(57)【要約】【課題】ステージ駆動時にガイドレールの負荷を低減できて、ステージの高速駆動ができる直動ステージを提供する。【解決手段】回動するモータ１と、該モータ１の回動を直動に変換するリードスクリュー２と該リードスクリュー２と、テーブル３に具備した螺合するナットテーブル４と、テーブル３を案内するガイドレール５からなり、モータ１の回動をリードスクリュー２とナットテーブル４間で直動に変換させ、該テーブル３に載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、前記テーブル３下面と基台７間にガイドレール５の予圧調整機構６を具備した特徴とし、具体的にはその予圧調整機構６を基台７もしくはテーブル３のどちらか一方に永久磁石６ａを用い、対向するように電磁石６ｂを配置して成るものとした。【選択図】　　図１
2004112889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動するモータと、該モータの回動を直動に変換するリードスクリューと該リードスクリューと、テーブルに具備した螺合するナットテーブルと、テーブルを案内するガイドレールからなり、モータの回動をリードスクリューとナットテーブル間で直動に変換させ、該テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、
前記テーブル下面と基台間にガイドレールの予圧調整機構を具備したことを特徴とする直動ステージ。
【請求項２】
前記予圧調整機構が、基台もしくはテーブルのどちらか一方に永久磁石を用い、対向するように電磁石を配置して成るものであることを特徴とする請求項第項記載の直動ステージ。
【請求項３】
回動するモータと、該モータの回動を直動に変換するリードスクリューと該リードスクリューと、テーブルに具備した螺合するナットテーブルからなり、モータの回動をリードスクリューとナットテーブル間で直動に変換させ、該テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、
前記テーブル下面と基台上面および、テーブル側面と基台内側面等のテーブルと基台が対向する位置に、同極性が対向するように永久磁石またはエレクトレットを具備したことを特徴とする直動ステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はテーブルを直動し、該テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直動ステージにおいては、例えば、特許文献１記載のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−１２２８８９号公報
【０００４】
以下、特許文献１記載の直動ステージについて図面を用いて簡単に説明する。
図６は従来の直動ステージを示している。
図において、９１はボールネジであり、９２は中空軸モータである。９３はナットであり、ボールネジ９１に螺着さているとともに中空軸モータの中空軸に直結されて駆動力を与えている。９４は車輪であり、４個のベアリングである。９４１は車軸であり、車輪９４を保持するとともに中空軸モータ９２に固定されている。９５は走行板であり、車輪９４が密着して走行する。９６は支持台であり、走行板９５の両端の１部を板金加工で折り曲げることにより形成し、ボールネジ９１の両端にあたる部分にはボールネジ９１と走行板９５との高さが調整できる長穴を設け、ボールネジ９１の両端をボールネジ９１が回転せぬように長穴に勘合させて固定してある。９７は負荷取付台であり、中空軸モータ９２に固定されている。９８はガイド板であり、長辺をボールネジ１の長手方向に平行に走行板９５に設けられた長方形の板であり、車輪９４の側面と摺動しながら案内している。９９は予圧ばねであり、２個の円筒コイル形状である。９４２は車軸であり、予圧ばね９９が各々の車軸９４２に圧縮状態で装着されている。９０は磁石であり、中空軸モータ９２に固定されて走行板９５と微小隙間を介して対面するとともにこれを吸引している。
次に図９の直動ステージの動作を説明する。
