特許 6650637 アクチュエータおよびステージ装置

(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】6650637

(24)【登録日】2020年1月23日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】アクチュエータおよびステージ装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/04 20060101AFI20200210BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/04

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-532480(P2016-532480)

(86)(22)【出願日】2015年5月22日

(86)【国際出願番号】JP2015064778

(87)【国際公開番号】WO2016006333

(87)【国際公開日】20160114

【審査請求日】2018年3月22日

(31)【優先権主張番号】特願2014-143376(P2014-143376)

(32)【優先日】2014年7月11日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-169480(P2014-169480)

(32)【優先日】2014年8月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502254796

【氏名又は名称】有限会社メカノトランスフォーマ

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】徐 世傑

(72)【発明者】

【氏名】矢野 健

(72)【発明者】

【氏名】八鍬 和夫

(72)【発明者】

【氏名】矢野 昭雄

【審査官】 宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０７２８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３１１３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とは、前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定され、
前記伸縮部および前記装着部材の装着部分は、断面が矩形状をなし、
前記伸縮部の端部と前記装着部分との嵌め合わせ部は、前記装着部分の対向する２辺から突出して設けられた一対の第１突出部を有する第１部分と、前記伸縮部の端部の、前記第１突出部に対応しない対向する２辺から突出して設けられた一対の第２突出部を有する第２部分とが嵌め合わされることにより構成されるアクチュエータ。

【請求項2】

前記第１突出部は、前記装着部材の幅方向に対向して設けられており、前記装着部材は全体が同じ厚さで形成されている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とは、前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定され、
前記装着部材は筒状部または柱状部を有し、前記伸縮部は前記装着部材の前記筒状部または前記柱状部に対応する柱状部または筒状部を有し、前記伸縮部と前記装着部材とは、前記柱状部が前記筒状部に挿入されることにより嵌め合わされるアクチュエータ。

【請求項4】

前記嵌め合わせ部は、前記伸縮部の両端部側に設けられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記伸縮部が両端部側で前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた際に、少なくとも一方側がねじ止めされる請求項４に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記嵌め合わせ部は、前記伸縮部の一方の端部側に設けられており、少なくとも他方の端部側は前記装着部材とねじ止めされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部の両端面は、それぞれ該端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記装着部材の装着部分は、前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部が装着された際に、前記伸縮部の少なくとも一方の端部が前記装着部材の装着部分とねじ止めされるアクチュエータ。

【請求項8】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部の一方の端面は、該端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記装着部材における前記伸縮部の一方の端面に対応する第１の装着部分は、前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部の他方の端面は、前記伸縮部が装着された際に前記装着部材の対応する第２の装着部分の端面につき合わされるように構成され、前記伸縮部が装着された際には、少なくとも、前記伸縮部の前記他方の端面を含む端部と前記第２の装着部分とがねじ止めされる記載のアクチュエータ。

【請求項9】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記装着部材における前記伸縮部の両端部がそれぞれ装着される装着部分は、その端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記伸縮部の両端部はそれぞれ前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部が装着された際に、前記伸縮部の少なくとも一方の端部が前記装着部材の装着部分とねじ止めされるアクチュエータ。

【請求項10】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記装着部材における前記伸縮部の一方の端部が装着される第１の装着部分は、その端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記伸縮部の前記一方の端部は前記一対の突出部に挟み込まれる前記嵌め合わせ部が構成され、前記装着部材における前記伸縮部の他方の端部側の第２の装着部分は、前記伸縮部が装着された際に、その端面が前記伸縮部の他方の端部の端面につき合わされるように構成され、前記伸縮部が装着された際には、少なくとも、前記伸縮部の前記他方の端部と前記第２の装着部分とがねじ止めされるアクチュエータ。

【請求項11】

前記伸縮部は、伸縮素子の端部に金属製の嵌め合わせ治具が、前記伸縮素子が伸縮方向以外の方向に移動しない状態で装着されて構成され、前記嵌め合わせ治具と前記装着部材とが嵌め合わされている請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項12】

所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部と前記装着部材とは、前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定され、
前記伸縮部は、伸縮素子の端部に金属製の嵌め合わせ治具が、前記伸縮素子が伸縮方向以外の方向に移動しない状態で装着されて構成され、前記嵌め合わせ治具と前記装着部材とが嵌め合わされているアクチュエータ。

【請求項13】

前記伸縮素子と前記嵌め合わせ治具とは接着されている請求項１１または請求項１２に記載のアクチュエータ。

【請求項14】

前記嵌め合わせ治具の端部に凹部が形成され、該凹部に前記伸縮素子が挿入されて嵌め込まれている請求項１１または請求項１２に記載のアクチュエータ。

【請求項15】

前記装着部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構である請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項16】

前記伸縮素子は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶合金素子のいずれかである請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項17】

ステージと、ステージを駆動するステージ駆動機構とを有するステージ装置であって、
前記ステージ駆動機構は、所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータで構成され、
前記アクチュエータは、前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とは、前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定され、
前記ステージは、ベース部材と、前記ベース部材の上を移動するステージ部材とを有し、
前記装着部材は、前記ベース部材に取り付けられるとともに前記伸縮部の一端部が装着される第１部材と、前記ステージ部材に取り付けられるとともに前記伸縮部の他端部が装着される第２部材とを有し、
前記伸縮部と前記第２部材とが嵌め合わされて嵌め合わせ部を構成するステージ装置。

【請求項18】

前記第２部材は、前記ステージ部材に取り付けられた固定治具と、スピンドルを回転させることにより前記ステージ部材を前記伸縮部の変位方向に移動させて大まかな位置調整を行う移動部と、前記スピンドルの先端に設けられた円筒部とを有し、前記伸縮部は前記円筒部に対応する円柱部を有し、前記伸縮部と前記第２部材とは、前記円柱部が前記円筒部に挿入されることにより、回転可能に嵌め合わされる請求項１７に記載のステージ装置。

【請求項19】

前記伸縮素子は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶合金素子のいずれかである請求項１７または請求項１８に記載のステージ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着治具とを有するアクチュエータおよびそれを用いたステージ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

何かを「動かす」ための機構であるアクチュエータは、各種産業機械、自動車、航空機、医療関連機器を始め、身の回りの電気製品に至るまで、あらゆるものに利用されている。アクチュエータは、例えば、産業機構においてはソレノイドやエアバルプ等、パソコンにおいてはハードディスクドライブに対して読み取りおよび書き込みを行うための磁気チップを移動させる移動機構等、また、携帯電話においては振動を発生するバイブレーションモータ等として利用されている。

