JPH0344593A - 位置決め装置 - 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】 〔発明の目的〕 〈産業上の利用分野〉 この発明は例えば半導体製造装置等で使用される高速・
高精度の位置決め装置の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、例えば半導体製造装置等で使用される高速・高
精度の位置決め装置ではサブミクロン程度の位置決め精
度が要求されている。この種の位置決め装置として従来
からがイドレール上に配設された被保持体の保持ステー
ジをガイドレールに沿って摺接状態で進退動作させるス
テージ駆動機構を設け、このステージ駆動機構をデジタ
ルサ−ボ制御して保持ステージをガイドレール上に設定
された所定の停止位置で停止させる構成のものが知られ
ている。しかしながら、このような構成の位置決め装置
ではガイドレールと保持ステージとの接触面間の摩擦力
が大きい場合にはスティック・スリップが発生し易いの
で、位置決め精度が低下する問題がある。

そこで、ガイドレール上に配設された被保持体の保持ス
テージをガイドレールに対して空気圧によって非接触状
態で保持させるエアベアリングと、保持ステージをガイ
ドレールに沿って進退動作させる例えばリニアモータ等
のステージ駆動機構とを組み合わせた構成の直動ステー
ジを設け、この直動ステージのエアベアリングによって
保持ステージをガイドレールに対して非接触状態で保持
させることにより、ガイドレールと保持ステージとの間
の摩擦をなくして位置決め精度の向上を図るようにした
ものが考えられている。しかしながら、この場合には保
持ステージをデジタルサーボ制御する際に、ｌパルス内
で安定に位置決めすることが難しいので、保持ステージ
をガイドレール上に設定された所定の停止位置で停止さ
せた場合にプラス・マイナス１パルスの範囲内で保持ス
テージが振れるおそれがあり、これが保持ステージの位
置決め誤差になるとともに、保持ステージの発振の原因
になる問題があった。

また、保持ステージをガイドレール上に設定された所定
の停止位置で機械的にクランプすることにより、保持ス
テージの振れを防止する構成にした場合にはクランプｉ
　ｔｉと保持ステージとの接触時に発塵が生じるおそれ
があるとともに、クランプ時に位置ずれが発生し易く、
位置決め精度の向上を図るうえで問題があった。

（発明が解決しようとする課題） ガイドレール上に配設された被保持体の保持ステージを
ガイドレールに沿って摺接状態で進退動作させるステー
ジ駆動機構を設け、このステジ駆動機構をデジタルサー
ボ制御して保持ステージをガイドレール上に設定された
所定の停止位置で停止させる構成の位置決め装置ではガ
イドレルと保持ステージとの接触面間の摩擦力が大きい
場合にスティック・スリップが発生し易く、位置決め精
度が低下する問題があり、またエアベアリングとりニア
モータ等のステージ駆動機構とを組み合わせた構成の直
動ステージを設けた場合には保持ステージをデジタルサ
ーボ制御する際に、１パルス内で安定に位置決めするこ
とが難しく、保持ステージをガイドレール上に設定され
た所定の停止位置で停止させた場合にプラス・マイナス
１パルスの範囲内で保持ステージが振れるおそれがあり
、これが保持ステージの位置決め誤差になるとともに、
保持ステージの発振の原因になる問題があった。さらに
、保持ステージをガイドレール上に設定された所定の停
止位置で機械的にクランプすることにより、保持ステー
ジの振れを防止する構成にした場合にはクランプ機構と
保持ステージとの接触時に発塵が生じるおそれがあると
ともに、クランプ時に位置ずれが発生し易く、位置決め
精度の向上を図るうえで問題があった。

この発明は上記事情に′着目してなされたもので、ガイ
ドレールと保持ステージとの間のスティック・スリップ
の発生や保持ステージをガイドレール上の停止位置で停
止させた場合の保持ステージの振れを防止して位置決め
精度の向上を図ることができるとともに、保持ステージ
停止時の塵埃の発生を防止することができる位置決め装
置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は磁性流体からなる粘性流体の収容室内に保持
ステージの動作に連動する可動部材が配設されたダンパ
本体および収容室内の粘性流体の粘性抵抗を調整する粘
性抵抗調整部材を備え、収容室内の粘性流体の粘性抵抗
変化にともない保持ステージの動作抵抗を調整する磁性
流体ダンパを設けるとともに、保持ステージをガイドレ
ールに沿って進退動作させるステージ駆動機構の動作を
デジタルサーボ制御して保持ステージをガイドレール上
に設定された所定の停止位置で停止させる停止位置制御
機能および保持ステージがガイドレール上の停止位置以
外の場所に位置している状態で磁性流体ダンパの粘性流
体収容室内の粘性流体の粘性抵抗を小さくし、保持ステ
ージがガイドレール上の停止位置まで移動した状態で粘
性流体収容室内の粘性流体の粘性抵抗を大きくするよう
に粘性抵抗調整部材を制御する粘性抵抗制御機能を備え
た制御部を設けたものである。

