JP2006255843A - 可動ステージ装置およびステージの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、移動対象物を適宜所定の位置に一時停止させる動作を正確かつ高速に行うことができ、さらに制御装置による制御が簡素化され得る可動ステージ装置およびステージの駆動方法を提供することにある。
【解決手段】
互いに連結された複数のステージ３ａ、３ｂと、該ステージをそれぞれ移動させるアーム部７、８と、シャフト２に軸支され、かつ所定のパターンで形成されたガイド部１０、１１を有しかつアーム部７、８と連結された、少なくとも一つのカムガイド６と、前記アーム部７、８とガイド部１０、１１とでそれぞれ構成される複数のカム機構とを備えた可動ステージ装置１００であって、シャフト２が回転されることでカムガイド６が回転され、カム機構ごとに、ガイド部１０、１１のパターンに応じてアーム部７、８がカム駆動され、該アーム部７、８それぞれに対応するステージ３ａ、３ｂが一時停止されながら移動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可動ステージ装置、およびステージの駆動方法に関する。

従来、物品に加工等の処理を施すために、特許文献１に示すようにステージを例えば２軸方向に駆動する可動ステージ装置が用いられてきた。
図１０（ａ）、（ｂ）は、このような可動ステージ装置７００の一例を示す。
図１０（ａ）、（ｂ）においてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに直交している。
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、従来の可動ステージ装置７００は、例えばサーボモータ等からなる２つのシャフト駆動部１ａ、１ｂと、該シャフト駆動部１ａに回転可能に軸支されたシャフト２ａと、シャフト駆動部１ｂに回転可能に軸支されたシャフト２ｂと、ステージ３を有する。

シャフト２ａは、その外周部分にボール螺子の雄螺子が形成されていて、中心軸がｙ軸方向に一致するように配置されており、前記シャフト駆動部１ａの駆動により前記中心軸を中心に回転駆動される。
シャフト２ｂも同様に、その外周部分にボール螺子の雄螺子が形成されていて、中心軸がｘ軸方向に一致するように配置されており、前記シャフト駆動部１ｂの駆動により前記中心軸を中心に回転駆動される。

ステージ３は、互いに相対的に移動可能に連結された上部ステージ３ａと下部ステージ３ｂと台座３ｃとからなる。
上部ステージ３ａは、下部ステージ３ｂ上に搭載され、シャフト２ａの外周に形成された前記雄螺子と螺子嵌合される雌螺子が内部に貫通形成され、ボール螺子構造によりシャフト２ａとｙ軸方向に移動可能に接続されている。
またこの上部ステージ３ａはその上に加工等を行うために移動させる物品４（以下、移動対象物４と称する）を載置する構成となっている。
下部ステージ３ｂは台座３ｃ上に配置され、上部ステージ３ａと同様に、シャフト２ｂの外周部分に形成された雄螺子と螺子嵌合される雌螺子が内部に貫通形成され、ボール螺子構造によりシャフト２ｂとｘ軸方向に移動可能に接続されている。
シャフト駆動部１ａ、１ｂはそれぞれ制御装置５によって駆動制御される。

このような可動ステージ装置７００では、制御装置５を介してシャフト駆動部１ａ、１ｂをそれぞれ駆動させることにより、下部ステージ３ｂが、シャフト２ｂの回転によりボール螺子の作用でｙ軸方向に移動され、上部ステージ３ａが下部ステージ３ｂ上において、シャフト２ａの回転によりボール螺子の作用でｘ軸方向に移動され、それによってステージ３上の移動対象物４をｘ−ｙ軸平面上の任意の点に移動させることができる。

さて、このような可動ステージ装置７００によるステージ３の駆動では、それぞれの上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂを適宜一時的に停止させることが要求される。
その場合の上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの一時停止動作は、それぞれ、シャフト駆動部１ａ、１ｂの駆動を停止させてシャフト２ａ、２ｂの回転を止めることで行われていた。

特開２０００−２７７５６１号公報

しかし従来の可動ステージ装置７００およびステージ３の駆動方法には３つの課題があった。
まず第一の課題として、移動対象物４を所定の正確な位置で一時停止させるまでに時間がかかりすぎ、移動対象物４の加工等の処理を正確かつ高速に行うことが困難であった。

その理由について説明する。
上述のとおり、上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの移動を停止させるためにはシャフト２ａ、２ｂの回転を止める必要があるが、このときシャフト２ａ、２ｂの制動力に対抗するシャフト２ａ、２ｂの回転慣性力の影響で、シャフト２ａ、２ｂを正確な回転量のところで回転停止させることが難しかった。したがって、上部ステージ３ａと下部ステージ３ｂを、一度の停止動作で、正確な位置で一時停止させることが困難であった。
図１１は、図１０（ａ）、（ｂ）に示した従来の可動ステージ装置７００およびステージ３の駆動方法によって移動対象物４を移動させ停止させるのに要する時間を示す模式的なグラフであり、移動対象物４を移動させ始めてからの時間を横軸にとり、その移動量を縦軸にとったものである。
図１１に示すように、従来の可動ステージ装置７００、およびステージ３の駆動方法では、上述のシャフト２ａ、２ｂの回転慣性力の影響で、規定の移動量Ｌ１に対して移動量過多（図１１中の実線参照）もしくは移動量不足（図１１中の一点鎖線参照）が起こるため、その度に、シャフト駆動部１ａ、１ｂを順方向または逆方向に適宜回転駆動させて移動量を補正していた。したがって移動対象物４の位置を所望の位置で停止させるまでにどうしても時間がかかってしまい、所望の時間Ｔ１以内で上部ステージ３ａ、３ｂの位置を停止させることが困難であった。

