JPS62214413A - Fine positioning device - Google Patents
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- JPS62214413A JPS62214413A JP5608986A JP5608986A JPS62214413A JP S62214413 A JPS62214413 A JP S62214413A JP 5608986 A JP5608986 A JP 5608986A JP 5608986 A JP5608986 A JP 5608986A JP S62214413 A JPS62214413 A JP S62214413A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
- B23Q1/36—Springs
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体製造装置、電子顕微鏡等のμｍオーダ
ーの調節を必要とする装置に使用される微細位置決め装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fine positioning device used in devices that require adjustment on the μm order, such as semiconductor manufacturing equipment and electron microscopes.
〔従来の技術〕
近年、各種技術分野においては、μｍオーダーの微細な
変位調節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。[Prior Art] In recent years, in various technical fields, there has been a demand for devices capable of fine displacement adjustment on the order of μm. Typical examples are semiconductor manufacturing equipment such as mask aligners and electron beam lithography equipment used in the manufacturing process of LSIs (Large Scale Integrated Circuits) and VLSIs. In these devices,
Fine positioning on the order of μm is required, 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ｎ巻第１号（１９８３年１月号）の第３２＊
乃至第あ頁に示されるよ５な塊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、平行はねと微動
アクチュエータを用いた型の微細位置決め装置が優れて
いると考えられるので、以下、これを第４図に基づいて
説明する。Conventionally, such fine positioning devices have been described, for example, in "Mechanical Design" magazine, Vol. n, No. 1 (January 1983 issue), No. 32*.
Five block types have been proposed as shown on pages A to A. Among these, a type of fine positioning device using parallel springs and a fine movement actuator is considered to be superior in that it does not require a particularly troublesome displacement reduction mechanism and has a simple configuration. This will be explained based on FIG.
第４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
ュエータである。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。FIG. 4 is a side view of a conventional fine positioning device. In the figure, 1 is a support stand, 2a and 2b are plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other on the support stand 1, and 3 are parallel springs 2a and 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. 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、微動テーブル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, due to their structure, the parallel springs 2a and 2b have low rigidity in the X-axis direction, but have high rigidity in the z-axis and y-axis directions (directions perpendicular to the paper), so the fine movement actuator is excited. Then, the fine movement table 3 is displaced almost only in the X-axis direction, and almost no displacement occurs in other directions.
第５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、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。FIG. 5 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 plate-shaped parallel springs that are fixed to the intermediate table 8 in parallel with each other in a direction orthogonal to the parallel springs 7a and 7b; 10 is a parallel spring 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。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-axis direction, and parallel springs 9a and 9b are arranged along the y-axis direction.
arranged along the axial direction.
この構造は、基本的には第４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Ｆ、は中間テープ／Ｉ／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。This structure is basically a structure in which the uniaxial (displacement in the X-axis direction) structure shown in FIG. 4 is laminated in two stages. Arrow Fx indicates a force in the X-axis direction applied to the fine movement table 10, arrow F indicates a force in the y-axis direction applied to the intermediate tape/I/8, and fine movement (not shown) to which forces Fx and Fy can be applied is shown. The actuator is a support base 6 and a 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Ｆｘが加えられると、平行はね９
ａ、９ｂが変形し、一方、平行はね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。When a force Fx is applied to the fine movement table 10, a parallel spring 9
a and 9b are deformed, and on the other hand, since the parallel springs 7a and 7b have 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。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, when both forces Fx and Fy are applied simultaneously, each parallel spring 7a, 7b, 9a, 9b is deformed simultaneously, and the fine movement table 10 is displaced two-dimensionally accordingly.
このように、第５図に示す装置は、第４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 manner, the device shown in FIG. 5 can perform positioning in two axial directions, whereas the device shown in FIG. 4 is a positioning device in only one axial direction.
以上述べた第４図および第５図に示す装置は、微動テー
ブル１０を定められた軸方向に直線的に変位させる装置
である。これに対して、微動テーブルをある軸のまわり
に微小回転変位させろ微細位置決め装置が日本特許出願
公告公報、昭５７−５０４３３号に示されている。この
微細位置決め装置を第６図により説明する。The device shown in FIGS. 4 and 5 described above is a device that linearly displaces the fine movement table 10 in a predetermined axial direction. On the other hand, a fine positioning device for slightly rotating a fine movement table around a certain axis is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 57-50433. This fine positioning device will be explained with reference to FIG.
第６図は微小回転変位を行う従来の微細位置決め装置の
一部破断斜視図である。図で、１１は円柱状の中央固定
部、１１ ａ 、 １１ ｂ 、 １１ ｃは中央固定
部１１０局面にその長手方向に等間隔に形成された縦溝
である。１２は中央固定部１１を中心として可回動に設
けられたリング状のステージ、１２ａ、〜１２ａ１．１
２ｂ、〜１２ｂｓ、１２ｃ、 〜１２ｃ、はそれぞれ縦
溝１１ａ。FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of a conventional fine positioning device that performs minute rotational displacement. In the figure, reference numeral 11 denotes a cylindrical central fixing part, and 11 a , 11 b , and 11 c denote longitudinal grooves formed at equal intervals in the longitudinal direction of the central fixing part 110 . 12 is a ring-shaped stage rotatably provided around the central fixed part 11, 12a to 12a1.1;
2b, ~12bs, 12c, ~12c are vertical grooves 11a, respectively.
１１ ｂ、１１ ｃに対向してステージ１２に固定され
たＵ字状金具である。１３は各縦溝１１ａ、ｌｌｂ、Ｉ
ＩＣと各Ｕ字状金具１２ａｌ−１２Ｃ，との間に装架さ
れたバイモルフ形圧電素子、１３Ａはバイモルフ形圧電
素子１３のＵ字状金具と係合する部分に固定された突起
である。中央固定部１１．ステージ１２．各Ｕ字状金具
１２ａ１〜１２Ｃ１はいずれも剛体である。ここで、上
記バイモルフ形圧電素子１３を第７図面の簡単な説明す
る。It is a U-shaped metal fitting fixed to the stage 12 opposite to 11b and 11c. 13 is each longitudinal groove 11a, llb, I
The bimorph piezoelectric element 13A mounted between the IC and each of the U-shaped fittings 12al-12C is a protrusion fixed to a portion of the bimorph piezoelectric element 13 that engages with the U-shaped fitting. Central fixing part 11. Stage 12. Each of the U-shaped fittings 12a1 to 12C1 is a rigid body. Here, the bimorph type piezoelectric element 13 will be briefly explained in the seventh drawing.
第７図はバイセルフ形圧電素子の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a biself-type piezoelectric element.
図で、１３ａ、１３ｂは圧電素子、１３ ｃは圧電素子
１３ａ、１３ ｂの中間に設けられた共通電極である。In the figure, 13a and 13b are piezoelectric elements, and 13c is a common electrode provided between the piezoelectric elements 13a and 13b.
圧電素子１３ ａ、１３ ｂは共通電極１３ ｃを挟着
した状態で互いに密着されている。１３ｄ、１３ｅはそ
れぞれ圧電素子１３ ａ、１３ ｂに固着された表面電
極である。The piezoelectric elements 13a and 13b are closely attached to each other with a common electrode 13c sandwiched therebetween. 13d and 13e are surface electrodes fixed to piezoelectric elements 13a and 13b, respectively.
