(57)【要約】【課題】高精度な位置決めを可能とする位置決め装置を提供する。【解決手段】ボルト１９およびアクチュエータ２１と中間テーブル９とを絶縁ブッシュ２０＿１，２０＿２によって電気的に絶縁し、アクチュエータ２１とメインテーブル１２の金属ブロック２３とを絶縁板２４によって電気的に絶縁したため、電気的なノイズが装置本体に伝播するのを抑制することができる。また、Ｘ軸に対して対称な位置に配置された２つの変位検出センサ３０＿１，３０＿２がそれぞれ中間テーブル９とメインテーブル１０との間の距離の変位を検出するため、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を正確に測定することができる。【選択図】図１
2007090501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルを所定の方向に移動させて位置決めする位置決め装置であって、
前記所定の方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、
前記中間テーブルを移動させる駆動手段と、
前記中間テーブルに対して前記所定の方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、
前記中間テーブルと前記メインテーブルとの間に設けられ、前記所定の方向に伸縮して前記中間テーブルに対する前記メインテーブルの位置を移動させるアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータと前記中間テーブルとの間、および前記アクチュエータと前記メインテーブルとの間に、それぞれ第１および第２の絶縁部材を介在させることによって、前記アクチュエータと前記中間テーブル、および前記アクチュエータと前記メインテーブルを電気的に絶縁させたことを特徴とする、位置決め装置。
【請求項２】
前記第１および第２の絶縁部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記メインテーブルは、
前記中間テーブルの一方側に設けられた第１の副メインテーブルと、
前記中間テーブルの他方側に設けられ、第１の副メインテーブルに連結された第２の副メインテーブルとを含み、
前記位置決め装置は、前記第１の副メインテーブルと前記中間テーブルとの間に設けられた圧縮バネをさらに備え、
前記アクチュエータは前記中間テーブルと前記第２の副メインテーブルとの間に設けられ、前記圧縮バネの伸張作用によって、前記アクチュエータが前記第２の絶縁部材を介して前記第２の副メインテーブルに常に押し当てられることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記第２の絶縁部材は、前記第２の副メインテーブルに固定され、前記アクチュエータが押し当てられる面が球面形状を有することを特徴とする、請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
テーブルを所定の軸方向に移動させて位置決めする位置決め装置であって、
前記所定の軸方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、
前記中間テーブルを移動させる駆動手段と、
前記中間テーブルに対して前記所定の軸方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、
前記中間テーブルと前記メインテーブルとの間に設けられ、前記所定の軸方向に伸縮して前記中間テーブルに対する前記メインテーブルの位置を移動させるアクチュエータと、
それぞれ前記中間テーブルまたは前記メインテーブルに設けられ、前記所定の軸の両側に配置され、前記中間テーブルと前記メインテーブルとの間の距離を検出する第１および第２のセンサと、
前記第１および第２のセンサの検出結果に基づいて、前記中間テーブルと前記メインテーブルとの間の距離を算出する算出手段とを備えることを特徴とする、位置決め装置。
【請求項６】
前記第１および第２のセンサは、前記所定の軸に対して対称な位置に配置され、
前記算出手段は、前記第１および第２のセンサの検出結果の平均値を算出することを特徴とする、請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、圧電材料を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、磁性材料を用いた電磁アクチュエータであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置決め装置に関し、特に、テーブルを所定の方向に移動させて位置決めする位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密加工装置や精密検査装置などに用いられる位置決め装置は、高精度な位置決めが要求される。このため、可動範囲の大きい粗動機構と可動範囲の小さい微動機構とを設けている。
【０００３】
下記の特許文献１には、粗移動位置決めを可能とする中間テーブル２５と、中間テーブル２５を挟むように微移動位置決めを可能とする連結されたメインテーブルＡ２３，メインテーブルＢ２４を設けた構成が開示されている。これによると、中間テーブル２５に設けられたピアゾアクチュエータ１７の伸びによりメインテーブルＡ２３，メインテーブルＢ２４を微移動位置決め可能とする。
