JPH07119814B2 - 微小運動用調節装置 - Google Patents

微小運動用調節装置

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JPH07119814B2
JPH07119814B2 JP20547591A JP20547591A JPH07119814B2 JP H07119814 B2 JPH07119814 B2 JP H07119814B2 JP 20547591 A JP20547591 A JP 20547591A JP 20547591 A JP20547591 A JP 20547591A JP H07119814 B2 JPH07119814 B2 JP H07119814B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、支持部材と、少なくと
も１つの、前記支持部材において固定されかつ剪断作用
を利用する圧電変換器をもつ駆動部材と、及び前記駆動
部材において当接する支承部材とを備える微小移動に対
する調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ベース板に対する支持板の線形−或いは
角度移動に対する調整装置は、例えばドイツ連邦共和国
特許第２０２９７１５号から公知である。この種調整装
置は、線形−及び回転運動を行なうため複数のスピンド
ル、複数の微動ねじをもつ。ベース板上で支持板を案内
するためそれらの支持板は、溝を備え、それらの溝の中
で複数球が走行する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、公知の
調整装置は、微小工学の機械的に高精度移動経過で使用
できない。なぜならばこの使用目的に対して好ましい精
密調節が前述の機械的移動装置で達成できないからであ
る。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許第７６１３７３号か
ら電子顕微鏡に対する機械調節装置が公知であるが、け
れどもこの装置を用いてｎｍ以下の範囲の精密調節が可
能ではない。摺動面上に乗らねばならないテーブルの調
節は、押圧体に対してテーブルを移動する調節ねじを用
いて行なわれる。調節路程は、対抗押圧体のばね行程に
よって限定され、その際それらのばねの圧縮を増加する
場合の対抗力の増加は、非線型調節特性をもたらす。再
現可能な移動は、不可能である。なぜならば横方向の遊
隙なし支持が極端に困難にしか実行できないからであ
る。
【０００５】表面構造をｎｍ以下の範囲の解像力で試験
することができる走査型トンネル顕微鏡の場合特にそれ
に従ってｎｍ以下の範囲で移動及び回転運動を可能にす
る調節装置を必要とする。
【０００６】これらの必要に応じるためドイツ連邦共和
国特許第３６１０５４０号から公知であるような微小マ
ニュプレータが開発された。このような微小マニュプレ
ータは、Ｘ−、Ｙ−及びＺ方向の物体の微小移動に対し
て能力付与され、この場合物体が３つの中空円筒状圧電
移動部材上に乗っている。これらの圧電管片は、一方の
円筒壁で閉鎖される電気的に伝導性被膜及び他方の円筒
壁上で多数の電気的に絶縁される伝導性部分被膜をもっ
ている。それらの電気的に伝導性被膜の間での電圧印加
によりそれらの圧電管片は、任意の方向に湾曲される。
それらの管片の急速な湾曲及び整直によりこれらの圧電
管片の上へ乗っている物体は、歩達的に移動される。し
かしこのマニュプレータは、一連の欠陥をもっている。
物体の運動は、再現可能でなくかつ特に一次元に誘導さ
れない。これは、物体を復帰移動する場合再び初期位置
に達することができないで、しかもそのため同一表面個
所に何回も再現可能に近づかねばならぬ変解像する顕微
鏡の表面試験の場合まさに逃れ得ぬ要求であることを意
味する。
【０００７】別の欠陥は、その微小マニュプレータが物
体の水平移動に対してしかできない点にある。垂直面の
物体の移動は、行なわれずまた不可能でもある。なぜな
らば物体がこの場合ではそれらの圧電管片上で確実な保
持をもたないからである。ばねを用いてそれらの圧電管
片上へ物体を押圧する可能性が言及されるが、しかしそ
れによって装置全体の安定性しか改良されない。水平面
と異なる平面での使用は、従って不可能である。それら
圧電管片が印加される電圧によって湾曲されかつ同時に
負荷される場合、特にそのとき破壊する傾向のある圧電
管片の僅かな負荷性及び特に横方向安定性が使用を妨げ
る。
【０００８】ユルリッヒ（Ｊｕｌｉｃｈ）有限会社原子
力研究所の１９８７／８８年の年度報告書からの特別号
のカー．ベソッケ（Ｋ．Ｂｅｓｏｃｋｅ）の“走査型ト
ンネル顕微鏡に対する新構想”第２３〜３１頁で微小調
節装置が説明され、この装置では欧州特許００２７５１
７から公知であるように圧電管片の使用の外に追加して
