JP3772005B2 - 移動装置及び移動装置を有する走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば走査型プローブ顕微鏡及びこれを応用した走査機構に用いられ、移動対象物を所定方向に正確に移動して高精度に位置決めするための移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の移動装置として、例えば図８に示すように、固定ベース２から垂直方向（Ｚ方向）に延出した平行バネ４に支持された移動対象物６（例えば、走査型プローブ顕微鏡や走査型レーザー顕微鏡等に用いられるステージ）に所定の押圧力Ｆを加えることによって、移動対象物６を例えばＸ方向（Ｚ方向に直交する方向）に所定距離だけ平行移動させることができる装置が知られている（以下、第１の従来技術という）。
【０００３】
また、例えば特開平７−１２９２４４号公報には、図９に示すように、固定ベース２から延出した４つの板バネ８によってＸ方向に移動自在に支持された移動対象物６に対して圧電体１０を介して押圧力を加えることによって、移動対象物６をＸ方向に所定距離だけ平行移動させることができる装置が知られている（以下、第２の従来技術という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来技術では、移動対象物６を移動させた際に平行バネ４に作用する曲げ力によって、平行バネ特有の沈み込みが生じ、このときの沈み込み量ΔＺに対応して、移動対象物６は、移動方向とは異なる方向（Ｚ方向）に変位してしまうといった問題がある。特に高精度な移動制御を要求される装置では、このような沈み込みが生じると、移動対象物６を高精度に位置決めすることが困難になってしまう。
【０００５】
また、第２の従来技術では、移動対象物６を移動させた際、この移動対象物６の両側に配置された板バネ８には、夫々、曲げ力だけで無く引っ張り力も同時に作用するため、板バネ８の弾性変形量が小さくなり、この結果、移動対象物６の移動範囲が狭く限定されてしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するために成されており、その目的は、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の移動装置は：移動対象物と；この移動対象物に対する固定ベースと；前記移動対象物の中心軸に対してＸ方向に対称に配置され、前記移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が大きなＸ方向弾性部材と；固定ベースに固定され、Ｘ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＸ方向弾性部材を介してＹ方向に移動させるＹ方向駆動用アクチュエータと；前記移動対象物の中心軸に対してＹ方向に対称に配置され、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が大きなＹ方向弾性部材と；そして、固定ベースに固定され、Ｙ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＹ方向弾性部材を介してＸ方向に移動させるＸ方向駆動用アクチュエータと；を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理について説明した後、この原理を応用した各実施の形態に係る移動装置について、添付図面を参照して説明する。
図１（ａ）には、沈み込みや曲げ力及び引っ張り力を生じること無く、移動対象物６を所定方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めするための基本原理が示されている。
【０００９】
具体的には、この基本原理において、移動対象物６は、その両側が中心軸Ｐに対して対称に配置された弾性部材によって平行移動自在に支持されており、この移動対象物６に押圧力が作用しない限り、移動対象物６は、常時、一定位置（以下、初期位置という）に弾性的に保持されるようになっている。
【００１０】
弾性部材として、本基本原理では、その一例として、中央部分が一部中抜きされた中抜き部１２ａを有する板状バネ１２が用いられており、これら板状バネ１２を介して移動対象物６は、固定ベース１４に弾性的に支持されている。なお、板状バネ１２の下端部１２ｂは、他の部位に固定されること無くフリーな状態となっている。
【００１１】
このような基本原理によれば、移動対象物６に所定の押圧力Ｆを加えた際、図中点線で示すように、一方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが拡大し同時に他方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが縮小することによって、板状バネ１２の曲げ量に対応して下端部１２ａが、移動対象物６方向に引き上げられるため、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面内において常に平行移動することになる。なお、押圧力Ｆを解除すれば、移動対象物６は、板状バネ１２の弾性力によって、初期位置に平行移動して戻される。
【００１２】
図１（ｂ）には、上記の基本原理を具体化した具体的原理の構成が示されている。
具体的原理において、移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側には、夫々、上述した基本原理と同様の作用効果を奏する弾性部材が、中心軸Ｐに対して対称に配置されており、移動対象物６は、これら弾性部材を介してアクチュエータ（例えば、圧電体）１６（以下、Ｙ方向駆動用アクチュエータという）に支持されている。なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、夫々、固定ベース１８に固定されており、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動させることができるようになっている。
【００１３】
弾性部材として、本具体的原理では、その一例として、矢印Ｙ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｙ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２０ａを有する板状バネ２０が用いられており、これら板状バネ２０を介して移動対象物６は、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６に支持されている。
【００１４】
また、板状バネ２０は、夫々、移動対象物６の中心軸Ｐを通って矢印Ｘ方向と平行に延出しているＸ中心線Ｌｘに対して対称に延在している。
このような板状バネ２０は、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００１５】
このような具体的原理によれば、所定の押圧力で移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させた場合、各々の板状バネ２０には、矢印Ｘ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する板状バネ２０の剛性が小さいため、板状バネ２０は、夫々、移動対象物６に加えられた押圧力に対応して円滑に弾性変形する。この場合、各々の板状バネ２０は、図１（ａ）で説明した基本原理と同様に、一方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが拡大し同時に他方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが縮小する。この結果、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｘ方向に円滑に平行移動する。なお、押圧力を解除すれば、移動対象物６は、板状バネ２０の弾性力によって初期位置に戻される。
【００１６】
これに対して、各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて伸張させると、この伸張運動が各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達されることによって、移動対象物６を矢印Ｙ方向に平行移動させることができる。
【００１７】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大きいため、板状バネ２０は、夫々、弾性変形すること無く、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動をそのまま移動対象物６に伝達する。この結果、移動対象物６は、アクチュエータ１６の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に平行移動する。
【００１８】
なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６を伸張させた後、逆に、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６を縮小させれば、移動対象物６を初期位置方向に平行移動させて戻すことができる。
【００１９】
このように本発明の原理によれば、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることができる。
次に、上述した原理を応用した本発明の第１の実施の形態に係る移動装置について、図２を参照して説明する。
【００２０】
なお、本実施の形態の説明に際し、上述した原理と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
