JP2002022868A - Ｘ−ｙステージの可動テーブルの支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、Ｘ方向及びＹ方向に可動テー
ブルを確実に位置決め・支持し、高速かつ高精度な位置
決め制御を可能にする。 【解決手段】 Ｘ−Ｙ平面内で移動可能な可動テーブル
２の支持構造において、ベース（固定基台）１と外枠フ
レーム（可動テーブル）３との間に中間フレーム（中間
部材）２を配設し、更に、ベース１と中間フレーム２と
の間に両者のＸ方向の相対変位を許容する第１弾性ヒン
ジ５を、又、中間フレーム２とと外枠フレーム３との間
に両者のＹ方向の相対変位を許容する第２弾性ヒンジ６
を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定基台に対して
可動テーブルを所定のＸ−Ｙ平面内において微少変位可
能に支持するためのＸ−Ｙステージの可動テーブルの支
持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＸ−Ｙステージ装置は、
電子部品搭載装置（チップマウンタ）、工作機械、光学
系（レンズ・ミラー等）の制御機構等の数多くの産業分
野で広く利用されている。

【０００３】図７に、従来のＸ−Ｙステージ装置９００
を示す。このＸ−Ｙステージ装置９００は、Ｘ軸案内機
構９０３におけるＸ軸テーブル（図示省略）上に、可動
テーブル９０７を有するＹ軸案内機構９０６を搭載した
ものである。Ｘ軸案内機構９０３は、Ｘ軸方向に配置さ
れるＸ軸ボールネジ９０２と、このＸ軸ボールネジ９０
２を回転駆動するＸ軸サーボモータ９０１と、を備えて
おり、このＸ軸サーボモータ９０１を適宜制御すること
によって、Ｙ軸案内機構９０６全体がＸ方向に移動・位
置決めされる。Ｙ軸案内機構９０６は、Ｙ軸方向に配置
されるＹ軸ボールネジ９０５と、このＹ軸ボールネジ９
０５を回転駆動するＹ軸サーボモータ９０４と、を備え
ており、このＹ軸サーボモータ９０４を適宜制御するこ
とによって、可動テーブル９０７が、Ｙ軸案内機構９０
６上でＹ方向に移動・位置決めされる。従って、Ｘ軸及
びＹ軸サーボモータ９０１、９０４を制御すれば、可動
テーブル９０７がＸ方向及びＹ方向の任意の位置に位置
決めされるようになっている。

【０００４】Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４
の制御方式には、例えば、エンコーダによって計測され
るＸ軸及びＹ軸ボールネジ９０２、９０５の回転量から
可動テーブル９０７の移動量を予測し、その予測値から
Ｘ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４を制御するセ
ミクローズドループ制御方式や、又、可動テーブル９０
７の移動量をリニアゲージ等によって直接計測し、その
値からＸ軸及びＹ軸サーボモータ９０１、９０４をフィ
ードバック制御するフルクローズドループ制御方式等が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、技術の高度化に
伴って可動テーブル９０７の「高速制御」、「精密制
御」等の要求が高まってきている。高速制御を達成しよ
うとする場合、各ボールネジ９０２、９０５等のシャフ
ト機構による駆動方式では、正転・逆転の切換時や、急
加減速時等に振動が増大するので、制御速度を高めるの
に一定の限界があった。又、精密制御を達成しようとす
る場合、セミクローズドループ制御方式では、各ボール
ネジ９０２、９０５の撓み、バックラッシ等が考慮され
ないので、結局、可動テーブル９０７を精密に制御する
ことが困難であった。

【０００６】又、フルクローズドループ制御方式によれ
ばより精密な制御が可能になるが、しかしながら制御速
度が上昇すると各ボールネジ９０２、９０５の振動が可
動テーブル９０７に伝達して可動テーブル７の位置計測
信号が不安定となった。その結果、信号が不安定となる
分、フィードバック制御の応答性を高めることが出来な
いという問題が生じた。

【０００７】これらの事実は、結局従来の可動テーブル
の支持構造では、該可動テーブルの駆動の応答性、ある
いは位置決めの精度をフィードバック制御によって高め
ることには限界があることを意味している。

