JPH0555263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 近年、各種技術分野においては、μmオーダー
の微細な変位が可能である装置が要望されてい
る。その典型的な例がLSI（大規模集積回路）、超
LSIの製造工程において使用されるマスクアライ
ナ、電子線描画装置等の半導体製造装置である。
これらの装置においては、μmオーダーの微細な
位置決めが必要であり、位置決めの精度が向上す
るにしたがつてその集積度も増大し、高性能の製
品を製造することができる。このような微細な位
置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微鏡を
はじめとする各種の高倍率光学装置等においても
必要であり、その精度向上により、バイオテクノ
ロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれらの
発展に大きく寄与するものである。

従来、このような微細位置決め装置は、例えば
「機械設計」誌、第27巻第１号（1993年１月号）
の第32頁乃至第36頁に示されるような種々の型の
ものが提案されている。これらのうち、特に面倒
な変位縮小機構が不要であり、かつ、構成が簡単
である点で、平行ばねと微動アクチユエータを用
いた型の微細位置決め装置が最も優れていると考
えられるので、以下、これを図に基づいて説明す
る。

第１８図は従来の微細位置決め装置の側面図で
ある。図で、１は支持台、２ａ，２ｂは支持台１
上に互いに平行に固定された板状の平行ばね、３
は平行ばね２ａ，２ｂ上に固定された剛性の高い
微動テーブルである。４は支持台１と微動テーブ
ル３との間に装架された微動アクチユエータであ
る。この微動アクチユエータ４には、圧電素子、
電磁ソレノイド等が用いられ、これを励起するこ
とにより、微動テーブル３に図中に示す座標軸の
ｘ軸方向の力が加えられる。

ここで、平行ばね２ａ，２ｂはその構造上、ｘ
軸方向の剛性は低く、これに対してｚ軸歩行、ｙ
軸方向（紙面に垂直な方向）の剛性が高いので、
微動アクチユエータが励起されると、微動テーブ
ル３はほぼｘ軸方向にのみ変位し、他方向の変位
は小さく抑えることができる。

しかしながら、微動アクチユエータ４によりｘ
軸方向に変位した微動テーブル３は、平行ばね２
ａ，２ｂがたわむことにより厳密にはｚ軸方向に
も変位する。これを第１９図により説明する。図
で、支持台１、平行ばね２ａ，２ｂ、微動テーブ
ル３は第１８図に示すものと同じである。

微動アクチユエータ１により、微動テーブル３
に矢印で示すｘ軸方向の力Ｆが加えられると、平
行ばね２ａ，２ｂは変形する。この変形を有限要
素法により解析し、これを図の破線により示す。
図から明らかなように、微動テーブル３は平行ば
ね２ａ，２ｂの変形後、ｘ軸方向に移動し、した
がつて、微動テーブル３上の中心点Ａおよび端部
Ｂもそれぞれ点A′，B′に移動する。しかしなが
ら、微動テーブル３には、平行ばね２ａ，２ｂに
より反力が作用し、その作用点が平行ばね２ａ，
２ｂと微動テーブル３との接続点になる。これに
対し外力Ｆの作用点が上方にずれているために、
微動テーブル３には、ｙ軸まわりの回転変位δy
が生じ、又ｚ軸方向には平行ばね２ａ，２ｂのた
わみによる変位εzが生じていることも又、図から
明らかである。これを実際の数値例で示すと次の
ようになる。即ち、平行ばね２ａ，２ｂを、その
板厚0.5mm、高さ20mm、平行ばね間距離50mmとし、
力Ｆを５Kgとした場合、微動テーブル３の中心点
Ａの移動後の点A′は、点Ａに対してｘ軸方向に
9μm変位するとともに、ｚ軸方向にも−0.07μm
変位する。又、移動後の点B′は点Ｂに対してｘ
軸方向に9μm変位するとともにｚ軸方向には
0.04μm変位する。これは、ｙ軸まわりの回転角
に換算して約5μradに相当する。

このように、第１８図に示す従来装置では、ｙ
軸まわりの回転変位を生じさせないためには外力
と反力との作用軸を一致させなければならず、ま
たｚ軸方向の変位が生じ、ｘ軸方向の変位に対し
てこれらの干渉変位を免れることはではない。そ
して、数μmの範囲を0.01μmの精度で抑制しよう
とする微細位置決め装置にあつては、このような
干渉変位は無視できないものであり、まして、後
述する多次元での微細位置決め装置にあつては、
このような干渉変位は致命的な欠陥となるのは明
らかである。

第２０図は前述の参考文献に開示された例から
容易に考えられる従来の他の微細位置決め装置の
斜視図である。図で、６は支持台、７ａ，７ｂは
支持台６上に互いに平行に固定された板状の平行
ばね、８は平行ばね７ａ，７ｂに固定された剛性
の高い中間テーブル、９ａ，９ｂは平行ばね７
ａ，７ｂと直交する方向において互いに平行に中
間テーブル８に固定された板状の平行ばね、１０
は平行ばね９ａ，９ｂ上に固定された剛性の高い
微動テーブルである。座標軸を図中に示すように
定めると、平行ばね７ａ，７ｂはｘ軸方向に沿つ
て配置され、平行ばね９ａ，９ｂはｙ軸方向に沿
つて配置されている。この構造は、基本的には第
１８図に示す１軸（ｘ軸方向の変位を生じる）の
場合の構造を２段に積層した構造である。矢印
Fxは微動テーブル１０に加えられるｘ軸方向の
力、矢印Fyは中間テーブル８に加えられるｙ軸
方向の力を示し、力Fx，Fyを加えることができ
る図示されていない微動アクチユエータが支持台
６と微動テーブル１０、支持台６と中間テーブル
８との間にそれぞれ設けられる。

微動テーブル１０に力Fxが加えられると、平
行ばね９ａ，９ｂが変形し、一方、平行ばね７
ａ，７ｂはｘ軸方向の力Fxに対しては高い剛性
を有するので、微動テーブル１０はほぼｘ軸方向
にのみ変位する。また、中間テーブル８には力
Fyが加えられると、平行ばね７ａ，７ｂが変形
し、微動テーブル１０は平行ばね９ａ，９ｂを介
してほぼｙ軸方向にのみ変位する。さらに、両方
の力Fx，Fyが同時に加えられると、各平行ばね
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂは同時に変形し、微動テ
ーブル１０はこれに応じて２次元的に変位する。

このように、第２０図に示す装置は、第１８図
に示す装置が１軸方向のみの位置決め装置である
のに対して２軸方向の位置決めを行なうことがで
きる。

しかしながら、第２０図に示す装置が、第１８
図に示す装置の説明において述べたと同様に、干
渉変位を生じて誤差を発生するという問題点を含
むのはその構造上明らかであり、さらに、その他
にも次のような問題点を有している。即ち、(1)力
Fxを発生する微動アクチユエータは、微動テー
ブル１０と支持台６との間に剛に連結されてい
る。そこで、今、中間テーブル８と支持台との間
に剛に連結された図示されない微動アクチユエー
タにより、中間テーブル８に力Fyを加えると、
微動テーブル１０はｙ軸方向に変位する。この変
位は、微動テーブル１０に連結されている微動ア
クチユエータに力Fxとは直角方向の力を作用さ
せることになり、結局、微動アクチユエータ間に
干渉が発生する。この結果、位置決め装置の精度
および耐久性に悪影響を生じるという問題があ
る。(2)前述の現象は同時に微動位置決め装置にお
いて、実際の微動変位を検出しこの検出値に基づ
いて位置決め精度をさらに向上させようとする場
合、検出装置を組み込んだとき、ある方向の変位
が他の方向の変位検出装置に干渉してその検出精
度を低下させてしまうという問題がある。

このように、従来の微細位置決め装置には干渉
変位を生じるという好ましくない問題あるが、そ
のうえ、その位置決めは第２０図に示す装置のよ
うに、１次元および２次元の位置決めができるの
みであり、ｚ軸方向の変位εzや、ｘ軸、ｙ軸、ｚ
軸まわりの回転変位δx，δy，δzを与えることが
できるように構成するのは容易ではないという問
題があり、又、そのような微細位置決め装置は実
現されていなかつた。なお、第２０図に示す装置
は各軸駆動系が互いに干渉するという現象の説明
を最も簡単な例によつて説明するため２軸の例を
用いたものである。この例だけをみると前述の
(1)，(2)の問題は容易に解決できるように見える。
しかし上記のように３軸以上の位置決めにおいて
はこの問題は解決が一挙に困難となる。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、干渉変位の発生を防止することができて
極めて高度な精度を有し、かつ、多軸構成も容易
である微細位置決め装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、互いに
平行なたわみ梁で構成されるたわみ梁群の少なく
とも２つを第１の構造体で面対称に連結し、これ
ら面対称に連結されたたわみ梁群における第１の
構造体の他側を第２の構造体で連結し、第１の構
造体および第２の構造体は前記面に垂直な方向の
力に対して充分な剛性を有するようにし、第１の
構造体と第２の構造体の間に前記各たわみ梁に曲
げ変形を生じる方向の相対変位を発生させる力を
与える第１のアクチユエータを設け、これら平行
なたわみ梁群、第１の構造体、第２の構造体およ
び第１のアクチユエータにより対称形平行たわみ
梁変位機構を構成し、一方、１つの軸に対して放
射状に配置されたたわみ梁で構成されるたわみ梁
群の少くとも２つを第３の構造体で軸対称に連結
し、これら軸対称に連結されたたわみ梁群におけ
る第３の構造体の他側を第４の構造体で連結し、
第３の構造体および第４の構造体は前記軸に垂直
な方向の力に対して充分な剛性を有するように
し、第３の構造体と第４の構造体の間に前記各た
わみ梁に曲げ変形を生じる方向の相対回転変位を
発生させるトルクを与える第２のアクチユエータ
を設け、これら放射状に配置されたたわみ梁群、
第３の構造体、第４の構造体および第２のアクチ
ユエータにより対称形放射たわみ梁変位機構を構
成し、対称形平行たわみ梁変位機構の１つあるい
は２つ以上の組合せ、もしくは対称形放射たわみ
梁変位機構の１つあるいは２つ以上の組合せ、又
は、対称形平行たわみ梁変位機構と対称形放射た
わみ梁変位機構との任意数の組合により微細位置
決め装置を構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で１５ａ，１５ｂ，
１５ｃはそれぞれ図で左、右、中央に存在する剛
体部である。１６ａ，１６a′はそれぞれ剛体部１
５ａ，１５ｃの間にこれらと一体に形成され、か
つ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
り、又、１６ｂ，１６b′はそれぞれ剛体部１５
ｂ，１５ｃの間にこれらと一体に形成され、か
つ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
る。１７ａ，１７ｂはそれぞれ平行たわみ梁１６
ａ，１６a′および平行たわみ梁１６ｂ，１６b′と
各剛体部とを一体形成するために生じた貫通孔を
示す。１８ａは剛体部１５ａから貫通孔１７ａに
突出する突出部、１８c₁は剛体部１５ｃから貫通
孔１７ａに突出する突出部であり、これら突出部
１８ａ，１８c₁は互いに図の縦方向において、間
隔を有して重なつている。同じく、１８ｂは剛体
部１５ｂから貫通孔１７ｂに突出する突出部、１
８c₂は剛体部１５ｃから貫通孔１７ｂに突出する
突出部であり、これら突出部１８ｂ，１８c₁は、
突出部１８ａ，１８c₁と同様の関係にある。１９
ａは突出部１８ａと突出部１８c₁との間に固定さ
れた圧電素子を積層した圧電アクチユエータ、１
９ｂは突出部１８ｂと突出部１８c₂との間に固定
された圧電アクチユエータ１９ａと同じ圧電アク
チユエータである。圧電アクチユエータ１９ａは
平行たわみ梁１６ａ，１６a′の面に垂直な方向の
力を発生し、それらに曲げ変形を生ぜしめ、又、
圧電アクチユエータ１９ｂは平行たわみ梁１６
ｂ，１６b′の面に垂直な方向の力を発生し、それ
らに曲げ変形を生ぜしめる。これら圧電アクチユ
エータ１９ａ，１９ｂに発生する力の大きさは、
図示しない装置により、当該圧電アクチユエータ
１９ａ，１９ｂに印加される電圧によつて制御さ
れる。２０ａは剛体部１５ａ，１５ｂを互いに剛
に連結する他の剛体構造である。２１は平行たわ
み梁１６ａ，１６a′の歪を検出するストレンゲー
ジであり、平行たわみ梁１６ａ，１６a′と剛体部
１５ａ，１５ｃとの連結部分に設けられている。

