JP2010281982A - Positioning stage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、解析のための或る種の試料や、或る種の加工等を達成するためのワーク等を設置する位置決めステージに関するものである。 The present invention relates to a positioning stage on which a certain sample for analysis, a workpiece for achieving a certain kind of processing, and the like are placed.
光学顕微鏡や電子顕微鏡に使用される試料ステージに於いては、光ファイバーの端面を接合する加工工程やプリズムの貼付工程、或る種の試料に例えば放射線を照射して成分を解析するような過程等で、ワークや試料等を任意の方向から観察するため、これ等を所定位置にミクロン単位の鉛直方向に極めて高い精度をもって昇降移動できるようにする要請があり、これを達成するための装置が多く開発されている。 In sample stages used in optical microscopes and electron microscopes, processing steps for joining the end faces of optical fibers, affixing steps for prisms, processes for analyzing components by irradiating certain types of samples, for example, etc. In order to observe a workpiece, sample, etc. from an arbitrary direction, there is a request to be able to move it up and down in a vertical direction with micron units at a predetermined position with a very high accuracy, and there are many devices for achieving this. Has been developed.
特許文献1の発明「Zチルトステージ」は、ステージを昇降動させる機構として、ステージ下面に球面ジョイントを介して配されるZリフトの下面と、ベース上に配されて水平方向に前進後退動するアクチュエータの先端に配されたZスライダの上面とを、傾斜面で面摺接させ、Zスライダの前進後退動に伴ってZリフトを鉛直方向に上下動させる構成である。
The invention “Z tilt stage” of
しかしながらこの構成では、極めて精度高く即ちミクロン単位で鉛直方向に昇降移動させるには、上記傾斜面ストロークを長くするために傾斜面の角度を小さくしてなければならず、そのために平面スペースを大きくとらなければならない問題がある。また、ステージの上面の水平姿勢を維持したまま昇降移動させるには、ZリフトとアクチュエータとZスライダとの組み合わせ機構を複数配置しなければならず、構成が複雑となるばかりでなく、各機構の相互動作同期の精密性が要求されるため、技術的に極めて困難である。 However, in this configuration, in order to move up and down in the vertical direction with extremely high accuracy, that is, in micron units, the angle of the inclined surface must be reduced in order to lengthen the inclined surface stroke, and thus a large plane space is required. There is a problem that must be. Further, in order to move up and down while maintaining the horizontal posture of the upper surface of the stage, it is necessary to arrange a plurality of combination mechanisms of the Z lift, the actuator, and the Z slider. Since precision of mutual operation synchronization is required, it is extremely difficult technically.
このような問題を回避するべく、図1乃至図6に示したようなステージが現行では工夫されている。 In order to avoid such a problem, the stage as shown in FIGS. 1 to 6 is currently devised.
ここでの位置決めステージ1は、ベース2に対してテーブル3を、所定の動力源を介して鉛直方向に昇降動させるものである。即ちモータ等の所定の動力源に懸架されたベルト4を介して回転するプーリ5と一体となった直立姿勢の回転軸6は、テーブル3と一体となったテーブルブラケット7の一部と螺合しており、回転軸6の螺動によりテーブル3がテーブルブラケット7と共に昇降動するのであるが、テーブルブラケット7と、ベース2と一体となったベースブラケット8との間には、鉛直方向に延出するクロスローラガイド機構9が配されており、テーブル3の昇降動を円滑に達成できるようにしている。図に於いて、クロスローラガイド機構9の一部である符号10はテーブル側ローラレース、符号11はベース側ローラレースである。
The
周知のようにクロスローラガイドは、精密研削加工されたV溝転送面を有する一対のローラレースと、この対向するV溝空間内に精密円筒コロを交互に直交させて組み込んだローラケージとから構成されており、ローラレース上を複数の円筒コロが転動するため停止時から起動時への摩擦の変化(静止摩擦と動摩擦の差)が小さく、作動滑りが生じにくい利点があり、更には、線接触で荷重を支えるので剛性が高い。 As is well known, the cross roller guide is composed of a pair of roller races having a V-groove transfer surface that has been precision ground and a roller cage in which precision cylindrical rollers are alternately and orthogonally incorporated in the opposing V-groove space. Since a plurality of cylindrical rollers roll on the roller race, the change in friction from stop to start (difference between static friction and dynamic friction) is small, and there is an advantage that the operation slip hardly occurs. Since the load is supported by line contact, the rigidity is high.
