(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材に取り付けられた正、逆方向に回転可能な出力軸と、前記ベース部材に固定された螺合部材に回転及び軸方向移動可能に螺合し、その先端部が前記螺合部材から突出しているねじ軸とを、所定の幅を有する板ばね部材を環状に形成してなるカップリングを介して結合し、前記出力軸の回転による前記ねじ軸の軸方向移動により、駆動部材の位置を変位させるように構成していることを特徴とする位置変位機構。
【請求項２】
前記カップリングが、複数の環状板ばねを軸方向から見て配置方向が互いに重ならないように軸方向に沿って少なくとも二つ積み重ね配列されている請求項１に記載の位置変位機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二つの回転軸をカップリングを介して、両軸の軸間における変位を吸収しながら、一方の回転軸の回転を他方の回転軸に伝達するように機械的に結合して構成された位置変位機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば各種の分析装置や測定装置におけるレンズ、光源、光学フィルタ、ミラーなどの光学部材の位置調整を行うための位置変位機構において、モータの回転を他の軸に伝達するのに、モータ側の回転軸（主動軸）と他の軸（従動軸）との軸間における変化を許容して伝達する回転伝達手段として、従来より、コイルばねよりなるカップリングやベローズよりなるカップリングを介して両軸を機械的に結合してなる位置変位機構が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の位置変位機構のカップリングにおいては、ばねの変形量を大きくとれないために、平行ずれ、角度、伸縮など軸位置変化の量が１ｍｍ以内というように小さいものであった。このため、回転軸のずれや変位を必ずしも十分に吸収することができず、軸回転に伴って軸位置が変化する機構に好適に組み込むことができなかった。
【０００４】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、二つの回転軸におけるずれや変位を確実に吸収することができ、モータ出力軸の回転を確実に伝達することができる位置変位機構を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、ベース部材に取り付けられた正、逆方向に回転可能な出力軸と、前記ベース部材に固定された螺合部材に回転及び軸方向移動可能に螺合し、その先端部が前記螺合部材から突出しているねじ軸とを、所定の幅を有する板ばね部材を環状に形成してなるカップリングを介して結合し、前記出力軸の回転による前記ねじ軸の軸方向移動により、駆動部材の位置を変位させるように構成していることを特徴としている（請求項１）。
【０００６】
この場合、請求項２に記載されているように、前記カップリングが、複数の環状板ばねを軸方向から見て配置方向が互いに重ならないように軸方向に沿って少なくとも二つ積み重ね配列されたものであってもよい。
【０００７】
この発明の位置変位機構におけるカップリング３５においては、図４に示すように、弾性に優れた板ばね部材を環状に形成してなるもので、このような環状板ばねよりなるカップリング３５を介してモータの出力軸３４とねじ軸３６を機械的に連結するようにしているので、図５（Ａ）に示すように、一方のモータ出力軸３４の回転を他方のねじ軸３６に確実に伝達することができる。そして、環状板ばねよりなるカップリング３５は、その幅方向への変位力が生じても、変形したり同方向にずれたりすることがない。そして、二つの軸３４，３６が同図（Ｂ）に示すように、軸方向において伸縮しても、板ばね部材の弾性により、両軸３４，３６における変位を好適に防止することができる。したがって、両軸３４，３６の位置ずれや変位を確実に吸収することができる。
【０００８】
そして、この発明の位置変位機構におけるカップリングにおいては、板ばね部材を単に環状にした環状板ばねよりなるものであり、容易にしかも大量生産することができるので、安価に製造することができる。
【０００９】
