JP2015176078A - 超音波ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】ステージの移動にかかる動作の安定性を維持することができる超音波ステージを提供すること。
【解決手段】本発明にかかる超音波ステージは、基部と、基部に対して移動可能に取り付けられた移動部と、移動部の移動方向に沿って設けられる摺動部材と、摺動部材と当接可能な複数の振動子と、移動部の移動方向と直交する第１の方向の第１の振動を励起する第１の信号と、移動部の移動方向と平行な第２の方向の第２の振動を励起する第２の信号とに応じて振動することにより複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、を有する超音波モータと、を備え、振動子の摺動部材と当接する当接面は、略平面状をなす平坦部と、第２の方向に延び、平坦部の表面粗さに基づく最大高さよりも大きい深さの複数の谷部と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波ステージに関するものである。

従来、半導体や生体試料など微細構造の観察には、顕微鏡がよく利用されている。顕微鏡でこれらの標本を観察する場合には、標本をステージ上に載置する。このとき、観察対象の標本を位置合わせするために、平面内で直交する２つの方向に移動可能なステージ（ＸＹステージ）が利用される。

ステージには、主に手動型と電動型があり、電動型ステージのアクチュエータとしては、一般的に電磁型モータが利用されている。また、近年は、電動型ステージのアクチュエータとして、高精度な位置決めが行える超音波モータを用いることも提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。超音波モータは、モータの到達可能な分解能が小さく、電源がオフのときにステージが移動しないように保持する保持力を有する。また、駆動時の静粛性に優れ、電磁気を発生しないなどの利点を有するため、電動型ステージのアクチュエータとして好ましく用いられている。

従来の超音波モータは、屈曲自在な振動体と、振動体に支持された二つの振動子とを備えている。二つの振動子は、振動体の振動により楕円振動する。二つの振動子は、ステージに設けられた摺動部材と接触した状態で楕円振動することにより摺動部材に対して交互に摩擦力を加えて、摺動部材（ステージ）を移動させる。従来の振動子の摺動部材との当接面には、表面粗さが数μｍとなるような鏡面加工処理が施されている。鏡面加工処理を施すことにより振動体を振動させるのに要する印加電圧を抑えることができる。

特開２００５−２６５９９６号公報 特開２００８−１８７７６８号公報

しかしながら、上述した超音波モータは、振動子と摺動部材との間の摩擦により振動子又は摺動部材の摩耗が生じる。この摩耗により生じた摩耗粒子によって振動子と摺動部材との間に生じる摩擦力が変動し、ステージの移動に要する印加電圧が変動し、ステージの移動にかかる動作の安定性が低下するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ステージの移動にかかる動作の安定性を維持することができる超音波ステージを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波ステージは、基部と、前記基部に対して移動可能に取り付けられた移動部と、前記移動部の移動方向に沿って設けられる摺動部材と、前記摺動部材と当接可能な複数の振動子と、前記移動部の移動方向と直交する第１の方向の第１の振動を励起する第１の信号と、前記移動部の移動方向と平行な第２の方向の第２の振動を励起する第２の信号とに応じて振動することにより前記複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、を有する超音波モータと、を備え、前記振動子の前記摺動部材と当接する当接面は、略平面状をなす平坦部と、前記第２の方向に延び、前記平坦部の表面粗さに基づく最大高さよりも大きい深さの複数の谷部と、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる超音波ステージは、上記の発明において、前記振動子の硬度が、前記摺動部材の硬度よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明にかかる超音波ステージは、上記の発明において、前記第２の方向と直交する平面を切断面とする前記振動子の断面における前記当接面がなす断面曲線をもとに算出される評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑが、０．４（μｍ）≦Ｐ_ｐｑ≦１．４（μｍ）、３．７（μｍ）≦Ｐ_ｖｑ≦６．３（μｍ）、４５（％）≦Ｐ_ｍｑ≦８５（％）を満たすことを特徴とする。
ここで、
Ｐ_ｐｑ：前記平坦部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｐｑの傾斜
Ｐ_ｖｑ：前記谷部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｖｑの傾斜
Ｐ_ｍｑ：前記回帰直線Ｌ_ｐｑと前記回帰直線Ｌ_ｖｑとの交点の負荷長さ率
である。

また、本発明にかかる超音波ステージは、上記の発明において、前記摺動部材に当接可能であり、前記摺動部材に付着した摩耗粒子を除去するクリーナ部をさらに備え、前記クリーナ部は、前記移動部が所定の配置パターンで移動を繰り返す場合に、該配置パターンにおいて前記振動子が移動する移動範囲の両端の折り返し位置近傍で前記摺動部材に当接して該摺動部材上を摺動することを特徴とする。

本発明によれば、ステージの移動にかかる動作の安定性を維持することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる倒立顕微鏡の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる電動ステージの全体構成を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの概略平面図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる超音波アクチュエータの圧電素子の概略斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる電動ステージの摺動部材の概略斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる圧電素子の要部の構成を表す概念図である。 図７は、本発明の実施の形態１にかかる電動移動モードにおいて、駆動部から圧電素子に印加される駆動信号の一例を表す図である。 図８は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の屈曲振動を説明するための概略平面図である。 図９は、本発明の実施の形態１にかかる振動体の縦振動を説明するための概略平面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面を説明するためのグラフである。 図１１は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面を説明するためのグラフである。 図１２は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。 図１３は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面の製造方法の一例を説明するためのグラフである。 図１４は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。 図１５は、本発明の実施の形態１にかかる振動子の当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。 図１６は、本発明の実施の形態１にかかる振動子を用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフである。 図１７は、従来の振動子の当接面を説明するためのグラフである。 図１８は、従来の振動子を用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフである。 図１９は、従来の振動子を用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフである。 図２０は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ及び摩耗粒子除去部の概略平面図である。 図２１は、図２０に示す超音波アクチュエータ及び摩耗粒子除去部の矢視Ａ方向の側面図である。 図２２は、本発明の実施の形態２にかかる摩耗粒子除去部の摩耗粒子除去部の動作を説明する図である。 図２３は、本発明の実施の形態２にかかる摩耗粒子除去部の摩耗粒子除去部の動作を説明する図である。 図２４は、本発明の実施の形態２にかかる超音波アクチュエータによる電動ステージの位置決めパターンの一例を示す図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、リニア駆動型超音波アクチュエータ（超音波モータ）を用いた超音波ステージを備えた倒立型顕微鏡について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる倒立顕微鏡２０１の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。同図に示す倒立顕微鏡２０１は、標本Ｓｐを載置する電動ステージ１００と、電動ステージ１００を支持する本体部３３と、本体部３３の上方に位置し、電動ステージ１００に載置された標本Ｓｐに対して透過照明を当てる透過照明部３４と、電動ステージ１００を制御する制御装置１１０と、を備える。電動ステージ１００及び制御装置１１０により超音波ステージを構成する。

本体部３３には、電動ステージ１００の下方に近接して対物レンズ３６が取り付けられる。また、本体部３３の内部には、対物レンズ３６を通過した光を反射する反射ミラー３７と、反射ミラー３７が反射した光を結像する結像光学系３８とが設けられている。結像光学系３８の光路上には、結像光学系３８が結像した光を集光する接眼レンズ３９が本体部３３の鏡筒３１に取り付けられる。

