(57)【要約】【課題】  スムーズインパクト駆動装置（ＳＩＤＭ）の駆動特性における安定性と組み立て品質を向上する。【解決手段】支持台と該支持台に取り付けられ、該支持台の上面に対して平行な方向に振動を発生する振動発生機構と、該振動発生機構に取り付けられた振動子と、該振動子と接触し、振動子の振動方向と平行に移動する移動体とを備え、往復の速度が異なる振動を振動発生機構から振動子に加え、振動子と移動体との摩擦力によって移動体を移動せしめる駆動装置であって、移動体が１個ないし２個以上のばねと、該ばねを介して取り付けられた板により振動子に押しつけられることを特徴とする駆動装置。振動子への板からの接触圧は、ばねのばね定数と縮み量によって決まるため、接触圧の定量的な設定が容易で、かつ板各部分において接触圧を均一化することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台と該支持台に取り付けられ、該支持台の上面に対して平行な方向に振動を発生する振動発生機構と、該振動発生機構に取り付けられた振動子と、該振動子と接触し、振動子の振動方向と平行に移動する移動体とを備え、往復の速度が異なる振動を振動発生機構から振動子に加え、振動子と移動体との摩擦力によって移動体を移動せしめる駆動装置であって、移動体が１個ないし２個以上のばねと、該ばねを介して取り付けられた板により振動子に押しつけられることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
移動体に取り付けられ、振動子との接触面に垂直に作られた板の側面を、移動体内に作られた移動上面に対して垂直な面に押しつけることにより、移動体上面を振動子の振動方向と平行にせしめることを特徴とする第１項に記載の駆動装置。
【請求項３】
振動子が振動発生機構にねじ止めされており、振動子を交換可能とすることを特徴とする請求項第１項または請求項第２項に記載の駆動装置。
【請求項４】
支持台に取り付けられ、振動子を下から持ち上げ、組み立て時に振動子の水平性を維持し、かつ動作時には振動子と接触しない突起部を有することを特徴とする請求項第１項または請求項第２項に記載の駆動装置。
【請求項５】
２個の板により振動子を挟み、該板を移動体の側面との間に取り付けた１個またはそれ以上のばねによりそれぞれ振動子に押しつけることを特徴とする請求項第１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
振動子として金属、樹脂あるいはセラミックスよりなる材料のうち少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項第１項ないし請求項第５項のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項７】
板として金属、樹脂あるいはセラミックスよりなる材料のうち少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項第１項ないし請求項第６項のいずれかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動させたい物体（以下移動体と略記する）を振動子と接触させ、振動子に対して往復の速度が大きく異なる振動を生じさせることによって、振動子と移動体との間に生じる摩擦力の変化を利用して移動体を振動方向に移動させるスムーズインパクト駆動機構（Ｓｍｏｏｔｈ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ、以下ＳＩＤＭと略記する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話内蔵のカメラ光学系で代表されるような小型の位置決め装置においては、通常の電磁力を利用したモータでは小型化に限界があるため、新たな駆動機構の導入が必要とされてきた。そのような要求の中、振動子を移動体と接触させ、振動子に生じた進行性の超音波を利用し、振動子と移動体との間との摩擦力を利用して超音波の進行方向へ移動体を移動させる超音波モータが開発されてきた（特許文献１）。超音波モータは振動発生機構に小型化の可能な圧電素子を用いることが可能であるため、小型が進み、現在では上記の光学系小型位置決め装置において広く用いられている。