この状態において、表面電極１３ ｄと共通電極１３
ｃとの間に圧電素子１３ ａを縮ませる極性の電圧を印
加し、同時に、表面電極１３ ｅと共通電極１３ ｃと
の間に圧電素子１３ ｂを伸ばす極性の電圧を印加する
と、各圧電素子１３ ａ、１３ ｂが矢印の方向に伸縮
することにより、バイモルフ形圧電素子１３全体は図の
ように変形する。とのようなバイモルフ形圧電素子１３
により、圧電素子単体に比べて大きな変位量を得ること
ができる。In this state, the surface electrode 13d and the common electrode 13
When a voltage with a polarity that causes the piezoelectric element 13a to contract is applied between the surface electrode 13e and the common electrode 13c, and at the same time a voltage with a polarity that extends the piezoelectric element 13b is applied between the surface electrode 13e and the common electrode 13c, each piezoelectric element By expanding and contracting 13a and 13b in the direction of the arrow, the entire bimorph piezoelectric element 13 deforms as shown in the figure. Bimorph type piezoelectric element 13 such as
Therefore, a larger amount of displacement can be obtained than with a single piezoelectric element.
このようなバイモルフ形圧電素子１３は、第６図に示す
装置において、一端が縦＄ｌｌａ、１１ ｂ 、 １１
ｃに固定され、他端は自由端となって各対応するＵ字
状金具に突起１３Ａを介して接触している。今、各バイ
モルフ形圧電素子１３に適宜の電圧を印加し、第４図に
示す変形を生じさせると、ステージ１２はその変形に応
じて中央固定ｉｌｌを中心として回動変位する。そこで
、ステージ１２上に微動テーブルを載置固定しておけば
、＃Ｍテーブルの微小回転変位を得ることができる。In the device shown in FIG. 6, such a bimorph type piezoelectric element 13 has one end vertically located at $lla, 11b, 11
c, and the other end becomes a free end and contacts each corresponding U-shaped metal fitting via the projection 13A. Now, when an appropriate voltage is applied to each bimorph type piezoelectric element 13 to cause the deformation shown in FIG. 4, the stage 12 will be rotated about the central fixed ill according to the deformation. Therefore, by placing and fixing a fine movement table on the stage 12, it is possible to obtain a fine rotational displacement of the #M table.
上記従来の装置は、Ｕ字状金具とバイモルフ形圧電素子
１３とにより両者を保合状態に保持し、これにより、バ
イモルフ形圧電素子１３の自然変形のままでの装架を許
し、かつ、バイセルフ形圧電素子１３をステージ１２に
固定した場合に生じる変位の拘束（干渉）を防止してい
る。The conventional device described above uses the U-shaped metal fitting and the bimorph piezoelectric element 13 to hold the two in a fixed state, and thereby allows the bimorph piezoelectric element 13 to be mounted while being naturally deformed, and also allows the bimorph piezoelectric element 13 to be mounted while remaining naturally deformed. This prevents displacement restriction (interference) that would occur when the shaped piezoelectric element 13 is fixed to the stage 12.
ところで、まず、第４図および第５図に示す従来の微細
位置決め装置は次のような問題点を有し℃いる。即ち、
力に′スな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、中間テープ／Ｉ／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。By the way, first, the conventional fine positioning device shown in FIGS. 4 and 5 has the following problems. That is,
The fine movement actuator that generates force is rigidly connected between the fine movement table 10 and the support base 6. Therefore, when a force F is applied to the intermediate table 8 by a fine movement actuator (not shown) rigidly connected between the intermediate tape/I/8 and the support base 6, the fine movement table 10 is displaced in the y-axis direction. .
この変位は、微動テーブル１０に連結されている微動ア
クチュエータに力Ｆｘ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形
曽を生じるという問題がある。This displacement causes a force in a direction perpendicular to the force Fx to act on the fine movement actuator connected to the fine movement table 10, resulting in interference between the fine movement actuators. As a result, there is a problem in that the accuracy and durability of the positioning device deteriorate.
さらに、第６図に示す従来の回転微細位置決め装置は次
のような問題点を有している。即ち、当該装置の構成は
、構成自体が複雑であるばかりでなく、各バイモルフ形
圧電素子１３の先端位置に合わせて各Ｕ字状金具の取付
位置を定めなければならず、その製造に極めて多くの手
間と時間を要する。しかも、バイモルフ形圧電素子１３
とＵ字状金具との係合は、緩やかな保合は許されず、し
たがって、バイモルフ形圧電索子１３が変形したときの
Ｕ字状金具との摺動抵抗も大きく、依然として大きな干
渉が存在する。Furthermore, the conventional rotary fine positioning device shown in FIG. 6 has the following problems. In other words, the configuration of the device is not only complicated, but also requires determining the mounting position of each U-shaped metal fitting according to the tip position of each bimorph piezoelectric element 13, which requires an extremely large number of manufacturing steps. It takes time and effort. Moreover, the bimorph type piezoelectric element 13
A loose engagement between the bimorph piezoelectric cord 13 and the U-shaped metal fitting is not allowed, and therefore, when the bimorph piezoelectric cord 13 is deformed, the sliding resistance with the U-shaped metal fitting is large, and large interference still exists. .
第４図、第５図および第６図に示した従来の微細位置決
め装置は、それぞれ前述のような欠点を有するが、さら
に、次のような根本的な欠点を有する。即ち、第４図お
よび第５図に示す微細位置決め装置については、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
の変位や、Ｘ軸、ｙ軸、２軸まわりの回転変位を与える
ことはできす、又、第６図に示す微細位置決め装置につ
いては、Ｘ軸、ｙ軸、Ｚ軸方向の変位と他の２軸まわり
の回転変位を与えることはできない。そして、これら従
来の微細位置決め装置からは、第５図および第６図に示
す装置を組合わせてＸ軸、ｙ軸方向の変位と２軸まわり
の回転変位を与える３軸の微細位置決め装置を想定し得
るのみであり、これらから４軸以上の微細位置決め装置
を構成するのは極めて困難である。さらに、これら従来
装置ヶ何らかの手段で組合わせたとしても、軸数が１加
するにしたがって前記干渉の現象が顯著になるのを避け
ることはできない。The conventional fine positioning devices shown in FIGS. 4, 5, and 6 each have the drawbacks described above, but they also have the following fundamental drawbacks. In other words, the fine positioning devices shown in FIGS. 4 and 5 are only capable of one-dimensional and two-dimensional positioning, and cannot handle displacement in the z-axis direction or rotational displacement around the x-axis, y-axis, or two axes. Furthermore, the fine positioning device shown in FIG. 6 cannot provide displacement in the X-, Y-, and Z-axis directions and rotational displacement about the other two axes. From these conventional fine positioning devices, we assume a three-axis fine positioning device that combines the devices shown in Figures 5 and 6 to provide displacement in the X-axis and y-axis directions and rotational displacement around two axes. However, it is extremely difficult to construct a fine positioning device with four or more axes from these. Furthermore, even if these conventional devices are combined by some means, it is impossible to avoid the phenomenon of interference becoming more serious as the number of axes increases by one.
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、従来技術の問題点を解決し、簡単な構造
で、かつ、何等の干渉をも生じることなくＸ軸、ｙ軸、
ｚ軸方向の変位、およびＸ軸、ｙ軸、２軸まわりの回転
変位を行なうことができ、しかも、回転変位の回転中心
の位置を自由に選定することができ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, to have a simple structure, and to operate the X- and Y-axes without causing any interference. ,
To provide a fine positioning device that can perform displacement in the Z-axis direction and rotational displacement around the X-axis, the Y-axis, and two axes, and can freely select the position of the center of rotation of the rotational displacement. .