図２に示すように、本実施の形態の移動装置は、２軸方向に移動対象物６を移動制御できるように構成されており、簡単に説明すると、上記の具体的原理（図１（ｂ）参照）の構成を移動対象物６の矢印Ｘ方向及びＹ方向に沿った両側（即ち、図面の上下左右）に対称に配置している。
【００２１】
移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側の構成は、既に図１（ｂ）で説明したので、同一符号を付して、その説明を省略すると共に、以下の構成の説明では、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側の構成の説明に止める。
【００２２】
図２に示すように、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側には、夫々、上述した原理（図１参照）と同様の作用効果を奏する弾性部材が、中心軸Ｐに対して対称に配置されており、移動対象物６は、これら弾性部材を介してアクチュエータ（例えば、圧電体）２２（以下、Ｘ方向駆動用アクチュエータという）に支持されている。なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、夫々、固定ベース１８に固定されていると共に、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６と同一の形状及び機能を有しており、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させることができるようになっている。
【００２３】
弾性部材として、本実施の形態では、その一例として、矢印Ｘ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｘ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２４ａを有する板状バネ２４が用いられており、これら板状バネ２４を介して移動対象物６は、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２に支持されている。
【００２４】
また、板状バネ２４は、夫々、上記の板状バネ２０と同一の形状及び機能を有している。即ち、板状バネ２４は、夫々、移動対象物６の中心軸Ｐを通って矢印Ｙ方向と平行に延出しているＹ中心線Ｌｙに対して対称に延在している。また、板状バネ２４は、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００２５】
このような構成によれば、移動対象物６は、矢印Ｘ方向及びＹ方向の両側に夫々配置された板状バネ２０，２４によって、常時、一定位置（以下、初期位置という）に弾性的に保持されることになり、例えば各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて変位させると、この変位運動（伸縮運動力や伸縮量）が各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達される。
【００２６】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の例えば伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大きいため、板状バネ２０は、夫々、若干の弾性変形をするものの、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動をほぼそのまま移動対象物６に伝達する。
【００２７】
このとき、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側の板状バネ２４には、矢印Ｙ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する板状バネ２４の剛性が小さいため、板状バネ２４は、夫々、移動対象物６に加えられた伸張運動に対応して円滑に弾性変形する。この場合、各々の板状バネ２４は、図１（ａ）で説明した基本原理と同様に、一方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが拡大し同時に他方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが縮小する。
【００２８】
この結果、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、また、移動方向に圧縮力及び引っ張り力の影響を受け難くなり、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に円滑に平行移動する。
【００２９】
なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２を駆動させて伸張させた場合も、上記同様の動作に従って、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｘ方向に円滑に平行移動する。
【００３０】
なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６及びＸ方向駆動用アクチュエータ２２を選択的に伸張させた後、これらＹ方向駆動用アクチュエータ１６及びＸ方向駆動用アクチュエータ２２を選択的に縮小させれば、移動対象物６を初期位置方向に平行移動させて戻すことができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、移動対象物を二次元方向（ＸＹ方向）に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る移動装置について、図３を参照して説明する。
なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
図３に示すように、本実施の形態の移動装置には、移動対象物６の矢印Ｘ方向及びＹ方向（即ち、２軸方向）の移動量を拡大するための拡大機構が設けられている。
【００３４】
本実施の形態に適用した拡大機構は、その一例として、移動対象物６の矢印Ｘ方向の移動量を拡大するように、移動対象物６の両側にＹ中心線Ｌｙに沿って延出したＸ方向拡大アーム２６と、移動対象物６の矢印Ｙ方向の移動量を拡大するように、移動対象物６の両側にＸ中心線Ｌｘに沿って延出したＹ方向拡大アーム２８とを備えている。
【００３５】
Ｘ方向拡大アーム２６は、夫々、その一端が板状バネ２４に一体的に接続されており、その他端がヒンジ部３０を介して固定ベース１８に一体的に接続されている。
【００３６】
ヒンジ部３０は、夫々、Ｘ方向拡大アーム２６の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成されており、このヒンジ部３０を中心に、Ｘ方向拡大アーム２６を所定方向に旋回させることができるようになっている。
【００３７】
また、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、Ｘ方向拡大アーム２６の一端と他端との間に配置されており、Ｘ方向拡大アーム２６の側面をＹ中心線Ｌｙに直交する方向、即ち、Ｘ中心線Ｌｘ方向に押圧することによって、Ｘ方向拡大アーム２６をヒンジ部３０を中心に旋回させることができるようになっている。
【００３８】
一方、Ｙ方向拡大アーム２８は、夫々、その一端が板状バネ２０に一体的に接続されており、その他端がヒンジ部３２を介して固定ベース１８に一体的に接続されている。
【００３９】
ヒンジ部３２は、夫々、Ｙ方向拡大アーム２８の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成されており、このヒンジ部３２を中心に、Ｙ方向拡大アーム２８を所定方向に旋回させることができるようになっている。
【００４０】
また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、Ｙ方向拡大アーム２８の一端と他端との間に配置されており、Ｙ方向拡大アーム２８の側面をＸ中心線Ｌｘに直交する方向、即ち、Ｙ中心線Ｌｙ方向に押圧することによって、Ｙ方向拡大アーム２８をヒンジ部３２を中心に旋回させることができるようになっている。
【００４１】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限りヒンジ部３２に近接した位置に配置することが好ましい。なぜなら、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６をヒンジ部３２に近接配置することによって、Ｙ方向拡大アーム２８の一端（具体的には、Ｙ方向拡大アーム２８と板状バネ２０との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３２を中心にしたＹ方向拡大アーム２８の一端の旋回量）は、てこの原理に基づいて拡大され、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量よりも大きくすることができるからである。
【００４２】
また、同様に、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限りヒンジ部３０に近接した位置に配置することが好ましい。なぜなら、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２をヒンジ部３０に近接配置することによって、Ｘ方向拡大アーム２６の一端（具体的には、Ｘ方向拡大アーム２６と板状バネ２４との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３０を中心にしたＸ方向拡大アーム２６の一端の旋回量）は、てこの原理に基づいて拡大され、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量よりも大きくすることができるからである。
【００４３】
