特許 6369741 位置決め機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6369741

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】位置決め機構

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/26 20060101AFI20180730BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/26

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-17257(P2014-17257)

(22)【出願日】2014年1月31日

(65)【公開番号】特開2015-143783(P2015-143783A)

(43)【公開日】2015年8月6日

【審査請求日】2016年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】591267855

【氏名又は名称】埼玉県

(74)【代理人】

【識別番号】100091384

【弁理士】

【氏名又は名称】伴 俊光

(74)【代理人】

【識別番号】100125760

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】荻野 重人

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５０−０４５６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１２４９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６−２１／３６

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部と、該ベース部に対して軸方向に移動可能に設けられた駆動体と、第二弾性体を介して前記ベース部と連結されるとともに前記軸方向に移動可能に設けられた可動部を備え、
該可動部が、前記駆動体から第一弾性体を介して受ける力と前記ベース部から第二弾性体を介して受ける力とが釣り合う振動中心に位置決めされ、前記駆動体の変位量を縮小して可動部に伝達することを特徴とする位置決め機構。

【請求項2】

第二弾性体のばね定数と第一弾性体のばね定数の比が２：１〜１０００：１である、請求項１に記載の位置決め機構。

【請求項3】

前記駆動体が、前記ベース部に固定された駆動部から弾性力を受けて前記軸方向に移動する、請求項１または２に記載の位置決め機構。

【請求項4】

第二弾性体が板ばねからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め機構。

【請求項5】

前記可動部が、位置決め対象物を載置するステージ部からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、顕微鏡のステージ機構等に用いられる位置決め機構に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、位置決め機構に引っ張りばねを用いたワークテーブルのＸＹθステージ機構が知られている（特許文献１参照。）。

【0003】

また、特許文献２には、ピエゾ素子をアクチュエータとするＸＹアライメントテーブルを用いた接合装置が開示されている。さらに、特許文献３には、筒状ばねを用いて移動体の位置を保持するＸＹステージが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２５６２９８号公報

【特許文献2】特開２００５−２３６１６５号公報

【特許文献3】特開２００７− ５７２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のピエゾ素子を用いたステージ機構によれば、変位方向ごとに高価なピエゾ素子およびアンプを用いる必要があり、例えばＸ軸およびＹ軸の二方向に移動可能なステージ機構にはピエゾ素子およびアンプを２つずつ設ける必要があった。また、従来の筒状ばねを用いたＸＹステージによると、ごく微小な変位を正確に制御することが困難であった。

【0006】

そこで本発明の課題は、低コストの簡素な機構にて、軸方向の位置決めを正確に行うことが可能な位置決め機構を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め機構は、ベース部と、該ベース部に対して軸方向に移動可能に設けられた駆動体と、弾性体を介して前記ベース部と連結されるとともに前記軸方向に移動可能に設けられた可動部を備え、
該可動部が、前記駆動体から受ける力と前記ベース部から前記弾性体を介して受ける力とが釣り合う振動中心に位置決めされることを特徴とするものからなる。ここで、可動部が駆動体から受ける力は弾性力であることが好ましい。なお本明細書において「弾性力」とは、金属ばね、空気ばね、液体ばね、磁石ばね、および弾塑性体を含む広義の弾性体の変形によって発生する力を示し、広く電磁モータや電磁アクチュエータ等からなる駆動部により生じる磁力を含む。

【0008】

このような位置決め機構によれば、可動部が、駆動体から受ける力とベース部から受ける力とが釣り合う振動中心に位置決めされるので、高い分解能にて軸方向の位置決めを実現することが可能である。

【0009】

本発明の位置決め機構において、前記可動部が、前記駆動体から第一弾性体を介して受ける力と前記ベース部から第二弾性体を介して受ける力とが釣り合う振動中心に位置決めされることが好ましい。このように可動部が駆動体およびベース部からそれぞれ異なる弾性体を介して力を受けるように構成されていれば、弾性体のばね定数を適切に設定することにより、可動部を所望の位置に位置決めするための駆動体の変位量を的確に把握することができる。弾性体は、ばね、ゴム、電磁石、永久磁石、空気圧、油圧等、完全に固定されないものであれば良く、第一弾性体と第二弾性体の組み合わせは、同種でも良いし異なる組み合わせでも良い。

