(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の剛体部と、第２の剛体部と、これらの剛体部を相対的に変位可能に連結する複数の連結部材と、前記第１及び第２の剛体部間に相対的変位を発生する微小変位アクチュエータと、を備えてなる微小変位装置において、
前記第１の剛体部に移動自在に移動部を連結し、
該移動部と前記第１の剛体部との間に調整スクリューを介在し、
前記移動部と前記第２の剛体部との間に、前記微小変位アクチュエータをその駆動方向と前記相対的変位方向とが一致しないようにバイアスして、かつ両端部にそれぞれ回動部を介して連結してなる、
ことを特徴とする微小変位装置。
【請求項２】
前記調整スクリューは、前記第１の剛体部に、前記微小変位アクチュエータの変位方向と略々等しい方向に進退自在に配置され、
前記移動部は、前記第１の剛体部に、略々前記調整スクリューの進退方向に移動自在に連結され、かつ該移動部の一側面に前記調整スクリューの先端を当接すると共に、他側面に前記微小変位アクチュエータの回動部を連結してなる、
請求項１記載の微小変位装置。
【請求項３】
前記連結部材は、その長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板からなる、
請求項１又は２記載の微小変位装置。
【請求項４】
前記連結部材は、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部が剛体からなる、
請求項１又は２記載の微小変位装置。
【請求項５】
前記連結部材は、互いに平行に配置された平行梁である、
請求項３又は４記載の微小変位装置。
【請求項６】
前記移動部は、前記第１の剛体部との間に、長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板を複数個平行に配置して支持してなる、
請求項１ないし５のいずれか記載の微小変位装置。
【請求項７】
前記移動部は、前記第１の剛体部との間に、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部が剛体からなる梁を複数個平行に配置して支持してなる、
請求項１ないし５のいずれか記載の微小変位装置。
【請求項８】
前記微小変位アクチュエータの両端の回動部は、面又は線対偶からなる、
請求項１ないし７のいずれか記載の微小変位装置。
【請求項９】
固定部に対してＸ方向に変位するＸ方向移動部と、該Ｘ方向移動部に対してＹ方向に変位するＹ方向移動部と、を備え、
前記第１の剛体部を前記Ｙ方向移動部に固定し、前記第２の剛体部が、前記Ｙ方向移動部に対してＺ方向に変位するＺ方向移動部を構成してなる、
請求項１ないし８のいずれか記載の微小変位装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造、光ファイバーの接続、高倍率顕微鏡等の微小範囲の位置決めを必要とする分野において用いられる微小変位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、位置決め装置は、ネジ機構が用いられるが、近時、超精密加工、半導体の製造、バイオテクノロジー、光ファイバーの接続等の分野では、μｍオーダ、サブμｍオーダ、更にはｎｍオーダの微小範囲の位置決めが求められており、該微小範囲の変位装置としては、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータが用いられている。
【０００３】
前記圧電アクチュエータの変位量は、一定の微少量からなるため、該圧電アクチュエータの変位量では、所望の変位量を得ることができず、このため、例えば特公平６−７７２１７号公報に示されるように、圧電アクチュエータの変位を、変位拡大機構を介して移動部に伝達し、所定変位量を得る微小変位装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記微小変位装置は、固定側剛体部及び移動側剛体部を、それぞれ薄肉の弾性ヒンジで連結した２個の梁又は全長に亘り可撓性を有する平行平板（以下、これらを撓み梁という）にて連結し、これら両剛体部及び両撓み梁で囲まれた空間内に前記圧電アクチュエータが、その変位方向が前記撓み梁の長手方向と交差する方向に配置され、前記圧電アクチュエータ（微小変位アクチュエータ）及び変位拡大機構（変位変更手段）を構成している。
【０００５】
