JP2016073006A - Stage device and drive mechanism used for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stage device capable of positioning a stage by performing fine driving in a required stroke using a piezoelectric element while having a compact and simple constitution, and a drive mechanism used for the same.SOLUTION: A stage device 100 includes a stage 200 including a stage member 12 on which a positioning object is mounted, a drive mechanism 300 driving the stage member 12. The drive mechanism 300 includes a piezoelectric actuator 60 including: a piezoelectric element 61 which is displaced in a predetermined direction with the application of voltage; and a displacement expansion mechanism 62 expanding the displacement of the piezoelectric element 61 and transferring the expanded displacement to the stage member 12.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ステージを駆動して位置決めを行うステージ装置およびそれに用いる駆動機構に関する。   The present invention relates to a stage device for positioning by driving a stage and a drive mechanism used therefor.

従来から、露光装置における位置決めや、顕微鏡における試料の位置決め等の精密な位置決めには、位置決め対象物を載せたステージを駆動して位置決めを行うステージ装置が用いられている。   Conventionally, for precise positioning such as positioning in an exposure apparatus and positioning of a sample in a microscope, a stage apparatus that performs positioning by driving a stage on which a positioning target is placed has been used.

このようなステージ装置においては、極めて高い位置決め精度が要求される。このため、ステージの駆動機構として、精密な位置決めが可能な圧電素子(圧電アクチュエータ)を用いたものが提案されている(例えば特許文献1)。すなわち、圧電素子は、印加する電圧に応じて直線的に微小変位させることができ、所定の電圧を印加することにより、精密な位置決めが可能である。   In such a stage apparatus, extremely high positioning accuracy is required. For this reason, a stage drive mechanism using a piezoelectric element (piezoelectric actuator) capable of precise positioning has been proposed (for example, Patent Document 1). In other words, the piezoelectric element can be linearly displaced minutely according to the applied voltage, and can be precisely positioned by applying a predetermined voltage.

特許文献1に記載されているように、十分な位置決めを行うために、マイクメータを用いた粗動部で0.01mm単位の大まかな位置決めをし、その後、圧電素子に電圧を印加して微細位置決めを行う手法があるが、圧電素子は発生する変位が小さいため、そのような手法をとったとしても、十分なストロークをとるには、圧電素子(圧電アクチュエータ)が長くする必要があり、コストおよび装置のコンパクト化の面から十分な対応が困難である。   As described in Patent Document 1, in order to perform sufficient positioning, rough positioning is performed in units of 0.01 mm with a coarse movement unit using a microphone meter, and then a voltage is applied to the piezoelectric element to finely adjust the position. Although there is a method of positioning, since the generated displacement of the piezoelectric element is small, even if such a method is used, it is necessary to lengthen the piezoelectric element (piezoelectric actuator) in order to take a sufficient stroke. In addition, it is difficult to sufficiently cope with the downsizing of the apparatus.

このため、特許文献1では、粗動部により0.01mm単位で大まかな調整を行った後、圧電素子(圧電アクチュエータ)に尺取り虫的な運動を生じさせてストロークの長い微細駆動をさせることが行われている。   For this reason, in Patent Document 1, after roughly adjusting the coarse movement unit in units of 0.01 mm, the piezoelectric element (piezoelectric actuator) is caused to take a worm-like movement to be finely driven with a long stroke. It has been broken.

特開平7−182045号公報JP-A-7-182045

しかしながら、特許文献1の手法では、圧電素子に対して複雑な伸縮駆動をさせる必要があり、圧電素子を用いてコンパクトかつシンプルな構成で必要なストロークをとることが望まれる。   However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to perform a complicated expansion / contraction drive on the piezoelectric element, and it is desired to take a necessary stroke with a compact and simple configuration using the piezoelectric element.

したがって、本発明は、圧電素子を用いてコンパクトかつシンプルな構成でありながら必要なストロークで微細駆動を行ってステージの位置決めを行うことができるステージ装置およびそれに用いる駆動機構を提供することを課題とする。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stage apparatus that can position a stage by performing fine driving with a necessary stroke while using a piezoelectric element with a compact and simple configuration, and a driving mechanism used therefor. To do.

上記課題を解決するため、本発明は、以下の(1)〜(20)を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides the following (1) to (20).

(1)位置決め対象物を載せるステージ部材を有するステージと、前記ステージ部材を駆動する駆動機構とを具備するステージ装置であって、
前記駆動機構は、
電圧が印加されることにより所定方向に変位する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大して前記ステージ部材に伝達する変位拡大機構とを有する圧電アクチュエータを備えたことを特徴とするステージ装置。
(1) A stage apparatus comprising a stage having a stage member on which a positioning object is placed, and a drive mechanism for driving the stage member,
The drive mechanism is
A stage apparatus comprising: a piezoelectric actuator having a piezoelectric element that is displaced in a predetermined direction when a voltage is applied; and a displacement enlarging mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element and transmits the displacement to the stage member.

(2)前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、前記変位拡大機構を介して前記圧電素子に圧縮力を与える方向に付勢力を及ぼすばね部材をさらに有することを特徴とする(1)に記載のステージ装置。
(2) The stage includes a base member that supports the stage member so as to move in one direction.
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and a spring member that exerts a biasing force on the stage member in a direction in which a compressive force is applied to the piezoelectric element via the displacement enlarging mechanism. The stage device according to (1), further comprising:

(3)前記圧電素子は、長尺体として構成され、電圧が印加されることによりその長さ方向に変位し、前記変位拡大機構は、前記圧電素子の変位を、前記圧電素子の変位方向と直交する方向に拡大して出力し、その方向に前記ステージ部材を移動させることを特徴とする(1)に記載のステージ装置。   (3) The piezoelectric element is configured as a long body, and is displaced in the length direction when a voltage is applied. The displacement enlarging mechanism is configured such that the displacement of the piezoelectric element is the displacement direction of the piezoelectric element. The stage apparatus according to (1), wherein the stage device is enlarged and output in an orthogonal direction, and the stage member is moved in that direction.

(4)前記変位拡大機構は、前記圧電素子を覆うように構成され、前記圧電素子が伸長変位した際に、前記圧電素子の変位方向と直交する方向で、かつ前記圧電素子に対し相対的に外側に向かう方向に変位することを特徴とする(3)に記載のステージ装置。   (4) The displacement enlarging mechanism is configured to cover the piezoelectric element. When the piezoelectric element is extended and displaced, the displacement enlarging mechanism is in a direction perpendicular to the displacement direction of the piezoelectric element and relatively to the piezoelectric element. The stage device according to (3), wherein the stage device is displaced in an outward direction.

(5)前記変位拡大機構は、前記圧電素子の長さ方向の一端面および他端面にそれぞれ固定された第1ヘッドピースおよび第2ヘッドピースと、前記第1ヘッドピースおよび前記第2ヘッドピースの間の前記圧電素子の一方側および他方側にそれぞれ設けられた第1変位伝達部および第2変位伝達部とを有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、それぞれ第1出力部および第2出力部を有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、前記圧電素子が伸長変位した際に、第1出力部および第2出力部が、前記圧電素子に対して相対的に外側に変位するように設けられていることを特徴とする(4)に記載のステージ装置。
(5) The displacement enlarging mechanism includes a first head piece and a second head piece fixed to one end face and the other end face in the length direction of the piezoelectric element, and the first head piece and the second head piece. A first displacement transmission portion and a second displacement transmission portion provided on one side and the other side of the piezoelectric element between,
The first displacement transmission unit and the second displacement transmission unit have a first output unit and a second output unit, respectively.
The first displacement transmitting unit and the second displacement transmitting unit are configured such that when the piezoelectric element is extended and displaced, the first output unit and the second output unit are displaced outward relative to the piezoelectric element. (4) The stage apparatus as described in (4) above.

(6)前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、付勢力を及ぼすばね部材を有し、
前記ばね部材は、前記第1出力部および前記第2出力部の間に圧縮力を与え、その圧縮力が前記圧電素子に圧縮力を与えるように作用することを特徴とする(5)に記載のステージ装置。
(6) The stage includes a base member that supports the stage member so that the stage member moves in one direction.
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and has a spring member that exerts a biasing force on the stage member,
The spring member applies a compressive force between the first output portion and the second output portion, and the compressive force acts so as to apply a compressive force to the piezoelectric element (5). Stage equipment.

(7)前記駆動機構は、前記ステージの大まかな位置決めを行う粗動部と、前記ステージの微細な位置決めを行う微動部とを有し、
前記圧電アクチュエータは前記微動部を構成し、
前記粗動部は、前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させる粗動機構を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記ステージ部材が所定位置に存在する状態で、前記ステージ部材を微動させることを特徴とする(1)から(6)のいずれかに記載のステージ装置。
(7) The drive mechanism includes a coarse movement unit that performs rough positioning of the stage and a fine movement unit that performs fine positioning of the stage.
The piezoelectric actuator constitutes the fine movement part,
The coarse movement unit has a coarse movement mechanism that moves the stage member via the piezoelectric actuator,
The stage device according to any one of (1) to (6), wherein the piezoelectric actuator finely moves the stage member in a state where the stage member exists at a predetermined position.

(8)前記粗動機構は、進出退入可能なスピンドルを有し、前記スピンドルの進退により前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させることを特徴とする(7)に記載のステージ装置。   (8) The stage device according to (7), wherein the coarse movement mechanism has a spindle that can be advanced and retracted, and moves the stage member via the piezoelectric actuator by the advance and retreat of the spindle.

