JPH08340682A - 電気機械変換素子を使用した移動テ−ブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気機械変換素子を使用した移動テ−ブルを
提供する。 【構成】 フレ−ム４１上にＸ軸方向アクチユエ−タ４
０とＹ軸方向アクチユエ−タ５０を配置してＸＹテ−ブ
ルを構成する。アクチユエ−タ４０（５０も同じ）は駆
動軸４１と圧電素子４５、スライダブロツク４２から構
成され、駆動軸４１とスライダブロツク４２とは摩擦結
合している。鋸歯状波駆動パルスを圧電素子４５に印加
すると、駆動軸４１は軸方向に異なる往復速度で変位
し、スライダブロツク４２も矢印ａ方向へ移動し、テ−
ブルＴをＸＹ軸方向の任意の位置に移動させることがで
きる。Ｘ軸方向アクチユエ−タのみとしてＸテ−ブルを
構成することもでき、また、ＸＹテ−ブル上にＺ軸方向
アクチユエ−タを配置し、ＸＹＺ３軸のテ−ブルを構成
することもできる。圧電素子に印加する緩やかな立上が
り電圧を調整することにより精度の高い位置決めが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気機械変換素子を
使用した駆動機構を使用して精密部品、例えば光学部品
のアライメントや測定などに適した精度の高い移動を可
能とした移動テ−ブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】精密部品の製造や測定のために、対象と
する部品を載置するテ−ブルをＸ軸方向に移動させるＸ
テ−ブルや、ＸＹ軸平面で高精度で移動させるＸＹテ−
ブルが広く利用されている。この種の移動テ−ブルで
は、支持台上にテ−ブルをＸ方向、Ｙ方向に案内する案
内部を設けると共に、精密に加工された送りねじを使用
したマイクロメ−タによりテ−ブルを案内に沿つてＸ方
向、Ｙ方向に移動させる構成を採用したものが一般的で
ある。

【０００３】そして、この種の移動テ−ブルにおいて、
マイクロメ−タを駆動するためにパルスモ−タ等を使用
し、位置の検出には精密送りねじの回転角をエンコ−ダ
で検出するオ−トマイクロ機構を使用した移動テ−ブル
も広く知られている。

【０００４】さらに、テ−ブルの移動にリニアモ−タを
使用し、直接テ−ブルを移動させるのも知られている。
この場合、テ−ブルの位置の検出はリニアエンコ−ダに
よつている。

【０００５】このほか、半導体製造装置においては、ウ
エハ−を圧電素子で駆動される支持部材で支持し、圧電
素子に適当な駆動パルスを供給して変位を与え、ウエハ
−を露光マスクに整合させる構成も提案されている（特
公昭５７−３８０２３号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したマ
イクロメ−タを使用した移動テ−ブルでは、テ−ブルの
移動に送りねじを利用するため、送りねじのバツクラツ
シュなどによる誤差の発生が不可避で、サブミクロン単
位の位置決めには適当でない。また、マイクロメ−タを
パルスモ−タで駆動するオ−トマイクロ機構では、パル
スモ−タと送りねじとの間に減速ギヤ機構を介在させる
ことになるが、この場合、減速ギヤ機構のバツクラツシ
ュなども加わり、移動精度が低下するなどの不都合があ
るばかりでなく、高速駆動に適した構成ではない。さら
に、パルスモ−タや減速ギヤ機構がテ−ブルの外側に大
きく突出するから、移動テ−ブルを小型に纏めることが
困難となる。

【０００７】テ−ブルの移動にリニアモ−タを使用した
ものは、送りねじを利用するマイクロメ−タを使用した
ものに比較して装置を小型に纏めることが可能である
が、テ−ブルを停止状態に維持するときもコイルに電流
を流し、その電流のバランスを保つて停止状態を維持す
る必要があるから安定した停止状態の維持が困難である
ほか、テ−ブル付近に磁界が発生するから磁気を嫌う部
品の取扱いには適当でない。

【０００８】さらに、上記したウエハ−を露光マスクに
整合させるための圧電素子を使用した移動機構では、ウ
エハ−と圧電素子で駆動される支持部材との結合に空気
圧を利用するなど装置が大型になり、装置を小型に纏め
ることが困難であるなどの不都合がある。

【０００９】この発明は、上記した従来の移動テ−ブル
のかかえる課題を解決し、小型で高精度の移動及び停止
ができる移動テ−ブルを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、請求項１の発明は、電気機械変換素子を
使用した移動テ−ブルであつて、所定方向に伸びた案内
部を有する基台と、前記案内部に沿つて、基台に対して
前記所定方向にのみ移動可能な移動テ−ブルと、一端が
基台に固定された電気機械変換素子、該電気機械変換素
子の他端に固定されるとともに前記所定方向に移動可能
に基台に支持される駆動部材、及び、該駆動部材に摩擦
結合されるとともに前記移動テ−ブルと連結された移動
部材とを備え、前記電気機械変換素子の速度の異なる伸
縮方向の変位により駆動部材を介して移動部材を所定の
方向に移動させる駆動手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１１】そして、請求項１記載の発明には、さらに
前記電気機械変換素子に速度の異なる伸縮方向の変位を
発生させる駆動電流を供給する駆動電流供給手段と、前
記駆動電流供給手段を制御する制御手段とを備えるとよ
い。

