JP4062885B2 - ステージの送り装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の送りが要求されるステージの送り装置に関するものである。応用例としては、光ディスクの原盤を作製するマスタリング工程で使われるレーザビームレコーダの記録ヘッドの送り装置などがある。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高密度の光ディスクはサブミクロンのトラックピッチで小さなピットと呼ばれる信号が螺旋状に記録されている。その原盤をレーザで記録する装置がレーザビームレコーダと呼ばれている。レーザビームレコーダにおいては、ナノメータ単位の送り精度で、記録レンズユニットを搭載したステージを回転する原盤の半径方向に送る必要がある。
【０００３】
従来例のレーザビームレコーダのステージの送り装置を図２を用いて説明する。
【０００４】
図２（ａ）は従来例のレーザビームレコーダのステージの送り装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIIｂの線で切断した断面図を示す。図２において、３１はステージ、３２は記録レンズユニット（記録ヘッドを含む。）、３３及び３４は空気軸受けガイド、３５及び３６は空気軸受けのガイドバー、３８は光ディスクの原盤、３９は回転駆動部（スピンドルモータ）、４０は計測部である。計測部４０は、位置検出スケール４０ａ（可動部に含まれる。）及びヘッド部４０ｂ（固定部に含まれる。）を含む。
【０００５】
ステージ３１、記録レンズユニット３２、空気軸受けガイド３３及び３４、位置検出スケール４０ａ、等は可動部を構成し、図２（ａ）の上下方向（図２（ｂ）の紙面に垂直方向）に移動する。可動部は、空気軸受けガイド３３及び３４がそれぞれガイドバー３５及び３６にガイドされながら移動する。ガイドバー３５及び３６、ヘッド部４０ｂ、等は固定部を構成する。
【０００６】
この様に構成したステージの送り装置で、図示されないレーザ光源から出射されたレーザビームは記録光学系を通って記録信号で変調され記録レンズユニット３２に到達する。記録レンズユニット３２の記録レンズでレーザビームはサブミクロンのサイズに絞られ、回転駆動部（スピンドルモータ）３９により回転する原盤３８上に集光され原盤３８を露光し信号を記録する。
【０００７】
ここで、記録レンズユニット３２及び図示は省略するがその他の光学系を搭載したステージ３１は、その両翼を空気軸受けガイド３３、３４で支持され、回転駆動部３９によって回転される原盤３８を跨ぐような構成となっている。ステージ３１等の可動部はその下に取り付けられた駆動部（ボイスコイルモータ）３７で駆動される。ステージ３１が図２（ａ）の上下方向（図２（ｂ）の紙面に垂直方向）に移動することにより、原盤３８上に集光されたレーザビームは光ディスクの半径方向に移動する。ボイスコイルモータ３７の駆動点はステージ３１の重心とほぼ一致しており、ステージ３１にヨーイングを起こすようなモーメントが働かないように構成されている。またヨーイングが起こったとしても、出来るだけ重心線上近くに記録レンズユニット３２を配置しているため記録位置のふらつきを最小に抑えることができるようになっている。
【０００８】
ステージ３１が原盤３８を跨ぐような門型の構成である故に、ステージ３１の重心位置近くに記録ヘッド（記録レンズユニット３２に含まれる。）を配置し且つステージ３１の重心近傍をボイスコイルモータ３７で駆動することが可能になる。また送り制御のための計測部４０は記録ヘッドの延長線上に出来るだけ近く配置され、アッベの法則による誤差を最小にしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなステージの送り装置の問題点の一つは垂直方向と水平方向を位置規制する口型の軸受けガイド３３、３４が両サイドにあるため、組み立て時やメンテナンス時に、２つのガイドバー３５及び３６の平行出しが難しく多大な時間を要することである。これは、記録点のふらつきを生じさせるステージ３１のヨーイングやピッチングを少なくするには軸受けの剛性を上げる必要があり、そのためには空気軸受けのスキマをより小さくすることが必要である。ある例での軸受けスキマは５ミクロンほどであった。上記のような構成で両サイドに数ミクロンのスキマしかないガイドを配置すれば、組立時の両ガイドバーの平行出しは極めて困難になり、多大な時間を要することになる。
【００１０】
またガイドバー３５及び３６は単体でも加工時の平行度誤差（ガイドバーの４つの側面の平行度の誤差）がある。それ故に現実的には両軸受け３３、３４とガイドバー３５、３６とのスキマが常に一定であるように位置調整することは極めて困難である。そのため、両軸受け３３、３４とガイドバー３５、３６とのスキマが一定にならない故に左右の軸受けに働く力のバランスが崩れ、ステージ３１がヨーイングを起こすことがあった。
【００１１】
また、両サイドに口型の軸受けガイドを有しているためステージの幅はかなり大きなものになり、ステージの送り装置の小型化の阻害要因になっていた。