【特許文献１】特開２００４−１９２５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の位置決め装置をたとえば電子線描画装置などのワークテーブルとして利用する場合、ピアゾアクチュエータ（圧電アクチュエータ）に駆動電圧を印加したときに発生する電気的なノイズが装置本体に伝播するため、位置計測系に誤差が生じて位置決め精度が低下するという問題があった。特に、圧電素子を金属ケースに収容したピアゾアクチュエータで、金属ケースを接地用に利用する場合にこのような不具合が生じやすい。
【０００５】
また、ピアゾアクチュエータはメインテーブルの一点に駆動力を作用させるので、微動位置決め動作時にメインテーブルが傾く可能性がある。従来は、ピアゾアクチュエータから離れた位置に配置された１つの変位検出センサによって、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離の変位を検出していたため、変位量の測定誤差が生じて位置決め精度が低下するという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高精度な位置決めを可能とする位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる位置決め装置は、テーブルを所定の方向に移動させて位置決めする位置決め装置であって、所定の方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、中間テーブルを移動させる駆動手段と、中間テーブルに対して所定の方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、中間テーブルとメインテーブルとの間に設けられ、所定の方向に伸縮して中間テーブルに対するメインテーブルの位置を移動させるアクチュエータとを備え、アクチュエータと中間テーブルとの間、およびアクチュエータとメインテーブルとの間に、それぞれ第１および第２の絶縁部材を介在させることによって、アクチュエータと中間テーブル、およびアクチュエータとメインテーブルを電気的に絶縁させたことを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、第１および第２の絶縁部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また好ましくは、メインテーブルは、中間テーブルの一方側に設けられた第１の副メインテーブルと、中間テーブルの他方側に設けられ、第１の副メインテーブルに連結された第２の副メインテーブルとを含み、位置決め装置は、第１の副メインテーブルと中間テーブルとの間に設けられた圧縮バネをさらに備え、アクチュエータは中間テーブルと第２の副メインテーブルとの間に設けられ、圧縮バネの伸張作用によって、アクチュエータが第２の絶縁部材を介して第２の副メインテーブルに常に押し当てられることを特徴とする。
【００１０】
また好ましくは、第２の絶縁部材は、第２の副メインテーブルに固定され、アクチュエータが押し当てられる面が球面形状を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明に係わる他の位置決め装置は、テーブルを所定の軸方向に移動させて位置決めする位置決め装置であって、所定の軸方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、中間テーブルを移動させる駆動手段と、中間テーブルに対して所定の軸方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、中間テーブルとメインテーブルとの間に設けられ、所定の軸方向に伸縮して中間テーブルに対するメインテーブルの位置を移動させるアクチュエータと、それぞれ中間テーブルまたはメインテーブルに設けられ、所定の軸の両側に配置され、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を検出する第１および第２のセンサと、第１および第２のセンサの検出結果に基づいて、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、第１および第２のセンサは、所定の軸に対して対称な位置に配置され、算出手段は、第１および第２のセンサの検出結果の平均値を算出することを特徴とする。
【００１３】
また好ましくは、アクチュエータは、圧電材料を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする。
【００１４】
また好ましくは、アクチュエータは、磁性材料を用いた電磁アクチュエータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係わる位置決め装置では、所定の方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、中間テーブルを移動させる駆動手段と、中間テーブルに対して所定の方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、中間テーブルとメインテーブルとの間に設けられ、所定の方向に伸縮して中間テーブルに対するメインテーブルの位置を移動させるアクチュエータとを備え、アクチュエータと中間テーブルとの間、およびアクチュエータとメインテーブルとの間に、それぞれ第１および第２の絶縁部材を介在させることによって、アクチュエータと中間テーブル、およびアクチュエータとメインテーブルを電気的に絶縁させたことを特徴とする。したがって、アクチュエータに駆動電圧を印加したときに発生する電気的なノイズが装置本体に伝播するのを抑制することができ、高精度な位置決めが可能となる。
【００１６】