レースをもつ試料ホルダが使用される。その圧電管片の
支持面がねじ立てされた傾斜面であるので、それらの圧
電管片を操作する場合レースが回転されかつ同時に圧電
管片に対し平行な移動を行なう。この装置も再現可能な
移動を不可能にする。
【０００９】欧州特許第００２７５１７号から調節装置
が公知であり、この装置ではＨ字状圧電部材が蠕虫の様
式で槽状案内部材で前進する。その構造及び４相駆動電
流での制御は、金がかかり、従って高価かつ同様に移動
する圧電部材が移動方向に僅かしか負荷できない欠陥に
とりつかれている。この構成の場合その圧電部材は、垂
直方向にその自重より以上ほとんど支持できない。なぜ
ならば他の場合案内装置で圧電部材の制御されない偏心
する事態となるからである。
【００１０】その上更に案内部材及び圧電部材の絶体寸
法精度がμｍ範囲或いはより精密に必要である。それか
ら高い製造支出となる。
【００１１】バーレー．インストルメンツ（ＢＯＲＬＥ
ＩＧＨ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ）会社の会社刊行物
“微小位置決め装置”からいわゆる尺取り虫が公知であ
る。同心装置では可動部材として円筒が３つの管状圧電
部材の内部に設けられており、それらのうち２つは、直
径変動により可動部材を締めつけまた第３は、長さ変動
によってシリンダを移動する。この構造の重要な欠陥
は、不足する回転防止ならびに所要製造精度の不足であ
る。なぜならばこの場合も対応する製造出費を必要とす
るμｍ以下の範囲の滑らかな嵌合を要するからである。
【００１２】日本応用物理学誌１９８８年１月刊行２７
巻１号第Ｌ１２３〜Ｌ１２６頁の魚住清彦の“圧電セラ
ミック板の剪断変形を使用するＳＴＭ（走査型トンネル
顕微鏡）用新規三次元位置決め装置及び走査装置からい
わゆるＸＹ−ウォーカーが公知である。移動される物体
の下側において多数の圧電変換器を固定し、それらのう
ち少なくとも２つの圧電変換器が物体の持上げを可能に
しまた少なくとも２つの別の圧電変換器が剪断移動を行
ない、従ってその物体を側方に移動させるようにする。
それらの圧電変換器は、物体を持ち上げる場合常にその
とき残りの圧電変換器の剪断運動を行なうように制御さ
せねばならない。この剪断運動は、物体が再び降下され
かつ従って剪断される圧電変換器類で乗るまで維持させ
ねばならない。その後剪断される圧電変換器は、反対方
向へ剪断されかつ物体全体が再び持ち上げられる。この
調節装置も、再現可能な、誘導される運動及び同様に水
平運動に対してしか使用できない。
【００１３】本発明の目的は、簡単な構造の場合でも僅
かな部材でそれらの姿勢に関係なく再現可能な高精度の
微小運動を保証し、その際特に負荷のもとの垂直方向の
移動も可能にすべき調節装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、微小範囲の調
節装置の場合微小範囲の誘導される移動を実施できるた
め駆動部材及び案内装置が２つの別々の装置にする必要
がないという知識から出発する。微小移動に対する調節
装置の簡単な構造は、剪断させるため能力付与される圧
電変換器をもつ駆動部材が支承部材の移動をもたらすの
みならず、また追加してその支承部材を移動方向に誘導
することによって達成される。
【００１５】
【作用】本発明によるともっぱら駆動部材及び支承部材
は、その形態及び配置が相互支持及び誘導される微小移
動の実施に対して構成される。この装置は、支承部材或
いは支持部材が可動部材としてその微小移動を行なうよ
うに設計される。
【００１６】本発明による調節装置は、線形運動の実施
にとってもまた回転運動の実施にとっても同様構成させ
ることができる。好ましくは支承部材は、線形調節装置
として構成の場合移動方向のまわりのねじれ又は回転調
節装置として構成の場合偏差を防止するため駆動部材の
形態及び／又は配置へ支承部材の造形によって適合され
る。
【００１７】線形移動を行なう調節装置に対してその可
動部材が部分円筒状棒であり、この棒がそれの円筒面で
少なくとも３つの圧電変換器或いは３つの支持面を備え
る圧電変換器上に乗る場合、特に有利である。それら３
つの支持点は、三脚台の様式に設けるのが好ましい。
【００１８】可動部材の誘導移動を保証することによっ
て、使用範囲に従ってそれぞれ支承部材及び一定／複数
の駆動部材の配置或いは形態は、いっしょに適合させね
ばならない。この場合その剪断作用は、調節装置に対し
直交する圧電変換器の厚さが移動している間一定であ
り、ならびにその移動が印加電圧を同じにする場合変換
器の厚さに関係しない無類の長所がある。従って製造公
差は、取るに足りないものであるから、特に変化する圧
さ経過をもつ任意な造形が可能である。
【００１９】特別案内装置の節約が摩擦損失をも減少す
るので、それらの圧電変換器にもたらされる力は、完全