【００１２】
また上記のガイドはガイドバー３５、３６が両端（図２（ａ）の上下の端（上端は記載していない。））で支持される構造なので、ステージ３１の自重によってガイドバー３５、３６がたわむことが起こっていた。このたわみによってステージ３１が進行方向に傾き、記録精度を悪化させていた。
【００１３】
このステージがヨーイングやピッチングを起こすと、加工部（例えば記録レンズを含む。）と当該加工部で加工する被加工部材（例えば原盤）との相対的な位置の変位を生じ、トラックピッチのむらやピットの位置誤差になる。
【００１４】
本発明は上記の問題点を解決し、コンパクトで送り精度が高く理想的な新しい構成のステージの送り装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明の請求項１に記載の送り装置は、ステージと、前記ステージの重心上を通るように前記ステージの下方に配置された駆動部と、前記ステージの下方で延びるガイドと、前記ステージの下方に配置され、かつ、前記駆動部を挟み前記ガイドの延び方向と平行に設けられ前記ステージを垂直方向に位置規制する一対の垂直方向ガイド部と、前記一対の垂直方向ガイド部の外側に前記ステージを垂直方向下向きに引き付ける一対の磁石と、前記一対の垂直方向ガイドのうち前記ガイドに近接するガイドの内側かつ前記ガイドの延び方向と平行に配置され水平方向に前記ステージを位置規制する一つの水平方向ガイド部と、前記ステージに配置されたスケールと前記スケールを検出し前記ステージの位置を計測するヘッド部から構成された計測部と、前記スケールの移動方向の延長線上に配置された加工部と、被加工部材の加工位置で、前記被加工部材と干渉しない位置に前記駆動部と前記計測部を配置するステージの送り装置において、前記ステージ移動時に、前記一対の垂直方向ガイド部のうち前記近接するガイドとは異なる他方のガイドと前記水平方向ガイド部との間を被加工部材が通り、前記加工部が前記被加工部材を走査して前記加工部より前記被加工部材を加工することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記加工部の一部が記録レンズであり、前記被加工部材が原盤であって、前記記録レンズは、前記計測部の延長線上または前記計測部の延長線と前記駆動部の延長線の間に配置されており、且つ前記記録レンズが前記原盤を加工する位置において前記原盤と干渉しない位置に前記駆動部、前記計測部が配置されており、前記ステージ移動時に、前記水平方向ガイド部から遠くに位置する前記垂直方向ガイド部と前記水平方向ガイド部との間を前記原盤が通り、前記記録レンズが前記原盤の中心線上を半径方向に走査して前記記録レンズにより前記原盤に信号を記録する請求項１に記載のステージ送り装置である。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記一対の垂直方向ガイド分の両外側に配置された吸着磁石または磁性部材と、前記吸着磁石または磁性部材のそれぞれと上下方向に対向し且つ互いに引き合うように固定して配置された他の吸着磁石または磁性部材とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージの送り装置である。
【００１８】
このステージ（可動部）に吸着磁石が配置され且つ磁性部材が固定して配置されていてもよく、このステージに磁性部材が配置され且つ吸着磁石が固定して配置されていてもよく、このステージにも固定側にも吸着磁石が配置されているいずれの場合でも良い。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記駆動部がボイスコイル型モータである請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のステージ送り装置である。
【００２０】
以上の本発明により、コンパクトで送り精度が高いステージの送り装置を実現出来るという作用を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。
【００２２】
本発明のステージの送り装置を図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）はステージの送り装置の背面図、図１（ｂ）はその平面図、図１（ｃ）はその正面図（一部は断面図）を示す。同図において、１はステージ、２は記録レンズユニット、３はボイスコイル、４ａ及び４ｂは磁石、５は中心ヨーク、６ａ及び６ｂはヨーク、８は計測部、９は平行ガイド、１０、１１及び１２は軸受けブロック、１３はステージベース、１４及び１６は吸着磁石、１５及び１７は磁性部材、１８は原盤、１９は回転駆動部（スピンドルモータ）、２６は空気配管、２７は装置ベースである。
【００２３】
