KR20070012483A

KR20070012483A - 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070012483A
Application number: KR20067023895A
Authority: KR
Inventors: 히데키 가와카츠
Original assignee: 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2007-01-25
Also published as: RU2341863C2; US20080088205A1; KR100891605B1; EP1793432A2; JPWO2005114825A1; EP1753120A1; DE602005015579D1; US20100060105A1; US7622847B2; EP1793432A3; DE602005026141D1; EP1753120B1; JP4658040B2; US7834519B2; EP1793432B1; RU2006140995A; EP1753120A4; WO2005114825A1

Abstract

전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 쐐기, 또는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자와 쐐기를 조합하여, 큰 슬라이딩면에 가압압력을 가했을 때에도 수직 방향으로 이동체가 적확하게 이동할 수 있는 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치를 제공한다. 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를, 그 전단 방향이 상이하도록 적층하고, 쐐기와 조합하여, 큰 슬라이딩면에 가압압력을 가했을 때에도 수직 방향으로 이동체가 적확하게 이동할 수 있는 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치를 제공한다. 고정체의 수평 방향의 면상에 배치되고, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 가 고정되는 쐐기 형상 이동자 (23) 와, 상기 피에조 소자 (24A) 를 급속 변형 구동시키는 펄스원 (30) 과, 상기 쐐기 형상 이동자 (23) 의 구동에 따라 상기 고정체의 수직 방향의 벽면 (22) 에 접촉하여 수직 방향으로 상하하는 이동체 (25) 를 구비하고, 상기 이동체 (25) 에 상기 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼어 상기 이동체 (25) 의 이동 위치를 결정한다.

Description

정밀 고내하중 이동 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PRECISELY RESISTING AND MOVING HIGH LOAD}

본 발명은 정밀 고내하중 이동 장치에 관련되고, 특히 쐐기와 피에조 소자를 사용한 정밀 이동 기구, 현미경용 미소 이동 기구에 바람직한 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 피에조 소자의 급속 변형에 따른 임팩트 구동 기구로서의 스테이지의 위치 결정 장치이다.

이 도면에 있어서, 101 은 고정부의 바닥면, 102 는 고정부의 벽면, 103 은 쐐기 형상의 이동체, 104 는 그 이동체 (103) 의 측면에 고정되는 피에조 소자, 105 는 그 피에조 소자 (104) 의 선단부에 고정되는 충격자, 106 은 쐐기 형상의 이동체 (103) 의 이동에 따라 연직 방향으로 이동하는 스테이지, 107 은 스프링에 의한 이동체 (103) 의 가이드이다. 도시하지 않지만, 피에조 소자 (104) 에는, 피에조 소자 (104) 의 급속 변형을 일으키는 펄스 전압원이 접속된다 (하기 비특허 문헌 1 참조).

또, 전단 피에조 소자의 급속 변형에 따라 이동체를 이동시키는 기구로서 이하와 같은 것이 개시되어 있다 (하기 비특허 문헌 2 참조).

도 2 는 이러한 종래의 전단 피에조 소자의 급속 변형에 따라 이동체를 이동시키는 기구의 모식도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 종래는, 본체 (201) 와 다리 (203) 사이에 전단 방향으로 변위하는 피에조 소자 (202) 를 사이에 두고, 톱니 형상파의 전압을 피에조 소자 (202) 에 인가함으로써 이동하도록 하고 있다.

비특허 문헌 1 : 소우 쿠니히로, 시부야 토시카츠, 히구치 토시오 「압전 소자에 의한 대하중용 높이 미조정 기구의 개발 (제 1 보)」 2002년도 정밀 공학회 춘계 대회 강연 논문집 pp 112.

비특허 문헌 2 : Ph.Niedermann, R.Emch, and P.Descouts, Rev.Sci.Instrum., 59, 368, (1988).

발명의 개시

그러나, 상기한 종래의 임팩트 구동 기구에서는 이동체 (103) 의 측면에 충격력이 가해지기 때문에, 실제 이동체 (103) 의 이동에 기여하는 구동력은 약하여, 그 만큼 이동에는 강한 충격력이 필요해짐과 함께, 이동 속도가 늦고, 또한 정밀한 조정에 어려움이 있다는 문제가 있었다.

또, 상기한 종래의 전단 피에조 소자의 급속 변형에 따라 이동체를 이동시키는 기구에서는, 전단 피에조 소자 (202) 의 급속 변형에 따라 이동체를 직접 연직 방향으로 이동시키고 있었지만, 슬라이딩면에 대한 가압압력의 선택폭이 좁고, 이동 속도가 늦고, 내하중이 낮으며, 연직 방향으로의 힘의 부가에 따른 위치 결정 후의 변위, 수∼+㎚ 에서의 안정된 이동을 유지할 수 없는 것 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 상황을 감안하여, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 이용하거나, 또는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 조합하여, 연직 방향의 하향으로의 힘을 가했을 때에도 수직 방향으로 이동체가 적확하게 이동할 수 있는 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 전단 변형을 일으키는 복수의 피에조 소자를 그 전단 방향이 상이하도록 배치 또는 적층함으로써, 연직 방향의 하향으로 힘을 가했을 때에도 수직 방향으로 이동체가 적확하게 이동할 수 있는 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치로서, xy 방향, 또는 xyz 방향의 3 자유도의 위치 결정이 가능한 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해,

