JPH01238759A - ６自由度精密微動台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、６自由度精密微動台に関する。

〔技術環境〕

近年の電子デバイスや記憶装置は急激に高集積化してお
り、その製造・検査過程においては多自由度で高分解能
な精密微動台（直線方向位置決め精度１ｎｍ以下９回転
方向位置決め精度（１，００（１０１°以下）が必要と
なってきている。

〔従来技術〕

従来の技術としては、例えば、機械設計第２７巻第１号
３３頁に示されているような精密微動台がある。

第５図は従来の一例を示す側面図である。

可動部１は、ベース２上に固定された２段平行板ばね案
内４によりベース２の上面と平行なχＹ力方向案内され
ている。一方駆動系である直動アクチュエータ５と回転
支点６とを持つてこを２段に組み合わせた変位縮小機構
７は、２軸分とも２段平行板ばね案内４の周囲に配置さ
れておりベース２に固定されている。このため変位縮小
機構７の作用点部８と可動部側面９は相対的に運動でき
る必要があり、両者の間にニードルローラ１０を並べ、
ばね１１によりプリロードを与えてがたを取り除いてい
る。

この精密微動台の可動部１をＸ軸方向に微動させる場合
、Ｘ軸周の直動アクチュエータ５により与えられた変位
は、変位縮小機構７により縮小され作用点部８からニー
ドルローラ１０を介して可動部側面９に伝えられ可動部
１がＸ軸方向に微動する。この場合、紙面に垂直な方向
にＸ軸と同様に配置されているＹ軸側の作用点部８と可
動部側面９はχ軸の変位量だけニードルローラ１０が転
動して相対的に移動している。Ｙ軸方向に微動させる場
合もＸ軸の場合と全く同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の精密微動台は変位縮小機構として回転支
点を持ってこ機構を使用しており、また作用点部の変位
はニードルローラを介して可動部に伝えられている。従
って精密微動台の位置決め精度は、てこ機構の回転支点
および作用点部、ニードルローラ、可動部側面の加工精
度、部品精度に大きく左右される欠点があり、１μｍ以
下の位置決め精度を得るのは容易ではなかった。

微動の自由度も、微動台として最低限必要な２自由度微
動の機能を持っているに過ぎず、近年の精密微動台に対
する高度な要求を必ずしも満たしていなかった。

また、部品点数が多く構造も複雑で、がっ高い組み立て
精度が要求されるなめ、その製作にあたっては多大な費
用と高度な組立技術が必要であるという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の精密微動台は、上面が平面を成したベースと、
前記ベースの上方に前記ベースと平行に配置された矩形
平板状の可動部と、前記可動部の各辺の両端付近から前
記辺に対して垂直かつ斜め下方に向かって配置され一端
がベースに他端が前記辺に固定されている複数の圧電素
子とを含んて構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第
２図および第３図はそれぞれ第１図に示す６自由度精密
微動台の平面図および正面図である。

矩形平板状の可動部１はベース２の上方にベース２と平
行に配置されており、可動部１の四隅は、井げた状かつ
斜め下方に配置された棒状の圧電素子３ａ〜３ｈの片端
に接着され圧電素子３ａ〜３ｈの他端はベース２に接着
されている。圧電素子３ａ〜３ｈは電圧の印加により軸
方向に伸び縮みするものであり、圧電素子３ａ〜３ｈの
両端部は、可動部１またはベース２との接着剤による接
合のため、それぞれ約４５″切り取られている。この８
本の圧電素子を独立に伸縮させることにより、可動部１
の６自由度微動を行うことができる。

次に、この精密微動台の可動部１をＸ方向に微動させる
場合について説明する。圧電素子３ａ・３ｂを縮め、圧
電素子３ｅ・３ｆを伸ばすと可動部１は平行にＸ方向に
動く。この際、伸縮のしない圧電素子３Ｃ・３ｄ・３ｇ
・３ｈの支えにより、可動部１に生じるＺ方向変位　φ
方向回転は無視できる。Ｙ方向に微動させる場合もＸ方
向と同様である。

Ｚ方向に微動させる時は、８本の圧電素子３ａ・３ｂ　
３ｃ　３ｄ・３ｅ　３ｆ・３ｇ・３ｈすべてを等しく伸
ばす。

続いて回転について説明する。θ方向に回転させる時は
、圧電素子３ａ・３ｃ・３ｅ・３ｇを伸ばし、圧電素子
３ｂ・３ｄ・３ｆ・３ｈを縮める。

ψ方向の回転は、圧電素子３ａ・３ｆ・３ｇ３ｈを伸ば
し、圧電素子３ｂ・３ｃ・３ｄ・３ｅを縮める。φ方向
の回転も同様である。

本発明において、可動部の変位時に、可動部１およびベ
ース２と圧電素子３ａ〜３ｈとの接合部が受ける力が小
さく、無視できるものであることを以下に述べる。６自
由度それぞれに関して、可動部の変位時の変形の形態は
異なるが、接合部の受ける力のオーダはほぼ等しいので
、第４図（ａ）、（ｂ）に示す変形によって代表させる
。

第４図（ａ）、（ｂ）において、片持ちばつの端部に集
中荷重Ｐと曲げモーメントＭとを加え、端部をベースと
垂直に保ったまま長さＤだけ変形さ６一 せたとする。この時、この集中荷重Ｐは、Ｐ＝　（１２
ＥＩｚ／Ｌ３）　・Ｄ と表させる。Ｅはヤング率、ＩＺは断面二次モーメント
である。断面形状を一辺Ｂの正方形とすると、 Ｉｚ＝（１／１２）　・Ｂ’ となる。ここで、本発明を実施する際に用いられると思
われる代表的の値として Ｅ＝ＩＸ１０６ｋｇｆ／ｃｍ２ Ｌ＝　１ｃｍ Ｄ＝ＩＸ１０−５ｃｍ Ｂ＝０．１（２） を代入して計算すると Ｐ　＝　Ｏ，０Ｏ１ｋｋ　ｇ　ｆ となり、接合部への影響を無視できるほど小さいもので
あることが示された。

〔発明の効果〕

本発明の精密微動台では、矩形平板状の可動部の四隅か
ら井げた状かつ斜め下方に配置された棒状の圧電素子の
一端がベースに、他端が可動部の四隅に固定されている
。従って従来技術と比較して、部品点数が少なく構造が
単純であるので製作か容易であるという効果があり、ま
た従来技術は２自由度の微動であったが、本発明は微動
台に必要とされる最大の６自由度すべての微動が可能で
あるという効果がある。また、本発明は回転支点やころ
がり接触などがなく、駆動源である圧電素子によって可
動部がベースと接続されているので、剛性・応答性に関
して優れているという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の平面図、第３図は第１図の正面図、第４図は圧電素
子の形態図、第４図（ａ）、（ｂ）は圧電素子に生じる
変形の模式図、第５図は従来の精密微動台の一例を示す
側面図である。 １・・・可動部、２・・・ベース、３ａ〜３ｈ・・・圧
電素子、４・・・２段平行板ばね、５・・・直動アクチ
ュエータ、６・・・回転支点、７・・・変位縮小機構、
８・・・作用点部、９・・・可動部側面、１０・・・ニ
ードルローラ、１１・・・ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　上面が平面を成したベースと、前記ベースの上方に前
   記ベースと平行に配置された矩形平板状の可動部と、前
   記可動部の各辺の両端付近から前記辺に対して垂直かつ
   斜め下方に向かって配置され一端がベースに他端が前記
   辺に固定されている複数の棒状の圧電素子とを含むこと
   を特徴とする６自由度精密微動台。