第二の課題として、従来の可動ステージ装置７００、およびステージ３の駆動方法では、シャフト駆動部１ａ、１ｂの回転駆動量がそのままシャフト２ａ、２ｂの回転駆動量として伝達され、その回転駆動量で上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの停止位置が決まってしまうので、シャフト駆動部１ａ、１ｂとして、サーボモータのように高い精度でモータの回転駆動量を決めることができるモータではなく、例えばパルス波による制御を行うステッピングモータなど、回転駆動量の制御精度の低いモータを使用した場合、これら上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂを所定の位置で正確に一時停止させることが困難であった。

第三の課題として、従来の可動ステージ装置７００、およびステージ３の駆動方法では、制御装置５を有する場合、ｘ軸、ｙ軸それぞれで別々のシャフト駆動部１ａ、１ｂを駆動することで、下部ステージ３ｂ、上部ステージ３ａをそれぞれ位置制御していたため、制御装置５ではそれらｘ軸、ｙ軸を連動させて制御する必要があり、制御装置５による制御が複雑になってしまっていた。

本発明の目的は、移動対象物を適宜所定の位置に一時停止させる動作を正確かつ高速に行うことができ、さらに制御装置を有する場合には該制御装置による制御が簡素化され得る可動ステージ装置およびステージの駆動方法を提供することにある。

請求項１に記載された本発明の可動ステージ装置は、それぞれ異なる方向および／または角度に移動可能に互いに連結された複数のステージと、前記複数のステージをそれぞれ移動させる複数のアーム部と、シャフトに軸支され、かつ所定のパターンで形成されたガイド部を有していて、かつ前記アーム部と連結された、少なくとも一つのカムガイドと、前記アーム部と前記ガイド部とでそれぞれ構成される、複数のカム機構とを備えた可動ステージ装置であって、前記シャフトが回転されることによりカムガイドが回転され、前記カム機構ごとに、前記ガイド部のパターンに応じて前記アーム部がカム駆動され、前記複数のアーム部それぞれに対応する前記ステージが一時停止されながら移動されることを特徴とする。

このような可動ステージ装置によれば、前記シャフトが回転することにより、前記カムガイドが回転して、それぞれの前記アーム部が、対応するカムガイドのガイド部のパターンに応じてカム駆動され、それに応じて、対応するステージが一時停止されながら移動される。
つまり本発明では、複数のステージの一時停止動作の際にシャフトの回転を止めないので、該複数のステージの一時停止動作の速度や正確性に、シャフトの制動に対抗したシャフトの回転慣性力の影響が関与しない。
よってそれぞれのステージの高速かつ正確な移動、一時停止動作が実現される。
またこのような可動ステージ装置によれば、該ガイド部のパターンを精密に作り込んでおくことにより、複数のステージを任意の正確な位置まで高速に移動させ一時停止させることができる。
したがってシャフトを回転駆動させ続けることさえできれば、回転駆動量の制御精度の低いモータを使用した場合であっても、所定の位置にそれぞれのステージを正確に移動し、一時停止させることができる。
さらにこのような可動ステージ装置は、１つのシャフトの回転運動を複数の方向や角度の移動に伝達する構造であるため、１つのシャフトの回転を１つの方向にのみ伝達する従来の可動ステージ装置に比較して、制御装置による制御を簡素化することが可能である。

請求項２に記載された本発明の可動ステージ装置は、請求項１に記載のものであって、前記カムガイドに形成されたガイド部は、対応する前記アーム部の一端部を二方向から挟みこむ溝部であることを特徴とする。

このような可動ステージ装置によれば、アーム部の一端部がカムガイドのガイド部に二方向から挟み込まれた状態にガイドされるため、シャフトの回転を高速化させたとしてもアーム部の一端部に振動などが発生しにくく、該アーム部の位置や姿勢の変化がカムガイドのガイド部のパターン変化に良く追従するので、ステージをより正確な位置で一時停止させることができるため、好ましい。

請求項３に記載された本発明の可動ステージ装置は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記カムガイドに形成されたガイド部は、対応する前記アーム部の一端部が押し付けられた、カムガイド端面部に形成された段部であることを特徴とする。

このような可動ステージ装置によれば、アーム部の一端部がカムガイドのガイド部に片側からガイドされるため、可動ステージ装置が小型化されるので好ましい。

請求項４に記載された本発明の可動ステージ装置は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のものであって、少なくとも一つの前記アーム部は、Ｌ字アームであり、前記カムガイドのガイド部のパターンに応じて回動することで、対応する前記ステージを移動させるように構成されていることを特徴とする。

このような可動ステージ装置によれば、Ｌ字アームが回動することで、ガイド部のパターンのある所定の方向における変化に対して、他の方向にステージを移動することができるようになるので好ましい。

請求項５に記載された本発明の可動ステージ装置は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のものであって、少なくとも一つの前記アーム部は、該カムガイドのガイド部のパターンに応じて直進運動することで、対応する前記ステージを移動させるように構成されていることを特徴とする。

このような可動ステージ装置によれば、アーム部が直進運動することで、ガイド部のパターンのある方向における変化を、そのまま同一方向に伝達し、ステージを一時停止させながら移動することができるので好ましい。

請求項６に記載された本発明のステージの駆動方法は、シャフトを回転駆動させ、該シャフトにそれぞれ軸支され、かつ所定のパターンのガイド部を有する、少なくとも一つのカムガイドを回転させ、前記カムガイドに形成されたガイド部のパターンに応じて、複数のアーム部をカム駆動させ、該複数のアーム部のカム駆動に応じて、互いに連結された複数のステージを異なる方向に移動させることを特徴とする。

