JP2007061925A - 位置決めステージ及び回転ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】 サブミクロンオーダーの分解能を有してｍｍオーダーの変位量を得ることが可能な位置決めステージや、微小角の回転が可能な回転ステージを提供する。
【解決手段】 位置決めステージ１００は、ネジ１２１を備えた基台１２０と、該基台のネジ１２１と螺合するネジ１４１を一方の面の中央近傍に立設し、両ネジ１２１、１４１が螺合して回転することで基台との距離が変更可能な板状台１４０と、該板状台１４０の前記ネジ１４１の両側に衝撃力を付与して板状台１４０に前記ネジ１４１を中心とした回転を与える複数のアクチュエータ１６０，１６０’と、前記板状台１４０と前記基台１２０とを相互に接近方向又は離反方向に付勢する弾性体１３０と、を有する。アクチュエータ１６０又は１６０’が衝撃力を板状台１４０に与えることで板状台１４０が回転し、ネジ１４１の螺旋に沿って板状台１４０がＺ方向に昇降することで、位置決めステージとなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動対象をサブミクロンオーダーで移動することができる位置決めステージや、移動対象を微小角度だけ回転することができる回転ステージに関する。

圧電素子、特に、積層型圧電素子は、低電圧の印加で大きな変位量を得ることができ、また、周波数応答性に優れ、発生力が大きいという特徴を有する。そこで、例えば、積層型圧電素子に所定周波数の矩形波形電圧を印加して積層型圧電素子に急峻な伸長変位を起こさせ、このときに積層型圧電素子に発生する衝撃的な慣性力、つまり、インパクト力を移動対象物に加えて移動させることが可能である。

このような原理を利用した位置決めステージとして、図１１に示す特許文献１（特開２００３−１３９５０４）に記載されたものが知られている。この位置決めステージ３０は、ステージとなる可動部３１と、固定部３２とを有する。これら可動部３１と固定部３２とは、一体構成の金属板に、ワイヤーカット加工などによって板を貫通するスリット３４を図示のように形成したものである。可動部３１と固定部３２とは、スリット３４で分離されるが、４カ所にあるコ字状の溝３４を入り込ませた部分では、素材が薄くなった状態で可動部３１と固定部３２とは接続している。この薄くなった部分が平行バネ３３として作用し、可動部３１と固定部３２とは、Ｙ方向に弾性変位が可能となっている。

可動部３１には凹部３６が形成され、ここには、アクチュエータとしての積層型圧電素子３５があり、この積層型圧電素子３５は、長手方向の一端を固定部３２に、他端を可動部３１にそれぞれ固定している。積層型圧電素子３５は、所定の電圧が印加されることで、Ｙ方向に伸縮する。

変位センサ４０は、可動部３１に設けられた凹部３６（図１１において紙面に垂直な方向に窪むように形成されている）に支持部材４１が２本のネジによって固定され、固定部３２に設けられた凹部３７（凹部３６と同様に図１１において紙面に垂直な方向に窪むように形成されている）にヘッド４２が２本のネジによって固定されて、位置決めステージ３０に装着されている。

変位センサ本体４３は、可撓性の絶縁基板の上に、４つの抵抗体をスパッタリング等によって形成したものである。可動部３１と固定部３２との間にＹ方向の変位が生じると、変位センサ本体４３の絶縁基板に湾曲した変位（歪み）となって伝達され、変位センサ本体４３に形成された４つの抵抗体には伸縮となって表れ、その抵抗値が変化する。そこで、４つの抵抗体をブリッジ接続することで、この抵抗値の変化を測定し、Ｙ方向の変位量を求めることができる。

