JP4917411B2 - リニアステージ用現位置保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、リニアガイドを介してベースプレートに取り付けられた移動ステージをベースプレートに対して固定するためのリニアステージ用現位置保持機構の改良に関する。

リニアステージ用現位置保持機構として転用可能なものとしては、非特許文献１に開示されるようなクランプ装置が既に公知である。

このクランプ装置１０８は、図４（ａ）に示されるように、レール１００を跨いで設置されたサドル１０１と、サドル１０１が備えるシリンダ１０２に内嵌されたピストン１０３と、ピストン１０３の一端面に固設されたウェッジスライドギア１０４、および、ウェッジスライドギア１０４で駆動されるブレーキパッド１０５と、ピストン１０３を定常的に付勢するためのコイルスプリング１０６、ならびに、ピストン１０３を押し戻す際に必要とされる空気圧を蓄積するための気室１０７によって構成される。

其の作用原理を簡略化して図４（ｂ）に示す。ピストン１０３に固設されたウェッジスライドギア１０４は、コイルスプリング１０６の付勢力によって図４（ｂ）中の右側から左側に向けて定常的に付勢されており、クランプ装置１０８をレール１００に固定する際には、ウェッジスライドギア１０４のテーパ面１０４ａの楔効果によってブレーキパッド１０５をレール１００に圧接させることで、レール１００上におけるクランプ装置１０８の現在位置が保証されるようになっている。

また、クランプ装置１０８を移動させる場合には、図示しない管路を介して気室１０７内に空気を送り込んでコイルスプリング１０６の付勢力に抗してピストン１０３およびウェッジスライドギア１０４を図４（ｂ）中の左側から右側に向けて移動させ、ウェッジスライドギア１０４のテーパ面１０４ａをブレーキパッド１０５から離間させてレール１００に対するブレーキパッド１０５の圧着状態を解除することで、レール１００に沿ったクランプ装置１０８の移動を許容する。

このクランプ装置１０８は、本来、比較的大型の装置に利用されるもので、クランプ装置１０８自体の大きさから見て、例えば、一辺が１００ｍｍ前後といった小型の移動ステージに取り付けて用いるのには難がある。

また、ウェッジスライドギア１０４を移動させるためにピストン１０３を挟むようにして其の両側にコイルスプリング１０６と気室１０７を配置する必要があり、２つの駆動源つまりコイルスプリング１０６と気室１０７を同一直線上に配置しなければならないといった構造上の問題があり、クランプ装置１０８の全長の短縮が難しく、また、ピストン１０３に十分な受圧面積を与える必要もあるので、クランプ装置１０８の幅方向の寸法の短縮もままならない。

更に、空気圧を駆動源の一部として利用している関係上、気室１０７に空気を供給するためのフレキシブルな管路が必要であり、このクランプ装置１０８を移動ステージに取り付けて利用すると、管路がクランプ装置１０８の移動と共に引き回されることになり、周辺設備と管路との干渉が問題となる可能性が考えられる。

また、この管路の引き回しや屈曲のために移動ステージの駆動抵抗が様々に変動するので、これを精密な位置決め精度の要求されるリニアステージに取り付けて利用すると、位置決め精度に支障が生じるといった恐れがある。

「ＬｉｎｅａｒＣｌａｍｐｅｒ−Ｚｅｅ」製品カタログ，鍋屋バイテック会社

そこで、本発明の課題は、前記従来技術の不都合を改善し、小型のリニアステージに搭載することが可能な大きさであって、管路やコード類の引き回しや屈曲による周辺設備との干渉、更には、移動ステージの駆動抵抗の変動や其れに伴う位置決め精度の劣化といった問題を生じることのないリニアステージ用現位置保持機構を提供することにある。

本発明のリニアステージ用現位置保持機構は、リニアガイドを介してベースプレートに取り付けられた移動ステージとベースプレートとの相対位置を保持した状態で移動ステージをベースプレートに対して一時的に固定するためのリニアステージ用現位置保持機構であり、前記課題を達成するため、特に、
移動ステージの移動方向に対して平行となる移動ステージの一面に直交し且つ移動ステージの移動方向に対して平行となる平面に対する投影形状が外に凸となる一端面を備えた固定部材の前記一端面を移動ステージの前記一面に対向させた状態で固定部材の前記一端面と前記移動ステージの前記一面との間に間隔を置いて該固定部材を前記ベースプレートに対して一体的に固着し、
移動ステージの移動方向を基準とする前記固定部材の前記一端面の両端部の各々と前記移動ステージの前記一面との間に、前記移動ステージの前記一面と前記固定部材の前記一端面との間の最小離間距離を越え且つ前記移動ステージの前記一面と前記固定部材の前記一端面との間の最大離間距離に満たない外径を有する与圧部材を移動自在に配置すると共に、
前記各与圧部材の外周部に当接して前記各与圧部材を相互に接近させる方向に付勢する各与圧部材毎の付勢手段と、前記各与圧部材の間に位置し前記移動ステージの前記一面と接離する方向にのみ移動可能であって前記各与圧部材と当接する両側面間の間隔が其の基部から先端に向けて徐々に増大するロック解除部材と、前記ロック解除部材を前記移動ステージの前記一面から離間させる方向に引き寄せるアクチュエータとを、前記ベースプレートの側に配備したことを特徴とする構成を有する。

