JPH048441A

JPH048441A - ロック機構

Info

Publication number: JPH048441A
Application number: JP10980590A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yamazaki; 和則山崎; Fumiaki Sato; 文昭佐藤; Yoshiyuki Tomita; 良幸冨田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1992-01-13
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JP2921915B2

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］本発明はロック機構に関し、特に可動部材の位置決めを
行った擾その位置で可動部材をロックするのに適したロ
ック機構に関する。

制限的ではないか、微動機構を有する位置決めの機構に
おいて、微動機構の調節可能範囲内まで対象物を移動さ
せた後、ロックするのに適した中程度の運動機槽に用い
るのに適したロック機構である。

［従来の技術］精密加工装置等において、加工対象物を受は取った後、
その位置を調整して固定したい場合がある。このような
場合ロック装置か用いられる。

たとえば、半導体装置の製造において、′半導体ウェハ
を露光装置に装架する場合は、半導体ウェハを空圧等に
よって搬送し、ウェハチャック上に配置し、真空チャッ
ク等で半導体ウェハをウェハチャックに固定する。とこ
ろか、この半導体装置への搬送、装着の間に、半導体ウ
ェハがその所望位置からある程度ずれることはやむを得
ない、たとえば±１度弱の回転誤差が発生する。この露
光装置の位置決め精度が極めて高精度である場合、微動
調整装置ではこのようなずれを修正しきれない場合があ
る。たとえば秒以下の精度を持つ回転機構で何度という
回転を行なわせるのは無理が生じる。そこで、ある程度
粗い調整装置によって半導体ウェハを載せたウェハチャ
ックの位置を予備調整し、その位置でウェハチャックを
ロックすることが望まれる。また、半導体ウェハはその
規格によって厚さが４００μｍ程度から８００μｍ程度
と変化する。このように厚さの異なる半導体ウェハを装
着した状態でその表面を所定の高さにするためには、や
はり数百μｍ程度の調整を必要とし、調整後はロックす
るのが好ましい。

このような位置調整は、−旦行った後は露光工程終了ま
で固定しておけばよいので、ロック機構を設けるのが便
宜である。

このようなロック機構を構成する形式として、空圧・液
圧を利用したもの、電磁的力を利用したもの等が考えら
れる。ところが、空気圧を利用したものは、法規制上扱
える圧力範囲が１０ｋｇ／ｃｊ以下と低く、結果として
生じる力が１−で１０ｋｒ以下と小さい、液圧を利用し
たものは１ｄで数百ｋＫと十分高い力を発生することが
できるが、液体の配管を必要とし、それに伴う液洩れの
可能性が生じる。半導体装置の製造工程等においては、
油等による汚染は厳重に管理しなければならないので、
液圧駆動ロック装置は用い難い、を磁的力を利用するも
のとして、たとえばボイスコイルモータ等があるが、力
を発生させている間、コイル等に電流を流す必要があり
、電流に伴って発熱を伴う、高精度の位１決め装置に発
熱源を配置すると温度変化を生じさせることになる。温
度が変化すると熱膨張により位置決め精度が変化してし
まう。

すなわち、温度変化を生じると、望みの精度を得にくい
ことになる。

［発明が解決しようとする課題］以上説明したように、従来の技術によれば、雰囲気を汚
染する心配なしに、十分高い力を発生することができ、
かつ実質的な発熱を伴わない高精度のロック装置は得ら
れなかった。

本発明の目的は、汚染や発熱の問題を生じることなしに
、十分高い力を発生することのできるロック装置を提供
することである。

［課題を解決するための手段］本発明のロック装置は互いに嵌合した状態で相対的に運
動可能な一対の部材と、前記一対の部材の一方に固定さ
れ、電気的信号によって伸縮する圧電アクチュエータと
、前記圧電アクチュエータに取り付けられ、圧電アクチ
ュエータが励起された時前記一対の部材の他方に当接し
て摩擦によって前記一対の部材の相対的運動をロックす
る接触部材を有する。

［作用Ｊ圧電アクチュエータは、基本的には伸び縮みする瞬間し
か電流を必要とせず、静止した状態では積層間のリーク
電流がわずかに流れるが、発熱はほとんど生じない、圧
電アクチュエータの発生する力は十分大きいので、確実
なロックができる。