このようなステージの駆動方法によれば、前記シャフトが回転することにより、前記カムガイドが回転して、それぞれの前記アーム部が、対応するカムガイドのガイド部のパターンに応じてカム駆動され、それに応じて、対応するステージが移動され停止される。
つまり本発明では、複数のステージの停止動作の際にシャフトの回転を止めないので、該複数のステージの一時停止動作の速度や正確性に、シャフトの制動に対抗したシャフトの回転慣性力の影響が関与しない。
よってそれぞれのステージの高速かつ正確な移動、一時停止動作が実現される。
またこのようなステージの駆動方法によれば、該ガイド部のパターンを精密に作り込んでおくことにより、複数のステージを任意の正確な位置まで高速に移動させ、一時停止させることができる。
したがってシャフトを回転駆動させ続けることさえできれば、回転駆動量の制御精度の低いモータを使用した場合であっても、所定の位置にそれぞれのステージを正確に移動し、一時停止させることができる。
さらにこのようなステージの駆動方法によれば、１つのシャフトの回転運動を複数の方向や角度の移動に伝達する方法であるため、１つのシャフトの回転を１つの方向にのみ伝達する従来方法に比較して、制御装置による制御を簡素化することが可能である。

本発明によれば、移動対象物を適宜所定の位置に一時停止させる動作を正確かつ高速に行うことができ、さらに制御装置による制御が簡素化され得る可動ステージ装置およびステージの駆動方法を提供することができる。

（第一の実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一の実施形態となる可動ステージ装置１００の一例を示す平面図である。
図１（ａ）、（ｂ）においてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は互いに直交している。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、可動ステージ装置１００は、例えばサーボモータまたはステッピングモータ等からなるシャフト駆動部１と、該シャフト駆動部１に回転可能に軸支され、ｙ軸方向に中心軸ｙｓを有するシャフト２と、該シャフト２の先端部に軸支されたカムガイド６と、該カムガイド６に図１（ａ）上においてｙ軸方向右側に隣り合って配置されたステージ３と、第一のアーム部７と、第二のアーム部８とを有する。
なお図中の符号５はシャフト駆動部１の駆動を制御する制御装置である。

ステージ３は、ｚ軸方向に順次積層状態に配置された上部ステージ３ａと、下部ステージ３ｂと、台座３ｃとが互いに相対的に移動可能となるように連結されたものであり、上部ステージ３ａ上に移動対象物４を搭載固定する構成である。
下部ステージ３ｂの上面には、ｙ軸方向に形成された溝部９を有する。
台座３ｃは地面に固定されており、その上に下部ステージ３ｂがｘ軸方向に移動可能に連結されており、さらにその上に上部ステージ３ａが、ｙ軸方向に移動可能に連結されている。

図２（ａ）はカムガイド６をｚ軸方向からみた平面図である。図２（ａ）に示すように、カムガイド６は底面部６ａ、６ｂと側面部６ｃを有する略円柱状の形状をしており、その円柱の中心軸が、シャフト２の中心軸ｙｓと一致するように配置されている。
カムガイド６は第一のガイド部１０と第二のガイド部１１とを有し、第一のガイド部１０は、第一のアーム部７とカム機構を形成し、第二のガイド部１１は第二のアーム部８とカム機構を形成している。

まず第一のガイド部１０と第一のアーム部７からなるカム機構について説明する。
図２（ａ）に示すように、カムガイド６は、ｙ軸方向に対して所定のパターンで位置変化するように形成された第一のガイド部１０を有する。
この第一のガイド部１０は、カムガイド６の、ステージ３側に面する底面部６ａ（端面部）において、ｙ軸方向に階段状に形成された段部である。

図２（ｂ）はカムガイド６をｙ軸方向から図２（ａ）中の矢印ｙｖのように見た平面図である。図２（ｂ）に示すように、第一のガイド部１０は、カムガイド６の底面部６ａの端面上を約一周して略円形を描くように形成されている。なお図２（ａ）、（ｂ）において、符号１０ａはｙ軸方向に位置変化しない平坦部であり、符号１０ｂはｙ軸方向に位置変化する傾斜部である。平坦部１０ａと傾斜部１０ｂとの間は、曲線部によるＲ付けが施されている（図に反映せず）。
このようにパターンが形成されたカムガイド６の第一のガイド部１０には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第一のアーム部７の一端部に設けられたガイドローラ７ａが回転可能にｙ軸方向に押し当てられている。

この第一のアーム部７は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ガイドローラ７ａと、直動アーム部７ｂと、バネ部７ｃとを有している。
前記ガイドローラ７ａは、直動アーム部７ｂの一方の端部に回転可能に取り付けられている。またバネ部７ｃは、一方の端部が直動アーム部７ｂに固定され、他方の端部が下部ステージ３ｂに固定され、直動アーム部７ｂを常に第一のカムガイド６ａに対して押し付けるように付勢された状態とされている。
直動アーム部７ｂは、バネ部７ｃのバネ弾性力によって前記ガイドローラ７ａ側が伸縮する略棒状の部材であり、その中央部は上部ステージ３ａに一体に貫通固定されている。

ここで上部ステージ３ａが下部ステージ３ｂに対してｙ軸方向にのみ移動できるよう機械構造的に規制されているので、直動アーム部７ｂも下部ステージ３ｂに対して相対的にｙ軸方向にのみ移動することが可能である。
以上のように第一のガイド部１０と第一のアーム部７とによるカム機構が構成されている。