透過照明部３４は、透過照明支柱４１の上端から透過照明支柱４１が延びる方向と直交する方向に延びるアーム４２と、透過照明支柱４１の上端付近でアーム４２が延びる側と反対側に設けられる光源４３と、透過照明支柱４１の上端付近に取り付けられて光源４３を収容するランプハウス４４と、電動ステージ１００の上方に位置し、光源４３から出射された照明光を集光して標本Ｓｐに結像させるコンデンサレンズ４５と、透過照明支柱４１の略中央部に取り付けられてコンデンサレンズ４５を保持するコンデンサユニット４６と、を有する。また、アーム４２の内部には、光源４３から出射された光を集光するコレクタレンズ４７と、コレクタレンズ４７を通過した光の光量を調節可能な視野絞り４８と、視野絞り４８を通過した光を反射してコンデンサレンズ４５の光軸Ｎ１の方向（入射方向と直交する方向）へ折り曲げる反射ミラー４９とが設けられている。

図２は、本実施の形態１にかかる電動ステージ１００の全体構成を示す図である。図中、Ｘ方向は電動ステージ１００の上面に平行な面内の任意の方向であり、Ｙ方向は電動ステージ１００の上面に平行な面内でＸ方向と直交する方向である。本実施の形態１は、電動により電動ステージ１００をＸＹ方向の任意の位置に移動もしくは任意の位置で静止させるための自動移動モードと、手動により電動ステージ１００をＸＹ方向の任意の位置に移動するための手動移動モードとを含む。

電動ステージ１００は、例えば、第１部材（基部）１、第２部材（Ｘ方向移動部）２ｘ及び第３部材（Ｙ方向移動部）２ｙからなる移動部（ステージ）２、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙの移動をそれぞれガイドするガイドレール３（３ｘ及び３ｙ）、超音波アクチュエータ１０（１０ｘ及び１０ｙ：超音波モータ）、エンコーダ１１（１１ｘ及び１１ｙ）、及び制御装置１１０を含んで構成される。なお、基部１、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙには、光軸Ｎ１（図１）に応じた開口（例えば、Ｙ方向移動部２ｙの開口２０）が形成される。なお、本明細書において、移動部２と表記するときは第２部材（Ｘ方向移動部）２ｘ及び第３部材（Ｙ方向移動部）２ｙのいずれか一方もしくは双方を指し示す。

基部１は、図１に示す顕微鏡２０１に固定されており、その上面に、例えば、クロスローラ式のガイドレール３ｘがＸ方向に沿って取り付けられている。また、基部１上には、Ｘ方向移動部２ｘを移動するための超音波アクチュエータ１０ｘ、及びＸ方向移動部２ｘの変位量（基部１とＸ方向移動部２ｘとの相対的位置関係）を検出するためのエンコーダ１１ｘが固定される。

Ｘ方向移動部２ｘは、ガイドレール３ｘに沿ってＸ方向に往復移動可能に基部１上に取り付けられる。Ｘ方向移動部２ｘのＸ方向に平行な側面には、例えば、硬い材料からなる摺動部材４ｘ（摺動部材４）が設けられる。また、Ｘ方向移動部２ｘのＸ方向に平行な側面には、スケール１２ｘが設けられる。なお、図２では、摺動部材４ｘとスケール１２ｘは同一側面上に設けられているが、一方を反対側の側面に設けてもよい。

基部１上のエンコーダ１１ｘは、スケール１２ｘに設けられた目盛り等のパターンを検出することにより、Ｘ方向移動部２ｘの変位量を検出して、Ｘ方向移動部２ｘの基部１に対する相対的位置を表す座標位置情報を制御装置１１０内の検出部１１４に供給する。また、超音波アクチュエータ１０ｘは、摺動部材４ｘに接触、押圧するようにして基部１に固定されており、制御装置１１０内の駆動部１１２から供給される駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）により駆動され、Ｘ方向移動部２ｘを基部１に対して相対的に移動させる。

また、Ｘ方向移動部２ｘの上面には、例えば、クロスローラ式のガイドレール３ｙがＹ方向に沿って取り付けられている。さらに、Ｘ方向移動部２ｘ上には、Ｙ方向移動部２ｙを移動させるための超音波アクチュエータ１０ｙ、及びＹ方向移動部２ｙの変位量（Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙとの相対的位置関係）を検出するためのエンコーダ１１ｙが固定される。

Ｙ方向移動部２ｙは、ガイドレール３ｙに沿ってＹ方向に往復移動可能にＸ方向移動部２ｘ上に取り付けられる。Ｙ方向移動部２ｙのＹ方向に平行な側面には、例えば、セラミックスなどの硬い材料からなる摺動部材４ｙ（摺動部材４）が設けられる。また、Ｙ方向移動部２ｙのＹ方向に平行な側面には、スケール１２ｙが設けられる。なお、図２では、摺動部材４ｙとスケール１２ｙは同一側面上に設けられているが、一方を反対側の側面に設けてもよい。

Ｘ方向移動部２ｘ上に設けられたエンコーダ１１ｙは、スケール１２ｙのパターンを検出することにより、Ｙ方向移動部２ｙの変位量を検出して、Ｙ方向移動部２ｙのＸ方向移動部２ｘに対する相対的位置を表す位置情報を制御装置１１０内の検出部１１４に供給する。また、超音波アクチュエータ１０ｙは、摺動部材４ｙに接触、押圧するようにしてＸ方向移動部２ｘに固定されており、制御装置１１０内の駆動部１１２から供給される駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）により駆動され、Ｙ方向移動部２ｙをＸ方向移動部２ｘに対して相対的に移動させる。

以上のように、Ｘ方向移動部２ｘは基部１に対してＸ方向に、Ｙ方向移動部２ｙはＸ方向移動部２ｘに対してＹ方向に往復移動可能に取り付けられている。したがって、Ｙ方向移動部２ｙは、基部１に対して、ＸＹ平面で任意の位置に移動することができる。

制御装置１１０は、例えば、制御部１１１、駆動部１１２、移動指示部１１３、検出部１１４を含んで構成され、電動ステージ１００の駆動制御を行う。移動指示部１１３は、電動ステージ１００の移動開始及び停止、移動方向や、移動モードの設定を入力する入力手段であり、ユーザは移動指示部１１３を操作して、電動ステージ１００を任意の位置に電動移動させる。なお、移動方向に加えて移動速度等を指示できるようにしてもよい。移動指示部１１３は、例えば、方向指示スイッチ、ジョイスティック等で構成される。移動指示部１１３は、少なくとも移動部２の移動方向を指示できるものであれば、その形態はどのようなものであってもよい。例えば、タッチパネルや表示画面上に表示されるソフトウェアスイッチ等であってもよい。また、複数の移動指示をシーケンスデータとして予め記録しておき、当該記録したシーケンスデータを再生することにより、自動で移動指示を行うようにしてもよい。また、本実施の形態１では、移動の終了は、移動指示の入力中断により判断されるが、移動の終了を指示するスイッチ等を別に設けてもよい。

