シャッター装置
【課題】 本発明の目的は、小型化を図ることのできるシャッター装置を提供すること。
【解決手段】シャッター装置１は、振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に設けられ、質量変化手段による振動子の質量変化を許容する開状態と阻止する閉状態とを切り替えることができる。このようなシャッター装置１は、駆動軸４１と、予圧を持って駆動軸４１に設けられた移動体４２と、駆動軸４１をその軸方向に振動させる圧電素子４３とを有するアクチュエーター４と、移動体４２を駆動軸４１の一方側へ付勢する付勢手段５と、移動体４２に支持され、移動体４２の移動方向に延在する長尺状のシャッター部２とを有している。
【解決手段】シャッター装置１は、振動子と該振動子の質量を変化させる質量変化手段との間に設けられ、質量変化手段による振動子の質量変化を許容する開状態と阻止する閉状態とを切り替えることができる。このようなシャッター装置１は、駆動軸４１と、予圧を持って駆動軸４１に設けられた移動体４２と、駆動軸４１をその軸方向に振動させる圧電素子４３とを有するアクチュエーター４と、移動体４２を駆動軸４１の一方側へ付勢する付勢手段５と、移動体４２に支持され、移動体４２の移動方向に延在する長尺状のシャッター部２とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッター装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動子の共振周波数を調整（変更）する方法として、振動子の質量を変化（増加または減少）させる方法が知られている。このような方法は、例えば、振動子と、イオンビームを振動子に照射することにより振動子の一部を除去して振動子の質量を減少させるイオンガンと、振動子とイオンガンとの間に設けられたシャッターとを有する装置を用いて行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置では、複数のシャッター板が重ねられた状態にて鉄芯に軸支されており、各シャッター板は、鉄芯を中心として回動可動となっている。また、各シャッター板は、対応するソレノイドの駆動により回動するように構成されている。特許文献１に記載の装置では、このようなシャッター板の回動を利用して、シャッターを開状態または閉状態とすることができる。
【０００４】
このような装置では、イオンガンからイオンビームが発射されている状態にて、シャッターを開状態とする。これにより、イオンビームがシャッターを通過して振動子に照射され、振動子の一部が除去されることにより、振動子の共振周波数が変化（減少）する。そして、振動子の周波数が所定の周波数となった時点でシャッターを閉状態とすることにより、振動子へのイオンビームの照射を阻止する。このような方法により、振動子の共振周波数を調整する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のシャッターでは、各シャッター板を駆動する複数のソレノイドがシャッター板から横方向にずれた位置に設けられているとともに、高さ方向に重ねられているため、シャッターの大型化を招いてしまう。シャッターの大型化を招くと、その分、チャンバー等を大きくしなければならず、振動子の周波数調整の効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図ることのできるシャッター装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明のシャッター装置は、開状態と閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
駆動軸と、
前記駆動軸をその軸方向に振動させる圧電素子と、
前記駆動軸に保持され、前記圧電素子によって前記駆動軸を振動させることにより、前記駆動軸に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体と、
前記移動体を前記駆動軸の一方側へ付勢する付勢手段と、
前記移動体に支持され、前記駆動軸の軸方向に延在するシャッター部とを有し、
前記移動体が前記駆動軸の前記一方側から他方側へ移動によって、前記シャッター部が前記閉状態から前記開状態となり、
前記移動体が前記駆動軸の前記他方側から前記一方側へ移動によって、前記シャッター部が前記開状態から前記閉状態となることを特徴とする。
これにより、小型化を図ることのできるシャッター装置を提供することができる。また、開状態から閉状態となる際のシャッター部の移動速度を高めることができる。そのため、より精度よく、振動子の周波数を調整することができる。
【０００９】
［適用例２］
本発明のシャッター装置では、前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記開状態から前記閉状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記開状態での力をＦｂ（ｍａｘ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐとし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が移動している状態は、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐを満足することが好ましい。
これにより、シャッター装置を確実に開状態から閉状態とすることができる。
【００１０】
［適用例３］
本発明のシャッター装置では、前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記閉状態から前記開状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記閉状態での力をＦｂ（ｍｉｎ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐ’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１’としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）＜Ｆｐ’を満足し、
前記移動体が移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’を満足することが好ましい。
これにより、シャッター装置を確実に閉状態から開状態とすることができる。
【００１１】
［適用例４］
本発明のシャッター装置では、前記付勢手段は、バネであることが好ましい。
これにより、付勢手段の構成が簡単となる。
［適用例５］
本発明のシャッター装置では、前記シャッター部の移動範囲を規制する規制手段を有していることが好ましい。
これにより、シャッター装置の開閉動作を毎回同様に行うことができる。
［適用例６］
本発明のシャッター装置では、前記規制手段は、前記付勢手段の付勢力を規制するストッパーを有していることが好ましい。
これにより、規制手段の構成が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を示す断面図である。
【図３】図２に示すシャッター装置が有するアクチュエーターの断面図である。
【図４】コイルバネの付勢力とアクチュエーターの推進力の関係を示すグラフである。
【図５】図２に示すシャッター装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のシャッター装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の概略図、図２は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を示す断面図、図３は、図２に示すシャッター装置が有するアクチュエーターの断面図、図４は、コイルバネの付勢力とアクチュエーターの推進力の関係を示すグラフ、図５は、図２に示すシャッター装置の動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明する。また、図１に示すように、互いに直交する３軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。
【００１４】
以下では、本発明のシャッター装置を、振動子９の共振周波数を調整するための周波数調整装置１００に適用した場合について説明する。ただし、本発明のシャッター装置の用途は、これに限定されない。
１．周波数調整装置
図１に示す周波数調整装置１００は、内部を所望の環境とすることのできるチャンバー１１０と、複数のシャッター装置１が並設してなるシャッター装置集合体１’と、イオンガン１２０と、遮蔽板１３０とを有している。なお、シャッター装置１の枚数は、特に限定されず、例えば、１０〜３０程度とすることができる。
【００１５】
イオンガン１２０は、例えば、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスに電界を作用させて加速させることにより、イオンビームを発射するものであり、振動子９の質量を変化させる質量変化手段を構成するものである。このようなイオンガン１２０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置集合体１’よりも下側に位置しており、上方へ向けてイオンビームＩＢを照射する。