しかしながら、クロスローラガイド機構9が鉛直方向に延出する場合、V溝面とローラケージ面との接触幅が少ないため姿勢が不安定となる不満があった。図6はその説明のための拡大図面であり、テーブル側ローラレース10とベース側ローラレース11との間で形成される夫々のV溝12空間内に組み込まれたローラケージ13の周面とV溝12面との当接線幅dが小さいため、剛性が弱く昇降時の軌道の安定性に欠ける不満点があったのである。
However, when the cross
よって本発明は、上述した従来技術の欠点、不都合、不満を解消するべく開発された位置決めステージであって、光学顕微鏡や電子顕微鏡に使用される試料ステージを、所定位置にミクロン単位で鉛直移動させるに際し、精度高く制御し、且つ装置全体の大きさを極力抑えることができるようにすることを目的とする。 Therefore, the present invention is a positioning stage developed to eliminate the above-mentioned drawbacks, inconveniences and dissatisfactions of the prior art, and vertically moves a sample stage used in an optical microscope or an electron microscope to a predetermined position in units of microns. At this time, it is an object to control with high accuracy and to suppress the size of the entire apparatus as much as possible.
上記課題を解決するため、本発明の位置決めステージは、固定ベースプレートと、この固定ベースプレート上に立設される四角筒形状のガイド筒と、このガイド筒内に昇降動自在に遊嵌され、上端にテーブルを連設した昇降柱と、前記したガイド筒と昇降柱との間に配されるフラットローラと、から構成することを特徴とする。この場合、フラットローラを針状コロの複数本を相互に平行にして保持プレートに可回転的に組み込んだ構成とし、針状コロを水平姿勢とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a positioning stage of the present invention includes a fixed base plate, a square tube-shaped guide tube standing on the fixed base plate, and loosely fitted in the guide tube so as to be movable up and down. It is characterized by comprising an elevating column provided with a table and a flat roller disposed between the guide tube and the elevating column. In this case, the flat roller has a configuration in which a plurality of needle rollers are parallel to each other and rotatably incorporated in the holding plate, and the needle rollers are in a horizontal posture.
上記した本発明にあって、昇降動する昇降柱はその周囲を四角筒形状のガイド筒内でフラットローラにより接触保持されることになるので、昇降動に際して極めて軌道の安定性を確保することができる。即ち、フラットローラの針状コロは、昇降柱の外面及びガイド筒の内面に、その周面が方向に沿って線接触することになるので、高度の剛性が得られる。 In the above-described present invention, since the lifting column that moves up and down is held in contact with the flat roller in a rectangular tube-shaped guide tube, the stability of the track can be extremely secured during the lifting and lowering operation. it can. That is, since the peripheral surface of the needle roller of the flat roller is in line contact with the outer surface of the lifting column and the inner surface of the guide tube along the direction, a high degree of rigidity is obtained.
そして四角筒形状のガイド筒内に遊嵌される水平断面四角形状の昇降柱は、その四面がフラットローラに夫々接触してガイド筒内で四方から均等な圧力で挟持されることになるので、安定した精度ある昇降動が達成できるのである。 And, the horizontal cross section quadrilateral lifting column that is loosely fitted in the rectangular tube-shaped guide tube, the four surfaces thereof are in contact with the flat roller, respectively, and are sandwiched with equal pressure from the four sides in the guide tube, A stable and accurate lifting movement can be achieved.
