JP4180464B2 - 変位量微調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、研削装置において、工具又はワークを微小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小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高めると共にその小型化を図ることができるように工夫したものに関する。

この種の変位量微調整装置としては、例えば、特許文献１に開示されているようなものがある。この特許文献１は本件特許出願人による先行特許願である。

特開２００１―３４７４３６号公報

上記特開２００１―３４７４３６号公報に開示されている変位量微調整装置の構成を図５に示す。図５は変位量微調整装置２０１の概略の構成を示す斜視図であり、まず、一対の弾性部材２０３、２０５が対向・配置されている。これら一対の弾性部材２０３、２０５は、初期の状態では、図５に示すように、内側に凹むように屈曲した状態になっている。上記一対の弾性部材２０３、２０５の一端側（図５中右側）には固定ブロック２０７が連結されている。又、この固定ブロック２０７は取付ベース２０９上に設けられた延長ブロック２１１上に固定されている。

又、上記一対の弾性部材２０３、２０５の他端側（図５中左側）には移動ブロック２１３が連結されている。この移動ブロック２１３の下面には支持片２１５の一端が一体に形成されている。又、この支持片２１５の他端には基台部２１７が一体に形成されている。又、この基台部２１７は既に説明したベース２０９上に固定されている。

上記一対の弾性部材２０３、２０５の間には湾曲板２１９が配置されている。この湾曲板２１９は上記一対の弾性部材２０３、２０５の中央部に配置されていて、一対の弾性部材２０３、２０５を連結するように一体であって略「く」字状に設けられている。すなわち、図５中右側に凹むように「く」字状に屈曲・形成されている。

又、延長ブロック２１１の外側には駆動装置としてのマイクロメータ２２１が設置されていて、このマイクロメータ２２１の本体２２３は固定ブロック２０７に固定されている。又、上記本体２２３からは摺動子２２５が延長されていて、該摺動子２２５は固定ブロック２０７を貫通して湾曲板２１９の中心位置に連結されている。又、上記本体２２３の後端部には操作部２２７が設けられていると共に前部にはダイル２２９が設けられている。

又、上記移動ブロック２１３には載置テーブル２３１が連結されていて、この載置テーブル２３１の先端には変位量検出センサ２３３が連結されている。この変位量検出センサ２３３によって移動ブロック２１３ひいては載置テーブル２３１の微小変位量を検出するものである。

上記構成において、マイクロメータ２１１の操作部２２７を回転操作することにより、摺動子２２５が移動する。この摺動子２２５の移動によって湾曲板２１９の中央部が押圧され、それによって「く」字状の状態から真っ直ぐに延びるような状態に弾性変形する。この湾曲板２１９の弾性変形によって、一対の弾性部材２０３、２０５が、図中実線で示す状態から仮想線で示す状態に変形する。すなわち、一対の弾性部材２０３、２０５が内側に凹むように屈曲した状態から真っ直ぐな状態になろうと変形する。この一対の弾性部材２０３、２０５の弾性変形によって、移動ブロック２１３が前方に微小量だけ移動する。この移動ブロック２１３の移動によって載置テーブル２３１も移動し、その移動量は変位量検出センサ２３３によって検出されるものである。

又、マイクロメータ２１１の操作部２２７を逆方向に回転操作すると、摺動子２２５が後退する。この摺動子２２５の後退によって湾曲板２１９の中央部への押圧が解除されていき、それによって、湾曲板２１９は元の形状、すなわち、「く」字状の状態に復帰していく。この湾曲板２１９の復帰によって、一対の弾性部材２０３、２０５が、図中仮想線で示す状態から実線で示す状態に復帰していく。つまり、一対の弾性部材２０３、２０５が相互に接近する方向に復帰する。この一対の弾性部材２０３、２０５の復帰によって、移動ブロック２１３が後方に微小量だけ移動する。この移動ブロック２１３の移動によって載置テーブル２３１も後退し、その移動量は変位量検出センサ２３３によって検出されるものである。