次に第二のガイド部１１と第二のアーム部８からなるカム機構について説明する。
図２（ａ）に示すように、カムガイド６は、その側面部６ｃに、ｙ軸方向に対して所定のパターンで位置変化するように形成された第二のガイド部１１を有する。この第二のガイド部１１は、カムガイド６の側面部６ｃに開口し、かつｙ軸方向の両側から一定の幅で後述するガイドローラ８ａを挟み込んでガイドするように形成された溝部である。
図２（ｃ）は、図２（ａ）の一点鎖線でカムガイド６を切断しそれを矢印ｙｖのように見た平面断面図である。図２（ｃ）に示すように、第二のガイド部１１はカムガイド６の側面部６ｃの表面上を約一周して略円形を描くように形成されている。なお図面中、符号１１ａはｙ軸方向に位置変化しない平坦部を示し、符号１１ｂはｙ軸方向に位置変化する傾斜部を示している。平坦部１１ａと傾斜部１１ｂとの間は、曲線部によるＲ付けが施されている（図に反映せず）。

このようにパターンが形成されたカムガイド６の第二のガイド部１１には第二のアーム部８のガイドローラ８ａが回転可能に嵌め込まれている。
第二のアーム部８は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ガイドローラ８ａ、８ｃと、Ｌ字アーム部８ｂとを有している。
Ｌ字アーム部８ｂは屈曲部８ｄで折れ曲がりとする略Ｌ字型をした部材であり、一方の端部に前記ガイドローラ８ａが、他方の端部にガイドローラ８ｃがそれぞれ回転可能に取り付けられている。
屈曲部８ｄは台座３ｃに対して軸固定されており、Ｌ字アーム部８ｂが該屈曲部８ｄを中心としてｘ−ｙ平面上で回動することができるような構造になっている。
ガイドローラ８ｃは、下部ステージ３ｂの溝部９に嵌め込まれており、第二のアーム部８の回動に伴って該溝部９内で回転しながらｙ軸方向にのみ移動できるよう規制されている。
以上のように第二のガイド部１１と第二のアーム部８とが構成されている。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、可動ステージ１００の上部ステージ３ａ上には移動対象物４が載置固定され、図１（ｂ）に示すように、可動ステージ装置１００上に把持具１３が位置固定状態に配置されている。
図３（ａ）には把持具１３の平面図を示す。
把持具１３はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸すべての方向で位置固定されており、図１（ｂ）および図３（ａ）に示すように、ピン１２をｘ軸方向に５本把持するもので、ピン１２の把持を解除するとともに次のピン１２が供給され、それらを把持するように構成されている。把持具１３に固定された隣接するピン１２の中心同士の幅は２α（αは移動対象物４の貫通孔１４の中心同士の間隔）である。

図３（ｂ）には移動対象物４の平面図を示す。
図１（ａ）、（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、移動対象物４は、ｘ軸、ｙ軸方向に、等間隔αにて１０×１０で配列された貫通孔１４が形成された板状の基板である。
図３（ｂ）に示すように、移動対象物４の１０×１０の貫通孔１４は、２×１０の貫通孔１４のグループＧ１〜Ｇ５として５列にグループ分けされており、それぞれのグループの貫通孔１４に同時にピン１２が落とし込まれることになる。
この実施形態では、可動ステージ１００により、移動対象物４を連続矢印Ａのようにｘ軸、ｙ軸に交互に移動させる。

図３（ｂ）に示す連続矢印Ａの移動は、より詳細には、次の動作Ｍ−１〜Ｍ−８の動作を５回繰り返すものである。
Ｍ−１：ｘ軸方向に距離αだけ正の向きに移動する。
Ｍ−２：一定時間停止する（このときピン１２の落とし込みを行う）。
Ｍ−３：ｙ軸方向に距離αだけ正の向きに移動する。
Ｍ−４：一定時間停止する（このときピン１２の落とし込みを行う）。
Ｍ−５：ｘ軸方向に距離αだけ負の向きに移動する。
Ｍ−６：一定時間停止する（このときピン１２の落とし込みを行う）。
Ｍ−７：ｙ軸方向に距離αだけ正の方向に移動する。
Ｍ−８：一定時間停止する（このときピン１２の落とし込みを行う）。

このように移動対象物４を移動させるために、第一のガイド部１０、１１が図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すパターンで形成されている。
図４（ａ）は、図２（ｂ）に示すように、第一のガイド部１０のｘ−ｙ軸平面における平面視において、カムガイド６の側面部６ｃが形成する外周円の中心点ＹＣ１（シャフト２中心軸ｙｓが通過する点）と、ガイドローラ７ａの初期配置点ＳＰ１と、ガイドローラ７ａが移動する点ＣＰ１について、円の中心点ＹＣ１を中心に点ＳＰ１と点ＣＰ１とが成す角度θ１と、点ＳＰ１と点ＣＰ１とのｙ軸方向の位置変化量ｙ１の関係（折れ線Ｌ１）を示すカムパターン図である。

図４（ｂ）は、図２（ｃ）に示すように、第二のガイド部１１のｘ−ｙ軸平面における平面視において、カムガイド６の側面部６ｃが形成する外周円の中心点ＹＣ２（シャフト２中心軸ｙｓが通過する点）と、ガイドローラ８ａの初期配置点ＳＰ２と、ガイドローラ８ａが移動する点ＣＰ２について、円の中心点ＹＣ２を中心に点ＳＰ２と点ＣＰ２とが成す角度θ２と、点ＳＰ２と点ＣＰ２とのｙ軸方向の位置変化量ｙ２の関係（折れ線Ｌ２）を示すカムパターン図である。

