JP2960112B2 - Micro displacement device - Google Patents

Micro displacement device

Info

Publication number
JP2960112B2
JP2960112B2 JP2135431A JP13543190A JP2960112B2 JP 2960112 B2 JP2960112 B2 JP 2960112B2 JP 2135431 A JP2135431 A JP 2135431A JP 13543190 A JP13543190 A JP 13543190A JP 2960112 B2 JP2960112 B2 JP 2960112B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
main body
piezoelectric element
spring
movable
spring portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2135431A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0434226A (en
Inventor
正和 林
順三 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2135431A priority Critical patent/JP2960112B2/en
Publication of JPH0434226A publication Critical patent/JPH0434226A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2960112B2 publication Critical patent/JP2960112B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/025Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by having a particular shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2224/00Materials; Material properties
    • F16F2224/02Materials; Material properties solids
    • F16F2224/0283Materials; Material properties solids piezoelectric; electro- or magnetostrictive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00Purpose; Design features
    • F16F2230/34Flexural hinges

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は可動部を精密に変位させることができる微
小変位装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a minute displacement device capable of precisely displacing a movable portion.

(従来の技術) 可動部を微小に変位させる微小変位装置としては、ベ
ース上に一対の平行ばねを立設し、これら平行ばねによ
って可動部を弾性的に支持する。そして、上記平行ばね
を圧電素子などのアクチュエータで変形させることで上
記可動部を変位させるようにしたものが知られている。
このような微小変位装置は、構成が簡単で、製作も容易
であるなどの利点を有する。
(Prior Art) As a minute displacement device for minutely displacing a movable part, a pair of parallel springs is erected on a base, and the movable part is elastically supported by these parallel springs. There is known a configuration in which the movable portion is displaced by deforming the parallel spring with an actuator such as a piezoelectric element.
Such a minute displacement device has advantages such as a simple configuration and easy manufacture.

従来、上記構成の微小変位装置においては、その平行
ばねが鉄鋼材料や非鉄金属材料などによって形成されて
いた。
Conventionally, in the minute displacement device having the above configuration, the parallel spring has been formed of a steel material, a non-ferrous metal material, or the like.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、鉄鋼材料や非鉄金属材料は、ヤング率
や熱特性などの機械的特性が均質とならない。そのた
め、鉄鋼材料や非鉄金属材料によって形成された平行ば
ねは一定の機械的特性を示さないから、アクチュエータ
によって駆動した場合の変形量が一定せず、それによっ
て可動部を高精度に微小変位させることができないとい
うことがあった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, steel materials and non-ferrous metal materials do not have uniform mechanical properties such as Young's modulus and thermal properties. For this reason, parallel springs made of steel or non-ferrous metal do not show constant mechanical characteristics, so the amount of deformation when driven by an actuator is not constant, and thus the movable part is minutely displaced with high precision. Was not possible.

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その
目的とするところは、可動部を高精度に微小変位させる
ことができるようにした微小変位装置を提供することに
ある。
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a minute displacement device capable of minutely displacing a movable portion with high accuracy.

[発明の構成] (課題を解決するための手段及び作用) 上記課題を解決するためにこの発明は、ばね部および
このばね部によって弾性的に変位可能に設けられた可動
部を有する装置本体と、この装置本体に設けられ上記ば
ね部を弾性的に変形させて上記可動部を変位させるアク
チュエータとを具備し、上記装置本体の少なくともばね
部は単結晶シリコンによって形成されていることを特徴
とする。
[Structure of the Invention] (Means and Actions for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a device body having a spring portion and a movable portion elastically displaceable by the spring portion. An actuator provided on the device main body for elastically deforming the spring portion to displace the movable portion, wherein at least the spring portion of the device main body is formed of single crystal silicon. .

このような構成によれば、単結晶シリコンによって形
成されたばね部は、鉄鋼材料や非鉄金属材料で作られた
ものに比べて機械的性質が均質となるから、可動部を高
精度に変位させることが可能となる。
According to such a configuration, the spring portion formed of single-crystal silicon has more uniform mechanical properties than those formed of a steel material or a non-ferrous metal material, so that the movable portion can be displaced with high precision. Becomes possible.

