(57)【要約】【課題】このＸＹステージ装置は，ＸステージとＹステージとが界磁マグネットの磁力の悪影響を受けずに高精度に摺動可能であり，組立てが容易であり，装置そのものがコンパクトに構成される。【解決手段】このＸＹステージ装置は，ベッド１に対して直動案内ユニット６を介してＸ方向に摺動自在なＸステージ２及びＸステージ２に対して直動案内ユニット７を介してＹ方向に摺動自在なＹステージ３を有する。Ｘステージ２とＹステージ３を駆動するリニアモータ４，５は，ベッド１とＹステージ３に固設された一対の界磁マグネット８，１０，及び界磁マグネット８，１０間に形成される空隙１３，１５内に配置され且つＸステージ２の上下面１６，１７に支持された一次側の電機子コイル９，１１を有する。【選択図】　　　　図１
2004112864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド，前記ベッドに対して第１直動案内ユニットを介してＸ方向に摺動自在なＸステージ，及び前記Ｘステージに対して第２直動案内ユニットを介して前記Ｘ方向に直交するＹ方向に摺動自在なＹステージを有し，
前記Ｘステージを前記ベッドに対して前記Ｘ方向に駆動する第１リニアモータは，前記ベッドの上面に固設された二次側の一対の第１界磁マグネット，及び前記第１界磁マグネット間に形成される空隙内に配置され且つ前記Ｘステージの下面に支持された一次側の第１電機子コイルを有し，前記第１電機子コイルに流れる電流と前記第１界磁マグネットが生じさせる磁束との電磁相互作用により前記Ｘステージが前記ベッドに対して相対移動し，
前記Ｙステージを前記Ｘステージに対して前記Ｙ方向に駆動する第２リニアモータは，前記Ｙステージの下面に固設された二次側の一対の第２界磁マグネット，及び前記第２界磁マグネット間に形成される空隙内に配置され且つ前記Ｘステージの上面に支持された一次側の第２電機子コイルを有し，前記第２電機子コイルに流れる電流と前記第２界磁マグネットが生じさせる磁束との電磁相互作用により前記Ｙステージが前記Ｘステージに対して相対移動することから成るＸＹステージ装置。
【請求項２】
前記一対の第１界磁マグネットは，前記ベッドの前記上面に固設されたＵ型形状でなる第１マグネットヨークの内側対向面に前記Ｘ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する前記磁極の前記磁性が反対磁性に配置されており，また，前記一対の第２界磁マグネットは，前記Ｙステージの下面に固設されたＵ型形状でなる第２マグネットヨークの内側対向面に前記Ｙ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する前記磁極の前記磁性が反対磁性に配置されていることから成る請求項１に記載のＸＹステージ装置。
【請求項３】
前記第１電機子コイルを構成する第１コイル組立体に接続される第１電源コード，第１センサコード及び第１信号コードは前記Ｘステージの前記下面に配設され，また，前記第２電機子コイルを構成する第２コイル組立体に接続される第２電源コード，第２センサコード及び第２信号コードは前記Ｘステージの前記上面に配設されていることから成る請求項１又は２に記載のＸＹステージ装置。
【請求項４】
前記ベッドに固定された前記第１マグネットヨークと前記Ｙステージに固定された前記第２マグネットヨークは，Ｕ型形状に一体構造にそれぞれ構成され，前記第１マグネットヨークで構成された前記第１界磁マグネット間に配設された前記第１電機子コイルは前記Ｘステージの前記下面に第１支柱を介して支持され，また，前記第２マグネットヨークで構成された前記第２界磁マグネット間に配設された前記第２電機子コイルは前記Ｘステージの前記上面に第２支柱を介して支持されていることから成る請求項２又は３に記載のＸＹステージ装置。
【請求項５】
前記第１リニアモータと前記第２リニアモータは，同一の部品から構成されていることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸＹステージ装置。
【請求項６】
前記ベッド，前記Ｘステージ，及び前記Ｙステージは，外形形状が実質的に同一の正方形に形成されていることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸＹステージ装置。
【請求項７】
前記第１直動案内ユニットは，前記ベッドの前記上面に固定された長手状の第１軌道レールと，前記Ｘステージの前記下面に固定され且つ前記第１軌道レールに跨架して摺動自在である第１スライダとから構成され，また，前記第２直動案内ユニットは，前記Ｘステージの前記上面に固定された長手状の第２軌道レールと，前記Ｙステージの前記下面に固定され且つ前記第２軌道レールに跨架して摺動自在である第２スライダとから構成されていることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸＹステージ装置。
【請求項８】
前記Ｙステージには，前記Ｘステージに配設された光学式エンコーダでなるセンサに対向する位置に，前記センサの位置調整及び前記センサの前記Ｘステージへの固定のためのねじ孔が設けられ，前記ねじ孔に埋めボルトが螺着していることから成る請求項１〜７のいずれか１項に記載のＸＹステージ装置。
【請求項９】
前記Ｙステージに搭載されているアライメントステージ装置を有し，前記アライメントステージ装置は，前記Ｙステージに固定されたアライメントベッドと前記アライメントベッドに回転軸受を介して回転支持されたターンテーブル，前記アライメントベッドに対して前記ターンテーブルを相対回転駆動する第３リニアモータ，及び前記アライメントベッドと前記ターンテーブルとの相対位置を検知するエンコーダを有することから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載のＸＹステージ装置。
