JP2004195620A - 昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は，昇降用案内ユニットとそれを組み込んだステージ装置とを提供し，くさび形の軌道レールに軌道溝を直接形成し，装置そのものをユニット化することを可能にする。
【解決手段】この昇降用案内ユニットは，くさび形の軌道レール２，軌道レール２に対して相対摺動自在なスライダ３及び軌道路を転動する転動体を有する。軌道レール２は，両側面１８の長手方向に沿って下面９に対して傾斜する傾斜面に形成された上面８を備えている。軌道レール２の軌道溝５は下面９に対して上面８側の両側面１８に傾斜して直接形成されている。スライダ３は，両袖部５６に軌道溝を備え，軌道レール２に跨架して相対摺動し，それによってスライダ３が昇降する。
【選択図】 図１
【解決手段】この昇降用案内ユニットは，くさび形の軌道レール２，軌道レール２に対して相対摺動自在なスライダ３及び軌道路を転動する転動体を有する。軌道レール２は，両側面１８の長手方向に沿って下面９に対して傾斜する傾斜面に形成された上面８を備えている。軌道レール２の軌道溝５は下面９に対して上面８側の両側面１８に傾斜して直接形成されている。スライダ３は，両袖部５６に軌道溝を備え，軌道レール２に跨架して相対摺動し，それによってスライダ３が昇降する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，加工，組立，検査等の処理を行うため，ワーク，機器等を昇降させる昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，半導体製造装置等の各種の装置では，Ｘ方向とＹ方向の平面移動するＸＹステージ装置に，該平面方向に直交するＺ方向である上下方向に移動するＺステージ装置を設ける装置に利用することが多くなり，更に，そのようなＺステージ装置をコンパクトで高剛性に構成すると共に，高精度に移動できることが求められている。このようなＺステージ装置は，今日では，加工すべき加工物を載置した載置体を所定の位置に昇降させる工作機械の作業テーブルとして用いられる他，半導体製造装置，組立装置，検査装置，搬送装置，計測器等の各技術分野の装置に組み込まれて使用され，技術の発展と共にその用途は更に拡大している。また，Ｚステージ装置は，ＸＹ位置決めステージ装置に搭載して，三次元，即ち，ＸＹＺの位置決めステージ装置として利用されることもある。
【０００３】
従来，Ｚステージ装置として載置体昇降装置が知られている。該載置体昇降装置は，水平テーブルの上面に傾斜ベースが取り付けられ，ベースと水平テーブルとの案内に第１軌道レールを有する直動案内ユニット，及び傾斜べースの傾斜面に第２軌道レールを有する直動案内ユニットを配設して昇降テーブルを昇降案内するものになっている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，従来の移動テーブルとして，テーブルの昇降にボールねじを用いたものが知られている。該移動テーブルは，傾斜面を利用して垂直方向に移動させるものであって，ベースと，該ベース上に水平方向に移動可能に設けられ且つ上面に傾斜面を有する第１テーブルと，第１テーブルを移動させるモータと，第１テーブルの傾斜面に沿って移動可能な第２テーブルと，第２テーブルを移動させるモータとを備えているものであり，上面に傾斜面を有する第１テーブルの底面に第１ねじ軸に介装する保持部材が固着され，傾斜面に第２のねじ軸が固着されて第２テーブルが移動及び昇降案内されるものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，調節可能なベース組立体として，ターンバックル形式で上部楔型プレートを昇降させるものが知られている。該ベース組立体は，下部楔プレートと上部楔プレートとの間に，一対に楔ブロックを介装し，楔ブロックの上部楔面を上部楔プレートの下面に対向させ，楔ブロックの下部楔面を下部楔プレートの上面に対向させ，楔ブロックを水平方向に互いに接離移動させて上部楔型プレートを昇降させるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
また，案内レールに互いに平行な４条の軸方向に延びる転動溝を形成したダブルリニアガイド装置が知られている。該ダブルリニアガイド装置は，互いに平行な４条の転動体転動溝を両側面に有した案内レールに第１のスライダ本体及び第２のスライダ本体を跨架させたものになっている。該ダブルリニアガイド装置は，スライダ本体が互いに平行摺動するものであって，昇降装置には利用できない構造になっている（例えば，特許文献４参照）。
【０００７】
その他，Ｚステージ装置として，側面にＶ状軌道溝が形成されている傾斜台が，一対の軌道ピースによって挟むように予圧が付加され，案内されるものが開発されている。従って，このようなＺステージ装置は，別々の一対の軌道ピースが必要になり，構成部品が多くなり，組立が面倒なものであり，組立て精度を確保するのに位置合わせ等が必要になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−４８０６４号公報（第１頁，図１）
【特許文献２】
実開平６−５３０４２号公報（第１頁，図１）
【特許文献３】
米国特許第５４２７３４９号明細書（第１頁，Ｆｉｇ．４）
【特許文献４】
実用新案登録第２５０５８９４号（第１頁，第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のような載置体昇降装置は，構成部品も多く比較的大型なものであった。また，それぞれの構成部品を組み立てしなければならないので，近年の高精度な要求には十分に応えられないものであった。
【００１０】
また，上記のような移動テーブルは，各テーブルの駆動にねじ軸を用いており，ねじ軸で荷重を支持しているので，二つの駆動機構が必要であって装置全体の高さを高くしていると共に，特にねじ軸において必要な剛性を確保することが困難であり，テーブルの位置及び作動が不安定である。したがって，該移動テーブルを精密な位置決めが求められる工作機械等の作業テーブルとするには不向きである。また，構成部品は少ないものに構成されているが，軽量な機器等を支える場合には耐えることができるが，重い機器等を支える場合には，ねじ軸に直接的に荷重がかかるので，移動テーブルに高精度な精度を要求できず，用途範囲が限られたものになっている。
【００１１】
上記のような調節可能なベース組立体は，面接触な構成なので高精度な要求には不向きなものになっている。また，微細な作動も難しいものになっている。また，上記のダブルリニアガイド装置は，スライダ本体が互いに平行摺動するものであって，昇降装置には利用できないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記課題を解決することであり，装置自体をユニット化した構造に構成したものであり，特に，軌道レールそのものを長手方向にくさび形に形成して軌道溝をその両側面に直接形成し，スライダを軌道レールを両側から挟む一体形状に形成して軌道レールに対して跨架状態で相対移動させ，部品点数を低減し，軌道レールをベッドに固定又は相対移動可能に支持し，軌道レールをアクチュエータでスライダに対して相対移動させてスライダを昇降案内できるように，特に，軌道レール側を構成要素化した昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置を提供することである。
【００１３】
この発明は，軌道溝が形成された軌道レール，前記軌道溝に対向して軌道溝が形成され且つ前記軌道レールに対して相対摺動自在なスライダ，及び前記軌道溝間に形成される軌道路を転動する転動体を有する昇降用案内ユニットにおいて，前記軌道レールは両側面の長手方向に沿って底面に対して傾斜する傾斜面に形成された上面を備えたくさび形の形状に形成され，前記軌道レールの前記軌道溝は前記底面に対して傾斜して前記両側面に直接形成され，前記スライダは両袖部に前記軌道溝を備えて前記軌道レールに跨架して相対摺動することによって前記スライダが昇降することを特徴とする昇降用案内ユニットに関する。
【００１４】
前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側に対して１個又は複数個配設される。
【００１５】
前記軌道レールは，前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側に跨架して相対摺動する。
【００１６】
この昇降用案内ユニットにおいて，前記スライダの上面は，載置台としての取付面を構成するため，前記軌道レールの前記上面と平行になって前記スライダが全体的に矩形形状に形成されているか，又は前記軌道レールの前記下面と平行になって前記スライダが全体的にくさび形の形状に形成されている。
【００１７】
前記軌道レールは，ベッド等の取付台に直接固定又は軸受を介して支持されている。
【００１８】
前記軌道レールの前記軌道溝は前記上面と前記下面とに沿って前記両側面にそれぞれ直接形成され，前記スライダは前記軌道レールの前記上面に沿って相対摺動する上スライダと前記下面に沿って相対摺動する下スライダから成り，前記軌道レールの前記上スライダが相対摺動することによって前記上スライダが昇降するものである。
