JP3229606B2 - 梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ - Google Patents
梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータInfo
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- JP3229606B2 JP3229606B2 JP32199399A JP32199399A JP3229606B2 JP 3229606 B2 JP3229606 B2 JP 3229606B2 JP 32199399 A JP32199399 A JP 32199399A JP 32199399 A JP32199399 A JP 32199399A JP 3229606 B2 JP3229606 B2 JP 3229606B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、梯子型サスペンシ
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータに関
するものである。
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の先行技術文献と
しては、以下に記載されるようなものがあった。
しては、以下に記載されるようなものがあった。
【０００３】（１）Ｄ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｈ．Ｆｕ
ｊｉｔａ，“Ｄｅｓｉｇｎ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｍ
ａｃｈｉｎｅｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｕｎｉｔ，”Ｔｒａｎｓ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ １１
６−Ｅ（８）（１９９６）ｐｐ．３３０−３４４． （２）Ｙ．Ｗａｄａ，Ｍ．Ｌｕｔｗｙｃｈｅ，Ｍ．Ｉｓ
ｈｉｂａｓｈｉ，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ ｓｃａ
ｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｚａｔｉｏｎａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，”Ｐ
ｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２８７９（１９９６）ｐｐ．３２７
−３３１． （３）Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｋ．Ｈｏｎｍａ，Ｓ．Ｎａ
ｇａｏｋａ，“Ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄ
ｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｉｃｋｅｌ ｍｉｃｒｏｍａｃ
ｈｉｎｅｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍｉｒｒｏｒ，”Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３２（１３），１２０７−１
２０８（１９９６）． （４）Ｒ．Ａ．Ｃｏｎａｎｔ，Ｐ．Ｍ．Ｈａｇｅｌｉ
ｎ，Ｕ．Ｋｒｉｓｈａｎｍｏｏｒｔｈｙ，Ｏ．Ｓｏｌｇ
ａａｒｄ，Ｋ．Ｙ．Ｌａｕ，Ｒ．Ｓ．Ｍｕｌｌｅｒ，
“Ａ Ｒａｓｔｅｒ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｆｕｌｌ−Ｍ
ｏｔｉｏｎ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ
Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ
ｄ Ｍｉｒｒｏｒｓ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃ
ｏｎｆ．ｏｎＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｓ ９９），Ｊｕｎｅ ７−１０，１９９９，Ｓｅｎｄ
ａｉ，Ｊａｐａｎ，ｐｐ．３７６−２７９． （５）Ｔ．Ｈｉｒａｎｏ，Ｌ．−Ｓ．Ｆａｎ，Ｊ．Ｑ．
Ｇａｏ，Ｗ．Ｙ．Ｌｅｅ，“ＭＥＭＳ Ｍｉｌｌｉａｃ
ｔｕａｔｏｒ ｆｏｒ Ｈａｒｄ−Ｄｉｓｋ−Ｄｒｉｖ
ｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｅｒｖｏ，”ＩＥＥＥ／ＡＳ
ＭＥ Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ．Ｓｙ
ｓ．７（２），１４９−１５５（１９９９）． （６）Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍ．
Ａｔａｋａ，Ｈ．Ｆｕｊｉｔａ，“Ａｎ ｅｌｅｃｔｒ
ｏｓｔａｔｉｃ ｍｉｃｒｏ ａｃｔｕａｔｏｒ ｆｏ
ｒ ａ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｈｅａｄ ｔｒａｃｋｉｎ
ｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉ
ｖｅｓ，”Ｐｒｏｃ．ｏｆ Ｔｈｅ ９ｔｈ Ｉｎｔ．
Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒｓ ９７），１６−１９ Ｊｕｎｅ １９９７，Ｃ
ｈｉｃａｇｏ，ＵＳＡ，ｐ．１０８１−４ ｖｏｌ．２ （７）Ｔ．Ａｋｉｙａｍａ，Ｄ．Ｃｏｌｌａｒｄ，Ｈ．
Ｆｕｊｉｔａ，“Ｓｃｒａｔｃｈ ｄｒｉｖｅ ａｃｔ
ｕａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｉｎｋ
ｓ ｆｏｒ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｔｈ
ｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＭＥＭＳ，”．Ｊ．
ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｙｓ．６（１），（１９９７）ｐ．１０−１７． （８）Ｊ．Ｉ．Ｓｅｅｇｅｒ，Ｂ．Ｅ．Ｂｏｓｅｒ，
“Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
Ｐａｒａｌｌｅｌ−Ｐｌａｔｅ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ
ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ
Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎ
ｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎ
ｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ （Ｔｒａｎｓ
ｄｕｃｅｒｓ９９），Ｊｕｎｅ ７−１０，１９９９，
Ｓｅｎｄａｉ，Ｊａｐａｎ，ｐｐ．４７４−４７７． （９）Ｍ．Ｓ．Ｒｏｄｇｅｒｓ，Ｊ．Ｊ．Ｓｎｉｅｇｏ
ｗｓｋｉ，Ｊ．Ｊ．Ａｌｌｅｎ，Ｓ．Ｌ．Ｍｉｌｌｅ
ｒ，Ｊ．Ｈ．Ｓｍｉｔｈ，Ｐ．Ｊ．ＭｃＷｈｏｒｔｅ
ｒ，“Ｉｎｔｒｉｃａｔｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ−ｏｎ
−ａ−ｃｈｉｐ Ｅｎａｂｌｅｄ ｂｙ ５−Ｌｅｖｅ
ｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎ
ｇ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓ
ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃ
ｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ９９），Ｊｕ
ｎｅ ７−１０，１９９９，Ｓｅｎｄａｉ，Ｊａｐａ
ｎ，ｐｐ．９９０−９９３シリコン表面／バルクマイク
ロマシニングによるアクチュエータの最も一般的な駆動
方法は、印加電圧の静電引力を利用したものである。特
に、櫛歯型アクチュエータ構造は駆動電圧−変位の線形
領域を拡大できるため、高精度の位置決め精度が要求さ
れる用途に使われている。例えば、シリコンチップ上に
集積化したトンネル電流計測デバイス〔上記文献（１）
及び（２）〕、光学波長フィルタ〔上記文献（３）〕、
光スキャナ〔上記文献（４）〕、ハードディスク磁気ヘ
ッドのマイクロトラッキング機構〔上記文献（５）及び
（６）〕等に用いられている。
ｊｉｔａ，“Ｄｅｓｉｇｎ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｍ
ａｃｈｉｎｅｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｕｎｉｔ，”Ｔｒａｎｓ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ １１
６−Ｅ（８）（１９９６）ｐｐ．３３０−３４４． （２）Ｙ．Ｗａｄａ，Ｍ．Ｌｕｔｗｙｃｈｅ，Ｍ．Ｉｓ
ｈｉｂａｓｈｉ，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ ｓｃａ
ｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｚａｔｉｏｎａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，”Ｐ
ｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２８７９（１９９６）ｐｐ．３２７
−３３１． （３）Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｋ．Ｈｏｎｍａ，Ｓ．Ｎａ
ｇａｏｋａ，“Ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄ
ｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｎｉｃｋｅｌ ｍｉｃｒｏｍａｃ
ｈｉｎｅｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍｉｒｒｏｒ，”Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３２（１３），１２０７−１
２０８（１９９６）． （４）Ｒ．Ａ．Ｃｏｎａｎｔ，Ｐ．Ｍ．Ｈａｇｅｌｉ
ｎ，Ｕ．Ｋｒｉｓｈａｎｍｏｏｒｔｈｙ，Ｏ．Ｓｏｌｇ
ａａｒｄ，Ｋ．Ｙ．Ｌａｕ，Ｒ．Ｓ．Ｍｕｌｌｅｒ，
“Ａ Ｒａｓｔｅｒ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｆｕｌｌ−Ｍ
ｏｔｉｏｎ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ
Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ
ｄ Ｍｉｒｒｏｒｓ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃ
ｏｎｆ．ｏｎＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｓ ９９），Ｊｕｎｅ ７−１０，１９９９，Ｓｅｎｄ
ａｉ，Ｊａｐａｎ，ｐｐ．３７６−２７９． （５）Ｔ．Ｈｉｒａｎｏ，Ｌ．−Ｓ．Ｆａｎ，Ｊ．Ｑ．
Ｇａｏ，Ｗ．Ｙ．Ｌｅｅ，“ＭＥＭＳ Ｍｉｌｌｉａｃ
ｔｕａｔｏｒ ｆｏｒ Ｈａｒｄ−Ｄｉｓｋ−Ｄｒｉｖ
ｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｅｒｖｏ，”ＩＥＥＥ／ＡＳ
ＭＥ Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ．Ｓｙ
ｓ．７（２），１４９−１５５（１９９９）． （６）Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍ．
Ａｔａｋａ，Ｈ．Ｆｕｊｉｔａ，“Ａｎ ｅｌｅｃｔｒ
ｏｓｔａｔｉｃ ｍｉｃｒｏ ａｃｔｕａｔｏｒ ｆｏ
ｒ ａ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｈｅａｄ ｔｒａｃｋｉｎ
ｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉ
ｖｅｓ，”Ｐｒｏｃ．ｏｆ Ｔｈｅ ９ｔｈ Ｉｎｔ．
Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒｓ ９７），１６−１９ Ｊｕｎｅ １９９７，Ｃ
ｈｉｃａｇｏ，ＵＳＡ，ｐ．１０８１−４ ｖｏｌ．２ （７）Ｔ．Ａｋｉｙａｍａ，Ｄ．Ｃｏｌｌａｒｄ，Ｈ．
Ｆｕｊｉｔａ，“Ｓｃｒａｔｃｈ ｄｒｉｖｅ ａｃｔ
ｕａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｉｎｋ
ｓ ｆｏｒ ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｔｈ
ｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＭＥＭＳ，”．Ｊ．
ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｙｓ．６（１），（１９９７）ｐ．１０−１７． （８）Ｊ．Ｉ．Ｓｅｅｇｅｒ，Ｂ．Ｅ．Ｂｏｓｅｒ，
“Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
Ｐａｒａｌｌｅｌ−Ｐｌａｔｅ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ
ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ
Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎ
ｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎ
ｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ （Ｔｒａｎｓ
ｄｕｃｅｒｓ９９），Ｊｕｎｅ ７−１０，１９９９，
Ｓｅｎｄａｉ，Ｊａｐａｎ，ｐｐ．４７４−４７７． （９）Ｍ．Ｓ．Ｒｏｄｇｅｒｓ，Ｊ．Ｊ．Ｓｎｉｅｇｏ
ｗｓｋｉ，Ｊ．Ｊ．Ａｌｌｅｎ，Ｓ．Ｌ．Ｍｉｌｌｅ
ｒ，Ｊ．Ｈ．Ｓｍｉｔｈ，Ｐ．Ｊ．ＭｃＷｈｏｒｔｅ
ｒ，“Ｉｎｔｒｉｃａｔｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ−ｏｎ
−ａ−ｃｈｉｐ Ｅｎａｂｌｅｄ ｂｙ ５−Ｌｅｖｅ
ｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎ
ｇ，”Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｓ
ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃ
ｔｕａｔｏｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ９９），Ｊｕ
ｎｅ ７−１０，１９９９，Ｓｅｎｄａｉ，Ｊａｐａ
ｎ，ｐｐ．９９０−９９３シリコン表面／バルクマイク
ロマシニングによるアクチュエータの最も一般的な駆動
方法は、印加電圧の静電引力を利用したものである。特
に、櫛歯型アクチュエータ構造は駆動電圧−変位の線形
領域を拡大できるため、高精度の位置決め精度が要求さ
れる用途に使われている。例えば、シリコンチップ上に
集積化したトンネル電流計測デバイス〔上記文献（１）
及び（２）〕、光学波長フィルタ〔上記文献（３）〕、
光スキャナ〔上記文献（４）〕、ハードディスク磁気ヘ
ッドのマイクロトラッキング機構〔上記文献（５）及び
（６）〕等に用いられている。
【０００４】静電アクチュエータの位置決め精度を決定
する最たる要因は、使用する電圧源の安定度である。最
大出力電圧に対するノイズの比は通常１０-5程度である
が、用途によってはこれでも不十分な場合がある。そこ
で、位置決め精度を改善する手段として、尺取り虫のよ
うな動作でナノメートルのステップ移動を行うスクラッ
チドライブアクチュエータ〔上記文献（７）〕の利用
や、対抗する２方向からの力のバランスをとることで制
御性を向上する手法〔上記文献（８）〕などが提案され
ている。中でも、粗動と微動のアクチュエータを直列に
して用いる方法が注目を集めている〔上記文献（５）及
び（６）〕。
する最たる要因は、使用する電圧源の安定度である。最
大出力電圧に対するノイズの比は通常１０-5程度である
が、用途によってはこれでも不十分な場合がある。そこ
で、位置決め精度を改善する手段として、尺取り虫のよ
うな動作でナノメートルのステップ移動を行うスクラッ
チドライブアクチュエータ〔上記文献（７）〕の利用
や、対抗する２方向からの力のバランスをとることで制
御性を向上する手法〔上記文献（８）〕などが提案され
ている。中でも、粗動と微動のアクチュエータを直列に
して用いる方法が注目を集めている〔上記文献（５）及
び（６）〕。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法ではフィードバック制御により位置決めを
行う必要があり、アクチュエータをアレイ状に配置した
ときなど制御対象が多数の場合にはシステム構成が非常
に煩雑になる場合がある。
た従来の方法ではフィードバック制御により位置決めを
行う必要があり、アクチュエータをアレイ状に配置した
ときなど制御対象が多数の場合にはシステム構成が非常
に煩雑になる場合がある。
【０００６】また、マイクロマシンにおいてもステップ
モータとラック・ピニオンの組み合わせによる減速機構
〔上記文献（９）〕が利用されているが、高精度位置決
め装置に用いるにはギアの遊びによるバックラッシュが
無視できない。
モータとラック・ピニオンの組み合わせによる減速機構
〔上記文献（９）〕が利用されているが、高精度位置決
め装置に用いるにはギアの遊びによるバックラッシュが
無視できない。
【０００７】更に、マイクロアクチュエータの駆動機構
として静電型、圧電型、熱膨張型など多数あるが、いず
れも、印加電圧または電流のアナログ値を調整すること
で発生する変位や力を制御している。
として静電型、圧電型、熱膨張型など多数あるが、いず
れも、印加電圧または電流のアナログ値を調整すること
で発生する変位や力を制御している。
【０００８】この方式の欠点は、発生変位または力の精
度が、印加した電圧または電流の精度（ＳＮ比）に依存
することである。すなわち、高精度の出力を得るために
は、高精度の電流電圧源を使用しなければならず、コス
ト高につながる。
度が、印加した電圧または電流の精度（ＳＮ比）に依存
することである。すなわち、高精度の出力を得るために
は、高精度の電流電圧源を使用しなければならず、コス
ト高につながる。
【０００９】なお、図８に示すように、Ｒ−２Ｒ抵抗ネ
ットワークと呼ばれる最も簡単な４ビットの電圧デジタ
ル／アナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌ
ｏｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＡＣ）がある。
ットワークと呼ばれる最も簡単な４ビットの電圧デジタ
ル／アナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌ
ｏｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＡＣ）がある。
【００１０】そのＲ−２Ｒ抵抗ネットワークは、抵抗２
Ｒはそれぞれスイッチｂ 1 ，ｂ 2 ，ｂ 3 ，ｂ 4 を介して
ＧＮＤまたは定電圧源Ｖinに接続されている。キルヒホ
