JP5407277B2

JP5407277B2 - Ｘｙステージ装置

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Publication number: JP5407277B2
Application number: JP2008275848A
Authority: JP
Inventors: 浩齋藤; 賢治中村; 英之小島; 浩昭今泉
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP2010099814A

Description

本発明は、搬送ステージをＸＹ直交座標系で位置決めできるようにしてあるＸＹステージ装置に関するものである。

一般に、工作機械等において、ワークやその他の位置決め対象物を、搬送ステージに載置した状態で、直交する二軸方向、すなわち、ＸＹ直交座標系の所望の位置に位置決めするための装置としてＸＹステージ装置が知られている。

この種のＸＹステージ装置の１つとしては、たとえば、図７及び図８にその一例の概略を示す如きものが提案されている。

すなわち、上記ＸＹステージ装置は、上面が、搬送ステージとしてのＸＹステージ本体２をＸＹ２次元方向に移動自在に支持するガイド面としてあるベース（ウエハベース定盤）１を備える。

上記ベース１のＸ軸方向の両側位置には、Ｙ軸方向に延びる固定子３ａと可動子３ｂからなるシャフトモータであるＹ軸方向駆動モータ３をそれぞれ配置して、該各Ｙ軸方向駆動モータ３の固定子３ａの長手方向両端部が、上記ベース１の外側の床面に設置した支持部材４上に、保持部材５を介して取り付けてある。

上記ベース１の上側には、Ｘ軸方向に延びる上面が開口した中空容器からなり且つ底面に複数のエアパッド６ａを備えたエアパッド支持部材６を載置して、該エアパッド支持部材６の長手方向両端部が、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３の可動子３ｂの上側にそれぞれ取り付けてある。

更に、上記エアパッド支持部材６の内側には、Ｘ軸方向に延びる固定子７ａと可動子７ｂからなるシャフトモータであるＸ軸方向駆動モータ７を配置して、上記固定子７ａの長手方向両端部が、上記エアパッド支持部材６の長手方向両端部の内側に保持機構８を介してそれぞれ取り付けてある。

上記エアパッド支持部材６には、上記ＸＹステージ本体２の底面側に設けてある凹溝を嵌合させて、該ＸＹステージ本体２が上記エアパッド支持部材６にガイドされてＸ軸方向にスライドできるようにすると共に、上記ＸＹステージ本体２の凹溝内側の底面に、上記エアパッド支持部材６の内側に配接してある上記Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂを取り付けた構成としてある。

以上の構成としてあるＸＹステージ装置によれば、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３の各可動子３ｂを固定子３ａに沿わせて同期して駆動することで、上記各可動子３ｂに取り付けてある上記エアパッド支持部材６と一緒に上記ＸＹステージ本体２をＹ軸方向へ移動させることができ、又、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂを固定子７ａに沿わせて駆動することで、該可動子７ｂと一体に上記ＸＹステージ本体２をＸ軸方向へ移動させることができるようにしてある。

したがって、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３及びＸ軸方向駆動モータ７の駆動を組み合わせることで、上記ＸＹステージ本体２を、上記ベース１上にてＸＹ直交座標系の任意の位置に位置決めできるようにしてある。

なお、上記ＸＹステージ装置では、Ｘ軸方向駆動モータ７及び各Ｙ軸方向駆動モータ３を、いずれも固定子７ａ，３ａと可動子７ｂ，３ｂが非接触となるシャフトモータとしてあるために、たとえば、上記Ｘ軸方向駆動モータ７を駆動して可動子７ｂと一体にＸＹステージ本体２をＸ軸方向に高速で移動させると、加速時の反力が固定子７ａに作用する。そのため、該反力が上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａより各保持機構８及びエアパッド支持部材６を介して上記Ｘ軸方向駆動モータ７に直交して配置してある各Ｙ軸方向駆動モータ３の可動子３ｂに伝えられるようになると、該Ｙ軸方向駆動モータ３における可動子３ｂと固定子３ａとの間隔が変動して、該固定子３ａが振動する虞が懸念される。

そこで、上記ＸＹステージ装置では、上記エアパッド支持部材６の長手方向両端部の内側に設けて上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａの長手方向両端部をそれぞれ保持するための保持機構８を、図８に示す如く、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａの各端部を挿入配置するための丸穴を備えたハウジング９と、該ハウジング９と上記固定子７ａの長手方向の各端面との間に介装したピエゾ素子からなる第１のアクチュエータ１０と、上記ハウジング９の内周面と上記固定子７ａの各端部外周面との間に介装したピエゾ素子からなる第２のアクチュエータ１１とからなる構成として、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂを駆動するときには、固定子７ａの長手方向の各端面にそれぞれ対応させて設けてある上記各第１のアクチュエータ１０のうちの少なくとも一方を、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａに作用する反力を打ち消す駆動力を該発生させるようにフィードフォワード制御することで、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂの駆動時に固定子７ａに作用する反力が、該固定子７ａの両端部を保持する上記保持機構８のハウジング９や、上記エアパッド支持部材６や、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３の可動子３ｂに伝達されないようにしてある。

