(57)【要約】  有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体が開示される。ミラーマウント組立体は、形状記憶材料より形成されるカラーと、このカラーにより加えられる半径方向力の下で有限回転モータのテーパ状出力シャフトに結合するテーパ状ベースを含むマウントユニットとを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶材料より形成されるカラーと、
前記カラーにより加えられる半径方向力の下で有限回転モータのテーパ状出力シャフトに結合するテーパ状ベースを含むマウントユニットとを備える、有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体。
【請求項２】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記カラーが前記出力シャフト中のテーパ状開口の少なくとも一部分を囲む、ミラーマウント組立体。
【請求項３】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記カラーがニッケルおよびチタンを含む合金より形成される、ミラーマウント組立体。
【請求項４】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが前記出力シャフトの雌型端部を係合するためのテーパ状雄型プラグである、ミラーマウント組立体。
【請求項５】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが前記出力シャフトの雄型端部を係合するためのテーパ状雌型端部である、ミラーマウント組立体。
【請求項６】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが、２．５４ｃｍ当たり０．０７６２ｃｍと２．５４ｃｍ当たり０．１７７８ｃｍと（１インチ当たり約０．０３インチと１インチ当たり約０．０７インチと）の間のテーパ角を有する、ミラーマウント組立体。
【請求項７】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記マウントユニットが炭化ケイ素、チタンおよびベリリウムのいずれかより形成される、ミラーマウント組立体。
【請求項８】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、ミラーが、前記マウントユニット上に前記ミラーを受容するための受容手段を介して前記マウントユニットに結合される、ミラーマウント組立体。
【請求項９】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、ミラーが前記マウントユニットと一体的に形成される、ミラーマウント組立体。
【請求項１０】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが直線状のテーパ部を含む、ミラーマウント組立体。
【請求項１１】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体が走査システムに結合される、ミラーマウント組立体。
【請求項１２】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体がレーザ穿孔システムを備える、ミラーマウント組立体。
【請求項１３】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体がレーザマーキングシステムを備える、ミラーマウント組立体。
【請求項１４】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体が基板機械加工システムを備える、ミラーマウント組立体。
【請求項１５】
請求項１に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体がレーザトリミングシステムを備える、ミラーマウント組立体。
【請求項１６】
ミラーを受容するための受容手段と、
出力シャフトにミラーマウントユニットを結合するために有限回転モータの前記出力シャフトのテーパ状端部に対合するテーパ状ベースと、
形状記憶合金より形成され、前記形状記憶合金がオーステナイト状態にある場合に前記出力シャフトに前記テーパ状ベースを固定するカラーと、
を備える有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体。
【請求項１７】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記カラーが前記出力シャフト中のテーパ状開口の少なくとも一部分を囲む、ミラーマウント組立体。
【請求項１８】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記カラーが、ニッケルおよびチタンを含む合金より形成される、ミラーマウント組立体。
【請求項１９】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが、前記出力シャフトの雌型端部を係合するためのテーパ状雄型プラグである、ミラーマウント組立体。
