JP2718747B2

JP2718747B2 - ステージ移動機構

Info

Publication number: JP2718747B2
Application number: JP6025689A
Authority: JP
Inventors: 基森
Original assignee: SIGMAKOKI Co Ltd
Current assignee: SIGMAKOKI Co Ltd
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH02238507A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、いわゆる移動ステージにおけるステージ移
動機構に関するものである。

［従来の技術］移動ステージは、基本的には、位置調整を必要とする
物品の据え付けに用いられるもので、前記物品が取り付
けられるステージと、該ステージを支持するための固定
台と、前記ステージを固定台に対して一定方向（例え
ば、物品の位置調整方向）に移動可能にするステージ移
動機構とを具備した構成をなす。

第２図は、前記移動ステージの一従来例の横断面を示
したもので、図中、符号１は固定台、２はステージ、３
はステージ移動機構である。

固定台１は、当該移動ステージを他の枠体等へ固定す
るためのものである。

ステージ２は、第２図における上面2aが部品取り付け
面となっている。

これら固定台１およびステージ２は、厚肉の板状を呈
している。

ステージ移動機構３は、固定台１に固定した厚板状の
中央ブロック3aの両側を、ボール3bを介して、前記ステ
ージ２に固定した一対の側部ブロック3c,3cによって挟
み付けたものである。

各ブロック3a,3cの前記ボール3bに当接する部分は、
Ｖ溝に加工され、これによって、ブロック3a,3c相互間
での板厚方向（第２図の上下方向）への位置ずれが防止
されるとともに、移動方向が決定されている。

この結果、ステージ移動機構３は、第２図の紙面に直
交する方向にステージ２を移動可能にしている。

［発明が解決しようとする課題］さて、前述の移動ステージは、放射線やレーザ光を取
り扱う精密計測装置や光波の干渉計等の分野を始めとし
て、広範囲の産業分野で利用されているが、最近では、
計測装置のコンパクト化等の技術動向に伴って、該移動
ステージにおいても、より一層のコンパクト化が要求さ
れるようになった。

ところが、前述の従来装置におけるステージ移動機構
３では、コンパクト化を図るべく、中央ブロック3aの幅
を狭めて両側のボール3b間の距離Ｌを縮めたり、あるい
は中央ブロック3aの板厚寸法やボール3bの径を小さくし
たりすると、加工性の悪化等によって強度の低下や移動
精度の低下といった問題が発生する虞れがあり、実際上
は、コンパクト化が非常に困難であった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、構成部
材の加工性が良く、強度や移動精度を低下させずにコン
パクト化を図ることのできるステージ移動機構を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るステージ移動機構は、位置調整を必要と
する物品が取り付けられるステージを固定台に対して一
定方向に移動可能に支持するものであって、前記ステー
ジに固定された第１の筒状部材と、前記固定台に固定さ
れるとともにボール等の転がり部材を介して前記第１の
筒状部材に嵌合した第２の筒状部材とが備えられた構成
をなしている。

また、前述の第１および第２の筒状部材の内、外筒と
なる筒状部材には、周壁の一部に開口部が設けられると
ともに、該筒状部材の内周面の前記開口部に対向する位
置には前記転がり部材の当接する窪部が形成されてい
る。

そして、前記転がり部材を介した第１および第２の筒
状部材相互の摺動によって、前記ステージの一定方向へ
の移動がなされる。

［作用］本発明に係るステージ移動機構は、ステージに固定し
た第１の筒状部材と固定台に固定した第２の筒状部材と
を転がり部材を介して嵌合させておき、転がり部材を介
しての筒状部材相互の摺動によって、ステージを一定方
向に移動させるもので、第１および第２の筒状部材に
は、相互の周方向の位置ずれによる不都合の発生を防止
することから、転がり部材が当接する位置に窪部を形成
しておく必要が生じる。

しかし、外筒となる筒状部材は、周壁に開口部を設け
てその開口部に対向する位置に窪部を設ける構成として
いるため、外筒となる筒状部材および内筒となる筒状部
材のいずれも旋盤等のよって製作することができ、コン
パクト化する場合にも加工性が悪化せず、加工精度が維
持し易い。

また、第１および第２の筒状部材相互を転がり部材を
介して嵌合させる構成では、例えば、周方向の３カ所に
転がり部材を配置することによって、摺動時の安定性や
強度を高めることができ、コンパクト化した場合にも、
強度の低下や移動精度の低下を防止することができる。

