JP2007057256A - Xy stage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は微小位置合わせを行うXYステージに関するものである。 The present invention relates to an XY stage that performs fine alignment.
従来の微小位置決め機構においては、図4に示すように弾性ヒンジによる2軸分の並進ステージを組み合わせてXYステージを構成していた。図4において、ベース1に弾性ヒンジ8aを介してスライド・ベース7が設置され、スライド・ベース7に弾性ヒンジ8bを介してスライダが設置されている。また、ベース1のネジ穴と係合するネジ4aはスライド・ベース7に当接し、スライド・ベース7のネジ穴と係合するネジ4bはスライダに当接する。すなわち、ネジ4aをねじ込むことでスライダ2はX方向に変位し、ネジ4bをねじ込むことでスライダ2はY方向に変位する。
In the conventional minute positioning mechanism, as shown in FIG. 4, an XY stage is configured by combining two translational stages using elastic hinges. In FIG. 4, a
しかし、このように単軸の弾性ヒンジを組み合わせて2段とした場合、XYステージが大きくなる問題があった。また、弾性ヒンジはZ方向の剛性は高くないため、弾性ヒンジのみでZ方向を支持することは難しかった。 However, when the single-axis elastic hinge is combined into two stages as described above, there is a problem that the XY stage becomes large. Further, since the elastic hinge is not high in rigidity in the Z direction, it is difficult to support the Z direction only with the elastic hinge.
また、従来技術としては、図5に示すように弾性ヒンジを鉤型に組み合わせた鉤型弾性ヒンジ9を用いてスライダ2を支持するXYステージがあった。この場合、1段のステージでXY方向の2軸の位置決めが可能となる。
As a conventional technique, as shown in FIG. 5, there is an XY stage that supports the
さらに、図5に示す鉤型弾性ヒンジをスライダを囲むように配置し、デットスペースを小さくする例もある。 Further, there is an example in which the saddle type elastic hinge shown in FIG. 5 is arranged so as to surround the slider to reduce the dead space.
しかし、図5の構成においてXY方向の変位をさせると、2軸の変位により鉤型弾性ヒンジ9において歪みが重畳する。この様子を図6の曲げモーメント線図に示す。これにより鉤型弾性ヒンジ9の固定端等での応力の重畳から、図7のように動作を制限しなければならない。
手動により位置決めをする場合、操作を簡便にする必要から矩形の範囲とするが、図6のように2つの部材10a、10bから構成される鉤型弾性ヒンジ9の場合、図7より稼働範囲が1軸のみを変化させる場合より小さくなる。
However, when the displacement in the XY direction is performed in the configuration of FIG. 5, distortion is superimposed on the saddle-type
When positioning manually, the range is rectangular because it is necessary to simplify the operation. However, in the case of the saddle-type
なお、従来技術としては、ネジを用いて微小の位置合わせを行うカンチレバー調整ユニットがある(例えば、特許文献1)。 In addition, as a prior art, there exists a cantilever adjustment unit which performs micro position alignment using a screw (for example, patent document 1).
本発明が解決しようとする問題点は、2軸分の並進ステージを組み合わせるとXYステージの形状が大きくなるという点である。また、鉤状弾性ヒンジを用いてXYステージを構成すると鉤状弾性ヒンジに2方向の歪みが重畳し、動作制限をしなければないという点である。さらに、従来の弾性ヒンジはZ方向の剛性が高くないため、ガイド機能が十分でないという点である。 The problem to be solved by the present invention is that the shape of the XY stage becomes large when a translation stage for two axes is combined. Further, when an XY stage is configured using a hook-shaped elastic hinge, distortion in two directions is superimposed on the hook-shaped elastic hinge, and the operation must be restricted. Furthermore, since the conventional elastic hinge does not have high rigidity in the Z direction, the guide function is not sufficient.
