JP3500592B2 - 直進補正手段付きレバー変位拡大機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光学ステージの
位置決め装置や微小流量制御弁（マスフロコントロー
ラ）等に利用される直進補正手段付きレバー変位拡大機
構に関するもので、特に、設計上変位拡大機構の収納部
を大きくとれず、しかも、所定の変位拡大率を得なけれ
ばならない装置、又は、直進性即ち該機構の出力変位部
が真っ直に移動することが要求される装置、に用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の微小流量制御弁では、圧電素子を
多数重ね合せることによってミクロン単位の変位を発生
させている。この多数重ねられた圧電素子は、小さなス
ペース、例えば、２０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ、のス
ペースに収納されている。ところが、この圧電素子は高
価なので、この方法は経済上問題がある。そこで、一個
の圧電素子を用いたレバー変位拡大機構を用いることが
考えられる（特開平４−２１８９８１号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例では、
次の様な問題がある。 （１）この変位拡大機構は設計上、前述のような小さな
スペースに収納しなければならないが、このスペースに
収納できる大きさにすると、レバー比等の関係で所望の
拡大率を得ることができない。そこで、レバー比を大き
くすることが考えられるが、このレバー比を大きくする
と、形状が大きくなり、装置全体が大型化するととも
に、出力端までの変位量、発生力の伝達効率が低くな
る。

【０００４】（２）ボルトにより圧電素子を直接押圧す
ることにより予圧付加をかけているので、該圧電素子が
破損することがある。 （３）レバー変位拡大機構のレバーが左右対称に設けら
れていないので、変位に回転成分が加わる。そのため、
拡大された圧電素子の変位量がそのままの大きさで伝達
されない。

【０００５】（４）力点、支点、作用点が同一直線上に
位置していないので、変位方向が回転成分を含む様にな
る。そのため、該機構の出力変位部が曲がりながら移動
するので、直進性を維持するのが困難となるとともに、
変位量発生力の伝達効率も低下する。

【０００６】この発明は上記事情に鑑み、出力変位部の
直進性を確保することである。又、他の目的は、装置の
小型化を図るとともに、大きな変位拡大率を得ることで
ある。更に他の目的はアクチュエータ素子の破損を防止
するとともに、簡単に予圧力の調整ができるようにする
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の直進補正手段
付きレバー変位拡大機構は、アクチュエータ素子の変位
方向の両端を挟持する固定部と可動部と、該固定部の両
側に連設され、かつ、先端部が境界溝を介して該可動部
と対向する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端とレバ
ーとを連結する左右対称の支点ヒンジと、該可動部の先
端と該レバーとを連結する左右対称の力点ヒンジと、該
レバーと出力変位部とを連結する左右対称の作用点ヒン
ジと、を備えたレバー変位拡大機構であって；前記レバ
ーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力変位部の
中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしながら移動
させる直進補正手段、を備えているものである。

【０００８】 この発明の直進補正手段付きレバー変位
拡大機構は、アクチュエータ素子の変位方向の両端を挟
持する上側固定部と押し板と、該押し板と第１レバーと
を連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該第１レバー
と下側固定部とを連結する左右対称の第１支点ヒンジ
と、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介して連
結され、かつ、その先端部が境界溝を介して該上側固定
部と対向する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端と第
２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
上側固定部の先端と該第２レバーとを連結する左右対称
の第２支点ヒンジと、該第２レバーと出力変位部とを連
結する左右対称の第２作用点ヒンジと、を備えたレバー
変位拡大機構であって；前記レバーのヒンジに変位方向
補正力を与え、前記出力変位部の中心軸を常に対称軸上
に位置させるようにしながら移動させる直進補正手段、
を備えているものである。

【０００９】 この発明の直進補正手段付きレバー変位
拡大機構は、アクチュエータ素子の変位方向の両端を挟
持する固定部と押し板と、該押し板と第１レバーとを連
結する左右対称の第１力点ヒンジと、該固定部の側柱の
先端と該第１レバーとを連結する左右対称の第１支点ヒ
ンジと、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介し
て連結され、かつ、境界溝を介して該側柱と対向する左
右対称の連結柱と、該固定部と該第２レバーとを連結す
る左右対称の第２支点ヒンジと、該連結柱の先端と第２
レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該第
２レバーとコマとを連結する左右対称の第２作用点ヒン
ジと、該コマと第３レバーとを連結する左右対称の第３
力点ヒンジと、該第３レバーとブロックとを連結する左
右対称の第３支点ヒンジと、該第３レバーと出力変位部
とを連結する左右対称の第３作用点ヒンシと、を備えた
レバー変位拡大機構であって；該前記レバーのヒンジに
変位方向補正力を与え、前記出力変位部の中心軸を常に
対称軸上に位置させるようにしながら移動させる直進補
正手段、を備えているものである。

【００１０】 この発明の直進補正手段付きレバー変位
拡大機構は、アクチュエータ素子の変位方向の両端を挟
持する固定部と可動部と、該固定部の両側に連設され、
かつ、先端部が境界溝を介して該可動部と対向する左右
対称の連結柱と、該連結柱の先端とレバーとを連結する
左右対称の支点ヒンジと、該可動部の先端と該レバーと
を連結する左右対称の力点ヒンジと、該レバーと出力変
位部とを連結する左右対称の作用点ヒンジと、を備えた
レバー変位拡大機構であって；前記支点ヒンジと前記力
点ヒンジとが該連結柱の外縁寄りになる様に、該境界溝
の先端側と該外縁との間隔をその後端側と該外縁との間
隔より小さくするとともに、前記作用点ヒンジを対称軸
寄りに位置させ、前記レバーのヒンジに変位方向補正力
を与え、前記出力変位部の中心軸を常に対称軸上に位置
させるようにしながら移動させる直進補正手段、を備え
ているものである。

