(57)【要約】【課題】  積層型圧電アクチュエータに容易かつ均一に予圧を与えることができる予圧機構を提供する。【解決手段】  予圧機構１０は、積層型圧電アクチュエータ５をその積層方向で挟み込む底板部１１および蓋部１２と、積層型圧電アクチュエータ５の側面周りを取り囲む外側壁部１３と、を有している。外側壁部１３には、その長さ方向に垂直にスリット１７・１７´が所定間隔Ｔで形成されており、このスリット１７・１７´が形成されている部分がばねとして機能し、蓋部１２をボルト１５で外側壁部１３の上面に固定することによって、底板部１１と蓋部１２が積層型圧電アクチュエータ５に予圧を与える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層型圧電アクチュエータの積層方向に所定の予圧を与える積層型圧電アクチュエータ用予圧機構であって、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込む２枚の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外周側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置される筒状の外側壁部と、
を有し、
前記外側壁部が所定のばね定数を有するばねとして機能するように前記外側壁部に所定のスリットが形成され、前記２枚の台座部が前記積層型圧電アクチュエータに所定の予圧を与えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項２】
前記２枚の台座部のうちの１の台座部は前記外側壁部と一体であることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項３】
筒型の積層型圧電アクチュエータの積層方向に所定の予圧を与える積層型圧電アクチュエータ用予圧機構であって、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込むリング状の２枚の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外側側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置された筒状の外側壁部と、
前記積層型圧電アクチュエータの内孔に挿通され、前記２枚の台座部の一方とは離隔し、他方とは連結された筒状の内側壁部と、
を有し、
前記外側壁部が所定のばね定数を有するばねとして機能するように前記外側壁部に所定のスリットが形成され、前記２枚の台座部が前記積層型圧電アクチュエータに所定の予圧を与えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項４】
前記２枚の台座部のうちの一方は前記外側壁部と一体であり、他方は前記内側壁部と一体であることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項５】
前記２枚の台座部のうちの少なくとも１の台座部と前記外側壁部とは、ボルト締めにより連結されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項６】
前記ボルト締めにより連結される前記外側壁部と前記台座部との間にシール部材が挟まれていることを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項７】
前記スリットは、前記外側壁部の長さ方向に略垂直に所定間隔で複数形成され、かつ、前記外側壁部に垂直な一面毎に前記外側壁部の長さ方向から見て線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項８】
前記外側壁部の長さ方向において隣接するスリットどうしは、前記外側壁部の長さ方向から見た場合に前記外側壁部の周回りで完全には重ならないように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項９】
前記スリットが樹脂封止されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項１０】
前記外側壁部において前記スリットが形成されている部分が金属箔で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ用予圧機構。
【請求項１１】
直状のボールネジと、
前記ボールネジを回転させる回転駆動装置と、
前記ボールネジと螺合するナット部と、
