JP2002133796A - ロータリー・ポジショニング・ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速かつ高精度に位置決めできるロータリー
・ポジショニング・ステージを提供すること。 【解決手段】回転軸１０に対して円弧を形成する円弧状
部分７aを備え、ワーク５を装着可能なロータリー・ス
テージ２と、円弧状部分７aに接するプーリー12を備
え、プーリー12を介してロータリー・ステージ2を回動
させて、ワーク5を位置決めする第１位置決め手段3と、
円弧状部分7aとプーリー12との接触点における接線方向
に第１位置決め手段3を直線的に微動させてワーク5を位
置決めする第２位置決め手段4とを備え、第１位置決め
手段3の直線運動をロータリー・ステージ2の回転運動に
変換することによりワーク5を位置決めするロータリー
・ポジショニング・ステージ1である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、磁気読み取り−
書き込みヘッドや磁気ディスクの検査装置等の位置決め
装置に関し、特に、ロータリー方式の位置決め装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピューターの外部記憶装置であるハ
ードディスク装置（ＨＤＤ）は、近年飛躍的な進歩を遂
げたが、その立役者は記録再生ヘッドである。このヘッ
ドの開発、品質管理に用いられる動的試験（Ｒ／Ｗテス
ト＝Read after Write）は、極めて重要であり、このＲ
／Ｗテストには、通常、スピンスタンドと呼ばれる精密
なドライブ装置が使用される。このスピンスタンドは、
ＨＤＤにできるだけ近い構造が望ましいため、ヘッドを
旋回させて位置決めを行うロータリー方式が理想であ
る。

【０００３】しかしながら、Ｒ／Ｗテストでは、ヘッド
交換やヘッド・ロードの機構が不可欠なため、ムービン
グ・マスが大きく、ロータリー方式の位置決めには、大
きな制約がある。このため、従来のロータリー方式のス
ピンスタンドに用いられるロータリー・ポジショニグ・
ステージは、一つのアクチュエーターで全て位置決めを
行うタイプと、ステージを二重構造とし粗動ステージと
微動ステージに分離するタイプが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロータリー・ポジショニグ・ステージのうち一つのアク
チュエーターで全て位置決めを行うタイプは、全ストロ
ークにわたって一定の位置決め分解能で制御されるた
め、分解能を高く設定すると、ストロークが長い場合で
も、移動速度が遅いという問題点がある。すなわち、さ
ほど精密な位置決めを必要としない場合（粗動）でも、
ストロークが短く精密な位置決めを行う場合と同様に移
動速度が遅いという問題点がある。

【０００５】これに対して、ステージを二重構造とし粗
動ステージと微動ステージに分離するタイプは、移動速
度が遅いという欠点を改善するため、ステージを微動、
粗動の２重構造とし、それぞれに異なるアクチュエータ
ーを用い、目的に適した機能を達成しようとするもので
ある。しかし、ステージを二重構造とし粗動ステージと
微動ステージに分離するタイプは、構造が複雑になりス
テージ全体の機械的剛性を低下させるため、振動が収束
するまで時間がかかり（setling timeが長くなる）、高
速かつ高精度に位置決めできないという問題点がある。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、高速かつ高精度に
位置決めできるロータリー・ポジショニング・ステージ
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記課題を解
決するために、鋭意検討した結果、ハードディスク・ヘ
ッドの試験では、微動送りは極めて短いストローク（５
μｍ以下）しか要求されないことから、移動量が極小で
あれば、直線運動と回転運動の幾何学的誤差（５μｍの
移動距離に対して０．５ｎｍ以下の誤差）は無視できる
程小さくなることに着目し、ロータリー・ステージ回転
用のアクチュエーターを、直線方向に移動させるという
着想に至った。また、減速機構を用いると、減速機構を
介してアクチュエーターにかかるムービング・マスの負
荷イナーシャが、理論上、減速比の２乗になるため、ム
ービング・マスの大幅な低減が可能になることに着目
し、ロータリー・ポジショニング・ステージに、機械的
減速機構を設けるという着想に至った。

【０００８】請求項１記載の発明は、上記着想に基づい
て完成された発明であり、回転軸にて回転自在に支持さ
れ、前記回転軸に対して円弧を形成する円弧状部分を備
え、ワークを装着可能なロータリー・ステージと、前記
円弧状部分に接するプーリーを備え、前記プーリーを介
して前記ロータリー・ステージを回動させて、前記ワー
クを位置決めする第１位置決め手段と、前記円弧状部分
と前記プーリーとの接触点における接線方向に前記第１
位置決め手段を直線的に微動させて、前記ワークを位置
決めする第２位置決め手段と、を備えたロータリー・ポ
ジショニング・ステージである。