（作　用） エアベアリングからの空気圧によってガイドレールに対
して保持ステージを非接触状態で保持させることにより
、保持ステージの移動時にガイドレールと保持ステージ
との間のスティック・スリップの発生を防止するととも
に、制御部によって保持ステージの移動状態に応じて磁
性流体ダンパの粘性抵抗調整部材を制御させ、保持ステ
ージがガイドレール上の停止位置以外の場所に位置して
いる状態で磁性流体ダンパの粘性流体収容室内の粘性流
体の粘性抵抗を小さくして保持ステージの移動スピード
を高速化し、かつ保持ステージがガイドレール上の停止
位置まで移動した状態で粘性流体収容室内の粘性流体の
粘性抵抗を大きくすることにより、保持ステージをガイ
ドレール上の停止位置で停止させた場合の保持ステージ
の振れを防止して位置決め精度の向上を図り、保持ステ
ジ停止時の塵埃の発生を防止するようにしたものである
。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は位置決め装置全体の概略構成を示すもので、ｌ
はこの位置決め装置の基板である。この基板１の上面両
端部には離間対向配置させた一対の支持脚２ａ、２ｂが
配設されており、これらの支持脚２ａ、２ｂ間には矩形
断面のガイドレール３が架設されている。このガイドレ
ール３には被保持体の保持ステージ４が装着されている
。この保持ステージ４は略矩形枠状に形成されており、
この保持ステージ４はガイドレール３に沿って移動可能
に取り付けられている。この場合、ガイドレール３には
保持ステージ４をガイドレール３に対して空気圧によっ
て非接触状態で保持させるエアベアリングが組み込まれ
ている。また、保持ステージ４の両側部には直線状の突
設部材５゜６がそれぞれ突設されている。

さらに、基板１の上面には保持ステージ４をガイドレー
ル３に沿って進退動作させるリニアモータ（ステージ駆
動機構）７が配設されている。このリニアモータ７はガ
イドレール３と平行に配設された固定子７ａとこの固定
子７ａに沿って往復動作する可動子７ｂとによって形成
されている。

この場合、固定子７ａは基板１の上面両端部に離間対向
配置させた一対の支持脚８ａ、ｇｂ間に架設されている
。また、このリニアモータ７の可動子７ｂには保持ステ
ージ４の一側部側の突設部材５の先端部が固定されてい
る。そして、リニアモータ７の動作時にはこの突設部材
５を介して可動子７ｂの動作が保持ステージ４側に伝達
され、可動子７ｂの動作に連動して保持ステージ４がガ
イドレール３に沿って進退動作するようになっている。

一方、保持ステージ４の他側部側の突設部材６には基板
１の上面両端部に離間対向配置された一対の滑車９ａ、
９ｂ間に張設された伸縮のない操作ワイヤ１０の両端部
が止着されている。この場合、一方の滑車９ａは基板１
の上面一端部に突設された支持［１１に回転自在に軸支
されている。

さらに、他方の滑車９ｂは基板１の上面他端部に配設さ
れた磁性流体ダンパ１２の回転軸１２ａの先端部に固定
されている。そして、保持ステージ４の動作時には保持
ステージ４の動作にともない操作ワイヤ１０が進退動作
し、この操作ワイヤ１０の進退動作に連動して滑車９ａ
、９ｂが回転するとともに、この滑車９ｂの回転にとも
ない磁性流体ダンパ１２の回転軸１２ａが一体的に回転
するようになっており、磁性流体ダンパ１２によって滑
車９ｂの回転速度が制御されるようになっている。

また、第２図は磁性流体ダンパ１２の概略構成を示すも
のである。この磁性流体ダンパ１２にはダンパ本体１３
の略円筒状のケース１４内にロータ（可動部材）１５．
ステータ１６および電磁石（粘性抵抗調整部材）１７が
それぞれ配設されている。この場合、ロータ１５には回
転軸１２ａの基端部が固定されている。また、ダンパ本
体１３のケース１４には仕切り璧１４ａを介して仕切ら
れた軸受部１８と磁性流体からなる粘性流体Ｒの収容室
１９とがそれぞれ設けられている。そして、軸受部１８
内には一対のベアリング２０ａ。