従って、従前の微小変位装置に比較して、より大きな変位量を得ることができるようにはなっているが、このような構成の微小変位装置で、前記圧電アクチュエータの変位を拡大しても、前記移動側剛体部の変位量は、数１００μｍ程度であり、移動範囲が狭く、実作業の現場においては使い難いものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、微小変位アクチュエータ及び／又は調整スクリューの配置を工夫し、もって上述した課題を解決した微小変位装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は（例えば、図５、図６及び図８参照）、第１の剛体部（３５）と、第２の剛体部（３６）と、これらの剛体部を相対的に変位可能に連結する複数の連結部材（４１ａ、４１ｂ）と、前記第１及び第２の剛体部間に相対的変位を発生する微小変位アクチュエータ（５０）と、を備えてなる微小変位装置において、
前記第１の剛体部（３５）に移動自在に移動部（３７）を連結し、
該移動部（３７）と前記第１の剛体部（３５）との間に調整スクリュー（７）を介在し、
前記移動部（３７）と前記第２の剛体部（３６）との間に、前記微小変位アクチュエータ（５０）をその駆動方向と前記相対的変位方向とが一致しないようにバイアスして、かつ両端部にそれぞれ回動部（５０ａ、５０ｂ）を介して連結してなる、
ことを特徴とする微小変位装置にある。
【０００８】
請求項２に係る本発明は、前記調整スクリュー（７）は、前記第１の剛体部（３５）に、前記微小変位アクチュエータ（５０）の変位方向（例えばＹ方向）と略々等しい方向に進退自在に配置され、
前記移動部（３７）は、前記第１の剛体部（３５）に、略々前記調整スクリュー（７）の進退方向に移動自在に連結され、かつ該移動部（３７）の一側面に前記調整スクリュー（７）の先端（７ｂ）を当接すると共に、他側面に前記微小変位アクチュエータ（５０）の回動部（５０ａ）を連結してなる、
請求項１記載の微小変位装置にある。
【０００９】
請求項３に係る本発明（例えば図５、図６参照）は、前記連結部材（４１ａ、４１ｂ）は、その長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板からなる、
請求項１又は２記載の微小変位装置にある。
【００１０】
請求項４に係る本発明（例えば図８参照）は、前記連結部材（４１ａ、４１ｂ）は、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板（４１ｄ、４１ｄ）からなり、かつその中間部が剛体（４１ｃ、４１ｃ）からなる、
請求項１又は２記載の微小変位装置にある。
【００１１】
請求項５に係る本発明は、前記連結部材（４１ａ、４１ｂ）は、互いに平行に配置された平行梁である、
請求項３又は４記載の微小変位装置にある。
【００１２】
請求項６に係る本発明は、前記移動部（３７）は、前記第１の剛体部（３５）との間に、長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板（４３ａ、４３ｂ）を複数個平行に配置して支持してなる、
請求項１ないし５のいずれか記載の微小変位装置にある。
【００１３】
請求項７に係る本発明は、前記移動部（３７）は、前記第１の剛体部（３５）との間に、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板（４１ｄ、４１ｄ）からなり、かつその中間部が剛体（４３ｃ、４３ｃ）からなる梁（４３ａ、４３ｂ）を複数個平行に配置して支持してなる、
請求項１ないし５のいずれか記載の微小変位装置にある。
【００１４】
請求項８に係る本発明は、前記微小変位アクチュエータ（５０）の両端の回動部（５０ａ、５０ｂ）は、面又は線対偶からなる、
請求項１ないし７のいずれか記載の微小変位装置にある。
【００１５】
請求項９に係る本発明（例えば図４参照）は、固定部（１５）に対してＸ方向に変位するＸ方向移動部（１７）と、該Ｘ方向移動部（１７）に対してＹ方向に変位するＹ方向移動部（２４）と、を備え、
前記第１の剛体部（３５）を前記Ｙ方向移動部（２４）に固定し、前記第２の剛体部（３６）が、前記Ｙ方向移動部（２４）に対してＺ方向に変位するＺ方向移動部を構成してなる、
請求項１ないし８いずれか記載の微小変位装置にある。
【００１６】
なお、前記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、実施の形態との対応を容易にして理解の迅速化を図る便宜的なものであり、これにより請求項の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、微小変位アクチュエータをバイアス配置した簡単な構成でもって、該微小変位アクチュエータによる高い精度と信頼を有する微小範囲の位置決めを行なうものでありながら、調整スクリューを移動部を介して微小変位アクチュエータの一方の回動部に連結して、微小変位該調整スクリューにより微小変位アクチュエータの位置を移動させて、第２の剛体部の変位量をより大きくすることができ、位置決め範囲を広くして使いやすい微小変位装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によると、前記調整スクリューは、前記第１の剛体部に、前記相対変位方向