に可動部材の移動に対して使用させることができる。従
って可動部材が垂直方向に移動させるべきかつ負荷を支
持する場合、そのときでも可動部材の移動を可能にす
る。
【００２０】部分円筒棒の代りに多角横断面をもつ棒を
使用することもでき、その際この場合ではこの棒は２つ
のそれの側面で一定／複数の駆動部材の少なくとも３つ
の支持点において当接する。使用目的に従ってそれぞれ
４つ或いはそれ以上の駆動部材をも使用することができ
る。
【００２１】別の実装態様は、支承部材が２つの平行円
筒棒によって形成されるのが好ましい案内溝をもつ板か
ら成る。
【００２２】この支承部材は、同様に少なくとも３つの
駆動部材又は３つの支持点をもつ駆動部材で乗り、その
際その支承部材が両円筒棒によって形成される案内溝で
２つの駆動部材上に乗りまた板で第３駆動部材上に乗
る。それらの円筒棒に係合する両駆動部材は、正確な線
形案内を確保すると共に第３駆動部材は、支持機能及び
ねじれ防止を行なう。
【００２３】回転運動を行なうことができるために、支
承部材は、好ましい実装形態では外周面をもつ回転対称
部材として構成される。これは、例えば円筒或いは円錐
にすることができ、その際駆動部材また従って圧電変換
器も該外周面へ適合されている。支承部材の回転運動を
もたらすため、駆動部材が周辺方向に極性化されるの
で、圧電変換器へ電圧を印加する場合この変換器は、周
辺方向に剪断を行ないかつこの場合支承部材を連行す
る。
【００２４】一定或いは複数の駆動部材を支持する支持
部材は、この実装形態では、支持部材が駆動部材を少な
くとも部分的に囲繞しかつ機械的予荷重のもとにあるの
で、駆動部材が回転対称部材を押圧する場合、同時に押
圧装置の機能を行なう。
【００２５】別の実装態様によると支承部材は、回転テ
ーブルとして実施されている。
【００２６】これは、切頭円錐の形態をもつことがで
き、この態様にその円錐面で少なくとも３つの圧電変換
器が乗り、それらの変換器が大体において互いに等しい
間隔をもっている。別の実装形態によると回転テーブル
として構成される支承部材が遊隙のないピボット軸受を
もちまた少なくとも１つの、好ましくは２つの駆動部材
の上に乗る。そのピボット軸受は、回転テーブルの円錐
凹部内に乗る球であるのが好ましい。ピボット軸受から
複数の圧電変換器ならびに一定圧電変換器まで互いの間
での距離は、好ましくは大体において等しい。この構成
ではその支持及び案内は、もっぱら支承部材及び駆動部
材によって実行されない。
【００２７】回転運動は、線形運動と組み合わせること
ができる。この場合では回転テーブルの凹部の代りに溝
を設け、この溝で回転テーブルの線形運動を行なう別の
駆動部材が当接する。
【００２８】回転テーブルがそれの表面でそれらの上に
乗る駆動部材は、剪断運動が異なる方向に働らく圧電体
をもつ。この圧電体の一部分は、半径方向に働らきまた
他の部分は、接線方向に働らく。
【００２９】本発明による調節装置の別の重要な構成部
分は、押圧装置にあり、この装置が可動部の固定また従
って各任意の位置での調節装置の使用を可能にする。こ
の押圧装置は、好ましくは調節可能に設計上設けられる
力で駆動部材に対して支承部材を押圧する。
【００３０】この押圧装置は、この装置によって加えら
れる力が可動部材の移動方向に対し直交して働らくよう
に設けられている。この構成は、可動部材の最大距離が
現状技術水準の場合での事情のように押圧装置によって
限定されない長所をもたらす。それどころかその全体調
節路は、最高精度及び再現性の維持のもとにあらゆる場
合可動部材の長さによって画定される。
【００３１】押圧装置が支承部材の運動を制動しないこ
とによって、この装置は、実装形態によると剪断するた
め能力付与される少なくとも１つの圧電変換器をもって
いる。押圧装置に所属するこの圧電変換器は、ばね力に
基づいて支承部材を押圧しかつその外の圧電変換器のよ
うに対応する剪断運動を行なう。この場合では支承部材
がもっぱら駆動部材上で乗ることによって、摩擦損失
は、最小にされる。ばね負荷される圧電変換器の装置
は、変換器が駆動部材に対して押圧しかつ従って締めつ
けるようにされている。従って可動部材がいかなる位置
でも固定されまた締付け作用に基づいて可動部材を運動
方向に対しても負荷させることができ、運動過程の場合
或いは休止状態でも可動部材の制御されない偏心をする
事態とならないことを確保する。
【００３２】部分円筒棒或いは断面の多角棒を可動部材
として使用する場合、ばね負荷される圧電変換器は、好
ましくは棒の平らな表面において係合しかつこのように
して棒がその半円筒面或いは多角横断面の場合複数側面
でそれらの上に乗る圧電変換器に対して棒を押圧する。
【００３３】棒状支承部材では、押圧装置がばね負荷変
換器に対し追加して更に固定する圧電変換器をもち、固