前記ボールネジの軸方向に伸縮する筒状の積層型圧電アクチュエータと、前記積層型圧電アクチュエータにその積層方向において所定の予圧を与える筒状の予圧機構とを備え、前記予圧機構の内孔に前記ボールネジが挿通され、かつ、前記予圧機構が前記ナット部と連結された筒状の微動機構と、
前記ボールネジの回転にしたがって前記ボールネジの軸方向に移動し、かつ、前記積層型圧電アクチュエータの伸縮にしたがって微小移動するように前記予圧機構と連結された被駆動体と、
を具備し、前記被駆動体を位置決めする位置決め装置であって、
前記予圧機構は、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込む２枚のリング状の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外側側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置され、所定のばね定数を有するばねとして機能するように所定のスリットが形成された外側壁部と、
前記積層型圧電アクチュエータの内孔に挿通され、かつ、前記２枚の台座部の一方と離隔し、他方と連結された筒状の内側壁部と、
を有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１２】
前記ナット部は前記予圧機構を挟み込むように２部設けられ、そのうちの一方に前記被駆動体が連結されていることを特徴とする請求項１１に記載の位置決め装置。
【請求項１３】
前記スリットは、前記外側壁部の長さ方向に略垂直に所定間隔で複数形成され、かつ、前記外側壁部に垂直な一面毎に前記外側壁部の長さ方向から見て線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の位置決め装置。
【請求項１４】
前記外側壁部の長さ方向において隣接するスリットどうしは、前記外側壁部の長さ方向から見た場合に前記外側壁部の周回りで完全には重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の位置決め装置。
【請求項１５】
前記スリットが樹脂封止されていることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項１６】
前記外側壁部において前記スリットが形成されている部分が金属箔で覆われていることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項１７】
前記ボールネジのその軸方向と垂直な方向へのぶれを吸収する振れ回り機構をさらに具備することを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項１８】
前記振れ回り機構は、前記ボールネジを貫挿する穴部と、前記穴部の周囲がバネとして機能するように前記穴部の周囲の所定位置に形成されたスリットと、を有する板部材からなることを特徴とする請求項１７に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電アクチュエータに予圧を与える予圧機構および積層型圧電アクチュエータとこの予圧機構とからなる微動機構を備えた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電セラミック板の縦振動を利用して所望の変位または振動を得る積層型圧電アクチュエータは、その積層方向に加わる圧縮応力には強いが、その逆の引張応力に弱いという欠点を有している。そこでこの欠点を補うために、積層型圧電アクチュエータを所定の圧力で積層方向に締め付ける予圧機構が用いられる場合がある。このような予圧機構として、例えば、積層型圧電アクチュエータの端面にそれぞれ配置された座部材と、これらの座部材を連結する複数の蛇行ばねと、からなる予圧機構が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に示される予圧機構では、それぞれの蛇行ばねに均一に力が掛かるようにバランスをとることが難しい。つまり積層型圧電アクチュエータに均一に予圧を与えることが難しいという問題がある。また、一度作製した蛇行ばねのばね定数を変えることが難しいため、積層型圧電アクチュエータに与える予圧力と積層型圧電アクチュエータの長さに応じて、ばね定数と長さの異なる複数種の蛇行ばねを準備しなければならないという問題がある。さらにこの予圧機構を用いた場合には、積層型圧電アクチュエータの側面が露出するために、油や水等の液体の液滴やミストが発生する環境で用いるためには、これをさらに容器に封入しなければならない。この場合、積層型圧電アクチュエータとこの予圧機構とからなる微動機構全体が大型化するために、この微動機構を用いた装置、例えば、位置決めステージもまた大型化してしまう。
