JPH05185347A - 微小位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボールスライド軸受にプリロードを加えてお
くことにより、上下方向に移動する移動ステージの送り
移動の精度を高める。 【構成】 基端側にマイクロメータヘッド７が設置され
ると共に、先端側に直立した側壁５が設置された架台４
上に、ボールスラスト軸受３ｂを介してスライド部材２
が支持されている。スライド部材２上には、斜めに設置
されたボールスライド軸受３ａを介して移動ステージ１
が支持されている。移動ステージ１には、側壁５と当接
するガイドローラ６が回転自在に支持されている。ま
た、架台４と移動ステージ１との間には、ばね１１が掛
けられていて、常時ボールスライド軸受３ａ，３ｂにプ
リロードが加わっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精度良く移動ステージ
を送り移動し得る微小位置決め装置に関し、半導体電子
デバイスや光デバイス等の製造に用いられる露光装置，
描画装置及び光学系調整装置などの微小位置決め装置に
採用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】図５から図７に従来の微小位置決め装置
を示す。ここで図５は従来の装置の平面図を表し、図６
は従来の装置の側面図を表し、図７は図６のB-B 矢視図
を表す。

【０００３】図６及び図７に示すように、移動ステージ
１は案内部材により垂直方向であるる上下方向に移動自
在に支持されている。即ち、移動ステージ１は、スライ
ド部材２との間に設けたボールスライド軸受３ａ及び架
台４の側壁５に接するガイドローラ６により、移動自在
に支持されている。また、スライド部材２は、図６及び
図７に示すように、架台４にボールスライド軸受３ｂを
介して水平方向に移動自在に支持されていて、例えばマ
イクロメータヘッド７の如きアクチュエータによって、
水平方向に付勢することができるようになっている。

【０００４】従って、図５及び図６に示すようなマイク
ロメータヘッド７によってスライド部材２が水平方向に
移動された場合、移動ステージ１はくさび効果によって
ガイドローラ６とボールスライド軸受３ａにガイドさ
れ、図６及び図７上、上下方向に移動することが出来、
任意の上下位置に位置決めすることが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しよとする課題】前述のように従来の微小
位置決め装置における移動ステージ１の案内部材とし
て、ボールスライド軸受３ａ，３ｂ及びガイドローラ６
を有するが、これらの案内部材に作用する力の大きさに
よって案内部材の弾性変形量が異なり、移動ステージ１
の位置が変化する。特に、軽負荷時には弾性体である、
例えばボールスライド軸受３ａ，３ｂのボール１３のコ
ンプライアンス（変形量／荷重）の値が大きくなり、位
置決め後に荷重が加わるとその位置が大きく変化してし
まう。

【０００６】従って、一定荷重での位置決め、あるいは
外力が変化しないときの位置決めでは問題とならない
が、移動ステージ１上の積載荷重が変ったり、移動ステ
ージ１に作用する外力が変わるときには、位置決め精度
が低下するという課題を有することとなる。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するもの
であって、案内部材の弾性変形量を低減して位置決め精
度の向上を図った微小位置決め装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による微小位置決
め装置は、水平方向に移動自在に第１の案内部材を介し
て架台に支持されるスライド部材と、該スライド部材の
上部に位置し且つ斜め方向に移動自在に第２の案内部材
を介して該スライド部材に支持される移動ステージと、
垂直に起立して形成され且つ該移動ステージの水平方向
への移動を阻止する側壁と、前記スライド部材を水平方
向に移動し得るアクチュエータとを有した位置決め装置
において、前記第１及び第２の案内部材にプリロードを
付与する弾性部材を、前記移動ステージと前記架台との
間に配設したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】アクチュエータを作動すると、スライド部材が
第１の案内部材に支持されつつ水平方向に移動し、垂直
に起立した側壁に対して接近あるいは離隔する。これに
伴って側壁に水平方向への移動が阻止されつつ第２の案
内部材により移動ステージが移動する。つまり、移動ス
テージは水平方向への移動が規制されている為、スライ
ド部材に対して相対的に斜め方向となる垂直方向に移動
する。

【００１０】このような位置決め動作に際して、弾性部
材によりプリロードが第１及び第２の案内部部材に加え
られていることから、これら案内部材の弾性変形量が縮
小される結果、コンプライアンスが低減されて、位置決
め精度が向上する。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例に係わる微小位置決め装置
を図１から図４に示し、これらの図に基づき本実施例を
説明する。尚、従来の技術等で説明した部材と同一の部
材には同一符号を付し、重複した説明を省略する。

【００１２】ここで図１は本実施例の装置の平面図を表
し、図２は本実施例の装置の側面図を表し、図３は図２
のA-A 矢視図を表す。

【００１３】これらの図に示すように、基端側にマイク
ロメータヘッド７が設置されると共に先端側に垂直に直
立した側壁５が設置された架台４上に、上側がテーパ状
に形成されたスライド部材２が支持されている。またス
ライド部材２の下部は、架台４との間に設置された第１
の案内部材であるボールスライド軸受３ｂにより水平方
向に移動自在に支持されており、同じくスライド部材２
の側部に前述のマイクロメータヘッド７の先端部が当接
している。従って、マイクロメータヘッド７を任意の回
転量だけ回転すると、スライド部材２がその回転量に対
応した移動量だけ水平方向に移動する。

