JP3821751B2

JP3821751B2 - Displacement amount fine adjustment device and displacement amount fine adjustment method

Info

Publication number: JP3821751B2
Application number: JP2002141166A
Authority: JP
Inventors: 宗弘先生
Original assignee: Senjo Seiki Corp
Current assignee: Senjo Seiki Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003334736A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、研削装置において、工具又はワークを微少量ずつ移動させて高い精度で研削を施す際に該工具又はワークを高い精度で微少量だけ移動させて位置決めすることを可能にしたり、或いは遺伝子工学上の各種位置決めテーブルや電子顕微鏡等においてその使用が考えられる変位量微調整装置と変位量微調整方法に係り、特に、ｎｍ（ｎａｎｏメートル、１０^−９ｍ）オーダの変位量を微調整する際に微調整の精度を向上させることができるように工夫したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
変位量微調整装置としては、例えば、特開２００１−３４７４３６号公報に開示されているものがある。これは本件特許出願人によるものであるが、そこには次のような構成をなす変位量微調整装置が開示されている。
まず、一対の弾性部材が配置されていて、この一対の弾性部材の一端は固定部に連設されている。又、一対の弾性部材の他端は移動部に連設されている。この移動部は上記固定部に対して一対の桁部材を介して微少変位可能に連設されている。
【０００３】
又、上記一対の弾性部材間には駆動板が連接・配置されていて、この駆動板を別途設けられたマイクロメータ等の駆動手段によって駆動することにより、上記一対の弾性部材を弾性変位させ、それによって、上記移動部を上記一対の桁部材を介して微少量だけ移動させるものである。
これを詳しく説明すると、初期状態では、一対の弾性部材が弾性復帰した状態、すなわち、弾性力を蓄勢していない状態にある。一方、駆動板はその中央が僅かに反押圧方向に湾曲した状態にある。
【０００４】
その状態で、駆動手段を駆動して駆動板を押圧すると、駆動板は湾曲状態から真っ直ぐな状態に変位し、それによって、一対の弾性部材が外側に向けて弾性変位する。これら一対の弾性部材の弾性変位によって移動部が一対の桁部材を介して微少量だけ移動することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
上記したように、従来の変位量微調整装置の場合には、駆動板を駆動手段によって押圧することにより、駆動板を湾曲状態から真っ直ぐな状態に向けて変位させるようにしている。その際、駆動板に座屈が発生してしまうという問題があった。つまり、駆動板に対して圧縮力が作用することになるので、その圧縮力によって座屈が発生してしまうものである。
駆動板にこのような座屈が発生すると、それに起因して、一対の弾性部材の弾性変位にバラツキが生じてしまい、結局、移動部を高い精度で移動させることができなくなってしまうことになる。
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、駆動手段を構成する駆動板における座屈の発生をなくし、それによって、一対の弾性部材の弾性変位ひいては移動部の微少変位の精度を高めることを可能にする変位量微調整装置と変位量微調整方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による変位量微調整装置は、対向・配置される一対の弾性部材と、上記一対の弾性部材の一端が連設された固定部と、上記一対の弾性部材の他端が連設されると共に上記固定部に対して桁部材を介して連設され一対の弾性部材の弾性変形によって上記桁部材を介して微少変位する移動部と、上記一対の弾性部材を弾性変形させて上記移動部を微少変位させる駆動手段と、を具備してなる変位量微調整装置において、上記駆動手段は上記一対の弾性部材の間に連設・配置された駆動板と、上記駆動板を押圧する押圧手段とから構成されていて、上記駆動板は初期状態で押圧方向に微少量だけ押し出された状態でセットされているとともに、上記一対の弾性部材は初期状態において上記駆動板によって微少量だけ引っ張られた状態でセットされており、上記駆動手段の押圧手段によって上記駆動板をさらに押し出して上記一対の弾性部材を相互に接近する方向にさらに引っ張ることにより上記移動部を微少変位させるものであることを特徴とするものである。
又、請求項２による変位量微調整装置は、請求項１記載の変位量微調整装置において、上記駆動板は上記押圧手段による押圧部の両側に肉厚部を備えた構成になっていることを特徴とするものである。
又、請求項３による変位量微調整装置は、請求項１又は請求項２記載の変位量微調整装置において、上記一対の弾性部材、固定部、移動部、駆動手段の駆動板は全て一体成形されていることを特徴とするものである。
又、請求項４による変位量微調整装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の変位量微調整装置において、上記移動部は桁部材を介してＸ軸方向に移動可能な状態で上記固定部側に連設されていると共に別の桁部材を介して上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にも移動可能な状態で上記固定部側に連設されており、又、駆動手段としてはＸ軸方向用駆動手段とＹ軸用駆動手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本願発明による変位量微調整装置は、駆動手段によっては上記一対の弾性部材を相互に接近する方向に引っ張ることにより上記移動部を桁部材を介して微少変位させるように構成したものである。それによって、駆動手段側における圧縮力に起因した座屈の発生をなくし、一対の弾性部材の弾性変位ひいては移動部の移動の精度を高めることができるものである。
その際、上記一対の弾性部材を初期状態において微少量だけ引っ張られた状態でセットし、該初期状態から上記駆動手段によってさらに引っ張られることにより移動部を微少変位させるように構成することが考えられる。それによって、変位初期におけるバラツキをなくすことができる。
又、上記駆動手段を上記一対の弾性部材の間に連設・配置された駆動板と、上記駆動板を押圧する押圧手段とから構成し、上記駆動板は初期状態で押圧方向に微量だけ押し出された状態でセットされているように構成することが考えられ、これによっても、変位初期におけるバラツキをなくすことができる。