上記の構成において、剛体部１５ａ，１５ｃ、
平行たわみ梁１６ａ，１６a′突出部１８ａ，１８
c₁、圧電アクチユエータ１９ａにより一方の平行
たわみ梁変位機構２２ａが構成され、又、剛体部
１５ｂ，１５ｃ、平行たわみ梁１６ｂ，１６b′、
突出部１８ｂ，１８c₂、圧電アクチユエータ１９
ｂにより他方の平行たわみ梁変位機構２２ｂが構
成されている。そして、平行たわみ梁変位機構２
２ｂ，２２ａは、平行たわみ梁１６ａ，１６a′，
１６ｂ，１６′が構成する平面に直行する面に関
して平行たわみ梁変位機構２２ａ，２２ｂと面対
称の関係にある。Ｋは両平行たわみ梁変位機構２
２ａ，２２ｂを面対称の関係とする面（基準面）
を示す。このような面対称の関係にある平行たわ
み梁変位機構２２ａ，２２ｂにより、対称形平行
たわみ梁変位機構２３が構成される。

なお、基準面Ｋ内にあり、各平行たわみ梁に直
角方向の線を基準軸とする。この基準軸は対称形
平行たわみ梁変位機構の位置と設置方向を示すも
のである。

次に、本実施例の動作を第２図を参照しながら
説明する。第２図は第１図に示す対称形平行たわ
み梁変位機構２３の変形後の側面図である。ここ
で、座標軸を図示のように定める（ｙ軸は紙面に
垂直な方向）。今、圧電アクチユエータ１９ａ，
１９ｂに電圧を印加して同一大きさのｚ軸方向の
力ｆを発生させる。このとき、一方の平行たわみ
梁変位機構、例えば平行たわみ梁変位機構２２ａ
に生じる変位について考える。圧電アクチユエー
タ１９ａに電圧が印加されることにより、剛体部
１５ｃは力ｆによりｚ軸方向に押圧されることに
なる。このため、平行たわみ梁１６ａ，１６a′は
第１８図に示す平行ばね２ａ，２ｂと同じように
曲げ変形を生じ、剛体部１５ｃはｚ軸方向に変位
する。このとき、仮に他方の平行たわみ梁変位機
構２２ｂが存在しないとすると、剛体部１５ｃに
は第１８図に示す場合と同じく、副次的変位（ｘ
軸方向の変位およびｙ軸まわりの回転変位）をも
同時に生じるはずである。

又、平行たわみ梁変位機構２２ａが存在しない
場合、他方の平行たわみ梁変位機構２２ｂに生じ
る変位について考えると、平行たわみ梁変位機構
２２ｂは基準面Ｋに対して平行たわみ梁変位機構
２２ａと面対称に構成されているところから、基
準面Ｋに関して面対称な力ｆを受けると上記と同
様に、剛体部１５ｃにはｚ軸方向の変位と同時に
副次的変位が生じ、その大きさや方向は、平行た
わみ梁変位機構２２ａのそれと基準面Ｋに関して
面対称となる。すなわち、副次的変位についてみ
ると、平行たわみ梁変位機構２２ａに生じる副次
的変位は、ｘ軸方向の変位については図で左向
き、ｙ軸まわりの回転変位については図で反時計
方向に生じ、一方、平行たわみ梁変位機構２２ｂ
に生じる副次的変位は、ｘ軸方向変位については
図で右向き、ｙ軸まわりの回転変位については図
で時計方向に生じる。そして、それら各ｚ軸方向
変位の大きさおよびｙ軸まわりの回転変位の大き
さは等しい。したがつて、両者に生じる副次的変
位は互いにキヤンセルされる。この結果、力ｆが
加わつたことにより、各平行たわみ梁１６ａ，１
６a′，１６ｂ，１６b′にその長手方向の伸びによ
る僅かな内部応力の増大が生じるだけで、剛体部
１５ｃはｚ軸方向のみの変位（主変位）εを生じ
る。

又、上記のように、平行たわみ梁１６ａ，１６
a′が伸長してたわむと、ストレンゲージ２１のそ
れぞれには、その配置位置により圧縮歪および伸
長歪を生じる。そこで、この歪をストレンゲージ
２１で検出し、この検出値に基づき圧電アクチユ
エータ１９ａ，１９ｂの印加電圧を抑制する、い
わゆるフイードバツク制御系を構成すれば、より
一層正確な主変位εを得ることができる、即ち、
上記各ストレンゲージ２１をブリツジ回路等適宜
の電気回路に組み込んで検出した歪を電気信号と
して取り出し（主変位εは歪と正確に比例する）、
これを比較演算部において目標変位に相当する信
号と比較して両者の差信号を算出し、この差信号
に基づいて当該信号が０になるように圧電アクチ
ユエータ１９ａ，１９ｂを制御すればよい。この
ように、検出値を目標値と比較し、その差が０に
なるように制御するフイードバツク制御系は周知
であり、本実施例ではこの周知のフイードバツク
制御系をそのまま適用するだけであるので、フイ
ードバツク制御系における検出部であるストレン
ゲージ２１のみを示し、他の構成の図示およびそ
の詳細な説明は省略する。なお、ストレンゲージ
２１による歪の検出を、平行たわみ梁１６，１６
a′の剛体部１５ａ，１５ｃとの連結部分にストレ
ンゲージ２１を設けて行なう例を用いて説明した
が、もう一方の平行たわみ梁変位機構２２ｂのた
わみ梁１６ｂ，１６b′にストレンゲージを設けて
もよいし、さらには双方の所定位置に設けてもよ
いことは自明である。以下の実施例でもこの関係
は全く同一である。

圧電アクチユエータ１９ａ，１９ｂに印加され
ている電圧が除かれると、各平行たわみ梁１６
ａ，１６a′，１６ｂ，１６b′は変形前の状態に復
帰し、対称形平行たわみ梁変位機構２３は第１図
示す状態に戻り、変位εは０となる。

以上、本実施例の構成および動作について説明
した。そして、この説明においては、剛体部１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，２０は本来の意味での剛
体、即ち、あらゆる種類の荷重（あらゆる方向の
力やあらゆる方向の軸まわりのトルク）に対して
全て剛性が大である物体と考えて説明した。剛体
部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２０はこのような本
来の意味での剛体であることが最も望ましい。し
かしながら、これら各剛体部は必ずしもこのよう
な剛体である必要はない。その理由を以下に述べ
る。

本実施例の対称形平行たわみ梁変位機構２３に
おいて、第２図に示すように剛体部１５ｃが左右
方向へ移動する副次的変位を互いにキヤンセルす
るためには、一見して判るように、各平行たわみ
梁１６ａ，１６a′，１６ｂ，１６b′は僅かながら
伸びる必要がある。したがつて、剛体部１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，２０には基準面Ｋに垂直な方向
の力が作用する。この力に対して仮に上記各剛体
部が１つでも変形すればｚ軸方向以外の副次的変
位が生じない精度の高い変位を行なうことはでき
ない。逆に、上記方向の力に対して高い剛性を有
してさえいれば第２図に示す変形を得、ｚ軸方向
のみの高精度変位εを得ることができるというこ
とになる。そこで、本実施例における各剛体部は
「全ての荷重に対して剛であることが理想である
が、そうでないとしても少なくとも基準面Ｋに垂
直な方向の力に対して剛である」ことが必要であ
る。以下、後述する対称形平行たわみ梁変位機構
を用いた各実施例における剛体部についても同様
である。

このように、本実施例では、基準面に面対称に
平行たわみ梁構造を配置したので、干渉変位をキ
ヤンセルすることができ、位置決めの精度を飛躍
的に向上せしめることができ、又、このため、後
述する多軸に積層した対称形のたわみ梁変位機構
を容易に構成することができる。さらに、力を発
生させる圧電アクチユエータを各平行たわみ梁変
位機構の剛体部と平行たわみ梁で形成される領域
内に収容する構成としたので、外部へ突出する部
分がなく単純な形状の構成することができる。こ
の特徴は圧電アクチユエータが発した力の流れが
各平行たわみ梁の極く近傍を通ることになる。即
ち、アクチユエータ１９および１９ａが発した力
の流れは剛体部１５ａ，１５ｂ、たわみ梁１６
ａ，１６a′，１６，１６b′および剛体部１５ｃの
中で反力と均衡し、剛体部２０には影響を及ぼさ
ないために、このような装置を積層する際に従来
例で述べたアクチユエータが干渉する問題点を解
決していることにもなるので、前述した多軸に積
層した対称形のたわみ梁変位機構をより一層容易
に構成することができる。さらに多軸に積層した
場合に全く他の軸の影響を受けない部分である平
行たわみ梁の歪によつて多軸位置決め機構の各軸
の出力変位を正確に検出することができ、この検
出値に基づいて圧電アクチユエータに発生させる
力を制御するようにしたので、上記対称形平行た
わみ梁変位機構自体が有する干渉変位排除の効果
と相俟つて、多軸積層体による位置決め精度をよ
り一層向上させることができる。