また、前記カップリングにおいて、例えば、図７に示すように、二つの環状板ばね３５Ａ，３５Ｂを軸方向Ｃから見て直角になるように交差して軸方向に沿って配設した場合、一方の環状板ばね３５Ａ（３５Ｂ）における幅方向と直交する方向に変位が生じても、この変位は、他方の環状板ばね３５Ｂ（３５Ａ）によって吸収される。つまり、複数の環状板ばねを軸方向Ｃから見て配置方向が互いに重ならないように配設した場合、カップリングにおける全ての方向の変位やずれが巧みに吸収され、軸間における回転力を確実に伝達することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図５は、この発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は、この発明の位置変位機構を組み込んだ粒径分布測定装置の全体構成を概略的に示すものである。図１において、１はレーザ光２を発する光源、３はレーザ光２を適宜拡大するビームエクスパンダ、４は試料５が矢印６で示すように供給される流通型のセル、７はセル４の後方に設けられる集光レンズである。８は集光レンズ７からの散乱光や透過光を検出する光検出器で、例えば薄いディテクタステージ９の表面に、透過光受光素子１０を中心にして複数の円弧状の散乱光受光素子１１が適宜の間隔をおいて設けられてなるもので、各受光素子１０，１１はフォトダイオードよりなる。１２は光検出器８からの信号を取り込むマルチプレクサ、１３はマルチプレクサ１２からの信号が入力され、散乱光強度パターンに基づいて演算を行って粒子径分布を求めるＣＰＵ、１４は装置全体を制御するパソコンで、演算結果などを表示するカラーディスプレイなどの表示装置１５を備えている。
【００１１】
前記図１に示した粒径分布測定装置においては、光検出器８の透過光受光素子１０の中心を、レーザ光２の光軸中心と合致させるための位置調整機構１６として、図２および図３に示すように構成されるものを用いている。
【００１２】
すなわち、図２および図３において、１７は例えば平板状のベースステージで、レーザ光２の光軸と直交するように立設されるものである。このベースステージ１７の一方の平面側に、光学部材としての光検出器８を着脱自在に保持する平板状の二軸ステージ１８がベースステージ１７の平面に沿うように変形かつ変位する３つの適宜の幅を有する板ばね１９，２０，２１で支持される。この実施の形態における二軸ステージ１８は、その平面視形状がほぼ正方形で、その一つの対角線が上下方向に、他の対角線が水平方向になるように、つまり、４辺１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが４５°の状態で傾いた状態で設けられる。そして、この二軸ステージ１８の一つの角部（辺１８ａと辺１８ｂが挟む部分）には平面視左右対称形の膨出部１８Ａが形成される一方、これと対角線の角部（辺１８ｃと辺１８ｄが挟む部分）には、平面視矩形状の膨出部１８Ｂが形成されている。そして、光検出器８は、前記平板状の二軸ステージ１８の一方の面側に設けられ、板ばね１９〜２１は、二軸ステージ１８の他方の面側、ベースステージ１７と二軸ステージ１８との間に設けられる。なお、以下、辺１８ａと平行な方向をＸ方向、辺１８ｂと平行な方向をＹ方向といい、二軸とは、Ｘ方向、Ｙ方向のことをいう。
【００１３】
前記板ばね１９〜２１のうちの第１の板ばね１９および第２の板ばね２０は、それらの板厚方向から見てＬ字形を呈して、それぞれ、互いに直交した面部１９ａ，１９ｂ、２０ａ，２０ｂよりなる。また、第３の板ばね２１は、一つのフラットな面部を有する板ばねよりなる。
【００１４】
そして、前記第１の板ばね１９は、その一つの面部１９ａがＸ方向と平行になり、面部１９ａの端部が二軸ステージ１８の膨出部１８Ａの縁に固定され、他の面部１９ｂの端部がベースステージ１７の平面１７ａに突設された固定部材２２に固定され、その幅面が平面１７ａと垂直となっている。また、第２の板ばね２０は、その一つの面部２０ａがＹ方向と平行になり、面部２０ａの端部が平面１７ａに突設された固定部材２３に固定され、その幅面が平面１７ａと垂直になっている。さらに、第３の板ばね２１、その一端が膨出部１８Ａとは対角線上の反対側に位置する膨出部１８Ｂの水平な縁に固定され、他端が平面１７ａに突設された固定部材２４に固定され、その幅面が前記平面１７ａと垂直かつＸ方向、Ｙ方向と４５°の状態（水平状態）になるように設けられている。
【００１５】
上述のように構成された板ばね１９〜２１は、ベースステージ１７の平面１７ａに沿った方向、すなわち、第１の板ばね１９はＸ方向に、第２の板ばね２０はＸ方向と直交するＹ方向に、第３のばね２１はＡ方向（ベースステージ１７の上下方向）にのみ変形および／または移動することができ、その結果、二軸ステージ１８は、ベースステージ１７の平面１７ａに沿って、Ｘ方向およびＹ方においてのみ移動することができる。特に、二軸ステージ１８は、その上端側が第３のばね２１によって支持されているので、平面１７ａに平行かつ上下方向以外の無用な動きを行うことはない。
