JPH0566592U - 粗微動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一つの案内部材により粗動と微動とを行うこ
とができ、且つ、コンパクトな構成とする。 【構成】 ベース１０上に設けられた一対の直線案内１
２に、第一ステージ１８及び第二ステージ１７が摺動可
能に取り付けられている。これらの第一ステージ１８及
び第二ステージ１７は駆動モータ２６の回転軸に取り付
けられたボールねじ２４の回転にともなって直線案内１
２上を移動可能である。また、電圧を印加することによ
り伸縮可能な圧電素子２０が第一ステージ１８と第二ス
テージ１７との間に挟まれて配置されている。さらに、
第一ステージ１８と第二ステージ１７との間には、前記
圧電素子２０の位置を安定させるための一対のコイルば
ね２８が接続されている。そして、第二ステージ１７上
に載置された被移動物体９は、ボールねじ２４の回転に
伴う移動と、圧電素子２０の伸縮に伴う移動との二通り
の方法で移動可能である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡等に用いられ、一般にＸＹステー ジなどと呼ばれている移動装置に関する。特にステージ部の送りが粗動、微動で 調整可能な粗微動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡といった微小表面を測定する装置が開 発されてきている。これらの装置は、被測定物表面の数十μｍ角から数ｎｍ角と いう微小範囲を走査して、表面形状をきわめて高精度に測定するというものであ る。これらの装置においては、被測定物をその表面を含む面内に平行に二次元に 動かすことのできる移動装置が必要となる。そして、その移動装置には、おおよ そ測定したい位置にすばやく被測定物を移動させる粗動送り機構と、測定時に被 測定物を微小範囲走査させるための微動送り機構とを備えていることが必要であ る。

【０００３】 従来、この種の装置に使われてきた移動装置を図２、図３、図４に示す。図２ に従来の粗微動装置を示す。図３には、図２に示す粗微動装置のうち、粗動装置 部分を、図４には、図２に示す粗微動装置のうち、微動装置部分を示している。

【０００４】 図３に従って粗動装置の動作原理を説明する。粗動ベース２１上には互いに平 行に設けられた一対の直線案内１２が固定されている。直線案内１２上には図中 矢印Ｘ方向へその直線案内１２上を摺動可能な直線移動子１４が配置されている 。このような直線案内機構としては、例えばアリ溝やＶ溝、リニアボールベアリ ング、リニアクロスローラガイドなどが採用される。直線移動子１４上には粗動 ステージ１６が固定されている。すなわち、この粗動ステージ１６は、直線移動 子１４を介して直線案内１２上を矢印Ｘ方向あるいは反矢印Ｘ方向に移動可能と なる。

【０００５】 前記粗動ベース２１上には、ボールねじ２４が粗動ベース２１の両端部に立設 されたフランジ２５及び粗動ステージ１６を挿通して回転可能に取り付けられて いる。前記ボールねじ２４の一端で、フランジ２５の外側には駆動モータ２６が ボールねじ２４を回転可能となるように接続されており、他端のフランジ２５に はボールねじ２４が回転自在に取り付けられている。ボールねじ２４には、粗動 ステージ１６に固定されたボールねじナット２２が取り付けられている。

【０００６】 前記粗動ステージ１６は、駆動モータ２６を駆動してボールねじ２４を回転さ せることにより、粗動ステージ１６に取り付けられたボールねじナット２２を介 して直線案内１２上を矢印Ｘ方向に移動させられる。なお、駆動モータ２６を駆 動させる代わりに、作業者が直接ボールねじ２４を手で回転させてもよい。また 、ボールねじ２４の回転方向を逆転することにより粗動ステージ１６の移動方向 を反矢印Ｘ方向とすることができる。