また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６によってＹ方向拡大アーム２８の側面に直接押圧力を作用させると、この押圧力が作用したＹ方向拡大アーム２８の側面に局所的な応力集中が生じて、Ｙ方向拡大アーム２８の側面が局部的に変形してしまう場合がある。このような変形が生じると、それ以降のＹ方向拡大アーム２８に対する旋回制御が正確に行うことができなくなってしまう。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、このような事態を回避するように、Ｙ方向拡大アーム２８のヒンジ部３２に近接した位置に、このＹ方向拡大アーム２８の材質よりも硬い材料（例えば、焼き入れ材など）で形成されたピン３４を圧入し、このピン３４に対してＹ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力を作用させるように構成している。
【００４５】
このような構成によれば、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力をピン３４に作用すると、このピン３４に作用した押圧力は、ピン３４の周囲に分散する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達される。このため、Ｙ方向拡大アーム２８の側面に局所的な応力集中は生じない。
【００４６】
上記同様の作用効果を得るために、Ｘ方向拡大アーム２６のヒンジ部３０に近接した位置にも、このＸ方向拡大アーム２６の材質よりも硬い材料（例えば、焼き入れ材など）で形成されたピン３６が圧入され、このピン３６に対してＸ方向駆動用アクチュエータ２２の押圧力を作用させるように構成している。
【００４７】
なお、図面上、ピン３４，３６は、夫々、断面円形のものを採用しているが、局所的な応力集中を防止することができれば、任意の形状（例えば、楕円形、半円形など）を適用することが可能である。
【００４８】
このような構成によれば、例えば各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて伸張させると、この伸張運動（伸張運動力や伸張量）は、ピン３４を介してＹ方向拡大アーム２８に伝達される。
【００４９】
このとき、ピン３４に作用したＹ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力は、ピン３４の周囲に分散する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達されるため、Ｙ方向拡大アーム２８は、その側面に局所的な応力集中を生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３２を中心にＹ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量よりも大きく旋回する。
【００５０】
このときの旋回運動力は、各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板状バネ２０は、夫々、Ｙ方向拡大アーム２８の旋回運動に伴って弾性変形し、その中抜き部２０ａがＹ方向拡大アーム２８の旋回方向に沿って拡大するため、Ｙ方向拡大アーム２８の旋回運動は、板状バネ２０を介して移動対象物６をＹ方向に平行移動させるための直線運動に変換される。
【００５１】
一方、各々のＸ方向駆動用アクチュエータ２２を駆動させて伸張させると、この伸張運動（伸張運動力や伸張量）は、ピン３６を介してＸ方向拡大アーム２６に伝達される。
【００５２】
このとき、ピン３６に作用したＸ方向駆動用アクチュエータ２２の押圧力は、ピン３６の周囲に分散する形でＸ方向拡大アーム２６に伝達されるため、Ｘ方向拡大アーム２６は、その側面に局所的な応力集中を生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３０を中心にＸ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量よりも大きく旋回する。
【００５３】
このときの旋回運動力は、各々の板状バネ２４を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板状バネ２４は、夫々、Ｘ方向拡大アーム２６の旋回運動に伴って弾性変形し、その中抜き部２４ａがＸ方向拡大アーム２６の旋回方向に沿って拡大するため、Ｘ方向拡大アーム２６の旋回運動は、板状バネ２４を介して移動対象物６をＸ方向に平行移動させるための直線運動に変換される。
【００５４】
なお、この後の移動対象物６の移動動作や板状バネ２０の動作は、第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
本実施の形態によれば、拡大機構によって移動対象物の平行移動量を所定方向に必要な量だけ拡大して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る移動装置について、図４及び図５を参照して説明する。なお、本実施の形態の説明に際し、第１及び第２の実施の形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態の移動装置は、移動対象物６を矢印ＸＹＺ方向（三次元方向、即ち、３軸方向）に移動することができるように構成されている。
このような構成を実現するために、本実施の形態の移動装置は、その一例として、第２の実施の形態を改良する形で構成されている。
【００５７】
その改良点について説明すると、本実施の形態では、板状バネ２０，２４（図３参照）の代わりに、これらをＸ方向拡大アーム２６、Ｙ方向拡大アーム２８及び移動対象物６よりも肉薄に形成した薄板状バネ２０´，２４´が適用されている。
【００５８】
薄板状バネ２０´には、矢印Ｙ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｙ方向に沿って中抜きされた中抜き部２０ａ´が形成されている。この場合、薄板状バネ２０´は、換言すると、中抜き部２０ａ´を構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００５９】
また、この薄板状バネ２０´は、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６０】
薄板状バネ２４´には、矢印Ｘ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｘ方向に沿って中抜きされた中抜き部２４ａ´が形成されている。この場合、薄板状バネ２４´は、換言すると、中抜き部２４ａ´を構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００６１】
また、この薄板状バネ２４´は、移動対象物６を矢印Ｙ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６２】
このように肉薄の薄板状バネ２０´，２４´を適用することによって、移動対象物６は、常時、同一位置に弾性的に支持された状態となるため、移動対象物６に矢印Ｚ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状バネ２０´，２４´が夫々同様に弾性変形して円滑に曲がるため、移動対象物６を矢印Ｚ方向に正確且つ円滑に平行移動させることが可能となる。
【００６３】
これに対して、移動対象物６に矢印Ｘ方向及びＹ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状バネ２０´，２４´が弾性変形して円滑に曲がるため、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に円滑に移動させることが可能となる。但し、薄板状バネ２０´，２４´は、夫々、薄肉形状を成しているため、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動する際、矢印Ｚ方向に沈み込みが生じる場合がある。
【００６４】
そこで、本実施の形態の他の改良点として、矢印Ｚ方向への沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において移動対象物６を平行移動させるように、上述した基本原理（図１（ａ）参照）と同様の作用効果を奏する弾性部材が移動対象物６の中心軸Ｐに対して対称に（本実施の形態では、その一例として、移動対象物６の四隅に）配置されている。
【００６５】
弾性部材として、本実施の形態では、その一例として、矢印Ｚ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｚ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部３８ａを有した肉薄の薄板状バネ３８が用いられている。この場合、薄板状バネ３８は、換言すると、中抜き部３８ａを構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００６６】
薄板状バネ３８は、夫々、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｚ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６７】
また、薄板状バネ３８は、夫々、その一端が移動対象物６に接続され、その他端が後述するＺ方向駆動用アクチュエータ４２を介して固定ベース１８に接続されており、これら薄板状バネ３８を介して移動対象物６は、固定ベース１８に弾性的に支持されている。なお、薄板状バネ３８の下端部３８ｂは、他の部位に固定されること無くフリーな状態となっており、１枚の連結部材４０を介して互いに連結されている。
【００６８】
