JP2003134859A

JP2003134859A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2003134859A
Application number: JP2001318194A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Shoichi Sakai; 正一酒井
Original assignee: Nabeya Iron and Tool Works Ltd
Current assignee: Nabeya Iron and Tool Works Ltd
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP4024027B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サブミクロンのオーダーでの位置調整を行な
い得ると共に、正確な位置精度が安定的に確保され得、
しかも、より十分に大きなストロークと駆動力とが簡略
な構造で、有利に実現され得る圧電アクチュエータを提
供する。【解決手段】第一の移動体２６と第二の移動体２８と
を、ベース１０における第一の案内面２２と第二の案内
面２４とに案内されつつ、上下方向と該上下方向に交叉
する横方向にそれぞれ移動せしめられ得るように配設す
ると共に、該第二の移動体２８の横方向への移動に伴っ
て該第一の移動体２６を上下方向に移動させる楔機構を
設け、更に、該第二の移動体２８に対して、該横方向に
伸縮可能な圧電素子３４と質量体４４を該第二の移動体
２８と一体移動可能に取り付けて、該圧電素子３４の変
形の急速な発生乃至は停止に伴って、該質量体４４が急
速移動乃至は急停止せしめられたときに、該第二の移動
体２８が該横方向に移動せしめられるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、圧電アクチュエータに係り、特
に、サブミクロン（ナノメーター）のオーダーでの位置
決め精度を確保可能な圧電アクチュエータに関するもの
である。

【０００２】

【背景技術】一般に、光学や医学、物理学の分野、或い
は精密加工や精密機械の製造等の分野においては、数十
ミクロン或いはそれ以下のオーダーで位置を調整する装
置が所望されており、これに応えるものの一つとして、
目標位置への調整方向に沿って延びる案内面を備えたベ
ースに対して、所定の移動体を、該案内面に案内されつ
つ移動可能に配置する一方、かかる移動体に、サーボモ
ータにより回転駆動せしめられるねじ部材を螺合せし
め、このねじ部材のねじ送り機構により、移動体を目標
位置に向かって移動させるようにしたアクチュエータ
が、知られている。

【０００３】このようなサーボモータを利用したアクチ
ュエータは、サーボモータへのパルス電圧を制御するこ
とにより、ねじ部材のねじ送り機構により移動せしめら
れる移動体の位置を容易に且つ正確に制御することが出
来るのである。

【０００４】ところが、かかる従来のアクチュエータに
あっては、移動体を移動させるための機構が、サーボモ
ータとねじ送り機構との組み合わせによって実現されて
いるため、せいぜい、数ミクロン〜数十ミクロンのオー
ダーでのステップ状の移動が得られるに過ぎず、また、
位置決め精度が、ねじ部材のねじ精度に大きく依存する
ところから、長期の使用によるねじ部材と移動体との間
の螺合部分等の摩耗によって、移動体の位置決め精度が
著しく低下するといった問題が内在していたのである。

【０００５】一方、近年では、圧電素子を利用したアク
チュエータ、所謂圧電アクチュエータが、サブミクロン
のオーダーでの位置調整が可能なアクチュエータとし
て、一部で利用されてきているが、従来の圧電アクチュ
エータは、圧電素子自体の変形量が小さ過ぎるために、
十分に大きなストロークが得ることが困難であったので
あり、しかも、そのようなストロークを制限しない限り
は、十分に大きな駆動力が得られないといった大きな欠
点が、存していたのである。

【０００６】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述せる如き事
情を背景にして為されたものであって、その解決課題と
するところは、サブミクロンのオーダーでの位置調整が
可能で、長期の使用によっても正確な位置精度が安定的
に確保され得、しかも、より十分に大きなストロークと
駆動力とが簡略な構造で、有利に実現され得る圧電アク
チュエータを提供することにある。

【０００７】

【解決手段】そして、本発明にあっては、かかる課題の
解決のために、（ａ）上下方向に延びる第一の案内面
と、該上下方向に対して交叉する方向となる横方向に延
びる第二の案内面とを有するベースと、（ｂ）該ベース
に対して、該ベースの前記第一の案内面に案内されつ
つ、上下方向に移動可能に配設された第一の移動体と、
（ｃ）該第一の移動体の下方において、その下面に接触
した状態下で、前記ベースの第二の案内面に案内されつ
つ、該第二の案内面が延出する前記横方向に移動可能に
配設された第二の移動体と、（ｄ）前記第二の案内面が
延出する横方向の一方から他方に向かって傾斜する傾斜
面形態をもって、前記第二の移動体と接触する前記第一
の移動体の下面と前記第二の案内面のうちの何れか一方
にて構成された第一の傾斜面と、該第一の傾斜面に対応
した傾斜面形態をもって、該第二の移動体における該第
一の傾斜面との接触面にて構成されて、該第二の移動体
の該横方向への移動に伴って該第一の傾斜面に摺動せし
められる第二の傾斜面とからなり、該第一の傾斜面に対
する該第二の傾斜面の摺動により、それら第一の傾斜面
と第二の傾斜面のうちの何れか一方を上下移動させるこ
とによって、前記第一の移動体を上下方向に移動せしめ
得るように構成された楔機構と、（ｅ）該第二の移動体
における前記移動方向の何れか一方側の端部に、該第二
の移動体と一体移動可能に取り付けられ、電圧の印加に
より、該第二の移動体の移動方向に沿って伸長乃至収縮
変形せしめられる圧電素子と、（ｆ）前記第二の移動体
に、前記圧電素子を介して、該第二の移動体と一体移動
可能に取り付けられると共に、該圧電素子の前記電圧の
印加による変形に伴って、該第二の移動体の前記移動方
向に沿って移動せしめられる質量体とを含み、前記圧電
素子への印加電圧の急変による該圧電素子の変形の急速
な発生乃至は停止に伴って、前記質量体が急速移動乃至
は急停止せしめられたときに、該圧電素子から該質量体
に及ぼされる作用力に対する反作用によって、該第二の
移動体が、前記第二の案内面との間に生ずる摩擦力に打
ち勝って、かかる第二の案内面が延出する前記横方向に
移動せしめられるように構成したことを特徴とする圧電
アクチュエータを、その要旨とするものである。

【０００８】要するに、このような本発明に従う圧電ア
クチュエータにあっては、圧電素子を介して、第二の移
動体に、それと一体移動可能に取り付けられた質量体
が、圧電素子の急速変形に伴って急速移動せしめられた
際や、圧電素子の変形の急停止に伴って移動が急停止せ
しめられた際に、圧電素子から質量体に及ぼされる作用
力に対する反作用によって、第二の移動体が、ベースに
設けられた第二の案内面に案内されつつ、該第二の案内
面が延出する横方向に移動され得るようになっていると
ころから、質量体が急速移動せしめられる毎に、或いは
質量体の移動が急停止せしめられる毎に、第二の移動体
のステップ状の移動が、圧電素子の変形量よりも小さな
量、つまりサブミクロン（ナノメーター）のオーダーで
得られることとなる。

【０００９】また、かかる圧電アクチュエータにおいて
は、第二の移動体と第二の案内面との間に生ずる摩擦力
を考慮して、質量体の質量を適度な大きさとすることに
よって、圧電素子を十分に遅い速度で変形させたり、そ
の変形を遅い速度で停止させたりした際に、圧電素子か
ら質量体に及ぼされる作用力に対する反作用により、第
二の移動体が、何等移動せしめられることなく、第二の
案内面との間に生ずる摩擦力によって、静止状態が保持
されることとなり、その上、それら質量体と圧電素子と
が、共に、第二の移動体に対して一体移動可能に取り付
けられている。

