JP4442756B2 - Feed mechanism drive system - Google Patents

Feed mechanism drive system Download PDF

Info

Publication number
JP4442756B2
JP4442756B2 JP2004099163A JP2004099163A JP4442756B2 JP 4442756 B2 JP4442756 B2 JP 4442756B2 JP 2004099163 A JP2004099163 A JP 2004099163A JP 2004099163 A JP2004099163 A JP 2004099163A JP 4442756 B2 JP4442756 B2 JP 4442756B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator
tip
stage
time
displacement
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 - Lifetime
Application number
JP2004099163A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005286164A (en
Inventor
泰史 遠藤
義也 江頭
弘 久保田
光二 小坂
明良 中田
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.)
Kumamoto Technology and Industry Foundation
Original Assignee
Kumamoto Technology and Industry Foundation
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 Kumamoto Technology and Industry Foundation filed Critical Kumamoto Technology and Industry Foundation
Priority to JP2004099163A priority Critical patent/JP4442756B2/en
Publication of JP2005286164A publication Critical patent/JP2005286164A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4442756B2 publication Critical patent/JP4442756B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、送り機構の駆動方式に関するものであり、特に、精密位置決めステージ等のステージとこのステージを直接駆動する接触式のアクチュエータとの摺動部分のすべりを抑えるためのアクチュエータに印加する電気信号に特徴のある送り機構の駆動方式に関するものである。   The present invention relates to a driving system for a feed mechanism, and in particular, an electric signal applied to an actuator for suppressing sliding of a sliding portion between a stage such as a precision positioning stage and a contact actuator that directly drives the stage. This relates to a driving mechanism of the feed mechanism which is characterized by

近年の半導体集積回路装置のさらなる集積度の向上に伴って、フォトリソグラフィー工程においても微細な線幅の描画が可能になる露光技術が求められており、サブ0.1ミクロン微細加工寸法の半導体集積回路製造には、紫外線やX線、電子線を光源とする露光技術が必要とされてる。
特に、微細加工寸法が70nm(=0.07μm)以下に到達する場合には、電子線露光技術が量産技術として有望視されている。
With the further improvement of the degree of integration of semiconductor integrated circuit devices in recent years, there is a demand for an exposure technique that enables drawing of a fine line width even in a photolithography process. For circuit manufacture, an exposure technique using ultraviolet rays, X-rays, or electron beams as a light source is required.
In particular, when the microfabrication dimension reaches 70 nm (= 0.07 μm) or less, the electron beam exposure technique is considered promising as a mass production technique.

この様な露光装置には、被露光基板であるウェハの位置合わせのために高精度な位置決めステージが必要不可欠であり、その送り機構としては回転型電磁モータとボールネジの組み合わせ、リニア型電磁モータが一般的に用いられている。   In such an exposure apparatus, a high-precision positioning stage is indispensable for aligning the wafer that is the substrate to be exposed. As a feed mechanism, a combination of a rotary electromagnetic motor and a ball screw, a linear electromagnetic motor is used. Commonly used.

このような状況の下で、近年、電子線露光装置や電子線応用計測装置に搭載するステージの送り機構としては、精度、非磁性、真空環境、大きさなどの観点からリニア型超音波モータに代表される接触式アクチュエータが注目されている。   Under such circumstances, in recent years, as a stage feed mechanism mounted on an electron beam exposure apparatus or an electron beam applied measurement apparatus, a linear ultrasonic motor is used from the viewpoint of accuracy, non-magnetism, vacuum environment, size, etc. A representative contact type actuator is attracting attention.

特に、本発明者等は、伸縮モードと剪断モードに分極された積層圧電アクチュエータを用いた非共振型超音波モータを用い、積層圧電アクチュエータの剪断モード部の先端をステージに接触させ、接触界面での摩擦を利用してステージを駆動することを提案している(例えば、特許文献1参照)。   In particular, the present inventors have used a non-resonant ultrasonic motor using a laminated piezoelectric actuator polarized in a stretching mode and a shear mode, and brought the tip of the shear mode portion of the laminated piezoelectric actuator into contact with the stage, and at the contact interface. It is proposed to drive the stage using the friction of the above (see, for example, Patent Document 1).

この場合、接触式のアクチュエータとして広く用いられているリニア型超音波モータにおいては、駆動周波数はその形状に依存して一意的に決まるため、駆動方式としては周波数固定の電圧振幅制御駆動法を採用している。
例えば、25kHzの固定周波数で、電圧振幅40Vで駆動を行っている。
特開2001−293630号公報
In this case, in linear ultrasonic motors widely used as contact actuators, the drive frequency is uniquely determined depending on the shape, so the voltage amplitude control drive method with a fixed frequency is adopted as the drive method. is doing.
For example, driving is performed at a fixed frequency of 25 kHz and a voltage amplitude of 40V.
JP 2001-293630 A

しかしながら、接触式アクチュエータにおいては、摺動部分における摺動材料の摩耗が耐久性や信頼性、さらには、位置精度に大きく影響するため、メンテナンスフリーでの連続駆動が非常に困難になるという問題がある。   However, in the contact actuator, the wear of the sliding material at the sliding part greatly affects the durability, reliability, and position accuracy, so that there is a problem that maintenance-free continuous driving becomes very difficult. is there.

したがって、本発明は、接触式アクチュエータの摺動部分における摺動材料の摩耗を抑える駆動方式を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a drive system that suppresses the wear of the sliding material at the sliding portion of the contact actuator.

図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
(1)上記課題を解決するために、本発明は、被押圧部材1と、先端3の変位量を空間座標の各軸に対して電気信号により個別に制御する機能を有したアクチュエータ2と、アクチュエータ2を保持し、その先端3を被押圧部材1に押し当てる機能を具備した保持部材4と、アクチュエータ2に電気信号を供給する制御回路5を含んで構成され、被押圧部材1と保持部材4の内の一方を固定し他方を移動させる送り機構の駆動方式において、アクチュエータ2の先端3の変位量を送り方向に対して正方向あるいは負方向に変化せしめる時間を、移動する側の部材に作用する推力が、被押圧部材1をアクチュエータ2の先端3との間の最大静止摩擦力を超えない条件を含んだ所定の規則にしたがって、1ストローク中で可変としたことを特徴とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 1. (1) In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an actuator having a function of individually controlling the displacement amount of the pressed member 1 and the tip 3 with respect to each axis of spatial coordinates by an electric signal. 2, a holding member 4 having a function of holding the actuator 2 and pressing the tip 3 against the pressed member 1, and a control circuit 5 for supplying an electric signal to the actuator 2. and in one drive system of fixed feed mechanism for moving the other the of the holding member 4, the side where the time for varying the positive or negative direction against the feed direction displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 to move members thrust acting on, and therefore the maximum static friction force a predetermined rule including a condition that does not exceed between the tip 3 of the pressed member 1 actuator 2, it has a variable in one stroke It is characterized by.

即ち、接触式のアクチュエータ2の速度を制御する電気信号の増加時間または減少時間を所定の規則に従い可変とすることにより、摺動部分におけるすべりの発生を抑制することができ、それによって、送り機構を備えたステージ等の長寿命化を実現することができる。特に、被押圧部材1をアクチュエータ2の先端3との間の最大静止摩擦力を超えないように設定しているので、被押圧部材1とアクチュエータ2の先端3との間の相対速度は0となり、すべりの発生を完全に防止することができる。 That is, by making the increase time or decrease time of the electric signal for controlling the speed of the contact type actuator 2 variable according to a predetermined rule, it is possible to suppress the occurrence of slipping at the sliding portion, and thereby the feed mechanism. The life of a stage or the like equipped with can be realized. Particularly, since the pressed member 1 is set so as not to exceed the maximum static frictional force between the tip 3 of the actuator 2 and the relative speed between the pressed member 1 and the tip 3 of the actuator 2 is zero. The occurrence of slip can be completely prevented.

なお、この場合の被押圧部材1は、典型的には露光装置や電子線描画装置、測長電子顕微鏡、レーザ共焦点顕微鏡などに用いられるウエハや試料などを搬送するためのステージ機構であるが、プローバなどの電子計測に用いられるマニピュレータ用のプローブ端子保持機構、原子間力顕微鏡におけるカンチレバーの保持機構など、主に超精密位置決めが要求される各種搬送部材も対象となる。   The pressed member 1 in this case is typically a stage mechanism for transporting a wafer or sample used in an exposure apparatus, an electron beam drawing apparatus, a length measuring electron microscope, a laser confocal microscope, or the like. In addition, various conveying members such as a probe terminal holding mechanism for manipulators used for electronic measurement such as a prober and a cantilever holding mechanism in an atomic force microscope are mainly targeted.

また、アクチュエータ2としては、XY二つの方向で独立に先端3の変位を電圧制御出来る積層型圧電アクチュエータ2が典型的なものであるが、XYZ三つの方向で独立に先端3の変位を電圧制御できる円筒型圧電アクチュエータ2など、先端3の変位量を空間座標の各軸に対して電気信号により個別に制御する機能を有した別の構造のアクチュエータ2でも適用可能である。   The actuator 2 is typically a stacked piezoelectric actuator 2 that can independently control the displacement of the tip 3 in two XY directions, but the displacement of the tip 3 can be independently voltage controlled in three XYZ directions. An actuator 2 having another structure having a function of individually controlling the amount of displacement of the tip 3 by an electric signal with respect to each axis of the spatial coordinates, such as a cylindrical piezoelectric actuator 2 that can be applied, is also applicable.

また、アクチュエータ2を保持する保持部材4としては、板バネやコイルバネを用いた予圧機構が典型的なものである。   The holding member 4 that holds the actuator 2 is typically a preload mechanism using a leaf spring or a coil spring.