一方、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３を駆動してそれぞれの可動子３ｂと一緒に上記エアパッド支持部材６及び上記Ｘ軸方向駆動モータ７と一緒に上記ＸＹステージ本体２をＹ軸方向に高速で移動させると、加速時の反力がそれぞれの固定子３ａに作用するが、上記ＸＹステージ装置では、上記各Ｙ軸方向駆動モータ３の各固定子３ａの各端部を、ベース１の外部に設けた支持部材４上に保持部材５を介して取り付けた構成とすることで、上記各可動子３ｂの駆動時に各固定子３ａに入力される反力を、上記各保持部材５と各支持部材４を介して上記ベース１外部の床に伝えることで、上記ベース１に振動が生じないようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、半導体関連の製造、検査等の精密な位置決めを行う精密機械では、搬送ステージ（搬送テーブル）等の移動体を該機械の固定部に対して移動させるときに、移動体の精密な位置決め、たとえば、μｍオーダー以下の精度での位置決めを行うことが要求されることがある。

そのために、上記のような精密機械における移動体を直線的に移動させると共に該移動体の精密な位置決めを行うことができるようにするための駆動機構として、本出願人は、移動体としての搬送ステージの真直性を確保しながら長ストローク化を図ることが可能な摩擦駆動搬送装置の駆動機構として、図９及び図１０に示す如き摩擦駆動機構を提案している。

すなわち、図９及び図１０に示した摩擦駆動機構は、搬送テーブル１２の移動方向に延びるスライドバー１３を備え、且つ上記搬送テーブル１２側に、上記スライドバー１３の一側面に接触させる一側面側ローラ１４と、該一側面側ローラ１４に対するテーブル移動方向の前後両側位置で上記スライドバー１３の他側面に接触させる複数の他側面側ローラ１５と、上記一側面側ローラ１４及び他側面側ローラ１５のすべて、又は、いずれかをテーブル移動方向と直角の方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構１６と、上記一側面側及び他側面側の各ローラ１４，１５のうちのいずれか１つのローラ１４にたわみ継手１７を介して連結して、該ローラ１４を駆動ローラ１４として回転駆動させるための駆動モータ１８とを設けた構成としてある。

以上の構成としてある摩擦駆動機構によれば、上記各変位機構１６により上記駆動ローラ１４を上記スライドバー１３の一側面に、又、他の各ローラ１５をバックアップローラ１５として上記スライドバー１３の他側面にそれぞれ押し当てた状態にて、上記駆動モータ１８の正逆転駆動により上記駆動ローラ１４を回転駆動させることで、上記駆動ローラ１４と上記スライドバー１３との接触面に作用する摩擦を利用して、上記移動体としての搬送テーブル１２を上記スライドバー１３の長手方向に移動させることができるようにしてある。

しかも、上記各変位機構１６により、駆動ローラ１４と各バックアップローラ１５のすべてについて、搬送テーブル１２に対する相対的な位置を、該搬送テーブル１２の進行方向に直角方向に変位させることにより、上記搬送テーブル１２のスライドバー１３に対する位置をシフトさせることができるようにしてある。更には、上記スライドバー１３の他側面に接触させている各バックアップローラ１５を、対応する各変位機構１６により、搬送テーブル１２自体の向きから所要角度ずれた方向に沿って並ぶように配置させることで、該各バックアップローラ１５を他側面に接触させるようにしてあるスライドバー１３の軸線方向を基準として、上記移動体である搬送テーブル１２自体の向きを、微小に面内回転させることができるようにしてある（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００１−２３８９４号公報特開２００８−１０３６６３号公報

ところが、上記特許文献１に示されたＸＹステージ装置では、Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂの駆動によるＸＹステージ本体２の移動時に固定子７ａに作用する反力が該Ｘ軸方向駆動モータ７と直交するように配置してあるＹ軸方向駆動モータ３の可動子３ｂに伝えられないようにするために、上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａの各端面に配置してあるピエゾ素子からなる第１のアクチュエータ１０を駆動させるようにしてあるが、上記ＸＹステージ本体２に搭載する物体の重量や、Ｘ軸方向駆動モータ７の可動子７ｂの加速度に応じて上記固定子７ａに作用する反力が変化するため、上記第１のアクチュエータ１０の制御が非常に複雑化すると共に、装置構成も複雑化するため、コストが嵩むという問題がある。

しかも、上記特許文献１に示されたＸＹステージ装置では、各Ｙ軸方向駆動モータ３の可動子３ｂの駆動によりエアパッド支持部材６と一緒にＸＹステージ本体２をＹ軸方向へ高速で移動させるときに、慣性によって該Ｙ軸方向駆動モータ３と直交して配置してある上記Ｘ軸方向駆動モータ７の固定子７ａと、ＸＹステージ本体２が取り付けてある可動子７ｂとの間隔が変動して該ＸＹステージ本体２に振動が発生する虞に対する対策は特に提案されていない。

したがって、上記特許文献１に示されたＸＹステージ装置では、シャフトモータであるＸ軸方向及びＹ軸方向の各駆動モータ７，３の各可動子７ｂ，３ｂの駆動時に、それぞれの固定子７ａ，３ａに作用する反力によってベース１が振動する虞は未然に防止されているが、搬送ステージであるＸＹステージ本体２に揺れが発生する虞は十分に解消されていないという問題があり、このような搬送ステージの振動は、位置決め対象物の精密位置決めを行う場合は、無視できないものとなる。

