(57)【要約】  試料台（６）を基体部（４）に対して動かすための位置決め部材（２）が記載されている。位置決め部材は、駆動軸に沿って膨張及び収縮するように配置された圧電素子によって駆動されており、圧電素子は、基体部に取り付けられた入力端と、圧電素子の駆動軸から離間するように反対方向に延在する第１の出力レバー（１４）及び第２の出力レバー（１６）とを備えている。それぞれの出力レバーは、圧電素子が膨張するときに圧電素子によって作用されるように配置された内側アーム部と、試料台が台支持部（２６，２８）を介して取り付けられた出力アーム部とを備えている。出力レバーは、圧電素子が出力レバーの内側アーム部に作用し、外側アーム部を、駆動軸を含む平面内で動かすように取り付けられている。出力レバーのこの動きは、台支持部を介して試料台に伝導し、試料台を基体部に対して駆動軸に平行な方向に沿って動かす。
2007530922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部及び該基体部に対して移動可能な試料台と、
前記基体部と前記試料台との間で作用するように配置された駆動機構と、
互いから離間するように延びる複数のレバーと、
を備える位置決め部材において、
前記レバーは前記試料台を支持するとともに、前記駆動機構に接続され、該駆動機構の起動は前記レバーで機械的に増倍して伝導され、前記試料台を位置決めする位置決め部材。
【請求項２】
それぞれの前記レバーは支点に回転可能に取り付けられ、前記レバーを内側、及び外側アーム部に細分し、前記内側アーム部は前記駆動機構に接続され、前記外側アーム部は前記試料台を支持していることを特徴とする、請求項１に記載の位置決め部材。
【請求項３】
前記駆動機構は前記レバーに同一の方向に向かって作用するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め部材。
【請求項４】
前記駆動機構は、圧電素子を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項５】
前記複数のレバーは、互いに反対方向に延在する少なくとも一対のレバーを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項６】
前記レバーの少なくともいくつかを接続する曲げヒンジをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項７】
前記レバーは単一の横材から形成され、前記曲げヒンジは前記横材の薄くされた部分により提供されていることを特徴とする請求項６に記載の位置決め部材。
【請求項８】
前記支点を形成するように可撓性接続によって前記レバーに接続された支持壁をさらに備えることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項９】
それぞれの前記レバー及びその支持壁は一体に構成され、前記可撓性接続は薄くされた接続部分によって提供されていることを特徴とする請求項８に記載の位置決め部材。
【請求項１０】
前記支点は、前記試料台を前記基体部に対して回転することができるように、互いに対して移動可能であることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１１】
前記試料台は、一対の出力連結部によって前記レバーに取り付けられ、該出力連結部はその軸に沿って加えられる力に対して剛性を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１２】
前記出力連結部は、その軸に対して横方向に加えられる力に対して変形可能であることを特徴とする請求項１１に記載の位置決め部材。
【請求項１３】
前記出力連結部は、前記レバーの前記駆動機構が配置されている側と同じ側から離れるように延在していることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の位置決め部材。
【請求項１４】
前記出力連結部は、前記駆動機構が始動力を与える駆動軸に沿って略平行に延在することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１５】
それぞれの前記レバーに接続されるとともに、前記基体部に対する前記レバーの動きに抗するように配置された付勢要素をさらに備え、該付勢要素が、前記レバーが動かされたときに復元力を提供することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１６】
それぞれの前記レバーに接続され、基体部に対して可動である量を制限する機械的停止部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１５に記載の位置決め部材。
【請求項１７】
前記レバーの機械的増倍は、前記試料台を前記駆動機構の移動量よりも多い量動かすように作用することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１８】
前記レバーの機械的増倍は、前記試料台を前記駆動機構の移動量よりも少ない量動かすように作用することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１９】
前記レバーの位置を測定するための一以上の歪みゲージをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２０】
前記一以上の歪ゲージは、前記位置決め部材に取り付けられたそれぞれのブリッジ状測定回路に取り付けられていることを特徴とする請求項１９に記載の位置決め部材。
【請求項２１】
互いから離間するように延在する複数のさらなるレバーを備え、これらのさらなるレバーは前記基体部及び前記駆動機構に接続され、前記駆動機構の起動がこれらのさらなるレバーに伝導し、これらのさらなるレバーを前記基体部に対して動かすことを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２２】
それぞれの前記さらなるレバーは支点に回転自在に取り付けられ、前記さらなるレバーを前記内側及び外側アーム部に細分し、前記内側アーム部は駆動機構に接続され、外側アーム部は基体部に接続されていることを特徴とする、請求項２１に記載の位置決め部材。
【請求項２３】
前記駆動機構は、それぞれの前記さらなるレバーに対して同一の方向に作用することを特徴とする請求項２１または２２に記載の位置決め部材。
【請求項２４】
前記駆動機構は、前記さらなるレバーに対し、前記駆動機構が最初に示した前記レバーに作用するのとは別の方向に作用するように配置されていることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２５】
それぞれの前記さらなるレバーは、最初に示した前記レバーのうちの対応する一のレバーに位置合わせされていることを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２６】
前記さらなるレバーは、曲げヒンジによってともに接続されていることを特徴とする請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２７】
前記さらなるレバーは単一の横材から形成され、前記曲げヒンジは前記横材の薄くされた部分によって提供されていることを特徴とする請求項２６に記載の位置決め部材。
【請求項２８】
前記支持壁はまた、前記さらなるレバーを支持し、前記さらなるレバーは、支点を提供するための可撓性接続によって前記支持壁に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の位置決め部材とした場合の請求項２２〜２７に記載の位置決め部材。
【請求項２９】
それぞれの前記さらなるレバー及びその支持壁は一体に構成され、前記可撓性接続はそれらの結合部分の薄くされた部分によって提供されていることを特徴とする請求項２８に記載の位置決め部材。
【請求項３０】
最初に示した前記レバー、前記支持壁、及び前記さらなるレバーは一体に構成されていることを特徴とする、請求項２８または２９に記載の位置決め部材。
【請求項３１】
前記さらなるレバーは、その軸に沿って加えられる力に対して剛性を有している一対の入力連結部によって基体部に接続されていることを特徴とする、請求項２１〜３０のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３２】
前記入力連結部は、軸に対して横方向に加えられる力に対して変形可能であることを特徴とする、請求項３１に記載の位置決め部材。
