JPH0555263B2 - - Google Patents

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JPH0555263B2
JPH0555263B2 JP60046443A JP4644385A JPH0555263B2 JP H0555263 B2 JPH0555263 B2 JP H0555263B2 JP 60046443 A JP60046443 A JP 60046443A JP 4644385 A JP4644385 A JP 4644385A JP H0555263 B2 JPH0555263 B2 JP H0555263B2
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JP
Japan
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displacement
positioning device
fine positioning
rigid body
flexible
Prior art date
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JP60046443A
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Japanese (ja)
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JPS61209846A (en
Inventor
Yotaro Hatamura
Kozo Ono
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/824,958 priority patent/US4686440A/en
Priority to DE3686895T priority patent/DE3686895T3/en
Priority to EP86200383A priority patent/EP0195479B2/en
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Publication of JPH0555263B2 publication Critical patent/JPH0555263B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00Joints
    • B25J17/02Wrist joints
    • B25J17/0208Compliance devices

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 近年、各種技術分野においては、μmオーダー
の微細な変位が可能である装置が要望されてい
る。その典型的な例がLSI(大規模集積回路)、超
LSIの製造工程において使用されるマスクアライ
ナ、電子線描画装置等の半導体製造装置である。
これらの装置においては、μmオーダーの微細な
位置決めが必要であり、位置決めの精度が向上す
るにしたがつてその集積度も増大し、高性能の製
品を製造することができる。このような微細な位
置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微鏡を
はじめとする各種の高倍率光学装置等においても
必要であり、その精度向上により、バイオテクノ
ロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれらの
発展に大きく寄与するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Background of the Invention] In recent years, in various technical fields, there has been a demand for devices capable of fine displacement on the order of μm. A typical example is LSI (large scale integrated circuit),
Semiconductor manufacturing equipment such as mask aligners and electron beam lithography equipment used in the LSI manufacturing process.
These devices require fine positioning on the μm order, and as the positioning accuracy improves, the degree of integration also increases, making it possible to manufacture high-performance products. Such fine positioning is necessary not only for the semiconductor devices mentioned above, but also for various high-magnification optical devices such as electron microscopes, and by improving its accuracy, it is also necessary for cutting-edge technologies such as biotechnology and space development. This will greatly contribute to the development of the world.

従来、このような微細位置決め装置は、例えば
「機械設計」誌、第27巻第1号(1993年1月号)
の第32頁乃至第36頁に示されるような種々の型の
ものが提案されている。これらのうち、特に面倒
な変位縮小機構が不要であり、かつ、構成が簡単
である点で、平行ばねと微動アクチユエータを用
いた型の微細位置決め装置が最も優れていると考
えられるので、以下、これを図に基づいて説明す
る。
Conventionally, such fine positioning devices have been described, for example, in "Mechanical Design" magazine, Vol. 27, No. 1 (January 1993 issue).
Various types have been proposed, as shown on pages 32 to 36 of . Among these, a type of fine positioning device using a parallel spring and a fine movement actuator is considered to be the most superior in that it does not require a particularly troublesome displacement reduction mechanism and has a simple configuration. This will be explained based on the diagram.

第18図は従来の微細位置決め装置の側面図で
ある。図で、1は支持台、2a,2bは支持台1
上に互いに平行に固定された板状の平行ばね、3
は平行ばね2a,2b上に固定された剛性の高い
微動テーブルである。4は支持台1と微動テーブ
ル3との間に装架された微動アクチユエータであ
る。この微動アクチユエータ4には、圧電素子、
電磁ソレノイド等が用いられ、これを励起するこ
とにより、微動テーブル3に図中に示す座標軸の
x軸方向の力が加えられる。
FIG. 18 is a side view of a conventional fine positioning device. In the figure, 1 is a support stand, 2a and 2b are support stands 1
plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other above, 3
is a highly rigid fine movement table fixed on parallel springs 2a and 2b. Reference numeral 4 denotes a fine movement actuator mounted between the support base 1 and the fine movement table 3. This fine movement actuator 4 includes a piezoelectric element,
An electromagnetic solenoid or the like is used, and by exciting it, a force is applied to the fine movement table 3 in the x-axis direction of the coordinate axis shown in the figure.

ここで、平行ばね2a,2bはその構造上、x
軸方向の剛性は低く、これに対してz軸歩行、y
軸方向(紙面に垂直な方向)の剛性が高いので、
微動アクチユエータが励起されると、微動テーブ
ル3はほぼx軸方向にのみ変位し、他方向の変位
は小さく抑えることができる。
Here, due to the structure of the parallel springs 2a and 2b, x
The stiffness in the axial direction is low, whereas the z-axis walking, y-axis
Because it has high rigidity in the axial direction (direction perpendicular to the paper surface),
When the fine movement actuator is excited, the fine movement table 3 is displaced almost only in the x-axis direction, and displacements in other directions can be kept small.

しかしながら、微動アクチユエータ4によりx
軸方向に変位した微動テーブル3は、平行ばね2
a,2bがたわむことにより厳密にはz軸方向に
も変位する。これを第19図により説明する。図
で、支持台1、平行ばね2a,2b、微動テーブ
ル3は第18図に示すものと同じである。
However, due to the fine movement actuator 4,
The fine movement table 3 displaced in the axial direction is moved by the parallel spring 2
Strictly speaking, the deflection of a and 2b also causes displacement in the z-axis direction. This will be explained with reference to FIG. In the figure, the support base 1, parallel springs 2a, 2b, and fine movement table 3 are the same as those shown in FIG.

微動アクチユエータ1により、微動テーブル3
に矢印で示すx軸方向の力Fが加えられると、平
行ばね2a,2bは変形する。この変形を有限要
素法により解析し、これを図の破線により示す。
図から明らかなように、微動テーブル3は平行ば
ね2a,2bの変形後、x軸方向に移動し、した
がつて、微動テーブル3上の中心点Aおよび端部
Bもそれぞれ点A′,B′に移動する。しかしなが
ら、微動テーブル3には、平行ばね2a,2bに
より反力が作用し、その作用点が平行ばね2a,
2bと微動テーブル3との接続点になる。これに
対し外力Fの作用点が上方にずれているために、
微動テーブル3には、y軸まわりの回転変位δy
が生じ、又z軸方向には平行ばね2a,2bのた
わみによる変位εzが生じていることも又、図から
明らかである。これを実際の数値例で示すと次の
ようになる。即ち、平行ばね2a,2bを、その
板厚0.5mm、高さ20mm、平行ばね間距離50mmとし、
力Fを5Kgとした場合、微動テーブル3の中心点
Aの移動後の点A′は、点Aに対してx軸方向に
9μm変位するとともに、z軸方向にも−0.07μm
変位する。又、移動後の点B′は点Bに対してx
軸方向に9μm変位するとともにz軸方向には
0.04μm変位する。これは、y軸まわりの回転角
に換算して約5μradに相当する。
Fine movement actuator 1 allows fine movement table 3
When a force F in the x-axis direction indicated by an arrow is applied to the parallel springs 2a and 2b, the parallel springs 2a and 2b are deformed. This deformation is analyzed using the finite element method and is shown by the broken line in the figure.
As is clear from the figure, the fine movement table 3 moves in the x-axis direction after the parallel springs 2a and 2b are deformed, and therefore the center point A and the end B on the fine movement table 3 also move to points A' and B, respectively. ’. However, a reaction force is applied to the fine movement table 3 by the parallel springs 2a, 2b, and the point of application of the reaction force is the parallel spring 2a, 2b.
2b and the fine movement table 3. On the other hand, since the point of action of external force F is shifted upward,
The fine movement table 3 has a rotational displacement δy around the y-axis.
It is also clear from the figure that a displacement εz occurs in the z-axis direction due to the deflection of the parallel springs 2a and 2b. This is illustrated using an actual numerical example as follows. That is, the parallel springs 2a and 2b have a thickness of 0.5 mm, a height of 20 mm, and a distance between the parallel springs of 50 mm.
When the force F is 5 kg, the point A' after the center point A of the fine movement table 3 is moved is in the x-axis direction with respect to the point A.
Displaced by 9μm and also -0.07μm in the z-axis direction
Displace. Also, point B' after moving is x with respect to point B
Displaced by 9μm in the axial direction and in the z-axis direction
Displaced by 0.04μm. This corresponds to approximately 5 μrad in terms of rotation angle around the y-axis.

このように、第18図に示す従来装置では、y
軸まわりの回転変位を生じさせないためには外力
と反力との作用軸を一致させなければならず、ま
たz軸方向の変位が生じ、x軸方向の変位に対し
てこれらの干渉変位を免れることはではない。そ
して、数μmの範囲を0.01μmの精度で抑制しよう
とする微細位置決め装置にあつては、このような
干渉変位は無視できないものであり、まして、後
述する多次元での微細位置決め装置にあつては、
このような干渉変位は致命的な欠陥となるのは明
らかである。
In this way, in the conventional device shown in FIG.
In order to prevent rotational displacement around the axis, the axes of action of the external force and reaction force must be aligned, and displacement in the z-axis direction is generated, and these interference displacements can be avoided with respect to displacement in the x-axis direction. That's not true. In a fine positioning device that attempts to suppress a range of several μm with an accuracy of 0.01 μm, such interference displacement cannot be ignored, and even more so in a multidimensional fine positioning device described later. teeth,
It is clear that such interference displacement is a fatal defect.

第20図は前述の参考文献に開示された例から
容易に考えられる従来の他の微細位置決め装置の
斜視図である。図で、6は支持台、7a,7bは
支持台6上に互いに平行に固定された板状の平行
ばね、8は平行ばね7a,7bに固定された剛性
の高い中間テーブル、9a,9bは平行ばね7
a,7bと直交する方向において互いに平行に中
間テーブル8に固定された板状の平行ばね、10
は平行ばね9a,9b上に固定された剛性の高い
微動テーブルである。座標軸を図中に示すように
定めると、平行ばね7a,7bはx軸方向に沿つ
て配置され、平行ばね9a,9bはy軸方向に沿
つて配置されている。この構造は、基本的には第
18図に示す1軸(x軸方向の変位を生じる)の
場合の構造を2段に積層した構造である。矢印
Fxは微動テーブル10に加えられるx軸方向の
力、矢印Fyは中間テーブル8に加えられるy軸
方向の力を示し、力Fx,Fyを加えることができ
る図示されていない微動アクチユエータが支持台
6と微動テーブル10、支持台6と中間テーブル
8との間にそれぞれ設けられる。
FIG. 20 is a perspective view of another conventional fine positioning device that can be easily considered from the example disclosed in the above-mentioned reference document. In the figure, 6 is a support base, 7a and 7b are plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other on the support base 6, 8 is a highly rigid intermediate table fixed to the parallel springs 7a and 7b, and 9a and 9b are parallel spring 7
A plate-shaped parallel spring 10 fixed to the intermediate table 8 parallel to each other in a direction perpendicular to a and 7b.
is a highly rigid fine movement table fixed on parallel springs 9a and 9b. When the coordinate axes are determined as shown in the figure, parallel springs 7a and 7b are arranged along the x-axis direction, and parallel springs 9a and 9b are arranged along the y-axis direction. This structure is basically a structure in which the uniaxial (displacement in the x-axis direction) structure shown in FIG. 18 is laminated in two stages. arrow
Fx indicates a force in the x-axis direction applied to the fine movement table 10, and arrow Fy indicates a force in the y-axis direction applied to the intermediate table 8. A fine movement actuator (not shown) that can apply forces Fx and Fy is the support base 6. and the fine movement table 10 are provided between the support base 6 and the intermediate table 8, respectively.

微動テーブル10に力Fxが加えられると、平
行ばね9a,9bが変形し、一方、平行ばね7
a,7bはx軸方向の力Fxに対しては高い剛性
を有するので、微動テーブル10はほぼx軸方向
にのみ変位する。また、中間テーブル8には力
Fyが加えられると、平行ばね7a,7bが変形
し、微動テーブル10は平行ばね9a,9bを介
してほぼy軸方向にのみ変位する。さらに、両方
の力Fx,Fyが同時に加えられると、各平行ばね
7a,7b,9a,9bは同時に変形し、微動テ
ーブル10はこれに応じて2次元的に変位する。
When force Fx is applied to the fine movement table 10, the parallel springs 9a and 9b are deformed, while the parallel spring 7
Since a and 7b have high rigidity against the force Fx in the x-axis direction, the fine movement table 10 is displaced almost only in the x-axis direction. In addition, the intermediate table 8 is
When Fy is applied, the parallel springs 7a and 7b are deformed, and the fine movement table 10 is displaced approximately only in the y-axis direction via the parallel springs 9a and 9b. Further, when both forces Fx and Fy are applied simultaneously, each parallel spring 7a, 7b, 9a, 9b is deformed simultaneously, and the fine movement table 10 is displaced two-dimensionally in response.

このように、第20図に示す装置は、第18図
に示す装置が1軸方向のみの位置決め装置である
のに対して2軸方向の位置決めを行なうことがで
きる。
In this way, the device shown in FIG. 20 can perform positioning in two axial directions, whereas the device shown in FIG. 18 is a positioning device in only one axial direction.

しかしながら、第20図に示す装置が、第18
図に示す装置の説明において述べたと同様に、干
渉変位を生じて誤差を発生するという問題点を含
むのはその構造上明らかであり、さらに、その他
にも次のような問題点を有している。即ち、(1)力
Fxを発生する微動アクチユエータは、微動テー
ブル10と支持台6との間に剛に連結されてい
る。そこで、今、中間テーブル8と支持台との間
に剛に連結された図示されない微動アクチユエー
タにより、中間テーブル8に力Fyを加えると、
微動テーブル10はy軸方向に変位する。この変
位は、微動テーブル10に連結されている微動ア
クチユエータに力Fxとは直角方向の力を作用さ
せることになり、結局、微動アクチユエータ間に
干渉が発生する。この結果、位置決め装置の精度
および耐久性に悪影響を生じるという問題があ
る。(2)前述の現象は同時に微動位置決め装置にお
いて、実際の微動変位を検出しこの検出値に基づ
いて位置決め精度をさらに向上させようとする場
合、検出装置を組み込んだとき、ある方向の変位
が他の方向の変位検出装置に干渉してその検出精
度を低下させてしまうという問題がある。
However, the device shown in FIG.
As mentioned in the explanation of the device shown in the figure, it is obvious from its structure that it has the problem of interference displacement and errors, and it also has the following problems. There is. That is, (1) force
A fine movement actuator that generates Fx is rigidly connected between the fine movement table 10 and the support base 6. Therefore, if a force Fy is applied to the intermediate table 8 by a fine movement actuator (not shown) rigidly connected between the intermediate table 8 and the support base,
The fine movement table 10 is displaced in the y-axis direction. This displacement causes a force in a direction perpendicular to the force Fx to act on the fine movement actuator connected to the fine movement table 10, resulting in interference between the fine movement actuators. As a result, there is a problem in that the accuracy and durability of the positioning device are adversely affected. (2) At the same time, the above-mentioned phenomenon occurs when a fine movement positioning device detects actual fine movement displacement and attempts to further improve positioning accuracy based on this detected value. There is a problem in that it interferes with the displacement detection device in the direction of , reducing its detection accuracy.