【０００３】
また、振動子をパルス状に振動させ、移動体の慣性を利用して移動体を動かすインパクト駆動機構が提案されている。インパクト駆動のうち移動体の連続的な移動が可能なものは特にＳＩＤＭと呼ばれている。
【０００４】
ＳＩＤＭの機械部分の基本的構成は、図１−（ａ）に示すように振動発生機構１と、振動発生機構に取り付けられた振動子２と、振動子と接触し、接触に伴う摩擦力を介して振動子の振動方向と平行に直線移動する移動体４からなる。振動発生機構１においてはしばしば圧電素子が用いられる。以下圧電素子を振動発生機構とする場合について説明する。圧電素子にパルス状の振動を発生させるためにパルス波形電圧発生装置（図示せず）を圧電素子に接続する。
【０００５】
ＳＩＤＭの動作の概略を説明すると、図１−（ｂ）に示すように、パルス電圧の増加の過程においてはパルスの立ち上がりの勾配をパルス状の振動９の（ｂ）に示すように十分にゆるやかに取り、振動子２と接触している移動体が静摩擦力を通じて振動子２の移動に追従できるようにする。次に、図１−（ｃ）に示すように、パルスの立ち下がりの勾配を立ち上がりの勾配に対して、パルス状の振動９の（ｃ）に示すように十分に急にすると、もはや移動体４は振動子２の動きに追従できなくなり、パルスの立ち下がりの時点において、振動子２は図１−（ａ）の位置に戻っているのに対して、移動体４は図１−（ａ）の位置に対して相対的に左側に移動している。このことを利用し、同形状のパルス電圧を圧電素子へ連続的に印加することにより、移動体４を左方向へ移動させることができる。同様の考え方で、圧電素子を縮める方向にパルス電圧を印加すれば、移動体を右側に移動させることができる。
【０００６】
ＳＩＤＭは超音波モータと同様に携帯電話用カメラ等の小型光学系位置決め装置への応用が展開しているほか、非特許文献１にあるように細胞操作用のマニピュレータにおける駆動機構としても有用であることが知られている。またパルス１個当たりの移動量は圧電素子の変位量と同程度である。圧電素子の変位量が１μｍ以下であることから、移動の分解能をｎｍレベルに微細化することが可能である。しかも移動の上限は振動子と移動体の接触部分の長さで決まるため、１ｃｍ以上移動体を動かすことも可能であり、ひとつの駆動機構によって微視的位置決めと巨視的な移動の両方を担うことが可能であり、観察倍率範囲が１０倍から１０万倍まであるような電子顕微鏡用のステージにおける位置決め機構としても注目されている。
【０００７】
ＳＩＤＭにおいて、移動体４の運動は振動子２との間で生じる摩擦力に依拠しているため、移動体４と振動体２とがなんらかの機構によって押しつけ合うことが必要とされる。
【０００８】
典型的な移動体４と振動子２の固定方法はベルト、留めねじ、板ばね等を用いて機械的に挟持する方法である。例えば特許文献２では、長さ方向に振動する棒状の振動子２に対して、狭いベルトにより、例えばレンズのような移動体４を締め付けて固定し、レンズの焦点調整に応用する発明が報告されている。この固定方法では、移動体４の移動範囲を長く取るほど、振動子２を長くする必要が生じるため、結果として振動子２の振動周波数が低く制限されてしまう。移動体４の移動速さは振動子２の周波数に比例するため、振動子２の振動周波数が低く制限されると、移動体４の移動速度も遅くなる。従って、ステージ等のある程度の長さの移動を必要とする目的では、振動子２を長く取るかわりに移動体にある程度の長さのレールを具備する方式がとられる（特許文献３）。図２はそのようなレールを具備するＳＩＤＭの説明図である。図２−（ａ）は移動体４の進行方向から見た図で、図２−（ｂ）は移動体４の進行方向に対して横から見た図である。図２−（ａ）において移動体４は２個の板ばねのレール３を具備し、円柱状の振動子２はレール３によって両側から挟みこまれるようにして接触する。振動子２とレール３との摩擦力はレール３による振動子２の挟み込みの強さによってきまる。
【０００９】
ところが、レール３による振動子２に対する挟み込みの強さは、振動子２とレール３との相対位置によって異なる。すなわち振動子２がレール３の端に位置している場合にはレールの片側からの弾性のみが寄与するのに対し、振動子２がレール３の中央に位置している場合にはレールの両側からの弾性が寄与する。しかもこの大きさの変化を定量的に知ることは難しい。