中空軸モータ９２に駆動力を与えられるとナット９３が回転しようとしてボールネジ１を回転させようとし、その反作用で中空軸モータ９２本体が逆方向に回転しようとする。すると中空軸モータ９２に固定された車軸９４１を介し車輪９４が回転しようとする。しかし、車輪９４は走行板９５に密着しており、走行板９５とボールネジ９１は支持台９９を介して固定されているため、ナット９３のみがボールネジ９１に沿って回転し、直線方向の推力を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の直動ステージにおいては、第１の課題として、走行板間と磁石間で作用する吸引力で中空軸モータに予圧を供給しているが、この予圧は、車輪と走行板間の摩擦力を高め、推力を低減させる要因となっていた。また、車輪を直線方向に案内するため、ガイド板の長辺と車輪の側面とを摺動しながら案内している。この摺動摩擦も推力を低減させる要因となっていた。このような予圧による推力ロスは、直動ステージの速度を低下させる問題を生じていた。
第２の課題としては、ガイド板の長辺と車輪側面はすべり摩擦による案内であるため、接触面を研磨加工などにより仕上げる必要があり、コスト高になる等の問題が生じていた。
したがって、この発明の目的は、これらの点に鑑みてなされたものであり、簡便な機械的構造で、高速移動ができる直動ステージを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達するため、請求項１記載の第１の発明の直動ステージは、回動するモータと、該モータの回動を直動に変換するリードスクリューと該リードスクリューと、テーブルに具備した螺合するナットテーブルと、テーブルを案内するガイドレールからなり、モータの回動をリードスクリューとナットテーブル間で直動に変換させ、該テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、前記、テーブル下面と基台間にガイドレールの予圧調整機構を具備した特徴とする。
請求項１記載の第２の発明の直動ステージは、請求項第１項記載の直動ステージにおいて、テーブル下面と基台間にガイドレールの予圧調整機構において、基台もしくはテーブルのどちらか一方に永久磁石を用い、対向するように電磁石を配置したことを特徴とする。
以上の第１および第２の発明の直動ステージによれば、テーブル下面と基台間にガイドレールの予圧調整機構を具備した構成とし、ステージ駆動時には、永久磁石と同極性が対向するように電磁石に通電することで、永久磁石と電磁石間で磁気反発力が生じ、ガイドレールへの予圧を減ずる。このため、ガイドレールの負荷を低減することで、ステージの高速駆動ができる。
また、ステージ位置決め時には、電磁石への通電を遮断するため、永久磁石と基台間で磁気吸引力が生じ、ガイドレールへの予圧が与えられ、外部からの負荷によるステージのローリング、ピッチングまたはヨーイング等の変動は生じない。
第２の発明の直動ステージによれば、テーブル下面と基台間に配置する予圧調整機構を永久磁石と電磁石間で作用する磁気反発力を利用した簡便な装置としたことで、高精度な加工をする必要がなく、低コスト化ができる。
【０００７】
請求項３記載の第３の発明の直動ステージは、回動するモータと、該モータの回動を直動に変換するリードスクリューと該リードスクリューと、テーブルに具備した螺合するナットテーブルからなり、モータの回動をリードスクリューとナットテーブル間で直動に変換させ、該テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、前記テーブル下面と基台上面および、テーブル側面と基台内側面等のテーブルと基台が対向する位置に、同極性が対向するように永久磁石または、エレクトレット等を具備したことを特徴とする。
第３の発明の直動ステージによれば、テーブルと基台間に配置した永久磁石やエレクトレット等の磁力や静電力により非接触支持することで、案内面での摩擦損失が生じないため、ステージの高速駆動が可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態の直動ステージについて図１および図２に基づいて詳しく説明する。
図１は本発明の直動ステージの斜視図、図２は本発明の直動ステージのＡ−Ａ断面図である。本発明の全体の構成において、本実施の形態の直動ステージは、回動するモータ１と、該モータ１の回動を直動に変換するリードスクリュー２と該リードスクリュー２と、テーブル３に具備した螺合するナットテーブル４と、テーブル３を案内するガイドレール５と、テーブル３下面と基台７間にガイドレール５の予圧調整機構６から構成されている。ガイドレール５はスライダ５ａとスライダ５ａを収納し案内するベース５ｂで構成される。本実施の形態では、予圧調整機構６には、図１に示したように永久磁石６ａと電磁石６ｂ間で作用する磁気反発力を用いた。
次に、この直動ステージの動作について説明する。