計測部８は、位置検出スケール８ａ（可動部に含まれる。）及びヘッド部８ｂ（固定部に含まれる。）を含む。ステージ１、記録レンズユニット２、ボイスコイル３、位置検出スケール８ａ、軸受けブロック１０、１１及び１２、並びに吸着磁石１４及び１６等は可動部に含まれる。磁石４ａ及び４ｂ、中心ヨーク５、ヨーク６ａ及び６ｂ、ヘッド部８ｂ、平行ガイド９、ステージベース１３、磁性部材１５及び１７、並びに装置ベース２７等は固定部に含まれる。
【００２４】
ステージ１の下側中央のステージ重心付近にはステージ１の駆動部であるボイスコイルモータがある。ボイスコイルモータは、磁石４ａ及び４ｂ、中心ヨーク５、ヨーク６ａ及び６ｂ（固定部）と、ボイスコイル３（可動部）とを含む。このボイスコイルモータの原理を説明する。ボイスコイル３がステージ１の中央付近下に取りつけられている。両端部（図１（ｂ）において上端及び下端）が装置ベース２７に固定された中心ヨーク５がボイスコイル３（可動部に含まれる。）を貫通している。中心ヨーク５は同じく装置ベース２７に固定された左右のヨーク６ａ、６ｂと両端部で連結されている。中心ヨーク５及び左右のヨーク６ａ、６ｂは、ヨーク６ａ、６ｂに固定された永久磁石４ａ、４ｂの磁束を通す磁気回路を形成している。磁石４ａ、４ｂと中心ヨーク５とが形成する磁気空隙中をボイスコイル３が移動可能になっている。そこでボイスコイル３に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従ってボイスコイル３を図１（ｃ）の紙面に垂直な方向（図１（ｂ）の上下方向）に駆動する力が発生し、ボイスコイル３及びステージ１等を含む可動部が図１（ｃ）の紙面に垂直な方向に移動する。
【００２５】
図１（ｃ）において、ボイスコイル３の右側でヨーク６ｂの外側には計測部８が設けられている。計測部８はステージ１に固定された位置検出スケール８ａ（例えば透明と黒との縦縞のスケール）と装置ベース２７上のステージベース１３に固定されたヘッド部８ｂ（例えば前面に透明と黒との縦縞のフィルタを配置した、発光ダイオードと受光ダイオードからなるフォトアイソレータ）からなり、ステージ１の移動に伴って変化する位置情報を与える（例えばフォトアイソレータが、位置検出スケール８ａの移動に伴って２つの縦縞で発生するモアレに応じた信号を出力する）。ここで、計測部８はボイスコイル３の右側でヨーク６ｂの外側に設けたが、計測部８をボイスコイル３の左側でヨーク６ａの外側に設けてもよい。
【００２６】
計測部８の延長線上付近で、かつ図１（ｂ）の平面図で見てステージ１の上端部に記録レンズユニット（記録レンズを含む。）２が取りつけられている。記録レンズユニット２は記録レンズとフォーカスアクチュエータとを含む。フォーカスアクチュエータは、記録レンズの焦点が常に原盤１８上に結ぶように記録レンズを追従させる。図示されないレーザ光源から出射されたレーザビームは記録光学系を通って記録信号で変調され記録レンズユニット２に到達する。記録レンズユニット２の記録レンズでレーザビームはサブミクロンのサイズに絞られ原盤１８上に集光され原盤１８を露光し信号を記録する。回転駆動部（スピンドルモータ）１９は原盤１８を回転している。計測部８と記録レンズがほぼ同一直線上にあるのはアッベの法則による誤差を最小限にするためである。
【００２７】
ボイスコイルモータの左側にステージ１を水平方向に位置規制する水平方向ガイド部が設けられている。水平方向ガイド部はステージベース１３に取りつけられた平行ガイド９と、平行ガイド９を挟み込むようにステージ１に取りつけられた軸受けブロック１０及び１１とから成っている。
【００２８】
図示されないが、軸受けブロック１０及び１１は平行ガイド９と対向する側面にオリフィスなどの空気軸受け形成部を有していて、平行ガイド９との間に空気軸受けを形成する（矢印部）。本実施の形態の構成では水平方向に位置規制するガイドが一つであるので、従来例のように二つのガイドが干渉し合ったりすることがなく組み立てが容易であり、精度も出し易い。本実施の形態の構成は、ステージ１の重心と駆動点がほぼ一致しており、その位置が水平方向を位置規制する水平方向ガイド部に近接しているため、ガイドが片側でもステージ１がヨーイングを起こさないのである。
【００２９】
実際に、従来のステージと本実施の形態のステージで、ステージの移動からの停止時にステージが許容ヨーイングに収まるまでの静定時間をオートコリメータ測定機を用い測定すると、従来のステージでは静定時間が０．６秒であったのに対して、本実施の形態のステージでは静定時間が０．２９秒であり、ステージのヨーイング振れが大幅に改善していた。
【００３０】
軸受けブロック１０及び計測部８の外側（図１（ｃ）において右側）に位置する軸受けブロック１２は、下面にオリフィスなどの空気軸受け形成部を有しており、これに対向するステージベース１３の上面との間に空気軸受けを構成する（矢印部）。この１対の空気軸受けは垂直方向にステージ１を位置規制する垂直方向ガイド部を形成している。図１（ｃ）の２６は軸受けブロック１０、１１、１２の空気軸受けに空気を供給する配管である。
【００３１】
