(57)【要約】【課題】テーブルの姿勢を容易に微調整することができる微小変位支持装置を提供する。【解決手段】物を支持するためのテーブルと、テーブルの微小な変位によってテーブルの姿勢を調整するためのアライメント手段を有する微小変位支持装置において、アライメント手段が、電歪素子と、その電歪素子を移動させて電歪素子の伸縮起点をずらすための移動手段を有する。テーブルのアライメント後の姿勢を維持するためのクランプ機構を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物を支持するためのテーブルと、テーブルの微小な変位によってテーブルの姿勢を調整するためのアライメント手段を有する微小変位支持装置において、
アライメント手段が、電歪素子と、その電歪素子を移動させて電歪素子の伸縮起点をずらすための移動手段を有することを特徴とする微小変位支持装置。
【請求項２】
アライメント手段が１対のリンク板を有し、それらの１対のリンク板の間に電歪素子が配置されており、移動手段によってアライメント手段のリンク板の一部を移動させることにより、アライメント手段の電歪素子の伸縮起点をずらす構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の微小変位支持装置。
【請求項３】
テーブルのアライメント後の姿勢を維持するためのクランプ機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微小変位支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物を支持するための微小変位支持装置（たとえば、被測定物や被加工物に対して高分解能を必要とする測定または加工を行う微小変位支持装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、物を搭載するためのテーブルの変位を直線移動と回転移動に分けて、それらを別々に制御したり、複数のアクチュエータにより構成されたアライメント機能付きのテーブルを使用して、変位の制御を行っていた。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載されているマイクロマニピュレータにおいては、１対のハンドモジュールが、６自由度のパラレルリンク機構を備えており、ベース部材と、基体の上に手先片を取付けてなるエンドエフェクタと、それらのベース部材と基体を連結する６本のリンク及びスプリングとにより構成されている。６本のリンクは、その３本づつをそれぞれ１群とし、それらのリンクの接続点は、ピボット結合として、ベース部材と基体とをスプリングにより連結する。６本の各リンクは、それぞれピエゾ圧電素子により伸縮可能となっている。
【０００４】
特許文献２に記載されている可動プレート支持装置においては、上下に２枚のプレートを設け、移動可能な上部プレートを少なくとも３本の支持機構を用いて下部プレートに連結することにより支持し、各支持機構は、それぞれ、第１のリンクと、第２のリンクと、第１のリンクと第２のリンクとを回転可能に連結する自由回転型関節とからなる。各第１のリンクの端部は、ピン継手を用いて、かつ負作動型電磁ディスクブレーキと回転型スプリングダンパーとを介して下部プレートに連結される。一方、各第２のリンクの端部は、ボール継手を介して上部プレートに連結され、各負作動型電源ディスクブレーキ解放スイッチを介して電源に接続される。
【０００５】
特許文献３は、変位拡大機構を示している。固定台にヒンジを介してアームが取りつけられている。バネの弾性力に抗してアームの一部を押圧して、アームの先端側を所定の変位方向に沿って変位させることが可能なアクチュエータが設けられている。そして、アームは、アクチュエータを伸縮動作させていない状態において、バネによって変位方向の手前側に向けて所定の傾き角度だけ傾けられた状態に維持される。
【０００６】
特許文献４は、パラレルリンク機構を示している。このパラレルリンク機構においては、可動板が、自在継手を介して３つの回転アクチュエータと、それらの制御装置によって制御される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１７０７６１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平９−１９８８３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２００１−２２４４５号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平１１−９４９６８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
