(57)【要約】慣性位置決め装置は、基底板（１０）と、回転する要素を乗せる上部板（２０）と、スリップスティック運動のために該上部板が摩擦かみ合いで乗せられる円柱（１８）を有する回転部材（１６）と、それぞれ一方の端が該基底板に固定され、他の端が該回転部材の横側伸張部（１７）に固定された一対の圧電性アクチュエータ（１２）とを構成する。該圧電性アクチュエータは、同時に作動して軸を中心として該回転部材の該円柱を回転する。適切な非対称の駆動信号が該圧電性アクチュエータに与えられると、該上部板はスリップスティック運動で回転する。該装置は小型であり、慣性モータにとって良好な許容加荷重を持ち、液体窒素温度、高真空そして高磁場といった極限環境で動作可能である。
2004523192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基底板と、
（ｂ）回転要素を乗せる上部板と、
（ｃ）スリップスティック回転動作のために上部板が摩擦かみ合いで乗せられる円柱を有する回転部材と、
（ｄ）それぞれが第一と第二の端を有する一対の圧電性アクチュエータ、
とを備えており、
上記第一端は上記基底板に固定され、
上記第二端は、上記圧電性アクチュエータが同時に作動して軸を中心として上記回転部材の上記円柱を回転させるように上記回転部材に固定される慣性位置決め装置。
【請求項２】
上記圧電性アクチュエータは、上記基底板上に上記回転部材をぶら下げる請求項１に記載の慣性位置決め装置。
【請求項３】
上記圧電性アクチュエータは、自身の第一端から端が飛び出しており、自身の第二端によって上記回転部材をぶら下げ、その際、上記圧電性アクチュエータが同時に作動して縦方向伸張または収縮が起こる請求項２に記載の慣性位置決め装置。
【請求項４】
上記圧電性アクチュエータが上記回転部材の下に配置され、上記圧電性アクチュエータの同時作動により剪断変形が起こる請求項２に記載の慣性位置決め装置。
【請求項５】
上記圧電性アクチュエータは、上記回転軸より実質的に等距離で円柱の反対側にあるように、上記回転部材と第二端とが接触するように配置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の慣性位置決め装置。
【請求項６】
上記上部板と上記円柱とは、上記回転軸に沿った上記上部板の動作を阻害するように構成され配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の慣性位置決め装置。
【請求項７】
上記上部板は、弾力性の偏り機構により互いに結合される第一部と第二部とを備え、上記機構は上記上部板と上記円柱との間の摩擦かみ合いのための固定力を定義する請求項１〜６のいずれか１項に記載の慣性位置決め装置。
【請求項８】
上記弾力性の偏り機構は上記固定力を変化させるように調整可能である請求項７に記載の慣性位置決め装置。
【請求項９】
上記摩擦かみ合いは上記円柱の外側表面と上記上部板の内側表面との間に形成される請求項１〜８のいずれか１項に記載の慣性位置決め装置。
【請求項１０】
上記摩擦かみ合いは上記円柱の内側表面と上記上部板の外側表面との間に形成される請求項１〜８のいずれか１項に記載の慣性位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
本発明は、軸を中心に物体を回転する装置に関し、さらには、慣性スリップスティック運動の原理によって動作する回転装置に関する。
【０００１】
回転位置決め装置は、種々の産業や科学に適用されて、幅広く使用されている。回転ポジショナを使用するような適用は以下のようなものである：走査プローブ顕微鏡観察、光学顕微鏡観察そして電子顕微鏡観察を含むさまざまな形態の顕微鏡観察；半導体プロセスでのサンプル取り扱い；超高真空（ＵＨＶ）への適用を含む、真空への数多くの適用；通常の磁石または超伝導磁石によって形成された磁場での物体の回転；そして磁性低温保持装置を含む低温保持装置内のサンプルまたは他の構成要素の回転に関する数多くの適用。
