(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ネジ部を有するスピンドルと、
前記スピンドルが組み込まれている円筒形状のスリーブと、
前記スリーブの一部が挿入されていて、前記スリーブを回転軸として回転可能で、一部で前記スピンドルの一端に接続されているシンブルと、
前記スリーブ内の、前記スピンドルの雄ネジ部に対向する位置で、前記スピンドルが挿入された状態で、前記スリーブに固定されている円筒形状のバックラッシュ吸収部材と、を備えるとともに、
前記スリーブ内の、前記バックラッシュ吸収部材に接する位置で、前記スピンドルが挿入された状態で、前記スリーブに固定されている、前記スピンドルの軸ブレ防止部材としてのカラーをさらに備え、
前記バックラッシュ吸収部材を、前記スピンドルが貫通できる所定径の貫通孔を有する樹脂製の部材とすることを特徴とするマイクロヘッド。
【請求項２】
前記バックラッシュ吸収部材を、前記スリーブに対して、嫌気性接着剤によって固定することを特徴とする請求項１に記載のマイクロヘッド。
【請求項３】
前記バックラッシュ吸収部材の周囲に、金属製の保護カバーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロヘッド。
【請求項４】
前記バックラッシュ吸収部材を、２個以上備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロヘッド。
【請求項５】
２個以上の前記バックラッシュ吸収部材を、前記スピンドルに沿って連続させて配置することを特徴とする請求項４に記載のマイクロヘッド。
【請求項６】
前記２個以上のバックラッシュ吸収部材を、互いに離間させて配置することを特徴とする請求項４に記載のマイクロヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロヘッドと、固定ステージと、前記固定ステージ上に設けられた可動ステージと、前記マイクロヘッドのスリーブ及び前記固定ステージを接続している第１接続部と、前記マイクロヘッドのスピンドル及び前記可動ステージを接続している第２接続部と、を備えることを特徴とするステージ機構。
【請求項８】
前記第２接続部が、前記スピンドルの先端部に設けたネジ穴と、所定の径の貫通孔を有し前記可動ステージに固定されている部材と、前記所定の径より所定公差だけ小さい径のネジ部材であって、前記貫通孔を通して前記ネジ穴にネジ込まれているネジ部材と、を含むものであることを特徴とする請求項７に記載のステージ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロヘッド及びこれを用いたステージ機構に関する。
特に、簡易な構造であっても、バックラッシュが極めて少ないマイクロヘッド及びこれを用いたステージ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、マイクロヘッドとは、数μｍ単位の微細な送りが可能な送り機構のことをいい、スピンドルに備えられた雄ネジと、スリーブに備えられた雌ネジとが螺合されて、軸上を移動する構造である。
従来、スピンドルとスリーブ（スピンドル支持筒）の間に発生するバックラッシュやスピンドルに加わるねじれ等を軽減し、応答性や繰り返し精度を向上させるマイクロヘッドが各種提案されている。【０００３】
例えば、スピンドルの雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を有する与圧リングと、与圧リングとスリーブとが離間する方向に付勢する与圧ばねと、与圧リングとの間に与圧ばねを挟むように調整ナットとを備えることで、バックラッシュを低減するマイクロヘッドが提案されている（特許文献１参照）。【０００４】
より具体的には、図７に例示されるマイクロヘッドが提案されている。
マイクロヘッド１００ａは、内周面に雌ねじ部が形成されたスピンドル支持筒１２０と、このスピンドル支持筒１２０の雌ねじ部１２１に螺合する雄ねじ部を外周面に有するスピンドル１１０ａとを備えている。
また、スピンドルの雄ねじ部に螺合する雌ねじ部１６１を有する与圧リング１６０と、スピンドルの外周において与圧リング１６０とスピンドル支持筒１２０との間に挿入され与圧リング１６０をスピンドル支持筒１２０に対して離間する方向へ付勢する与圧ばね１７０とを備えている。
そして、与圧リング１６０の外周縁には、スピンドル１１０ａの軸方向へ貫通する貫通孔が形成され、スピンドル支持筒１２０に軸方向と平行に連結された係合ピン１８０に対して貫通孔が軸方向に変位可能に係合されている。
このため、調整ナット１５０と与圧リング１６０が、ダブルナットの働きをして、バックラッシュを低減することができる。【０００５】
また、固定スリーブの外周面にスピンドルの雄ネジ部と同じピッチの雄ネジ部が形成され、シンブルの内周面に固定スリーブの雄ネジ部に螺合する雌ネジ部が形成されることで、スピンドルのねじれ等を防止するマイクロヘッドが提案されている（特許文献２参照）。【０００６】
より具体的には、図８に例示されるマイクロヘッドが提案されている。
図８（ａ）は、マイクロメータ２００の平面図、図８（ｂ）は、マイクロヘッド２００ａの、図８（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
マイクロヘッド２００ａは、スピンドル２１０と、固定スリーブ２２０と、シンブル２３０と、操作スリーブ２４０と、を備えている。固定スリーブ２２０は、スピンドル２１０の雄ネジ部２１０ａに螺合する雌ネジ部２２１と、シンブル２３０の雌ネジ部２３１に螺合する雄ネジ部２２３と、備えている。【０００７】
このマイクロヘッド２００ａでは、操作スリーブ２４０を回転させると、スピンドル２１０がその軸方向に沿って移動する。
一方、このマイクロヘッド２００ａでは、操作スリーブ２４０に、本来の力以外の力、例えばねじれ力やラジアル方向の力等が加わると、この力もシンブル２３０に伝わる。しかし、シンブル２３０が、固定スリーブ２２０の雄ネジ部２２３に螺合する雌ネジ部２３１を備えているので、シンブル２３０に伝わった、本来の力以外の力は、固定スリーブ２２０によって受けられる。