【００１０】
次に図２−（ａ）を見るとわかるように、挟み込みの強さは、振動子２がレール３に対してどのくらい深くはめ込まれているかによって変化する。すなわち図２−（ｃ）に示されるように振動子２がレール３に対して浅く挟持される場合にはレールのそりが小さいため挟持する力は弱く、一方図２−（ｄ）に示されるように振動子２がレール３に対して深く挟持されている場合にはレールのそりが大きいため挟持する力は強い。十分な保持力、推力を維持するためには２個のレール３の幅は振動子２に対してきつめに設計されていることが多いため、はめ込みの深さが組み立てのわずかなばらつきによって大きく変化する。
【００１１】
従って、図２の方式で作られたＳＩＤＭにはその速度、分解能の個体差、移動範囲内での分布等にバラツキが見られ、より均一な動作を求められる応用分野である顕微鏡の位置決めステージ用の駆動機構としては改善すべき点が多かった。
【００１２】
板ばねを用いない押しつけの方式として特許文献４では磁力を、特許文献５では静電気力を利用している方式が考案されているが、磁石を用いた磁力の定量的な制御は難しく、電磁石を用いるにためには磁場発生のための電源が新たに必要となり、機構が複雑となる。静電気力を用いる場合も同様で外部電源が必要である。また、外部からの磁力を用いる方式は電子顕微鏡のような磁場を嫌う応用目的では使用できない
【００１３】
ＳＩＤＭにおける振動子２と移動体４の接触に関する構造は両者の間に発生する摩擦力が一定であること、すなわちレール３が振動子２を挟持する力が、移動体４の振動子２に対する相対位置によらず一定であり、挟持する力の絶対量を設計可能な構造であり、なおかつ外部に新たな電源等の装置や、制御機構などを必要としない構造であることが必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】工藤謙一他、哺乳動物卵子研究会誌、第７巻第１号、７−１２頁（１９９０年）
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭５８−１４８６８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１９０７４号公報
【特許文献３】特開２０１２−６０７４９号公報
【特許文献４】特開２００７−１２９８２１号公報
【特許文献５】特開２００６−３４０４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明者らは上述の従来のＳＩＤＭが持つ問題点に鑑み鋭意検討を行った結果、振動子２と移動体４を接触させるための構造として、図３に示すように、移動体４に取り付けられ振動子２を挟持するレール３の代わりに、ばね定数と長さのよく揃ったばね８の１個またはそれ以上を介して駆動体４に取り付けられた板６を用いる構造を発明した。該板６は２個以上であっても構わない。該構造における該ばね８があらかじめ定められた縮み量となるように設計することにより、板６と振動子２との接触力はばね８の付勢力に等しい。従って板６と振動子２との間に生じる摩擦力を一定にできることを見出したものである。
【００１７】
この現象を応用すれば、振動子２と移動体４との間に生じる摩擦力を板６と振動子２の場所にかかわらず一定にすることが可能である。ＳＩＤＭにおける移動体４の速さ、保持力、推力は摩擦力によって決まることから、摩擦力を一定にすることが可能となればＳＩＤＭの特性の安定、組み立てにおけるばらつきの抑制につながり、電子顕微鏡用ステージのようなより正確な位置決めを必要とする目的に対してより適した駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明になる駆動装置の基本的構成を図３に示す。本発明の肝要は、図３において、支持台７と該支持台７に取り付けられ、該支持台７の上面に対して平行な方向に振動を発生する振動発生機構１と、該振動発生機構１に取り付けられた振動子２と、該振動子２と接触し、振動子２の振動方向と平行に移動する移動体４とを備え、往復の速度が異なる振動を振動発生機構１から振動子２に加え、振動子２と移動体４との摩擦力によって移動体４を移動せしめる駆動装置であって、移動体４が１個ないし２個以上のばね８と、該ばねを介して取り付けられた板６により振動子２に押しつけられることを特徴とする駆動装置であることにある。