【請求項２０】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが、２．５４ｃｍ当たり０．０７６２ｃｍと２．５４ｃｍ当たり０．１７７８ｃｍと（１インチ当たり約０．０３インチと１インチ当たり約０．０７インチと）の間のテーパ角を有する、ミラーマウント組立体。
【請求項２１】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウントユニットが炭化ケイ素、チタンおよびベリリウムのいずれかより形成される、ミラーマウント組立体。
【請求項２２】
請求項１６に記載のミラーマウント組立体において、前記テーパ状ベースが直線状のテーパ部を含む、ミラーマウント組立体。
【請求項２３】
有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体であって、前記ミラーマウントユニットは、
ミラーと、
有限回転モータの出力シャフト中のテーパ状開口に前記ミラーマウントユニットを結合するためのテーパ状ベースと、
前記出力シャフトおよび前記ミラーマウントユニットの前記テーパ状ベースを囲む形状記憶合金より形成されるカラーと、
を備えるミラーマウント組立体。
【請求項２４】
請求項２３に記載のミラーマウント組立体において、前記ミラーマウント組立体が光学スキャナシステム中に含まれる、ミラーマウント組立体。
【請求項２５】
有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体であって、前記ミラーマウントユニットは、
ミラーと、
有限回転モータの出力シャフト中の開口に前記ミラーマウントユニットを結合するためのベースと、
前記出力シャフトおよび前記ミラーマウントユニットの前記ベースを囲む形状記憶合金より形成されるカラーと、
取外しの際には前記カラーに冷却剤材料があてがわれつつ前記カラーに係合する取外しツールと、
を備えるミラーマウント組立体。
【請求項２６】
請求項２５に記載のミラーマウント組立体において、前記取外しツールが、前記カラーに係合するように閉じられ、さらに前記冷却剤材料に接触し得る前記カラーの少なくとも一部分の周囲に空洞を形成し得る分離可能な部分を含む、ミラーマウント組立体。
【請求項２７】
形状記憶合金より形成されるカラーに冷却剤材料をあてがって、前記形状記憶材料をマルテンサイト状態に変化させるステップと、
有限回転モータシャフトから前記カラーを取り外すステップと、
を含む有限回転モータシャフトから光学素子を取り外す方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法において、前記方法が、前記形状記憶材料に前記冷却剤材料をあてがうことを容易にするために、前記カラーに取外しツールをあてがうステップをさらに含む、方法。
【請求項２９】
有限回転モータシャフトに光学素子を結合するための固定具としての、形状記憶合金より形成されるカラーを提供するステップと、
前記形状記憶材料をマルテンサイト状態に変化させることにより前記有限回転モータシャフトからの前記カラーの取外しを容易にするために、前記カラーにあてがい得る冷却剤材料を提供するステップと、
を含む有限回転モータシャフトから光学素子を取り外す方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検流計などの有限回転モータに関し、特にスキャナにおいて光ビームを誘導するためのミラーなどの光学素子を駆動するために使用される有限回転モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００６年６月１６日出願の米国特許出願整理番号第１１／４５４，４３６号にもとづく優先権を主張する。
【０００３】
概して、有限回転モータには、ステッピングモータおよび定速度モータが含まれる。いくつかのステッピングモータは、大きな走査角での高速および高デューティサイクル鋸歯状走査を要する用途に非常に適する。例えば、米国特許第６，２７５，３１９号が、ラスタ走査用用途のための光学走査デバイスを開示する。
【０００４】
しかし、いくつかの用途のための有限回転モータにおいては、回転子が鋸歯様のステッピングおよびセトリングによらずに、正確にかつ定速度で２つの位置間を移動する必要がある。このような用途では、定速度に到達するのに要する時間が可能な限り短く、この到達した速度における誤差量が可能な限り小さいことが必要となる。一般的には、定速度モータは、より大きなトルク定数をもたらし、典型的には、回転子およびこの回転子を中心軸の周りで回転させるための駆動回路と、例えば回転計または位置センサなどの位置検出器と、この位置検出器に結合され入力信号およびフィードバック信号に応じて駆動回路により回転子を駆動させることを可能にするフィードバック回路とを含む。例えば、米国特許第５，４２４，６３２号が、従来の二極型有限回転モータを開示する。
【０００５】
いくつかの用途のための望ましい有限回転モータに必要なものは、共に、スキャナの角運動範囲内であり、任意の小誤差内の望ましい速度の直線性を維持しつつ任意の精度で任意の短時間で画定される角度である角度Ａから角度Ｂへ、ミラーなどの搭載物の角度位置を変更することが可能なシステムである。このシステムの最短反応時間および最小速度誤差は共に、このシステムの有効動作帯域幅により決定される。
