JP2002512769A - 変位ユニットのモジュラーシステムを有する変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、ある変位方向において相互に変位可能な第１の部分（１）と第２の部分（３）とを有する変位装置である。第１の部分（１）は、当該第１の部分（１）と第２の部分（３）との間にあるプレテンショニング力に抗して第２の部分（３）に押し付けられる複数の接触体（７）を有する。この接触体（７）は、第１の部分（１）に対して段階的に移動可能であり、しかも上記変位方向に垂直な方向に変位可能である。これら接触体（７）の段階的移動によって、接触体（７）と第２の部分（３）との間に呈する摩擦力の作用に基づき第１の部分（１）と第２の部分（３）が当該変位方向において互いに相対的変位を生じるとともに、第１の部分（１）及び第２の部分（３）は、当該変位方向に垂直な方向における接触体（７）の変位によって当該変位方向に垂直な方向における互いに正確な位置に支持される。つまり、接触体（７）は、２重の機能を有する。ある特定の実施例においては、接触体（７）は球状の接触表面（２３）を有し、接触体（７）の段階的移動は、第２の部分（３）に対するその球状接触表面（２３）の単純な回転動作である。本発明による変位装置は、当該変位装置により、Ｘ方向に平行な方向とこのＸ方向に垂直なＹ方向に平行なベース（９５）に対し変位することのできる物体テーブル（９９）が設けられたＸ−Ｙテーブルに用いられる。本発明による変位装置はまた、シャフト（１２１）が設けられたスピンドル装置にも用いられる。このシャフト（１２１）は、この変位装置によって、軸受けブッシュ（１１７）において回転可能でかつ軸受けブッシュ（１１７）に対し軸方向に変位可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 変位ユニットのモジュラーシステムを有する変位装置 技術分野 本発明は、少なくとも２つの接触体を有する第１の部分が設けられた変位装置 に関し、かかる接触体が第２の部分に対して押し付けられアクチュエータによっ てその第１の部分に対して段階的に移動することにより、第１及び第２の部分が 、接触体と第２の部分との間に呈する摩擦力の作用の下ある変位方向において相 対的に変位可能とされる変位装置に関する。 本発明はまた、本発明による変位装置に用いるのに適した変位ユニットに関す る。 背景技術 冒頭の段落において述べた種類の変位装置は、ＥＰ−Ａ−０ ５９２ ０３０か ら周知である。この周知の変位装置における上記第１の部材はホルダを有し、上 記第２の部分は、このホルダに対し軸方向に変位可能なシャフトを有している。 第１の部分の接触体の各々は、そのシャフトに対し締め付け可能なクランプ部材 を有している。第１の部分はさらに、上記ホルダに固定された移送部材を有して おり、この移送部材によって、クランプ部材間の軸方向における距離を変えるこ とができる。上記シャフトは、そのクランプ部材と移送部材とによって、変位サ イクルに応じその軸方向に段階的に変位可能である。２つのクランプ部材のうち の第１のクランプ部材は、変位サイクルの始めに当該シャフトに対して締め付け られる。そして、上記移送部材によりクランプ部材間の距離が長くなるので、当 該シャフトは、その第１のクランプ部材により軸方向に変位させられる。その後 、第２のクランプ部材はシャフトに対して締め付けられ、第１のクランプ部材の 締め付けは解除される。ここで、移送部材によりクランプ部材間の距離は再び短 くなるので、当該シャフトは、第２のクランプ部材により軸方向においてさらに 変位することとなる。最後に、第１のクランプ部材は再びそのシャフトに対して 締 め付けられるとともに、第２のクランプ部材の締め付けは解除され、その後かか る変位サイクルが繰返される。クランプ部材及び移送部材は圧電性材料から製造 されるので、上記ホルダに対するシャフトの軸方向における極めて正確な変位が なされることとなる。 かかる周知の変位装置の不利な点は、当該変位方向に垂直な方向におけるシャ フトのホルダ上の位置があまり正確に定められないことである。このシャフトは 、当該変位方向に垂直な方向においてクランプ部材により支持される。しかしな がら、当該変位方向に垂直なホルダに対するクランプ部材の位置は、特にシャフ トの直径に依存し、また、当該変位方向におけるシャフトの直径の偏倚や当該シ ャフト表面における局部的偏倚による影響を受けてしまう。したがって、この周 知の変位装置は、当該変位方向に垂直な方向においてシャフトを正確に定められ た位置に置く場合に、正確な軸受け支持機能を持っていないのである。この不具 合によって、この周知の変位装置は、多くの応用例に不適切なものとなってしま う。 発明の開示 本発明の目的は、冒頭の段落において述べた種類の変位装置に属するとともに 、変位機能に加えて、当該変位方向に垂直な方向における正確な軸受け支持機能 をも有し、しかもその軸受け支持機能に要求される部品点数を抑制するようにし た変位装置を提供することである。 この目的のために、本発明は、前記第１及び第２の部材が前記変位方向に垂直 な方向に相互にプレテンションが掛けれられるとともに、前記接触体が前記変位 方向に垂直な方向に前記第１の部材に対して変位可能であり、前記第１及び第２ の部材の前記変位方向に垂直な方向における相対位置がフィードバック制御の一 部を担うセンサにより測定可能であり、このセンサによって前記変位方向に垂直 な方向における前記接触体の変位が制御可能である、ことを特徴としている。前 記第１の部材の前記接触体は、二重の機能を有する。前記接触体が前記第１の部 材に対して段階的に移動可能なので、前記第１の部材と前記第２の部材は、前記 変位方向において相対的に変位することができる。前記接触体はさらに前記変位 方向に垂直な方向に前記第１の部材に対して変位可能であり前記変位方向に垂直 な前記接触体の変位は前記フィードバック制御によって制御可能であるので、前 記第１の部材と前記第２の部材は、前記変位方向に垂直な方向において互いに精 密に位置付けられる。したがって、前記接触体が二重の機能を持っていることに よって、軸受け支持機能に必要な部品の数が抑制されるのである。 本発明による特定の実施例の変位装置は、前記接触体は、それぞれ、当該接触 体の段階的移動と前記変位方向に垂直な当該接触体の変位とをなすよう独立のア クチュエータシステムが設けられた独立の変位ユニットの一部を担うことを特徴 としている。この独立の変位ユニットを使用することによって、変位装置のモジ ュラー構成が提供される。前記変位装置の設計段階において決められる接触体の 数は簡単かつ効果的な手法により当該変位装置において現実のものとなるような 変位装置の簡単かつ有効な構成が達成される。 本発明による他の実施例の変位装置は、前記変位装置は、少なくとも３つの変 位ユニットが設けられるとともに、前記接触体の各々は、仮想円筒体の表面の少 なくとも一部を有する接触表面が設けられ、前記変位ユニットの各々は、前記変 位方向に垂直な方向において駆動されうる少なくとも２つのリニアアクチュエー タを有することを特徴としている。かかる他の実施例においては、前記変位方向 は、前記接触体の前記円筒形体表面の中心線に垂直であり、好ましくは、かかる ３つの接触表面が互いに平行かつ隣接して位置付けられるのが良い。前記２つの 部材に係る相互の変位及び軸受け支持は、前記第１の部材の３つの接触体のうち の少なくとも２つが第２の部材と接触状態とされるとともに前記接触体がそれら の中心線を基準としてある限定された角度で回転運動をなす、という態様で行わ れるものである。１の接触体の回転運動が終わると、当該接触体は前記第２の部 材から離れ当該回転運動の始点へと逆方向に戻るよう回転する。この間前記２つ の部材の相互変位及び支持は、他の接触体によって継続されることになる。