(実施例) 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図乃至第5図はこの発明の第1の実施例を示す。
第1図に示す微小変位装置は単結晶シリコンによって立
方体状に形成された装置本体1を備えている。この装置
本体1には、その幅方向に貫通した空洞部2が加工によ
って穿設されている。この空洞部2によって装置本体1
には、下側の固定部3と、上側の可動部4と、両側の側
壁部5とが形成されている。一対の側壁部5は平行に離
間対向し、これらの内面の上下端部には、それぞれ溝6
が装置本体1の幅方向に沿って刻設されている。これら
溝6によって、上記側壁部5には薄肉なヒンジ部7が形
成されている。一対の側壁部5は、上記ヒンジ部7を支
点として装置本体1の幅方向と直交する左右方向に弾性
的に変形可能な平行ばね8になっている。つまり、装置
本体1の下側の固定部3を固定すれば、上側の可動部4
を左右方向に変位させることができるようになってい
る。
1 to 5 show a first embodiment of the present invention.
The micro displacement device shown in FIG. 1 includes a device main body 1 formed of a single crystal silicon in a cubic shape. In the device main body 1, a cavity 2 penetrating in the width direction thereof is formed by processing. The main body 1 is formed by the cavity 2.
, A lower fixed portion 3, an upper movable portion 4, and side wall portions 5 on both sides are formed. The pair of side walls 5 are opposed to each other in parallel and spaced apart from each other.
Are engraved along the width direction of the apparatus main body 1. These grooves 6 form a thin hinge 7 on the side wall 5. The pair of side wall portions 5 are parallel springs 8 that can be elastically deformed in the left-right direction orthogonal to the width direction of the apparatus main body 1 with the hinge portion 7 as a fulcrum. That is, if the lower fixed part 3 of the apparatus main body 1 is fixed, the upper movable part 4
Can be displaced in the left-right direction.

上記固定部3の上面には装置本体1の幅方向に沿って
固定アーム11が突設され、上記可動部4の下面には上記
固定アーム11の一側面側に平行に対向した可動アーム12
が垂設されている。上記固定アーム11の幅方向中央部分
には取付孔13が穿設されている。また、上記固定アーム
11の他側面に位置する一方の側壁部5には上記取付孔13
に対向して挿通孔14が穿設されている。この挿通孔14か
ら上記取付孔13へは先端部にアクチュエータとしてのロ
ッド状の圧電素子15が固定されたホルダ16が挿通されて
いる。このホルダ16は固定アーム11の幅方向の端面から
捩じ込まれた固定ねじ17によって固定されている。上記
圧電素子15の先端面は球体18を介して上記可動アーム12
に当接している。つまり、圧電素子15は可動アーム12を
第2図に矢印で示す方向に押圧した状態で設けられてい
る。上記球体18は圧電素子15あるいは可動アーム12のど
ちらか一方に一体的に設けられている。
A fixed arm 11 protrudes from the upper surface of the fixed portion 3 along the width direction of the apparatus main body 1, and a movable arm 12 parallel to one side surface of the fixed arm 11 is provided on a lower surface of the movable portion 4.
Is hanging. At the center in the width direction of the fixed arm 11, a mounting hole 13 is formed. In addition, the fixed arm
The one side wall portion 5 located on the other side surface of the
An insertion hole 14 is formed so as to face the hole. A holder 16 to which a rod-shaped piezoelectric element 15 as an actuator is fixed at a distal end from the insertion hole 14 to the mounting hole 13 is inserted. The holder 16 is fixed by a fixing screw 17 screwed from an end face in the width direction of the fixing arm 11. The tip surface of the piezoelectric element 15 is connected to the movable arm 12 via a sphere 18.
Is in contact with That is, the piezoelectric element 15 is provided in a state where the movable arm 12 is pressed in the direction indicated by the arrow in FIG. The sphere 18 is provided integrally with either the piezoelectric element 15 or the movable arm 12.

上記圧電素子15は、これに印加される電圧値に応じて
伸長する。圧電素子15が伸長すれば、可動アーム12が押
圧されるから、可動部4が第5図に鎖線で示すように平
行ばね8を弾性的に変形させながら矢印方向に変位す
る。圧電素子15に印加した電圧を除去すれば、上記可動
部4は平行ばね8の復元力によってもとの位置へ復帰す
る。
The piezoelectric element 15 expands according to a voltage value applied to the piezoelectric element. When the piezoelectric element 15 is extended, the movable arm 12 is pressed, so that the movable part 4 is displaced in the direction of the arrow while elastically deforming the parallel spring 8 as shown by a chain line in FIG. When the voltage applied to the piezoelectric element 15 is removed, the movable portion 4 returns to the original position by the restoring force of the parallel spring 8.