軸受けブロック１０および１２のそれぞれの外側には、吸着磁石１６、１４がステージ１に取りつけられている。吸着磁石１６、１４は、ステージベース１３に固定された磁性部材１７、１５に夫々対向している。そのためこの吸着磁石１６、１４の吸着力によりステージ１は強力にステージベース１３に引っ張られ、軸受けブロック１０及び１２が形成する空気軸受けに軸受け圧力を与えている。軸受けブロック１０、１２のガイド面はステージベース１３である（板状のステージベース１３は、従来例のガイドバー３５、３６に比べてはるかに大きな断面積を有する。）故に、従来例で起こっていたようなステージがガイドの中央に来た時にステージの自重でガイドがたわむという問題が発生しない。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、記録レンズが原盤１８の最内周に来た時でも駆動部（ボイスコイルモータ）のボイスコイル３、および計測部８の位置検出スケール８ａが原盤１８と干渉しないように、記録レンズユニット２はステージ１の先端部の近傍に取りつけられている。そのためステージ１の移動時に、軸受けブロック１１（水平方向ガイド部の一部）と水平方向ガイド部から遠くに位置する（駆動部を基準にした時、水平方向ガイド部と反対側に位置する）軸受けブロック１２（垂直方向ガイド部の一部）との間を原盤１８が通ることが出来る。その時記録レンズが原盤１８の中心線上を半径方向に走査して原盤１８に信号を記録する。本実施の形態の構成ではステージの送り装置の横方向の幅は、原盤１８の直径と軸受けブロック１０、１１、１２の幅と平行ガイド９の幅と両端の吸着マグネット１４、１６の幅との合計より広ければ良い。従来例の横幅と比較して約８０％の横幅に小さくすることができる。
【００３３】
またボイスコイル３、中心ヨーク５などの駆動部を出来る限り細く作り、駆動点、計測制御点、加工点（記録点）を出来る限り同一直線上に配置し、ステージ１にヨーイングなどをおこさせるモーメント力を発生させない構造にしている。上記の説明は送りの駆動をボイスコイルモータで説明したが、これ以外のリニアモータおよびネジ駆動などでも同じく適用できる。
【００３４】
またこのステージの送り装置のサイズは横（幅）方向（図１の横方向）の寸法が従来比で約８０％の大きさになり、小さなサイズのステージの送り装置を実現することができる。
【００３５】
以上のように本発明によれば、コンパクトで送り精度が高く理想的な新しい構成のステージの送り装置を実現出来るという有利な効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によるステージの送り装置は、ステージの重心点近くを駆動部（例えばボイスコイルモータ）が駆動するのでステージを回転させるモーメントが発生しない構造であり、そのため水平方向のガイドが片側のみでも移動時にヨーイングやピッチングを起こすことがなく、安定した位置姿勢を保つことができる。
【００３７】
また本発明による構成では、ステージの位置を検出して送り速度を所定の値に制御するための計測部と加工部（例えば記録レンズを含む。）とがほぼ直線上に配置されているので、アッベの誤差がなく、制御される位置（計測部の測定点）と加工される位置（加工部の加工点（例えば原盤の記録される位置））が実質的に等しい。したがって制御は正確にしているが記録部分では誤差のために正確な記録がなされないということがない。
【００３８】
また両端支持のガイドバー上を軸受けが移動する構造ではないので、ステージの自重によってガイドバーがたわむことがなく、加工部と被加工部材（例えば原盤）との相対的な位置が一定に保つことができる。
【００３９】
さらに、水平方向ガイド部が一つであるため、組立時に水平ガイドバーの平行出しをする必要が無く、極めて短時間に組立てを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すステージの送り装置の構成図
【図２】従来のステージの送り装置の構成図
【符号の説明】
１、３１ ステージ
２、３２ 記録レンズユニット
３ ボイスコイル
４ａ、４ｂ 磁石
５ 中心ヨーク
６ａ、６ｂ ヨーク
８、４０ 計測部
８ａ、４０ａ 位置検出スケール
８ｂ、４０ｂ ヘッド部
９ 平行ガイド
１０、１１、１２ 軸受けブロック
１３ ステージベース
１４、１６ 吸着磁石
１５、１７ 磁性部材
１８、３８ 原盤
１９、３９ 回転駆動部
２６ 空気配管
２７ 装置ベース
３３、３４ 軸受けガイド
３５、３６ ガイドバー
３７ ボイスコイルモータ
４４、４６ プレート
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の送りが要求されるステージの送り装置に関するものである。応用例としては、光ディスクの原盤を作製するマスタリング工程で使われるレーザビームレコーダの記録ヘッドの送り装置などがある。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高密度の光ディスクはサブミクロンのトラックピッチで小さなピットと呼ばれる信号が螺旋状に記録されている。その原盤をレーザで記録する装置がレーザビームレコーダと呼ばれている。レーザビームレコーダにおいては、ナノメータ単位の送り精度で、記録レンズユニットを搭載したステージを回転する原盤の半径方向に送る必要がある。
