JP2002328289A - 変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変位要素が停止要素又は障害物に
衝突したとき、変位ユニットにジャミングもその他の損
傷（ないし障害）も生じないようにすることができる変
位ユニットを提供すること。 【解決手段】 駆動ユニットと、運動のために該
駆動ユニットによって駆動されかつネジ又は歯を有する
伝動要素と、該伝動要素のネジ又は歯と係合し、該伝動
要素の運動によって駆動され、かつその運動により変位
要素を運動させる係合要素とを有する、少なくとも１つ
の変位されるべき要素（変位要素）の変位ユニットは、
前記伝動要素がネジスピンドル（８）を有し、前記変位
要素がキャリッジ（１）を有し、前記係合要素が少なく
とも１つの弾性（バネ）ワイヤ（１３’、１３”）を有
し、該変位要素（１）が停止要素（４１、４２）と衝突
（当接）するとき弾性的に変形するように、前記１又は
複数の弾性ワイヤ（１３’、１３”）は弾性的に構成さ
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、例えば、
光学要素のキャリアのような、少なくとも１つの変位さ
れるべき要素（以下では、「変位要素」と称する）の変
位ユニットに関し、とりわけ、駆動ユニットと、運動の
ために該駆動ユニットによって駆動されかつネジ又は歯
を有する伝動要素と、該伝動要素のネジないしは歯と係
合し、該伝動要素の運動によって駆動され、かつその運
動により変位要素を運動させる係合要素とを有する、少
なくとも１つの変位要素の変位ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の変位ユニットは、精密機械技術
において、しばしば使用される。例えば顕微鏡では、光
学偏向プリズム、フォーカシング用光学構造体群及び／
又は対物レンズの焦点距離調節装置、遮光シャッタ（絞
り）、フィルタ又はその他の顕微鏡構造部材を摺動又は
旋回ないし異なる位置間（とりわけ２つの位置間）で切
換える、モータ駆動変位ユニットが必要とされる。この
ため、既知の変位ユニットは、ネジ又は歯を有する伝動
要素を駆動する駆動ユニットを有する。伝動要素の運動
によって駆動されて運動するように係合要素がネジない
し歯に係合する。そして、伝動要素の運動により、変位
要素が運動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】とりわけ精密機械技術
ないし光学において既知の、請求項１の上位概念に応じ
た変位ユニットは全て、変位ないし切換は比較的迅速に
行わなければならないこと、及び目標位置にはしばしば
高精度で到達しなければならないことに関し共通してい
る。このため、精密機械技術ないし光学においては、高
度に精密なそれゆえ高価な部材が使用される。とりわ
け、例えば該ユニットの１又は複数の部材が停止要素に
当接（衝突）するというような障害が生じた場合に、変
位ユニットが損傷したり或いは「かみついたり等する
（ジャミング：festfressen）」ようなことがあっては
ならない。このジャミングは、極めて重大な問題であ
る。というのは、この場合、変位ユニットは、完全に元
の状態（ジャミングが解除された状態）にならずに、再
び作動されることがあり得るからである。

【０００４】そのため、既知の変位ユニットは、セン
サ、限界値センサ等を使用しかつ変位要素が停止要素な
いし障害物に衝突したとき駆動ユニットのモータをスイ
ッチオフする電子的安全回路を有する。しかしながら、
センサないし限界値センサに障害が生じた場合、又はそ
の他の電子的障害が生じた場合は、変位ユニットには、
ジャミングが生じ得る。というのは、変位ユニットの構
成部材が機械的停止要素ないし障害物に衝突し、そのた
め障害発生によりスイッチオフされなかったモータの駆
動力により変位ユニットは必然的にジャムするからであ
る。

