JPS61243511A - Fine positioning device - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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-
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-
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Background of the Invention] In recent years, in various technical fields, there has been a demand for devices capable of fine displacement on the order of μm.
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。Typical examples are LSI (Large-Scale Integrated Circuit) and Very LSI
semiconductor manufacturing equipment such as mask aligners and electron beam lithography equipment used in the manufacturing process.
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っ
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。These devices require fine positioning on the order of μm, and as the positioning accuracy improves, the degree of integration also increases, making it possible to manufacture high-performance products. Such fine positioning is necessary not only for the semiconductor devices mentioned above, but also for various high-magnification optical devices such as electron microscopes, and by improving its accuracy, it is also necessary for cutting-edge technologies such as biotechnology and space development. This will greatly contribute to the development of the world.
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（１９８３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ｔｌである点で、平行ばね
と微動アクチュ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。Conventionally, such a fine positioning device has been described, for example, in "Mechanical Design" magazine, Vol. 27, No. 1 (January 1983 issue), No. 32.
Various types have been proposed as shown on pages 36 to 36. Among these, a type of fine positioning device using a parallel spring and a fine movement actuator is considered to be the most superior in that it does not require a particularly troublesome displacement reduction mechanism and has a simple configuration. , this will be explained based on the figure.
第８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、２）＋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
ェータである。FIG. 8 is a side view of a conventional fine positioning device. In the figure, 1 is a support base, 2a, 2)+ are plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other on the support base 1, and 3 are parallel springs 2a, 2b.
It is a highly rigid fine movement table fixed on top. Reference numeral 4 denotes a fine movement actuator mounted between the support base 1 and the fine movement table 3.
この微動アクチュエータ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。This fine movement actuator 4 uses a piezoelectric element, an electromagnetic solenoid, etc., and by exciting it, a force is applied to the fine movement table 3 in the X-axis direction of the coordinate axis shown in the figure.
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軸方向、ｙ −
軸方向（紙面に垂直な方向）の剛性が高いので、微動ア
クチュエータが励起されると、微動テープル３はほぼＸ
軸方向にのみ変位し、他方向の変位はほとんど発生しな
い。Here, the parallel springs 2a and 2b have low rigidity in the X-axis direction due to their structure, whereas in the Z-axis direction, y-
Since the rigidity in the axial direction (direction perpendicular to the plane of the paper) is high, when the fine movement actuator is excited, the fine movement table 3 is approximately
Displacement occurs only in the axial direction, and almost no displacement occurs in other directions.
第９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７ａ。FIG. 9 is a perspective view of another conventional fine positioning device that can be easily considered from the example disclosed in the above-mentioned reference document. In the figure, 6 is a support base, 7a and 7b are plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other on the support base 6, and 8 is a parallel spring 7a and 7b.
9a and 9b are parallel springs 7a.
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＃力方向沿って配置され、平行ばね９ａ、９ｂはｙ
軸方向に沿って配置されている。この構造は、基本的に
は第８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Ｆ×は微動テ
ーブル１０に加えられるＸ軸方向の力、矢印Ｆ、は中間
テーブル８に加えられるｙ軸方向の力を示し、力ＦＸｒ
ＦＹを加えることができる図示−４＝
されていない微動アクチュエータが支持台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。Plate-shaped parallel springs fixed to the intermediate table 8 in parallel to each other in a direction perpendicular to 7b, 10 is a parallel spring 9a,
This is a highly rigid fine movement table fixed on the top of the table 9b. If the coordinate axes are set as shown in the figure, parallel springs 7a and 7b
is arranged along the X# force direction, and the parallel springs 9a and 9b are arranged along the y
arranged along the axial direction. This structure is basically a structure in which the structure in the case of one axis (displacement in the X-axis direction occurs) shown in FIG. 8 is laminated in two stages. Arrow Fx indicates the force in the X-axis direction applied to the fine movement table 10, arrow F indicates the force in the y-axis direction applied to the intermediate table 8, and the force FXr
The fine movement actuator that can add FY to the support base 6 and the fine movement table 10. Each is provided between the support stand 6 and the intermediate table 8.
微動テーブル１０に力Ｆ×が加えられると、平行ばね９
ａ、９ｂが変形し、一方、平行ばね７ａ。When force Fx is applied to the fine movement table 10, the parallel spring 9
a, 9b are deformed, while parallel spring 7a.
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。Since 7b has high rigidity against the force FX in the X-axis direction, the fine movement table 10 is displaced almost only in the X-axis direction.
また、中間テーブル８に力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９
ａ、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Ｆに。Further, when force Fy is applied to the intermediate table 8, the parallel springs 7a and 7b are deformed, and the fine movement table 10 is moved by the parallel spring 9.
a, 9b, and is displaced approximately only in the y-axis direction. Furthermore, both forces F.
Ｆｙが同時に加えられると、各平行ばね７ａ。When Fy is applied simultaneously, each parallel spring 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。7b, 9a, and 9b are deformed simultaneously, and the fine movement table 10 is two-dimensionally displaced accordingly.
このように、第９図に示す装置は、第８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。In this way, the device shown in FIG. 9 can perform positioning in two axial directions, whereas the device shown in FIG. 8 is a positioning device in only one axial direction.
しかしながら、以上述べた従来の方法は次のような問題
点を有している。即ち、（１）力Ｆｘを発生する微動ア
クチュエータは、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６との間に剛に連結された図示されない微動アクチ
ュエータにより、中間テーブル８に力Ｆ、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】０に連結されている微動アクチュエータ
に力Ｆ×とは直交方向の力を作用させることになり、結
局、微動アクチュ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。However, the conventional method described above has the following problems. That is, (1) the fine movement actuator that generates the force Fx is rigidly connected between the fine movement table 10 and the support base 6. Therefore, if a force F is applied to the intermediate table 8 by a fine movement actuator (not shown) rigidly connected between the intermediate table 8 and the support base 6,
The fine movement table 10 is displaced in the y-axis direction. This displacement is
A force in a direction perpendicular to the force Fx is applied to the fine movement actuator connected to the fine movement table 0, and as a result, interference occurs between the fine movement actuators. As a result, there is a problem in that the accuracy and durability of the positioning device are adversely affected. (2) At the same time, the above-mentioned phenomenon occurs when a fine movement positioning device detects actual fine movement displacement and attempts to further improve positioning accuracy based on this detected value. There is a problem in that it interferes with the displacement detection device in the direction of , reducing its detection accuracy.
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９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ε２
や、ｙ軸、ｙ軸、Ｚ軸まわりの回転変位δＸ、δｙ、δ
２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った。なお、第９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
な例によって説明するため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。As described above, conventional fine positioning devices have the undesirable problem of interference displacement, but in addition, they can only perform one-dimensional and two-dimensional positioning as shown in the device shown in FIG. Displacement in Z-axis direction ε2
, rotational displacements around the y-axis, y-axis, and Z-axis δX, δy, δ
There is a problem in that it is not easy to construct a structure that can provide 2, and such a fine positioning device has not been realized. Note that the apparatus shown in FIG. 9 uses a two-axis example in order to explain the phenomenon that the shaft drive systems interfere with each other using the simplest example. Looking at this example alone, it appears that problems (1) and (2) above can be easily solved. However, as mentioned above, in positioning with three or more axes, this problem becomes difficult to solve at once.