【０００３】
従来例のレーザビームレコーダのステージの送り装置を図２を用いて説明する。
【０００４】
図２（ａ）は従来例のレーザビームレコーダのステージの送り装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIIｂの線で切断した断面図を示す。図２において、３１はステージ、３２は記録レンズユニット（記録ヘッドを含む。）、３３及び３４は空気軸受けガイド、３５及び３６は空気軸受けのガイドバー、３８は光ディスクの原盤、３９は回転駆動部（スピンドルモータ）、４０は計測部である。計測部４０は、位置検出スケール４０ａ（可動部に含まれる。）及びヘッド部４０ｂ（固定部に含まれる。）を含む。
【０００５】
ステージ３１、記録レンズユニット３２、空気軸受けガイド３３及び３４、位置検出スケール４０ａ、等は可動部を構成し、図２（ａ）の上下方向（図２（ｂ）の紙面に垂直方向）に移動する。可動部は、空気軸受けガイド３３及び３４がそれぞれガイドバー３５及び３６にガイドされながら移動する。ガイドバー３５及び３６、ヘッド部４０ｂ、等は固定部を構成する。
【０００６】
この様に構成したステージの送り装置で、図示されないレーザ光源から出射されたレーザビームは記録光学系を通って記録信号で変調され記録レンズユニット３２に到達する。記録レンズユニット３２の記録レンズでレーザビームはサブミクロンのサイズに絞られ、回転駆動部（スピンドルモータ）３９により回転する原盤３８上に集光され原盤３８を露光し信号を記録する。
【０００７】
ここで、記録レンズユニット３２及び図示は省略するがその他の光学系を搭載したステージ３１は、その両翼を空気軸受けガイド３３、３４で支持され、回転駆動部３９によって回転される原盤３８を跨ぐような構成となっている。ステージ３１等の可動部はその下に取り付けられた駆動部（ボイスコイルモータ）３７で駆動される。ステージ３１が図２（ａ）の上下方向（図２（ｂ）の紙面に垂直方向）に移動することにより、原盤３８上に集光されたレーザビームは光ディスクの半径方向に移動する。ボイスコイルモータ３７の駆動点はステージ３１の重心とほぼ一致しており、ステージ３１にヨーイングを起こすようなモーメントが働かないように構成されている。またヨーイングが起こったとしても、出来るだけ重心線上近くに記録レンズユニット３２を配置しているため記録位置のふらつきを最小に抑えることができるようになっている。
【０００８】
ステージ３１が原盤３８を跨ぐような門型の構成である故に、ステージ３１の重心位置近くに記録ヘッド（記録レンズユニット３２に含まれる。）を配置し且つステージ３１の重心近傍をボイスコイルモータ３７で駆動することが可能になる。また送り制御のための計測部４０は記録ヘッドの延長線上に出来るだけ近く配置され、アッベの法則による誤差を最小にしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなステージの送り装置の問題点の一つは垂直方向と水平方向を位置規制する口型の軸受けガイド３３、３４が両サイドにあるため、組み立て時やメンテナンス時に、２つのガイドバー３５及び３６の平行出しが難しく多大な時間を要することである。これは、記録点のふらつきを生じさせるステージ３１のヨーイングやピッチングを少なくするには軸受けの剛性を上げる必要があり、そのためには空気軸受けのスキマをより小さくすることが必要である。ある例での軸受けスキマは５ミクロンほどであった。上記のような構成で両サイドに数ミクロンのスキマしかないガイドを配置すれば、組立時の両ガイドバーの平行出しは極めて困難になり、多大な時間を要することになる。
【００１０】
またガイドバー３５及び３６は単体でも加工時の平行度誤差（ガイドバーの４つの側面の平行度の誤差）がある。それ故に現実的には両軸受け３３、３４とガイドバー３５、３６とのスキマが常に一定であるように位置調整することは極めて困難である。そのため、両軸受け３３、３４とガイドバー３５、３６とのスキマが一定にならない故に左右の軸受けに働く力のバランスが崩れ、ステージ３１がヨーイングを起こすことがあった。
【００１１】
また、両サイドに口型の軸受けガイドを有しているためステージの幅はかなり大きなものになり、ステージの送り装置の小型化の阻害要因になっていた。
【００１２】
また上記のガイドはガイドバー３５、３６が両端（図２（ａ）の上下の端（上端は記載していない。））で支持される構造なので、ステージ３１の自重によってガイドバー３５、３６がたわむことが起こっていた。このたわみによってステージ３１が進行方向に傾き、記録精度を悪化させていた。
【００１３】
このステージがヨーイングやピッチングを起こすと、加工部（例えば記録レンズを含む。）と当該加工部で加工する被加工部材（例えば原盤）との相対的な位置の変位を生じ、トラックピッチのむらやピットの位置誤差になる。
【００１４】
