JP2003274677A - 微小変位装置 - Google Patents

微小変位装置

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JP2003274677A
JP2003274677A JP2002069191A JP2002069191A JP2003274677A JP 2003274677 A JP2003274677 A JP 2003274677A JP 2002069191 A JP2002069191 A JP 2002069191A JP 2002069191 A JP2002069191 A JP 2002069191A JP 2003274677 A JP2003274677 A JP 2003274677A
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広之 山宮
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峯夫 水村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電アクチュエータの変位量を変位拡大機構
を介して拡大しても、得られる変位量が小さく、特にZ
方向の変位を大きくできない。 【解決手段】 固定部35とZ方向移動部36とを平行
平板の撓み梁41a、41bにて連結し、固定部35と
移動部37とを平行平板の撓み梁43a、43bにて連
結し、Z方向移動部36と移動部37との間に圧電アク
チュエータを配設する。Z方向調整スクリュー7を回転
操作して、移動部37をY方向に移動させることによ
り、圧電アクチュエータ50を介してZ方向移動部36
をZ方向に移動させ粗動調整する。圧電アクチュエータ
50に所定電圧を印加してZ方向移動部36の微動調整
を行なう。Z方向調整スクリュー7の動きを直接Z方向
移動部36に伝達することにより、Z方向移動部36の
移動範囲を大きくすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造、光
ファイバーの接続、高倍率顕微鏡等の微小範囲の位置決
めを必要とする分野において用いられる微小変位装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、位置決め装置は、ネジ機構が用
いられるが、近時、超精密加工、半導体の製造、バイオ
テクノロジー、光ファイバーの接続等の分野では、μm
オーダ、サブμmオーダ、更にはnmオーダの微小範囲
の位置決めが求められており、該微小範囲の変位装置と
しては、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータが用いられ
ている。
【0003】前記圧電アクチュエータの変位量は、一定
の微少量からなるため、該圧電アクチュエータの変位量
では、所望の変位量を得ることができず、このため、例
えば特公平6−77217号公報に示されるように、圧
電アクチュエータの変位を、変位拡大機構を介して移動
部に伝達し、所定変位量を得る微小変位装置が提案され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記微小変位装置は、
固定側剛体部及び移動側剛体部を、それぞれ薄肉の弾性
ヒンジで連結した2個の梁又は全長に亘り可撓性を有す
る平行平板(以下、これらを撓み梁という)にて連結
し、これら両剛体部及び両撓み梁で囲まれた空間内に前
記圧電アクチュエータが、その変位方向が前記撓み梁の
長手方向と交差する方向に配置され、前記圧電アクチュ
エータ(微小変位アクチュエータ)及び変位拡大機構
(変位変更手段)を構成している。
【0005】従って、従前の微小変位装置に比較して、
より大きな変位量を得ることができるようにはなってい
るが、このような構成の微小変位装置で、前記圧電アク
チュエータの変位を拡大しても、前記移動側剛体部の変
位量は、数100μm程度であり、移動範囲が狭く、実
作業の現場においては使い難いものであった。
【0006】そこで、本発明は、微小変位アクチュエー
タ及び/又は調整スクリューの配置を工夫し、もって上
述した課題を解決した微小変位装置を提供することを目
的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は
(例えば、図5、図6及び図8参照)、第1の剛体部
(35)と、第2の剛体部(36)と、これらの剛体部
を相対的に変位可能に連結する複数の連結部材(41
a、41b)と、前記第1及び第2の剛体部間に相対的
変位を発生する微小変位アクチュエータ(50)と、を
備えてなる微小変位装置において、前記第1の剛体部
(35)に移動自在に移動部(37)を連結し、該移動
部(37)と前記第1の剛体部(35)との間に調整ス
クリュー(7)を介在し、前記移動部(37)と前記第
2の剛体部(36)との間に、前記微小変位アクチュエ
ータ(50)をその駆動方向と前記相対的変位方向とが