【0003】

アクチュエータの駆動素子には、所定方向に伸縮変位する伸縮素子が用いられ、このような伸縮素子としては圧電素子や磁歪素子等を挙げることができる。

【0004】

これらの中では、特に、圧電素子が注目されている。圧電素子を用いた圧電アクチュエータは、（１）投入される電気エネルギーに対して実に６０％以上が機械エネルギーに変換され、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの素子で発生する力が３００ｋｇｆに達し、エネルギー効率がきわめて高い、（２）数ｋＨｚ以上の高速応答が可能である、（３）物体を一定の位置で保持する場合に、電圧を印加する必要はあるが、電流は流れなくて済むため、電気エネルギー消費を抑えることができる、（４）小型化、薄型化に適している、等の優れた点を有している。

【0005】

一方、伸縮素子をアクチュエータに用いる場合には、素子単独で用いられることはほとんどなく、通常、種々の装着部材に装着された状態で使用される。例えば、圧電素子は、発生する変位が数μｍから数十μｍと極めて小さいため、圧電素子を変位拡大機構に装着して、圧電素子の変位を数倍から数十倍に拡大する変位拡大機構型アクチュエータが開発されている（例えば特許文献１）。また、圧電素子は脆性材料であるセラミックスで構成され、引張り力に対して弱いため、圧電素子の破損を防止する目的で圧電素子に与圧を与える与圧機構を装着部材として用いる場合もある。さらに、伸縮素子を他の装置のインターフェイスに取り付ける場合に、取り付けのための部材に装着する場合もある。

【0006】

これらの装着部材は、伸縮素子の変位を高精度で取り出す必要があることから、従来は、伸縮素子の両端を装着部材の装着部に接着剤により接着している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−４８９５５号公報

【発明の概要】

【0008】

しかしながら、伸縮素子を装着部材に接着すると、想定外の力が作用する場合等に伸縮素子を取り外せないという不都合や、伸縮素子または装着部材が破損しても一方のみを交換することができないという不都合がある。

【0009】

これに対し、伸縮素子を接着せずに伸縮方向に圧力をかけて装着することも検討されているが、伸縮素子は伸縮動作が速いため、圧力をかけていても伸縮素子が伸縮を繰り返すことにより素子の位置ずれが生じてしまい、伸縮素子の破損を有効に防止することは困難である。

【0010】

したがって、本発明は、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことがないアクチュエータおよびそれを用いたステージ装置を提供することを目的とする。

【0011】

すなわち、本発明によれば、以下の（１）〜（２０）が提供される。

【0012】

（１）所定方向に伸縮変位する伸縮素子を有する伸縮部と、伸縮部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達される装着部材とを有するアクチュエータであって、
前記伸縮部の端部と前記装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部をさらに有し、
前記伸縮部と前記装着部材とは、前記嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定されるアクチュエータ。

【0013】

（２）前記嵌め合わせ部で前記伸縮部の端部と前記装着部材とが嵌め合わされることにより、前記伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定される（１）に記載のアクチュエータ。

【0014】

（３）前記伸縮部および前記装着部材の装着部分は、断面が矩形状をなし、前記伸縮部の端部と前記装着部分との嵌め合わせ部は、前記装着部分の対向する２辺から突出して設けられた一対の第１突出部を有する第１部分と、前記伸縮部の端部の、前記第１突出部に対応しない対向する２辺から突出して設けられた一対の第２突出部を有する第２部分とが嵌め合わされることにより構成される（２）に記載のアクチュエータ。

【0015】

（４）前記第１突出部は、前記装着部材の幅方向に対向して設けられており、前記装着部材は全体が同じ厚さで形成されている（３）に記載のアクチュエータ。

【0016】

（５）前記装着部材は筒状部または柱状部を有し、前記伸縮部は前記装着部材の前記筒状部または前記柱状部に対応する柱状部または筒状部を有し、前記伸縮部と前記装着部材とは、前記柱状部が前記筒状部に挿入されることにより嵌め合わされる（２）に記載のアクチュエータ。

【0017】

（６）前記嵌め合わせ部は、前記伸縮部の両端部側に設けられている（１）から（５）のいずれかに記載のアクチュエータ。

【0018】

（７）前記伸縮部が両端部側で嵌め合わされた際に、少なくとも一方側がねじ止めされる（６）に記載のアクチュエータ。

【0019】

（８）前記嵌め合わせ部は、前記伸縮部の一方の端部側に設けられており、他方の端部側は、前記伸縮部と前記装着部材とがねじ止めされている（１）から（５）のいずれかに記載のアクチュエータ。

【0020】

（９）前記伸縮部の両端面は、それぞれ該端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記装着部材の装着部分は、前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部が装着された際に、前記伸縮部の少なくとも一方の端部が前記装着部材の装着部分とねじ止めされる（１）に記載のアクチュエータ。

【0021】

（１０）前記伸縮部の一方の端面は、該端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記装着部材における前記伸縮部の一方の端面に対応する第１の装着部分は、前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部の他方の端面は、前記伸縮部が装着された際に前記装着部材の対応する第２の装着部分の端面につき合わされるように構成され、前記伸縮部が装着された際には、少なくとも、前記伸縮部の前記他方の端面を含む端部と前記第２の装着部分とがねじ止めされる（１）に記載のアクチュエータ。

【0022】

（１１）前記装着部材における前記伸縮部の両端部がそれぞれ装着される装着部分は、その端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記伸縮部の両端部はそれぞれ前記一対の突出部に挟み込まれるように装着される前記嵌め合わせ部が構成され、前記伸縮部が装着された際に、前記伸縮部の少なくとも一方の端部が前記装着部材の装着部分とねじ止めされる（１）に記載のアクチュエータ。

【0023】

（１２）前記装着部材における前記伸縮部の一方の端部が装着される第１の装着部分は、その端面の対向する辺から突出する一対の突出部が形成され、前記伸縮部の前記一方の端部は前記一対の突出部に挟み込まれる前記嵌め合わせ部が構成され、前記装着部材における前記伸縮部の他方の端部側の第２の装着部分は、前記伸縮部が装着された際に、その端面が前記伸縮部の他方の端部の端面につき合わされるように構成され、前記伸縮部が装着された際には、少なくとも、前記伸縮部の前記他方の端部と前記第２の装着部分とがねじ止めされる（１）に記載のアクチュエータ。

【0024】

（１３）前記伸縮部は、伸縮素子の端部に金属製の嵌め合わせ治具が、前記伸縮素子が伸縮方向以外の方向に移動しない状態で装着されて構成され、前記嵌め合わせ治具と前記装着部材とが嵌め合わされている（１）から（１２）のいずれかに記載のアクチュエータ。

【0025】

（１４）前記伸縮素子と前記嵌め合わせ治具とは接着されている（１３）に記載のアクチュエータ。

【0026】

（１５）前記嵌め合わせ治具の端部に凹部が形成され、該凹部に前記伸縮素子が挿入されて嵌め込まれている（１３）に記載のアクチュエータ。

【0027】

（１６）前記装着部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構である（１）から（１５）のいずれかに記載のアクチュエータ。

