JP4826584B2 - 並進旋回２自由度ステージ装置およびこれを用いた３自由度ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置やプリント基板、液晶表示素子等の露光装置などで、テーブルを移動して、テーブル上の対象を所定の位置に位置決め、かつ、長ストロークをテーブル移動するＹ方向並進とθ旋回可能な並進旋回２自由度ステージ装置もしくは、この並進旋回２自由度ステージ装置にＸ方向並進駆動機構を加えた３自由度ステージ装置に関する。

従来の第１例であるステージ装置は、可動テーブルを有するステージの一の端部と他の端部とを移動可能に軸支する可動支持機構と、可動テーブルと可動支持機構とを制御する位置制御部と、を含めて、直進方向のみならず、回転方向の移動においても、ステージを的確に位置決めをすることができるとともに、応答性を高くして高速にステージを移動させることができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の第２例である２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルへの組み付けが簡単でかつ高精度に案内支持できる２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いたテーブル装置としているものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−３１６４４０号公報（図１、図３、図４、図５、図７） 特開平１１−２４５１２８号公報（図２、図４、図５）

従来の第１例である特許文献１のステージ装置を説明する。
図２３は特許文献１のステージ装置の外観図である。
図２３において、１１００、１２００、１３００は直進ステージ、１１１０、１２１０、１３１０は可動テーブル、１１１２と１１１４、１２１２と１２１４、１３１２と１３１４は脚部、１２２０、１３２０はベース部、１２２２と１２２４はガイドレール、１１３０、１２３０、１３３０はリニアモータ固定子、１３５０は第１端部、１３６０は第２端部である。３つの直進ステージ１１００、１２００及び１３００は、同じ構造を有し、リニアモータにより別個に駆動される移動可能な可動テーブル１１１０、１２１０及び１３１０ステージ１１００、１２００および１３００上を移動する。直進ステージ１３００のベース部１３２０の第１端部１３５０は、直進ステージ１１００の可動テーブル１１１０上に回動自在に支持され、直進ステージ１３００のベース部１３２０の第２端部１３６０は、直進ステージ１２００の可動テーブル１２１０上に回動自在に支持されている。
図２４は特許文献１のステージ装置の直進ステージ１３００の軸支部の態様を示す斜視図である。図２４において、１４００、１５００は軸支部材、１４１０、１５１０は外側円筒部、１４２０、１５２０は内側円筒部、１５３０は板ばね部、である。板ばね部１５３０は、内側円筒部１５２０に設けられ、支持部材を介してベース部１３２０の下面に固定されている。
図２５は特許文献１のステージ装置の軸支部材１４００と軸支部材１５００との詳細を示す図である。図２５（ａ）は、軸支部材１４００をベース部１３２０の第１端部１３５０側から見たときの断面を示し、図２５（ｂ）は、軸支部材１５００をベース部１３２０の第２端部１３６０側から見たときの断面を示すものである。
図２５（ａ）に示す内側円筒部１４２０は、外側円筒部１４１０に対して相対的に円滑に回動する。図２５（ｂ）に示す内側円筒部１５２０には、内側円筒部１５２０の半径方向に沿って板ばね１５３０が設けられている。

図２６は特許文献１のステージ装置の内側円筒部１５２０を上方からみた図である。
図２６において、１５２２は小内径部、１５２４は大内径部、１５２６は境界側面、１５６０はネジ、である。板ばね１５３０は、長尺な形状であり、板ばね１５３０の両端部には、長円形の貫通孔があり、長円形の貫通孔の長径の方向は、板ばね１５３０の長手方向と略同じ方向である。板ばね１５３０の両端部は、この貫通孔を介してネジ１５６０により、内側円筒部１５２０の境界側面１５２６に設けられている。板ばね１５３０は、板ばね１５３０の長手方向が、内側円筒部１５２０の直径方向と略同一となるようになされている。
図に示す如き白い矢印の方向に板ばね１５３０が撓んだときには、板ばね１５３０の両端部は、長円形の貫通孔に沿って微動することができる。板ばね１５３０の中央部には、支持部材１５７０がネジ１５８０により固定されている。支持部材１５７０はＴ字形状であり、支持部材１５７０の上部は、ネジ１５９０により直進ステージ１３００のベース部１３２０の下面に固定されている。回転ベアリング１５４０とローラ１５５０とを設けたことにより、内側円筒部１５２０は、外側円筒部１５１０に対して相対的に円滑に回動することができるのである。
また、直進ステージ１３００は、板ばね１５３０が撓むことにより、内側円筒部１５２０に対して移動することができるのである。直進ステージ１３００から「ステージ」が構成され、可動テーブル１３１０から「可動テーブル」が構成される。
また、軸支部材１４００から「第１可動支持機構」を構成し、軸支部材１５００から「第２可動支持機構」を構成する。更に、第１端部１３５０から「一の端部」をなし、第２端部１３６０から「他の端部」をなす。さらにまた、板ばね部１５３０から「弾性部材」が構成される。