【００１１】 この発明の直進補正手段付きレバー変位
拡大機構は、アクチュエータ素子の変位方向の両端を挟
持する上側固定部と押し板と、該押し板と第１レバーと
を連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該第１レバー
と下側固定部とを連結する左右対称の第１支点ヒンジ
と、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介して連
結され、かつ、その先端部が境界溝を介して該上側固定
部と対向する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端と第
２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
上側固定部の先端と該第２レバーとを連結する左右対称
の第２支点ヒンジと、該第２レバーと出力変位部とを連
結する左右対称の第２作用点ヒンジと、を備えたレバー
変位拡大機構であって；前記第１レバーの作用点、力
点、支点、が同一直線上に位置し、前記第２支点ヒンジ
と前記第２力点ヒンジとが該連結柱の外縁寄りになる様
に、該境界溝の先端側と該外縁との間隔をその後端側と
該外縁との間隔より小さくするとともに、前記第２作用
点ヒンジを対称軸寄りに位置させ、前記レバーのヒンジ
に変位方向補正力を与え、前記出力変位部の中心軸を常
に対称軸上に位置させるようにしながら移動させる直進
補正手段、を備えているものである。

【００１２】 この発明の直進補正手段付きレバー変位
拡大機構は、アクチュエータ素子の変位方向の両端を挟
持する固定部と押し板と、該押し板と第１レバーとを連
結する左右対称の第１力点ヒンジと、該固定部の側柱の
先端と該第１レバーとを連結する左右対称の第１支点ヒ
ンジと、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介し
て連結され、かつ、境界溝を介して該側柱と対向する左
右対称の連結柱と、該固定部と該第２レバーとを連結す
る左右対称の第２支点ヒンジと、該連結柱の先端と第２
レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該第
２レバーとコマとを連結する左右対称の第２作用点ヒン
ジと、該コマと第３レバーとを連結する左右対称の第３
力点ヒンジと、該第３レバーとブロックとを連結する左
右対称の第３支点ヒンジと、該第３レバーと出力変位部
とを連結する左右対称の第３作用点ヒンシと、を備えた
レバー変位拡大機構であって；前記第１レバーの作用
点、力点、支点、が同一直線上に位置し、前記第２支点
ヒンジと第２力点ヒンジとが該連結柱の外縁寄りになる
様に、該境界溝の先端側と該外縁との間隔をその後端側
と該外縁との間隔より小さくするとともに、前記第２作
用点ヒンジを対称軸寄りに位置させ、前記レバーのヒン
ジに変位方向補正力を与え、前記出力変位部の中心軸を
常に対称軸上に位置させるようにしながら移動させる直
進補正手段、を備えているものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】アクチュエータ素子の変位方向の
両端を挟持する固定部と可動部と、該固定部の両側に連
結され、かつ、先端部が境界溝を介して該可動部と対向
する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端とレバーとを
連結する左右対称の支点ヒンジと、該可動部の先端と該
レバーとを連結する左右対称の力点ヒンジと、該レバー
と出力変位部とを連結する左右対称の作用点ヒンジと、
を備えたレバー変位拡大機構において、該左右対称なレ
バーに直進補正手段を左右対称に設け、該出力変位部に
加わる力の方向を直進方向に補正する。この直正補正手
段として、例えば、ボールプランジャ、クランピングス
クリュ、などが用いられる。

【００１４】

【実施例】この発明の第１実施例を図１により説明す
る。一枚の板体、例えばステンレス製板体Ｐを放電加
工、レーザー加工等により切溝Ｈを形成し、収容部２
２、固定部２５、左右対称な第１レバー２８ａ、２８
ｂ、連結柱３２ａ、３２ｂ、第２レバー３４ａ、３４
ｂ、第３レバー４０ａ、４０ｂ、コマ５０ａ、５０ｂ、
ブロック６０、連結コマ７０ａ、７０ｂ、出力変位部３
７、を形成する。

【００１５】収容部２２には、アクチュエータ素子２１
を配設し、その下端２１ｃを下側保護板２３ｂを介して
押し板２６に圧接する。このアクチュエータ素子２１は
板体Ｐの対称軸２Ｃ方向に変位する縦置きアクチュエー
タ素子、例えば、圧電、電歪、磁歪などの素子である。

【００１６】押し板２６は左右対称に配設された第１レ
バー拡大機構Ｃの第１力点ヒンジ２７ａ、２７ｂを介し
て左右対称な第１レバー２８ａ、２８ｂに連結されてい
る。該第１レバー２８ａ、２８ｂは左右対称な作用点ヒ
ンジ３１ａ、３１ｂを介して左右対称に配設された連結
柱３２ａ、３２ｂの下端に接続されている。

【００１７】該第１レバー２８ａ、２８ｂは左右対称の
支点ヒンジ２９ａ、２９ｂを介して固定部の側柱２５
ｎ、２５ｍに接続されている。第１レバー２８ａ、２８
ｂの支点、力点、作用点は同一直線Ｌ2上で対称軸２Ｃ
に対して左右対称に位置しているので、連結柱３２ａ、
３２ｂの変位方向は対称軸２Ｃ方向となり回転の成分は
ほとんど発生しない。

