JP4612370B2

JP4612370B2 - 位置調節機構

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Publication number: JP4612370B2
Application number: JP2004263910A
Authority: JP
Inventors: 勇藁品; 俊樹越; 喜彦岡山
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006078857A

Description

本発明は、例えば光学素子の光軸調節など、微細な位置を調節するための位置調節機構に関するものである。

光学手段の光軸の上下方向の角度及び高さの調節を行うための機構として、例えば特許文献１に開示された光ビーム露光装置の光学手段支持台がある。この光学手段支持台は弾性材料で形成されており、対向する端面からそれぞれ光軸の長手方向に沿う方向から切り込まれた互い違いに配置された一対のすり割りと、すり割りの間隔を拡縮させる拡縮手段（４本のねじ）とを有するものである。
特開平４−２４２２０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明には次のような問題点がある。（１）角度を変化させる構造なので、高さ方向の調節可能範囲が小さい。（２）高さを大きく変化させようとすると時間がかかる。（３）調節用の４本のねじが同じ方向を向いているので、そのうちの１本を変化させると他の３本に影響を与えてしまうため、微少な調節が困難である。
本発明が解決しようとする課題は、単純な構成で、調節可能範囲が広く、微少な調節作業が容易な位置調節機構を提供することである。

課題を解決するための手段は、基体と、この基体に対して位置決め固定される可動体とを有する位置調節機構において、次の構成を有する位置調節機構である。
（１）可撓性を有するピンが基体または可動体の表面に垂直に立てられて固定されている。
（２）可動体はピンを介して基体と連結している。
（３）可動体とピンとの間、および基体とピンとの間、のいずれかにおいて互いに摺動可能である。
（４）基体と可動体との間には予圧バネが配置されており、上記（３）の摺動方向に力を及ぼす。
（５）基体を貫通して形成されたネジ孔と、可動体に形成されたネジ孔とを有するとともに、当該基体のネジ孔と当該可動体のネジ孔にねじ込まれることにより可動体を基体に結合する粗調節ネジを有する。
（６）粗調節ネジに対し回転操作を加えることにより、予圧バネに抗して基体と可動体との間の距離を調節可能である。
（７）可動体を貫通して形成されたネジ孔を有するとともに、当該ネジ孔にねじ込まれる第一微調節ネジを有する。
（８）第一微調節ネジに対し回転操作を加えることにより、上記（３）の摺動方向の、基体と可動体との距離、を微調節可能である。
（９）基体上に固定されて設けられた調節用ブロックと、当該調節用ブロックを貫通して形成されたネジ孔と、当該ネジ孔にねじ込まれる第二微調節ネジとを有する。
（１０）第二微調節ネジに対し回転操作を加えることにより、上記（３）の摺動方向に対して垂直な方向に可動体を押すことが可能である。
さらなる発明は、上記基体および可動体にはそれぞれ光学素子が搭載されており、これらの光学素子の光学的な位置関係を調節することを特徴とするものである。
さらなる発明は、上記可撓性を有するピンとしてスプリングピンを用いることを特徴とするものである。
さらなる発明は、上記予圧バネとして波板ばねを用いることを特徴とするものである
さらなる発明は、上記第一および第二微調節ネジのねじピッチは上記粗調節ネジのねじピッチよりも細かいものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、予圧バネと粗調節ネジとの協働によって可動体位置の広い調節範囲を実現しており、可撓性を有するピンと第一及び第二微調節ネジとの協働によって微少な調節作業を容易なものとしている。

本発明の位置調節機構の使用状態を表す斜視図（図１）及びその分解斜視図（図２）を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の説明において、特記されない構成要素は剛体とみなす。また、図中に示す直交三軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のうちZ方向を上方向、Y方向を横方向と表記する。「上」、「下」、「水平」等、重力方向を基準として規定された用語を使用するが、これは説明の便宜を図るためであり、本発明の位置調節機構を実施するにあたって重力方向による制限はない。

まず、実施例の概要を述べる。平板状の基板１の一端付近に受光素子固定体２が固定されており、この受光素子固定体２に回路基板を介して受光素子３が固定されている。基板１の他端付近には可動体４が配置されており、この可動体４には発光素子５が固定されている。すなわち、受光素子３と発光素子５とが同一光軸上に対向して配置されている。この実施例では、受光素子３と発光素子５との光軸のずれを無くすために、受光素子３を固定したまま発光素子５の位置を微調節できるようにしている。