又、上記駆動板を上記押圧手段による押圧部の両側に肉厚部を備えた構成とすることが考えられ、それによって、変位のバランスをとることができる。すなわち、押圧部の両側に肉厚部を設けることにより、該肉厚部の両側、すなわち、中央の押圧部となく圧部の外側の部分が変形箇所として特定されることになり、それによって、左右の変形のバランスをとることができるものである。
又、上記一対の弾性部材、固定部、移動部、駆動手段の一部を全て一体成形することが考えられ、それによって、別体とした場合のような機械的誤差等をなくして精度を高めることができる。
又、変位量微調整装置としては、一軸タイプ、二軸タイプ等と様々な構成のものが想定されるが、例えば、二軸タイプの場合には、移動部を桁部材を介してＸ軸方向に移動可能な状態で上記固定部側に連接すると共に別の桁部材を介して上記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にも移動可能な状態で上記固定部側に連接し、又、駆動手段としてはＸ軸用駆動手段とＹ軸用駆動手段を設けた構成が考えられる。又、請求項７乃至請求項９は上記発明を変位量微調整方法としてクレームしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。この第１の実施の形態は、本願発明を一軸タイプの変位量微調整装置に適用した例を示すものである。
図１は本実施の形態による変位量微調整装置の全体構成を示す平面図である。まず、一対の弾性部材１、１が設けられていて、これら一対の弾性部材１、１はその一端（図１中右端）を固定部３側に連設されている。一方、上記一対の弾性部材１、１の他端（図１中左端）は移動部５に連設されている。
【００１０】
上記移動部５であるが、図１乃至図４に示すように、ブロック状になっていて、一対の桁部材７、７を介して固定部３に対してＸ軸方向（図１中左右方向）に移動可能な状態で取り付けられている。上記一対の桁部材７、７は上記Ｘ軸方向に直交する方向に延長されている。
尚、図３中一対の桁部材７、７の部分を拡大して図４（ａ）に示すと共に、図４（ａ）中における一方の桁部材７の部分をさらに拡大して図４（ｂ）に示す。
【００１１】
上記一対の弾性部材１、１は駆動手段９によって弾性変位されるように構成されている。上記駆動手段９は、上記一対の弾性部材１、１の間に連設・配置された駆動板１１と、この駆動板１１を押圧する押圧手段としてのマイクロメータ１３とから構成されている。
尚、この実施の形態では駆動手段９としてマイクロメータ１３を使用して手動操作によって駆動する構成を例に挙げて説明しているが、これをステッピングモータ等を使用して自動で行うことも考えられる。
【００１２】
上記一対の弾性部材１、１と駆動手段９の構成を図２を参照して詳細に説明する。まず、一対の弾性部材１、１は初期状態において相互に接近する方向に引っ張られた状態にセットされている。又、駆動手段９の駆動板１１は初期状態においてマイクロメータ１３によって図２中左方向に予め押圧された状態でセットされている。
尚、図２は理解を容易にするために一対の弾性部材１、１と駆動板１１を実際よりは極端に湾曲させた状態で図示しており、一対の弾性部材１、１は相互に接近する方向に所定の微少量（Ｌ_１）だけ引っ張られていると共に、駆動板１１は図２中左方向に所定の微少量（Ｌ_２）だけ押圧された状態でセットされている。
【００１３】
上記のような初期状態にセットしたのは次のような理由による。すなわち、従来は押圧手段によって駆動板を外側に向けて圧縮することにより一対の弾性部材を相互に離間する方向に湾曲させることにより移動部を移動させるようにしていた。しかしながらその場合には駆動板に座屈が発生してしまい、それに起因して、一対の弾性部材の弾性変位ひいては移動部の移動の精度が低下してしまうという問題があった。
【００１４】
そこで、この実施の形態の場合にはそのような圧縮方式を止めて引張方式としたものである。つまり、押圧手段としてのマイクロメータ１３によって駆動板１１を押圧することによって一対の弾性部材１、１が相互に近接する方向に引っ張られることにより移動部５が移動する構成にしたものである。それによって、駆動板１１においては圧縮ではなく引張が生じることになり、従来問題になっていた圧縮による座屈をなくして、座屈に起因した不具合をなくすことができるものである。
【００１５】
又、上記したように、初期状態においては、一対の弾性部材１、１は既に所定の微少量（Ｌ_１）だけ内側に引っ張られた状態にてセットされている。同様に、駆動板１１も押圧手段としてのマイクロメータ１３によって所定の微少量（Ｌ_２）だけ押圧された状態にてセットされている。これは次のような理由による。
【００１６】
すなわち、仮に、一対の弾性部材１、１を真っ直ぐな状態、すなわち、何れの方向にも引っ張られていない状態でセットしたとすると、そのような状態で引っ張りが作用し始めると作用初期においては、一対の弾性部材１、１の変位が不規則になってしまうおそれがある。これに対して、本実施の形態のように、予め所定の微少量（Ｌ_１）だけ引っ張った状態でセットしておくと、動作初期時の弾性変位が安定したものとなり、結局、移動部５の変位の精度も安定することになるものである。
【００１７】
又、駆動板１１を初期状態において、所定の微少量（Ｌ_２）だけ押圧した状態にセットした理由も同じであり、動作初期時における駆動板１１の変位を安定したものにするためであり、それによって、一対の弾性部材１、１の弾性変位ひいては移動部５の移動の精度を高めようとするものである。
【００１８】
又、上記駆動板１１であるが、図１及び図２に示すように、押圧手段としてのマイクロメータ１３による押圧部位を中心にして、その両側に肉厚部１５、１５が設けられていて、これら肉厚部１５、１５の両側が薄肉部１７、１７となっている。このような構成とすることにより、駆動板１１の弾性変位の左右のバランスをとるようにしたものであり、それによって、一対の弾性部材１、１の変位のバランスをとって移動部５の移動の精度を高めようとするものである。
尚、一対の弾性部材１、１、固定部３、移動部５、駆動手段９の駆動板１１等は全て焼入処理を施した鋼材によって一体成形されるものであり、具体的には、ワイヤカット放電加工機やレーザ加工機等を用いた高精度切削加工によって製作されているものである。図４（ｂ）中符合８、８で示す孔はワイヤカット放電加工機により加工する際に穿孔する孔を示している。
【００１９】
上記マイクロメータ１３であるが、本体１９と、この本体１９に対して摺動可能に取り付けられた摺動子２１と、上記本体１９に対して回転操作可能に取り付けられ回転することにより上記摺動子２１を摺動させる操作部２３とから構成されている。上記摺動子２１は既に説明した駆動板１１の中央部位に連結されている。