構成をまとめると、固定ベース１８は、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の一端と接続され、Ｚ方向駆動用アクチュエータの他端は、弾性部材（薄板状バネ３８、連結部材４０）を介して移動対象物６に固定されている。
【００６９】
このような改良構成によれば、移動対象物６を矢印Ｘ方向又はＹ方向に移動した際、図５中実線で示すように、一方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが拡大し同時に他方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが縮小することによって、薄板状バネ３８の曲げ量に対応して下端部３８ｂが、図５中二点鎖線の位置から実線で示す位置まで移動対象物６方向に引き上げられるため、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において常に平行移動することになる。
【００７０】
また、本実施の形態に適用したＺ方向駆動用アクチュエータ４２（例えば、圧電体）は、夫々、移動対象物６の四隅近傍の固定ベース１８に固定されており、薄板状バネ３８の他端を矢印Ｚ方向に押圧することができるようになっている。
【００７１】
この場合、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２を伸張させて薄板状バネ３８の他端に押圧力を加えると、薄板状バネ３８には、矢印Ｚ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する薄板状バネ３８の剛性が大きいため、薄板状バネ３８は、夫々、弾性変形すること無く、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の伸張運動をそのまま移動対象物６に伝達する。
【００７２】
このとき、移動対象物６の周囲の薄板状バネ２０´，２４´には、夫々、矢印Ｚ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する薄板状バネ２０´，２４´の剛性が小さくなっているため、薄板状バネ２０´，２４´は、夫々、移動対象物６に加えられた伸張運動に対応して円滑に弾性変形する。
【００７３】
この結果、移動対象物６は、薄板状バネ２０´，２４´によって常に同一位置に弾性的に支持された状態を維持しつつ、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に矢印Ｚ方向に円滑に平行移動する。
【００７４】
なお、その他の構成作用は、第２の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、移動対象物を三次元方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態は、第２の実施の形態の改良として説明したが、第１の実施の形態の改良とする形で構成することもできる。この場合には、例えば、板状バネ２０，２４を本実施の形態の薄板状バネ２０´，２４´と同様に形成すると共に、本実施の形態と同様の作用効果を奏する弾性部材並びにＺ方向駆動用アクチュエータ４２を移動対象物６の中心軸Ｐに対して対称に配置すれば良い。
【００７６】
また、本発明は、上述した各実施の形態の構成に限定されることは無く、新規事項を追加しない範囲で種々変更することが可能である。
第２及び第３の実施の形態において、移動対象物６を１軸方向（例えば、矢印Ｙ方向）にだけ移動させることを目的とするのであれば、図６に示すように、板状バネ２４及び薄板状バネ２４´を直接固定ベース１８に一体的に接続させることによって、沈み込みを生じること無く、移動対象物６を矢印Ｙ方向に必要な量だけ平行移動させて高精度に位置決めすることが可能となる。
【００７７】
また、第１〜第３の実施の形態において、図７に示すように、板状バネ２０，２４、並びに、薄板状バネ２０´，２４´を夫々非対称に延在させたいわゆる屈曲状バネとして構成しても上記各実施の形態の作用効果を実現することが可能である。
【００７８】
なお、本明細書には、以下の発明が含まれる。
（１） 移動対象物と、
この移動対象物に対する固定ベースと、
前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記移動対象物を平行移動自在に係合する弾性部材と、
この弾性部材の一端が係合し、他端が前記固定ベースと係合する前記移動対象物を移動させるためのアクチュエータとを備えていることを特徴とする移動装置。
（２） 前記移動対象物と係合する前記弾性部材は、前記移動対象物の一方向に２つ、この一方向に直交する他方向に２つ設けられており、前記弾性部材は、前記移動対象物より薄く成形されていることを特徴とする上記（１）に記載の移動装置。
（３） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アームを備えており、
この拡大アームは、前記アクチュエータの変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによって、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の移動装置。
（４） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合しており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧することを特徴とする上記（３）に記載の移動装置。
（５） 前記移動対象物、前記固定ベース、前記弾性部材及び前記拡大アームは、同一材料で一体成形されていることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の移動装置。
（６） 移動対象物と、
この移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記移動対象物を平行移動自在に支持する弾性部材と、
前記移動対象物を移動させるためのアクチュエータとを備えており、
前記弾性部材は、前記移動対象物を移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、前記移動対象物を移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっていることを特徴とする移動装置。
（７） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アームを備えており、
この拡大アームは、前記アクチュエータの変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによって、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴とする上記（６）に記載の移動装置。
（８） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合しており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧することを特徴とする上記（７）に記載の移動装置。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の基本原理図、（ｂ）は、本発明の具体的原理図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図、（ｂ）は、同図（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面を矢印ｂ方向から見た図。
【図５】第３の実施の形態に用いた薄板状バネの動作説明図。
【図６】本発明の変形例に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図７】本発明の他の変形例に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図８】第１の従来技術に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図９】第２の従来技術に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【符号の説明】
６ 移動対象物
１６ Ｙ方向駆動用アクチュエータ
２０ 板状バネ
２２ Ｘ方向駆動用アクチュエータ
２４ 板状バネ
Ｐ 移動対象物の中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば走査型プローブ顕微鏡及びこれを応用した走査機構に用いられ、移動対象物を所定方向に正確に移動して高精度に位置決めするための移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の移動装置として、例えば図８に示すように、固定ベース２から垂直方向（Ｚ方向）に延出した平行バネ４に支持された移動対象物６（例えば、走査型プローブ顕微鏡や走査型レーザー顕微鏡等に用いられるステージ）に所定の押圧力Ｆを加えることによって、移動対象物６を例えばＸ方向（Ｚ方向に直交する方向）に所定距離だけ平行移動させることができる装置が知られている（以下、第１の従来技術という）。
【０００３】
また、例えば特開平７−１２９２４４号公報には、図９に示すように、固定ベース２から延出した４つの板バネ８によってＸ方向に移動自在に支持された移動対象物６に対して圧電体１０を介して押圧力を加えることによって、移動対象物６をＸ方向に所定距離だけ平行移動させることができる装置が知られている（以下、第２の従来技術という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来技術では、移動対象物６を移動させた際に平行バネ４に作用する曲げ力によって、平行バネ特有の沈み込みが生じ、このときの沈み込み量ΔＺに対応して、移動対象物６は、移動方向とは異なる方向（Ｚ方向）に変位してしまうといった問題がある。特に高精度な移動制御を要求される装置では、このような沈み込みが生じると、移動対象物６を高精度に位置決めすることが困難になってしまう。