(9)前記圧電アクチュエータの出力部に当接される当接部材の先端面および前記圧電アクチュエータの前記出力部における前記当接部材の当接面の一方が球面であり、他方が平面または円錐状の凹部であることを特徴とする(1)から(8)のいずれかに記載のステージ装置。   (9) One of the front end surface of the contact member that is in contact with the output portion of the piezoelectric actuator and the contact surface of the contact member in the output portion of the piezoelectric actuator is a spherical surface, and the other is a flat surface or a conical shape. The stage device according to any one of (1) to (8), wherein the stage device is a concave portion.

(10)前記駆動機構は、前記圧電アクチュエータ近傍に、前記圧電素子に印加する電圧を調整するドライバーをさらに有することを特徴とする(1)から(9)のいずれかに記載のステージ装置。   (10) The stage device according to any one of (1) to (9), wherein the driving mechanism further includes a driver for adjusting a voltage applied to the piezoelectric element in the vicinity of the piezoelectric actuator.

(11)位置決め対象物を載せるステージ部材を有するステージにおいて、前記ステージ部材を駆動する駆動機構であって、
電圧が印加されることにより所定方向に変位する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大して前記ステージ部材に伝達する変位拡大機構とを有する圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする駆動機構。
(11) In a stage having a stage member on which an object to be positioned is placed, a drive mechanism for driving the stage member,
A drive mechanism comprising: a piezoelectric actuator having a piezoelectric element that is displaced in a predetermined direction when a voltage is applied; and a displacement enlarging mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element and transmits the displacement to the stage member.

(12)前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、前記変位拡大機構を介して前記圧電素子に圧縮力を与える方向に付勢力を及ぼすばね部材をさらに備えたことを特徴とする(11)に記載の駆動機構。
(12) The stage includes a base member that supports the stage member so as to move in one direction.
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and a spring member that exerts a biasing force on the stage member in a direction in which a compressive force is applied to the piezoelectric element via the displacement enlarging mechanism. The drive mechanism according to (11), further comprising:

(13)前記圧電素子は、長尺体として構成され、電圧を印加されることによりその長さ方向に変位し、前記変位拡大機構は、前記圧電素子の変位を、前記圧電素子の変位方向と直交する方向に拡大して出力し、その方向に前記ステージ部材を移動させることを特徴とする(11)に記載の駆動機構。   (13) The piezoelectric element is configured as a long body, and is displaced in a length direction when a voltage is applied. The displacement enlarging mechanism is configured to change the displacement of the piezoelectric element to a displacement direction of the piezoelectric element. The drive mechanism according to (11), wherein the stage member is enlarged and output in an orthogonal direction, and the stage member is moved in that direction.

(14)前記変位拡大機構は、前記圧電素子を覆うように構成され、前記圧電素子が伸長変位した際に、前記圧電素子の変位方向と直交する方向で、かつ前記圧電素子に対し相対的に外側に向かう方向に変位することを特徴とする(12)または(13)に記載の駆動機構。   (14) The displacement enlarging mechanism is configured to cover the piezoelectric element. When the piezoelectric element is extended and displaced, the displacement enlarging mechanism is in a direction perpendicular to the displacement direction of the piezoelectric element and relatively to the piezoelectric element. The drive mechanism according to (12) or (13), wherein the drive mechanism is displaced in an outward direction.

(15)前記変位拡大機構は、前記圧電素子の長さ方向の一端面および他端面にそれぞれ固定された第1ヘッドピースおよび第2ヘッドピースと、前記第1ヘッドピースおよび前記第2ヘッドピースの間の前記圧電素子の一方側および他方側にそれぞれ設けられた第1変位伝達部および第2変位伝達部とを有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、それぞれ第1出力部および第2出力部を有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、前記圧電素子が伸長変位した際に、第1出力部および第2出力部が、前記圧電素子に対して相対的に外側に変位するように設けられていることを特徴とする(14)に記載の駆動機構。
(15) The displacement enlarging mechanism includes a first head piece and a second head piece fixed to one end face and the other end face in the length direction of the piezoelectric element, and the first head piece and the second head piece. A first displacement transmission portion and a second displacement transmission portion provided on one side and the other side of the piezoelectric element between,
The first displacement transmission unit and the second displacement transmission unit have a first output unit and a second output unit, respectively.
The first displacement transmitting unit and the second displacement transmitting unit are configured such that when the piezoelectric element is extended and displaced, the first output unit and the second output unit are displaced outward relative to the piezoelectric element. (14) The drive mechanism described in (14) above.

(16)前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、付勢力を及ぼすばね部材を有し、
前記ばね部材は、前記第1出力部および前記第2出力部の間に圧縮力を与え、その圧縮力が前記圧電素子に圧縮力を与えるように作用することを特徴とする(15)に記載の駆動機構。
(16) The stage includes a base member that supports the stage member to move in one direction,
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and has a spring member that exerts a biasing force on the stage member,
The spring member applies a compressive force between the first output portion and the second output portion, and the compressive force acts so as to apply a compressive force to the piezoelectric element (15). Drive mechanism.

(17)前記ステージの大まかな位置決めを行う粗動部と、前記ステージの微細な位置決めを行う微動部とを有し、
前記圧電アクチュエータは前記微動部を構成し、
前記粗動部は、前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させる粗動機構を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記ステージ部材が所定位置に存在する状態で、前記ステージ部材を微動させることを特徴とする(11)から(16)のいずれかに記載の駆動機構。
(17) It has a coarse movement part that performs rough positioning of the stage, and a fine movement part that performs fine positioning of the stage,
The piezoelectric actuator constitutes the fine movement part,
The coarse movement unit has a coarse movement mechanism that moves the stage member via the piezoelectric actuator,
The drive mechanism according to any one of (11) to (16), wherein the piezoelectric actuator finely moves the stage member in a state where the stage member exists at a predetermined position.

(18)前記粗動機構は、進出退入可能なスピンドルを有し、前記スピンドルの進退により前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させることを特徴とする(17)に記載の駆動機構。   (18) The drive mechanism according to (17), wherein the coarse movement mechanism has a spindle that can be advanced and retracted, and the stage member is moved via the piezoelectric actuator by the advance and retreat of the spindle.

(19)前記圧電アクチュエータの出力部に当接される当接部材の先端面および前記圧電アクチュエータの前記出力部における前記当接部材の当接面の一方が球面であり、他方が平面または円錐状の凹部であることを特徴とする(11)から(18)のいずれかに記載の駆動機構。   (19) One of the tip surface of the contact member that contacts the output portion of the piezoelectric actuator and the contact surface of the contact member in the output portion of the piezoelectric actuator is a spherical surface, and the other is a flat surface or a conical shape. The drive mechanism according to any one of (11) to (18), wherein the drive mechanism is a concave portion.

(20)前記圧電アクチュエータ近傍に、前記圧電素子に印加する電圧を調整するドライバーをさらに有することを特徴とする(11)から(19)のいずれかに記載の駆動機構。   (20) The drive mechanism according to any one of (11) to (19), further including a driver that adjusts a voltage applied to the piezoelectric element in the vicinity of the piezoelectric actuator.

本発明によれば、ステージのステージ部材を圧電素子の変位を変位拡大機構で拡大することにより実現するので、装置構成をコンパクトかつシンプルにしつつ、必要なストロークでステージを微細駆動して位置決めを行うことができる。   According to the present invention, since the stage member of the stage is realized by enlarging the displacement of the piezoelectric element by the displacement enlarging mechanism, positioning is performed by finely driving the stage with a necessary stroke while making the apparatus configuration compact and simple. be able to.

本発明の第1の実施形態に係るステージ装置を示す平面図および側面図である。It is the top view and side view which show the stage apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るステージ装置の駆動機構に用いる圧電アクチュエータを示す平面図である。It is a top view which shows the piezoelectric actuator used for the drive mechanism of the stage apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 圧電アクチュエータをステージに取り付けた場合の印加電圧と変位との関係を示す図であり、(a)は圧電素子に0Vから最大電圧まで電圧を印加した場合のみを示し、(b)はさらにマイナーループを加味したものである。It is a figure which shows the relationship between the applied voltage at the time of attaching a piezoelectric actuator to a stage, and (a) shows only the case where a voltage is applied to a piezoelectric element from 0V to the maximum voltage, (b) is further a minor loop. Is taken into account. 圧電アクチュエータ単体の場合の印加電圧と変位との関係を示す図であり、(a)は圧電素子に0Vから最大電圧まで電圧を印加した場合のみを示し、(b)はさらにマイナーループを加味したものである。It is a figure which shows the relationship between the applied voltage and displacement in the case of a piezoelectric actuator single-piece | unit, (a) shows only the case where a voltage is applied to a piezoelectric element from 0V to the maximum voltage, (b) added the minor loop further. Is. 本発明の第1の実施形態の他の例に係るステージ装置を示す平面図である。It is a top view which shows the stage apparatus which concerns on the other example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るステージ装置を示す平面図および側面図である。It is the top view and side view which show the stage apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の他の例に係るステージ装置を示す平面図である。It is a top view which shows the stage apparatus which concerns on the other example of the 2nd Embodiment of this invention. ロッドまたはスピンドルと第1出力部材との接触状態の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the contact state of a rod or a spindle, and a 1st output member.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の一実施形態に係るステージ装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
<First Embodiment>
1A and 1B are views showing a stage apparatus according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view.

