えたときのピエゾ素子の伸びまたは縮みに相
当するストロークだけ被駆動部材を変位させるものと、
被駆動部材（円柱状移動棒第７図３）の周囲に、被駆動
部材の軸方向に伸縮するピエゾ素子（第７図４）を配置
し、このピエゾ素子の一端で被駆動部材をつかみ、他端
は被駆動部材から離れている状態で（第７図b ）電界を
かけ、ピエゾ素子を被駆動部材の軸方向に伸ばし（第７
図c ）、この伸びた状態でピエゾ素子の他端で被駆動部
材をつかみ（第７図ｄ）、次でピエゾ素子の前記の一端
を被駆動部材から離し（第７図e ）その状態で逆方向に
電界をかけ、ピエゾ素子を被駆動部材の軸方向に縮め
（第７図f ）、この縮んだ状態でピエゾ素子の前記の一
端で被駆動部材をつかみ（第７図g ）、それからピエゾ
素子の前記の他端を被駆動部材から離し（第７図h ）、
以下これを繰返し尺取り虫運動により被駆動部材をピエ
ゾ素子の伸びまたは縮みに相当するストロークの倍数に
より定まる任意の大きさだけ変位させるものとがある。
前者は変位量が小さ過ぎ、後者は変位量は大きくできる
が変位させるのに要する時間がかかり過ぎるという問題
があった。
が変位させるのに要する時間がかかり過ぎるという問題
があった。
［発明が解決しようとする問題点と解決手段］ 本発明は上記の問題を解決し、任意の変位量だけ迅速精
確に被駆動部材を駆動できる微小位置決め装置を提供す
ることを目的としている。
確に被駆動部材を駆動できる微小位置決め装置を提供す
ることを目的としている。
この目的を達成するため本発明の微小位置決め装置は、 被駆動部材と、 該被駆動部材を所定方向に移動させるための駆動力を与
える動力手段と、 各々が独立して前記被駆動部材の運動を摩擦によって制
止する、第１制動手段及び第２制動手段と、 該第１制動手段及び第２制動手段の制動タイミングを制
御する制御手段と を有し、該制御手段は、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段の制動を行ない且つ第２制動手段の制動を解除した第
１状態、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段及び第２制動手段の両方の制動を解除した第２状態、 前記第１制動手段の制動を解除し且つ第２制動手段の制
動を行なう第３状態、 の順に移行させることによって、前記被駆動部材の位置
決めを行なうことを特徴とする。
える動力手段と、 各々が独立して前記被駆動部材の運動を摩擦によって制
止する、第１制動手段及び第２制動手段と、 該第１制動手段及び第２制動手段の制動タイミングを制
御する制御手段と を有し、該制御手段は、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段の制動を行ない且つ第２制動手段の制動を解除した第
１状態、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段及び第２制動手段の両方の制動を解除した第２状態、 前記第１制動手段の制動を解除し且つ第２制動手段の制
動を行なう第３状態、 の順に移行させることによって、前記被駆動部材の位置
決めを行なうことを特徴とする。
特に本発明の微小位置決め装置は、必要精度に応じてエ
アーシリンダ，オイルシリンダ，バネ，電磁石，リニア
モーター，おもり等任意の動力手段を使用でき、任意の
分解能で位置決めをすることができる。また、変位量を
大きくとることが可能で、その場合高速で移動させるこ
とができる。さらに、摩擦力によって停止させるため位
置決め方向の微小振動は発生することはない。
アーシリンダ，オイルシリンダ，バネ，電磁石，リニア
モーター，おもり等任意の動力手段を使用でき、任意の
分解能で位置決めをすることができる。また、変位量を
大きくとることが可能で、その場合高速で移動させるこ
とができる。さらに、摩擦力によって停止させるため位
置決め方向の微小振動は発生することはない。
［実施例］ 第１図はケースの一部を切除して内部の構造を示してい
る本発明の微小位置決め装置の実施例の斜視図であり、
第２図はその縦断面図である。
る本発明の微小位置決め装置の実施例の斜視図であり、
第２図はその縦断面図である。
第１図において、 1はケース、 2,2′は直線ガイドであ