【0010】

本発明の位置決め機構において、前記駆動体が、前記ベース部に固定された駆動部から弾性力を受けて前記軸方向に移動することが好ましい。例えば弾性力を発生させる駆動部として電磁ソレノイド等の電磁アクチュエータを用いることにより、磁力を用いて駆動体に与える力を正確に制御することが可能となる。駆動部としては、ほかに油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ等を用いてもよい。

【0011】

また、本発明に係る位置決め機構は、第一の軸に沿って移動可能に設けられた第一可動部と、第一可動部の変位が伝達されることにより第一の軸と交差（例えば直交）する第二の軸に沿って移動する第二可動部と、第一可動部または第二可動部と連動可能に設けられた第三可動部とを備え、該第三可動部が、第一可動部と連結された第一連結状態では第一の軸に沿って移動し、第二可動部と連結された第二連結状態では第二の軸に沿って移動するように構成することが可能である。

【0012】

このような位置決め機構によれば、二種類の連結状態（第一連結状態と第二連結状態）を切り替えることにより、第一の軸に沿って移動する第一可動部の変位を利用して第三可動部を二軸方向に移動させることが可能となる。

【0013】

本発明の位置決め機構は、第一連結状態において、前記第三可動部が磁力によって第一可動部と連結されるように構成することができる。例えば、鉄等の強磁性体からなる第三可動部に対し、第一可動部に永久磁石または電磁石が設けられることにより、第三可動部を磁力によって第一可動部と連結することが可能である。この場合、さらに第二連結状態において、前記第三可動部が摩擦力によって第二可動部と連結されるように構成することができる。例えば、第二連結状態においては第三可動部と第二可動部との間をねじで締結することにより、第三可動部と第一可動部とを連結する磁力よりも強力な摩擦力にて第三可動部と第二可動部とを連結することが可能である。このように、第三可動部が第一可動部と連動する第一連結状態と、第三可動部が第二可動部と連動する第二連結状態とを、ねじの締結力を調整することにより切り替えることができる。

【0014】

本発明の位置決め機構は、第二連結状態において、前記第三可動部が磁力によって第二可動部と連結されるように構成することが可能である。例えば、鉄等の強磁性体からなる第三可動部に対し、第一可動部に永久磁石が設けられ、第二可動部に電磁石が設けられることにより、第三可動部が第一可動部と連動する第一連結状態と、第三可動部が第二可動部と連動する第二連結状態とを、電磁石の磁力を調整することにより切り替えることができる。

【0015】

本発明の位置決め機構において、圧電素子または磁歪素子の伸縮により発生した変位が第一可動部に伝達されることが好ましい。圧電素子や磁歪素子等のような電気エネルギーや電磁エネルギーにより伸縮する素子の変位を利用して第一可動部の変位を発生させることにより、第一可動部の変位を容易かつ高精度に制御することが可能となる。

【0016】

本発明の位置決め機構において、第一可動部と第二可動部とが、第一の軸および第二の軸に対して傾斜した当接面を介して当接することが好ましい。このような当接面を介して第一可動部と第二可動部とが当接することにより、第一の軸に沿って移動する第一可動部と第二の軸に沿って移動する第二可動部の進行方向を適切に制御することが可能となる。

【0017】

本発明の位置決め機構において、第一可動部と第二可動部とが、ころ、ベアリングまたは第一可動部もしくは第二可動部に形成された突起を介して当接することが好ましい。ころ、ベアリングや、いずれかの伸縮部上に形成された突起を用いることにより、第一可動部と第二可動部とが第一の軸および第二の軸に対して傾斜した当接面を介して当接する状態を容易に作出することができる。このような本発明の構成により、第一可動部および第二可動部の進行方向を適切に制御することが可能となる。

