(57)【要約】【課題】大きな摺動面へ押し付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も利用可能な複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置を提供する。【解決手段】複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動を行うために、固定体１と、この固定体１上に配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子２Ａと縦変形を起こすピエゾ素子２Ｂとを貼り合わせてなる積層ピエゾ素子２と、この積層ピエゾ素子２上に設けられる移動体３と、前記移動体３を前記固定体１に対して、剪断変形移動、楕円波発生による超音波モータモード移動を行わせる前記積層ピエゾ素子の駆動手段４とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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移動体に設け、前記積層ピエゾ素子の駆動により、前記移動体を固定体に対して移動させることを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法。
【請求項２】
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固定体に設け、前記積層ピエゾ素子の駆動により、移動体を前記固定体に対して移動させることを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法。
【請求項３】
請求項１記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、前記移動体の移動が、剪断変形移動、楕円波発生による超音波モータモード移動によることを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法。
【請求項４】
（ａ）固定体と、
（ｂ）該固定体に接するように配置され、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てなる積層ピエゾ素子と、
（ｃ）該積層ピエゾ素子に設けられる移動体と、
（ｄ）前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを具備することを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置。
【請求項５】
請求項４記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が水平面上に配置されることを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置。
【請求項６】
請求項４記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が垂直方向に配置され、前記移動体の静止時に前記移動体に対して案内面法線方向に荷重を付与する荷重付与装置を具備することを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置。
【請求項７】
請求項６記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が対向するように配置され、中央に移動体が配置され、前記２個の固定体と前記移動体間にそれぞれ一対の前記積層ピエゾ素子を具備することを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置。
【請求項８】
請求項４記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が壁面と天井面を形成するように配置され、前記壁面と天井面にそれぞれ対応する前記積層ピエゾ素子に固定される移動体を具備することを特徴とする複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密移動機構に係り、特に顕微鏡での試料の移動機構として利用可能な複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、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１参照）。
【０００３】
図１９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。
【０００４】
この図に示すように、従来は、本体１０１と脚１０２の間に剪断方向に変位するピエゾ素子１０３を挟み、鋸歯状波の電圧をピエゾ素子１０３に印加することによって移動を生じるようにしている。
【非特許文献１】Ｐｈ．Ｎｉｅｄｅｒｍａｎｎ，Ｒ．Ｅｍｃｈ，ａｎｄ  Ｐ．Ｄｅｓｃｏｕｔｓ、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，５９，３６８，（１９８８）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、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、摺動面の押し付け圧の選択幅が狭く、移動速度が遅いなどの問題点があった。
【０００６】
