JP4210488B2

JP4210488B2 - 変位拡大機構

Info

Publication number: JP4210488B2
Application number: JP2002243378A
Authority: JP
Inventors: 昭一小野; 憲二熊本; 豊稲田; 七郎貫井
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP2004088837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変位拡大機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば光学ステージの位置決めなど微動制御を行う際に使用される装置の一つとして、変位拡大機構がある。図４にかかる従来の変位拡大機構を示す。変位拡大機構１には、圧電アクチュエータ素子が組み込まれ駆動用の変位を生み出すアクチュエータ３が設けられている。かかるアクチュエータ３から生じる駆動用の変位は、リンク部材５に伝達され、さらにレバー７で拡大されて出力体９に伝達される。アクチュエータ３とリンク部材５との間には、アクチュエータ３の変位を受けるアタッチメント１１が設けられている。さらに、アタッチメント１１とリンク部材５との間には、両者の間隔を調整し、アクチュエータ３への予圧力を調整するための、少なくとも二枚の楔部材１３が配設される。出力体９におけるアクチュエータ３と逆側の端面は、変位拡大機構１の最終的な変位を出力する出力端部９ａとして機能する。出力端部９ａには、左右一対の固定部９ｂが形成されている。かかる一対の固定部９ｂは、出力端部９ａの他の部分よりも突出しており、微動制御を行う対象となる部品が固定される部分となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の変位拡大機構１においては、変位拡大機構１に組み込むアクチュエータの高さ寸法にバラツキがあると、そのバラツキ差がレバー７で拡大されて出力体９における最終的な変位にも現れる問題がある。このバラツキ量は、±４００μｍにもなることがあり、変位拡大機構１を、微動制御を行う対象となる部品を含んだ装置全体に組み込む際に問題となっていた。このため従来は、ワッシャやシムなどを出力端部９ｂと微動制御させる部品の間に介入させるギャップ補正を行う必要があったが、かかるギャップ補正は、幾つものサイズのワッシャ等を予め用意しておく必要があり、また、満足のいく補正結果を得るためにはワッシャ等の挿入や取り外しを繰り返す場合もあり得る手間のかかる作業であった。
【０００４】
従って、本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、ワッシャやシムなどを用いずに、より簡易に出力端部の位置調整を行うことができる変位拡大機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の変位拡大機構は、基体に設けられ、圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータと、前記アクチュエータの軸線を中心に左右対称に設けられ、前記アクチュエータで発生した駆動用の変位を受けるリンク体と、前記アクチュエータの前記軸線を中心に左右対称に設けられ、変位を最終的に出力する出力体と、前記リンク体と隣接し且つ前記アクチュエータの前記軸線を中心に左右対称に設けられ、前記リンク体が受けた変位を拡大して前記出力体に伝える拡大用レバー手段であって、支点部と、作用点部と、前記支点部及び前記作用点部の間の位置に力点部とを有し、前記支点部において前記基体に接続され、前記力点部において前記リンク体に接続され、前記作用点部において前記出力体に接続される拡大用レバー手段と、前記リンク体を変位出力方向に移動させて前記出力体の位置決め調整を行う第一のねじ手段であって、前記リンク体と螺合すると共に前記アクチュエータとは非ねじ部において相互に回転可能に当接する調整ねじである第一のねじ手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
前記アクチュエータの変位出力側と逆側の端部に当接し、前記アクチュエータを前記リンク体に向けて押圧する調整ねじである第二のねじ手段をさらに備えてもよい。
前記第一のねじ手段は、前記アクチュエータの前記軸線上に配置されていると好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、実施の形態１に係る変位拡大機構の平面を示す。変位拡大機構２１は、アクチュエータ２３と、基体２５と、リンク体２７と、左右一対のレバー体２９と、出力体３１とを備える。出力体３１におけるアクチュエータ２３と逆側の端面は、変位拡大機構２１の最終的な変位を出力する出力端部６１として機能する。アクチュエータ２３は、圧電素子などの圧電アクチュエータ素子が組み込まれた円柱状の部材であり、駆動用の変位を生み出す。アクチュエータ２３における変位出力側すなわちリンク体２７と当接する側の端部には、半球状の突起３３が形成されている。リンク体２７は、アクチュエータ２３の軸線ＣＬを中心として左右対称に設けられている。また、左右一対のレバー体２９はそれぞれ、リンク体２７と隣接し且つアクチュエータ２３の左右の対応する側に振り分けられるように配置されている。各レバー体２９は、基体２５の中央側寄りの端部に、支点部３７を備えると共に、基体２５の外側寄りの端部に、作用点部３９を備える。そして、各レバー体２９は、支点部３７を中心に揺動可能に基体２５に接続され、作用点部３９において出力体３１に接続されている。また、各レバー体２９は、支点部３７と作用点部３９との間の位置に力点部４１を備え、かかる力点部４１においてリンク体２７に接続されている。出力体３１は、アクチュエータ２３を中心として左右対称に延長しており、左右一対の折り曲げばね部４３を介してリンク体２７に接続されている。
【０００８】
基体２５は、出力体３１と逆側の端部に、直方体状の凹み部４５を有し、その凹み部４５の底面からは、出力体３１に向けて円柱状の貫通穴４７が延びており、この貫通穴４７にアクチュエータ２３が挿入される。また、凹み部４５には、当該凹み部４５の形状に対応するような直方体状の押し板４９が嵌合される。押し板４９は、左右一対のねじ４９ａにより凹み部４５に着脱可能に取り付けられ、ねじを締め付けることによってアクチュエータ２３をリンク体２７に向けて押圧し、アクチュエータ２３に好適な予圧を付与する。
【０００９】