図２７は特許文献１のステージ装置のテーブルの位置決めを行う具体的な態様である。
図２７（ａ）〜（ｃ）に示した例は、３つの直進ステージ１１００、１２００及び１３００と、可動テーブル１１１０、１２１０及び１３１０との概略を示す平面図である。
図２７（ａ）は、直進ステージ１１００のＹ方向の中央に可動テーブル１１１０が位置し、直進ステージ１２００のＹ方向の中央に可動テーブル１２１０が位置し、直進ステージ１３００のＸ方向の中央に可動テーブル１３１０が位置するときのものを示すもので、この位置に可動テーブル１１１０、１２１０及び１３１０が位置するときを基準位置とする。
図２７（ｂ）は、直進ステージ１１００の可動テーブル１１１０と、直進ステージ１２００の可動テーブル１２１０との双方を、基準位置から距離Ｙ１だけ正方向に移動させ、直進ステージ１３００の可動テーブル１３１０を、基準位置から距離Ｘ１だけ正方向に移動させたときの状態を示す。このように可動テーブル１１１０と可動テーブル１２１０とを同じ方向に同じ距離だけ移動することにより、直進ステージ１３００の全体をＹ方向に移動することができる。このようにすることにより、可動テーブル１３１０をＸ−Ｙ方向の所望とする位置に位置付けることができる。
図２７（ｃ）は、直進ステージ１１００の可動テーブル１１１０を基準位置から距離Ｙ２だけ負方向に移動させ、直進ステージ１２００の可動テーブル１２１０を基準位置から距離Ｙ２だけ正方向に移動させる。このようにすることにより、直進ステージ１３００の全体の向きをθだけ回転した位置に位置付けることができる。このように可動テーブル１１１０と可動テーブル１２１０とを相対的に異なる位置に位置付けることにより、直進ステージ１３００の全体を所望の角度だけ回転した位置に位置付けることができ、可動テーブル１３１０を所望の角度だけ回転した位置に位置付けることができるのである。
図２７（ｃ）の如く、直進ステージ１３００が回転したときには、上述した直進ステージ１３００のベース部１３２０を支持する支持部材１５７０は移動することとなる。支持部材１５７０が移動したときには、支持部材１５７０に固定されている板ばね部１５３０は、撓むこととなる。

図２８は、特許文献１のステージ装置の板ばね部１５３０が撓んだときの様子を示す図である。支持部材１５７０は図面の左方向に移動したときのものを示すものである。この支持部材１５７０の移動により、板ばね部１５３０は、符号Ｍで示す箇所で撓むのである。
このように、直進ステージ１３００のベース部１３２０の第１端部１３５０においては、直進ステージ１３００を軸支するだけの構成としたことにより、第１端部１３５０における回動中心を基準にして、直進ステージ１３００の長手方向に沿った可動テーブル１３１０の位置を算出することができる。また、直進ステージ１３００のベース部１３２０の第２端部１３６０においては、直進ステージ１３００を軸支するとともに直進ステージ１３００の長手方向に移動可能にする構成としたことにより、直進ステージ１３００の回動動作を円滑なものにすることができるのである。

