JPWO2005114825A1 - 精密高耐荷重移動方法および装置 - Google Patents

精密高耐荷重移動方法および装置 Download PDF

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Abstract

剪断変形を起こすピエゾ素子とくさび、もしくは、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とくさびとを組み合わせ、大きな摺動面へ押し付け圧を加えた時にも垂直方向へ移動体が的確に移動可能な精密高耐荷重移動方法および装置を提供する。剪断変形を起こすピエゾ素子を、その剪断方向が異なるように積層し、くさびと組み合わせ、大きな摺動面へ押し付け圧を加えた時にも垂直方向へ移動体が的確に移動可能な精密高耐荷重移動方法および装置を提供する。固定体の水平方向の面上に配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子２４Ａが固定されるくさび状移動子２３と、前記ピエゾ素子２４Ａを急速変形駆動するパルス源３０と、前記くさび状移動子２３の駆動によって前記固定体の垂直方向の壁面２２に接触して垂直方向に上下する移動体２５とを備え、前記移動体２５に前記くさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体２５の移動位置決めを行う。

Description

本発明は、精密高耐荷重移動装置に係り、特に、くさびとピエゾ素子を用いた精密移動機構、顕微鏡用微小移動機構に好適な精密高耐荷重移動方法および装置に関するものである。
図１は従来のピエゾ素子の急速変形によるインパクト駆動機構としてのステージの位置決め装置である。
この図において、１０１は固定部の床面、１０２は固定部の壁面、１０３はくさび状の移動体、１０４はその移動体１０３の側面に固定されるピエゾ素子、１０５はそのピエゾ素子１０４の先端部に固定される衝撃子、１０６はくさび状の移動体１０３の移動によって鉛直方向に移動するステージ、１０７はバネによる移動体１０３のガイドである。図示しないが、ピエゾ素子１０４には、ピエゾ素子１０４の急速変形を生成させるパルス電圧源が接続される（下記非特許文献１参照）。
また、剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構として、以下のようなものが開示されている（下記非特許文献２参照）。
図２はかかる従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構の模式図である。
この図に示すように、従来は、本体２０１と脚２０３の間に剪断方向に変位するピエゾ素子２０２を挟み、鋸歯状波の電圧をピエゾ素子２０２に印加することによって移動を生じるようにしている。
曽國浩、渋谷俊克、樋口俊郎「圧電素子による大荷重用高さ微調整機構の開発（第一報）」２００２年度精密工学会春季大会講演論文集ｐｐ１１２． Ｐｈ．Ｎｉｅｄｅｒｍａｎｎ，Ｒ．Ｅｍｃｈ，ａｎｄ Ｐ．Ｄｅｓｃｏｕｔｓ，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，５９，３６８，（１９８８）．
しかしながら、上記した従来のインパクト駆動機構では移動体１０３の側面に衝撃力が加えられるので、実際の移動体１０３の移動に寄与する駆動力は弱く、その分移動には強い衝撃力が必要になるとともに、移動速度が遅く、かつ精密な調整に難があると言った問題があった。
また、上記した従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構では、剪断ピエゾ素子２０２の急速変形によって移動体を直接鉛直方向に移動させていたが、摺動面への押し付け圧の選択幅の狭さ、移動速度の遅さ、耐荷重の低さ、鉛直方向への力の付加による位置決め後の変位、数〜十ｎｍでの安定した移動の維持ができないことなどの問題点があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、剪断変形を起こすピエゾ素子を利用し、あるいは、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを組み合わせ、鉛直方向下向きへ力を加えた時にも垂直方向へ移動体が的確に移動可能な精密高耐荷重移動方法および装置を提供することを目的とする。また、剪断変形を起こす複数のピエゾ素子を、その剪断方向が異なるように配置、あるいは積層することにより、鉛直方向下向きへ力を加えた時にも垂直方向へ移動体が的確に移動可能な精密高耐荷重移動方法および装置であって、ｘｙ方向、あるいはｘｙｚ方向の３自由度の位置決めが可能なものを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こすピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定し、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小位置決めを行うことを特徴とする。
〔２〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定し、前記積層ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔３〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こす第１のピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の上部傾斜面に斜面に沿って剪断変形を起こす第２のピエゾ素子を固定し、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔４〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こす第１のピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の上部傾斜面に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子を固定し、前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直および紙面奥行き方向に移動可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行い、また、前記第２のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記ベースに対して鉛直および紙面奥行き方向に移動可能な移動体を紙面奥行き方向に微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔５〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の上部傾斜面に斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を固定し、前記くさび状移動子の底面に固定した積層ピエゾ素子と前記上部傾斜面に固定した積層ピエゾ素子のうち、斜面に沿って剪断変形する素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行い、また、前記上部傾斜面に固定した積層ピエゾ素子のうち、紙面奥行き方向に剪断変形する素子を急速変形駆動することにより、前記紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔６〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こす第１のピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２および第３のピエゾ素子を固定し、前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記ベース上で左右に移動させ、ベースに対して鉛直方向と紙面に対して奥行き方向に移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔７〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こすピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