と平行な面に直交する方向に進退自在に配置され、前記移動部は、該第１の剛体部に、略々該調整スクリューの進退方向に移動自在に連結され、かつ該移動部の一側面に該調整スクリューの先端を当接すると共に、他側面に前記微小変位アクチュエータの回動部を連結しているので、高い信頼性及び耐久性を有する合理的な配置構成により、操作しやすい方向に配置された調整スクリューを進退させることにより、該微小変位アクチュエータで調整可能な範囲への粗位置決めを行なうことができ、微小変位装置を用いる作業の作業性を向上させることができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によると、前記第１の剛体部と第２の剛体部とを相対的に変位可能に連結する前記複数の連結部材を、その長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板で構成しているので、微小変位装置の製造を容易にすることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によると、前記連結部材は、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部を剛体としたので、該連結部材で振動を発生させることがなく、より高精度の位置決めを行なうことができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によると、前記連結部材を、互いに平行に配置された平行梁としたので、前記第２の剛体部を揺動させることなく、確実に平行移動させることができ、より高精度の位置決めを行なうことができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によると、前記移動部は、前記第１の剛体部との間に、長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板を複数個平行に配置しているので、該移動部と前記調整スクリューの先端とを常に接触させておくことができ、該調整スクリューの動きを前記微小変位アクチュエータに確実に伝えることができる。
【００２３】
請求項７に係る発明によると、前記移動部は、前記第１の剛体部との間に、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部が剛体からなる梁を複数個平行に配置して支持するようにしているので、該移動部の振動をなくし、より高精度の位置決めを行なうことができる。
【００２４】
請求項８に係る発明によると、前記微小変位アクチュエータの両端の回動部は、面又は線対偶からなるので、前記移動部の移動あるいは該微小変位アクチュエータの伸縮により、該微小変位アクチュエータと移動部及び第２の剛体部との接続角度の変化に対応することができ、該第２剛体部を円滑に移動させることができる。
【００２５】
請求項９に係る発明によると、前記第２剛体部がＺ方向変位部分のＺ方向移動部を構成しているので、Ｚ方向の移動範囲を大きくすることができ、実作業における使い勝手を向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は、本発明に係るＸＹＺ方向の微小変位装置（位置決め装置）の組立てられた状態での外観を示す図で、該微小変位装置１は、平面視略々正方形からなり、基台に固定又は載置される基盤２と、微細動を要求される移動部材に連結される移動ステージ３とを有しており、該移動ステージ３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に微小変位（位置決め）し得る。なお、該移動ステージ３は、平面視（図１（ａ）参照）略々矩形状（角部分が切欠かれている）からなり、上面３ａ、各辺において直交する方向に垂下する各側面３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを有しており、側面３ｂにＸ方向移動確認装置１０（図２（ｂ）参照）、側面３ｃにＹ方向移動確認装置１１及びＺ方向移動確認装置１２（図２（ａ）参照）が設けられている。該移動ステージ３を粗動して、大体の位置決めをするＸ方向調整スクリュー５、Ｙ方向調整スクリュー６、Ｚ方向調整スクリュー７がそれぞれ設けられている。なお、これら調整スクリュー５、６、７は、図示のように単純な調整ネジでもよく、また周知のマイクロメータでもよい。また、１３は、コントローラ等に接続する端子である。
【００２７】
図３は、ＸＹ方向の変位部分を示す図で、図１及び２におけるＺ方向変位部分及び移動ステージ３を取り外した図であり、また、端子１３等の説明に不要な部分は省略してある。該ＸＹ変位部分Ｉは、１個の金属ブロックをワイヤカット放電加工機により加工して構成された固定部１５、Ｘ方向変位拡大部（変位変更手段）１６、Ｘ方向移動部１７、Ｙ方向変位拡大部（変位変更手段）１８、Ｙ方向移動部２４を有しており、これら各部は剛体部からなる。