【0028】

（１７）前記アクチュエータはステージの駆動機構として用いられ、前記装着部材は、前記伸縮素子の変位を前記ステージに伝達する（２）に記載のアクチュエータ。

【0029】

（１８）前記ステージは、ベース部材と、前記ベース部材の上を移動するステージ部材とを有し、前記装着部材は、前記ベース部材に取り付けられるとともに前記伸縮部の一端部が装着される第１部材と、前記ステージ部材に取り付けられるとともに前記伸縮部の他端部が装着される第２部材とを有し、
前記伸縮部と前記第２部材とが嵌め合わされて嵌め合わせ部を構成する（１７）に記載のアクチュエータ。

【0030】

（１９）前記第２部材は、前記ステージ部材に取り付けられた固定治具と、スピンドルを回転させることにより前記ステージ部材を前記伸縮部の変位方向に移動させて大まかな位置調整を行う移動部と、前記スピンドルの先端に設けられた円筒部とを有し、前記伸縮部は前記円筒部に対応する円柱部を有し、前記伸縮部と前記第２部材とは、前記円柱部が前記円筒部に挿入されることにより、回転可能に嵌め合わされる（１８）に記載のアクチュエータ。

【0031】

（２０）前記伸縮素子は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶合金素子のいずれかである（１）から（１９）のいずれかに記載のアクチュエータ。

【0032】

本発明によれば、伸縮部の端部と装着部材とを着脱可能に嵌め合わせる嵌め合わせ部を設け、伸縮部と装着部材とは、嵌め合わせ部により嵌め合わされた状態で、伸縮部が伸縮方向以外の方向へ移動しないように固定されるので、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことが防止される。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第１の例を示す概略正面図である。

【図2】伸縮素子の端部に金属製の嵌め合わせ治具を接着した伸縮部を示す概略図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第２の例を示す概略正面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第２の例の変形例を示す概略正面図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第２の例の他の変形例を示す概略正面図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第２の例のさらに他の変形例を示す斜視図である。

【図7】嵌め合わせ部の第１の例を説明するための斜視図である。

【図8A】嵌め合わせ部の第１の例において、嵌め合わせ部の一方側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図8B】嵌め合わせ部の第１の例において、嵌め合わせ部の両側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図9A】嵌め合わせ部の第２の例を説明するための斜視図である。

【図9B】嵌め合わせ部の第２の例を説明するための斜視図である。

【図9C】嵌め合わせ部の第２の例を説明するための斜視図である。

【図10A】嵌め合わせ部の第３の例において、嵌め合わせ部を伸縮部の両側に設け、嵌め合わせ部の一方側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図10B】嵌め合わせ部の第３の例において、嵌め合わせ部を伸縮部の両側に設け、嵌め合わせ部の両側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図10C】嵌め合わせ部の第３の例において、嵌め合わせ部を伸縮部の片側に設け、嵌め合わせ部を設けない側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図11A】嵌め合わせ部の第４の例において、嵌め合わせ部の一方側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図11B】嵌め合わせ部の第４の例において、嵌め合わせ部の両側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図11C】嵌め合わせ部の第４の例において、嵌め合わせ部を伸縮部の片側に設け、嵌め合わせ部を設けない側をねじ止めした状態を示す概略正面図である。

【図12A】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータを適用したステージ装置の平面図である。

【図12B】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータを適用したステージ装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0035】

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態では伸縮素子を有する伸縮部を装着部材である変位拡大機構に装着し、伸縮部の変位を変位拡大機構で拡大するアクチュエータについて説明する。

【0036】

（アクチュエータの第１の例）
図１は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第１の例を示す概略正面図である。なお、第１の例の説明においては、便宜上、図１の上下を基準に説明するが、アクチュエータの配置はこれに限るものではない。

【0037】

アクチュエータ１００は、電圧等のトリガーを与えることにより所定方向に伸縮する伸縮素子を有する伸縮部１と、この伸縮部１が装着される装着部材として機能するとともに、伸縮素子の伸縮変位を拡大して対象物に伝達させる変位拡大機構２とを具備している。

【0038】

伸縮部１の伸縮素子としては、所定方向に伸縮する素子であればよく、電圧に応じて変位する圧電素子、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を挙げることができる。いずれの素子の場合にも電源からの電圧を直接印加するか、または電圧を適宜の手段で磁界や温度に変換して用いることにより電圧に応じた変位を実現することができる。なお、図１では、電気端子等は省略している。

【0039】

伸縮素子が圧電素子である場合には、伸縮素子は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて例えば４０ｍｍの長さにされた直方体として構成される。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３；ＰＺＴ）を挙げることができる。伸縮素子１の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。

【0040】

装着部材である変位拡大機構２は、伸縮部１が装着され伸縮部１の変位が伝達される変位伝達部２０と、伸縮部１の変位を拡大する動作を行う変位拡大動作部３０とを有する。伸縮部１の変位は、変位伝達部２０に伝達され、さらに変位拡大動作部３０に伝達されるとともに拡大される。

【0041】

変位伝達部２０は、伸縮部１の下端部が接続される第１部材３と、伸縮部１の上端部が接続される第２部材４とを有している。第１部材３は、伸縮部１が挿入される切り欠き５を有するＵ字状に形成されおり、伸縮部１は、その長手方向が上下方向に一致するように切り欠き５内に挿入される。伸縮部１の伸縮素子は長手方向に伸縮するようになっている。そして、第１部材３における切り欠き５の底部と伸縮部１の下端部とが接続されるようになっている。第２部材４は、切り欠き５の上部に入り込むように設けられており、第２部材４の下端部と伸縮部１の上端部とが接続されるようになっている。なお、第１部材３には、ボルト等によって基材に取り付けるための厚さ方向に貫通する取り付け穴９が複数形成されている。

【0042】

第２部材４の下端部と伸縮部１の上端部とは、嵌め合わせ部７により着脱可能に嵌め合わされている。また、第１部材３における切り欠き５の底部と伸縮部１の下端部とは、同様に嵌め合わせ部８により着脱可能に嵌め合わされている。

【0043】

伸縮部１は、伸縮素子の端部を第２部材４に直接嵌め合わせる構成であってもよいが、伸縮素子として圧電素子を用いる場合には、圧電素子が脆性材料であるセラミックスで構成されているため、強度が不十分になるおそれがある。そのような場合には、図２に示すように、伸縮部１として、伸縮素子１７の端部にステンレス鋼等の金属製の嵌め合わせ治具１８を装着し、この嵌め合わせ治具１８を第２部材４との嵌め合わせに用いるようにすることが好ましい。