モータ１の回動をリードスクリュー２とナットテーブル４間で直動に変換させ、該テーブル３はガイドレール５に案内され、移動するものである。ステージ駆動時には、永久磁石６ａと同極性が対向するように、図示しないコントローラにより電磁石６ｂへ通電され、磁気反発力が生じる。
従来の直動ステージの第１の課題として、走行板間と磁石間で作用する吸引力で中空軸モータに予圧を供給しているが、この予圧は車輪と走行板間の摩擦力を高め、推力を低減させる要因となっていた。
また、車輪を直線方向に案内するため、ガイド板の長辺と車輪の側面とを摺動しながら案内している。この摺動摩擦も推力を低減させる要因となっていた。
このような予圧による推力ロスは、直動ステージの速度を低下させる問題を生じていた。
第１および第２の発明の直動ステージによれば、テーブル３下面と基台７間にガイドレール５の予圧調整機構６を具備した構成とした。ステージ駆動時には、永久磁石６ａと同極性が対向するように電磁石６ｂに通電することで、永久磁石６ａと電磁石６ｂ間で磁気反発力が生じ、ガイドレール５への予圧を減ずる。
このため、ガイドレール５の負荷を低減することで、ステージの高速駆動ができる。
また、ステージ位置決め時には、電磁石６ｂへの通電を遮断するため、永久磁石６ａと基台７間で磁気吸引力が生じ、ガイドレール５への予圧が与えられ、外部からの負荷によるステージのローリング、ピッチングまたはヨーイング等の変動は生じない。
第２の課題としては、ガイド板の長辺と車輪側面はすべり摩擦による案内であるため、接触面を研磨加工などにより仕上げる必要があり、コスト高になる等の問題が生じていた。
第２の発明の直動ステージによれば、テーブル３下面と基台間に配置する予圧調整機構６を永久磁石６ａと電磁石６ｂ間で作用する磁気反発力を利用した簡便な装置としたことで、高精度な加工をする必要がなく、低コスト化ができる。
本発明の第１の実施の形態では、予圧調整機構に永久磁石と電磁石の組み合わせたものを用いたが、静電力を用いたものでもよく、テーブル下面と基台間に備えたガイドレールの予圧調整機構であればよい。
【０００９】
次に、本発明の第２の実施の形態の直動ステージについてを図３および図４に基づいて詳しく説明する。
図４は本発明の第２の実施の形態の直動ステージの斜視図、図６は本発明の第２の実施の形態の直動ステージのＡ−Ａ断面図である。
本実施の形態の直動ステージは、回動するモータ１と、該モータ１の回動を直動に変換するリードスクリュー２と、該リードスクリュー２とテーブル３に具備した螺合するナットテーブル４と、磁石群８のうち基台側面磁石８ａとテーブル側面磁石８ｂ、および基台上面磁石８ｃとテーブル下面磁石８ｄが、テーブル３と基台７間に同極性が対向するように配置された構成である。
本実施の形態では、図２に示したように同極性が対向するように永久磁石を配置し、磁極間で作用する磁気反発力による非接触案内機構を用いた。
前記従来の直動ステージの第１の課題で示したように、走行板間と磁石間で作用する吸引力で供給する予圧により、車輪と走行板間の摩擦力を高め、推力を低減させ、直動ステージの速度を低下させる問題を生じていた。
第３の発明の直動ステージによれば、テーブル３と基台７間に配置した永久磁石やエレクトレット等の磁力や静電力により非接触支持することで、案内面での摩擦損失が生じないため、ステージの高速駆動が可能である。
この実施の形態では、永久磁石を対向して配置し、磁気反発力による非接触支持機構を用いたが、エレクトレット等の静電アクチュエータによる静電力を用いたものでもよく、テーブルと基台間に備えた非接触支持機構であればよい。
【００１０】
静電アクチュエータ自体はつとに知られているところであり、例えば本出願人の出願に係る静電アクチュエータは特開平０８−０８４４８５号公報に記載されている。図５はその静電アクチュエータの１例で、側断面図である。
図において、５０は静電アクチュエータで、固定子５１と移動子５２とから成る。固定子５１はシリコンなどの半導体材料から形成され、イオン注入などの方法によって形成される絶縁層５１３によってマス目状に電気的に分割され、さらに、このそれぞれの領域５１１には表面側からボロンなどの不純物がドープされｐｎ接合５１２を形成している。ｐｎ接合５１２は電磁波Ｌの照射を受けると、これを電気に変換する電磁波―電気変換素子５１４となっている。さらに固定子５１の表面はバリウムフェライトなどでできた絶縁性磁気薄膜５１５により覆われている。
移動子５２は固定子５１のｐｎ接合５１２の一個の大きさより大きく、絶縁性磁気薄膜５１４と対向する面が同極性になるよう設置された絶縁性磁気薄膜５２１と、この絶縁性磁気薄膜５２１の上に設置されたエレクトレット５２２からなっている。