【００１８】前記アクチュエータ素子２１の上端２１ｄ
には半球体２１Ｂが固定され、該半球体２１Ｂは断面Ｖ
字状の受溝２３Ｐ付き上側保護板２３ａ、くさび板２
４、くさび受板２４Ａ、を介して固定部２５に圧接され
ている。このくさび板２４は圧電素子に予圧力を与え、
該圧電素子の損傷を防止するものである。該くさび板２
４の厚みと押し込み量を調整することにより圧電素子に
適切な予圧力が与えられる。このアクチュエータ素子２
１は半球体２１Ｂと断面Ｖ字状の受溝２３Ｐ付き上側保
護板２３ａとからなるボールジョイントを介して固定部
２５に圧接されているので、該圧電素子に該圧電素子の
変位方向と異なる方向の力が加わっても該ボールジョイ
ントの作用によりその力は吸収される。そのため、圧電
素子に無理な力が加わらないので該圧電素子の破損事故
の発生を防止することができる。

【００１９】固定板２５は固定用ねじ２５ａにより固定
されており、その上端隅部には左右対称な第２支点ヒン
ジ３９ａ、３９ｂが設けられている。この第２支点ヒン
ジ３９ａ、３９ｂは左右対称に配設された第２レバー変
位拡大機構Ｄの第２レバー３４ａ、３４ｂに接続されて
いる。第２レバー３４ａ、３４ｂは左右対称に配設さ
れ、左右対称な第２作用点ヒンジ３６ａ、３６ｂを介し
て左右対称なコマ５０ａ、５０ｂに連結されている。こ
のコマ５０ａ、５０ｂは台形状に形成されている。

【００２０】第２レバー３４ａ、３４ｂは第２力点ヒン
ジ３３ａ、３３ｂを介して連結柱３２ａ、３２ｂの上端
に接続されている。この連結柱３２ａ、３２ｂは、境界
溝４２ａ、４２ｂを介して固定部２５の側柱２５ｎ、２
５ｍと対向している。この連結柱３２ａ、３２ｂは先端
に向かう程広くなり、所謂、末広がりとなっている。そ
のため、固定部２５と連結柱３２ａ、３２ｂとの境界溝
４２ａ、４２ｂは外側斜め上方に傾斜している。

【００２１】左右対称の第２レバー３４ａ、３４ｂは、
左右対称のコマ５０ａ、５０ｂを介して第３レバー４０
ａ、４０ｂに連結されている。このコマ５０ａ、５０ｂ
は台形状に形成され、その一端は左右対称の第２作用点
ヒンジ３６ａ、３６ｂを介して第２レバー３４ａ、３４
ｂに連結され、他端は左右対称の第３力点ヒンジ５７
ａ、５７ｂを介して第３レバー拡大機構Ｅの第３レバー
４０ａ、４０ｂに連結されている。

【００２２】この第３レバー拡大機構Ｅでは、力点、支
点が近接して対称軸２Ｃ側に位置し、又、作用点が第３
レバーの外縁４０ｃ、４０ｄ側に位置しているので、レ
バー比をかせぐことができる。第３レバー４０ａ、４０
ｂは左右対称の第３支点ヒンジ４９ａ、４９ｂを介して
ブロック６０に連結されている。このブロック６０は支
柱６１を介して固定部２５に連結されている。

【００２３】第３レバー４０ａ、４０ｂは左右対称の第
３作用点ヒンジ４６ａ、４６ｂを介して左右対称の連結
コマ７０ａ、７０ｂの一端に連結されている。このコマ
７０ａ、７０ｂの他端は、直進補正手段Ｓを介して出力
変位部３７に接続されている。この出力変位部３７の中
心軸は対称軸２Ｃ上に位置し、又、該出力変位部３７は
図示しない光学ステージの位置決め装置や微小流量制御
弁の弁棒等に連結されている。

【００２４】この直進補正手段Ｓは、レバーのヒンジに
変位方向補正力を与えるもので、レバー変位拡大機構
Ｃ、Ｄ、Ｅを介して拡大されるアクチュエータ素子２１
の発生変位及び力（変位力）を対称軸２Ｃと平行な方向
の変位力に調整すると共に、該変位力により出力変位部
３７を直進、即ち、該出力変位部３７の中心軸を常に対
称軸２Ｃ上に位置させるようにしながら移動させるもの
である。この直進補正手段Ｓとして、例えば、ボールプ
ランジャ３００が用いられる。この直進補正手段Ｓは、
ブロック６０の側壁６０Ｗに圧接されているボール３０
１と、該ボール３０１を押圧するばね３０２を内蔵する
ねじ３０３と、から構成されている。

【００２５】次に、本実施例の作動について説明する。
まず初めに、直進補正手段Ｓの調整をする。出力変位部
３７の中央部Ｍに図示しないミラーを載置し、該ミラー
に対称軸２Ｃに直交する方向の光ビームを照射しなが
ら、その反射光が対称軸２Ｃと平行となるようにミラー
の角度を調整する。次に、前記照射を継続しながらアク
チュエータ素子２１を駆動し、反射光が対称軸２Ｃと常
に平行となるように、左右のボールプランジャ３００を
回転させて左右の押圧力を調整しレバー変位拡大機構
Ｃ、Ｄ、Ｅのレバーのヒンジに変位方向補正力を加え
る。

【００２６】アクチュエータ素子、例えば、圧電素子２
１に電圧を印加すると、該圧電素子２１が対称軸２Ｃ方
向に電圧に応じて伸び予圧力に抗して、押し板２６をＡ
2方向に移動させる。該押し板２６が矢印Ａ2方向に移動
すると、第１レバー変位拡大機構Ｃの力点ヒンジ２７
ａ、２７ｂを介して、第１レバー２８ａ、２８ｂに矢印
Ａ2方向の力が加わる。そのため、該レバー２８ａ、２
８ｂは作用点ヒンジ３１ａ、３１ｂを介して連結柱３２
ａ、３２ｂを矢印Ａ1方向に移動させる。