【００１２】請求項３の発明は、電気機械変換素子を使
用した駆動手段により基台上を交差する所定の２方向に
移動できる移動テ−ブルであつて、所定の第１の方向に
伸びた第１の案内部、及び第１の案内部に対して交差す
る所定の第２の方向に伸びた第２の案内部とを有する基
台と、基台の第１の案内部に沿つて移動する第１の支持
部材上に一端が固定された第１の電気機械変換素子とこ
れに固着結合された第１の駆動部材、及び該第１の駆動
部材に摩擦結合された移動部材とを備え、前記第１の電
気機械変換素子の速度の異なる伸縮方向の変位により第
１の駆動部材を介して移動部材を所定の第１の方向に移
動させる第１の駆動手段と、基台の第２の案内部に沿つ
て移動する第２の支持部材上に一端が固定された第２の
電気機械変換素子とこれに固着結合された第２の駆動部
材、及び該第２の駆動部材に摩擦結合された前記第１の
駆動手段と共通する移動部材とを備え、前記第２の駆動
部材の速度の異なる伸縮方向の変位により第２の駆動部
材を介して移動部材を所定の第２の方向に移動させる第
２の駆動手段と、前記移動部材に固定結合された移動テ
−ブルと、前記第１及び第２の電気機械変換素子に速度
の異なる伸縮方向の変位を発生させる駆動電流を供給す
る駆動電流供給手段と、前記駆動電流供給手段を制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明は、電気機械変換素子を使
用した駆動手段により基台上を相互に交差する所定の３
方向に移動できる移動テ−ブルであつて、所定の第１の
方向に伸びた第１の案内部、及び第１の案内部に対して
交差する所定の第２の方向に伸びた第２の案内部とを有
する基台と、基台の第１の案内部に沿つて移動する第１
の支持部材上に一端が固定された第１の電気機械変換素
子とこれに固着結合された第１の駆動部材、及び該第１
の駆動部材に摩擦結合された第１の移動部材とを備え、
前記第１の電気機械変換素子の速度の異なる伸縮方向の
変位により第１の駆動部材を介して第１の移動部材を所
定の第１の方向に移動させる第１の駆動手段と、基台の
第２の案内部に沿つて移動する第２の支持部材上に一端
が固定された第２の電気機械変換素子とこれに固着結合
された第２の駆動部材、及び該第２の駆動部材に摩擦結
合された前記第１の駆動手段と共通する第１の移動部材
とを備え、前記第２の駆動部材の速度の異なる伸縮方向
の変位により第２の駆動部材を介して前記第１の移動部
材を所定の第２の方向に移動させる第２の駆動手段と、
前記第１の移動部材上に基台の第１及び第２の案内部に
対して交差する方向に一端が固定された第３の電気機械
変換素子とこれに固着結合された第３の駆動部材、及び
該第３の駆動部材に摩擦結合された第２の移動部材とか
らなり、前記第３の駆動部材の速度の異なる伸縮方向の
変位により前記２の移動部材を移動させる第３の駆動手
段と、前記第２の移動部材に固定結合された移動テ−ブ
ルと、前記第１乃至第３の電気機械変換素子に速度の異
なる伸縮方向の変位を発生させる駆動電流を供給する駆
動電流供給手段と、前記駆動電流供給手段を制御する制
御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】そして、前記した電気機械変換素子を使用
した移動テ−ブルにおいて、さらに基台に対する移動テ
−ブルの位置を検出する位置検出手段を備え、位置検出
手段の検出結果に基づき駆動電流供給手段を制御するよ
うにしてもよい。そして、位置検出手段は電気機械変換
素子の伸縮量の1/2 未満の分解能を有するものとするの
がよい。

【００１５】

【作用】駆動部材は電気機械変換素子に生ずる速度の異
なる伸縮方向の変位により電気機械変換素子と共に変位
するが、駆動部材と摩擦結合した移動部材はその摩擦結
合面に滑りを生じつつ追動して全体として所定方向に移
動し、移動部材に固定結合された移動テ−ブルを所定方
向に移動させる。送りねじや減速ギヤ機構を使用しない
ので、テ−ブルを高精度で移動させることができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
まず、この発明の第１実施例を説明する。図１はこの発
明の第１実施例に使用するに適したインパクト型アクチ
ユエ−タ１０の構成を示す斜視図で、後述する第２実施
例乃至第５実施例において駆動機構として使用するアク
チユエ−タもこれと同様の構成を備えている。

【００１７】図１において、１１はフレ−ム、１３、１
４は支持ブロツクで、それぞれフレ−ム１１の部材１１
ａ、１１ｂに取り付けられている。１６は駆動軸で、支
持ブロツク１３と一体の形成された軸受１３ａと支持ブ
ロツク１４により軸方向に移動自在に支持されている。
１５は圧電素子で、その一端は支持ブロツク１３に接着
固定され、他の端は駆動軸１６の一端に接着固定され、
圧電素子１５の厚み方向の変位により駆動軸１６は軸方
向（矢印ａ方向、及びこれと反対方向）に変位するよう
に構成されている。

【００１８】１２はスライダブロツクで、横方向に駆動
軸１６が貫通している。スライダブロツク１２の駆動軸
１６が貫通している上部には開口部１２ａが形成され、
駆動軸１６の上半分が露出している。また、この開口部
１２ａには駆動軸１６の上半分に当接するパツド１８が
嵌挿され、パツド１８には、その上部に突起１８ａが設
けられており、パツド１８の突起１８ａが板ばね１９に
より押し下げられ、パツド１８には駆動軸１６に当接す
る下向きの付勢力Ｆが与えられている。図２は駆動軸１
６と、スライダブロツク１２、パツド１８との接触部分
の構成を示す断面図である。

【００１９】なお、１７はスライダブロツク１２が駆動
軸１６とともに軸方向に移動するとき、スライダブロツ
ク１２の揺動を防ぎ、円滑に移動させるための案内軸、
２０は板ばね１９をスライダブロツク１２に固定するね
じである。

【００２０】以上の構成により、パツド１８を含むスラ
イダブロツク１２と駆動軸１６とは板ばね１９の付勢力
Ｆにより圧接され、摩擦結合している。

【００２１】次に、その動作を説明する。まず、圧電素
子１５に図３の（ａ）に示すような緩やかな立上り部分
と急速な立下り部分を持つ鋸歯状波駆動パルスを印加す
ると、駆動パルスの緩やかな立上り部分では、圧電素子
１５が緩やかに厚み方向に伸び変位し、圧電素子１５に
結合する駆動軸１６も正方向に緩やかに変位する。この
とき、駆動軸１６に摩擦結合したスライダブロツク１２
は摩擦結合力により駆動軸１６と共に正方向（矢印ａ方
向）に移動する。