上記装置本体1の一対の側壁部5の外面には、それぞ
れヒンジ部7と対応する位置に歪みゲージ19が設けられ
ている。つまり、装置本体1には合計4つの歪みゲージ
19が設けられている。これら歪みゲージ19は、装置本体
1が単結晶シリコンからなるから、ICの製造工程と同様
のフォトリソグラフィ技術によって不純物を拡散するこ
とで形成される。歪みゲージ19は、第3図に示すように
蛇行状に屈曲した帯状のピエゾ抵抗21と、このピエゾ抵
抗の両端に設けられたリード線取出し用の配線パッド22
とからなる。
Strain gauges 19 are provided on the outer surfaces of the pair of side walls 5 of the apparatus main body 1 at positions corresponding to the hinges 7 respectively. In other words, a total of four strain gauges
19 are provided. Since the device main body 1 is made of single-crystal silicon, these strain gauges 19 are formed by diffusing impurities by a photolithography technique similar to the IC manufacturing process. As shown in FIG. 3, the strain gauge 19 includes a strip-shaped piezoresistor 21 bent in a meandering shape and wiring pads 22 for taking out lead wires provided at both ends of the piezoresistor.
Consists of

装置本体1に設けられた4つの歪みゲージ19は、第4
図に示すようにブリッジ回路25を形成している。このブ
リッジ回路25には定電圧Vccが印加され、出力電圧Vsが
得られるようになっている。この出力電圧Vsは第1の増
幅回路26に入力される。それによって、第1の増幅回路
26からは比較電圧Vcが出力され、この比較電圧Vcは差分
回路27に入力されるようになっている。
The four strain gauges 19 provided in the apparatus body 1
As shown in the figure, a bridge circuit 25 is formed. A constant voltage Vcc is applied to the bridge circuit 25, and an output voltage Vs is obtained. This output voltage Vs is input to the first amplifier circuit 26. Thereby, the first amplifier circuit
The comparison voltage Vc is output from 26, and the comparison voltage Vc is input to the difference circuit 27.

上記差分回路27には上記圧電素子15を駆動するための
制御電圧Viが入力される。この差分回路27は制御電圧Vi
と上記出力電圧Vcとの差に応じた差電圧eを出力する。
この差電圧eは第2の増幅回路28で増幅されて駆動回路
29に入力される。この駆動回路29には上記圧電素子15が
接続されている。したがって、圧電素子15は上記差電圧
eの大きさに応じて変位するようになっている。
A control voltage Vi for driving the piezoelectric element 15 is input to the difference circuit 27. The difference circuit 27 controls the control voltage Vi.
And the output voltage Vc.
This difference voltage e is amplified by a second amplifier circuit 28 and
Entered in 29. The piezoelectric element 15 is connected to the drive circuit 29. Therefore, the piezoelectric element 15 is displaced according to the magnitude of the difference voltage e.

圧電素子15が駆動されて装置本体1の可動部4が変位
すると、平行ばね8が弾性的に変形する。平行ばね8が
変形すると、歪みゲージ19に歪みが発生してブリッジ回
路25のバランスが崩れるから、このブリッジ回路25から
出力される出力電圧Vsが上述したように第1の増幅回路
28で増幅されて差分回路27に入力する。
When the movable element 4 of the apparatus main body 1 is displaced by driving the piezoelectric element 15, the parallel spring 8 is elastically deformed. When the parallel spring 8 is deformed, a strain is generated in the strain gauge 19 and the balance of the bridge circuit 25 is lost. Therefore, as described above, the output voltage Vs output from the bridge circuit 25 becomes the first amplifier circuit.
The signal is amplified at 28 and input to the difference circuit 27.

