JP2003235271A - 微小変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動側剛体部を放射方向の撓み梁にて支持し
ているため、回転中心点がずれてしまうことがある。 【解決手段】 可動ブロック２２、軸２９及び移動ステ
ージを一体に固定して移動側剛体部を構成し、軸２９を
軸受を介して固定側剛体部１６に回動自在に支持する。
圧電アクチュエータ２１の変位は、変位拡大機構２３に
より拡大されて可動ブロック２２に伝達され、該可動ブ
ロックは、軸２９を中心に所定角度回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造、光
ファイバーの接続、高倍率顕微鏡等の微小範囲の位置決
めを必要とする分野において用いられる微小変位装置に
係り、詳しくは１軸（Ｚ軸）廻りの回転方向θｚの微小
変位装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、位置決め装置は、ネジ機構が用
いられるが、近時、超精密加工、半導体の製造、バイオ
テクノロジー、光ファイバーの接続等の分野では、μｍ
オーダ、サブμｍオーダ、更にはｎｍオーダの微小範囲
の位置決めが求められており、該微小範囲の変位装置と
しては、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータが用いられ
ている。

【０００３】従来、１軸廻りの回転方向（θｚ）の微小
変位装置として、例えば特公平５−５５２６３号公報の
ものが提案されている。このものは、図６に示すよう
に、一体ブロックから放電加工機により形成された３個
の剛体部１，２，３を備えており、左右両剛体部１，３
はそれぞれ枠体５，５に固定され、固定側剛体部（固定
部）となっており、中央の剛体部２が、点Ｏを中心に回
転可能な移動側剛体部（移動部）となっている。両固定
部１，３と移動部２との間には、それぞれ２本の撓み梁
６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂが連結されており、これら撓み
梁は、上記中心点Ｏにてその延長線が交差するように放
射状に設けられている。

【０００４】また、両固定部１，３には、それぞれ上記
撓み梁の内側において内側に突出する突部１ａ，３ａを
有しており、また移動部２の両側には外側に突出する突
部２ａ，２ｂを有しており、これら突部１ａ，２ａと２
ｂ，３ａの間にはそれぞれ積層ピエゾ素子からなる圧電
アクチュエータ９，１０が設置されている。

【０００５】上記回転用微小変位装置１１は、図７に示
すように、上記両圧電アクチュエータ９，１０に圧電を
印加して、これらアクチュエータに接続方向の力を発生
すると、各撓み梁６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂの固定部１，
３との連結部から中心点Ｏに延びる直線Ｌ₁ ，Ｌ₂ と、
各撓み梁の移動部２との連結部から中心点Ｏに延びる直
線Ｌ₁ ’，Ｌ₂ ’とが僅かにずれる微小変位を生じ、こ
の結果、移動部２は、点Ｏを中心に微小角度δ回転す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記回転用微小変位装
置１１は、圧電アクチュエータ９，１０の接線方向力に
より、上記放射方向の撓み梁６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂに
曲げ変形を生じると、移動部２は、点Ｏを中心に回動す
る力の他に、副次的に該中心点をずらす方向の力も発生
する。上述した回転用微小変位装置１１は、中心点Ｏを
通る垂直線を中心に、左右対称に撓み梁及び圧電アクチ
ュエータを設けて、上記副次的な力をキャンセルして、
中心点がずれる方向の変位を極力小さくするようにして
いる。

【０００７】しかし、上記回転微小変位装置１１は、移
動部が放射方向の撓み梁にて浮動支持されている以上、
左右の圧電アクチュエータ９，１０の発生力が相違した
り、また各撓み梁６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂの変形が微妙
に異なる等の原因により、中心点Ｏがずれてしまうこと
がある。