【０００２】
回転位置決め装置は数多くの異種設計を基にしている。たとえば、装置はスッテパモータを基にしてもよい。カメラのオートフォーカスへの適用に使用される別種の設計は、超音波モータを基にしている。さらに、本発明が属する設計種は、慣性モータを基にしている。慣性モータを基にした公知の回転ポジショナはここで記述される。
【０００３】
添付された図面にある図１Ａと図１Ｂは、文献１に記載の慣性回転ポジショナを示す。磨き上げた鋼球Ｓは、共通の基底板Ｘに固定された三つのアクチュエータＡ，ＢそしてＣ上に位置する。上記球は、ポジショナの可動部、すなわち回転可能部を形成する。アクチュエータと鋼球の間にある、小さくそして効果的に明確にされた接触面を得るために、ガラスまたはルビーの球Ｒが、それぞれのアクチュエータの端に固定されている。磁石Ｍは基底板Ｘに固定され、該球Ｓ重量の５〜１０倍の磁力でアクチュエータ上に鋼球を引きおろすように配置されている。上記固定力によって、モータがより大きなトルクを生成するが、これはスリップスティック運動の一般原理から理解される。上記装置は、三つの回転軸１、２そして３を提供できる。
【０００４】
軸１、２または３を中心とした小さな回転量を得るために、それぞれのアクチュエータは適当な接線構成要素に寄与しなければならない。これらの構成要素の向きは図面に矢印として図示されており、それぞれのアクチュエータＡ，ＢそれとＣに対応して、ａ１、ｂ１そしてｃ１とラベルされている。該球Ｓを回転させるために、上記圧電性アクチュエータが所望の回転方向に特有の曲げ方向を以って、折り曲げモードで動作する。転置の度合い、すなわち曲げのサイズもまた、正確に選択されなければならない。それぞれの位置決めステップは二つの事象を構成する。最初の、矢印ａ１，ｂ１、ｃ１の方向への同時に起こる全アクチュエータの遅い曲げと、次の、元の直線配置へのアクチュエータの突然の跳躍的帰還である。遅延曲げの間中、該球は摩擦によってアクチュエータを追い、突然の跳躍的帰還の間中は、該球は自身の慣性が原因でアクチュエータを追えない。該アクチュエータはそのため、該アクチュエータと該球との間にあるずれによって、元の直線配置へと戻る。これら二つの事象は、「スティック」と「スリップ」段階であり、これらはどんな慣性モーターまたは「スリップスティック」モーターにもある特質である。このような一連のスティックスリップ段階はそのため、所望の角度で軸１、２、３を中心として該球を回転させるために用いられる。
【０００５】
先行技術の設計は、しかしながら、いくつかの限界点を持つ。
【０００６】
すべての慣性ポジショナと同様に、ステップサイズは再現可能ではなく、そして、荷重に依存する。文献［２］に記載の先行技術の直列慣性ポジショナでは、ステップサイズのばらつきは幾何学的形状すなわち動作方向、動作の大きさのみ、を妥協しない。望ましいことではないが、文献［２］の設計における運動の大きさにあるこのばらつきは、ある種のフィードバックにより補正可能である。しかしながら、文献［１］の設計では、慣性ポジショナでは不可避のステップサイズのふらつきは、回転軸のふらつきを結果として生じる。言い換えると、該ステップサイズのふらつきは、所望の大きさから逸脱した角形成偏向だけでなく、不正確な回転動作をも結果として生じる。これは、動作の大きさのばらつきを補償することに比べると、補償するのはより難しい。この問題は、文献［１］の設計では三つのアクチュエータと三つの回転軸の間に一対一の対応が全く無いという事実の結果として考察される。上記球の幾何学的形状を由来とするため、この限界は上記設計に固有のものである。
【０００７】