このように、従来の微細位置決め装置には干渉
変位を生じるという好ましくない問題あるが、そ
のうえ、その位置決めは第20図に示す装置のよ
うに、1次元および2次元の位置決めができるの
みであり、z軸方向の変位εzや、x軸、y軸、z
軸まわりの回転変位δx,δy,δzを与えることが
できるように構成するのは容易ではないという問
題があり、又、そのような微細位置決め装置は実
現されていなかつた。なお、第20図に示す装置
は各軸駆動系が互いに干渉するという現象の説明
を最も簡単な例によつて説明するため2軸の例を
用いたものである。この例だけをみると前述の
(1),(2)の問題は容易に解決できるように見える。
しかし上記のように3軸以上の位置決めにおいて
はこの問題は解決が一挙に困難となる。
As described above, conventional fine positioning devices have the undesirable problem of interference displacement, but in addition, they can only perform one-dimensional and two-dimensional positioning, as shown in the device shown in FIG. Displacement εz in the z-axis direction, x-axis, y-axis, z
There is a problem in that it is not easy to construct a device that can provide rotational displacements δx, δy, and δz around the axis, and such a fine positioning device has not yet been realized. Note that the apparatus shown in FIG. 20 uses a two-axis example in order to explain the phenomenon that the shaft drive systems interfere with each other using the simplest example. Looking at this example alone, the above
Problems (1) and (2) appear to be easily solved.
However, as mentioned above, in positioning with three or more axes, this problem becomes difficult to solve at once.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、干渉変位の発生を防止することができて
極めて高度な精度を有し、かつ、多軸構成も容易
である微細位置決め装置を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to solve the problems of the prior art described above, to prevent the occurrence of interference displacement, and to have extremely high accuracy. Moreover, it is an object of the present invention to provide a fine positioning device that can easily be configured with multiple axes.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するため、本発明は、互いに
平行なたわみ梁で構成されるたわみ梁群の少なく
とも2つを第1の構造体で面対称に連結し、これ
ら面対称に連結されたたわみ梁群における第1の
構造体の他側を第2の構造体で連結し、第1の構
造体および第2の構造体は前記面に垂直な方向の
力に対して充分な剛性を有するようにし、第1の
構造体と第2の構造体の間に前記各たわみ梁に曲
げ変形を生じる方向の相対変位を発生させる力を
与える第1のアクチユエータを設け、これら平行
なたわみ梁群、第1の構造体、第2の構造体およ
び第1のアクチユエータにより対称形平行たわみ
梁変位機構を構成し、一方、1つの軸に対して放
射状に配置されたたわみ梁で構成されるたわみ梁
群の少くとも2つを第3の構造体で軸対称に連結
し、これら軸対称に連結されたたわみ梁群におけ
る第3の構造体の他側を第4の構造体で連結し、
第3の構造体および第4の構造体は前記軸に垂直
な方向の力に対して充分な剛性を有するように
し、第3の構造体と第4の構造体の間に前記各た
わみ梁に曲げ変形を生じる方向の相対回転変位を
発生させるトルクを与える第2のアクチユエータ
を設け、これら放射状に配置されたたわみ梁群、
第3の構造体、第4の構造体および第2のアクチ
ユエータにより対称形放射たわみ梁変位機構を構
成し、対称形平行たわみ梁変位機構の1つあるい
は2つ以上の組合せ、もしくは対称形放射たわみ
梁変位機構の1つあるいは2つ以上の組合せ、又
は、対称形平行たわみ梁変位機構と対称形放射た
わみ梁変位機構との任意数の組合により微細位置
決め装置を構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention connects at least two of a group of flexible beams made up of flexible beams parallel to each other in a plane symmetrical manner in a first structure, and connects these flexible beams connected in a plane symmetrical manner. The other side of the first structure in the group is connected by a second structure, and the first structure and the second structure have sufficient rigidity against a force in a direction perpendicular to the plane. , a first actuator is provided between the first structure and the second structure to apply a force to generate a relative displacement in a direction that causes bending deformation in each of the flexible beams, and these parallel flexible beam groups, the first The structure, the second structure, and the first actuator constitute a symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism, while a small group of flexible beams consisting of flexible beams arranged radially with respect to one axis both are axially symmetrically connected by a third structure, and the other side of the third structure in the group of axially symmetrically connected flexible beams is connected by a fourth structure,
The third structure and the fourth structure have sufficient rigidity against forces perpendicular to the axis, and each of the flexible beams is provided between the third structure and the fourth structure. a group of flexible beams arranged radially, including a second actuator that applies a torque that generates a relative rotational displacement in a direction that causes bending deformation;
The third structure, the fourth structure, and the second actuator constitute a symmetric radial flexure beam displacement mechanism, and one or more of the symmetric parallel flexure beam displacement mechanisms or a symmetric radial flexure beam displacement mechanism is configured. The present invention is characterized in that the fine positioning device is configured by one or a combination of two or more beam displacement mechanisms, or an arbitrary number of combinations of symmetric parallel flexure beam displacement mechanisms and symmetric radial flexure beam displacement mechanisms.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第1図は本発明の第1の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で15a,15b,
15cはそれぞれ図で左、右、中央に存在する剛
体部である。16a,16a′はそれぞれ剛体部1
5a,15cの間にこれらと一体に形成され、か
つ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
り、又、16b,16b′はそれぞれ剛体部15
b,15cの間にこれらと一体に形成され、か
つ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
る。17a,17bはそれぞれ平行たわみ梁16
a,16a′および平行たわみ梁16b,16b′と
各剛体部とを一体形成するために生じた貫通孔を
示す。18aは剛体部15aから貫通孔17aに
突出する突出部、18c1は剛体部15cから貫通
孔17aに突出する突出部であり、これら突出部
18a,18c1は互いに図の縦方向において、間
隔を有して重なつている。同じく、18bは剛体
部15bから貫通孔17bに突出する突出部、1
8c2は剛体部15cから貫通孔17bに突出する
突出部であり、これら突出部18b,18c1は、
突出部18a,18c1と同様の関係にある。19
aは突出部18aと突出部18c1との間に固定さ
れた圧電素子を積層した圧電アクチユエータ、1
9bは突出部18bと突出部18c2との間に固定
された圧電アクチユエータ19aと同じ圧電アク
チユエータである。圧電アクチユエータ19aは
平行たわみ梁16a,16a′の面に垂直な方向の
力を発生し、それらに曲げ変形を生ぜしめ、又、
圧電アクチユエータ19bは平行たわみ梁16
b,16b′の面に垂直な方向の力を発生し、それ
らに曲げ変形を生ぜしめる。これら圧電アクチユ
エータ19a,19bに発生する力の大きさは、
図示しない装置により、当該圧電アクチユエータ
19a,19bに印加される電圧によつて制御さ
れる。20aは剛体部15a,15bを互いに剛
に連結する他の剛体構造である。21は平行たわ
み梁16a,16a′の歪を検出するストレンゲー
ジであり、平行たわみ梁16a,16a′と剛体部
15a,15cとの連結部分に設けられている。
FIG. 1 is a side view of a fine positioning device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 15a, 15b,
Reference numerals 15c are rigid body parts located on the left, right, and center in the figure, respectively. 16a and 16a' are rigid body parts 1, respectively.
5a and 15c are flat parallel flexible beams formed integrally with these and parallel to each other, and 16b and 16b' are respectively rigid body parts 15.
It is a flat parallel flexible beam formed integrally with b and 15c and parallel to each other. 17a and 17b are parallel flexible beams 16, respectively.
16a, 16a' and parallel flexible beams 16b and 16b', and through holes formed to integrally form each rigid body part are shown. 18a is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15a to the through hole 17a , and 18c1 is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15c to the through hole 17a. They overlap. Similarly, 18b is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15b into the through hole 17b;
8c 2 is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15c into the through hole 17b, and these protrusions 18b and 18c 1 are
The relationship is similar to that of the protrusions 18a and 18c1 . 19
a is a piezoelectric actuator in which piezoelectric elements fixed between a protruding part 18a and a protruding part 18c1 are laminated;
9b is the same piezoelectric actuator as the piezoelectric actuator 19a fixed between the protrusion 18b and the protrusion 18c2 . The piezoelectric actuator 19a generates a force in a direction perpendicular to the plane of the parallel flexible beams 16a, 16a', causing a bending deformation in them, and
The piezoelectric actuator 19b is a parallel flexible beam 16
A force in a direction perpendicular to the planes b and 16b' is generated, causing bending deformation in them. The magnitude of the force generated in these piezoelectric actuators 19a and 19b is
It is controlled by a voltage applied to the piezoelectric actuators 19a and 19b by a device not shown. 20a is another rigid structure that rigidly connects the rigid parts 15a and 15b to each other. Reference numeral 21 denotes a strain gauge for detecting strain in the parallel flexible beams 16a, 16a', and is provided at a connecting portion between the parallel flexible beams 16a, 16a' and the rigid body parts 15a, 15c.

上記の構成において、剛体部15a,15c、
平行たわみ梁16a,16a′突出部18a,18
c1、圧電アクチユエータ19aにより一方の平行
たわみ梁変位機構22aが構成され、又、剛体部
15b,15c、平行たわみ梁16b,16b′、
突出部18b,18c2、圧電アクチユエータ19
bにより他方の平行たわみ梁変位機構22bが構
成されている。そして、平行たわみ梁変位機構2
2b,22aは、平行たわみ梁16a,16a′,
16b,16′が構成する平面に直行する面に関
して平行たわみ梁変位機構22a,22bと面対
称の関係にある。Kは両平行たわみ梁変位機構2
2a,22bを面対称の関係とする面(基準面)
を示す。このような面対称の関係にある平行たわ
み梁変位機構22a,22bにより、対称形平行
たわみ梁変位機構23が構成される。
In the above configuration, rigid body parts 15a, 15c,
Parallel flexible beams 16a, 16a' protrusions 18a, 18
c 1 , the piezoelectric actuator 19a constitutes one parallel flexible beam displacement mechanism 22a, and the rigid body parts 15b, 15c, the parallel flexible beams 16b, 16b',
Projections 18b, 18c 2 , piezoelectric actuator 19
b constitutes the other parallel deflection beam displacement mechanism 22b. And parallel deflection beam displacement mechanism 2
2b, 22a are parallel flexible beams 16a, 16a',
16b and 16' are in a plane-symmetric relationship with the parallel deflection beam displacement mechanisms 22a and 22b with respect to a plane perpendicular to the plane constituted by them. K is biparallel deflection beam displacement mechanism 2
A surface where 2a and 22b have a symmetrical relationship (reference surface)
shows. The parallel flexible beam displacement mechanisms 22a and 22b having such a plane-symmetric relationship constitute a symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism 23.

なお、基準面K内にあり、各平行たわみ梁に直
角方向の線を基準軸とする。この基準軸は対称形
平行たわみ梁変位機構の位置と設置方向を示すも
のである。
Note that the reference axis is a line located within the reference plane K and perpendicular to each parallel flexible beam. This reference axis indicates the position and installation direction of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism.

次に、本実施例の動作を第2図を参照しながら
説明する。第2図は第1図に示す対称形平行たわ
み梁変位機構23の変形後の側面図である。ここ
で、座標軸を図示のように定める(y軸は紙面に
垂直な方向)。今、圧電アクチユエータ19a,
19bに電圧を印加して同一大きさのz軸方向の
力fを発生させる。このとき、一方の平行たわみ
梁変位機構、例えば平行たわみ梁変位機構22a
に生じる変位について考える。圧電アクチユエー
タ19aに電圧が印加されることにより、剛体部
15cは力fによりz軸方向に押圧されることに
なる。このため、平行たわみ梁16a,16a′は
第18図に示す平行ばね2a,2bと同じように
曲げ変形を生じ、剛体部15cはz軸方向に変位
する。このとき、仮に他方の平行たわみ梁変位機
構22bが存在しないとすると、剛体部15cに
は第18図に示す場合と同じく、副次的変位(x
軸方向の変位およびy軸まわりの回転変位)をも
同時に生じるはずである。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a side view of the symmetric parallel deflection beam displacement mechanism 23 shown in FIG. 1 after deformation. Here, coordinate axes are determined as shown in the figure (y-axis is perpendicular to the plane of the paper). Now, the piezoelectric actuator 19a,
A voltage is applied to 19b to generate a force f of the same magnitude in the z-axis direction. At this time, one of the parallel deflection beam displacement mechanisms, for example, the parallel deflection beam displacement mechanism 22a
Consider the displacement that occurs in By applying a voltage to the piezoelectric actuator 19a, the rigid body portion 15c is pressed in the z-axis direction by a force f. Therefore, the parallel flexible beams 16a, 16a' undergo bending deformation in the same way as the parallel springs 2a, 2b shown in FIG. 18, and the rigid body portion 15c is displaced in the z-axis direction. At this time, if the other parallel deflection beam displacement mechanism 22b does not exist, the rigid body part 15c is subjected to secondary displacement (x
axial displacement and rotational displacement about the y-axis) should also occur at the same time.

又、平行たわみ梁変位機構22aが存在しない
場合、他方の平行たわみ梁変位機構22bに生じ
る変位について考えると、平行たわみ梁変位機構
22bは基準面Kに対して平行たわみ梁変位機構
22aと面対称に構成されているところから、基
準面Kに関して面対称な力fを受けると上記と同
様に、剛体部15cにはz軸方向の変位と同時に
副次的変位が生じ、その大きさや方向は、平行た
わみ梁変位機構22aのそれと基準面Kに関して
面対称となる。すなわち、副次的変位についてみ
ると、平行たわみ梁変位機構22aに生じる副次
的変位は、x軸方向の変位については図で左向
き、y軸まわりの回転変位については図で反時計
方向に生じ、一方、平行たわみ梁変位機構22b
に生じる副次的変位は、x軸方向変位については
図で右向き、y軸まわりの回転変位については図
で時計方向に生じる。そして、それら各z軸方向
変位の大きさおよびy軸まわりの回転変位の大き
さは等しい。したがつて、両者に生じる副次的変
位は互いにキヤンセルされる。この結果、力fが
加わつたことにより、各平行たわみ梁16a,1
6a′,16b,16b′にその長手方向の伸びによ
る僅かな内部応力の増大が生じるだけで、剛体部
15cはz軸方向のみの変位(主変位)εを生じ
る。
Moreover, when considering the displacement that occurs in the other parallel flexible beam displacement mechanism 22b when the parallel flexible beam displacement mechanism 22a does not exist, the parallel flexible beam displacement mechanism 22b is plane symmetrical with the parallel flexible beam displacement mechanism 22a with respect to the reference plane K. Since the rigid body part 15c receives a plane-symmetrical force f with respect to the reference plane K, a secondary displacement occurs in the rigid body part 15c at the same time as the displacement in the z-axis direction, and the magnitude and direction of the displacement are as follows. It has plane symmetry with respect to the reference plane K with that of the parallel deflection beam displacement mechanism 22a. That is, looking at the secondary displacement, the secondary displacement that occurs in the parallel deflection beam displacement mechanism 22a is a displacement in the x-axis direction to the left in the figure, and a rotational displacement around the y-axis to the counterclockwise in the figure. , while the parallel deflection beam displacement mechanism 22b
The secondary displacement that occurs in the x-axis direction occurs rightward in the figure, and the rotational displacement around the y-axis occurs clockwise in the figure. The magnitude of each displacement in the z-axis direction and the magnitude of rotational displacement around the y-axis are equal. Therefore, the secondary displacements occurring in both are mutually canceled. As a result, the force f is applied to each parallel flexible beam 16a, 1
6a', 16b, and 16b' due to their longitudinal extension, the rigid body portion 15c produces a displacement (principal displacement) ε only in the z-axis direction.

