JP2011117480A - 回転ステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より小型化が可能な回転ステージ装置を提供する。
【解決手段】回転ステージ装置１００は、回転ベース部２５０を回転させるためのウォームホイール２６２、及び、当該ウォームホイール２６２とかみ合うウォーム２６１を備える。ウォーム２６１の両端部には、ウォーム２６１を回転可能に支持するための回転ベアリングがそれぞれ装着されており、従動プーリ２３２が装着される一方の軸部に装着された固定回転ベアリングについては補助ベース部２２１に固定され、他方の軸部に装着された可動回転ベアリング２６３については、保持部材２６４によって、保持される。保持部材２６４は、可動回転ベアリング２６３を、本体ベース部２２０に対して押し付けると共に、ウォームホイール２６２の方向に付勢する。
【選択図】図３

Description

本発明は、載置された物の向きを変えることができる回転ステージ装置に関する。

従来から、回転ステージ、θステージ等と呼ばれる、テーブルが回転することで、直接又は治具等を介して載置された物の向きを変えることができるステージ（以下、回転ステージ装置という）が知られている。

この回転ステージ装置では、テーブルを回転させるための機構として、通常、ウォームとウォームホイールからなるウォームギアが使用されている。そして、このウォームギアを使用する場合、バックラッシを調整できるようにするため、ウォームと、ウォームホイールとの軸間距離を調整できるような機構、例えば、ウォームを、その回転軸方向とは垂直な方向に移動できるようにするウォーム移動機構を設けることがある。

しかしながら、このようなウォーム移動機構を設けるためには、そのためのスペースが必要となり、その分、回転ステージ装置が大型化してしまう。

また、回転ステージ装置では、一般に、テーブルの原点位置を検出することが必要となる。そのため、従来は、例えば、テーブルの側面の所定の位置から突出させた突出片を、光学センサ（フォトインタラプタ）で検出することで原点位置の検出を行っていた。

しかしながら、このような方法で原点位置の検出を行う場合、テーブルの周囲に突出片を通過させるためのスペース及び光学センサを配置するスペースを設ける必要があり、その分、回転ステージ装置が大型化してしまう。

なお、特開２００９−１６８２２５号公報には、ウォームホイールとウォームギヤで回転させる回転ステージ機構において、バッククラッシを防止する機構として、ウォームギヤをウォームホイールにウォームギヤ軸と直交する方向に押し付ける機構を備えたものが開示されている。

特開２００９−１６８２２５号公報

本発明の目的は、従来より小型化が可能な回転ステージ装置を提供することにある。

本発明に係る回転ステージ装置は、ベース部と、当該ベース部に回転可能に取り付けられたテーブル部と、当該テーブル部を回転させるためのウォームホイールと、当該ウォームホイールとかみ合うウォームと、当該ウォームの一方の端部に取り付けられた第一の回転ベアリングと、前記ウォームの他方の端部に取り付けられた第二の回転ベアリングと、前記ベース部に固定されて、前記第一の回転ベアリングを保持する第一の保持部と、前記第二の回転ベアリングを保持する第二の保持部とを備え、前記第二の保持部は、前記第二の回転ベアリングを、前記ベース部に押し付けると共に、前記ウォームホイールの方向に付勢することを特徴とする。

この場合において、前記第二の回転ベアリングは内輪と外輪とを備え、前記内輪が、前記ウォームの他方の端部に固定され、前記外輪が、前記第二の保持部に保持されるようにしてもよい。また、前記第二の保持部は、前記第二の回転ベアリングを、前記ベース部に押し付ける押さえ部と、前記第二の回転ベアリングを、前記ウォームホイールの方向に付勢するＵ字状部とを備えるようにしてもよい。

また、以上の場合において、前記テーブル部の底面から突出する突出部と、前記突出部が当接した際に移動することが可能な可動部材と、前記可動部材の移動を検知する検知部（例えば、接触式のセンサ）とを備えるようにしてもよい。