【0018】

また、本発明の位置決め機構は、変位拡大装置から出力される変位が第一可動部に伝達される位置決め機構であって、前記変位拡大装置は、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し変位発生手段により発生した変位の入力方向と交差する方向に設定された出力軸方向に移動自在に設けられた押込プレートと、該押込プレートの第１の傾斜面からの伝達荷重を受けるとともに第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大プレートと、前記押込プレートの第２の傾斜面からの伝達荷重を受けるとともに第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大プレートと、該可動拡大プレートの出力軸方向の変位を前記変位発生手段から入力された変位の拡大変位として出力する出力部とを有するように構成されることが好ましい。すなわち、本発明の位置決め機構に対し、特開２０１０−０６８５４９号公報や特開２０１３−０２７１９１号公報に記載の変位拡大機構を組み合わせることにより、可動を円滑に動作させることが可能になり、押込プレートや可動拡大プレートの弾性変形を減らすことができるので、変位量のロスを低減し、かつ、剛性を高めることができる。

【0019】

あるいは、特開２０１０−０６８５４９号公報や特開２０１３−０２７１９１号公報に記載の変位拡大機構における可動拡大プレート（可動拡大部材）を本発明に係る位置決め機構の第一可動部に置き換えてもよい。すなわち、本発明の位置決め機構において、第一可動部が、第一の軸方向に移動自在に設けられた押込部材の一の傾斜面から押圧力を受けるとともに前記一の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な他の傾斜面を有し、変位発生手段から第一可動部に入力された変位が第一の軸方向の変位として拡大されて第一可動部から第二可動部に伝達されるように構成することができる。このように本発明の位置決め機構に対し、特開２０１０−０６８５４９号公報や特開２０１３−０２７１９１号公報に記載の変位拡大機構を融合させることにより、可動を円滑に動作させることが可能になり、押込プレート（押込部材）や可動拡大プレート（可動拡大部材）の弾性変形を減らすことができるので、変位量のロスを低減し、かつ、剛性を高めることができる。

【0020】

本発明に係る位置決め機構は、広く対象物を位置決めするための位置決め機構として用いることができるが、特に、ステージ部に載置した対象物を位置決めするためのステージ機構として利用することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、低コストの簡素な機構にて、軸方向の位置決めを正確に行うことが可能な位置決め機構を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の位置決め機構の一実施態様に係るステージ機構を示す平面図である。

【図2】図１のステージ機構の連結機構の原理を模式的に示す側面図である。

【図3】本発明の位置決め機構の他の実施態様に係るステージ機構を示す平面図である。

【図4】本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構を示す平面図である。

【図5】本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構を示す平面図である。

【図6】本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構を示す断面図であり、（Ａ）は駆動ロッドが可動部に向けて押し込まれる前の状態、（Ｂ）は駆動ロッドが可動部に向けて押し込まれた状態をそれぞれ示す。

【図7】本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構を示す断面図である。

【図8】本発明の位置決め機構の一実施態様に係るアクチュエータ機構を示す断面図である。

【図9】本発明の位置決め機構の他の実施態様に係るアクチュエータ機構を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るステージ機構１を示す平面図である。ステージ機構１には第三可動部（ステージ部）としての載置台２が設けられ、載置台２がＸ軸方向またはＹ軸方向に移動することにより、被載置物の位置決めが行われる。なお、載置台２は鉄等の強磁性体からなり透明ではないが、説明の便宜上、載置台２の下（紙面裏側）にあるものを透視的に図示する。

【0024】

第一可動部３には永久磁石４、５が埋設され、鉄製の載置台２は磁気吸引力によって第一可動部３と連結されている。一方、第二可動部６は摩擦力によって載置台２と連結可能に構成されている。摩擦材１２を介して第二可動部６と載置台２の間に働く摩擦力は、締結ねじ７を締め付け、あるいは緩めることによって調整可能である。当該摩擦力が永久磁石４、５と載置台２の間に働く磁気吸引力よりも小さいときは、載置台２は第一可動部３と連動する。この状態が第一連結状態である。締結ねじ７を締め付けて当該摩擦力が永久磁石４、５と載置台２の間に働く磁気吸引力よりも大きくなると、載置台２は第一可動部３から離れて第二可動部６と連動するようになる。この状態が第二連結状態である。