そこで、本発明は、本出願人が以前の出願において提案している摩擦駆動機構を応用することで、ベース上にて搬送ステージをＸＹ直交座標系内で任意の方向へ駆動する際にも、その反力の影響により上記ベース上の搬送ステージが微小に揺れる虞を未然に防止できて、搬送ステージの精密位置決めの精度を高めることができるＸＹステージ装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、ベースの上面より所要の高さ位置に、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う１対のスライドバーを所要間隔を隔てて平行に配置して、該各スライドバーの長手方向両端部を、上記ベースの外部に設けた支持部材に取り付け、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに、該各スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該各スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるようにそれぞれ取り付け、更に、上記各ステージ同士の間に、ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーの両端部をそれぞれ取り付けて、該ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに、該スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるように取り付け、上記ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けたステージが駆動するときに該スライドバーに作用する反力を、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けたステージとその摩擦駆動機構を経て該各スライドバーに伝えるようにした構成とする。

又、上記構成において、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向と他方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付ける各ステージの摩擦駆動機構を、対応するスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記スライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とする。

同様に、上記構成において、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記一方の軸方向に沿う各スライドバーの上下方向一方の面に接触させる上下方向一面側ローラと、該上下方向一面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記一方の軸方向に沿うスライドバーの上下方向他方の面に接触させる複数の上下方向他面側ローラと、上記上下方向一面側及び他面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えると共に、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーの両側面に接触させるサイドローラを備えてなる構成とし、且つＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記他方の軸方向に沿うスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記他方の軸方向に沿うスライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とする。

本発明のＸＹステージ装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）ベースの上面より所要の高さ位置に、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う１対のスライドバーを所要間隔を隔てて平行に配置して、該各スライドバーの長手方向両端部を、上記ベースの外部に設けた支持部材に取り付け、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに、該各スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該各スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるようにそれぞれ取り付け、更に、上記各ステージ同士の間に、ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーの両端部をそれぞれ取り付けて、該ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに、該スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるように取り付け、上記ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けたステージが駆動するときに該スライドバーに作用する反力を、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けたステージとその摩擦駆動機構を経て該各スライドバーに伝えるようにした構成としてあるので、ＸＹ直交座標系の各軸方向のステージに、それぞれ対応するスライドバーに接触させるローラ構造が装備されるため、上記各ステージとそれぞれ対応スライドバーとを、シャフトモータのような非接触要素を介在させることなく高剛性に接触させることができる。このため、上記各ステージをそれぞれ対応するスライドバーに沿わせて駆動する際に、直交する軸方向のステージに慣性による揺れが生じる虞を未然に防止できる。又、上記各ステージをそれぞれ対応するスライドバーに沿わせて駆動する際に、該各スライドバーに作用する反力は、ベース外部に設けてある上記支持部材へ伝えて受けさせることができて、上記ベースに影響が生じる虞を未然に防止できる。よって、上記各ステージの高精度の位置決めを行うことができる。
（２）更に、上記各ステージの駆動時にそれぞれ対応するスライドバーに作用する反力の影響を未然に防止するための装置構成を、シンプルなものとすることができると共に、複雑な制御を要しないものとすることができるため、コストの削減化を図ることが可能になる。
（３）ＸＹ直交座標系の一方の軸方向と他方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付ける各ステージの摩擦駆動機構を、対応するスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記スライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とすることにより、上記（１）（２）の効果を有するＸＹステージ装置の摩擦駆動機構を容易に実現することができる。
（４）ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記一方の軸方向に沿う各スライドバーの上下方向一方の面に接触させる上下方向一面側ローラと、該上下方向一面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記一方の軸方向に沿うスライドバーの上下方向他方の面に接触させる複数の上下方向他面側ローラと、上記上下方向一面側及び他面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えると共に、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーの両側面に接触させるサイドローラを備えてなる構成とし、且つＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記他方の軸方向に沿うスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記他方の軸方向に沿うスライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とすることにより、上記（１）（２）の効果を有するＸＹステージ装置の摩擦駆動機構を容易に実現することができ、更に、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けるステージの荷重を、摩擦駆動機構を介して上記一方の軸方向に沿う各スライドバーに支持させることが可能になるため、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けるステージの荷重を支持させるための支持部を別途設ける必要をなくすことができて、装置構成を更にシンプルなものとして、装置寸法をより小型化するのに有利な構成とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４は本発明のＸＹステージ装置の実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。

すなわち、上記本発明のＸＹステージ装置は、床面等の基礎１９上に、上面を搬送ステージ２０移動用のガイド面としたベース２１を設ける。

上記ベース２１上には、ＸＹ直交座標系を設定し、該ベース２１のＸＹ直交座標系における一方の軸方向の両端寄り個所、たとえば、該ベース２１のＹ軸方向両端寄り個所の上方の所要高さ位置に、他方の軸方向としてのＸ軸方向にベース２１上を横切って延びるＸ方向スライドバー２２をそれぞれ配置して、該各Ｘ方向スライドバー２２の両端部を、上記ベース２１の外側の基礎１９上に立設した所要の高さ寸法を有する支持部材２３にそれぞれ取り付けて支持させる。