次に、発光素子５の位置を微調節するための構成について説明する。可動体４は端面視凸形状をなしている。すなわち、水平な平板部分（水平部分）４ａの中央に垂直な平板部分（垂直部分）４ｂを設けた形状をなしている。垂直部分４ｂには発光素子５が回路基板を介して固定されている。水平部分４ａの裏面、すなわち垂直部分４ｂが設けられた面とは反対の面、の中央にネジ穴９が設けられている。垂直部分４ｂによって隔てられた水平部分４ａの一方には二つの貫通孔６，６’が設けられている。水平部分４ｂの他方に設けられた二つ貫通ネジ孔７，７’には第一微調節ネジ８，８’がそれぞれねじ込まれており、これらの先端部分が水平部分４ａの裏面から突出できる。この第一微調節ネジ８，８’は上側から回転操作されることによって、水平部分４ａの裏面からの先端部分突出量を調節可能である。なお、この実施例においては、第一微調節ネジ８，８’として、一般にイモねじと呼ばれる無頭のねじが用いられている。

投光素子５と受光素子３とを結ぶ光軸を基板１の表面に投影した仮想線を想定すると、基板１の他端付近において、仮想線をまたいで二本のピン１０，１０’が基板１の表面に垂直に植え付けられている。すなわち、基板１に穿たれた二つの穴にピン１０，１０’の一端が圧入固定されている。これらのピン１０，１０’としては、例えば日本工業規格ＪＩＳＢ２８０８に規定されたスプリングピンが用いられる。スプリングピンは薄い鋼板を丸めて管状に形成した弾性部材であり、軸のたわみ方向のみならず直径方向にも弾性変形可能である。これらのピン１０，１０’は可動体４の貫通孔６，６’にそれぞれ摺動自在にはめ込まれる。すなわち、可動体４はピン１０，１０’に案内されて上下方向（Ｚ方向）に摺動する。

また、基板１の他端付近の上記仮想線上に、貫通ネジ孔１１及びこれに適合する粗調節ネジ１２が設けられている。図２においては、粗調節ネジ１２が基板１の裏面から貫通ネジ孔１１にねじこまれて基板１を貫通し、その先端が基板１の表面に突出している。このように基板１の表面に突出した粗調節ネジ１２の先端は可動体４のネジ穴９にねじ込まれて、可動体４を基板１に結合する。粗調節ネジ１２は基板１の裏面、すなわち可動体４が配置された面とは反対の面、から回転操作される。粗調節ネジ１２の周囲には環状の予圧バネ１３が配置されている。この予圧バネ１３としては、例えば波板ばねが用いられる。その中でもスクロウエイブばね（ｓｃｒｏｗａｖｅｓｐｒｉｎｇ）と呼ばれる複数回巻き付け形成した波板バネが適している。もちろん、コイルばね等の他形式のばねを予圧バネ１３として用いることもできる。この予圧バネ１３は基板１と可動体４との間に挟まれており、粗調節ネジ１２の先端が可動体４のネジ穴９にねじ込まれた状態において、常に圧縮されている。すなわち、予圧バネ１３は基板１と可動体４とを引き離すように両者に力を及ぼしている。予圧バネ１３と引きねじとして機能する粗調節ネジ１２との協働により、粗調節ネジ１２の回転操作に応じて、可動体４の上下方向の変位を調節可能としている。

基板１の他端付近には、直方体形状の調節用ブロック１４が、ピン１０，１０’の近傍に、上記仮想線と平行に固定されている。調節用ブロック１４には横方向に貫通ネジ孔１５が設けられており、この貫通ネジ孔１５に第二微調節ネジ１６がねじ込まれており、その先端部分が調節用ブロック１４の側面（図中手前側）からわずかに突出している。この第二微調節ネジ１６はブロック１４の裏側面（図中向こう側）から回転操作されることによって、その先端部分突出量を調節可能である。なお、第一微調節ネジ８，８’および第二微調節ネジ１６のねじのピッチは、粗調節ネジ１２のねじのピッチよりも細かい。

次に、本発明の実施例を用いた位置調節方法を述べる。この実施例では投光素子５と受光素子３との光軸を一致させるために投光素子５の位置調節を行う。両者の光軸が一致したときに受光素子３の受光状態が最良になるので、受光素子３の受光状態を観察しながら位置調節を行うことで両者の光軸の一致具合を確認する。

