JP2004280355A - Moving device and positioning device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品の接合等、超精密位置決めに用いられる位置決め装置や、超精密マニピュレータとして適用が可能な移動装置、およびそれを用いた位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、光デバイスと光ファイバーアレーの接合等の光部品の接合や、半導体デバイス製造プロセス等において、nmオーダーの超精密位置決め技術が求められている。3次元の位置決めにおいては、X、Y、Zの3軸およびこれら軸の回りのθX、θY、θZの最大6自由度の移動が求められている。
【0003】
従来、このような多自由の移動を実現するためには、それぞれ異なった方向に移動する1自由度のステージを要求される自由度の数だけ重ねた機構が周知である。この機構においては、それぞれのステージに異なる方向の移動の和で全体の移動が構成される。
【0004】
一方、上述のような多自由度の移動を実現する技術としては、パラレルリンク機構が知られている(例えば特許文献1)。この技術は、ベース部材とエンドエフェクタとを6本のリンクにより連結し、各リンクの長さを変化させることによりベース部材の6自由度の移動を実現するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−328374号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前者の技術は、各ステージは1自由度のみの制御を行えばよく、全体の移動は各ステージの移動の単純な和であるから制御が容易である点、および各ステージの移動距離を大きくすることでステージ全体の移動距離が大きくなるので、移動距離が大きい場合に容易に対応することができる点を利点として挙げることができるものの、以下のような欠点がある。
【0007】
すなわち、複数のステージを重ねる構造を有しているため、装置全体の寸法、体積が大きくならざるを得ない。また、固定点と最上部のステージとの間の距離が長く装置全体として剛性を高く保持することが困難であり、かつ、複数のステージを移動させることから各ステージの位置決め誤差が累積するため、精度の点で難点がある。さらに、複数のステージを積層する状態となるので、最下部のステージに乗る質量は一般に大きく、位置決めのためにステージが移動する際の慣性が大きくなるため、速い応答速度を実現することは困難である。
【0008】
これに対して、後者の技術はこのような問題は生じ難く、比較的コンパクトな構造で多自由度の移動が可能な機構を実現することができる点、また、位置誤差に関しては全てのリンクの位置誤差の平均値として現れるため、一般に精度が高くなる点、移動させるのはベース部材部分のみであるから慣性質量が小さく、従って速い応答が可能である点を利点として上げることができる。
【0009】
しかしながら、後者の技術の場合には、以下のような欠点がある。すなわち、リンクの長さが変化した場合、一般にベース部材は6自由度全てに動いてしまう。特定の移動方向のみを与えようとすると、全てのリンクに対してある比率で同時に長さ変化を与える必要がある。これは6自由度が必要な場合にはあまり問題にはならないが、自由度が6自由度より少ない場合には望ましくない。また、このようなパラレルリンク機構を動作させるためには、各リンクアームに対してユニバーサルジョイントを設ける必要があるが、ユニバーサルジョイントを実現するためには構造的に複雑とならざるを得ず、また、微小な動きに対しては、バックラッシュを生じる可能性があるし、コストも高いものとなってしまう。さらに、移動距離が長い場合には、各リンクアームの長さ変化に対して、ベース部材の移動距離は非線形になり、制御が複雑になってしまう。
【0010】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、精度や応答性の問題が生じず、自由度にかかわらず簡易な構成でかつ制御の複雑化をもたらすことなく微小の移動が可能であり、超精密な位置決め装置やマニピュレータに適した移動装置、およびそれを用いた位置決め装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点では、移動部材と、一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、前記6本のワイヤの1以上の前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された1個以上の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの基端部および圧電アクチュエータが接合されないワイヤの前記移動部材側と反対側の端部を固定する固定部材とを具備し、前記圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に所定方向の移動を生じさせることを特徴とする移動装置を提供する。
【0012】
