JP2886610B2 - 非接触支持を有する摩擦駆動装置 - Google Patents
非接触支持を有する摩擦駆動装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直線運動等をさせるための駆動装置に関
し、特に非接触支持を利用しつつ、摩擦力により回転運
動を直線運動に変換して物体を移動させることのできる
摩擦駆動装置の構造に関する。
し、特に非接触支持を利用しつつ、摩擦力により回転運
動を直線運動に変換して物体を移動させることのできる
摩擦駆動装置の構造に関する。
［従来の技術］ 半導体集積回路の製造技術の分野では、半導体デバイ
スの高密度化が進められている。それに伴って、半導体
露光装置のウェーハとマスクのアライメント調整に0.01
μｍオーダの分解能が要求されてきている。サーボモー
タとボールネジによる従来の駆動装置でこのような精度
を達成することは困難である。このような高分解能を有
する直線運動駆動装置に、従来、第３図に示すようなア
イドラーで接触支持しつつ、駆動ローラで摩擦駆動する
摩擦駆動方式によるものがあった。
スの高密度化が進められている。それに伴って、半導体
露光装置のウェーハとマスクのアライメント調整に0.01
μｍオーダの分解能が要求されてきている。サーボモー
タとボールネジによる従来の駆動装置でこのような精度
を達成することは困難である。このような高分解能を有
する直線運動駆動装置に、従来、第３図に示すようなア
イドラーで接触支持しつつ、駆動ローラで摩擦駆動する
摩擦駆動方式によるものがあった。
モータ31の回転子に軸32が接続され、軸32は転がりベ
アリング装置33で支持される。駆動ローラ34が軸32上に
取り付けられ、モータ31の回転と共に回転する。駆動ロ
ーラ34は駆動ロッド35の一方（図では左）の側面に押し
付けられており、接触摩擦力を利用して駆動力を伝達す
る。駆動ロッド35の右側面ではアイドラーローラ36によ
って転がり支持がされ、固定ベースに対し位置決めされ
る。この結果、駆動ロッド35は矢印方向に直線運動す
る。駆動ロッドの先には図示しないステージ装置等が結
合される。アイドラーローラ36は、転がりベアリング37
により支持される。
アリング装置33で支持される。駆動ローラ34が軸32上に
取り付けられ、モータ31の回転と共に回転する。駆動ロ
ーラ34は駆動ロッド35の一方（図では左）の側面に押し
付けられており、接触摩擦力を利用して駆動力を伝達す
る。駆動ロッド35の右側面ではアイドラーローラ36によ
って転がり支持がされ、固定ベースに対し位置決めされ
る。この結果、駆動ロッド35は矢印方向に直線運動す
る。駆動ロッドの先には図示しないステージ装置等が結
合される。アイドラーローラ36は、転がりベアリング37
により支持される。
摩擦駆動装置の分解能を決定する要素として、大きな
ものは、駆動源から対象物までの間の駆動力の機械的損
失である。具体的には、駆動力の摩擦損失を少なくし、
かつその変動を抑えて、モータからの駆動力が正確に非
駆動物体（駆動ロッド）に伝達されることが要求され
る。
ものは、駆動源から対象物までの間の駆動力の機械的損
失である。具体的には、駆動力の摩擦損失を少なくし、
かつその変動を抑えて、モータからの駆動力が正確に非
駆動物体（駆動ロッド）に伝達されることが要求され
る。
上に述べた従来の摩擦駆動方式では、モータ31の回転
力を駆動ローラ34に伝える際に、モータ31内の摩擦損失
の他、転がりベアリング33による摩擦損失があり、しか
も転がりベアリング33の弾性歪みや、ガタにより、回転
時に微小な振動が発生したりもする。アイドラーローラ
36の転がりベアリング37での摩擦損失もある。また、力
の働く向きによるヒステリシスが生じる。
力を駆動ローラ34に伝える際に、モータ31内の摩擦損失
の他、転がりベアリング33による摩擦損失があり、しか
も転がりベアリング33の弾性歪みや、ガタにより、回転
時に微小な振動が発生したりもする。アイドラーローラ
36の転がりベアリング37での摩擦損失もある。また、力
の働く向きによるヒステリシスが生じる。
また、駆動ローラ34と駆動ロッド35との間にも押圧変
形、摩擦損失があり、さらに案内支持のためのアイドラ
