JP2921703B2 - ステージ駆動装置 - Google Patents

ステージ駆動装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、互いに直交する方向へ移動可能で一側面に
直線案内部材を取付けた一対の移動台と各移動台の移動
方向に対し直交する方向へ延びていて各移動台を移動さ
せるための一対の同軸的に配置された駆動ノブと各駆動
ノブと各直線案内部材との間に配置されていて各駆動ノ
ブの回転運動を各移動台の直線案内部材を介しての直線
運動へ変換する一対の伝動機構とを備えた、例えば顕微
鏡等光学検査機器用ステージに好適に利用し得る駆動装
置に関する。
〔従来の技術〕
この種のステージ駆動装置は、半導体製造過程の大型
ウエハを検査する顕微鏡に適していることから、従来多
くの形式のものが提案されているが、これらは、何れも
ステージを粗動する場合はステージの動きが軽く、駆動
ノブを用いて微動する場合はステージの動きに制動が掛
けられてステージに外力が加えられても妄りに動くこと
がないようになっている。
ところで、これら従来のものを機構的に大別すると、
例えば実公昭56−19050号や特開昭61−246714号におい
て提案されている如く、回転力量を極く軽くした駆動ノ
ブと同心一体の回転論が移動台の直線案内部材と常時係
合していて常態でのステージの移動は軽く行なわれ得且
つ微動操作時には摩擦部材によりステージ又は駆動ノブ
軸に押動力が加えられて制動が掛かるようにしたブレー
キ方式と、特開昭57−45513号，特開昭57−99607号，特
開昭61−198206号及び実開平１−153509号等において提
案されている如く、カムなどにより駆動ノブ軸全体が移
動台の直線案内部材に直接係脱できるようにしたり（以
下、これを直接型という）、移動台の直線案内部材に常
時噛合している駆動軸と駆動ノブ軸との間に中間伝達論
を配設して微動操作時にはこの中間伝達輪を駆動軸と駆
動ノブ軸とに同時に押し付けるようにしたりする（以
下、これを間接型という）クラッチ方式とがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記従来のステージ駆動装置の内、ブレー
キ方式のものでは、駆動ノブ軸と一体の回転輪が移動台
の直線案内部材に常時係合しているため、摩耗による性
能劣化や駆動ノブ軸の回転を軽くするための高価なベア
リング使用による製品コストの上昇等を回避できないと
いう問題点があり、又は直接型クラッチ方式のもので
は、各直線案内部材に各駆動ノブ軸を係合させる際それ
らのノブ軸は同心であるため各直線案内部材に対する各
ノブ軸の位置決めが難しく、往々にして一方の直線案内
部材にのみ駆動ノブ軸が強く押し当てられる結果となる
ことが多い。このため、片方の直線案内部材の摩耗が激
しくなったり、一対の移動台の駆動力量に差が生じたり
するという問題点があり、更に間接型クラッチ方式のも
のでは、直線案内部材と駆動軸とが常時係合しているた
めブレーキ方式のものと同様な問題点を有すると共に、
中間伝達輪を駆動軸と駆動ノブ軸に同時に押し付ける点
に関して直接型クラッチ方式のものと同様の問題点を有
する。尚、上記直接型クラッチ方式の持つ問題点を解決
するために、従来、駆動ノブ軸にゴム等の弾性部材輪を
固着してこれを直線案内部材に係脱させるようにしたも
のが提案されているが、この方式のものはステージの位
置決めを行う際一旦移動台を送って駆動ノブから手を離
すと弾性部材輪の弾性により移動台が動いてステージが
正しい位置からずれてしまうという問題点があるばかり
か、半導体製造過程で用いられる場合にはクリーンルー
ム内でのゴミの発生源になるという問題点もある。又、
ゴム等の弾性部材輪によるこのようば問題点と各駆動ノ
ブ軸を各直線案内部材に同時に押し付けるようにした場
合等の上記問題点を解消するものとして前記特開昭61−
198206号により提案されているように弾性部材論を使用
しないようにした構成のものがあるが、これは構造が極
めて複雑で高価なものになるという問題点がある。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、係合
部品の摩耗や移動台の駆動力量に差の生じることのな
い、構造簡単にして且つ廉価に製作し得る、この種ステ
