JPH0434226A - Minute displacement device - Google Patents

Minute displacement device

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JPH0434226A
JPH0434226A JP2135431A JP13543190A JPH0434226A JP H0434226 A JPH0434226 A JP H0434226A JP 2135431 A JP2135431 A JP 2135431A JP 13543190 A JP13543190 A JP 13543190A JP H0434226 A JPH0434226 A JP H0434226A
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piezo
movable
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正和 林
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Abstract

PURPOSE:To drive a movable section by an actuator with high accuracy by forming at least a spring section of the device proper by single crystal silicon so as to make mechanical characteristics such as Young's modulus and heat characteristics uniform. CONSTITUTION:Since a piezo-electric device usually provides hysteresis, it is difficult to precisely displace a movable section 4 in accordance with voltage value to be added on the piezo-electric device 15. But, if the piezo-electric device 15 is controlled by feeding back output from a bridge circuit, the piezo-electric device 15 is driven without causing hysteresis in displacement amount d of the movable section 4. That is, the movable section of the device proper 1 is precisely driven. Since the device proper 1 is formed by single crystal silicone which is uniform material, it is possible to make mechanical characteristics such as Young's modulus and heat characteristics of a parallel spring 8 constant. For this reason, since deformation amount is made constant when the parallel spring 8 is driven by the piezo-electric device 15, it is possible to precisely displace the movable section 4 minutely.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は可動部を精密に変位させることができる微小
変位装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a minute displacement device that can precisely displace a movable part.

(従来の技術) 可動部を微小に変位させる微小変位装置としては、ベー
ス上に一対の平行ばねを立設し、これら平行ばねによっ
て可動部を弾性的に支持する。
(Prior Art) As a micro-displacement device for minutely displacing a movable part, a pair of parallel springs are installed upright on a base, and the movable part is elastically supported by these parallel springs.

そして、上記平行ばねを圧電素子などのアクチュエータ
で変形させることで上記可動部を変位させるようにした
ものが知られている。このような微小変位装置は、構成
が簡単で、製作も容易であるなどの利点を有する。
A device is known in which the movable portion is displaced by deforming the parallel spring using an actuator such as a piezoelectric element. Such a micro-displacement device has the advantage of being simple in structure and easy to manufacture.

従来、上記構成の微小変位装置においては、その平行ば
ねが鉄鋼材料や非鉄金属材料などにょうて形成されてい
た。
Conventionally, in the micro displacement device having the above configuration, the parallel springs have been formed of a steel material, a non-ferrous metal material, or the like.

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

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

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

このような構成によれば、単結晶シリコンによって形成
されたばね部は、鉄鋼材料や非鉄金属材料で作られたも
のに比べて機械的性質が均質となるから、可動部を高精
度に変位させることが可能となる。
With this configuration, the spring part made of single crystal silicon has more homogeneous mechanical properties than those made of steel or non-ferrous metal materials, making it possible to displace the movable part with high precision. becomes possible.

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

第1図乃至第5図はこの発明の第1の実施例を示す。第
1図に示す微小変位装置は単結晶シリコンによって立方
体状に形成された装置本体1を備えている。この装置本
体1には、その幅方向に貫通した空洞部2が加工によっ
て穿設されている。
1 to 5 show a first embodiment of the invention. The micro-displacement device shown in FIG. 1 includes a device main body 1 formed in a cubic shape from single-crystal silicon. The device body 1 is machined to have a cavity 2 extending therethrough in its width direction.

