DE3446967A1

DE3446967A1 - Praezisionsbewegungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3446967A1
Application number: DE19843446967
Authority: DE
Inventors: Kazuo Yokohama Kanagawa Nakazawa; Mikio Tokio/Tokyo Suzuta; Hironori Chigasaki Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1985-07-04
Also published as: US4615515A; DE3446967C2; JPH0230000B2; JPS60140722A

Description

Präzisionsbewegunpsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Präzisionsbewegungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterplättchenbelichtungsvorrichtung, einerPräzisionsmeßvorrichtung o. ä. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Präzisionsbewegungsvorrichtung zum Führen eines beweglichen Elementes durch hydrostatischen Druck oder Magnetismus und zur Bewegung des beweglichen Elements im wesentlichen ohne Reibung.

Derartige Präzisionsbewegungsvorri chtungen sind bekannt und umfassen normalerweise als Einrichtungen zum Führen des beweglichen Elementes, wie beispielsweise eines Gleitelementes oder Rotors, hydrostatische Führungsmechanismen, bei denen aufgrund ihrer Führungsgenauigkeit, Haltbarkeit und leichten Wartung Luft oder Öl Verwendung findet. Bei diesen Präzisionsbewegungsvorrichtungen treten jedoch Vibrationen auf, wenn das Gleitelement oder der Rotor in einer vorgegebenen Position gestoppt wird. Diese Vibrationen verlaufen in Richtung des Vorschubes im Falle

Dresdner Bank (München) Klo. 3939 844 Deutsch« Ha

-Λαβε Gleitelementes und in Rotationsrichtung im Falle des Rotors. Aufgrund des der Präzisionsbewegungsvorrichtung eigenen Aufbaus, damit eine im wesentlichen reibungsfreie Bewegung zur Verfügung gestellt werden kann, steht in der Vorrichtung keine ausreichende Kraft zur Verfugung, um diese Vibrationen zu dämpfen. Daher wird eine längere Zeitdauer benötigt, um das Gleitelement oder den Rotor in der vorgegebenen Position zu stoppen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Präzisionsbewegungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein bewegliches Element in einer vorgegebenen Position in einer verringerten Zeitdauer zu stoppen.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Präzisionsbewegungsvorrichtung, die eine verbesserte Genauigkeit in bezug auf die Positionierung eines beweglichen Elementes aufweist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Präzisionsbewegungsvorrichtung zur Bewegung eines beweglichen Elementes gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Einrichtungen zum Führen des beweglichen Elementes und Einrichtungen zum Erzeugen eines Widerstandes gegen die Bewegung des beweglichen Elementes aufweist, wobei diese den Widerstand erzeugenden Einrichtungen die Erzeugung des Widerstandes vom Beginn bis zum Ende der Bewegung des beweglichen Elementes steuern.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen

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erläutert. Es zeigen:

Figur IA einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Präzisionsbewegungsvorrichtung;

Figur IB einen Teilschnitt, der einen einen Widerstand erzeugenden Abschnitt der in Figur IA dargestellten Präzisionsbewegungsvorrichtung zeigt;

Figur IC einen seitlichen Teilschnitt durch den in Figur IB gezeigten Widerstandserzeugungsabschnitt ;

Figur 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsfarm einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prazisionsbewegungsvorrichtung; und

Figur 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prazisionsbewegungsvorrichtung.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren 1A-1C beschrieben, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prazisionsbewegungsvorrichtung zeigen, die bei einer Linearpositionierungs- oder Schrittbewegungsvorrichtung Anwendung findet. Die Vorrichtung umfaßt ein Gleitelement 1, das durch einen hydrostatisehen Linearbewegungs-Führungsmechanismus gleitend gelagert ist. Wie Figur IA zeigt, besitzt des Gleitelement 1 herabhängende Ohrelemente la und Ib, die jeweils mit einer Führungsschiene 12a und 12b in Eingriff stehen, welche stummeiförmig am Stator 11 ausgebildet sind und sich in einer Richtung senkrecht zur Ebene

