JPH11193857A - ボールねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 場所をとることなく、一端側に連結されたモ
ータ等の発熱を効率よく他端側に逃がすことができ、モ
ータ等の過度の温度上昇を防ぐことができるボールねじ
を提供すること。 【解決手段】 雄ねじ部１７ａの密閉空間を形成する内
壁面には、ウイック３１が設けられ、内部に、冷媒３４
が封じ込められている。雄ねじ部１７ａの左端側に位置
する蒸発部３２で冷媒３４が蒸発し、雄ねじ部１７ａの
右端側に位置する凝縮部３３で蒸発した冷媒３４が凝縮
する。これにより、雄ねじ部１７ａがヒートパイプの機
能を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は雄ねじ部と雌ねじ部
とがボールを介して螺合したボールねじに関し、更に詳
しくは、雄ねじ部にヒートパイプの機能を持たせたボー
ルねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじは、その雄ねじ部の一端側が
モータの出力軸に連結され、該雄ねじ部とボールを介し
て螺合した雌ねじ部がステージ側に取り付けられ、モー
タの回転により、ステージを雄ねじ部の軸方向に高い位
置決め精度で移動させる場合等に用いられるねじ機構で
ある。

【０００３】例えば、走査電子顕微鏡では、電子銃から
発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物
レンズによって細く集束し、試料に照射している。そし
て、試料の任意の領域を電子ビームで走査し、試料から
発生した２次電子や反射電子を検出し、検出信号を電子
ビームの走査に同期した陰極線管に供給して試料の走査
像を得るようにしている。

【０００４】このような走査電子顕微鏡において、試料
の観察時には、試料をＸ，Ｙ方向に直線移動させたり、
回転させたり、更には傾斜させたりしている。そのた
め、直線移動機構、回転機構、傾斜機構が備えられた試
料ステージ上に、試料を載せるようにしている。

【０００５】図２は従来のボールねじを用いたステージ
駆動機構の構成例を示す一部破断正面図、図３は図２の
主要部を示す一部破断平面図である。この構成例は、走
査電子顕微鏡の試料室に設けられたステージ駆動機構を
示すものである。

【０００６】これらの図において、１は真空の試料室２
の周囲を囲む側壁である。試料室２の上部には図示しな
い対物レンズが配置され、この対物レンズと対向するよ
うに、試料室２内に、試料を保持する試料ホルダ４が配
置されている。

【０００７】この試料ホルダ４は回転テーブル５の上に
載せられている。回転テーブル５は、Ｙ方向に移動する
Ｙテーブル６上に設けられ、図示していない回転機構に
より、Ｙテーブル６上で回転できるように構成されてい
る。更に、Ｙテーブル６は、Ｘテーブル７上に設けら
れ、図示していないＹ方向移動機構により、Ｘテーブル
７上でＹ方向に移動できるように構成されている。同様
に、Ｘテーブル７は、ベース８上に設けられ、Ｘ方向移
動機構により、ベース８上でＸ方向に移動できるように
構成されている。ここで、Ｘ，Ｙ方向は互いに直交して
おり、又、電子ビームの光軸に垂直な方向でもある。

【０００８】Ｘテーブル７をＸ方向に移動させるＸ方向
移動機構は、ベース８上にＸ方向に向けて並設されたレ
ール１１，１２と、Ｘテーブル７に取り付けられレール
１１，１２に嵌合し摺動する摺動体１３〜１６と、Ｘ方
向に向けて配置されたボールねじ１７と、動力源として
もモータ１８等から構成されている。

【０００９】ボールねじ１７の雄ねじ部１７ａは、両端
に設けられた小径部にて、ベース８の凹部８ａ内に、回
転可能に且つ軸方向（Ｘ方向）の動きを規制された状態
で、水平支持されている。具体的には、ベース８の凹部
８ａ内に立設された支持部８ｂ，８ｃにベアリングを介
して支持されている。又、ボールねじ１７の雌ねじ部１
７ｂは、Ｘテーブル７に固定され、モータ１８の回転軸
が、継手２０を介して雄ねじ部１７ａの一端側に連結さ
れている。

【００１０】上記構成によれば、モータ１８が所定方向
に回転することにより、ボールねじ１７の雄ねじ部１７
ａが回転し、雌ねじ部１７ｂが取り付けられたＸテーブ
ル７がＸ方向に直線移動することになる。Ｙテーブル６
をＹ方向に移動させるＹ方向移動機構も、上記Ｘ方向移
動機構同様な構成で実現できる。

【００１１】アングル２１はベース８を傾動可能に支持
するもので、このアングル２１には、ヒンジとなる傾斜
軸体２２，２３が同軸的に固定されている。両傾斜軸体
２２，２３は、側壁１に嵌着された軸受支持部材２４，
２５に、ベアリング２６，２７を介して回転可能に支持
されている。又、一方の傾斜軸体２３の先端には、ウォ
ームホイール２８が同軸的に固着され、これに噛合する
ウォーム２９をモータ３０が回転させるように構成され
ている。