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。The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to solve the problems of the prior art described above, to prevent the occurrence of interference displacement, and to have an extremely high degree of precision. Moreover, it is an object of the present invention to provide a fine positioning device that can easily be configured with multiple axes.
上記の目的を達成するため、本発明は、２つの剛体部を
互いに平行に配置された複数のたわみ梁で連結し、これ
ら２つの剛体部と複数のたわみ梁のうちの少なくとも２
つの所定のたわみ梁とで囲まれた領域内にアクチュエー
タを設け、このアクチュエータによりたわみ梁に曲げ変
形を生じさせるようにして平行たわみ梁変位機構を構成
し、又、２つの剛体部を、１つの軸に関して放射状に配
置された複数のたわみ梁で連結し、これら２つの剛体部
と複数のたわみ梁のうちの少なくとも２つの所定のたわ
み梁とで囲まれた領域内にアクチュエータを設け、この
アクチュエータによりたわみ梁に曲げ変形を生じさせる
ようにして放射たわみ梁変位機構を構成し、平行たわみ
梁変位機構を１つか、複数個組合わせるか、又は、放射
だわみ梁変位機構を１つか、複数個組合わせるか、ある
いは。In order to achieve the above object, the present invention connects two rigid body parts with a plurality of flexible beams arranged parallel to each other, and connects these two rigid body parts and at least two of the plurality of flexible beams.
An actuator is provided in a region surrounded by two predetermined flexible beams, and the actuator causes bending deformation of the flexible beam to constitute a parallel flexible beam displacement mechanism. An actuator is provided within a region connected by a plurality of flexible beams arranged radially about the axis and surrounded by these two rigid body parts and at least two predetermined flexible beams among the plurality of flexible beams, and by this actuator. A radial flexure beam displacement mechanism is configured to cause bending deformation in the flexure beam, and one or more parallel flexure beam displacement mechanisms are combined, or one or more radial flexure beam displacement mechanisms are configured. Combine or.
平行たわみ梁変位機構と放射たわみ梁変位機構とを所定
の数ずつ組合わせることにより微細位置決め装置を構成
することを特徴とする。A fine positioning device is constructed by combining a predetermined number of parallel deflection beam displacement mechanisms and radial deflection beam displacement mechanisms.
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.
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１．５ ａ 、 １５ ｂはそれ
ぞれ図で左右に存在する剛体部である。１６゜１６′は
それぞれ剛体部１．５ａ、１５ｂの間にこれらと一体に
形成され、がっ、互いに平行である平板状の平行たわみ
梁である。１７は平行たわみ梁１．６．１６’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がら貫通孔１７に突出する突出部、１８
ｂは剛体部１５ｂから貫通孔１７に突出する突出部であ
り、これら突出部１．８ ａ、１８ｂは互いに図の縦方
向において、間隔を有して重なっている。１９は突出部
１８’ａと突出部１８ｂとの間に固定された圧電素子を
積層した圧電アクチュエータである。圧電アクチュエー
タ１９は平行たわみｆｉ１６゜１６′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ぬる。圧電ア
クチュエータ１９に発生する力の大きさは１図示しない
装置により、当該圧電アクチュエータ１９に印加される
電圧によって制御される。２０は剛体部１５ａを支持す
る他の剛体構造である。２１け平行たわみ梁１６゜１６
′の歪を検出するストレンゲージであり、平行たわみ梁
１６．１６’と剛体部１５ａ、１５ｂとの連結部分に設
けられている。FIG. 1 is a side view of a fine positioning device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1.5a and 15b are rigid body parts located on the left and right sides of the figure, respectively. 16.degree. and 16' are plate-shaped parallel flexible beams which are formed between and integrally with the rigid body portions 1.5a and 15b, respectively, and are parallel to each other. Reference numeral 17 indicates a through hole formed to integrally form the parallel flexible beam 1.6.16' and each rigid body part. 18a
18 is a protruding portion that protrudes into the through hole 17 from the rigid body portion 15a;
b is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15b into the through hole 17, and these protrusions 1.8a and 18b overlap each other with a gap in the vertical direction of the figure. Reference numeral 19 denotes a piezoelectric actuator in which piezoelectric elements fixed between the protrusion 18'a and the protrusion 18b are laminated. The piezoelectric actuator 19 generates a force in a direction perpendicular to the plane of the parallel deflections fi16°16', causing a bending deformation in them. The magnitude of the force generated on the piezoelectric actuator 19 is controlled by a voltage applied to the piezoelectric actuator 19 by a device (not shown). 20 is another rigid body structure that supports the rigid body part 15a. 21 parallel flexible beams 16°16
This is a strain gauge that detects the strain of the parallel bending beam 16, 16' and is provided at the connecting portion between the parallel flexible beam 16, 16' and the rigid body parts 15a and 15b.
上記の構成において、剛体部］、５ａ、］５ｂ、平行た
わみ粟１６，１６′突出部１８ａ、Ｉ、８ｂ、圧電アク
チュエータ１９により平行たわみ梁変位機構２２が構成
されている。In the above configuration, a parallel flexible beam displacement mechanism 22 is constituted by the rigid body parts], 5a, ]5b, the parallel flexible ribs 16, 16' protrusions 18a, I, 8b, and the piezoelectric actuator 19.
なお、剛体部１．５ ｂの中心部を通り、各平行たわみ
梁に直交し、平行たわみ梁変位機構２２の第１図におけ
る奥行き方向の幅の中心を通る線Ｋを基準軸とする。こ
の基準軸は平行たわみ粟変位機構の位置と設置方向を示
すものである。Note that the reference axis is a line K that passes through the center of the rigid body part 1.5b, is orthogonal to each parallel flexible beam, and passes through the center of the width of the parallel flexible beam displacement mechanism 22 in the depth direction in FIG. This reference axis indicates the position and installation direction of the parallel deflection millet displacement mechanism.
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図に示す平行たわみ梁変位機構２２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、圧電アクチュエ
ータ１９に電圧を印加して同一大きさの２軸方向の力ｆ
を発生させる。Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a side view of the parallel deflection beam displacement mechanism 22 shown in FIG. 1 after deformation. Here, coordinate axes are determined as shown in the figure (y-axis is perpendicular to the plane of the paper). Now, by applying a voltage to the piezoelectric actuator 19, a force f of the same magnitude in two axial directions is generated.
to occur.
圧電アクチュエータ１９に電圧が印加されることにより
、呻Ｉ体部１．５ ｂはカｆによりｌ軸方向に押圧され
ることになる。このため、平行たわみ梁１６．１６’は
第８図に示す平行はね２ａ、２ｂと同じように曲げ変形
を生じ、剛体部１５ｂはｌ軸方向に変位する。By applying a voltage to the piezoelectric actuator 19, the I-body portion 1.5b is pressed in the l-axis direction by the force f. Therefore, the parallel flexible beams 16, 16' undergo bending deformation in the same way as the parallel springs 2a and 2b shown in FIG. 8, and the rigid body portion 15b is displaced in the l-axis direction.