また、本発明の第2の観点では、移動部材と、一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、前記6本のワイヤの前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された6個の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの基端部を固定する固定部材とを具備し、前記圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に所定方向の移動を生じさせることを特徴とする移動装置を提供する。
【0013】
さらに、本発明の第3の観点では、移動部材と、一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、前記6本のワイヤのうち3本の前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された3個の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの基端部および圧電アクチュエータが接合されない残りの3本のワイヤの前記移動部材側と反対側の端部を固定する固定部材とを具備し、前記圧電アクチュエータはその変位方向が互いに平行になるように配置され、前記圧電アクチュエータに接合された前記3本のワイヤはこれら圧電アクチュエータの変位方向に沿って互いに平行に設けられ、前記残りの3本のワイヤは前記圧電アクチュエータの変位方向に直交するように前記移動部材と前記固定部材との間に設けられ、前記3個の圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に前記圧電アクチュエータの変位方向への平行移動、および/または前記圧電アクチュエータの駆動方向と直交する軸の回りの回転移動を生じさせることを特徴とする移動装置を提供する。
【0014】
本発明によれば、一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤを用い、自由度に応じた数の圧電アクチュエータを用いるので、ユニバーサルジョイントのような複雑な機構を用いずにかつ制御の複雑化をもたらすことなく、かつ、基本的に一つの移動部材を用いたパラレルメカニズムで多自由度の移動を実現することができるので、装置の小型化が可能であり、高精度でかつ応答性の高い移動を実現することができ、超精密な位置決め装置やマニピュレータとして適したものとなる。
【0015】
上記第2の観点のように、6本のワイヤにそれぞれ圧電アクチュエータを接合することにより、簡易な構成で6自由度の位置決めを実現することができる。また、上記第3の観点のように、6本のワイヤのうち3本のワイヤに圧電アクチュエータを接合し、圧電アクチュエータに接合された3本のワイヤを圧電アクチュエータの駆動方向に沿って互いに平行に設け、残りの3本のワイヤを圧電アクチュエータの駆動方向に直交するように移動部材と固定部材との間に設けた構成にし、圧電アクチュエータを変位させて、移動部材に圧電アクチュエータの変位方向への平行移動、および圧電アクチュエータの変位方向と直交する軸の回りの回転移動を生じさせることにより、3自由度の移動が実現され、光デバイスと光ファイバーアレーとの間の位置決めに適したものとなる。
【0016】
上記第3の観点の移動装置において、3個の圧電アクチュエータの駆動方向以外の相対移動を拘束する拘束部材をさらに具備することが好ましい。また、上記いずれの観点においても、前記圧電アクチュエータは、圧電素子を有する構成であってもよいし、圧電素子と、圧電素子の変位を拡大する変位拡大機構とを有する構成であってもよい。また、ワイヤは、相対的に大径の中央部と、中央部の両側に位置する相対的に小径の変形部とを有する構成であることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る3自由度の移動が可能な移動装置を示す斜視図であり、この移動装置は位置決め装置として用いられる。この移動装置1は、固定台2と、固定台2から垂直に延びるように接合され、互いに直交する固定壁3、4を有しており、これら固定台2および固定壁3、4で固定部材を構成している。なお、固定台2が置かれる平面において固定壁3の配置方向をX、固定壁4の配置方向をY、XY平面から垂直に延びる方向をZとし、X、Y、Zの回りに回転する方向を、それぞれθX、θY、θZとする。
【0018】
固定台2および固定壁3、4で区画される空間の上部には、位置決め対象の部品が取り付けられる角盤状をなす移動部材5が配置されている。移動部材5は、図示の基準位置において、主面が固定台2に平行に、また他の2対の面はそれぞれ固定壁3および固定壁4に平行になるように配置されている。
【0019】
固定台2の上面には、その長手方向をZ方向に一致させて3つの圧電アクチュエータ7a,7b,7cが固定されている。圧電アクチュエータ7a,7b,7cは、それぞれ後述するワイヤが接合される接合部8a,8b,8cと、その下側の圧電素子9a,9b,9cとからなっている。
【0020】
移動部材5には、固定台2に対面する下側の主面に3本のワイヤ6a,6b,6cの一端が接合され、固定壁3に対面する面に1本のワイヤ6dの一端が接合され、固定壁4に対面する面に2本のワイヤ6e,6fの一端が接合されている。すなわち、移動部材5に6本のワイヤが接合されている。