ステージ装置100は、ステージ200と、ステージ200を駆動する駆動機構300とを有している。   The stage apparatus 100 includes a stage 200 and a drive mechanism 300 that drives the stage 200.

ステージ200は、ベース部材11と、ベース部材11の上に設けられたレール13上を移動し、位置決め対象が載せられるステージ部材12とを有する。   The stage 200 includes a base member 11 and a stage member 12 that moves on a rail 13 provided on the base member 11 and on which a positioning target is placed.

駆動機構300は、ステージ200のステージ部材12をX方向に移動させるものであり、ステージ200におけるステージ部材12の移動方向に沿った側面に設けられている。   The drive mechanism 300 moves the stage member 12 of the stage 200 in the X direction, and is provided on a side surface of the stage 200 along the moving direction of the stage member 12.

駆動機構300は、変位拡大型の圧電アクチュエータ60を有し、この圧電アクチュエータ60は固定治具80によりステージ部材12の側面端部に固定されている。また、固定治具80には、圧電アクチュエータ60のドライバー90が取り付けられている。また、駆動機構300は、ベース部材11およびステージ部材12の間に設けられ、ステージ部材12に対して、矢印A方向に付勢力(ばね力)を及ぼすばね部材85を有する。   The drive mechanism 300 includes a displacement expansion type piezoelectric actuator 60, and the piezoelectric actuator 60 is fixed to a side end portion of the stage member 12 by a fixing jig 80. A driver 90 for the piezoelectric actuator 60 is attached to the fixing jig 80. The drive mechanism 300 includes a spring member 85 that is provided between the base member 11 and the stage member 12 and exerts an urging force (spring force) in the arrow A direction on the stage member 12.

駆動機構300は、さらに、圧電アクチュエータ60の固定治具80とは反対側の部分に当接されるように設けられたロッド83を有し、ロッド83は固定治具82によりベース部材11の側面に固定されている。ロッド83の先端は球面となっている。   The drive mechanism 300 further includes a rod 83 provided so as to be in contact with a portion of the piezoelectric actuator 60 opposite to the fixing jig 80, and the rod 83 is fixed to the side surface of the base member 11 by the fixing jig 82. It is fixed to. The tip of the rod 83 is a spherical surface.

圧電アクチュエータ60は、図2に示すように、圧電素子61と、圧電素子61の変位を拡大する変位拡大機構62とを有する。   As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 60 includes a piezoelectric element 61 and a displacement enlarging mechanism 62 that enlarges the displacement of the piezoelectric element 61.

圧電素子61は、板状の圧電体(例えば10mm×10mm)が電極を挟んで複数積層されて例えば40mmの長さにされた長尺体として構成され、長さ方向がステージ200の駆動方向であるX方向に直交するY方向になるように配置されている。なお、図示の例では、圧電素子は直方体(四角柱)として構成されている。圧電素子61は、側面に電圧を印加するための電気端子(図示せず)を備えており、電気端子間に電圧が印加されることにより、積層方向(長さ方向)に伸縮するように構成されている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O;PZT)を挙げることができる。圧電素子61の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。 The piezoelectric element 61 is configured as a long body in which a plurality of plate-like piezoelectric bodies (for example, 10 mm × 10 mm) are stacked with electrodes interposed therebetween to have a length of, for example, 40 mm, and the length direction is the driving direction of the stage 200. They are arranged so as to be in the Y direction orthogonal to a certain X direction. In the illustrated example, the piezoelectric element is configured as a rectangular parallelepiped (square prism). The piezoelectric element 61 includes an electrical terminal (not shown) for applying a voltage to the side surface, and is configured to expand and contract in the stacking direction (length direction) when a voltage is applied between the electrical terminals. Has been. As the piezoelectric material constituting the piezoelectric body, a ceramic material having a piezoelectric effect is used. As such a material, typically, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ; PZT) is cited. Can do. The shape of the piezoelectric element 61 is not limited to a rectangular parallelepiped, and may be a polygonal cylinder such as a triangular prism or a hexagonal cylinder, or a cylinder.

変位拡大機構62は、圧電素子61のY方向の変位を拡大されたX方向の変位として出力するものであり、圧電素子61の外側を覆うように設けられている。変位拡大機構62は、圧電素子61の長さ方向の一端面および他端面にそれぞれ固定された第1ヘッドピース71および第2ヘッドピース72を有し、これら第1ヘッドピース71および第2ヘッドピース72の間の圧電素子61の一方側および他方側には、それぞれ第1変位伝達部70aおよび第2変位伝達部70bを有している。   The displacement enlarging mechanism 62 outputs the displacement of the piezoelectric element 61 in the Y direction as an expanded displacement in the X direction, and is provided so as to cover the outside of the piezoelectric element 61. The displacement enlarging mechanism 62 includes a first head piece 71 and a second head piece 72 fixed to one end surface and the other end surface of the piezoelectric element 61 in the length direction, respectively, and the first head piece 71 and the second head piece. A first displacement transmission portion 70a and a second displacement transmission portion 70b are provided on one side and the other side of the piezoelectric element 61 between 72, respectively.

第1変位伝達部70aは、第1ヒンジ73aと、第1中間部材74aと、第2ヒンジ75aと、第1出力部材76aと、第3ヒンジ77aと、第2中間部材78aと、第4ヒンジ79aとを有し、第1中間部材74aが第1ヒンジ73aを介して第1ヘッドピース71に連結され、第2中間部材78aが第4ヒンジ79aを介して第2ヘッドピース72に連結されており、第1出力部材76aは、それぞれ第2ヒンジ75aおよび第3ヒンジ77aを介して第1中間部材74aおよび第2中間部材76aに連結されている。   The first displacement transmitter 70a includes a first hinge 73a, a first intermediate member 74a, a second hinge 75a, a first output member 76a, a third hinge 77a, a second intermediate member 78a, and a fourth hinge. 79a, the first intermediate member 74a is connected to the first head piece 71 via the first hinge 73a, and the second intermediate member 78a is connected to the second head piece 72 via the fourth hinge 79a. The first output member 76a is connected to the first intermediate member 74a and the second intermediate member 76a via the second hinge 75a and the third hinge 77a, respectively.

一方、第2変位伝達部70bは、第5ヒンジ73bと、第3中間部材74bと、第6ヒンジ75bと、第2出力部材76bと、第7ヒンジ77bと、第4中間部材78bと、第8ヒンジ79bとを有し、第3中間部材74bが第5ヒンジ73bを介して第1ヘッドピース71に連結され、第4中間部材78bが第8ヒンジ79bを介して第2ヘッドピース72に連結されており、第2出力部材76bは、それぞれ第6ヒンジ75bおよび第7ヒンジ77bを介して第3中間部材74bおよび第4中間部材76bに連結されている。   On the other hand, the second displacement transmitting portion 70b includes a fifth hinge 73b, a third intermediate member 74b, a sixth hinge 75b, a second output member 76b, a seventh hinge 77b, a fourth intermediate member 78b, The third intermediate member 74b is connected to the first head piece 71 via the fifth hinge 73b, and the fourth intermediate member 78b is connected to the second head piece 72 via the eighth hinge 79b. The second output member 76b is connected to the third intermediate member 74b and the fourth intermediate member 76b via the sixth hinge 75b and the seventh hinge 77b, respectively.

第1出力部材76aおよび第2出力部材76bは、圧電素子61の長さ方向中央部に圧電素子61を挟んで対向するように設けられている。第1出力部材76aには、ロッド83の球面をなす先端面が当接されている。一方、第2出力部材76bは、固定治具80の固定突起部81に固定されている。   The first output member 76 a and the second output member 76 b are provided so as to face each other with the piezoelectric element 61 interposed therebetween in the longitudinal center of the piezoelectric element 61. The first output member 76 a is in contact with the tip surface forming the spherical surface of the rod 83. On the other hand, the second output member 76 b is fixed to the fixing protrusion 81 of the fixing jig 80.

第1中間部材74aと第2中間部78aは、第1出力部材76aを挟んで対称に配置され、第1中間部材74aおよび第2中間部材78aと、第3中間部材74bおよび第4中間部材78bとは、圧電素子61を挟んで対称に配置される。また、第1〜第8ヒンジ73a,75a,77a,79a,73b,75b,77b,79bは可撓性を有し、圧電素子61の伸縮により撓んで圧電素子61の変位を第1出力部材76aおよび第2出力部材76bに伝達可能となっており、圧電素子61がY方向に伸縮変位することにより、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bから拡大されたX方向の変位が出力されるようになっている。   The first intermediate member 74a and the second intermediate portion 78a are arranged symmetrically with the first output member 76a interposed therebetween, and the first intermediate member 74a and the second intermediate member 78a, the third intermediate member 74b, and the fourth intermediate member 78b. Is arranged symmetrically across the piezoelectric element 61. Further, the first to eighth hinges 73a, 75a, 77a, 79a, 73b, 75b, 77b, 79b have flexibility, and the first output member 76a bends due to the expansion and contraction of the piezoelectric element 61 to thereby displace the piezoelectric element 61. The second output member 76b can be transmitted to the piezoelectric element 61, and the piezoelectric element 61 expands and contracts in the Y direction, so that an enlarged displacement in the X direction is output from the first output member 76a and the second output member 76b. It is like that.