ッフの法則を用いると、等価回路は、１／２Ｖin，１／
４Ｖin，１／８Ｖin，１／１６Ｖinの４つの定電圧源の
直列接続となる。
Ｒはそれぞれスイッチｂ 1 ，ｂ 2 ，ｂ 3 ，ｂ 4 を介して
ＧＮＤまたは定電圧源Ｖinに接続されている。キルヒホ
ッフの法則を用いると、等価回路は、１／２Ｖin，１／
４Ｖin，１／８Ｖin，１／１６Ｖinの４つの定電圧源の
直列接続となる。
【００１１】図８から明らかなように、スイッチｂ1 と
ｂ4 はそれぞれｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂ
ｉｔ（ＭＳＢ）とｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｂｉｔ（ＬＳＢ）に対応する。
ｂ4 はそれぞれｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂ
ｉｔ（ＭＳＢ）とｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｂｉｔ（ＬＳＢ）に対応する。
【００１２】本発明は、Ｒ−２Ｒ抵抗ネットワークに代
えて、Ｎビットのデジタル変位（または力）を入力する
と、アナログ的な変位（または力）を発生するメカニカ
ルなデジタル／アナログ変換機構を有する梯子型サスペ
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ
の基本構成に関するものである。
えて、Ｎビットのデジタル変位（または力）を入力する
と、アナログ的な変位（または力）を発生するメカニカ
ルなデジタル／アナログ変換機構を有する梯子型サスペ
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ
の基本構成に関するものである。
【００１３】すなわち、本発明は、Ｒ−２Ｒ抵抗ネット
ワークの電気回路を機械系に置き換えることにより、オ
ープンループでも、原理的に比較的高精度の位置出力を
得ることができる梯子型サスペンション機構を用いたマ
イクロステップアクチュエータを提供することを目的と
する。
ワークの電気回路を機械系に置き換えることにより、オ
ープンループでも、原理的に比較的高精度の位置出力を
得ることができる梯子型サスペンション機構を用いたマ
イクロステップアクチュエータを提供することを目的と
する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステ
ップアクチュエータにおいて、ディジタル信号が入力さ
れる駆動源と、この駆動源によって左右に駆動されるシ
ャトルと、このシャトルの変位を停止させるストッパー
と、前記シャトルの変位に基づいて動作するコンプライ
アンスが２ＣのバネがコンプライアンスがＣのバネによ
って相互に接続される梯子型に接続した機械的ディジタ
ル−アナログ変換を行う梯子型サスペンション機構と、
このサスペンション機構の端部に位置する変位出力部を
具備することを特徴とする。
成するために、 〔１〕梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステ
ップアクチュエータにおいて、ディジタル信号が入力さ
れる駆動源と、この駆動源によって左右に駆動されるシ
ャトルと、このシャトルの変位を停止させるストッパー
と、前記シャトルの変位に基づいて動作するコンプライ
アンスが２ＣのバネがコンプライアンスがＣのバネによ
って相互に接続される梯子型に接続した機械的ディジタ
ル−アナログ変換を行う梯子型サスペンション機構と、
このサスペンション機構の端部に位置する変位出力部を
具備することを特徴とする。
【００１５】〔２〕上記〔１〕記載の梯子型サスペンシ
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、少なくとも前記シャトルに接続される２Ｃのバネ
と、この２Ｃのバネに横向き部材を介してＣのバネを有
するＣ−２Ｃサスペンションネットワークを構成するこ
とを特徴とする。
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、少なくとも前記シャトルに接続される２Ｃのバネ
と、この２Ｃのバネに横向き部材を介してＣのバネを有
するＣ−２Ｃサスペンションネットワークを構成するこ
とを特徴とする。
【００１６】〔３〕上記〔２〕記載の梯子型サスペンシ
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、中央に前記シャトルを配置し、その上下に対称に
前記２Ｃのバネを配置することを特徴とする。
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、中央に前記シャトルを配置し、その上下に対称に
前記２Ｃのバネを配置することを特徴とする。
【００１７】〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載
の梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップ
アクチュエータにおいて、前記駆動源と、前記シャトル
と、前記ストッパーと、前記梯子型サスペンション機構
とをシリコン基板上に実装することを特徴とする。
の梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップ
アクチュエータにおいて、前記駆動源と、前記シャトル
と、前記ストッパーと、前記梯子型サスペンション機構
とをシリコン基板上に実装することを特徴とする。
【００１８】〔５〕上記〔４〕記載の梯子型サスペンシ
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、縦方向のズレを軽減するために、アクチュエータ
に補助サスペンションを備えることを特徴とする。
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータにお
いて、縦方向のズレを軽減するために、アクチュエータ
に補助サスペンションを備えることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２０】本発明の実施例を示す梯子型サスペンショ
ン機構を用いたマイクロステップアクチュエータについ
て説明する。
ン機構を用いたマイクロステップアクチュエータについ
て説明する。
【００２１】図１は本発明の実施例を示す梯子型サスペ
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ
の構成図、図２はその各部のサスペンションの説明図、
図３は本発明の機械的ディジタル−アナログ変換装置と
従来のＲ−２Ｒ抵抗ネットワークによる電気的ディジタ
ル−アナログ変換装置の相似性の説明図である。