【００１６】
また、遮蔽板１３０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置集合体１’よりも上側に位置しており、隣り合うシャッター装置１の間（隙間）から上方へ漏れるイオンビームＩＢを遮断する。
複数のシャッター装置１は、それぞれ、独立して駆動が制御されており、イオンビームＩＢの通過を許容する開状態と、イオンビームＩＢを遮断する閉状態とを切り替えることができる。
【００１７】
このような周波数調整装置１００では、１つのシャッター装置１の上方に１つの振動子９を配置し、イオンガン１２０からイオンビームＩＢを発射するとともに、シャッター装置１を開状態とすることにより、振動子９にイオンビームＩＢを照射し、振動子９の一部（例えば、電極の一部）を除去する。これにより、振動子９の質量を減らし、その共振周波数を調整する。イオンビームＩＢの照射により、振動子９の共振周波数が所定値となったら、速やかにシャッター装置１を閉じ、それ以上イオンビームＩＢが振動子９に照射されるのを阻止する。周波数調整装置１００によれば、このようにして振動子９の共振周波数を調整することができる。なお、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法については、後に、詳しく説明する。
【００１８】
次に、シャッター装置１について詳しく説明する。なお、複数のシャッター装置１は、互いに同様の構成であるため、以下では、１つのシャッター装置１について代表して説明し、他のシャッター装置１については、その説明を省略する。
図２に示すように、シャッター装置１は、シャッター部２とシャッター部２を移動させる移動手段３と、後述するコイルバネ５１の変形量を規制する規制手段６とを有している。また、シャッター装置１を構成する各部は、図示しない支持部に支持されている。
【００１９】
シャッター部２は、板状をなし、ｘ軸方向に延在している。このようなシャッター部２は、例えば、耐イオンエッチング性に優れる炭素、チタン等を構成材料として構成されている。これにより、イオンビームＩＢによるシャッター部２の損傷を効果的に抑制することができる。また、このような材料で構成することにより、シャッター部２の軽量化を図ることができ、シャッター部２の反応性や移動速度を向上させることができる。
【００２０】
なお、シャッター部２は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等で構成された本体の表面に、耐スパッタ性に優れるＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜を形成した構成とすることもできる。
【００２１】
このようなシャッター部２は、連結部７を介して後述する移動体４２に支持されている。具体的には、シャッター部２には、ｘ軸方向に離間した一対の貫通孔２１、２２が形成されている。一方、連結部７には、貫通孔２１、２２に対応する突起７１、７２が形成されている。この突起７１、７２が貫通孔２１、２２に係合することにより、シャッター部２が連結部７を介して移動体４２に支持されている。なお、シャッター部２は、連結部７に対して着脱自在となっている。これにより、消耗品であるシャッター部２の交換を簡単に行うことができる。
【００２２】
移動手段３は、アクチュエーター４と、付勢手段５とを有している。
アクチュエーター４は、いわゆる「超音波アクチュエーター」であって、図３に示すように、駆動軸４１と、駆動軸４１をその軸方向に振動させる圧電素子４３と、駆動軸３１に保持され、圧電素子４３によって駆動軸４１を振動させることにより、駆動軸４１に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体４２とを有している。
圧電素子４３は、膜状（板状）の圧電体の両面に電極を貼り合わせたものであり、一対の電極間に所定の電圧（例えば正弦波）を印加することにより、その厚さ方向（ｘ軸方向）に伸縮する。このような圧電素子４３としては、例えば、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型等を用いることができる。
【００２３】
電圧を印加することにより圧電素子４３をｘ軸方向伸縮変形させると、それに伴って駆動軸４１がｘ軸方向に振動する。当該振動によって、アクチュエーター４に移動体４２を移動させる推進力が発生し、移動体４２が駆動軸４１に沿って移動する。具体的には、圧電素子４３に印加する電圧（交番電圧、パルス電圧等）を工夫し、駆動軸４１の振動の行き（先端側への変位）と帰り（基端側への変位）のＤｕｔｙ比を変化させることにより、移動体４２を駆動軸４１の基端側から先端側へ向けて移動させたり、反対に、先端側から基端側へ向けて移動させたりすることができる。
【００２４】
具体的には、駆動軸４１の振動の行きを遅くし、帰りを早くすることにより、移動体４２を置き去りにすることができ、移動体４２が微小に駆動軸４１の先端側へ移動する。この振動を高速に繰り返し与えることにより、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させることができる。反対に、駆動軸４１の振動の行きを早くし、帰りを遅くすることにより、移動体４２を引き寄せることができ、移動体４２が微小に駆動軸４１の基端側へ移動する。この振動を高速に繰り返し与えることにより、移動体４２を駆動軸４１の基端側へ移動させることができる。
図２に示すように、駆動軸４１は、棒状をなし、ｘ軸方向に延在している。また、駆動軸４１の径は、軸方向に沿って一定となっている。このような駆動軸４１の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、長さ（ｘ軸方向長さ）を３〜２０ｍｍ程度、径を１〜１．５ｍｍ程度とすることができる。
【００２５】
移動体４２は、予圧を持って駆動軸４１に設けられている。移動体４２の構成としては、予圧を持って駆動軸４１に保持されていれば、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、溝４２２を有する本体４２１と、溝４２２に対向して本体４２１に固定された板バネ４２３とで構成することができる。このような構成の移動体４２は、板バネ４２３の付勢力によって駆動軸４１に予圧を持って保持されている。なお、移動体４２の長さ（ｘ軸方向の長さ）としては、特に限定されず、例えば、２〜１５ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
付勢手段５は、コイルバネ（バネ）５１で構成されている。コイルバネ５１には、駆動軸４１が挿入されている。また、コイルバネ５１は、圧電素子４３と移動体４２との間に収縮した状態で設けられており、その復元力によって、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ付勢している。すなわち、コイルバネ５１は、圧縮バネ（押しバネ）であると言える。このような構成によれば、コイルバネ５１によって、アクチュエーター４の駆動時の移動体４２の先端側への移動をアシストすることができる。そのため、移動体４２の先端側への移動速度を高めることができる。
また、付勢手段５をコイルバネ５１で構成することにより、付勢手段５の構成が簡単なものとなるとともに、付勢手段５の小型化を図ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、圧縮バネであるコイルバネ５１を移動体４２よりも駆動軸４１の基端側に配置し、移動体４２を先端側へ押し付けることにより移動体４２を付勢しているが、例えば、引張バネ（引きバネ）であるコイルバネ５１を移動体４２よりも駆動軸４１の先端側に配置し、移動体４２を先端側へ引っ張ることにより付勢してもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。ただし、コイルバネ５１として引張バネを用いる場合、コイルバネ５１と移動体４２とを連結する必要がある点で、本実施形態のように圧縮バネであるコイルバネ５１を用いるのが好ましい。また、付勢手段５は、上記機能を発揮することができれば、コイルバネ５１に限定されず、例えば、ゴムなどの弾性体で構成することもできる。
【００２８】
ここで、後述するように、シャッター装置１では、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動すると、それに伴ってシャッター部２が移動し、これにより、開状態から閉状態となるように構成されている。移動体４２をコイルバネ５１によって付勢し、シャッター部２の開状態から閉状態への移動をより高速かつ反応性よく行うことにより、振動子９が所定の共振周波数となった際にイオンビームＩＢをより素早く遮断することができる。すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができる。そのため、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００２９】