上記の目的を達成する九め、本発明は、互いに直交する
３つの軸のうちの２つの軸に沿って２組の張出し部を備
え、一方の組の張出し部に第１および第２の平行たわみ
梁変位機構を、又、他方の組の張出し部に第３の平行た
わみ梁変位機構を設けた第１の変位構造と、上記２つの
軸まわりの回転変位を発生する第１、第２の放射たわみ
梁変位機構および他の軸まわりの回転変位を発生する第
３の放射たわみ梁変位機構ならびに微動テーブルを設け
た第２の変位構造とで構成されていることを特徴とする
。Ninth to achieve the above object, the present invention comprises two sets of overhangs along two of the three mutually perpendicular axes, one set of overhangs having first and second parallel axes. A first displacement structure having a flexible beam displacement mechanism and a third parallel flexible beam displacement mechanism provided on the overhang of the other set, and first and second displacement structures that generate rotational displacement about the two axes. It is characterized by comprising a radial flexure beam displacement mechanism, a third radial flexure beam displacement mechanism that generates rotational displacement about another axis, and a second displacement structure provided with a fine movement table.
第１、第２および第３の平行たわみ梁変位機構により、
微動テーブルをＸ軸、ｙ軸、２軸方向に任意に変位させ
、又、第１、第２および第３の放射たわみ梁変位機構に
より、微動テープ〃をＸ軸、ｙ軸、２軸まわりに任意に
回転変位させる。With the first, second and third parallel deflection beam displacement mechanisms,
The fine movement table can be arbitrarily displaced in the X-axis, y-axis, and 2-axis directions, and the fine-motion tape can be moved around the X-axis, y-axis, and 2-axis by the first, second, and third radial deflection beam displacement mechanisms. Rotate and displace as desired.
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図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の分解
斜視図である。今、座標軸ｘ、ｙ、ｚを図示のように定
める。２１ａ、２１ｂはｚ軸を中心にｙ軸方向に対称に
張出した張出し部である。又、２２ａ、２２ｂはｚ軸を
中心にＸ軸方向に対称に張出した張出し部である。２３
Ｆ ｘは張出し部２１ａ、２１ｂに対称に構成された
平行たわみ梁変位機構である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a fine positioning device according to an embodiment of the present invention. Now, coordinate axes x, y, and z are determined as shown. 21a and 21b are projecting portions that project symmetrically in the y-axis direction with the z-axis as the center. Further, 22a and 22b are projecting portions that project symmetrically in the X-axis direction with the z-axis as the center. 23
F x is a parallel deflection beam displacement mechanism configured symmetrically to the overhangs 21a and 21b.
この平行たわみ梁変位機構２３ＦＸは、側部においてｙ
軸方向に延びる互いに平行な平板状の平行たわふ梁Ｚ３
ａ、２３ｂ、およびこれら平行たわみ梁るａ、Ｚ３ｂに
曲げ変形を生じさせる圧電アクチュエータ２３Ｃで構成
されている。平行たわみ梁２３ａ、２３ｂはＸ軸方向の
力に対しては容易に変形するが、他の方向の力および各
軸まわりのモーメントに対しては大きな剛性を有する。This parallel deflection beam displacement mechanism 23FX has y
Mutually parallel flat plate-shaped parallel stiff beams Z3 extending in the axial direction
a, 23b, and a piezoelectric actuator 23C that causes bending deformation in these parallel bending beams a, Z3b. The parallel flexible beams 23a, 23b are easily deformed by forces in the X-axis direction, but have large rigidity against forces in other directions and moments about each axis.
圧電アクチュエータＺ３Ｃは圧電素子を複数積層した積
層形のものが用いられる。後述する各圧電アクチュエー
タも同様の構造である。２３ｄは中心側から突出する突
出部、Ｚ３ｅは外側から突出する突出部であり、ＥＥ’
！ｌ、アクチュエータ２３Ｃがこれら各突出部２３ｄ、
Ｚ３ｅ間に装架される。平行たわみ梁２３ａ、２３ｂは
、張出し部２１ ａを構成する剛体のブロックに２軸方
向の貫通孔２３ｆをあけることにより形成される。この
場合、この貫通孔２３ｆは突出部２３ｄ、Ｚ３ｅを形成
する丸め、はぼＳ字状に形成される。圧電アクチュエー
タＺａＣは貫通孔Ｚ３ｆ内に収納された状態で装架され
ることになる。なお、張出し部２１ ｂの平行たわみ梁
変位機構２３ Ｆ ｘにおける各部分の符号の添付は省
略する。以下、対称構造のものＫついては同様に一方の
構造の符号の添付を省略する。なお又、平行たわみ９ｔ
、２３ａの根本部分にはストレンゲージが貼着されてい
るが、その図示は省略されている。以下に述べる各平行
たわみ采変位機構および放射たわみ梁変位機構における
たわみ梁に貼付されたストレンゲージについても同じく
図示が省略されている。The piezoelectric actuator Z3C is of a laminated type in which a plurality of piezoelectric elements are laminated. Each piezoelectric actuator described later has a similar structure. 23d is a protrusion that protrudes from the center side, Z3e is a protrusion that protrudes from the outside, and EE'
! l, the actuator 23C is connected to each of these protrusions 23d,
It is mounted between Z3e. The parallel bending beams 23a and 23b are formed by forming biaxial through holes 23f in a rigid block constituting the overhang 21a. In this case, the through hole 23f is formed into a rounded S-shape forming the protruding portions 23d and Z3e. The piezoelectric actuator ZaC is mounted in a state housed in the through hole Z3f. Note that the reference numerals for each part of the parallel deflection beam displacement mechanism 23Fx of the overhanging portion 21b are omitted. Hereinafter, for K having a symmetrical structure, the reference numeral of one of the structures will be omitted. Furthermore, the parallel deflection is 9t.
, 23a is attached to the base thereof, but its illustration is omitted. Strain gauges attached to the flexible beams in each of the parallel flexible clamp displacement mechanisms and radial flexible beam displacement mechanisms described below are also omitted from illustration.
２４ Ｆ ｚは張出し部２１ａ、２１ｂに対称に構成さ
れ九平行たわみ采変位機構であり、上下においてｙ軸方
向に延びる互いに平行な平板状の平行たわみ梁２４ａ、
２４ｂ、およびこれら平行たわみ梁２４ａ、２４ｂに曲
げ変形を生じさせる圧電アクチュエータ２４Ｃで構成さ
れている。平行たわみ梁２４ａ、２４ｂは２軸方向の力
に対しては容易に変形するが、他の方向の力および各軸
まわりのモーメントに対しては大きな剛性を有する。平
行たわみ梁２４ａ、２４ｂを形成する貫通孔や圧電アク
チュエータ２４ｃを装架する突出部の構造は平行たわみ
梁変位機構Ｚ３ＦＸにおける構造と同じである。24 F z is a nine-parallel deflection mechanism that is symmetrically constructed on the overhanging portions 21a and 21b, and includes flat parallel deflection beams 24a that are parallel to each other and extend in the y-axis direction at the top and bottom;
24b, and a piezoelectric actuator 24C that causes bending deformation in these parallel bending beams 24a and 24b. The parallel flexible beams 24a, 24b are easily deformed by forces in two axes, but have great rigidity against forces in other directions and moments about each axis. The structures of the through holes forming the parallel flexible beams 24a and 24b and the protrusion on which the piezoelectric actuator 24c is mounted are the same as the structure of the parallel flexible beam displacement mechanism Z3FX.