一致しないようにバイアスして、かつ両端部にそれぞれ
回動部(50a、50b)を介して連結してなる、こと
を特徴とする微小変位装置にある。
【0008】請求項2に係る本発明は、前記調整スクリ
ュー(7)は、前記第1の剛体部(35)に、前記微小
変位アクチュエータ(50)の変位方向(例えばY方
向)と略々等しい方向に進退自在に配置され、前記移動
部(37)は、前記第1の剛体部(35)に、略々前記
調整スクリュー(7)の進退方向に移動自在に連結さ
れ、かつ該移動部(37)の一側面に前記調整スクリュ
ー(7)の先端(7b)を当接すると共に、他側面に前
記微小変位アクチュエータ(50)の回動部(50a)
を連結してなる、請求項1記載の微小変位装置にある。
【0009】請求項3に係る本発明(例えば図5、図6
参照)は、前記連結部材(41a、41b)は、その長
手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板からな
る、請求項1又は2記載の微小変位装置にある。
【0010】請求項4に係る本発明(例えば図8参照)
は、前記連結部材(41a、41b)は、その長手方向
両端部が可撓性を有する薄肉平板(41d、41d)か
らなり、かつその中間部が剛体(41c、41c)から
なる、請求項1又は2記載の微小変位装置にある。
【0011】請求項5に係る本発明は、前記連結部材
(41a、41b)は、互いに平行に配置された平行梁
である、請求項3又は4記載の微小変位装置にある。
【0012】請求項6に係る本発明は、前記移動部(3
7)は、前記第1の剛体部(35)との間に、長手方向
略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板(43a、4
3b)を複数個平行に配置して支持してなる、請求項1
ないし5のいずれか記載の微小変位装置にある。
【0013】請求項7に係る本発明は、前記移動部(3
7)は、前記第1の剛体部(35)との間に、その長手
方向両端部が可撓性を有する薄肉平板(41d、41
d)からなり、かつその中間部が剛体(43c、43
c)からなる梁(43a、43b)を複数個平行に配置
して支持してなる、請求項1ないし5のいずれか記載の
微小変位装置にある。
【0014】請求項8に係る本発明は、前記微小変位ア
クチュエータ(50)の両端の回動部(50a、50
b)は、面又は線対偶からなる、請求項1ないし7のい
ずれか記載の微小変位装置にある。
【0015】請求項9に係る本発明(例えば図4参照)
は、固定部(15)に対してX方向に変位するX方向移
動部(17)と、該X方向移動部(17)に対してY方
向に変位するY方向移動部(24)と、を備え、前記第
1の剛体部(35)を前記Y方向移動部(24)に固定
し、前記第2の剛体部(36)が、前記Y方向移動部
(24)に対してZ方向に変位するZ方向移動部を構成
してなる、請求項1ないし8いずれか記載の微小変位装
置にある。
【0016】なお、前記カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、これは、実施の形態との対応
を容易にして理解の迅速化を図る便宜的なものであり、
これにより請求項の構成に何等影響を及ぼすものではな
い。
【0017】
【発明の効果】請求項1に係る発明によると、微小変位
アクチュエータをバイアス配置した簡単な構成でもっ
て、該微小変位アクチュエータによる高い精度と信頼を
有する微小範囲の位置決めを行なうものでありながら、
調整スクリューを移動部を介して微小変位アクチュエー
タの一方の回動部に連結して、微小変位該調整スクリュ
ーにより微小変位アクチュエータの位置を移動させて、
第2の剛体部の変位量をより大きくすることができ、位
置決め範囲を広くして使いやすい微小変位装置を提供す
ることができる。
【0018】請求項2に係る発明によると、前記調整ス
クリューは、前記第1の剛体部に、前記相対変位方向と
平行な面に直交する方向に進退自在に配置され、前記移
動部は、該第1の剛体部に、略々該調整スクリューの進
退方向に移動自在に連結され、かつ該移動部の一側面に
該調整スクリューの先端を当接すると共に、他側面に前
記微小変位アクチュエータの回動部を連結しているの
で、高い信頼性及び耐久性を有する合理的な配置構成に
より、操作しやすい方向に配置された調整スクリューを
進退させることにより、該微小変位アクチュエータで調
整可能な範囲への粗位置決めを行なうことができ、微小
変位装置を用いる作業の作業性を向上させることができ
る。
【0019】請求項3に係る発明によると、前記第1の
剛体部と第2の剛体部とを相対的に変位可能に連結する
前記複数の連結部材を、その長手方向略々全長に亘って
可撓性を有する薄肉平板で構成しているので、微小変位
装置の製造を容易にすることができる。
【0020】請求項4に係る発明によると、前記連結部
材は、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板か