この場合において、前記可動部材は、可撓性を有する部材で構成され、前記突出部が当接した際に撓むようにしてもよい。また、前記可動部材は、前記突出部が当接する直線部と、前記直線部に前記突出部が当接した際に撓む円弧部とを備えるようにしてもよい。

本発明によれば、従来より小型化が可能な回転ステージ装置が提供される。

本発明による回転ステージ装置の構成を示す斜視図である。 回転ステージ装置１００の内部構造を説明するための平面図（その１）である。 回転ステージ装置１００の内部構造を説明するための平面図（その２）である。 回転ステージ装置１００の内部構造を説明するための正面図である。 回転ステージ装置１００の内部構造を説明するための断面図である。 保持部材の構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明による回転ステージ装置の構成を示す斜視図である。

同図に示すように、本発明による回転ステージ装置１００は、テーブル部１１０と、本体部１２０と、動力伝達部１３０と、モータ部１４０とを備える。

回転ステージ装置１００は、テーブル部１１０が、本体部１２０及び動力伝達部１３０の内部に収容された機構並びにモータ部１４０の内部に収容されたモータによって駆動されて回転することで、テーブル部１１０に直接又は治具等を介して載置された回転対称物の向きを変えるものである。

次に、回転ステージ装置１００の構造の詳細について説明する。

図２〜図５は、回転ステージ装置１００の内部構造を説明するための図である。図２及び図３は、回転ステージ装置１００の平面図であり、図２は、図１に示した状態から、本体部１２０及び動力伝達部１３０のカバーを取り除いた状態を示し、図３は、図２に示した状態から、テーブル部１１０を取り除いた状態を示す。一方、図４は、図２に示した回転ステージ装置１００の正面図を示し、図５は、図２のＡ−Ａ拡大断面図を示す。

図２〜図５に示すように、回転ステージ装置１００は、テーブル部１１０と、本体ベース部２２０と、補助ベース部２２１と、動力伝達機構部２３０と、モータ部１４０と、回転ベース部２５０と、ウォームギア機構部２６０と、原点位置検出部２７０とを備える。

テーブル部１１０は、前述したように、回転対象物が直接又は治具等を介して載置されるものであって、本体ベース部２２０に回転可能に取り付けられている。より具体的には、本体ベース部２２０に回転可能に取り付けられる回転ベース部２５０に固定（ねじ留め）されており、回転ベース部２５０と一体となって回転する。また、図４及び図５に示すように、テーブル部１１０の底面からは、円柱状のピン１１１が突出している。当該ピン１１１の機能については後述する。

本体ベース部２２０は、本体部１２０のベースを構成する部材であって、当該本体ベース部２２０に対して、補助ベース部２２１、回転ベース部２５０、ウォームギア機構部２６０及び原点位置検出部２７０が適宜取り付けられている。図５に示すように、本体ベース部１２０は、厚みのある矩形平板状の部材の中央に、円筒状の突起部２２２を設けたような形状を有しており、本体ベース部２２０の中央に設けられた円筒状突起部２２２に、回転ベース部２５０が回転可能に取り付けられる。

補助ベース部２２１は、本体ベース部２２０の一辺に取り付けられて、本体ベース部２２０から側方に張り出す部材であって、本体ベース部２２０と一体をなすものである。補助ベース部２２１の本体ベース部２２０から張り出した部分には、モータ部１４０が適宜取り付けられる。また、補助ベース部２２１は、ウォームギア機構部２６０を構成するウォーム２６１の一方の端部を回転可能に支持する回転ベアリング（後述）の保持も行うものである。