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と、縦変形を起こすピエゾ素子とを組み合わせ、大きな摺動面へ押し付け圧を加えた時にも移動可能な複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、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移動体に設け、前記積層ピエゾ素子の駆動により、前記移動体を固定体に対して移動させることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、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固定体に設け、前記積層ピエゾ素子の駆動により、移動体を固定体に対して移動させることを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、前記移動体の移動が、剪断変形移動、楕円波発生による超音波モータモード移動によることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、固定体と、この固定体に接するように配置され、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てなる積層ピエゾ素子と、この積層ピエゾ素子に設けられる移動体と、前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔４〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が水平面上に配置されることを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が垂直方向に配置され、前記移動体の静止時に前記移動体に対して案内面法線方向に荷重を付与する荷重付与装置を具備することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔６〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が対向するように配置され、中央に移動体が配置され、前記２個の固定体と前記移動体間にそれぞれ一対の前記積層ピエゾ素子を具備することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕上記〔４〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が壁面と天井面を形成するように配置され、前記壁面と天井面にそれぞれ対応する前記積層ピエゾ素子に固定される移動体を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、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、剪断ピエゾ素子と縦変形ピエゾ素子を用いて楕円振動を発生させることにより、超音波モータとしての高速変位が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動を行うために、固定体と、この固定体に接するように配置され、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てなる積層ピエゾ素子と、この積層ピエゾ素子上に設けられる移動体と、剪断変形移動、楕円波発生による超音波モータモード移動により前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを具備する。この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ることにより、大きな摺動面へ押し付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も利用可能な積層ピエゾ素子を提供する。
【００１７】
そして、１ｎｍオーダの位置決め分解能と、ｃｍ／ｓオーダの高移動速度を実現することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【００２０】
この図において、１は固定体（ベース）、２は剪断ピエゾ素子２Ａと縦変形ピエゾ素子２Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、３はその積層ピエゾ素子２上に固定される移動体（負荷）、４は積層ピエゾ素子２を駆動するための駆動手段であり、例えば鋸歯状の駆動パルス（後述の図２や図４参照）や富士山形状の駆動パルス（後述の図６参照）を積層ピエゾ素子２へ印加して、積層ピエゾ素子２の急速変形によるステップ動作を行わせるようにしている。
【００２１】
また、詳しくは詳述するが、駆動手段４によって積層ピエゾ素子２に正弦波、余弦波を印加することにより、楕円波を発生させ、超音波モータモードによって移動体３を固定体１に対して高速移動させることもできる。
【００２２】
また、図示しないが、図１に示した固定体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を設けて、この積層ピエゾ素子の駆動により、移動体を固定体に対して移動させるようにしてもよい。
（精密高速移動機構の第１の駆動態様）
図２はその複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図、図３はそれによる精密高速移動機構の移動体の移動態様を示す模式図である。
【００２３】
この実施態様では、縦変形ピエゾ素子２Ｂがまず伸長する動作を行う場合について説明する。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、剪断ピエゾ素子２Ａと縦変形ピエゾ素子２Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２上に移動体３が設けられ、固定体１上に載置される。
【００２５】
次に、剪断ピエゾ素子２Ａに、図２（ａ）に示すような駆動パルスを印加し、縦変形ピエゾ素子２Ｂに図２（ｂ）に示すような駆動パルスを印加すると、図３（ｂ）に示すように、まず、剪断ピエゾ素子２Ａの変形に伴い移動体３が移動し、次に、縦変形ピエゾ素子２Ｂが伸長して移動体３を持ち上げる。
【００２６】
そして、図３（ｃ）に示すように、まず、縦変形ピエゾ素子２Ｂが急速に縮み、移動体３が落ちる隙に、剪断ピエゾ素子２Ａが急速に右へ変形することにより、元の形状、ないし、次の動作（サイクル）の準備姿勢に戻り、１ステップの移動が終了する。
【００２７】
上記した本発明の第１実施例によれば、従来のピエゾ素子の剪断変形を用いた移動機構に比べて、移動速度、耐荷重の点で大幅に改善でき、１ｎｍオーダの位置決め分解能と、ｃｍ／ｓオーダの高移動速度を実現することができる。
【００２８】
（精密高速移動機構の第２の駆動態様）
図４はその複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図、図５はそれによる精密高速移動機構の移動態様を示す模式図である。
【００２９】