テーブルの支持面は、通例、水平位置に維持されるように構成されているが、搭載物の重心位置によってテーブル面に対し偏加重が生じたり、または、テーブルを支持する板バネ構造の弾性力に製造誤差などのために不均一さが生じたりして、テーブル面が傾く問題があった。
【００１２】
また、テーブルのアライメントを直線変位と回転変位の２軸で行う場合、複数のアクチュエータを含む複雑な機構を要する。この場合、小型化が困難で、高額の装置製作費用がかかっていた。
【００１３】
さらに、複雑な構造であると、テーブルは剛性が低くなりがちである。その場合、重量の大きな物を搭載することができないばかりか、振動などの外力に対して弱い。
【００１４】
本発明の目的は、テーブルの姿勢を容易に微調整することができる微小変位支持装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【００１６】
（１）物を支持するためのテーブルと、テーブルの微小な変位によってテーブルの姿勢を調整するためのアライメント手段を有する微小変位支持装置において、アライメント手段が、電歪素子と、その電歪素子を移動させて電歪素子の伸縮起点をずらすための移動手段を有することを特徴とする微小変位支持装置。
【００１７】
（２）アライメント手段が１対のリンク板を有し、それらの１対のリンク板の間に電歪素子が配置されており、移動手段によりアライメント手段のリンク板の一部を移動させることによって、アライメント手段の電歪素子の伸縮起点をずらす構成にした前述の微小変位支持装置。
【００１８】
（３）テーブルのアライメント後の姿勢を維持するためのクランプ機構を設けた前述の微小変位支持装置。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの実施形態によれば、テーブルが、物を搭載するための面（以下、テーブル面という）を有する。このテーブル面は、通例、水平に維持される平坦面である。
【００２０】
テーブルの下側からテーブルを支持するとともに、テーブルの姿勢を微調整することができるアライメント手段が設けられている。このアライメント手段は、好ましくはバネを利用した弾性ヒンジ部を有するリンク機構から成り、１対のリンク板と、それらの間に設けられた電歪素子（たとえばピエゾ・アクチュエータなど）を有する。
【００２１】
アライメント手段の各リンク板は、縦断面が「く」の字形状をしていて、曲り部が、バネで形成された弾性ヒンジ部として構成されている。
【００２２】
ピエゾ（圧電）アクチュエータなどの電歪素子の伸縮により、テーブル面と、そこに搭載する物の両方が、微調整のために、アライメント手段によって変位させられる。たとえば、電歪素子の伸縮方向に移動手段により電歪素子に外力を与えることで、電歪素子の伸縮起点を電歪素子の伸縮方向にずらす。それにより、テーブル面の変位（直線移動と回転移動）を高精度に制御する。
【００２３】
アライメント手段によってテーブルの姿勢を所望の状態に微調整したあと、その姿勢を保持したまま、クランプ機構によりテーブルをロックするのが好ましい。クランプ機構は種々のものが採用できる。
【００２４】
【実施例】
図１は、本発明の１つの実施形態に係わるアライメント手段を備えた微小変位支持装置を示す側面図である。
【００２５】
微小変位支持装置は、物を支持するためのテーブル１と、そのテーブル１に微小な変位を与えることによってテーブル１の姿勢を微調整するためのアライメント手段２を有する。
【００２６】
アライメント手段２は、電歪素子３と、その電歪素子３を電歪素子３の伸縮方向に移動させて電歪素子３の伸縮起点を電歪素子３の伸縮方向にずらすための移動手段４を有する。
【００２７】
また、アライメント手段２は、１対のリンク板５を有し、それらの１対のリンク板５の間に電歪素子３がほぼ水平状態に配置されている。
【００２８】
移動手段４は、リンク板５の曲り部５ａを電歪素子３の伸縮方向（水平方向）に移動させることによって、電歪素子３の伸縮起点を電歪素子３の伸縮方向にずらす。
【００２９】
電歪素子３が伸びると、リンク板５に力がかかり、その力はテーブル１を上に押し上げるように働く。逆に、電歪素子３が縮小すると、テーブル１を下に下げるような力が働く。
【００３０】
テーブル１とリンク板５のなす角θによって、電歪素子３の伸び量に対するテーブル１の変位の割合を決めることができる。
【００３１】