上記圧電素子15が制御電圧Viの大きさに応じて変位す
れば、ブリッジ回路25からの出力電圧Vsが第1の増幅回
路26で増幅され、この第1の増幅回路26から出力される
比較電圧Vcは上記制御電圧Viと等しくなる。したがっ
て、上記差分回路27からは差電圧eが出力されることが
ない。しかしながら、圧電素子15が制御電圧Viの電圧値
に応じた量で変形しない場合には、差分回路27に入力さ
れる制御電圧Viと、ブリッジ回路25からの比較電圧Vcと
に差が生じる。そのため、差分回路27からは、その差に
応じた差電圧eが出力されるから、その差電圧によって
圧電素子15が駆動されることになる。
When the piezoelectric element 15 is displaced in accordance with the magnitude of the control voltage Vi, the output voltage Vs from the bridge circuit 25 is amplified by the first amplifier circuit 26, and the comparison voltage output from the first amplifier circuit 26 Vc becomes equal to the control voltage Vi. Therefore, the difference voltage e is not output from the difference circuit 27. However, when the piezoelectric element 15 does not deform by an amount corresponding to the voltage value of the control voltage Vi, a difference occurs between the control voltage Vi input to the difference circuit 27 and the comparison voltage Vc from the bridge circuit 25. Therefore, a difference voltage e corresponding to the difference is output from the difference circuit 27, and the piezoelectric element 15 is driven by the difference voltage.

すなわち、圧電素子15には、通常第6図(a)に示す
ようにヒステリシスがあるため、圧電素子15に加える電
圧値に応じて可動部4を精密に変位させることが難し
い。しかしながら、上述したようにブリッジ回路25から
の出力をフィードバックさせて上記圧電素子15を制御す
れば、第6図(b)に示すように可動部4の変位量dに
ヒステリシスを生じることなく圧電素子15を駆動するこ
とができる。つまり、装置本体1の可動部4を精密に駆
動することができる。
That is, since the piezoelectric element 15 usually has a hysteresis as shown in FIG. 6 (a), it is difficult to precisely displace the movable portion 4 according to the voltage value applied to the piezoelectric element 15. However, if the piezoelectric element 15 is controlled by feeding back the output from the bridge circuit 25 as described above, the piezoelectric element 15 does not have a hysteresis in the displacement d of the movable portion 4 as shown in FIG. 15 can be driven. That is, the movable section 4 of the apparatus main body 1 can be precisely driven.

上記構成の微小変位装置によれば、その装置本体1が
均質な素材である単結晶シリコンによって形成されてい
るため、平行ばね8のマング率や熱特性などの機械的特
性を一定にすることができる。そのため、上記平行ばね
8を圧電素子15によって駆動した場合の変形量を一定に
できるから、上記可動部4を精密に微小変位させること
ができる。
According to the micro-displacement device having the above-described configuration, since the device main body 1 is formed of single-crystal silicon, which is a homogeneous material, it is possible to make the mechanical characteristics of the parallel spring 8 such as the Mang ratio and the thermal characteristics constant. it can. Therefore, since the amount of deformation when the parallel spring 8 is driven by the piezoelectric element 15 can be made constant, the movable portion 4 can be minutely displaced precisely.

また、装置本体1が単結晶シリコンによって形成され
ていることにより、その平行ばね8の変形量を検出する
歪みゲージ19をICの製造工程と同様のフォトリソグラフ
ィー技術によって形成することができる。そのため、装
置本体1とは別体の歪みゲージを被測定部位に接着剤で
貼着する従来のように、歪みゲージ19の性能が接着剤の
影響を受けるということがないから、検出精度が向上す
る。また、装置本体1から歪みゲージ19が剥離するよう
なことがないから、耐久性の向上が計れる。
Further, since the device main body 1 is formed of single crystal silicon, the strain gauge 19 for detecting the amount of deformation of the parallel spring 8 can be formed by the same photolithography technique as in the IC manufacturing process. As a result, the performance of the strain gauge 19 is not affected by the adhesive as in the conventional case where a strain gauge separate from the apparatus main body 1 is attached to the measurement site with an adhesive, so that the detection accuracy is improved. I do. Further, since the strain gauge 19 does not peel off from the apparatus main body 1, the durability can be improved.

第7図乃至第11図はこの発明の第2乃至第6の実施例
を示す。
7 to 11 show the second to sixth embodiments of the present invention.

第7図に示す装置本体31は、内面側の上下端部に軸方
向に沿って一対の溝32を加工することでヒンジ部33およ
び平行ばね8が形成された2枚の単結晶シリコン板34
を、上下方向に平行に離間対向して配置された板状の固
定部35と可動部36との両端面にそれぞれ接着固定する。
固定部35には固定アーム37が突設され、可動部36には可
動アーム38が垂設されている。上記固定部35と可動部36
は、単結晶シリコン以外の材料が用いられている。
The apparatus main body 31 shown in FIG. 7 is composed of two single crystal silicon plates 34 on which hinge portions 33 and parallel springs 8 are formed by forming a pair of grooves 32 in the upper and lower ends of the inner surface along the axial direction.
Are bonded and fixed to both end surfaces of a plate-like fixed portion 35 and a movable portion 36 which are arranged in parallel in the vertical direction and opposed to each other.
A fixed arm 37 is protruded from the fixed portion 35, and a movable arm 38 is suspended from the movable portion 36. The fixed part 35 and the movable part 36
Is made of a material other than single crystal silicon.