【００２７】この連結柱３２ａ、３２ｂの移動により前
記第２レバー３４ａ、３４ｂの第２力点ヒンジ３３ａ、
３３ｂが矢印Ａ1方向に押されるので、第２レバー３４
ａ、３４ｂの作用点ヒンジ３６ａ、３６ｂは矢印Ａ2方
向に移動する。そのため、コマ５０ａ、５０ｂは矢印Ａ
2方向に移動する。

【００２８】この時、第２レバー拡大機構Ｄの力点、支
点は近接して連結柱３２ａ、３２ｂの外縁３２ｃ、３２
ｄ側に位置し、作用点は対称軸２Ｃ寄りに位置するとと
もに、各点はそれぞれ左右対称なので、レバー比が大き
くなるとともに対称軸２Ｃ方向、即ち、矢印Ａ1方向の
大きな変位量を得ることができる。

【００２９】又、コマ５０ａ、５０ｂの存在によりヒン
ジのばね定数が小さくなり、変位時におけるばねから受
ける反力が小さくなる。その結果変位量の伝達効率を高
めることができる。コマ５０ａ、５０ｂの矢印Ａ2方向
の移動により、第３レバー４０ａ、４０ｂの第３力点ヒ
ンジ５７ａ、５７ｂが矢印Ａ2方向に引っ張られるの
で、第３レバー拡大機構Ｅの第３作用点ヒンジ４６ａ、
４６ｂは連結コマ７０ａ、７０ｂを介して、出力変位部
３７を矢印Ａ1方向に移動させる。

【００３０】この時、この出力変位部３７は直進補正手
段Ｓにより予め直進するように調整されているので、該
出力変位部３７の中心軸は常に対称軸２Ｃ上に位置する
ようにしながら移動する。なお、連結コマ７０ａ、７０
ｂは、ヒンジの抵抗を小さくして伝達効率を高めるのに
役立つ。

【００３１】この圧電素子２１の変位量は、てこの原理
により大幅に拡大されて出力変位部３７に伝達される
が、レバー変位拡大機構Ｃ、Ｄ、Ｅがそれぞれ左右対称
に配設されているため、該変位は回転成分がなくなり、
対称軸２Ｃ方向成分のみとなる。 次に、前記印加電圧
を零にすると、第１レバー２８ａ、２８ｂ、第２レバー
３４ａ、３４ｂ、第３レバー４０ａ、４０ｂのそれぞれ
の支点、力点、作用点のヒンジの復元力によって零点に
復帰する。

【００３２】このように電圧の変化を繰り返しながら出
力変位部３７を駆動し、該出力変位部３７に取り付けた
図示しない微小流量制御弁の弁棒により、弁の開度を調
整する。

【００３３】この発明の第２実施例を図２により説明す
るが、この実施例と第１実施例（図１）との相違点は、
ブロック６０の側壁６０Ｗに滑らかな平板３１０を固定
し、該平板３１０にボールプランジャ３００のボール３
０１を用いると、放電加工などにより側壁６０Ｗに凹凸
が生じても、ボール３０１と当接する面は滑らかな面と
なるのでボール３０１の回動に悪影響を及ぼさす゛、出
力変位部がさらに精度良く直進運動を行う。尚、この平
板３０１の材料は特に限定されるものではなく、例え
ば、金属板や樹脂板などが用いられる。

【００３４】この発明の第３実施例を図３、図４により
説明する。一枚の方形状板体、例えばステンレス製板体
Ｐを放電加工、レーザー加工等により切溝Ｈを形成し、
収容部１０２、ねじＮ止めされる固定部１０５、左右対
称なレバー１０８ａ、１０８ｂ、可動部１１０、左右対
称な連結柱１１２ａ、１１２ｂ、出力変位部１１７、を
形成する。

【００３５】収容部１０２には、アクチュエータ素子１
０１を配設し、その下端１０１ａを下側保護板１０３ｂ
を介して固定部１０５に圧接する。このアクチュエータ
素子１０１は板体Ｐの対称軸３Ｃ方向に変位する縦置き
アクチュエータ素子、例えば、圧電、電歪、磁歪などの
素子である。

【００３６】前記アクチュエータ素子１０１の上端１０
１ｂは上側保護板１０３ａ、くさび板１０４を介して可
動部１１０に圧接されている。このくさび板１０４は圧
電素子に予圧力を与え、該圧電素子の損傷を防止するも
のである。該くさび板１０４の厚さや押し込み量を調整
することにより圧電素子に適切な予圧力が与えられる。

【００３７】可動部１１０は逆台形状に形成され、その
上端隅部には左右対称な力点ヒンジ１１３ａ、１１３ｂ
が設けられている。この力点ヒンジ１１３ａ、１１３ｂ
は左右対称に配設されたレバー変位拡大機構Ｆのレバー
１０８ａ、１０８ｂに接続されている。

【００３８】該レバー１０８ａ、１０８ｂは左右対称に
配設され、左右対称な作用点ヒンジ１０６ａ、１０６
ｂ、直進補正手段Ｓ、を介して出力変位部１１７に接続
されているが、この出力変位部の中心軸は対称軸３Ｃ上
に位置し、又、この出力変位部１１７は図示しない微小
流量制御弁の弁棒等に連結されている。

