JP2007015072A - 自動回転ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】 取り付け面からテーブル上面までを薄く構成できる大型回転ステージを得ること。
【解決手段】 ベースプレート１２上の周辺に複数個間隙をおいて配設した円弧状のガイドレール２７とテーブル１１に設けたガイドブロック２８とにより、テーブル１１を回動自在にすると共に、複数のガイドブロック２８で重荷重を受けるようにする。一方、円弧状のガイドレール２７が配される領域の内側に、モータ３１により回転駆動されるボールねじ３３と係合するナット３７が設けられ、ボールねじ３３の軸方向αに駆動される操作プレート１６には、軸方向αとは直交する方向βに摺動自在とされると共に、テーブル１１と回動自在に係合する操作ピン１３が設けられる。そして、モータ３１による駆動力が、ボールねじ３３、ナット３７、操作ピン１３を介してテーブル１１にがたなく伝達することができるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータにより回動駆動される自動回転ステージに関する。

従来から基板の水平面内での傾きを修正するため、基板を回転ステージのテーブル上に載置しこのテーブルを回転軸周りに所定角度だけ回動駆動することが行なわれている。
回動での最大移動量（回転角度）が制限されている回転ステージの回転方式は、例えば図６Ａ及びＢに示す小型手動回転ステージでは固定側のベース部６２と回転テーブル側のテーブル６１との間に図示しないリング状のベアリング等が配設されることでベース部６２に対してテーブル６１を回転できるようにするのが一般的である。

そして、テーブル６１の回転は、ベース部６２に固定されている微動ねじあるいはマイクロメータヘッド６３により、テーブル６１の周側面に立設されているピン６４を移動させることによって行なうようにしている。なお、ばねが内蔵されているプランジャ６５は、ピン６４をマイクロメータヘッド６３とは反対側から押し、テーブル６１ががたなく滑らかに回動できるようにしている。
また、図７Ａ及びＢに示すモータ駆動による小型自動回転ステージは、テーブル７１がラックピニオンにより駆動されるものである。図７Ａ及びＢにおいて、７２はベース部、７６は減速機付きのモータである。

従来の回転ステージは、図６及び図７に示すように、いずれも回転テーブル６１，７１の外周側から力を加えて回転駆動させるため、ベース部６２，７２に対してその周りに余分のスペースが必要となる。特に、図７Ａに示す自動回転ステージでは、減速機付きモータ７６などがベース部７２の周りに大きく飛び出す構造となるため設置スペースが大きくなりがちな上、駆動機構が一体化されるため厚みのある構造となる。
このような構造の回転ステージのテーブルの外径は、一般に市販されているものでは２００mm以下であり、大型で重荷重部材用のステージは耐荷重を重視するため、回転ステージ全体の厚みが非常に大きなものとなる。

また、従来の回転自在とされる構造で大型の回転テーブルを有する回転装置には、特許文献１に開示されているものが知られている。この特許文献１には大型の自動回転式ガラス成型プレスマシンなどに用いられる大型テーブルのインデックス回転装置が開示されている。
この大型テーブルのインデックス回転装置は、回転自在に設けられた大型テーブルの外周に大型歯車を設け、この大型歯車に噛合するピニオンを設け、このピニオンをサーボモータにより減速機構を介して駆動することにより大型テーブルをインデックス回転させるようにしている。このインデックス回転装置は、ベースに支柱が立設されると共に、回転テーブル中心部にベアリングが配され、このベアリングに支柱が貫通するように組み込まれて回転テーブルが回転自在に支持されるようにしている。
特開平１１−３１０４２０号公報（第２頁，図６）

しかしながら、図６及び図７例に示す従来の回転ステージではテーブル６１，７１はその周辺に配設される駆動機構により駆動される構造であるため、どうしてもテーブル周辺に駆動機構のためのスペースが必要となり小型化しにくいという不都合があった。
また、特許文献１に開示されているインデックス回転装置は、回転自在とされ大きな回転テーブルを有するものの中心に支柱が設けられるため、比較的大きな板材を載置することができない不都合があった。

本発明はかかる点に鑑み、モータにより回動駆動され、比較的重い基板の水平面内での傾きを修正するのに好適な自動回転ステージを提案するものである。

上記課題を解決するため、本発明はベースプレートと、回転テーブルと、この回転テーブルをベースプレートに対し回転自在に支持する軸受と、回転テーブルの駆動機構とを有し、回転テーブルが回動駆動される自動回転ステージにおいて、回転テーブルの回転中心からオフセットした位置に設けられる操作部材と、回転テーブルの上面に平行で、回転テーブルの回転中心とオフセットした位置とを通る第１方向で摺動自在とされる摺動部材と、第１方向に直交すると共に、回転テーブルの上面に平行な第２方向に伝達部材を移動させる駆動機構とを設け、伝達部材に対し摺動部材を第１方向に摺動自在に設けると共に、摺動部材に対し操作部材を回動自在に係合するように構成したものである。