この空洞部2によって装置本体1には、下側の固定部3
と、上側の可動部4と、両側の側壁部5とが形成されて
いる。一対の側壁部5は平行に離間対向し、これらの内
面の上下端部には、それぞれ溝6が装置本体1の幅方向
に沿って刻設されている。これら溝6によって、上記側
壁部5には薄肉なヒンジ部7が形成されている。一対の
側壁部5は、上記ヒンジ部7を支点として装置本体1の
幅方向と直交する左右方向に弾性的に変形可能な平行ば
ね8になっている。つまり、装置本体1の下側の固定部
3を固定すれば、上側の可動部4を左右方向に変位させ
ることができるようになっている。
This hollow part 2 allows the device body 1 to have a lower fixing part 3.
, an upper movable part 4, and side wall parts 5 on both sides. A pair of side wall portions 5 are spaced apart from each other in parallel and face each other, and grooves 6 are formed along the width direction of the device main body 1 on the upper and lower ends of their inner surfaces, respectively. These grooves 6 form a thin hinge portion 7 in the side wall portion 5 . The pair of side wall portions 5 are parallel springs 8 that are elastically deformable in the left-right direction orthogonal to the width direction of the device main body 1 using the hinge portion 7 as a fulcrum. That is, by fixing the lower fixed part 3 of the apparatus main body 1, the upper movable part 4 can be displaced in the left-right direction.

上記固定部3の上面には装置本体1の幅方向に沿って固
定アーム11が突設され、上記可動部4の下面には上記
固定アーム11の一側面側に平行に対向した可動アーム
12が垂設されている。上記固定アーム11の幅方向中
央部分には取付孔13が穿設されている。また、上記固
定アーム11の他側面に位置する一方の側壁部5には上
記取付孔13に対向して挿通孔14が穿設されている。
A fixed arm 11 is provided on the upper surface of the fixed portion 3 to protrude along the width direction of the device body 1, and a movable arm 12 is provided on the lower surface of the movable portion 4 in parallel to one side of the fixed arm 11. It is installed vertically. A mounting hole 13 is bored in the center portion of the fixed arm 11 in the width direction. Furthermore, an insertion hole 14 is formed in one side wall portion 5 located on the other side of the fixed arm 11 so as to face the mounting hole 13 .

この挿通孔14から上記取付孔13へは先端部にアクチ
ュエータとしてのロッド状の圧電素子15が固定された
ホルダ16が挿通されている。
A holder 16 having a rod-shaped piezoelectric element 15 fixed thereto as an actuator is inserted into the attachment hole 13 from the insertion hole 14 .

このホルダ16は固定アーム11の幅方向の端面から捩
じ込まれた固定ねじ17によって固定されている。上記
圧電素子15の先端面は球体18を介して上記可動アー
ム12に当接している。つまり、圧電素子15は可動ア
ーム12を第2図に矢印で示す方向に押圧した状態で設
けられている。
This holder 16 is fixed by a fixing screw 17 screwed into the end face of the fixing arm 11 in the width direction. The tip end surface of the piezoelectric element 15 is in contact with the movable arm 12 via the sphere 18. That is, the piezoelectric element 15 is provided in a state in which the movable arm 12 is pressed in the direction shown by the arrow in FIG.

上記法・体18は圧電素子15あるいは可動アーム12
のどち郡らか一方に一体的に設けられている。
The above body 18 is the piezoelectric element 15 or the movable arm 12
It is installed integrally in one of the two districts.

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

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

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

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

圧電素子15が駆動されて装置本体1の可動部4が変位
すると、平行ばね8が弾性的に変形する。
When the piezoelectric element 15 is driven and the movable part 4 of the device main body 1 is displaced, the parallel spring 8 is elastically deformed.

平行ばね8が変形すると、歪みゲージ19に歪みが発生
してブリッジ回路25のバランスが崩れるから、このブ
リッジ回路25から出力される出力電圧Vsが上述した
ように第1の増幅回路28で増幅されて差分回路27に
入力する。
When the parallel spring 8 deforms, distortion occurs in the strain gauge 19 and the balance of the bridge circuit 25 is lost. Therefore, the output voltage Vs output from the bridge circuit 25 is amplified by the first amplifier circuit 28 as described above. and input it to the difference circuit 27.