【００２０】
上記移動部５の図１中左側には変位量検出センサ２５が設置されている。この変位量検出センサ２５は、センサ本体２７と、このセンサ本体２７より突出・配置された接触子２９とから構成されている。この接触子２９は移動部５に対して当接・配置されており、移動部５が移動することにより接触子２９が移動し、それによって、移動部５の変位量を検出するものである。
【００２１】
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、初期時には図２に示すような状態にあり、移動部５は図１、図２中左側に戻った状態にある。又、この時一対の桁部材７、７は図４（ｂ）中実線で示すような状態にある。
その状態からマイクロメータ１３の操作部２３を回転操作することにより摺動子２１を図１、図２中左側に移動させる。それによって、駆動板１７は図２に示す状態からさらに押圧されて図中左側に凸状に湾曲した状態に変形していく。
【００２２】
ここで、上記駆動板１１の変形を詳しく説明する。駆動板１１には左右に肉厚部１５、１５が設けられているので、上記のように押圧された場合には、それら肉厚部１５、１５の両側、すなわち、中央の薄肉部１７とそれぞれの肉厚部１５、１５の外側の薄肉部１７、１７の三箇所がより変形し易い箇所として特定されることになる。このように、変形箇所を中央部と左右両端部に積極的に特定することにより、左右の変形のバランスをとることができ、それによって、一対の弾性板１、１の弾性変形のバランスをとることができ、結局、移動部５の微少変位の精度を高めることができるものである。
【００２３】
上記駆動板１１の弾性変形によって一対の弾性部材１、１は、図２に示す状態からさらに相互に接近する方向に引っ張られて湾曲していく。それによって、移動部５は図１、図２中右側に向かって微少変位していくことになる。すなわち、一対の桁部材７、７が図４（ｂ）中仮想線で示すような状態に変形していき、それによって、移動部５が図１及び図２中右側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００２４】
又、上記の状態からマイクロメータ１３の回転操作部２３を逆方向に回転操作すると、摺動子２１が図１、図２中右側に移動していく。それによって、駆動板１１は図２に示す状態に徐々に戻っていく。
【００２５】
上記駆動板１１の変形によって一対の弾性部材１、１も、図２に示す状態に徐々に戻っていき、それによって、移動部５は図１、図２中左側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００２６】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、駆動手段９の駆動板１１による変形の方式が圧縮方式ではなく引張方式であるため、従来懸念されていた圧縮による駆動板１１の座屈という問題をなくすことができる。それによって、一対の弾性部材１、１の弾性変形ひいては移動部５の移動の精度を高めることができる。
又、初期状態において、一対の弾性部材１、１は所定量（Ｌ_１）だけ引っ張られた状態でセットされていると共に、駆動板１１は所定量（Ｌ_２）だけ押圧された状態でセットされており、よって、動作初期時における駆動板１１と一対の弾性部材１、１の変位を安定したものとすることができる。それによって、移動部５の移動の精度を高めることができるものである。
又、駆動板１１には左右に肉厚部１５、１５が設けられていて、その両側に薄肉部１７、１７を配置するように構成し、それによって、変形箇所を左右のバランスがとれた位置に積極的に特定しているので、駆動板１１の変形の左右のバランスをとることができ、それによって、一対の弾性部材１、１の変形のバランスをとって、結局は移動部５の移動の精度を高めることができる。
又、この実施の形態の場合には駆動手段９の一部の構成を除いて全て一体成形されてるので、機械的誤差等は一切なく、よって精度も高いものである。
【００２７】
次に、図５乃至図９を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態では一軸タイプ（Ｘ軸方向のみ）の変位量微調整装置を例に挙げて説明したが、この第２の実施の形態の場合にはこれを二軸タイプ（Ｘ軸方向とそれに直交するＹ軸方向）とした変位量微調整装置を例に挙げて説明するものである。
尚、前記第１の実施の形態と同一部分には同一符合を付して示しその説明は省略するものとする。
【００２８】
まず、移動部５をＸ軸方向に変位させるための構成は前記第１の実施の形態で説明した構成と同じである。又、この第２の実施の形態の場合には移動部５をＸ軸方向と直交するＹ軸方向にも変位させるために、Ｘ軸方向に変位させる為の構成と同じ構成をＹ軸方向に対しても設けている。
【００２９】
その際、移動部５を第１移動部５ａと、第２移動部５ｂとから構成している。そして、図６及び図８に示すように、上記第１移動部５ａは、一対の桁部材７、７を介して、第２移動部５ｂに連設されており、これら一対の桁部材７、７を介してＸ軸方向に移動可能に構成されている。又、図７及び図９に示すように、上記第２移動部５ｂは、別の一対の桁部材３１、３１を介して固定部３側に連設されており、これら一対の桁部材３１、３１を介して、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に変位可能に構成されているものである。
【００３０】
又、Ｘ軸方向に変位させるための一対の弾性部材１、１、駆動板１１の構成、又、Ｙ軸方向に変位させるための弾性部材１、１、駆動板１１の構成は、前記第１の実施の形態の場合と同様であって、従来のような圧縮方式ではなく引張方式となっているものである。
尚、この場合には上記第１移動部５ａに対して、Ｘ軸方向に変位させるための一対の弾性部材１、１とＹ軸方向に変位させるための弾性部材１、１が連設されているものであり、第２移動部５ｂはそのような第１移動部５ａと固定部３側との間に配置されているものである。
【００３１】
以上の構成を基にその作用を説明する。まず、Ｘ軸方向であるが、これは前記第１の実施の形態の場合と同様に、初期時には移動部５は図５中左側に戻った状態にある。
その状態からマイクロメータ１３の操作部２３を回転操作することにより摺動子２１を図５中左側に移動させる。それによって、駆動板１１はさらに押圧されて図中左側に凸状に湾曲した状態に変形していく。
【００３２】
上記駆動板１１の弾性変形によって一対の弾性部材１、１は相互に接近する方向に引っ張られて湾曲していく。それによって、移動部５は図５中右側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００３３】
