(57)【要約】【課題】真直性にすぐれ、アクチュエータの組み付けが容易な変位拡大機構及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】変位拡大機構２１は、アクチュエータ２３と、基体２５と、リンク体２７と、左右一対のレバー体２９と、出力体３１とを備え、リンク体２７とアクチュエータ２３との間には、アタッチメント部材３５が設けられている。アタッチメント部材３５は、板厚ｔのみ異なる同一形状で複数種類用意されており、その中から、アクチュエータ２３とリンク体２７との間隔に応じて適宜選択される。選択されたアタッチメント部材３５は、リンク体２７と基体２５との間に配置され、押し板４９を取り外した状態で、アクチュエータ２３が基体２５の貫通穴４７に挿入される。押し板４９が基体２５にねじ５１により取り付けられ、アクチュエータ２３は一定の予圧をかけられた状態で固定される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータで発生した駆動用の変位をレバー手段により拡大して出力体に伝達する変位拡大機構において、
前記アクチュエータの変位出力部と前記レバー手段とに、それぞれ当接するアタッチメント部材と、
前記アクチュエータの変位出力部と逆側から前記アクチュエータを前記アタッチメント部材に押圧する押圧部材と、
前記アクチュエータが挿入され、前記押圧部材が固定される基体と
を備え、
前記アタッチメント部材は、前記押圧部材が前記基体に固定されるときの前記アクチュエータの変位出力部と前記レバー手段との間隔に対応して、
前記アクチュエータの変位出力部に当接する部位から、前記レバー手段に当接する部位までの厚さが定められることを特徴とする変位拡大機構。
【請求項２】
圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータで発生した駆動用の変位をレバー手段により拡大して出力体に伝達する変位拡大機構の製造方法において、
前記アクチュエータの変位出力部に当接する部位から、前記レバー手段に当接する部位までの厚さが異なる複数のアタッチメント部材を準備し、
前記アクチュエータが配置される基体を準備し、
前記複数のアタッチメント部材の中から、前記アクチュエータが取り付けられる前記基体と前記レバー手段との位置関係に基づいて、前記アタッチメント部材を選択し、
前記レバー手段との間に、前記選択されたアタッチメント部材を挟持して、前記アクチュエータを固定することを特徴とする変位拡大機構の製造方法。
【請求項３】
前記基体に固定される押圧部材を準備し、
この押圧部材を前記基体に固定して、前記押圧部材と前記レバー手段との間に、前記選択されたアタッチメント部材及び前記アクチュエータを挟持して、前記アクチュエータを固定する請求項２に記載の変位拡大機構の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変位拡大機構及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば光学ステージの位置決めなど微動制御を行う際に使用される装置の一つとして、変位拡大機構があり、図３に従来の変位拡大機構を示す。変位拡大機構１の基体２には、圧電アクチュエータ素子などが組み込まれ駆動用の変位を生み出すアクチュエータ３が設けられている。かかるアクチュエータ３から生じる駆動用の変位は、リンク体５に伝達され、さらにレバー体７で拡大されて出力体９に伝達される。アクチュエータ３とリンク体５との間には、アクチュエータ３の変位を受けるアタッチメント部材１１が設けられている。さらに、アタッチメント部材１１とリンク体５との間には、両者の間隔を調整し、アクチュエータ３への予圧力を調整するための一対の楔部材１３が配設されている。
【０００３】
図４に示されるように、一対の楔部材１３は、それぞれ厚さが徐々に薄くなるくさび形状の平板であり、互いに反対方向を向いて配置されている。アタッチメント部材１１は直方体状であって、一方の側面には、円錐状の斜面を有する凹部１１ａが形成され、アクチュエータ３の半円球状の突起３ａが、この凹部１１ａの斜面に接触している。
また、楔部材１３は板厚違いで複数の種類が用意されており、アタッチメント部材１１とリンク体５との間隔に応じて、適切な板厚の楔部材１３が選択されて挿入されるように構成されている。