【００１９】
前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側及び前記下面側に対して１個又は複数個配設される。
【００２０】
前記軌道レールの前記両側面に形成された前記軌道溝の前記底面に対する傾斜角度は，アークタンゼント１／２又はアークタンゼント１／４に設定されている
【００２１】
前記軌道レールには，前記軌道レールを往復移動させるアクチュエータを組み込むため嵌挿穴が形成されている。
【００２２】
前記軌道レールは前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形，又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記上スライダは前記軌道レールの前記上面側に跨架し且つ前記下スライダは前記軌道レールの前記下面側に跨架して相対摺動する。
【００２３】
前記スライダは，前記軌道レールを跨架する凹部が形成され且つ前記凹部の対向側面に形成された前記軌道溝と前記軌道溝に沿って形成された前記転動体が転走するリターン路とが形成されたケーシング，及び前記ケーシングの両端に取り付けられ且つ前記転動体が転走する方向を転換する方向転換路が形成されたエンドキャップを有している。
【００２４】
また，この発明は，請求項７〜１１のいずれか１項に記載の前記昇降用案内ユニットが組み込まれたステージ装置であって，前記軌道レールの前記下面側で相対移動する下スライダが固定されたベッド，前記ベッドに対して昇降方向であるＺ方向に移動自在であり且つ前記軌道レールの前記上面側で相対移動する上スライダが固定されたテーブル，及び前記軌道レールを前記下スライダと前記上スライダとに対して相対摺動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に移動させるアクチュエータを有することを特徴とするステージ装置に関する。
【００２５】
前記アクチュエータは，前記軌道レールに形成された嵌挿穴に取り付けられたボールねじナット，前記ボールねじナットに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸，及び前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有する。
【００２６】
前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段は，モータ又は手動用つまみである。
【００２７】
前記ベッドは，少なくとも前記下スライダを固定する底部と前記ボールねじ軸を回転自在に支持する側部とを有している。
【００２８】
このステージ装置は，前記ベッドの前記側部と前記テーブルとの間には，直動案内ユニットを構成する別の軌道レール及び前記別の軌道レールに跨架して昇降する別のスライダとが設けられ，前記テーブルは前記別のスライダが前記別の軌道レールに沿って相対移動することによって前記テーブルの昇降移動がガイドされる。
【００２９】
このステージ装置において，前記昇降用案内ユニットは，前記ベッド上に水平方向でなるＸ方向に沿って且つ前記Ｘ方向に互いに対向して複数配設され，対向する前記昇降用案内ユニットは，第１昇降用案内ユニットと第２昇降用案内ユニットから成り，前記アクチュエータは，前記第１昇降用案内ユニットの第１軌道レールと前記第２昇降用案内ユニットの第２軌道レールとを互いに逆方向に相対移動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に相対移動させるものである。
【００３０】
更に，このステージ装置において，前記アクチュエータは，前記第１軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第１ボールねじナット，前記第２軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第２ボールねじナット，及び前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸から成るボールねじ，並びに前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有し，前記ボールねじは，前記第１ボールねじナットが右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじに形成され，前記第２ボールねじナットが他方のねじに形成され，前記ボールねじ軸には前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺入するねじが形成されている。
【００３１】
この発明は，上記のように構成されているので，軌道溝が直接形成されたくさび形の軌道レールにスライダを跨架させて組み込んだユニット化した装置をベッドとテーブルとに対して配設するだけで，精度出し，予圧調整等の調整作業が不要なものになっており，従来のものよりもテーブル等をＺ方向即ち上下方向に移動させるステージ装置がコンパクトに構成できる。即ち，例えば，スライダをＺ方向（上下方向）に昇降案内するＺステージ装置を構成し易く，コンパクトで高剛性に構成でき，テーブル等の昇降案内を高精度に行うことができる。このステージ装置は，例えば，半導体製造装置，精密測定器，検査機，組立器等の装置に組み込んで好ましいものである。また，この昇降用案内ユニットは，くさび形の軌道レールに一体形でなるスライダ，例えば，第１スライダと第２スライダとをそれぞれ軌道レールに跨架させた状態の一体形に構成できるので，軌道レールを相対往復移動させることで，軌道レールの傾斜面に跨架したスライダをＺ方向に相対移動させるステージ装置への利用が容易に構成できるものになっており，コンパクトであり，高剛性で高精度のものが実現可能になっている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置の実施例を説明する。この発明による昇降用案内ユニットは，例えば，半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，加工，組立，検査等の処理を行うため，ワーク，機器等をＺ方向に昇降させるステージ装置に構成して好ましいものである。
【００３３】
図１〜図３を参照して，この発明による昇降用案内ユニットの一実施例を説明する。昇降用案内ユニット１は，軌道溝５が形成された軌道レール２，軌道溝２に対向して軌道溝７が形成され且つ軌道レール２に対して相対摺動自在なスライダ３，及び軌道溝５，７間に形成される軌道路５５を転動し且つ保持バンド１７で保持された転動体２０を有している。昇降用案内ユニット１において，特に，軌道レール２は，両側面１８の長手方向に沿って底面でなる下面９に対して傾斜する傾斜面でなる上面８を備えたくさび形の形状に形成されている。特に，軌道レール２の軌道溝５は，底面でなる下面９に対して傾斜角度θ２で傾斜して両側面１８に直接形成されている。軌道レール２の両端面２３は，下面９に対して垂直に延びている。また，スライダ３は，中央に凹部１９を形成する両袖部５６の対向内側面に軌道溝７を備え，スライダ３の凹部１９が軌道レール２に跨架状態で相対摺動し，それによってスライダ３が昇降するものである。昇降用案内ユニット１では，くさび形の軌道レール２には，軌道レール２をベッド３０に直接固定するための取付用ねじ穴１５が設けられている。
【００３４】
スライダ３は，軌道レール２に軌道溝５を形成した上面８側に対して，図示のように１個，又は図示していないが，複数個配設することができる。また，スライダ３には，各種のテーブル，機器，ワーク等を固定するための取付け用ねじ孔１４が設けられている。軌道レール２は，長手方向に直交する縦方向の断面が，図２に示すように，実質的に矩形，又は後述の図３に示すように，上面８側と下面９側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，軌道溝５がその両側面１８に形成されれば，軌道レール２の形状は特に制約されるものでないことは勿論である。スライダ３は，例えば，図１〜図３に示すように，軌道レール２の上面８側に跨架して相対摺動するものであり，図示のように１個，又は図示していないが，複数個を跨架させることができる。
【００３５】
スライダ３の上面１３は，機器等の載置台の取付面を構成するため，図１に示すように，軌道レール２の上面８と平行になってスライダ３が全体的に矩形の形状に形成されている。又は，スライダ３の上面１３は，載置台の取付面を構成するため，図示していないが，軌道レール２の下面９と平行になって，スライダ３が全体的にくさび形の形状に形成されてもよいものである。また，軌道レール２は，図１〜図３に示すように，ベッド３０等の取付台に直接固定して取り付けられているか，或いは，後述の図１１又は図１３に示すように，ベッド３０等の取付台に軸受３９を介して支持されている。
【００３６】
