(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する２軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、Ｘ軸とＹ軸を含む平面をＸ−Ｙ平面とした場合、
Ｙ軸方向に平行な第１案内面を有したガイドレールと、
Ｘ軸方向に平行な第２案内面を有し、一端が前記ガイドレールの第１案内面に沿って移動自在に支持され、且つ、他端が自由端としてＸ軸方向に延在されたＹスライダと、
前記Ｙスライダの第２案内面に沿って移動自在に支持されたＸスライダと、
前記Ｙスライダの一端側をＹ軸方向に駆動する第１Ｙ軸駆動手段と、
前記Ｙスライダの他端側をＹ軸方向に駆動する第２Ｙ軸駆動手段と、
を備え、
前記Ｘ−Ｙ平面に平行な第３案内面を確保して、該第３案内面とＹスライダとの間に、Ｙスライダを前記第３案内面から一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のリフトベアリングを設けると共に、第１案内面とＹスライダの間に、第１案内面からＹスライダを一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のガイドベアリングを設け、
前記リフトベアリングをＹ軸方向に間隔をおいて２個配置すると共に、それら２個のリフトベアリングの間に、前記ガイドベアリングを配置したことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、更に、
前記Ｙスライダの一端側のＹ軸方向の位置を検出する第１位置検出手段と、
前記Ｙスライダの他端側のＹ軸方向の位置を検出する第２位置検出手段と、
前記第１及び第２位置検出手段の検出信号に基づいて前記第１及び第２Ｙ軸駆動手段を制御する制御手段と、
を備えてなることを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記ガイドベアリングが、前記第１案内面とＹスライダとのギャップにガスを吹き込んでＹスライダに浮上力を与えるガスベアリングによって構成されており、該ガスベアリングと組み合わせて、前記第１案内面とＹスライダとの間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させる磁力発生手段が設けられていることを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記Ｘ−Ｙ平面に平行な第４案内面を確保して、該第４案内面とＸスライダとの間に、Ｘスライダを前記第４ガイド面から一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のリフトベアリングを設け、第２案内面とＸスライダの間に、第２案内面からＸスライダを一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のガイドベアリングを設けたことを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記ガイドベアリングが、前記第２案内面とＸスライダとのギャップにガスを吹き込んでＸスライダに浮上力を与えるガスベアリングによって構成されており、該ガスベアリングと組み合わせて、前記第２案内面とＸスライダとの間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させる磁力発生手段が設けられていることを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第１Ｙ軸駆動手段及び第２Ｙ軸駆動手段が、それぞれ非接触でＹスライダに駆動力を伝達するリニアモータで構成されていることを特徴とするＸ−Ｙ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】
本発明は、Ｘ−Ｙステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のＸ−Ｙステージ装置の一例を示している。
【０００３】
図において、ベース１の上面には、互いに平行に２本のガイドレール２が固定されている。ここで、直交する２軸方向をＸ軸方向とＹ軸方向とした場合、ガイドレール２はＹ軸方向に平行に配されており、各ガイドレール２には、Ｙスライダ３の両端の可動部３Ａが、ガイドレール２に沿ってＹ軸方向にスライド自在に嵌合されている。また、Ｙスライダ３には、Ｘ軸方向にスライド自在にＸスライダ４が嵌合されている。
【０００４】
各ガイドレール２は矩形断面をなしており、その４つの周側面がＹ軸方向に平行な案内面となっている。そして、各案内面にＹスライダ３の角筒状の可動部３Ａの４つの内側面が対向しており、その対向面間にエアベアリング（静圧空気軸受）が配されている。同様に、Ｙスライダ３の案内部３Ｂは矩形断面をなしており、その４つの周側面がＸ軸方向に平行な案内面となっている。そして、各案内面に角筒状のＸスライダ４の４つの内側面が対向しており、その対向面間にエアベアリングが配されている。
【０００５】
このように、Ｙスライダ３がガイドレール２に対してＹ軸方向に可動であり、Ｘスライダ４がＹスライダ３に対してＸ軸方向に可動であることにより、Ｘスライダ４がＸ−Ｙ平面内の任意の位置に移動可能となっている。
【０００６】
図１１は、特開２０００−１５５１８６号公報（特願平１０−３３２２１３号）に記載されている別の従来のＸ−Ｙステージ装置の例を示している。
【０００７】
このＸ−Ｙステージ装置の固定部分は、上面をエアベアリング案内面１１Ａとしたベース１１と、該ベース１１の上面に互いに平行に固定された２本のガイドレール１２である。
【０００８】