【請求項３３】
前記入力連結部は、前記入力レバーの前記駆動機構が配置されている側と同じ側から離れるように延在することを特徴とする請求項３１または３２に記載の位置決め部材。
【請求項３４】
前記入力連結部は、駆動機構がそれに沿って起動力を与える駆動軸に略平行に延在することを特徴とする請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３５】
前記それぞれのさらなるレバーに接続されるとともに、前記基体部に対する前記さらなるレバーの動きに対して抗するように配置された付勢要素をさらに備え、該付勢要素が、前記さらなるレバーが動かされるときに復元力を提供することを特徴とする、請求項２１〜３４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３６】
それぞれの前記さらなるレバーに接続され、前記さらなるレバーが前記基体部に対して可動である量を制限する機械的停止部材をさらに備えていることを特徴とする請求項２１〜３５のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３７】
前記さらなるレバーの位置を測定するための一以上の歪みゲージをさらに備えていることを特徴とする請求項２１〜３６のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３８】
前記一以上の歪ゲージは、前記位置決め部材に取り付けられたそれぞれのブリッジ状測定回路に取り付けられていることを特徴とする請求項３７に記載の位置決め部材。
【請求項３９】
第１の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３８のいずれか一項に記載の第１の位置決め部材と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３８のいずれか一項に記載の第２の位置決め部材とを備え、前記第１及び第２の位置決め部材は、共通の基体部と共通の試料台との間を接続していることを特徴とする多軸の位置決め部材。
【請求項４０】
前記第１の方向及び前記第２の方向は互いに直角であることを特徴とする請求項３９に記載の多軸の位置決め部材。
【請求項４１】
第３の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３８のいずれか一項に記載の第３の位置決め部材をさらに備え、前記第３の方向は前記第１及び第２の方向とは異なり、前記第３の位置決め部材は前記共通の基体部と前記共通の試料台との間を接続していることを特徴とする、請求項３９または請求項４０に記載の多軸の位置決め部材。
【請求項４２】
前記第３の方向は、前記第１または第２の方向のうちの少なくとも一に対して直角とされていることを特徴とする、請求項４１に記載の多軸の位置決め部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産ライン及び科学的実験の両者における光部品の位置決めを含む、様々な用途に広く使用される位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度の位置決めを提供するように設計された位置決め部材の１つの欠点は、多くの場合、相対的に限られた範囲に亘ってしか機能させることができないことである。例えば、多くの位置決め部材の設計は、駆動メカニズムにおいて圧電駆動素子を採用している。圧電駆動素子は、比較的強固であるとともに、高い繰り返し精度で位置決めを提供することができるので、有用である。しかし、３８ｍｍの長さの圧電積層体には、４２μｍの位置決め範囲しかない場合がある。この限られた範囲は、圧電駆動素子を採用する位置決め部材が多くの用途に対して実用的でありえないことを意味し得る。同様の問題は別の種類の高精度の駆動メカニズムでも生じている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２は、この問題を解決する“インチワームポジショナー（ｉｎｃｈｗｏｒｍ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ）”について記載している。これらは、圧電駆動素子が周期的に膨張、収縮するときに、その対向する端部を選択的に把持したり、開放したりするように配置された、一軸の位置決め部材である。圧電駆動素子の適切な制御と両端部の圧電グリップとは、連続した膨張収縮の周期の間に、圧電駆動素子をグリップの間に沿って寸動させることができる。この種の位置決め部材はより大きな動作範囲を許容するが、それらは注意深く調整統合されるように別々に制御されなければならない多くの動作部品を必要とする、複雑な設計となっている。
【０００４】
別の解法として、２つの要素を互いに摩擦係合させてなる位置決め部材があり、これら２つの要素は、これらの間の摩擦力が限度を超えたときには互いに対して滑動する。動きは、一の要素の慣性力と、要素間の摩擦係合の滑り又は食いつきとの間の相互作用によって生じる。この種の位置決め部材は、イナーシャルポジショナー（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）又はスリップ−スティックポジショナー（ｓｌｉｐ−ｓｔｉｃｋ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）として参照され、例えば、非特許文献１によって公知である。イナーシャルスリップ−スティックポジショナーは比較的少数の主な部品で作ることができる。しかし、既知のイナーシャルスリップ−スティックポジショナーは、上述のインチワームポジショナーとは異なり、対荷重性能が低く、高い指向性を有している。
【０００５】
代替的な解法は、動きを拡大する、又は増幅するレバー構成を使用することであろう。特許文献４は、主にドットマトリックスプリンターのヘッドとして設計されているとはいえ、圧電駆動素子のための機械的な増幅器に着いて記載している。特許文献４の装置は、圧電積層体の対向する端部に取り付けられた一対のヒンジで結合されたレバーを採用し、レバーの内側アーム部が、圧電素子が膨張することによって押されて離間するときに、外側アーム部が内側アーム部と一つに合わされるようにされている。留め金ばねは、レバーのアーム部が一つに合わさるときに、レバーの外側アーム部と留め金との間を外側で連結している。留め金ばねの外側への動きは、装置の有用な出力を提供している。特許文献５は、特許文献４の装置と同様の原理を採用しているが、レバーの間を直列につなぐ２つの留め金ばねを有している。これは、２つの同時に変位する出力に対するものである。この種の装置は試料台の信頼できる位置決めには通常好適ではない。これは、それらのばね特性がそれらを振動させようとするからであり、留め金の動きは通常、異なる台荷重に対しては異なっている。これは、異なる質量を有する試料は、圧電駆動素子の同じ膨張量に対して、通常は異なって位置決めされるであろうことを意味している。
【特許文献１】米国特許第３９０２０８４号明細書
【特許文献２】米国特許第３９０２０８５号明細書
【特許文献３】特開平０２−１１９２７７号公報
【特許文献４】欧州特許第０５１０６９８号明細書
【特許文献５】欧州特許第０９３７９６１号明細書
【非特許文献１】Ｄｉｅｔｅｒ  Ｐｏｈｌ，”Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ”，  ｖｏｌ．５８，  ｐ．５４−５７（１９８６）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴によれば、基体部及び該基体部に対して移動可能な試料台と、前記基体部と前記試料台との間で作動するように配置された駆動機構と、互いに離隔するように延びる複数のレバーと、を備える位置決め部材であって、前記レバーは前記試料台を支持するとともに、前記駆動機構に接続され、該駆動機構の起動が前記レバーで機械的に増倍して（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ａｄｖａｎｔａｇｅ）伝導され、前記試料台を位置決めする位置決め部材が提供されている。
【０００７】
レバーの使用によって、例えば圧電素子の膨張または収縮のような駆動機構の動きを、試料台に伝達される前に増幅することができる。また、互いから離間するように延在する複数のレバー上に試料台を取り付けることによって、例えば試料が中心からずれて配置される場合のような、試料台上の試料の荷重によって加えられるトルク力に対して抵抗する、安定した取り付けを達成することができる。加えて、複数のレバーを使用することによって、個々のレバーのそれぞれに関する精密な動きを、試料台の直線的な動きを提供するように結合させることができる。