注意深く協調動作された異なる駆動信号を三つのアクチュエータに供給する必要があるため、文献１の設計を完成させるために必要なデイバスエレクトロニクスは比較的複雑となる。この限界もまた、上記アクチュエータと上記回転軸の間に一対一の対応が欠落していることに由来する。
【０００８】
（文献）
１．Ｈｏｗａｌｄ ｅｔ ａｌ， ”Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｒｏｔａｔｏｒ” Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ． Ｖｏｌｕｍｎ ６３， ｐａｇｅｓ ３９０９−３９１２ （１９９２）
２．ＧＢ ２ ３１６ ２２２ Ａ （Ｋａｒｒａｉ）
３．ＥＰ ０ ７４７ ９７７ Ａ （Ｍｉｎｏｌｔａ）
４．ＥＰ ０ ６７５ ５８９ Ａ （Ｍｉｎｏｌｔａ）
５．ＥＰ ４６４ ７６４ Ａ１ （Ｃａｎｏｎ）
６．ＵＳ ５，４１０，２０６ （Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ）
７．ＷＯ ９８／１９３４７ Ａ （Ｚｒｅｎｎｅｒ）
８．Ｒｅｎｎｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍ． ｖｏｌｕｍｅ ６１， ｐａｇｅｓ ９６５−９６７ （１９９０）
（発明の簡単な説明）
本発明によると、慣性回転装置が提示されており、該装置は基底板と、回転される要素を乗せる上部板と、スリップスティック運動のために上部板が摩擦かみ合いによって乗せられる円柱を持つ回転部材とを構成する。それぞれの回転部材は第一と第二の端を持ち、該第一端は上記基底板に固定され、該第二端は、上記圧電性アクチュエータが同時に作動して軸を中心として上記回転部材の円柱を回転するように該回転部材に固定される。
【０００９】
使用の際には、上記基底板と上記上部板の間にある摩擦かみ合いがスティックなのかスリップなのかを決定するのは、上記アクチュエータの圧電性変形の割合、さらに正確には加速である。該上部板のスリップスティック運動はそのため、適切な非対称の駆動信号を該圧電性アクチュエータに与えることによって生ずる。該圧電性アクチュエータは、同じ駆動信号の供給を受ける。実際問題として、これは一般に二つの該圧電性アクチュエータを並列に配線して達成される。上記駆動信号に必要な機能的形態は、文献［２］で直列慣性ポジショナに関連して詳しく検討されているが、本回転慣性ポジショナにも適用可能である。
【００１０】
上記圧電性アクチュエータは好ましくは、上記上部板上にある上記回転部材を停止する。この特性は低温適用の場合に大変有利である。なぜなら、温度サイクルの間に起こる収縮、特に異なる収縮が、該圧電性アクチュエータの応力欠損あるいは摩擦かみ合いの妨害へと至らないからである。他の設計では、該回転部材は停止される必要は無いが、ベアリングまたはブッシングで基底板に乗せられる可能性はある。
【００１１】
一実施形態では、上記回転部材の吊り下げは、自身の第二端によって該回転部材を停止させるために自身の第一端から端が飛び出した上記圧電性アクチュエータによって達成され、その際、該圧電性アクチュエータが同時に作動して該圧電性アクチュエータの縦方向伸張または収縮が起こる。この実施形態では、該圧電性アクチュエータは、円柱中の反対側に互いに実質的に並列に伸張する。上記アクチュエータが円柱表面に接線上に伸張する他の変形もまた、使用されてよい。
【００１２】
もう一方の実施形態では、上記回転部材の吊り下げは、上記圧電性アクチュエータを回転部材の下に配置して達成され、その際、該圧電性アクチュエータの同時作動により剪断変形が起こる。
【００１３】
上記圧電性アクチュエータは好ましくは圧電性スタックである。ヤング率が高いため、スタックが好ましいのである。しかしながら、圧電性チューブまたは他の圧電性要素もまた使用可能である。
【００１４】