に、斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を固定し、前記ベース上に載置される断面が上側に斜面２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定される前記ピエゾ素子と、前記斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能で紙面に対して奥行き方向にも移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の微小移動位置決めを行い、また、前記上部傾斜面に配置した、前記紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔８〕精密高耐荷重移動方法において、剪断変形を起こす第１のピエゾ素子を、両側に壁面を有する第１のベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、このくさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２および第３のピエゾ素子を固定し、前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記第１のベース上で左右に移動させ、ベースに対して鉛直方向と紙面に対して奥行き方向に移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行う精密高耐荷重移動装置を、前記第１のベースの底面に固定された剪断変形を起こす第４のピエゾ素子を介して第２のベース上に載置し、前記第４のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記精密高耐荷重移動装置を前記第２のベース上で水平方向に移動させることにより、前記移動体のｘｙｚ方向の位置決めを行うことを特徴とする。
〔９〕上記〔８〕記載の精密高耐荷重移動方法において、前記第２および第３のピエゾ素子が、斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
〔１０〕精密高耐荷重移動方法において、ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記第１および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向に上下可能な前記移動体を紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第４のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔１１〕上記〔１０〕記載の精密高耐荷重移動方法において、前記第２および第４のピエゾ素子を、斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子にすることにより、ｘｙｚの３方向の微小位置決めを行うことを特徴とする。
〔１２〕精密高耐荷重移動装置において、固定体の水平方向の面上に配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子が底面に固定されるくさび状移動子と、前記ピエゾ素子を急速変形駆動するパルス源と、前記くさび状移動子の駆動によって前記固定体の水平方向の面に対して鉛直方向に上下可能な移動体とを備え、前記移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の移動位置決めを行うことを特徴とする。
〔１３〕上記〔１２〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記ピエゾ素子が、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
〔１４〕上記〔１２〕記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに第２のピエゾ素子を前記くさび状移動子の上面に固定することを特徴とする。
〔１５〕上記〔１４〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２のピエゾ素子が積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
〔１６〕上記〔１５〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２の積層ピエゾ素子が、斜面方向に剪断するピエゾ素子と、紙面奥行き方向に剪断するピエゾ素子を積層したものであることを特徴とする。
〔１７〕上記〔１５〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２の積層ピエゾ素子が、斜面方向に剪断するピエゾ素子と、斜面法線方向に伸縮するピエゾ素子を積層したものであることを特徴とする。
〔１８〕上記〔１２〕記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに前記固定体の壁面側と接触する前記移動体の面に第３のピエゾ素子を固定することを特徴とする。
〔１９〕上記〔１３〕記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに前記固定体の壁面側と接触する前記移動体の面に第３の積層ピエゾ素子を固定することを特徴とする。
〔２０〕上記〔１４〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２のピエゾ素子が紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子であることを特徴とする。
〔２１〕上記〔１４〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２のピエゾ素子が斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
〔２２〕精密高耐荷重移動装置において、剪断変形を起こす第１のピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が３角形状のくさび状移動子の底面に備えるとともに、このくさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に、紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２および第３のピエゾ素子を備え、前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体にくさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行う手段、また、前記第２および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする。
〔２３〕上記〔２２〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２および第３のピエゾ素子が斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
〔２４〕精密高耐荷重移動装置において、ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向に上下可能な前記移動体を紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行う手段、また、前記紙面奥行き方向に剪断を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする。
〔２５〕上記〔２４〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２および第４のピエゾ素子が、斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
〔２６〕上記〔２４〕記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２および第４のピエゾ素子が、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする。