【０００８】
後述の全体にわたって、レバーは出力レバーとして参照される場合がある。この用語は、それらが試料台を支持するということを示し、位置決め部材の出力ステージと考えられても良い。
【０００９】
それぞれのレバーを、レバーを内側及び外側アーム部に細分する支点に取り付けることができ、内側アーム部は駆動機構に接続され、外側アーム部は試料台を支持している。このようにすることによって、単純なレバー及び駆動機構の構成を可能とすることができる。しかし、別の構成が可能であることも理解されるであろう。例えば、試料台及び駆動機構はともに出力アーム部に取り付けられても良く、その取り付けの相対的な位置は機械的な増倍を決定する。
【００１０】
駆動機構は、レバーに同じ方向に作用するように配置されて良く、こうすると駆動機構が起動したときにレバーは互いに同じ様に動く。
【００１１】
複数のレバーは、反対方向に延在する２つのレバーを備えてよい。
【００１２】
レバーは曲げヒンジによって互いに接続されてよい。曲げヒンジは、例えば、レバーの間に接続された板ばねであっても良く、または、レバーは単一の横材から形成されていてもよい。曲げヒンジは横材の薄くされた部分によって提供される。
【００１３】
このようにレバーを接続すると、それぞれのレバーが、（可撓性のピボットとして参照される場合がある）支点の周りを静止位置から離れるように回転するときに、復元力が生じる。この復元力は、試料台に対する支持力を与える。レバーを単一の横材から形成することによって、少ない部品を有し、構造的に堅固で組み立てやすい構成が得られる。支持壁は、支点においてレバーを回転可能に支持するように使用されて良く、レバーは、レバーを回転させる支点を提供する可撓性接続によって支持壁に接続されて良い。さらに、それぞれのレバー及びその支持壁は一体構造であって良く、可撓性接続は、レバーと支持壁との間の結合部の薄くされた部分によって提供される。
【００１４】
この種の可撓性ピボットは、それぞれのレバーが回転するときにさらに復元力を与え、試料台に対する支持力を増加させる。一体構造は少ない部品を有し、構造的に堅固で組み立てやすい。
【００１５】
可撓性ピボットを支持する支持壁は、独立して撓むように構成されてよい。例えば、圧電変換機は膨張するように駆動され得る一方の支持壁の表面に固定され、支持壁を撓ませてよい。一方の、又は他方の（もしくは両方の）支持壁を撓ませることによって、その有効長は互いに対して減少する。このことによって、異なるレバーの支点の間の相対的な動きが生じる。試料台はそれぞれのレバーに接続されているので、この支点間の相対的な動きは試料台を基体部に対して回転させ、角度を持った位置決めを可能とする。
【００１６】
試料台は、出力連結部の軸に平行に加えられる力に対して剛性を有している一対の出力連結部によってレバーに取り付けられても良い。これよって、動きはレバーから試料台へ確実に伝導される。
【００１７】
出力連結部は、その軸に対して横方向に加えられる力に対して変形可能であって良い。このことは、位置決め部材がレバーの弓状の動きの横方向の成分を収容するのを補助し、試料台を直線的に動くようにする。別の場合には、出力連結部と、レバー及び／もしくは試料台との間を弾性的に取り付けることによって、これらの横方向の動き成分を収容するようにしても良い。
【００１８】
たとえ試料台が基体部に対して、駆動軸に横方向に動いても、または、ずれていても、位置決め部材は、可撓性出力連結部によって試料台を駆動軸に平行に確実に位置決めし、横方向の動きは出力連結部の撓みによって収容される。このことによって、多数の位置決め部材を並行して結合して多軸の位置決め部材とすることができる。例えば、２つのまたは３つの直角に取り付けられた位置決め部材は共通の基体部及び共通の試料台の間に接続され、２軸のまたは３軸の位置決め部材を提供することができる。
【００１９】
出力連結部は、駆動機構が起動力を与える駆動軸に略平行に延在して良い。
【００２０】
出力連結部は、駆動機構又はその重要な部分が配置されるレバーの同じ側から離れるように延在して良い。
【００２１】
この背中合わせの出力連結部によって、相対的に長い出力連結部を小さいスペースで使用することができる。長い出力連結部の使用はその可撓性を向上させる。さらに、長い出力連結部は、多軸の位置決め部材におけるレバーの弓状の動き又は試料台の基体部に対する横方向の動きに関連する横方向の動きのための相対的に大きな曲率半径を提供する。大きな曲率半径を有すると、位置決め部材の動きの横方向及び縦方向の成分の間の結合が減少する。
【００２２】
さらに、位置決め部材は、例えば、コイルばねのようなばねなどの、それぞれのレバーに接続され、レバーの基体部に対する動きに抵抗するように配置された付勢要素を備えても良い。付勢部材は、レバーが駆動機構によって動くときに、レバーに対する追加的な復元力を与える。また、付勢部材は、位置決め部材が確実に支持し位置決めする荷重を増加させる。
【００２３】
また、位置決め部材は、それぞれのレバーに接続され、レバーが基体部に対して動く量を制限する停止機構を備えても良い。停止機構は位置決め部材が、例えば駆動機構によって過負荷され、または過度に駆動されることによって損傷を受けないようにしている。
【００２４】
一般的に、レバーの寸法と、試料台及び駆動機構をレバーに取り付ける位置とは、試料台が、駆動機構が動く量より多くの量を動くように決められている。すなわち、レバーの作用の機械的な増倍、又は機械的な増幅は１より大きい。しかし、いくつかの例においては、試料台が、駆動機構が動く量より少ない量を動くように、構成が決められている場合もある。すなわち、レバーの作用の機械的な増倍、すなわち機械的な増幅は１より小さい。この構成では圧電素子の膨張又は収縮は効果的に減速される。このことによって、試料を駆動機構の精度より高い精度で位置決めすることができる。
【００２５】
位置決め部材は、レバーの位置を測定するための一以上の歪みゲージを備えても良い。歪みゲージを取り付ける多くの位置がある。例えば、歪ゲージは駆動機構の部分に取り付けられても良い。例えば、歪ゲージは、駆動機構の部分を形成することのできる圧電素子の側面に取り付けられても良い。このようにすると、駆動機構の動きを測定することができ、それからレバーの位置を計算することができる。レバーの位置から、基体部に対する試料台の位置を決めることができる。また、歪みゲージの出力信号を、例えばエンコーダ装置に供給して、位置決めの安定性を向上させるためにフィードバック制御のループの中で使用することもできる。
【００２６】
一以上の歪みゲージをそれぞれのブリッジ状測定回路に取り付けることもできる。例えば、位置決め部材そのものに取り付けられるホィーストンブリッジ測定回路が上げられる。このようにすると、ブリッジ状回路の異なる要素の間の温度差から生じる効果を減少させることができる。いくつかの実施形態においては、歪ゲージは、感度を向上させるように、ブリッジ状回路のそれぞれのアーム部に使用されても良い。
【００２７】
位置決め部材は、互いから離れるように延在する複数のさらなるレバーを備えても良く、これらさらなるレバーは基体部及び駆動機構に接続され、駆動機構の起動はさらなるレバーに伝導されて、これら更なるレバーが基体部に対して動く。
【００２８】
それぞれのさらなるレバーは支点に回転可能に取り付けられ、さらなるレバーは支点によって内側及び外側アーム部に細分され、内側アーム部は駆動機構に接続され、外側アーム部は基体部に接続される。
【００２９】
さらなるレバーは、駆動機構がそれぞれの更なるレバーに同じ方向に作用するように配置されてよい。この方向は、駆動機構が最初に示したレバーまたは出力レバーに作用する方向とは別の方向である。
【００３０】
後述の全体を通して、さらなるレバーは入力レバーとして参照される場合がある。この用語は、それらが基体部に取り付けられ、位置決め部材の入力段階と考えられることができるということを示している。
【００３１】
通常、入力レバーは出力レバーに対して鏡面対称となっており、高度の対称性を有する位置決め部材を提供している。入力レバーの設計と構成は、出力レバーに対して前述された特徴に対応する多くの特徴を備えている。
【００３２】
一対の入力連結部は基体部を入力レバーに接続するために使用されても良く、入力連結部は入力連結部の軸に平行に加えられる力に対して剛性を有しているが、入力連結部の軸の横方向に加えられる力に対しては変形可能である。入力連結部もまた、例えば、入力レバーの駆動機構が配置されている側と同じ側から延在するように背中合わせであり、長い結合部を小さいスペースで使用できるようにされている。
