特許 6356903 精密駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6356903

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】精密駆動装置

(51)【国際特許分類】

   G12B 5/00 20060101AFI20180702BHJP

   H02N 2/02 20060101ALI20180702BHJP

   H02N 2/10 20060101ALI20180702BHJP

   B81C 99/00 20100101ALN20180702BHJP

   H01L 21/302 20060101ALN20180702BHJP

【ＦＩ】

   G12B5/00 T

   H02N2/02

   H02N2/10

   !B81C99/00

   !H01L21/302 201B

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-505696(P2017-505696)

(86)(22)【出願日】2015年4月8日

(65)【公表番号】特表2017-524941(P2017-524941A)

(43)【公表日】2017年8月31日

(86)【国際出願番号】CN2015076109

(87)【国際公開番号】WO2015161740

(87)【国際公開日】20151029

【審査請求日】2016年10月18日

(31)【優先権主張番号】201410165949.7

(32)【優先日】2014年4月23日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】502134971

【氏名又は名称】中国科学院物理研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100124811

【弁理士】

【氏名又は名称】馬場 資博

(74)【代理人】

【識別番号】100187724

【弁理士】

【氏名又は名称】唐鎌 睦

(72)【発明者】

【氏名】武 栄庭

(72)【発明者】

【氏名】▲ファン▼ 慶

(72)【発明者】

【氏名】▲イェン▼ 凌昊

(72)【発明者】

【氏名】任 俊海

(72)【発明者】

【氏名】呉 澤賓

(72)【発明者】

【氏名】高 鴻鈞

【審査官】 榮永 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１２６５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０５６８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６９３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１９２１０２６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１２Ｂ ５／００

Ｈ０２Ｎ ２／０２

Ｈ０２Ｎ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２方向への精密駆動を実現するための精密駆動装置であって、
設置空間（１０１）が内部に形成され、上面（１０２）と内側面（１０３）とを有し、前記設置空間（１０１）は、前記上面（１０２）から内部に向かって凹むと共に当該上面（１０２）に向かって開口し、前記設置空間（１０１）の周囲は、前記内側面（１０３）で形成されている第１の移動部品（１０）と、
前記第１の移動部品（１０）と伝動接続され、当該第１の移動部品（１０）が第１の方向に沿って移動するよう当該第１の移動部品（１０）を駆動するために用いられる第１の精密駆動機構（１１）と、
前記第１の移動部品（１０）と共に前記第１の方向へ移動可能になるよう前記設置空間（１０１）内に設置され保持される、第２の移動部品（２０）および第２の精密駆動機構（２１）と、を備え、
前記第２の精密駆動機構（２１）は、前記第２の移動部品（２０）と伝動接続され、当該第２の移動部品（２０）が前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って前記設置空間内を移動するよう前記第２の移動部品（２０）を駆動するために用いられ、
前記第１の精密駆動機構（１１）と前記第１の移動部品（１０）との間、および／または、前記第２の精密駆動機構（２１）と前記第２の移動部品（２０）との間に、案内・制限構造（４０）を設け、
当該案内・制限構造（４０）は、前記第１の移動部品および／または前記第２の移動部品が、対応する前記第１の精密駆動機構および／または前記第２の精密駆動機構に対して対応する前記第１の方向および／または前記第２の方向に沿ってのみ移動するよう、案内するものであり、
前記案内・制限構造（４０）は、
案内溝（４１）と、
前記案内溝（４１）との協働に用いられ、当該案内溝（４１）内に設けられるスライドブロック（４２）と、を備え、
前記第１の精密駆動機構および／または前記第２の精密駆動機構は、前記案内溝（４１）または前記スライドブロック（４２）のいずれか一方を備え、前記第１の移動部品および／または前記第２の移動部品は、前記案内溝（４１）または前記スライドブロック（４２）の他方を備える、
精密駆動装置。

【請求項2】

請求項１に記載の精密駆動装置であって、
前記第１の移動部品（１０）は、平板ブロック状に形成され、厚さのある拡張平面によって形成される拡張空間内に位置し、前記第１の移動部品（１０）の前記第１の方向に沿った移動は前記拡張空間内で行われ、
前記第２の移動部品（２０）は、平板ブロック状に形成されて前記拡張空間内に位置し、当該第２の移動部品（２０）の前記第２の方向に沿った移動は前記拡張空間内で行われ、
さらに、前記第１の精密駆動機構（１１）と前記第２の精密駆動機構（２１）が前記拡張空間内に位置する、
精密駆動装置。