従来のピエゾ素子の急速変形によるインパクト駆動機構としてのステージの位置決め装置である。 従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構の模式図である。 本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の動作を示す模式図である。 本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の駆動パルスの一例を示す模式図である。 本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の駆動パルスの他の例を示す模式図である。 本発明の第２実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第３実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第４実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第４実施例を示す精密高耐荷重移動装置の動作を示す模式図である。 本発明の第４実施例を示す精密高耐荷重移動装置の駆動パルスの一例を示す模式図である。 本発明の第５実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第５実施例の変形例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の第６実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の超音波モータモードの際、積層ピエゾ素子（図９参照）に印加される波形を示す図である。 図１４に示す精密高耐荷重移動装置による移動子の挙動を示す図である。 本発明の精密高耐荷重移動装置のガイドの変形例を示す図である。 本発明の摺動面を付設した精密高耐荷重移動装置の模式図である。 全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その１）の模式図である。 全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その２）の模式図である。 全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構で、移動子がｘｙｚ３軸の移動位置決め機能を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その３）の模式図である。 全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構で、移動子がｘｙｚ３軸の移動位置決め機能を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その４）の模式図である。 ベース、２個のくさびと４個のピエゾ素子を用いて、移動子をｘｙｚ方向に位置決めする本発明の精密高耐荷重移動装置の模式図である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その１）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その２）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その３）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その４）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その５）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その６）である。 本発明の精密高耐荷重移動装置の移動子の鉛直方向の変位を計測した図（その７）である。
剪断変形を起こすピエゾ素子、又は剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子を組み合わせた積層ピエゾ素子と、くさび状移動子を組み合わせることにより、大きな摺動面へ押しつけ圧を加えた時にも移動可能で、かつ、縦横に変位するピエゾ素子の相互の位相を調整することにより、両方向性の超音波モータとしての高速移動機構も実現することができる。
特に、剪断変形を起こすピエゾ素子に縦変形を起こすピエゾ素子を貼り合わせ、その両者を同時、もしくはある位相差をもって駆動することにより高い耐荷重性と面の状態に対する堅牢性を得ることが可能になる。
また、複数個の剪断変形を起こすピエゾ素子を利用し、その剪断変形ピエゾ素子の剪断方向を異なるようにすることにより、２軸あるいは３軸の方向に移動可能な移動機構を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図３は本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この図において、１は固定部の床面、２は固定部の壁面、３はくさび状移動子、４はそのくさび状移動子３の底面に固定される剪断変形を起こすピエゾ素子、５はそのくさび状移動子３によって駆動され垂直方向へ移動する移動体であり、この移動体５の上面には試料６などが載置される。７はこの移動体５をバネにより押さえるガイド（ベアリング）、８は剪断変形を起こすピエゾ素子４に急速変形を生成するための駆動パルス源である。
そこで、剪断変形を起こすピエゾ素子４が駆動パルス源８からのパルスによって急速変形することにより、くさび状移動子３は水平方向（ここでは左方向）に微小移動する。すると、移動体５に対してくさび状移動子３を打ち込むことになり移動体５は上方に移動され（逆に引き抜くことにより、移動体５を下方に移動させることもできる）、移動体５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図４は本発明の第１実施例を示す精密高耐荷重移動装置の動作を示す模式図、図５はその駆動パルスの一例を示す模式図である。
まず、図４（ａ）に示すような位置にくさび状移動子３があり、そのくさび状移動子３の底面に剪断変形を起こすピエゾ素子４が固定されている。
次に、この剪断変形を起こすピエゾ素子４に、駆動パルス源８から図５に示すような鋸歯状の駆動パルス９、９’が印加されると、図４（ｂ）に示すように、ピエゾ素子４は左方向へ急速変形する。すなわち、図４（ｃ）に示すように、ピエゾ素子４がΔｄだけ左側へと移動し、くさび状移動子３が移動体５の下に右側から打ち込まれることになるので、移動体５はΔｈだけ垂直上方へ持ち上げられて位置決めされる。
ここでは、駆動パルスとして図５に示すような鋸歯状パルスを印加する例を示したが、このほか、図６に示すような、頂点を上向き、下向きにした富士山形状（頂点に行くほど勾配が急で、山頂は平らでない）の駆動パルス１０、１０’を印加するようにしてもよい。
図７は本発明の第２実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この実施例では、さらに、くさび状移動子３の上面にも剪断変形（ここでは、左方向）を起こすピエゾ素子１１を固定して、前記剪断変形（左方向）を起こすピエゾ素子４と同期を取って駆動する。それにより、移動体５にくさび状移動子３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
また、図７において、ピエゾ素子１１を紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とすることも可能である。この場合、前記ピエゾ素子４を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向および紙面に対して奥行き方向に移動可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、前記ピエゾ素子１１を急速変形駆動することにより、前記鉛直および紙面奥行き方向に移動可能な移動体を紙面奥行き方向に微小移動位置決めを行うことが可能となる。
