JPS60130124A - 回転微動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、物***置の回転を高精度に行なわせる回転微
動機構の改良に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、半導体ウェー／・やマスク基板等の試料に微細パ
ターンを形成するものとして、電子ビーム描画装置、縮
小投影型転写装置およびＸ線転写装置等が開発されてい
るが、この種の装置ではサフ。

ミクロン単位の精度を保持するために微小に駆動する駆
動機構が必要となる。また、上記装置に限らず測定機器
で精密な測定を行なう分野等においても、高精度を有す
る微動駆動機構が必要である。

微動駆動機構としては、−軸方向に移動させるものや回
転運動を行なわせるもの等があるが、回転運動を行なわ
せる従来の回転微動機構にあっては次のような問題があ
った。すなわち、ストロークが長いものは微動駆動が困
難で、微動駆動が可能なものはストロークを長くできな
い等の問題があった。

例えば、公知文献（電動形位置合せ機構の動作特性、昭
和５１年年度様学会秋期大会前刷−Ｐ２Ｓ５）で述べら
れている回転機構は圧電効果を持った材料を歪ませて回
転運動に変換しているが、この場合半径２９［＋ａｍ’
：ｌの所で±２〔μｍ〕の極めて短いストロークしかと
れていない。また、圧電効果を利用したものとして特公
昭５１−１２４９７号公報「ステップ微動装置」がある
が、ここで述べられている内容は直進運動形のステップ
駆動であ勺、これを回転運動に変換させるためにほやは
シ従来の軸受を用いた回転テーブルを使用しなければな
らず。

さらにガタをなくすためには材料の弾性変形を利用した
片持梁のような回転機構を使用しなければならない。そ
してこの場合、前者では軸受内のガタの発生、回転スト
ロークを大きくできない・等の問題を招き、後者にあっ
ても以前として回転ストロークの問題を解決することは
できない。

上記のような問題を解決するものとして、最近。

本発明者等は、第１図（ａ）　、　（ｂｌに示す如き回
転微動機構を考案した（特願昭５７−１９３２８号）。

この方式では回転ストロークを大きく取れ、原理的には
１回転以上の駆動が可能であシ、かつ微小ステップ０．
００５（μｍ）程度の微動移動が可能である。

以下、回転微動機構について説明する。

第１図（ａ）は平面図で第１図（ｂ）は同図（ａ）の矢
視Ａ−Ａ断面図を示している。図中１は回転板であシ。

この回転板１は半円板状の第１および第２の移動部材２
，３を弾性ヒンジ４で接続して構成されている。なお、
実際には円板の中心軸を対称とする該円板の外周部２個
所をそれぞれ一部切欠すると共に、該切欠部から中心軸
に向ってそれぞれ切り込みを設けることによって、上記
移動部材２，３および弾性ヒンジ４からなる回転板１が
形成される。そして１回転板１は導電性の基台５の上に
移動自在に載置されると共に、その中心である弾性ヒン
ジ４の下面に設けたピン６によって回転中心が規定され
ている。

回転板１の前記切欠部には、第１および第２の駆動部材
７，８がそれぞれ設けられている。これらの駆動部材７
，８はそれぞれ印加電圧に応じて伸縮する圧電素子から
なるもので、その伸縮方向（図中に示す矢印方向）の両
端に前記第１および第２の移動部材２．３がそれぞれ取
着固定されている。なお、この固定は接着、ねじ止め或
いは圧入等のいずれであってもよい。また、第１の駆動
部材７にはスイッチ９ａを介して可変電圧電源１０ａが
接続され、第２の駆動部材８にはスイッチ９ｂを介して
可変電圧電源１０ｂが接続されるものとなっている。

一方、前記回転板１の上方には、前記駆動部材７．８と
同様な圧電素子からなる第１および第２の固定部材１１
　、１２がそれぞれ設けられている。

これらの固定部材１１　、１２の伸縮方向は回転板１の
主面と直交する方向に定められており、固定部材１１　
、１２の伸縮方向の一端はそれぞれ固定端に固定されて
いる。さらに、第１の固定部材１１にはスイッチ１３ａ
を介して電源１４ａが接続され、第２の固定部材１２に
はスイッチ１３ｂを介して電源１４ｂが接続されている
。そして、固定部材１１　、１２は電圧を印加されるこ
とにょ９．その他端（自由端）で前記回転板１を基台５
上に押し付けて固定するものとなっている。