【０００８】更に、前記Ｘ−Ｙステージ装置９００で
は、Ｘ軸案内機構９０３の上にＹ軸案内機構９０６を設
置するという２段積み上げ構造となっているので、重心
が高くなって自身の重さによって転倒モーメントが生じ
易く、その結果、急激な加・減速制御の際に可動テーブ
ル７に振れが発生して位置決め誤差が増大する傾向にあ
った。また、このような２段積み上げ構造の場合、最下
段に位置するＸ軸案内機構９０３にとっては、Ｙ軸案内
機構９０６の総てが移動負荷（慣性負荷）となるが、Ｙ
軸案内機構９０６の移動負荷は可動テーブル９０７のみ
であるので、Ｘ方向の制御とＹ方向の制御との応答性に
差が生じてしまい、例えば円を描く場合や、Ｘ−Ｙ軸に
斜行する移動のように可動テーブル９０７をＸ軸、Ｙ軸
同時に駆動する場合に精度が悪化するという問題があっ
た。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、コンパクトな構成で、高速且つ高精度制御が可
能とされたＸ−Ｙステージの可動テーブルの支持構造を
得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定基台に対
して可動テーブルを所定のＸ−Ｙ平面内において微少変
位可能に支持するためのＸ−Ｙステージの可動テーブル
の支持構造において、Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向
及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内
のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の両端に
接続された部材間のＸ方向における相対変位のみを許容
する第１弾性ヒンジと、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方
向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面
内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両端
に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを許
容する第２弾性ヒンジと、をそれぞれ複数備え、前記可
動テーブルに対し前記固定基台を前記Ｘ−Ｙ平面を含む
位置に配置すると共に、該固定基台と可動テーブルとの
間における前記Ｘ−Ｙ平面内に中間部材を介在させ、前
記可動テーブルが固定基台に対して前記Ｘ−Ｙ平面内に
おいて微少変位可能で且つＺ方向については所定の位置
に保持される態様となるように、前記固定基台、中間部
材、及び可動テーブルを、前記第１，第２弾性ヒンジを
組み合わせて用いることによって連結したことにより上
記目的を達成するものである。

【００１１】本発明者は、Ｘ−Ｙステージの可動テーブ
ルの支持構造として、該可動テーブルをＸ−Ｙ平面内で
移動可能な状態で保持する「弾性ヒンジ」を備えた構成
を採用した。

【００１２】弾性ヒンジ自体の基本的な構造は公知であ
り、一般に特定の一方向においてのみ柔で他の方向にお
いて剛なる特性を有し、自身の両端に接続された部材間
の前記柔の方向における相対変位のみを許容する機能を
有する。従って、今、例えばＸ方向に対してのみ柔で、
Ｙ方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ
平面内のＹ方向に沿って配置されることにより、自身の
両端に接続された部材間のＸ方向における相対変位のみ
を許容する第１弾性ヒンジを考えた場合、該第１弾性ヒ
ンジの弾性変形により、可動部材を固定部材に対しＸ方
向に相対移動させることが出来る。その一方で、この第
１弾性ヒンジはＹ方向の相対移動は殆ど許容しない。つ
まり、可動部材をＸ方向に「案内」することができるよ
うになる。

【００１３】全く同様に、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ
方向及びＺ方向に対して剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平
面内のＸ方向に沿って配置されることにより、自身の両
端に接続された部材間のＹ方向における相対変位のみを
許容する第２弾性ヒンジ（配置方向が異なるのみで具体
的な構造は第１弾性ヒンジと同じものを採用できる）を
考えた場合、この第２弾性ヒンジによって可動部材をＹ
方向に「案内」することができるようになる。

【００１４】ただし、固定基台と可動テーブルとを単純
に第１、第２弾性ヒンジを介して連結したのでは、せっ
かくの個々の「案内」機能が減殺されてしまい、可動テ
ーブルを所定のＸ座標、Ｙ座標位置に正確に位置決めす
るのは現実には非常に困難になってしまう。そこで、本
発明者は、「中間部材」を固定基台と可動テーブルとの
間に介在させる構造を発案し、この不具合を解消した。

【００１５】Ｘ−Ｙ平面の固定基台と可動テーブルとの
間に中間部材を介在させた上で、３者を第１、第２弾性
ヒンジを介して連結すると、該中間部材が第１、第２弾
性ヒンジの剛とされた方向に対して固定状態を維持する
ようになるため、固定基台に対して可動テーブルがＸ方
向、Ｙ方向の双方向に直線的に「案内」されて移動する
ことが出来るようになり、又、バックラッシュ、滑り、
転がり等が本質的に存在しないため、極めて応答性が良
く且つ安定した制御が可能になる。

【００１６】又、従来は微小・精密制御を、例えばボー
ルネジやベアリング等を介在させて行おうとすると、こ
のボールネジ等における局所部分（特定部分）に繰り返
し応力が作用し、局所的に摩耗が生じて寿命が低下する
という問題があったが、弾性ヒンジによれば、摩擦や転
動等が構造上生じないため、長時間に亘って安定した制
御特性を発揮できるようになる。

【００１７】なお、上記の中間部材や第１、第２弾性ヒ
ンジの数・形状等は特に限定されない。これは、必要に
応じて適宜配置されてよい。例えば、前記中間部材が、
Ｘ方向に延在する２本のＸ方向延在部、及びＹ方向に延
在する２本のＹ方向延在部を有する方形のリング状に形
成されると共に、前記第１弾性ヒンジが、前記中間部材
における２本のＸ方向延在部と前記固定基台との間にＹ
方向に複数配置されることによって、該固定基台と前記
中間部材のＸ方向の相対変位が許容され、一方、前記第
２弾性ヒンジが、前記中間部材における２本のＹ方向延
在部と前記可動テーブルとの間にＸ方向に複数配置され
ることによって、該中間部材と可動テーブルとのＹ方向
の相対変位が許容される構成を採用することができる
（請求項２）。