次に、従来の第２例である特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置を説明する。図２９は特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構の一部破断分解斜視図、図３０は図２９に示す２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置であり、同図（ａ）はテーブルを省略して２点鎖線で示す平面図、同図（ｂ）は正面図、図３１は、図３０に示すテーブルの平面図である。
図２９〜図３１において、２軸平行・１軸旋回運動案内機構は、２軸平行運動案内部２７０と、この２軸平行運動案内部２７０に組み付けられる旋回運動案内部２８０と、から構成されている。
また、２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、図２９、図３０のように、４つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを介して、テーブル２３３を基台２３４に対して平行に互いに直交する２軸方向に移動自在に支持し、テーブル２３３中央部に位置する旋回軸Ｃ０を中心にして旋回可能となっている。
４つのうち３つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｄには、それぞれ直線方向に伸縮駆動される、回転モータ２３８と、この回転モータ２３８の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構２３９から構成される直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂ，２３７Ｄが作動連結されている。２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ｃは自由に運動できる。
テーブル２３３を平行移動させる場合は、２つの直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂもしくは、直線駆動機構２３７Ｄを駆動する。
テーブル２３３を旋回軸Ｃ０に対して旋回させる場合、直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂとを互いに逆方向に同一量＋ΔＸ，−ΔＸだけ駆動させ、一方、直線駆動機構２３７ＤをＹ軸方向に所定量ΔＹだけ駆動させる。
このように、従来の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルを平行移動または旋回させ、位置決めを行うのである。

しかしながら、特許文献１のステージ装置は、弾性部材を利用し、弾性部材が撓むことで自由度を得ているが、弾性部材の撓変位を考慮して位置決めしなければ成らない。つまり、板ばねの弾性特性のヒステリシス、もしくは弾性部材に用いるコイルばねや空気ばね等の復元力と変位の非線形性により、精密に位置決めすることができなという問題があった。
また、駆動系の板バネのような弾性部材を配した場合は、板バネ要素が要因となる共振が位置決め精度に影響を与えるというような問題もあった。
また、特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、微小のＸＹθの位置決めのみを目的としており、搬送用途には別途駆動機構を用いる必要があった。よって、機械構造が複雑化したり、コストが掛かるといった問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、Yθの微小な位置決めすると
ともに、搬送用途の長ストローク移動できる並進回転２自由度ステージ装置および、該並進回転２自由度ステージ装置を用いて、長ストローク移動を含むＸＹθ移動できる３自由度ステージ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、並進旋回２自由度ステージ装置に係り、機台部に配置された駆動機構を介して対象物を搭載するテーブルを所定の位置に位置決めする並進旋回２自由度ステージ装置において、
前記機台部は、同一方向に平行に配置された少なくとも３本の長ストローク移動可能な直動案内を備え、かつ少なくとも３箇所の直動案内ブロックが前記少なくとも３本の長ストローク移動可能な直動案内の上に移動可能にそれぞれ載置され、前記駆動機構は、並進自由度を持つ２つの並進自由度部と、回転自由度を持つ１つの回転自由度部よりなる第１の機構部と、
前記第１の機構部の２つの前記並進自由度部のうちの一つに設けられた電動機と、被検出体となる該機構部の動作量を検出する動作量検出器と、指令信号を受けて前記電動機を制御する制御器とよりなる電動機制御装置と、
から構成される１軸駆動並進回転機構であって、
前記駆動機構である前記１軸駆動並進回転機構を少なくも２組備え、
さらに前記テーブルの旋回移動中心に１つの前記回転自由度部と１つの前記並進自由度部を持つ第２の機構部と、を備え、
前記２組の１軸駆動並進回転機構と前記第２の機構部とをそれぞれ前記少なくとも３箇所の直動案内ブロックの上に載置し、
前記１軸駆動並進回転機構は、前記制御器に動作指令を与える指令装置を備えると共に、前記電動機を並進方向に動作させることにより、前記テーブルを１方向の並進移動もしくは旋回移動させるようにしたこと。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の並進旋回２自由度ステージ装置において、前記テーブルもしくは前記テーブル上の対象物の位置を把握するための２次元位置センサと、前記２次元位置センサによって捕らえた対象物の画像を画像処理して、前記対象物の位置を補正するための補正量を演算する補正量算出部とを備え、前記補正量算出部によって得た補正量に基づいて前記電動機を動作させ前記テーブルもしくは前記テーブル上の前記対象物の位置を補正すること。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の並進旋回２自由度ステージ装置において、前記２次元位置センサを複数有すること。
請求項４記載の発明は、並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置において、請求項１から３のいずれか記載の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルの上部もしくは下部に並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有すること。
請求項５記載の発明は、並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置に係り、請求項１から４のいずれか１項記載の並進旋回２自由度ステージ装置を囲む門型構造に並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有すること。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の並進旋回２自由度ステージ装置を並進方向に駆動するために、並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有すること。