変位 方向に垂直な接触体の変位は、該当する変位ユニットの前記２つのリニアアクチ ュエータが同方向に駆動される態様で達成される一方、接触体の回転運動は、２ つのリニアアクチュエータが逆方向に駆動される態様で達成される。 本発明によるさらに他の実施例の変位装置は、前記接触体の各々は、対応する 変位ユニットに、前記円筒体の中心線を通る仮想平面として前記変位方向に平行 に延びる薄膜によって結合されていることを特徴としている。前記薄膜の使用に よって、前記接触体が、前記変位方向に平行な方向及び前記接触表面の中心線に 平行な方向において前記変位ユニットに対し変位可能となってしまうことを回避 し、これにより前記方向における前記リニアアクチュエータの機械的負荷を回避 するようにしている。 本発明による特定の実施例の変位装置は、前記変位装置は、少なくとも３つの 変位ユニットが設けられるとともに、前記接触体の各々は、仮想球体の表面の少 なくとも一部を有する接触表面が設けられ、前記変位ユニットの各々は、前記変 位方向に垂直な方向に駆動されうる少なくとも３つのリニアアクチュエータを有 することを特徴としている。変位ユニットの各々に球面状接触表面と３つのリニ アアクチュエータ手段が設けられることにより、前記変位装置の２つの部材は、 互いに直交する２つの変位方向に変位可能となる。実際に、３つのリニアアクチ ュエータを使用することにより、前記球面状接触表面の互いに直交する２つの中 心線の回りに前記接触体が回転することになる。また、前記２つの部材の相互変 位及び軸受け支持は、この実施例においては、前記第１の部材の前記３つの接触 体のうつの少なくとも２つが前記第２の部材と接触状態にあるとともに前記接触 体が球面状接触表面の中心線につき限定された角度だけ回転運動をなす態様で行 われる。かかる接触体の回転運動が終了すると、当該接触体は、前記第２の部材 から離され当該回転運動の始点へと逆方向に戻るよう回転する。この間、前記２ つの部材の相互変位及び軸受け支持は、他の接触体により継続される。 本発明による別の実施例の変位装置は、前記接触体の各々は、対応する変位ユ ニットに、前記変位方向に平行に延びる環状薄膜によって結合され、前記薄膜の 中心は前記球体の中心と略一致していることを特徴としている。この実施例にお いても、前記薄膜の使用によって、前記接触体が、前記変位方向に平行な方向に おいて前記変位ユニットに対し変位可能となってしまうことを回避し、もって前 記方向における前記リニアアクチュエータの機械的負荷を回避するようにしてい る。 本発明によるさらに別の実施例の変位装置は、前記変位ユニットの各々は、前 記変位方向に垂直な方向に駆動されうるとともに互いに四角状に位置付けされた ４つのリニアアクチュエータが設けられていることを特徴としている。この実施 例における球面状接触体の各々は、互いに隣接して配されたアクチュエータの一 方の対と互いに隣接して配されたアクチュエータの他方の対とが反対方向に駆動 されることにより、前記球面状接触表面の互いに直交する２つの中心線を基準に して回転可能となっている。これに対し、前記変位方向に垂直な接触体の変位は 、かかる４つのアクチュエータが同じ方向に駆動されることにより実現する。前 記接触体の必要な動きは、この態様において前記アクチュエータの簡単な制御に より達成される。 本発明による特定の実施例の変位装置は、前記変位装置は、第１のブリッジに より相互接続された接触表面の第１の対と、第２のブリッジにより相互接続され た接触表面の第２の対とがそれぞれに設けられた少なくとも２つの変位ユニット が設けられ、前記第１及び第２のブリッジは、前記変位方向に平行な方向におい て相互に間隔をおいて位置付けられるとともに、前記変位方向に垂直に延びる曲 げ軸を基準にして曲がることの可能な曲げアクチュエータによってかつ前記曲げ 軸に平行に延びる２つの弾性ヒンジにより前記第１及び第２のヒンジと接続され る第３のヒンジによって相互接続され、前記変位ユニットの各々の前記接触表面 は、四辺形状の配列に相互に位置付けられ、前記曲げ軸に平行に延びる独立のリ ニアアクチュエータによって前記曲げ軸に平行にそれぞれ変位可能であることを 特徴としている。この実施例においては、次のようにして前記第２の部材に対す る前記変位ユニットの変位がなされる。先ず、互いに対角線的に位置付けられた 接触表面による一方の対が前記第２の部材と接するとともに、互いに対角線的に 位置付けられた接触表面の他方の対が前記第２の部材から引き離される。そして 、前記曲げアクチュエータが前記曲げ軸を基準にして曲がることにより、前記第 ２の部材と接触状態にある当該接触表面を中心に前記第１のブリッジと前記第２ のブリッジが互いに逆方向に回転し、前記第２の部材から離れた当該接触表面は 前記第２の部材に対して前記変位方向において変位する。その後、互いに対角線 的に位置付けられた接触表面による前記他方の対が前記第２の部材に接触させら れるとともに、互いに対角線的に位置付けられた接触表面の前記一方の対が前記 第２の部材から引き離される。そして、前記曲げアクチュエータが前記曲げ軸を 基 準にして反対方向に曲げられる。この結果、前記第１のブリッジと前記第２のブ リッジが前記第２の部材と接触していた当該接触表面を中心にして逆方向に回転 することになるので、前記第２の部材に接触していなかった当該接触表面は前記 変位方向に変位することになる。 本発明による他の実施例の変位装置は、互いに対角線的に位置付けられる各変 位ユニットの前記接触表面は、２つのブリッジにより相互接続され、これらブリ ッジの各々は、互いに対角線的に位置付けられる当該接触表面に、前記曲げ軸に 平行に延びる２つの弾性ヒンジによって接続されることを特徴としている。互い に対角線的に位置付けられた接触表面の対どうしの間に呈する距離は、前記第２ の部材に接触している当該接触表面を中心に前記第１のブリッジ及び前記第２の ブリッジが回転している間において不変である。互いに対角線状に位置付けされ た当該接触表面が２つのブリッジにより相互接続されることによって、前記変位 ユニットの構成は非常に頑強なものとなる。 本発明によるさらにまた他の実施例の変位装置は、前記リニアアクチュエータ は、薄層化された圧電性アクチュエータであることを特徴としている。かかる薄 層化圧電アクチュエータを使用することによって、前記第１の部材に対して極め て正確な接触体の変位をなすことができる。その上、前記変位ユニットの大きさ も大幅に縮小される。 本発明による特定の実施例の変位装置は、前記曲げアクチュエータは、圧電性 曲げアクチュエータであることを特徴としている。かかる圧電性曲げアクチュエ ータを使用することによって、前記変位装置において極めて正確な当該４つの接 触表面の変位をなすことができる。その上、前記変位ユニットの大きさも大幅に 縮小される。 本発明によるその他の実施例の変位装置は、前記第２の部材は、案内表面を有 し、前記第１の部材は、前記案内表面に垂直な方向において前記第２の部材に対 してプレテンションが施されかつ第１の変位方向とこの第１の変位方向に垂直な 第２の変位方向とに平行な前記案内表面に沿って前記第１の部材の前記接触体の 前記案内表面との共働作用により変位することの可能な物体テーブルを有し、前 記第１の部材は、前記変位方向の各々につき少なくとも３つ変位ユニットを有す る、ことを特徴としている。この実施例における変位装置は、いわゆるＸ−Ｙテ ーブルであり、その物体テーブルは、Ｘ方向とこのＸ方向に垂直なＹ方向とに平 行な案内表面に沿って変位可能である。この変位ユニットは、変位と軸受け支持 との組合せ機能を持つものであり、これにより、Ｘ−Ｙテーブルを簡単な構成と することができる。 