【００１０】それ故、この本発明に従う圧電アクチュエ
ータでは、例えば、圧電素子を急速変形させて、第二の
移動体を移動せしめた後、第二の移動体の静止状態が保
持され得る程度の速度で、圧電素子の変形状態を復帰さ
せる操作を繰り返し行なったり、或いは第二の移動体の
静止状態が保持され得る程度の速度で、圧電素子を所定
の量だけ変形せしめる一方で、その変形を急停止させる
操作を繰り返し行なったり、更にはそれらの操作を組み
合わせて行なったりすれば、上述せる如きサブミクロン
のオーダーでの第二の移動体のステップ状の移動が、前
記各操作の回数だけ、無制限に得られるのであり、それ
によって、第二の移動体の一回の移動が微小であるにも
拘わらず、かかる第二の移動体のストロークが、何等の
制限もなく、所望の量において得られることとなるので
ある。なお、このような第二の移動体の移動方向は、圧
電素子への電圧印加時の電界の方向（電流の流れの方
向）によって、第二の移動体が案内される第二の案内面
が延出する横方向のうちの何れか一方が、適宜に選択さ
れ得ることとなる。

【００１１】そして、本発明に従う圧電アクチュエータ
にあっては、第二の移動体と接触する第一の移動体の下
面と第二の案内面のうちの何れか一方にて構成された第
一の傾斜面と、第二の移動体における該第一の傾斜面と
の接触面にて構成された第二の傾斜面とにて楔機構が構
成され、この楔機構によって、第二の案内面が延出する
横方向への第二の移動体の移動に伴って、第一の移動体
が、第一の案内面に案内されつつ、上下移動せしめられ
るようになっているところから、前述せるように、圧電
素子の急変形や変形の急停止が惹起される毎に、第二の
移動体がステップ状に移動せしめられるのに伴って、第
一の移動体が、該第二の移動体の移動量に応じた量で、
上方若しくは下方に移動せしめられつつ、位置決めされ
得るのである。

【００１２】また、かかる圧電アクチュエータにおいて
は、上述のように、位置決めされるべき第一の移動体の
上下方向への移動が、上述の如く、第一の移動体の下面
と第二の案内面のうちの何れか一方にて構成された第一
の傾斜面と、第二の移動体における該第一の傾斜面との
接触面にて構成された第二の傾斜面とにて構成される楔
機構によって実現されているため、例えば、位置決めさ
れるべき移動体をねじ送り機構にて移動させる従来のア
クチュエータとは異なって、位置決めされるべき第一の
移動体の上下方向への移動時に摩耗が生ずる第一の傾斜
面と第二の傾斜面との間の摺接部分が、ねじ部等よりも
十分に大きな面積をもって形成され得るため、長期の使
用による部分的な摩耗によって、第一の移動体の位置決
め精度が低下するようなことが、効果的に解消乃至は抑
制され得るのである。

【００１３】しかも、そのように、本発明の圧電アクチ
ュエータでは、第一の傾斜面と第二の傾斜面との間で構
成される上述の如き楔機構によって、第二の移動体に移
動に伴う第一の移動体の移動が実現されているため、第
一の移動体のストロークを大きく損なうことなく、第一
の移動体を上下方向に移動させるための駆動力を増大さ
せることが出来るのである。

【００１４】加えて、本発明に従う圧電アクチュエータ
においては、第二の移動体を移動させるための構造が、
第二の移動体に、圧電素子と質量体とを、第二の移動体
と一体移動可能に取り付けただけの簡略な構造で実現さ
れ得ており、また、第一の移動体を移動させるための構
造も、単に、互いに対応する二つの傾斜面にて構成され
た、比較的に単純な構造の楔機構を設けることによっ
て、実現されているに過ぎないのである。

【００１５】従って、かくの如き本発明に従う圧電アク
チュエータにあっては、サブミクロンのオーダーでの位
置調整が可能で、長期の使用によっても正確な位置精度
が安定的に確保され得、しかも、より十分に大きなスト
ロークと駆動力とが簡略な構造で、極めて有利に実現さ
れ得ることとなったのである。

【００１６】また、本発明に従う圧電アクチュエータに
おいては、第一の傾斜面と第二の傾斜面との間での摺動
により第一の移動体の移動を行なうため、従来のサーボ
モータを用いたアクチュエータとは異なって、第一の移
動体の位置決めの際に微振動が生ずるようなことが有利
に回避され得るといった利点も、得られるのである。

【００１７】さらに、本発明に従う圧電アクチュエータ
にあっては、圧電素子への印加電圧の波形の制御のみ
で、位置決めされるべき第一の移動体の駆動力や移動方
向、位置決め精度を制御することが出来、また、それと
共に、第一の移動体の微動と粗動とが、容易に行なうこ
とも出来るのである。

【００１８】なお、このような本発明に従う圧電アクチ
ュエータの好ましい態様の一つによれば、前記質量体
が、前記圧電素子に対して、取り外し可能に取り付けら
れると共に、該圧電素子が、前記第二の移動体に対し
て、取り外し可能に取り付けられる。このような構成を
採用すれば、例えば、複数種類の圧電アクチュエータの
間で、比較的に効果な圧電素子の使い回しを行なうこと
が出来、それによって、複数のタイプの圧電アクチュエ
ータを、それぞれ、低コストに得ることが可能となるの
である。

【００１９】そして、本発明にあっては、前述せる技術
的課題の解決のために、（ａ）上下方向に延びる第一の
案内面と、該上下方向に対して交叉する方向となる横方
向に延びる第二の案内面とを有するベースと、（ｂ）該
ベースに対して、該ベースの前記第一の案内面に案内さ
れつつ、上下方向に移動可能に配設された第一の移動体
と、（ｃ）該第一の移動体の下方において、その下面に
接触した状態下で、前記ベースの第二の案内面に案内さ
れつつ、該第二の案内面が延出する前記横方向に移動可
能に配設された第二の移動体と、（ｄ）前記第二の案内
面が延出する横方向の一方から他方に向かって傾斜する
傾斜面形態をもって、前記第二の移動体と接触する前記
第一の移動体の下面と前記第二の案内面のうちの何れか
一方にて構成された第一の傾斜面と、該第一の傾斜面に
対応した傾斜面形態をもって、該第二の移動体における
該第一の傾斜面との接触面にて構成されて、該第二の移
動体の該横方向への移動に伴って該第一の傾斜面に摺動
せしめられる第二の傾斜面とからなり、該第一の傾斜面
に対する該第二の傾斜面の摺動により、それら第一の傾
斜面と第二の傾斜面のうちの何れか一方を上下移動させ
ることによって、前記第一の移動体を上下方向に移動せ
しめ得るように構成された楔機構と、（ｅ）該第二の移
動体における前記移動方向の少なくとも何れか一方側
に、該第二の移動体の移動方向と同一の方向に移動可能
に配置され、電圧の印加に伴って、該第二の移動体の移
動方向に沿って伸長乃至収縮変形せしめられることによ
り、該第二の移動体を該移動方向に沿って押圧乃至引張
せしめて、移動させる圧電素子と、（ｆ）該圧電素子の
伸長乃至収縮変形による前記第二の移動体の移動に追従
して、該圧電素子を該第二の移動体の移動方向に駆動せ
しめる駆動機構とを含んで構成したことを特徴とする圧
電アクチュエータを、また、その要旨とするものであ
る。

【００２０】すなわち、このような本発明に従う圧電ア
クチュエータにあっては、圧電素子が、電圧の印加に伴
って伸長乃至収縮変形せしめられることにより、第二の
移動体が、第二の案内面に案内されつつ、その延出方向
たるベースの横方向に移動せしめられるようになってい
るところから、第二の移動体を、圧電素子の変形量に応
じたサブミクロンのオーダーで、移動させることが出来
るのである。