ここで、互いに直交する３軸方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面（Ｚ軸と直交する平面）をＸ−Ｙ平面とした場合、ベース１１の上面の静圧空気軸受案内面１１Ａが、Ｘ−Ｙ平面上に配されていおり、また、各ガイドレール１２の対向側面に、Ｙ軸方向と平行な（Ｘ軸と直交する）第１案内面１２Ａが設けられている。
【０００９】
これら対向する一対の第１案内面１２Ａに沿って両端にＴ字状部を持つＹスライダ１３が移動する。
【００１０】
ガイド用のエアベアリング１５は、第１案内面１２Ａに向けてエアを吹き出すことにより、Ｙスライダ１３をガイドレール１２に対して非接触な状態でＹ軸方向にガイドするベアリング機能を果たす。
【００１１】
また、リフト用のエアベアリング１６は、、エアベアリング案内面１１Ａに向けてエアを吹き出すことにより、Ｙスライダ１３をベース１１に対して非接触な状態でＸ軸方向及びＹ軸方向にガイドするベアリング機能を果たす。
【００１２】
Ｘスライダ１７は、Ｙスライダ１３を跨ぐような略逆Ｕ字断面形状をなしており、その対向する内側面には、ガイド用のエアベアリング１９がそれぞれ２個ずつ配置されている。Ｙスライダ１３の両側面（横面）には、Ｘ軸方向と平行な（Ｙ軸方向と直交する）第２案内面１３Ａがそれぞれ形成されており、ガイド用のエアベアリング１９が、この第２案内面１３Ａに向けてエアを吹き出すことにより、Ｘスライダ１７をＹスライダ１３に対してＸ軸方向に非接触な状態でガイドするベアリング機能を果たす。
【００１３】
上記の構成により、Ｙスライダ１３は、ガイド用のエアベアリング１５によって、ガイドレール１１に対するＸ軸方向の拘束を非接触に受ける。また、Ｙスライダ１３は、リフト用のエアベアリング１６による浮上力とＹスライダ１３の自重とによって、ベース１１に対するＺ軸方向の拘束を非接触に受ける。従って、この２方向の拘束により、Ｙスライダ１３は、Ｙ軸方向にのみ運動（直線案内）可能となる。
【００１４】
同様に、Ｘスライダ１７は、ガイド用のエアベアリング１９によって、Ｙスライダ１３に対するＹ軸方向の拘束を非接触に受ける。また、Ｘスライダ１７は、リフト用のエアベアリング２０による浮上力とＸスライダの自重とによって、ベース１１に対するＺ軸方向の拘束を非接触に受ける。従って、この２方向の拘束によって、Ｘスライダ１７は、Ｙスライダ１３に対してＸ軸方向にのみ運動（直線案内）可能となる。
【００１５】
このようにＹスライダ１３がガイドレール１２に対しＹ軸方向に可動であり、Ｘスライダ１７がＹスライダ１３に対しＸ軸方向に可動であることにより、Ｘスライダ１７がＸ−Ｙ平面内の任意の位置に移動可能となっている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のＸ−Ｙステージ装置では、Ｙ軸方向のガイドレール２、１２を２本、即ち両サイドに設けており、各ガイドレール２、１２に形成した案内面によってＹスライダ３、１３のＹ軸方向の直線運動を案内するようにしている。つまり、両サイド支持方式を採用している。
【００１７】
例えば、図１０のＸ−Ｙステージ装置の場合、矩形断面の２本のガイドレール２のＸ軸方向と直交する各両側面に案内面を形成して、これら案内面によってＸ軸方向の位置を拘束しながら、Ｙスライダ３のＹ軸方向の直線運動を案内するようにしている。従って、Ｙスライダ３のＸ軸方向の位置を拘束するのに４つの案内面が関与している。
【００１８】
また、図１１のＸ−Ｙステージ装置の場合、２本のガイドレール１２の対向側面に第１案内面１２Ａを形成して、これら対向する第１案内面１２ＡによってＸ軸方向の位置を拘束しながら、Ｙスライダ１３のＹ軸方向の直線運動を案内するようにしている。従って、Ｙスライダ３のＸ軸方向の位置を拘束するのに両サイドの２つの案内面が関与している。
【００１９】
しかし、両サイドのガイドレール２、１２を使用して、それらに高い面精度と平坦度が要求されるエアベアリング用の案内面を設けると、加工コストが高くなる。また、両サイドのガイドレール２、１２の組み付けに際しても、両サイドのガイドレール２、１２の平行度に高い精度が要求されるため、組み付けコストも高くなる。従って、図１２に示すように、Ｙスライダ３、１３のＺ軸回りの回転θｚを抑えるためには、駆動系の位置決め精度を含めて全体に高い製造精度が必要となり、製造コストのアップを招くという問題がある。また、ガイドレール２、１２が両サイドに配置された場合は、案内部分の数及びベアリングの数が増える関係から、どうしても可動部質量が重くなって、応答性が低下したり移動の円滑性が低下したりするという問題が発生しやすい。この問題を解決するために駆動力を高めると、オーバーシュートの問題（減速、停止、位置決めの問題）が発生するおそれが新たに生じる。
【００２０】
本発明は、上記事情を考慮し、製造精度をそう高く設定しなくても、性能（応答性、位置決め精度）の向上を図ることができ、しかも、案内面の減少、ベアリング数の減少など、構造の単純化によるコストダウンが図れるＸ−Ｙステージ装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに直交する２軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、Ｘ軸とＹ軸を含む平面をＸ−Ｙ平面とした場合、Ｙ軸方向に平行な第１案内面を有したガイドレールと、Ｘ軸方向に平行な第２案内面を有し、一端が前記ガイドレールの第１案内面に沿って移動自在に支持され、且つ、他端が自由端としてＸ軸方向に延在されたＹスライダと、前記Ｙスライダの第２案内面に沿って移動自在に支持されたＸスライダと、前記Ｙスライダの一端側をＹ軸方向に駆動する第１Ｙ軸駆動手段と、前記Ｙスライダの他端側をＹ軸方向に駆動する第２Ｙ軸駆動手段と、を備え、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な第３案内面を確保して、該第３案内面とＹスライダとの間に、Ｙスライダを前記第３案内面から一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のリフトベアリングを設けると共に、第１案内面とＹスライダの間に、第１案内面からＹスライダを一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のガイドベアリングを設け、前記リフトベアリングをＹ軸方向に間隔をおいて２個配置すると共に、それら２個のリフトベアリングの間に、前記ガイドベアリングを配置したことにより、上記課題を解決したものである。