ーローラ36と駆動ロッド35との間にも押圧変形、摩擦損
失がある。駆動ローラ34と駆動ロッド35との間の転がり
摩擦は、両者間の押圧力Ｆに応じて摩擦係数μが変動す
るため、押圧力Ｆが変化すれば、それに応じて変動して
しまう。押圧力Ｆは、駆動ローラ34や駆動ロッド35の接
触面の微小な凹凸により変化してしまうので、結局駆動
力の摩擦損失の変動をもたらす。摩擦係数の変動は駆動
ローラ34のスリップをもたらし、駆動力（回転トルク）
対移動量の関係の変動を引き起こす。これは、0.01μｍ
オーダの分解能での移動制御が要求される直線駆動装置
としては重大な問題である。
形、摩擦損失があり、さらに案内支持のためのアイドラ
ーローラ36と駆動ロッド35との間にも押圧変形、摩擦損
失がある。駆動ローラ34と駆動ロッド35との間の転がり
摩擦は、両者間の押圧力Ｆに応じて摩擦係数μが変動す
るため、押圧力Ｆが変化すれば、それに応じて変動して
しまう。押圧力Ｆは、駆動ローラ34や駆動ロッド35の接
触面の微小な凹凸により変化してしまうので、結局駆動
力の摩擦損失の変動をもたらす。摩擦係数の変動は駆動
ローラ34のスリップをもたらし、駆動力（回転トルク）
対移動量の関係の変動を引き起こす。これは、0.01μｍ
オーダの分解能での移動制御が要求される直線駆動装置
としては重大な問題である。
［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、ガタを排
除した摩擦駆動においても、駆動力源から被駆動物体ま
で駆動力を伝達する間に摩擦等による駆動力の減衰、変
動が避け難かった。
除した摩擦駆動においても、駆動力源から被駆動物体ま
で駆動力を伝達する間に摩擦等による駆動力の減衰、変
動が避け難かった。
本発明の目的は、超高分解能を有する運動装置に好適
な摩擦駆動装置を提供することである。
な摩擦駆動装置を提供することである。
［課題を解決するための手段］ ベースに支持されたモータの固定子と、ベアリングに
よって支持されたモータの回転子と、回転子の回転駆動
力を外部に出力するための回転面を有するローラと、ロ
ーラからの駆動力を摩擦により受けて運動を行う可動部
材と、可動部材との間に空気膜を発生し、空気膜を介し
て可動部材に摺動自在な支持力を与えることにより可動
部材とローラとの間の押圧力を確保するエアパッド装置
を有するように構成する。
よって支持されたモータの回転子と、回転子の回転駆動
力を外部に出力するための回転面を有するローラと、ロ
ーラからの駆動力を摩擦により受けて運動を行う可動部
材と、可動部材との間に空気膜を発生し、空気膜を介し
て可動部材に摺動自在な支持力を与えることにより可動
部材とローラとの間の押圧力を確保するエアパッド装置
を有するように構成する。
［作用］ 駆動力源のモータの固定子と回転子との間に発生する
駆動力は、回転子がエアベアリンクで支持されているた
め、実質的に摩擦力ゼロで駆動ローラに伝達される。駆
動ローラの回転は、面と面との摩擦接触により可動部材
に伝達される。可動部材は、駆動ローラの回転力を受け
て所定方向に駆動される。エアパット装置は、可動部材
に空気膜を介して支持力を与えることにより可動部材と
駆動ローラとの間の押圧力が確保される。さらに、この
押圧力は空気膜を介して可動部材に加えられるので、可
動部材は実質的に摩擦力ゼロで摺動することができる。
駆動力は、回転子がエアベアリンクで支持されているた
め、実質的に摩擦力ゼロで駆動ローラに伝達される。駆
動ローラの回転は、面と面との摩擦接触により可動部材
に伝達される。可動部材は、駆動ローラの回転力を受け
て所定方向に駆動される。エアパット装置は、可動部材
に空気膜を介して支持力を与えることにより可動部材と
駆動ローラとの間の押圧力が確保される。さらに、この
押圧力は空気膜を介して可動部材に加えられるので、可
動部材は実質的に摩擦力ゼロで摺動することができる。
摩擦力は駆動ローラと可動部材との間の転がり抵抗だ
けであり、摩擦損失が極めて少なくなる。しかも、エア
パッド装置が空気膜を介して可動部材に押圧力を与えて
いるので、駆動ローラや駆動ロッドの接触面に微小な凹
凸があっても、空気膜がこれらを吸収して押圧力を一定