上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、従来の構成によると変位量微調整装置としての小型化が図り難いという問題があった。これは、次のような理由による。既に説明したように、従来の変位量微調整装置の場合には、一対の弾性部材２０３、２０５と湾曲板２１９等から構成される弾性変形部の下側に支持片２１５、すなわち、移動ブロック２１３の変位を許容するための構成部が配置される構成である。そして、弾性変形部の弾性変形によって移動ブロック２１３が微小変位する際に、支持片２１５を弾性変形させるようにしている。このような構成にした場合には、変位量微調整装置としての背が高くなってしまい、結局、装置の小型化を図る上で大きな障害になっていた。

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、装置としての低背化を図ることを可能とし、それによって、装置の小型化を図ることが可能な変位量微調整装置を提供することにある。

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、内側に空間部を備えた固定部と、上記空間部内に配置され上記固定部に対して弾性体からなる４個の支持片を介して連設され一軸方向に移動可能に設けられた移動部と、上記移動部の内側空間部に対向・配置された状態で設けられた一対の弾性部材と、上記一対の弾性部材の間に連設・配置された湾曲板と、上記固定部の一部を貫通・配置されて上記湾曲板の中央に連設され湾曲板を弾性変形させることにより上記一対の弾性部材を弾性変形させ、それによって、上記弾性体からなる４個の支持片を弾性変形させて上記移動部を上記一軸方向に沿って微小変位させる駆動手段と、を具備し、上記弾性体からなる４個の支持片と上記一対の弾性部材と上記湾曲板と上記駆動手段は同一平面上に配置されてい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、上記一対の弾性部材は上記弾性体からなる４個の支持片によって囲まれた空間内に配置されていることを特徴とするものである。

すなわち、本願発明による変位量微調整装置は、内側に空間部を備えた固定部と、上記空間部内に配置され上記固定部に対して弾性体からなる４個の支持片を介して連設され一軸方向に移動可能に設けられた移動部と、上記移動部の内側空間部に対向・配置された状態で設けられた一対の弾性部材と、上記一対の弾性部材の間に連設・配置された湾曲板と、上記固定部の一部を貫通・配置されて上記湾曲板の中央に連設され湾曲板を弾性変形させることにより上記一対の弾性部材を弾性変形させ、それによって、上記弾性体からなる４個の支持片を弾性変形させて上記移動部を上記一軸方向に沿って微小変位させる駆動手段と、を具備し、上記弾性体からなる４個の支持片と上記一対の弾性部材と上記湾曲板と上記駆動手段は同一平面上に配置されているものである。それによって、装置の低背化を図ることができひいては装置の小型化を可能とするものである。
その際、上記一対の弾性部材は上記弾性体からなる４個の複数個の支持片によって囲まれた空間内に配置することが考えられ、それによって、弾性体からなる複数個の支持片によって囲まれた空間内を有効利用することが可能になり、それによっても、装置の小型化を効果的に図ることができるものである。

以上詳述したように本発明による変位量微調整装置によると、移動部の固定部に対する微小変位を可能にしている弾性体からなる４個の支持片と一対の弾性部材等が同一平面上に配置される構成であるので、装置としての低背化を図ることができる。それによって、装置の小型化を効果的に図ることができるものである。
又、一対の弾性部材等が弾性体からなる４個の支持片によって囲われた空間内の中央部に位置するような構成とした場合には、平面的にその構成をみた場合においても、スペースの有効利用ひいては装置の小型化を図ることができるものである。又、移動部の移動幅を規制してその精度を高めることができる。

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り、図２（ａ）は要部の構成においてカバーを取り外して内部の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は同上の正面図である。又、図３(ａ)は図２(ａ)のａ部を拡大して示す図、図３(ｂ)は図２(ａ)のｂ部を拡大して示す図である。