制御部１１１は、電動によりＸＹ方向に移動可能な電動移動モードにおいて、移動指示部１１３から移動指示が入力されると、駆動部１１２に対して、当該移動指示に対応する駆動信号を出力するように制御する。例えば、電動ステージ１００を所定方向に移動させる場合には、超音波アクチュエータ１０（１０ｘ及び１０ｙ）に対して、駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）を供給するように駆動部１１２を制御する。電動ステージ１００を静止させる場合には、駆動信号（屈曲振動信号、縦振動信号）の供給を停止するように駆動部１１２を制御する。なお、本実施の形態１において、電動ステージ１００の移動は、移動指示部１１３の操作を検出することにより自動的に行われるが、モード切り替えスイッチを別途設けて、電動ステージ１００を電動で移動させるモードと、手動で移動させるモードとを選択できるようにしてもよい。

検出部１１４は、エンコーダ１１（１１ｘ及び１１ｙ）からの位置情報を読み取り、基部１とＸ方向移動部２ｘとの相対位置関係、Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙとの相対位置関係をそれぞれ検出し、Ｘ方向移動部２ｘとＹ方向移動部２ｙのそれぞれの位置座標を検出する。検出した位置座標の情報は、制御部１１１に送られる。なお、検出部１１４は、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙの移動速度、加速度等を検出することもできる。また、Ｘ方向移動部２ｘ及びＹ方向移動部２ｙに加えられる圧力を検出する圧力センサを備えていてもよい。

図３は、超音波アクチュエータ１０の概略平面図である。なお、移動部２ｘと移動部２ｙ、摺動部材４ｘと摺動部材４ｙ、超音波アクチュエータ１０ｘと超音波アクチュエータ１０ｙはそれぞれ同様の構成なので、ここでは移動部２、摺動部材４、超音波アクチュエータ１０として説明する。超音波アクチュエータ１０は、図２の基部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に取り付けられ、圧電素子１０１と保持機構１０２を含んで構成される。

図４は、本実施の形態１にかかる超音波アクチュエータ１０の圧電素子１０１の概略斜視図である。圧電素子１０１は、例えばセラミックスを用いて形成され、直方体形状の積層型圧電体で構成される圧電セラミックスからなる振動体１０１ａ、振動体１０１ａの移動部２に対向する側面上に振動子１０１ｂ及び１０１ｃを備える。

振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、移動部２の側面に設けられる摺動部材４に接触、押圧されている。以下、摺動部材４と接触する面を当接面という。振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、例えば強化繊維を含む摩擦係数の比較的小さな樹脂を母材とした材料で形成される。具体的には、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、チタン酸カリウム繊維及びカーボン繊維が添加されたポリフェニレンサルファイド（Polyphenylenesulfide：PPS）が挙げられる。振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、移動部２（例えばＸ方向移動部２ｘ）の走行距離１ｋｍに対して、当接面と直交する方向である厚さ方向で当接面が１μｍ程度摩耗するものと想定して材料の強度が決定される。

図５は、本実施の形態１にかかる電動ステージ１００の摺動部材４の概略斜視図である。摺動部材４は、帯状をなして延びている。摺動部材４は、例えば酸化イットリムを添加した耐熱セラミックであるイットリア安定化ジルコニアを用いて形成される。摺動部材４は、一方の主面が移動部２に取り付けられ、他方の主面で振動子１０１ｂ及び１０１ｃを接触する。摺動部材４は、他方の主面の中央部に設けられて振動子１０１ｂ及び１０１ｃと接触し得る摺動領域４ａを有している。摺動領域４ａは、表面の面粗さがＲａ０．０５μｍ以下の平坦性を有している。

振動子１０１ｂ及び１０１ｃの硬度は、摺動部材４の硬度と比して小さい。このため、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４とを摺動させると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃ側が摩耗する。

保持機構１０２は、固定用ビス穴を通してビス１３ａ，１３ｂにより基部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に固定され、圧電素子１０１を基部１（又はＸ方向移動部２ｘ）に対して保持する部材である。保持機構１０２は、例えば、アルミニウム等の金属で形成され、薄板ばね部１０２ａ、切り欠き穴部１０２ｂ、コイルばね１０３（弾性部材）を有する。薄板ばね部１０２ａの中央には、厚肉部１０２ｃが形成され、厚肉部１０２ｃは、圧電素子１０１に接着される。また、保持機構１０２には、ビス１３ａ，１３ｂと螺合する固定用ビス穴１０２ｄ，１０２ｅが形成されている。

また、保持機構１０２の中央にはネジ穴１０２ｆが形成され、図３に示すように、ネジ穴１０２ｆの中にコイルばね１０３が挿入される。コイルばね１０３を挿入した状態で、ネジ１０４をネジ穴１０２ｆにねじ込むことによって、コイルばね１０３が、ねじ込み量に応じた押圧力（押付力）で、厚肉部１０２ｃを押圧する。圧電素子１０１は、厚肉部１０２ｃを介して摺動部材４を押圧する。保持機構１０２は、図３の上下方向は弾性力による自由度を有し、左右方向は剛性を有する。なお、コイルばね１０３に代えて板ばねなどを弾性部材として用いてもよい。

また、コイルばね１０３の内側にはダンピング材１０３ａが挿入される。ダンピング材１０３ａは、例えば、ゴムで形成され、振動子１０１ｂ及び１０１ｃを振動させる際に、コイルばね１０３の共振により発生する音を抑える役割をする。

ネジ１０４は、頭部１０４ａ及び胴部１０４ｂを有する。頭部１０４ａは、例えば略円板状をなし、主面の径がネジ穴１０２ｆの径よりも大きい。胴部１０４ｂは、表面に螺旋状の切り込みが形成された略円柱状をなし、ネジ穴１０２ｆと螺合可能である。

圧電素子１０１には、振動体１０１ａの側面であって、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられる側面と反対側の側面に厚肉部１０２ｃが当接し、コイルばね１０３の圧縮力の反作用である押付力が加えられる。このため、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、摺動部材４に荷重を加えた状態で摩擦接触する。

図６は、本実施の形態１にかかる圧電素子１０１の要部（振動体１０１ａ）の構成を表す概念図である。本発明の実施の形態１による振動体１０１ａは、内部に４つの屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄと１つの縦振動用電極１０５ｅとからなる振動用電極１０５を有する。振動体１０１ａの摺動部材４に対向する側面には、上述したように振動子１０１ｂ及び１０１ｃが設けられており、振動子１０１ｂ及び１０１ｃは、摺動部材４に接触している。

図６に示すように、４つの屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄは、縦振動用電極１０５ｅを挟んで、振動体１０１ａの長手方向（移動部２の移動方向）に沿って２つずつ２列に配置される。屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄには、駆動部１１２から屈曲振動信号（第１の信号）が印加される。縦振動用電極１０５ｅには、駆動部１１２から縦振動信号（第２の信号）が印加される。