又、上記のように、平行たわみ簗■６．１６′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２】で検出し、この検出値に基
づき圧電アクチュエータ１９の印加電圧を制御する、い
わゆるフィードバック制御系を構成すれば、より一層正
確な主変位Ｅを得ることができる、即ち、上記各ストレ
ンゲージ２１をブリッ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
しく主変位Ｆ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差信号が０に
なるように圧電アクチュエータ１９を制御すればよい。Further, as described above, when the parallel deflection gauze 6.16' expands and bends, compressive strain and elongation strain occur in each of the strain gauges 21 depending on its placement position. Therefore,
By detecting this strain with a strain gauge 2 and configuring a so-called feedback control system that controls the voltage applied to the piezoelectric actuator 19 based on this detected value, a more accurate principal displacement E can be obtained. Each of the above strain gauges 21 is connected to an appropriate electric circuit such as a bridge circuit.
'The main displacement F, which extracts the detected strain as an electrical signal, is exactly proportional to the strain), and compares this with the signal corresponding to the target displacement in the comparison calculation section to calculate the difference signal between the two. The piezoelectric actuator 19 may be controlled based on the difference signal so that the difference signal becomes zero.
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ィードバック制御系は周知であり、
本実施例ではこの周知のフィードバック制御系をそのま
ま適用するだけであるので、フィードバック制御系にお
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。In this way, a feedback control system that compares a detected value with a target value and controls the difference so that it becomes 0 is well known.
In this embodiment, this well-known feedback control system is simply applied as is, so only the strain gauge 21, which is a detection section in the feedback control system, is shown, and illustrations and detailed explanations of other components are omitted.
圧電アクチュエータ（９に印加されている電圧が除かれ
ると、各平行たわみ９１６．１６＝は変形前の状態に復
帰し、平行たわみ梁変位慢構２２は第１図に示す状態に
戻り、変位ＥはＯとなる。When the voltage applied to the piezoelectric actuator 9 is removed, each parallel deflection 916.16= returns to the state before deformation, and the parallel deflection beam displacement structure 22 returns to the state shown in FIG. 1, and the displacement E becomes O.
このように、本実施例では、力を発生させる圧電アクチ
ュエータを平行だ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とすることがで
きる。この特徴は圧電アクチュ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ュ
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、平行たわみ梁変位機構を多軸に積層することか容易
になる。さらに、多軸に積層した場合も他の影響を全く
受けない平行たわみ梁の歪によって多軸位置決め機構の
各軸の出力変位を正確に検出し、この検出値に基づいて
圧電アクチュエータに発生させる力を制御するようにし
たので、 ・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ろ。In this way, in this example, the piezoelectric actuator that generates force is housed in the area formed by the rigid part of the parallel flexible beam displacement mechanism and the parallel flexible beam, so that the part that protrudes to the outside is It is possible to have a configuration with a simple shape. This feature is due to the fact that the flow of force generated by the piezoelectric actuator passes very close to each parallel deflection beam.
This also solves the problem of actuator interference mentioned in the conventional example when stacking such devices, so it becomes easy to stack parallel deflection beam displacement mechanisms in multiple axes. Furthermore, the output displacement of each axis of the multi-axis positioning mechanism is accurately detected by the strain of the parallel deflection beam, which is completely unaffected by other influences even when stacked on multiple axes, and the force generated in the piezoelectric actuator is based on this detected value.・Positioning accuracy using multi-axis laminated bodies can be further improved.
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、２５ｂはそれぞれ図で
、左右に存在する剛体部である。FIG. 3 is a side view of a fine positioning device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 25a and 25b are rigid body parts that exist on the left and right sides, respectively.
２６．２６’はそれぞれ剛体部２５ａ、２５ｂの間にこ
れらと一体に形成され、かつ定点０より放射状に配置さ
れた平板状の放射たわみ梁である。26 and 26' are plate-shaped radial deflection beams formed integrally between the rigid body parts 25a and 25b, respectively, and arranged radially from the fixed point 0.
２７は放射たわみ梁２６，２６′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２５
ａから貫通孔２７に突出する突出部、２８ｂは剛体部２
５ｂから貫通孔２７に突出する突出部であり、これら突
出部２８ａ、２８ｂは互いに図の縦方向において間隔を
有して重なっている。２９は突出部２８ａと突出部２８
ｂとの間に固定さおだ圧電アクチュエータである。圧電
アクチュエータ２９は、点Ｏを中心として圧電アクチュ
エータ２９を通る円を描いた場合、その円の接線方向の
力ｆ （点０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、ぬる。Reference numeral 27 denotes a through hole formed to integrally form the radial bending beams 26, 26' and each rigid body part. 28a is the rigid body part 25
A protrusion protruding into the through hole 27 from a, 28b is the rigid body part 2
This is a protrusion that protrudes from the through hole 27 from the protrusion 5b, and these protrusions 28a and 28b overlap each other with a gap in the vertical direction of the figure. 29 is a protrusion 28a and a protrusion 28
A fixed rod is a piezoelectric actuator between the When a circle is drawn through the piezoelectric actuator 29 with point O as the center, the piezoelectric actuator 29 generates a force f (corresponding to the torque regarding point 0) in the tangential direction of the circle, causing bending deformation in each radial deflection beam. Yes, it's wet.
これら力の大きさは、圧電アクチュエータ２９に印加さ
れる電圧によって制御される。３０は剛体部２５ａを支
持する剛体構造を丞す、３１け放射たわみＩ！Ｊ２６．
２６′の歪を検出するストレーンゲージであり、放射た
わみ梁２６，２６′と割体部２５ａ、２５ｂとの連結部
分に設けられている。The magnitude of these forces is controlled by the voltage applied to the piezoelectric actuator 29. 30 is the 31-digit radial deflection I! which extends the rigid body structure that supports the rigid body part 25a. J26.
This is a strain gauge for detecting strain in the beam 26', and is provided at the connecting portion between the radial deflection beams 26, 26' and the split body parts 25a, 25b.
上記の構成において、剛体部２５ａ、２５ｈ、放射たわ
み梁２６．，２６′、突出部２８ａ。In the above configuration, the rigid body portions 25a, 25h, the radial deflection beam 26. , 26', protrusion 28a.
２８ｂ、圧電アクチュエータ２９により放射たわみ梁変
位機構３２が構成されている。点Ｏを通る紙面に垂直な
線を、この放射たわみ染変位機構３２の位置と設置方向
を示す基準軸とする。28b and the piezoelectric actuator 29 constitute a radial deflection beam displacement mechanism 32. A line passing through point O and perpendicular to the plane of the paper is taken as a reference axis indicating the position and installation direction of this radiation deflection dyeing displacement mechanism 32.