以上の構成において、移動ステージをベースプレートに固定する場合には、まず、アクチュエータを非作動とし、各与圧部材の間に位置するロック解除部材が、移動ステージの移動方向に対して平行となる移動ステージの一面に対して容易に接近し得る状態とする。
ロック解除部材の両側には移動自在な２つの与圧部材が位置し、これらの与圧部材が各与圧部材毎の付勢手段によって相互に接近する方向に付勢されており、各与圧部材と当接するロック解除部材の両側面間の間隔は其の基部から先端に向けて徐々に増大するように形成されているので、ロック解除部材の両側面が各与圧部材を介して各与圧部材毎の付勢手段で押圧されることにより、楔状のテーパ面を有するロック解除部材の両側面に２つの与圧部材の間から押し出される方向の力が作用し、このロック解除部材が移動ステージの前記一面に対して接近する方向に移動する。
そして、ロック解除部材の移動に伴って、其の両側に位置する２つの与圧部材が相互に接近し、移動ステージの前記一面に対向して外に凸の形状を有する固定部材の一端面の両端部、つまり、移動ステージにおける前記一面との離間距離が最大となる固定部材の一端面上の位置から、該一端面の中央部寄りの位置、すなわち、移動ステージにおける前記一面との離間距離が最小となる固定部材の一端面上の位置へと移動する。
各与圧部材は前述の最小離間距離を越える外径を備えているので、固定部材における前記一端面の中央部寄りの位置に移動した２つの与圧部材は、移動ステージにおける前記一面と固定部材における前記一端面との間に楔のようにして挟み込まれ、これら２つの与圧部材が、ベースプレートに対して一体的に固着された固定部材に対する移動ステージの移動、すなわち、ベースプレートに対する移動ステージの移動を防止して、移動ステージをベースプレートに固定する。
また、このようにして移動ステージをベースプレートに固定した状態で移動ステージの移動方向に強い力が加わると、移動ステージの前記一面に当接した与圧部材に対し、該与圧部材を移動ステージの移動を許容する方向に回転させようとする向きの回転力が作用する。この回転力の向きは、移動ステージに加わる力の方向ベクトルの基部側に位置する与圧部材を固定部材の前記一端面に沿って更に該一端面の中央部寄りに向けて転動させる方向に作用するので、この与圧部材が、移動ステージにおける前記一面と固定部材における前記一端面との間に更に強く挟み込まれることになる。よって、移動ステージをベースプレートに固定した状態で移動ステージの移動方向に強い力が加わっても、移動ステージが不用意に動く心配はない。
一方、ベースプレートに対する移動ステージの固定を解除する場合には、アクチュエータを作動させ、各与圧部材の間に位置するロック解除部材を移動ステージの前記一面から離間する方向に移動させる。ロック解除部材には基部から先端に向けて相互間の間隔が徐々に増大する両側面からなる楔状のテーパ面が形成されているので、ロック解除部材の移動により、其の両側に位置する２つの与圧部材が、各与圧部材毎の付勢手段の力に抗し、相互に離間する方向に移動する。
このようにしてロック解除部材の両側に位置する２つの与圧部材が相互に離間し、移動ステージの前記一面に対向して外に凸の形状を有する固定部材の一端面の中央寄りの位置、つまり、移動ステージにおける前記一面との離間距離が最小となる固定部材の一端面上の位置から、該一端面の両端部の位置、すなわち、移動ステージにおける前記一面との離間距離が最大となる固定部材の一端面上の位置へと移動する。
各与圧部材は前述の最大離間距離に満たない外径を備えているので、固定部材における前記一端面の両端部に移動した２つの与圧部材は、移動ステージにおける前記一面と固定部材における前記一端面との間で移動自在な状態となり、ベースプレートに一体的に固着された固定部材に対する移動ステージの移動、つまり、ベースプレートに対する移動ステージの移動が許容された状態となる。
各与圧部材は各与圧部材毎の付勢手段によってロック解除部材の方向に向けて付勢されており、各与圧部材の外周がロック解除部材の両側の楔状のテーパ面に当接しているので、各与圧部材は、其の一側に位置する付勢手段と其の他側に位置するロック解除部材における楔状のテーパ面との間に挟み込まれて移動ステージの前記一面から離間する方向に退避するので、これらの与圧部材が移動ステージの前記一面に干渉することはなく、移動ステージをスムーズに移動させることができる。
以上に述べた通り、移動ステージをベースプレートに固定するために必要とされる全ての構成要素、すなわち、固定部材および２つの与圧部材と各与圧部材毎の付勢手段ならびにロック解除部材とアクチュエータとがベースプレート側に纏めて配備されているので、アクチュエータを駆動する電力あるいは空気圧等を供給するための管路やコード類が移動ステージと共に引き回されたり屈曲したりすることはなく、管路やコード類と周辺設備との干渉の問題、更には、管路やコード類の引き回しや屈曲によって生じる駆動抵抗の変動に伴う位置決め精度の劣化の問題が解消される。
また、移動ステージをベースプレートに固定する際の駆動源となる２つの付勢手段が移動ステージの移動方向に沿った向きで作動する一方、移動ステージの固定を解除するためのロック解除部材とアクチュエータは、移動ステージの移動方向と直交する向きで作動するようになっているので、固定力を発揮させるための駆動源と其れを解除するための駆動源とを同一直線上に配置した従来型の構造と比べてリニアステージ用現位置保持機構の小型化が容易であり、小型のリニアステージにおける移動ステージの固定にも容易に対処することができる。