動力伝達機構部２３０は、モータ部１４０内に収容されたモータの動力（回転運動）を、本体部１２０内のウォームギア機構部２６０に伝達するためのものであり、駆動プーリ２３１と、従動プーリ２３２と、タイミングベルト２３３とを備える。駆動プーリ２３１は、モータ部１４０内に収容されたモータの出力軸に装着（固定）されて、当該モータの出力軸と一体となって回転するものである。従動プーリ２３２は、ウォームギア機構部２６０を構成するウォーム２６１の一方の端部（前述した補助ベース部２２１に回転可能に取り付けられた端部）に装着（固定）されて、当該ウォーム２６１と一体になって回転するものである。タイミングベルト（歯付きベルト）２３３は、駆動プーリ２３１と従動プーリ２３２との間に巻き掛けられて、モータの回転を、ウォーム２６１に伝達するものである。なお、図２〜図４においては、簡単のため、駆動プーリ２３１及び従動プーリ２３２並びにタイミングベルト２３３の歯については、一部についてのみ示してある。

モータ部１４０は、その内部に、ウォームギア機構部２６０を駆動するためのモータが収容されているものである。前述したように、モータ部１４０に収容されたモータは、動力伝達機構部２３０を介して、ウォームギア機構部２６０を駆動する。

回転ベース部２５０は、本体ベース部２２０に対して、回転可能に取り付けられる部材であって、径及び長さ（高さ）の異なる２つの円筒状の部材を同心状に配置して、その上面を、中心に円孔が形成された円板状の部材で連結したような形状を有している。すなわち、図５に示すように、内筒部２５１と、外筒部２５２と、天板部２５３とを備える。そして、回転ベース部２５０の内筒部２５１が、回転ベアリング２５４を介して、本体ベース部２２０の円筒状突起部２２２に回転可能に取り付けられている。すなわち、回転ベース部２５０の内筒部２５１の外周と、本体ベース部２２０の円筒状突起部２２２の内周との間に２つの回転ベアリング２５４を上下方向に配置し、各回転ベアリング２５４の内輪及び外輪をそれぞれ、回転ベース部２５０の内筒部２５１及び本体ベース部２２０の円筒状突起部２２２に固定している。また、回転ベース部２５０の天板部２５３には、テーブル部１１０が固定（ねじ留め）される。更に、回転ベース部２５０の外筒部２５２の外周には、ウォームギア機構２６０を構成するウォームホイール２６２が固定されている。すなわち、回転ベース部２５０は、ウォームホイール２６２と一体となって回転するように構成されている。

ウォームギア機構部２６０は、ウォーム２６１と、当該ウォーム２６１とかみ合うウォームホイール２６２とから構成されるものであって、ウォーム２６１の回転を、ウォームホイール２６２の回転に変換する機構である。

ウォーム２６１は、円柱状の部材にねじ状の歯が形成されたものであって、その両端部に、ウォーム２６１を回転させるための小径の軸部が設けられている。そして、当該両端部の軸部には、ウォーム２６１を回転可能に支持するための回転ベアリングがそれぞれ装着されている。そして、従動プーリ２３２が装着される側（図３における下側）の軸部に装着された回転ベアリング（以下、固定回転ベアリングという）については、前述したように、補助ベース部２２１に保持される。すなわち、固定回転ベアリングの外輪が、補助ベース部２２１に対して固定される。一方、他方（図３における上側）の軸部に装着された回転ベアリング（以下、可動回転ベアリングという）２６３については、図３に示すように、保持部材２６４によって、保持されている。保持部材２６４の詳細については、後述する。

ウォームホイール２６２は、リング状の部材の外周に、ウォーム２６１とかみ合う歯が形成されたものである。前述したように、ウォームホイール２６２は、回転ベース部２５０に固定されているので、ウォーム２６１の回転に伴ってウォームホイール２６２が回転すると、当該ウォームホイール２６２と一体をなす回転ベース部２５０、そして、当該回転ベース部２５０と一体をなすテーブル部１１０が回転することになる。

原点位置検出部２７０は、テーブル部１１０の原点位置を検出するためのものであって、可動部材２７１と、センサ部２７２とによって構成されている。原点位置検出部２７０の動作の詳細については、後述する。

次に、保持部材２６４の詳細について説明する。前述したように、保持部材２６４は、ウォーム２６１の一方（図３における上側）の軸部に装着された可動回転ベアリング２６３を保持する部材である。

