【手続補正書】
【提出日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  小型化された部品を支持する支持装置であって、第一の部分と第二の部分とを有し、前記第二の部分は固定位置において前記第一の部分に固定されていて、前記第二の部分は前記部品を支持する支持装置において、
前記第一の部分（２０）が、凸状の表面を有してボールソケット型の形状を備えるベース部（２１）上に二つのフラップ（２４，２４'）を備えて、前記二つのフラップの間に前記第二の部分（２６）が配置され、前記二つのフラップは前記固定位置（１３，１３'，２９）において前記第二の部分の異なる側面上の二個の位置で固定され、
一方で前記第一の部分（３，２０）と前記第二の部分（１２，２６）との間の固定位置（１３，１３'，２９）との関係における前記第二の部分（１２，２６）上の前記部品（２８）を支持する支持領域（１７，２７）の位置が選択され、他方では、それぞれ特定の熱膨張係数α1及びα2を有する前記第一の部分及び第二の部分（それぞれ、３，２０及び１２，２６）の材料が選択されて、ベース部（２１）上の基準点に対する部品（２８）の支持領域（１７，２７）の位置に与える、前記第一及び第二の部分（それぞれ、３，２０及び１２，２６）の熱膨張の影響が、少なくとも部分的に相殺されることを特徴とする支持装置。
【請求項２】  請求項１に記載の小型化された部品の支持装置において、
前記二つのフラップ（２４，２４'）のうち一方のフラップの長さが他方のフラップの長さより長く形成され、前記長さの長いフラップを用いて運搬及び位置決め手段によって、前記第一の部分（２０）を保持し、移動させ、位置決めを行なうことができることを特徴とする支持装置。
【請求項３】  請求項１または２に記載の支持装置において、前記第一の部分（２０）が、一体化されたユニットの形を有することを特徴とする支持装置。
【請求項４】  請求項１から３のいずれか１に記載の支持装置において、前記第一又は第二の部分（３，２０，１２，２６）の少なくとも一方が、金属、セラミック材料、又は金属合金から製作されることを特徴とする支持装置。
【請求項５】  請求項４に記載の支持装置において、前記金属又はセラミック材料又は金属合金が、Ａｌ2Ｏ3、又はＣｕ、又はＣｕＢｅ合金、又はインバールの中から選択されることを特徴とする支持装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本支持装置は、少なくとも二つの部分を有していて、これらは加工精度が低いことに特徴づけられる。これらの二つの部分は、例えば０．１ｍｍの厚さの金属シートの金型加工によって作られる標準的な保持部と、光学素子を支持する光学支持部である。保持部の形状及び寸法はカスタマイズされ、特に様々な光学支持部を保持できるように設計されている。標準的な保持部は、薄いスズの層によって覆われた球殻状の受け部分を持つボールソケット型のベースと、保持部のベースに垂直になるよう構成された二つの金属フラップから形成される。これらのフラップは、保持部と光学支持部との固定を可能にし、更に保持部がロボットによって容易に掴めるという目的にかなうものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
光学素子は通常、光学支持部のおおよそ（±０．２ｍｍ）内側に、接着結合又は機械的な力によって配置される。この機械的な力は一般的にはバネによって与えられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
光学支持部は、光学素子、レンズ、光ファイバ、又はレーザダイオードを保持するための特別な作業を受ける。保持される部品の焦点軸とベースの間の距離は、保持部内部で光学支持部の位置を移動させることにより正確に設定できる。これらはレーザスポット溶接、接着結合、又は電気抵抗スポット溶接などの様々な方法で予め組立てることができる。組立てが完了すればすぐに保持部を搭載基板に固定できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