本発明によるさらに他の実施例の変位装置は、前記第２の部材は、案内表面を 有し、前記第１の部材は、前記案内表面に垂直な方向において前記第２の部材に 対してプレテンションが施されかつ第１の変位方向とこの第１の変位方向に垂直 な第２の変位方向とに平行な前記案内表面に沿って前記第１の部材の前記接触体 の前記案内表面との共働作用により変位することの可能な物体テーブルを有し、 前記第１の部材は、それぞれ４つの変位ユニットの４つのグループを有し、これ らグループは、四辺形状の配列に互いに位置付けられ、１のグループにおける前 記変位ユニットは、互いに４角形状に配されている、ことを特徴としている。こ の実施例における変位装置もＸ−Ｙテーブルであり、前記変位ユニットには、球 面状接触表面が設けられる。このそれぞれ４つの変位ユニットによる４つのグル ープを使用することによって、前記案内表面に対して前記物体テーブルの非常に 堅い軸受け支持が実現する。前記変位ユニットには球面状接触表面が設けられて いるので、変位ユニットの各々をＸ方向に平行な変位にもＹ方向に平行な変位に も活用することができるのである。前記変位ユニットはこの形態で最適にして利 用される。 本発明による特定の実施例の変位装置は、前記第１の部材は、軸受けブッシュ を有し、前記第２の部材は、円筒形状案内部が設けられかつ前記軸受けブッシュ において軸方向に前記第１の部材の前記接触体の前記円筒形状案内部との共働作 用により回転及び変位可能なシャフトを有し、前記第１の部材は、前記第２の部 材の回転に対して少なくとも３つの変位ユニットを有するとともに前記第２の部 材の軸方向の変位に対して他に少なくとも３つの変位ユニットを有する、ことを 特徴としている。この実施例の変位装置は、軸受けブッシュにおいて回転可能な 形態で支持される軸方向に変位可能なスピンドルを有している。この変位ユニッ トは、変位及び軸受けの組合せ機能又は回転及び軸受けの組合せ機能を持ってい るので、前記スピンドルを簡単に構成することができる。 本発明によるさらに他の実施例の変位装置は、前記第１の部材は、軸受けブッ シュを有し、前記第２の部材は、円筒形状案内部が設けられかつ前記軸受けブッ シュにおいて軸方向に前記第１の部材の前記接触体の前記円筒形状案内部との共 働作用により回転及び変位可能なシャフトを有し、前記第１の部材は、前記軸受 けブッシュの一端近傍におけるそれぞれ４つの変位ユニットの４つのグループと 前記軸受けブッシュの他端近傍におけるそれぞれ４つの変位ユニットの４つのグ ループとを有し、前記グループは、前記軸受けブッシュの回りに円周方向におい て等間隔な配置がなされており、１のグループにおける変位ユニットは、互いに 四角形状の配列に位置付けられる、ことを特徴としている。この実施例において も、前記変位装置は、軸方向に変位可能なスピンドルを有するとともに、前記変 位ユニットは球面状接触表面を有している。前記軸受けブッシュにおける前記シ ャフトの特に堅い軸受け支持は、前記軸受けブッシュの一端近傍及び他端近傍の どちらにもそれぞれ４つの変位ユニットによる前記４つのグループが前記第１の 部材に設けられることで実現する。前記変位ユニットには球面状接触表面が設け られているので、変位ユニットの各々を、前記軸受けブッシュに対する前記シャ フトの軸方向の変位にも前記軸受けブッシュにおける前記シャフトの回転にも活 用することができるのである。前記変位ユニットは、この形態で最適にして利用 される。 以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による変位装置を概略的に示している。 第２図は、第１図の変位装置に使用するのに好適な変位ユニットの第１の実施 例を示している。 第３Ａ図は、第２図の変位ユニットの縦断面図である。 第３Ｂ図は、第３Ａ図において線IIIＢ−IIIＢで切り取られた断面図である。 第４図は、第１図の変位装置に使用するのに好適な変位ユニットの第２の実施 例を示している。 第５図は、第１図の変位装置に使用するのに好適な変位ユニットの第３の実施 例を示している。 第６図は、第５図の変位ユニットの平面図である。 第７Ａ図は、中立位置における第５図の変位ユニットを概略的に示している。 第７Ｂ図は、第１の極限位置における第５図の変位ユニットを概略的に示して いる。 第７Ｃ図は、第２の極限位置における第５図の変位ユニットを概略的に示して いる。 第８図は、第１図の変位装置に使用するのに好適な変位ユニットの第４の実施 例を示している。 第９図は、第８図の変位ユニットの平面図である。 第１０図は、第１図に示されるような変位装置が設けられたＸ−Ｙテーブルを 概略的に示している。 第１１図は、第１図に示されるような変位装置が設けられたスピンドル装置を 概略的に示している。 第１２図は、第１１図のスピンドル装置の概略的断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図に示される本発明による変位装置は、第１の部材１と第２の部材３を有 する。この第１の部材１は、以下により詳細に記述される様式で、変位方向Ｘに 平行な第２の部材３と相対変位可能であり、当該変位方向Ｘに垂直な支持方向Ｚ に平行に支持されている。この目的のため、第１の部材１は、複数の変位ユニッ ト５を有し、かかるユニットの各々には接触体７が設けられている。 第２図、第３Ａ図及び第３Ｂ図が示すように、変位ユニット５の各々は、実装 リング９を有し、これにより変位ユニット５が第１の部材１に結合される。変位 ユニット５はさらに、接触体７が設けられた支持ディスク１１を有する。この支 持ディスク１１は、互いに正方形の配置をもって位置決めされた４つのリニアア クチュエータ１３によって実装リング９に結合されている。このリニアアクチュ エータ１３の各々は、支持方向Ｚに平行に延びかつ支持方向Ｚに平行な駆動が可 能な薄層化された圧電アクチュエータを有する。また、変位ユニット５は、環状 薄膜１５を有しており、この薄膜は、支持方向Ｚに垂直に延びるとともにブッシ ュ１７によって実装リング９に結合される。この薄膜１５はまた、４つの可撓性 スポーク１９により内部ブッシュ２１に結合され、このブッシュ２１は支持ディ スク１１に結合されている。ここで、かかる４つのスポーク１９は、薄膜１５に よって形成される想像上の平面においてその４つのアクチュエータ１３の間に延 在している。 第１図、第２図及び第３Ａ図が示すように、各変位ユニット５の接触体７は、 それぞれ、仮想球体の表面の一部を有する球状の接触表面２３を有している。第 ３Ａに示される如き球状の接触表面２３の中心Ｍは、環状薄膜１５の中心と実質 的に一致する。これにより、接触表面２３は、スポーク１９及び薄膜１５の弾性 的な変形の下、薄膜１５のかかる平面内にある前記仮想球体の中心線のそれぞれ 全ての回りを、実装リング９及び第１の部材１に対して、ある限られた角度にお いて回転可能となる。より詳しくは、中心線２５についての一方の側に配されて いる互いに隣接する一対のアクチュエータ１３'及び１３"と、中心線２５につい ての他方の側に配されている互いに隣接する一対のアクチュエータ１３'''及び １３''''とが、互いに反対の方向に駆動させられた場合、接触表面２３は、中心 線２５の回りを回転可能となる。また、中心線２７についての一方の側に配され ている互いに隣接する一対のアクチュエータ１３'及び１３'''と、中心線２７に ついての他方の側に配されている互いに隣接する一対のアクチュエータ１３"及 び１３''''とが、互いに反対の方向に駆動させられた場合、接触表面２３は、中 心線２７の回りを回転可能となる。さらに、かかる４つのアクチュエータ１３を 全て同じ方向に駆動した場合には、接触表面２３は、スポーク１９及び薄膜１５ の弾性力のある変形の下で、支持方向に平行な所定の距離に亘り変位可能となる 。 なお、第１図は本発明による変位装置の概略的説明をしているに過ぎないもの であり、これは単一の変位方向Ｘに平行な方向に第１の部材１を変位させ、当該 変位方向Ｘに垂直な支持方向Ｚに平行な方向において第１の部材１を支持するの に論理上最低限必要な３つの変位ユニット５が設けられただけのものである。