請求項１記載の発明によると、テーブルの１方向への長ストローク並進移動と、旋回移動を行うことができる。
また、請求項２記載の発明によると、テーブルもしくはテーブル上の対象物の配置状況を２次元位置センサを用いて位置の補正値を算出することで、テーブル移動動作を迅速に行うことができる。
請求項３記載の発明によると、１つの２次元位置センサでは、対象物がすべて把握できない場合でも、複数の２次元位置センサが分割して対象物を把握することで、対象物の配置を把握することができる。また、複数の種類の把握対象に使用できる。
請求項４〜６記載の発明によると、テーブルの１方向への長ストローク並進移動と、旋回移動を行うことができ、さらに１軸並進駆動機構を有するので、ＸＹ並進とθ旋回の３自由度を持つことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図、図２は本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
図において、１は電動機(リニアモータ)、２は動作量検出器、３は制御器、４はテーブル、５は対象物、６は１軸駆動並進回転機構、７は機台部、８は指令部、１１は並進駆動部、１２は並進自由度部、１３は回転自由度部、１６は第２の機構部、２５は電動機制御装置となっている。また、１軸駆動並進回転機構６は、機台部７側から上に並進駆動部１１と回転自由度部１３と並進自由度部１２の順に構成され、第２の機構部は、機台部７側から上に並進自由度部１２と回転自由度部の順に構成されている。

本発明が特許文献１と異なる部分は、１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６を備えた部分である。１軸駆動並進回転機構６が電動機１によって駆動される並進駆動部１１と回転自由度部１３を有する点は特許文献１と同様だが、本発明の回転自由度部１３には板バネのような弾性体は無く、本発明の１軸駆動並進回転機構６には、特許文献１には無い並進自由度部１２が設けられている。また、テーブル４を回転自由度部１３と並進自由度部１２で支持する第２の機構部１６も特許文献１には無い。
本発明が特許文献２と異なる部分は、テーブル４が並進１方向にのみ動作する点である。但し、本発明は長ストロークの並進移動ができるように、１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１と第２の機構部１６の並進自由度１２が同方向に成っている。
特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構２７０と、１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１、並進自由度部１２、回転自由度部１３の構成は類似しているが、第２の機構部１６は特許文献２には無い。

１軸駆動並進回転機構６は、機台部７の両側（Ａ,Ｂ）の直動案内２１に沿って移動で
きるように配置され、第２の機構部１６は、テーブル４の旋回中心部（Ｃ）に配置されている。
なお、各並進駆動部１１を構成するリニアモータ１は、それぞれ２つの制御器３が接続されている。制御器３は指令部８から動作命令を受け取り、リニアモータ１を動作させる。動作量検出器２はリニアモータ１もしくはリニアモータ１が駆動する直動案内ブロック２２ほかが付随する部位の移動量を検出し、その移動量が指令部８の動作命令との差を０にするように制御器３が動作を制御する。

次に、並進旋回２自由度ステージ装置の動作について説明する。
図３は本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。
その動作は、図２に示すように、Ａ，Ｂ点２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１をそれぞれ反対側に動作させると、Ｃ点の第２の機構部１６を中心としてテーブル４を旋回させることができる。１軸駆動並進回転機構６ａをδＹ１、１軸駆動並進回転機構６ｂをδＹ２動作させれば、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの回転自由度部１３はθ動作し、並進自由度部１２はδＸ１、δＸ２移動するので、テーブル４はθ旋回する。つまり、第２の機構部１６の回転自由度部１３が作用し、テーブル４がθ旋回する。
以上のようにテーブルの旋回と、１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６の各リニアモータ１、各回転自由度１３、並進自由度１２の移動量は、幾何学的に決定する。