【００３９】この直進補正手段Ｓは、レバーのヒンジに
変位方向補正力を与えるので、レバー変位拡大機構Ｆを
介して拡大されるアクチュエータ素子１０１の変位力を
対称軸３Ｃと平行な方向の変位力に調整すると共に、該
変位力により出力変位部１１７を直進、即ち、該出力変
位部１１７の中心軸を常に対称軸３Ｃ上に位置させるよ
うにしながら移動させるものである。

【００４０】この直進補正手段Ｓは、クランピングスク
リュ３２０が用いられる。このクランピングスクリュ３
２０とは、ねじ部３２４先端に可動可能に面接触する半
球３２３がついたものである。この直進補正手段Ｓは、
可動部１１０の中央張り出し部１１０Ｂの側面に固定さ
れた平板３２１と、該平板３２１と摺動自在に設けられ
た摺動板３２２と、該摺動板３２２と先端の半球体３２
３で連結されたクランピングスクリュ３２０と、から構
成されている。なお、平板３２１は省略してもよい。

【００４１】この直進補正手段Ｓの作用は、クランピン
グスクリュ３２０を押し込んでいくと、該クランピング
スクリュ３２０の先端についた稼動する半球体３２３及
び該半球体に固定された摺動板３２２の面と、中央張り
出し部１１０Ｂの側面に固定された平板３２１の面とを
接触させ、負荷をかける。直進性を保ため、左右対称に
配置されたこの直進補正手段Ｓにより、軸３Ｃに対して
の左右のズレを該クランピングスクリュ３２０を押し込
んで補正を行う。

【００４２】この平板３２１と摺動板３２２は平滑な板
体で形成されているが、その材質は両者が互いに円滑に
摺動できるような材料、例えば、金属板や樹脂板などに
より形成されている。

【００４３】該レバー１０８ａ、１０８ｂは支点ヒンジ
１１５ａ、１１５ｂを介して固定部１１２ａ、１１２ｂ
の上端に接続されている。この連結柱１１２ａ、１１２
ｂの先端部１１２ｅ、１１２ｆは、境界溝１２１ａ、１
２１ｂを介して可動部１１０と対向している。該先端部
１１２ｅ、１１２ｆは先細となっており、該境界溝１２
１ａ、１２１ｂは外側斜め上方に傾斜している。この様
に境界溝１２１ａ、１２１ｂを形成すると、力点ヒンジ
１１３ａ、１１３ｂ、支点ヒンジ１１５ａ、１１５ｂを
連結柱１１２ａ、１１２ｂの外縁１１２ｃ、１１２ｄ寄
りに位置させ、対称軸３Ｃ寄りの作用点ヒンジ１０６
ａ、１０６ｂから大きく離せるので、レバー比をかせぐ
ことができる。

【００４４】次に、本実施例の作動について説明する。
まず初めに、直進補正手段Ｓの調整をする。出力変位部
１１７の中央部Ｍに図示しないミラーを載置し、該ミラ
ーに対称軸３Ｃに直交する方向の光ビームを照射しなが
ら、その反射光が対称軸３Ｃと平行になるように該ミラ
ーの角度を調整する。次に、前記照射を継続しながらア
クチュエータ素子１０１を駆動し、反射光が対称軸３Ｃ
と常に平行となるように、左右のクランピングスクリュ
３２０を回転させてレバー変位拡大機構Ｆに変位方向補
正力を加える。

【００４５】アクチュエータ素子、例えば、圧電素子１
０１に電圧を印加すると、該圧電素子１０１が対称軸３
Ｃ方向に電圧に応じて伸び予圧力に抗して可動部１１０
を矢印Ａ1方向に移動させる。

【００４６】該可動部１１０が矢印Ａ1方向に移動する
と、レバー変位拡大機構Ｆの力点ヒンジ１１３ａ、１１
３ｂを介してレバー１０８ａ、１０８ｂの作用点ヒンジ
１０６ａ、１０６ｂに矢印Ａ1方向の力が加り、出力変
位部１１７は、矢印Ａ1方向に移動する。この時、支点
ヒンジ１１５ａ、１１５ｂと力点ヒンジ１１５ａ、１１
５ｂが近接して連結柱１１２ａ、１１２ｂの外縁１１２
ｃ、１１２ｄ側に位置し、作用点ヒンジ１０６ａ、１０
６ｂは対称軸３Ｃ側に位置するとともに、各ヒンジはそ
れぞれ対称であるので、レバー比が大きくなり、又、変
位方向も対称軸３Ｃと平行な矢印Ａ1方向となる。

【００４７】この時、摺動板３２２は平板３２１面上を
摺動して対称軸３Ｃと平行に移動しながら出力変位部１
１７を直進させる。即ち、この変位部は直進補正手段Ｓ
により進行方向を規制されるので、該出力変位部１１７
の中心軸は常に対称軸３Ｃ上に位置するようにしなが
ら、直進する。

【００４８】この圧電素子１０１の変位量は てこの原
理により大幅に拡大されて出力変位部１１７に伝達され
るが、レバー変位拡大機構Ｆがそれぞれ左右対称に配設
されているため、該変位は回転成分がなくなり、対称軸
３Ｃ方向成分のみとなる。

【００４９】次に、前記印加電圧を零にすると、該レバ
ー１０８ａ、１０８ｂのそれぞれの支点、力点、作用点
のヒンジの復元力によって零点に復帰する。このように
電圧の変化を繰り返しながら出力変位部１１７を駆動
し、該出力変位部１１７に取り付けた図示しない微小流
量制御弁の弁棒により弁の開度を調整する。