定変換器がばね負荷変換器に対し距離を置いて設けられ
る場合、ばね負荷変換器及び追加の変換器が棒の運動方
向に対し直交並列して設けられ、縦方向軸のまわりの棒
の回転が有効に阻止される場合、好ましいものと判明し
た。
【００３４】押圧部材は、別の実装形態によると多数の
磁石から構成でき、それらの磁石が支承部材に対して距
離を置いて設けられている。一定或いは複数の磁石は、
好ましくはそれらの駆動部材の間の固定部材上で設けら
れておりかつ磁気牽引力に基づいて駆動部材に対して支
承部材を押圧する。この押圧装置は、追加の摩擦損失を
何等発生しないし、またそれらの駆動部材に遠い棒の側
が全長で近接可能である長所がある。
【００３５】剪断させるため能力付与される多数圧電変
換器の使用により直六面体状圧電変換器を使用でき、そ
れらの変換器は、例えば現状技術水準から公知の圧電管
片よりはるかに負荷可能である。
【００３６】重要な長所は、１ｍｍ以下の圧電素子の小
じんまりした構造高さである一方、ベソッケ（Ｂｅｓｏ
ｃｋｅ）による管片は、代表的に長さ１０ｍｍをもって
いる。それから力作用に関してもまた振動敏感性に関し
ても同様横方向のかなり改良される安定性を生じる。
【００３７】圧電変換器の移動は、材料常数及び印加さ
れる電圧に左右される。大きいステップ幅を可能にする
ため、特殊応用例にとって、多数の圧電変換器が順次に
設けられる場合有利にできる。なぜならばこの場合では
個々の圧電体の移動が加算されるからである。その圧電
体は、それぞれ電気的に伝導性被膜によって分離され、
この被膜がそれらの圧電体へ電圧パルスを印加させるた
め必要である。
【００３８】ステップ幅が印加電圧パルスにも関係する
から、それら圧電変換器は、異なる電圧パルスを供給さ
せるため構成されている制御ユニットへ接続される。電
圧パルスの高さと並んで電圧パルスの時間的経過も重要
である。電圧が最高値まで緩慢（平らなパルス側面）に
上昇させる場合、圧電変換器は、適宜緩慢な剪断速度で
反応する。この場合支承部材は、圧電変換器の剪断運動
の間連行される。最高電圧値に達した後電圧が急速に取
り返えされる場合（急なパルス側面）、圧電変換器は、
対応する速度でその出発位置へ戻り、その際質量慣性の
ために支承部材はその位置に残留する。
【００３９】別の可能性は、先づ電圧パルスの急な側面
を通り抜けその結果圧電変換器がそれの急速剪断運動及
び支承部材の質量慣性のために支承部材において沿って
滑る（ｅｎｔｌａｎｇｓｕｔｓｃｈｔ）。次いで電圧パ
ルスの緩慢な側面を通り抜ける場合、圧電変換器は、適
宜少ない速度で再びその出発位置へ戻りかつこの場合支
承部材を連行する。
【００４０】この運動段階を、急速な順序で連続して実
施できるので、並進運動或いは回転運動も僅かな秒以内
にｍｍの大きさ程度で行なうことができる。この際に同
じ最高電圧の場合第１に電圧パルスの平らな側面をまた
次いで電圧パルスの急速な側面を通り抜ける場合、一層
急速な運動経過を達成できることが判明した。
【００４１】接触面の品質に従って最小許容ステップ幅
は、経験によると約２０ｎｍである。更に正確な位置決
めは、電圧経過の余りに急速でない上昇速度の場合連行
作用の使用によって達成させることができる。
【００４２】従って歩進的位置決めの外に、相対精度約
１ｎｍが全体範囲数１００ｎｍ〜１μｍに亘って特徴的
に達成できる連続位置決めが可能である。このため連続
制御する追加可能性をもつ制御装置を設計できる。
【００４３】比較的大きい調節路程或いは角度に対し
て、この調節装置の絶体位置決め精度は、路程−或いは
角度測定が一体化されることによって、かなり高めるこ
とができる。従って路程−或いは位置信号の再循環（Ｒ
ｕｃｋｆｕｈｒｕｎｇ）により目標正確に所定の位置に
近づけることができる。これらの帰還は、歩進的位置決
めに対しても連続的位置決めに対してと同様使用するこ
とができる。
【００４４】支承部材が直接それらの圧電変換器上へ乗
るけれども、摩擦損失に関して少なくとも１つの点支持
部を設けるのが有利である。このような点支持部は、ボ
ールシート上で固定される球から成り、前記球座が更に
支承部材に近い圧電変換器の側で設けられている。この
球は、酸化アルミニウムから成ると共に支承部材は、焼
入れ鋼からつくるのが好ましい。別の材料組合せは、支
持及び支承部材が発生する力の場合焼付きする傾向がな
い限り、同様に使用できる。
【００４５】本発明による調節装置を相互に適宜組み合
わせることができるので、Ｘ−、Ｙ−、Ｚ−調節装置或
いは回転運動が線形運動或いは多数の回転運動と相互に
組み合わされる調節装置類もつくることができる。
【００４６】支持部材を静止部材として使用する調節装
置の構造様式が選択される場合、可動部材は、無端にす
ることができる。それから特に連続材料供給をする可能
性を生じる。例えば高い位置決め精度の際の鑞接−或い
は溶接線を連続的に供給できる。