るボールブッシュ、 3は被駆動材であるバー、 4は制動
を行なうピエゾ素子、 5は摩擦係数が大きく耐摩耗性の
すぐれた摩擦板、 6は駆動力源のシリンダーである。
るボールブッシュ、 3は被駆動材であるバー、 4は制動
を行なうピエゾ素子、 5は摩擦係数が大きく耐摩耗性の
すぐれた摩擦板、 6は駆動力源のシリンダーである。
動作を第２図を参照して説明する。ピエゾ素子 4に電界
を加えてこれを伸ばしてそれに取付けた摩擦板 5をバー
3に押しつけ、その状態で左方より力Ｆを加える。この
とき加える力Ｆは摩擦板 5とバー 3との摩擦力より弱い
ためバー 3は静止している。次にピエゾ素子 4に逆方向
に電界をかけるか、または電界をとり去ってピエゾ素子
を瞬間的に縮めて摩擦板 5とバー 3との摩擦をなくし、
その後再びピエゾ素子 4に電界を加えてこれを伸ばし摩
擦板 5をバー 3に押しつけてバー 3を静止させる。この
制動解除期間にバー 3が動いた距離x はバーの質量Ｍ、
摩擦板 5とバー 3が離れていた時間をt とすれば距離x
は次式で求められる。
を加えてこれを伸ばしてそれに取付けた摩擦板 5をバー
3に押しつけ、その状態で左方より力Ｆを加える。この
とき加える力Ｆは摩擦板 5とバー 3との摩擦力より弱い
ためバー 3は静止している。次にピエゾ素子 4に逆方向
に電界をかけるか、または電界をとり去ってピエゾ素子
を瞬間的に縮めて摩擦板 5とバー 3との摩擦をなくし、
その後再びピエゾ素子 4に電界を加えてこれを伸ばし摩
擦板 5をバー 3に押しつけてバー 3を静止させる。この
制動解除期間にバー 3が動いた距離x はバーの質量Ｍ、
摩擦板 5とバー 3が離れていた時間をt とすれば距離x
は次式で求められる。
x ＝ 1／2 ・Ｆ／Ｍ・t ２ 従って摩擦板 5からバー 3が離れている時間t を制御す
ることにより任意の位置決めが可能である。なお、ここ
では制動による摩擦力は力Ｆに比べて非常に大きいと仮
定し、制動をかけてから制止するまでの移動距離は無視
している。また、時間 tの制御に高い周波数応答性のあ
るピエゾ素子や電磁石を用いることにより、微小な位置
決めも可能となる。
ることにより任意の位置決めが可能である。なお、ここ
では制動による摩擦力は力Ｆに比べて非常に大きいと仮
定し、制動をかけてから制止するまでの移動距離は無視
している。また、時間 tの制御に高い周波数応答性のあ
るピエゾ素子や電磁石を用いることにより、微小な位置
決めも可能となる。
この実施例ではボールブッシュを使用しているが、その
代わりに制圧軸受、磁気軸受を用いた精度の高い直進案
内要素を用いてもよい。
代わりに制圧軸受、磁気軸受を用いた精度の高い直進案
内要素を用いてもよい。
第３図は最初の実施例の変形で制動用のピエゾ素子4a,4
b と摩擦板5a,5b が並列に２組配置されている。この変
形態様はピエゾ素子の応答速度よりも短かい時間を制御
して微小距離の変位を行なわせるものである。
b と摩擦板5a,5b が並列に２組配置されている。この変
形態様はピエゾ素子の応答速度よりも短かい時間を制御
して微小距離の変位を行なわせるものである。
第４図に示すようにピエゾ素子4aを瞬間的に縮めて摩擦
板5aをバー 3から離す制動解除操作と、ピエゾ素子4bを
瞬間的に縮めて摩擦板5bをバー 3から離す制動解除操作
とのタイミングをずらせて行えばバー 3が制動されてい
ない状態の時間t2は単一のピエゾ素子による制動解除時
間t1より短かくできる。
板5aをバー 3から離す制動解除操作と、ピエゾ素子4bを
瞬間的に縮めて摩擦板5bをバー 3から離す制動解除操作
とのタイミングをずらせて行えばバー 3が制動されてい
ない状態の時間t2は単一のピエゾ素子による制動解除時
間t1より短かくできる。
第５図は回転の微小位置決め装置の実施例である。第５
図において 3は回転円盤、 4,4′は回転円盤 3に制動を
与えるためのピエゾ素子、 5はピエゾ素子に取付けた摩
擦板、 6は駆動力を与えるシリンダー、 8はボールベア
リング、 9はシリンダのピストンに連結する連結棒、そ
して10は回転円盤 3にモーメント力を伝える継手であ
る。
図において 3は回転円盤、 4,4′は回転円盤 3に制動を
与えるためのピエゾ素子、 5はピエゾ素子に取付けた摩