本発明は上記の問題点を解決し、コンパクトで送り精度が高く理想的な新しい構成のステージの送り装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明の請求項１に記載の送り装置は、ステージと、前記ステージの重心上を通るように前記ステージの下方に配置された駆動部と、前記ステージの下方で延びるガイドと、前記ステージの下方に配置され、かつ、前記駆動部を挟み前記ガイドの延び方向と平行に設けられ前記ステージを垂直方向に位置規制する一対の垂直方向ガイド部と、前記一対の垂直方向ガイド部の外側に前記ステージを垂直方向下向きに引き付ける一対の磁石と、前記一対の垂直方向ガイドのうち前記ガイドに近接するガイドの内側かつ前記ガイドの延び方向と平行に配置され水平方向に前記ステージを位置規制する一つの水平方向ガイド部と、前記ステージに配置されたスケールと前記スケールを検出し前記ステージの位置を計測するヘッド部から構成された計測部と、前記スケールの移動方向の延長線上に配置された加工部と、被加工部材の加工位置で、前記被加工部材と干渉しない位置に前記駆動部と前記計測部を配置するステージの送り装置において、前記ステージ移動時に、前記一対の垂直方向ガイド部のうち前記近接するガイドとは異なる他方のガイドと前記水平方向ガイド部との間を被加工部材が通り、前記加工部が前記被加工部材を走査して前記加工部より前記被加工部材を加工することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記加工部の一部が記録レンズであり、前記被加工部材が原盤であって、前記記録レンズは、前記計測部の延長線上または前記計測部の延長線と前記駆動部の延長線の間に配置されており、且つ前記記録レンズが前記原盤を加工する位置において前記原盤と干渉しない位置に前記駆動部、前記計測部が配置されており、前記ステージ移動時に、前記水平方向ガイド部から遠くに位置する前記垂直方向ガイド部と前記水平方向ガイド部との間を前記原盤が通り、前記記録レンズが前記原盤の中心線上を半径方向に走査して前記記録レンズにより前記原盤に信号を記録する請求項１に記載のステージ送り装置である。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記一対の垂直方向ガイド分の両外側に配置された吸着磁石または磁性部材と、前記吸着磁石または磁性部材のそれぞれと上下方向に対向し且つ互いに引き合うように固定して配置された他の吸着磁石または磁性部材とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージの送り装置である。
【００１８】
このステージ（可動部）に吸着磁石が配置され且つ磁性部材が固定して配置されていてもよく、このステージに磁性部材が配置され且つ吸着磁石が固定して配置されていてもよく、このステージにも固定側にも吸着磁石が配置されているいずれの場合でも良い。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記駆動部がボイスコイル型モータである請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のステージ送り装置である。
【００２０】
以上の本発明により、コンパクトで送り精度が高いステージの送り装置を実現出来るという作用を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。
【００２２】
本発明のステージの送り装置を図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）はステージの送り装置の背面図、図１（ｂ）はその平面図、図１（ｃ）はその正面図（一部は断面図）を示す。同図において、１はステージ、２は記録レンズユニット、３はボイスコイル、４ａ及び４ｂは磁石、５は中心ヨーク、６ａ及び６ｂはヨーク、８は計測部、９は平行ガイド、１０、１１及び１２は軸受けブロック、１３はステージベース、１４及び１６は吸着磁石、１５及び１７は磁性部材、１８は原盤、１９は回転駆動部（スピンドルモータ）、２６は空気配管、２７は装置ベースである。
【００２３】
計測部８は、位置検出スケール８ａ（可動部に含まれる。）及びヘッド部８ｂ（固定部に含まれる。）を含む。ステージ１、記録レンズユニット２、ボイスコイル３、位置検出スケール８ａ、軸受けブロック１０、１１及び１２、並びに吸着磁石１４及び１６等は可動部に含まれる。磁石４ａ及び４ｂ、中心ヨーク５、ヨーク６ａ及び６ｂ、ヘッド部８ｂ、平行ガイド９、ステージベース１３、磁性部材１５及び１７、並びに装置ベース２７等は固定部に含まれる。
【００２４】