第３図は本発明の第２の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で、２５ａ，２５
ｂ，２５ｃはそれぞれ図で、左、右、中央に存在
する剛体部である。２６ａ，２６a′はそれぞれ剛
体部２５ａ，２５ｃの間にこれらと一体に形成さ
れ、かつ定点Ｏより放射状に配置された平板状の
放射たわみ梁であり、又、２６ｂ，２６′はそれ
ぞれ剛体部２５ｂ，２５ｃの間にこれらと一体に
形成され、かつ、定点Ｏより放射状に配置された
平板状の放射たわみ梁である。２７ａ，２７ｂは
それぞれ放射たわみ梁２６ａ，２６a′および放射
たわみ梁２６ｂ，２６b′と各剛体部とを一体形成
するために生じた貫通孔である。２８ａは剛体部
２５ａから貫通孔２７ａに突出する突出部、２８
c₁は剛体部２５ｃから貫通孔２７ａに突出する突
出部であり、これら突出部２８ａ，２８c₁は互い
に図の縦方向において間隔を有して重なつてい
る。同じく２８ｂは剛体部２５ｂから貫通孔２７
ｂに突出する突出部、２８c₂は剛体部２５ｃから
貫通孔２７ｂに突出する突出部であり、これら突
出部２８ｂ，２８c₂は突出部２８ａ，２８c₁と同
様の関係にある。２９ａは突出部２８ａと突出部
２８c₁との間に固定された圧電アクチユエータ、
２９ｂは突出部２８ｂと突出部２８c₂との間に固
定された圧電アクチユエータである。圧電アクチ
ユエータ２９ａ，２９ｂは、点Ｏを中心として圧
電アクチユエータ２９ａ，２９ｂを通る円を描い
た場合、その円の接線方向の力ｆ（点Ｏに関する
トルクに相当する）を発生し各放射たわみ梁に曲
げ変形を生ぜしめる。これら力の大きさは、圧電
アクチユエータ２９ａ，２９ｂに印加される電圧
によつて制御される。

３０は剛体部２５ａ，２５ｂを互いに剛に連結
する剛体構造を示す。３１は放射たわみ梁２６
ａ，２６a′の歪を検出するストレーンゲージであ
り、放射たわみ梁２６ａ，２６a′と剛体部２５
ａ，２５ｃとの連結部分に設けられている。

上記の構成において、剛体部２５ａ，２５ｃ、
放射たわみ梁２６ａ，２６a′、突出部２８ａ，２
８c₁、圧電アクチユエータ２９ａにより一方の放
射たわみ梁変位機構３２ａが構成され、又、剛体
部２５ｂ，２５ｃ、放射たわみ梁２６ｂ，２６
b′、突出部２８ｂ，２８c₂、圧電アクチユエータ
２９ｂにより他方の放射たわみ梁変位機構３２ｂ
が構成されている。そして、放射たわみ梁変位機
構３２ｂ，３２ａは、放射たわみ梁２６ａ，２６
a′，２６ｂ，２６b′が構成する平面が交わる直線
に関して放射たわみ梁変位機構３２ａ，３２ｂと
軸対称の関係にある。この直線は、本実施例では
点Ｏを通る紙面に垂直な線である。このような線
対称の関係にある放射たわみ梁変位機構３２ａ，
３２ｂにより対称形放射たわみ梁変位機構３３が
構成される。前記直線はこの対称形放射たわみ梁
変位機構３３の位置と設置方向を示す基準軸にも
なつている。

次に、本実施例の動作を第４図および第５図を
参照しながら説明する。第４図は第３図に示す対
称形放射たわみ梁変位機構の変形後の側面図であ
る。今、圧電アクチユエータ２９ａ，２９ｂに電
圧を印加して同一の大きさの上記接線方向の力ｆ
を発生させる。そうすると、突出部２８c₁は圧電
アクチユエータ２９ａに発生した力により上記接
線に沿つて上向きに押され、突出部２８c₂は圧電
アクチユエータ２９ｂに発生した力により上記接
線に沿つて下向きに押される。剛体部２５ｃは両
剛体部２５ａ，２５ｂに放射たわみ梁２６ａ，２
６a′，２６ｂ，２６b′で連結された形となつてい
るので、上記の力を受けた結果、放射たわみ梁２
６ａ，２６a′，２６ｂ，２６b′の剛体部２５ａ，
２５ｂに連結されている部分に点Ｏから放射状に
延びる直線L₁，L₂と、剛体部２５ｃに連結され
ている部分に点Ｏから放射状に延びる直線L₁′，
L₂′とが僅かにずれる微小変位を生じる。このた
め、剛体部２５ｃは図で時計方向に微小角度δだ
け回動する。この回転変位δの大きさは、放射た
わみ梁２６ａ，２６a′，２６ｂ，２６b′の曲げに
対する剛性により定まるので、力ｆを正確に制御
すれば、回転変位δもそれと同じ精度で制御でき
ることになる。従来、微動テーブルを平行移動さ
せる装置は第１８図、第２０図に示すように種々
提案されていたが、回転移動に関して同図に示し
たような簡単な構造であるにもかかわらず良い特
徴を備えた装置は未だ提案されていなかつた。本
実施例では、回転移動に関しても第１の実施例と
同等の種々の特徴を備えたものを実現し、回転変
位による微調整を可能とするものである。

ところで、本実施例の対称形放射たわみ梁変位
機構でも、さきの実施例の対称形平行たわみ梁変
位機構における単体の平行たわみ梁変位機構と同
じように、単体の放射たわみ梁変位機構３２ａの
みの回転変位が考えられる。そこで、この単体の
放射たわみ梁変位機構３２ａの圧電アクチユエー
タ２９ａに電圧を印加するとこの圧電アクチユエ
ータ２９ａは上記接線方向に沿う上向きの力を発
生し、放射たわみ梁２６ａ，２６a′がたわみ、剛
体部２５ｃは点Ｏを中心に回動する。この変形状
態を第５図の破線で示す。第５図では突出部２７
ａ，２８ａ、圧電アクチユエータ２９ａ，および
剛体部２５ａの全体構造の図示は省略され、か
つ、その変形は誇張して描かれている。図から明
らかなように、単体の放射たわみ梁変位機構３２
ａでも回転変位位置決め装置を得ることができる
が、この場合、剛体部２５ｃの点Ｏは点O′にず
れるという副次的変位を免れることはではない。
しかしながら単体の放射たわみ梁変位機構３２ａ
が圧電アクチユエータ２９ａにより力ｆを受けて
放射たわみ梁２６ａ，２６a′に曲げ変形を生じる
と、剛体部２５ｃは点Ｏを通る基準軸まわりに回
転するが、それと同時に第５図のような副次的変
位をも生じる。ところが、基準軸に関してそれと
軸対称な位置にあるもう１つの単体の放射たわみ
梁変位機構３２ｂに基準軸に関して軸対称な方向
に力ｆを作用させた場合の変位は、やはりＯ点ま
わりの回転変位が主変位としては出るものの、そ
のとき生じる、副次的変位は前述の副次的変位と
基準軸に関して軸対称となつている。したがつ
て、放射たわみ梁変位機構３２ａにおける上記副
次的変位は放射たわみ梁変位機構３２ｂに生じる
大きさが等しく方向が反対の副次的変位とキヤン
セルされ、対称形放射たわみ梁変位機構３３では
当該副次的変位は現われない。このため、対称形
放射たわみ梁変位機構３３は単体の放射たわみ梁
変位機構に比較し、より正確な回転変位δを得る
ことができる。

なお、ストレンゲージ３１を用いるフイードバ
ツク制御系による回転変位δの制御は、さきの実
施例に準じて実施される。この場合においても、
スレンゲージ３１が放射たわみ梁２６ａ，２６
a′と剛体部２５ａ，２５ｃとの連結部分に設けら
れることにより放射たわみ梁変位機構を多軸に組
み合わせた場合に、互いに他からの影響を受けな
い形で正確な歪の検出が可能であることはさきの
実施例と同じである。

なお、又上記第２の実施例の説明では、放射た
わみ梁変位機構が左右対称に２組設けられている
対称形放射たわみ梁変位機構について説明した
が、必ずしもこのような左右対称形の配置に限る
ことはなく、基準軸に対して軸対称になつている
ことが本質的に必要な条件であり、左右対称形で
はなくても同様の機能を発揮することは上記の説
明から自明であろう。

圧電アクチユエータ２９ａ，２９ｂに印加され
ている電圧が除かれると、各放射たわみ梁２６
ａ，２６a′，２６ｂ，２６′は変形前の状態に復
帰し、対称形放射たわみ梁変位機構３３は第３図
に示す状態に戻り、回転変位δは０になる。

ここで、本実施例の剛体部２５ａ，２５ｂ，２
５ｃ，３０もさきの実施例の各剛体部に準ずるも
のである。即ち、第４図に示すようにたわみ梁の
縮小方向への副次的変位を互いにキヤンセルする
ような変形を生ぜしめるためには、各放射たわみ
梁２６ａ，２６a′，２６ｂ，２６b′は僅かに伸び
る必要があるため、各剛体部には基準軸に垂直な
放射状の力（内部応力）が作用する。この力に対
して仮に各剛体部が１つでも変形すれば精度の高
い回転変位を得ることはできない。そこで、本実
施例における各剛体部は「全ての荷重成分に対し
て剛であることが理想であるが、そうでないとし
ても少なくとも基準軸に垂直な放射状に作用する
力に対して剛である」ことが必要である。以下、
後述する対称形放射たわみ梁変位機構を用いた各
実施例における剛体部についても同様である。

