JP4151823B2 - 微小変位装置 - Google Patents
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Description
【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２ｂ，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（例えば、図１、図２、図３参照）、第１の（例えば移動側）剛体部（１７…）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（例えば固定側）剛体部（１６）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（１７…）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（３３，３５）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り、前記微小変位アクチュエータ（２１）と前記連結ブロック（２２）との間に介在され、前記第２の剛体部（１６）に連結する支点（２５）と、前記微小変位アクチュエータ（２１）に連結する力点（２６）と、前記連結ブロック（２２）に連結する作用点（２７）とを有する変位変更機構（２３）と、前記第２の剛体部（１６）に貫通して螺合される調整スクリュー（２４）と、前記連結ブロック（２２）を回動付勢する圧縮スプリング（３９）と、を備え、前記第２の剛体部（１６）には、中央空部（２０ａ）と、該中央空部（２０ａ）の両側に振り分け配置され、該中央空部（２０ａ）で連通される第１の空部（２０ｂ）及び第２の空部（２０ｃ）とが形成され、前記微小変位アクチュエータ（２１）及び前記変位変更機構（２３）が、前記第１の空部（２０ｂ）に収容され、前記連結ブロック（２２）が前記軸（２９）を中心に回動自在に、前記連結ブロック（２２）において前記軸（２９）を固定した円筒部（２２ａ）が、前記中央空部（２０ａ）に収容され、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）の反対側に位置する突部（２２ｃ）が、前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、該突部（２２ｃ）と、前記軸（２９）とが前記平板（１７）に固定され、前記圧縮スプリング（３９）が、前記突部（２２ｃ）に当接して前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、前記圧縮スプリング（３９）による前記連結ブロック（２２）の付勢力を前記変位変更機構（２３）を介して前記微小変位アクチュエータ（２１）に作用し、前記微小変位アクチュエータ（２１）の一端と前記調整スクリュー（２４）の先端とを常時接触させる、ことを特徴とする微小変位装置にある。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、（例えば、図５参照）、第１の（例えば移動側）剛体部（１７…）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（例えば固定側）剛体部（１６）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において、前記第１の剛体部（１７…）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（３３，３５）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り、前記微小変位アクチュエータ（２１）と前記連結ブロック（２２）との間に介在され、前記第２の剛体部（１６）に連結する支点（２５’）と、前記微小変位アクチュエータ（２１）に連結する力点（２６’）と、前記連結ブロック（２２）に連結する作用点（２７’）とを有する変位変更機構（２３’）と、前記変位変更機構（２３’）に貫通して螺合される調整スクリュー（２４）と、前記連結ブロック（２２）を回動付勢する圧縮スプリング（３９）と、を備え、前記第２の剛体部（１６）には、中央空部（２０ａ）と、該中央空部（２０ａ）の両側に振り分け配置され、該中央空部（２０ａ）で連通される第１の空部（２０ｂ）及び第２の空部（２０ｃ）とが形成され、前記微小変位アクチュエータ（２１）及び前記変位変更機構（２３’）が、前記第１の空部（２０ｂ）に収容され、前記連結ブロック（２２）が前記軸（２９）を中心に回動自在に、前記連結ブロック（２２）において前記軸（２９）を固定した円筒部（２２ａ）が、前記中央空部（２０ａ）に収容され、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’）の反対側に位置する突部（２２ｃ）が、前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、該突部（２２ｃ）と、前記軸（２９）とが前記平板（１７）に固定され、前記圧縮スプリング（３９）が、前記突部（２２ｃ）に当接して前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、前記圧縮スプリング（３９）による前記連結ブロック（２２）の付勢力を前記変位変更機構（２３’）に作用し、前記微小変位アクチュエータ（２１）の一端と前記調整スクリュー（２４）の先端とを常時接触させる、ことを特徴とする微小変位装置にある。
なお、上記第１の剛体部（１７，２２，２９）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（３３，３５）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３に係る本発明は、前記中央空部（２０ａ）及び前記第２の空部（２０ｃ）に、前記連結ブロック（２２）を、該空部（２０ａ，２０ｃ）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）の円筒部（２２ａ）は、厚さ方向に薄く形成され、
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又は２記載の微小変位装置にある。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、前記軸受（３３，３５）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，３５ａ）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（１６ｄ，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３記載の微小変位装置にある。
【００１９】
請求項５に係る本発明は、前記第１の剛体部が移動側剛体部（１７…）であり、前記第２の剛体部が固定側剛体部（１６）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４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（１６）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及び請求項２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。
また、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移動側の剛体部に伝達することができ、平板での所望の回転変位を得ることができる。
また、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。