図４は本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのＹ並進移動を示す図である。
図４において、δＹは１軸駆動並進回転機構に付属するリニアモータ１の移動量である。Ａ，Ｂ両方のリニアモータ１ａ,１ｂを同じ量だけ動作させれば、テーブル４を並進移
動できる。
なお、並進移動は、図３で示した旋回θ後の姿勢で並進移動させても良い。
本発明の第１実施例は上記構成にしたので、旋回θと長ストロークを含む並進Ｙ方向移動ができる並進旋回２自由度ステージ装置となる。

図５は本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図、図６は本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
なお、第２実施例の基本的な構成要素は第１実施例と同じである。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、１軸駆動並進回転機構の構成である。１軸駆動並進回転機構６は、機台部７側から上に並進駆動部１１と並進自由度部１２と回転自由度部１３順に構成されている。１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６の配置も第１実施例と同じである。
また、本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、第１実施例と同じである。

本発明の第２実施例が第１実施例と異なるのは、２次元位置センサ９と補正量算出部１５を備えた部分である。
図７は本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の２次元位置センサによる対象物の位置補正方法を示す図である。２次元位置センサ９は、テーブル４もしくはテーブル４上の対象物５を検出し、そのズレ量を補正量算出部１５によって把握できる。ズレ量が把握できたならば、図７のように並進Ｙ方向と旋回θ方向の修正が可能となる。
本実施例では、並進Ｘ方向の修正が出来ないが、別途実施例で後述するが、並進Ｘ方向の修正を行うことができる。

図８は本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。
第１実施例と同様に、図８のようにＡ，Ｂ点２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１をそれぞれ反対側に動作させると、Ｃ点の第２の機構部１６を中心としてテーブル４を旋回させることができる。１軸駆動並進回転機構６ａをδＹ１、１軸駆動並進回転機構６ｂをδＹ２動作させれば、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの回転自由度部１３はθ動作し、並進自由度部１２はδＸ１、δＸ２移動するので、テーブル４はθ旋回する。つまり、第２の機構部１６の回転自由度部１３が作用し、テーブル４がθ旋回する。
第１実施例とは、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの構成が異なるので、テーブル４をθ旋回する際のリニアモータ１ａ,１ｂの移動量δＹ１、δＹ２、並進自由度部１２の移
動量δＸ１、δＸ２が異なるが、テーブル４の旋回と、１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６の各リニアモータ１、各回転自由度１３、並進自由度１２の移動量は、幾何学的に決定できる点は同じである。
なお、並進Ｙ方向のテーブル４の移動は、第１実施例と同様にして実施できる。

図９は本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図、図１０は本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
第３実施例の基本的な構成要素は第１実施例、第２実施例と同じである。第１実施例、第２実施例と異なるのは、リニアモータ１を持たない３自由度機構１８をさらに加えた点である。また、第１実施例とは、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの配置位置が異なる。さらに、２次元位置センサ９と補正量算出部１５は記載を省略している。
なお、図１０のように、１軸駆動並進回転機構６の構成は、第１実施例と同様に、機台部７側から上に並進駆動部１１と回転自由度部１３と並進自由度部１２の順である。３自由度機構１８の構成も、機台部７側から並進自由度部１２、回転自由度部１３、並進自由度部１２の構成である。
また、本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、第１実施例と同じである。