第一のガイド部１０のパターンは、図４（ａ）の折れ線Ｌ１に示すように、まず最初の角度範囲ではｙ軸方向に位置変化せず（平坦部１０ａに対応）、次の角度範囲でｙ軸方向の正の向きに位置変化する（傾斜部１０ｂに対応）、というパターンを順次繰り返すものである。
第二のガイド部１１のパターンは、図４（ｂ）の折れ線Ｌ２に示すように、まず最初の角度範囲ではｙ軸方向の正の向きに位置変化し（傾斜部１１ｂに対応）、次の角度範囲でｙ軸方向に位置変化せず（平坦部１１ａに対応）、さらに次の角度範囲でｙ軸方向の負の向きに位置変化し、さらに次の範囲ではｙ軸方向に位置変化しない、というパターンを繰り返すものである。

以下、可動ステージ装置１００を用いた、移動対象物４の貫通孔１４へのピン１２の落とし込み動作の例について説明する。
まず初期状態として図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ピン１２を把持した把持具１３と移動対象物４の位置を相対的に調整し、Ｈ１−１、Ｈ２−１、Ｈ３−１、Ｈ４−１、Ｈ５−１の位置（図３（ｂ）参照）にある貫通孔１４上に、把持具１３に把持されたピン１２のそれぞれを位置させる。
この状態で、制御装置５からの指令により、シャフト駆動部１を駆動し、一定速度でシャフト２を略一回転させる。これにより、シャフト２と一体に固定されたカムガイド６もシャフト２の中心軸ｙｓを中心に回転する。

このようにカムガイド６が回転することにより、第一のアーム部７のガイドローラ７ａは第一のガイド部１０の平坦部１０ａと傾斜部１０ｂを図４（ａ）に示すパターンで通過する。
ガイドローラ７ａが平坦部１０ａを通っているとき、すなわち第一のガイド部１０のｙ軸方向の位置変化がないときは、ガイドローラ７ａのｙ軸方向の位置変化もないので、第一のアーム部７の位置変化による上部ステージ３ａの移動は生じない。
ガイドローラ７ａが傾斜部１０ｂを通っているときは、すなわち第一のガイド部１０のｙ軸方向の位置変化があるときは、ガイドローラ７ａもそれに応じてｙ軸方向に位置変化するため、直動アーム部７ｂはバネ部７ｃによる付勢力に抗ってｙ軸方向に移動する（カム駆動される）。
したがって直動アーム部７ｂと一体に固定された上部ステージ３ａは下部ステージ３ｂ上においてｙ軸方向に移動する。
このとき第一のアーム部７はバネ部７ｃのバネ弾性力により常に第一のガイド部１０に押し付けられているので、直動アーム部７ｂの動作は常に第一のガイド部１０のｙ軸方向の位置変化に追従する。

また上述のようにカムガイド６が回転することにより、第二のアーム部８のガイドローラ８ａは第二のガイド部１１の平坦部１１ａと傾斜部１１ｂを図４（ｂ）に示すパターンで通過する。
ガイドローラ８ａが平坦部１１ａを通っているとき、すなわち第二のガイド部１１のｙ軸方向の位置変化がないときは、ガイドローラ８ａのｙ軸方向の位置変化もないので、第二のアーム部８の位置変化による下部ステージ３ｂの移動は生じない。

ガイドローラ８ａが傾斜部１１ｂを通っているとき、すなわち第二のガイド部１１のｙ軸方向の位置変化があるときは、第二のアーム部８のガイドローラ８ａもそれに応じてｙ軸方向に位置変化する。
ここで屈曲部８ｄは軸固定されているため、第二のアーム部８は該屈曲部８ｄを中心に回動することになる（カム駆動される）。このときガイドローラ８ａが作用点、屈曲部８ｄが支点、ガイドローラ８ｃが力点となるテコの原理が作用し、ガイドローラ８ｃから下部ステージ３ｂにｘ軸方向に回転モーメントによる押圧力が付与される。
下部ステージ３ｂは、台座３ｃ上においてｘ軸方向にのみ移動するよう規制されているため、上述の回転モーメントによりｘ軸方向に移動する。
なおこのときガイドローラ８ｃは下部ステージ３ｂとともにｘ軸方向に移動しながら、ｙ軸方向にも溝部９内において移動することで、回動することができる。

ここで図４（ａ）に示すように、カムガイド６の第一のガイド部１０はｙ軸方向の一つの側に変化するようなパターンで形成されているため、上部ステージ３ａはｙ軸方向の１つの側に距離ｄずつ位置変化する。また図４（ｂ）に示すように、第二のガイド部１１はｙ軸方向で２点間を往復するパターンに形成されているため、下部ステージ３ｂはｘ軸方向の距離ｄの２点間を往復移動するように位置変化する。

このような上部ステージ３ａの動作と下部ステージ３ｂの動作の連動をより詳細に説明する。図５は、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す折れ線Ｌ１（第一のガイド部１０に対応）と折れ線Ｌ２（第二のガイド部１１に対応）の対応関係の一部を詳細に示す説明図である。図５においては、折れ線Ｌ１と折れ線Ｌ２を、上記Ｍ−１〜Ｍ８の動作ごとに点線により領域分けして示している。

図５に示すように、動作Ｍ−１に対応する領域においては、第二のガイド部１１のパターンはｙ軸方向の正の向きに変化が生じるように規定されており、下部ステージ３ｂがｘ軸方向に移動する。またこの領域では、第一のガイド部１０のパターンはｙ軸方向に位置変化しないよう規定されており、上部ステージ３ａはｙ軸方向に移動しない。
したがって移動対象物４はｘ軸方向の正の向きに移動する。

また図５に示すように、動作Ｍ−５に対応する領域においては、第二のガイド部１１のパターンはｙ軸方向の負の向きに変化が生じるように規定されており、下部ステージ３ｂがｘ軸方向に移動する。またこの領域では、第一のガイド部１０のパターンはｙ軸方向に位置変化しないよう規定されており、上部ステージ３ａはｙ軸方向に移動しない。
したがって移動対象物４はｘ軸方向の負の向きに移動する。