したがって、本発明のステージ移動機構によれば、強
度や移動精度を低下させずにコンパクト化を達成するこ
とができる。

［実施例］以下、第１図および第３図乃至第５図に基づいて本発
明の一実施例を説明する。

第１図は一実施例のステージ移動機構を利用した移動
ステージの縦断面図、第３図は同移動ステージの平面
図、第４図は同移動ステージの正面図、第５図は第４図
のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

これらの図面に示した移動ステージは、該移動ステー
ジの設置面に対して垂直方向にステージを変位させるい
わゆるＺ軸ステージで、数μｍ〜数mmの範囲で物品の位
置を調整するのに適したものである。

具体的には、この移動ステージは、第１図に示すよう
に、該移動ステージを実験装置等の所定位置に固定する
ための固定台10と、位置調整を必要とする物品を取り付
けるためのステージ11と、このステージ11を固定台に対
して一定方向に移動可能に支持する一実施例のステージ
移動機構12とを基本の構成部材としたものである。

以下、各構成部材について詳述する。

前記固定台10は、その下面10aが前記実験装置等への
設置面となる厚板状のブロック、第５図に示すように、
平面形状としては矩形であり、その中心部には後記の第
２の筒状部材の取り付けに利用する貫通孔10bが設けら
れ、また周辺部には実験装置等への取り付け穴10cと、
前記ステージ移動機構12のための取り付け穴10dなどが
形成されている。

前記ステージ11は、位置調整を必要とする物品を取り
付けるための厚板状の本体部11aと、該本体部11aから突
出した筒状部11bとから構成されている。

前記本体部11aは、第３図に示すように、平面形状と
しては矩形であり、その上面11cには、物品固定用の取
り付け穴（ねじ穴）11dが設けられている。また、第１
図に示すように、該本体部11aの中心部には、座ぐりし
た貫通孔11eが設けられている。

前記筒状部11bは、後記の第１の筒状部材の取り付け
に利用する部分で、円筒状をなしており、その中心軸が
前記本体部11aの中心を通る。

移動ステージの設置面である固定台10の下面10aと前
記ステージ11の上面11cとは、互いに平行になる。

前記ステージ移動機構12は、第４図に示すように、前
記ステージ11の固定台10に対する移動方向を規制するた
めの摺動手段15と、前記ステージ11に所定の変位を与え
るための駆動手段16と、前記ステージ11を固定台10に固
定する固定手段17とを具備してなる。

ここに、摺動手段15は、第１図および第５図に示すよ
うに、ステージ11に固定された第１の筒状部材20と、前
記固定台10に固定されるとともに転がり部材21を介して
前記第１の筒状部材20に嵌合した第２の筒状部材22とを
具備してなる。

前記第１の筒状部材20は、第２の筒状部材22よりも径
が大きく両筒状部材が嵌合した場合に外筒となる。

この第１の筒状部材20は、円筒の周壁の一部に開口部
20aを設けたものである。この実施例の場合は、開口部2
0aが円筒の軸線方向に連続し、その結果、第５図に示し
たように、横断面形状がＣ字状を呈している。

そして、該筒状部材20の内周面の内、前記開口部20a
に対向する位置には、前記転がり部材21が当接する窪部
20bが設けられている。この窪部20bは、この実施例の場
合には、筒状部材20の軸線に沿って延在する一本の溝と
なっている。

ここに、前記開口部20aは、窪部20bを加工する工具を
差し入れるためのもので、開口部20aの寸法は、窪部20b
の寸法に比して、かなり大きく設定されている。

この筒状部材20の外径は、前記ステージ11の筒状部11
bの内径にほぼ等しく（厳格には、僅かに大きく）設定
されていて、前記筒状部11bに圧入することによって、
ステージ11へ固定されている。

前記転がり部材21としては、第５図に示したように、
前記開口部20aに対向した位置に配置された第１の転が
り部材21aと、この第１の転がり部材21aに対して周方向
に120゜移動した位置に配置された第２の転がり部材21b
および第３の転がり部材21cとが該当する。

