JPH0590425U - ステージ移動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案は、加工，組立て精度の緩和と耐摩耗性
の向上を図る。 【構成】本考案は、固定側となる第１のステージ１２に
移動側となる第２のステージ１３の移動方向に沿って配
設され、第２のステージ１３の移動方向を規制するレー
ル１８と、回転軸が第２のステージ１３に対しレール１
８の方向に摺動自在に軸支され、外周面に形成された摺
動溝３４をレール１８に接触させた状態で操作部から駆
動力を受けて回転し、少なくとも摺動溝３４が形成され
ている摺動部３２が圧縮強度，耐磨耗性の高い樹脂で形
成されている駆動輪２１と、駆動輪２１をレール側へ押
圧する弾性体２２とを具備してなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、顕微鏡等に備えられるステージ移動機構に係り、特に移動ステージ に動力を伝達する摩擦駆動機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、顕微鏡等に備えられたステージ移動機構では、移動ステージの駆動に ラック・ピニオン機構が用いられている。このラック・ピニオン機構では、ラッ クにうねりがあったり、ピニオンに偏心がある場合、あるいはラックの平行度が 悪い場合などには、ラックとピニオンの噛み合い状態が変化するため、移動ステ ージに作動ムラが生じる原因となり好ましくない。

【０００３】 上記したラック・ピニオン機構による不具合を解消するために種々の対策が講 じられている。例えば、実開平１−１７７７２５号公報には、移動ステージとラ ックとの間に板バネを介在させた構成のステージ移動機構が開示されている。

【０００４】 一方、ステージ駆動機構の利用分野である精密工業分野では、半導体ウエハや 液晶材料が大型化しており、それらの検査工程で使用される顕微鏡の移動ステー ジも大型化している。

【０００５】 この様な移動ステージの大型化に対応して、従来のラック・ピニオン機構に代 えて直線レールと駆動輪による摩擦駆動機構をステージ移動機構に用いるように なってきた。

【０００６】 上記摩擦駆動機構は、図４に示すように、固定ステージ１に直線レール２が設 けられ、駆動輪３を回転自在に支持する駆動輪保持具４が移動ステージ５にねじ ６で固定されている。また駆動輪３の外周面に直線レール２と面接触又は少なく とも２点接触とするために設けたＶ溝７を直線レール２に押圧した状態で、駆動 輪３の中心をビス８で駆動輪保持具４に回転自在に取付けている。そして駆動輪 ３を回転させたときに駆動輪３と直線レール２との間で生じる摩擦力で移動ステ ージ５を移動させている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述したラック・ピニオン機構は、移動ステージとラックとの 間に板バネを介在させる等の手段を講じたとしても、ステージの移動精度を確保 するためにはラックとピニオンとの間のバックラッシュを除去する必要がある。 そのため、ラックとピニオンに高い加工精度及び組立て精度が要求され、精度出 しの工数が必要となることから、コスト高になるといった欠点がある。

【０００８】 また上述した摩擦駆動機構は、直線レール２のうねりや捩じれのために、駆動 輪３と直線レール２との接触が１点接触に近い状態になることがある。この様な 状態になると、駆動輪３と直線レール２との間で十分な摩擦力が得られないため に、駆動輪３がスリップして移動ステージ５を移動できない事態が生じる可能性 がある。

【０００９】 また駆動輪３と直線レール２は、両者共に金属材料からできているため、駆動 輪３が直線レール２に押圧された状態で直線レール２上を摺動すると、どちらか 一方の硬度の低い方が摩耗して摩耗粉を発生させる。この摩耗粉は、精密工業分 野における製造工程では製品不良を起こす要因となり好ましくない。 また摩耗粉が生じるということは、耐摩耗性に欠けることであり、製品寿命を 確保できないことになる。

