JPH0696216B2 - 位置決め装置 - Google Patents

位置決め装置

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JPH0696216B2
JPH0696216B2 JP61072404A JP7240486A JPH0696216B2 JP H0696216 B2 JPH0696216 B2 JP H0696216B2 JP 61072404 A JP61072404 A JP 61072404A JP 7240486 A JP7240486 A JP 7240486A JP H0696216 B2 JPH0696216 B2 JP H0696216B2
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エヌ・ベー・フイリツプス・フルーイランペンフアブリケン
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、平坦なテーブル上に摺動自在に支持し、２個
の互いに直交する座標軸方向に移動自在の水平方向に板
状をなすキャリアを具え、このキャリアに結合して第１
座標軸方向の圧力をこのキャリアに加える第１並進駆動
装置、および前記キャリアに結合して第１座標軸方向に
直交する第２座標軸方向の圧力をキャリアに加える第２
並進駆動装置とを設け、これら双方の並進駆動装置によ
りキャリアに加わるが１個の水平面上で作用する位置決
め装置に関するものである。
上述の種類の既知の位置決め装置（米国特許第3466514
号）においては、キャリアに結合する並進駆動装置はね
じスピンドルにより構成し、このねじスピンドルにばね
負荷プランジャを対向配置している。ねじスピンドルと
プランジャの移動方向は互いに一致する。ねじスピンド
ルの端部と一方ではプランジャに他方ではキャリアに連
結したプランジャロッドの端部との間には比較的大きな
摩擦により圧力接触が存在する。この摩擦は内在するヒ
ステリシスにより好ましいものではない。特にキャリア
がミクロンまたはサブミクロンの領域の極く僅かな移動
を行わなければならない場合に好ましくない。
従って、本発明の目的は上述の欠点を回避する位置決め
装置を得るにある。
この目的を達成するため、本発明位置決め装置は、前記
第１並進駆動装置を、粘性媒体を介在させて第１の水平
方向に作動し、静流体圧力的にスラスト力を伝達すると
ともに引張力をも伝達する軸受（本明細書中「スラスト
および引張軸受」と称する）により非接触状態でキャリ
アに結合し、また前記第２並進駆動装置を、粘性媒体を
介在させて第２の水平方向に作動するスラストおよび引
張軸受により非接触状態でキャリアに結合し、双方のス
ラストおよび引張軸受には、一方の第１並進駆動装置お
よび第２並進駆動装置と他方のキャリアとの間に生ずる
最大張力よりも大きな力で第１座標軸方向および第２座
標軸方向にプレストレスを加えたものとしたことを特徴
とする。
駆動装置とキャリアとの間の結合手段としてプレストレ
ス非接触軸受を使用することにより、駆動装置とキャリ
アとの間の摩擦の総量を大幅に減少し（極く僅かな粘性
摩擦した存在しなくなる）、ヒステリシスの問題が回避
される。非接触軸受のプレストレス状態によれば、駆動
装置によりキャリアに対して引張力をも加えることがで
き、実際スラスト軸受および引張軸受兼用の軸受、即ち
スラストおよび引張軸受をなす。この軸受は結合ととも
に案内作用も行うため二重の機能を有する。
英国特許出願第2067932号は垂直方向に作動する空気静
力学的スラスト軸受をばねによりプレストレスを加える
位置決め装置について開示している。しかし、このスラ
スト軸受はテーブル上のキャリアを水平方向に案内する
作用を行うだけであり、スピンドル駆動装置をキャリア
に結合するのは旋回軸により行っている。
本発明の好適な実施例においては、キャリアを２個の座
標軸方向の並進運動の他に垂直軸線の周りに回転させる
ため、前記キャリアに対して第２座標軸に平行な方向に
押圧力および引張力を加える第３並進駆動装置を前記キ
ャリアに結合し、前記第１並進駆動装置、第２並進駆動
装置および第３並進駆動装置の各々をキャリアに対して
垂直軸線の周りに回動自在に構成する。
更に、本発明の好適な実施例においては、３個の軸受の