また、連結ブロックを圧縮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。
【００２３】
請求項３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４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。
【００３１】
請求項５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，２０ｃが放電加工機により切抜かれており、一方の空部２０ｂ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２７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（２２ａ１；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２９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）１７、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２２ａ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，３５ｂが嵌合・支持されており、かつこれら軸受３３，３５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２４ａとの接触を常時確保する。また、上記可動ブロック２２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２１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２９は、図４に示すように、下板１６の支持部１６ｄ，１６ｅ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１６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１６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
【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２ｂ，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（例えば、図１、図２、図３参照）、第１の（例えば移動側）剛体部（１７…）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（例えば固定側）剛体部（１６）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（１７…）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（３３，３５）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り、前記微小変位アクチュエータ（２１）と前記連結ブロック（２２）との間に介在され、前記第２の剛体部（１６）に連結する支点（２５）と、前記微小変位アクチュエータ（２１）に連結する力点（２６）と、前記連結ブロック（２２）に連結する作用点（２７）とを有する変位変更機構（２３）と、前記第２の剛体部（１６）に貫通して螺合される調整スクリュー（２４）と、前記連結ブロック（２２）を回動付勢する圧縮スプリング（３９）と、を備え、前記第２の剛体部（１６）には、中央空部（２０ａ）と、該中央空部（２０ａ）の両側に振り分け配置され、該中央空部（２０ａ）で連通される第１の空部（２０ｂ）及び第２の空部（２０ｃ）とが形成され、前記微小変位アクチュエータ（２１）及び前記変位変更機構（２３）が、前記第１の空部（２０ｂ）に収容され、前記連結ブロック（２２）が前記軸（２９）を中心に回動自在に、前記連結ブロック（２２）において前記軸（２９）を固定した円筒部（２２ａ）が、前記中央空部（２０ａ）に収容され、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）の反対側に位置する突部（２２ｃ）が、前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、該突部（２２ｃ）と、前記軸（２９）とが前記平板（１７）に固定され、前記圧縮スプリング（３９）が、前記突部（２２ｃ）に当接して前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、前記圧縮スプリング（３９）による前記連結ブロック（２２）の付勢力を前記変位変更機構（２３）を介して前記微小変位アクチュエータ（２１）に作用し、前記微小変位アクチュエータ（２１）の一端と前記調整スクリュー（２４）の先端とを常時接触させる、ことを特徴とする微小変位装置にある。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、（例えば、図５参照）、第１の（例えば移動側）剛体部（１７…）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（例えば固定側）剛体部（１６）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において、前記第１の剛体部（１７…）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（３３，３５）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り、前記微小変位アクチュエータ（２１）と前記連結ブロック（２２）との間に介在され、前記第２の剛体部（１６）に連結する支点（２５’）と、前記微小変位アクチュエータ（２１）に連結する力点（２６’）と、前記連結ブロック（２２）に連結する作用点（２７’）とを有する変位変更機構（２３’）と、前記変位変更機構（２３’）に貫通して螺合される調整スクリュー（２４）と、前記連結ブロック（２２）を回動付勢する圧縮スプリング（３９）と、を備え、前記第２の剛体部（１６）には、中央空部（２０ａ）と、該中央空部（２０ａ）の両側に振り分け配置され、該中央空部（２０ａ）で連通される第１の空部（２０ｂ）及び第２の空部（２０ｃ）とが形成され、前記微小変位アクチュエータ（２１）及び前記変位変更機構（２３’）が、前記第１の空部（２０ｂ）に収容され、前記連結ブロック（２２）が前記軸（２９）を中心に回動自在に、前記連結ブロック（２２）において前記軸（２９）を固定した円筒部（２２ａ）が、前記中央空部（２０ａ）に収容され、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’）の反対側に位置する突部（２２ｃ）が、前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、該突部（２２ｃ）と、前記軸（２９）とが前記平板（１７）に固定され、前記圧縮スプリング（３９）が、前記突部（２２ｃ）に当接して前記第２の空部（２０ｃ）に収容され、前記圧縮スプリング（３９）による前記連結ブロック（２２）の付勢力を前記変位変更機構（２３’）に作用し、前記微小変位アクチュエータ（２１）の一端と前記調整スクリュー（２４）の先端とを常時接触させる、ことを特徴とする微小変位装置にある。
なお、上記第１の剛体部（１７，２２，２９）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（３３，３５）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３に係る本発明は、前記中央空部（２０ａ）及び前記第２の空部（２０ｃ）に、前記連結ブロック（２２）を、該空部（２０ａ，２０ｃ）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）の円筒部（２２ａ）は、厚さ方向に薄く形成され、
