JP4644662B2 - 直線出力部、閉ループ発動機組み立て体 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２００３年４月２２日付けで提出された「直線出力部、高精度、閉ループ・モータ組み立て体」と題する仮出願番号６０／４６４，８７５号の出願に対する優先権を請求するものである。許されるかぎり、仮出願番号６０／４６４，８７５号の内容は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。
マイクロモータは、対象物の位置及び／又は形状に対する微調整を行うのに使用される。マイクロモータ組み立て体の１つの種類は、回転兼並進出力軸と、マイクロモータの閉ループ制御のために位置をフィードバックする回転出力軸近くの回転エンコーダとを含んでいる。
しかし、或る実施態様では、回転出力軸は望ましくない。更に、ねじピッチ誤差とランアウト（よろめき）は、回転エンコーダの精度を有意に低下させる。

本発明は、第１軸に沿って対象物を運動させるか又は位置決めする発動機組み立て体に関するものである。１実施態様では、発動機組み立て体は、モータとカップリング組み立て体とを含んでいる。モータは、第１軸に沿って可動かつ第１軸を中心として可動のモータ出力部を含んでいる。カップリング組み立て体は、モータ出力部を対象物に接続するステージと、このステージの運動を第１軸に沿って案内するステージ案内とを含んでいる。１実施態様では、このステージ案内は支承部、例えば直線支承部であり、該支承部は、第１軸に沿ったステージの運動を許容し、かつ第１、第２、第３の軸を中心とする運動並びに第２軸に沿った運動及び第３軸に沿った運動は禁止する。

１実施態様では、カップリング組み立て体が、測定情報を発する測定システムを含んでいる。この測定システムは第１構成素子を含むリニアエンコーダでよく、該構成素子は、前記ステージに固定され、かつ前記ステージと共に運動する。別の言い方をすれば、前記第１構成素子は案内に接続されている。この設計により、リニアエンコーダは、ステージに対し物理的に密接してフィードバックを与える。このリニアエンコーダのフィードバックにより、モータによる位置誤差を補償することができる。
１実施態様では、発動機組み立て体は、比較的小型の閉ループ・アクチュエータである。カップリングの性質並びに案内とエンコーダとを選択することで、完全な発動機組み立て体の全体の形式要素は最小化することができる。別の実施態様では、発動機組み立て体は開ループで操作できる。

本発明の新規な特徴並びに本発明自体は、その構成及び操作いずれに関しても、添付図面につき行われる説明により最もよく理解されよう。図面では、類似部品には類似符号が付されている。

図１は、本発明の特徴を有する精密装置１０を示し、該精密装置は、対象物１２の位置及び／又は形状に微調整を加えるものである。この実施例では、精密装置１０は、装置フレーム１４と、発動機組み立て体１６と、発動機組み立て体１６へ電流を送り、装置１０の操作を制御する制御システム１８とを含んでいる。多くの図面には、Ｘ軸と、Ｘ軸に直角のＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直角のＺ軸とを示す方位システムが示されている。これらの軸は、また第１軸、第２軸、第３軸とも呼び得ることに注意されたい。概して、Ｘ，Ｙ，Ｚの軸に沿った並進運動とＸ，Ｙ，Ｚの軸を中心とする回転運動とを含む６度の自由度が存在している。

装置１０の構成素子の設計と装置１０の種類とは、変更可能である。例えば装置１０は、レーザ、干渉計、ミラー、レンズ、テレスコープ、フィルタ、エミッタ、検出器を含む技術器具又は科学器具の製造に使用できる。幾分別の言い方をすれば、発動機組み立て体１６は、レーザ、干渉計、ミラー、レンズ、テレスコープを含む技術又は科学器具の製造に関連して使用できる。例として、対象物１２は、レーザ、干渉計、ミラー、レンズ、テレスコープ、マスク、レチクル、フィルタ、エミッタ、検出器いずれかの一部又は全体であってよい。
装置フレーム１４は、剛性であり、装置１０の他の構成素子を支持している。一実施例では、装置フレーム１４は、１箇所でだけ発動機組み立て体１６と結合されている。

