JP4838446B2

JP4838446B2 - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP4838446B2
Application number: JP2001186826A
Authority: JP
Inventors: 惣司山本; 章弘藤井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003005086A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定装置の駆動機構に関し、特に測定顕微鏡を駆動するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定顕微鏡等では、結像光学系を搭載するＺベースと呼ばれる部材を、焦点調整のために直線駆動させる機構が備わっている。
【０００３】
この直線駆動機構は、顕微鏡が所要の能力を発揮することができるよう高い位置決め精度が維持できることが必要とされ、このための機構として、実開平１−６９９６２号公報と特開平５−１５７５０４号公報に記載された技術が知られている。
【０００４】
図１１と図１２は従来の直線駆動機構の構成を示す図であり、図１１は側面図、図１２は正面図である。
【０００５】
本図において、結像光学系を移動させる方向である上下方向にリニアガイドレール８１が敷設され、そのリニアガイドレール８１上を移動自在に駆動部材８２が取り付けられている。そして、この駆動部材８２には結像光学系を搭載する図示していないＺベースと連結される連結部材８３が接続され、リニアガイドレール８１に沿って上下方向に移動できるようになっている。
【０００６】
一方、このリニアガイドレール８１と平行に連結部材８３を貫いてボールネジ８４が配設され、このボールネジ８４と螺合するボールナット８５が設けられている。そして、このボールナット８５に設けられた皿穴にボール８６を配し、そのボール８６を皿穴と連結部材８３との面間に挟持することで、ボールナット８５と連結部材８３とが揺動可能に構成されている。
【０００７】
このように構成された駆動機構では、ボールネジ８４の回転によりボールナット８５が上下に移動するため、同時にボール８６を介して連結部材８３に一体的に接続されている結像光学系も上下に移動する。この際、リニアガイドレール８１の軸方向とボールネジ８４の軸方向とが完全に平行となるように構成することは困難なため、通常では連結部材８３とボールナット８５にはこのずれに起因するモーメントが作用する。しかしこの発明の構成では、ボールナット８５と連結部材８３とが揺動可能に連結されているためボール８６の回転及び滑りによってずれが吸収され無理な力が作用することがない。
【０００８】
図１３は従来の直線駆動機構の他の構成を示す図である。
【０００９】
図中、可動部であるスライダ９０は図示していないガイドレールを介して左右方向に移動可能である。そして、ボールネジ９１に螺合されたボールナット９２は自動調芯機構９３および保持機構９４を介してスライダ９０に連結されている。
【００１０】
自動調芯機構９３は、ボールナット９２を複数の鋼球９５によって支持しながら調芯を行なうように構成されている。また保持機構９４はこのボールナット９２と自動調芯機構９３とを囲む枠材９６によって箱型に形成され、複数の鋼球９７を送り方向の前後面から挟持することで、自動調芯機構９３を送り方向には変位不能でかつ送り方向に対して直交する方向には変位可能に構成されている。従って、送り方向に対して直交する方向の変位が変化した場合でもボールネジ９１に無理な力がかかることがない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１１と図１２に記載された技術においては、ボールナット８５と連結部材８３との力の伝達状態は両側に配したボール８６の高さ、即ちボールナット８５に設けられた皿穴によって決められる。このため、左右の皿穴の加工精度に差があると両側のボールの高さに差が生じる結果、ボールナット８５部においてボールネジ８４とリニアガイドレール８１に対してモーメント力が加わることになり、最悪の場合、位置決め精度の低下、追従性の低下をきたす可能性がある。
【００１２】
この問題を回避するためには、皿穴の加工精度を高めボールナット８５に配設したボール８６の高さの差を更に極小化することが考えられるが、そうするとその加工精度を得るためにボールナット８５の製造原価の増加につながってしまう。
【００１３】
また、この技術においてはボールナット８５等の各部材に直接にボール受けを構成するための皿穴加工、平面加工などを施しているため原価が高いものとなっている。
【００１４】
一方、図１３に記載された技術では、自動調芯機構９３とスライダ９０をつないでいる枠材９６との間に複数の鋼球９７を設けているため、自動調芯機構９３及び枠材９６には平行度及び平面度が必要とされる。しかしながら、平行度及び平面度は完全に実現することは困難なため、全鋼球９７が接触しないことによるモーメントの発生が考えられる。