この発明に係わる他の位置決め装置では、所定の軸方向に移動可能に設けられた中間テーブルと、中間テーブルを移動させる駆動手段と、中間テーブルに対して所定の軸方向に移動可能に設けられたメインテーブルと、中間テーブルとメインテーブルとの間に設けられ、所定の軸方向に伸縮して中間テーブルに対するメインテーブルの位置を移動させるアクチュエータと、それぞれ中間テーブルまたはメインテーブルに設けられ、所定の軸の両側に配置され、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を検出する第１および第２のセンサと、第１および第２のセンサの検出結果に基づいて、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。したがって、位置決め動作時にメインテーブルが所定の軸に対して微小に傾いた場合でも、中間テーブルとメインテーブルとの間の距離を正確に測定することができ、高精度な位置決めが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１および図２は、この発明の一実施の形態による位置決め装置の構成を示す平面図および側面図である。図１および図２において、この位置決め装置のベース３には、ブラケット２を介してモータ１が固定されている。モータ１は、カップリング４を介して連結されたボールネジ５をＸ軸方向に移動させる。ボールネジ５は、ベース３上に固定されたサポートユニット６，７で支持されている。
【００１８】
中間テーブル９と一体形成されたナット８は、ボールネジ５に嵌め込まれて固定されている。中間テーブル９の左右両側には、連結バー１２，１３によって連結されたメインテーブル１０，１１が設けられている。中間テーブル９と連結バー１２，１３は接触しないように、僅かな隙間が設けられている。
【００１９】
ベース３上には、スペーサ１４＿１，１４＿２を介してガイドレール１５＿１，１５＿２が設けられている。ガイドレール１５＿１上に移動可能に設けられたガイドブロック１６＿１、およびガイドレール１５＿２上に移動可能に設けられたガイドブロック１６＿２の上に、メインテーブル１０が固定されている。また、ガイドレール１５＿１上に移動可能に設けられたガイドブロック１７＿１、およびガイドレール１５＿２上に移動可能に設けられたガイドブロック１７＿２の上に、中間テーブル９が固定されている。また、ガイドレール１５＿１上に移動可能に設けられたガイドブロック１８＿１、およびガイドレール１５＿２上に移動可能に設けられたガイドブロック１８＿２の上に、メインテーブル１１が固定されている。
【００２０】
中間テーブル９の内部にはＸ軸上にボルト１９が設けられ、このボルト１９は中間テーブル９に固定された２つの絶縁ブッシュ２０＿１，２０＿２で支持されている。ボルト１９のネジ先端部分には、伸縮可能なアクチュエータ２１が固定されている。また、メインテーブル１０の内部にはＸ軸上に調整ネジ２２が挿入されており、調整ネジ２２のネジ先端部分には金属ブロック２３が固定されている。金属ブロック２３の側面には絶縁板２４が固定されており、この絶縁板２４にアクチュエータ２１が押し当てられる構成となっている。
【００２１】
メインテーブル１１の内部には、それぞれＸ軸に対して対称な位置に圧縮バネ２５＿１，２５＿２、ヘッド部２６＿１，２６＿２および調整ネジ２７＿１，２７＿２が設けられている。調整ネジ２７＿１，２７＿２は、それぞれメインテーブル１１の側面に固定された固定板２８のネジ穴から挿入されており、ヘッド部２６＿１，２６＿２を介して圧縮バネ２５＿１，２５＿２の一方端に加えられる荷重を調整することができる。また、圧縮バネ２５＿１，２５＿２の他方端はともに中間テーブル９に固定されており、圧縮バネ２５＿１，２５＿２の伸張作用によってアクチュエータ２１がメインテーブル１０の絶縁板２４に常に押し当てられる構成となっている。
【００２２】
モータ１およびボールネジ５は、中間テーブル９を広い範囲で移動させる粗動機構を構成し、アクチュエータ２１は中間テーブル９に対するメインテーブル１０，１１の位置を狭い範囲で移動させる微動機構を構成している。中間テーブル９とメインテーブル１０，１１との間には隙間が設けられており、駆動装置（図示せず）によりアクチュエータ２１を伸縮駆動することによってメインテーブル１０，１１が微小移動可能となっている。また、中間テーブル９の高さはメインテーブル１０，１１の高さよりも僅かに低く、メインテーブル１０，１１の上に載せた積載物２９が中間テーブル９に接触しないようなっている。なお、アクチュエータ２１としては、たとえば印加される電圧に応じて伸縮する圧電材料を用いた圧電アクチュエータや、電磁石などの磁性材料を用いた電磁アクチュエータが用いられる。
【００２３】
図３は、図２に示した位置決め装置の要部を示す部分拡大図である。図３を参照して、ボルト１９およびアクチュエータ２１は、セラミック製の絶縁ブッシュ２０＿１，２０＿２を介して中間テーブル９に固定されており、ボルト１９およびアクチュエータ２１と中間テーブル９とは、絶縁ブッシュ２０＿１，２０＿２によって電気的に絶縁されている。また、アクチュエータ２１とメインテーブル１２の金属ブロック２３とは、セラミック製の絶縁板２４によって電気的に絶縁されている。
【００２４】
なお、位置決め精度の低下を防止するため、絶縁ブッシュ２０＿１，２０＿２および絶縁板２４にはセラミックやガラスなどの弾性係数の大きな材料を用いるのが望ましい。これらの材料は真空中環境を汚染するアウトガスの発生量も少ないため、電子線描画装置のように真空環境で使用される位置決め装置にも適している。
【００２５】
以上のような構成により、アクチュエータ２１に駆動電圧を印加したときに発生する電気的なノイズが装置本体に伝播するのを抑制することができる。したがって、位置計測系に誤差が生じるという従来の問題点が解消され、高精度な位置決めが可能となる。