このように、本実施例では、基準軸に軸対称に
放射たわみ梁変位機構を配置したので、従来得ら
れなかつた回転変位を精度良く得ることができ
る。又、このため、後述する多軸に積層した対称
形のたわみ梁変位機構を容易に構成することがで
きる。さらに力を発生させる圧電アクチユエータ
を各放射たわみ梁変位機構の剛体部と放射たわみ
梁で形成される領域内に収容する構成としたの
で、外部へ突出する部分がなく単純な形状の構成
とすることができる。この特徴は圧電アクチユエ
ータが発した力の流れが各放射たわみ梁変位機構
の極く近傍を通ることになるために、このような
装置を積層する際に、従来例で述べたアクチユエ
ータどうしが干渉する問題を解決していることに
もなるので、前述した多軸に積層した対称形のた
わみ梁変位機構をより一層容易に構成することが
できる。さらに、多軸に積層した場合に全く他の
軸の影響を受けない部分である放射たわみ梁の歪
によつて出力変位を正確に検出し、この検出値に
基づいて圧電アクチユエータに発生させる力を制
御するようにしたので、上記対称形放射たわみ梁
構造自体が有する干渉変位排除の効果と相俟つ
て、多軸積層体による位置決め精度をより一層向
上させることができる。

第６図は本発明の第３の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で、第３図に示す部
分と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。第３図に示す実施例が回転変位を発生させる
駆動機構として接線方向の力を生じる圧電アクチ
ユエータを用いたのに対して、本実施例では永久
磁石と電磁石との相互作用により基準軸を中心と
するトルクを発生するトルク発生機構を用いるも
のである。３５は第３図に示す剛体部２５ｃに相
当する剛体部、３６は剛体部３５の一方の側面に
形成された切欠き、３６ａは切欠き３６の中央部
において基準軸を中心とする円弧状の膨大部であ
る。３７ａ，３７ｂはそれぞれ剛体部２５ａ，２
５ｂから切欠き３６内に突出する支持体である。
３８はトルク発生機構を示し、励磁部３８ａおよ
び円筒体３８ｂより成る。励磁部３８ａは切欠き
３６の膨大部３６ａの円弧に沿つて剛体部３５の
所定位置に１個又は複数個配置された励磁巻線
（図示されていない）で構成されている。又、円
筒体３８ｂはその内部における前記膨大部３６ａ
に面した部分に、励磁部３８ａに配置された励磁
巻線と所定の位置関係をもつて配置された１個又
は複数個の永久磁石（図示されていない）を有す
る。３９は対称形放射たわみ梁変位機構を示す。

励磁部３８ａにおける励磁巻線に所定の電流が
供給されると、励磁部３８ａに円筒体３８ｂに配
置された永久磁石との間に、供給電流に応じた吸
引力又は反撥力によるトルクが発生する。これに
より、剛体部３５は基準軸を中心に回動し、各放
射たわみ梁２６ａ，２６a′，２６ｂ，２６b′は第
３図示す対称形放射たわみ梁変位機構における理
由と同一理由により第４図に示すような変形を生
じる。即ち、剛体部３５は剛体部２５ａ，２５ｂ
に対して回転変位を発生する。

なお、切欠きに代えて貫通孔を形成し、又、側
方からこれに直交する貫通孔を形成し、各貫通孔
の直交部分にトルク発生機構を設けてもよい。さ
らに、トルク発生機構は永久磁石と電磁石の組合
わせたものに限ることはなく、電磁石と電磁石の
組合わせその他適宜の非接触のトルク発生機構を
用いることができる。又、剛体部については第２
の実施例の剛体部と同じである。

このように、本実施例では、対称形放射たわみ
梁変位機構として中央の剛体部の中心部分にトル
ク発生機構を設けたので、第２の実施例と同じ効
果を奏する。

以上、対称形平行たわみ梁変位機構および対称
形放射たわみ梁変位機構の機能について詳述した
が、これらは３つの座標軸ｘ，ｙ，ｚのうちの１
つの座標軸方向の変位および１つの座標軸まわり
の回転変位を発生する装置である。そして、対称
形平行たわみ梁変位機構をその基準軸が一致もし
くは平行でない形で複数組み合わせれば２つ又は
３つの座標軸方向の微細位置決めを１つの装置で
行なうことができ、又、対称形放射たわみ梁変位
機構をその基準軸が一致もしくは平行でない形で
複数組み合わせれば２つ又は３つの座標軸まわり
の回転変位に関する微細位置決めを１つの装置で
行なうことができ、さらに、対称形平行たわみ梁
変位機構と対称形放射たわみ梁変位機構とをそれ
ぞれ適宜組み合わせれば１つ乃至３つの座標軸に
ついての変位および回転変位に関する微細位置決
めを１つの装置で行なうことができるのは明らか
である。

ところで、このような組み合わせを考える場
合、従来の装置においては、１つの装置により第
２０図に示すように２つの座標軸についての変位
を得るのが限度であり、それ以上の組み合わせは
困難であつて、仮に考え得ることができても複雑
な構造となり実用に敵さなくなる。又、第１８図
に示す構造に匹敵するような簡単な回転変位を得
る装置は提案されていない。これに対して、本実
施例の対称形平行たわみ梁変位機構および対称形
放射たわみ梁変位機構を用いれば、さきに述べた
ように上記の組み合わせを容易に実施することが
でき、加うるに各軸の対称形平行たわみ梁変位機
構、対称形放射たわみ梁変位機構相互間の変位、
回転変位に干渉を生じないという大きな特徴を備
えることができる。

以下、上記組み合わせ構造の実施例について説
明するが、第１図および第３図に示す各平行たわ
み梁、放射たわみ梁、各剛体部から突出する突出
部、およびこれら突出部間に固定される圧電アク
チユエータについては、これを１つの駆動部とし
て考える方が煩らわしくなく理解が容易に思われ
る。そこで、以下の実施例においては、対称形平
行たわみ梁変位機構の上記駆動部を直線駆動部５
０と称し、これにその直線駆動部５０による変位
の方向の座標軸の符号を付することにし、又、対
称形放射たわみ梁変位機構の上記駆動部を回転駆
動部６０と称し、これにその回転駆動部６０によ
る回転変位の回転軸となる座標軸の符号を付する
ことにする。さらに、直線駆動部５０および回転
駆動部６０の図示も上記の考えにしたがつて略記
することとし、この略記を第７図ａ，ｂに示すよ
うに、ほぼＳ字形、又はほぼ逆Ｓ字形とする。な
お、このＳ字形又は逆Ｓ字形は関連する剛体部の
突出部の突出方向と合致する形とされている。以
下に上記組合わせの実施例を説明する。

第８図は本発明の第４の実施例に係る微細位置
決め装置の一部破断斜視図である。本実施例の装
置は座標軸を図示のように設定したとき３軸ｘ，
ｙ，ｚの変位を発生する装置である。図で７０は
十文字状に形成された剛体の十文字状柱体、７１
は十文字状柱体７０に連結された剛体部、７２は
十文字柱体７０に連結された剛体部であり、これ
らは１つの剛体ブロツクから一体に形成されてい
る。

７３は十文字状柱体７０を構成する第１の柱
体、７４は十文字状体７０を構成する第２の柱体
であり、第１の柱体７３と第２の柱体７４とは互
いに直交している。第１の柱体７３は剛体部７３
a₁，７３a₂，７３b₁，７３b₂，７０ｃおよび直線
駆動部５０ｘ，５０ｚより成り、２つの対称形平
行たわみ梁変位機構を含む。第２の柱体７４は剛
体部７４ａ，７４ｂ，７０ｃおよび直線駆動部５
０ｙより成り、１つの対称形平行たわみ梁変位機
構が構成される。剛体部７０ｃは両柱体７３，７
４が共有する中央の剛体部である。剛体部７１は
第１の柱体７３の両端の剛体部７３a₁，７３b₁に
連結され（第２の柱体７４とは切り離されてい
る）、剛体部７２は第２の柱体７４の両端の剛体
部７４ａ，７４ｂに連結されている（第１の柱体
７３とは切離されている）。第１の柱状体７３に
おいて、対称形平行たわみ梁変位機構を構成する
直線駆動部５０ｚは、一方が剛体部７３a₁，７３
a₂間に形成され、他方が剛体部７３b₁，７３b₂間
に形成されている。又、直線駆動部５０ｘは一方
が剛体部７３a₂，７０ｃ間に形成され、他方が剛
体部７３b₂，７０ｃ間に形成されている。さら
に、第２の柱体７４において、対称形平行たわみ
梁変位機構を構成する直線駆動部５０ｙは、一方
が剛体部７４ａ，７０ｃ間に、他方が剛体部７４
ｂ，７０ｃ間に形成されている。

十文字状柱体７０内に構成される対称形平行たわ
み梁変位機構の基準軸はすべて 中央の剛体部７
０ｃの中心を通る。直線駆動部５０ｘで構成され
る対称形平行たわみ梁変位機構の基準軸はｘ軸と
一致し、直線駆動部５０ｙで構成される対称形平
行たわみ梁変位機構の基準軸はｙ軸と一致し、直
線駆動部５０ｚで構成される対称形平行たわみ梁
変位機構の基準軸はｚ軸と一致する。結局、十文
字状柱体７０内に構成される３つの対称形平行た
わみ梁変位機構の基準軸はそれぞれ互いに直交し
ていることになる。

なお、対になつている直線駆動部５０ｘ，５０
ｙ，５０ｚの平行たわみ梁には、第１図に示すよ
うにストレンゲージが配置されているが、図面中
にこれらを記入すると図が見難くなるので、その
記入は省略する（以下の実施例においても同じ）。

次に、本実施例の動作を説明する。まず、２つ
の直線駆動部５０ｚを駆動（圧電アクチユエータ
に電圧を印加）した場合を考える。この場合、第
１図に示す実施例の説明で述べたように、剛体部
７３a₁，７３a₂の間、および剛体部７３b₁，７３
b₂の間にそれぞれ相対変位ε_zが生じる。ここで、
剛体部７３a₁，７３b₁は剛体部７１と一体構成で
あり、又、剛体部７３a₂，７３b₂はｚ軸方向の力
には充分に剛性が高い各直線駆動部５０ｘ、中央
の剛体部７０ｃ，ｚ軸方向の力には充分に剛性の
高い各直線駆動部５０ｙ、剛体部７４ａ，７４ｂ
を介して剛体部７２に連結されている。即ち、ｚ
軸方向の力についてみると、直線駆動部５０ｚの
一方側の剛体部７３a₁，７３b₁は剛体部７１に剛
に連結され、又、他方側の剛体部７３a₂，７３b₂
は剛体部７２に剛に連結されていることになる。
したがつて、直線駆動部５０ｚを駆動すると、剛
体部７１と剛体部７２との間には、ｚ軸方向の相
対変位εzが与えられることになる。