【００４７】
【実施例】図１では線形移動に対する調節装置１が示さ
れる。基板３及び支持アーム４をもつ静止支持部材２上
で図３に示されるように全体合わせて４つの駆動部材６
ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄが固定されている。これらの駆
動部材は、支持部２７（図９参照）をもち、この支持部
材が球７及び球座１２を含んでいる。それらの球７の上
に可動支承部材５が乗り、この部材は、剪断させるよう
能力付与される圧電変換器３３を用いて矢印方向に移動
させることができる。
【００４８】支承部材５を固定させるために押圧装置８
を設けており、この装置が支持アーム４において固定さ
れている。可動保持板１１の下側において押圧装置に所
属する圧電変換器９ｂを固定し、この変換器がその支持
球７で上部から支承部材５上へ押圧する。圧電変換器９
ｂが可動部材５上へ押圧する力は、ばね１０によってプ
リセットされ、前記ばねが支持アーム４の下側で支持さ
れる。支持アーム４において別の圧電変換器９ａを固定
し、この変換器は、同様に上部から可動部材上へ押圧す
る。
【００４９】図２で明らかなように、支承部材５は、半
円筒棒から成り、この棒がその円面２３で駆動部材６ａ
〜６ｄの複数球７上に乗っている。押圧装置８の両圧電
変換器９ａ及び９ｂは、上部から可動部材５の平らな面
２６上へ押圧する。この図示では両圧電変換器９ａ及び
９ｂは、並列して設けられている。従って線形運動を実
施する場合、縦方向軸２９のまわりに棒５を回転させる
ことを防止する。圧電変換器９ｂによって伝達されるば
ね力は、可動部材５が縦方向軸２９のまわりにほんの少
しだけ回転されかつその平らな面２６で圧電変換器９ａ
に接触するようにもたらす。ばね１０の力が適宜調節さ
せる場合、可動部材５の安定位置を獲得しかつ同時に締
付け作用を達成し、この締付け作用は、例えば垂直調整
装置として使用する場合可動支承部材の滑りを防止す
る。
【００５０】図３では、全体合わせて４つの駆動部材６
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが可動部材５の下部に設けられて
いるのが判明する。
【００５１】図４によると三脚台の様式で可動部材５の
下に設けられている３つの駆動部材６ａ〜６ｃを設けて
いる。
【００５２】図５では三角断面をもつ可動部材５を示
す。棒５は、その側面２５ａ及び２５ｂで既に説明され
る駆動部材６ａないし６ｄ上に乗る。押圧装置８は、平
らな面２６上へ上部から押圧する。この表現でも２つの
圧電変換器９ａ及び９ｂを設けており、これら部材が駆
動部材６ａないし６ｄ上で可動支承部材５を締付けて固
定する。
【００５３】図６では６角横断面をもつ支承部材５を示
す。その棒がそれの２つの側面で適宜形成される駆動部
材６のみにおいて当接し、この部材は、棒方向に剪断性
である圧電変換器をもつ。
【００５４】棒５の６角横断面と関連する駆動部材６及
び圧電変換器９の造形により棒５の移動方向の案内及び
同時に回転防止を獲得する。押圧装置８は、別の側から
２つの別の側面２５ｃ、２５ｄを押圧する。この図示で
は適宜形成される圧電変換器９しか設けず、この変換器
が駆動部材６に対して可動支承部材を締付け押圧する。
【００５５】図５ａ及び図７では支承部材５の別の実装
形態を示す。これは、相互に結合される２つの円筒棒１
６ａ及び１６ｂをもつ。更に円筒棒１６ａ及び１６ｂに
おいて板１５を設ける。
【００５６】図５ａでは両円筒棒１６ａ及び１６ｂが案
内溝３０を形成し、この溝で駆動部材６ｂの球７が心出
しされて接触するのが理解できる。別の駆動部材６ｃ
は、同様に球７上で乗る板１５の下部に設けられる。こ
の実装形態では圧電変換器９ａだけがばね力を受けて可
動支承部材５の板１５上へ上部から押圧する。
【００５７】図７では押圧装置８の別の変形例を示す。
上部から働らく押圧装置の代りに支承部材５の下部の基
板３上で多数の磁石１７ａ〜１７ｄを設け、それらの磁
石は、導磁性材料から成る材料で構成される支承部材５
を牽引しかつこのようにして同様に基板３上で設けられ
る３つの駆動部材６ａ〜６ｃ上へ押圧する。
【００５８】図８では駆動部材６を示し、この部材は、
この形状でその押圧装置で使用される。圧電変換器３３
は、剪断させるべく能力付与される圧電材料から成る圧
電体をもち、この材料は、制御ユニット１８へ接続され
る。それぞれ電気的に伝導性被膜１４ａ、１４ｂをも
つ。制御ユニット１８は、圧電変換器３３へ電圧パルス
を供給し、それによってこの変換器がその休止位置Ａか
ら剪断位置Ｂへおもむく。圧電変換器３３の剪断位置Ｂ
は、破線にして示される。上方電気被膜１４ａで球７を
もつ球座１２が固定され、この球が好ましくは、酸化ア
ルミニウムからつくられる。その剪断運動（位置Ｂ）の
ために球７は移動する。