次に、本実施例の動作を第４図を参照しながら説明する
。第４図は第３図に示す放射たわみ梁変位機構３２の変
形後の側面図である。今、圧電アクチュエータ２９に電
圧を印加して上記接線方向の力ｆを発生させる。そうす
ると、突出部２８ｂは圧電アクチュエータ２９に発生し
た力により上記接線に沿って上向きに押される。剛体部
２５ｂは剛体部２５ａに放射たわみ９２６．２６′で連
結された形となっているので、」二記の力を受番づた結
果、放射たわみ９２６．２６′の剛体部２５ａに連結さ
れている部分は点０から放射状に延びる直線Ｌｌ、ＬＺ
上にあるが、剛体部２５））に連結されている部分は、
上記直線Ｌ１．．’Ｌｚから僅かにずれた直線（この直
線も点Ｏから放射状に延びる直線である。） ｒ−１′
ｒ Ｌ ｚ ′上にずれる微小変位を生じる。このため
、剛体部２５ｂ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ｍ２６，２
６＝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８図、第９図に示すように種々提案されていたが
１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
てぃなかった。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１回
転変位による微ｗＲ整を可能とするものである。Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 4 is a side view of the radial deflection beam displacement mechanism 32 shown in FIG. 3 after deformation. Now, a voltage is applied to the piezoelectric actuator 29 to generate the force f in the tangential direction. Then, the protrusion 28b is pushed upward along the tangent line by the force generated in the piezoelectric actuator 29. Since the rigid body part 25b is connected to the rigid body part 25a with a radial deflection of 926.26', as a result of applying the force shown in 2, it is connected to the rigid body part 25a with a radial deflection of 926.26'. The parts are straight lines Ll and LZ that extend radially from point 0.
The part located above but connected to the rigid body part 25)) is
The above straight line L1. ．． 'A straight line slightly deviated from Lz (This straight line also extends radially from point O.) r-1'
A minute displacement is caused on r L z '. Therefore, the rigid body portion 25b rotates by a minute angle δ in the clockwise direction in the figure. The magnitude of this rotational displacement δ is the radiation deflection m26,2
Since it is determined by the rigidity against bending of 6=, if the force f is accurately controlled, the rotational displacement δ can also be controlled with the same accuracy. Conventionally, various devices for parallelly moving a fine movement table have been proposed as shown in Figs. 8 and 9, but none of them have good features despite having a simple structure as shown in Fig. 8 for one-rotation movement. No such device has yet been proposed. In this embodiment, the first
This embodiment has various features similar to those of the embodiment described above, and enables fine wR adjustment by one rotational displacement.
なお、ストレンゲージ３１を用いるフィードバック制御
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、ストレンゲージ３１が
放射たわみ９２６．２ｓ′と剛体部２５ ａ 、 、２
５ ｂ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。The rotational displacement δ is controlled by the feedback control system using the strain gauge 31 in accordance with the previous embodiment. In this case as well, the strain gauge 31 has a radial deflection of 926.2s' and a rigid body part 25a, , 2
5b, it is possible to accurately detect strain without being influenced by each other when radial deflection beam displacement mechanisms are combined in multiple axes. is the same as
圧電アクチュエータ２９に印加されている電圧が除かれ
ると、各放射たわみ梁２６．２６’は変形前の状態に復
帰し、放射たわみ梁変位機構３２は第３図に示す状態に
戻り、回転変位δはＯになる。When the voltage applied to the piezoelectric actuator 29 is removed, each radial flexure beam 26, 26' returns to the state before deformation, and the radial flexure beam displacement mechanism 32 returns to the state shown in FIG. becomes O.
ｍ１６−
このように、本実施例では、力を発生させる圧電アクチ
ュエータを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ュエータが発した力の流れ
が各放射たわみ染変位機構の極〈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
たアクチュ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、たわみ梁変位機構を多軸に積層する
ことが容易に実施できる。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
の歪によって出力変位を正確に検出し、この検出値すこ
基づいて圧電アクチュエータに発生させる力を制御する
ようにしたので、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。m16- In this way, in this example, the piezoelectric actuator that generates force is housed in the area formed by the rigid body part of the radial flexure beam displacement mechanism and the radial flexure beam, so that the part that protrudes to the outside is It is possible to have a configuration with a simple shape. This feature is because the flow of force generated by the piezoelectric actuator passes near the pole of each radiation deflection displacement mechanism, so when stacking such devices, the actuators mentioned in the conventional example interfere with each other. Since this also solves the problem, flexible beam displacement mechanisms can be easily stacked on multiple axes. Furthermore, when stacking multiple axes, the output displacement is accurately detected by the distortion of the radial deflection beam, which is a part that is completely unaffected by other axes, and the force generated in the piezoelectric actuator is controlled based on this detected value. This makes it possible to further improve the positioning accuracy of the multi-axis laminate.
以上、平行たわみ梁変位機構および放射だわみ乗変位機
構の機能について詳述したが、これらは３つの座標軸（
”＋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、平行たわみ乗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、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、平行たわみ梁変位機
構と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。The functions of the parallel deflection beam displacement mechanism and the radial flexure power displacement mechanism have been described in detail above, but these are based on the three coordinate axes (
”+Y+Z) and 1
This is a device that generates rotational displacement around two coordinate axes. By combining multiple parallel flexural displacement mechanisms with their reference axes coincident or not parallel, fine positioning in two or three coordinate axes can be performed with one device. By combining two or more of them with their reference axes coincident or not parallel, fine positioning regarding rotational displacement around two or three coordinate axes can be performed with one device.Furthermore, a parallel deflection beam displacement mechanism and a radial deflection beam displacement mechanism can be used. It is clear that fine positioning regarding displacement and rotational displacement regarding one to three coordinate axes can be performed with one device by appropriately combining these.
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９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って、仮に考え得ること
ができても複雑な構造となり実用に適さなくなる。又、
第８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
平行だわみ梁変位機構および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、加つるに各軸の平行たわみ梁変位
機構、放射たオ〕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。By the way, when considering such combinations, with conventional devices, the limit is to obtain displacements about two coordinate axes as shown in Figure 9 with one device, and it is difficult to create combinations beyond that. Even if it were possible, the structure would be complicated and would not be suitable for practical use. or,
No device has been proposed for obtaining simple rotational displacement comparable to the structure shown in FIG. On the other hand, if the parallel flexure beam displacement mechanism and radial flexure beam displacement mechanism of this embodiment are used, the above combination can be easily implemented as described earlier, and in addition, each axis can be A great feature is that there is no interference in displacement or rotational displacement between the parallel deflection beam displacement mechanism and the radial deflection beam displacement mechanism.
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ュエータについては、これ
を１つの駆動部として考える方が煩られしくなく理解が
容易に思われる。そこで、以下の実施例においては、平
行たわみ梁変位機構の上記駆動部を直線駆動部５０と称
し、これにその直線駆動部５０による変位の方向 。Examples of the above-mentioned combination structure will be described below. The parallel flexure beams, radial flexure beams, protrusions protruding from each rigid body shown in FIGS. 1 and 3, and piezoelectric actuators fixed between these protrusions Regarding the actuator, it seems easier and easier to understand if it is considered as one driving section. Therefore, in the following embodiments, the above-mentioned drive section of the parallel deflection beam displacement mechanism will be referred to as a linear drive section 50, and the direction of displacement by the linear drive section 50 will be referred to as the linear drive section 50.