以 下においてさらに明らかとされるが、本発明による変位装置として、２以上の変 位方向においてこの第１の部材を変位させる、上述の数とは異なる数の変位ユニ ットを設けるようにしても良い。但し、この変位装置の動作は、以下において第 １図の概略的な例に基づいて説明される。 第１の部材は、第１図にはその詳細が示されていないがそれ自体使用され知ら れているプレテンショニング手段（例えば、第１の部材１に設けられる過小圧力 チャンバー又は電気磁気的プレテンショニング部材若しくは弾性的に変形可能な プレテンショニング部材を有する）によって、支持方向Ｚに平行な方向な方向に 第２の部材３に対してプレテンションが施されている。第１図が示すように、こ の変位ユニット５のアクチュエータ１３は、変位装置の電子的制御部２９によっ て制御される。アクチュエータ１３は、常に３つの球面状接触体表面２３のうち の少なくとも２つが第２の部材３の直線状ガイド３１に対して押し付けられるよ うに、制御部２９により制御されるのである。こうすることにより、第１の部材 １は、上記プレテンショニング手段のプレテンショニング作用力に抗して第２の 部材３に対して支持方向Ｚに平行な方向に３つの接触表面２３のうちの少なくと も２つにより支持されるのである。第１図がさらに示すように、この変位装置は 、位置センサシステムを有しており、このシステムは、少なくとも第１の光学位 置センサ３３及び第２の光学位置センサ３５を有する。位置センサ３３及び３５ は、第２の部材３に属するフレーム３７に固定されており、２つの異なる位置に おいて支持方向Ｚに平行な方向における第２の部材３に対する第１の部材１の位 置を測定する。したがって、支持方向Ｚに平行な方向における第２の部材３に対 する第１の部材１の平均的位置と、変位方向Ｘに垂直でかつ支持方向Ｚに垂直な 回転軸３９を中心とした第１の部材１の回転角φは、かかる２つの位置センサ３ ３及び３５により測定することができる。制御部２９と、位置センサ３３及び３ ５と、アクチュエータ１３は、フィードバック制御の一部を形成し、これにより 支持方向Ｚに平行な方向における接触体７の変位が制御可能となる。この支持方 向Ｚに平行な方向における接触体７の変位は、第１の部材１が接触体７により支 持方向Ｚに平行な方向において第２の部材３に対して所望の位置に保持されるよ う、また、第１の部材１の回転角φが所望の値となるように、前記フィードバッ ク制御により制御されるのである。故に、この接触体７は、支持機能を持つだけ でなく、 軸受け機能も持つものであり、すなわち、第１の部材１を付加的に変位方向Ｘに 垂直な方向における第２の部材３に対しての正確に定められた位置に保持する機 能を有するのである。 以上述べたように、接触体７は、アクチュエータ１３の駆動により支持方向Ｚ に平行な方向において同じ方向に変位可能となって軸受け機能を提供するだけで はなく、逆方向におけるアクチュエータ１３の駆動により球面状接触表面２３の 中心線２５及び２７を中心とした所定の角度範囲における回転も可能となってい る。注記するに、第１図に示されるような本発明による変位装置の概要例におけ る接触体７は、変位方向Ｘと支持方向Ｚとに垂直に延びる中心線２５を専ら中心 にして回転されるものである。第２の部材３に対し押し付けられる接触体７が、 等角速度をもって中心線２５の回りを回転させられた場合、球面状の接触表面２ ３と第２の部材３のガイド３１との間に単一の回転運動が生じる。ここで第１の 部材１と第２の部材３との間には、十分なプレテンショニング力があるのである 。この回転動作の結果として、第１の部材１は、接触表面２３とガイド３１との 間に呈している摩擦力の作用により、変位方向Ｘに平行な方向において第２の部 材３に対し変位される。接触体７は中心線２５に関して回転されるので、接触体 ７は、その回転の結果として支持方向Ｚに平行な方向に変位することはない。し たがって、それぞれ支持方向Ｚに平行な接触体７の変位と中心線２５回りの接触 体７の回転とにより、接触体７の軸受け支持機能と変位機能とが互いに独立して 達成される。 変位方向Ｘに垂直な方向において第１の部材１を支持するには少なくとも２つ の球面状接触表面２３が必要であり、接触体７は限定された角度にしか回転でき ないので、ある１つの方向において第１の部材１を途切れることなく変位させる には第３の接触体７が必要である。変位ユニット５のアクチュエータ１３は、そ れぞれ、制御部２９により段階的な移動を行うように制御される。段階的移動時 においては、接触体７が開始位置から終了位置まで、ある限られた角度に亘り回 転させられる。その後、接触体７は、第２の部材３から引き離され、その終了位 置から開始位置へと戻るよう回転され、そして再び第２の部材３に押し付けられ ることにより、段階的移動が繰返されるのである。かかる３つの接触体７の段階 的移動においては常に１２０°の位相角があるが、各接触体７の戻りの回転は比 較的短い期間内になされる。こうすることにより、第２の部材３を支持するため に３つの接触体７のうちの少なくとも２つがどんなときも第２の部材３と接触す る状態を保つこととなる。 上述したような接触体７は、軸受け支持と変位との組合せ機能を有するので、 第１の部材１に対する第２の部材３の支持及び変位に必要な部品点数の抑制を維 持する。薄層化された圧電アクチュエータ１３及びフィードバック制御を用いる ことによって、支持方向Ｚに平行な方向における特に正確な軸受け支持がなされ るとともに、これに加え変位方向Ｘに平行な方向における第１の部材の特に正確 な変位を達成することができる。なお、この目的のために、例えば、変位方向Ｘ に平行な方向における第２の部材３に対する第１の部材１の変位を測定するセン サを有する他のフィードバック制御を本変位装置に設けるようにしても良い。変 位ユニット５における薄膜１５とスポーク１９を使用することによって、当該薄 層化圧電アクチュエータ１３が支持方向Ｚに垂直な方向において機械的な負荷が 掛けられないとともに、接触体７が支持方向Ｚに平行な方向における必要な上記 段階的移動及び変位を行うのに十分な移動をなす能力を持つ、という状況をもた らしている。 接触体７の各々が個別（独立）の変位ユニット５に割当てられ、これら変位ユ ニット５の各々に、接触体７の上記段階的移動及び支持方向Ｚに平行な方向にお ける接触体７の変位のための４つのリニアアクチュエータ１３を有する独立した アクチュエータシステムが設けられていることに起因して、本変位装置の基本構 成は有利なものとなっている。以下においてさらに明らかになるが、この変位装 置の設計段階で決まるような接触体の必要数は、当該変位装置において簡単かつ 効率的な手法によって現実化することができる。さらに注記すると、上述した構 成に代えて、互いに３角形を形作る３つのリニアアクチュエータによって、中心 線２５及び２７に関する接触体７の回転能力を決めるようにしても良い。但し、 上に述べたように、４つのアクチュエータ１３が使われる場合には極めて簡単な 当該アクチュエータ１３の制御によって接触体７の必要な動きを得ることができ る。 以上説明したように、第１図に示されるような本発明による変位装置の概要例 における接触体７は、変位方向Ｘに垂直な方向の各中心線２５についてのみ回転 させられる。第４図は、前述した変位ユニット５に代わる、第１図に示される変 位装置に用いるのに好適な第２実施例の変位ユニット４１を示している。第２図 及び第４図においては、かかる変位ユニット５及び４１における同等の部材には 、同一の参照番号が付与されている。変位ユニット４１は、上述した変位ユニッ ト５とは主に次の点で異なっている。すなわち、この変位ユニット４１には、仮 想的円筒体の表面部分を有する接触表面４５を持った接触体４３が設けられてい る点である。かかる円筒形接触表面４５は、薄膜１５の平面内にあってかつ変位 方向Ｘに垂直に延びた中心線４７を有する。