【0021】
移動部材5が基準位置に存在する場合には、ワイヤ6a,6b,6cは移動部材5からZ方向下方に直線的に延び、これらの他端がそれぞれ圧電アクチュエータ7a,7b,7cの接合部8a,8b,8cに接合されている。また、ワイヤ6dはY方向に直線的に延び、その他端が固定壁3に接合されており、ワイヤ6e,6fはX方向に直線的に延び、その他端が固定壁4に接合されている。
【0022】
これらワイヤ6a〜6fは、移動部材5を所定位置に保持できるだけの十分な剛性を有し、しかも移動部材5が移動した際にその移動に追従して弾性変形可能となるように、その材質および線径および形状が決定される。
【0023】
圧電素子9a,9b,9cにはそれぞれ給電線10a,10b,10cが接続されており、これら給電線10a,10b,10cは電源11に接続されている。電源11はコントローラ12に接続されており、コントローラ12により圧電素子9a,9b,9cの変位が制御される。コントローラ12には操作部13が接続されている。
【0024】
圧電アクチュエータ7a,7b,7cは、それぞれ圧電素子9a,9b,9cに電圧を与えることによりZ方向に変位する。圧電素子9a,9b,9cは所望の変位を確保するに必要な長さを有している。圧電素子9a,9b,9cは特に限定されるものではないが、大きな変位を得るためには、例えば電極と圧電セラミックス層を交互に積層した積層タイプのものを用いることができる。
【0025】
このように構成される位置決め装置においては、図1に示す基準位置から移動部材5を3自由度で移動させ、移動部材に取り付けられた部材の位置決めを行う。位置決めに際しては、操作部13から操作信号をコントローラ12に出力し、移動部材5が所望の動きをするように、圧電アクチュエータ7a,7b,7cの変位(つまり圧電素子9a,9b,9cの変位)により、移動部材5を所望の方向に駆動する。この場合に、ワイヤ6d,6e,6fは固定されているので、移動部材5のXY面内の3方向、すなわちX方向、Y方向、θZ方向には拘束されている。したがって、移動部材5は、3つの圧電アクチュエータ7a,7b,7cにより、Z方向、θX方向、θY方向の3自由度で移動して位置決めを行うことになる。
【0026】
例えば、圧電アクチュエータ7a,7b,7cを全て同じ長さで同じ向きに変位させることにより、移動部材5をZ方向に移動させることができる。また、圧電アクチュエータ7b,7cを同じ長さで同じ向きに変位させる、または圧電アクチュエータ7aを変位させることにより、移動部材5をθY方向に移動させることができる。さらに圧電アクチュエータ7bと7cとを反対向きに変位させるまたはいずれか一方を変位させることにより、移動部材5をθX方向に移動させることができる。そして、これらの移動を適宜組み合わせることにより、所望の移動が可能となる。この場合に、ワイヤ6a〜6fは移動部材5を所定位置に保持可能な剛性を有しつつ、移動部材5に追従して弾性変形可能であるから、移動部材5は必要な剛性を保ちつつ所定の移動を行うことができる。このようなワイヤとしては全ての方向に変形可能なように断面円形のものが好ましく、また、材料としては剛性が高く大きな弾性変形が可能なバネ材が好ましい。
【0027】
このように移動部材5が3自由度の移動を行うことにより、移動部材5に取り付けられた部材について、3自由度の位置決めが実現される。このような3自由度の位置決めは、光デバイスと光ファイバーアレーの接合等の光部品の接合の際の位置決めに極めて適したものとなる。
【0028】
また、ユニバーサルジョイントのような複雑な機構を用いずにかつ制御の複雑化をもたらすことなく、かつ、基本的に一つの移動部材5を用いたパラレルメカニズムで3自由度の移動を実現することができるので、装置を著しく小型化することができる。例えば、固定台2が40mm×30mm、高さ40mm、移動部材5が10mm×12mm×厚さ3mmであり、従来の多段ステージタイプの位置決め装置と比較にならない超小型化を実現することができる。この場合に、移動部材5の移動量は、例えば圧電素子に150Vの電圧を印加した場合に約15μmと見積もられる。また、このように構造がシンプルでしかも一つの移動部材5を配置すればよいことから、高精度でかつ応答性の高い移動を実現することができる。
【0029】
なお、圧電素子のみでは変位が十分でない場合には、変位拡大機構を用いることが有効である。変位拡大機構の例としては、図2に示すようなものが挙げられる。この変位拡大機構20は、ベース部材21と、圧電素子9の両端に連結されたヒンジ22と、各ヒンジ22に連結され、圧電素子の側面側に延在し、圧電素子21の中央部まで延び、圧電素子9の変位を拡大する2つのアーム23と、アーム23の変位を外部出力する変位出力部24とを有している。各アーム23はヒンジ22の近傍においてベース部材21に連結されており、したがって、圧電素子9が矢印Aのように延びると、アーム23の基端部ではヒンジ22を介して矢印Bのような変位が生じ、その結果アーム23の先端部では圧電素子9の変位方向に直交する矢印Cのような変位が生じる。この変位は圧電素子9の変位の10倍程度である。変位出力部24はアーム23と連結されており、その変位を外部に出力する。変位出力部24は並行バネ25を介してベース部材21に連結されているから、圧電素子9の変位の変化に応じて速やかに変位を伝達することができる。さらに大きな変位を必要とする場合には、粗動ステージの上に本移動装置を取り付け、大まかな移動は粗動ステージで行い、微細な移動については本移動装置で行うようにすることができる。