【０００５】
また、第２の従来技術では、移動対象物６を移動させた際、この移動対象物６の両側に配置された板バネ８には、夫々、曲げ力だけで無く引っ張り力も同時に作用するため、板バネ８の弾性変形量が小さくなり、この結果、移動対象物６の移動範囲が狭く限定されてしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するために成されており、その目的は、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の移動装置は：移動対象物と；この移動対象物に対する固定ベースと；前記移動対象物の中心軸に対してＸ方向に対称に配置され、前記移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が大きなＸ方向弾性部材と；固定ベースに固定され、Ｘ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＸ方向弾性部材を介してＹ方向に移動させるＹ方向駆動用アクチュエータと；前記移動対象物の中心軸に対してＹ方向に対称に配置され、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が大きなＹ方向弾性部材と；そして、固定ベースに固定され、Ｙ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＹ方向弾性部材を介してＸ方向に移動させるＸ方向駆動用アクチュエータと；を備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理について説明した後、この原理を応用した各実施の形態に係る移動装置について、添付図面を参照して説明する。
図１（ａ）には、沈み込みや曲げ力及び引っ張り力を生じること無く、移動対象物６を所定方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めするための基本原理が示されている。
【０００９】
具体的には、この基本原理において、移動対象物６は、その両側が中心軸Ｐに対して対称に配置された弾性部材によって平行移動自在に支持されており、この移動対象物６に押圧力が作用しない限り、移動対象物６は、常時、一定位置（以下、初期位置という）に弾性的に保持されるようになっている。
【００１０】
弾性部材として、本基本原理では、その一例として、中央部分が一部中抜きされた中抜き部１２ａを有する板状バネ１２が用いられており、これら板状バネ１２を介して移動対象物６は、固定ベース１４に弾性的に支持されている。なお、板状バネ１２の下端部１２ｂは、他の部位に固定されること無くフリーな状態となっている。
【００１１】
このような基本原理によれば、移動対象物６に所定の押圧力Ｆを加えた際、図中点線で示すように、一方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが拡大し同時に他方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが縮小することによって、板状バネ１２の曲げ量に対応して下端部１２ａが、移動対象物６方向に引き上げられるため、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面内において常に平行移動することになる。なお、押圧力Ｆを解除すれば、移動対象物６は、板状バネ１２の弾性力によって、初期位置に平行移動して戻される。
【００１２】
図１（ｂ）には、上記の基本原理を具体化した具体的原理の構成が示されている。
具体的原理において、移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側には、夫々、上述した基本原理と同様の作用効果を奏する弾性部材が、中心軸Ｐに対して対称に配置されており、移動対象物６は、これら弾性部材を介してアクチュエータ（例えば、圧電体）１６（以下、Ｙ方向駆動用アクチュエータという）に支持されている。なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、夫々、固定ベース１８に固定されており、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動させることができるようになっている。
【００１３】
弾性部材として、本具体的原理では、その一例として、矢印Ｙ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｙ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２０ａを有する板状バネ２０が用いられており、これら板状バネ２０を介して移動対象物６は、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６に支持されている。
【００１４】
また、板状バネ２０は、夫々、移動対象物６の中心軸Ｐを通って矢印Ｘ方向と平行に延出しているＸ中心線Ｌｘに対して対称に延在している。
このような板状バネ２０は、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００１５】
このような具体的原理によれば、所定の押圧力で移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させた場合、各々の板状バネ２０には、矢印Ｘ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する板状バネ２０の剛性が小さいため、板状バネ２０は、夫々、移動対象物６に加えられた押圧力に対応して円滑に弾性変形する。この場合、各々の板状バネ２０は、図１（ａ）で説明した基本原理と同様に、一方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが拡大し同時に他方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが縮小する。この結果、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｘ方向に円滑に平行移動する。なお、押圧力を解除すれば、移動対象物６は、板状バネ２０の弾性力によって初期位置に戻される。
【００１６】
これに対して、各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて伸張させると、この伸張運動が各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達されることによって、移動対象物６を矢印Ｙ方向に平行移動させることができる。
【００１７】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大きいため、板状バネ２０は、夫々、弾性変形すること無く、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動をそのまま移動対象物６に伝達する。この結果、移動対象物６は、アクチュエータ１６の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に平行移動する。
【００１８】
なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６を伸張させた後、逆に、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６を縮小させれば、移動対象物６を初期位置方向に平行移動させて戻すことができる。
【００１９】
このように本発明の原理によれば、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることができる。
次に、上述した原理を応用した本発明の第１の実施の形態に係る移動装置について、図２を参照して説明する。
【００２０】
なお、本実施の形態の説明に際し、上述した原理と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
図２に示すように、本実施の形態の移動装置は、２軸方向に移動対象物６を移動制御できるように構成されており、簡単に説明すると、上記の具体的原理（図１（ｂ）参照）の構成を移動対象物６の矢印Ｘ方向及びＹ方向に沿った両側（即ち、図面の上下左右）に対称に配置している。
【００２１】
移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側の構成は、既に図１（ｂ）で説明したので、同一符号を付して、その説明を省略すると共に、以下の構成の説明では、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側の構成の説明に止める。
【００２２】
図２に示すように、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側には、夫々、上述した原理（図１参照）と同様の作用効果を奏する弾性部材が、中心軸Ｐに対して対称に配置されており、移動対象物６は、これら弾性部材を介してアクチュエータ（例えば、圧電体）２２（以下、Ｘ方向駆動用アクチュエータという）に支持されている。なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、夫々、固定ベース１８に固定されていると共に、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６と同一の形状及び機能を有しており、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させることができるようになっている。
【００２３】