本発明の実施形態では、上記円柱はすくなくとも部分円である交差断面を持ち、そのため、上記上部板は少なくとも限定された角度範囲で自由に回転できる。言い換えると、該交差断面は円形であり、または円上に位置する弓状の断面を構成する。該交差断面が円形であれば、該上部板は一回転またはそれ以上にフルに回転する。
【００１５】
上記円柱は円筒状か、フラストコニカルか、または円形交差断面を持つさまざまな他の形態であってもよい。
【００１６】
上記上部板と上記円柱は、有利的には、上記回転軸に沿った該上部板の動作を阻害するように構造され及び／又は配置される。これはさまざまなやり方で達成される。たとえば、該円柱は、上部方向へテーパする単純なフラストコニカル形であってもよい。その代わりに、該円柱が反対側テーパのフラストコニカル断面を有してもよい。他の代替手段では、該回転軸に沿った該上部板の回転を阻害するように配置された接合部を持つ円柱又は上部板を提供する。
【００１７】
上記上部板は、弾力性の偏り機構により互いに結合する第一部と第二部を構成し、この機構は該上部板と上記円柱の間の摩擦かみ合いのための固定力を定義する。該弾力性の偏り機構は該固定力を変化させるように調整可能である。これは実際には非常に有用である。なぜなら、上記装置の動作は該固定力の調整によって、組み立ての後に最適化されるからである。単純な一片の該上部板が使用される可能性があるが、しかし、これには着用物が該摩擦かみ合いの固定力特性を減少させるという不都合がある。しかしながら、一片の該上部板は適切な偏り機構を含むことによって、この問題を回避できる可能性がある。
【００１８】
（詳細な説明）
本発明の第一の実施形態による慣性回転装置について、図２〜図５を参照して、ここに述べる。
【００１９】
図２は上記慣性回転装置の概略的な斜視図であり、上部板を除いて下部にある構成要素を表している。該上部板は、図３にも斜視図で示している。図４は該装置の動作を説明する概略図である。図５は該上部板を断面で示し、その偏り機構を表している。
【００２０】
上記装置の基本構成要素は、基準枠（ａ ｆｒａｍｅ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）に固定された基底板１０と、可動である、より明確には回転可能な上部板２０と、回転部材１６と、直立円柱１８と、該回転部材１６と該基底板１０に結合している一対の圧電性アクチュエータ１２である。
【００２１】
上記上部板２０は、弾力性の偏り機構により互いに結合する２つの部分３０と４０に分かれており、このことは図３では明らかでないが、図５に示している。図２と図３によると、上記装置の最終組立は、該上部板２０を該円柱１８の上に取り付け、該円柱外側の円筒形表面とより長い直径を持ち該円柱下部に繋がる根部（ｓｔｕｂ）２７との間に形成されるリップに接しないように滑り落とることにより行われる。そのため該リップは、動作中に該上部板２０が該円柱１８に滑り落ちることを防止する接合点として働く。該上部板の２つの部分である３０と４０は相互に面するＶ型の溝１４を有し、この溝は該円柱１８が収容される空間を形成する。該２つの部分３０と４０は、該弾力性の偏り機構により生じるクランプ力によって、該Ｖ型の溝１４を介して該円柱１８上にクランプする。このクランプ動作により、該上部板２０と該円柱１８の間に一定の摩擦かみ合いが生ずる。
【００２２】
本実施形態では、上記圧電性アクチュエータ１２は圧電性スタックの形をとっている。慣性モータでスタックを使用する利益は参考文献［２］で詳細に議論されている。要するに、スタックはチューブよりも硬く、すなわち良好な動作のために重要な大きなヤング率を持つ。それぞれのスタックは動作信号を受け取るための一対の電線２６を持つ。この二対の電線２６は、平行に配線されており（示していない）、外部のパルス発電機（示していない）から共通の駆動信号を受け取る。慣性モータのための駆動信号に必要なパラメータは、参考文献［２］に詳細に記載されている。文献［２］が回転ポジショナよりももっぱら直線ポジショナに関係しているとはいえ、文献［２］における議論は本件に適用できる。
