JP3627109B2

JP3627109B2 - 精密微動ステージ

Info

Publication number: JP3627109B2
Application number: JP3717094A
Authority: JP
Inventors: 睦夫宗片; 晋松野; 豊稲田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JPH07241738A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、発光デバイス又は受光デバイスと光ファイバの接続作業などに用いられる精密微動ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光デバイスと光ファイバを接続する場合には、衝撃力を利用した光学用微動ステージが用いられている。このステージは、試料を取付ける第１プレートと、これの移動を精密ガイドを介してガイドする第２プレートと、前記第１、第２プレート間の空所に配置された駆動パックとを備え、前記駆動パックが第２プレートに摩擦接触する本体を有し、この本体内に圧電素子が配されると共に、圧電素子の変位方向一端が本体に結合され、圧電素子の他端に慣性体が結合されていることを特徴としている。（特開平３−１２９３１２号参照）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学用微動ステージには次の様な問題がある。
（１）精密ガイドと摩擦保持部とは別構造であり、ステージの移動範囲、即ち、ステージストローク全域にわたり安定した摩擦力が得られないとともに、該構造が複雑となるためステージのコンパクト化に限界がある。
【０００４】
（２）動作原理上、振動と音の発生が避けられず、特に高速駆動時の発生音域とステージに伝達される振動が大きな問題となっている。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑み、安定した摩擦力を得るとともにコンパクト化を図ることを目的とする。他の目的は、高速駆動時の発生音と振動のステージへの伝搬を防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、収納空間を有する方形状の移動体と，該収納空間内に移動可能に設けられた慣性体と，該収納空間内に設けられ、その一端が該移動体に固定され、他端が該慣性体に固定された圧電素子と，該移動体の両側縁部に形成された断面三角形状の被ガイド部と，該被ガイド部を嵌着せしめる断面Ｖ字状の摩擦ガイド溝を有する一対の固定保持体と可動保持体と，該可動保持体を載置する滑り板と、該滑り板に対し傾斜して設けられ、かつ、該可動保持体を押圧する調圧ねじと、を備えたことを特徴とする精密微動ステージ、である。
【０００７】
【作用】
摩擦力調整手段により摩擦力を調整した後、圧電素子に電圧を印加すると、該圧電素子が急激に伸びる。そのため、移動体の被ガイド部は、摩擦ガイド溝の摩擦力に打ち勝ち、該ガイド溝に沿って移動する。その後、圧電素子はゆっくりと元の長さに戻り、慣性体もそれにつれて移動するが、被ガイド部は摩擦力により移動を阻止される。このような行程を繰り返すことにより所定位置にステージを移動させる。
【０００８】
【実施例】
この発明の実施例を添付図面により説明する。長方形状の移動体１５には長方形状の収納空間Ｓが設けられている。この移動体１５の左右両側縁部２、３には、断面三角形状の被ガイド部４が形成されている。
【０００９】
該収納空間Ｓ内には、慣性体５と圧電、電歪、磁歪等の素子６（以下、単に圧電素子という。）とが配設されている。該慣性体５はＵ字状の切欠溝８を備えた長方形状体であり、その切欠溝の底部８ａは圧電素子６の先端６ａに接着剤Ｃにより固着されている。該慣性体５の後端部５ａにはピン１１が設けられており、このピン１１は移動体１５のガイド溝１６に遊嵌合されている。
【００１０】
慣性体５の頭部５ｂに、ガイド溝５ｃが形成され、このガイド溝５ｃには移動体１５に螺着したボルト１９が遊嵌合されている。このボルト１９は移動体１５と慣性体の頭部５ｂと間に設けられた予圧ばね、例えば、皿ばね２０を一定の力を保つよう調整し、支持している。
【００１１】
圧電素子６は複数個、例えば、二個直列に接続されており、その後端６ｂは接着剤Ｃにより移動体１５に固定されている。
【００１２】
被ガイド部４は保持体３１、３２の断面Ｖ字状の摩擦ガイド溝３０に嵌着されている。この摩擦ガイド溝３０の内面には、例えば、硬質のポリマ系材料、好的には結晶性の熱可塑性プラスチックであるポリエーテルエチルケトン（ＰＥＥＫ）材により形成されたＶ字状のピース３０Ｐが固着されている。この保持体３１、３２は通常ステンレスにより形成されているが、これを硬質のポリマ系材料で形成すると、前記ピース３０Ｐを省略できる。又、ステンレス製の摩擦ガイド溝３０の内面に前記ピース３０Ｐを固着する代わりに、硬質のポリマ系材料を塗着しても良いことは勿論である。
【００１３】
保持体３１は、基台４０に固定されている固定保持体であり、又、該保持体３２は基台４０に滑り板３４を介して接続されている可動保持体である。この可動保持体３２には滑り板３４に対して傾斜角度θで傾斜する押圧溝３５が形成されている。該押圧溝３５は、板ばね３６を介して調圧ねじ３７により押圧されている。調圧ねじ３７はゆるみ止めの点からダブルナット３９を用いることが好ましい。前記滑り板３４は、例えば、硬質のポリマ系材料、好的には、結晶性の熱可塑性プラスチックであるポリエーテルエチルケトン（ＰＥＥＫ）材により形成されており、安定した保持摩擦力を付加している。
