(57)【要約】【課題】市販のストロークロータリブッシュとモーターを組み合わせて安価で動作制御の容易な多自由度位置決めステージを得る。【解決手段】ストロークロータリブッシュを互いに垂直に配置した自在継手を介してモーターとステージを接続する。これを空間的に互いに直交する２ないし３方向に配置して夫々のモータが互いに干渉することなくステージを駆動する構造としている。これによりモーターの回転動作または往復動作が直接ステージの動作に対応し、位置決め制御がきわめて容易な多自由度ステージ装置を実現できる。【選択図】        図２
2004169792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内軸と、当該案内軸を中心として回動可能であってかつ当該案内軸に沿って直動可能であるように勘合されたスライダ部材とからなる２個の軸受部材を前記の夫々の案内軸が互いに直交するように対向させて結合配置し、一方の上記軸受部材のスライダ部材または案内軸を被稼動部であるステージ部材に固定し、他方の上記軸受部材のスライダ部材または案内軸を駆動のために設けたモーターなどの出力軸に固定したことを特徴とする継手装置。
【請求項２】
少なくとも２個の特許請求項１に記載の継手装置を夫々の上記モーターなどの出力軸が中央部に設けたステージ部材の中心付近に向けて互いに直交するように配置し、上記夫々の継手装置の出力軸に固定していない側の前記軸受け部材のスライダ部材または案内軸を夫々前記ステージ部材に固定したことを特徴とする特許請求項１に記載の継手装置を用いた多自由度ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は位置決め装置に係り、特に簡単な構造で３方向の並進移動と３軸周りの回転移動とを自由に組み合わせた動作制御を可能とする多自由度位置決めステージを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から継手装置は各種のものが考案されており、特に特定の運動方向のみを拘束する目的の自在継手は多自由度機構、およびパラレルメカニズムなどで多用されている。
【０００３】
例えば特開２００１−１５３１２９ではパラレルリンク機構に使用する目的の自在継手装置を考案しており、自在継手装置の回転中心の位置を拘束したままでどの方向にでも自由に回転可能な構造について述べている。
【０００４】
また、特開平１１−２７４０３１では上記と同じ機能を持つ自在継手を多数使用した露光装置位置決め用のパラレルリンク位置決め装置を考案している。
【０００５】
これらの装置ではステージ部材の位置決め駆動のために、これをいくつかの対偶機構を組み合わせたパラレルメカニズムで位置決め支持するようになっており、対偶機構のうちのいくつかを特定の計算式に基づいて同時に動かすことによってステージ部材に目的の動作を行なわせることができる。このような機構ではステージ部材に簡単な動作、例えばＸ軸に沿った平行な移動を行なわせようとするとパラレルメカニズムを構成する複数の対偶機構を同時に装置独自の構成配置に基づいた特有のアルゴリズムに従って駆動してやる必要がある。通常はこのアルゴリズムは三角関数や２次式を含む非線形で複雑なものであり、上記のアルゴリズムを記述した駆動プログラムを実行して対偶機構を駆動する各モーターを数値制御することでこれを実現しなければならない。このため単純な回転動作や平行移動などを行なう場合でも数値制御のアルゴリズムをソフトウェアで実行するための処理に時間がかかり、高速な動作が困難である。加えてパラレルリンク機構そのものも複雑な構造であるため、高い精度の位置決めを行なうようにするには各部品の精度や剛性を高める必要があるなど製作に高いコストがかかっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の従来技術の問題点に対し、簡単で安価な継手機構を提供するとともにこれを用いて高速駆動が容易で製造コストの低い多自由度位置決めステージを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために案内軸と、当該案内軸を中心として回動可能であってかつ当該案内軸に沿って直動可能であるように勘合されたスライダ部材とからなる２個の軸受部材を前記の夫々の案内軸が互いに直交するように対向させて結合配置し、一方の上記軸受部材のスライダ部材または案内軸を被稼動部であるステージ部材に固定し、他方の上記軸受部材のスライダ部材または案内軸を駆動のために設けたモーターなどの出力軸に固定した構造の継手装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
また、上記の３個の継手装置を夫々の上記モーターの出力軸が中央部に設けたステージ部材の中心付近に向けて互いに直交するように配置し、上記夫々の継手装置の出力軸に固定していない側の前記軸受け部材のスライダ部材または案内軸を夫々前記ステージ部材に固定したものである。
【０００９】
【作用】
以下、本発明の作用につき、説明する。
【００１０】
案内軸をガイドとして回転と直動の両方が可能な軸受けはストロークロータリーブッシュと呼ばれ、一般に市販されている。図３に示すＴがその概要であり、案内軸２にスライダ１がボールを介して嵌めこまれた単純な構造となっている。
スライダ１は案内軸２を中心として３に示した方向に自由に回転でき、かつ案内軸２に沿って４に示した方向に自由に往復移動ができるようになっている。