【００１４】一方、スライド部材２の上部には、移動ス
テージ１が位置し、スライド部材２と移動ステージ１と
の間に斜めに設置された第２の案内部材であるボールス
ライド軸受３ａにより、図２上、右上側から左下側に沿
って斜め方向に移動自在に支持されている。そして、図
２上、移動ステージ１の左端側には、側壁５と当接しつ
つ側壁５に沿って滑らかに移動ステージ１を上下動し得
るガイドローラ６が回転自在に支持されている。

【００１５】また、移動ステージ１及び架台４には、そ
れぞれ水平方向に伸びるピン１２ａ，１２ｂが４対設け
られており、それぞれのピン１２ａ，１２ｂ間に弾性部
材であるばね１１がそれぞれ掛けられている。この為、
移動ステージ１と架台４との間に配設されたこれら４本
のばね１１により、移動ステージ１が常時、図２及び図
３上、下側の架台４に引き寄せられるようにばね１１の
弾性が作用することになる。

【００１６】以上より、マイクロメータヘッド７を任意
の回転量だけ回転すると、回転量に応じてスライド部材
２が移動し、さらに、側壁５にガイドローラ６で当接し
た移動ステージ１がスライド部材２の移動量に対応した
移動量だけ、ボールスライド軸受３ａ，３ｂに案内され
て上下動することになる。この際、ボールスライド軸受
３ａ，３ｂのボール１３は、移動ステージ１上に積載荷
重が加わっていない場合でも、ばね１１の弾性力により
プリロードが加わることになる。

【００１７】すなわち、ばね１１の弾性力は、案内部
材、即ち、ボールスライド軸受３ａ，３ｂにプリロード
として作用し、ボールスライド軸受３ａ，３ｂのボール
１３が弾性変形する。従って、このプリロードがかかっ
た状態での案内部材のコンプライアンスは、プリロード
がかかっていない状態でのコンプライアンスより著しく
小さくなる。

【００１８】これはボールの球面と平面との間のヘルツ
接触変形の関係式を表す下記の数１及びそのコンプライ
アンスの式を表す数２からも明らかなように、荷重Ｐが
大きほどコンプライアンスｄδ／ｄＰは小さくなるから
である。尚、ここでδは変形量である。

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで荷重とコンプライアンスとの関係を
確認する実験による測定結果の一例を図４に表し、この
図に基づき説明する。すなわち、横軸に荷重Ｐ（ｋｇ
ｆ）を示し、縦軸にコンプライアンスｄδ／ｄＰ（μｍ
／ｋｇｆ）を示すグラフであるこの図に、プリロード有
り，無しの測定値を表すこととする。尚、図上、プリロ
ード有りをＣとし、プリロード無しをＤとする。

【００２２】この図で明確なように、プリロード有りＣ
の場合、荷重１０ｋｇｆ以上ではそのコンプライアンス
は小さく、且つほぼ一定となる。これにより移動ステー
ジ１上の積載荷重が変わったり、移動ステージ１に作用
する外力が変わったりしたときにも、位置決め精度が低
下することのない、高精度な微小位置決め装置を提供す
ることが出来る。

【００２３】また、本実施例において、プリロードを与
える手段として、ばね等の弾性部材を採用しているの
で、その弾性力の調整が容易である。さらに、ボールス
ライド軸受等の軸受自身にプリロードを加える細工をし
なくて良いので低コストの軸受を採用することが可能と
なり、そして、案内部材であるボールスライド軸受のが
た付きもプリロードを加えることにより、解消すること
が出来、より高精度な位置決めが可能となる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の微小位置決め装置によれば、ス
ライド部材及び移動ステージを支持する案内部材に対し
てプリロードを付与する弾性部材を配設する構造とした
結果、案内部材の弾性変形量を低減し、位置決め精度の
向上を図ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる微小位置決め装置の
平面図である。

【図２】本発明の一実施例に係わる微小位置決め装置の
側面図である。

【図３】図２のA-A 矢視図である。

【図４】荷重とコンプライアンスとの関係を表すグラフ
を示す図である。

【図５】従来技術に係わる微小位置決め装置の平面図で
ある。

【図６】従来技術に係わる微小位置決め装置の側面図で
ある。

【図７】図６のB-B 矢視図である。

【符号の説明】

１ 移動ステージ ２ スライド部材 ３ａ，３ｂ ボールスライド軸受 ４ 架台 ５ 側壁 ６ ガイドローラ ７ マイクロメータヘッド １１ ばね １２ａ，１２ｂ ピン １３ ボール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に移動自在に第１の案内部材を
   介して架台に支持されるスライド部材と、該スライド部
   材の上部に位置し且つ斜め方向に移動自在に第２の案内
   部材を介して該スライド部材に支持される移動ステージ
   と、垂直に起立して形成され且つ該移動ステージの水平
   方向への移動を阻止する側壁と、前記スライド部材を水
   平方向に移動し得るアクチュエータとを有した位置決め
   装置において、 前記第１及び第２の案内部材にプリロードを付与する弾
   性部材を、前記移動ステージと前記架台との間に配設し
   たことを特徴とする微小位置決め装置。