JPS6234736A - クランプ機構 - Google Patents
クランプ機構Info
- Publication number
- JPS6234736A JPS6234736A JP17139685A JP17139685A JPS6234736A JP S6234736 A JPS6234736 A JP S6234736A JP 17139685 A JP17139685 A JP 17139685A JP 17139685 A JP17139685 A JP 17139685A JP S6234736 A JPS6234736 A JP S6234736A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- clamping
- movement stage
- clamped
- coarse movement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/28—Means for securing sliding members in any desired position
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2121/00—Type of actuator operation force
- F16D2121/18—Electric or magnetic
- F16D2121/28—Electric or magnetic using electrostrictive or magnetostrictive elements, e.g. piezoelectric elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Clamps And Clips (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
X−Yステージなどのような移動体を、振動や変位ずれ
を伴うことなく確実に固定するために、移動体の被クラ
ンプ部をクランプする手段として、圧電素子を使用し、
圧電素子に電圧を印加して変位を発生させることでクラ
ンプを行なう。
を伴うことなく確実に固定するために、移動体の被クラ
ンプ部をクランプする手段として、圧電素子を使用し、
圧電素子に電圧を印加して変位を発生させることでクラ
ンプを行なう。
本発明は、半導体製造装置に使用されるX−Yステージ
などのように精度を要する装置において、移動体を固定
するクランプ機構、特に高精度で位置決めを行なうため
に粗調と微調の2段構造を有するX−Yステージの粗動
ステージのクランプ機構に関する。
などのように精度を要する装置において、移動体を固定
するクランプ機構、特に高精度で位置決めを行なうため
に粗調と微調の2段構造を有するX−Yステージの粗動
ステージのクランプ機構に関する。
第6図はX−Yステージの概要を示す斜視図である。ベ
ース1上には、粗動ステージ2がi置され、X軸案内溝
3xでX方向に案内され、Y軸案内レール3yでY方向
に案内される。粗動ステージ2上には、微動ステージ4
が弾性支持体5・・・を介して載置支持されている。
ース1上には、粗動ステージ2がi置され、X軸案内溝
3xでX方向に案内され、Y軸案内レール3yでY方向
に案内される。粗動ステージ2上には、微動ステージ4
が弾性支持体5・・・を介して載置支持されている。
粗動ステージ2は、XモータMxでX方向に駆動され、
YモータMyでY方向に駆動され、高速移動する。また
粗動ステージ2には、圧電素子6.7、8が取付けられ
、それぞれの自由端が微動ステージ4に連結されている
。したがって圧電素子6.7を同じ方向に伸縮させるこ
とで、微動ステージ4がY方向に微小移動し、圧電素子
6.7の片方を伸長、他方を縮小させることで、微動ス
テージ4が微小回転する。また圧電素子8を伸縮させる
ことで、微動ステージ4がX方向に微小移動する。
YモータMyでY方向に駆動され、高速移動する。また
粗動ステージ2には、圧電素子6.7、8が取付けられ
、それぞれの自由端が微動ステージ4に連結されている
。したがって圧電素子6.7を同じ方向に伸縮させるこ
とで、微動ステージ4がY方向に微小移動し、圧電素子
6.7の片方を伸長、他方を縮小させることで、微動ス
テージ4が微小回転する。また圧電素子8を伸縮させる
ことで、微動ステージ4がX方向に微小移動する。
そして微動ステージ4上にワークなどを載置して、微細
加工や測定などの作業を行なう。
加工や測定などの作業を行なう。
微動ステージ4を所定位置に位置決めするには、まずX