そして、第1ヒンジ73a、第4ヒンジ79a、第5ヒンジ73b、および第8ヒンジ79bは、第2ヒンジ75a、第3ヒンジ77a、第6ヒンジ75b、第7ヒンジ77bよりも外側に設けられているため、図2の矢印に示すように、圧電素子61が伸長した際に、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bが圧電素子61に対し相対的に外側へ変位するようになっている。   The first hinge 73a, the fourth hinge 79a, the fifth hinge 73b, and the eighth hinge 79b are provided outside the second hinge 75a, the third hinge 77a, the sixth hinge 75b, and the seventh hinge 77b. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 2, when the piezoelectric element 61 extends, the first output member 76 a and the second output member 76 b are displaced outward relative to the piezoelectric element 61. .

このとき、第1出力部材76aには、固定部材82を介して移動しないベース部材11に固定されたロッド83が当接されているため、第1出力部材76aは実際には不動部である。このため、圧電素子61が伸長した際には、第1出力部材76a以外の部分が圧電素子61とともに図1(a)の矢印B方向へ変位し、その変位が第2出力部材76bから固定治具80を介してステージ部材12に伝達される。   At this time, since the rod 83 fixed to the base member 11 that does not move via the fixing member 82 is in contact with the first output member 76a, the first output member 76a is actually a non-moving portion. For this reason, when the piezoelectric element 61 is extended, portions other than the first output member 76a are displaced together with the piezoelectric element 61 in the direction of arrow B in FIG. 1A, and the displacement is fixed from the second output member 76b. It is transmitted to the stage member 12 via the tool 80.

変位拡大機構62は、圧電素子61のY方向の伸縮変位を、10〜30倍程度に拡大してX方向の変位として出力することができる。   The displacement enlarging mechanism 62 can expand and contract the expansion / contraction displacement in the Y direction of the piezoelectric element 61 to about 10 to 30 times and output the displacement as an X direction displacement.

ベース部材11とステージ部材12との間にはばね部材85が設けられているので、変位拡大機構62の第1出力部材76aと第2出力部材76bとの間には、ばね部材85の付勢力により、常に圧縮力が付与される。この圧縮力は、第1変位伝達部70aおよび第2変位伝達部70bの他の部分を介して圧電素子61に対する圧縮力として作用する。   Since the spring member 85 is provided between the base member 11 and the stage member 12, the biasing force of the spring member 85 is provided between the first output member 76 a and the second output member 76 b of the displacement magnifying mechanism 62. Thus, a compressive force is always applied. This compressive force acts as a compressive force on the piezoelectric element 61 via the other portions of the first displacement transmitting portion 70a and the second displacement transmitting portion 70b.

圧電素子は一般的に脆性材料であるセラミック材料からなるため、圧縮に対しては強いが引張に対しては弱く引張力が与えられると容易に破壊されてしまうが、ばね部材85により圧電素子61に圧縮力が与えられているので、圧電素子61の引張力による破壊を抑制することができる。また、変位拡大機構62は、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bが圧電素子61の伸長にともない外側へ変位する構造であるため、常に圧縮力が付与されていても座屈し難い。   Since the piezoelectric element is generally made of a ceramic material which is a brittle material, it is strong against compression but weak against tension and is easily broken when a tensile force is applied. Since a compressive force is applied to the piezoelectric element 61, the piezoelectric element 61 can be prevented from being broken by a tensile force. In addition, the displacement enlarging mechanism 62 has a structure in which the first output member 76a and the second output member 76b are displaced outward as the piezoelectric element 61 expands, so that it is difficult to buckle even when a compressive force is always applied.

また、圧電アクチュエータ60にばね部材85の付勢力が付与されているため、その付勢力とステージ200の転がり摩擦(静止摩擦)とが協働して、圧電アクチュエータ60の変位を低下させるように作用し、圧電素子61に印加する電圧に対して変位を小さくすることができ、高精度の位置決めが可能となる。   Further, since the biasing force of the spring member 85 is applied to the piezoelectric actuator 60, the biasing force and the rolling friction (static friction) of the stage 200 cooperate to reduce the displacement of the piezoelectric actuator 60. In addition, the displacement can be reduced with respect to the voltage applied to the piezoelectric element 61, and positioning with high accuracy becomes possible.

さらに、ばね部材85により圧電素子61に圧縮力が作用することにより、圧電素子61の分極状態が安定し、クリーピングによる圧電素子61の長さ変動が抑制される。   Furthermore, the compressive force acts on the piezoelectric element 61 by the spring member 85, so that the polarization state of the piezoelectric element 61 is stabilized, and the length variation of the piezoelectric element 61 due to creeping is suppressed.

なお、ロッド83を固定治具82によりステージ部材12に固定し、圧電アクチュエータ60を固定治具80によりベース部材11に固定するようにしてもよく、その場合は、第2出力部材76bが不動部となり、圧電アクチュエータ60の変位は第1出力部材76aからロッド83および固定治具82を介してステージ部材12に伝達される。   The rod 83 may be fixed to the stage member 12 by the fixing jig 82, and the piezoelectric actuator 60 may be fixed to the base member 11 by the fixing jig 80. In this case, the second output member 76b is fixed to the stationary part. Thus, the displacement of the piezoelectric actuator 60 is transmitted from the first output member 76 a to the stage member 12 via the rod 83 and the fixing jig 82.

ドライバー90は、制御回路部91と可変抵抗からなる抵抗調整部92とを有している。そして、電源部(図示せず)から制御回路部91を介して圧電素子61に電圧が印加されるが、その際に抵抗調整部92で抵抗を調整することにより印加される電圧を調整し、圧電素子61に所望の変位を与えるようになっている。抵抗調整部92として多数回回転させることができる多回転タイプのものを用いることにより、分解能が高い高精度の変位調整を実現することができる。また、このように圧電アクチュエータ60のドライバー90をステージ装置100に設けたことにより、変位の微調整を容易に行うことができる。さらに、電源部としては、家庭用のAC電源、USB、電池等種々のものを用いることができる。   The driver 90 includes a control circuit unit 91 and a resistance adjustment unit 92 including a variable resistor. Then, a voltage is applied to the piezoelectric element 61 from the power supply unit (not shown) via the control circuit unit 91. At that time, the resistance adjustment unit 92 adjusts the applied voltage, A desired displacement is given to the piezoelectric element 61. By using a multi-rotation type that can be rotated many times as the resistance adjustment unit 92, high-precision displacement adjustment with high resolution can be realized. Further, by providing the driver 90 of the piezoelectric actuator 60 in the stage device 100 in this way, fine adjustment of the displacement can be easily performed. Furthermore, as the power supply unit, various types such as household AC power supply, USB, and battery can be used.

このように構成されたステージ装置100においては、圧電アクチュエータ60により圧電素子61のY方向の変位を変位拡大機構62により拡大されたX方向の変位とする。具体的には、圧電素子61がY方向に伸縮変位することにより、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bから拡大されたX方向の変位が出力される。すなわち、圧電素子61が伸長した際に、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bが圧電素子61に対し相対的に外側へ変位する。   In the stage apparatus 100 configured as described above, the displacement in the Y direction of the piezoelectric element 61 by the piezoelectric actuator 60 is set as the displacement in the X direction enlarged by the displacement enlarging mechanism 62. Specifically, when the piezoelectric element 61 expands and contracts in the Y direction, an enlarged displacement in the X direction is output from the first output member 76a and the second output member 76b. That is, when the piezoelectric element 61 extends, the first output member 76 a and the second output member 76 b are displaced outward relative to the piezoelectric element 61.

このとき、第1出力部材76aは不動部であるため、圧電素子61が伸長した際には、第1出力部材76a以外の部分が圧電素子61とともに矢印B方向(図1(a)参照)へ変位し、その変位が第2出力部材76bから固定治具80(固定突起部81)を介してステージ部材12に伝達され、ステージ部材12が高精度で位置決めされる。また、ロッド83の先端が球面となっていることにより、ロッド83の片当たり等が生じない。   At this time, since the first output member 76a is a non-moving portion, when the piezoelectric element 61 is extended, portions other than the first output member 76a are moved together with the piezoelectric element 61 in the direction of arrow B (see FIG. 1A). The displacement is transmitted, and the displacement is transmitted from the second output member 76b to the stage member 12 via the fixing jig 80 (fixing protrusion 81), and the stage member 12 is positioned with high accuracy. Further, since the tip of the rod 83 is a spherical surface, the rod 83 does not come into contact with each other.

圧電素子を単体で用いた場合は、発生する変位が小さいため十分なストロークをとることが困難である。このため、特許文献1では、粗動部により0.01mm単位で大まかな調整を行った後、圧電素子(圧電アクチュエータ)に尺取り虫的な運動を生じさせてストロークの長い微細駆動をさせているが、特許文献1の手法では、圧電素子に対して複雑な伸縮駆動をさせる必要があり、圧電素子を用いてコンパクトかつシンプルな構成で必要なストロークをとることが困難である。   When the piezoelectric element is used alone, it is difficult to take a sufficient stroke because the generated displacement is small. For this reason, in Patent Document 1, after roughly adjusting the coarse movement unit in units of 0.01 mm, the piezo-electric element (piezoelectric actuator) is caused to take a worm-like movement to perform fine driving with a long stroke. In the method of Patent Document 1, it is necessary to perform a complicated expansion / contraction drive on the piezoelectric element, and it is difficult to take a necessary stroke with a compact and simple configuration using the piezoelectric element.