保持部が、熱を発生させる能動素子、例えばレーザダイオードや電気抵抗を支持する場合、保持部の高い熱抵抗は不利な点となる。能動素子によって発生された熱が運び出されなければ連続的な加熱により能動素子は必然的に故障させられる。小さな寸法のため保持部に放熱器（ヒートシンク）を設けることはできない。発生する熱の大半を運び出せる放熱器として搭載基板を使うという解決法は魅力的で可能な一つの解決法である。これは、搭載基板が高い熱伝導率を有する材料から製作される場合のみ、また、熱が搭載基板に流れることができる場合のみに達成できる。後者の視点から必然的に保持部の熱抵抗は低下する。多量の熱を運び出す場合には、サファイア製の搭載基板を使う必要がある（熱伝導率４１Ｗｍ-1Ｋ-1）。他の場合には、パイレックス（登録商標）、Ａｌ2Ｏ3、ゼロドール、石英、又はフロートガラスなどの、より低い熱伝導率を有する材料から搭載基板を製作する方が有利である。フロートガラスは熱ショックに耐えられないので、ハンダ付け処理の際に壊れる場合があるためこれらの中では最も適していない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
薄いスズの層を保持部のベースに配置するという事実は、ベースが搭載基板と接触しないように光学軸においてその角度位置を調整する可能性に目に見えるような悪影響は与えてはいけない。この目的のために一覧表が提供され、この一覧表には、保持部が搭載基板と接触すること無く受けることのできる、保持部の対応する最大の回転が、保持部ベースと搭載基板との間の各垂直空間に対して示される。
空間 ＝ ０．１ ｍｍ、差し支えない角度 ＝ １２．８°
空間 ＝ ０．２ ｍｍ、差し支えない角度 ＝ ３１．５°。
０．３ｍｍよりも大きい空間の場合、完全な回転が許される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ハンダ付け処理は、ロボット組立てステーションによって実行されるため、固定の精度はロボットに取付けられた把持部に影響される。把持部は保持部を掴み、外部の基準点に対して位置決めし、レーザ放射への露光の間その位置に保持し、固定された後にレリースする必要がある。保持部の小さな寸法のため（２ｘ２ｘ３ｍｍ）、いつも同じように保持部を掴むことは難しい。把持部を設計する時には基本的な選択の決定をする必要がある。一つの解決法は、無限に剛直で把持部自体が金属の収縮の力に抵抗するような把持部の設計である。もう一つの可能な解決法は、詳しく限定された弾性を垂直方向に有する把持部の設計である。後者の場合、金属の収縮には邪魔されず、その代わりに空間の一定の方向に沿って許される。これは柔軟な回転固定手段を有するリニアーガイドによって達成できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
スズ金属の収縮によって発生する力に対し変形せずに動作することができる設計は、高精度のロボットステーションに適するためには丈夫過ぎる。金属の収縮は機械的な負荷力を発生させ、この負荷力はハンダ付け材の制限された引張り強さよりも大きい場合もあり、固定部分の故障に繋がる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
この場合にスズに加えられる負荷力はスズの破壊限界よりも高いので、この結果、欠陥を回避できない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
把持部の設計が、放射露光の間保持部を固定位置に保持するために十分に剛直であると仮定すれば、把持部への弾性設計の適用は固定の最終的な精度に悪影響を及ぼさない。機械的な応力は実際には、スズの層が相を変化させ固体状態に戻る時のみ生じる。その時点の後把持部の変形性が関係する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
必要な把持部の力は様々な方法で提供することができるが、保持部の小さな寸法のため、十分な注意をはらいつつ力を加えることは難しい。固定に要求される高い精度のため、保持部の位置が悪影響を受けないように把持部によってレリースされる必要がある。発生する掴みの力を機械的な効果によって解決する方法の大半は、レリース段階において固定の精度に悪影響を及ぼすため、考慮に入れることができない。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
