(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台上にてＺ軸方向に移動するテーブルと、
このテーブルに対してＸ軸方向に移動するＸステージと、
このＸステージ上にてＹ軸方向に移動するＹステージとを備え、
このＹステージをＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動するステージ位置決め装置であって、
前記架台に対して前記テーブルを水圧によってＺ軸方向に駆動する水圧アクチュエータと、
前記テーブルに設けられるガイドレールに対して前記Ｘステージを水圧によって支持する静圧軸受と、
前記テーブルに対して前記Ｘステージを水圧によってＸ軸方向に駆動する水圧アクチュエータと、
前記Ｘステージに設けられるガイドレールに対して前記Ｙステージを水圧によって支持する静圧軸受と、
前記Ｘステージに対して前記Ｙステージを水圧によってＹ軸方向に駆動する水圧アクチュエータとを備えたことを特徴とするステージ位置決め装置。
【請求項２】
共通の水圧源から導かれる加圧作動水を前記各静圧軸受と前記各水圧アクチュエータとに供給することを特徴とする請求項１に記載のステージ位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージを３軸方向に移動するステージ位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されたステージ装置は、テーブルを上下方向について移動可能に支持する静圧軸受と、テーブルにかかる重力を支える空気圧アクチュエータ（圧力室）と、テーブルを上下方向に駆動する電動アクチュエータ（リニアモータ）とを備える。空気圧源から導かれる加圧空気が空気圧アクチュエータと静圧軸受に供給され、空気圧アクチュエータがテーブルにかかる重力を支えるカウンタバランス機能を果たす一方、電動アクチュエータが電磁力によってテーブルを上下方向に駆動するようになっている。
【０００３】
特許文献２には、レールに沿って移動する移動体を油圧によって支持する静圧案内装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−７１８６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３１４８３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、特許文献１に開示されたステージ装置は、空気圧アクチュエータと電動アクチュエータが設けられているため、複数の駆動源を必要とすることで以下のような問題点があった。
【０００５】
１．電動アクチュエータは、制御性に優れているものの、直進運動を得るために使われるボールねじは、回転運動を直進運動に方向変換することで行われ、その潤滑にはグリースが必要であり、グリースの飛散防止のためにボールねじを蛇腹状のカバーで覆うことがなされている。
【０００６】
しかし、ボールねじの伸縮時には、カバー内のグリースの油成分が含まれる空気が出入りするので、クリーンルーム内での使用に必ずしも適さない。
【０００７】
また、電動機の磁性は、集塵性をもっているため、これも同様に適さない。
【０００８】
２．空気圧アクチュエータは、電動、油圧に比べ制御性に劣り、剛性が低い。制御性については、制御側の工夫で精度向上も図れるが、複雑性が増す。近年の環境面、特に省エネルギの観点から、エネルギ効率が極めて悪い。コンプレッサを含めたシステム全体でみると、エネルギ効率が１０％を割ることもある。
【０００９】
３．静圧案内装置は、移動体を非接触支持により移動させることを目的としているが、そり多くは特許文献２に開示されたような油圧軸受をはじめとして、空気圧軸受、磁気軸受がある。
【００１０】
油圧軸受は、作動流体にオイルを使うことから、周囲環境への汚染防止のために防油、防火対策が必要である。
【００１１】
空気圧軸受は、上記空気圧アクチュエータと同様にエネルギ効率の悪さと、制御性、剛性に課題が残る。
【００１２】
磁気軸受は、近年、非接触という面から精密除振台等への応用も考えられるが、荷重の大きい場合には磁性材が大型化して発生磁気力が増大し、半導体関連では、製品への磁気影響を回避するために、遮蔽を行う等の対策が必要になる。
【００１３】