)また、本発明は、上記(1)において、正方向あるいは負方向に変化せしめる時間の少なくとも一部の期間で、アクチュエータ2の先端3の変位量を時間に対して一定加速度で変化させることを特徴とする。 (2) Further, the present invention, the above (1) to Oite, the positive direction or at least a portion of the period of change allowed to time in the negative direction, the displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 at a constant acceleration with respect to time It is characterized by changing.

このように、アクチュエータ2の先端3の変位量を時間に対して一定加速度で変化させることよって、より効率的に送り機構を駆動することができる。   Thus, the feed mechanism can be driven more efficiently by changing the amount of displacement of the tip 3 of the actuator 2 at a constant acceleration with respect to time.

)また、本発明は、上記(1)において、正方向あるいは負方向に変化せしめる時間の少なくとも一部の期間で、アクチュエータ2の先端3の変位量を時間に対して正弦波関数で変化させることを特徴とする。 (3) Further, the present invention is Oite above (1), the positive direction or in at least some period of time for varying the negative direction, sinusoidal function the amount of displacement of the tip 3 of the actuator 2 with respect to time It is characterized by being changed by.

また、アクチュエータ2の先端3の変位量を時間に対して正弦波関数で変化させることにより、駆動電圧は極めて一般的な正弦波を基にすればよいので、電気信号を供給する制御回路5の構成を簡素にすることができる。   Further, by changing the displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 with a sine wave function with respect to time, the drive voltage may be based on a very general sine wave. The configuration can be simplified.

)また、本発明は、上記(1)乃至()のいずれかにおいて、アクチュエータ2の先端3の送り方向と直交する方向の変位量の正方向あるいは負方向に変化せしめる時間のそれぞれの期間における最大値が、押し当て部における被押圧部材1とアクチュエータ2の先端3のそれぞれの表面起伏の最大高さ以上であることを特徴とする。 ( 4 ) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to ( 3 ), each of the time required to change the displacement amount in the direction orthogonal to the feed direction of the tip 3 of the actuator 2 in the positive direction or the negative direction. The maximum value in the period is equal to or greater than the maximum height of the surface undulation of each of the pressed member 1 and the tip 3 of the actuator 2 in the pressing portion.

このように、アクチュエータ2の先端3の送り方向と直交する方向の変位量の最大値を押し当て部における被押圧部材1とアクチュエータ2の先端3のそれぞれの表面起伏の最大高さ以上とすることによって、すべりの発生しない充分な押圧状態を実現することができる。   Thus, the maximum value of the displacement amount in the direction orthogonal to the feeding direction of the tip 3 of the actuator 2 is set to be equal to or greater than the maximum height of the surface undulation of each of the pressed member 1 and the tip 3 of the actuator 2 in the pressing portion. Thus, it is possible to realize a sufficient pressing state in which no slip occurs.

)また、本発明は、上記(1)乃至()のいずれかにおいて、保持部材4に垂直抗力計測センサーを付加し、垂直抗力計測センサーの測定値を用いて最大静止摩擦力の設定値を変更することを特徴とする。 ( 5 ) Further, according to the present invention, in any of the above (1) to ( 4 ), a vertical drag measurement sensor is added to the holding member 4 and the maximum static friction force is set using the measurement value of the vertical drag measurement sensor. It is characterized by changing the value.

本発明における最大静止摩擦力は、被押圧部材1とアクチュエータ2の先端3との間の相対的静止状態におけるものであるので、被押圧部材1と保持部材4の内の一方が移動しはじめると見かけ上の最大静止摩擦力は低減するので、この見かけ上の最大静止摩擦力をリアルタイムに垂直抗力計測センサーで測定して、測定結果に応じてアクチュエータ2の先端3の変位量を送り方向に対して正方向あるいは負方向に変化せしめる時間を変化させることによって、より効率的な駆動が可能になる。   Since the maximum static frictional force in the present invention is in a relative stationary state between the pressed member 1 and the tip 3 of the actuator 2, when one of the pressed member 1 and the holding member 4 starts to move. Since the apparent maximum static frictional force is reduced, this apparent maximum static frictional force is measured in real time by the vertical drag measurement sensor, and the displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 with respect to the feed direction is determined according to the measurement result. By changing the time for changing in the positive direction or the negative direction, more efficient driving becomes possible.

)また、本発明は、上記(1)乃至()のいずれかにおいて、電気信号により個別に制御されたアクチュエータ2の先端3の変位量の時間変化関数の周波数スペクトルが、アクチュエータ2の共振周波数未満の成分を主体として構成されることを特徴とする。 ( 6 ) Further, in the present invention, in any one of the above (1) to ( 5 ), the frequency spectrum of the time change function of the displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 individually controlled by the electric signal is It is characterized by being composed mainly of components having a frequency lower than the resonance frequency.

すべりが発生しない周波数は、アクチュエータ2の共振周波数より低いので、すべりを抑制した駆動を行うためには、電気信号により個別に制御されたアクチュエータ2の先端3の変位量の時間変化関数の周波数スペクトルを、アクチュエータ2の共振周波数未満の成分を主体として構成する必要がある。   Since the frequency at which the slip does not occur is lower than the resonance frequency of the actuator 2, the frequency spectrum of the time-varying function of the displacement amount of the tip 3 of the actuator 2 individually controlled by the electrical signal is necessary to perform the drive while suppressing the slip. Need to be configured mainly with components having a frequency lower than the resonance frequency of the actuator 2.

本発明においては、接触式のアクチュエータの摺動部分に発生するすべりを抑えることにより、摺動材料の摩耗が低減され、これにより、接触式のアクチュエータを送り機構とするステージを長期間メンテナンスフリーで連続駆動できることが可能になる。   According to the present invention, the sliding material wear is reduced by suppressing the sliding that occurs in the sliding portion of the contact type actuator. It becomes possible to drive continuously.

本発明は、露光装置や電子線描画装置、測長電子顕微鏡、レーザ共焦点顕微鏡などに用いられるウエハや試料などを搬送するためのステージ機構の移動に際して、制御回路で発生させる電気信号により、アクチュエータの先端の変位量を送り方向に対して正方向あるいは負方向に変化させる時間をアクチュエータ先端の接触部におけるすべりを抑制する条件が実現するように可変制御するものである。   The present invention relates to an actuator based on an electrical signal generated by a control circuit when moving a stage mechanism for transporting a wafer or sample used in an exposure apparatus, an electron beam drawing apparatus, a length measuring electron microscope, a laser confocal microscope, or the like. The time for changing the displacement amount of the tip of the actuator in the positive direction or the negative direction with respect to the feed direction is variably controlled so as to realize the condition for suppressing the slip at the contact portion of the actuator tip.

ここで、図2乃至図7を参照して、本発明の実施例1の送り機構の駆動方式を説明する。
図2参照
図2は、本発明の実施例1の駆動方式を適用する非共振型超音波モータ駆動ステージの概略的要部構成図であり、ここでは、x方向の送り機構のみを示す。
ステージ機構は、クロスローラガイド12によってx軸方向へ案内させる構成となっているステージ11と、2個の積層型圧電アクチュエータ21,22と保持機構としての予圧機構13から成る非共振型超音波モータとによって構成され、ステージ11はステージの側面に予圧機構13によって押しつけられた積層型圧電アクチュエータ21,22の先端部の剪断変形に伴う摩擦力によって駆動される。
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 7, the drive system of the feed mechanism of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of a non-resonant ultrasonic motor driving stage to which the driving system according to the first embodiment of the present invention is applied. Here, only a feed mechanism in the x direction is shown.
The stage mechanism is a non-resonant ultrasonic motor including a stage 11 that is configured to be guided in the x-axis direction by a cross roller guide 12, two stacked piezoelectric actuators 21 and 22, and a preload mechanism 13 as a holding mechanism. The stage 11 is driven by the frictional force accompanying the shear deformation of the tip portions of the stacked piezoelectric actuators 21 and 22 pressed against the side surface of the stage by the preload mechanism 13.

この場合、各積層型圧電アクチュエータ21,22は、伸縮変形素子23と剪断変形素子24とが積層された構造となっており、剪断変形素子24の頂部にはアルミナセラミックス等の高硬度の部材からなるフリクションチップ25が設けられている。   In this case, each of the laminated piezoelectric actuators 21 and 22 has a structure in which the expansion / contraction deformation element 23 and the shear deformation element 24 are laminated, and the top of the shear deformation element 24 is made of a high hardness member such as alumina ceramics. A friction chip 25 is provided.

また、伸縮変形素子23と剪断変形素子24を構成する各圧電体層の間には電極層(図示を省略)が挿入されており、この電極層を選択的に組み合わせて電極(図示を省略)と接続し、この電極間に電圧を印加することによって所定の伸縮変形及び剪断変形を得るものである。   Further, an electrode layer (not shown) is inserted between the piezoelectric layers constituting the expansion / contraction deformation element 23 and the shear deformation element 24, and electrodes (not shown) are selectively combined with the electrode layers. And applying a voltage between the electrodes to obtain a predetermined stretch deformation and shear deformation.

また、ここで積層型圧電アクチュエータ21,22を2個用いるのは、一方をA相、他方をB相として、等価的に180度位相を逆転した場合により近い駆動をさせることで、ステージ11を圧電材料の最大変位以上の距離移動させる時に、常にどちらかの積層型圧電アクチュエータ21,22がステージ11を駆動できるようにするためである。
このような構成とすることで、よりステージ11の位置決め性能を超高精度化することができる。
Also, the two stacked piezoelectric actuators 21 and 22 are used here by setting the stage 11 by driving closer to the case where one is the A phase and the other is the B phase, and the phase is equivalently reversed 180 degrees. This is because one of the stacked piezoelectric actuators 21 and 22 can always drive the stage 11 when moving the distance more than the maximum displacement of the piezoelectric material.
By adopting such a configuration, the positioning performance of the stage 11 can be made more highly accurate.