［実施例コ第１図、第２図に本発明の実施例による、回転・並進ロ
ック装置を示す、第１図は平面図、第２図は断面図であ
る。十分高い則性を有する円筒状のハウジング６の内に
、ロック機構を含んだ円板状プレートベース７が配置さ
れている。プレートベース７は、対象物を載置する構造
を有し、図示しないアクチュエータによって駆動され、
第２図により明確に示されるように、円筒の軸方向（Ｚ
方向）と円周方向（θ方向）とに移動できる構造である
。プレートベース７には４つの圧電アクチュエータ１が
９０度間隔で取り付けられている。

圧電アクチュエータはたとえば６ｍｍ角の積層型で数十
々程度の力を発生できるものである。各圧電アクチュエ
ータ１は、その一端をグレートベース７に固定され、他
端を半径方向外側に向かって駆動できる構造となってい
る。圧電アクチュエータ１の他端側には、プレートベー
ス７に固定された弾性ヒンジ２が形成されている。

弾性ヒンジ２は、第３図に簡略化し、かつ拡大して示す
ように、平行な薄板２ａと２ｂが厚さ方向に弾性変形可
能に形成されており、対向する２辺の長さは等しく形成
されている。従って、対向辺は平行であり、矢印で示す
一方向にのみ弾性変形が容易に構成されている。従って
、圧電アクチュエータ１が矢印の方向に伸びようとする
と、弾性ヒンジ２ａ、２ｂが矢印方向に弾性変形し、シ
ュー５を押す構造となっている。なお、弾性ヒンジ２は
矢印方向以外には削性が高く、はとんど変形しない、こ
のため圧電アクチュエータ１に横方向の力が印加される
ことが防止されている。

第１図の構造では、シュー５と圧電アクチュエータ１の
中間に、距離を調整するための一対のウェッジ３．４が
設けられている。すなわち、圧；アクチュエータ１の自
由端に、第２ウエツジ４か結合され、その上にネジ８に
よって直角方向に移動可能な第１ウエツジ３か係合して
いる。第２ウエツジ４は、弾性ヒンジ２の可動側に固定
され、圧電アクチュエータ１によって軸方向に駆動され
る。そして第２ウエツジ４の長面は軸と垂直な面に対し
て傾いて形成されている。第１ウエツジ３は軸と垂直な
面に対して傾いた係合面を有し、第２ウエツジ４の面を
係合する。第１ウエツジかネジ８で移動されるど、ウェ
ッジ４を圧電アクチュエータ１の軸方向に押す、または
それと逆の運動を行なう構造となっている。圧電アクチ
ュエータ１として、積層圧電素子等を用いた場合、長さ
がばらついたり、眉間の遊び等のため低電圧での特性か
ばらつくことが多い。第１ウエツジ３を調整して圧電ア
クチュエータ１に適度の予圧を与えると眉間の遊びかな
くなり、特性を線形化することができる。また、与える
電圧変化に対して得れる変位量、応力か均質化する。シ
ュー５はハウジング６の内壁に押し付けられる部材であ
るが、移動可能な状態ではハウジング６の内壁との間に
、数十μｍ程度のギャップを形成する。ロックする際に
は、圧電アクチュエータ１を駆動して、弾性ヒンジ２を
変形させ、シュー５をハウジング６の内壁に押し付ける
。この動作に必要な電圧の絶対値は各電圧アクチュエー
タによって異なるが、ウェッジ３．４によって所定の与
圧を生じさせた後に電圧駆動させれば特性のばらつきは
均質化される。

圧電アクチュエータ１は電圧駆動されることにより、た
とえば数＋ｋｔ程度の十分高い力を発生し、摩擦力によ
ってハウジング６とプレートベース７とを固定する。

第１図、第２図に示す回転・並進ロック装置が、半導体
露光装置の一部を構成する場合の操作を以下に説明する
。先ず、ネジ８によって第１ウエツジ３を圧電アクチュ
エータの軸と垂直方向に動がし、その力を第２ウエツジ
４に伝えて、圧電アクチュエータ１の軸方向に第２ウエ
ツジ４を移動させ、圧電アクチュエータ１に所定の予圧
を与える。

与える与圧を一定範囲に納めることにより、平行リンク
構造の弾性ヒンジ２も一定範囲の変形を生じる。このよ
うにしてシュー５とハウジング６との隙間を調整してお
く。

次に、半導体ウェハをプレートベース７上のウェハチャ
ックに装填する。この際、半導体ウェハのオリエンテー
ションフラットが円周方向に１度程度の位置ずれを生じ
るとする。また、半導体ウェハの厚さは、その径等によ
り数百μｍ異なる。