４．ステージ位置決装置は、必要に応じて上記の駆動源が混載することになるが、平素の管理、補修管理の場合には、それぞれのメンテナンスのスキルが異なり、補修部品の管理も複雑化する。
【００１４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、オイルによる汚染がなく、磁気ノイズを発生しない、エネルギ効率のよい、高性能なステージ位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、架台上にてＺ軸方向に移動するテーブルと、このテーブルに対してＸ軸方向に移動するＸステージと、このＸステージ上にてＹ軸方向に移動するＹステージとを備え、このＹステージをＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動するステージ位置決め装置であって、架台に対してテーブルを水圧によってＺ軸方向に駆動する水圧アクチュエータと、テーブルに設けられるガイドレールに対してＸステージを水圧によって支持する静圧軸受と、テーブルに対してＸステージを水圧によってＸ軸方向に駆動する水圧アクチュエータと、Ｘステージに設けられるガイドレールに対してＹステージを水圧によって支持する静圧軸受と、Ｘステージに対してＹステージを水圧によってＹ軸方向に駆動する水圧アクチュエータとを備えたことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、軸受と駆動手段が水圧によって作動する機構に統一されることで、以下の利点があげられる。
【００１７】
１．水の剛性は、油、空気よりも大きいので、水圧アクチュエータは、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータに比べて剛性、作動精度、応答精度が高く、制御性に優れている。
【００１８】
２．水の粘性は、温度に対して極めて安定しているので、製品の繰り返し動作に対する精度が向上する。
【００１９】
３．磁気等の遮蔽装置やボールねじの覆い、防油、防火、漏電対策も不要になり、装置のコンパクト化に優れた、クリーン度が高い安全なシステムを提供できる。
【００２０】
４．作動液が水であることから、ランニング管理に優れる。
【００２１】
５．駆動方式の混載がなく、操作性が向上し、保守、点検、管理が容易に行える。
【００２２】
６．空気圧駆動を駆動源としないことで、エネルギロスを低減し、省力化がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１の（ａ）はステージ位置決め装置１の概略構成を示す平面図、（ｂ）は正面図である。ここで、図中矢印で示すように互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、ステージ位置決め装置１の構成を説明する。
【００２５】
ステージ位置決め装置１は、図示しない架台上にてＺ軸方向（上下方向）に移動するテーブル１０と、このテーブル１０上にてＸ軸方向（水平前後方向）に移動するＸステージ８と、このＸステージ８上にてＹ軸方向（水平横方向）に移動するＹステージ７とを備える。
【００２６】
矩形のテーブル１０はその４隅に配置される４本の水圧アクチュエータ１１によってＺ軸方向（上下方向）に移動する。水圧アクチュエータ１１はテーブル１０を図示しない架台に対してＺ軸方向に移動可能に支持する機能と、テーブル１０を駆動してＺ軸方向に移動する機能とを果たす。
【００２７】
テーブル１０上にはＸ軸方向に延びる対のガイドレール９が所定の間隔をもって設けられる。
【００２８】
Ｘステージ８には対の静圧軸受１８が設けられ、この静圧軸受１８がガイドレール９に対してＸステージ８を水圧によって非接触でＸ軸方向について移動可能に支持する。
【００２９】
Ｘステージ８は水圧アクチュエータ１５によって駆動されてＸ軸方向に移動する。水圧アクチュエータ１５は一方のガイドレール９に沿ってＸ軸方向に伸縮作動するように配置される。
【００３０】
Ｘステージ８上にはＹ軸方向に延びる１本のガイドレール２０が設けられる。
【００３１】
Ｙステージ７には静圧軸受１７が設けられ、この静圧軸受１７がガイドレール２０に対してＹステージ７を水圧によって非接触でＹ軸方向について移動可能に支持する。
【００３２】