らなり、かつその中間部を剛体としたので、該連結部材
で振動を発生させることがなく、より高精度の位置決め
を行なうことができる。
【0021】請求項5に係る発明によると、前記連結部
材を、互いに平行に配置された平行梁としたので、前記
第2の剛体部を揺動させることなく、確実に平行移動さ
せることができ、より高精度の位置決めを行なうことが
できる。
【0022】請求項6に係る発明によると、前記移動部
は、前記第1の剛体部との間に、長手方向略々全長に亘
って可撓性を有する薄肉平板を複数個平行に配置してい
るので、該移動部と前記調整スクリューの先端とを常に
接触させておくことができ、該調整スクリューの動きを
前記微小変位アクチュエータに確実に伝えることができ
る。
【0023】請求項7に係る発明によると、前記移動部
は、前記第1の剛体部との間に、その長手方向両端部が
可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部が剛
体からなる梁を複数個平行に配置して支持するようにし
ているので、該移動部の振動をなくし、より高精度の位
置決めを行なうことができる。
【0024】請求項8に係る発明によると、前記微小変
位アクチュエータの両端の回動部は、面又は線対偶から
なるので、前記移動部の移動あるいは該微小変位アクチ
ュエータの伸縮により、該微小変位アクチュエータと移
動部及び第2の剛体部との接続角度の変化に対応するこ
とができ、該第2剛体部を円滑に移動させることができ
る。
【0025】請求項9に係る発明によると、前記第2剛
体部がZ方向変位部分のZ方向移動部を構成しているの
で、Z方向の移動範囲を大きくすることができ、実作業
における使い勝手を向上させることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。図1及び図2は、本発明に
係るXYZ方向の微小変位装置(位置決め装置)の組立
てられた状態での外観を示す図で、該微小変位装置1
は、平面視略々正方形からなり、基台に固定又は載置さ
れる基盤2と、微細動を要求される移動部材に連結され
る移動ステージ3とを有しており、該移動ステージ3
は、X、Y、Zの3方向に微小変位(位置決め)し得
る。なお、該移動ステージ3は、平面視(図1(a)参
照)略々矩形状(角部分が切欠かれている)からなり、
上面3a、各辺において直交する方向に垂下する各側面
3b、3c、3d、3eを有しており、側面3bにX方
向移動確認装置10(図2(b)参照)、側面3cにY
方向移動確認装置11及びZ方向移動確認装置12(図
2(a)参照)が設けられている。該移動ステージ3を
粗動して、大体の位置決めをするX方向調整スクリュー
5、Y方向調整スクリュー6、Z方向調整スクリュー7
がそれぞれ設けられている。なお、これら調整スクリュ
ー5、6、7は、図示のように単純な調整ネジでもよ
く、また周知のマイクロメータでもよい。また、13
は、コントローラ等に接続する端子である。
【0027】図3は、XY方向の変位部分を示す図で、
図1及び2におけるZ方向変位部分及び移動ステージ3
を取り外した図であり、また、端子13等の説明に不要
な部分は省略してある。該XY変位部分Iは、1個の金
属ブロックをワイヤカット放電加工機により加工して構
成された固定部15、X方向変位拡大部(変位変更手
段)16、X方向移動部17、Y方向変位拡大部(変位
変更手段)18、Y方向移動部24を有しており、これ
ら各部は剛体部からなる。
【0028】前記固定部15は、前記基盤2にネジ(図
示せず)にて固定されており、一側面(図中右側面)に
開口する圧電アクチュエータ収納部15a及び前記X方
向移動部17側に開口する凹部15bを有している。該
固定部15とX方向移動部17とは、左右側面部に離れ
て配置された平行な2個の撓み梁19a、19bにて互
に連結されており、これら撓み梁19a、19bは、薄
肉平板からなり、かつ該固定部15及びX方向移動部1
7に一体に形成されて連結されている。従って、該X方
向移動部17は、該固定部15に対して、平行な該撓み
梁19a、19bが撓み変形することによりX方向に平
行に移動し得る。
【0029】前記圧電アクチュエータ収納部15aに
は、所定数のピエゾ素子を積層して微小変位アクチュエ
ータを構成する圧電アクチュエータ20が、その一端を
該圧電アクチュエータ収納部15aの底面に固定して配
置されており、また、前記凹部15bには、前記固定部
15とX方向移動部17とに亘って板ばね21がその両
端を固定され、かつ所定量偏倚されて配置されている。
また、一体ブロックからなる該固定部15及びX方向移
動部17の一側方(図面右側)の外側には、X方向変位
拡大部16が配置されている。該X方向変位拡大部16
は、該固定部15との間で一体に形成されている薄肉平
板の撓み梁からなる連結部22と、該X方向移動部17
との間で一体に形成されている同じく薄肉平板の撓み梁
からなる連結部23とにより、それぞれ該固定部15及
びX方向移動部17に連結されており、かつその一端部