２５Ｆ’ｙは張出し部２２ａ、２２ｂに対称に構成され
た平行たわみ梁変位機構であり、側部においてＸ軸方向
に延びる互いに平行な平板状の平行たわみ梁２５ａ、２
５ｂ、およびこれら平行たわみ梁２５ａ、２５ｂに曲げ
変形を生じさせる圧電アクチュエータ２５Ｃで構成され
ている。平行たわみ＠２５ａ 、 ２５ ｂはｙ軸方向
の力に対しては容易に変形するが、他の方向の力および
各軸まわりのそ一メントに対しては大きな剛性を有する
。貫通孔や突出部の構造は平行たわみ梁変位機＄ Ｚ（
Ｆ ｘにおける構造と同じである。25F'y is a parallel flexible beam displacement mechanism configured symmetrically on the overhanging parts 22a, 22b, and parallel flexible beams 25a, 2 are parallel to each other in the form of flat plates extending in the X-axis direction at the side portions.
5b, and a piezoelectric actuator 25C that causes bending deformation in these parallel bending beams 25a and 25b. The parallel deflections @25a, 25b are easily deformed against forces in the y-axis direction, but have great stiffness against forces in other directions and alignment around each axis. The structure of the through holes and protrusions is made using a parallel flexible beam displacement machine $Z (
The structure is the same as in F x.
２７ａ、２７ｂは図示されていない剛体構造に対する固
定部、２８ａ％２８ｂは後述する他の変位構造に対する
連結°部である。西は各張出し部２１ａ、２１ｂ。Reference numerals 27a and 27b are fixed parts for a rigid structure (not shown), and 28a and 28b are connection parts for other displacement structures, which will be described later. On the west are respective overhangs 21a and 21b.
２２ａ、２２ｂ、各平行たわみ梁変位機構Ｚ３ Ｆ ｘ
、 ２４ Ｆ ｇ。22a, 22b, each parallel flexible beam displacement mechanism Z3 F x
, 24 F g.
２５Ｆ、で構成される纂１の変位構造を示す。固定部２
７ａ％２７ｂおよび連結部２８ａ、２８ｂをも含め、第
１の変位構造四は１つの剛体ブロックを十文字状に形成
し、これに所定の貫通孔を加工成形し、圧電アクチュエ
ータを装架することにより製造される。25F. Fixed part 2
The first displacement structure 4, including 7a% 27b and the connecting parts 28a and 28b, is formed by forming one rigid block in a cross shape, forming a predetermined through hole therein, and mounting a piezoelectric actuator thereon. Manufactured.
次に、この第１の変位構造四と連結される第２の変位構
造３１の構成について説明する。この第２の変位構造３
１についても第１の変位構造四において定めた座標軸と
同一のＸ軸、ｙ軸および２軸を想定する。図で、３２は
位置決め対象となるワークを載置する微動テーブルであ
る。３３ Ｍ ｘ 、 ３４ Ｍ ｙ ＊３８Ｍ ｚは
それぞれ放射たわみ梁変位機構、あ、％は剛体部、３７
ａ、３７ ｂは剛体部あからＸ軸方向に張出した張出
し部、３９ ａ、３９ ｂは＠１の変位構造四との連結
を行なう連結部である。Next, the configuration of the second displacement structure 31 connected to the first displacement structure 4 will be explained. This second displacement structure 3
1 also assumes the same X-axis, y-axis, and two axes as the coordinate axes determined in the first displacement structure 4. In the figure, 32 is a fine movement table on which a workpiece to be positioned is placed. 33 M x , 34 M y *38 M z are each radial deflection beam displacement mechanism, % is rigid body part, 37
37 a and 37 b are overhanging portions extending from the rigid body portion in the X-axis direction, and 39 a and 39 b are connecting portions for connecting with the displacement structure 4 of @1.
放射たわみ梁変位愼構３３ Ｍ ｘは、剛体部あと微動
テーブル諺との間において放射状に延びる平板状の放射
たわみ梁３３ａ、３３ｂ、およびこれら放射たわみ梁３
３ａ、 ３３ｂに曲げ変形を生じさせる圧電アクチュエ
ータ３３Ｃで構成されている。放射たわみ梁３３ａ、３
３ｂはＸ軸に対して角度βをもって互いに放射状に延び
ており、Ｘ軸まわりのモーメントに対しては容易に変形
するが他の軸まわりのモーメントおよび各軸方向の力に
対しては大きな剛性を有する。放射たわみ梁３３ａ、３
３ｂを形成するための貫通孔、および圧電アクチュエー
タ３３Ｇを装架する突出部の構造は平行たわみ梁変位機
構２３ Ｆ ｘにおける構造に準じる。The radial flexure beam displacement structure 33 Mx is a flat radial flexure beam 33a, 33b extending radially between the rigid body part and the fine movement table, and these radial flexure beams 3.
It is composed of a piezoelectric actuator 33C that causes bending deformation in the actuators 3a and 33b. Radiation deflection beam 33a, 3
3b extend radially to each other at an angle β with respect to the X axis, and although they are easily deformed against moments about the X axis, they have great rigidity against moments about other axes and forces in each axial direction. have Radiation deflection beam 33a, 3
The structure of the through hole for forming the piezoelectric actuator 3b and the protrusion on which the piezoelectric actuator 33G is mounted is similar to the structure of the parallel deflection beam displacement mechanism 23Fx.
放射たわみ梁変位機栴３４ Ｍ ｙは４剛体部あ、あ間
において放射状に延びる平板状の放射たわみ梁３４ａ、
３４ｂ、およびこれら放射たわみ梁３４ａ、３４ｂに曲
げ変形を生じさせる圧電アクチュエータ３４Ｃで構成さ
れている。放射たわみ梁３４ａ 、 ３４ ｂはｙ軸に
対して角度ｒをもって互いに放射状に延びており、ｙ軸
まわりのモーメントに対しては容易に変形するが他の軸
まわりのモーメントおよび各軸方向の力に対しては大き
な剛性を有する。放射たわみ梁３４ａ、３４ｂを形成す
るための貫通孔、および圧電アクチュエータ３４ｃを装
架する突出部の構造は平行たわみ梁変位機構Ｚ３Ｆｘに
おける構造に準じる。Radial deflection beam displacement machine 34 My is a flat plate-shaped radial deflection beam 34a extending radially between the four rigid body parts A and A;
34b, and a piezoelectric actuator 34C that causes bending deformation in these radial deflection beams 34a and 34b. The radial deflection beams 34a, 34b extend radially from each other at an angle r with respect to the y-axis, and are easily deformed in response to a moment about the y-axis, but are easily deformed in response to a moment about other axes and a force in each axial direction. It has great rigidity. The structures of the through holes for forming the radial deflection beams 34a and 34b and the protrusion on which the piezoelectric actuator 34c is mounted are similar to the structure of the parallel deflection beam displacement mechanism Z3Fx.
放射たわみ梁変位機構３８ Ｍ ｚは各張出し部３７
ａ、３７ ｂに２軸に対称に構成されている。この放射
たわみ梁変位機構３８ Ｍ ｚは、側部において、ｚ軸
に対し所定角度で放射状に延びる平板状の放射たわみ梁
３８ａ、３８ｂ、およびこれら放射たわみ梁３８ａ。The radial deflection beam displacement mechanism 38 Mz is for each overhang portion 37
It is constructed symmetrically about two axes, a and 37 b. This radial flexure beam displacement mechanism 38 M z includes flat radial flexure beams 38 a and 38 b that extend radially at a predetermined angle with respect to the z-axis at the side portions, and these radial flexure beams 38 a.