最初に、第一微調節ネジ８，８’の先端が可動体４の内部に位置するように、すなわち面から突出しないように、調節しておく。同様に、第二微調節ネジ１６の先端が調節用ブロック１４の内部に位置するように調節しておく。次に、粗調節ネジ１２を回転させて投光素子５の上下方向の大体の位置を決める。粗調節ネジ１２を右回転させると可動体４は予圧バネ１３を圧縮しつつ下方へ移動し、左回転させると可動体４は予圧バネ１３の付勢力によって上方へ移動する。このとき、可動体４の貫通孔６，６’に対して、ピン１０，１０’が摺動しつつ案内するので、可動体４は傾くことなく上下方向のみに変位する。

受光素子３の受光状態が最良に近くなったら、第一微調節ネジ８，８’を回転させて可動体４から突出させ、それぞれの先端を基板１の表面に当接させる。第一微調節ネジ８，８’が基板１を押すと、貫通孔６，６’の下縁が支点となってピン１０，１０’がわずかに弾性変形（曲げ変形）し、可動体４の基板１に対する仰角（図中θ）を微妙に変化させることができる。この操作によって、さらに受光素子３の受光状態が良くなるように調節する。

第二微調節ネジ１６を回転させて調節用ブロック１４から突出させ、その先端を可動体４の側面に当接させる。第二微調節ネジ１６が可動体４を横方向に押すと、基板１と貫通孔６，６’とによってせん断力を受けたピン１０，１０’がわずかに弾性変形（直径方向につぶれ変形）し、可動体４の横方向の位置を微妙に変化させることができる。この操作によって、さらに受光素子３の受光状態が良くなるように調節する。

上述の実施例では、基体として板状の基板１を用いたが、板状に限らずどのような形状のものであっても期体として用いることができる。また、ピン１０，１０’を基板１に固定し、可動体４との間で摺動可能な構成としたが、これらを逆にしても構わない。すなわち、ピン１０，１０’を可動体４に固定し、基板１との間で摺動可能な構成としてもよい。

本発明の位置調節機構の使用状態を表す斜視図である。本発明の位置調節機構の分解状態を表す斜視図である。

符号の説明

１基板
２受光素子固定体
３受光素子
４可動体
４ａ水平部分
４ｂ垂直部分
５発光素子
６，６’ 貫通孔
７，７’ 貫通ネジ孔
８，８’ 第一微調節ネジ
９ネジ穴
１０，１０’ ピン
１１貫通ネジ孔
１２粗調節ネジ
１３予圧バネ
１４調節用ブロック
１５貫通ネジ孔
１６第二微調節ネジ

Claims

基体と、この基体に対して位置決め固定される可動体とを有する位置調節機構において、次の構成を有する位置調節機構。
（１）可撓性を有するピンが基体または可動体の表面に垂直に立てられて固定されている。
（２）可動体はピンを介して基体と連結している。
（３）可動体とピンとの間、および基体とピンとの間、のいずれかにおいて互いに摺動可能である。
（４）基体と可動体との間には予圧バネが配置されており、上記（３）の摺動方向に力を及ぼす。
（５）基体を貫通して形成されたネジ孔と、可動体に形成されたネジ孔とを有するとともに、当該基体のネジ孔と当該可動体のネジ孔にねじ込まれることにより可動体を基体に結合する粗調節ネジを有する。
（６）粗調節ネジに対し回転操作を加えることにより、予圧バネに抗して基体と可動体との間の距離を調節可能である。
（７）可動体を貫通して形成されたネジ孔を有するとともに、当該ネジ孔にねじ込まれる第一微調節ネジを有する。
（８）第一微調節ネジに対し回転操作を加えることにより、上記（３）の摺動方向の、基体と可動体との距離、を微調節可能である。
（９）基体上に固定されて設けられた調節用ブロックと、当該調節用ブロックを貫通して形成されたネジ孔と、当該ネジ孔にねじ込まれる第二微調節ネジとを有する。
（１０）第二微調節ネジに対し回転操作を加えることにより、上記（３）の摺動方向に対して垂直な方向に可動体を押すことが可能である。
上記基体および可動体にはそれぞれ光学素子が搭載されており、これらの光学素子の光学的な位置関係を調節することを特徴とする請求項１の位置調節機構。
上記可撓性を有するピンとしてスプリングピンを用いることを特徴とする請求項１の位置調節機構。
上記予圧バネとして波板ばねを用いることを特徴とする請求項１の位置調節機構。
上記第一および第二微調節ネジのねじピッチは上記粗調節ネジのねじピッチよりも細かいものであることを特徴とする請求項１の位置調節機構。