上記各Ｘ方向スライドバー２２には、図９及び図１０に示した摩擦駆動機構と同様に、移動体の上記Ｘ方向スライドバー２２の長手方向に沿う移動と、移動体のＸ方向スライドバー２２と直角方向へのシフトと、Ｘ方向スライドバー２２の軸線方向を基準とする移動体自体の微小な面内回転を行うことができるようにしてある摩擦駆動機構２５を備えた移動体としてのＸステージ２４を個別に取り付ける。

更に、上記各Ｘステージ２４同士の間に、Ｙ軸方向に延びるＹ方向スライドバー２６を配置して、該Ｙ方向スライドバー２６の両端部を、それぞれ対応するＸステージ２４に取り付ける。

上記Ｙ方向スライドバー２６に、図９及び図１０に示した摩擦駆動機構と同様に、移動体の上記Ｙ方向スライドバー２６の長手方向に沿う移動と、移動体のＹ方向スライドバー２６と直角方向へのシフトと、Ｙ方向スライドバー２６の軸線方向を基準とする移動体自体の微小な面内回転を行うことができるようにしてある摩擦駆動機構２８を備えた移動体としてのＹステージ２７を取り付け、該Ｙステージ２７の頂部に、頂部にワークやその他の位置決め対象物を載置するための搬送ステージ２０を設けて、ＸＹステージ装置を構成する。

詳述すると、上記各Ｘステージ２４は、底部に摩擦係数の小さい材質性の摩擦低減部材、あるいは、気体を噴出する等して摩擦抵抗を低減できるようにしてある摩擦低減機構２９を設ける等して、上記ベース２１上にてＸ軸方向にスライド可能なフレーム３０を備える。該フレーム３０には、上記Ｘ方向スライドバー２２の一側面に接触させる駆動ローラ３１と、該駆動ローラ３１に対するＸステージ移動方向の前後両側位置で上記Ｘ方向スライドバー２２の他側面に接触させる複数、たとえば、２個のバックアップローラ３２と、上記駆動ローラ３１及びバックアップローラ３２をＸステージ移動方向に直交する横方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構３３と、上記駆動ローラ３１に連結して該駆動ローラ３１を回転駆動させるための駆動モータ３４を備えてなる構成としてある。これにより、上記各変位機構３３により上記駆動ローラ３１及び各バックアップローラ３２を上記Ｘ方向スライドバー２２の両側面に押し当てた状態にて、上記駆動モータ３４の正逆転駆動により上記駆動ローラ３１を回転駆動させることで、上記駆動ローラ３１と上記Ｘ方向スライドバー２２との接触面に作用する摩擦を利用して、上記移動体としてのＸステージ２４を上記Ｘ方向スライドバー２２の長手方向に移動させることができるようにしてある。更に、上記各変位機構３３により、上記駆動ローラ３１と上記各バックアップローラ３２のすべてについて、上記Ｘステージ２４に対する相対的な位置を、該Ｘステージ２４の進行方向と直角方向に変位させることにより、上記Ｘステージ２４のＸ方向スライドバー２２に対する位置を、Ｘステージ移動方向と直角方向にシフトさせることができるようにしてある。更には、上記Ｘ方向スライドバー２２の他側面に接触させている上記各バックアップローラ３２を、対応する各変位機構３３により、Ｘステージ２４自体の向きから所要角度ずれた方向に沿って並ぶように配置させることで、該各バックアップローラ３２を他側面に接触させるようにしてあるＸ方向スライドバー２２の軸線方向を基準として、上記Ｘステージ２４の向きを微小に面内回転させることができるようにしてある。

上記各Ｘステージ２４のフレーム３０の所要個所、たとえば、ベース２１中央寄りの端部には、上記Ｙ方向スライドバー２６の両端部を、それぞれ一体に取り付けた構成としてある。

上記Ｙステージ２７は、頂部に上記搬送ステージ２０を取り付け且つ底部に摩擦係数の小さい材質性の摩擦低減部材、あるいは、気体を噴出する等して摩擦抵抗を低減できるようにしてある摩擦低減機構３５を設ける等して、上記ベース２１上にて任意の方向にスライド可能なフレーム３６を備える。該フレーム３６には、Ｙ方向スライドバー２６の一側面に接触させる駆動ローラ３７と、該駆動ローラ３７に対するＹステージ移動方向の前後両側位置で上記Ｙ方向スライドバー２６の他側面に接触させる複数、たとえば、２個のバックアップローラ３８と、上記駆動ローラ３７及び各バックアップローラ３８をＹステージ移動方向と直角方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構３９と、上記駆動ローラ３７に連結して、該駆動ローラ３７を回転駆動させるための駆動モータ４０とを備えてなる構成としてある。これにより、上記各変位機構３９により上記駆動ローラ３７及び各バックアップローラ３８を上記Ｙ方向スライドバー２６の両側面に押し当てた状態にて、上記駆動モータ４０の正逆転駆動により上記駆動ローラ３７を回転駆動させることで、上記駆動ローラ３７と上記Ｙ方向スライドバー２６との接触面に作用する摩擦を利用して、上記移動体としてのＹステージ２７を上記Ｙ方向スライドバー２６の長手方向に移動させることができるようにしてある。更に、上記各変位機構３９により、上記駆動ローラ３７と上記各バックアップローラ３８のすべてについて、上記Ｙステージ２７に対する相対的な位置を、該Ｙステージ２７の進行方向と直角方向に変位させることにより、上記Ｙステージ２７のＹ方向スライドバー２６に対する位置をＹステージ移動方向と直角方向にシフトさせることができるようにしてある。更には、上記Ｙ方向スライドバー２６の他側面に接触させている上記各バックアップローラ３８を、対応する各変位機構３９により、Ｙステージ２７自体の向きから所要角度ずれた方向に沿って並ぶように配置させることで、該各バックアップローラ３８を他側面に接触させるようにしてあるＹ方向スライドバー２６の軸線方向を基準として、上記Ｙステージ２７の向きを微小に面内回転させることができるようにしてある。