【０００８】そこで、本発明は、軸受により移動側剛体
部を支持することにより、上述した課題を解決した微小
変位装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明
は、第１の（例えば固定側）剛体部（１６）と、該第１
の剛体部に対して１軸を中心とした回転方向に変位自在
に支持される第２の（例えば移動側）剛体部（１７…）
と、前記第１及び第２の剛体部に相対変位を生じる微小
変位アクチュエータ（２１）と、を備えてなる微小変位
装置（１５）において、前記第１の剛体部は、前記微小
変位アクチュエータ（２１）に連結される連結ブロック
（２２）と、軸（２９）と、平板（１７）と、を一体に
固定して構成され、前記軸（２９）を、軸受（３３，３
５）を介して前記第２の剛体部（１６）に所定角度回転
自在に支持してなる、ことを特徴とする微小変位装置に
ある。

【００１０】なお、上記第１の剛体部（１７，２２，２
９）が移動側剛体部となり、上記第２の剛体部（１６）
が固定側剛体部となり、従って上記平板（１７）が移動
ステージとなって、該移動ステージが軸受（３３，３
５）に支持された軸（２９）を中心に回転することが好
ましいが、上記関係は相対的なものであって、上記第１
の剛体部（１７，２２，２９）が固定側剛体部となり、
上記第２の剛体部が可動側剛体部となり、従って上記平
板（１７）が基盤となって、該基盤に固定されている軸
（２９）を中心に、軸受（３３，３５）を介して第２の
剛体部（１６）が回転変位するようにしてもよい。

【００１１】請求項２に係る本発明は、前記第２の剛体
部（１６）に形成した空部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）
に、前記連結ブロック（２２）を、該空部の厚さ方向
（ｔ）に対して略々納まるように配置し、前記連結ブロ
ック（２２）は、厚さ方向に薄い円筒部（２２ａ）を有
し、該円筒部に前記軸（２９）を一体に固定し、前記第
２の剛体部（１６）は、前記軸に所定間隙（ａ）を存し
て対向配置される少なくとも２箇所の支持部（１６ｄ，
１６ｅ）を有し、該支持部にて前記軸受（３３，３５）
を支持してなる、請求項１記載の微小変位装置にある。

【００１２】請求項３に係る本発明は、前記軸受（３
３，３５）は、前記軸（２９）の両端部分に配置された
ラジアル軸受からなり、該軸受の内輪（３３ａ，３５
ａ）を前記軸（２９）に嵌合すると共に、該軸受の外輪
（３３ｂ，３５ｂ）を前記第２の剛体部の支持部（１６
ｄ，１６ｅ）の空部（２０ａ）に嵌合し、前記軸の一端
に鍔部（２９ａ）を形成して、該鍔部に前記一方の軸受
（３３）の内輪（３３ａ）を抜止め・当接すると共に、
前記他方の軸受（３５）の内輪（３５ａ）を前記平板
（１７）に当接し、前記軸（２９）を前記平板（１７）
にボルト（３０）にて締付けることにより前記両軸受の
ガタ取りをしてなる、請求項２記載の微小変位装置にあ
る。

【００１３】請求項４に係る本発明は、前記微小変位ア
クチュエータ（２１）と前記連結ブロック（２２）との
間に、前記第２の剛体部（１６）に連結する支点（２
５，２５’）と、前記微小変位アクチュエータ（２１）
に連結する力点（２６，２６’）と、前記連結ブロック
（２２）に連結する作用点（２７，２７’）とを有する
変位変更機構（２３，２３’）を介在して、前記微小変
位アクチュエータ（２１）の変位量を変更して前記連結
ブロック（２２）に伝達してなる、請求項１ないし３の
いずれか記載の微小変位装置にある。

【００１４】請求項５に係る本発明は（例えば図２参
照）、前記支点、力点及び作用点は、互いに平行な薄肉
平板からなる弾性ヒンジ（２５，２６，２７）である、
請求項４記載の微小変位装置にある。

【００１５】請求項６に係る本発明は（例えば図５参
照）、前記支点、力点及び作用点は、相対移動する面又
は線点対偶（２５’，２６’，２７’）からなる、請求
項４記載の微小変位装置にある。

