JP4894490B2 - ガイド装置、ステージ装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、測定機、光学機器、精密機器などのステージ装置、あるいは上下動機構に適用される、ガイド装置、このガイド装置を採用したステージ装置及び光学機器に関する。

レース案内面間にボール、ローラなどを挟んで転がり接触とし、これらを少なくとも２系列設けて運動自由度を拘束し、一方向に案内する、有限軌道転がり直動案内装置が知られている。

この有限軌道転がり直動案内装置を、例えば、リニアエンコーダなどの位置読み取り手段と、送りねじなどの送り機構と組み合わせて、被検物と被検物検出手段（光学的拡大観察、画像処理、または接触式のプローブ、非接触式のレーザーセンサなど）とを相対移動させて移動量を読み取ることにより、座標、寸法などの測定を行う光学測定機が知られている。また、上述した有限軌道転がり直動案内装置は、各種製造装置や検査装置などの位置決めステージとして利用される。

従来、有限軌道転がり直動案内装置として、例えば、レースの鋼球案内面（レース案内面、Ｖ溝面）に鋼板を配置した装置が提案されている（特許文献１）。

上記装置によれば、Ｖ溝が形成された部材（ガイドブロック）が十分な硬度を有していない場合、例えば鋳鉄やアルミニウム合金で形成した場合であっても、鋼板によりレース案内面の摩耗を防ぐことが出来る。そのため、比較的小型で安価でありながら高精度なステージの、ボールレース直動案内機構として長年使用されている。

最近、ステージストロークの大型化要求が強まり、ボールレースガイドの長ストローク化が要望されている。

しかし、レース案内面に鋼板を配置する上記装置では、基本的に鋼板の長さ方向の両端を止めて、レース案内面のストローク方向への鋼板のずれを抑えているが、鋼板が長くなる程（長ストローク化する程）、何ら拘束されていない、鋼板の中央付近がストローク方向と交差する方向にずれる（横ずれの）課題が生じる。

実公平２−３８２４７号公報

鋼板がストローク方向と交差する方向にずれるのを防止する手段として、例えば鋼板をレース案内面に接着などの手段により固定してしまうことが検討されたが、ガイドブロックがアルミニウム合金製の場合、鋼板との熱膨張率の差に伴うバイメタル効果により、温度変化によるレース案内面の走り精度が変化する、取り扱いの難しい、新たな課題が生じた。

接着をする代わりに、ガイドブロック自体に横ずれを制限する形状部分を作り込むか、あるいは制限駒を取り付けることも検討されたが、Ｖ溝はレース案内面の平行度を確保するためにステージ部材とガイドブロックとを組み合わせた後に仕上げ加工をすることが多く、所定の形状を作り込むことや制限駒を取り付けることは、この仕上げ加工をする際の邪魔になる、あるいは仕上げ加工後の寸法的バラツキが生じるなどの、新たな課題が生じた。

本発明は、レース案内面の走り精度が変化する、レース案内面の仕上げ加工の邪魔になるなどの課題が生じることなく、レース案内面に配置した転動部材が転動するガイド片の横ずれを防止する、ガイド装置、このガイド装置を採用したステージ装置及び光学機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載のガイド装置は、転動部材を介して２つの被ガイド部材の相対移動をガイド可能なガイド装置であって、前記相対移動の方向と平行な長手方向に延在するガイド溝を有し、前記被ガイド部材と一体化可能なガイドブロックと、前記ガイド溝を形成する面に前記長手方向へ延在して配置され、前記転動部材を受けるガイド片と、前記ガイドブロックに配置され、前記ガイド片の前記長手方向への移動を阻止する第１移動阻止部材と、前記ガイドブロックに配置され、前記ガイド片の前記長手方向に交差する方向への移動を阻止する第２移動阻止部材とを備え、前記第２移動阻止部材は、前記ガイドブロックに対する高さを調整可能に構成され、前記ガイド片の前記長手方向に延在した二辺のうち、少なくとも何れか一方の辺と当接可能に配置されていることを特徴とする。