プレストレスを簡単な構造により得るため、第1,第２お
よび第３の前記スラスト引張軸受の各々は、それぞれに
配置した永久磁石によりプレストレスを加える。
更に、本発明の好適な実施例においては、荷重変動があ
っても支持容量が僅かな変化しかしないようにするため
永久磁石に対応の磁気回路の一部を磁気飽和状態とす
る。
更に、本発明の好適な実施例においては、条件の整った
部屋で使用する場合、前記粘性媒体を空気とする。
更に、本発明の実施例においては、永久磁石の構成を簡
単にするため、前記第２および第３のスラストおよび引
張軸受のプレストレス印加は、前記キャリアに配置し双
方のスラストおよび引張軸受に共通の多数の永久磁石に
より行う。
更にキャリアが垂直軸線の周りの回転に対して比較的高
い剛性を示すようにするため、前記第２および第３のス
ラストおよび引張軸受はビーム状の案内により互いに連
接し、この案内は第２並進駆動装置および第３並進駆動
装置に対して垂直軸線の周りに回動自在にし、第１並進
駆動装置はキャリアに対して垂直軸線の周りに回動自在
に構成する。
次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。
第１図に示した位置決め装置の第１の実施例は、側面が
水平面上に位置する矩形の平行六面体板の形状の固定し
た平坦なテーブル１を有する。矩形板状のキャリア５を
テーブル１の上面３上に４個（または４の倍数の数の）
垂直方向に動作する空気静力学的なスラスト軸受７によ
り摺動自在に支持し、これらスラスト軸受はキャリア５
のコーナーに近接配置する。キャリア５に位置決めすべ
き物体９を配置し、この物体は板状であり、キャリアに
例えば真空吸引装置により取付けることができるものと
する。この物体９は、例えば半導体技術で使用される半
導体材料のウエハとする。キャリア５は第１座標軸方向
即ちＸ軸方向にいわゆるリニア形の並進駆動装置11によ
り移動可能とし、また第２の座標軸方向即ちＹ軸方向に
同様の並進駆動装置13により稼動可能とする。並進駆動
装置11,13と同様の第３の並進駆動装置15により同時に
キャリア５をＺ軸の周りに角度Ｚ（第１図の座標系に
よって示す）にわたり回転可能にする。Ｘ−Ｙ平面は、
物体９の上面を配置すべき水平面とするＸ軸方向および
Ｙ軸方向の並進並びにＺ軸の周りの回転は随意に個別ま
たは同時に例えば並進駆動装置（以下「駆動装置と略
称」する）11,13,15をコンピュータ制御することができ
る。これら３個の駆動装置は後に第12図につき詳細に説
明する。この場合、物体９の上面上の作用点Ｐは、光学
系19（第２図参照）の垂直な光軸17に一致させ、この光
学系19によりウエハ９上の感光層を露光するものとす
る。このためのＸ軸およびＹ軸方向の並進運動並びにＺ
軸の周りの回転運動Ｚは、例えば上述の米国特許第34
66514号に記載の方法によって決定する。
駆動装置11,13および15は、ぞれぞれＸ軸、Ｙ軸および
Ｙ′軸方向に並進運動することができる真直なロッド2
1,23および25を有するものとし、Ｙ′軸方向はＹ軸方向
に平行でＸ−Ｙ平面上に存在するものとする。回転Ｚ
は、駆動装置15により、ロッド23,25を所定時間に異な
る距離だけずらすことにより得ることができる。ロッド
21,23および25は、れぞれ支持足部（以下、「足部」と
称する）27,29および31を有し、これら足部は、以下に
第６図につき詳細に説明する旋回軸部によりロッドに取
付ける。足部27には、スラスト力および引張力の双方を
伝達する軸受（本明細書中「スラストおよび引張軸受」
と称する）の第１部分を収納し、Ｘ軸方向に押圧力（ス
ラスト力）および引張力を加えるようにする。足部29お
よび31の各々にも、それぞれスラストおよび引張軸受の
第１部分を収納し、それぞれＹ軸およびＹ′軸方向に押
圧力および引張力を加えるようにする。足部27,29およ
び31に対応のスラストおよび引張軸受は同一のものと
し、以下に第6,7,8および11図につき説明する。足部27
（足部29および31も同様である）には、３個の矩形板状
の永久磁石33,35および37を２個の良導磁気性材料の矩
形板状磁石ヨーク39および41により互いに離して配列す
る。永久磁石と磁石ヨークの組立体を、低導磁気性材料
例えばアルミニウム製の箱形のホルダ43内に配置し、２
個の良導磁気性材料の矩形板状の磁石ヨーク45,47によ
りホルダ43から離す。この場合、永久磁石はサマリウム
−コバルト磁石とし、すべての磁石ヨークは軟鋼製とす
る。永久磁石33,35および37に対向させて、キャリア５
に良導磁気性材料例えばクロム鋼製の板49を配置する。
この板49はスラスト引張軸受の第２部分をなす。磁石3
3,35および37はＺ軸方向に磁化する。ホルダ43はアルミ
ニウム製の矩形のブロック51に取付けておく。このブロ
ック51に円板53を取付け、この円板53は１個のスチール
片から円形断面の比較的短かいワイヤ部55と円筒形のブ
ロック57とともに一体に形成する。ロッド21にはフラン
ジ59を設け、このフランジ59にねじ61を収納し、このね
じ61をブロック57にねじ込む。フランジ59には環状のダ
イアフラム部65を形成した円筒形のスリーブ63を取付
け、このダイアフラム部65に厚くした円形の端縁67を設
け、この円形の端縁を円板53にねじ止めする。スリーブ
63、ダイアフラム部65および端縁67は一個のスチール片
から一体に形成する。ダイアフラム部65はワイヤ部55と
ともに旋回軸部をなし、この旋回軸部により足部27はフ
ランジ59に対して垂直平面（第６図を描いてある平面）
および水平面（第６図を描いてある平面に直交する平
面）に対して移動することができる。足部27とフランジ
59との間にこのようにして得られる連結は、ねじれに対
して剛性を示し、このことは足部27のＸ軸の周りの回転
に対して大きな抵抗を示すことを意味する。ブロック51
にはダクト69を設け、このダクト69を圧縮空気源（図示
せず）に接続し、足部27、板49およびキャリア５間のエ
アギャップに空気を供給しうるようにする。この目的の
ためダクト69を２個の横ダクト71,73に接続し、これら
横ダクト71,73は磁石の組立体の両側に配置する（第９
図参照）。第２図には、足部27と、この足部27をロッド
21に連結した状態を線図的に示す（１個の磁石のみを示
す）。空気支持および磁気プレストレスの領域は、この
ようにして互いに分離される。足部27,29および31は、
それぞれ対応の板49および関連のエアギャップとともに
スラストおよび引張軸受を構成し、このスラストおよび
引張軸受によりロッド21,23および25からの押圧力（ス
ラスト力）および引張力の双方をキャリア５に伝達す
る。一般的に、粘性非接触軸受は押圧力のみを伝達す
る。しかし本発明による空気静力学的軸受の場合、引張
力も伝達することができる。これは、軸受が永久磁石3
3,35および37により磁気的にプレストレスが加えられて
いるためである。磁気的予張力はロッド21によりキャリ
ア５に加わる最大張力よりも大きくすべきである。ロッ
ド21における張力は、ロッド23および25の各々における
張力の２倍にする。最大張力はキャリア５の並進運動お
よび回転運動に必要とされる加速力および減速力により
主に決定される。
一般的に、キャリア５および物体９の質量はできるだけ
小さいものにする。最適特性を有する軸受を得るため、
特に最適剛性を有する軸受を得るため、軸受に加わる荷
重が変化してもエアギャップの寸法の変動が最小限とな
るように磁気プレストレスを選択するとよい。軸受の最
適化は以下に第10図につき説明する。第10図には、エア
ギャップの寸法Haを横軸にプロットし、軸受の支持容量
Ｗおよび磁気的吸引力Ｆを縦軸にプロットする。
第10図において、曲線Ｉは軸受の支持容量を示す。即
ち、空気軸受のエアギャップHaの関数としての支持力WR
を示す。第10図において、曲線IIは、空気軸受のエアギ
ャップHaの関数としての磁気予張力FVを示す。空気軸受
の作用点Ｒは、均衡ポイント即ち、支持力WRが磁気予張
力FVに等しいエアギャップHaのポイントである。軸受の
機械的剛性はdWR/dHa、即ちエアギャップの所定の変化
を生ずるに必要な力によって定義される。第10図におい
ては、曲線Ｉの部分のうち機械的剛性dWR/dHaがほぼ一
定となっている曲線Ｉの中間部分に作用点Ｒが位置する
ことを示している。曲線Ｉのこの中間部分は第10図のグ
ラフのポイント（Hamax,W1）と（Hamin,W2）との間に存
在する。作用点Ｒに関連する支持容量をWRとする。空気
軸受は一般的にこのような特性を有する。正にこの作用
点Ｒで作用するとすると、空気軸受にはWRに等しい力で
荷重を加える必要がある。この場合、この荷重は磁気予
張力FV＝WRにより得られ、このFVはロッド21における最
大の引張力および押圧力よりも大きいものとする。軸受
の最大荷重は、従って磁気予張力FVと最大押圧力との和
に等しいとともに、軸受の最小荷重は磁気予張力FVから
最大引張力を差し引いた値に等しい。好適には、最大荷
重は、W2より小さい値に選択し、最小荷重W1より大きい
値に選択する。点Ｒに対応する磁気予張力を得るために
は磁気吸引力Ｆの曲線II（この曲線IIの直線的部分のみ
を示す）が支持容量Ｗの曲線Ｉに交差する点（点Ｒに一
致する）を有することが必要である。一般的に磁気予張
力FVはエアギャップ領域Hamax−Haminの外側に位置する
磁気ギャップHm（Hm−Hamax）に相当するため、特別な
処理を施して曲線I,IIの交点を作用点として選択した点
Ｒに一致させなければならない。この処理はエアギャッ
プHaよりも量Ｓだけ大きくした磁気ギャップHmを使用す
ることにある。第10図に詳細に示すようにこのことは、
磁石33,35,37を足部27におけるエアギャップから距離Ｓ
だけ離れた位置に配置するか、またはキャリア５の対応
の表面に磁気的にエアギャップと同様に作用する擬似作
用層75を設けることにより達成することができる。擬似
作用層75は導磁気性の板49をカバーする。図示の実施例
の場合磁石33,35および37は足部27,29および31において
エアギャップから距離Ｓの位置に配置する。第10図に磁
石の配列の詳細を示し、これを点線で示す。キャリア５
をテーブル１上に特別な擬似作用層87により垂直方向即
ちＺ軸方向に支持する。このことを以下に詳細に説明す
る。この配列によれば極めて正確な移動を行わなければ
ならないが、エアギャップの比較的大きな範囲（Hamax
−Hamin）における空気軸受の比較的大きな剛性 が得られ、荷重変動はエアギャップの寸法に対して、お
よび従って移動すべき物体の位置に対して最小限の影響
しか与えない。
更に、第10図に示すように、空気軸受のエアギャップHa
及び磁気ギャップHmの関数としての磁気予張力FVを示す
曲線IIは、空気軸受が動作する磁気ギャップHmの領域で
ほぼ直線である。即ち、空気軸受は、磁気予張力FVと磁
気ギャップHmとの間の線形関係が存在する磁気ギャップ
Hmの領域で動作する。従って曲線IIの使用部分は、実際
直線である。エアギャップが十分大きく磁石ヨーク39,4
1,45および47の磁気飽和値が比較的高いときもほぼ同じ
ことがいえる。しかし、磁石ヨーク39,41,45および47
は、比較的低い磁気飽和値を有する材料（例えば軟鋼を
選択し、磁石ヨーク39,41,45および47が領域Hamax−Ham
in内で磁気的に飽和するようにするとよい。磁石ヨーク
39,41,45および47における磁気飽和が生じることの効果
を第10図の曲線IIIにつき説明する。
軸受の荷重がΔWaの変動を受けたと仮定すると、エアギ
ャップHaおよび磁気ギャップHmもΔHaだけ変動する。こ
の量ΔHaに対応する磁気吸引力Ｆの変動は、曲線IIにお
いてΔFII,曲線IIIにおいてΔFIIIとなる。曲線IIIはエ
アギャップの対応の領域でより平坦な勾配であるためΔ
FIIの方がΔFIIIよりも大きいこと明らかである。値ΔF
IIおよびΔFIIIのそれぞれの値の磁気吸引力Ｆの変動の
ため、荷重Ｗもそれぞれ量ΔWamIIおよびΔWamIIIだけ
変動する。ΔWamIIはΔWamIIIよりも大きいため、曲線I
Iの場合荷重変動がΔWaよりも大きくなるとき曲線IIIの
場合よりも早く限界値W2に達することになる。このこと
は、最適な軸受剛性の範囲（W2−W1）は、磁石ヨーク3
9,41,45および47が飽和される状態よりも飽和しない状
態の方が早く去ることを意味する。好適には、磁石の形
状を適切に選択して曲線IIIで示すような変動を示すよ
うにする。理想状態は、作用点Ｒの左側における曲線II
IがFV＝WRを通過する水平ラインに直線ラインに接近す
る場合に得られる。曲線がある直線ラインに交わること
なくこの直線ラインに接近し続ける場合に、この直接ラ
インは曲折の漸次線と称せられる。従って理想状態の場
合の曲線IIIが作用点Ｒの左側においてFV＝WRを通過す
る水平ラインに対応する直線ラインに接近する場合、こ
の水平ラインは、作用点Ｒの左側で曲線IIIの漸次線を
なすといえる。
矩形のキャリア５の場合、スラスト軸受７は第１図に線
図的に示すようにキャリアのコーナーに近接させて配置
するか、第2,6,7,8および11図に示すように、キャリア
の側面から中心寄りにずらして配置することができる。
キャリア５をＺ軸方向に支持するスラスト軸受７は、構
造を簡単にする上で第2,6,7,8および11図に示すように
配置するとよい。４個のスラスト軸受７の各々は、９個
のサマリウム−コバルト永久磁石77を良導磁気性材料例
えば軟鋼（mild steel）製の８個の磁石ヨーク79により
互いに離して組立てたものとして構成する。９個の永久
磁石77の組立体は、軟鋼製の２個の磁石ヨーク83,85に
より低導磁気性材料例えばアルミニウム製の箱形のホル
ダ81から離す。永久磁石77並びに磁石ヨーク79,83およ
び85は矩形板状にする。Ｘ軸方向に平行な永久磁石77の
２個の組立体の磁化の方向はＸ軸方向に平行にし、Ｙ軸
方向に平行な永久磁石77の２個の組立体の磁化の方向は
Ｙ軸方向に平行にする（第7,8および11図参照）。
しかし、代案として磁化方向は第２図に示すように、上
述の方向に対して90゜回転した向きにすることもでき
る。軟磁気材料例えば軟鋼で形成したテーブル１の上面
は擬似作用層87によりカバーする。この擬似作用層87
は、添加剤例えば酸化アルミニウム（aluminium oxid
e）を加えたエポキシ樹脂により形成し、磁気的に空気
と同じ作用をするようにする（第６図および第10図の詳
細図に示す）。この擬似作用層87により磁気ギャップは
量Ｓだけ増大する。即ちHm＝Ha＋Ｓとなる。従って上述
したように、磁気吸引力Ｆの曲線は支持容量Ｗの曲線に
対して作用点Ｒで交差する点を有することになる。更
に、擬似作用層87は軟鋼製のキャリリア５腐食から保護
する。極めて平坦なマスタープレートにより擬似作用層
87も硬化中に平坦になることができる。このことはテー
ブル１の上面をそれ程平坦にする必要はないことを意味
する。このように最終的に必要とされる超平坦性は多く
のキャリアに対して単に１個の超平坦面を有するマスタ
ープレートにより、簡単でかつ時間を節約して得られ
る。要約すると、このことは擬似作用層87は三重の効果
を有することを意味する。また、テーブル１は低残留性
の軟磁気材料で形成してあるため、永久磁石77によって
生ずる残留磁気を有する領域が原因でキャリア５の移動
中に僅かな衝撃を発生するという危険性が少なくなる。
キャリア５には周縁に沿ってダクト89を設け、ダクトを
圧縮空気源（図示せず）に接続する。エアダクト89には
多数の横ダクト91を設け。これら横ダクト91を、キャリ
アの周囲にわたり均等に分布させ（第6,7および８図参
照）またはキャリア５とテーブルとの間のエアギャップ
に開口させる。この結果、空気軸受がキャリア５の周囲
の大部分にわたり得られる。しかし、磁石77の領域には
横ダクト91は設けない。従って空気軸受領域と磁気プレ
ストレス領域とは互いに分離される。
空気軸受は磁気吸引力FVで磁気プレストレスを加えら
れ、このFVは軸受のＺ軸方向の最大荷重よりも相当大き
いものとする。好適には、FVは、軸受の作用点が第10図
の点Ｒに再び位置するように選択する。この場合、Ｚ軸
方向に引張力は発生しないので、引張力を吸収するのに
磁気予張力は必要ではなくなる。キャリアの構造はでき
るだけ軽くし、この結果キャリア５および物体９の重量
によりなるＺ軸方向の総荷重は磁気予張力FVのほんの一
部にしかすぎなくなる。軸受７の荷重変化については、
HaおよびHmにおける変化に関して第10図につき説明した
のと同じことを適用する。荷重の変化におけるHaおよび
Hmの変化はできるだけ小さくなるようにすべきであるこ
と勿論である。この場合磁石の形状は磁気飽和が生ずる
よう選択するとよい。このため、磁石ヨーク79,83およ
び85の材料は比較的低飽和値を有するものとしなければ
ならない。
第４図に示す位置決め装置の第２の実施例においては、
２個の座標軸方向X,Yのみとし、この場合第３の方向
Ｙ′における駆動装置は省く。更に、ロッド23は足部29
に点93で堅固に連結する。しかし、ロッド21は、第1,2,
3及び６図で示した位置決め装置と同様に足部27に回動
自在に連結する。この結果、テーブル１に対してキャリ
ア５を整列させる必要がある場合の僅かな角度の調整α
が得られる。ロッド23をＹ軸方向に僅かに移動させると
このような角度調整αが得られる。この角度調整は、実
際は予調整またはキャリブレーション（較正）であり、
物体を作用点Ｐに配置するに必要な移動に先立って行う
ものである。足部27,29には永久磁石、磁石ヨークおよ
び空気供給ダクトを設け、キャリア５には、第１図に示
した位置決め装置について説明した導磁気性の板を設け
る。第４図に示す位置決め装置は垂直なＺ軸の周りの回
転Ｚは物体の位置決めには必要でないものに属する。
第５図に示す位置決め装置の第３の実施例は、垂直なＺ
軸の周りの回転Ｚが可能であるものに属する。更にこ
の場合、回転Ｚはロッド23,25により得られる。足部2
7は第１の実施例のものと同じ型式のものとするが、足
部29,31は省く、しかし、ロッド23および25はビーム状
の案内95に回動自在に連結し、この案内95はロッド間の
距離よりも長くし、導磁気材料例えば軟鋼により形成す
る。ロッド23と案内95間の連結はロッド21と足部27との
間の連結と同様にし、ロッド25と案内95との間の連結は
ワイヤ部55のみを有するものとし、この構成により案内
95はロッド23および25に対して回動することができる。
キャリア５には永久磁石77の組立体を２組収納する。磁
石の形状は第１図の位置決め装置につき説明したのと同
様にする。磁気ギャップHmをエアギャップHaよりも大き
くするため磁石77の端面をエアギャップから更に距離Ｓ
離れた位置に配置する。代案として、上述の厚さＳの擬
似作用層を使用する。案内95の磁石に対応する側面にこ
の擬似作用層を取付ける。キャリア５には物体９例えば
円形の半導体サブストレートを配置し、例えば中心Ｐ′
を作用点Ｐに一致させる。第５図に示す位置決め装置の
利点は垂直なＺ軸の周りのキャリア５の回転に対する剛
性が比較的高いことである。更に、この構成によれば、
キャリア５の質量が比較的小さく、Ｘ軸方向に平行な移
動が比較的大きくとれる利点がある。
上述のすべての位置決め装置において、以下に説明する
駆動装置11,13および15を使用する。第12図に示す並進
駆動装置は、直流モータ97を有し、可撓継手99および一
連の摩擦ホイール101,103,105および107を介して駆動軸
109を駆動する。ロッド21,23および25の各々は、共平面
上にあり長手方向に延びる２個の平坦面115,117を有
し、或る距離（第２図参照）だけ互いに離れる２対の自
由回転自在の圧力ローラ111および113の対によりロッド
21,23および25の平坦面115,117を対応の駆動軸109に圧
着させる。圧力ローラ111,113は垂直平面に対して傾斜
させ、ブロック119に支承し、このブロック119にはばね
（図示せず）により生ずる押圧力121が加わる。駆動軸1
09とロッド21,23および25の平坦面115,117との間の駆動
摩擦によりこれらロッドをそれぞれX,YおよびＹ′軸方
向に並進移動させる。各ロッド21,23および25の各々に
細条形状のX,YおよびＹ′軸方向の測定スケール123を担
持し、このスケール123には交互に高反射特性領域と低
反射特性領域とを設け、光ビーム125をミラー127とレン
ズ129とにより投射する。反射した光ビームを、測定装
置131に配置した光検出器（図示せず）により検出す
る。このようにして得られた測定信号を電気サーボルー
プ内で処理し、電動モータ97にフィードバックする。上
述の光学測定装置は一般的なものとすることができ、従
って詳細には説明しない。測定方向はそれぞれX,Yおよ
びＹ′軸方向に一致し、従っていわゆるアッベ誤差（Ab
be error）または傾動誤圧を回避できる。
上述のすべての位置決め装置において空気またはガス軸
受を垂直方向に作動するスラスト軸受７に対して使用す
る。しかし、代案としてスラスト軸受７に液体を粘性媒
体として使用することもできる。この場合、流出する流
体をうまく集液することが必要である。水平方向に動作
するスラスト軸受に対しても液体を粘性媒体として使用
できるが、好適にはガスを使用するとよい。即ち液体に
は相当複雑な集液装置が必要であるためである。垂直方
向のスラスト軸受の代りに正確なころ軸受または玉軸受
を使用することができ、また摺動軸受も使用できる。粘
性非接触軸受の予張力は垂直方向のスラスト軸受に関し
て錘、真空、ばねまたは電磁力により得ることができ、
水平方向のスラスト軸受に関して真空、ばね、電磁力に
より得ることができる。
電磁的予張力の場合、永久磁石の代わりに電磁石を使用
し、この電磁石の励磁はエアギャップの寸法を測定する
センサにより制御することができる。このとき磁気吸引
力は、空気軸受または液体軸受の荷重の変化を励磁によ
り十分補償できるように制御することができる。このこ
とに対応する磁気吸引力Ｆの変動を、第10図に一点鎖線
IVで示す。圧力源から導出される粘性媒体を使用しない
普通の電磁軸受は本発明の範囲ではない。このようは普
通の電磁軸受は動的（ダイナミック）型式であり、これ
に対し本発明による軸受は外部圧力源を使用する静的
（スタティック）型の粘性軸受である。
本発明によれば、永久磁石の組立体の代わりに、ロッド
21,23および25の各々に単独の永久磁石を使用すること
もできる。キャリアの垂直方向の支持にも単独の磁石を
使用するだけでもよい。しかし、キャリア５の傾動に対
する必要な剛性は数個の磁石または上述のように数個の
磁石組立体によれば容易に得られる。本発明は摩擦連結
を使用する並進駆動装置またはリニア形駆動装置につき
説明したが、他のリニア駆動装置を使用することもでき
る。このようなリニア形駆動装置としては、例えばねじ
−ナット駆動装置またはローラ著しくはボールにより案
内された軸を有する駆動装置である。基本的にキャリア
５の一側面に力を加えて往復方向に往復並進駆動をキャ
リアに与えることができれは任意の駆動装置を使用する
ことができる。上述の外部圧力源を有する静的粘性軸受
は、圧力源とガスまたは液体ギャップとの間に使用する
ことに限定すれば異なる形式のものとすることができ
る。特にダイアフラムにより補償する粘性軸受を使用す
ることができる。このような軸受（これ自体は既知であ
る）によれば、極めて高い剛性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による位置決め装置の第１の実施例の
線図的斜視図、 第２図は、第１図に示す位置決め装置の線図的側面図、 第３図は、第１図の位置決め装置のキャリアをＺ軸の周
りに回転させた状態を示す平面図、 第４図は、本発明による位置決め装置の第２の実施例の
線図的平面図、 第５図は、本発明による位置決め装置の第３の実施例の
線図的平面図、 第６図は、第１図の位置決め装置の一部の縦断面図、 第７図は、第６図に示す部分の平面図、 第８図は、第６図に示す部分とは別の側面における位置
決め装置の部分平面図、 第９図は、位置決め装置の各座標軸方向のためのストラ
スおよび引張軸受の線図的斜視図、 第10図は、スラストおよび引張軸受の作動原理を示すグ
ラフ、 第11図は、第6,7図および８図のキャリアの底面の斜視
図、 第12図は、位置決め装置の並進駆動装置の縦断面図であ
る。 １……テーブル、５……キャリア ７……スラスト軸受、９……物体 11,13,15……並進駆動装置、17……光軸 19……光学系、21,23,25……ロッド 27,29,31……支持足部、33,35,37,77……永久磁石 39,41,45,47,83,85……磁石ヨーク、43,81……ホルダ 49……板、51……ブロック 53……円板、55……ワイヤ部 63……スリーブ、65……ダイアフラム部 69,89……ダクト、71,73,91……横ダクト 75,87……擬似作用層、95……案内 97……直流モータ、99……可撓継手 101,103,105,107……摩擦ホイール、111,113……圧力ロ
ーラ 109……駆動軸、123……測定スケール 127……ミラー、129……レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリヌス・ヨゼフス・ヤコブス・ドナ オランダ国5621 ベーアー アインドーフ エン フルーネヴアウツウエツハ１ (56)参考文献 特開 昭57−144636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−91021（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−8147（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3466514（ＵＳ，Ａ) 英国特許2067932（ＧＢ，Ａ)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平坦なテーブル上に摺動自在に支持し、２
    個の互いに直交する座標軸方向に移動自在の水平方向に
    板状をなすキャリアを具え、このキャリアに結合して第
    １座標軸方向の圧力をこのキャリアに加える第１並進駆
    動装置、および前記キャリアに結合して第１座標軸方向
    に直交する第２座標軸方向の圧力をキャリアに加える第
    ２並進駆動装置とを設け、これら双方の並進駆動装置に
    よりキャリアに加わる力が１個の水平面上で作用する位
    置決め装置において、前記第１並進駆動装置を、粘性媒
    体を介在させて第１の水平方向に作動し、静流体圧力的
    にスラスト力を伝達するとともに引張力をも伝達するス
    ラストおよび引張軸受により非接触状態でキャリアに結
    合し、また前記第２並進駆動装置を、粘性媒体を介在さ
    せて第２の水平方向に作動するスラストおよび引張軸受
    により非接触状態でキャリアに結合し、双方のスラスト
    および引張軸受には、一方の第１並進駆動装置および第
    ２並進駆動装置と他方のキャリアとの間に生ずる最大張
    力よりも大きな力で第１座標軸方向および第２座標軸方
    向にプレストレスを加えたものとしたことを特徴とする
    位置決め装置。
  2. 【請求項２】前記キャリアに対して第２座標軸に平行な
    方向に押圧力および引張力を加える第３並進駆動装置を
    前記キャリアに結合し、前記第１並進駆動装置、第２並
    進駆動装置および第３並進駆動装置の各々をキャリアに
    対して垂直軸線の周りに回動自在に構成したことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の位置決め装置。
  3. 【請求項３】前記第３並進駆動装置は、粘性媒体を介在
    させて第３の水平方向に作動するスラストおよび引張軸
    受により前記キャリアに結合し、前記第３のスラストお
    よび引張軸受には、第３並進駆動装置とキャリアとの間
    に生ずる最大張力よりも大きい力で第２座標軸方向に平
    行にプレストレスを加える構成としたことを特徴とする
    特許請求の範囲第２項に記載の位置決め装置。
  4. 【請求項４】第1,第２および第３の前記スラストおよび
    引張軸受の各々は、それぞれに配置した永久磁石により
    プレストレスを加えたことを特徴とする特許請求の範囲
    第３項に記載の位置決め装置。
  5. 【請求項５】永久磁石に対応の磁気回路の一部を磁気飽
    和状態としたことを特徴とする特許請求の範囲第４項に
    記載の位置決め装置。
  6. 【請求項６】前記粘性媒体を空気としたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第４項に記載の位置決め装置。
  7. 【請求項７】前記第２および第３のスラストおよび引張
    軸受のプレストレス印加は、前記キャリアに配置し、双
    方のスラストおよび引張軸受に共通の多数の永久磁石に
    より行うことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載
    の位置決め装置。
  8. 【請求項８】前記第２および第３のスラストおよび引張
    軸受はビーム状の案内により互いに連結し、この案内は
    第２並進駆動装置および第３並進駆動装置に対して垂直
    軸線の周りに回動自在にし、第１並進駆動装置はキャリ
    アに対して垂直軸線の周りに回動自在に構成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の位置決め装
    置。
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NL8500930 1985-03-29

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