図１２は、位置決めステージ３０の駆動回路のブロック図である。この図によって、位置決めステージの作用を説明する。制御部３８からドライバ３９へ積層型圧電素子３５の駆動信号が送られると、ドライバ３９から積層型圧電素子３５へ所定の電圧が印加される。これにより積層型圧電素子３５が伸縮変位すると、固定部３２に対して可動部３１がＹ方向に移動する。可動部３１が移動すると、可動部３１に固定されている支持部材４１がＹ方向に移動するので、このときに変位センサ本体４３に歪みが生じる。変位センサ本体４３の４つの抵抗体は、前述したようにブリッジ回路に接続されており、所定のブリッジ入力電圧を変位センサ本体４３に印加しておくことで、この歪みの大きさに対応するブリッジ出力電圧を得ることができる。

得られたブリッジ出力電圧は、変位センサアンプ部４５によって、所定の増幅率で増幅され、この増幅された電圧の値から制御部３８において変位センサ４０が、検知した変位量が求められる。制御部３８は、変位センサ４０が所望する変位量を示すようにさらにドライバ３９に積層型圧電素子３５の駆動信号を送り、変位センサ４０が目的とした変位量を示した状態で、積層型圧電素子３５の伸縮状態を保持する。
特開２００３−１３９５０４

精密加工機などにおけるバイトの芯高調整などには、高剛性な垂直ステージが求められている。しかしながら、前述した特許文献１記載の位置決めステージは、剛性が低く、剛性を高くすると変位量が少なくなり、調整が困難になる。また、変位量もせいぜい数百μｍ程度しか得ることができず、ｍｍのオーダーで移動させることは殆ど不可能であった。

また、数百μｍのオーダーの変位を得る場合には、梃子の原理を応用した変位拡大機構を用いる必要があるが、変位拡大機構も剛性を高くすることが困難で、大きな発生力は得にくいという問題があった。

また、同じ位置を保持する場合、前述した特許文献１の位置決めステージは、フィードバック制御が不可欠で、積層型圧電素子３５に通電し続ける必要があり、積層型圧電素子３５の寿命が低下するという問題があった。さらに、特許文献１の位置決めステージ３０は、変位センサ４０が必須で、システムが大きくなるためコストが高くなるという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決することを目的としたもので、サブミクロンオーダーの分解能を有してｍｍオーダーの変位量を得ることが可能な位置決めステージを提供することを目的としてる。また、変位センサやフィードバック制御を必要とせず、積層型圧電素子の寿命を短くすることのない、位置決めステージを提供することを目的としている。さらに、微小角の回転が可能な回転ステージを提供することを目的としてる。

上記の目的を達成するために本発明の位置決めステージは、ネジを備えた基台と、該基台のネジと螺合するネジを一方の面の中央近傍に立設し、両ネジが螺合して回転することで基台との距離が変更可能な板状台と、該板状台の前記ネジの両側に衝撃力を付与して板状台に前記ネジを中心とした回転を与える複数のアクチュエータと、前記板状台と前記基台とを相互に接近方向又は離反方向に付勢する弾性体と、を有することを特徴としている。

前記弾性体が、前記基台と一体に形成され、前記板状台を基台に向けて押圧する構成としたり、前記弾性体が、前記基台側に前記板状台の回動中心を点接触で押圧する押圧子を有し、前記基台と反対側にステージ本体を有する構成としたり、することができる。

または、本発明の位置決めステージは、傾斜面を有する移動体と、該移動体を前記傾斜面の傾斜方向に沿って進退させる駆動手段と、前記移動体の傾斜面と平行な接触面を備えたステージ本体と、該ステージ本体の接触面を前記移動体の傾斜面に圧接させる弾性体と、前記ステージ本体を前記傾斜面と交差する方向に進退可能に保持するステージ保持体と、を有する構成とすることができる。

前記駆動手段が、前記移動体を傾斜面を傾斜方向に沿って進退させる複数のアクチュエータである構成としたり、前記駆動手段が、前記移動体をその傾斜方向の両側から挟んで回動することによって該移動体を前記傾斜面の傾斜方向に沿って進退させる枠体と、該枠体を回動するために枠体の回動軸の両側に衝撃力を付与して枠体に回転を与える複数のアクチュエータとを有する構成としたり、することができる。