【０００５】それゆえ、本発明の課題は、（変位要素
が）停止要素又は障害物に衝突したとき、変位ユニット
にジャミングもその他の損傷（ないし障害）も生じない
ように、請求項１の上位概念に記載の変位ユニットを発
展させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の一視点によれば、駆動ユニットと、運動の
ために該駆動ユニットによって駆動されかつネジ（山）
又は歯を有する伝動要素と、該伝動要素のネジ（山）又
は歯（ないし歯列）と係合し、該伝動要素の運動によっ
て駆動され、かつその運動により変位要素を運動させる
係合要素とを有する、例えば光学素子のキャリッジのよ
うな、少なくとも１つの変位されるべき要素（変位要
素）の変位ユニットが提供される。この変位ユニット
は、伝動要素がネジスピンドルを有し、変位要素がキャ
リッジを有し、係合要素が１又は複数の弾性（バネ）ワ
イヤを有し、該変位要素が停止要素と衝突（当接）する
とき弾性的に変形するように、該１又は複数の弾性ワイ
ヤが弾性的に構成されることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を示すが、これらは各従属請求項の対象でもある。変
位ユニットは、更に、１又は複数の弾性ワイヤの各々の
端部が、ネジスピンドルのネジ溝に遊びなく係合し、該
１又は複数の弾性ワイヤの配向は、該ネジスピンドルの
ピッチに適合されることが好ましい。変位ユニットは、
更に、駆動ユニットが、可逆電気モータを有すること、
及び少なくとも１つの位置センサが設けられ、該位置セ
ンサの出力信号が、キャリッジの位置の実際（位置）信
号として前記駆動ユニットへ送信されることが好まし
い。変位ユニットは、更に、駆動ユニットの可逆電気モ
ータが前記信号の受信後スイッチオフされない場合、変
位要素が停止要素又は障害物と衝突（当接）すると、係
合要素がネジ（山）ないし歯から浮揚し（持ち上げら
れ）、かつ隣接する（次の）歯間スペースに降下（移
動）することが好ましい。上記各変位ユニットを有し、
機械的、光学的又は電気的構造部材の少なくとも１つを
有する顕微鏡（モジュール）（とりわけ自動化顕微鏡）
は、該構造部材の少なくとも１つが、並進ないし直線的
及び／又は回転的運動によって、作動位置へ移送され又
は作動位置から除去可能に構成されることが好ましい。

【０００８】本発明は、例えば光学素子のキャリア又は
変位ユニットのその他の部材が停止要素又は障害物に衝
突（当接）するとき、電子的安全回路等によってではな
く、係合要素の弾性的構成によって、この種の変位ユニ
ットの「ジャミング」ないしその他の損傷（障害）を阻
止する、即ち機械的に保護を行うことを根本思想とす
る。この根本思想を実現するため、変位要素が停止要素
ないし障害物に衝突するとき（係合要素が）弾性的に変
形するように、係合要素は弾性的に構成される。この構
成によって、モータの「過剰運転」による停止要素との
目標を定めた衝突をさせ、変位ユニットを一層軽く停止
要素に押圧し、そのため正確に位置決めすることが可能
である。

【０００９】この構成に基づき、変位ユニットの構成部
材のジャミング又は損傷（障害）は、電子的安全システ
ムなしでも確実に阻止される。尤も、安全性に対する要
求が大きい必要がない場合であっても、付加的に電子的
安全回路を設けることができることは言うまでもない。

【００１０】更に、ネジ（山）ないし歯から浮揚し（持
ち上げられ）、次の（隣接する）ネジ溝ないし次の（隣
接する）歯間スペース（谷部）へ降下（移動）するよう
に、係合要素が構成されることも可能である。この構成
は、モータが更に回転し続ける場合でも、変位ユニット
の構成部材の損傷を確実に阻止する。フリクションクラ
ッチを使用する場合以外でも、本発明の応じて構成され
る変位ユニットでは、位置精度（正確性）は維持され
る。

【００１１】上述の本発明の根本思想は、とりわけ精密
機械技術、ないし例えば顕微鏡、自動対物レンズ系等の
光学装置で必要とされるような、種々の変位ユニットに
使用できることは勿論である。

【００１２】変位ユニットは、キャリアを回転的又は並
進ないし直線的に運動させることができる。回転運動を
させる場合、伝動要素は、例えば、ラック（歯列）から
構成され得る。従来の変位ユニットでは、係合要素とし
て、歯車等が使用されるであろうところ、本発明では、
歯車の代わりに、「星形状部材（Stern）」を使用する
ことができる。この星形状部材は、その各々の放射状腕
部（突出部）が弾性的ロッドないし弾性ワイヤから構成
され、それらの１つ１つがラックの歯（歯間の谷部）へ
の係合要素を構成し、キャリアが停止要素に衝突すると
き歯から浮揚し（のりこえ）、次いでラックの次の（隣
接する）歯間スペース（谷部）に降下して着座するよう
構成することができる。