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ
の構成図、図２はその各部のサスペンションの説明図、
図３は本発明の機械的ディジタル−アナログ変換装置と
従来のＲ−２Ｒ抵抗ネットワークによる電気的ディジタ
ル−アナログ変換装置の相似性の説明図である。
【００２２】図１において、１はシャトル、２は２Ｃの
バネ、３はＣのバネ、４は固定側の２Ｃのバネ、５は横
向き部材（Ｌａｔｅｒａｌ Ｂｅａｍ）、６は負荷
（Ｃ′）、７はストッパーとしての壁面、８は変位出力
部、９は補助サスペンションである。なお、図１には図
示されていないが、シャトル１は櫛歯型アクチェータ
（図示なし）によってストッパーとしての壁面７に当接
するまで右又は左に駆動される。
バネ、３はＣのバネ、４は固定側の２Ｃのバネ、５は横
向き部材（Ｌａｔｅｒａｌ Ｂｅａｍ）、６は負荷
（Ｃ′）、７はストッパーとしての壁面、８は変位出力
部、９は補助サスペンションである。なお、図１には図
示されていないが、シャトル１は櫛歯型アクチェータ
（図示なし）によってストッパーとしての壁面７に当接
するまで右又は左に駆動される。
【００２３】本発明の梯子型サスペンション機構を用い
たマイクロステップアクチュエータの構成は、図１に示
すように、コンプライアンス（バネ定数の逆数）がＣと
２Ｃの関係にあるバネを交互に梯子型に接続したもので
ある。２Ｃのバネ２にアクチュエータが接続されてお
り、この部位に入力された変位が１／２のべき乗の重み
付けをされてサスペンション機構を実現する。
たマイクロステップアクチュエータの構成は、図１に示
すように、コンプライアンス（バネ定数の逆数）がＣと
２Ｃの関係にあるバネを交互に梯子型に接続したもので
ある。２Ｃのバネ２にアクチュエータが接続されてお
り、この部位に入力された変位が１／２のべき乗の重み
付けをされてサスペンション機構を実現する。
【００２４】つまり、従来技術として説明した、Ｒ−２
Ｒ抵抗ネットワークの電気回路を本発明では、機械系に
置き換える。電圧Ｖ、電流Ｉ、抵抗Ｒ、変位ｘ、力Ｆ、
コンプライアンス（バネ定数の逆数）Ｃとすると、Ｖ＝
ＲＩ、及びｘ＝ＣＦの関係から、電圧が変位に対応する
ことになる。この対応の利点は、抵抗の値と配置をその
まま機械的コンプライアンスに置き換えることができる
点にある。この点は、図３に明らかに示されている。
Ｒ抵抗ネットワークの電気回路を本発明では、機械系に
置き換える。電圧Ｖ、電流Ｉ、抵抗Ｒ、変位ｘ、力Ｆ、
コンプライアンス（バネ定数の逆数）Ｃとすると、Ｖ＝
ＲＩ、及びｘ＝ＣＦの関係から、電圧が変位に対応する
ことになる。この対応の利点は、抵抗の値と配置をその
まま機械的コンプライアンスに置き換えることができる
点にある。この点は、図３に明らかに示されている。
【００２５】このＤ−Ａ変換を行うと、図１に示すよう
な梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップ
アクチュエータが得られる。すなわち、図８に示した抵
抗はサスペンションに、定電圧源とスイッチの組み合わ
せが変位を制限させた並進のアクチュエータ（シャト
ル）１に置き換えられている。また、ＧＮＤにはサスペ
ンションの固定端が対応している。シャトル１の変位は
ストッパーとしての壁面７によって制限されている。各
シャトル１はディジタル−アナログ変換装置（ＤＡＣ）
の入力に対応し、シャトル１が櫛歯型アクチェータに左
右に駆動されることにより、発生する変位がサスペンシ
ョンを介して横向き部材５に伝えられる。
な梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップ
アクチュエータが得られる。すなわち、図８に示した抵
抗はサスペンションに、定電圧源とスイッチの組み合わ
せが変位を制限させた並進のアクチュエータ（シャト
ル）１に置き換えられている。また、ＧＮＤにはサスペ
ンションの固定端が対応している。シャトル１の変位は
ストッパーとしての壁面７によって制限されている。各
シャトル１はディジタル−アナログ変換装置（ＤＡＣ）
の入力に対応し、シャトル１が櫛歯型アクチェータに左
右に駆動されることにより、発生する変位がサスペンシ
ョンを介して横向き部材５に伝えられる。
【００２６】これらの単位構造は、横方向に戻りバネ
（Ｃのバネ）３を介して連結されており、局所的な変位
は戻りバネ３−横向き部材５の変位として蓄積され、右
端の場所で変位出力８として観測される。電気系のＤＡ
Ｃに対してマイクロ電気機械系のＤＡＣという意味で、
この機構をＭＥＭＤＡＣ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａ
ｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼んでいる。
（Ｃのバネ）３を介して連結されており、局所的な変位
は戻りバネ３−横向き部材５の変位として蓄積され、右
端の場所で変位出力８として観測される。電気系のＤＡ
Ｃに対してマイクロ電気機械系のＤＡＣという意味で、
この機構をＭＥＭＤＡＣ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａ
ｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼んでいる。
【００２７】また、幅ｗ、高さｈ、長さＬの長方形断面
をもつサスペンションの両端の回転変位を拘束し、一端
をその軸（長さ方向）に対して直交する向きに水平（幅
の方向）に変位させたときのコンプライアンスＣは、Ｃ
＝Ｌ3 ／Ｅｗ3 ｈで表される。ここで、Ｅは材料のヤン
グ率である。この式から、幅が一定の場合、Ｃはサスペ
ンション長の３乗に比例するため〔図２（ａ）参照〕、
長さを半分にした場合〔図２（ｃ）参照〕には、Ｃが８
倍になることが分かる。また、同じサスペンションを２
本並列に用いる〔図２（ｂ）参照〕と、Ｃはもとの半分
になる。
をもつサスペンションの両端の回転変位を拘束し、一端
をその軸（長さ方向）に対して直交する向きに水平（幅
の方向）に変位させたときのコンプライアンスＣは、Ｃ
＝Ｌ3 ／Ｅｗ3 ｈで表される。ここで、Ｅは材料のヤン
グ率である。この式から、幅が一定の場合、Ｃはサスペ
ンション長の３乗に比例するため〔図２（ａ）参照〕、
長さを半分にした場合〔図２（ｃ）参照〕には、Ｃが８
倍になることが分かる。また、同じサスペンションを２
本並列に用いる〔図２（ｂ）参照〕と、Ｃはもとの半分
になる。
【００２８】一方、同じサスペンション２本を戻りバネ
状に配置する〔図２（ｄ）参照〕と、Ｃは２倍となる。
この関係から、長さＬのサスペンション（コンプライア
ンス４Ｃとする）を並列に用いること〔図２（ｂ）参
照〕で２Ｃが得られる。また、長さ１／２Ｌのサスペン
ション（１／２Ｃ）を戻りバネ状にする〔図２（ｄ）参
照〕とＣが得られる。コンプライアンスをバネの幅を制