【００１６】請求項７に係る本発明は（例えば図２参
照）、前記第２の剛体部（１６）に調整スクリュー（２
４）が貫通して螺合され、前記圧電アクチュエータ（２
１）は、その一端に前記調整スクリュー（２４ａ）を当
接すると共に、その他端に前記変位変更機構（２３）の
力点（２６）を連結してなる、請求項４記載の微小変位
装置にある。

【００１７】請求項８に係る本発明は（例えば図５参
照）、前記変位変更機構に調整スクリュー（２４）が貫
通して螺合され、前記圧電アクチュエータ（２１）は、
その一端に前記調整スクリューを当接して前記力点（２
６’）を構成すると共に、その他端に前記第２の剛体部
（１６）を当接してなる、請求項４記載の微小変位装置
にある。

【００１８】請求項９に係る本発明は、前記連結ブロッ
ク（２２）における前記軸（２９）に対して前記作用点
（２７，２７’）の反対側に位置する突部（２２ｃ）
と、前記第２の剛体部（１６）との間に、スプリング
（３９）を縮設配置してなる、請求項４ないし８のいず
れか記載の微小変位装置にある。

【００１９】請求項１０に係る本発明は、前記第１の剛
体部が固定側剛体部（１６）であり、前記第２の剛体部
が可動側剛体部（１７…）であり、前記平板が移動ステ
ージ（１７）である、請求項１ないし９のいずれか記載
の微小変位装置にある。

【００２０】［作用］以上構成に基づき、圧電アクチュ
エータ（２１）の発生した変位は、第２の剛体部（１
６）との相対変位として、連結ブロック（２２）に伝達
され、かつ該連結ブロックは、軸（２９）に固定されて
いると共に、該軸が軸受（３３，３５）を介して第２の
剛体部（１６）に回転自在に支持されているので、上記
連結ブロック（２２）は、軸（２９）を中心として第２
の剛体部（１６）に対して相対的に回転し、該連結ブロ
ックと一体の平板（１７）が相対的に所定角度回転方向
に変位する。

【００２１】なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、これにより各請求項の構成に
何等影響を及ぼすものではない。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に係る本発明によると、第１の
剛体部は、一体に固定された連結ブロック、軸及び平板
からなり、かつ該軸が、軸受を介して第２の剛体部に回
転自在に支持されているので、微小変位アクチュエータ
からの変位により、上記第１の剛体部は、軸受により軸
を中心に第２の剛体部に対して相対的に回転し、従って
第１及び第２の剛体部は、中心からずれることなく正確
な回転変位を行うことができる。

【００２３】請求項２に係る本発明によると、連結ブロ
ックは、第２の剛体部に形成された空部に、その厚さ内
に納まるように配置され、かつ連結ブロックを薄い円筒
部にて軸に固定すると共に、該軸を支持する軸受を、第
２の剛体部の少なくとも２箇所の支持部にて支持したの
で、微小変位装置は、コンパクト、特に回転軸方向（厚
さ方向）にコンパクトに構成でき、また放電加工機等に
より高精度で容易に製造することができる。

【００２４】請求項３に係る本発明によると、軸を支持
する両軸受をラジアル軸受として、第１及び第２の剛体
部を軽い力で相対変位し得るものでありながら、ボルト
により締付けることにより両軸受のガタをなくすことが
でき、精度の高い回転支持により、高い精度での回転方
向の位置決めを行うことができる。

【００２５】請求項４に係る本発明によると、変位変更
機構により、微小変位アクチュエータの変位量を変更し
て可動側の剛体部に伝達することができ、移動ステージ
での所望の回転変位を得ることができる。

【００２６】請求項５に係る本発明によると、変位変更
機構の支点、力点及び作用点を弾性ヒンジとしたので、
ヒンジ部分でのガタを減少して、正確に変位量の伝達を
行うことができると共に、放電加工機により容易にかつ
高い精度にて製造することができる。