【０００６】
このような有限回転モータは、例えば高速表面形状測定などの多様なレーザ走査用用途において使用することができる。他のレーザ加工用用途としては、レーザ溶接（例えば高速スポット溶接）、表面処理、切断、穿孔、マーキング、トリミング、レーザ補修、ラピッドプロトタイピング、マイクロ構造体の形成、または種々の材料上へのナノ構造体の高密度アレイの形成が含まれる。
【０００７】
通常は、このようなシステムの加工速度は、ミラー速度、Ｘ−Ｙステージ速度、材料相互作用定数、材料熱時定数、加工すべき標的材料および標的領域のレイアウト、およびソフトウェア性能の中の１つまたは複数により制限される。一般的に、１つまたは複数のミラー速度、位置精度および整定時間が性能を制限する要因となる用途においては、走査システム帯域幅における任意の著しい改善が、そのままスループットの向上となり得る。
【０００８】
また、一般的には、回転子シャフトおよび搭載物の慣性に悪影響を及ぼさない、または搭載物へのシャフトの結合に悪影響を及ぼさない、有限回転モータのシャフト用の搭載物マウント構造体を提供することが望ましい。例えば、有限回転モータのシャフトにミラーを設置する場合には、この組立体の慣性の著しい増加を伴うことなく固定結合を実施することが望ましい。シャフト上のミラーが交換可能となるように取外し可能なマウント構造体を提供することが望ましいことによって、結合強度と慣性質量との関係に対してさらなる要求が課せられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、改良された有限回転モータシステムが必要であり、特に、改善された作動帯域幅を実現する有限回転モータ用の回転子が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態によれば、本発明は、有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーマウント組立体を提供する。ミラーマウント組立体は、形状記憶材料より形成されるカラーと、このカラーにより加えられる半径方向力の下で有限回転モータのテーパ状出力シャフトに結合するテーパ状ベースを含むマウントユニットとを備える。
【００１１】
他の実施形態によれば、このカラーは、出力シャフト中のテーパ状開口の少なくとも一部分を囲み、他の実施形態においては、このカラーは、ニッケルおよびチタンを含む合金より形成される。
【００１２】
他の実施形態によれば、本発明は、有限回転モータシャフトから光学素子を取り外す方法を提供する。この方法は、形状記憶合金より形成されるカラーに冷却剤材料をあてがって、この形状記憶材料をマルテンサイト状態に変化させるステップと、有限回転モータシャフトからカラーを取り外すステップとを含む。他の実施形態によれば、この方法は、カラーに冷却剤材料をあてがうことを容易にするために、シャフト上のカラーにカラー取外しツールをあてがうステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による有限回転モータシステムのためのミラーおよび回転子組立体の例示の線図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、図１に図示されるミラーおよび回転子組立体の例示の側断面線図である。
【図３】拡大縮尺による図２の例示の側断面線図の一部分を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態による有限回転モータシステムにおいて使用するためのミラーおよび回転子組立体の、図３において図示されるものと同様の側断面図の一部分を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるミラーおよび回転子組立体のいくつかの要素の例示の等角分解図である。
【図６】本発明の一実施形態によるミラーマウント構造体についての、直径対温度の例示のグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による有限回転モータシステムの例示の等角線図である。
【図８】本発明の他の実施形態の他の有限回転モータシステムの例示の側断面線図である。
【図９】本発明の他の実施形態の他の有限回転モータシステムの例示の側断面線図である。
【図１０】ミラーおよび回転子組立体と共に使用するための組立／分解ツールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明は、添付の図面を参照としてさらに理解することができる。
【００１５】
図面は、例示の目的のためだけに示される。
【００１６】
一般的に、光学走査用用途においては、ミラーを直接的にまたは間接的にモータのシャフトに装着する必要がある。例えば、ミラーを支持しミラーをシャフトに装着する役割を果たすクランプ様部品が使用されてきた。また、ミラーの中にまたはミラーの上に組み込まれる非分離式のクレードル−アンド−クランプ設計が使用されてきた。いくつかの場合においては、ミラーは、シャフトまたはマウント構造体の中の横方向スロット中にセメント接合される。
【００１７】