このように構成された回転微動機構の作用について説明
する。

まず、前記第２の固定部材１２を伸長させて第２の移動
部材３を基台５上に押し付けて固定する。

この状態で第１の駆動部材７を伸長させると共に。

第２の駆動部材３を縮長させる。これにより、第１の移
動部材２は第２図（ａ）に示す如く１弾性ヒンジ４のひ
ずみによシ同ヒンジ４を中心として矢印Ｐ方向に微小回
転する。次に、前記第１の固定部材１１を伸長させて第
１の移動部材２を基台５上に固定し、その後第２の固定
部材１２を縮長させて第２の移動部材３の固定を解除す
る。この状態で第１の駆動部材７を縮長させると共に第
２の駆動部材３を伸長させると、第２の移動部材３が第
２図（ｂ）に示す如く、弾性ヒンジ４を中心として矢印
Ｐ方向に微小回転する。以上の操作を繰シ返すことＫよ
って、第１および第２の移動部材２，３からなる回転板
１は５弾性ヒンジ４のひずみによりピン６を中心として
矢印Ｐ方向に回転せしめられることになる。

かくして１回転板１を微動駆動し得ると共にこの繰返し
動作によって回転ストロークを長くすることができる。

さらに、駆動部材７，８に印加する電圧を調整すること
によって１回転板工の粗動および超微動を容易に行なう
ことができる。

ところで、このような機構にあっては次のような問題点
があった。すなわち移動部材２，３と固定部材１１　、
１２との隙間を１回転板の回転範囲で固定部材の伸び量
よりも小さく、常に一定とすることは、困難であり、こ
れを達成するためには部品の加工誤差１組立誤差等を、
極めて小さくしなければならず、多大な労力を必要とし
ていた。また例えば固定部材に圧電素子を用いこれに十
分な伸縮を行なわせようと設計すれば素子全体の長さが
長くなり１機構自体が大形化する欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、部品の加工精度を極限まで上げること
なく、極めそ簡単に組立可能な目的に応じた回転微動機
構を提供することにある。

すなわち、従来の構造に比べて、小形で、調整が行ない
やすく、かつ使用目的に応じて静止、および回転トルク
を十分に得ることのできる回転微動機構を提供するもの
である。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、圧電効果を有する固定部材の伸び量を
弾性ヒンジを利用したＮてこ〃によって変換し、この気
てこ〃によって前記移動部材を固定するようにしたこと
にある。

すなわち本発明は、基台上に移動自在１ｃ載、置された
第１および第２の移動部材と、印加電圧に応じて伸縮す
る圧電素子からなシその伸縮方向両端に上記第１および
第２の移動部材がそれぞれ取着された駆動部材と、上記
第１および第２の移動部材を前記基台上に交互に固定す
ると共にこれらの移動部材の少なくとも一方を常に固定
する固定部材と、上記第１および第２の移動部材の回転
中心を決定する手段と、上記駆動部材に所定の電圧を印
加する手段とを具備し、前記駆動部材の伸縮作用および
前記固定部材の固定作用によシ前記第１および第２の移
動部材を単一の軸心を中心として回転せしめる回転微動
機構において、前記基板に弾性ヒンジを支点としたゝて
こ〃で固定し、このＮてこ〃の端部と前記基板との間に
固定用圧電素子を挿入しく力点側）、気でこ〃のもう一
方の端部で前記移動部材を固定しようと（作用点側）し
、（作用点と支点との距離）／（ヵ点ト支点と。距離）
で１作用点での変位を固定用圧電素子の伸び量を変換し
てその目的に合せて使用するようＫしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば１部品の加工精度を極限まで上げること
なく極めて簡単に組立ることが可能となシ、製作コスト
が極めて低下できる。

〔発明の実施例〕

第３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の実施例の概略構成
を示すもので、第３図（ａ）は平面図、第３図（ｂ）は
正面図である。なお、第１図（ａ）　（ｂ）と同一部分
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。こ
の実施例が前記第１図（ａｌ　（ｂｌに示した機構と異
なる点は。