図４〜図７を参照して，この発明による昇降用案内ユニットの別の実施例を説明する。昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２の軌道溝５は，特に，上面８と下面９とに沿ってそれぞれ両側の側面１８に直接形成され，スライダ３は軌道レール２の上面８に沿って相対摺動する上スライダ３と，下面９に沿って相対摺動する下スライダ４から成り，軌道レール２に跨架した上スライダ３が軌道レール２に対して相対摺動することによって，上スライダ３が相対昇降するものである。昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２には，軌道レール２を往復移動させるアクチュエータを組み込むため嵌挿穴（又は嵌挿孔）２１が形成されている。また，軌道レール２は，図５に示すように，長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形状に形成されており，上スライダ３は軌道レール２の上面１３側に跨架し且つ下スライダ４は軌道レール２の下面９側に跨架して相対摺動するように配設されている。或いは，図示していないが，軌道レール２は，縦方向の断面が上面８側と下面９側が幅広でなる実質的にＩ形の形状（図３参照）に形成されてもよいものである。上スライダ３は軌道レール２の上面８側に跨架して相対摺動し，また，下スライダ４は軌道レール２の下面９側に跨架して相対摺動するように配設されており，図示ではそれぞれ１個が跨架した状態であるが，複数個が跨架されてもよいことは勿論である。
【００３７】
昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２の下面９に対する上面８の傾斜角度θ１，軌道レール２の下面９に対する軌道溝５の傾斜角度θ２，及び軌道溝５と軌道溝６とでなす傾斜角度θ３が等しい角度θ（＝θ１＝θ２＝θ３）に形成されている。特に，軌道溝５と軌道溝６との傾斜角度θ３，即ち，傾斜角度θの大きさは，Ｚ方向（昇降方向）の移動量に対する軌道レール２のＸ方向（水平方向）の移動量が必ずしも整数倍である必要はないが，制御上，後述する駆動手段であるモータ２５がステッピングモータを採用する場合には，アークタンゼント１／２又はアークタンゼント１／４であることが制御し易く，また，スライダ３に載置する機器等の荷重を考慮すれば，アークタンゼント１／２程度がスムーズな相対摺動ができ好ましいものである。また，スライダ３の昇降高さを基準にして軌道レール３の移動量を制御する場合には，アークタンゼント１／３のように底面に対する高さの整数倍であれば，制御し易くなることは勿論であるが，ステッピングモータを採用して分解能を考慮する場合には割り切れないという問題がある。即ち，スライダ３のＺ方向（高さ方向）の移動量を基準にすれば，スライダ３のＺ方向（高さ方向）の移動量に対して，くさび形の軌道レール２のＸ方向（水平方向）の移動量が整数倍であれば，制御し易いものになる。また，傾斜角度θがアークタンゼント１では，傾斜角度θは４５°であるが，スライダ３及びその上の載置部材の荷重を考慮すれば，操作の駆動力が大きくなり，モータ２５に掛かる負荷が大きくなり，駆動手段が大型化することになる。スライダ３の昇降の精度を向上させるためには，傾斜角度θがアークタンゼント１／４程度が最も好ましい。即ち，傾斜角度θがアークタンゼント１／４の場合には，アークタンゼント１／２の場合に比較して，軌道レール２のＸ方向の移動量に対してスライダ３のＺ方向の移動量が小さくなるが，スライダ３を微細に相対昇降移動させることが可能になり，相対昇降移動を高精度に操作できて好ましいことになる。また，傾斜角度θがアークタンゼント１／５の場合には，スライダ３のＺ方向の所定の移動量を確保するために，軌道レール２のＸ方向の移動量が大きくなり過ぎ，装置そのものが大型化するという問題がある。
【００３８】
昇降用案内ユニット１Ａ（１）では，スライダ３，４（３）は，軌道レール２に跨架する凹部１９が形成され，凹部１９の対向する内側面に形成された軌道溝７と，軌道溝７に沿って形成された転動体２０が転走するリターン路１６とが形成されたケーシング１０，ケーシング１０の両端に取り付けられ且つ転動体２０が転走する方向を転換する方向転換路（図示せず）が形成されたエンドキャップ１１，及びエンドキャップ１１の端面に取り付けられたエンドシール１２を有している。転動体２０は，軌道レール２の軌道溝５，６（５）とケーシング１０の軌道溝７とで形成される軌道路５５，エンドキャップ１１の方向転換路及びケーシング１０のリターン路１６で形成される無限循環路を転走するものである。
【００３９】
次に，図８〜図１２を参照して，図４及び図５に示す実施例で説明した昇降用案内ユニット１Ａが組み込まれたステージ装置の一実施例について説明する。ステージ装置１Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａが組み込まれたステージ装置であって，軌道レール２の下面９側で相対移動する下スライダ４が固定されたベッド３０，ベッド３０に対して昇降方向であるＺ方向に移動自在であり且つ軌道レール２の上面８側で相対移動する上スライダ３が固定されたテーブル２６，及び軌道レール２を上スライダ３と下スライダ４とに対して相対摺動させてテーブル２６をＺ方向に移動させるアクチュエータを有している。テーブル２６は，その下面４９がスライダ３の上面１３に対応して傾斜面に形成され，スライダ３の上面１３に載置して固定され，テーブルの上面５８は，水平に形成されたくさび形に形成されている。
【００４０】
ステージ装置１Ｓにおいて，ベッド３０は開放した側面がカバー３１で被われ，また，テーブル２６はカバー３１とベッド３０に対して開放状態になっている領域がカバー３２で被われている。また，軌道レール２は，ベッド３０に設置された原点センサ４０，原点前センサ４１，ストッパ４５，リミットスイッチ４３等の各種のセンサによって，軌道レール２の相対移動位置の情報がコントローラに入力され，各センサの検出信号に応答して軌道レール２の相対移動が制御されるように構成されている。また，軌道レール２には，各種のセンサに対向して遮蔽板４２が取り付けられている。
【００４１】
アクチュエータは，軌道レール２に形成された嵌挿穴２１（図６，図７）の取付け穴部２２に配置され且つ軌道レール２の端面２３に形成された取付け用ねじ穴２４にねじで取り付けられたボールねじナット３４，ボールねじナット３４に螺合し且つベッド３０に軸受３９を介して回転自在に支持されたボールねじ軸３３，及びボールねじ軸３３を可逆回転駆動する駆動手段を有するものである。駆動手段は，モータ２５又は手動用つまみ２９によって出力軸４６を回転駆動させるように構成されている。ボールねじ軸３３は，カップリング３８を介して出力軸４６に連結されている。モータ２５は，実施例ではステピングモータから成り，軌道レール３を支持するベッド３０の側部４７に固定されたモータブラッケト２７にアタッチメント２８を介して取り付けられている。また，ベッド３０は，少なくとも下スライダ４を固定する底部５７とボールねじ軸３３を軸受３９を介して回転自在に支持する側部４７とを有している。ベッド３０の側部４７とテーブル２６との間には，直動案内ユニットが取り付けられ，ここでは，軌道レール３６がベッド３０の側部４７に取り付けられ，テーブル２６には軌道レール３６に跨架して昇降するスライダ３７が取り付けられ，それによって，テーブル２６はスライダ３７が軌道レール３６に沿って移動することによってテーブル２６の昇降移動がスムーズにガイドされている。図示していないが，テーブル２６に軌道レールが取り付けられ，ベッド３０の側部４７にスライダが取り付けられてもよいことは勿論である。テーブル２６には，ワーク等を取り付けるための取付け用ねじ穴４４が設けられている。また，ベッド３０には，各種のＸＹステージ装置に取り付けるための取付け孔６０が設けられている。また，ステージ装置１Ｓでは，テーブル２６の上面５８は，種々の機器を取り付ける載置面を構成するように，ベッド３０に平行になるように，テーブル２６自体が，軌道レール２に対応する角度を有するくさび形の形状に形成されている。
【００４２】
また，この発明によるステージ装置は，図１１に示す実施例では，昇降用案内ユニット１Ａが１つ組み込まれたステージ装置１Ｓであったが，図１３に示すように，水平であるＸ方向に沿ってベッド３０上に昇降用案内ユニット１Ａを複数配設してテーブル２６を相対昇降させるステージ装置２Ｓに構成することができることは勿論である。ステージ装置２Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａを複数配設する内でも昇降用案内ユニット１Ａを対向配置したものであり，ステージ装置１Ｓに設けている直動案内ユニット３５を構成する軌道レール３６及びスライダ３７を不要にする最もコンパクトな構造に構成することができ，テーブル４８に載置する荷重も大きくなる。
【００４３】
図１３に示すように，ステージ装置２Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａをベッド３０上に左右対称に配置したものであり，くさび形の軌道レール２Ａ，２Ｂに左ねじ用ボールねじナット５３（又は５４）及び右ねじ用ボールねじナット５４（又は５３）をそれぞれ配設し，それらのボールねじナット５３，５４に右ねじ５１（又は５２）及び左ねじ５２（又は５１）を有するボールねじ軸５９を対応させて設けたものである。ステージ装置２Ｓは，特に，軌道レール２は，第１の軌道レール２Ａと，軌道レール２Ａに対向して配置され且つ軌道レール２Ａの上面８と同一角度に傾斜した上面８を有する第２の軌道レール２Ｂとから成り，軌道レール２Ａの下面９側で相対移動する第１の下スライダ４Ａと第２の軌道レール２Ｂの下面９側で相対移動する第２の下スライダ４Ｂとが固定されたベッド３０，ベッド３０に対して昇降方向であるＺ方向に相対移動自在であり且つ軌道レール２Ａの上面８側で相対移動する上スライダ３Ａと軌道レール２Ｂの上面８側で相対移動する上スライダ３Ｂとが固定されたテーブル４８，及び軌道レール２Ａと軌道レール２Ｂとを水平方向であるＸ方向で互いに逆方向に相対移動させてテーブル４８をＺ方向に相対移動させるアクチュエータを有している。