一般的には、有限回転モータシステムにおいて、質量を、したがって回転子および搭載物組立体の慣性を最小限に抑えることが望ましいが、出願人は、本発明のいくつかの実施形態により、形状記憶合金を使用して、慣性に悪影響を及ぼすことなく、シャフト上への搭載物の効果的な取外し自在な固定を実現することができることを発見した。ニッケル−チタン合金（１９６２年に海軍兵器研究所（Ｎａｖａｌ  Ｏｒｄｎａｎｃｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）により発見された後、ニチノール（Ｎｉｔｉｎｏｌ）と呼ばれることもある）などの形状記憶合金は、温度により形状に変化が生じることが知られている。概して、このような合金としては、例えばニッケル−チタン、ニッケル−チタン−ニオブ、ニッケル−チタン−鉄、ニッケル−アルミニウム、インジウム−チタン、銅−亜鉛、銅−スズ、銅−アルミニウム−ニッケル、金−カドミウム、銀−カドミウム、鉄−白金、マンガン−銅、鉄−マンガン−ケイ素および、上述の元素およびそれらの組合せの他の合金が含まれ得る。典型的には、形状記憶合金は、マルテンサイト（冷却）状態からオーステナイト（加熱）状態に加熱される際に最大５％までサイズが変化する。形状記憶材料は、医療デバイス、導電体、固定具およびシャフト上コンポーネントにおける用途に対して使用され、またそれらにおける用途について示唆されてきたが、この材料は、その固定具について結合強度対慣性の妥協点が非常に厳しいと考えられている有限回転モータに対しては使用されてこなかった。
【００１８】
しかし、テーパ状マウント構造体に形状記憶材料の使用を組み合わせることによって、帯域幅の改善が有限回転モータシステムにもたらされることを出願人は発見した。一般的には、ミラーは、容易な組付けおよび／または取外しが可能となる方式で装着されることが望ましい。これは、システムの組立ておよび整列を容易にするために、また、このミラーの異なるサイズまたは反射率範囲のものとの交換に対応するために、または損傷したミラーのｉｎ−ｓｉｔｕ交換を可能にするために必要となる。また、マウント手段は、シャフトに設置されるミラーの、少なくともミラー表面に対して直角な方向への適切な幾何学的整列を確実にしなければならない。マウント自体の慣性が、動的用途におけるシステムの性能を損なわず、静的システムの衝撃および振動環境に応じて強固なものであることが重要である。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、図１〜図３に図示するように、チタン−ニッケル合金（例えばＴｉが４５％、Ｎｉが５５％）などの形状記憶材料より形成されるカラー１９と、テーパ状ミラーマウント構造体１０とを使用してよい。例えば、カラー１９は、米国カリフォルニア州、サンフランシスコのＩｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓより販売されるＵｎｉＬｏｋ（登録商標）製品であってよい。シャフト１４が、支持軸受１７の周りを回転してよい。図２および図３に図示するように、テーパ状マウント構造体１０は、ミラーが中にセメント接合され得る、はんだ付けされ得る、または他の方法で固定され得る横方向スロットと、回転子出力シャフト１４中のテーパ状開口１６内に受容し得るテーパ状ベース１８とを含む。横方向スロットは、図３に図示するように、スロット要素２０および２２によって形成される。形状記憶材料より形成されるカラー１９の使用、ならびに構造体１０のテーパ状ベース１８のテーパ状継手とテーパ状開口１６との組合せによって、交換可能であり、マウントシステムに固定的に装着されるがこのシステム対して慣性を殆ど付加せず、ミラーをそのサイズに応じて支持し、ミラーの幾何学的整列において高い精度を可能にするマウントシステムが提供される。
【００２０】
図４に図示するように、本発明の別の実施形態によれば、マウントシステムは、形状記憶材料のカラー２３と、回転子出力シャフト３４のテーパ状端部３６を受容するベース３８中のテーパ状開口を有するミラーマウント構造体３０とを含んでよい。また、構造体３０は、ミラー３２が中にセメント接合される、はんだ付けされる、または他の方法で固定される横方向スロットを有する。シャフト３４は、支持軸受２１の周りを回転してよい。各実施形態において、継手ユニットのミラー端部は、ある径のものであり、したがってミラーを支持するスロットの両側部の長さは、支持剛性に応じた、その特定のミラーサイズおよび設計に必要なある長さである。継手ユニットのミラー端部は、ミラーについて所望の支持長さを提供するように、必要に応じて円筒形態から長円形状または他の形状に変更してよい。また、スロットの深さは、適切なものに調節してよい。ユニットは、外面においてある角度にてテーパ状となっており、また、いくつかの実施形態においてはモータトルクに対してセルフロックし、形状記憶材料がマルテンサイト状態にある場合にはカラーの半径方向力によってさらに固定されるような長さを有する。
【００２１】