前記アクチュエータが、積層型圧電素子又は磁歪素子を有し、該積層型圧電素子又は磁歪素子の急峻な変形によって生ずる衝撃力を前記板状台、移動体又は枠体に付与する構成としたり、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の変位方向の前及び／又は後に錘を設け、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の衝撃力の慣性力を増加して前記板状台に加える構成とすることができる。

本発明の回転ステージは、基台と、該基台に回動自在に支持される板状台と、該板状台の回動軸の両側に衝撃力を付与して板状台に回転を与える複数のアクチュエータと、前記板状台と前記基台とを接近方向又は離反方向に向けて付勢する弾性体と、を有することを特徴としている。

前記アクチュエータが、積層型圧電素子又は磁歪素子を有し、該積層型圧電素子又は磁歪素子の急峻な変形によって生ずる衝撃力を前記板状台に付与する構成としたり、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の変位方向の前及び／又は後に錘を設け、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の衝撃力の慣性力を増加して前記板状台に加える構成とすることができる。

本発明の位置決めステージによれば、アクチュエータが作用することによって板状台に回転が与えられる。板状台は基台とネジで螺合しているので、回転によって板状台の上面は基台との距離が変化する。板状台の上面に位置決めすべき対象物をセットすることで、対象物の位置をネジのピッチの数百分の１から数分の１程度まで、高精度に決めることができる。板状台は、基台とネジにより結合しているので、剛性が大きくなり、精密加工機などにおけるバイトの芯高調整など、負荷の大きい対象物を移動して位置決めすることができる。また、板状台の位置が所定の位置に達したら、アクチュエータは板状台から離れていても、板状台はその位置を維持することができる。

弾性体が、前記基台側に前記板状台の回動中心を点接触で押圧する押圧子を有し、前記基台と反対側にステージ本体を有する構成にすると、板状台の回転がステージ本体には伝達されないことになり、板状台の回転に影響を受けない位置決めが可能となる。

ネジを使用する構成に代えて、移動体の傾斜面とステージ本体の傾斜した接触面とを接触させる構成にすると、駆動手段が移動体を移動させたとき、ステージ本体が移動体の傾斜面に沿って移動してステージ本体の上面が昇降する。移動体の移動量を制御することで、ステージ本体の上面の位置決めをすることができる。ステージ本体は移動体の傾斜面上に支持され、高い剛性と、大きな変位量とを得ることが可能となる。

いずれの構成においても、アクチュエータを積層型圧電素子又は磁歪素子とすると、パルス電圧を印加したときの急峻な変形によって生じる衝撃力で位置決めステージの位置決めができる。ステージの位置が決まると、アクチュエータには通電する必要がなくなり、省電力となり、かつ、アクチュエータの寿命を延ばすことができる。

アクチュエータの前後に錘を設けることで、アクチュエータの衝撃力の慣性を大きくし、大きな衝撃力を与えることができる。

移動台の回転を使用することで、本発明の位置決めステージを回転ステージとして使用することが可能となる。この場合、移動台と基台とはネジで螺合してもよいが、単に、穴と軸との結合であってもよいことになる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の位置決めステージの第１実施例の図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。同図に示す位置決めステージ１００は、本体部１１０の下側に基台１２０を延設し、基台１２０の上方に弾性体１３０を張り出して全体としてコ字型となっている。これらは、金属製の一体構造で、弾性体１３０が所望の弾性を備えるように、貫通口部１３１と、狭幅部１３２と、薄肉部１３３とを設けている。

基台１２０には、先端近くに雌ネジ１２１があり、この雌ネジ１２１に対向する基台１２０と弾性体１３０との中間には、四角の板形状をした板状台１４０があり、この板状台１４０の中央の下側には、雄ネジ１４１が立設され、この雄ネジ１４１が前記基台１２０の雌ネジ１２１に螺合している。板状台１４０の上面１４０ａは、板状台１４０がネジを中心に回動することによって、Ｚ方向に移動する。