２０ｂが離間対向配置されており、これらのベアリング
２０ａ、２０ｂによって回転軸１２ａが回転自在に支持
されている。さらに、粘性流体Ｒの収容室１９の内底部
には電磁石１７が配設されており、この電磁石１７上に
ステータ１６が固定されている。このステータ１６は厚
内円板２１によって形成されており、この厚内円板２１
の表面に同心円状の一対の円形ＩＩＪ２２ａ、２２ｂが
それぞれ形成されている。また、ロータ１５はステータ
１６に対して離間対向配置された厚内円板２３によって
形成されており、この厚肉円板２３のステータ１６との
対向面には同心円状の一対の円筒形突起２４　ａ、２４
ｂがそれぞれ突設されている。

そして、これらの円筒形突起２４ａ、２４ｂがステータ
１６の各円形溝２２ａ、２２ｂ内にそれぞれ挿入されて
いる。さらに、粘性流体収容室１９内に配置されたロー
タ１５の回転軸１２ａの基端部には平板状のプロペラ２
５が固定されている。

なお、磁性流体は磁場の影響を受けると粘性が大きく変
化する流体であり、電磁石１７の通電制御にともないダ
ンパ本体１３のケース１４内の磁場を変化させることに
より、粘性流体収容室１９内の粘性流体Ｒの粘性抵抗を
変化させ、ロータ１５および滑車９ｂの回転速度を制御
する構成になっている。

また、磁性流体ダンパ１２の電磁石１７は例えばマイク
ロコンピュータおよびその周辺回路によって形成された
制御部２６に接続されている。さらに、この制御部２６
にはリニアモータ７が接続されていると、ともに、保持
ステージ４の位置センサ２７が接続されている。この位
置センサ２７はガイドレール３上に設定された保持ステ
ージ４の所定の停止位置に設置されており、この位置セ
ンサ２７からの検出信号が制御部２６に人力されるよう
になっている。そして、制御部２６にはりニアモータ７
の動作をデジタルサーボ制御して保持ステージ４をガイ
ドレール３上に設定された所定の停止位置で停止させる
停止位置制御ａ！能および保持ステージ４がガイドレー
ル３上の停止位置以外の場所に位置している状態で磁性
流体ダンパ１２の電磁石１７の通電を遮断状態で保持さ
せることにより、粘性流体収容室１つ内の粘性流体Ｒの
粘性抵抗を小さくし、保持ステージ４がガイドレール３
上の停止位置まで移動した状態で電磁石１７に通電して
粘性流体収容室１９内の粘性流体Ｒの粘性抵抗を大きく
するように磁性流体ダンパ１２の電磁石１７を制御する
粘性抵抗＄−１１１機能がそれぞれ設けられている。

次に、上記構成の作用について説明する。

まず、保持ステージ４がガイドレール３上の所定の停止
位置以外の場所に位置している状態、すなわち保持ステ
ージ４の移動中は磁性流体ダンパ１２の電磁石１７の通
電が遮断状態で保持される。

そのため、この状態では磁性流体ダンパ１２の粘性流体
収容室１９内の粘性流体Ｒが電磁石】７からの磁場の影
響を受けることがないので、粘性流体Ｒの粘性抵抗が小
さい状態で保持される。この場合、例えば粘性流体Ｒの
ベース溶媒として水を使用した場合には磁場がＯの状態
では粘性抵抗が略０に近いので、保持ステージ４を磁性
流体ダンパ１２の影響を受けることなく、円滑に移動さ
せることができ、保持ステージ４の移動スピードを高速
化することができる。

また、位置センサ２７からの検出信号にもとづいて制御
部２６によって保持ステージ４がガイドレール３上の停
止位置まで移動した状態が検出されると磁性流体ダンパ
１２の電磁石１７が通電される。そのため、この状態で
は磁性流体ダンパ１２の粘性流体収容室１９内の粘性流
体Ｒが電磁石１７からの磁場の影響を受け、磁性流体ダ
ンパ１２内の粘性流体Ｒの粘性抵抗、密度が増大するの
で、ロータ１５の回転軸１２ａのプロペラ２５に作用す
る抗力が増大し、滑車９ｂの回転抵抗が増大する。した
がって、従来のエアベアリングとりニアモータ等のステ
ージ駆動機構とを組み合わせた直動ステージのように保
持ステージ４をガイドレール３上の停止位置で停止させ
た場合にプラス・マイナス１パルスの範囲内で保持ステ
ージ４が振れることを防止することができるので、保持
ステージ４の位置決め誤差を低減し、保持ステプ４の位
置決め精度の向上を図ることができる。