【００２３】
それぞれの圧電性アクチュエータ１２は、一方の端が上記基底板１０に固定され、他方の端が上記回転部材１６に固定されている。これはエポキシ樹脂を用いた粘着性結合で達成される。この目的のため、基底部には、直立した延長部を該基底板の主要部分から形成するフランジ２４が備わっている。該フランジ２４は内部表面を持ち、そこには該圧電性アクチュエータ１２が一方の端でそれぞれ結合する。該圧電性アクチュエータ１２は、自身の他の端において、該回転部材１６のそれぞれの対向表面に結合する。さらに、該基底板１０にはフランジ２２が備わっている。これらのさらにあるフランジ２２には通し穴があり（図２においてフランジ２２の１つに認識できる）、粘着性の結合過程間に決まった場所に該圧電性アクチュエータを締め付けるためのネジ（示していない）を挿入ことができる。結合の後、ネジは取り除く。組み立てた装置では、該圧電性アクチュエータは水平に広がり、該基底板１０の上部表面２８より少し上のカンチレバー配置中にぶら下げてある
上記回転部材１６は、上記円筒形円柱１８と、上記圧電性アクチュエータ１２にそれぞれの結合面を設ける役割を持つ２つの側方伸長部１７とを構成する。この２つの結合面は同一平面に位置する。さらに、結合面の平面に円筒軸が位置するように、該円筒形円柱が配置される。該円柱１８の該円筒軸は、該ポジショナの該回転軸をも形成する。上述の、該円柱１８に対して相対的となる結合面の幾何学的配置は、該圧電性アクチュエータ１２の同時の拡張または収縮の結果が、該円柱１８の正味の置換でなくむしろ純粋な回転となることを保証する。
【００２４】
図４はその状態を概略的に示す。上記２つのアクチュエータ１２は、等しい大きさで反対方向である力Ｆ１とＦ２をそれぞれ生み出し、それらの力は上記円柱１８の中央軸０から等しく隔てられた作用線を持つ。該力Ｆ１とＦ２は結合面の共通の平面から始まり、この平面は図では破線で示されている。さらに、該力Ｆ１とＦ２は両方とも該円柱１８の円周に対して接線方向に向かっている。該圧電性アクチュエータ１２の少しの拡張または収縮の限度において、二つの同時に与えられる該力Ｆ１とＦ２は、そのため、該円柱１８の中心軸０回りの回転力、すなわちトルクに等しい。本配置は、これらの要求を満たすための単純かつ効果的な方法と考えられるが、二つかそれ以上の直列圧電性アクチュエータの他の機械的配置が、該円柱１８の純粋な回転を提供できることは評価される。
【００２５】
図５は上部板の断面図であり、その偏り機構を表している。第一の部分３０は２つの内部ねじ込み貫通穴４４を有し、これらの穴は、ボルト４０を受け入れるため、第二の部分４０にある２つのさら穴（ｃｏｕｎｔｅｒｓｕｎｋ ｂｏｒｅｓ）３８と同軸になるように配置されている。該ボルト４０は第一部分のねじ込み穴４４にねじ込まれている。上記弾力性の偏りは、該ボルト４０頭部と該さら穴３８底部との間に圧縮して配置された螺旋バネ４２によって与えられる。該バネによって与えられるクランプ力は、該バネの圧縮の度合いに依存し、そしてそのため、該ねじ込み穴４４の内側および外側に該ボルト４０をねじ込むことにより、強めたり弱めたりすることができる。この図では、上記回転部材の上記円柱１８は破線で示されている。明らかなように、上記上部板２０の２つの部分である３０と４０は、該円柱１８上にクランプするので、摩擦かみ合いは、Ｖ型の溝１４にそれぞれ２つあって接触する４つの線から生じる（図の平面に垂線を伸ばしている）。
【００２６】
例示：