図６で縦振動用電極１０５ｅの左側に配置される屈曲振動用電極１０５ａ（摺動部材４から遠い電極）及び１０５ｃ（摺動部材４に近い電極）の電極付近の圧電体と、縦振動用電極１０５ｅの右側に配置される屈曲振動用電極１０５ｂ（摺動部材４から遠い電極）及び１０５ｄ（摺動部材４に近い電極）の電極付近の圧電体とでは分極方向が逆に設定される。縦振動用電極１０５ｅの左側に配置される屈曲振動用電極１０５ａ及び１０５ｃにそれぞれプラス電圧及びマイナス電圧が印加されるとき、縦振動用電極１０５ｅの右側に配置される屈曲振動用電極１０５ｂ及び１０５ｄには、それぞれマイナス電圧及びプラス電圧が印加されるように構成される。

図７は、本実施の形態１にかかる電動移動モードにおいて、駆動部１１２から圧電素子１０１に印加される駆動信号の一例を表す図である。縦振動信号及び屈曲振動信号は、例えば、図７に示すように、高周波の正弦波信号であり、縦振動信号と屈曲振動信号とは、位相が９０°異なる。移動部２を移動させるには、これら縦振動信号と屈曲振動信号の双方が圧電素子１０１に印加される。

図８は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの屈曲振動を説明するための概略平面図である。図９は、本実施の形態１にかかる振動体１０１ａの縦振動を説明するための概略平面図である。

屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄ及び縦振動用電極１０５ｅにプラス電圧が印加される間、「＋」符号の電極部分（電極１０５ａ，１０５ｄ，１０５ｅ）の圧電体は膨張する様に変形し、「−」符号の電極部分（電極１０５ｂ，１０５ｃ）の圧電体は縮む様に変形する。一方、屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄ及び縦振動用電極１０５ｅにマイナス電圧が印加される間、「＋」符号の電極部分（電極１０５ａ，１０５ｄ，１０５ｅ）の圧電体は縮む様に変形し、「−」符号の電極部分（電極１０５ｂ，１０５ｃ）の圧電体は膨張する様に変形する。本実施の形態１による振動信号はいずれも高周波の正弦波信号であるので、これらの動作が繰り返される。

このため、屈曲振動用電極１０５ａ〜１０５ｄに、図６に示す屈曲振動信号を印加すると、図８に模式的に示すように、屈曲変形振動（２次モードの屈曲振動：第１の振動）が励起される。具体的には、振動体１０１ａは、振動体１０１ａの長手方向の両端部が、振動子１０１ｂが移動部２（摺動部材４）の移動方向と直交する方向（第１の方向）、かつ互いに反対向きの方向に振動する。移動部２（摺動部材４）から遠ざかる方向に動くと、振動子１０１ｃは移動部２（摺動部材４）に押し付けられる方向に動き、その後、振動子１０１ｃが移動部２（摺動部材４）から遠ざかる方向に動くと、振動子１０１ｂが移動部２（摺動部材４）に押し付けられる方向に動くという動きを繰り返す。

これに対し、縦振動用電極１０５ｅに、図６に示す縦振動信号を印加すると、図９に示すように、振動体１０１ａが長手方向に伸縮する縦振動（１次モードの縦振動：第２の振動）が励起される。すなわち、振動体１０１ａは、移動部２（摺動部材４）の移動方向に対して平行な方向である第２の方向に振動する。

このように、２種類の振動の位相を９０°ずらして同時に励起させると、図８に示す屈曲振動と図９に示す縦振動が合成され、振動体１０１ａはいわゆる尺取虫のように変形し、振動体１０１ａの振動子１０１ｂ及び１０１ｃは図６に破線の楕円で示す軌跡を描くように振動する。すなわち、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが、同じ楕円軌道を描くとともに、同時刻での変位が半周ずれて、摺動部材４に対して交互に接近・離反を繰り返すように変位する。なお、図６において、楕円の矢印の位置は、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの同時刻における変位が同じ楕円軌道上で半周ずれていることを模式的に表している。振動体１０１ａは、伸縮運動の振動モードと屈曲運動の振動モードとの各共振周波数が一致するように、その寸法が決められている。

また、振動子１０１ｂ及び１０１ｃが、図８に示す屈曲振動をすることで、摺動部材４と接触する際に生じる摩擦力を減らすことができる。また、縦振動用電極１０５ｅに対して図６に示す縦振動信号を印加することで、図９に示すように、振動体１０１ａが長手方向に沿って伸縮運動を引き起こす。この伸縮運動と屈曲運動とが合成されて移動部２（ステージ）を動かす。

図１０は、本実施の形態１にかかる振動子の当接面を説明するためのグラフであって、振動子の当接面における振動子１０１ｂ及び１０１ｃの配列方向と直交する方向の線分上の位置と、当接面の高さとの関係を示すグラフである。図１１は、本実施の形態１にかかる振動子の当接面を説明するためのグラフであって、図１０の断面曲線に基づく、凹凸形状（高さ）と、凹凸形状（高さ）の高さ分布（標準偏差）で正規化された負荷長さ率（σ：正規確率紙上の負荷長さ率）との関係の一例を示すグラフ（負荷曲線）である。

図１０に示す断面曲線Ｌ_ｐは、実際に測定された振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）の当接面における断面プロファイルである（実際に測定した距離（移動部２が移動する方向と直交する振動体の長さ）は、２３７４μｍである）。なお、図１０に示すグラフでは、平坦部の高さが基準（ゼロ）近傍に位置するようにプロットしている。

断面曲線Ｌ_ｐが示すように、振動子１０１ｂ（又は振動子１０１ｃ）の当接面は、プラトー領域及び谷領域を有するプラトー構造をなしている。具体的には、当接面は、プラトー領域に相当し、該断面において高さの振れ幅が相対的に小さい平坦部と、谷領域に相当し、平坦部の高さの振れ幅と比して大きい複数の谷部とを有している。

平坦部は、当接面に応じた表面の表面粗さが当接面全体に対して相対的に小さい。谷部は、移動部２の移動方向（第２の方向）に延び、平坦部の表面粗さと比して大きい深さを有する溝形状をなす。ここで、本明細書における「表面粗さ」とは、平坦部の表面の粗さ曲線（断面曲線）の最大高さ（最も高い位置と最も低い位置との差）のことをいう。したがって、谷部は、少なくとも平坦部の最大高さよりも大きい深さで摺動方向に延びる溝形状をなす。

図１１に示すグラフの負荷曲線Ｌ_ｔｐは、断面曲線Ｌ_ｐに対してノイズ除去などが施された曲線から、高さ分布（標準偏差）で正規化された負荷長さ率の値を横軸に、断面曲線Ｌ_ｐの高さを縦軸にとってプロットした曲線である。負荷曲線Ｌ_ｔｐにより、平坦部と谷部とを分離してそれぞれの形状の評価を行うことができる。