【００１５】
また、ボールネジ９１の軸芯とスライダ９０との送り方向は平行でなければならないが、枠材９６がその加工精度が原因でスライダ９０の送り方向に対して垂直になっていなければ同様にモーメントの発生が考えられる。
【００１６】
モーメントの発生を低減しようとすれば枠材９６の加工精度を良くすることが考えられるがそれでは費用が多くかかり原価の増加につながってしまう。また、連結部の構造はボールナット９２の運動に自由度を持たせている関係上構造が簡単でないため、修理や保守作業には時間を要することになる。
【００１７】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、ボールネジ８４、９１、ボールナット８５、９２、リニアガイドレール８１にモーメント荷重がかからず、従来よりも安価に構成することができ、保守性に優れた駆動機構を有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の顕微鏡装置の駆動手段は、ボールネジと、ボールネジに螺合する支持部材と、ボールネジの中心軸に対して対称で配置され、支持部材に先端部が上向きで該先端部の位置を上下方向に移動させて調整可能に配設された複数のプランジャーと、Ｚベースに固定された腕部材に設けられた硬質部と、を備え、プランジャーの先端部と硬質部の下面とが接触する顕微鏡装置である。
【００１９】
また本発明は、上記発明である顕微鏡装置において、ボールネジ、支持部材及びプランジャーが一体として顕微鏡装置から着脱自在に構成されている顕微鏡装置である。
【００２０】
また本発明は、上記発明である顕微鏡装置において、プランジャーの先端部にはボールが回転自在に設けられている顕微鏡装置である。
また本発明は、上記発明である顕微鏡装置において、腕部材と該腕部材に設けられた硬質部は、別体に構成されている顕微鏡装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は本発明である顕微鏡装置の第１の実施の形態を示す構成図であり、図１は駆動機構部を断面図で示した顕微鏡装置の右側面図、図２は上面図、図３は左側面図である。
【００２２】
本顕微鏡装置を積載するためのベース１１上にはコラム１２が配設され、このコラム１２内に結像光学系を上下方向に移動させるための駆動機構が組み込まれている。そしてこの駆動機構によって上下移動される駆動連結装置１３には、結像光学系を搭載するためのＺベース１４が固定して接続され、さらにＺベース１４はコラム１２の外側に取り付けられた上下に伸びるリニアガイド１５に沿って移動可能なように構成されている。
【００２３】
このＺベース１４の上下の位置は、コラム１２に固定されている検出器１６とＺベース１４とに固定されているスケール部１７とによって精密に計測がされる。また、Ｚベース１４には対物レンズ１８を固定するための対物レンズ座１９が取り付けられ、この位置に結像光学系が搭載される。
【００２４】
一方、ベース１１にはＸＹテーブル２０が設置されており、このＸＹテーブル２０上面に積載された被検体は付属のハンドル２１を回転させることで結像光学系の測定視野内に移動させることができる。
【００２５】
次に、コラム１２内に格納された駆動機構の構成について説明する。
【００２６】
コラム１２内にはボールネジ２５が上下方向に配設され、このボールネジ２５はコラム１２内の上下２箇所に取付けられた軸受け２６によって回転自在で上下方向の移動ができないように支持されている。
【００２７】
そして、このボールネジ２５の上端部はカップリング２７を介してコラム１２の外側上部に設置したモータ２８の回転軸と接続され、モータ２８の駆動力によってボールネジ２５が回転するように構成されている。こうして、このボールネジ２５が回転することによって、ボールネジ２５に螺合された駆動連結装置１３が上下方向に駆動される。
【００２８】
図４乃至図６は駆動連結装置１３の詳細の構造を示す図であり、図４は側面図、図５はＸ−Ｘ方向に沿う矢視断面図、図６はＹ−Ｙ方向に沿う矢視断面図である。
【００２９】
先ず駆動されるべきＺベース１４には連結部材３０を介して腕部材３１が連結され、この腕部材３１にボールネジ２５からの駆動力を伝達することでＺベース１４が上下に移動する。
【００３０】
一方、ボールネジ２５にはボールナット３２が螺合されており、そのボールナット３２を外側から覆う支持部材３３がネジ３４によって固定され取付けられている。この支持部材３３の両側に配されたプランジャー３５は、ネジ機構によって上下移動可能で固定ネジ３６によって位置調整が可能なように構成されている。
【００３１】