上述の板６は、剛性の高い厚板状のものであることが好ましい。また、ばね８は、ばね定数と長さのよく揃った、例えば、コイル状のばねを１個または複数個用い、それが一定の縮み量になるような構造とすることで、板６と振動子２の間に生じる押圧力を、より安定にすることができる。使用するばねの数は複数であれば、前記押圧力をより安定にすることが出来るので好ましい。
【００１９】
上述の駆動装置において、振動発生機構１は圧電素子であることが望ましいが、装置の使用目的によっては、磁石とコイルからなる電磁気的な振動発生機構でも、あるいはその他の原理により振動を発生せしめるものであることを妨げない。板６を板６と移動体４との間に取り付けた複数のばね８によって振動子2に押しつける構造は１個であってもかまわないし、図４に示すように、振動子2の両側から押しつける構造であることも妨げない。振動子２と板６の材質としては金属、樹脂、セラミックス等よりなる材料のうち、少なくとも一つであることが好ましい。ここでいう金属の中には、例えば、耐摩耗性を強化する目的で、金属中に固体潤滑剤ＭｏＳ２、その他の材料を分散あるいは混合した複合材料も含まれる。この複合材料としては、例えばＭｏＳ２／Ｔｉ合金等を挙げることができる。また、炭素繊維やガラス繊維あるいはその他の材料で強化された樹脂といった複合材料を振動子の材質とすることも妨げない。また、振動子２が振動発生機構１にねじ止めされており、振動子を交換可能とすることや、支持台７に取り付けられ、振動子２を下から持ち上げ、組み立て時に振動子２の水平性を維持し、かつ動作時には振動子と接触しない突起部１１を有することにより、駆動装置の組み立てを容易かつ正確に行うことが可能となり、該装置の特性のばらつきを抑制することに寄与する。振動子２を振動発生機構１に固定する手段は、前述のネジ止めに限定されるものではなく、例えば接着剤を用いて接着固定する方法も挙げることができる。
【００２０】
本発明において、支持台７の材質としては、剛性の高いものであることが好ましい。本発明の駆動装置の肝要は、幅広い範囲での振動を検知し、摩擦力で移動体を駆動するものであるから、振動により支持体自体が反応したり、共振したりするものであってはならない。材質としては、金属、強化樹脂、セラミックス等であることが好ましいが、特に限定を受けるものではない。
【００２１】
本発明において、板６とは、以下のような形状であることが好ましい。即ち、ばねの付勢力によって板を振動子に押し付け、その振動を正確に伝達し、移動体を駆動させるものであるから、例えば、ばねの付勢力によって変形したり、振動子の振動により、自らが反応したり共振したり、あるいは振動を吸収したりするものであってはならない。すなわち高い剛性が求められる。剛性は材料のヤング率に比例し、板の厚さの３乗に比例することが知られており、同じ材質の板でも厚さが１０倍になると剛性は１０００倍となる。一例として、従来技術の代表的な板ばねには厚さ０．３ｍｍのステンレスが用いられている。本発明における板に厚さ３ｍｍのステンレスを用いれば、剛性は１０００倍になる。また、例えばステンレスに比較してヤング率が１００分の１であるエポキシ樹脂を板６に用いても、厚さ３ｍｍにすることにより、０．３ｍｍのステンレスに対して剛性は１０倍となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明になる駆動装置は移動体４と振動子２との間の摩擦力を一定に保つことが可能で、かつ組み立てのばらつきを抑制した構造を具備するＳＩＤＭ駆動装置であり、長い移動距離に対しての移動速度の安定性、移動位置によって移動速度が大きく変化しない均一性、１００ｎｍ以下の微細な移動も可能な高分解能性等の特性を向上せしめたものである。現在ＳＩＤＭ駆動装置は、そのもともとの応用分野であった携帯電話内蔵カメラなどの微小光学系の位置決め装置だけではなく、マクロからナノまでの領域をカバーする必要がある電子顕微鏡や、半導体故障解析用マニピュレーションステージなどの分野においての応用の可能性が期待されており、振動発生機構として磁場を用いず、小型化した場合の大きさに対する力発生効率の高い圧電素子を使用することにより、小型化が進む走査電子顕微鏡においても応用の広がりが期待される装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＳＩＤＭの機械部分の基本構成と、その動作の概略を説明した図である。