ここで、いくつかの特定のパラメータが、最初の実施形態による装置の実施例のために与えられている。寸法：基盤の大きさは２０×２４×４ｍｍである。基底板フランジは７×３．５×４．５ｍｍで、４．５ｍｍは高さ寸法、すなわち基底板の上部表面より延長した高さである。円柱の高さは６ｍｍである。円柱の直径は、上部が５ｍｍであり、下部接合点のリップは６ｍｍである。側方への伸張は円柱の回転軸から１０ミリ伸ばし、厚さ３ｍｍ、高さ６ｍｍである。圧電性アクチュエータは長さ９ｍｍで、面積は５×５ｍｍである。上記上部板の部分３０と４０はそれぞれ外側の大きさが２４×１２×６ｍｍである。上記Ｖ型の溝の深さは３．５ｍｍでＶ型の溝の角度は９０度である。上記ねじ山と上記穴はＭ２ボルト用である。摩擦かみ合い表面は、固形潤滑剤の二硫化モリブデンでコートされている。該基底板、該上部板部分および該回転部材はチタン製の単品である。チタンはその機械的特性、および非磁性のため使用される。本例の装置は、液体ヘリウム温度から室温の間の温度、強磁場、高真空で動作可能である。該装置は、低温保持装置への挿入のような、内径１と１／２インチ（３８ｍｍ）穴の管に十分適合する大きさにされている。該装置は５Ｖと７０Ｖの間にピークピーク電圧を持つ駆動信号により動作する。この電圧の大きさが角度のステップサイズを決定する。さらに、圧電効果の温度依存性の結果として、該角度のステップサイズは温度に依存する。
【００２７】
上記実施例は具体的説明のみを目的とするものである。たとえば、チタンの代わりに様々な材料を使うことができる。他の適当な材料の１つはステンレス鋼である。慣性モーターの性能に関する材料特性の影響の議論、およびこれらの特性による様々な材料の分類は、参考文献［２］に見ることができる。
【００２８】
図６Ａないし６Ｇは、上部板と円柱の間を固定するための異なる設計の部材を示す。図６Ａは、第一の実施形態に関して既に説明したデザインを示す。図６Ｂは、蓋が該上部板の上に固定されている装置を示し、該蓋は該円柱の上端に接触して配置され、慣性回転に影響する摩擦を減少するために表面積が小さいことが好ましい。図６Ｃは、それぞれの部分が、該円柱の上部表面の小さい部分を覆うように内側へ放射状に伸張したリップを持つ上部板を示す。図６Ｄは、上部板表面の形状と対応した該円柱の一部のフラストコニカルテーパを示す。この場合、Ｖ型溝は第一の実施形態の如く使用される。その代わりとして、１８０°より少し小さい角度で伸長した上部板部分における弓状の凹みが使用可能である。図６Ｅと図６Ｆは、該円柱が向きが異なるテーパのフラストコニカル断面を持つ設計を示す。図６Ｇは、複数のフラストコニカル断面を有する設計を示し、隣り合う二つの断面は向きの異なるテーパである。図６Ｅ、図６Ｆおよび図６Ｇの該円柱設計は、上部板部分に弓状の凹みを伴う使用が想定される。
【００２９】
図７は、さらに別の実施形態による慣性回転装置の平面図を示す。この図は、上部板が取り外された該装置を示す。該上部板は図３および図５に関連して上で説明されている。全体設計は主に第一の実施形態から評価される。すなわち、基底板１０、回転部材１６、直立円柱１８と側方伸張部１７、および回転部材１６を基底板１０に結合させた一対の圧電性アクチュエータ１２を備えている。それぞれの圧電性アクチュエータ１２は、該基底板１０から上へ伸長したフランジ２４の内側表面と一方の端で固定されている。これはエポキシ樹脂を用いた粘着性の結合で達成される。しかしながら、第一の実施形態とは対照的に、該圧電性アクチュエータ１２の他方の端は該回転部材１６の側方伸張部１７の内側表面に結合していない。その代わりに、それぞれの圧電性アクチュエータ１２は、その端が該回転部材１６と隣接するように配置されたボール２１を持つ。端に固定されたボールを有するような圧電性アクチュエータは、標準光学構成要素であるジンバル式マウントに使用されるため、商業的に利用可能である。それぞれのボール２１は、たとえば図示された円錐形の凹みである、凹み位置２３の表面に接線上に接触している。それぞれの圧電性アクチュエータ１２は、バネ２９で偏りさせることにより、ボールの端位置に確実に保持されている。このバネ２９は、該基底板１０から上方に伸長したもう１つのフランジ２２の内側表面と該側方伸張部１７の裏面の間に圧縮して配置されている。