発動機組み立て体１６は対象物１２に接続される。一実施例では、発動機組み立て体１６は、比較的低質量、小寸法、高負荷能力、広い作業温度範囲、低電力消費のいずれか又はすべてを有している。発動機組み立て体１６は、約３０ナノメートル以下の解像度で、少なくとも＋／−０．１ｍｍに範囲にわたり調整が可能である。別の複数実施例では、調整解像度が３０ナノメートルを超えるか又は未満であること、及び／又は移動範囲が＋／−０．１ｍｍを超えるか又は未満であることが可能である。
図１では、発動機組み立て体１６が、モータ２０と、モータ２０を対象物１２に接続するカップリング組み立て体２２とを含んでいる。一実施例では、カップリング組み立て体２２は、組み立て体フレーム２４と、機械式フィルタ２４と、測定システム２８（破線で示す）とを含んでいる。これらの構成素子の設計及び配向は、発動機組み立て体１６の要求に適するように変更できる。更に、これらの構成素子の１つ以上が任意に備えることができるものである。例えば、一実施例では、カップリング組み立て体２２は測定システム２８を含んでいない。

一実施例では、カップリング組み立て体２２は、モータ２０の回転運動及び直線運動を受け取り、その運動を非回転の直線的な並進運動に転換する。この設計により、カップリング組み立て体２２は、軸線方向運動を通過させる一方、その他の５度の運動は遮断する。より詳しく言えば、カップリング組み立て体２２は、Ｘ軸に沿った運動は通過させ、Ｙ軸及びＺ軸に沿った運動と、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸を中心とする運動は阻止する。あるいはまた、カップリング組み立て体２２はモータ２０の直線運動のみを受け取ることができる。
図１では、カップリング組み立て体２２が、モータ２０に接続されているモジュールに付加されている。あるいは又、例えば、カップリング組み立て体２２はモータ２０に統合することもできる。

測定システム２８はモータ２０の閉ループ制御を考慮したものである。例えば、測定システム２０は、発動機組み立て体１６の一部の位置をモニタし、制御システム１８へ情報を供給できる。これに加えて、もしくはあるいは又、測定システム２０は１つ以上のセンサ（図示せず）を含むことができ、これらのセンサは、また対象物１２の位置又は形状をモニタし、その情報を制御システム１８に送る。
制御システム１８は、対象物１２又は発動機組み立て体１６の一部の位置に関する情報を受け取り、モータ２０へ駆動信号を送って、対象物１２の位置及び／又は形状に対し微調整が行われる。制御システム１８は１つ以上のプロセッサを含むことができる。図１では、制御システム１８は発動機組み立て体１６から離れた位置に配置されている。あるいは又、制御システム１８は発動機組み立て体１６に組み込むこともできる。
図２は、モータ２０とカップリング組み立て体２２とを含む、図１の発動機組み立て体１６の斜視図である。

図３Ａ及び図３Ｂは、図２の発動機組み立て体１６を部分的に除去して示す別の斜視分解図である。より詳しく言えば、図３Ａ及び図３Ｂは、より詳細にモータ２０とカップリング組み立て体２２とを示したものである。
モータ２０の設計は、発動機組み立て体１６の設計要求に適するように変更できる。一実施例では、モータ２０は、モータハウジング３３０と、モータ出力部３３２と、出力部案内３３４と、アクチュエータ４３６（図４Ａに示す）とを含んでいる。これらの構成素子の１つ以上の設計、寸法、形状、配向の１つ以上又はすべては、発動機組み立て体１６の設計要求に適するように変更できる。加えて、例えば、モータはモータ出力部３３２の回転をモニタする回転エンコーダ（図示せず）を含むことができる。
モータハウジング３３０は、モータ２０の構成素子の１つ以上を保持するか又は取り囲んでいる。図３Ａ及び図３Ｂでは、モータハウジング３３０が、アクチュエータ４３６を取り囲む剛性のカバーである。モータハウジング３３０は、直接にカップリング組み立て体２２又は装置フレーム１４（図１に示す）に固定されている。