又、上記のように、平行たわみ梁16a,16
a′が伸長してたわむと、ストレンゲージ21のそ
れぞれには、その配置位置により圧縮歪および伸
長歪を生じる。そこで、この歪をストレンゲージ
21で検出し、この検出値に基づき圧電アクチユ
エータ19a,19bの印加電圧を抑制する、い
わゆるフイードバツク制御系を構成すれば、より
一層正確な主変位εを得ることができる、即ち、
上記各ストレンゲージ21をブリツジ回路等適宜
の電気回路に組み込んで検出した歪を電気信号と
して取り出し(主変位εは歪と正確に比例する)、
これを比較演算部において目標変位に相当する信
号と比較して両者の差信号を算出し、この差信号
に基づいて当該信号が0になるように圧電アクチ
ユエータ19a,19bを制御すればよい。この
ように、検出値を目標値と比較し、その差が0に
なるように制御するフイードバツク制御系は周知
であり、本実施例ではこの周知のフイードバツク
制御系をそのまま適用するだけであるので、フイ
ードバツク制御系における検出部であるストレン
ゲージ21のみを示し、他の構成の図示およびそ
の詳細な説明は省略する。なお、ストレンゲージ
21による歪の検出を、平行たわみ梁16,16
a′の剛体部15a,15cとの連結部分にストレ
ンゲージ21を設けて行なう例を用いて説明した
が、もう一方の平行たわみ梁変位機構22bのた
わみ梁16b,16b′にストレンゲージを設けて
もよいし、さらには双方の所定位置に設けてもよ
いことは自明である。以下の実施例でもこの関係
は全く同一である。
Moreover, as mentioned above, the parallel flexible beams 16a, 16
When a' is expanded and bent, compressive strain and expansion strain are generated in each strain gauge 21 depending on its placement position. Therefore, by configuring a so-called feedback control system that detects this strain with the strain gauge 21 and suppresses the voltage applied to the piezoelectric actuators 19a and 19b based on this detected value, it is possible to obtain an even more accurate main displacement ε. , that is,
Each of the strain gauges 21 is incorporated into an appropriate electric circuit such as a bridge circuit, and the detected strain is extracted as an electric signal (the principal displacement ε is exactly proportional to the strain).
This is compared with a signal corresponding to the target displacement in the comparison calculation section to calculate a difference signal between the two, and based on this difference signal, the piezoelectric actuators 19a and 19b are controlled so that the signal becomes 0. As described above, the feedback control system that compares the detected value with the target value and controls the difference so that it becomes 0 is well known, and in this embodiment, this well-known feedback control system is simply applied as is. Only the strain gauge 21, which is a detection section in the feedback control system, is shown, and illustrations and detailed explanations of other components are omitted. Note that the detection of strain by the strain gauge 21 is performed using the parallel flexible beams 16, 16.
The explanation has been given using an example in which the strain gauge 21 is provided at the connecting portion of a' with the rigid body parts 15a and 15c, but it is also possible to provide the strain gauge on the flexible beams 16b and 16b' of the other parallel flexible beam displacement mechanism 22b. It is obvious that they may be provided at predetermined positions on both sides. This relationship is exactly the same in the following examples.

圧電アクチユエータ19a,19bに印加され
ている電圧が除かれると、各平行たわみ梁16
a,16a′,16b,16b′は変形前の状態に復
帰し、対称形平行たわみ梁変位機構23は第1図
示す状態に戻り、変位εは0となる。
When the voltage applied to piezoelectric actuators 19a, 19b is removed, each parallel flexible beam 16
a, 16a', 16b, and 16b' return to the state before deformation, and the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism 23 returns to the state shown in FIG. 1, and the displacement ε becomes zero.

以上、本実施例の構成および動作について説明
した。そして、この説明においては、剛体部15
a,15b,15c,20は本来の意味での剛
体、即ち、あらゆる種類の荷重(あらゆる方向の
力やあらゆる方向の軸まわりのトルク)に対して
全て剛性が大である物体と考えて説明した。剛体
部15a,15b,15c,20はこのような本
来の意味での剛体であることが最も望ましい。し
かしながら、これら各剛体部は必ずしもこのよう
な剛体である必要はない。その理由を以下に述べ
る。
The configuration and operation of this embodiment have been described above. In this explanation, the rigid body part 15
A, 15b, 15c, and 20 are rigid bodies in the original sense, that is, objects that have high rigidity against all kinds of loads (forces in all directions and torques around the axis in all directions). . It is most desirable that the rigid body parts 15a, 15b, 15c, and 20 be rigid bodies in the original sense. However, each of these rigid body parts does not necessarily have to be such a rigid body. The reason for this is explained below.

本実施例の対称形平行たわみ梁変位機構23に
おいて、第2図に示すように剛体部15cが左右
方向へ移動する副次的変位を互いにキヤンセルす
るためには、一見して判るように、各平行たわみ
梁16a,16a′,16b,16b′は僅かながら
伸びる必要がある。したがつて、剛体部15a,
15b,15c,20には基準面Kに垂直な方向
の力が作用する。この力に対して仮に上記各剛体
部が1つでも変形すればz軸方向以外の副次的変
位が生じない精度の高い変位を行なうことはでき
ない。逆に、上記方向の力に対して高い剛性を有
してさえいれば第2図に示す変形を得、z軸方向
のみの高精度変位εを得ることができるというこ
とになる。そこで、本実施例における各剛体部は
「全ての荷重に対して剛であることが理想である
が、そうでないとしても少なくとも基準面Kに垂
直な方向の力に対して剛である」ことが必要であ
る。以下、後述する対称形平行たわみ梁変位機構
を用いた各実施例における剛体部についても同様
である。
In the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism 23 of this embodiment, in order to mutually cancel the secondary displacements of the rigid body portion 15c moving in the left and right direction as shown in FIG. The parallel flexible beams 16a, 16a', 16b, 16b' need to extend slightly. Therefore, the rigid body portion 15a,
A force in a direction perpendicular to the reference plane K acts on 15b, 15c, and 20. If even one of the above-mentioned rigid body parts deforms in response to this force, it will not be possible to perform highly accurate displacement without causing secondary displacements in directions other than the z-axis direction. On the contrary, as long as it has high rigidity against the force in the above direction, the deformation shown in FIG. 2 can be obtained and a highly accurate displacement ε only in the z-axis direction can be obtained. Therefore, it is ideal that each rigid body part in this embodiment is rigid against all loads, but even if not, it is at least rigid against forces in the direction perpendicular to the reference plane K. is necessary. The same applies to the rigid body portions in each embodiment using a symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism, which will be described later.

このように、本実施例では、基準面に面対称に
平行たわみ梁構造を配置したので、干渉変位をキ
ヤンセルすることができ、位置決めの精度を飛躍
的に向上せしめることができ、又、このため、後
述する多軸に積層した対称形のたわみ梁変位機構
を容易に構成することができる。さらに、力を発
生させる圧電アクチユエータを各平行たわみ梁変
位機構の剛体部と平行たわみ梁で形成される領域
内に収容する構成としたので、外部へ突出する部
分がなく単純な形状の構成することができる。こ
の特徴は圧電アクチユエータが発した力の流れが
各平行たわみ梁の極く近傍を通ることになる。即
ち、アクチユエータ19および19aが発した力
の流れは剛体部15a,15b、たわみ梁16
a,16a′,16,16b′および剛体部15cの
中で反力と均衡し、剛体部20には影響を及ぼさ
ないために、このような装置を積層する際に従来
例で述べたアクチユエータが干渉する問題点を解
決していることにもなるので、前述した多軸に積
層した対称形のたわみ梁変位機構をより一層容易
に構成することができる。さらに多軸に積層した
場合に全く他の軸の影響を受けない部分である平
行たわみ梁の歪によつて多軸位置決め機構の各軸
の出力変位を正確に検出することができ、この検
出値に基づいて圧電アクチユエータに発生させる
力を制御するようにしたので、上記対称形平行た
わみ梁変位機構自体が有する干渉変位排除の効果
と相俟つて、多軸積層体による位置決め精度をよ
り一層向上させることができる。
In this way, in this embodiment, since the parallel flexible beam structure is arranged plane-symmetrically to the reference plane, the interference displacement can be canceled, and the positioning accuracy can be dramatically improved. , a symmetrical flexible beam displacement mechanism laminated in multiple axes, which will be described later, can be easily constructed. Furthermore, since the piezoelectric actuator that generates the force is housed in the area formed by the rigid part of each parallel deflection beam displacement mechanism and the parallel deflection beam, the structure has a simple shape with no parts protruding to the outside. I can do it. This feature causes the flow of force generated by the piezoelectric actuator to pass in close proximity to each parallel flexible beam. That is, the flow of force generated by the actuators 19 and 19a flows through the rigid body parts 15a and 15b and the flexible beam 16.
When stacking such devices, the actuator described in the conventional example is Since the problem of interference is also solved, the symmetrical flexible beam displacement mechanism laminated on multiple axes described above can be constructed even more easily. Furthermore, when stacked on multiple axes, the output displacement of each axis of the multi-axis positioning mechanism can be accurately detected by the distortion of the parallel flexible beam, which is a part that is completely unaffected by other axes, and this detected value Since the force generated in the piezoelectric actuator is controlled based on be able to.

第3図は本発明の第2の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で、25a,25
b,25cはそれぞれ図で、左、右、中央に存在
する剛体部である。26a,26a′はそれぞれ剛
体部25a,25cの間にこれらと一体に形成さ
れ、かつ定点Oより放射状に配置された平板状の
放射たわみ梁であり、又、26b,26′はそれ
ぞれ剛体部25b,25cの間にこれらと一体に
形成され、かつ、定点Oより放射状に配置された
平板状の放射たわみ梁である。27a,27bは
それぞれ放射たわみ梁26a,26a′および放射
たわみ梁26b,26b′と各剛体部とを一体形成
するために生じた貫通孔である。28aは剛体部
25aから貫通孔27aに突出する突出部、28
c1は剛体部25cから貫通孔27aに突出する突
出部であり、これら突出部28a,28c1は互い
に図の縦方向において間隔を有して重なつてい
る。同じく28bは剛体部25bから貫通孔27
bに突出する突出部、28c2は剛体部25cから
貫通孔27bに突出する突出部であり、これら突
出部28b,28c2は突出部28a,28c1と同
様の関係にある。29aは突出部28aと突出部
28c1との間に固定された圧電アクチユエータ、
29bは突出部28bと突出部28c2との間に固
定された圧電アクチユエータである。圧電アクチ
ユエータ29a,29bは、点Oを中心として圧
電アクチユエータ29a,29bを通る円を描い
た場合、その円の接線方向の力f(点Oに関する
トルクに相当する)を発生し各放射たわみ梁に曲
げ変形を生ぜしめる。これら力の大きさは、圧電
アクチユエータ29a,29bに印加される電圧
によつて制御される。
FIG. 3 is a side view of a fine positioning device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 25a, 25
In the figure, b and 25c are rigid body parts located on the left, right, and center, respectively. 26a and 26a' are plate-shaped radial deflection beams formed integrally with the rigid body parts 25a and 25c, respectively, and arranged radially from a fixed point O, and 26b and 26' are respectively formed integrally with the rigid body parts 25b . Reference numerals 27a and 27b are through holes formed to integrally form the radial bending beams 26a and 26a' and the radial bending beams 26b and 26b' with each rigid body portion, respectively. 28a is a protruding portion that protrudes from the rigid body portion 25a into the through hole 27a;
C 1 is a protrusion that protrudes from the rigid body portion 25c into the through hole 27a, and these protrusions 28a and 28c 1 overlap each other with a gap in the vertical direction of the figure. Similarly, 28b is the through hole 27 from the rigid body part 25b.
A protruding portion 28c 2 protruding from the rigid body portion 25c to the through hole 27b is a protruding portion 28c 2 that protrudes from the rigid body portion 25c, and these protruding portions 28b and 28c 2 have the same relationship as the protruding portions 28a and 28c 1 . 29a is a piezoelectric actuator fixed between the protrusion 28a and the protrusion 28c1 ;
29b is a piezoelectric actuator fixed between the protrusion 28b and the protrusion 28c2 . When the piezoelectric actuators 29a and 29b draw a circle passing through the piezoelectric actuators 29a and 29b with the point O as the center, the piezoelectric actuators 29a and 29b generate a force f in the tangential direction of the circle (corresponding to the torque with respect to the point O) to each radial deflection beam. Causes bending deformation. The magnitude of these forces is controlled by the voltages applied to the piezoelectric actuators 29a, 29b.

30は剛体部25a,25bを互いに剛に連結
する剛体構造を示す。31は放射たわみ梁26
a,26a′の歪を検出するストレーンゲージであ
り、放射たわみ梁26a,26a′と剛体部25
a,25cとの連結部分に設けられている。
Reference numeral 30 denotes a rigid structure that rigidly connects the rigid parts 25a and 25b to each other. 31 is a radial deflection beam 26
It is a strain gauge that detects the strain of the radial deflection beams 26a, 26a' and the rigid body part 25.
It is provided at the connecting portion with a and 25c.

上記の構成において、剛体部25a,25c、
放射たわみ梁26a,26a′、突出部28a,2
8c1、圧電アクチユエータ29aにより一方の放
射たわみ梁変位機構32aが構成され、又、剛体
部25b,25c、放射たわみ梁26b,26
b′、突出部28b,28c2、圧電アクチユエータ
29bにより他方の放射たわみ梁変位機構32b
が構成されている。そして、放射たわみ梁変位機
構32b,32aは、放射たわみ梁26a,26
a′,26b,26b′が構成する平面が交わる直線
に関して放射たわみ梁変位機構32a,32bと
軸対称の関係にある。この直線は、本実施例では
点Oを通る紙面に垂直な線である。このような線
対称の関係にある放射たわみ梁変位機構32a,
32bにより対称形放射たわみ梁変位機構33が
構成される。前記直線はこの対称形放射たわみ梁
変位機構33の位置と設置方向を示す基準軸にも
なつている。
In the above configuration, the rigid body parts 25a, 25c,
Radial deflection beams 26a, 26a', protrusions 28a, 2
8c 1 , the piezoelectric actuator 29a constitutes one radial flexure beam displacement mechanism 32a, and the rigid body portions 25b, 25c and the radial flexure beams 26b, 26
b′, protrusions 28b, 28c 2 , and the other radial deflection beam displacement mechanism 32b by the piezoelectric actuator 29b.
is configured. The radial deflection beam displacement mechanisms 32b, 32a move the radial deflection beams 26a, 26
It is in an axially symmetrical relationship with the radial deflection beam displacement mechanisms 32a, 32b with respect to the straight line where the planes constituted by a', 26b, and 26b' intersect. In this embodiment, this straight line is a line passing through point O and perpendicular to the plane of the paper. The radial deflection beam displacement mechanism 32a, which has such a line-symmetrical relationship,
32b constitutes a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism 33. The straight line also serves as a reference axis indicating the position and installation direction of the symmetrical radial beam displacement mechanism 33.

次に、本実施例の動作を第4図および第5図を
参照しながら説明する。第4図は第3図に示す対
称形放射たわみ梁変位機構の変形後の側面図であ
る。今、圧電アクチユエータ29a,29bに電
圧を印加して同一の大きさの上記接線方向の力f
を発生させる。そうすると、突出部28c1は圧電
アクチユエータ29aに発生した力により上記接
線に沿つて上向きに押され、突出部28c2は圧電
アクチユエータ29bに発生した力により上記接
線に沿つて下向きに押される。剛体部25cは両
剛体部25a,25bに放射たわみ梁26a,2
6a′,26b,26b′で連結された形となつてい
るので、上記の力を受けた結果、放射たわみ梁2
6a,26a′,26b,26b′の剛体部25a,
25bに連結されている部分に点Oから放射状に
延びる直線L1,L2と、剛体部25cに連結され
ている部分に点Oから放射状に延びる直線L1′,
L2′とが僅かにずれる微小変位を生じる。このた
め、剛体部25cは図で時計方向に微小角度δだ
け回動する。この回転変位δの大きさは、放射た
わみ梁26a,26a′,26b,26b′の曲げに
対する剛性により定まるので、力fを正確に制御
すれば、回転変位δもそれと同じ精度で制御でき
ることになる。従来、微動テーブルを平行移動さ
せる装置は第18図、第20図に示すように種々
提案されていたが、回転移動に関して同図に示し
たような簡単な構造であるにもかかわらず良い特
徴を備えた装置は未だ提案されていなかつた。本
実施例では、回転移動に関しても第1の実施例と
同等の種々の特徴を備えたものを実現し、回転変
位による微調整を可能とするものである。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a side view of the symmetrical radial flexure beam displacement mechanism shown in FIG. 3 after deformation. Now, by applying a voltage to the piezoelectric actuators 29a and 29b, the force f in the tangential direction of the same magnitude is applied.
to occur. Then, the protrusion 28c 1 is pushed upward along the tangent line by the force generated in the piezoelectric actuator 29a, and the protrusion 28c 2 is pushed downward along the tangent line by the force generated in the piezoelectric actuator 29b. The rigid body part 25c has radial deflection beams 26a, 2 on both rigid body parts 25a, 25b.
6a', 26b, and 26b', as a result of receiving the above force, the radial deflection beam 2
6a, 26a', 26b, 26b' rigid body parts 25a,
Straight lines L 1 and L 2 extend radially from point O to the portion connected to rigid body portion 25b, and straight lines L 1 extend radially from point O to the portion connected to rigid body portion 25c.
A slight displacement occurs in which L 2 ' is slightly shifted. Therefore, the rigid body portion 25c rotates by a minute angle δ in the clockwise direction in the figure. The magnitude of this rotational displacement δ is determined by the bending rigidity of the radial deflection beams 26a, 26a', 26b, and 26b', so if the force f is accurately controlled, the rotational displacement δ can also be controlled with the same precision. . In the past, various devices for moving the fine movement table in parallel have been proposed, as shown in FIGS. No such device has yet been proposed. This embodiment has various features similar to those of the first embodiment regarding rotational movement, and allows fine adjustment by rotational displacement.