このため、ねじれ力やラジアル方向の力がスピンドル２１０に加わることがないから、測定値のバラツキ要因を低減でき、従って、繰り返し精度を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２１０５５６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２６８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されたマイクロヘッドの場合、調整ナット１５０と与圧リング１６０との間に与圧ばね１７０を用いる構成上、その弾性力を超える力が加わると、バックラッシュを低減する効果が得られないという問題があった。
また、スピンドル支持筒１２０に加えて、調整ナット１５０と与圧リング１６０にもネジ構造を持たせる必要があるため、マイクロヘッド全体の構造が複雑になるという問題があった。【００１０】
また、特許文献２に開示されたマイクロヘッドの場合、シンブル２３０の雌ネジ部２３１と固定スリーブ２２０とにより、本来の力以外の力を軽減できるとの記載はあるが、スピンドル２１０のバックラッシュについて何ら考慮されていなかった。
すなわち、操作スリーブ２４０の回転に伴って、スピンドル２１０とシンブル２３０のそれぞれが回転し、軸方向に沿って移動する構造上、バックラッシュを低減する効果は低く、操作スリーブ２４０の操作に対して応答性が悪いという問題があった。
また、スピンドル２１０と固定スリーブ２２０、固定スリーブ２２０とシンブル２３０との間にそれぞれバックラッシュが存在することから、雄ネジと雌ネジ間に働く応力が弱く、ロック機構なしでは、意図せずに振動等によりズレてしまう問題があった。【００１１】
そこで、本発明の発明者らは、鋭意検討した結果、スピンドルと、スリーブと、シンブルと、スリーブに固定されたバックラッシュ吸収部材とを備えることにより、バックラッシュを極めて少なくできることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明によれば、簡易な構造であっても、バックラッシュが極めて少ないマイクロヘッド及びこれを用いたステージ機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、雄ネジ部を有するスピンドルと、スピンドルが組み込まれている円筒形状のスリーブと、スリーブの一部が挿入されていて、スリーブを回転軸として回転可能で、一部でスピンドルの一端に接続されているシンブルと、スリーブ内の、スピンドルの雄ネジ部に対向する位置で、スピンドルが挿入された状態で、スリーブに固定されている円筒形状のバックラッシュ吸収部材と、を備える。
このように構成することにより、スピンドルの雄ネジ部にバックラッシュ吸収作用を及ぼすことができる。従って、シンブルとスピンドルとを直接接続した簡単な構造のマイクロヘッドであって、バックラッシュの極めて少ないマイクロヘッドを実現できる。
また、所定のカラーを備えることにより、バックラッシュ吸収部材を所定位置に配置するときの目安となるとともに、このカラーを利用してバックラッシュ吸収部材をスリーブ内に押し込むことようにすることで、安定して製造することが可能になる。
【００１４】
また、本発明を構成するに当たり、バックラッシュ吸収部材を、スリーブに対して、嫌気性接着剤によって固定するのが好ましい。
このように構成することにより、バックラッシュ吸収部材をスリーブ内の所定位置に移動した後に、この被接着物を空気遮断雰囲気に置いて所望の接着が行える。
また、マイクロヘッドを製造する際は、バックラッシュ吸収部材をスリーブの内側の所定位置に設ける必要があるが、バックラッシュ吸収部材をスリーブに挿入する途中で接着剤が硬化することを防ぐことができる。【００１５】
また、この発明を構成するに当たり、バックラッシュ吸収部材の周囲に、金属製の保護カバーを有することが好ましい。
このように構成することにより、バックラッシュ吸収部材の耐久性等を向上できる。金属製の保護カバーを有するこの好適例は、バックラッシュ吸収部材を樹脂製の部材とする場合に特に有用である。樹脂製の部材は金属製の部材に比べて概して強度が低くいので、金属製の保護カバーの有用性が顕著となる。【００１６】
また、本発明を構成するに当たり、バックラッシュ吸収部材を、２個以上備えることが好ましい。
このように構成することにより、バックラッシュ吸収部材を１個とする場合に比べ、バックラッシュ吸収性の向上を図ることができる。【００１７】
また、本発明を構成するに当たり、２個以上のバックラッシュ吸収部材を、スピンドルに沿って連続させて配置することが好ましい。
このように構成することにより、それぞれのバックラッシュ吸収部材を離間させておく必要がなく、製造が容易となる。【００１８】
また、本発明を構成するに当たり、２個以上のバックラッシュ吸収部材を、互いに離間させて配置することが好ましい。
このように構成することにより、スピンドル上の離間した複数個所でバックラッシュ吸収性を持たせることができ、バックラッシュをより効果的に低減することができる。【００２０】
また、本発明の別の様態のステージ機構によれば、所定のマイクロヘッドと、固定ステージと、固定ステージ上に設けられた可動ステージと、マイクロヘッドのスリーブ及び固定ステージを接続している第１接続部と、マイクロヘッドのスピンドル及び可動ステージを接続している第２接続部と、を備えている。
このように構成することにより、バックラッシュが極めて低減された可動ステージを有するステージ機構を実現できる。【００２１】
また、本発明の別の様態を構成するに当たり、第２接続部は、スピンドルの先端部に設けたネジ穴と、所定の径の貫通孔を有し可能ステージに固定されている部材と、所定の径より所定公差だけ小さい径のネジ部材であって、貫通孔を通してネジ穴にネジ込まれているネジ部材と、を含むものであることが好ましい。
このように構成することにより、スピンドルが、ラジアル方向にブレることを効果的に防止し、軸方向へのスムーズな移動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