モータ出力部３３２は、機械式フィルタ２６に接続及び／又は接触及び／又は結合されている。一実施例では、モータ出力部３３２は、Ｘ軸を中心として回転し、アクチュエータ４３６及び出力部案内３３４によりＸ軸に沿って横方向に移動させられる。図３Ａ及び図３Ｂでは、モータ出力部３３２は、概して円筒形の軸であり、近位軸端（図示せず）と遠位軸端とを含んでいる。この実施例では、モータ出力部３３２の外周の一部に外ねじ面（図示せず）が含まれている。一実施例では、外周の大部分に８０ピッチの外ねじ面が含まれている。あるいは又全外周が外ねじ山を含んでいてもよく、また外周の１小部分のみが外ねじ面を含んでいてもよい。また、外ねじのピッチは８０ピッチ以上でも８０ピッチ未満でもよい点に注意されたい。
一実施例では、モータ出力部３３２がアクチュエータ４３６と係合する出力摩擦接触区域（図示せず）を含んでいる。この設計により、アクチュエータ４３６の運動の結果、モータ出力部３３２が回転する。一実施例では、出力摩擦接触区域は外ねじ区域である。別の実施例では出力摩擦接触区域は粗面区域又は滑らかな区域である。

加えて、モータ出力部３３２には、遠位軸端の開口に玉軸受け３３８がはめ込まれている。この設計により、モータ出力部３３２は先端が丸くなっている。玉軸受け３３８は、機械式フィルタ２６に接触し、モータ出力部３３２の直線運動を機械式フィルタ２６に伝達する。更に、玉軸受け３３８は、モータ出力部３３２の回転で機械式フィルタ２６が回転するのを阻止する助けとなる。別の実施例の場合、遠位軸端は事実上平らか、又は必要に応じて別の形状を有している。一実施例では、モータ出力部３３２は、ステンレス鋼製又は他の硬質材料製である。
出力部案内３３４は、モータ出力部３３２を支持し、モータ出力部３３２を案内し、アクチュエータ４３６によりモータ出力部３３２の回転を生じさせ、その結果、Ｘ軸に沿ったモータ出力部３３２の運動を生じさせる。図３Ａ及び図３Ｂでは、出力部案内３３４が、モータ出力部３３２を受容し、モータハウジング３３０に固定取り付けされた環状の取り付けフランジ３４０と、内ねじ面（図示せず）とを有する概して管状のハウジングを含んでいる。

内ねじ面は、モータ出力部３３２の外ねじ面とかみ合うように設計されている。この設計により、Ｘ軸を中心としてアクチュエータ４３６により生ぜしめられるモータ出力部３３２の回転は、モータ出力部３３２を、出力部案内３３４と発動機組み立て体１６の残りの部分とに対しＸ軸に沿って横方向に移動させる。
アクチュエータ４３６はモータ出力部３３２を回転させる。アクチュエータ４３６の設計は変更可能である。図４は、アクチュエータ４３６の一実施例の分解斜視図である。この実施例では、アクチュエータ４３６は、アクチュエータ・フレーム４４２Ａと、弾性的なアクチュエータ・コネクタ４４２Ｂと、圧電素子４４２Ｃとを含んでいる。

アクチュエータ・フレーム４４２Ａは、ほぼ長方形で、（ｉ）第１ジョー部分４４２Ｅを有する第１フレーム区域４４２Ｄと、（ｉｉ）第２ジョー部分４４２Ｇを有する隣接第２フレーム区域４４２Ｆと、（ｉｉｉ）フレーム区域４４２Ｄ，４４２Ｆを一緒に固定するフレーム基部４４２Ｈとを含んでいる。ジョー部分４４２ Ｅ，４４２Ｇは隣接し、協働してモータ出力部３３２の出力摩擦接触区域の周囲にはめ合わされている。一実施例では、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの各々は、内側の対向摩擦接触区域４４２Ｉを含んでおり、この区域がモータ出力部３３２の出力摩擦接触区域と接触している。一実施例では、摩擦接触区域４４２Ｉの各々は、部分的に内ねじ区域を有している。ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの部分的にねじ切りされた区域のねじ山は、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇ間のモータ出力部３３２の出力摩擦接触区域に接触するように協働する。別の言い方をすれば、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの内面は、モータ出力部３３２の出力摩擦接触区域に順応するように、ねじ切りされている。別の実施例では、例えば摩擦接触区域４４２Ｉはモータ出力部３３２と接触する粗面区域にされている。