【００１０】 さらに駆動輪保持具４が移動ステージ５に固定されているので、直線レール２ の捩じれやうねり、駆動輪３の偏心等により駆動輪３の押圧力量が変化して駆動 輪３に回転ムラが発生する可能性がある。また駆動輪３と直線レール２との間の 摩擦力を出すために駆動輪３を押圧固定しているので摩擦力の調整に工数がかか り、組立てコストを高くしている。

【００１１】 本考案は以上のような実情に鑑みてなされたもので、駆動輪の回転ムラによる スリップや摩耗を防止してステージをスムーズに移動させることができ、しかも 耐摩耗性に優れていて摩耗粉の発生を抑えることができ、ステージ移動距離の長 い大型の顕微鏡に有効なステージ移動機構を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案のステージ移動機構は、第１のステージと、 この第１のステージに対し所定方向に移動自在に支持された第２のステージと、 少なくとも前記第２のステージに駆動力を与えるための操作部とを有するものに おいて前記第１のステージに前記第２のステージの移動方向に沿って配設され、 前記第２のステージの移動方向を規制するレールと、回転軸が前記第２のステー ジに対し前記レール方向に摺動自在に軸支され、外周面に形成された摺動溝を前 記レールに接触させた状態で前記操作部から駆動力を受けて回転し、少なくとも 前記摺動溝が形成されている摺動部が圧縮強度，耐磨耗性の高い樹脂で形成され ている駆動輪と、前記駆動輪を前記レール側へ押圧する弾性体とを具備してなる ものとした。

【００１３】

【作用】

本考案のステージ移動機構では、第２のステージに対して回転及び摺動自在に 支持された駆動輪が、第１のステージのレールに弾性体により押圧される。操作 部から駆動輪に回転力が与えられると、駆動輪が回転して駆動輪とレールとの間 に摩擦力が発生する。その摩擦力を受けるレールが固定されている第１のステー ジ側が固定となっているため、駆動輪が支持されている第２のステージがレール に規制されて移動することとなる。駆動輪の回転軸は、レールの方向に摺動可能 であると共に弾性体によりレールの方向に押圧力を受けているので、駆動輪，レ ールに寸法，精度誤差があったとしても、それらの誤差は駆動輪の摺動により吸 収され、駆動輪とレールとの関係が常に良好な状態に保たれる。

【００１４】 また少なくとも駆動輪の摺動部が圧縮強度，耐磨耗性の高い樹脂で形成されて いるので、レールが従来と同様に金属材料からできていれば、耐摩耗性が飛躍的 に向上するものとなり、摩耗粉の発生が大幅に抑制される。

【００１５】

【実施例】

以下、図面を参照しながら本考案の実施例を説明する。

【００１６】 図１には、本考案の一実施例に係るステージ移動機構の上面図（同図（ａ）） 、Ｘ方向から見た側断面図（同図（ｂ））、Ｙ方向から見た側断面図（同図（ｃ ）がそれぞれ示されている。

【００１７】 本実施例のステージ移動機構は、固定ステージ１１上にＹ軸方向へ移動するＹ ステージ１２が配置され、そのＹステージ１２上にＹ方向と直交するＸ方向へ移 動するＸステージ１３が配置されている。固定ステージ１１とＹステージ１２と では、相対的に固定ステージ１１が固定側となる第１のステージとなり、Ｙステ ージ１２が移動側となる第２のステージとなる。またＹステージ１２とＸステー ジ１３との間では、相対的にＹステージ１２が第１のステージとなり、Ｘステー ジ１３が第２のステージとなる。