以上の構成を前提にして、次に全くすべりが生じない状態でステージ11を加速駆動する場合のA相およびB相の駆動電圧波形を導出する。
図2に示したように、慣性系の座標軸0−xyをとり、原点0からステージ11上の任意の点Pの位置ベクトルを v0 =( x0 ,a) 、原点から積層型圧電アクチュエータ21,22の先端に取り付けられたフリクションチップ25への位置ベクトルを vr=( x,b) とする。
なお、本明細書においては明細書作成の都合上、ベクトル表記する場合には、ベクトルの前に「 v」を付けて表すことにする。
Based on the above configuration, A-phase and B-phase drive voltage waveforms when the stage 11 is accelerated and driven without any slip are derived.
As shown in FIG. 2, the coordinate axis 0-xy of the inertial system is taken, the position vector from the origin 0 to an arbitrary point P on the stage 11 is v r 0 = (x 0 , a), and the stacked piezoelectric actuator from the origin The position vector to the friction tip 25 attached to the tips of 21 and 22 is assumed to be v r = (x, b).
In this specification, for the purpose of creating the specification, in the case of vector notation, “ v ” is added before the vector.

図3参照
以上のような座標系を整理して座標系のみを取り出したのが図3であり、原点0からrの距離にある点( x,b) 上に別の座標系の座標軸0′−x′y′をとる。
この時、ステージ11の側面に固定されたフリクションチップ25から点P( x0 ,a) への位置ベクトルを vr′=( x′,c) とすると、
v0 vr+ vr′
である。
See Figure 3
FIG. 3 shows only the coordinate system taken out by arranging the coordinate systems as described above. On the point (x, b) at a distance of r from the origin 0, the coordinate axis 0'-x 'of another coordinate system is obtained. Take y '.
At this time, if the position vector from the friction tip 25 fixed to the side surface of the stage 11 to the point P (x 0 , a) is v r ′ = (x ′, c),
v r 0 = v r + v r ′
It is.

ここで、ステージ11はx軸方向にのみ案内されるため、a、b、c、は定数となり、x0 、x、x′は変数となる。
よって、ステージ11の運動はx軸方向のみ考えると良いから、ステージ11に働く推力をFT とすると、その運動方程式は、ステージ11の質量をm、時間をtとして、
T =m(d2 0 /dt2 )=m〔d2 (x0 +x′)/dt2 〕 ・・・(1)
となる。
Here, since the stage 11 is guided only in the x-axis direction, a, b, and c are constants, and x 0 , x, and x ′ are variables.
Therefore, since the motion of the stage 11 should be considered only in the x-axis direction, if the thrust acting on the stage 11 is F T , the equation of motion is that the mass of the stage 11 is m and the time is t.
F T = m (d 2 x 0 / dt 2 ) = m [d 2 (x 0 + x ′) / dt 2 ] (1)
It becomes.

この場合、クロスローラガイド12で発生する摩擦力は容易に推力FT に比べて十分小さな値とすることができるので、ステージ11に働く推力FT は作用反作用の法則によって摺動部材14とフリションチップ25との間に作用する摩擦力Fによって決定され、
T =−F ・・・(2)
で近似される。したがって、(1)式から、
F=−m(d2 x/dt2 )−m(d2 x′/dt2 ) ・・・(3)
となる。
In this case, it is possible to sufficiently small values as compared with easily thrust F T friction force generated by the cross roller guide 12, flip and sliding member 14 by the law of the thrust F T is action and reaction acting on the stage 11 Determined by the frictional force F acting between the
F T = −F (2)
Is approximated by Therefore, from equation (1)
F = −m (d 2 x / dt 2 ) −m (d 2 x ′ / dt 2 ) (3)
It becomes.

今、摩擦力Fが最大静止摩擦力を超えない場合、即ち、送り動作時に摺動部材14とフリションチップ25との間にすべりが発生しない場合、フリクションチップ25はステージ11に対して相対的に静止している状態となるので、
dx′/dt=0
となり、式(3)は、
F=−m(d2 x/dt2 ) ・・・(4)
となる。
If the frictional force F does not exceed the maximum static frictional force, that is, if no slip occurs between the sliding member 14 and the frictional tip 25 during the feeding operation, the frictional tip 25 is relative to the stage 11. Because it will be in a stationary state,
dx '/ dt = 0
Equation (3) becomes
F = −m (d 2 x / dt 2 ) (4)
It becomes.

積層型圧電アクチュエータ21,22の先端のフリクションチップ25は予圧機構13により予圧力Nで摺動部材14に押し付けられており、その摩擦係数をuとすると、静止摩擦力が最大静止摩擦力以下となるためには、
|F|≦uN
であるから、
uN≧m|d2 x/dt2 | ・・・(5)
となる。
The friction tips 25 at the tips of the multilayer piezoelectric actuators 21 and 22 are pressed against the sliding member 14 by the preload mechanism 13 with a preload N. When the friction coefficient is u, the static friction force is less than the maximum static friction force. To become
| F | ≤uN
Because
uN ≧ m | d 2 x / dt 2 | (5)
It becomes.

したがって、アクチュエータ先端の加速度をa(=d2 x/dt2 )、その最大値をam とすると、最大加速度am は、(5)式から、
m =uN/m ・・・(6)
となる。
よって、am (=uN/m)でステージ11を加速させれば、摺動部分ですべりは発生せず、エネルギーロスがないので、ステージ11を最も速く加速することができる。
Accordingly, the acceleration of the actuator tip a (= d 2 x / dt 2), when the maximum value and a m, the maximum acceleration a m is from (5),
a m = uN / m (6)
It becomes.
Therefore, if the stage 11 is accelerated at a m (= uN / m), no slip occurs at the sliding portion and there is no energy loss, so the stage 11 can be accelerated the fastest.

通常、非共振型超音波モータにおいては、上述のように積層型圧電アクチュエータ21,22はA相とB相の2相駆動によって交互にステージ11を送ることになる。
そこで、まず、A相からステージ11を送ることとし、0<t≦T1 におけるA相のアクチュエータの速度をvA1、その位置をxA1とすると、
A1=am t ・・・(7)
A1=(1/2)am 2 ・・・(8)
となる。
Usually, in a non-resonant type ultrasonic motor, the laminated piezoelectric actuators 21 and 22 send the stage 11 alternately by the two-phase driving of the A phase and the B phase as described above.
Therefore, first, let us say that the stage 11 is sent from the A phase, and the velocity of the A phase actuator at 0 <t ≦ T 1 is v A1 and its position is x A1 .
v A1 = a m t (7)
x A1 = (1/2) a m t 2 ··· (8)
It becomes.

時刻T1 で速度v1 =vA1m に達し、最大変位量Am まで変位したとすれば、
A1m =am 1 ・・・(9)
m =(1/2)am 1 2 ・・・(10)
となり、(10)式を変形することによって、T1 は、
1 =(2Am /am 1/2 ・・・(11)
で表される。
Speed v 1 = v reached A1m at time T 1, if displaced to the maximum displacement amount A m,
v A1m = a m T 1 ··· (9)
A m = (1/2) a m T 1 2 (10)
By transforming equation (10), T 1 becomes
T 1 = (2A m / a m ) 1/2 (11)
It is represented by

次に、ステージ11はB相のアクチュエータによって送られることになり、T1 <t≦T2 におけるB相のアクチュエータの速度をvB1、その位置をxB1とすると、
B1=am t ・・・(12)
B1=(1/2)am 2 −2Am ・・・(13)
となる。
Next, the stage 11 is sent by the B-phase actuator, where the speed of the B-phase actuator at T 1 <t ≦ T 2 is v B1 and its position is x B1 .
v B1 = a m t (12)
x B1 = (1/2) a m t 2 -2A m ··· (13)
It becomes.

時刻T2 で速度v2 =vB1m に達し、最大変位量Am まで変位したとすれば、
B1m =am 2 ・・・(14)
m =(1/2)am 2 2 −2Am ・・・(15)
となり、(15)式を変形することによって、T2 は、
2 =(6Am /am 1/2 ・・・(16)
で表される。
In time T 2, reaches a speed v 2 = v B1m, if displaced to the maximum displacement amount A m,
v B1m = a m T 2 ··· (14)
A m = (1/2) a m T 2 2 −2A m (15)
By transforming equation (15), T 2 becomes
T 2 = (6A m / a m ) 1/2 (16)
It is represented by

次に、ステージ11は再びA相のアクチュエータによって送られることになり、T2 <t≦T3 におけるA相のアクチュエータの速度をvA2、その位置をxA2とすると、
A2=am t ・・・(17)
A2=(1/2)am 2 −4Am ・・・(18)
となる。
Next, the stage 11 is again sent by the A-phase actuator, where the speed of the A-phase actuator at T 2 <t ≦ T 3 is v A2 and its position is x A2 .
v A2 = a m t (17)
x A2 = (1/2) a m t 2 -4A m ··· (18)
It becomes.

時刻T3 で速度v3 =vA2m に達し、最大変位量Am まで変位したとすれば、
A2m =am 3 ・・・(19)
m =(1/2)am 3 2 −4Am ・・・(20)
となり、(20)式を変形することによって、T3 は、
3 =(10Am /am 1/2 ・・・(21)
で表される。
Assuming that the speed v 3 = v A2m is reached at time T 3 and the maximum displacement A m is displaced,
v A2m = a m T 3 (19)
A m = (1/2) a m T 3 2 -4A m ··· (20)
By transforming equation (20), T 3 becomes
T 3 = (10A m / a m ) 1/2 (21)
It is represented by

したがって、一般式としては、n回目の送り動作終了時の時間Tn 及び速度vn は、
n =am n ・・・(22)
n =〔2(n−1)Am /am 1/2 ・・・(23)
で表される。
なお、vn においては、nが奇数のときはA相の速度、nが偶数のときはB相の速度となる。
Therefore, as a general formula, the time T n and the speed v n at the end of the n-th feeding operation are
v n = a m T n (22)
T n = [2 (n−1) A m / a m ] 1/2 (23)
It is represented by
In v n , the speed of the A phase is obtained when n is an odd number, and the speed of the B phase is obtained when n is an even number.