【００５０】この発明の第４実施例を第５図により説明
する。一枚の方形状板体、例えばステンレス製板体Ｐを
放電加工、レーザー加工等により切溝Ｈを形成し、収容
部２、上部固定部５、左右対称な第１レバー８ａ、８
ｂ、下側固定部１０、左右対称な連結柱１２ａ、１２
ｂ、左右対称な第２レバー１４ａ、１４ｂ、出力変位部
１７、を形成する。

【００５１】収容部２には、アクチュエータ素子１を配
設し、その下端１ａを下側保護板３ｂを介して押し板６
に圧接する。このアクチュエータ素子１は板体Ｐの対称
軸１Ｃ方向に変位する縦置きアクチュエータ素子、例え
ば、圧電、電歪、磁歪などの素子である。

【００５２】押し板６は左右対称に配設された第１レバ
ー拡大機構Ａの力点ヒンジ７ａ、７ｂを介して左右対称
な第１レバー８ａ、８ｂに連結されている。該第１レバ
ー８ａ、８ｂは左右対称な作用点ヒンジ１１ａ、１１ｂ
を介して左右対称に配設された連結柱１２ａ、１２ｂの
下端に接続されている。この作用点ヒンジ１１ａ、１１
ｂは連結柱１２ａ、１２ｂの外縁１２ｃ、１２ｄ寄りに
位置している。

【００５３】該第１レバー８ａ、８ｂは左右対称の支点
ヒンジ９ａ、９ｂを介して下側固定部１０に接続されて
いる。この支点ヒンジ９ａ、９ｂは対称軸１Ｃ寄りに位
置し、支点力点間の距離が小さく支点作用点間の距離が
大きい。そのため、第１レバー８ａ、８ｂのレバー比を
大きくすることができ、大きな変位量を得ることができ
る。また、このようなレバーを一段以上連結し、限られ
たスペースに配置することにより、拡大機構の小型化が
でき、拡大機構を使用する装置全体の小型化につなが
る。又、第１レバー８ａ、８ｂの支点、力点、作用点は
同一直線Ｌ1上に位置するので、変位方向は対称軸１Ｃ
方向となり、回転成分はほとんど発生しない。

【００５４】前記アクチュエータ素子１の上端１ｂは上
側保護板３ａ、くさび板４を介して上側固定部５に圧接
されている。このくさび板４は圧電素子に予圧力を与
え、かつ、予圧付加の際の該圧電素子の損傷を防止する
ものである。該くさび板４の厚みと押し込み量を調整す
ることにより圧電素子に適切な予圧力が与えられる。上
側固定板５は逆台形状に形成され、その上端隅部には左
右対称な上側支点ヒンジ１５ａ、１５ｂが設けられてい
る。この上側支点ヒンジ１５ａ、１５ｂは左右対称に配
設された第２レバー変位拡大機構Ｂの第２レバー１４
ａ、１４ｂに接続されている。

【００５５】第２レバー１４ａ、１４ｂは左右対称に配
設され、左右対称な作用点ヒンジ１６ａ、１６ｂを介し
て出力変位部１７に接続されている。この出力変位部１
７の中心軸は対称軸１Ｃ上に位置し、又、該出力変位部
１７は図示しない微小流量制御弁の弁棒等に連結されて
いる。

【００５６】この直進補正手段Ｓは、レバーのヒンジに
変位方向補正力を与えるので、レバー変位拡大機構を介
して拡大されるアクチュエータ素子１の変位を対称軸１
Ｃと平行な方向の変位に調整すると共に、該変位力によ
り出力変位部１７を直進、即ち、該出力変位部１７の中
心軸を常に対称軸Ｃ上に位置させるようにしながら移動
させるものである。

【００５７】この直進補正手段Ｓは、クランピングスク
リュ３２０が用いられる。この直進補正手段Ｓは、中央
張り出し部１７Ｃの側面１１０Ｗに固定された平板３２
１と、該平板３２１と摺動自在に設けられた摺動板３２
２と、該摺動板３２２と固定された半球体３２３と、該
半球体３２３と面接触するねじ３２４と、から構成され
ている。なお、平板３２１は省略してもよい。この平板
３２１と摺動板３２２は平滑な板体で形成されている
が、その材質は両者が互いに円滑に摺動できるような材
料、例えば、金属板や樹脂板などにより形成されてい
る。

【００５８】第２レバー１４ａ、１４ｂは第２力点ヒン
ジ１３ａ、１３ｂを介して連結柱１２ａ、１２ｂの上端
に接続されている。この連結柱１２ａ、１２ｂの先端部
１２ｅ、１２ｆは、境界溝２１ａ、２１ｂを介して上側
固定部５と対向している。該先端部１２ｅ、１２ｆは先
細となっており、該境界溝２１ａ、２１ｂは外側斜め上
方に傾斜している。

【００５９】この様に境界溝２１ａ、２１ｂを形成する
と、第２力点ヒンジ１３ａ、１３ｂと第２支点ヒンジ１
５ａ、１５ｂ間の距離を小さくすることができるので、
第２レバー１４ａ、１４ｂのレバー比が大きくなる。

【００６０】次に、本発明の作動について説明する。ま
ず初めに、直進補正手段Ｓの調整をする。出力変位部１
７の中央部Ｍに図示しないミラーを載置し、該ミラーに
対称軸１Ｃに直交する方向の光ビームを照射しながら、
その反射光が対称軸１Ｃと平行となるようにミラーの角
度を調整する。

【００６１】次に、前記照射を継続しながらアクチュエ
ータ素子１を駆動し、反射光が対称軸１Ｃと常に平行と
なるように、左右のクランピングスクリュ３２０を回転
させて左右の押圧力を調整し、レバー変位拡大機構Ａ、
Ｂのレバーのヒンジに変位方向補正力を加える。