なお、上記各Ｘステージ２４及びＹステージ２７にて、駆動ローラ３１，３７と各バックアップローラ３２，３８をそれぞれのステージ移動方向と直角方向に変位可能に保持する機構の構成は、本出願人が前記特許文献２において提案している図９及び図１０に示した如き摩擦駆動搬送装置の摩擦駆動機構における駆動ローラ１４及びバックアップローラ１５をテーブル移動方向と直角方向に変位可能に保持する機構の構成と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。

以上の構成としてあるＸＹステージを使用する場合は、上記各Ｘステージ２４の摩擦駆動機構２５により、該各Ｘステージ２４を、Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動して、該各Ｘステージ２４を所定位置まで同期して平行移動させることで、該各Ｘステージ２４間に設けてあるＹ方向スライドバー２６を、搬送ステージ２０を位置決めすべき目的個所のＸ座標位置に応じた位置まで移動させる。更に、上記Ｙステージ２７の摩擦駆動機構２８により、該Ｙステージ２７を、上記Ｙ方向スライドバー２６に沿って駆動して、該Ｙステージ２７を、搬送ステージ２０を位置決めすべき目的個所のＹ座標位置に応じた位置まで移動させると、上記Ｙステージ２７の頂部に設けてある上記搬送ステージ２０が、位置決めすべき目的個所のＸＹ座標に応じた位置まで移動させられるようになる。よって、上記搬送ステージ２０を、ＸＹ直交座標系の任意の位置に位置決めすることができるようになる。

上記において、各Ｘステージ２４をそれぞれの摩擦駆動機構２５により各Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動するときには、その反力が、上記各Ｘ方向スライドバー２２に対し、長手方向にて各Ｘステージ２４の移動方向と逆の方向への力として作用するようになる。この際、上記各Ｘ方向スライドバー２２は、長手方向両端部が上記ベース２１外部の基礎１９上に設けた支持部材２３によりそれぞれ支持させてあるため、上記各Ｘ方向スライドバー２２に対して作用する上記各Ｘステージ２４駆動時の反力は、該各Ｘ方向スライドバー２２より上記支持部材２３を介して基礎１９へ直接受けられるようになるため、上記ベース２１に何ら影響を及ぼすことはない。

更に、上記各Ｘステージ２４を各Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動するときには、上記各Ｘステージ２４と一緒に上記Ｙ方向スライドバー２６が上記各Ｘ方向スライドバー２２の長手方向に移動するため、上記Ｙステージ２７に対し、慣性によってＹ方向スライドバー２６に直角な方向の力が作用するようになるが、この際、上記Ｙステージ２７に設けてある摩擦駆動機構２８では、駆動ローラ３７と各バックアップローラ３８をＹ方向スライドバー２６の両側面にそれぞれ押し当てて直接接触させてあるため、上記摩擦駆動機構２８と、Ｙ方向スライドバー２６との間には隙間がなく、よって、上記Ｙステージ２７自体のＹ方向スライドバー２６と直角な方向への揺れは阻止されるようになる。

又、上記Ｙステージ２７を、摩擦駆動機構２８によりＹ方向スライドバー２６に沿わせて駆動するときには、その反力が上記Ｙ方向スライドバー２６に対し、長手方向にて上記Ｙステージ２７の移動方向と逆の方向への力として作用するようになる。この際、上記Ｙ方向スライドバー２６の両端部がそれぞれ取り付けてある上記各Ｘステージ２４では、該各Ｘステージ２４に設けてある摩擦駆動機構２５にて、駆動ローラ３１と各バックアップローラ３２をＸ方向スライドバー２２の両側面にそれぞれ押し当てて直接接触させてあるため、上記摩擦駆動機構２５と、Ｘ方向スライドバー２２との間には隙間がない。したがって、上記Ｙ方向スライドバー２６に対して作用する上記Ｙステージ２７駆動時の反力は、該Ｙ方向スライドバー２６の両端部より上記各Ｘステージ２４及びその摩擦駆動機構２５を経て上記各Ｘ方向スライドバー２２へ伝えられた後、該各Ｘ方向スライドバー２２より上記支持部材２３を介して基礎１９へ直接受けられるようになる。よって、上記ベース２１に何ら影響を及ぼすことはない。