アクチュエータとして上述のように、積層型圧電アクチュエータ21,22を用いるとともに、摺動部材14及びフリクションチップ25としてアルミナセラミックスを用いた場合、典型的な使用条件において、例えば、u=0.3、N=40[N]、m=1.4[kg]、Am =0.42[μm]という条件が想定される。 As described above, when the laminated piezoelectric actuators 21 and 22 are used as the actuator and alumina ceramics is used as the sliding member 14 and the friction chip 25, under typical use conditions, for example, u = 0.3, N = 40 [N], m = 1.4 [kg], and A m = 0.42 [μm] are assumed.

図4及び図5参照
図4及び図5は、この条件でステージ11を加速する場合における送り方向における各相のアクチュエータ先端の加速度a(=d2 x/dt2 )、速度v(=dx/dt)、位置xのタイムチャートであり、図4はA相について、図5はB相について示している。
即ち、上記の条件を(6)式に代入すると、
m =0.3×40/1.4≒8.6〔m/s2
となり、Tn 及び速度vn は、それぞれ(23)式及び(22)式から求まる。
See FIG. 4 and FIG.
4 and 5 show the acceleration a (= d 2 x / dt 2 ), the velocity v (= dx / dt), and the position x of the actuator tip of each phase in the feed direction when the stage 11 is accelerated under this condition. 4 is a time chart, FIG. 4 shows the A phase and FIG. 5 shows the B phase.
That is, substituting the above conditions into equation (6),
a m = 0.3 × 40 / 1.4≈8.6 [m / s 2 ]
Thus, T n and velocity v n can be obtained from equations (23) and (22), respectively.

図6参照
図6は、送り方向と直交する方向、即ち、y方向におけるそのときのアクチュエータ先端位置のタイムチャートであり、図において、位置yが0.23μmのときは各相のアクチュエータ先端が摺動部材14と接触している状態であり、−0.23μmのときは非接触の状態を表す。
See FIG.
FIG. 6 is a time chart of the actuator tip position in the direction orthogonal to the feed direction, that is, the y direction. In the figure, when the position y is 0.23 μm, the actuator tip of each phase is the sliding member 14. In the state where it is in contact with the film, -0.23 μm represents a non-contact state.

アクチュエータに印加する駆動電圧をV(t)とすると、x∝V(t)であるから、駆動電圧は各図における変位のタイムチャートに比例定数を乗じた値となる。
ここで、圧電材料の飽和特性などにより、変位と駆動電圧が線形に比例していない領域で駆動をしなければならない場合には、予めその関数を求めておき該当する変位に一対一対応させることで駆動電圧波形を決定すれば良いことは言うまでも無い。
Assuming that the drive voltage applied to the actuator is V (t), x∝V (t). Therefore, the drive voltage is a value obtained by multiplying the displacement time chart in each figure by a proportionality constant.
Here, if it is necessary to drive in a region where the displacement and drive voltage are not linearly proportional due to the saturation characteristics of the piezoelectric material, etc., the function is obtained in advance and the corresponding displacement is made to correspond one-to-one. Needless to say, it is sufficient to determine the drive voltage waveform.

図7参照
図7は、以上の駆動条件におけるステージの加速度、速度、位置のタイムチャートであり、am =uN/mのすべりが発生しない加速度において等加速度運動させることによって、すべりによる摩耗が抑制され耐久性能を向上させることが可能となった。
See FIG.
FIG. 7 is a time chart of the acceleration, speed, and position of the stage under the above driving conditions. Wearing due to slip is suppressed by performing an equal acceleration motion at an acceleration at which a slip of a m = uN / m does not occur. It became possible to improve.

また、ステージ11を減速運動させる場合にも同様に、上述の例に従って、最大静止摩擦力を超えないようアクチュエータ各相の駆動電圧波形を決定すればよいことは言うまでもない。   Similarly, when the stage 11 is decelerated, it goes without saying that the drive voltage waveform of each phase of the actuator may be determined so as not to exceed the maximum static frictional force according to the above example.

また、等速運動に移行する場合には、最大静止摩擦力を超えない範囲内で、例えばアクチュエータ先端の最大変位量を速度で割った時間で繰り返しA相、B相ともにアクチュエータ先端を等速運動させても良いし、最大変位量より小さな変位量を速度で割った時間でA相、B相ともにアクチュエータ先端を等速運動させても良い。   Also, when shifting to constant velocity motion, within a range that does not exceed the maximum static frictional force, for example, the maximum displacement of the actuator tip is repeatedly divided by the speed, and the actuator tip is moved at a constant velocity in both phase A and phase B. Alternatively, the tip of the actuator may be moved at a constant speed in both the A phase and the B phase in a time obtained by dividing a displacement amount smaller than the maximum displacement amount by the speed.

次に、図8乃至図19を参照して、圧電アクチュエータに印加される電圧V(t)を正弦波交流電圧とした本発明の実施例2を説明する。
図8参照
図8は、本発明の実施例2における駆動電圧波形とそのときのアクチュエータ先端の位置、速度、加速度の説明図であり、正弦波交流電圧V(t)の半周期分の波形およびそれに対する圧電アクチュエータ先端の位置x、速度dx/dt、加速度d2 x/dt2 を示している。
但し、Vは電圧最大振幅、ωは角周波数、Aは変位についての任意の最大振幅(定数)であり、
V(t)=Vsin(ωt−π/2)
とすると、x∝V(t)であるので、
x=Asin(ωt−π/2)
dx/dt=Aωcos(ωt−π/2)
2 x/dt2 =−Aω2 sin(ωt−π/2)
となる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 19 in which the voltage V (t) applied to the piezoelectric actuator is a sine wave AC voltage.
See FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the drive voltage waveform and the position, speed, and acceleration of the tip of the actuator at that time in Example 2 of the present invention, and the waveform corresponding to a half cycle of the sinusoidal AC voltage V (t) and its piezoelectric The position x of the actuator tip, speed dx / dt, and acceleration d 2 x / dt 2 are shown.
Where V is the maximum voltage amplitude, ω is the angular frequency, A is any maximum amplitude (constant) for displacement,
V (t) = Vsin (ωt−π / 2)
Since x∝V (t),
x = Asin (ωt−π / 2)
dx / dt = Aω cos (ωt−π / 2)
d 2 x / dt 2 = −Aω 2 sin (ωt−π / 2)
It becomes.

したがって、
2 x/dt2 =−Aω2 sin(ωt−π/2)
であるので、(5)式からすべりを全く生じさせないためには、
uN≧mAω2 ・・・(24)
の条件を満たす必要がある。
Therefore,
d 2 x / dt 2 = −Aω 2 sin (ωt−π / 2)
Therefore, in order not to cause any slip from equation (5),
uN ≧ mAω 2 (24)
It is necessary to satisfy the conditions.

よって印加される電圧V(t)の駆動周波数をf(=ω/2π)とすると、すべりが起こらないための条件は、
f≦(1/2π)(uN/mA)1/2 ・・・(25)
となる。
Therefore, if the drive frequency of the applied voltage V (t) is f (= ω / 2π), the condition for preventing slipping is:
f ≦ (1 / 2π) (uN / mA) 1/2 (25)
It becomes.

したがって、駆動電圧V(t)が正弦波交流電圧の場合、(25)式の条件を満たす範囲内では、フリクションチップ25と摺動部材14とがすべらない状態でステージ11を駆動することができる。   Therefore, when the drive voltage V (t) is a sinusoidal AC voltage, the stage 11 can be driven in a state where the friction chip 25 and the sliding member 14 do not slide within a range satisfying the condition of the expression (25). .

この場合、アクチュエータとして積層枚数が8枚で剪断変形素子24の圧電定数がd15の積層型圧電アクチュエータ21、摺動部材14としてアルミナセラミックスを用いた場合、電圧の最大振幅をVとすると、典型的な使用条件において、例えば、u=0.3、N=40N、m=1.2kg、A=8×d15×V、d15=580×10-12 m/V、V=90Vという条件が想定される。 In this case, when the laminated piezoelectric actuator 21 in which the number of laminated layers is 8 and the piezoelectric constant of the shear deformation element 24 is d 15 as the actuator and alumina ceramics is used as the sliding member 14, the maximum voltage amplitude is V. In typical use conditions, for example, u = 0.3, N = 40N, m = 1.2 kg, A = 8 × d 15 × V, d 15 = 580 × 10 −12 m / V, V = 90V Is assumed.

この場合、各数値を(25)式に代入することによって、
f≦0.77kHz
とすれば、すべりは発生しないことになる。
また、同様に電圧最大振幅Vを、V=45V,135Vで計算すると、それぞれ
f≦1.10(at 45V)
f≦0.63(at 135V)
となり、(25)式からわかるように、すべりの発生しない周波数と変位を大きくするための電圧最大振幅Vとはトレードオフの関係にある。
In this case, by substituting each numerical value into equation (25),
f ≦ 0.77kHz
If so, no slip will occur.
Similarly, when the maximum voltage amplitude V is calculated with V = 45V and 135V, f ≦ 1.10 (at 45V), respectively.
f ≦ 0.63 (at 135V)
Thus, as can be seen from the equation (25), there is a trade-off relationship between the frequency at which no slip occurs and the maximum voltage amplitude V for increasing the displacement.