【００１３】キャリアが並進的（直線方向）に摺動され
る変位ユニットに本発明の根本思想を使用することは、
とりわけ好ましい。この場合、伝動要素は、それ自体既
知ではあるが、ネジスピンドルから構成することがで
き、変位要素は、キャリッジ（ないしスライダ：Schlit
ten）から構成することができる。この場合、好ましく
は、係合要素は、少なくとも１つの弾性（バネ）ワイヤ
ないし弾性（バネ）ロッドを有し、その一方の端部は、
キャリッジに配され、その端部の他方は、ネジシャフト
のネジ溝にバネ弾性的に係合する。キャリッジのとりわ
け安全な摺動は、係合要素が、２（又は３以上）の、と
りわけ平行に配される弾性ワイヤないし弾性ロッドを有
する場合に実現される。弾性ワイヤないし弾性ロッドの
数が多いほど、変位要素の遊びは小さくなる。何れにせ
よ、１又は複数の弾性ワイヤないし弾性ロッドの配向
が、ネジシャフトのピッチの「変形不能」な状態（即
ち、剛な状態）に適合していることが好ましい。

【００１４】キャリッジが並進運動を行うか、回転運動
を行うかにかかわらず、駆動ユニットが、制御可能な
（可逆）モータ、とりわけ電気モータを有すれば、更に
好ましい。尤も、本発明の原理では、従来の変位ユニッ
トの場合ほど精密な制御は必要としないので、例えば圧
縮空気モータ等の他のモータも使用することができる。

【００１５】本発明の原理では、変位が２つの位置の間
でのみ行われる場合、電子的安全措置がない場合でも、
キャリッジを停止要素（その位置は、前記２つの位置の
各々を規定する）に「衝突（当接）」させることができ
ることが、とりわけ有利である。その場合、モータの制
御は、所定時間後モータをスイッチオフする「タイムコ
ントローラ」（ないしタイマ）によって行うことができ
る。従来の変位ユニットでは、このような方法は、殆ど
確実に変位ユニットの構成部材の「ジャミング」に至る
か、或いは、スイッチオフ時間を「きつく（余裕な
く）」設定した場合、場合によっては不正確な位置取り
を来すことになるであろう。

【００１６】キャリアないしキャリッジが２より多い位
置で衝突（当接）すべき場合、又はキャリアないしキャ
リッジが連続的に変位すべき場合、少なくとも１つの位
置センサ（位置送信機）が配され、その出力信号がキャ
リアの位置の実際（位置）信号として駆動ユニットに送
信されれば、有利である。この構成により、所望の各位
置の高精度制御が可能となる。この種の位置センサは、
例えば、インクリメンタル変位センサ（ないしストロー
クセンサ：inkrementaler Weggeber）から構成され得
る。

【００１７】本発明の変位ユニットは、極めて多種類の
装置に適用できることは自明である。尤も、顕微鏡、特
に自動化顕微鏡に使用することがとりわけ好ましい。と
いうのは、本発明の変位ユニットにより、自動化顕微鏡
で必要とされる種々の機能ないし変位を、コスト的にも
有利に、かつ小さい組立労力で行うことができるからで
ある。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は、
発明の理解の容易化のためであり、本発明を図示の態様
に限定することを意図しない。また、以下の実施例も発
明の理解の容易化のためであり、本発明の技術的思想を
逸脱しない範囲において当業者により実施可能な置換・
変更等を排除することも意図するものではない（例え
ば、変位ユニットの１又は複数の構造部材の運動につい
て言えば、並進運動に限定されず、回転運動又は任意の
湾曲軌道に沿った運動等にも妥当する）。なお、この点
は、出願から補正に至るまで同様である。

【００１９】図１に、キャリッジ１を双方向矢印１’の
方向に並進的に摺動させる従来の変位ユニットを示す。
キャリッジ１には、例えば偏向プリズム２のような光学
要素、並びに他の要素３が配される。そのため、キャリ
ッジ１は、ハウジング４内で、ボールベアリング５によ
って直線的に摺動可能に支持される。