der Figur erstrecken. Strömungsmittelkissen 13a-13f sind zwischen den Führungsschienen 12a, 12b, dem Gleitelement 1 und den herabhängenden Ohrelementen la, Ib ausgebildet, wie in Figur IA gezeigt, so daß auf diese Weise der hydrostatische Führungsmechanismus ausgebildet wird. Der Stator 11 lagert daher mittels des hydrostatischen Führungsmechanismus und der Führungsschienen 12a und 12b das Gleitelement 1. Eine Gleitplatte 2 erstreckt sich in der Richtung senkrecht zur Ebene der Figur IA und ist an einer Stelle angeordnet, so daß sie von einem Zwischenabschnitt der unteren Fläche des Gleitelementes 1 herabhängt. Blattfedern 3a und 3b sind vorgesehen, um die Gleitplatte 2 mit dem Gleitelement 1 zu verbinden,und können beliebige Kräfte in seitlichen Richtungen der Figur IA absorbieren. Die Gleitplatte 2 besitzt eine abwärts vorstehende Verlängerung 2A, so daß sie einen T-förmigen Querschnitt aufweist.

Die Vorrichtung umfaßt zwei Sätze von Mechanismen zur Erzeugung eines Gl&itwiderstandes, von denen aus Einfachheitsgründen nachfolgend nur einer beschrieben wird.

An der linken Seite der Verlängerung 2A ist ein Bürstenelement 4 vorgesehen, das sich in der gleichen Richtung wie die Gleitplatte 2 erstreckt und eine Länge besitzt, die etwa einem Fünftel der Länge der Gleitplatte 2 entspricht. Das Bürstenelement 4 ist mit einer oder mehreren kleinen Bohrungen zur Abgabe von Druckmitteln, beispielsweise Luft, Öl oder Ölnebeln, die ein Gemisch aus Öl und Luft umfassen, versehen. In der in Figur IA gezeigten Position steht das Bürstenelement 4 mit der linken Seite der Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 in Kontakt.

An der rechten Seite der Verlängerung 2a ist ein Arm-

element 6 vorgesehen, das in einem geringen Abstand von der Verlängerung 2a angeordnet ist. Eine Rolle 5 ist im Arm 6 vorgesehen und mit diesem über eine Welle und Lager, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, verbunden, so daß die Rolle 5 zur Ausführung einer glatten Rotationsbewegung vom Arm 6 gelagert wird. Die Rolle 5 steht in Kontakt mit der rechten Seite der Verlängerung 2a der Gleitplatte 2. Eine einen Druck ausübende Schraubenfeder 7 ist an der Außenfläche des Armes 6 an dessen rechter Seite in Figur IA befestigt. Die Schraubenfeder 7 kann über den Arm 6 und die Rolle 5 die Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 gegen das Bürstenelement 4 drücken, so daß die Verlängerung 2a auf diese Weise mit dem Bürstenelement 4 in Kontakt gebracht wird.

Das Bürstenelement 4. die Verlängerung 2a der Gleitplatte 2, die Rolle 5, der Arm 6 und die Feder 7 sind alle in einem Gehäuse 9 untergebracht. Das Gehäuse 9 bestimmt die Parallelität zwischen der Bewegungsrichtung des Gleitelementes 1 und der Anschlagfläche des Bürstenelementes 4. Das Gehäuse 9 ist am Stator 11 befestigt.

Eine Stellschraube 8 ist am Gehäuse 9 montiert und dient zur Einstellung der Druckkraft der Feder 7.

Das Bürstenelement 4 kann aus einem festen Gleitmaterial (beispielsweise Teflon, Graphit etc.),einem metallischen Lagermaterial (Gußzinnbronze, PHosphorbronze etc.), einem Aluminiumoxid -Keramikmaterial o. ä. bestehen. Wenn ein poröses Material verwendet wird, können die vorstehend erwähnten Bohrungen zur Abgabe des Druckmittels bzw. Hydraulikmittels entfallen.