弾性体１３０の先端近くには、八角形の板状のステージ本体１５０が固定されている。弾性体１３０のステージ本体１５０の裏面側には、丸棒状の押圧子１５５があり、その球状の先端部が、板状台１４０の上面１４０ａに当接している。押圧子１５５は、板状台１４０の雄ネジ１４１の中心線上に点接触で接触し、弾性体１３０の付勢力によって、板状台１４０を図の下方に押圧することになる。

基台１２０と弾性体１３０との間で、かつ、板状台１４０の奥側には、２つのアクチュエータ１６０，１６０’が設けられている。各アクチュエータ１６０，１６０’は同じ構成のもので、板状台１４０の回転軸となる雄ネジ１４１の両側に配置されている。

図２は、アクチュエータ１６０の構成を示す図である。アクチュエータ１６０は、積層型圧電素子１６１を用いたものである。この積層型圧電素子１６１は両側に板バネ１６２，１６２を有し、これらによって圧縮方向に予圧が加えられている。また、積層型圧電素子１６１の前後には、錘１６３，１６４が取り付けられ、これらの外側はカバー１６５で覆われている。カバー１６５の先端には積層型圧電素子１６１の衝撃力を伝達するための突起１６６があり、カバー１６５の後端には、アクチュエータ１６０全体をその中心軸方向に進退させるエアーシリンダ１６７が設けられている。

積層型圧電素子１６１にパルス状の電圧を印加すると、積層型圧電素子１６１に急峻な変位が生じ、後側の錘１６４と前側の錘１６３とにより突起１６６に大きな衝撃力を発生させる。板バネ１６２，１６２による予圧機構は、このときの急峻な変位による引張力によって積層型圧電素子１６１が機械的に破壊されないようにするためのものである。

前後の錘１６３，１６４は、衝撃力の慣性力を大きくするためのもので、後側の錘１６４は重いほど良いが、前側の錘１６３は、積層型圧電素子１６１の変位量、発生力等によって最適な重さがある。

アクチュエータ１６０による衝撃力は、アクチュエータ１６０の後端にエアーシリンダ１６７を設け、エアーシリンダ１６７によって突起１６６の先端を常時板状台１４０の側面に押圧しておくことによって、サブミクロンオーダーの分解能で板状台１４０を移動することが可能である。

図３は、アクチュエータ１６０により板状台１４０などの対象物１７０を移動する状態を説明する図である。ここでは、１つのアクチュエータ１６０により対象物１７０を移動する作用を説明する。対象物１７０は、押圧力Ｆによって、床面に押しつけられた状態である。まず、（ａ）に示すように、エアーシリンダ１６７を伸縮させて、突起１６６の先端を対象物１７０の側面に当接させる。次に、積層型圧電素子１６１にパルス電圧を印加する。積層型圧電素子１６１には急峻な伸びが生じ、これが衝撃力となり錘１６３，１６４により増幅され、突起１６６から対象物１７０に衝撃力が加わり、対象物１７０を図３の左方向に距離ｄだけ移動する。積層型圧電素子１６１が伸び切って対象物１７０の移動が完了した状態では、突起１６６と対象物１７０との間には隙間ｓができる。この後、積層型圧電素子１６１は縮み、隙間ｓはｄ程度まで広がる。次に、エアーシリンダ１６７で突起１６６を前進させ、隙間を無くして、（ａ）の状態にし、以後、繰り返すことで、対象物１７０を引き続いて移動することができる。

図４は、アクチュエータ１６０，１６０’により板状台１４０を回転する状態を示す図で、（ａ）は回転を付与する前の状態、（ｂ）は−θの回転を与えた状態、（ｃ）は＋θの回転を与えた状態を示す。