【００１６】
そして、前記二軸ステージ１８は、以下に述べるような位置変位機構の働きにより、ｘ1 方向（Ｘ方向において上向きの方向）、ｘ2 方向（Ｘ方向において下向きの方向）、ｙ1 方向（Ｙ方向において上向きの方向）、ｙ2 方向（Ｙ方向において下向きの方向）に移動できるように構成されている。
【００１７】
すなわち、前記第１の板ばね１９および第２の板ばね２０のそれぞれ屈曲部の内側には、ベースステージ１７に設けられるアクチュエータ部３０Ｘ，３０Ｙ（後述する）の押圧力を受けて、二軸ステージ１８をｘ1 方向およびｙ1 方向に移動させる駆動部材２５，２６が設けられている。また、膨出部１８Ａにおける点（第１の板ばね１９の面部１９ａを延長した線と第２の板ばね２０の面部２０ａを延長した線との交点）２７にそれぞれ一端が結合され、それぞれの他端がベースステージ１７上の固定点２８，２９にそれぞれ結合され、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ沿うように引きばね３０，３１が張設されている。
【００１８】
前記駆動部材２５，２６に所定の押圧力を印加する位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙの構成を説明する。位置変位機構３２Ｘは、駆動部材２５をＸ方向に押圧するものであり、位置変位機構３２Ｙは駆動部材２６をＹ方向に押圧するものである。そして、両位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙは互いに同じ構成であるので、一方のＸ方向位置変位機構３２Ｘの構成を説明し、図２および図３において、Ｙ方向位置変位機構３２Ｙ側の対応する部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００１９】
すなわち、図２および図３において、３３はモータで、例えば正、逆いずれの方向にも回転することのできるステップモータ（パルスモータともいう）で、ベースステージ１７の平面１７ａにブラケットを介して取り付けられている。このモータ３３の出力軸３４は、上下方向の変位を吸収するカップリング３５を介して、押圧部材としてのねじ軸３６と結合されている。このカップリング３５は、図４に拡大して示すように、所定の幅を有する板ばね部材を、ほぼ楕円形または長円状など環状に形成して対向する長周面３５ａにそれぞれ設けられるに取付け部材３７を介して、一方の回転軸であるモータ３３の出力軸３４と他方の回転軸であるねじ軸３６とを機械的に結合している。
【００２０】
そして、前記平面１７ａのモータ３３の下方位置には、ブラケットを介してナット部材３８が取り付けられており、ねじ軸３６は、ナット部材３８と螺合し、その先端（下端）部３６ａは球面または適宜の曲面に形成されており、この先端部側がナット部材３８から適宜長さだけ下方に突出している。したがって、ねじ軸３６は、モータ３３の正方向の回転または逆方向の回転により、それぞれ、図２中の符号Ｄ方向またはＵ方向に下降または上昇し、後述するてこ３９を駆動する。
【００２１】
３９はねじ軸３６の下方向の移動量または上方向の移動量および押圧力を適宜変倍して伝達するてこで、ねじ軸３６の下端部３６ａの押圧力が作用する水平な第１てこ部３９Ａと、第１の板ばね１９の面部１９ｂ（第２の板ばね２０の面部２０ｂ）と平行になるように第１てこ部３９Ａから４５°の角度で斜め方向に立ち上がる第２てこ部３９Ｂとからなり、ベースステージ１７に立設される支点３９Ｃによって回転自在に枢支されている。そして、このてこ３９とねじ軸３６の先端部３６ａとの間には、ねじ軸３６の押圧力が作用する第１てこ部３９Ａの力点部３９ａに、リング体４０がねじ軸３６および第１てこ部３９Ａのいずれによっても拘束されない状態で介装されている。また、てこ３９の第２てこ部３９Ｂの出力側には、駆動部材２５（２６）を押圧する押圧部３９ｂが形成されている。
【００２２】