図１（ａ）は、実施形態のマイクロヘッドの斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿うマイクロヘッドの断面図である。
図２（ａ）は、実施形態のマイクロヘッドの分解斜視図である。図２（ｂ）は、主にカラーと、２個のバックラッシュ吸収部材との配置関係を示した分解斜視図である。図２（ｃ）は、主にカラーと、２個のバックラッシュ吸収部材との配置の他の例を示した分解斜視図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、金属製の保護カバーを説明するための断面図及び斜視図である。図３（ｃ）は、バックラッシュ吸収部材の他の例を示した断面図である。
図４（ａ）は、バックラッシュ吸収部材の作用効果を説明するための図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部分を拡大して示した部分拡大図であり、図４（ｃ）は、別のバックラッシュ吸収部材の構成を示した拡大図である。
図５（ａ）は、実施形態のマイクロヘッドの使用例であるステージ機構を示した斜視図であり、図５（ｂ）はこのステージ機構の側面図であり、図５（ｃ）は、第２接続部の要部を説明する一部断面図である。
図６（ａ）は、ステージ機構のガイドレール構造に着目した分解斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図６（ｃ）は他のガイドレール構造の断面図である。
図７は、従来のマイクロヘッドの断面図である。
図８（ａ）は、従来のマイクロメータの平面図、図８（ｂ）は従来のマイクロヘッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照してこの発明のマイクロヘッド及びこれを用いたステージ機構の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。
また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の符号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等は、この発明の範囲内の好適例にすぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００２４】
［第１の実施形態］
第１の実施形態のマイクロヘッドは、図１や図２に示すように、スピンドル１１と、スリーブ１３と、シンブル１５と、バックラッシュ吸収部材１７と、カラー１９と、を備えている。
図１（ａ）は、実施形態のマイクロヘッド１０の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿ったマイクロヘッド１０の断面図である。また、図２（ａ）、（ｂ）はマイクロヘッド１０の分解斜視図である。
以下、各構成成分の詳細と相互の関係について説明する。
【００２５】
１．スピンドル
スピンドル１１は、概ね円柱状の部材であり、その外周の所望部分に雄ネジ部１１ａを持つ部材である。このスピンドル１１は、任意好適な金属材料で構成するのが良い。このような金属材料として、例えば、ステンレス、高炭素クロム軸受鋼、合金工具鋼、鋳鉄、等を挙げることができる。
ステンレスの具体例としては、ＳＵＳ３０４をはじめとする、例えば、ＪＩＳＧ４３０３に規定されている任意好適なステンレスを挙げることができる。
高炭素クロム軸受鋼の具体例としては、例えば、ＪＩＳＧ４８０５に規定されている、ＳＵＪ２，ＳＵＪ３，ＳＵＪ４，ＳＵＪ５等を挙げることができる。
合金工具鋼の具体例としては、例えば、ＪＩＳＧ４４０４に規定されている、ＳＫＳ材、ＳＫ材、ＳＫＤ材、ＳＫＴ材等を挙げることができる。
鋳鉄の具体例としては、いわゆる普通鋳鉄、合金鋳鉄等の任意好適な鋳鉄を挙げることができる。
この実施形態では、スピンドル１１を、高炭素クロム軸受鋼により構成してある。この材料は、ブリネル硬度等の物性に優れ、熱膨張率等において他の部材との相性に優れるため、より好ましい。
【００２６】
２．スリーブ
スリーブ１３は、円筒状の部材である。このスリーブ１３に、スピンドル１１が、組み込まれている。
このスリーブ１３は、任意好適な金属材料で構成するのが良い。このような金属材料として、例えば、例えば、ステンレス、炭素工具鋼、合金工具鋼、クロム鋼、マンガン鋼等を挙げることができる。この実施形態では、スリーブ１３を、合金工具鋼（ＳＫＴ６）により構成してある。この材料は、ブリネル硬度等の物性に優れ、熱膨張率等において他の部材との相性に優れるため、より好ましい。
また、雌ネジ部１３ａは、スリーブ１３と一体に形成しても良いし、個別に形成してスリーブ内部に固定しても良い。マイクロヘッドの設計に応じて決めればよい。この実施形態の場合は、雌ネジ部１３ａは、スリーブ１３の一端をスピンドル１１の雄ネジ部１１ａに対応した雌ネジ部１３ａを加工し、一体として形成している。
また、スピンドルの軸方向への移動量を表すために、スリーブ１３の外周面の適所に、所定の主目盛１３ｂ（図１（ａ）参照）を設けてあることが好ましい。
【００２７】
３．シンブル
シンブル１５は、一端が開口部１５ａとなっている円筒状の部材である。このシンブル１５は、開口１５ａ側からスリーブ１３の一部が、所定の嵌め合い具合で挿入されていて、かつ、スリーブ１３を回転軸としてスリーブ１３に対して回転可能な部材である。
しかも、このシンブル１５は、開口部１５ａとは反対側の端面で、スピンドル１１の一端に接続されている部材である。具体的には、この実施形態の場合、シンブル１５の開口１５ａとは反対側の端部に、ネジが通過でき、かつ、ネジ頭を止める座繰り部１５ｂを設けてある。また、スピンドル１１の一端面に軸方向に沿ってネジ穴１１ｂを設けてある。そして、シンブル１５とスピンドル１１とは、これら座繰り部１５ｂとネジ穴１１ｂとを利用して、固定ネジ例えば六角ネジ１５ｃによって、強固に接続してある。従って、このマイクロヘッド１０では、スピンドル１１とシンブル１５とが直に接続された構造となっている。