【図２】ＳＩＤＭにおいて振動子２と移動体４との接触に板ばね構造のレール３を用いる従来法の構造の説明図である。
【図３】本発明であるところの、振動子２と移動体４の接触に１個またはそれ以上の板６を用いる構造を持つＳＩＤＭの説明図である。
【図４】本発明において厚板６を振動子２に押しつける方法として2個の板６によって振動子２を両側から押しつける構造の説明図である。
【図５】従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との特性を比較するための実験装置の説明図である。
【図６】本発明の駆動装置において図５におけるパルス波形電圧発生装置５から精密ステージ１４に送られるパルス波形１個あたりの変位、ならびに速度の接触圧依存性をプロットしたものである。
【図７】従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、パルス波形電圧発生装置５から、精密ステージ１４に送られるパルスの周波数を変えた場合に、パルス１個当たりの精密ステージ１４の変位がどのように変化するかを調べたものである。
【図８】従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、パルスの印加電圧、パルスの周波数を変えた場合にパルス１個当たりの精密ステージ１４における変位のばらつきを調べたものである。
【図９】従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、精密ステージ１４における速度の安定性を比較したものである。
【図１０】従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、組み立てによる特性のばらつきを比較したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を、図面をもって説明する。従来技術で述べたように、図１はＳＩＤＭの動作原理の説明図、図２はＳＩＤＭにおいて振動子２と移動体４との接触に板ばね構造のレール３を用いる従来法の構造の説明図である。
【００２５】
一方、図３は本発明になる駆動装置の基本的構成を示す説明図であり、移動体４に１個またはそれ以上のばね８を介して取り付けられた板を有する構造のＳＩＤＭである。支持台７と該支持台７の上面に取り付けられ、該支持台７の上面に対して平行な方向に振動を発生する振動発生機構１と、該振動発生機構１に取り付けられた振動子２と、該振動子２と接触する１個ないしはそれ以上のレール３と、該レールに取り付けられて振動子の振動方向と平行に直線移動する移動体４とを備え、往復の速度が異なる振動を振動発生機構１から振動子２に加え、振動子２と板６との摩擦力によって移動体４を移動せしめる駆動装置である。あらかじめばね定数と縮み量が既知であるところのばね８の付勢力によって板６を振動子に押し付けるため、押圧力は一定となり、従って移動体４と板６との摩擦力は一定となる。図面において、板ばねで挟み込む従来の方式に比べ、ばね定数と長さの揃った２個のばね８により、板６を介して振動子２に押しつける。なお、ばね８の個数は２個に限定されるものではなく、１個であっても２個以上であってもよい。押しつけの際のばね８の縮みを一定にすることは、ばね８の格納される空間の長さによって定量的に定めることが容易であるから、その押圧力を一定に、かつ定量的に決めることが容易に実現する。結果として移動体４の移動特性を安定かつ定量的に制御することが可能となる。一方移動体４の上面と板６との平行性を確保するため、図３に示すように、板６は移動体４に取り付けられた横ばね１２により移動体内に設けた上面に対して垂直な面に対して押し付けられる。
【００２６】