の座標軸の符号を付することにし、又、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。In addition, the driving section of the radial deflection beam displacement mechanism is referred to as a rotational drive section 60, and the coordinate axis that is the rotational axis of the rotational displacement by the rotational drive section 60 is designated by the symbol of the coordinate axis. I'll decide.
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って略記することとし、この略記を
第５図（ａ）＋ （ｂ）に示すように、はぼ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。Furthermore, the illustrations of the linear drive unit 50 and the rotation drive unit 60 will also be abbreviated in accordance with the above idea, and the abbreviations will be made into an S-shaped or almost inverted shape, as shown in FIGS. 5(a) + (b). Make it S-shaped. Note that this S-shape or inverted S-shape is a shape that matches the protrusion direction of the protrusion of the related rigid body part. Examples of the above combinations will be described below.
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。そして、その構成は第１の実施例におけ
る平行たわみ梁変位機構２２を３つ組合わせ、それらの
各基準軸にどうしが互いに他と直交し、かつ、隣接する
各剛体部が一体化した形となっている。図で、３３，３
４゜３５．３６は剛体部、５０ｚは剛体部３３．３４間
に介在する直線駆動部、５ｏｙは剛体部３４゜３５間に
介在する直線駆動部、５０ｘは剛体部３５．３６間に介
在する直線駆動部である。剛体２０一
部３３．３４および直ｍ駆動部５０Ｚ、により２軸方向
の平行たわみ粟変位機構２２ｚが構成され、又、剛体部
３４．３５および直線駆動部５０ｙに 。FIG. 6 is a perspective view of a fine positioning device according to a third embodiment of the present invention. The device of this embodiment is a device that generates displacement in three axes (x+y+z) when the coordinate axes are set as shown. The configuration is such that three parallel deflection beam displacement mechanisms 22 in the first embodiment are combined, each of which is perpendicular to the other with respect to each reference axis, and each adjacent rigid body part is integrated. It has become. In the figure, 33,3
4゜35.36 is a rigid body part, 50z is a linear drive part interposed between rigid body parts 33.34, 5oy is a linear drive part interposed between rigid body parts 34゜35, 50x is a linear drive part interposed between rigid body parts 35.36 It is a linear drive unit. The rigid body 20 part 33.34 and the linear drive part 50Z constitute a biaxial parallel deflection displacement mechanism 22z, and the rigid body part 34, 35 and the linear drive part 50y.
ト１１
よりｙ軸方向の平行たわみ梁変位機構２２ｙが構成され
、さらに、剛体部３５．３６および直線駆動部５０ｘに
よりＸ軸方向の平行たわみ梁変位機構２２ｘが構成され
る。The parallel flexible beam displacement mechanism 22y in the y-axis direction is constituted by the parallel flexible beam displacement mechanism 22y in the y-axis direction, and further, the parallel flexible beam displacement mechanism 22x in the
今、例えば剛体部３３を固定し、この状態で直線駆動部
５０ｚの圧電アクチュエータを駆動すると、さぎの説明
から判るように、剛体部３４は２軸方向に変位を生じ、
したがって、剛体部３６も同様の変位を生ずる。同じく
、直線駆動部５０ｙを駆動すると剛体部３６はｙ軸方向
に変位を生じ、直線駆動部５０ｘを駆動すると剛体部３
６はＸ軸方向に変位を生じる。これらの変位はそれぞれ
他とは独立に発生するので、各直線駆動部５０ｘ。Now, for example, if the rigid body part 33 is fixed and the piezoelectric actuator of the linear drive part 50z is driven in this state, the rigid body part 34 will be displaced in two axial directions, as can be seen from Sagi's explanation.
Therefore, the rigid body portion 36 also undergoes a similar displacement. Similarly, when the linear drive section 50y is driven, the rigid body section 36 is displaced in the y-axis direction, and when the linear drive section 50x is driven, the rigid body section 36 is displaced in the y-axis direction.
6 causes displacement in the X-axis direction. Each linear drive 50x, since each of these displacements occurs independently of the others.
５０’）’＋５０ｚを適宜駆動することにより任意に３
軸の変位を発生することができる。50')'+50z arbitrarily by driving
Axis displacement can be generated.
このように２本実施例では、３つの平行たわみ梁変位機
構をその基準軸が互いに他と直交するように一体化して
組合わせたので、各変位機構を小形に構成することがで
き、各圧電アクチュエータは他の駆動系に対して干渉す
ることはない。又、各直線駆動部における平行たわみ梁
は、このように３軸に積層しても他軸からの影響を全く
受けないので、その歪を検出することにより各軸の出力
変位を検出することができ、これをフィードバック制御
に用いることにより高精度な位置決めができろ。In this way, in the two embodiments, the three parallel deflection beam displacement mechanisms are integrated and combined so that their reference axes are orthogonal to each other, so each displacement mechanism can be configured compactly, and each piezoelectric The actuator does not interfere with other drive systems. Furthermore, even if the parallel deflection beams in each linear drive section are stacked on three axes in this way, they are not affected by the other axes at all, so it is possible to detect the output displacement of each axis by detecting the strain. By using this for feedback control, highly accurate positioning can be achieved.
第７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
に設定したときの３軸ＣＸ＋Ｖ＋Ｚ）まわりの回転変位
を発生する装置である。そして、その構成は第２の実施
例における放射たわみ梁変位機構３２を３つ組合わせ、
それらの各基準軸にどうしが互いに他と直交し、かつ、
隣接する各剛体部が一体化した形となっている。又、３
つの軸ｘ、ｙ、ｚの交点Ｐは剛体４０の表面上にある。FIG. 7 is a perspective view of a fine positioning device according to a fourth embodiment of the present invention. The device of this embodiment is a device that generates rotational displacement around three axes (CX+V+Z) when the coordinate axes are set as shown. The configuration is a combination of three radial deflection beam displacement mechanisms 32 in the second embodiment,
Each of these reference axes is perpendicular to the other, and
Adjacent rigid body parts are integrated. Also, 3
The intersection point P of the three axes x, y, and z is on the surface of the rigid body 40.
図で、３７．３８，３９．４０は剛体部。In the figure, 37.38 and 39.40 are rigid parts.
６０ｚは強体部３７．３８間に介在する回転駆動部、６
０ｙは剛体部３８．３９間に介在する回転駆動部、６０
ｘけ剛体部３９，４．０間に介在する回転駆動部である
。剛体部３７．３８および回転駆動部６０ｚにより２軸
まわりの放射たわみ梁変位機構３２ｚが構成され、又、
剛体部３８．３９および回転駆動部６０ｙによりｙ軸ま
わりの放射たわみ梁変位機構３２ｙが構成され、さらに
、剛体部３９．４０および回転駆動部６ｏｘによりＸ軸
まわりの放射たわみ梁変位機構３２ｘが構成される。60z is a rotary drive unit interposed between the strong body parts 37 and 38;
0y is a rotary drive unit interposed between the rigid body parts 38 and 39, and 60
This is a rotary drive section interposed between the rigid body sections 39 and 4.0. A radial deflection beam displacement mechanism 32z around two axes is configured by the rigid body parts 37, 38 and the rotational drive part 60z, and
The rigid body part 38, 39 and the rotational drive part 60y constitute a radial flexure beam displacement mechanism 32y around the y-axis, and the rigid body part 39, 40 and the rotational drive part 6ox constitute a radial flexure beam displacement mechanism 32x around the X-axis. be done.
