JPH07204955A - 傾斜テーブル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で装置の小型化が図れ、大きな傾
斜ストロークが得られ、高精度・高分解能な位置制御が
できる傾斜テーブル装置を得る。 【構成】 ２次元駆動振動子２は上下摺動可能で、かつ
常時上方へ付勢されている。円筒部材２８の上面には永
久磁石３０が接着されている。永久磁石３０の上面には
支持部材３１が接着されており、支持部材３１には傾斜
体３２が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工装置や各種測定機
における試料（ワーク）を傾斜させる傾斜テーブル装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加工装置に装着して傾斜方向に位
置決めを行う装置としては、例えば特開平２−５９２４
０号公報に開示される位置決め装置がある。これは、任
意の傾斜角度に設定可能なティルティングテーブル上
に、任意の回転角度に割り出し可能な割り出しテーブル
を介して高速で回転可能なサーキュラテーブルを配設
し、刃具に対してワークの傾斜，割り出し，旋回の単独
あるいは組み合わせの姿勢をできるようにしたものであ
る。

【０００３】また、顕微鏡や光学測定装置の傾斜台とし
ては、例えば実開昭５８−１５６２９４号公報に開示さ
れる球面とスプリングを利用した傾斜台がある。これ
は、中心に穴のあいた凹球面を有するベースと、前記ベ
ースと同一の凸球面を有するステージと、ステージ球面
の中心に取り付けられた軸とを備え、該軸を摺動させる
ことによりステージ球面形状に沿って球心がずれること
なくステージをあらゆる方向に傾斜させるようにしたも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記各従来
技術には以下の様な問題がある。すなわち、特開平２−
５９２４０号公報記載の発明においては、機構が複雑で
あり、ティルティングテーブルおよび割り出しテーブル
の駆動力の伝達にピニオンギア等の機構を用いているた
め、高精度・高分解能な位置決めができない。

【０００５】また、実開昭５８−１５６２９４号公報記
載の考案においては、ストロークと分解能が軸の長さお
よび摺動範囲により制約を受け、両立させることが困難
である。

【０００６】因って、本発明は前記各従来技術における
問題点に鑑みて開発されたもので、簡単な構造で大きな
傾斜ストロークが得られ、テーブル部の運動の球心が常
に同一点にある傾斜があらゆる方向に可能であり、しか
も高精度・高分解能な位置制御が可能な傾斜テーブル装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、球面を有する
傾斜体と、傾斜体の球面の曲率中心を中心として滑動自
在に傾斜体の球面を支持する支持部材と、支持部材に傾
斜体を密着させる密着手段と、支持部材上にて傾斜体を
滑動する２次元駆動振動子と、２次元駆動振動子を傾斜
体に対して押圧する押圧手段とからなるものである。

【０００８】

【作用】本発明では、球面を有する傾斜体が傾斜体の球
面を支持する支持部材により傾斜体の球面の曲率中心を
中心として滑動自在となるように支持され、密着手段に
より保持されている。２次元駆動振動子は、一端が押圧
手段により押圧されて傾斜体に当接している。２次元駆
動振動子の傾斜体に当接している一端は２方向に楕円振
動をする。傾斜体は、球面の曲率中心を中心として滑動
自在となるように支持されているため、２次元駆動振動
子の楕円振動により、傾斜体の球面の曲率中心を中心と
して２方向に傾斜する。従って、傾斜体は、２方向の傾
斜を組み合わせることにより、球心が常に同一点にある
傾斜をあらゆる方向に可能である。また、２次元駆動振
動子の楕円振動の振幅を小さくすることで、高精度・高
分解能な位置制御が可能である。

【０００９】

【実施例１】図１〜図１１に本実施例を示す。図１は断
面図、図２〜図７は２次元駆動振動子を示し、図２は斜
視図、図３は平面図、図４〜図７は作動を示す側面図、
図８〜図１１は変形例を示し、図８〜図１０は要部断面
図、図１１は図１０の平面図である。