【0025】

図１を用いて、ステージ機構１の動作を説明する。まず、載置台２をＸ軸方向に沿って動かそうとするときは、締結ねじ７を緩めて第一連結状態を作出し、この状態においてマイクロメータヘッド２６をＹ軸の正方向（紙面上向き）に押し込む。このとき第一可動部３は、ころ９を介してベース１０の内壁と摺接しながらＸ軸の正方向（紙面右向き）に移動し、これと連動する載置台２も同様にＸ軸の正方向に移動する。

【0026】

次に、載置台２をＹ軸方向に沿って動かそうとするときは、締結ねじ７を締め付けて第二連結状態を作出し、この状態においてマイクロメータヘッド２６をＹ軸の正方向（紙面上向き）に押し込む。このとき第一可動部３は、ころ９を介してベース１０の内壁と摺接しながらＸ軸の正方向（紙面右向き）に移動する。第二可動部６は、ころ１９を介して第一可動部３と当接しているので、ころ２９を介してベース１０の内壁と摺接しながらＹ軸の正方向（紙面上向き）に移動し、これと連動する載置台２も同様にＹ軸の正方向に移動する。

【0027】

図２は、図１のステージ機構１の連結機構の原理を模式的に示す側面図である。なお各部材の当接関係を示すために細部を模式化および簡略化しているので、図２における各部材の形状や寸法は図１と整合していない。

【0028】

図２において、ベース底部１０ｂ上に第一可動部３、第二可動部６が配置され、それぞれころ９、２９を介してベース内壁部１０ａと当接している。また、第一可動部３と第二可動部６とはころ１９を介して互いに当接している。第一可動部３、第二可動部６およびベース内壁部１０ａの上には載置台２が配置されており、第一可動部３に埋設された永久磁石４と鉄製の載置台２との間には磁気吸引力が働く。一方、摩擦材１２を介して第二可動部６と載置台２の間に働く摩擦力は締結ねじ７の締め付け度合いによって調整可能である。

【0029】

図３は、本発明の他の実施態様に係るステージ機構１１を示す平面図である。図１のマイクロメータヘッド２６の代わりに圧電素子（ピエゾ素子）１８が用いられている以外は図１のステージ機構１と同様であるので、詳細説明を省略する。

【0030】

図４は、本発明のさらに他の実施態様に係るステージ機構２１を示す平面図である。本発明のステージ機構に対し、特開２０１０−０６８５４９号公報に記載の変位拡大機構を組み合わせつつ、ステージ機構２１の第一可動部３を変位拡大機構（１）における可動拡大プレート（１３）として利用することにより、押込プレート３０の傾斜面３０ａから第一可動部３の傾斜面３ａへと、ころ５９を介して変位を円滑に伝達することが可能になる。これによって押込プレート３０や可動拡大プレート（＝第一可動部３）の弾性変形を抑制し、変位伝達時のロスを低減し、ひいてはステージ機構の剛性を高めることができる。なお、ステージ機構２１においては、図１のステージ機構１における永久磁石４、５、締結ねじ７および摩擦材１２の代わりに電磁石１４、１５、１７が用いられている。ステージ機構２１の第一連結状態は、例えば電磁石１４、１５の電源をオンするとともに電磁石１７の電源をオフすることで作出される。同様に、ステージ機構２１の第二連結状態は、例えば電磁石１４、１５の電源をオフするとともに電磁石１７の電源をオンすることで作出される。

【0031】

図５は、本発明のさらに他の実施態様に係るステージ機構３１を示す平面図である。ステージ機構３１においては、図４のステージ機構２１における圧電素子１８の代わりに超磁歪素子２８が用いられ、マイクロメータヘッド２６によって変位制御される永久磁石２７により超磁歪素子２８の伸縮状態が制御されている。また、図４のステージ機構２１の電磁石１４、１５、１７の代わりに永久磁石４、５、締結ねじ７および摩擦材１２が用いられている。その他の点は図４のステージ機構２１と同様であるので、詳細説明を省略する。