【００３０】
この実施形態の装置は、該回転部材にある該圧電性アクチュエータのより正確な作動点を有するという利点がある。より明確には、それぞれの圧電性アクチュエータは、対応する該側方伸長部と該ボールの接点間の距離に等しい回転軸からの適切に規定された距離で作動する（図４参照）。そのため、該圧電性アクチュエータと対応する該側方伸長部との間にある相対的に広い領域の接触により第一の実施形態において生じる該圧電性アクチュエータの歪み傾向はいずれも、実質上消失する。さらに、該圧電性アクチュエータと該回転部材が結合していないため、該回転部材も簡単に取り外して交換できる。
【００３１】
図８は発明の次の実施形態による慣性回転装置の斜視図であり、上部板を取り外したものである。該上部板は図３および図５に関連して上で説明されている。基底板１０、回転部材１６、直立円柱１８と側方伸張部１７、および回転部材１６を基底板１０に結合させた一対の圧電性アクチュエータ１３を備えている。該圧電性アクチュエータ１３は、図中の矢印で示すように、剪断様式で作動する。該圧電性アクチュエータは該側方伸長部１７のそれぞれの低部表面の下に配置される。該回転部材１６はそのため、第一の実施形態にあるようにカンチレバー配置にぶら下がる代わりに、該圧電性アクチュエータ１３の上に乗る。各圧電性アクチュエータは、該基底板１０に結合した下部表面および対応する該側方伸長部１７の下部表面と結合した上部表面を有して配置される。該装置の動作は、第一の実施形態の動作の議論から理解できる。第一の実施形態にあるように、該圧電性アクチュエータ１３が同時に動作して、自身の軸を中心として回転部材の円柱を回転させる。
【００３２】
図９Ａおよび９Ｂは、次の実施形態の慣性回転装置による回転部材と上部板を示す。該基底板と該圧電性アクチュエータは図７の実施形態によるものと同一である。
【００３３】
図９Ｂによると、回転部材１６は、側方伸長部１７および円錐形の凹み２３からなる低部を持ち、この低部は図７の実施形態のそれと同一である。しかし、該回転部材はすでに説明した実施形態とは異なる円柱１８を持つ。該円柱は、中空の該円柱１８の壁に沿って該円柱の上端から下へ伸び、上端の円周で互いに向かい合って配置された縦のスリット１９を含む中空軸の形をしている。該円柱は、中空の該円柱１９の壁を通って該円柱の上端から下に向かって伸張し、上端で互いに円周上に逆向きに配置される二つの該縦スリット１９を有する中空シャフトの形状を有する。該設計はバネを備えるので、該中空シャフトに密接したもう一つのシャフトはクランプ力でしっかり掴まれる。
【００３４】
図９Ａによると、上記上部板２０は、物体が回転のために上に載せられる上部の台５８を構成し、この台からは、下向きにぶら下がったシャフトが伸張する。該シャフトは、より厚い上部５６と、上記中空円柱１８の中に摩擦をかみ合わせるための中央部５０と、符号化フィードバックのための縦縞マーク５４を有するより細い下方伸長部５２とを有する。より厚い上部５６は、使用中に該上部板が回転軸に沿って滑り落ちることを防止するための接合リップを提供する役割を持つ。該中央部５０は、上記スリップスティック摩擦かみ合いのための所望のクランプ力を与えるため、該中空円柱１８の内側直径との関係で決められた外側直径を持つ。そのため、該摩擦かみ合いは該円柱の内側表面と該上部板の外側表面の間に形成され、該円柱の外側表面と該上部板の内側表面の間に該摩擦かみ合いが形成される前記実施形態とは対照的である。さらに、該クランプ動作は該回転部材によって与えられ、前の実施形態のように該上部板によるものではない。
【００３５】