【請求項１０】
前記第３リニアモータは一次側の第３電機子コイルと二次側の第３界磁マグネットとから構成され，前記第３電機子コイルは扁平で環状に巻回された巻線でなる３相のコアレスコイルから成り且つ前記アライメントベッド上に予め決められた所定の曲率の円形平面に放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設され，前記第３界磁マグネットは板状に形成され且つ前記ターンテーブルの下面に前記第３電機子コイルに対向して予め決められた所定の曲率の円形平面に磁極を交互に異にして放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設されていることから成る請求項９に記載のＸＹステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，半導体・液晶関連製造装置，測定器，組立機，工作機械，産業用ロボット，搬送機等の機械装置に使用され，例えば，一次側の電機子コイルをテーブル側に配設し，二次側の界磁マグネットをベッド側に配設して構成したリニアモータを内蔵したＸＹステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，機械装置を用いる各種技術分野におけるＸ−Ｙ等多軸ステージや運動機構部において，ワーク，工具，物品，機器等の移動体を，高速で移動させ，ベースに対して移動体を高精度で移動させたり，位置決め即ちアライメントするため，コンパクトで軽量な構造を有し，高推力，高速，高応答性のステージ装置が求められている。ステージ装置には，ＸステージやＹステージを移動させる駆動装置としてリニアモータが使用されている。リニアモータには，複数個の電機子コイルを可動子として設けた可動コイル型リニアモータと，界磁マグネットを可動子として取り付けた可動マグネット型のリニアモータとがある。
【０００３】
従来，ＸＹテーブルとして，本出願人に係る出願であるリニア電磁アクチュエータを用いたＸＹテーブルが知られている。該リニア電磁アクチュエータを用いたＸＹテーブルは，リニア電磁アクチュエータの各々の一次側である電機子コイルが中間移動部材に配設され，中間移動部材の開口部を通して電機的に接続されており，案内手段が，クロスローラ形式の有限直動転がり案内ユニットで構成されており，装置そのものがコンパクトなＸＹテーブル装置に構成されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，本出願人に係る出願である可動コイル型リニアモータを内蔵したスライド装置は，二次側の界磁マグネット側は，断面コ字状即ち馬蹄形でなるマグネットヨークの上下対向部の対向面に薄板状の界磁マグネットが配設され，界磁マグネットがベッドの長手方向に極性が交互に異なる磁極でなり，且つ空隙を介して対向する磁極の磁性が反対磁性で密に並べて構成されている。一次側の電機子コイル側は，矩形状に捲線された電機子コイルが３相のコアレスコイルでなり，多数の電機子コイルがコイル基板に一列に密に並べて配設されて可動コイル組立体を構成し，該可動コイル組立体がマグネットヨークの側部開口を通じて空隙内に延びたものになっている。従って，上記可動コイル型リニアモータを内蔵したスライド装置は，断面コ字状でなるマグネットヨークが一体化した構造になっているので，装置そのものがコンパクトなスライド装置に構成されている（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６６６６０号公報（第１頁，図４）
【特許文献２】
特開２０００−３３３４３５号公報（第１頁，図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，近年では，半導体装置，測定器，組立機等では，従来のスライド装置に比して，更にコンパクトで高精度で高速度に作動できると共に，クリーンで高推力に作動でき，安価に作製できる高応答のＸＹステージ装置や角度位置位置決め機構のアライメントステージ装置が要望されている。
【０００７】
上記のリニア電磁アクチュエータを用いたＸＹテーブルは，２次側である界磁マグネットがベッドの上面，及びＹテーブルの下面に配設されているので，対向する電機子コイルと共に配設されているコイルヨークと界磁マグネットとが常に磁力で吸引され，ベッド及びＹテーブルが変形することになり，精度誤差の原因になっていた。
【０００８】
そこで，可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置において，電機子コイルの通電方式，界磁マグネットの素材，高い分解能を持つエンコーダの選択，及びセンサコードの固定化等の構造について，スライダの作動を軽快にして，コンパクトで軽量に簡素化して構成し，ＸＹテーブルの高速応答性や高精度化を果たし，高さを可及的に低くし，コンパクトに構成し，安価に作製し，或いは，テーブルのアライメントベッドに対するアライメント即ち位置決めを一層高精度化し，アライメントを行うのに回転角度が大きく，高さを可及的に低くし，コンパクトに構成し，安価に作製できることが課題であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，ＸＹステージ装置そのものの高さを可及的に低く構成すると共に構造をシンプルにコンパクトに構成して装置を構成する部品の組み立てが極めて簡素で容易になり，ＸステージやＹステージの移動中に，電機子コイルを組み込んだコイル組立体へのコード類の干渉がなく，発塵性がなく且つ摺動領域への外部異物の侵入を防止できるように装置をクリーン化し，ＸステージやＹステージの移動の高精度化，装置そのものを安価に作製でき，或いは電機子コイルと界磁マグネットとをベッドとターンテーブルとのいずれか一方にそれぞれ配設したリニアモータを内蔵し，アライメント角度即ち位置決め角度が大きく設定でき，装置そのものの高さを可及的に低くし，装置そのものをコンパクトにシンプルに構成し，クリーンで高精度に対応でき，安価に作製することができるリニアモータを内蔵したＸＹステージ装置を提供することである。