【０００９】 第1位置決め手段は、モーター等の駆動源
から発生した駆動力を、プーリーを介してロータリース
テージの円弧状部分に伝達する。ロータリーステージ
は、プーリーの回動により回転軸を中心として回動す
る。このロータリーステージの回動により、ロータリー
ステージに装着されたワークが、ディスク上を円弧状に
移動し、所定の位置に位置決めされる。第２位置決め手
段は、円弧状部分とプーリーとの接触点における接線方
向に第１位置決め手段を直線的に微動させる。この第１
位置決め手段の微動により、プーリーを介してロータリ
ーステージが極微小だけ回動する。このように、第２位
置決め手段により、ロータリーステージを極微小だけ回
動させることによって、ワークが、ディスク上で高精度
に位置決めされる。

【００１０】本発明では、円弧状部分に接するプーリー
というのは、ステンレス製等のベルトを介して接する場
合も含む概念である。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加えて、前記円弧が、前記回転軸から前記円
弧状部分までの長さが２５ｍｍから１００ｍｍの範囲で
形成され、中心の角度が４０度以上に形成されると共
に、前記プーリーの半径が５ｍｍから２０ｍｍの範囲で
形成され、前記第２位置決め手段は、５μｍ以下の範囲
で前記第１位置決め手段を直線的に移動させることを特
徴とするロータリー・ポジショニング・ステージであ
る。

【００１２】 中心の角度は、回転軸の中心から円弧状
部分までの長さと、円弧状部分の円弧の長さで決まる角
度である。

【００１３】第１位置決め手段の微動量が、５μｍ以下
の範囲であれば、直線運動と回転運動との幾何学的誤差
は、無視できるほど小さくなる。このため、第２位置決
め手段により、ロータリーステージを５μｍ以下の範囲
内で回動させると、ワークを高精度に位置決めできる。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明の構成に加えて、前記回転軸から前記円
弧状部分までの長さと前記プーリーの半径との比が、
１：１から１０：１の範囲内で形成されていることを特
徴とするロータリー・ポジショニング・ステージであ
る。

【００１５】 回転軸から前記円弧状部分までの長さと
プーリーの半径との比は減速比を表すため、両者の比が
例えば５：１のように、回転軸から前記円弧状部分まで
の長さが、プーリーの半径より大きくなる場合には、円
弧状部分とプーリーは、減速機構を構成することとな
る。このように、円弧状部分とプーリーが、減速機構を
構成する場合、第１位置決め手段にかかるムービング・
マスの負荷イナーシャは、減速比の２乗になるので、第
１位置決め手段にかかるムービング・マスの大幅な低減
となる。

【００１６】ここで、減速比は、１：１から１０：１の
範囲内で設定されるが、好ましくは、３：１から７：１
の範囲内であり、５：１が最適である。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記第１
位置決め手段は、裏面が前記プーリーの外周面に沿うと
共に、表面が前記円弧状部分の外周面に沿うように、前
記円弧状部分と前記プーリーとに対して略８の字状に巻
き付けられ、前記プーリーの回動により、前記ロータリ
ーステージを回動させるベルトを備えるロータリー・ポ
ジショニング・ステージである。

【００１８】第1位置決め手段は、モーター等の駆動源
から発生した駆動力を、プーリーと円弧状部分に巻き付
けられたベルトを介してロータリーステージの円弧状部
分に伝達する。ベルトは、プーリーと円弧状部分に対し
て略８の字状に巻き付けられているため、プーリーは、
円弧状部分に巻き付けられているベルトを巻き取ること
で、ロータリーステージを回動させる。即ち、プーリー
が回動すると、予め円弧状部分に巻き付けられていたベ
ルトの一部分が放出され、プーリーに巻き取られる。ま
た、予めプーリーに巻き付けられていたベルトの一部分
が放出されて、円弧状部分に巻き取られる。このよう
に、プーリーと円弧状部分との間で、相互にベルトを巻
き取ることで、ロータリーステージを回動させる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１に示すように、ロータリー・ポジショ
ニング・ステージ１は、ロータリー・ステージ２と、第
1位置決め手段３と、第2位置決め手段４と、角度検出手
段４１（図２（b）参照）と、図示されない制御部（制
御手段）と、を備えており、第1位置決め手段３及び第2
位置決め手段４によりロータリー・ステージ２を回動さ
せてワーク５をディスク６の所定の位置に位置決めする
ようになっている。

【００２０】 ロータリー・ステージ２は、セグメント
ドラム７と、図２(b)に示すように、セグメントドラム
７を回転自在に支持する回転軸１０とを有している。

【００２１】セグメントドラム7は、セグメントドラム
７は、図２(a)に示すように、円弧状部分７aを備えてお
り、プーリー１２、ベルト１３を介して駆動力が伝達さ
れるようになっている。円弧状部分７aは、内径が回転
軸１０の中心軸上から半径R１で、外径が回転軸１０の
中心軸上から半径R２で、中心の角度αで規定される円
弧に形成され、セグメントドラム７の上面１１bからの
高さがLとなるように形成されている。半径R１、R２、
高さLは、２５ｍｍから１００ｍｍの範囲で形成され、
中心の角度αは、４０度以上に形成される。円弧状部分
７aの外周の円弧の長さは、外径R2と中心の角度αとに
より規定されるが、ディスク６の大きさやアーム８の長
さ等との関係で所定の長さに形成される。