また、コイルバネ５１によって移動体４２の先端側への移動をアシストすることにより、アクチュエーター４の個体差を小さくすることができる。具体的には、複数のアクチュエーター４間では、駆動軸４１に対する移動体４２の摩擦力の異なり等から、移動体４２の先端側への移動速度が異なる場合が考えられる。そこで、コイルバネ５１によって移動体４２の先端側への移動をアシストすることにより、複数のアクチュエーター４間での移動体４２の先端側への移動速度の差を小さくすることができる。その結果、複数のシャッター装置１の閉動作（開状態から閉状態とする動作）を同様に行うことができ、例えば、複数の振動子９間での調整済みの周波数のずれを抑制することができる。
【００３０】
このような移動手段３によれば、第１に、移動手段３を構成する装置の小型化を図ることができる。そのため、複数のシャッター装置１をｙ軸方向に、より狭ピッチで並設することができる。また、第２に、移動体４２の駆動軸４１の先端側への移動速度を高めることができるため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。第３に、実質的に発熱しないため、チャンバー１１０内の環境を一定に保つことが容易となる（特に、チャンバー１１０内を真空（減圧）環境下とする場合に有利である）。
【００３１】
規制手段６は、シャッター部２を介してｘ軸方向に対向配置された一対のストッパー６１、６２を有している。一対のストッパー６１、６２の離間距離は、シャッター部２の長さよりも大きく、これらストッパー６１、６２の間をシャッター部２が移動可能となっている。そして、シャッター部２の先端側への移動は、シャッター部２がストッパー６１に衝突（当接）することにより規制され、反対に、シャッター部２の基端側への移動は、シャッター部２がストッパー６２に衝突（当接）することにより規制される。
なお、ストッパー６１、６２間でのシャッター部２の移動距離としては、特に限定されないが、例えば、１〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。これにより、シャッター部２の移動距離を抑えることができるため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができる。
【００３２】
また、規制手段６によって、シャッター部２の移動が規制されることによって、コイルバネ５１の変形量が規制される。言い換えれば、コイルバネ５１の変形量を毎回一定に維持する機能を有している。
このような規制手段６によれば、コイルバネ５１の変形量およびシャッター部２の移動距離を毎回ほぼ一定に保つことができ、かつ、シャッター装置１を開状態から閉状態へする際のコイルバネ５１の付勢力を毎回ほぼ等しくすることができる。そのため、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差を毎回ほぼ等しくすることができる。所定のシャッター装置１を用いて周波数調整を行った振動子同士の周波数のズレを抑制することができる。
【００３３】
仮に、シャッター部２の移動距離が変化したり、コイルバネ５１の変形量が変化したりすると、シャッター装置１を開状態から閉状態となるまでの時間、より具体的には、シャッター装置１を閉状態とするための命令（信号）を出した時刻から、実際にシャッター装置１が完全に閉状態となるまでの時間が変化する。このようにシャッター装置１を閉じる時間が変化すると、それに伴って、振動子９へのイオンビームＩＢの照射時間が変化し、振動子９の質量が必要以上に減少したり、目的値まで減少していなかったりし、振動子９の共振周波数が所定の周波数からずれてしまう。すなわち、シャッター部２の移動距離やコイルバネ５１の変形量が変化してしまうと、振動子９の共振周波数を高精度に調整することができなくなるおそれがある。
【００３４】
なお、コイルバネ５１は、シャッター部２がストッパー６１に当接した状態でも収縮状態を維持している、すなわち自然状態に復帰していないことが好ましい。これにより、シャッター装置１が閉状態となるまで、常に、コイルバネ５１によって移動体４２が付勢されているため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができる。また、コイルバネ５１は、シャッター部２がストッパー６２に当接した状態では、最大収縮位置（スティッキングポイント）に到達していないのが好ましい。これにより、過度な収縮によるコイルバネ５１の変形（バネ力の変化）を効果的に防止または抑制することができる。
【００３５】
このようなシャッター装置１は、シャッター部２がストッパー６１に当接した状態、すなわち、図５（ａ）に示す状態がイオンビームＩＢの振動子９への照射を遮断する閉状態である。
閉状態から、アクチュエーター４を駆動して移動体４２を基端側へ移動させると、これと共にシャッター部２が移動し、その基端がストッパー６２に接触し、それ以上の移動が規制される。これにより、図５（ｂ）に示すように、シャッター部２がイオンビームＩＢの振動子９への照射を許容する開状態となる。反対に、開状態から、アクチュエーター４を駆動して移動体４２を先端側へ移動させると、これと共にシャッター部２が移動し、その先端がストッパー６１に接触し、それ以上の移動が規制される。これにより、図５（ａ）に示すように、前述した閉状態となる。
【００３６】
次いで、コイルバネ５１の付勢力および圧電素子４３の推進力について、図４に基づいて説明する。なお、図４は、コイルバネ５１の付勢力の一例を示すグラフであり、コイルバネ５１の付勢力は、図４のものに限定されない。
図４中、Ｆｂは、コイルバネ５１の付勢力である。特に、Ｆｂ（ｍａｘ）は、シャッター装置１が開状態となっている状態でのコイルバネ５１の付勢力、すなわちコイルバネ５１が最も収縮した状態での付勢力であり、Ｆｂ（ｍｉｎ）は、シャッター装置１が閉状態となっている状態でのコイルバネ５１の付勢力、すなわちコイルバネ５１が最も伸長した状態での付勢力である。
【００３７】
また、Ｆ０は、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動する際に、その移動が開始されるまで移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力であり、Ｆ１は、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動している最中に移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力である。
また、Ｆ０’は、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動する際に、その移動が開始されるまで移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力であり、Ｆ１’は、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動している最中に移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力である。
また、Ｆｐは、アクチュエーター４の駆動（圧電素子４３の振動）によって発生し、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させる推進力（推力）であり、Ｆｐ’は、アクチュエーター４の駆動によって発生し、移動体４２を駆動軸４１の基端側へ移動させる推進力（推力）である。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態のアクチュエーター４では、静止摩擦力Ｆ０、Ｆ０’が互いに等しい。すなわち、移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力は、移動体４２の移動方向両側にて等方性を有している。同様に、本実施形態のアクチュエーター４では、動摩擦力Ｆ１、Ｆ１’が互いに等しい。すなわち、移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力は、移動体４２の移動方向両側にて等方性を有している。なお、静止摩擦力Ｆ０、Ｆ０’は、異なっていてもよいし、同様に、動摩擦力Ｆ１、Ｆ１’も異なっていてもよい。
【００３９】
本実施形態のアクチュエーター４では、静止摩擦力Ｆ０（Ｆ０’）および動摩擦力Ｆ１（Ｆ１’）は、それぞれ、駆動軸４１の軸に沿って一定である。また、静止摩擦力Ｆ０（Ｆ０’）は、動摩擦力Ｆ１（Ｆ１’）よりも大きい。
シャッター装置１が開状態で停止しているとき、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）なる関係を満足している。これにより、移動体４２の停止状態、すなわちシャッター装置１の開状態を確実に維持することができる。
【００４０】
シャッター装置１が開状態のときにアクチュエーター４を駆動させ、それにより発生する推進力Ｆｐは、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）なる関係を満足している。これにより、アクチュエーター４を駆動すると、ＦｐとＦｂ（ｍａｘ）の合力が静止摩擦力Ｆ０よりも大きくなる。その結果、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ向けて移動を開始する。
なお、推進力Ｆｐは、Ｆ０−Ｆｂ（ｍａｘ）≦Ｆｐなる関係を満足していればよいが、より高いことが好ましく、推進力Ｆｐ’とほぼ等しいのがより好ましい。これにより、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させる力が大きくなり、移動体４２の駆動軸４１の先端側への移動速度が高まる。また、推進力Ｆｐを、推進力Ｆｐ’とほぼ等しくすることにより、アクチュエーター４（圧電素子４３）の駆動制御が簡単となる。