弾性部材として、本実施の形態では、その一例として、矢印Ｘ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｘ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２４ａを有する板状バネ２４が用いられており、これら板状バネ２４を介して移動対象物６は、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２に支持されている。
【００２４】
また、板状バネ２４は、夫々、上記の板状バネ２０と同一の形状及び機能を有している。即ち、板状バネ２４は、夫々、移動対象物６の中心軸Ｐを通って矢印Ｙ方向と平行に延出しているＹ中心線Ｌｙに対して対称に延在している。また、板状バネ２４は、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００２５】
このような構成によれば、移動対象物６は、矢印Ｘ方向及びＹ方向の両側に夫々配置された板状バネ２０，２４によって、常時、一定位置（以下、初期位置という）に弾性的に保持されることになり、例えば各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて変位させると、この変位運動（伸縮運動力や伸縮量）が各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達される。
【００２６】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の例えば伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大きいため、板状バネ２０は、夫々、若干の弾性変形をするものの、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動をほぼそのまま移動対象物６に伝達する。
【００２７】
このとき、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側の板状バネ２４には、矢印Ｙ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する板状バネ２４の剛性が小さいため、板状バネ２４は、夫々、移動対象物６に加えられた伸張運動に対応して円滑に弾性変形する。この場合、各々の板状バネ２４は、図１（ａ）で説明した基本原理と同様に、一方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが拡大し同時に他方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが縮小する。
【００２８】
この結果、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、また、移動方向に圧縮力及び引っ張り力の影響を受け難くなり、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に円滑に平行移動する。
【００２９】
なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２を駆動させて伸張させた場合も、上記同様の動作に従って、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｘ方向に円滑に平行移動する。
【００３０】
なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６及びＸ方向駆動用アクチュエータ２２を選択的に伸張させた後、これらＹ方向駆動用アクチュエータ１６及びＸ方向駆動用アクチュエータ２２を選択的に縮小させれば、移動対象物６を初期位置方向に平行移動させて戻すことができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、移動対象物を二次元方向（ＸＹ方向）に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る移動装置について、図３を参照して説明する。
なお、本実施の形態の説明に際し、第１の実施の形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
図３に示すように、本実施の形態の移動装置には、移動対象物６の矢印Ｘ方向及びＹ方向（即ち、２軸方向）の移動量を拡大するための拡大機構が設けられている。
【００３４】
本実施の形態に適用した拡大機構は、その一例として、移動対象物６の矢印Ｘ方向の移動量を拡大するように、移動対象物６の両側にＹ中心線Ｌｙに沿って延出したＸ方向拡大アーム２６と、移動対象物６の矢印Ｙ方向の移動量を拡大するように、移動対象物６の両側にＸ中心線Ｌｘに沿って延出したＹ方向拡大アーム２８とを備えている。
【００３５】
Ｘ方向拡大アーム２６は、夫々、その一端が板状バネ２４に一体的に接続されており、その他端がヒンジ部３０を介して固定ベース１８に一体的に接続されている。
【００３６】
ヒンジ部３０は、夫々、Ｘ方向拡大アーム２６の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成されており、このヒンジ部３０を中心に、Ｘ方向拡大アーム２６を所定方向に旋回させることができるようになっている。
【００３７】
また、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、Ｘ方向拡大アーム２６の一端と他端との間に配置されており、Ｘ方向拡大アーム２６の側面をＹ中心線Ｌｙに直交する方向、即ち、Ｘ中心線Ｌｘ方向に押圧することによって、Ｘ方向拡大アーム２６をヒンジ部３０を中心に旋回させることができるようになっている。
【００３８】
一方、Ｙ方向拡大アーム２８は、夫々、その一端が板状バネ２０に一体的に接続されており、その他端がヒンジ部３２を介して固定ベース１８に一体的に接続されている。
【００３９】
ヒンジ部３２は、夫々、Ｙ方向拡大アーム２８の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成されており、このヒンジ部３２を中心に、Ｙ方向拡大アーム２８を所定方向に旋回させることができるようになっている。
【００４０】
また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、Ｙ方向拡大アーム２８の一端と他端との間に配置されており、Ｙ方向拡大アーム２８の側面をＸ中心線Ｌｘに直交する方向、即ち、Ｙ中心線Ｌｙ方向に押圧することによって、Ｙ方向拡大アーム２８をヒンジ部３２を中心に旋回させることができるようになっている。
【００４１】
この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限りヒンジ部３２に近接した位置に配置することが好ましい。なぜなら、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６をヒンジ部３２に近接配置することによって、Ｙ方向拡大アーム２８の一端（具体的には、Ｙ方向拡大アーム２８と板状バネ２０との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３２を中心にしたＹ方向拡大アーム２８の一端の旋回量）は、てこの原理に基づいて拡大され、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量よりも大きくすることができるからである。
【００４２】
また、同様に、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限りヒンジ部３０に近接した位置に配置することが好ましい。なぜなら、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２をヒンジ部３０に近接配置することによって、Ｘ方向拡大アーム２６の一端（具体的には、Ｘ方向拡大アーム２６と板状バネ２４との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３０を中心にしたＸ方向拡大アーム２６の一端の旋回量）は、てこの原理に基づいて拡大され、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量よりも大きくすることができるからである。
【００４３】
また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６によってＹ方向拡大アーム２８の側面に直接押圧力を作用させると、この押圧力が作用したＹ方向拡大アーム２８の側面に局所的な応力集中が生じて、Ｙ方向拡大アーム２８の側面が局部的に変形してしまう場合がある。このような変形が生じると、それ以降のＹ方向拡大アーム２８に対する旋回制御が正確に行うことができなくなってしまう。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、このような事態を回避するように、Ｙ方向拡大アーム２８のヒンジ部３２に近接した位置に、このＹ方向拡大アーム２８の材質よりも硬い材料（例えば、焼き入れ材など）で形成されたピン３４を圧入し、このピン３４に対してＹ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力を作用させるように構成している。
【００４５】
このような構成によれば、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力をピン３４に作用すると、このピン３４に作用した押圧力は、ピン３４の周囲に分散する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達される。このため、Ｙ方向拡大アーム２８の側面に局所的な応力集中は生じない。
【００４６】