【非特許文献１】日経メカニカル、１９９５．７．１０  ｎｏ．４５８，７３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、積層型圧電アクチュエータに容易かつ均一に予圧を与えることができる予圧機構を提供することを目的とする。また本発明は、長さの変更やばね定数の設定が容易である予圧機構を提供することを目的とする。さらに本発明は、積層型圧電アクチュエータの密閉が容易な小型の予圧機構を提供することを目的とする。さらにまた、本発明はこのような予圧機構と積層型圧電アクチュエータからなる微動機構を備えた位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、積層型圧電アクチュエータの積層方向に所定の予圧を与える積層型圧電アクチュエータ用予圧機構であって、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込む２枚の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外周側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置される筒状の外側壁部と、
を有し、
前記外側壁部が所定のばね定数を有するばねとして機能するように前記外側壁部に所定のスリットが形成され、前記２枚の台座部が前記積層型圧電アクチュエータに所定の予圧を与えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ用予圧機構、が提供される。
この予圧機構においては、２枚の台座部のうちの１の台座部は外側壁部と一体とすることが好ましい。
【０００６】
また本発明によれば、筒型の積層型圧電アクチュエータの積層方向に所定の予圧を与える積層型圧電アクチュエータ用予圧機構であって、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込むリング状の２枚の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外側側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置された筒状の外側壁部と、
前記積層型圧電アクチュエータの内孔に挿通され、前記２枚の台座部の一方とは離隔し、他方とは連結された筒状の内側壁部と、
を有し、
前記外側壁部が所定のばね定数を有するばねとして機能するように前記外側壁部に所定のスリットが形成され、前記２枚の台座部が前記積層型圧電アクチュエータに所定の予圧を与えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ用予圧機構、が提供される。
この予圧機構においては、２枚の台座部のうちの一方を外側壁部と一体とし、他方を内側壁部と一体とすることが好ましい。
【０００７】
これら予圧機構では、２枚の台座部のうちの少なくとも１の台座部は外側壁部とボルト締めにより連結され、このボルト締めにより連結される外側壁部と台座部との間には銅板等をシール部材として挟むことが好ましい。このような構造とすることにより、予圧機構への積層型圧電アクチュエータの配置を容易に行うことができる。外側壁部に設けられるスリットは、外側壁部の長さ方向に略垂直に所定間隔で複数形成され、かつ、外側壁部に垂直な一面毎に外側壁部の長さ方向から見て線対称に位置するように設けることが好ましい。この場合において、外側壁部の長さ方向において隣接するスリットどうしは、外側壁部の長さ方向から見た場合に外側壁部の周回りに完全には重ならないように形成することが好ましい。これにより外側壁部のばね定数を外側壁部全体で均一にすることができる。スリットを樹脂封止すれば、またはスリットが形成されている部分を金属箔で覆うことによって、積層型圧電アクチュエータの変位を妨げることなく、積層型圧電アクチュエータを使用環境から保護することができる。
【０００８】
本発明によれば、円筒型の積層型圧電アクチュエータと円筒型の予圧機構からなる微動機構を備えた位置決め装置が提供される。すなわち、本発明によれば、
直状のボールネジと、
前記ボールネジを回転させる回転駆動装置と、
前記ボールネジと螺合するナット部と、