【００４１】
移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動している最中の推進力Ｆｐは、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐなる関係を満足すればよい。これにより、移動体４２の移動を継続することができる。そして、シャッター部２がストッパー６１に当接することにより、移動体４２のそれ以上の移動が規制されるとともに、シャッター装置１が閉状態となる。なお、この際の推進力Ｆｐは、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ向けて移動を開始するのに発生させる推進力ＦＰと等しいのが好ましい。すなわち、開状態から閉状態へするためにアクチュエーター４を駆動するときは、圧電素子４３の駆動（振動）を一定に維持するのが好ましい。これにより、アクチュエーター４の駆動制御が容易となる。
【００４２】
シャッター装置１が閉状態となった後は、アクチュエーター４の駆動を停止するのが好ましい。
なお、図４の構成では、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂが、開状態と閉状態の間にて常に動摩擦力Ｆ１よりも大きい。そのため、移動体４２が移動を開始した後は、圧電素子４３の駆動（振動）を停止しても、移動体４２の移動を継続することができる。これにより、省電力駆動を図ることができる。
【００４３】
また、ストッパー６１を省略する場合、閉状態となる位置にて、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂとアクチュエーター４の推進力Ｆｐの合力が動摩擦力Ｆ１よりも低くなるように設定すればよい。前述のように、移動体４２が移動を開始した後は、圧電素子４３の駆動を停止する場合には、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂが動摩擦力Ｆ１よりも低くなるように設定すればよい。これにより、シャッター装置１が閉状態となった際に、移動体４２の移動が自動的に停止する。ただし、このような構成とした場合には、図４の構成と比較してコイルバネ５１の付勢力Ｆｂが低くなるため、シャッター部２の移動速度が低下するおそれがある。
【００４４】
一方、シャッター装置１が閉状態で停止しているとき、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）なる関係を満足している。これにより、仮に、ストッパー６１を省略した場合においても、移動体４２を停止させておくことができ、シャッター装置１の閉状態を維持することができる。
シャッター装置１が閉状態のときにアクチュエーター４を駆動させ、それにより発生する推進力Ｆｐ’は、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍａｘ）≦Ｆｐ’なる関係を満足している。これにより、アクチュエーター４を駆動すると、Ｆｐ’が付勢力Ｆｂ（ｍａｘ）と静止摩擦力Ｆ０の合力よりも大きくなる。その結果、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ向けて移動を開始する。
【００４５】
移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’なる関係を満足すればよい。これにより、移動体４２の移動が継続される。そして、シャッター部２がストッパー６２に当接することにより、移動体４２のそれ以上の移動が規制されるとともに、シャッター装置１が開状態となる。
シャッター装置１が開状態となった後は、アクチュエーター４の駆動を停止するのが好ましい。
【００４６】
なお、推進力Ｆｐ’は、図４の一点鎖線に示すように移動体４２が停止しているか否か、さらに移動している場合にはその位置によって、その大きさを変化させてもよいが、これでは、アクチュエーター４（圧電素子４３）の駆動制御が煩雑となる。そのため、推進力Ｆｐ’は、図４の実線で示すように、点線で示す推進力Ｆｐ’の最大値にて一定とすることが好ましい。
以上、シャッター装置１の構成について、詳細に説明した。
【００４７】
２．周波数調整方法
次に、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法について説明する。
周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、１つのシャッター装置１の直上に１つの振動子９が位置するように、複数の振動子９をチャンバー１１０内に配置し、チャンバー１１０内を減圧状態（好ましくは、真空状態）とした状態にて行われる。また、振動子９の共振周波数を断続的に検知しながら行われ、この検知結果は、リアルタイムに図示しない制御手段に送られる。
【００４８】
なお、複数の振動子９は、それぞれ、板状またはシート状のキャリアに支持されている。そして、この状態にて、以下のようにして、振動子９の周波数を調整する。各振動子９の周波数調整の方法は、互いに同様であるため、以下では、１つの振動子９の周波数を調整する方法について説明し、他の振動子９の周波数を調整する方法については、その説明を省略する。
【００４９】
まず、シャッター装置１を閉状態とする。次に、イオンガン１２０をＯＮとし、イオンビームＩＢを上方に向けて発射する。そして、イオンビームＩＢが安定するまで、シャッター装置１を閉状態としたまま放置する。次に、シャッター装置１を開状態とする。シャッター装置１を開状態とすると、イオンビームＩＢが振動子９に照射され、振動子９の一部、より具体的には電極の一部が除去され、これに伴う振動子９の質量の減少によって、振動子９の共振周波数が徐々に上昇する。次に、振動子９の共振周波数が所定の周波数となったときに、シャッター装置１を閉状態とする。以上の工程により、振動子９の共振周波数の調整が終了する。
【００５０】
以上、本発明のシャッター装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、イオンビームによって振動子の質量を減少させることにより振動子の共振周波数を変更する方法について説明したが、これに限定されず、例えば蒸着によって金属粒子を振動子に付着させ、振動子の質量を増加させることにより、振動子の共振周波数を変更してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…シャッター装置 １’…シャッター装置集合体 ２…シャッター部 ２１…貫通孔 ２２…貫通孔 ３…移動手段 ４…アクチュエーター ４１…駆動軸 ４２…移動体 ４２１…本体 ４２２…溝 ４２３…板バネ ４３…圧電素子 ５…付勢手段 ５１…コイルバネ ６…規制手段 ６１…ストッパー ６２…ストッパー ７…連結部 ７１…突起 ７２…突起 ９…振動子 １００…周波数調整装置 １１０…チャンバー １２０…イオンガン １３０…遮蔽板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッター装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、振動子の共振周波数を調整（変更）する方法として、振動子の質量を変化（増加または減少）させる方法が知られている。このような方法は、例えば、振動子と、イオンビームを振動子に照射することにより振動子の一部を除去して振動子の質量を減少させるイオンガンと、振動子とイオンガンとの間に設けられたシャッターとを有する装置を用いて行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置では、複数のシャッター板が重ねられた状態にて鉄芯に軸支されており、各シャッター板は、鉄芯を中心として回動可動となっている。また、各シャッター板は、対応するソレノイドの駆動により回動するように構成されている。特許文献１に記載の装置では、このようなシャッター板の回動を利用して、シャッターを開状態または閉状態とすることができる。
【０００４】
このような装置では、イオンガンからイオンビームが発射されている状態にて、シャッターを開状態とする。これにより、イオンビームがシャッターを通過して振動子に照射され、振動子の一部が除去されることにより、振動子の共振周波数が変化（減少）する。そして、振動子の周波数が所定の周波数となった時点でシャッターを閉状態とすることにより、振動子へのイオンビームの照射を阻止する。このような方法により、振動子の共振周波数を調整する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のシャッターでは、各シャッター板を駆動する複数のソレノイドがシャッター板から横方向にずれた位置に設けられているとともに、高さ方向に重ねられているため、シャッターの大型化を招いてしまう。シャッターの大型化を招くと、その分、チャンバー等を大きくしなければならず、振動子の周波数調整の効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図ることのできるシャッター装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明のシャッター装置は、開状態と閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