さらに、図７において、ピエゾ素子１１を斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子とすることも可能である。前記くさび状移動子底面のピエゾ素子４と、前記積層ピエゾ素子１１のうち斜面方向に剪断変形を起こす素子とを急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向および紙面に対して奥行き方向に移動可能な移動体にくさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、また、前記上部傾斜面に配置した積層ピエゾ素子１１のうち、前記紙面奥行き方向に剪断変形する素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行うことが可能になる。
図８は本発明の第３実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この実施例では、第２実施例にさらに、移動体５と固定部の壁面２が接触する部分に剪断変形（ここでは上下方向）を起こすピエゾ素子１２を固定して、前記剪断変形を起こすピエゾ素子４，１１と同期を取って駆動する。それにより、移動体５と固定部の壁面２が接触する面の摩擦係数を下げた状態で、移動体５にくさび状移動子３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図９は本発明の第４実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この図において、２１は固定部の床面、２２は固定部の壁面、２３はくさび状移動子、２４はそのくさび状移動子２３の底面に固定される、剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子２４Ａと縦変形（伸長）を起こすピエゾ素子２４Ｂとを張り合わせた積層ピエゾ素子、２５はそのくさび状移動子２３によって駆動され垂直方向へ移動する移動体であり、この移動体２５の上面には試料２６などが載置される。２７は移動体２５をバネにより固定部の壁面２２に対して押さえるガイド（ベアリング）、３０は積層ピエゾ素子２４を駆動するための駆動パルス源である。
そこで、剪断変形を起こすピエゾ素子２４Ａと縦変形を起こすピエゾ素子２４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２４が、駆動パルス源３０からのパルスにより急速変形することにより、くさび状移動子２３は水平方向及び垂直方向に微小移動する。すると、移動体２５に対してくさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体２５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図１０は本発明の第４実施例を示す精密高耐荷重移動装置の動作を示す模式図、図１１はその駆動パルスの一例を示す模式図である。
まず、図１０（ａ）に示すような位置にくさび状移動子２３があり、そのくさび状移動子２３の底面に剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子２４Ａと縦変形（伸長）を起こすピエゾ素子２４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２４が固定されている。
次に、剪断変形を起こすピエゾ素子２４Ａに図１１（ａ）に示すような駆動パルスを印加し、縦変形を起こすピエゾ素子２４Ｂに図１１（ｂ）に示すような駆動パルスを印加すると、図１０（ｂ）に示すように、まず、剪断変形を起こすピエゾ素子２４Ａが左方向に変形し、その変形に伴いくさび状移動子２３が左に移動し、次に、縦変形を起こすピエゾ素子２４Ｂが伸長して移動体２５を持ち上げる。
つまり、図１０（ｃ）に示すように、剪断変形を起こすピエゾ素子２４ＡがΔｄだけ左側へと移動して、くさび状移動子２３が移動体２５の右側から打ち込まれるとともに、縦変形を起こすピエゾ素子２４Ｂが伸長して移動体２５を持ち上げることになるので、移動体２５はΔｈだけ垂直上方へ持ち上げられて位置決めされる。
なお、駆動パルスとしては、図６に示したような富士山形状の駆動パルスであってもよい。
上記したように、剪断変形と縦変形を急速、かつ適切な時間差をもって行うことにより、例えると、ウサギ跳びのように、斜め下向きに急激な抗力を発生させ、それにより摺動面に高い面圧がある場合でも、意図した方向への変位が可能となる。なお、本実施例では、さらに高い耐荷重性がある。また、縦変形を生じる素子を導入することにより、移動しなくなる限界を高めることが可能となる。
さらに、図９において、移動体２５と固定部の壁面２２が接触する部分に、ベアリングの代わりに、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子（図示せず）を固定して、ピエゾ素子２４と同期を取って駆動する。それにより、移動体２５と固定部の壁面２２が接触する面の摩擦係数を下げた状態で、移動体２５にくさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体２５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図１２は本発明の第５実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この実施例では、第４実施例にさらに、くさび状移動子２３の上面にも、剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子２８Ａと縦変形（伸長）を起こすピエゾ素子２８Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２８を固定して、前記積層ピエゾ素子２４と同期を取って駆動する。それにより、移動体２５にくさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体２５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図１３は本発明の第５実施例の変形例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この実施例では、第４実施例にさらに、くさび状移動子２３の上面にも、剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子２８Ａと紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子２８Ｃとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２８を固定して、前記積層ピエゾ素子２４と同期を取って駆動する。それにより、移動体２５にくさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体２５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。また、ピエゾ素子２８Ｃを急速変形駆動することにより、鉛直面（固定部の床面２１）と移動体２５の下側を案内面として、紙面方向に微小移動位置決めを行うことができる。
図１４は本発明の第６実施例を示す精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この実施例は、第５実施例にさらに、移動体２５と固定部の壁面２２が接触する部分に剪断変形（ここでは上方向）を起こすピエゾ素子２９Ａと縦変形を起こすピエゾ素子２９Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２９を固定して、前記積層ピエゾ素子２４と２８と同期を取って駆動する。それにより、移動体２５にくさび状移動子２３を打ち込んだり、引き抜くことになるため、移動体２５の垂直方向の微小移動位置決めを行うことができる。
図１５は本発明の精密高耐荷重移動装置の超音波モータモードの際、積層ピエゾ素子（図９参照）に印加される波形を示す図、図１６はその精密高耐荷重移動装置によるピエゾ素子側の摺動面の、水平面横から見たミクロな変位を示す図である。この場合、マクロには、該当するピエゾ素子を配した移動子は右に移動する。
固定部の床面２１上に剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子２４Ａと縦変形（伸長）を起こすピエゾ素子２４Ｂとを貼り合わせ、剪断変形を起こすピエゾ素子２４Ａに図１５（ａ）に示すような正弦波を、縦変形を起こすピエゾ素子２４Ｂに図１５（ｂ）に示すような正弦波を印加する。これにより、摺動面は図１６に示すように、図を見る方向から時計方向の円運動ないし楕円運動をしており、くさび状移動子２３を駆動する。なお、上記した正弦波に代えて、余弦波を印加するようにしてもよい。