固定部材における前記一端面は、円弧状の二次曲面によって形成することが望ましい。

外に凸となる固定部材の一端面を円弧状の二次曲面とすることにより、該一端面の中央部寄りの位置、すなわち、移動ステージにおける前記一面との離間距離が最小となる位置の近傍において、当該一端面と移動ステージの前記一面との成す角が最小となるので、与圧部材を相互に接近させる僅かな力によって当該２つの与圧部材を移動ステージにおける前記一面と固定部材における前記一端面との間に確実に挟み込んで固定部材と移動ステージとを固定することができる。また、固定部材における前記一端面の両端部近傍では移動ステージの前記一面との成す角が最大となるので、これら２つの与圧部材を当該一端面に沿って移動させ、移動ステージにおける前記一面から確実に与圧部材を退避させて移動ステージをスムーズに移動させることができる。
円弧状の二次曲面に代わる形状としては、頂点が鈍角となる山形のテーパ面を利用することも可能である。

与圧部材としては、ローラを利用することが望ましい。

固定部材における前記一端面および移動ステージにおける前記一面との接触面積を確保する必要上、与圧部材としてローラを利用することが望ましいが、この他にも、鋼球状の与圧部材等を利用することが可能である。

ロック解除部材は、円錐形状のものを使用することが望ましい。

回転体の一種である円錐体を利用してロック解除部材を形成すれば、ロック解除部材を引き寄せるアクチュエータの軸が不用意に回転した場合であっても、与圧部材との間に片当たりを生じることなくロック解除部材の両側面によって２つの与圧部材を確実に移動させることができる。

更に、各与圧部材毎の付勢手段を略Ｃ字型の一体化された板バネによって形成し、この板バネの両端部の各々を外側から各与圧部材に当接させた構成を適用することができる。

移動ステージをベースプレートに固定する際の駆動源となる２つの付勢手段が小型化され、リニアステージ用現位置保持機構の全体の小型化が容易となる。

また、アクチュエータは、ロック解除部材を移動ステージの前記一面から離間させる方向に移動させる可動鉄心とコイルによって構成することができる。

ロック解除部材が移動ステージの前記一面に対して接近する方向に移動した状態、つまり、２つの与圧部材によって移動ステージがベースプレートに固定された状態を初期位置とし、コイルが励磁された状態でステージの固定を解除する構成とすることより、電源がダウンした場合でも、其の直前の移動ステージの位置を確実に保持することができる。

本発明のリニアステージ用現位置保持機構は、移動ステージをベースプレートに固定するために必要とされる全ての構成要素、すなわち、固定部材および２つの与圧部材と各与圧部材毎の付勢手段ならびにロック解除部材とアクチュエータをベースプレート側に纏めて配備しているので、アクチュエータを駆動する電力あるいは空気圧等を供給するための管路やコード類が移動ステージと共に引き回されたり屈曲したりすることがなく、管路やコード類と周辺設備との干渉の問題、更には、管路やコード類の引き回しや屈曲によって生じる駆動抵抗の変動に伴う位置決め精度の劣化の問題が解消される。
また、移動ステージをベースプレートに固定する際の駆動源となる２つの付勢手段が移動ステージの移動方向に沿った向きで作動する一方、移動ステージの固定を解除するためのロック解除部材とアクチュエータは、移動ステージの移動方向と直交する向きで作動するようになっているので、固定力を発揮させるための駆動源と其れを解除するための駆動源とを同一直線上に配置した従来型の構造と比べ、リニアステージ用現位置保持機構の小型化が容易であり、小型のリニアステージにおける移動ステージの固定にも容易に対処することができる。
しかも、移動ステージをベースプレートに固定した状態で移動ステージの移動方向に強い力が加わると、移動ステージにおける一面と固定部材における一端面との間に与圧部材が更に強く挟み込まれるので、移動ステージをベースプレートに固定した状態で移動ステージの移動方向に強い力が加わっても、移動ステージが不用意に動くような問題が発生しない。

特に、固定部材の一端面を円弧状の二次曲面によって形成しているので、与圧部材を相互に接近させる僅かな力によって与圧部材を移動ステージと固定部材との間に確実に挟み込んで移動ステージを固定部材に固定することができ、また、アクチュエータを作動させて固定を解除した状態では、これら２つの与圧部材を移動ステージから確実に退避させて移動ステージをスムーズに移動させることができる。

更に、与圧部材としてローラを利用しているので、固定部材における一端面および移動ステージにおける一面と与圧部材との接触面積が確保され、移動ステージをベースプレートに確実に固定することができる。