【００１０】
この発明は，ベッド，前記ベッドに対して第１直動案内ユニットを介してＸ方向に摺動自在なＸステージ，及び前記Ｘステージに対して第２直動案内ユニットを介して前記Ｘ方向に直交するＹ方向に摺動自在なＹステージを有し，前記Ｘステージを前記ベッドに対して前記Ｘ方向に駆動する第１リニアモータは，前記ベッドの上面に固設された二次側の一対の第１界磁マグネット，及び前記第１界磁マグネット間に形成される空隙内に配置され且つ前記Ｘステージの下面に支持された一次側の第１電機子コイルを有し，前記第１電機子コイルに流れる電流と前記第１界磁マグネットが生じさせる磁束との電磁相互作用により前記Ｘステージが前記ベッドに対して相対移動し，前記Ｙステージを前記Ｘステージに対して前記Ｙ方向に駆動する第２リニアモータは，前記Ｙステージの下面に固設された二次側の一対の第２界磁マグネット，及び前記第２界磁マグネット間に形成される空隙内に配置され且つ前記Ｘステージの上面に支持された一次側の第２電機子コイルを有し，前記第２電機子コイルに流れる電流と前記第２界磁マグネットが生じさせる磁束との電磁相互作用により前記Ｙステージが前記Ｘステージに対して相対移動することから成るＸＹステージ装置に関する。
【００１１】
このＸＹステージ装置では，前記一対の第１界磁マグネットは，前記ベッドの前記上面に固設されたＵ型形状でなる第１マグネットヨークの内側対向面に前記Ｘ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する前記磁極の前記磁性が反対磁性に配置されており，また，前記一対の第２界磁マグネットは，前記Ｙステージの下面に固設されたＵ型形状でなる第２マグネットヨークの内側対向面に前記Ｙ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する前記磁極の前記磁性が反対磁性に配置されている。
【００１２】
このＸＹステージ装置は，前記第１電機子コイルを構成する第１コイル組立体に接続される第１電源コード，第１センサコード及び第１信号コードは前記Ｘステージの前記下面に配設され，また，前記第２電機子コイルを構成する第２コイル組立体に接続される第２電源コード，第２センサコード及び第２信号コードは前記Ｘステージの前記上面に配設されている。
【００１３】
前記ベッドに固定された前記第１マグネットヨークと前記Ｙステージに固定された前記第２マグネットヨークは，Ｕ型形状に一体構造にそれぞれ構成され，前記第１マグネットヨークで構成された前記第１界磁マグネット間に配設された前記第１電機子コイルは前記Ｘステージの前記下面に第１支柱を介して支持され，また，前記第２マグネットヨークで構成された前記第２界磁マグネット間に配設された前記第２電機子コイルは前記Ｘステージの前記上面に第２支柱を介して支持されている。
【００１４】
前記第１リニアモータと前記第２リニアモータは，同一の部品から構成されている。また，前記ベッド，前記Ｘステージ，及び前記Ｙステージは，外形形状が実質的に同一の正方形に形成されている。
【００１５】
このＸＹステージ装置において，前記第１直動案内ユニットは，前記ベッドの前記上面に固定された長手状の第１軌道レールと，前記Ｘステージの前記下面に固定され且つ前記第１軌道レールに跨架して摺動自在である第１スライダとから構成され，また，前記第２直動案内ユニットは，前記Ｘステージの前記上面に固定された長手状の第２軌道レールと，前記Ｙステージの前記下面に固定され且つ前記第２軌道レールに跨架して摺動自在である第２スライダとから構成されている。
【００１６】
前記Ｙステージには，前記Ｘステージに配設された光学式エンコーダでなるセンサに対向する位置に，前記センサの位置調整及び前記センサの前記Ｘステージへの固定のためのねじ孔が設けられ，前記ねじ孔に埋めボルトが螺着している。
【００１７】
このＸＹステージ装置は，前記Ｙステージに搭載されているアライメントステージ装置を有し，前記アライメントステージ装置は，前記Ｙステージに固定されたアライメントベッドと前記アライメントベッドに回転軸受を介して回転支持されたターンテーブル，前記アライメントベッドに対して前記ターンテーブルを相対回転駆動する第３リニアモータ，及び前記アライメントベッドと前記ターンテーブルとの相対位置を検知するエンコーダを有するものである。
【００１８】
前記第３リニアモータは一次側の第３電機子コイルと二次側の第３界磁マグネットとから構成され，前記第３電機子コイルは扁平で環状に巻回された巻線でなる３相のコアレスコイルから成り且つ前記アライメントベッド上に予め決められた所定の曲率の円形平面に放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設され，前記第３界磁マグネットは板状に形成され且つ前記ターンテーブルの下面に前記第３電機子コイルに対向して予め決められた所定の曲率の円形平面に磁極を交互に異にして放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設されている。
【００１９】