【００２７】請求項６に係る本発明によると、変位変更
機構の支点、力点及び作用点を面又は線対偶から構成し
たので、変位変更機構を、第１及び第２の剛体から別体
として形成して、製造が容易になると共に、構造を簡単
にすることができる。

【００２８】請求項７に係る本発明によると、調整スク
リューを第２の剛体部に貫通して螺合し、その先端を微
小変位アクチュエータの一端に当接するので、調整スク
リューを容易に取付けることができ、簡単な構造でもっ
て、該調整スクリューの手動による粗動調整と、微小変
位アクチュエータによる微動調整とが相俟って、効率的
な微小範囲の位置決め調整を行うことができる。

【００２９】請求項８に係る本発明によると、調整スク
リューを変位変更機構に貫通して螺合し、その先端を微
小変位アクチュエータの一端に力点として当接するの
で、調整スクリューを容易に取付けることができ、簡単
な構造でもって、該調整スクリューの手動による粗動調
整と、微小変位アクチュエータによる微動調整とが相俟
って、効率的な微小範囲の位置決め調整を行うことがで
きる。

【００３０】請求項９に係る本発明によると、連結ブロ
ックをスプリングにより回動付勢して、調整スクリュー
の先端と微小変位アクチュエータの一端とが常に当接を
維持するように構成されているので、調整スクリューが
どのような調整範囲にあっても、該調整スクリューによ
る粗動調整及び微小変位アクチュエータによる微動調整
を正確かつ確実に行うことができる。

【００３１】請求項１０に係る本発明によると、第１の
剛体を固定側剛体として、第２の剛体を可動側剛体と
し、かつ平板を移動ステージとするので、幅（上下方向
高さ）のある第１の剛体が固定側剛体となり、平板から
なる移動ステージを有する第２の剛体が可動側剛体とな
る合理的な構成の微小変位装置を得ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る１軸
（Ｚ軸）廻りの回転（θｚ）に係る微小変位装置を示す
平面図、図２は、その上板（平板）である移動ステージ
を取り除いた状態を示す平面図、図３は、図１，図２の
Ａ−Ａ部分の断面図、図４は、図１，図２のＢ−Ｂ部分
の断面図である。微小変位装置１５は、平面視略々正方
形からなり、３板等の多数の板を積層して構成された下
板１６、１板の平板からなる上板１７とを有しており、
下板１６は、基台に固定又は載置される基盤（固定側剛
体部；第２の剛体部）を構成し、上板１７は、１軸廻り
（θｚ）の回転方向の微細動が要求される移動ステージ
を構成する。上記下板１６は、４隅部１６ａが切欠かれ
ており、また上記上板１７は、辺中央部１７ａが切欠か
れており、該中央切欠き部には下板１６に植設されたピ
ン１９が位置して、移動ステージである上板１７の回動
量を規制している。

【００３３】そして、下板１６は、図２に示すように、
中央空部２０ａで連通する所定形状の空部２０ｂ，２０
ｃが放電加工機により切抜かれており、一方の空部２０
ｂに圧電アクチュエータ２１及び変位拡大機構２３等が
収容され、また中央空部２０ａ及び他方の空部２０ｃに
亘って可動（連結）ブロック２２が収容されている。圧
電アクチュエータ２１は、複数のピエゾ素子が積層して
形成され、その長手方向を上記下板１６の一辺に略々平
行に収容され、その一（基）端が、上記下板１６に形成
したネジ孔（図示せず）に螺合・貫通するマイクロメー
タ等の調整スクリュー２４の先端２４ａに当接してい
る。なお、該調整スクリュー２４の操作部となる摘み部
２４ｂは、上記下板１６の外方に突出して外部から調整
可能となっている。また、該調整スクリュー２４は、マ
イクロメータに限らず、単純なネジからなるものでもよ
い。