【００２６】
また、図１に戻って、中間テーブル９には、中間テーブル９とメインテーブル１０との間の距離の変位を検出するための２つの変位検出センサ３０＿１，３０＿２が、それぞれ固定ブロック３１＿１，３１＿２によって固定されている。２つの変位検出センサ３０＿１，３０＿２は、Ｘ軸に対して対称な位置に配置されている。
【００２７】
さらに、これらの２つの変位検出センサ３０＿１，３０＿２の出力値の平均値を算出する算出手段（図示せず）が設けられる。そして、算出手段による算出結果に基づいて駆動装置（図示せず）によってアクチュエータ２１を伸縮駆動することによって、中間テーブル９に対してメインテーブル１０，１１を微小移動させる。
【００２８】
このように２つの変位検出センサ３０＿１，３０＿２の出力値の平均値をとることによって、位置決め動作時にメインテーブル１０がＸ軸に対して微小に傾いた場合でも、中間テーブル９とメインテーブル１０との間の距離の変位量を正確に測定することが可能になる。変位検出センサ３０＿１，３０＿２の出力値をアクチュエータ２１の駆動装置にフィードバックすることによって、高精度な位置決めが可能となる。
【００２９】
さらに、変位検出センサ３０＿１，３０＿２の各々の出力値を比較することによって、メインテーブル１０のＸ軸に対する傾きの大きさを算出し、その算出結果を用いてメインテーブル１０の傾きによる位置決め誤差を補正することも可能である。たとえば、傾き補正用の回転テーブルをメインテーブル１０，１１上に搭載し、この回転テーブル上に積載物を載せるようにしてもよい。この場合、算出されたメインテーブル１０の傾きの分だけ回転テーブルを回転させることによって、メインテーブル１０の傾きを補正することが可能になる。また、電子線描画装置の場合は、積載された基板に放射する電子線の軌道を制御する電界を、算出されたメインテーブル１０の傾きの分だけ変化させることによって、電子線の向きを補正してもよい。このようにメインテーブル１０の傾きによる位置決め誤差を補正することによって、位置決め精度がさらに向上する。
【００３０】
なお、変位検出センサ３０＿１，３０＿２としては、たとえば静電容量型センサを使用してもよいし、他の任意のセンサを使用してもよい。たとえば、レーザ干渉計や渦電型変位計などの非接触型センサを使用してもよい。また、触針式変位計などの接触型センサを用いてもよい。電子線描画装置の場合は、電子線軌道への影響がない静電容量型センサやレーザ干渉計が適している。
【００３１】
また、ここでは変位検出センサ３０＿１，３０＿２を中間テーブル９に設けた場合を示しているが、変位検出センサ３０＿１，３０＿２をメインテーブル１０に設けるようにしてもよい。
【００３２】
図４は、この一実施の形態の変更例を示す図であって、図３と対比される図である。図４を参照して、図３と異なる点は、絶縁板２４が絶縁球３２で置換されている点である。金属ブロック２３の側面には絶縁球３２を嵌め込める窪み部が形成されており、金属ブロック２３の側面に絶縁球３２が固定されている。
【００３３】
このように、絶縁球３２の球面にアクチュエータ２１の側面中央部が押し当てられる構成にすることにより、アクチュエータ２１に曲げモーメントが作用するのが防止されて、アクチュエータ２１の破損防止、長寿命化が図られる。なお、位置決め精度の低下を防止するため、絶縁球３２にはセラミックなどの弾性係数の大きな材料を用いるのが望ましい。
【００３４】
図５は、この一実施の形態の他の変更例を示す図であって、図３と対比される図である。図５を参照して、図３と異なる点は、絶縁板２４が絶縁半球３３で置換されている点である。絶縁半球３３は、金属ブロック２３の側面に固定されている。
【００３５】
このように、絶縁半球３３の球面にアクチュエータ２１の側面中央部が押し当てられる構成にすることにより、アクチュエータ２１に曲げモーメントが作用するのが防止されて、アクチュエータ２１の破損防止、長寿命化が図られる。なお、位置決め精度の低下を防止するため、絶縁半球３３にはセラミックなどの弾性係数の大きな材料を用いるのが望ましい。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の一実施の形態による位置決め装置の構成を示す平面図である。
【図２】この発明の一実施の形態による位置決め装置の構成を示す側面図である。
【図３】図２に示した位置決め装置の要部を示す部分拡大図である。
【図４】この一実施の形態の変更例を示す図である。
【図５】この一実施の形態の他の変更例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  モータ、２  ブラケット、３  ベース、４  カップリング、５  ボールネジ、６，７  サポートユニット、８  ナット、９  中間テーブル、１０，１１  メインテーブル、１２，１３  連結バー、１４＿１，１４＿２  スペーサ、１５＿１，１５＿２  ガイドレール、１６＿１，１６＿２，１７＿１，１７＿２，１８＿１，１８＿２  ガイドブロック、１９  ボルト、２０＿１，２０＿２  絶縁ブッシュ、２１  アクチュエータ、２２，２７＿１，２７＿２  調整ネジ、２３  金属ブロック、２４  絶縁板、２５＿１，２５＿２  圧縮バネ、２６＿１，２６＿２  ヘッド部、２８  固定板、２９  積載物、３０＿１，３０＿２  変位検出センサ、３１＿１，３１＿２  固定ブロック、３２  絶縁球、３３  絶縁半球。
【図１】
2007090501.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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