この実施態様では、縦変形ピエゾ素子２Ｂがまず収縮する動作を行う場合について説明する。
【００３０】
まず、図５（ａ）に示すように、剪断ピエゾ素子２Ａと縦変形ピエゾ素子２Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２上に移動体３が設けられ、固定体１上に載置される。
【００３１】
次に、剪断ピエゾ素子２Ａに図４（ａ）に示すような駆動パルスを印加し、縦変形ピエゾ素子２Ｂに図４（ｂ）に示すような駆動パルスを印加すると、図３（ｂ）に示すように、まず、剪断ピエゾ素子２Ａの左への変形に伴い移動体３が移動し、縦変形ピエゾ素子２Ｂが縮む。
【００３２】
そして、図５（ｃ）に示すように、縦変形ピエゾ素子２Ｂが急速に伸長して移動体３が上昇する隙に、剪断ピエゾ素子２Ａが右へ変形することにより、元の形状、ないし、次の動作（サイクル）の準備姿勢に戻り、１ステップの移動が終了する。
【００３３】
上記したように、この移動態様は、剪断ピエゾ素子２Ａにより移動体３が左にゆっくり変位し、縦変形ピエゾ素子２Ｂは縮み、これにより兎飛びで言うところのためをつくり、急に縦変形ピエゾ素子２Ｂを延ばし、剪断ピエゾ素子２Ａを元の姿勢に戻す。その２動作の時間差によって面圧が高まるか、弱まった瞬間に摺動面の相対変位を生じさせる。
【００３４】
図６は本発明の他の実施例を示す駆動パルスを示す図である。
【００３５】
上記実施例では駆動パルスとして鋸歯状パルスを印加する例を示したが、この実施例のように、精密高速移動機構の駆動パルスとして、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の駆動パルス１８，１８′を印加しても、移動体３を移動させることができる。この富士山形状の駆動パルス１８，１８′は頂点に行くほど勾配が急で、山頂は平らでない折り返し形状を有する。
【００３６】
このような駆動パルス（鋸歯状、富士山形状）を印加して、図７に示すように、剪断ピエゾ素子２Ａによる剪断変形と、縦変形ピエゾ素子２Ｂによる縦変形を急速、かつ適切な時間差をもって行うことにより、例えると兎飛びのように、斜め下向きに急激な抗力Ｆ1 を発生させ、それにより固定体（ベース）１の摺動面に高い面圧がある場合でも抗力Ｆ1 に反する駆動力Ｆ2 が移動体３に加わり右方向へと移動体３を移動させることができる。
【００３７】
図８は本発明の第２実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【００３８】
この図において、１１は固定体（ベース）、１２は剪断ピエゾ素子１２Ａと縦変形ピエゾ素子１２Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、１３はそれらの積層ピエゾ素子１２に固定された移動体、１４は移動体１３に固定されるとともに、その端部にスプリング１５を配置するスタッドボルトであり、移動体１３の静止時に移動体１３に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。なお、固定体（ベース）１１には、スタッドボルト１４の移動を可能にする垂直方向の穴（図示なし）が形成されている。１６は積層ピエゾ素子１２を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子１２へ印加するようにしている。
【００３９】
図９は本発明の第３実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【００４０】
この図において、２１，２２は固定体（ベース）、２３，２４はそれぞれ剪断ピエゾ素子２３Ａ，２４Ａと縦変形ピエゾ素子２３Ｂ，２４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、２５はそれらの積層ピエゾ素子２３と２４に挟まれるように固定された移動体、２６，２８はそれぞれ移動体２５に固定されるとともに、その端部にスプリング２７，２９を配置するスタッドボルトであり、移動体２５の静止時に移動体２５に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。３０は積層ピエゾ素子２３，２４を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子２３，２４へ印加するようにしている。
【００４１】
この実施例では、垂直に対向配置された一対の固定体２１，２２に挟まれるように対向する面に積層ピエゾ素子２３，２４を有する移動体２５を配置して、移動体２５をチャッキングするように剪断変形移動を行わせ、上下方向への移動を行えるようにした。なお、固定体（ベース）２１，２２には、スタッドボルト２６，２８の移動を可能にする垂直方向の穴（図示なし）が形成されている。
【００４２】
なお、上記した実施例では、固定部を、対向した固定体（ベース）２１，２２として示しているが、固定部は、例えば、三角柱や六角柱内面形状などの多面体や円筒となして、その三角柱や六角柱内面などを移動体が上り下りする機構とするようにしてもよい。
【００４３】
さらに、このスタッドボルト２６，２８及びスプリング２７，２９よりなる荷重付与装置に代えて、図１０に示すような、荷重付与装置を用いてもよい。
【００４４】
この図１０において、３１，３２は固定体（ベース）、３３，３４はそれぞれ剪断ピエゾ素子３３Ａ，３４Ａと縦変形ピエゾ素子３３Ｂ，３４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、３５はそれらの積層ピエゾ素子３３と３４に挟まれるように固定された２個の部材３５Ａ，３５Ｂが嵌合した中空の移動体、３６はその中空の移動体３５内に装着されるスプリングであり、移動体３５の静止時に移動体３５に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。３７は積層ピエゾ素子３３，３４を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子３３，３４へ印加するようにしている。
【００４５】
ここでは、２分割された中空の移動体３５の内部にスプリング３６を内蔵するだけで、荷重付与装置を構成することができる。
【００４６】
図１１は本発明の第４実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【００４７】