【００１８】この構成は、構造が単純であるため設計が
し易く、又、計４つの各延在部のそれぞれに（つまり、
リングの各辺に）弾性ヒンジが配設されるので、Ｘ方
向、Ｙ方向それぞれに線対称的に各弾性ヒンジを配置す
ることが容易に可能となり、その結果、中間部材自体が
Ｚ方向周りに回転する現象が発生するのを抑制できる。
そのため、精度の高い位置決めが可能になる。

【００１９】更に、このように中間部材をリング状に構
成することで中間部材自体の剛性も増大し、該中間部材
自体の弾性変形が抑制されて位置決め精度が向上する。

【００２０】もっとも、中間部材の構成については、本
発明では特に上記構成のみに限定されない。中間部材に
ついては、上述した方形のリング状に形成する構成のほ
か、例えば、前記中間部材が、第１、第２中間部材を含
む複数の中間部材に分割され、前記固定基台と第１中間
部材との間に前記第１弾性ヒンジが配置されると共に、
該第１中間部材と可動テーブルとの間に第２弾性ヒンジ
が配置されることによって、可動テーブルの固定基台に
対するＸ−Ｙ方向の相対変位が許容され、一方、前記固
定基台と第２中間部材との間に前記第２弾性ヒンジが配
置されると共に、該第２中間部材と可動テーブルとの間
に第１弾性ヒンジが配置されることによって、可動テー
ブルの固定基台に対するＸ−Ｙ方向の変位が許容される
ようにしてもよい（請求項３）。

【００２１】なお、この場合は、分割された第１、第２
中間部材が、該第１、第２中間部材に連結された前記第
１弾性ヒンジおよび第２弾性ヒンジを含めて、前記可動
テーブルの中心に対して点対称となるように配置すると
よい（請求項４）。

【００２２】この構成の具体例としては、例えば、中間
部材の構造として、上記リング状の構造を採用した場合
を考えると、一方向側の慣性負荷は「可動テーブル＋リ
ング状中間部材」、となるのに対し、他方向側の慣性負
荷は「可動テーブル」のみとなるので、（従来の案内機
構を用いた構造よりははるかに影響は小さいものの）Ｘ
方向とＹ方向の慣性負荷が若干異なってしまうのが避け
られない。

【００２３】しかし、例えば、中間部材を分割し、可動
テーブルの中心に対して第１弾性ヒンジ及び第２弾性ヒ
ンジが点対称となるように配置することにより、Ｘ方向
とＹ方向の慣性負荷を均一にすることが可能になり、双
方向にバランスの取れた位置決め制御が可能になる。

【００２４】即ち、この中間部材を分割した構成では、
可動テーブルが固定基台に対してＸ方向に相対移動する
場合には、第１、第２中間部材のそれぞれの第１弾性ヒ
ンジのＸ方向の弾性変形が寄与し、可動テーブルが固定
基台に対してＹ方向に相対移動する場合には第１、第２
中間部材のそれぞれの第２弾性ヒンジのＹ方向の弾性変
形が寄与する。従って、可動テーブルをＸ方向に駆動す
る際の慣性負荷は（テーブルに載置される部材を無視す
れば）、ほぼ「可動テーブル＋第１中間部材」となり、
又、Ｙ方向に駆動する際の慣性負荷は、ほぼ「可動テー
ブル＋第２中間部材」となる。その結果、例えば第１中
間部材と第２中間部材の数を一致させたり、相互の質量
を均等にしたりすればＸ方向とＹ方向の慣性負荷を均一
にすることが可能になり、双方向にバランスの取れた位
置決め制御が可能になるものである。

【００２５】なお、この点対称支持は１個のみの中間部
材を備える構造では実現不可能であり、中間部材を複数
の中間部材に分割し、固定基台と中間部材との間で第
１、第２弾性ヒンジの双方が存在すると共に、中間部材
と可動テーブルとの間においても第１、第２弾性ヒンジ
の双方が存在するような構成として初めて実現できるも
のである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施の形態の例について詳細に説明する。

【００２７】図１は、互いに直交するＸ方向及びＹ方向
に微駆動し得る２自由度のＸ−Ｙステージの可動ステー
ジの支持構造を示す平面図である。ここでは便宜上、紙
面の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、紙面と垂直
な方向をＺ方向としてある。

【００２８】図１において、１は矩形（方形）ブロック
状のベース（固定基台）、２はその矩形ブロック状のベ
ース１の外側に配置された矩形枠状（方形リング状）の
中間フレーム（中間部材）、３はその中間フレーム２の
外側に配置された矩形枠状（方形リング状）の外枠フレ
ーム（可動テーブル）である。ここでは、ベース１が固
定され、外枠フレーム３が、微少駆動し得る可動ステー
ジ（可動テーブル）として構成されているが、これを逆
にして、外枠フレーム側を固定し、ベース側を可動テー
ブルとして構成してもよい。