前記転動部材としては、例えば鋼球などがある。

前記ガイドブロックは、被ガイド部材と一体化可能であるが、別体に形成することも出来る。

前記ガイドブロックを、例えばアルミニウム合金で形成することが可能である。

前記ガイド溝は、例えばＶ溝があるが、これに限定されるものではない。

前記ガイド片は、例えば、長手方向に延びる二辺を有する細長い方形板状に形成されたものである。

前記第２移動阻止部材は、例えば有頭ネジが使用されるが、これに限定されるものではない。

本発明の請求項２に記載のステージ装置は、請求項１に記載のガイド装置を装備したことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の光学機器は、試料台と、該試料台に対して光学系を接離させる上下動機構とを装備した光学機器であって、前記試料台と前記上下動機構の少なくとも一方に請求項１に記載のガイド装置を装備したことを特徴とする。

本発明によれば、レース案内面の走り精度が変化する、レース案内面の仕上げ加工の際の邪魔になるなどの課題が生じることなく、レース案内面に配置したガイド片の横ずれを防止することが出来る。

以下、本発明のガイド装置、このガイド装置を採用したステージ装置及び光学機器の一実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。

図１は本発明のガイド装置の一実施形態を示す平面図、図２は図１の２−２線に沿う拡大断面図、図３は図１の３−３線に沿う拡大断面図、図４は図３の要部の拡大断面図、図５は本発明のガイド装置を採用したステージ装置の断面図、図６は本発明のガイド装置を採用した光学機器の斜視図である。

本実施形態のガイド装置Ａは、転動部材としての鋼球２０を介して２つの被ガイド部材（例えば図５に示すベース部材５０とスライド部材６０）の相対移動をガイド可能にするように構成される。なお、鋼球２０はリテーナ２１により保持される。

被ガイド部材と一体化可能なガイドブロックとしてのレース１０には、それと対向する他のレース１０と向かい合う一側面１１にガイド溝としてのＶ溝１２が形成される。このＶ溝１２は、被ガイド部材の相対移動の方向と平行なレース１０の長手方向に沿って延びる。Ｖ溝１２を形成する面としての２つのレース案内面１３には、その長手方向全体にわたってガイド片としてのリボン鋼板１４がそれぞれ配置される。レース１０は軽量化などを図るためにアルミニウム合金製である。

リボン鋼板１４は、その長手方向に沿って延びる二辺（側部）１４ａ、１４ｂを有する細長い方形板状に形成され、レース案内面１３の略全面を覆い、鋼球２０を受け、鋼球２０の転動でレース案内面１３が摩耗、変形、破損などするのを防止する。したがって、レース１０自体がアルミニウム合金製であっても何ら支障はない。

レース１０の長手方向両端箇所のＶ溝１２には、リボン鋼板１４が鋼球２０の転動に伴って長手方向に移動するのを阻止する第１移動阻止部材としての両端止め部材３０がそれぞれ配置される。

両端止め部材３０は、図２に示すように、Ｖ溝１２内に密着するように嵌め込まれる三角柱コマ３１と、この三角柱コマ３１をＶ溝１１内に固定する有頭ネジ３２とを有する。

三角柱コマ３１は、有頭ネジ３２による締め付けにより、リボン鋼板１４の長手方向端部の箇所をレース案内面１３に押し付けて、リボン鋼板１４の長手方向の移動（ずれ）を阻止する。有頭ネジ３２は、三角柱コマ３１を貫通してＶ溝１２の底部に形成したネジ孔１５に螺合する。有頭ネジ３２の締め付け度合いにより、三角柱コマ３１によるリボン鋼板１４のレース案内面１３への押し付け度合いを調整することが出来る。

レース１０の長手方向中央部には、リボン鋼板１４が長手方向と交差する方向（横方向）に移動するのを（横ずれを起こすのを）阻止する第２移動阻止部材としての中間止め部材４０が配置される。