【００２８】
前記固定部１５は、前記基盤２にネジ（図示せず）にて固定されており、一側面（図中右側面）に開口する圧電アクチュエータ収納部１５ａ及び前記Ｘ方向移動部１７側に開口する凹部１５ｂを有している。該固定部１５とＸ方向移動部１７とは、左右側面部に離れて配置された平行な２個の撓み梁１９ａ、１９ｂにて互に連結されており、これら撓み梁１９ａ、１９ｂは、薄肉平板からなり、かつ該固定部１５及びＸ方向移動部１７に一体に形成されて連結されている。従って、該Ｘ方向移動部１７は、該固定部１５に対して、平行な該撓み梁１９ａ、１９ｂが撓み変形することによりＸ方向に平行に移動し得る。
【００２９】
前記圧電アクチュエータ収納部１５ａには、所定数のピエゾ素子を積層して微小変位アクチュエータを構成する圧電アクチュエータ２０が、その一端を該圧電アクチュエータ収納部１５ａの底面に固定して配置されており、また、前記凹部１５ｂには、前記固定部１５とＸ方向移動部１７とに亘って板ばね２１がその両端を固定され、かつ所定量偏倚されて配置されている。また、一体ブロックからなる該固定部１５及びＸ方向移動部１７の一側方（図面右側）の外側には、Ｘ方向変位拡大部１６が配置されている。該Ｘ方向変位拡大部１６は、該固定部１５との間で一体に形成されている薄肉平板の撓み梁からなる連結部２２と、該Ｘ方向移動部１７との間で一体に形成されている同じく薄肉平板の撓み梁からなる連結部２３とにより、それぞれ該固定部１５及びＸ方向移動部１７に連結されており、かつその一端部にネジ穴が貫通されて前記Ｘ方向調整スクリュー５が螺合している。該Ｘ方向調整スクリュー５の操作ノブ５ａは、外方に突出して位置しており、かつその先端５ｂは、該圧電アクチュエータ２０の他端に当接している。
【００３０】
従って、前記圧電アクチュエータ２０及びＸ方向変位拡大部１６は、２個の剛体部からなる前記固定部１５及びＸ方向移動部１７と、これらを連結する前記撓み梁１９ａ、１９ｂとにより囲まれた空間部の外側に配置されている。また、該Ｘ方向変位拡大部１６は、該一方の撓み梁１９ａの外側を覆うように略々平行に配置されており、また前記薄肉の両連結部２２、２３は、該Ｘ方向変位拡大部１６の長手方向と直交する方向に延びて、それぞれ回動支点を構成しており、従って、該固定部側連結部２２が支点、該Ｘ方向移動部側連結部２３が作用点、そして、該圧電アクチュエータ２０に当接する前記Ｘ方向調整スクリュー５部分が力点となって、該Ｘ方向変位拡大部１６は、拡大てこ機構を構成している。なお、前記板ばね２１は、該固定部１５に対して該Ｘ方向移動部１７を矢印Ｘ１方向に付勢しており、従って、該作用点連結部２３を介して該Ｘ方向変位拡大部１６を、該支点連結部２２を中心に時計方向に回転付勢し、力点である該Ｘ方向調整スクリュー５の先端５ｂが、常に該圧電アクチュエータ２０に当接するように付勢している。
【００３１】
一方、前記Ｘ方向移動部１７は、前記固定部１５の圧電アクチュエータ収納部１５ａに対して直交する方向に延びて一側面（図中上側面）にて開口する前記圧電アクチュエータ収納部１７ａと、前記Ｙ方向移動部２４用の凹部１７ｂを有しており、かつ該Ｘ方向移動部１７とＹ方向移動部２４とは、該Ｙ方向移動部２４を挟むように配置された平行な２個の撓み梁２５ａ、２５ｂにて互に連結されている。これら撓み梁２５ａ、２５ｂは、先に説明した撓み梁１９ａと同様に、薄肉平板からなり、かつ該Ｘ方向及びＹ方向移動部１７、２４に一体に形成されて連結されており、かつ該撓み梁１９ａ、１９ｂとは直交する方向に延びている。従って、該Ｙ方向移動部２４は、該Ｘ方向移動部１７に対して、平行な該撓み梁２５ａ、２５ｂが撓み変形することによりＹ方向に平行に移動し得る。なお、該Ｘ方向移動部１７は、上述したように、Ｘ方向に対しては、該固定部１５に対する移動部を構成するが、Ｙ方向に対しては、該Ｙ方向移動部２４に対する固定部となる。
【００３２】
前記圧電アクチュエータ収納部１７ａには、前記圧電アクチュエータ２０と同様に、所定数のピエゾ素子を積層した圧電（微小変位）アクチュエータ２６が、その一端を該圧電アクチュエータ収納部１７ａの底面に固定されて配置されており、また前記凹部１７ｂには、前記Ｙ方向移動部２４が配置されている。更に、前記Ｘ方向移動部１７とＹ方向移動部２４との間には板ばね２７が、その両端が固定され、かつ所定量偏倚されて配置されており、かつ該板ばね２７は、前記板ばね２１とその付勢方向が直交する向きに配置されている。また、一体ブロックからなる該Ｘ方向移動部１７及びＹ方向移動部２４の一側方（図面上側）には、前記Ｙ方向変位拡大部１８が配置されている。
【００３３】