【００６２】アクチュエータ素子、例えば、圧電素子１
に電圧を印加すると、該圧電素子１が対称軸１Ｃ方向に
電圧に応じて伸び予圧力に抗して押し板６を矢印Ａ2方
向に移動させる。

【００６３】該押し板６が矢印Ａ2方向に移動すると、
第１レバー変位拡大機構Ａの力点ヒンジ７ａ、７ｂを介
して、第１レバー８ａ、８ｂに矢印Ａ2方向の力が加わ
る。そのため、該レバー８ａ、８ｂは作用点ヒンジ１１
ａ、１１ｂを介して連結柱１２ａ、１２ｂを矢印Ａ2方
向に移動させる。

【００６４】この連結柱１２ａ、１２ｂの移動により前
記第２レバー１４ａ、１４ｂの第２力点ヒンジ１３ａ、
１３ｂが矢印Ａ2方向に引っ張られるので、出力変位部
１７は第２作用点ヒンジ１６ａ、１６ｂを介して矢印Ａ
1方向に移動する。この時、出力変位部１７は直進補正
手段Ｓにより予め直進するように調整されているので、
該出力変位部の中心軸は常に対称軸１Ｃ上に位置するよ
うにしながら直進する。

【００６５】この圧電素子１の変位量は、てこの原理に
より大幅に拡大されて出力変位部１７に伝達されるが、
レバー変位拡大機構Ａ、Ｂがそれぞれ左右対称に配設さ
れているため、該変位は回転成分がなくなり、対称軸１
Ｃ方向の成分のみとなる。又、第２レバー変位拡大機構
Ｂの第２作用点ヒンジ１６ａ、１６ｂと第２力点ヒンジ
１３ａ、１３ｂは互に反対方向に移動しながらてこの原
理が働くので、大幅に変位量を拡大することができる。

【００６６】次に、前記印加電圧を零にすると、第１レ
バー８ａ、８ｂ、第２レバー１４ａ、１４ｂのそれぞれ
の支点、力点、作用点のヒンジの復元力によって零点に
復帰する。このように電圧の変化を繰り返しながら出力
変位部１７を駆動し、該出力変位部１７に取り付けた図
示しない微小流量制御弁の弁棒により、弁の開度を調整
する。

【００６７】この発明の第５実施例を図６に示すが、こ
の実施例は第１実施例（第１図）の直進補正手段Ｓをボ
ールプランジャ３００の代わりに、第２実施例（第３、
図４）のクランピングスクリュ３２０を用いたものであ
る。本実施例は前記第１実施例及び第２実施例に対応す
るので、特に説明しないが、図６において図１、図２、
図３、図４と同一符号はその名称も機能も同一である。

【００６８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成したの
で、次のような顕著な効果を奏する。 （１）直進補正手段を設けたので、出力変位部を直進移
動させることができる。そのため、移動軌跡までも厳し
く要求される微少移動装置などに対しても、その要求を
簡単に満足させることができる。 （２）レバー変位拡大機構を左右対称に配設したので、
変位に回転成分が無くなり、対称軸方向成分のみとな
る。そのため、拡大された圧電素子の変位量を確実に伝
達することができる。

【００６９】（３）支点ヒンジ、力点ヒンジとが連結柱
の外縁寄りとなる様に境界溝の先端側と該外縁との間隔
をその後端側とその外縁との間隔より小さくするととも
に、作用点ヒンジを対称軸寄りに位置せしめたので、従
来例に比べレバー比が大きくなる。そのため、小型で変
位拡大量の大きな装置を得ることができる。

【００７０】（４）連結柱を用いることにより、支点、
力点、作用点を同一直線上に配設することができる。そ
のため、変位方向での回転成分がなくなり、変位成分は
直進変位となる。 （５）くさびを設けたので、アクチュエータ素子に予圧
力を付与し、破損を防止することができる。又、くさび
なのでその厚さや打ち込み程度を調整すことにより該素
子に所望の予圧力を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す正面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図で図１に相
当する図である。

【図４】本発明の第３実施例を示す縦断面図で図１に相
当する図である。

【図５】本発明の第４実施例の要部断面図の一部を示す
図である。

【図６】本発明の第５実施例の要部断面図の一部を示す
図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータ素子 １Ｃ 対称軸 ８ａ 第１レバー ８ｂ 第１レバー １７ 出力変位部 ２１ 境界溝 ３００ ボールプランジャ ３２０ クランピングスクリュ Ａ 第１レバー変位拡大機構 Ｂ 第２レバー変位拡大機構 Ｅ 第３レバー変位拡大機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−270559（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304832（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−327268（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−278585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−37835（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218981（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−286401（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−313450（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−18813（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 H01L 41/00 - 41/22 F16H 19/00 - 37/16 G12B 1/00 - 17/08