上記圧電素子15が制御電圧Vlの大きさに応じて変位
すれば、ブリッジ回路25からの出力電圧Vsが第1の
増幅回路26で増幅され、この第1の増幅回路26から
出力される比較電圧Vcは上記制御電圧v1と等しくな
る。したがって、上記差分回路27からは差電圧eが出
力されることがない。しかしながら、圧電素子15が制
御電圧v1の電圧値に応じた量で変形しない場合には、
差分回路27に入力される制御電圧V1と、ブリッジ回
路25からの比較電圧Vcとに差が生じる。
When the piezoelectric element 15 is displaced according to the magnitude of the control voltage Vl, the output voltage Vs from the bridge circuit 25 is amplified by the first amplifier circuit 26, and the comparison voltage output from the first amplifier circuit 26 is Vc becomes equal to the control voltage v1. Therefore, the differential voltage e is not outputted from the differential circuit 27. However, if the piezoelectric element 15 does not deform by an amount corresponding to the voltage value of the control voltage v1,
A difference occurs between the control voltage V1 input to the difference circuit 27 and the comparison voltage Vc from the bridge circuit 25.

そのため、差分回路27からは、その差に応じた差電圧
eが出力されるから、その差電圧によって圧電素子15
が駆動されることになる。
Therefore, the differential circuit 27 outputs a differential voltage e corresponding to the difference, so that the differential voltage causes the piezoelectric element 15 to
will be driven.

すなわち、圧電素子15には、通常第6図(a)に示す
ようにヒステリシスがあるため、圧電素子15に加える
電圧値に応じて可動部4を精密に変位させることが難し
い。しかしながら、上述したようにブリッジ回路25か
らの出力をフィードバックさせて上記圧電素子15を制
御すれば、第6図(b)に示すように可動部4の変位量
dにヒステリシスを生じることなく圧電素子15を駆動
することができる。つまり、装置本体1の可動部4を精
密に駆動することができる。
That is, since the piezoelectric element 15 usually has hysteresis as shown in FIG. 6(a), it is difficult to precisely displace the movable part 4 according to the voltage value applied to the piezoelectric element 15. However, if the piezoelectric element 15 is controlled by feeding back the output from the bridge circuit 25 as described above, the piezoelectric element 15 can be controlled without causing hysteresis in the displacement amount d of the movable part 4, as shown in FIG. 6(b). 15 can be driven. In other words, the movable part 4 of the device main body 1 can be driven precisely.

上記構成の微小変位装置によれば、その装置本体1が均
質な素材である単結晶シリコンによって形成されている
ため、平行ばね8のヤング率や熱特性などの機械的特性
を一定にすることができる。
According to the micro-displacement device having the above configuration, since the device main body 1 is made of single crystal silicon, which is a homogeneous material, it is possible to keep the mechanical properties such as the Young's modulus and thermal properties of the parallel springs 8 constant. can.

そのため、上記平行ばね8を圧電素子15によって駆動
した場合の変形量を一定にできるから、上記可動部4を
精密に微小変位させることができる。
Therefore, since the amount of deformation when the parallel spring 8 is driven by the piezoelectric element 15 can be made constant, the movable part 4 can be precisely and minutely displaced.

また、装置本体1が単結晶シリコンによって形成されて
いることにより、その平行ばね8の変形とができる。そ
のため、装置本体1とは別体の歪みゲージを被測定部位
に接着剤で貼着する従来のように、歪みゲージ19の性
能が接着剤の影響を受けるということがないから、検出
精度が向上する。また、装置本体1から歪みゲージ19
が剥離するようなことがないから、耐久性の向上が計れ
る。
Further, since the device main body 1 is made of single crystal silicon, the parallel springs 8 can be deformed. Therefore, the performance of the strain gauge 19 is not affected by the adhesive, unlike the conventional method in which a strain gauge separate from the device main body 1 is attached to the measured area with adhesive, improving detection accuracy. do. Also, from the device main body 1 to the strain gauge 19
Since there is no possibility of peeling off, durability can be improved.

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

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

このように構成された装置本体31であっても、上記第
1の実施例と同様平行ばね8の機械的特性第8図に示す
装置本体41は、一対の帯状部材42の上下端面に単結
晶シリコンによって形成された薄い弾性板43の上下方
向一端側を取着する。
Even in the apparatus main body 31 configured in this way, the mechanical characteristics of the parallel spring 8 are similar to those of the first embodiment.The apparatus main body 41 shown in FIG. One end of a thin elastic plate 43 made of silicon in the vertical direction is attached.