〔1〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시키고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔2〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시키고, 상기 적층 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔3〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자를 고정시키고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔4〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자를 고정시키고, 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 베이스에 대해 연직 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체를 지면 깊이 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔5〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 고정시키고, 상기 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킨 적층 피에조 소자와 상기 상부 경사면에 고정시킨 적층 피에조 소자 중, 사면을 따라 전단 변형되는 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 상부 경사면에 고정시킨 적층 피에조 소자 중, 지면 깊이 방향으로 전단 변형되는 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔6〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 및 제 3 피에조 소자를 고정시키고, 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 좌우로 이동시켜, 베이스에 대해 연직 방향과 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔7〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에, 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 고정시키고, 상기 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사면 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정되는 상기 피에조 소자와, 상기 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능하고 지면에 대해 깊이 방향으로도 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 상부 경사면에 배치한, 상기 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔8〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 제 1 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 및 제 3 피에조 소자를 고정시키고, 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 제 1 베이스 상에서 좌우로 이동시켜, 베이스에 대해 연직 방향과 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어, 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 정밀 고내하중 이동 장치를, 상기 제 1 베이스의 바닥면에 고정된 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자를 개재하여 제 2 베이스 상에 탑재하고, 상기 제 4 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 정밀 고내하중 이동 장치를 상기 제 2 베이스 상에서 수평 방향으로 이동시킴으로써, 상기 이동체의 xyz 방향의 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔9〕상기〔8〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자가, 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.

〔10〕정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와, 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고, 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 제 1 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향으로 상하 가능한 상기 이동체를 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔11〕상기〔10〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 방법에 있어서, 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자를, 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 함으로써, xyz 3 방향의 미소 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔12〕정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 고정체의 수평 방향의 면상에 배치되고, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자가 바닥면에 고정되는 쐐기 형상 이동자와, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시키는 펄스원과, 상기 쐐기 형상 이동자의 구동에 따라 상기 고정체의 수평 방향의 면에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체를 구비하고, 상기 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

〔13〕상기〔12〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 피에조 소자가 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔14〕상기〔12〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 추가로 제 2 피에조 소자를 상기 쐐기 형상 이동자의 상면에 고정시키는 것을 특징으로 한다.

〔15〕상기〔14〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 피에조 소자가 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔16〕상기〔15〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 적층 피에조 소자가, 경사면 방향으로 전단되는 피에조 소자와, 지면 깊이 방향으로 전단되는 피에조 소자를 적층시킨 것인 것을 특징으로 한다.

〔17〕상기〔15〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 적층 피에조 소자가 경사면 방향으로 전단되는 피에조 소자와, 사면 법선 방향으로 신축되는 피에조 소자를 적층시킨 것인 것을 특징으로 한다.

〔18〕상기〔12〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 추가로 상기 고정체의 벽면측과 접촉하는 상기 이동체의 면에 제 3 피에조 소자를 고정시키는 것을 특징으로 한다.

〔19〕상기〔13〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 추가로 상기 고정체의 벽면측과 접촉하는 상기 이동체의 면에 제 3 적층 피에조 소자를 고정시키는 것을 특징으로 한다.

〔20〕상기〔14〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 피에조 소자가 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔21〕상기〔14〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 피에조 소자가 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔22〕정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 3 각 형상인 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 구비함과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에, 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 및 제 3 피에조 소자를 구비하고, 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하는 수단, 또 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

〔23〕상기〔22〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자가 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔24〕정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와, 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고, 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향으로 상하 가능한 상기 이동체를 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 수단, 또 상기 지면 깊이 방향으로 전단을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

〔25〕상기〔24〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자가, 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

〔26〕상기〔24〕에 기재된 정밀 고내하중 이동 장치에 있어서, 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자가 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 한다.

도 2 는 종래의 전단 피에조 소자의 급속 변형에 따라 이동체를 이동시키는 기구의 모식도이다.

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 4 는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 동작을 나타내는 모식도이다.

도 5 는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 구동 펄스의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 6 은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 구동 펄스의 다른 예를 나타내는 모식도이다.

도 7 은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 8 은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 9 는 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 10 은 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 동작을 나타내는 모식도이다.

도 11 은 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 구동 펄스의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 12 는 본 발명의 제 5 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 13 은 본 발명의 제 5 실시예의 변형예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 14 는 본 발명의 제 6 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 15 는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 초음파 모터 모드시, 적층 피에조 소자 (도 9 참조) 에 인가되는 파형을 나타내는 도면이다.

도 16 은 도 14 에 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치에 의한 이동자의 거동을 나타내는 도면이다.

도 17 은 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 가이드의 변형예를 나타내는 도면이다.

도 18 은 본 발명의 슬라이딩면을 부설한 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 19 는 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구를 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 1) 의 모식도이다.

도 20 은 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구를 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 2) 의 모식도이다.

도 21 은 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구로서, 이동자가 xyz 3 축의 이동 위치 결정 기능을 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 3) 의 모식도이다.

도 22 는 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구로서, 이동자가 xyz 3 축의 이동 위치 결정 기능을 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 4) 의 모식도이다.

도 23 은 베이스, 2 개의 쐐기와 4 개의 피에조 소자를 사용하여, 이동자를 xyz 방향으로 위치 결정하는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

도 24 는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 1) 이다.

도 25 는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 2) 이다.

도 26 은 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 3) 이다.

도 27 은 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 4) 이다.

도 28 은 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 5) 이다.

도 29 는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 6) 이다.

도 30 은 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 이동자의 연직 방향의 변위를 계측한 도면 (제 7) 이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

전단 변형을 일으키는 피에조 소자, 또는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 조합한 적층 피에조 소자와, 쐐기 형상 이동자를 조합함으로써, 큰 슬라이딩면에 가압압력을 가했을 때에도 이동 가능하고, 또한 종횡으로 변위하는 피에조 소자의 상호의 위상을 조정함으로써, 양방향성의 초음파 모터로서의 고속 이동 기구도 실현시킬 수 있다.

특히, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자에 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시키고, 그 양자를 동시, 또는 어느 위상차를 가지고 구동시킴으로써 높은 내하중성과 면의 상태에 대한 견뢰성을 얻는 것이 가능해진다.