リニアアクチュエータ１３'及び１ ３"は、中心線４７の一方の側に位置付けられ、リニアアクチュエータ１３'''及 び１３''''は、中心線４７の他方の側に位置付けられる。変位ユニット４１にお けるリニアアクチュエータ１３'及び１３"は、常に先述と同様の形態で駆動され 、アクチュエータ１３'''及び１３''''も、常に先述と同様の形態で駆動される 。アクチュエータ１３'及び１３"の組とアクチュエータ１３'''及び１３''''の 組とが互いに反対の方向に駆動された場合には円筒状接触体４３は中心線４７に つき回転するが、同じ方向に４つのアクチュエータ１３が全て駆動されると接触 体４３は支持方向Ｚに平行な方向に移動する。また、第１図の変位装置における 変位ユニット４１の使用によって、ある１つの方向に第１の部材１を途切れなく 変位させるために、少なくとも３つの変位ユニット４１を必要となる。この３つ の変位ユニット４１は、上記変位ユニット５につき上述したのと同じ形態で制御 部２９により制御され、変位ユニット４１は、相互の位相角１２０°をもって中 心線４７を基準とした段階的回転移動をなすとともに、円筒状接触表面４５と第 ２の部材３のガイド３１との間で単純な回転動作が行われる。ここで第１の部材 １と第２の部材３との間には、十分なプレテンショニング力が存在するものであ る。なお、中心線４７に関する接触体４３の回転移動は、４つのリニアアクチュ エータ１３に代えて２つのリニアアクチュエータだけを用いるような形態でも得 ることができる。この形態の場合、かかる２つのリニアアクチュエータは、例え ば中心線４７のどちらの側にも配される。中心線４７に関しての接触体４３の回 転自由（フリーダ ム）は、矩形薄膜が環状薄膜１５に代わって用いられ、各円筒状接触表面４５の 中心線４７が、当該矩形薄膜の長辺に平行な方向において矩形薄膜により定めら れる仮想平面内に配されるような形態によっても達成される。 第５図及び第６図は、第１図に示される変位装置に用いて好適な第３の実施例 の変位ユニット４９を示している。この変位ユニット４９は、上述した変位ユニ ット４１の如く、ある１つの方向に平行な第１の部材１の変位に好適なものであ る。変位ユニット４９は、互いに４角形に配された４つの接触表面５１を有する 。この接触表面５１は、それぞれ、個別（独立）のリニア型薄層化圧電アクチュ エータ５３によって支持方向Ｚに平行な方向に変位可能である。接触表面５１' 及び５１"のアクチュエータ５３'及び５３"は、変位方向Ｘと交差する第１のブ リッジ５５に結合されるとともに、接触表面５１'''及び５１''''のアクチュエ ータ５３'''及び５３''''は、これも変位方向Ｘと交差する第２のブリッジ５７ に結合される。第１のブリッジ５５及び第２のブリッジ５７は、変位方向Ｘに平 行な距離をもって互いに離され、第３のブリッジ５９により相互接続される。こ の第３のブリッジにより、変位ユニット４９は、第１図に示される変位装置の第 １の部材１に結合することができる。第３のブリッジ５９は、変位方向Ｘに平行 に延びており、支持方向Ｚに平行に延びる第１の弾性ヒンジ６１により第１のブ リッジ５５と結合され、これも支持方向Ｚに平行に延びる第２の弾性ヒンジ６３ により第２のブリッジ５７と結合される。弾性ヒンジ６１及び６３を用いること により、第１のブリッジ５５と第２のブリッジ５７は、第３のブリッジ５９に対 して限られた角度内の回転が可能となる。第１のブリッジ５５と第２のブリッジ ５７とはさらに、プレート状の圧電性曲げ（撓み）アクチュエータ６５によって 互いに接続される。このアクチュエータは、変位方向Ｘ及び支持方向Ｚに平行に 延びるものであり、支持方向Ｚに平行にかつヒンジ６１及び６３に平行に延びる 曲げ軸６７を中心に曲がることが可能である。第６図に示されるように、曲げア クチュエータ６５は、変位方向Ｘを横断して延びるブレードばね６９'及び６９" によって第１のブリッジ５５と結合されるとともに、これも変位方向Ｘを横断し て延びるブレードばね７１'及び７１"によって第２のブリッジ５７と結合される 。 以下、この変位ユニット４９の動作を、第７Ａ図、第７Ｂ図及び第７Ｃ図を参 照して説明する。第７Ａ図は、曲げアクチュエータ６５が駆動されていない場合 の変位ユニット４９を概略的に示している。このような変位ユニット４９の中立 位置においては、第１のブリッジ５５と第２のブリッジ５７は、変位方向Ｘに垂 直に延びている。第７Ａ図に示される中立位置から始めると、対角線的に対向す る接触表面５１"及び５１'''が第２の部材３から離れ、これにより変位ユニット ４９は、対角線的に対向する接触表面５１'及び５１''''だけで第２の部材３と 接触することになる。そして、曲げアクチュエータ６５は、第１の方向の駆動に よりその曲げ軸６７を基準にして曲がる。これにより、第７Ｂ図に示される第１ の極限位置に到達するように、第１のブリッジ５５と第２のブリッジ５７は、第 ３のブリッジ５９に対し反対方向にヒンジ６１及び６３の回りを回転することに なる。接触表面５１'及び５１''''は、第２の部材３に接触しかつ第２の部材３ に対して変位せず第１の部材１と第２の部材３との間には十分なプレテンション 力があるので、第１のブリッジ５５と第２のブリッジ５７は、第２の部材３に対 し接触表面５１'及び５１''''の回りを互いに反対の方向に回転することとなる 。これにより、接触表面５１"及び５１'''は、変位方向Ｘに平行な同じ方向にお いて第２の部材３に対する変位をなす。次いで、第７Ｂ図に示される変位ユニッ ト４９の第１の極限位置において、接触表面５１"及び５１'''は第２の部材３と の接触をなし、その後に接触表面５１'及び５１''''が第２の部材３から離され る。ここで、曲げアクチュエータ６５がその曲折軸６７につき反対方向に曲げら れる。これにより、第１のブリッジ５５と第２のブリッジ５７は、第３のブリッ ジ５９に対して、第７Ｃ図に示される第２の極限位置に達するよう第７Ｂ図に示 される方向とは反対の方向においてヒンジ６１及び６３を中心に回転することと なる。ここでは、接触表面５１"及び５１'''は、第２の部材３に接触したままで あり第２の部材３に対して変位していないので、第１のブリッジ５５及び第２の ブリッジ５７は、接触表面５１"及び５１'''を中心に、第２の部材３に対し第７ Ｂに示される方向とは逆の方向に回転する。これにより、接触表面５１'及び５ １''''は、第２の部材３に対し、第７Ｂ図における接触表面５１"及び５１'''の 変位方向に一致する方向において、変位方向Ｘに平行に変位することとなる。こ こで、接触表面５１'及び５１''''は、再度第２の部材３に接触し、接触表面５ １"及び５１'''は第２の部材３から離され、 曲げアクチュエータ６５は、再び第７Ｂ図に示される第１の極限状態へと撓むこ ととなる。こうして、上記中立位置を経た上で変位ユニット４９の段階的移動が 完了し、次の段階的移動が開始することとなる。第７Ａ図、第７Ｂ図及び第７Ｃ 図並びにこれまでの説明から明らかなように、変位ユニット４９は、最大限の段 階的移動において第２の部材３に対して変位方向Ｘに平行な、ある限定された距 離だけ変位することとなる。 上述したような形態により、変位ユニット４９の第１のブリッジ５５と第２の ブリッジ５７が第３のブリッジ５９に対して回転する場合、対角線的に対向する 接触表面５１'と５１''''との間の距離と、対角線的に対向する接触表面５１"と ５１'''との間の距離とは同じままである。変位ユニット４９の運動学的特性は 、第８図及び第９図に示される第４の実施例の変位ユニット７３に利用される。 かかるユニット７３も、第１図に示される変位装置に用いて好適なものである。 上述した変位ユニット４９におけるものと一致する第８図及び第９図における変 位ユニット７３の構成部には、同一の参照数字が付与されている。変位ユニット ７３は、上記変位ユニット４９の如く、ある１つの方向に平行な第１の部材１の 変位にのみ好適なものである。