に保つ。押圧力が安定化するので摩擦係数も安定し、高
い駆動力分解能が得られる。
けであり、摩擦損失が極めて少なくなる。しかも、エア
パッド装置が空気膜を介して可動部材に押圧力を与えて
いるので、駆動ローラや駆動ロッドの接触面に微小な凹
凸があっても、空気膜がこれらを吸収して押圧力を一定
に保つ。押圧力が安定化するので摩擦係数も安定し、高
い駆動力分解能が得られる。
［実施例］ 第１図は、本発明の摩擦駆動装置の一実施例の構成を
示す。11はサーボモータで、駆動力発生源である。モー
タ11の回転子に回転軸12が直接接続されており、回転子
11と回転軸12はエアベアリング装置13でサーボモータ11
の固定子に対し位置決め支持される。回転部分の支持が
エアベアリングであるため、実質的に回転運動に対する
摩擦損失やヒステリシスはない。回転軸12の先端部に駆
動ローラ14が結合されている。駆動ローラは駆動ロッド
15の一方の側面と接触しており、駆動ローラ14が回転す
ると、その回転運動は摩擦によって駆動ロッド15に伝達
され、駆動ロッド15は矢印Ａ方向に直線運動する。駆動
ロッド15の先にはステージ装置16が適当な結合装置によ
り結合される。ステージ装置16には、駆動対象となる任
意の物体ないしは装置が搭載される。
示す。11はサーボモータで、駆動力発生源である。モー
タ11の回転子に回転軸12が直接接続されており、回転子
11と回転軸12はエアベアリング装置13でサーボモータ11
の固定子に対し位置決め支持される。回転部分の支持が
エアベアリングであるため、実質的に回転運動に対する
摩擦損失やヒステリシスはない。回転軸12の先端部に駆
動ローラ14が結合されている。駆動ローラは駆動ロッド
15の一方の側面と接触しており、駆動ローラ14が回転す
ると、その回転運動は摩擦によって駆動ロッド15に伝達
され、駆動ロッド15は矢印Ａ方向に直線運動する。駆動
ロッド15の先にはステージ装置16が適当な結合装置によ
り結合される。ステージ装置16には、駆動対象となる任
意の物体ないしは装置が搭載される。
駆動ロッド15の他方の側面は、エアパッド17によっ
て、移動方向に摺動自在に固定ベース18に対して位置決
め支持される。エアパット17は、駆動ロッド15の側面と
対向する面から圧縮空気を噴出して駆動ロッド15の側面
との間に空気膜を形成する。駆動ロッド15は、この空気
膜に支持されて、その上を滑りながら矢印Ａ方向に直線
運動する。空気膜であるので摩擦損失は実質的にない。
エアパッド17は、圧電アクチュエータ19により固定ベー
ス18に支持されている。
て、移動方向に摺動自在に固定ベース18に対して位置決
め支持される。エアパット17は、駆動ロッド15の側面と
対向する面から圧縮空気を噴出して駆動ロッド15の側面
との間に空気膜を形成する。駆動ロッド15は、この空気
膜に支持されて、その上を滑りながら矢印Ａ方向に直線
運動する。空気膜であるので摩擦損失は実質的にない。
エアパッド17は、圧電アクチュエータ19により固定ベー
ス18に支持されている。
圧電アクチュエータ19は、ピエゾ効果を有するセラミ
ック等の誘電体圧電素子を変位軸を整列させ、変位軸方
向に複数枚積層して接着固定したものである。積層型圧
電素子は、電圧を印加すると図の矢印Ｂ方向に変位す
る。同時に、変位方向に強い剛性を有する。印加電圧を
調整すれば変位量が制御できる。
ック等の誘電体圧電素子を変位軸を整列させ、変位軸方
向に複数枚積層して接着固定したものである。積層型圧
電素子は、電圧を印加すると図の矢印Ｂ方向に変位す
る。同時に、変位方向に強い剛性を有する。印加電圧を
調整すれば変位量が制御できる。
第２図は、第１図の矢印Ａ方向から見た図であり、駆
動ローラ14、駆動ロッド15、エアパック17、そして圧電
アクチュエータ19による駆動支持装置の詳細を示す。
動ローラ14、駆動ロッド15、エアパック17、そして圧電
アクチュエータ19による駆動支持装置の詳細を示す。
エアパッド17は、空気膜20を形成して、その空気圧に
より駆動ロッド15に対し圧力F1を与えている。駆動ロッ
ド15は圧力F1を駆動ローラ14に与える。駆動ローラ14と
駆動ロッド15とは接触しているので、駆動ロッド15は反