【００４４】
アクチュエータについては，一対の昇降用案内ユニット１Ａをモータ２５又は手動用つまみ２９によって出力軸４６を回転させることによって，一対のくさび形の軌道レール２Ａ，２Ｂが同時にＸ方向であるＸ１方向又はＸ２方向に互いに逆方向に相対移動され，一対のスライダ３Ａ，３Ｂが固着されたテーブル４８がＺ方向であるＺ１方向又はＺ２方向に相対昇降するように構成されている。
【００４５】
ステージ装置２Ｓにおいて，アクチュエータは，軌道レール２Ａに形成された嵌挿孔２１に取り付けられたボールねじナット５３，軌道レール２Ｂに形成された嵌挿孔２１に取り付けられたボールねじナット５４，及びボールねじナット５３，５４に螺合し且つベッド３０の側部４７に回転自在に支持されたボールねじ軸５９とから成るボールねじ５０，並びにボールねじ軸５９を可逆回転駆動する駆動手段を有している。ボールねじ５０は，軌道レール２Ａに取り付けられて右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじが形成された第１ボールねじナット５３，軌道レール２Ｂに取り付けられて他方のねじが形成された第２ボールねじナット５４，及び第１ボールねじナット５３と第２ボールねじナット５４に螺入するねじが形成されたボールねじ軸５９を有している。即ち，１本のボールねじ軸５９には，右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじが形成された第１ボールねじ軸部５１と，他方のねじが形成された第２ボールねじ軸部５２とを有している。また，ボールねじ軸５９は，モータ２５及び手動用つまみ２９に連結されている出力軸４６にカップリング３８を介して連結されて回転運動が伝達されるように構成されている。
【００４６】
【発明の効果】
この発明による昇降用案内ユニットは，以上のように，くさび形の軌道レールの少なくとも傾斜した上面側に傾斜した軌道溝を直接的に形成し，袖部に軌道溝を形成したスライダを軌道レールの傾斜面に相対移動可能に跨架したので，軌道レールのシンプル化による部品点数を低減して装置自体のユニット化ができ，製造コストを低減し，装置そのものをコンパクトに構成できると共に高剛性に構成できる。また，この昇降用案内ユニットをステージ装置に組み込めば，ステージ装置を半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，高精度を確保できる各種の装置に構成できる。また，一対の昇降用案内ユニットを対向して配置し，両昇降用案内ユニットに跨がってテーブルを載置すれば，重い荷重の各種の機器，ワーク，部品等を昇降させることができる。また，この昇降用案内ユニットは，軌道レールをベッドで支持し，スライダにテーブルに取り付けるだけで，昇降移動量の精度出し，予圧調整等の調整作業が不要なものになり，各種の装置への取付けが極めて簡単に且つ容易に達成することができ，従来のものよりもテーブル等をＺ方向へ移動させるステージ装置をコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による昇降用案内ユニットの一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の昇降用案内ユニットの一実施例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の昇降用案内ユニットの別の実施例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】この発明による昇降用案内ユニットの別の実施例を示す正面図である。
【図５】図４の昇降用案内ユニットを示すＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図４の昇降用案内ユニットにおけるくさび形軌道レールを示す正面図である。
【図７】図６のくさび形軌道レールを示す側面図である。
【図８】この発明による昇降用案内ユニットを組み込んだＺステージ装置の一実施例を示す正面図である。
【図９】図８のＺステージ装置を示す平面図である。
【図１０】図８のＺステージ装置を示す側面図である。
【図１１】図８のＺステージ装置における正面部分のカバーを取り外した実施例を示す部分断面を含む正面図である。
【図１２】図９のＺステージ装置における上面部分のカバーを取り外した部分断面を含む平面図である。
【図１３】この発明による昇降用案内ユニットを組み込んだＺステージ装置の別の実施例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 昇降用案内ユニット
１Ｓ，２Ｓ ステージ装置
２，２Ａ，２Ｂ 軌道レール
３，３Ａ，３，４，４Ａ，４Ｂ スライダ
５，６，７ 軌道溝
８ 上面（軌道レールの傾斜面）
９ 下面（軌道レールの底面）
１０ ケーシング
１１ エンドキャップ
１３ 上面（スライダ）
１６ リターン路
１８ 側面（軌道レール）
１９ 凹部（スライダ跨架用）
２０ 転動体（ボール）
２１ 嵌挿穴（嵌挿孔）
２２ 取付け穴部
２５ モータ（駆動手段）
２６，４８ テーブル
２９ 手動用つまみ（駆動手段）
３０ ベッド
３１，３２ カバー
３３，５９ ボールねじ軸
３４ ボールねじナット
３５ 直動案内ユニット（Ｚ方向）
３６ 軌道レール（Ｚ方向）
３７ スライダ（Ｚ方向）
３９ 軸受（ボールねじ軸用）
４０ 原点センサ
４１ 原点前センサ
４２ 遮蔽板
４３ リミットスイッチ
４４ 取付け用ねじ孔
４５ ストッパ
４６ 出力軸
４７ 側部
５０ ボールねじ
５１，５２ ボールねじ軸部
５３，５４ ボールねじナット
５５ 軌道路
５６ 袖部（スライダ）
５８ テーブルの上面
６０ 取付け用孔
θ，θ１，θ２，θ３ 軌道レールの上面の底面に対する傾斜角度
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，加工，組立，検査等の処理を行うため，ワーク，機器等を昇降させる昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，半導体製造装置等の各種の装置では，Ｘ方向とＹ方向の平面移動するＸＹステージ装置に，該平面方向に直交するＺ方向である上下方向に移動するＺステージ装置を設ける装置に利用することが多くなり，更に，そのようなＺステージ装置をコンパクトで高剛性に構成すると共に，高精度に移動できることが求められている。このようなＺステージ装置は，今日では，加工すべき加工物を載置した載置体を所定の位置に昇降させる工作機械の作業テーブルとして用いられる他，半導体製造装置，組立装置，検査装置，搬送装置，計測器等の各技術分野の装置に組み込まれて使用され，技術の発展と共にその用途は更に拡大している。また，Ｚステージ装置は，ＸＹ位置決めステージ装置に搭載して，三次元，即ち，ＸＹＺの位置決めステージ装置として利用されることもある。
【０００３】
従来，Ｚステージ装置として載置体昇降装置が知られている。該載置体昇降装置は，水平テーブルの上面に傾斜ベースが取り付けられ，ベースと水平テーブルとの案内に第１軌道レールを有する直動案内ユニット，及び傾斜べースの傾斜面に第２軌道レールを有する直動案内ユニットを配設して昇降テーブルを昇降案内するものになっている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，従来の移動テーブルとして，テーブルの昇降にボールねじを用いたものが知られている。該移動テーブルは，傾斜面を利用して垂直方向に移動させるものであって，ベースと，該ベース上に水平方向に移動可能に設けられ且つ上面に傾斜面を有する第１テーブルと，第１テーブルを移動させるモータと，第１テーブルの傾斜面に沿って移動可能な第２テーブルと，第２テーブルを移動させるモータとを備えているものであり，上面に傾斜面を有する第１テーブルの底面に第１ねじ軸に介装する保持部材が固着され，傾斜面に第２のねじ軸が固着されて第２テーブルが移動及び昇降案内されるものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，調節可能なベース組立体として，ターンバックル形式で上部楔型プレートを昇降させるものが知られている。該ベース組立体は，下部楔プレートと上部楔プレートとの間に，一対に楔ブロックを介装し，楔ブロックの上部楔面を上部楔プレートの下面に対向させ，楔ブロックの下部楔面を下部楔プレートの上面に対向させ，楔ブロックを水平方向に互いに接離移動させて上部楔型プレートを昇降させるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