同様に、直線駆動部５０ｘを駆動すると、その
一方側の剛体部７３a₂は、ｘ軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部５０ｚ、剛体部７３a₁，
７３b₁を介して剛体部７１に剛に連結され、又、
他方側の剛体部７０ｃは、ｘ軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部５０ｙ、剛体部７４ａ，
７４ｂを介して剛体部７２に剛に連結されている
ので、結局、剛体部７１と剛体部７２との間に
は、ｘ軸方向の相対変位εxが与えられることに
なる。

さらに、直線駆動部５０ｙを駆動すると、その
一方側の剛体部７０ｃは、ｙ軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部５０ｘ、剛体部７３a₂，
７３b₂，ｙ軸方向の力には充分に剛性の高い直線
駆動部５０ｚ、剛体部７３a₁，７３b₁を介して剛
体部７１に剛に連結され、又、他方側の剛体部７
４ａ，７４ｂは剛体部７２に連結されているの
で、結局、剛体部７１と剛体部７２との間には、
ｙ軸方向の相対変位εyが与えられる。

そこで、例えば、剛体部７２を第１８図に示す
支持台又は、本実施例を適用する微動装置より大
きな範囲を低い精度で位置決めする装置を構成す
る粗動テーブル等に固定し、剛体部７１に微動テ
ーブルを固定すると、３次元の微細位置決め機構
が構成されることになる。

第１の実施例の説明からも判るように、直線駆
動部で発生した力の流れは、その極く近傍を通る
のみで、他の対称形平行たわみ梁変位機構を通ら
ない形態となつている。したがつて、本来、各軸
方向の変位は他へ影響を及ぼすことなく独立して
発生させることができるという特徴をもつてい
る。しかしながら、微動テーブル上に仮に重いも
のを載せたり、微動に際して抵抗力を生じる特殊
な場合においても、上記の動作の説明から明らか
なように、各対称形平行たわみ梁構造はその基準
軸が互いに直交するように配置されており、各対
称形平行たわみ梁構造の直線駆動部の平行たわみ
梁が他軸方向の力に対して、充分に高い剛性を有
していることから、各軸方向の変位は他への影響
を及ぼすことなく独立して発生することができ、
又、その精度は極めて高い。さらに、同様の理由
により、図示しないストレンゲージによる各駆動
部の歪の検出も他軸の影響を受けないため変位機
構の出力変位の検出精度が極めて高くなる。

このように、本実施例では、３つの対称形平行
たわみ梁変位機構を、それらの基準軸が互いに直
交するようにして十文字柱体に構成配置したの
で、精度の良い３次元の微細位置決めを行なうこ
とができ、又、互いに他の軸への干渉がないため
装置を容易に構成することかできる。さらに、ス
トレンゲージによつて変位機構の出力変位が得ら
れるので、フイードバツク制御によつて各軸の位
置決めの精度をさらに向上させることも可能にな
る。さらに又、直線駆動部が対称形平行たわみ梁
変位機構内に組み込まれて突出する部分がないの
で、十文字状柱体による３次元の微細位置決め機
構を非常にコンパクトな形で容易に構成すること
ができる。又、本実施例の装置は、円柱状の剛体
ブロツクを素材として機械加工だけで一体物とし
て製作できるので、加工コストおよび部品点数の
低減、小型化、ガタや摺動部がないことによる直
線性の向上、ヒステリシスの排除等が可能とな
る。

第９図ａ，ｂは本発明の第５の実施例に係る微
細位置決め装置の平面図および側面図である。本
実施例の装置は座標軸を図示のように設定したと
き、２軸（ｙ軸、ｚ軸）の回転変位を発生する装
置である。図で、７５ａ，７５ｂは剛体部、７６
ａ，７６ｂは厚みの小さい剛体部、７５ｃは中央
の剛体部である。剛体部７５ｃ，７６ａ間、およ
び剛体部７５ｃ，７６ｂ間にはそれぞれ回転駆動
部６０ｚが連結され、又、剛体部７６ａ，７５ａ
間、および剛体部７６ｂ，７５ｂ間にはそれぞれ
回転駆動部６０ｙが連結されている。剛体部７５
ａ，７５ｂの他端はそれぞれ互いに図示しない剛
体構造によつて連結されている。各剛体部７５
ａ，７５ｂ，７５ｃ，７６ａ，７６ｂおよび各回
転駆動部６０ｙ，６０ｚは１つの剛体ブロツクか
ら一体に形成されている。

各回転駆動部６０ｚの各放射たわみ梁の中心を
通つて伸びる線L₁，L₂は剛体部７５ｃの点Ｏを
紙面に垂直に通る回転駆動部６０ｚの基準軸上に
おいて角度θ₂で交わる。又、各回転駆動部６０ｙ
の各放射たわみ梁の中心を通つて伸びる線L₃，
L₄は回転駆動部６０ｙの基準軸上において角度θ₁
で交わる。したがつて、本実施例の装置は、ｙ軸
まわりの回転変位を生じる対称形放射たわみ梁変
位機構と、ｚ軸まわりの回転変位を生じる対称形
たわみ梁変位機構とを一体に組合せた装置とな
る。

次に、本実施例の動作を説明する。２つの回転
駆動部６０ｚを駆動すると、第３図に示す実施例
の説明で述べたように、剛体部７５ｃの剛体部７
６ａ，７６ｂに対するｚ軸まわりの相対的回転変
位δzが発生する。ここで、剛体部７６ａ，７６ｂ
はその厚みが薄くても、それにすぐ隣接する回転
駆動部６０ｙがｚ軸まわりのトルクに対しては充
分に高い剛性を有するためにｚ軸まわりのトルク
に対して充分に高い剛性を有する。即ち、ｚ軸ま
わりのトルクについてみると、回転駆動部６０ｚ
の一方側（剛体部７５ｃの反対側）は薄い剛体部
７６ａ，７６ｂおよび回転駆動部６０ｙが介在し
ているにもかかわらず、剛体部７５ａ，７５ｂと
剛に連結されていることになる。したがつて、回
転駆動部６０ｚが駆動されると、中央の剛体部７
５ｃと剛体部７５ａ，７５ｂ間にｚ軸まわりの相
対回転変位δzが与えられることになる。

同様に、回転駆動部６０ｙが駆動されると、剛
体部７６ａ，７６ｂに対して充分に高い剛性を有
することから回転駆動部６０ｙと中央の剛体部７
５ｃとが剛に連結されていることになるので、中
央の剛体部７５ｃと剛体部７５ａ，７５ｂ間にｙ
軸まわりの相対回転変位δyが与えられることに
なる。

ところで、第２の実施例の説明からも判るよう
に、回転駆動部においてトルクを発生するために
作用した力の流れは、その極く近傍を通るのみ
で、他の対称形放射たわみ梁変位機構を通らない
形態となつている。したがつて、第４の実施例の
ものと同じく各軸まわりの変化は他へ影響を及ぼ
すことなく独立して発生させることができるとい
う特徴があり、又、微動テーブル上に重いものが
載つていたり、微動時に抵抗力を生じる特殊な場
合においても上記の動作の説明から明らかなよう
に、各対称形放射たわみ梁変位機構は各基準軸が
互いに直交するように配置され、各放射たわみ梁
変位機構の回転駆動部の放射たわみ梁が他軸まわ
りのトルクに対して充分に高い剛性を有している
ことから、各軸まわりの回転変位は互いに他へ影
響を及ぼすことなく独立して発生させることがで
き、又、その精度は極めて高くなる。同様の理由
により、図示しないストレンゲージによる歪の検
出による補正が効果的となる。

なお、本実施例の構造に対して、さらにｘ軸ま
わりの回転変位を与えるもう一組の回転駆動部を
加えれば、３次元の回転変位を与える装置を構成
し得ることは明らかである。

このように、本実施例では、２つの対称形放射
たわみ梁構造を、それらの基準軸が互いに直交す
るよう組合せて構成したので、精度良く２次元の
回転変位を発生せしめることができ、又、互いに
他の軸への干渉がないため装置を容易に構成する
ことができる。ストレンゲージを用いるフイード
バツク制御、回転駆動部の対称形放射たわみ梁変
位機構内部への組込み、および装置の一体構造に
ついてのそれぞれの効果はさきの第４の実施例の
効果と同じである。

第１０図ａ，ｂは本発明の第６の実施例に係る
微細位置決め装置の斜視図である。本実施例の装
置は座標軸を図示のように設定したとき、３軸
ｘ，ｙ，ｚの変位を発生する装置であり、この点
では第８図に示す第４の実施例と同じであるが、
ｚ軸方向の直線駆動部５０ｚの配置構造を異にす
る。第１０図ａで、８０はほぼ十文字状に形成さ
れた十文字状柱体、８１は十文字状柱体８０を構
成する第１の柱体、８２は十文字状柱体８０を構
成する第２の柱体であり、第１の柱体８１と第２
の柱体８２とは互いに直交している。第１の柱体
８１はｘ軸を基準軸とする対称形平行たわみ梁変
位機構を構成するものであり、その２つの直線駆
動部５０ｘが示されている。又、第２の柱体８２
はｙ軸を基準軸とする対称形平行たわみ梁変位機
構を構成するものであり、その２つの直線駆動部
５０ｙが示されている。８３ａ，８３ｂ，８３
ｃ，８３ｄはそれぞれ第１の柱体８１と第２の柱
体８２との間に形成された剛体の中間部である。
８４は第１の柱体８１と第２の柱体８２の中心線
の交点を中心として適宜の径でｚ軸方向にあけら
れた中央貫通孔である。８５ａ，８５ｂ，８５
ｃ，８５ｄは各中間部外面から中央貫通孔に向け
て各中間部８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄを貫
通する側方貫通孔である。各側方貫通孔８５ａ，
８５ｂ，８５ｃ，８５ｄは互いに直交する方向に
形成されている。このように各側方貫通孔８５
ａ，８５ｄ，８５ｃ，８５ｄの形成により、各中
間部８３，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄには図で上下
に平行たわみ梁が形成される。このような側方貫
通孔内において、ｚ軸方向に平行な形で直線駆動
部５０ｚが設けられる。なお、第８図に示す第４
の実施例と同じように、剛体の柱体８１の両端部
どおし、および剛体柱体８２の両端部どうしはそ
れぞれ他の剛体構造によつて連結されている。

次に、本実施例の動作を第１０図ｂを参照しな
がら説明する。直線駆動部５０ｘを駆動すると、
この直線駆動部５０ｘの中央貫通孔８４側の剛体
部と、これと反対側の外側剛体部との間にｘ軸方
向の相対変位が生じる。ここで、各直線駆動部５
０ｙおよび各直線駆動部５０ｚはｘ軸方向の力に
は充分に高い剛性を有し、この部分も剛性とみな
すことができる。又、直線駆動部５０ｙを駆動す
ると、この直線駆動部５０ｙの中央貫通孔８４側
の剛体部と、これと反対側の外側剛体部との間に
ｙ軸方向の相対変位が生じる。そして、この場合
も、各直線駆動部５０ｘおよび各直線駆動部５０
ｚはｙ軸方向の力には充分に高い剛性を有するの
で、この部分を剛体とみなすことができる。