この実施例の場合、これらの転がり部材21a,21b,21c
には、ボール（鋼球）を使用しているが、ころ（ローラ
ー）を使用しても良い。

これらの各転がり部材21a,21b,21cは、いずれも筒状
部材20,22の軸線方向に、一定間隔で列をなして配列さ
れている（第１図参照）。

また、第２および第３の転がり部材21b,21cは、第１
の転がり部材21aと比較して径の小さなものが採用され
ている。

また、これらの転がり部材21a,21b,21c相互の間隔
は、リテーナ21dにより維持されている。

このリテーナ21dは、薄肉の円筒体に各転がり部材を
回転自在に保持する保持穴を設けたものである。このリ
テーナ21dに保持された各転がり部材は、第１の転がり
部材21aを前記第１の筒状部材20の窪部20bに嵌合させる
ことにより、筒状部材20の内周への位置決めがなされて
いる。

前記第２の筒状部材22は、第１図に示すように、前記
転がり部材21を介して第１の筒状部材20に嵌合した円筒
体22aと、該円筒体22aの下端部のねじ部に螺着した取り
付け金具22bとから構成され、該取り付け金具22bを介し
て、前記固定台10に固定されている。

前記円筒体22aにおいては、第５図から理解されるよ
うに、前述の第１の転がり部材21aの当接する位置にの
み、第１の筒状部材20の形成したと同様の溝状の窪部22
cが形成され、この窪部22cと転がり部材21aとの係合に
よって、筒状部材20,22相互の周方向の位置決めがなさ
れている。

また、取り付け金具22bは、第１図に示すように、円
筒体22aに螺着するねじ部22dと、該ねじ部22dから鍔状
に張り出したフランジ部22eとを備えたもので、前記フ
ランジ部22eがねじ24によって固定台10に固定されてい
る。

前記駆動手段16は、第４図および第５図に示すよう
に、マイクロメータヘッド26のスピンドル（送りねじ）
26aの変位を、てこ部材27を介して、ステージ11に伝達
するものである。

マイクロメータヘッド26は、固定台10にねじ止めされ
たブロック29に固定されている。また、てこ部材27は、
ブロック29に固定されたぴん部材30によって、固定台10
の下面10aに直交する面内で回動自在に支持されてい
る。したがって、マイクロメータヘッド26のスピンドル
（送りねじ）26aの水平方向（第４図に矢印（イ）で示
す方向）の変位は、てこ部材27によって垂直方向（第４
図に矢印（ロ）で示す方向で、固定台10の下面10aに直
交する方向）の変位に変換されて、ステージ11に伝達さ
れる。

なお、てこ部材27からステージ11への変位の伝達は、
ステージ11の下面にねじ止めされた受け金具31を介して
なされる。

また、耐久性を高めること、変位動作を円滑にするこ
とから、前記スピンドル26aや受け金具31のてこ部材27
と当接する面は研磨されるとともに焼入れが施され、ま
た、これらと当接するてこ部材27には、焼入れした鋼球
が埋設されている。

また、受け金具31、てこ部材27、スピンドル26aが互
いに常時当接した状態になるように、受け金具31が固定
されたステージ11は、固定台10側に付勢されている。

この付勢手段は、この実施例の場合は、第１図に示す
ように、引っ張りコイルばね32である。

この引っ張りコイルばね32の両端部は、固定台10の中
心部に係止された座板33と、ステージ11の中心部に係止
された座板34とに連結されている。

前記固定手段17は、第３図および第４図に示すよう
に、ねじ36によって一端がステージ11に固定された止め
板37と、前記ブロック29に保持された止めねじ38とから
構成されている。

止め板37はステージ11から固定台10に向かって垂下し
た状態にあり、この止め板37にはステージ11の変位方向
に沿って長い長穴が明けてあり、前記止めねじ38のねじ
部がこの長穴を挿通していて、止めねじ38を締め付ける
と止め板37が挟み付けられて固定される構造である。

このような移動ステージにおいて、ステージ11の位置
調整は、固定手段17による固定を解除した状態で行う。
固定を解除した状態では、前記摺動手段15によって、ス
テージ11は固定台10に対して一定方向（固定台10の下面
10a′に対して直交する方向）に移動自在の状態にあ
る。

その状態でマイクロメータヘッド26のつまみを操作し
て、てこ部材27を一定量変位させると、それに応じてス
テージ11が変位する。所望の量の変位を済ませたら、固
定手段17によってステージ11を固定台10に固定すれば、
位置調整は終了である。

さて、移動ステージをコンパクト化する場合には、ス
テージ移動機構のコンパクト化が不可欠であり、その場
合に、ステージを移動可能にする基本的な構成部材の加
工性や強度の確保が、コンパクト化し得るか否かの重要
なポイントとなる。