【００１８】 Ｙステージ１２は、Ｘ方向に対向して形成された両側面が、その底面から所定 距離のところから垂直上方に向けて直角に削られて、断面凸状の形状となってい る。またＸステージ１３は、Ｙステージ１２の上面と対向している下面に、上記 Ｙステージ１２の凸部と若干の隙間を空けて嵌合する凹部が形成されている。Ｙ ステージ１２に形成された凸部には、その両側面にガイド溝１４ａ，１４ｂがＹ 方向に向けて配設されており、Ｘステージ１３に形成した凹部には、Ｙステージ １２のガイド溝１４ａ，１４ｂに対向する位置にガイド溝１５ａ，１５ｂが配設 されている。そしてＹステージ１２のガイド溝１４ａ，１４ｂと、Ｘステージ１ ３のガイド溝１５ａ，１５ｂとの間に、コロ１６ａ，１６ｂをそれぞれ嵌入して Ｘステージ１３をＹステージ１２に対して円滑に移動可能に支持している。

【００１９】 Ｙステージ１２は固定ステージ１１に上記同様に支持されている。すなわち、 固定ステージ１１の上面に形成した凸部と、Ｙステージ１２の下面に形成した凹 部とを、両者の間に隙間を空けた状態で嵌合させている。そして固定ステージ１ １の凸部及びＹステージ１２の凹部の各側面に、ガイド溝を形成して両者のガイ ド溝の間にコロ１７ａ，１７ｂをそれぞれ嵌入している。

【００２０】 固定ステージ１１とＹステージ１２との間には、Ｙステージ摩擦駆動機構が設 けられ、Ｙステージ１２とＸステージ１３との間にはＸステージ摩擦駆動機構が 設けられている。なお、Ｙステージ軸摩擦駆動機構とＸステージ摩擦駆動機構と は同様の構成であるので、ここではＸステージ摩擦駆動機構について詳細に説明 する。 図２〜図４には、Ｘステージ摩擦駆動機構の構成が示されている。

【００２１】 Ｘステージ摩擦駆動機構は、Ｙステージ１２に設けられた直線レール１８と、 Ｘステージ１３に摺動自在に取付けられた駆動輪保持具１９と、この駆動輪保持 具１９に回転自在に軸支された駆動輪２１と、駆動輪保持具１９を直線レール１ ８方向となるＹ方向へ押圧する弾性体２２とから構成されている。

【００２２】 Ｙステージ１２の上面には、Ｙ軸方向の一方の側面から一定距離だけ内側に向 けて断面Ｌ字状に切欠いた段差部がＸ軸方向に沿って形成されている。その段差 部の側壁に、上記直線レール１８がその長手方向をＸ軸と平行にして配設されて いる。直線レール１８は、金属材料から形成されており、断面が三角形状をなし ている。

【００２３】 一方、Ｘステージ１３の下面には、Ｙステージ１２の上記段差部と交差する領 域に、駆動輪配置空間２３が形成されている。またＸステージ１３の上面には、 駆動輪配置空間２３と対向する位置に、一対の凹部２５ａ，２５ｂが設けられて いる。

【００２４】 上記各凹部２５ａ，２５ｂは、Ｙ方向となる長径方向に直線部を有する長孔状 の開口形状をなしており、底面が平坦となっている。各凹部２５ａ，２５ｂの中 心部には、Ｘステージ１３の下面に貫通する貫通孔２５ａ，２５ｂがそれぞれ形 成されている。各貫通孔２５ａ，２５ｂはＹ方向の長径方向に直線部を有する長 孔状をなしている。

【００２５】 上記各凹部２５ａ，２５ｂ及び各貫通孔２５ａ，２５ｂに、摺動ビス２６ａ， ２６ｂが挿入されている。各摺動ビス２６ａ，２６ｂは、貫通孔２５ａ，２５ｂ の長径よりも長い径を有するねじ頭２７と、貫通孔２５ａ，２５ｂの短径と略同 一径の支軸２８と、支軸２８の先端部に設けられ外周にねじ溝が形成された螺合 部２９とからなる。なお、摺動ビス２６ａ，２６ｂを貫通孔２５ａ，２５ｂに挿 入して、ねじ頭２７の下面を凹部２５ａ，２５ｂの底面に係合させたとき、支軸 ２８の先端部がＸステージ１３に形成した凹部の下面と一致するように、摺動ビ ス２６ａ，２６ｂの支軸２８の長さを調整している。従って、貫通孔２５ａ，２ ５ｂの下端面から、螺合部２９のみが駆動輪配置空間２３内に突出されるものと なる。