従って、前記圧電アクチュエータ２６及びＹ方向変位拡大部１８は、２個の剛体部からなる前記Ｘ方向移動部１７及びＹ方向移動部２４と、これらを連結する前記撓み梁２５ａ、２５ｂとにより囲まれた空間部の外側に配置されている。また、該Ｙ方向変位拡大部１８は、該一方の撓み梁２５ａの外側を覆うように略々平行に配置されており、該Ｘ方向移動部１７との間で一体に形成されている薄肉の連結部２９と、該Ｙ方向移動部２４との間で一体に形成されている薄肉の連結部３０とにより、それぞれ該Ｘ方向移動部１７及びＹ方向移動部２４に連結されている。更に、該Ｙ方向変位拡大部１８の一端部にねじ孔が貫通されて前記Ｙ方向調整スクリュー６が螺合しており、該Ｙ方向調整スクリュー６の操作部６ａが外方に突出して位置しており、かつその先端部６ｂは、該圧電アクチュエータ２６の他端に当接している。該薄肉の両連結部２９、３０は、該Ｙ方向変位拡大部１８の長手方向と直交する方向に延びて回動支点を構成しており、従って、該Ｘ方向移動部側連結部３０が支点、該Ｙ方向移動部側連結部２９が作用点、そして、該圧電アクチュエータ２６に当接する該Ｙ方向調整スクリュー６部分が力点となって、該Ｙ方向変位拡大部１８は、拡大てこ機構を構成している。
【００３４】
なお、前記板ばね２７は、前記Ｘ方向移動部１７に対して前記Ｙ方向移動部２４を矢印Ｙ１方向に付勢しており、従って、前記作用点連結部２９を介して前記Ｙ方向変位拡大部１８を、前記支点連結部３０を中心に時計方向に回動付勢して、前記Ｙ方向調整スクリュー６の先端６ｂが前記圧電アクチュエータ２６の他端に常に当接するように付勢している。また、前述したように、ＸＹ方向とも、一方の前記撓み梁１９ａ、２５ａは、その外側を前記各変位拡大部１６、１８に覆われて保護されているが、他方の前記撓み梁１９ｂ、２５ｂは、前記固定部１５、Ｘ方向移動部１７の内部に設けられて、外からのダメージを受けることはない。
【００３５】
ついで、前述したＸＹ方向部分Ｉの作用について説明する。Ｘ方向の粗動変位調整（位置決め）は、前記Ｘ方向調整スクリュー５をノブ５ａにて回転することにより行われ、この際、前記圧電アクチュエータ２０は電圧が供給されていない状態では一定長さに維持されているので、該Ｘ方向調整スクリュー５の進退に基づき、前記Ｘ方向変位拡大部１６が前記支点連結部２２を中心に回動して、前記撓み梁１９ａ、１９ｂにて支持されている前記Ｘ方向移動部１７を、前記作用点連結部２３を介して前記固定部１５に対してＸ方向に移動する。
【００３６】
同様に、Ｙ方向の粗動位置調整（位置決め）は、前記Ｙ方向調整スクリュー６をノブ６ａにて回動することにより行われ、その先端６ｂが前記圧電アクチュエータ２６に当接して固定状態にあるので、前記Ｙ方向変位拡大部１８が前記支点連結部３０を中心に回動して、前記撓み梁２５ａ、２５ｂにて支持されている前記Ｙ方向移動部２４を、前記作用点２９を介して前記Ｘ方向移動部１７に対してＹ方向に移動する。これにより、前記固定部１５と一体の前記基盤２に対して、後述するＺ方向変位部を介して該Ｙ方向移動部２４とＸＹ方向に一体の前記移動ステージ３が、前記Ｘ方向及びＹ方向調整スクリュー５、６によりＸ方向及びＹ方向に粗動位置調整される。
【００３７】
該粗動位置調整された状態で、コントローラにより前記圧電アクチュエータ２０、２６に所定電圧を供給する。該圧電アクチュエータ２０、２６は、その供給電圧と変位との間に所定の関係を備えており、前記所定電圧の印加により所定の微小変位を生じる。この状態では、前記Ｘ方向及びＹ方向調整スクリュー５、６は所定螺合状態に保持されており、かつ前述したように、前記板ばね（付勢手段）２１、２７により該Ｘ方向及びＹ方向調整スクリュー５、６の先端５ｂ、６ｂと該圧電アクチュエータ２０、２６の先端とは常に当接した状態にあり、前述した圧電アクチュエータ２０、２６の微小変位は、それぞれ前記Ｘ方向変位拡大部１６及びＹ方向変位拡大部１８の力点である該Ｘ方向及びＹ方向調整スクリュー５、６部分に作用し、前記変位拡大部１６、１８は、前記支点連結部２２、３０を支点として、前記作用点連結部２３、２９に変位を拡大して作用する。
【００３８】
そして、前述したＸ方向及びＹ方向調整スクリュー５、６による粗動と同様に、前記圧電アクチュエータ２０に基づく前記変位拡大部１６の作用点連結部２３の変位は、平行な２個の前記撓み梁１９ａ、１９ｂにより前記固定部１５に対して平行支持されている前記Ｘ方向移動部１７をＸ方向に移動し、また前記圧電アクチュエータ２６に基づく前記変位拡大部１８の作用点連結部２９の変位は、平行な２個の前記撓み梁２５ａ、２５ｂにより該Ｘ方向移動部１７に対して平行支持されている前記Ｙ方向移動部２４をＹ方向に移動し、これにより該Ｙ方向移動部２４に後述するＺ方向変位部を介して連動されている前記移動ステージ３が、Ｘ方向及びＹ方向に所定量微小変位する。
【００３９】