【００１０】以下、本実施例の構成を図１により説明す
る。２次元駆動振動子２の下端部はベース２２の中央部
に下面からボルト２３を取り付けることにより固定され
て固定端となっており、上端部は自由端となっていて突
起１２が取り付けられている。ベース２２の４隅には上
面から一端がネジ切りされたピン２４が挿入されており
ベース２５にナット２６によって取り付けられている。
ピン２４は、２次元駆動振動子２が傾斜体３２に当接す
るのに十分な長さになっている。ベース２２とベース２
５との間には弾性部材２７が挿入されており、ベース２
２はピン２４に沿って上下に摺動し、かつ弾性部材２７
によって押圧されるようになっている。本実施例では、
弾性部材２７としてコイルバネを用いた。

【００１１】ベース２５上面には２次元駆動振動子２を
中心として円筒部材２８が配設され、ベース２５下部か
らボルト２９により固定されている。円筒部材２８上面
には円筒リング状の永久磁石３０が接着されており、永
久磁石３０上面には、上面部が凹球面形状になっている
支持部材３１が接着されている。支持部材３１は磁性体
からなり、その上面には下面が支持部材３１の上面部の
凹球面形状と同一の凸球面形状である傾斜体３２が配設
されている。傾斜体３２は、磁性体からなる半球形状で
あり、その上端面３２ａは試料を保持し得るように保持
手段３３を備えている。

【００１２】次に、本実施例の構成のうち、２次元駆動
振動子２の構成を図２および図３により説明する。２次
元駆動振動子２は、複数の圧電素子が積層されることに
より構成されたＺ軸駆動部１１と、Ｚ軸駆動部１１上に
取り付けられて上端面に半球形状の突起１２が形成され
た保持部材１３と、Ｚ軸駆動部１１の下部に取り付けら
れた四角柱形状の共振部材１４と、共振部材１４の互い
に対向しあう側面に取り付けられたＸ方向圧電素子１５
ａと、Ｘ方向圧電素子１５ａとは他の対向する側面に取
り付けられたＹ方向圧電素子１５ｂとより構成されてい
る。Ｘ方向圧電素子１５ａ，Ｙ方向圧電素子１５ｂおよ
びＺ軸駆動部１１は、それぞれ独立して高周波電圧を印
加し得る高周波電源１６に接続されて給電される。高周
波電源１６は制御部１７に接続されて給電を制御され
る。

【００１３】以下、２次元駆動振動子２の作用を図２〜
図７により説明する。２次元駆動振動子２は共振部材１
４の対向した側面に取り付けられた圧電素子１５ａに対
し、共振モードで振動するような高周波電圧を印加する
と、図４および図５で示すように、Ｘ方向へ傾動するよ
うに励起される。また、Ｚ軸駆動部材１１の圧電素子に
共振モード周波数と同一の周波数の電圧を印加すると、
図６および図７に示すように、Ｚ方向に伸縮する。

【００１４】従って、このＺ方向の共振およびＸ方向へ
の共振を組み合わせることにより、その合力として２次
元駆動振動子２の自由端側がＸ−Ｚ平面内で楕円振動す
る。同様に、共振部材１４の他の対向側面に取り付けら
れた圧電素子１５ｂに共振モード周波数の高周波電圧を
印加すると、Ｙ方向に傾動するように励起する（図示省
略）。従って、このＹ方向の共振とＺ方向の共振とを組
み合わせることにより、２次元駆動振動子２の自由端側
がＹ−Ｚ平面内で楕円振動する。

【００１５】次に、本実施例の作用を図１により説明す
る。φ１方向はＹ軸回りの回転を示し、２次元駆動振動
子２の自由端に突起１２を介して点接触している傾斜体
３２は、２次元駆動振動子２の自由端のＸ−Ｚ平面内で
の楕円振動の励起により、永久磁石３０による保持力と
支持部材３１との摩擦力に抗する駆動力を得、傾斜体３
２の下面の球面形状に沿ってφ１方向に傾斜する。

【００１６】また、φ２方向はＸ軸回りの回転を示し、
Ｙ−Ｚ平面内での楕円振動の励起により、同様にφ２方
向に傾斜する。この際、傾斜体３２は永久磁石３０によ
り傾斜位置に保持される。２次元駆動振動子２は弾性部
材２７によりベース２２を介して傾斜体３２に押圧さ
れ、突起１２と傾斜体３２とが当接状態となっているた
め、２次元駆動振動子２の楕円振動は確実に傾斜体３２
に伝達される。