【００２２】次に、駆動パルスの急速な立下り部分で
は、圧電素子１５が急速に厚み方向に縮み変位し、圧電
素子１５に結合する駆動軸１６も負方向に急速に変位す
る。このとき、駆動軸１６に摩擦結合したスライダブロ
ツク１２は慣性力により摩擦結合力に打ち勝つて実質的
にその位置に留まり、移動しない。圧電素子１５に前記
駆動パルスを連続的に印加することにより、スライダブ
ロツク１２を連続的に正方向（矢印ａ方向）に移動させ
ることができる。

【００２３】なお、ここでいう実質的とは、正方向（矢
印ａ方向）と、これと反対方向のいずれにおいてもスラ
イダブロツク１２と駆動軸１６との間の摩擦結合面に滑
りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として
矢印ａ方向に移動するものも含まれる。

【００２４】スライダブロツクを先と反対方向（矢印ａ
と反対方向）に移動させるには、圧電素子１５に印加す
る鋸歯状波駆動パルスの波形を変え、図３の（ｂ）に示
すような急速な立上り部分と緩やかな立下り部分からな
る駆動パルスを印加すれば達成ができる。

【００２５】スライダブロツク１２に適宜のテ−ブルＴ
（図１参照）を固定することで、高精度でＸ方向に移動
するＸテ−ブルを構成することができる。

【００２６】ここで、スライダブロツク１２と駆動軸１
６とは摩擦結合しており、駆動軸１６が停止している状
態では、スライダブロツク１２は摩擦力により駆動軸１
６に固定される。このため、スライダブロツク１２には
テ−ブルＴを停止位置に保持するための機構を設ける必
要がない。

【００２７】図４乃至図６は、この発明の第２実施例の
ＸＹテ−ブルの構成を示すもので、図４はその分解した
状態を示す斜視図、図５はスライダブロツク部分におけ
る駆動軸とパツドの配置を示す透視図、図６は組立た状
態を示す斜視図である。

【００２８】図４において、４１はフレ−ムで、各辺を
構成する部材４１ａと４１ｂ、部材４１ｃと４１ｄは正
確に平行に配置され、また各部材４１ａ乃至４１ｄは隣
接する部材と正確に直角に交差するように配置されてい
る。４２はスライダブロツクで、その上には移動すべき
物品を載置するテ−ブルＴがねじ等の適当な手段で固定
される。

【００２９】Ｘ軸方向のアクチユエ−タ４０は、それぞ
れフレ−ム４１の部材４１ａと４１ｂの上に摺動自在
に、且つ緩み無く嵌合した支持ブロツク４３及び４４、
圧電素子４５、駆動軸４６、スライダブロツク４２、パ
ツド４８、板ばね４９から構成される。駆動軸４６は支
持ブロツク４３と一体の形成された軸受４３ａと支持ブ
ロツク４４により軸方向に移動自在に支持されている。
また、圧電素子４５の一端は支持ブロツク４３に接着固
定され、他の端は駆動軸４６の一端に接着固定され、圧
電素子４５の厚み方向の変位により駆動軸４６はＸ軸方
向に変位可能に構成されている。

【００３０】また、Ｙ軸方向のアクチユエ−タ５０は、
それぞれフレ−ム４１の部材４１ｃと４１ｄの上に摺動
自在に、且つ緩み無く嵌合した支持ブロツク５３及び５
４、圧電素子５５、駆動軸５６、スライダブロツク４
２、パツド５８、板ばね５９から構成される。駆動軸５
６は支持ブロツク５３と一体の形成された軸受５３ａと
支持ブロツク５４により軸方向に移動自在に支持されて
いる。また、圧電素子５５の一端は支持ブロツク５３に
接着固定され、他の端は駆動軸５６の一端に接着固定さ
れ、圧電素子５５の厚み方向の変位により駆動軸５６は
Ｙ軸方向に変位可能に構成されている。

【００３１】図５は、スライダブロツク４２における駆
動軸４６と駆動軸５６との交差部分の構成を示す透視図
で、Ｘ軸方向の駆動軸４６が上に、Ｙ軸方向の駆動軸５
６が下に位置するように配置され、駆動軸４６の上半分
にパツド４８が当接して摩擦接触し、駆動軸５６の上半
分にパツド５８が当接して摩擦接触している。スライダ
ブロツク４２と、駆動軸４６、パツド４８、及び板ばね
４９から構成されるＸ軸方向アクチユエ−タ４０の摩擦
接触部分、及びスライダブロツク４２と、駆動軸５６、
パツド５８、板ばね５９から構成されるＹ軸方向アクチ
ユエ−タ５０の摩擦接触部分の構成と機能は、図１、図
２で説明したアクチユエ−タと同一の構成と機能を備え
ているから、ここでは詳細な説明は省く。

【００３２】なお、図４乃至図６に示すＸＹテ−ブルで
は、Ｘ軸方向の駆動軸４６とＹ軸方向の駆動軸５６がス
ライダブロツク４２を貫通しており、スライダブロツク
４２が移動するとき揺動するおそれがないので、図１に
示す第１実施例の案内軸１７に相当する構成は設けてい
ない。

【００３３】図７乃至図９は、この発明の第３実施例の
ＸＹテ−ブルの構成を示すもので、図４乃至図６により
説明した第２実施例のＸＹテ−ブルにおいて、テ−ブル
Ｔ、即ちスライダブロツク４２のＸ軸方向、Ｙ軸方向の
位置を検出する位置検出器を備えたものである。

【００３４】ＸＹテ−ブルの構成のうち、図４乃至図６
に示した第２実施例の構成と同一部分には同一符号を付
して説明を省略することにし、ここでは位置検出器に関
する部分についてのみ説明する。