上記構成の位置調整機構１６においては、光検出器８は、その透過光受光素子１０が第１の板ばね１９の面部１９ａを延長した線と第２の板ばね２０の面部２０ａを延長した線との交点２７に一致するようにして、二軸ステージ１８に取り付けられる。この状態で、位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙのモータ３３を正転させると、このモータ３３の出力軸３４と上下方向の変位を吸収するカップリング３５を介して接続されたねじ軸３６が下方向（Ｄ方向）に動き、その押圧力がてこ３９の第１てこ部３９Ａの力点部３９ａに配置されているリング体４０を介して第１てこ部３９ＡをＤ方向に変位させる。この第１てこ部３９Ａの下方向への変位に伴って第２てこ部３９Ｂが図２および図３において符号ｗ1 で示す方向に回転し、この回転による押圧力が駆動部材２５，２６に印加される。その結果、第１の板ばね１９は引きばね３０の引っ張り力に抗して、また、第２の板ばね２０は引きばね３１の引っ張り力に抗して、それぞれ、符号ｘ1 ，ｙ1 で示す方向に移動し、この移動に伴って、二軸ステージ１８が同様に移動し、二軸ステージ１８に保持されている光検出器８が同様に移動する。したがって、モータ３３に対してそれぞれ最適の回転量を得るための指令を与えることにより、光検出器８を保持した二軸ステージ１８を移動させることができ、光検出器８の中心である透過光受光素子１０の位置をレーザ光２の光軸に合致させることができるのである。
【００２３】
そして、前記位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙにおいて、モータ３３の出力軸３４とてこ３９を押圧するねじ軸３６とを、機械的に結合するカップリング３５は、所定の幅を有する板ばね部材を環状に形成したきわめて簡単な形状よりなるものであり、製作を容易に行うことができ、大量かつ安価に製造することができる。そして、板ばねは、厚み方向においては小さい力で容易に変形するが、幅方向にはおいては変形しにくいといった特性を備えており、このような特性を備えた板ばね部材を環状に形成してなるカップリング３５においては、図５（Ａ）に示すように、一方の回転軸であるモータ３３の出力軸３４の回転が他方の回転軸であるねじ軸３６に確実に伝達される。つまり、環状板ばねよりなるカップリング３５は、その幅方向への変位力が生じても、変形したり同方向にずれることがなく、したがって、二つの回転軸３４，３６が同図（Ｂ）に示すように、軸方向Ｃにおいて伸縮しても、板ばね部材の弾性により、回転軸３４，３６における変位を好適に防止することができる。したがって、回転軸３４，３６の位置ずれや変位を確実に吸収することができる。
【００２４】
上述のように、上記実施の形態におけるカップリング３５においては、二つの回転軸３４，３６における軸方向における位置合わせを必ずしも厳密に行う必要がなく、それだけ、装置の生産工数の低減が図れる。そして、両回転軸３４，３６の位置ずれによる無用な力の発生がないので、強固な軸受けが不要となる。したがって、この実施の形態における位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙにおいては、力点部３９ａの角度が変化してもねじ軸３６の回転に伴う上下動がてこ３９に確実に伝わり、無用な力が生ずることがないので、位置調整機構１６を歪ませたり所望の動作を行わせることができ、高度に正確性が要求される光検出器８の光軸調整を高精度に行うことができる。
【００２５】
なお、前記モータ３３を逆転させたときには、二軸ステージ１８を符号ｘ2 ，ｙ2 で示す方向に移動させることができることはいうまでもない。
【００２６】
この発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。以下、他の実施の形態について、以下に説明する。
【００２７】
カップリング３５として、例えば、図６に示すように、所定の幅を有する２枚の等寸法の板ばね部材４１，４２の長手方向の両端を重ね合わせて挟持部材４３で挟持し、その長周面３５ａに軸取付け部３７をて形成してもよい。
【００２８】
また、カップリング３５として、図７に示すように、二つの同形状の環状板ばね３５Ａ，３５Ｂを軸方向Ｃから見て直角になるように交差して軸方向Ｃに沿って配設してもよい。このようにした場合、一方の環状板ばね３５Ａ（３５Ｂ）における幅方向と直交する方向に変位が生じても、この変位は、他方の環状板ばね３５Ｂ（３５Ａ）によって吸収される。なお、この図において、４１は環状板ばね３５Ａ，３５Ｂの隣接し合う部分を固定するための固定部材で、軸取付け部材３７と同様のものである。
【００２９】