【００１２】アングル２１が回転することにより、ベー
ス８が傾動し、ベース８上に構成されているＸテーブル
７、Ｙテーブル６、回転テーブル５も共に傾動し、試料
ホルダ４に保持された試料は傾斜させられることにな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ステージ駆動機構で
は、真空の試料室２内にモータ１８を組み込むことにな
るため、モータ１８の駆動時の発熱が問題となる。即
ち、もーた１８が真空内にあるため、モータ１８で発生
した熱が、外部に速やかに発散せず、モータ１８周辺が
高温になり、不純物が真空中に蒸発したり、ベース８等
に局部的な温度上昇が生じて、大きな温度勾配ができ、
試料位置が変化するという問題がある。

【００１４】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、第１の目的は、場所をとることなく、一
端側に連結されたモータ等の発熱を効率よく他端側に逃
がすことができ、モータ等の過度の温度上昇を防ぐこと
ができるボールねじを提供することにある。又、第２の
目的は、ステージを支える部材に大きな温度勾配が生じ
ることを回避して、高精度の位置決めを行なうことが可
能なボールねじを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、雄ねじ部と雌ねじ部とがボールを介して螺合したボ
ールねじにおいて、前記雄ねじ部の内部に軸方向に延び
た密閉空間を形成し、該密閉空間内に液体を封じ込める
ことにより、前記雄ねじ部にヒートパイプの機能を持た
せたことを特徴とするものである。

【００１６】この発明によれば、ボールねじをヒートパ
イプとしても使用したため、場所をとることなくモータ
の発熱を効率よく逃がすことができ、モータの過度の温
度上昇を防ぐことが可能になる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、雄ねじ部の一端
側がモータの回転軸に連結され、該雄ねじ部とボールを
介して螺合した雌ねじ部がステージ側に取り付けられ、
前記モータの駆動により前記ステージを前記雄ねじ部の
軸方向に移動させるボールねじであって、前記雄ねじ部
の内部には軸方向に延びた密閉空間を有し、該密閉空間
内に液体を封じ込めることにより、前記雄ねじ部がヒー
トパイプの機能を持ち、前記モータでの発熱を前記雄ね
じ部の他端側に伝達させることを特徴とするものであ
る。

【００１８】この発明によっても、場所をとることな
く、一端側に連結されたモータ等の発熱を効率よく他端
側に逃がすことができ、モータ等の過度の温度上昇を防
ぐことができる。更に、ステージを支える部材に大きな
温度勾配が生じることを回避でき、高精度の位置決めを
行なうことも可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。本発明のボールねじは、
その雄ねじ部の構成に特徴がある。従って、本発明のボ
ールねじを用いてステージ駆動機構を構成する場合、図
２及び図３に示した従来のステージ駆動機構とは、ボー
ルねじ１７の雄ねじ部１７ａの構成のみが相違だけで、
他の構成は同一となる。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態例を示す一部
破断斜視図である。この図１はボールねじの雄ねじ部の
みを示している。図において、１７ａは内部にヒートパ
イプが構成されるボールねじの雄ねじ部である。この雄
ねじ部１７ａの外周には、多数のボールが嵌合する螺旋
状の溝３５が切られている。又、この形態例では、図１
の左端側がモータ等の高温部分に連結される。

【００２１】ヒートパイプは密閉容器の中に封じ込めら
れた液体の蒸発・凝縮を利用して能率良く熱輸送を行う
もので、本形態例では、雄ねじ部１７ａの内部に軸方向
に延びた密閉空間を形成し、該密閉空間内に液体を封じ
込めることにより、ヒートパイプを構成している。従っ
て、雄ねじ部１７ａがヒートパイプの密閉容器そのもの
となっている。

【００２２】雄ねじ部１７ａの密閉空間を形成する内壁
面には、ウイック（芯）３１が設けられ、内部に、例え
ば室温程度で蒸発するアルコール等の液体（作動液；以
下冷媒と呼ぶ）３４が封じ込められている。このウイッ
ク３１は、その中を毛細管力（表面張力）により液状の
冷媒が移動できるように設けられたものである。

【００２３】３２は雄ねじ部１７ａの左端側に位置し、
モータ等の発熱により加熱され冷媒３４が蒸発する蒸発
部、３３は雄ねじ部１７ａの右端側に位置し、蒸発した
冷媒３４が凝縮する凝縮部である。よって、蒸発部３２
では冷媒３４は蒸発し、密閉空間内に充満する。一方、
凝縮部３３では、そこに到達した冷媒３４の蒸気が凝縮
され、液体に戻る。凝縮した冷媒３４は、ウイック３１
を通って蒸発部３２に戻り、ここで、再び蒸発する。

【００２４】このように構成されたボールねじを、図２
及び図３に示したステージ駆動機構に組み込んだ場合の
動作は、以下の通りである。まず、モータ１８が駆動さ
れると該モータ１８が発熱する。これにより、冷媒３４
は蒸発部３２で蒸発して雄ねじ部１７ａの中央を右方向
に進み、凝縮部３３に達する。凝縮部３３に達した冷媒
３４は、そこで冷却され、凝縮して液体に戻る。液体に
なった冷媒３４は、ウイック１１内を通って蒸発部３２
へと戻って行く。

