(57)【要約】【課題】  本発明が解決しようとする問題点は、２軸分の並進ステージを組み合わせるとＸＹステージの形状が大きくなるという点である。また、鉤状弾性ヒンジを用いてＸＹステージを構成すると鉤状弾性ヒンジに２方向の歪みが重畳し、動作制限をしなければないという点である。さらに、従来の弾性ヒンジはＺ方向の剛性が高くないため、ガイド機能が十分でないという点である。【解決手段】  移動体と、前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接する押圧手段と、前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接し、中心軸はＸＹ平面に対して垂直であり、弾性作用によって前記移動体の位置を保持する筒状弾性体と、を備えるＸＹステージであって、前記押圧手段の押圧に応じて前記移動手段がＸＹ平面内において移動自在なＸＹステージ。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体と、
前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接する押圧手段と、
前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接し、中心軸はＸＹ平面に対して垂直であり、弾性作用によって前記移動体の位置を保持する筒状弾性体と、を備えるＸＹステージであって、
前記押圧手段の押圧に応じて前記移動手段がＸＹ平面内において移動自在なＸＹステージ。
【請求項２】
前記筒状弾性体はＸ方向及びＹ方向においてそれぞれ２個で、前記移動体を挟むよう構成したことを特徴とする請求項１に記載したＸＹステージ。
【請求項３】
前記筒状弾性体が筒状ばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載したＸＹステージ。
【請求項４】
前記移動体を囲む枠体を備え、
前記押圧手段が前記枠体に係合したねじであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したＸＹステージ。
【請求項５】
前記移動体を囲む枠体を備え、
前記押圧手段が前記枠体に設置されたマイクロメータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したＸＹステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小位置合わせを行うＸＹステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の微小位置決め機構においては、図４に示すように弾性ヒンジによる２軸分の並進ステージを組み合わせてＸＹステージを構成していた。図４において、ベース１に弾性ヒンジ８ａを介してスライド・ベース７が設置され、スライド・ベース７に弾性ヒンジ８ｂを介してスライダが設置されている。また、ベース１のネジ穴と係合するネジ４ａはスライド・ベース７に当接し、スライド・ベース７のネジ穴と係合するネジ４ｂはスライダに当接する。すなわち、ネジ４ａをねじ込むことでスライダ２はＸ方向に変位し、ネジ４ｂをねじ込むことでスライダ２はＹ方向に変位する。
【０００３】
しかし、このように単軸の弾性ヒンジを組み合わせて２段とした場合、ＸＹステージが大きくなる問題があった。また、弾性ヒンジはＺ方向の剛性は高くないため、弾性ヒンジのみでＺ方向を支持することは難しかった。
【０００４】
また、従来技術としては、図５に示すように弾性ヒンジを鉤型に組み合わせた鉤型弾性ヒンジ９を用いてスライダ２を支持するＸＹステージがあった。この場合、１段のステージでＸＹ方向の２軸の位置決めが可能となる。
【０００５】
さらに、図５に示す鉤型弾性ヒンジをスライダを囲むように配置し、デットスペースを小さくする例もある。
【０００６】
しかし、図５の構成においてＸＹ方向の変位をさせると、２軸の変位により鉤型弾性ヒンジ９において歪みが重畳する。この様子を図６の曲げモーメント線図に示す。これにより鉤型弾性ヒンジ９の固定端等での応力の重畳から、図７のように動作を制限しなければならない。
手動により位置決めをする場合、操作を簡便にする必要から矩形の範囲とするが、図６のように２つの部材１０ａ、１０ｂから構成される鉤型弾性ヒンジ９の場合、図７より稼働範囲が１軸のみを変化させる場合より小さくなる。
【０００７】
なお、従来技術としては、ネジを用いて微小の位置合わせを行うカンチレバー調整ユニットがある（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１４９７４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする問題点は、２軸分の並進ステージを組み合わせるとＸＹステージの形状が大きくなるという点である。また、鉤状弾性ヒンジを用いてＸＹステージを構成すると鉤状弾性ヒンジに２方向の歪みが重畳し、動作制限をしなければないという点である。さらに、従来の弾性ヒンジはＺ方向の剛性が高くないため、ガイド機能が十分でないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、移動体と、前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接する押圧手段と、前記移動体のＸ方向及びＹ方向に当接し、中心軸はＸＹ平面に対して垂直であり、弾性作用によって前記移動体の位置を保持する筒状弾性体と、を備えるＸＹステージであって、前記押圧手段の押圧に応じて前記移動手段がＸＹ平面内において移動自在なＸＹステージである。
【００１１】
請求項２の発明は、前記筒状弾性体はＸ方向及びＹ方向においてそれぞれ２個で、前記移動体を挟むよう構成したことを特徴とする請求項１に記載したＸＹステージである。
【００１２】
請求項３の発明は、前記筒状弾性体が筒状ばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載したＸＹステージである。
【００１３】