【0030】
また、ワイヤ6a〜6fとしては、図1に示すようにストレート形状のものを用いることができるが、移動部材5の剛性を高めて位置決め精度をより高くする観点から、図3に示すように、相対的に大径の中央部31と、中央部31の両側に位置する相対的に小径の変形部32とを有する構造にすることもできる。このような構造の場合には、中央部31によりワイヤ全体の剛性を高め、変形部32のみを変形させることができるので、ワイヤの軸方向の剛性をより高くすることができる。この場合に、変形部32が2カ所あるので、移動部材5の移動に十分追従することができる。
【0031】
また、図1の装置の場合には、3つの圧電アクチュエータ7a,7b,7cが長いため、このままでは移動部材5の剛性を十分に確保することができなくなるおそれがある。このような場合には、図4に示すように、3個の圧電アクチュエータ7a,7b,7cの変位方向以外の相対移動を拘束する板バネ等の拘束部材33を設けることが好ましい。具体的には3つの拘束部材33が圧電アクチュエータ7a,7b,7cの接合部8a,8b,8cを順次結合するように設けられ、圧電素子9a,9b,9cのZ方向の変位に対しては互いに妨げることなく、しかもZ方向と直交する面内に対しては互いに相対的位置を保つことが可能となっている。
【0032】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、移動部材5に3自由度の移動を生じさせるパラレルメカニズムの移動装置について説明したが、ここでは6自由度の移動が可能な移動装置について説明する。図5はこの6自由度の移動が可能な移動装置を示す斜視図である。図5の移動装置1′の装置構成は、基本的に図1の移動装置と同様であり、同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【0033】
本実施形態では、第1の実施形態で圧電アクチュエータが設けられていなかったワイヤ6d,6e,6fにもそれぞれ圧電アクチュエータ7d,7e,7fを設けた点が第1の実施形態と異なっている。
【0034】
圧電アクチュエータ7dは、その長手方向(変位方向)をY方向に一致させて固定壁3に固定されており、圧電アクチュエータ7e,7fは、その長手方向(変位方向)をX方向に一致させて固定壁4に固定されている。圧電アクチュエータ7d,7e,7fは、それぞれ後述するワイヤが接合される接合部8d,8e,8fと、その下側の圧電素子9d,9e,9fとからなっている。圧電素子9d,9e,9fにはそれぞれ給電線10d,10e,10fが接続されており、これら給電線10d,10e,10fは電源11に接続されている。
【0035】
このように構成される移動装置においては、第1の実施形態の移動装置で移動が可能であったZ方向、θX方向、θY方向はもちろんのこと、圧電アクチュエータ7d,7e,7fによってX方向、Y方向、θZ方向にも移動装置5を移動させることができ、6自由度の移動が実現される。例えば、圧電アクチュエータ7e,7fを同じ長さで同方向に変位させることにより、移動部材5をX方向に移動させることが可能である。また圧電アクチュエータ7dを変位させることにより、移動部材5をY方向に移動させることが可能である。さらに、圧電アクチュエータ7e,7fを反対向きに変位させるまたはこれらのいずれか一方を変位させることにより、移動部材5をθZ方向に移動させることが可能である。そして、これらの移動およびZ方向、θX方向、θY方向の移動を適宜組み合わせることにより、6自由度の所望の移動が可能となる。
【0036】
本実施形態の移動装置は、3自由度の第1の実施形態の移動装置よりも大型にはなるが、従来位置決め装置として用いられていた多段ステージタイプのものよりは十分に小型化可能であり、第1の実施形態の効果を保持しつつ、6自由度の移動が可能であり、6自由度の位置決めが可能となる。
【0037】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では3自由度および6自由度の位置決め装置について説明したが、圧電アクチュエータの数を適宜調整することにより、1自由度から6自由度までの任意の自由度の移動を実現することができる。また、上記実施形態では本発明を超精密位置決め装置として適用した場合を中心に説明したが、移動部材に操作手を取り付ける等すれば、多自由度の超精密マニピュレータに適用することが可能である。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤを用い、自由度に応じた数の圧電アクチュエータを用いるので、ユニバーサルジョイントのような複雑な機構を用いずにかつ制御の複雑化をもたらすことなく、かつ、基本的に一つの移動部材を用いたパラレルメカニズムで多自由度の移動を実現することができるので、装置の小型化が可能であり、高精度でかつ応答性の高い移動を実現することができる。本発明の移動装置により、超小型でシンプルな構造の超精密位置決め装置や超精密マニピュレータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る3自由度の移動が可能な移動装置を示す斜視図。