図６は、保持部材２６４の構造を説明するための図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面図を示し、同図（ｃ）は斜視図を示す。

同図に示すように、保持部材２６４は、取り付け部６１０と、Ｕ字状部６２０と、押さえ部６３０とを備える。

取り付け部６１０は、保持部材２６４を、本体ベース部２２０に取り付けるための部分であって、本体ベース部２２０にねじ留めするための長孔６１１が２つ形成されている。

Ｕ字状部６２０は、細長い帯状の部材を、Ｕ字状に曲げたような形状を有する部分であって、その先端部（同図における右端部）が、可動回転ベアリング２６３の側面に当接して、当該可動回転ベアリング２６３をウォームホイール２６２の方向に付勢するものである。

押さえ部６３０は、Ｕ字状部６２０の先端部の上面から内側（同図における左側）に突出する矩形平板状の部分であって、可動回転ベアリング２６３の上面に当接して、可動回転ベアリング２６３の上下方向の動きを規制するものである。保持部材２６４の押さえ部６３０は、可動回転ベアリング２６３を、本体ベース部２２０に押し付けることで、可動回転ベアリング２６３の上下方向の動きを規制する。

回転ステージ装置１００では、以上のような構造を有する保持部材２６４で、可動回転ベアリング２６３を保持しているので、可動回転ベアリング２６３及び当該可動回転ベアリング２６３が装着されたウォーム２６１がウォームホイール２６２の方向に付勢され、不要なバックラッシが除去されることになる。更に、ウォーム２６１やウォームホイール２６２の歯が摩耗してきた場合であっても、その摩耗に追従してウォーム２６１を移動させることができるので、不要なバックラッシが発生するのを防止することができる。

なお、保持部材２６４による付勢力によって可動回転ベアリング２６３が移動する距離は微少なので、固定回転ベアリング等が有するガタの範囲内でまかなえることになる。

次に、原点位置検出部２７０の動作について説明する。

前述したように、原点位置検出部２７０は、可動部材２７１と、センサ部２７２とを備える。

可動部材２７１は、テーブル部１１０の下方、すなわち、テーブル部１１０と、本体ベース部２２０との間に配置され、テーブル部１１０の底面から突出するピン１１１が当接した際に移動することが可能な部材である。

本実施形態では、可動部材２７１は、可撓性を有する部材（板ばね）で構成されており、図３に示すように、取り付け部２７１１と、円弧部２７１２と、直線部２７１３とを備える。

取り付け部２７１１は、可動部材２７１を本体ベース部２２０に取り付けるための部分であって、当該取り付け部２７１１が本体ベース部２２０にねじ留めされる。

円弧部２７１２は、細長い帯状の部材を、円弧状に曲げたような形状を有する部分である。図２に示すように、テーブル部１１０が時計回りに回転して、底面側に突出するピン１１１が直線部２７１３に当接すると、当該円弧部２７１２が撓んで、直線部２７１３の位置が変わることになる。

直線部２７１３は、細長い帯状の形状を有する部分である。直線部２７１３は、時計回りに回転するテーブル部１１０に設けられたピン１１１が当接すると、円弧部２７１２が撓むことに伴い、移動して、センサ部２７２に当接するものである。

センサ部２７２は、可動部材２７１（直線部２７１３）が接触したことを検知する接触式のセンサ（例えば、リミットスイッチやタッチセンサ等）である。センサ部２７２は、可動部材２７１（直線部２７１３）が接触したことを検知することによって、テーブル部１１０が原点位置にあることを検出する。

回転ステージ装置１００では、以上のような構成を有する原点位置検出部２７０で、テーブル部１１０の原点位置を検出しているので、従来のものより小型化が図れる。すなわち、ピン１１１をテーブル部１１０の底面から下方に突出させるようにしているので、テーブル部１１０の周囲にスペースを設ける必要がなく、その分、装置の小型化が図れることになる。また、テーブル部１１０に設けたピン１１１を直接検出するのではなく、当該ピン１１１が当接して移動する可動部材２７１を検出することで、ピン１１１を間接的に検出するようにしているので、センサ部２７２で検知する検知対象物の移動量を小さくすることができる。