また、回転体の一種である円錐体を利用してロック解除部材を形成しているので、ロック解除部材を引き寄せるアクチュエータの軸に不用意な回転が生じた場合であっても、与圧部材との間に片当たりを生じることなくロック解除部材の両側面によって２つの与圧部材を確実に移動させて、ベースプレートに対する移動ステージの固定を解除することができる。

更に、各与圧部材毎の付勢手段は略Ｃ字型の一体化された板バネによって形成し、この板バネの両端部の各々を外側から各与圧部材に当接させる構成を適用しているので、移動ステージをベースプレートに固定する際の駆動源となる２つの付勢手段が小型化され、リニアステージ用現位置保持機構の全体の小型化が容易である。

そして、ロック解除部材を引き寄せるアクチュエータを可動鉄心とコイルによって構成し、移動ステージがベースプレートに固定された状態を初期位置とし、コイルが励磁された状態でステージの固定を解除するようにしているので、電源がダウンした場合でも、其の直前の移動ステージの位置を確実に保持することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明を適用したリニアステージ用現位置保持機構１を装着した一実施形態のリニアステージ２について示した平面図、図１（ｂ）は同リニアステージ２を示した正断面図、図１（ｃ）はリニアステージ用現位置保持機構１の取り付け部の周辺構造を示した部分断面図である。また、図２はリニアステージ２から移動ステージ３を取り外して示した平面図、図３（ａ）はリニアステージ用現位置保持機構１の内部構造を示した平面図、図３（ｂ）はリニアステージ用現位置保持機構１の内部構造を示した断面図である。

リニアステージ２は図１（ｂ）に示される通り、概略において、ベースプレート４と移動ステージ３およびリニアガイド５，５とリニアモータ６によって構成される。

リニアガイド５は一対のガイドレール５ａ，５ｂによって構成され、ガイドレール５ａ，５ｂの対向面の各々に刻設されたＶ溝に圧入された図示しないガイドローラが転動することによってガイドレール５ａに対するガイドレール５ｂの移動が許容されるようになっている。図１（ｂ）の例では内側に位置するガイドレール５ａ，５ａがベースプレート４側に固着される一方、外側に位置するガイドレール５ｂ，５ｂが移動ステージ３側に固着されており、リニアガイド５，５を介してベースプレート４に取り付けられた移動ステージ３が、図１（ｂ）における紙面垂直方向つまり図１（ａ）中の矢印Ｘの方向と其の逆方向に移動できるようになっている。

リニアモータ６はベースプレート４上に取り付けられた固定子６ａ（コイル）と移動ステージ３の下面に取り付けられた走行子６ｂ（磁石）とによって構成され、固定子６ａに対する供給電力を制御することによって固定子６ａに対する走行子６ｂの送り、すなわち、ベースプレート４に対する移動ステージ３の送りが制御されるようになっている。

また、移動ステージ３の一側には当該移動ステージ３の移動方向に沿ったスケール７が固設される一方、ベース部レート４の一側には、略Ｌ字型のステー８を介してエンコーダ９が取り付けられ、エンコーダ９からの帰還信号によってベースプレート４に対する移動ステージ３の移動位置が検出されるようになっている。

更に、ベースプレート４上に取り付けられた光電センサ１０と移動ステージ３の下面に取り付けられた遮光板１１によってゼロイン用の機械原点検出手段１２が構成されている。

移動ステージ３，ベースプレート４，リニアガイド５，リニアモータ６，スケール７，エンコーダ９，機械原点検出手段１２については何れも公知の構成要素である。

次に、リニアステージ用現位置保持機構１の構成について具体的に説明する。

リニアステージ用現位置保持機構１の主要部は、図１（ａ）および図３（ａ）に示されるように、移動ステージ３の移動方向Ｘに対して平行となる移動ステージ３の一面３ａに直交し且つ移動ステージ３の移動方向Ｘに対して平行となる平面、すなわち、図１（ａ）および図３（ａ）の紙面に対する投影形状が外に凸となる一端面１３ａを備えた固定部材１３と、移動ステージ３の一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間に移動自在に配置された２つの与圧部材であるローラ１４，１４、および、各ローラ１４，１４を相互に接近させる方向に付勢する板バネ１５と、各ローラ１４，１４の間に位置して移動ステージ３の一面３ａと接離する方向にのみ移動可能なロック解除部材１６、ならびに、ロック解除部材１６を移動ステージ３の一面３ａから離間させる方向に引き寄せるアクチュエータ１７によって構成される。

このうち、固定部材１３は、円弧状の二次曲面からなる一端面１３ａを移動ステージ３の一面３ａに対向させ、移動ステージの一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間に間隔を置いた状態で、図３（ｂ）に示されるように、略Ｌ字型のステー１８を介してベースプレート４に一体的に固着されている。

また、ローラ１４，１４は、移動ステージ３の移動方向Ｘを基準とする固定部材１３の一端面１３ａの両端部の各々、つまり、図３（ａ）に示される一端面１３ａにおける上下の端部と移動ステージ３の一面３ａとの間においてステー１８上に移動自在に載置されている。

これらのローラ１４，１４は、図３（ａ）に示されるように、移動ステージ３の一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間の最小離間距離Ｄ１を越え、且つ、移動ステージ３の一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間の最大離間距離Ｄ２に満たない直径Ｄを有する。