本発明において板６を振動子２に押しつける方法は必ずしも図３のように１個の板６によって上から押しつける方法に限定されるものではない。例えば図４に示したように２個の板６によって振動子２を両側から押しつける構造によって動作させることも可能である。
【００２７】
また、該装置の均質性向上のために、振動子２が振動発生機構１にねじ１０によって固定されており、振動子を交換可能とすることや、支持台７に取り付けられ、振動子２を下から持ち上げ、組み立て時に振動子２の水平性を維持し、かつ動作時には振動子と接触しない突起部１１を有することにより、駆動装置の組み立てを容易かつ正確に行うことが可能となり、該装置の特性のばらつきを抑制することに寄与する。
【００２８】
以下、従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との特性の違いをいくつかの実験によって示す。図５はその実験装置の説明図である。従来型ＳＩＤＭ駆動機構、または本発明のＳＩＤＭ駆動機構１３を精密ステージ１４に取り付ける。以下の実験では圧電素子を振動発生機構とする。パルス波形電圧発生装置５により、該振動機構１３に様々な電圧、周波数のパルスを印加し、ステージの変位を精密ステージ１４に取り付けたリニアエンコーダー１５（変位測定器）によって読み出す。パルス波形電圧発生装置５の条件設定ならびにリニアエンコーダー１５のデータ読み出しにはコンピューター１６を用いる。
【００２９】
図６は本発明の駆動機構によって図５の装置を動かすにあたり、あらかじめばね８による板６と振動子２との間に働く接触力を計算し、それぞれの力にたいして精密ステージ１４のパルス一個当たりの変位、並びに速度がどのように変わるかを調べたものである。ばね８として自然長２ｍｍ、ばね定数２．５Ｎ／ｍｍのものを２個用いた。フックの法則によれば、ばね定数をｋ、ばねの自然長からの縮みをｘ、ばね１個の付勢力をｆとすれば、ｆ＝ｋｘとなる。Ｎ個の同仕様のばねを並べた場合の合計の付勢力ＦはＦ＝Ｎｋｘとなる。該式をｘについて解けばｘ＝Ｆ／Ｎｋとなり、目標の接触力を得るためのばねの縮みの設定値を与える。例えばＦを１Ｎに設定するときのばねの縮みの設定値は１／（２×２．５）＝０．２ｍｍとなる。一般に接触力が弱すぎれば、摩擦力が弱くなりすぎ、本機構における移動体４（この場合は精密ステージ１４）を押す力が弱くなるため、また強すぎると移動体４は振動子２に対して滑らなくなるため、移動速度（またはパルス１個当たりの変位）は小さくなる。すなわち移動体４の移動速度を最適化する接触力が存在するのである。図６ではその値がおよそ１．５Ｎ付近に存在している。図６から推察できるように、本発明の駆動機構では、駆動に最適な接触力をばね定数とその縮みから定量的に求めることが可能となった。
【００３０】
図７は従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、パルスの印加電圧、パルスの周波数を変えた場合にパルス１個当たりの精密ステージ１４の変位がどのように変化するかを調べたものである。一般に広い電圧範囲、周波数範囲において有限の変位を有することが望ましい。図７の（ａ）は電圧範囲２０−４０Ｖ、（ｂ）は従来機構で電圧１４−２０Ｖ、（ｃ）は本発明機構における電圧１４−２０Ｖの結果である。まず周波数応答に注目すると従来機構では周波数１ｋＨｚ付近で変位が減少するが、一方本発明の機構では変位が１０ｋＨｚまで取れており、本発明の駆動機構がより高い周波数範囲まで使用可能であることを示している。またどの程度小さい電圧まで応答できるかを（ｂ）と（ｃ）によって比較すると、従来機構では電圧１４−２０Ｖでは有意な応答を示さないが、一方本発明の機構では１４−２０Ｖでも変位が表れており、低い電圧の印加に対して小さい変位を示すこと、すなわち本願発明になる駆動機構の空間分解能が高いことを示している。現在（ｃ）から推定される本駆動機構の空間分解能は１００ｎｍ以下である。
【００３１】