【００１１】
つぎに、このアクチュエータの動作について説明する。
いま、移動子５２には、絶縁性磁気薄膜５１５、５２１の反発力によって浮上あるいは固定子５１との接触面における摩擦の低下が起こった状態にある。
一方、エレクトレット５２２は「−」の電荷を有しているため、これに接合されている絶縁性磁気薄膜５２１は誘電分極し、その下側の表面には「−」の電荷が現出している。この状態で、移動子５２の直下に位置する領域Ａ２の右側に隣接する領域Ａ１に電磁波Ｌを通常用いられる方法でスポット照射する。
そうすると、電磁波Ｌの照射を受けた領域Ａ１のｐ型の表面に＋の電荷が発生する。したがって、移動子５２における絶縁性磁気薄膜５２１の現象と同様に絶縁性磁気薄膜５１５においても誘電分極が起こり、その移動子５２側には「＋」の電荷が現出する。その結果、この領域Ａ１上の絶縁性磁気薄膜５１５表面の「＋」電荷と、移動子５２に設けられた絶縁性磁気薄膜５２１の下面に現出している「−」電荷との間に静電力による吸引力が生じ、移動子５２が図の右方向に駆動される。
この操作を順次繰り返すことにより電磁波Ｌの照射位置に移動子５２を駆動することができる。このように、電磁波の照射による低電圧のエネルギーにより、任意の方向に移動子の駆動２次元を行うことができるので、駆動エネルギーの供給をワイヤレスで行うことが可能になり、電源供給のための配線や制御手段が不要となり、装置全体の小型化が達成される。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１および２記載の直動ステージによれば、テーブル３下面と基台７間にガイドレール５の予圧調整機構６を具備した構成とした。ステージ駆動時には、永久磁石６ａと同極性が対向するように電磁石６ｂに通電することで、永久磁石６ａと電磁石６ｂ間で磁気反発力が生じ、ガイドレール５への予圧を減ずる。このため、ガイドレール５の負荷を低減することで、ステージの高速駆動ができる。
また、ステージ位置決め時には、電磁石６ｂへの通電を遮断するため、永久磁石６ａと基台７間で磁気吸引力が生じ、ガイドレール５への予圧が与えられ、外部からの負荷によるステージのローリング、ピッチングまたはヨーイング等の変動は生じない。
請求項２記載の直動ステージによれば、テーブル３下面と基台間に配置する予圧調整機構６を永久磁石６ａと電磁石６ｂ間で作用する磁気反発力を利用した簡便な装置としたことで、高精度な加工をする必要がなく、低コスト化ができる。請求項３記載の直動ステージによれば、テーブル３と基台７間に配置した永久磁石やエレクトレット等の磁力や静電力により非接触支持することで、案内面での摩擦損失が生じないため、ステージの高速駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の直動ステージの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の直動ステージの構成を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態の直動ステージの構成を示す斜視図である。
【図４】図２の直動ステージの構成を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明に用いられる静電アクチュエータの側断面図である。
【図６】従来の直動ステージの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　モータ
２　リードスクリュー
３　テーブル
４　ナットテーブル
５　ガイドレール
５ａ　スライダ
５ｂ　ベース
６　予圧調整機構
６ａ　永久磁石
６ｂ　電磁石
７　基台
８　磁石群
８ａ　基台側面磁石
８ｂ　テーブル側面磁石
８ｃ　基台上面磁石
８ｄ　テーブル下面磁石
５０　静電アクチュエータ
５１　固定子
５１１　領域
５１２　ｐｎ接合
５１３　絶縁層
５１４　電磁波―電気変換素子
５１５　絶縁性磁気薄膜
５２　移動子
５２１　絶縁性磁気薄膜
５２２　エレクトレット
９０　磁石
９１　ボールネジ
９２　中空軸モータ
９３　ナット
９４，９４３　車輪
９４１，９４２　車軸
９５　走行板
９６　支持台
９７　負荷取付台
９８　ガイド板
９９　予圧ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004112889.tif 000006
【図５】
2004112889.tif 000007
【図６】
2004112889.tif 000008