同様に動作Ｍ−３とＭ−７に対応する領域においては、第一のガイド部１０のパターンはｙ軸方向に変化が生じるように規定されており、上部ステージ３ａがｙ軸方向に移動する。またこれらの領域では、第二のガイド部１１のパターンはｙ軸方向に位置変化しないよう規定されており、下部ステージ３ｂはｘ軸方向に移動しない。
したがって移動対象物４はｙ軸方向の正の向きに移動する。

またそれ以外の動作Ｍ−２、Ｍ−４、Ｍ−６、Ｍ−８に対応する領域においては、いずれの第一のガイド部１０、１１のパターンはｙ軸方向に位置変化しないよう規定されており、上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂとも全く移動しない。
したがって移動対象物４は位置停止する。

このように、ステージ３上の移動対象物４は、動作Ｍ−１〜Ｍ−８を５回繰り返し、図３（ｂ）の連続矢印Ａに示すように移動される。

上述のような動作の中で移動対象物４が位置停止するタイミングのそれぞれで、制御装置５の制御に従ってピン１２を把持していた把持具１３による５本のピン１２の把持を同時に解除し、該５本のピン１２をそれぞれに対応した貫通孔１４内に、落とし込んでいく。例えばグループＧ１においては、最初のＨ１−１の位置の貫通孔１４から連続矢印Ｓの順番にピン１２が落とし込まれる。
なお把持具１３には、次のピン１２の落とし込みのタイミングまでに次のピン１２が供給される。
このように、ステージ３を順次移動させた後に位置停止させ、その位置でピン１２を５本ずつ落とし込む、という動作を２０回繰り返すことで、移動対象物４の全ての貫通孔１４に、計１００本のピン１２を落とし込むことができる。

図７は第一の実施形態の可動ステージ装置１００とステージ３の駆動方法において、移動対象物４を移動させ停止させるのに要する時間を示す模式的なグラフであり、移動対象物４を移動させ始めてからの時間を横軸にとり、その移動量を縦軸にとったものである。
図７において実線は第一の実施形態の場合を示し、一点鎖線は参考として、従来例（図１０（ａ）、（ｂ）参照）における移動量過多の場合を示す。
図７に示すように、第一の実施形態の可動ステージ装置１００とステージ３の駆動方法によれば、移動対象物４を所望の移動量Ｌ１まで移動させるのに要する時間を、従来例よりも格段に早くすることができ、規定の時間Ｔ１以内、という目標時間を十分クリアできる。

尚、第一の実施形態においては、動作Ｍ−１とＭ−５に対応する領域における第一のガイド部１０、１１のそれぞれのパターンを規定する際に次の点も考慮されている。
すなわち上述の動作Ｍ−１、Ｍ−５では、第二のガイド部１１のパターンのｙ軸方向の変化により、下部ステージ３ｂがｘ軸方向に移動するとともに、その上に固定された上部ステージ３ａ、および該上部ステージ３ａと固定された第一のアーム部７もｘ軸方向に移動することになる。
したがって、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ガイドローラ７ａと第一のガイド部１０の接触位置がｘ軸方向に矢印Ｋのように変化してしまう（以下、ガイドローラ７ａの接触位置ずれと称する）。

その場合、第一のガイド部１０、１１のパターンの組み合わせによっては、本来は平坦部１０ａ上を通過しているべきガイドローラ７ａが傾斜部１０ｂを通過することになる等の不都合が生じ、上部ステージ３ａが所望の動作をしなくなる可能性がある。
図５のガイド部１０、１１のパターンに示すように、第一のガイド部１０の動作Ｍ−１、Ｍ−５に対応する領域と隣接する、動作Ｍ−２、Ｍ−６の領域は、該動作Ｍ−１、Ｍ−５の領域から連続する平坦部１０ａとして形成されているため、これが上記ガイドローラ７ａの接触位置ずれに対する位置ずれ代となることでこのような問題が未然に防止されている。

以上のように第一の実施形態の可動ステージ装置１００とステージ３の駆動方法によれば、シャフト２が回転することにより、カムガイド６が回転して、第一のアーム部７と第二のアーム部８が、対応するカムガイド６の第一のガイド部１０、１１のパターンに応じて位置または姿勢が変化し、それに応じて、対応する上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂが一時停止されながら移動される。
つまり可動ステージ装置１００では、上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの停止動作の際にシャフト２の回転を止めないので、シャフト２の回転制動時の回転慣性力の影響は該上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの一時停止動作に対して、関係しない。
よってそれぞれの上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂの高速かつ正確な一時停止動作が実現される。

またこのような可動ステージ装置１００とステージ３の駆動方法によれば、ガイド部１０、１１のパターンを精密に作り込んでおけば、シャフト駆動部１を回転駆動させ続けたままで、上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂを任意の正確な位置まで移動させ、停止させることができる。
したがってそれぞれの上部ステージ３ａ、下部ステージ３ｂを非常に正確な位置で一時停止させることが要求される場合であっても、シャフト駆動部１として回転駆動量の制御精度の低いステッピングモータなどのモータを使用することができる。

さらにこのような可動ステージ装置１００は、１つのシャフト２の回転運動を複数の方向（ここではｘ軸方向とｙ軸方向）に伝達する構造であるため、１つのシャフト２の回転を１つの方向にのみ伝達する従来の可動ステージ装置（図１０（ａ）、（ｂ）参照）に比較して、制御装置５による制御を簡素化することが可能である。