このように構成した自動回転ステージによれば、伝達部材の第２方向の駆動に伴い操作部材がテーブルを回動させられる。そして、第２方向でテーブルの回転中心を通る線と操作部材の回動中心との距離は、テーブルの回動動作に伴い変化するが、この距離の変化を摺動部材の摺動により吸収することができ、滑らかに回動させることができる。

また、本発明は上記記載の自動回転ステージにおいて、駆動機構にボールねじを用い、このボールねじを回転駆動することにより伝達部材を第２方向に移動させるようにしたものである。

このように構成した自動回転ステージによれば、ボールねじの回転がナットを介して、このナットが設けられた伝達部材を第２方向に駆動することができ、このボールねじによる駆動ではナットとのバックラッシュをほとんどなくすことができるので移動精度を向上させることができる。

さらに、本発明は上記記載の自動回転ステージにおいて、ボールねじの回転軸を、第２方向で回転テーブルの回転中心の軸と略直交するように設けると共に、ボールねじの回転軸に対し摺動部材の配設側とは反対の側に、第２方向に摺動自在とする摺動ガイドを設け、この摺動ガイドと伝達部品とを連結するようにしたものである。

このように構成した自動回転ステージによれば、回転テーブルをベースプレートに対し回転自在に支持する軸受は回転テーブルの周辺に配設され、回転中心には回転軸体が設けないようになされ、回転テーブルはその回転中心の周辺に配される円弧運動をなすガイドレールとガイドブロックを介してベースプレートに対し摺動自在に係合される。そして、ボールねじによる駆動力を確実に伝達部材に伝えることができると共に、これら駆動部材を回転テーブルとベースプレートとの間にテーブルの外側に大きく飛び出すことなく配設することができる。

本発明自動回転ステージによれば、駆動力を確実に伝達部材に伝えて回転駆動することができると共に、駆動機構をテーブルの直下に配設することができるので設置スペースをより小さくすることができる。

本発明自動回転ステージを実施するための最良形態の例を図１〜図５を参照して説明する。
先ず本例の自動回転ステージの駆動機構の概略を、図１Ａ及びＢを参照して説明する。
図１Ａ及びＢは、自動回転ステージの回転テーブル１１とベースプレート１２の間に回転テーブル１１の駆動機構部材を配した説明図で、図１Ａが一部省略した平面図、図１Ｂが正面図である。

回転テーブル１１は、中心Ｏの周りに回転自在とされ、この中心Ｏから距離Ｓ離れた位置に孔１１ａ（図１Ｂ）が設けられる。
一方、ベースプレート１２には、スライドガイド１８が設けられ、このスライドガイド１８によって操作部材１６が接合されているスライドシャフト１７が、図１Ａに示す矢印αの方向（第２の方向）に回転することなく摺動自在とされる。
操作部材１６は、コの字形状に形成されると共に摺動軸１５が固定され、この摺動軸１５に摺動部材１４が図１Ａに示す矢印βの方向（第１の方向）に摺動自在とされている。
そして、摺動部材１４の図１Ｂに示す上側に操作ピン１３が設けられる。この操作ピン１３は、図１Ｂに示すように、テーブル１１の孔１１ａに回動自在に係合するように組み込まれる。

このように構成したテーブル１１の回動機構で、スライドシャフト１７を、図１Ａ及びＢの矢印α１の方向に距離Ｌだけ押す。そうすると、操作ピン１３が、孔１１ａを介してテーブル１１を図１Ａに示す矢印φに示す反時計回りに回動させると共に、操作ピン１３自体が変位量ΔＳだけ線αに対して移動する。
すなわち、操作ピン１３が設けられている摺動部材１４が摺動軸１５を変位量ΔＳだけ摺動し、操作ピン１３の回動を妨げないようになされる。
このとき、回転角φは、φ＝arcsine（Ｌ／Ｓ）で得られ、変位量ΔＳはΔＳ＝Ｓ−（Ｓ^２−Ｌ^２）^１／２で得られる。