前記ボールネジの軸方向に伸縮する筒状の積層型圧電アクチュエータと、前記積層型圧電アクチュエータにその積層方向において所定の予圧を与える筒状の予圧機構とを備え、前記予圧機構の内孔に前記ボールネジが挿通され、かつ、前記予圧機構が前記ナット部と連結された筒状の微動機構と、
前記ボールネジの回転にしたがって前記ボールネジの軸方向に移動し、かつ、前記積層型圧電アクチュエータの伸縮にしたがって微小移動するように前記予圧機構と連結された被駆動体と、
を具備し、前記被駆動体を位置決めする位置決め装置であって、
前記予圧機構は、
前記積層型圧電アクチュエータをその積層方向で挟み込む２枚のリング状の台座部と、
前記積層型圧電アクチュエータの外側側面を取り囲むように、前記２枚の台座部間に前記２枚の台座部と連結して配置され、所定のばね定数を有するばねとして機能するように所定のスリットが形成された外側壁部と、
前記積層型圧電アクチュエータの内孔に挿通され、かつ、前記２枚の台座部の一方と離隔し、他方と連結された筒状の内側壁部と、
を有することを特徴とする位置決め装置、が提供される。
【０００９】
このような位置決め装置には、さらに、ボールネジのその軸方向と垂直な方向へのぶれを吸収する振れ回り機構を設けることが好ましい。この振れ回り機構としては、板部材にボールネジを貫挿する穴部と、穴部の周囲がバネとして機能するように穴部の周囲の所定位置にスリットとが形成したものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の予圧機構は、換言すれば、積層型圧電アクチュエータを収容する容器に所定のばね定数をもたせたものであるために、積層型圧電アクチュエータに均一に予圧を与えることができ、しかも小型化が容易である。また、スリットの形状や位置、数等を調整することによって、所定のばね定数に容易に設定することができる。さらに、長さの異なる積層型圧電アクチュエータに対しても、外側壁部の長さを変えることによって容易に対応することができる。さらにまた、外側壁部にスリットを設けるという簡単な加工によって製造することができるために安価である。また、このような予圧機構を用いることにより、位置決め装置をコンパクトに構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る予圧機構１０の概略斜視図であり、図２はその概略断面図である。予圧機構１０は、積層型圧電アクチュエータ５をその積層方向で挟み込む２枚の台座部（以下、一方の台座部を「底板部１１」といい、他方の台座部を「蓋部１２」ということとする）と、積層型圧電アクチュエータ５の側面周りを取り囲む外側壁部１３と、を有している。ここで外側壁部１３の長さ方向をＸ方向と規定する。
【００１２】
底板部１１と蓋部１２と外側壁部１３には、ヤング率の大きい金属材料、例えば、鉄、ステンレス等が好適に用いられる。予圧機構１０は、換言すれば、積層型圧電アクチュエータ５を収容する容器である。予圧機構１０では、底板部１１と外側壁部１３は一体となっており、蓋部１２はボルト１５によって外側壁部１３の上面に固定されるようになっている。ボルト１５によって締め付けられる蓋部１２と外側壁部１３との間には、銅板等のシールリング１８（図１では図示省略）を配置することが好ましく、これにより蓋部１２と外側壁部１３との間は気密にシールされる。
【００１３】
外側壁部１３には、Ｘ方向に垂直にスリット１７（蓋部１２側から数えて奇数番目）とスリット１７´（蓋部１２から数えて偶数番目）とが、Ｘ方向に所定間隔Ｔで形成されており、このスリット１７・１７´が形成されている部分が、ばねとして機能する。このようなスリット１７・１７´は、公知の機械加工、例えば、砥石によるスライシング加工やレーザー加工によって形成することができる。後に詳細に説明するように、スリット１７・１７´はそれぞれ外側壁部１３に垂直な一面毎にＸ方向から見て線対称となるように設けられている。さらに、スリット１７とスリット１７´とは、Ｘ方向から見た場合に外側壁部１３の周回りに完全には重ならないように設けられている。
【００１４】
積層型圧電アクチュエータ５の詳細な構造は図示しないが、積層型圧電アクチュエータ５は、一般的に知られているように、圧電セラミック板と内部電極とがＸ方向に交互に積層され、この内部電極が一層おきに接続された構造を有している。積層型圧電アクチュエータ５は、公知の接着タイプのものでも、一体焼成タイプのものでも構わない。図１には示していないが、積層型圧電アクチュエータ５の内部電極に駆動電圧を印加するためのリード線は、例えば、外側壁部１３においてスリット１７・１７´が形成されている部分から離れた位置に貫通孔を設け、この貫通孔に通して配置することができる。
【００１５】