【００１１】
一方、別の構成で同じ機能を持たせた図３のＰのような方法もある。この場合にはスライダ６が４の方向の往復運動のみ可能なボールスプライン５の両端にベアリング７を配したものであってベアリング７によって３の方向の回転を可能にしている。
【００１２】
これらのストロークロータリーブッシュをいくつか組み合わせることで、物体を空間的に任意の方向には移動を拘束しながら望む方向には自由に移動または回転を行なわせることが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下本発明の一実施例につき、図１、図２に従って説明する。
図１は本発明の特許請求項１にて記述した継手装置の実施例である。
【００１４】
図３に示す軸受けＴ１とＴ２を互いに案内軸２が直交する向きに対向させてリング部材８に固定する。リング部材８の側面には切欠き９が設けてあり、ここに軸受けＴ１とＴ２の案内軸２を嵌めこんでネジ１３にて固定する。軸受けＴ１のスライダ１は取付け金具１０を介してモーター１２の出力軸Ａに固定されており、軸受けＴ２のスライダ１は取付け金具１０を介してステージ１１に固定される。このようにして２個の軸受けＴ１とＴ２およびリング部材８によってモータ１２とステージ１１とを接続し、全体で継手装置Ｓを構成している。
【００１５】
継手装置Ｓに用いるモーター１２は出力軸Ａが回転動作する回転モーターと出力軸Ａが軸に沿って前後するリニアモーターのどちらであっても良く、また両方の動作が可能なハイブリッドモーターであっても良い。このような構造とすることにより、リング部材８とこれに固定された軸受けＴ１とＴ２とが所謂自在継手の役割を果たす。すなわちモータ１２の出力軸Ａの回転または往復の動作のみをステージ１１に伝え、その他の方向には何の拘束も加えない継手装置Ｓを構成する。
【００１６】
図２は、図１の継手装置を３個使用した多自由度のステージ装置である。図１に示した継手装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を夫々の出力軸Ａ１、Ａ２、Ａ３が互いに直角に交差するようにステージ１１を囲んで配置している。各モータは図１と同じく回転または往復あるいは回転と往復の両方の動作が可能である。
【００１７】
例えば継手装置Ｓ１のモーターを回転させた場合、ステージ１１はモーターの出力軸Ａ１と同じ方向に同じ角度だけ回転する。このとき他の継手装置Ｓ２とＳ３は夫々対応する継手部分が自在継手の役割を果たすのでステージ１１の動作を拘束せず、ステージ１１は継手装置Ｓ１のモーターにより目的の角度に位置決めすることができる。
【００１８】
継手装置Ｓ１のモーターを往復運動させる場合も同様であり、ステージ１１は出力軸Ａ１の移動に応じた距離だけ並行に移動し、他の継手装置Ｓ２とＳ３がこれを阻害することがない。
【００１９】
以上のようにどの継手装置の動作も他の継手装置の動作と干渉せず、ステージ１１を空間的にどの方向にでも移動または回転させて位置決めすることが可能である。
【００２０】
本実施例では、市販のストロークロータリブッシュなどの軸受けを簡単なリング部材８に取付けてこのような自在継手を構成し、これをさらに組み合わせて多自由度のステージ装置を実現しており、複雑なリンク機構などは不要である。したがって装置を製作するコストはほとんどが軸受けやモーターなどの部材調達費用のみであり、きわめて安価に製作することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、ステージの動作と継手装置の動作が直接対応しているので、ステージを動作させるのに複雑なアルゴリズムに基づいたモーターの制御を行なう必要がなく、高速なステージ制御が可能となる。また、構造が単純であるので安価に製作可能である。
本発明による多自由度ステージ装置は、建築物の耐震装置、精密位置決めステージ、大型加振機、椅子、飛行シミュレータ、レーザービームスキャン装置、天体望遠鏡などあらゆる分野への応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特許請求項１に記載した継手装置の１実施例である。
【図２】本発明の継手装置を用いた多自由度ステージ装置の１実施例である。
【図３】本発明で使用する軸受けの作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    スライダ
２    案内軸
３    回転方向
４    移動方向
５    ボールスプライン
６    スライダ
７    ベアリング
８    リング部材
９    切欠き
１０  取付け金具
１１  ステージ
１２  モーター
１３  ネジ
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２  ストロークロータリブッシュ
Ｐ    ボールスプラインとベアリングを組み合わせた軸受
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  継手装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３  出力軸
【図１】
2004169792.tif 000003
【図２】
2004169792.tif 000004
【図３】
2004169792.tif 000005