【００５９】休止位置から球７の移動は、とりわけ圧電
材料の印加電圧及び材料常数に左右される大きいステッ
ブ幅を獲得するため図９ａに示されるように圧電変換器
３３は、多数の圧電体１３ａ〜１３ｃから構成すること
ができ、それらの圧電体がそれぞれ導電性被膜１４ｂ及
び１４ｃによってお互いから分離される。下方及び上方
圧電体１３ｃ又は１３ａは、追加して更に導電性被膜１
４ｄ及び１４ａをもっている。これらの導電性被膜１４
ａ〜１４ｄは、同様に制御ユニット１８へ接続される。
電圧パルスを印加する場合すべての圧電体１３ａ〜１３
ｃは、同じ剪断移動を行ない、それら個々の移動が加算
される。
【００６０】図９ｂでは圧電変換器３３を示し、これで
はそれらの圧電体１３ａ、１３ｂが異なる方向に剪断す
る。それらの剪断方向では、互いに対し直交するのが望
ましい。
【００６１】図１０では圧電変換へ印加される電圧パル
スの時間的経過を示す。曲線Ｉは、第１に遅い上昇電圧
経過（平らな側面）及びそれに続く急な電圧降下（急な
側面) を示す。パルスの全体持続時間ｔｅ−ｔｏは、
０．２〜１ｍｓｅｃとなるのが好ましい。電圧値は、約
５００ボルトにありまた圧電変換器の偏差は、約２００
ｎｍとなる。この電圧経過は、図８に示される剪断移動
が位置Ａから位置Ｂへ徐々に伸びるのに、復帰移動が位
置Ｂから位置Ａへ急速に行なわれるようにもたらす。
【００６２】ｔｏの際に始って電圧が時間＜１０ｐｅｓ
ｅｃ以内に最高値へ上昇される曲線IIは、別の可能性を
示し、このため急速な剪断移動に対応する。それから遅
い電圧減少がそれに続き、この減少が時間ｔｅの後同様
に再び値０に達する。このようにして圧電変換器の遅い
復帰移動を達成する。
【００６３】追加して更に曲線上に対応するが、但し逆
極性化に対して曲線III がプロットされる。
【００６４】図１１は、回転調節装置１を示し、この装
置では可動支承部材５が回転テーブルとして構成されて
いる。この回転テーブルは、切頭円錐状形状をもちまた
その円錐面２０で駆動部材６ａ及び６ｂ上へ乗り、それ
らの部材がコップ状静止支持部材２で固定される。駆動
部材６ａ及び６ｂは、回転方向に剪断移動を行なうよう
に静止支持部材２で設けられている。静止圧電変換器９
ｂ、９ｃ及びばね負荷圧電変換器９ａの形状の押圧装置
８は、上部から回転テーブル５上へ押圧する。
【００６５】押圧装置８の代りに図１２では磁気押圧装
置を設ける。複数の磁石１７ａ〜１７ｄは、同様に回転
テーブル５の下部で静止槽状部材２上で設けられる。力
線１９は、回転テーブル５の下側に対して垂直に伸び
る。
【００６６】図１３に示されているように、円錐面２０
において全体合わせて３つの駆動部材６ａ〜６ｃが等距
離に設けられている。
【００６７】図１４では回転テーブル５の別の実装形態
を示す。この回転テーブルは、円板の形状をもち、この
円板の外周面２８で溝２１を設けてあり、この溝に駆動
部材６ａ、６ｂの複数の球７が当接する。この実装形態
の場合２つの駆動部材６ａ及び６ｂ（図示せず）しか必
要でない一方、第３圧電変換器９ａが同時にばね負荷さ
れかつ押圧装置８を形成する。
【００６８】図１５、１５ａでは回転テーブル５は、そ
の回転テーブルの中心で設けられる球３６上で支承され
る。駆動部材６ａ及び６ｂは、この実装形態では回転テ
ーブル５の下側において設けられている。
【００６９】図１５ｂ、ｃ、ｄでは線形及び回転移動に
対する調節装置を示す。この場合示される表現では円形
部分の形状をもつ回転テーブル５は、その下側において
別の駆動部材６ｃの球７が当接する溝３４をもってい
る。溝３４が好ましくはＶ字状につくられるので、回転
テーブル５は、側方でも誘導される。この場合示される
表現では溝３４は、縦方向側３３に対し直角に設けられ
る。更にこの回転テーブルは、両駆動部材６ａ、６ｂ上
に乗り、それら部材が、図１５、１５ａに示されるよう
に、回転運動を行なう。図１５ｂ及び１５ｃは、予じめ
既に説明されている２つの異なる押圧装置と組み合わせ
る回転テーブルを示す。
【００７０】図１６では円筒棒５の形状の回転対称部材
３１が駆動部材６の中で軸方向に設けられており、この
駆動部材は、切り欠けられる円筒の形状をもつ。駆動部
材６は、その外周辺上で基板３によって棒５の外側面に
対して押圧される。駆動部材６に入れられる圧電変換器
９は、その周辺に沿って極性化され、複数の電極１４
ａ、１４ｂが円筒の内側及び外側面によって形成され
る。
【００７１】図１７では複式調節装置を示し、この装置
は、全部合わせて３つの本発明による調節装置１、１′
及び１″から構成されている。下方調節装置１は、図１
２で説明されかつ示されるような回転調節装置である。
回転テーブル５上に線形調節装置１′を固定し、この装
置が３角横断面をもつ可動支承部材５′をもっている。
回転テーブル５は、同時に調節装置１′の静止部材２で
ある。可動部材５′上に別の線形調節装置１″を取りつ