積層型圧電アクチュエータ５の長さをＬとし、外側壁部１３の長さ（底板部１１の上面と外側壁部１３の端面との距離）をＮとすると、ΔＬ＝Ｌ−Ｎの関係式が成り立つように、積層型圧電アクチュエータ５の長さＬが僅かに外側壁部１３の長さＮより長くなっている。このため、積層型圧電アクチュエータ５の一方の端面を底板部１１に樹脂接着剤等を用いて固定した後にボルト１５を締め付けると、外側壁部１３が伸びて外側壁部１３の端面と蓋部１２とが密着固定される。こうして底板部１１と蓋部１２とが積層型圧電アクチュエータ５にＸ方向で予圧を与える。底板部１１と蓋部１２は積層型圧電アクチュエータ５に予圧を与えている状態で変形することがなく、しかも積層型圧電アクチュエータ５を駆動した際に積層型圧電アクチュエータ５の変位に追従して変位することができる程度に、高い剛性を有している。
【００１６】
なお、樹脂接着剤を用いなくとも、積層型圧電アクチュエータ５を予圧機構１０に収容することができることはいうまでもない。また、積層型圧電アクチュエータ５を底板部１１に樹脂接着剤で固定する場合には、積層型圧電アクチュエータ５の変位が接着剤に吸収されないように、接着剤として硬度の高い材料を用い、かつ、接着層の厚さを薄くすることが好ましい。
【００１７】
このような予圧機構１０では、外側壁部１３全体がばねとして機能するために、積層型圧電アクチュエータ５に均一に予圧を与えることができる。また、予圧機構１０への積層型圧電アクチュエータ５のセッティングも容易である。外側壁部１３の内径は、積層型圧電アクチュエータ５の外径に応じて短くすることができるために、予圧機構１０は、小型化が容易である。
【００１８】
次に、外側壁部１３に形成するスリット１７・１７´のパターンについて詳細に説明する。図３（ａ）はスリット１７が形成されている部分のＸ方向に垂直な面における断面図であり、図３（ｂ）はスリット１７´が形成されている部分のＸ方向に垂直な面における断面図である。
【００１９】
図３（ａ）に示されるように、つまりＸ方向から見て、スリット１７は軸Ｍについて対称となるように外側壁部１３に形成されており、２つのスリット１７間の斜線部で示した領域Ａによって外側壁部１３がＸ方向で分断されないようになっている。スリット１７とスリット１７´の形状は同じである。スリット１７´は図３（ｂ）に示されるように、スリット１７が形成されている位置を紙面内で９０度回転させた位置に設けられている。このように、スリット１７とスリット１７´とは、Ｘ方向から見た場合に外側壁部１３の周回りに完全には重ならないように、外側壁部１３に設けられている。
【００２０】
このようにスリット１７・１７´が形成されている外側壁部１３のばね定数に大きな影響を与える因子としては、（１）外側壁部１３を構成する材料のヤング率、（２）外側壁部１３の肉厚ｔ（図２参照）、（３）スリット１７・１７´間の幅Ｔ、（４）スリット１７・１７´の段数、（５）スリット１７間の長さＳ、が挙げられる。
【００２１】
外側壁部１３を構成する材料のヤング率が大きければ外側壁部１３のばね定数が大きくなり、外側壁部１３の肉厚が厚ければ外側壁部１３のばね定数が大きくなる。また、スリット１７・１７´間の幅Ｔが狭くなれば外側壁部１３のばね定数は小さくなり、近似的にこの幅Ｔの３乗に比例してばね定数が変化する。スリット１７・１７´の段数が多くなれば外側壁部１３のばね定数は小さくなる。外側壁部１３に形成するスリット１７・１７´の段数は、４段に限定されるものではないが、２段以上とすることが好ましい。さらに、スリット１７間の長さＳが短くなれば外側壁部１３のばね定数は小さくなる。
【００２２】
このようにスリット１７・１７´の形状や位置、数等を調整することにより、外側壁部１３のばね定数を所望の値に設定することができる。なお、外側壁部１３のばね定数は、これらの因子を考慮してＦＥＭ解析によってシミュレーションし、求めることができる。
【００２３】
外側壁部１３のばね定数が一定に定められている場合において、実際に積層型圧電アクチュエータ５に与えられる予圧の大きさは、積層型圧電アクチュエータ５の長さＬと外側壁部１３の長さＮとの差であるΔＬを調整することによって、変えることができる。具体的には、例えば、外側壁部１３の開口面を研削加工することによって外側壁部１３の長さＮを調整する。
【００２４】