【００２９】これらの矩形状に形成されたベース１、中
間フレーム２、及び外枠フレーム３は、それぞれ対向二
辺（Ｘ方向延在部）１ｘ、１ｘ、２ｘ、２ｘ、３ｘ、３
ｘをＸ方向に平行に配し、残る対向二辺（Ｙ方向延在
部）１ｙ、１ｙ、２ｙ、２ｙ、３ｙ、３ｙをＹ方向に平
行に配した上で、Ｘ−Ｙ平面内に入れ子式に配置されて
おり、互いに干渉しないようになっている。

【００３０】中間フレーム２は、Ｘ方向にのみ曲げ変形
可能な第１弾性ヒンジ５を介してベース１に連結され、
外枠フレーム３は、Ｙ方向にのみ曲げ変形可能な第２弾
性ヒンジ６を介して中間フレーム２に連結されている。

【００３１】Ｘ方向の変形を許容する第１弾性ヒンジ５
は、Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対し
て剛の特性を有し、Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置
されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ
方向における相対変位のみを許容する。具体的な構造は
後に詳述する。この第１弾性ヒンジ５は、ベース１のＸ
方向に沿った辺１ｘと中間フレーム２のＸ方向に沿った
辺２ｘとの間に間隔をおいて対称的に一対（合計４個）
配置され、長さ方向をＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）
に向けて、ベース１と中間フレーム２とをブリッジ状に
連結している。

【００３２】Ｙ方向の変形を許容する第２弾性ヒンジ６
は、Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対し
て剛の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って
配置されることにより、自身の両端に接続された部材間
のＹ方向における相対変位のみを許容する。この第２弾
性ヒンジ６は、中間フレーム２のＹ方向に沿った辺２ｙ
と外枠フレーム３のＹ方向に沿った辺３ｙとの間に間隔
をおいて対称的に一対（合計４個）配置され、長さ方向
をＹ方向と直交する方向（Ｘ方向）に向けて、中間フレ
ーム２と外枠フレーム３とをブリッジ状に連結してい
る。

【００３３】各第１、第２弾性ヒンジ５、６は基本的に
全て同じ構造に作られており、配置する位置及び方向の
みが異なっている。

【００３４】各第１、第２弾性ヒンジ５、６は、図２の
斜視図に示すように、２つの部材間（ベース１と中間フ
レーム２との間、あるいは中間フレーム２と外枠フレー
ム３との間）をつなぐブリッジ部材７の長さ方向に離間
した２箇所に、ブリッジ部材７の外周面にノッチ８を形
成することで、弾性曲げ変形容易な減肉部９を形成し、
該減肉部９の曲げ変形により、２つの部材間の相対変位
を許容できるように構成したものである。

【００３５】この場合、矩形断面のブリッジ部材７の、
曲げ変形させようとする方向（第１弾性ヒンジ５の場合
はＸ方向、第２弾性ヒンジ６の場合はＹ方向）に面する
２つの外側面に対称形状の半円形のノッチ８を形成する
ことで、局部的な減肉化を図り（つまり減肉部９を作り
出して）、最小断面積部を曲がり点として、容易に曲げ
変形できるようにしている。

【００３６】図３は弾性ヒンジ５、６の最小断面積部の
断面形状を示している。

【００３７】この最小断面積部の断面Ｓは、ブリッジ部
材７の肉厚に相当する縦方向（Ｚ方向）の寸法ａに対し
て、横方向（Ｘ方向又はＹ方向）の寸法ｂが短縮した矩
形断面をなしており、それにより、減肉部９が、縦方向
（Ｚ方向）にはほとんど曲がらないものの、横方向（Ｘ
方向又はＹ方向）には曲がり易い特性を得ている。

【００３８】なお、外枠フレーム３は目的により適宜に
選択した図示せぬ駆動手段（例えばリニアモータ或いは
圧電素子等）によってＸ方向及び／又はＹ方向に駆動さ
れる。本発明は、この駆動手段については、特に限定さ
れない。

【００３９】次に作用を説明する。

【００４０】駆動手段によって外枠フレーム３をＸ方向
に駆動する場合は、該外枠フレーム３と第２弾性ヒンジ
６を介して連結されている中間フレーム２が一体的にＸ
軸方向に駆動される。即ち、第２弾性ヒンジ６はＸ方向
に関しては「剛体」として機能するため、外枠フレーム
３のＸ方向の移動はそのままダイレクトに中間フレーム
３の移動として伝達される。この移動は第１弾性ヒンジ
５の減肉部９における弾性変形によって吸収される。即
ち、該第１弾性ヒンジ５によって、ベース１に対する中
間フレーム２のＸ方向の相対変位が許容される。