【図2】圧電素子の変位拡大機構を示す模式図。
【図3】ワイヤの構造の他の例を示す模式図。
【図4】圧電アクチュエータの変位方向以外を拘束する拘束部材を説明するための斜視図。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る6自由度の移動が可能な移動装置を示す斜視図。
【符号の説明】
1,1′;移動装置
2;固定台
3,4;固定壁
5;移動部材
6a〜6f;ワイヤ
7a〜7f;圧電アクチュエータ
9a〜9f;圧電素子
10a〜10f;配線
12;チャンバー
11;電源
12;コントローラ
13;操作部
20;変位拡大機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning device used for ultra-precision positioning such as bonding of optical components, a moving device applicable as an ultra-precision manipulator, and a positioning device using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recently, ultra-precision positioning technology on the order of nanometers has been required for joining optical components such as joining an optical device and an optical fiber array, and in a semiconductor device manufacturing process. In three-dimensional positioning, movement in three axes of X, Y, and Z and movement of θ X , θ Y , and θ Z around these axes with a maximum of six degrees of freedom are required.
[0003]
Conventionally, in order to realize such multi-free movement, a mechanism in which stages each having one degree of freedom moving in a different direction are overlapped by the required number of degrees of freedom is well known. In this mechanism, the entire movement is constituted by the sum of the movements in different directions on each stage.
[0004]
On the other hand, a parallel link mechanism is known as a technique for realizing the above-described multi-degree-of-freedom movement (for example, Patent Document 1). In this technique, the base member and the end effector are connected by six links, and the length of each link is changed to realize movement of the base member with six degrees of freedom.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-328374
[Problems to be solved by the invention]
In the former technique, each stage only needs to be controlled with one degree of freedom, and since the entire movement is a simple sum of the movements of the respective stages, the control is easy and the movement distance of each stage is increased. As a result, the moving distance of the entire stage is increased, so that it is possible to easily cope with a case where the moving distance is large, but there are the following disadvantages.