【００３３】
このように高度な対称性を提供することによって、駆動機構の動きを、出力及び入力レバーを介して、試料台に伝導することができる。このことは、出力レバーが、駆動機構の動きの一部分を収容する入力レバーが無い場合に必要とされるピボットの約半分のピボットのみを必要とするということを意味している。このことによって、レバーの弓状の動きに関連する誤差効果が減少する。
【００３４】
さらに、高度な対称性を有する設計は、位置決め部材の多くの別の部品を削減し、より単純な製造を可能としている。
【００３５】
本発明の第２の特徴によれば、第１の方向に沿って位置合わせされた本発明の第１の特徴による第１の位置決め部材と、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って位置合わせされた本発明の第１の特徴による第２の位置決め部材とを備え、第１及び第２の位置決め部材が共通の基体部及び共通の試料台の間に接続されている多軸の位置決め部材が提供されている。
【００３６】
多軸の位置決め部材は、第１、及び第２の方向とは異なる第３の方向に沿って位置合わせされた本発明の第１の特徴による第３の位置決め部材をさらに備え、第３の位置決め部材は共通の基体部と共通の試料台との間に接続されている。
【００３７】
このように、相似の機構を有する多軸の位置決め部材が６つの自由度を有して提供されている。６つの自由度が要求されていない場合には、より少ない自由度が提供されても良い。例えば、第３の位置決め部材は試料台の回転には寄与せず、５軸の位置決め部材として提供されても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明のよりよい理解と本発明の効果を発揮させる方法を示すために、参照として添付の図面に例を示す。
【００３９】
図１，２，３、及び４は、本発明の第１の実施形態による位置決め部材２のそれぞれ正面図、端部から見た図、側面図及び斜視図である。位置決め部材２は、３次元の直交座標系を参照して記載されており、上部及び下部というような用語は図１に示した方向を参照している。しかし、位置決め部材は、別の方向においても同様に使用できることは理解されるであろう。図１の正面図は、ｙ―軸（これらの軸を示すアルファベットは全て「全角」にして下さい）に沿った方向から、図２の端部から見た図はｚ―軸に沿った方向から、図３の側面図はｘ―軸に沿った方向から見たものである。それぞれの図面の中の方向符号は図の直交面を示している。
【００４０】
位置決め部材２は、試料台（又は出力ステージ）６を基体部（又は入力ステージ）４に対してｚ軸に沿って動かすための、一軸の位置決め部材である（試料台６は図２又は図４には示されておらず、基体部４は図４には示されていない）。この例における位置決め部材はｘ方向及びｚ方向が約５５ｍｍ、そしてｙ方向が１５ｍｍの固有の大きさを有している。しかし、設計は固有に寸法を決めることができ、これらの寸法は必要に応じてより小さく又はより大きくすることができることに注意を要する。実際に、設計は、エッチング技術を使用する半導体材料で使用される微小電気機械的システム（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）又は極微小技術環境（ｎａｎｏ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）に対して有用であり得る。位置決め部材は、ステンレススチールからなる主本体部材２１、圧電素子８、主本体２１を基体部４に接続する一対の可撓性入力連結部２２，２４、主本体２１を試料台６に接続する一対の可撓性出力連結部２６，２８、荷重ばね３８，４０、及び荷重ばねのための取り付けスピゴット４２，４４，４６，４８を備えてなる。圧電素子８はスタック状に示されているが、筒状若しくは別の形状の圧電素子が使用され得ることは理解されるであろう。駆動ねじのような他の種類の駆動部もまた使用されてよい。
【００４１】
この例において、主本体２１は一体構造であり、可撓性入力連結部２２，２４が取り付けられる入力横材７及び可撓性出力連結部２６，２８が取り付けられる出力横材９を備えている。入力及び出力横材７，９は第１及び第２の支持壁１８，２０によって互いに離間されている。入力横材７は上面にｙ軸に沿って延びる切り欠き部を備えている。この切り欠き部は、入力横材を中央で撓ませる入力曲げヒンジ２３のために提供されている。出力横材９は同様の切り欠き部を下面に備えている。この切り欠き部は、出力横材を中央で撓ませる出力曲げヒンジ１９のために提供されている。第１及び第２の支持壁１８，２０のそれぞれの端部と、入力及び出力横材７，９との間の接続は、ｙ方向に沿って伸びる主本体２１の薄くされた部分からなり、支点として働く曲げピボット１１，１３，１５，１７をそれぞれ提供している。
【００４２】
横材７，９における曲げヒンジ２３，１９の組み合わせ、及び曲げピボット１１，１３，１５，１７は、４つのレバー１０，１２，１４，１６のために提供されている。入力横材７は曲げヒンジ２３によって第１の入力レバー１０と第２の入力レバー１２に分割され、第１及び第２の入力レバー１０，１２は、それぞれの入力レバーのための支点を提供している曲げピボット１１，１３のそれぞれ１つを有している。出力横材９は曲げヒンジ１９によって第１の出力レバー１４と第２の出力レバー１６に分割され、第１及び第２の出力レバー１４，１６は、それぞれの出力レバーのための支点を提供している曲げピボット１５，１７のそれぞれ１つを有している。よって、圧電素子８の一側部に向かう入力及び出力レバーは対向する第１の一対の入力及び出力レバー１０，１４を形成し、圧電素子８の他の側部に向かう入力及び出力レバーは、対向する第２の一対の入力及び出力レバー１２，１６を形成している。それぞれのレバー１０，１２，１４，１６は、それぞれの曲げピボット１１，１３，１５，１７によって内側アーム部と外側アーム部とに分割されている。レバーの内側アーム部は、曲げピボットから曲げヒンジに向かって内側に延びる部分となっている。外側アーム部は、レバーの曲げヒンジから離れる方向に外側に延びる部分となっている。
【００４３】
圧電素子８は、入力及び出力横材７，９の間に延び、支持壁１８，２０の間に位置している。圧電素子は、適当な駆動信号によって駆動されたときにｚ軸に沿って膨張及び収縮するように配置されている。圧電素子は、入力横材７に隣接する入力端と、出力横材９に隣接する出力端を備えている。圧電素子８の端部と横材７，９との間の界面は、横材を曲げヒンジで、圧電素子を損傷しないように曲げることができるように配置されている。これは、例えば、横材の曲げヒンジと位置決めされた限られた接触領域を有するベアリングパッドを採用することによって達成することができる。圧電素子８は、圧電素子８が配置される隙間よりわずかに長く寸法を決められている。圧電素子は、この小さめの隙間に、対向する一対の入力及び出力レバーの第１の圧入とともに挿入される。このことによってレバー１０，１２，１４，１６はそれぞれの曲げピボットの周りを回転し、圧電素子が嵌合している隙間が広がり、圧電素子を挿入することができる。一旦、圧電素子が所定の位置に収まると、レバーの外側アーム部に加えられる力は除去され、主本体が応力のかかっていない構成になろうとする。しかし、圧電素子がわずかに長く形成されることによって、完全に応力のかかっていない状態にはならない。このことは、圧電素子が圧縮状態に維持されることを確実にする。この圧電阻止の予備応力は良く知られているように作用特性を改善する。
【００４４】
歪ゲージは圧電素子の両側に貼り付けられる。３つの歪ゲージ２９ａ、２９ｂ、２９ｃが図１に示されている。それぞれの歪ゲージは、圧電素子８の膨張又は収縮の度合いを測定するように構成されている。圧電素子８の膨張又は収縮を別の歪みゲージの構成を使用して測定できることは理解されるであろう。例えば、ただ１つの歪みゲージが使用されても良い。しかし、複数の歪ゲージをしようすることによって感度を改善することができる。
【００４５】