【００４１】一方、駆動手段によって外枠フレーム３を
Ｙ方向に駆動する場合は、第２弾性ヒンジ６によって中
間フレーム２とのＹ方向の相対変位が許容される。中間
フレーム２とベース１は、（第１弾性ヒンジ５を介して
連結されていることから）Ｙ方向については相対変位が
許容されない状態が形成されており、従って、外枠フレ
ーム３がＹ方向に駆動されたとしても中間フレーム２は
固定状態を維持している。

【００４２】いずれの場合も、第１、第２弾性ヒンジ
５，６は、Ｚ方向（Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向）及びθｘ
（Ｘ軸回転）、θｙ（Ｙ軸回転）方向については、「剛
体」として機能する。従って、第１弾性ヒンジ５を介し
て中間フレーム２がベース１に片持ち状態で支持され、
且つ、第２弾性ヒンジ６を介して外枠フレーム３がこの
中間フレーム２に片持ち状態で支持されるため、外枠フ
レーム３は、何らのＺ方向の支持手段がなくても、Ｘ−
Ｙ平面内に保持されることになる。又、第１、第２弾性
ヒンジ５、６はそれぞれ平行に、ある程度の間隔をおい
て配置されている。従って、θｚ（Ｚ軸回転）について
も「剛体」として機能することができ、外枠フレーム３
はθｚ回転をせずにＸ−Ｙ方向にのみ移動可能となる。

【００４３】この結果、このように中間フレーム２が第
１弾性ヒンジ５によってベース１に対してＸ軸方向に変
位可能に支持され、且つ、外枠フレーム３が第２弾性ヒ
ンジ６によって中間フレーム２に対してＹ軸方向に変位
可能に支持されていることにより、外枠フレーム３が、
ベース１に対してＸ方向、Ｙ方向の双方の方向に独立し
て（互いに干渉し合うことなく）変位可能とされてい
る。

【００４４】よって、Ｘ方向及びＹ方向へ外枠フレーム
３を駆動するリニアモータ等の適宜の駆動手段を設ける
ことによって、外枠フレーム３をＸ−Ｙ平面内における
任意の方向へ微少駆動することができる。

【００４５】なお、上記第１実施形態では、ベース１、
中間フレーム２を完全な方形状に形成していたが、現実
のＸ−Ｙステージ装置においては、特に駆動手段の配置
との関係で、ベース１や中間フレーム２、あるいは外枠
フレーム３の形状を完全な方形状に形成できない場合も
ある。その場合にはこれらの形状を適宜に変形するのは
無論可能である。

【００４６】図４にその変形例を示す。

【００４７】この変形例（第２実施形態）は、ベース１
０１、或いは中間フレーム１０２の形状が完全な方形と
なっていないだけで、基本的な構成自体は上記第１実施
形態と同様である。従って、同一又は類似の機能を有す
る部分に上記第１実施形態と下２桁が同一の符号を付す
にとどめ、重複説明は省略する。

【００４８】次に、図５を用いて本発明の第３実施形態
について説明する。

【００４９】この第３実施形態は、中間部材を、計４個
の第１、第２中間部材に分割し、この分割した第１、第
２中間部材を可動テーブルの中心に対して第１弾性ヒン
ジ及び第２弾性ヒンジを含めて点対称となるように配置
したものである。

【００５０】なお、この第３実施形態では、紙面上のＸ
方向及びＹ方向がこれまでの実施形態とは敢えてに逆に
設定してある。このように、本発明におけるＸ方向、Ｙ
方向は、あくまで相対的なものであり、実際の装置にお
いてはいずれの方向に定義されてもよく、一度何れかの
方向に定義した場合に、その定義した方向に従って他の
構成との関係を考慮すればよいものである。

【００５１】前記中間部材２０２は、Ｌ字形とされた一
対の第１中間部材２０２Ａ、２０２Ｂ、及び第２中間部
材２０２Ｃ、２０２Ｄに分割されている。ここでは、自
身とベース（固定基台）２０１との間にＸ方向の相対変
位を許容する第１弾性ヒンジ２０５を有し、自身と外枠
フレーム（可動テーブル）２０３との間にＹ方向の相対
変位を許容する第２弾性ヒンジ２０６を有している中間
部材を第１中間部材と定義する。また、自身とベース
（固定基台）２０１との間にＹ方向の相対変位を許容す
る第２弾性ヒンジ２０６を有し、自身と外枠フレーム
（可動テーブル）２０３との間にＸ方向の相対変位を許
容する第１弾性ヒンジ２０５を有している中間部材を第
２中間部材と定義する。