このような構成された装置本体31であっても、上記第
1の実施例と同様平行ばね8の機械的特性の向上が計れ
るばかりか、歪みゲージ19をフォトリソグラフィー技術
によって形成することができる。
Even in the apparatus main body 31 configured as described above, the mechanical properties of the parallel spring 8 can be improved as in the first embodiment, and the strain gauge 19 can be formed by photolithography.

第8図に示す装置本体41は、一対の帯状部材42の上下
端面に単結晶シリコンによって形成された薄い弾性板43
の上下方向一端側を取着する。下側の弾性板43の他端側
は板状の固定部44に取着し、上側の弾性板43の他端側は
可動部45に取着する。上記固定部44には固定アーム46が
突設され、上記可動部45には可動アーム47が垂設されて
いる。つまり、帯状部材42と弾性板43とで平行ばねを形
成している。
The apparatus main body 41 shown in FIG. 8 has a thin elastic plate 43 made of single-crystal silicon on the upper and lower end surfaces of a pair of band members 42.
Attach one end in the vertical direction. The other end of the lower elastic plate 43 is attached to a plate-like fixed portion 44, and the other end of the upper elastic plate 43 is attached to a movable portion 45. A fixed arm 46 protrudes from the fixed part 44, and a movable arm 47 is vertically provided from the movable part 45. That is, the band-shaped member 42 and the elastic plate 43 form a parallel spring.

このような構成によれば、上記弾性板43が弾性変形し
て可動板45が変位し、また単結晶シリコンからなる上記
弾性板43に歪みゲージ19を形成することができる。
According to such a configuration, the elastic plate 43 is elastically deformed and the movable plate 45 is displaced, and the strain gauge 19 can be formed on the elastic plate 43 made of single crystal silicon.

第9図に示す装置本体51は、第7図に示す構成とほぼ
同じであるが、単結晶シリコン板34に形成される溝32a
を、異方性エッチングによって台形テーパ状に形成した
という点で異なる。
The device main body 51 shown in FIG. 9 is substantially the same as the structure shown in FIG. 7, except that a groove 32a formed in the single crystal silicon plate 34 is formed.
Is formed in a trapezoidal taper shape by anisotropic etching.

なお、第7図乃至第9図に示す実施例においても、図
示されていないが、上記第1の実施例と同様可動部は圧
電素子によって駆動されるようになっている。
Although not shown in the embodiment shown in FIGS. 7 to 9, the movable portion is driven by a piezoelectric element as in the first embodiment.

第10図に示す装置本体61は第1図に示す装置本体1と
ほぼ同様であるが、以下の点で相違する。この実施例の
装置本体61は、圧電素子15の変形を拡大して可動部4を
変位させるようにした構造である。つまり、装置本体1
の固定部3と可動部4との間には、一対の平行ばね8の
他に、拡大部材62の両端がそれぞれ薄肉なヒンジ部63を
介して一体的に形成されている。固定部3に突設された
固定アーム11に圧電素子15の一端側が取付けられ、この
他端側は上記拡大部材62の下端部に球体18を介して当接
している。
The apparatus main body 61 shown in FIG. 10 is almost the same as the apparatus main body 1 shown in FIG. 1, but differs in the following points. The apparatus main body 61 of this embodiment has a structure in which the deformation of the piezoelectric element 15 is enlarged to displace the movable section 4. That is, the device body 1
Between the fixed portion 3 and the movable portion 4, in addition to the pair of parallel springs 8, both ends of the expanding member 62 are integrally formed via thin hinge portions 63. One end of the piezoelectric element 15 is attached to a fixed arm 11 protruding from the fixed portion 3, and the other end of the piezoelectric element 15 is in contact with the lower end of the expanding member 62 via a sphere 18.