【００３５】位置検出器は、一定の間隔λでＮＳの磁極
を着磁した着磁ロツドと、着磁ロツドに接近して配置さ
れ着磁ロツドの磁気を検出するＭＲセンサ（磁気抵抗素
子）から構成される公知の位置検出器が使用される。位
置検出器の分解能は着磁ロツドのＮＳの磁極間隔λで決
まり、スライダブロツクの位置を1/4 λの精度で検出す
ることができる。

【００３６】図７及び図９において、７１は駆動軸４６
に平行して支持ブロツク４３及び４４との間に配置さ
れ、支持ブロツク４３及び４４に固定された着磁ロツ
ド、７２はスライダブロツク４２に設けられたＭＲセン
サで、着磁ロツド７１に接近して配置され、着磁ロツド
７１の磁気を検出することによりスライダブロツク４２
のＸ軸方向の位置を決定するもので、着磁ロツド７１と
ＭＲセンサ７２でＸ軸方向位置検出器７３を構成する。
また、７５は駆動軸５６に平行して支持ブロツク５３及
び５４との間に配置され、支持ブロツク５３及び５４に
固定された着磁ロツド、７６はスライダブロツク４２に
設けられたＭＲセンサで、着磁ロツド７５に接近して配
置され、着磁ロツド７５の磁気を検出することによりス
ライダブロツク４２のＹ軸方向の位置を決定するもの
で、着磁ロツド７５とＭＲセンサ７６でＹ軸方向位置検
出器７７を構成する。

【００３７】図８は、スライダブロツク４２における駆
動軸４６、着磁ロツド７１、駆動軸５６、着磁ロツド７
５の交差部分の構成を示す透視図で、Ｘ軸方向の駆動軸
４６及び着磁ロツド７１が上に、Ｙ軸方向の駆動軸５６
及び着磁ロツド７５が下に位置するように構成されてい
る。駆動軸４６、パツド４８、及び板ばね４９から構成
されるＸ軸方向アクチユエ−タの摩擦接触部分、駆動軸
５６、パツド５８、板ばね５９から構成されるＹ軸方向
アクチユエ−タの摩擦接触部分の構成と機能は図１、図
２で説明したアクチユエ−タと同一の構成と機能を備え
ているから、ここでは詳細な説明は省く。

【００３８】Ｘ軸方向のアクチユエ−タ４０が作動し、
Ｙ軸方向のアクチユエ−タ５０が作動しない場合は、フ
レ−ム４１に嵌合したＸ軸方向のアクチユエ−タ４０の
支持ブロツク４３及び４４はその位置に留まるが、Ｙ軸
方向のアクチユエ−タ５０の支持ブロツク５３及び５４
はそれぞれフレ−ム４１の部材４１ｃと４１ｄの上をＸ
軸方向に摺動し、スライダブロツク４２のＸ軸方向の移
動を妨げない。

【００３９】Ｙ軸方向のアクチユエ−タ５０が作動し、
Ｘ軸方向のアクチユエ−タ４０が作動しない場合は、フ
レ−ム４１に嵌合したＹ軸方向のアクチユエ−タ５０の
支持ブロツク５３及び５４はその位置に留まるが、Ｘ軸
方向のアクチユエ−タ４０の支持ブロツク４３及び４４
はそれぞれフレ−ム４１の部材４１ａと４１ｂの上をＹ
軸方向に摺動し、スライダブロツク４２のＹ軸方向の移
動を妨げない。

【００４０】Ｘ軸方向のアクチユエ−タ４０及びＹ軸方
向のアクチユエ−タ５０が同時に作動するときは、Ｘ軸
方向のアクチユエ−タ４０の支持ブロツク４３及び４４
はフレ−ム４１の部材４１ａと４１ｂ上をＹ軸方向に、
Ｙ軸方向のアクチユエ−タ５０の支持ブロツク５３及び
５４はフレ−ム４１の部材４１ｃと４１ｄの上をＸ軸方
向に摺動し、スライダブロツク４２はＸＹ平面上を自由
に移動することができる。

【００４１】また、アクチユエ−タ４０及び５０の駆
動、或いはテ−ブルＴに対する外部からの力によつてス
ライダブロツク４２が移動する場合、支持ブロツク４３
及び４４、支持ブロツク５３及び５４は、作動する駆動
軸４６、５６の移動方向と直交する方向に自由に摺動す
ることができる。このため、駆動軸と圧電素子、及び圧
電素子と支持ブロツクの接合部には駆動軸の移動方向の
みの力が作用し、接合部を引き剥がすような剪断力など
が作用することはない。

【００４２】図１０はＸＹテ−ブルの圧電素子を駆動す
る駆動回路のブロツク図である。駆動回路８０は圧電素
子４５（５５）を、電流の大きさの異なる２種類の電流
１と電流２（電流１＞電流２）で充電、放電して駆動す
るもので、電流の大きさの異なる２種類の電流で駆動す
ることにより、圧電素子４５（５５）は異なる速度で伸
縮する。

【００４３】駆動回路８０は、制御回路８１、スライダ
ブロツク４２をＸ軸方向、Ｙ軸方向移動させるときの目
標位置を入力する入力装置８２、電流１充電回路８３、
電流１放電回路８４、電流２充電回路８５、電流２放電
回路８６、及びスライダブロツク４２のＸ軸、Ｙ軸方向
の現在位置を検出する位置検出器７３、７７から構成さ
れる。図１１に電流１充電回路８３、電流１放電回路８
４、電流２充電回路８５、電流２放電回路８６の回路の
一例を示す。

【００４４】電流１充電回路８３は大電流で急速に圧電
素子４５（５５）を充電するもので、電流１充電回路８
３が作動すると、圧電素子４５（５５）は急速に伸び変
位を生ずる。電流１放電回路８４は大電流で急速に圧電
素子４５（５５）を放電するもので、電流１放電回路８
４が作動すると、圧電素子４５（５５）は急速に縮み変
位を生ずる。