アクチュエータの弾性的なコネクタ４４２Ｂは、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇをモータ出力部３３２に対して押し付ける。別の言い方をすれば、アクチュエータの弾性的なコネクタ４４２Ｂは、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇを、該ジョー部分がモータ出力部３３２と接触を維持するように互に押し合わせる。アクチュエータの弾性的なコネクタ４４２Ｂは、適当なばね特性及び疲れ特性を有するどのような材料で形成してもよい。
アクチュエータ・フレーム４４２Ａ内には、圧電素子４４２Ｃが配置されている。図４では、圧電素子４４２Ｃの第１端部がフレーム基部４４２Ｈに取付けられ、反対側の第２端部が第１フレーム区分４４２Ｄに取付けられている。圧電素子４４２Ｃは両端に電極を有している。各電極には、制御システム１８（図１に示す）が電気接続されている。この設計により、制御システム１８は圧電素子４４２Ｃの両端に選択的に駆動信号を送ることができる。圧電素子４４２Ｃの内部構造は、実際には複数の相互接続された電極を内包し、これにより圧電素子４４２Ｃの操作に要する電圧が低減される。

駆動信号は、圧電素子４４２Ｃの長さを変化させる。例えば、圧電素子４４２Ｃの両端で駆動信号の振幅が増大すると、長さが増大し、該両端で振幅が減少すると、長さが減少する。このように、制御システム１８は能動的に圧電素子４４２Ｃの長さを制御する。
このような設計により、圧電素子４４２Ｃが逐次延長されたり短縮されたりすることで、第１ジョー部分４４２Ｅが第２ジョー部分４４２Ｇに対して逐次移動させられる。ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇとモータ出力部３３２との間に滑りが生じないと仮定すれば、モータ出力部３３２の回転が生じる。別の言い方をすると、制御システム１８は、電気エネルギーを圧電素子４４２Ｃに向けることで、当接するジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇを、ある程度平行な径路で往復運動させるということである。

制御システム１８は、適当な波形及び極性を有する周期的な電気信号を送ることでモータ出力部３３２を回転させる。より詳しく言えば、制御システム１８は、逐次、（ｉ）ピーク電圧を圧電素子４４２Ｃへ向けることで、圧電素子４４２Ｃを伸長させ、かつジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇを第１方向に相対運動させ、（ｉｉ）基線電圧により圧電素子４４２Ｃを短縮させて、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇを逆の第２方向に相対運動させる。

モータ出力部３３２に対するジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの往復運動は、該ジョー部分がゆっくりと第１方向で相対運動することでモータ出力部３３２とジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇとの間の摩擦係数がモータ出力部３３２の慣性を克服することによってモータ出力部３３２の単なる回転運動に変換される。ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇ間の接触が維持され、モータ出力部３３２の回転が増加する。第２方向でのジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの運動は相対的に速いので、モータ出力部３３２の慣性により、ジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇの運動にモータ出力部が追従するのが阻止され、モータ出力部３３２は、前記の速い運動を保っているジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇ内でスリップし、先行する増加運動が維持される。その結果、モータ出力部３３２の回転が段階的に増加する。

スリップの持続時間は、圧電素子４４２Ｃの両端に送られる電気信号の波形及び振幅、例えばジョー部分４４２Ｅ，４４２Ｇとモータ出力部３３２との間の摩擦接触、モータ出力部３３２及びモータに接続される他の機械的な部材の慣性等のシステムの機械特性に依存する。
逆方向でのモータ出力部３３２の回転運動は、第１方向と第２方向の運動速度を単に交代させるだけで達せられる。別の言い方をすれば、モータ出力部３３２の選択的な回転は、適当な波形及び極性を有する周期的電気信号を送ることによって、どちらかの方向で可能になる。したがって、第１回転方向でモータ出力部３３２を回転させるには、制御システム１８は、ゆっくりと上昇する波形に続いて急速に下降する波形を有する周期的電気信号を送ればよい。逆に、反対の第２回転方向でモータ出力部３３２を回転させるには、制御システム１８は、急速に上昇する波形に続いてゆっくり下降する波形を有する周期的信号を送ればよい。

使用できるアクチュエータの１例は、カリフォルニア州サン・ジョゼ所在のニュー・フォーカス社より入手可能な、「ニュー・フォーカス・ピコモータ」の商標名で販売されているものである。このほかのアクチュエータには、磁気ひずみアクチュエータ、例えばエネルゲン社より入手可能なものや、圧電アクチュエータが含まれる。アクチュエータの一実施例は、リュッケほかに交付され、ニュー・フォーカス社に譲渡された米国特許第５，４１０，２０６号に記載されており、該特許の内容は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。