図５は、入力横材７を基体部４に接続するために用いられる可撓性入力連結部の１つの断面図である。他の可撓性連結部２４，２６，２８は、図５に示した可撓性連結部２２と位置決め部材２の中に異なって配置されはするが、同じ構造をしている。連結部はその軸に沿って加えられる範囲の力に対しては剛性を有するが、横方向から加えられる力に対しては柔軟性を有する。本発明の短軸の実施形態において、可撓性連結部２２，２４，２６，２８が、横方向から加えられる力に対して変形しない剛性体の連結部に置換することができるということは理解されるであろう。しかし、後述からわかるように、図５に示す種類の可撓性連結部は、位置決め部材を多軸の位置決め部材に簡単に統合できるようにしている。可撓性連結部２２は、取り付けだぼ６０を可撓性部分６２によって一端に取り付けられた剛性の中心本体５８を備えている。同様の可撓性部分６４が中心本体の他端から伸びているが、自由端となっている。中心本体と取り付けだぼとは３ｍｍの直径のステンレス鋼の棒からできている。可撓性部分は１ｍｍの直径のピアノ線からできている。取り付けだぼは、約５ｍｍの長さで、中心本体は約２５ｍｍの長さである。ピアノ線は中心本体と取り付けだぼとに開けられた小孔の中に収容され、約１０ｍｍが中心本体と取り付けだぼとの間に露出し、約１５ｍｍが他の側に露出するようにされている。可撓性連結部２２は全体の長さが約５５ｍｍである。ピアノ線の部分が相対的に短いので、可撓性連結部は相対的に高い長さ方向の強靭性を有するが、横方向には曲げ自在である。この種の結合部は特許文献５にさらに記載されている。
【００４６】
図４からわかるように、可撓性入力連結部２２は位置決め部材２に、自由端の可撓性部分６４が入力レバー１０の外側アーム部の端部近傍に強固に接続されるように設置されている。そして、連結部は出力レバー１４に向かってｚ軸に略平行に延び、中心本体５８は対向するレバーのアーム部１０，１４の間に配置されている。取り付けだぼが取り付けられた可撓性部分６２は、出力レバー１４の中のゴム製の軸受け３４を貫通している。ゴム製の軸受け３４は、可撓性入力連結部２２がその軸に平行な方向の限りにおいては自由に滑動できるが、この軸に対して横向きには滑動できないようにしている。減衰の程度はゴム製の軸受けによって決まり、位置決め部材の振動ノイズを削減するのを補助している。図４に示す方向の位置決め部材２では、取り付けだぼ６０は出力レバー１４の下に位置している。上述のように、基体部４は図４には示されていない。しかし、図１からわかるように、取り付けだぼ６０は基体部に開けられた開口部の中に収容され、例えば、接着又はグラブねじによって所定の位置に保持されている。
【００４７】
別の可撓性入力連結部２４は同様の方法で設置され、入力レバー１２と出力レバー１６との間に接続され、ゴム製の軸受け３６を貫通している。可撓性連結部２４の取り付けだぼは同様に基体部４に取り付けられている。このように、位置決め部材２は基体部４に対して２つの可撓性入力連結部によって支持されている。可撓性入力連結部は長さ方向には剛性を有しているので、可撓性入力連結部が取り付けられている入力レバーの外側アーム部の部分は、基体部に対してｚ―方向に沿って固定されている。しかし、横方向の力に対する可撓性のために、可撓性入力連結部が取り付けられている入力レバーの外側アーム部の部分は、ｘ方向及びｙ方向には動くことができる。この動きがｘｚ平面及びｙｚ平面において弓状であろうことは理解できるが、説明の簡便のため、その最も大きな成分の方向によって記載することとする。
【００４８】
可撓性出力連結部２６，２８は、可撓性入力連結部２２，２４と全体的に同様の方法で設置されるが、基体部を入力レバーに接続するのとは異なり、出力レバーを試料台に接続している。すなわち、可撓性出力連結部の自由端の可撓性部分は、出力レバー１４，１６のそれぞれ一方の外側アーム部の端部の近傍に強固に接続されている。そして、結合部は入力レバー１０，１２に向かってｚ−軸に略平行に延びている。図４に示した方向では、可撓性出力連結部の取り付けだぼは入力レバー１０，１２の上に位置している。試料台６は図４には示されていない。しかし、図１からわかるように、可撓性出力連結部の取り付けだぼは、試料台に開けられた開口部の中に収容され、所定の位置に支持されている。
【００４９】
このように、試料台６は、主本体２１に接続している可撓性出力連結部を介してｚ軸に沿って基体部に対して支持され、同様に、主本体２１は、基体部に接続している可撓性入力連結部によって支持されている。試料台はｘ方向及びｙ方向に動作自在である。これが望ましくない場合には、支持レールまたは押さえ材を使用することができる。
【００５０】
図１から図４に示す方向における位置決め部材では、試料台６上の試料は試料台６から可撓性出力連結部２６，２８に沿って、出力レバー１４，１６の外側アーム部上に下向きに作用するように伝導される負荷力をかける。試料の重さを支える反作用力は、基体部４から可撓性入力連結部２２，２４に沿って、入力レバー１０，１２の外側アーム上に上向きに作用するように伝導される。これによる全体的な効果は、対向する一対の入力及び出力レバーを離間させようとすることである。この動きは、曲げヒンジ１７，１９の弾性力、曲げピボット１１，１３，１５，１７の弾性力、及び圧電素子８の収縮に対する抵抗力によって抵抗される。位置決め部材が曲げヒンジを損傷することなく支持できる有用な負荷を増大させるために、曲げピボットまたは圧電素子８が使用され、ずれに対する正方向の力を与えるために、荷重ばね３８，４０が使用される。これらは対向する一対の入力及び出力レバーの外側アームの間に接続され、効果的に主本体２１の剛性を増加させることによって試料台を追加的に支えている。一方の荷重ばね３８は、一方の対向する一対の入力及び出力レバー１０，１４にそれぞれ接続されている一対のスピゴット４２，４４に取り付けられている。他方の荷重ばね４０は、他方の対向する一対の入力及び出力レバー１２，１６に接続されている同様の一対のスピゴット４６，４８に取り付けられている。スピゴットはねじ止めされて所定の場所に保持される。図２及び図４には２つのスピゴット５０，５２が示されている。
【００５１】
対向するレバーのアーム部の対に接続された各々のスピゴットの対は、入力及び出力レバーのアーム部の間の隙間の大半をまたいで、スピゴットの対の間に延びるように寸法を決められている。しかし、スピゴットの対がぶつかることは無い。位置決め部材の自然状態の、若しくは静止時（例えば圧電素子になんら駆動信号がかけられていない場合）の構成においては、スピゴットは、位置決め部材２の通常の使用における期待される動作範囲の約１．５倍の距離を離間されている。このことは、位置決め部材が自由に動作する範囲を有効範囲とできるようにしているが、この範囲を大幅に超えて動作しようとする場合には、スピゴットがぶつかることによってこの範囲を超えないようにしている。このように、スピゴットは機械的な停止部材または当接部材として作用している。停止部材とスピゴットを兼ね備えさせることは便利であるが、別の停止部材の構成も可能である。５０％以上の安全限界はもちろん可能である。
【００５２】
試料台６上に載置された試料は、圧電素子８を膨張若しくは収縮するように駆動することによってｚ方向に沿って望ましい位置に移動することができる。自然状態の構成（例えば、駆動信号がかけられていない構成）において、位置決め部材は試料をｚ方向に沿った位置ｚ０に支持し、この位置はその自然状態の位置または静止位置として参照される。ｚ座標は、図１に方向符号によって示すように上に向いて増加するようにとられる。試料をその自然状態の位置から上方向に動かすために、コントローラ（図示せず）からの駆動信号が圧電素子に入力され、圧電素子は総量Δｚｐｚだけ膨張する。圧電素子の膨張は入力及び出力レバーの内側アーム部に作用し、入力及び出力レバーの対向する対の外側アーム部は、レバーがそれぞれの曲げピボットの周りを回転するときに接合される。このようにすることによって、可撓性入力連結部及び可撓性出力連結部の配置の故に、試料台６と、従ってその上の試料とは、基体部４から離れるように上方向に動く。
【００５３】
各々のレバーのアーム部の動きは圧電素子のｚ軸を含む平面において弓状であるが、入力及び出力レバーのアーム部の対称的な動きは可撓性連結部をわずかに斜めにする。このように、試料台が上昇するときに、入力及び可撓性出力連結部も、ｚ方向に沿って互いに対して動くのに加えて、圧電素子に向かって内側に少しだけ動く。圧電素子の中心を通るｙｚ平面に対する位置決め部材の対称性の故に、圧電素子の一の側の可撓性連結部は、内側に、他の側の可撓性連結部の動きと同じ量だけ反対方向に動く。このため、基体部に対して試料台に移動する動きに総量としての横方向の動きは無い。可撓性連結部の小さい横方向の動きは可撓性部分によって収容される。従って、試料台の動きは、試料台が支持されているレバーの外側アーム部の弓状の動きに関連する水平方向の成分から大きく切り離されている。従って、試料台はｚ軸にほとんど平行な方向に動く。試料台６が動く量は、圧電素子が膨張する量、及びレバーの機械的な増倍によって決まる。図１〜図５に示す例示的位置決め部材では、レバーの内側アームの有効長さ（例えば、曲げピボットと、圧電素子８が曲げピボットに作用する位置との間の距離）は、レバーの外側アーム部の有効長さ（例えば、曲げピボットと可撓性連結部との間の距離）の３分の１である。これは、圧電素子がΔｚｐｚの量を動いたときに、試料台はΔｚｓｐ＝３Δｚｐｚの量を上昇するということを意味している。よって、位置決め部材によって提供される動きの全体の範囲は、圧電素子８自体の動きの全体の範囲の３倍である。位置決め部材の対称性の故に、この増幅は、圧電素子の駆動軸に平行な、試料台の実質的な直線運動が維持されている間に達成される。別の増幅がレバーの内側及び外側アーム部の有効長さの比を変化させることによって達成されることは理解されるであろう。１未満の機械的増倍を提供することも可能である。これは位置決め部材の動きの全体の範囲を減少させるが、圧電素子の膨張及び収縮を効果的に減速する。このことによって、駆動メカニズムにおけるノイズに関係する試料台の位置のジッターを減少させることができる。例えば、圧電素子に入力される駆動信号の電気ノイズによるものを減少させることができる。