すなわち、アクチュエータ３及びアタッチメント部材１１が組み付けられた後、選択された楔部材１３が、アタッチメント部材１１及びリンク体５間に、ポンチを使用して矢印方向に挿入される。これにより、アクチュエータ３が、楔部材１３及びアタッチメント部材１１と共に、基体２とリンク体５との間に挟まれ、アクチュエータ３への予圧がかかった状態で固定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の変位拡大機構１のように、楔部材１３によってアクチュエータ３への最適な予圧付与及びアクチュエータ３の固定を行う構造では、アクチュエータ３の組み立て、脱着の際に、楔部材１３の挿入あるいは引き抜きを行うために、リンク体５の支点８ａ、力点８ｂ、作用点８ｃを構成するヒンジ部において、過大の力がかかる部分が発生し、永久変形を生じる。一方、アクチュエータ３が動作すると、リンク体５、レバー体７、出力体９が矢印方向に変位する。この際、永久変形が生じていると、出力体９は正しい方向に進行するのに支障をきたす。すなわち、出力体９の本来進行すべき方向に対して、出力体９が実際に進行する方向とのずれが少ないほどよいとされる真直性が悪化することになる。例えば、出力体９の出力端部９ａの進行方向Ａが、図の紙面に対して垂直方向（ここではヨーイング方向と定義）や、図の紙面に対して水平方向で且つアクチュエータ３の変位方向に対して垂直方向（ここではピッチング方向と定義）にずれることになる。また、出力体９の出力端部９ａの初期位置や作動したときの変位量にもずれが生じる。
さらに、振動により、装置内におけるアクチュエータ３の位置がずれてしまい、その結果、出力体９の真直性を悪化させることがある。
また、ポンチを用いて楔部材１３を正しく打ち込み、アクチュエータ３に予圧をかけた状態で固定するには、組み立て作業に熟練を要すると共に相当の作業時間を費やす。
【０００５】
従って、本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、真直性にすぐれ、アクチュエータの組み付けが容易な変位拡大機構及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明に係る変位拡大機構は、圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータで発生した駆動用の変位をレバー手段により拡大して出力体に伝達する変位拡大機構において、アクチュエータの変位出力部とレバー手段とに、それぞれ当接するアタッチメント部材と、アクチュエータの変位出力部と逆側からアクチュエータをアタッチメント部材に押圧する押圧部材と、アクチュエータが挿入され、押圧部材が固定される基体とを備え、アタッチメント部材は、押圧部材が基体に固定されるときのアクチュエータの変位出力部とレバー手段との間隔に対応して、アクチュエータの変位出力部に当接する部位から、レバー手段に当接する部位までの厚さが定められることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係る変位拡大機構の製造方法は、圧電アクチュエータ素子を有するアクチュエータで発生した駆動用の変位をレバー手段により拡大して出力体に伝達する変位拡大機構の製造方法において、アクチュエータの変位出力部に当接する部位から、レバー手段に当接する部位までの厚さが異なる複数のアタッチメント部材を準備し、アクチュエータが配置される基体を準備し、複数のアタッチメント部材の中から、アクチュエータが取り付けられる基体とレバー手段との位置関係に基づいて、アタッチメント部材を選択し、レバー手段との間に、選択されたアタッチメント部材を挟持して、アクチュエータを固定することを特徴とするものである。
また、基体に固定される押圧部材を準備し、この押圧部材を基体に固定して、押圧部材とレバー手段との間に、選択されたアタッチメント部材及びアクチュエータを挟持して、アクチュエータを固定することもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、本実施の形態に係る変位拡大機構の平面を示す。変位拡大機構２１は、アクチュエータ２３と、基体２５と、リンク体２７と、左右一対のレバー体２９と、出力体３１とを備える。アクチュエータ２３は、圧電アクチュエータ素子などが組み込まれた円柱状の部材であり、駆動用の変位を生み出す。ここで、リンク体２７及びレバー体２９は、レバー手段を構成する。