これに対して、本実施形態では、圧電素子61の変位を変位拡大機構62で拡大することにより実現するので、装置構成をコンパクトかつシンプルにしつつ、必要なストロークでステージを微細駆動して位置決めを行うことができる。すなわち、変位拡大機構62を設けることにより、複雑な機構を付加することなく圧電素子61単独の場合に比べて変位を10〜30倍に高めて必要なストロークを確保することができる。実際に積層型の圧電素子61に変位拡大機構62を装着して圧電アクチュエータ60を構成して変位を出力した結果、圧電素子61の最大変位が19μmであったのに対し、変位拡大機構62により350μmの変位を出力させることができ、変位を略18倍に拡大することができた。   On the other hand, in this embodiment, since the displacement of the piezoelectric element 61 is increased by the displacement magnifying mechanism 62, positioning is performed by finely driving the stage with a necessary stroke while making the apparatus configuration compact and simple. It can be carried out. That is, by providing the displacement magnifying mechanism 62, the required stroke can be secured by increasing the displacement by 10 to 30 times compared to the case of the piezoelectric element 61 alone without adding a complicated mechanism. As a result of actually mounting the displacement magnifying mechanism 62 on the laminated piezoelectric element 61 and configuring the piezoelectric actuator 60 to output the displacement, the maximum displacement of the piezoelectric element 61 was 19 μm. A displacement of 350 μm could be output, and the displacement could be enlarged approximately 18 times.

また、変位拡大機構62は、圧電素子61が変位する方向に直交する方向に拡大された変位を出力するので、圧電素子61をその長さ方向がステージ部材12の変位方向と直交する方向になるように配置すればよい。このため、圧電素子61は、短い幅方向がステージ部材12の変位方向になるようにすればよく、ステージ装置100全体をよりコンパクトなものとすることができる。   Further, the displacement enlarging mechanism 62 outputs a displacement expanded in a direction orthogonal to the direction in which the piezoelectric element 61 is displaced, so that the length direction of the piezoelectric element 61 is in a direction orthogonal to the displacement direction of the stage member 12. May be arranged as follows. For this reason, the piezoelectric element 61 should just make the short width direction become the displacement direction of the stage member 12, and can make the whole stage apparatus 100 more compact.

さらに、ステージ部材12はベース部材11に対し、ばね部材85により矢印A方向に付勢されているので、変位拡大機構62の第1出力部材76aと第2出力部材76bとの間には、ばね部材85の付勢力により、常に圧縮力が付与される。このため、圧電素子61に引張力が及ぼされて破壊することを抑制することができる。   Further, since the stage member 12 is urged in the direction of arrow A by the spring member 85 with respect to the base member 11, a spring is not provided between the first output member 76a and the second output member 76b of the displacement enlarging mechanism 62. A compressive force is always applied by the biasing force of the member 85. For this reason, it can suppress that the tensile force is exerted on the piezoelectric element 61 and it destroys.

また、このように圧電アクチュエータ60にばね部材85の付勢力が付与されているため、その付勢力とステージ200の転がり摩擦(静止摩擦)とが協働して、圧電アクチュエータ60の変位を低下させるように作用する。すなわち、ばね部材85の付勢力およびステージ200の静止摩擦は、圧電素子61が伸長する場合および縮退する場合のいずれも、圧電素子61の変位の抵抗として作用し、圧電アクチュエータ60の出力(変位拡大機構62の出力部材からの出力)を小さくする機能を有する。図3および図4にそれぞれ圧電アクチュエータをステージに取り付けた場合および圧電アクチュエータ単体の場合の印加電圧と変位との関係を示す図である。図3(a)および図4(a)は、圧電素子に0Vから最大の150Vまでの電圧(正弦波)を印加した場合のみを示したものであるが、いずれもヒステリシスカーブを描いている。しかし、圧電アクチュエータをステージに取り付けた場合の図3(a)では、圧電アクチュエータ単体の場合の図4(a)に比べて、印加電圧に対する変位量が小さくなっている。そして、圧電アクチュエータをステージに取り付けた場合は、圧電素子61が伸長する場合および縮退する場合のいずれも、圧電アクチュエータ単体の場合に比べて、特に電圧をかけた初期段階において、電圧の変化に対して変位量が小さい状態となり、大きなヒステリシスカーブを描いている。また、図3(b)および図4(b)は、0V〜150Vの途中の電圧から電圧を上げたり下げたりした場合にみられるマイナーループも加味したものであるが、この場合にも図3(b)に示すように、圧電アクチュエータをステージに取り付けることにより、特に初期段階において電圧の変化に対して変位量が小さい状態となる。したがって、この電圧の変化に対して変位量が小さい電圧範囲を用いることにより、位置決め精度を極めて高くすることができる。   In addition, since the biasing force of the spring member 85 is applied to the piezoelectric actuator 60 in this way, the biasing force and the rolling friction (static friction) of the stage 200 cooperate to reduce the displacement of the piezoelectric actuator 60. Acts as follows. That is, the urging force of the spring member 85 and the static friction of the stage 200 act as a resistance of displacement of the piezoelectric element 61 both when the piezoelectric element 61 expands and contracts, and the output of the piezoelectric actuator 60 (displacement expansion). The output from the output member of the mechanism 62 is reduced. FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the relationship between applied voltage and displacement when the piezoelectric actuator is attached to the stage and when the piezoelectric actuator is used alone. FIGS. 3A and 4A show only a case where a voltage (sine wave) from 0 V to a maximum of 150 V is applied to the piezoelectric element, and both show a hysteresis curve. However, in FIG. 3A when the piezoelectric actuator is attached to the stage, the amount of displacement relative to the applied voltage is smaller than in FIG. 4A where the piezoelectric actuator is a single body. When the piezoelectric actuator is attached to the stage, both in the case where the piezoelectric element 61 expands and contracts, compared to the case of the piezoelectric actuator alone, particularly in the initial stage where voltage is applied, As a result, the displacement is small and a large hysteresis curve is drawn. 3 (b) and 4 (b) also take into account a minor loop that is seen when the voltage is raised or lowered from a voltage in the middle of 0V to 150V. As shown in (b), by attaching the piezoelectric actuator to the stage, the displacement amount is small with respect to the voltage change, particularly in the initial stage. Therefore, the positioning accuracy can be made extremely high by using a voltage range in which the amount of displacement is small with respect to this voltage change.

また、圧電アクチュエータを用いる場合は、ねじを用いる場合のようなバックラッシュが生じないため、モータを用いる場合よりも一層高精度の位置決めを実現することができる。具体的には0〜100nm、例えば10nm付近という極めて微細な範囲の位置調整を実現することができる。   In addition, when using a piezoelectric actuator, backlash does not occur as in the case of using a screw, so that it is possible to achieve positioning with higher accuracy than when using a motor. Specifically, position adjustment in a very fine range of 0 to 100 nm, for example, around 10 nm can be realized.

また、ばね部材85により圧電素子61に圧縮力が作用しているため、圧電素子61の分極状態が安定し、クリーピングによる長さの変動を抑制することができる。   Moreover, since the compressive force is acting on the piezoelectric element 61 by the spring member 85, the polarization state of the piezoelectric element 61 is stabilized, and the fluctuation | variation of the length by creeping can be suppressed.

さらに、一般的に圧電素子は剛性率が高く、圧電素子単体では、ステージ200に載せた作用子、例えばピペットや針等を細胞等の力を極力かけたくない物体に作用させる場合には、加わる力FはF=K・Δx(ただし、Kは剛性率)となり、Fは大きな値となって好ましくない。これに対して、本実施形態のように変位拡大機構で変位を拡大すると、エネルギー保存則により、E=(1/2)・K・xで表されるエネルギーEは一定となり、変位が拡大した分Kは小さくなるから、Kは小さくなり、ステージ200に載せた作用子が物体に及ぼす力を小さくすることができる。また、上述したように、ばね部材85を用いることにより、ばね部材85の付勢力と静止摩擦の協働作用によって、印加電圧に対する圧電アクチュエータ60の変位量を小さくすることができるので、作用子の力を一層小さくすることができる。このため、例えばピペットや針等を細胞等に作用させる場合のように、作用させる力を小さくすることが要求される用途に好適である。 Further, in general, a piezoelectric element has a high rigidity, and a single piezoelectric element is added when an operator, such as a pipette or a needle, placed on the stage 200 is applied to an object on which a force such as a cell is not applied as much as possible. The force F is F = K · Δx (where K is a rigidity), and F is a large value, which is not preferable. On the other hand, when the displacement is enlarged by the displacement enlargement mechanism as in the present embodiment, the energy E represented by E = (1/2) · K · x 2 is constant according to the energy conservation law, and the displacement is enlarged. Therefore, K is reduced, and the force exerted on the object by the operator placed on the stage 200 can be reduced. Further, as described above, by using the spring member 85, the amount of displacement of the piezoelectric actuator 60 with respect to the applied voltage can be reduced by the cooperative action of the urging force of the spring member 85 and static friction. The force can be further reduced. For this reason, it is suitable for an application in which it is required to reduce the applied force, for example, when a pipette, a needle or the like is applied to a cell or the like.