【００２１】また、かかる圧電アクチュエータにおいて
は、上述の如くして第二の移動体を移動させる圧電素子
が、駆動機構により、第二の移動体の移動に追従して、
その移動方向に駆動せしめられるようになっているた
め、圧電素子の変形による第二の移動体の移動と、駆動
機構による圧電素子の駆動とを繰り返し行なうことによ
って、第二の移動体のストロークが、何等の制限もな
く、所望の量において得られることとなるのである。な
お、この本発明の圧電アクチュエータでは、第二の移動
体の移動方向の両側に、圧電素子と駆動機構をそれぞれ
配置することにより、第二の移動体が、その移動方向の
両側に向かって移動可能とされる。

【００２２】さらに、本発明に従う圧電アクチュエータ
にあっても、十分に大きな面積を確保可能な第一及び第
二の傾斜面にて、第二の移動体の移動に応じて、第一の
移動体を移動させる楔機構が構成されているため、前述
せる如く、長期使用による第一及び第二の傾斜面の摩耗
に起因する位置決め精度の低下が効果的に解消乃至は抑
制され得ると共に、第一の移動体を上下方向に移動させ
るための駆動力が、そのストロークを損ねることなく十
分に増大され得るのである。

【００２３】しかも、本発明に従う圧電アクチュエータ
においては、第二の移動体を移動させるための構造が、
第二の移動体の移動方向の少なくとも何れか一方に、圧
電素子と駆動機構とを配置しただけの簡略な構造で実現
され得ており、また、第一の移動体を移動させるための
構造も、単に、互いに対応する二つの傾斜面にて構成さ
れた、比較的に単純な構造の楔機構を設けることによっ
て、実現されているに過ぎないのである。

【００２４】従って、かくの如き本発明に従う圧電アク
チュエータにあっても、サブミクロンのオーダーでの位
置調整が可能で、長期の使用によっても正確な位置精度
が安定的に確保され得、しかも、より十分に大きなスト
ロークと駆動力とが簡略な構造で、極めて有利に実現さ
れ得るのである。

【００２５】なお、この本発明に従う圧電アクチュエー
タの望ましい態様の一つによれば、前記駆動機構が、前
記第二の移動方向に沿って直線運動するピストン部材を
備えたシリンダ機構にて構成され、且つ該ピストン部材
に、前記圧電素子が取り付けられることにより、該圧電
素子が、該駆動機構にて、該第二の移動体の移動方向に
駆動せしめられるように構成される。これによって、第
二の移動体の移動方向への圧電素子の駆動が、確実に行
なわれ得ることとなり、その結果として、十分に大きな
ストロークが、より確実に実現され得るのである。

【００２６】また、本発明に従う圧電アクチュエータの
有利な態様の一つによれば、前記第二の移動体の移動量
を検出する検出手段と、該検出手段にて検出される該第
二の移動体の移動量を、予め設定された目標値と比較し
て、該移動量が該目標値と一致するように、前記圧電素
子に印加される電圧を制御する制御手段とが、更に含ん
で構成される。これによって、第二の移動体の移動量に
応じた量で移動せしめられる第一の移動体を、正確に、
所望の量で移動させることが可能となり、その結果とし
て、位置決め精度が、更に一層効果的に高められ得るの
である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に具体的に明ら
かにするために、本発明に係る圧電アクチュエータの構
成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することと
する。

【００２８】先ず、図１及び図２には、本発明に従う構
造を有する圧電アクチュエータの一実施形態としての半
導体製造装置における位置決め装置が、その正面形態と
縦断面形態とにおいて概略的に示されている。そこにお
いて、１０は、全体として、長手形状を呈するベースで
あり、上面と下面とがそれぞれ水平面とされた、厚肉の
長手矩形平板状の底板部１２を有して、構成されてい
る。また、このベース１０における底板部１２の長手方
向両側の端部には、該長手方向において互いに対向し、
且つ対向面のそれぞれが鉛直面とされた、厚肉板状のエ
ンドプレート部１４と、ブロック状のエンドブロック部
１６とが、それぞれ、鉛直上方に向かって延びるように
一体的に突設されている。更に、それらエンドプレート
部１４とエンドブロック部１６との間には、鉛直方向に
おいて上下に延びる二つの側板１８，１８が、底板部１
２の幅方向に対向しつつ、エンドプレート部１４とエン
ドブロック部１６の対応する側面同士を連結するように
架け渡されて、各側面に対してボルト固定されている。

【００２９】かくして、ベース１０においては、長手方
向の略中央部に、それぞれ鉛直面からなるエンドプレー
ト部１４とエンドブロック部１６の各対向面と、二つの
側板１８，１８の各対向面とを四つの側面とし、且つ水
平面からなる底板部１２の上面を底面として、上方に向
かって開口する矩形凹所２０が形成されている。そし
て、ここでは、この矩形凹所２０の各側面を与えるエン
ドプレート部１４とエンドブロック部１６の各対向面及
び二つの側板１８，１８の各対向面が、それぞれ鉛直方
向において上下に延びる、第一の案内面としての鉛直案
内面２２ａ〜ｄとされており、また、矩形凹所２０の底
面を与える底板部１２の上面が、水平な状態でベース１
０の長手方向に向かって横方向に延びる、第二の案内面
としての水平案内面２４とされているのである。

【００３０】また、そのような鉛直及び水平案内面２２
ａ〜ｄ，２４にて囲まれてなる矩形凹所２０内には、第
一の移動体としての位置決めテーブル２６と、第二の移
動体としての移動ブロック２８とが、それぞれ上下に位
置せしめられた状態で、収容配置されている。

【００３１】そして、移動ブロック２８の上方に位置す
る位置決めテーブル２６は、矩形凹所２０の深さ寸法よ
りも小さな厚さと、該矩形凹所２０の幅や長さよりも僅
かに小さな幅や長さを有する略厚肉矩形板状の全体形状
をもって構成されている。また、この位置決めテーブル
２６にあっては、その四つ側面の全てが鉛直面からなる
一方、上面が水平面にて形成されており、更に、下面
が、底板部１２（ベース１０）の長手方向、換言すれ
ば、水平案内面２４の延出方向において、エンドプレー
ト部１４側からエンドブロック部１６側に向かって下傾
する傾斜面にて形成されている。

【００３２】すなわち、これによって、ここでは、矩形
凹所２０内に収容配置された位置決めテーブル２６が、
上面の水平状態を維持しつつ、ベース１０の四つの鉛直
案内面２２ａ〜ｄに案内されつつ、上下方向に移動せし
められ得るようになっているのであり、また、下面の全
面が、第一の傾斜面としてのテーブル側傾斜面３０とさ
れているのである。

【００３３】一方、矩形凹所２０内において、位置決め
テーブル２６の下方に位置する移動ブロック２８は、矩
形凹所２０の深さ寸法よりも小さな高さと、矩形凹所２
０の幅よりも僅かに小さな幅と、矩形凹所２０の長さよ
りも所定寸法短い長さを有する、やや高さの低い矩形ブ
ロック状の全体形状をもって構成されている。また、こ
の移動ブロック２８にあっては、その四つ側面の全てが
鉛直面からなる一方、下面が水平面にて形成されてお
り、更に、上面が、前記位置決めテーブル２６のテーブ
ル側傾斜面３０の形状に対応した傾斜面形状、つまり、
底板部１２（ベース１０）の長手方向において、エンド
プレート部１４側からエンドブロック部１６側に向かっ
て、テーブル側傾斜面３０の傾斜角度と同一の角度で下
傾する傾斜面にて形成されている。そして、このような
移動ブロック２８が、水平面からなる下面において、矩
形凹所２０の底面を与える水平案内面２４上に載置され
ると共に、位置決めテーブル２６のテーブル側傾斜面３
０の形状に対応した傾斜面からなる上面上に、該位置決
めテーブル２６を載置させた状態で、矩形凹所２０内に
収容位置せしめられているのである。

