JPS63232916A - 精密位置決め装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体製造設備等の精密位置決め装置に関する
ものである。

従来の技術 昨今、半導体等の製造において微細加工の必要性がます
ます高まってきてお９、これらに用いられる位置決め装
置の精度もミクロンからサブミクロン、さらにはナノメ
ータの領域になυつつある。

このような位置決め装置は、精密な位置決め能力ばか９
ではなく、生産を向上させるべく高速かつ広範囲の移動
能力をも要求されることが多い。これらの相反する性能
を満たすため、従来より、高速かつ広範囲で移動できる
が精度の粗いポールネジとモータを用いた機構、高精度
であるが移動範囲の狭いピエゾ素子を用いた機構の２つ
の送シ機構を有する精密位置決め装置が使用されている
。

第３図は従来の精密位置決め装置で、１はテーブル、２
は固定台、３ａは直線軌道軸受、３ｂは直線軌道ガイド
、４はモータ、６ａはポールネジ軸、ｓｂはポールネジ
ナツトで、テーブル１は、モータ４、ボールネジεによ
って高速かつ広範囲の粗位置決めが行なわれる。６はピ
エゾ素子、７はポールネジナツト保持器、８はポールナ
ツト７、ピエゾ素子６をテーブル１に押圧して固定する
ばねで、粗位置決め終了後、テーブルの現在位置を測定
し、目標位置との誤差に応じてピエゾ素子６への供給電
圧を変化させることによりピエゾ素子６の長さを微小に
変化させ、精密位置決めを行なう。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記従来例では、ピエゾ素子の送り精度を
上回る精密位置決めを実現することは不可能であった。

また、ピエゾ素子６、ばね８の弾性により、駆動系の剛
性が低下し、テーブル１の粗位置決めにおける加減速動
特性劣化、テーブルが搬送できる負荷の容量が低下する
という欠点を有していた。さらに、ピエゾ素子６が微小
に動いた時、テーブル１および負荷の反力でボールネジ
軸５ｂが回転してしまい、安定した微小送シをしにくい
という欠点をも有していた。

問題点を解決するための手段 本発明は上記欠点に鑑み、モータ固定子を固定台に対し
て回転自在かつ軸方向に移動しないように支持し、モー
タ固定子と固定台の間に、例えばピエゾ素子を用いて相
対的に微小な回転運動を生じる微小回転機構を設け、モ
ータ出力軸をロックするモータ固定子に固定されたブレ
ーキを設けていることを特徴としている。

作　　用 上記構成において、粗位置決め終了後ポールネジ軸はブ
レーキによってモータ固定子に固定される。その後、目
標位置との誤差に応じて上記微小回転機構が動作し、ポ
ールネジ軸およびモータ全体を一体的に回転させ、微小
な送りを行なう。このときポールネジは回転運動を直進
運動に変換すると同時に減速の機能も有するので、前記
従来例よりもさらに精密な位置決めが可能である。また
、駆動系の剛性も、微小回転機構の弾性がボールネジの
減速機能により見かけ上軽減されるので、従来のものよ
り向上し、粗位置決め時における加減速動特性、負荷容
量が従来のものよシ向上する。

さらに、ブレーキを用いてボールネジ軸をモータ固定子
に固定しているため、テーブル、負荷の慣性力により微
小送り時にボールネジがモータ固定子に対して相対的に
回転することもない。

実施例 以下本発明の一実施例の精密位置決め装置を図面を参照
しながら説明する。

第１図、第２図において、１１はテーブル、１２は固定
台、１３ａは直線軌道軸受、１３ｂは直線軌道ガイド、
１４ａはボールネジ軸で、カップリング１６を介して、
モータ１６の出力軸に連結されている。１４ｂはポール
ネジナツトでテーブル１１に固定されている。１７はモ
ータ１６の固定子に一体的に設けられたブレーキ、１８
はモータ１ｅの固定子に固定された７ランジで、モータ
１６の固定子と７ランジ１８は、軸受（図示せず）を介
して、固定台１２に取付けられたブラケット１９に回転
自在かつ軸方向に拘束された状態で取付けられている。

２ｏはピエゾ素子で、一端はブラケット１９に固定され
、他端は７２ンジ１８より径方向に張出した棒状突起に
固定されている。２１は、同じく一端でブラケッへ１９
のばね止めを押圧し、他端で７ランジ１８の棒状突起を
押圧して、締結部のバックラッシュを補正しているばね
である。２２はテーブル１１の位置を計測するリニアエ
ンコーダである。