ついで、図４及び図５に沿って、本発明の要部となるＺ方向変位部分について説明する。該Ｚ方向変位部分IIは、図４に示すように、前記ＸＹ変位部分Ｉの上部において長手方向をＹ軸方向に向けて配置されており、１個の金属ブロックから放電加工により加工された一体物からなる固定部３５、Ｚ方向移動部３６及び移動部３７を有しており、該各部３５、３６、３７は剛体部からなる。そして、前記固定部３５は、ネジ孔３５ａ、３５ａを介して、前述したＹ方向移動部２４にネジ３９（図２（ｂ）参照、Ｙ方向移動部２４のネジ孔を図３に３９ａ、３９ａで示す）により固定されており、また、Ｚ方向移動部３６は、ネジ孔４０ａ、４０ａを介して、ネジ４０（図２（ｂ）参照、図４、図５にもネジ孔４０ａを示す）により前記移動ステージ３に固定されている。
【００４０】
そして、前記固定部３５及びＺ方向移動部３６は、一体に形成され、かつ上下方向に隔てられて配置された薄肉平板からなる平行な２個の撓み梁４１ａ、４１ｂにより互いに連結されている。従って、該Ｚ方向移動部３６は、該固定部３５に対して上下方向、即ち、矢印Ｚ方向に、該互いに平行な２個の該撓み梁４１ａ、４１ｂが撓み変形することにより移動（変位）し得る。また、該固定部３５と移動部３６との間には、両端が固定され、かつ所定量偏倚されて板ばね４４が配置されている。なお、該固定部３５は、前記Ｙ方向移動部２４に一体に固定されており、該Ｙ方向移動部２４は、Ｙ方向に対しては、前記Ｘ方向移動部１７を固定部として移動部となるが、Ｚ方向に対しては、該Ｚ方向移動部３６に対する固定部となる。
【００４１】
また、前記移動部３７は、前記固定部３５と一体に形成され、かつ矢印Ｙ方向に隔てられて配置された薄肉平板からなる平行な２個の撓み梁４３ａ、４３ｂにより互いに連結されている。従って、該移動部３７は、該固定部３５に対して矢印Ｙ方向に、互いに平行な２個の該撓み梁４３ａ、４３ｂが撓み変形することにより移動（変位）し得る。また、該固定部３５の一端部には、ネジ孔４５が貫通して形成され、該ネジ孔４５には、内周面及び外周面にネジが形成されたナット４６が螺合して固定され、該ナット４６のネジ孔を貫通するように前記Ｚ方向調整スクリュー７が螺合し、該Ｚ方向調整スクリュー７のノブ７ａが外方に突出して位置しており、かつその先端部７ｂが該移動部３７の一端に当接している。
【００４２】
前記固定部３５、Ｚ方向移動部３６、移動部３７及び撓み梁４１ａ、４１ｂで囲まれた空間には、前述と同様な複数個のピエゾ素子を積層し、かつ両端部に回動部となるピボット５０ａ、５０ｂを有して構成される圧電アクチュエータ５０が、その駆動方向と該Ｚ方向移動部３６の相対変位方向が一致しないようにバイアスして配置されている。該圧電アクチュエータ５０のピボット５０ａは、該移動部３７の矢印Ｙ２側の端面に回動自在に連結され、該ピボット５０ｂは、該Ｚ方向移動部３６の矢印Ｙ１側の端面に回動自在に連結されている。なお、該ピボット５０ａ、５０ｂの形状は、球状もしくは円柱状に形成され、該ピボット５０ａと該移動部３７の間、該ピボット５０ｂと該Ｚ方向移動部３６の間に、面もしくは線対偶を構成している。
【００４３】
なお、前記板ばね４４は、前記固定部３５に対して前記Ｚ方向移動部３６を矢印Ｚ１方向に付勢しており、前記圧電アクチュエータ５０を介して前記移動部３７を、前記撓み梁４３ａ、４３ｂを中心として反時計方向に回動付勢している。従って、該移動部３７と前記Ｚ方向調整スクリュー７の先端７ｂの間の当接が常に保持されている。また、該撓み梁４３ａ、４３ｂは、固定部３５の内側に設けられて保護されている。また、前記撓み梁４１ａは、前記Ｘ方向の固定部１５及びＸ方向移動部１７と対向する位置に設けられ、撓み梁４１ｂは、前記移動ステージ３と対向する位置に設けられるので、外からのダメージを受けることはない。
【００４４】
ついで、前記Ｚ方向変位部分IIの作用について説明する。Ｚ方向の位置調整（位置決め）は、ＸＹ方向と同様に、大体の調整（粗動調整）に関しては、前記Ｚ方向調整スクリュー７を人手にて調整することにより行われ、微小範囲の調整（微動調整）に関しては、前記圧電アクチュエータ５０に所定電圧を印加することにより行われる。
【００４５】
粗動調整は、図５に示す状態から、前記Ｚ方向調整スクリュー７をノブ７ａにて回転することにより行われ、この際、前記圧電アクチュエータ５０は、電圧が供給されていない状態で一定の長さに維持されている。該Ｚ方向調整スクリュー７の先端７ｂを矢印Ｙ２方向に移動させると、該先端７ｂが前記移動部３７を押して、図６に示すように、前記撓み梁４３ａ、４３ｂを撓ませながら該移動部３７を矢印Ｙ２方向に移動させる。該移動部３７の矢印Ｙ２方向への移動は、該移動部３７から前記ピボット５０ａを介して該圧電アクチュエータ５０に伝達され、更に前記ピボット５０ｂを介して前記Ｚ方向移動部３６に伝達される。そして、該圧電アクチュエータ５０が一定長さからなり、かつＺ方向移動部３６は、撓み梁４１ａ、４１ｂによりＹ方向に変位し得ないので、前記圧電アクチュエータ５０の傾斜角θに基づき、移動部３７のＹ方向移動量ｙに対して、Ｚ＝ｙｓｉｎθとなるＺ方向移動量にて、該Ｚ方向移動部３６は、前記撓み梁４１ａ、４１ｂ及び板ばね４４を撓ませながら矢印Ｚ１方向に移動して粗動調整される。
【００４６】