또, 복수개의 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 이용하여, 그 전단 변형 피에조 소자의 전단 방향을 상이하도록 함으로써, 2 축 또는 3 축의 방향으로 이동 가능한 이동 기구를 실현시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

이 도면에 있어서, 1 은 고정부의 바닥면, 2 는 고정부의 벽면, 3 은 쐐기 형상 이동자, 4 는 그 쐐기 형상 이동자 (3) 의 바닥면에 고정되는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자, 5 는 그 쐐기 형상 이동자 (3) 에 의해 구동되어 수직 방향으로 이동하는 이동체이며, 이 이동체 (5) 의 상면에는 시료 (6) 등이 탑재된다. 7 은 이 이동체 (5) 를 스프링에 의해 누르는 가이드 (베어링), 8 은 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (4) 에 급속 변형을 일으키기 위한 구동 펄스원이다.

그래서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (4) 가 구동 펄스원 (8) 으로부터의 펄스에 의해 급속 변형됨으로써, 쐐기 형상 이동자 (3) 는 수평 방향 (여기에서는 왼쪽 방향) 으로 미소 이동한다. 그러면, 이동체 (5) 에 대해 쐐기 형상 이동자 (3) 를 넣음으로써 이동체 (5) 는 상방으로 이동되어 (반대로 빼어 이동체 (5) 를 하방으로 이동시킬 수도 있다), 이동체 (5) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

도 4 는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 동작을 나타내는 모식도, 도 5 는 그 구동 펄스의 일례를 나타내는 모식도이다.

우선, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같은 위치에 쐐기 형상 이동자 (3) 가 있고, 그 쐐기 형상 이동자 (3) 의 바닥면에 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (4) 가 고정되어 있다.

다음으로, 이 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (4) 에, 구동 펄스원 (8) 으로부터 도 5 에 나타내는 바와 같은 톱니 형상의 구동 펄스 (9, 9') 가 인가되면, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 피에조 소자 (4) 는 왼쪽 방향으로 급속 변형된다. 즉, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 피에조 소자 (4) 가 Δd 만큼 좌측으로 이동하여, 쐐기 형상 이동자 (3) 가 이동체 (5) 의 아래에 우측으로부터 들어가게 됨으로써, 이동체 (5) 는 Δh 만큼 수직 상방으로 들어 올려져 위치 결정된다.

여기에서는, 구동 펄스로서 도 5 에 나타내는 바와 같은 톱니 형상 펄스를 인가하는 예를 나타냈지만, 이 외에, 도 6 에 나타내는 바와 같은, 정점을 상향, 하향으로 한 후지산 형상 (정점으로 갈수록 구배가 급하고, 정상은 평평하지 않다) 의 구동 펄스 (10, 10') 를 인가하도록 해도 된다.

이 실시예에서는, 추가로, 쐐기 형상 이동자 (3) 의 상면에도 전단 변형 (여기에서는, 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (11) 를 고정시키고, 상기 전단 변형 (왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (4) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (5) 에 쐐기 형상 이동자 (3) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (5) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

또, 도 7 에 있어서, 피에조 소자 (11) 를 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 피에조 소자 (4) 를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시 켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향 및 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 상기 피에조 소자 (11) 를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 연직 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체를 지면 깊이 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 것이 가능해진다.

또한, 도 7 에 있어서, 피에조 소자 (11) 를 경사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 하는 것도 가능하다. 상기 쐐기 형상 이동자 바닥면의 피에조 소자 (4) 와, 상기 적층 피에조 소자 (11) 중 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향 및 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체에 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 상부 경사면에 배치한 적층 피에조 소자 (11) 중, 상기 지면 깊이 방향으로 전단 변형되는 소정을 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 것이 가능해진다.

이 실시예에서는, 제 2 실시예에 추가로, 이동체 (5) 와 고정부의 벽면 (2) 이 접촉하는 부분에 전단 변형 (여기에서는 상하 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (12) 를 고정시키고, 상기 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (4, 11) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (5) 와 고정부의 벽면 (2) 이 접촉하는 면의 마찰 계수를 낮춘 상태에서, 이동체 (5) 에 쐐기 형상 이동자 (3) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (5) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

이 도면에 있어서, 21 은 고정부의 바닥면, 22 는 고정부의 벽면, 23 은 쐐기 형상 이동자, 24 는 그 쐐기 형상 이동자 (23) 의 바닥면에 고정되는, 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (24A) 와 종변형 (신장) 을 일으키는 피에조 소자 (24B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자, 25 는 그 쐐기 형상 이동자 (23) 에 의해 구동되어 수직 방향으로 이동하는 이동체이며, 이 이동체 (25) 의 상면에는 시료 (26) 등이 탑재된다. 27 은 이동체 (25) 를 스프링에 의해 고정부의 벽면 (22) 에 대해 누르는 가이드 (베어링), 30 은 적층 피에조 소자 (24) 를 구동시키기 위한 구동 펄스원이다.

그래서, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 와 종변형을 일으키는 피에조 소자 (24B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자 (24) 가, 구동 펄스원 (30) 으로부터의 펄스에 의해 급속 변형됨으로써, 쐐기 형상 이동자 (23) 는 수평 방향 및 수직 방향으로 미소 이동한다. 그러면, 이동체 (25) 에 대해 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (25) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

도 10 은 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 정밀 고내하중 이동 장치의 동작을 나타내는 모식도, 도 11 은 그 구동 펄스의 일례를 나타내는 모식도이다.

우선, 도 10(a) 에 나타내는 바와 같은 위치에 쐐기 형상 이동자 (23) 가 있고, 그 쐐기 형상 이동자 (23) 의 바닥면에 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (24A) 와 종변형 (신장) 을 일으키는 피에조 소자 (24B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자 (24) 가 고정되어 있다.