図４Ｂは、本発明の特徴を有するモータ４２０Ｂの別の実施例の斜視図である。この実施例では、モータ４２０Ｂは、回転及び横移動するモータ出力部４３２Ｂを含んでいる。モータ出力部４３２Ｂを運動させるには、例えばステップモータ（図示せず）を使用できる。適当なモータは、ニュー・ジャージー州ニュートン所在のソーアラブズ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ）社が販売している。更に、別の種類のモータ式マイクロメータを使用してもよい。その他のモータは、コネチカット州ストラトフォード所在のサーモオリエル社又はカリフォルニア州アーヴィン所在のニューポート・コーポレーションから購入できる。
図３Ａ及び図３Ｂに戻ると、既述のように、カップリング組み立て体２２は、組み立て体フレーム２４と、機械式フィルタ２６と、測定システム２８とを含んでいる。これらの構成部材の設計は変更可能である。

組み立て体フレーム２４は、カップリング組み立て体２２の構成素子の１つ以上を保持し取り囲んでいる。図３Ａ及び図３Ｂでは、組み立て体フレーム２４は剛性で、概して長方形の箱形であり、測定システム２８と機械式フィルタ２６の一部とを取り囲んでいる。組み立て体フレーム２４は、モータ２０及び／又は装置フレーム１４に固定取り付けされている。図３Ａ及び図３Ｂでは、組み立て体フレーム２４は、出力開口３４２Ａと引込み部材ストッパ３４２Ｂとを含んでいる。図３Ａ及び図３Ｂでは、出力開口３４２Ａは円形開口であり、引込み部材ストッパ３４２Ｂは、機械式フィルタ２６の一部を受容する円筒形キャビティである。
機械式フィルタ２６は、モータ出力部３３２の直線運動及び／又は回転運動を受け取り、その運動を非回転直線並進運動に転換する。この設計により、機械式フィルタ２６は、軸方向運動、例えばＸ軸に沿った運動を通過させる一方、その他の５度の運動、例えばＹ軸、Ｚ軸に沿った運動と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とする運動とは遮断する。一実施例では、機械式フィルタ２６は、ステージ３４４と、ステージ案内３４６と、引込み部材３４８とを含んでいる。

ステージ３４４は、（ｉ）ステージ本体３４４Ａと、（ｉｉ）ステージ本体３４４Ａに固定されたフィルタ出力部３４４Ｂとを含み、ステージ本体３４４Ａと、本体から延びている片持ち部と共に運動する。図３Ａ及び図３Ｂでは、ステージ本体３４４Ａは、ほぼＬ字形の断面を有している。ステージ本体３４４Ａは、モータ出力球（玉軸受け）３３８と係合する接触パッド３４４Ｃを含んでいる。一実施例では、接触パッド３４４Ｃは、サファイア製か、又は他の硬質材料製であり、モータ出力球３３８と面を接する。

フィルタ出力部３４４Ｂは、概してロッド形状であり、出力開口３４２Ａを貫通して延びる遠位端と、ステージ本体３４４Ａに固定取り付けされた近位端とを含んでいる。この実施例では、ステージ本体３４４Ａとフィルタ出力部３４４Ｂとは、Ｘ軸に沿って直線的にのみ前後進する。加えて、フィルタ出力部３４４Ｂは、遠位端の開口にはめ込まれる玉軸受け３４４Ｄを含むことができる。玉軸受け３４４Ｄは、対象物１２に接触し、ステージ３４４の直線運動を対象物１２に伝達する。別の実施例では、遠位端を事実上平らにするか、又は必要に応じて別の形状にすることができる。一実施例では、フィルタ出力部３４４Ｂは、ステンレス鋼製又は他の硬質材料製である。一実施例では、フィルタ出力部３４４Ｂは、モータ出力部３３２及び接触パッド３４４Ｃと同軸線的である。この実施例では、フィルタ出力部３４４Ｂ，モータ出力部３２２、接触パッド３４４ＣはＸ軸に沿って整列し、Ｘ軸に沿って同時運動する。