【請求項3】

請求項２に記載の精密駆動装置であって、
前記第１の方向は、第１の直線方向であり、
前記第２の方向は、前記第１の直線方向と同一平面上で当該第１の直線方向に垂直な第２の直線方向であるか、または、前記拡張平面に垂直な回転軸を中心として前記拡張空間内で回転する回転方向である、
精密駆動装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の精密駆動装置であって、
前記第１の移動部品および／または前記第２の移動部品は、前記案内・制限構造を介して、対応する第１の精密駆動機構および／または前記第２の精密駆動機構によってのみ移動可能に支持される、
精密駆動装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の精密駆動装置であって、
前記第１の精密駆動機構および／または前記第２の精密駆動機構に形成された案内溝（４１）またはスライドブロック（４２）は、対応する前記第１の移動部品および／または前記第２の移動部品を操作するための前記第１の精密駆動機構および／または前記第２の精密駆動機構の操作ヘッドとして形成される、
精密駆動装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の精密駆動装置であって、
さらに、前記第１の精密駆動機構（１１）を前記第１の移動部品（１０）に対して押圧する弾性力を発生するために使用される弾性部材（３０）を備える、
精密駆動装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の精密駆動装置であって、
前記第２の精密駆動機構（２１）は、前記第１の移動部品（１０）の内側面（１０３）に設置されて保持され、
前記設置空間（１０１）は、前記内側面に形成された設置溝（１０４）を有し、当該設置溝（１０４）は、前記第２の精密駆動機構（２１）を収容して保持するために使用され、前記設置溝（１０４）は、前記内側面（１０３）から離れる方向に向かって開口し、前記第２の精密駆動機構（２１）の一部が前記設置溝（１０４）の外部へ延びて前記第２の移動部品（２０）を保持し、
さらに、前記設置溝（１０４）の一部は、前記第１の移動部品（１０）の前記上面（１０２）に向かう方向に開口する、
精密駆動装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の精密駆動装置であって、
前記第１の精密駆動機構（１１）は、複数の第１の駆動部品（１１１）を備え、該複数の第１の駆動部品（１１１）は、前記第１の移動部品（１０）の周囲に配置され、
および／または、前記第２の精密駆動機構（２１）は、複数の第２の駆動部品（２１１）を備え、該複数の第２の駆動部品（２１１）は、前記第２の移動部品（２０）の周囲に配置される、
精密駆動装置。

【請求項9】

請求項８に記載の精密駆動装置であって
前記第１の移動部品（１０）は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、前記第１の方向は、前記第１の移動部品（１０）の該２つの直線状の側辺に平行であり、複数の前記第１の駆動部品（１１１）は各々、前記第１の移動部品（１０）の該２つの直線状の側辺に沿って前記第１の移動部品（１０）の対向する２辺に分配され、
および／または前記第２の移動部品（２０）は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、前記第２の方向は、前記第２の移動部品（２０）の該２つの直線状の側辺に平行であり、複数の前記第２の駆動部品（２１１）は各々、前記第２の移動部品（２０）の該２つの直線状の側辺に沿って前記第２の移動部品（２０）の対向する２辺に分配されるか、または、前記第２の移動部品（２０）は円盤状であり、複数の前記第２の駆動部品（２１１）は、前記第２の移動部品（２０）の周囲に沿って均一に分配される、
精密駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精密駆動技術の分野に関し、特に精密駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

精密駆動とは、対象物が特定の方向に沿ってマイクロ・ナノスケールで運動（移動または回転）するよう制御する技術であり、表面分析、マイクロ・ナノ加工、光学調整、細胞操作等の分野で、コア技術として広く適用されている。精密駆動機構は、レバー型、差動ネジ型、差動バネ型等の当初の機械的駆動型から、ライスクローリング型、ウォームクローリング型、慣性スライド型等の、現在のステッパモータ駆動型まで、２つの開発段階で開発されてきた。