【００３４】これによって、ここでは、移動ブロック２
８が、水平案内面２４に案内されつつ、前記エンドプレ
ート部１４とエンドブロック部１６との対向面間を、該
水平案内面２４の延出方向に沿って移動せしめられ得る
ようになっているのである。また、この移動ブロック２
８の上面の全面が、位置決めテーブル２６のテーブル側
傾斜面３０と所定の楔機構を構成する、第二の傾斜面と
しての移動ブロック側傾斜面３２とされている。

【００３５】かくして、図２に二点鎖線で示されるよう
に、移動ブロック２８が、エンドプレート部１４側から
エンドブロック部１６側に向かって移動せしめられる際
に、かかる移動ブロック側傾斜面３２が、位置決めテー
ブル２６のテーブル側傾斜面３０に対して摺動せしめら
れ、それにより、位置決めテーブル２６が、鉛直案内面
２２ａ〜ｄに案内されつつ、移動ブロック２８の移動量
に応じた量において、上方に移動せしめられるようにな
っている。また、図２に実線で示されるように、移動ブ
ロック２８が、エンドブロック部１６側からエンドプレ
ート１４側に移動せしめられる際には、移動ブロック側
傾斜面３２のテーブル側傾斜面３０に対する摺動によ
り、位置決めテーブル２６が、鉛直案内面２２ａ〜ｄに
案内されつつ、移動ブロック２８の移動量に応じた量に
おいて、下方に移動せしめられるようになっているので
ある。なお、これら移動ブロック側傾斜面３２のテーブ
ル側傾斜面３０のそれぞれの傾斜角度は、特に限定され
るものではなく、必要とされる位置決めテーブル２６の
ストロークや駆動力等に応じて、適宜に決定されること
となる。

【００３６】そして、本実施形態においては、特に、上
述の如き移動ブロック２８における水平案内面２４の延
出方向への移動、更には位置決めテーブル２６の上下方
向への移動等の機械的な動作を、電気信号によって実現
させるための圧電素子３４が、移動ブロック２８に取り
付けられているのである。

【００３７】より詳細には、ここでは、ベース１０のエ
ンドブロック部１６に対して、円形の貫通孔３６が、ベ
ース１０（底板部１２）の長手方向に沿って該エンドブ
ロック部１６を貫通して、水平に延びるように形成され
ている。また、この貫通孔３６は、エンドブロック部１
６のエンドプレート部１４側に位置する部分と、それと
は反対側に位置する部分とが互いに異なる径をもって延
出せしめられており、かかるエンドプレート部１４側の
部分が小径孔部３８とされている一方、それとは反対側
の部分が大径孔部４０とされている。即ち、ここでは、
ベース１０の略中央部に形成された矩形凹所２０が、前
述の如く、上方に向かって開口せしめられる一方で、エ
ンドブロック部１６に形成された小径孔部３８と大径孔
部４０とからなる貫通孔３６を通じて、側方にも開口せ
しめられているのである。

【００３８】また、かかる貫通孔３６を通じて側方に開
口せしめられた矩形凹所２０内に収容された移動ブロッ
ク２８においては、該貫通孔３６が形成されるエンドブ
ロック部１６との対向側の端面に、所定長さを有する丸
棒状の連結ロッド４２が、ベース１０（底板部１２）の
長手方向において、エンドブロック部１６側に向かって
水平に延出し、且つ先端部を、エンドブロック部１６に
設けられた貫通孔３６内に突入せしめた状態で、固設さ
れている。

【００３９】そして、この連結ロッド４２の先端部の端
面に対して、円柱形状を呈する圧電素子３４が、その軸
方向の一方側の端面において固着されており、以て、か
かる圧電素子３４が、連結ロッド４２を介して、移動ブ
ロック２８のエンドブロック部１６との対向側の端部
に、該移動ブロック２８と一体移動可能に取り付けられ
ているのである。

【００４０】なお、ここでは、圧電素子３４が、貫通孔
３６の小径孔部３８の内径よりも一周り小さな外径を有
して構成されており、それによって、図２において実線
で示されるように、移動ブロック２８が、水平案内面２
４に案内されつつ、エンドプレート部１４側への移動限
度位置まで移動せしめられた際に、部分的に小径孔部３
８内に突入せしめた状態で、貫通孔３６内に収容位置せ
しめられるようになっている。

【００４１】また、ここで用いられる圧電素子３４は、
その種類が特に限定されるものではなく、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）等を始めとした、サブミクロンのオ
ーダーでの変形量が得られる、従来から公知の各種の圧
電材料からなるものが用いられ、更に、そのような圧電
材料からなる薄板を一体的に積層することにより円柱状
に成形してなる構造のものが、好適に用いられる。そし
て、ここでは、特に、そのような構造のもののうち、電
圧の印加により、軸方向において、伸長乃至収縮変形せ
しめられる圧電素子３４が使用されており、それによっ
て、かかる圧電素子３４が、エンドブロック部１６の貫
通孔３６内において、図示しないリード線を通じた電圧
の印加により、ベース１０（底板部１２）の長手方向、
換言すれば、水平案内面２４の延出方向に沿って、伸縮
乃至収縮変形せしめられ得るように構成されているので
ある。

【００４２】さらに、本実施形態では、かかる圧電素子
３４の連結ロッド４２への固着側とは反対側の軸方向他
方側の端面に、質量体４４が、宙に浮いた状態で固着さ
れている。これによって、かかる質量体４４が、圧電素
子３４と連結ロッド４２を介して、移動ブロック２８の
エンドブロック部１６との対向側の端部に、該移動ブロ
ック２８と一体移動可能に取り付けられているのであ
る。

【００４３】なお、この質量体４４は、貫通孔３６の小
径孔部３８の内径よりは大きいものの、大径孔部４０の
内径よりは一周り小さな外径を有する円柱形状を呈して
いることによって、移動ブロック２８が、エンドプレー
ト部１４側への移動限度位置に位置せしめられた状態下
で、貫通孔３６の大径孔部３８内に、収容位置せしめら
れるようになっている。また、かかる質量体４４にあっ
ては、後述する如く、圧電素子３４への印加電圧の急変
による該圧電素子３４の変形の急速な発生乃至は停止に
伴って、急速移動乃至は急停止せしめられたときに、圧
電素子３４から及ぼされる作用力に対する反作用によ
り、移動ブロック２８を、水平案内面２４との間に生ず
る摩擦力に打ち勝って、水平案内面２４の延出方向に移
動させる一方、圧電素子３４を十分に遅い速度で変形さ
せたり、その変形を遅い速度で停止させたりした際に
は、移動ブロック２８を、水平案内面２４との間に生ず
る摩擦力によって、静止状態を保持せしめ得る程度の大
きさの質量とされている。