作用F2を受ける。駆動ローラ14と駆動ロッド15とは、実
質的に剛体と見れば、F1＝F2となり、平衡して第２図の
横方向については駆動ロッド15は、一定位置に位置決め
支持される。また、力F2により駆動ローラ14と駆動ロッ
ド15との間で摩擦を発生する。
より駆動ロッド15に対し圧力F1を与えている。駆動ロッ
ド15は圧力F1を駆動ローラ14に与える。駆動ローラ14と
駆動ロッド15とは接触しているので、駆動ロッド15は反
作用F2を受ける。駆動ローラ14と駆動ロッド15とは、実
質的に剛体と見れば、F1＝F2となり、平衡して第２図の
横方向については駆動ロッド15は、一定位置に位置決め
支持される。また、力F2により駆動ローラ14と駆動ロッ
ド15との間で摩擦を発生する。
なお、駆動ローラ14は厳密には一部押し潰されて駆動
ロッド15と接触し、その摩擦係数μは押圧力F2により変
化する。
ロッド15と接触し、その摩擦係数μは押圧力F2により変
化する。
駆動ローラ14は極めて高い真円度で、かつその回転面
は非常に滑らかな加工仕上げ精度で作られる。また、駆
動ローラ14の回転面と接触する駆動ロッド15の側面も精
密仕上げにより平滑度を持っている。
は非常に滑らかな加工仕上げ精度で作られる。また、駆
動ローラ14の回転面と接触する駆動ロッド15の側面も精
密仕上げにより平滑度を持っている。
しかし、それでも接触面等に凹凸（形状誤差）が残存
する。機械的転がりベアリング等で支持を行った場合
は、凹凸があると押圧力F2を変動させる。押圧力F2が変
動すると摩擦係数μが変化し、従って、駆動力の伝達損
失が変動する。この変動は、0.01μｍの分解能を要求さ
れる移動装置では無視できないものである。
する。機械的転がりベアリング等で支持を行った場合
は、凹凸があると押圧力F2を変動させる。押圧力F2が変
動すると摩擦係数μが変化し、従って、駆動力の伝達損
失が変動する。この変動は、0.01μｍの分解能を要求さ
れる移動装置では無視できないものである。
ところで、エアベアリング13内の空気層やエアパッド
17で発生される空気膜20は、駆動ロッド15に比べて弾性
変形可能であり、部分的変形も可能である。空気膜20の
厚みｘを変化させて、駆動ローラ14と駆動ロッド15の接
触面の凹凸による押圧力F2の変動を吸収し、押圧力F2の
値を一定に保つことができる。
17で発生される空気膜20は、駆動ロッド15に比べて弾性
変形可能であり、部分的変形も可能である。空気膜20の
厚みｘを変化させて、駆動ローラ14と駆動ロッド15の接
触面の凹凸による押圧力F2の変動を吸収し、押圧力F2の
値を一定に保つことができる。
空気膜20の厚みｘは、圧電アクチュエータ19の変位量
を制御することによって調整可能である。圧電アクチュ
エータ19の変位量は印加電圧によって制御でき、容易に
0.01μｍ以下の分解能を実現できる。空気膜20の厚みｘ
もまた同程度の安定度で調整できる。また、圧電アクチ
ュエータ19の変位応答速度は非常に速いので、空気圧変
動や駆動バーの変位をモニタしてフィードバックする時
も、ダイナミックな制御応答精度が高い。
を制御することによって調整可能である。圧電アクチュ
エータ19の変位量は印加電圧によって制御でき、容易に
0.01μｍ以下の分解能を実現できる。空気膜20の厚みｘ
もまた同程度の安定度で調整できる。また、圧電アクチ
ュエータ19の変位応答速度は非常に速いので、空気圧変
動や駆動バーの変位をモニタしてフィードバックする時
も、ダイナミックな制御応答精度が高い。
以上の説明では、第２図の図面の上下方向の支持方法
については特に言及しなかったが、これはエアベアリン
グ方式でも、磁気ベアリング方式でも他のベアリング方
式よる支持方法でもよい。
については特に言及しなかったが、これはエアベアリン
グ方式でも、磁気ベアリング方式でも他のベアリング方
式よる支持方法でもよい。
また、実施例の圧電アクチュエータ19は２本備えられ
ているが、駆動ロッド15の長さや押圧力の大きさ等を考
慮して適切な本数を選択できる。さらに、第１図のステ
ージ装置16上に、さらに他の方向についても同様の直線
駆動装置を搭載すれば、Ｘ−Y2次元運動を行う装置とな
る。