【００２８】
また、任意の位置からの回転度合いを表すために、シンブル１５の開口部１５ａ側の端部には、外周に沿って所定の副目盛１５ｄ（図１（ａ）参照）が設けてあることが好ましい。
また、この実施形態のシンブル１５の開口部１５ａとは反対端部は、他の部分より径を太くしてあり、しかも、径を大きくした部分の外周面にローレット加工を施して、操作つまみ１５ｅとしてある。当該マイクロヘッド１０の操作性を高めるためである。
このシンブル１５は、任意好適な金属材料で構成するのが良い。このような金属材料として、例えば、例えば、ステンレス、アルミニウム、炭素工具鋼、合金工具鋼、クロム鋼、マンガン鋼等を挙げることができる。この実施形態では、シンブル１５を、合金工具鋼（ＳＫＴ６）により構成してある。この材料は、ブリネル硬度等の物性に優れ、熱膨張率等において他の部材との相性に優れるため、より好ましい。
【００２９】
４．バックラッシュ吸収部材
（１）基本構成
バックラッシュ吸収部材１７は、スピンドル１１が挿入されている円筒状の部材である。具体的には、例えば、スピンドル１１が挿入される貫通孔（図３（ａ）中の１７ｙａ）を有した円筒状の部材である。しかも、スリーブ１３内の、スピンドル１１の雄ネジ部１１ａに対向する位置で、スリーブ１３に固定されている部材である。従って、このバックラッシュ吸収部材１７は、スピンドル１１の雄ネジ部１１ａ部分で、スピンドル１１に接する構造になる。
また、円筒状の内面に、スピンドル１１の雄ネジ部１１ａに対応する雌ネジ部を有する円筒状の部材であることも好ましい。
ただし、設計によっては、バックラッシュ吸収部材１７は、スピンドル１１に接していない場合があってもよい。バックラッシュ吸収部材１７やスピンドル１１の伸縮等を考慮して、バックラッシュ吸収部材１７がスピンドル１１と所定の公差で非接触に近接する場合があっても良い。
また、詳細は後述するが、図３（ｃ）に示したように、バックラッシュ吸収部材１７ａ自体が、スピンドル１１の雄ネジに対応する雌ネジ部１７ａａを有した円筒部材であっても良い。
この実施形態の場合、バックラッシュ吸収部材として、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ，１７ｂを用いている。この点についても、詳細は後述する。
【００３０】
（２）固定方法
次に、バックラッシュ吸収部材１７（１７ａ，１７ｂ）と、後述するカラー１９の、スリーブ１３への固定法の好適例、更に、バックラッシュ吸収部材１７（１７ａ，１７ｂ）の好適例、更に、バックラッシュ吸収部材１７（１７ａ，１７ｂ）の作用について、順次説明する。
バックラッシュ吸収部材１７やカラー１９を、スリーブ１３の内面に固定する方法は、任意好適な方法で良いが、好ましくは接着剤で行うのが良く、より好ましくは、嫌気性接着剤で行うのが良い。
嫌気性接着剤を用いれば、バックラッシュ吸収部材１７やカラー１９を、スリーブ１３の内面の所定位置に設置した後に、加熱や光照射等を行わずに被接着物を空気遮断雰囲気に置いて所望の接着が行えるからである。
すなわち、バックラッシュ吸収部材１７やカラー１９を、スリーブ１３の内面の所定位置に対して、接着材の硬化時間を気にすることなく設置することができ、接着剤以外の部分への影響を抑えて、所望の接着が行えるからである。このような嫌気性接着剤の種類は、特に限定されないが、例えば３Ｍ社製のＴＬ４２Ｊ（型名）、Ｈｅｎｋｅｌ社製のロックタイト（商品名）等である。
【００３１】
（３）配置
バックラッシュ吸収部材１７の個数は、１個でも良いし、２個以上でも良い。この実施形態の場合は、すでに説明したように、バックラッシュ吸収部材１７を、第１のバックラッシュ吸収部材１７ａと、第２のバックラッシュ吸収部材１７ｂとの、２個で構成してある。２個以上の方が、バックラッシュの吸収に効果的な配置の工夫等が行えて好ましい。
【００３２】
例えば、図２（ｂ）に示した例は、スリーブ１３の奥に２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを、連続させて配置し、かつ、スリーブ１３の前段にカラー１９を配置した例である。
このような構成の場合、バックラッシュの原因が、スピンドルの先端側にあるのか、末端側にあるのかに応じて、後部側又は手前側で集中的にスピンドルのバックラッシュを吸収できる。
ただし、図示は省略するが、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを、上記のように連続させず、離間させて配置しても良い。２個以上のバックラッシュ吸収部材を離間させて配置する構成は、スピンドル上の離間した複数個所でバックラッシュ吸収性が必要な場合に、有効である。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示した例は、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを、カラー１９を挟む配置で振り分けて配置した例である。こうすれば、スリーブ１３のカラー１９の両側でスピンドルのバックラッシュを吸収できるので、スピンドルの先端側、末端側双方で、バックラッシュの吸収を均等性良く行える。
なお、この図２（ｃ）の例を実施する場合、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを、カラー１９に接触させて挟んでも良いし、カラー１９から多少離間させて配置しても良い。
【００３４】
第１のバックラッシュ吸収部材１７ａと、第２のバックラッシュ吸収部材１７ｂとは、同一構造でも、異なる構造でも良い。この実施形態の場合は、第１のバックラッシュ吸収部材１７ａと、第２のバックラッシュ吸収部材１７ｂとを、同一の構造のものとしてある。
以下、第１のバックラッシュ吸収部材１７ａに着目して、その構造の詳細について説明する。ただし、下記の記述においては、バックラッシュ吸収部材１７と、包括的に称する場合もある。
【００３５】
（４）種類
このバックラッシュ吸収部材１７は、スピンドル１１の良好な移動性を確保し、かつ、スピンドル１１等に発生する応力を吸収して、バックラッシュの発生を抑制しつつ、スピンドル１１の固定状態を強固に保持するための部材である。