又、上記の状態からマイクロメータ１３の回転操作部２３を逆方向に回転操作すると、摺動子２１が図５中右側に移動していく。それによって、駆動板１１は徐々に戻っていく。上記駆動板１１の変形によって一対の弾性部材１、１も徐々に戻っていき、それによって、移動部５は図５中左側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００３４】
又、Ｙ軸方向に関しても上記したＸ軸方向の場合と同様であり、マイクロメータ１３の回転操作部２３を適宜の方向に回転操作することにより、移動部５を図５中上下方向に微少変位させることが可能になる。
すなわち、初期時には移動部５は図５中下側に戻った状態にある。
その状態からマイクロメータ１３の操作部２３を回転操作することにより摺動子２１を図５中下側に移動させる。それによって、駆動板１１はさらに押圧されて図中下側にさらに凸状に湾曲した状態に変形していく。
【００３５】
上記駆動板１１の弾性変形によって一対の弾性部材１、１は相互に接近する方向に引っ張られて湾曲していく。それによって、移動部５は図５中上側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００３６】
又、上記の状態からマイクロメータ１３の回転操作部２３を逆方向に回転操作すると、摺動子２１が図５中上側に移動していく。それによって、駆動板１１は徐々に戻っていく。上記駆動板１１の変形によって一対の弾性部材１、１も徐々に戻っていき、それによって、移動部５は図５中下側に向かって微少変位していくことになる。この移動部５の微少変位は変位量検出センサ２５によって検出されることになる。
【００３７】
又、Ｘ軸方向の操作とＹ軸方向の操作を同時に行うことにより、移動部５を任意のＸ・Ｙ二次元方向に微少変位させることができる。
【００３８】
したがって、この第２の実施の形態の場合においても前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。
【００３９】
尚、本発明は前記第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記第１及び第２の実施の形態では、一対の弾性部材を初期状態において所定の微少量だけ引っ張っておくと共に駆動板を所定量だけ押圧しておく構成としたが、それに限定されるものではない。又、引っ張っておく場合や押圧しておく場合においてその量は任意に設定すればよい。
又、駆動板において一対の肉厚部を設ける構成とするか否かについても任意に設定すればよい。
その他図示した各部の構成はあくまで一例であって様々な変形が考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による変位量微調整装置と変位量微調整方法によると、まず、駆動手段及び一対の弾性部材による変形の方式が圧縮方式ではなく引張方式であるため、従来懸念されていた駆動手段側における圧縮による座屈という問題をなくすことができる。それによって、一対の弾性部材の弾性変形ひいては移動部の移動の精度を高めることができる。
又、初期状態において、一対の弾性部材を所定量だけ引っ張られた状態でセットした場合には、動作初期時における一対の弾性部材の変位を安定したものとすることができる。それによって、移動部の移動の精度を高めることができるものである。
又、初期状態において、駆動板を所定量だけ押圧した状態でセットした場合には、動作初期時における駆動板の変位を安定したものとすることができる。それによって、移動部の移動の精度を高めることができるものである。
又、駆動板の左右に肉厚部を設けて変形箇所を左右のバランスがとれた位置に積極的に特定するようにした場合には、駆動板の変形の左右のバランスをとることができ、それによって、一対の弾性部材の変形のバランスをとって、結局は移動部の移動の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、一軸タイプの変位量微調整装置の全体の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩ部を拡大して示す一部平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図４（ａ）は図３のａ部を拡大して示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ部を拡大し示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、二軸タイプの変位量微調整装置の全体の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図４のＶＩ−ＶＩ矢視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図６のＶＩＩＩ部を拡大して示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図７のＩＸ部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１弾性部材
３固定部
５移動部
７桁部材
９駆動手段
１１駆動板
１３マイクロメータ（押圧手段）
１５肉厚部
１７薄肉部
１９本体
２１摺動子
２３回転操作部
２５変位量検出センサ
２７センサ本体
２９接触子
３１桁部材[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention, for example, in a grinding apparatus, when a tool or a workpiece is moved by a minute amount to perform grinding with high accuracy, the tool or workpiece can be moved and positioned by a minute amount with high accuracy, Or, it relates to a displacement amount fine adjustment device and a displacement amount fine adjustment method that can be used in various positioning tables and electron microscopes in genetic engineering, and in particular, a displacement amount on the order of nm (nano meter, 10 ⁻⁹ m). The present invention relates to a device devised so that the accuracy of fine adjustment can be improved when adjusting.