ところで、本実施例の対称形放射たわみ梁変位
機構でも、さきの実施例の対称形平行たわみ梁変
位機構における単体の平行たわみ梁変位機構と同
じように、単体の放射たわみ梁変位機構32aの
みの回転変位が考えられる。そこで、この単体の
放射たわみ梁変位機構32aの圧電アクチユエー
タ29aに電圧を印加するとこの圧電アクチユエ
ータ29aは上記接線方向に沿う上向きの力を発
生し、放射たわみ梁26a,26a′がたわみ、剛
体部25cは点Oを中心に回動する。この変形状
態を第5図の破線で示す。第5図では突出部27
a,28a、圧電アクチユエータ29a,および
剛体部25aの全体構造の図示は省略され、か
つ、その変形は誇張して描かれている。図から明
らかなように、単体の放射たわみ梁変位機構32
aでも回転変位位置決め装置を得ることができる
が、この場合、剛体部25cの点Oは点O′にず
れるという副次的変位を免れることはではない。
しかしながら単体の放射たわみ梁変位機構32a
が圧電アクチユエータ29aにより力fを受けて
放射たわみ梁26a,26a′に曲げ変形を生じる
と、剛体部25cは点Oを通る基準軸まわりに回
転するが、それと同時に第5図のような副次的変
位をも生じる。ところが、基準軸に関してそれと
軸対称な位置にあるもう1つの単体の放射たわみ
梁変位機構32bに基準軸に関して軸対称な方向
に力fを作用させた場合の変位は、やはりO点ま
わりの回転変位が主変位としては出るものの、そ
のとき生じる、副次的変位は前述の副次的変位と
基準軸に関して軸対称となつている。したがつ
て、放射たわみ梁変位機構32aにおける上記副
次的変位は放射たわみ梁変位機構32bに生じる
大きさが等しく方向が反対の副次的変位とキヤン
セルされ、対称形放射たわみ梁変位機構33では
当該副次的変位は現われない。このため、対称形
放射たわみ梁変位機構33は単体の放射たわみ梁
変位機構に比較し、より正確な回転変位δを得る
ことができる。
By the way, in the symmetrical radial flexure beam displacement mechanism of this embodiment, as well as the single parallel flexure beam displacement mechanism in the symmetric parallel flexure beam displacement mechanism of the previous embodiment, only the radial flexure beam displacement mechanism 32a as a single unit is used. Rotational displacement is considered. Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric actuator 29a of this single radial flexure beam displacement mechanism 32a, this piezoelectric actuator 29a generates an upward force along the tangential direction, and the radial flexure beams 26a, 26a' are deflected, and the rigid body portion 25c rotates around point O. This deformed state is shown by the broken line in FIG. In FIG. 5, the protrusion 27
28a, the piezoelectric actuator 29a, and the rigid body portion 25a are omitted from illustration, and their deformations are exaggerated. As is clear from the figure, a single radial deflection beam displacement mechanism 32
A rotational displacement positioning device can also be obtained in case a, but in this case, the point O of the rigid body portion 25c is shifted to the point O', which is a secondary displacement.
However, a single radial deflection beam displacement mechanism 32a
is subjected to a force f by the piezoelectric actuator 29a, causing bending deformation in the radial deflection beams 26a, 26a', the rigid body portion 25c rotates around the reference axis passing through the point O, but at the same time, the secondary axis as shown in FIG. It also causes physical displacement. However, when a force f is applied to another single radial deflection beam displacement mechanism 32b located at a position axially symmetrical with respect to the reference axis in a direction axially symmetrical with respect to the reference axis, the displacement is still a rotational displacement around point O. is produced as the main displacement, but the secondary displacement that occurs at that time is axially symmetrical with the aforementioned secondary displacement with respect to the reference axis. Therefore, the secondary displacement in the radial flexure beam displacement mechanism 32a is canceled with the auxiliary displacement of equal magnitude and opposite direction occurring in the radial flexure beam displacement mechanism 32b, and in the symmetric radial flexure beam displacement mechanism 33, The secondary displacement does not appear. Therefore, the symmetrical radial flexure beam displacement mechanism 33 can obtain a more accurate rotational displacement δ compared to a single radial flexure beam displacement mechanism.

なお、ストレンゲージ31を用いるフイードバ
ツク制御系による回転変位δの制御は、さきの実
施例に準じて実施される。この場合においても、
スレンゲージ31が放射たわみ梁26a,26
a′と剛体部25a,25cとの連結部分に設けら
れることにより放射たわみ梁変位機構を多軸に組
み合わせた場合に、互いに他からの影響を受けな
い形で正確な歪の検出が可能であることはさきの
実施例と同じである。
The rotational displacement δ is controlled by the feedback control system using the strain gauge 31 in accordance with the previous embodiment. Even in this case,
The strain gauge 31 is connected to the radial deflection beams 26a, 26
By being provided at the connecting portion between a' and the rigid body parts 25a and 25c, when the radial deflection beam displacement mechanism is combined in multiple axes, it is possible to accurately detect strain without being influenced by each other. This is the same as the previous example.

なお、又上記第2の実施例の説明では、放射た
わみ梁変位機構が左右対称に2組設けられている
対称形放射たわみ梁変位機構について説明した
が、必ずしもこのような左右対称形の配置に限る
ことはなく、基準軸に対して軸対称になつている
ことが本質的に必要な条件であり、左右対称形で
はなくても同様の機能を発揮することは上記の説
明から自明であろう。
In addition, in the description of the second embodiment above, a symmetrical radial flexure beam displacement mechanism in which two sets of radial flexure beam displacement mechanisms are provided symmetrically was explained, but such a symmetrical arrangement is not necessarily required. It is obvious from the above explanation that the essential condition is that the shape is axially symmetrical with respect to the reference axis, and that the same function can be achieved even if the shape is not symmetrical. .

圧電アクチユエータ29a,29bに印加され
ている電圧が除かれると、各放射たわみ梁26
a,26a′,26b,26′は変形前の状態に復
帰し、対称形放射たわみ梁変位機構33は第3図
に示す状態に戻り、回転変位δは0になる。
When the voltage applied to the piezoelectric actuators 29a, 29b is removed, each radiating deflection beam 26
a, 26a', 26b, and 26' return to the state before deformation, the symmetrical radial deflection beam displacement mechanism 33 returns to the state shown in FIG. 3, and the rotational displacement δ becomes zero.

ここで、本実施例の剛体部25a,25b,2
5c,30もさきの実施例の各剛体部に準ずるも
のである。即ち、第4図に示すようにたわみ梁の
縮小方向への副次的変位を互いにキヤンセルする
ような変形を生ぜしめるためには、各放射たわみ
梁26a,26a′,26b,26b′は僅かに伸び
る必要があるため、各剛体部には基準軸に垂直な
放射状の力(内部応力)が作用する。この力に対
して仮に各剛体部が1つでも変形すれば精度の高
い回転変位を得ることはできない。そこで、本実
施例における各剛体部は「全ての荷重成分に対し
て剛であることが理想であるが、そうでないとし
ても少なくとも基準軸に垂直な放射状に作用する
力に対して剛である」ことが必要である。以下、
後述する対称形放射たわみ梁変位機構を用いた各
実施例における剛体部についても同様である。
Here, the rigid body parts 25a, 25b, 2 of this embodiment
5c and 30 are also similar to each rigid body part of the previous embodiment. That is, in order to produce a deformation that cancels out the secondary displacements of the flexible beams in the direction of contraction, as shown in FIG. Because it needs to stretch, a radial force (internal stress) perpendicular to the reference axis acts on each rigid body part. If even one of each rigid body portion deforms in response to this force, highly accurate rotational displacement cannot be obtained. Therefore, each rigid body part in this embodiment is "ideally rigid against all load components, but even if not, at least rigid against forces acting radially perpendicular to the reference axis." It is necessary. below,
The same applies to the rigid body portion in each embodiment using a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism, which will be described later.

このように、本実施例では、基準軸に軸対称に
放射たわみ梁変位機構を配置したので、従来得ら
れなかつた回転変位を精度良く得ることができ
る。又、このため、後述する多軸に積層した対称
形のたわみ梁変位機構を容易に構成することがで
きる。さらに力を発生させる圧電アクチユエータ
を各放射たわみ梁変位機構の剛体部と放射たわみ
梁で形成される領域内に収容する構成としたの
で、外部へ突出する部分がなく単純な形状の構成
とすることができる。この特徴は圧電アクチユエ
ータが発した力の流れが各放射たわみ梁変位機構
の極く近傍を通ることになるために、このような
装置を積層する際に、従来例で述べたアクチユエ
ータどうしが干渉する問題を解決していることに
もなるので、前述した多軸に積層した対称形のた
わみ梁変位機構をより一層容易に構成することが
できる。さらに、多軸に積層した場合に全く他の
軸の影響を受けない部分である放射たわみ梁の歪
によつて出力変位を正確に検出し、この検出値に
基づいて圧電アクチユエータに発生させる力を制
御するようにしたので、上記対称形放射たわみ梁
構造自体が有する干渉変位排除の効果と相俟つ
て、多軸積層体による位置決め精度をより一層向
上させることができる。
In this way, in this embodiment, since the radial deflection beam displacement mechanism is arranged axially symmetrically about the reference axis, it is possible to obtain rotational displacement with high precision, which could not be obtained conventionally. Moreover, it is therefore possible to easily construct a symmetrical flexible beam displacement mechanism laminated in multiple axes, which will be described later. Furthermore, since the piezoelectric actuator that generates force is housed in the area formed by the rigid body part of each radial flexure beam displacement mechanism and the radial flexure beam, the structure has a simple shape without any parts protruding to the outside. I can do it. This feature is because the flow of force generated by the piezoelectric actuator passes very close to each radial deflection beam displacement mechanism, so when stacking such devices, the actuators mentioned in the conventional example may interfere with each other. Since this also solves the problem, the symmetrical flexible beam displacement mechanism laminated on multiple axes described above can be constructed even more easily. Furthermore, when stacking multiple axes, the output displacement is accurately detected by the strain of the radial flexure beam, which is a part that is completely unaffected by other axes, and the force generated in the piezoelectric actuator is determined based on this detected value. Since this is controlled, together with the effect of eliminating interference displacement that the symmetrical radial flexure beam structure itself has, the positioning accuracy by the multi-axis laminate can be further improved.

第6図は本発明の第3の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で、第3図に示す部
分と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。第3図に示す実施例が回転変位を発生させる
駆動機構として接線方向の力を生じる圧電アクチ
ユエータを用いたのに対して、本実施例では永久
磁石と電磁石との相互作用により基準軸を中心と
するトルクを発生するトルク発生機構を用いるも
のである。35は第3図に示す剛体部25cに相
当する剛体部、36は剛体部35の一方の側面に
形成された切欠き、36aは切欠き36の中央部
において基準軸を中心とする円弧状の膨大部であ
る。37a,37bはそれぞれ剛体部25a,2
5bから切欠き36内に突出する支持体である。
38はトルク発生機構を示し、励磁部38aおよ
び円筒体38bより成る。励磁部38aは切欠き
36の膨大部36aの円弧に沿つて剛体部35の
所定位置に1個又は複数個配置された励磁巻線
(図示されていない)で構成されている。又、円
筒体38bはその内部における前記膨大部36a
に面した部分に、励磁部38aに配置された励磁
巻線と所定の位置関係をもつて配置された1個又
は複数個の永久磁石(図示されていない)を有す
る。39は対称形放射たわみ梁変位機構を示す。
FIG. 6 is a side view of a fine positioning device according to a third embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. While the embodiment shown in Fig. 3 uses a piezoelectric actuator that generates a tangential force as the drive mechanism for generating rotational displacement, this embodiment uses the interaction between a permanent magnet and an electromagnet to move the actuator around the reference axis. This uses a torque generating mechanism that generates torque. 35 is a rigid body part corresponding to the rigid body part 25c shown in FIG. 3, 36 is a notch formed on one side of the rigid body part 35, and 36a is a circular arc shape centered on the reference axis in the center of the notch 36. It is a huge part. 37a and 37b are rigid body parts 25a and 2, respectively.
5b into the notch 36.
Reference numeral 38 indicates a torque generating mechanism, which is composed of an excitation section 38a and a cylindrical body 38b. The excitation part 38a is composed of one or more excitation windings (not shown) arranged at predetermined positions on the rigid body part 35 along the circular arc of the enlarged part 36a of the notch 36. Further, the cylindrical body 38b has the enlarged portion 36a inside thereof.
The magnet has one or more permanent magnets (not shown) arranged in a predetermined positional relationship with the excitation winding arranged in the excitation part 38a, in the part facing the excitation part 38a. 39 shows a symmetrical radial flexure beam displacement mechanism.

励磁部38aにおける励磁巻線に所定の電流が
供給されると、励磁部38aに円筒体38bに配
置された永久磁石との間に、供給電流に応じた吸
引力又は反撥力によるトルクが発生する。これに
より、剛体部35は基準軸を中心に回動し、各放
射たわみ梁26a,26a′,26b,26b′は第
3図示す対称形放射たわみ梁変位機構における理
由と同一理由により第4図に示すような変形を生
じる。即ち、剛体部35は剛体部25a,25b
に対して回転変位を発生する。
When a predetermined current is supplied to the excitation winding in the excitation part 38a, a torque is generated between the excitation part 38a and the permanent magnet arranged in the cylindrical body 38b due to an attractive force or a repulsive force according to the supplied current. . As a result, the rigid body part 35 rotates around the reference axis, and each radial flexure beam 26a, 26a', 26b, 26b' is moved as shown in FIG. 4 for the same reason as in the symmetrical radial flexure beam displacement mechanism shown in FIG. This results in deformation as shown in . That is, the rigid body part 35 is the rigid body part 25a, 25b.
Generates rotational displacement with respect to.

なお、切欠きに代えて貫通孔を形成し、又、側
方からこれに直交する貫通孔を形成し、各貫通孔
の直交部分にトルク発生機構を設けてもよい。さ
らに、トルク発生機構は永久磁石と電磁石の組合
わせたものに限ることはなく、電磁石と電磁石の
組合わせその他適宜の非接触のトルク発生機構を
用いることができる。又、剛体部については第2
の実施例の剛体部と同じである。
Note that a through hole may be formed in place of the notch, or a through hole may be formed orthogonal to the through hole from the side, and a torque generating mechanism may be provided at the orthogonal portion of each through hole. Further, the torque generating mechanism is not limited to a combination of a permanent magnet and an electromagnet, and any other suitable non-contact torque generating mechanism such as a combination of an electromagnet and an electromagnet can be used. Also, regarding the rigid body part, the second
This is the same as the rigid body part in the embodiment.