図１１は本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。
第１実施例と同様に、図１１のようにＡ，Ｂ点２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１をそれぞれ反対側に動作させると、Ｃ点の第２の機構部１６を中心としてテーブル４を旋回させることができる。１軸駆動並進回転機構６ａをδＹ１、１軸駆動並進回転機構６ｂをδＹ２動作させれば、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの回転自由度部１３はθ動作し、並進自由度部１２はδＸ１、δＸ２移動し、３自由度機構１８の並進自由度部１２もδＹ３、δＹ４、δＸ３、δＸ４移動し、かつ、第２の機構部１６の回転自由度部１３が作用し、テーブル４がθ旋回する。
第１実施例とは、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの配置位置が異なるので、リニアモータ１ａ,１ｂの動作量は異なるが、テーブル４の旋回と、１軸駆動並進回転機構６と第
２の機構部１６の各リニアモータ１、各回転自由度１３、並進自由度１２の移動量は、幾何学的に決定できる点は同じである。なお、並進Ｙ方向のテーブル４の移動は、第１実施例と同様にして実施できる。

図１２は本発明の第４実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図、図１３は本発明の第４実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
なお、第４実施例の基本的な構成要素は第１実施例と同じである。第４実施例が第１実施例と異なる点は、図１３のように、第２の機構部１６にもリニアモータ１を配して、第２駆動機構１９とし、制御器３、動作量検出器２を備えている点である。
第１の機構部６ａ、６ｂの構成と配置は第１実施例と同じである。さらに、２次元位置センサ９と補正量算出部１５は記載を省略している。
また、本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、第１実施例と同じである。
以上のような構成をしているので、テーブル４のθ旋回移動は、第1実施例の図３と同
様に実現できる。並進Ｙ方向移動も第1実施例と同様にできる。本実施例では、第２駆動
機構１９にもリニアモータ１ｃを備えているので、Ｙ方向への推進力を増大も可能であるし、各リニアモータの容量を分散して推力を出すような電動機の容量選定が実施できる。

図１４は、本発明の第５実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部、第２駆動機構の配置を示す平面概略図、図１５は本発明の第５実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
なお、第５実施例の基本的な構成要素は第１実施例と同じである。また、１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６の配置は、第３実施例の３自由度機構１８を１軸駆動並進回転機構６に置き換えた配置である。つまり、第３実施例とは、さらにリニアモータ１を加えた点が異なる。なお、２次元位置センサ９と補正量算出部１５は記載を省略している。１軸駆動並進回転機構６の構成は、第１実施例と同じ、並進・回転・並進の順である。また、本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、第１実施例と同じである。
以上のような構成をしているので、テーブル４のθ旋回移動は、第３実施例の図１１と同様に実現できる。並進Ｙ方向移動も第1実施例と同様にできる。本実施例では、１軸駆
動並進回転機構６を４つ備えているので、Ｙ方向への推進力増大も可能であるし、各リニアモータの容量を分散して推力を出すような電動機の容量選定が実施できる。

図１６は本発明の第６実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図、図１７は本発明の第６実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
図において、並進旋回２自由度ステージ装置３０は、第１実施例で示した構成である。並進旋回２自由度ステージ装置３０のテーブル４の上に１軸並進駆動機構２４を配置して、並進Ｘ方向の動作を実現している。
以上のような構成にしているので、第１実施例のように並進旋回２自由度ステージ装置３０がテーブル４を並進Ｙ方向の動作と、旋回θの動作を行い、テーブル４上の１軸並進駆動機構２４が並進Ｘ方向の動作を行うので、ＸＹθの３自由度の動作を行う３自由度ステージ装置となるのである。

図１８は本発明の第７実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図、図１９は本発明の第７実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。
図において、並進旋回２自由度ステージ装置３０は、第１実施例で示した構成である。
並進旋回２自由度ステージ装置３０は、リニアモータを２つ配した１軸並進駆動機構２４の上に配置されている。
以上のような構成にしているので、第１実施例のように並進旋回２自由度ステージ装置３０がテーブル４を並進Ｙ方向の動作と、旋回θの動作を行い、並進旋回２自由度ステージ装置３０の機台部７を１軸並進駆動機構２４が並進Ｘ方向の動作を行うことで、ＸＹθの３自由度の動作を行う３自由度ステージ装置となるのである。