[0002]
[Prior art]
As a displacement amount fine adjustment device, for example, there is one disclosed in JP-A-2001-347436. This is due to the applicant of the present patent application, and there is disclosed a displacement fine adjustment device having the following configuration.
First, a pair of elastic members are arranged, and one ends of the pair of elastic members are connected to the fixed portion. The other ends of the pair of elastic members are connected to the moving part. The moving part is connected to the fixed part via a pair of girder members so as to be slightly displaceable.
[0003]
Further, a drive plate is connected and arranged between the pair of elastic members, and the drive plate is driven by drive means such as a micrometer provided separately to elastically displace the pair of elastic members, Thereby, the moving part is moved by a minute amount via the pair of beam members.
This will be described in detail. In an initial state, the pair of elastic members are in an elastic return state, that is, an elastic force is not accumulated. On the other hand, the center of the drive plate is slightly curved in the counter-pressing direction.
[0004]
In this state, when the driving means is driven and the driving plate is pressed, the driving plate is displaced from a curved state to a straight state, whereby the pair of elastic members are elastically displaced outward. Due to the elastic displacement of the pair of elastic members, the moving part moves through a pair of girder members by a minute amount.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional configuration has the following problems.
As described above, in the case of the conventional displacement amount fine adjustment device, the drive plate is displaced from the curved state to the straight state by pressing the drive plate with the drive means. At that time, there is a problem that the drive plate is buckled. That is, since a compressive force acts on the drive plate, buckling occurs due to the compressive force.
When such a buckling occurs in the drive plate, the elastic displacement of the pair of elastic members varies due to this, and eventually the moving part cannot be moved with high accuracy. .
[0006]
The present invention has been made on the basis of such points, and an object of the present invention is to eliminate the occurrence of buckling in the drive plate constituting the drive means. It is an object of the present invention to provide a displacement amount fine adjustment device and a displacement amount fine adjustment method capable of increasing the accuracy of minute displacement.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a displacement amount fine adjustment device according to claim 1 of the present invention includes a pair of elastic members opposed to each other, a fixed portion in which one ends of the pair of elastic members are connected, and the pair of elastic members. The elastic member is connected to the other end of the elastic member and connected to the fixed portion via a girder member. The moving portion is slightly displaced by the elastic deformation of the pair of elastic members, and the pair of elastic members. A displacement amount fine adjustment device comprising: a drive unit that elastically deforms the member to slightly displace the moving unit; and the drive unit includes a drive plate that is connected and arranged between the pair of elastic members. And a pressing means that presses the drive plate, and the drive plate is set in a state where it is pushed out by a small amount in the pressing direction in the initial state, and the pair of elastic members are in the initial state. By drive plate Set in a state where it is pulled by a small amount, and further pushes the drive plate by the pressing means of the drive means and further pulls the pair of elastic members in a direction approaching each other to slightly displace the moving part. It is characterized by being.
The displacement fine adjustment device according to claim 2 is the displacement fine adjustment device according to claim 1, wherein the drive plate has thick portions on both sides of the pressing portion by the pressing means. It is characterized by.
The displacement fine adjustment device according to claim 3 is the displacement fine adjustment device according to claim 1 or 2, wherein the pair of elastic members, the fixed portion, the moving portion, and the drive plate of the drive means are all integrally formed. It is characterized by being.
According to a fourth aspect of the present invention, in the displacement fine adjustment device according to any one of the first to third aspects, the moving portion is movable in the X-axis direction via a girder member. And is connected to the fixed part side in a state of being movable in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction via another girder member. As means, an X-axis direction driving means and a Y-axis driving means are provided .
[0008]
That is, the displacement fine adjustment device according to the present invention is configured to slightly displace the moving part via the girder member by pulling the pair of elastic members toward each other depending on the driving means. . Thereby, the occurrence of buckling due to the compressive force on the driving means side can be eliminated, and the elastic displacement of the pair of elastic members and the accuracy of movement of the moving part can be improved.
At that time, it is conceivable that the pair of elastic members are set in a state where they are pulled by a very small amount in the initial state, and are further pulled by the driving means from the initial state so as to slightly displace the moving part. . As a result, variations at the initial stage of displacement can be eliminated.
Further, the driving means is composed of a driving plate arranged and arranged between the pair of elastic members, and a pressing means for pressing the driving plate, and the driving plate is pushed out by a small amount in the pressing direction in an initial state. It is conceivable to configure such that it is set in a fixed state, and this also makes it possible to eliminate variations in the initial stage of displacement.
Further, it is conceivable that the driving plate is provided with a thick portion on both sides of the pressing portion by the pressing means, thereby making it possible to balance displacement. That is, by providing thick portions on both sides of the pressing portion, both sides of the thick portion, i.e., the central pressing portion and not the outer portion of the pressure portion are specified as deformation locations, thereby The left and right deformations can be balanced.
In addition, it is conceivable that all of the pair of elastic members, the fixed portion, the moving portion, and the driving means are integrally formed, thereby improving the accuracy by eliminating mechanical errors as in the case of separate bodies. be able to.
In addition, as the displacement fine adjustment device, various configurations such as a uniaxial type and a biaxial type are assumed. For example, in the case of a biaxial type, the moving part is arranged in the X-axis direction via a girder member. Connected to the fixed portion side in a movable state and connected to the fixed portion side in a state movable in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction via another girder member, and driving means For example, a configuration in which an X-axis drive unit and a Y-axis drive unit are provided is conceivable. Further, claims 7 to 9 claim the above invention as a displacement fine adjustment method.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This first embodiment shows an example in which the present invention is applied to a uniaxial displacement fine adjustment device.