該粗動調整された状態で、コントローラにより前記圧電アクチュエータ５０に所定電圧を供給する。該圧電アクチュエータ５０は、その供給電圧と変位との間に所定関係を備えており、前記所定電圧の印加により所定の微小変位を生ずる。この状態では、前記Ｚ方向調整スクリュー７は、所定螺合状態に保持されており、かつ上述したように、前記板ばね（付勢手段）４４により該Ｚ方向調整スクリュー７の先端７ｂと前記移動部３７とは常に当接した状態にあるので、該圧電アクチュエータ５０の微小変位は、前記Ｚ方向移動部３６に作用する。
【００４７】
そして、前述したＺ方向調整スクリュー７による粗動と同様に、前記圧電アクチュエータ５０に基づく微小変位は、平行な２個の前記撓み梁４１ａ、４１ｂにより前記固定部３５に対して平行支持されている前記Ｚ方向移動部３６をＺ方向に移動させ、該Ｚ方向移動部３６に連結されている前記移動ステージ３がＺ方向に所定量微小変位する。
【００４８】
従って、前述したように、前記基盤２に固定されている前記固定部１５に対して、前記Ｘ方向調整スクリュー５及び／又は前記圧電アクチュエータ２０により前記Ｘ方向移動部１７がＸ方向に移動し、更に、該Ｘ方向移動部１７に対して、前記Ｙ方向調整スクリュー６及び／又は前記圧電アクチュエータ２６により前記Ｙ方向移動部２４がＹ方向に移動し、前述したように、前記Ｚ方向調整スクリュー７及び／又は前記圧電アクチュエータ５０により前記Ｚ方向移動部３６がＺ方向に移動する。これにより、該Ｚ方向移動部３６に固定されている前記移動ステージ３が、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動する。
【００４９】
なお、前述した各調整スクリュー５、６、７のノブ５ａ、６ａ、７ａによる前記移動ステージ３の移動は、該各ノブ５ａ、６ａ、７ａの手動操作と相俟って目視で確認することは可能であるが、前記各圧電アクチュエータ２０、２６、５０による微小範囲での該移動ステージ３の移動は、目視で確認することは困難である。
【００５０】
ついで、目視による移動確認装置について、図７及び図２に沿って説明する。前記基盤２に固定されている前記固定部１５の上面には、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、２側面に平行にＬ型ブラケット６０、６１がそれぞれネジ６２、６３により固定されている。Ｘ方向に平行する一方の側面（前記移動ステージ３の側面３ｂ側）に平行面を有するブラケット６０には、所定角度θ傾けて固定側部材となる枠６５が固定されており、Ｙ方向に平行する一方の側面（該移動ステージ３の側面３ｃ側）に平行面６１ａを有するブラケット６１には、同様に、所定角度θ傾けて固定部材となる２個の枠６６、６７が固定されている。一方、前記各固定枠６１、６６、６７に対応する該移動ステージ３の側面３ｂ、３ｃには、図２に示すように、それぞれ該各固定枠６１、６６、６７に対向して移動部材となる切欠き窓６９、７０、７１が形成されている。
【００５１】
そして、前記各固定枠６１、６６、６７及び切欠き窓６９、７０、７１には、それぞれ等間隔、例えば０．１［ｍｍ］にエッチング等にて形成された格子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが配設されている。従って、互いに対向する該格子１０ａと１０ｂ、１１ａと１１ｂ、１２ａと１２ｂは、所定角度θ傾斜して対向配置されるため、該格子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと直交する方向に正弦波状のモアレ縞を現出する。該モアレ縞の波長Ｌは、該格子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂのピッチをＰとし、前記所定角度をθとすると、Ｌ＝Ｐ／θとなり、所定角度θの値を小さく取ることによって、モアレ縞の移動量は、該格子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの移動量よりも拡大された大きな移動量となって目視される。例えば、前記所定角度θを５度とすると、モアレ縞の移動量は、該格子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの移動量の略々１１倍となって目視される。
【００５２】
前記枠６５と切欠き窓６９に配置された前記格子１０ａ、１０ｂは、垂直方向に設けられていると共に、Ｘ方向に移動する側の前記側面３ｂに配置されており、従って、前記移動ステージ３のＸ方向の動きにより、前記モアレ縞が拡大して移動して、Ｘ方向の前記移動確認装置１０を構成し、また、前記枠６６と切欠き窓７０に配置された前記格子１１ａ、１１ｂも、垂直方向に設けられていると共に、Ｙ方向に移動する側の側面３ｃに配置されており、従って、該移動ステージ３のＹ方向の動きにより、前記モアレ縞が拡大して移動して、Ｙ方向の前記移動確認装置１１を構成する。さらに、前記枠６７と切欠き窓７１に配置された格子１２ａ、１２ｂは、水平方向に設けられており、かつ該移動ステージ３のＺ方向の移動に関しては、どの側面でも同じであるが、配置効率及びスペース効率からみて、該Ｙ方向確認装置１１と同じ側面３ｃに配置され、従って、該移動ステージ３のＺ方向の動きにより前記モアレ縞が拡大して移動して、Ｚ方向の前記移動確認装置１２を構成する。