【００２２】セグメントドラム７の上面７bには、アー
ム8を介してワーク5を支持するカートリッジ9が着脱可
能に設けられている。

【００２３】回転軸１０は、図２（b）に示すように、
ベースプレート１１に挿入されており、ベアリング２
３、２４により支持されている。回転軸１０とセグメン
トドラム７とは、ボルト２５により固定されている。

【００２４】第１位置決め手段３は、図１、図２（a）
及び図２（b）に示すように、プーリー１２と、ベルト
１３と、マイクロステージ１４とを有しており、プーリ
ー１２の回動によりベルト１３を介して回転軸１０を中
心としてセグメントドラム７を回動させてワーク５をデ
ィスク６上の所定の位置に位置決めするようになってい
る。

【００２５】マイクロステージ１４は、板状に形成され
ており、ベースプレート１１に設けられたガイドウェイ
１５に沿ってスライドするように、ベースプレート１１
に設けられている。マイクロステージ１４の上面には、
マイクロステージ１４をスライドさせるピエゾアクチュ
エーター１６の可動部１６aと接続される接続部１４a
と、マイクロステージ１７を元の位置に戻すディスクス
プリング２０と接続される接続部１４bとが設けられて
いる。

【００２６】プーリー１２は、プーリー１２の外周面が
セグメントドラム７の円弧状部分７aの外周面とベルト
１３を介して接するように、マイクロステージ１４の上
部に配設されている。このプーリー１２には、マイクロ
ステージ１４に搭載されたウルトラソニックモーター１
７が接続されている。

【００２７】ここで、円弧状部分７aとプーリー１２に
より構成される減速機構について説明する。円弧状部分
７aの半径R２（回転軸１０から円弧状部分７aまでの長
さ）とプーリー１２の半径との比は、減速比を表すた
め、円弧状部分７aの半径R２を、プーリー１２の半径よ
り大きくなるように形成すると、円弧状部分７aとプー
リー１２とにより減速機構が構成される。減速比は、
１：１から１０：１の範囲内で設定されるが、好ましく
は、３：１から７：１の範囲内であり、５：１が最適で
ある。このように、円弧状部分７aとプーリーが、減速
機構を構成する場合、プーリー１２にかかるムービング
・マスの負荷イナーシャは、減速比の２乗になるので、
減速比が５：１の場合、ムービング・マスの負荷イナー
シャは、２５分の１になる。このように、減速比を調整
して円弧状部分７aとプーリー１２とを形成することに
より、プーリー１２にかかるムービング・マスの大幅な
低減が可能になる。

【００２８】円弧状部分７aの半径R２は、２５ｍｍから
１００ｍｍの範囲で形成されるため、プーリー１２の半
径を５ｍｍから２０ｍｍの範囲で形成すると、減速比が
１：１から１０：１の範囲内になるように減速機構を構
成できる。

【００２９】プーリー１２と円弧状部分７aには、ベル
ト１３が巻き付けられており、プーリー１２の回動によ
りベルト１３を介してウルトラソニックモーター１７の
駆動力が円弧状部分７aに伝達されるようになってい
る。

【００３０】ベルト１３は、図３（a）に示すように、
第１帯状部分13aと、第２帯状部分13bと、固定代１３c
とを有し、それらが一体的にステンレスで形成されてい
る。第１帯状部分13aと、第２帯状部分１３bは、ベルト
１３をプーリー１２と円弧状部分７aに巻き付けたとき
に、プーリー１２と円弧状部分７aの接触点で互いに重
ならないように、互いに固定代１３cの対角線上に配置
されている。また、切欠き部１３d、１３eと、固定代１
３cの端部１３f、１３gは、角を落としてR部を有するよ
うに形成されている。このように、角を落とすことによ
り、ベルト１３に亀裂が入るのを防止して、ベルト１３
の強度を向上させることができる。

【００３１】このベルト１３は、ベルト１３の裏面（図
３（a）の紙面裏側）がプーリー１２の外周面に沿うと
共に、ベルト１３の表面（図３（a）の紙面表側）が円
弧状部分７aの外周面に沿うように、円弧状部分７aとプ
ーリー１２とに対して略８の字状に巻き付けられてい
る。即ち、ベルト１３は、プーリー１２と円弧状部分７
aとの接触点で第１帯状部分13aと第２帯状部分13bが対
向する（すれ違う）ように、プーリー１２と円弧状部分
７aとの外周に沿って巻き付けられている。

【００３２】図２（a）に示すように、固定代５cとプー
リー１２は、ボルト１８で固定され、第１帯状部分13a
及び第２帯状部分13bの長手方向の端部と円弧状部分７a
の端部も固定部材１９で固定されている。

