JP2000298186A - 位置決めステージ - Google Patents

位置決めステージ

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JP2000298186A
JP2000298186A JP10832099A JP10832099A JP2000298186A JP 2000298186 A JP2000298186 A JP 2000298186A JP 10832099 A JP10832099 A JP 10832099A JP 10832099 A JP10832099 A JP 10832099A JP 2000298186 A JP2000298186 A JP 2000298186A
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JP
Japan
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base
bearing
disposed
bearings
driving screw
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JP10832099A
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Inventor
Kan Tominaga
完 臣永
Satoshi Hirokawa
智 広川
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Hitachi Denshi KK
Original Assignee
Hitachi Denshi KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 テーブル駆動ねじの回転力の影響を受けるこ
とがなく、またヨーイングを発生する事がない0.05
μm以内の真直案内精度を有するステージ機構を提供す
る。 【解決手段】 左右両側に平行に直動静圧空気軸受を設
け、中央にボールねじとボールねじの下にボールねじナ
ットを案内する直動軸受を設け、左右の直動静圧空気軸
受の中央にナットとテーブルを連結する連結棒を設け、
この連結棒の両端部に左右から切込を設けて弾性ヒンジ
を形成し、その内側に上下から切込を設けて弾性ヒンジ
を形成した。さらにテーブル上の機器への接続ケーブ
ル、ホースをテーブル中央に配設した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡その他の寸法
形状等を検査する装置の位置決めステージの移動の真直
度の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】位置決めステージの移動の真直度を改善
する技術として例えば特許第2837756号がある。
この方法ではテーブルとテーブル駆動ねじナットとを結
合する、テーブル駆動ねじナットホルダにテーブル移動
方向とは直角な2方向に可撓性を持つよう弾性ヒンジを
形成し、テーブル駆動ねじの軸ブレの影響をなくするよ
うにしたものである。この方法では、テーブル駆動ねじ
の軸ブレの影響は除去できるが、駆動ねじの回転に伴っ
てナットホルダにテーブル駆動方向に推力または引張力
が働くのと同時に回転力も働く。この回転力はテーブル
駆動ねじの摩擦力に依存し、ボールねじでは摩擦係数
0.005〜0.1程度であるが、高速位置決めが必要
な場合、加減速が大きくなり、これに伴って推力が大き
くなり、従って回転力も大きくなって、真直案内精度へ
の影響が大きくなってしまう。この為真直案内精度0.
1μm程度を必要とするステージには好適で、非常に有
効な発明であるが、それ以上の真直案内精度を実現する
のがむずかしかった。
【0003】他の従来技術として、テーブルを真直案内
するテーブル軸受以外にテーブル駆動ねじの回転力の影
響を除去する為に、テーブル駆動ねじナットを案内する
直動案内軸受を別に設けたものである。この方法では、
テーブル駆動ねじナットの回転力の影響をテーブル駆動
ねじナット案内軸受によって防止でき回転力による真直
案内精度劣化は防止できるが、ナット案内軸受をテーブ
ル案内軸受の側方に配設するため、テーブル重心と、推
力作用点が離れ、テーブル移動の加減速が大きいときに
はヨーイングが発生しやすいという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術はテー
ブル駆動ねじの回転力の影響を受けやすいことや、ヨー
イングが発生しやすいという欠点がある。
【0005】本発明はこれらの欠点を除去し、大きい加
減速の場合でも駆動ねじの回転力の影響を受けず、また
ヨーイングの発生もなく、0.05μm以内の高い真直
案内精度を実現する事を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するために、テーブルの案内および駆動機構を該手−
ブルの移動方向中心軸に対しシンメトリーに設け、ヨー
イングの発生を抑えたものである。より詳しくは、 本
発明は、テーブル送りねじのナット部と、テーブルと連
結する連結棒にねじ送り方向には剛でねじ送りとは真角
な方向には柔な弾性ヒンジを形成し、またテーブル送り
ねじナットをテーブル移動方向と平行に案内するナット