すなわち、このバックラッシュ吸収部材１７によれば、スピンドル１１がスライドしている間は、所定のすべり性を発揮して、スピンドル１１のスライドを阻害することなく、その横揺れやねじれ等を防止することができる。そして、スピンドル１１を固定する際には、適度に変形して、スピンドル１１のバックラッシュを少なくし、かつ、スピンドル１１等に発生する応力を吸収し、スピンドル１１の固定状態を強固に保持する。
従って、バックラッシュ吸収部材１７は、詳細は後述するが、所定の径として、１〜１００ｍｍの範囲内の値の貫通孔（図３中の１７ｙａ等）を有したクッション性を持つ部材とするのが好ましい。
更に、スピンドル１１表面において、バックラッシュ吸収部材１７がスライドする範囲に、グリースや潤滑オイルが塗布されていることが好ましい。
この理由は、スピンドル１１の回転によるバックラッシュ吸収部材１７との摩擦力を低減することで、ネジ山やネジ溝が削れるのを防止し、ひいては、バックラッシュ吸収部材１７の耐久性を向上させることができるからである。
なお、スピンドル１１へのグリースや潤滑オイルの塗布は、ハケ等で全面に塗る方法でも良く、スピンドルの一部に塗布したのち、スピンドル１１とバックラッシュ吸収部材１７とを嵌合させた状態で、スピンドル１１をスライドさせて伸ばす方法等、一般的に知られる任意の方法を用いることができる。
【００３６】
図３（ａ）は、第１のバックラッシュ吸収部材１７ａの断面図である。第１のバックラッシュ吸収部材１７ａは、貫通孔１７ｙａを有した円筒状の樹脂製の部材であることが好ましい。
この理由は、円筒状の部材であれば、向きを気にする必要がないため製造が容易であり、樹脂の特性を生かしたバックラッシュ吸収効果が得られるからである。
また、スピンドル１１が回転し、スライドしている間は、樹脂が、スライドに伴う摩擦熱によって溶け、良好なすべり性を発揮して、より弱い力で操作ができるからである。
そして、スピンドル１１のスライドを止めた際には、樹脂が十分に固化して、バックラッシュ吸収部材１７を、所定の位置でロックすることができるからである。
ここで、貫通孔１７ｙａの径は、上記の通り、スピンドル１１がスライドしている間は、所定のすべり性を発揮して、スピンドル１１のスライドを阻害することなく、その横揺れやねじれ等を防止することができる径である。しかも、スピンドル１１を固定する際には、適度に変形して、スピンドル１１のバックラッシュを少なくし、かつ、スピンドル１１の固定状態を強固に保持できる径である。この径は、バックラッシュ吸収部材を構成する材料の物性を考慮して決める。
【００３７】
また、バックラッシュ吸収部材１７の構成材料は特に制限されるものではないが、例えば、アミド樹脂（ナイロン樹脂）、ウレタン樹脂、エステル樹脂、カーボネート樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、ゴム系樹脂（天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）等）、イミド樹脂、アミドーイミド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、グアナミン樹脂、尿素樹脂、及びフェノール樹脂の少なくとも一つの樹脂材料から構成してあることが好ましい。
【００３８】
このような熱可塑性樹脂材料や熱硬化性樹脂材料からなるバックラッシュ吸収部材１７であれば、バックラッシュ吸収部材１７の成形性やバックラッシュ吸収性等が高まり、更に優れたスピンドル１１の移動性や固定性を得ることができる。
そして、特に、アミド樹脂（ナイロン樹脂）、ウレタン樹脂、及びゴム系樹脂の少なくとも一つであれば、スピンドル１１の移動性と、固定性とのバランスが更に良好であって、耐久性等にも優れていることから、好適な樹脂材料である。
【００３９】
また、バックラッシュ吸収部材１７におけるクッション樹脂部材の構成材料（樹脂材料）のガラス転移点（非結晶性樹脂の場合）又は融点（結晶性樹脂の場合）を、通常、３０〜２５０℃の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる構成材料のガラス転移点又は融点が３０℃未満の値になると、耐熱性や機械的強度が不足して、バックラッシュ吸収性やスピンドル１１の固定性が低下する場合があるためである。
【００４０】
一方、かかる構成材料のガラス転移点又は融点が２５０℃を超えた値になると、使用可能な樹脂材料の種類が過度に制限されたり、バックラッシュ吸収性が著しく低下したりする場合があるためである。
従って、バックラッシュ吸収部材１７の構成材料のガラス転移点又は融点を、５０〜２００℃の範囲内の値とすることがより好ましく、８０〜１８０℃の範囲内の値とすることが更に好ましい。
なお、バックラッシュ吸収部材１７の構成材料のガラス転移点は、ＪＩＳＫ７１２１に準拠して、ＤＳＣ測定における比熱の変化点として測定することができるし、融点を有する構成材料であれば、ＤＳＣ融解熱ピーク温度として測定することができる。
【００４１】
また、図３（ａ）に示すように、バックラッシュ吸収部材１７は、その周囲に、後述する所定形態の金属製の保護カバー１７ｘを有することが好ましい。
すなわち、図３（ａ）に示すように樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙを収容するキャップ状の収容部１７ｘａと、スピンドル１１の雄ネジ部１１ａに対応するネジ溝を有するネジ部１７ｘｂと、を一体的に含んでなる金属製の保護カバー１７ｘを用いるのが好ましい。そして、キャップ状の収容部１７ｘａに、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙを挿入して、バックラッシュ吸収部材１７を構成することが好ましい。
この理由は、このように金属製の保護カバー１７ｘを設けることによって、スリーブ１３の所定箇所に対するバックラッシュ吸収部材１７の取り付けや固定性が容易になるとともに、当該バックラッシュ吸収部材１７の耐久性が向上し、長期間にわたって優れたスピンドル１１の移動性や固定性を得ることができるためである。