다음으로, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 에 도 11(a) 에 나타내는 바와 같은 구동 펄스를 인가하고, 종변형을 일으키는 피에조 소자 (24B) 에 도 11(b) 에 나타내는 바와 같은 구동 펄스를 인가하면, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 우선, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 가 왼쪽 방향으로 변형되고, 그 변형에 수반하여 쐐기 형상 이동자 (23) 가 왼쪽으로 이동하고, 다음으로, 종변형을 일으키는 피에조 소자 (24B) 가 신장되어 이동체 (25) 를 들어올린다.

즉, 도 10(c) 에 나타내는 바와 같이, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 가 Δd 만큼 좌측으로 이동하여, 쐐기 형상 이동자 (23) 가 이동체 (25) 의 우측으로부터 들어감과 함께, 종변형을 일으키는 피에조 소자 (24B) 가 신장되어 이동체 (25) 를 들어올리게 되기 때문에, 이동체 (25) 는 Δh 만큼 수직 상방으로 들어올려져 위치 결정된다.

또한, 구동 펄스로는, 도 6 에 나타낸 바와 같은 후지산 형상의 구동 펄스이어도 된다.

상기한 바와 같이, 전단 변형과 종변형을 급속, 또한 적절한 시간차를 가지 고 실시함으로써, 예를 들면, 계단형과 같이, 기울기 하향으로 급격한 항력을 발생시키고, 그로 인하여 슬라이딩면에 높은 면압이 있는 경우에도, 의도한 방향으로의 변위가 가능해진다. 또한, 본 실시예에서는 더욱 높은 내하중성이 있다. 또, 종변형을 일으키는 소자를 도입함으로써, 이동하지 않게 되는 한계를 높이는 것이 가능해진다.

또한, 도 9 에 있어서, 이동체 (25) 와 고정부의 벽면 (22) 이 접촉하는 부분에, 베어링 대신에, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자 (도시하지 않음) 를 고정시키고, 피에조 소자 (24) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (25) 와 고정부의 벽면 (22) 이 접촉하는 면의 마찰 계수를 낮춘 상태에서, 이동체 (25) 에 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (25) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

이 실시예에서는, 제 4 실시예에 추가로, 쐐기 형상 이동자 (23) 의 상면에도, 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (28A) 와 종변형 (신장) 을 일으키는 피에조 소자 (28B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자 (28) 를 고정시키고, 상기 적층 피에조 소자 (24) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (25) 에 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (25) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

이 실시예에서는, 제 4 실시예에 추가로, 쐐기 형상 이동자 (23) 의 상면에도, 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (28A) 와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (28C) 를 부착시킨 적층 피에조 소자 (28) 을 고정시키고, 상기 적층 피에조 소자 (24) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (25) 에 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (25) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다. 또, 피에조 소자 (28C) 를 급속 변형 구동시킴으로써, 연직면 (고정부의 바닥면 (21)) 과 이동체 (25) 의 하측을 안내면으로 하여, 지면 방향으로 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

이 실시예는 제 5 실시예에 추가로, 이동체 (25) 와 고정부의 벽면 (22) 이 접촉하는 부분에 전단 변형 (여기에서는 상방향) 을 일으키는 피에조 소자 (29A) 와 종변형을 일으키는 피에조 소자 (29B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자 (29) 를 고정시키고, 상기 적층 피에조 소자 (24 와 28) 와 동기하여 구동시킨다. 이에 따라, 이동체 (25) 에 쐐기 형상 이동자 (23) 를 넣거나 빼게 되기 때문에, 이동체 (25) 의 수직 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다.

도 15 는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 초음파 모터 모드시에, 적층 피에조 소자 (도 9 참조) 에 인가되는 파형을 나타내는 도면, 도 16 은 그 정밀 고내하중 이동 장치에 의한 피에조 소자측의 슬라이딩면의, 수평면 옆에서부터 본 마이크로한 변위를 나타내는 도면이다. 이 경우, 매크로에는, 해당하는 피에조 소자를 배치한 이동자는 오른쪽으로 이동한다.

고정부의 바닥면 (21) 상에 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자 (24A) 와 종변형 (신장) 을 일으키는 피에조 소자 (24B) 를 부착시키고, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (24A) 에 도 15(a) 에 나타내는 바와 같은 정현파를, 종변형을 일으키는 피에조 소자 (24B) 에 도 15(b) 에 나타내는 바와 같은 정현파를 인가한다. 이에 따라, 슬라이딩면은 도 16 에 나타내는 바와 같이, 도면을 보는 방향으로부터 시계 방향의 원 운동 내지 타원 운동을 하고 있으며, 쐐기 형상 이동자 (23) 를 구동시킨다. 또한, 상기한 정현파 대신에, 여현파를 인가하도록 해도 된다.

상기한 바와 같이, 정현파나 방현파, 또 이동 기구의 진동 특성에 입각하고, 신호 발생기로부터 발생시키는 주기성이 있는 파형을 사용하여, 이들을 종변형, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자에 동시, 내지 위상차를 가지고 부여함으로써, 초음파 모터 모드의 고속 변위가 가능해진다. 이동 효율이 양호한 위상차를 찾아내어, 종변형에 대한 가로 변형의 극성의 역전이나, 위상의 180 도 시프트를 실시하게 함으로써, 다른 방향으로의 효율이 양호한 변위를 실시하게 하는 것이 가능해진다.

게다가 또한, 상기한 실시예에 이하와 같은 변형을 실시할 수 있다.

(1) 상기한 정밀 고내하중 이동 장치를 스프링에 의해 누르는 가이드 (7, 27) 대신에, 고정부의 벽면을 자성체로 함과 함께, 이동체의, 고정부의 벽면측에 자석을 배치함으로써, 이동체를 고정부에 흡착시킬 수 있다. 또한, 이러한 자석에 의한 이동체의 고정부에 대한 흡착 수단은, 그 밖의 모든 실시예 (도 3, 도 4, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 12, 도 13, 도 14, 도 18 참조) 에 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.