中間止め部材４０は、図４に詳細に示すように、各リボン鋼板１４の外側の側部１４ａに当接（接触）可能となるようにＶ溝１１の短辺方向両端付近のネジ孔１６に螺合する２本の外側有頭ネジ４１と、各リボン鋼板１４の内側の側部１４ｂに接触可能となるようにＶ溝１１の底部のネジ孔１７に螺合する１本の内側有頭ネジ４２とを有する。

中間止め部材４０は、リボン鋼板１４の側部１４ａ、１４ｂを外側有頭ネジ４１と内側有頭ネジ４２で挟むようにして、リボン鋼板１４がレース案内面１３に対して横ずれを起こすのを阻止するだけで、リボン鋼板１４をレース案内面１３に押し付けて固定するなどせずに緩やかな拘束を行うようにしてある。換言すると、リボン鋼板１４が横ずれを起こすと、その側部１４ａ又は側部１４ｂが外側有頭ネジ４１の頭部４１ａ又は内側有頭ネジ４２の頭部４２ａに接触し、それ以上横ずれしないようにしてある。

したがって、レース１０をアルミニウム合金など、リボン鋼板１４と熱膨張率の差が大きい材料で構成した場合であってもバイメタル効果が生じるおそれがなく、リボン鋼板１４（レース案内面１３）上を鋼球２０がスムーズに転動する。

外側有頭ネジ４１、内側有頭ネジ４２は、ネジ孔１６、１７にねじ込んでレース１０に取り付けるようにしてあるので、ネジ孔１６、１７へのねじ込み量により、ともにリボン鋼板１４の側部１４ａ、１４ｂと接触する頭部４１ａ、４２ａのレース案内面１３からの高さ位置が調整可能になっている。また、頭部４２ａは、側部１４ｂとの接触に際して支障が生じないように円錐台形状に形成される。

これは、ガイドブロック１０をステージ装置（図５参照）の部材と組み合わせた後にレース案内面１３の平行度を確保するための仕上げ加工を行うことが多いためである。例えば、内側有頭ネジ４２の場合、一旦内側有頭ネジ４２をネジ孔１７内に深くねじ込んで仕上げ加工時の邪魔にならないようにしておき、仕上げ加工終了後に、レース案内面１３の高さ位置が変わり、それに合わせてリボン鋼板１４の高さ位置も変わるので、リボン鋼板１４の側部１４ｂと接触可能となるように（図４に示すような状態になるように）、ねじ込んでいた内側有頭ネジ４２を引き出すように内側有頭ネジ４２の頭部４２ａの高さ位置を調整する。ここで、内側有頭ネジ４２の頭部４２ａは、上述の如く円錐台形状となっているため、頭部４２ａの高さでリボン鋼板１４との間隔を調整することが出来る。すなわち、内側有頭ネジ４２をネジ孔１７内にねじ込むと、頭部４２ａの高さが低くなり（直径が大きい部分はネジ孔１７内に隠れ、直径が小さい部分のみが露出し）、頭部４２ａとリボン鋼板１４との間の間隔が広くなり、またネジ孔１７から引き出すと、頭部４２ａの高さが高くなり（直径が大きい部分が露出するようになり）、頭部４２ａとリボン鋼板１４との間の間隔が狭くなるので、頭部４２ａの高さにより、頭部４２ａとリボン鋼板１４との間の間隔を調整することが出来る。

ちなみに、レース案内面１３にストッパーの作用をする隆起部を一体に形成する場合には仕上げ加工の邪魔になり、またレース案内面１３の高さ位置の変化により隆起部とリボン鋼板１４の側部１４ａ、１４ｂとの接触状態が変化してしまうおそれがある。本実施形態のガイド装置ではネジ孔１５，１６にねじ込む外側有頭ネジ４１、内側有頭ネジ４２を採用していることから、このようなおそれは生じない。