【0044】

このとき、嵌め合わせ治具１８と伸縮素子１７は、装着面であるＸＹ平面に対して移動しないように、つまり伸縮素子１７の伸縮方向以外の方向に移動しないようにすることが必要であり、そのための手法としては、嵌め合わせ治具１８と伸縮素子１７とを接着することが挙られる。また、嵌め合わせ治具１８の伸縮素子側の端部の四方を額縁状に残して凹部を形成し、その中に伸縮素子１７を挿入して嵌め込むようにしてもよい。この手法は、接着しなくてもよいメリットがある。また、変位拡大機構２における第２部材４の端部の四方を額縁状に残して凹部を形成した状態に加工し、その中に直接伸縮素子を挿入するようにしてもよい。しかし、その場合には、第２部材４の厚さを変位拡大機構２の他の部分の厚さと同じにすることができないため、簡単な手法であるワイヤーカットを用いることができず、複雑な加工を要する。

【0045】

伸縮素子を含む伸縮部１は、変位伝達部２０に装着された状態で、適宜の方法により予め圧縮力が与えられるようになっている。特に、伸縮素子として圧電素子を用いた場合には、圧電素子が脆性材料であるセラミックス材料で構成されており、引張り力に対して弱いことから、予め圧縮力を与えることが重要である。伸縮素子に予め圧縮力を与える方法としては、特開２００８−９９３９９号公報、特開２０１２−１３９０２８号公報に記載された方法を挙げることができる。

【0046】

変位拡大動作部３０は、一端部が第１部材３および第２部材４にそれぞれヒンジ結合され、他端部が変位対象物を変位させる一対のアーム１２を有している。すなわち、各アーム１２の基端部は、Ｕ字状をなす第１部材３の一方側の上端から延びるヒンジ１０と、第２部材４の上端から延びるヒンジ１１とにより、第１部材３および第２部材４に結合されている。そして、これらアーム１２は、湾曲して第２部材４の一方の周縁および他方の周縁に沿うように延びている。アーム１２の先端部には、板ばね１４の一端部が接合され、各板ばね１４の他端部同士は、対象物を取り付けるための取り付け孔１６を有するセンターピース１５を介して連結されている。変位対象物はこのセンターピース１５に取り付けられる。

【0047】

ヒンジ１０、１１は可撓性材料によって形成され、ヒンジ１０はアーム１２および第１部材３と一体的に設けられ、ヒンジ１１はアーム１２および第２部材４と一体的に設けられている。そして、ヒンジ１０、１１は、伸縮素子の伸縮によって撓みまたは曲げ変形することにより、第２部材４の移動およびアーム１２の回動が許容される。

【0048】

これにより、伸縮部１における伸縮素子の伸縮にともなう第２部材４の移動によってアーム１２がヒンジ１０および１１を介して回動することにより、変位対象物に１０〜３０倍に拡大された変位が作用される。

【0049】

具体的には、伸縮部１の下端部は第１部材３に拘束されており、伸縮部１の上端部は第２部材４に拘束されていて、電圧が印加されていない状態で第１部材３と第２部材４の上端の高さ位置は一致しているから、伸縮素子が伸びる方向に変位した場合に、第２部材４が第１部材３に対して上昇し、その変位は、ヒンジ１０、１１を介して変位拡大動作部３０のアーム１２に伝達され、アーム１２は、第１部材３に近接するように回動し、板バネ１４を介してセンターピース１５およびセンターピース１５に取り付けられた対象物に下方に向かう拡大された変位が生じる。逆に、伸縮素子が縮む方向に変位した場合に、第２部材４が第１部材に対して下降し、その変位は、ヒンジ１０、１１を介して変位拡大動作部３０のアーム１２に伝達され、アーム１２は、第１部材３に対して離間するように回動し、板バネ１４を介してセンターピース１５に上方に向かう拡大された変位が生じる。

【0050】

なお、各板ばね１４は、一端側および他端側にそれぞれ薄肉部１４ａ、１４ｃを有し、中間部に薄肉部１４ａ、１４ｃよりも厚い厚肉部１４ｂを有しており、この厚肉部１４ｂによって撓みまたは曲げ変形した際の座屈の発生が防止される。

【0051】

このように構成されたアクチュエータ１００においては、変位拡大機構２の変位伝達部２０に伸縮素子を有する伸縮部１を装着し、伸縮素子に電圧を与えることにより、伸縮素子が伸長すると、これにともなって第２部材４が第１部材３に対して上昇し、この変位によってヒンジ１１もヒンジ１０に対して変位するため、ヒンジ１０、１１に結合された一対のアーム１２がてこの原理によって互いに近づくように回動する。これに追従して、各板ばね１４も互いに近接するように撓みまたは曲げ変形し、センターピース１５およびセンターピース１５に取り付けられた変位対象物が下方に変位する。このとき、アーム１２により、伸縮素子の変位が数倍から数十倍に拡大され、その拡大された変位を変位対象物に作用させることができる。伸縮素子に逆極性の電圧を与えて、伸縮素子を縮退させた際には、同様にてこの原理により、一対のアーム１２が高いに遠ざかるように回動し、センターピース１５およびセンターピース１５に取り付けられた変位対象物に対して上方に拡大された変位が作用する。

【0052】

（アクチュエータの第２の例）
図３は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの第２の例を示す概略正面図である。

【0053】

アクチュエータ１００′は、電圧等のトリガーを与えることにより所定方向に伸縮する伸縮素子を有する伸縮部１と、この伸縮部１が装着される装着部材として機能するとともに、伸縮素子の伸縮変位を拡大して対象物に伝達させる変位拡大機構２′とを具備している。

【0054】

伸縮部１の伸縮素子としては、第１の例と同様、所定方向に伸縮する素子であればよく、電圧に応じて変位する圧電素子、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を挙げることができる。いずれの素子の場合にも電源からの電圧を直接印加するか、または電圧を適宜の手段で磁界や温度に変換して用いることにより電圧に応じた変位を実現することができる。なお、図３でも、電気端子等は省略している。

【0055】

伸縮素子は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて例えば４０ｍｍの長さにされた直方体をなす圧電素子として構成されている。

【0056】

伸縮素子は、電圧が印加されることにより、図３の矢印Ｃで示す長さ方向（図１のＹ方向）に伸縮するように構成されている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３；ＰＺＴ）を挙げることができる。伸縮素子１の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。

【0057】

伸縮素子を含む伸縮部１は、変位拡大機構２′に装着された状態で、適宜の方法により予め圧縮力が与えられるようになっている。特に、伸縮素子として圧電素子を用いた場合には、圧電素子が脆性材料であるセラミックス材料で構成されており、引張り力に対して弱いことから、予め圧縮力を与えることが重要である。伸縮素子に予め圧縮力を与える方法としては、上述したように、特開２００８−９９３９９号公報、特開２０１２−１３９０２８号公報に記載された方法を挙げることができる。