以上説明したように、上述した実施形態においては、ウォーム２６１の一方の端部に取り付けられた可動回転ベアリング２６３を、保持部材２６４で保持しつつ、ウォームギア２６２の方向に付勢するようにしているので、簡易な構成で不要なバックラッシを除去することができ、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、上述した実施形態においては、テーブル部１１０の底面から突出するピン１１１が、可動部材２７１に当接して、当該可動部材２７１が移動したことを検知することで、テーブル部１１０の原点位置を検出するようにしているので、従来に比べて、原点位置検出のために必要なスペースを小さくすることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、当然のことながら、本発明の実施形態は、上記のものに限られない。例えば、上述した実施形態においては、原点位置検出部２７０の可動部材２７１を、可撓性を有する部材で構成するようにしていたが、回転可能な剛性部材、例えば、板状の剛性部材と当該板状の剛性部材を回転可能に支持するヒンジ機構で構成することも考えられる。

また、上述した実施形態においては、可動部材２７１の移動を、接触式のセンサで検知するようにしていたが、他の方式のセンサ（例えば、光学式のセンサ）で検知することも考えられる。

１００ 回転ステージ装置
１１０ テーブル部
１１１ ピン
１２０ 本体部
１３０ 動力伝達部
１４０ モータ部
２２０ 本体ベース部
２２１ 補助ベース部
２２２ 円筒状突起部
２３０ 動力伝達機構部
２３１ 駆動プーリ
２３２ 従動プーリ
２３３ タイミングベルト
２５０ 回転ベース部
２５１ 内筒部
２５２ 外筒部
２５３ 天板部
２５４ 回転ベアリング
２６０ ウォームギア機構部
２６１ ウォーム
２６２ ウォームホイール
２６３ 可動回転ベアリング
２６４ 保持部材
２７０ 原点位置検出部
２７１ 可動部材
２７１１ 取り付け部
２７１２ 円弧部
２７１３ 直線部
２７２ センサ部
６１０ 取り付け部
６１１ 長孔
６２０ Ｕ字状部
６３０ 押さえ部

Claims (6)

1. ベース部と、
   当該ベース部に回転可能に取り付けられたテーブル部と、
   当該テーブル部を回転させるためのウォームホイールと、
   当該ウォームホイールとかみ合うウォームと、
   当該ウォームの一方の端部に取り付けられた第一の回転ベアリングと、
   前記ウォームの他方の端部に取り付けられた第二の回転ベアリングと、
   前記ベース部に固定されて、前記第一の回転ベアリングを保持する第一の保持部と、
   前記第二の回転ベアリングを保持する第二の保持部とを備え、
   前記第二の保持部は、前記第二の回転ベアリングを、前記ベース部に押し付けると共に、前記ウォームホイールの方向に付勢する
   ことを特徴とする回転ステージ装置。
2. 前記第二の回転ベアリングは内輪と外輪とを備え、
   前記内輪が、前記ウォームの他方の端部に固定され、前記外輪が、前記第二の保持部に保持される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転ステージ装置。
3. 前記第二の保持部は、
   前記第二の回転ベアリングを、前記ベース部に押し付ける押さえ部と、
   前記第二の回転ベアリングを、前記ウォームホイールの方向に付勢するＵ字状部と
   を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転ステージ装置。
4. 前記テーブル部の底面から突出する突出部と、
   前記突出部が当接した際に移動することが可能な可動部材と、
   前記可動部材の移動を検知する検知部と
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ステージ装置。
5. 前記可動部材は、可撓性を有する部材で構成され、前記突出部が当接した際に撓む
   ことを特徴とする請求項４に記載の回転ステージ装置。
6. 前記可動部材は、
   前記突出部が当接する直線部と、
   前記直線部に前記突出部が当接した際に撓む円弧部と
   を備える
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の回転ステージ装置。

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