駆動軸と、
前記駆動軸をその軸方向に振動させる圧電素子と、
前記駆動軸に保持され、前記圧電素子によって前記駆動軸を振動させることにより、前記駆動軸に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体と、
前記移動体を前記駆動軸の一方側へ付勢する付勢手段と、
前記移動体に支持され、前記駆動軸の軸方向に延在するシャッター部とを有し、
前記移動体が前記駆動軸の前記一方側から他方側へ移動によって、前記シャッター部が前記閉状態から前記開状態となり、
前記移動体が前記駆動軸の前記他方側から前記一方側へ移動によって、前記シャッター部が前記開状態から前記閉状態となることを特徴とする。
これにより、小型化を図ることのできるシャッター装置を提供することができる。また、開状態から閉状態となる際のシャッター部の移動速度を高めることができる。そのため、より精度よく、振動子の周波数を調整することができる。
【０００９】
［適用例２］
本発明のシャッター装置では、前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記開状態から前記閉状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記開状態での力をＦｂ（ｍａｘ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐとし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が移動している状態は、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐを満足することが好ましい。
これにより、シャッター装置を確実に開状態から閉状態とすることができる。
【００１０】
［適用例３］
本発明のシャッター装置では、前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記閉状態から前記開状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記閉状態での力をＦｂ（ｍｉｎ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐ’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１’としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）＜Ｆｐ’を満足し、
前記移動体が移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’を満足することが好ましい。
これにより、シャッター装置を確実に閉状態から開状態とすることができる。
【００１１】
［適用例４］
本発明のシャッター装置では、前記付勢手段は、バネであることが好ましい。
これにより、付勢手段の構成が簡単となる。
［適用例５］
本発明のシャッター装置では、前記シャッター部の移動範囲を規制する規制手段を有していることが好ましい。
これにより、シャッター装置の開閉動作を毎回同様に行うことができる。
［適用例６］
本発明のシャッター装置では、前記規制手段は、前記付勢手段の付勢力を規制するストッパーを有していることが好ましい。
これにより、規制手段の構成が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を示す断面図である。
【図３】図２に示すシャッター装置が有するアクチュエーターの断面図である。
【図４】コイルバネの付勢力とアクチュエーターの推進力の関係を示すグラフである。
【図５】図２に示すシャッター装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のシャッター装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を適用した周波数調整装置の概略図、図２は、本発明の第１実施形態にかかるシャッター装置を示す断面図、図３は、図２に示すシャッター装置が有するアクチュエーターの断面図、図４は、コイルバネの付勢力とアクチュエーターの推進力の関係を示すグラフ、図５は、図２に示すシャッター装置の動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明する。また、図１に示すように、互いに直交する３軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。
【００１４】
以下では、本発明のシャッター装置を、振動子９の共振周波数を調整するための周波数調整装置１００に適用した場合について説明する。ただし、本発明のシャッター装置の用途は、これに限定されない。
１．周波数調整装置
図１に示す周波数調整装置１００は、内部を所望の環境とすることのできるチャンバー１１０と、複数のシャッター装置１が並設してなるシャッター装置集合体１’と、イオンガン１２０と、遮蔽板１３０とを有している。なお、シャッター装置１の枚数は、特に限定されず、例えば、１０〜３０程度とすることができる。
【００１５】
イオンガン１２０は、例えば、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスに電界を作用させて加速させることにより、イオンビームを発射するものであり、振動子９の質量を変化させる質量変化手段を構成するものである。このようなイオンガン１２０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置集合体１’よりも下側に位置しており、上方へ向けてイオンビームＩＢを照射する。
【００１６】
また、遮蔽板１３０は、チャンバー１１０内にてシャッター装置集合体１’よりも上側に位置しており、隣り合うシャッター装置１の間（隙間）から上方へ漏れるイオンビームＩＢを遮断する。
複数のシャッター装置１は、それぞれ、独立して駆動が制御されており、イオンビームＩＢの通過を許容する開状態と、イオンビームＩＢを遮断する閉状態とを切り替えることができる。
【００１７】
このような周波数調整装置１００では、１つのシャッター装置１の上方に１つの振動子９を配置し、イオンガン１２０からイオンビームＩＢを発射するとともに、シャッター装置１を開状態とすることにより、振動子９にイオンビームＩＢを照射し、振動子９の一部（例えば、電極の一部）を除去する。これにより、振動子９の質量を減らし、その共振周波数を調整する。イオンビームＩＢの照射により、振動子９の共振周波数が所定値となったら、速やかにシャッター装置１を閉じ、それ以上イオンビームＩＢが振動子９に照射されるのを阻止する。周波数調整装置１００によれば、このようにして振動子９の共振周波数を調整することができる。なお、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法については、後に、詳しく説明する。
【００１８】
次に、シャッター装置１について詳しく説明する。なお、複数のシャッター装置１は、互いに同様の構成であるため、以下では、１つのシャッター装置１について代表して説明し、他のシャッター装置１については、その説明を省略する。
図２に示すように、シャッター装置１は、シャッター部２とシャッター部２を移動させる移動手段３と、後述するコイルバネ５１の変形量を規制する規制手段６とを有している。また、シャッター装置１を構成する各部は、図示しない支持部に支持されている。
【００１９】
シャッター部２は、板状をなし、ｘ軸方向に延在している。このようなシャッター部２は、例えば、耐イオンエッチング性に優れる炭素、チタン等を構成材料として構成されている。これにより、イオンビームＩＢによるシャッター部２の損傷を効果的に抑制することができる。また、このような材料で構成することにより、シャッター部２の軽量化を図ることができ、シャッター部２の反応性や移動速度を向上させることができる。
【００２０】
なお、シャッター部２は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等で構成された本体の表面に、耐スパッタ性に優れるＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜を形成した構成とすることもできる。
【００２１】
このようなシャッター部２は、連結部７を介して後述する移動体４２に支持されている。具体的には、シャッター部２には、ｘ軸方向に離間した一対の貫通孔２１、２２が形成されている。一方、連結部７には、貫通孔２１、２２に対応する突起７１、７２が形成されている。この突起７１、７２が貫通孔２１、２２に係合することにより、シャッター部２が連結部７を介して移動体４２に支持されている。なお、シャッター部２は、連結部７に対して着脱自在となっている。これにより、消耗品であるシャッター部２の交換を簡単に行うことができる。
【００２２】
移動手段３は、アクチュエーター４と、付勢手段５とを有している。