なお、このように変位拡大機構62にはばね部材85から常に圧縮力が付与されていることになるが、変位拡大機構62は、第1出力部材76aおよび第2出力部材76bが圧電素子61の伸長にともない外側へ変位する構造であるため、変位拡大機構62は常に圧縮力が付与されていても座屈し難い。   In this way, the displacement enlarging mechanism 62 is always given a compressive force from the spring member 85, but the displacement enlarging mechanism 62 has the first output member 76 a and the second output member 76 b of the piezoelectric element 61. Since the structure displaces to the outside as it extends, the displacement enlarging mechanism 62 is unlikely to buckle even when a compressive force is always applied.

さらにまた、圧電アクチュエータ60のドライバー90を圧電アクチュエータ60の近傍の固定治具80に取り付け、また、抵抗調整部92で抵抗を調整することにより圧電素子61に印加される電圧を調整して圧電素子の変位を制御するようにしたので、操作しやすく、かつ操作が容易である。さらに、抵抗調整部92として多回転タイプのものを用いることにより、分解能が高い高精度の変位調整を実現することができる。   Furthermore, the piezoelectric actuator 60 is attached to a fixing jig 80 in the vicinity of the piezoelectric actuator 60, and the resistance is adjusted by the resistance adjusting unit 92 to adjust the voltage applied to the piezoelectric element 61 to thereby adjust the piezoelectric element 61. Since the displacement is controlled, it is easy to operate and easy to operate. Furthermore, by using a multi-rotation type resistance adjustment unit 92, high-precision displacement adjustment with high resolution can be realized.

なお、上記例では、駆動機構300をステージ200におけるステージ部材12の移動方向に沿った側面に設けた例を示したが、図5に示すように、ステージ200におけるステージ部材の移動方向に直交する側面に設けてもよい。   In the above example, the drive mechanism 300 is provided on the side surface along the moving direction of the stage member 12 in the stage 200. However, as shown in FIG. 5, the driving mechanism 300 is orthogonal to the moving direction of the stage member in the stage 200. You may provide in a side surface.

<第2の実施形態>
図6は、本発明の第2の実施形態に係るステージ装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
<Second Embodiment>
FIGS. 6A and 6B are views showing a stage apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a side view.

本実施形態のステージ装置100′は、ステージ200は第1の実施形態と同様に構成されているが、第1の実施形態における駆動機構300とは異なる構造の駆動機構300′を有している。   In the stage apparatus 100 ′ of the present embodiment, the stage 200 is configured in the same manner as in the first embodiment, but has a drive mechanism 300 ′ having a structure different from that of the drive mechanism 300 in the first embodiment. .

駆動機構300′は、駆動機構300と同様、ステージ200のステージ部材12をX方向に移動させるものであり、大まかな位置決めを行う粗動部20と、微細な位置決めを行う微動部50とを有している。駆動機構300′は、ステージ200におけるステージ部材12の移動方向に沿った側面に設けられている。   Similar to the drive mechanism 300, the drive mechanism 300 ′ moves the stage member 12 of the stage 200 in the X direction, and includes a coarse movement unit 20 that performs rough positioning and a fine movement unit 50 that performs fine positioning. doing. The drive mechanism 300 ′ is provided on the side surface of the stage 200 along the moving direction of the stage member 12.

粗動部20は、粗動機構30を有し、この粗動機構30は、固定治具40によりベース部材11に固定されている。また、微動部50は、第1の実施形態と同様の圧電アクチュエータ60を有している。すなわち、この圧電アクチュエータ60は固定治具80によりステージ部材12に固定され、固定治具80には、圧電アクチュエータ60のドライバー90が取り付けられ、圧電素子61および変位拡大機構62は第1の実施形態と同様に構成されている。   The coarse movement unit 20 includes a coarse movement mechanism 30, and the coarse movement mechanism 30 is fixed to the base member 11 by a fixing jig 40. Moreover, the fine movement part 50 has the piezoelectric actuator 60 similar to 1st Embodiment. That is, the piezoelectric actuator 60 is fixed to the stage member 12 by a fixing jig 80. A driver 90 of the piezoelectric actuator 60 is attached to the fixing jig 80, and the piezoelectric element 61 and the displacement magnifying mechanism 62 are the first embodiment. It is configured in the same way.

粗動部20の粗動機構30は、マイクロメータと同様の原理を有するものであり、手動で回転される回転部31と、回転部31の内側に設けられ、固定治具40に取り付けられたスリーブ32と、回転部31を回転させることにより回転しながらスリーブに対して相対的にX方向に直進するスピンドル33とを有する。スピンドル33の先端は球面となっている。   The coarse movement mechanism 30 of the coarse movement part 20 has the same principle as that of a micrometer, and is provided with a rotation part 31 that is manually rotated, and provided inside the rotation part 31 and attached to the fixing jig 40. It has a sleeve 32 and a spindle 33 that moves straight in the X direction relative to the sleeve while rotating by rotating the rotating portion 31. The tip of the spindle 33 is a spherical surface.

本実施形態では、圧電アクチュエータ60における変位拡大機構62の第1出力部材76aには粗動機構30のスピンドル33が当接され、粗動機構30は固定治具40を介して移動しないベース部材11に固定され、第1の実施形態と同様、圧電素子61が伸長した際には、第1出力部材76a以外の部分が圧電素子61とともに図6(a)の矢印B方向へ変位し、その変位が第2出力部材76bから固定治具80を介してステージ部材12に伝達される。   In the present embodiment, the spindle 33 of the coarse movement mechanism 30 is brought into contact with the first output member 76 a of the displacement enlarging mechanism 62 in the piezoelectric actuator 60, and the coarse movement mechanism 30 does not move via the fixing jig 40. As in the first embodiment, when the piezoelectric element 61 is extended, the portions other than the first output member 76a are displaced together with the piezoelectric element 61 in the direction of arrow B in FIG. Is transmitted from the second output member 76b to the stage member 12 through the fixing jig 80.

変位拡大機構62は、圧電素子61のY方向の伸縮変位を、10〜30倍程度に拡大してX方向の変位として出力することができる。   The displacement enlarging mechanism 62 can expand and contract the expansion / contraction displacement in the Y direction of the piezoelectric element 61 to about 10 to 30 times and output the displacement as an X direction displacement.

なお、粗動機構30を固定治具40によりステージ部材12に固定し、圧電アクチュエータ60を固定治具80によりベース部材11に固定するようにしてもよく、その場合は、第2出力部材76bが不動部となり、圧電アクチュエータ60の変位は第1出力部材76aからスピンドル33および固定治具40を介してステージ部材12に伝達される。   The coarse movement mechanism 30 may be fixed to the stage member 12 by the fixing jig 40, and the piezoelectric actuator 60 may be fixed to the base member 11 by the fixing jig 80. In this case, the second output member 76b The displacement of the piezoelectric actuator 60 is transmitted from the first output member 76 a to the stage member 12 via the spindle 33 and the fixing jig 40.

ドライバー90も第1の実施形態と同様、制御回路部91と可変抵抗からなる抵抗調整部92とを有しており、電源部(図示せず)から制御回路部91を介して圧電素子61に電圧が印加され、その際に抵抗調整部92で抵抗を調整することにより印加される電圧を調整し、圧電素子61に所望の変位を与える。   Similarly to the first embodiment, the driver 90 also includes a control circuit unit 91 and a resistance adjustment unit 92 made of a variable resistor. The driver 90 is connected to the piezoelectric element 61 from the power supply unit (not shown) via the control circuit unit 91. A voltage is applied, and the applied voltage is adjusted by adjusting the resistance by the resistance adjusting unit 92 at that time, and a desired displacement is given to the piezoelectric element 61.

このように構成されたステージ装置100′においては、ステージ200の大まかな位置決めを行う粗動モードと微細な位置決めを行う微動モードのいずれかにより位置決めを行う。   In the stage apparatus 100 ′ configured as described above, positioning is performed in either a coarse movement mode in which the stage 200 is roughly positioned or a fine movement mode in which fine positioning is performed.

粗動モードにより位置決めを行う際には、粗動機構30の回転部31を回転させ、スピンドル33を回転させながら直動させる。これにより、ステージ部材12が圧電アクチュエータ60とともにX方向に沿って移動される。このとき、スピンドル33の先端が球面となっているので、スピンドル33が当接される変位拡大機構62がスピンドル33の回転を許容する。また、スピンドル33の先端が球面となっていることにより、スピンドル33の片当たり等が生じない。なお、本実施形態においては、ばね部材85は、粗動の際のスピンドル33の退入に追従するようにステージ部材12を移動させる機能も有する。   When positioning is performed in the coarse motion mode, the rotating portion 31 of the coarse motion mechanism 30 is rotated, and the spindle 33 is rotated and rotated. Thereby, the stage member 12 is moved along the X direction together with the piezoelectric actuator 60. At this time, since the tip of the spindle 33 is a spherical surface, the displacement enlarging mechanism 62 with which the spindle 33 abuts allows the spindle 33 to rotate. Further, since the tip of the spindle 33 is a spherical surface, the spindle 33 does not come into contact with each other. In the present embodiment, the spring member 85 also has a function of moving the stage member 12 so as to follow the retraction of the spindle 33 during coarse movement.