にネジ穴が貫通されて前記X方向調整スクリュー5が螺
合している。該X方向調整スクリュー5の操作ノブ5a
は、外方に突出して位置しており、かつその先端5b
は、該圧電アクチュエータ20の他端に当接している。
【0030】従って、前記圧電アクチュエータ20及び
X方向変位拡大部16は、2個の剛体部からなる前記固
定部15及びX方向移動部17と、これらを連結する前
記撓み梁19a、19bとにより囲まれた空間部の外側
に配置されている。また、該X方向変位拡大部16は、
該一方の撓み梁19aの外側を覆うように略々平行に配
置されており、また前記薄肉の両連結部22、23は、
該X方向変位拡大部16の長手方向と直交する方向に延
びて、それぞれ回動支点を構成しており、従って、該固
定部側連結部22が支点、該X方向移動部側連結部23
が作用点、そして、該圧電アクチュエータ20に当接す
る前記X方向調整スクリュー5部分が力点となって、該
X方向変位拡大部16は、拡大てこ機構を構成してい
る。なお、前記板ばね21は、該固定部15に対して該
X方向移動部17を矢印X1方向に付勢しており、従っ
て、該作用点連結部23を介して該X方向変位拡大部1
6を、該支点連結部22を中心に時計方向に回転付勢
し、力点である該X方向調整スクリュー5の先端5b
が、常に該圧電アクチュエータ20に当接するように付
勢している。
【0031】一方、前記X方向移動部17は、前記固定
部15の圧電アクチュエータ収納部15aに対して直交
する方向に延びて一側面(図中上側面)にて開口する前
記圧電アクチュエータ収納部17aと、前記Y方向移動
部24用の凹部17bを有しており、かつ該X方向移動
部17とY方向移動部24とは、該Y方向移動部24を
挟むように配置された平行な2個の撓み梁25a、25
bにて互に連結されている。これら撓み梁25a、25
bは、先に説明した撓み梁19aと同様に、薄肉平板か
らなり、かつ該X方向及びY方向移動部17、24に一
体に形成されて連結されており、かつ該撓み梁19a、
19bとは直交する方向に延びている。従って、該Y方
向移動部24は、該X方向移動部17に対して、平行な
該撓み梁25a、25bが撓み変形することによりY方
向に平行に移動し得る。なお、該X方向移動部17は、
上述したように、X方向に対しては、該固定部15に対
する移動部を構成するが、Y方向に対しては、該Y方向
移動部24に対する固定部となる。
【0032】前記圧電アクチュエータ収納部17aに
は、前記圧電アクチュエータ20と同様に、所定数のピ
エゾ素子を積層した圧電(微小変位)アクチュエータ2
6が、その一端を該圧電アクチュエータ収納部17aの
底面に固定されて配置されており、また前記凹部17b
には、前記Y方向移動部24が配置されている。更に、
前記X方向移動部17とY方向移動部24との間には板
ばね27が、その両端が固定され、かつ所定量偏倚され
て配置されており、かつ該板ばね27は、前記板ばね2
1とその付勢方向が直交する向きに配置されている。ま
た、一体ブロックからなる該X方向移動部17及びY方
向移動部24の一側方(図面上側)には、前記Y方向変
位拡大部18が配置されている。
【0033】従って、前記圧電アクチュエータ26及び
Y方向変位拡大部18は、2個の剛体部からなる前記X
方向移動部17及びY方向移動部24と、これらを連結
する前記撓み梁25a、25bとにより囲まれた空間部
の外側に配置されている。また、該Y方向変位拡大部1
8は、該一方の撓み梁25aの外側を覆うように略々平
行に配置されており、該X方向移動部17との間で一体
に形成されている薄肉の連結部29と、該Y方向移動部
24との間で一体に形成されている薄肉の連結部30と
により、それぞれ該X方向移動部17及びY方向移動部
24に連結されている。更に、該Y方向変位拡大部18
の一端部にねじ孔が貫通されて前記Y方向調整スクリュ
ー6が螺合しており、該Y方向調整スクリュー6の操作
部6aが外方に突出して位置しており、かつその先端部
6bは、該圧電アクチュエータ26の他端に当接してい
る。該薄肉の両連結部29、30は、該Y方向変位拡大
部18の長手方向と直交する方向に延びて回動支点を構
成しており、従って、該X方向移動部側連結部30が支
点、該Y方向移動部側連結部29が作用点、そして、該
圧電アクチュエータ26に当接する該Y方向調整スクリ
ュー6部分が力点となって、該Y方向変位拡大部18
は、拡大てこ機構を構成している。
【0034】なお、前記板ばね27は、前記X方向移動
部17に対して前記Y方向移動部24を矢印Y1方向に
付勢しており、従って、前記作用点連結部29を介して
前記Y方向変位拡大部18を、前記支点連結部30を中
心に時計方向に回動付勢して、前記Y方向調整スクリュ
ー6の先端6bが前記圧電アクチュエータ26の他端に
常に当接するように付勢している。また、前述したよう
に、XY方向とも、一方の前記撓み梁19a、25a
は、その外側を前記各変位拡大部16、18に覆われて
保護されているが、他方の前記撓み梁19b、25b