請求項1の発明は、移動体と、前記移動体のX方向及びY方向に当接する押圧手段と、前記移動体のX方向及びY方向に当接し、中心軸はXY平面に対して垂直であり、弾性作用によって前記移動体の位置を保持する筒状弾性体と、を備えるXYステージであって、前記押圧手段の押圧に応じて前記移動手段がXY平面内において移動自在なXYステージである。
The invention according to
請求項2の発明は、前記筒状弾性体はX方向及びY方向においてそれぞれ2個で、前記移動体を挟むよう構成したことを特徴とする請求項1に記載したXYステージである。 A second aspect of the present invention is the XY stage according to the first aspect, wherein two cylindrical elastic bodies are provided in each of the X direction and the Y direction so as to sandwich the movable body.
請求項3の発明は、前記筒状弾性体が筒状ばねであることを特徴とする請求項1又は2に記載したXYステージである。 A third aspect of the present invention is the XY stage according to the first or second aspect, wherein the cylindrical elastic body is a cylindrical spring.
請求項4の発明は、前記移動体を囲む枠体を備え、前記押圧手段が前記枠体に係合したねじであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載したXYステージである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the XY stage according to any one of the first to third aspects, the frame includes a frame surrounding the movable body, and the pressing means is a screw engaged with the frame. is there.
請求項5の発明は、前記移動体を囲む枠体を備え、前記押圧手段が前記枠体に設置されたマイクロメータであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載したXYステージである。
The invention according to claim 5 is an XY stage according to any one of
本発明により筒状弾性体を用いてXYステージを構成することで、1段のステージでX、Y方向の2軸の位置決めが可能となり、コンパクトに構成できる。また、筒状弾性ヒンジは2方向の歪みが重畳せず、応力集中が生じないため稼働範囲を広くとれる。また、筒状弾性ヒンジはZ方向の剛性が高いため、ガイド機能が高くなる。 By configuring the XY stage using the cylindrical elastic body according to the present invention, the two-axis positioning in the X and Y directions can be performed with a single stage, and the structure can be made compact. In addition, since the cylindrical elastic hinge does not overlap in two directions and stress concentration does not occur, the operating range can be widened. Further, since the cylindrical elastic hinge has high rigidity in the Z direction, the guide function is enhanced.
本発明の構成を図1を用いて説明する。図1の上図はXYステージの平面図であり、下図は正面図である。枠体であるベース1の内側の4辺には、それぞれ筒状弾性体である金属製の筒状バネ3a、3b、3c、3dが内接しており、筒状バネ3a、3b、3c、3dの内側には図示しない試料等が置載される移動体であるスライダ2が4方を挟まれて構成されている。
The configuration of the present invention will be described with reference to FIG. The upper view of FIG. 1 is a plan view of the XY stage, and the lower view is a front view. Metal
筒状バネ3a、3b、3c、3dとスライダ2は固定されていない。弾性ヒンジは、剛体とみなせるスライダやベースに固定される場合、応力集中が固定端において生じ、これを緩和するために端部の形状が大きくなったり、応力集中を配慮して変位量を制限しなければならない。しかし、本発明では弾性ヒンジを筒状バネとし、スライダやベースに固定しないため、応力集中を生じず、これらの配慮が不要となる。すなわち、スライダ2は筒状バネ3a、3b、3c、3dをつぶすことによる反力から生じる摩擦力により位置が保持されている。
The
図3のように、筒状バネには後述するネジより大きな貫通穴6が構成されている。図1において、ベース1の2カ所に設けられたネジ穴にはネジ4a、4bが貫通して係合しており、筒状バネの穴6を経て、スライダ2に当接している。
As shown in FIG. 3, the cylindrical spring has a through-
以上、図1における各部の構成について説明したが、次に動作について説明する。図2は図1のXYステージのスライダ2が変位した図である。図2において、ネジ4aをねじ込むことによりスライダは−X方向に並進する。このとき、筒状バネ3cはスライダ2の移動分変位し、スライダ2を介してネジ4a及び筒状バネ3aに反力を作用して釣り合い、並進方向の位置が決まる。並進方向に直交するY方向には、筒状バネ3b、3dからの反力の釣り合いにより位置が保たれるが、筒状バネ3b、3dはスライダ2の移動量に半分の距離である変位5だけ移動し、並進による反力は生じない。このように、X方向の応力がY方向に重畳しないため、XYステージの移動範囲をX方向、Y方向とも単独の最大変位量とすることができる。
The configuration of each unit in FIG. 1 has been described above. Next, the operation will be described. FIG. 2 is a diagram in which the