図２０は本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図、図２１は本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。本実施例では、２次元位置センサ９を２つ有し、２次元位置センサ９が検出した画像から補正量算出部１５にて、テーブル４上の対象物５のズレ量を把握できるようになっている。２次元位置センサ９と補正量算出部１５を用いたところは、第２実施例と同じであるが、２つの２次元位置センサ９を用いており、２次元位置センサ９の数量が異なる。
図において、並進旋回２自由度ステージ装置３０は、第１実施例で示した構成である。
並進旋回２自由度ステージ装置３０を取り囲むように門型構造２８が構成され、この上に１軸並進駆動機構２４が配され、Ｘ軸テーブル２９を並進Ｘ方向に移動できる。
以上のような構成にしているので、第１実施例のように並進旋回２自由度ステージ装置３０がテーブル４を並進Ｙ方向の動作と、旋回θの動作を行い、門型構造２８にある１軸並進駆動機構２４がＸ軸テーブル２９を並進Ｘ方向の動作を行うことで、ＸＹθの３自由度の動作を行う３自由度ステージ装置となるのである。

図２２は本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の動作例を示す概略図である。
図２２において、（１）と示した線は、３自由度ステージ装置が加工や検査を行う工程で必要な動作の基本的な軌跡・位置である。（２）と示した線は、基本的な軌跡・位置からδＸ，δＹだけズレた軌跡・位置である。（３）と示した線は、対象物５がテーブル４に置かれた際のズレた軌跡・位置である。（４）と示した線は、（３）の軌跡・位置のズレをＹ方向とθ方向に修正した軌跡・位置である。
対象物５がテーブル上に置かれると、対象物５は（３）のようにズレ量を伴う。そこで、並進旋回２自由度ステージ装置３０が並進Ｙ方向に可動して、対象物５上にあるマーカを２次元位置センサ９の画角の中に含まれるようにテーブル４を移動させる。
２次元位置センサ９はマーカを検出し、第２実施例の図７で示したのと同様に、対象物５のＸＹθのズレ量を、補正量算出部１５にて把握する。並進旋回２自由度ステージ装置３０は並進Ｙ方向と旋回θができるので、（３）のようなズレをＹ方向とθ方向に修正し、（４）のような軌跡・位置にする。加工や検査を行う工程で必要な動作の基本的な軌跡・位置は（１）であるが、１軸並進駆動機構２４がδＸだけ移動してここを新たな基準と改めることで、対象物５の加工や検査を正しい軌跡・位置に沿って行うことが可能となる。
以上のように、並進旋回２自由度ステージ装置３０と１軸並進駆動機構２４によってＸＹθの３自由度を駆動して作業できる３自由度ステージ装置となるのである。

なお、第１実施例および第３〜第７実施例では、１軸駆動並進回転機構６は、機台部７側から上に並進駆動部１１と回転自由度部１３と並進自由度部１２の順に構成され、第２の機構部は、機台部７側から上に並進自由度部１２と回転自由度部の順に構成し、第２実施例では、１軸駆動並進回転機構６は、機台部７側から上に並進駆動部１１と並進自由度部１２と回転自由度部１３順に構成したが、これらが混在しても良い。３自由度機構１８についても同様である。

１軸駆動並進回転機構や３自由度機構や第２駆動機構を複数用いることによって、テーブルが大型化しても、荷重が分散されて支持される工作機械の２次元位置決め装置などにも適用できる。この機構により、テーブルを薄型にできる。
さらに、装置が大型化しても、特殊な大型電動機を使用せず、標準的な電動機を複数利用して、駆動力を分散するように構成できるので、装置部品の納期やコストの面で、特殊品に比べて安易に調達できるという利点もある。