【００４２】
（５）作用効果
次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂによる応力吸収における作用効果を説明する。
図４（ａ）は、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙに金属製の保護カバー１７ｘを取り付けた構成の２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂをスピンドル１１に取り付けた状態を示した断面図である。ただし、スリーブ等の図示は省略した図である。
また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂに着目した拡大図であって、それぞれの金属製の保護カバー１７ｘ同士が対向して、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂが連続するように配置された状態を示している。
更に、図４（ｃ）は、金属製の保護カバー１７ｘが、スピンドル１１に対して、同方向（図面上では、それぞれ右方向）に向くように、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを配置した状態を示している。
【００４３】
従って、スピンドル１１が所定方向に回転移動している間は、樹脂部材から成るバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂは、所定のすべり性を発揮するとともに、スピンドル１１の動作を阻害することなく、その横揺れやねじれ等をより有効に防止することができる。
すなわち、スピンドル１１の回転移動に伴って、発熱現象が生じる場合があるが、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂは、かかる発熱現象によって発生した熱をより効率的に吸収することができる。
従って、吸収した熱によって、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂが一部可塑化される場合もあるが、所定のすべり性等はそのまま発揮することができる。
更に言えば、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを構成する円筒状の樹脂部材の周囲に、所定の金属製の保護カバー１７ｘが設けてあることから、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂが過度に変形したり、所定場所から流出したりするおそれもない。
【００４４】
一方、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを設けた場合、スピンドル１１の回転移動が停止し、スピンドル１１の位置が固定される際には、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ，１７ｂが適度に変形して、スピンドル１１のバックラッシュを少なくすることができる。
すなわち、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂのいずれかが緩むような応力が働いた場合であっても、いわゆるダブルナット効果が発揮される。
従って、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂによる緩みの発生が効果的に防止されるとともに、スピンドル１１が移動するような応力が外部から付与されたとしても、その応力を効果的に吸収し、強固に固定状態を保持することができる。
更に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂを連続して設けて、２つのバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂの間に、樹脂部材１７ｙと、金属カバー１７ｘと、スピンドル１１と、で囲まれる空間部１７ｚをつくることが好ましい。
この理由は、スピンドル１１に、摩耗を防ぐための所定のグリースや所定の潤滑オイルを塗布した場合に、スピンドル１１が回転しスライドするのに伴って、その空間内にグリース溜りをつくることができ、スピンドル１１のグリース切れを起こしにくくすることができるからである。
【００４５】
また、上記の説明では、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙに金属製の保護カバー１７ｘを取り付けた構成のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂについて、説明した。ただし、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂとして、図３（ｃ）に示したような、スピンドル１１の雄ネジ部１１ａ（図１（ｂ）参照）に対応する雌ネジ部１７ａａを有した樹脂製の円筒部材を用いても良い。雌ネジ部１７ａａを有した樹脂製の円筒部材の外周面を、スリーブ１３の内周面に接着剤で固定して使用しても良い。このような場合も、カラー１９とともに用いるのが好ましい。例えば、カラー１９と、雌ネジ部１７ａａを有した樹脂製の１個の円筒部材とを用いたマイクロヘッドの場合、シンブル１５のラジアルトルクが比較的軽くなり、マイクロヘッドの操作がし易い。
【００４６】
５．カラー
カラー１９は、図３に示すように、スピンドル１１を挿入できる孔をもち、かつ、外径がスリーブ１３の内径に対応する径の、円筒状部材であることが好ましい。
この理由は、外径がスリーブの内径に対応していれば、ラジアル方向の位置決めの必要がなく、円筒状の部材であれば、向きを気にする必要がないため製造が容易となるからである。
このカラー１９は、任意好適な金属材料で構成するのが良い。このような金属材料として、例えば、ステンレス、合金工具鋼等を挙げることができる。