又、各直線駆動部５０ｚを駆動すると、第１の
柱体８１およびこれと連続する各中間部の剛体部
と、第２の柱体８２およびこれと連続する各中間
部の剛体部との間に、第１０図ｂに示すようなｚ
軸方向の相対変位εzを生じる。なお、第１０図ｂ
では理解を容易にするため、第１０図ａに示す変
形前の形状が、各直線駆動部５０ｚの駆動によ
り、破線で示した部分から実線で示した部分へ、
小矢印で示したように変形した状態で示されてい
る。このように、ｚ軸方向の相対変位εzが生じた
場合でも直線駆動部５０ｘ，５０ｙはｚ軸方向の
力に対して高い剛性を有するので、この部分を剛
体とみなすことができる。

なお、本実施例において、十文字状柱体８０の
中央部分、即ち、直線駆動部５０ｘ，５０ｙに連
結された部分は、直線駆動部５０ｚが構成されて
いることからすべての荷重に対して剛であるとは
いえない。しかしながら、上記の説明からも明ら
かなように直線駆動部５０ｘ，５０ｙの変位方向
の力に対しては、これを剛体部であるとみなすこ
とができ、所期の変位を発生せしめることができ
る。したがつて、この部分を準剛体構造というこ
とができる。

ここで、本実施例と第８図に示す第４の実施例
とを比較してみる。第４の実施例のものは、ｙ軸
方向に延びる第１の柱体７３に２組の直線駆動部
５０ｘ，５０ｚが組込まれている。これを、でき
るだけ駆動部材を密な状態で積層するという観点
から考えると、第１の柱体７３に比較して第２の
柱体７４には１組の直線駆動部５０ｙが組込まれ
ているのみであり、スペースに無駄が生じている
ことになる。又、ｚ軸に関する軸対称性の観点か
ら考えると、第１の柱体７３と第２の柱体７４と
では（ｘ軸方向とｙ軸方向とでは）剛体が異な
り、各部の微小変形に対して極めて僅かながら好
ましくない影響を生じる。これに対して、本実施
例のものは、スペースが有効に利用され、かつ、
ｚ軸に関し完全に軸対称性を有し、前記悪影響は
除かれて精度の向上に寄与している。

次に、第１０図ａにおけるｚ軸方向の直線駆動
部５０ｚを構成する平行たわみ梁変位機構の配置
関係および効果について考えてみる。図から明ら
かなように、４個所ある平行たわみ梁変位機構は
ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面のそれぞれに関して
面対称な関係にある。このため、直線駆動部５０
ｚ内の圧電アクチユエータによつて力を受けてそ
のたわみ梁が曲げ変形を生じたときに、単体の平
行たわみ梁変位機構であつた場合に生じたであろ
う副次的変位は、この４組の平行たわみ梁変位機
構の間で互いに完全にキヤンセルされる。このた
め、第１の実施例で述べたと同様の効果を有す
る。なお、この対称形平行たわみ梁変位機構の基
準軸は図のｚ軸となる。

このように、本実施例では、３つの対称形平行
たわみ梁変位機構を、それらの基準軸が互いに直
交するようにほぼ十文字状柱体に構成配置し、し
かも各平行たわみ梁変位機構を面対称性を有する
構成としたので、第４の実施例のものと同じ効果
を奏するばかりでなく、さらに精度の良い微細位
置決めを期待することができるとともに、スペー
スの無駄をなくすことができ、全体をより小型に
構成することができる。

第１１図乃至第１４図は本発明の第７の実施例
に係る微細位置決め装置を示す図であり、第１１
図は斜視図、第１２図は一部断面平面図、第１３
図は第１２図に示す線−に沿う一部断面
側面図、第１４図は第１２図に示す線−
に沿う一部断面側面図である。本実施例の装置
は、座標軸を図のように設定したとき３軸ｘ，
ｙ，ｚに関する変位および回転変位を発生する装
置であり、第８図、第９図ａ，ｂ、第１０図ａに
示す構造を適宜組合せた構造となつている。各図
で、９０はほぼ十文字状に形成された剛体の十文
字状柱体、９１は十文字状柱体９０に連結された
剛体部、７２は十文字状柱体９０に連結された剛
体部であり、これらは１つの剛体ブロツクから一
体に形成されている。

９３は十文字状柱体９０を構成し、ｙ軸方向に
延びる第１の柱体、７４は十文字状柱体９０を構
成しｘ軸方向に延びる第２の柱体である。これら
はｚ軸方向の力以外には剛なる準剛体構造９０ｃ
を共有している。第１の柱体９３は剛体部９３
a₁，９３a₂，９３a₃，９３b₁，９３b₂，９３b₃、
準剛体構造９０ｃ、直線駆動部５０ｘ、および回
転駆動部６０ｘ，６０ｚより成り、１つの対称形
平行たわみ梁変位機構および２つの対称形放射た
わみ梁変位機構を含む。第２の柱体９４は剛体部
９４a₁，９４a₂，９４b₁，９４b₂、準剛体構造９
０ｃ、直線駆動部５０ｙおよび回転駆動部６０ｙ
より成り、１つの対称形平行たわみ梁変位機構お
よび１つの対称形放射たわみ梁変位機構を含む。
剛体部９１は第１の柱体９３の両端の剛体部９３
a₁，９３b₁に一体に連結され（第２の柱体９４と
は切離されている）、剛体部９２は第２の柱体９
４の両端の剛体部９４a₁，９４b₁に一体に連結さ
れている（第１の柱体９３とは切離されている）。

ここで、第１の柱体９３と第２の柱体９４にお
ける直線駆動部および回転駆動部の配置を説明す
る。第１の柱体９３において、対称形平行たわみ
梁変位機構を構成する直線駆動部５０ｘは、一方
が剛体部９３a₁，９３a₂間に、他方が剛体部９３
b₁，９３b₂間に形成され、対称形放射たわみ梁構
造を構成する回転駆動部６０ｘは、一方が剛体部
９３a₂，９３a₃間に、他方が剛体部９３b₂，９３
b₃間に形成され、対称形放射たわみ梁変位機構を
構成する回転駆動部６０ｚは、一方が剛体部９３
a₃，９３ｃ間に、他方が剛体部９３b₃、準剛体構
造９０ｃ間に形成されている。又、第２の柱体９
４において、対称形平行たわみ梁変位機構を構成
する直線駆動部５０ｙは、一方が剛体部９４a₁，
９４a₂間に、他方が剛体部９４b₁，９４b₂間に形
成され、対称形放射たわみ梁変位機構を構成する
回転駆動部６０ｙは、一方が剛体部９４a₂，９０
ｃ間に、他方が剛体部９４b₂、準剛体構造９４ｃ
間に形成されている。

次に、準剛体構造９０ｃの構成について説明す
る。９５は第１の柱体９３と第２の柱体９４との
間に存在する４つの中間部分である。９６は準剛
体構造９０ｃの中心にｚ軸方向にあけられた適宜
径の中央貫通孔である。９７（第１２図）は各中
間部分９５を通つて外部から中央貫通孔９６にあ
けられた側方貫通孔であり、各側方貫通孔９７は
ｚ軸に向けて形成される。これら各側方貫通孔９
７内に直線駆動部５０ｚが設けられている。

上記の構成において、直線駆動部５０ｘ，５０
ｙ，５０ｚのそれぞれ構成される各対称形平行た
わみ梁変位機構の基準軸はそれぞれ直交するｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸と一致し、又、回転駆動部６０
ｘ，６０ｙ，６０ｚのそれぞれで構成される各対
称形放射たわみ梁変位機構の基準軸もそれぞれ直
交する上記ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と一致する。

なお、Ｐはｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の交点、θ₁は回転
駆動部６０ｘ，６０ｙの放射たわみ梁の放射角
度、θ₂は回転駆動部６０ｚの放射たわみ梁の放射
角度を示す。

次に、本実施例の動作を説明するが、その動作
は、第８図、第９図ａ，ｂ、第１０図ａに示す実
施例の動作に準じるので、１例として第１の柱体
９３における回転駆動部６０ｘが駆動された場合
の動作の説明に止める。回転駆動部６０ｘが駆動
されると、剛体部９３a₂，９３b₂と剛体部９３
a₃，９３b₃との間にｘ軸まわりの相対回転変位が
発生する。ところが、直線駆動部５０ｘはｘ軸ま
わりのトルクに対しては充分に高い剛性を有する
ので、この場合、上記剛体部９３a₂，９３b₂は直
線駆動部５０ｘ、剛体部９３a₁，９３b₁を介して
剛体部９１に剛に連結されていることになる。一
方、回転駆動部６０ｚ、準剛体構造９０ｃ、第２
の柱体９４に設けられた回転駆動部６０ｙおよび
直線駆動部５０ｙもｘ軸まわりのトルクに対して
は充分に高い剛性を有するので、この場合、上記
剛体部９３a₃，９３b₃は、回転駆動部６０ｚ、準
剛体構造９０ｃ、回転駆動部６０ｙ、剛体部９４
a₁，９４b₂、直線駆動部５０ｙ、剛体部９４b₁を
介して剛体部９２に剛に連結されていることにな
る。結局、回転駆動部６０ｘが駆動されると、剛
体部９１と剛体部９２との間にｘ軸まわりの相対
回転変位δxが与えられる。

他の直線駆動部および回転駆動部が駆動された
場合の動作もこれに準じるのであるから、本実施
例では各軸方向の変位および各軸まわりの回転変
位を独立して発生させることができる。そして、
例えば、剛体部９２を第１８図に示す支持台又は
粗動テーブル等に固定し、剛体部９１に微動テー
ブルを固定すると、３次元の変位、回転変位を発
生する高精度の微細位置決め機構が構成されるこ
とになる。

ところで、本実施例のように、２軸以上の回転
変位機構が組み込まれている場合には、各回転変
位機構の回転中心Ｐが微細位置決め装置全体の中
心部となる。この場合、微動テーブル面上のある
定められた基準点がその回転中心に一致するよう
に設計すればよい。しかしながら、そのためには
微動テーブルの大きさ、配置等に大きな制約が生
じ、実用上問題となる場合が発生することも考え
得る。上記実施例の説明では微動テーブルを剛体
部９１に固定する例について説明したが最も簡単
な構成は剛体部９１を微動テーブルそのものとす
る方法である。しかし、このようにすると幾何学
的な関係から変位干渉を生ずる。これを図により
説明する。