また，案内レールに互いに平行な４条の軸方向に延びる転動溝を形成したダブルリニアガイド装置が知られている。該ダブルリニアガイド装置は，互いに平行な４条の転動体転動溝を両側面に有した案内レールに第１のスライダ本体及び第２のスライダ本体を跨架させたものになっている。該ダブルリニアガイド装置は，スライダ本体が互いに平行摺動するものであって，昇降装置には利用できない構造になっている（例えば，特許文献４参照）。
【０００７】
その他，Ｚステージ装置として，側面にＶ状軌道溝が形成されている傾斜台が，一対の軌道ピースによって挟むように予圧が付加され，案内されるものが開発されている。従って，このようなＺステージ装置は，別々の一対の軌道ピースが必要になり，構成部品が多くなり，組立が面倒なものであり，組立て精度を確保するのに位置合わせ等が必要になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−４８０６４号公報（第１頁，図１）
【特許文献２】
実開平６−５３０４２号公報（第１頁，図１）
【特許文献３】
米国特許第５４２７３４９号明細書（第１頁，Ｆｉｇ．４）
【特許文献４】
実用新案登録第２５０５８９４号（第１頁，第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のような載置体昇降装置は，構成部品も多く比較的大型なものであった。また，それぞれの構成部品を組み立てしなければならないので，近年の高精度な要求には十分に応えられないものであった。
【００１０】
また，上記のような移動テーブルは，各テーブルの駆動にねじ軸を用いており，ねじ軸で荷重を支持しているので，二つの駆動機構が必要であって装置全体の高さを高くしていると共に，特にねじ軸において必要な剛性を確保することが困難であり，テーブルの位置及び作動が不安定である。したがって，該移動テーブルを精密な位置決めが求められる工作機械等の作業テーブルとするには不向きである。また，構成部品は少ないものに構成されているが，軽量な機器等を支える場合には耐えることができるが，重い機器等を支える場合には，ねじ軸に直接的に荷重がかかるので，移動テーブルに高精度な精度を要求できず，用途範囲が限られたものになっている。
【００１１】
上記のような調節可能なベース組立体は，面接触な構成なので高精度な要求には不向きなものになっている。また，微細な作動も難しいものになっている。また，上記のダブルリニアガイド装置は，スライダ本体が互いに平行摺動するものであって，昇降装置には利用できないものになっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記課題を解決することであり，装置自体をユニット化した構造に構成したものであり，特に，軌道レールそのものを長手方向にくさび形に形成して軌道溝をその両側面に直接形成し，スライダを軌道レールを両側から挟む一体形状に形成して軌道レールに対して跨架状態で相対移動させ，部品点数を低減し，軌道レールをベッドに固定又は相対移動可能に支持し，軌道レールをアクチュエータでスライダに対して相対移動させてスライダを昇降案内できるように，特に，軌道レール側を構成要素化した昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置を提供することである。
【００１３】
この発明は，軌道溝が形成された軌道レール，前記軌道溝に対向して軌道溝が形成され且つ前記軌道レールに対して相対摺動自在なスライダ，及び前記軌道溝間に形成される軌道路を転動する転動体を有する昇降用案内ユニットにおいて，前記軌道レールは両側面の長手方向に沿って底面に対して傾斜する傾斜面に形成された上面を備えたくさび形の形状に形成され，前記軌道レールの前記軌道溝は前記底面に対して傾斜して前記両側面に直接形成され，前記スライダは両袖部に前記軌道溝を備えて前記軌道レールに跨架して相対摺動することによって前記スライダが昇降することを特徴とする昇降用案内ユニットに関する。
【００１４】
前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側に対して１個又は複数個配設される。
【００１５】
前記軌道レールは，前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側に跨架して相対摺動する。
【００１６】
この昇降用案内ユニットにおいて，前記スライダの上面は，載置台としての取付面を構成するため，前記軌道レールの前記上面と平行になって前記スライダが全体的に矩形形状に形成されているか，又は前記軌道レールの前記下面と平行になって前記スライダが全体的にくさび形の形状に形成されている。
【００１７】
前記軌道レールは，ベッド等の取付台に直接固定又は軸受を介して支持されている。
【００１８】
前記軌道レールの前記軌道溝は前記上面と前記下面とに沿って前記両側面にそれぞれ直接形成され，前記スライダは前記軌道レールの前記上面に沿って相対摺動する上スライダと前記下面に沿って相対摺動する下スライダから成り，前記軌道レールの前記上スライダが相対摺動することによって前記上スライダが昇降するものである。
【００１９】
前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側及び前記下面側に対して１個又は複数個配設される。
【００２０】
前記軌道レールの前記両側面に形成された前記軌道溝の前記底面に対する傾斜角度は，アークタンゼント１／２又はアークタンゼント１／４に設定されている
【００２１】
前記軌道レールには，前記軌道レールを往復移動させるアクチュエータを組み込むため嵌挿穴が形成されている。
【００２２】
前記軌道レールは前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形，又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記上スライダは前記軌道レールの前記上面側に跨架し且つ前記下スライダは前記軌道レールの前記下面側に跨架して相対摺動する。
【００２３】
前記スライダは，前記軌道レールを跨架する凹部が形成され且つ前記凹部の対向側面に形成された前記軌道溝と前記軌道溝に沿って形成された前記転動体が転走するリターン路とが形成されたケーシング，及び前記ケーシングの両端に取り付けられ且つ前記転動体が転走する方向を転換する方向転換路が形成されたエンドキャップを有している。
【００２４】
また，この発明は，請求項７〜１１のいずれか１項に記載の前記昇降用案内ユニットが組み込まれたステージ装置であって，前記軌道レールの前記下面側で相対移動する下スライダが固定されたベッド，前記ベッドに対して昇降方向であるＺ方向に移動自在であり且つ前記軌道レールの前記上面側で相対移動する上スライダが固定されたテーブル，及び前記軌道レールを前記下スライダと前記上スライダとに対して相対摺動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に移動させるアクチュエータを有することを特徴とするステージ装置に関する。
【００２５】
前記アクチュエータは，前記軌道レールに形成された嵌挿穴に取り付けられたボールねじナット，前記ボールねじナットに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸，及び前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有する。
【００２６】
前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段は，モータ又は手動用つまみである。
【００２７】
前記ベッドは，少なくとも前記下スライダを固定する底部と前記ボールねじ軸を回転自在に支持する側部とを有している。
【００２８】
このステージ装置は，前記ベッドの前記側部と前記テーブルとの間には，直動案内ユニットを構成する別の軌道レール及び前記別の軌道レールに跨架して昇降する別のスライダとが設けられ，前記テーブルは前記別のスライダが前記別の軌道レールに沿って相対移動することによって前記テーブルの昇降移動がガイドされる。
【００２９】
このステージ装置において，前記昇降用案内ユニットは，前記ベッド上に水平方向でなるＸ方向に沿って且つ前記Ｘ方向に互いに対向して複数配設され，対向する前記昇降用案内ユニットは，第１昇降用案内ユニットと第２昇降用案内ユニットから成り，前記アクチュエータは，前記第１昇降用案内ユニットの第１軌道レールと前記第２昇降用案内ユニットの第２軌道レールとを互いに逆方向に相対移動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に相対移動させるものである。
【００３０】
更に，このステージ装置において，前記アクチュエータは，前記第１軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第１ボールねじナット，前記第２軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第２ボールねじナット，及び前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸から成るボールねじ，並びに前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有し，前記ボールねじは，前記第１ボールねじナットが右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじに形成され，前記第２ボールねじナットが他方のねじに形成され，前記ボールねじ軸には前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺入するねじが形成されている。