【0003】

現在の比較的成熟した精密駆動機構は、一般的に圧電セラミックステッパモータによって実現されている。複数の自由度を有する精密駆動機構は、複数の自由度のマイクロ・ナノスケールで移動または回転制御を同時に実現することができる。例えば、二次元の精密移動機構は、二次元平面上で対象位置への位置決めを正確に制御することができ、三次元精密回転機構は、三次元空間において対象角度への位置決めを正確に制御することができる。

【0004】

二次元の精密移動機構等の、複数の自由度を有する既存の精密駆動機構は、体積が大きく移動範囲が狭いという欠点があることが多い。そのため、複数の自由度を持つ精密駆動機構全体の安定性が低下するだけでなく、表面分析、マイクロ・ナノ加工、光学調整、細胞操作等の分野における適用が大きく制限される。

【0005】

また、既存の精密駆動機構は、一般的に駆動部品と精密移動機構が磁力で固定されているため、磁界環境での精密駆動装置の適用が大きく制限される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の１つの目的は、精密駆動装置を提供することである。本発明の精密駆動装置は、構造設計がよりコンパクトであり、専有面積が小さく、移動範囲が広いものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様によれば、
少なくとも２方向への精密駆動を実現するために使用される精密駆動装置であって、
設置空間が内部に形成され、上面と内側面とを有し、該設置空間は、上面から内部に向かって凹むと共に上面に向かって開口し、該設置空間の周囲は内側面で規定されている第１の移動部品と、
第１の移動部品と伝動接続され、第１の移動部品が第１の方向に沿って移動するよう第１の移動部品を駆動するために用いられる第１の精密駆動機構と、
第１の移動部品と共に第１の方向へ移動可能になるよう設置空間内に設置され保持される第２の移動部品および第２の精密駆動機構と、を備え、
第２の精密駆動機構は、第２の移動部品と伝動接続され、第２の移動部品が第１の方向とは異なる第２の方向に沿って設置空間内を移動するよう第２の移動部品を駆動するために用いられる、精密駆動装置が提供される。

【0008】

また、第１の移動部品は平板ブロック状に形成され、厚さのある拡張平面によって形成される拡張空間内に実質的に位置し、第１の移動部品の第１の方向に沿った移動は、該拡張空間内で行われ、
好ましくは、第２の移動部品は、平板ブロック状に形成されて実質的に拡張空間内に位置し、第２の移動部品の第２の方向に沿った運動は、拡張空間内で行われ、
さらに好ましくは、第１の精密駆動機構と第２の精密駆動機構が拡張空間内に位置する。

【0009】

また、第１の方向は第１の直線方向であり、第２の方向は、第１の直線方向と同一平面上で第１の直線方向に垂直な第２の直線方向であるか、または、拡張平面に垂直な回転軸を中心として拡張空間内で回転する回転方向である。

【0010】

また、第１の精密駆動機構と第１の移動部品との間、および／または、第２の精密駆動機構と第２の移動部品との間に、案内・制限構造を設け、案内・制限構造は、第１の移動部品および／または第２の移動部品が、対応する第１の精密駆動機構および／または第２の精密駆動機構に対して対応する第１の方向および／または第２の方向に沿ってのみ移動するよう、案内するものであり、
好ましくは、第１の移動部品および／または第２の移動部品は、案内・制限構造を介して、対応する第１の精密駆動機構および／または第２の精密駆動機構によってのみ移動可能に支持される。

【0011】

また、案内・制限構造は、案内溝と、案内溝との嵌合に用いられ案内溝内に設けられるスライドブロックと、を備え、第１の精密駆動機構および／または第２の精密駆動機構は、案内溝またはスライドブロックのいずれか一方を備え、第１の移動部品および／または第２の移動部品は、案内溝またはスライドブロックの他方を備える。

【0012】

また、第１の精密駆動機構および／または第２の精密駆動機構に形成された案内溝またはスライドブロックは、対応する第１の移動部品および／または第２の移動部品を操作するための第１の精密駆動機構および／または第２の精密駆動機構の操作ヘッドとして形成される。