上述した両端止め部材３０と中間止め部材４０をレース１０に取り付けるには、先ず両端止め部材３０をレース１０に取り付け、次いで中間止め部材４０のうち、外側有頭ネジ４１を、その後内側有頭ネジ４２をレース１０に取り付ける、順序で行う。また、リボン鋼板１４を取付ける際は、内側有頭ネジ４２をネジ孔１７内に隠れる程度にねじ込んだ状態でリボン鋼板１４を配置し、次いで内側有頭ネジ４２を引き出すことにより、リボン鋼板１４を取付けることが出来る。

本実施形態のガイド装置Ａによれば、レース案内面１３（リボン鋼板１４）上を転動する鋼球２０の走り精度が変化する、レース案内面１３の仕上げ加工の邪魔になるなどの支障が生じることなく、リボン鋼板１４の側部１４ａ、１４ｂに接触可能な状態で配置した外側有頭ネジ４１、内側有頭ネジ４２という極めて簡単な構成により、リボン鋼板１４の横ずれを防止することが出来る。

図５は上述したガイド装置Ａを採用したステージ装置を示す。このステージ装置は、ベース部材５０に対してスライド部材６０が図５の紙面の表側から裏側に又は裏側から表側に移動するように構成してあり、例えば各種製造装置や検査装置の位置決めステージとして利用されるものである。

ベース部材５０はアルミニウム合金製で、その上面に一体に形成した互いに平行な一対のレース５１，５２が図５の紙面の表側から裏側に延びるように配置される。スライド部材６０も同じくアルミニウム合金製で、その下面の両側位置に同じく図５の紙面の表側から裏側に延びてレース５１，５２に対向するようにしてレース６１，６２が配置される。レース６１，６２はスライド部材６０とは別体に構成され、固定ネジ６１ａ，６２ａによりスライド部材６０にそれぞれ固定され一体化している。なお、レース６１，６２をスライド部材６０と一体に形成するようにしてもよい。

レース５１，５２とレース６１，６２の互いに対向する側面にはそれぞれ上述したガイド装置がされる。すなわち、各レース５１，５２，６１，６２にはその長手方向に沿ってＶ溝５３，５４，６３，６４が形成され、各Ｖ溝５３，５４，６３，６４を形成するレース案内面にはリボン鋼板７０が配置される。

各リボン鋼板７０は、図示しないが、Ｖ溝５３，５４，６３，６４の長手方向両端位置に配置した第１移動阻止部材としての両端止め部材３０（図２参照）により、長手方向（スライド方向）への移動が阻止され、またＶ溝５３，５４，６３，６４の長手方向中央位置に配置した第２移動阻止部材としての中間止め部材（図３、図４参照）により、横ずれが阻止される。このようにしてレース案内面に固定されることなく、比較的緩やかな拘束状態で配置されたリボン鋼板７０上をリテーナ２１に保持された鋼球２０が転動することにより、ベース部材５０に対してスライド部材６０を一方向にスライドさせることが出来る。

なお、レース６２とスライド部材６０との間には僅かな隙間６５があり、レース６２はスライド部材６０の適度な間隔で複数箇所設けられたネジ孔６６に螺合した調整ネジ６７により図５の左右方向に与圧微調整可能になっている。調整ネジ６７は、固定ネジ６２ａと同数、同位置にすることが望ましい。

本実施形態のステージ装置によれば、図１ないし図４に示すガイド装置Ａを採用していることから、レース５１，５２，６１，６２とリボン鋼板７０との間に熱膨張率の差があっても温度変化によるバイメタル効果が生じるおそれはなく、スライド部材６０をベース部材５０に対して安定した状態でスライドさせることが可能となる。

また、レース５１，５２，６１，６２を鋼材により構成し、レース案内面に焼き入れ加工などを施して硬度を高める場合に比して大幅なコストダウンを図ることが可能である。

図６は上述したガイド装置Ａを採用した光学機器としての顕微鏡を示す。この顕微鏡は観察や検査対象の試料が載置される試料台８０と、この試料台８０上の試料を観察する、対物レンズや接眼レンズなどを備えた光学系８１と、この光学系８１を支持して光学系８１を試料に対して接離させる上下動機構８２とを備える。