図9参照
図9は、以上の条件でセットアップした実験の概念的システム構成図であり、波形発生器31で発生させた正弦波電圧信号をアンプ32で増幅させて積層型圧電アクチュエータ21,22に印加するとともに、その周波数fをオシロスコープ33で測定する。
一方、ステージ11の送り量は、ステージ11上に搭載したミラー15を利用してレーザ干渉計34により測定する。
See FIG.
FIG. 9 is a conceptual system configuration diagram of an experiment set up under the above conditions. The sine wave voltage signal generated by the waveform generator 31 is amplified by the amplifier 32 and applied to the stacked piezoelectric actuators 21 and 22. The frequency f is measured with the oscilloscope 33.
On the other hand, the feed amount of the stage 11 is measured by the laser interferometer 34 using the mirror 15 mounted on the stage 11.

図10参照
図10は、実験的に確認した送り量の周波数依存性を示したものであり、実験では停止状態のステージ11に対し、各駆動周波数の1周期分の時間、正弦波を印加し、レーザ干渉計34によってその後のステージ送り量を測定した。
なお、図における「Theoretical」は、各印加電圧における(25)式を満たす最大周波数の位置を表すものである。
See FIG.
FIG. 10 shows the frequency dependency of the feed amount confirmed experimentally. In the experiment, a sine wave is applied to the stage 11 in a stopped state for one cycle of each drive frequency, and laser interference is performed. Subsequent stage feed amounts were measured by a total of 34.
Note that “Theoretical” in the figure represents the position of the maximum frequency that satisfies Equation (25) for each applied voltage.

実験結果より、V=90V(図ではピークツーピークVppで2倍の電圧値を表示している)という条件においては、駆動周波数が0.77kHz付近まではステージ送り量は一定値を保っているが、0.77kHzを超えるとステージ送り量が大幅に減少することが確認できる。
これは上述の計算結果と一致しており、即ち、上述の条件の場合、駆動周波数fが0.77kHzを超えると、最大静止摩擦力が維持できず、すべりが発生しているということになる。
From the experimental results, under the condition of V = 90 V (in the figure, the voltage value is doubled at peak-to-peak V pp ), the stage feed amount is kept constant until the drive frequency is near 0.77 kHz. However, if the frequency exceeds 0.77 kHz, it can be confirmed that the stage feed amount is significantly reduced.
This agrees with the above calculation result, that is, in the case of the above condition, when the driving frequency f exceeds 0.77 kHz, the maximum static frictional force cannot be maintained and slipping occurs. .

しかし、駆動周波数fが0.77kHz以下における送り量は、理論値が1.67μm(=4A)であるのに対して、実験値は0.97μmであり、実際に移動している送り量は理論値の58%となっている。
これは、アクチュエータの伸縮方向に対する印加電圧が正弦波関数であり、実施例1の方形波の場合の様に全ての期間内で押し当て圧力が一定でないため、送り期間内の最初と最後でアクチュエータ先端が完全にステージに接触してはいない状態が若干生じるためと考えられる。
However, the theoretical value of the feed amount when the drive frequency f is 0.77 kHz or less is 1.67 μm (= 4 A), whereas the experimental value is 0.97 μm, and the actually moving feed amount is It is 58% of the theoretical value.
This is because the applied voltage with respect to the expansion / contraction direction of the actuator is a sine wave function, and the pressing pressure is not constant throughout the period as in the case of the square wave of the first embodiment. This is presumably because a state in which the tip is not completely in contact with the stage occurs.

以上の実験結果より、ステージ11のすべりを抑制して駆動する場合は、式(25)で決定される周波数以下の正弦波関数で駆動すれば良いということになる。
しかし、これはステージ11の初期速度がゼロの場合に限定した結論であり、駆動されて速度を得たステージ11をさらに加速する場合には、式(25)の値を超える周波数で駆動してもすべり量を抑制することが可能である。
これにより、さらに高速なステージ移動を実現することができる。
From the above experimental results, when driving while suppressing the slip of the stage 11, it is sufficient to drive with a sine wave function having a frequency equal to or lower than the frequency determined by the equation (25).
However, this is a conclusion limited to the case where the initial speed of the stage 11 is zero. When the stage 11 that has been driven to obtain the speed is further accelerated, the stage 11 is driven at a frequency exceeding the value of the equation (25). It is also possible to suppress the amount of slip.
As a result, higher-speed stage movement can be realized.

ここで、実施例2として、所望の目標速度まで加速するために、1周期ごとに正弦波関数の周波数を変化させ駆動速度を制御する駆動方式を説明する。
なお、駆動周波数の変化パターンを導出するために、実際の駆動状態に近い以下の定義を用いた。
nを正の整数、n周期目の周期をTn として、時刻tn 、速度を平均速度AVn 、及び、加速度an とした場合、t0 =0として、
n =ΣTi (i=1→n)
AVn =(1/Tn )Int〔(dx/dt)dt:t=tn-1 →tn
=(2/Tn )Int〔Am ωn cos(ωn t−π/2)dt:t=0→Tn /2〕
=2Am ωn /π=4Am n ・・・(26)
n =(AVn AVn-1 )/(Tn /2) ・・・(27)
とする。
但し、ここでは、明細書作成の都合上、関数F(x)をxについてaからbまで積分する式をInt〔F(x)dx:x=a→b〕で表記し、また、vの平均値はAVn で表記する。
Here, as a second embodiment, a driving method in which the driving speed is controlled by changing the frequency of the sine wave function for each cycle in order to accelerate to a desired target speed will be described.
In order to derive the change pattern of the driving frequency, the following definition close to the actual driving state was used.
n a positive integer, the period of the n th cycle as T n, the time t n, the average velocity velocity AV v n, and, when the acceleration a n, as t 0 = 0,
t n = ΣT i (i = 1 → n)
AV v n = (1 / T n ) Int [(dx / dt) dt: t = t n−1 → t n ]
= (2 / T n ) Int [A m ω n cos (ω n t−π / 2) dt: t = 0 → T n / 2]
= 2A m ω n / π = 4 A m f n (26)
a n = (AV v n - AV v n-1) / (T n / 2) ··· (27)
And
However, here, for convenience of description, an expression for integrating the function F (x) from a to b with respect to x is expressed as Int [F (x) dx: x = a → b], and v The average value is expressed as AV v n .

図11参照
図11は、上述の定義を導入する前後のステージの速度及び加速度を比較して示したものであり、図11の左側のグラフは正弦波関数で理論的に導出されるステージの速度(dx/dt)および加速度(d2 x/dt2 )を示している。
また、右側のグラフは本発明の実施例2における実際の駆動状態に近い定義を用いた場合のステージの速度(dx/dt)および加速度(d2 x/dt2 )を示している。
See FIG.
FIG. 11 shows a comparison of the speed and acceleration of the stage before and after introducing the above definition, and the graph on the left side of FIG. 11 shows the stage speed (dx / dt) and acceleration (d 2 x / dt 2 ).
Further, the graph on the right side shows the stage speed (dx / dt) and acceleration (d 2 x / dt 2 ) when the definition close to the actual driving state in Example 2 of the present invention is used.

よって、(5)式をもとに:
uN≧m(AVn AVn-1 )/(Tn /2) ・・・(28)
をたてることができる。
Therefore, based on equation (5):
uN ≧ m (AV v n - AV v n-1) / (T n / 2) ··· (28)
Can be made.

ここで、(26)式より、
uN≧m〔4Am (fn −fn-1 )/(Tn /2)〕
=m〔4Am (fn −fn-1 )/(1/2fn )〕 =8Am mfn (fn −fn-1
となり、式を整理すると、
n 2 −fn n-1 −uN/8Am m≦0 ・・・(29)
の二次不等式が得られる。
Here, from equation (26)
uN ≧ m [4A m (f n −f n−1 ) / (T n / 2)]
= M [4A m (f n -f n- 1) / (1 / 2f n) ] = 8A m mf n (f n -f n-1)
And organizing the formula,
f n 2 −f n f n−1 −uN / 8A m m ≦ 0 (29)
The following quadratic inequality is obtained.

したがって、二次不等式(29)をfn について解くことによって、
n ≦〔fn-1 +(fn-1 2 +4uN/8Am m)1/2 〕/2 ・・・(30)
となる。 但し、n=1の場合、初速度v0 はv0 =0であるので、f0 =0となり、
1 ≦〔f0 +(f0 2 +4uN/8Am m)1/2 〕/2 =(4uN/8Am m)1/2 /2=(uN/8Am m)1/2
となる。
Therefore, by solving the quadratic inequality (29) for f n ,
f n ≦ [f n−1 + (f n−1 2 +4 uN / 8A m m) 1/2 ] / 2 (30)
It becomes. However, when n = 1, the initial speed v 0 is v 0 = 0, so f 0 = 0.
f 1 ≦ [f 0 + (f 0 2 +4 uN / 8A m m) 1/2 ] / 2 = (4 uN / 8A m m) 1/2 / 2 = (uN / 8A m m) 1/2
It becomes.

したがって、一般式(30)は、n≧2において、
n ≦〔fn-1 +(fn-1 2 +4f1 2 1/2 〕/2 ・・・(31)
に置き換えることができる。
Therefore, the general formula (30) is obtained when n ≧ 2.
f n ≦ [f n-1 + (f n-1 2 + 4f 1 2 ) 1/2 ] / 2 (31)
Can be replaced.

図12参照
図12は、u=0.3、N=40N、m=1.2kg、A=8×d15×V、d15=580×10-12 m/V、V=90Vという条件の場合の駆動周波数の変化パターンとそのときのアクチュエータの先端速度を示したものである。
See FIG.
FIG. 12 shows driving under the conditions of u = 0.3, N = 40N, m = 1.2 kg, A = 8 × d 15 × V, d 15 = 580 × 10 −12 m / V, and V = 90V. The frequency change pattern and the tip speed of the actuator at that time are shown.