【００２２】
この発明では、ガイドレールを敢えて片側サイドだけに絞り、そのガイドレールに言わば片持式にＹスライダを支持させ、Ｘ軸方向の位置決めを片端側（一端側）のみとして、他端側は基本的にガイドフリーにしている。
【００２３】
従って、ガイドレールが片側に絞られたことによる構造の単純化が実現できる。また、ガイドレールが片側のみにしか存在しないため、相互の平行度を確保しながらの組み付けが不要となるし、ベアリングの数も減らせて、結果的に加工コストや組付コストを含めた製造コスト全体の低減が図れる。さらに、ガイドレールを片側だけのガイド方式にしたので、可動部質量も軽くなり、同じ駆動動力ならそれだけ応答性が高まる。
【００２４】
なお、Ｙスライダの他端側が自由端なので、Ｚ軸回りの回転θｚを積極的に与えることも可能である。例えば、Ｙスライダのガイド端をＸ軸方向に対して線状に拘束するのではなく、点状（ピン支持状）に拘束するようにすれば、ＹスライダがＺ軸回りに回転しやすい条件ができる。そこで、θｚを任意の値に制御することにより、Ｘ−Ｙガイド系を回転させることができるようになり、例えば、Ｘ−Ｙ座標に対してワークがずれて置かれた場合に、ワークを置き直すことなく、Ｘ−Ｙ座標側をワークに合わせて補正することができるようになる。
【００２７】
なお、特に乙軸回りの回転（以下、この明細書ではこの回転を「θｚ」という）を、Ｙスライダの一端側（ガイド端側）と他端側（自由端側）を独立して位置決めしながら駆動できるようにするとよい。
【００３３】
又、この発明では、Ｙスライダのガイドのために非接触式（浮上式）のベアリングを設けているので、Ｙスライダの動きを軽くすることができ、応答性を高めることができる。
【００３５】
更に、この発明では、リフトベアリングのＹ軸方向の間隔をガイドベアリングの間隔よりも大きく設定できるようにしている。ただし、ガイドベアリングが２個の場合は間隔≠０であるが、ガイドベアリングが１個の場合は間隔＝０である。リフトベアリングのＹ軸方向の間隔は大きい方が、モーメントの関係から、Ｘ軸回りのＹスライダの回転θｘを抑制できる。従って、この発明のように、リフトベアリングをガイドベアリングの外側に配置した場合は、リフトベアリングの間隔をガイドベアリングに左右されずに大きく設定できるので、Ｘ軸回りのＹスライダの回転θｘを抑制する点では好ましくなる。
【００３６】
また、ガイドベアリングは２個を間隔をおいて配置した場合にはＺ軸方向の回転θｚを抑制できるが、本発明の場合は、ガイドベアリングによるθｚの抑制は積極的に期待していない。ガイドベアリングによるθｚの抑制はラフであってよく、場合によっては、Ｘ軸方向の位置決め機能だけを果たせばよい。従って、設計によっては、１個のガイドベアリングでＹスライダを支持してもよく（前述した点状あるいはピン支持状の拘束に相当）、むしろＹスライダのＸ軸方向の位置決めに関しては、２つのガイドベアリングの間隔は小さくした方が好ましい。従って、この発明のように、ガイドベアリングをリフトベアリングの内側に配置した場合は、ガイドベアリングの間隔を無条件に小さく設定できることになるので、ＹスライダのＸ軸方向の位置決め精度の向上させるという点で好ましくなる。
【００３７】
なお、本発明では、前記ガイドベアリングが、前記第１案内面とＹスライダとのギャップにガスを吹き込んでＹスライダに浮上力を与えるガスベアリングによって構成されており、該ガスベアリングと組み合わせて、前記第１案内面とＹスライダとの間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させる磁力発生手段を設ける構成としてもよい。
【００３８】
この構成では、ガスベアリングによる浮上力に対抗させて磁気吸引力を積極的に加えている。つまり、ガスベアリングによる案内系にマグネットプリロード方式を採用している。従って、磁気的なプリロードが積極的に与えられる分だけ、ガスベアリングによる案内剛性が高まる上、Ｙスライダの浮上隙間（浮上量）を精度良く一定に保つことができて、ＹスライダのＸ軸方向の位置決め精度を高めることができる。
【００３９】
また、従来例では、浮上力とプリロードとをバランスさせるため、２本のガイドレールの案内面に対してＹスライダを突っ張る方式（図１１の装置では浮上力とその反力をバランスさせる方式）を採用していたが、そのような方式にする必要がなくなる。即ち、従来の方式では、少なくとも２つの案内面によってＹスライダをＸ軸方向に拘束していたが、本発明では、マグネットプリロード方式の採用により、１つの案内面だけでＹスライダをＸ軸方向に精度良く位置決めすることができるようになる。従って、案内面の数を最小にすることができて、その分の加工コストを削減できる。また、案内面が１つで済むから、ベアリングの数も半減できる上、当然、Ｙスライダの質量を軽くでき、応答性を高めることができる。この効果は、本発明のように１軸案内型の場合、特に有利な効果となる。
【００４０】