【0032】

図６は、本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構４１を示す断面図であり、（Ａ）は駆動ロッド４２（駆動体）がステージ部４４（可動部）に向けて押し込まれる前の状態、（Ｂ）は駆動ロッド４２がステージ部４４に向けて押し込まれた状態をそれぞれ示す。

【0033】

図６において、ベース１０に対し軸方向に移動可能な駆動ロッド４２が設けられている。ベース１０から紙面表側に向けて突設されたベース突設部１０ｃは、板ばね４３（４３ａ〜４３ｄ）を介し移動可能なステージ部４４に連結されている。駆動ロッド４２は、ベース１０に固定された駆動部４５（マイクロメータヘッド）から力を受けて軸方向に移動する。ステージ部４４が、駆動ロッド４２から圧縮ばね４６を介して受ける力とベース突設部１０ｃから板ばね４３を介して受ける力が釣り合うことにより所定の位置（振動中心）に位置決めされる。

【0034】

図７は、本発明の位置決め機構のさらに他の実施態様に係るステージ機構５１を示す断面図である。図７において、ベース１０に対し軸方向に移動可能な駆動ロッド５２（駆動体）が設けられている。ベース１０から紙面表側に向けて突設されたベース突設部１０ｃは、板ばね４３を介し移動可能なステージ部４４に連結されている。駆動ロッド５２は、ベース１０に固定された駆動部５５（電磁ソレノイド）から力を受けて軸方向に移動する。ステージ部４４が、駆動ロッド５２から受ける力とベース突設部１０ｃから板ばね４３を介して受ける力が釣り合うことにより所定の位置（振動中心）に位置決めされる。駆動ロッド５２を動作させるためには、図７に示した駆動部５５（電磁ソレノイド）のほか、電磁モータ、電磁アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ等、弾性力を発生する駆動部を用いることができる。

【0035】

駆動ロッド５２と駆動部５５の組み合わせによる磁力作動状態時、駆動ロッド５２は駆動部５５に対し完全に固定されているわけではなく、外部の力に対して相応に移動することができる。板ばね４３により発生した弾性力と、駆動部５５から駆動ロッド５２に作用する磁力とが釣り合う振動中心にステージ部４４が位置決めされることは、図６に示した２種のばね（板ばね４３と圧縮ばね４６）を用いた実施態様と同様である。

【0036】

板ばね４３が発生することができる弾性力に対して十分に小さな磁力を駆動部５５から駆動ロッド５２に作用させることにより、より精密な位置決めを行うことができる。

【0037】

駆動部５５から駆動ロッド５２に作用する力は、同じ電流値でもプランジャ（駆動ロッド５２）が駆動部５５の筒の奥まで挿入されているほど大きくなる。例えば、１Ａの電流を駆動部５５に流した場合、駆動ロッド５２に相応の磁力がかかる。この磁力を受けて、板ばね４３が駆動部５５側へと変位し、この変位分だけ駆動部５５のプランジャ（駆動ロッド５２）が筒の奥へと移動する。これにより、同じ１Ａの電流でも駆動部５５の発生する磁場からプランジャ（駆動ロッド５２）が受ける磁力が大きくなり、さらに板ばね４３のたわみ量が増える。このようにプランジャは奥へと進もうとするが、それに伴い、板ばね４３の発生する弾性力も増していくので、やがて両者の力は釣り合い、ある点に収束する。このようにして、駆動部５５の発生する磁場からプランジャ（駆動ロッド５２）が受ける磁力（弾性力）と板ばね４３の発生する弾性力が影響しあって振動中心に位置決めされる。