図13及び図14参照
図13は、図12における送り方向(x方向)の変位の駆動電圧波形、図14は送り方向と直行する方向(y方向)変位の駆動電圧波形を表しており、いずれもA相のアクチュエータのものである。
なお、図示は省略するが、B相のアクチュエータを駆動するには図13及び図14それぞれの正負反転パターンを使用すれば良い。
See FIG. 13 and FIG.
13 shows a drive voltage waveform of displacement in the feed direction (x direction) in FIG. 12, and FIG. 14 shows a drive voltage waveform of displacement in the direction (y direction) perpendicular to the feed direction, both of which are for the A-phase actuator. Is.
Although illustration is omitted, the positive / negative reversal patterns of FIGS. 13 and 14 may be used to drive the B-phase actuator.

ここで、本発明の実施例2の可変周波数駆動との比較を行うために駆動周波数をfに固定にし、駆動電圧振幅によってステージ速度を制御する駆動方式について、電圧振幅変化パターンを求める。
上記の(26)式、(28)式、及び、An =8×d15×Vn より、固定周波数fに対してすべりが発生しない電圧振幅Vn は、
uN≧m〔4f(An −An-1 )/(T/2)〕
=m〔4f×8×d15(Vn −Vn-1 )/(1/2f)〕
=64md152 (Vn −Vn-1
となり、
n −Vn-1 ≦uN/64md152 ・・・(32)
が得られる。
Here, in order to make a comparison with the variable frequency drive of the second embodiment of the present invention, the drive frequency is fixed to f, and the voltage amplitude change pattern is obtained for the drive method in which the stage speed is controlled by the drive voltage amplitude.
From the above equations (26), (28), and A n = 8 × d 15 × V n , the voltage amplitude V n at which no slip occurs with respect to the fixed frequency f is
uN ≧ m [4f (A n −A n−1 ) / (T / 2)]
= M [4f × 8 × d 15 (V n −V n−1 ) / (1 / 2f)]
= 64 md 15 f 2 (V n −V n−1 )
And
V n −V n−1 ≦ uN / 64 md 15 f 2 (32)
Is obtained.

ここで、(32)式におけるVn-1 を移項して、順次下位の電圧振幅に置き換えると、 Vn ≦uN/64md152 +Vn-1
≦uN/64md152 +uN/64md152 +Vn-2
≦n(uN/64md152 )+V0
となり、初速度v0 はv0 =0であるので、
n ≦n(uN/64md152 ) ・・・(33)
となる。
Here, when V n−1 in the equation (32) is shifted and sequentially replaced with a lower voltage amplitude, V n ≦ uN / 64 md 15 f 2 + V n−1
≦ uN / 64 md 15 f 2 + uN / 64 md 15 f 2 + V n−2
≦ n (uN / 64md 15 f 2 ) + V 0
Since the initial speed v 0 is v 0 = 0,
V n ≦ n (uN / 64 md 15 f 2 ) (33)
It becomes.

図15参照
図15は、u=0.3、N=40N、m=1.2kg、A=8×d15×V、d15=580×10-12 m/V、f=20kHzの場合のすべりが発生しない条件下の駆動電圧の変化パターンとそのときのアクチュエータの先端速度を示したものである。
See FIG.
FIG. 15 shows that slip occurs when u = 0.3, N = 40N, m = 1.2 kg, A = 8 × d 15 × V, d 15 = 580 × 10 −12 m / V, and f = 20 kHz. The change pattern of the driving voltage under the non-operating condition and the tip speed of the actuator at that time are shown.

図16及び図17参照
図16は、図15におけるA相のアクチュエータの送り方向(x方向)の変位の駆動電圧波形、図17はA相のアクチュエータの送り方向と直交する方向(y方向)の変位の駆動電圧波形である。
なお、この場合も図示は省略するが、B相のアクチュエータを駆動するには図16及び図17それぞれの正負反転パターンを使用すれば良い。
See FIGS. 16 and 17
16 is a drive voltage waveform of displacement in the feed direction (x direction) of the A phase actuator in FIG. 15, and FIG. 17 is a drive voltage waveform of displacement in the direction (y direction) orthogonal to the feed direction of the A phase actuator. is there.
In this case as well, although not shown, the positive and negative inversion patterns of FIGS. 16 and 17 may be used to drive the B-phase actuator.

図18参照
図18は、目標速度を20mm/sに設定して各変化パターンを導出し、それぞれの駆動方式でステージを駆動した場合の時間とステージ位置の関係を示したものである。
実施例2の電圧固定−周波数変動駆動方式及び比較のための周波数固定−電圧変動駆動方式における電圧印加時間をともに4.7mとすると、A相及びB相の2相駆動の場合、実施例2の駆動方式においては60回、比較のための駆動方式においては188回ステージを送ったことになる。
See FIG.
FIG. 18 shows the relationship between the time and the stage position when each change pattern is derived by setting the target speed to 20 mm / s and the stage is driven by each driving method.
Assuming that the voltage application time in the fixed voltage-frequency fluctuation driving method of the second embodiment and the fixed frequency-voltage fluctuation driving method for comparison are both 4.7 m, in the case of the two-phase driving of the A phase and the B phase, the second embodiment In this driving method, the stage was sent 60 times, and in the driving method for comparison, the stage was sent 188 times.

図18から明らかなように、実施例2の駆動方式の最終値は27.4μmとなり、一方、比較のための駆動方式の最終値は15.6μmとなり、実施例2の駆動方式の方が約1.8倍ステージを移動させていることがわかり、本発明の実施例2の駆動方式の駆動力の伝達効率の高さを実証することができた。   As is clear from FIG. 18, the final value of the driving method of Example 2 is 27.4 μm, while the final value of the driving method for comparison is 15.6 μm, and the driving method of Example 2 is about It was found that the stage was moved 1.8 times, and the high driving force transmission efficiency of the driving system of Example 2 of the present invention could be verified.

図19参照
図19は、図18における時間とステージ速度の関係を示したものであり、起動時から2ms間の平均加速度をグラフをもとに算出した結果、本発明の実施例2の駆動方式の場合は2.6m/s2 となり、一方、比較のための駆動方式の場合は0.89m/s2 となり、本発明の実施例2の駆動方式は比較のための駆動方式の約3倍の加速度を得ることができた。
See FIG.
FIG. 19 shows the relationship between time and stage speed in FIG. 18. As a result of calculating the average acceleration for 2 ms from the time of startup based on the graph, in the case of the driving system of Example 2 of the present invention, FIG. 2.6 m / s 2 , while in the case of the driving method for comparison, 0.89 m / s 2 , the driving method of Example 2 of the present invention has an acceleration approximately three times that of the driving method for comparison. I was able to get it.

以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、ステージ機構としては露光装置や電子線描画装置、測長電子顕微鏡、レーザ共焦点顕微鏡などに用いられるウエハや試料などを搬送するためのステージ機構を前提としているが、プローバなどの電子計測に用いられるマニピュレータ用のプローブ端子保持機構、原子間力顕微鏡におけるカンチレバーの保持機構等の他の超精密位置決めが要求される各種搬送機構にも適用されるものである。
As mentioned above, although each Example of this invention was described, this invention is not restricted to the structure and conditions described in each Example, A various change is possible.
For example, the stage mechanism is premised on a stage mechanism for transporting wafers and samples used in exposure apparatuses, electron beam drawing apparatuses, length measuring electron microscopes, laser confocal microscopes, etc. The present invention is also applicable to various transport mechanisms that require other super-precision positioning, such as a probe terminal holding mechanism for a manipulator to be used and a cantilever holding mechanism in an atomic force microscope.

また、上記の実施例においては、XY二つの方向で独立に先端の変位を電圧制御出来る積層型圧電アクチュエータを用いて説明しているが、本発明の技術思想はアクチュエータの具体的構造に依存するものでないことは自明であるので、XYZ三つの方向で独立に先端の変位を電圧制御できる円筒型圧電アクチュエータなど、先端の変位量を空間座標の各軸に対して電気信号により個別に制御する機能を有した各種の構造のアクチュエータにも適用されることは言うまでもない。   Further, in the above-described embodiment, the explanation is made by using the laminated piezoelectric actuator capable of controlling the displacement of the tip independently in the XY directions, but the technical idea of the present invention depends on the specific structure of the actuator. Since it is self-evident that it is not a thing, functions such as a cylindrical piezoelectric actuator that can independently control the displacement of the tip in three directions of XYZ individually control the displacement of the tip by an electrical signal for each axis of spatial coordinates Needless to say, the present invention is also applicable to actuators of various structures having the above.

また、上記の実施例においては特に説明はしていないものの、アクチュエータを保持する保持部材としては板バネやコイルバネを用いた予圧機構を含みかつ共振周波数がより高周波数側になるよう設計された機構であることが望ましい。   Although not specifically described in the above embodiment, the holding member for holding the actuator includes a preload mechanism using a leaf spring or a coil spring and is designed so that the resonance frequency is higher. It is desirable that

さらに、予圧機構にはアクチュエータ先端を被押圧部材に押し当てた際の押し当て力を計測するフォースゲージなどの垂直抗力計測センサーを予め搭載し、予圧力を常にリアルタイムで計測しておくことがより望ましい。
これにより、アクチュエータ先端周辺の摩耗や予圧機構の消耗などにより予圧力の時間的な変動が生じた場合でも、本発明の駆動方法をさらに安定に実施することが可能となる。
In addition, the preload mechanism is equipped with a vertical drag measurement sensor such as a force gauge that measures the pressing force when the actuator tip is pressed against the pressed member, so that the preload is always measured in real time. desirable.
This makes it possible to more stably implement the driving method of the present invention even when the preload changes with time due to wear around the tip of the actuator or wear of the preload mechanism.