このような構成によれば、圧電素子15が変形すると、
その変形量に応じて拡大部材62の下端部が下側のヒンジ
部63を支点として回動変位させられる。この拡大部材62
の上端部の変位量は下端部の変位量よりも大きいから、
拡大部材62の上端部に連結された可動部4は圧電素子15
の変形量に比べて大きな変位量で変位することになる。
According to such a configuration, when the piezoelectric element 15 is deformed,
In accordance with the amount of the deformation, the lower end of the expanding member 62 is rotated and displaced around the lower hinge 63 as a fulcrum. This expanding member 62
Because the displacement of the upper end of is larger than the displacement of the lower end,
The movable part 4 connected to the upper end of the enlarging member 62 includes the piezoelectric element 15.
Will be displaced by a large amount of displacement compared to the amount of deformation.

第11図は第1図に示す構成と同じ構成のX、Y、Zの
3つの装置本体71、72、73を積み重ねて微小変位装置を
形成している。つまり、最上段のZ装置本体73はその可
動部4の変位方向を同図に矢印で示すX、Y、Zの三軸
方向のうち、Z方向に沿わせて配置されている。このZ
装置本体71の固定部3の一端には第1の凸条74が幅方向
全長にわたって突設され、可動部4には上記第1の凸条
74と反対側の一端に第2の凸条75が突設されている。
FIG. 11 shows a micro displacement device formed by stacking three main bodies 71, 72, 73 of X, Y, Z having the same configuration as that shown in FIG. That is, the Z device main body 73 at the uppermost stage is arranged along the Z direction among the three axial directions of X, Y and Z indicated by arrows in FIG. This Z
At one end of the fixed portion 3 of the apparatus main body 71, a first ridge 74 is provided so as to protrude over the entire length in the width direction.
A second ridge 75 protrudes from one end opposite to 74.

上記第1の凸条74には固定的に配置されるベース板76
が固着されている。上記第2の凸条75には、上記Y装置
本体72の固定部3の一端が固着されている。このY装置
本体72は、その可動部4の変位方向をY方向に沿わせて
上記Z装置本体71の第2の凸条75に固着されている。
A base plate 76 fixedly disposed on the first ridge 74
Is fixed. One end of the fixing portion 3 of the Y device main body 72 is fixed to the second ridge 75. The Y device main body 72 is fixed to the second ridge 75 of the Z device main body 71 with the displacement direction of the movable portion 4 along the Y direction.

上記Y装置本体72の可動部4にはX装置本体71の固定
部3が接合固定されている。このX装置本体71は、その
可動部4の変位方向をX方向に沿わせて設けられ、可動
部4には取付板77が接合固定されている。この取付板77
には図示しない被駆動体が取付けられるようになってい
る。
The fixed portion 3 of the X device main body 71 is joined and fixed to the movable portion 4 of the Y device main body 72. The X device main body 71 is provided such that the displacement direction of the movable part 4 is along the X direction, and the mounting plate 77 is joined and fixed to the movable part 4. This mounting plate 77
A driven body (not shown) can be attached to the device.

各装置本体71、72、73には、図示されていないが第1
図に示す構成と同様可動部4を駆動するための圧電素子
15が設けられている。したがって、各装置本体の可動部
4を圧電素子15によって駆動すれば、X装置本体71の可
動部4に取着された取付板77をX、Y、Zの三軸方向に
駆動することができるようになっている。
Although not shown, each device body 71, 72, 73 has a first
Piezoelectric element for driving movable section 4 as in the configuration shown in FIG.
15 are provided. Therefore, if the movable section 4 of each apparatus main body is driven by the piezoelectric element 15, the mounting plate 77 attached to the movable section 4 of the X apparatus main body 71 can be driven in the three axes of X, Y, and Z. It has become.

なお、第11図に示された実施例において、各装置本体
を第7図乃至第10図に示す構成としてよ差し支えない。
また、X、Y、Zの各装置本体を別体とせず、1つの単
結晶シリコンによって一体に形成するようにしてもよ
い。その場合、Z装置本体に歪みゲージを形成すること
ができるようにベース板76のなどの形状を考慮する必要
がある。また、Z装置本体だけを別体とし、X装置本体
とY装置本体とを1つの単結晶シリコンによって一体に
形成するようにしてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 11, each apparatus main body may be configured as shown in FIGS. 7 to 10.
Further, the X, Y, and Z device main bodies may not be formed separately, but may be integrally formed of one single crystal silicon. In that case, it is necessary to consider the shape of the base plate 76 and the like so that a strain gauge can be formed in the Z apparatus main body. Alternatively, only the Z device main body may be separated, and the X device main body and the Y device main body may be integrally formed of one single crystal silicon.