【００３４】前記変位拡大機構２１は、所定長さの剛体
からなり、放電加工等により、前記下板１６の少なくと
もその（中央の）一枚に一体に形成されており、その一
端が下板１６に薄肉平板からなる弾性ヒンジ２５を介し
て連結し、また前記圧電アクチュエータ２１の先端に同
じく薄肉平板からなる弾性ヒンジ２６を介して連結し、
更に前記可動ブロック２２に同じく薄肉平板からなる弾
性ヒンジ２７を介して連結している。そして、前記３個
の弾性ヒンジ２５，２６，２７は、すべて同じ方向に平
行に延びており、下板１６に連結する弾性ヒンジ２６
は、支点を構成し、圧電アクチュエータ２１に連結する
弾性ヒンジ２６は力点を構成し、可動ブロック２２に連
結する弾性ヒンジ２７は作用点を構成し、上記支点２５
と力点２６とは近接して配置され、力点２６に作用する
圧電アクチュエータ２１からの変位を拡大して作用点２
７に伝達する。

【００３５】前記可動ブロック２２は、上述と同様に、
放電加工機により一体に刳り貫かれて形成されており、
図２及び図３に示すように、中央部２２ａが円筒状に比
較的薄く（ｔ１）形成され、該円筒中央部以外は、下板
１６と略々同じ厚さ（ｔ）からなり、（ｔ１／ｔ＝０．
３〜０．５）、かつ上記中央円筒部２２ａの中心に所定
径の丸孔２８が形成されており、更に上記円筒部２２ａ
にあっても、円筒部以外である突出部２２ｂ，２２ｃに
位置する方向にあっては、比較的幅広く形成され（２２
ａ１；図２及び図３参照）、それ以外の方向にあって
は、比較的幅狭に形成されている（２２ａ２；図２及び
図４参照）。また、上記円筒部中心の丸孔２８には軸２
９が嵌合されており、該軸２９の上端は前記上板１７に
ボルト３０により固定されている。また、可動ブロック
２２は、３個のボルト３１（図１参照、図２にボルト孔
３１ａを示す）により上板１７と一体に固定されてお
り、かつ上記軸２９は、可動ブロック２２に形成された
横孔２２ｄに螺合する押しネジ３２により一体に固定さ
れている。従って、移動ステージとなる上板（平板）１
７、可動ブロック２２及び軸２９は一体に固定されて、
移動側剛体部（第１の剛体部）を構成している。

【００３６】そして、軸２９下端の鍔部２９ａと上記可
動ブロックの円筒部２２ａ下面との間、及び該可動ブロ
ック円筒部２２ａ上面と上板１７下面との間は、それぞ
れアンギュラコンタクトボールベアリング等のラジアル
軸受３３，３５が装着されている。なお、これら軸受
は、ラジアル軸受に限らず、アンギュラコンタクトタイ
プ等のスラストベアリングでもよく、またボールベアリ
ングに限らず、コロ軸受、更にブッシュ等の滑り軸受等
の他の軸受でもよい。上記軸受３３，３５は、可動ブロ
ック２２部分（図３参照）にあっては、薄肉円筒部２２
ａの上下面に形成される空部Ｃ，Ｃに位置し、その内輪
３３ａ，３５ａが軸２９に嵌合していると共に、その外
輪３３ｂ，３５ｂと肉厚部分（２２ｂ，２２ｃ）との間
に所定空隙を存している。