そして、この支持部材３３が腕部材３１の先端部に挿入され、かくして、プランジャー３５先端の硬球と腕部材３１の下面に設けた硬板３６とが接触した状態で、腕部材３１と支持部材３３は揺動可能に連結される。また、支持部材３３にはピン３７が固定されており、腕部材３１の穴に挿入されることによってボールナット３２が回ることを防止している。
【００３２】
次に、このように構成された顕微鏡装置の動作について説明する。
【００３３】
図示していないスイッチを操作することによりモータ２８が回転し、その回転はカップリング２７を介してボールネジ２５に伝達される。ボールネジ２５は軸受ユニット２６によって上下動なく回転自由に固定されているため、ボールナット３２の作用により駆動連結装置１３は回転方向に応じて上下に移動し、この結果、Ｚベース１４は駆動連結装置１３に従って上下に移動される。
【００３４】
ここで、Ｚベース１４には図示していない鏡筒、照明装置、写真装置等の光学ユニットが積載されるが、これらの重量を含めると１５Ｋｇ以上もの荷重が作用することになる。この荷重は設計上はリニアガイド１５によって受けることになるが、リニアガイド１５に微小な変形、ガタ等が生じた場合には、ボールネジ２５にモーメント荷重が作用して、ボールネジ２５の軸変形、モータ２８のトルク変動増加、あるいはモータ２８の寿命の短縮などの悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００３５】
本実施例では、この荷重をボールネジ２５の両側に配置したプランジャー３５先端の硬球部で点接触によって支持することでボールネジ２５へのモーメント力を無くすると共に、プランジャー３５の高さを調整できるように構成しているため高さの差によって発生する左右方向のモーメント力を無くすることが可能となっている。更に、硬球の先端部で荷重を受けているため横ずれが発生した場合であってもそのすべり抵抗を最小限にすることができ、ボールネジ２５への応力の発生を回避できるようになっている。
【００３６】
また、従来のように支持部材３３が直接に荷重を受ける構造ではなく、プランジャー３５が荷重を受けるため、支持部材３３では硬さを必要とする部材を少なくすることができる。同様にプランジャー３５の受けである硬板３６も腕部材３１と別体で構成しているため、硬さを必要とする部材を少なくすることができる。
【００３７】
この結果、従来であれば焼入れ可能な硬度の高い材料を用いて平面性確保の為の研磨加工等が必要となり、材料費および加工費が高価なものとなっていたが、本発明によって安価に構成することが可能となる。
【００３８】
更に、従来であれば部材の磨耗等が原因で機能的に劣化した場合、駆動連結装置１３毎に交換が必要となり高価で手間のかかるメンテナンス作業となっていたが、本発明では保守部品としてプランジャー３５と硬板３６とを用意しておけば良く、従来と比較して予備品の購入費用が安価でありまた容易に機能を回復させることができる。特に、プランジャー３５先端の硬球は固定して取付けられているため、組立時においても硬球の脱落がなく効率的に作業を進めることができる。
【００３９】
尚、本発明の効果を得るためには、プランジャー３５の先端部の形状は球状でなくとも、所定値以上の硬度を有しかつ接触面積を小さくできる形状であれば良い。また硬板３６についても硬球と同程度の硬度を有していれば良く、特に研磨加工を施さず素材のままであっても差し支えがない。
【００４０】
また、本実施の形態ではプランジャー３５の高さ調整をネジによって行っているが、この方式に限定されるものではなく嵌合、ヘイコイド、ハクなどによって調整する方式であっても良い。
【００４１】
図７乃至図９は本発明である顕微鏡装置の第２の実施の形態に係る駆動連結装置１３の詳細の構造を示す図であり、図７は側面図、図８はＸ−Ｘ方向に沿う矢視断面図、図９はＹ−Ｙ方向に沿う矢視断面図である。本図において、図４乃至６と同一の部分については同一の番号を付してその詳細の説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態では、プランジャー３５に替えてボール受け部材３８を配置した点が異なっている。このボール受け部材３８の先端は、ボール３９を受けるための円錐状の溝部が形成されており、ボール３９は硬板３６と転がり接触するように構成されている。そして、ボール受け部材３８は第１の実施の形態と同様にネジ等で高さの調整をすることが可能となっている。
【００４３】
本構成では、第１の実施の形態と同様に、ボールネジ２５に作用するモーメント力等をボール３９の回転によって吸収することができるが、更に加えて、ボール３９が回転する転がり接触であることから、横ずれが発生した場合であっても点接触に比較してその抵抗をさらに小さくすることができる。
【００４４】
図１０は本発明である顕微鏡装置の第３の実施の形態を示す構成図である。本図において図１と同一の部分には同一番号を付してその詳細の説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態では、コラム１２内におけるボールネジ２５などの取り付け構造が異なっている。