【００１７】本実施例によれば、２次元駆動振動子２を
駆動し続けている限り、傾斜体は支持体上を滑動し続け
るため、簡単な構造で大きな傾斜ストロークでテーブル
部の運動の球心が常に同一点にある傾斜があらゆる方向
に可能である。また、傾斜体３２の駆動源に２次元駆動
振動子２を用いているため、高精度・高分解能な位置制
御が可能となっている。

【００１８】尚、本実施例において円筒形部材３１は、
図８および図９に示すように、上面部が内側に傾斜した
斜面でも、断面が半円筒形であるリング形状でもよい。
この場合、傾斜体３２と支持部材３１の接触部が線接触
となり、凹球面形状である場合よりも小さな駆動力で傾
斜体３２が滑動可能になる。また、図１０および図１１
に示すように、多数のボールを円形に配置した形状の支
持部材３１とすると、傾斜体３２と支持部材３１の接触
部は点接触となり、傾斜体３２はさらに小さな駆動力で
滑動可能になる。駆動力の省力化は、駆動源の小型化に
つながり、さらには傾斜テーブル装置全体の小型化に寄
与するものである。

【００１９】

【実施例２】図１２および図１３は本実施例を示し、図
１２は断面図、図１３は要部斜視図である。本実施例
は、傾斜体３２の位置により押圧力を与える位置調節機
構を備えたものであり、その他の構成は前記実施例１と
同様な構成であり、同一構成部分には同一番号を付して
その説明を省略する。

【００２０】２次元駆動振動子２は、下端部がベース４
１の中央部に下面からボルト４２を取り付けることによ
り固定された固定端となっており、上端部が自由端とな
っていて突起１２が取り付けられている。ベース４１の
上面部には、２次元駆動振動子２を中心として径方向に
向けてリニアガイド４３がＸ，Ｙの４方向に配設されて
いる。リニアガイド４３上にはリニアガイド４３に対応
したリニアガイド４４を有するブロック４５が配設さ
れ、リニアガイド４３とリニアガイド４４との間にはク
ロスローラ４３ａが挟み込まれ、中心から径方向に摺動
可能となっているとともに、上下にあおられる作用が抑
制されている。

【００２１】リニアガイド４３の外側終端部には板４６
が配設されており、板４６には引っ張りバネ４７が取り
付けられている。引っ張りバネ４７の他端はブロック４
５に配設されたフック４８に取り付けられており、ブロ
ック４５が板４６側に常に引き付けられるようになって
いる。板４６には位置調節ピン４９が挿入されており、
ピン４９を回転させることによりブロック４５の位置調
節が可能となっている。ブロック４５上面には永久磁石
５０が装着されており永久磁石５０上面には三角柱を横
にした形状のブロック５１が接着されている。ブロック
５１上には傾斜体３２が配設されている。

【００２２】上記構成において、ブロック４５のＸ，Ｙ
方向それぞれの位置調整により傾斜体３２のＺ方向の位
置調整ができる。傾斜体３２のＺ方向の位置に応じて傾
斜体３２の自重および永久磁石５０の引力により、２次
元駆動振動子２は弾性変形を生じる。すなわち本実施例
によると、２次元駆動振動子２は、傾斜体３２に与える
楕円振動を行うとともに、その振動を傾斜体３２に伝達
するための押圧手段としての働きをも兼ねているのであ
る。従って、傾斜体３２のＺ方向の位置調整により、２
次元駆動子２の楕円運動を傾斜体３２へ確実に伝達する
ように押圧力を調節することかできる。

【００２３】本実施例によれば、前記実施例１と同様な
効果が得られるとともに、押圧力を適性値に保つことが
容易となり、より確実に駆動力を傾斜体に伝達できる。

【００２４】

【実施例３】図１４は本実施例を示す断面図である。本
実施例では、前記実施例１と同様な構成部分に同一番号
を付してその説明を省略する。本実施例は、傾斜体３２
を支持部５２ｂに密着させる密着手段として真空吸着を
用いている。