は、前記固定部15、X方向移動部17の内部に設けら
れて、外からのダメージを受けることはない。
【0035】ついで、前述したXY方向部分Iの作用に
ついて説明する。X方向の粗動変位調整(位置決め)
は、前記X方向調整スクリュー5をノブ5aにて回転す
ることにより行われ、この際、前記圧電アクチュエータ
20は電圧が供給されていない状態では一定長さに維持
されているので、該X方向調整スクリュー5の進退に基
づき、前記X方向変位拡大部16が前記支点連結部22
を中心に回動して、前記撓み梁19a、19bにて支持
されている前記X方向移動部17を、前記作用点連結部
23を介して前記固定部15に対してX方向に移動す
る。
【0036】同様に、Y方向の粗動位置調整(位置決
め)は、前記Y方向調整スクリュー6をノブ6aにて回
動することにより行われ、その先端6bが前記圧電アク
チュエータ26に当接して固定状態にあるので、前記Y
方向変位拡大部18が前記支点連結部30を中心に回動
して、前記撓み梁25a、25bにて支持されている前
記Y方向移動部24を、前記作用点29を介して前記X
方向移動部17に対してY方向に移動する。これによ
り、前記固定部15と一体の前記基盤2に対して、後述
するZ方向変位部を介して該Y方向移動部24とXY方
向に一体の前記移動ステージ3が、前記X方向及びY方
向調整スクリュー5、6によりX方向及びY方向に粗動
位置調整される。
【0037】該粗動位置調整された状態で、コントロー
ラにより前記圧電アクチュエータ20、26に所定電圧
を供給する。該圧電アクチュエータ20、26は、その
供給電圧と変位との間に所定の関係を備えており、前記
所定電圧の印加により所定の微小変位を生じる。この状
態では、前記X方向及びY方向調整スクリュー5、6は
所定螺合状態に保持されており、かつ前述したように、
前記板ばね(付勢手段)21、27により該X方向及び
Y方向調整スクリュー5、6の先端5b、6bと該圧電
アクチュエータ20、26の先端とは常に当接した状態
にあり、前述した圧電アクチュエータ20、26の微小
変位は、それぞれ前記X方向変位拡大部16及びY方向
変位拡大部18の力点である該X方向及びY方向調整ス
クリュー5、6部分に作用し、前記変位拡大部16、1
8は、前記支点連結部22、30を支点として、前記作
用点連結部23、29に変位を拡大して作用する。
【0038】そして、前述したX方向及びY方向調整ス
クリュー5、6による粗動と同様に、前記圧電アクチュ
エータ20に基づく前記変位拡大部16の作用点連結部
23の変位は、平行な2個の前記撓み梁19a、19b
により前記固定部15に対して平行支持されている前記
X方向移動部17をX方向に移動し、また前記圧電アク
チュエータ26に基づく前記変位拡大部18の作用点連
結部29の変位は、平行な2個の前記撓み梁25a、2
5bにより該X方向移動部17に対して平行支持されて
いる前記Y方向移動部24をY方向に移動し、これによ
り該Y方向移動部24に後述するZ方向変位部を介して
連動されている前記移動ステージ3が、X方向及びY方
向に所定量微小変位する。
【0039】ついで、図4及び図5に沿って、本発明の
要部となるZ方向変位部分について説明する。該Z方向
変位部分IIは、図4に示すように、前記XY変位部分I
の上部において長手方向をY軸方向に向けて配置されて
おり、1個の金属ブロックから放電加工により加工され
た一体物からなる固定部35、Z方向移動部36及び移
動部37を有しており、該各部35、36、37は剛体
部からなる。そして、前記固定部35は、ネジ孔35
a、35aを介して、前述したY方向移動部24にネジ
39(図2(b)参照、Y方向移動部24のネジ孔を図
3に39a、39aで示す)により固定されており、ま
た、Z方向移動部36は、ネジ孔40a、40aを介し
て、ネジ40(図2(b)参照、図4、図5にもネジ孔
40aを示す)により前記移動ステージ3に固定されて
いる。
【0040】そして、前記固定部35及びZ方向移動部
36は、一体に形成され、かつ上下方向に隔てられて配
置された薄肉平板からなる平行な2個の撓み梁41a、
41bにより互いに連結されている。従って、該Z方向
移動部36は、該固定部35に対して上下方向、即ち、
矢印Z方向に、該互いに平行な2個の該撓み梁41a、
41bが撓み変形することにより移動(変位)し得る。
また、該固定部35と移動部36との間には、両端が固
定され、かつ所定量偏倚されて板ばね44が配置されて
いる。なお、該固定部35は、前記Y方向移動部24に
一体に固定されており、該Y方向移動部24は、Y方向
に対しては、前記X方向移動部17を固定部として移動
部となるが、Z方向に対しては、該Z方向移動部36に
対する固定部となる。
【0041】また、前記移動部37は、前記固定部35
と一体に形成され、かつ矢印Y方向に隔てられて配置さ
れた薄肉平板からなる平行な2個の撓み梁43a、43
bにより互いに連結されている。従って、該移動部37
は、該固定部35に対して矢印Y方向に、互いに平行な