[0007]
In other words, because of the structure in which a plurality of stages are stacked, the size and volume of the entire apparatus must be increased. In addition, since the distance between the fixed point and the uppermost stage is long, it is difficult to maintain high rigidity as a whole device, and since a plurality of stages are moved, positioning errors of each stage accumulate. There is a drawback in accuracy. Furthermore, since a plurality of stages are stacked, the mass on the lowermost stage is generally large, and the inertia when the stage moves for positioning becomes large, so it is difficult to realize a fast response speed. is there.
[0008]
On the other hand, the latter technique is unlikely to cause such a problem, and can realize a mechanism that can be moved in multiple degrees of freedom with a relatively compact structure. Since the position error appears as an average value, the accuracy is generally increased, and the inertia mass is small because only the base member is moved, so that a quick response is possible.
[0009]
However, the latter technique has the following disadvantages. That is, when the length of the link changes, the base member generally moves in all six degrees of freedom. To give only a specific moving direction, it is necessary to give a length change to all the links at a certain ratio at the same time. This is less of a problem when six degrees of freedom are required, but is not desirable when the degree of freedom is less than six degrees of freedom. In addition, in order to operate such a parallel link mechanism, it is necessary to provide a universal joint for each link arm. However, small movements may cause backlash and increase the cost. Further, when the moving distance is long, the moving distance of the base member becomes non-linear with respect to the change in the length of each link arm, and the control becomes complicated.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can be reduced in size, does not cause problems of accuracy and responsiveness, has a simple configuration regardless of the degree of freedom, and does not bring about complicated control. It is an object of the present invention to provide a moving device capable of minute movement and suitable for an ultra-precise positioning device or manipulator, and a positioning device using the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, according to a first aspect of the present invention, a moving member and one end thereof are joined to the moving member, and the moving member is deformable following a movement of the moving member. Six wires held in position, one or more piezoelectric actuators respectively joined to one or more ends of the six wires opposite to the moving member side, and a base end of the piezoelectric actuator and A fixing member for fixing an end of the wire to which the piezoelectric actuator is not joined, on the opposite side to the moving member, wherein the displacement of the piezoelectric actuator causes the moving member to move in a predetermined direction. Provide a mobile device.
[0012]
Further, according to a second aspect of the present invention, a movable member and one end which is joined to the movable member at one end thereof and holds the movable member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the movable member. And six piezoelectric actuators respectively joined to ends of the six wires opposite to the moving member side, and a fixing member for fixing a base end of the piezoelectric actuator, A moving device is characterized in that the moving member is caused to move in a predetermined direction by displacement of a piezoelectric actuator.
[0013]
Further, according to a third aspect of the present invention, a movable member and one end which is joined to the movable member at one end thereof and holds the movable member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the movable member. , Three piezoelectric actuators respectively joined to the three ends of the six wires opposite to the moving member side, and a remaining portion where the base end of the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator are not joined. A fixing member for fixing ends of the three wires opposite to the moving member side, wherein the piezoelectric actuators are arranged so that their displacement directions are parallel to each other, and are joined to the piezoelectric actuators. The three wires are provided in parallel with each other along the displacement direction of the piezoelectric actuator, and the remaining three wires are orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric actuator. As described above, provided between the moving member and the fixed member, the displacement of the three piezoelectric actuators causes the moving member to move in parallel with the displacement direction of the piezoelectric actuator and / or the driving direction of the piezoelectric actuator. A moving device that causes a rotational movement about an axis perpendicular to the axis.
[0014]
According to the present invention, one end is joined to the moving member, and six wires are used to hold the moving member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the moving member. Since the number of piezoelectric actuators used is large, there is no need to use complicated mechanisms such as universal joints, no complicated control, and basically, a parallel mechanism using one moving member has multiple degrees of freedom. Since movement can be realized, the size of the device can be reduced, and movement with high accuracy and high responsiveness can be realized, which is suitable as an ultra-precise positioning device or manipulator.