変位ユニット７３における第１のブリッジ５５と 第２のブリッジ５７とは、第３のブリッジ７５及び第４のブリッジ７７により相 互接続される。第３のブリッジ７５は、対角線的に対向するアクチュエータ５３ 'と５３''''を相互接続し、第４のブリッジ７７は、対角線的に対向するアクチ ュエータ５３"と５３'''を相互接続する。第３のブリッジ７５は、支持方向Ｚに 平行に延びる共通のヒンジ軸８１を有する２つの弾性ヒンジ７９及び７９'によ って、アクチュエータ５３'と結合され、支持方向Ｚに平行に延びる共通のヒン ジ軸８５を有する２つの弾性ヒンジ８３及び８３'によって、アクチュエータ５ ３''''と結合される。第４のブリッジ７７は、支持方向Ｚに平行に延びる共通の ヒンジ軸８９を有する２つの弾性ヒンジ８７及び８７'によって、アクチュエー タ５３"と結合され、支持方向Ｚに平行に延びる共通のヒンジ軸９３を有する２ つの弾性ヒンジ９１及び９１'によって、アクチュエータ５３'''と結合される。 この変位ユニット７３の動作は、上述した変位ユニット４９の動作に対応する。 この互いに交差するブリッジ７５及び７７を使用することにより、変位ユニット ７３は極めて頑強 な構造を持つこととなる。なお、変位ユニット４９，７３は、段階的移動中にお いて常に、４つの接触表面５１のうちの少なくとも２つを介して第２の部材３と 接触した状態となる。これは、変位ユニット４９，７３が第１図の変位装置に用 いられる場合に途切れなく第１の部材１を変位方向Ｘに平行な方向に変位させか つ途切れなく第１の部材１に対し支持方向Ｚに平行な方向に軸受け支持をなすた めには、最小限度として２つの変位ユニット４９，７３が必要であることを意味 している。 第１０図は、本発明による変位装置が設けられたＸ−Ｙテーブルを概略的に示 している。このＸ−Ｙテーブルは、Ｘ方向に平行にかつこのＸ方向に垂直なＹ方 向に平行に延びた案内表面９７を備えたベース９５を有する。Ｘ−Ｙテーブルは また、変位させるべき物体のための支持表面１０１を備えた物体テーブル９９を 有する。この物体テーブル９９は、第１０図には図示されていないがそれ自体通 例のものであり知られているプレテンショニング手段によって、案内表面９７に 垂直な支持方向Ｚにおいてベース９５に対しプレテンションが掛けられる。この Ｘ−Ｙテーブルに用いられる本発明による変位装置は、それぞれ上述しかつ第２ 図において示した４つの変位ユニット５の４つのグループ１０３を有する。変位 ユニット５の球面状接触体７は、ベース９５の案内表面９７と共働動作する。個 々の変位ユニット５は、第１０図においてのみそれぞれ○により概略的に示され ており、これは簡明とするために変位ユニット５の球面状接触表面２３を象徴的 に描いたものである。第１０図が示すように、４つのグループ１０３は、物体テ ーブル９９の四隅１０５に近接して互いに四角状に配され、１つのグループ１０ ３内の４つの変位ユニット５は、互いに四角形状に配される。かかる１６個の変 位ユニット５は、Ｘ−Ｙテーブルの制御部１０７により制御される。このＸ−Ｙ テーブルに用いられる本発明による変位装置は、さらに３つの光位置センサ１０ ９を有しており、これがベース９５に対して固定位置に配される。この位置セン サ１０９は、支持方向Ｚに平行な方向におけるベース９５に対しての物体テーブ ル９９が占める位置を測定するとともに、Ｘ方向に平行に向いた物体テーブル９ ９の主軸１１１を中心とした物体テーブル９９の揺動角φと、Ｙ方向に平行に向 いた支持表面１０１の主軸１１３を中心とした物体テーブル９９の揺動角θと を測定する。制御部１０７は、フィードバック制御を行い、これにより物体テー ブル９９がベース９５に対して支持方向Ｚに平行な方向における所望の位置に保 持され、また、これを望んでいる場合には物体テーブル９９がＸ方向及びＹ方向 に平行な方向における位置に保持されることになる。したがって支持方向Ｚに平 行な方向におけるベース９５に対する物体テーブル９９の精確な軸受け支持は、 変位ユニット５によってなされる。４つの変位ユニット５による４つのグループ １０３を使用することにより、各グループにつき軸受け支持が非常に堅く安定し たものとなる。 先述したように、このＸ−Ｙテーブルに用いられる変位ユニット５は、それぞ れ球面状接触表面２３を有し、これが相互に直交する球面状接触表面２３（第２ 図参照）の２つの中心線２５及び２７を中心として段階的に回転可能となってい る。よって各変位ユニット５は、Ｘ方向に平行な方向とＹ方向に平行な方向とに おいてベース９５の案内表面９７に亘り物体テーブル９９の変位を発生するのに 好適であり、これらは正にこの目的のために使用されるのである。したがってＸ −Ｙテーブルに用いられる本発明による変位装置の変位ユニット５の各々は、最 適な活用がなされているのである。 なお、本Ｘ−Ｙテーブルに、Ｘ方向に平行なベース９５に対する物体テーブル ９９の相対変位を測定する他の位置センサを設け、さらに、Ｙ方向に平行なベー ス９５に対する物体テーブル９９の相対変位と、支持方向Ｚに平行に向いた支持 表面１０１の主軸１１５を中心とした物体テーブル９９の回転とを測定する２つ の位置センサを設けるようにしても良い。これら位置センサを使用した場合にお いて、例えば、制御部１０７は、物体テーブル９９が所望のＸ方向及びＹ方向に 正確に変位可能となり、主軸１１５を中心とした対物テーブル９９の所望回転角 が正確に調整可能となるフィードバック制御をさらに実行する。支持方向Ｚに平 行に延びる主軸１１５を中心としたこのような回転角は、変位ユニット５の適正 な制御によっても達成することができる。 さらに注記するに、本Ｘ−Ｙテーブルに、上記以外の数の変位ユニット５を設 けても良いし、上記とは異なるタイプの変位ユニットを設けても良い。このＸ− Ｙテーブルに、球面状接触体７が設けられた変位ユニット５が用いられた場合に は、理論的に、単一方向において物体テーブル９９を途切れなく変位させこの方 向に垂直な方向において物体テーブル９９を軸受け支持するために、少なくとも ３つの変位ユニット５が必要となる。しかしながら、変位ユニット５は、Ｘ方向 に平行な変位とＹ方向に平行な変位との双方に用いられうるので、物体テーブル ９９が常に少なくとも３つの接触体７により支持されつつ、Ｘ方向又はＹ方向に 平行な方向において物体テーブル９９を途切れなく変位させ、Ｘ方向及びＹ方向 に垂直な方向において物体テーブル９９を軸受け支持するためには最低限４つの 変位ユニット５が理論的に必要である。上述したような円筒形接触体４３を備え る変位ユニット４１が用いられる場合であって物体テーブル９９が少なくとも３ つの接触体４３により常に支持される場合において、Ｘ方向に平行な物体テーブ ル９９の変位を生じさせるには、少なくとも３つの変位ユニット４１を使用する べきであり、Ｙ方向に平行な物体テーブル９９の変位を発生するには、少なくと も３つの他の変位ユニット４１を使用するべきである。上述したような４つの接 触表面５１を備える変位ユニット４９が用いられる場合であって物体テーブル９ ９が全部の変位ユニット４９により常に支持される場合において、Ｘ方向に平行 な物体テーブル９９の変位を生じさせるには、少なくとも２つの変位ユニット４ ９を使用するべきであり、Ｙ方向に平行な物体テーブル９９の変位を発生するに は、少なくとも２つの他の変位ユニット４９を使用するべきである。 最後に、第１１図及び第１２図は、これも本発明による変位装置が設けられた スピンドル装置を概略的に示している。このスピンドル装置は、静止した軸受け ブッシュ１１７を有しており、このブッシュは、中央主軸１１９を持ち図示せぬ スピンドル装置のベースに結合されている。このスピンドル装置はまた、円筒形 案内部１２３の円周に沿って設けられたシャフト１２１を有している。