2個の該撓み梁43a、43bが撓み変形することによ
り移動(変位)し得る。また、該固定部35の一端部に
は、ネジ孔45が貫通して形成され、該ネジ孔45に
は、内周面及び外周面にネジが形成されたナット46が
螺合して固定され、該ナット46のネジ孔を貫通するよ
うに前記Z方向調整スクリュー7が螺合し、該Z方向調
整スクリュー7のノブ7aが外方に突出して位置してお
り、かつその先端部7bが該移動部37の一端に当接し
ている。
【0042】前記固定部35、Z方向移動部36、移動
部37及び撓み梁41a、41bで囲まれた空間には、
前述と同様な複数個のピエゾ素子を積層し、かつ両端部
に回動部となるピボット50a、50bを有して構成さ
れる圧電アクチュエータ50が、その駆動方向と該Z方
向移動部36の相対変位方向が一致しないようにバイア
スして配置されている。該圧電アクチュエータ50のピ
ボット50aは、該移動部37の矢印Y2側の端面に回
動自在に連結され、該ピボット50bは、該Z方向移動
部36の矢印Y1側の端面に回動自在に連結されてい
る。なお、該ピボット50a、50bの形状は、球状も
しくは円柱状に形成され、該ピボット50aと該移動部
37の間、該ピボット50bと該Z方向移動部36の間
に、面もしくは線対偶を構成している。
【0043】なお、前記板ばね44は、前記固定部35
に対して前記Z方向移動部36を矢印Z1方向に付勢し
ており、前記圧電アクチュエータ50を介して前記移動
部37を、前記撓み梁43a、43bを中心として反時
計方向に回動付勢している。従って、該移動部37と前
記Z方向調整スクリュー7の先端7bの間の当接が常に
保持されている。また、該撓み梁43a、43bは、固
定部35の内側に設けられて保護されている。また、前
記撓み梁41aは、前記X方向の固定部15及びX方向
移動部17と対向する位置に設けられ、撓み梁41b
は、前記移動ステージ3と対向する位置に設けられるの
で、外からのダメージを受けることはない。
【0044】ついで、前記Z方向変位部分IIの作用につ
いて説明する。Z方向の位置調整(位置決め)は、XY
方向と同様に、大体の調整(粗動調整)に関しては、前
記Z方向調整スクリュー7を人手にて調整することによ
り行われ、微小範囲の調整(微動調整)に関しては、前
記圧電アクチュエータ50に所定電圧を印加することに
より行われる。
【0045】粗動調整は、図5に示す状態から、前記Z
方向調整スクリュー7をノブ7aにて回転することによ
り行われ、この際、前記圧電アクチュエータ50は、電
圧が供給されていない状態で一定の長さに維持されてい
る。該Z方向調整スクリュー7の先端7bを矢印Y2方
向に移動させると、該先端7bが前記移動部37を押し
て、図6に示すように、前記撓み梁43a、43bを撓
ませながら該移動部37を矢印Y2方向に移動させる。
該移動部37の矢印Y2方向への移動は、該移動部37
から前記ピボット50aを介して該圧電アクチュエータ
50に伝達され、更に前記ピボット50bを介して前記
Z方向移動部36に伝達される。そして、該圧電アクチ
ュエータ50が一定長さからなり、かつZ方向移動部3
6は、撓み梁41a、41bによりY方向に変位し得な
いので、前記圧電アクチュエータ50の傾斜角θに基づ
き、移動部37のY方向移動量yに対して、Z=ysi
nθとなるZ方向移動量にて、該Z方向移動部36は、
前記撓み梁41a、41b及び板ばね44を撓ませなが
ら矢印Z1方向に移動して粗動調整される。
【0046】該粗動調整された状態で、コントローラに
より前記圧電アクチュエータ50に所定電圧を供給す
る。該圧電アクチュエータ50は、その供給電圧と変位
との間に所定関係を備えており、前記所定電圧の印加に
より所定の微小変位を生ずる。この状態では、前記Z方
向調整スクリュー7は、所定螺合状態に保持されてお
り、かつ上述したように、前記板ばね(付勢手段)44
により該Z方向調整スクリュー7の先端7bと前記移動
部37とは常に当接した状態にあるので、該圧電アクチ
ュエータ50の微小変位は、前記Z方向移動部36に作
用する。
【0047】そして、前述したZ方向調整スクリュー7
による粗動と同様に、前記圧電アクチュエータ50に基
づく微小変位は、平行な2個の前記撓み梁41a、41
bにより前記固定部35に対して平行支持されている前
記Z方向移動部36をZ方向に移動させ、該Z方向移動
部36に連結されている前記移動ステージ3がZ方向に
所定量微小変位する。
【0048】従って、前述したように、前記基盤2に固
定されている前記固定部15に対して、前記X方向調整
スクリュー5及び/又は前記圧電アクチュエータ20に
より前記X方向移動部17がX方向に移動し、更に、該
X方向移動部17に対して、前記Y方向調整スクリュー
6及び/又は前記圧電アクチュエータ26により前記Y
方向移動部24がY方向に移動し、前述したように、前
記Z方向調整スクリュー7及び/又は前記圧電アクチュ
エータ50により前記Z方向移動部36がZ方向に移動