御して調整することも可能であるが、プロセス精度に大
いに依存するため、ここで述べたように長さと組み合わ
せを選択する方法を用いた。
状に配置する〔図２（ｄ）参照〕と、Ｃは２倍となる。
この関係から、長さＬのサスペンション（コンプライア
ンス４Ｃとする）を並列に用いること〔図２（ｂ）参
照〕で２Ｃが得られる。また、長さ１／２Ｌのサスペン
ション（１／２Ｃ）を戻りバネ状にする〔図２（ｄ）参
照〕とＣが得られる。コンプライアンスをバネの幅を制
御して調整することも可能であるが、プロセス精度に大
いに依存するため、ここで述べたように長さと組み合わ
せを選択する方法を用いた。
【００２９】図１には２Ｃのバネ２がシャトル１に付加
されている。これは、シャトル１のＹ方向の横滑り変位
を抑えるための安定用サスペンションである。この２Ｃ
のバネ２の有無に関わらず、シャトル１はストッパーと
しての壁面７に当たるまで駆動されるので、ＭＥＭＤＡ
Ｃの機能には影響はない。ただし、シャトル１の駆動に
必要な力が増加する。
されている。これは、シャトル１のＹ方向の横滑り変位
を抑えるための安定用サスペンションである。この２Ｃ
のバネ２の有無に関わらず、シャトル１はストッパーと
しての壁面７に当たるまで駆動されるので、ＭＥＭＤＡ
Ｃの機能には影響はない。ただし、シャトル１の駆動に
必要な力が増加する。
【００３０】図４は本発明の実施例を示すシリコンマイ
クロマシニングで製作した４ビット梯子型サスペンショ
ン機構を用いたマイクロステップアクチュエータの斜視
図、図５は図４のマイクロステップアクチュエータの拡
大図、図６はそのマイクロステップアクチュエータの構
成図である。
クロマシニングで製作した４ビット梯子型サスペンショ
ン機構を用いたマイクロステップアクチュエータの斜視
図、図５は図４のマイクロステップアクチュエータの拡
大図、図６はそのマイクロステップアクチュエータの構
成図である。
【００３１】この実施例では、図１に示す構造を、バネ
系をＸ軸およびＹ軸に対してともに反転対称にしてシャ
トルの並進変位が安定して得られるようにしている。
系をＸ軸およびＹ軸に対してともに反転対称にしてシャ
トルの並進変位が安定して得られるようにしている。
【００３２】これらの図において、１０はシリコン基
板、１１はシャトル、１２は２Ｃのバネ（戻りバネ）、
１３はＣのバネ（戻りバネ）、１５は横向き部材、１７
はストッパー、１８は吸引駆動電極、１９はボンディン
グワイヤである。
板、１１はシャトル、１２は２Ｃのバネ（戻りバネ）、
１３はＣのバネ（戻りバネ）、１５は横向き部材、１７
はストッパー、１８は吸引駆動電極、１９はボンディン
グワイヤである。
【００３３】シャトル１１の駆動には、吸引駆動電極１
８へ印加される印加電圧の静電引力を利用している。２
Ｃのバネ１２の寸法は、幅６μｍ、長さ２００μｍであ
り、シャトル１１の寸法は幅１００μｍ、長さ３００μ
ｍである。この構造は厚さ２０μｍの張り合わせシリコ
ン基板１０を用いているため、厚みは一定である。
８へ印加される印加電圧の静電引力を利用している。２
Ｃのバネ１２の寸法は、幅６μｍ、長さ２００μｍであ
り、シャトル１１の寸法は幅１００μｍ、長さ３００μ
ｍである。この構造は厚さ２０μｍの張り合わせシリコ
ン基板１０を用いているため、厚みは一定である。
【００３４】図５において、電圧が印加されない状態
で、シャトル１１は中央に保持されている。シャトル１
１を支える２Ｃのバネ１２と基板の間にわずかな隙間が
見えるが、これは構造をリリースする際に除去された酸
化膜の膜厚１μｍに相当する。
で、シャトル１１は中央に保持されている。シャトル１
１を支える２Ｃのバネ１２と基板の間にわずかな隙間が
見えるが、これは構造をリリースする際に除去された酸
化膜の膜厚１μｍに相当する。
【００３５】次に、左側の吸引駆動電極１８に電圧１５
０Ｖを印加して、矢印に示すようにシャトル１１を吸着
する。シャトル１１とストッパー１７の間の距離は、約
６μｍである。右側の吸引駆動電極１８に電圧を印加し
て、シャトル１１を反対側に吸着することもできる。シ
ャトルの変位の大きさはストッパとシャトルの間隔で決
定され、駆動電圧の変動には影響されない。
０Ｖを印加して、矢印に示すようにシャトル１１を吸着
する。シャトル１１とストッパー１７の間の距離は、約
６μｍである。右側の吸引駆動電極１８に電圧を印加し
て、シャトル１１を反対側に吸着することもできる。シ
ャトルの変位の大きさはストッパとシャトルの間隔で決
定され、駆動電圧の変動には影響されない。
【００３６】これらのシャトル１１の駆動はＭＥＭＤＡ
ＣのＮビットのシャトル１１すべてに独立に行われ、そ
れらの変位がＣ−２Ｃ梯子型サスペンションネットワー
クを使って重み付け合成されることにより、アナログ変
位の制御が達成される。
ＣのＮビットのシャトル１１すべてに独立に行われ、そ
れらの変位がＣ−２Ｃ梯子型サスペンションネットワー
クを使って重み付け合成されることにより、アナログ変
位の制御が達成される。
【００３７】図７は本発明の梯子型サスペンション機構
を用いたマイクロステップアクチュエータの出力変位を
２進数表記の入力変位でプロットした結果を示す図であ
る。横軸はバイナリ入力（ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 ，ｂ4 ）、
縦軸は出力（μｍ）である。
を用いたマイクロステップアクチュエータの出力変位を
２進数表記の入力変位でプロットした結果を示す図であ
る。横軸はバイナリ入力（ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 ，ｂ4 ）、
縦軸は出力（μｍ）である。
【００３８】マイクロステップアクチュエータの先端が
図５のＸ軸方向で最も負の側に移動した位置を原点にと
っている。粗動距離５．８μｍに対し、微動ステップ
０．３８μｍが得られている。駆動には１５０Ｖ以上の
電圧を印加した。
図５のＸ軸方向で最も負の側に移動した位置を原点にと
っている。粗動距離５．８μｍに対し、微動ステップ
０．３８μｍが得られている。駆動には１５０Ｖ以上の
電圧を印加した。
【００３９】このように、アクチュエータの出力変位を
デジタル／アナログ変換することにより、駆動電圧制御
に依存しない高精度位置決め装置（ＭＥＭＤＡＣ）を製
作することができる。
デジタル／アナログ変換することにより、駆動電圧制御
に依存しない高精度位置決め装置（ＭＥＭＤＡＣ）を製
作することができる。
【００４０】解像度をさらに向上するには、ビット数を
増やすか、各アクチュエータの変位を一様に縮小する方
法がある。ＭＥＭＤＡＣの出力誤差の最も大きな原因は
ＭＳＢからの寄与である。このため、実際の設計におい
ては、ＭＳＢが発生する変位誤差がＬＳＢからの寄与よ
りも大きくなるビット数がＮの最大値となる。ここで
は、変位を積分するタイプの構造について述べたが、原
理的には、力を積分する別の機構とすることも可能であ