【００４４】次ぎに、かくの如き構造とされた本実施形
態の位置決め装置における移動ブロック２８の圧電素子
３４による移動原理について、説明する。

【００４５】本実施形態の位置決め装置における移動ブ
ロック２８の移動機構は、それを抽出して、概略的に示
す図３の（ａ）〜（ｅ）からも明らかなように、基本的
に、水平案内面２４、移動ブロック２８、圧電素子３
４、及び質量体４４を含んで構成されている。そして、
圧電素子３４に印加する電圧パターンを制御することに
より、質量体４４に適当な加速度を与え、その反作用に
よって、移動ブロック２８の微小な移動をステップ状に
得るものであり、その基本的な移動方法として、次ぎの
３種類のパターンがある。なお、以下の記載及び図３の
（ａ）〜（ｅ）には、移動ブロック２８を、図３中、左
方向に移動させる場合のみについて、示した。また、移
動ブロック２８と圧電素子３４との間に介在せしめられ
る連結ロッド４２は、移動ブロック２８の一部とみなし
得るため、図３の（ａ）〜（ｅ）において、かかる連結
ロッド４２が省略されていることが理解されるべきであ
る。

【００４６】すなわち、第一の移動パターンは、先ず、
圧電素子３４に対して一定の電圧を印加せしめて、図３
の（ａ）に示されるように、圧電素子３４を一定量だけ
伸長変形せしめた状態から、圧電素子３４に対して急激
に電圧を加えて、図３の（ｂ）に示される如く、圧電素
子３４を急速に伸長させる。このとき、質量体４４を、
圧電素子３４から及ぼされる作用力によって、図中、右
側に移動せしめ、その一方で、移動ブロック２８を、質
量体４４に及ぼされる作用力に対する反作用により、水
平案内面２４との間に生ずる摩擦力に打ち勝って、水平
案内面２４上を、図中、左側に向かって移動させるので
ある。

【００４７】そして、圧電素子３４に印加する電圧を、
前記一定の電圧にまで徐々に減少させることにより、図
３の（ｃ）に示されるように、移動ブロック２８を、水
平案内面２４との間に生ずる摩擦力にて、静止状態に保
持させたまま、圧電素子３４を図３の（ｂ）の大きな変
形状態から、図３の（ａ）の小さな変形状態に収縮させ
る。これによって、移動ブロック２８と圧電素子３４と
質量体４４とを、水平案内面２４上において、図３中、
左側に、同一の量だけ移動させるのである。なお、ここ
での移動ブロック２８の移動は、圧電素子３４の急速変
形に基づいて惹起される質量体４４への作用力の反作用
によって実現されるため、その移動量は、圧電素子３４
の変形量よりも、小さな量とされる。

【００４８】また、第二の移動パターンは、先ず、圧電
素子３４に印加する電圧を徐々に増加せしめて、移動ブ
ロック２８を、水平案内面２４との間に生ずる摩擦力に
て、静止状態に保持させたまま、圧電素子３４を図３の
（ｂ）の大きな変形状態にまで伸長させる。そして、そ
の状態から、質量体４４が一定の加速度で加速しなが
ら、移動ブロック２８に接近するように、圧電素子３４
を収縮せしめる。なお、この圧電素子３４の収縮時に
も、移動ブロック２８が、水平案内面２４との間に生ず
る摩擦力にて、静止状態に保持せしめられるように為
す。

【００４９】その後、図３の（ｄ）に示されるように、
圧電素子３４が、伸長前の状態にまで収縮せしめられた
時点で、圧電素子３４の収縮を急停止させる。このと
き、圧電素子３４の収縮に伴って、一定の加速度で加速
しながら移動ブロック２８に接近していた質量体４４
が、圧電素子３４の収縮の急停止により、移動ブロック
２８に、圧電素子３４を介して衝突するような状態とな
り、その衝撃によって、移動ブロック２８が、図３の
（ｅ）に示される如く、図中、左側に向かって、水平案
内面２４上を移動する。その際、圧電素子３４と質量体
４４も、移動ブロック２８と一体的に移動せしめられる
こととなる。なお、ここでの移動ブロック２８の移動量
も、圧電素子３４の変形量よりも小さな量とされる。

【００５０】さらに、第三の移動パターンは、第二の移
動パターンにおいて、圧電素子３４の収縮を急停止させ
ると同時に、第一の移動パターンでの圧電素子３４の急
速変化を開始させることにより、移動ブロック２８を、
水平案内面２４上で、図３中、左側に向かって移動させ
るものである。なお、この第三の移動パターンでは、移
動ブロック２８の１回の移動サイクル毎に、第一の移動
パターンで得られる移動ブロック２８の移動量と、第二
の移動パターンで得られる移動ブロック２８の移動量と
の合計量よりもいくらか大きい移動量が得られることと
なる。

【００５１】かくして、ここでは、第一、第二、及び第
三の移動パターンのうちの何れか一つを選択して、或い
はそれらを種々組み合わせて、繰り返し実施することに
より、移動ブロック２８の移動を、ステップ状に、連続
して得られるのであり、また、その１ステップの移動量
として、圧電素子３４の変形量よりも小さな移動量が得
られることとなるのである。

【００５２】なお、上述せる第一、第二、及び第三の移
動パターンは、移動ブロック２８を、図３中、左側に移
動させるための移動機構の動作方法について示したが、
それら第一、第二、及び第三の移動パターンにおいて、
圧電素子３４を伸長させるところを収縮させると共に、
それを収縮させるところを伸長させるように為せば、移
動ブロック２８を、図３中、右側に向かって、上記と同
様に移動させることが出来るのである。

【００５３】このように、本実施形態の位置決め装置に
おいては、第一の移動パターンや第二の移動パターンや
第三の移動パターンに基づいて、圧電素子３４の変形を
惹起させ、その操作を繰り返し行なうことにより、移動
ブロック２８を、水平案内面２４の延出方向に、圧電素
子３４の変形量よりも小さな量で移動させる、移動ブロ
ック２８のステップ状の移動を得ることが出来るところ
から、位置決めテーブル２６を、移動ブロック２８の移
動に伴って、圧電素子３４の変形量よりも小さな量で、
上下方向に、ステップ状に移動させることが可能とな
り、それによって、位置決めテーブル２６の位置決め調
整を、サブミクロンのオーダーで実施することが出来る
のである。

【００５４】また、本実施形態では、移動ブロック２８
のステップ状の移動を連続して繰り返すことにより、そ
の繰り返し回数に応じた量において、移動ブロック２８
を移動させることが出来るため、移動ブロック２８のス
テップ状の移動の連続的な繰り返し操作の回数に応じ
て、位置決めテーブル２６も、上下方向に連続移動させ
ることが出来、その結果として、位置決め調整における
ストロークが、所望の量において十分に確保され得るの
である。

【００５５】さらに、本実施形態の位置決め装置におい
ては、位置決めテーブル２６と移動ブロック２８とのそ
れぞれの接触面の全面からなる、互いに対応した傾斜面
形態を有するテーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾
斜面３２とによって、楔機構が構成されて、移動ブロッ
ク２８の水平方向への移動に伴って位置決めテーブル２
６が上下方向に移動せしめられるようになっているとこ
ろから、位置決めテーブル２６の上下移動を行なわしめ
る作動時に摺動せしめられるテーブル側傾斜面３０と移
動ブロック側傾斜面３２との間で生ずる応力が、それら
両傾斜面３０，３２の全面において有利に分散せしめら
れて、テーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾斜面３
２の摺動による摩耗が有利に小さく為され得るのであ
り、その結果として、長期の使用による位置決めテーブ
ル２６の位置決め精度の低下が、効果的に解消乃至は抑
制され得ることとなるのである。

【００５６】更にまた、本実施形態では、位置決めテー
ブル２６を上下方向に移動させる楔機構が、テーブル側
傾斜面３０と移動ブロック側傾斜面３２とにて構成され
ているため、それらの傾斜面３０，３２の傾斜角度を調
整すること等により、位置決めテーブル２６のストロー
クを大きく損ねることなく、その駆動力を増大せしめる
ことが出来るのである。