さらに、エアベアリングからの空気圧によってガイドレ
ール３に対し、て保持ステージ４を非接触状態で保持さ
せるようにしたので、保持ステージ４の移動時にガイド
レール３と保持ステージ４との間のスティック・スリッ
プの発生を防止することができ、保持ステージ４の移動
動作を円滑化することができるとともに、保持ステージ
４の停止時には保持ステージ４をガイドレール３上の停
止位置で機械的にクランプした場合のような保持ステー
ジ４の停止時の塵埃の発生を防止することができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。例えば、上記実施例では回転式の磁性流体ダンパ１２
を使用した場合について示したが、直動式の磁性流体ダ
ンパ１２を直接保持ステージ４に取り付ける構成にして
もよい。さらに、その他この発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施できることは勿論である。

［発明の効果］ この発明によれば磁性流体からなる粘性流体の収容室内
に保持ステージの動作に連動する可動部材が配設された
ダンパ本体および収容室内の粘性流体の粘性抵抗を調整
する粘性抵抗調整部材を備え、収容室内の粘性流体の粘
性抵抗変化にともない保持ステージの動作抵抗を調整す
る磁性流体ダンパを設けるとともに、保持ステージをガ
イドレールに沿って進退動作させるステージ駆動機構の
動作をデジタルサーボ制御して保持ステージをガイドレ
ール上に設定された所定の停止位置で停止させる停止位
置制御機能および保持ステージがガイドレール上の停止
位置以外の場所に位置している状態で磁性流体ダンパの
粘性流体収容室内の粘性流体の粘性抵抗を小さくし、保
持ステージがガイドレール上の停止位置まで移動した状
態で粘性流体収容室内の粘性流体の粘性抵抗を大きくす
るように粘性抵抗調整部材を制御する粘性抵抗制御機能
を備えた制御部を設けたので、ガイドレールと保持ステ
ージとの間のスティック・スリップの発生や保持ステー
ジをガイドレール上の停止位置で停止させた場合の保持
ステージの振れを防止して位置決め精度の向上を図るこ
とができるとともに、保持ステージ停止時の塵埃の発生
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は位置
決め装置全体の概略構成図、第２図は磁性流体ダンパを
示す縦断面図である。 ３・・・ガイドレール、４・・・保持ステージ、７・・
・リニアモータ（ステージ駆動機溝）、１２・・・磁性
流体ダンパ、１３・・・ダンパ本体、１５・・・ロータ
（可動部材）、１７・・・電磁石（粘性抵抗調整部材）
、Ｒ・・・粘性流体、１９・・・粘性流体収容室、２５
・・・流人通路、 ２６・・・制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガイドレール上に配設された被保持体の保持ステージと
   、この保持ステージを前記ガイドレールに対して空気圧
   によって非接触状態で保持させるエアベアリングと、前
   記保持ステージを前記ガイドレールに沿って進退動作さ
   せるステージ駆動機構と、磁性流体からなる粘性流体の
   収容室内に前記保持ステージの動作に連動する可動部材
   が配設されたダンパ本体および前記収容室内の粘性流体
   の粘性抵抗を調整する粘性抵抗調整部材を備え、前記収
   容室内の粘性流体の粘性抵抗変化にともない前記保持ス
   テージの動作抵抗を調整する磁性流体ダンパと、前記ス
   テージ駆動機構の動作をデジタルサーボ制御して前記保
   持ステージを前記ガイドレール上に設定された所定の停
   止位置で停止させる停止位置制御機能および前記保持ス
   テージが前記ガイドレール上の停止位置以外の場所に位
   置している状態で前記磁性流体ダンパの粘性流体収容室
   内の粘性流体の粘性抵抗を小さくし、前記保持ステージ
   が前記ガイドレール上の停止位置まで移動した状態で前
   記粘性流体収容室内の粘性流体の粘性抵抗を大きくする
   ように前記粘性抵抗調整部材を制御する粘性抵抗制御機
   能を備えた制御部とを具備したことを特徴とする位置決
   め装置。