アクチュエータ２３において、リンク体２７と当接する側の端部には、半球状の突起３３が、アクチュエータ２３の変位出力部として形成されている。また、アクチュエータ２３とリンク体２７との間には、アタッチメント部材３５が挿入されている。
【０００９】
リンク体２７は、アクチュエータ２３を中心として左右対称に延長している。また、左右一対のレバー体２９はそれぞれ、リンク体２７と隣接し且つアクチュエータ２３の左右の対応する側に振り分けられるように配置されている。
各レバー体２９は、基体２５の中央側寄りの端部に、支点部３７を備えると共に、基体２５の外側寄りの端部に、作用点部３９を備える。そして、各レバー体２９は、支点部３７を中心に揺動可能に基体２５に接続され、作用点部３９において出力体３１に接続されている。また、各レバー体２９は、支点部３７と作用点部３９との間における力点部４１を備え、かかる力点部４１においてリンク体２７に接続されている。
出力体３１は、アクチュエータ２３を中心として左右対称に延長しており、左右一対の折り曲げばね部４３を介してリンク体２７に接続されている。
【００１０】
一方、基体２５は、出力体３１と逆側の端部に、直方体状の凹部４５を有し、その凹部４５の底面からは、出力体３１に向けて円柱状の貫通穴４７が延びており、この貫通穴４７にアクチュエータ２３が挿入される。また、凹部４５には、この凹部４５の形状に対応するような直方体状の、押圧部材としての押し板４９が嵌合される。押し板４９は、左右一対のねじ５１により凹部４５に着脱可能に取り付けられ、ねじを締め付けることによりアクチュエータ２３をアタッチメント部材３５に向けて押圧し、アクチュエータ２３に好適な予圧を付与する。
【００１１】
図２にアクチュエータ２３の周辺の構造を詳細に示す。
アクチュエータ２３の突起３３側に設けられた略直方体状のアタッチメント部材３５は、略正方形からなる面でリンク体２７に当接する。アタッチメント部材３５の突起３３側には、円錐状の凹部３６が形成され、アクチュエータ２３の突起３３と当接する。
また、アタッチメント部材３５は、板厚ｔのみ異なる同一形状で複数種類用意され、その中から、アクチュエータ２３とリンク体２７との間隔に応じて、適宜選択されて取り付けられるように構成されている。すなわち、アタッチメント部材３５は、突起３３と当接する凹部３６の部位とリンク体２７に当接する部位まで距離に対応した板厚ｔを有するものが取り付けられている。
【００１２】
次に、複数種類用意されたアタッチメント部材３５のうちから、最適なアタッチメント部材３５を選択し、変位拡大機構２１に組み付ける方法を図２に基づいて説明する。
まず、特定の板厚ｔを有するアタッチメント部材３５の凹部３６にアクチュエータ２３の突起３３が接触した状態で、アクチュエータ２３及びアタッチメント部材３５の全長Ｌを測定する。また、変位拡大機構２１の押し板取付面５３からリンク体２７のアタッチメント部材取付面５５までの深さＤを測定する。
その結果から、アクチュエータ２３及びアタッチメント部材３５の全長Ｌが、押し板取付面５３からリンク体２７のアタッチメント部材取付面５５までの深さＤよりも、所定量ａ１〜ａ２だけ大きくなる関係を有する板厚ｔのアタッチメント部材３５を選択する。この所定量ａ１〜ａ２は、変位拡大機構のばね定数に応じて決定されるものであり、通常、予圧が１９６〜４９０Ｎ（２０〜５０ｋｇｆ）かかるようにアタッチメント部材３５が選定される。例えば、変位拡大機構のばね定数が９８００Ｎ／ｍｍ（１０００ｋｇｆ／ｍｍ）であれば、所定量ａ１〜ａ２はａ１＝２０μｍ、ａ２＝５０μｍとなるように選定され、アクチュエータ２３に１９６〜４９０Ｎ（２０〜５０ｋｇｆ）の予圧がかかる。
このようにして適切なアタッチメント部材３５を選択した後、アタッチメント部材３５をリンク体２７と基体２５との間に配置し、さらに押し板４９を取り外した状態で、アクチュエータ２３を基体２５の貫通穴４７に挿入する。次に、押し板４９を基体２５にねじ５１により取り付ける。この際、アクチュエータ２３の底面５７が、押し板取付面５３から所定量ａ１〜ａ２だけ突出した状態から、押し板４９によって押されて、アクチュエータ２３は一定の予圧をかけられた状態で固定される。
【００１３】