FIG. 1 is a plan view showing an overall configuration of a displacement fine adjustment device according to the present embodiment. First, a pair of elastic members 1 and 1 are provided, and one end (right end in FIG. 1) of these pair of elastic members 1 and 1 is connected to the fixed portion 3 side. On the other hand, the other end (left end in FIG. 1) of the pair of elastic members 1, 1 is connected to the moving unit 5.
[0010]
The moving part 5 is in the form of a block as shown in FIGS. 1 to 4, and the X-axis direction (left and right direction in FIG. 1) with respect to the fixed part 3 via a pair of girder members 7 and 7. ) Is attached in a movable state. The pair of beam members 7 and 7 are extended in a direction orthogonal to the X-axis direction.
In addition, while expanding the part of a pair of girder members 7 and 7 in FIG. 3 and showing in FIG. 4 (a), further enlarging the part of one girder member 7 in FIG. ).
[0011]
The pair of elastic members 1, 1 are configured to be elastically displaced by the driving means 9. The driving means 9 is composed of a driving plate 11 connected and arranged between the pair of elastic members 1 and 1 and a micrometer 13 as a pressing means for pressing the driving plate 11.
In this embodiment, the configuration in which the micrometer 13 is used as the driving means 9 and driven by manual operation is described as an example. However, this may be automatically performed using a stepping motor or the like. It is done.
[0012]
The configuration of the pair of elastic members 1 and 1 and the driving means 9 will be described in detail with reference to FIG. First, the pair of elastic members 1 and 1 are set in a state of being pulled in a direction approaching each other in an initial state. Further, the drive plate 11 of the drive means 9 is set in a state of being pressed in the left direction in FIG.
2 shows the pair of elastic members 1 and 1 and the drive plate 11 in an extremely curved state for the sake of easy understanding, and the pair of elastic members 1 and 1 are close to each other. The drive plate 11 is set in a state where it is pulled by a predetermined minute amount (L ₁ ) in the moving direction and pressed by a predetermined minute amount (L ₂ ) in the left direction in FIG.
[0013]
The reason for setting the initial state as described above is as follows. In other words, conventionally, the moving portion is moved by curving the pair of elastic members away from each other by compressing the drive plate outward by the pressing means. However, in this case, the drive plate is buckled, which causes a problem that the elastic displacement of the pair of elastic members and, consequently, the accuracy of movement of the moving portion is lowered.
[0014]
Therefore, in the case of this embodiment, such a compression method is stopped and a tension method is adopted. That is, the moving unit 5 is configured to move when the pair of elastic members 1 and 1 are pulled in directions close to each other by pressing the drive plate 11 with the micrometer 13 as the pressing means. As a result, the drive plate 11 is tensioned rather than compressed, and the buckling due to compression, which has been a problem in the past, is eliminated, and the problems due to buckling can be eliminated.
[0015]
As described above, in the initial state, the pair of elastic members 1 and 1 are already set in a state where they are pulled inward by a predetermined minute amount (L ₁ ). Similarly, the drive plate 11 is also set in a state where a predetermined minute amount (L ₂ ) is pressed by a micrometer 13 as a pressing means. This is due to the following reason.
[0016]
That is, if the pair of elastic members 1 and 1 are set in a straight state, that is, in a state where they are not pulled in any direction, when the tension starts to act in such a state, in the initial stage of operation, There is a possibility that the displacement of the pair of elastic members 1 and 1 becomes irregular. On the other hand, if it is set in a state where it is pulled in advance by a predetermined minute amount (L ₁ ) as in the present embodiment, the elastic displacement at the initial stage of operation becomes stable, and eventually the moving part 5 The accuracy of the displacement is also stabilized.
[0017]
Further, the reason why the drive plate 11 is set in a state where it is pressed by a predetermined minute amount (L ₂ ) in the initial state is the same, in order to stabilize the displacement of the drive plate 11 at the initial stage of operation. Thereby, the elastic displacement of the pair of elastic members 1 and 1, that is, the accuracy of movement of the moving unit 5 is intended to be improved.
[0018]
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the drive plate 11 is provided with thick portions 15 and 15 on both sides of a pressing portion by a micrometer 13 as a pressing means. The thick portions 15 and 15 are thin portions 17 and 17 on both sides. By adopting such a configuration, the left and right balance of the elastic displacement of the drive plate 11 is balanced, whereby the displacement of the pair of elastic members 1 and 1 is balanced and the movement of the moving unit 5 is performed. It is intended to improve the accuracy of.
The pair of elastic members 1, 1, the fixed portion 3, the moving portion 5, the drive plate 11 of the drive means 9, etc. are all integrally formed from a steel material that has been subjected to a quenching process. It is manufactured by high-precision cutting using a cut electrical discharge machine or a laser machine. Holes indicated by reference numerals 8 and 8 in FIG. 4 (b) indicate holes to be drilled when machining with a wire cut electric discharge machine.
[0019]
The micrometer 13 includes a main body 19, a slider 21 that is slidably attached to the main body 19, and a slide that is attached to the main body 19 so as to be rotatable and rotates. It is comprised from the operation part 23 which makes the child 21 slide. The slider 21 is connected to the central portion of the drive plate 11 already described.
[0020]
A displacement detection sensor 25 is installed on the left side of the moving unit 5 in FIG. The displacement detection sensor 25 includes a sensor main body 27 and a contact 29 that protrudes and is arranged from the sensor main body 27. The contact 29 is in contact with and disposed with respect to the moving unit 5, and the contact 29 is moved by the movement of the moving unit 5, thereby detecting the amount of displacement of the moving unit 5.
[0021]
The operation will be described based on the above configuration.
First, the initial state is as shown in FIG. 2, and the moving unit 5 is in the state of returning to the left side in FIGS. At this time, the pair of girder members 7 and 7 are in a state as shown by a solid line in FIG.