【００３７】一方、前記下板１６は、図２に示すよう
に、上記空部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが刳り抜かれた所
定以外において、該中央空部２０ａに臨む２箇所に支持
部１６ｄ，１６ｅを有しており、これら支持部は、前記
軸２９に所定間隙ａを存して対向配置されている。そし
て、上記軸２９と同心状に形成されている２個の支持部
１６ｄ，１６ｅにおける中央空部２０ａには、図４に示
すように、前記２個の軸受３３，３５の外輪３３ｂ，３
５ｂが嵌合・支持されており、かつこれら軸受３３，３
５の間において、該下板１６の中央空部２０ａとの間に
空隙を存して、前記可動ブロックの円筒幅狭部２２ａ２
が位置している。なお、上記軸受の外輪３３ｂ，３５ｂ
は、鍔部を有しており、該鍔部が下板１６の上下面に当
接して、軸方向に位置決めされている。従って、移動側
剛体部である軸２９は、固定側剛体部である下板１６
（２箇所の支持部１６ｄ，１６ｅ）に軸受３３，３５を
介して、所定角度回動自在に支持されている。また、ボ
ルト３０を締付けることにより、アンギュラコンタクト
ボールベアリングからなる軸受３３，３５は、その内輪
３３ａ，３５ａを軸方向に相対移動してガタ（隙間）が
ないように締付けられる。

【００３８】また、前記可動ブロック２２の一方の突部
２２ｃと、下板１６に植設されたリテーナ３７との間に
スプリング３９が縮設されており、可動ブロック２２を
図２において時計方向に付勢している。該可動ブロック
２２の付勢力は、変位拡大機構２３を介して圧電アクチ
ュエータ２１に図中上方向の付勢力として作用し、該圧
電アクチュエータ２１の基端と調整スクリュー先端２４
ａとの接触を常時確保する。また、上記可動ブロック２
２の突部２２ｃには腕２２ｃ１が突出して形成されてお
り、該腕２２ｃ１及び前記２個の突部２２ｂ，２２ｃに
それぞれボルト３１により上板１７が固定され、可動ブ
ロック２２に、移動ステージとなる上板１７をバランス
よく固定している。

【００３９】ついで、上述構成による微小変位装置１５
の作用について説明する。まず、調整スクリュー２４を
手動操作することにより、該スクリュー先端の変位は、
一定長さにある圧電アクチュエータ２１を介して変位拡
大機構２３の力点ヒンジ２６に伝達され、更に該変位拡
大機構２３により拡大された変位は、作用点ヒンジ２７
を介して可動ブロック２２に伝達される。該可動ブロッ
ク２２は、軸受３３，３５を介して軸２９を中心に回動
し、該軸２９に一体の移動ステージである上板１７を回
動し、これにより移動ステージ１７は、大まかな回動方
向の位置決め（粗動位置決め）がなされる。

【００４０】該粗動位置調整された状態で、コントロー
ラにより圧電アクチュエータ２１に所定電圧を供給す
る。該圧電アクチュエータは、その供給電圧と変位との
間に所定関係を備えており、上記所定電圧の印加により
所定の微小変位を生ずる。この状態では、調整スクリュ
ー２４は所定螺合状態に保持されており、かつ上述した
ように、圧縮スプリング（付勢手段）３９によりスクリ
ューの先端２４ａと圧電アクチュエータ２１の基端とは
常に当接した状態にあり、上述した圧電アクチュエータ
２１の長さ方向の微小変位は、変位拡大機構２３の力点
であるヒンジ２５に作用し、該変位拡大機構２３は、支
点ヒンジ２５を支点として、作用点ヒンジ２７に変位を
拡大して作用する。一例として、圧電アクチュエータ２
１の最大変位が約１７［μｍ］であり、上記変位拡大機
構２３によるてこ比により、５〜１１倍に拡大されて、
作用点での変位は、８５〜１８７［μｍ］となる。

【００４１】そして、上述した調整スクリュー２４によ
る粗動と同様に、上記圧電アクチュエータ２１に基づく
変位拡大機構２３の作用点ヒンジ２７の変位は、可動ブ
ロック２２に伝達される。該可動ブロック２２は、その
円筒部２２ａにて軸２９に固定されており、かつ該軸２
９は、図４に示すように、下板１６の支持部１６ｄ，１
６ｅにて軸受３３，３５により所定角度回動自在に支持
されており、従って上記作用点ヒンジ２７からの可動ブ
ロック２２の変位は、軸２９を中心とした回転変位とな
り、該回転変位は、可動ブロックと一体の上板からなる
移動ステージ１７に伝達されて、微小変位装置１５を１
軸（Ｚ軸）を中心とした回動量（θｚ）として位置決め
する。

