JP4024027B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents
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Description
【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１２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１０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２２ａ〜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２０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３０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２８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２８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１６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２４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３８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３４、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２６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３２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２８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２８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２６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３２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１４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
【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１２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１０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２２ａ〜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２０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３０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２８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２８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１６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２４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３８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３４、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２６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３２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２８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２８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２６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３２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１４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
Claims (5)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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- 2001-10-16 JP JP2001318194A patent/JP4024027B2/ja not_active Expired - Fee Related
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