From this state, the slider 21 is moved to the left in FIGS. 1 and 2 by rotating the operation portion 23 of the micrometer 13. As a result, the drive plate 17 is further pressed from the state shown in FIG. 2 and deformed into a convexly curved state on the left side in the drawing.
[0022]
Here, the deformation of the drive plate 11 will be described in detail. Since the drive plate 11 is provided with thick portions 15 and 15 on the left and right, when pressed as described above, both sides of the thick portions 15 and 15, that is, the central thin portion 17 respectively. The three portions of the thin-walled portions 17 and 17 outside the thick-walled portions 15 and 15 are specified as portions that are more easily deformed. Thus, by positively specifying the deformed portion at the center portion and the left and right end portions, it is possible to balance the left and right deformations, thereby balancing the elastic deformation of the pair of elastic plates 1 and 1. As a result, the accuracy of the minute displacement of the moving part 5 can be improved.
[0023]
Due to the elastic deformation of the drive plate 11, the pair of elastic members 1 and 1 are pulled and curved in a direction closer to each other from the state shown in FIG. 2. As a result, the moving unit 5 is slightly displaced toward the right side in FIGS. That is, the pair of girder members 7 and 7 are deformed into a state as indicated by phantom lines in FIG. 4B, whereby the moving portion 5 is slightly displaced toward the right side in FIGS. Will go. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0024]
Further, when the rotation operation unit 23 of the micrometer 13 is rotated in the reverse direction from the above state, the slider 21 moves to the right side in FIGS. Thereby, the drive plate 11 gradually returns to the state shown in FIG.
[0025]
Due to the deformation of the drive plate 11, the pair of elastic members 1, 1 also gradually return to the state shown in FIG. 2, whereby the moving part 5 is slightly displaced toward the left side in FIGS. It will be. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, since the method of deformation of the drive means 9 by the drive plate 11 is not a compression method but a tension method, the problem of buckling of the drive plate 11 due to compression, which has been a concern in the past, can be eliminated. As a result, the elastic deformation of the pair of elastic members 1, 1 and the accuracy of movement of the moving unit 5 can be increased.
In the initial state, the pair of elastic members 1 and 1 are set in a state of being pulled by a predetermined amount (L ₁ ), and the drive plate 11 is set in a state of being pressed by a predetermined amount (L ₂ ). Therefore, the displacement of the drive plate 11 and the pair of elastic members 1 and 1 at the initial stage of operation can be stabilized. Thereby, the accuracy of movement of the moving unit 5 can be increased.
Further, the drive plate 11 is provided with thick portions 15 and 15 on the left and right sides, and the thin portions 17 and 17 are arranged on both sides thereof. Therefore, the left and right balance of the deformation of the drive plate 11 can be balanced, thereby balancing the deformation of the pair of elastic members 1 and 1, and eventually the movement of the moving unit 5. Can improve the accuracy.
In the case of this embodiment, since all of the drive means 9 are integrally formed except for a part of the structure, there is no mechanical error and the accuracy is high.
[0027]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the uniaxial type (only in the X-axis direction) displacement amount fine adjustment device has been described as an example. However, in the case of the second embodiment, this is a biaxial type (X-axis type). A displacement amount fine adjustment device having a direction and a Y-axis direction orthogonal to the direction) will be described as an example.
The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0028]
First, the configuration for displacing the moving unit 5 in the X-axis direction is the same as the configuration described in the first embodiment. Further, in the case of the second embodiment, in order to displace the moving unit 5 also in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, the same configuration as that for displacing in the X-axis direction is used in the Y-axis direction. Also provided.
[0029]
In that case, the moving part 5 is comprised from the 1st moving part 5a and the 2nd moving part 5b. 6 and 8, the first moving part 5a is connected to the second moving part 5b via a pair of girder members 7, 7, and the pair of girder members 7, 7 is configured to be movable in the X-axis direction. Further, as shown in FIGS. 7 and 9, the second moving portion 5b is connected to the fixed portion 3 side through another pair of girder members 31, 31, and the pair of girder members 31, It is configured to be displaceable in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction via 31.
[0030]
Further, the configuration of the pair of elastic members 1 and 1 and the drive plate 11 for displacement in the X-axis direction, and the configuration of the elastic members 1 and 1 and the drive plate 11 for displacement in the Y-axis direction are as described above. This is the same as in the case of the above embodiment, and is not a conventional compression method but a tension method.
In this case, a pair of elastic members 1 and 1 for displacement in the X-axis direction and elastic members 1 and 1 for displacement in the Y-axis direction are connected to the first moving portion 5a. The second moving part 5b is arranged between the first moving part 5a and the fixed part 3 side.
[0031]
The operation will be described based on the above configuration. First, in the X-axis direction, as in the case of the first embodiment, at the initial stage, the moving unit 5 is in a state of returning to the left side in FIG.
From this state, the slider 21 is moved to the left in FIG. 5 by rotating the operation unit 23 of the micrometer 13. As a result, the drive plate 11 is further pressed and deformed into a convexly curved state on the left side in the drawing.
[0032]
The elastic deformation of the drive plate 11 causes the pair of elastic members 1 and 1 to be bent by being pulled in directions approaching each other. Thereby, the moving part 5 is slightly displaced toward the right side in FIG. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0033]
Further, when the rotation operation unit 23 of the micrometer 13 is rotated in the reverse direction from the above state, the slider 21 moves to the right side in FIG. Thereby, the drive plate 11 gradually returns. Due to the deformation of the drive plate 11, the pair of elastic members 1, 1 also gradually return, whereby the moving part 5 is slightly displaced toward the left side in FIG. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0034]
Further, the Y-axis direction is the same as that in the X-axis direction described above. By rotating the rotation operation unit 23 of the micrometer 13 in an appropriate direction, the moving unit 5 is slightly displaced in the vertical direction in FIG. It becomes possible to make it.