アクチュエータ１６０，１６０’は、雄ネジ１４１の中心線ａの両側にあれば、板状台１４０を双方向に回動できるが、実施例では、雄ネジ１４１の中心線ａに対して対称な位置に配置されている。このように対称に配置することで、双方向の回転を同じように行うことができる。また、実施例では、アクチュエータ１６０，１６０’は、雄ネジ１４１の中心線ａの両側に１つずつであるが、複数個ずつ配置したり、回転方向で負荷が相違する場合などには、一方と他方とのアクチュエータの数を変えてもよい。

図４（ａ）の初期状態から、アクチュエータ１６０にパルス電圧を印加すると、板状台１４０は、図３で説明したように作用してアクチュエータ１６０からの衝撃力が前進方向に作用し、図４（ｂ）に示すように、−θ（図の上から見て時計方向）だけ回転する。このとき、アクチュエータ１６０’の方は板状台１４０との隙間を十分開けておくか、エアーシリンダ１６７により後退させておく。

図４（ａ）の初期状態から、アクチュエータ１６０’にパルス電圧を印加すると、板状台１４０は、図４（ｃ）に示すように、＋θ（図の上から見て反時計方向）だけ回転する。

板状台１４０が回転すると、板状台１４０と基台１２０とは雄ネジ１４１と雌ネジ１２１とで螺合しているので、板状台１４０の上面１４０ａは図１（ａ）に示すＺ方向に昇降する。雄ネジ１４１と雌ネジ１２１とが右ネジであれば、上面１４０ａは、＋θの回転で＋Ｚ方向に移動し、−θの回転で−Ｚ方向に移動する。押圧子１５５が弾性体１３０によって上面１４０ａに押圧されているので、上面１４０ａのＺ方向の移動は、直ちにステージ本体１５０の上面１５０ａのＺ方向の昇降として伝達される。ステージ本体１５０の上面１５０ａの昇降を、精密加工機のバイトの高さに伝達することによって、芯高調整を精密に決定することができ、位置決めステージ１００として作用することになる。本発明では、−４５゜＜θ＜４５゜の範囲で板状台１４０を回動することができる。

弾性体１３０は、雄ネジ１４１と雌ネジ１２１とが通常螺合すると、Ｚ方向に、がたつきが生じるので、このがたつきを一方側に押しつけて、摩擦保持するためのものである。したがって、弾性体１３０で逆に基台１２０と板状台１４０とが離反する方向に付勢しても、がたつきを無くして摩擦保持することができる。

図５は、弾性体１３０で付勢され、摩擦保持された板状台１４０を、アクチュエータ１６０又は１６０’により板状台１４０の側面に連続的な衝撃力を加えて変位させた状態を示す線図である。縦軸は板状台１４０の側面の移動量で、横軸はパルス回数である。図６は、ステージ本体１５０の上面１５０ａの高さの変化を示す線図で、縦軸は上面１５０ａの移動量で、横軸はパルス回数である。

通常、摩擦保持された移動体や重量の大きい移動体をサブミクロンのオーダーで移動させることは、スティックスリップ現象が発生することによって極めて困難であるが、本発明のアクチュエータ１６０による衝撃力を用いることで、比較的簡単に実現することができる。

これらの図により、変位量は１パルスごとに階段状に変化すること、印加電圧が高いほど、衝撃力が大きくなるので変位量が大きくなること、また、同じ印加電圧であれば、変位量は印加される回数（パルス数）に比例していることが分かる。

本発明の実施例では、ステージ本体１５０のＺ方向の変位量は、上記のパルス電圧、印加するパルスの数の他に、弾性体１３０の剛性、積層型圧電素子１６１の発生力、ネジのピッチ、ネジの条数などに依存するが、印加電圧とパルス数以外は、設計段階で決まる数字であるから、実際の制御では、印加電圧とパルス数を変化させることになる。

このように、本発明の位置決めステージでは、ネジのピッチの数百分の１から数分の１程度の移動量まで、あるいは、サブミクロンオーダーの移動量からミリメートルオーダーの移動量まで広い範囲の移動量を得ることができる。