各ローラ１４，１４毎の付勢手段となる板バネ１５は、図３（ａ）に示されるように、全体として略Ｃ字型に形成され、その両端部に形成された摺接部１５ａ，１５ａの各々を外側から各ローラ１４，１４の外周部に当接させることで各ローラ１４，１４を相互に接近させる方向に付勢している。板バネ１５を二分割して各ローラ１４，１４毎に独立的に設けるようにしてもよい。

ローラ１４，１４の間に位置するロック解除部材１６は、図３（ａ）に示されるように、各ローラ１４，１４と当接する両側面の間隔がロック解除部材１６の基部から先端に向けて徐々に増大する楔状のテーパ面１６ａ，１６ａを有し、図３（ｂ）に示されるように、ロック解除部材１６の中心を貫通する皿ネジ１９を介して、アクチュエータ２４の一部を構成する可動鉄心２０に一体的に固着されている。

可動鉄心２０は、図３（ｂ）に示されるように、アクチュエータ２４の一部を構成するコイル２１を巻回したボビン２２に内嵌され、ステー１８の上面側に固着されたボビン２２の内部において移動ステージ３の一面３ａと接離する方向にのみ移動を許容されている。

従って、この可動鉄心２０に皿ネジ１９を介して取り付けられたロック解除部材１６も、移動ステージ３の一面３ａと接離する方向に対してのみ移動を許容されることになる。

ロック解除部材１６の先端面と可動鉄心２０との間の離間距離は、可動鉄心２０の中心軸に沿って形成された雌ネジ部に対する皿ネジ１９の突入量を加減することで調整可能である。ロック解除部材１６の先端面と可動鉄心２０との間の離間距離の最適値は、可動鉄心２０を最も突出させた状態、つまり、図３（ｂ）中で可動鉄心２０を最も左側に移動させた状態で、ロック解除部材１６の先端と移動ステージ３の一面３ａとの間に僅かな間隙が形成される程度の距離である。ロック解除部材１６の先端面と可動鉄心２０との間の離間距離を最適化した後、皿ネジ１９に外嵌されているナット２３を締め付けることで、可動鉄心２０に対する皿ネジ１９の緩みを防止する。

この実施形態におけるロック解除部材１６は、図３（ａ），（ｂ）からも明らかなように、その外周部が円錐状に形成されているので、ロック解除部材１６を引き寄せる軸として機能する皿ネジ１９や可動鉄心２０に対する取り付け時の回転位置はどのようなものであっても構わない。

ロック解除部材１６を移動ステージ３の一面３ａから離間させる方向に引き寄せるアクチュエータ２４の主要部は前述の可動鉄心２０とコイル２１によって構成され、コイル２１が励磁された状態で、可動鉄心２０，皿ネジ１９，ロック解除部材１６が図３（ａ），（ｂ）中で左側から右側に向けて一体的に移動するようになっている。可動鉄心２０の動作態様は非励磁の状態でアクチュエータを突出状態に保持する市販のプル型ソレノイドと同等であるが、アクチュエータを突出状態に保持するためのリターンスプリング等が不要であるため、全長すなわち図３（ａ），（ｂ）中の左右方向の長さの短縮が容易である。

なお、符号２５は帯状の焼き入れ鋼板からなるブレーキパッドであり、移動ステージ３の一面３ａに対して面一となるようにして移動ステージ３に一体的に埋め込まれている。

移動ステージ３をベースプレート４に固定する場合には、コイル２１を非励磁としてアクチュエータ２４を非作動の状態とし、図３（ａ）に示されるように、各ローラ１４，１４の間に位置するロック解除部材１６が移動ステージ３の一面３ａに対して容易に接近し得る状態とする。

ロック解除部材１６の両側に位置するローラ１４，１４は板バネ１５の摺接部１５ａ，１５ａの弾性復帰力により相互に接近する方向に向けて定常的に付勢されており、図３（ａ）に示されるように、各ローラ１４，１４と当接するロック解除部材１６の両側には其の基部から先端に向けて徐々に相互間の間隔が増大する楔状のテーパ面１６ａ，１６ａが形成されているので、ロック解除部材１６の両側のテーパ面１６ａ，１６ａを挟み込むようにして押圧するローラ１４，１４の押圧力が、ロック解除部材１６をローラ１４，１４の間から移動ステージ３の一面３ａに向けて押し出す方向に作用し、ロック解除部材１４が皿ネジ１９およびナット２３と可動鉄心２０を伴って、移動ステージ３の一面３ａに対して接近する方向に移動する。

ロック解除部材１６の突出限度は、図３（ｂ）に示されるように、ナット２３の左端面が固定部材１３の右端面に当接する位置で規制されるので、ロック解除部材１６が最大限度まで突出した状態であっても、図３（ａ）に示されるように、ロック解除部材１６の先端面と移動ステージ３の一面３ａとの間には或る程度の間隙が形成され、ロック解除部材１６の先端面がブレーキパッド２５に直接的に当接することはない。