３Ｂｂに曲げ変形を生じさせる圧電アクチュエータ３８
Ｃで構成されている。放射たわみ梁３８ａ、３８ｂは２
軸まわりの七−メントに対しては容易に変形するが、他
の軸まわりのモーメントおよび各軸方向の力に対しては
大きな剛性を有する。貫通孔や突出部の構造は平行たわ
み梁変位機構２３ ＦＸにおける構造に準じる。Piezoelectric actuator 38 that causes bending deformation in 3Bb
It is composed of C. The radial deflection beams 38a and 38b are 2
Although it easily deforms with respect to a 7-ment around an axis, it has great rigidity against moments around other axes and forces in each axial direction. The structures of the through holes and protrusions are similar to the structure of the parallel deflection beam displacement mechanism 23FX.
このように、第２の変位構造３１は、微動テーブル３２
）放射たわみ梁変位機Ｊ＄３３ Ｍｘ、 ３４Ｍｘ 、
３８ Ｍｚ。In this way, the second displacement structure 31
) Radial deflection beam displacement machine J$33 Mx, 34Mx,
38 Mz.
および剛体部あ、あで構成されており、連結部３９ａ、
３９ｂを含め、１つの剛体ブロックを加工成形し、圧電
アクチュエータ３３Ｃ，３４Ｃ，３８Ｃを装架すること
により製造される。連結部３９ ａ、３９ ｂをそれぞ
れ第１の変位構造四の連結部２８ａ、２８ｂと結合する
ことにより微細位置決め装置が構成される。It is composed of rigid body parts A and A, and a connecting part 39a,
39b is manufactured by processing and molding one rigid block and mounting piezoelectric actuators 33C, 34C, and 38C thereon. A fine positioning device is constructed by coupling the coupling parts 39a, 39b with the coupling parts 28a, 28b of the first displacement structure 4, respectively.
ここで、本実施例の動作を説明する。今、平行たわみ梁
変位機構２３Ｆ ｘのみをとり出した構造の平面図を第
２図（ａ）、（ｂ）に示す。各図で、第１僧に示す部分
と同一部分には同一符号が付しである。Ｓは平行たわみ
采の根本の部分に貼着されたストレンゲージを示す。第
２図（ａ）は圧電アクチュエータ２３Ｃに所定の電圧が
印加されていない状態を示す。この状態から圧電アクチ
ュエータ２３Ｃに所定の電圧が印加されると、圧電アク
チュエータ２３ＣはＸ軸方向に伸長して力ｆを発生する
。この力は突出部２３ｅが固定部２７ａ、Ｚ７ｂを介し
て図示しない剛体構造に固定されているところから、突
出部２３ｄを押し上げるように作用する。即ち、張出部
２１ａ、２１ｂの中心を通るＸ軸方向の軸ｋに沿って力
ｆが上向きに作用した状態と同様の状態になる。この方
ｆの作用により、平行たわみ梁るａ、ｚ３ｂには第２図
（ｂ）に示すような曲げ変形が生じる。この曲げ変形に
より、張出し部２１ ａ、２１ ｂの中央部分は第２図
（ａ）に示す位置から微小距離εだけ変位する。この変
位量Ｃは平行たゎみ梁２３ａ、Ｚ３ｂの剛性や圧電アク
チュエータの特性により定まり、圧電アクチュエータの
印加電圧に比例する。Here, the operation of this embodiment will be explained. Now, FIGS. 2(a) and 2(b) show plan views of the structure in which only the parallel deflection beam displacement mechanism 23Fx is taken out. In each figure, the same parts as those shown in the first monk are given the same reference numerals. S indicates a strain gauge attached to the base of the parallel flexible collar. FIG. 2(a) shows a state in which a predetermined voltage is not applied to the piezoelectric actuator 23C. When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 23C from this state, the piezoelectric actuator 23C expands in the X-axis direction and generates a force f. This force acts to push up the protrusion 23d since the protrusion 23e is fixed to a rigid structure (not shown) via the fixing parts 27a and Z7b. That is, the state is similar to the state in which the force f is applied upward along the axis k in the X-axis direction passing through the centers of the projecting portions 21a and 21b. Due to the action of this direction f, the parallel bending beams a and z3b undergo bending deformation as shown in FIG. 2(b). Due to this bending deformation, the central portions of the projecting portions 21a and 21b are displaced by a minute distance ε from the position shown in FIG. 2(a). This displacement amount C is determined by the rigidity of the parallel sagging beams 23a and Z3b and the characteristics of the piezoelectric actuator, and is proportional to the voltage applied to the piezoelectric actuator.
さて、第１図に示す装置においてこのような平行たわみ
梁変位機構２３ＦｘのＥＥ′ＩＩＬアクチュエータ２３
Ｃに所定の電圧が印加されると、上述のようにＸ軸方向
の力が発生する。しかしながら、このＸ軸方向の力は他
の平行たわみ梁変位機構２４Ｆｇ。Now, in the apparatus shown in FIG. 1, the EE'IIL actuator 23 of such a parallel deflection beam displacement mechanism 23Fx
When a predetermined voltage is applied to C, a force in the X-axis direction is generated as described above. However, this force in the X-axis direction is caused by another parallel deflection beam displacement mechanism 24Fg.
２５Ｆｙの平行たわみ梁、および各放射たわみ梁変位機
構３３Ｍｘ、 ３４Ｍｙ、 ３８Ｍ翼の放射たわみ梁を
変形することは々い。したがって、圧電アクチュエータ
２３Ｃに所定のＩＩｃ圧が印加され、張出し部２１ａ。It is often necessary to deform the parallel flexure beams of the 25Fy and the radial flexure beams of the radial flexure beam displacement mechanisms 33Mx, 34My, and 38M wings. Therefore, a predetermined IIc pressure is applied to the piezoelectric actuator 23C, and the overhang portion 21a.
２１ ｂの中央部分が微小距離εだけ変位すると、微動
テーブル３２も、張出し１部２２ａ、２２ｂ、連結部あ
ａ、２８ｂ、３９ａ、３９ｂ、放射たわみ梁変位機構３
８ｊｖｈ 、剛体部あ、放射たわみ梁変位＠構３４Ｍｙ
。When the central portion of 21 b is displaced by a minute distance ε, the fine movement table 32 also moves along the overhang 1 parts 22 a, 22 b, the connecting parts a, 28 b, 39 a, 39 b, and the radial deflection beam displacement mechanism 3.
8jvh, rigid body part A, radial deflection beam displacement @ structure 34My
.
剛体部あ、放射たわみ梁変位機構３３ Ｍ ｘを介して
Ｘ軸方向に同量変位する。次いで、圧電アクチュエータ
２３Ｃの上記所定の電圧を除去すると、力ｆは消滅し、
平行たわみ梁Ｚ３ａ、Ｚ３ｂの変形は除かれて第２図（
ａ）に示す状態に戻る。したがって、微動テーブル３２
も原位置に復帰する。The rigid body part A is displaced by the same amount in the X-axis direction via the radial deflection beam displacement mechanism 33Mx. Next, when the predetermined voltage of the piezoelectric actuator 23C is removed, the force f disappears,
The deformations of the parallel deflection beams Z3a and Z3b are excluded and are shown in Figure 2 (
Return to the state shown in a). Therefore, the fine movement table 32
also returns to its original position.