この図において、４１，４２は固定体（ベース）、４３，４４はそれぞれ剪断ピエゾ素子４３Ａ，４４Ａと縦変形ピエゾ素子４３Ｂ，４４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、４５はそれらの積層ピエゾ素子４３と４４に固定された移動体、４６，４８はそれぞれ移動体４５に固定されるとともに、その端部にスプリング４７，４９を配置するスタッドボルトであり、移動体４５の静止時に移動体４５に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。５０は積層ピエゾ素子４３，４４を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子４３，４４へ印加するようにしている。
【００４８】
この実施例では、壁面４１Ａと天井面４２Ａが形成されるように固定体４１，４２を配置して、壁面４１Ａに対応する積層ピエゾ素子４３と、天井面４２Ａに対応する積層ピエゾ素子４４により移動体４５を固定して移動体４５を配置するようにした。なお、固定体４１，４２にはスタッドボルト４６，４８の移動を可能にする穴（図示なし）が形成されている。
【００４９】
上記実施例では、荷重付与装置として、スプリングを配置するスタッドボルトを示したが、以下のように、磁石を用いて固定部に吸着させることによって荷重付与するようにしてもよい。
【００５０】
図１２は本発明の第５実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図１２（ａ）は磁石の下部に摺動面を有する場合、図１２（ｂ）は磁石を直に摺動させる場合を示している。なお、摺動面としては、ガラス、ベアリングボール、ルビーボール等を用いることができる。
【００５１】
図１２（ａ）においては、固定体（ベース：磁性体）５１上に摺動面５２を介して磁石５３を剪断ピエゾ素子１２Ａと縦変形ピエゾ素子１３とを貼り合わせた積層ピエゾ素子１２の下部に設け、磁石５３により移動体１３を固定体（ベース：磁性体）５１に対して荷重付与するようにしている。
【００５２】
また、図１２（ｂ）においては、磁石５３を剪断ピエゾ素子１３Ａと縦変形ピエゾ素子１３Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子１２の下部に設け、磁石５３を直に吸着させ、固定体（ベース：磁性体）５１に対して荷重付与するようにしている。
【００５３】
図１３は本発明の第６実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図１３（ａ）は磁石の下部に摺動面を有する場合、図１３（ｂ）は磁石を直に摺動させる場合を示している。
【００５４】
図１３（ａ）においては、固定体（ベース：磁性体）６１，６２に摺動面６３，６５を介して磁石６４，６６を剪断ピエゾ素子２３Ａ，２４Ａと縦変形ピエゾ素子２３Ｂ，２４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２３，２４の下部に設け、磁石６４，６６により移動体２５を固定体（ベース：磁性体）６１，６２に対して荷重付与するようにしている。
【００５５】
また、図１３（ｂ）においては、磁石６４，６６を剪断ピエゾ素子２３Ａ，２４Ａと縦変形ピエゾ素子２３Ｂ，２４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２３，２４の下部に設け、磁石６４，６６を直に吸着させ、固定体（ベース：磁性体）６１，６２に対して荷重付与するようにしている。
【００５６】
この実施例では、垂直に対向配置された一対の固定体６１，６２に挟まれるように対向する面に積層ピエゾ素子２３，２４を有する移動体２５を配置して、移動体２５をチャッキングするように剪断変形移動を行わせ、上下方向への移動を行えるようにした。なお、荷重付与には磁石６４，６６を用いた。
【００５７】
図１４は本発明の第７実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図１４（ａ）は磁石の下部に摺動面を有する場合、図１４（ｂ）は磁石を直に摺動させる場合を示している。
【００５８】
図１４（ａ）においては、固定体（ベース：磁性体）７１，７２に摺動面７３，７５を介して磁石７４，７６を剪断ピエゾ素子３３Ａ，３４Ａと縦変形ピエゾ素子３３Ｂ，３４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子３３，３４の下部に設け、磁石７４，７６により移動体３５を固定体（ベース：磁性体）７１，７２に対して荷重付与するようにしている。
【００５９】
また、図１４（ｂ）においては、磁石７４，７６を剪断ピエゾ素子３３Ａ，３４Ａと縦変形ピエゾ素子３３Ｂ，３４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子３３，３４の下部に設け、磁石７４，７６を直に吸着させ、固定体（ベース：磁性体）７１，７２に対して荷重付与するようにしている。
【００６０】
ここでは、２分割された中空の移動体３５の内部にスプリング３６を内蔵するとともに、磁石７４，７６で荷重付与装置を構成するようにしている。
【００６１】
図１５は本発明の第８実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図１５（ａ）は磁石の下部に摺動面を有する場合、図１５（ｂ）は磁石を直に摺動させる場合を示している。
【００６２】
図１５（ａ）においては、固定体（ベース：磁性体）８１，８２の壁面８１Ａと天井面８２Ａに摺動面８３，８５を介して磁石８４，８６を剪断ピエゾ素子４３Ａ，４４Ａと縦変形ピエゾ素子４３Ｂ，４４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子４３，４４の下部に設け、磁石８４，８６により移動体４５を固定体（ベース：磁性体）８１，８２に対して荷重付与するようにしている。
【００６３】
また、図１５（ｂ）においては、磁石８４，８６を剪断ピエゾ素子４３Ａ，４４Ａと縦変形ピエゾ素子４３Ｂ，４４Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子４３，４４の下部に設け、磁石８４，８６を直に吸着させ、固定体（ベース：磁性体）８１，８２に対して荷重付与するようにしている。