け、この装置が可動部材５″をもっている。この場合も
可動部材５′は、同時に調節装置１″の静止部材であ
る。３つの調節装置１、１′及び１″の押圧装置は、複
数磁石１７、１７′及び１７″により形成され、それら
の磁石がそれぞれ可動部材５、５′及び５″の下部に配
設されている。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように本発明による調節装
置は小じんまりした構造の場合にも少ない部材でそれら
の位置に左右されず高精度の微小移動を再現可能にし、
水平方向のみならず負荷される垂直方向移動ですら同様
に可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】線形調節装置の側面図である。
【図２】図１に示される調節装置の正面図である。
【図３】支承部材の平面図である。
【図４】別の実装態様による支承部材の平面図である。
【図５】他の実装態様の調節装置の正面図である。
【図５ａ】更に他の調節装置の正面図である。
【図６】別の実装形態の斜視図である。
【図７】別の実装形態の斜視図である。
【図８】駆動部材の斜視図である。
【図９ａ】複合された圧電変換器の側面図である。
【図９ｂ】２次元変換器の斜視図である。
【図１０】圧電変換器へ印加される電圧の時間的経過の
線図である。
【図１１】回転調節装置の横断面図である。
【図１２】別の実装態様による回転調節装置の横断面図
である。
【図１３】図１１或いは１２に示される回転テーブルの
下から見た平面図である。
【図１４】別の実装態様による回転調節装置の側面図で
ある。
【図１５】別の実装態様による回転調節装置の平面図で
ある。
【図１５ａ】図１５の他の例を示す断面図である。
【図１５ｂ】複合線形及び回転調節装置の断面図であ
る。
【図１５ｃ】図１５ａの他の例の断面図である。
【図１５ｄ】図１５ａの更に他の例を示す断面図であ
る。
【図１６ａ】調節装置の別の実装形態及び対応する圧電
変換器の斜視図である。
【図１６ｂ】図１６ａの他の例の斜視図である。
【図１７】３つの調節装置から成る組合せの説明図であ
る。
【符号の説明】
１ 調節装置 ２ 支持部材 ３ 基板 ４ 支持アーム ５ 支承部材 ６ 駆動部材 ７ 球 ８ 押圧部材 ９ａ 圧電変換器 １０ ばね １１ 可動支持部材 １２ 球座 １４ａ、ｂ、ｃ、ｄ 導電性被膜 １５ 移動板 １６ａ、ｂ 円筒棒 １７ 磁石 １８ 制御ユニット １９ 力線 ２０ 円錐面 ２１ 回転溝 ２２ 心出し支持部 ２３ 平らな面 ２５ａ、ｂ、ｃ、ｄ 側面 ２６ 平らな面 ２７ 支持部 ２８ 外周面 ２９ 縦方向軸 ３０ 案内溝 ３１ 回転対称部材 ３２ 外周面 ３４ 縦方向側 ３５ 溝 ３６ 球

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持部材と、少なくとも１つの、前記支
    持部材で固定されかつ剪断作用を利用する圧電変換器を
    もつ駆動部材と、及び前記駆動部材において当接する支
    承部材とを備える微小運動に対する調節装置において、 もっぱら駆動部材（６）及び支承部材（５）は、形状及
    び配置が相互支持及び誘導される微小運動をさせるため
    構成され、 押圧装置（８）は、所定の力で移動方向に直交して支承
    部材（５）及び駆動部材（６）を向かい会って押圧させ
    る、 ことを特徴とする調節装置。
  2. 【請求項２】 支持部材と、少なくとも１つの、前記支
    持部材で固定されかつ剪断作用を利用する圧電変換器を
    もつ駆動部材と、及び前記駆動部材において当接する支
    承部材とを備える微小運動に対する調節装置において、 支承部材（５）が回転テーブルであり、このテーブルが
    ピボット軸受（２０）で支承されかつ少なくとも１つ
    の、この回転テーブルの縁範囲に設けられる駆動部材
    （６）上で当接し、 押圧装置（８）を設け、この装置は、所定の力で運動方
    向に直交して、前記回転テーブル及び駆動部材（６）を
    対抗押圧させる、 ことを特徴とする調節装置。
  3. 【請求項３】 支持部材（２）が固定して設けられてお
    りまた支承部材（５）が可動部材（５）として微小運動
    を行なうことを特徴とする請求項１或いは２の調節装
    置。
  4. 【請求項４】 該支承部材が固定して設けられておりま
    た支持部材（２）が可動部材として微小運動を行なうこ
    とを特徴とする請求項１或いは２の調節装置。
  5. 【請求項５】 押圧装置（８）が固定して設けられる部
    材（２又は５）或いは可動部材（２又は５）と結合され
    ていることを特徴とする請求項３或いは４の調節装置。
  6. 【請求項６】 支承部材（５）がその造形によって運動
    方向のまわりのねじれを防止するため駆動部材（６）の