最も適切な解決法は磁石によって力を発生させる把持部であることが実証された。小さな磁石を非磁性材料で製作されたパイプ内部で動かすことができる。小さな軟鉄平円盤を保持部の上部に接着結合する。パイプは垂直に保持され、掴まれるべき保持部はパイプの底部に向かって押される。平円盤の寸法はパイプの外部寸法よりも少し大きい。掴み段階においては磁石がパイプの先端近くに押される。この位置において、磁石は、軟鉄平円盤を連続的にパイプの先端に接触させて保つことを可能とする十分な吸着力を与えることができる。なんらかの位置決めピンを使うことにより把持部の十分な精度が保証できる。固定が完了すると、余分の負荷力なしに保持部をレリースできる。軟鉄平円盤がパイプの先端と接触しつづけたまま、磁石はパイプに沿って上に上げられる。磁石の移動中に磁石によって加えられる力は、平円盤がすでにそのエンドポイントにあるため、平円盤に影響を及ぼさない。磁石を取り去る際には、磁石によって加えられる力は徐々に弱くなり一定時間の後は無視してもよい。この時点で、保持部は完全に自由であり、レリース段階では機械的な負荷力は加えられていない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
保持部及び光学支持部は、一対のレーザスポット溶接を使い予め組立てることができ、各溶接点は保持部のフラップの上端部に設けられる。このように光学支持部は上部のみで接続されているので、温度勾配に応じて、保持部に対して下に向かって伸長することができる。同時に光学支持部を有する保持部は、そのベース又は搭載基板に対して上に向かって伸長する。二つの伸長が同じ大きさに達した時には、その全体的な効果は保持部のベースに対してゼロに等しく、すなわち、この点において熱膨張が補償されることを意味する。この補償は、保持部及び光学支持部の製作のための一対の適切な材料を結合することにより、及び光学支持部を保持部に固定させるために使われるレーザ溶接点を正確な位置に配置することにより達成できる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
しかしながら、搭載基板に対する完全な熱膨張補償は、スズのハンダ付けの熱膨張を補償することも必要とするため完全な熱膨張補償は達成できない。システムの形状及び材料の物理的な性質によってスズ層の補償ができ得るとしても、完全な補償は達成できない。保持部のベースと搭載基板との間に存在する空間は予め定義できない。実際にはこの空間は位置決め段階においてのみ定義され、各素子についてその値が変化する。光学支持部及び保持部は、保持部が搭載基板の固定される前に予め組立てられる。よって、値が不明な量に対して予め補償することは不可能である。光学支持部と搭載基板との間の熱膨張は完全には補償できないが、その影響を制限することはできる。たいていの場合搭載基板はどの場合でも同じ熱勾配に全部がさらされる。素子は同じ大きさで膨張し、膨張したにも関わらずそのままとどまる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
保持部は０．１ｍｍの厚さのインバールのシートを金型加工することにより製作でき、インバールは熱膨張係数が２・１０-6Ｋ-1である。光学支持部は１９・１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有する銀から製作される。ハンダ付け材は固定のために０．２ｍｍの空間を充填する必要があると仮定された。保持部の組立て及び光学支持部の組立ては、熱膨張の完全な補償が達成できるように実施された。５０℃の作業温度勾配が仮定された。全体的な膨張は、上向きの膨張と下向きの膨張との差の結果生じる。上向きの膨張は保持部の膨張とハンダ付け材の膨張との和に等しく、下向きの膨張は光学支持部の膨張のみによって生み出される。全体的な膨張は以下の数式で表すことができ、この式ではＸは全体的な膨張をゼロとするためにレーザスポットと支持される光学部品の光学軸との間に残す必要間隔である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
他のケースでは、保持部が銅ベリリウムから製作され、光学支持部が１７・１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有する銅から製作された。保持部の膨張は、
【数１５】
３・５０・９・１０-6＝０．００１３５ｍｍ
光学支持部の膨張は、Ｘ・５０・１７・１０-6である。この結果、
【数１６】
Ｘ＝０．００１３５／０．０００８５＝１．５９ｍｍ