そして、ロック解除部材１６の両側に位置する２つのローラ１４，１４がロック解除部材１６を押し退けるようにして相互に接近し、外に凸の円弧状の二次曲面からなる一端面１３ａを有する固定部材１３の一端面１３ａの両端部、つまり、図３（ａ）に示される一端面１３ａにおける上端部および下端部の近傍位置から、該一端面１３ａの中央部寄りの位置、すなわち、移動ステージ３における一面３ａとの離間距離が最小となる一端面１３ａ上の中央部へ向けて移動する。

各ローラ１４，１４は移動ステージ３の一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間の最小離間距離Ｄ１を越える直径Ｄを備えているので、固定部材１３における一端面１３ａの中央部寄りの位置に移動した２つのローラ１４，１４は、移動ステージにおける一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に楔のようにして挟み込まれ、これら２つのローラ１４，１４が、固定部材１３に対する移動ステージ３の移動、すなわち、ベースプレート４に対する移動ステージ３の移動を防止して移動ステージ３をベースプレート４に固定することになる。

仮に、このようにして移動ステージ３をベースプレート４に固定した状態で移動ステージ３の移動方向Ｘに沿った強い力が加わると、移動ステージ３の一面３ａに当接したローラ１４，１４に対し、該ローラ１４，１４を移動ステージ３の移動を許容する方向に回転させようとする向きの回転力、つまり、図３（ａ）で言えばローラ１４，１４を時計方向に回そうとする回転力が作用する。この回転力の向きは、移動ステージ３に加わる力の方向ベクトルの基部側に位置するローラ１４、つまり、図３（ａ）で言えば下方に位置する側のローラ１４を固定部材１３の一端面１３ａに沿って更に該一端面１３ａの中央部寄りの位置に向けて転動させる方向に作用するので、この下側のローラ１４が移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に更に強く挟み込まれて、該ローラ１４の当接力により移動ステージ３がベースプレート４に更に強固に固定されることになる。

また、これとは逆に、図３（ａ）における移動ステージ３の移動方向Ｘとは逆の向きに沿った強い力が加わった場合には、前記とは逆に、移動ステージ３の一面３ａに当接したローラ１４，１４を図３（ａ）中で反時計方向に回そうとする回転力が作用する。この回転力の向きは、移動ステージ３に加わる力の方向ベクトルの基部側に位置するローラ１４、つまり、図３（ａ）で言えば上方に位置する側のローラ１４を固定部材１３の一端面１３ａに沿って更に該一端面１３ａの中央部寄りの位置に向けて転動させる方向に作用するので、この上側のローラ１４が移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に更に強く挟み込まれて、該ローラ１４の当接力によって移動ステージ３がベースプレート４に更に強固に固定される。

このように、移動ステージ３の移動方向Ｘに対して正逆の方向で強い力が作用した場合であっても、必ず何れか一方のローラ１４が移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に強く食い込んで移動ステージ３を強力に固定するので、移動ステージ３をベースプレート４に固定した状態で移動ステージ３に外部からの強い力が加わっても、移動ステージ３が不用意に動く心配は殆どない。

特に、この実施形態では、固定部材１３の一端面１３ａが円弧状の二次曲面によって形成されているので、固定部材１３の一端面１３ａの中央部寄りの位置、すなわち、移動ステージ３における一面３ａとの離間距離が最小となる位置の近傍において、この一端面１３ａの接線と移動ステージ３の一面３ａとの成す角が最小となるので、ローラ１４，１４を相互に接近させる板バネ１５の摺接部１５ａ，１５ａの僅かな弾性復帰力によって２つのローラ１４，１４を移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に確実に挟み込んで固定部材１３と移動ステージ３とを固定することができる。

一方、ベースプレート４に対する移動ステージ３の固定を解除する場合には、コイル２１を励磁してアクチュエータ２４を作動させ、ローラ１４，１４の間に位置するロック解除部材１６を移動ステージ３の一面３ａから離間する方向に移動させる。

ロック解除部材１６の両側には、其の基部から先端に向けて徐々に相互間の間隔が増大する楔状のテーパ面１６ａ，１６ａが形成されているので、ロック解除部材１６の移動により、其の両側に位置する２つのローラ１４，１４が各ローラ１４，１４を付勢する板バネ１５の摺接部１５ａ，１５ａの力に抗して相互に離間する方向に移動する。

このようにしてロック解除部材１６の両側に位置する２つのローラ１４，１４が相互に離間し、固定部材１３の一端面１３ａの中央寄りの位置、つまり、移動ステージ３における一面３ａとの離間距離が最小となる固定部材１３の一端面１３ａ上の位置から、移動ステージ３における一面３ａとの離間距離が最大となる一端面１３上の位置、つまり、図３（ａ）に示される一端面１３ａにおける上端部および下端部の各位置へと移動することになる。

各ローラ１４，１４は移動ステージ３の一面３ａと固定部材１３の一端面１３ａとの間の最大離間距離Ｄ２に満たない直径Ｄを備えているので、固定部材１３における一端面１３ａの両端部に移動した２つのローラ１４，１４は、移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間で移動自在な状態となり、固定部材１３に対する移動ステージ３の移動、つまり、ベースプレート４に対する移動ステージ３の移動が許容された状態となる。