カラー１９と、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂは、スリーブ１３内に固定してある。カラー１９は、スピンドル１１の軸ブレ防止部材としての役割を持ち、スピンドル１１の軸方向の移動をより確実に行うことができる。
また、カラー１９は、２個のバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂをスリーブ１３内の所定位置に押し込む部材としての役割を持つ。
【００４７】
６．金属製の保護カバー
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙと金属製の保護カバー１７ｘとの好適な接続例、及び、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂの機能について説明する。
まず、金属製の保護カバー１７ｘと樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙとの接続であるが、金属製の保護カバー１７ｘのキャップ状の収容部１７ｘａに、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙを挿入した後、キャップ状の収容部１７ｘａ（図３参照）の先端部を折り曲げることも好ましい。このように折り曲げることによって、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７ｙの脱落を防止することができるとともに、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂのスピンドル１１における移動性や、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂにおける応力吸収性が更に良好となるためである。
また、かかる金属製の保護カバー１７ｘの構成材料についても特に制限されるものではないが、軽量、安価であって、かつ、所定の変形性及び耐久性が得られることから、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄等の少なくとも一種であることが好ましい。
この実施形態の場合、樹脂製のバックラッシュ吸収部材１７の当該樹脂は、ナイロン樹脂で構成してあり、金属製の保護カバー１７ｘは、アルミニウム合金で構成してある。これら材料は、加工性に優れ、熱膨張率等において他の部材との相性に優れるため、より好ましい。
【００４８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態のステージ機構は、図５に示すように、所定のマイクロヘッドを備えている。
マイクロヘッド１０は、マイクロメータ、ステージ機構等の、マイクロヘッドを必要とする種々の機材に組み込んで使用できる。そして、これら機材において、本発明のスピンドルのバックラッシュ低減効果を得ることができる。以下、本発明のマイクロヘッド１０を備えるステージ機構について説明する。
【００４９】
１．基本構成
図５（ａ）は、マイクロヘッド１０を備えるステージ機構３０の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＰ方向からステージ機構３０を見た側面図である。
このステージ機構３０は、マイクロヘッド１０と、固定ステージ３１と、可動ステージ３３と、ガイド部材３１ａ、３３ａと、第１接続部３５ａと、第２接続部３５ｂとを備える。
【００５０】
固定ステージ３１は、ステージ機構３０の土台となる部材である。可動ステージ３３は、固定ステージ３１上に設けた部材であって、マイクロヘッド１０の操作に応じて、固定ステージ３１上を、ガイド部材３１ａ、３３ａの案内方向に移動する部材である。
固定ステージ３１及び可動ステージ３３各々は、この場合、平面形状が四角形状でかつ互いに同じ大きさで、各々所定厚さのものとしてある。もちろん、固定ステージ３１及び可動ステージ３３各々の形状、大きさ及び厚さは、ステージ機構の仕様に応じて決める。
固定ステージ３１及び可動ステージ３３は、例えば、アルミニウム（アルマイト処理アルミニウムを含む。）、銅、黄銅、鉄、ニッケル、マグネシウム、タングステン、セラミック、高分子樹脂材料等である。特に、アルマイト処理アルミニウムは、軽量性、耐食性、耐久性、加工性、熱伝導性、装飾性、及び経済性等に優れていることから、固定ステージ３１及び可動ステージ３３の構成材料として、好適である。
【００５１】
２．ガイド部材
次に、ガイド部材３１ａ、３３ａについて、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図６（ａ）は、固定ステージ３１と、可動ステージ３３と、ガイド部材３１ａ、３１ｂとの接続関係を理解するための斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６（ｃ）は他のガイド部材を説明するための断面図である。
ガイド部材３１ａは、この場合、固定ステージ３１の一部が固定ステージ３１の１つの辺と同じ長さで、固定ステージ３１の上方に突出た形状の１つの凸部である。一方、ガイド部材３３ａは、固定ステージ３１の一部に、ガイド部材３１ａの凸と、ガイドレール３７ａに対応するよう設けた凹部である。
これら凸部及び凹部を嵌め合せて、更に、可動ステージ３３の側面からガイドレール３７ａに至るように可動ステージ３３に設けた孔を通して、ガイドレール３７ａを押圧し、ガイド部材３１ａの側面を、固定ネジ３７により適度に押圧している（図６（ｂ）参照）。このような構造により、可動ステージ３３は、固定ステージ３１上を、ガイド部材３１ａ、３３ａに沿って移動できる。
【００５２】
なお、ガイド部材の構造は上記の例に限られず、他の構造でも良い。例えば、図６（ａ）、（ｂ）では、ガイド部材３１ａ、３１ｂは１組であったが、ガイド部材３１ａ、３１ｂを２組並列に設けたガイド部材とすることが好ましい。また、図６（ｃ）に示したように、アリ溝構造３１ｘ、３３ｘを用いたガイド部材とすることも好ましい。
この理由は、ガイドレールといった部品点数が減り、製造が容易になるとともに、安価に製造できるからである。