今、例えば剛体部３７を固定し、この状態で回転駆動部
６０ｚの圧電アクチュエータを駆動すると、さぎの説明
から判るように、剛体部３８はＺ軸まわりに回転変位を
生じ、し、たがって、剛体部４０もＺｌ！１１１１まわ
りに同じ回転変位を生じる。同様に、回転駆動部６０ｙ
を駆動すると剛体部４０はｙ軸まわりに回転変位を生じ
、回転駆動部６０ｘを駆動すると剛体部４０はＸ軸まわ
りに回転変位を生じる。これらの回転変位はそれぞれ他
とは独立に発生するので、各回転駆動部６０ ｘ Ｈ６
０ｙ ＋６０ｚを適宜駆動することにより任意に３軸ま
わりの回転変位を発生することができる。Now, for example, if the rigid body part 37 is fixed and the piezoelectric actuator of the rotational drive part 60z is driven in this state, the rigid body part 38 will undergo rotational displacement around the Z axis, as can be seen from Sagi's explanation, and therefore, The rigid body part 40 is also Zl! The same rotational displacement occurs around 1111. Similarly, the rotation drive unit 60y
When the rigid body part 40 is driven, the rigid body part 40 causes a rotational displacement around the y-axis, and when the rotation drive part 60x is driven, the rigid body part 40 generates a rotational displacement around the X-axis. Since each of these rotational displacements occurs independently of the others, each rotational drive unit 60 x H6
By appropriately driving 0y +60z, rotational displacement around three axes can be generated arbitrarily.
このように、本実施例では、３つの放射だわみ梁変位機
構をその基準軸が互いに他と直交するように一体化して
組合わせたので、各変位機構を小形に構成することがで
き、各圧電アクチュエータは他の駆動系に対して干渉す
ることはない。又、各回転駆動部における放射たわみ梁
は、このように３軸に積層しても他軸からの影響を全イ
受けないので、その歪を検出することにより各軸の出力
回転変位を検出することができ、こｉｌ、をフィードバ
ック制御に用いることにより高精度な位置決めができる
。In this way, in this embodiment, the three radial deflection beam displacement mechanisms are integrated and combined so that their reference axes are orthogonal to each other, so each displacement mechanism can be configured compactly. Each piezoelectric actuator does not interfere with other drive systems. Furthermore, even if the radial deflection beams in each rotational drive section are stacked on three axes in this way, they are not affected by the other axes at all, so by detecting the strain, the output rotational displacement of each axis can be detected. By using this coil for feedback control, highly accurate positioning can be achieved.
さらに１本実施例では、３つの軸ｘ、ｙ、ｚが互いに直
交しているだけでなく、それらがすべて剛体部４０の表
面上の点Ｐを通っていることにより、以下説明する効果
をも有する。剛体部４０を微動テーブルと考えた場合、
各放射たわみ梁変位機構３２ｘ、３２ｙｔ ３２ｚを
作動させたとき、すべての回転変位出力が点Ｐのまわり
の回転変位〜 ２４−
となるという効果を有するのである。この効果は、各軸
Ｘ＋’／＋Ｚが点Ｐについての上記条件を満たしていな
い場合を想定すればよりよく理解し得る。Furthermore, in this embodiment, the three axes x, y, and z are not only orthogonal to each other, but also all pass through a point P on the surface of the rigid body part 40, so that the following effects can be obtained. have When considering the rigid body part 40 as a fine movement table,
This has the effect that when each of the radial deflection beam displacement mechanisms 32x, 32yt, 32z is operated, all rotational displacement outputs become rotational displacements around the point P ~24-. This effect can be better understood if it is assumed that each axis X+'/+Z does not satisfy the above conditions regarding point P.
今、仮にＸ軸まわりの放射たわみ梁変位機構３２ｘの基
準軸Ｋが点ＰからＺ軸の方向にずれているとすると、Ｘ
軸まわりの回転変位を発生すさせたとき、これに伴って
点Ｐのｙ軸方向およびＬ軸方向の並進変位が生じてしま
うのは明らかであり、位置決めにおいて好ましくない影
響を生じる。Now, suppose that the reference axis K of the radial deflection beam displacement mechanism 32x around the X-axis is shifted from the point P in the direction of the Z-axis.
It is obvious that when a rotational displacement about the axis is generated, a translational displacement of the point P in the y-axis direction and the L-axis direction is caused, which has an undesirable effect on positioning.
したがって、点Ｐが剛体部４０の表面上にあることは、
このような影響を避けることができるという大きな効果
を有するのである。もつとも、これらの並進変位は各部
の寸法が既知であるので、予め計算により正確に求め得
る性格のものではあるが、何らかの手段でこれを補償し
てやらねばならないという大きな不利を免れることはで
きない。Therefore, the fact that point P is on the surface of the rigid body part 40 means that
This has the great effect of avoiding such effects. However, since the dimensions of each part are known, these translational displacements can be accurately calculated in advance, but there is a big disadvantage that this must be compensated for by some means.
次に、本発明の第５の実施例について述べる。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
この第５の実施例は、直交する３軸Ｘ、ＹＩ Ｚについ
てそれら各軸方向の変位およびそれら各軸まわりの回転
変位を発生する６軸の位置決め装置である。この６軸の
位置決め装置は、第３の実施例および第４の実施例の装
置を単に連結するだけで得られ、第６図および第７図に
示す構成から容易に想定し得るので図示は省略する。This fifth embodiment is a six-axis positioning device that generates displacements in the directions of three orthogonal axes X, YI, and Z, as well as rotational displacements about these axes. This 6-axis positioning device can be obtained by simply connecting the devices of the third embodiment and the fourth embodiment, and is not shown because it can be easily imagined from the configuration shown in FIGS. 6 and 7. do.
上記連結は１例えば次のようにして実施する。The above connection is performed, for example, as follows.
即ち、第６図に示す剛体部３６と第７図に示す剛体部３
７とを、各たわみ梁変位機構の同一座標軸方向の基準軸
Ｋが平行になるような位置関係で一体化するだけである
。このようにして得られた構成において、例えば剛体部
３３を固定し、剛体部４０を微動テーブルとすれば、３
軸ｘ、ｙ、ｚについての並進１回転の６成分の変位を発
生する微細位置決め装置が得られる。That is, the rigid body part 36 shown in FIG. 6 and the rigid body part 3 shown in FIG.
7 are simply integrated in a positional relationship such that the reference axes K of the respective flexible beam displacement mechanisms in the same coordinate axis direction are parallel to each other. In the configuration obtained in this way, for example, if the rigid body part 33 is fixed and the rigid body part 40 is a fine movement table, 3
A fine positioning device is obtained that generates a six-component displacement of one rotation in translation about the axes x, y, and z.