このＸＹステージ装置は，上記のように構成されているので，ベッド上にＸステージを，次いでＸステージ上にＹステージを配置することができ，コンパクトでシンプルな組み立て易い構造に構成されると共に，特に，前記ベッドと前記Ｙステージに固定したマグネットヨークを馬蹄形即ちＵ型形状等の構造に形成し，マグネットヨークで構成される一対の界磁マグネット間の空隙に，前記Ｘステージの上下面にそれぞれ取り付けられた電機子コイルを配置したので，界磁マグネットの磁力である吸引力がマグネットヨーク内で相殺され，前記ベッドや前記Ｙステージには磁力による吸引力が影響しない構造に構成され，ＸステージやＹステージの高精度な摺動を実現することができ，しかも，装置そのものを安価に作製することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるリニアモータを内蔵したＸＹステージ装置の実施例を説明する。この発明によるＸＹステージ装置は，例えば，半導体・液晶関連装置，測定器，組立機，工作機械，産業用ロボット，搬送機等の機械装置に使用される。このＸＹステージ装置は，概して，電機子コイル９（第１電機子コイル），電機子コイル１１（第２電機子コイル）をＸステージ２の上下面１６，１７にそれぞれ配設し，界磁マグネット８（第１界磁マグネット）をベッド１に配設し，界磁マグネット１０（第２界磁マグネット）をＹステージ３に配設したものであり，ベッド１とＸステージ２との間にリニアモータ４（第１リニアモータ）を組み込み，また，Ｘステージ２とＹステージ３との間にリニアモータ５（第２リニアモータ）を内蔵したものである。即ち，このＸＹステージ装置は，Ｘステージ２のベッド１に対する移動をリニアモータ４で駆動し，Ｙステージ３をＸステージ２に対する移動をリニアモータ５で駆動するＸＹテーブルを構成している。
【００２１】
このＸＹステージ装置は，図１〜図４に示すように，ベッド１，ベッド１に対して直動案内ユニット６（第１直動案内ユニット）を介してＸ方向に摺動自在なＸステージ２，及びＸステージ２に対して直動案内ユニット７（第２直動案内ユニット）を介してＸ方向に直交するＹ方向に摺動自在なＹステージ３を有している。このＸＹステージ装置では，Ｘステージ２をベッド１に対してＸ方向に駆動するリニアモータ４は，ベッド１の上面１２に固設された二次側の一対の界磁マグネット８，及び界磁マグネット８間に形成される空隙１３内に配置され且つＸステージ２の下面１７に支持された一次側の電機子コイル９を有する。このＸＹステージ装置は，電機子コイル９に流れる電流と界磁マグネット８が生じさせる磁束との電磁相互作用によりＸステージ２がベッド１に対して相対移動する。また，Ｙステージ３をＸステージ２に対してＹ方向に駆動するリニアモータ５は，Ｙステージ３の下面１４に固設された二次側の一対の界磁マグネット１０，及び界磁マグネット１０間に形成される空隙１５内に配置され且つＸステージ２の上面１６に支持された一次側の電機子コイル１１を有する。このＸＹステージ装置は，電機子コイル１１に流れる電流と界磁マグネット１０が生じさせる磁束との電磁相互作用によりＹステージ３がＸステージ２に対して相対移動する。
【００２２】
一対の界磁マグネット８は，ベッド１の上面１２に固設されたＵ型形状でなるマグネットヨーク１８（第１マグネットヨーク）の内側対向面にＸ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する磁極の磁性が反対磁性に配置されている。また，一対の界磁マグネット１０は，Ｙステージ３の下面１４に固設されたＵ型形状でなるマグネットヨーク１９（第２マグネットヨーク）の内側対向面にＹ方向に磁性が交互に異なる磁極がそれぞれ並設され，互いに対向する磁極の磁性が反対磁性に配置されている。マグネットヨーク１８とマグネットヨーク１９とは，平面で見て直交する方向に配設されている。Ｙステージ３の下面１４には，直動案内ユニット７のスライダ３１間の領域において，肉抜き用の凹部９１が形成され，Ｙステージ３を軽量に形成している。
【００２３】
このＸＹステージ装置では，特に，図１，図４及び図７に示すように，Ｘステージ２の下面１７には，四角形に巻き上げられた電機子コイル９が複数配列され，電機子コイル９の両端側には端板７１が配設され，電機子コイル１１が端板７１によって保護されている。また，Ｘステージ２の下面１７には，電機子コイル９を構成するコイル組立体２０（第１コイル組立体）に接続される電源コード２２（第１電源コード），センサコード２３（第１センサコード）及び信号コード２４（第１信号コード）が一箇所に配設され，コード押え板６８で固定されている。更に，Ｘステージ２には，ストッパボルト４５の固定用の孔７２及びスライダ２９の固定用の孔７３が形成されている。
【００２４】
また，Ｘステージ２の上面１６には，図３，図４及び図１１に示すように，四角形に巻き上げられた電機子コイル１１が複数配列され，電機子コイル１１の両端側にはＸステージ２の下面に対して端板８５が介在している。また，Ｘステージ２の上面１６には，電機子コイル１１を構成するコイル組立体２１（第２コイル組立体）に接続される電源コード２５（第２電源コード），センサコード２６（第２センサコード）及び信号コード２７（第２信号コード）が一箇所に配設され，コード押え板６９で固定されている。このＸＹステージ装置は，上記のように，コード類をＸステージ２の上下面１６，１７に固定し，装置をコンパクトに構成されている。従って，このＸＹステージ装置は，Ｘステージ２が移動する作動の時に，電源コード２２，２５，センサコード２３，２６及び信号コード２４，２７のコード類が煩雑になることなく，断線等の損傷が低減される。また，Ｘステージ２及びＹステージ３は，界磁マグネット８，１０による磁力の吸引力に影響されることがないので，Ｘステージ２及びＹステージ３のスムースな摺動を可能にし，高精度なＸＹステージ装置を提供することができる。
【００２５】