また、図示しないものの、ガイドレール３７ａの代わりに、所定のクロスローラーガイド、ボールガイド等の有限軌道型のガイドや無限軌道型のガイドを用いることも好ましい。
この理由は、可動ステージ３３の移動に伴う摩擦が低減され、ひいては、スピンドルを回転させる際の力をより弱くすることができるからである。
【００５３】
３．第１接続部及び第２接続部
次に、第１接続部３５ａ、第２接続部３５ｂについて図５を参照して説明する。
第１接続部３５ａは、その一端が固定ステージ３１の１つの側面に固定してあり、かつ、その他端がマイクロヘッド１０のスリーブ１３に固定してある。
また、第２接続部３５ｂは、その一端が可動ステージ３３の１つの側面に固定してあり、かつ、その他端がマイクロヘッド１０のスピンドル１１に固定してある。ただし、上記の固定ステージ３１の１つの側面と、可動ステージ３３の１つの側面とは、互いが上下に位置する関係の、直近の側面である。第１接続部３５ａ、第２接続部３５ｂ各々は、任意好適な構造で良い。
ただし、この実施形態の場合は、第２接続部３５ｂを、図５（ｃ）に示した構造としてある。また、図５（ｃ）に示した部分は、図５（ｂ）中の記号Ｑによって示される部分の一部を断面図として示した図である。
具体的には、スピンドル１１の先端部に、スピンドル１１の軸方向に、ネジ穴１１ｃを設ける。また、第２接続部３５ｂの、スピンドル１１の軸に沿う位置に、貫通孔３５ｂａを設ける。この貫通孔３５ｂａを通るネジ部材３５ｂｂを用いて、スピンドル１１のネジ穴１１ｃに、ネジ部材３５ｂｂを回し込み、そして、ネジロック等の接着剤でネジゆるみを防止する。ここで、ネジ部３５ｂｂの貫通孔３５ｂａに対応する部分の外径は、貫通孔３５ｂａの内径より所定公差として、０．０１〜１ｍｍの範囲内の値だけマイナスにしてあることが好ましい。
この第２接続部３５ｂの構成によれば、スピンドル１１の動きを、可動ステージ３３に良好に伝達できる。
【００５４】
４．効果
第１接続部３５ａ、第２接続部３５ｂによって、マイクロヘッド１０と、固定ステージ３１と、可動ステージ３３とが接続されているので、マイクロヘッド１０の操作つまみ１５ｅを、図５（ａ）中の矢印Ｒのように左右に回転操作すると、スピンドル１１がその軸方向に沿って前後に移動し、この前後移動に応じて、可動ステージ３３は図５（ａ）中の矢印Ｓに沿う方向で前後移動する。
そして、この発明におけるスピンドル１１のバックラッシュ低減効果は、このステージ機構３０において、以下のように発現する。
すなわち、スピンドル１１の回転移動に起因した押圧力の反作用として、ステージ機構３０の可動ステージ３３が逆戻りする反発応力が発生するが、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂが適度に変形して、かかる反発応力を効率的に吸収し、可動ステージ３３におけるバックラッシュを少なくすることができる。
【００５５】
更に、可動ステージ３３が所定位置に固定された後には、バックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂが十分に固化した状態となる。
従って、図４（ａ）〜（ｃ）に示すバックラッシュ吸収部材１７ａ、１７ｂの場合、スピンドル１１における図示の左方側から及ぶ外部応力については、左方のバックラッシュ吸収部材１７ａが効率的に吸収し、スピンドル１１における図示の右方側から及ぶ外部応力については、右方のバックラッシュ吸収部材１７ｂが効率的に吸収することができる。その結果、ステージ機構３０においても、可動ステージ３３のバックラッシュを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上の説明のとおり、本発明によれば、スピンドルと、スリーブと、シンブルと、スリーブに固定されたバックラッシュ吸収部材とを備えることにより、簡易な構造であっても、バックラッシュを極めて少なくできる。
そのため、精密測定器や、ワークを精密に微動する機能を必要とする光学機器、加工装置等の多くの産業分野で幅広く利用することが期待される。
例えば、実験台等の天板の四隅に設置し、平衡調整用として利用した場合には、それぞれの高さを調整した後に、改めて位置を確定するためのロック作業が必要なくなり、平衡出しを短時間で行うことが期待される。
また、光学レンズやミラーの回転ギア部分に設置し、角度調整用として利用した場合には、人がつまみを動かして、レーザー発振方向やミラーの調整を行った後に、手を離す際のブレを極めて少なくすることが期待される。
また、電子顕微鏡等の真空チャンバー内に設置し、３軸ステージの位置調整用として利用した場合であっても、樹脂部分を金属保護カバーで包み込むことにより、樹脂から発生するアウトガスを効果的に閉じ込めることができ、真空引き用のポンプの破損を防ぐことが期待される。
そして、人工衛星や宇宙線などのセンサやレンズ部品の位置決め用として利用した場合であっても、アウトガスの拡散を抑制し、レンズ等の表面への付着を防ぐことが期待される。
【要約】
簡易な構造であっても、バックラッシュが極めて少ないマイクロヘッドを提供する。
マイクロヘッド１０は、スピンドル１１、スリーブ１３、シンブル１５、バックラッシュ吸収部材１７、カラー１９を備え、スピンドル１１は雄ネジ部１１ａを有し、スリーブ１３は、雄ネジ部１１ａに対応する雌ネジ部１３ａを有しているとともに、スリーブ１３には、スピンドル１１が、組み込まれており、シンブル１５は、スリーブ１３の一部が挿入されていて、スリーブ１３を回転軸として回転可能で、一部でスピンドル１１の一端に接続されており、円筒形状のバックラッシュ吸収部材１７は、スリーブ１３内のスピンドル１１の雄ネジ部１１ａに対向する位置で、スピンドル１１が挿入された状態で、スリーブ１３に固定され、このバックラッシュ吸収部材１７は、スピンドル１１のバックラッシュを防止する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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