図２に示されるように、リンク体２７には、雌ねじ穴１０１が穿設されている。雌ねじ穴１０１は、アクチュエータ２３の軸線ＣＬと同軸に形成されている。この雌ねじ穴１０１には、外周に雄ねじ部を備えた調整ねじ１０３が螺合されている。調整ねじ１０３のアクチュエータ２３側の端面には、アクチュエータ２３に形成された前述の半球状の突起３３を受けるような円錐状の窪み１０５が形成されている。すなわち、調整ねじ１０３は、リンク体２７とは雌ねじ穴１０１を介して螺合すると共にアクチュエータ２３とはねじ溝のない端面において相互に回転可能に当接している。また、出力体３１には、調整ねじ１０３へのアクセス穴１０７が穿設されている。アクセス穴１０７もまた、アクチュエータ２３の軸線ＣＬと同軸に形成されており、内周面はねじ溝の形成されていない平滑面となっている。かかるアクセス穴１０７を通して、汎用あるいは専用の工具を調整ねじ１０３の端面１０３ａにアクセスし、調整ねじ１０３に回転トルクを付与し、調整ねじ１０３を上下に移動させることができる。
【００１０】
次に、上述した変位拡大機構２１の作用について説明する。所定の電圧をかけることによってアクチュエータ２３から所期の変位が発生する。かかる変位は、半球状の突起３３及び調整ねじ１０３を介してリンク体２７に伝わり、リンク体２７は、図１に矢印Ａで示されるように移動する。リンク体２７の移動により力点部４１を介して一対のレバー体２９に力が付与され、左右それぞれのレバー体２９は支点部３７を中心に揺動する。かかるレバー体２９の揺動により、リンク体２７から力点部４１を介してレバー体２９に伝達された入力変位が、てこの原理により拡大されて、作用点部３９を介して出力体３１に出力変位として伝達される。このときの入力変位と出力変位との拡大比は、レバー体２９における力点部４１及び支点部３７の間隔と、作用点部３９及び支点部３７の間隔との比で決定する。このようにして一対のレバー体２９により拡大された変位は出力体３１に伝わり、それに応じて出力体３１は、矢印Ｅで示されるようにリンク体２７の変位と同方向により大きな変位量で移動し、変位拡大機構２１の最終的な変位が出力体３１における出力端部６１から出力される。
【００１１】
また、本実施の形態では、次のように出力端部の位置決め調整を行うことができる。汎用あるいは専用の工具をアクセス穴１０７に挿入して調整ねじ１０３の端面１０３ａに当接させ、調整ねじ１０３に回転トルクを加える。この場合の回転トルクは、調整ねじ１０３を図２の矢印Ｂに示す方向すなわちアクチュエータ２３に接近する方向に進ませる向きのトルクである。調整ねじ１０３はこのような回転トルクを受けるとアクチュエータ２３をリンク体２７から離隔するように押圧する。しかし、アクチュエータ２３の移動は前述の押し板４９などにより規制されているため、調整ねじ１０３自体は半球状の突起３３に対して回転するだけで軸線ＣＬ方向（変位出力方向）には殆ど移動せず、その代わりに、調整ねじ１０３に螺合しているリンク体２７の方が図２に矢印Ｃで示されるように矢印Ｂと逆方向に移動することとなる。かかるリンク体２７の矢印Ｃ方向の移動は、前述した矢印Ａ（図１参照）方向の移動と同態様であり、これによって、一対のレバー体２９及び出力体３１が移動し、出力端部６１の位置決め調整が行えるようになっている。すなわち、調整ねじ１０３をアクチュエータ２３に向けて締め付けたり緩めたりすることで、出力端部６１の位置を調整することができるようになっている。本実施の形態では、かかる出力端部の位置決め調整によって、ワッシャやシムなどの部品を使用したギャップ調整を行うことなく、出力変位のバラツキ量を±３０μｍ以下にまで低減することが可能となった。また、かかる調整は、専用の部品として設けられているわけではなくアクチュエータ２３の突起３３の受けとして必須部品（すなわち既存のアタッチメント）でもある調整ねじ１０３を回転させるだけよく、簡易な態様で行える。さらに、リンク体２７、出力体３１及びレバー体２９はアクチュエータ２３の軸線ＣＬを中心に左右対称に設けられており、かかる軸線ＣＬ上に配置された調整ねじ１０３による回転運動によって、リンク体２７及びアクチュエータ２３に押圧力を付与するため、出力体３１を傾けることなく、真直性を低下させることなく出力端部の位置決め調整を行うことができる。
【００１２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る変位拡大機構について図３をもとに説明する。本実施の形態は、上記実施の形態１において調整ねじ１０３に加えて又は代えて、アクチュエータの変位出力側と逆側の端部に当接する調整ねじを設けたものである。図３に示されるように、基体２５には、実施の形態１における押し板４９と同形状の押し板２４９が設けられている。かかる押し板２４９もまた、アクチュエータ２２３を図示しないリンク体に向けて押圧しアクチュエータ２２３に予圧をかける。また、押し板２４９における軸線ＣＬ上には、雌ねじ穴２０１が穿設されている。この雌ねじ穴２０１内には、外周に雄ねじが形成された調整ねじ２０３が螺合される。調整ねじ２０３のアクチュエータ側の先端部には、半円球状の突起２７５が設けられている。一方、アクチュエータ２２３の端部２５１における端面２７７には、半円球状の突起２７５を受けるような円錐状の窪み２７９が形成されている。なお、図３では、アクチュエータの変位出力側の図示が省略されているが、本実施の形態２では、アクチュエータの変位出力側の構造は、従来と同様に、アタッチメントと楔との組み合わせでもよいし、実施の形態１のように調整ねじタイプの構造でもよいし、さらに変位を受ける他の構造でもよい。
【００１３】
このように構成された本実施の形態に係る変位拡大機構においては、雌ねじ穴２０１から汎用又は専用の工具を挿入し、調整ねじ２０３の端面２０３ａに回転トルクを付与して、調整ねじ２０３を軸線ＣＬに沿ってアクチュエータ２２３方向に移動させる。これにより、アクチュエータ２２３はリンク体の方に移動し、リンク体が変位する。かかるリンク体の変位は、すなわち、図２の矢印Ｃ方向（従って図１の矢印Ａ方向）の変位であり、実施の形態１の場合と同様に、レバー体及び出力体が変位し、出力端部の位置決め調整が行える。なお、押し板を持たないタイプの変位拡大機構では、基体自体にねじ穴を設け、アクチュエータの変位出力側と逆側の端部に当接するように調整ねじを配設してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の変位拡大機構によれば、リンク体を変位出力方向に移動させ、出力体を変位させることができるねじ手段を有するので、ねじ手段を締め付け又は緩めるだけの簡易な操作で、出力端部の位置決め調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る変位拡大機構の平面図である。
【図２】実施の形態１に係る変位拡大機構の調整ねじ近傍の構造を示す図である。
【図３】実施の形態２に係る変位拡大機構の調整ねじ近傍の構造を示す図である。
【図４】従来の変位拡大機構の平面図である。
【符号の説明】
２１…変位拡大機構、２３，２２３…アクチュエータ、２５…基体、２９…レバー体（拡大用レバー手段）、３１…出力体、２５１…端部（変位出力側と逆側部分）、１０３，２０３…調整ねじ（ねじ手段）、ＣＬ…軸線。