【００３３】このように、ベルト１３は、プーリー１２
の回動によりセグメントドラム７を回転軸１０を中心と
して回動させるように、円弧状部分７aとプーリー１２
に略８の字状に巻き付けられると共に、円弧状部分７a
とプーリー１２に固定されている。

【００３４】第２位置決め手段４は、ピエゾアクチュエ
ーター１６と、ベースプレート１１と、ディスクスプリ
ング２０とを有しており、マイクロステージ１４を直線
的に微動させることにより、セグメントドラム７を極微
小だけ回動させてワーク５をディスク６上に高精度に位
置決めするようになっている。なお、図１では、接続部
１４b、ディスクスプリング２０、支持体２０aが省略さ
れている。

【００３５】ベースプレート１１は、図２（b）に示す
ように、上面には、セグメントドラム７とマイクロステ
ージ１４を支持するように形成され、下面には、エンコ
ーダーセンサ２１とエンコーダーブロック支持板２２を
支持するように形成されている。

【００３６】ベースプレート１１には、図２（a）に示
すように、マイクロステージ１４がスライド可能になる
ようにガイドウェイ１５が設けられている。このガイド
ウェイ１５は、マイクロステージ１４が、円弧状部分７
aとプーリー１２との接触点における接線方向にスライ
ドするように、ベースプレート１１の幅方向に設けられ
ている。

【００３７】ピエゾアクチュエーター１６は、マイクロ
ステージ１４を微動させるように、ベースプレート１１
の上面に設けられている。ピエゾアクチュエーター１６
は、可動部１６aがマイクロステージ１４に設けられた
接続部１４aと固定されており、この可動部１６aを進退
させることによって、接続部１４aを介してマイクロス
テージ１４を、直線的に微動させるようになっている。

【００３８】ディスクスプリング２０の支持体２０a
は、図２（a）に示すように、ベースプレート１１の上
面の、ピエゾアクチュエーター１６に対向する位置に配
設されている。ディスクスプリング２０は、支持体２０
aとマイクロステージ１４に設けられた接続部１４bとに
連結されており、ばねの反発力によりマイクロステージ
１４を元の位置に戻すようになっている。

【００３９】ピエゾアクチュエーター１６によるマイク
ロステージ１４の微動量が５μｍ以下であれば、マイク
ロステージ１４の直線運動とセグメントドラム７の回転
運動との幾何学的誤差は０．５nm以下となり、微動量に
対して１０００分の１以下となるため無視できるほど小
さくなる。このため、ピエゾアクチュエーター１６によ
るマイクロステージ１４の直線運動は、マイクロステー
ジ１４に設けられたプーリー１２とベルト１３と円弧状
部分７aを介してセグメントドラム７の回転運動に変換
される。

【００４０】このように、第２位置決め手段４は、円弧
状部分７aとプーリー１２との接触点における接線方向
にマイクロステージ１４を直線的に微動させることによ
って、セグメントドラム７を極微小だけ回動させ、ワー
ク５をディスク６上に高精度に位置決めするようになっ
ている。

【００４１】角度検出手段４１は、エンコーダーブロッ
ク支持板２２と、エンコーダーブロック２７と、エンコ
ーダーディスク２６と、エンコーダーセンサ２１とを有
しており、ロータリー・ステージの回動角度を検出する
ようになっている。

【００４２】エンコーダーブロック支持板２２は、ボル
ト２５により回転軸１０の下面に固定されている。この
ように、回転軸１０の下面には、エンコーダーブロック
支持板２２が固定され、回転軸１０の上面には、セグメ
ントドラム７が固定されているため、セグメントドラム
７が回動すると、その回動量が回転軸１０を介してエン
コーダーブロック支持板２２に伝えられ、エンコーダー
ブロック支持板２２は、セグメントドラム７の回動量と
同等の回動量だけ回動する。

【００４３】エンコーダーブロック支持板２２には、エ
ンコーダーディスク２６を支持するエンコーダーブロッ
ク２７が設けられており、エンコーダーブロック支持板
２２の回動によりエンコーダーブロック支持板２２とエ
ンコーダーブロック２７とエンコーダーディスク２６と
が一体となって回動するようになっている。

【００４４】エンコーダーセンサ２１は、エンコーダー
ディスクの回動角度を検出できるように、ベースプレー
ト１１の下面に設けられている。エンコーダーセンサ２
１は、図示されない制御部と接続されており、検出した
回動角度を出力するようになっている。

【００４５】制御部は、エンコーダーセンサ２１から出
力された回動角度と予め設定された目標角度（目標値）
とを比較し、その偏差に基づいてウルトラソニックモー
ター１７と、ピエゾアクチュエーター１６とを制御する
ようになっている。