−YモータMX% Myで粗動ステージ2を移動させ、
大まかな位置決めを行なう。次いで圧電素子6.7.8
によって、微動ステージ4を高精度に位置決めする。
−YモータMX% Myで粗動ステージ2を移動させ、
大まかな位置決めを行なう。次いで圧電素子6.7.8
によって、微動ステージ4を高精度に位置決めする。
ところが微動ステージ4を位置決めする際に、粗動ステ
ージ2が振動などで動くと、粗動ステージ2上の微動ス
テージ4の位置も狂ってくるので、粗動ステージ2の底
に摩擦の大きい摺動子9・・・を取付け、粗動ステージ
2の安定性を良くしている。
ージ2が振動などで動くと、粗動ステージ2上の微動ス
テージ4の位置も狂ってくるので、粗動ステージ2の底
に摩擦の大きい摺動子9・・・を取付け、粗動ステージ
2の安定性を良くしている。
しかしながら摺動子9・・・を使用しただけでは、微動
ステージ4が急速に移動したりして、衝撃が大きい場合
は、粗動ステージ2の動きを確実に防止することはでき
ない。また摺動子9・・・が、粗動ステージ2の移動に
対し制動作用を及ぼすため、粗動ステージ2の高速動作
が阻害される。
ステージ4が急速に移動したりして、衝撃が大きい場合
は、粗動ステージ2の動きを確実に防止することはでき
ない。また摺動子9・・・が、粗動ステージ2の移動に
対し制動作用を及ぼすため、粗動ステージ2の高速動作
が阻害される。
そこで固定を要するときのみ、特別のクランプ機構で粗
動ステージ2をクランプし固定してから、微動ステージ
4を駆動することが提案されている。
動ステージ2をクランプし固定してから、微動ステージ
4を駆動することが提案されている。
このクランプ機構は、電磁石などを駆動源とし、停止時
には粗動ステージ側を完全にクランプするが、粗動ステ
ージが移動する際は、クランプを解除するものである。
には粗動ステージ側を完全にクランプするが、粗動ステ
ージが移動する際は、クランプを解除するものである。
ところがこの構造では、電磁石の吸引動作時に機械的な
衝撃を伴ない、ステージの位置が狂ったり、振動が残る
などの問題がある。また充分なりランプ力が得られない
、と同時に電磁石から発生する熱がステージの精度を低
下させる。
衝撃を伴ない、ステージの位置が狂ったり、振動が残る
などの問題がある。また充分なりランプ力が得られない
、と同時に電磁石から発生する熱がステージの精度を低
下させる。
本発明の技術的課題は、従来のクランプ機構におけるこ
のような問題を解消し、衝撃や振動を伴うことなしに、
かつ確実に粗動ステージなどのクランプを行なえるよう
にすることにある。
のような問題を解消し、衝撃や振動を伴うことなしに、
かつ確実に粗動ステージなどのクランプを行なえるよう
にすることにある。
第1図は本発明によるクランプ機構の基本原理を説明す
る側面図である。10は移動体であり、その一部に被ク
ランプ部11を有している。あるいは移動体10に被ク
ランプ部11が連結され、一体的に移動する。12.1
3は固定側であり、被クランプ部11に対応する位置に
、圧電素子14.15を備えている。これらの圧電素子
14.15は、印加電圧のオン・オフで矢印aIsa1
方向に変位する。被クランプ部11の形状は、ブロック
状や板状、円柱状など任意でよい。なお圧電素子は、1
4または15の片方のみでも足りる。
る側面図である。10は移動体であり、その一部に被ク
ランプ部11を有している。あるいは移動体10に被ク
ランプ部11が連結され、一体的に移動する。12.1
3は固定側であり、被クランプ部11に対応する位置に
、圧電素子14.15を備えている。これらの圧電素子
14.15は、印加電圧のオン・オフで矢印aIsa1
方向に変位する。被クランプ部11の形状は、ブロック
状や板状、円柱状など任意でよい。なお圧電素子は、1
4または15の片方のみでも足りる。
移動体10は、矢印a1、a2方向と垂直方向の面内で
移動できるが、この移動体10が所定位置まで移動じて
停止し、圧電素子14.15に駆動電圧が印加されると
、圧電素子14.15が矢印alsa2方向に伸長し、
被クランプ部11に当接する。この当接力で被クランプ
部11が挟持され、クランプされる。また圧電素子(P
ZT) 14.15は、電圧によって微小変位を制御で
きるため、圧電素子14.15の変位速度を制御するこ
とで、衝撃を伴なわない柔らかいクランプ動作が可能と
なる。圧電素子が14または15の片方しかない場合は
、片方の圧電素子と被クランプ部との間の摩擦力でクラ
ンプ作用が行なわれる。
移動できるが、この移動体10が所定位置まで移動じて
停止し、圧電素子14.15に駆動電圧が印加されると