ージ駆動装置を提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明によるステージ駆
動装置は、微動用の駆動ノブと一体の回転輪と、駆動ノ
ブと同心的に回動可能に取付けられていて回転輪に噛合
した中間伝達輪と移動台に取付けられた直線案内部材に
係脱可能の駆動輪とを同心一体に枢支したレバーとを夫
々含む一対の伝動機構を備えている。
好適には、上記駆動ノブ又は中間伝動輪は制動手段を
備えており、又上記直線案内部材は円形又は角形の断面
形状を有していて両端部二個所のみで移動台に取付けら
れている。
通常、直線案内部材は両端部二個所を取付ければ機能
上何ら問題はないが、ストロークが300mmを越える場合
は、三個所若しくは四個所を取付けてもよい。但し、案
内部材が取付けられる三個所以上の点は各々同一高さと
なるように調整されている必要がある。
〔作用〕
上記レバーは駆動輪が直線案内部材に係合する位置と
直線案内部材から離脱した位置とを取り得るようになっ
ていて、駆動輪が直線案内部材に当接している時は、駆
動ノブの回動により移動台が所定方向へ移動せしめられ
得る。これによりステージは所望の位置へ移動せしめら
れる。
この場合、駆動ノブ又は中間伝達輪に制動手段が備え
られていれば、移動台の微動作に慣性力が作用せず而も
ステージに外力が加えられても妄りに移動台が動くよう
なことはない。又、直線案内部材がその両端部のみで取
付けられていれば、直線案内部材は撓むことが可能であ
るため移動台の移動時横揺れや縦揺れが生じても駆動輪
と直線案内部材との係合状態は常に正常に保たれ得る。
〔実施例〕
以下、本発明を図示した実施例に基づき詳述する。
先づ、第１図において、１はねじ等を用いて顕微鏡本
体の準焦部に取付けられるべき固定板、２は固定板１に
第１方向（例えばＸ方向）へ直線移動し得るように取付
けられていて一側面に断面が円形の第１方向へ延びた棒
状の直線案内部材2aを取付けた第１移動台、３は第１移
動台２に第２方向（例えばＹ方向）へ直線移動し得るよ
うに取付けられていて一側面に断面が円形の第２方向へ
延びた棒状の直線案内部材3aを取付けた第２移動台、４
は固定板１に取付けられていて後述する駆動ノブと切換
えノブを含む伝動機構ユニットである。
第２及び第３図は、伝動機構ユニット４の部分の内部
構造を示しているが、図中、５は固定板１と一体的に取
付けられた軸受筒、６は軸受部５内に回転可能に挿通さ
れていて頂部に回転輪6aを有する主軸、７は軸受筒５の
外側に回転可能に嵌装されていて頂部に回転輪7aを有す
る軸筒、８は軸筒７に固着された第１駆動ノブ、９は主
軸６の下端部に固着された第２駆動ノブ、10は第１駆動
ノブ８の内側に形成された空間内において軸受筒５に固
着されていて軸筒７を支持する支持環、11は支持環10に
嵌装されていて第１駆動ノブ８に当接し得るワッシヤ
ー、12は支持環10の段部とワッシャー11との間に介在せ
しめられた皿ばね、13は支持環10に嵌装されていて第２
駆動ノブ９に当接し得るワッシャー、14は支持環10の段
部とワッシャー13との間に介在せしめられた皿ばねであ
って、支持環10とワッシャー11と皿ばね12は第１駆動ノ
ブ８のための制御手段を、又支持環10とワッシャー13と
皿ばね14は第２駆動ノブ９のための制動手段を夫々構成
している。15は固定板１と一体の部材に取付けられた軸
受、16は軸受15に回転可能に支承されていて外周の一部
を直径方向に切除して形成したカム16a（第３図）を有
する切換え軸、17は切換え軸16に固着された切換えノ
ブ、18は軸受筒５に回動可能に取付けられていて自由端
部が切換え軸16のカム16aに当接し得る第１レバー、19
は第１レバー18に枢着されていて回転輪7aに噛合する中
間伝達輪、20は中間伝達輪19と同心一体に取付けられて
いてＶ字形外周面が直線案内部材2aに摩擦係合し得る駆
動輪、21は軸受筒５に回動可能に取付けられていて自由
端部が切換え軸16のカム16aに当接し得る第２レバー、2
2は第２レバー21に枢着されていて回転輪6aに噛合する
中間伝達輪、23は中間伝達輪22と同心一体に取付けられ
ていてＶ字形外周面が直線案内部材3aに摩擦係合し得る
駆動輪、24（第３図）は基部が固定板１と一体の部材に
固着されていて第１及び第２レバー18,21を第３図の位