また、ステージ本体１５０と基台１２０とは、ネジで結合しているので、剛性を高くすることができ、高い剛性でも変位量を大きくすることが可能となる。

また、ステージ本体１５０の位置が所定の位置に達したら、積層型圧電素子１６１に電圧を印加しなくても、その位置を保持することができるので、積層型圧電素子１６１の寿命を延ばすことができる。また、変位量を保持するための、変位センサを用いたフィードバック制御も不要となり、構成を簡単にすることができる。

上記実施例では、垂直ステージとして使用したが、全体を９０゜回転させることにより、そのまま、水平ステージとしても使用することができる。また、板状台１４０の上面１４０ａを直接位置決めステージとして使用することも可能である。ただし、この場合、ステージの昇降によって、上面１４０ａが回転するので、回転による影響を受けない場合に限定されることになる。

また、板状台１４０の上面１４０ａや側面１４０ｂには、回転角が伝達されているので、この角度を利用することで、回転ステージとして使用することも可能である。この場合、基台１２０と板状台１４０とは、図示の実施例のようにネジで螺合してもよいが、単に、穴とシャフトとが回動可能な状態で嵌合している構造とすれば、上面１４０ａがＺ方向に移動するのを防止することができる。

図示の実施例では、板状台１４０に雄ネジ１４１を設け、基台１２０に雌ネジ１２１を設けたが、逆に板状台１４０に筒状の部材を取り付けてその内側に雌ネジ１２１を形成し、基台１２０に雄ネジを立設した構成とすることも可能である。

図７は本発明の第２実施例を示す図で、位置決めステージの構成を模式的に示している。この位置決めステージ２００は、傾斜面２１１を有する移動体２１０と、傾斜面２１１と接触する接触面２２１を備えたステージ本体２２０と、このステージ本体２２０を保持する中空筒状のステージ保持体２３０とを有する。ステージ保持体２３０は、がたつきなくステージ本体２２０をその中空部に収容している。ステージ保持体２３０は、図示しないフレーム等に固定されており、ステージ本体２２０は、このステージ保持体２３０によりＸ方向の移動はできないが、Ｚ方向には昇降可能な状態で保持されている。

ステージ本体２２０は、図示しない弾性体によりＦの力で移動体２１０に圧接されている。弾性体としては、図１に示す弾性体１３０と同様のものを使用することができる。ただし、ステージ本体２２０の上面が位置決め用の面となるので、弾性体はステージ本体２２０の上面が少なくとも一部は露出した状態で上から押圧するものが望ましい。

移動体２１０の図の左右には、駆動手段としてのアクチュエータ１６０，１６０’が設けられている。これらのアクチュエータ１６０，１６０’は、図２で説明したのと同じ構成のものである。また、移動体２１０の傾斜面２１１と、ステージ本体２２０の接触面２２１とは同じ傾斜角度で、ステージ本体２２０の摩擦角未満であり、弾性体の押圧力Ｆにより滑りが生じることのない角度になっている。

移動体２１０は、ステージ本体２２０と摩擦力で保持されているが、アクチュエータ１６０，１６０’の衝撃力によって図の左右方向にサブミクロンオーダーで移動可能である。すなわち、アクチュエータ１６０が作用すると、移動体２１０は、図の右方向（＋Ｘ方向）に移動し、アクチュエータ１６０’が作用すると、移動体２１０は、図の左方向（−Ｘ方向）に移動する。

なお、アクチュエータ１６０，１６０’の一方にパルス電圧が印加され、アクチュエータから移動体２１０に衝撃力が作用したとき、他方のアクチュエータは、エアーシリンダ１６７により移動体２１０の移動を妨げることのない位置に後退するように操作される。

図７（ａ）は、初期状態を示す。この状態から、図７（ｂ）に示すようにアクチュエータ１６０にパルス電圧を印加して、移動体２１０を、＋Ｘ方向に移動すると、ステージ本体２２０は、ステージ保持体２３０に保持され、Ｘ方向には移動できないので、ステージ本体２２０は傾斜面２１１上を下方に滑り、ステージ本体２２０は−Ｚ方向（図７（ｂ）の下方）に変位する。