【００２０】変位ユニットは、接続端子７を有する可逆
電気モータ６を有し、電気モータ６には、制御ユニット
（不図示）が配される。電気モータ６の駆動シャフト
６’は、ネジスピンドル８の一方の端部と結合し、ネジ
スピンドル８の他方の端部は、ハウジング４内で、支承
部９によって支承される。ネジスピンドル８には、キャ
リッジ１と固定的に結合ないし係合する案内部材１１と
嵌合するナット（雌ネジ部材）１０が配される。電気モ
ータ６の駆動シャフト６’の回転及びそれによって引き
起こされるネジスピンドル８の回転により、キャリッジ
１は、（当該回転方向に応じて）双方向矢印１’の方向
に摺動する。

【００２１】図１に示した従来の変位ユニットの問題点
は、キャリッジ１がハウジング４の壁に衝突したにもか
かわらず、モータ６がネジシャフト８を更に駆動する
と、変位ユニットが「ジャミング」することである。そ
れゆえ、既知の変位ユニットでは、キャリッジ１が各終
端位置に到達したとき、制御ユニット（不図示）を介し
てモータ６のスイッチオフを行う（複数の）センサ１２
が配される。このため、案内部材１１には、好ましくは
光学センサとして構成されるセンサ１２によって認識さ
れる切欠１１’が形成される。

【００２２】センサ１２と制御ユニット（不図示）が正
確に機能している限りでは、図１に示した従来の変位ユ
ニットには、何の問題も起こらない。ところが、センサ
１２のただ１つにでも及び／又は制御ユニットに障害が
生じると、モータ６は、キャリッジ１がハウジング４の
壁に衝突（当接）した後でさえも、ネジスピンドル８を
更に回転させる。このような場合、ネジスピンドル８の
ナット１０は「ジャミング」する。

【００２３】図２は、本発明の変位ユニットの一実施例
であるが、図１の場合と同一の部材には、同一の図面参
照符号が付されており、従って、各部材を改めて説明す
ることは少なくとも部分的に省略している。

【００２４】図２の実施例では、ネジシャフト８とキャ
リッジ１との間の作動結合（協働）は、ナット１０及び
ナット１０と係合する案内部材１１（これは、キャリッ
ジ１と固定的に結合する）ではなく、２つの弾性（バ
ネ）ワイヤ１３’及び１３”を介して形成される。弾性
（バネ）ワイヤ１３’及び１３”は、ネジ１４を介して
キャリッジ１に緊張的に係合する。弾性（バネ）ワイヤ
１３’及び１３”の自由端は、ネジスピンドル８の相異
なるネジ溝にそれぞれ係合する。その際、弾性（バネ）
ワイヤ１３’及び１３”は、非変形状態で各ネジ溝内に
着座・係合するように配置されるが、キャリッジ１の長
手面に関する弾性（バネ）ワイヤ１３’及び１３”のピ
ッチは、ネジスピンドル８のピッチに対応する。この構
成に基づき、キャリッジ１は、まず、ネジスピンドル８
の回転によって、双方向矢印１’の方向へ−即ち図２の
左方ないし右方へ−摺動する。そして、キャリッジ１
が、ハウジング４の左壁４１又は右壁４２に衝突（当
接）し、ネジスピンドル８がモータ６の回転により更に
回転すると、弾性（バネ）ワイヤ１３’及び１３”は、
弾性的に変形する。そのため、キャリッジ１が更に停止
要素（この実施例では、ハウジング４の左壁４１又は右
壁４２）に向って進行し、該停止要素に所定の押圧力
（予応力）で当接（衝突）するように、モータ６を制御
することが可能である。

【００２５】キャリッジ１が停止要素に衝突（当接）し
た後、モータ６がスイッチオフされない場合、弾性（バ
ネ）ワイヤ１３’及び１３”は、弾性的変形のため、丁
度その時位置しているネジ溝から浮揚し、ネジスピンド
ル８の隣接するネジ溝へ降下する。この過程は、任意に
しばしば繰り返えされ得るが、その際、キャリッジ１が
損傷したり、本発明の変位ユニットの構成部材がジャミ
ングしたりすることはない。そのため、モータ６のため
の電子的安全回路等は省略することができる。とりわ
け、モータ６が所定時間の間所定の回転方向でスイッチ
オンされる（モータ６を所定時間後スイッチオフする）
ことにより、停止要素として機能するハウジングの側壁
４１ないし４２によって規定される２つの位置に衝突
（当接）するようにすることも可能である。