本実施形態では、試料台８０の部分にガイド装置Ａを採用している。試料台８０はこのガイド機構Ａにより図６に示すＸ方向とＹ方向に安定した状態で移動可能である。

なお、上下動機構８２にもガイド機構Ａを装備してもよく、この場合、図６に示すＺ方向に安定した状態で移動可能になる。

また、ガイド装置Ａを、顕微鏡の代わりに別の光学機器である、光学測定機の測長ステージに採用してもよい。

本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。

例えば、第２移動阻止部材としての中間止め部材４０をレース１０（リボン鋼板１４）の長手方向中央部分に１箇所配置した場合を示したが、レース１０（リボン鋼板１４）の長手方向に沿って適宜間隔をあけて複数箇所に配置してもよい。

また、第２移動阻止部材としての中間止め部材４０を外側有頭ネジ４１と内側有頭ネジ４２とにより構成した場合を示したが、何れか一方だけで構成し、リボン鋼板１４の側部１４ａ又は側部１４ｂの何れか一方にだけ接触するようにしてもよい。

また、レース１０の一側面１１にＶ溝１２を形成した場合を示したが、これに限定されるものではなく、別の断面形状を有する溝を形成してもよい。

また、ガイド片としてリボン鋼板１４を使用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、少なくとも長手方向に延びる二辺を有したものであればよい。また、ガイド片は鋼球２０などの転動部材が直接レース案内面１３上を転動しないようにするためのものであり、レース１０に比して硬度の高い材質のもの（リボン鋼板１４）を選択することは好ましいが、必ずしも硬度の高い材質に限定されるものではない。

また、転動部材として鋼球２０を使用した場合を示したが、これに限定されず、ローラのようなものであってもよい。

本発明のガイド装置の一実施形態を示す平面図である。 図１の２−２線に沿う拡大断面図である。 図１の３−３線に沿う拡大断面図である。 図３の要部の拡大断面図である。 本発明のガイド装置を採用したステージ装置の断面図である。 本発明のガイド装置を採用した光学機器（顕微鏡）の斜視図である。

符号の説明

１０ レース（ガイドブロック）
１１ 一側面
１２ Ｖ溝（ガイド溝）
１３ レース案内面
１４ リボン鋼板（ガイド片）
１４ａ、１４ｂ 側部（二辺）
２０ 鋼球（転動部材）
３０ 両端止め部材（第１移動阻止部材）
４０ 中間止め部材（第２移動阻止部材）
４１ 外側有頭ネジ
４２ 内側有頭ネジ

Claims (3)

1. 転動部材を介して２つの被ガイド部材の相対移動をガイド可能なガイド装置であって、
   前記相対移動の方向と平行な長手方向に延在するガイド溝を有し、前記被ガイド部材と一体化可能なガイドブロックと、
   前記ガイド溝を形成する面に前記長手方向へ延在して配置され、前記転動部材を受けるガイド片と、
   前記ガイドブロックに配置され、前記ガイド片の前記長手方向への移動を阻止する第１移動阻止部材と、
   前記ガイドブロックに配置され、前記ガイド片の前記長手方向に交差する方向への移動を阻止する第２移動阻止部材と、
   を備え、
   前記第２移動阻止部材は、前記ガイドブロックに対する高さを調整可能に構成され、前記ガイド片の前記長手方向に延在した二辺のうち、少なくとも何れか一方の辺と当接可能に配置されていることを特徴とするガイド装置。
2. 請求項１に記載のガイド装置を装備したことを特徴とするステージ装置。
3. 試料台と、該試料台に対して光学系を接離させる上下動機構とを装備した光学機器であって、
   前記試料台と前記上下動機構の少なくとも一方に請求項１に記載のガイド装置を装備したことを特徴とする光学機器。

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