する。これにより、該Z方向移動部36に固定されてい
る前記移動ステージ3が、X、Y、Z方向に移動する。
【0049】なお、前述した各調整スクリュー5、6、
7のノブ5a、6a、7aによる前記移動ステージ3の
移動は、該各ノブ5a、6a、7aの手動操作と相俟っ
て目視で確認することは可能であるが、前記各圧電アク
チュエータ20、26、50による微小範囲での該移動
ステージ3の移動は、目視で確認することは困難であ
る。
【0050】ついで、目視による移動確認装置につい
て、図7及び図2に沿って説明する。前記基盤2に固定
されている前記固定部15の上面には、図7(a)、
(b)、(c)に示すように、2側面に平行にL型ブラ
ケット60、61がそれぞれネジ62、63により固定
されている。X方向に平行する一方の側面(前記移動ス
テージ3の側面3b側)に平行面を有するブラケット6
0には、所定角度θ傾けて固定側部材となる枠65が固
定されており、Y方向に平行する一方の側面(該移動ス
テージ3の側面3c側)に平行面61aを有するブラケ
ット61には、同様に、所定角度θ傾けて固定部材とな
る2個の枠66、67が固定されている。一方、前記各
固定枠61、66、67に対応する該移動ステージ3の
側面3b、3cには、図2に示すように、それぞれ該各
固定枠61、66、67に対向して移動部材となる切欠
き窓69、70、71が形成されている。
【0051】そして、前記各固定枠61、66、67及
び切欠き窓69、70、71には、それぞれ等間隔、例
えば0.1[mm]にエッチング等にて形成された格子
10a、10b、11a、11b、12a、12bが配
設されている。従って、互いに対向する該格子10aと
10b、11aと11b、12aと12bは、所定角度
θ傾斜して対向配置されるため、該格子10a、10
b、11a、11b、12a、12bと直交する方向に
正弦波状のモアレ縞を現出する。該モアレ縞の波長L
は、該格子10a、10b、11a、11b、12a、
12bのピッチをPとし、前記所定角度をθとすると、
L=P/θとなり、所定角度θの値を小さく取ることに
よって、モアレ縞の移動量は、該格子10a、10b、
11a、11b、12a、12bの移動量よりも拡大さ
れた大きな移動量となって目視される。例えば、前記所
定角度θを5度とすると、モアレ縞の移動量は、該格子
10a、10b、11a、11b、12a、12bの移
動量の略々11倍となって目視される。
【0052】前記枠65と切欠き窓69に配置された前
記格子10a、10bは、垂直方向に設けられていると
共に、X方向に移動する側の前記側面3bに配置されて
おり、従って、前記移動ステージ3のX方向の動きによ
り、前記モアレ縞が拡大して移動して、X方向の前記移
動確認装置10を構成し、また、前記枠66と切欠き窓
70に配置された前記格子11a、11bも、垂直方向
に設けられていると共に、Y方向に移動する側の側面3
cに配置されており、従って、該移動ステージ3のY方
向の動きにより、前記モアレ縞が拡大して移動して、Y
方向の前記移動確認装置11を構成する。さらに、前記
枠67と切欠き窓71に配置された格子12a、12b
は、水平方向に設けられており、かつ該移動ステージ3
のZ方向の移動に関しては、どの側面でも同じである
が、配置効率及びスペース効率からみて、該Y方向確認
装置11と同じ側面3cに配置され、従って、該移動ス
テージ3のZ方向の動きにより前記モアレ縞が拡大して
移動して、Z方向の前記移動確認装置12を構成する。
【0053】前記構成により、前記圧電アクチュエータ
20、26、50に基づき前記移動ステージ3が微小範
囲にてX、Y、Z方向に移動すると、前記各方向の移動
確認装置10、11、12のモアレ縞が目視にて充分確
認できるように拡大して移動し、これにより、前記移動
ステージ3が、X方向、Y方向、Z方向に実際に移動し
ていることを目視により確認できる。もし、該圧電アク
チュエータ20、26、50への電圧印加によっても、
該圧電アクチュエータ20、26、50に対応する該移
動確認装置10、11、12のモアレ縞の移動が目視で
きない場合、該移動方向の圧電アクチュエータ20、2
6、50又はその配線等に異常があることが直ちに確認
できる。
【0054】ついで、図8に沿って、前記Z方向変位部
分IIの一部変更した実施の形態について説明する。な
お、本実施の形態は、前記撓み梁41a、41b、43
a、43bの形状が異なり、他の部分は、図5、図6に
示したものと実質的に同じなので、同一符号を付して説
明を省略する。
【0055】本Z方向変位部分IIも、図8に示すよう
に、1個の金属ブロックから放電加工により形成された
一体物からなる固定部35、Z方向移動部36及び移動
部37を有しており、これら各部35、36、37は、
剛体部からなり、かつ該固定部35とZ方向移動部36
は、2個の平行な撓み梁41a、41bにより連結さ
れ、該固定部35と移動部37は、2個の平行な撓み梁
43a、43bにより連結されている。また、該Z方向