【００２６】 上記駆動輪保持具１９は、所定の厚さを有しＹ方向に長い長方形の板材からな り、その上面には各貫通孔２５ａ，２５ｂと対向する位置にねじ穴が形成されて いる。その駆動輪保持具１９上面の各ねじ穴に、Ｘステージ１３に係合している 摺動ビス２６ａ，２６ｂの螺合部２９が螺入されている。以上の様な構造により 、駆動輪保持具１９をＸステージ１３にＹ方向に摺動自在に保持している。

【００２７】 また上記駆動輪２１は、外周部の一部がＸステージ１３の側面より外方へ出る 程度の径を有する大輪３１と、この大輪３１と同心的に一体化された摺動部とし ての摺動輪３２とからなる。大輪３１の一方の面が上記駆動輪保持具１９の下面 に摺動可能に接触され、その中心部には貫通孔が形成されている。

【００２８】 摺動輪３２は、耐摩耗性が高く、かつ圧縮強度の高いアミド樹脂系のポリイミ ド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂等の樹脂材料から形成されている。この摺 動輪３２は、Ｙステージ１２の上記段差部上に配置され、その外周部には上記直 線レール１８と面接触するためのＶ溝３４が周方向に沿って形成されている。さ らに摺動輪３２の中心部には、上記大輪３１の貫通孔よりも径の大きな貫通孔が 形成されている。そして摺動輪３２のＶ溝３４をＹステージ１２の直線レール１ ８と面接触させ、摺動輪３２の貫通孔側より駆動輪保持ビス３５を挿入して、駆 動輪２１を駆動輪保持具１９の下面に回転自在に取付けている。

【００２９】 駆動輪保持ビス３５は、摺動輪３２の貫通孔よりも小さくかつ大輪３１の貫通 孔よりも大きな頭部３６と、大輪３１の貫通孔に摺動自在に嵌挿される支軸３７ と、支軸３７の先端に設けられ駆動輪保持具１９下面の中心部に形成されたねじ 穴に螺入される螺合部３７とからなる。従って、駆動輪２１は駆動輪保持ビス３ ５の支軸３７によって軸支されるものとなる。

【００３０】 またＸステージ１３の上記駆動輪収納空間２３の一側面を形成する側面には、 弾性体保持部材４１がねじ４２にて複数箇所で固定されている。その弾性体保持 部材４１の駆動輪収納空間２３側の側面であって、上記各摺動ビス２６ａ，２６ ｂと対応する各位置に、弾性体２２ａ，２２ｂが設けられている。この弾性体２ ２ａ，２２ｂは、弾性体保持部材４１に一端が固定されており、その先端部を駆 動輪保持具１９に当接させて、摺動輪３２を直線レール１８へ押圧する方向へ駆 動輪保持具１９を常に付勢するように作用している。

【００３１】 一方、Ｙステージ摩擦駆動機構は、固定ステージ１１に設けられた直線レール ４３、Ｙステージ１２に設けられた駆動輪保持具４４、駆動輪保持具４４と接触 する大輪４５及び直線レール４３と接触する摺動輪４６とからなる駆動輪４７、 駆動輪４７の摺動輪４６を直線レール４３へ押圧するための弾性体４８等からな り、それら各構成要素が上記Ｘステージ摩擦駆動機構と同様に組み合わされて構 成されている。 以上のように構成された本実施例の動作としてＸステージ１３の移動を例に説 明する。