このように、本実施例では、対称形放射たわみ
梁変位機構として中央の剛体部の中心部分にトル
ク発生機構を設けたので、第2の実施例と同じ効
果を奏する。
In this way, in this embodiment, the torque generating mechanism is provided at the center of the central rigid body part as a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism, so that the same effect as in the second embodiment is achieved.

以上、対称形平行たわみ梁変位機構および対称
形放射たわみ梁変位機構の機能について詳述した
が、これらは3つの座標軸x,y,zのうちの1
つの座標軸方向の変位および1つの座標軸まわり
の回転変位を発生する装置である。そして、対称
形平行たわみ梁変位機構をその基準軸が一致もし
くは平行でない形で複数組み合わせれば2つ又は
3つの座標軸方向の微細位置決めを1つの装置で
行なうことができ、又、対称形放射たわみ梁変位
機構をその基準軸が一致もしくは平行でない形で
複数組み合わせれば2つ又は3つの座標軸まわり
の回転変位に関する微細位置決めを1つの装置で
行なうことができ、さらに、対称形平行たわみ梁
変位機構と対称形放射たわみ梁変位機構とをそれ
ぞれ適宜組み合わせれば1つ乃至3つの座標軸に
ついての変位および回転変位に関する微細位置決
めを1つの装置で行なうことができるのは明らか
である。
The functions of the symmetrical parallel flexural beam displacement mechanism and the symmetrical radial flexural beam displacement mechanism have been described above in detail.
This is a device that generates displacement in the directions of two coordinate axes and rotational displacement around one coordinate axis. By combining multiple symmetrical parallel deflection beam displacement mechanisms with their reference axes coincident or not parallel, fine positioning in two or three coordinate axes can be performed with one device. By combining multiple beam displacement mechanisms with their reference axes coincident or not parallel, fine positioning regarding rotational displacement around two or three coordinate axes can be performed with one device. It is clear that fine positioning with respect to displacements and rotational displacements about one to three coordinate axes can be performed with one device by appropriately combining them and a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism.

ところで、このような組み合わせを考える場
合、従来の装置においては、1つの装置により第
20図に示すように2つの座標軸についての変位
を得るのが限度であり、それ以上の組み合わせは
困難であつて、仮に考え得ることができても複雑
な構造となり実用に敵さなくなる。又、第18図
に示す構造に匹敵するような簡単な回転変位を得
る装置は提案されていない。これに対して、本実
施例の対称形平行たわみ梁変位機構および対称形
放射たわみ梁変位機構を用いれば、さきに述べた
ように上記の組み合わせを容易に実施することが
でき、加うるに各軸の対称形平行たわみ梁変位機
構、対称形放射たわみ梁変位機構相互間の変位、
回転変位に干渉を生じないという大きな特徴を備
えることができる。
By the way, when considering such combinations, with conventional devices, the limit is to obtain displacements about two coordinate axes as shown in Figure 20 with one device, and it is difficult to combine more than that. Even if it were possible, the structure would be complicated and would be impractical. Further, no device has been proposed that can obtain simple rotational displacement comparable to the structure shown in FIG. On the other hand, if the symmetrical parallel flexural beam displacement mechanism and the symmetrical radial flexural beam displacement mechanism of this embodiment are used, the above combination can be easily implemented as described earlier, and in addition, each Axial symmetrical parallel flexural beam displacement mechanism, symmetrical radial flexural beam displacement mechanism, displacement between each other,
It has the great feature of not causing interference with rotational displacement.

以下、上記組み合わせ構造の実施例について説
明するが、第1図および第3図に示す各平行たわ
み梁、放射たわみ梁、各剛体部から突出する突出
部、およびこれら突出部間に固定される圧電アク
チユエータについては、これを1つの駆動部とし
て考える方が煩らわしくなく理解が容易に思われ
る。そこで、以下の実施例においては、対称形平
行たわみ梁変位機構の上記駆動部を直線駆動部5
0と称し、これにその直線駆動部50による変位
の方向の座標軸の符号を付することにし、又、対
称形放射たわみ梁変位機構の上記駆動部を回転駆
動部60と称し、これにその回転駆動部60によ
る回転変位の回転軸となる座標軸の符号を付する
ことにする。さらに、直線駆動部50および回転
駆動部60の図示も上記の考えにしたがつて略記
することとし、この略記を第7図a,bに示すよ
うに、ほぼS字形、又はほぼ逆S字形とする。な
お、このS字形又は逆S字形は関連する剛体部の
突出部の突出方向と合致する形とされている。以
下に上記組合わせの実施例を説明する。
An example of the above-mentioned combination structure will be described below. The parallel flexure beams, radial flexure beams, protrusions protruding from each rigid body part shown in FIGS. 1 and 3, and piezoelectric actuators fixed between these protrusions Regarding the actuator, it seems easier to understand and less troublesome to consider it as one driving section. Therefore, in the following embodiment, the above-mentioned drive section of the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism is replaced with the linear drive section 5.
0, and the symbol of the coordinate axis in the direction of displacement by the linear drive unit 50 is attached to it.The drive unit of the symmetrical radial deflection beam displacement mechanism is also called the rotation drive unit 60, and the rotation The coordinate axes that are rotational axes of rotational displacement by the drive unit 60 are designated by reference numerals. Further, the illustrations of the linear drive unit 50 and the rotary drive unit 60 will be abbreviated in accordance with the above idea, and the abbreviations will be approximately S-shaped or approximately inverted S-shaped, as shown in FIGS. 7a and 7b. do. Note that this S-shape or inverted S-shape is a shape that matches the protrusion direction of the protrusion of the related rigid body part. Examples of the above combinations will be described below.

第8図は本発明の第4の実施例に係る微細位置
決め装置の一部破断斜視図である。本実施例の装
置は座標軸を図示のように設定したとき3軸x,
y,zの変位を発生する装置である。図で70は
十文字状に形成された剛体の十文字状柱体、71
は十文字状柱体70に連結された剛体部、72は
十文字柱体70に連結された剛体部であり、これ
らは1つの剛体ブロツクから一体に形成されてい
る。
FIG. 8 is a partially cutaway perspective view of a fine positioning device according to a fourth embodiment of the present invention. The device of this embodiment has three axes x, when the coordinate axes are set as shown in the figure.
This is a device that generates displacement in y and z. In the figure, 70 is a rigid cross-shaped column formed in a cross shape, and 71
is a rigid body portion connected to the cross-shaped column 70, and 72 is a rigid body portion connected to the cross-shaped column 70, which are integrally formed from one rigid block.

73は十文字状柱体70を構成する第1の柱
体、74は十文字状体70を構成する第2の柱体
であり、第1の柱体73と第2の柱体74とは互
いに直交している。第1の柱体73は剛体部73
a1,73a2,73b1,73b2,70cおよび直線
駆動部50x,50zより成り、2つの対称形平
行たわみ梁変位機構を含む。第2の柱体74は剛
体部74a,74b,70cおよび直線駆動部5
0yより成り、1つの対称形平行たわみ梁変位機
構が構成される。剛体部70cは両柱体73,7
4が共有する中央の剛体部である。剛体部71は
第1の柱体73の両端の剛体部73a1,73b1
連結され(第2の柱体74とは切り離されてい
る)、剛体部72は第2の柱体74の両端の剛体
部74a,74bに連結されている(第1の柱体
73とは切離されている)。第1の柱状体73に
おいて、対称形平行たわみ梁変位機構を構成する
直線駆動部50zは、一方が剛体部73a1,73
a2間に形成され、他方が剛体部73b1,73b2
に形成されている。又、直線駆動部50xは一方
が剛体部73a2,70c間に形成され、他方が剛
体部73b2,70c間に形成されている。さら
に、第2の柱体74において、対称形平行たわみ
梁変位機構を構成する直線駆動部50yは、一方
が剛体部74a,70c間に、他方が剛体部74
b,70c間に形成されている。
73 is a first column forming the cross-shaped column 70, 74 is a second column forming the cross-shaped column 70, and the first column 73 and the second column 74 are orthogonal to each other. are doing. The first column body 73 is a rigid body part 73
It consists of a 1 , 73a 2 , 73b 1 , 73b 2 , 70c and linear drive parts 50x, 50z, and includes two symmetrical parallel flexible beam displacement mechanisms. The second columnar body 74 includes rigid body parts 74a, 74b, 70c and linear drive part 5.
0y, one symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism is constructed. The rigid body part 70c has both pillar bodies 73, 7
4 is the central rigid body part shared by the two. The rigid part 71 is connected to rigid parts 73a 1 and 73b 1 at both ends of the first column 73 (separated from the second column 74), and the rigid part 72 is connected to both ends of the second column 74. (separated from the first column 73). In the first columnar body 73, one side of the linear drive section 50z constituting the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism is the rigid section 73a 1 , 73
a 2 , and the other is formed between rigid body parts 73b 1 and 73b 2 . Moreover, one side of the linear drive part 50x is formed between the rigid body parts 73a 2 and 70c, and the other side is formed between the rigid body parts 73b 2 and 70c. Furthermore, in the second column 74, the linear drive section 50y constituting the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism has one side between the rigid body parts 74a and 70c, and the other side between the rigid body parts 74a and 70c.
It is formed between b and 70c.

十文字状柱体70内に構成される対称形平行たわ
み梁変位機構の基準軸はすべて 中央の剛体部7
0cの中心を通る。直線駆動部50xで構成され
る対称形平行たわみ梁変位機構の基準軸はx軸と
一致し、直線駆動部50yで構成される対称形平
行たわみ梁変位機構の基準軸はy軸と一致し、直
線駆動部50zで構成される対称形平行たわみ梁
変位機構の基準軸はz軸と一致する。結局、十文
字状柱体70内に構成される3つの対称形平行た
わみ梁変位機構の基準軸はそれぞれ互いに直交し
ていることになる。
All reference axes of the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism constructed within the cross-shaped column 70 are the central rigid body section 7.
Passes through the center of 0c. The reference axis of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism composed of the linear drive unit 50x coincides with the x-axis, and the reference axis of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism composed of the linear drive unit 50y coincides with the y-axis, The reference axis of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism composed of the linear drive unit 50z coincides with the z-axis. As a result, the reference axes of the three symmetric parallel deflection beam displacement mechanisms constructed within the cross-shaped column 70 are orthogonal to each other.

なお、対になつている直線駆動部50x,50
y,50zの平行たわみ梁には、第1図に示すよ
うにストレンゲージが配置されているが、図面中
にこれらを記入すると図が見難くなるので、その
記入は省略する(以下の実施例においても同じ)。
Note that the paired linear drive units 50x, 50
As shown in Fig. 1, strain gauges are arranged on the parallel deflection beam at y, 50z, but if they are written in the drawing, the drawing becomes difficult to read, so the drawing will be omitted (see the example below). (The same applies to

次に、本実施例の動作を説明する。まず、2つ
の直線駆動部50zを駆動(圧電アクチユエータ
に電圧を印加)した場合を考える。この場合、第
1図に示す実施例の説明で述べたように、剛体部
73a1,73a2の間、および剛体部73b1,73
b2の間にそれぞれ相対変位εzが生じる。ここで、
剛体部73a1,73b1は剛体部71と一体構成で
あり、又、剛体部73a2,73b2はz軸方向の力
には充分に剛性が高い各直線駆動部50x、中央
の剛体部70c,z軸方向の力には充分に剛性の
高い各直線駆動部50y、剛体部74a,74b
を介して剛体部72に連結されている。即ち、z
軸方向の力についてみると、直線駆動部50zの
一方側の剛体部73a1,73b1は剛体部71に剛
に連結され、又、他方側の剛体部73a2,73b2
は剛体部72に剛に連結されていることになる。
したがつて、直線駆動部50zを駆動すると、剛
体部71と剛体部72との間には、z軸方向の相
対変位εzが与えられることになる。
Next, the operation of this embodiment will be explained. First, consider the case where two linear drive units 50z are driven (voltage is applied to the piezoelectric actuators). In this case, as described in the explanation of the embodiment shown in FIG .
A relative displacement ε z occurs between b 2 respectively. here,
The rigid body parts 73a 1 and 73b 1 are integrally configured with the rigid body part 71, and the rigid body parts 73a 2 and 73b 2 are connected to each linear drive part 50x, which has sufficient rigidity against the force in the z-axis direction, and the central rigid body part 70c. , each linear drive section 50y and rigid body sections 74a and 74b that are sufficiently rigid to withstand the force in the z-axis direction.
It is connected to the rigid body part 72 via. That is, z
Regarding the force in the axial direction, the rigid body parts 73a 1 and 73b 1 on one side of the linear drive section 50z are rigidly connected to the rigid body part 71, and the rigid body parts 73a 2 and 73b 2 on the other side are rigidly connected to the rigid body part 71.
is rigidly connected to the rigid body portion 72.
Therefore, when the linear drive section 50z is driven, a relative displacement εz in the z-axis direction is applied between the rigid body section 71 and the rigid body section 72.

同様に、直線駆動部50xを駆動すると、その
一方側の剛体部73a2は、x軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部50z、剛体部73a1
73b1を介して剛体部71に剛に連結され、又、
他方側の剛体部70cは、x軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部50y、剛体部74a,
74bを介して剛体部72に剛に連結されている
ので、結局、剛体部71と剛体部72との間に
は、x軸方向の相対変位εxが与えられることに
なる。
Similarly, when the linear drive section 50x is driven, the rigid section 73a 2 on one side of the linear drive section 50z, which is sufficiently rigid to withstand the force in the x-axis direction, the rigid section 73a 1 ,
Rigidly connected to the rigid body part 71 via 73b1 , and
The rigid body part 70c on the other side includes a linear drive part 50y that is sufficiently rigid to withstand the force in the x-axis direction, a rigid body part 74a,
Since it is rigidly connected to the rigid body part 72 via the rigid body part 74b, a relative displacement εx in the x-axis direction is eventually applied between the rigid body part 71 and the rigid body part 72.

さらに、直線駆動部50yを駆動すると、その
一方側の剛体部70cは、y軸方向の力には充分
に剛性の高い直線駆動部50x、剛体部73a2
73b2,y軸方向の力には充分に剛性の高い直線
駆動部50z、剛体部73a1,73b1を介して剛
体部71に剛に連結され、又、他方側の剛体部7
4a,74bは剛体部72に連結されているの
で、結局、剛体部71と剛体部72との間には、
y軸方向の相対変位εyが与えられる。
Furthermore, when the linear drive section 50y is driven, the rigid body section 70c on one side is divided into the linear drive section 50x, which is sufficiently rigid against the force in the y-axis direction, the rigid body section 73a 2 ,
73b 2 , a linear drive part 50z that is sufficiently rigid to withstand the force in the y-axis direction, is rigidly connected to the rigid body part 71 via the rigid body parts 73a 1 and 73b 1 , and is connected to the rigid body part 7 on the other side.
4a and 74b are connected to the rigid body part 72, so in the end, between the rigid body part 71 and the rigid body part 72,
A relative displacement εy in the y-axis direction is given.

そこで、例えば、剛体部72を第18図に示す
支持台又は、本実施例を適用する微動装置より大
きな範囲を低い精度で位置決めする装置を構成す
る粗動テーブル等に固定し、剛体部71に微動テ
ーブルを固定すると、3次元の微細位置決め機構
が構成されることになる。
Therefore, for example, the rigid body part 72 is fixed to a support stand shown in FIG. When the fine movement table is fixed, a three-dimensional fine positioning mechanism is constructed.