【００５７】しかも、本実施形態の位置決め装置におい
ては、移動ブロック２８を水平案内面２４の延出方向に
移動させるための構造が、移動ブロック２８に対して、
圧電素子３４と質量体４４とを、連結ロッド４２を介し
て取り付けただけの簡略な構造で実現され得ており、ま
た、位置決めテーブル２６を上下方向に移動させて、位
置決めするための構造も、単に、位置決めテーブル２６
と移動ブロック２８との間に、互いに対応した傾斜面形
態を有するテーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾斜
面３２とにて構成された、比較的に単純な構造の楔機構
を設けることによって、実現されているに過ぎないので
あり、従って、装置全体の構造が、極めて有利に簡略化
され得ているのである。

【００５８】また、本実施形態の位置決め装置において
は、テーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾斜面３２
との間での摺動により、位置決めテーブル２６の移動を
行なうため、従来のサーボモータを用いた位置決め装置
等とは異なって、位置決めテーブル２６の位置決めに際
して、微振動が生ずるようなことが有利に回避され得る
こととなるのである。

【００５９】さらに、本実施形態の位置決め装置にあっ
ては、圧電素子３４への印加電圧の波形の制御のみで、
位置決めテーブル２６の駆動力や移動方向、位置決め精
度を制御することが出来、また、それと共に、位置決め
テーブル２６の微動と粗動とが、容易に行なうことも出
来るといった利点も得られるのである。

【００６０】次ぎに、図４には、本発明に従う構造を有
する圧電アクチュエータの別の実施形態としての半導体
製造装置における位置決め装置が、その縦断面形態にお
いて概略的に示されている。なお、本実施形態では、第
二の移動体を移動させるための構造が、前記実施形態と
は異なるものの例が示されており、それ以外の部位及び
部材の構造は、前記実施形態と同一の構造とされてい
る。従って、ここでは、第二の移動体の移動構造以外の
部位及び部材について、図４において、前記実施形態と
同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略す
ることとする。

【００６１】すなわち、本実施形態では、エンドブロッ
ク部１６における貫通孔３６の大径孔部４０内に、駆動
機構としてのエアシリンダ４６が、位置固定に設けられ
ており、また、このエアシリンダ４６の内部には、ピス
トンロッド４８が、移動ブロック２８の移動方向と平行
な方向において、該移動ブロック２８に向かって突出／
引込作動せしめられるように配設されている。更に、か
かるエアシリンダ４６のピストンロッド４８の先端部に
は、圧電素子３４が一体的に固着されており、また、こ
の圧電素子３４のピストンロッド４８に対する固着側と
は反対側には、硬質材料からなるハンマ部５０が、一体
的に固着されている。なお、この圧電素子３４は、図示
しないリード線等を通じて電圧が印加されることによ
り、ベース１０の長手方向、つまり、該ベース１０にお
ける水平案内面２４の延出方向に向かって伸長乃至収縮
変形せしめられ得るように構成されている。

【００６２】そして、ここでは、図４に二点鎖線で示さ
れる如く、エアシリンダ４６内への圧縮空気の供給に伴
うピストンロッド４８の突出作動によって、ピストンロ
ッド４８と共に、圧電素子３４とハンマ部５０とが、貫
通孔３６の小径部３８を通じて、移動ブロック２８が収
容配置される矩形凹所２０内に突入せしめられるように
なっている。

【００６３】かくして、本実施形態においては、ハンマ
部５０の先端が移動ブロック２８に接触せしめられた状
態下で、圧電素子３４に電圧を印加せしめて、該圧電素
子３４を伸長変形させることにより、移動ブロック２８
が、ハンマ部５０にて、ベース１０の長手方向の一端部
に位置するエンドプレート部１４側に向かって打撃され
るように押圧されて、かかるエンドプレート部１４側に
向かって、圧電素子３４の変形量に応じた量だけ移動せ
しめられるようになっている。また、ここでは、そのよ
うな移動ブロック２８の移動後に、圧電素子３４を伸長
変形せしめられる前の状態に復帰させる一方で、移動ブ
ロック２８の移動によりハンマ部５０の先端と移動ブロ
ック２８との間に形成される隙間が無くなるように、エ
アシリンダ４６内のピストンロッド４８が突出作動せし
められて、それらが再び接触せしめられるようになって
いる。そして、また、そのようなハンマ部５０と移動ブ
ロック２８との接触状態から、圧電素子３４の伸長変形
が更に行なわれることにより、移動ブロック２８が、圧
電素子３４の伸長変形量に応じて、ベース１０のエンド
プレート部１４側に向かって、水平案内面２４に案内さ
れつつ、該水平案内面２４の延出方向（ベース１０の横
方向）に沿って、ステップ状に移動せしめられ得るよう
になっているのである。

【００６４】さらに、ここでは、エンドプレート部１４
も、エンドブロック部１６と略同様な構造とされてい
る。即ち、エンドプレート部１４にも、移動ブロック２
８の移動方向に沿って、ベース１０のエンドブロック部
１６側に向かって突出／引込作動せしめられるピストン
ロッド４８が内蔵されたエアシリンダ４６が、エンドブ
ロック部１６と同様な構造をもって、位置固定に設けら
れており、また、このエアシリンダ４６のピストンロッ
ド４８の先端部にも、圧電素子３４とハンマ部５０とが
直列状態で固着せしめられているのである。

【００６５】それ故、本実施形態においては、移動ブロ
ック２８が、エンドプレート部１４に配設された圧電素
子３４の伸長変形と、エアシリンダ４６におけるピスト
ンロッド４８の突出作動とによって、ベース１０のエン
ドブロック部１６側に向かって、水平案内面２４に案内
されつつ、該水平案内面２４の延出方向に沿って、圧電
素子３４の変形量に応じた量で、ステップ状に移動せし
められ得るように構成されているのである。

【００６６】そして、このような移動ブロック２８にお
ける水平案内面２４の延出方向への移動に伴って、該移
動ブロック２８の移動ブロック側傾斜面３２と位置決め
テーブル２６のテーブル側傾斜面３０との間の楔機構に
より、位置決めテーブル２６が上下方向に移動せしめら
れつつ、かかる位置決めテーブル２６の上下方向におけ
る位置決めが行なわれるようになっているのである。

【００６７】このように、本実施形態においても、圧電
素子３４の伸長変形とエアシリンダ４６内におけるピス
トンロッド４８の突出作動とを繰り返し行なうことによ
り、移動ブロック２８を水平案内面２４の延出方向に、
圧電素子３４の変形量に応じた量で移動させる、移動ブ
ロック２８のステップ状の移動を得ることが出来るた
め、位置決めテーブル２６を、移動ブロック２８の移動
に伴って、圧電素子３４の変形量に応じた量で、上下方
向に、ステップ状に移動させることが可能となり、それ
によって、位置決めテーブル２６の位置決め調整を、サ
ブミクロンのオーダーで実施することが出来るのであ
る。

【００６８】また、かかる本実施形態にあっても、移動
ブロック２８のステップ状の移動を連続して繰り返すこ
とにより、その繰り返し回数に応じた量において、移動
ブロック２８を移動させることが出来るため、移動ブロ
ック２８のステップ状の移動の連続的な繰り返し操作の
回数に応じて、位置決めテーブル２６も、上下方向に連
続移動させることが出来、その結果として、位置決め調
整におけるストロークが、所望の量において十分に確保
され得るのである。

【００６９】さらに、本実施形態においても、前記実施
形態と同様に、移動テーブル２６の上下移動が、移動テ
ーブル２６のテーブル側傾斜面３０と移動ブロック２８
の移動ブロック側傾斜面３２との間で構成される楔機構
にて実現され得るようになっているところから、かかる
楔機構の採用によって前記実施形態で達成され得る効果
が、悉く、有利に享受され得ることとなるのである。