上記したように、正弦波や矩形波、また、移動機構の振動特性を踏まえた上で、信号発生器から発生させる周期性のある波形を用い、それらを縦変形、剪断変形を生じるピエゾ素子に同時、ないし位相差を持って与えることにより、超音波モータモードの高速変位が可能となる。移動効率の良い位相差を見いだし、縦変形に対する横変形の極性の逆転や、位相の１８０度シフトを行わせることにより、別方向への効率の良い変位を行わせることが可能となる。
また、さらに、上記した実施例に以下のような変形を施すことができる。
（１）上記した精密高耐荷重移動装置をバネにより押さえるガイド７，２７に代えて、固定部の壁面を磁性体にするとともに、移動体の、固定部の壁面側に磁石を配置することによって、移動体を固定部に吸着させることができる。なお、かかる磁石による移動体の固定部への吸着手段は、その他の全ての実施例（図３、図４、図７、図８、図９、図１０、図１２、図１３、図１４、図１８参照）に適用できることは言うまでもない。
図１７はかかる精密高耐荷重移動装置のガイドの変形例を示す図である。
この図において、３１は固定部の床面、３２は磁性体からなる固定部の壁面、３３はくさび状移動子、３４はそのくさび状移動子３３の底面に固定される剪断変形（ここでは左方向）を起こすピエゾ素子、３５はそのくさび状移動子３３によって駆動され垂直方向へ移動する移動体であり、この移動体３５の上面には試料３６などが載置される。３７は磁性体からなる固定部の壁面３２に接触するように、移動体３５に固定される磁石である。
（２）上記した磁石によるガイドに代えて、図示しないが、ボールベアリングによるガイド機構とするようにしてもよい。
（３）上記した積層ピエゾ素子を直接固定部の床面に接触させるのではなく、積層ピエゾ素子に別体の摺動面を付設して、固定部の床面と接触させるようにしてもよい。
図１８はかかる摺動面を付設した精密高耐荷重移動装置の模式図である。
ここでは、固定部の床面２１には積層ピエゾ素子２４の底面に固定された摺動面２９が接触するように構成されている。
このように構成することにより、安定な接触状態を保持することができる。
次に、図１９は全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その１）の模式図である。
この図において、４０は上下位置決め機構を有する精密高耐荷重移動装置、４１はベース、４２は第１の固定部（ベース）、４２Ａは第１の固定部（ベース）の壁面、４３は第２の固定部（ベース）、４３Ａは第２の固定部（ベース）の壁面、４４は断面が３角形状のくさび、４５はその断面が３角形状のくさび４４の底面に固定される剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子、４６は断面が３角形状のくさび４４の左側の傾斜面に固定される、剪断変形を起こすピエゾ素子４６Ａと縦変形を起こすピエゾ素子４６Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第２のピエゾ素子、４７は断面が３角形状のくさび４４の右側の傾斜面に固定される、剪断変形を起こすピエゾ素子４７Ａと縦変形を起こすピエゾ素子４７Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子、４８は第１の移動体、４９は第２の移動体である。
このように構成したので、第１の移動体４８と第２の移動体４９による上下位置決め機構において、第１の移動体４８と第２の移動体４９の同時駆動により、全体として位置ポテンシャルが変化しないくさび形移動機構を提供することができ、上り下りの特性に差が生じない利点があり、信頼性も高い。摺動面への押しつけバネや、押しつけ力を得るための磁石を必要とせず、また、くさびにより大荷重の負荷に耐えることができる。さらに、上下負荷に対して変位を生じにくい。第２のピエゾ素子４６と第３のピエゾ素子４７の駆動により、第１の移動体４８と第２の移動体４９を上下方向に変位可能である。
図２０は全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その２）の模式図である。
ここでは、上記した図１９に示す上下位置決め機構を有する精密高耐荷重移動装置４０を、第２のベース４１’の底面に固定された、剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子５２を介して第１のベース５１上に載置するようにしたものである。
この実施例でも、第１の移動体４８と第２の移動体４９による上下位置決め機構において、全体として位置ポテンシャルが変化しないくさび形移動機構を提供することができ、上り下りの特性に差が生じない利点があり、信頼性も高い。摺動面への押しつけバネや、押しつけ力を得るための磁石を必要とせず、また、くさびにより大荷重の負荷に耐えることができる。さらに、上下負荷に対して変位を生じにくい。第１の移動体４８と第２の移動体４９は、上下方向に変位可能であるのみならず、剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子５２の駆動により、左右方向への変位を可能にすることができる。
また、図１９および図２０に記載した位置決め機構の変形として、剪断ピエゾ素子４６Ａと４７Ａ、あるいは、縦変形ピエゾ素子４６Ｂと４７Ｂを排除した場合も同様の変位が得られる。
図２１は全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構で、移動子がｘｙｚ３軸の移動位置決め機能を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その３）の模式図、図２２は全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構で、移動子がｘｙｚ３軸の移動位置決め機能を有する本発明の精密高耐荷重移動装置（その４）の模式図である。
ここでは、上記した図１９または２０に示す上下位置決め機構を有する精密高耐荷重移動装置４０において、紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子４６Ｃと４７Ｃを配置するようにして、移動子４８，４９の紙面奥行き方向の変位位置決めを可能にしたものである。
図２１において、４０は上下位置決め機構を有する精密高耐荷重移動装置、４１はベース、４２は第１の固定部（ベース）、４２Ａは第１の固定部（ベース）の壁面、４３は第２の固定部（ベース）、４３Ａは第２の固定部（ベース）の壁面、４４は断面が３角形状のくさび、４５はその断面が３角形状のくさび４４の底面に固定される剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子、４６は断面が３角形状のくさび４４の左側の傾斜面に固定される、剪断変形を起こすピエゾ素子４６Ａと紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子４６Ｃとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第２のピエゾ素子、４７は断面が３角形状のくさび４４の右側の傾斜面に固定される、剪断変形を起こすピエゾ素子４７Ａと紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子４７Ｃとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子、４８は第１の移動体、４９は第２の移動体である。
このように構成したので、第１の移動体４８と第２の移動体４９による上下位置決め機構において、第１の移動体４８と第２の移動体４９の同時駆動により、全体として位置ポテンシャルが変化しないくさび形移動機構を提供することができ、上り下りの特性に差が生じない利点があり、信頼性も高い。摺動面への押しつけバネや、押しつけ力を得るための磁石を必要とせず、また、くさびにより大荷重の負荷に耐えることができる。さらに、上下負荷に対して変位を生じにくい。ピエゾ素子４６Ａ及び４７Ａの駆動により、第１の移動体４８と第２の移動体４９を上下方向に変位可能である。また、ピエゾ素子４６Ｃの急速変形駆動により移動子４８の紙面方向の微小移動位置決め、ピエゾ素子４７Ｃの急速変形駆動により移動子４９の紙面奥行き方向の微小移動位置決めが可能である。つまり、全体として位置ポテンシャルが変化しない上下位置決め機構で、ｘｙｚ３軸の移動位置決めが可能である。