【００５３】
前記構成により、前記圧電アクチュエータ２０、２６、５０に基づき前記移動ステージ３が微小範囲にてＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動すると、前記各方向の移動確認装置１０、１１、１２のモアレ縞が目視にて充分確認できるように拡大して移動し、これにより、前記移動ステージ３が、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に実際に移動していることを目視により確認できる。もし、該圧電アクチュエータ２０、２６、５０への電圧印加によっても、該圧電アクチュエータ２０、２６、５０に対応する該移動確認装置１０、１１、１２のモアレ縞の移動が目視できない場合、該移動方向の圧電アクチュエータ２０、２６、５０又はその配線等に異常があることが直ちに確認できる。
【００５４】
ついで、図８に沿って、前記Ｚ方向変位部分IIの一部変更した実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、前記撓み梁４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂの形状が異なり、他の部分は、図５、図６に示したものと実質的に同じなので、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本Ｚ方向変位部分IIも、図８に示すように、１個の金属ブロックから放電加工により形成された一体物からなる固定部３５、Ｚ方向移動部３６及び移動部３７を有しており、これら各部３５、３６、３７は、剛体部からなり、かつ該固定部３５とＺ方向移動部３６は、２個の平行な撓み梁４１ａ、４１ｂにより連結され、該固定部３５と移動部３７は、２個の平行な撓み梁４３ａ、４３ｂにより連結されている。また、該Ｚ方向移動部３６と移動部３７との間には、前記圧電アクチュエータ５０が配設されている。
【００５６】
前記撓み梁４１ａ、４１ｂは、中央部が剛体４１ｃ、４１ｃに形成され、前記固定部３５及び移動部３６とに連結される両端部が薄肉平板４１ｄ、４１ｄの弾性ヒンジとして形成されている。同様に、前記撓み梁４３ａ、４３ｂは、中央部が剛体４３ｃ、４３ｃに形成され、前記固定部３６及び移動部３７とに連結される両端部が薄肉平板４３ｄ、４３ｄの弾性ヒンジとして形成されている。
【００５７】
前記の構成としても、前記図５、図６に示す実施の形態と同様に作用を行なうことが出来る。また、本実施の形態によれば、前記撓み梁４１ａ、４１ｂ及び撓み梁４３ａ、４３ｂの中央部を前記剛体４１ｃ、４１ｃ及び剛体４３ｃ、４３ｃとすることにより、該撓み梁４１ａ、４１ｂ及び撓み梁４３ａ、４３ｂの振動を押え、安定した作業を行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微小変位装置を示す図で、（ａ）は背面図、（ｂ）は平面図。
【図２】同じく微小変位装置を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図３】ＸＹ方向変位部分を示す平面図。
【図４】移動ステージを取り外した状態の微小変位装置の平面図。
【図５】Ｚ方向変位部分の正面図。
【図６】Ｚ方向変位部分の変位状態を示す正面図。
【図７】移動ステージ及びＺ方向変位部分を取り外した状態の微小変位装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図。
【図８】Ｚ方向変位部分の一部を変更した実施の形態を示す正面図。
【符号の説明】
１              微小変位装置
７              Ｚ方向調整スクリュー
１５              固定部
１７              Ｘ方向移動部
２４              Ｙ方向移動部
３５              （一方の）剛体部（固定部）
３６              （他方の）剛体部（Ｚ方向移動部）
３７              移動部
４１ａ、４１ｂ    連結支持部（撓み梁）
５０              微小変位（圧電）アクチュエータ
I                ＸＹ変位部分
II                Ｚ方向変位部分
【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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