【００７０】以上、本発明の具体的な構成について詳述
してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないものであ
って、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも
受けるものではない。

【００７１】例えば、第一の移動体としての位置決めテ
ーブル２６や、第二の移動体たる移動ブロック２８を案
内する第一の案内面や第二の案内面の構造は、前記第一
及び第二の実施形態に示されるものに、何等限定される
ものではなく、位置決めテーブル２６や移動ブロック２
８を上下方向や、該上下方向に対して交叉する方向とな
る横方向に案内し得るように構成されておれば良いので
ある。

【００７２】従って、図５に示されるように、例えば、
ベース１０の底板部１２の上面を、位置決めテーブル２
６における第一の傾斜面たるテーブル側傾斜面３０や、
移動ブロック２８における第二の傾斜面たる移動ブロッ
ク側傾斜面３２とは反対方向に傾斜しつつ、ベース１０
の長手方向に向かって横方向に延びる傾斜案内面５２と
為し、この傾斜案内面５２にて、第二の移動体たる移動
ブロック２８を前後方向に案内する第二の案内面を構成
しても良いのである。

【００７３】また、前記第一及び第二の実施形態では、
水平案内面２４の延出方向たる水平方向への移動ブロッ
ク２８の移動に伴って、位置決めテーブル２６を上下方
向に移動させるための楔機構が、位置決めテーブル２６
の下面と移動ブロック２８の上面のそれぞれの全面から
なるテーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾斜面３２
とにて、構成されていたが、例えば、位置決めテーブル
２６の下部や移動ブロック２８の上部のそれぞれ一部の
面に、テーブル側傾斜面３０と移動ブロック側傾斜面３
２を形成し、そのような両傾斜面にて、楔機構を構成す
るようにしても、何等差し支えないのである。

【００７４】さらに、かかる楔機構を構成する第一の傾
斜面と第二の傾斜面の形成面も、前記二つの実施形態に
示されるものに、決して限定されるものではない。即
ち、例えば、図６に示されるように、第二の案内面を、
図５に示される如き形態と同様に、エンドプレート部１
４側からエンドブロック部１６側に向かって下傾する傾
斜案内面５２とし、そして、この傾斜案内面５２にて、
第一の傾斜面を形成する一方、かかる第一の傾斜面を与
える傾斜案内面５２に接触する移動ブロック２８の下面
を、該傾斜案内面５２に対応した傾斜面形態を有し、ベ
ース１０の長手方向への移動ブロック２８の移動に伴っ
て、該傾斜案内面５２に摺動する傾斜摺動面５４と為す
ことにより、かかる傾斜摺動面５４にて、第二の傾斜面
を形成するようにすることも可能である。

【００７５】なお、このような構造が採用される場合に
は、例えば、移動ブロック２８と位置決めテーブル２６
との互いの接触面が、それぞれ水平面にて形成される。
そして、図６に二点鎖線と実線で示されるように、移動
ブロック２８が、ベース１０の長手方向への移動に伴っ
て、上下方向にも移動せしめられることとなり、この移
動ブロック２８の上方への移動時に、位置決めテーブル
２６が、かかる移動ブロック２８にて押し上げられて、
上方に移動せしめられる一方、移動ブロック２８への下
方への移動時に、位置決めテーブル２６が、自重により
下方に移動せしめられることとなる。

【００７６】また、図７に示されるように、第二の傾斜
面を、移動ブロック２８の傾斜摺動面５４にて形成する
一方、第一の傾斜面を、ベース１０の矩形凹所２０内に
おいて、移動ブロック２８の下方に更に配置された案内
ブロック５６の上面にて、形成しても良い。

【００７７】すなわち、ここでは、矩形凹所２０内に、
移動ブロック２８と略同様な構造により、ベース１０に
おける底板部１２の底面上を移動せしめられる案内ブロ
ック５６が配設されている。そして、この案内ブロック
５６の上面に案内されつつ、移動ブロック２８がベース
１０の長手方向に移動可能とされて、かかる案内ブロッ
ク５６の上面の全面が、第二の案内面として構成され、
またそれと共に、それが、移動ブロック２８の傾斜摺動
面５４と対応した傾斜面形態もって、ベース１０のエン
ドプレート部１４側からエンドブロック部１６側に向か
って下傾する第一の傾斜面としても機能する傾斜案内面
５２とされているのである。なお、ここでは、案内ブロ
ック５６も、ベース１０の一部として構成されている。

【００７８】かくして、かくの如き構造が採用される場
合にあっても、例えば、移動ブロック２８と位置決めテ
ーブル２６との互いの接触面が、それぞれ水平面にて形
成される。そして、図７に二点鎖線と実線で示されるよ
うに、移動ブロック２８が、ベース１０の長手方向への
移動に伴って、上方に移動せしめられる際に、位置決め
テーブル２６が、移動ブロック２８にて押し上げられ
て、上方に移動せしめられる一方、移動ブロック２８の
下方への移動時に、位置決めテーブル２６が、自重によ
り下方に移動せしめられることとなるのである。

【００７９】一方、位置決めテーブル２６や移動ブロッ
ク２８の全体形状も、第一の案内面としての鉛直案内面
２２や、第二の案内面たる水平案内面２４に案内され
て、各案内面２２，２４が延出する上下方向や、該上下
方向に対して交叉する方向となる横方向に、それぞれ移
動可能に構成され得るものであれば、如何なる形状であ
っても良いのである。

【００８０】また、前記第一の実施形態では、圧電素子
３４が、移動ブロック２８に対して、連結ロッド４２を
介して固着され、また、質量体４４が、圧電素子３４に
対して固着されていたが、それら圧電素子３４を移動ブ
ロック２８に対して取り外し可能に取り付けると共に、
質量体４４も、圧電素子３４に対して取り外し可能に取
り付けるようにしても良い。それによって、例えば、複
数種類の位置決め装置の間で、比較的に効果な圧電素子
３４を兼用することが出来、以て、複数のタイプの位置
決め装置を、それぞれ低コストに確保することが可能と
なるのである。

【００８１】なお、連結ロッド４２を何等介在させるこ
となく、圧電素子３４を、移動ブロック２８に対して直
接に取り付けることも、勿論可能である。

【００８２】さらに、前記第二の実施形態では、エンド
プレート部１４やエンドブロック部１６にエアシリンダ
４６が位置固定に設けられると共に、このエアシリンダ
４６のピストンロッド４８の先端部に、圧電素子と３４
とハンマ部５０が固着されて、該ハンマ部５０が、移動
ブロック２８に対して、圧電素子３４の伸長変形によ
り、該移動ブロック２８を押圧し得るように、接触位置
せしめられていたが、例えば、エアシリンダ４６を移動
ブロック２８に位置固定に設ける一方、このエアシリン
ダ４６のピストンロッド４８の先端部に、圧電素子３４
と共に固着されたハンマ部５０を、エンドプレート部１
４やエンドブロック部１６に立設された適当な壁部に対
して、圧電素子３４の伸長変形により、該壁部を押圧し
得るように、接触位置せしめるようにしても良い。これ
によっても、圧電素子３４の伸長変形と、エアシリンダ
４６におけるピストンロッド４８の突出作動とに基づい
て、移動ブロック２８をベース１０の前後方向に移動さ
せることが出来る。なお、圧電素子３４に固着されるハ
ンマ部５０を省略しても、何等差し支えない。

【００８３】更にまた、前記第二の実施形態では、圧電
素子３４を移動ブロック２８の移動方向に駆動させる駆
動機構が、エアシリンダ４６にて構成されていたが、か
かる駆動機構の構造も、何等これに限定されるものでは
なく、圧電素子３４を移動ブロック２８の移動に追従し
て、その移動方向に駆動させ得るものであれが、従来よ
り公知の駆動機構が、適宜に採用され得るのである。