図５に図示するように、マウントユニット２９のベース３５は、Ａで示されるテーパ角を有する。例えば、このテーパ角は、約０．２５°から約５°の範囲であってよく、好ましくは約０．７５°から約３．０°の間であり、より好ましくは約１．０°から約２．０°までであってよい。マウントユニット２９は、シャフト２５のテーパ状開口３１内に挿入される。形状記憶合金カラー２７は、オーステナイト状態ではシャフト２５の外径よりも大きな、３３で示される内径部を有する。カラー２７がマルテンサイト状態にある場合には、３３で示されるカラー２７の内径部は、シャフト２５の外径よりも若干小さい。また、マウントユニット３０は、いくつかの実施形態においては１つまたは２つの回転停止部３９が貫通して配置される場合がある、一方または両方の側部の小穴１５を有してよい。回転停止部３９は、構造体２９を貫通する単一ピンの２つの端部により形成してよい、または２つの別個の停止部として形成してよい。他の実施形態においては、マウントユニット２９は、ミラーまたは他の光学素子と一体的に形成してよい。テーパは図５に図示するように直線であってよく、または他の実施形態においては、テーパは非直線であってよい。
【００２２】
種々の用途が、カラーに対するテーパ部のロックの種々の度合を要してよい。例えば、カラーを室温に加熱する前に、それがその一部である光学システムの組付けおよび整列の際に、ミラー面に対して直角の方向を、シャフトの角度位置に対して手動で再調節することが望ましい場合がある。この用途は、結果的に比較的大きなテーパ角となる。他方では、この用途が、それがその一部である光学システムが宇宙空間飛行体の発射の際の加速などの大きな加速に耐えなければならないことが必要である場合には、比較的小さなテーパ角を使用してよい。
【００２３】
テーパ角および係合長さは、セルフロック嵌合の必要性と必要な際の容易な解除に対する要望との間の妥協点として、角度および長さの範囲について選択される。次いで、所望の結合強度を維持するような追加的に必要となる力のみを与えるように、形状記憶合金についてのサイズおよび材料を選択してよい。ロックのための有用な角度の好ましい範囲は、２．５４ｃｍ当たり０．０７６２〜０．１７７８ｃｍ（１インチ当たり０．０３〜０．０７インチ）（約０．９°から約２．１°までの間）である。この範囲のテーパ下限のテーパ部は、非常に緊密に把持する傾向にあり、この範囲の上限のテーパ部は、容易に解除する傾向にある。また、カラーにより加えられるわずかな力量で実質的に恒久的に固着するようにテーパが緊密にロックする、および逆に大きなトルクを伝達するために形状記憶カラーを使用してテーパが緊密に一体的に固定されなければならないように容易に解除するように、テーパ角および係合長さを設計することは、本発明の範囲内である。
【００２４】
剛性を最大にし、組立体の慣性を最小限に抑えるために、プラグおよび凹部が、出力部を支持する軸受の内側の体積を占めることが好ましい。しかし、ユニットおよびその合わせシャフト部分をシャフト軸に沿ったどこかに位置決めすることは、本発明の範囲内である。
【００２５】
カラーの内径部は、例えば液体窒素をカラーにあてがうことにより、形状記憶材料をマルテンサイト相に至らしめる温度にカラーを冷却することによって、シャフトから取り外されてよい。
【００２６】
シャフトまたはポストの端部は、合わせテーパ部の形態の図３の実施形態における同心中空凹部を備え、それによって、雄型プラグの形態のベース１８がこの凹部内に挿入され定位置に一体的に押しやられると、テーパ部がロックする。このような接合部は、同心性、傾斜の欠如、トルク伝達、および使用時に緩む傾向の無さに関して最適な性能を有する。マウントを取り外すことが望まれる場合には、カラー１９は、そのマルテンサイト状態に冷却され、出力シャフトから滑脱される。次いで、プライヤー様ツールをプラグの平面にクランプしてよく、マウントのサイズおよびテーパ部の設計に応じた数キログラム（数ポンド）の軸方向引張力が、モータまたは検流器の場合にはプライヤーと前方軸受の内方リングとの間に、またはマウントポスト（図示せず）の場合にはプライヤーと適切なフランジとの間に加えられ、それにより損傷することなくテーパ部を解除する。
【００２７】
図６において９０で示すように、カラーは、マルテンサイト開始（Ｍｓ）温度を下回って冷却されると開き、マルテンサイト終了（Ｍｆ）温度まで冷却されるとその最大径に達する。次いで、カラーを出力シャフトの端部上に滑動させ、ミラーマウントユニットのテーパ状ベースを出力シャフトに装着してよい。次いで、カラーは、室温まで温められることを許可され、オーステナイト開始（Ａｓ）温度でその記憶直径までその径を縮小し始め、その最小径に達し（したがって最大の半径方向力が加えられるようにし）、オーステナイト終了（Ａｆ）温度に達する。例えば、オーステナイト開始および終了温度は４０℃および１０５℃であってよく、マルテンサイト開始および終了温度は−５０℃および−８０℃であってよい。カラーは、窒素、ＣＯ２または他の冷却剤をあてがうことにより冷却してよい。また、他の実施形態においては、カラーは、切断し、交換してよい。カラーの温度と内径との間のヒステリシス関係が、図６に図示され、カラーに損傷を与えることなくまたはロック状態において加えられる力を低下させることなく反復され得る。
【００２８】