このＸＹステージ装置では，特に，ベッド１に固定用ボルト８６によって固定されたマグネットヨーク１８と，Ｙステージ３に固定用ボルト８７によって固定されたマグネットヨーク１９とは，Ｕ型形状に一体構造にそれぞれ構成されている。電機子コイル９は，図１に示すように，マグネットヨーク１８で構成された界磁マグネット８間に配設され，Ｘステージ２の下面１７に支柱４４（第１支柱）を介して支持されている。また，電機子コイル１１は，図３に示すように，マグネットヨーク１９で構成された界磁マグネット１０間に配設され，Ｘステージ２の上面１６に支柱５７（第２支柱）を介して支持されている。マグネットヨーク１８，１９は，Ｕ型形状に一体構造にそれぞれ構成されているので，剛性がある構造となり，断面肉厚を薄く形成することが可能になり，高さ等を低く構成することが可能になり，ＸＹステージ装置そのものを一層コンパクトに構成することができる。Ｕ型形状とは，界磁マグネット８，１０が配列される対向面同士の平面部５９，６１を等間隔に隔置し，平面部５９，６１が湾曲部６０，６２で互いに一体構造に構成された馬蹄形即ち断面コ字状を意味している（図９）。
【００２６】
このＸＹステージ装置は，ベッド１とＸステージ２との間にリニアモータ４が，また，Ｘステージ２とＹステージ３との間にリニアモータ５が内蔵されており，リニアモータ４とリニアモータ５とは，互いに同一の部品から構成されている。即ち，リニアモータ４は，概して，ベッド１に取り付けられたマグネットヨーク１８，マグネットヨーク１８の平面部５９の内側対向面に配列された界磁マグネット８，Ｘステージ２に支柱４４を介して支持されたコイル基板７０（第１コイル基板），及びコイル基板７０に配列された電機子コイル９から構成されている。コイル基板７０は，Ｘステージ２の下面１７に設けられた支柱４４に固定用ボルト７４によって固定されている。また，リニアモータ５は，概して，Ｙステージ３に取り付けられたマグネットヨーク１９，マグネットヨーク１９の平面部６１の内側対向面に配列された界磁マグネット１０，Ｘステージ２に支柱５７を介して支持されたコイル基板６３（第２コイル基板），及びコイル基板６３に配列された電機子コイル１１から構成されている。コイル基板６３は，Ｘステージ２の上面１６に設けられた支柱５７に固定用ボルト８３によって固定されている。
【００２７】
また，このＸＹステージ装置では，ベッド１，Ｘステージ２及びＹステージ３は，外形形状が実質的に同一の正方形に形成されている。このＸＹステージ装置は，上記のように，リニアモータ４とリニアモータ５とが内蔵されており，外形形状が実質的に同一であるので，装置そのものがコンパクトな構成になり，取り扱い易く，安価に製造できるものになっている。リニアモータ４，５は，例えば，図９及び図１０に示すように構成されている。界磁マグネット８，９について，マグネットの厚さはｔｍであり，マグネットの長さはＬｍであり，また，電機子コイル９，１１について，コイルの厚さはｔｃであり，コイルの長さはＬｃであり，更に，電機子コイル９，１１の長手方向コイル中心間はＬｐであり，Ｌｐはマグネットの長さＬｍに略等しい。また，界磁マグネット８，９について，マグネットの幅はＷｍであり，マグネットのピッチはＰｍであり，また，電機子コイル９，１１について，コイルの幅はＷｃであり，コイルのピッチはＰｃであり，更に，電機子コイル９，１１のコイル中心間の幅はＢである。そして，ＰｍとＷｍは，互いに等しく（Ｐｍ＝Ｗｍ）設定されており，Ｂに等しく設定されている〔Ｂ（＝Ｐｍ＝Ｗｍ）〕。更に，ＰｃとＷｃは等しく（Ｐｃ＝Ｗｃ）設定されており，ＰｃはＷｍの４／３に設定されている〔Ｐｃ＝（４／３）Ｗｍ〕。
【００２８】
このＸＹステージ装置は，ベッド１に対するＸステージ２の移動は直動案内ユニット６を介してスムーズに行われ，また，Ｘステージ２に対するＹステージ３の移動は直動案内ユニット７を介してスムーズに行われる。直動案内ユニット６は，ベッド１の上面１２に固定された長手状の軌道レール２８（第１軌道レール９と，Ｘステージ２の下面１７に固定され且つ軌道レール２８に跨架して摺動自在であるスライダ２９（第１スライダ）とから構成されている。また，直動案内ユニット７は，Ｘステージ２の上面１６に固定された長手状の軌道レール３０（第２軌道レール）と，Ｙステージ３の下面１４に固定され且つ軌道レール３０に跨架して摺動自在であるスライダ３１（第２スライダ）とから構成されている。ベッド１上へのＸステージ２の組み立ては，ベッド１に直動案内ユニット６の軌道レール２８を固定し，次いで，軌道レール２８に跨架したスライダ２９にＸステージ２を載置し，スライダ２９のねじ穴に対向して形成されたＸステージ２の固定用孔７３に固定ボルトを螺入して固定すれば容易に達成できる。また，Ｘステージ２上へのＹステージ３の組み立ては，Ｘステージ２に直動案内ユニット７の軌道レール３０を固定し，次いで，軌道レール３０に跨架したスライダ３１にＹステージ３のスライダ取付面９０を載置し，スライダ３１のねじ穴に対向して形成されたＹステージ３の固定用孔８９に固定ボルト５０を螺入して固定すれば容易に達成できる。従って，このＸＹステージ装置は，図５〜図１３に示し，後述するように，部品を順番に順序よく組み立てることが可能になっており，高精度で安価なＸＹステージ装置を実現している。
【００２９】
また，このＸＹステージ装置は，Ｙステージ３には，Ｘステージ２に配設された光学式エンコーダでなるセンサ５２に対向する位置に，センサ５２の位置調整及びセンサ５２のＸステージ２への固定のためのねじ孔４９が設けられ，ねじ孔３３（図１２）に埋めボルト４９（図２）が螺着している。従って，このＸＹステージ装置は，部品を順番に順序よく組み立てることが可能になっており，高精度で安価なＸＹステージ装置を実現している。Ｙステージ３の上面３４には，ワーク取付け用ねじ孔５１が設けられている。このＸＹステージ装置を用いてワーク（図示せず）を加工する場合，Ｙステージ３に機器を取り付ける場合には，Ｙステージ３上にワーク，機器等の物体を搭載し，ワーク取付け用ねじ孔５１に取付けボルトを螺入してＹステージ３に物体を取り付ければよい。
【００３０】