このように、本発明のＸＹステージ装置によれば、各Ｘステージ２４を各Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動する機構、及び、Ｙステージ２７をＹ方向スライドバー２６に沿わせて駆動する機構を、共に摩擦駆動機構２５，２８とすることで、図７及び図８に示したような従来のＸＹステージ装置にてＸＹステージ本体２のＸ軸方向駆動モータ７やＹ軸方向駆動モータ３に用いられていたシャフトモータの固定子７ａ，３ａと可動子７ｂ、３ｂのような非接触要素を使用しないため、上記各Ｘステージ２４及びＹステージ２７の駆動機構を高剛性のものとすることができる。よって、上記Ｙステージ２７が慣性によりＹ方向スライドバー２６に対して相対変位する虞を阻止できる。しかも、上記各Ｘステージ２４を駆動する際に上記各Ｘ方向スライドバー２２に作用する反力、及び、Ｙステージ２７を駆動する際に上記Ｙ方向スライドバー２６に作用する反力は、すべてベース２１に影響を及ぼすことなく基礎１９へ伝えて受けさせることができるため、上記ベースが揺れる虞はない。これにより、上記各ステージ２４，２７の高精度の移動が可能になることから、上記Ｙステージ２７に取り付けてある搬送ステージ２０のＸＹ直交座標系における高精度の位置決めを行うことができる。

しかも、上記Ｙ方向スライドバー２６の両端部と各Ｘステージ２４との接続部分に、複雑な制御を要するピエゾ素子を介装して設ける必要がないため、装置構成をシンプルなものとすることができて、コストの削減化を図ることが可能になる。

更に、上記各Ｘステージ２４に設けてある摩擦駆動機構２５は、駆動ローラ３１と各バックアップローラ３２を、それぞれ対応する変位機構３３により変位させることで、各Ｘステージ２４自体の向きを、Ｘステージ移動方向であるＸ方向スライドバー２２の軸線方向を基準として所要角度回転できるようにしてあると共に、該各Ｘステージ２４を、Ｘ方向スライドバー２２と直角方向へシフトできるようにしてあることから、各Ｘステージ２４のＸ方向スライドバー２２長手方向における移動ストローク量をそれぞれ独立に制御することで、該各Ｘステージ２４同士の間に設けてある上記Ｙ方向スライドバー２６の向きを、Ｙ軸方向に対してやや傾けることができ、このため、該Ｙ方向スライドバー２６に取り付けてあるＹステージ２７と一体に、搬送ステージ２０に対して微小な面内回転方向の変位を与えることが可能になる。

又、上記のように、各Ｘステージ２４のＸ方向スライドバー２２長手方向における移動ストローク量をそれぞれ独立に制御することに代えて、Ｙステージ２７に設けてある摩擦駆動機構２８にて、駆動ローラ３７と各バックアップローラ３８を、それぞれ対応する変位機構３９により変位させることによっても、Ｙステージ２７自体の向きを、Ｙステージ移動方向であるＹ方向スライドバー２６の軸線方向を基準として所要角度回転させて、上記搬送ステージ２０に対し微小な面内回転方向の変位を与えることも可能になる。

したがって、たとえば、上記各Ｘ方向スライドバー２２や、Ｙ方向スライドバー２６に、製造時の誤差等によって該各スライドバー２２，２６の軸線方向が、それぞれ対応する各ステージ２４，２７の本来の移動方向から多少撓んでいるとしても、上述したようにして上記各Ｘ方向スライドバー２２や、Ｙ方向スライドバー２６の軸線方向を基準として、各Ｘステージ２４やＹステージ２７を所要角度面内回転方向に変位させることで、上記Ｙステージ２７の頂部に設けてある搬送ステージ２０の向きを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に正確に揃うように補正することも可能になる。

次に、図５及び図６は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１乃至図４の実施の形態と同様の構成において、各Ｘステージ２４を、底部に摩擦低減部材あるいは摩擦低減機構２９を設けたフレーム３０を具備して上記ベース２１上でＸ軸方向にスライド可能とすることで、該各Ｘステージ２４自体の荷重を上記ベース２１により支持させるようにした構成に代えて、各Ｘステージ２４ａを、該各Ｘステージ２４ａ自体の荷重をＸ方向スライドバー２２により支持させることができる構成としたもので、具体的には、以下のようにしてある。