上述構成の駆動機構を備えた本例の自動回転ステージを図１〜図５を参照して説明する。
なお、以下では、図１に対応する部分には同一の符号を付し説明する。
図２Ａ〜Ｃは、本例の自動回転ステージの組立状態を示し、図において１１はテーブル、１２はベースプレートである。そして、ベースプレート１２上に駆動機構部と、円弧運動をなす４組のガイドレール２７及びガイドブロック２８とが組み込まれ、ガイドブロック２８上にテーブル１１が固定される。そして、テーブル１１が駆動機構により図２Ａに示す二点鎖線のように時計回りと反時計回りに所定角度回動できるようにされる。

図３は回転テーブル１１を示し、この回転テーブル１１は略正方形の中央に大きな孔１１ａと、中心Ｏから距離Ｓの位置に孔１１ａより小さい段差付き孔１１ｂが設けられる。そして、４つのガイドブロック２８を固定するための４つの段付きねじ挿通孔１１ｃが設けられる。なお、図３でガイドブロック２８とガイドレール２７を破線で示してある。

図４Ａ〜Ｃは、回転テーブル１１（図３）と略同じ大きさの板とされたベースプレート１２上に、テーブル１１の回動動作におけるガイド部と駆動機構部とが組み込まれた状態を示している。
ベースプレート１２は、図４Ａに示すように、略正方形の中心Ｏ’を円弧の中心とするように円弧をなすガイドレール２７を４つ設け、そのガイドレール２７にガイドブロック２８をそれぞれ設ける。このとき、ガイドレール２７同士は連接せず、間隙を設けてベースプレート１２に固定される。そして、ガイドレール２７を所定の位置に位置決めし、ガイドブロック２８がガイドレール２７から抜けないようにするため、位置決めピン２９，２９が打設される。

駆動機構部は、図４Ａ及びＢに示すように、ベースプレート１２の側面にブラケット３０を介して設けられたモータ３１の回転軸３１ａにより駆動される。そして、回転軸３１ａの一端側にカップリング３２を介してボールねじ３３が連結され、このボールねじ３３が２つの軸受３４，３５により軸方向に移動することなく回転自在とされる。このとき、ボールねじ３３の回転軸心が、図５に示す方向αでベースプレート１２の中心Ｏ’と略直交するように設けられる。
ボールねじ３３は、図４Ｃに示ように、操作プレート１６にプレート３８と共に設けられるナット３７と係合する。

ナット３７は、図５に示すように、円筒部３７ｂとフランジ部３７ｃとを一体に形成し雌ねじ３７ａが設けられた形状で、フランジ部３７ｃに固定用雌ねじ孔３７ｄが４つ設けられる。また、プレート３８は、図５に示すように、ナット３７のフランジ部３７ｃと略同じ外形形状で、ボールねじ３３を挿通する孔３８ａと、４つの固定ねじの挿通孔３８ｂが設けられる。

ナット３７が設けられる操作プレート１６は、図４Ｂ及び図５に示すように、ブロック部１６ａとプレート部１６ｂとからなる。
ブロック部１６ａは、ナット３７の円筒部３７ａを収納する貫通孔１６ｃとねじ挿通孔１６ｄが設けられる。そして、挿通孔１６ｄの一方からナット３７の円筒部３７ａを挿通すると共に、他方にプレート３８を設け４本の長ねじでブロック部１６ａにナット３７を固定する。
また、略短冊状のプレート部１６ｂの端部にはスライドレール１５を固定すると共に、このスライドレール１５にスライドブロック１４を図５に示す矢印βの方向に摺動自在に設ける。そして、スライドブロック１４上に操作ピン１３を設ける。

操作ピン１３は、図４Ｃ及び図５に示すように、略小判型とされたフランジ１３ｃの中央に軸を立設し、この軸の下半分に後述するテーブル１１に設けられるベアリング２０との係合部１３ａを形成し、上半分に雄ねじ１３ｂを形成する。
なお、プレート部１６ｂの先端側面には、光センサの遮光用ドグ５０が設けられる。

また、操作プレート１６のブロック部１６ａの上面には、ガイドプレート３９の一端側が上面に固定される。そして、ガイドプレート３９の他端側が、図４Ａ及びＢ，図５に示すように、スライドブロック４４の上面に固定される。
スライドブロック４４は、スライドレール４３上で摺動自在とされるが、このときの摺動方向は上述ボールねじ３３の軸心の方向αと略平行とされる。つまり、スライドレール４３の中心線とボールねじ３３の回転軸とが略平行になるように、ベースプレート１２上でスライドレール４３が固定される。