도 17 은 이러한 정밀 고내하중 이동 장치의 가이드의 변형예를 나타내는 도면이다.

이 도면에 있어서, 31 은 고정부의 바닥면, 32 는 자성체로 이루어지는 고정부의 벽면, 33 은 쐐기 형상 이동자, 34 는 그 쐐기 형상 이동자 (33) 의 바닥면에 고정되는 전단 변형 (여기에서는 왼쪽 방향) 을 일으키는 피에조 소자, 35 는 그 쐐기 형상 이동자 (33) 에 의해 구동되어 수직 방향으로 이동하는 이동체이며, 이 이동체 (35) 의 상면에는 시료 (36) 등이 탑재된다. 37 은 자성체로 이루어지는 고정부의 벽면 (32) 에 접촉하도록, 이동체 (35) 에 고정되는 자석이다.

(2) 상기한 자석에 의한 가이드 대신에, 도시하지 않지만, 볼베어링에 의한 가이드 기구로 하도록 해도 된다.

(3) 상기한 적층 피에조 소자를 직접 고정부의 바닥면에 접촉시키는 것이 아니라, 적층 피에조 소자에 별체의 슬라이딩면을 부설하여, 고정부의 바닥면과 접촉시키도록 해도 된다.

도 18 은 이러한 슬라이딩면을 부설한 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이 다.

여기에서는, 고정부의 바닥면 (21) 에는 적층 피에조 소자 (24) 의 바닥면에 고정된 슬라이딩면 (29) 이 접촉되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성함으로써, 안정인 접촉 상태를 유지할 수 있다.

다음으로, 도 19 는 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구를 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 1) 의 모식도이다.

이 도면에 있어서, 40 은 상하 위치 결정 기구를 갖는 정밀 고내하중 이동 장치, 41 은 베이스, 42 는 제 1 고정부 (베이스), 42A 는 제 1 고정부 (베이스) 의 벽면, 43 은 제 2 고정부 (베이스), 43A 는 제 2 고정부 (베이스) 의 벽면, 44 는 단면이 3 각 형상인 쐐기, 45 는 그 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 바닥면에 고정되는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자, 46 은 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 좌측의 경사면에 고정되는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (46A) 와 종변형을 일으키는 피에조 소자 (46B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 2 피에조 소자, 47 은 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 우측의 경사면에 고정되는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (47A) 와 종변형을 일으키는 피에조 소자 (47B) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자, 48 은 제 1 이동체, 49 는 제 2 이동체이다.

이와 같이 구성했기 때문에, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 에 의한 상하 위치 결정 기구에 있어서, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 의 동시 구동으로 인하여, 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 쐐기형 이동 기구를 제공 할 수 있고, 오르내림의 특성에 차이가 발생하지 않는 이점이 있으며, 신뢰성도 높다. 슬라이딩면에 대한 가압 스프링이나, 가압력을 얻기 위한 자석을 필요로 하지 않으며, 또 쐐기로 인하여 대하중의 부하에 견딜 수 있다. 게다가, 상하 부하에 대해 변위를 발생시키기 어렵다. 제 2 피에조 소자 (46) 와 제 3 피에조 소자 (47) 의 구동에 따라, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 를 상하 방향으로 변위시킬 수 있다.

여기에서는, 상기한 도 19 에 나타내는 상하 위치 결정 기구를 갖는 정밀 고내하중 이동 장치 (40) 를, 제 2 베이스 (41') 의 바닥면에 고정된, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자 (52) 를 개재하여 제 1 베이스 (51) 상에 탑재하도록 한 것이다.

이 실시예에서도, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 에 의한 상하 위치 결정 기구에 있어서, 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 쐐기형 이동 기구를 제공할 수 있고, 오르내림의 특성에 차이가 발생하지 않는 이점이 있으며, 신뢰성도 높다. 슬라이딩면에 대한 가압 스프링이나, 가압력을 얻기 위한 자석을 필요로 하지 않으며, 또 쐐기로 인하여 대하중의 부하에 견딜 수 있다. 게다가, 상하 부하에 대해 변위를 발생시키기 어렵다. 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 는 상하 방향으로 변위 가능할 뿐만 아니라, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자 (52) 의 구동으로 인하여, 좌우 방향에 대한 변위를 가능하게 할 수 있다.

또, 도 19 및 도 20 에 기재한 위치 결정 기구의 변형으로서, 전단 피에조 소자 (46A 와 47A) 또는 종변형 피에조 소자 (46B 와 47B) 를 배제한 경우에도 동일한 변위가 얻어진다.

도 21 은 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구로서, 이동자가 xyz 3 축의 이동 위치 결정 기능을 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 3) 의 모식도, 도 22 는 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구로서, 이동자가 xyz 3 축의 이동 위치 결정 기능을 갖는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치 (제 4) 의 모식도이다.

여기에서는, 상기한 도 19 또는 20 에 나타내는 상하 위치 결정 기구를 갖는 정밀 고내하중 이동 장치 (40) 에 있어서, 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (46C 와 47C) 를 배치하도록 하여, 이동자 (48, 49) 의 지면 깊이 방향의 변위 위치 결정을 가능하게 한 것이다.

도 21 에 있어서, 40 은 상하 위치 결정 기구를 갖는 정밀 고내하중 이동 장치, 41 은 베이스, 42 는 제 1 고정부 (베이스), 42A 는 제 1 고정부 (베이스) 의 벽면, 43 은 제 2 고정부 (베이스), 43A 는 제 2 고정부 (베이스) 의 벽면, 44 는 단면이 3 각 형상인 쐐기, 45 는 그 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 바닥면에 고정되는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자, 46 은 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 좌측의 경사면에 고정되는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (46A) 와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (46C) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 2 피에조 소자, 47 은 단면이 3 각 형상인 쐐기 (44) 의 우측의 경사면에 고정되는, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (47A) 와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (47C) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자, 48 은 제 1 이동체, 49 는 제 2 이동체이다.