、圧電素子14.15が矢印alsa2方向に伸長し、
被クランプ部11に当接する。この当接力で被クランプ
部11が挟持され、クランプされる。また圧電素子(P
ZT) 14.15は、電圧によって微小変位を制御で
きるため、圧電素子14.15の変位速度を制御するこ
とで、衝撃を伴なわない柔らかいクランプ動作が可能と
なる。圧電素子が14または15の片方しかない場合は
、片方の圧電素子と被クランプ部との間の摩擦力でクラ
ンプ作用が行なわれる。
次に本発明によるクランプ機構が実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第2図は本発明を1軸
の直動ステージに適用した例である。ベース1上に載置
された粗動ステージ16は、ガイド17によってX方向
にのみ移動可能となっている。微動ステージ4は、粗動
ステージ10上に、X−Y方向に微小移動可能に支持さ
れているが、その詳細は省略されている。
化されるかを実施例で説明する。第2図は本発明を1軸
の直動ステージに適用した例である。ベース1上に載置
された粗動ステージ16は、ガイド17によってX方向
にのみ移動可能となっている。微動ステージ4は、粗動
ステージ10上に、X−Y方向に微小移動可能に支持さ
れているが、その詳細は省略されている。
粗動ステージ16には、その移動方向と直角方向の側縁
に被クランプ部11が一体的に取付けられている。該被
クランプ部11を上下から挟むように、クランプアーム
12.13が配設され、両クランプアーム12.13は
、基部を介してコ字状に一体化され、クランパー18を
構成している。そして上下のクランプアーム12.13
の互いに対向する内面に、圧電素子14、15が取付は
支持されている。19は圧電素子14のリード線である
。コ字状クランパー18の上下の面は、仮バネ20.2
1を介して、装置本体22側に取付けられている。
に被クランプ部11が一体的に取付けられている。該被
クランプ部11を上下から挟むように、クランプアーム
12.13が配設され、両クランプアーム12.13は
、基部を介してコ字状に一体化され、クランパー18を
構成している。そして上下のクランプアーム12.13
の互いに対向する内面に、圧電素子14、15が取付は
支持されている。19は圧電素子14のリード線である
。コ字状クランパー18の上下の面は、仮バネ20.2
1を介して、装置本体22側に取付けられている。
この実施例において、圧電素子14.15が電圧印加さ
れていない状態では、両圧電素子14.15は伸長せず
、被クランプ部11にクランプ力は作用しない。したが
って粗動ステージ16は、X方向に移動できる。粗動ス
テージ16が所定位置まで高速移動して粗動が終了した
後、微動ステージの駆動に先立って、圧電素子14.1
5に電圧を印加すると、両圧電素子14.15が伸長し
て被クランプ部11に当接する。このとき被クランプ部
11に加わる当接力で、被クランプ部11がクランプさ
れ固定される。また圧電素子14.15に印加する電圧
を徐々に上げることで、被クランプ部11への当接力を
次第に増大できるので、クランプ時に機械的な振動が発
生するようなことはない。圧電素子は強力な押圧力を発
生するので、クランプ力も強力であり、粗動ステージ1
6に大きな衝撃力を発生する場合でも、充分に適応して
確実にクランプできる。
れていない状態では、両圧電素子14.15は伸長せず
、被クランプ部11にクランプ力は作用しない。したが
って粗動ステージ16は、X方向に移動できる。粗動ス
テージ16が所定位置まで高速移動して粗動が終了した
後、微動ステージの駆動に先立って、圧電素子14.1
5に電圧を印加すると、両圧電素子14.15が伸長し
て被クランプ部11に当接する。このとき被クランプ部
11に加わる当接力で、被クランプ部11がクランプさ
れ固定される。また圧電素子14.15に印加する電圧
を徐々に上げることで、被クランプ部11への当接力を
次第に増大できるので、クランプ時に機械的な振動が発
生するようなことはない。圧電素子は強力な押圧力を発
生するので、クランプ力も強力であり、粗動ステージ1
6に大きな衝撃力を発生する場合でも、充分に適応して
確実にクランプできる。
第2図の実施例における上下の圧電素子14.15から
被クランプ部11に加わる当接力がバランスしておれば
問題ないが、それぞれの圧電素子14.15と被クラン
プ部11間の隙間の違いや、両圧電素子14.15の特
性のバラツキにより、被クランプ部11に上向きまたは
下向きの力が作用することがある。
被クランプ部11に加わる当接力がバランスしておれば
問題ないが、それぞれの圧電素子14.15と被クラン