前記移動部材２，３を固定部材１１　、１２で直接固定
せずにＡてこ〃２０を介して固定するようにしたことで
ある。

Ｎてこ〃は支点のところで基板５に例えばねじで固定さ
れている。Ｎてこ〃２０の端部と基板５との間には固定
部材となる圧電素子１２が挿入固定されている。−男気
てこ〃２０のもう一端で移動部材３が固定部材１２が伸
びることによって固定されるものとなっている。なお、
この気てこ〃２０は（作用点と支点（Ｄ距１１ｔ＝　）
　／　（作用点と力点の距離）〉１（第３図では３倍）
として固定部材１２の伸び量を拡大して利用している。

また六てこ〃２０の支点は弾性ヒンジとして固定部材１
２の伸縮に対してバックラッシュ等なしで応答するよう
にしている。移動部材２の固定も同様の構成から成る東
てこ〃２１によって行なわれる。

このような構成であれば回転板１の加工精度。

すなわち厚さや平行度、平面度を極めて良くすることな
しに、前記移動部材の固定をすることができるようにな
シ、電立時間等も極めて短くなる。

すなわち回転微動機構の製作コストを極めて低下させる
ことができる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。

例えば第３図では−てこ〃を拡大形として使用したが、
これを縮小形として使用してもよい。すなわち、大きな
静止、および回転トルクを得たいときは、移動部材を確
実に押圧して固定することが必要となる。このためには
、てこを縮小形として使用し、固定力を拡大して使用す
る。こうすることＫよって移動部材の確実な固定ができ
る。ただし固定部材の圧電素子としては前記第３図に示
した圧電素子よシ伸び量の大きなものを使う必要がある
。この場合でも、第１図に示した構造よシも十分に小形
にすることができる。さらに固定部材は単数とは限らず
複数個で固定した方７５フより大きな静止トルクが得ら
れる。このような場合でも上記構造を応用して小形化を
保ちつつ設計を行なうことができる。

ようするに弾性構造体としたＮでこ〃の５’ｒ３状や寸
法等は仕様に応じて適宜変更すればよく９本発１男の要
旨を逸脱しない範囲で１種々変形して実施することがで
きる。

それぞれ上記機構の作用を説明するための模式図、第３
図（ａ）　（ｂ）は本発明の一実施例に係わる回転微動
機構の概略構成を示すもので（ａ）は平面図、（１））
は正面図でおる。

１・・・回転板、２・・・第１の移動部材、３・・・第
２の移動部材、４・・・弾性ヒンジ、５・・・基台、６
・・・ピン。

７．８−・・駆動部材、９ａ、９ｂ、１３ａ、１３１）
・・−スイッチ。

１０ａ、　１０ｂ、　１４ａＪ４ｂ−−−電源、１１．
１２−・・固定部材。

２０．２１・・・てこ。

代理人弁理士　則近雁佑　（ほか１名 ） 第１図　第２図 （ａ）２ａ） 第３図 （、Ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台上に移動自在に載置された第１および第２の
   移動部材と、印加゛電圧に応じて伸縮する圧電素子から
   なりその伸縮方向両端に上記第１および第２の移動部材
   がそれぞれ取着された駆動部材と。 上記第１および第２の移動部材を前記基台上に交互に固
   定すると共にこれらの移動部材の少なくとも一方を常に
   固定する印加電圧に応じて伸縮する圧電素子からなる固
   定部材と、上記第１および第２の移動部材の回転中心を
   決定する手段とを具備し、前記駆動部材の伸縮作用およ
   び前記固定部材の固定作用により前記第１および第２の
   移動部材を単一の軸心を中心として回転せしめることを
   特徴とする回転微動機構に於いて、＠記固定部材とこれ
   によって固定される前記移動部材との間に前記固定部材
   の変位を変換する機構を設けて、これによって前記移動
   部材を固定することを特徴とする回転微動機構。
2. （２）前記変位変換機構は弾性ヒンジを支点としたてこ
   であることを特徴とする特許請求範囲第１項記載の回転
   微動機構。