【００４２】ついで、図５に沿って一部変更した実施の
形態について説明する。なお、本実施の形態は、先の実
施の形態に比して、変位拡大機構部分が相違している
が、他の部分は同様なので、同一符号を付して説明を省
略する。

【００４３】本変位拡大機構２３’は、固定側剛体部で
ある下板１６と別体の別部材からなり、平面視屈曲形状
のブロックからなる。該変位拡大機構２３’は、下板１
６の隅部に開口する空部２０ｂに収納され、該開口部分
を閉塞するように延びる第１の突出部２３ａと、圧電ア
クチュエータ２１に沿って延びる本体部２３ｂと、該本
体部の端から鍵状に延びる第２の突出部２３ｃと、を有
している。そして、第１の突出部側の本体部２３ｂには
半円形の突起２５’が形成されており、該突起が下板１
６に形成された半円形の凹部４０に嵌合して、面対偶か
らなる支点２５’を構成している。

【００４４】前記第１の突出部２３ａにはネジ孔が形成
されており、該ネジ孔には調整スクリュー２４が貫通し
て螺合しており、該スクリュー２４の先端２４ａが圧電
アクチュエータ２１の一端に当接している。該圧電アク
チュエータ２１は、その他端が下板１６に当接してお
り、その一端に前記調整スクリューの半球状からなる先
端２４ａが当接して、点対偶からなる力点２６’を構成
している。また、前記第２の突出部２３ｃには半円形等
の突起２７’が形成されており、該突起は、可動ブロッ
ク２２の突出部２２ｂに当接して作用点２７’を構成し
ている。

【００４５】以上構成により、圧電アクチュエータ２１
又は調整スクリュー２４による力点２６’の変位は、変
位拡大機構２３’が支点２５’を中心に回動することに
より作用点２７’に拡大して伝達し、該拡大した変位が
可動ブロック２２の突出部２２ｂに伝達される。なお、
上記力点、作用点の点線対偶は、すべり運動からなる
が、これは、コロ等を介在してころがり運動により接触
してもよい。

【００４６】また、上述した実施の形態は、圧電アクチ
ュエータ２１と可動ブロック２２との間に変位拡大機構
を介在して、上記アクチュエータの変位を拡大して可動
ブロックに伝達しているが、これに限らず、圧電アクチ
ュエータを直接可動ブロックに連結しても、またてこ比
を縮小するようにして用いてもよい。これにより、圧電
アクチュエータのストローク増大及び更に微小な変位
（サブμｍオーダ、ｎｍオーダ）の位置決め要求等に対
応できる。従って、変位拡大機構は、てこ比により変位
を変更し得る変位変更機構であればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転微小変位装置を示す平面図。