下側の弾性板43の他端側は板状の固定部44に取着し
、上側の弾性板43の他端側は可動部45に取着する。
The other end of the lower elastic plate 43 is attached to a plate-shaped fixed part 44, and the other end of the upper elastic plate 43 is attached to a movable part 45.

上記固定部44には固定アーム46が突設され、上記可
動部45には可動アーム47が垂設されている。つまり
、帯状部材42と弾性板43とで平行ばねを形成してい
る。
A fixed arm 46 is provided protruding from the fixed portion 44, and a movable arm 47 is provided vertically from the movable portion 45. In other words, the strip member 42 and the elastic plate 43 form a parallel spring.

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

第9図に示す装置本体51は、第7図に示す構成とほぼ
同じであるが、単結晶シリコン板34に形成される溝3
2aを、異方性エツチングによって台形テーバ状に形成
したという点で異なる。
The device main body 51 shown in FIG. 9 has almost the same structure as the one shown in FIG.
The difference is that 2a is formed into a trapezoidal tapered shape by anisotropic etching.

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

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

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

第11図は第1図に示す構成と同じ構成のX1Y、Zの
3つの装置本体71.72.73を積み重ねて微小変位
装置を形成している。つまり、最上段のZ装置本体73
はその可動部4の変位方向を同図に矢印で示すxSy、
zの三軸方向のうち、Z方向に沿わせて配置されている
。この2装置本体71の固定部3の一端には第1の凸条
74が幅方向全長にわたって突設され、可動部4には上
記第1の凸条74と反対側の一端に第2の凸条75が突
設されている。
In FIG. 11, three device bodies 71, 72, and 73 of X1Y and Z having the same configuration as shown in FIG. 1 are stacked to form a minute displacement device. In other words, the top Z device main body 73
xSy indicates the direction of displacement of the movable part 4 with an arrow in the same figure,
It is arranged along the Z direction among the three axial directions of Z. A first protrusion 74 is provided on one end of the fixed part 3 of the two device main bodies 71 to protrude over the entire length in the width direction, and a second protrusion 74 is provided on the movable part 4 at one end opposite to the first protrusion 74. A strip 75 is provided protrudingly.

上記第1の凸条74には固定的に配置されるベース板7
6が固着されている。上記第2の凸条75には、上記Y
装置本体72の固定部3の一端が固着されている。この
Y装置本体72は、その可動部4の変位方向をY方向に
沿わせて上記Z装置本体71の第2の凸条75に固着さ
れている。
The base plate 7 is fixedly disposed on the first protrusion 74.
6 is fixed. The second protrusion 75 has the Y
One end of the fixing portion 3 of the device main body 72 is fixed. This Y device main body 72 is fixed to the second protrusion 75 of the Z device main body 71 with the displacement direction of the movable portion 4 along the Y direction.

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

各装置本体71.72.73には、図示されていないが
第1図に示す構成と同様可動部4を駆動するための圧電
素子15が設けられている。したがって、各装置本体の
可動部4を圧電素子15によって駆動すれば、X装置本
体71の可動部4に取着された取付板77をX5YSZ
の三軸方向に駆動することができるようになっている。
Although not shown, each device body 71, 72, 73 is provided with a piezoelectric element 15 for driving the movable part 4, similar to the configuration shown in FIG. Therefore, if the movable part 4 of each device main body is driven by the piezoelectric element 15, the mounting plate 77 attached to the movable part 4 of the X device main body 71 can be moved to X5YSZ.
It can be driven in three axial directions.

なお、第11図に示された実施例において、各装置本体
を第7図乃至第10図に示す構成としても差し支えない
。また、x、y、zの各装置本体を別体とせず、1つ4
単結晶シリコンによって一体に形成するようにしてもよ
い。その場合、Z装置本体に歪みゲージを形成すること
ができるようにベース板76のなどの形状を考慮する必
要がある。また、Z装置本体だけを別体とし、X装置本
体とY装置本体とを1つの単結晶シリコンによって一体
に形成するようにしてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 11, each device main body may have the configuration shown in FIGS. 7 to 10. Also, instead of having the x, y, and z device bodies as separate bodies, one
It may also be integrally formed of single crystal silicon. In that case, it is necessary to consider the shape of the base plate 76 so that a strain gauge can be formed in the main body of the Z device. Alternatively, only the Z device main body may be made separate, and the X device main body and the Y device main body may be integrally formed from one single crystal silicon.