移動部36と移動部37との間には、前記圧電アクチュ
エータ50が配設されている。
【0056】前記撓み梁41a、41bは、中央部が剛
体41c、41cに形成され、前記固定部35及び移動
部36とに連結される両端部が薄肉平板41d、41d
の弾性ヒンジとして形成されている。同様に、前記撓み
梁43a、43bは、中央部が剛体43c、43cに形
成され、前記固定部36及び移動部37とに連結される
両端部が薄肉平板43d、43dの弾性ヒンジとして形
成されている。
【0057】前記の構成としても、前記図5、図6に示
す実施の形態と同様に作用を行なうことが出来る。ま
た、本実施の形態によれば、前記撓み梁41a、41b
及び撓み梁43a、43bの中央部を前記剛体41c、
41c及び剛体43c、43cとすることにより、該撓
み梁41a、41b及び撓み梁43a、43bの振動を
押え、安定した作業を行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る微小変位装置を示す図で、(a)
は背面図、(b)は平面図。
【図2】同じく微小変位装置を示す図で、(a)は正面
図、(b)は側面図。
【図3】XY方向変位部分を示す平面図。
【図4】移動ステージを取り外した状態の微小変位装置
の平面図。
【図5】Z方向変位部分の正面図。
【図6】Z方向変位部分の変位状態を示す正面図。
【図7】移動ステージ及びZ方向変位部分を取り外した
状態の微小変位装置を示す図で、(a)は平面図、
(b)は右側面図、(c)は正面図。
【図8】Z方向変位部分の一部を変更した実施の形態を
示す正面図。
【符号の説明】
1 微小変位装置 7 Z方向調整スクリュー 15 固定部 17 X方向移動部 24 Y方向移動部 35 (一方の)剛体部(固定部) 36 (他方の)剛体部(Z方向移動部) 37 移動部 41a、41b 連結支持部(撓み梁) 50 微小変位(圧電)アクチュエータ I XY変位部分 II Z方向変位部分

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の剛体部と、第2の剛体部と、これ
    らの剛体部を相対的に変位可能に連結する複数の連結部
    材と、前記第1及び第2の剛体部間に相対的変位を発生
    する微小変位アクチュエータと、を備えてなる微小変位
    装置において、 前記第1の剛体部に移動自在に移動部を連結し、 該移動部と前記第1の剛体部との間に調整スクリューを
    介在し、 前記移動部と前記第2の剛体部との間に、前記微小変位
    アクチュエータをその駆動方向と前記相対的変位方向と
    が一致しないようにバイアスして、かつ両端部にそれぞ
    れ回動部を介して連結してなる、 ことを特徴とする微小変位装置。
  2. 【請求項2】 前記調整スクリューは、前記第1の剛体
    部に、前記微小変位アクチュエータの変位方向と略々等
    しい方向に進退自在に配置され、 前記移動部は、前記第1の剛体部に、略々前記調整スク
    リューの進退方向に移動自在に連結され、かつ該移動部
    の一側面に前記調整スクリューの先端を当接すると共
    に、他側面に前記微小変位アクチュエータの回動部を連
    結してなる、 請求項1記載の微小変位装置。
  3. 【請求項3】 前記連結部材は、その長手方向略々全長
    に亘って可撓性を有する薄肉平板からなる、 請求項1又は2記載の微小変位装置。
  4. 【請求項4】 前記連結部材は、その長手方向両端部が
    可撓性を有する薄肉平板からなり、かつその中間部が剛
    体からなる、 請求項1又は2記載の微小変位装置。
  5. 【請求項5】 前記連結部材は、互いに平行に配置され
    た平行梁である、 請求項3又は4記載の微小変位装置。
  6. 【請求項6】 前記移動部は、前記第1の剛体部との間
    に、長手方向略々全長に亘って可撓性を有する薄肉平板
    を複数個平行に配置して支持してなる、 請求項1ないし5のいずれか記載の微小変位装置。
  7. 【請求項7】 前記移動部は、前記第1の剛体部との間
    に、その長手方向両端部が可撓性を有する薄肉平板から
    なり、かつその中間部が剛体からなる梁を複数個平行に
    配置して支持してなる、 請求項1ないし5のいずれか記載の微小変位装置。
  8. 【請求項8】 前記微小変位アクチュエータの両端の回
    動部は、面又は線対偶からなる、 請求項1ないし7のいずれか記載の微小変位装置。
  9. 【請求項9】 固定部に対してX方向に変位するX方向
    移動部と、該X方向移動部に対してY方向に変位するY
    方向移動部と、を備え、 前記第1の剛体部を前記Y方向移動部に固定し、前記第
    2の剛体部が、前記Y方向移動部に対してZ方向に変位
    するZ方向移動部を構成してなる、 請求項1ないし8のいずれか記載の微小変位装置。
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