【０００７】 次に図４に基づいて微動装置の動作原理を説明する。

【０００８】 図４（ａ）に示すように、微動ベース３０は、リンク３６，３８により微動ス テージ３２と結合されている。微動ベース３０及び微動ステージ３２と各リンク ３６，３８とはそれぞれ幅が数百μｍの切り欠き部３１により連結されている。 また、微動ベース３０と一体に立設されたアーム部と前記リンク３６との間には 、電圧を印加することにより矢印方向に伸縮可能な圧電素子３４が前述と同様に 切り欠き部３１により連結されている。各切り欠き部３１は回転支点であり、こ の微動装置を構成している各構成要素は、圧電素子３４の伸縮に伴って切り欠き 部３１を中心に回転し、全体として平行四辺形の形を保ちつつ変形する。例えば 、圧電素子３４に電圧を印加するとその全長が伸び、微動ステージ３２が微動ベ ース３０に対して図４（ｂ）に示す左方に移動する。

【０００９】 そして、図２に示すように、前記粗動装置の粗動ステージ１６上に前記微動装 置の微動ベース３０を固着すると、粗動装置あるいは微動装置を駆動させること により、微動ステージ３１上に載置された被移動物体９を矢印Ｘ方向または反矢 印Ｘ方向へ粗動あるいは微動させることが可能となる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述したような従来の粗微動装置では、粗動ステージと微動ス テージとが独立しており、それらを上下に組み合わせて用いているため装置全体 の高さが高くなり、結果として装置の重心が高くなっていた。そのため、超精密 測定に用いられる場合、外部からの振動の影響を受けやすいという欠点があった 。

【００１１】 本考案は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、一つの案内 部材により粗動と微動とを行うことができ、且つ、コンパクトな構成となる粗微 動装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために本考案の粗微動装置は、案内部材を有するベースと 、その案内部材上を移動可能となるように配置された第一のステージ及び第二の ステージと、前記第一のステージを前記案内部材に従って移動させる粗動手段と 、前記第一のステージと接続され、前記第二のステージを前記案内部材に従って 移動させる微動手段とを備えている。

【００１３】

【作用】

上記の構成を有する本考案の粗微動装置において、第一のステージは粗動手段 によって案内部材に従って移動させられる。第二のステージは、第一のステージ が粗動手段により移動させられるのに伴って案内部材に従って移動させられると 共に、微動手段により案内部材に従って移動させられる。

【００１４】

【実施例】 以下、本考案の粗微動装置を具体化した一実施例を図面を参照して説明する。 なお、本実施例において、図２、図３、図４に示す従来装置と同一の部材は同一 の符号を付してある。

【００１５】 図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ベース１０上には互いに平行に設け られた一対の直線案内１２が固定されている。直線案内１２には、図中矢印Ｘ方 向へその直線案内１２上を摺動可能な直線移動子１４が複数個取り付けられてい る。直線移動子１４上には第一ステージ１８及び第二ステージ１７が固定されて いる。すなわち、これらの第一のステージ１８及び第二のステージ１７は、直線 移動子１４を介して直線案内１２上を矢印Ｘ方向に移動可能となる。

【００１６】 前記ベース１０上には、ボールねじ２４がベース１０の両端に立設されたフラ ンジ２５に回転可能に取り付けられている。また、前記両フランジ２５のうち片 方の外側面には、駆動モータ２６が取り付けられており、その駆動モータ２６の 回転軸はフランジ２５を挿通してボールねじ２４の端部と接続されている。ボー ルねじ２４には、第一ステージ１８に固定されたボールねじナット２２が取り付 けられている。また、前記第一ステージ１８と第二ステージ１７との間には、電 圧を印加することにより矢印方向に伸縮可能な圧電素子２０が第一ステージ１８ と第二ステージ１７との間に挟まれて配置されている。さらに、第一ステージ１ ８と第二ステージ１７との間には、前記圧電素子２０の位置を安定させるための 一対のコイルばね２８が接続されている。なお、このコイルばね２８のばね力は 圧電素子２０の駆動力よりも小さく設定されている。

【００１７】 続いて、上記のような構成の粗微動装置の動作について説明する。

【００１８】 前記第二ステージ１７上に被移動物体９を載置し、駆動モータ２６を回転駆動 させる。すると、ボールねじ２４が回転し、その回転に伴って第一ステージ１８ は直線移動子１４を介して直線案内１２上を矢印Ｘ方向へ移動する。このとき、 第二ステージ１７はコイルばね２８によって第一ステージ１８と接続されている ので、第二ステージ１７は第一ステージ１８の移動に追随して直線案内１２上を 移動する。また、駆動モータ２６を逆方向に回転駆動させると、第一ステージ１ ８は直線案内１２上を反矢印Ｘ方向へ移動する。この駆動モータ２６を駆動させ ると、第一ステージ１８及び第二ステージ１７を比較的長いストロークで、しか も、早い移動速度で直線案内１２上を移動させることができるのである。