図８は従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、パルスの印加電圧、パルスの周波数を変えた場合にパルス１個当たりの精密ステージ１４における変位のばらつきを調べたものである。駆動電圧を４０Ｖとし、パルス1個当たりの変位を各周波数毎に複数回測定し、その相対標準偏差(標準偏差/平均値)を求めたものである。従来型のＳＩＤＭ駆動機構における相対標準偏差が該機構の動作周波数範囲であるところの１Ｈｚから１ｋＨｚにおいて３５％であったのに対して、本発明の駆動機構の場合は同周波数範囲において１０％以下である。１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲においては、従来型の駆動機構における変位のばらつきに比べて本願発明になる駆動装置の変位の値のばらつきが小さいことを示している。１ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲においては従来型の駆動機構における相対標準偏差が本発明の駆動機構における相対標準偏差を下回るが、従来型の駆動機構においては同周波数範囲においてはパルス１個あたりの変位が減少しているため、実際の使用対象とはならない。
【００３２】
図９は従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、精密ステージ１４における速度の安定性を比較したものである。両機構ともに駆動電圧４０ Ｖ、周波数１００ Ｈｚとし、図５の装置で精密ステージ１４を左へ動かした場合と右へ動かした場合の速度を比較したものである。左に動いたときに速度を正に取っている。従来型のＳＩＤＭ駆動機構では左方向の速度の大きさが１００μｍ／ｓであるのに対して、右方向の速度の大きさは２００μｍ／ｓと２倍も異なるのに対して、本発明の機構においては左右ともに１５０μｍ／ｓであり、速度が安定していることを示唆している。
【００３３】
図１０は従来型のＳＩＤＭ駆動機構と本発明の駆動機構との間で、組み立てによる特性のばらつきを比較したものである。分解組み立てを１０回繰り返し、各組み立て後にパルス1個当たりの精密ステージ１４における変位に関する周波数依存性を測定してプロットしたものである。従来型の駆動機構では分解組み立てを繰り返すごとに駆動周波数１Ｈｚから１ｋＨｚの範囲で、各周波数毎の変位が１μｍ程度の幅でばらつくのに対し、本発明の駆動機構においては同周波数範囲における各周波数ごとの変位のばらつきは０．２μｍ程度の範囲に抑えられており、本発明の駆動機構が組み立て、分解によって大きく変わらないことを示唆している。このことは本発明の駆動機構を量産した場合に、より均質性の高い製品を供給できることを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上述べたとおり、本発明になるＳＩＤＭ型の駆動機構において、移動体４と振動子２との間に働く接触力を一定かつ定量的に制御するために、駆動体４と振動子２との間に剛性の高い板６を置き、板６と移動体４との間を複数のばね８でつなぎ、ばねの付勢力をもって接触圧を一定にするという方法をとることにより、動作周波数の上限、空間分解能、速度の均一性、移動体４における変位の均一性、組み立てに伴うばらつきといった点が従来型の駆動機構に対して改善された。これらの結果は、ＳＩＤＭ型の駆動機構が高い空間分解能と大きな移動距離を必要とし、より安定した、品質の高い位置決め機構を必要とする電子顕微鏡の試料ステージなどの分野に応用されることが期待される。電子顕微鏡の性能向上は、単にそれだけの市場性にとどまらず、新規材料、次世代電子デバイスの開発など、産業界全体に大きな波及効果をもたらすことが期待される。
【符号の説明】
【００３５】
１：振動発生機構      ２：振動子      ３：レール      ４：移動体
５：パルス波形電圧発生装置      ６：板      ７：支持台      ８：ばね
９：パルス状の振動      １０：ねじ      １１：突起部      １２：横ばね
１３：従来型あるいは本発明の駆動発生機構      １４：精密ステージ
１５：リニアエンコーダー      １６：コンピューター
【図１】
2017103834.tif 000003
【図２】
2017103834.tif 000004
【図３】
2017103834.tif 000005
【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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