上記図７に示すように構成されたものにおいて、環状板ばね３５Ａ，３５Ｂはそれぞれが単独の場合、図中の矢印Ａ方向、Ｂ方向に変形しやすいが、固定部材４１を介して互いに直交するように配列されている場合、例えば回転軸３４にＡ方向への力が働いても、環状板ばね３５Ａは、環状板ばね３５Ｂの作用により、Ａ方向に変形することがない。同様に、回転軸３６にＢ方向への力が働いても、環状板ばね３５Ｂは、環状板ばね３５Ａの作用により、Ｂ方向に変形することがない。つまり、２つの環状板ばね３５Ａ，３５Ｂを軸方向Ｃから見て直交するように配設した場合、カップリング３５における前後、左右における変位やずれが巧みに吸収され、軸間における回転力を確実に伝達することができる。図８は、このようなカップリング３５を、位置変位機構３２Ｘ，３２Ｙに組み込んだ位置調整機構１６の例を示すものである。
【００３０】
図９は、図７に示したカップリング３５の形成方法の他の例を示すもので、図中の仮想線で示すように、板ばね部材を所定幅を有する十字状に形成し、この十字状部材４２の対応する端部４２ａと４２ｂ、端部４２ｃと４２ｄとを例えば上方、下方にそれぞれ折り返して重ね合わせ、その重ね合わせ部分に軸取付け部材３７を設けるようにするのである。
【００３１】
上記図７〜図９の実施の形態においては、二つの環状板ばね３５Ａ，３５Ｂを軸方向から見て直角を成すように配設していたが、この配設角度は任意であり、例えば、図１０に示すように、必ずしも、直角でなくてもよい。また、図１１に示すように、３つの環状板ばね３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを固定部材４１Ａ，４１Ｂを介して積み重ねてよい。この図に示す物においては、環状板ばね３５Ａと３５Ｂとが直交し、環状板ばね３５Ｂと３５Ｃとが直交しているが、図１０において例示したように、必ずしも直交させる必要はない。
【００３２】
つまり、２以上の複数の環状板ばねを軸方向から見て配置方向が互いに重ならないように配設した場合、カップリング３５における全ての方向の変位やずれが巧みに吸収され、軸間における回転力を確実に伝達することができる。
【００３３】
なお、上述の実施の形態においては、二軸ステージ１８に保持される光学部材が光検出器８であったが、この発明はこれに限られるものではなく、光学部材がガス分析計など各種の分析装置や測定装置などに設けられるレンズ、光源、光学フィルタ、ミラー、ピンホール、回折格子などであっても、同様に位置調整を行うことができる。この場合、レンズ、光学フィルタ、ピンホールなど、光を通過させるものにおいては、ベースステージ１７に光通過用孔など光通過部を開設したり、ベースステージ１７の形状を適宜工夫する必要がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、出力軸とねじ軸を両軸間における変位を吸収しながら連結し、出力軸の回転を所定の幅を有する板ばね部材を環状に形成したカップリングを介して、ねじ軸に伝達するように構成したので、二つの回転軸における軸方向における位置合わせを必ずしも厳密に行う必要がなく、それだけ、装置の生産工数の低減が図れる。そして、両回転軸の位置ずれによる無用な力の発生がないので、強固な軸受けが不要となる。したがって、この発明の位置変位機構は、粒径分布測定装置の光検出器など光学部材の位置調整機構のように高精度な動作が要求される装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のカップリングを組み込んだ粒径分布測定装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】  前記粒径分布測定装置における位置調整機構の平面構成を概略的に示す図である。
【図３】  前記位置調整機構の要部を拡大して示す図である。
【図４】  この発明のカップリングを含む位置変位機構の一例を示す斜視図である。
【図５】  前記位置変位機構の動作説明図である。
【図６】  前記カップリングを含む位置変位機構の他の構成例を示す斜視図である。
【図７】  前記カップリングを含む位置変位機構のさらに他の構成例を示す斜視図である。
【図８】  図７に示した位置変位機構を組み込んだ位置調整機構の平面構成を概略的に示す図である。
【図９】  カップリングを含む位置変位機構のさらに他の例を、カップリングの形成方法とともに示す図である。
【図１０】  カップリングのさらに他の例を示す平面である。
【図１１】  カップリングを含む位置変位機構のさらに他の例を示す斜視面である。
【符号の説明】
３３…モータ、３４…出力軸、３５…カップリング（環状板ばね）、３５，３５Ｂ，３５Ｃ…環状板ばね、３６…ねじ軸、３８…ナット部材、Ｃ…軸方向。
【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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