例えば、ヤング率が２１００００Ｎ／ｍｍ２、ポアソン比が０．３の鉄系金属を用いて、外径が６０ｍｍφ、内径が４０ｍｍφ（肉厚ｔが１０ｍｍ）、長さＮが３９．８ｍｍの外側壁部１３と厚さが１０ｍｍの底板部１１とが一体となっている有底筒状容器と、厚さが１０ｍｍの蓋部１２とを準備する。この外側壁部１３に、図１〜図３に示すスリット１７・１７´のパターンで、開口面から第一段のスリット１７までの長さが１４．５ｍｍ、スリット１７・１７´の合計段数が４、Ｘ方向に隣接するスリット１７とスリット１７´の間の幅Ｔが４ｍｍ、スリット１７・１７´自体の幅（Ｘ方向幅）が１ｍｍ、スリット１７間（スリット１７´間）の長さＳが２０ｍｍとなるようにスリット１７・１７´を形成すると、この外側壁部１３のばね定数は約２２ｋＮ／ｍｍとなる。
【００２５】
このような底板部１１と外側壁部１３とからなる有底筒状容器に長さＬが４０ｍｍ（ΔＬ＝０．２ｍｍ）の積層型圧電アクチュエータ５を収容して蓋部１２を取り付けると、積層型圧電アクチュエータ５には、４．４ｋＮの予圧が与えられる。外側壁部１３の長さＮをさらに短くすれば、より大きな予圧を積層型圧電アクチュエータ５に与えることができる。
【００２６】
このような予圧機構１０には、図４の断面図に示すように、スリット１７・１７´にシリコンゴム等の各種の軟質性樹脂２１を充填することが好ましい。これにより、積層型圧電アクチュエータ５の変位を抑制することなく、積層型圧電アクチュエータ５をその使用雰囲気から隔離して保護することができ、耐久性が高められる。
【００２７】
このようにスリット１７・１７´を軟質性樹脂２１で封止しても、樹脂材料は水分（水蒸気）を完全には遮断することができないために、図５の断面図に示すように、スリット１７・１７´が形成されている部分を、積層型圧電アクチュエータ５の変位を抑制しないように、金属箔２２で撓みをもたせて覆うことも好ましい。例えば、金属箔２２は溶接により外側壁部１３に取り付けることができる。なお、スリット１７・１７´を樹脂封止し、さらにスリット１７・１７´が形成されている部分を金属箔２２で覆ってもよい。
【００２８】
次に、外側壁部１３に設けるスリットの別の形態について説明する。図６は、スリット２７・２７´を外側壁部１３に形成した状態を、図３と同様に示した説明図である。スリット２７間の長さＳ´は、図１〜図３に示したスリット１７間の長さＳの１／２であり、かつ、スリット２７間の領域Ａ´の全面積が図１〜図３に示したスリット１７間の領域Ａの全面積とほぼ等しくなっている。スリット２７´は、スリット２７の位置を紙面内で４５度回転させた位置に形成されている。このようなスリット２７・２７´が形成されている予圧機構と先に説明した予圧機構１０とを比較すると、領域Ａ´の全面積と領域Ａの全面積がほぼ同じであっても、スリット間長さの短いスリット２７・２７´が形成されている場合に外側壁部１３のばね定数は大きくなる。
【００２９】
図７は、スリット２８・２８´を外側壁部１３に形成した状態を、図３と同様に示した説明図である。５箇所のスリット２８は軸Ｍについて対称となるように設けられている。スリット２８´は、スリット２８の位置を紙面内で３６度回転させた位置に形成されている。このように、スリットを形成する位置を正多角形の頂点の位置と対応させると、Ｘ方向で隣接するスリットどうしの重なり方の設定が容易である。
【００３０】
次に、予圧機構の別の形態について説明する。図８は円筒型の積層型圧電アクチュエータ７を収容する予圧機構３０の概略断面図である。予圧機構３０は、積層型圧電アクチュエータ７をその積層方向で挟み込むリング状の底板部３１および蓋部３２と、積層型圧電アクチュエータ７の外側側面を取り囲む外側壁部３３と、積層型圧電アクチュエータ７の内孔に挿通された内側壁部３４と、を有している。
【００３１】
底板部３１と外側壁部３３とは一体であり、蓋部３２と内側壁部３４とは一体である。また、外側壁部３３と蓋部３２とはボルト１５によって連結され、外側壁部３３と蓋部３２との間にはシールリング１８が配置されている。先に説明した予圧機構１０と同様に、外側壁部１３に設けられていたスリット１７等と同じスリット１７・１７´が外側壁部３３に形成されており、外側壁部３３が積層型圧電アクチュエータ７を締め付けるばねとして機能する。積層型圧電アクチュエータ７の伸縮が妨げられないように、内側壁部３４と底板部３１とは離隔している。内側壁部３４と底板部３１との間の隙間には、例えば、樹脂を充填することができる。
【００３２】
このような円筒型の積層型圧電アクチュエータ７と予圧機構３０とから構成される微動機構と、ボールネジ機構とを用いることにより、コンパクトな位置決め装置を構成することができる。
【００３３】