Claims

基体に設けられ、圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータと、
前記アクチュエータの軸線を中心に左右対称に設けられ、前記アクチュエータで発生した駆動用の変位を受けるリンク体と、
前記アクチュエータの前記軸線を中心に左右対称に設けられ、変位を最終的に出力する出力体と、
前記リンク体と隣接し且つ前記アクチュエータの前記軸線を中心に左右対称に設けられ、前記リンク体から入力された変位を拡大して前記出力体に伝える拡大用レバー手段であって、
支点部と、作用点部と、前記支点部及び前記作用点部の間の位置に力点部とを有し、
前記支点部において前記基体に接続され、前記力点部において前記リンク体に接続され、前記作用点部において前記出力体に接続される拡大用レバー手段と、
前記リンク体を変位出力方向に移動させて前記出力体の位置決め調整を行う第一のねじ手段であって、
前記リンク体と螺合すると共に前記アクチュエータとは非ねじ部において相互に回転可能に当接する調整ねじである第一のねじ手段と
を備えたことを特徴とする変位拡大機構。
前記アクチュエータの変位出力側と逆側の端部に当接し、
前記アクチュエータを前記リンク体に向けて押圧する調整ねじである第二のねじ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の変位拡大機構。
前記第一のねじ手段は、前記アクチュエータの前記軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位拡大機構。