[0015]
By joining the piezoelectric actuators to the six wires as in the second aspect, positioning with six degrees of freedom can be realized with a simple configuration. Further, as in the third aspect, the piezoelectric actuator is joined to three of the six wires, and the three wires joined to the piezoelectric actuator are parallel to each other along the driving direction of the piezoelectric actuator. The remaining three wires are provided between the moving member and the fixed member so as to be orthogonal to the driving direction of the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator is displaced, and the moving member is moved in the direction of displacement of the piezoelectric actuator. By causing a parallel movement and a rotational movement about an axis orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric actuator, a movement with three degrees of freedom is realized, which is suitable for positioning between the optical device and the optical fiber array.
[0016]
In the moving device according to the third aspect, it is preferable that the moving device further includes a restricting member that restricts relative movement of the three piezoelectric actuators other than the driving direction. Further, in any of the above aspects, the piezoelectric actuator may have a configuration having a piezoelectric element, or may have a configuration having a piezoelectric element and a displacement enlarging mechanism for enlarging the displacement of the piezoelectric element. The wire preferably has a relatively large diameter central portion and a relatively small diameter deformed portion located on both sides of the central portion.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a moving device capable of moving in three degrees of freedom according to the first embodiment of the present invention, and this moving device is used as a positioning device. The moving
[0018]
Above the space defined by the fixed
[0019]
Three
[0020]
One end of three
[0021]
When the moving member 5 is at the reference position, the
[0022]
The
[0023]
Feeding
[0024]
The
[0025]
In the positioning device configured as described above, the moving member 5 is moved with three degrees of freedom from the reference position shown in FIG. 1 to position the member attached to the moving member. At the time of positioning, an operation signal is output from the
[0026]
For example, the moving member 5 can be moved in the Z direction by displacing the
[0027]
By moving the moving member 5 with three degrees of freedom in this way, positioning of the member attached to the moving member 5 with three degrees of freedom is realized. Such positioning with three degrees of freedom is extremely suitable for positioning when joining optical components such as joining an optical device and an optical fiber array.
[0028]
In addition, it is possible to achieve three degrees of freedom of movement with a parallel mechanism basically using one moving member 5 without using a complicated mechanism such as a universal joint and without complicating the control. As a result, the size of the apparatus can be significantly reduced. For example, the fixed
[0029]
When the displacement is not sufficient with only the piezoelectric element, it is effective to use the displacement enlarging mechanism. As an example of the displacement magnifying mechanism, there is a mechanism as shown in FIG. The
[0030]
Further, as the
[0031]
In the case of the device shown in FIG. 1, the three
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the moving device of the parallel mechanism that causes the moving member 5 to move in three degrees of freedom has been described. However, a moving device capable of moving in six degrees of freedom will be described here. FIG. 5 is a perspective view showing a moving device capable of moving in six degrees of freedom. The device configuration of the moving device 1 'in FIG. 5 is basically the same as that of the moving device in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0033]
The present embodiment is different from the first embodiment in that the
[0034]
The
[0035]
In thus configured mobile device, first embodiment Z direction movement was possible at the mobile device, theta X direction, theta Y direction, of course,
[0036]
Although the moving device of the present embodiment is larger than the moving device of the first embodiment having three degrees of freedom, the moving device can be sufficiently reduced in size compared to the multistage stage type conventionally used as a positioning device. In addition, while maintaining the effects of the first embodiment, movement with six degrees of freedom is possible, and positioning with six degrees of freedom is possible.
[0037]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the positioning device having three degrees of freedom and six degrees of freedom has been described. However, by appropriately adjusting the number of piezoelectric actuators, movement of any degree of freedom from one degree of freedom to six degrees of freedom is realized. be able to. Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied as an ultra-precision positioning device has been mainly described. However, if an operation hand is attached to a moving member, the present invention can be applied to a multi-degree-of-freedom ultra-precision manipulator. .