【００２６】本発明の構成には、ネジスピンドル８の精
度及び個々の構成部材間の調整精度に関する要求は、従
来の装置の場合より小さくてよいという重要な特徴があ
る。

【００２７】変位センサ、又は所定の位置を規定する位
置センサ等によって（付加的に）制御を行うことも勿論
可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明の独立請求項１によって、所定の
課題として掲げた効果が達成される。即ち、本発明の変
位ユニットにより、変位要素が停止要素又は障害物に衝
突したとき、変位ユニットにジャミングもその他の損傷
（ないし障害）も生じないようにすることができる。そ
の結果、変位要素の伝動要素（ネジスピンドル機構等）
の精度及び各構成部材間の調整精度の要求は本質的に軽
減される。各従属請求項により、更に付加的な効果が上
述の通りそれぞれ達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の変位ユニットの構造。

【図２】本発明の、キャリッジの直線運動用変位ユニッ
トの構造。

【符号の説明】

１ 変位要素／キャリッジ １’ 双方向矢印／運動方向 ２ 光学要素／偏向プリズム ３ 光学要素 ４ ハウジング ５ ボールベアリング ６ 電気モータ ６’ 駆動シャフト ７ 電気モータの接続端子 ８ ネジスピンドル ９ ハウジングのネジスピンドル支承部 １０ ネジスピンドルのナット １１ 案内部材 １１’ 案内部材の切欠 １２ センサ １３’，１３” 弾性ワイヤ １４ 弾性ワイヤ固定ネジ ４１ ハウジング左壁／停止要素 ４２ ハウジング右壁／停止要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール−ヨゼフ シャルツ ドイツ連邦共和国 Ｄ−35781 ヴァイル ブルク イム コールガルテン ７ (72)発明者 ノルベルト ガウル ドイツ連邦共和国 Ｄ−35606 ゾルムス −オーバービール アルメンレーダーシュ トラーセ ４ Ｆターム(参考） 2H043 AB02 AB08 AB10 AB16 AB18 2H052 AD06 AD10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動ユニットと、運動のために該駆動ユニ
   ットによって駆動されかつネジ又は歯を有する伝動要素
   と、該伝動要素のネジ又は歯と係合し、該伝動要素の運
   動によって駆動され、かつその運動により変位要素を運
   動させる係合要素とを有する、少なくとも１つの変位さ
   れるべき要素（変位要素）の変位ユニットにおいて、 前記伝動要素はネジスピンドル（８）を有し、前記変位
   要素はキャリッジ（１）を有し、前記係合要素は１又は
   複数の弾性ワイヤ（１３’、１３”）を有し、該変位要
   素（１）が停止要素（４１、４２）と衝突するとき弾性
   的に変形するように、前記１又は複数の弾性ワイヤ（１
   ３’、１３”）は弾性的に構成されることを特徴とする
   変位ユニット。
2. 【請求項２】前記１又は複数の弾性ワイヤ（１３’、１
   ３”）の各々の端部は、前記ネジスピンドル（８）のネ
   ジ溝に遊びなく係合し、該１又は複数の弾性ワイヤ（１
   ３’、１３”）の配置は、該ネジスピンドル（８）のピ
   ッチに適合されることを特徴とする請求項１に記載の変
   位ユニット。
3. 【請求項３】前記駆動ユニットは、可逆電気モータ
   （６）を有すること、及び少なくとも１つの位置センサ
   が設けられ、該位置センサの出力信号は、キャリッジ
   （１）の位置の実際（位置）信号として前記駆動ユニッ
   トへ送信されることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の変位ユニット。
4. 【請求項４】前記駆動ユニットの可逆電気モータが前記
   信号の受信後スイッチオフされない場合、前記変位要素
   が前記停止要素（４１、４２）又は障害物と衝突する
   と、前記係合要素は前記ネジないし歯から浮揚し、かつ
   隣接する（次の）歯間スペースに降下することを特徴と
   する請求項１〜３の一に記載の変位ユニット。
5. 【請求項５】機械的、光学的又は電気的構造部材の少な
   くとも１つを有する顕微鏡モジュールであって、 請求項１〜４の一に記載の変位ユニットを有するととも
   に、該変位ユニットの作動を介して、前記構造部材の少
   なくとも１つは、並進的及び／又は回転的運動によっ
   て、作動位置へ移送され又は作動位置から除去可能に構
   成されることを特徴とする顕微鏡モジュール。