第1の実施例の説明からも判るように、直線駆
動部で発生した力の流れは、その極く近傍を通る
のみで、他の対称形平行たわみ梁変位機構を通ら
ない形態となつている。したがつて、本来、各軸
方向の変位は他へ影響を及ぼすことなく独立して
発生させることができるという特徴をもつてい
る。しかしながら、微動テーブル上に仮に重いも
のを載せたり、微動に際して抵抗力を生じる特殊
な場合においても、上記の動作の説明から明らか
なように、各対称形平行たわみ梁構造はその基準
軸が互いに直交するように配置されており、各対
称形平行たわみ梁構造の直線駆動部の平行たわみ
梁が他軸方向の力に対して、充分に高い剛性を有
していることから、各軸方向の変位は他への影響
を及ぼすことなく独立して発生することができ、
又、その精度は極めて高い。さらに、同様の理由
により、図示しないストレンゲージによる各駆動
部の歪の検出も他軸の影響を受けないため変位機
構の出力変位の検出精度が極めて高くなる。
As can be seen from the explanation of the first embodiment, the flow of force generated in the linear drive section only passes through the vicinity of the linear drive section, and does not pass through other symmetrical parallel deflection beam displacement mechanisms. . Therefore, it is originally characterized in that displacement in each axial direction can be generated independently without affecting the others. However, even in special cases where a heavy object is placed on the fine movement table or a resistance force is generated during fine movement, each symmetrical parallel flexible beam structure has its reference axes orthogonal to each other, as is clear from the explanation of the operation above. The parallel flexible beams of the linear drive part of each symmetrical parallel flexible beam structure have sufficiently high rigidity against forces in other axial directions, so that the displacement in each axial direction is can occur independently without affecting others,
Moreover, its accuracy is extremely high. Furthermore, for the same reason, strain gauges (not shown) are used to detect strain in each drive section without being affected by other axes, so that the accuracy of detecting the output displacement of the displacement mechanism is extremely high.

このように、本実施例では、3つの対称形平行
たわみ梁変位機構を、それらの基準軸が互いに直
交するようにして十文字柱体に構成配置したの
で、精度の良い3次元の微細位置決めを行なうこ
とができ、又、互いに他の軸への干渉がないため
装置を容易に構成することかできる。さらに、ス
トレンゲージによつて変位機構の出力変位が得ら
れるので、フイードバツク制御によつて各軸の位
置決めの精度をさらに向上させることも可能にな
る。さらに又、直線駆動部が対称形平行たわみ梁
変位機構内に組み込まれて突出する部分がないの
で、十文字状柱体による3次元の微細位置決め機
構を非常にコンパクトな形で容易に構成すること
ができる。又、本実施例の装置は、円柱状の剛体
ブロツクを素材として機械加工だけで一体物とし
て製作できるので、加工コストおよび部品点数の
低減、小型化、ガタや摺動部がないことによる直
線性の向上、ヒステリシスの排除等が可能とな
る。
In this way, in this example, the three symmetrical parallel deflection beam displacement mechanisms are arranged in a cross-shaped structure with their reference axes perpendicular to each other, so that highly accurate three-dimensional fine positioning can be performed. Moreover, since there is no mutual interference with other axes, the device can be easily configured. Furthermore, since the output displacement of the displacement mechanism is obtained by the strain gauge, it is also possible to further improve the positioning accuracy of each axis through feedback control. Furthermore, since the linear drive section is incorporated into the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism and there is no protruding part, it is possible to easily construct a three-dimensional fine positioning mechanism using a cross-shaped column in a very compact form. can. Furthermore, since the device of this embodiment can be manufactured as a single piece using a cylindrical rigid block as a material by simply machining, processing costs and number of parts can be reduced, downsizing, and linearity due to the absence of backlash or sliding parts. This makes it possible to improve performance and eliminate hysteresis.

第9図a,bは本発明の第5の実施例に係る微
細位置決め装置の平面図および側面図である。本
実施例の装置は座標軸を図示のように設定したと
き、2軸(y軸、z軸)の回転変位を発生する装
置である。図で、75a,75bは剛体部、76
a,76bは厚みの小さい剛体部、75cは中央
の剛体部である。剛体部75c,76a間、およ
び剛体部75c,76b間にはそれぞれ回転駆動
部60zが連結され、又、剛体部76a,75a
間、および剛体部76b,75b間にはそれぞれ
回転駆動部60yが連結されている。剛体部75
a,75bの他端はそれぞれ互いに図示しない剛
体構造によつて連結されている。各剛体部75
a,75b,75c,76a,76bおよび各回
転駆動部60y,60zは1つの剛体ブロツクか
ら一体に形成されている。
9a and 9b are a plan view and a side view of a fine positioning device according to a fifth embodiment of the present invention. The device of this embodiment is a device that generates rotational displacement in two axes (y-axis, z-axis) when the coordinate axes are set as shown. In the figure, 75a and 75b are rigid parts, and 76
a and 76b are rigid body parts with small thickness, and 75c is a central rigid body part. A rotary drive unit 60z is connected between the rigid body parts 75c and 76a and between the rigid body parts 75c and 76b, and the rigid body parts 76a and 75a are connected to each other.
A rotation drive unit 60y is connected between the rigid body parts 76b and 75b. Rigid body part 75
The other ends of a and 75b are connected to each other by a rigid structure (not shown). Each rigid body part 75
a, 75b, 75c, 76a, 76b and each rotary drive section 60y, 60z are integrally formed from one rigid block.

各回転駆動部60zの各放射たわみ梁の中心を
通つて伸びる線L1,L2は剛体部75cの点Oを
紙面に垂直に通る回転駆動部60zの基準軸上に
おいて角度θ2で交わる。又、各回転駆動部60y
の各放射たわみ梁の中心を通つて伸びる線L3
L4は回転駆動部60yの基準軸上において角度θ1
で交わる。したがつて、本実施例の装置は、y軸
まわりの回転変位を生じる対称形放射たわみ梁変
位機構と、z軸まわりの回転変位を生じる対称形
たわみ梁変位機構とを一体に組合せた装置とな
る。
Lines L 1 and L 2 extending through the center of each radial deflection beam of each rotation drive unit 60z intersect at an angle θ 2 on the reference axis of the rotation drive unit 60z, which passes through point O of the rigid body portion 75c perpendicularly to the plane of the paper. In addition, each rotation drive unit 60y
A line L 3 extending through the center of each radial deflection beam in ,
L 4 is an angle θ 1 on the reference axis of the rotary drive unit 60y
Intersect at Therefore, the device of this embodiment is a device that integrally combines a symmetrical radial beam displacement mechanism that generates rotational displacement around the y-axis and a symmetrical radial beam displacement mechanism that generates rotational displacement around the z-axis. Become.

次に、本実施例の動作を説明する。2つの回転
駆動部60zを駆動すると、第3図に示す実施例
の説明で述べたように、剛体部75cの剛体部7
6a,76bに対するz軸まわりの相対的回転変
位δzが発生する。ここで、剛体部76a,76b
はその厚みが薄くても、それにすぐ隣接する回転
駆動部60yがz軸まわりのトルクに対しては充
分に高い剛性を有するためにz軸まわりのトルク
に対して充分に高い剛性を有する。即ち、z軸ま
わりのトルクについてみると、回転駆動部60z
の一方側(剛体部75cの反対側)は薄い剛体部
76a,76bおよび回転駆動部60yが介在し
ているにもかかわらず、剛体部75a,75bと
剛に連結されていることになる。したがつて、回
転駆動部60zが駆動されると、中央の剛体部7
5cと剛体部75a,75b間にz軸まわりの相
対回転変位δzが与えられることになる。
Next, the operation of this embodiment will be explained. When the two rotary drive units 60z are driven, as described in the explanation of the embodiment shown in FIG.
A relative rotational displacement δz about the z-axis with respect to 6a and 76b occurs. Here, rigid body parts 76a, 76b
Even if the thickness is small, the rotary drive portion 60y immediately adjacent thereto has sufficiently high rigidity against the torque around the z-axis, so it has sufficiently high rigidity against the torque around the z-axis. That is, when looking at the torque around the z-axis, the rotational drive unit 60z
One side (the side opposite to the rigid body part 75c) is rigidly connected to the rigid body parts 75a, 75b despite the presence of the thin rigid body parts 76a, 76b and the rotation drive part 60y. Therefore, when the rotation drive section 60z is driven, the central rigid body section 7
A relative rotational displacement δz around the z-axis is applied between the rigid body portions 5c and the rigid body portions 75a and 75b.

同様に、回転駆動部60yが駆動されると、剛
体部76a,76bに対して充分に高い剛性を有
することから回転駆動部60yと中央の剛体部7
5cとが剛に連結されていることになるので、中
央の剛体部75cと剛体部75a,75b間にy
軸まわりの相対回転変位δyが与えられることに
なる。
Similarly, when the rotary drive section 60y is driven, the rotation drive section 60y and the central rigid body section 7
5c is rigidly connected to the central rigid body part 75c and the rigid body parts 75a and 75b.
The relative rotational displacement δy around the axis will be given.

ところで、第2の実施例の説明からも判るよう
に、回転駆動部においてトルクを発生するために
作用した力の流れは、その極く近傍を通るのみ
で、他の対称形放射たわみ梁変位機構を通らない
形態となつている。したがつて、第4の実施例の
ものと同じく各軸まわりの変化は他へ影響を及ぼ
すことなく独立して発生させることができるとい
う特徴があり、又、微動テーブル上に重いものが
載つていたり、微動時に抵抗力を生じる特殊な場
合においても上記の動作の説明から明らかなよう
に、各対称形放射たわみ梁変位機構は各基準軸が
互いに直交するように配置され、各放射たわみ梁
変位機構の回転駆動部の放射たわみ梁が他軸まわ
りのトルクに対して充分に高い剛性を有している
ことから、各軸まわりの回転変位は互いに他へ影
響を及ぼすことなく独立して発生させることがで
き、又、その精度は極めて高くなる。同様の理由
により、図示しないストレンゲージによる歪の検
出による補正が効果的となる。
By the way, as can be seen from the explanation of the second embodiment, the flow of force that acts to generate torque in the rotary drive section only passes through the vicinity of the rotation drive section, and does not apply to other symmetrical radial deflection beam displacement mechanisms. It is in a form that does not pass through. Therefore, as with the fourth embodiment, there is a feature that changes around each axis can be generated independently without affecting the others, and there is also a feature that a heavy object can be placed on the fine movement table. As is clear from the above explanation of the operation, each symmetrical radial flexure beam displacement mechanism is arranged so that each reference axis is orthogonal to each other, and each radial flexure beam Since the radial deflection beam of the rotational drive part of the displacement mechanism has sufficiently high rigidity against torques about other axes, rotational displacements about each axis occur independently without affecting each other. The accuracy is extremely high. For the same reason, correction by detecting strain using a strain gauge (not shown) is effective.

なお、本実施例の構造に対して、さらにx軸ま
わりの回転変位を与えるもう一組の回転駆動部を
加えれば、3次元の回転変位を与える装置を構成
し得ることは明らかである。
It is clear that by adding another set of rotary drive units that provide rotational displacement around the x-axis to the structure of this embodiment, it is possible to configure a device that provides three-dimensional rotational displacement.

このように、本実施例では、2つの対称形放射
たわみ梁構造を、それらの基準軸が互いに直交す
るよう組合せて構成したので、精度良く2次元の
回転変位を発生せしめることができ、又、互いに
他の軸への干渉がないため装置を容易に構成する
ことができる。ストレンゲージを用いるフイード
バツク制御、回転駆動部の対称形放射たわみ梁変
位機構内部への組込み、および装置の一体構造に
ついてのそれぞれの効果はさきの第4の実施例の
効果と同じである。
In this way, in this embodiment, two symmetrical radial flexure beam structures are combined so that their reference axes are perpendicular to each other, so it is possible to generate two-dimensional rotational displacement with high precision. Since there is no mutual interference with other axes, the device can be configured easily. The effects of the feedback control using a strain gauge, the incorporation of the rotary drive section into the symmetrical radial deflection beam displacement mechanism, and the integral structure of the device are the same as those of the fourth embodiment.

第10図a,bは本発明の第6の実施例に係る
微細位置決め装置の斜視図である。本実施例の装
置は座標軸を図示のように設定したとき、3軸
x,y,zの変位を発生する装置であり、この点
では第8図に示す第4の実施例と同じであるが、
z軸方向の直線駆動部50zの配置構造を異にす
る。第10図aで、80はほぼ十文字状に形成さ
れた十文字状柱体、81は十文字状柱体80を構
成する第1の柱体、82は十文字状柱体80を構
成する第2の柱体であり、第1の柱体81と第2
の柱体82とは互いに直交している。第1の柱体
81はx軸を基準軸とする対称形平行たわみ梁変
位機構を構成するものであり、その2つの直線駆
動部50xが示されている。又、第2の柱体82
はy軸を基準軸とする対称形平行たわみ梁変位機
構を構成するものであり、その2つの直線駆動部
50yが示されている。83a,83b,83
c,83dはそれぞれ第1の柱体81と第2の柱
体82との間に形成された剛体の中間部である。
84は第1の柱体81と第2の柱体82の中心線
の交点を中心として適宜の径でz軸方向にあけら
れた中央貫通孔である。85a,85b,85
c,85dは各中間部外面から中央貫通孔に向け
て各中間部83a,83b,83c,83dを貫
通する側方貫通孔である。各側方貫通孔85a,
85b,85c,85dは互いに直交する方向に
形成されている。このように各側方貫通孔85
a,85d,85c,85dの形成により、各中
間部83,83b,83c,83dには図で上下
に平行たわみ梁が形成される。このような側方貫
通孔内において、z軸方向に平行な形で直線駆動
部50zが設けられる。なお、第8図に示す第4
の実施例と同じように、剛体の柱体81の両端部
どおし、および剛体柱体82の両端部どうしはそ
れぞれ他の剛体構造によつて連結されている。
10a and 10b are perspective views of a fine positioning device according to a sixth embodiment of the present invention. The device of this embodiment is a device that generates displacement in three axes x, y, and z when the coordinate axes are set as shown, and in this respect it is the same as the fourth embodiment shown in FIG. ,
The arrangement structure of the linear drive unit 50z in the z-axis direction is different. In FIG. 10a, 80 is a cross-shaped column formed in a substantially cross shape, 81 is a first column forming the cross-shaped column 80, and 82 is a second column forming the cross-shaped column 80. The first column body 81 and the second column body 81 are
The pillar bodies 82 are orthogonal to each other. The first column 81 constitutes a symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism with the x-axis as the reference axis, and its two linear drive parts 50x are shown. In addition, the second column 82
constitutes a symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism with the y-axis as the reference axis, and its two linear drive sections 50y are shown. 83a, 83b, 83
c and 83d are intermediate portions of rigid bodies formed between the first column 81 and the second column 82, respectively.
Reference numeral 84 denotes a central through hole formed in the z-axis direction with an appropriate diameter centered on the intersection of the center lines of the first column 81 and the second column 82. 85a, 85b, 85
Reference numerals c and 85d designate side through holes that pass through each of the intermediate portions 83a, 83b, 83c, and 83d from the outer surface of each intermediate portion toward the center through hole. Each side through hole 85a,
85b, 85c, and 85d are formed in directions orthogonal to each other. In this way, each side through hole 85
By forming the intermediate portions 83, 83b, 83c, and 83d, vertically parallel flexible beams are formed in the intermediate portions 83, 83b, 83c, and 83d. In such a side through-hole, a linear drive section 50z is provided in parallel to the z-axis direction. In addition, the fourth
As in the embodiment, both ends of the rigid column 81 and both ends of the rigid column 82 are connected by other rigid structures.

次に、本実施例の動作を第10図bを参照しな
がら説明する。直線駆動部50xを駆動すると、
この直線駆動部50xの中央貫通孔84側の剛体
部と、これと反対側の外側剛体部との間にx軸方
向の相対変位が生じる。ここで、各直線駆動部5
0yおよび各直線駆動部50zはx軸方向の力に
は充分に高い剛性を有し、この部分も剛性とみな
すことができる。又、直線駆動部50yを駆動す
ると、この直線駆動部50yの中央貫通孔84側
の剛体部と、これと反対側の外側剛体部との間に
y軸方向の相対変位が生じる。そして、この場合
も、各直線駆動部50xおよび各直線駆動部50
zはy軸方向の力には充分に高い剛性を有するの
で、この部分を剛体とみなすことができる。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIG. 10b. When the linear drive unit 50x is driven,
A relative displacement occurs in the x-axis direction between the rigid portion of the linear drive portion 50x on the side of the central through hole 84 and the outer rigid portion on the opposite side. Here, each linear drive unit 5
0y and each linear drive section 50z have sufficiently high rigidity to withstand the force in the x-axis direction, and this portion can also be regarded as rigid. Furthermore, when the linear drive section 50y is driven, a relative displacement occurs in the y-axis direction between the rigid section of the linear drive section 50y on the central through hole 84 side and the outer rigid section on the opposite side. Also in this case, each linear drive section 50x and each linear drive section 50
Since z has sufficiently high rigidity to withstand the force in the y-axis direction, this portion can be regarded as a rigid body.