図７に図示するように、本発明の一実施形態による回転子シャフトおよびミラーマウント構造体を含むスキャナ組立体が、スキャナモータ４０を含み、このスキャナモータ４０は、上述のように外方シャフト４８と、このシャフト上のミラー４４などの走査素子にマウントユニットを結合する形状記憶合金カラー４１とを有する回転可能な回転子を有する。また、スキャナ組立体は、シャフトの位置を監視するための、回転子の一方の端部に装着された検出器４２を含む。他の実施形態においては、走査素子４４および位置検出器４２はそれぞれ、シャフトの同一端部にて回転子に装着してよい。また、このシステムは、モータの速度および／または位置を制御するために、図示する検出器４２およびモータ４０に結合されるフィードバック制御システム４６を含む。
【００２９】
図８に図示するように、本発明の別の実施形態によるミラーマウント組立体は、バックアイアン５２、固定子コイル５４および、シャフト５８に固定される磁石５６を含むシステム５０において共に使用してよい。シャフト５８は、軸受６４を介してハウジング構造体（図示せず）に回転自在に設置され、シャフトにテーパ状ベースを有するマウントユニットを結合する形状記憶合金カラー５１を含む。ミラー６０などのスキャナ素子が、マウントユニットに装着され、これによってシャフトに結合される。位置検出器６２が、シャフト５８の他方の端部に設置される。
【００３０】
図９に図示するように、本発明の他の実施形態による有限回転トルクモータ組立体７０は、上述のように、バックアイアン７２、固定子コイル７４および、シャフト７８に固定される磁石７６を含んでよい。ミラー８０が、本発明のテーパ状ミラーマウント構造体および形状記憶合金カラー７１を介してシャフトに装着され、このシャフトは、軸受８４を介してハウジング構造体（図示せず）に回転自在に固定される。組立体７０は、上述のように位置検出器をさらに含んでよい。
【００３１】
例えば、このような有限回転モータは、プリント回路基板（ＰＣＢ）中に孔（または穴）を作るためのレーザ穿孔システムにおいて使用してよい。このシステムは、一対の検流器ベースＸ−ＹスキャナおよびＰＣＢ搬送用のＸ−Ｙステージと、スキャナおよびレンズが対象範囲とするフィールド内の回路基板領域の並行処理を可能にするスキャンレンズとを含んでよい。Ｘ−Ｙステージは、全対象範囲に要される行および列に沿って回路基板を搬送する。典型的には、回路基板はスキャンフィールドよりも実質的に広い。
【００３２】
また、このような有限回転モータは、本発明の別の実施形態による多層穿孔システムにおいて使用してよい。この動作は、１つまたは複数のレーザパルスが対象物に対するビームの相対移動を伴わずに有効スポット径内の単一の穴を形成するホールパンチング（またはパーカッション穿孔）を含んでよく、または（穿孔動作の際にビームと対象物との間の相対移動を伴う）トレパニングを含んでよい。トレパニングの際には、スポット径よりも実質的に大きな直径を有する穴が形成される。基板が、好ましくは円形にトレパニングされる複数のレーザパルスを使用して基板の頂面から基板の露出底面までレーザ穿孔されるが、楕円形または正四角形などの他のトレパニングパターンを使用してもよい。例えば、レーザ焦点の移動のトレパニングパターンは、ビームスポットが所望の孔の中央から始まり、孔の外径の方へ外方に徐々にらせん状に動くものである。この時、ビームは特定の孔について必要であると決定された数の回転の間、孔の中央の周りを軌道を描いて回される。完了すると、焦点は中央にらせん状に動いて戻され、その後次の命令を待つ。トレパニング速度の一例は、秒速３ミリメートルである。このような穿孔用用途においては、ポイント間の軌道にかかわらず、高速の整定時間でビームの高速ポイント間位置決めを行うことが有利である場合がある。
【００３３】
穿孔システムの全スループットは、フィールド内の所要の穴数、穴サイズ、ステージ速度などの多数の要因により影響される可能性がある。一般的には、システム帯域幅の改善は、基板穿孔システム内では有効である場合があり、特に、そのような改善は、穴形成のためにトレパニングまたは同様の作動が使用される基板穿孔システムにおいては有利である場合がある。また、上述の有限回転モータは、電子回路パッケージ、半導体基板および同様の加工物などの他の基板を穿孔するために使用してよい。
【００３４】
また、有限回転モータは、例えば基板の前面または背面上への半導体、ウェーハおよび同様のものの、レーザを使用する基板マーキングあるいはレーザマーキングにおいて使用してよい。レーザ（ダイオード励起固体レーザなど）により生成されるマークは、前面上であるか背面上であるかにかかわらず、１Ｄまたは２Ｄマトリックスとして、および多様な業界基準に応じて形成されてよい。このようなシステムの性能は、少なくとも部分的には、マーキング速度、密度および品質に左右されることがあり、有限回転モータの性能の向上が、マーキング速度、密度および品質を向上させることがある。例えばｍｍ／秒で測定されるフィールド上のマーキング速度は、レーザ反復速度、スポットサイズおよび、このシステムにおいて使用される１つまたは複数のモータ（例えば低速の走査方向モータおよび高速の走査方向モータ）速度の関数である。
【００３５】
他の実施形態によれば、本発明のシステムを、例えばトレイ中のパッケージあるいはデバイス、または他の同様の加工物のマーキングなどの電子産業における他の高速マーキング用用途のために提供することができる。
【００３６】