図７（ｃ）示すようにアクチュエータ１６０’が作用して、移動体２１０を、−Ｘ方向に移動すると、ステージ本体２２０は、傾斜面２１１上を滑り上がり、ステージ本体２２０は＋Ｚ方向に変位する。

ステージ本体２２０のＺ方向の昇降を、精密加工機のバイトの高さに伝達することによって、芯高調整を精密に決定することができ、位置決めステージとして使用することができることになる。

図８〜図１０は、本発明の第３実施例の位置決めステージ３００の構成を模式的に示す図である。この実施例は、第２実施例の変形例といえる。第２実施例と共通する部分には、同じ符号を付し、相違する構成を中心に説明する。

移動体２１０は、コ字状の枠体２５０の対向する２辺２５１，２５１に形成された突起２５２，２５２間に圧接された状態で挟まれ、枠体２５０は、中間辺２５３の中央に設けた回動軸２５４によって、図示しないベースに回動自在に支持されている。枠体２５０の中間辺２５３の両端には、アクチュエータ１６０，１６０’が進退自在に設けられている。

図８は初期状態である。この状態でアクチュエータ１６０’にパルス電圧を印加し、アクチュエータ１６０をエアーシリンダにより後退させると、図９に示すように枠体２５０は回動軸２５４を中心にして反時計方向に回転する。これによって、移動体２１０は−Ｘ方向に移動し、ステージ本体２２０は、ステージ保持体２３０に保持され、Ｘ方向には移動できないので、ステージ本体２２０は、傾斜面２１１上を滑り上がり、ステージ本体２２０は＋Ｚ方向に変位する。

アクチュエータ１６０にパルス電圧を印加して、アクチュエータ１６０’をエアーシリンダにより後退させると、図１０に示すように枠体２５０は回動軸２５４を中心にして時計方向に回転する。これによって移動体２１０は＋Ｘ方向に移動し、ステージ本体２２０は傾斜面２１１上を下方に滑り、ステージ本体２２０は−Ｚ方向に変位する。

このように傾斜面２１１とこれに圧接する接触面２２１とを利用した場合でも、位置決めステージ３００の剛性を高くすることができ、高い剛性でも大きな変位量を得ることが可能となる。また、第２、第３の実施例でステージ本体２２０は垂直方向に移動したが、傾斜面２１１に対して交差する方向であればよく、垂直方向に限定されるものではない。

また、第２、第３の実施例でアクチュエータは両側に１つずつであったが、第１の実施例で説明したように、複数個ずつ設けてもよいし、両側のアクチュエータの数を変えてもよい。また、上記実施例では、アクチュエータに積層型圧電素子を使用したが、磁歪素子を使用することも可能である。

本発明の位置決めステージの第１実施例の図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 アクチュエータの構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータにより板状台などの対象物を移動する状態を説明する図である。 アクチュエータにより板状台を回転する状態を示す図で、（ａ）は回転を付与する前の状態、（ｂ）は−θの回転を与えた状態、（ｃ）は＋θの回転を与えた状態を示す。 板状台をアクチュエータにより連続的な衝撃力を加えて変位させた状態を示す線図である。 ステージ本体の上面の高さの変化を示す線図である。 本発明の第２実施例の位置決めステージの構成を模式的に示す図で、（ａ）は、初期状態を示す正面図、（ｂ）は移動体に＋Ｘの移動をした状態を示す図、（ｃ）は移動体に−Ｘの移動をした状態を示す図である。 本発明の第３実施例の位置決めステージの構成を模式的に示す図で、（ａ）は、位置決めステージの正面図で、（ｂ）はステージ本体を取り除いた状態の平面図である。 図８の枠体に、反時計方向の回転を与えた状態を示す図で、（ａ）は、位置決めステージの正面図で、（ｂ）はステージ本体を取り除いた状態の平面図ある。 図８の枠体に、時計方向の回転を与えた状態を示す図で、（ａ）は、位置決めステージの正面図で、（ｂ）はステージ本体を取り除いた状態の平面図ある。 従来の位置決めステージの構成を示す図である。 従来の位置決めステージの駆動回路のブロック図である。