上記同様の作用効果を得るために、Ｘ方向拡大アーム２６のヒンジ部３０に近接した位置にも、このＸ方向拡大アーム２６の材質よりも硬い材料（例えば、焼き入れ材など）で形成されたピン３６が圧入され、このピン３６に対してＸ方向駆動用アクチュエータ２２の押圧力を作用させるように構成している。
【００４７】
なお、図面上、ピン３４，３６は、夫々、断面円形のものを採用しているが、局所的な応力集中を防止することができれば、任意の形状（例えば、楕円形、半円形など）を適用することが可能である。
【００４８】
このような構成によれば、例えば各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて伸張させると、この伸張運動（伸張運動力や伸張量）は、ピン３４を介してＹ方向拡大アーム２８に伝達される。
【００４９】
このとき、ピン３４に作用したＹ方向駆動用アクチュエータ１６の押圧力は、ピン３４の周囲に分散する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達されるため、Ｙ方向拡大アーム２８は、その側面に局所的な応力集中を生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３２を中心にＹ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量よりも大きく旋回する。
【００５０】
このときの旋回運動力は、各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板状バネ２０は、夫々、Ｙ方向拡大アーム２８の旋回運動に伴って弾性変形し、その中抜き部２０ａがＹ方向拡大アーム２８の旋回方向に沿って拡大するため、Ｙ方向拡大アーム２８の旋回運動は、板状バネ２０を介して移動対象物６をＹ方向に平行移動させるための直線運動に変換される。
【００５１】
一方、各々のＸ方向駆動用アクチュエータ２２を駆動させて伸張させると、この伸張運動（伸張運動力や伸張量）は、ピン３６を介してＸ方向拡大アーム２６に伝達される。
【００５２】
このとき、ピン３６に作用したＸ方向駆動用アクチュエータ２２の押圧力は、ピン３６の周囲に分散する形でＸ方向拡大アーム２６に伝達されるため、Ｘ方向拡大アーム２６は、その側面に局所的な応力集中を生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３０を中心にＸ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量よりも大きく旋回する。
【００５３】
このときの旋回運動力は、各々の板状バネ２４を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板状バネ２４は、夫々、Ｘ方向拡大アーム２６の旋回運動に伴って弾性変形し、その中抜き部２４ａがＸ方向拡大アーム２６の旋回方向に沿って拡大するため、Ｘ方向拡大アーム２６の旋回運動は、板状バネ２４を介して移動対象物６をＸ方向に平行移動させるための直線運動に変換される。
【００５４】
なお、この後の移動対象物６の移動動作や板状バネ２０の動作は、第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
本実施の形態によれば、拡大機構によって移動対象物の平行移動量を所定方向に必要な量だけ拡大して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る移動装置について、図４及び図５を参照して説明する。なお、本実施の形態の説明に際し、第１及び第２の実施の形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態の移動装置は、移動対象物６を矢印ＸＹＺ方向（三次元方向、即ち、３軸方向）に移動することができるように構成されている。
このような構成を実現するために、本実施の形態の移動装置は、その一例として、第２の実施の形態を改良する形で構成されている。
【００５７】
その改良点について説明すると、本実施の形態では、板状バネ２０，２４（図３参照）の代わりに、これらをＸ方向拡大アーム２６、Ｙ方向拡大アーム２８及び移動対象物６よりも肉薄に形成した薄板状バネ２０´，２４´が適用されている。
【００５８】
薄板状バネ２０´には、矢印Ｙ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｙ方向に沿って中抜きされた中抜き部２０ａ´が形成されている。この場合、薄板状バネ２０´は、換言すると、中抜き部２０ａ´を構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００５９】
また、この薄板状バネ２０´は、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６０】
薄板状バネ２４´には、矢印Ｘ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｘ方向に沿って中抜きされた中抜き部２４ａ´が形成されている。この場合、薄板状バネ２４´は、換言すると、中抜き部２４ａ´を構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００６１】
また、この薄板状バネ２４´は、移動対象物６を矢印Ｙ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６２】
このように肉薄の薄板状バネ２０´，２４´を適用することによって、移動対象物６は、常時、同一位置に弾性的に支持された状態となるため、移動対象物６に矢印Ｚ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状バネ２０´，２４´が夫々同様に弾性変形して円滑に曲がるため、移動対象物６を矢印Ｚ方向に正確且つ円滑に平行移動させることが可能となる。
【００６３】
これに対して、移動対象物６に矢印Ｘ方向及びＹ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状バネ２０´，２４´が弾性変形して円滑に曲がるため、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に円滑に移動させることが可能となる。但し、薄板状バネ２０´，２４´は、夫々、薄肉形状を成しているため、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動する際、矢印Ｚ方向に沈み込みが生じる場合がある。
【００６４】
そこで、本実施の形態の他の改良点として、矢印Ｚ方向への沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において移動対象物６を平行移動させるように、上述した基本原理（図１（ａ）参照）と同様の作用効果を奏する弾性部材が移動対象物６の中心軸Ｐに対して対称に（本実施の形態では、その一例として、移動対象物６の四隅に）配置されている。
【００６５】
弾性部材として、本実施の形態では、その一例として、矢印Ｚ方向に沿って延出し且つその中央部分が矢印Ｚ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部３８ａを有した肉薄の薄板状バネ３８が用いられている。この場合、薄板状バネ３８は、換言すると、中抜き部３８ａを構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言える。
【００６６】
薄板状バネ３８は、夫々、移動対象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｚ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。
【００６７】
また、薄板状バネ３８は、夫々、その一端が移動対象物６に接続され、その他端が後述するＺ方向駆動用アクチュエータ４２を介して固定ベース１８に接続されており、これら薄板状バネ３８を介して移動対象物６は、固定ベース１８に弾性的に支持されている。なお、薄板状バネ３８の下端部３８ｂは、他の部位に固定されること無くフリーな状態となっており、１枚の連結部材４０を介して互いに連結されている。
【００６８】
構成をまとめると、固定ベース１８は、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の一端と接続され、Ｚ方向駆動用アクチュエータの他端は、弾性部材（薄板状バネ３８、連結部材４０）を介して移動対象物６に固定されている。
【００６９】
このような改良構成によれば、移動対象物６を矢印Ｘ方向又はＹ方向に移動した際、図５中実線で示すように、一方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが拡大し同時に他方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが縮小することによって、薄板状バネ３８の曲げ量に対応して下端部３８ｂが、図５中二点鎖線の位置から実線で示す位置まで移動対象物６方向に引き上げられるため、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面（ＸＹ平面）内において常に平行移動することになる。
【００７０】
また、本実施の形態に適用したＺ方向駆動用アクチュエータ４２（例えば、圧電体）は、夫々、移動対象物６の四隅近傍の固定ベース１８に固定されており、薄板状バネ３８の他端を矢印Ｚ方向に押圧することができるようになっている。
【００７１】
この場合、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２を伸張させて薄板状バネ３８の他端に押圧力を加えると、薄板状バネ３８には、矢印Ｚ方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力に対する薄板状バネ３８の剛性が大きいため、薄板状バネ３８は、夫々、弾性変形すること無く、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の伸張運動をそのまま移動対象物６に伝達する。