図９は位置決め装置４０の概略構造を示す説明図であり、図１０は位置決め装置４０に用いられている微動機構５０の概略斜視図である。位置決め装置４０は、直状のボールネジ４１と、ボールネジ４１を回転させるモータ４２と、モータ４２の枢軸４２ａとボールネジ４１とを連結するカップリング４３と、ボールネジ４１と螺合し、予圧機構３０の底板部３１と連結されたナット部４４と、円筒型の積層型圧電アクチュエータ７と予圧機構３０とから構成される筒状の微動機構５０と、予圧機構３０の蓋部３２に取り付けられたブラケット４５と、ブラケット４５と連結され、ボールネジ４１の軸方向と平行に設けられたガイド４６と嵌合されているステージ４７と、ガイド４６やモータ４２等を保持する台座４８とを備えている。ボールネジ４１は予圧機構３０の内孔（内側壁部３４の内側）に挿通されているが、予圧機構３０とボールネジ４１とは螺合しておらず、同様にブラケット４５とボールネジ４１も螺合していない。ボールネジ４１の両端はベアリング部４９（図９では一方のみを示す）により支持されている。
【００３４】
このような構造を有する位置決め装置４０では、ナット部４４とステージ４７とはブラケット４５および予圧機構３０を介して連結されているので、モータ４２を駆動してボールネジ４１を回転させることにより、ステージ４７をボールネジ４１の軸方向で移動させることができる。つまり、モータ４２の駆動によりステージ４７のおおまかな位置合わせを行うことができる。また、伸縮自在な微動機構５０がナット部４４とブラケット４５との間に挟まれているので、ボールネジ４１を静止させてナット部４４を不動とした状態において、積層型圧電アクチュエータ７を伸縮させることにより、ボールネジ４１の軸方向にステージ４７を積層型圧電アクチュエータの伸縮（微動機構５０の伸縮）にしたがって微小移動させることができる。つまり、微動機構５０の伸縮によりステージ４７をさらに精密に位置決めすることができる。
【００３５】
なお、先に説明した図４および図５に示されるように、位置決め装置４０に用いられる微動機構５０の予圧機構３０の外側壁部３３に設けられたスリット１７・１７´は、樹脂封止され、および／または金属箔により被覆されていることが好ましい。また、内側壁部３４と底板部３１との間隙部が樹脂封止されていることも好ましい。これにより、例えば、位置決め装置４０が湿度の高い雰囲気等で用いられる場合であっても、積層型圧電アクチュエータ７をその環境から保護することができる。
【００３６】
図１１は、Ｚ方向厚さを薄くした予圧機構３０´の内部に２個の直方体型（Ｘ方向が長手方向であり、かつ伸縮方向である）の積層型圧電素子（図示せず）がボールネジ４１をＹ方向で挟むように配置されてなる微動機構５０´の概略斜視図である。位置決め装置４０に、先に示した微動機構５０に代えてこの微動機構５０´を用いることにより、位置決め装置４０の厚さ（Ｚ方向厚さ）を薄くして、コンパクトな構成とすることができる。
【００３７】
図１２に示す微動機構５０″は、図１１に示した微動機構５０´に振れ回り機構６０を設けた構造を有している。この微動機構５０″は先に示した微動機構５０・５０´に代えて位置決め装置４０に用いることができ、振れ回り機構６０はステージ４７（図９参照）に取り付けられる。振れ回り機構６０は、板部材６１にスリット６２が同心円状に形成された構造を有しており、図１２に示す状態において、このスリット６２が形成されている部分はＹ−Ｚ面内で変位可能な剛性の弱いバネとして機能するようになっている。
【００３８】
例えば、ボールネジ４１の軸方向とステージ４７の走りが完全に一致していない場合でも振れ回り機構６０が設けられていれば、ボールネジ４１がその軸方向と垂直な方向（つまり、Ｙ−Ｚ面内）でぶれても、その振れ回り（変位）が振れ回り機構６０のバネによって吸収されるため、ボールネジ４１等の動きが悪くなったり、位置決め精度が低下するといった問題の発生を回避することができる。このような効果は、積層型圧電素子（図示せず）がＸ方向からずれて変位した場合にも得ることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、図１には円柱型の積層型圧電アクチュエータ５を示したが、積層型圧電アクチュエータは直方体形状であってもよい。この場合には、外側壁部１３として円筒状のものを用いてもよいし、角筒状のものを用いてもよい。また、本発明の予圧機構には、図１３の断面図に示す蓋部１２´のように、その外表面側に突起部１２ａを有するものを用いてもよい。
【００４０】
図３（ａ）に示したスリット１７を外側壁部１３に設ける場合には、一段目のスリットを図３（ａ）のように配置し、二段目のスリットを図３（ａ）に示した状態を紙面内において９０度回転させた位置（図３（ｂ）と同じ）に配置し、三段目のスリットは図３（ａ）に示した状態を紙面内において時計回りに４５度回転させた位置に配置し、四段目のスリットは図３（ａ）に示した状態を紙面内において反時計回りに４５度回転させた位置に配置してもよい。