案内軸受を設け、さらにテーブル案内軸軸受を左右2個
設けて、テーブル送りねじをこの中央に設けることによ
り、テーブル重心と推力作用点を一致させると共にテー
ブル上の機器へ電気、空気を送るケーブル、ホースも2
個のテーブル案内軸受の中央に設けてヨーイングの発生
を防止するようにしたものである。
【0007】この結果送りねじの軸ブレの影響がなく、
送りねじの回転力の影響もなく、また加減速時のヨーイ
ングの発生も押えられ、テーブル移動の高い真直案内精
度が実現できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図1、図
2、図3によって説明する。図1は本発明の一実施例の
中心断面図、図2は図1のAA′断面図、図3は平面図
である。図1〜図3において、1はベース、2は2個の
同寸法の空気軸受案内ブロックで軸受ベース3を介して
ベース1の左右に平行に固定されている。4は軸受ブロ
ックで左右の空気軸受案内ブロック2に、圧縮空気膜に
よって数μmの隙間を持って中空に浮んだ状態で嵌合さ
れている。5はテーブルで左右の軸受ブロック4に取付
けられている。ベース1にはボールねじ6が2個の空気
軸受案内ブロック2の中央に、かつ空気軸受案内ブロッ
ク2に平行に、ボールねじ支持軸受7によって回転自在
に取付けられている。ボールねじ6にはナット8がはま
っており、ナット8はナットホルダ9に固定されてお
り、ナットホルダ9は空気軸受案内ブロック2に平行に
取付けられたボール循環形リニアガイド10のベアリン
グブロック11に固定されており、回転方向自由度はな
くテーブル移動方向のみ自由度を持って案内されてい
る。また、ナットホルダ9には連結棒12が空気軸受案
内ブロック2に平行に、かつ中央に配設され、テーブル
5に連結されている。連結棒12には両端部に左右方向
からの円弧切込を設けて形成した弾性ヒンジ部13と、
弾性ヒンジ部13の内側に上下方向からの円弧切込を設
けて形成した弾性ヒンジ部14が設けられている。ボー
ルねじ6は軸継手15を介してモータ16に結合されて
いる。テーブル5上には被測定物を吸着固定、θ位置決
めするθステージ17が固定されている。θステージ1
7に電気及び空気を送る電気ケーブル(図示せず)、エ
アホース28はガイド18により緩やかに拘束される。
このガイド18は、テーブル5の端部中央に一端を、ベ
ース1の端部中央に他端を固定されている。
【0009】この動作はモータ16が回転してボールね
じ6を回転させ、ナット8がボール循環形リニアガイド
10に案内されて軸方向に移動するとナットホルダ9と
テーブル5とを連結する連結棒を介してテーブル5が軸
方向に移動する。するとテーブル5は左右の空気軸受案
内ブロック2と軸受ブロック4によって高精度に案内さ
れる。またこの移動時にボールねじ6の回転に伴う軸ぶ
れやボール循環形リニアガイド10の真直度不良に伴っ
てナットホルダが左右、上下に10〜30μm程度変位
するが、この変位に伴って連結棒12の弾性ヒンジ部1
3,14に曲げ反力が発生し、この曲げ反力がテーブル
5を左右、上下に変位させる。この曲げ反力は、弾性ヒ
ンジ部の最小肉厚を0.5mm〜1mm程度とし、ヒン
ジ間距離を100mm程度に設定すれば10gf程度と
なる。この曲げ反力はテーブル5を介して軸受ブロック
4に伝わり、軸受ブロック4の軸受剛性に応じて軸受ブ
ロック4及びテーブル5を変位させる。軸受ブロック4
の軸受剛性は20kgf/μm程度であるため10gf
程度の力では理論上の変位は0.0005μm程度であ
る。従って、ボールねじ6やボール循環形リニアガイド
10の真直度不良の影響は無視できる程度に小さくする
ことができる。また、テーブル5に推力を与えるボール
ねじ6をテーブル中央部に配設し、さらにθステージ1
7に電気、空気を供給するケーブルホース類もテーブル
5の中央部に配設して推力の作用点と、重心及び抵抗力
の発生点とを一致させヨーイングの発生を防ぐようにし
たため、ヨーイングの発生が殆んどない。本実施例で
は、真直度0.04μm/150mm真直度の再現性
0.005μmが得られた。
【0010】本実施例では左右方向の真直度及び真直度
再現精度が重要であった為に連結棒12の弾性ヒンジ部
の形成は、左右方向の切込を両端部に、上下方向への切
込を左右方向の切込の内側へ設けたが、上下方向の真直
が重要な場合は上下方向の切込を両端部に設ければ良
い。また、ヒンジ部の最小肉厚は曲げ剛性及び加減速時
の引張応力を支配するが、この引張応力が疲労破壊に対
して十分余裕のある値になるよう最小肉厚を設定し、こ
れ以上の肉厚で軸受剛性と、真直案内からの許容変位量
とを考慮して設計値を選ぶことができる。また、連結棒
はこれに限られるものではなく、駆動機構の振れを吸収
できるものであればよい。
【0011】さらに、空気軸受は2つに限らず、複数設
けてもよい、この場合も、その配置はボールネジを中心
に左右対称に設けることが真直度を保つ上で最も効果的
である。
【0012】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば従来より
テーブル駆動用に設置されていたボールねじ下部にナッ
ト案内用の直動軸受を設け、ナットとテーブルの間に弾
性ヒンジ付連結棒を設け、これらの駆動位置とテーブル
重心位置と駆動抵抗位置とを一致させるのみで非常に高
い真直案内精度を実現できる。従って低コスト、小形で