本実施例の効果が、第３の実施例および第４の実施例の
効果を併せもつものであることはあらためて説明するま
でもなく明らかである。なお、第４の実施例の効果の説
明において、点Ｐが剛体部４０の表面からずれている場
合、何らかの手段で並進変位を補償する必要があること
を述べたが。It is obvious that the effects of this embodiment are the same as those of the third embodiment and the fourth embodiment, without further explanation. In the explanation of the effects of the fourth embodiment, it was mentioned that when the point P is deviated from the surface of the rigid body part 40, it is necessary to compensate for the translational displacement by some means.
仮に本実施例においてそのようなずれが存在していると
すれば尚該手段はとりもなおさず第６図に示す構成部分
に該当する１、そして、Ｊ：記補償のためには、所要の
演！、を実行したうえ、その演算結果に応じて第６図に
示す構成を作動させねばならないのであるから極めて両
側で余分の手間を要するものであり、この点から考えて
点１〕が剛体部４０の表面上に存在する構成の優れた効
果が明瞭である。If such a deviation exists in this embodiment, the means corresponding to the components shown in FIG. Performance! , and then operate the configuration shown in FIG. The superior effect of the configurations present on the surface of is obvious.
以上、第１乃至第５の実施例について述べたが、特に第
３乃至第５の実施例について特に考慮されるべき点があ
るので、ここで、この点について触れておく。Although the first to fifth embodiments have been described above, there are some points that should be particularly taken into consideration regarding the third to fifth embodiments, so this point will be mentioned here.
平行たわみ梁構造、放射だわみ梁構造にはそれぞれ純粋
な並進および回転変位のみ発生するという特性に基づい
て本発明が成り立っている。より厳密な精度を追求する
場合にはこの前提が必らずしも絶対的とは言えない。例
えば平行たわみ梁構造に於いて実用的な寸法を仮定して
計博すると発生すべき変位の約市くらいの横変位が生じ
ることがある。この値は一般的使い方では誤差の範囲と
考えてもよいので本発明では無視して来た。しかしなが
らより高い精度が要求される目的のためにはこの誤差を
防ぐ必要があり、そのための方法を、本発明と同一の発
明者が別に提案している。本質的な解決方法はそれによ
るものとし、て、ここではその影響が拡大される恐れの
ある第３〜第５の実施例について言及しておく。The invention is based on the property that only pure translational and rotational displacements occur in parallel and radial deflection beam structures, respectively. This assumption cannot necessarily be said to be absolute when pursuing even stricter accuracy. For example, in a parallel flexible beam structure, if practical dimensions are assumed and calculated, a lateral displacement approximately equal to the displacement that should occur may occur. Since this value can be considered to be within the error range in general usage, it has been ignored in the present invention. However, for purposes requiring higher precision, it is necessary to prevent this error, and the same inventor as the present inventor has separately proposed a method for this purpose. The essential solution is based on this, and here we will refer to the third to fifth embodiments in which the influence may be expanded.
すなわち、第３〜第５の実施例のように複数のたわみ梁
変位機構を積層するとき、前述の微小な誤差が拡大され
る。そこでそれらが無視できない割合を占めるようにな
る場合もおこり得る。その場合でも各たわみ梁変位機構
で発生し７た変位と微動テーブルでの実際の変位との間
には微小変位の範囲では干渉変位をも含めてほとんど線
形な関係が成り立つので、それらの係数を求めておいて
予め入力値を補償演算しておけば、その影響を容易に除
くことができるとともに、その結果得られる位置決め精
度は今迄述べてきた実施例のものを上記補償演算なし２
ですました場合に比べて格段に向上する。That is, when a plurality of flexible beam displacement mechanisms are stacked as in the third to fifth embodiments, the above-mentioned minute error is magnified. Therefore, there may be cases where they occupy a non-negligible proportion. Even in that case, there is an almost linear relationship between the displacement generated by each flexible beam displacement mechanism and the actual displacement on the fine movement table in the range of minute displacement, including interference displacement, so these coefficients can be calculated. If the input values are calculated and compensated in advance, the influence can be easily removed, and the positioning accuracy obtained as a result is better than that of the embodiments described up to now without the compensation calculation 2.
Much better than if you had done it.
以上、本発明のいくつかの実施例を説明した。Several embodiments of the present invention have been described above.
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裁に表現
するものであると考えられるからである。したかって、
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
。 ン一
ところで、通常、微細位置決め装置では、微動位置決め
部にはシリコンウェハー、光ファイバ。All of these embodiments relate to fine positioning devices, and are also consistent with the name of the present invention. However, the term "fine positioning device" as used in the present invention means a device that generates minute displacement or minute rotational displacement.
The fine positioning device is illustrated in the description of the embodiments in consideration of the fact that a typical example of the field in which the present invention is used is a positioning device, and this is to express the content of the present invention in the simplest and direct manner. This is because it can be considered. I wanted to,
The application of the invention is not limited to positioning devices. In other words, in addition to the positioning device, there are also devices that deform the sample by a desired minute displacement to examine the displacement of the contact surface and changes in the physical properties of the sample, and devices that apply precise loads to each crystal direction of a single crystal. There are loading devices within the fine displacement range. By the way, in fine positioning devices, the fine positioning part usually uses a silicon wafer or an optical fiber.
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。Light weight items such as microscope samples that do not generate resistance when moved are often placed or attached.
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、特に力や１ヘルクが作用しないのでそれほど大
きな剛性を必要としない。In this case, each rigid body part of the device and the other driving parts interposed therebetween do not require much rigidity because no particular force or herb is applied to them.
一方、それ以外の上記装置では、微小変位に伴なって抵
抗力が生じるので、各剛体部およびその中間に介在する
他の各駆動部は、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
全てこの条件をも満足している。したがって、荷重装置
としての使用にも耐えられる構成になっている。On the other hand, in other devices mentioned above, a resistance force occurs with minute displacement, so each rigid body part and each other drive part interposed between them are rigid against force or torque in a predetermined displacement direction. There is a need. All of the embodiments of the present invention also satisfy this condition. Therefore, the structure is such that it can withstand use as a loading device.
さらに、基準軸について述べると、第３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。Furthermore, regarding the reference axes, in the laminated shape embodiments after the third embodiment, examples were explained in which the reference axes were perpendicular to each other, but it goes without saying that the reference axes do not necessarily have to be perpendicular to each other. .
又、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ＩＭになっ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組とする構成であっ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ッ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
れに応じて不拘−厚みのものとすることもできる。In addition, in the explanation of each of the above embodiments, a configuration in which two IMs are used as a parallel flexible beam or a radial flexible beam is illustrated, but the number of IMs is not limited to two, and three or more IMs are used. It is clear that a configuration including one set of sheets may also be used. Furthermore, although the parallel deflection beams and radial deflection beams have been explained by illustrating flat plate-like beams with the same thickness, they are not necessarily limited to those with uniform thickness. The shape of the through-hole penetrating the block can be selected from various shapes from the viewpoint of processing, etc., and the thickness can be made into an unrestricted shape accordingly.
さらに又、上記実施例の説明では、アクチュエータとし
て圧電アクチュエータを例示して説明したが、圧電アク
チュエータにド艮ることはなく、ソレノイドその他適宜
のものを用いることができる。Furthermore, in the description of the above embodiments, a piezoelectric actuator was used as an example of the actuator.