【００４６】上記の構成に基づいて、ロータリー・ポジ
ショニング・ステージ１の動作を図１及び図２を参照し
つつ説明する。

【００４７】第1位置決め手段３は、ウルトラソニック
モーター１７の駆動力を、プーリー１２、ベルト１３を
介してセグメントドラム７の円弧状部分７aに伝達す
る。ベルト１３がプーリー１２と円弧状部分７aに対し
て略８の字状に巻き付けられているため、プーリー１２
は、円弧状部分７aに巻き付けられているベルト１３を
巻き取ることで、ロータリー・ステージ２を回動させ、
ワーク５をディスク６上の所定位置に高速で位置決めす
る。

【００４８】第２位置決め手段４は、ピエゾアクチュエ
ーター１６により可動部１６a、接続部１４aを介してマ
イクロステージ１４を円弧状部分７aとプーリー１２と
の接触点における接線方向に直線的に微動させる。マイ
クロステージ１４にはプーリー１２が設けられているた
め、 ピエゾアクチュエーター１６がマイクロステージ１
４を接線方向に直線的に微動させると、プーリー１２、
ベルト１３、円弧状部分７aを介してセグメントドラム
７が極微小だけ回動する。このように、第２位置決め手
段４は、ピエゾアクチュエーター１６によるマイクロス
テージ１４の直線運動を、マイクロステージ１４に設け
られたプーリー１２とベルト１３と円弧状部分７aを介
してセグメントドラム７の回転運動に変換することによ
って、ロータリー・ステージ２を極微小だけ回動させ
て、ワーク５をディスク６上で高精度に位置決めする。

【００４９】次に、ロータリー・ポジショニング・ステ
ージ１の動作について、図１に示すワーク５の位置をデ
ィスク６の径方向（矢印aの方向）に移動させ所定の位
置に高速かつ高精度で位置決めする場合を例に説明す
る。

【００５０】図１に示すように、ウルトラソニックモー
ター１７によりプーリー１２を矢印bの方向（左回り）
に回動させると、予め円弧状部分７aに巻き付けられて
いた第１帯状部分13aの一部が、プーリー１２に巻き取
られる。また、予めプーリー１２に巻き付けられていた
第２帯状部分13bの一部が放出されて、円弧状部分７aに
巻き取られる。第１帯状部分13aと第２帯状部分13bの端
部は、円弧状部分７aの端部に固定されているため、第
１帯状部分13aの一部が、プーリー１２に巻き取られる
と、円弧状部分７aが第１帯状部分13aに引っ張られ、セ
グメントドラム７は、回転軸１０を中心として矢印cの
方向（右回り）に回動する。このように、プーリー１２
を矢印bの方向に回動させると、ベルト１３、円弧状部
分７aを介してセグメントドラム７が矢印c方向に回動す
るため、ワーク５は、ディスク６上を矢印aの方向に移
動し、所定の位置に高速で位置決めされる。

【００５１】次に、ピエゾアクチュエーター１６の可動
部１６aを、退出させて矢印dの方向に接続部１４aを介
してマイクロステージ１４を直線的に５μｍ微動させ
る。マイクロステージ１４には、プーリー１２が接続さ
れたウルトラソニックモーター１７が搭載されているた
め、マイクロステージ１４が矢印dの方向に直線的に５
μｍ微動すると、プーリー１２も矢印d方向（円弧状部
分７aとプーリー１２との接触点における接線方向）に
直線的に５μｍ微動する。

【００５２】このように、プーリー１２を矢印dの方向
に直線的に５μｍ微動させることは、プーリー１２を矢
印bの方向に極微小量だけ回動させることと等しい。即
ち、ベルト１３が巻かれたプーリー１２を矢印dの方向
に直線的に５μｍ微動させると、円弧状部分７aが第１
帯状部分13aに引っ張られるため、セグメントドラム７
は、極微小量だけ矢印cの方向に回動するからである。

【００５３】プーリー１２が矢印dの方向に直線的に微
動すると、ベルト１３、円弧状部分７aを介してセグメ
ントドラム７が矢印c方向に回動するため、ワーク５
は、矢印aの方向に微動する。即ち、プーリー１２を搭
載したマイクロステージ１４を矢印dの方向に直線的に
５μｍ微動させることにより、極微小量の直線運動を極
微小量の回転運動に変換することができるため、ワーク
５はディスク６上を矢印aの方向に微動し、所定位置に
高精度で位置決めされる。

【００５４】尚、極微小量の直線運動を極微小量の回転
運動に変換できるのは、プーリー１２を搭載したマイク
ロステージ１４の直線方向の微動量が、５μｍ以下の範
囲であれば、マイクロステージ１４の直線運動とセグメ
ントドラム７の回転運動との幾何学的誤差は０．５nm以
下となり、無視できるほど小さくなるためである。