【図２】その移動ステージ（上板）を取り除いた状態の
平面図。

【図３】図１及び図２のＡ−Ａ線による断面図。

【図４】図１及び図２のＢ−Ｂ線による断面図。

【図５】一部変更した実施の形態を示す図２と同様な平
面図。

【図６】従来の技術による回転微小変位装置を示す平面
図。

【図７】その回転変位状態を示す平面図。

【符号の説明】

１５ 微小変位装置 １６ 第２の（固定側）剛体部（下板） １６ｄ，１６ｅ 支持部 １７ 平板（移動ステージ、上板） ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 空部 ２１ 微小変位（圧電）アクチュエータ ２２ 連結（可動）ブロック ２２ａ 円筒部 ２２ｃ 突部 ２３，２３’ 変位変更（拡大）機構 ２４ 調整スクリュー ２５ 支点（弾性）ヒンジ ２６ 力点（弾性）ヒンジ ２７ 作用点（弾性）ヒンジ ２５’ 支点（面対偶） ２６’ 力点（線点対偶） ２７’ 作用点（線点対偶） ２９ 軸 ２９ａ 鍔部 ３３，３５ 軸受 ３３ａ，３５ａ 内輪 ３３ｂ，３５ｂ 外輪 ３９ スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 三雄 東京都墨田区緑１−19−９ シグマ光機株 式会社東京本社ビル内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の剛体部と、該第１の剛体部に対し
   て１軸を中心とした回転方向に変位自在に支持される第
   ２の剛体部と、前記第１及び第２の剛体部に相対変位を
   生じる微小変位アクチュエータと、を備えてなる微小変
   位装置において、 前記第１の剛体部は、前記微小変位アクチュエータに連
   結される連結ブロックと、軸と、平板と、を一体に固定
   して構成され、 前記軸を、軸受を介して前記第２の剛体部に所定角度回
   転自在に支持してなる、 ことを特徴とする微小変位装置。
2. 【請求項２】 前記第２の剛体部に形成した空部に、前
   記連結ブロックを、該空部の厚さ方向に対して略々納ま
   るように配置し、 前記連結ブロックは、厚さ方向に薄い円筒部を有し、該
   円筒部に前記軸を一体に固定し、 前記第２の剛体部は、前記軸に所定間隙を存して対向配
   置される少なくとも２箇所の支持部を有し、該支持部に
   て前記軸受を支持してなる、 請求項１記載の微小変位装置。
3. 【請求項３】 前記軸受は、前記軸の両端部分に配置さ
   れたラジアル軸受からなり、該軸受の内輪を前記軸に嵌
   合すると共に、該軸受の外輪を前記第２の剛体部の支持
   部の空部に嵌合し、 前記軸の一端に鍔部を形成して、該鍔部に前記一方の軸
   受の内輪を抜止め・当接すると共に、前記他方の軸受の
   内輪を前記平板に当接し、 前記軸を前記平板にボルトにて締付けることにより前記
   両軸受のガタ取りをしてなる、 請求項２記載の微小変位装置。
4. 【請求項４】 前記微小変位アクチュエータと前記連結
   ブロックとの間に、前記第２の剛体部に連結する支点
   と、前記微小変位アクチュエータに連結する力点と、前
   記連結ブロックに連結する作用点とを有する変位変更機
   構を介在して、 前記微小変位アクチュエータの変位量を変更して前記連
   結ブロックに伝達してなる、 請求項１ないし３のいずれか記載の微小変位装置。
5. 【請求項５】 前記支点、力点及び作用点は、互いに平
   行な薄肉平板からなる弾性ヒンジである、 請求項４記載の微小変位装置。
6. 【請求項６】 前記支点、力点及び作用点は、相対移動
   する面又は線点対偶からなる、 請求項４記載の微小変位装置。
7. 【請求項７】 前記第２の剛体部に調整スクリューが貫
   通して螺合され、 前記圧電アクチュエータは、その一端に前記調整スクリ
   ューを当接すると共に、その他端に前記変位変更機構の
   力点を連結してなる、 請求項４記載の微小変位装置。
8. 【請求項８】 前記変位変更機構に調整スクリューが貫
   通して螺合され、前記圧電アクチュエータは、その一端
   に前記調整スクリューを当接して前記力点を構成すると
   共に、その他端に前記第２の剛体部を当接してなる、 請求項４記載の微小変位装置。
9. 【請求項９】 前記連結ブロックにおける前記軸に対し
   て前記作用点の反対側に位置する突部と、前記第２の剛
   体部との間に、スプリングを縮設配置してなる、 請求項４ないし８のいずれか記載の微小変位装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の剛体部が固定側剛体部であ
    り、前記第２の剛体部が可動側剛体部であり、前記平板
    が移動ステージである、 請求項１ないし９のいずれか記載の微小変位装置。