That is, at the initial stage, the moving unit 5 is in a state of returning to the lower side in FIG.
From this state, the slider 21 is moved downward in FIG. 5 by rotating the operation portion 23 of the micrometer 13. As a result, the drive plate 11 is further pressed and deformed into a state of being further convexly curved downward in the drawing.
[0035]
The elastic deformation of the drive plate 11 causes the pair of elastic members 1 and 1 to be bent by being pulled in directions approaching each other. Thereby, the moving part 5 is slightly displaced toward the upper side in FIG. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0036]
Further, when the rotation operation unit 23 of the micrometer 13 is rotated in the reverse direction from the above state, the slider 21 moves upward in FIG. Thereby, the drive plate 11 gradually returns. Due to the deformation of the drive plate 11, the pair of elastic members 1 and 1 also gradually return, whereby the moving portion 5 is slightly displaced downward in FIG. The minute displacement of the moving unit 5 is detected by the displacement amount detection sensor 25.
[0037]
Further, by simultaneously performing the operation in the X-axis direction and the operation in the Y-axis direction, the moving unit 5 can be slightly displaced in any X / Y two-dimensional direction.
[0038]
Therefore, even in the case of the second embodiment, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
[0039]
The present invention is not limited to the first and second embodiments.
First, in the first and second embodiments, the pair of elastic members are pulled by a predetermined minute amount in the initial state and the drive plate is pressed by a predetermined amount, but the present invention is not limited thereto. It is not a thing. Further, the amount may be arbitrarily set in the case of pulling or pressing.
Moreover, what is necessary is just to set arbitrarily also about the structure which provides a pair of thick part in a drive plate.
In addition, the structure of each part shown in figure is an example to the last, and various deformation | transformation can be considered.
[0040]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the displacement amount fine adjustment device and the displacement amount fine adjustment method according to the present invention, since the deformation method by the driving means and the pair of elastic members is not the compression method but the tension method, there is a concern in the past. It is possible to eliminate the problem of buckling due to compression on the driving means side. Thereby, the elastic deformation of the pair of elastic members and the accuracy of movement of the moving part can be increased.
Further, in the initial state, when the pair of elastic members are set in a state where they are pulled by a predetermined amount, the displacement of the pair of elastic members at the initial operation can be stabilized. Thereby, the accuracy of movement of the moving part can be increased.
Further, in the initial state, when the drive plate is set in a state where it is pressed by a predetermined amount, the displacement of the drive plate at the initial stage of operation can be stabilized. Thereby, the accuracy of movement of the moving part can be increased.
In addition, when a thick portion is provided on the left and right sides of the drive plate to positively identify the deformation location at a balanced position on the left and right, the left and right balance of the deformation of the drive plate can be taken, Accordingly, it is possible to balance the deformation of the pair of elastic members, and eventually improve the accuracy of movement of the moving unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and is a plan view showing an overall configuration of a uniaxial displacement fine adjustment device;
FIG. 2 is a diagram showing the first embodiment of the present invention, and is a partial plan view showing an enlarged II part of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and is a view taken in the direction of arrows III-III in FIG. 1;
4A and 4B are diagrams showing a first embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is an enlarged view of a part of FIG. 3, and FIG. 4B is a b part of FIG. 4A; It is a figure which expands and shows.
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a plan view showing the overall configuration of a biaxial type displacement fine adjustment device;
6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a view taken in the direction of arrows VI-VI in FIG. 4;
7 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a view taken along arrow VII-VII in FIG. 4;
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is an enlarged view of a portion VIII in FIG. 6;
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is an enlarged view of a portion IX in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic member 3 Fixing part 5 Moving part 7 Girder member 9 Driving means 11 Driving plate 13 Micrometer (pressing means)
15 Thick part 17 Thin part 19 Main body 21 Slider 23 Rotating operation part 25 Displacement detection sensor 27 Sensor main body 29 Contact 31 Girder member

Claims

A pair of opposing and disposed elastic members;
A fixing portion in which one end of the pair of elastic members is continuously provided;
The other end of the pair of elastic members is provided continuously, and a moving portion that is provided continuously to the fixed portion via a girder member and that is slightly displaced by the elastic deformation of the pair of elastic members;
Driving means for elastically deforming the pair of elastic members to slightly displace the moving unit;
In the displacement fine adjustment device comprising:
The driving means is composed of a driving plate arranged and arranged between the pair of elastic members, and a pressing means for pressing the driving plate,
The drive plate is set in a state where it is pushed out in a small amount in the pressing direction in the initial state, and the pair of elastic members is set in a state where it is pulled in a small amount by the drive plate in the initial state,
A displacement amount fine adjustment device characterized in that the moving portion is slightly displaced by further pushing out the drive plate by the pressing means of the drive means and further pulling the pair of elastic members in a direction approaching each other. .

The displacement fine adjustment device according to claim 1,
The displacement fine adjustment device according to claim 1, wherein the drive plate has thick portions on both sides of the pressing portion by the pressing means .

The displacement fine adjustment device according to claim 1 or 2,
The displacement fine adjustment device , wherein the pair of elastic members, the fixed portion, the moving portion, and the drive plate of the drive means are all integrally formed .

In the displacement amount fine adjustment device according to any one of claims 1 to 3 ,
The moving part is connected to the fixed part side so as to be movable in the X-axis direction via a girder member, and can also move in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction via another girder member. In this state, the displacement fine adjustment device is characterized in that it is continuously provided on the fixed portion side, and an X-axis direction drive means and a Y-axis drive means are provided as drive means .