擦板、 6は駆動力を与えるシリンダー、 8はボールベア
リング、 9はシリンダのピストンに連結する連結棒、そ
して10は回転円盤 3にモーメント力を伝える継手であ
る。
動作において、ピエゾ素子 4,4′を円盤 3の板厚方向に
伸ばして円盤 3を固定した後シリンダ 6に圧力を加え、
連結棒 9を通じて継手10に力を加える。このとき、円盤
3はボールベアリング 8を中心に回転しようとするが、
ピエゾ素子の制動力の方が大きいので静止したままであ
る。
伸ばして円盤 3を固定した後シリンダ 6に圧力を加え、
連結棒 9を通じて継手10に力を加える。このとき、円盤
3はボールベアリング 8を中心に回転しようとするが、
ピエゾ素子の制動力の方が大きいので静止したままであ
る。
次にピエゾ素子 4,4′を瞬間的に縮め、円盤 3を制動状
態から解放し、再びピエゾ素子 4,4′を伸ばし、円盤 3
を制動状態にする。この制動解除期間に円盤 3が回転す
る角度θは、シリンダー 6によるトルクをＴ、円板の慣
性モーメントをＩとすれば、 θ＝ 1／2 ・Ｔ／Ｉ・t ２ で表わされる。従って円盤 3の制動解除時間を調整する
ことにより任意の回転角の位置決めを行なうことができ
る。
態から解放し、再びピエゾ素子 4,4′を伸ばし、円盤 3
を制動状態にする。この制動解除期間に円盤 3が回転す
る角度θは、シリンダー 6によるトルクをＴ、円板の慣
性モーメントをＩとすれば、 θ＝ 1／2 ・Ｔ／Ｉ・t ２ で表わされる。従って円盤 3の制動解除時間を調整する
ことにより任意の回転角の位置決めを行なうことができ
る。
また第６図のように２組の制動ピエゾ素子4a， 4′a ；
4b,4′b を円盤 3の運動方向に配置して制動解除時間が
部分的に重なり合うよう調整するとこの重なり合った短
かい時間に大じて微小角度の位置決めを行なうことがで
きる。
4b,4′b を円盤 3の運動方向に配置して制動解除時間が
部分的に重なり合うよう調整するとこの重なり合った短
かい時間に大じて微小角度の位置決めを行なうことがで
きる。
第６図と第７図の実施例のボールベアリング 8は静圧軸
受または磁気軸受のような高精度の軸受を使うこともで
きる。
受または磁気軸受のような高精度の軸受を使うこともで
きる。
［発明の効果］ 以上説明したように、駆動力が加わった状態で制動して
いる物体の制動解除時間を調整することにより迅速に所
望の大きさのストロークで位置決めを行なうことがで
き、また複数の制動装置による制動解除時間を部分的に
重ねることによりさらに微小な位置決めを行なうことも
できる。また、本発明により直進方向の位置決めだけで
なく回転角度の位置決めも容易に行なうことができる。
いる物体の制動解除時間を調整することにより迅速に所
望の大きさのストロークで位置決めを行なうことがで
き、また複数の制動装置による制動解除時間を部分的に
重ねることによりさらに微小な位置決めを行なうことも
できる。また、本発明により直進方向の位置決めだけで
なく回転角度の位置決めも容易に行なうことができる。
第１図は本発明の第１の実施例の斜視図である。 第２図は第１の実施例の縦断面図である。 第３図は本発明の第２の実施例の縦断面図である。 第４図は第２の実施例の動作を説明するグラフである。 第５図は本発明の第３の実施例の斜視図である。 第６図は本発明の第４の実施例の斜視図である。 第７図a 〜h は従来の微小位置決め装置の尺取り虫機構
の動作説明図である。 図中： 1：ケース、 2：ボールブッシュ、 3：被駆動部材、 4：ピエゾ素子、 5：摩擦板、 6：駆動力源、 8：ボールベアリング、 9：連結棒、10：継手。
の動作説明図である。 図中： 1：ケース、 2：ボールブッシュ、 3：被駆動部材、 4：ピエゾ素子、 5：摩擦板、 6：駆動力源、 8：ボールベアリング、 9：連結棒、10：継手。
Claims (7)
- 【請求項１】被駆動部材と、 該被駆動部材を所定方向に移動させるための駆動力を与
える動力手段と、 各々が独立して前記被駆動部材の運動を摩擦によって制
止する、第１制動手段及び第２制動手段と、 該第１制動手段及び第２制動手段の制動タイミングを制
御する制御手段と を有し、該制御手段は、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段の制動を行ない且つ第２制動手段の制動を解除した第