また、本発明は、Ｘ−Ｙ平面に平行な第４案内面を確保して、該第４案内面とＸスライダとの間に、Ｘスライダを前記第４ガイド面から一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のリフトベアリングを設け、第２案内面とＸスライダの間に、第２案内面からＸスライダを一定量だけ浮上させてガイドする非接触式のガイドベアリングを設けるように構成してもよい。
【００４１】
この構成では、Ｘスライダのガイドのために非接触式（浮上式）のベアリングを設けているので、Ｘスライダの動きを軽くすることができ、応答性を高めることができる。
【００４２】
又、本発明は、前記ガイドベアリングが、前記第２案内面とＸスライダとのギャップにガスを吹き込んでＸスライダに浮上力を与えるガスベアリングによって構成されており、該ガスベアリングと組み合わせて、前記第２案内面とＸスライダとの間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させる磁力発生手段を設けるように構成してもよい。
【００４３】
この構成では、Ｘスライダのガイド系において、ガスベアリングによる浮上力に対抗させて磁気吸引力を積極的に加えている。つまり、ガスベアリングによる案内系にマグネットプリロード方式を採用している。従って、磁気的なプリロードが与えられる分だけ、ガスベアリングによる案内剛性が高まる上、ＸスライダのＹスライダに対する浮上隙間（浮上量）を精度良く一定に保つことができて、ＸスライダのＹ軸方向の位置決め精度を高めることができる。
【００４４】
また、従来例では、浮上力とプリロードとをバランスさせるため、Ｙスライダの両横面に設けた２つの案内面を逆Ｕ字状断面のＸスライダで挟み込む方式（図１１の装置では浮上力とその反力をバランスさせる方式）を採用していたが、そのような方式にする必要がなくなる。即ち、従来の方式では、２つの案内面によってＸスライダをＹ軸方向に拘束していたが、本発明では、マグネットプリロード方式の採用により、１つの案内面だけでＸスライダをＹ軸方向に精度良く位置決めすることができる。従って、Ｙスライダに設ける案内面の数を最小にすることができ、その分の加工コストを削減できる。また、案内面が１つで済むから、ベアリングの数も半減できる上、当然、Ｘスライダの動きを軽くでき、応答性を高めることができる。
【００４５】
又、本発明では、前記第１Ｙ軸駆動手段及び第２Ｙ軸駆動手段が、それぞれ非接触でＹスライダに駆動力を伝達するリニアモータで構成されていてもよい。
【００４６】
この構成では、リニアモータでＹスライダを非接触的に駆動するようにしているので、Ｙスライダの自由端側の動きを許容できる点で最適であり、応答性も高めることができる。しかも、非接触なので転動疲労もないし、位置決め精度も高くできる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４８】
図１は本発明の実施形態に係るＸ−Ｙステージ装置の平面図、図２は図１のII矢視図、図３は図１のIII矢視図である。また、図４は図１のIV部分の拡大概略斜視図である。
【００４９】
図１〜図３に示すように、このＸ−Ｙステージ装置は、ベース１０１と、該ベース１０１上に川の字状に並べられた磁性体製の３枚の長方形状のスライドベース１０２、１０３、１０４と、端部に位置するスライドベース１０２上に固定された１本の磁性体製のガイドレール１１０と、このガイドレール１１０に一端が拘束され他端が自由端として延在する平面視Ｔ字形の磁性体製のＹスライダ１２０と、Ｙスライダ１２０に組み付けられたＸスライダ１３０とを備えている。
【００５０】
互いに直交する３軸方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向とし、Ｘ軸とＹ軸を含む平面をＸ−Ｙ平面とした場合、スライドベース１０２、１０３、１０４は、Ｘ−Ｙ平面上に配されており、スライドベース１０２、１０３、１０４の上面が、Ｚ軸方向と直交する基準案内面（第３案内面及び第４案内面）１０５となっている。そして、各スライドベース１０２、１０３、１０４は、各々長手方向をＹ軸方向に沿わせてこの順にＸ軸方向に並んでいる。
【００５１】
ガイドレール１１０は、これらスライドベース１０２、１０３、１０４のうちの片方の端部に位置するスライドベース１０２上に、Ｙ軸方向に沿って固定されている。このガイドレール１１０の内側の側面（ベース１０１の中心側を向いた側面）には、図４に示すように、Ｙ軸方向に平行な（Ｘ軸方向に直交する）第１案内面１１０Ａが形成されている。
【００５２】
Ｔ字形のＹスライダ１２０は、ガイドレール１１０に沿ってＹ軸方向に延在するヘッド部１２１と、ヘッド部１２１の長さ方向の中間よりＸ軸方向に延在する直線案内部１２２とからなる。直線案内部１２２は、中央のスライドベース１０３を横断するようにＸ軸方向に延在しており、その片側の側面には、Ｘ軸方向と平行な（Ｙ軸方向と直交する）第２案内面１２０Ａが形成されている。
【００５３】
Ｙスライダ１２０の一端側に位置するヘッド部１２１には、図４に拡大して示すように、底面にリフトエアベアリング１２３とリフトプリロードマグネット１２４とが配され、ガイドレール１１０の第１案内面１１０Ａに対向する側面に、ガイドエアベアリング１２５とガイドプリロードマグネット１２６とが配されている。また、図１に示すように、Ｙスライダ１２０の他端側に位置する直線案内部１２２の端部底面には、リフトエアベアリング１２７とリフトプリロードマグネット１２８とが配されている。
【００５４】
３つのリフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）１２３、１２３、１２７は、Ｙスライダ１２０をＸ−Ｙ平面内にて移動可能に支持するためのもので、スライドベース１０２、１０４の基準案内面１０５に対してエア（他のガスでもよい）を吹き出すことにより、Ｙスライダ１２０に浮上力を与える。各リフトエアベアリング１２３、１２３、１２７の近傍に配置されたリフトプリロードマグネット（磁力発生手段）１２４、１２４、１２８は永久磁石よりなり、基準案内面１０５とＹスライダ１２０との間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させる。
【００５５】
従って、エアベアリング作用による浮上力と磁気吸引力とによって、Ｙスライダ１２０は、基準案内面１０５上に所定高さで非接触で支持される。即ち、リフトプリロードマグネット１２４、１２８による磁気吸引力は、Ｙスライダ１２０と基準案内面１０５の距離が増大するに従い減少し、リフトエアベアリング１２３、１２７のエア吹き出しによる浮上力は距離の増大と共に減少する。しかも、磁気吸引力と浮上力は逆向きの力であるから、両者のバランスがとれた高さ（浮上隙間＝ギャップ）でＹスライダ１２０が移動可能に支持される。
【００５６】
なお、マグネットプリロード方式については、特許公報２８６５３６９号の「磁気吸引ガス浮上型パッド」等において適用されている公知の技術であるので、ここでの詳しい説明は略する。
【００５７】
ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）１２５及びガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）１２６は、Ｙスライダ１２０の一端側のヘッド部１２１をガイドレール１１０の第１案内面１１０Ａに沿ってＹ軸方向に移動自在に支持しながらＸ軸方向に拘束力を発揮するためのものであり、ガイドエアベアリング１２５は、ガイドレール１１０の第１案内面１１０Ａに対してエアを吹き出すことにより、Ｙスライダ１２０のヘッド部１２１に浮上力を与え、永久磁石よりなるガイドプリロードマグネット１２６は、ガイドレール１１０の第１案内面１１０ＡとＹスライダ１２０のヘッド部１２１との間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させ、前記と同じ原理で、浮上力と磁気吸引力のバランスにより、ガイドレール１１０の第１案内面１１０ＡからＹスライダ１２０を一定量だけ（水平方向に）浮上させて非接触状態でガイドする。
【００５８】
前記リフトエアベアリング１２３、リフトプリロードマグネット１２４、ガイドエアベアリング１２５、ガイドプリロードマグネット１２６は、それぞれが対で設けられており、Ｙスライダ１２０のヘッド部１２１の長さ方向の中心線（直線案内部１２２の幅方向の中心線でもある）に対して対称に配置されている。
【００５９】
この場合、リフトエアベアリング１２３が一番外側に配置され、その内側にリフトプリロードマグネット１２４及びガイドプリロードマグネット１２６が配置され、そのさらに内側にガイドエアベアリング１２５が配置されている。
【００６０】
つまり、図６にリフトエアベアリング１２３とガイドエアベアリング１２５の位置関係を示すように、対をなすリフトエアベアリング１２３、１２３間の距離Ｌができるだけ大きくなるように設定され、対をなすガイドエアベアリング１２５、１２５間の距離Ｍは小さくてよいという観点で設定されている。これは、リフトエアベアリング１２３、１２３間の距離Ｌを大きくすると、Ｙスライダ１２０のＸ軸回りの回転θｘを抑制する（θｘ方向の剛性を高める）ことができるからである。また、ガイドエアベアリング１２５、１２５間の距離Ｍを小さくすると、それだけＹスライダ１２０のＺ軸回りの回転θｚの抑制はラフになるが、構成上特に問題は生じないからである。このラフでよい理由については後述する。
【００６１】
なお、エアを吹き出して浮上力を発生するリフトエアベアリング１２３、１２７とガイドエアベアリング１２５は、図４に示すように、球面継手１２９を介してＹスライダ１２０に接続されている。
【００６２】
このような構成により、Ｙスライダ１２０は、スライドベース１０２〜１０４上に浮上した状態で、Ｙ軸方向にのみ移動自在とされている。そして、図１に示すように、Ｙスライダ１２０の一端側と他端側にそれぞれ独立して、Ｙスライダ１２０の一端側をＹ軸方向に駆動する第１Ｙ軸リニアモータ（第１Ｙ軸駆動手段）１４１と、他端側をＹ軸方向に駆動する第２Ｙ軸リニアモータ（第２Ｙ軸駆動手段）１４２とが設けられている。なお、リニアモータ１４１、１４２は、ベース１０１側と非接触でＹスライダ１２０に対し駆動力を伝達することができるものである。
【００６３】
また、Ｙスライダ１２０の一端側と他端側にはそれぞれ、Ｙスライダ１２０の一端側のＹ軸方向の位置を検出する第１Ｙ軸リニアエンコーダ（第１位置検出手段）１４３と、Ｙスライダ１２０の他端側のＹ軸方向の位置を検出する第２Ｙ軸リニアエンコーダ（第２位置検出手段）１４４とが設けられており、図示しない制御手段が、これらリニアエンコーダ１４３、１４４の検出信号に基づいて、第１Ｙ軸リニアモータ１４１及び第２Ｙ軸リニアモータ１４２を制御するようになっている。
【００６４】
一方、Ｘスライダ１３０は、側壁１３１と上壁１３２とを有する断面逆Ｌ字形に形成されており、Ｙスライダ１２０の直線案内部１２２の上に被さるように載っている。Ｘスライダ１３０の側壁１３１は、Ｙスライダ１２０の第２案内面１２０Ａに対向する位置にあり、この側壁１３１の内面には、第２案内面１２０Ａに対向させて、２つのガイドエアベアリング１３３と、それらの間に１つのガイドプリロードマグネット１３４とが配されている。
【００６５】