また、上記取付板は3つの装置本体によって三軸方向
に変位させうようにしたが、2つの装置本体によって二
軸方向に変位させる構造であってもよい。
Further, the mounting plate is displaced in three axial directions by three device main bodies, but may be configured to be displaced in two axial directions by two device main bodies.

第7図乃至第11図に示す実施例において、各ばね部に
設けられた歪みゲージは、第1の実施例と同様のブリッ
ジ回路に組まれている。そして、このブリッジ回路から
の出力は、圧電素子のヒステリシスを除去するフィード
バック制御用の信号として利用される。
In the embodiment shown in FIGS. 7 to 11, the strain gauges provided on each spring portion are assembled in the same bridge circuit as in the first embodiment. The output from the bridge circuit is used as a signal for feedback control for removing hysteresis of the piezoelectric element.

[発明の効果] 以上述べたようにこの発明は、ばね部とこのばね部に
よって弾性的に変位可能に設けられた可動部とを有する
装置本体に、上記ばね部を変形させて上記可動部を変位
させるアクチュエータが設けられた微小変位装置におい
て、上記装置本体の少なくともばね部を単結晶シリコン
によって形成するようにした。そのため、上記ばね部の
ヤング率や熱特性などの機械的特性を均質にすることが
できるから、上記可動部をアクチュエータによって高精
度に駆動することができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a device body having a spring portion and a movable portion elastically displaceable by the spring portion by deforming the spring portion to attach the movable portion. In a minute displacement device provided with an actuator for displacement, at least a spring portion of the device main body is formed of single crystal silicon. Therefore, the mechanical characteristics such as the Young's modulus and the thermal characteristics of the spring portion can be made uniform, so that the movable portion can be driven with high accuracy by the actuator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の第1の実施例を示す装置本体の斜視
図、第2図は同じく側面図、第3図は同じく歪みゲージ
部分の拡大斜視図、第4図は圧電素子のヒステリシスを
除去するための制御回路図、第5図は圧電素子によって
装置本体の可動部が駆動された状態の説明図、第6図
(a)は圧電素子にヒステリシスが生じる従来の電圧と
変位の関係のグラフ、第6図(b)は圧電素子にヒステ
リシスが除去されたこの発明の電圧と変位の関係のグラ
フ、第7図乃至第9図はそれぞれこの発明の第2乃至第
4の実施例を示す装置本体の斜視図、第10図はこの発明
の第5の実施例を示す装置本体の断面図、第11図はこの
発明の第6の実施例を示す三つの装置本体を積み重ねた
状態の斜視図である。 1、31、41……装置本体、3、35、44……固定部、4…
…36、45……可動部、8……平行ばね(ばね部)、15…
…圧電素子(アクチュエータ)。
FIG. 1 is a perspective view of an apparatus main body showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is an enlarged perspective view of a strain gauge part, and FIG. 4 shows a hysteresis of a piezoelectric element. FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which the movable portion of the apparatus main body is driven by the piezoelectric element, and FIG. 6A is a diagram showing a conventional relationship between voltage and displacement in which hysteresis occurs in the piezoelectric element. FIG. 6 (b) is a graph showing the relationship between voltage and displacement of the present invention in which hysteresis has been removed from the piezoelectric element, and FIGS. 7 to 9 show second to fourth embodiments of the present invention, respectively. FIG. 10 is a perspective view of the apparatus main body, FIG. 10 is a cross-sectional view of the apparatus main body showing a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view of a state in which three apparatus main bodies showing a sixth embodiment of the present invention are stacked. FIG. 1, 31, 41 ... device body, 3, 35, 44 ... fixed part, 4 ...
… 36, 45… Movable part, 8… Parallel spring (spring part), 15…
... Piezoelectric elements (actuators).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16F 1/00 - 6/00 B25J 19/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F16F 1/00-6/00 B25J 19/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ばね部およびこのばね部によって弾性的に
変位可能に設けられた可動部を有する装置本体と、この
装置本体に設けられ上記ばね部を弾性的に変形させて上
記可動部を変位させるアクチュエータとを具備し、上記
装置本体の少なくともばね部は単結晶シリコンによって
形成されていることを特徴とする微小変位装置。
An apparatus body having a spring portion and a movable portion elastically displaceable by the spring portion, and the movable portion is displaced by elastically deforming the spring portion provided on the device body. A micro-displacement device, comprising: an actuator for causing the device body to have at least a spring portion made of single-crystal silicon.
【請求項2】上記ばね部には、装置本体の可動部を弾性
的に変位させたときに生じるひずみを検出する歪みゲー
ジが上記ばね部を形成する単結晶シリコンひ不純物を拡
散して形成されていることを特徴とする請求の範囲第1
項記載の微小変位装置。
2. A strain gauge for detecting a strain generated when the movable portion of the apparatus body is elastically displaced is formed in the spring portion by diffusing single crystal silicon impurities forming the spring portion. Claim 1 characterized by the following.
Item 6. The micro displacement device according to Item 1.
【請求項3】上記ばね部には、ブリッジ回路を構成する
複数の歪みゲージが設けられ、上記アクチュエータに
は、上記ブリッジ回路からの出力をフィードバックする
制御手段が接続されていることを特徴とする請求の範囲
第2項記載の微小変位装置。
3. The spring section is provided with a plurality of strain gauges constituting a bridge circuit, and the actuator is connected to control means for feeding back an output from the bridge circuit. The minute displacement device according to claim 2.
【請求項4】複数の装置本体がそれぞれのばね部の変形
方向を異なる方向にして積層されてなることを特徴とす
る請求の範囲第1項記載の微小変位装置。
4. The minute displacement device according to claim 1, wherein a plurality of device main bodies are stacked with the respective spring portions deformed in different directions.
JP2135431A 1990-05-28 1990-05-28 Micro displacement device Expired - Fee Related JP2960112B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2135431A JP2960112B2 (en) 1990-05-28 1990-05-28 Micro displacement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2135431A JP2960112B2 (en) 1990-05-28 1990-05-28 Micro displacement device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0434226A JPH0434226A (en) 1992-02-05
JP2960112B2 true JP2960112B2 (en) 1999-10-06