【0013】

また、精密駆動装置はさらに、第１の精密駆動機構を第１の移動部品に対して押圧する弾性力を発生するために使用される弾性部材を備える。

【0014】

また、第２の精密駆動機構は、第１の移動部品の内側面に設置されて保持され、
好ましくは、設置空間は、内側面に形成された設置溝を有し、設置溝は、第２の精密駆動機構を収容して保持するために使用され、設置溝は、内側面から離れる方向に向かって開口し、第２の精密駆動機構の一部が設置溝の外部へ延びて第２の移動部品を保持し、
さらに好ましくは、設置溝の一部は、第１の移動部品の上面に向かう方向に開口する。

【0015】

また、第２の精密駆動機構は、複数の第２の駆動部品を備え、該複数の第２の駆動部品は第２の移動部品の周囲に配置され、および／または
第１の精密駆動機構は複数の第１の駆動部品を備え、該複数の第１の駆動部品は第１の移動部品の周囲に配置される。

【0016】

また、第１の移動部品は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、第１の方向は、第１の移動部品の該２つの直線状の側辺に平行であり、複数の第１の駆動部品は各々、第１の移動部品の該２つの直線状の側辺に沿って第１の移動部品の対向する２辺に分配され、および／または
第２の移動部品は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、前記第２の方向は、第２の移動部品の該２つの直線状の側辺に平行であり、複数の第２の駆動部品は各々、第２の移動部品の該２つの直線状の側辺に沿って第２の移動部品の対向する２辺に分配されるか、または、
第２の移動部品は円盤状であり、複数の第２の駆動部品は、第２の移動部品の周囲に沿って均一に分配される。

【0017】

また、第１の駆動部品および第２の駆動部品は各々、駆動力を提供するための圧電セラミックを備え、第１の駆動部品および第２の駆動部品は各々、対応する第１および第２の移動部品との間の接触面に接する駆動力を発生するよう構築される。

【0018】

１つの方向に沿う第２の移動部品が、別の方向に沿う第１の移動部品に一体化されて、よりコンパクト化された構造が可能となる。そのため、精密駆動装置全体の体積を大幅に削減することが可能となり、精密駆動装置の２方向への移動範囲が拡大し、精密駆動装置の安定性と一体性が改善される。

【0019】

以下の本発明の具体的な実施形態の詳細な説明と添付の図面により、本発明の上記およびその他の目的、効果、および特徴は、当業者により良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

以下、本発明の実施形態のいくつかについて、図面を参照して詳細に説明する。これらは一例であり、本発明はこれに限定されない。図面全体を通して、同一または類似の部品または部分は同一の符号で示す。これらの添付図面が必ずしも正確な縮尺率でないことは、当業者には理解される。

【図1】本発明の１つの実施形態にかかる精密駆動装置の正面図である。

【図2】図１に示す精密駆動装置の側面図である。

【図3】図１に示す精密駆動装置の概略図である。

【図4】本発明の別の実施形態にかかる精密駆動装置の正面図である。

【図5】本発明の別の実施形態にかかる精密駆動装置の正面図である。

【図6】本発明の別の実施形態にかかる集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１乃至図３は、本発明の１つの実施形態における精密駆動装置の概略図である。本実施形態の精密駆動装置は、表面分析、マイクロ・ナノ加工、光学調整、細胞操作等の分野で利用することができる。図１では、精密駆動装置の主要な部品のみを示し、外殻、回路等は示していない。

【0022】

本発明の精密駆動装置は、二方向への精密駆動を実現するものでもよい。精密駆動装置は、第１の移動部品１０、第１の精密駆動機構１１、第２の移動部品２０、および第２の精密駆動機構２１を備えてもよい。第１の移動部品１０と第２の移動部品２０は、各々、二方向へ精密移動する。

【0023】

第１の移動部品１０には設置空間１０１が形成される。第１の移動部品１０は、上面１０２、下面１０５、および内側面１０３を有する。設置空間１０１は、上面１０２から下面１０５に向かって第１の移動部品１０の内部に凹んで設けられ、上面１０２に向かって開口している。設置空間１０１の周囲は、内側面１０３によって規定される。図１に示す本実施形態においては、設置空間１０１は、第１の移動部品１０の厚さ全体を貫通して、第１の移動部品１０の厚さ方向に沿って貫通空間を形成している。他の実施形態では、設置空間１０１は、第１の移動部品１０の上面１０２から第１の移動部品１０の厚さの一部に沿って下方に延び、設置空間が内部の凹部のように形成されてもよい。