次に本実施例の動作を説明する。まず目標値が制御装置
に与えられる。制御装置はリニアエンコーダ２２より得
られる現在位置情報と目標位置との誤差に応じて、最初
にモータ１６を駆動し、ポールネジ機構１４により回転
運動を直進運動に変換し、テーブル１１を移動させ、粗
位置決めを開始する。目標位置と現在位置との誤差が粗
位置決めの許容限度以下になったところでモータ１６を
停止させ、同時にブレーキ１７を動作させてボールネジ
軸１４ａをロック状態にして粗位置決めを終了する。次
に、精密位置決めに移行し、目標位置と現在位置との誤
差に応じてピエゾ素子２ｏに加える電圧を変化させ、ピ
エゾ素子２０の長さを微小に変化させ、ポールネジ軸１
４ａ１モータ１６、ブレーキ１７、フランジ１８を一体
的に微小回転させる。ボールネジナツト１４ｂは軸方向
に微小に動き、従ってテーブル１１も軸方向に微小に動
く。このとき、ピエゾ素子２０の長さの変化量をΔｘ１
テーブル１１の移動量をΔλ、ピエゾ素子２ｏの７ラン
ジ１８への取付位置からモーター６の軸中心までの距離
をＲ、ボールネジ軸１４ａのリードをＬとすると Δλ＝□−ΔＸ ２πＲ となり、ピエゾ素子２ｏの動きはボールネジ１４により
減速されていることがわかる。チルプル１１が目標位置
から精密位置決めの許容範囲内に入った後、一連の位置
決め動作は終了する。

このように、本実施例によれば、ピエゾ素子２０の動き
がボールネジ機構１４によって減速されているため、従
来のものよりさらに高精度な位置決めができる。また、
逆に、駆動系全体の剛性は、ピエゾ素子２０、ばね２１
の弾性がボールネジの減速機能によって見かけ上軽減さ
れるため、従来例のものよりも向上し、粗位置決め吟の
テーブル１１の加減速動特性が向上し、またテーブル１
１の負荷容量も増大する。ｉ！た、ボールネジ軸１４ａ
がブレーキ１７によってロックされているため、微小位
置決め時にテーブル１１の慣性力による反作用でボール
ネジ軸１４ａがモータ１６に対し相対的に回転すること
もなく、常に安定した微小送りを行なうことができる。

なお、本実施例では、微小回転機構にピエゾ素子を用い
たが、これは他のものでもよく、要は微小回転機構によ
り、ボールネジ軸が微小に回転すればよい。又本実施例
では、テーブルを駆動する回転アクチュエータとこれに
直結されたねじ機構として、モータ、ボールネジ機構を
用いたが、これに限定されない。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、微小回転機構の動きが
ボールネジによって減速されるため、高精度の位置決め
が可能である。また、微小回転機構の例えばピエゾ素子
、ばね等の弾性が、ボールネジによって見かけ上低減さ
れるため、駆動系の剛性低化が従来のものより少なく、
粗位置決め時のテーブルの加減速動特性、負荷容量が従
来のものより向上する。さらに、精密位置決め時に、ボ
ルルネジ軸がブレーキによってモータ固定子に固定され
ているため、テーブル、負荷等の慣性力によってボール
ネジ軸がモータ固定子に対して相対的に回転することも
なく、常に安定した微小送りができ、その工業的価値に
は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の一部破断斜視図、第２図は
同一部拡大図、第３図は従来例の縦断面図である。 １１・・・・・・テーブル、１２・・・・・・固定台、
１３ａ・・・・・・直線軌道軸受、１３ｂ・・・・直線
軌道ガイド、１４ａ・・・・・・ボールネジ軸、１４ｂ
・・・・・・ボールネジナツト、１５・・・・・・カッ
プリング、１６・・・・・・モータ、１７・・・・・・
ブレーキ、１８・・・・・・フランジ、１９・・・・・
・ブラケット、２ｏ・・・・・−ピエゾ素子、２１・・
・・・・ばね、２２・・・・・・リニアエンコーダ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｈ−
−−テーブル １４−ｍ−２［て−ノ乙・＋リーＦ！Ｊヨ（に１Ｃ−−
−モータ ２ｆ−、了潰

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）テーブルと、前記テーブルをガイド機構を介して
   前後進自在に支持する固定台と、前記テーブルを駆動す
   る回転アクチュエータと、これに直結されたねじ機構と
   、前記回転アクチュエータの固定子を前記固定台に対し
   、回転自在に支持する手段と、前記回転アクチュエータ
   の固定子を前記固定台に対し微小に回転駆動する手段と
   、前記回転アクチュエータの回転子を前記回転アクチュ
   エータの固定子に対して相対回転せぬよう固定する手段
   よりなる精密位置決め装置。
2. （２）微小に回転駆動する手段が、ピエゾ素子により成
   る特許請求の範囲第１項記載の精密位置決め装置。