【0058】

変位拡大機構２′は、可撓性を有するヒンジを備えたヒンジ機構として構成され、伸縮部１のＹ方向の変位が伝達され、拡大されたＸ方向の変位として出力し、その拡大された変位を移動対象部材（図示せず）に伝達するものであり、伸縮部１の外側を覆うように設けられている。変位拡大機構２′は、伸縮部１の長さ方向（Ｙ方向）の一端部および他端部にそれぞれ取り付けられる第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２を有し、これら第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２の間の伸縮部１の一方側および他方側に、それぞれ、第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２をつなぐ第１変位伝達部４０ａおよび第２変位伝達部４０ｂを有している。

【0059】

第１ヘッドピース４１の内側部分と伸縮部１の一端部とは、嵌め合わせ部７により着脱可能に嵌め合わされている。また、第２ヘッドピース４２の内側部分と伸縮部１の他端部とは、嵌め合わせ部８により着脱可能に嵌め合わされている。

【0060】

第１変位伝達部４０ａは、第１ヒンジ４３ａと、第１中間部材４４ａと、第２ヒンジ４５ａと、第１出力部材４６ａと、第３ヒンジ４７ａと、第２中間部材４８ａと、第４ヒンジ４９ａとを有し、第１中間部材４４ａが第１ヒンジ４３ａを介して第１ヘッドピース４１に連結され、第２中間部材４８ａが第４ヒンジ４９ａを介して第２ヘッドピース１２に連結されており、第１出力部材４６ａは、それぞれ第２ヒンジ４５ａおよび第３ヒンジ４７ａを介して第１中間部材４４ａおよび第２中間部材４８ａに連結されている。

【0061】

一方、第２変位伝達部４０ｂは、第５ヒンジ４３ｂと、第３中間部材４４ｂと、第６ヒンジ４５ｂと、第２出力部材４６ｂと、第７ヒンジ４７ｂと、第４中間部材４８ｂと、第８ヒンジ４９ｂとを有し、第３中間部材４４ｂが第５ヒンジ４３ｂを介して第１ヘッドピース４１に連結され、第４中間部材４８ｂが第８ヒンジ１９ｂを介して第２ヘッドピース４２に連結されており、第２出力部材４６ｂは、それぞれ第６ヒンジ４５ｂおよび第７ヒンジ４７ｂを介して第３中間部材４４ｂおよび第４中間部材４８ｂに連結されている。

【0062】

第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂは、伸縮部１の長さ方向（Ｙ方向）中央部に伸縮部１を挟んで対向するように設けられている。第１出力部材４６ａには、移動対象部材（図示せず）が装着される。一方、第２出力部材４６ｂは、固定治具３１に固定されている。

【0063】

第１中間部材４４ａと第２中間部材４８ａは、第１出力部材４６ａを挟んで対称に配置され、第１中間部材４４ａおよび第２中間部材４８ａと、第３中間部材４４ｂおよび第４中間部材４８ｂとは、伸縮部１を挟んで対称に配置される。また、第１〜第８ヒンジ４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａ，４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂは可撓性を有し、伸縮素子１の伸縮により撓んで伸縮素子１の変位を第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂに伝達可能となっており、伸縮部１がＹ方向に伸縮変位することにより、第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂから拡大されたＸ方向の変位が出力されるようになっている。

【0064】

そして、第１ヒンジ４３ａ、第４ヒンジ４９ａ、第５ヒンジ４３ｂ、および第８ヒンジ４９ｂは、第２ヒンジ４５ａ、第３ヒンジ４７ａ、第６ヒンジ４５ｂ、第７ヒンジ４７ｂよりも外側に設けられているため、伸縮部１の伸縮素子が伸長した際に、第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂが伸縮素子１に対し相対的に外側へ変位するようになっている。このとき、第２出力部材４６ｂは固定治具３１で固定されているため、第２出力部材４６ｂは実際には不動部である。このため、伸縮素子１が矢印Ａ方向に伸長した際には、第２出力部材４６ｂ以外の部分が伸縮素子とともに図１の矢印Ｂの方向へ変位し、その変位が移動対象部材に伝達される。

【0065】

なお、移動対象部材を第１出力部材４６ａに装着して第２出力部材４６ｂを固定する代わりに、移動対象部材を第２出力部材４６ｂに装着して第１出力部材４６ａを固定してもよいし、第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂの両方に移動対象部材を装着して、両方を動作させてもよい。

【0066】

このように構成されたアクチュエータ１００′においては、伸縮素子に所定の電圧を与えることにより、伸縮部１がＹ方向に伸長変位（矢印Ａ方向）すると、それにともなって、装着部材である変位拡大機構２′にその変位が伝達される。変位拡大機構２′においては、伸縮部１の伸長変位が第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２に伝達され、第１変位伝達部４０ａの第１〜第４ヒンジ４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａおよび第２変位伝達部４０ｂの第５〜第８ヒンジ４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂを介して第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂが、矢印Ｂに示すようにＸ方向に沿って外側に変位し、１０〜３０倍程度に拡大されたＸ方向の変位として出力される。そして、その拡大された変位が移動対象部材（図示せず）に伝達される。伸縮素子１が伸長した状態から縮退する場合には、逆の動作により第１出力部材４６ａおよび第２出力部材４６ｂが内側に変位する。

【0067】

なお、この第２の例においては、いくつかの変形例が可能である。
例えば図４のように、第１〜第８ヒンジ４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａ，４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂを変更して、伸縮部１が伸長変位した際に、第１出力部材４６ａを図３の矢印Ｂ方向とは逆の矢印Ｃ方向に変位させることができる。また、図５に示すように、一方側の中間部にヒンジを設けずに第１出力部材４６ａのみ変位するようにしてもよい。さらに、図６に示すように、第１出力部４６ａおよび第２出力部４６ｂの変位が伸縮部１に妨げられないように、２つの伸縮部１の間に第１変位伝達部４０ａおよび第２変位伝達部４０ｂを設けるようにしてもよい。

【0068】

（嵌め合わせ部の第１の例）
次に、嵌め合わせ部の第１の例について説明する。
ここでは、図１に示すアクチュエータの第１の例に適用した嵌め合わせ部を示すが、図３に示すアクチュエータの第２の例にも同様に適用することができる。