周知のように、フラットローラは針状コロの複数本を相互に平行にして保持プレートに可回転的に組み込んだ構成であり、針状コロを水平姿勢とすることにより、針状コロの軸回転により停止時から起動時への摩擦の変化(静止摩擦と動摩擦の差)が小さく、作動滑りが生じにくい利点があり、更には、線接触で荷重を支えるので剛性が高い。 As is well known, a flat roller has a structure in which a plurality of needle rollers are rotatably mounted in a holding plate in parallel with each other. This has the advantage that the change in friction from the stop to the start (difference between static friction and dynamic friction) is small, and there is an advantage that the operating slip hardly occurs, and further, since the load is supported by line contact, the rigidity is high.
それ故、上記した本発明の如く、上端にテーブルを連設した昇降柱の昇降移動をフラットローラを介して行えば、微小送りを正確に追随させ、低速から高速までの安定した動作が可能であり、高剛性及び高負荷容量を実現することができる等、多くの優れた作用効果を奏する。 Therefore, as in the present invention described above, if the up-and-down movement of the elevating column with the table connected to the upper end is performed via the flat roller, the minute feed can be accurately followed and stable operation from low speed to high speed is possible. There are many excellent effects such as high rigidity and high load capacity.
位置決めステージ101は、固定ベースプレート102と、この固定ベースプレート102上に立設される四角筒形状のガイド筒103と、このガイド筒103内に昇降動自在に遊嵌され、上端にテーブル104を連設した昇降柱105と、前記したガイド筒103と昇降柱105との間に配されるフラットローラ106と、から構成される。
The
フラットローラ106は、保持プレート107に横長な透孔108の複数を平行に開設し、この透孔108に針状コロ109を可回転的に組み込んだ構成で、結果的にはフラットローラ106は、針状コロ109の複数本が水平姿勢で相互に平行に可回転的に組み込まれた構成である(図12参照)。
The
図示実施例にあって、固定ベースプレート102上に一体立設される四角筒形状のガイド筒103は、平面視で正方形であるが長方形であっても良く、四枚のガイドプレート103aを昇降柱105及びフラットローラ106を所定位置に組み込んだ状態で相互に密に隙間なく組み付けることにより構成する。
In the illustrated embodiment, the rectangular tube-
ガイド筒103内に遊嵌される昇降柱105もまた筒形状であり、内部に連接された隔壁110の中心に螺子孔111が開設されてある。
The
ガイド筒103の中心となる固定ベースプレート102位置には、上記した螺子孔111に先端部が螺合する送り螺子112が立設されてあり、送り螺子112の基端にはプーリ113が設けられ、微量回転が可能なモータ等の所定の動力源(図示省略)とベルト114を介して懸架されており、送り螺子112の回転により昇降柱105を昇降動させるものである。送り螺子112の一回転による昇降柱105の昇降移動量はここでは0.5mmに設定してある。
At the position of the
フラットローラ106は、図示実施例では、ガイド筒103の各面或いは昇降柱105の各面に対して夫々一対ずつ並列させてあり、可能な限り均等に且つ確実に昇降柱105を精度高く保持できるようにしてあり、図12で示したように針状コロ109の長さDのストロークは前述した現行製品のローラケージ13の周面とV溝12面との当接線幅dのストロークに比べて際立って大きいので、剛性が強く昇降時の軌道の安定性を確実に維持できるのである。
In the illustrated embodiment, a pair of
1 位置決めステージ
2 ベース
3 テーブル
4 ベルト
5 プーリ
6 回転軸
7 テーブルブラケット
8 ベースブラケット
9 クロスローラガイド機構
10 テーブル側ローラレース
11 ベース側ローラレース
12 V溝
13 ローラケージ
101 位置決めステージ
102 固定ベースプレート
103 ガイド筒
103a ガイドプレート
104 テーブル
105 昇降柱
106 フラットローラ
107 保持プレート
108 透孔
109 針状コロ
110 隔壁
111 螺子孔
112 送り螺子
113 プーリ
114 ベルト
DESCRIPTION OF
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JP2009134592A JP2010281982A (en) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | Positioning stage |
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