このＸＹステージ装置について，Ｘステージ２のベッド１に対する位置を形成するための検出装置は，ベッド１の一対の起立部の内側の長手方向に沿って付設されたリニアスケール４１及びリニアスケール４１に隣接してベッド１の上面１２に付設された原点マーク４２，並びにＸステージ２の下面１７に取り付けられ且つリニアスケール４１及び原点マーク４２を検出するセンサ３２から構成されている。センサ３２は，スペーサ４８を介してＸステージ２の下面１７に取り付けられている。また，Ｙステージ３のＸステージ２に対する位置を形成するための検出装置は，Ｙステージ３の一対の起立部の内側の長手方向に沿って付設されたリニアスケール６４及びリニアスケール６４に隣接してＹステージ３の下面１４に付設された原点マーク５３，並びにＸテーブル２の上面１６に取り付けられ且つＹステージ３のリニアスケール６４及び原点マーク５３を検出するセンサ５２から構成されている。センサ５２は，スペーサ５６を介してＸステージ２の上面１６に取り付けられている。
【００３１】
ベッド１には，Ｘステージ２のストロークの範囲を規定する一対のリミット板４３が設けられており，リミット板４３の上面は反射面６６に形成されている。Ｘステージ２の下面１７のコイル組立体２０には，リミット板４３を検出する光学式のリミットセンサ７６及び光学式の原点前センサ７５が設けられている。また，Ｙステージ３には，Ｙステージ３のストロークの範囲を規定する一対のリミット板５４が設けられており，リミット板５４の上面は反射面８８に形成されている。Ｘステージ２の上面１６のコイル組立体２１には，リミット板５４を検出する光学式のリミットセンサ８０及び光学式の原点前センサ８２が設けられている。
【００３２】
また，このＸＹステージ装置は，図１５及び図１６に示すように，角度位置決め装置である角度位置のアライメントを達成するアライメントステージ装置３８を組み込むことができ，アライメントベッド９５には，Ｙステージ３に取り付けるための取付け用孔が４隅に設けられ，該取付け用孔に取付けボルト９２が挿通してＹステージ３のねじ孔５１に螺入してアライメントベッド９５がＹステージ３の上面３４に固着されている。また，ターンテーブル３５には，ワーク取付用ねじ穴９３が設けられている。このＸＹステージ装置に搭載するアライメントステージ装置３８としては，例えば，本出願人に係る出願である特願２００２−２３２２７４号に開示されているものを適用することができ，それによって，コンパクトなＸＹθステージ装置を構成することができる。従って，ここでは，アライメントステージ装置３８の詳細な説明は省略し，アライメントステージ装置３８の主たる構成のみについて説明する。
【００３３】
このＸＹステージ装置には，Ｙステージ３にアライメントステージ装置３８が搭載されている。アライメントステージ装置３８は，Ｙステージ３に固定されたアライメントベッド９５とアライメントベッド９５に回転軸受９７を介して回転支持されたターンテーブル３５，アライメントベッド９５に対してターンテーブル３５を相対回転駆動するリニアモータ３６（第３リニアモータ），及びアライメントベッド９５とターンンテーブル３５との相対位置を検知するエンコーダ３７を有している。ターンテーブル３５には，ワーク，機器等の物体を取り付けるため，ワーク取付け用ねじ孔９３が設けられている。リニアモータ３６は，一次側の電機子コイル３９（第３電機子コイル）と二次側の界磁マグネット４０（第３界磁マグネット）とから構成されている。電機子コイル３９は，扁平で且つ環状に巻回された巻線でなる３相のコアレスコイルから成り，アライメントベッド９５上に予め決められた所定の曲率の円形平面に放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設され，電源コード９４，及びセンサコードや信号コード９６が接続されている。また，界磁マグネット４０は，板状に形成され，ターンテーブル３５の下面に電機子コイル３９に対向して予め決められた所定の曲率の円形平面に磁極を交互に異にして放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設されている。
【００３４】
次に，このＸＹステージ装置の組立てについて説明する。このＸＹステージ装置は，特に，ベッド，直動案内ユニット６，Ｘステージ２，直動案内ユニット７，Ｙステージ３及びアライメントステージ装置３８を，順次に順序よく極めて整然と容易に組み立てることができる。このＸＹステージ装置は，上記の順序で組み立てるのに先立って，ベッド１，Ｘステージ２及びＹステージ３にそれぞれの構成部品を固着する。
【００３５】
まず，図５及び図６に示すように，ベッド１の上面１２に各構成部品を固着する。即ち，ベッド１の上面１２に，Ｘ方向に沿って界磁マグネット８を内装したマグネットヨーク１８，Ｘ方向に沿って一対の直動案内ユニット８，両端部のリミット板４３，光学式のリニアスケール４１及び原点マーク４２を固着する。マグネットヨーク８の両端を塞ぐためのエンドプレート５８は，Ｙステージ３が組上がった最後の段階で，マグネットヨーク８の両端であるベッド１の両端面に固定ねじ６７によって固着する。また，ストッパボルト４５は，上段に組み付けるＸステージ２を配設した後に，後述のようにＸステージ２に設けた取付け用孔７２を通じて固着される。また，図７及び図８に示すように，Ｘステージ２の下面１７にベッド１の構成部品に対向する所定の位置に各構成部品を固着する。即ち，Ｘステージ２の下面１７に，支柱４４に支持されたコイル組立体２０，光学式エンコーダでなるセンサ３２，コイル組立体２０及びセンサ３２の配線コード類即ち電源コード２２，センサコード２３及び信号コード２４及び一対のストッパボルト４６を固着する。次に，図９及び図１０に示すように，Ｘステージ２のコイル組立体２０を，対向面に界磁マグネット１０を配設したマグネットヨーク１８の空隙１３内に挿入しながら，Ｘステージ２をベッド１上に配設する。
【００３６】