【００４５】また、電流２充電回路８５は電流１充電回
路８３よりも少ない電流の定電流充電回路で、圧電素子
４５（５５）を緩やかに充電するものであるから、電流
２充電回路８５が作動すると圧電素子４５（５５）は緩
やかに伸び変位を生ずる。電流２放電回路８６は電流１
放電回路８４よりも少ない電流の定電流放電回路で、圧
電素子４５（５５）を緩やかに放電するものであるか
ら、電流２放電回路８６が作動すると圧電素子４５（５
５）は緩やかに縮み変位を生ずる。電流２充電回路８５
を定電流充電回路、電流２放電回路８６を定電流放電回
路としたのは、駆動原理から明らかなように、圧電素子
４５（５５）を緩やかに伸び変位或いは縮み変位させる
とき、可能な限り等速度で変位させたほうが移動部材を
速く移動させることができるからである。

【００４６】上記した駆動回路８０によるＸＹテ−ブル
の駆動動作を図７、図９、図１０及び図１１を参照しつ
つ説明する。なお、Ｘ軸方向のアクチユエ−タ４０とＹ
軸方向のアクチユエ−タ５０の動作は同じであるので、
ここではＸ軸方向のアクチユエ−タ４０の動作について
説明し、Ｙ軸方向のアクチユエ−タ５０の動作について
は説明を省略する。

【００４７】まず、テ−ブル、即ちスライダブロツク４
２をＸ軸の矢印ａ方向（図９参照）へ所定位置に移動さ
せる動作の場合を説明する。移動動作は、最初に粗送り
を行い、目標位置に近付いた後に微小送りを行つて所定
位置に設定する。

【００４８】スライダブロツク４２のＸ軸の矢印ａ方向
の粗送りは、圧電素子４５に矢印ａ方向の緩やかな伸び
変位と、矢印ａと反対方向の急速な縮み変位とを与える
ことで実施できるから、電流２充電回路８５と電流１放
電回路８４を選択して作動させ、圧電素子４５に、図１
２の（ａ）に示す緩やかな立上りとその後の急速な立下
り波形の駆動パルスを印加する。これにより圧電素子４
５は矢印ａ方向の緩やかな伸び変位と矢印ａと反対方向
の急速な縮み変位を生じ、駆動軸４６を介してスライダ
ブロツク４２を矢印ａ方向へ移動させることができる。

【００４９】次に、図１２の（ｂ）を参照して微小送り
について説明する。駆動パルスを連続して印加して、ス
ライダブロツク４２の矢印ａ方向の移動を継続するが、
Ｘ軸方向位置検出器７３（着磁ロツド７１とＭＲセンサ
７２から構成）により検出されたスライダブロツク４２
の現在位置（粗送り停止位置）ｐと目標位置ｍとの差ｄ
1 が１個の駆動パルスによりスライダブロツク４２が移
動する平均的な距離ｙ以下（ｄ1 ＜ｙ）になつたとき、
微小送りに切換える。

【００５０】ここで、平均的な距離ｙとは、１個の駆動
パルスによりスライダブロツクが移動する距離にはバラ
ツキがあるためで、予め複数個の駆動パルスによる移動
距離の平均値を求めて平均的な距離ｙを定めておくとよ
い。

【００５１】微小送りでは、まず、圧電素子４５に緩や
かに立上る電圧を印加し、目標位置ｍの手前で目標位置
に最も接近した位置にある位置検出器７３のスケ−ル目
盛り位置ｓまでスライダブロツク４２を移動させる。次
に、現在位置（スケ−ル目盛り位置）ｓと目標位置との
差ｄ2 に相当する厚み方向の変位を生ずる緩やかに立上
る電圧Δｖ（図１２の（ａ）参照）を圧電素子４５に印
加する。

【００５２】この微小送り操作では、圧電素子４５に緩
やかに立上る電圧を印加するから、駆動軸とスライダブ
ロツクとの間に滑りが生じることはなく、スライダブロ
ツク４２を正確に目標位置ｍに設定することができる。
なお、微小送り操作において圧電素子４５に印加する電
圧Δｖは、予め圧電素子に印加する電圧と生じる変位と
の関係を調べてそのパラメ−タを制御回路８１に記憶さ
せておくことで、現在位置（スケ−ル目盛り位置）ｓと
目標位置との差ｄ2 に相当する電圧Δｖを容易に決定す
ることができる。

【００５３】スライダブロツク４２をＸ軸の矢印ａと反
対方向（図９参照）へ所定位置に移動させる場合は、圧
電素子４５に矢印ａ方向の急速な縮み変位と、矢印ａと
反対方向の緩やかな伸び変位とを与えることで実施でき
るから、電流１充電回路８３と電流２放電回路８６を選
択して作動させ、圧電素子４５を急速に充電した後、緩
やかに放電させる。これにより、圧電素子４５には矢印
ａ方向のの急速な伸び変位と、矢印ａと反対方向の緩や
かな縮み変位を生じ、駆動軸４６を介してスライダブロ
ツク４２を矢印ａ反対方向へ移動させることができる。

【００５４】この場合も、移動動作は、まず最初に荒送
りを行い、目標位置に近付いた後は微小送りを行い、所
定位置に設定する。

【００５５】以上説明した移動動作では、図１２の
（ｂ）に示すように、スライダブロツクを目標位置に移
動させるに際し、最初に粗送りを行い、目標位置の手前
で微小送りに切換え、目標位置の手前から接近するよう
に移動させている。

【００５６】これは、スライダブロツクを高精度で目標
位置に移動させるために必要なことである。即ち、図１
３に示すように、圧電素子には供給される電圧の変化と
変位との間にヒステリシス特性があるため、図１４に示
すように、最初に粗送りを行い、目標位置の手前で微小
送りに切換え、目標位置を越えた後に最も近い位置にあ
る位置検出器のスケ−ル目盛り位置ｓまでスライダブロ
ツクを移動させ、次に、圧電素子に供給する電圧波形を
減少方向に切換えて逆方向から目標位置ｍに接近するよ
うに移動させたときは、圧電素子のヒステリシス特性の
ために圧電素子に生じる変位の大きさが定まらず、スラ
イダブロツクを正確に目標位置に移動させることができ
ないからである。