また第一の実施形態の可動ステージ装置１００およびステージ３の駆動方法によれば、第二のアーム部８のガイドローラ８ａがカムガイド６ｂの第二のガイド部１１に二方向から挟み込まれた状態にガイドされるため、シャフト２を高速に回転させたとしてもガイドローラ８ａにぶれや振動などが発生しにくく、第二のアーム部８の位置や姿勢の変化が第二のガイド部１１のパターン変化に良く追従するので、より正確に下部ステージ３ｂを動作・停止させることができるため、好ましい。

また第一の実施形態の可動ステージ装置１００およびステージ３の駆動方法によれば、第一のアーム部７のガイドローラ７ａがカムガイド６の底面部６ａ端面に形成された第一のガイド部１０に片側から押し付けられガイドされるため、可動ステージ装置１００が小型化されるので好ましい。

また第一の実施形態の可動ステージ装置１００およびステージ３の駆動方法によれば、１つのカムガイド６に複数のガイド部１０、１１が形成されているので、カムガイド６全体が小型化されるので好ましい。
また仮に複数のカムガイド６をシャフト２に組み付けることを考えた場合、その組み付け精度が低いと、それぞれのアーム部７、８同士の位置または姿勢の変化のタイミングのずれが生じることが懸念されるが、１つのカムガイド６に複数のガイド部１０、１１を設けた第一の実施形態ではそれを防止することができるので好ましい。

またカムガイド６のガイド部１０、１１は、シャフト２の軸線方向ｙｓでパターンの変化がつくように形成されている。このように略円柱体形状をなすカムガイド６の側面部において、円柱体の高さ方向にガイド部１０、１１のパターンを形成するのは円柱体の径方向にパターンを形成するよりも容易かつ精密に行うことができる。したがって、ステージ３を精密に、もしくは複雑なパターンで移動させるのに適している。

また第一の実施形態の可動ステージ装置１００およびステージ３の駆動方法によれば、Ｌ字アーム部８ｂを回動させることにより、テコの原理でガイドローラ８ａが受けるｙ軸方向の力をガイドローラ８ｃ側でｘ軸方向の力に変換して下部ステージ３ｂをｘ軸方向に移動させている。
このように第二のアーム部８にテコの原理を応用することで下部ステージ３ｂの移動方向を任意に決定できる。

（第二の実施形態）
図８（ａ）に第二の実施形態の可動ステージ装置２００を示す。
図８（ａ）に示す可動ステージ装置２００は、カムガイド１５に形成された１つのガイド部１６に対して、２つのアーム部７，８の一端部がそれぞれ接続されてカム機構が形成されている。なおその他の点では、可動ステージ装置１００と同様に構成されている。
可動ステージ装置２００は、ｘ軸とｙ軸の移動が互いに所定のタイミングずれて同じ動作で繰り返される場合に、必要とされるガイド部の数を削減し、カムガイド１５を小型化できる点で好ましい。

（第三の実施形態）
図８（ｂ）に第三の実施形態の可動ステージ装置３００を示す。
図８（ｂ）の可動ステージ装置３００は、略円柱体形状をなすカムガイド１７のそれぞれのガイド部１８、１９が両方とも底面部１７ａ、１７ｂの端面に形成された段部からなる。なおその他の点では、可動ステージ装置１００と同様に構成されている。
ここで、第二のアーム部８も第一のアーム部７と同様にバネ部８ｅでガイド部１９に押し付けることにより、ガイドローラ８ａをガイド部１９のパターンの変化に追従させている。
このような可動ステージ装置３００では、カムガイド１７の底面部１７ａ、１７ｂの端面を用いたカム機構を複数形成しているため、カムガイドが小型化され、好ましい。

（第四の実施形態）
図８（ｃ）に第四の実施形態の可動ステージ装置４００を示す。
図８（ｃ）の可動ステージ装置４００は、第一の実施形態中のカムガイド６が別体のカムガイド２４、２５として構成されており、その他の点では、可動ステージ装置１００と同様に構成されている。
この場合、例えばカムガイド２４のみを異なるパターンの第一のガイド部１０が形成されたものに変更することができる利点がある。

（第五の実施形態）
図９に第五の実施形態の可動ステージ装置５００を示す。
図９の可動ステージ装置５００は、ステージ３と、略円柱体形状のカムガイド２０を有している。
ステージ３は、ｙ軸方向に移動する上部ステージ３ａと、該上部ステージ３ａの下部に配置されｘ軸方向に移動する下部ステージ３ｂと、該下部ステージ３ｂの側面に配置されｚ軸方向に移動する側面ステージ３ｄと、該側面ステージ３ｄに軸支されｚ軸方向を中心に回動する回動ステージ３ｅと、前記側面ステージ３ｄをｚ軸方向に移動可能に支持する台座３ｆを有する。

ガイド部２１ａは、第一の実施形態の第一のガイド部１０と同様に、カムガイド２０の底面部に形成された段部からなり、第一のアーム部７とカム機構を形成し、上部ステージ３ａをｙ軸方向に移動させる。
ガイド部２１ｂは、第一の実施形態の第二のガイド部１１と同様に、カムガイド２０の側面部に形成された溝部からなり、第二のアーム部８とカム機構を形成し、下部ステージ３ｂをｘ軸方向に移動させる。
ガイド部２１ｃは、第一の実施形態の第二のガイド部１１と同様に、カムガイド２０の側面部に形成された溝部からなり、第三のアーム部２２とカム機構を形成し、下部ステージ３ｂが固定されｚ軸方向に移動可能な側面ステージ３ｄをｚ軸方向に移動させる。
ガイド部２１ｄは、第一の実施形態の第二のガイド部１１と同様に、カムガイド２０の側面部に形成された溝部からなり、第四のアーム部２３とカム機構を形成し、側面ステージ３ｄが固定されｚ軸方向を中心に回動する回動ステージ３ｅを回動させる。
可動ステージ装置５００はその他の点では第一の実施形態の可動ステージ１００と同様に構成されている。
可動ステージ装置５００によれば、移動対象物４をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の任意の方向およびｘ−ｙ平面上の任意の角度に移動することができる。