この円周方向のずれと厚さ方向のバラツキを所定の規格
に合うように調整する。この調整は図示しない２軸方向
のアクチュエータ等によって実行される。

位置決めがなされた後、圧電アクチュエータ１の駆動電
源をオンにする。圧電アクチュエータ１が伸び、その伸
びが弾性ヒンジ２に伝えられる。

弾性ヒンジ２は平行リンク１ｌｌＩ造を有し、圧電アク
チュエータの軸方向以外の移動は拘束されているか、圧
電アクチュエータの軸方向には弾性変形する。最終的に
、弾性ヒンジ２に固定されているシュー５がハウジング
６の内壁に達し、摩擦力で接触点を不動のものとしてθ
と２の２方向をロックする。

圧電アクチュエータは、基本的には伸び縮みする間は、
電流か流れ電力を消費するが、変形を終えた後は、積層
間のリーク電流が流れる以外を流を要さない、このため
発熱がほとんど発生しない。

ロック装置の温度を変化させないので、高い精度を実現
しやすい、圧電アクチュエータは、発生する力が大きい
ので、摩擦により確実なロックを行うことができる。

以上、円筒状のハウジング内に円盤状のプレートベース
が納められ、４方向に圧電アクチュエータか設けられた
構造を説明したが、その他種々の構造を取ることもでき
る。

第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の他の実施例
を概略的に示す。

第４図（Ａ）は、円筒状のハウジング１２内に円盤状の
可動部材１１を配置し、可動部材１１の３方向からハウ
ジング１２に向かって圧電アクチュエータ１が突出する
構造を示す、３点で可動部材１１をハウジング１２に対
してロックすることにより、可動部材１１を固定化し、
θ、Ｚ方向等に固定することかできる。このようにロッ
クする場所は２軸方向以上あれば安定なロックが行なえ
る。

第４図（Ｂ）は、円形断面でなく、矩形断面を有するハ
ウジングと可動部材の場合を示す、矩形平面上の可動部
材１３が中空の角柱形状ハウジング１４内に納められ、
その４辺上に圧電アクチュエータが設けられている。ｘ
ｙ力方向調整に適した構造である。動作はほぼ第１図の
場合と同様である。

第４図（Ｃ）は、軸方向の調整は行なわず、平面内方向
の位１合わせを行う場合を示す、平面状可動部材１５は
、その面内方向に位置を調整し、ハウジング１６の下面
に圧電アクチュエータ１によって押し付けられてロック
される。平面内の運動は１軸方向でも２軸方向でもよい
。

以上微小変位を行なうステージ装置と結合されなロック
装置を説明したが、本発明は微小変位に限られない、た
とえば円周方向に３６０度の調整を行なう場合であって
もよい、線形変位についても同様である。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない、たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、発熱を伴わず、
十分な力でロックすることができ、雰囲気を汚染する可
能性の少ないロック装置が提供される。

明するための概略図、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の他の実施例
を示す概略図である。

圧電アクチュエータ弾性ヒンジ第１ウエツジ第２ウエツジシューハウジングプレートベースネジ

【図面の簡単な説明】

第１図は、回転・並進ロック装置を示す平面図、第２図
は、第１図に示す回転、並進ロック装置の断面図、第３図は圧電アクチュエータと弾性ヒンジを説特許出願
人　住友重機械工業株式会社復代理人　弁理士　高橋　敬四部回転並進ロック装置第２図圧電アクチュエータと弾性ヒンジ第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、互いに嵌合した状態で相対的に運動可能な一対
の部材と、前記一対の部材の一方に固定され、電気的信号によって
伸縮する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエー
タに取り付けられ、圧電アクチュエータが励起された時
前記一対の部材の他方に当接して摩擦によって前記一対
の部材の相対的運動をロックする接触部材とを有するロ
ック機構。
（２）、前記一対の部材が空洞を有する第１部材と前記
空洞内に挿入された第２部材であり、前記相対的運動は
所定方向の並進運動と前記所定方向の周りの回転運動で
あり、前記アクチュエータは少なくとも二軸方向に設け
られている請求項１記載のロック機構。