また、アクチュエータは上述のように制御回路から所定の電気信号により駆動されるが、積層型圧電アクチュエータの場合、伸縮方向変位と剪断方向変位の二つの方向に対して、それぞれ電圧値によりほぼ線形にその値を独立に制御するようにしても良いものである。   The actuator is driven by a predetermined electrical signal from the control circuit as described above, but in the case of a stacked piezoelectric actuator, the voltage value is approximately linear with respect to the two directions of expansion / contraction direction displacement and shear direction displacement. The value may be controlled independently.

また、上記の実施例においては、積層型圧電アクチュエータを使用しているため、制御回路ではステージの移動を制御するための電気信号として電圧信号を生成しているが、別の同様な機能を有するアクチュエータにおいて電流値により先端変位量の独立な制御を行った場合には、上述の説明における電圧値を対応する電流値に読みかえれば、本発明の駆動方式は同様に適用可能である。   Further, in the above embodiment, since the laminated piezoelectric actuator is used, the control circuit generates a voltage signal as an electric signal for controlling the movement of the stage, but has another similar function. When independent control of the tip displacement amount is performed by the current value in the actuator, the driving method of the present invention can be similarly applied by replacing the voltage value in the above description with the corresponding current value.

また、上記の実施例の説明においては、予圧機構を固定し、被押圧部材であるステージを移動する構成として説明したが、このような構成に限られるものではなく、被押圧部材を固定し予圧機構をステージとして移動させる自走式機構においても、本発明の駆動方式は相対的な動作として全く同様に適用可能である。   In the description of the above embodiment, the preload mechanism is fixed and the stage as the pressed member is moved. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the pressed member is fixed and preloaded. Even in a self-propelled mechanism that moves the mechanism as a stage, the driving method of the present invention can be applied in exactly the same manner as a relative operation.

また、上記の実施例の説明においては、A相及びB相の2相駆動方式で説明しているが2相駆動方式に限られるものではく、超高精度化する必要がない場合には、1 個の積層型圧電アクチュエータを用いて本発明による電圧固定−周波数変動(電圧固定−電圧印加時間変動)駆動方式を実施することは可能である。   In the description of the above embodiment, the A-phase and B-phase two-phase driving methods are used. However, the present invention is not limited to the two-phase driving method, and when it is not necessary to increase the accuracy, It is possible to implement the voltage fixed-frequency variation (voltage fixed-voltage application time variation) driving method according to the present invention using a single laminated piezoelectric actuator.

また逆に、120度位相が異なる3相、90度位相が異なる4相などの多相駆動を行っても良いものであり、その場合、アクチュエータの数はそれぞれ3個、4個などと相の数だけ用いれば良い。
但し、駆動回路の容易化を考えた場合には相数は可能な限り少なくすることが望ましい。
Conversely, multi-phase driving such as three phases with different 120 degree phases and four phases with different 90 degree phases may be performed. In this case, the number of actuators is three, four, etc., respectively. Use only numbers.
However, considering the simplification of the drive circuit, it is desirable to reduce the number of phases as much as possible.

さらに、重量が重いステージを駆動する場合には、A相およびB相それぞれのアクチュエータを複数用いて駆動しても良く、この場合、各相に1個のアクチュエータを用いた場合に比較して、アクチュエータ先端とステージとの間に、合計してより大きな垂直抗力を加えることが可能となるため、ステージに与えられる最大推力すなわち最大静止摩擦力をより大きく設定できることになる。   Furthermore, when driving a heavy stage, it may be driven by using a plurality of actuators for each of the A phase and the B phase. In this case, as compared with the case of using one actuator for each phase, Since a larger vertical drag can be applied between the actuator tip and the stage in total, the maximum thrust, that is, the maximum static friction force applied to the stage can be set larger.

また、上記の実施例の説明においては、アクチュエータの先端部のy方向の変位量を摺動部の一般的な使用条件における典型的な表面起伏の最大高さを十分超える数値である±0.23μmとしているが、表面起伏の形状がより滑らかであったならばこれより小さい数値にしても良く、逆に表面起伏の形状が粗い場合にはより大きな値に設定することが必要となる。   In the description of the above-described embodiment, the displacement amount in the y direction of the tip portion of the actuator is a numerical value sufficiently exceeding the maximum height of the typical surface undulation in the general use condition of the sliding portion. Although it is 23 μm, it may be set to a smaller value if the shape of the surface undulation is smoother. Conversely, when the shape of the surface undulation is rough, it is necessary to set a larger value.

また、ステージ機構の停止時には、例えば、A相及びB相ともにアクチュエータ先端を最大静止摩擦力で押し当てた状態で停止させても良いし、別途位置検出装置をステージに付加し、その検出値に基づき指令値に対する差分を計算し、その差分が小さくなるよう閉ループのサーボ制御を行って、最大静止摩擦力を超えない範囲でA相及びB相ともにアクチュエータ先端を微動させ、加減速および停止運動を繰り返しても良い。   When the stage mechanism is stopped, for example, both the A phase and the B phase may be stopped in a state where the tip of the actuator is pressed with the maximum static frictional force, or a separate position detection device is added to the stage and the detected value is set. The difference between the command value is calculated based on the command value, and the closed loop servo control is performed so that the difference becomes small, and the actuator tip is finely moved in both the A phase and B phase within the range not exceeding the maximum static frictional force. It may be repeated.

また、以上の説明では予圧機構やアクチュエータ自身など機械構造物の共振の問題は考慮していないが、ある共振周波数が存在する場合にはアクチュエータを励振する電気信号の周波数スペクトルの内の共振周波数以上のものを除去するために、低域通過型フィルタにより信号補正を行った後に電気信号を供給すれば良い。   Further, the above description does not consider the resonance problem of the mechanical structure such as the preload mechanism or the actuator itself. However, when a certain resonance frequency exists, the resonance frequency is higher than the resonance frequency in the frequency spectrum of the electric signal for exciting the actuator. In order to remove the noise, an electric signal may be supplied after performing signal correction by a low-pass filter.

また、上記の実施例2においては、上述のような定義に基づいて計算を行っているが、図11における左側のグラフから最大加速度を求め、それにしたがって(5)式の条件を満たすよう周波数を決定しても良いことは言うまでもない。   In the second embodiment, the calculation is performed based on the definition as described above. The maximum acceleration is obtained from the graph on the left side in FIG. 11, and the frequency is set so as to satisfy the condition of the expression (5) accordingly. Needless to say, it can be decided.

また、上記の実施例1及び実施例2においては、図4、図5、及び、図13のごとく送り方向変位の駆動電圧波形を時間に対して一定の電圧振幅で発生させているが、(5)式の条件を満たすのであれば、必要に応じて電圧振幅も時間に対して適宜変更しても良いものである。   In the first and second embodiments, the driving voltage waveform of the displacement in the feed direction is generated with a constant voltage amplitude with respect to time as shown in FIGS. 4, 5, and 13. As long as the condition of equation 5) is satisfied, the voltage amplitude may be appropriately changed with respect to time as necessary.

例えば、ステージを加減速停止後、設置環境の微小振動などの影響をアクティブなフィードバック制御により補正しなければならない場合があるが、その際には、電圧振幅をより小さな値に変化させることが、微小な精密位置決めを実現するためには好適である。   For example, after accelerating and decelerating the stage, there are cases where the influence of minute vibrations in the installation environment must be corrected by active feedback control, but in that case, the voltage amplitude can be changed to a smaller value. This is suitable for realizing minute precision positioning.

本発明の活用例としては、露光装置や電子線描画装置、測長電子顕微鏡、レーザ共焦点顕微鏡などに用いられるウエハや試料などを搬送するためのステージ機構が典型的なものであるが、プローバなどの電子計測に用いられるマニピュレータ用のプローブ端子保持機構、原子間力顕微鏡におけるカンチレバーの保持機構等の他の超精密位置決めが要求される各種搬送機構にも適用されるものである。   As a practical example of the present invention, a stage mechanism for transporting a wafer or a sample used in an exposure apparatus, an electron beam drawing apparatus, a length measuring electron microscope, a laser confocal microscope, etc. is typical. The present invention is also applicable to various transport mechanisms that require other ultra-precise positioning, such as a probe terminal holding mechanism for manipulators used for electronic measurements, and a cantilever holding mechanism in an atomic force microscope.