【００４１】
図１４（ａ）の断面図に示すように、長さＮが一定の外側壁部１３を備えた予圧機構１０に、長さＮよりも相当に短い積層型圧電アクチュエータ５ａを装着する場合には、積層型圧電アクチュエータ５ａに所定の予圧が与えられるように、積層型圧電アクチュエータ５ａと蓋部１２との間に所定長さのスペーサ６ａを配置すればよい。このスペーサ６ａは底板部１１側に配置してもよい。
【００４２】
反対に、図１４（ｂ）の断面図に示すように、長さＬが一定の外側壁部１３を備えた予圧機構１０に、長さがＬよりも長い積層型圧電アクチュエータ５ｂを装着する場合には、長い積層型圧電アクチュエータ５ｂに所定の予圧が与えられるように、外側壁部１３と蓋部１２との間に所定長さのスペーサ６ｂを配置すればよい。
【００４３】
外側壁部１３に形成するスリットは、図１〜図３に示したように、必ずしもＸ方向に垂直な面内になければならないものではない。図１５は外側壁部１３に設けることができるスリットの別の形態を外側壁部１３の平面展開図に示した説明図である。図１５（ａ）に示すスリット２９ａは、Ｘ方向と所定の角度θで交差するように形成されている。この交差角度θが９０度未満であれば、理論的に外側壁部１３をばねとして機能させることができ、交差角度θが大きくなるとばね定数は大きくなり、交差角度θが小さくなるとばね定数は小さくなる。また、図１５（ｂ）に示すスリット２９ｂは三角波様の形態を有している。この三角波の形態に代えて、ＳＩＮ波様の形態としてもよい。このようなスリット２９ｂでも、外側壁部１３はばねとして機能する。
【００４４】
上記説明においては、予圧機構１０として底板部１１と外側壁部１３とが一体である構造を示したが、蓋部１２を外側壁部１３にボルト１５で固定したのと同様に、底板部１１を外側壁部１３とは別体とし、かつ、底板部１１をボルトにより外側壁部１３に取り付け自在な構造としてもよい。この場合には、所定長さの筒材を所定長さで切断することによって、積層型圧電アクチュエータ５の長さＬに応じて、所望される異なる長さＮの外側壁部１３用部材を容易に準備することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
積層型圧電アクチュエータと本発明の予圧機構からなる微動機構は、位置決め装置や微小振動発生装置として好適である。また、本発明の位置決め装置は、各種工作・加工機械、半導体製造装置等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る予圧機構の一実施形態を示す概略斜視図。
【図２】図１に示す予圧機構の概略断面図。
【図３】スリット部のＸ方向に垂直な断面図。
【図４】スリット部に樹脂を充填した形態を示す概略断面図。
【図５】スリットを金属箔で覆った形態を示す概略断面図。
【図６】別のスリットの形態を図３と同様に示した説明図。
【図７】さらに別のスリットの形態を図３と同様に示した説明図。
【図８】本発明に係る予圧機構の別の実施形態を示す概略断面図。
【図９】位置決め装置の構造を示す説明図。
【図１０】図９に示す位置決め装置に用いられる微動機構の概略構造を示す斜視図。
【図１１】位置決め装置に用いられる別の微動機構の概略構造を示す斜視図。
【図１２】位置決め装置に用いられるさらに別の微動機構の概略構造を示す斜視図。
【図１３】蓋部の別の実施形態を示す断面図。
【図１４】予圧機構へスペーサを用いて積層型圧電アクチュエータを配置した形態を示す概略断面図。
【図１５】さらに別のスリットの形態を外側壁部を平面展開して示した説明図。
【符号の説明】
【００４７】
５・５ａ・５ｂ…積層型圧電アクチュエータ、６ａ・６ｂ…スペーサ、７…積層型圧電アクチュエータ、１０…予圧機構、１１…底板部、１２…蓋部、１２ａ…突起部、１３…外側壁部、１５…ボルト、１７・１７´…スリット、１８…シールリング、２１…樹脂、２２…金属箔、２７・２７´…スリット、２８・２８´…スリット、２９ａ・２９ｂ…スリット、３０・３０´…予圧機構、３１…底板部、３２…蓋部、３３…外側壁部、３４…内側壁部、４０…位置決め装置、４１…ボールネジ、４２…モータ、４２ａ…枢軸、４３…カップリング、４４…ナット部、４５…ブラケット、４６…ガイド、４７…ステージ、４８…台座、４９…ベアリング部、５０・５０´…微動機構、６０…振れ回り機構、６１…板部材、６２…スリット
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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