負荷曲線Ｌ_ｔｐから、ＪＩＳ Ｂ ０６７１−３で定義されている評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑを算出すると、Ｐ_ｐｑが０．８８μｍ、Ｐ_ｖｑが５．８８μｍ、Ｐ_ｍｑが６６．６％となった。ここで、Ｐ_ｐｑは、平坦部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｐｑの傾斜を示す。Ｐ_ｖｑは、谷部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｖｑの傾斜を示す。Ｐ_ｍｑは、回帰直線Ｌ_ｐｑと回帰直線Ｌ_ｖｑとの交点の負荷長さ率を示す。

図１２は、本実施の形態１にかかる振動子１０１ｂ及び１０１ｃの当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。図１３は、本実施の形態１にかかる振動子１０１ｂ及び１０１ｃの当接面の製造方法の一例を説明するためのグラフである。なお、図１３に示すグラフにおいても、平坦部の高さが基準（ゼロ）近傍に位置するようにプロットしている。図１４は、本実施の形態１にかかる振動子１０１ｂ及び１０１ｃの当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。

振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）の当接面の製造する際、まず、ワッシャ１０６を頭部１０４ａと振動子１０１ａとの間に挟み込んでネジ１０４のねじ込み量を規制するとともに、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間に研磨フィルム５ａを挟み込む（図１２参照）。このとき、研磨フィルム５ａは、表面の粒度が数十μｍ程度であって、数十μｍの厚さを有し、該表面が外部に露出するように摺動部材４に固着されている。

移動部２を移動させて摺動部材４及び研磨フィルム５ａを振動子１０１ｂ及び１０１ｃに対して数回から数十回往復（摺動）させると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの表面が研磨される（第１研磨工程）。第１研磨工程によって、図１３に示すように、山と谷を有する表面粗さの粗い研磨面を形成することができる。この際の研磨面の表面粗さは、谷部の深さ以上である。第１研磨工程では、振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）が摺動部材４（研磨フィルム５ａ）を押し付ける荷重が数Ｎ程度となるようにワッシャ１０６の厚さが設定される。ワッシャ１０６を挿入することによって、実際に図３に示す超音波アクチュエータ１０として振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）を摺動部材４に接触させた場合に振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）が摺動部材４に加える荷重と比して小さい荷重を加えた状態で研磨処理が施される。なお、第１研磨工程を実施する前の当接面の表面粗さは第１研磨工程後の表面粗さより小さい。また、振動体１０１ｂ及び１０１ｃがカーボン繊維が添加されたポリフェニレンサルファイドで構成されている場合、第１研磨工程後の研磨面には、該第１研磨工程によって砕かれたカーボンフィラーが露出した状態となる。

その後、研磨フィルム５ａを研磨フィルム５ｂに取り替える（図１４参照）。研磨フィルム５ｂは、厚さが研磨フィルム５ａと同じであって、研磨フィルム５ａの表面の粒度よりも小さく、該粒度が数μｍ程度である。研磨フィルム５ｂは、該表面が外部に露出するように摺動部材４に固着されている。

移動部２を移動させて摺動部材４及び研磨フィルム５ｂを振動子１０１ｂ及び１０１ｃに対して数回から数十回往復（摺動）させると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの表面が研磨される（第２研磨工程）。第２研磨工程によって、第１研磨工程で研磨された表面のうちの一部の表面（山の頭頂部分）が研磨され、上述した平坦部及び谷部が形成される（図１０参照）。

なお、第１研磨工程の前に、振動子１０１ｂ及び振動子１０１ｃの摺動部材４に対する片当たりを修正する処理（片当たり修正工程）を施すことが好ましい。図１５は、本実施の形態１にかかる振動子１０１ｂ及び１０１ｃの当接面の製造方法の一例を説明するための概略平面図である。片当たり修正工程では、振動子１０１ｂ及び振動子１０１ｃの当接面が摺動部材４に対して面当たりが均一となるように当接面に処理を施す。具体的には、ワッシャ１０６の厚さより大きいワッシャ１０７を頭部１０４ａと振動子１０１ａとの間に挟み込んでネジ１０４のねじ込み量を規制するとともに、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間に研磨フィルム５ｃを挟み込む（図１５参照）。振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）が摺動部材４（研磨フィルム５ｃ）を押し付ける荷重は、第１，２研磨工程の状態において振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）が摺動部材４（研磨フィルム５ａ，５ｂ）を押し付ける荷重と比して小さくなる。片当たり修正工程では、振動子１０１ｂ（及び振動子１０１ｃ）が摺動部材４（研磨フィルム５ｃ）を押し付ける荷重が１Ｎ未満となるようにワッシャ１０７の厚さが設定される。

また、研磨フィルム５ｃは、厚さ及び表面の粒度が研磨フィルム５ａと略同一であって、該粒度が数十μｍ程度である。研磨フィルム５ｃは、該表面が外部に露出するように摺動部材４に固着されている。

移動部２を移動させて摺動部材４及び研磨フィルム５ｃを振動子１０１ｂ及び１０１ｃに対して数回から数十回往復（摺動）させると、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの表面が研磨される。片当たり修正工程によって、振動子１０１ｂ及び振動子１０１ｃの当接面の摺動部材４に対する面当たりを均一にすることができる。

図１６は、本実施の形態１にかかる振動子１０１ｂ及び１０１ｃを用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフであって、タイムラプス数と振動体を駆動するのに必要な最大駆動電圧との関係を示すグラフである。具体的には、所定ピッチで摺動部材４と摺動させて該摺動部材４を移動させるタイムラプス走行を９６回連続して行ったときのピークピーク値を各タイムラプスの最大駆動電圧（PP Voltage）としてプロットしたものである。なお、上述したタイムラプス数は、耐性回数を４８回（例えば、月に４回、一年間に４８回行うものと想定）としたときに、その耐性回数の２倍に設定された数値である。

タイムラプス走行において、制御部１１１は、検出部１１４によって検出された位置座標をもとに変位量を算出し、フィードバック制御して、摺動部材４を所定ピッチ移動させるために必要な駆動電圧を移動するごとに決定する。制御部１１１は、該決定した駆動電圧を印加する旨の制御信号を駆動部１１２に出力する。

本実施の形態１にかかる振動子は、図１６にも示すように、耐性回数を超えた回数のタイムラプス走行を繰り返し行った場合であっても、最大駆動電圧の上昇率が小さい。このため、摺動部材４に対して繰り返し振動子１０１ｂ及び１０１ｃを摺動させても、印加する駆動電圧を安定化することができる。

上述した製造方法によって一組の振動子（振動子１０１ｂ及び振動子１０１ｃ）を１１組作製（すなわち２２個の振動体を作製）し、それぞれの振動子について負荷曲線Ｌ_ｔｐから評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑを算出した。表１に、評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑのそれぞれについて最大値、最小値、平均値及び標準偏差を示す。

また、作製した振動子のうち、谷部が多く他の組の振動子と比して相対的に粗い表面を有する一組の振動子（最も粗い表面を有する一組の振動子）、及び平坦部が多く他の組の振動子と比して相対的に鏡面に近い表面を有する一組の振動子（最も細かい表面を有する一組の振動子）について、それぞれ図３に示す超音波アクチュエータ１０に組み付けて走行試験（９６回のタイムラプス走行）を行ったところ、いずれの組の振動子を用いた場合であっても良好な耐久性及び駆動電圧の安定性を示す結果となった。