全く同様に、平行たわみ梁変位機＠ｕＦｚの圧電アクチ
ュエータ２４Ｃに所定の電圧を印加すると、微動テーブ
ル３２は２軸方向に変位し、又、平行たわみ４２５Ｆ、
の圧電アクチュエータ２５ｃに所定の電圧を印加すると
、微動テーブル３２はｙ軸方向に変位する。このような
変位動作中、谷圧電アクチュエータは変位部分と共に変
位するので、変位に対して何等の干渉をも生じない。In exactly the same way, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 24C of the parallel deflection beam displacement machine @uFz, the fine movement table 32 is displaced in two axial directions, and the parallel deflection 425F,
When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 25c, the fine movement table 32 is displaced in the y-axis direction. During such a displacement operation, the valley piezoelectric actuator is displaced together with the displaced part, so that it does not cause any interference with the displacement.
次に、放射たわみ梁変位機＠ ３８ Ｍ ｚのみをとり
出した構造の平面図を第３図（ａ）、（ｂ）に示す。Next, FIGS. 3(a) and 3(b) show plan views of the structure in which only the radial deflection beam displacement machine @38 Mz is taken out.
各図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号が付
しである。３は放射たわみ梁の根本の部分に貼着された
ストレンゲージを示す。第３図（ａ）は圧電アクチュエ
ータ３８Ｃに所定の電圧が印加されていない状態を示す
。この状態から圧電アクチュエータ３８Ｃに所定の電圧
が印加されると、一方の圧電アクチュエータ３８Ｃはｚ
軸を中心とする円の接線方向上向きに、又、他方の圧電
アクチュエータ３８Ｃは同円の接線方向下向きに力を発
生する。In each figure, the same parts as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. 3 shows a strain gauge attached to the base of the radial deflection beam. FIG. 3(a) shows a state in which a predetermined voltage is not applied to the piezoelectric actuator 38C. When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 38C from this state, one piezoelectric actuator 38C moves to z
The force is generated upward in the tangential direction of a circle centered on the axis, and the other piezoelectric actuator 38C generates a force downward in the tangential direction of the same circle.
この九め、剛体部あには、２軸まわりにモーメントが作
用し、放射たわみ梁３８ａ％３８ｂには第３図（ｂ）に
示すような曲げ変形が生じる。この曲げ変形により、剛
体部あは微小角度δだけ回転変位する。この変位量δは
放射たわみ梁３８ａ、３８ｂの剛性や圧電アクチュエー
タ３８Ｃの特性により定まり、圧電アクチュエータ３８
Ｃの印加電圧に比例する。Moments act on this ninth rigid body part around two axes, and bending deformation occurs in the radial deflection beams 38a and 38b as shown in FIG. 3(b). Due to this bending deformation, the rigid body portion A is rotationally displaced by a minute angle δ. This displacement amount δ is determined by the rigidity of the radial deflection beams 38a and 38b and the characteristics of the piezoelectric actuator 38C.
It is proportional to the applied voltage of C.
このような放射たわみ梁変位機構３８Ｍ ｘを備えた第
１図に示す装置において、圧電素子３８ｃにより生じる
２軸まわりのモーメントは、他の平行たわみ梁菱位機構
ｚｓ ｌｉ’ ｘ 、スＦｔ、 ２５１’、の平行たわ
み梁、および放射たわみ梁変位機構３３Ｍｘ 、 ３４
Ｍγの放射たわみ梁を変形することはない。したがって
、圧電アクチュエータ３８Ｃに所定の′電圧が印加さ蜆
剛体部あが微小角度δだけ回動変位すると、放射たわみ
梁変位機構３４ Ｍ ｙ 、剛体部あ、放射たわみ梁変
位機構３３ Ｍ ｘを介して微動テーブル３２も２軸ま
わりに同方向に同量変位する。圧電アクチュエータ３８
Ｃに印加した上記所定電圧を除去すると、放射たわみ梁
変位機構３８ Ｍ ｇ、微動テーブル３２は原状態に復
帰する。In the device shown in FIG. 1 equipped with such a radial deflection beam displacement mechanism 38M x , the moments about the two axes generated by the piezoelectric element 38c are the same as those of the other parallel deflection beam displacement mechanisms zs li'', parallel deflection beam, and radial deflection beam displacement mechanism 33Mx, 34
The radial deflection beam of Mγ is not deformed. Therefore, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 38C and the rigid body part A is rotated by a minute angle δ, the radial flexure beam displacement mechanism 34 M y , the rigid body part A, and the radial flexure beam displacement mechanism 33 M x The fine movement table 32 is also displaced by the same amount in the same direction around the two axes. Piezoelectric actuator 38
When the predetermined voltage applied to C is removed, the radial deflection beam displacement mechanism 38 Mg and the fine movement table 32 return to their original states.
同じく、放射たわみ梁変位機構３３ Ｍ ｘの圧電アク
チュエータ３３ｃに所定の電圧を印加すると、微動テー
ブル諺はＸ軸まわりに回転変位し、又、放射たわみ梁変
位機構３４ Ｍ ｙの圧電アクチュエータ３４Ｃに所定
の電圧を印加すると、微動テーブル３２はｙ軸まわりに
回転変位する。これらの回転変位動作は他の放射たわみ
梁変位機構および平行たわみ梁変位４！！構とは独立し
て行なわれ、他の構造による何等の干渉をも生じること
はない。なお、放射たわみ梁変位機構３３Ｍｘ、 ３４
Ｍｙの構造は、放射たわみ梁変位機構３３ Ｍ ｘが２
つの単体構造を対称に配置したものであるのに対して、
単体構造となっているが、その回転変位動作は、放射た
わみ変位機構３８Ｍ ｚの説明から充分に理解し得るも
のと考えるのでその説明は省略する。Similarly, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 33c of the radial deflection beam displacement mechanism 33M x, the fine movement table is rotationally displaced around the When a voltage of 1 is applied, the fine movement table 32 is rotationally displaced around the y-axis. These rotational displacement movements are similar to other radial flexure beam displacement mechanisms and parallel flexure beam displacement 4! ! It is performed independently of the structure and does not cause any interference from other structures. In addition, radial deflection beam displacement mechanism 33Mx, 34
The structure of My is a radial deflection beam displacement mechanism 33 M x is 2
While it is a symmetrical arrangement of two single structures,
Although it has a single structure, its rotational displacement operation can be fully understood from the explanation of the radial deflection displacement mechanism 38Mz, so the explanation thereof will be omitted.
次に、第２図（ａ）、（ｂ）および第３図（ａ）、（ｂ
）に示すストレンゲージＳについて説明する。Next, FIGS. 2(a), (b) and 3(a), (b)
The strain gauge S shown in ) will be explained.
ストレンゲージはそのひずみ量に応じて自身゛の抵抗値
を変化する。したがって、ストレンゲージＳを所定のた
わみ梁の根本の部分に貼着しておけば、そのたわみ梁の
変形により、その変形に応じてストレンゲージｓｌｃひ
ずみを生じ抵抗値が変化する。A strain gauge changes its own resistance value depending on the amount of strain. Therefore, if the strain gauge S is attached to the base of a predetermined flexible beam, the deformation of the flexible beam causes strain in the strain gauge slc and changes in resistance value.