１状態、 前記動力手段で駆動力を与えた状態で、前記第１制動手
段及び第２制動手段の両方の制動を解除した第２状態、 前記第１制動手段の制動を解除し且つ第２制動手段の制
動を行なう第３状態、 の順に移行させることによって、前記被駆動部材の位置
決めを行なうことを特徴とする微小位置決め装置。 - 【請求項２】前記の被駆動部材がボールブッシュ、静圧
軸受もしくは磁気軸受で支えられたバーである特許請求
の範囲第１項に記載の微小位置決め装置。 - 【請求項３】前記の被駆動部材がボールベアリング、静
圧軸受もしくは磁気軸受で支えられた円盤である特許請
求の範囲第１項に記載の微小位置決め装置。 - 【請求項４】前記の制動手段が前記の被駆動部材に面し
て摩擦板を固定した少なくとも１つのピエゾ素子である
特許請求の範囲第１、２または３項に記載の微小位置決
め装置。 - 【請求項５】前記の制動手段が前記の被駆動部材に面し
て摩擦板を固定した少なくとも１つの電磁石である特許
請求の範囲第１、２または３項に記載の微小位置決め装
置。 - 【請求項６】前記のピエゾ素子が前記の被駆動部材の駆
動方向に２個もしくはそれ以上順次配置されている特許
請求の範囲第４項に記載の微小位置決め装置。 - 【請求項７】前記の電磁石が前記の被駆動部材の駆動方
向に２個もしくはそれ以上順次配置されている特許請求
の範囲第５項に記載の微小位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154284A JPH0635097B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 微小位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154284A JPH0635097B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 微小位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6215049A JPS6215049A (ja) | 1987-01-23 |
| JPH0635097B2 true JPH0635097B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=15580783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60154284A Expired - Lifetime JPH0635097B2 (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 微小位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635097B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02250741A (ja) * | 1989-03-20 | 1990-10-08 | Okuma Mach Works Ltd | 制動装置 |
| JP2001069773A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Kyocera Corp | 超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5115874A (en) * | 1974-07-04 | 1976-02-07 | Yamazaki Denki Sangyo Kk | Idobutsutaino ichigimehoho |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP60154284A patent/JPH0635097B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6215049A (ja) | 1987-01-23 |
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