また図２２は、上記した図２１に示す上下位置決め機構を有する精密高耐荷重移動装置４０を、第２のベース４１’の底面に固定された、剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子５２を介して第１のベース５１上に支持するようにしたものである。
この実施例でも、第１の移動体４８と第２の移動体４９による上下位置決め機構において、全体として位置ポテンシャルが変化しないくさび形移動機構を提供することができ、上り下りの特性に差が生じない利点があり、信頼性も高い。摺動面への押しつけバネや、押しつけ力を得るための磁石を必要とせず、また、くさびにより大荷重の負荷に耐えることができる。さらに、上下負荷に対して変位を生じにくい。第１の移動体４８と第２の移動体４９は、上下方向、及び紙面法線方向に変位可能であるのみならず、剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子５２の駆動により、左右方向への変位を可能にすることができる。
また、図２１および図２２に記載した位置決め機構の変形として、剪断ピエゾ素子４６Ａと４７Ａを排除した場合も、同様にｘｙｚ３軸の移動位置決めが可能である。
図２３は、ベースと、くさび２個とピエゾ素子４個を用いて、移動体をｘｙｚ方向に位置決めする本発明の精密高耐荷重移動装置の模式図である。
この図において、６１はベース、６２はベース６１上左側に配置され、底面は水平で内側が低い傾斜面を有する第１のくさびであり、この第１のくさび６２の底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子６３が固定され、上面の傾斜面には剪断変形を起こすピエゾ素子６４Ａと紙面奥行き方向の剪断変形を起こすピエゾ素子６４Ｃとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第２のピエゾ素子６４が固定される。また、６５はベース６１上右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有する第２のくさびであり、この第２のくさび６５の底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子６６が固定され、上面の傾斜面には剪断変形を起こすピエゾ素子６７Ａと紙面奥行き方向の剪断変形を起こすピエゾ素子６７Ｃとを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子６７が固定される。６８は第１のくさび６２と第２のくさび６５にブリッジされるように配置される移動体である。
このように、この実施例は、ベース６１、２個のくさび６２，６５を備え、移動体６８をｘｙｚ方向に位置決めする精密高耐荷重移動装置であり、第１のくさび６２と第２のくさび６５は、第１のピエゾ素子６３と第３のピエゾ素子６６の駆動によって、左右に移動可能であり、また、移動体６８は、第１のくさび６２と第２のくさび６５の動きに伴って、さらに、第２のピエゾ素子６４と第４のピエゾ素子６７の駆動によって、上下方向に移動可能である。また、移動体６８は、ピエゾ素子６４Ｃ、６７Ｃの剪断駆動により、紙面奥行き方向の移動位置決めが可能である。つまり、全体としてｘｙｚ３軸の移動位置決めが可能である。
なお、図２３に記載した位置決め機構の変形として、剪断ピエゾ素子６４Ａと６７Ａを排除した場合も同様の自由度の変位が得られることは言うまでもない。
また、図２３に記載した位置決め機構の他の変形として、ピエゾ素子６３と６６を剪断ピエゾ素子と縦変形ピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子とした場合も同様の自由度の変位が得られることは言うまでもない。
図２４〜図２８は、図２３記載の装置を用いて、くさび６２、６５の左右方向への変位により生じさせた移動体６８の鉛直方向の変位を計測したもの（その１〜その５）である。図２４は下り特性を示しており、３００Ｖｐｐの鋸歯の電圧（Ａ）で１秒に５０ステップで急速変形駆動され、上下変位を１００ｎｍ／ｄｉｖで表した場合（Ｂ）で１ステップあたり２０ｎｍの変位が得られており、非常に高い直線性が得られることが分かる。図２５も下り特性を示しており、３００Ｖｐｐの鋸歯の電圧（Ａ）で１秒に５０ステップで急速変形駆動され、上下変位を１μｍ／ｄｉｖで表した場合（Ｂ）で１ステップあたり２０ｎｍの変位が得られている。図２６は、図２５と同じ駆動条件と同じ上下変位スケールでの上り特性を示しており、１ステップあたり２０ｎｍの変位が得られている。図２５と図２６は、鉛直上方と下方の両方向において、安定した微小移動が可能であることを示している。図２７は変位センサの感度を高めて計測した下り特性を示しており、３００Ｖｐｐの鋸歯の電圧（Ａ）で１秒に１ステップで急速変形駆動され、上下変位を２００ｎｍ／ｄｉｖで表した場合（Ｂ）で１ステップあたり１７ｎｍの変位が得られている。図２８は、図２７と同じ駆動条件での上り特性を示しており、上下変位を５０ｎｍ／ｄｉｖで表した場合（Ｂ）で１ステップあたり５ｎｍの変位が得られている。図２７、図２８は、１ステップごとに確実に上向きもしくは下向きの変位を生じていることを示している。
図２９および図３０は、図７に記載の装置を用いて、くさび状移動子３を引き抜いたり、打ち込むことにより生じさせた移動体５の鉛直方向の変位を計測したもの（その６および７）である。２００Ｖｐｐの鋸歯電圧（Ａ）で駆動し、上下変位を２．５ｎｍ／ｄｉｖで表した場合（Ｂ）で、上下への移動位置決めが可能であること、ｎｍオーダの微小な移動が可能であることを示している。なお、図２９および図３０のＢの上下変位が細かく振動しているのはノイズである。
上記図から明らかなように、上向き、下向きに変位位置決めが可能であること、１ステップあたり１ｎｍから１０ｎｍオーダの変位が実現できること、一定周波数の急速変形信号に対して高い線形性の変位が得られること、１ステップごとに確実な歩進動作が得られることが確認される。また、くさびの特徴として、鉛直下向きのｋｇオーダの負荷付与に対しても、変位が生じないことが確認された。
本発明によれば、従来のピエゾ素子を用いた移動機構と比べ、より大きな摺動面に対する面圧が選択できるため、より大きな負荷を移動させることが可能となる。また、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子を用いて楕円振動を発生させる、すなわち、それぞれのピエゾ素子に位相の異なる正弦波や矩形波を印加することにより、双方向性の高速移動が可能な超音波モータとしての高速変位も可能となる。さらに、くさび状移動子を用いることにより、より高い耐荷重性や、移動の減速効果による、より細かい位置決めが可能となる。また、くさび状移動子により、大きな下向きの力が掛かった場合も、変位を的確に生じさせ、かつ、位置決め点を保持することができるといった利点がある。また、くさび状移動子とピエゾ素子の組み合わせでｘｙｚ移動機構が実現できる。
また、高剛性、高固有振動数であると同時に、コンパクトに構成することができる。
このように、本発明は、微小なピエゾ素子でｋｇオーダの負荷を鉛直方向に位置決め可能にする装置を提供でき、さらにその分解能はｎｍオーダである。
また、ピエゾ素子は、対向するどちらの面に固定しても良い。また、積層ピエゾ素子の代わりに、積層ピエゾ素子を構成する各層を対向する各々の面に固定しても良いことは言うまでもない。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明のくさび状移動子とピエゾ素子を用いた精密高耐荷重移動方法および装置は、精密移動機構、顕微鏡での試料の移動機構として利用可能である。

Claims (26)

  1. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定し、
    （ｂ）前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  2. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定し、
    （ｂ）前記積層ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  3. （ａ）剪断変形を起こす第１のピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の上部傾斜面に沿って剪断変形を起こす第２のピエゾ素子を固定し、