そこで、各ストレンゲージＳの抵抗値の変化を適宜の手
段（例えばブリッジ回路）により電気信号としてとり出
すようにしておけば、たわみ梁の変形の量、ひいてはそ
の平行たわみ梁変位機栴又は放射たわみ梁変位機栴によ
る変位量を検出することができる。このようなストレン
ゲージＳを用いた検出手段を第１図に示す装置に適用す
れば、微動テーブル３２の変位を検出することができ、
その検出値に基づくフィードバック制御を実施すること
により、高精度の変位を行なうことができる。Therefore, if the change in the resistance value of each strain gauge S is extracted as an electrical signal by an appropriate means (for example, a bridge circuit), the amount of deformation of the flexible beam, and by extension the parallel deflection beam displacement machine or radial deflection. The amount of displacement caused by the beam displacement machine can be detected. If a detection means using such a strain gauge S is applied to the device shown in FIG. 1, the displacement of the fine movement table 32 can be detected,
By implementing feedback control based on the detected value, highly accurate displacement can be performed.
以上、第１図に示す本実施例について説明した。The present embodiment shown in FIG. 1 has been described above.
そして、本実施例はこのような構成により、従来装置又
はこれらから構成される装置のように変位が３軸以内に
限定されることはなく、任意の変位を行なうことができ
、又、各変位構造は１つの剛体ブロックを加工成形して
構成されるので製造が容易であり、全体として小型に構
成することができる。さらに１ストレンゲージを用いる
ことにより、変位の精度を向上せしめることもできる。With this configuration, the present embodiment is not limited to displacement within three axes unlike conventional devices or devices constructed from these, but can perform arbitrary displacement, and each displacement Since the structure is constructed by processing and molding one rigid block, it is easy to manufacture and can be constructed in a small size as a whole. Furthermore, by using one strain gauge, the accuracy of displacement can be improved.
しかし、本実施例の効果はこれに留まるものではなく、
さらに他の効果をも有する。However, the effects of this embodiment are not limited to this.
It also has other effects.
即ち、微動テーブル上にある一つの点を想定し、この点
についての変位を考えると、各軸方向の変位については
何等問題を生じない。しかしながら、各軸まわりの回転
変位においては、その回転変位の回転中心の位置に大き
く影智な受け、仮に各軸まわりの回転の中心がそれぞれ
異なった位置にあったり、又、それらの中心と微動テー
ブル上の前記点との間に間隔が存在すると、正確な回転
変位を得るには複雑な演算制御を余儀なくされることは
明らか°である。このような欠点を避けるには、微細位
置決め装置の回転変位の中心と、変位対象物体の回転中
心とを一致させる必要がある。そして、変位対象物体は
相応の厚みを有することから、その回転中心は微動テー
ブル表面から上方に離れた位置にあるのが通常である。That is, assuming one point on the fine movement table and considering the displacement at this point, no problem will arise regarding displacement in each axial direction. However, in rotational displacement around each axis, the position of the rotation center of the rotational displacement has a large influence, and if the rotational center around each axis is at a different position, or there is slight movement between those centers. It is obvious that if there is a gap between the points on the table, complex arithmetic control is required to obtain accurate rotational displacement. In order to avoid such drawbacks, it is necessary to align the center of rotational displacement of the fine positioning device with the center of rotation of the object to be displaced. Since the object to be displaced has a corresponding thickness, its center of rotation is usually located upwardly away from the surface of the fine movement table.
本実施例では、微動テーブルに接近して２つの放射たわ
み未変位機構を設け、それぞれの放射たわみ梁の放射方
向を微動テーブルの表面に向けるようにしたので、それ
ら放射たわみ梁の放射角度を選定することにより、回転
変位の一転中心を微動テーブルの表面近辺の変位対象物
体の回転中心の点（３軸が直交する点Ｐ）に設定するこ
とができろ。In this example, two radial deflection undisplaced mechanisms were provided close to the fine movement table, and the radial direction of each radial deflection beam was directed toward the surface of the fine movement table, so the radiation angle of these radial deflection beams was selected. By doing so, the center of rotation of the rotational displacement can be set at the rotation center point of the object to be displaced near the surface of the fine movement table (point P where the three axes intersect perpendicularly).
さらに本実施例は次のような効果をも有する。Furthermore, this embodiment also has the following effects.
即ち、仮に、放射たわみ未変位機構と微動テーブルとの
間に平行たわみ未変位機構が存在していると、これら放
射たわみ未変位機構と平行たわみ未変位機構とが同時に
駆動された場合、微動テーブル上の変位対象物体の回転
中心は、当該放射たわみ未変位機構の回転軸から当該平
行たわみ未変位機構における変位量だけずれることにな
る。ところが、本実施例では、平行たわみ未変位機構と
放射たわみ未変位機構とが分離してまとめられ、かつ、
まとめられ九放射たわみ未変位機構を微動テーブルと連
結してその間に平行たわみ未変位機構が介在しないよう
Ｋしたので、変位対象物体の回転中心と各放射たわみ未
変位機構の回転中心とは、−放射たわみ未変位機構と平
行たわみ未変位機構とを同時に駆動した場合においても
ずれることはなく、その場合の補償手段を不要とするこ
とができ、正確な回転変位を得ることができ−る。In other words, if there is a parallel deflection not displaced mechanism between the radial deflection not displaced mechanism and the fine movement table, and the radial deflection not displaced mechanism and the parallel deflection not displaced mechanism are driven at the same time, the fine movement table The center of rotation of the above object to be displaced is shifted from the rotation axis of the radial deflection undisplaced mechanism by the amount of displacement in the parallel deflection undisplaced mechanism. However, in this embodiment, the parallel deflection undisplaced mechanism and the radial deflection undisplaced mechanism are separated and combined, and
Since the nine radial deflection undisplaced mechanisms are connected to the fine movement table so that no parallel deflection undisplaced mechanism is interposed between them, the rotation center of the object to be displaced and the rotation center of each radial deflection undisplaced mechanism are - Even when the radial deflection undisplaced mechanism and the parallel deflection undisplaced mechanism are driven at the same time, there is no deviation, and in that case, a compensation means can be made unnecessary, and accurate rotational displacement can be obtained.
なお、上記本実施例の説明において、第１の変位構造と
第２の変位構造とは別体に構成し、連結部により両者を
連結する例について説明したが、これに限ることはなく
、両者を１つの剛体ブロックから加工成形して構成する
こともできる。又、ストレンゲージは必ずしも設ける必
要はない。In the above description of the present embodiment, an example was described in which the first displacement structure and the second displacement structure are configured separately and the two are connected by a connecting part, but the present invention is not limited to this. It can also be constructed by processing and molding from one rigid block. Further, it is not necessary to provide a strain gauge.
以上述べたように、本発明では、一方の変位機構に３つ
の平行たわみ未変位機構を設け、他方の変位機構に３つ
の放射たわみ未変位機構と微動テーブルを設けたので、
何等の干渉なくＸ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の変位およびＸ軸
、ｙ軸、２軸まわりの回転変位を得ることができ、又、
その製造も容易である。さらに１回転変位の回転中心の
位置を自由に選定することができるとともに、平行たわ
み未変位機構と放射たわみ未変位機構とを同時に駆動し
た場合における変位対象物体の０回転中心と放射たわみ
未変位機構の回転中心とのずれを防止することもできる
。As described above, in the present invention, one displacement mechanism is provided with three parallel deflection non-displacement mechanisms, and the other displacement mechanism is provided with three radial deflection non-displacement mechanisms and a fine movement table.