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, one end is joined to the moving member, and the six wires that deformably hold the moving member at a predetermined position following the movement of the moving member are provided. Since the number of piezoelectric actuators used depends on the degree of freedom, it does not use a complicated mechanism such as a universal joint, does not complicate control, and basically uses a parallel moving member. Since movement with multiple degrees of freedom can be realized by the mechanism, the size of the device can be reduced, and movement with high accuracy and high responsiveness can be realized. With the moving device of the present invention, it is possible to realize an ultra-precision positioning device and an ultra-precision manipulator having an ultra-compact and simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a moving device capable of moving in three degrees of freedom according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a displacement enlarging mechanism of a piezoelectric element.
FIG. 3 is a schematic view showing another example of the structure of the wire.
FIG. 4 is a perspective view for explaining a restricting member that restricts a direction other than a displacement direction of the piezoelectric actuator.
FIG. 5 is a perspective view showing a moving device capable of moving with six degrees of freedom according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1 '; moving
Claims (8)
一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、
前記6本のワイヤの1以上の前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された1個以上の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの基端部および圧電アクチュエータが接合されないワイヤの前記移動部材側と反対側の端部を固定する固定部材と
を具備し、
前記圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に所定方向の移動を生じさせることを特徴とする移動装置。A moving member;
One end is joined to the moving member, and six wires that hold the moving member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the moving member;
One or more piezoelectric actuators respectively joined to one or more ends of the six wires opposite to the moving member side;
A fixing member for fixing a base end of the piezoelectric actuator and an end opposite to the moving member side of a wire to which the piezoelectric actuator is not joined,
A moving device, wherein the displacement of the piezoelectric actuator causes the moving member to move in a predetermined direction.
一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、
前記6本のワイヤの前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された6個の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの基端部を固定する固定部材と
を具備し、
前記圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に所定方向の移動を生じさせることを特徴とする移動装置。A moving member;
One end is joined to the moving member, and six wires that hold the moving member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the moving member;
Six piezoelectric actuators respectively joined to ends of the six wires opposite to the moving member side,
A fixing member for fixing a base end of the piezoelectric actuator,
A moving device, wherein the displacement of the piezoelectric actuator causes the moving member to move in a predetermined direction.
一方の端部が前記移動部材に接合され、前記移動部材の移動に追従して変形可能に前記移動部材を所定位置に保持する6本のワイヤと、
前記6本のワイヤのうち3本の前記移動部材側と反対側の端部にそれぞれ接合された3個の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの基端部および圧電アクチュエータが接合されない残りの3本のワイヤの前記移動部材側と反対側の端部を固定する固定部材と
を具備し、
前記圧電アクチュエータはその変位方向が互いに平行になるように配置され、前記圧電アクチュエータに接合された前記3本のワイヤはこれら圧電アクチュエータの変位方向に沿って互いに平行に設けられ、前記残りの3本のワイヤは前記圧電アクチュエータの変位方向に直交するように前記移動部材と前記固定部材との間に設けられ、
前記3個の圧電アクチュエータの変位により、前記移動部材に前記圧電アクチュエータの変位方向への平行移動、および/または前記圧電アクチュエータの駆動方向と直交する軸の回りの回転移動を生じさせることを特徴とする移動装置。A moving member;
One end is joined to the moving member, and six wires that hold the moving member at a predetermined position so as to be deformable following the movement of the moving member;
Three piezoelectric actuators respectively joined to the three ends of the six wires opposite to the moving member side;
And a fixing member for fixing the base end of the piezoelectric actuator and the other end of the remaining three wires to which the piezoelectric actuator is not joined, on the side opposite to the moving member side,
The piezoelectric actuators are arranged so that their displacement directions are parallel to each other. The three wires joined to the piezoelectric actuator are provided in parallel with each other along the displacement directions of the piezoelectric actuators, and the remaining three wires are connected to each other. The wire is provided between the moving member and the fixed member so as to be orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric actuator,
The displacement of the three piezoelectric actuators causes the moving member to cause a parallel movement in a displacement direction of the piezoelectric actuator and / or a rotational movement about an axis orthogonal to a driving direction of the piezoelectric actuator. Moving device.
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