る。
増やすか、各アクチュエータの変位を一様に縮小する方
法がある。ＭＥＭＤＡＣの出力誤差の最も大きな原因は
ＭＳＢからの寄与である。このため、実際の設計におい
ては、ＭＳＢが発生する変位誤差がＬＳＢからの寄与よ
りも大きくなるビット数がＮの最大値となる。ここで
は、変位を積分するタイプの構造について述べたが、原
理的には、力を積分する別の機構とすることも可能であ
る。
【００４１】上記したサスペンション実現方法として
は、 （１）サスペンションをカンチレバーとしたり、 （２）サスペンションを両持ち梁状にして、その中央に
アクチュエータを配置しするようにしてもよい。
は、 （１）サスペンションをカンチレバーとしたり、 （２）サスペンションを両持ち梁状にして、その中央に
アクチュエータを配置しするようにしてもよい。
【００４２】また、サスペンションの配置、駆動電極の
配置、アクチュエータ形状は各種の変形が考えられる。
配置、アクチュエータ形状は各種の変形が考えられる。
【００４３】特に、本発明においては、以下の点に工夫
をこらしている。
をこらしている。
【００４４】（１）コンプライアンスＣ，２Ｃの関係
を、サスペンションの長さの調整と、サスペンションの
組み合わせによって行っている。これにより、加工精度
に依存することなく、Ｃ，２Ｃの関係が保たれる。
を、サスペンションの長さの調整と、サスペンションの
組み合わせによって行っている。これにより、加工精度
に依存することなく、Ｃ，２Ｃの関係が保たれる。
【００４５】（２）デジタル変位を精度良く発生させる
ために、アクチュエータのストッパーを配置している。
ために、アクチュエータのストッパーを配置している。
【００４６】（３）製作プロセス上の誤差を低減するた
めに、シリコンのエッチングによって形状を得ている。
めに、シリコンのエッチングによって形状を得ている。
【００４７】（４）縦方向のズレを軽減するために、ア
クチュエータに補助サスペンションを設けている。この
補助サスペンションによるデジタル／アナログ変換機能
への影響はない。
クチュエータに補助サスペンションを設けている。この
補助サスペンションによるデジタル／アナログ変換機能
への影響はない。
【００４８】（５）バネ構造に対称性を持たせることに
より、注目している変位方向だけが安定して出力される
ようにしている。
より、注目している変位方向だけが安定して出力される
ようにしている。
【００４９】本発明の用途として、高精度マイクロ位置
決め装置、磁気ディスクヘッドのトラック位置決め機
構、マイクロ波応用の可変容量、光学波長フィルタの可
変機構、走査型プローブ顕微鏡の位置決め機構、ＸＹＺ
ステージの位置決め機構、可変電気機械フィルタ、可変
共振器などに好適である。
決め装置、磁気ディスクヘッドのトラック位置決め機
構、マイクロ波応用の可変容量、光学波長フィルタの可
変機構、走査型プローブ顕微鏡の位置決め機構、ＸＹＺ
ステージの位置決め機構、可変電気機械フィルタ、可変
共振器などに好適である。
【００５０】また、本発明は、 （１）駆動電極をサスペンションネットワークの内側に
配置してコンパクトに構成した。 （２）駆動電極を互い違いにはめ込む形にすると、ワイ
ヤボンディングの面積を確保しつつ、全体の大きさを縮
小することができる。 （３）駆動電極の大きさは、これよりも大きくても小さ
くても良い。 （４）櫛歯型アクチュエータでも平行平板型でも良い。
また、駆動源は、吸引型または反発型でもよい。 （５）精度を上げるには、単位構造の繰り返し数を増や
すだけでよい。 （６）加工精度のばらつきを低減するために、アクチュ
エータの並列化が考えられる。 （７）全部のビットをデジタル的に制御する方法と一部
のビットをアナログ的に制御する方法がある。 （８）力を蓄積して発生する機構とすることもできる。 （９）回転型の角度変位を同様な方式で発生する機構と
することもできる。 （１０）空気の粘性による制動が可能である。 （１１）磁界中でサスペンションに電流を流し、ローレ
ンツ力による制動をすることも可能である。 （１２）駆動電極構造を改良して、接触時の振動を押さ
えることも可能である。 （１３）変位の比較器と組み合わせると、逐次比較型の
変位（または力）のアナログ／デジタル変換器としても
利用することができる。
配置してコンパクトに構成した。 （２）駆動電極を互い違いにはめ込む形にすると、ワイ
ヤボンディングの面積を確保しつつ、全体の大きさを縮
小することができる。 （３）駆動電極の大きさは、これよりも大きくても小さ
くても良い。 （４）櫛歯型アクチュエータでも平行平板型でも良い。
また、駆動源は、吸引型または反発型でもよい。 （５）精度を上げるには、単位構造の繰り返し数を増や
すだけでよい。 （６）加工精度のばらつきを低減するために、アクチュ
エータの並列化が考えられる。 （７）全部のビットをデジタル的に制御する方法と一部
のビットをアナログ的に制御する方法がある。 （８）力を蓄積して発生する機構とすることもできる。 （９）回転型の角度変位を同様な方式で発生する機構と
することもできる。 （１０）空気の粘性による制動が可能である。 （１１）磁界中でサスペンションに電流を流し、ローレ
ンツ力による制動をすることも可能である。 （１２）駆動電極構造を改良して、接触時の振動を押さ
えることも可能である。 （１３）変位の比較器と組み合わせると、逐次比較型の
変位（または力）のアナログ／デジタル変換器としても
利用することができる。
【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５３】（Ａ）Ｒ−２Ｒ抵抗ネットワークの電気回
路を機械系に置き換えることにより、オープンループで
も、原理的に比較的高精度の位置出力を得ることができ
る。
路を機械系に置き換えることにより、オープンループで
も、原理的に比較的高精度の位置出力を得ることができ
る。
【００５４】（Ｂ）高精度の電流電圧源を使用すること
なく、ディジタル信号の入力により、比較的高精度の変
位または力を出力することができる。
なく、ディジタル信号の入力により、比較的高精度の変
位または力を出力することができる。
【００５５】（Ｃ）バネ系をＸ軸およびＹ軸に対してと
もに反転対称にして配置することにより、シャトルの並
進変位が安定して得られるようにしている。
もに反転対称にして配置することにより、シャトルの並
進変位が安定して得られるようにしている。
【図１】本発明の実施例を示す梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータの構成図で
ある。
構を用いたマイクロステップアクチュエータの構成図で
ある。
【図２】本発明の実施例を示す梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータの各部のサ
スペンションの説明図である。
構を用いたマイクロステップアクチュエータの各部のサ