又、各直線駆動部50zを駆動すると、第1の
柱体81およびこれと連続する各中間部の剛体部
と、第2の柱体82およびこれと連続する各中間
部の剛体部との間に、第10図bに示すようなz
軸方向の相対変位εzを生じる。なお、第10図b
では理解を容易にするため、第10図aに示す変
形前の形状が、各直線駆動部50zの駆動によ
り、破線で示した部分から実線で示した部分へ、
小矢印で示したように変形した状態で示されてい
る。このように、z軸方向の相対変位εzが生じた
場合でも直線駆動部50x,50yはz軸方向の
力に対して高い剛性を有するので、この部分を剛
体とみなすことができる。
Furthermore, when each linear drive unit 50z is driven, the space between the first column 81 and the rigid body portion of each intermediate portion continuous thereto, and the second column 82 and the rigid body portion of each intermediate portion continuous thereto. z as shown in Figure 10b.
This results in a relative displacement εz in the axial direction. In addition, Figure 10b
Now, for ease of understanding, the shape before deformation shown in FIG.
It is shown in a deformed state as indicated by the small arrow. In this way, even when the relative displacement εz in the z-axis direction occurs, the linear drive parts 50x and 50y have high rigidity against the force in the z-axis direction, so this portion can be regarded as a rigid body.

なお、本実施例において、十文字状柱体80の
中央部分、即ち、直線駆動部50x,50yに連
結された部分は、直線駆動部50zが構成されて
いることからすべての荷重に対して剛であるとは
いえない。しかしながら、上記の説明からも明ら
かなように直線駆動部50x,50yの変位方向
の力に対しては、これを剛体部であるとみなすこ
とができ、所期の変位を発生せしめることができ
る。したがつて、この部分を準剛体構造というこ
とができる。
In this embodiment, the central portion of the cross-shaped columnar body 80, that is, the portion connected to the linear drive sections 50x and 50y, is rigid against all loads because the linear drive section 50z is configured. I can't say that there is. However, as is clear from the above description, with respect to the force in the direction of displacement of the linear drive parts 50x, 50y, these can be considered to be rigid parts, and the desired displacement can be generated. Therefore, this part can be called a semi-rigid structure.

ここで、本実施例と第8図に示す第4の実施例
とを比較してみる。第4の実施例のものは、y軸
方向に延びる第1の柱体73に2組の直線駆動部
50x,50zが組込まれている。これを、でき
るだけ駆動部材を密な状態で積層するという観点
から考えると、第1の柱体73に比較して第2の
柱体74には1組の直線駆動部50yが組込まれ
ているのみであり、スペースに無駄が生じている
ことになる。又、z軸に関する軸対称性の観点か
ら考えると、第1の柱体73と第2の柱体74と
では(x軸方向とy軸方向とでは)剛体が異な
り、各部の微小変形に対して極めて僅かながら好
ましくない影響を生じる。これに対して、本実施
例のものは、スペースが有効に利用され、かつ、
z軸に関し完全に軸対称性を有し、前記悪影響は
除かれて精度の向上に寄与している。
Here, a comparison will be made between this embodiment and the fourth embodiment shown in FIG. In the fourth embodiment, two sets of linear drive units 50x and 50z are incorporated into a first column 73 extending in the y-axis direction. Considering this from the viewpoint of stacking the drive members as densely as possible, the second column 74 has only one set of linear drive parts 50y built in compared to the first column 73. Therefore, space is wasted. Furthermore, considering from the viewpoint of axial symmetry with respect to the z-axis, the first column 73 and the second column 74 have different rigid bodies (in the x-axis direction and the y-axis direction), and the rigid bodies are different from each other in the x-axis direction and the y-axis direction, and the This results in very slight but undesirable effects. In contrast, in this example, the space is used effectively and
It has complete axis symmetry with respect to the z-axis, which eliminates the above-mentioned adverse effects and contributes to improved accuracy.

次に、第10図aにおけるz軸方向の直線駆動
部50zを構成する平行たわみ梁変位機構の配置
関係および効果について考えてみる。図から明ら
かなように、4個所ある平行たわみ梁変位機構は
x−z平面およびy−z平面のそれぞれに関して
面対称な関係にある。このため、直線駆動部50
z内の圧電アクチユエータによつて力を受けてそ
のたわみ梁が曲げ変形を生じたときに、単体の平
行たわみ梁変位機構であつた場合に生じたであろ
う副次的変位は、この4組の平行たわみ梁変位機
構の間で互いに完全にキヤンセルされる。このた
め、第1の実施例で述べたと同様の効果を有す
る。なお、この対称形平行たわみ梁変位機構の基
準軸は図のz軸となる。
Next, let us consider the arrangement and effects of the parallel deflection beam displacement mechanism that constitutes the linear drive section 50z in the z-axis direction in FIG. 10a. As is clear from the figure, the four parallel deflection beam displacement mechanisms are symmetrical with respect to each of the xz plane and the yz plane. For this reason, the linear drive section 50
When the flexible beam undergoes bending deformation due to the force exerted by the piezoelectric actuator in z, the secondary displacements that would have occurred in the case of a single parallel flexible beam displacement mechanism are as follows: The parallel flexure beam displacement mechanism completely cancels each other. Therefore, it has the same effect as described in the first embodiment. The reference axis of this symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism is the z-axis in the figure.

このように、本実施例では、3つの対称形平行
たわみ梁変位機構を、それらの基準軸が互いに直
交するようにほぼ十文字状柱体に構成配置し、し
かも各平行たわみ梁変位機構を面対称性を有する
構成としたので、第4の実施例のものと同じ効果
を奏するばかりでなく、さらに精度の良い微細位
置決めを期待することができるとともに、スペー
スの無駄をなくすことができ、全体をより小型に
構成することができる。
As described above, in this embodiment, three symmetrical parallel flexible beam displacement mechanisms are arranged in a substantially cross-shaped column so that their reference axes are perpendicular to each other, and each parallel flexible beam displacement mechanism is arranged in a plane-symmetrical manner. Since the structure has the same characteristics as the fourth embodiment, not only can it achieve the same effect as that of the fourth embodiment, but it can also be expected to achieve fine positioning with even higher precision. It can be configured to be small.

第11図乃至第14図は本発明の第7の実施例
に係る微細位置決め装置を示す図であり、第11
図は斜視図、第12図は一部断面平面図、第13
図は第12図に示す線−に沿う一部断面
側面図、第14図は第12図に示す線−
に沿う一部断面側面図である。本実施例の装置
は、座標軸を図のように設定したとき3軸x,
y,zに関する変位および回転変位を発生する装
置であり、第8図、第9図a,b、第10図aに
示す構造を適宜組合せた構造となつている。各図
で、90はほぼ十文字状に形成された剛体の十文
字状柱体、91は十文字状柱体90に連結された
剛体部、72は十文字状柱体90に連結された剛
体部であり、これらは1つの剛体ブロツクから一
体に形成されている。
11 to 14 are diagrams showing a fine positioning device according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a perspective view, Figure 12 is a partially sectional plan view, and Figure 13 is a partially sectional plan view.
The figure is a partially sectional side view taken along the line - shown in Fig. 12, and Fig. 14 is a side view taken along the line - shown in Fig. 12.
FIG. The device of this embodiment has three axes x, when the coordinate axes are set as shown in the figure.
This is a device that generates displacement and rotational displacement in y and z, and has a structure in which the structures shown in FIGS. 8, 9a and 9b, and 10a are appropriately combined. In each figure, 90 is a rigid cross-shaped column formed in a substantially cross shape, 91 is a rigid body part connected to the cross-shaped column 90, 72 is a rigid body part connected to the cross-shaped column 90, These are integrally formed from one rigid block.

93は十文字状柱体90を構成し、y軸方向に
延びる第1の柱体、74は十文字状柱体90を構
成しx軸方向に延びる第2の柱体である。これら
はz軸方向の力以外には剛なる準剛体構造90c
を共有している。第1の柱体93は剛体部93
a1,93a2,93a3,93b1,93b2,93b3
準剛体構造90c、直線駆動部50x、および回
転駆動部60x,60zより成り、1つの対称形
平行たわみ梁変位機構および2つの対称形放射た
わみ梁変位機構を含む。第2の柱体94は剛体部
94a1,94a2,94b1,94b2、準剛体構造9
0c、直線駆動部50yおよび回転駆動部60y
より成り、1つの対称形平行たわみ梁変位機構お
よび1つの対称形放射たわみ梁変位機構を含む。
剛体部91は第1の柱体93の両端の剛体部93
a1,93b1に一体に連結され(第2の柱体94と
は切離されている)、剛体部92は第2の柱体9
4の両端の剛体部94a1,94b1に一体に連結さ
れている(第1の柱体93とは切離されている)。
Reference numeral 93 denotes a first column that constitutes the cross-shaped column 90 and extends in the y-axis direction, and 74 denotes a second column that constitutes the cross-shaped column 90 and extends in the x-axis direction. These are quasi-rigid structures 90c that are rigid except for forces in the z-axis direction.
are shared. The first column body 93 is a rigid body part 93
a 1 , 93a 2 , 93a 3 , 93b 1 , 93b 2 , 93b 3 ,
It consists of a semi-rigid structure 90c, a linear drive section 50x, and a rotational drive section 60x, 60z, including one symmetric parallel flexure beam displacement mechanism and two symmetric radial flexure beam displacement mechanisms. The second columnar body 94 includes rigid parts 94a 1 , 94a 2 , 94b 1 , 94b 2 and a semi-rigid structure 9
0c, linear drive section 50y and rotation drive section 60y
and includes one symmetric parallel flexure beam displacement mechanism and one symmetric radial flexure beam displacement mechanism.
The rigid body portions 91 are the rigid body portions 93 at both ends of the first column body 93.
a 1 , 93b 1 (separated from the second column 94), the rigid portion 92 is connected to the second column 9
4 (separated from the first column 93 ).

ここで、第1の柱体93と第2の柱体94にお
ける直線駆動部および回転駆動部の配置を説明す
る。第1の柱体93において、対称形平行たわみ
梁変位機構を構成する直線駆動部50xは、一方
が剛体部93a1,93a2間に、他方が剛体部93
b1,93b2間に形成され、対称形放射たわみ梁構
造を構成する回転駆動部60xは、一方が剛体部
93a2,93a3間に、他方が剛体部93b2,93
b3間に形成され、対称形放射たわみ梁変位機構を
構成する回転駆動部60zは、一方が剛体部93
a3,93c間に、他方が剛体部93b3、準剛体構
造90c間に形成されている。又、第2の柱体9
4において、対称形平行たわみ梁変位機構を構成
する直線駆動部50yは、一方が剛体部94a1
94a2間に、他方が剛体部94b1,94b2間に形
成され、対称形放射たわみ梁変位機構を構成する
回転駆動部60yは、一方が剛体部94a2,90
c間に、他方が剛体部94b2、準剛体構造94c
間に形成されている。
Here, the arrangement of the linear drive section and the rotation drive section in the first column body 93 and the second column body 94 will be explained. In the first column 93, the linear drive section 50x constituting the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism has one side between the rigid body parts 93a 1 and 93a 2 and the other side between the rigid body parts 93a 1 and 93a 2 .
b 1 , 93b 2 and constitutes a symmetrical radial deflection beam structure, one side is between the rigid body parts 93a 2 , 93a 3 and the other side is between the rigid body parts 93b 2 , 93
b 3 and which constitutes a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism, one side is connected to the rigid body part 93.
a 3 and 93c, the other is formed between the rigid body part 93b 3 and the semi-rigid body structure 90c. Also, the second column 9
4, the linear drive section 50y constituting the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism has one side rigid body section 94a 1 ,
94a 2 and the other between rigid body parts 94b 1 and 94b 2 , and constitutes a symmetrical radial deflection beam displacement mechanism.
between c, the other is the rigid body part 94b 2 and the semi-rigid body structure 94c
is formed between.

次に、準剛体構造90cの構成について説明す
る。95は第1の柱体93と第2の柱体94との
間に存在する4つの中間部分である。96は準剛
体構造90cの中心にz軸方向にあけられた適宜
径の中央貫通孔である。97(第12図)は各中
間部分95を通つて外部から中央貫通孔96にあ
けられた側方貫通孔であり、各側方貫通孔97は
z軸に向けて形成される。これら各側方貫通孔9
7内に直線駆動部50zが設けられている。
Next, the configuration of the semi-rigid structure 90c will be explained. Reference numeral 95 indicates four intermediate portions existing between the first column 93 and the second column 94. Reference numeral 96 denotes a central through hole of an appropriate diameter that is opened in the z-axis direction at the center of the semi-rigid structure 90c. Reference numeral 97 (FIG. 12) denotes a side through-hole formed from the outside into the central through-hole 96 through each intermediate portion 95, and each side through-hole 97 is formed toward the z-axis. These side through holes 9
A linear drive unit 50z is provided within the unit 7.

上記の構成において、直線駆動部50x,50
y,50zのそれぞれ構成される各対称形平行た
わみ梁変位機構の基準軸はそれぞれ直交するx
軸、y軸、z軸と一致し、又、回転駆動部60
x,60y,60zのそれぞれで構成される各対
称形放射たわみ梁変位機構の基準軸もそれぞれ直
交する上記x軸、y軸、z軸と一致する。
In the above configuration, the linear drive units 50x, 50
The reference axes of each symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism configured with y and 50z are orthogonal to x.
axis, y-axis, and z-axis, and the rotational drive unit 60
The reference axes of each symmetrical radial deflection beam displacement mechanism constituted by x, 60y, and 60z also coincide with the x-axis, y-axis, and z-axis, which are perpendicular to each other.

なお、Pはx軸、y軸、z軸の交点、θ1は回転
駆動部60x,60yの放射たわみ梁の放射角
度、θ2は回転駆動部60zの放射たわみ梁の放射
角度を示す。
Note that P represents the intersection of the x-axis, y-axis, and z-axis, θ 1 represents the radiation angle of the radial bending beams of the rotary drive units 60x and 60y, and θ 2 represents the radiation angle of the radial bending beam of the rotation drive unit 60z.