이와 같이 구성했기 때문에, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 에 의한 상하 위치 결정 기구에 있어서, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 의 동시 구동으로 인하여, 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 쐐기형 이동 기구를 제공할 수 있고, 오르내림의 특성에 차이가 발생하지 않는 이점이 있으며, 신뢰성도 높다. 슬라이딩면에 대한 가압 스프링이나, 가압력을 얻기 위한 자석을 필요로 하지 않으며, 또 쐐기로 인하여 대하중의 부하에 견딜 수 있다. 게다가, 상하 부하에 대해 변위를 발생시키기 어렵다. 피에조 소자 (46A 및 47A) 의 구동으로 인하여, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 를 상하 방향으로 변위시킬 수 있다. 또, 피에조 소자 (46C) 의 급속 변형 구동에 따라 이동자 (48) 의 지면 방향의 미소 이동 위치 결정할 수 있으며, 피에조 소자 (47C) 의 급속 변형 구동에 따라 이동자 (49) 의 지면 깊이 방향의 미소 이동 위치를 결정할 수 있다. 즉, 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 상하 위치 결정 기구로서, xyz 3 축의 이동 위치를 결정할 수 있다.

또, 도 22 는, 상기한 도 21 에 나타내는 상하 위치 결정 기구를 갖는 정밀 고내하중 이동 장치 (40) 를, 제 2 베이스 (41') 의 바닥면에 고정된, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자 (52) 를 개재하여 제 1 베이스 (51) 상에 지지하도록 한 것이다.

이 실시예에서도, 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 에 의한 상하 위치 결정 기구에 있어서, 전체적으로 위치 포텐셜이 변화되지 않는 쐐기형 이동 기구를 제공할 수 있고, 오르내림의 특성에 차이가 발생하지 않는 이점이 있으며, 신뢰성도 높다. 슬라이딩면에 대한 가압 스프링이나, 가압력을 얻기 위한 자석을 필요로 하지 않으며, 또 쐐기로 인하여 대하중의 부하에 견딜 수 있다. 게다가, 상하 부하에 대해 변위를 발생시키기 어렵다. 제 1 이동체 (48) 와 제 2 이동체 (49) 는 상하 방향 및 지면 법선 방향으로 변위 가능할 뿐만 아니라, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자 (52) 의 구동으로 인하여, 좌우 방향으로의 변위를 가능하게 할 수 있다.

또, 도 21 및 도 22 에 기재한 위치 결정 기구의 변형으로서, 전단 피에조 소자 (46A 와 47A) 를 배제한 경우에도, 마찬가지로 xyz 3 축의 이동 위치를 결정할 수 있다.

도 23 은 베이스와 쐐기 2 개와 피에조 소자 4 개를 사용하여, 이동체를 xyz 방향으로 위치 결정하는 본 발명의 정밀 고내하중 이동 장치의 모식도이다.

이 도면에 있어서, 61 은 베이스, 62 는 베이스 (61) 상좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 내측이 낮은 경사면을 갖는 제 1 쐐기이며, 이 제 1 쐐기 (62) 의 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자 (63) 가 고정되고, 상면의 경사면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (64A) 와 지면 깊이 방향의 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (64C) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 2 피에조 소자 (64) 가 고정된다. 또, 65 는 베이스 (61) 상우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 갖는 제 2 쐐기이며, 이 제 2 쐐기 (65) 의 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자 (66) 가 고정되고, 상면의 경사면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (67A) 와 지면 깊이 방향의 전단 변형을 일으키는 피에조 소자 (67C) 를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자 (67) 가 고정된다. 68 은 제 1 쐐기 (62) 와 제 2 쐐기 (65) 에 브릿지되도록 배치되는 이동체이다.

이와 같이, 이 실시예는 베이스 (61), 2 개의 쐐기 (62, 65) 를 구비하고, 이동체 (68) 를 xyz 방향으로 위치 결정하는 정밀 고내하중 이동 장치이며, 제 1 쐐기 (62) 와 제 2 쐐기 (65) 는 제 1 피에조 소자 (63) 와 제 3 피에조 소자 (66) 의 구동에 따라 좌우로 이동 가능하고, 또 이동체 (68) 는 제 1 쐐기 (62) 와 제 2 쐐기 (65) 의 움직임에 수반하여, 추가로 제 2 피에조 소자 (64) 와 제 4 피에조 소자 (67) 의 구동에 따라 상하 방향으로 이동 가능하다. 또, 이동체 (68) 는 피에조 소자 (64C, 67C) 의 전단 구동에 따라, 지면 깊이 방향의 이동 위치를 결정할 수 있다. 즉, 전체적으로 xyz 3 축의 이동 위치를 결정할 수 있다.

또한, 도 23 에 기재한 위치 결정 기구의 변형으로서, 전단 피에조 소자 (64A 와 67A) 를 배제한 경우에도 동일한 자유도의 변위가 얻어진다는 것은 말할 필요도 없다.

또, 도 23 에 기재한 위치 결정 기구의 다른 변형으로서, 피에조 소자 (63 과 66) 를 전단 피에조 소자와 종변형 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 한 경우에도 동일한 자유도의 변위가 얻어진다는 것은 말할 필요도 없다.