プ部11間の隙間の違いや、両圧電素子14.15の特
性のバラツキにより、被クランプ部11に上向きまたは
下向きの力が作用することがある。
このような場合は、仮バネ20.21が上下方向にのみ
変形し、粗動ステージ16の移動方向には変形できない
ので、上下方向の力に対してクランパー18が自動的に
追従変位でき、安定良く粗動ステージ16をクランプで
きる。
変形し、粗動ステージ16の移動方向には変形できない
ので、上下方向の力に対してクランパー18が自動的に
追従変位でき、安定良く粗動ステージ16をクランプで
きる。
第3図は本発明の別の実施例であり、被クランプ部とし
て円柱状体23を備え、粗動ステージ16に一体的に固
設されている。この円柱状被クランプ部23の外周を取
り巻くように、円筒状に圧電素子24を形成して、円筒
状クランパー25を構成している。そしてこの円筒状ク
ランパー25を、第2図と同様に仮バネ20.21を介
して装置本体22に固定する。このように円柱状体23
を外周から圧電素子24で締め付けることで、より強固
なりランプ効果が得られる。圧電素子24は、電圧を印
加したとき伸長してクランプすることも、電圧印加時に
縮小してアンクランプ状態となり、電圧オフでクランプ
状態とすることもできる。また圧電素子と移動体との間
の摺動部に、摩耗防止のために或いは摩擦率増大のため
にパッドなどを介在させることもできる。
て円柱状体23を備え、粗動ステージ16に一体的に固
設されている。この円柱状被クランプ部23の外周を取
り巻くように、円筒状に圧電素子24を形成して、円筒
状クランパー25を構成している。そしてこの円筒状ク
ランパー25を、第2図と同様に仮バネ20.21を介
して装置本体22に固定する。このように円柱状体23
を外周から圧電素子24で締め付けることで、より強固
なりランプ効果が得られる。圧電素子24は、電圧を印
加したとき伸長してクランプすることも、電圧印加時に
縮小してアンクランプ状態となり、電圧オフでクランプ
状態とすることもできる。また圧電素子と移動体との間
の摺動部に、摩耗防止のために或いは摩擦率増大のため
にパッドなどを介在させることもできる。
このように圧電素子でクランプを行なう場合は、第4図
のように、圧電素子14.15を圧電素子制御回路26
に接続し、圧電素子14.15への印加電圧を制御する
ことで、クランプ動作の制御が可能となる。第5図はこ
のクランプ動作のフローチャートである。まずステップ
S1に示すように、粗動ステージ16のサーボ動作より
、粗動ステージ16の粗動位置決めを行なう、そしてス
テップS2で粗動動作が終了した後、ステップS3にお
いて、上下2個の圧電素子14.15に同時に電圧を印
加し、かつ徐々に増圧していく、粗動ステージ16のク
ランプ動作が終了したことが、ステップS4で検出され
たら、ステップS5で微動ステージ4の位置決め動作を
開始する。このように印加電圧を徐々に上げていくこと
で、クランプ力を次第に大きくし、衝撃や振動を伴うこ
となくクランプできる。
のように、圧電素子14.15を圧電素子制御回路26
に接続し、圧電素子14.15への印加電圧を制御する
ことで、クランプ動作の制御が可能となる。第5図はこ
のクランプ動作のフローチャートである。まずステップ
S1に示すように、粗動ステージ16のサーボ動作より
、粗動ステージ16の粗動位置決めを行なう、そしてス
テップS2で粗動動作が終了した後、ステップS3にお
いて、上下2個の圧電素子14.15に同時に電圧を印
加し、かつ徐々に増圧していく、粗動ステージ16のク
ランプ動作が終了したことが、ステップS4で検出され
たら、ステップS5で微動ステージ4の位置決め動作を
開始する。このように印加電圧を徐々に上げていくこと
で、クランプ力を次第に大きくし、衝撃や振動を伴うこ
となくクランプできる。
なお移動体として、直線運動する粗動ステージ16を例
示したが、回転方向に移動するステージ、あるいはステ
ージ以外の物体の直線運動や回転運動、円運動などを停
止させるクランプ手段、または制動手段としても適用で
きることはいうまでもない。
示したが、回転方向に移動するステージ、あるいはステ
ージ以外の物体の直線運動や回転運動、円運動などを停
止させるクランプ手段、または制動手段としても適用で
きることはいうまでもない。
このようにクランプ部に圧電素子を使用し、電圧を印加
した際の圧電素子の変位を利用して被クランプにクラン
プ力を加える構成となっている。
した際の圧電素子の変位を利用して被クランプにクラン
プ力を加える構成となっている。
そのため印加電圧を制御することで、クランプ時の衝撃