図２（ａ）に示すように、まず、移動部１と固定部３があり、移動部１はその四隅に設けられた４個の支持片５を介して上記固定部３に対して微小変位可能な状態で連設されている。上記４個の支持片５の内１個の支持片５を図３(ａ)に拡大して示す。又、上記移動部１の図２(ａ)中左端の部分は、図２(ｂ)に示すように、水平方向にカットされていて、それによって、固定部３側に対して離間されている。
尚、図２（ａ）においては上半分は変位前（移動部１が図中右側に復帰した状態）の状態を示すと共に下半分は変位後（移動部１が図中左側に前進した状態）を示している。又、説明の都合上上記支持片５に厚みを持たせて表示しているが、実際には極めて薄く構成されたものである。

又、上記移動部１の中央部には空間１ａが形成されていて、該空間１ａ内には一対の弾性部材７、９が設置されている。又、図３(ｂ)にも示すように、これら一対の弾性部材７、９には湾曲板１１を介して駆動手段１３が連結されている。上記弾性部材７と湾曲板１１の関係を図３(ｂ)に拡大して示す。上記駆動手段１３は、先端に摺動子１５を備えていて、この摺動子１５は上記湾曲板１１の中央部に連結されている。上記摺動子１５は駆動手段１３のマイクロメータ１７に連結されていて、マイクロメータ１７の操作部１９を回転操作することにより進退するものである。又、上記摺動子１５は移動部３に設けられた貫通孔２１を通って配置されている。
尚、説明の都合上上記弾性部材７、９、湾曲板１１に厚みを持たせて表示しているが、実際には極めて薄く構成されたものである。

又、図１に示すように、移動部１の前方（図中左側）には変位量検出センサ２３が設けられている。この変位量検出センサ２３は、センサ本体２５と、このセンサ本体２５より突出・配置された接触子２７とから構成されている。この接触子２７は既に説明した移動部１に対して当接・配置されており、移動部１が移動することにより接触子２７が移動し、それによって、移動部１の変位量を検出するものである。

又、図１及び図２（ｂ）に示すように、移動部１の上部にはカバー３１が着脱可能に取り付けられている。使用時には、図１に示すように、カバー３１によって覆われた状態となる。
尚、この実施の形態による変位量微調整装置は、例えば、ワイヤーカット法によって加工・形成されるものである。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず、当所移動部１が原点位置に復帰した状態を図２（ａ）において上半分に示す。その状態から、マイクロメータ１７の操作部１９を回転操作することにより、摺動子１５が前進する。この摺動子１５の前進によって湾曲板１１の中央部が押圧され、それによって、弾性変形する。この湾曲板１１の弾性変形によって、一対の弾性部材７、９が図２（ａ）中下半分に示すような状態に弾性変形する。つまり、一対の弾性部材７、９が相互に接近する方向に変形する。

又、上記摺動子１５の前進による湾曲板１１の押圧によって、移動部１は四隅の支持片５の弾性変形を介して図中左方向に前進する。その際、既に述べた弾性部材７、９の弾性変形は上記移動部１の前進を抑制するように作用する。つまり、摺動子１５の前進幅に対する移動部１の移動量を小さくすることになり、それによって、移動制御の精度を高めようとするものである。そして、移動部１の移動量は変位量検出センサ２３によって検出されるものである。

又、マイクロメータ１７の操作部１９を逆方向に回転操作すると、摺動子１５が後退する。この摺動子１５の後退によって湾曲板１１の中央部への押圧が解除されていき、それによって、元の形状に復帰していく。この湾曲板１１９の復帰によって、一対の弾性部材７、９が、図２（ａ）中上半分に示す状態に復帰していく。つまり、一対の弾性部材７、９が相互に離間する方向に復帰する。そして、移動部１が後方に微小量だけ移動する。この移動部１の移動量は変位量検出センサ２３によって検出されるものである。

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。
すなわち、移動部１の固定部３に対する微小変位を可能にしている４個の支持片５と一対の弾性部材７、９、湾曲板１１等の駆動手段が同一平面上に配置される構成であるので、装置としての低背化を図ることができる。それによって、装置の小型化を効果的に図ることができるものである。
又、この第１の実施の形態の場合には、一対の弾性部材７、９、湾曲板１１等が、４個の支持片５によって囲われた空間内の中央部に位置するような構成であるので、平面的にその構成をみた場合においても、スペースの有効利用ひいては装置の小型化を図ることができるものである。
又、この実施の形態の場合には、弾性部材７、９の弾性変形によって、移動部１の移動量を規制してその精度を高めることができるものである。