【００２５】この時、蒸発部３２では、蒸発に必要な潜
熱が冷媒３４に供給され、凝縮部３３ではその熱が放出
されるので、外部から見ると、固体の棒の中を熱伝導に
より熱が流れるように、即ち、蒸発部（発熱部）３２か
ら凝縮部（冷却部）３３へ熱が移動するように見える。

【００２６】上記ボールねじ１７のヒートパイプとして
の機能により、モータ１８で発生した熱が、ベース８の
支持部８ｃだけでなく、ベース８の支持部８ｂにもボー
ルねじ１７を介して速やかに伝達される。このため、モ
ータ１８による発熱は速やかに拡散され、温度上昇を低
く抑えることができるだけでなく、ベース８の不均一な
熱膨張による試料位置の変化を低減させることもでき
る。

【００２７】これに対して、図２及び図３に示した従来
の構成では、ボールねじ１７の雄ねじ部１７ａを熱が速
やかに伝達しないため、実質的には、ベース８の支持部
８ｃは伝熱経路としては期待できず、ベース８に大きな
温度勾配が生じていた。

【００２８】このように、上記構成によれば、モータ１
８周辺が高温になり、不純物が真空中に蒸発したり、ベ
ース８等に局部的な温度上昇が生じて、大きな温度勾配
ができ、試料位置が変化するという問題を解消すること
ができる。

【００２９】尚、上述の実施の形態例では、雄ねじ部１
７ａの壁部をヒートパイプの密閉容器として用いたが、
密閉容器を雄ねじ部１７ａの壁部とは別に設け、これを
雄ねじ部１７ａの中に埋め込むようにしても良い。又、
ヒートパイプそのものの構造は、図１に示した構造に限
るものではない。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明で
は、雄ねじ部と雌ねじ部とがボールを介して螺合したボ
ールねじにおいて、雄ねじ部の内部に軸方向に延びた密
閉空間を形成し、該密閉空間内に液体を封じ込めること
により、雄ねじ部にヒートパイプの機能を持たせたの
で、場所をとることなく、一端側に連結されたモータ等
の発熱を効率よく他端側に逃がすことができ、モータ等
の過度の温度上昇を防ぐことができる。

【００３１】請求項２に記載の発明では、雄ねじ部の一
端側がモータの回転軸に連結され、該雄ねじ部とボール
を介して螺合した雌ねじ部がステージ側に取り付けら
れ、モータの駆動によりステージを雄ねじ部の軸方向に
移動させるボールねじであって、雄ねじ部の内部には軸
方向に延びた密閉空間を有し、該密閉空間内に液体を封
じ込めることにより、雄ねじ部がヒートパイプの機能を
持ち、モータでの発熱を雄ねじ部の他端側に伝達させる
ため、場所をとることなく、一端側に連結されたモータ
等の発熱を効率よく他端側に逃がすことができ、モータ
等の過度の温度上昇を防ぎ不純物が真空中に蒸発ぐこと
を防止できると共に、ステージを支える部材に大きな温
度勾配が生じることを回避して、高精度の位置決めを行
なうことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態例を示す一部破断斜視図
である。

【図２】従来のボールねじを用いたステージ駆動機構の
構成例を示す一部破断正面図である。

【図３】図２の主要部を示す一部破断平面図である。

【符号の説明】

１：側壁 ２：試料室 ４：試料ホルダ ５：回転テーブル ６：Ｙテーブル ７：Ｘテーブル ８：ベース ８ｂ，８ｃ：支持部 １１，１２：レール １３〜１６：摺動体 １７：ボールねじ １７ａ：雄ねじ部 １７ｂ：雌ねじ部 １８：モータ ２０：継手 ２１：アングル ２２，２３：傾斜軸体 ２４，２５：軸受支持部材 ２６，２７：ベアリング ２８：ウォームホイール ２９：ウォーム ３０：モータ ３１：ウイック ３２：蒸発部 ３３：凝縮部 ３４：冷媒 ３５：溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄ねじ部と雌ねじ部とがボールを介して
   螺合したボールねじにおいて、 前記雄ねじ部の内部に軸方向に延びた密閉空間を形成
   し、該密閉空間内に液体を封じ込めることにより、前記
   雄ねじ部にヒートパイプの機能を持たせたことを特徴と
   するボールねじ。
2. 【請求項２】 雄ねじ部の一端側がモータの回転軸に連
   結され、該雄ねじ部とボールを介して螺合した雌ねじ部
   がステージ側に取り付けられ、前記モータの駆動により
   前記ステージを前記雄ねじ部の軸方向に移動させるボー
   ルねじであって、 前記雄ねじ部の内部には軸方向に延びた密閉空間を有
   し、該密閉空間内に液体を封じ込めることにより、前記
   雄ねじ部がヒートパイプの機能を持ち、前記モータでの
   発熱を前記雄ねじ部の他端側に伝達させることを特徴と
   するボールねじ。