【0069】

図７は、嵌め合わせ部の第１の例を説明するための斜視図である。図７に示すように、変位拡大機構２の第２部材４および伸縮部１は、いずれも断面矩形状の角柱状に形成されており、第２部材４の下端部と伸縮部１の上端部との嵌め合わせ部７は、第２部材４の下端の幅方向（矢印Ｅ方向）に対向する２辺から突出して設けられた一対の第１突出部２１を有する第１部分７ａと、伸縮部１の上端の、第１突出部２１に対応しない厚さ方向（Ｆ方向）に対向する２辺から突出して設けられた一対の第２突出部２２を有する第２部分７ｂとが嵌め合わされることにより構成される。第１部分７ａと第２部分７ｂとが嵌め合わされた状態では、第１部分７ａの突出部２１と第２部分７ｂの第２突出部２２は直交しており、第１部分７ａの突出部２１は、伸縮部１の上端部の第２突出部２２が形成されていない２辺に対応する面を隙間なく挟むように構成され、第２部分７ｂの第２突出部２２は、第２部材４の第１突出部が形成されていない２辺に対応する面を隙間なく挟むように構成される。また、第２部分７ｂは、第１突出部２１が嵌め込まれる段差部２３を有している。これにより、第１突出部２１および第２突出部２２によって、第２部材４と伸縮部１のＸ方向およびＹ方向の相対移動が阻止され、伸縮部１と第２部材４とは、これらの接続面内での移動が生じない状態とすることができる。切り欠き５の底部と伸縮部１の下端部との嵌め合わせ部８も嵌め合わせ部７と同様に構成される。

【0070】

このように、嵌め合わせ部７により伸縮部１の上端部と第２部材４とが嵌め合わされ、嵌め合わせ部８により伸縮部１の下端部と第１部材３とが嵌め合わされることにより、伸縮部１が変位方向以外の方向へ移動しないようにすることができる。また、変位拡大機構２は、全体が同じ厚さで構成すると、ワイヤカット等の簡易な方法を採用することができ、製造上有利であるが、上記のような構造の嵌め合わせ部７を採用することにより、変位拡大機構２の変位伝達部２０は同じ厚さで形成することができ、製造性を低下させることはない。伸縮部１の第２部分７ｂは、第２突出部２２の分だけ厚さ方向に張り出している。

【0071】

なお、伸縮部１の伸縮方向に与圧を与えているので、嵌め合わせ部７、８のいずれか一方のみを設け、嵌め合わせ部が存在しない側の伸縮部１の端面を第１部材３または第２部材４の対応する端面に接触するのみとしてもよい。

【0072】

従来は、伸縮素子を装着部材である変位拡大機構に接着して用いていたが、伸縮素子を接着すると、想定外の力が作用する場合等に伸縮素子を取り外せないという不都合や、伸縮素子または装着部材が破損しても一方のみを交換することができないという不都合があった。一方、このような不都合を解消するために、伸縮素子を接着せずに伸縮方向に圧力をかけて装着することも検討されていたが、伸縮素子は伸縮動作が速いため、圧力をかけていても伸縮素子が伸縮を繰り返すことにより素子の位置ずれが生じてしまい、伸縮素子の破損を有効に防止することは困難であった。

【0073】

そこで、本例では、伸縮素子を有する伸縮部１の上端部および下端部と、装着部材である変位拡大機構２の第２部材４および第１部材３とを、それぞれ、嵌め合わせ部７、８によりこれらの接合面内で移動しないように着脱可能に嵌め合わせるようにする。このように、伸縮素子を装着部材である変位拡大機構２に接着せずに着脱可能としたので、伸縮素子を接着すると、想定外の力が作用する場合等に伸縮素子を取り外せないという不都合や、伸縮素子または装着部材が破損しても一方のみを交換することができないという不都合を回避することができる。また、伸縮素子を有する伸縮部１が伸縮方向以外の方向に移動しないようにすることができ、伸縮素子が伸縮を繰り返しても伸縮素子に位置ずれが生じず、伸縮素子の破損を防止することができる。特に、伸縮素子として脆性材料であるセラミック材料を用いる圧電素子を用いる場合に、この破損防止効果が有効である。

【0074】

この場合に、上述したように伸縮部１の伸縮方向に予め圧縮力が与えられているので、嵌め合わせ部７、８のいずれか一方のみを設け、嵌め合わせ部が存在しない側の伸縮部１の端面を第１部材３または第２部材４の対応する端面に接触するのみとしても上記効果を得ることができる。ただし、上記効果を確実に得る観点からは、嵌め合わせ部７、８を両方設けることが好ましい。

【0075】

また、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、このような嵌め合わせ部の少なくとも一方側をねじ止めするとにより、伸縮部１の装着をより確実に行うことができる。図８Ａ、図８Ｂはアクチュエータの第２の例を例にとって説明するものであるが、図８Ａは、嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１と伸縮部１とをねじ３２によりねじ止めしている例であり、図８Ｂは嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１および嵌め合わせ部８側の第２ヘッドピース４２の両方を伸縮部１に対してねじ３２および３３によりねじ止めしている例である。

【0076】

なお、嵌め合わせ部７、８のいずれか一方のみを設け、伸縮部１の嵌め合わせ部が設けられていない端部側を装着部材とねじ止めするようにしてもよい。また、嵌め合わせ部７、８のいずれか一方のみを設け、伸縮部１の両方の端部を装着部材とねじ止めするようにしてもよい。

【0077】

（嵌め合わせ部の第２の例）
次に、嵌め合わせ部の第２の例について説明する。
ここでは、伸縮部と装着部材との接続面の面内移動が生じないような嵌め合わせ手法の他の例について、図１に示すアクチュエータの第１の例に基づいて説明する。もちろん、図３に示すアクチュエータの第２の例にも同様に適用することもできる。

【0078】

図９Ａは、第２部材４の端部を角筒部４ａとし、伸縮部１の一方の端部を角筒部４ａに対応する角柱部１ａとし、角柱部１ａを角筒部４ａに挿入することにより嵌め合わせ部７を構成した例を示すものである。また、図９Ｂは、第２部材４の端部を円筒部４ｂとし、伸縮部１の一方の端部を円筒部４ｂに対応する円柱部１ｂとし、円柱部１ｂを円筒部に挿入することにより嵌め合わせ部７を構成した例を示すものである。また、角筒部や円筒部および角柱部や円柱部に限らず、他の多角筒や多角柱であってもよく、互いに適合する筒状部と柱状部であればよい。また、図９Ｂのように円筒部４ｂと円柱部１ｂの組み合わせの場合は、伸縮部１が変位方向以外の方向へ移動しないようにしつつ、円筒部４ｂと円柱部１ｂとが相対的に回転することが許容される。なお、第２部材４の端部が多角筒で伸縮部１の対応する端部がそれに内接する円柱の場合にも同様に、相対的に回転することが許容される。