請求項４の発明は、前記移動体を囲む枠体を備え、前記押圧手段が前記枠体に係合したねじであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したＸＹステージである。
【００１４】
請求項５の発明は、前記移動体を囲む枠体を備え、前記押圧手段が前記枠体に設置されたマイクロメータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したＸＹステージである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により筒状弾性体を用いてＸＹステージを構成することで、１段のステージでＸ、Ｙ方向の２軸の位置決めが可能となり、コンパクトに構成できる。また、筒状弾性ヒンジは２方向の歪みが重畳せず、応力集中が生じないため稼働範囲を広くとれる。また、筒状弾性ヒンジはＺ方向の剛性が高いため、ガイド機能が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の構成を図１を用いて説明する。図１の上図はＸＹステージの平面図であり、下図は正面図である。枠体であるベース１の内側の４辺には、それぞれ筒状弾性体である金属製の筒状バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが内接しており、筒状バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの内側には図示しない試料等が置載される移動体であるスライダ２が４方を挟まれて構成されている。
【００１７】
筒状バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとスライダ２は固定されていない。弾性ヒンジは、剛体とみなせるスライダやベースに固定される場合、応力集中が固定端において生じ、これを緩和するために端部の形状が大きくなったり、応力集中を配慮して変位量を制限しなければならない。しかし、本発明では弾性ヒンジを筒状バネとし、スライダやベースに固定しないため、応力集中を生じず、これらの配慮が不要となる。すなわち、スライダ２は筒状バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをつぶすことによる反力から生じる摩擦力により位置が保持されている。
【００１８】
図３のように、筒状バネには後述するネジより大きな貫通穴６が構成されている。図１において、ベース１の２カ所に設けられたネジ穴にはネジ４ａ、４ｂが貫通して係合しており、筒状バネの穴６を経て、スライダ２に当接している。
【００１９】
以上、図１における各部の構成について説明したが、次に動作について説明する。図２は図１のＸＹステージのスライダ２が変位した図である。図２において、ネジ４ａをねじ込むことによりスライダは−Ｘ方向に並進する。このとき、筒状バネ３ｃはスライダ２の移動分変位し、スライダ２を介してネジ４ａ及び筒状バネ３ａに反力を作用して釣り合い、並進方向の位置が決まる。並進方向に直交するＹ方向には、筒状バネ３ｂ、３ｄからの反力の釣り合いにより位置が保たれるが、筒状バネ３ｂ、３ｄはスライダ２の移動量に半分の距離である変位５だけ移動し、並進による反力は生じない。このように、Ｘ方向の応力がＹ方向に重畳しないため、ＸＹステージの移動範囲をＸ方向、Ｙ方向とも単独の最大変位量とすることができる。
【００２０】
また、筒状弾性ヒンジは中心軸方向の剛性が高いため中心軸を移動平面に対して垂直であるＺ方向に合わせた場合、筒状バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとスライダ２との摩擦力のみでＺ方向の位置を保持してガイドを行うことができる。
【００２１】
Ｙ方向の並進に関しては同様に、ネジ４ｂをねじ込むことによりスライダは＋Ｙ方向に並進する。このとき、筒状バネ３ｄはスライダ２の移動分変位し、スライダ２を介してネジ４ｂ及び筒状バネ３ｂに反力を作用して釣り合い、並進方向の位置が決まる。並進方向に直交するＸ方向には、筒状バネ３ａ、３ｃからの反力の釣り合いにより位置が保たれるが、筒状バネ３ａ、３ｃはスライダ２の移動量に半分の距離である変位だけ移動し、並進による反力は生じない。
【００２２】
以上、動作について説明したが、本発明により筒状弾性体を用いてＸＹステージを構成することで、１段のステージでＸＹの２軸の位置決めが可能となり、コンパクトに構成できるという効果が得られる。また、筒状弾性体は加えた方向の歪みが直角方向に重畳しないため稼働範囲を広くとれる。また、筒状弾性ヒンジはＺ方向の剛性が高いため、摩擦力によりスライダを保持してる構造でもＺ方向のガイド機能が十分である。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ネジは差動ネジでもよく、マイクロメータでもよい。
また、筒状バネは筒状ゴム、筒状シリコン等の筒状弾性体でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるＸＹステージである。
【図２】本発明によるスライダが変位したＸＹステージである。
【図３】筒状バネである。
【図４】従来技術におけるＸＹステージである。
【図５】従来技術におけるＸＹステージである。
【図６】従来技術における弾性ヒンジの変位のモーメントを示す図である。
【図７】スライダの作動範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ベース
２  スライダ
３  筒状ばね
３ａ  筒状ばね
３ｂ  筒状ばね
３ｃ  筒状ばね
３ｄ  筒状ばね
４ａ  ネジ
４ｂ  ネジ
５  変位
６  貫通穴
７  スライド・ベース
８ａ  弾性ヒンジ
８ｂ  弾性ヒンジ
９  鉤型弾性ヒンジ
１０ａ  部材
１０ｂ  部材
１１  外力Ｆ
１２  外力Ｆ’
１３  Ｍｍ１
１４  Ｍｍ２
１５  Ｍｍｂ
１６  鉤型ばねによる実用作動範囲
１７  鉤型ばねによる最大応力時の変位
１８  筒状ばねによる作動範囲
１９  中心軸
【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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