置で反時計方向へ即ち駆動輪20及び23が直線案内部材2a
及び3aに夫々押し付けられる方向へ弾圧する板ばね、25
（第３図）は切換え軸16に固着されていて不動部分に植
設された一対のストッパーピン26,27に当接し得るピン
である。
本発明に係るステージの駆動装置は上記の如く構成さ
れているが、次にその作用を説明する。図示の状態は、
駆動輪20,23が直線案内部材2a,3aに夫々係合した状態即
ち第１及び第２移動台2,3を微動操作し得る状態である
が、この切換え状態で例えば第１駆動ノブ８を回せば、
この回転は軸筒７を介して回転輪7aに伝達され、更に中
間伝達輪19及び駆動輪20へ伝達される。この場合駆動輪
20は板ばね24により直線案内部材2aへ押し付けられてい
て両者間には摩擦力が作用しているから、駆動輪20の上
記回転により第１移動台２は第１方向（Ｘ方向）へ直線
移動する。この際、第１駆動ノブ８には制動手段により
ブレーキが掛けられているから、第１移動台２が慣性運
動することはなく、意図した所定位置に正確に停止させ
ることができる。同様に第２駆動ノブ９を回した時は、
主軸6,回転輪6a,中間伝達輪22,駆動輪23及び直線案内部
材3aを介して第２移動台３を第２方向（Ｙ方向）へ直線
移動させることができる。
次に、図示の状態で切換えノブ17をピン25がストッパ
ーピン27に当接するまで回せば、第１及び第２レバー18
及び21は第３図の位置から同時に切換え軸16の円周面に
押されて右旋し、その結果、駆動輪20,23は直線案内部
材2a,3aから夫々離脱する。従って、微動操作状態は解
除され、第１及び第２移動台２及び３は手による粗動操
作が可能となる。
以上の説明で明らかな如く、切換え軸16に形成される
カムを、第４図に示すように、第１レバー18専用のカム
16a′と第２レバー21専用のカム16a″とを180°離れた
角度位置に形成し、その中間の角度位置に既述の第１及
び第２レバー18及び21共通のカム16aを形成するように
すれば、切換えノブ17の回転位置によって第１及び第２
移動台２及び３を別々に粗動又は微動の操作状態に切換
えたり、同時に粗動又は微動の操作状態に切換えたりす
ることが可能となる。この場合の切換え位置はクリック
装置等を用いて規制するようにすれば良い。又、一般に
移動台は、加工上の問題や組立て上の問題から常に正確
に平行移動している訳でなく、横揺れ（ヨーイング）や
縦揺れ（ピッチング）を起こしながら移動する。従っ
て、駆動輪20,23の位置が一定であるとすると、駆動輪2
0,23と直線案内部材2a,3aとの接触状態は、横揺れによ
り第４図（ａ）に示す如く、又は縦揺れで第４図（ｂ）
に示す如くなり、これらは駆動輪と直線案内部材との間
に作用する摩擦力の強弱となり、移動台の円滑な移動に
支障を来たす結果となる。これに対し、本駆動装置によ
れば、第１及び第２レバー18,21が板ばね24により弾圧
されているため上記横揺れに対しては支障を回避するこ
とができ、又は直線案内部材2a,3aはその両端部のみで
移動台2,3に取付けらているため移動台の移動中に縦揺
れが生じてもこれに応じて直線案内部材2a,3aが例えば
第６図に示す如く変形して駆動輪20,23との正常な係合
状態を維持させることができる。実用上、直線案内部材
としては、直径3mm,長さ200mm程度の丸棒が使用される
ので上記の変形は柔軟に行われ得、而もこの種の材料は
安価であり多少変形していても使用し得るから、装置全
体を安価に提供することができる。
尚、上記実施例では、直線案内部材2a,3aとして丸棒
即ち断面円形の部材を用いたが、第７図に示す如き断面
角形の板材を用いても良いことは言うまでもない。この
場合は、駆動輪を軸方向へ多少遊動できるように取付け
ることによって、上記の縦揺れによる支障を回避するこ
とができる。又、制動手段は駆動ノブに設けられている
が、例えば第２図に鎖線で示す如く第１レバー18と中間
伝達輪19との間に皿ばねを介在せしめるような方法で中
間伝達輪に設けるようにしても良い。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明によれば、簡単な切換え操作で交直
する二方向への移動台の微動移動を独立的に或いは同時
に行うことができ、又微動操作は慣性力の作用しない状