【００４６】
コラム１２内には上下２個所に支持部４０が水平に取り付けられ、ボールネジユニットベース４１がこの支持部４０とビス４２によって締結されている。そして、この支持部４０の取り付け部はボールネジユニットベース４１がリニアガイドに対して精度よく平行度が保てるように加工されている。
【００４７】
ボールネジユニットベース４１には、ボールネジ２５が上下２個所の軸受ユニット２６によって上下動なく回転自由に固定され、このボールネジ２５はその軸心方向がリニアガイドに対して精度よく平行になるように予め調整されている。
【００４８】
一方、モータ２８はボールネジユニットベース４１の上端部に積載されているネジ等で固定設置され、モータ２８の回転軸がカップリング２７を介してボールネジ２５と接続されている。
【００４９】
そして、この他の構成とその動作については第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
本第３の実施の形態においては、ボールネジユニットベース４１の取り付け面をリニアガイド１５と平行になるように加工しているため、ボールネジユニットベース４１上でボールネジ２５の軸芯を予め調整しておくことができ、容易にボールナット２５の軸芯とリニアガイド１５の移動方向とが平行になるように調整することができる。
【００５１】
更に、駆動部分を交換する際にはボールユニットベース４１とボールネジ２５などを一体として取り外して、そのユニットを交換すれば良いため、保守性に優れた構造となっている。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればボールネジ、ボールナット、リニアガイドレールにモーメント荷重がかからず、従来よりも安価に構成することができ保守性に優れた駆動機構を有する顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す顕微鏡装置の右側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す顕微鏡装置の上面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す顕微鏡装置の左側面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す駆動連結装置の側面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す駆動連結装置の断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態を示す駆動連結装置の断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す駆動連結装置の側面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す駆動連結装置の断面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す駆動連結装置の断面図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す駆動連結装置の側面図。
【図１１】従来の直線駆動機構の構成を示す側面図。
【図１２】従来の直線駆動機構の構成を示す正面図。
【図１３】従来の直線駆動機構の他の構成を示す図。
【符号の説明】
１１…ベース
１２…コラム
１３…駆動連結装置
１４…Ｚベース
１５…リニアガイド
２５…ボールネジ
３０…連結部材
３１…腕部材
３２…ボールナット
３３…支持部材
３５…プランジャー
３６…硬板
３８…ボール受け部材
３９…ボール
４１…ボールネジユニットベース

Claims

被検体像を結像させる結像光学系を積載して保持するＺベースと、このＺベースを上下動させるための駆動手段とを有する顕微鏡装置において、
前記駆動手段は、
ボールネジと、
前記ボールネジに螺合する支持部材と、
前記ボールネジの中心軸に対して対称で配置され、前記支持部材に先端部が上向きで該先端部の位置を上下方向に移動させて調整可能に配設された複数のプランジャーと、
前記Ｚベースに固定された腕部材に設けられた硬質部と、を備え、
前記プランジャーの先端部と前記硬質部の下面とが接触することを特徴とする顕微鏡装置。
前記ボールネジ、前記支持部材及び前記プランジャーが一体として前記顕微鏡装置から着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記プランジャーの先端部にはボールが回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
前記腕部材と該腕部材に設けられた硬質部は、別体に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。