Ｘスライダ１３０には３つのリフトエアベアリング１３５が配置されている。３つのリフトエアベアリング１３５は、Ｙスライダ１２０と干渉しない位置で、Ｘスライダ１３０をバランス良く支持できる位置に配されている。なお、ガイドエアベアリング１３３とリフトエアベアリング１３５は、球面継手１３６、１３７を介してＸスライダ１３０に接続されている。この３つのリフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）１３５は、Ｘスライダ１３０をＸ−Ｙ平面内にて移動可能に支持するためのもので、スライドベース１０３の基準案内面１０５に対してエアを吹き出すことにより、Ｘスライダ１３０に浮上力を与える。そして、エアベアリング作用による浮上力とＸスライダ１３０の自重とのバランスによって、Ｘスライダ１３０を、基準案内面１０５上に所定高さで非接触状態で支持する。
【００６６】
ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）１３３及びガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）１３４は、Ｘスライダ１３０をＹスライダ１２０の第２案内面１２０Ａに沿ってＸ軸方向に移動自在に支持しながらＹ軸方向に拘束力を発揮するためのものである。ガイドエアベアリング１３３は、Ｙスライダ１２０の第２案内面１２０Ａに対してエアを吹き出すことにより、Ｘスライダ１３０に第２案内面１２０Ａに対する浮上力を与え、永久磁石よりなるガイドプリロードマグネット１３４は、Ｙスライダ１２０の第２案内面１２０ＡとＸスライダ１３０の側壁１３１との間に前記浮上力に対抗するプリロードとして磁気吸引力を発生させ、浮上力と磁気吸引力のバランスにより、Ｙスライダ１２０の第２案内面１２０ＡからＸスライダ１３０を一定量だけ（水平方向に）浮上させて非接触状態でガイドする。
【００６７】
このような構成により、Ｘスライダ１３０は、スライドベース１０３上に浮上した状態で、Ｙスライダ１２０に案内されてＸ軸方向にのみ移動自在とされている。そして、図３に示すように、Ｙスライダ１２０の直線案内部１２２の上面の凹所１２２Ａに収容したＸ軸リニアモータ１５１によって、Ｘスライダ１３０がＸ軸方向に駆動されるようになっている。また、Ｘスライダ１３０には、Ｘスライダ１３０のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸リニアエンコーダ１５２が設けられており、図示しない制御手段が、このＸ軸リニアエンコーダ１５２の検出信号に基づいて、Ｘ軸リニアモータ１５１を制御するようになっている。
【００６８】
次に制御系について説明する。
【００６９】
Ｙスライダ１２０のＹ軸方向の位置制御、並びに、Ｘスライダ１３０のＸ軸方向の位置制御は、Ｙ軸リニアモータ１４１、１４２やＸ軸リニアモータ１５１の推力を、Ｙ軸リニアエンコーダ１４３、１４４やＸ軸リニアエンコーダ１５２の検出信号に基づいてフィードバック制御することで行うことができる。
【００７０】
Ｘスライダ１３０の位置制御については従来と特に変わりないが、Ｙスライダ１２０の位置制御については特徴があるので以下に説明する。
【００７１】
先にも述べたように、Ｙスライダ１２０は、片端部（一端側）のみをガイドレール１１０によってガイドするという構造上の特徴ゆえに、Ｚ軸回りの回転θｚによるヨーイング誤差を生じやすい。
【００７２】
そのため、この実施形態のＸ−Ｙステージ装置では、位置決め精度及び水平方向案内精度を確保する制御方式として、Ｙスライダ１２０の一端側と他端側に２組の計測・駆動系を設けて、Ｙ−θ制御方式を採用している。ここで、θはθｚのことである。
【００７３】
その詳細を図５を用いて説明する。
【００７４】
第１Ｙ軸リニアエンコーダ１４３の測定値をＹ１FB、第２Ｙ軸リニアエンコーダ１４４の測定値をＹ２FBとすると、Ｙ軸方向のフィードバック値ＹFBは、
ＹFB  ＝（Ｙ１FB＋Ｙ２FB）／２
となる。また、θ軸のフィードバック値θFBは、測定値の差に対してリニアエンコーダ１４３、１４４の測定点間の長さが十分に長いと見なせるので、
θFB  ＝（Ｙ１FB−Ｙ２FB）
となる。
【００７５】
そこで、フィードバック値ＹFB、θFBとＹ軸・θ軸への目標値Ｙref、θrefとの偏差演算を行い、Ｙ軸・θ軸への力指令値ＦY、Ｆθを算出する。この力指令値から、各リニアモータ１４１、１４２への力指令値ＦY1、ＦY2の演算式は次式のようになる。
【００７６】
ＦY1  ＝ＦY  ＋Ｆθ
ＦY2  ＝ＦY  −Ｆθ
【００７７】
従って、上式の演算結果を各モータアンプ１４７、１４８に出力することにより、Ｙスライダ１２０のＹ−θ方向の制御を行う。
【００７８】
次に作用を説明する。
【００７９】
このＸ−Ｙステージ装置において、固定部分は、ベース１０１、スライドベース１０２〜１０４、ガイドレール１１０である。また、Ｙ軸方向に直線案内される部分は、Ｙスライダ１２０、リフトエアベアリング１２３、ガイドエアベアリング１２５、リフトプリロードマグネット１２４、ガイドプリロードマグネット１２６である。また、Ｙ軸方向に直線案内されながらＸ軸方向にも直線案内される部分は、Ｘスライダ１３０、ガイドエアベアリング１３３、ガイドプリロードマグネット１３４、リフトエアベアリング１３５である。
【００８０】
従って、このステージ装置においては、第１Ｙ軸リニアモータ１４１及び第２Ｙ軸リニアモータ１４２を駆動すると、Ｙスライダ１２０が、ガイドレール１１０によってＸ軸方向に拘束されながらＹ軸方向に駆動される。その際、リフトエアベアリング１２３、１２７及びリフトプリロードマグネット１２４、１２８の作用により、Ｙスライダ１２０は、スライドベース１０２〜１０４の基準案内面１０５に対して一定の浮上隙間を確保しながら非接触状態で案内される。また、ガイドエアベアリング１２５及びガイドプリロードマグネット１２６の作用により、Ｙスライダ１２０は、ガイドレール１１０の第１案内面１１０Ａに対して一定の浮上隙間（ギャップ）を確保しながら非接触状態で案内される。