又、アクチュ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、さらに一方の剛体部に凹部
を設け、こ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
間にアクチュエータを設置することもできる。In addition, as an example of the installation location of the actuator, an area surrounded by two rigid body parts and a parallel flexible beam or a radial flexible beam that connects them is illustrated, but one of the rigid body parts is further provided with a recess, and a recess is provided inside this recess. It is also possible to insert a protrusion protruding from the other rigid body part and install an actuator between the inserted protrusion and the one rigid body part.
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つの剛体ブロックから一体に形
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って互
いに剛接する構成としてもよい。Furthermore, in the explanation of the above embodiments, the fine positioning device was explained by exemplifying the configuration in which it is integrally formed from one rigid block as the most ideal embodiment, but each part formed separately is connected to a member such as a bolt. They may also be rigidly connected to each other by welding or the like.
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。そして又、このような歪の検出手段を含むフィード
バッ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。Further, the means for detecting the displacement and stress strain of the flexible beam is not limited to the strain gauge, and other means may also be used. Furthermore, it is clear that a feedback control system including such a distortion detection means is not necessarily necessary, and that minute displacements and minute rotational displacements can be obtained with sufficient accuracy even without it.
以上述べたように、本発明では、平行たわみ梁変位機構
および放射たわみ梁変位機構のうちの少なくとも１つで
微細位置決め装置を構成したので、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。As described above, in the present invention, since the fine positioning device is configured with at least one of the parallel deflection beam displacement mechanism and the radial deflection beam displacement mechanism, highly accurate minute displacement and minute rotational displacement can be obtained. Furthermore, a multi-axis positioning device can be easily constructed.
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
（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斜視図、第７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８図は
従来の微細位置決め装置の側面図、第９図は他の従来の
微細位置決め装置の斜視図である。
１５ａ、１．５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３３，３４゜３５
．３６，３７．３８，３９，４０，１０１゜１０２・・
・・・・剛体部、１６．１６′ ・・・・平行たわみ
梁、１９．２９・・・・・・圧電アクチュエータ、２１
゜３１・・・・ストレンゲージ、２２・・・・・平行た
わみ梁変位機構、２６．２６’・・・・・・放射たわみ
梁、３２・・・・放射たわみ梁変位機構、５ Ｑ ｘ
＋ ５０ ｙ＋５０ｚ・・・・・・直線駆動部、
代理人 弁理士 弐 顕次部（ほか１名）第３図
第４図
第５図
ｔσノ
乙りノ
第６図1 and 2 are side views of a fine positioning device according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are side views of a fine positioning device according to a second embodiment of the present invention, 5(a) and 5(b) are explanatory diagrams for explaining the symbols of the linear drive unit and the rotary drive unit, and FIG. 6 is a perspective view of a fine positioning device according to a third embodiment of the present invention. 7 is a perspective view of a fine positioning device according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 8 is a side view of a conventional fine positioning device, and FIG. 9 is a perspective view of another conventional fine positioning device. 15a, 1.5b, 25a, 25b, 33, 34° 35
．． 36, 37. 38, 39, 40, 101° 102...
...Rigid body part, 16.16' ...Parallel flexible beam, 19.29 ...Piezoelectric actuator, 21
゜31...Strain gauge, 22...Parallel deflection beam displacement mechanism, 26.26'...Radial deflection beam, 32...Radial deflection beam displacement mechanism, 5 Q x
+ 50 y + 50z... Linear drive unit, Agent Patent attorney 2 Kenji department (and 1 other person) Figure 3 Figure 4 Figure 5 tσ no Otori no Figure 6
Claims (1)
平行に配置された複数のたわみ梁と、前記２つの剛体部
と少なくとも２つの所定の前記たわみ梁とによって囲ま
れた領域内に装架され前記たわみ梁に曲げ変形を生じさ
せるアクチュエータとより成る平行たわみ梁変位機構、
および、２つの剛体部と、これら剛体部を連結しかつ１
つの軸に関して放射状に配置された複数のたわみ梁と、
前記２つの剛体部と少なくとも２つの所定の前記たわみ
梁とによって囲まれた領域内に装架され前記たわみ梁に
曲げ変形を生じさせるアクチュエータとより成る放射た
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装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記複数のたわみ
梁群の所定のたわみ梁は、前記２つの剛体部間に発生す
る相対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。 ３、特許請求の範囲第２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。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記アクチュエー
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。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記平行たわみ梁
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。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記放射たわみ梁
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。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記平行たわみ梁
変位機構および前記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。[Scope of Claims] 1. Two rigid body parts, a plurality of flexible beams connecting these rigid body parts and arranged parallel to each other, and surrounded by the two rigid body parts and at least two predetermined flexible beams. a parallel flexible beam displacement mechanism comprising an actuator mounted in a region where the flexible beam is bent and causes bending deformation in the flexible beam;
and two rigid body parts, connecting these rigid body parts and one
a plurality of flexible beams arranged radially about one axis;
At least one of a radial flexible beam displacement mechanism comprising an actuator mounted in a region surrounded by the two rigid body parts and at least two predetermined flexible beams and causing bending deformation in the flexible beam. A fine positioning device comprising: 2. According to claim 1, a predetermined flexible beam of the plurality of flexible beam groups is provided with a detection means for detecting a relative displacement occurring between the two rigid body parts. Positioning device. 3. In claim 2, the detection means:
A fine positioning device characterized by being a strain gauge. 4. The fine positioning device according to claim 1, wherein the actuator is composed of a laminated piezoelectric element. 5. The fine positioning device according to claim 1, wherein a plurality of the parallel deflection beam displacement mechanisms are provided with their reference axes oriented in different directions. 6. The fine positioning device according to claim 1, wherein a plurality of the radial deflection beam displacement mechanisms are provided with their reference axes oriented in different directions. 7. In claim 1, one or more of the parallel flexible beam displacement mechanism and the radial flexible beam displacement mechanism are provided such that the reference axes between the same type of flexible beam structures are in different directions. A fine positioning device characterized by:
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60083605A JPH07109566B2 (en) | 1985-04-20 | 1985-04-20 | Fine positioning device |
| US06/824,958 US4686440A (en) | 1985-03-11 | 1986-01-31 | Fine positioning device |
| DE3686895T DE3686895T3 (en) | 1985-03-11 | 1986-03-10 | Device for fine adjustment. |
| EP86200383A EP0195479B2 (en) | 1985-03-11 | 1986-03-10 | Fine positioning device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60083605A JPH07109566B2 (en) | 1985-04-20 | 1985-04-20 | Fine positioning device |
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| JP5225832A Division JPH07104723B2 (en) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | Fine positioning device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61243511A true JPS61243511A (en) | 1986-10-29 |
| JPH07109566B2 JPH07109566B2 (en) | 1995-11-22 |
Family
ID=13807112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60083605A Expired - Lifetime JPH07109566B2 (en) | 1985-03-11 | 1985-04-20 | Fine positioning device |
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| Country | Link |
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| JPH07109566B2 (en) | 1995-11-22 |
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Legal Events
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