【００５７】また、目標位置を越えた後、圧電素子に供
給する電圧波形を切換えて逆方向から目標位置に接近す
るように移動させるには、駆動回路の制御も複雑となる
ばかりでなく位置決めに多くの時間を必要とし、望まし
い方法ではない。

【００５８】以上説明したスライダブロツクの位置決め
では、位置検出器のスケ−ルの分解能は、１個の駆動パ
ルスにより生じる圧電素子の伸縮量の1/2 未満であるこ
とが必要である。

【００５９】図１５はこの発明の第４実施例を示すもの
で、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に移動可能なテ−ブルである。こ
のテ−ブルは、図７乃至図９に示した第３実施例のＸＹ
テ−ブルのスライダブロツク４２の上にＺ軸方向のアク
チユエ−タ９０を設置したものである。

【００６０】ＸＹテ−ブル部分は図７乃至図９に示した
第３実施例のＸＹテ−ブルと同一構成であるから、同一
部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、Ｚ軸方
向のアクチユエ−タ９０について簡単に構成を説明す
る。

【００６１】Ｚ軸方向のアクチユエ−タ９０は、円筒形
のユニツトに構成されているが、その基本的構成は図１
に示した第１実施例のアクチユエ−タと同様である。外
筒９１は取付け部９３、中間軸受け部９３ａ、端部軸受
け部９４から構成され、取付け部９３の端部はＸＹテ−
ブルのスライダブロツク４２上に接着など適当な手段で
固定される。

【００６２】取付け部９３と中間軸受け部９３ａとの間
には圧電素子９５が配置され、圧電素子９５の一端は取
付け部９３の内面側に接着固定される。駆動軸９６は中
間軸受け部９３ａと端部軸受け部９４との間に軸方向に
移動可能に支持され、その一端は圧電素子９５に接着固
定され、圧電素子９５の厚み方向の変位により軸方向に
変位するように構成されている。

【００６３】スライダブロツク９２には駆動軸９６が貫
通し、スライダブロツク９２と駆動軸９６とは板ばね９
９で付勢されたパツド９８により押圧され、適当な摩擦
力で摩擦結合している。スライダブロツク９２には取り
付け部９２ａが形成されており、適宜の形状のテ−ブル
Ｔが取り付けられる。Ｚ軸方向のアクチユエ−タ９０の
動作は、先に説明したアクチユエ−タ４０、５０と異な
る点はないので説明は省略する。この構成によりテ−ブ
ルＴはＸ、Ｙ、Ｚの３軸に移動可能である。

【００６４】図１６はこの発明の第５実施例を示すもの
で、ＸＹテ−ブルとその上方にＸＹテ−ブルから離れて
Ｚ軸方向のアクチユエ−タを配置した移動テ−ブルであ
る。Ｚ軸方向のアクチユエ−タ９０の円筒形の外筒は、
図示しない適宜の手段によりＸＹテ−ブルの基台に対し
て固定配置されている。

【００６５】その構成のうち、ＸＹテ−ブルは図７乃至
図９に示した第３実施例のＸＹテ−ブルと同一であるか
ら、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。また、Ｚ軸方向のアクチユエ−タも図１５に示す第
４実施例のＺ軸方向のアクチユエ−タ９０と上下を反転
して配置されているが、その構成は同一構成であるか
ら、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００６６】図１５に示す第５実施例は、走査型トンネ
ル電子顕微鏡の試料台として使用し、試料表面の形状を
観察する例を示している。即ち、Ｚ軸方向のアクチユエ
−タ９０のスライダブロツク９２に取り付けられたテ−
ブルＴには、先の鋭く尖つたプロ−ブＰが取り付けら
れ、ＸＹテ−ブル上の試料Ｓに対向させる。Ｚ軸方向の
アクチユエ−タ９０を作動させてプロ−ブＰを試料に接
近させ、プロ−ブＰにトンネル電流が流れるように位置
決めする。

【００６７】プロ−ブＰを試料に接近させる場合、大体
の位置までは先に第３実施例で説明したように圧電素子
に連続的に駆動パルスを供給して粗送りし、その後圧電
素子に緩やかな立上がり電圧を供給する微小送りを行
う。

【００６８】次にＸＹテ−ブルを移動させて試料Ｓの表
面をＸＹ方向に走査しながらＺ軸方向のアクチユエ−タ
９０を作動させ、プロ−ブＰに流れる電流が一定になる
ようにＺ軸方向のアクチユエ−タ９０を作動させると、
プロ−ブＰに流れる電流が一定になるように調整した圧
電素子の印加電圧はプロ−ブＰと試料表面の間隔を表す
から、Ｚ軸方向のアクチユエ−タ９０の圧電素子の印加
電圧から試料表面の凹凸の状態を観察することができ
る。この時の試料表面の高さの分解能は０．１ｎｍ以下
で、プロ−ブＰの先端を十分に尖らせると固体表面の原
子配列も観察可能である。

【００６９】図１７乃至図２０はこの発明の第６実施例
を示すもので、一方向、即ちＸ軸方向にのみ移動する移
動テ−ブルである。図１７は、上側にある移動可能なテ
−ブルＴの平面図であり、図１８はテ−ブルＴを外した
状態を示す平面図である。また、図１９は図１７のＡ−
Ａ線に沿つた断面図、図２０は図１７のＢ−Ｂ線に沿つ
た断面図である。