【0079】

また、図９Ｃに示すように、第２部材４の端部を、角柱部４ｃの先端に円筒部４ｄを設けた構成にすることもできる。

【0080】

なお、本例において、上記図９Ａ〜図９Ｃとは逆に、装着部材側に柱状部を設け、伸縮部側に筒状部を設けて、これらにより嵌め合わせ部を構成してもよい。また、伸縮部１の全体の断面形状は特に限定されない。また、本例においても、伸縮部１は伸縮素子のみで構成されていてもよいし、図２に示すように、伸縮素子１７と嵌め合わせ部材１８で構成されていてもよい。

【0081】

（嵌め合わせ部の第３の例）
次に、嵌め合わせ部の第３の例について説明する。
ここでは、伸縮部と装着部材との嵌め合わせ部により位置決めを行い、ねじ止めにより伸縮部を拘束する例について、図３に示すアクチュエータの第２の例に基づいて説明する。もちろん、図１に示すアクチュエータの第１の例にも同様にに適用することができる。

【0082】

図１０Ａの例では、伸縮部１は断面が矩形状をなし、伸縮部１の両端面に、対向する２辺から突出した一対の突出部５１を形成し、一対の突出部５１が第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２の端部の装着部分５２を挟むようにして嵌め合わせ部７および嵌め合わせ部８が構成される。これによって伸縮部１の位置決めがなされる。そして、嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１と伸縮部１とをねじ３２によりねじ止めする。これにより、伸縮部１と変位拡大機構２′とが着脱可能であり、ねじにより固定された際には、伸縮部１の伸縮方向以外の方向へ移動することが防止され、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことがない。

【0083】

図１０Ｂの例では、嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１および嵌め合わせ部８側の第２ヘッドピース４２の両方を伸縮部１に対してねじ３２および３３によりねじ止めしている。一方のみのねじ止めで上記効果を奏することができるが、このように伸縮部１の両側をねじ止めすることにより、より確実に上記効果を得ることができる。

【0084】

図１０Ｃの例では、図１０Ａおよび図１０Ｂの例と同様に嵌め合わせ部８が構成されているが、伸縮部１の第１ヘッドピース４１側の端面は、第１ヘッドピースの装着部分５２の端面とつき合わされるように構成されている。これによって、より簡易に伸縮部１の位置決めを行うことが可能である。そして、伸縮部が装着された際に、伸縮部１の第１ヘッドピース４１側の端部が第１ヘッドピース４１とねじ３２によりねじ止めされる。これにより、伸縮部１と変位拡大機構２′とが着脱可能であり、ねじにより固定された際には、伸縮部１の伸縮方向以外の方向へ移動することが防止され、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことがない。なお、図１０Ｃの例において、嵌め合わせ部７を設け、伸縮部１の第２ヘッドピース４２側の端面が、第２ヘッドピースの装着部分５２の端面と付き合わされるように構成され、伸縮部１の第２ヘッドピース４２側の端部を第２ヘッドピース４２とねじ止めするようにしてもよい。また、伸縮部１の両側をねじ止めしてもよい。

【0085】

なお、伸縮部１の断面形状、変位拡大機構２′の装着部分の断面形状を矩形状としたが、これに限るものではない。また、本例においても、伸縮部１は伸縮素子のみで構成されていてもよいし、図２に示すように、伸縮素子１７と嵌め合わせ部材１８で構成されていてもよい。

【0086】

（嵌め合わせ部の第４の例）
次に、嵌め合わせ部の第４の例について説明する。
ここでは、第３の例と同様、伸縮部と装着部材との嵌め合わせ部により位置決めを行い、ねじ止めにより伸縮部を拘束する例について、図３に示すアクチュエータの第２の例に基づいて説明する。もちろん、図１に示すアクチュエータの第１の例にも同様に適用することができる。

【0087】

図１１Ａの例では、第１ヘッドピース４１および第２ヘッドピース４２の伸縮部１側の端部の装着部分は、その断面が矩形状をなし、端面の対向する２辺から突出した一対の突出部５３を有すし、突出部５３が伸縮部１の両方の端部５４を挟むようにして嵌め合わせ部７および嵌め合わせ部８が構成される。これにより伸縮部１の位置決めがなされる。そして、嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１と伸縮部１とをねじ３２によりねじ止めする。これにより、伸縮部１と変位拡大機構２′とが着脱可能であり、ねじにより固定された際には、伸縮部１の伸縮方向以外の方向へ移動することが防止され、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことがない。

【0088】

図１１Ｂの例では、嵌め合わせ部７側の第１ヘッドピース４１および嵌め合わせ部８側の第２ヘッドピース４２の両方を伸縮部１に対してねじ３２および３３によりねじ止めしている。一方のみのねじ止めで上記効果を奏することができるが、このように伸縮部１の両側をねじ止めすることにより、より確実に上記効果を得ることができる。

【0089】

図１１Ｃの例では、図１１Ａおよび図１１Ｂの例と同様に嵌め合わせ部８が構成されているが、伸縮部１の第１ヘッドピース４１側の端面は、第１ヘッドピースの装着部分５２の端面とがつき合わされるように構成されている。これによって、より簡易に伸縮部１の位置決めを行うことが可能である。そして、伸縮部が装着された際に、伸縮部１の第１ヘッドピース４１側の端部が第１ヘッドピース４１とねじ３２によりねじ止めされる。これにより、伸縮部１と変位拡大機構２′とが着脱可能であり、ねじにより固定された際には、伸縮部１の伸縮方向以外の方向へ移動することが防止され、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を回避することができ、かつ動作時に伸縮素子の破損をもたらすことがない。なお、図１１Ｃの例において、嵌め合わせ部７を設け、伸縮部１の第２ヘッドピース４２側の端面が、第２ヘッドピースの装着部分５２の端面と付き合わされるように構成され、伸縮部１の第２ヘッドピース４２側の端部を第２ヘッドピース４２とねじ止めするようにしてもよい。また、伸縮部１の両側をねじ止めしてもよい。

【0090】

なお、伸縮部１の断面形状、変位拡大機構２′の装着部分の断面形状を矩形状としたが、これに限るものではない。また、本例においても、伸縮部１は伸縮素子のみで構成されていてもよいし、図２に示すように、伸縮素子１７と嵌め合わせ部材１８で構成されていてもよい。

【0091】

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１２Ａは、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータを用いたステージ装置を示す平面図、図１２Ｂはその側面図である。

【0092】

ステージ装置４００は、ステージ２００と、ステージ２００を駆動する駆動機構としてのアクチュエータ３００とを有している。

【0093】

ステージ２００は、ベース部材６１と、ベース部材６１の上に設けられたレール６３上を移動するステージ部材６２とを有する。ステージ部材６２は、ばね部材（図示せず）により、矢印Ａ方向に付勢されている。