Ｙステージ７は水圧アクチュエータ１９によって駆動されてＹ軸方向に移動する。水圧アクチュエータ１９はガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に伸縮作動するように配置される。
【００３３】
各水圧アクチュエータ１１、１５、１９は、水圧シリンダが用いられる。水圧シリンダは、図示しないシリンダとピストンとの間に２つの水圧室が画成され、各水圧室に導かれる水圧力差によって伸縮作動する。
【００３４】
各静圧軸受１７、１８と各水圧アクチュエータ１１、１５、１９に加圧作動水を供給する水圧源として、作動水を貯留するタンク２と、タンク２の作動水を吸い込んで加圧する水圧ポンプ６とを備える。
【００３５】
水圧ポンプ６の動力源として電動モータ５が設けられ、この電動モータ５によって水圧ポンプ６が駆動される。電動モータ５は他の機器とは隔離して設けられる。なお、ステージ位置決め装置１の動力源は、上記電動モータ５に限らず、水圧モータ、空気圧モータ等を用いても良い。
【００３６】
水圧ポンプ６の吐出通路２１には圧力調整弁３が接続され、この圧力調整弁３は、吐出通路２１の圧力が所定値を越えて上昇すると開弁する。こうして水圧ポンプ６から吐出通路２１に吐出される作動水が圧力調整弁３からタンク２へと戻されることにより、吐出通路２１の圧力が所定値以下に抑えられる。
【００３７】
水圧ポンプ６の吐出通路２１には、３つの圧力調整弁３２、３３、３４を介して３つの作動水供給通路２２、２３、２４が接続される。各圧力調整弁３２、３３、３４は各作動水供給通路２２、２３、２４の圧力をそれぞれ所定値に保つように調整する。
【００３８】
テーブル１０を駆動する各水圧アクチュエータ１１の各水圧室に接続する水圧通路１１ａ、１１ｂは、それぞれ各方向切換弁４１を介して作動水供給通路２３とタンク２とに接続される。
【００３９】
コントローラ４０からの指令に基づいて各方向切換弁４１がポジションａにそれぞれ切り換わることによって、各水圧アクチュエータ１１が伸張作動し、テーブル１０をＺ軸下方向に駆動する。
【００４０】
各方向切換弁４１がポジションｂにそれぞれ切り換わることによって、各水圧アクチュエータ１１が収縮作動し、テーブル１０をＺ軸上方向に駆動する。
【００４１】
各方向切換弁４１がポジションｃにそれぞれ切り換わることによって、各水圧アクチュエータ１１が停止し、テーブル１０を停止させる。
【００４２】
コントローラ４０は４つの方向切換弁４１の作動をそれぞれ制御して、４本の水圧アクチュエータ１１を互いに同期して伸張作動させ、テーブル１０をＺ軸方向に平行移動させるように駆動する。
【００４３】
Ｘステージ８を駆動する水圧アクチュエータ１５の各水圧室に接続する水圧通路１５ａ、１５ｂは、それぞれ方向切換弁４５を介して作動水供給通路２２とタンク２とに接続される。
【００４４】
コントローラ４０からの指令に基づいて方向切換弁４５がポジションａにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１５が伸張作動し、Ｘステージ８をＸ軸前方向に駆動する。
【００４５】
方向切換弁４５がポジションｂにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１５が収縮作動し、Ｘステージ８をＸ軸後方向に駆動する。
【００４６】
方向切換弁４５がポジションｃにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１５が停止し、Ｘステージ８を停止させる。
【００４７】
Ｙステージ７を駆動する水圧アクチュエータ１９の各水圧室に接続する水圧通路１９ａ、１９ｂは、それぞれ方向切換弁４９を介して作動水供給通路２２とタンク２とに接続される。
【００４８】
コントローラ４０からの指令に基づいて方向切換弁４９がポジションａにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１９が伸張作動し、Ｙステージ７をＹ軸左方向に駆動する。
【００４９】
方向切換弁４９がポジションｂにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１９が収縮作動し、Ｙステージ７をＹ軸右方向に駆動する。
【００５０】
方向切換弁４９がポジションｃにそれぞれ切り換わることによって、水圧アクチュエータ１９が停止し、Ｙステージ７を停止させる。