また、上述の有限回転モータは、本発明の他の実施形態によるレーザトリミングシステムにおいて使用してよい。本発明の１つまたは複数の実施形態は、レーザトリミングシステムにおいて、または基板微細機械加工システムにおいて使用してよい。例えば、このようなシステムは、少なくとも１つの測定可能な特性（抵抗値など）をそれぞれが有するデバイス（例えば抵抗）のアレイの高速で正確な微細機械加工のための方法を提供してよい。この方法は、ａ）測定可能な特性の値を変更するためにアレイ状にデバイスを選択的に微細機械加工するステップと、ｂ）選択的に微細機械加工するステップを一時停止するステップと、ｃ）選択的に微細機械加工するステップを一時停止している間に、測定可能な特性の値を変更するためにアレイ状に少なくとも１つの他のデバイスを選択的に微細機械加工するステップと、ｄ）デバイスの測定可能な特性の値が所望の範囲内になるまでその特性を変更するために、選択的に微細機械加工するステップの一時停止状態から再開するステップとを含む。選択的に微細機械加工するステップの少なくとも１つが、デバイス間を第１の走査パターンで移動するレーザビームを生成し相対的に位置決めするステップと、第１の走査パターンで第２の走査パターンを重畳するステップと、少なくとも１つのレーザパルスで少なくとも１つのデバイスを照射するステップとを含んでよい。
【００３７】
本発明の別の実施形態による微細機械加工システムは、音響光学偏向器と共に使用して高速走査パターンの実施を可能にすることができ、上述のように、有限回転モータを使用して実施される第２のより低速の走査パターンに重畳される。一般的には、音響光学偏向器のアクセス時間または戻り時間は、１０マイクロ秒のオーダである。いくつかの実施形態においては、モータ速度の向上により、トリミング速度の向上が直にもたらされる。
【００３８】
本発明の他の実施形態によれば、本発明のミラーマウントシステムを使用して、ミラーおよび他の光学素子を、有限回転モータのシャフトに容易におよび直ちに設置するならびに有限回転モータシャフトから容易におよび直ちに取り外すことができる。例えば、図１０および図１１に図示するように、第１の部品１０２および第２の部品１０４を含むツール１００を、有限回転モータシャフト１０７からクランプリング１０６を取り外すために使用してよい。ツール１００の第１の部品１０２は、上方パネル１１０と下方パネル１１２との間に開口１０８を有し、ツール１００の第２のパート１０４は、上方パネル１１４と下方パネル１１６との間に開口を有する。第２の部品１０４が第１の部品１０２内に受容される場合に、カラー１０６の周囲に密閉空洞が形成される。この空洞は、流体継手を任意に含んでよい開口１２０を介してアクセスすることができる。人がカラー１０６に直接触れることを必要とすることなく、カラー１０６をそのマルテンサイト終了状態に冷却するのを可能にするために、液体窒素などの冷却剤を開口１２０中に案内してよい。また、ツール１００は、シャフト１０７から緩んだカラー１０６を取り外す際にそれを保持する役割を果たしてよい。
【００３９】
このようなカラーおよび取外しツールなどの使用によって、このツール、冷却剤流体および交換用カラーのみが遠隔の実施現場にあることが必要となるため、この遠隔の実施現場における光学素子の取外しおよび交換が著しく容易となる。
【００４０】
本発明の精神および特許請求の範囲から逸脱することなく、上に開示した実施形態に多数の修正および変更を行い得ることを、当業者は理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月15日(2009.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限回転モータシャフトに第１の光学素子を取り外し自在に固定する方法であって、
前記第１の光学素子のテーパ状ベースを、テーパ面を有する前記モータシャフトの一端に結合するステップと、
形状記憶合金より形成されるカラーを、該カラーが実質的に半径方向で前記テーパ状ベースに整列するように、前記テーパ状ベースに対して位置決めするステップと、
前記カラーをオーステナイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトに係合するステップと、
前記カラーをマルテンサイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトから解放するステップと、
前記第１の光学素子を前記モータシャフトから取り外すステップと、
を含む、有限回転モータシャフトに第１の光学素子を取り外し自在に固定する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、第２の光学素子のテーパ状ベースを前記モータシャフトに結合及び前記モータシャフトから取り外すために、前記各ステップが繰り返される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記光学素子は、取り付けユニットと、該取り付けユニットに固定されたミラーを有する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記カラーは、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−ニオブ、ニッケル−チタン−鉄、ニッケル−アルミニウム、インジウム−チタン、銅−亜鉛、銅−スズ、銅−アルミニウム−ニッケル、金−カドミウム、銀−カドミウム、鉄−白金、マンガン−銅、鉄−マンガン−ケイ素、及びこれらの合金の何れかから形成されている、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記カラーは、前記オーステナイト終了温度から前記マルテンサイト終了温度に冷却される際に、少なくとも約５％寸法が変化する、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、該方法が、前記有限回転モータシャフトをレーザ走査システムにおいて動作させるステップを更に含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、該方法が、前記有限回転モータシャフトをレーザ穿孔システムにおいて動作させるステップを更に含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、該方法が、前記有限回転モータシャフトをレーザマーキングシステムにおいて動作させるステップを更に含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、該方法が、前記有限回転モータシャフトをレーザトリミングシステムにおいて動作させるステップを更に含む、方法。
【請求項１０】
有限回転モータシャフトから光学素子を取り外す方法であって、
形状記憶合金より形成されるカラーに冷却剤材料を適用して該形状記憶合金をマルテンサイト状態に変化させ、前記有限回転モータシャフトから前記カラーを取り外すステップを含む、有限回転モータシャフトから光学素子を取り外す方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記冷却材材料の前記形状記憶合金への適用を促進するために、前記カラーに取外しツールを適用するステップを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記取外しツールの開口を介して前記カラーに前記冷却材材料を提供するステップを更に含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記第１の光学素子を前記モータシャフトから取り外し、第２の光学素子を前記モータシャフトに結合するステップを更に含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記カラーをオーステナイト終了温度まで加熱して前記カラーを前記モータシャフトに係合するステップを更に含む方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法において、前記冷却材材料は液体窒素である、方法。
【請求項１６】
有限回転モータシャフトに光学素子を取り外し自在に固定する方法であって、
前記第１の光学素子のベースを前記モータシャフトの一端に結合するステップと、
形状記憶合金より形成されるカラーを、該カラーが実質的に半径方向で前記第１の光学素子のベースに整列するように、前記第１の光学素子のベースに対して位置決めするステップと、
前記カラーをオーステナイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトに係合するステップと、
前記カラーをマルテンサイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトから解放するステップと、
前記第１の光学素子を前記モータシャフトから取り外すステップと、
第２の光学素子のベースを前記モータシャフトの一端に結合するステップと、
形状記憶合金より形成されるカラーを、該カラーが実質的に半径方向で前記第２の光学素子のベースに整列するように、前記第２の光学素子のベースに対して位置決めするステップと、
前記カラーをオーステナイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトに係合するステップと、
前記カラーをマルテンサイト終了温度に曝して、前記カラーを前記モータシャフトから解放するステップと、
前記第２の光学素子を前記モータシャフトから取り外すステップと、
を含む、有限回転モータシャフトに光学素子を取り外し自在に固定する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記第１の光学素子は、取り付けユニットと、該取り付けユニットに固定されたミラーを有する、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、前記カラーは、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−ニオブ、ニッケル−チタン−鉄、ニッケル−アルミニウム、インジウム−チタン、銅−亜鉛、銅−スズ、銅−アルミニウム−ニッケル、金−カドミウム、銀−カドミウム、鉄−白金、マンガン−銅、鉄−マンガン−ケイ素、及びこれらの合金のうちの何れかから形成されている、方法。
【国際調査報告】
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