第１５図は第１３図を簡略化して描いた側面図
である。図では説明に必要な部分のみ第１３図に
示すものと同一符号が付してある。今、剛体部９
２を固定し、回転駆動部６０ｙを駆動すると、点
Ｐを中心に回転変位δyが発生する。なお、理解
を容易にするため、回転変位δyは著るしく拡大
して描かれており、かつ、剛体部９１自体を微動
テーブルとし、その表面上の点Ｑを基準点として
ある。上記回転変位δyに対して、点Ｑは下記の
ようなｘ軸、ｚ軸方向の変位εxy，εzyを生じる。

εxy＝Zosinδy εzy＝−Zo（１−cosδy） なお、Zoは点Ｐと点Ｑとの間のｚ軸方向の距
離である。同じく、ｘ軸まわりの回転変位に対し
ても下記のようなｙ軸、ｚ軸方向の変位εyx，
εzxを生じる。

εyx＝−Zosinδx εzx＝−Zo（１−cosδx） これらの変位は、距離Zoに起因する純粋に幾何
学的関係により生じるものであり、さきに述べた
副次的変位とはその性格を全く異にするものであ
る。そして、距離Zoの正確な値は既知であるか
ら、所望の微動テーブル変位εxo，εyo，εzo，
δxo，δyo，δzoに対して、 εxo′＝εxo＋εxy＝εxo＋Zosinδyo εyo′＝εyo＋εyx＝εyo−Zosinδxo εzo′＝εzo＋εzx＋εzy＝εzo−Zo（２−cosδxo
＝
cosδyo） δxo′＝δxo δyo′＝δyo δzo′＝δzo なる変位εxo′，δyo′，εzo′，δxo′，δyo′，δ
zo′に
相当する入力を各変位機構に入力してやれば、変
位干渉を簡単に除くことができ、高精度を全く損
なうことなく微細位置決めが可能である。なお、
上記の事項は第５の実施例についても同じであ
る。

このように、本実施例では、直交する３つの軸
のそれぞれについてこれらの各軸を基準軸とする
対称形平行たわみ梁変位機構および対称形放射た
わみ梁変位機構を十文字状柱体に構成配置したの
で、３次元の変位および回転変位について精度の
良い位置決めを行なうことができ、又、その装置
を容易に構成することができる。そして、ストレ
ンゲージを用いるフイードバツク制御についての
効果、直線駆動部および回転駆動部の内部組み込
みについての効果、および装置の一体構造につい
ての効果は、さきの第４の実施例の効果と同じで
ある。

第１６図ａ，ｂは本発明の第８の実施例に係る
微細位置決め装置の一部側面図である。以上の各
実施例では主として積層形圧電アクチユエータを
用いた場合の実施例を示したが、これとは異なつ
た特殊な例を図で説明する。今迄述べてきた積層
形圧電アクチユエータとは、電圧をかける厚み方
向に伸縮する圧電素子を、さらにその厚み方向に
積層したものであり、その特徴は大きな力を発生
できるが変位は小さい欠点を有することである。
ところが発生する力は小さくても大きな変位が得
られるバイモルフ素子をアクチユエータとして用
いることによつても今迄述べた来た全ての特徴が
発揮できる他に、出せる力は小さくなるが、大き
な変位および回転変位が出せるもう１つの特徴が
加わる。バイモルフ素子とは、電圧をかけると平
板の伸縮方向に変形する圧電素子を一方が伸びる
とき他方が縮む形にはり合わせた形の圧電アクチ
ユエータである。このためバイモルフ素子は電圧
に応じて屈曲し、その一端を固定すると他端が大
きく変位する形のアクチユエータとして使われ
る。

第１６図ａは剛体部１０１と１０２とを連携す
るたわみ梁１０３を示す。これは今迄の全ての実
施例中に用いられているたわみ梁全てを代表して
示したものである。このたわみ梁１０３の厚みを
うすく、長さを長くして剛性を下げ、その上下に
伸縮方向の相異なる圧電素子をはりつけたもので
ある。圧電素子１０４，１０４′はある印加電圧
方向に対して伸び、圧電素子１０５，１０５′は
そのとき縮むようになつている。もちろん、印加
電圧の方向が逆になればその伸縮方向も逆にな
る。図中の伸び側の圧電素子１０４，１０４′と
縮み側の圧電素子１０５，１０５′のそれぞれ接
する部分はたわみ梁１０３のほぼ中央部となつて
いる。このように構成されたバイモルフ構造１０
６は第１６図ａのような伸縮状態になるように電
圧を印加されると、たわみ梁の図中左半分は上に
凸に屈曲し、右半分は下に凸に屈曲し、ちょうど
第２図、第４図に示した各たわみ梁部の変形モー
ドとなる。このため剛体部１０１と１０２の間に
は、たわみ梁１０３に曲げ変形が生じる相対変位
を生じる。すなわちこのような形のバイモルフ構
造１０６をたわみ梁部に構成することによつても
アクチユエータが構成できる。

このとき平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造
を構成する全てのたわみ梁に同じ形のバイモルフ
構造１０６を設けることが理想であるが、その一
部だけ、特にたわみ梁１枚だけでもよい。その理
由は平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造自体が
そのたわみ梁を曲げる方向の力、トルクが作用す
ると、それぞれ並進変位、回転変位のみしか生じ
ない特性を持つているからである。一部のたわみ
梁のみにバイモルフ構造１０６を設ける場合に注
意すべきことは、各たわみ梁部の曲げ方向および
伸縮方向の剛性が等しくなるようにすることであ
る。これは各たわみ梁構造の基本特性が保たれる
ための必須条件であるからである。

第１６図ａのバイモルフ構造はその原理から考
えて、圧電素子１０４，１０５のみ（又は圧電素
子１０４′，１０５′のみ）の形でもよい。この形
の素子は通常ユニモルフ素子と呼ばれている。

第１６図ａと同じ原理で、より実際に構成する
のに容易な方法は同図ｂの方法である。図ａと異
なる点は薄い板状部材１０７の上下面に図ａと同
じ関係に圧電素子１０４，１０４′，１０５，１
０５′をはりつけたバイモルフ素子１０８をボル
ト１０９等の締結部材で両側の剛体部１０１，１
０２にそれぞれ剛接したものである。この方がバ
イモルフ素子１０８を製作しやすく交換も容易な
ので實用性が高い。それ以外は第１６図ａの特徴
はそのままあてはまる。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明した。
そして、これらの実施例はすべて微細位置決め装
置についてのものであり、又、本発明の名称とも
一致する。しかしながら、本発明でいう微細位置
決め装置は、微細な変位、微細な回転変位を発生
させる装置の意味であり、実施例の説明で微細位
置決め装置を例示したのは本発明の使用分野の典
型例が位置決め装置であることを考慮したもので
あり、本発明の内容を最も簡明かつ直載に表現す
るものであると考えられるからである。したがつ
て、本発明の適用は位置決め装置に限定されるも
のではない。即ち、位置決め装置以外にもある試
料体を所望の微小変位だけ変形させて接触面の変
位状況や試料体の物性変化を調べる装置や、単結
晶の各結晶方向に精密な荷重を作用させるような
微細変位範囲内での荷重装置等がある。

ところで、通常、微細位置決め装置では、微動
位置決め部にはシリコンウエハー、光フアイバ、
顕微鏡の試料等の軽量かつ移動に際して抵抗力の
発生しないものが置かれ、もしくは取付けられる
ことが多い。この場合、装置の各剛体部および中
間に介在する他の駆動部は、「基準面に垂直な方
向の力に対して剛」、「基準軸に垂直な放射状に作
用する力に対して剛」であればよい。一方、それ
以外の上記装置では、微小変位に伴つて抵抗力が
生じるので、各剛体部および中間に介在する他の
各駆動部は、さらに加えて所定変位方向に対する
力もしくはトルクに対して剛である必要がある。
本発明の各実施例では前述のように全てこの第２
の条件をも満足している。したがつて、荷重装置
としての使用にも耐えられる構成になつている。

なお、より一般的な条件としては、本発明にお
いて剛体部とは、さきに述べたように対称係平行
たわみ梁変位機構については「少なくとも基準面
に垂直な方向の力に対して剛」であり、対称形放
射たわみ梁変位機構については「少なくとも基準
軸に垂直な放射状に作用する力に対して剛」であ
る部分もしくは部材であることが明らかである。

剛体部を上記のように考えると、上記各実施例
の説明では、単体の平行たわみ梁変位機構（直線
駆動部）を剛体部で対称に連結し、又、単体の放
射たわみ梁変位機構（回転駆動部）を剛体部で対
称に連結した構成であるという見方に沿つて説明
してきたが、これとは見方を変えて、ある面に関
して面対称に配置された複数組の平行たわみ梁ど
うし、又はある軸に関して軸対称に配置された複
数組の放射たわみ梁どうしを、これらたわみ梁に
関して少なくとも上記方向の力に剛な構造体で対
称に連結したうえ、さらに上記たわみ梁の端部を
同様の性質の構造体で連結した構成であるとみる
こともできる。

さらに、基準軸について述べると、第４の実施
例以降の積層形状の実施例では、基準軸が直交し
ている例について説明したが、必ずしも基準軸が
直交しなくてもよいのは当然である。そして、第
６の実施例および第７の実施例からも判るよう
に、基準軸が剛体部上にあるとは限らない。

また、上記各実施例の説明では、平行たわみ梁
や放射たわみ梁として２枚１組になつた構成を例
示して説明したが、これらは２枚に限定されるこ
とはなく、３枚以上の複数枚を１組とする構成で
あつてもよいのは明らかである。さらに、平行た
わみ梁や放射たわみ梁として同一厚みの平板状の
ものを例示して説明したが、必ずしも均一厚みの
ものに限定されることなく、平行たわみ梁や放射
たわみ梁を形成するために剛体ブロツクに貫通す
る貫通孔の形状を加工等の観点から種々選定する
ことができ、これに応じて不均一厚みのものとす
ることもできる。