【００１４】
この調圧ねじ３７は、基台４０のアーム３８に螺着され、滑り板３４に対し傾斜角度θ傾斜している。この傾斜角度θは３０度〜６０度の範囲で適宜選択されるが、例えば、水平方向Ａ１の力と垂直方向Ａ２の力とが１対１となる角度、即ち、傾斜角度θ＝４５度が選ばれる。
【００１５】
移動体１５の上面には搬送物を載置するテーブル５０が設けられている。
【００１６】
この発明の第１実施例の作動について説明する。調圧ねじ３７を所定方向に回すと、板ばね３６を介して可動保持体３２が押圧される。この時、該可動保持体３２は滑り板３４上に載置されているので、滑りながら水平方向Ａ１に移動し、移動体１５を固定保持体３１側に押し付ける。そのため、被ガイド部４の上面４ａと下面４ｂは摩擦ガイド溝３０により均等な摩擦力を与えられながら保持される。
【００１７】
圧電素子６に急激に電圧を印加すると、該圧電素子６に歪みが発生し急激に伸びる。この時、摩擦ガイド溝３０により支持されている移動体１５の被ガイド部４は、該摩擦ガイド溝３０の摩擦力に打ち勝ち該溝３０に案内されながら、該移動体１５を矢印Ａ１５方向に移動して停止する。
【００１８】
次に、印可電圧をゆっくりと元に戻すことにより該圧電素子６をゆっくりと元の長さに戻す。この時、該移動体１５はそのままの状態を維持するが、慣性体５は元の位置の方に戻る。その後圧電素子６を急に止めることで慣性体５を圧電素子６を介して移動体１５に衝突させ、更に移動体１５を矢印Ａ１５方向に移動させて停止する。
【００１９】
該慣性体５は皿ばね２０により予圧を与えられて圧電素子６の先端６ａを常時押圧している。そのため、該圧電素子６は急速に変形する時に引っ張り力を受けることがないので、破損することがない。該慣性体５の後端５ａのピン１１はガイド溝１６によりガイドされるので、該圧電素子６に大きな負荷がかかるのを防止できる。
【００２０】
このようにして、一サイクルの前進移動が完了するが、これを繰り返すことによりテーブル５０を所定位置に位置決めする。
【００２１】
この発明の実施例は、上記に限定されるものではなく、例えば、図３〜図５の様に構成してもよい。図３は第２実施例を示す図で、第１実施例と相違する点は、移動体１５とテーブル５０との間に防振部材６０を介在せしめたことである。この防振部材６０として板状の硬質ポリマー系材料が用いられる。この防振部材６０は移動体１５とテーブル５０を機械的振動から隔絶する作用をする。
【００２２】
図４〜図５は第３実施例を示す図で、第１実施例と相違する点は、移動体１５の収納空間Ｓにおける隙間Ｇ、即ち、移動体１５と慣性体５との間、及び圧電素子６と慣性体５の切欠溝８との間、の間隙に振動伝搬防止剤７０を充填することである。この防止剤７０として、例えば、シリコン樹脂等が用いられる。この防止剤７０により圧電素子６の耐環境性を向上させることができるとともに、該圧電素子６の振動の空間伝搬を低減させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は以上の様に構成したので、次の様な顕著な効果を奏する。
（１）移動体の両側縁部に断面三角形状の被ガイド部を形成し、該被ガイド部を保持体の断面Ｖ字状の摩擦ガイド溝に嵌着したので、従来例と異なり、簡単な構造のステージとなるとともにステージ全域にわたり安定した摩擦力を得ることができる。
【００２４】
（２）可動保持体に摩擦力調整手段を設けたので、ステージの摺動に最適な摩擦力を当てることができる。そのため、該ステージを円滑に作動させることができる。
【００２５】
（３）調整ねじが、滑り板に対して傾斜しているので、調圧ねじを回して可動保持体を押圧すると、円滑に可動保持体が水平方向に移動し、可動保持体及び固定保持体の摩擦ガイド溝の摩擦力を均等に調整することができる。
【００２６】
（４）慣性体と移動体との間に予圧ばねを設けたので、慣性体と移動体とは圧電素子と予圧ばねが並列に接続された構造になり、圧電素子は常に慣性体と移動体との間で予圧力を受けている。そのため、圧電素子に引っ張り力が加わると慣性体もばね力により圧電素子に追従するので、実質的に圧電素子に引っ張り力が加わることはない。従って、この予圧ばねは圧電素子の破損を防止する。
【００２７】
（５）慣性体の一端にピンを設け、該ピンを該移動体のガイド溝に遊嵌合せしめたので、慣性体は移動体により支持される。そのため、圧電素子に慣性体の大きな荷重が加わることはない。
【００２８】
（６）移動体の収納空間の隙間に振動伝搬防止剤を充填したので、圧電素子の耐環境性が向上するとともに圧電素子の振動の空気伝搬を低減することができる。
【００２９】
（７）移動体が、防振部材を介してテーブルに接続されているので、移動体とテーブルを機械的振動から隔絶することができる。
【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】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図であり、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】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【符号の説明】
２移動体の側縁部
３移動体の側縁部
４被ガイド部
５慣性体
６圧電素子
１５移動体
３０摩擦ガイド溝
３１固定保持体
３２可動保持体
３４滑り板
３７調圧ねじ
５０テーブル
Ｓ収納空間
Ｇ隙間