上述した表１や走行試験の結果などから、本実施の形態にかかる振動子は、評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑが０．４（μｍ）≦Ｐ_ｐｑ≦１．４（μｍ）、３．７（μｍ）≦Ｐ_ｖｑ≦６．３（μｍ）、４５（％）≦Ｐ_ｍｑ≦８５（％）を満たすことが好ましい。

図１７は、従来の振動子の当接面を説明するためのグラフであって、振動子の当接面における振動子の配列方向と直交する方向の線分上の位置と、凹凸形状（高さ）との関係を示すグラフ（断面プロファイル）である。図１７に示すように、従来の振動子の当接面は、表面粗さが数μｍの範囲となるような鏡面加工処理が施されている。このように鏡面加工処理が施されることにより、当接面を滑りやすくして振動体を振動させるのに要する印加電圧を抑えている。

図１８は、従来の振動子を用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフであって、シビア摩耗が生じた際のタイムラプス数と振動体を駆動するのに必要な最大駆動電圧との関係を示すグラフである。図１９は、従来の振動子を用いて耐久性試験を行った結果を示すグラフであって、マイルド摩耗が生じた際のタイムラプス数と振動体を駆動するのに必要な最大駆動電圧との関係を示すグラフである。具体的には、所定ピッチで摺動部材４と摺動させて該摺動部材４を移動させるタイムラプス走行を４８回繰り返し行ったときの各タイムラプスの駆動電圧（ピーク間の電圧：PP Voltage）の最大値（最大駆動電圧）をプロットしたものである。

当接面が鏡面化された従来の振動子を用いた場合、初期摩耗により生じた摩耗粒子によってシビア摩耗又はマイルド摩耗が生じ、駆動電圧が安定しなかったり、駆動電圧が上昇したりしてしまう。

シビア摩耗は、初期摩耗により生じた摩耗粒子が多い場合や、摩耗粒子が当接面上に残留した場合に生じる。シビア摩耗が生じると、摩耗によって生じた粒子が当接面と摺動部材４の表面との間に残存し、該残存した摩耗粒子により当接面と摺動部材４の表面との間の摩擦力が不安定になる。その結果、摺動部材４を所定ピッチ移動させるために必要な駆動電圧が不安定となる（図１８参照）。

また、マイルド摩耗は、初期摩耗により生じた摩耗粒子が少ない場合や、摩耗粒子が当接面上に残留しない場合に生じる。マイルド摩耗では、マイルド摩耗が生じると、摩耗粒子による摩擦力が維持されず、鏡面化されている当接面と摺動部材４の表面との間の摩擦力が低いため、初期摩耗後に当接面と摺動部材４の表面との間の摩擦力が低減してしまう。また、この状態で摺動による摩耗が生じると、振動体の鏡面化が促進されて、当接面と摺動部材４の表面との表面間距離が近づき、当接面と摺動部材４の表面とが吸着するような力が加わる。この結果、当接面と摺動部材４の表面との間の摩擦力を維持するため、摺動部材４を所定ピッチ移動させるために必要な駆動電圧が上昇してしまう（図１９参照）。

シビア摩耗やマイルド摩耗により駆動電圧の振れ幅が大きくなったり、駆動電圧が上昇したりすると、摩擦力が変動してステージの移動量が変化してしまう場合がある。細胞の標本を長期間にわたって経時的に観察するタイムラプス観察において、数十μｍ程度の大きさの細胞における内部構造の微細な変化を画像として検出するには、サブミクロン（１０^−１μｍ）の位置決め精度が要求される。しかしながら、シビア摩耗やマイルド摩耗によりステージの移動量が変化してしまうと、位置決め精度を維持することが難しくなる。

また、シビア摩耗やマイルド摩耗により駆動電圧の振れ幅が大きくなったり、駆動電圧が上昇したりすると、安全性を確保するために振動体の駆動を停止する場合がある。上述したタイムラプス観察において、ステージを移動させて標本の観察部位を捉えながら観察を行う場合、観察の途中でステージの移動が停止してしまうと、観察期間における所望の画像を得ることができなくなる。

これに対し、本実施の形態１にかかる振動子は、シビア摩耗又はマイルド摩耗が生じても、この際に生じた摩耗粒子が谷部に保持されて平坦部が摩耗されるのを抑制するとともに、振動子１０１ｂ及び振動子１０１ｃと摺動部材４との間の摩擦力を適切な摩擦力（なじんだ状態の摩擦力）に維持することができる。このため、摺動部材４に対して繰り返し振動子１０１ｂ及び１０１ｃを摺動させても、印加する駆動電圧を安定化することができる。

上述した本実施の形態１によれば、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの摺動部材４と摺動する当接面が、略平面状をなす平坦部と、摺動方向に延び、該平坦部の表面粗さよりも大きい深さの複数の谷部と、を有するようにしたので、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間に生じる摩擦力の摩耗による変動を抑制することができる。これにより、ステージ（移動部２）の移動にかかる動作の安定性を維持することができる。また、超音波ステージの耐久性を向上するとともに、観察途中にステージ移動が停止することを防止することができる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図２０は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ１０及び摩耗粒子除去部５の構成を示す概略平面図である。図２１は、図２０に示す超音波アクチュエータ１０及び摩耗粒子除去部５の矢視Ａ方向の側面図である。なお、図１等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。本実施の形態２は、上述した実施の形態１の構成に加えて、摩耗粒子を除去する摩耗粒子除去部５を有する。なお、本実施の形態２では、本体部３３に撮像機構を接続して、対物レンズ３６が取り込んだ標本Ｓｐの像を撮像できるものとして説明する。

図２０，２１に示す摩耗粒子除去部５は、側面視で略Ｕ字状をなし、内部に超音波アクチュエータ１０の一部を収容可能な台座５１と、側面視で略Ｕ字状をなし、台座５１に回転自在に重ねて載置される回動部５２と、台座５１及び回動部５２を支持するとともに、回動部５２が台座５１に対して回転する際の回転軸となる回転支持部５３と、回動部５２の先端部にそれぞれ設けられ、摺動部材４と接触可能なクリーナ部５４，５５と、を有する。台座５１は、超音波アクチュエータ１０（保持機構１０２）をまたぐように配置され、基部１に固定されている。

クリーナ部５４，５５は、摺動部材４と向かい合う側に延出するブラシ５４ａ，５５ａをそれぞれ有する。ブラシ５４ａ，５５ａは、耐摩耗性が高い材料を用いて形成される。ブラシ５４ａ，５５ａを形成する材料として、具体的には、金属アモルファスや樹脂などが挙げられる。なお、ブラシ５４ａ，５５ａ以外にも、例えばゴム製のブレードや、スポンジ、不織布を用いるものであってもよい。