【００３２】 本実施例では、駆動輪保持具１９がＸステージ１３に対してＹ方向へ摺動可能 に支持され、駆動輪２１が摺動輪３２をＹステージ１２の直線レール１８に押圧 して駆動輪保持具１９に回転自在に支持され、さらに駆動輪保持具１９が弾性体 ２２ａ，２２ｂにより直線レール１８の方向へ押圧される。

【００３３】 駆動輪３２を回転させると、駆動輪２１が駆動輪保持ビス３５の支軸３７の外 周面上を周方向に回転すると共に、Ｙステージ１２の直線レール１８とこの直線 レール１８に圧接された摺動輪３２との間の摩擦力によって、駆動輪２１とＹス テージ１２にはＸ方向の偶力が働く。Ｙステージ１２はＸ方向には位置規制され ているので、上記摩擦力がＸ方向の応力となって駆動輪２１の回転軸に作用する 。このＸ方向の応力は駆動輪２１を軸支している駆動輪保持ビス３５の支軸３７ に加わり、さらに駆動輪保持ビス３５の螺合部３８が螺合している駆動輪保持具 １９へ伝えられる。この駆動輪保持具１９はＸステージ１３にＸ方向には位置規 制された状態で固定されているため、上記Ｘ方向の応力はＸステージ１３へ伝達 されるものとなる。

【００３４】 この様に、駆動輪２１からＸ方向の駆動力を受けたＸステージ１３はＹステー ジ１２との間に設けられているコロ１６ａ，１６ｂを介してＸ方向へ移動する。 ここで、駆動輪２１に偏心があったり、直線レール１８に捩じれ又はうねりが あると、駆動輪２１の回転軸がＹ方向に振幅運動を起こして、回転軸に受けるＹ 方向の力量が変化することになる。本実施例では、駆動輪２１の回転軸に生じる Ｙ方向の振幅運動が、駆動輪保持具１９のＹ方向の摺動によって吸収され、駆動 輪２１と直線レール１８との接触状態が常に適正に保たれる。

【００３５】 すなわち、例えば駆動輪２１の偏心によって駆動輪２１の回転軸がＹ方向に変 位すると、駆動輪保持具１９を支持している摺動ビス２６ａ，２６ｂの支軸２８ が、弾性体２２ａ，２２ｂの弾性力に抗して長孔状の貫通孔２５ａ，２５ｂ内を Ｙ方向へ移動し上記変位が吸収される。なお摺動ビス２６ａ，２６ｂの支軸２８ は、貫通孔２５ａ，２５ｂ内ではＸ方向の移動が規制されている。

【００３６】 また直線レール１８が金属材料で形成され、摺動輪３２が上記した各種樹脂材 料で形成されているため、直線レール１８，摺動輪３２間の耐摩耗性が、両者共 に金属材料で形成された場合に比べせて飛躍的に向上されている。

【００３７】 直線レール１８と摺動輪３２との間のスリップ力量を５００〜７００ｇに初期 設定して、耐摩耗性試験を行った。その結果、直線レールと摺動輪を共に金属材 料で形成した場合には、ステージ往復回数３０００〜５０００回で摩耗粉が発生 した。ところが、本実施例の組み合わせではステージ往復回数が２０万回を超え ても摩耗粉は発生せず、初期設定力量の１０％以内の劣化度であることが確認で きた。

【００３８】 なお、固定ステージ１１とＹステージ１２の関係においても、Ｘステージ摩擦 駆動機構と同様に構成されたＹステージ摩擦駆動機構により、上記同様に作用し て、駆動輪４７に偏心、直線レール４３の捩じれ又はうねりによる不都合が解消 され、摩耗粉の発生も抑えられる。