各ローラ１４，１４は、付勢手段として機能する板バネ１５の摺接部１５ａ，１５ａによってロック解除部材１６の方向に向けて付勢されており、各ローラ１４，１４の外周がロック解除部材１６の両側の楔状のテーパ面１６ａ，１６ａに当接しているので、各ローラ１４，１４は、其の一側に位置する板バネ１５の摺接部１５ａと其の他側に位置するロック解除部材１６のテーパ面１６ａとの間に挟み込まれ、固定部材１３における二次曲面状の一端面１３ａに沿って移動ステージ３の一面３ａから離間する方向に退避することになるので、これらのローラ１４，１４が移動ステージ３の一面３ａに不用意に干渉することはなく、移動ステージ３をスムーズに移動させることが可能となる。

特に、この実施形態においては、固定部材１３の一端面１３ａが円弧状の二次曲面によって形成されているので、固定部材１３における一端面１３ａの両端部近傍では一端面１３ａの接線が移動ステージ３の一面３ａと成す角が最大となり、該一端面１３ａおよび移動ステージ３の移動方向Ｘに沿った２つのローラ１４，１４の僅かな移動で該ローラ１４，１４を移動方向Ｘと直交する向き即ち移動ステージ３における一面３ａから離間する方向に大きく移動させることができ、移動ステージ３における一面３ａから確実にローラ１４，１４を退避させて移動ステージ３をスムーズに移動させることが可能となる。

ロック解除部材１６を移動ステージ３の一面３ａから離間する方向に移動させてローラ１４，１４を移動ステージ３の一面３ａから退避させたときのロック解除部材１６の位置１６’とローラ１４の位置１４’および板バネ１５の摺接部１５ａの位置１５ａ’を図３（ａ）中に二点鎖線で示す。

以上に述べた通り、この実施形態では、移動ステージ３をベースプレート４に固定するために必要とされる固定部材１３とローラ１４，１４および各ローラ１４，１４毎の付勢手段として機能する板バネ１５とロック解除部材１６およびアクチュエータ２４の全てをステー１８側つまりベースプレート４側に纏めて配備しているので、アクチュエータ２４に電力を供給するためのコード類が移動ステージ３と共に引き回されたり屈曲したりすることはなく、コード類と周辺設備との干渉の問題、更には、コード類の引き回しや屈曲によって生じる駆動抵抗の変動に伴う移動ステージ３の位置決め精度の劣化といった問題を確実に防止することができる。

また、移動ステージ３をベースプレート４に固定する際の駆動源となる板バネ１５の摺接部１５ａ，１５ａがローラ１４，１４を挟むかたちで移動ステージ３の移動方向Ｘに沿った向きで作動する一方、移動ステージ３の固定を解除するためのロック解除部材１６とアクチュエータ２４は移動ステージ３の移動方向Ｘと直交する向き即ち図３（ａ），（ｂ）中の左右方向に作動するようになっているので、固定力を発揮させるための駆動源（図４（ａ）中のコイルスプリング１０６に相当）と其れを解除するための駆動源（図４（ａ）中の気室１０７あるいは市販のプル型ソレノイドにおけるリターンスプリングに相当）とを同一直線上に配置した従来型の構造と比べてリニアステージ用現位置保持機構１の小型化が容易であり、小型のリニアステージ２における移動ステージ３の固定にも容易に対処することができる。

また、ロック解除部材１６が移動ステージ３の一面３ａに対して接近する方向に移動した状態、つまり、２つのローラ１４，１４によって移動ステージ３がベースプレート４に固定された状態を初期位置とし、コイル２１が励磁された状態でステージ３の固定が解除される構成としているので、電源がダウンした場合であっても其の直前の移動ステージ３の位置を確実に保持することができる。

固定部材１３における一端面１３ａの形状としては、図３（ａ）に示されるような円弧状の二次曲面の他、例えば、頂点が鈍角となる山形のテーパ面を利用することが可能である。但し、山形のテーパ面を利用した場合では、固定部材１３の一端面１３ａの中央部寄りの位置においても両端部寄りの位置においても該一端面１３ａの接線と移動ステージ３の一面３ａとの成す角は一定であるから、ローラ１４，１４が固定部材１３の一端面１３ａの中央部に接近したからといって移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に強力にローラ１４，１４が押し込まれるということはなく、また、ローラ１４，１４が固定部材１３の一端面１３ａの両端部に移動したからといって移動ステージ３における一面３ａから大きく離間するということもない。つまり、その様な構造を適用した場合では、移動ステージ３における一面３ａと固定部材１３における一端面１３ａとの間に強力にローラ１４，１４を押し込むためには山形のテーパ面の成す角を相当に大きくする必要が生じ、また、この結果として、ローラ１４，１４を移動ステージ３における一面３ａから確実に退避させるためには山形のテーパ面を図３（ａ）の上下方向に沿って相当に長く形成しなければならなくなるので、固定部材１３が大型化するといった弊害が生じる。

更に、ローラ１４，１４に代えて球状の鋼球を与圧部材として利用することも可能であるが、その場合は、ロック解除部材１６が円錐状であると与圧部材とロック解除部材１６との接触が不安定となるので、ロック解除部材１６を立体的な台形状に形成する必要がある。