なお、図４Ａ〜Ｃでボールねじ３３の軸受３４，３５、スライドレール１５，４３の周りには、複数の位置決めピン２９が配設されるが、このピン２９に当接するようにして固定することで各部品が所定の位置に位置決めされるようにしている。
また、図４Ａ及びＢに示すベースプレート１２の右側面には、取り付けブラケット５４を介して光透過式の光センサ５１，４６，４７を設け、操作ピン１３におけるボールねじ３３の軸方向の移動終点を検出するようにしている。図４Ａに示すように、光センサ５１が手前側の移動終点、光センサ５３が奥行き側の移動終点を検出し、また、光センサ５２は原点位置検出用である。

すなわち、テーブル１１の回動に伴いドグ５０が移動するが、光センサ５２がＯＮした位置が回転センター（原点位置）となり、例えば±１０°移動した位置にセンサ５１，４７をそれぞれ取付けるようにする。また、テーブル１１自体は、図４Ａに示すように、例えばガイドブロック２８の回動範囲が位置決めピン２９，２９により規制され±１０°以上は動かないようにする。
また、図４Ａ及びＢに示すモータ３１の軸３１ａでカップリング３２と反対側に、ボールねじ３３を手動で駆動するためのツマミ５５が設けられる。

このように構成した駆動機構では、モータ３１の駆動力がカップリング３２を介して伝達され、ボールねじ３３が回転する。そして、ボールねじ３３が右ねじでモータ３１の回転方向が図４Ａに示す矢印の向きであるとき、操作プレート１６は図４Ａに示す奥側に駆動される。このとき、ガイドプレート３９は操作プレート１６とスライドブロック４４とに連結されているため、スライドブロック４４もスライドレール４３上を一緒に移動する。そして、操作プレート１６のプレート部１６ｂに設けられているスライドレール１５は、ベースプレート１２に対して略平行に駆動される。

図４に示すガイド部及び駆動機構部への図３に示すテーブル１１の組み込みは、先ず段差付き孔１１ｂに、図２Ａ及びＢに示すボールベアリング２０が圧入されたハウジング２１を固定する。そして、このボールベアリング２０の孔を、図４Ｂに示す操作ピン１３の係合部１３ａに嵌め込み係合させる。
次に、ボールベアリング２０と操作ピン１３とが係合した状態で、テーブル１１のねじ挿通孔１１ｃの位置に円弧運動をなすガイドブロック２８の固定ねじ孔を合わせ、ねじで固定する。このとき、テーブル１１の中心Ｏとベースプレート１２の中心Ｏ’との位置合わせは、例えば少なくとも２つの位置決め孔をベースプレート１２に設けると共に、テーブル１１にはこの位置決め孔に対応する位置に位置決めピンを立設して行い、テーブル１１をガイドブロック２８に固定した後に、位置決めピンを抜き去るようにする。
最後に、図２Ｂに示すように、操作ピン１３の雄ねじ１３ｂ部に固定ナット２３を設ける。
これにより、図２Ａ〜Ｃに示す自動回転ステージが組み上がる。

このように構成した自動回転ステージの動作を、図２，図４及び図５を参照して説明する。
ボールねじ３３が右ねじでモータ３１の回転方向が図２Ｂに示す反時計回りのとき、操作プレート１６は図２Ｂに示す奥側（図２Ｃに示す右側）に駆動される。そして、操作プレート１６が、図２Ａに示すように、奥行き方向にＬだけ駆動されるとき、操作プレート１６（図２Ｂ及び図５）に設けられている操作ピン１３（図５）によって、テーブル１１も操作ピン１３を介して図２Ａに示す方向α１の力を受け、操作ピン１３自体が方向α１にだけ移動するようになされる。
ここで、方向α１は方向αと平行で、図２Ａに示すように、距離Ｌ＝０となる操作ピン１３の移動原点を通るものである。

一方、テーブル１１は、４つのガイドブロック２８により中心Ｏの回りに回動するようにされる。そして、このテーブル１１に設けられているベアリング２０と回動自在に係合している操作ピン１３はスライドブロック１４上に設けられると共に、スライドレール１５に対して摺動自在に構成されている（図５）。
このため、操作プレート１６の移動により操作ピン１３は、図２Ａに示すように、操作ピン１３の中心を半径Ｓの円弧上を移動するようにされる。