微動モードにより位置決めを行う際には、粗動モードによりステージ部材12を所定の位置に位置決めした後、微動部50の圧電アクチュエータ60により、第1の実施形態と同様、圧電素子61のY方向の変位を変位拡大機構62により拡大されたX方向の変位とし、その変位がステージ部材12に伝達され、ステージ部材12が微細に位置決めされる。   When positioning in the fine movement mode, after the stage member 12 is positioned at a predetermined position in the coarse movement mode, the piezoelectric actuator 60 of the fine movement section 50 is used to move the piezoelectric element 61 in the Y direction as in the first embodiment. The displacement is the displacement in the X direction enlarged by the displacement magnifying mechanism 62, the displacement is transmitted to the stage member 12, and the stage member 12 is finely positioned.

本実施形態では、微動モードを、第1の実施形態と同様の圧電アクチュエータ60により、圧電素子61の変位を変位拡大機構62で拡大することにより実現するので、装置構成をコンパクトかつシンプルにしつつ、必要なストロークでステージを微細駆動して位置決めを行うことができる。すなわち、変位拡大機構62を設けることにより、複雑な機構を付加することなく圧電素子61単独の場合に比べて変位を10〜30倍に高めて必要なストロークを確保することができる。また、粗動部により大まかな位置調整を行うことができるので、微動部との組み合わせで非常に長い距離の位置決めを高精度で行うことができる。   In the present embodiment, the fine movement mode is realized by enlarging the displacement of the piezoelectric element 61 by the displacement enlarging mechanism 62 by the piezoelectric actuator 60 similar to that of the first embodiment, so that the apparatus configuration is made compact and simple. Positioning can be performed by finely driving the stage with the required stroke. That is, by providing the displacement magnifying mechanism 62, the required stroke can be secured by increasing the displacement by 10 to 30 times compared to the case of the piezoelectric element 61 alone without adding a complicated mechanism. Moreover, since rough position adjustment can be performed by the coarse movement portion, positioning for a very long distance can be performed with high accuracy in combination with the fine movement portion.

さらに、本実施形態においても圧電アクチュエータ60を用いてステージの位置決めを行うので、第1の実施形態で得られる他の効果についても得ることができる。   Furthermore, since the stage is positioned using the piezoelectric actuator 60 also in this embodiment, other effects obtained in the first embodiment can also be obtained.

なお、上記例では、駆動機構300′をステージ200におけるステージ部材12の移動方向に沿った側面に設けた例を示したが、図7に示すように、第1の実施形態の図5と同様、ステージ200におけるステージ部材の移動方向に直交する側面に設けてもよい。   In the above example, the drive mechanism 300 ′ is provided on the side surface of the stage 200 along the moving direction of the stage member 12, but as shown in FIG. 7, the same as FIG. 5 of the first embodiment. The stage 200 may be provided on a side surface orthogonal to the moving direction of the stage member.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、X方向のみに移動する一軸のステージ装置を示したが、X方向、Y方向にそれぞれ移動するステージ部材を設けた二軸のステージ装置や三軸以上のステージ装置等、多軸のステージ装置であってもよい。多軸のステージ装置の場合には、駆動機構を軸の数だけ設ければよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, in the above-described embodiment, a uniaxial stage device that moves only in the X direction is shown. However, a biaxial stage device provided with stage members that move in the X direction and the Y direction, a triaxial or more stage device, and the like, A multi-axis stage device may be used. In the case of a multi-axis stage apparatus, it is only necessary to provide as many drive mechanisms as the number of axes.

さらに、上記第2の実施形態では、粗動部20に用いた粗動機構30を、マイクロメータと同様の原理を有する手動の機構としたが、ボールねじ機構等の電動の機構であってもよい。   Further, in the second embodiment, the coarse movement mechanism 30 used for the coarse movement unit 20 is a manual mechanism having the same principle as that of the micrometer, but an electric mechanism such as a ball screw mechanism may be used. Good.

さらにまた、上記実施形態では、ロッド83およびスピンドル33の先端面を球面とし、ロッド83またはスピンドル33を受ける第1出力部材76aの面を平面にしたが、図8に示すように、第1出力部材76aのスピンドル33を受ける部分にロッド83またはスピンドル33の球面に対応する円錐状の凹部101を設けてもよい。このように球面を円錐状の凹部で受けるようにすることにより、滑りを抑制することができ、ずれのない位置決めを行うことができる。さらにまた、上記実施形態ではロッド83またはスピンドル33の先端面を球面としたが、ロッド83またはスピンドル33の先端面を受ける第1出力部材76aの面を球面にしてもよい。   Furthermore, in the above embodiment, the tip surfaces of the rod 83 and the spindle 33 are spherical surfaces, and the surface of the first output member 76a that receives the rod 83 or the spindle 33 is a flat surface. However, as shown in FIG. A conical recess 101 corresponding to the spherical surface of the rod 83 or the spindle 33 may be provided in a portion of the member 76a that receives the spindle 33. By receiving the spherical surface with the conical recess as described above, slippage can be suppressed and positioning without deviation can be performed. Furthermore, in the above embodiment, the tip surface of the rod 83 or the spindle 33 is a spherical surface, but the surface of the first output member 76a that receives the tip surface of the rod 83 or the spindle 33 may be a spherical surface.

11;ベース部材
12;ステージ部材
13;レール
20;粗動部
30;粗動機構
31;回転部
32;スリーブ
33;スピンドル
40,80,82;固定治具
50;微動部
60;圧電アクチュエータ
61;圧電素子
62;変位拡大機構
71,72;ヘッドピース
70a,70b;変位伝達部
74a,74b,78a,78b;中間部材
73a,75a,77a,79a,73b,75b,77b,79b;ヒンジ
76a,76b;出力部材
81;固定突起部
83;ロッド
85;ばね部材
90;ドライバー
91;制御回路部
92;抵抗調整部
100,100′;ステージ装置
101;凹部
200;ステージ
300,300′;駆動機構
11; Base member 12; Stage member 13; Rail 20; Coarse moving part 30; Coarse moving mechanism 31; Rotating part 32; Sleeve 33; Spindle 40, 80, 82; Fixing jig 50; Piezoelectric element 62; displacement magnifying mechanism 71, 72; head piece 70a, 70b; displacement transmission part 74a, 74b, 78a, 78b; intermediate member 73a, 75a, 77a, 79a, 73b, 75b, 77b, 79b; hinge 76a, 76b Output member 81; fixed projection 83; rod 85; spring member 90; driver 91; control circuit unit 92; resistance adjustment unit 100, 100 '; stage device 101; recess 200; stage 300, 300';

Claims (20)