【００５５】以上説明したように、ロータリー・ポジシ
ョニング・ステージ１は、まず、分解能の低いウルトラ
ソニックモーター１７を利用してプーリー１２、ベルト
１３、円弧状部分７aを介してセグメントドラム７を高
速で回動させ、ワーク５を高速で所定の位置に位置決め
する。次に、分解能の高いピエゾアクチュエーター１６
を利用してプーリー１２、ベルト１３、円弧状部分７a
を介してセグメントドラム７を極微小量だけ回動させ、
ワーク５を高精度で所定の位置に位置決めする。このよ
うに、本実施形態に係るロータリー・ポジショニング・
ステージ１は、分解能の低いアクチュエーターと分解能
の高いアクチュエーターを目的に応じて使い分けること
ができる構成であるため、ワーク５をディスク６上の所
定位置に高速かつ高精度で位置決めできる。

【００５６】本実施形態に係るロータリー・ポジショニ
ング・ステージ１は、スピンスタンドやハードディスク
ドライブや光ディスクや半導体や電子顕微鏡等の、精密
な位置決めを要する装置や機器に対して効果的に利用で
きる。

【００５７】本実施形態では、円弧状部分７aの半径R
１、R２、高さLは、２５ｍｍから１００ｍｍの範囲で形
成され、中心の角度αは、４０度以上で形成されるとし
て説明したが、円弧状部分の寸法は、この寸法に限定さ
れるものではない。また、プーリー１２の半径を５ｍｍ
から２０ｍｍの範囲で形成するとして説明したが、プー
リー１２の寸法は、この寸法に限定されるものではな
い。

【００５８】本実施形態では、ロータリー・ステージ２
を構成するセグメントドラム７は、内径が回転軸１０の
中心軸上から半径R１で、外径が回転軸１０の中心軸上
から半径R２で、中心の角度αで規定される円弧状部分
７aを備えているとして説明したが、ロータリー・ステ
ージ２は、少なくとも円弧状に形成される部分を備えて
いれば良いため、例えば、セグメントドラム７が所定の
厚みを有する円盤状に形成されていてもよい。

【００５９】本実施形態では、ベルト１３は、図３
（a）に示すように、第１帯状部分13aと、第２帯状部分
13bと、固定代１３cとを有し、それらが一体的にステン
レスで形成されているとして説明したが、ベルト１３の
形状や材質は、これに限定されるものではない。従っ
て、図３（b）に示すように、第１帯状部分13aと、第２
帯状部分13bと、第３帯状部分１３hと、固定代１３cと
を有し、それらが一体的に形成されている形状でもよ
い。この場合、図３（b）に示すベルト１３は、ベルト
１３をプーリー１２と円弧状部分７aに略８の字状に巻
き付けたときに、第１帯状部分13a及び第２帯状部分13b
と第３帯状部分１３hとがプーリー１２と円弧状部分７a
の接触点で互いに重ならないように形成される。

【００６０】また、ベルト１３は、一本に限定されるも
のではなく、図３（c）に示すように、２本でもよい。
この場合、第１ベルト１３jの裏面がプーリー１２の外
周面に沿うと共に、第１ベルト１３jの表面が円弧状部
分７aの外周面に沿うように、円弧状部分７aとプーリー
１２とに巻き付けられ、第２ベルト１３kの裏面がプー
リー１２の外周面に沿うと共に、第２ベルト１３kの表
面が円弧状部分７aの外周面に沿うように、円弧状部分
７aとプーリー１２とに巻き付けられる。即ち、第１ベ
ルト１３jと第２ベルト１３kは、プーリー１２と円弧状
部分７aとの接触点で互いに対向する（すれ違う）よう
に、プーリー１２と円弧状部分７aとの外周に沿って巻
き付けられる。

【００６１】ベルト１３の巻き付け方として、互いに接
触状態にあるプーリー１２と円弧状部分７aとの外周
が、数字の８の字の形の一部を構成するため、略８の字
状という表現を用いて説明したが、略８の字状とは、プ
ーリー１２と円弧状部分７aとの接触点で第１帯状部分1
3aと第２帯状部分13bが対向する（すれ違う）ように、
プーリー１２と円弧状部分７aとの外周又は外周の一部
に沿って巻き付けられていることを意味する。従って、
本実施形態では、セグメントドラム７の一部に円弧状部
分７aが形成されているが、セグメントドラム７の形状
が円盤状の場合には、プーリー１２とセグメントドラム
７の円弧状部分７aの外周は、数字の８の字の形を構成
するため、略８の字状の概念には、プーリー１２と円弧
状部分７aとの外周に沿って８の字状に巻き付けられた
場合も含まれる。

【００６２】本実施形態では、第１位置決め手段３は、
ベルト１３を介して円弧状部分７aに駆動力を伝達する
機構として説明したが、本発明に係るロータリー・ポジ
ショニング・ステージ１の第１位置決め手段３は、これ
に限定されるものではない。従って、ベルト１３を介し
てではなく、プーリー１２と円弧状部分７aの摩擦力を
利用して直接プーリー１２から円弧状部分７aに駆動力
を伝達する機構としても良い。この場合、円弧状部分７
aの高さLは、プーリー１２との接触面を確保できる長さ
に形成される。