アクチュエーター４は、いわゆる「超音波アクチュエーター」であって、図３に示すように、駆動軸４１と、駆動軸４１をその軸方向に振動させる圧電素子４３と、駆動軸３１に保持され、圧電素子４３によって駆動軸４１を振動させることにより、駆動軸４１に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体４２とを有している。
圧電素子４３は、膜状（板状）の圧電体の両面に電極を貼り合わせたものであり、一対の電極間に所定の電圧（例えば正弦波）を印加することにより、その厚さ方向（ｘ軸方向）に伸縮する。このような圧電素子４３としては、例えば、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型等を用いることができる。
【００２３】
電圧を印加することにより圧電素子４３をｘ軸方向伸縮変形させると、それに伴って駆動軸４１がｘ軸方向に振動する。当該振動によって、アクチュエーター４に移動体４２を移動させる推進力が発生し、移動体４２が駆動軸４１に沿って移動する。具体的には、圧電素子４３に印加する電圧（交番電圧、パルス電圧等）を工夫し、駆動軸４１の振動の行き（先端側への変位）と帰り（基端側への変位）のＤｕｔｙ比を変化させることにより、移動体４２を駆動軸４１の基端側から先端側へ向けて移動させたり、反対に、先端側から基端側へ向けて移動させたりすることができる。
【００２４】
具体的には、駆動軸４１の振動の行きを遅くし、帰りを早くすることにより、移動体４２を置き去りにすることができ、移動体４２が微小に駆動軸４１の先端側へ移動する。この振動を高速に繰り返し与えることにより、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させることができる。反対に、駆動軸４１の振動の行きを早くし、帰りを遅くすることにより、移動体４２を引き寄せることができ、移動体４２が微小に駆動軸４１の基端側へ移動する。この振動を高速に繰り返し与えることにより、移動体４２を駆動軸４１の基端側へ移動させることができる。
図２に示すように、駆動軸４１は、棒状をなし、ｘ軸方向に延在している。また、駆動軸４１の径は、軸方向に沿って一定となっている。このような駆動軸４１の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、長さ（ｘ軸方向長さ）を３〜２０ｍｍ程度、径を１〜１．５ｍｍ程度とすることができる。
【００２５】
移動体４２は、予圧を持って駆動軸４１に設けられている。移動体４２の構成としては、予圧を持って駆動軸４１に保持されていれば、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、溝４２２を有する本体４２１と、溝４２２に対向して本体４２１に固定された板バネ４２３とで構成することができる。このような構成の移動体４２は、板バネ４２３の付勢力によって駆動軸４１に予圧を持って保持されている。なお、移動体４２の長さ（ｘ軸方向の長さ）としては、特に限定されず、例えば、２〜１５ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
付勢手段５は、コイルバネ（バネ）５１で構成されている。コイルバネ５１には、駆動軸４１が挿入されている。また、コイルバネ５１は、圧電素子４３と移動体４２との間に収縮した状態で設けられており、その復元力によって、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ付勢している。すなわち、コイルバネ５１は、圧縮バネ（押しバネ）であると言える。このような構成によれば、コイルバネ５１によって、アクチュエーター４の駆動時の移動体４２の先端側への移動をアシストすることができる。そのため、移動体４２の先端側への移動速度を高めることができる。
また、付勢手段５をコイルバネ５１で構成することにより、付勢手段５の構成が簡単なものとなるとともに、付勢手段５の小型化を図ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、圧縮バネであるコイルバネ５１を移動体４２よりも駆動軸４１の基端側に配置し、移動体４２を先端側へ押し付けることにより移動体４２を付勢しているが、例えば、引張バネ（引きバネ）であるコイルバネ５１を移動体４２よりも駆動軸４１の先端側に配置し、移動体４２を先端側へ引っ張ることにより付勢してもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。ただし、コイルバネ５１として引張バネを用いる場合、コイルバネ５１と移動体４２とを連結する必要がある点で、本実施形態のように圧縮バネであるコイルバネ５１を用いるのが好ましい。また、付勢手段５は、上記機能を発揮することができれば、コイルバネ５１に限定されず、例えば、ゴムなどの弾性体で構成することもできる。
【００２８】
ここで、後述するように、シャッター装置１では、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動すると、それに伴ってシャッター部２が移動し、これにより、開状態から閉状態となるように構成されている。移動体４２をコイルバネ５１によって付勢し、シャッター部２の開状態から閉状態への移動をより高速かつ反応性よく行うことにより、振動子９が所定の共振周波数となった際にイオンビームＩＢをより素早く遮断することができる。すなわち、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差をより短くすることができる。そのため、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。
【００２９】
また、コイルバネ５１によって移動体４２の先端側への移動をアシストすることにより、アクチュエーター４の個体差を小さくすることができる。具体的には、複数のアクチュエーター４間では、駆動軸４１に対する移動体４２の摩擦力の異なり等から、移動体４２の先端側への移動速度が異なる場合が考えられる。そこで、コイルバネ５１によって移動体４２の先端側への移動をアシストすることにより、複数のアクチュエーター４間での移動体４２の先端側への移動速度の差を小さくすることができる。その結果、複数のシャッター装置１の閉動作（開状態から閉状態とする動作）を同様に行うことができ、例えば、複数の振動子９間での調整済みの周波数のずれを抑制することができる。
【００３０】
このような移動手段３によれば、第１に、移動手段３を構成する装置の小型化を図ることができる。そのため、複数のシャッター装置１をｙ軸方向に、より狭ピッチで並設することができる。また、第２に、移動体４２の駆動軸４１の先端側への移動速度を高めることができるため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができ、振動子９の周波数をより精度よく所定値に合わせ込むことができる。第３に、実質的に発熱しないため、チャンバー１１０内の環境を一定に保つことが容易となる（特に、チャンバー１１０内を真空（減圧）環境下とする場合に有利である）。
【００３１】
規制手段６は、シャッター部２を介してｘ軸方向に対向配置された一対のストッパー６１、６２を有している。一対のストッパー６１、６２の離間距離は、シャッター部２の長さよりも大きく、これらストッパー６１、６２の間をシャッター部２が移動可能となっている。そして、シャッター部２の先端側への移動は、シャッター部２がストッパー６１に衝突（当接）することにより規制され、反対に、シャッター部２の基端側への移動は、シャッター部２がストッパー６２に衝突（当接）することにより規制される。
なお、ストッパー６１、６２間でのシャッター部２の移動距離としては、特に限定されないが、例えば、１〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。これにより、シャッター部２の移動距離を抑えることができるため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができる。
【００３２】
また、規制手段６によって、シャッター部２の移動が規制されることによって、コイルバネ５１の変形量が規制される。言い換えれば、コイルバネ５１の変形量を毎回一定に維持する機能を有している。
このような規制手段６によれば、コイルバネ５１の変形量およびシャッター部２の移動距離を毎回ほぼ一定に保つことができ、かつ、シャッター装置１を開状態から閉状態へする際のコイルバネ５１の付勢力を毎回ほぼ等しくすることができる。そのため、シャッター装置１を閉状態とする命令を出した時刻と、シャッター装置１が実際に閉状態となった時刻との時間差を毎回ほぼ等しくすることができる。所定のシャッター装置１を用いて周波数調整を行った振動子同士の周波数のズレを抑制することができる。
【００３３】
仮に、シャッター部２の移動距離が変化したり、コイルバネ５１の変形量が変化したりすると、シャッター装置１を開状態から閉状態となるまでの時間、より具体的には、シャッター装置１を閉状態とするための命令（信号）を出した時刻から、実際にシャッター装置１が完全に閉状態となるまでの時間が変化する。このようにシャッター装置１を閉じる時間が変化すると、それに伴って、振動子９へのイオンビームＩＢの照射時間が変化し、振動子９の質量が必要以上に減少したり、目的値まで減少していなかったりし、振動子９の共振周波数が所定の周波数からずれてしまう。すなわち、シャッター部２の移動距離やコイルバネ５１の変形量が変化してしまうと、振動子９の共振周波数を高精度に調整することができなくなるおそれがある。