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する固定部と可動部と、該固定部の両側に連設さ
   れ、かつ、先端部が境界溝を介して該可動部と対向する
   左右対称の連結柱と、該連結柱の先端とレバーとを連結
   する左右対称の支点ヒンジと、該可動部の先端と該レバ
   ーとを連結する左右対称の力点ヒンジと、該レバーと出
   力変位部とを連結する左右対称の作用点ヒンジと、を備
   えたレバー変位拡大機構であって；前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特徴
   とする直進補正手段付きレバー変位拡大機構。
2. 【請求項２】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する上側固定部と押し板と、該押し板と第１レバー
   とを連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該第１レバ
   ーと下側固定部とを連結する左右対称の第１支点ヒンジ
   と、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介して連
   結され、かつ、その先端部が境界溝を介して該上側固定
   部と対向する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端と第
   ２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
   上側固定部の先端と該第２レバーとを連結する左右対称
   の第２支点ヒンジと、該第２レバーと出力変位部とを連
   結する左右対称の第２作用点ヒンジと、を備えたレバー
   変位拡大機構であって；前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特徴
   とする直進補正手段付きレバー変位拡大機構。
3. 【請求項３】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する固定部と押し板と、該押し板と第１レバーとを
   連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該固定部の側柱
   の先端と該第１レバーとを連結する左右対称の第１支点
   ヒンジと、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介
   して連結され、かつ、境界溝を介して該側柱と対向する
   左右対称の連結柱と、該固定部と該第２レバーとを連結
   する左右対称の第２支点ヒンジと、該連結柱の先端と第
   ２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
   第２レバーとコマとを連結する左右対称の第２作用点ヒ
   ンジと、該コマと第３レバーとを連結する左右対称の第
   ３力点ヒンジと、該第３レバーとブロックとを連結する
   左右対称の第３支点ヒンジと、該第３レバーと出力変位
   部とを連結する左右対称の第３作用点ヒンシと、を備え
   たレバー変位拡大機構であって；前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特徴
   とする直進補正手段付きレバー変位拡大機構。
4. 【請求項４】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する固定部と可動部と、該固定部の両側に連結さ
   れ、かつ、先端部が境界溝を介して該可動部と対向する
   左右対称の連結柱と、該連結柱の先端とレバーとを連結
   する左右対称の支点ヒンジと、該可動部の先端と該レバ
   ーとを連結する左右対称の力点ヒンジと、該レバーと出
   力変位部とを連結する左右対称の作用点ヒンジと、を備
   えたレバー変位拡大機構であって；前記支点ヒンジと前
   記力点ヒンジとが該連結柱の外縁寄りになる様に、該境
   界溝の先端側と該外縁との間隔をその後端側と該外縁と
   の間隔より小さくするとともに、前記作用点ヒンジを対
   称軸寄りに位置させ、前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特た
   ことを特徴とする直進補正手段付きレバー変位拡大機
   構。
5. 【請求項５】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する上側固定部と押し板と、該押し板と第１レバー
   とを連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該第１レバ
   ーと下側固定部とを連結する左右対称の第１支点ヒンジ
   と、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介して連
   結され、かつ、その先端部が境界溝を介して該上側固定
   部と対向する左右対称の連結柱と、該連結柱の先端と第
   ２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
   上側固定部の先端と該第２レバーとを連結する左右対称
   の第２支点ヒンジと、該第２レバーと出力変位部とを連
   結する左右対称の第２作用点ヒンジと、を備えたレバー
   変位拡大機構であって； 前記第１レバーの作用点、力点、支点、が同一直線上に
   位置し、 前記第２支点ヒンジと前記第２力点ヒンジとが該連結柱
   の外縁寄りになる様に、該境界溝の先端側と該外縁との
   間隔をその後端側と該外縁との間隔より小さくするとと
   もに、前記第２作用点ヒンジを対称軸寄りに位置させ、前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特徴
   とする直進補正手段付きレバー変位拡大機構。
6. 【請求項６】 アクチュエータ素子の変位方向の両端を
   挟持する固定部と押し板と、該押し板と第１レバーとを
   連結する左右対称の第１力点ヒンジと、該固定部の側柱
   の先端と該第１レバーとを連結する左右対称の第１支点
   ヒンジと、該第１レバーの両側に第１作用点ヒンジを介
   して連結され、かつ、境界溝を介して該側柱と対向する
   左右対称の連結柱と、該固定部と該第２レバーとを連結
   する左右対称の第２支点ヒンジと、該連結柱の先端と第
   ２レバーとを連結する左右対称の第２力点ヒンジと、該
   第２レバーとコマとを連結する左右対称の第２作用点ヒ
   ンジと、該コマと第３レバーとを連結する左右対称の第
   ３力点ヒンジと、該第３レバーとブロックとを連結する
   左右対称の第３支点ヒンジと、該第３レバーと出力変位
   部とを連結する左右対称の第３作用点ヒンシと、を備え
   たレバー変位拡大機構であって； 前記第１レバーの作用点、力点、支点、が同一直線上に
   位置し、 前記第２支点ヒンジと第２力点ヒンジとが該連結柱の外
   縁寄りになる様に、該境界溝の先端側と該外縁との間隔
   をその後端側と該外縁との間隔より小さくするととも
   に、前記第２作用点ヒンジを対称軸寄りに位置させ、前記レバーのヒンジに変位方向補正力を与え、前記出力
   変位部の中心軸を常に対称軸上に位置させるようにしな
   がら移動させる 直進補正手段、を備えていることを特徴
   とする直進補正手段付きレバー変位拡大機構。
7. 【請求項７】 固定部と該アクチュエータ素子との間に
   予圧力を調整するためのくさびを介在せしめたことを特
   徴とする請求項１、２、３、４、５、又は、６記載の直
   進補正手段付きレバー変位拡大機構。
8. 【請求項８】 直進補正手段が、左右のレバーに対称に
   設けられたボールプランジャであることを特徴とする請
   求項１、２、３、４、５、又は、６記載の直進補正手段
   付きレバー変位拡大機構。
9. 【請求項９】 直進補正手段が、左右のレバーに対称に
   設けられたクランピングスクリュを備えていることを特
   徴とする請求項１、２、３、４、５、又、６記載の直進
   補正手段付きレバー変位拡大機構。