【００７０】図１７乃至図２０を参照して構成を説明す
る。基台１０１には支持ブロツク１０３、１０４が設け
られ、支持ブロツク１０３には圧電素子１０５の一端が
接着固定され、圧電素子１０５の他端には駆動軸１０６
が接着固定されている。駆動軸１０６は支持ブロツク１
０３ａと支持ブロツク１０４との間に軸方向移動可能に
支持されている。また、駆動軸１０６にはスライダブロ
ツク１０２が摩擦結合している。その摩擦結合部分の構
成は、図２に示す構成と同様で、駆動軸１０６の下半分
がスライダブロツク１０２に接触し、板ばね１０９で付
勢されたパツド１０８が駆動軸１０６の上半分に圧接し
ている。

【００７１】また、１１５は着磁ロツド、１１６はＭＲ
センサで、第３実施例に示したものと同じであるから説
明を省略する。また、１１０はスライダブロツク１０２
にテ−ブルＴを固定する小ねじである。

【００７２】基台１０１にはテ−ブルＴを案内するガイ
ド１０１ａ、１０１ｂが駆動軸１０６に平行に設けられ
ており、また、テ−ブルＴには基台１０１のガイド１０
１ａ、１０１ｂに摺動接触するガイド１０１ｃ、１０１
ｄが設けられており、基台１０１のガイド１０１ａ、１
０１ｂとテ−ブルＴのガイド１０１ｃ、１０１ｄとは緩
み無く接触し、基台１０１に対しテ−ブルＴが摺動しつ
つ直線移動するように構成されている。この基台１０１
とテ−ブルＴとの直線移動を案内するガイドは図示の構
成のものに限られず、公知のものを使用することができ
る。

【００７３】スライダブロツク１０２にはテ−ブルＴを
固着するねじ穴１０２ａが設けられており、一方、テ−
ブルＴにはねじ穴１０２ａに対応する位置に、移動方向
に直交する方向に長く伸びた細長い穴１１２ａが設けら
れており、スライダブロツク１０２とテ−ブルＴを小ね
じ１１０で固定するとき、テ−ブルＴの移動方向と直交
する方向にテ−ブルＴを移動調整することができる。

【００７４】これにより、ガイド１０１ａ、１０１ｂと
ガイド１０１ｃ、１０１ｄにより案内されるテ−ブルＴ
の移動方向と、駆動軸１０６により駆動されるテ−ブル
Ｔの移動方向との平行度に僅かなずれが生じても、テ−
ブルＴは移動方向に直交する方向に長く伸びた細長い穴
により移動方向と直交方向に移動可能であるから、ガイ
ド１０１ａ、１０１ｂとガイド１０１ｃ、１０１ｄによ
り案内されるテ−ブルＴの移動を阻害せず、円滑な移動
が可能となる。

【００７５】圧電素子に駆動パルスを印加してテ−ブル
Ｔを移動させる動作については、既に説明した実施例と
変わらないので説明を省略する。

【００７６】以上説明した実施例では、いずれの実施例
も基台側、即ち支持ブロツク側に圧電素子と駆動軸を設
け、テ−ブル側に移動部材、即ちスライダブロツクを設
けている。しかし、この発明はこれに限られず、移動テ
−ブル側に圧電素子と駆動軸を設け、基台側、支持ブロ
ツク側に移動部材、即ちスライダブロツクを設けてもよ
く、この構成によつても基台に対してテ−ブルを移動さ
せることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、駆動機構として電気機械変換素子を使用したアクチ
ユエ−タを使用して移動テ−ブルを構成し、送りねじ機
構や減速ギヤ機構を使用しないから、これらの機構に伴
うバツクラツシユなどの誤差発生原因を排除でき、移動
テ−ブルを高精度で移動させることができる。そして、
単一の駆動源で粗送りとナノメ−トル（ｎｍ）単位の微
小送りの両方を行うことができるから、構成を複雑にす
ることなしに精度の高い移動テ−ブルを構成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例におけるインパクト型ア
クチユエ−タの構成を示す斜視図。