符号の説明

１００，２００，３００ 位置決めステージ
１１０ 本体部
１２０ 基台
１２１ 雌ネジ（ネジ）
１３０ 弾性体
１４０ 板状台
１４０ａ 上面
１４０ｂ 側面
１４１ 雄ネジ（ネジ）
１６０，１６０’ アクチュエータ
１６１ 積層型圧電素子
１６３，１６４ 錘
２１０ 移動体
２１１ 傾斜面
２２０ ステージ本体
２２１ 接触面
２３０ ステージ保持体
２５０ 枠体

Claims (11)

1. ネジを備えた基台と、該基台のネジと螺合するネジを一方の面の中央近傍に立設し、両ネジが螺合して回転することで基台との距離が変更可能な板状台と、該板状台の前記ネジの両側に衝撃力を付与して板状台に前記ネジを中心とした回転を与える複数のアクチュエータと、前記板状台と前記基台とを相互に接近方向又は離反方向に付勢する弾性体と、を有することを特徴とする位置決めステージ。
2. 前記弾性体が、前記基台と一体に形成され、前記板状台を基台に向けて押圧することを特徴とする請求項１に記載の位置決めステージ。
3. 前記弾性体が、前記基台側に前記板状台の回動中心を点接触で押圧する押圧子を有し、前記基台と反対側にステージ本体を有することを特徴とする請求項２に記載の位置決めステージ。
4. 傾斜面を有する移動体と、該移動体を前記傾斜面の傾斜方向に沿って進退させる駆動手段と、前記移動体の傾斜面と平行な接触面を備えたステージ本体と、該ステージ本体の接触面を前記移動体の傾斜面に圧接させる弾性体と、前記ステージ本体を前記傾斜面と交差する方向に進退可能に保持するステージ保持体と、を有することを特徴とする位置決めステージ。
5. 前記駆動手段が、前記移動体を傾斜面を傾斜方向に沿って進退させる複数のアクチュエータであることを特徴とする請求項４記載の位置決めステージ。
6. 前記駆動手段が、前記移動体をその傾斜方向の両側から挟んで回動することによって該移動体を前記傾斜面の傾斜方向に沿って進退させる枠体と、該枠体を回動するために枠体の回動軸の両側に衝撃力を付与して枠体に回転を与える複数のアクチュエータとを有することを特徴とする請求項４記載の位置決めステージ。
7. 前記アクチュエータが、積層型圧電素子又は磁歪素子を有し、該積層型圧電素子又は磁歪素子の急峻な変形によって生ずる衝撃力を前記板状台、移動体又は枠体に付与することを特徴とする請求項１〜３，５，６のいずれかに記載の位置決めステージ。
8. 前記積層型圧電素子又は磁歪素子の変位方向の前及び／又は後に錘を設け、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の衝撃力の慣性力を増加して前記板状台に加えることを特徴とする請求項７記載の位置決めステージ。
9. 基台と、該基台に回動自在に支持される板状台と、該板状台の回動軸の両側に衝撃力を付与して板状台に回転を与える複数のアクチュエータと、前記板状台と前記基台とを接近方向又は離反方向に向けて付勢する弾性体と、を有することを特徴とする回転ステージ。
10. 前記アクチュエータが、積層型圧電素子又は磁歪素子を有し、該積層型圧電素子又は磁歪素子の急峻な変形によって生ずる衝撃力を前記板状台に付与することを特徴とする請求項９記載の回転ステージ。
11. 前記積層型圧電素子又は磁歪素子の変位方向の前及び／又は後に錘を設け、前記積層型圧電素子又は磁歪素子の衝撃力の慣性力を増加して前記板状台に加えることを特徴とする請求項１０記載の回転ステージ。

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