ているが、駆動ロッド15の長さや押圧力の大きさ等を考
慮して適切な本数を選択できる。さらに、第１図のステ
ージ装置16上に、さらに他の方向についても同様の直線
駆動装置を搭載すれば、Ｘ−Y2次元運動を行う装置とな
る。
本発明の摩擦駆動装置は、半導体露光装置のステッパ
の他に、測距装置や超精密加工機等の高精度の位置決め
を要求される移動装置として広い分野に利用することが
できる。
の他に、測距装置や超精密加工機等の高精度の位置決め
を要求される移動装置として広い分野に利用することが
できる。
［発明の効果］ 駆動源から非駆動体までの間で摩擦力は駆動ローラ等
のローラと駆動ロッド等の可動部材との間の転がり抵抗
だけとしたため、摩擦損失が極めて少なくなる。
のローラと駆動ロッド等の可動部材との間の転がり抵抗
だけとしたため、摩擦損失が極めて少なくなる。
エアパッドが空気膜を介して可動部材に押圧力を与え
ているので、駆動ローラや駆動ロッド等の部材の接触面
の微小な凹凸を空気膜が吸収して平均化した押圧力を一
定に保つ。
ているので、駆動ローラや駆動ロッド等の部材の接触面
の微小な凹凸を空気膜が吸収して平均化した押圧力を一
定に保つ。
エアパッドの空気膜の厚みを圧電アクチュエータによ
って最適値に調整することも可能である。
って最適値に調整することも可能である。
高速、高分解能の摩擦駆動装置が実現できる。
第１図は、本発明の一実施例による摩擦駆動装置を利用
した直線運動装置の構成図、 第２図は、本発明の実施例の駆動／支持機構の構成図、 第３図は、従来の技術の摩擦駆動装置の例の構成図であ
る。 図において、 11……サーボモータ 12、32……回転軸 13……エアベアリング 14、34……駆動ローラ 15、35……駆動ロッド 16……ステージ装置 17……エアパッド 18……固定ベース 19……圧電アクチュエータ 20……空気膜 31……モータ 33、37……転がりベアリング 36……アイドラーローラ
した直線運動装置の構成図、 第２図は、本発明の実施例の駆動／支持機構の構成図、 第３図は、従来の技術の摩擦駆動装置の例の構成図であ
る。 図において、 11……サーボモータ 12、32……回転軸 13……エアベアリング 14、34……駆動ローラ 15、35……駆動ロッド 16……ステージ装置 17……エアパッド 18……固定ベース 19……圧電アクチュエータ 20……空気膜 31……モータ 33、37……転がりベアリング 36……アイドラーローラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−140159（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−4780（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16H 19/00 - 19/08 G05D 3/00 - 3/20
Claims (3)
- 【請求項１】ベースに支持されたモータの固定子と、 エアベアリングによって支持されたモータの回転子と、 前記回転子の回転駆動力を外部に出力するための回転面
を有するローラと、 前記ローラの回転面と接触する面を有し、該接触面と該
回転面との間で発生する摩擦力により前記ローラからの
回転駆動力を受け、それにより直線運動を行う可動部材
と、 前記ローラと逆の側で前記可動部材に対向し、前記可動
部材との間に空気膜を発生し、該空気膜を介して前記可
動部材に摺動自在な支持力を与え、それにより前記可動
部材と前記ローラとの間の押圧力を確保するエアパッド
手段と を有する摩擦駆動装置。 - 【請求項２】前記エアパッド手段は、前記空気膜を発生
するエア吹き出し装置と、該エア吹き出し装置を前記可
動部材に向かう方向に移動させて該エア吹き出し装置と
該可動部材との間の間隔を調整することのできる圧電素
子を用いたアクチュエータとを含む請求項１記載の摩擦
駆動装置。 - 【請求項３】前記エアパッド手段は、前記可動部材の直
線運動を案内する支持部を含む請求項２記載の摩擦駆動