次に、上述した変位拡大機構２１の動作について図１に基づいて説明する。所定の電圧をかけることによってアクチュエータ２３から所期の変位が発生する。かかる変位は、半球状の突起３３及びアタッチメント部材３５を介してリンク体２７に伝わり、リンク体２７が移動する。リンク体２７の移動により、力点部４１を介して一対のレバー体２９に力が付与され、左右それぞれのレバー体２９は支点部３７を中心に揺動する。かかるレバー体２９の揺動により、リンク体２７から力点部４１を介してレバー体２９に伝達された入力変位が、てこの原理により拡大されて、作用点部３９を介して出力体３１に出力変位として伝達される。このときの入力変位と出力変位との拡大比は、レバー体２９における力点部４１及び支点部３７の間隔と、作用点部３９及び支点部３７の間隔との比で決定する。このようにして一対のレバー体２９により拡大された変位は出力体３１に伝わり、それに応じて出力体３１が移動し、変位拡大機構２１の最終的な変位が出力体３１における一対の出力端部３１ａから出力される。
【００１４】
以上説明したように、アタッチメント部材３５は、板厚ｔ違いの中から、アクチュエータ２３の突起３３とリンク体２７との間隔に対応した厚さを有するものが選択されて組み付けられるので、アクチュエータ２３には最適な予圧がかかることになる。
リンク体２７とアタッチメント部材３５との間に、図４の楔部材１３を挿入しないため、リンク体２７にも過大な力がかかることがない。したがって、ヒンジ部に永久変形が生じることもないので、アクチュエータ２３を動作させて、リンク体２７、レバー体２９、出力体３１が矢印方向に変位した際、出力体３１の出力端部３１ａの進行方向Ｂが、ヨーイング方向やピッチング方向にずれにくく、真直性が悪化することもない。また、出力体３１の出力端部３１ａの初期位置や作動したときの変位量にずれが生じない。
上述したように、リンク体２７が永久変形することがないので、リンク体２７についての不良品発生率が低減し、製品歩留まりが向上する。
さらに、図４のように、ポンチにより楔部材１３を挿入してアクチュエータ３を固定する構造ではなく、図２のように、押し板４９を介してねじに５１によりアクチュエータ２３を固定するので、アクチュエータ２３を容易に組み付けることができると共に、組み付け時間を低減できる。
また、楔部材１３のような相対動きを生じやすい部品を介さずに、アタッチメント部材３５を介してアクチュエータ２３をリンク体２７に押しつけて固定するので、アクチュエータ２３は振動による位置ずれを起こしにくく、アクチュエータ２３の組み立て後も、安定的な真直性を得ることができる。
【００１５】
以上に説明してきた本発明は、上記に限定されるものではなく、適宜改変して実施することができる。例えば、アクチュエータ２３は、突起３３と反対側の底面５７から押し板４９で押圧されていたが、これに限定されるものではなく、アクチュエータ２３の底面５７あるいは円筒面５９にフランジを設けて、このフランジを基体２５に固定してもよい。アクチュエータ２３は、基体２５に貫通穴４７を設けてその中に挿入されているが、基体２５に開口溝を設けて、その溝内にアクチュエータ２３を配置してもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の変位拡大機構によれば、アタッチメント部材は、押圧部材が基体に固定されるときのアクチュエータの変位出力部とレバー手段との間隔に対応して定められた厚さを有するので、アクチュエータを容易に組み付けることができると共に、最適な予圧を付与でき真直性に優れたものにすることができる。さらに、振動による位置ずれを起こしにくく安定した真直性が得られる。
本発明の変位拡大機構の製造方法によれば、アクチュエータの変位出力部に当接する部位から、レバー手段に当接する部位までの厚さが異なる複数のアタッチメント部材を用意して、アクチュエータの変位出力部とレバー手段との間隔に応じて、最適な厚さを有するアタッチメント部材を選択してアクチュエータと共に組み付けるので、アクチュエータの組み付けが容易で、真直性に優れた変位拡大機構の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る変位拡大機構の平面図である。
【図２】図１のアクチュエータの周辺構造を示す平面断面図である。
【図３】従来の変位拡大機構の平面図である。
【図４】図３のアクチュエータの周辺構造を示す平面断面図である。
【符号の説明】
２１…変位拡大機構、２３…アクチュエータ、２５…基体、２７…リンク体（レバー手段）、２９…レバー体（レバー手段）、３１…出力体、３３…突起（変位出力部）、３５…アタッチメント部材、４９…押し板（押圧部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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