Eine schematisch dargestelle Druckmittelregulierschaltung zur Versorgung des Bürstenßlementes h mit einem Druckmittel, wie beispielsweise Wasser, öl oder Luft, ist mit der Bezugsziffer 10 versehen. Das von der

Regulierschaltung 10 zugeführte Druckmittel wird von den Austrittsöffnungen der Bohrungen an der Oberfläche des Bürstenelementes 4 abgegeben, die gegen die Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 stößt. Wenn der Abgabedruck des Druckmittels hoch ist, weist das Bürstenelement einen Abstand gegenüber der Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 auf. Wenn der Abgabedruck jedoch niedrig ist, tritt das Bürstenelement 4 im wesentlichen mit der Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 in Kontakt. Somit kann durch Änderung des Abgabedrucks des Druckmittels der zwischen den Oberflächen der Gleitplatte 2 und dem Bürstenelement 4 erzeugte Druck und somit der gegen das Gleitelement 1 ausgeübte Gleitwiderstand entsprechend geändert werden.

Im Betrieb bewegt sich das Gleitelement 1 senkrecht zur Ebene der Figur IA. Die durch die Blattfedern 3a und 3b gelagerte Gleitplatte 2 wird in der gleichen Richtung wie die Vorschubrichtung des Gleitelementes 1 bewegt, ohne daß sie die Linearität des Vorschubes des Gleitelementes 1 beeinflußt. Wenn das Gleitelement 1 gestoppt werden soll, wird der Abgabedruck vom Bürstenelement 4 reduziert, so daß die Verlängerung 2a der Gleitplatte 2 durch die Rolle 5 gegen das Bürstenelement 4 gedrückt wird, das sich in einem Zustand reduzierten Drucks befindet. Daher tritt zwischen dem Bürstenelement 4 und dem vorrückenden Gleitelement 1 ein Gleitwiderstand auf. Dieser Gleitwiderstand wirkt in bezug auf die Vorschubkraft des Gleitelementes 1 als Dämpfungskraft, wenn das Gleitelement gestoppt werden soll.

Auf diese Weise wird der auf das Bürstenelement 4 aufzubringende Strömungsmitteldruck während der Vorschubbewegung des Gleitelementes 1 erhöht und erniedrigt,

wenn das Gleitelement 1 sich der Halteposition nähert. Dadurch wird eine genaue Positionierung des Gleitelementes 1 sichergestellt, ohne daß irgendwelche Vibrationen erzeugt werden.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit Figur 2 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform findet die erfindungsgemäß ausgebildete Präzisionsbewegungsvorrichtung bei einer Präzisionsrotationspositionier- oder Schrittbewegungsvorrichtung Anwendung. Die Vorrichtung umfaßt einen Rotor 21, der durch einen drehbaren hydrostatischen Führungsmechanismus gelagert wird. Eine ringförmige Gleitplatte 2 ist über eine Blattfeder 3 mit dem unteren Endabschnitt 21a des Rotors 21 verbunden.

Die Vorrichtung umfaßt zwei Sätze von Mechanismen zur Erzeugung eines Gleitwiderstandes, die symmetrisch in bezug auf den Rotationsmittelpunkt des Rotors 21 angeordnet sind.

An der unteren Fläche steht die Gleitfläche 2 jeweils mit Bürstenelementen 4a und 4b in Kontakt. Jedes Bürstenelement 4a und 4b ist mit einer oder mehreren Bohrungen zur Abgabe eines Druckmittels, beispielsweise Wasser, "Öl, Luft etc., versehen. Über der Oberfläche der Gleitplatte 2 sind Arme 6a und 6b vorgesehen, die in geringem Abstand zur Gleitplatte 2 angeordnet sind. Innerhalb der Arme 6a und 6b befinden sich Rollen 5a und 5b, die mit Hilfe von nicht gezeigten Wellen und Lagern mit den entsprechenden Armen 6a und 6b verbunden sind, so daß die Rollen 5a und 5b entlang der Oberfläche der Gleitplatten 2a und 2b drehbar sind. Einen Druck ausübende Schraubenfedern 7a und 7b sind auf den Oberflächen der Arme 6a und 6b montiert und drücken