次に，図１１に一部が示されているように，Ｘステージ２の上面１６からベッド１上の一対の直動案内ユニット６を構成する４個のスライダ２９をスライダ固定ボルト７８でＸステージ２の下面１７に固定する。また，Ｘステージ２の上面１６からＸステージ２の下面１７に配設したセンサ５２を位置調整してセンサ固定ボルト７９で固定する。更に，Ｘステージ２の上面１６からストッパボルト４５の固定用の孔７２を通してベッド１の上面１２のストッパボルト４５を螺着する。
【００３７】
図１１に示すように，Ｘステージ２の上面１６に各構成部品を固着する。即ち，Ｘステージ２の上面１６に，Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って一対の直動案内ユニット７，Ｙ方向に沿って支柱５７に支持されたコイル組立体２１，光学式エンコーダでなるセンサ５２，及びコイル組立体２１及びセンサ５２の配線コード類即ち電源コード２５，センサコード２６及び信号コード２７を固着する。また，一対のストッパボルト７７は，上段に組み付けるＹステージ３を配設した後に，Ｘステージ２に固着する。
【００３８】
図１２及び図１３に示すように，Ｙステージ３の下面１４にＸステージ２の上面１６に配設された各構成部品に対向する所定の位置に各構成部品を固着する。即ち，Ｙステージ３の下面１４に，マグネットヨーク１９，両端部の一対のリミット板５４，光学式のリニアスケール６４，原点マーク５３，及び一対のストッパボルト５５を固着する。また，図２に示すように，Ｙステージ３をＸステージ２の上面１６に重なるように，挿入して配設して，Ｙステージ３の上面３４からＸステージ２上の直動案内ユニット７を構成する４個のスライダ３１をスライダ固定ボルト５０でＹステージ３の下面１４に固定する。次に，Ｙステージ３の上面３４にあるセンサ調整用ねじ孔３３からＸステージ２の上面１６に配設したセンサ５２の位置調整をして固定し，センサ調整用ねじ孔３３に埋めボルト４９を螺入する。そして，Ｙステージ３を左右に動かしてＸステージ２の上面１６の一対のストッパボルト７７を螺着する。最後に，図１４に示すように，エンドプレート５８をマグネットヨーク１８の端部に対向するベッド１の両端面に固着し，また，エンドプレート４７は，マグネットヨーク１９の端部に対向するＹステージ３の両端面に固定ねじ８１で固着されている。
【００３９】
次に，このＸＹステージ装置は，アライメントステージ装置３８を取り付ける場合には，上記のように，ベッド１にＸステージ２を配設し，Ｙステージ３をＸステージ２に配設した後に，アライメントステージ装置３８をＹステージ３に固着すればよい。即ち，アライメントステージ装置３８は，アライメントベッド９５に回転軸受９７を介してターンテーブル３５が取り付けられているので，Ｙステージ３のワーク取付け用ねじ孔５１に，アライメントステージ装置３８のアライメントベッド９５に設けた取付け孔を整合させ，取付けボルト９２を取付け孔に挿通し，ワーク取付け用ねじ孔５１に螺入することによってＹステージ３にアライメントベッド９５を固定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明によるＸＹステージ装置は，上記のように構成されているので，ベッド，Ｘステージ及びＹステージの組立て，場合によっては，アライメントステージ装置を順序良く，容易に組み立てることができる。また，このＸＹステージ装置は，ベッドとＹステージとには界磁マグネットを構成するＵ型形状のマグネットヨークが組み込まれ，マグネットヨークの対向面の界磁マグネット間の空隙に，Ｘステージの上下面にそれぞれ支持した電機子コイルを配置したので，界磁マグネットの磁力である吸引力は，マグネットヨーク内で相殺され，ＸステージやＹステージに悪影響を及ぼすことがなく，高精度な摺動を実現することができ，また，極めて高さの低いコンパクトな構造に構成することができ，組立てが容易であるので，製造コストを低減できる。また，このＸＹステージ装置は，ベッドとＸステージとの間には第１直動案内ユニットが介在しているので，ベッドに固着した第１軌道レールにＸステージに固着した第１スライダを跨架させることによってベッドにＸステージを取り付けることができ，また，ＸステージとＹステージとの間には第２直動案内ユニットが介在しているので，Ｘステージに固着した第２軌道レールにＹステージに固着した第２スライダを跨架させることによってＸステージにＹステージを取り付けることができる。
【００４１】
更に，このＸＹステージ装置にアライメントステージ装置を取り付ける場合には，Ｙステージにアライメントベッドを固着することによって容易に組み立てることができる。また，ＸＹステージ装置に組み込んだアライメントステージ装置は，電機子コイルと界磁マグネットとが円形平面に配設されているので，アライメント角度範囲即ち位置決め角度範囲を大きく設定でき，前記電機子コイルが扁平形状であって前記界磁マグネットが矩形板状に構成され，装置全体の高さを可及的に低く構成でき，装置そのものをコンパクトにシンプルに構成でき，クリーンで高精度に対応できる。また，このアライメントステージ装置は，従来のスライド装置では電機子コイルと界磁マグネットとが直線上に配設されていたのに対して，スライド装置の構成部材である電機子コイルと界磁マグネットとが安価に作製できる矩形形状であるが，それぞれを円形平面に配設した構成であって隣接する前記電機子コイル間と前記界磁マグネット間とが外周側になるに従ってそれぞれ大きな間隙ができるようなシンプルな簡単化された構成であるにもかかわらず，高精度の位置決め即ちアライメント角度駆動を達成でき，しかも，装置そのものを安価に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるリニアモータを内蔵したＸＹステージ装置の一実施例を示し，ベッドの端面に配設される破線で示すエンドプレートを外した状態の正面図である。
【図２】図１のＸＹステージ装置を示す平面図である。
【図３】このＸＹステージ装置について，Ｙステージの端面に配設される破線で示すエンドプレートを外した状態を示す図１の右側面図である。