回動部５２は、制御部１１１の制御のもと、図示しないアクチュエータなどの駆動手段によって回転支持部５３のまわりに一定の範囲の角度で回転する。具体的には、制御部１１１は、移動指示部１１３から移動指示や検出部１１４による検出結果に基づいて移動部２（摺動部材４）の移動方向を判断し、該判断した移動方向に応じて時計まわり又は反時計まわりに回動部５２を回転させる。回動部５２の回転により、ブラシ５４ａ，５５ａのいずれかが摺動部材４に当接した状態、またはブラシ５４ａ，５５ａのいずれも摺動部材４に当接しない状態をとることができる。

図２２，２３は、本実施の形態２にかかる摩耗粒子除去部５の摩耗粒子除去部の動作を説明する図である。回動部５２は、制御部１１１の制御のもと、自転することによってクリーナ部５４，５５（ブラシ５４ａ，５５ａ）のうちのいずれかが摺動部材４に当接する。例えば、摺動部材４が図２０の左方向に移動する場合、回動部５２は時計まわりに回転して、クリーナ部５４（ブラシ５４ａ）が摺動部材４に当接する（図２２参照）。一方、摺動部材４が図２０の右方向に移動する場合、回動部５２は反時計まわりに回転して、クリーナ部５５（ブラシ５５ａ）が摺動部材４に当接する（図２３参照）。

ブラシ５４ａ，５５ａのうちのいずれかが摺動部材４に当接した状態で摺動部材４が移動すると、ブラシ５４ａ又は５５ａが摺動部材４の表面上を摺動して、摺動部材４上の摩耗粒子を除去する。これにより、摺動部材４に摩耗粒子が過度に残存した場合であっても、該摩耗粒子を振動子１０１ｂ及び１０１ｃの移動領域外に掃き出したり、摺動部材４上の摩耗粒子をならしたりすることができる。このため、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと摺動部材４との間に生じる摩擦力の摩耗による変動を抑制することができる。

ここで、生体試料（標本Ｓｐ）のタイムラプス観察では、複数のディッシュ、ウェルプレートの各ウェルに保持されている複数のサンプル（又は観察部位）を各々所定の時間間隔で観察するため、所定の時間間隔でそれぞれの観察位置に移動部２を移動させて撮像処理などを行う。図２４は、本実施の形態２にかかる超音波アクチュエータ１０による電動ステージ１００の位置決めパターンの一例を示す図である。図２４（ａ）に示す配置パターンは、移動部２におけるＸＹ平面上の任意の位置（例えば、Ｙ方向移動部２ｙの開口２０の中心）の位置決めパターンを示している。図２４（ｂ）は、Ｘ方向の位置と時間との関係を示している。図２４（ａ）に示す配置パターンでは、任意の位置をゼロとするＸＹ平面上の座標Ｐ１（Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ）〜Ｐ６（Ｐ６ｘ，Ｐ６ｙ）が登録され、座標Ｐ１、座標Ｐ２、・・・、座標Ｐ６の順に移動部２が移動する。該配置パターンにかかる情報には、ＸＹ平面上の座標、及び１サイクルにおける座標の移動順や、サイクル数なども含まれている。配置パターンにかかる情報は、例えば、制御装置１１０の図示しない記憶部などに記憶されている。

移動指示部１１３から移動指示などによりタイムラプス観察が開始されると、制御部１１１は、入力された指示情報をもとに、移動部２の移動処理及び撮像処理を繰り返し行う。制御部１１１は、座標Ｐ１〜Ｐ６の順で移動部２を移動させ、移動の都度、各座標において画像を取得する。制御部１１１は、１サイクル（座標Ｐ６への移動部２の移動）終了後、再び座標Ｐ１に戻り、次のサイクルに移行する。

Ｘ方向移動部２ｘは、図２４（ｂ）に示すように座標Ｐ１（Ｐｘ１）、座標Ｐ２（Ｐｘ２）、・・・、座標Ｐ６（Ｐｘ６）の順に移動する。この際、Ｘ方向移動部２ｘは、座標Ｐ３（Ｐｘ３）において正方向で最もゼロから遠い位置となり、座標Ｐ４（Ｐｘ４）において負方向で最もゼロから遠い位置となる。ゼロから遠い位置となる座標Ｐ３（Ｐｘ３）及び座標Ｐ４（Ｐｘ４）では、Ｘ方向移動部２ｘ（振動子１０１ｂ又は１０１ｃ）が折り返して移動するのみとなるため、振動子１０１ｂ及び１０１ｃの折り返し位置には摩耗粒子が堆積しやすくなる。

本実施の形態２では、制御部１１１は、Ｘ方向移動部２ｘが座標Ｐ２（Ｐｘ２）から座標Ｐ３（Ｐｘ３）へ移動する場合、及びＸ方向移動部２ｘが座標Ｐ３（Ｐｘ３）から座標Ｐ４（Ｐｘ４）へ移動する場合に、回動部５２を回転させて摺動部材４にブラシ５４ａ又は５５ａを接触させる。

具体的には、制御部１１１は、Ｘ方向移動部２ｘが座標Ｐ２（Ｐｘ２）から座標Ｐ３（Ｐｘ３）へ移動する場合、例えば、摺動部材４が紙面左方向に移動する場合（図２２参照）、摺動部材４の移動方向の後端側に位置するクリーナ部５４（ブラシ５４ａ）を摺動部材４に当接させ、ブラシ５４ａを摺動部材４上で摺動させる。ブラシ５４ａは、摺動部材４上を摺動しながら振動子１０１ｃの折り返し位置を通過するため、折り返し位置に堆積した摩耗粒子を除去することができる。

一方、制御部１１１は、Ｘ方向移動部２ｘが座標Ｐ３（Ｐｘ３）から座標Ｐ４（Ｐｘ４）へ移動する場合、例えば、図２３に示すように摺動部材４が紙面右方向に移動する場合（図２３参照）、摺動部材４の移動方向の後端側に位置するクリーナ部５５（ブラシ５５ａ）を摺動部材４に当接させ、ブラシ５５ａを摺動部材４上で摺動させる。ブラシ５５ａは、摺動部材４上を摺動しながら振動子１０１ｂの折り返し位置を通過するため、折り返し位置に堆積した摩耗粒子を除去することができる。

制御部１１１によるブラシ５４ａの当接タイミングは、摺動部材４との当接位置における振動子１０１ｃとブラシ５４ａとの間の距離ｄ_１とし、Ｘ方向における座標Ｐ２（Ｐｘ２）から座標Ｐ３（Ｐｘ３）までの距離をｄ_ｐ１（ｄ_１＜ｄ_ｐ１）すると、振動子１０１ｃが座標Ｐ２（Ｐｘ２）からｄ_ｐ１−ｄ_１分、座標Ｐ３（Ｐｘ３）側に移動したタイミングとなる。また、摺動部材４との当接位置における振動子１０１ｂとブラシ５５ａとの間の距離ｄ_２とし、Ｘ方向における座標Ｐ３（Ｐｘ３）から座標Ｐ４（Ｐｘ４）までの距離をｄ_ｐ２（ｄ_２＜ｄ_ｐ２）すると、制御部１１１は、振動子１０１ｃが座標Ｐ３（Ｐｘ３）からｄ_ｐ２−ｄ_２分、座標Ｐ４（Ｐｘ４）側に移動したタイミングで、ブラシ５５ａを摺動部材４に当接させる。