さらに又、上記実施例の説明では、アクチユエ
ータとして圧電アクチユエータを例示して説明し
たが、圧電アクチユエータに限ることはなく、ソ
レノイドその他適宜のものを用いることができ
る。又、アクチユエータは、第３の実施例を除き
両側に設置される例について説明したが、必ずし
も両側に設ける必要はなく、いずれか一方のみで
もよい。その理由を第１図に示す対称形平行たわ
み梁変位機構を例にとり、圧電アクチユエータ１
９ａのみ存在し、圧電アクチユエータ１９ｂがな
い場合について簡単に説明する。圧電アクチユエ
ータ１９ａを駆動すると、力ｆが作用するととも
に、基準面Ｋの中心と圧電アクチユエータ１９ａ
との間の距離１に応じてモーメントｆ１が作用す
る。上記力ｆの作用については各実施例において
説明した。一方、モーメントｆ１は平行たわみ梁
１６ａ，１６b′を伸ばし、平行たわみ梁１６a′，
１６ｂを縮めるように作用する、しかし、このよ
うな変形に対して平行たわみ梁変位機構は高い剛
性を有する。したがつて、圧電アクチユエータ１
９ｂがない対称形平行たわみ梁変位機構であつて
も、力ｆのみが作用した状態となり、第２図に示
すような変形を生じるのである。さらに又、アク
チユエータの設置箇所として、２つの剛体部とこ
れらの間を連結する平行たわみ梁や放射たわみ梁
とで囲まれる領域を例示したが、前述のようなバ
イモルフ素子をたわみ梁上に設けることもよい
し、さらに一方の剛体部に凹部を設け、二の凹部
内に他方の剛体部から突出する突出部を挿入し、
この挿入した突出部と前記一方の剛体部との間に
アクチユエータを設置することもでき、さらに
は、第１７図に示すように、対称形平行たわみ梁
変位機構又は放射たわみ梁変位機構の外部にアク
チユエータ１９を設けても、所定の方向の変位も
しくは回転変位のみを発生するという特徴は保た
れるものであり、要は両剛体部間に相対的に力や
トルクを発生させることができればよい。

又、上記実施例の説明では、微細位置決め装置
を、最も理想的な実施例として１つの剛体ブロツ
クから一体に形成する構成を例示して説明した
が、別体に形成した各部をボルトなどの部材を用
いるか又は溶接などによつて互いに剛接する構成
としてもよい。

又、たわみ梁の変位、応力歪を検出する手段は
ストレンゲージに限ることはなく、他の手段を用
いることもできるし、又、当該検出手段は一方側
のたわみ梁に設けるだけでなく、両側のたわみ梁
に設けることもできる。そして又、このような歪
の検出手段を含むフイードバツク制御系は必ずし
も必要ではなく、これがなくても充分に精度よく
微細変位、微細回転変位を得ることができるのは
明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、対称形平行た
わみ梁変位機構および対称形放射たわみ梁変位機
構のうちの少なくとも１つの微細位置決め装置を
構成したので、干渉変位の発生を防止することが
でき、精度の良い微細変位、微細回転変位を得る
ことができ、又、多軸の位置決め装置を容易に構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例に
係る微細位置決め装置の側面図、第３図および第
４図は本発明の第２の実施例に係る微細位置決め
装置の側面図、第５図は第３図に示す装置の動作
を説明するための説明図、第６図は本発明の第３
の実施例に係る微細位置決め装置の側面図、第７
図ａ，ｂは直線駆動部および回転駆動部の記号を
説明するための説明図、第８図は本発明の第４の
実施例に係る微細位置決め装置の斜視図、第９図
ａ，ｂは本発明の第５の実施例に係る微細位置決
め装置の平面図および側面図、第１０図ａ，ｂは
本発明の第６の実施例に係る微細位置決め装置の
斜視図、第１１図、第１２図、第１３図、第１４
図、第１５図は本発明の第７の実施例に係る微細
位置決め装置の斜視図、一部平面図、一部断面
図、第１６図ａ，ｂは本発明の第８の実施例に係
る微細位置決め装置の側面図、第１７図は圧電ア
クチユエータの他の配置例を示す側面図、第１８
図および第１９図は従来の微細位置決め装置の側
面図、第２０図は他の従来の微細位置決め装置の
斜視図である。 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２５ａ，２５ｂ，２
５ｃ，７０ｃ，７１，７２，７３a₁，７３a₂，７
３b₁，７３b₂，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５
ｂ，７６ａ，７６ｂ，９０ｃ，９１，９２，９３
a₁，９３a₂，９３a₃，９３ｂ，９３b₂，９３b₃，
９４a₁，９４a₂，９４b₂……剛体部、１６ａ，１
６a′，１６ｂ，１６b′……平行たわみ梁、１８
ａ，１８ｂ，１８c₁，１８c₂，２８ａ，２８ｂ，
２８c₁，２８c₂……突出部、１９ａ，１９ｂ，２
９ａ，２９ｂ……圧電アクチユエータ、２１……
ストレンゲージ、２２ａ，２２ｂ……平行たわみ
梁変位機構、３２ａ，３２ｂ……放射たわみ梁変
位機構、３３……対称形放射たわみ梁変位機構、
５０ｘ，５０ｙ，５０ｚ……直線駆動部、６０
ｘ，６０ｙ，６０ｚ……回転駆動部、７０，８
０，９０……十文字状柱体、７３，８１，９３…
…第１の柱体、７４，８２，９４……第２の柱
体、８４，９６……中央通孔、１０４，１０４′，
１０５，１０５′……圧電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに平行なたわみ梁で構成されるたわみ梁
   群と、このたわみ梁群の少なくとも２つを面対称
   に連結しかつ前記面に垂直な方向の力に対して剛
   な第１の構造体と、前記面対称に連結されたたわ
   み梁群を前記第１の構造体の他側において連結し
   かつ前記面に垂直な方向の力に対して剛な第２の
   構造体と、前記第１の構造体と前記第２の構造体
   との間に前記各たわみ梁に曲げ変形を生じる方向
   の相対変位を発生させる第１のアクチユエータと
   を備えた対称形平行たわみ梁変位機構、および、
   １つの軸に対して放射状に配置されたたわみ梁で
   構成されるたわみ梁群の少なくとも２つを軸対称
   に連結しかつ前記軸に垂直な方向の力に対して剛
   な第３の構造体と、前記軸対称に連結されたたわ
   み梁群を前記第３の構造体の他側において連結し
   かつ前記軸に垂直な方向の力に対して剛な第４の
   構造体と、前記第３の構造体と前記第４の構造体
   との間に前記各たわみ梁に曲げ変形を生じる方向
   の相対回転変位を発生させる第２のアクチユエー
   タとを備えた対称形放射たわみ梁変位機構のうち
   の少なくとも１つで構成されることを特徴とする
   微細位置決め位置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記面は前
   記たわみ梁が構成する平面に直交する面であるこ
   とを特徴とする微細位置決め装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記軸は前
   記たわみ梁が構成する平面が交わる直線であるこ
   とを特徴とする微細位置決め装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記平行な
   たわみ梁群の所定のたわみ梁は、前記第１の構造
   体および前記第２の構造体との間に発生する変位
   を検出する検出手段を備えていることを特徴とす
   る微細位置決め装置。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記放射状
   に配置されたたわみ梁群の所定のたわみ梁は、前
   記第３の構造体および前記第４の構造体との間に
   発生する回転変位を検出する検出手段を備えてい
   ることを特徴とする微細位置決め装置。 ６ 特許請求の範囲第４項又は第５項において、
   前記検出手段は、ストレンゲージであることを特
   徴とする微細位置決め装置。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記平行な
   たわみ梁群、前記第１の構造体および前記第２の
   構造体は、１つの剛体ブロツクから形成されてい
   ることを特徴とする微細位置決め装置。 ８ 特許請求の範囲第１項において、前記放射状
   に配置されたたわみ梁群、前記第３の構造体およ
   び前記第４の構造体は、１つの剛体ブロツクから
   形成されていることを特徴とする微細位置決め装
   置。 ９ 特許請求の範囲第１項において、前記平行な
   たわみ梁群、前記第１の構造体および前記第２の
   構造体は、連結手段により剛接されていることを
   特徴とする微細位置決め装置。 １０ 特許請求の範囲第１項において、前記放射
   状に配置されたたわみ梁群、前記第３の構造体お
   よび前記第４の構造体は、連結手段により剛接さ
   れていることを特徴とする微細位置決め装置。 １１ 特許請求の範囲第１項において、前記第１
   のアクチユエータおよび第２のアクチユエータ
   は、積層形圧電素子より成ることを特徴とする微
   細位置決め装置。 １２ 特許請求の範囲第１項において、前記第１
   のアクチユエータおよび前記第２のアクチユエー
   タは、バイモルフ素子より成ることを特徴と微細
   位置決め装置。 １３ 特許請求の範囲第１項において、前記第１
   のアクチユエータは、前記第１の構造体、前記第
   ２の構造体および前記平行なたわみ梁群の所定の
   たわみ梁で囲まれた該たわみ梁上をも含む領域内
   に装架されていることを特徴とする微細位置決め
   装置。 １４ 特許請求の範囲第１項において、前記第２
   のアクチユエータは、前記第３の構造体、前記第
   ４の構造体および前記放射状に配置されたたわみ
   梁群の所定のたわみ梁で囲まれた該たわみ梁上を
   も含む領域内に装架されていることを特徴とする
   微細位置決め装置。 １５ 特許請求の範囲第１項において、前記対称
   形平行たわみ梁変位機構は、その基準軸の方向を
   異にして複数個設けられていることを特徴とする
   微細位置決め装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項において、前記各
   対称形平行たわみ梁変位機構は、前記第１の構造
   体を共通としてほぼ十文字状に一体に構成されて
   いることを特徴とする微細位置決め装置。 １７ 特許請求の範囲第１項において、前記対称
   形放射たわみ梁変位機構は、その基準軸の方向を
   異にして複数個設けられていることを特徴とする
   微細位置決め装置。 １８ 特許請求の範囲第１７項において、前記各
   対称形放射たわみ梁変位機構は、前記第３の構造
   体を共通としてほぼ十文字状に一体に構成されて
   いることを特徴とする微細位置決め装置。 １９ 特許請求の範囲第１項において、前記対称
   形平行たわみ梁変位機構および前記対称形放射た
   わみ梁変位機構は、同種のたわみ梁構造間におけ
   る各基準軸が異なる方向となるようにそれぞれ１
   つ以上設けられていることを特徴とする微細位置
   決め装置。 ２０ 特許請求の範囲第１９項において、それぞ
   れ１つ以上の前記対称形平行たわみ梁変位機構お
   よび前記対称形放射たわみ梁変位機構は、前記第
   １の構造体および前記第３の構造体を１つの共通
   の構造体としてほぼ十文字状に一体に構成されて
   いることを特徴とする微細位置決め装置。