【００８１】
また、Ｘ軸リニアモータ１５１を駆動すると、Ｘスライダ１３０がＹスライダ１２０によってＹ軸方向に拘束されながらＸ軸方向に駆動される。その際、リフトエアベアリング１３５の作用により、Ｘスライダ１３０は、スライドベース１０２〜１０４の基準案内面１０５に対して一定の浮上隙間を確保しながら非接触状態で案内される。また、ガイドエアベアリング１３３及びガイドプリロードマグネット１３４の作用により、Ｘスライダ１３０は、Ｙスライダ１２０の第２案内面１２０Ａに対して一定の浮上隙間（ギャップ）を確保しながら非接触状態で案内される。
【００８２】
そして、Ｙスライダ１２０のＹ軸方向の駆動制御と、Ｘスライダ１３０のＹスライダ１２０に対するＸ軸方向の駆動制御とにより、Ｘスライダ１３０がＸ−Ｙ平面内の任意の位置に駆動制御される。
【００８３】
このＸ−Ｙステージ装置では、ガイドレール１１０を敢えて片側サイドに１本だけに限定して設けており、そのガイドレール１１０に片持式にＹスライダ１２０を支持させている。そして、Ｙスライダ１２０のＸ軸方向の位置決めを、片端側（一端側）のみとして、他端側は基本的にガイドフリーにしている。
【００８４】
従って、この支持構造の特徴から、Ｙスライダ１２０がＸ−Ｙ平面に直交する軸（Ｚ軸）回りに回転して、Ｙ軸方向の精度が低下する可能性が出てくる。そこで、このステージ装置では、Ｙスライダ１２０の一端側と他端側とを独立して位置制御できるように計測・駆動系を２組設けている。従って、自由にＹスライダ１２０のＺ軸回りの回転θｚを制御できるようになる。先に回転θｚについてはラフでよいと言及したのはこの理由による。本実施形態では、第１、第２Ｙ軸リニアエンコーダ１４３、１４４の位置検出信号に基づいて第１、第２Ｙ軸リニアモータ１４１、１４２をフィードバック制御しているため、片持式のガイドでありながら、Ｙ軸方向の位置精度を、従来よりも高めることができる。
【００８５】
この場合、特にリニアモータ１４１、１４２でＹスライダ１２０を非接触的に駆動するようにしているので、Ｙスライダ１２０の自由端側の動きを許容でき、応答性も高めることができる。しかも、非接触なので転動疲労がなく、位置決め精度も高くできる。
【００８６】
また、このＸ−Ｙステージ装置の場合、ガイドレール１１０が片側サイドのみに絞られているので、構造が単純化される上、加工精度をあまり高くしないでも、必要十分なＹ軸方向の位置決め精度を出せるようになる。また、ガイドレール片側にしかないために、従来のように相互の平行度を確保しながらの両サイドのガイドレールを組み付けるといった組み付けの面倒が不要となる。また、案内面の数を最小にでき、ベアリングの数も減らせるので、結果的に、加工コストや組付コストを含めた製造コスト全体の低減が図れる。また、ガイドレール１１０が片側のみになったので、可動部質量が軽くなり、応答性が高まる。
【００８７】
また、Ｙスライダ１２０のガイドエアベアリング１２５による案内系にマグネットプリロード方式を採用しているので、案内剛性を高めることができる上、Ｙスライダ１２０のガイドレール１１０からの浮上隙間（浮上量）を精度良く一定に保つことができ、Ｙスライダ１２０のＸ軸方向の位置決め精度を高めることができる。
【００８８】
同様に、Ｘスライダ１３０のガイドエアベアリング１３３による案内系にもマグネットプリロード方式を採用しているので、同案内系の剛性を高めることができる上、Ｘスライダ１３０のＹスライド１２０からの浮上隙間（浮上量）を精度良く一定に保つことができ、Ｘスライダ１３０のＹ軸方向の位置決め精度を高めることができる。
【００８９】
また、図１１の従来例のように、浮上力とプリロードとをバランスさせるために、Ｙスライダの両横面に設けた２つの案内面を逆Ｕ字状断面のＸスライダで挟み込む方式を採用するのではなく、１つの案内面１２０Ａだけで、Ｘスライダ１３０をＹ軸方向に精度良く位置決めすることができるようになるので、Ｘスライダ１３０についてもガイドする案内面の数を最小にし、エアベアリングの数も半減することができる。従って、Ｘスライダ１３０の質量を軽くすることができて、応答性を高めることができる。
【００９０】
また、このＸ−Ｙステージ装置では、Ｙスライダ１２０のヘッド部１２１に設けたリフトエアベアリング１２３のベアリング間隔Ｌ（図６参照）を、ガイドエアベアリング１２５のベアリング間隔Ｍよりも大きく設定しているので、Ｘ軸回りのＹスライダ１２０の回転θｘを抑制する点では好ましくなる。つまり、リフトエアベアリング１２３のベアリング間隔を大きくしたことにより、ステージのピッチング運動θｘによる運動誤差を低減することができる。また、これによりスライドベース１０２〜１０４の加工誤差を平均化することができ、垂直方向の真直度の低下を防止できる。
【００９１】
また、このステージ装置では、Ｙスライダ１２０のＺ軸回りの回転θｚを、独立に設けた２組の計測・駆動系（第１Ｙ軸リニアモータ１４１、第２Ｙ軸リニアモータ１４２、第１Ｙ軸リニアエンコーダ１４３、第２Ｙ軸リニアエンコーダ１４４）で制御する方式を採用しているので、ガイドエアベアリング１２５によるθｚの抑制は積極的には期待していず、むしろ、ガイドエアベアリング１２５によるθｚの抑制はラフであってよいとしている。従って、その点で、２個のガイドエアベアリング１２５の間隔Ｍができるだけ小さくなっていることは、逆に有効な要素となっている。
【００９２】
この場合のガイドエアベアリング１２５の最大の役割は、Ｚ軸回りのＹスライダ１２０の回転θｚを抑制することではなく、Ｙスライダ１２０をＸ軸方向に拘束することである。従って、設計によっては図７に示すように、Ｙスライダ２２０のヘッド部を線状ではなく点状に形成して、１組のガイドエアベアリング２２５とガイドプリロードマグネット２２６とで、Ｙスライダ２２０の一端側をガイドレール２１０に拘束してもよい。そうした場合、Ｙスライダ２２０の回転θｚでの自由度がより大きくなり、これを利用してθｚを積極的に制御して、Ｘ−Ｙ座標系の補正を行うことも可能になる。