高精度な位置決めステージが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の縦断面図
【図2】本発明の一実施例の断面図
【図3】本発明の一実施例の平面図
【符号の説明】
1:ベース、2:空気軸受案内ブロック、4:軸受ブロ
ック、5:テーブル、6:ボールねじ、12:連結棒、
14,15:弾性ヒンジ部、18:ケーブル、ホースガ
イド。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 べ−ス上に設けたテーブルの位置決めに
    おいて、前記ベース上に設けた前記テーブルの駆動ねじ
    と、該ベースに平行に配設した複数の軸受と、該複数の
    軸受の可動側ブロックに固定されたテーブルと、前記軸
    受に平行に配設されたテーブル駆動ねじと、該テーブル
    駆動ねじのナットを直線案内する直動軸受と、前記テー
    ブルと前記テーブル駆動ねじナットとを連結する連結棒
    とを有し、前記複数の軸受と前記テーブルと前記直動軸
    受と前記連結棒とを前記テーブルの駆動ねじを中心にシ
    ンメトリーに配置したことを特徴とする位置決めステー
    ジ。
  2. 【請求項2】 ベースと、該ベースに平行に配設した複
    数の軸受と、該複数の軸受の可動側ブロックに固定され
    たテーブルと、前記軸受に平行に配設されたテーブル駆
    動ねじと、該テーブル駆動ねじのナットを直線案内する
    直動軸受と、前記テーブルと前記テーブル駆動ねじナッ
    トとを連結する連結棒とを有することを特徴とする位置
    決めステージ。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記テーブルと前記
    テーブル駆動ねじナットとを連結する連結棒には、前記
    テーブル駆動ねじの軸方向に対して直角な第1の方向に
    弾性ヒンジを形成する切込と、前記第1の方向に直角な
    第2の方向にも弾性ヒンジを形成する切込を設けたこと
    を特徴とする位置決めステージ。
  4. 【請求項4】 ベースと、該ベースの左右両側に平行に
    配設した同形状の直動静圧空気軸受と、該左右の直動静
    圧空気軸受の可動側ブロックに固定されたテーブルと、
    前記左右の直動静圧空気軸受に平行にかつ同距離に配設
    されたテーブル駆動ねじと、該テーブル駆動ねじに平行
    に配設されテーブル駆動ねじナットを直線案内する直動
    軸受と、前記左右の直動静圧空気軸受に平行かつ同距離
    に配設され前記テーブルとテーブル駆動ねじナットとを
    連結する連結棒とを有し、該連結棒に前記テーブル駆動
    ねじの軸方向に対して直角な第1の方向に弾性ヒンジを
    形成する切込を駆動ねじナット側と、テーブル側の両端
    部に設け、かつ前記第1の方向に直角な第2の方向にも
    弾性ヒンジを形成する切込を駆動ねじナット側と、テー
    ブル側の両端部にも設けたことを特徴とする位置決めス
    テージ。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記直動軸受は、ボ
    ール循環形リニアモーションガイドであり、前記テーブ
    ル駆動ねじとベースとの間に配設したことを特徴とする
    位置決めステージ。
  6. 【請求項6】 請求項4において前記連結棒は、より高
    精度の真直案内精度を要する方向から切込を入れた一対
    の弾性ヒンジ部を連結棒両端部に形成し、真直案内精度
    の要求度が低い方向から切込を入れた一対の弾性ヒンジ
    部を両端部内側に形成したことを特徴とする位置決めス
    テージ。
  7. 【請求項7】 請求項4において、前記ベースよりテー
    ブル上の機器に電気を送るケーブルと空気を送るホース
    とを前記左右の静圧空気軸受の中央に配設することを特
    徴とする位置決めステージ。
  8. 【請求項8】 請求項7において、前記電気を送るケー
    ブルと前記空気を送るホースとをガイドし、一端を前記
    テーブルに固定し他端を前記ベースに固定した板ばねを
    前記左右の静圧空気軸受の中央に配設することを特徴と
    する位置決めステージ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042267A (ja) * 2010-08-17 2012-03-01 Mitsutoyo Corp 産業機械
JP2015080828A (ja) * 2013-10-22 2015-04-27 日本電産サンキョー株式会社 産業用ロボット
JP2015200561A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 株式会社ミツトヨ 並進機構及び三次元測定機
KR20190036111A (ko) * 2017-09-27 2019-04-04 신치성 볼스크류의 피치 측정장치
CN112361917A (zh) * 2020-11-16 2021-02-12 中国二冶集团有限公司 一种回热风机的安装施工方法

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