Family

ID=15151564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2135431A Expired - Fee Related JP2960112B2 (en) 1990-05-28 1990-05-28 Micro displacement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2960112B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE307990T1 (en) * 2002-11-25 2005-11-15 Suisse Electronique Microtech SPIRAL CLOCK MOVEMENT SPRING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
JP4623002B2 (en) * 2006-12-28 2011-02-02 パナソニック電工株式会社 Vibration type linear actuator
CN105020314B (en) * 2014-04-25 2018-01-26 上海微电子装备(集团)股份有限公司 Double freedom active damper and control method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2775739B2 (en) * 1987-10-30 1998-07-16 ブラザー工業株式会社 Motion conversion mechanism
JPS6458822A (en) * 1987-08-28 1989-03-06 Agency Ind Science Techn Multi-stage parallel spring mechanism

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0434226A (en) 1992-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5220835A (en) Torsion beam accelerometer
US6897538B2 (en) Micro-machined electromechanical system (MEMS) accelerometer device having arcuately shaped flexures
JP5127464B2 (en) Pendulum in-plane MEMS accelerometer device
US6183097B1 (en) Motion amplification based sensors
US8497619B2 (en) Long range travel MEMS actuator
EP0867043A1 (en) Metal-electroactive ceramic composite transducers
US5377545A (en) Servo accelerometer with tunnel current sensor and complementary electrostatic drive
EP0868648B1 (en) Integrated silicon profilometer and afm head
JP2960112B2 (en) Micro displacement device
JPH0368827A (en) Force measuring apparatus
JP2007064786A (en) Force sensor
US5361635A (en) Multiple servo loop accelerometer with tunnel current sensors
JP3166522B2 (en) Acceleration sensor
JP2003062773A (en) Micromanipulator
JP3809624B2 (en) Lever displacement expansion mechanism
JPH039581A (en) Actuator
Tirole et al. Three-dimensional silicon electrostatic linear microactuator
Wang et al. Design and characterization of a linear motion piezoelectric microactuator
JP3239709B2 (en) Acceleration sensor
EP1549458B1 (en) Two-dimensional displacement apparatus
US20050145606A1 (en) Low cost actuator with 2 dimensional motion
JP3139211B2 (en) Acceleration sensor
JPH01238759A (en) Precisely fine movement base with six degrees of freedom
JP2758185B2 (en) Micro-motion stage
Wang et al. Design and characterization of a linear motion piezoelectric micropositioner

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees