JP2000269307A - 移動テーブル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ローラの寸法ばらつき、或いは温度変化による
ガイドレール間の距離の変化を吸収可能とした移動テー
ブル装置を提供する。 【解決手段】固定側テーブルとガイドレールとの間に、
移動側テーブルのガイドレールに加えられる予圧の方向
に変形可能な弾性体を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置，
半導体検査装置、或いは精密な加工が要求される工作機
械等の移動テーブル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動テーブル装置は試料移動台、又は、
試料ステージとも称され、加工，検査，観察等がなされ
る試料を載置するものであり、加工の場合の工具等の位
置が大きく移動できないときに、試料の位置を移動でき
るので、便利である。

【０００３】このような移動テーブル装置に関する文献
として特開平7−164252 号公報に記載された技術等があ
る。

【０００４】移動テーブル装置の移動側と固定側との間
に、ローラを有するリテーナとガイドレールとからなる
クロスローラガイドを用いることは公知である。一般
に、ガイドレールに対して押しねじ等により予圧を与え
てローラとガイドレールとを密着させてから、試料を載
せるテーブルにガイドレールを固定する手法が行われて
いる。この目的は、予圧を与えることでローラとガイド
レールとの間の隙間をなくし、寸法精度を向上させるこ
とである。しかし、ローラの直径の寸法ばらつきや、温
度変化によるローラとガイドレールとの間の距離の変化
により予圧が変化するため、移動テーブルが変形した
り、クロスローラガイドの寸法精度が悪化する問題があ
った。

【０００５】以上のようなローラ直径のばらつき、或い
は、温度変化と熱膨張係数に起因する予圧の変化に対し
て、ガイドレールの予圧部と固定部にばねを介在させ、
ガイドレールに逃げを設けた構造の移動ステージ装置
が、特開平1−274936 号公報に記載されている。

【０００６】この記載例によるガイドレールの逃げ構造
を図４を用いて説明する。

【０００７】図４は移動テーブル装置のクロスローラガ
イドの部分の縦断面図である。移動テーブル５０は、ロ
ーラ５７を有するリテーナ５６を介して、固定テーブル
５１の上に載せられている。ローラ５７は移動テーブル
５０に支持ピン６０で固定されたガイドレール５２に設
けられた溝と、固定テーブル５１に設けられた溝とをこ
ろがり、移動テーブル５０が紙面に対して垂直方向に移
動できるようになっている。支持ピン６０には皿ばね６
２が介在され、ストッパ６１で固定されている。移動テ
ーブル５０には、押圧ピン６３，ストッパ６４，圧縮ば
ね６５，ボールやワイヤ等の部材６６からなる与圧機構
が複数個所設けられ、ガイドレール５２に予圧を与え
て、紙面に対して左右方向の動きを規制している。ガイ
ドレール５２は皿ばね６２の圧縮力により移動テーブル
５０に押し付けられているが、固定されているのではな
く、紙面に対して左右方向の動きが許容されており、ガ
イドレール５２は圧縮ばね６５の圧縮力に打ち勝つだけ
の左右方向の動きが可能である。

【０００８】このような構成においては、皿ばね６２に
より予圧側のガイドレール５２を移動テーブル５０に密
着させており、与圧側ガイドレール５２は予圧方向以外
の方向に対しても自由度を持つことになる。つまり、移
動テーブル５０の上面垂直方向に対しては、上記皿ばね
６２の圧縮力に依存しているため、上面垂直方向に衝撃
あるいは振動等の加速度が生じた場合、移動テーブル５
０の上面は不安定になり易い。そこで、移動テーブル５
０の上面垂直方向に対する剛性を向上させるためには、
皿ばね６２のばね係数を大きくする必要がある。しか
し、予圧方向へのスムーズなずれを確保するには取付け
面の摩擦力を低減させなくてはならず、単に皿ばね６２
のばね係数を大きくするのでは解決できない。

【０００９】この問題を解決する手段として、ガイドレ
ール５２の取付け面の面荒さを鏡面のように小さくし
て、左右方向の移動を滑らかにする方法が考えられる
が、移動テーブル５０の全体を考えた場合、移動テーブ
ル５０の移動方向に対しての剛性は、予圧方向の剛性と
同じく低く、自励振動或いは外乱に対して弱い構造とな
ってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、剛性
を保ったまま、ガイドレールに対して与圧方向にスムー
ズなずれを与えることができ、その結果、ローラの寸法
ばらつき、或いは温度変化によるガイドレール間の距離
の変化を吸収可能とした移動テーブル装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的のた
めに、直線移動が可能な第１のテーブルに設けられた第
１のガイドと、前記第１のテーブルを搭載する第２のテ
ーブルに設けられた第２のガイドと、前記第２のガイド
と前記第１のガイドとを介する転動体と、前記第１のガ
イドに与圧を加える部材とからなる移動テーブル装置に
おいて、前記第２のテーブルと前記第２のガイドとの間
に設けられ前記第１のガイドに加えられる前記予圧の方
向に変形可能な弾性体を有する構成とした。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を、
図１，図２，図３を用いて説明する。

【００１３】はじめに、移動テーブル装置の主要な構成
を、図１に示す移動テーブル装置の平面図を用いて説明
する。

【００１４】図１において、図示しない試料を載置し、
Ｙ方向に移動可能なＹテーブル１がＸ方向に移動可能な
Ｘテーブル２の上に搭載され、Ｘテーブル２は固定ベー
ス３の上に搭載されている。Ｙテーブル１は、ローラ７
を有するリテーナ６、及び、ローラ１１を有するリテー
ナ１０からなるローラガイド機構を介してＸテーブル２
の上に搭載されている。Ｘテーブル２は、ローラ１５を
有するリテーナ１４、及び、ローラ１７を有するリテー
ナ１６からなるローラガイド機構を介して固定ベース３
の上に搭載されている。

【００１５】Ｘテーブル２の固定側ガイドレール４には
予圧ねじ２０（図示しないが複数個設けられている）に
より弾性体３０を介して予圧が与えられている。同様
に、固定ベース３の固定側ガイドレール１３には予圧ね
じ２３（図示しないが複数個設けられている）により弾
性体３２を介して予圧が与えられている。

【００１６】このローラガイド機構の詳細を以下説明す
る。

【００１７】図２（ａ）は図１のＡ部の拡大平面図であ
り、図２（ｂ）はその側面図である。尚、Ｘテーブル２
のローラガイド機構と固定ベース３のローラガイド機構
とは同様のメカニズムであるから、Ｘテーブル２のロー
ラガイド機構を代表として以下説明する。

【００１８】図１及び図２において、ローラガイド機構
は、Ｙテーブル１の下面にＹ方向に同一断面形状の溝を
有する２個の移動側ガイドレール５、及び、移動側ガイ
ドレール９と、これらの溝に対向して溝を有する固定側
ガイドレール４、及び、固定側ガイドレール８と、移動
側ガイドレール５と固定側ガイドレール４のそれぞれの
溝で案内されるローラ７を有するリテーナ６と、移動側
ガイドレール９と固定側ガイドレール８のそれぞれの溝
で案内されるローラ１１を有するリテーナ１０とからな
る。さらに、Ｘテーブル２には、弾性体３０がボルト２
１で固定されており、固定側ガイドレール４は弾性体３
０にボルト２２で固定されている。弾性体３０は予圧ね
じ２０によって、ローラ７と相対する固定側ガイドレー
ル４と移動側ガイドレール５をローラ７に密着させるよ
うな押し付け力を与える。

【００１９】ローラガイド機構はクロスローラ型で、図
４に示すように多数のローラ７がリテーナ６に交互にそ
の向きを変えてクロス配置されている。また、ローラ７
は、リテーナ６に保持されており、移動側ガイドレール
５、及び、固定側ガイドレール４対向面に設けた断面Ｖ
字状の溝にそれぞれ転がり接触しつつ移動可能な状態で
組み込まれている。

【００２０】弾性体３０によって予圧を与えた時に、移
動側ガイドレール５がすでに挟み込んでいるローラ７の
直径より、Ｙテーブル１が紙面の下方に移動してから新
たに挟み込まれるローラ７の直径の方が大きい場合、ガ
イドレール間に対して押し広げられる方向に力が加わる
が、上記弾性体３０によりガイドレールの変位量を吸収
して上記予圧は一定に保たれる。また、ローラ７がガイ
ドレール間より排出される場合は、ガイドレール間が狭
まる方向に変位するが、弾性体３０によりガイドレール
はローラに押し付けられて、予圧は一定となる。

【００２１】また、Ｘテーブル２よりもＹテーブル１の
熱膨張率が小さい場合において、組立てたときの温度よ
りも使用温度が上がった場合、温度変化によってガイド
レール間の距離が狭まる方向にテーブルが膨張する。し
かし、弾性体３０により、ガイドレール間の距離変化を
吸収するので、予圧が一定となる。一方、組立てたとき
の温度よりも使用温度が低い場合、ガイドレール間の距
離が増加する方向にテーブルが収縮する。しかし、弾性
体３０により、ガイドレール間の距離変化を吸収するの
で、予圧が一定となる。

【００２２】図３（ａ）は弾性体３０の構成を示す平面
図である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面図およ
び部分Ａ−Ａ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ
断面図である。

【００２３】図３に示すような一次元平行板ばねあるい
は弾性ヒンジと呼ばれる弾性体３０は、凸部３０ａと溝
３０ｂと溝３０ｃとを有し、これらによって、その側面
30ｄ，側面３０ｅは図中のＸ方向には変形し易いが、Ｙ
およびＺ方向に対しては変形しにくい構造となってい
る。したがって、弾性体３０のＸ方向を予圧方向とすれ
ばよい。与圧は、図２に示すように弾性体３０に与圧ね
じ２０で加えられ、Ｙテーブル１が移動中に、前述した
予圧の変化の原因となるローラ７の出入りや温度変化に
よる寸法変化があった場合でも、弾性体３０が予圧方向
以外の剛性を確保しつつＹテーブル１から加えられる寸
法変化を吸収し、予圧が一定に調節される。

【００２４】このような構成によって、弾性体３０は図
２中のＸ方向に対して変形し易く、Ｙ方向およびＺ方向
に対しては剛性が高いため、皿ばねおよび圧縮ばねを用
いた前記公知例に比べて高い剛性を確保できる。また、
上記方式では固定側ガイドレール４の逃げは弾性変形に
よるものなので、摩擦の影響がなく、取付け面の面荒さ
とは無関係に与圧が一様になる効果を得ることができ
る。

【００２５】ここで、弾性体３０に用いた上記平行板ば
ねの具体的な仕様について説明する。

【００２６】平行板ばねに要求されるずれ量が既知或い
は予測できる場合、特性を決める平行板ばねの予圧方向
のばね係数Ｋは以下の式（１）により求まる。

【００２７】 Ｋ＝ｓ×Ｆ／ΔＸ 式（１） ここで、Ｆ＝Ｋ×Ｘ，ｓ＝（ΔＸ／Ｘ） また、 Ｆ：予圧 ｓ：予圧の許容変化量（与圧Ｆに対する変化量の比） Ｘ：与圧Ｆを加えた時の平行板ばねの変形量 ΔＸ：ローラの直径のばらつきまたは温度変化によるガ
イドレール間の距離変化 まず、予圧Ｆおよび予圧の許容変化量ｓを設定し、次に
ローラの直径のばらつき、または温度変化によるガイド
レール間の距離変化ΔＸを設定した後、式(１)に代入し
て計算することで、平行板ばねのばね係数が求められ
る。

【００２８】図５は本発明の第２の実施例であり、図２
（ｂ）と同様、図１のＡ部拡大の側面図を示す。Ｘテー
ブル２の上に弾性体３０がボルト２１で固定され、弾性
体３０の上に固定側ガイドレール４が固定され、Ｙテー
ブル１には移動側ガイドレール５が固定され、移動側ガ
イドレール５は固定側ガイドレール４に対しローラ７を
介して移動可能になっている。以上は図２に示した構成
であるが、本実施例ではさらに、バランサー３１を設け
ている。与圧を与える際、固定側ガイドレール４にモー
メントが生じないように、弾性体３０のばね係数、及
び、取付け位置を考慮して、バランサー３１を設計する
必要がある。このバランサー３１によって、固定側ガイ
ドレール４と弾性体３０との間で生ずるモーメントが除
去され、固定側ガイドレール４とローラ７とが傾きのな
い状態で接触するようになる。

【００２９】したがって、第１の実施例と同様、弾性体
３０は図２中のＸ方向に対して変形し易く、Ｙ方向およ
びＺ方向に対しては剛性が高いため、皿ばねおよび圧縮
ばねを用いた前記公知例に比べて高い剛性を確保でき
る。また、固定側ガイドレール４の逃げは弾性変形によ
るものなので、摩擦の影響がなく、取付け面の面荒さと
は無関係に与圧が一様になる効果を得ることができる。
そして、第２の実施例の効果として、ガイドレールの取
付け精度を向上させることができる。

【００３０】図６は本発明の第３の実施例であり、図５
と同様、図１のＡ部の拡大側面図である。本実施例は、
移動テーブル５０が固定テーブル５１に取付けられるガ
イドレール５３の外側に張り出しており、オーバーハン
グ５０ａを有する点が、上記実施例とは異なっている。

【００３１】図６において、移動テーブル５０の与圧側
に、循環ローラ７１とそれを保持するキャリッジ７２で
構成される循環式ローラガイド７０を複数個用い、この
循環式ローラガイド７０は弾性体３０に取付けられてい
る。弾性体３０は与圧ねじ２０により与圧が与えられ、
固定テーブル５１に取付けられているガイドレール５３
の溝に循環ローラ７１を密着させ、その後、ボルト２１
で弾性体３０を移動テーブル５０に取付ける。

【００３２】本実施例では、１条のガイドレール５３に
対して循環式ローラガイド７０が取付けられた弾性体３
０を複数個配置して、循環ローラ７１とガイドレール５
３との密着度を向上させるので、移動テーブルが与圧変
化がない安定した走行が実現できる。

【００３３】以上のように、ローラガイドを与圧方向に
自由度を持つ弾性体を介してテーブルに取付けること
で、取付け面の面荒さとは無関係にローラ或いはボール
の直径のばらつきおよび温度変化に係わらず、ガイドレ
ールに与えた予圧を、予圧方向以外の剛性を確保したま
ま一定に保つことができ、テーブルの走行精度向上が図
れる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、剛性を保ったまま、ガ
イドレールに対して与圧方向にスムーズなずれを与える
ことができ、その結果、ローラの寸法ばらつき、或いは
温度変化によるガイドレール間の距離の変化を吸収可能
とした移動テーブル装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動テーブル装置の平面図。

【図２】図１のＡ部の拡大平面図及び側面図。

【図３】弾性体の構成を示す平面図及び断面図。

【図４】移動テーブル装置のクロスローラガイドの部分
の縦断面図。

【図５】図１のＡ部の拡大側面図。

【図６】図１のＡ部の拡大側面図。

【符号の説明】

１…Ｙテーブル、２…Ｘテーブル、３…固定ベース、
４，８，１２，１３…固定側ガイドレール、５，９…移
動側ガイドレール、６，１０，１４，１６，５６…リテ
ーナ、７，１１，１５，１７，５７…ローラ、２０，２
３…与圧ねじ、２１，２２…ボルト、３０，３２…弾性
体、３１…バランサー、５０…移動テーブル、５１…固
定テーブル、５２，５３…ガイドレール、６０…支持ピ
ン、６１，６４…ストッパ、６２…皿ばね、６３…押圧
ピン、６５…圧縮ばね、６６…部材、７０…循環式ロー
ラガイド、７１…循環ローラ、７２…キャリッジ。

フロントページの続き (72)発明者 勝山 正己 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 栗本 宏三 茨城県東茨城郡内原町三湯字訳山500番地 日立那珂エレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F078 CA01 CA08 CB18 CC04 CC14 3C048 BB01 BB03 BB10 BB12 BC02 CC04 DD05 EE04 5F031 HA57 MA33

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直線移動が可能な第１のテーブルに設けら
   れた第１のガイドと、前記第１のテーブルを搭載する第
   ２のテーブルに設けられた第２のガイドと、前記第２の
   ガイドと前記第１のガイドとを介する転動体と、前記第
   １のガイドに与圧を加える部材とからなる移動テーブル
   装置において、前記第２のテーブルと前記第２のガイド
   との間に設けられ前記第１のガイドに加えられる前記予
   圧の方向に変形可能な弾性体を有することを特徴とする
   移動テーブル装置。
2. 【請求項２】請求項１の記載において、前記弾性体は板
   ばねであることを特徴とする移動テーブル装置。