や振動を未然に防止でき、また強力なりランプ力を得る
ことができる。電磁石を使用する場合は、コイル部から
の発熱がステージに伝わって精度を低下させるが、圧電
素子の場合は、発熱による問題も発生しない。
や振動を未然に防止でき、また強力なりランプ力を得る
ことができる。電磁石を使用する場合は、コイル部から
の発熱がステージに伝わって精度を低下させるが、圧電
素子の場合は、発熱による問題も発生しない。
第1図は本発明によるクランプ機構の基本原理を説明す
る側面図、第2図は本発明によるクランプ機構の第1の
実施例を示す斜視図、第3図は本発明の別の実施例を示
す要部斜視図、第4図は圧電素子の制御回路を示す図、
第5図はクランプ動作のフローチャート、第6図は従来
のX−Yステージを示す斜視図である。 図において、4は微動ステージ、10は移動体、11.
23は被クランプ部、14.15.24は圧電素子、1
6は粗動ステージをそれぞれ示す。 乍N 別の突か1列 第3図 L電素子制卯1路 第4図 クラ)ア動作のフロー去ヤード 第5図 従来のx−y’ステージ 第6図
る側面図、第2図は本発明によるクランプ機構の第1の
実施例を示す斜視図、第3図は本発明の別の実施例を示
す要部斜視図、第4図は圧電素子の制御回路を示す図、
第5図はクランプ動作のフローチャート、第6図は従来
のX−Yステージを示す斜視図である。 図において、4は微動ステージ、10は移動体、11.
23は被クランプ部、14.15.24は圧電素子、1
6は粗動ステージをそれぞれ示す。 乍N 別の突か1列 第3図 L電素子制卯1路 第4図 クラ)ア動作のフロー去ヤード 第5図 従来のx−y’ステージ 第6図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 移動体(10)をクランプして固定するクランプ機構で
あって、 移動体(10)の被クランプ部(11)に対応する位置
にクランプ手段を設け、該クランプ手段には、被クラン
プ部(11)の少なくとも片側に対応する位置に、圧電
素子(14)及び/又は(15)を取付け、該圧電素子
(14)及び/又は(15)に電圧を印加した際に発生
する圧電素子の変位によって、被クランプ部(11)と
の間にクランプ力を発生する構成となっていることを特
徴とするクランプ機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17139685A JPS6234736A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | クランプ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17139685A JPS6234736A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | クランプ機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6234736A true JPS6234736A (ja) | 1987-02-14 |
Family
ID=15922378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17139685A Pending JPS6234736A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | クランプ機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6234736A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6427802A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-30 | Okuma Machinery Works Ltd | Clamping device for moving body |
-
1985
- 1985-08-02 JP JP17139685A patent/JPS6234736A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6427802A (en) * | 1987-07-17 | 1989-01-30 | Okuma Machinery Works Ltd | Clamping device for moving body |
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