そして、図２Ａに示す方向α１の線上から外れるような力が、テーブル１１のベアリング２０から操作ピン１３に加えられるが、操作ピン１３がスライドレール１５に対して摺動自在になされているため、操作ピン１３が図２Ａに示す矢印βの方向に移動し、テーブル１１を滑らかに回動させることができる。
このとき、ボールねじ３３で駆動されるナット３７が操作プレート１６と一体にされると共に、スライドブロック４４と連結され十分な剛性を有するため、操作プレート１６を精度よく駆動することができる。また、テーブル１１の下に駆動機構を配設することができるので、飛び出し部分が少なく省スペースに構成することができる。

また、従来の大型回転ステージでは、回転テーブル及びその上に載置される部材の荷重は回転の中心軸で受けるようになされているため、耐荷重性を重視すると回転テーブルや回転軸の剛性を大きくする必要があり、回転ステージ自体の厚みが厚くなってしまっていた。そして、例えば、ＸＹステージと組み合わせて使う場合は、さらに厚みが大きくなり、重量の重い回転ステージを一番下に配置せざるを得なかった。

これに対し、本例の自動回転ステージでは、剛性の割に回転ステージ自体の高さを低く構成できるため、例えば、ＸＹステージと組み合わせて使う場合は、ＸＹステージとワークの間に回転ステージを配設することができる。このように、ワークのすぐ下に回転ステージを配置できるため、ワークの回転中心と回転ステージの中心との位置合わせ（軸合わせ）を行ない易くすることができる。
本例の自動回転ステージでは、例えば、テーブル１１の外形が４００×４００ｍｍ程度に対して、ベースプレート１２下面からテーブル１１上面まで、略６０ｍｍと薄く構成することができる。

また、本例の自動回転ステージは、大型液晶パネルのアライメントマークの位置合わせ（回転補正）や、ＣＣＤカメラを使った装置において、ワークの回転方向の位置合わせに応用できる。

本例の自動回転ステージによれば、テーブル１１の略中央下に駆動機構を配設し、飛び出し部分を少なくし省スペースに構成することができると共に、テーブル１１の回動を精度良く行なうことができる。

本発明の自動回転ステージは、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。

本発明自動回転ステージの動作原理の説明に供する説明図で、Ａは平面図、Ｂは正面図である。 本発明自動回転ステージの最良の実施の形態の一例を示す外観図で、Ａは平面図、Ｂは正面図、Ｃは側面図である。 図２例の自動回転ステージのテーブルの外観平面図である。 図２例の自動回転ステージのベースプレートとその上に組み込まれた摺動部材と駆動部材を説明する、Ａは外観平面図、Ｂは正面図、Ｃは側面図である。 図２例の自動回転ステージのテーブル駆動機構の構成を説明する一部分解斜視図である。 従来の小型手動回転ステージの一例を示す外観図で、Ａは平面図、Ｂは正面図である。 従来の小型自動回転ステージの一例を示す外観図で、Ａは平面図、Ｂは正面図である。

符号の説明

１１…テーブル、１２…ベースプレート、１３…操作ピン、１６…操作プレート、２７…スライドレール、２８…ガイドブロック、３１…モータ、３３…ボールねじ、３７…ナット

Claims (3)

1. ベースプレートと、回転テーブルと、該回転テーブルを前記ベースプレートに対し回転自在に支持する軸受と、前記回転テーブルの駆動機構とを有し、前記回転テーブルが回動駆動される自動回転ステージにおいて、
   前記回転テーブルの回転中心からオフセットした位置に設けられる操作部材と、
   前記回転テーブルの上面に平行で、前記回転テーブルの回転中心と前記オフセットした位置とを通る第１方向で摺動自在とされる摺動部材と、
   前記第１方向に直交すると共に、前記回転テーブルの上面に平行な第２方向に伝達部材を移動させる駆動機構とを設け、
   前記伝達部材に対し前記摺動部材を前記第１方向に摺動自在に設けると共に、前記摺動部材に対し前記操作部材を回動自在に係合するように構成した
   ことを特徴とする自動回転ステージ。
2. 請求項１に記載の自動回転ステージにおいて、
   前記駆動機構にボールねじを用い、該ボールねじを回転駆動することにより前記伝達部材を前記第２方向に移動させるようにした
   ことを特徴とする自動回転ステージ。
3. 請求項２に記載の自動回転ステージにおいて、
   前記ボールねじの回転軸を、前記第２方向で前記回転テーブルの回転中心の軸と略直交するように設けると共に、前記ボールねじの回転軸に対し前記摺動部材の配設側とは反対の側に、前記第２方向に摺動自在とする摺動ガイドを設け、該摺動ガイドと前記伝達部品とを連結するようにした
   ことを特徴とする自動回転ステージ。
   

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