しかし、モータ出力部３３２の軸線は、フィルタ出力部３４４Ｂと平行又は同軸線的である必要はない。別の実施例では、１つの軸に沿ったモータ出力部３３２の運動は、旋回部材を使用して転換され、フィルタ出力部３４４Ｂは異なる軸に沿って駆動することができる。この旋回部材により、また力は増加するが、運動の増加分は最小に減少する機械的な利点が得られる。
ステージ案内３４６は、組み立て体フレーム２４に対するステージ３４４の、Ｘ軸に沿った運動を案内する。別の言い方をすれば、ステージ案内３４６は、ステージ３４４が組み立て体フレーム２４に対しＸ軸に沿って円滑に直線運動できるようにするが、組み立て体フレーム２４に対するステージ３４４の、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った運動と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とする運動とは阻止する。一実施例によれば、ステージ案内３４６はベアリング、例えば、機械式フィルタ２６に固定された第１構成素子３４６Ａと、組み立て体フレーム２４に固定された第２構成素子３４６Ｂとを含むリニアベアリングである。適当なリニアベアリングは、日本の東京所在のＩＫＯニッポン・トムソン社で販売されている。

別の実施例では、ステージ案内３４６は、ブッシュを含んでいる平形ベアリングである。この設計では、ブッシュが、ステージの一部又は別の軸を受容するための開口を有している。更に、この設計では、ブッシュの開口が円形であれば、ステージ案内３４６は、ステージ３４４の回転を阻止する切欠き又は他の回転防止手段を含むことができる。あるいはまた、例えばブッシュの開口は長方形状にすることができる。
あるいはまた、更に、例えば、ステージ案内３４６は、高い捩じり剛性を有する柔軟性のある軸線方向案内、例えば金属ベローズを含んでいる。
引込み部材３４８は、ステージ３４４をモータ出力球３３８に対し押し付け、ステージ３４４の接触パッド３４４Ｃを常時モータ出力球３３８に接触させ、係合させる。例えば、引込み部材３４８は、ばねでよいが、他の弾性的な部材でもよい。図３Ａ及び図３Ｂでは、引込み部材３４８は、フィルタ出力部３４４Ｂを取り囲むばねであり、組み立て体フレーム２４の引込み部材ストッパ３４２Ｂに係合する遠位端と、ステージ本体３４４Ａに係合する近位端とを含んでいる。

測定システム２８は、発動機組み立て体１６の閉ループ制御のため、位置をフィードバックする。測定システム２８の設計は変更可能である。例えば、測定システム２８は１つ以上のセンサを含むことができる。一実施例では、測定システム２８は、直接にステージ３４４の位置をモニタし、ステージ３４４の運動及び／又は位置に関する情報を制御システム１８に送ることによって、制御システム１８は、モータ２０に精密に電流を送り、フィルタ出力部３４４Ｂの位置を精密に制御することができる。
一実施例では、測定システム２８はリニアエンコーダであり、このエンコーダには、ステージ３４４に固定され、ステージ３４４と一緒に運動する第１構成素子３５０Ａと、組み立て体フレーム２４に固定された第２構成素子３５０Ｂとが含まれている。この設計では、エンコーダの第１構成素子３５０Ａが、ステージ案内３４６を介して組み立て体フレーム２４に結合されている。

一実施例では、エンコーダ構成素子３５０Ａ，３５０Ｂの一方の素子は、エンコーダ・ガラススケールを含み、構成素子３５０Ａ，３５０Ｂの他方の素子はエンコーダ・ヘッドである。更に、エンコーダの第２構成素子３５０Ｂは、第１構成素子３５０Ａの近くに隣接配置されている。図３Ａ及び図３Ｂでは、エンコーダ第１構成素子３５０Ａはエンコーダ・ガラススケールであり、第２構成素子３５０Ｂはエンコーダ・ヘッドである。この実施例では、エンコーダ・ヘッドは光源とセンサとを含んでいる。更に、エンコーダ・ヘッドは、エンコーダ・ヘッドに対するガラススケール及びステージ３４４の運動を検出する。この設計では、測定システム２８により、フィルタ出力部３４４Ｂに物理的に近接するリニアエンコーダのフィードバックが得られる。フィルタ出力部３４４Ｂに測定システム２８が物理的に近接しているため、どのような熱膨張効果も、適当な材料を選択することにより最小化できる。これによって、より熱安定的で精密な装置が得られる。適当な測定システム２８用の構成素子は、ドイツのハイデンハイン社又はマサチューセッツ州ナティック所在のマイクロＥ／システムズ社から入手できる。