도 24∼도 28 은, 도 23 에 기재된 장치를 사용하여, 쐐기 (62, 65) 의 좌우 방향으로의 변위에 의해 발생시킨 이동체 (68) 의 연직 방향의 변위를 계측한 것 (제 1∼제 5) 이다. 도 24 는 하강 특성을 나타내고 있으며, 300Vpp 의 톱니의 전압 (A) 으로 1 초에 50 스텝으로 급속 변형 구동되어, 상하 변위를 100㎚/div 로 나타낸 경우 (B) 에서 1 스텝당 20㎚ 의 변위가 얻어지고 있어, 매우 높은 직선성이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 도 25 도 하강 특성을 나타내고 있으며, 300Vpp 의 톱니의 전압 (A) 으로 1 초에 50 스텝으로 급속 변형 구동되어, 상하 변위를 1㎛/div 로 나타낸 경우 (B) 에서 1 스텝당 20㎚ 의 변위가 얻어지고 있다. 도 26 은, 도 25 와 동일한 구동 조건과 동일한 상하 변위 스케일에서의 상승 특성을 나타내고 있으며, 1 스텝당 20㎚ 의 변위가 얻어지고 있다. 도 25 와 도 26 은, 연직 상방과 하방의 양 방향에서 안정된 미소 이동이 가능한 것을 나타내고 있다. 도 27 은 변위 센서의 감도를 높여 계측한 하강 특성을 나타내고 있으며, 300Vpp 의 톱니의 전압 (A) 으로 1 초에 1 스텝에서 급속 변형 구동되어, 상하 변위를 200㎚/div 로 나타낸 경우 (B) 에서 1 스텝당 17㎚ 의 변위가 얻어지고 있다. 도 28 은, 도 27 과 동일한 구동 조건에서의 상승 특성을 나타내고 있으며, 상하 변위를 50㎚/div 로 나타냈을 경우 (B) 에서 1 스텝당 5㎚ 의 변위가 얻어지고 있다. 도 27, 도 28 은 1 스텝마다 확실하게 상향 또는 하향의 변위를 발생시키 고 있는 것을 나타내고 있다.

도 29 및 도 30 은 도 7 에 기재된 장치를 사용하여, 쐐기 형상 이동자 (3) 를 빼거나 넣어 발생시킨 이동체 (5) 의 연직 방향의 변위를 계측한 것 (제 6 및 7) 이다. 200Vpp 의 톱니 전압 (A) 로 구동시키고, 상하 변위를 2.5㎚/div 로 나타낸 경우 (B) 에서, 상하로의 이동 위치 결정이 가능하고, ㎚ 급의 미소한 이동이 가능하다는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 29 및 도 30 의 B 의 상하 변위가 미세하게 진동하고 있는 것은 노이즈이다.

상기 도면으로부터 명백한 바와 같이, 상향, 하향으로 변위 위치 결정이 가능하고, 1 스텝당 1㎚ 내지 10㎚ 급의 변위를 실현시킬 수 있고, 일정 주파수의 급속 변형 신호에 대해 높은 선형성의 변위가 얻어지며, 1 스텝마다 확실한 보진(步進) 동작이 얻어진다는 것이 확인된다. 또, 쐐기의 특징으로서, 연직 하향의 kg 급의 부하 부여에 대해서도 변위가 발생하지 않는 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 종래의 피에조 소자를 사용한 이동 기구와 비교하여, 보다 큰 슬라이딩면에 대한 면압을 선택할 수 있기 때문에, 보다 큰 부하를 이동시키는 것이 가능해진다. 또, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 사용하여 타원 진동을 발생시키는, 즉, 각각의 피에조 소자에 위상이 상이한 정현파나 방현파를 인가함으로써, 쌍방향성의 고속 이동이 가능한 초음파 모터로서의 고속 변위도 가능해진다. 또한, 쐐기 형상 이동자를 사용함으로써, 보다 높은 내하중성이나, 이동의 감속 효과에 의한 보다 미세한 위치 결정이 가능해진다. 또, 쐐기 형상 이동자에 의해, 큰 하향의 힘이 가해진 경우에 도 변위를 적확하게 발생시키고, 또한 위치 결정점을 유지할 수 있다는 이점이 있다. 또, 쐐기 형상 이동자와 피에조 소자의 조합으로 xyz 이동 기구를 실현시킬 수 있다.

또, 고강성, 고고유 진동수임과 동시에, 콤팩트하게 구성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 미소한 피에조 소자와 kg 급의 부하를 연직 방향으로 위치 결정 가능하게 하는 장치를 제공할 수 있으며, 게다가 그 분해성은 ㎚ 급이다.

또, 피에조 소자는 대향하는 어느 면에 고정시켜도 된다. 또, 적층 피에조 소자 대신에, 적층 피에조 소자를 구성하는 각층을 대향하는 각각의 면에 고정시켜도 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 주지(主旨)에 기초하여 여러 가지 변형이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 쐐기 형상 이동자와 피에조 소자를 사용한 정밀 고내하중 이동 방법 및 장치는 정밀 이동 기구, 현미경에서의 시료의 이동 기구로서 사용 가능하다.

Claims

(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시키고,

(b) 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시키고,

(b) 상기 적층 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 경사면을 따라 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자를 고정시키고,

(b) 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자를 고정시키고,

(b) 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고,

(b) 또 상기 제 2 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 베이스에 대해 연직 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 이동체를 지면 깊이 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 베이스 상에 탑재되는 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 상부 경사면에 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 고정시키고,

(b) 상기 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킨 적층 피에조 소자와 상기 상부 경사면에 고정시킨 적층 피에조 소자 중, 사면을 따라 전단 변형되는 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 상부 경사면에 고정시킨 적층 피에조 소자 중, 지면 깊이 방향으로 전단 변형되는 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 및 제 3 피에조 소자를 고정시키고,

(b) 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 좌우로 이동시켜, 베이스에 대해 연직 방향과 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어, 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에, 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 고정시키고,