本発明の原理的構成図である。It is a principle block diagram of this invention. 本発明の実施例1の駆動方式を適用する非共振型超音波モータ駆動ステージの概略的要部構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a main part of a non-resonant ultrasonic motor driving stage to which a driving system according to a first embodiment of the present invention is applied. 各座標系と構成要素の位置ベクトルとの関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between each coordinate system and the position vector of a component. 送り方向におけるA相のアクチュエータ先端の位置、速度、加速度のタイムチャートである。It is a time chart of the position, speed, and acceleration of the tip of the A-phase actuator in the feed direction. 送り方向におけるB相のアクチュエータ先端の位置、速度、加速度のタイムチャートである。It is a time chart of the position, speed, and acceleration of the B-phase actuator tip in the feed direction. 送り方向と直交する方向におけるアクチュエータ先端位置のタイムチャートである。It is a time chart of the actuator front-end | tip position in the direction orthogonal to a feed direction. ステージの位置、速度、加速度のタイムチャートである。It is a time chart of the position of a stage, speed, and acceleration. 本発明の実施例2における駆動電圧波形とそのときのアクチュエータ先端の位置、速度、加速度の説明図である。It is explanatory drawing of the position of the drive voltage waveform in Example 2 of this invention, the position of the front-end | tip of an actuator, speed, and acceleration at that time. セットアップした実験の概念的システム構成図である。It is a conceptual system block diagram of the set up experiment. 実験的に確認した送り量の周波数依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the frequency dependence of the feed amount confirmed experimentally. 定義を導入する前後のステージの速度及び加速度の比較説明図である。It is comparison explanatory drawing of the speed and acceleration of a stage before and after introducing a definition. 所定条件における駆動周波数の変化パターンとそのときのアクチュエータの先端速度の説明図である。It is explanatory drawing of the change pattern of the drive frequency in a predetermined condition, and the tip speed of the actuator at that time. 本発明の実施例2の駆動方式における送り方向変位の駆動電圧波形の説明図である。It is explanatory drawing of the drive voltage waveform of the feed direction displacement in the drive system of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の駆動方式における送り方向と直交変位の駆動電圧波形の説明図である。It is explanatory drawing of the drive voltage waveform of a feed direction and orthogonal displacement in the drive system of Example 2 of this invention. すべりが発生しない条件下の駆動電圧の変化パターンとそのときのアクチュエータの先端速度の説明図である。It is explanatory drawing of the change pattern of the drive voltage on the conditions which a slip does not generate | occur | produce, and the tip speed of the actuator at that time. 比較例の駆動方式における送り方向変位の駆動電圧波形の説明図である。It is explanatory drawing of the drive voltage waveform of the feed direction displacement in the drive system of a comparative example. 比較例の駆動方式における送り方向と直交する変位の駆動電圧波形の説明図である。It is explanatory drawing of the drive voltage waveform of the displacement orthogonal to the feed direction in the drive system of a comparative example. 各駆動方式でステージを駆動したときの時間とステージ位置の関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between time when a stage is driven with each drive system, and a stage position. 図18における時間と速度の関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between time and speed in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 被押圧部材
2 アクチュエータ
3 先端
4 保持部材
5 制御回路
11 ステージ
12 クロスローラガイド
13 予圧機構
14 摺動部材
15 ミラー
21 積層型圧電アクチュエータ
22 積層型圧電アクチュエータ
23 伸縮変形素子
24 剪断変形素子
25 フリクションチップ
31 波形発生器
32 アンプ
33 オシロスコープ
34 レーザ干渉計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressed member 2 Actuator 3 Tip 4 Holding member 5 Control circuit 11 Stage 12 Cross roller guide 13 Preload mechanism 14 Sliding member 15 Mirror 21 Laminated piezoelectric actuator 22 Laminated piezoelectric actuator 23 Expansion / contraction deformation element 24 Shear deformation element 25 Friction chip 31 Waveform generator 32 Amplifier 33 Oscilloscope 34 Laser interferometer

Claims (6)

被押圧部材と、先端の変位量を空間座標の各軸に対して電気信号により個別に制御する機能を有したアクチュエータと、前記アクチュエータを保持し、その先端を前記被押圧部材に押し当てる機能を具備した保持部材と、前記アクチュエータに前記電気信号を供給する制御回路を含んで構成され、前記被押圧部材と保持部材の内の一方を固定し他方を移動させる送り機構の駆動方式において、前記アクチュエータの先端の変位量を送り方向に対して正方向あるいは負方向に変化せしめる時間を、前記移動する側の部材に作用する推力が、前記被押圧部材を前記アクチュエータの先端との間の最大静止摩擦力を超えない条件を含んだ所定の規則にしたがって、1ストローク中で可変としたことを特徴とする送り機構の駆動方式。 A member to be pressed, an actuator having a function of individually controlling the amount of displacement of the tip with respect to each axis of spatial coordinates by an electric signal, and a function of holding the actuator and pressing the tip against the member to be pressed. In the drive system of a feed mechanism configured to include a holding member provided and a control circuit that supplies the electrical signal to the actuator, and fixes one of the pressed member and the holding member and moves the other, the actuator The thrust that acts on the moving member during the time required to change the displacement amount of the tip of the tip in the positive direction or the negative direction relative to the feed direction is the maximum static friction between the pressed member and the tip of the actuator. Thus a predetermined rule including a condition that does not exceed the force, the driving method of feeding mechanism, characterized in that a variable in one stroke. 上記正方向あるいは負方向に変化せしめる時間の少なくとも一部の期間で、上記アクチュエータの先端の変位量を時間に対して一定加速度で変化させることを特徴とする請求項1に記載の送り機構の駆動方式。 2. The driving mechanism according to claim 1, wherein the displacement amount of the tip of the actuator is changed at a constant acceleration with respect to time during at least a part of the time for changing to the positive direction or the negative direction. method. 上記正方向あるいは負方向に変化せしめる時間の少なくとも一部の期間で、上記アクチュエータの先端の変位量を時間に対して正弦波関数で変化させることを特徴とする請求項1に記載の送り機構の駆動方式。 2. The feed mechanism according to claim 1, wherein the displacement amount of the tip of the actuator is changed with a sinusoidal function with respect to time during at least a part of the time for changing in the positive direction or the negative direction. Drive system. 上記アクチュエータの先端の送り方向と直交する方向の変位量の上記正方向あるいは負方向に変化せしめる時間のそれぞれの期間における最大値が、押し当て部における上記被押圧部材と前記アクチュエータの先端のそれぞれの表面起伏の最大高さ以上であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の送り機構の駆動方式。 The maximum value of the displacement amount in the direction orthogonal to the feed direction of the tip of the actuator in each period of time to change in the positive direction or the negative direction is the respective values of the pressed member and the tip of the actuator in the pressing portion. drive system of the feed mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein the at least the maximum height of the surface relief. 上記保持部材に垂直抗力計測センサーを付加し、前記垂直抗力計測センサーの測定値を用いて前記最大静止摩擦力の設定値を変更することを特徴とする請求項2乃至のいずれか1項に記載の送り機構の駆動方式。 Adding normal force measuring sensor in the holding member, to any one of claims 2 to 4, characterized in that to change the set value of the maximum static friction force using the measured value of the normal force measuring sensor The drive mechanism of the described feed mechanism. 上記電気信号により個別に制御された上記アクチュエータの先端の変位量の時間変化関数の周波数スペクトルが、前記アクチュエータの共振周波数未満の成分を主体として構成されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の送り機構の駆動方式。 Frequency spectrum of the time variation function of the displacement amount of the tip of the actuator which is individually controlled by the electrical signal, according to claim 1 to 5, characterized in that it is configured to components below the resonant frequency of the actuator mainly The driving mechanism of the feed mechanism according to any one of the above items.
JP2004099163A 2004-03-30 2004-03-30 Feed mechanism drive system Expired - Lifetime JP4442756B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004099163A JP4442756B2 (en) 2004-03-30 2004-03-30 Feed mechanism drive system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004099163A JP4442756B2 (en) 2004-03-30 2004-03-30 Feed mechanism drive system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005286164A JP2005286164A (en) 2005-10-13
JP4442756B2 true JP4442756B2 (en) 2010-03-31

Family

ID=35184187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004099163A Expired - Lifetime JP4442756B2 (en) 2004-03-30 2004-03-30 Feed mechanism drive system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4442756B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5406861B2 (en) * 2011-01-01 2014-02-05 キヤノン株式会社 Exposure apparatus and device manufacturing method
ES2931307T3 (en) * 2011-09-28 2022-12-28 Bruker Nano Inc Test suite including a table with multiple degrees of freedom

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005286164A (en) 2005-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Development of a planar piezoelectric actuator using bending–bending hybrid transducers
Li et al. Development of a compact 2-DOF precision piezoelectric positioning platform based on inchworm principle
Shan et al. Design and control for high-speed nanopositioning: serial-kinematic nanopositioners and repetitive control for nanofabrication
US10491140B2 (en) Piezo ceramic planar motor and driving method thereof
Liu et al. A motor-piezo actuator for nano-scale positioning based on dual servo loop and nonlinearity compensation
Tahmasebipour et al. A novel high performance integrated two-axis inchworm piezoelectric motor
Chen et al. Novel linear piezoelectric motor for precision position stage
Lee et al. Ultraprecision XY stage using a hybrid bolt-clamped Langevin-type ultrasonic linear motor for continuous motion
Sangchap et al. A linear inchworm piezomotor with a new configuration: design considerations, fabrication and characterization
Wei et al. Design and experimental evaluation of a compliant mechanism-based stepping-motion actuator with multi-mode
Omidbeike et al. A five-axis monolithic nanopositioning stage constructed from a bimorph piezoelectric sheet
Matsukuma et al. Closed-loop control of an XYZ micro-stage and designing of mechanical structure for reduction in motion errors
JP4442756B2 (en) Feed mechanism drive system
Lee et al. Precise contour motion of XY stage driven by ultrasonic linear motors in a high vacuum environment
Kang et al. Development of compact high precision linear piezoelectric stepping positioner with nanometer accuracy and large travel range
Edeler et al. Open loop force control of piezo-actuated stick-slip drives
Spanner et al. Design of linear ultrasonic micro piezo motor for precision mechatronic systems
Eigoli et al. Locomotion modes of a novel piezo-driven microrobot: Analytical modeling and performance evaluation
Gao et al. The design and characterization of a piezo-driven ultra-precision stepping positioner
PENG et al. A linear micro-stage with a long stroke for precision positioning of micro-objects
Ferreira et al. Dynamic modeling and control of a conveyance microrobotic system using active friction drive
Zhang et al. Nanopositioning for lithography and data storage
Fukada et al. Nanometric positioning over a one-millimeter stroke using a flexure guide and electromagnetic linear motor
Tan et al. Large stroke and high precision positioning using iron–gallium alloy (Galfenol) based multi-DOF impact drive mechanism
Hashimoto et al. Development of an ultra-precision stage control system using nonresonant ultrasonic motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090909

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090915

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091222

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350