また、上記取付板は3つの装置本体によって三軸方向に
変位させるようにしたが、2つの装置本体によって二軸
方向に変位させる構造であってもよい。
Furthermore, although the mounting plate is configured to be displaced in three axial directions by three device bodies, it may be configured to be displaced in two axial directions by two device bodies.

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

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

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の第1の実施例を示す装置本体の斜視
図、第2図は同じく側面図、第3図は同じく歪みゲージ
部分の拡大斜視図、第4図は圧電素子のヒステリシスを
除去するための制御回路図、第5図は圧電素子によって
装置本体の可動部が駆動された状態の説明図、第6図(
a)は圧電素子にヒステリシスが生じる従来の電圧と変
位の関係のグラフ、第6図(b)は圧電素子にヒステリ
シスが除去されたこの発明の電圧と変位の関係のグラフ
、第7図乃至第9図はそれぞれこの発明の第2乃至第4
の実施例を示す装置本体の斜視図、第10図はこの発明
の第5の実施例を示す装置本体の断面図、第11図はこ
の発明の第6の実施例を示す三つの装置本体を積み重ね
た状態の斜視図である。 1.31.41・・・装置本体、3.35.44・・・
固定部、4・・・36.45・・・可動部、8・・・平
行ばね(ばね部)、15・・・圧電素子(アクチュエー
タ)。 第1図 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第 図 第 図 第 図 第 図 (a) (b) 第 図 第 図
Fig. 1 is a perspective view of the main body of the device showing the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a side view, Fig. 3 is an enlarged perspective view of the strain gauge section, and Fig. 4 shows the hysteresis of the piezoelectric element. A control circuit diagram for removing the device, FIG.
a) is a graph of the conventional voltage-displacement relationship in which hysteresis occurs in the piezoelectric element, FIG. 6(b) is a graph of the voltage-displacement relationship of the present invention in which hysteresis is removed from the piezoelectric element, and FIGS. 9 are the second to fourth figures of this invention, respectively.
FIG. 10 is a sectional view of the device main body showing a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 shows three device main bodies showing the sixth embodiment of the invention. It is a perspective view of a stacked state. 1.31.41...Device body, 3.35.44...
Fixed part, 4...36.45...Movable part, 8...Parallel spring (spring part), 15...Piezoelectric element (actuator). Figure 1 Applicant's Agent Patent Attorney Takehiko Suzue Figure 2 Figure Figure Figure Figure Figure (a) (b) Figure Figure Figure

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ばね部およびこのばね部によって弾性的に変位可
能に設けられた可動部を有する装置本体と、この装置本
体に設けられ上記ばね部を弾性的に変形させて上記可動
部を変位させるアクチュエータとを具備し、上記装置本
体の少なくともばね部は単結晶シリコンによって形成さ
れていることを特徴とする微小変位装置。
(1) A device body having a spring portion and a movable portion that is provided to be elastically displaceable by the spring portion, and an actuator that is provided in the device body and displaces the movable portion by elastically deforming the spring portion. A micro-displacement device, characterized in that at least the spring portion of the device main body is formed of single crystal silicon.
(2)上記ばね部には、装置本体の可動部を弾性的に変
位させたときに生じる歪みを検出する歪みゲージが不純
物を拡散して形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の微小変位装置。
(2) A strain gauge is formed in the spring portion by diffusing impurities to detect the strain that occurs when the movable portion of the device main body is elastically displaced. The minute displacement device according to item 1.
(3)上記アクチュエータには、このアクチュエータの
ヒステリシスを除去する制御手段が接続されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の微小変位装置
(3) The minute displacement device according to claim 1, wherein the actuator is connected to a control means for eliminating hysteresis of the actuator.
(4)複数の装置本体がそれぞれのばね部の変形方向を
異なる方向にして積層されてなることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の微小変位装置。
(4) The micro-displacement device according to claim 1, wherein a plurality of device bodies are stacked with their respective spring portions deformed in different directions.
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