【0024】

第１の精密駆動機構１１は、第１の移動部品１０と伝動接続される。第１の精密駆動機構１１は、第１の移動部品１０を第１の方向Ａ１に沿って移動させるよう駆動するために用いられる。図１において、第１の方向Ａ１は、図１の紙面の縦方向に沿った直線方向でもよい。

【0025】

第２の移動部品２０および第２の精密駆動機構２１はいずれも、設置空間１０１内に設置され保持される。第２の移動部品２０および第２の精密駆動機構２１は、第１の移動部品１０と共に第１の方向Ａ１に沿って移動可能である。設置空間１０１内に保持される第２の移動部品２０および第２の精密駆動機構２１は、設置空間１０１に設置されることで、設置空間１０１と一体的に固定され、その位置状態が維持される。しかし、以下に述べるように、このように保持されることにより、第２の移動部品２０と第２の精密駆動機構２１との間の相対移動が可能となる。

【0026】

第２の精密駆動機構２１は、第２の移動部品２０と伝動接続される。第２の精密駆動機構２１は、第２の移動部品２０を第１の方向Ａ１とは異なる第２の方向Ａ２に沿って設置空間１０１内を移動させるよう、第２の移動部品２０を駆動するために用いられる。図１に示すように、第１の方向Ａ１は第１の直線方向でもよく、第２の方向Ａ２は、第１の直線方向に垂直な第２の直線方向であり、第２の方向Ａ２は図１の紙面の横方向または水平方向に沿った直線方向でもよい。

【0027】

二方向に移動する第１の精密移動部品１０および第２の精密移動部品２０は、上記の方法で一体化されている。そのため、精密駆動装置全体の構造がよりコンパクトになり、体積が効果的に削減され、また二方向への移動範囲が大きくなる。

【0028】

第１の移動部品１０は、平板ブロック状に形成されてもよく、所定の厚さの拡張平面によって形成される拡張空間内に実質的に位置している。本実施形態においては、第１の移動部品１０は一般的に平らな立方体であり、拡張空間Ｖは、第１の移動部品１０の上面１０２が位置する平面Ｐ１と、下面１０５が位置する平面Ｐ２との間の空間を意味し、その厚さは第１の移動部品１０の幅よりも小さい。第１の移動部品１０の、第１の方向Ａ１に沿った動きは、図２の紙面に垂直な方向への移動として図２に具体的に示されており、これは拡張空間Ｖ内に位置する。

【0029】

第１の移動部品１０の体積と合わせるために、第２の移動部品２０も平板ブロック状に形成され、実質的に拡張空間Ｖ内に広がる。また、第２の移動部品２０の第２の方向Ａ２に沿った動きも、拡張空間Ｖ内に位置する。さらに精密駆動装置の体積をさらに削減するために、第１の精密駆動機構１１および第２の精密駆動機構２１も拡張空間Ｖ内に位置してもよい。このように、精密駆動装置全体が拡張空間Ｖ内に限定されるため、精密駆動装置は一般的に平坦状、例えば、平板状である。これは精密駆動装置の体積を削減する上で有効であり、より多くの機会または分野に適用することができる

【0030】

図１に示すように、案内・制限構造４０、４０’によって、本実施形態の精密駆動装置は、第１の移動部品１０および第２の移動部品２０の移動方向、つまり第１の方向Ａ１および第２の方向Ａ２が規定される。第１の精密駆動機構１１と第１の移動部品１０との間に形成された案内・制限構造４０は、図２にさらに明確に示されている。案内・制限構造４０は、対応する第１の方向Ａ１に沿ってのみ、対応する第１の精密駆動機構１１に対して移動するよう、第１の移動部品１０を導くように使用される。

【0031】

本実施形態において、案内・制限構造４０は、制限および案内機能だけでなく、第１の移動部品１０を支持するためにも使用されている。そのため、第１の移動部品１０は、案内・制限構造４０によって、対応する第１の精密駆動機構１１のみによって移動可能に保持されている。案内・制限構造４０の具体的な構造は、案内溝４１とスライドブロック４２とを備えてもよい。スライドブロック４２は、案内溝４１と嵌合するよう使用されるものであり、案内溝４１内に設置される。他の実施形態では、第１の移動部品１０は別の方法で支持されていてもよい。