【００５２】即ち、ベース（固定基台）２０１と第１中
間部材２０２Ａ、２０２Ｂの前記Ｌ字形のＸ方向に沿っ
た一辺２０２Ａｘ、２０２Ｂｘとの間には、Ｘ方向の相
対変位を許容する第１弾性ヒンジ２０５が一対（複数）
配置されており、該第１中間部材２０２Ａ、２０２Ｂの
前記Ｌ字形のＹ方向に沿った一辺２０２Ａｙ、２０２Ｂ
ｙと外枠フレーム２０３との間にはＹ方向の相対変位を
許容する第２弾性ヒンジ２０６が一対（複数）配置され
ている。この結果、ベース２０１に対する外枠フレーム
２０３のＸ−Ｙ方向の相対変位が許容される。

【００５３】一方、ベース２０１と第２中間部材２０２
Ｃ、２０２ＤのＬ字形のＹ方向に沿った一辺２０２Ｃ
ｙ、２０２Ｄｙとの間にＹ方向の相対変位を許容する第
２弾性ヒンジ２０６が一対（複数）配置されると共に、
該第２中間部材２０２Ｃ、２０２ＤのＬ字形のＸ方向に
沿った一辺２０２Ｃｘ、２０２Ｄｘと外枠フレーム２０
３との間にＸ方向の相対変位を許容する第１弾性ヒンジ
２０５が一対（複数）配置されることによって外枠フレ
ーム２０３のベース２０１に対するＸ−Ｙ方向の変位が
許容される。

【００５４】第１中間部材２０２Ａ、２０２Ｂ及び第２
中間部材２０２Ｃ、２０２Ｄは、ベース２０１、外枠フ
レーム２０３に対する可動方向（Ｘ−Ｙ）が逆になって
いるものの、全体としては複数の第１、第２弾性ヒンジ
２０５、２０６と共にいわいるヒンジアッセンブリＨＡ
１〜ＨＡ４を構成している。即ち、各ヒンジアッセンブ
リＨＡ１〜ＨＡ４はベース２０１に対して外枠フレーム
２０３をＸ方向、Ｙ方向の双方の方向に相対変位可能と
していることになる。

【００５５】この第３実施形態では第１中間部材２０２
Ａ、２０２Ｂの数（２個）と、第２中間部材２０２Ｃ、
２０２Ｄの数（２個）はそれぞれ等しく設定されてお
り、又それぞれの大きさも等しく設定している。更に、
図から明らかなように、第１、第２中間部材２０２Ａ〜
２０２Ｄに連結されている第１、第２弾性ヒンジ２０
５、２０６を含め、各ヒンジアッセンブリＨＡ１〜ＨＡ
４は、外枠フレーム２０３の中心Ｏに対して点対称に配
置されている。

【００５６】この第３実施形態のその他の構成は、基本
的に先の第１実施形態と同様であり、各第１，第２弾性
ヒンジ２０５、２０６の構造も定義も既に説明した第
１，第２弾性ヒンジ５、１０５、或いは６、１０６と同
様である。従って、図中で同一又は類似する機能を有す
る部分に下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明
は省略する。

【００５７】これらの構成から、この第３実施形態では
次のような作用が得られる。

【００５８】（１）外枠フレーム２０３がＸ方向に駆動
される際には、各第１弾性ヒンジ２０５、第２弾性ヒン
ジ２０６の機能により２つの第１中間部材２０２Ａ、２
０２Ｂが追従してＸ方向に平行に移動する。この結果、
外枠フレーム２０３はＸ方向にスムーズに平行移動でき
る。なお、このとき２つの第２中間部材２０２Ｃ、２０
２Ｄは移動しない。

【００５９】（２）外枠フレーム２０３がＹ方向に移動
する際には、２つの第２中間部材２０２Ｃ、２０２Ｄが
追従してＹ方向に平行に移動する。この結果、外枠フレ
ーム２０３はＹ方向にスムーズに平行移動できる。な
お、このとき２つの第１中間部材２０２Ａ、２０２Ｂは
移動しない。

【００６０】（３）Ｘ方向に駆動する際の駆動手段に対
する慣性負荷は、外枠フレーム２０３に載置される部材
の質量を無視すれば、「外枠フレーム２０３＋第２弾性
ヒンジ２０６（４個分）＋ 第１中間部材２０２Ａ、２
０２Ｂ」となる。一方、Ｙ方向に駆動する際の駆動手段
に対する慣性負荷は、「可動テーブル２０３＋第１弾性
ヒンジ２０５（４個分）＋ 第２中間部材２０２Ｃ、２
０２Ｄ」となる。ここで、この実施形態では第１中間部
材２０２Ａ、２０２Ｂ、第２中間部材２０２Ｃ、２０２
Ｄの数（２個）とそれぞれの大きさを等しくしており、
各第１、第２弾性ヒンジ２０５、２０６の構造、大きさ
も同一にしてある。更に、第１、第２中間部材２０２Ａ
〜２０２Ｄ及び第１、第２弾性ヒンジ２０５、２０６
（ヒンジアッセンブリＨＡ１〜ＨＡ４）が該外枠フレー
ム２０３の中心Ｏに対して点対称に配置されている。従
って、Ｘ方向とＹ方向の慣性負荷は同一となる。