【００２５】ベース５２ａは、傾斜体３２の球状部と同
一の曲率を有する半球状の凹形状の支持部５２ｂと、支
持部５２ｂに連通する吸引孔５２ｄと、ベース５２ａの
上面をｘ−ｙ平面とし、支持部５２ｂからｘ方向に向か
う貫通穴５２ｃとを備えている。また、ベース横フタ５
２ｅがボルト５４によりベース５２ａに取り付けられ、
貫通穴５２ｃの一端を塞ぐようになっている。２次元駆
動振動子２は、右端部がベース２２の中央部に右側面か
らボルト２３を取り付けることにより固定された固定端
となっており、左端部が自由端となっていて突起１２が
取り付けられている。

【００２６】ベース２２の４隅には左側面から一端がネ
ジ切りされたピン２４が挿入されており、ベース横フタ
５２ｅにナット２６により取り付けられ、貫通穴５２ｃ
に収納されている。この際、ｚ方向はｘ方向に一致して
いる。ピン２４は、２次元駆動振動子２がベース５２ａ
の支持部５２ｂに配設された傾斜体３２に当接するのに
十分な長さになっている。ベース２２とベース横フタ５
２ｅとの間には弾性部材２７が挿入されており、ベース
２２はピン２４に沿って左右に摺動し、かつ弾性部材２
７によって押圧されるようになっている。本実施例で
は、弾性部材２７としてコイルバネを用いた。吸引孔５
２ｄは吸引機５３と接続されている。

【００２７】上記構成の装置では、吸引機５３により吸
引孔５２ｄから傾斜体３２を吸引することにより、傾斜
体３２とベース５２ａの支持部５２ｂとが密着される。
２次元駆動振動子２の突起１２と傾斜体３２とは、弾性
部材２７により当接される。θ方向は、Ｚ軸回りの回転
方向を示し、φ方向は、Ｘ軸回りの回転方向を示す。傾
斜体３２は、２次元駆動振動子のＸ−Ｚ平面内の楕円振
動を励起することによりθ方向に回転し、Ｙ−Ｚ平面内
の楕円振動を励起することによりφ方向に傾斜する。

【００２８】本実施例によれば、回転と傾斜による位置
制御を行い、前記各実施例と同様の効果が得られる。ま
た、真空吸着による密着手段では、傾斜体の滑動時には
吸着を切り、傾斜体に与える駆動力を小さなものとする
ことができる。

【００２９】尚、上記した本実施例の効果と同様の効果
が得られる密着手段としては、図示を省略するが、例え
ば電磁のように電源をＯＮ，ＯＦＦとすることにり、そ
の吸引力をＯＮ，ＯＦＦするものが考えられる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る傾斜
テーブル装置によると、傾斜体下面の球面形状に沿って
傾斜するため、常に球心が同一点にある傾斜があらゆる
方向に可能であり、Ｘ−Ｙ方向に楕円振動する２次元駆
動振動子の自由端に傾斜体を押圧状態で当接させた構造
のため、大きな傾斜ストロークとすることが可能であ
り、高精度・高分解能な位置制御が可能である。また、
構造が簡単であり、装置を小型に構成できるため、大き
な傾斜角での試料の位置制御が必要な加工装置および各
種測定装置等に組み込むことによりその効果を充分発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す断面図である。

【図２】実施例１を示す斜視図である。

【図３】実施例１を示す平面図である。

【図４】実施例１を示す側面図である。

【図５】実施例１を示す側面図である。

【図６】実施例１を示す側面図である。

【図７】実施例１を示す側面図である。

【図８】実施例１の変形例を示す要部断面図である。

【図９】実施例１の変形例を示す要部断面図である。

【図１０】実施例１の変形例を示す要部断面図である。

【図１１】図１０の平面図である。

【図１２】実施例２を示す断面図である。

【図１３】実施例２を示す要部斜視図である。

【図１４】実施例３を示す断面図である。

【符号の説明】

２ ２次元駆動振動子 １２ 突起 ２２，２５ ベース ２３，２９ ボルト ２４ ピン ２７ 弾性部材 ２８ 円筒部材 ３０ 永久磁石 ３１ 支持部材 ３２ 傾斜体 ３３ 保持手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球面を有する傾斜体と、傾斜体の球面の
   曲率中心を中心として滑動自在に傾斜体の球面を支持す
   る支持部材と、支持部材に傾斜体を密着させる密着手段
   と、支持部材上にて傾斜体を滑動する２次元駆動振動子
   と、２次元駆動振動子を傾斜体に対して押圧する押圧手
   段とからなることを特徴とする傾斜テーブル装置。