    形状及び／配置へ適合されていることを特徴とする請求
    項１或いは３〜５のいずれか１項の調節装置。
  7. 【請求項７】 支承部材（５）は、断面が部分円筒或い
    は多角棒であり、この棒がそれの円筒面（２３）で又は
    少なくとも２つの、それの側面（２５ａ、２５ｂ）で少
    なくとも１つの駆動部材（６）上に乗ることを特徴とす
    る請求項１或いは３〜６のいずれか１項の調節装置。
  8. 【請求項８】 支承部材（５）が案内溝（３０）をもつ
    移動板であり、前記溝に駆動部材（６）が当接すること
    を特徴とする請求項１或いは３〜７のいずれか１項の調
    節装置。
  9. 【請求項９】 案内溝（３０）が２つの互いに隣接して
    いる棒（１６ａ、１６ｂ）を用いて形成され、それらの
    棒が移動板（１５）において固定されることを特徴とす
    る請求項８の調節装置。
  10. 【請求項１０】 支承部材（５）が少なくとも１つの駆
    動部材（６）の少なくとも３つの、隔置される個所にお
    いて当接することを特徴とする請求項１或いは３〜９の
    いずれか１項の調節装置。
  11. 【請求項１１】 支承部材（５）が外周面（３２）をも
    つ回転対称部材（３１）であり、この部材が少なくとも
    １つの、外周面（３２）の形状へ適合される駆動部材
    （６）に当接し、その際圧電変換器（３３）が外周面
    （３２）の周辺方向に極性化されることを特徴とする請
    求項１或いは３〜５のいずれか１項の装置。
  12. 【請求項１２】 支承装置（５）が円筒棒（３１）であ
    りまた駆動部材（６）が切り欠かれる中空円筒であり、
    この円筒が支承部材（５）を包み込むことを特徴とする
    請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 支持部材（２）が中空円筒（６）を少
    なくとも部分的に取り囲みかつ予荷重を加えるので、中
    空円筒（６）が支承部材（５）に対して押圧されること
    を特徴とする請求項１２の装置。
  14. 【請求項１４】 押圧装置（８）が少なくとも１つの、
    ばね（１０）で負荷される圧電変換器（９ａ）をもつこ
    とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項の装置。
  15. 【請求項１５】 押圧装置（８）が少なくとも１つの別
    の圧電変換器（９ｂ）をもち、この変換器が固定しかつ
    圧電変換器（９ａ）から距離を置いて設けられることを
    特徴とする請求項１４の装置。
  16. 【請求項１６】 押圧装置（８）が少なくとも１つの磁
    石（１７）をもち、この磁石の一方の部材（２或いは
    ５）で固定されかつ他方の部材（５又は２）に対し距離
    を置いて設けられることを特徴とする請求項１〜１３の
    いずれか１項の装置。
  17. 【請求項１７】 磁石（１７）が支持部材（２）上で複
    数の駆動部材（６ａ、ｂ、ｃ）の間で設けられかつ支承
    部材（５）を調節可能な力で牽引することを特徴とする
    請求項１６の装置。
  18. 【請求項１８】 支承部材（５）に近い圧電変換器（３
    ３）の側で少なくとも１つの点支持部（２７）が固定さ
    れ、該点支持部（２７）が球座（１２）で固定される球
    （７）から成ることを特徴とする請求項１〜１７のいず
    れか１項の装置。
  19. 【請求項１９】 圧電変換器（９、３３）の剪断運動を
    釈放させるためその圧電変換器へ制御ユニット（１８）
    を接続し、このユニットがすべての圧電変換器（９、３
    ３）へ同じ電圧パルスを供給することを特徴とする請求
    項１〜１８のいずれか１項の装置。
  20. 【請求項２０】 制御ユニット（１８）が電圧パルスを
    供給し、このパルスが第１に平らな上昇又は下降する側
    面をもち、この側面へ急に下降又は上昇する側面が続く
    ことを特徴とする請求項１９の装置。
  21. 【請求項２１】 制御ユニット（１８）が調節可能或い
    はプリセット可能電圧経過を供給し、従って圧電変換器
    （９、３３）へ最大偏差の範囲で連続的に可動部材（２
    或いは５）を位置決めさせるようにすることを特徴とす
    る請求項１９或いは２０の装置。
  22. 【請求項２２】 制御ユニット（１８）が調節路程又は
    調節角度を測定する装置をもち、調節路程又は角度の測
    定信号が位置決め精度を線形化しかつ高めるため使用さ
    れることを特徴とする請求項２１の装置。
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