【００６３】また、第１位置決め手段３は、ベルト１３
を介してではなく、ピアノスクウェアのように、円弧状
部分７aに接する第１プーリーと、第１プーリーに接す
る第２プーリーを設け、第２プーリーを回動させること
によって、第１プーリーを介してセグメントドラム７を
回動させる構成でもよい。

【００６４】本実施形態では、ウルトラソニックモータ
ー１７がマイクロステージ１４に設けられているため、
マイクロステージ１４の微動に伴ない、ウルトラソニッ
クモーター１７も微動するとして説明したが、本発明に
係るロータリー・ポジショニング・ステージ１の第１位
置決め手段３は、ウルトラソニックモーター１７を含む
概念ではないため、必ずしもウルトラソニックモーター
１７がマイクロステージ１４に設けられている構成に限
定されるものではない。このため、第２位置決め手段４
は、必ずしもウルトラソニックモーター１７を微動させ
る必要はなく、円弧状部分７aと接触するプーリー１２
を微動させる構成であれば良い。

【００６５】本実施形態では、プーリー１２に分解能の
低いウルトラソニックモーター１７が接続され、マイク
ロステージ１４の微動には、分解能の高いピエゾアクチ
ュエーター１６が使用されるとして説明したが、プーリ
ー１２に接続されるモーターはウルトラソニックモータ
ー１７に限定されるものではなく、また、マイクロステ
ージ１４を微動させるアクチュエーターもピエゾアクチ
ュエーター１６に限定されるものではない。従って、ピ
エゾアクチュエーター１６にかえて、リニアモーターを
用いてもよい。

【実施例】

【００６６】次に、図１及び図２で説明したロータリー
・ポジショニング・ステージ１をスピンスタンドに使用
した場合を実施例として説明する。尚、ロータリー・ポ
ジショニング・ステージ１については、セグメントドラ
ム７と、プーリー１２を以下のように構成した。

【００６７】円弧状部分７aの外径R２を６０mm 中心の角度αを４０度 プーリー１２の半径を１２mmとした。

【００６８】スピンスタンド３１は、ワーク５の特性、
例えば、ワーク５の形状等を検査するR/Wテストを行う
ドライブ装置であり、図４及び図５に示すように、ロー
タリー・ポジショニング・ステージ１を移動させるキャ
リアステージ３２と、ディスク６を支持するスピンドル
４０とを有し、ディスク６に対してワーク５を位置決め
するようになっている。

【００６９】キャリアステージ３２の上面には、ベース
プレート１１が設けられており、キャリアステージ３２
は、シリンダー支持板３３上をスライドして、ロータリ
・ポジショニング・ステージ１をディスク６の方向へ移
動させるようになっている。

【００７０】シリンダー支持板３３は、基盤３４の上面
に固定され、シリンダー支持板３３の下面には、基盤３
４内に収納されたシリンダー３５が固定されている。こ
のシリンダー３５から伸びるピストン３６とキャリアス
テージ３２は、連結部材３７により連結されている。ま
た、シリンダー支持板３３には、キャリアステージ３２
の移動量を検出するエンコーダーセンサ３８と、キャリ
アステージ３２のスライドを止めるストッパー３９が設
けられている。

【００７１】スピンドル４０は、基盤３４に支持されて
おり、ディスク６を回転可能に支持するようになってい
る。

【００７２】次に、上記の構成に基づいて、スピンスタ
ンド３１の動作を説明する。スピンスタンド３１は、ピ
ストン３６を伸ばしてキャリアステージ３２をディスク
６の方向へスライドさせる。キャリアステージ３２が所
定の位置まで移動し、ワーク５をディスク６上の所定の
位置に位置決めすると、次に、ロータリーポジショニン
グ・ステージ１がロータリー・ステージ２を回動させて
ワーク５をディスク６上の所定の位置に高速かつ高精度
に位置決めする。その後、ワーク５の所定位置での計測
が行われる。計測が行われると、ロータリー・ポジショ
ニング・ステージ１は、再度、ワーク５を次の計測点ま
で移動させ、その位置に位置決めする。このように、デ
ィスク６上の複数の計測点において、ワーク５の位置決
めと、計測が順次行われる。

【００７３】

【発明の効果】請求項１又は請求項２記載の発明は、従
来のロータリー・ポジショニング・ステージに比べて、
機械的剛性が高くなるため、ロータリー・ポジショニン
グ・ステージに生じる機械的振動が速く収束する。この
ため、settling timeが短くなり、ロータリーステージ
に装着されたワークを高速で位置決めすることができる
という効果を奏する。また、第１位置決め手段と、第２
位置決め手段とを別個のアクチュエーターにより動作さ
せているため、第２位置決め手段に、分解能の高いアク
チュエーターを使用することができる。これにより、ロ
ータリー・ステージに装着されたワークを高速かつ高精
度で位置決めできるという効果を奏する。