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098377A JP2886610B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 非接触支持を有する摩擦駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098377A JP2886610B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 非接触支持を有する摩擦駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447A JPH0447A (ja) | 1992-01-06 |
| JP2886610B2 true JP2886610B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=14218188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2098377A Expired - Fee Related JP2886610B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | 非接触支持を有する摩擦駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2886610B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1821000A2 (en) | 2006-02-20 | 2007-08-22 | Isel Co., Ltd. | Friction drive unit |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0625089B2 (ja) * | 1984-06-22 | 1994-04-06 | 呉羽化学工業株式会社 | ジアルカノイルオキシベンジリデンジアルカノエ−ト |
| US6648509B2 (en) * | 2001-08-15 | 2003-11-18 | Nikon Corporation | Friction-drive stage |
| US7458914B2 (en) | 2002-03-29 | 2008-12-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus for a low cost and high force transmission using elastically deformable driving element for friction drive |
| US7357132B2 (en) | 2004-11-09 | 2008-04-15 | Arizona Public Service Company | Positioning system and method of orienting an object using same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140159A (ja) * | 1986-12-03 | 1988-06-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微小位置決め装置 |
| JPH024780U (ja) * | 1988-06-20 | 1990-01-12 |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2098377A patent/JP2886610B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1821000A2 (en) | 2006-02-20 | 2007-08-22 | Isel Co., Ltd. | Friction drive unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0447A (ja) | 1992-01-06 |
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