【００３４】
なお、コイルバネ５１は、シャッター部２がストッパー６１に当接した状態でも収縮状態を維持している、すなわち自然状態に復帰していないことが好ましい。これにより、シャッター装置１が閉状態となるまで、常に、コイルバネ５１によって移動体４２が付勢されているため、より素早く短時間で、シャッター装置１を開状態から閉状態とすることができる。また、コイルバネ５１は、シャッター部２がストッパー６２に当接した状態では、最大収縮位置（スティッキングポイント）に到達していないのが好ましい。これにより、過度な収縮によるコイルバネ５１の変形（バネ力の変化）を効果的に防止または抑制することができる。
【００３５】
このようなシャッター装置１は、シャッター部２がストッパー６１に当接した状態、すなわち、図５（ａ）に示す状態がイオンビームＩＢの振動子９への照射を遮断する閉状態である。
閉状態から、アクチュエーター４を駆動して移動体４２を基端側へ移動させると、これと共にシャッター部２が移動し、その基端がストッパー６２に接触し、それ以上の移動が規制される。これにより、図５（ｂ）に示すように、シャッター部２がイオンビームＩＢの振動子９への照射を許容する開状態となる。反対に、開状態から、アクチュエーター４を駆動して移動体４２を先端側へ移動させると、これと共にシャッター部２が移動し、その先端がストッパー６１に接触し、それ以上の移動が規制される。これにより、図５（ａ）に示すように、前述した閉状態となる。
【００３６】
次いで、コイルバネ５１の付勢力および圧電素子４３の推進力について、図４に基づいて説明する。なお、図４は、コイルバネ５１の付勢力の一例を示すグラフであり、コイルバネ５１の付勢力は、図４のものに限定されない。
図４中、Ｆｂは、コイルバネ５１の付勢力である。特に、Ｆｂ（ｍａｘ）は、シャッター装置１が開状態となっている状態でのコイルバネ５１の付勢力、すなわちコイルバネ５１が最も収縮した状態での付勢力であり、Ｆｂ（ｍｉｎ）は、シャッター装置１が閉状態となっている状態でのコイルバネ５１の付勢力、すなわちコイルバネ５１が最も伸長した状態での付勢力である。
【００３７】
また、Ｆ０は、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動する際に、その移動が開始されるまで移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力であり、Ｆ１は、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動している最中に移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力である。
また、Ｆ０’は、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動する際に、その移動が開始されるまで移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力であり、Ｆ１’は、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動している最中に移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力である。
また、Ｆｐは、アクチュエーター４の駆動（圧電素子４３の振動）によって発生し、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させる推進力（推力）であり、Ｆｐ’は、アクチュエーター４の駆動によって発生し、移動体４２を駆動軸４１の基端側へ移動させる推進力（推力）である。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態のアクチュエーター４では、静止摩擦力Ｆ０、Ｆ０’が互いに等しい。すなわち、移動体４２と駆動軸４１との間に発生する静止摩擦力は、移動体４２の移動方向両側にて等方性を有している。同様に、本実施形態のアクチュエーター４では、動摩擦力Ｆ１、Ｆ１’が互いに等しい。すなわち、移動体４２と駆動軸４１との間に発生する動摩擦力は、移動体４２の移動方向両側にて等方性を有している。なお、静止摩擦力Ｆ０、Ｆ０’は、異なっていてもよいし、同様に、動摩擦力Ｆ１、Ｆ１’も異なっていてもよい。
【００３９】
本実施形態のアクチュエーター４では、静止摩擦力Ｆ０（Ｆ０’）および動摩擦力Ｆ１（Ｆ１’）は、それぞれ、駆動軸４１の軸に沿って一定である。また、静止摩擦力Ｆ０（Ｆ０’）は、動摩擦力Ｆ１（Ｆ１’）よりも大きい。
シャッター装置１が開状態で停止しているとき、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）なる関係を満足している。これにより、移動体４２の停止状態、すなわちシャッター装置１の開状態を確実に維持することができる。
【００４０】
シャッター装置１が開状態のときにアクチュエーター４を駆動させ、それにより発生する推進力Ｆｐは、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）なる関係を満足している。これにより、アクチュエーター４を駆動すると、ＦｐとＦｂ（ｍａｘ）の合力が静止摩擦力Ｆ０よりも大きくなる。その結果、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ向けて移動を開始する。
なお、推進力Ｆｐは、Ｆ０−Ｆｂ（ｍａｘ）≦Ｆｐなる関係を満足していればよいが、より高いことが好ましく、推進力Ｆｐ’とほぼ等しいのがより好ましい。これにより、移動体４２を駆動軸４１の先端側へ移動させる力が大きくなり、移動体４２の駆動軸４１の先端側への移動速度が高まる。また、推進力Ｆｐを、推進力Ｆｐ’とほぼ等しくすることにより、アクチュエーター４（圧電素子４３）の駆動制御が簡単となる。
【００４１】
移動体４２が駆動軸４１の先端側へ移動している最中の推進力Ｆｐは、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐなる関係を満足すればよい。これにより、移動体４２の移動を継続することができる。そして、シャッター部２がストッパー６１に当接することにより、移動体４２のそれ以上の移動が規制されるとともに、シャッター装置１が閉状態となる。なお、この際の推進力Ｆｐは、移動体４２が駆動軸４１の先端側へ向けて移動を開始するのに発生させる推進力ＦＰと等しいのが好ましい。すなわち、開状態から閉状態へするためにアクチュエーター４を駆動するときは、圧電素子４３の駆動（振動）を一定に維持するのが好ましい。これにより、アクチュエーター４の駆動制御が容易となる。
【００４２】
シャッター装置１が閉状態となった後は、アクチュエーター４の駆動を停止するのが好ましい。
なお、図４の構成では、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂが、開状態と閉状態の間にて常に動摩擦力Ｆ１よりも大きい。そのため、移動体４２が移動を開始した後は、圧電素子４３の駆動（振動）を停止しても、移動体４２の移動を継続することができる。これにより、省電力駆動を図ることができる。
【００４３】
また、ストッパー６１を省略する場合、閉状態となる位置にて、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂとアクチュエーター４の推進力Ｆｐの合力が動摩擦力Ｆ１よりも低くなるように設定すればよい。前述のように、移動体４２が移動を開始した後は、圧電素子４３の駆動を停止する場合には、コイルバネ５１の付勢力Ｆｂが動摩擦力Ｆ１よりも低くなるように設定すればよい。これにより、シャッター装置１が閉状態となった際に、移動体４２の移動が自動的に停止する。ただし、このような構成とした場合には、図４の構成と比較してコイルバネ５１の付勢力Ｆｂが低くなるため、シャッター部２の移動速度が低下するおそれがある。
【００４４】
一方、シャッター装置１が閉状態で停止しているとき、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）なる関係を満足している。これにより、仮に、ストッパー６１を省略した場合においても、移動体４２を停止させておくことができ、シャッター装置１の閉状態を維持することができる。
シャッター装置１が閉状態のときにアクチュエーター４を駆動させ、それにより発生する推進力Ｆｐ’は、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍａｘ）≦Ｆｐ’なる関係を満足している。これにより、アクチュエーター４を駆動すると、Ｆｐ’が付勢力Ｆｂ（ｍａｘ）と静止摩擦力Ｆ０の合力よりも大きくなる。その結果、移動体４２が駆動軸４１の基端側へ向けて移動を開始する。
【００４５】
移動体４２が駆動軸４１の基端側へ移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’なる関係を満足すればよい。これにより、移動体４２の移動が継続される。そして、シャッター部２がストッパー６２に当接することにより、移動体４２のそれ以上の移動が規制されるとともに、シャッター装置１が開状態となる。
シャッター装置１が開状態となった後は、アクチュエーター４の駆動を停止するのが好ましい。
【００４６】