【００５４】
圧電素子をさらに膨張させることによって、試料をｚ方向に沿ってさらに動かすことができ、圧電素子を収縮させることによって、試料を原点に向かって戻すこともできる。圧電素子を原点構成から収縮するように駆動することによって試料を原点から下方向に動かすことができる。しかし、一定の圧電素子では、通常収縮の範囲より膨張の範囲のほうが大きくされている。例えば、圧電素子は通常膨張する範囲の１０％程度しか収縮できない。よって、試料の原点は、通常、試料が受け入れられる最も低い位置、またはその近傍に対応するように選択される。
【００５５】
試料台の、ある瞬間の位置は、圧電素子に入力される駆動信号に対する位置決め部材の既知の応答から計算することができる。代替的に、位置を測定するセンサーを設けることができる。センサーを設けることによって、位置決め部材の応答の長時間にわたるドリフトの影響を軽減でき、また、このセンサーは、フィードバックループを使用した位置の安定化を補助するフィードバック信号として使用することもできる。
【００５６】
位置の測定は、圧電素子８に取り付けられた歪みゲージ２９ａ，２９ｂ、２９ｃで行っても良い。これらの歪みゲージからの出力は、圧電素子８の膨張又は収縮の程度を示している。この出力から、レバーの位置が決定され、よって基体部に対する試料台の位置が計算される。一の例において、歪ゲージは、位置決め部材に局所的に取り付けられたホィーストンブリッジの測定回路に組み込まれている。このようにすると、例えば、ホィーストンブリッジの別の要素間に生じる熱的な変位に関係する効果を軽減することができる。
【００５７】
別の例においては、試料台の基体部に対する位置のより直接的な測定法が提供されている。例えば、隣り合う入力及び可撓性出力連結部の対のオーバーラップを測定するように配置されたリニアな変位変換機によるものである。別の場合には、別のフィードバックメカニズム、例えば、試料の位置による外部由来の信号が使用される。例えば、反射型、又は干渉型工学的エンコーダが使用される。
【００５８】
位置決め部材の多くの別の構成が可能であることは理解できるであろう。例えば、他軸の位置決め部材に組み入れられていない単軸の位置決め部材は、主本体を基端部及び試料台に接続するための可撓性連結部の代わりに、剛体の結合部を採用することができる。このような場合、摺動軸受けまたは弾性軸受けの取り付けを、レバーの外側アームの弓状の動きに関係する横方向の動きを収容するための、基体部と試料台との両方の結合部に採用することができる。
【００５９】
別の例において、入力横材は曲がらないように剛体であっても良く、代わりに基体部の一部分を形成しても良く、又は強固に基体部に結合されていても良い。このような場合、圧電素子の膨張は出力レバーの内側アーム部に全体的に作用する（入力レバーは存在しない）。この構成によって、可撓性出力連結部の取り付けだぼは斜め状よりは弓状に動く。これに関係する横方向の動きの成分は、また、可撓性連結部の可撓性によって、または剛体の結合部が使用される場合には取り付けの柔軟性によって収容される。
【００６０】
位置決め部材を通して互いに背中合わせの入力及び可撓性出力連結部を備えた配置によって、相対的に長い結合部が小さい空間内で使用できる。これによって、結合部の可撓性が改善されるとともに、横方向の動きに関する相対的に大きな曲率半径が得られる。これによって、位置決め部材の横方向と長手方向との間の結合が弱められる。しかし、ある実施形態においては、可撓性連結部は位置決め部材を通して背中合わせでなくても良く、代わりに位置決め部材から離れる方向に直接延びていてよい。これは、動きの方向を効果的に反転し、圧電素子の膨張によって試料台を上述したのとは反対の方向へ動かす。
【００６１】
ある例においては、入力レバーと、存在する場合には出力レバーとは、例えば、曲げヒンジとして働く板ばねによって結合された別々の要素であることができ、曲げヒンジを形成するための切り欠きを備えた１本の横材から形成される必要は無い。別の例においては、出力レバーは互いに離れていて、その間に曲げヒンジも他の直接的な結合を持たないこともできる。これらの場合には、図１〜図４に示した種類の荷重ばねが、曲げヒンジの機能（例えば、加重支持及び復元力を提供する機能）を置き換えるように使用されることができる。この場合、第１及び第２の支持壁の間の結合、または他の方法は、レバーを互いに対して所定の位置に正しく保持するために使用することができる。
【００６２】
また、別の種類のピボットがレバーのための支点として使用されても好いことが理解されるであろう。例えば、一体の主本体を備えない例においては、レバーに設けられたＶ字状の溝の中に配置されたナイフエッジを有する支持壁が曲げピボットを提供するように私用されても良い。
【００６３】
さらに、圧電素子自体の軸が、それに沿って圧電素子が起動力又は駆動力を与える駆動軸に平行ではないように、圧電素子が構成されても良い。例えば、圧電素子が一の方向に膨張及び収縮し、構成された機械的なドライブトレーンがこの動きを駆動軸に沿って機動力を与えるように伝達するように、圧電素子を配置しても良い。
【００６４】
上述には、試料台を基体部に対して垂直方向のｚ軸に沿って位置合わせする位置決め部材が記載されてきた。この特定の座標は任意的なものであり、位置決め部材の軸が、試料台を基体部に対して、上下逆の構成を含めて望ましい方向に沿って配置できることが理解されるであろう。上述の記載では、図１〜図４に示した座標における位置決め部材のみについて、上、下、上方、下方、及び前方へというように記載されている。
【００６５】
図６は、本発明の第２の実施形態による位置決め部材１０２の斜視図を示している。上述の第１の実施形態と同様に、位置決め部材１０２は３次元の直交座標系を基準として記載されている。図の中の方向符号は、直交座標の方向を示している。
【００６６】
位置決め部材１０２は、試料台１０６（または出力ステージ）を基体部１０４（または入力ステージ）に対して、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って動かすための３軸平行位置決め部材である。この例における位置決め部材の外形寸法は、通常、約５５ｍｍの特徴的なサイズを有する立方体状である。
【００６７】
図７は、試料台１０６及び基体部１０４の分解斜視図を示している。基体部は、立方体の３面を形成するように配置された３つの面を備えている。ｘｙ面１１０はｘｙ平面にあり、ｘｚ面１１２はｘｚ平面にあり、ｙｚ面１１４はｙｚ平面にある。試料台は、同様に、立方体の３面を形成するように配置された３つの面を備え、ｘｙ平面にあるｘｙ面１２０、ｘｚ平面にあるｘｚ面１２２、及びｙｚ平面にあるｙｚ面１２４を備えている。図６に示す組み立てられた位置決め部材１０２において、試料台１０６と基体部１０４とは互いに近接して配置されているが、接してはいない。
【００６８】
図６からわかるように、３軸位置決め部材１０２は、試料台１０６と基体部１０４との間を直行する３つの軸に沿って平行に結合する３つの単軸位置決め部材を備えている。これらの３つの短軸位置決め部材は、ｘ軸位置決め部材２ｘ、ｙ軸位置決め部材２ｙ、およびｚ軸位置決め部材２ｚである。これらのそれぞれは、ｘ軸位置決め部材及びｙ軸位置決め部材が異なった方向を向いていることを除いて、上述し、図１〜図５に図示した位置決め部材と同様であり、かつ、同様に作用する。
【００６９】