【００６４】
次に、本発明の第９実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の楕円波発生による超音波モータモード移動についての詳細に説明する。
【００６５】
図１６は本発明の超音波モータモードの精密高速移動機構による移動体のマクロな移動方向を示す図、図１７は本発明の超音波モータモードの積層ピエゾ素子に印加される波形を示す図、図１８はその精密高速移動機構による移動子の挙動を示す図である。
【００６６】
図１６に示すように、固定体（ベース）９１上に剪断ピエゾ素子２Ａと縦変形ピエゾ素子２Ｂとを貼り合わせた積層ピエゾ素子２の剪断ピエゾ素子２Ａに図１７（ａ）に示すような正弦波を、縦変形ピエゾ素子２Ｂに図１７（ｂ）に示すような正弦波を印加することにより、摺動面は図１８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、移動体３は図１６において、マクロには右方向に進む。なお、２Ａ，２Ｂに印加する正弦波の相互の位相差を変化させることにより、両方向への変位が可能である。
【００６７】
この実施例に示す超音波モータモードの方が他の実施例より移動速度が速い利点がある。すなわち、超音波モータモードの場合は、ピエゾ素子にＭＨｚオーダの正弦波信号を加えることにより、移動が生じるのに対して、ピエゾ素子の急速変形による駆動モードの場合は、鋸歯状波や富士山型の波の繰り返し頻度は数１０ｋＨｚオーダに止まっている。換言すれば、急激な加速度変化を起こした瞬間しか変位が生じないことになる。
【００６８】
なお、上記した移動体は、移動体そのものであることはもとより、この移動体を試料などのテーブル、制御部材として用いることもできる。
【００６９】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣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。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の複合ピエゾ素子を用いた精密高速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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図２】本発明の第１実施例の第１の態様を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の第１の態様を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による移動体の移動態様を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例の第２の態様を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例の第２の態様を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による移動体の移動態様を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す駆動パルスを示す図である。
【図７】図６に示す駆動パルスにより移動体に加わる力を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図９】本発明の第３実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１０】本発明の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の荷重印加装置を示す模式図である。
【図１１】本発明の第４実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１２】本発明の第５実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１３】本発明の第６実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１４】本発明の第７実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１５】本発明の第８実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
【図１６】本発明の超音波モータモードの精密高速移動機構による移動体のマクロな移動方向を示す図である。
【図１７】本発明の超音波モータモードの積層ピエゾ素子に印加される波形を示す図である。
【図１８】図１７における精密高速移動機構による移動子の挙動を示す図である。
【図１９】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。
【符号の説明】
【００７２】
１，１１，２１，２２，３１，３２，４１，４２，９１    固定体（ベース）
２，１２，２３，２４，３３，３４，４３，４４    積層ピエゾ素子
２Ａ，１２Ａ，２３Ａ，２４Ａ，３３Ａ，３４Ａ，４３Ａ，４４Ａ    剪断ピエゾ素子
２Ｂ，１２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，４３Ｂ，４４Ｂ    縦変形ピエゾ素子
３，１３，２５，４５    移動体（負荷）
４，１６，３０，３７，５０    積層ピエゾ素子を駆動するための駆動手段
１４，２６，２８，４６，４８    スタッドボルト
１５，２７，２９，４７，４９    スプリング
１８，１８′    富士山形状の駆動パルス
３５    中空の移動体
３５Ａ，３５Ｂ    ２個の部材
３６    中空の移動体内に装着されるスプリング
４１Ａ，８１Ａ    壁面
４２Ｂ，８２Ａ    天井面
５１，６１，６２，７１，７２，８１，８２    固定体（ベース：磁性体）
５２，６３，６５，７３，７５，８３，８５    摺動面
５３，６４，６６，７４，７６，８４，８６    磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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