スペンションの説明図である。
【図３】本発明の機械的ディジタル−アナログ変換装置
と、従来のＲ−２Ｒ抵抗ネットワークによる電気的ディ
ジタル−アナログ変換装置の相似性の説明図である。
と、従来のＲ−２Ｒ抵抗ネットワークによる電気的ディ
ジタル−アナログ変換装置の相似性の説明図である。
【図４】本発明の実施例を示すシリコンマイクロマシニ
ングで製作した４ビット梯子型サスペンション機構を用
いたマイクロステップアクチュエータの斜視図である。
ングで製作した４ビット梯子型サスペンション機構を用
いたマイクロステップアクチュエータの斜視図である。
【図５】図４のマイクロステップアクチュエータの拡大
図である。
図である。
【図６】本発明の実施例を示すシリコンマイクロマシニ
ングで製作した４ビット梯子型サスペンション機構を用
いたマイクロステップアクチュエータの構成図である。
ングで製作した４ビット梯子型サスペンション機構を用
いたマイクロステップアクチュエータの構成図である。
【図７】本発明の梯子型サスペンション機構を用いたマ
イクロステップアクチュエータの出力変位を２進数表記
の入力変位でプロットした結果を示す図である。
イクロステップアクチュエータの出力変位を２進数表記
の入力変位でプロットした結果を示す図である。
【図８】従来のＲ−２Ｒ抵抗ネットワークよる電気的デ
ィジタル−アナログ変換装置の構成図である。
ィジタル−アナログ変換装置の構成図である。
１，１１ シャトル ２，１２ ２Ｃのバネ（戻りバネ） ３，１３ Ｃのバネ（戻りバネ） ４ 固定側のバネ（コンプライアンス２Ｃ） ５，１５ 横向き部材（Ｌａｔｅｒａｌ Ｂｅａｍ） ６ 負荷（コンプライアンスＣ′） ７，１７ ストッパー（壁面） ８ 変位出力部 ９ 補助サスペンション １０ シリコン基板 １８ 吸引駆動電極 １９ ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−140171（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−116686（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−219795（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−74773（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−512106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B81B 5/00 G05D 3/00
Claims (5)
- 【請求項１】 梯子型サスペンション機構を用いたマイ
クロステップアクチュエータにおいて、 （ａ）ディジタル信号が入力される駆動源と、 （ｂ）該駆動源によって左右に駆動されるシャトルと、 （ｃ）該シャトルの変位を停止させるストッパーと、 （ｄ）前記シャトルの変位に基づいて動作するコンプラ
イアンスが２ＣのバネがコンプライアンスがＣのバネに
よって相互に接続される梯子型に接続した機械的ディジ
タル−アナログ変換を行う梯子型サスペンション機構
と、 （ｅ）該サスペンション機構の端部に位置する変位出力
部を具備することを特徴とする梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータにおいて、
少なくとも前記シャトルに接続される２Ｃのバネと、該
２Ｃのバネに横向き部材を介してＣのバネを有するＣ−
２Ｃサスペンションネットワークを構成することを特徴
とする梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステ
ップアクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項２記載の梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータにおいて、
中央に前記シャトルを配置し、その上下に対称に前記２
Ｃのバネを配置することを特徴とする梯子型サスペンシ
ョン機構を用いたマイクロステップアクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の梯子型サスペ
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ
において、前記駆動源と、前記シャトルと、前記ストッ
パーと、前記梯子型サスペンション機構とをシリコン基
板上に実装することを特徴とする梯子型サスペンション
機構を用いたマイクロステップアクチュエータ。 - 【請求項５】 請求項４記載の梯子型サスペンション機
構を用いたマイクロステップアクチュエータにおいて、
縦方向のズレを軽減するために、アクチュエータに補助
サスペンションを備えることを特徴とする梯子型サスペ
ンション機構を用いたマイクロステップアクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32199399A JP3229606B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32199399A JP3229606B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001138299A JP2001138299A (ja) | 2001-05-22 |
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ID=18138739
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32199399A Expired - Fee Related JP3229606B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 梯子型サスペンション機構を用いたマイクロステップアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3229606B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101413035B1 (ko) | 2007-08-16 | 2014-07-02 | 삼성전자주식회사 | 고정자들의 배치를 이용한 ａｄ 컨버터 및 ａｄ 변환방법 |
-
1999
- 1999-11-12 JP JP32199399A patent/JP3229606B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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