(b) 상기 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사면 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정되는 상기 피에조 소자와, 상기 사면을 따라 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 상기 베이스에 대해 연직 방향으로 상하 가능하고 지면에 대해 깊이 방향으로도 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 상부 경사면에 배치한, 상기 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
전단 변형을 일으키는 제 1 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 제 1 베이스 상에 탑재되는 단면이 상측에 사변 2 개를 갖는 3 각 형상의 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 고정시킴과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 및 제 3 피에조 소자를 고정시키고, 상기 제 1 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 제 1 베이스 상에서 좌우로 이동시켜, 베이스에 대해 연직 방향과 지면에 대해 깊이 방향으로 이동 가능한 2 개의 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어, 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 상기 이동체의 연직 방향의 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 지면 깊이 방향으로도 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 정밀 고내하중 이동 장치를, 상기 제 1 베이스의 바닥면에 고정된 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자를 개재하여 제 2 베이스 상에 탑재하고, 상기 제 4 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 정밀 고내하중 이동 장치를 상기 제 2 베이스 상에서 수평 방향으로 이동시킴으로써, 상기 이동체의 xyz 방향의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 피에조 소자가, 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사 면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와, 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고, 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 제 1 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향으로 상하 가능한 상기 이동체를 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 경사 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와, 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지 며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고, 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 제 1 및 제 3 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향으로 상하 가능한 상기 이동체를 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하고, 또 상기 제 2 및 제 4 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 방법.
(a) 고정체의 수평 방향의 면상에 배치되고, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자가 바닥면에 고정되는 쐐기 형상 이동자와,

(b) 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시키는 펄스원과,

(c) 상기 쐐기 형상 이동자의 구동에 따라 상기 고정체의 수평 방향의 면에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체를 구비하고,

(d) 상기 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 고정체의 수평 방향의 면상에 배치되고, 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자가 바닥면에 고정되는 쐐기 형상 이동자와,

(b) 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시키는 펄스원과,

(c) 상기 쐐기 형상 이동자의 구동에 따라 상기 고정체의 수평 방향의 면에 대해 연직 방향으로 상하 가능한 이동체를 구비하고,

(d) 상기 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 이동 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 12 항에 있어서, 추가로 제 2 피에조 소자를 상기 쐐기 형상 이동자의 상면에 고정시키는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제 2 피에조 소자가 적층 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제 2 피에조 소자가, 지면 깊이 방향으로 전단되는 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 제 2 적층 피에조 소자가, 사면 방향으로 전단되는 피에조 소자와, 지면 깊이 방향으로 전단되는 피에조 소자를 적층시킨 것인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 제 2 적층 피에조 소자가, 사면 방향으로 전단되는 피에조 소자와, 사면 법선 방향으로 신축되는 피에조 소자를 적층시킨 것인 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 12 항에 있어서, 추가로 상기 고정체의 벽면측과 접촉하는 상기 이동체의 면에 제 3 피에조 소자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
제 13 항에 있어서, 추가로 상기 고정체의 벽면측과 접촉하는 상기 이동체의 면에 제 3 적층 피에조 소자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 3 각 형상인 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 구비함과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에, 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 구비하고,

(b) 상기 쐐기 형상 이동자 바닥면의 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊 이 방향으로 이동 가능한 좌우 2 개의 이동체에 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어, 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않는 상기 이동체의 좌우 및 상하 방향의 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하고, 또 상기 상부 경사면에 배치한 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를, 양측에 벽면을 갖는 베이스 상에 탑재되는 단면이 3 각 형상인 쐐기 형상 이동자의 바닥면에 구비함과 함께, 이 쐐기 형상 이동자의 양측의 상부 경사면 각각에, 경사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자를 구비하고,

(b) 상기 쐐기 형상 이동자 바닥면의 피에조 소자와 상부 경사면에 고정시킨 적층 피에조 소자 중, 상기 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 좌우 2 개의 이동체에 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어, 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않는 상기 이동체의 좌우 및 상하 방향의 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하고, 또 상기 상부 경사면에 배치한 적층 피에조 소자 중, 상기 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동 체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와,

(b) 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고,

(c) 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 상기 이동체를 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하고, 또 상기 지면 깊이 방향으로 전단을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 2 피에조 소자가 고정되는 제 1 쐐기 형상 이동자와,

(b) 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 적층 피에조 소자로 이루어지는 제 4 피에조 소자가 고정되는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고,

(c) 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 상기 이동체를 상기 2 개의 이동체의 연직 방향의 위치 에너지의 총합이 변하지 않도록 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하고, 또 상기 지면 깊이 방향으로 전단을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 적층 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 2 피에조 소자를 구비하는 제 1 쐐기 형상 이동자와,

(b) 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 적층 피에조 소자와, 상기 경사면에는 지면 깊이 방향으로 전단 변형을 일으키는 제 4 피에조 소자를 구비하는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고,

(c) 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 상기 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체를 지면 좌우 및 상하 방향으로 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하고, 또 상기 지면 깊이 방향으로 전단을 일으키는 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써, 상기 이동체를 지면 깊이 방향으로도 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.
(a) 베이스 상의 좌측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 1 피에조 소자와, 상기 경사면에는 경사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 제 2 피에조 소자를 구비하는 제 1 쐐기 형상 이동자와,

(b) 베이스 상의 우측에 배치되고, 바닥면은 수평하고 상면에 내측이 낮은 경사면을 가지며, 상기 바닥면에는 전단 변형을 일으키는 피에조 소자로 이루어지는 제 3 피에조 소자와, 상기 경사면에는 사면 방향으로 전단 변형을 일으키는 피에조 소자와 종변형을 일으키는 피에조 소자를 부착시킨 제 4 피에조 소자를 구비하는 제 2 쐐기 형상 이동자를 구비하고,

(c) 상기 제 1 쐐기 형상 이동자 및 제 2 쐐기 형상 이동자에 브릿지되도록 이동체가 배치되고, 상기 피에조 소자를 급속 변형 구동시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 쐐기 형상 이동자를 상기 베이스 상에서 이동시켜, 연직 방향 및 지면 깊이 방향으로 이동 가능한 상기 이동체에 상기 쐐기 형상 이동자를 넣거나 빼어 상기 이동체의 미소 이동 위치를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 고내하중 이동 장치.