die Gleitplatte 2 in Richtung auf die Bürstenelemente 4a und 4b. Gehäuse 9a und 9b dienen zur Unterbringung des Bürstenelementes 4a (oder 4b),des Armes 6a (oder 6b) und der Feder 7a (oder 7b). Jedes Gehäuse 9a und 9b bestimmt die Parallelität zwischen der Rotationsfläche des Rotors 21 und der Anschlagfläche des Bürstenelementes 4a oder 4b. An der oberen und unteren Fläche der Gehäuse 9a und 9b sind Stellschrauben 8a und 8b angeordnet, die zur Einstellung der Kräfte dienen, mit denen die Gleitplatte 2 gegen die Bürstenelemente 4a und 4b gedruckt wird. Mit 10 ist eine schematisch dargestellte Druckregulierschaltung bezeichnet, die jedes Bürstenelement 4a und 4b mit einem Druckmittel, beispielsweise Luft, Wasser, Öl etc., versorgt.Der vorstehend beschriebene Aufbau der Ausführungsform der Figur 2 entspricht im wesentlichen dem der zuerst erwähnten Ausführungsform, mit Ausnahme des Punktes, daß die Linearbewegung des Gleitelementes 1 durch eine Rotationsbewegung des Rotors 21 ersetzt ist. Somit besitzen die Gleitplatte 2, die Bürstenelemente 4a und 4b, die Rollen 5a und 5b, die Arme 6a und 6b, die Federn 7a und 7b, die Gehäuse 9a und 9b, die Druckregulierschaltung 10 und die Stellschrauben 8a und 8b alle im wesentlichen die gleiche Funktion wie die entsprechenden Elemente der zuerst erwähnten Ausführungsform.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit Figur 3 beschrieben. Diese Ausführungsform stellt eine Modifikation der in Verbindung mit den Figuren 1A-1C beschriebenen Ausführungsform dar. Die Rolle 5 und der Arm 6 der Ausführungsform der Figuren 1A-1C sind hierbei durch ein zusätzliches Bürstenelement 4' ersetzt. Bei der Ausführungsform der Figur 3 besitzt eine Gleitplatte 2 eine abwärts vorstehende Verlängerung 2¹, deren beide

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Seiten in Kontakt mit zwei Bürstenelementen 4 und 4¹ stehen. Jedes Bürstenelement 4 und 4¹ ist ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit einer oder einer Vielzahl von Bohrungen zur Abgabe eines Druckmittels versehen. Diese Bohrungen sind an eine Druckregulierschaltung 10 zur Zuführung von Strömungsmittel zur jeder Bürste 4 und 4¹ angeschlossen. Wenn die Bürstenelemente 4 und 4¹ aus porösen Materialien bestehen, muß es nicht erforderlich sein, zusätzlich die vorstehend erwähnten Strömungsmittelabgabebohrungen vorzusehen. Eine einen Druck ausübende Schraubenfeder 7 ist an der rechen Seite des rechten Bürstenelementes 4' montiert. Mit 9 ist ein Gehäuse zur Unterbringung der Verlängerung 2¹ der Gleitplatte 2, der Bürstenelemente 4 und 4¹ und der Feder 7 bezeichnet. Eine Stellschraube 8 ist an der äußeren und rechten Wand des Gehäuses 9 montiert und dient zur Einstellung der von der Feder 7 ausgeübten Druckkraft.

Im Betrieb wird das von der Druckregulierschaltung zugeführte Druckmittel von den in den Bürstenelementen 4 und 4' ausgebildeten Bohrungen abgegeben. Wenn der Abgabedruck hoch ist, sind die Bürstenelemente 4 und 4' im Abstand von der Verlängerung 2' der Gleitplatte 2 angeordnet, so daß der Gleitwiderstand sehr gering wird. Wenn jedoch der Abgabedruck niedrig ist, stehen die beiden Bürstenelemente 4 und 4' mit der Verlängerung 2¹ der Gleitplatte 2 in Kontakt, so daß der Gleitwiderstand groß wird. Auf diese Weise kann der Gleitwiderstand gesteuert werden. Er wird daher für die Bewegung des Gleitelementes 1 klein gehalten, während er auf einem großen Wert gehalten wird, wenn das Gleitelement 1 in einer gewünschten Position gestoppt werden soll.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführunqsformen ist

das Bürstenelement auf der Seite des Stators 11 und die Gleitplatte 2 auf der Seite des Gleitelementes 1 vorgesehen. Dies kann jedoch auch umgekehrt werden.