【００７２】
このとき、移動対象物６の周囲の薄板状バネ２０´，２４´には、夫々、矢印Ｚ方向の曲げ力が作用するが、この曲げ力に対する薄板状バネ２０´，２４´の剛性が小さくなっているため、薄板状バネ２０´，２４´は、夫々、移動対象物６に加えられた伸張運動に対応して円滑に弾性変形する。
【００７３】
この結果、移動対象物６は、薄板状バネ２０´，２４´によって常に同一位置に弾性的に支持された状態を維持しつつ、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に矢印Ｚ方向に円滑に平行移動する。
【００７４】
なお、その他の構成作用は、第２の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、移動対象物を三次元方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態は、第２の実施の形態の改良として説明したが、第１の実施の形態の改良とする形で構成することもできる。この場合には、例えば、板状バネ２０，２４を本実施の形態の薄板状バネ２０´，２４´と同様に形成すると共に、本実施の形態と同様の作用効果を奏する弾性部材並びにＺ方向駆動用アクチュエータ４２を移動対象物６の中心軸Ｐに対して対称に配置すれば良い。
【００７６】
また、本発明は、上述した各実施の形態の構成に限定されることは無く、新規事項を追加しない範囲で種々変更することが可能である。
第２及び第３の実施の形態において、移動対象物６を１軸方向（例えば、矢印Ｙ方向）にだけ移動させることを目的とするのであれば、図６に示すように、板状バネ２４及び薄板状バネ２４´を直接固定ベース１８に一体的に接続させることによって、沈み込みを生じること無く、移動対象物６を矢印Ｙ方向に必要な量だけ平行移動させて高精度に位置決めすることが可能となる。
【００７７】
また、第１〜第３の実施の形態において、図７に示すように、板状バネ２０，２４、並びに、薄板状バネ２０´，２４´を夫々非対称に延在させたいわゆる屈曲状バネとして構成しても上記各実施の形態の作用効果を実現することが可能である。
【００７８】
なお、本明細書には、以下の発明が含まれる。
（１） 移動対象物と、
この移動対象物に対する固定ベースと、
前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記移動対象物を平行移動自在に係合する弾性部材と、
この弾性部材の一端が係合し、他端が前記固定ベースと係合する前記移動対象物を移動させるためのアクチュエータとを備えていることを特徴とする移動装置。
（２） 前記移動対象物と係合する前記弾性部材は、前記移動対象物の一方向に２つ、この一方向に直交する他方向に２つ設けられており、前記弾性部材は、前記移動対象物より薄く成形されていることを特徴とする上記（１）に記載の移動装置。
（３） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アームを備えており、
この拡大アームは、前記アクチュエータの変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによって、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の移動装置。
（４） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合しており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧することを特徴とする上記（３）に記載の移動装置。
（５） 前記移動対象物、前記固定ベース、前記弾性部材及び前記拡大アームは、同一材料で一体成形されていることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の移動装置。
（６） 移動対象物と、
この移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記移動対象物を平行移動自在に支持する弾性部材と、
前記移動対象物を移動させるためのアクチュエータとを備えており、
前記弾性部材は、前記移動対象物を移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、前記移動対象物を移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっていることを特徴とする移動装置。
（７） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アームを備えており、
この拡大アームは、前記アクチュエータの変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによって、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴とする上記（６）に記載の移動装置。
（８） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合しており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧することを特徴とする上記（７）に記載の移動装置。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の基本原理図、（ｂ）は、本発明の具体的原理図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る移動装置の構成を示す図、（ｂ）は、同図（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面を矢印ｂ方向から見た図。
【図５】第３の実施の形態に用いた薄板状バネの動作説明図。
【図６】本発明の変形例に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図７】本発明の他の変形例に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図８】第１の従来技術に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【図９】第２の従来技術に係る移動装置の主要な構成を示す図。
【符号の説明】
６ 移動対象物
１６ Ｙ方向駆動用アクチュエータ
２０ 板状バネ
２２ Ｘ方向駆動用アクチュエータ
２４ 板状バネ
Ｐ 移動対象物の中心軸
Claims (7)
- 移動対象物と；
この移動対象物に対する固定ベースと；
前記移動対象物の中心軸に対してＸ方向に対称に配置され、前記移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が大きなＸ方向弾性部材と；
固定ベースに固定され、Ｘ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＸ方向弾性部材を介してＹ方向に移動させるＹ方向駆動用アクチュエータと；
前記移動対象物の中心軸に対してＹ方向に対称に配置され、移動対象物をＹ方向に移動した際に剛性が小さく、移動対象物をＸ方向に移動した際に剛性が大きなＹ方向弾性部材と；そして、
固定ベースに固定され、Ｙ方向弾性部材を介して移動対象物を支持しており、移動対象物をＹ方向弾性部材を介してＸ方向に移動させるＸ方向駆動用アクチュエータと；
を備えていることを特徴とする移動装置。 - Ｘ方向弾性部材は移動対象物の中心軸に対してＸ方向に対称に２つ配置され、Ｙ方向弾性部材は移動対象物の中心軸に対してＹ方向に対称に２つ配置され、Ｘ方向弾性部材及びＹ方向弾性部材の夫々は移動対象物より薄く形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
- Ｘ方向駆動用アクチュエータ及びＹ方向駆動用アクチュエータによる移動対象物のＸ方向及びＹ方向の移動量を拡大するための拡大機構がさらに設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動装置。
- 前記拡大機構が：
移動対象物の両側にＹ中心線に沿って延出し、一端がＹ方向弾性部材に接続され他端が固定部材に接続され、Ｘ方向駆動用アクチュエータによりＸ方向に移動されることにより移動対象物のＸ方向の移動量を拡大するＸ方向拡大アームと；そして、
移動対象物の両側にＸ中心線に沿って延出し、一端がＸ方向弾性部材に接続され他端が固定部材に接続され、Ｙ方向駆動用アクチュエータによりＹ方向に移動されることにより移動対象物のＹ方向の移動量を拡大するＹ方向拡大アームと；
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の移動装置。 - 移動対象物、固定ベース、Ｘ方向弾性部材、Ｙ方向弾性部材、Ｘ方向拡大アーム、そしてＹ方向拡大アームが同一材料により一体成形されている、ことを特徴とする請求項４に記載の移動装置。
- Ｘ方向駆動用アクチュエータはＸ方向拡大アームに対し、Ｘ方向駆動用アクチュエータがＸ方向拡大アームに作用する押圧力を分散する部材を介して押圧力を作用させており、
Ｙ方向駆動用アクチュエータはＹ方向拡大アームに対し、Ｙ方向駆動用アクチュエータがＹ方向拡大アームに作用する押圧力を分散する部材を介して押圧力を作用させている、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の移動装置。 - 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移動装置を有する走査型プローブ顕微鏡。
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