【0032】

図２、３、６を参照すると、案内・制限構造４０は、第１の移動部品１０と第１の精密駆動機構１１との間に位置する。そのため、案内・制限構造４０も駆動力を伝達する機能を持つ。本実施形態において、スライドブロック４２は、第１の精密駆動機構１１に形成され、案内溝４１は第１の移動部品１０に形成される。スライドブロック４２は、第１の移動部品１０を操作する第１の精密駆動機構１１の操作ヘッドとして利用することもできる。そのため、案内・制限構造４０は、スライドブロック４２と案内溝４１とによって伝達を行うことができる。なお、スライドブロック４２と案内溝４１の位置は交換可能であり、他のいくつかの実施形態では、スライドブロック４２が第１の移動部品１０に位置し、案内溝４１が第１の精密駆動機構１１に位置し、案内溝４１が第１の精密駆動機構１１の操作ヘッドとして用いられる。位置が変わっても、案内・制限構造４０の、制限、案内、支持、保持、伝達駆動という機能は同じである。

【0033】

本実施形態では、対応する第２の精密駆動機構に対して移動する第２の移動部品２０を、対応する第２の方向に沿ってのみ案内するために、第２の移動部品２０と第２の精密駆動機構２１との間の案内・制限構造４０’が、上記の案内・制限構造４０と実質的に同じであってもよい。案内・制限構造４０と同様、案内・制限構造４０’は、制限および案内機能だけでなく、上記の支持、保持、および伝達駆動の機能も持つ。本実施形態において、案内溝は第２の移動部品２０に形成され、スライドブロックは第２の精密駆動機構２１に形成される。もちろん、スライドブロックが第２の移動部品２０に形成され、案内溝が第２の精密駆動機構２１に形成されてもよい。

【0034】

第１の精密駆動機構１１は、複数の第１の駆動部品、例えば、図１に示す４つの第１の駆動部品１１１を備えてもよく、複数の第１の駆動部品１１１は、第１の移動部品１０の周囲に配置されてもよい。第２の精密駆動機構２１も、複数の第２の駆動部品、例えば、図１に示す４つの第２の駆動部品２１１を備えてもよく、複数の第２駆動部品２１１は第２の移動部品２０の周囲に配置されていてもよい。

【0035】

図１に示すように、第１の移動部品１０は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、第１の方向Ａ１は、第１の移動部品１０の、この２つの直線状の側辺に平行である。複数の第１の駆動部品１１１は各々、第１の移動部品１０の２つの直線状の側辺に沿って、第１の移動部品１０の対向する２辺に分配される。図１に示すように、２つの第１の駆動部品１１１が、第１の移動部品１０の左右各々の側辺に配置される。

【0036】

第２の移動部品２０は、２つの互いに平行な直線状の側辺を有し、第２の方向Ａ２は、第２の移動部品２０の、この２つの直線状の側辺に平行である。複数の第２の駆動部品２１１は各々、第２の移動部品２０の２つの直線状の側辺に沿って、第２の移動部品２０の対向する２辺に分配される。図１に示すように、２つの第２の駆動部品２１１が、第２の移動部品２０の上下各々の側辺に配置される。

【0037】

第１の駆動部品１１１および第２の駆動部品２１１の各々は、駆動力を与える圧電セラミックを備える圧電セラミックモータであってもよい。また、第１の駆動部品１１１および第２の駆動部品２１１の各々は、対応する第１の移動部品１０と第２の移動部品２０との間の接触面に接する駆動力を発生させる構造となっている。図１および図６に示すように、第１の駆動部品１１１は、第１の移動部品１０の左右両側に設置されているが、操作ヘッドであるスライドブロック４２により、第１の方向Ａ１（つまり上下方向）に沿って駆動力を提供する。このように、第１の精密駆動機構１１または第１の駆動部品１１１の設置位置によって、第１の移動部品１０の移動範囲が制限されることはない。これは第２の精密駆動機構２１または第２の駆動部品２１１および駆動される第２の移動部品２０と同様である。