【図４】図１のＸＹステージ装置を示す左側面図である。
【図５】このＸＹステージ装置におけるベッドに構成部品を組み立てた状態を示す平面図である。
【図６】図５のベッドに構成部品を組み立てた状態であって，一方のエンドプレートを外した状態を示す図５の正面図である。
【図７】このＸＹステージ装置におけるＸステージの下面に構成部品を組み立てた状態を示す下面図である。
【図８】図７のＸステージに構成部品を組み立てた状態を示す正面図である。
【図９】界磁マグネットを配設したＵ型形状のマグネットヨークの空隙にコイル組立体を配設したリニアモータを説明するための正面図である。
【図１０】図９のリニアモータの長手方向から見た一部断面の説明図である。
【図１１】このＸＹステージ装置におけるＸステージの上面に構成部品を組み立てた状態を示す平面図である。
【図１２】このＸＹステージ装置におけるＹステージの下面に構成部品を組み立てた状態を示す下面図である。
【図１３】Ｙステージの下面に構成部品を組み立てた状態であって，一方のエンドプレートを外した状態を示す図１２の左側面図である。
【図１４】エンドプレートを示す正面図である。
【図１５】ＸＹステージ装置にアライメントステージ装置を搭載した状態を示す正面図である。
【図１６】図１５のＸＹステージ装置に搭載したアライメントステージ装置を示す平面図である。
【図１７】図１５のアライメントステージ装置の一実施例を示す断面図である。
【図１８】図１７のアライメントステージ装置からターンテーブルを外した状態のアライメントベッド側を示す平面図である。
【図１９】図１７のアライメントステージ装置におけるターンテーブルを示す下面図である。
【符号の説明】
１　　ベッド
２　　Ｘステージ
３　　Ｙステージ
４，５，３６　リニアモータ
６，７　直動案内ユニット
８，１０，４０　界磁マグネット
９，１１，３９　電機子コイル
１２　ベッドの上面
１３，１５　空隙
１４　Ｙステージの下面
１６　Ｘステージの上面
１７　Ｘステージの下面
１８，１９　マグネットヨーク
２０，２１　コイル組立体
２２，２５　電源コード
２３，２６　センサコード
２４，２７　信号コード
２８，３０　軌道レール
２９，３１　スライダ
３２，５２　センサ
３３　ねじ孔
３４　Ｙステージの上面
３５　ターンテーブル
３７　エンコーダ
３８　アライメントステージ装置
４４，５７　支柱
４９　埋めボルト
６３，７０　コイル基板
９５　アライメントベッド
９７　回転軸受
【図１】
2004112864.tif 000003
【図２】
2004112864.tif 000004
【図３】
2004112864.tif 000005
【図４】
2004112864.tif 000006
【図５】
2004112864.tif 000007
【図６】
2004112864.tif 000008
【図７】
2004112864.tif 000009
【図８】
2004112864.tif 000010
【図９】
2004112864.tif 000011
【図１０】
2004112864.tif 000012
【図１１】
2004112864.tif 000013
【図１２】
2004112864.tif 000014
【図１３】
2004112864.tif 000015
【図１４】
2004112864.tif 000016
【図１５】
2004112864.tif 000017
【図１６】
2004112864.tif 000018
【図１７】
2004112864.tif 000019
【図１８】
2004112864.tif 000020
【図１９】
2004112864.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月20日(2002.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
このＸＹステージ装置では，特に，図１，図４及び図７に示すように，Ｘステージ２の下面１７には，四角形に巻き上げられた電機子コイル９が複数配列され，電機子コイル９の両端側には端板７１が配設され，電機子コイル９が端板７１によって保護されている。また，Ｘステージ２の下面１７には，電機子コイル９を構成するコイル組立体２０（第１コイル組立体）に接続される電源コード２２（第１電源コード），センサコード２３（第１センサコード）及び信号コード２４（第１信号コード）が一箇所に配設され，コード押え板６８で固定されている。更に，Ｘステージ２には，ストッパボルト４５の固定用の孔７２及びスライダ２９の固定用の孔７３が形成されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また，Ｘステージ２の上面１６には，図３，図４及び図１１に示すように，四角形に巻き上げられた電機子コイル１１が複数配列され，電機子コイル１１の両端側には端板８５が配設され，電機子コイル１１が端板８５によって保護されている。また，Ｘステージ２の上面１６には，電機子コイル１１を構成するコイル組立体２１（第２コイル組立体）に接続される電源コード２５（第２電源コード），センサコード２６（第２センサコード）及び信号コード２７（第２信号コード）が一箇所に配設され，コード押え板６９で固定されている。このＸＹステージ装置は，上記のように，コード類がＸステージ２の上下面１６，１７に固定され，装置そのものがコンパクトに構成されている。従って，このＸＹステージ装置は，Ｘステージ２が移動する作動の時に，電源コード２２，２５，センサコード２３，２６及び信号コード２４，２７のコード類が煩雑になることなく，断線等の損傷が低減される。また，Ｘステージ２及びＹステージ３は，界磁マグネット８，１０による磁力の吸引力に影響されることがないので，Ｘステージ２及びＹステージ３のスムースな摺動を可能にし，高精度なＸＹステージ装置を提供することができる。