前記一実施例のステージ移動機構12は、ステージ11に
固定した第１の筒状部材20と固定台１に固定した第２の
筒状部材22とを転がり部材21を介して嵌合させておき、
転がり部材21を介して筒状部材相互の摺動によって、ス
テージ11を一定方向に移動させるもので、ステージ11を
移動可能にする基本的な構成部材は、転がり部材21を介
して嵌合する第１および第２の筒状部材20,22である。

ここに、第１および第２の筒状部材20,22は、相互の
周方向の位置ずれによる不都合の発生を防止することか
ら、転がり部材21が当接する位置に窪部を形成しておく
必要が生じる。

しかし、この実施例のように、外筒となる筒状部材20
は、周壁に開口部20aを設けてその開口部20aに対向する
位置に窪部20bを設けた構成としたため、外筒となる筒
状部材20および内筒となる筒状部材22のいずれも旋盤等
のよって製作することができ、コンパクト化する場合に
も加工性が悪化せず、加工精度が維持し易い。

また、第１および第２の筒状部材20,22相互を転がり
部材21を介して嵌合させた構成では、前記一実施例のよ
うに、周方向の３カ所に転がり部材21a,21b,21cを配置
することによって、摺動時の安定性や強度を高めること
ができ、コンパクト化した場合にも、強度の低下や移動
精度の低下を防止することができる。

したがって、前記一実施例のステージ移動機構12によ
れば、強度や移動精度を低下させずにコンパクト化を達
成することができる。

なお、第１の筒状部材20のステージ11への固定手段
は、この実施例における圧入に限るものではなく、例え
ば、固定台11の筒状部11bに止めねじを貫通させるな
ど、公知の種々の固定方法を利用し得る。

また、前記実施例の場合は、第１の筒状部材20が外筒
となるため、第１の筒状部材20に開口部20aを設けた構
成としたが、第２の筒状部材が外筒となるような場合に
は、第２の筒状部材に開口部を設けなければならないこ
とは言うまでもない。

また、前記実施例の場合に開口部20aは筒の軸線方向
に連続した形状となっている。しかし、開口部20aは、
転がり部材21の当接する窪部20bを加工するためのもの
であるから、窪部20bの形状に合わせて、種々の形態を
取ることが可能である。例えば、窪部20bがボールを支
持するためのすり鉢状の穴の場合には、開口部20aは軸
線方向に連続する必要はなく、すり鉢状の穴を形成する
工具（ドリル等）を挿通し得る窓としても良い。

また、前記実施例は、いわゆるＺ軸の移動ステージに
利用した場合を示したが、本発明に係るステージ移動機
構は、いわゆるＸ軸あるいはＹ軸の移動ステージにも応
用することが可能である。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明に係るステー
ジ移動機構は、ステージに固定した第１の筒状部材と固
定台に固定した第２の筒状部材とを転がり部材を介して
嵌合させておき、転がり部材を介しての筒状部材相互の
摺動によって、ステージを一定方向に移動させるもの
で、第１および第２の筒状部材には、相互の周方向の位
置ずれによる不都合の発生を防止することから、転がり
部材が当接する位置に窪部を形成しておく必要が生じ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を利用した移動ステージの縦
断面図、第２図は従来の移動ステージの構成説明図、第
３図は前記一実施例を利用した移動ステージの平面図、
第４図は前記一実施例を利用し移動ステージの正面図、
第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 10……固定台、11……ステージ、12……ステージ移動機
構、15……摺動手段、16……駆動手段、17……固定手
段、20……第１の筒状部材、20a……開口部、20b……窪
部、21……転がり部材、22……第２の筒状部材、22c…
…窪部、26……マイクロメータヘッド、27……てこ部
材、29……ブロック、32……引っ張りコイルばね。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】位置調整を必要とする物品が取り付けられ
るステージを固定台に対して一定方向に移動可能に支持
するステージ移動機構であって、前記ステージに固定された第１の筒状部材と、前記固定
台に固定されるとともにボール等の転がり部材を介して
前記第１の筒状部材に嵌合した第２の筒状部材とが備え
られ、かつ、前述の第１および第２の筒状部材の内、外筒とな
る筒状部材には、周壁の一部に開口部が設けられるとと
もに、該筒状部材の内周面の前記開口部に対向する位置
には前記転がり部材の当接する窪部が形成され、前記転がり部材を介した第１および第２の筒状部材相互
の摺動によって、前記ステージの一定方向への移動がな
されることを特徴としたステージ移動機構。