となる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
多くの場合、使用される光学素子は非常に高価であり、また組立てに相当の作業が必要とされる。この理由から交換素子を提供できないので、通常の固定処理に失敗したいずれの場合にも、搭載基板に素子を固定することを可能にする代替解決法を開発する必要がある。これはスズハンダ付けペーストの一定量を、素子を固定する搭載基板上の領域にコーティングすることにより達成される。光学素子は、その下部がスズハンダ付けペースト中で移動されて、外部の基準点に対して位置決めされる。スズハンダ付けペーストが特に柔らかいという事実は、機械的な応力が発生しない、又は機械的な応力を危惧する必要がないことを意味する。光学素子がレーザビームに対して十分に位置決めされ、搭載基板の下から露光されたとき、スズハンダ付けペーストが溶解され、これによりスズハンダ付けペーストが搭載基板及び保持部にしっかりと接着し、同時に必要な固定が行なわれる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
第一の部分としての保持部３が搭載基板２に固定されている。保持部３は金属薄板を「Ｕ」の形状に曲げることにより形成される。保持部３は二つの「Ｕ」の側片４及び４'を有し、これらの「Ｕ」側片は、曲線状のベース部６と結ばれている。「Ｕ」側片４'が「Ｕ」側片４よりも長く、自動組立ての際には、ロボットの把持部によってその伸張部分を掴むことができる。搭載基板２の表面にはハンダ接合８に適応した表面領域７を備える。保持部３の「Ｕ」形のベース部６において、保持部３は搭載基板２の表面領域７にハンダ付けされる。金属薄板を直接ハンダ付けできない場合金属薄板は予め適当にコーティングされる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
第二の部分であり、矩形板の形で示されている光学支持部１２は、保持部３の「Ｕ」側片４及び４'の間に配置される。光学支持部１２は保持部３に固定される。保持部３への固定は、図左側の「Ｕ」側片４の端部領域の固定位置１３と、右「Ｕ」側片４'の、同じ高さの固定位置１３'とによって果たされる。プレート状の光学支持部１２において、左及び右の側辺１５及び１５'にそれぞれ、ベース部６から遠く離れた端縁１６の近くに固定位置１４及び１４'を有している。したがって、プレート状の光学支持部１２は、単に片側で、あるいは片持ちのようにその端縁１６の領域で固定される。この保持部３と光学支持部１２との固定の他には、両者の間に剛直な接続は存在しない。保持部３と光学支持部１２との接続は、例えばスポット溶接によってなすことができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
光学支持部１２は中央開口部１７と共に形成され、この中央開口部１７において、部品（図示せず）が支持される。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
図示する支持装置が、例えば温度の増加などの温度変化を受けたとき、搭載基板２にベース部６によって接続されている、二つの「Ｕ」側片４及び４'が膨張する。ここでは部品の位置に重要な「Ｕ」側片の長手方向の膨張のみを考えた。熱膨張の結果、一端の「Ｕ」側片４及び４'上のそれぞれの固定位置１３及び１３'と、他端のベース部６との間の距離が増加する（上向きの矢印５を参照）。同時に光学支持部１２もまた膨張するがそれはベース部６に向けた方向である（下向きの矢印９を参照）。それはプレート状の光学支持部１２がその上部においてＵ側片４及び４'に前記固定位置１４及び１４'でしっかりと接続されているためである。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
図４は、保持部２０によって保持された光学支持部２６を示す。前記光学支持部２６は互いに対向する二つのスポット溶接によって保持部２０に接続される。一つのスポット溶接２９のみが図示されている。温度変化の場合、二つの薄板状のフラップ２４及び２４'が、ベース部２１に対して膨張又は収縮できる。同様のことが光学支持部２６にも起こるが、長さの変化はフラップ２４及び２４'の長さの変化と反対方向である。熱膨張係数を考慮した、両部分の対応する寸法及び材料の選択により、広い範囲で貫通開口部２７の中央とベース部２１との間の距離を温度と独立して一定に保つことができる。