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又は２記載の微小変位装置にある。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、前記軸受（３３，３５）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，３５ａ）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（１６ｄ，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３記載の微小変位装置にある。
【００１９】
請求項５に係る本発明は、前記第１の剛体部が移動側剛体部（１７…）であり、前記第２の剛体部が固定側剛体部（１６）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４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（１６）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及び請求項２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。
また、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移動側の剛体部に伝達することができ、平板での所望の回転変位を得ることができる。
また、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。
また、連結ブロックを圧縮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。
【００２３】
請求項３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４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。
【００３１】
請求項５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，２０ｃが放電加工機により切抜かれており、一方の空部２０ｂ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２７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（２２ａ１；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２９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）１７、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２２ａ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，３５ｂが嵌合・支持されており、かつこれら軸受３３，３５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２４ａとの接触を常時確保する。また、上記可動ブロック２２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２１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２９は、図４に示すように、下板１６の支持部１６ｄ，１６ｅ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１６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１６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
Claims (5)
- 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り、
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介在され、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と、
前記第２の剛体部に貫通して螺合される調整スクリューと、
前記連結ブロックを回動付勢する圧縮スプリングと、を備え、
前記第２の剛体部には、中央空部と、該中央空部の両側に振り分け配置され、該中央空部で連通される第１の空部及び第２の空部とが形成され、
前記微小変位アクチュエータ及び前記変位変更機構が、前記第１の空部に収容され、
前記連結ブロックが前記軸を中心に回動自在に、前記連結ブロックにおいて前記軸を固定した円筒部が、前記中央空部に収容され、
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が、前記第２の空部に収容され、該突部と、前記軸とが前記平板に固定され、
前記圧縮スプリングが、前記突部に当接して前記第２の空部に収容され、
前記圧縮スプリングによる前記連結ブロックの付勢力を前記変位変更機構を介して前記微小変位アクチュエータに作用し、前記微小変位アクチュエータの一端と前記調整スクリューの先端とを常時接触させる、
ことを特徴とする微小変位装置。 - 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り、
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介在され、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と、
前記変位変更機構に貫通して螺合される調整スクリューと、
前記連結ブロックを回動付勢する圧縮スプリングと、を備え、
前記第２の剛体部には、中央空部と、該中央空部の両側に振り分け配置され、該中央空部で連通される第１の空部及び第２の空部とが形成され、
前記微小変位アクチュエータ及び前記変位変更機構が、前記第１の空部に収容され、
前記連結ブロックが前記軸を中心に回動自在に、前記連結ブロックにおいて前記軸を固定した円筒部が、前記中央空部に収容され、
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が、前記第２の空部に収容され、該突部と、前記軸とが前記平板に固定され、
前記圧縮スプリングが、前記突部に当接して前記第２の空部に収容され、
前記圧縮スプリングによる前記連結ブロックの付勢力を前記変位変更機構に作用し、前記微小変位アクチュエータの一端と前記調整スクリューの先端とを常時接触させる、
ことを特徴とする微小変位装置。 - 前記中央空部及び前記第２の空部に、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、
前記連結ブロックの円筒部は、厚さ方向に薄く形成され、
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又は２記載の微小変位装置。 - 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３記載の微小変位装置。 - 前記第１の剛体部が移動側剛体部であり、前記第２の剛体部が固定側剛体部であり、前記平板が移動ステージである、
請求項１ないし４のいずれか記載の微小変位装置。
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