Claims

収納空間を有する方形状の移動体と，
該収納空間内に移動可能に設けられた慣性体と，
該収納空間内に設けられ、その一端が該移動体に固定され、他端が該慣性体に固定された圧電素子と，
該移動体の両側縁部に形成された断面三角形状の被ガイド部と，
該被ガイド部を嵌着せしめる断面Ｖ字状の摩擦ガイド溝を有する一対の固定保持体と可動保持体と，
該可動保持体を載置する滑り板と、
該滑り板に対し傾斜して設けられ、かつ、該可動保持体を押圧する調圧ねじと、，
を備えたことを特徴とする精密微動ステージ。
該摩擦ガイド溝の内面に、硬質のポリマ系材料を塗着したことを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該摩擦ガイド溝の内面に、硬質のポリマ系材料で形成したＶ字状のピースを固着したことを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該調圧ねじが、ばねを介して該可動保持体を押圧していることを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該慣性体と該移動体との間に予圧ばねが設けられていることを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該慣性体の一端にピンを設け、該ピンを移動体のガイド溝に遊嵌合せしめたことを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該移動体の収納空間の隙間に振動伝搬防止材を充填したことを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。
該移動体が、防振部材を介してテーブルに接続されていることを特徴とする請求項１記載の精密微動ステージ。