すなわち、本実施の形態における上記各Ｘステージ２４ａは、フレーム３０ａに、上記実施の形態と同様にベース２１上方の所要高さ位置に配置して長手方向の両端部を上記ベース２１外側の基礎１９上に設けた支持部材２３に支持させてなる各Ｘ方向スライドバー２２の上下方向の一方の面、たとえば、該Ｘ方向スライドバー２２の下面に接触させる駆動ローラ３１と、該駆動ローラ３１に対するＸステージ移動方向の前後両側位置で上記Ｘ方向スライドバー２２の上下方向の他方の面となる上面に接触させる複数、たとえば、２個のバックアップローラ３２と、上記駆動ローラ３１及びバックアップローラ３２をＸステージ移動方向と直交する上下方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構３３と、上記駆動ローラ３１に連結して該駆動ローラ３１を回転駆動させるための駆動モータ３４とからなる摩擦駆動機構２５を設けた構成としてある。これにより、上記摩擦駆動機構２５の各変位機構３３により上記各バックアップローラ３２及び駆動ローラ３１を上記Ｘ方向スライドバー２２の上下両面に押し当てた状態とすることで、該各Ｘステージ２４ａの荷重を、上記各Ｘ方向スライドバー２２の上側に配置してある各バックアップローラ３２を介して該各Ｘ方向スライドバー２２へ伝えて支持させることができるようにしてあると共に、この状態にて、上記駆動モータ３４の正逆転駆動により上記駆動ローラ３１を回転駆動させることで、上記駆動ローラ３１と上記Ｘ方向スライドバー２２との接触面に作用する摩擦を利用して、上記Ｘステージ２４を上記Ｘ方向スライドバー２２の長手方向に移動（走行）させることができるようにしてある。

更に、上記各Ｘステージ２４ａのフレーム３０ａの所要個所には、対応するＸ方向スライドバー２２の両側面にそれぞれ押し付けるためのサイドローラ４１を設けた構成としてある。

更に又、上記各Ｘステージ２４ａのフレーム３０の所要個所、たとえば、ベース２１中央寄りの端部には、図１乃至図４の実施の形態と同様のＹ方向スライドバー２６の両端部が、それぞれ一体に取り付けてある。

なお、本実施の形態では、上記各Ｘステージ２４ａがベース２１に接することはないため、上記ベース２１は、上記各Ｘステージ２４ａのＸ軸方向の移動領域の直下に位置する部分を省略した形状としてある。その他の構成は図１乃至図４に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態のＸＹステージ装置によれば、上記各Ｘステージ２４ａの摩擦駆動機構２５により、該各Ｘステージ２４ａを、Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動して、該各Ｘステージ２４ａを所定位置まで同期して平行移動させることで、該各Ｘステージ２４ａ間に設けてあるＹ方向スライドバー２６を、搬送ステージ２０を位置決めすべき目的個所のＸ座標位置に応じた位置まで移動させ、更に、Ｙステージ２７の摩擦駆動機構２８により、該Ｙステージ２７を、上記Ｙ方向スライドバー２６に沿って駆動して、該Ｙステージ２７を、搬送ステージ２０を位置決めすべき目的個所のＹ座標位置に応じた位置まで移動させることで、上記Ｙステージ２７の頂部に設けてある上記搬送ステージ２０を、位置決めすべき目的個所のＸＹ座標に応じた位置まで移動させることができる。よって、上記搬送ステージ２０を、ＸＹ直交座標系の任意の位置に位置決めすることができる。

上記において、各Ｘステージ２４ａをそれぞれの摩擦駆動機構２５により各Ｘ方向スライドバー２２に沿わせて駆動するときに上記各Ｘ方向スライドバー２２に対して作用する反力は、上記支持部材２３を介して基礎１９へ直接受けさせることができる。

又、上記Ｙステージ２７を、摩擦駆動機構２８によりＹ方向スライドバー２６に沿わせて駆動するときには、その反力が上記Ｙ方向スライドバー２６に対して作用するが、この際、上記Ｙ方向スライドバー２６の両端部がそれぞれ取り付けてある上記各Ｘステージ２４ａでは、各サイドローラ４１をＸ方向スライドバー２２の両側面にそれぞれ押し当てた状態として直接接触させてあるため、上記Ｙ方向スライドバー２６に対して作用する上記Ｙステージ２７駆動時の反力は、該Ｙ方向スライドバー２６の両端部より上記各Ｘステージ２４ａ及びその各サイドローラ４１を経て上記各Ｘ方向スライドバー２２へ伝えた後、該各Ｘ方向スライドバー２２より上記支持部材２３を介して基礎１９へ直接受けさせることができる。

したがって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様に、上記各ステージ２４ａ，２７の高精度の移動が可能になることから、上記Ｙステージ２７に取り付けてある搬送ステージ２０のＸＹ直交座標系における高精度の位置決めを行うことができる。

更に、搬送テーブル２０のＸＹ直交座標系における所望の移動範囲を確保した状態で、ベース２１のサイズを小型化して、装置の設置スペースの低減化を図るのに有利な構成とすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図１乃至図４の実施の形態におけるＸステージ２４に設ける摩擦駆動機構２５は、対応するＸ方向スライドバー２２の両側面に駆動ローラ３１とバックアップローラ３２を両側から押し付けた状態で上記駆動ローラ３１を正逆転駆動できるようにしてあれば、駆動ローラ３１と一方のバックアップローラ３２の配置を入れ替えてもよく、又、バックアップローラ３２の数を増やしてもよい。

図５及び図６の実施の形態におけるＸステージ２４ａに設ける摩擦駆動機構２５は、対応するＸ方向スライドバー２２の上下両面に駆動ローラ３１とバックアップローラ３２を上下両側から押し付けた状態で上記駆動ローラ３１を正逆転駆動できるようにしてあれば、駆動ローラ３１と一方のバックアップローラ３２の配置を入れ替えてもよく、又、バックアップローラ３２の数を増やしてもよい。