位置決め対象物を載せるステージ部材を有するステージと、前記ステージ部材を駆動する駆動機構とを具備するステージ装置であって、
前記駆動機構は、
電圧が印加されることにより所定方向に変位する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大して前記ステージ部材に伝達する変位拡大機構とを有する圧電アクチュエータを備えたことを特徴とするステージ装置。
A stage apparatus comprising a stage having a stage member on which a positioning object is placed, and a drive mechanism for driving the stage member,
The drive mechanism is
A stage apparatus comprising: a piezoelectric actuator having a piezoelectric element that is displaced in a predetermined direction when a voltage is applied; and a displacement enlarging mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element and transmits the displacement to the stage member.
前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、前記変位拡大機構を介して前記圧電素子に圧縮力を与える方向に付勢力を及ぼすばね部材をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
The stage has a base member that supports the stage member to move in one direction,
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and a spring member that exerts a biasing force on the stage member in a direction in which a compressive force is applied to the piezoelectric element via the displacement enlarging mechanism. The stage device according to claim 1, further comprising:
前記圧電素子は、長尺体として構成され、電圧が印加されることによりその長さ方向に変位し、前記変位拡大機構は、前記圧電素子の変位を、前記圧電素子の変位方向と直交する方向に拡大して出力し、その方向に前記ステージ部材を移動させることを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。   The piezoelectric element is configured as a long body, and is displaced in the length direction when a voltage is applied. The displacement enlarging mechanism is configured so that the displacement of the piezoelectric element is perpendicular to the displacement direction of the piezoelectric element. The stage apparatus according to claim 1, wherein the stage member is enlarged and output, and the stage member is moved in that direction. 前記変位拡大機構は、前記圧電素子を覆うように構成され、前記圧電素子が伸長変位した際に、前記圧電素子の変位方向と直交する方向で、かつ前記圧電素子に対し相対的に外側に向かう方向に変位することを特徴とする請求項3に記載のステージ装置。   The displacement enlarging mechanism is configured to cover the piezoelectric element, and when the piezoelectric element is extended and displaced, the displacement enlarging mechanism is directed outward in a direction orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric element and relative to the piezoelectric element. The stage apparatus according to claim 3, wherein the stage apparatus is displaced in a direction. 前記変位拡大機構は、前記圧電素子の長さ方向の一端面および他端面にそれぞれ固定された第1ヘッドピースおよび第2ヘッドピースと、前記第1ヘッドピースおよび前記第2ヘッドピースの間の前記圧電素子の一方側および他方側にそれぞれ設けられた第1変位伝達部および第2変位伝達部とを有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、それぞれ第1出力部および第2出力部を有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、前記圧電素子が伸長変位した際に、第1出力部および第2出力部が、前記圧電素子に対して相対的に外側に変位するように設けられていることを特徴とする請求項4に記載のステージ装置。
The displacement enlarging mechanism includes a first head piece and a second head piece fixed to one end face and the other end face in the length direction of the piezoelectric element, and the gap between the first head piece and the second head piece. A first displacement transmission portion and a second displacement transmission portion provided respectively on one side and the other side of the piezoelectric element;
The first displacement transmission unit and the second displacement transmission unit have a first output unit and a second output unit, respectively.
The first displacement transmitting unit and the second displacement transmitting unit are configured such that when the piezoelectric element is extended and displaced, the first output unit and the second output unit are displaced outward relative to the piezoelectric element. The stage apparatus according to claim 4, wherein the stage apparatus is provided.
前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、付勢力を及ぼすばね部材を有し、
前記ばね部材は、前記第1出力部および前記第2出力部の間に圧縮力を与え、その圧縮力が前記圧電素子に圧縮力を与えるように作用することを特徴とする請求項5に記載のステージ装置。
The stage has a base member that supports the stage member to move in one direction,
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and has a spring member that exerts a biasing force on the stage member,
The said spring member acts so that a compressive force may be given between the said 1st output part and the said 2nd output part, and the compressive force may give a compressive force to the said piezoelectric element. Stage equipment.
前記駆動機構は、前記ステージの大まかな位置決めを行う粗動部と、前記ステージの微細な位置決めを行う微動部とを有し、
前記圧電アクチュエータは前記微動部を構成し、
前記粗動部は、前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させる粗動機構を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記ステージ部材が所定位置に存在する状態で、前記ステージ部材を微動させることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のステージ装置。
The drive mechanism has a coarse movement part that performs rough positioning of the stage, and a fine movement part that performs fine positioning of the stage,
The piezoelectric actuator constitutes the fine movement part,
The coarse movement unit has a coarse movement mechanism that moves the stage member via the piezoelectric actuator,
The stage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the piezoelectric actuator finely moves the stage member in a state where the stage member exists at a predetermined position.
前記粗動機構は、進出退入可能なスピンドルを有し、前記スピンドルの進退により前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させることを特徴とする請求項7に記載のステージ装置。   8. The stage apparatus according to claim 7, wherein the coarse movement mechanism has a spindle that can be advanced and retracted, and moves the stage member via the piezoelectric actuator by the advance and retreat of the spindle. 前記圧電アクチュエータの出力部に当接される当接部材の先端面および前記圧電アクチュエータの前記出力部における前記当接部材の当接面の一方が球面であり、他方が平面または円錐状の凹部であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のステージ装置。   One of the front end surface of the contact member that contacts the output portion of the piezoelectric actuator and the contact surface of the contact member in the output portion of the piezoelectric actuator is a spherical surface, and the other is a flat or conical recess. The stage apparatus according to claim 1, wherein the stage apparatus is provided. 前記駆動機構は、前記圧電アクチュエータ近傍に、前記圧電素子に印加する電圧を調整するドライバーをさらに有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のステージ装置。   The stage device according to any one of claims 1 to 9, wherein the driving mechanism further includes a driver that adjusts a voltage applied to the piezoelectric element in the vicinity of the piezoelectric actuator. 位置決め対象物を載せるステージ部材を有するステージにおいて、前記ステージ部材を駆動する駆動機構であって、
電圧が印加されることにより所定方向に変位する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大して前記ステージ部材に伝達する変位拡大機構とを有する圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする駆動機構。
In a stage having a stage member on which a positioning object is placed, a drive mechanism for driving the stage member,
A drive mechanism comprising: a piezoelectric actuator having a piezoelectric element that is displaced in a predetermined direction when a voltage is applied; and a displacement enlarging mechanism that enlarges the displacement of the piezoelectric element and transmits the displacement to the stage member.
前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、前記変位拡大機構を介して前記圧電素子に圧縮力を与える方向に付勢力を及ぼすばね部材をさらに備えたことを特徴とする請求項11に記載の駆動機構。
The stage has a base member that supports the stage member to move in one direction,
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and a spring member that exerts a biasing force on the stage member in a direction in which a compressive force is applied to the piezoelectric element via the displacement enlarging mechanism. The drive mechanism according to claim 11, further comprising:
前記圧電素子は、長尺体として構成され、電圧を印加されることによりその長さ方向に変位し、前記変位拡大機構は、前記圧電素子の変位を、前記圧電素子の変位方向と直交する方向に拡大して出力し、その方向に前記ステージ部材を移動させることを特徴とする請求項11に記載の駆動機構。   The piezoelectric element is configured as a long body, and is displaced in the length direction when a voltage is applied thereto. The displacement enlarging mechanism is configured so that the displacement of the piezoelectric element is perpendicular to the displacement direction of the piezoelectric element. The drive mechanism according to claim 11, wherein the stage member is moved in the direction. 前記変位拡大機構は、前記圧電素子を覆うように構成され、前記圧電素子が伸長変位した際に、前記圧電素子の変位方向と直交する方向で、かつ前記圧電素子に対し相対的に外側に向かう方向に変位することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の駆動機構。   The displacement enlarging mechanism is configured to cover the piezoelectric element, and when the piezoelectric element is extended and displaced, the displacement enlarging mechanism is directed outward in a direction orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric element and relative to the piezoelectric element. The drive mechanism according to claim 12 or 13, wherein the drive mechanism is displaced in a direction. 前記変位拡大機構は、前記圧電素子の長さ方向の一端面および他端面にそれぞれ固定された第1ヘッドピースおよび第2ヘッドピースと、前記第1ヘッドピースおよび前記第2ヘッドピースの間の前記圧電素子の一方側および他方側にそれぞれ設けられた第1変位伝達部および第2変位伝達部とを有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、それぞれ第1出力部および第2出力部を有し、
前記第1変位伝達部および前記第2変位伝達部は、前記圧電素子が伸長変位した際に、第1出力部および第2出力部が、前記圧電素子に対して相対的に外側に変位するように設けられていることを特徴とする請求項14に記載の駆動機構。
The displacement enlarging mechanism includes a first head piece and a second head piece fixed to one end face and the other end face in the length direction of the piezoelectric element, and the gap between the first head piece and the second head piece. A first displacement transmission portion and a second displacement transmission portion provided respectively on one side and the other side of the piezoelectric element;
The first displacement transmission unit and the second displacement transmission unit have a first output unit and a second output unit, respectively.
The first displacement transmitting unit and the second displacement transmitting unit are configured such that when the piezoelectric element is extended and displaced, the first output unit and the second output unit are displaced outward relative to the piezoelectric element. The drive mechanism according to claim 14, wherein the drive mechanism is provided.
前記ステージは、前記ステージ部材が一方向に移動するように支持するベース部材を有し、
前記駆動機構は、前記ベース部材と前記ステージ部材との間に設けられ、前記ステージ部材に対して、付勢力を及ぼすばね部材を有し、
前記ばね部材は、前記第1出力部および前記第2出力部の間に圧縮力を与え、その圧縮力が前記圧電素子に圧縮力を与えるように作用することを特徴とする請求項15に記載の駆動機構。
The stage has a base member that supports the stage member to move in one direction,
The drive mechanism is provided between the base member and the stage member, and has a spring member that exerts a biasing force on the stage member,
The said spring member acts so that a compressive force may be given between the said 1st output part and the said 2nd output part, and the compressive force may give a compressive force to the said piezoelectric element. Drive mechanism.
前記ステージの大まかな位置決めを行う粗動部と、前記ステージの微細な位置決めを行う微動部とを有し、
前記圧電アクチュエータは前記微動部を構成し、
前記粗動部は、前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させる粗動機構を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記ステージ部材が所定位置に存在する状態で、前記ステージ部材を微動させることを特徴とする請求項11から請求項16のいずれか1項に記載の駆動機構。
A coarse movement part that performs rough positioning of the stage, and a fine movement part that performs fine positioning of the stage;
The piezoelectric actuator constitutes the fine movement part,
The coarse movement unit has a coarse movement mechanism that moves the stage member via the piezoelectric actuator,
The drive mechanism according to any one of claims 11 to 16, wherein the piezoelectric actuator finely moves the stage member in a state where the stage member exists at a predetermined position.
前記粗動機構は、進出退入可能なスピンドルを有し、前記スピンドルの進退により前記圧電アクチュエータを介して前記ステージ部材を移動させることを特徴とする請求項17に記載の駆動機構。   18. The drive mechanism according to claim 17, wherein the coarse movement mechanism has a spindle that can be advanced and retracted, and the stage member is moved via the piezoelectric actuator by the advance and retreat of the spindle. 前記圧電アクチュエータの出力部に当接される当接部材の先端面および前記圧電アクチュエータの前記出力部における前記当接部材の当接面の一方が球面であり、他方が平面または円錐状の凹部であることを特徴とする請求項11から請求項18のいずれか1項に記載の駆動機構。   One of the front end surface of the contact member that contacts the output portion of the piezoelectric actuator and the contact surface of the contact member in the output portion of the piezoelectric actuator is a spherical surface, and the other is a flat or conical recess. The drive mechanism according to any one of claims 11 to 18, wherein the drive mechanism is provided. 前記圧電アクチュエータ近傍に、前記圧電素子に印加する電圧を調整するドライバーをさらに有することを特徴とする請求項11から請求項19のいずれか1項に記載の駆動機構。   The drive mechanism according to any one of claims 11 to 19, further comprising a driver for adjusting a voltage applied to the piezoelectric element in the vicinity of the piezoelectric actuator.
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