【００３１】
この発明は，上記のように構成されているので，軌道溝が直接形成されたくさび形の軌道レールにスライダを跨架させて組み込んだユニット化した装置をベッドとテーブルとに対して配設するだけで，精度出し，予圧調整等の調整作業が不要なものになっており，従来のものよりもテーブル等をＺ方向即ち上下方向に移動させるステージ装置がコンパクトに構成できる。即ち，例えば，スライダをＺ方向（上下方向）に昇降案内するＺステージ装置を構成し易く，コンパクトで高剛性に構成でき，テーブル等の昇降案内を高精度に行うことができる。このステージ装置は，例えば，半導体製造装置，精密測定器，検査機，組立器等の装置に組み込んで好ましいものである。また，この昇降用案内ユニットは，くさび形の軌道レールに一体形でなるスライダ，例えば，第１スライダと第２スライダとをそれぞれ軌道レールに跨架させた状態の一体形に構成できるので，軌道レールを相対往復移動させることで，軌道レールの傾斜面に跨架したスライダをＺ方向に相対移動させるステージ装置への利用が容易に構成できるものになっており，コンパクトであり，高剛性で高精度のものが実現可能になっている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による昇降用案内ユニット及びそれを組み込んだステージ装置の実施例を説明する。この発明による昇降用案内ユニットは，例えば，半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，加工，組立，検査等の処理を行うため，ワーク，機器等をＺ方向に昇降させるステージ装置に構成して好ましいものである。
【００３３】
図１〜図３を参照して，この発明による昇降用案内ユニットの一実施例を説明する。昇降用案内ユニット１は，軌道溝５が形成された軌道レール２，軌道溝２に対向して軌道溝７が形成され且つ軌道レール２に対して相対摺動自在なスライダ３，及び軌道溝５，７間に形成される軌道路５５を転動し且つ保持バンド１７で保持された転動体２０を有している。昇降用案内ユニット１において，特に，軌道レール２は，両側面１８の長手方向に沿って底面でなる下面９に対して傾斜する傾斜面でなる上面８を備えたくさび形の形状に形成されている。特に，軌道レール２の軌道溝５は，底面でなる下面９に対して傾斜角度θ２で傾斜して両側面１８に直接形成されている。軌道レール２の両端面２３は，下面９に対して垂直に延びている。また，スライダ３は，中央に凹部１９を形成する両袖部５６の対向内側面に軌道溝７を備え，スライダ３の凹部１９が軌道レール２に跨架状態で相対摺動し，それによってスライダ３が昇降するものである。昇降用案内ユニット１では，くさび形の軌道レール２には，軌道レール２をベッド３０に直接固定するための取付用ねじ穴１５が設けられている。
【００３４】
スライダ３は，軌道レール２に軌道溝５を形成した上面８側に対して，図示のように１個，又は図示していないが，複数個配設することができる。また，スライダ３には，各種のテーブル，機器，ワーク等を固定するための取付け用ねじ孔１４が設けられている。軌道レール２は，長手方向に直交する縦方向の断面が，図２に示すように，実質的に矩形，又は後述の図３に示すように，上面８側と下面９側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，軌道溝５がその両側面１８に形成されれば，軌道レール２の形状は特に制約されるものでないことは勿論である。スライダ３は，例えば，図１〜図３に示すように，軌道レール２の上面８側に跨架して相対摺動するものであり，図示のように１個，又は図示していないが，複数個を跨架させることができる。
【００３５】
スライダ３の上面１３は，機器等の載置台の取付面を構成するため，図１に示すように，軌道レール２の上面８と平行になってスライダ３が全体的に矩形の形状に形成されている。又は，スライダ３の上面１３は，載置台の取付面を構成するため，図示していないが，軌道レール２の下面９と平行になって，スライダ３が全体的にくさび形の形状に形成されてもよいものである。また，軌道レール２は，図１〜図３に示すように，ベッド３０等の取付台に直接固定して取り付けられているか，或いは，後述の図１１又は図１３に示すように，ベッド３０等の取付台に軸受３９を介して支持されている。
【００３６】
図４〜図７を参照して，この発明による昇降用案内ユニットの別の実施例を説明する。昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２の軌道溝５は，特に，上面８と下面９とに沿ってそれぞれ両側の側面１８に直接形成され，スライダ３は軌道レール２の上面８に沿って相対摺動する上スライダ３と，下面９に沿って相対摺動する下スライダ４から成り，軌道レール２に跨架した上スライダ３が軌道レール２に対して相対摺動することによって，上スライダ３が相対昇降するものである。昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２には，軌道レール２を往復移動させるアクチュエータを組み込むため嵌挿穴（又は嵌挿孔）２１が形成されている。また，軌道レール２は，図５に示すように，長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形状に形成されており，上スライダ３は軌道レール２の上面１３側に跨架し且つ下スライダ４は軌道レール２の下面９側に跨架して相対摺動するように配設されている。或いは，図示していないが，軌道レール２は，縦方向の断面が上面８側と下面９側が幅広でなる実質的にＩ形の形状（図３参照）に形成されてもよいものである。上スライダ３は軌道レール２の上面８側に跨架して相対摺動し，また，下スライダ４は軌道レール２の下面９側に跨架して相対摺動するように配設されており，図示ではそれぞれ１個が跨架した状態であるが，複数個が跨架されてもよいことは勿論である。
【００３７】
昇降用案内ユニット１Ａでは，軌道レール２の下面９に対する上面８の傾斜角度θ１，軌道レール２の下面９に対する軌道溝５の傾斜角度θ２，及び軌道溝５と軌道溝６とでなす傾斜角度θ３が等しい角度θ（＝θ１＝θ２＝θ３）に形成されている。特に，軌道溝５と軌道溝６との傾斜角度θ３，即ち，傾斜角度θの大きさは，Ｚ方向（昇降方向）の移動量に対する軌道レール２のＸ方向（水平方向）の移動量が必ずしも整数倍である必要はないが，制御上，後述する駆動手段であるモータ２５がステッピングモータを採用する場合には，アークタンゼント１／２又はアークタンゼント１／４であることが制御し易く，また，スライダ３に載置する機器等の荷重を考慮すれば，アークタンゼント１／２程度がスムーズな相対摺動ができ好ましいものである。また，スライダ３の昇降高さを基準にして軌道レール３の移動量を制御する場合には，アークタンゼント１／３のように底面に対する高さの整数倍であれば，制御し易くなることは勿論であるが，ステッピングモータを採用して分解能を考慮する場合には割り切れないという問題がある。即ち，スライダ３のＺ方向（高さ方向）の移動量を基準にすれば，スライダ３のＺ方向（高さ方向）の移動量に対して，くさび形の軌道レール２のＸ方向（水平方向）の移動量が整数倍であれば，制御し易いものになる。また，傾斜角度θがアークタンゼント１では，傾斜角度θは４５°であるが，スライダ３及びその上の載置部材の荷重を考慮すれば，操作の駆動力が大きくなり，モータ２５に掛かる負荷が大きくなり，駆動手段が大型化することになる。スライダ３の昇降の精度を向上させるためには，傾斜角度θがアークタンゼント１／４程度が最も好ましい。即ち，傾斜角度θがアークタンゼント１／４の場合には，アークタンゼント１／２の場合に比較して，軌道レール２のＸ方向の移動量に対してスライダ３のＺ方向の移動量が小さくなるが，スライダ３を微細に相対昇降移動させることが可能になり，相対昇降移動を高精度に操作できて好ましいことになる。また，傾斜角度θがアークタンゼント１／５の場合には，スライダ３のＺ方向の所定の移動量を確保するために，軌道レール２のＸ方向の移動量が大きくなり過ぎ，装置そのものが大型化するという問題がある。
【００３８】
昇降用案内ユニット１Ａ（１）では，スライダ３，４（３）は，軌道レール２に跨架する凹部１９が形成され，凹部１９の対向する内側面に形成された軌道溝７と，軌道溝７に沿って形成された転動体２０が転走するリターン路１６とが形成されたケーシング１０，ケーシング１０の両端に取り付けられ且つ転動体２０が転走する方向を転換する方向転換路（図示せず）が形成されたエンドキャップ１１，及びエンドキャップ１１の端面に取り付けられたエンドシール１２を有している。転動体２０は，軌道レール２の軌道溝５，６（５）とケーシング１０の軌道溝７とで形成される軌道路５５，エンドキャップ１１の方向転換路及びケーシング１０のリターン路１６で形成される無限循環路を転走するものである。
【００３９】