【００３９】 この様に本実施例によれば、駆動輪保持具１９をＸステージ１３にＹ方向に摺 動自在に取付け、駆動輪保持具１９を弾性体２２ａでＹ方向に押圧するようにし たので、駆動輪２１の回転ムラを駆動輪２１を軸支している駆動輪保持具１９の 摺動によって吸収でき、かつ駆動輪２１と直線レール１８との接触状態を一定に 保つことができる。従って、駆動輪２１に偏心、直線レール１８の捩じれ又はう ねりがあったり、部品の加工精度誤差があったとしても、駆動輪２１と直線レー ル１８とを常に適正な状態に保つことができ、駆動輪２１の回転ムラによる駆動 輪２１のスリップを確実に防止できる。また高い加工精度が要求されないことか らコストダウンを図ることもできる。

【００４０】 また、弾性体保持部材４１によって保持された弾性体２２によって駆動輪２１ の押圧力が決定されるので、組み立て時における押圧力の調整が簡単になり、組 立て工数が大幅に削減される。なお、駆動輪２１と直線レール１８のスリップ力 量の関係から、駆動輪，直線レール間の押圧力は、スリップ力量の1.5 〜２倍程 度が好ましい。

【００４１】 さらに本実施例によれば、直線レール１８が金属材料で形成され、摺動輪３２ が上記した各種樹脂材料で形成されているため、耐摩耗性を飛躍的に向上させる ことができ、摩耗粉の発生を防止できるので、摩耗粉による製造工程での製品不 良を無くすことができる。 なお、本考案は上記一実施例に限定されるものではない。

【００４２】 例えば、上記一実施例では駆動輪２１を大輪３１と摺動輪３２からなるものを 使用しているが、少なくとも直線レール１８と接触する部分が上記樹脂系材料で 形成されていれば、大輪３１と摺動輪３２とからなる構成に限定されない。また 摺動輪３２の溝３４もＶ溝に限定されるものではなく、直線レール１８の形状に 合わせて面又は２点以上で接触可能なものであれば他の構造であっても良い。

【００４３】 さらに駆動輪２１と駆動輪保持具１９とを一体化して、駆動輪自体をＸステー ジ１３に回転可能であって、かつＹ方向に摺動自在に取付けた構成のものであっ ても良い。 また弾性体２２ａ，２２ｂを、１つあるいは３つ以上設けることもできる。

【００４４】

【考案の効果】

以上詳記したように本考案によれば、駆動輪の回転ムラによるスリップや摩耗 を防止できると共にコストダウンを図ることができ、しかも耐摩耗性に優れてい て摩耗粉の発生を抑えることができ、ステージ移動距離の長い大型の顕微鏡に有 効なステージ移動機構を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係るステージ移動機構の上
面図及びＸ，Ｙ方向から見た各側断面図。

【図２】上記実施例のステージ移動機構に備えたＸステ
ージ摩擦駆動機構の断面図。

【図３】図２に示すＡ−Ａ線矢示断面図。

【図４】図２に示すＢ−Ｂ線矢示断面図。

【図５】従来より在るステージ摩擦駆動機構の断面図。

【符号の説明】

１１…固定ステージ、１２…Ｙステージ、１３…Ｘステ
ージ、１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂ…コロ、１８，
４３…直線レール、１９…駆動輪保持具、２１…駆動
輪、２２…弾性体、２６ａ，２６ｂ…摺動ビス、３１…
大輪、３２…摺動輪。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のステージと、この第１のステージ
   に対し所定方向に移動自在に支持された第２のステージ
   と、少なくとも前記第２のステージに駆動力を与えるた
   めの操作部とを有するステージ移動機構において、 前記第１のステージに前記第２のステージの移動方向に
   沿って配設され、前記第２のステージの移動方向を規制
   するレールと、 回転軸が前記第２のステージに対し前記レール方向に摺
   動自在に軸支され、外周面に形成された摺動溝を前記レ
   ールに接触させた状態で前記操作部から駆動力を受けて
   回転し、少なくとも前記摺動溝が形成されている摺動部
   が圧縮強度，耐磨耗性の高い樹脂で形成されている駆動
   輪と、 前記駆動輪を前記レール側へ押圧する弾性体と、 を具備したことを特徴とするステージ移動機構。