【００１９】 このようにして駆動モータ２６の駆動により移動させられた第二ステージ１７ 上に載置されている被移動物体９を位置を正確に調整するときには、駆動モータ ２６を停止させ、第一ステージ１８を停止させておき、図示しない電圧印加手段 により圧電素子２０に電圧を印加する。一般に圧電素子２０は印加電圧に応じて 数ｎｍから数十μｍ毎に伸縮量を調整することができるので、この伸縮量に応じ て第二ステージ１７を精度良く移動させることができる。本実施例では、圧電素 子２０に印加する電圧を高くすると第二ステージ１７は直線移動子１４を介して 直線案内１２上を矢印Ｘ方向へ移動し、電圧を低くすると直線案内１２上を反矢 印Ｘ方向へ移動する。

【００２０】 以上の説明したとおり、本考案の粗微動装置によれば、第二の移動ステージ１ ７上の被移動物体９を粗動送りと微動送りの二通りの方法で同一の直線案内１２ 上を精度良く移動させることが可能となる。

【００２１】 以上、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本考案は他の態様 で実施することもできる。

【００２２】 例えば、前記実施例では案内部材として直線案内１２を用いていたが、特に案 内部材が直線である必要はなく、曲線を含む立体的な案内部材面でもかまわない 。

【００２３】 また、前記実施例では粗動手段としてボールねじ２４を駆動モータ２６により 回転させる方法を用いていたが、台形ねじを含む他の送りねじで駆動してもよい し、ラックピニオンやリニアモータ等の駆動方法を用いてもよい。

【００２４】 また、前記実施例では、コイルばね２８は第二ステージ１７と第一ステージ１ ８との間に引っ張り力を発生させているが、第二ステージ１７とベース１０とを 接続して引っ張り力を発生させてもよい。また、圧電素子２０が引っ張り荷重に 対して十分な耐性があれば圧電素子２０の両端を第二ステージ１７と第一ステー ジ１８に固定することにより、コイルばね２８を省略することも可能である。

【００２５】 また、前記実施例を上下に組み合わせていわゆるＸＹステージとして用いても よいし、ＸＹＺの三軸あるいはそれ以上の多軸の組み合わせで用いてもよい。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したことから明かなように、本考案の粗微動装置によれば、同一の案 内部材を用いて粗動と微動とを行うことができ、装置全体を小型化することがで きるので、装置の重心が高くなることを防止し、外部からの振動による影響を受 けにくいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本考案を具体化した粗微動装置の
一実施例の概略を示す上面図である。図１（ｂ）は本考
案を具体化した粗微動装置の一実施例の概略を示す正面
図である。

【図２】図２（ａ）は従来の粗微動装置の概略を示す上
面図である。 図２（ｂ）は従来の粗微動装置の概略を示す正面図であ
る。

【図３】図３（ａ）は図２に示す粗微動装置の粗動装置
部分の概略を示す上面図である。 図３（ｂ）は図２に示す粗微動装置の粗動装置部分の概
略を示す正面図である。

【図４】図４（ａ）は図２に示す粗微動装置の微動装置
部分の概略を示す上面図である。 図４（ｂ）は図２に示す粗微動装置の微動装置部分の概
略を示す正面図である。

【符号の説明】

１０ ベース １２ 直線案内 １４ 直線移動子 １７ 第二ステージ １８ 第一ステージ ２０ 圧電素子 ２１ 粗動ベース ２４ ボールねじ ２６ 駆動モータ ２８ コイルばね

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 案内部材を有するベースと、 その案内部材上を移動可能となるように配置された第一
   のステージ及び第二のステージと、 前記第一のステージを前記案内部材に従って移動させる
   粗動手段と、 前記第一のステージと接続され、前記第二のステージを
   前記案内部材に従って移動させる微動手段とを備えたこ
   とを特徴とする粗微動装置。