次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前期第１の実施の形態の場合には、一対の弾性部材７、９、湾曲板１１等が、４個の支持片５によって囲われた空間内の中央部に位置するような構成であったが、この第２の実施の形態の場合には、一対の弾性部材７、９、湾曲板１１等が、４個の支持片５によって囲われた空間内の外側に配置された構成である。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず、当所移動部１が原点位置に復帰した状態を図４中実線で示す。その状態から、マイクロメータ１７の操作部１９を回転操作することにより、摺動子１５が前進する。この摺動子１５の前進によって湾曲板１１の中央部が押圧され、それによって、図中仮想線で示すように弾性変形する。この湾曲板１１の弾性変形によって、一対の弾性部材７、９が図中仮想線で示すように弾性変形する。つまり、一対の弾性部材７、９が相互に接近する方向に変形する。その際、弾性部材７、９の図４中右側は固定されているので、移動部１は四隅の支持片５の弾性変形を介して図４中右方向に戻されることになる。そして、移動部１の移動量は変位量検出センサ２３によって検出されるものである。

又、マイクロメータ１７の操作部１９を逆方向に回転操作すると、摺動子１５が後退する。この摺動子１５の後退によって湾曲板１１の中央部への押圧が解除されていき、それによって、元の形状に復帰していく。この湾曲板１１９の復帰によって、一対の弾性部材７、９が、図４中実線で示す状態に復帰していく。つまり、一対の弾性部材７、９が相互に離間する方向に復帰する。そして、移動部１が前方に微小量だけ移動する。この移動部３の移動量は変位量検出センサ２３によって検出されるものである。

そして、このような第２の実施の形態の場合にも、前記第１の実施の形態の場合と略同様の効果を奏することができるものである。

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。
例えば、前記第１、第２の実施の形態の場合には、一軸タイプの変位量微調整装置に適用した例を挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、相互に直交する二方向に変位可能な二軸タイプの変位量微調整装置に適用してもよい。
その他図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、例えば、研削装置において、工具又はワークを微小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小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に利用可能である。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、変位量微調整装置の全体の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２（ａ）は変位量微調整装置の要部の構成を示す平面図、図２（ｂ）は変位量微調整装置の要部の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図３(ａ)は図２(ａ)のａ部を拡大して示す図、図３(ｂ)は図２(ａ)のｂ部を拡大して示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、変位量微調整装置の全体の構成を示す平面図である。 従来例を示す図で、変位量微調整装置の全体の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 移動部
３ 固定部
５ 支持片
７ 弾性部材
９ 弾性部材
１１ 湾曲板
１３ 駆動手段
１５ 摺動子
１７ マイクロメータ
１９ 操作部
２３ 変位量検出センサ

Claims (2)

1. 内側に空間部を備えた固定部と、
   上記空間部内に配置され上記固定部に対して弾性体からなる４個の支持片を介して連設され一軸方向に移動可能に設けられた移動部と、
   上記移動部の内側空間部に対向・配置された状態で設けられた一対の弾性部材と、
   上記一対の弾性部材の間に連設・配置された湾曲板と、
   上記固定部の一部を貫通・配置されて上記湾曲板の中央に連設され湾曲板を弾性変形させることにより上記一対の弾性部材を弾性変形させ、それによって、上記弾性体からなる４個の支持片を弾性変形させて上記移動部を上記一軸方向に沿って微小変位させる駆動手段と、を具備し、
   上記弾性体からなる４個の支持片と上記一対の弾性部材と上記湾曲板と上記駆動手段は同一平面上に配置されていることを特徴とする変位量微調整装置。
2. 請求項１記載の変位量微調整装置において、
   上記一対の弾性部材は上記弾性体からなる４個の支持片によって囲まれた空間内に配置されていることを特徴とする変位量微調整装置。