【００７４】なお、本発明におけるロータリー・ポジシ
ョニング・ステージの機械的剛性が高くなるのは、第１
位置決め手段及び第２位置決め手段がともに、一つのロ
ータリー・ステージを回動させることによりワークを位
置決めする手段であるからである。これに対して、従来
のロータリーポジショニングステージは、粗動用ステー
ジと、微動用ステージの２つの異なるステージを必要と
する２重構造であったため、機械的剛性が低くなってい
る。

【００７５】 請求項３記載の発明は、請求項１又は請
求項２記載の発明の効果に加えて、円弧状部分とプーリ
ーとによる減速比を、調節することにより、ムービング
・マスの大幅な低減が可能になるため、ロータリー・ポ
ジショニング・ステージに生じる振動を低減できるた
め、settling timeが短くなり、ロータリー・ステージ
に装着されたワークを高速で位置決めできるという効果
を奏する。また、ムービング・マスの大幅な低減が可能
になるため、ムービング・マスの大きい磁気ヘッドテス
ターのスピンスタンドに対して有効に利用できるという
効果を奏する。

【００７６】 請求項４記載の発明は、請求項３記載の
発明の効果に加えて、プーリーに巻き付けられたベルト
を円弧状部分に固定することによって、第１位置決め手
段の駆動力をより正確にロータリー・ステージに伝達す
ることができる。このため、ロータリー・ステージに装
着されたワークをより一層高精度に位置決めできるとい
う効果を奏する。

【００７７】実施の形態から把握できる請求項記載以外
の発明について、以下にその効果と共に記載する。

【００７８】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の
ロータリー・ポジショニング・ステージは、ロータリー
・ステージの回動角度を検出する角度検出手段と、前記
回動角度と目標値との偏差に基づいて、前記第１位置決
め手段及び/又は前記第２位置決め手段の駆動源を制御
する制御手段と、を備えるロータリー・ポジショニング
・ステージである。

【００７９】制御手段は、角度検出手段により検出した
回動角度と目標値との偏差に基づいて、第１位置決め手
段及び/又は第２位置決め手段の駆動源を制御するた
め、フィードバック制御が可能になり、請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、より一
層高速かつ高精度の位置決めが可能になるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るロータリー・ポジショ
ニング・ステージの概略説明図

【図２】本発明の実施形態に係るロータリー・ポジショ
ニング・ステージの説明図

【図３】ベルトの形態の説明図

【図４】スピンスタンドの説明図

【図５】スピンスタンドの説明図

【符号の説明】

１ ロータリー・ポジショニング・ステージ ２ ロータリー・ステージ ３ 第１位置決め手段 ４ 第２位置決め手段 ５ ワーク ７a 円弧状部分 １０ 回転軸 １１ ベースプレート １２ プーリー １３ ベルト １４ マイクロステージ １６ ピエゾアクチュエーター ２１ エンコーダーセンサ ２６ エンコーダーディスク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸にて回転自在に支持され、前記回転
   軸に対して円弧を形成する円弧状部分を備え、ワークを
   装着可能なロータリー・ステージと、前記円弧状部分に
   接するプーリーを備え、前記プーリーを介して前記ロー
   タリー・ステージを回動させて、前記ワークを位置決め
   する第１位置決め手段と、前記円弧状部分と前記プーリ
   ーとの接触点における接線方向に前記第１位置決め手段
   を直線的に微動させて、前記ワークを位置決めする第２
   位置決め手段と、を備えたロータリー・ポジショニング
   ・ステージ。
2. 【請求項２】前記円弧は、前記回転軸から前記円弧状部
   分までの長さが２５ｍｍから１００ｍｍの範囲で形成さ
   れ、中心の角度が４０度以上に形成されると共に、前記
   プーリーの半径が５ｍｍから２０ｍｍの範囲で形成さ
   れ、前記第２位置決め手段は、５μｍ以下の範囲で前記
   第１位置決め手段を直線的に移動させることを特徴とす
   る請求項１記載のロータリー・ポジショニング・ステー
   ジ。
3. 【請求項３】 前記回転軸から前記円弧状部分までの長
   さと前記プーリーの半径との比が、１：１から１０：１
   の範囲内で形成されていることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載のロータリー・ポジショニング・ステー
   ジ。
4. 【請求項４】 前記第１位置決め手段は、裏面が前記プ
   ーリーの外周面に沿うと共に、表面が前記円弧状部分の
   外周面に沿うように、前記円弧状部分と前記プーリーと
   に対して略８の字型に巻き付けられ、前記プーリーの回
   動により、前記ロータリーステージを回動させるベルト
   を備える請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロー
   タリー・ポジショニング・ステージ。