【0038】

以下、動作モードの例について、第１の駆動部品１１１を例として説明する。動作プロセスにおいて、通常、すべての第１の駆動部品１１１に鋸波電圧が同時に印加される。鋸波電圧の立ち上がりエッジは非常に急勾配であり、第１の駆動部品１１１の圧電セラミックが急速に接線方向に沿って変形する。そのため、スライドブロック４２が、第１の移動部品１０またはその案内溝４１に対して、約数十ナノメートルのわずかな相対移動を発生させる。このとき、第１の移動部品１０はほとんど動かない。

【0039】

そして、鋸波電圧の降下エッジは比較的ゆっくり進み、第１の駆動部品１１１の圧電セラミックはゆっくりと元の形状を回復する。このとき、そのスライドブロック４２と第１の移動部品１０との間に相対的なスライドは発生しないため、スライドブロック４２は、第１の移動部品１０が前進移動するよう第１の移動部品１０を駆動することができる。このプロセスを絶えず繰り返すことによって、第１の駆動部品１１１が第１の移動部品１０を駆動して移動させる。第２の移動部品２０を移動させるよう駆動する第２の駆動部品２１１の動作モードは、第１の駆動部品１１１と同様でよい。

【0040】

第２の精密駆動機構２１は、第１の移動部品１０の内側面１０３に設置され、保持されてもよい。具体的には、設置空間１０１は、内側面に形成された設置溝を含む。設置溝１０４は、第２の精密駆動機構２１を収容して保持するために用いられ、内側面１０３から離れる方向、つまり設置空間１０１の内部に向かう方向に開口している。第２の精密駆動機構２１の一部分、例えば、そのスライドブロックは、設置溝１０４から突出して第２の移動部品２０を支持し、それ以外の部分は、設置溝１０４内に設置することができる。選択的な実施形態では、設置溝１０４の一部分のみが第１の移動部品１０の上面１０２に向かう方向に開口されてもよい。つまり、第２の駆動部品２１１を設置するための開口のみが確保される。このように、開口部分を介して、第２の駆動部品２１１を簡便に設置溝１０４に取付けまたは設置溝１０４から取外しをすることができる。もちろん、設置溝１０４全体が上面１０２に向かう方向に開口していてもよい。

【0041】

図１乃至図３を参照すると、本実施形態において、第１の移動部品１０と第２の移動部品２０は各々、四角形である。４つの第１の駆動部品１１１が設けられ、第１の移動部品１０の２つの直線的な側辺に該当する対向する２辺に各々位置する。また、４つの第２の駆動部品２１１が設けられ、第２の移動部品２０の２つの直線状の側辺に該当する対向する２辺に各々位置する。駆動部品を２辺に設けることの利点は、駆動プロセスがより安定し、良い方向性が維持されることである。なお、他のいくつかの実施形態では、複数の第１の駆動部品１１１が第１の移動部品１０の１つの直線的な側辺に該当する１辺にのみ配置され、他方の直線的な側辺に該当する別の辺に複数の滑車が配置されてもよい。また、複数の第２の駆動部品２１１が第２の移動部品２０の１つの直線的な側辺に該当する１辺にのみ配置され、他方の直線的な側辺に該当する別の辺に複数の滑車が配置されてもよい。このように第１の移動部品１０と第２の移動部品２０とを駆動する機能も実現される。

【0042】

図１を参照して、第２の精密駆動機構２１および第２の移動部品２０の設置プロセスの例を、図１の方向に沿って以下に説明する。

【0043】

ます最初のステップで、第２の移動部品２０の下方にある２つの第２の駆動部品２１１が、下方の設置溝１０４内に配置される。

【0044】

第２のステップで、第２の移動部品２０が、第１の移動部品１０の上面１０２に垂直な方向に沿って設置空間１０１に置かれ、第２の移動部品の下方の案内溝が、下方向への移動により下方の２つの第２の駆動部品２１１のスライドブロックとしっかり嵌合する。

【0045】

第３のステップで、上方の２つの第２の駆動部品２１１が上方の設置溝１０４内に配置され、そのスライドブロックが、下方への移動により第２の移動部品２０の上方の案内溝と嵌合する。このとき、上方の第２の駆動部品２１１と設置空間１０１の側面１０３（具体的には上方の設置溝の上壁）との間に、下方への移動のために空間を確保しておく。