【0038】

図７に示したステージ機構５１の別の構成として、ステージ部４４の紙面左側にもう一つの駆動部（電磁ソレノイド）と駆動ロッドを設置することも可能である。このような構成によれば２つの駆動部でステージ部４４を位置決め制御することができるので、応答性の向上やステージ部４４の動作により発生する振動を低減させることが可能になる。

【0039】

図８は、本発明の位置決め機構の一実施態様に係るアクチュエータ機構６１を示す断面図である。図８において、ベース１０に対し軸方向に移動可能な駆動ロッド４２が設けられている。ベース１０から紙面表側に向けて突設されたベース突設部１０ｄは、第二圧縮ばね４７を介し移動可能な可動部６４に接続している。また、可動部６４には作動ロッド６２が連結されており、ベース突設部１０ｄの貫通穴を通して外部に先端が露出している。さらに、駆動ロッド４２と可動部６４の間には第一圧縮ばね４６が介在している。可動部６４が、駆動ロッド４２から第一圧縮ばね４６を介して受ける力とベース突設部１０ｄから第二圧縮ばね４７を介して受ける力が釣り合うことにより所定の位置（振動中心）に位置決めされる。

【0040】

第二圧縮ばね４７と第一圧縮ばね４６のばね定数の大小関係は、第二圧縮ばね＞第一圧縮ばねであり、例えば、両者のばね定数の比が第二圧縮ばね：第一圧縮ばね＝１００：１となるように構成することができる。十分に高い分解能にて位置決めを実施するためには、両者のばね定数の比（第二圧縮ばね：第一圧縮ばね）は、２：１〜１０００：１であることが望ましい。このような望ましい条件下で駆動ロッド４２が可動部６４に向けて押し込まれると第一圧縮ばね４６が相対的に小さな弾性力を発生させる。第二圧縮ばね４７は、第一圧縮ばね４６に対して１００倍のばね定数を持つので、第一圧縮ばね４６により発生した弾性力に対してわずかな圧縮変位しか発生しない。一般に圧縮ばねの発生する弾性力は、ばね定数と圧縮変位の量の積で求められるので、第二圧縮ばね４７と第一圧縮ばね４６の弾性力が釣り合っている状態では、第一圧縮ばね４６が駆動ロッド４２により押し込まれた変位量に対し、第二圧縮ばね４７は約１／１００の変位量だけ第一圧縮ばね４６により押し込まれることになる。

【0041】

このように簡単な構造で駆動ロッド４２の変位量を十分に縮小して作動ロッド６２に伝達することができるので、より精密な位置決め用途に用いることが可能になる。例えば、駆動部４５（マイクロメータヘッド）と変位量の関係を予め把握しておけば、マイクロメータヘッドの目盛りを読むことにより、作動ロッド６２の送り量を正確に制御することが可能になる。

【0042】

圧縮ばね４６、４７は、初期荷重以上で付勢された初期状態で設置されることが望ましい。そのように設置することにより、遊びがなく、直線性のある動作が可能になる。また、圧縮ばね４６、４７をマイナス方向（伸ばす方向）に動作させることも可能である。但しこの場合は、圧縮ばね４６、４７の両端を駆動ロッド４２、可動部６４、ベース突設部１０ｄに固定して連結しておくことが望ましい。

【0043】

なお、第二圧縮ばね７７を初期荷重以上で設置するために、付勢ガイドを取り付けても良い。例えば図９に示すように、ベース突設部１０ｄとばね受け板７５の間に第二圧縮ばね７７を設置し、第二圧縮ばね７７が初期荷重以上になるように付勢ガイド７３をベース１０に固定し、ばね受け板７５と可動部７４を連結ロッド７６で連結することができる。図９の付勢ガイド７３には、連結ロッド７６には干渉しない貫通穴が開けられている。

【0044】

図９において、第一圧縮ばね４６を初期荷重以上で設置するためには、駆動ロッド４２が押し込まれ第一圧縮ばね４６の初期荷重以上で可動部７４が動作するように第一圧縮ばね４６のばね定数を選定すればよい。