なお、例えば、距離ｄ_ｐ１が距離ｄ_１よりも小さい（ｄ_ｐ１＜ｄ_１）場合、座標Ｐ２（Ｐｘ２）においてブラシ５４ａを摺動部材４に当接させても、当接位置が、振動子１０１ｃの折り返し位置より外側（振動子の移動範囲の外側）になってしまい、折り返し位置における摩耗粒子の掃き出しを行うことができないおそれがある。このような場合は、Ｘ方向移動部２ｘが座標Ｐ１（Ｐｘ１）から座標Ｐ２（Ｐｘ２）へ移動する際にブラシ５４ａを摺動部材４に当接させようにする。この場合、例えば、座標Ｐ１（Ｐｘ１）から座標Ｐ３（Ｐｘ３）までの距離と距離ｄ_１とをもとに当接タイミングを決定する。このように、少なくともブラシ５４ａが、摺動部材４上を摺動しながら振動子１０１ｃの折り返し位置を通過するように当接タイミングを制御することが好ましく、該当接タイミングは、座標間の距離と振動子からブラシまでの距離とに基づいて決定する。ブラシの当接タイミングは、折り返し位置に到達するごとに毎回行ってもよいし、所定のサイクルごとに行うものであってもよい。さらに、部品の加工誤差などを考慮して、数ｍｍ程度手前のタイミングで回動部５２を回転させてブラシを当接させるものであってもよい。

また、振動子１０１ｃの折り返し位置を含む領域（折り返し位置の近傍領域）のみでブラシ５４ａを摺動部材４に当接させようにすれば、折り返し位置以外の領域でブラシ５４ａが摺動部材４上を摺動しないため、摺動部材４にランダムに付着した摩耗粒子を除去せずに摺動部材４上に残存させ、マイルド摩耗を回避することができる。

また、摩耗粒子が摺動部材４の表面上で略均一に分散するように、回動部５２の回転角度を制御して、ブラシ５４ａ，５５ａの摺動部材４に対する当接圧やブラシ５４ａ，５５ａと摺動部材４との間の距離を制御するものであってもよい。ここまでＸ方向移動部２ｘについての説明をしたが、Ｙ方向移動部２ｙにおいても同様の構成を有する。

上述した本実施の形態２によれば、摺動部材４上を摺動して摩耗粒子を除去する摩耗粒子除去部５をさらに備えるようにしたので、振動子１０１ｂ及び１０１ｃと、摺動部材４との間に生じる摩擦力の摩耗による変動を抑制することができる。これにより、ステージ（移動部２）の移動にかかる動作の安定性を維持することができる。また、超音波ステージの耐久性を向上するとともに、観察途中にステージ移動が停止することを防止することができる。

上述した実施の形態２では、回動部５２の回転動作によってブラシ５４ａ，５５ａを摺動部材４に当接させて摩耗粒子を掃き出すものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えばクリーナ部５４，５５に直動機構と電磁アクチュエータなどの駆動手段を設けて、ブラシ５４ａ，５５ａを摺動部材４に対して当接または離間させるものであってもよい。

なお、上述した実施の形態１，２では、倒立型の顕微鏡を例に説明したが、例えば、正立型の顕微鏡に本発明の電動ステージを適用してもよいし、観察対象の標本を載置して該標本の像を撮像するためのステージを備えた撮像装置に本発明の超音波ステージを適用することができる。

また、上述した実施の形態１，２は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。

以上のように、本発明にかかる超音波ステージは、ステージの移動にかかる動作の安定性を維持することに有用である。

１ 基部
２ 移動部
３ ガイドレール
４ 摺動部材
５ 摩耗粒子除去部
１０ 超音波アクチュエータ（超音波モータ）
１１ エンコーダ
１２ スケール
１３ａ，１３ｂ ビス
３１ 鏡筒
３３ 本体部
３４ 透過照明部
３６ 対物レンズ
３７ 反射ミラー
３８ 結像光学系
３９ 接眼レンズ
４１ 透過照明支柱
４２ アーム
４３ 光源
４４ ランプハウス
４５ コンデンサレンズ
４６ コンデンサユニット
４７ コレクタレンズ
４８ 視野絞り
４９ 反射ミラー
５１ 台座
５２ 回動部
５３ 回転支持部
５４，５５ クリーナ部
５４ａ，５５ａ ブラシ
１００ 電動ステージ（超音波ステージ）
１０１ 圧電素子
１０１ａ 振動体
１０１ｂ，１０１ｃ 振動子
１０２ 保持機構
１０２ａ 薄板ばね部
１０２ｂ 切り欠き穴部
１０２ｃ 厚肉部
１０２ｄ，１０２ｅ 固定用ビス穴
１０２ｆ ネジ穴
１０３ コイルばね
１０４ ネジ
１０５ 振動用電極
１１０ 制御装置
１１１ 制御部
１１２ 駆動部
１１３ 移動指示部
１１４ 検出部

Claims (4)

1. 基部と、
   前記基部に対して移動可能に取り付けられた移動部と、
   前記移動部の移動方向に沿って設けられる摺動部材と、
   前記摺動部材と当接可能な複数の振動子と、前記移動部の移動方向と直交する第１の方向の第１の振動を励起する第１の信号と、前記移動部の移動方向と平行な第２の方向の第２の振動を励起する第２の信号とに応じて振動することにより前記複数の振動子を楕円振動させる弾性変形可能な振動体と、を有する超音波モータと、
   を備え、
   前記振動子の前記摺動部材と当接する当接面は、
   略平面状をなす平坦部と、
   前記第２の方向に延び、前記平坦部の表面粗さに基づく最大高さよりも大きい深さの複数の谷部と、
   を有することを特徴とする超音波ステージ。
2. 前記振動子の硬度が、前記摺動部材の硬度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の超音波ステージ。
3. 前記第２の方向と直交する平面を切断面とする前記振動子の断面における前記当接面がなす断面曲線をもとに算出される評価値Ｐ_ｐｑ，Ｐ_ｖｑ，Ｐ_ｍｑが、０．４（μｍ）≦Ｐ_ｐｑ≦１．４（μｍ）、３．７（μｍ）≦Ｐ_ｖｑ≦６．３（μｍ）、４５（％）≦Ｐ_ｍｑ≦８５（％）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波ステージ。
   ここで、
   Ｐ_ｐｑ：前記平坦部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｐｑの傾斜
   Ｐ_ｖｑ：前記谷部に当てはめられた回帰直線Ｌ_ｖｑの傾斜
   Ｐ_ｍｑ：前記回帰直線Ｌ_ｐｑと前記回帰直線Ｌ_ｖｑとの交点の負荷長さ率
   である。
4. 前記摺動部材に当接可能であり、前記摺動部材に付着した摩耗粒子を除去するクリーナ部をさらに備え、
   前記クリーナ部は、前記移動部が所定の配置パターンで移動を繰り返す場合に、該配置パターンにおいて前記振動子が移動する移動範囲の両端の折り返し位置近傍で前記摺動部材に当接して該摺動部材上を摺動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波ステージ。

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