本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図である。 本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。 本発明の第１実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのＹ並進移動を示す図である。 本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図である。 本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の２次元位置センサによる対象物の位置補正方法を示す図である。 本発明の第２実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。 本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図である。 本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第３実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。 本発明の第４実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図である。 本発明の第４実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第５実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の１軸駆動並進回転機構と第２の機構部、第２駆動機構の配置を示す平面概略図である。 本発明の第５実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第６実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図である。 本発明の第６実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第７実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図である。 本発明の第７実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置を用いた１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の配置を示す平面概略図と側面概略図である。 本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と１軸駆動並進回転機構と第２の機構部の並進・回転自由度の概略を示す図である。 本発明の第８実施例を示す並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の動作例を示す概略図である。 特許文献１のステージ装置の外観図である。 特許文献１のあるステージ装置の直進ステージ１３００の軸支部の態様を示す斜視図である。 特許文献１のステージ装置の軸支部材１４００と軸支部材１５００との詳細を示す図である。 特許文献１のステージ装置の内側円筒部１５２０を上方からみた図である。 特許文献１のステージ装置のテーブルの位置決めを行う具体的な態様を示す斜視図である。 特許文献１のステージ装置の板ばね部１５３０が撓んだときの様子を示す図である。 特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構の一部破断分解斜視図である。 図２９に示す２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置であり、同図（ａ）はテーブルを省略して２点鎖線で示す平面図、同図（ｂ）は正面図である。 図３０に示すテーブルの平面図である。

符号の説明

１ 電動機 (リニアモータ)
２ 動作量検出器
３ 制御器
４ テーブル
５ 対象物
６ １軸駆動並進回転機構
７ 機台部
８ 指令部
９ ２次元位置センサ
１１ 並進駆動部
１２ 並進自由度部
１３ 回転自由度部
１５ 補正量算出部
１６ 第２の機構部
１８ ３自由度機構
１９ 第２駆動機構
２１ 直動案内
２２ 直動案内ブロック
２３ 回転用軸受
２４ １軸並進駆動機構
２５ 電動機制御装置
２７ Ｘ軸ベース
２８ 門型構造
２９ Ｘ軸テーブル
３０ 並進旋回２自由度ステージ装置

Claims (6)

1. 機台部に配置された駆動機構を介して対象物を搭載するテーブルを所定の位置に位置決めする並進旋回２自由度ステージ装置において、
   前記機台部は、同一方向に平行に配置された少なくとも３本の長ストローク移動可能な直動案内を備え、かつ少なくとも３箇所の直動案内ブロックが前記少なくとも３本の長ストローク移動可能な直動案内の上に移動可能にそれぞれ載置され、
   前記駆動機構は、並進自由度を持つ２つの並進自由度部と、回転自由度を持つ１つの回転自由度部よりなる第１の機構部と、
   前記第１の機構部の２つの前記並進自由度部のうちの一つに設けられた電動機と、被検出体となる該機構部の動作量を検出する動作量検出器と、指令信号を受けて前記電動機を制御する制御器とよりなる電動機制御装置と、
   から構成される１軸駆動並進回転機構であって、
   前記駆動機構である前記１軸駆動並進回転機構を少なくも２組備え、
   さらに前記テーブルの旋回移動中心に１つの前記回転自由度部と１つの前記並進自由度部を持つ第２の機構部と、を備え、
   前記２組の１軸駆動並進回転機構と前記第２の機構部とをそれぞれ前記少なくとも３箇所の直動案内ブロックの上に載置し、
   前記１軸駆動並進回転機構は、前記制御器に動作指令を与える指令装置を備えると共に、前記電動機を並進方向に動作させることにより、前記テーブルを１方向の並進移動もしくは旋回移動させるようにしたことを特徴とする並進旋回２自由度ステージ装置。
2. 前記テーブルもしくは前記テーブル上の対象物の位置を把握するための２次元位置センサと、前記２次元位置センサによって捕らえた対象物の画像を画像処理して、前記対象物の位置を補正するための補正量を演算する補正量算出部とを備え、
   前記補正量算出部によって得た補正量に基づいて前記電動機を動作させ前記テーブルもしくは前記テーブル上の前記対象物の位置を補正することを特徴とする請求項１記載の並進旋回２自由度ステージ装置。
3. 前記２次元位置センサを複数有することを特徴とする請求項２記載の並進旋回２自由度ステージ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルの上部もしくは下部に並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有することを特徴とする並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の並進旋回２自由度ステージ装置を囲む門型構造に並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有することを特徴とする並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の並進旋回２自由度ステージ装置を並進方向に駆動するために、並進方向に電動機にてテーブルを駆動する１軸並進駆動機構を有することを特徴とする並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置。