【0094】

アクチュエータ３００は、ステージ２００の駆動機構として用いられ、電圧等のトリガーを与えることにより所定方向に伸縮する伸縮素子を有する伸縮部７１と、この伸縮部７１が装着される装着部材７２とを有する。伸縮部７１は、第１の実施形態の伸縮部１と同様に構成され、図中Ｘ方向に変位するようになっている。

【0095】

装着部材７２は、ステージ２００のベース部材６１に取り付けられるとともに伸縮部７１の一端部が装着される第１部材７３と、ステージ部材６２に取り付けられるとともに伸縮部の他端部が装着される第２部材７４とを有している。

【0096】

第１部材７３は、ベース部材６１から上方に延びる垂直部８１と、伸縮部７１の一端部に固定され垂直部８１に嵌め込まれる取り付け部８２とを有している。

【0097】

第２部材７４は、ステージ部材６２に取り付けられた固定治具９１と、固定治具９１に取り付けられ、固定治具９１を介してステージ部材６２を図中Ｘ方向に移動させ大まかな位置調整を行う移動部９２を有している。移動部９２は、マイクロメータと同様の原理を有するものであり、手動で回転させる回転部９３と、回転部９３の内側に設けられ、固定治具９１に取り付けられたスリーブ９４と、回転部９３を回転させることにより回転しながらスリーブに対して相対的にＸ方向に直進するスピンドル９５と、スピンドル９５の先端に設けられた円筒部９６とを有する。

【0098】

一方、伸縮部７１は円柱状をなし、その他端部が円筒部９６に対応する円柱部７１ａとなっており、円柱部７１ａと円筒部９６とが着脱可能に嵌め合わされて嵌め合わせ部９０を形成し、伸縮部７１が変位方向以外の方向へ移動しないようになっている。円柱部７１ａは、伸縮素子の一部であってもよいし、伸縮素子に装着された嵌め合わせ治具であってもよい。また、移動部９２によりステージ部材６２を移動させる際には、回転部９３を回転させることによりスピンドル９５が回転し、それにともなって円筒部９６も回転するが、嵌め合わせ部９０は円筒と円柱の嵌め合わせであるため、伸縮部７１が変位方向以外の方向へ移動しない状態を保ったまま回転を許容する。

【0099】

このように構成されたステージ装置４００において、ステージ２００の駆動機構として用いられるアクチュエータ３００は、伸縮部７１の一端部が装着部材７２の第１部材７３に装着され、他端部が装着部材７２の第２部材７４に装着された状態とされる。具体的には、伸縮部７１の一端部に固定された取り付け部８２が垂直部８１に嵌め込まれ、伸縮部７１の他端部を構成する円柱部７１ａが、第２部材７４の円筒部９６に嵌め込まれる。

【0100】

ステージ２００のステージ部材６２の位置を大まかに合わせる際には、移動部９２の回転部９３を回転させ、スピンドル９５を回転させながら直動させる。これにより、固定治具９１に取り付けられたスリーブ９４が相対的にＸ方向に移動し、これにともなってステージ部材６２がＸ方向に移動する。ステージ部材６１の位置を微調整する際には、移動部９２によりステージ部材６２の位置を調整した後、伸縮部７１の伸縮素子に電圧を与えることにより伸縮素子を伸縮させる。

【0101】

このように、アクチュエータ３００は、伸縮部７１の円柱部７１ａと装着部７２を構成する第２部材７４の円筒部９６とが着脱可能に嵌め合わされて嵌め合わせ部９０を形成し、伸縮部７１が変位方向以外の方向へ移動しないようになっているので、伸縮素子を装着部材に対して接着することの不都合を解消することができる。

【0102】

また、移動部９２を移動する際にスピンドル９５の回転にともなって円筒部９６が回転するが、嵌め合わせ部９０は円筒と円柱の嵌め合わせであるため、伸縮部７１が変位方向以外の方向へ移動しない状態を保ったまま回転を許容する。このような用い方は、従来の伸縮素子と装着部材とを接着する場合では困難であったが、本実施形態では容易に行うことができる。

【0103】

なお、上記例では、Ｘ方向のみに移動するステージ装置を示したが、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ移動するステージ部材を設けたＸＹステージ装置であってもよい。その場合には、Ｘ方向のアクチュエータとＹ方向のアクチュエータを２つ設ければよい。また、上記例では、回転部を手動で回転する例を示したが、自動で回転するようにしてもよい。さらに、上記例では、アクチュエータとして伸縮部以外に移動部を設けてステージ部材の大まかな位置調整を可能にしたものを示したが、移動部を設けずに伸縮部による位置調整のみを行うようにしてもよい。移動部を設けない場合は、嵌め合わせ部が回転を許容するものでなくてもよいので、嵌め合わせ部として円筒部と円柱部の組み合わせ以外を用いることができる。

【0104】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記２つの実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、伸縮部を装着する装着部材として変位拡大機構を用いたアクチュエータの例、およびステージ装置に適用したアクチュエータの例について説明したが、伸縮変位部が装着されて伸縮素子の伸縮変位が伝達されるものであれば、これに限るものではなく、例えば、伸縮素子に予め圧縮力を与える与圧機構や、伸縮素子を他の装置のインターフェイスに取り付けるための部材を装着部材として用いることができる。また、装着部材としての変位拡大機構は、上記例に限らず、あらゆるタイプの変位拡大機構に適用することが可能である。

【0105】

また、伸縮部の端部および装着部材の装着形態は上記実施形態に限らず、伸縮部を着脱可能に装着でき、かつ装着部に確実に固定できる形態であればよい。

【符号の説明】

【0106】

１，４１；伸縮部、２，２′；変位拡大機構（装着部材）、３；第１部材、４；第２部材、５；切り欠き、７，８，９０；嵌め合わせ部、７ａ；第１部分、７ｂ；第２部分、１０，１１，４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ，４９ａ，４９ｂ；ヒンジ、１２；アーム、１４；板バネ、１５；センターピース、１７；伸縮素子、１８；嵌め合わせ治具、２０；変位伝達部、２１；第１突出部、２２；第２突出部、２３；段差部、３２，３３；ねじ、４１，４２；ヘッドピース、４４ａ，４４ｂ，４４ｂ，４８ｂ；中間部材、４６ａ，４６ｂ；出力部材、５１，５３；突出部、５２，５４；端部、 ６１；ベース部材、６２；ステージ部材、６３；レール、７１ａ；円柱部、７２；装着部、７３；第１部材、７４；第２部材、８１；垂直部、８２；取り付け部、９１；固定治具、９２；移動部、９３；回転部、９４；スリーブ、９５；スピンドル、９６；円筒部、１００，１００′，３００；アクチュエータ、２００；ステージ、４００；ステージ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】