上記部５０と１８のかみ合い表面部のための材料は選択可能であり、そのため、どのような損耗も支配的に上記上部板５０で発生する。これは有利である、なぜなら、該上部板は簡単に交換され、必要であれば消耗品として扱うことができるからである。
【００３６】
この実施形態の利点は、駆動部、たとえば上記回転部材が安定性を損なうことなく軽く作られることである。さらに、前の実施形態での２つの上部板部分の間の相対的な動作から生じるすべての機械的損失は消去される。
【００３７】
もう１つの利点は、上記中空円柱の設計が、上記上部板の絶対的角度の位置を測定するための符号器を固定させるように修正可能なことである。この符号化のために図９Ａおよび図９Ｂに示されている任意の特徴は、反射率を対比させる縦縞マーク５２を備えた、上部板２０の下方伸長部５２、および中空円柱の壁に設けられた窓２５である。該窓２５は、組み立てた装置では該縦縞マーク５２に隣接するように配置されており、一般的な光電気的エミッター（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｍｉｔｔｅｒ）および受信ユニットのための光学的アクセスを提供するためにある。該光電気的エミッターおよび受信ユニットは、上記円柱１８の外側に直接乗せられる。該光電気的エミッターおよび受信ユニットは、一般的な符号化フィードバックシステム（示していない）において変換器として動作し、該上部板が回転したときに横切る該縦縞マーク５２の数を数える。このようにして、絶対的な回転位置決めを実現できる。
【００３８】
もし望むなら、符号化システムが上記実施形態の装置に付加されることもまた理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明のさらなる理解のため、そして本発明を如何に効果的に実施するかを示すため、文献がいま、添付図面の例によって作られる。
【図１Ａ】
図１Ａは、従来技術の慣性回転装置の側面図と平面図である。
【図１Ｂ】
図１Ｂは、従来技術の慣性回転装置の側面図と平面図である。
【図２】
図２は、第一の実施形態による上部板が取り除かれた慣性回転装置の概略的な斜視図である。
【図３】
図３は、第一の実施形態の上部板の概略的な斜視図である。
【図４】
図４は、第一の実施形態の動作原理を示す概略的な平面図である。
【図５】
図５は偏り機構を示す、第一の実施形態の上部板中の部分断面である。
【図６Ａ】
図６Ａは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｂ】
図６Ｂは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｃ】
図６Ｃは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｄ】
図６Ｄは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｅ】
図６Ｅは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｆ】
図６Ｆは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図６Ｇ】
図６Ｇは、上部板を乗せるための異なる選択可能物を示す。
【図７】
図７は、もう一つの実施形態による上部板が取り除かれた慣性回転装置の概略的な平面図である。
【図８】
図８は、さらに別の実施形態による上部板が取り除かれた慣性回転装置の概略的な平面図である。
【図９Ａ】
図９Ａは、さらに別の実施形態による上部板の回転部材の概略的な斜視図である。
【図９Ｂ】
図９Ｂは、さらに別の実施形態による上部板の回転部材の概略的な斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004523192.tif 000030
2004523192.tif 000031