発動機組み立て体１６は、従来のアクチュエータに比して幾つかの利点を有している。或る複数実施例では、発動機組み立て体１６により、小型で高性能の閉ループ・アクチュエータが得られる。カップリングの性質（球＋サファイア・パッド）とリニアベアリング及びエンコーダの選択とにより、完全な装置全体の形状要素を最小化することができる。更に、本発明により、極めて精密な、非回転出力の高解像度リニアモータが得られる。
図５Ａ及び図５Ｂは、図２の発動機組み立て体１６の、一部を除去して示す別の斜視図である。図５Ａ及び図５Ｂは、モータ出力部３３２が接触パッド３４４Ｃに係合し、引込み部材３４８がステージ３４４をモータ出力部３３２に対し押し付けているところを示している。この設計により、Ｘ軸を中心として回転し、かつＸ軸に沿って運動するモータ出力部３３２は、機械式フィルタ２６によりＸ軸に沿ったフィルタ出力部３４４Ｂの単なる直線運動に転換される。更に、図５Ａ及び図５Ｂは、またステージ案内３４６がステージ３４４を組み立て体フレーム２４に結合していることを示している。

ここに図示し、詳細に説明した特定の発動機組み立て体１６は、完全に目的を達成でき、かつ既述の利点を提供することができる一方、この実施例は、単に現在のところ好適な、本発明の実施例に過ぎず、本発明を以上に示した構成又は設計に限定する意図のものではなく、特許請求の範囲の記載以外に、ここに示された構成又は設計の詳細にいかなる制限も意図するものではないことを理解されたい。

本発明の特徴を有する発動機組み立て体を使用する装置の斜視図。 図１の発動機組み立て体の斜視図。 図２の発動機組み立て体の一部を除去して示す第１分解斜視図。 図２の発動機組み立て体の一部を除去して示す第２分解斜視図。 本発明特徴を有するアクチュエータの分解斜視図。 発動機の別の実施例を示す斜視図。 図２の発動機組み立て体の一部を除去して示す斜視図。 図２の発動機組み立て体の一部を除去して示す別の斜視図。

符号の説明

１０ 精密装置
１２ 対象物
１４ 装置フレーム
１６ 発動機組み立て体
１８ 制御システム
２０ モータ
２２ カップリング組み立て体
２４ 組み立て体フレーム
２６ 機械式フィルタ
２８ 測定システム
３３０ モータハウジング
３３２ モータ出力部
３３４ 出力部案内
３３８ 玉軸受け、モータ出力球
３４０ 取り付けフランジ
３４２Ａ 出力開口
３４２Ｂ 引込み部材ストッパ
３４４ ステージ
３４４Ａ ステージ本体
３４４Ｂ フィルタ出力部
３４４Ｃ 接触パッド
３４４Ｄ 玉軸受け
３４６ ステージ案内
３４６Ａ 第１構成素子
３４６Ｂ 第２構成素子
３４８ 引込み部材
３５０Ａ エンコーダ第１構成素子
３５０Ｂ エンコーダ第２構成素子
４２０Ｂ モータ
４３２Ｂ モータ出力部
４３６ アクチュエータ
４４２Ａ アクチュエータのフレーム
４４２Ｂ アクチュエータの弾性コネクタ
４４２Ｃ 圧電素子
４４２Ｄ 第１フレーム区分
４４２Ｅ 第１ジョー部分
４４２Ｆ 第２フレーム区分
４４２Ｇ 第２ジョー部分
４４２Ｈ フレーム基部
４４２Ｉ 摩擦接触区域

Claims (19)