このスピ ンドル装置に用いられる本発明による変位装置は、シャフト１２１の案内部１２ ３との共働動作をなすべく軸受けブッシュ１１７の第１の端部１２７に近接して 当該ブッシュ１１７に結合されるそれぞれ４つの変位ユニット５からなる４つの グループ１２５と、シャフト１２１の案内部１２３との共働動作をなすべく軸受 けブッシュ１１７の第２の端部１３１に近接して当該ブッシュ１１７に結合され るそれぞれ４つの変位ユニット５からなる４つのグループ１２９とを有する。変 位ユニット５は、第２図に示されるタイプのものであり、それぞれシャフト１２ １の案内部１２３と共働動作するための球面状接触表面２３を有する。個々の変 位ユニット５は、第１１図及び第１２図においてのみそれぞれ○により概略的に 示されており、これは簡明とするために変位ユニット５の球面状接触表面２３を 象徴的に表したものである。第１２図は、軸受けブッシュ１１７の第１の端部１ ２７近傍における当該スピンドル装置の断面図である。第１２図から明らかなよ うな、かかる４つのグループ１２５は、シャフト１２１の回りの円周方向におい て見られるように、互いに等間隔に位置付けられる。これと同様の形態で、第２ の端部１３１に近傍の他の４つのグループ１２９が円周方向に位置付けされる。 第１１図に見られるように、各グループ１２５，１２９の４つの変位ユニット５ は、互いに四角状の配列形態に位置づけされる。グループ１２５，１２９の変位 ユニット５は、スピンドル装置の制御部１３３により制御される。このスピンド ル装置に用いられる本発明による変位装置はさらに、軸受けブッシュ１１７の第 １の端部１２７に近い当該ブッシュ１１７に結合される３つの光位置センサ１３ ５と、軸受けブッシュ１１７の第２の端部１３１に近い当該軸受けブッシュ１１ ７に結合される３つの他の光学位置センサ１３７とを有する。かかる位置センサ １３５及び１３７は、簡明とするために第１１図には示されていないが、位置セ ンサ１３５だけは第１２図に示されている。位置センサ１３７は、第２の端部１ ３１の近くに同様の形態で設けられる。位置センサ１３５及び１３７は、Ｒ₁軸 に平行な方向における軸受けブッシュ１１７に対するシャフト１２１が占める位 置（かかるＲ₁軸は、主軸１１９に垂直でかつ、この主軸１１９とＲ₁軸とに垂直 なＲ₂軸に平行である）とともに、Ｒ₂軸を中心としたシャフト１２１の揺動角φ や、Ｒ₂軸を中心としたシャフト１２１の揺動角θを測定する。制御部１３３は 、フィードバック制御を行い、これにより、シャフト１２１をＲ₁軸に平行かつ とＲ₂軸に平行な方向における軸受けブッシュ１１７に対する所望の位置に保持 し、適宜シャフト１２１を主軸１１９に平行な方向における所定の位置に維持す ることとなる。したがって、軸受けブッシュ１１７に対してのシャフト１２１の 正確な軸受け支持は、変位ユニット５により提供されるのである。それぞれ４つ の変位ユニット５からなる４つのグループ１２５と、それぞれ４つの変位ユ ニット５からなる４つのグループ１２９とを使用することによって、当該軸受け が非常に堅く安定したものとなる。なお、この変位ユニット５は、主軸１１９に 垂直な方向における軸受け支持機能だけでなく、前記方向におけるプレテンショ ニング機能を有するものである。したがって、説明したスピンドル装置において は前記方向において必要な他のプレテンショニング手段はないのである。 上述したように、スピンドル装置に用いられる変位ユニット５は、それぞれ球 面状接触表面２３を有しており、これが球面状接触表面２３の互いに直交する２ つの中心線２５及び２７を中心にして段階的に回転可能となっている（第２図参 照）。したがって、各変位ユニット５は、主軸１１９に平行なシャフト１２１の 変位と、主軸１１９を中心にしたシャフト１２１の回転とを発生させるのに好適 であり、正にこの目的のために使用されている。このスピンドル装置に用いられ る本発明による変位装置の各変位ユニット５は、この形態において最適条件で利 用される。 このスピンドル装置は、例えば、加工品を機械で造る工作機械、特に当該加工 品を結合するためのチャックがスピンドル装置のシャフト１２１の端部に設けら れた機械に使用することができる。このスピンドル装置には、主軸１１９に平行 に向いた軸受けブッシュ１１７に対してのシャフト１２１の変位を測定する付加 的位置センサをさらに設けても良い。この付加的位置センサが用いられる場合に は、制御部１３３には例えば別のフィードバック制御が設けられ、これによりシ ャフト１２１を主軸１１９に平行な方向における所望の位置に正しく変位させる ことができる。 さらに注記すると、本スピンドル装置には上記とは異なる数の変位ユニット５ 又は上記とは異なるタイプの変位ユニットを設けるようにしても良い。球面状接 触体７が設けられた変位ユニット５がこのスピンドル装置に使用される場合、上 述したように、単一方向においてシャフト１２１を途切れなく変位させこの方向 に垂直な方向においてシャフト１２１を軸受け支持するには、理論上は少なくと も３つの変位ユニット５が必要となる。しかしながら、変位ユニット５は、主軸 １１９に平行なシャフト１２１の変位と主軸１１９を中心としたシャフト１２１ の回転との双方につき利用可能なので、シャフト１２１が常に少なくとも３つの 接触体７により支持されつつ、シャフト１２１を主軸１１９に平行な方向におい て途切れなく変位させ主軸１１９に垂直な方向に支持するには、少なくとも４つ の変位ユニット５が理論的に必要である。上記した如く、第１１図及び第１２図 に示されるスピンドル装置のシャフト１２１は、これに加え変位ユニット５によ って主軸１１９に垂直な方向にプレテンションが掛けられてもいる。変位ユニッ ト５のこのような３重の機能は、例えば、少なくとも４つの変位ユニット５を用 いて軸受けブッシュ１１７の両端１２７，１３１に近い円周方向において等間隔 に配されるようにして実現される。上述したように、円筒状接触体４３を有する 変位ユニット４１又は４つの接触表面５１を有する変位ユニット４９が用いられ る場合、少なくとも４つの変位ユニット４１，４９は、軸受けブッシュ１１７の 両端１２７，１３１に近接して用いられるべきである。この場合、端部１２７近 傍に配される変位ユニット４１，４９は例えば主軸１１９に平行なシャフト１２ １の変位を生じさせるとともに、端部１３１近傍に配される変位ユニット４１， ４９は例えば主軸１１９を中心としたシャフト１２１の回転を生じさせるのであ る。但し、シャフト１２１は、独立したプレテンショニング手段によって主軸１ １９に垂直な方向にプレテンションが施される場合、主軸１１９に平行な変位を 発生し主軸１１９を中心とした回転を発生するのに、それぞれ少なくとも３つの 変位ユニット４１，４９からなる２つの分離したグループを用いるべきである。 以上説明したような本発明による変位装置及びこれに用いられる変位ユニット の実施例におけるアクチュエータは、リニア型薄層化圧電アクチュエータとして 或いは圧電曲げ（撓み）アクチュエータとして構成される。なお、例えば電磁ア クチュエータのような代替型のアクチュエータを、本発明による変位装置及びこ れに用いられる変位ユニットに用いても良い。 本発明による変位装置の各実施例についての以上の説明は、その都度或る特定 の数の変位ユニットを指している。広い意味で注記すると、使用すべき変位ユニ ットの数は、特に、当該変位装置の変位可能性（能力）の数、当該軸受けに所望 される堅さ（厳格さ）及び当該変位方向における変位の乱れの許容度に依存する 筈である。変位ユニットが多く使われるのに比例して、より堅い軸受け支持が得 られるとともに、個々の接触体が常に第２の部材から離れ第２の部材に対し再度 押し付けられるという状況から生じる当該変位の乱れが極めて大きく減少する。 したがって、上述したスピンドル装置に、例えば、相当多くの数の変位ユニット を用い当該軸受けブッシュの２つの端部近傍に円周方向に互いに比較的短い距離 をおいて配列することができるとともに、かかる軸受けブッシュの２つの端部間 における複数の位置に変位ユニットを用いても良い。 