    （ｂ）前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  4. （ａ）剪断変形を起こす第１のピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の上部傾斜面に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子を固定し、
    （ｂ）前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直および紙面奥行き方向に移動可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行い、
    （ｃ）また、前記第２のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記ベースに対して鉛直および紙面奥行き方向に移動可能な移動体を紙面奥行き方向に微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  5. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子をベース上に載置されるくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の上部傾斜面に斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を固定し、
    （ｂ）前記くさび状移動子の底面に固定した積層ピエゾ素子と前記上部傾斜面に固定した積層ピエゾ素子のうち、斜面に沿って剪断変形する素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能な移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行い、また、前記上部傾斜面に固定した積層ピエゾ素子のうち、紙面奥行き方向に剪断変形する素子を急速変形駆動することにより、前記紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  6. （ａ）剪断変形を起こす第１のピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２および第３のピエゾ素子を固定し、
    （ｂ）前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記ベース上で左右に移動させ、ベースに対して鉛直方向と紙面に対して奥行き方向に移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  7. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に、斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を固定し、
    （ｂ）前記ベース上に載置される断面が上側に斜面２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定される前記ピエゾ素子と、前記斜面に沿って剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、前記ベースに対して鉛直方向に上下可能で紙面に対して奥行き方向にも移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の微小移動位置決めを行い、また、前記上部傾斜面に配置した、前記紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  8. 剪断変形を起こす第１のピエゾ素子を、両側に壁面を有する第１のベース上に載置される断面が上側に斜辺２個を有する３角形状のくさび状移動子の底面に固定するとともに、該くさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２および第３のピエゾ素子を固定し、前記第１のピエゾ素子を急速変形駆動することによって前記くさび状移動子を前記第１のベース上で左右に移動させ、ベースに対して鉛直方向と紙面に対して奥行き方向に移動可能な２個の移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に前記移動体の鉛直方向の微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、紙面奥行き方向にも前記移動体の微小移動位置決めを行う精密高耐荷重移動装置を、前記第１のベースの底面に固定された剪断変形を起こす第４のピエゾ素子を介して第２のベース上に載置し、前記第４のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記精密高耐荷重移動装置を前記第２のベース上で水平方向に移動させることにより、前記移動体のｘｙｚ方向の位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  9. 請求項８記載の精密高耐荷重移動方法において、前記第２および第３のピエゾ素子が、斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子であることを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  10. ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記第１および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向に上下可能な前記移動体を紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第４のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  11. ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記第１および第３のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向に上下可能な前記移動体を紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行い、また、前記第２および第４のピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動方法。
  12. （ａ）固定体の水平方向の面上に配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子が底面に固定されるくさび状移動子と、
    （ｂ）前記ピエゾ素子を急速変形駆動するパルス源と、
    （ｃ）前記くさび状移動子の駆動によって前記固定体の水平方向の面に対して鉛直方向に上下可能な移動体とを備え、
    （ｄ）前記移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  13. （ａ）固定体の水平方向の面上に配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子が底面に固定されるくさび状移動子と、
    （ｂ）前記ピエゾ素子を急速変形駆動するパルス源と、
    （ｃ）前記くさび状移動子の駆動によって前記固定体の水平方向の面に対して鉛直方向に上下可能な移動体とを備え、