【0046】

最後に、第４のステップで、第３のステップで形成された空間に、少なくとも弾性ガスケット１０６が設けられ、第２の移動部品２０に向かう弾性力が上部の２つの第２の駆動部品２１１に印加され、４つの第２の駆動部品２１１の間の第２の移動部品２０を押圧して、設置が完了する。

【0047】

第１の精密駆動機構１１と第１の移動部品１０とを一緒に保持し、精密駆動装置が、極度の低温や強力な磁場等などの極端な環境でも作動するよう、本発明の精密駆動装置は弾性部材３０を備えている。弾性部材３０の一端は、第１の移動部品１０から離れた第１の駆動部品１１１の一面に当接し、他端は、精密駆動装置のシェル（図示せず）の内壁に当接または固定され、弾性部材３０が、第１の精密駆動機構１１を第１の移動部品１０に対して押圧するための弾性力を発生させる。

【0048】

第１の精密駆動機構１１と第１の移動部品１０とを一緒に保持する方法は、上記の実施形態の方法に限定されない。本発明の別の実施形態では、図４を参照すると、該実施形態の精密駆動装置の構造は上記の実施形態と実質的に同じであるが、対応する磁石３０が第１の精密駆動機構１１および第１の移動部品１０に各々配置され、第１の精密駆動機構１１および第１の移動部品１０が、磁石３０の磁気引力によって一緒に吸着される点が異なる。

【0049】

図５は、本発明の精密駆動装置の別の実施形態を示す。該実施形態の精密駆動装置は、上記の実施形態と実質的に同じであるが、精密駆動装置の第２の移動部品２０が円盤形状であり、複数の第２の駆動部品２１１が第２の移動部品２０の周囲に沿って均一に分配される点が異なる。本実施形態において、第２の移動部品２０の移動における第２の方向は、上面１０２に垂直な回転軸を中心として回転する回転方向である。第２の移動部品２０の回転軸は、第１の移動部品１０の中心軸と一致してもよい。本実施形態では、３つの第２の駆動部品２１１が設けられ、第２の移動部品２０の周囲の側面に沿って均一に分配され、その３つの第２の駆動部品２１１によって、案内、保持、および駆動安定性がより確実となる。

【0050】

本発明はさらに、図６に示すように、上記の実施形態の精密駆動装置を集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング装置に適用するための実施形態を提供する。

【0051】

集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング技術は、イオンビームによって二次元の表面にマイクロ・ナノ構造をエッチングしてマイクロ・ナノ装置を構築するための技術であり、高いエッチング解像度により、科学研究、半導体集積回路の製造等の分野に、幅広く適用されている。この技術では、異なる領域のマイクロ・ナノ構造のエッチングを行うために、エッチング対象サンプル１３０を精密に移動させる必要がある。動作原理は次の通りである。イオンビーム生成機構１１０によってイオンビーム１２０が生成され、それが、エッチング対象サンプル１３０の表面で直径約１０ｎｍのスポットに集束される。高エネルギーのイオンビーム１２０の影響で、エッチングによってその領域にマイクロ・ナノピットが形成され、エッチング対象サンプル１３０が二次元の精密駆動装置１００に制御されて特定の経路を移動し、エッチングによって、エッチング対象サンプル１３０の表面に特定のパターンが形成される。本発明の精密駆動装置はコンパクトな設計であるため、自由度の高い移動と回転を簡便に統合することができる。そのため、集束イオンビームのエッチング技術の適用範囲をより拡大することができる。

【0052】

本発明によれば、精密駆動装置の次元と方向を増やすことが可能であることがわかる。例えば、上記の実施形態で具体的に説明した、２つの異なる移動方向を有する（二次元の）精密駆動装置全体を、第３の移動方向を持つ第３の移動部品に配置してもよい。あるいは、第３の移動方向を持つ第３の移動部品を前記の第２の移動部品に設け、三次元の精密駆動装置を実現してもよい。もちろん、このような概念に基づいて、さらに次元数の多い精密駆動装置を実現してもよい。

【0053】

以上、本発明の複数の例示的な実施形態を詳細に説明したが、本発明の原理と一致する多くの他の変形または変更が、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明から直接的に決定される、または派生されることは、当業者に認識されるであろう。したがって、本発明の範囲は他のあらゆる変形または変更を含むと理解され、認識される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】