上記各実施の形態におけるＹステージ２７に設ける摩擦駆動機構２８は、Ｙ方向スライドバー２６の両側面に駆動ローラ３７とバックアップローラ３８を両側から押し付けた状態で上記駆動ローラ３７を正逆転駆動できるようにしてあれば、駆動ローラ３７と一方のバックアップローラ３８の配置を入れ替えてもよく、又、バックアップローラ３８の数を増やしてもよい。

Ｘステージ２４，２４ａ及びＹステージ２７のフレーム３０，３０ａ及び３６の形状は適宜変更してよい。ベース２１上方におけるＸ方向とＹ方向の各スライドバー２２，２６を配設する高さ位置は適宜変更してもよい。

Ｙステージ２７の頂部に設けてある搬送ステージ２０の上側に載置する図示しないワーク等の位置決め対象物に、該Ｙステージ２７の駆動モータ４０の発する熱、振動、磁界等の影響が好ましくない場合は、上記Ｙ方向スライドバー２６の長手方向と直交する方向の幅寸法を広く設定して、Ｙ方向スライドバー２５の一側面に接触させるＹステージ２７の駆動ローラ３７の位置に対応させて設ける駆動モータ４０の位置を、該Ｙステージ２７の中央部より離れた位置に設定できる構成としたり、あるいは、１対のＸステージ２４，２４ａの間に、所要間隔を隔てて平行に配置した２本のＹ方向スライドバー２６を取り付け、該各Ｙ方向スライドバー２６に、摩擦駆動機構２８を備えた１対のＹステージ２７を個別に取り付けて、該各Ｙステージ２７の間に搬送ステージ２０を取り付けることで、該搬送ステージ２０の上側の位置決め対象物載置個所と、上記各Ｙステージ２７の摩擦駆動機構２８の駆動モータ４０の設置個所との距離を離反させるようにした構成としてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のＸＹステージ装置の実施の一形態を示す一部切断概略平面図である。図１の装置のＡ−Ａ方向矢視拡大図である。図１の装置のＢ−Ｂ方向矢視拡大図である。図１の装置のＣ−Ｃ方向矢視拡大図である。本発明の実施の他の形態を示す一部切断概略平面図である。図５のＤ−Ｄ方向矢視拡大図である。従来提案されているＸＹステージ装置の一例の概略を示す斜視図である。図７のＸＹステージ装置の切断概略側面図である。本出願人が提案している摩擦駆動搬送装置を示す概略切断平面図である。図９のＥ−Ｅ方向矢視図である。

符号の説明

２１ベース
２２Ｘ方向スライドバー（ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿うスライドバー）
２３支持部材
２４，２４ａＸステージ（ステージ）
２５摩擦駆動機構
２６Ｙ方向スライドバー（ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバー）
２７Ｙステージ
２８摩擦駆動機構
３１駆動ローラ（ローラ）
３２バックアップローラ（ローラ）
３４駆動モータ
３７駆動ローラ（ローラ）
３８バックアップローラ（ローラ）
４０駆動モータ
４１サイドローラ

Claims

ベースの上面より所要の高さ位置に、ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う１対のスライドバーを所要間隔を隔てて平行に配置して、該各スライドバーの長手方向両端部を、上記ベースの外部に設けた支持部材に取り付け、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに、該各スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該各スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるようにそれぞれ取り付け、更に、上記各ステージ同士の間に、ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーの両端部をそれぞれ取り付けて、該ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに、該スライドバーに接触させるローラを有する摩擦駆動機構を備えたステージを、該スライドバーの長手方向に沿い該摩擦駆動機構により駆動されるように取り付け、上記ＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けたステージが駆動するときに該スライドバーに作用する反力を、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けたステージとその摩擦駆動機構を経て該各スライドバーに伝えるようにした構成を有することを特徴とするＸＹステージ装置。
ＸＹ直交座標系の一方の軸方向と他方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付ける各ステージの摩擦駆動機構を、対応するスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記スライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とした請求項１記載のＸＹステージ装置。
ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記一方の軸方向に沿う各スライドバーの上下方向一方の面に接触させる上下方向一面側ローラと、該上下方向一面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記一方の軸方向に沿うスライドバーの上下方向他方の面に接触させる複数の上下方向他面側ローラと、上記上下方向一面側及び他面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えると共に、上記ＸＹ直交座標系の一方の軸方向に沿う各スライドバーの両側面に接触させるサイドローラを備えてなる構成とし、且つＸＹ直交座標系の他方の軸方向に沿うスライドバーに取り付けるステージの摩擦駆動機構を、上記他方の軸方向に沿うスライドバーの一側面に接触させる一側面側ローラと、該一側面側ローラに対するステージ移動方向の前後両側位置で上記他方の軸方向に沿うスライドバーの他側面に接触させる複数の他側面側ローラと、上記一側面側及び他側面側の各ローラのうちのいずれか１つのローラを駆動ローラとして回転駆動させるための駆動モータを備えてなる構成とした請求項１記載のＸＹステージ装置。