このように本発明の可動ステージ装置およびステージの駆動方法は、ｘ軸、ｙ軸の２軸方向に限定されず、任意の数の任意の方向および／または角度にステージを移動させることができる。

第一の実施形態の可動ステージ装置を示す平面図であり、（ａ）はｘ−ｙ平面視を示し、（ｂ）はｙ−ｚ平面視を示す。 図１の可動ステージ装置に使用されるカムガイドの説明図であり、（ａ）はｚ軸方向からみた平面図、（ｂ）はｙ軸方向からみた平面図、（ｃ）は前記（ａ）に示す一点鎖線で切った断面をｙ軸方向からみた断面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示された把持具の平面図、（ｂ）は図１（ａ）、（ｂ）に示された移動対象物の平面図である。 （ａ）はカムガイドの第一のガイド部のパターンを示すカムパターン図であり、（ｂ）はカムガイドの第二のガイド部のパターンを示すカムパターン図である。 図４（ａ）と図４（ｂ）に示す線Ｌ１と線Ｌ２の対応関係の一部を詳細に示す説明図である。 図１（ａ）、（ｂ）に示す可動ステージ装置の一部平面図を示し、（ａ）は第二のアーム部が回動する前の状態を示し、（ｂ）は第二のアーム部が回動した後の状態を示す。 上部ステージまたは下部ステージがある点からある点まで移動し始め、停止するまでの時間を横軸にとり、その移動量を縦軸にとった模式的なグラフであって、実線は図１（ａ）、（ｂ）の第一の実施形態の可動ステージのもので、一点鎖線は図１０の従来の可動ステージのものである。 （ａ）は第二の実施形態の可動ステージを示す平面図であり、（ｂ）は第三の実施形態の可動ステージを示す平面図であり、（ｃ）は第四の実施形態の可動ステージを示す平面図である。 第五の実施形態の可動ステージを示す平面図である。 従来の可動ステージ装置の説明図であって、(ａ)は平面図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で切断したところからみた一部断面図である。 図１０の従来の可動ステージ装置において上部ステージまたは下部ステージがある点からある点まで移動し始め、停止するまでの時間を横軸にとり、その移動量を縦軸にとった模式的なグラフである。

符号の説明

１ シャフト駆動部
２、２ａ、２ｂ シャフト
３ ステージ
３ａ 上部ステージ
３ｂ 下部ステージ
３ｃ 台座
４ 移動対象物
５ 制御装置
６ カムガイド
６ａ、６ｂ 底面部
６ｃ 側面部
７ 第一のアーム部
７ａ ガイドローラ
７ｂ 直動アーム部
７ｃ バネ部
８ 第二のアーム部
８ａ ガイドローラ
８ｂ Ｌ字アーム部
８ｃ ガイドローラ
８ｄ 屈曲部
８ｅ バネ部
９ 溝部
１０ ガイド部
１１ ガイド部
１２ ピン
１３ 把持具
１４ 貫通孔
１５ カムガイド
１６ ガイド部
１７ カムガイド
１８ ガイド部
１９ ガイド部
２０ カムガイド
２１ａ〜２１ｅ カムガイド
２２ 第三のアーム部
２３ 第四のアーム部
２４、２５ カムガイド
１００、２００、３００、４００、５００、７００ 可動ステージ装置

Claims (6)

1. それぞれ異なる方向および／または角度に移動可能に互いに連結された複数のステージと、
   前記複数のステージをそれぞれ移動させる複数のアーム部と、
   シャフトに軸支され、かつ所定のパターンで形成されたガイド部を有していて、かつ前記アーム部と連結された、少なくとも一つのカムガイドと、
   前記アーム部と前記ガイド部とでそれぞれ構成される、複数のカム機構と
   を備えた可動ステージ装置であって、
   前記シャフトが回転されることによりカムガイドが回転され、前記カム機構ごとに、前記ガイド部のパターンに応じて前記アーム部がカム駆動され、前記複数のアーム部それぞれに対応する前記ステージが一時停止されながら移動されること
   を特徴とする可動ステージ装置。
2. 前記カムガイドに形成されたガイド部は、対応する前記アーム部の一端部を二方向から挟みこむ溝部であること
   を特徴とする請求項１記載の可動ステージ装置。
3. 前記カムガイドに形成されたガイド部は、対応する前記アーム部の一端部が押し付けられた、カムガイド端面部に形成された段部であること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の可動ステージ装置。
4. 少なくとも一つの前記アーム部は、Ｌ字アームであり、前記カムガイドのガイド部のパターンに応じて回動することで、対応する前記ステージを移動させるように構成されていること
   を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の可動ステージ装置。
5. 少なくとも一つの前記アーム部は、該カムガイドのガイド部のパターンに応じて直進運動することで、対応する前記ステージを移動させるように構成されていること
   を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の可動ステージ装置。
6. シャフトを回転駆動させ、
   該シャフトにそれぞれ軸支され、かつ所定のパターンのガイド部を有する、少なくとも一つのカムガイドを回転させ、
   前記カムガイドに形成されたガイド部のパターンに応じて、複数のアーム部をカム駆動させ、該複数のアーム部のカム駆動に応じて、互いに連結された複数のステージを異なる方向に移動させる
   ことを特徴とするステージの駆動方法。
   

Images