好ましくは、電歪素子３は、それの中心より左右方向に向かって均等に伸びるものを使用し、移動手段４が押圧ピン４ａと弾性バネ４ｂを有し、押圧ピン４ａによってリンク板５の曲り部５ａに外力を電歪素子３の伸縮方向に与えることにより電歪素子３の伸縮の起点を中央よりずらす。それによってテーブル１のテーブル面１ａは左右の上昇量バランスが異なることになり、回転運動が与えられる。
【００３２】
押圧ピン４ａと弾性バネ４ｂを有する移動手段４は、１対のリンク板５の両方に付ければ、電歪素子３を押す方向で回転制御が容易となるが、図１の例のように１対のリンク板５の片側だけでも、弾性バネの強さをあらかじめ左右で変えておくことにより変位量の幅の範囲で回転方向を制御することが可能である。
【００３３】
テーブル１に形成された物搭載用のテーブル面１ａは、通例、水平に維持される平坦な面である。
【００３４】
１対のリンク板５は、それぞれ縦断面が「く」の字形状をしており、曲り部５ａは、バネで形成された弾性ヒンジ部として形成されている。
【００３５】
各リンク板５の上端と下端は、それぞれ弾性バネ部材７を介してテーブル１の下面と基台８に連結されている。テーブル１は、１対のリング板５からなるリンク機構２により、基台８に弾性的に支持されている。
【００３６】
テーブル１のテーブル面１ａに重心バランスの偏った物を搭載した場合、左右のバネ部材７にかかる力の負担に差が生じ、テーブル面１ａは、水平状態を保てないことになる。このとき、移動手段４の作動させることによりテーブル面１ａの状態を微調整して水平状態を回復させることができる。
【００３７】
そのようにテーブル１をアライメントした後、予期せぬ外力に対して動きにくいようにするために、テーブル１の維持機能を高めることを目的として、クランプ機構１０を設けるのが好ましい。
【００３８】
図２は、そのようなクランプ機構１０の一例を示す。
【００３９】
図２に示すように、クランプ機構１０は、基台８の両側にテーブル１とほぼ同じ幅で、１対の側面支持板１１が垂直方向に配置されており、各側面支持板１１にネジ１２がねじ込み可能に取りつけられている。それらのネジ１２の間に、可動体１３が配置されている。この可動体１３は、弾性バネ１４を介してテーブル１の下面に固定されている。つまり、テーブル１には弾性バネ１４でユニットとして一体化されるように可動体１３が取りつけられている。そして、両方のネジ１２で可動体１３を両側から挟み込むことによって、可動体１３を所望位置に固定する。その結果、テーブル１はクランプされるのである。それにより、アライメントしたテーブル１の姿勢を崩さずにテーブル１をロックすることができる。このようにすれば、テーブル１の剛性を高めることが可能である。
【００４０】
両方のネジ１２をゆるめて、ネジ１２の先端を移動体１３の端面から離すと、テーブル１のロックは解除される。
【００４１】
図１に示すリンク板５等からなるアライメント手段は、外力に対する抗力（剛性）に方向依存性が大きいが、その剛性の弱い方向に対して図２のクランプ機構１０が最大限に働くようにすることで、テーブル１の姿勢に影響を与えずに、テーブルの６軸まわりの拘束ができ、全体の剛性を高めることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、シンプルな構造で、かつコストを低く抑えて、微動アライメントを実現することができる。さらに、より正確な測定および加工が実現できる。
【００４３】
本発明によれば、移動手段がアライメント手段の電歪素子を移動させて電歪素子の伸縮起点をずらすため、テーブルの姿勢を容易に微調整することができる。
【００４４】
さらに、クランプ機構を設けて、テーブルをクランプ可能にすると、テーブルの姿勢に影響を与えずに、テーブルの６軸まわりの拘束ができ、全体の剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施例によるアライメント手段を備えた微小変位支持装置を示す側面図である。
【図２】図１に示した微小変位支持装置のクランプ機構を示す。
【符号の説明】
１  テーブル
２  アライメント手段
３  電歪素子
４  移動手段
４ａ  押圧ピン
４ｂ  弾性バネ
５  リンク板
７  弾性バネ部材
８  基台
１０  クランプ機構
１１  側面支持板
１２  ネジ
１３  可動体
１４  弾性バネ
【図１】
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【図２】
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