【００６１】（４）第１、第２弾性ヒンジ２０５、２０
６はいずれもＺ、θｘ、θｙ方向には剛体として機能す
るため、特別な指示手段を設けなくても外枠フレーム２
０３はＸ−Ｙ平面内から外れない。又、θｚ方向にも剛
体として機能するため、θｚ回転しない。

【００６２】図６に本発明の第４実施形態を示す。

【００６３】この第４実施形態は、基本的な構成は先の
第３実施形態と同様であり、第１中間部材３０２Ａ、３
０２Ｂ、第２中間部材３０２Ｃ、３０２Ｄ、第１、第２
弾性ヒンジ３０５、３０６の定義も前述した第３実施形
態と同一である。但し、各中間部材及び弾性ヒンジの形
状或いは接続態様が異なっている。

【００６４】即ち、この第４実施形態においては、各中
間部材３０２Ａ〜３０２Ｄは何れも方形とされている。
又、各中間部材３０２Ａ〜３０２Ｄに連結されている第
１弾性ヒンジ３０５および第２弾性ヒンジ３０６のペア
の各端部３０５ｓ、３０６ｓが、それぞれの中間部材３
０２Ａ〜３０２Ｄのそれぞれの所定の一点Ｐ１及びＰ
２、Ｐ３及びＰ４、Ｐ５及びＰ６、或いはＰ７及びＰ８
に隣接して連結されている。

【００６５】更に、各中間部材３０２におけるそれぞれ
の一対の第１弾性ヒンジ３０５の配置位置がＹ方向にず
らされると共に各中間部材３０２におけるそれぞれの一
対の第２弾性ヒンジ３０６の配置位置がＸ方向にずらさ
れている。具体的には、この実施形態では各第１、第２
弾性ヒンジの間隔Ｌ１、Ｌ２とほぼ等しい長さＬ３、Ｌ
４だけずらされ、結果として各連結位置Ｐ１とＰ２、Ｐ
３とＰ４、Ｐ５とＰ６、或いはＰ７とＰ８がＸ方向、又
はＹ方向に対し約４５度傾いた状態となるように設定し
てある。

【００６６】この結果、前述した第４実施形態によって
得られる前記４つの作用に加え、さらに次のような作用
が得られる。

【００６７】（５）各中間部材３０２Ａ〜３０２Ｄに連
結されている第１弾性ヒンジ３０５および第２弾性ヒン
ジ３０６のペアの各端部３０５ｓ、３０６ｓが、それぞ
れの中間部材３０２Ａ〜３０２Ｄの所定の一点Ｐ１及び
Ｐ２、Ｐ３及びＰ４、Ｐ５及びＰ６、或いはＰ７及びＰ
８に隣接して連結されているため、各弾性ヒンジ３０
５，３０６において固定状態を維持すべき端部の固定を
より直接的かつ確実に行うことができる。従って、当該
弾性ヒンジにおいて許容すべき（吸収すべき）変位に相
当する分だけ、両端に接続された部材を確実に相対変位
させることができる。その結果、ベース３０１に対して
各中間部材３０２自体や外枠フレーム３０３がＺ方向周
りに回転するのが効果的に防止される。

【００６８】（６）各中間部材３０２における一対の第
１弾性ヒンジ３０５のそれぞれの配置位置がＹ方向に
（約４５度相当分）ずらされると共に、各中間部材３０
２におけるそれぞれの一対の第２弾性ヒンジ３０６のそ
れぞれの配置位置がＸ方向に（約４５度相当分）ずらさ
れているため、中間部材全体の固定方向に対する剛性が
一層高められ、該中間部材３０２のＺ方向周りの回転や
固定方向の滑り（或いはスウェイ）がより確実に防止さ
れる。

【００６９】これらの作用は、いずれも外枠フレーム
（可動テーブル）３０３のＸ方向及びＹ方向の位置決め
精度をより高める要素として機能する。

【００７０】

【発明の効果】本発明に係るＸ−Ｙステージの可動テー
ブルの支持構造によれば、簡潔な構成で、高速且つ高精
度なＸ−Ｙ制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ−Ｙステージの
可動テーブルの支持構造を示す平面図