It is possible to obtain displacement in the X-axis, y-axis, and z-axis directions and rotational displacement around the X-axis, y-axis, and two axes without any interference, and
Its manufacture is also easy. Furthermore, the position of the rotation center of one rotation displacement can be freely selected, and the zero rotation center of the object to be displaced and the radial deflection undisplaced mechanism when the parallel deflection undisplaced mechanism and the radial deflection undisplaced mechanism are driven simultaneously. It is also possible to prevent deviation from the center of rotation.
第１図は本発明の実施例に係る微細位置決め装および第
６図はそれぞれ従来の微細位置決め装置の側面図および
斜視図、第、７図は第６図に示すバイモルフ形圧電素子
の斜視図である。
２１ａ、２１ｂ％２２ａ、２２ｂ−曲−張出し部、２３
ｋ’ｘ 、 ２４Ｆｇ。
２５Ｆｙ・・・・・・平行たわみ未変位機構、２６ Ｍ
ｇ 、 ３３ Ｍ ｘ 。
３４Ｍｙ・・・・・・放射たわみ未変位機構、四・・曲
第１の変位構造、３１・・・・・・第２の変位構造、３
２・・・・・・微動テーブル、ア、ア・・開割体部。
第２図
（ｂ）
第３図1 shows a fine positioning device according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 shows a side view and a perspective view of a conventional fine positioning device, respectively, and FIGS. 7 and 7 are perspective views of the bimorph type piezoelectric element shown in FIG. be. 21a, 21b% 22a, 22b-curve-overhanging portion, 23
k'x, 24Fg. 25Fy...Parallel deflection undisplaced mechanism, 26 M
g, 33 M x. 34My...Radial deflection undisplaced mechanism, 4...Track first displacement structure, 31...Second displacement structure, 3
2...Fine movement table, a, a... split body part. Figure 2 (b) Figure 3
Claims (1)
に垂直に突出する２組の張出し部と、これらの一方の組
の張出し部に対称に設けられ前記第１の軸方向の変位を
発生させる第１の平行たわみ梁変位機構と、前記一方の
組の張出し部に対称に設けられ他方の組の張出し部に沿
う方向の変位を発生させる第２の平行たわみ梁変位機構
と、前記他方の組の張出し部に対称に設けられ前記一方
の組の張出し部に沿う方向の変位を発生させる第３の平
行たわみ梁変位機構とを備えた第１の変位構造、および
、微動テープと、前記一方の組の張出し部に沿いかつ前
記第１の軸上の所定点で交叉する第２の軸まわりに回転
変位を発生させる第１の放射たわみ梁変位機構と、前記
第１の軸と前記第２の軸とに直交する第３の軸まわりに
回転変位を発生させる第２の放射たわみ梁変位機構と、
前記第１の軸まわりに回転変位を発生させる第３の放射
たわみ梁変位機構とを備えた第２の変位構造で構成され
てい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、前記各平行
たわみ梁変位機構は、それぞれの変位発生方向の力によ
り曲げ変形を生じる互いに平行な複数のたわみ梁と、こ
れらたわみ梁に前記力を作用させるアクチュエータとに
より構成され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（１）項において、前記各放射
たわみ梁変位機構は、それぞれの回転変位発生軸まわり
のモーメントにより曲げ変形を生じ、前記第１の軸上の
定められた点に関して互いに放射状に延びる複数のたわ
み梁と、これらたわみ梁に前記モーメントを作用させる
アクチュエータとにより構成されていることを特徴とす
る微細位置決め装置 （４）特許請求の範囲第（２）項又は第（３）項におい
て、前記アクチュエータは圧電アクチュエータであるこ
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、前記所定点
は、前記第２の放射たわみ梁変位機構の各たわみ梁のう
ちの外側の２つのたわみ梁の角度により決定されること
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、前記第１の変位構造および前記第２
の変位構造は、それぞれ１つの剛体ブロックから加工成
形され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、前記第１の
変位構造および前記第２の変位構造は、それぞれ互いを
連結する連結手段を備えていることを特徴とする微細位
置決め装置[Scope of Claims] (1) Two sets of projecting parts centered on a first axis and protruding perpendicularly to the first axis and perpendicularly to each other, and two sets of projecting parts provided symmetrically on one set of projecting parts a first parallel flexible beam displacement mechanism that generates displacement in the first axial direction; and a second parallel beam displacement mechanism that is symmetrically provided to the one set of overhangs and that generates displacement in a direction along the other set of overhangs. A first displacement mechanism comprising a parallel flexible beam displacement mechanism, and a third parallel flexible beam displacement mechanism that is provided symmetrically to the overhang of the other set and generates displacement in a direction along the overhang of the one set. a first radial flexure beam displacement mechanism for generating a rotational displacement along a second set of overhangs and intersecting at a predetermined point on the first axis; , a second radial deflection beam displacement mechanism that generates rotational displacement around a third axis perpendicular to the first axis and the second axis;
A fine positioning device (2) characterized in that it is constituted by a second displacement structure including a third radial deflection beam displacement mechanism that generates rotational displacement around the first axis. In item (1), each of the parallel flexible beam displacement mechanisms is composed of a plurality of parallel flexible beams that undergo bending deformation due to forces in respective displacement generating directions, and an actuator that applies the force to these flexible beams. (3) In claim (1), each of the radial deflection beam displacement mechanisms causes bending deformation due to a moment about the rotational displacement generating axis of each of the radial deflection beam displacement mechanisms. A fine positioning device (4) characterized in that it is constituted by a plurality of flexible beams that extend radially from each other with respect to a predetermined point on one axis, and an actuator that applies the moment to these flexible beams. A fine positioning device (5) in claim (2) or (3), characterized in that the actuator is a piezoelectric actuator. (6) A fine positioning device characterized by being determined by the angle of the outer two flexible beams of each of the two radial deflection beam displacement mechanisms. 1 displacement structure and the second
A fine positioning device (7) characterized in that each of the displacement structures is fabricated from one rigid block (7) In claim (1), the first displacement structure and the second displacement structure is a fine positioning device characterized in that each device is provided with connecting means for connecting each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5608986A JPS62214413A (en) | 1986-03-15 | 1986-03-15 | Fine positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5608986A JPS62214413A (en) | 1986-03-15 | 1986-03-15 | Fine positioning device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62214413A true JPS62214413A (en) | 1987-09-21 |
Family
ID=13017367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5608986A Pending JPS62214413A (en) | 1986-03-15 | 1986-03-15 | Fine positioning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62214413A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5089740A (en) * | 1989-04-12 | 1992-02-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement generating apparatus |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3786332A (en) * | 1969-03-19 | 1974-01-15 | Thomson Houston Comp Francaise | Micro positioning apparatus |
| JPS5994103A (en) * | 1982-11-19 | 1984-05-30 | Nec Corp | Controller of electromechanical transducer |
| JPS5996880A (en) * | 1982-11-19 | 1984-06-04 | Nec Corp | Electromechanical transducer |
| JPS6025284A (en) * | 1983-07-22 | 1985-02-08 | Hitachi Ltd | Positioning device |
-
1986
- 1986-03-15 JP JP5608986A patent/JPS62214413A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3786332A (en) * | 1969-03-19 | 1974-01-15 | Thomson Houston Comp Francaise | Micro positioning apparatus |
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