【００５１】
サーボ型の方向切換弁４１、４５、４９は、コントローラ４０からの指令に基づいてそれぞれの開度が制御され、テーブル１０、Ｘステージ８、Ｙステージ７の位置制御が精密に行われる。
【００５２】
ステージ位置決め装置１は、水圧アクチュエータ１１、１５、１９によって駆動されることによって、駆動制御方法が統一されるため、操作性が向上するとともに、メンテナンスの技術が統一され、保守、点検が容易に行える。
【００５３】
そして、ステージ位置決め装置１は、潤滑油を必要とする軸受や油圧アクチュエータや電動アクチュエータを用いないため、オイルミストの飛散やオイル洩れによって周囲環境を汚染することがなく、クリーン度を高められ、防油、防火、漏電対策等を行う必要がない安全なシステムを提供できる。
【００５４】
液圧によって作動する水圧アクチュエータ１１、１５、１９は、空気圧アクチュエータや電動アクチュエータに比べて、剛性、作動精度、作動応答性が高いため、ステージ位置決め装置１の高出力化と高性能化がはかれる。また、空気圧アクチュエータに比べてエネルギロスを低減し、ステージ位置決め装置１の省力化がはかれる。
【００５５】
水圧アクチュエータ１１、１５、１９は、作動流体を水とするため、防水、防滴を行う必要がなく、ステージ位置決め装置１の構造を簡素化し、小型化がはかれる。
【００５６】
水圧アクチュエータ１１、１５、１９と静圧軸受１７、１８とは、ワークに磁気影響を与えることがない。
【００５７】
本実施の形態では、架台上にてＺ軸方向に移動するテーブル１０と、このテーブル１０に対してＸ軸方向に移動するＸステージ８と、このＸステージ８上にてＹ軸方向に移動するＹステージ７とを備え、このＹステージ７をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動するステージ位置決め装置１であって、架台に対してテーブル１０を水圧によってＺ軸方向に駆動する水圧アクチュエータ１１と、テーブル１０に設けられるガイドレール９に対してＸステージ８を水圧によって支持する静圧軸受１８と、テーブル１０に対してＸステージ８を水圧によってＸ軸方向に駆動する水圧アクチュエータ１９と、Ｘステージ８に設けられるガイドレール２０に対してＹステージ７を水圧によって支持する静圧軸受１７と、Ｘステージ８に対してＹステージ７を水圧によってＹ軸方向に駆動する水圧アクチュエータ１５とを備えたことを特徴とする。
【００５８】
これにより、軸受と駆動手段が水圧によって作動する機構に統一されことで、以下の利点があげられる。
【００５９】
１．水の剛性は、油、空気よりも大きいので、水圧アクチュエータ１１、１５、１９は、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータに比べて剛性、作動精度、応答精度が高く、制御性に優れている。
【００６０】
２．水の粘性は、温度に対して極めて安定しているので、製品の繰り返し動作に対する精度が向上する。
【００６１】
３．磁気等の遮蔽装置やボールねじの覆い、防油、防火、漏電対策も不要になり、装置のコンパクト化に優れた、クリーン度が高い安全なシステムを提供できる。
【００６２】
４．作動液が水であることから、ランニング管理に優れる。
【００６３】
５．駆動方式の混載がなく、操作性が向上し、保守、点検、管理が容易に行える。
【００６４】
６．空気圧駆動を駆動源としないことで、エネルギロスを低減し、省力化がはかれる。
【００６５】
本実施の形態では、共通の水圧源（水圧ポンプ６）から導かれる加圧作動水を各静圧軸受１７、１８と各水圧アクチュエータ１１、１５、１９とに供給することを特徴とする。
【００６６】
これにより、ステージ位置決め装置１の動力源が統一されるため、システムの小型化、省力化がはかれる。
【００６７】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態を示すステージ位置決め装置の平面図及び正面図。
【符号の説明】
【００６９】
１  ステージ位置決め装置
６  水圧ポンプ
７  Ｙステージ
８  Ｘステージ
９  ガイドレール
１０  テーブル
１１  水圧アクチュエータ
１５  水圧アクチュエータ
１７  静圧軸受
１８  静圧軸受
２０  ガイドレール
４０  コントローラ
【図１】
0004938724.tif 000002