ｘ軸位置決め部材２ｘは、その駆動軸がｘ−軸に平行で、かつ、基体部のｙｚ面１１４と試料台のｙｚ面１２４との間が結合された状態で配置される。ｘ軸位置決め部材２ｘの可撓性入力連結部のための取り付けだぼは、基体部のｙｚ面１１４に開けられた孔部７６，７８の中に嵌合する。これらのだぼは、それぞれのグラブねじ９０，９２によって所定の位置に保持されている。ｘ軸位置決め部材２ｘの可撓性出力連結部のための取り付けだぼは、同様に試料台のｙｚ面に開けられた孔部（図示せず）の中に嵌合する。このように、ｘ軸位置決め部材が図１〜図５に示した位置決め部材について上述したように駆動されるときに、試料台１０６は基体部１０４に対してｘ方向に沿って動かされる。
【００７０】
ｙ軸位置決め部材２ｙは、その駆動軸がｙ軸に平行であるように配置され、基体部のｘｚ面１１２と、試料台のｘｚ面１２２との間を接続している。ｙ軸位置決め部材２ｙの可撓性入力連結部のための取り付けだぼは、基体部のｘｚ面１１２に開けられた孔部７２，７４の中に嵌合している。これらの取り付けだぼもまた、グラブねじによって保持されている。ｙ軸位置決め部材２ｙの可撓性出力連結部のための取り付けだぼは、同様に、試料台のｘｚ面１２２に開けられた孔部８４，８６の中に嵌合している。よって、ｙ軸位置決め部材が駆動されるとき、試料台１０６はｙ軸に沿って基体部１０４に対して動く。
【００７１】
ｚ軸位置決め部材２ｚは、その駆動軸がｚ軸に平行であるように配置され、基体部のｘｙ面１１０と、試料台のｘｙ面１２０との間を接続している。ｚ軸位置決め部材２ｚの可撓性入力連結部のための取り付けだぼは、基体部のｘｙ面１１０に開けられた孔部（図示せず）の中に嵌合している。ｚ軸位置決め部材２ｚの可撓性出力連結部のための取り付けだぼは、試料台のｘｙ面１２０に開けられた孔部８０，８２の中に嵌合している。よって、ｚ軸位置決め部材２ｚが駆動されるとき、試料台１０６はｚｙ軸に沿って基体部１０４に対して動く。
【００７２】
このように、ｘ軸位置決め部材、ｙ軸位置決め部材、及びｚ軸位置決め部材を駆動することができ、３つ全ての軸に沿って試料台を位置決めすることができる。ｘ軸位置決め部材、ｙ軸位置決め部材、及びｚ軸位置決め部材のそれぞれが、基体部と試料台との間を接続する可撓性連結部を備えているので、それぞれの軸に関する位置決め部材は、特許文献５に記載されているのとほぼ同様に、他の軸それぞれに沿った動きを収容することができる。
【００７３】
図２に示した一軸の位置決め部材２について見ると、いくつかの例において第１及び第２の支持壁１８，２０は、十分に薄く作られることができ、外側または内側に撓むことができる。このことは好適に取り付けられた起動部材を使用することによって達成することができる。例えば、一方の支持壁の外側面に固定された圧電素子を膨張するように駆動し、支持壁を撓ませることができる。また、一以上の歪みゲージを支持壁に取り付け、撓みの程度を測定することができる。
【００７４】
一方の側の支持壁を撓ませることは、その側の対向する一対の入力レバーと出力レバーとをまとめる効果を有し、同じ側の基体部と試料台との間の離隔距離を増加させる。従って、このように支持壁を撓ませると、図１〜図４に示した試料台をｙ軸の周りに角度を有するように位置決めすることができる。図６に示す３つの位置決め部材それぞれの支持壁を撓ませる同様の手段を備えることによって６軸の位置決め部材を提供している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施例による一軸の位置決め部材の正面図である。
【図２】図１に示した位置決め部材の端面から見た図である。
【図３】図１に示した位置決め部材の側面図である。
【図４】図１に示した位置決め部材の斜視図である。
【図５】図１に示した位置決め部材の可撓性の連結部を示している。
【図６】本発明の第２の実施形態による３軸の位置決め部材の斜視図である。
【図７】図６に示した位置決め部材のための基体部及び試料台の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
２・・・位置決め部材
４・・・基体部
６・・・試料台
８・・・圧電素子（駆動機構）
１０，１２、１４、１６・・・レバー
１１，１３，１５，１７・・・曲げピボット
１８，２０・・・支持壁
１９，２３・・・曲げヒンジ
２２，２４・・・可撓性入力連結部
２６，２８・・・可撓性出力連結部
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ・・・歪みゲージ
３８，４０・・・荷重ばね（付勢要素）
【図１】
2007530922.tif 000003
【図２】
2007530922.tif 000004
【図３】
2007530922.tif 000005
【図４】
2007530922.tif 000006
【図５】
2007530922.tif 000007
【図６】
2007530922.tif 000008
【図７】
2007530922.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月24日(2006.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部及び該基体部に対して移動可能な試料台と、
前記基体部と前記試料台との間で作用するように配置された駆動機構と、
互いから離隔するように延びる複数のレバーであって、前記レバーは前記試料台を支持するとともに、前記駆動機構に接続され、該駆動機構の起動が前記レバーで機械的に増倍して伝導され、前記試料台を位置決めし、それぞれの前記レバーは支点に回転可能に取り付けられ、前記レバーを内側、及び外側アーム部に細分し、前記内側アーム部は前記駆動機構に接続され、前記外側アーム部は前記試料台を支持する複数のレバーと、
前記支点を形成するように、可撓性接続によって前記レバーに接続された支持壁と、
を備える位置決め部材。
【請求項２】
前記駆動機構は前記レバーに同一の方向に向かって作用するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め部材。
【請求項３】
前記駆動機構は、圧電素子を備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め部材。
【請求項４】
前記複数のレバーは、互いに反対方向に延在する少なくとも１対のレバーを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項５】
前記レバーの少なくともいくつかを接続する曲げヒンジをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項６】
前記レバーは単一の横材から形成され、前記曲げヒンジは前記横材の薄くされた部分により提供されていることを特徴とする請求項５に記載の位置決め部材。
【請求項７】
それぞれの前記レバー及びその支持壁は一体に構成され、前記可撓性接続は薄くされた接続部分によって提供されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項８】
前記支点は、前記試料台を基体部に対して回転することができるように、互いに対して移動可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項９】
前記試料台は、一対の出力連結部によって前記レバーに取り付けられ、該出力連結部はその軸に沿って加えられる力に対して剛性を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１０】
前記出力連結部は、その軸に対して横方向に加えられる力に対して変形可能であることを特徴とする請求項９に記載の位置決め部材。
【請求項１１】
前記出力連結部は、前記レバーの前記駆動機構が配置されている側と同じ側から離れるように延在していることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の位置決め部材。
【請求項１２】
前記出力連結部は、前記駆動機構が始動力を与える駆動軸に沿って略平行に延在することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１３】
それぞれの前記レバーに接続されるとともに、前記基体部に対する前記レバーの動きに抗するように配置された付勢要素をさらに備え、該付勢要素が、前記レバーが動かされたときに復元力を提供することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１４】
それぞれの前記レバーに接続され、基体部に対して可動である量を制限する機械的停止部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３に記載の位置決め部材。
【請求項１５】
前記レバーの機械的増倍は、前記試料台を前記駆動機構の移動量よりも多い量動かすように作用することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１６】
前記レバーの機械的増倍は、前記試料台を前記駆動機構の移動量よりも少ない量動かすように作用することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１７】
前記レバーの位置を測定するための一以上の歪みゲージをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項１８】
前記一以上の歪ゲージは、前記位置決め部材に取り付けられたそれぞれのブリッジ状測定回路に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載の位置決め部材。
【請求項１９】
互いから離間するように延在する複数のさらなるレバーを備え、これらのさらなるレバーは前記基体部及び前記駆動機構に接続され、前記駆動機構の起動がこれらのさらなるレバーに伝導し、これらのさらなるレバーを前記基体部に対して動かすことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２０】
それぞれの前記さらなるレバーは支点に回転自在に取り付けられ、前記さらなるレバーを前記内側及び外側アーム部に細分し、前記内側アーム部は駆動機構に接続され、外側アーム部は基体部に接続されていることを特徴とする、請求項１９に記載の位置決め部材。
【請求項２１】
前記駆動機構は、それぞれの前記さらなるレバーに対して同一の方向に作用することを特徴とする請求項１９または２０に記載の位置決め部材。
【請求項２２】
前記駆動機構は、前記さらなるレバーに対し、前記駆動機構が最初に示した前記レバーに作用するのとは別の方向に作用するように配置されていることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２３】
それぞれの前記さらなるレバーは、最初に述べた前記レバーのうちの対応する一のレバーに位置合わせされていることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２４】
前記さらなるレバーは、曲げヒンジによってともに接続されていることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項２５】
前記さらなるレバーは単一の横材から形成され、前記曲げヒンジは前記横材の薄くされた部分によって提供されていることを特徴とする請求項２４に記載の位置決め部材。
【請求項２６】
前記支持壁はまた、前記さらなるレバーを支持し、前記さらなるレバーは、支点を提供するための可撓性接続によって前記支持壁に接続されていることを特徴とする、請求項２０〜２５に記載の位置決め部材。
【請求項２７】
それぞれの前記さらなるレバー及びその支持壁は一体に構成され、前記可撓性接続はそれらの結合部分の薄くされた部分によって提供されていることを特徴とする請求項２６に記載の位置決め部材。
【請求項２８】
最初に示した前記レバー、前記支持壁、及び前記さらなるレバーは一体に構成されていることを特徴とする、請求項２６または２７に記載の位置決め部材。
【請求項２９】
前記さらなるレバーは、その軸に沿って加えられる力に対して剛性を有している１対の入力連結部によって基体部に接続されていることを特徴とする、請求項１９〜２８のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３０】
前記入力連結部は、軸に対して横方向に加えられる力に対して変形可能であることを特徴とする、請求項２９に記載の位置決め部材。
【請求項３１】
前記入力連結部は、前記入力レバーの前記駆動機構が配置されている側と同じ側から離れるように延在することを特徴とする請求項２９または３０に記載の位置決め部材。
【請求項３２】
前記入力連結部は、駆動機構がそれに沿って起動力を与える駆動軸に略平行に延在することを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３３】
前記それぞれのさらなるレバーに接続されるとともに、前記基体部に対する前記さらなるレバーの動きに対して抗するように配置された付勢要素をさらに備え、該付勢要素が、前記さらなるレバーが動かされるときに復元力を提供することを特徴とする、請求項１９〜３２のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３４】
それぞれの前記さらなるレバーに接続され、前記さらなるレバーが前記基体部に対して可動である量を制限する機械的停止部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１９〜３３のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３５】
前記さらなるレバーの位置を測定するための一以上の歪みゲージをさらに備えていることを特徴とする請求項１９〜３４のいずれか一項に記載の位置決め部材。
【請求項３６】
前記一以上の歪ゲージは、前記位置決め部材に取り付けられたそれぞれのブリッジ状測定回路に取り付けられていることを特徴とする請求項３５に記載の位置決め部材。
【請求項３７】
第１の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３６のいずれか一項に記載の第１の位置決め部材と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３６のいずれか一項に記載の第２の位置決め部材とを備え、前記第１及び第２の位置決め部材は、共通の基体部と共通の試料台との間を接続していることを特徴とする多軸の位置決め部材。
【請求項３８】
前記第１の方向及び前記第２の方向は互いに直角であることを特徴とする請求項３７に記載の多軸の位置決め部材。
【請求項３９】
第３の方向に沿って位置決めされた請求項１〜３６のいずれか一項に記載の第３の位置決め部材をさらに備え、前記第３の方向は前記第１及び第２の方向とは異なり、前記第３の位置決め部材は前記共通の基体部と前記共通の試料台との間を接続していることを特徴とする、請求項３７または請求項３８に記載の多軸の位置決め部材。
【請求項４０】
前記第３の方向は、前記第１または第２の方向のうちの少なくとも一に対して直角とされていることを特徴とする、請求項３９に記載の多軸の位置決め部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の第１の特徴によれば、基体部及び該基体部に対して移動可能な試料台と、前記基体部と前記試料台との間で作動するように配置された駆動機構と、互いに離隔するように延びる複数のレバーであって、前記レバーは前記試料台を支持するとともに、前記駆動機構に接続され、該駆動機構の起動が前記レバーで機械的に増倍して（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ａｄｖａｎｔａｇｅ）伝導され、前記試料台を位置決めし、それぞれの前記レバーは支点に回転可能に取り付けられ、前記レバーを内側、及び外側アーム部に細分し、前記内側アーム部は前記駆動機構に接続され、前記外側アーム部は試料台を支持する複数のレバーと、前記支点を形成するために、可撓性接続によって前記レバーに接続された支持壁と、を備える位置決め部材が提供されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
内側アーム部が駆動機構に接続され、外側アーム部が試料台を支持するように、レバーを内側及び外側アーム部に細分する支点に回転可能に取り付けられたそれぞれのレバーは、単純なレバー及び駆動機構の構成を可能としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
このようにレバーを接続すると、それぞれのレバーが、（可撓性のピボットとして参照される場合がある）支点の周りを静止位置から離れるように回転するときに、復元力が生じる。この復元力は、試料台に対する支持力を与える。レバーを単一の横材から形成することによって、少ない部品を有し、構造的に堅固で組み立てやすい構成が得られる。それぞれのレバー及びその支持壁は一体構造であって良く、可撓性接続は、レバーと支持壁との間の結合部の薄くされた部分によって提供される。
【国際調査報告】
2007530922.tif 000010
2007530922.tif 000011
2007530922.tif 000012
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