【0045】

図８の圧縮ばね４６、４７の代わりに、引張ばねを用いることも可能である。引張ばねを用いた場合の構成は、図８の圧縮ばね４６、４７をそれぞれ引張ばね６６、６７に置換し、第二引張ばね６７と第一引張ばね６６のばね定数の大小関係を、第二引張ばね＞第一引張ばねとし、例えば両者のばね定数の比を、第二引張ばね：第一引張ばね＝１００：１に設定すればよい。十分に高い分解能にて位置決めを実施するためには、両者のばね定数の比（第二引張ばね：第一引張ばね）は、２：１〜１０００：１であることが望ましい。

【0046】

図８の第二圧縮ばね４７に代わる第二引張ばね６７はベース突設部１０ｄと可動部６４に連結し、図８の第一圧縮ばね４６に代わる第一引張ばね６６は駆動ロッド４２と可動部６４に連結し、双方を初期荷重以上の荷重で付勢した状態で設置することが望ましい。この状態で、駆動ロッド４２を、第一引張ばね６６が引っ張られる方向に動作させ、発生した弾性力により、第二引張ばね６７が相応した変位を得ることは、圧縮ばね４６、４７を用いた場合と同様である。

【0047】

図８の位置決め機構６１の可動部６４は、図１等の載置台２を設置してステージ部として用いることも可能である。

【0048】

図８の位置決め機構の第二圧縮ばね４７として、図６〜７の板ばね４３を用いてもよい。例えば、板ばねを４つ用いればより安定して動作させることが可能になる。

【0049】

図８において、例えば第二圧縮ばね４７のばね定数を１００Ｎ／ｍｍ、第一圧縮ばね４６のばね定数を１Ｎ／ｍｍとし、駆動ロッド４２により第一圧縮ばね４６が１０ｍｍだけ押し込まれたとすると、発生する弾性力は１０Ｎ（＝１［Ｎ／ｍｍ］×１０［ｍｍ］）である。しかし、それに伴い第二圧縮ばね４７も０．１ｍｍ（＝１０［Ｎ］／１００［Ｎ／ｍｍ］）だけ押し込まれた状態となるので第一圧縮ばね４６の押込量が実質的に９．９ｍｍ（１０［ｍｍ］−０．１［ｍｍ］）となる。これにより駆動ロッド４２の動作により第一圧縮ばね４６に発生する弾性力が９．９Ｎ（＝１［Ｎ／ｍｍ］×９．９［ｍｍ］）となり、それに伴う第二圧縮ばね４７の押し込まれた量は０．０９９ｍｍ（＝９．９［Ｎ］／１００［Ｎ／ｍｍ］）となる。これを繰り返すことにより第二圧縮ばね４７の押し込まれる量はある点に収束する。このように、圧縮ばね４６、４７に発生した弾性力が相対的に影響しあって所定の位置（振動中心）に位置決めされることになる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明に係る位置決め機構は、顕微鏡の観察対象を位置決めするためのステージやアクチュエータ等の用途に広く利用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１、１１、２１、３１、４１、５１ ステージ機構
２ 載置台
３ 第一可動部
３ａ 傾斜面
４、５、２７ 永久磁石
６ 第二可動部
７ 締結ねじ
９、１９、２９、３９、４９、５９，６９ ころ
１０ ベース
１０ａ ベース内壁部
１０ｂ ベース底部
１０ｃ、１０ｄ ベース突設部
１２ 摩擦材
１４、１５、１７ 電磁石
１８ 圧電素子（ピエゾ素子）
２６ マイクロメータヘッド
２８ 超磁歪素子
３０ 押込プレート
３０ａ 傾斜面
４２、５２ 駆動ロッド（駆動体）
４３、４３ａ〜４３ｄ 板ばね
４４ ステージ部（可動部）
４５、５５ 駆動部
４６、４７、７７ 圧縮ばね
６１、７１ アクチュエータ機構
６４、７４ 可動部
６２、７２ 作動ロッド
６６、６７ 引張ばね
７３ 付勢ガイド
７５ ばね受け板
７６ 連結ロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】