【図２】図１に示すインパクト型アクチユエ−タの摩擦
接触部分の拡大断面図。

【図３】圧電素子に印加する駆動パルスの波形を説明す
る図。

【図４】ＸＹ軸方向に移動可能な第２実施例のＸＹテ−
ブルの構成を示す分解状態の斜視図。

【図５】図４に示すＸＹテ−ブルのスライダブロツク部
分の透視図。

【図６】図４に示すＸＹテ−ブルの組立状態を示す斜視
図。

【図７】ＸＹテ−ブルにテ−ブル位置検出装置を付加し
た第３実施例の構成を示す分解状態の斜視図。

【図８】図７に示すＸＹテ−ブルのスライダブロツク部
分の透視図。

【図９】図７に示すＸＹテ−ブルの組立状態を示す斜視
図。

【図１０】ＸＹテ−ブルの圧電素子を駆動する駆動回路
のブロツク図。

【図１１】図１０に示す駆動回路における電流１充電回
路、電流１放電回路、電流２充電回路、電流２放電回路
の回路の一例を示す回路図。

【図１２】圧電素子に印加する駆動パルスの波形と、駆
動パルス電圧とＸＹテ−ブルの移動状態を説明する図。

【図１３】圧電素子のヒステリシス特性を説明する図。

【図１４】圧電素子に印加する電圧とＸＹテ−ブルの移
動状態を説明する図。

【図１５】ＸＹＺの３軸方向に移動可能な第４実施例の
テ−ブルの外観を示す斜視図。

【図１６】ＸＹテ−ブル上にＺ軸方向にプロ−ブを移動
するアクチユエ−タを配置した第５実施例の走査型トン
ネル電子顕微鏡の試料台を示す斜視図。

【図１７】Ｘ軸方向に移動可能な第６実施例のテ−ブル
の外観を示す平面図。

【図１８】図１７に示す第６実施例のテ−ブルＴを外し
た状態を示す平面図。

【図１９】図１７のＡ−Ａ線に沿つた断面図。

【図２０】図１７のＢ−Ｂ線に沿つた断面図。

【符号の説明】

１０ アクチユエ−タ ４０ Ｘ軸方向アクチユエ−タ ５０ Ｙ軸方向アクチユエ−タ ９０ Ｚ軸方向アクチユエ−タ １１、４１ フレ−ム １２、４２、９２、１０２ スライダブロツク（移動部
材） １５、４５、５５、９５、１０５ 圧電素子（電気機械
変換素子） １６、４６、５６、９６、１０６ 駆動軸（駆動部材） １８、４８、５８、９８、１０８ パツド ７１、７５、１１５ 着磁ロツド ７２、７６、１１６ ＭＲセンサ ７３、７７ 位置検出器 ８０ 駆動回路 Ｔ テ−ブル Ｐ プロ−ブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換素子を使用した移動テ−ブ
   ルであつて、 所定方向に伸びた案内部を有する基台と、 前記案内部に沿つて、基台に対して前記所定方向にのみ
   移動可能な移動テ−ブルと、 一端が基台に固定された電気機械変換素子、該電気機械
   変換素子の他端に固定されるとともに前記所定方向に移
   動可能に基台に支持される駆動部材、及び、該駆動部材
   に摩擦結合されるとともに前記移動テ−ブルと連結され
   た移動部材とを備え、前記電気機械変換素子の速度の異
   なる伸縮方向の変位により前記駆動部材を介して移動部
   材を所定の方向に移動させる駆動手段とを備えたことを
   特徴とする電気機械変換素子を使用した移動テ−ブル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気機械変換素子を使用
   した移動テ−ブルにおいて、さらに前記電気機械変換素
   子に速度の異なる伸縮方向の変位を発生させる駆動電流
   を供給する駆動電流供給手段と前記駆動電流供給手段を
   制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電気機械
   変換素子を使用した移動テ−ブル。
3. 【請求項３】 電気機械変換素子を使用した駆動手段に
   より基台上を交差する所定の２方向に移動できる移動テ
   −ブルであつて、 所定の第１の方向に伸びた第１の案内部、及び第１の案
   内部に対して交差する所定の第２の方向に伸びた第２の
   案内部とを有する基台と、 基台の第１の案内部に沿つて移動する第１の支持部材上
   に一端が固定された第１の電気機械変換素子とこれに固
   着結合された第１の駆動部材、及び該第１の駆動部材に
   摩擦結合された移動部材とを備え、前記第１の電気機械
   変換素子の速度の異なる伸縮方向の変位により第１の駆
   動部材を介して移動部材を所定の第１の方向に移動させ
   る第１の駆動手段と、 基台の第２の案内部に沿つて移動する第２の支持部材上
   に一端が固定された第２の電気機械変換素子とこれに固
   着結合された第２の駆動部材、及び該第２の駆動部材に
   摩擦結合された前記第１の駆動手段と共通する移動部材
   とを備え、前記第２の駆動部材の速度の異なる伸縮方向
   の変位により第２の駆動部材を介して移動部材を所定の
   第２の方向に移動させる第２の駆動手段と、 前記移動部材に固定結合された移動テ−ブルと、 前記第１及び第２の電気機械変換素子に速度の異なる伸
   縮方向の変位を発生させる駆動電流を供給する駆動電流
   供給手段と、 前記駆動電流供給手段を制御する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする電気機械変換素子を使用した移動テ−ブ
   ル。
4. 【請求項４】 電気機械変換素子を使用した駆動手段に
   より基台上を相互に交差する所定の３方向に移動できる
   移動テ−ブルであつて、 所定の第１の方向に伸びた第１の案内部、及び第１の案
   内部に対して交差する所定の第２の方向に伸びた第２の
   案内部とを有する基台と、 基台の第１の案内部に沿つて移動する第１の支持部材上
   に一端が固定された第１の電気機械変換素子とこれに固
   着結合された第１の駆動部材、及び該第１の駆動部材に
   摩擦結合された第１の移動部材とを備え、前記第１の電
   気機械変換素子の速度の異なる伸縮方向の変位により第
   １の駆動部材を介して第１の移動部材を所定の第１の方
   向に移動させる第１の駆動手段と、 基台の第２の案内部に沿つて移動する第２の支持部材上
   に一端が固定された第２の電気機械変換素子とこれに固
   着結合された第２の駆動部材、及び該第２の駆動部材に
   摩擦結合された前記第１の駆動手段と共通する第１の移
   動部材とを備え、前記第２の駆動部材の速度の異なる伸
   縮方向の変位により第２の駆動部材を介して前記第１の
   移動部材を所定の第２の方向に移動させる第２の駆動手
   段と、 前記第１の移動部材上に基台の第１及び第２の案内部に
   対して交差する方向に一端が固定された第３の電気機械
   変換素子とこれに固着結合された第３の駆動部材、及び
   該第３の駆動部材に摩擦結合された第２の移動部材とか
   らなり、前記第３の駆動部材の速度の異なる伸縮方向の
   変位により前記２の移動部材を移動させる第３の駆動手
   段と、 前記第２の移動部材に固定結合された移動テ−ブルと、 前記第１乃至第３の電気機械変換素子に速度の異なる伸
   縮方向の変位を発生させる駆動電流を供給する駆動電流
   供給手段と、 前記駆動電流供給手段を制御する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする電気機械変換素子を使用した移動テ−ブ
   ル。
5. 【請求項５】 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
   の電気機械変換素子を使用した移動テ−ブルにおいて、
   さらに基台に対する移動テ−ブルの位置を検出する位置
   検出手段を備え、前記制御手段は位置検出手段の検出結
   果に基づき駆動電流供給手段を制御することを特徴とす
   る電気機械変換素子を使用した移動テ−ブル。
6. 【請求項６】 請求項５記載の電気機械変換素子を使用
   した移動テ−ブルにおいて、前記位置検出手段は電気機
   械変換素子の伸縮量の1/2 未満の分解能を有するもので
   あることを特徴とする電気機械変換素子を使用した移動
   テ−ブル。