【図２】同支持構造における弾性ヒンジの拡大斜視図

【図３】同弾性ヒンジの最小断面積部の断面図

【図４】本発明の第２実施形態に係るＸ−Ｙステージの
可動テーブルの支持構造を示す平面図

【図５】本発明の第３実施形態に係るＸ−Ｙステージの
可動テーブルの支持構造を示す平面図

【図６】本発明の第４実施形態に係るＸ−Ｙステージの
可動テーブルの支持構造を示す平面図

【図７】従来のＸ−Ｙステージ装置を示す斜視図

【符号の説明】

１、１０１、２０１、３０１…固定基台 ２、１０２、２０２、３０２…中間フレーム（中間部
材） ３、１０３、２０３、３０３…外枠フレーム（可動テー
ブル） １ｘ…Ｘ方向延在部 １ｙ…Ｙ方向延在部 ５、１０５、２０５、３０５、４０５…第１弾性ヒンジ ６、１０６、２０６、３０６、４０６…第２弾性ヒンジ ２０２Ａ、２０２Ｂ、３０２Ａ、３０２Ｂ…第１中間部
材 ２０２Ｃ、２０２Ｄ、３０２Ｃ、３０２Ｄ…第２中間部
材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中森 靖仁 東京都田無市谷戸町二丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 杉峰 正信 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Ｆターム(参考） 2F078 CA08 CB02 CB09 CB12 CC04 CC11 5F046 CC03 CC18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定基台に対して可動テーブルを所定のＸ
   −Ｙ平面内において微少変位可能に支持するためのＸ−
   Ｙステージの可動テーブルの支持構造において、 Ｘ方向に対してのみ柔で、Ｙ方向及びＺ方向に対して剛
   の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＹ方向に沿って配置
   されることにより、自身の両端に接続された部材間のＸ
   方向における相対変位のみを許容する第１弾性ヒンジ
   と、 Ｙ方向に対してのみ柔で、Ｘ方向及びＺ方向に対して剛
   の特性を有し、前記Ｘ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配置
   されることにより、自身の両端に接続された部材間のＹ
   方向における相対変位のみを許容する第２弾性ヒンジ
   と、をそれぞれ複数備え、 前記可動テーブルに対し前記固定基台を前記Ｘ−Ｙ平面
   を含む位置に配置すると共に、該固定基台と可動テーブ
   ルとの間における前記Ｘ−Ｙ平面内に中間部材を介在さ
   せ、 前記可動テーブルが固定基台に対して前記Ｘ−Ｙ平面内
   において微少変位可能で且つＺ方向については所定の位
   置に保持される態様となるように、前記固定基台、中間
   部材、及び可動テーブルを、前記第１，第２弾性ヒンジ
   を組み合わせて用いることによって連結したことを特徴
   とするＸ−Ｙステージの可動テーブルの支持構造。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記中間部材が、Ｘ方向に延在する２本のＸ方向延在
   部、及びＹ方向に延在する２本のＹ方向延在部を有する
   方形のリング状に形成されると共に、 前記第１弾性ヒンジが、前記中間部材における２本のＸ
   方向延在部と前記固定基台との間にＹ方向に複数配置さ
   れることによって、該固定基台と前記中間部材のＸ方向
   の相対変位が許容され、一方、 前記第２弾性ヒンジが、前記中間部材における２本のＹ
   方向延在部と前記可動テーブルとの間にＸ方向に複数配
   置されることによって、該中間部材と可動テーブルとの
   Ｙ方向の相対変位が許容される構成としたことを特徴と
   するＸ−Ｙステージの可動テーブルの支持構造。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記中間部材が、第１、第２中間部材を含む複数の中間
   部材に分割され、 前記固定基台と第１中間部材との間に前記第１弾性ヒン
   ジが配置されると共に、該第１中間部材と可動テーブル
   との間に前記第２弾性ヒンジが配置されることによっ
   て、可動テーブルの固定基台に対するＸ−Ｙ方向の相対
   変位が許容され、一方、 前記固定基台と第２中間部材との間に前記第２弾性ヒン
   ジが配置されると共に、該第２中間部材と可動テーブル
   との間に前記第１弾性ヒンジが配置されることによっ
   て、可動テーブルの固定基台に対するＸ−Ｙ方向の変位
   が許容される構成としたことを特徴とするＸ−Ｙステー
   ジの可動テーブルの支持構造。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記分割された第１、第２中間部材が、該第１、第２中
   間部材に連結された前記第１弾性ヒンジ及び第２弾性ヒ
   ンジを含めて、前記可動テーブルの中心に対して点対称
   となるように配置されたことを特徴とするＸ−Ｙステー
   ジの可動テーブルの支持構造。
5. 【請求項５】請求項３又は４において、 前記各中間部材に連結されている前記第１弾性ヒンジの
   一端及び第２弾性ヒンジの一端同士が、該中間部材の所
   定の一点に隣接して連結されていることを特徴とするＸ
   −Ｙステージの可動テーブルの支持構造。
6. 【請求項６】請求項３〜５のいずれかにおいて、 前記第１弾性ヒンジが、各中間部材についてそれぞれ一
   対設けられると共に、該一対の第１弾性ヒンジのＹ方向
   の配置位置が互いに異なっており、 前記第２弾性ヒンジが各中間部材についてそれぞれ一対
   設けられると共に、該一対の第２弾性ヒンジのＸ方向の
   配置位置が互いに異なっていることを特徴とするＸ−Ｙ
   ステージの可動テーブルの支持構造。