    （ｄ）前記移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の移動位置決めを行うことを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  14. 請求項１２記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに第２のピエゾ素子を前記くさび状移動子の上面に固定することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  15. 請求項１４記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２のピエゾ素子が積層ピエゾ素子であることを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  16. 請求項１４記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２のピエゾ素子が、紙面奥行き方向に剪断するピエゾ素子であることを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  17. 請求項１５記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２の積層ピエゾ素子が、斜面方向に剪断するピエゾ素子と、紙面奥行き方向に剪断するピエゾ素子を積層したものであることを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  18. 請求項１５記載の精密高耐荷重移動装置において、前記第２の積層ピエゾ素子が、斜面方向に剪断するピエゾ素子と、斜面法線方向に伸縮するピエゾ素子を積層したものであることを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  19. 請求項１２記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに前記固定体の壁面側と接触する前記移動体の面に第３のピエゾ素子を固定することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  20. 請求項１３記載の精密高耐荷重移動装置において、さらに前記固定体の壁面側と接触する前記移動体の面に第３の積層ピエゾ素子を固定することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  21. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が３角形状のくさび状移動子の底面に備えるとともに、該くさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に、紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を備え、
    （ｂ）前記くさび状移動子底面のピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な左右２個の移動体にくさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様な前記移動体の左右および上下方向の微小移動位置決めを行う手段を具備し、また、前記上部傾斜面に配置した紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  22. （ａ）剪断変形を起こすピエゾ素子を、両側に壁面を有するベース上に載置される断面が３角形状のくさび状移動子の底面に備えるとともに、該くさび状移動子の両側の上部傾斜面各々に、斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を備え、
    （ｂ）前記くさび状移動子底面のピエゾ素子と上部傾斜面に固定した積層ピエゾ素子のうち、前記斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記くさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な左右２個の移動体にくさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより、前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様な前記移動体の左右および上下方向の微小移動位置決めを行う手段を具備し、また、前記上部傾斜面に配置した積層ピエゾ素子のうち、前記紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  23. （ａ）ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、
    （ｂ）ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、
    （ｃ）前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な前記移動体を前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行う手段を具備し、また、前記紙面奥行き方向に剪断を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  24. （ａ）ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第２のピエゾ素子が固定される第１のくさび状移動子と、
    （ｂ）ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と紙面奥行き方向に剪断変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子からなる第４のピエゾ素子とが固定される第２のくさび状移動子とを備え、
    （ｃ）前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な前記移動体を前記２個の移動体の鉛直方向の位置エネルギーの総和が変わらない様に紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行う手段を具備し、また、前記紙面奥行き方向に剪断を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  25. （ａ）ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子からなる第１の積層ピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第２のピエゾ素子とを備える第１のくさび状移動子と、
    （ｂ）ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子からなる第３の積層ピエゾ素子と、前記傾斜面には紙面奥行き方向に剪断変形を起こす第４のピエゾ素子とを備える第２のくさび状移動子とを備え、
    （ｃ）前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な前記移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体を紙面左右および上下方向に微小移動位置決めを行う手段を具備し、また、前記紙面奥行き方向に剪断を起こすピエゾ素子を急速変形駆動することにより、前記移動体を紙面奥行き方向にも微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
  26. （ａ）ベース上の左側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第１のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた第２のピエゾ素子とを備える第１のくさび状移動子と、
    （ｂ）ベース上の右側に配置され、底面は水平で上面に内側が低い傾斜面を有し、前記底面には剪断変形を起こすピエゾ素子からなる第３のピエゾ素子と、前記傾斜面には斜面方向に剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた第４のピエゾ素子とを備える第２のくさび状移動子とを備え、
    （ｃ）前記第１のくさび状移動子および第２のくさび状移動子にブリッジされるように移動体が配置され、前記ピエゾ素子を急速変形駆動することにより前記第１および第２のくさび状移動子を前記ベース上で移動させ、鉛直方向および紙面奥行き方向に移動可能な前記移動体に前記くさび状移動子を打ち込んだり、引き抜くことにより前記移動体の微小移動位置決めを行う手段を具備することを特徴とする精密高耐荷重移動装置。
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