リニアステージの設計は、ロングストローク、高負荷のガントリーから、軽いペイロードのマイクロポジショニングステージやナノポジショニングステージまで多岐にわたります。すべてのリニアステージは、高い位置決め精度と再現性を提供し、角度誤差と平面誤差を最小限に抑えるように設計および構築されていますが、マイクロポジショニングおよびナノポジショニングアプリケーション用のステージでは、これらの非常に小さく正確な動きを実現するために、コンポーネントの選択と設計において追加の考慮事項が必要です。

マイクロポジショニングとは、動きが 1 ミクロンまたはマイクロメートルほど小さいアプリケーションを指します。(1 ミクロンは 100 万分の 1 メートル、つまり 1.0 x 10-6 m です。)
ナノポジショニングとは、動きが 1 ナノメートルほど小さいアプリケーションを指します。(1 ナノメートルは 10 億分の 1 メートル、つまり 1 x 10-9 m です。)

ミクロンまたはナノメートルの範囲で位置決めを実現するには、重要な設計原則の 1 つは、摩擦をできる限り排除することです。これが、ナノ位置決めステージが非接触駆動およびガイド技術のみを使用する理由です。たとえば、ナノポジショナーの駆動力は通常、リニア モーター、ピエゾ アクチュエーター、またはボイス コイル モーターによって提供されます。一方、微細位置決めは、ボールネジや親ネジなどのより伝統的な機械式ドライブトレインを使用して実現できますが、微細位置決め用途にはリニアモーターも使用されることがあります。

ナノ位置決めに使用される摩擦のないガイド技術には、エア ベアリング、磁気ガイド、フレクシャなどがあります。これらの技術には転がりや滑り接触が含まれないため、従来の機械式トランスミッションの位置決め精度を低下させるバックラッシュやコンプライアンスも回避されます。微細位置決めステージの場合、非再循環リニアガイドは、負荷ゾーンに出入りするボールによる脈動や摩擦レベルの変化が発生しないため、通常は最適な選択です。ただし、一部の高精度再循環リニアガイドは、これらの脈動や摩擦変動を低減するように最適化されており、微細位置決め用途、特に全長が長い用途に適しています。

摩擦やバックラッシュに加えて、ヒステリシスやクリープなどの他の影響も、ミクロンまたはナノメートルレベルで位置決めするシステムの能力を妨げる可能性があります。これらの影響に対処するために、マイクロポジショニングおよびナノポジショニングステージは通常、必要な位置決め精度よりもはるかに高い分解能を持つ位置フィードバックデバイスを使用する閉ループシステムで動作します。これは多くの場合、マイクロポジショニング アプリケーションではシングル ミクロン (またはそれ以上) の解像度を意味し、ナノポジショニング要件ではシングル ナノメートルの解像度を意味します。

このような極めて高い解像度を提供できるテクノロジーには、ガラススケール光学エンコーダ、静電容量センサー、干渉計ベースのエンコーダーなどがあります。ただし、ナノ位置決めステージは通常非常に小さなデバイスであるため、非常に小さな設置面積で構築できる容量性エンコーダが通常は最良の選択肢となります。微細位置決めステージでは、特に温度の変動や高湿度が伴う環境では、高解像度の磁気エンコーダも使用されることがあります。

特殊な設計と構造にもかかわらず、マイクロポジショニングおよびナノポジショニングステージは、特に材料、仕上げ、特別な準備に関してカスタマイズが比較的容易で、独自のアプリケーションに適用できます。好例: 摩擦のないコンポーネントで構築されたステージは、転がりや滑りの摩擦によって粒子状物質を生成せず、潤滑を必要としないため、通常、クリーンルームや真空の用途に適しています。また、非磁性バージョンが必要な場合は、耐荷重の低下を心配することなく、標準的なスチール製コンポーネントを非磁性の代替品に簡単に置き換えることができます。マイクロポジショニングおよびナノポジショニングステージが使用される多くのアプリケーションでは、機械設計には、わずかな振動にも対抗できる減衰機構や外乱を補償する高度な制御アルゴリズムなどの機能が含まれています。