態で円滑且つ確実に行うことができる。又、微動操作中
摩擦係合部分が移動台の横揺れ、縦揺れに柔軟に対応し
得るから、直線案内部材や駆動輪等の摩耗が少なく長期
間初期の性能を維持し得るのみならず、摩耗粉の発生の
少ないこの装置を提供することができる。更に、比較的
廉価な部品を使用することができるばかりか組立ても比
較的簡単であるから、装置全体を安価に提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置を使用したステージの外観斜視図、
第２図は本発明に係る駆動装置部分の要部断面図、第３
図は第２図のIII−III線に沿って見た平面図、第４図は
切換えカムの第３図とは異なる例を示す説明図、第５図
は移動台の横揺れと縦揺れの状態を説明するための図、
第６図は直線案内部材の取付け状態と変形の様子を説明
するための図、第７図は直線案内部材の他の例を示す部
分斜視図である。 １……固定板、2,3……一対の移動台、、2a,3a……直線
案内部材、４……伝動機構ユニット、５……軸受筒、６
……主軸、6a……回転輪、７……軸筒、7a……回転輪、
8,9……駆動ノブ、10……支持環、11,13……ワッシャ
ー、12,14……皿ばね、15……軸受、16……切換え軸、1
6a,16a′,16a″……カム、17……切換えノブ、18,21…
…レバー、19,22……中間伝達輪、20,23……駆動輪、24
……板ばね。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−151581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−99607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−246714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−45513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−198206（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−57959（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−153509（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−39406（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭56−19050（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに直行する方向へ移動可能で一側面に
    直線案内部材を取付けた一対の移動台と、各移動台の移
    動方向に対し直交する方向へ延びていて各移動台を移動
    させるための一対の同軸的に配置された駆動ノブと、各
    駆動ノブと各直線案内部材との間に配置されていて各駆
    動ノブの回転運動を各移動台の各直線案内部材を介して
    の直線運動へ変換する一対の伝動機構とを備えたステー
    ジにおいて、各伝動機構は、上記駆動ノブと一体の回転
    輪と、上記駆動ノブと同心的に回動可能に取付けられて
    いて上記回転輪に噛合した中間伝達輪と上記直線案内部
    材に係脱可能の駆動輪とを同心一体に枢支したレバーと
    を夫々含んでおり、該レバーは上記駆動輪が上記直線案
    内部材に係合する位置と直線案内部材から離脱した位置
    とを取り得るようになっていることを特徴とする駆動装
    置。
  2. 【請求項２】前記駆動ノブ又は中間伝達輪は制動手段を
    備えていて、前記駆動輪が前記直線案内部材に係合して
    いる時移動台に制動力が作用するようになっている、特
    許請求の範囲（１）に記載の駆動装置。
  3. 【請求項３】前記直線案内部材は円形又は角形の断面形
    状を有していて両端部二個所のみで移動台に取付けられ
    ている、特許請求の範囲（１）に記載の駆動装置。
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