また、筒状弾性ヒンジは中心軸方向の剛性が高いため中心軸を移動平面に対して垂直であるZ方向に合わせた場合、筒状バネ3a、3b、3c、3dとスライダ2との摩擦力のみでZ方向の位置を保持してガイドを行うことができる。
Further, since the cylindrical elastic hinge has high rigidity in the central axis direction, the frictional force between the
Y方向の並進に関しては同様に、ネジ4bをねじ込むことによりスライダは+Y方向に並進する。このとき、筒状バネ3dはスライダ2の移動分変位し、スライダ2を介してネジ4b及び筒状バネ3bに反力を作用して釣り合い、並進方向の位置が決まる。並進方向に直交するX方向には、筒状バネ3a、3cからの反力の釣り合いにより位置が保たれるが、筒状バネ3a、3cはスライダ2の移動量に半分の距離である変位だけ移動し、並進による反力は生じない。
Similarly, the translation in the Y direction causes the slider to translate in the + Y direction by screwing the
以上、動作について説明したが、本発明により筒状弾性体を用いてXYステージを構成することで、1段のステージでXYの2軸の位置決めが可能となり、コンパクトに構成できるという効果が得られる。また、筒状弾性体は加えた方向の歪みが直角方向に重畳しないため稼働範囲を広くとれる。また、筒状弾性ヒンジはZ方向の剛性が高いため、摩擦力によりスライダを保持してる構造でもZ方向のガイド機能が十分である。 Although the operation has been described above, by configuring the XY stage using the cylindrical elastic body according to the present invention, it is possible to position the two axes of XY with one stage, and the effect that it can be configured compactly is obtained. . In addition, the cylindrical elastic body has a wide operating range because the strain in the applied direction does not overlap in the perpendicular direction. Further, since the cylindrical elastic hinge has high rigidity in the Z direction, the guide function in the Z direction is sufficient even in a structure in which the slider is held by a frictional force.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ネジは差動ネジでもよく、マイクロメータでもよい。
また、筒状バネは筒状ゴム、筒状シリコン等の筒状弾性体でもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the screw may be a differential screw or a micrometer.
The cylindrical spring may be a cylindrical elastic body such as cylindrical rubber or cylindrical silicon.
1 ベース
2 スライダ
3 筒状ばね
3a 筒状ばね
3b 筒状ばね
3c 筒状ばね
3d 筒状ばね
4a ネジ
4b ネジ
5 変位
6 貫通穴
7 スライド・ベース
8a 弾性ヒンジ
8b 弾性ヒンジ
9 鉤型弾性ヒンジ
10a 部材
10b 部材
11 外力F
12 外力F’
13 Mm1
14 Mm2
15 Mmb
16 鉤型ばねによる実用作動範囲
17 鉤型ばねによる最大応力時の変位
18 筒状ばねによる作動範囲
19 中心軸
DESCRIPTION OF
12 External force F '
13 M m1
14 M m2
15 M mb
16 Practical operating range with
Claims (5)
前記移動体のX方向及びY方向に当接する押圧手段と、
前記移動体のX方向及びY方向に当接し、中心軸はXY平面に対して垂直であり、弾性作用によって前記移動体の位置を保持する筒状弾性体と、を備えるXYステージであって、
前記押圧手段の押圧に応じて前記移動手段がXY平面内において移動自在なXYステージ。 A moving object,
A pressing means for contacting the moving body in the X direction and the Y direction;
An XY stage comprising: a cylindrical elastic body that abuts in the X direction and the Y direction of the moving body, a central axis is perpendicular to an XY plane, and holds the position of the moving body by an elastic action;
An XY stage in which the moving means can move in an XY plane in response to the pressing of the pressing means.
前記押圧手段が前記枠体に係合したねじであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載したXYステージ。 A frame surrounding the moving body;
The XY stage according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressing means is a screw engaged with the frame.
前記押圧手段が前記枠体に設置されたマイクロメータであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載したXYステージ。
A frame surrounding the moving body;
The XY stage according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressing means is a micrometer installed on the frame.
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