なお、推進力Ｆｐ’は、図４の一点鎖線に示すように移動体４２が停止しているか否か、さらに移動している場合にはその位置によって、その大きさを変化させてもよいが、これでは、アクチュエーター４（圧電素子４３）の駆動制御が煩雑となる。そのため、推進力Ｆｐ’は、図４の実線で示すように、点線で示す推進力Ｆｐ’の最大値にて一定とすることが好ましい。
以上、シャッター装置１の構成について、詳細に説明した。
【００４７】
２．周波数調整方法
次に、周波数調整装置１００を用いた振動子９の周波数調整方法について説明する。
周波数調整装置１００による振動子９の周波数調整は、１つのシャッター装置１の直上に１つの振動子９が位置するように、複数の振動子９をチャンバー１１０内に配置し、チャンバー１１０内を減圧状態（好ましくは、真空状態）とした状態にて行われる。また、振動子９の共振周波数を断続的に検知しながら行われ、この検知結果は、リアルタイムに図示しない制御手段に送られる。
【００４８】
なお、複数の振動子９は、それぞれ、板状またはシート状のキャリアに支持されている。そして、この状態にて、以下のようにして、振動子９の周波数を調整する。各振動子９の周波数調整の方法は、互いに同様であるため、以下では、１つの振動子９の周波数を調整する方法について説明し、他の振動子９の周波数を調整する方法については、その説明を省略する。
【００４９】
まず、シャッター装置１を閉状態とする。次に、イオンガン１２０をＯＮとし、イオンビームＩＢを上方に向けて発射する。そして、イオンビームＩＢが安定するまで、シャッター装置１を閉状態としたまま放置する。次に、シャッター装置１を開状態とする。シャッター装置１を開状態とすると、イオンビームＩＢが振動子９に照射され、振動子９の一部、より具体的には電極の一部が除去され、これに伴う振動子９の質量の減少によって、振動子９の共振周波数が徐々に上昇する。次に、振動子９の共振周波数が所定の周波数となったときに、シャッター装置１を閉状態とする。以上の工程により、振動子９の共振周波数の調整が終了する。
【００５０】
以上、本発明のシャッター装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、イオンビームによって振動子の質量を減少させることにより振動子の共振周波数を変更する方法について説明したが、これに限定されず、例えば蒸着によって金属粒子を振動子に付着させ、振動子の質量を増加させることにより、振動子の共振周波数を変更してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…シャッター装置 １’…シャッター装置集合体 ２…シャッター部 ２１…貫通孔 ２２…貫通孔 ３…移動手段 ４…アクチュエーター ４１…駆動軸 ４２…移動体 ４２１…本体 ４２２…溝 ４２３…板バネ ４３…圧電素子 ５…付勢手段 ５１…コイルバネ ６…規制手段 ６１…ストッパー ６２…ストッパー ７…連結部 ７１…突起 ７２…突起 ９…振動子 １００…周波数調整装置 １１０…チャンバー １２０…イオンガン １３０…遮蔽板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開状態と閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
駆動軸と、
前記駆動軸をその軸方向に振動させる圧電素子と、
前記駆動軸に保持され、前記圧電素子によって前記駆動軸を振動させることにより、前記駆動軸に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体と、
前記移動体を前記駆動軸の一方側へ付勢する付勢手段と、
前記移動体に支持され、前記駆動軸の軸方向に延在するシャッター部とを有し、
前記移動体が前記駆動軸の前記一方側から他方側へ移動によって、前記シャッター部が前記閉状態から前記開状態となり、
前記移動体が前記駆動軸の前記他方側から前記一方側へ移動によって、前記シャッター部が前記開状態から前記閉状態となることを特徴とするシャッター装置。
【請求項２】
前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記開状態から前記閉状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記開状態での力をＦｂ（ｍａｘ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐとし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が移動している状態は、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐを満足する請求項１に記載のシャッター装置。
【請求項３】
前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記閉状態から前記開状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記閉状態での力をＦｂ（ｍｉｎ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐ’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１’としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）＜Ｆｐ’を満足し、
前記移動体が移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’を満足する請求項２に記載のシャッター装置。
【請求項４】
前記付勢手段は、バネである請求項１ないし３のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項５】
前記シャッター部の移動範囲を規制する規制手段を有している請求項１ないし４のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項６】
前記規制手段は、前記付勢手段の付勢力を規制するストッパーを有している請求項５に記載のシャッター装置。
【請求項１】
開状態と閉状態とを切り替えることのできるシャッター装置であって、
駆動軸と、
前記駆動軸をその軸方向に振動させる圧電素子と、
前記駆動軸に保持され、前記圧電素子によって前記駆動軸を振動させることにより、前記駆動軸に対して移動して、アクチュエーター駆動を行なう移動体と、
前記移動体を前記駆動軸の一方側へ付勢する付勢手段と、
前記移動体に支持され、前記駆動軸の軸方向に延在するシャッター部とを有し、
前記移動体が前記駆動軸の前記一方側から他方側へ移動によって、前記シャッター部が前記閉状態から前記開状態となり、
前記移動体が前記駆動軸の前記他方側から前記一方側へ移動によって、前記シャッター部が前記開状態から前記閉状態となることを特徴とするシャッター装置。
【請求項２】
前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記開状態から前記閉状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記開状態での力をＦｂ（ｍａｘ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐとし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０＜Ｆｐ＋Ｆｂ（ｍａｘ）を満足し、
前記移動体が移動している状態は、Ｆ１＜Ｆｂ＋Ｆｐを満足する請求項１に記載のシャッター装置。
【請求項３】
前記アクチュエーター駆動により、前記シャッター部を前記閉状態から前記開状態とするシャッター装置であって、
前記バネの力をＦｂとし、前記Ｆｂの前記閉状態での力をＦｂ（ｍｉｎ）とし、前記アクチュエーター駆動の推進力をＦｐ’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の静止摩擦力をＦ０’とし、前記移動体と前記駆動軸との間の動摩擦力をＦ１’としたとき、
前記移動体が停止の状態では、Ｆ０≧Ｆｐ’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）を満足し、
前記移動体が停止から移動へ切り替わる状態では、Ｆ０’＋Ｆｂ（ｍｉｎ）＜Ｆｐ’を満足し、
前記移動体が移動している最中は、Ｆ１’＋Ｆｂ＜Ｆｐ’を満足する請求項２に記載のシャッター装置。
【請求項４】
前記付勢手段は、バネである請求項１ないし３のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項５】
前記シャッター部の移動範囲を規制する規制手段を有している請求項１ないし４のいずれかに記載のシャッター装置。
【請求項６】
前記規制手段は、前記付勢手段の付勢力を規制するストッパーを有している請求項５に記載のシャッター装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５９７９４（Ｐ２０１３−５９７９４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００２５８（Ｐ２０１１−２００２５８）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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