以上、一例としてリニアモータによって駆動されるリニアステージにリニアステージ用現位置保持機構を装着したものを例に取って説明したが、リニアモータの他、例えば、圧電素子やサーボモータ等を利用して移動ステージに送りを掛けるようにしたリニアステージが既に公知であり、何れのものに対しても、この実施形態のリニアステージ用現位置保持機構を其のまま転用することが可能である。

本発明を適用したリニアステージ用現位置保持機構を装着した一実施形態のリニアステージについて示した図で、図１（ａ）はリニアステージについて示した平面図、図１（ｂ）はリニアステージを示した正断面図、図１（ｃ）はリニアステージ用現位置保持機構の取り付け部の周辺構造を示した部分断面図である。 同実施形態のリニアステージから移動ステージ部分を取り外して示した平面図である。 同実施形態のリニアステージ用現位置保持機構について示した図で、図３（ａ）はリニアステージ用現位置保持機構の内部構造を示した平面図、図３（ｂ）はリニアステージ用現位置保持機構の内部構造を示した断面図である。 従来型のクランプ装置の一例について示した図で、図４（ａ）は全体的な構成図、図４（ｂ）は其の作用原理図である。

符号の説明

１ リニアステージ用現位置保持機構
２ リニアステージ
３ 移動ステージ
３ａ 移動ステージの一面
４ ベースプレート
５ リニアガイド
５ａ，５ｂ ガイドローラ
６ リニアモータ
６ａ 固定子
６ｂ 走行子
７ スケール
８ ステー
９ エンコーダ
１０ 光電センサ
１１ 遮光板
１２ 機械原点検出手段
１３ 固定部材
１３ａ 固定部材の一端面
１４ ローラ（与圧部材）
１４’ ローラ（退避時の位置）
１５ 板バネ（付勢手段）
１５ａ 摺接部
１５ａ’ 摺接部（退避時の位置）
１６ ロック解除部材
１６’ ロック解除部材（退避時の位置）
１６ａ 基部から先端に向けて徐々に増大する楔状のテーパ面
１７ アクチュエータ
１８ ステー
１９ 皿ネジ
２０ 可動鉄心
２１ コイル
２２ ボビン
２３ ナット
２４ アクチュエータ
２５ ブレーキパッド
Ｘ 移動ステージの移動方向
Ｄ 与圧部材であるローラの直径（外径）
Ｄ１ 移動ステージの一面と固定部材の一端面との間の最小離間距離
Ｄ２ 移動ステージの一面と固定部材の一端面との間の最大離間距離
１００ レール
１０１ サドル
１０２ ピストン
１０３ ピストン
１０４ ウェッジスライドギア
１０４ａ テーパ面
１０５ ブレーキパッド
１０６ コイルスプリング
１０７ 気室
１０８ クランプ装置

Claims (6)

1. リニアガイドを介してベースプレートに取り付けられた移動ステージと前記ベースプレートとの相対位置を保持した状態で前記移動ステージを前記ベースプレートに対して一時的に固定するためのリニアステージ用現位置保持機構であって、
   前記移動ステージの移動方向に対して平行となる前記移動ステージの一面に直交し且つ前記移動ステージの移動方向に対して平行となる平面に対する投影形状が外に凸となる一端面を備えた固定部材の前記一端面を前記移動ステージの前記一面に対向させた状態で前記固定部材の前記一端面と前記移動ステージの前記一面との間に間隔を置いて該固定部材を前記ベースプレートに対して一体的に固着し、
   前記移動ステージの移動方向を基準とする前記固定部材の前記一端面の両端部の各々と前記移動ステージの前記一面との間に、前記移動ステージの前記一面と前記固定部材の前記一端面との間の最小離間距離を越え且つ前記移動ステージの前記一面と前記固定部材の前記一端面との間の最大離間距離に満たない外径を有する与圧部材を移動自在に配置すると共に、
   前記各与圧部材の外周部に当接して前記各与圧部材を相互に接近させる方向に付勢する各与圧部材毎の付勢手段と、前記各与圧部材の間に位置し前記移動ステージの前記一面と接離する方向にのみ移動可能であって前記各与圧部材と当接する両側面間の間隔が其の基部から先端に向けて徐々に増大するロック解除部材と、前記ロック解除部材を前記移動ステージの前記一面から離間させる方向に引き寄せるアクチュエータとを、前記ベースプレートの側に配備したことを特徴とするリニアステージ用現位置保持機構。
2. 前記固定部材の前記一端面が、円弧状の二次曲面によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアステージ用現位置保持機構。
3. 前記与圧部材が、ローラによって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のリニアステージ用現位置保持機構。
4. 前記ロック解除部材が、円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１，請求項２または請求項３記載のリニアステージ用現位置保持機構。
5. 前記各与圧部材毎の付勢手段が、略Ｃ字型の一体化された板バネによって構成され、該板バネの両端部の各々が外側から前記各与圧部材に当接していることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３または請求項４記載のリニアステージ用現位置保持機構。
6. 前記アクチュエータが、前記ロック解除部材を前記移動ステージの前記一面から離間させる方向に移動させる可動鉄心とコイルによって構成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４または請求項５記載のリニアステージ用現位置保持機構。

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