ステージ１の下側中央のステージ重心付近にはステージ１の駆動部であるボイスコイルモータがある。ボイスコイルモータは、磁石４ａ及び４ｂ、中心ヨーク５、ヨーク６ａ及び６ｂ（固定部）と、ボイスコイル３（可動部）とを含む。このボイスコイルモータの原理を説明する。ボイスコイル３がステージ１の中央付近下に取りつけられている。両端部（図１（ｂ）において上端及び下端）が装置ベース２７に固定された中心ヨーク５がボイスコイル３（可動部に含まれる。）を貫通している。中心ヨーク５は同じく装置ベース２７に固定された左右のヨーク６ａ、６ｂと両端部で連結されている。中心ヨーク５及び左右のヨーク６ａ、６ｂは、ヨーク６ａ、６ｂに固定された永久磁石４ａ、４ｂの磁束を通す磁気回路を形成している。磁石４ａ、４ｂと中心ヨーク５とが形成する磁気空隙中をボイスコイル３が移動可能になっている。そこでボイスコイル３に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従ってボイスコイル３を図１（ｃ）の紙面に垂直な方向（図１（ｂ）の上下方向）に駆動する力が発生し、ボイスコイル３及びステージ１等を含む可動部が図１（ｃ）の紙面に垂直な方向に移動する。
【００２５】
図１（ｃ）において、ボイスコイル３の右側でヨーク６ｂの外側には計測部８が設けられている。計測部８はステージ１に固定された位置検出スケール８ａ（例えば透明と黒との縦縞のスケール）と装置ベース２７上のステージベース１３に固定されたヘッド部８ｂ（例えば前面に透明と黒との縦縞のフィルタを配置した、発光ダイオードと受光ダイオードからなるフォトアイソレータ）からなり、ステージ１の移動に伴って変化する位置情報を与える（例えばフォトアイソレータが、位置検出スケール８ａの移動に伴って２つの縦縞で発生するモアレに応じた信号を出力する）。ここで、計測部８はボイスコイル３の右側でヨーク６ｂの外側に設けたが、計測部８をボイスコイル３の左側でヨーク６ａの外側に設けてもよい。
【００２６】
計測部８の延長線上付近で、かつ図１（ｂ）の平面図で見てステージ１の上端部に記録レンズユニット（記録レンズを含む。）２が取りつけられている。記録レンズユニット２は記録レンズとフォーカスアクチュエータとを含む。フォーカスアクチュエータは、記録レンズの焦点が常に原盤１８上に結ぶように記録レンズを追従させる。図示されないレーザ光源から出射されたレーザビームは記録光学系を通って記録信号で変調され記録レンズユニット２に到達する。記録レンズユニット２の記録レンズでレーザビームはサブミクロンのサイズに絞られ原盤１８上に集光され原盤１８を露光し信号を記録する。回転駆動部（スピンドルモータ）１９は原盤１８を回転している。計測部８と記録レンズがほぼ同一直線上にあるのはアッベの法則による誤差を最小限にするためである。
【００２７】
ボイスコイルモータの左側にステージ１を水平方向に位置規制する水平方向ガイド部が設けられている。水平方向ガイド部はステージベース１３に取りつけられた平行ガイド９と、平行ガイド９を挟み込むようにステージ１に取りつけられた軸受けブロック１０及び１１とから成っている。
【００２８】
図示されないが、軸受けブロック１０及び１１は平行ガイド９と対向する側面にオリフィスなどの空気軸受け形成部を有していて、平行ガイド９との間に空気軸受けを形成する（矢印部）。本実施の形態の構成では水平方向に位置規制するガイドが一つであるので、従来例のように二つのガイドが干渉し合ったりすることがなく組み立てが容易であり、精度も出し易い。本実施の形態の構成は、ステージ１の重心と駆動点がほぼ一致しており、その位置が水平方向を位置規制する水平方向ガイド部に近接しているため、ガイドが片側でもステージ１がヨーイングを起こさないのである。
【００２９】
実際に、従来のステージと本実施の形態のステージで、ステージの移動からの停止時にステージが許容ヨーイングに収まるまでの静定時間をオートコリメータ測定機を用い測定すると、従来のステージでは静定時間が０．６秒であったのに対して、本実施の形態のステージでは静定時間が０．２９秒であり、ステージのヨーイング振れが大幅に改善していた。
【００３０】
軸受けブロック１０及び計測部８の外側（図１（ｃ）において右側）に位置する軸受けブロック１２は、下面にオリフィスなどの空気軸受け形成部を有しており、これに対向するステージベース１３の上面との間に空気軸受けを構成する（矢印部）。この１対の空気軸受けは垂直方向にステージ１を位置規制する垂直方向ガイド部を形成している。図１（ｃ）の２６は軸受けブロック１０、１１、１２の空気軸受けに空気を供給する配管である。
【００３１】
軸受けブロック１０および１２のそれぞれの外側には、吸着磁石１６、１４がステージ１に取りつけられている。吸着磁石１６、１４は、ステージベース１３に固定された磁性部材１７、１５に夫々対向している。そのためこの吸着磁石１６、１４の吸着力によりステージ１は強力にステージベース１３に引っ張られ、軸受けブロック１０及び１２が形成する空気軸受けに軸受け圧力を与えている。軸受けブロック１０、１２のガイド面はステージベース１３である（板状のステージベース１３は、従来例のガイドバー３５、３６に比べてはるかに大きな断面積を有する。）故に、従来例で起こっていたようなステージがガイドの中央に来た時にステージの自重でガイドがたわむという問題が発生しない。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、記録レンズが原盤１８の最内周に来た時でも駆動部（ボイスコイルモータ）のボイスコイル３、および計測部８の位置検出スケール８ａが原盤１８と干渉しないように、記録レンズユニット２はステージ１の先端部の近傍に取りつけられている。そのためステージ１の移動時に、軸受けブロック１１（水平方向ガイド部の一部）と水平方向ガイド部から遠くに位置する（駆動部を基準にした時、水平方向ガイド部と反対側に位置する）軸受けブロック１２（垂直方向ガイド部の一部）との間を原盤１８が通ることが出来る。その時記録レンズが原盤１８の中心線上を半径方向に走査して原盤１８に信号を記録する。本実施の形態の構成ではステージの送り装置の横方向の幅は、原盤１８の直径と軸受けブロック１０、１１、１２の幅と平行ガイド９の幅と両端の吸着マグネット１４、１６の幅との合計より広ければ良い。従来例の横幅と比較して約８０％の横幅に小さくすることができる。
【００３３】
またボイスコイル３、中心ヨーク５などの駆動部を出来る限り細く作り、駆動点、計測制御点、加工点（記録点）を出来る限り同一直線上に配置し、ステージ１にヨーイングなどをおこさせるモーメント力を発生させない構造にしている。上記の説明は送りの駆動をボイスコイルモータで説明したが、これ以外のリニアモータおよびネジ駆動などでも同じく適用できる。
【００３４】
またこのステージの送り装置のサイズは横（幅）方向（図１の横方向）の寸法が従来比で約８０％の大きさになり、小さなサイズのステージの送り装置を実現することができる。
【００３５】
以上のように本発明によれば、コンパクトで送り精度が高く理想的な新しい構成のステージの送り装置を実現出来るという有利な効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によるステージの送り装置は、ステージの重心点近くを駆動部（例えばボイスコイルモータ）が駆動するのでステージを回転させるモーメントが発生しない構造であり、そのため水平方向のガイドが片側のみでも移動時にヨーイングやピッチングを起こすことがなく、安定した位置姿勢を保つことができる。
【００３７】
また本発明による構成では、ステージの位置を検出して送り速度を所定の値に制御するための計測部と加工部（例えば記録レンズを含む。）とがほぼ直線上に配置されているので、アッベの誤差がなく、制御される位置（計測部の測定点）と加工される位置（加工部の加工点（例えば原盤の記録される位置））が実質的に等しい。したがって制御は正確にしているが記録部分では誤差のために正確な記録がなされないということがない。
【００３８】
また両端支持のガイドバー上を軸受けが移動する構造ではないので、ステージの自重によってガイドバーがたわむことがなく、加工部と被加工部材（例えば原盤）との相対的な位置が一定に保つことができる。
【００３９】
さらに、水平方向ガイド部が一つであるため、組立時に水平ガイドバーの平行出しをする必要が無く、極めて短時間に組立てを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すステージの送り装置の構成図
【図２】従来のステージの送り装置の構成図
【符号の説明】
１、３１ ステージ
２、３２ 記録レンズユニット
３ ボイスコイル
４ａ、４ｂ 磁石
５ 中心ヨーク
６ａ、６ｂ ヨーク
８、４０ 計測部
８ａ、４０ａ 位置検出スケール
８ｂ、４０ｂ ヘッド部
９ 平行ガイド
１０、１１、１２ 軸受けブロック
１３ ステージベース
１４、１６ 吸着磁石
１５、１７ 磁性部材
１８、３８ 原盤
１９、３９ 回転駆動部
２６ 空気配管
２７ 装置ベース
３３、３４ 軸受けガイド
３５、３６ ガイドバー
３７ ボイスコイルモータ
４４、４６ プレート
Claims (1)
- ステージと、前記ステージの重心上を通るように前記ステージの下方に配置された駆動部と、前記ステージの下方で延びるガイドと、前記ステージの下方に配置され、かつ、前記駆動部を挟み前記ガイドの延び方向と平行に設けられ前記ステージを垂直方向に位置規制する一対の垂直方向ガイド部と、前記一対の垂直方向ガイド部の外側に前記ステージを垂直方向下向きに引き付ける一対の磁石と、前記一対の垂直方向ガイドのうち前記ガイドに近接するガイドの内側かつ前記ガイドの延び方向と平行に配置され水平方向に前記ステージを位置規制する一つの水平方向ガイド部と、前記ステージに配置されたスケールと前記スケールを検出し前記ステージの位置を計測するヘッド部から構成された計測部と、前記スケールの移動方向の延長線上に配置された加工部と、被加工部材の加工位置で、前記被加工部材と干渉しない位置に前記駆動部と前記計測部を配置するステージの送り装置において、
前記ステージ移動時に、前記一対の垂直方向ガイド部のうち前記近接するガイドとは異なる他方のガイドと前記水平方向ガイド部との間を被加工部材が通り、前記加工部が前記被加工部材を走査して前記加工部より前記被加工部材を加工すること
を特徴とするステージの送り装置。
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