【００８４】また、移動ブロック２８に対して、その移
動量を検出するセンサ等を取り付ける一方、かかるセン
サにて検出される移動ブロック２８の移動量を、予め設
定された目標値と比較して、検出される移動量が目標値
と一致するように、圧電素子３４に印加される電圧を制
御する制御装置を設けて、移動ブロック２８の移動をフ
ィードバック制御することも、可能である。そうするこ
とによって、移動ブロック２８の移動量に対応した移動
量で、上下方向に移動せしめられる位置決めテーブル
を、より正確に、所望の量で移動させることが可能とな
り、その結果として、位置決め精度が、更に一層効果的
に高められ得ることとなるのである。

【００８５】加えて、前記実施形態では、本発明を、半
導体製造装置における位置決め装置に適用したものの具
体例を示したが、本発明は、その他、光学や医学、物理
学の分野、或いは精密加工や精密機械の製造等の分野
で、様々な位置決めのため等に用いられる圧電アクチュ
エータの何れに対しても、有利に適用され得ることは、
勿論である。

【００８６】その他、一々列挙はしないが、本発明は、
当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を
加えた態様において実施され得るものであり、また、そ
のような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、
何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、
言うまでもないところである。

【００８７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に従う圧電アクチュエータにあっては、サブミクロン
のオーダーでの位置調整が可能で、長期の使用によって
も正確な位置精度が安定的に確保され得、しかも、より
十分に大きなストロークと駆動力とが簡略な構造で、極
めて有利に実現され得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う構造を有する位置決め装置の一例
を示す正面説明図である。

【図２】図１におけるII−II断面説明図である。

【図３】図１に示された位置決め装置に設けられる移動
ブロックの移動原理を説明するための説明図である。

【図４】本発明に従う構造を有する位置決め装置の別の
例を示す図２に対応する図である。

【図５】本発明に従う構造を有する位置決め装置の更に
別の例を示す図２に対応する図である。

【図６】本発明に従う構造を有する位置決め装置の他の
例を示す図２に対応する図である。

【図７】本発明に従う構造を有する位置決め装置の更に
他の例を示す図２に対応する図である。

【符号の説明】

１０ベース２２鉛直案内
面２４水平案内面２６位置決め
テーブル２８移動ブロック３０テーブル
側傾斜面３２移動ブロック側傾斜面３４圧電素子４４質量体４６エアシリ
ンダ５２傾斜案内面５４傾斜摺動
面

フロントページの続き (72)発明者酒井正一岐阜県各務原市那加西市場町一丁目22番地Ｆターム(参考） 5H680 AA12 BB09 BC10 DD02 DD23 DD65 FF24 GG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下方向に延びる第一の案内面と、該上
下方向に対して交叉する方向となる横方向に延びる第二
の案内面とを有するベースと、該ベースに対して、該ベースの前記第一の案内面に案内
されつつ、上下方向に移動可能に配設された第一の移動
体と、該第一の移動体の下方において、その下面に接触した状
態下で、前記ベースの第二の案内面に案内されつつ、該
第二の案内面が延出する前記横方向に移動可能に配設さ
れた第二の移動体と、前記第二の案内面が延出する横方向の一方から他方に向
かって傾斜する傾斜面形態をもって、前記第二の移動体
と接触する前記第一の移動体の下面と前記第二の案内面
のうちの何れか一方にて構成された第一の傾斜面と、該
第一の傾斜面に対応した傾斜面形態をもって、該第二の
移動体における該第一の傾斜面との接触面にて構成され
て、該第二の移動体の該横方向への移動に伴って該第一
の傾斜面に摺動せしめられる第二の傾斜面とからなり、
該第一の傾斜面に対する該第二の傾斜面の摺動により、
それら第一の傾斜面と第二の傾斜面のうちの何れか一方
を上下移動させることによって、前記第一の移動体を上
下方向に移動せしめ得るように構成された楔機構と、前記第二の移動体における前記移動方向の何れか一方側
の端部に、該第二の移動体と一体移動可能に取り付けら
れ、電圧の印加により、該第二の移動体の移動方向に沿
って伸長乃至収縮変形せしめられる圧電素子と、前記第二の移動体に、前記圧電素子を介して、該第二の
移動体と一体移動可能に取り付けられると共に、該圧電
素子の前記電圧の印加による変形に伴って、該第二の移
動体の前記移動方向に沿って移動せしめられる質量体と
を、含み、前記圧電素子への印加電圧の急変による該圧
電素子の変形の急速な発生乃至は停止に伴って、前記質
量体が急速移動乃至は急停止せしめられたときに、該圧
電素子から該質量体に及ぼされる作用力に対する反作用
によって、該第二の移動体が、前記第二の案内面との間
に生ずる摩擦力に打ち勝って、かかる第二の案内面が延
出する前記横方向に移動せしめられるように構成したこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】前記質量体が、前記圧電素子に対して、
取り外し可能に取り付けられると共に、該圧電素子が、
前記第二の移動体に対して、取り外し可能に取り付けら
れている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】上下方向に延びる第一の案内面と、該上
下方向に対して交叉する方向となる横方向に延びる第二
の案内面とを有するベースと、該ベースに対して、該ベースの前記第一の案内面に案内
されつつ、上下方向に移動可能に配設された第一の移動
体と、該第一の移動体の下方において、その下面に接触した状
態下で、前記ベースの第二の案内面に案内されつつ、該
第二の案内面が延出する前記横方向に移動可能に配設さ
れた第二の移動体と、前記第二の案内面が延出する横方向の一方から他方に向
かって傾斜する傾斜面形態をもって、前記第二の移動体
と接触する前記第一の移動体の下面と前記第二の案内面
のうちの何れか一方にて構成された第一の傾斜面と、該
第一の傾斜面に対応した傾斜面形態をもって、該第二の
移動体における該第一の傾斜面との接触面にて構成され
て、該第二の移動体の該横方向への移動に伴って該第一
の傾斜面に摺動せしめられる第二の傾斜面とからなり、
該第一の傾斜面に対する該第二の傾斜面の摺動により、
それら第一の傾斜面と第二の傾斜面のうちの何れか一方
を上下移動させることによって、前記第一の移動体を上
下方向に移動せしめ得るように構成された楔機構と、該第二の移動体における前記移動方向の少なくとも何れ
か一方側に、該第二の移動体の移動方向と同一の方向に
移動可能に配置され、電圧の印加に伴って、該第二の移
動体の移動方向に沿って伸長乃至収縮変形せしめられる
ことにより、該第二の移動体を該移動方向に沿って押圧
乃至引張せしめて、移動させる圧電素子と、該圧電素子の伸長乃至収縮変形による前記第二の移動体
の移動に追従して、該圧電素子を該第二の移動体の移動
方向に駆動せしめる駆動機構とを、含んで構成したこと
を特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】前記駆動機構が、前記第二の移動方向に
沿って直線運動するピストン部材を備えたシリンダ機構
にて構成され、且つ該ピストン部材に、前記圧電素子が
取り付けられることにより、該圧電素子が、該駆動機構
にて、該第二の移動体の移動方向に駆動せしめられるよ
うになっている請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】前記第二の移動体の移動量を検出する検
出手段と、該検出手段にて検出される該第二の移動体の
移動量を、予め設定された目標値と比較して、該移動量
が該目標値と一致するように、前記圧電素子に印加され
る電圧を制御する制御手段とを、更に含んで構成されて
いる請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧電アクチ
ュエータ。