最後に、本発明による変位装置は、Ｘ−Ｙテーブルやスピンドル装置だけでな く、第１の部材と第２の部材とが相対的に変位させられる別のタイプの装置に適 用しても良い。例としては、１つの方向だけに変位能力のあるベースに対し支持 されるスライダ、又はベースに支持されかつその支持方向に平行に延びる回転軸 を専ら中心として当該ベースに対して回転可能となっているテーブルが考えられ る。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 動作である。本発明による変位装置は、当該変位装置に より、Ｘ方向に平行な方向とこのＸ方向に垂直なＹ方向 に平行なベース（９５）に対し変位することのできる物 体テーブル（９９）が設けられたＸ−Ｙテーブルに用い られる。本発明による変位装置はまた、シャフト（１２ １）が設けられたスピンドル装置にも用いられる。この シャフト（１２１）は、この変位装置によって、軸受け ブッシュ（１１７）において回転可能でかつ軸受けブッ シュ（１１７）に対し軸方向に変位可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも２つの接触体を有する第１の部材が設けられ、前記接触体が第２ の部材に対して押し付けられアクチュエータにより前記第１の部材に対して段階 的に移動されて、当該接触体と前記第２の部材との間に存在する摩擦力の作用に より変位方向において前記第１及び第２の部材が相対変位可能となる変位装置に おいて、 前記第１及び第２の部材が前記変位方向に垂直な方向に相互にプレテンション が掛けれられるとともに、前記接触体が前記変位方向に垂直な方向に前記第１の 部材に対して変位可能であり、前記第１及び第２の部材の前記変位方向に垂直な 方向における相対位置がフィードバック制御の一部を担うセンサにより測定可能 であり、このセンサによって前記変位方向に垂直な方向における前記接触体の変 位が制御可能である、ことを特徴とする変位装置。 ２．請求項１に記載の変位装置において、前記接触体は、それぞれ、当該接触体 の段階的移動と前記変位方向に垂直な当該接触体の変位とをなすよう独立のアク チュエータシステムが設けられた独立の変位ユニットの一部を担うことを特徴と する変位装置。 ３．請求項２に記載の変位装置において、前記変位装置は、少なくとも３つの変 位ユニットが設けられるとともに、前記接触体の各々は、仮想円筒体の表面の少 なくとも一部を有する接触表面が設けられ、前記変位ユニットの各々は、前記変 位方向に垂直な方向において駆動されうる少なくとも２つのリニアアクチュエー タを有することを特徴とする変位装置。 ４．請求項３に記載の変位装置において、前記接触体の各々は、対応する変位ユ ニットに、前記円筒体の中心線を通る仮想平面として前記変位方向に平行に延び る薄膜によって結合されていることを特徴とする変位装置。 ５．請求項２に記載の変位装置において、前記変位装置は、少なくとも３つの変 位ユニットが設けられるとともに、前記接触体の各々は、仮想球体の表面の少な くとも一部を有する接触表面が設けられ、前記変位ユニットの各々は、前記変位 方向に垂直な方向に駆動されうる少なくとも３つのリニアアクチュエータを有す ることを特徴とする変位装置。 ６．請求項５に記載の変位装置において、前記接触体の各々は、対応する変位ユ ニットに、前記変位方向に平行に延びる環状薄膜によって結合され、前記薄膜の 中心は前記球体の中心と略一致していることを特徴とする変位装置。 ７．請求項５又は６に記載の変位装置において、前記変位ユニットの各々は、前 記変位方向に垂直な方向に駆動されうるとともに互いに四角状に位置付けされた ４つのリニアアクチュエータが設けられていることを特徴とする変位装置。 ８．請求項２に記載の変位装置において、 前記変位装置は、第１のブリッジにより相互接続された接触表面の第１の対と 、第２のブリッジにより相互接続された接触表面の第２の対とがそれぞれ設けら れた少なくとも２つの変位ユニットが設けられ、 前記第１及び第２のブリッジは、前記変位方向に平行な方向において相互に間 隔をおいて位置付けられるとともに、前記変位方向に垂直に延びる曲げ軸を基準 にして曲がることの可能な曲げアクチュエータによってかつ前記曲げ軸に平行に 延びる２つの弾性ヒンジにより前記第１及び第２のヒンジと接続される第３のヒ ンジによって相互接続され、 前記変位ユニットの各々の前記接触表面は、四辺形状の配列に相互に位置付け られ、前記曲げ軸に平行に延びる独立のリニアアクチュエータによって前記曲げ 軸に平行にそれぞれ変位可能であることを特徴とする変位装置。 ９．請求項８に記載の変位装置において、互いに対角線的に位置付けられる各変 位ユニットの前記接触表面は、２つのブリッジにより相互接続され、これらブリ ッジの各々は、互いに対角線的に位置付けられる当該接触表面に、前記曲げ軸に 平行に延びる２つの弾性ヒンジによって接続されることを特徴とする変位装置。 １０．請求項３、４、５、６、７、８又は９に記載の変位装置において、前記リ ニアアクチュエータは、薄層化された圧電性アクチュエータであることを特徴と する変位装置。 １１．請求項８又は９に記載の変位装置において、前記曲げアクチュエータは、 圧電性曲げアクチュエータであることを特徴とする変位装置。 １２．請求項２ないし１１のうちいずれか１つに記載の変位装置において、 前記第２の部材は、案内表面を有し、 前記第１の部材は、前記案内表面に垂直な方向において前記第２の部材に対し てプレテンションが施されかつ第１の変位方向とこの第１の変位方向に垂直な第 ２の変位方向とに平行な前記案内表面に沿って前記第１の部材の前記接触体の前 記案内表面との共働作用により変位することの可能な物体テーブルを有し、 前記第１の部材は、前記変位方向の各々につき少なくとも３つ変位ユニットを 有する、 ことを特徴とする変位装置。 １３．請求項５、６又は７記載の変位装置において、 前記第２の部材は、案内表面を有し、 前記第１の部材は、前記案内表面に垂直な方向において前記第２の部材に対し てプレテンションが施されかつ第１の変位方向とこの第１の変位方向に垂直な第 ２の変位方向とに平行な前記案内表面に沿って前記第１の部材の前記接触体の前 記案内表面との共働作用により変位することの可能な物体テーブルを有し、 前記第１の部材は、それぞれ４つの変位ユニットの４つのグループを有し、 これらグループは、四辺形状の配列に互いに位置付けられ、 １のグループにおける前記変位ユニットは、互いに４角形状に配されている、 ことを特徴とする変位装置。 １４．請求項２ないし１１のうちいずれか１つに記載の変位装置において、 前記第１の部材は、軸受けブッシュを有し、 前記第２の部材は、円筒形状案内部が設けられかつ前記軸受けブッシュにおい て軸方向に前記第１の部材の前記接触体の前記円筒形状案内部との共働作用によ り回転及び変位可能なシャフトを有し、 前記第１の部材は、前記第２の部材の回転に対して少なくとも３つの変位ユニ ットを有するとともに前記第２の部材の軸方向の変位に対して他に少なくとも３ つの変位ユニットを有する、 ことを特徴とする変位装置。 １５．請求項５、６又は７に記載の変位装置において、 前記第１の部材は、軸受けブッシュを有し、 前記第２の部材は、円筒形状案内部が設けられかつ前記軸受けブッシュにおい て軸方向に前記第１の部材の前記接触体の前記円筒形状案内部との共働作用によ り回転及び変位可能なシャフトを有し、 前記第１の部材は、前記軸受けブッシュの一端近傍におけるそれぞれ４つの変 位ユニットの４つのグループと前記軸受けブッシュの他端近傍におけるそれぞれ ４つの変位ユニットの４つのグループとを有し、 前記グループは、前記軸受けブッシュの回りに円周方向において等間隔な配置 がなされており、 １のグループにおける変位ユニットは、互いに四角形状の配列に位置付けられ る、 ことを特徴とする変位装置。 １６．請求項２ないし１１のうちいずれか１つに記載の変位装置への使用に適し た変位ユニット。