1. 第１軸線に沿って対象物の位置又は形状を調整する発動機組み立て体において、
   該発動機組み立て体が、
   第１軸線に沿って更に第１軸線回りで運動するモータ出力部を含むモータと、
   対象物にモータ出力部を接続するステージ、及び第１軸線に沿ってステージの運動を案内し、且つ第１軸線回りでの更に第１軸線に直角な第２軸線回りでのステージの運動を防止するステージ案内を有するカップリング組み立て体とを含む、発動機組み立て体。
2. 第１軸線に沿って対象物の位置又は形状を調整する発動機組み立て体であり、
   該発動機組み立て体が、
   第１軸線に沿って更に第１軸線回りで運動するモータ出力部を含むモータと、
   対象物にモータ出力部を接続するステージ、及び第１軸線に沿ってステージの運動を案内するステージ案内を有し、前記モータ出力部が第１軸線に沿って、かつまた第１軸線を中心として運動し、前記ステージ案内がリニアベアリングであり、このリニアベアリングにより、ステージの、第１軸線に沿った運動は許容されるが、第１軸線、第２軸線、第３軸線を中心とする運動と、第２軸線、第３軸線に沿った運動は阻止され、第２軸線は第１軸線に直角であり、第３軸線は第１軸線と第２軸線とに直角である、発動機組み立て体。
3. 前記モータ出力部が段階式に運動する、請求項１に記載された発動機組み立て体。
4. 前記発動機がモータ出力部の回転を生じさせる圧電素子を含む、請求項１に記載された発動機組み立て体。
5. 前記モータが１対の対向するジョー部材を含み、該ジョー部材がモータ出力部に係合し、かつ前記圧電素子がジョー部材を互に対し運動させる、請求項４に記載された発動機組み立て体。
6. 更に、前記ステージの運動に関する情報を与える測定システムを含む、請求項１に記載された発動機組み立て体。
7. 前記測定システムが第１構成素子を含み、該構成素子が、ステージに固定され、かつステージと共に運動する、請求項６に記載された発動機組み立て体。
8. 精密装置において、
   請求項１に記載された対象物と発動機組み立て体とを含む、精密装置。
9. 第１軸線に沿って対象物の位置又は形状を調整する発動機組み立て体において、
   該発動機組み立て体が、
   第１軸線に沿って更に第１軸線回りで段階式に運動するモータ出力部を含むモータと、
   モータ出力部と共に運動するステージと、第１軸線に沿ってステージの運動を案内し且つ第１軸線回りのステージの運動を防止するステージ案内と、ステージの運動に関する情報を与える測定システムとを有するカップリング組み立て体とを含む、発動機組み立て体。
10. 前記モータ出力部が、前記ステージ案内がリニアベアリングであり、該リニアベアリングによりステージが、第１軸線に沿った運動は許容され、第１軸線、第２軸線、第３軸線を中心とする運動、また第２軸線、第３軸線に沿った運動は阻止され、第２軸線は第１軸線に直角であり、第３軸線は第１軸線と第２軸線とに直角である、請求項９に記載された発動機組み立て体。
11. 前記発動機が、モータ出力部の回転を生じさせる圧電素子を含む、請求項９に記載された発動機組み立て体。
12. 前記モータが１対の対向するジョー部材を含み、該ジョー部材がモータ出力部に係合し、かつ前記圧電素子がジョー部材を互に対し運動させる、請求項１１に記載された発動機組み立て体。
13. 前記測定システムが第１構成素子を含み、該構成素子が、ステージに固定され、かつステージと共に運動する、請求項９に記載された発動機組み立て体。
14. 対象物を運動させるか又は位置決めする方法において、該方法が、
    第１軸線に沿って更に第１軸線回りで運動させられるモータ出力部を含むモータを得る段階と、
    モータ出力部をステージにより対象物と接続する段階と、
    第１軸線に沿ったステージの運動をステージ案内により案内し且つ第１軸線に直角な第２軸線回りのステージの運動を防止する段階とを含む、対象物を運動させるか又は位置決めする方法。
15. 前記案内する段階が、第１軸線に沿ったステージの運動は許容し、第１軸線、第２軸線、第３軸線を中心とする運動と、第２軸線、第３軸線に沿った運動は阻止する作業を含み、第３軸線は第１軸線と第２軸線とに直角である、請求項１４に記載された方法。
16. 更に、ステージの運動に関する情報を測定システムにより得る段階を含む、請求項１４に記載された方法。
17. 前記情報を得る段階が、測定システムの第１構成素子をステージに接続することで、第１構成素子がステージと共に運動するようにする段階を含む、請求項１６に記載された方法。
18. カップリング組み立て体は、更に、ステージをモータ出力部に対して付勢する弾性部材を備える、請求項１に記載の発動機組み立て体。
19. モータ出力部は、ステージの第１軸線回りでの運動を防止する一方の端に軸受を備え、弾性部材はステージを軸受に対して付勢する、請求項１８に記載の発動機組み立て体。

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