Erfindungsgemäß kann somit die Präzisionsbewegungsvorrichtunq mit einer solchen Funktion ausgestattet werden, daß sie beliebige Vibrationen des Gleitelementes oder Rotors dämpft, ohne hierdurch die Genauigkeit der Linearbewegung des Gleitelementes bzw. dis Genauigkeit der Rotationsbewegung des Rotors nachteilig zu beeinflussen. Dies führt dazu, daß das Gleitelement oder der Rotor in einer reduzierten Zeitspanne in einer gewünschten Position gestoppt werden können. Darüberhinaus kann erfindungsgemäß der Druck des Strömungsmittels, mit dem das Bürstenelement beaufschlagt wird, das gegen die mit dem Gleitelement oder Rotor verbundene Gleitplatte stößt, eingestellt werden. Hierdurch kann die auf das Gleitelement oder den Rotor einwirkende Antriebskraft in gesteuerter Weise reduziert und die Positionierungsgenauigkeit in signifikanter Weise verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird somit eine Präzisionsbewegungsvorrichtung zum Führen eines beweglichen Elementes durch hydrostatischen Druck oder Magnetismus und zur Bewegung des beweglichen Elementes im wesentlichen ohne Reibung vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfaßt einen Mechanismus zum Lagern des beweglichen Elementes mit Hilfe des hydrostatischen Druckes oder Magnetismus und zum Führen der Bewegung des beweglichen Elementes sowie einen Mechanismus zur Erzeugung eines Widerstandes gegen die Bewegung des beweglichen Elementes, wenn dieses gestoppt werden soll, derart, daß das bewegliche Element in genauer Weise und innerhalb einer verkürzten Zeitspanne in einer gewünschten Position gestoppt werden kann.

— Leerseite -

Claims

Tedtke - BüHLiNG - IW -Ow.^:;. SSKSffiiÄ lh LiNG - IW -Ow.^:;. SSKSffiiÄ lh ^n -L.^lCi L-*" *: :*":* Dipl.-Ing. H.Tiedtke f - IaRAMS -" OTROfF " · Dipl-Chem G. Bühling Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne 3446967 Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 8000 München Tel.:089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Müi 21. Dezember 1984 DE 4501 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bewegung eines beweglichen Elementes, gekennzeichnet durch:

Einrichtunqenzum Führen des beweglichen Elementes (1, 21); und

Einrichtungen zum Erzeugen eines Widerstandes in bezug auf die Bewegung des beweglichen Elementes (1, 21), die die Erzeugung des Widerstandes vom Beginn bis zum Ende der Bewegung des beweglichen Elementes (1, 21) steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand erzeugenden Einrichtungen einen Widerstand erzeugen, wenn das bewegliche Element (1, 21) gestoppt werden soll, der größer ist als der Widerstand, der erzeugt wird, wenn die Bewegung des beweglichen EIenentes (1, 21) fortnesetzt werden soll.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führuncseinrichtungen das bewegliche Element (1, 21) mit Hilfe eines hydrostatischen Drucks oder mit Hilfe von Magnetismus führen.

Dresdner Bank (München) KIo 3939644 Deutsche Bank (München) KIo 286:1060 Postscheckamt (München) KIo 670-43· 804

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand erzeugenden Einrichtungen den Widerstand durch eine relative Gleitbewegung erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand erzeugenden Einrichtungen eine Gleitplatte (2, 2¹) und ein Burstenelenent (4,. 4a, 4b, 4') aufweisen, das von der der Gleitplatte (2, 2') zugewandten Fläche Strömungsmittel abgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte (2) über ein elastisches Element mit dem beweglichen Element (1) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand erzeugenden Einrichtungen ein einen Druck ausübendes Element (7, 7a, 7b) aufweisen, das die Gleitplatte (2) in Richtung auf das Bürstenelement (4, 4a, 4b) drückt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Element (7, 7a, 7b) ausgeübte Druckkraft einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Blattfeder (3a, 3b) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (21) drehbar gelagert ist

und daG eine Vielzahl von den vorstehend beschriebenen Einrichtungen zur Erzeugung eines Widerstandes relativ zum Rotationsmittelpunkt des beweglichen Elementes (21) symmetrisch angeordnet ist.
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