次に，図８〜図１２を参照して，図４及び図５に示す実施例で説明した昇降用案内ユニット１Ａが組み込まれたステージ装置の一実施例について説明する。ステージ装置１Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａが組み込まれたステージ装置であって，軌道レール２の下面９側で相対移動する下スライダ４が固定されたベッド３０，ベッド３０に対して昇降方向であるＺ方向に移動自在であり且つ軌道レール２の上面８側で相対移動する上スライダ３が固定されたテーブル２６，及び軌道レール２を上スライダ３と下スライダ４とに対して相対摺動させてテーブル２６をＺ方向に移動させるアクチュエータを有している。テーブル２６は，その下面４９がスライダ３の上面１３に対応して傾斜面に形成され，スライダ３の上面１３に載置して固定され，テーブルの上面５８は，水平に形成されたくさび形に形成されている。
【００４０】
ステージ装置１Ｓにおいて，ベッド３０は開放した側面がカバー３１で被われ，また，テーブル２６はカバー３１とベッド３０に対して開放状態になっている領域がカバー３２で被われている。また，軌道レール２は，ベッド３０に設置された原点センサ４０，原点前センサ４１，ストッパ４５，リミットスイッチ４３等の各種のセンサによって，軌道レール２の相対移動位置の情報がコントローラに入力され，各センサの検出信号に応答して軌道レール２の相対移動が制御されるように構成されている。また，軌道レール２には，各種のセンサに対向して遮蔽板４２が取り付けられている。
【００４１】
アクチュエータは，軌道レール２に形成された嵌挿穴２１（図６，図７）の取付け穴部２２に配置され且つ軌道レール２の端面２３に形成された取付け用ねじ穴２４にねじで取り付けられたボールねじナット３４，ボールねじナット３４に螺合し且つベッド３０に軸受３９を介して回転自在に支持されたボールねじ軸３３，及びボールねじ軸３３を可逆回転駆動する駆動手段を有するものである。駆動手段は，モータ２５又は手動用つまみ２９によって出力軸４６を回転駆動させるように構成されている。ボールねじ軸３３は，カップリング３８を介して出力軸４６に連結されている。モータ２５は，実施例ではステピングモータから成り，軌道レール３を支持するベッド３０の側部４７に固定されたモータブラッケト２７にアタッチメント２８を介して取り付けられている。また，ベッド３０は，少なくとも下スライダ４を固定する底部５７とボールねじ軸３３を軸受３９を介して回転自在に支持する側部４７とを有している。ベッド３０の側部４７とテーブル２６との間には，直動案内ユニットが取り付けられ，ここでは，軌道レール３６がベッド３０の側部４７に取り付けられ，テーブル２６には軌道レール３６に跨架して昇降するスライダ３７が取り付けられ，それによって，テーブル２６はスライダ３７が軌道レール３６に沿って移動することによってテーブル２６の昇降移動がスムーズにガイドされている。図示していないが，テーブル２６に軌道レールが取り付けられ，ベッド３０の側部４７にスライダが取り付けられてもよいことは勿論である。テーブル２６には，ワーク等を取り付けるための取付け用ねじ穴４４が設けられている。また，ベッド３０には，各種のＸＹステージ装置に取り付けるための取付け孔６０が設けられている。また，ステージ装置１Ｓでは，テーブル２６の上面５８は，種々の機器を取り付ける載置面を構成するように，ベッド３０に平行になるように，テーブル２６自体が，軌道レール２に対応する角度を有するくさび形の形状に形成されている。
【００４２】
また，この発明によるステージ装置は，図１１に示す実施例では，昇降用案内ユニット１Ａが１つ組み込まれたステージ装置１Ｓであったが，図１３に示すように，水平であるＸ方向に沿ってベッド３０上に昇降用案内ユニット１Ａを複数配設してテーブル２６を相対昇降させるステージ装置２Ｓに構成することができることは勿論である。ステージ装置２Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａを複数配設する内でも昇降用案内ユニット１Ａを対向配置したものであり，ステージ装置１Ｓに設けている直動案内ユニット３５を構成する軌道レール３６及びスライダ３７を不要にする最もコンパクトな構造に構成することができ，テーブル４８に載置する荷重も大きくなる。
【００４３】
図１３に示すように，ステージ装置２Ｓは，昇降用案内ユニット１Ａをベッド３０上に左右対称に配置したものであり，くさび形の軌道レール２Ａ，２Ｂに左ねじ用ボールねじナット５３（又は５４）及び右ねじ用ボールねじナット５４（又は５３）をそれぞれ配設し，それらのボールねじナット５３，５４に右ねじ５１（又は５２）及び左ねじ５２（又は５１）を有するボールねじ軸５９を対応させて設けたものである。ステージ装置２Ｓは，特に，軌道レール２は，第１の軌道レール２Ａと，軌道レール２Ａに対向して配置され且つ軌道レール２Ａの上面８と同一角度に傾斜した上面８を有する第２の軌道レール２Ｂとから成り，軌道レール２Ａの下面９側で相対移動する第１の下スライダ４Ａと第２の軌道レール２Ｂの下面９側で相対移動する第２の下スライダ４Ｂとが固定されたベッド３０，ベッド３０に対して昇降方向であるＺ方向に相対移動自在であり且つ軌道レール２Ａの上面８側で相対移動する上スライダ３Ａと軌道レール２Ｂの上面８側で相対移動する上スライダ３Ｂとが固定されたテーブル４８，及び軌道レール２Ａと軌道レール２Ｂとを水平方向であるＸ方向で互いに逆方向に相対移動させてテーブル４８をＺ方向に相対移動させるアクチュエータを有している。
【００４４】
アクチュエータについては，一対の昇降用案内ユニット１Ａをモータ２５又は手動用つまみ２９によって出力軸４６を回転させることによって，一対のくさび形の軌道レール２Ａ，２Ｂが同時にＸ方向であるＸ１方向又はＸ２方向に互いに逆方向に相対移動され，一対のスライダ３Ａ，３Ｂが固着されたテーブル４８がＺ方向であるＺ１方向又はＺ２方向に相対昇降するように構成されている。
【００４５】
ステージ装置２Ｓにおいて，アクチュエータは，軌道レール２Ａに形成された嵌挿孔２１に取り付けられたボールねじナット５３，軌道レール２Ｂに形成された嵌挿孔２１に取り付けられたボールねじナット５４，及びボールねじナット５３，５４に螺合し且つベッド３０の側部４７に回転自在に支持されたボールねじ軸５９とから成るボールねじ５０，並びにボールねじ軸５９を可逆回転駆動する駆動手段を有している。ボールねじ５０は，軌道レール２Ａに取り付けられて右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじが形成された第１ボールねじナット５３，軌道レール２Ｂに取り付けられて他方のねじが形成された第２ボールねじナット５４，及び第１ボールねじナット５３と第２ボールねじナット５４に螺入するねじが形成されたボールねじ軸５９を有している。即ち，１本のボールねじ軸５９には，右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじが形成された第１ボールねじ軸部５１と，他方のねじが形成された第２ボールねじ軸部５２とを有している。また，ボールねじ軸５９は，モータ２５及び手動用つまみ２９に連結されている出力軸４６にカップリング３８を介して連結されて回転運動が伝達されるように構成されている。
【００４６】
【発明の効果】
この発明による昇降用案内ユニットは，以上のように，くさび形の軌道レールの少なくとも傾斜した上面側に傾斜した軌道溝を直接的に形成し，袖部に軌道溝を形成したスライダを軌道レールの傾斜面に相対移動可能に跨架したので，軌道レールのシンプル化による部品点数を低減して装置自体のユニット化ができ，製造コストを低減し，装置そのものをコンパクトに構成できると共に高剛性に構成できる。また，この昇降用案内ユニットをステージ装置に組み込めば，ステージ装置を半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器等の各種の装置に適用でき，高精度を確保できる各種の装置に構成できる。また，一対の昇降用案内ユニットを対向して配置し，両昇降用案内ユニットに跨がってテーブルを載置すれば，重い荷重の各種の機器，ワーク，部品等を昇降させることができる。また，この昇降用案内ユニットは，軌道レールをベッドで支持し，スライダにテーブルに取り付けるだけで，昇降移動量の精度出し，予圧調整等の調整作業が不要なものになり，各種の装置への取付けが極めて簡単に且つ容易に達成することができ，従来のものよりもテーブル等をＺ方向へ移動させるステージ装置をコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による昇降用案内ユニットの一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の昇降用案内ユニットの一実施例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の昇降用案内ユニットの別の実施例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】この発明による昇降用案内ユニットの別の実施例を示す正面図である。
【図５】図４の昇降用案内ユニットを示すＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図４の昇降用案内ユニットにおけるくさび形軌道レールを示す正面図である。
【図７】図６のくさび形軌道レールを示す側面図である。
【図８】この発明による昇降用案内ユニットを組み込んだＺステージ装置の一実施例を示す正面図である。
【図９】図８のＺステージ装置を示す平面図である。
【図１０】図８のＺステージ装置を示す側面図である。
【図１１】図８のＺステージ装置における正面部分のカバーを取り外した実施例を示す部分断面を含む正面図である。
【図１２】図９のＺステージ装置における上面部分のカバーを取り外した部分断面を含む平面図である。
【図１３】この発明による昇降用案内ユニットを組み込んだＺステージ装置の別の実施例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 昇降用案内ユニット
１Ｓ，２Ｓ ステージ装置
２，２Ａ，２Ｂ 軌道レール
３，３Ａ，３，４，４Ａ，４Ｂ スライダ
５，６，７ 軌道溝
８ 上面（軌道レールの傾斜面）
９ 下面（軌道レールの底面）
１０ ケーシング
１１ エンドキャップ
１３ 上面（スライダ）
１６ リターン路
１８ 側面（軌道レール）
１９ 凹部（スライダ跨架用）
２０ 転動体（ボール）
２１ 嵌挿穴（嵌挿孔）
２２ 取付け穴部
２５ モータ（駆動手段）
２６，４８ テーブル
２９ 手動用つまみ（駆動手段）
３０ ベッド
３１，３２ カバー
３３，５９ ボールねじ軸
３４ ボールねじナット
３５ 直動案内ユニット（Ｚ方向）
３６ 軌道レール（Ｚ方向）
３７ スライダ（Ｚ方向）
３９ 軸受（ボールねじ軸用）
４０ 原点センサ
４１ 原点前センサ
４２ 遮蔽板
４３ リミットスイッチ
４４ 取付け用ねじ孔
４５ ストッパ
４６ 出力軸
４７ 側部
５０ ボールねじ
５１，５２ ボールねじ軸部
５３，５４ ボールねじナット
５５ 軌道路
５６ 袖部（スライダ）
５８ テーブルの上面
６０ 取付け用孔
θ，θ１，θ２，θ３ 軌道レールの上面の底面に対する傾斜角度
Claims (18)
- 軌道溝が形成された軌道レール，前記軌道溝に対向して軌道溝が形成され且つ前記軌道レールに対して相対摺動自在なスライダ，及び前記軌道溝間に形成される軌道路を転動する転動体を有する昇降用案内ユニットにおいて，前記軌道レールは両側面の長手方向に沿って底面に対して傾斜する傾斜面に形成された上面を備えたくさび形の形状に形成され，前記軌道レールの前記軌道溝は前記底面に対して傾斜して前記両側面に直接形成され，前記スライダは両袖部に前記軌道溝を備えて前記軌道レールに跨架して相対摺動することによって前記スライダが昇降することを特徴とする昇降用案内ユニット。
- 前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側に対して１個又は複数個配設されることを特徴とする請求項１に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールは前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記スライダは前記軌道レールの前記上面側に跨架して相対摺動することを特徴とする請求項１又は２に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記スライダの上面は，載置台としての取付面を構成するため，前記軌道レールの前記上面と平行になって前記スライダが全体的に矩形形状に形成されているか，又は前記軌道レールの前記下面と平行になって前記スライダが全体的にくさび形の形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールは，ベッド等の取付台に直接固定又は軸受を介して支持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールの前記軌道溝は前記上面と前記下面とに沿って前記両側面にそれぞれ直接形成され，前記スライダは前記軌道レールの前記上面に沿って相対摺動する上スライダと前記下面に沿って相対摺動する下スライダから成り，前記軌道レールの前記上スライダが相対摺動することによって前記上スライダが昇降することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項にに記載の昇降用案内ユニット。
- 前記スライダは，前記軌道レールの前記上面側及び前記下面側に対して１個又は複数個配設できることを特徴とする請求項６に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールの前記両側面に形成された前記軌道溝の前記底面に対する傾斜角度は，アークタンゼント１／２又はアークタンゼント１／４に設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールには，前記軌道レールを往復移動させるアクチュエータを組み込むため嵌挿穴が形成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記軌道レールは前記長手方向に直交する縦方向の断面が実質的に矩形，又は前記上面側と前記下面側が幅広でなる実質的にＩ形の形状に形成されており，前記上スライダは前記軌道レールの前記上面側に跨架し且つ前記下スライダは前記軌道レールの前記下面側に跨架して相対摺動することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 前記スライダは，前記軌道レールを跨架する凹部が形成され且つ前記凹部の対向側面に形成された前記軌道溝と前記軌道溝に沿って形成された前記転動体が転走するリターン路とが形成されたケーシング，及び前記ケーシングの両端に取り付けられ且つ前記転動体が転走する方向を転換する方向転換路が形成されたエンドキャップを有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の昇降用案内ユニット。
- 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の前記昇降用案内ユニットが組み込まれたステージ装置であって，前記軌道レールの前記下面側で相対移動する下スライダが固定されたベッド，前記ベッドに対して昇降方向であるＺ方向に移動自在であり且つ前記軌道レールの前記上面側で相対移動する上スライダが固定されたテーブル，及び前記軌道レールを前記下スライダと前記上スライダとに対して相対摺動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に移動させるアクチュエータを有することを特徴とするステージ装置。
- 前記アクチュエータは，前記軌道レールに形成された嵌挿穴に取り付けられたボールねじナット，前記ボールねじナットに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸，及び前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項１２に記載のステージ装置。
- 前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段は，モータ又は手動用つまみであることを特徴とする請求項１３に記載のステージ装置。
- 前記ベッドは，少なくとも前記下スライダを固定する底部と前記ボールねじ軸を回転自在に支持する側部とを有していることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のステージ装置。
- 前記ベッドの前記側部と前記テーブルとの間には，直動案内ユニットを構成する別の軌道レール及び前記別の軌道レールに跨架して昇降する別のスライダとが設けられ，前記テーブルは前記別のスライダが前記別の軌道レールに沿って相対移動することによって前記テーブルの昇降移動がガイドされることを特徴とする請求項１５に記載のステージ装置。
- 前記昇降用案内ユニットは，前記ベッド上に水平方向でなるＸ方向に沿って且つ前記Ｘ方向に互いに対向して複数配設され，対向する前記昇降用案内ユニットは，第１昇降用案内ユニットと第２昇降用案内ユニットから成り，前記アクチュエータは，前記第１昇降用案内ユニットの第１軌道レールと前記第２昇降用案内ユニットの第２軌道レールとを互いに逆方向に相対移動させて前記テーブルを前記Ｚ方向に相対移動させることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のステージ装置。
- 前記アクチュエータは，前記第１軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第１ボールねじナット，前記第２軌道レールに形成された嵌挿孔に取り付けられた第２ボールねじナット，及び前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺合し且つ前記ベッドに回転自在に支持されたボールねじ軸から成るボールねじ，並びに前記ボールねじ軸を可逆回転駆動する駆動手段を有し，前記ボールねじは，前記第１ボールねじナットが右ねじ及び左ねじのいずれか一方のねじに形成され，前記第２ボールねじナットが他方のねじに形成され，前記ボールねじ軸には前記第１ボールねじナットと前記第２ボールねじナットとに螺入するねじが形成されていることを特徴とする請求項１７に記載のステージ装置。
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