JPH0335104A

JPH0335104A - ３次元アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0335104A
Application number: JP1170624A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Aoyama; 尚之青山; Naoya Nishino; 西野　直也; Tetsuya Suzuki; 徹也鈴木; Shuichi Fukuoka; 修一福岡; Masao Kihara; 木原　征夫
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-15

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）この発明は、高精密な位置決めを３次元的に行なう必要
があるもの、例えばＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）な
どに駆動手段として好ましく適用できる３次元アクチュ
エータに関する。

（発明の背景）近年の半導体集積回路や光情報デバイスなどにおいては
その高集積化および高密度化の要求が極めて高く、これ
に伴ない超微細な加工および計測技術の確立が望まれて
いる。

そして、上記測定、加工の際に用い、３次元方向に移動
可能なアクチュエータとして、機械的摺動機構により空
間移動させる方式があり、測定空間等が広くとれる。し
かし、この方式では摺動部の摩擦、がた等の誤差要因に
より１０−四方以内の空間座標を測定することは困難と
なり、近年の高集積化に充分に対応することができない
。

そこで、より高精度に測定等するためのアクチュエータ
として、圧電素子を用いたものがある。

そして３次元駆動させる１例として積層状の圧電素子を
３軸方向に延ばした構造からなるトライボッド型のもの
がある。

しかしこのトライボッド型のアクチュエータでは３本の
圧電素子が１点で結合され一体化されているため、たと
えばＸ方向に移動させるために、そのＸ方向に配された
１本の圧電素子のみを伸縮させると、それに係合された
他の２本の圧電素子も上記伸縮にともない伸縮してしま
う。この結果、実際にはＸ方向でなく若干回転方向にず
れてしまう。

また、上述した如く、３本の圧電素子は、その交点部（
通常この部分に計測を行なう測定子等が直接取付けられ
ている）に直接結合しているため、上記のように回転移
動すると、その交点部分も回転することになり、交点部
分の水平度を保つことができなくなるという問題も有す
る。そして交点部分の水平度がずれると、その部分に取
付けられる測定子等が傾き、正確に計測等することがで
きるなくなるという問題を生じてしまう。

この発明は、上記のような背景に鑑みてなされたもので
あり、３次元的な位置決めを広い範囲で高精密に行なえ
、かつ３次元各軸相互間における干渉を抑止できる３次
元アクチュエータの提供をその目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、この発明は、Ｘ軸。

Ｙ軸およびＺ軸の各軸に沿って変位する圧電素子により
移動体が支持されて３次元空間を移動される３次元アク
チュエータにおいて、圧電素子と移動体との間に互いに
平行な４本構成にて介装されてその移動体を柔軟的に支
持する弾性棒を備えたことを特徴とする。

（作　用〉以上のように構成すると、例えばＸ軸の圧電素子に電圧
を印加することにより移動体はＸ軸方向に移動する。こ
のとき、他の２軸と移動体との間に介装した弾性棒が平
行バネとして作用することとなるので、他軸に対する干
渉が抑止される。

また、弾性棒の柔軟的な支持により移動体の当該移動変
位軸まわりの回転も抑制される。

（実　施　例）以下、この発明の実施例を添付図面を参照しながら説明
する。

第１図は、本発明による３次元アクチュエータの好適な
一実施例を示す斜視図である。

この３次元アクチュエータ１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸
の各軸に沿って変位される三個の圧電素子２がそれぞれ
４本の弾性棒３を介して移動体４を柔軟的に支持する構
成となっており、各圧電素子２に電圧を印加して各軸方
向に変位させることで移動体４が３次元空間を移動され
る。

すなわち、三個の圧電素子２は、基台５０に二つの立面
体５１が立設されて成る保持体５の互いに直交する三つ
の平面に各々の一端が固着され、保持される。そして、
各々の他端と移動体４との間に弾性棒３が互いに平行な
４本構成にて介装される。

なお、圧電素子２としては、移動させる距離（駆動範囲
）に応じて単体のものあるいは複数枚積層させた構造の
もの何れを用いても良いが、本実施例では駆動範囲が広
い後者を採用している。

また、図示しないが各圧電素子２は、各々を伸縮させる
ための電源と接続されている。

第２図は、第１図に示す３次元アクチュエータの作用を
説明する平面図である。

同図に示すように、例えばＸ軸の圧電素子２に電圧を印
加することにより移動体４はＸ軸方向に所定の距離Ａｘ
だけ移動する。このとき、他の２軸と移動体４との間に
介装した弾性棒３が平行バネとして作用することとなる
ので、他軸に対する干渉を抑止できる。

また、弾性棒３が平行な４本構成にて移動体４を柔軟的
に弾性支持することから、両者の接合部位における移動
体４の当該移動変位軸まわりの回転を抑制できる。

第３図は、この３次元アクチュエータの空間運動特性を
示すグラフである。

同図に示す特性は、各軸の圧電素子２に正弦波入力を与
えて移動体４の３次元的運動特性を測定した結果であり
、移動体４は３次元空間を滑らかに移動できる。

また、この３次元アクチュエータ１は、圧電素子２と移
動体４との間に弾性棒３を介装したという簡単な構成な
ので、３次元的位置決めを高精密に行なえ、積層型の圧
電素子２により直接的に移動体４を移動させる構成なの
で強度面で有利となり駆動範囲も広くできる。

（発明の効果〉以上、実施例で詳細に説明したように、この発明にかか
る３次元アクチュエータによれば、次のような優れた効
果を奏することができる。

（１）弾性棒が他軸に対して平行バネとして作用するの
で各軸相互間の干渉を抑止できる。また、弾性棒の柔軟
的な支持により移動体の回転を抑制できる。

（２）構成が簡単なので３次元的な位置決めを高精密に
行なえ、圧電素子が直接的に移動体を移動させる構成な
ので強度面で有利となり駆動範囲も広くできる。

【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図はその
作用を説明する平面図、第３図はその空間運動特性を示
すグラフである。１・・・・・・３次元アクチュエータ２・・・・・・圧電素子　　　　　３・・・・・・弾性
棒４・・・・・・移動体　　　　　　５・・・・・・保
持体第図第２図１

Claims

【特許請求の範囲】

Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸に沿って変位する圧電素子
により移動体が支持されて３次元空間を移動される３次
元アクチュエータにおいて、該各圧電素子と移動体との
間に互いに平行な４本構成にて介装されて当該移動体を
柔軟的に支持する弾性棒を備えたことを特徴とする３次
元アクチュエータ。