【００９３】
また、図７のようにＹスライダ２２０の一端側を１組のガイドエアベアリング２２５とガイドプリロードマグネット２２６とで支持するようにした場合、リフトエアベアリングの配置場所の確保が難しくなるので、図８に示すように、Ｙスライダ３２０の途中に張り出し部３２１を設けて、その部分にリフトエアベアリング３２３を設けたり、図９に示すように、Ｙスライダ４２０の他端側に張り出し部４２１を設けて、その部分にリフトエアベアリング４２３を設けたりしてもよい。なお、図において、３１０、４１０はガイドレール、３２５、４２５はリフトエアベアリング、３２６、４２６はリフトプリロードマグネットを示す。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ガイドレールを敢えて片側サイドだけに絞り、そのガイドレールに片持式にＹスライダを支持させて、Ｘ軸方向の位置決めを片端側（一端側）のみとして、他端側は基本的にガイドフリーにしており、必要ならＹスライダの一端側と他端側を独立して位置決めしながら駆動できるようにしているので、片持式のガイドでありながら、Ｙ軸方向の位置精度を高めることもできる。従って、ガイドレールが片側のみに絞られたことによる構造の単純化はもちろんのこと、加工精度をあまり高く設定しないでも、必要十分な位置決め精度を確保することができる。また、ガイドレールが片側であるため、従来例のような両サイド相互の平行度を確保しながらのガイドレールの組み付けが不要となるし、ベアリング等の部品点数も減らせるので、結果的に、加工コストや組付コストを含めた製造コスト全体の低減及びメンテナンス性の向上が図れる。また、ガイドレールが片側のみになってガイド部分の数が減るので、可動部質量が軽くなり、応答性が高まるというメリットもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のＸ−Ｙステージ装置の平面図
【図２】図１のII矢視図
【図３】図１のIII矢視図
【図４】図１のIV矢視部分の概略拡大斜視図
【図５】Ｘ−Ｙステージ装置におけるＹスライダの駆動制御系のブロック図
【図６】前記実施形態のＸ−Ｙステージ装置におけるベアリングの位置関係を概略的に示す平面図
【図７】本発明の他の実施形態のＸ−Ｙステージ装置の概略平面図
【図８】図７のＸ−Ｙステージ装置の変形例を示す平面図
【図９】図７のＸ−Ｙステージ装置のさらに別の変形例を示す平面図
【図１０】従来のＸ−Ｙステージ装置の一例を示す斜視図
【図１１】別の従来のＸ−Ｙステージ装置の例を示す斜視図
【図１２】従来のＸ−Ｙステージ装置の問題点の説明に用いる平面図
【符号の説明】
１０１…ベース
１０２〜１０４…スライドベース
１０５…基準案内面（第３案内面、第４案内面）
１１０…ガイドレール
１１０Ａ…第１案内面
１２０…Ｙスライダ
１２０Ａ…第２案内面
１２１…ヘッド部（一端側）
１２３…リフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）
１２４…リフトプリロードマグネット（磁力発生手段）
１２５…ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）
１２６…ガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）
１２７…リフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）
１２８…リフトプリロードマグネット（磁力発生手段）
１２９…球面継手
１３０…Ｘスライダ
１３３…ガイドエアベアリング
１３４…ガイドプリロードマグネット
１３５…リフトエアベアリング
１３６，１３７…球面継手
１４１…第１Ｙ軸リニアモータ（第１Ｙ軸駆動手段）
１４２…第２Ｙ軸リニアモータ（第２Ｙ軸駆動手段）
１４３…第１Ｙ軸リニアエンコーダ（第１Ｙ軸位置検出手段）
１４４…第２Ｙ軸リニアエンコーダ（第２Ｙ軸位置検出手段）
１５１…Ｘ軸リニアモータ
１５２…Ｘ軸リニアエンコーダ
２１０…ガイドレール
２２０…Ｙスライダ
２２５…ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）
２２６…ガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）
３１０…ガイドレール
３２０…Ｙスライダ
３２３…リフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）
３２５…ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）
３２６…ガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）
４１０…ガイドレール
４２０…Ｙスライダ
４２３…リフトエアベアリング（リフト用のガスベアリング）
４２５…ガイドエアベアリング（ガイド用のガスベアリング）
４２６…ガイドプリロードマグネット（磁力発生手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004323087.tif 000008
【図８】
0004323087.tif 000009
【図９】
0004323087.tif 000010
【図１０】
0004323087.tif 000011
【図１１】
0004323087.tif 000012
【図１２】
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