次に、本実施例の動作を説明するが、その動作
は、第8図、第9図a,b、第10図aに示す実
施例の動作に準じるので、1例として第1の柱体
93における回転駆動部60xが駆動された場合
の動作の説明に止める。回転駆動部60xが駆動
されると、剛体部93a2,93b2と剛体部93
a3,93b3との間にx軸まわりの相対回転変位が
発生する。ところが、直線駆動部50xはx軸ま
わりのトルクに対しては充分に高い剛性を有する
ので、この場合、上記剛体部93a2,93b2は直
線駆動部50x、剛体部93a1,93b1を介して
剛体部91に剛に連結されていることになる。一
方、回転駆動部60z、準剛体構造90c、第2
の柱体94に設けられた回転駆動部60yおよび
直線駆動部50yもx軸まわりのトルクに対して
は充分に高い剛性を有するので、この場合、上記
剛体部93a3,93b3は、回転駆動部60z、準
剛体構造90c、回転駆動部60y、剛体部94
a1,94b2、直線駆動部50y、剛体部94b1
介して剛体部92に剛に連結されていることにな
る。結局、回転駆動部60xが駆動されると、剛
体部91と剛体部92との間にx軸まわりの相対
回転変位δxが与えられる。
Next, the operation of this embodiment will be explained. Since the operation is based on the operation of the embodiment shown in FIG. 8, FIG. 9 a, b, and FIG. The explanation will be limited to the operation when the rotation drive unit 60x at 93 is driven. When the rotation drive unit 60x is driven, the rigid body parts 93a 2 and 93b 2 and the rigid body part 93
A relative rotational displacement around the x-axis occurs between a 3 and 93b 3 . However, since the linear drive section 50x has sufficiently high rigidity against torque around the x-axis, in this case, the rigid sections 93a 2 and 93b 2 are connected to each other through the linear drive section 50x and the rigid sections 93a 1 and 93b 1 Thus, it is rigidly connected to the rigid body part 91. On the other hand, the rotation drive unit 60z, the semi-rigid structure 90c, the second
Since the rotational drive section 60y and the linear drive section 50y provided on the columnar body 94 also have sufficiently high rigidity against the torque around the x-axis, in this case, the rigid body sections 93a 3 and 93b 3 are section 60z, semi-rigid structure 90c, rotational drive section 60y, rigid section 94
It is rigidly connected to the rigid body part 92 via a 1 , 94b 2 , the linear drive part 50y, and the rigid body part 94b 1 . After all, when the rotational drive section 60x is driven, a relative rotational displacement δx about the x-axis is applied between the rigid body section 91 and the rigid body section 92.

他の直線駆動部および回転駆動部が駆動された
場合の動作もこれに準じるのであるから、本実施
例では各軸方向の変位および各軸まわりの回転変
位を独立して発生させることができる。そして、
例えば、剛体部92を第18図に示す支持台又は
粗動テーブル等に固定し、剛体部91に微動テー
ブルを固定すると、3次元の変位、回転変位を発
生する高精度の微細位置決め機構が構成されるこ
とになる。
Since the operations when the other linear drive units and rotary drive units are driven are similar to this, in this embodiment, displacement in each axial direction and rotational displacement around each axis can be generated independently. and,
For example, if the rigid body part 92 is fixed to a support stand or a coarse movement table shown in FIG. 18, and a fine movement table is fixed to the rigid body part 91, a highly accurate fine positioning mechanism that generates three-dimensional displacement and rotational displacement is constructed. will be done.

ところで、本実施例のように、2軸以上の回転
変位機構が組み込まれている場合には、各回転変
位機構の回転中心Pが微細位置決め装置全体の中
心部となる。この場合、微動テーブル面上のある
定められた基準点がその回転中心に一致するよう
に設計すればよい。しかしながら、そのためには
微動テーブルの大きさ、配置等に大きな制約が生
じ、実用上問題となる場合が発生することも考え
得る。上記実施例の説明では微動テーブルを剛体
部91に固定する例について説明したが最も簡単
な構成は剛体部91を微動テーブルそのものとす
る方法である。しかし、このようにすると幾何学
的な関係から変位干渉を生ずる。これを図により
説明する。
By the way, when a rotational displacement mechanism with two or more axes is incorporated as in this embodiment, the rotation center P of each rotational displacement mechanism becomes the center of the entire fine positioning device. In this case, the fine movement table may be designed so that a certain reference point on the surface thereof coincides with its center of rotation. However, this imposes large restrictions on the size, arrangement, etc. of the fine movement table, and it is conceivable that practical problems may arise. In the above embodiment, an example in which the fine movement table is fixed to the rigid body part 91 has been described, but the simplest configuration is a method in which the rigid body part 91 is the fine movement table itself. However, if this is done, displacement interference will occur due to the geometrical relationship. This will be explained using a diagram.

第15図は第13図を簡略化して描いた側面図
である。図では説明に必要な部分のみ第13図に
示すものと同一符号が付してある。今、剛体部9
2を固定し、回転駆動部60yを駆動すると、点
Pを中心に回転変位δyが発生する。なお、理解
を容易にするため、回転変位δyは著るしく拡大
して描かれており、かつ、剛体部91自体を微動
テーブルとし、その表面上の点Qを基準点として
ある。上記回転変位δyに対して、点Qは下記の
ようなx軸、z軸方向の変位εxy,εzyを生じる。
FIG. 15 is a simplified side view of FIG. 13. In the figure, only the parts necessary for explanation are given the same reference numerals as those shown in FIG. 13. Now, rigid body part 9
2 is fixed and the rotational drive unit 60y is driven, a rotational displacement δy is generated around the point P. In order to facilitate understanding, the rotational displacement δy is drawn significantly enlarged, and the rigid body part 91 itself is used as a fine movement table, and the point Q on the surface thereof is used as a reference point. With respect to the rotational displacement δy, point Q produces the following displacements εxy, εzy in the x-axis and z-axis directions.

εxy=Zosinδy εzy=−Zo(1−cosδy) なお、Zoは点Pと点Qとの間のz軸方向の距
離である。同じく、x軸まわりの回転変位に対し
ても下記のようなy軸、z軸方向の変位εyx,
εzxを生じる。
εxy=Zosinδy εzy=−Zo(1−cosδy) Note that Zo is the distance between the point P and the point Q in the z-axis direction. Similarly, for the rotational displacement around the x-axis, the following displacements in the y-axis and z-axis directions εyx,
produces εzx.

εyx=−Zosinδx εzx=−Zo(1−cosδx) これらの変位は、距離Zoに起因する純粋に幾何
学的関係により生じるものであり、さきに述べた
副次的変位とはその性格を全く異にするものであ
る。そして、距離Zoの正確な値は既知であるか
ら、所望の微動テーブル変位εxo,εyo,εzo,
δxo,δyo,δzoに対して、 εxo′=εxo+εxy=εxo+Zosinδyo εyo′=εyo+εyx=εyo−Zosinδxo εzo′=εzo+εzx+εzy=εzo−Zo(2−cosδxo

cosδyo) δxo′=δxo δyo′=δyo δzo′=δzo なる変位εxo′,δyo′,εzo′,δxo′,δyo′,δ
zo′に
相当する入力を各変位機構に入力してやれば、変
位干渉を簡単に除くことができ、高精度を全く損
なうことなく微細位置決めが可能である。なお、
上記の事項は第5の実施例についても同じであ
る。
εyx=−Zosinδx εzx=−Zo(1−cosδx) These displacements are caused by purely geometric relationships caused by the distance Zo, and their characteristics are completely different from the secondary displacements mentioned earlier. It is meant to be. Since the exact value of the distance Zo is known, the desired fine movement table displacements εxo, εyo, εzo,
For δxo, δyo, δzo, εxo′=εxo+εxy=εxo+Zosinδyo εyo′=εyo+εyx=εyo−Zosinδxo εzo′=εzo+εzx+εzy =εzo−Zo (2−cosδxo
=
cosδyo) δxo′=δxo δyo′=δyo δzo′=δzo Displacement εxo′, δyo′, εzo′, δxo′, δyo′, δ
By inputting an input corresponding to zo' to each displacement mechanism, displacement interference can be easily eliminated, and fine positioning can be performed without compromising high precision at all. In addition,
The above matters also apply to the fifth embodiment.

このように、本実施例では、直交する3つの軸
のそれぞれについてこれらの各軸を基準軸とする
対称形平行たわみ梁変位機構および対称形放射た
わみ梁変位機構を十文字状柱体に構成配置したの
で、3次元の変位および回転変位について精度の
良い位置決めを行なうことができ、又、その装置
を容易に構成することができる。そして、ストレ
ンゲージを用いるフイードバツク制御についての
効果、直線駆動部および回転駆動部の内部組み込
みについての効果、および装置の一体構造につい
ての効果は、さきの第4の実施例の効果と同じで
ある。
As described above, in this embodiment, a symmetrical parallel flexural beam displacement mechanism and a symmetrical radial flexural beam displacement mechanism, each of which uses each of the three orthogonal axes as a reference axis, are configured and arranged in a cross-shaped column. Therefore, highly accurate positioning can be performed in terms of three-dimensional displacement and rotational displacement, and the apparatus can be easily configured. The effects regarding feedback control using a strain gauge, the effects regarding internal integration of the linear drive section and the rotary drive section, and the effects regarding the integrated structure of the device are the same as those of the fourth embodiment.

第16図a,bは本発明の第8の実施例に係る
微細位置決め装置の一部側面図である。以上の各
実施例では主として積層形圧電アクチユエータを
用いた場合の実施例を示したが、これとは異なつ
た特殊な例を図で説明する。今迄述べてきた積層
形圧電アクチユエータとは、電圧をかける厚み方
向に伸縮する圧電素子を、さらにその厚み方向に
積層したものであり、その特徴は大きな力を発生
できるが変位は小さい欠点を有することである。
ところが発生する力は小さくても大きな変位が得
られるバイモルフ素子をアクチユエータとして用
いることによつても今迄述べた来た全ての特徴が
発揮できる他に、出せる力は小さくなるが、大き
な変位および回転変位が出せるもう1つの特徴が
加わる。バイモルフ素子とは、電圧をかけると平
板の伸縮方向に変形する圧電素子を一方が伸びる
とき他方が縮む形にはり合わせた形の圧電アクチ
ユエータである。このためバイモルフ素子は電圧
に応じて屈曲し、その一端を固定すると他端が大
きく変位する形のアクチユエータとして使われ
る。
16a and 16b are partial side views of a fine positioning device according to an eighth embodiment of the present invention. In each of the above embodiments, the embodiments mainly use a laminated piezoelectric actuator, but a special example different from this will be explained with the drawings. The laminated piezoelectric actuator that has been described so far is one in which piezoelectric elements that expand and contract in the thickness direction to which a voltage is applied are further laminated in the thickness direction.Its characteristic is that it can generate a large force, but the disadvantage is that the displacement is small. That's true.
However, by using a bimorph element as an actuator, which can obtain a large displacement even though the generated force is small, all the features mentioned so far can be exhibited. Another feature is added that allows for displacement. A bimorph element is a piezoelectric actuator in which piezoelectric elements that deform in the expansion and contraction direction of a flat plate when a voltage is applied are fitted together so that when one expands, the other contracts. For this reason, bimorph elements are used as actuators that bend in response to voltage, and when one end is fixed, the other end is largely displaced.

第16図aは剛体部101と102とを連携す
るたわみ梁103を示す。これは今迄の全ての実
施例中に用いられているたわみ梁全てを代表して
示したものである。このたわみ梁103の厚みを
うすく、長さを長くして剛性を下げ、その上下に
伸縮方向の相異なる圧電素子をはりつけたもので
ある。圧電素子104,104′はある印加電圧
方向に対して伸び、圧電素子105,105′は
そのとき縮むようになつている。もちろん、印加
電圧の方向が逆になればその伸縮方向も逆にな
る。図中の伸び側の圧電素子104,104′と
縮み側の圧電素子105,105′のそれぞれ接
する部分はたわみ梁103のほぼ中央部となつて
いる。このように構成されたバイモルフ構造10
6は第16図aのような伸縮状態になるように電
圧を印加されると、たわみ梁の図中左半分は上に
凸に屈曲し、右半分は下に凸に屈曲し、ちょうど
第2図、第4図に示した各たわみ梁部の変形モー
ドとなる。このため剛体部101と102の間に
は、たわみ梁103に曲げ変形が生じる相対変位
を生じる。すなわちこのような形のバイモルフ構
造106をたわみ梁部に構成することによつても
アクチユエータが構成できる。
FIG. 16a shows a flexible beam 103 linking rigid parts 101 and 102. FIG. This figure is representative of all the flexible beams used in all the embodiments up to now. The thickness of the flexible beam 103 is made thinner and the length is increased to lower the rigidity, and piezoelectric elements having different expansion and contraction directions are attached above and below it. The piezoelectric elements 104, 104' extend in the direction of a certain applied voltage, and the piezoelectric elements 105, 105' contract at that time. Of course, if the direction of the applied voltage is reversed, the direction of expansion and contraction will also be reversed. In the figure, the contact portions of the piezoelectric elements 104, 104' on the extension side and the piezoelectric elements 105, 105' on the contraction side, respectively, are approximately at the center of the flexible beam 103. Bimorph structure 10 constructed in this way
When a voltage is applied to the flexible beam 6 so as to make it expand and contract as shown in Fig. 16a, the left half of the flexible beam in the figure bends convexly upward, the right half bends convexly downward, and just as the second The deformation mode of each flexible beam portion is as shown in FIGS. Therefore, a relative displacement occurs between the rigid body parts 101 and 102 that causes bending deformation of the flexible beam 103. That is, the actuator can also be constructed by configuring the bimorph structure 106 of this type in a flexible beam portion.

このとき平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造
を構成する全てのたわみ梁に同じ形のバイモルフ
構造106を設けることが理想であるが、その一
部だけ、特にたわみ梁1枚だけでもよい。その理
由は平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造自体が
そのたわみ梁を曲げる方向の力、トルクが作用す
ると、それぞれ並進変位、回転変位のみしか生じ
ない特性を持つているからである。一部のたわみ
梁のみにバイモルフ構造106を設ける場合に注
意すべきことは、各たわみ梁部の曲げ方向および
伸縮方向の剛性が等しくなるようにすることであ
る。これは各たわみ梁構造の基本特性が保たれる
ための必須条件であるからである。
At this time, it is ideal that all the flexible beams constituting the parallel flexible beam structure and the radial flexible beam structure are provided with the bimorph structure 106 of the same shape, but it is also possible to provide only a portion of the bimorph structure 106, in particular, only one flexible beam. The reason for this is that the parallel flexural beam structure and radial flexural beam structure themselves have the characteristic that when force or torque in the direction of bending the flexural beam is applied, only translational displacement and rotational displacement occur, respectively. When providing the bimorph structure 106 only on some of the flexible beams, care must be taken to ensure that the rigidity of each flexible beam in the bending direction and the expansion/contraction direction is equal. This is because this is an essential condition for maintaining the basic characteristics of each flexible beam structure.

第16図aのバイモルフ構造はその原理から考
えて、圧電素子104,105のみ(又は圧電素
子104′,105′のみ)の形でもよい。この形
の素子は通常ユニモルフ素子と呼ばれている。
Considering its principle, the bimorph structure shown in FIG. 16a may have only piezoelectric elements 104 and 105 (or only piezoelectric elements 104' and 105'). This type of element is usually called a unimorph element.

第16図aと同じ原理で、より実際に構成する
のに容易な方法は同図bの方法である。図aと異
なる点は薄い板状部材107の上下面に図aと同
じ関係に圧電素子104,104′,105,1
05′をはりつけたバイモルフ素子108をボル
ト109等の締結部材で両側の剛体部101,1
02にそれぞれ剛接したものである。この方がバ
イモルフ素子108を製作しやすく交換も容易な
ので實用性が高い。それ以外は第16図aの特徴
はそのままあてはまる。
The method shown in FIG. 16b is based on the same principle as in FIG. 16a, but is easier to implement in practice. The difference from Figure A is that piezoelectric elements 104, 104', 105, 1 are placed on the upper and lower surfaces of the thin plate member 107 in the same relationship as in Figure A.
05' is attached to the rigid body parts 101, 1 on both sides using fastening members such as bolts 109.
02, respectively. This method is more practical because the bimorph element 108 is easier to manufacture and easier to replace. Other than that, the characteristics of FIG. 16a apply as they are.

以上、本発明のいくつかの実施例を説明した。
そして、これらの実施例はすべて微細位置決め装
置についてのものであり、又、本発明の名称とも
一致する。しかしながら、本発明でいう微細位置
決め装置は、微細な変位、微細な回転変位を発生
させる装置の意味であり、実施例の説明で微細位
置決め装置を例示したのは本発明の使用分野の典
型例が位置決め装置であることを考慮したもので
あり、本発明の内容を最も簡明かつ直載に表現す
るものであると考えられるからである。したがつ
て、本発明の適用は位置決め装置に限定されるも
のではない。即ち、位置決め装置以外にもある試
料体を所望の微小変位だけ変形させて接触面の変
位状況や試料体の物性変化を調べる装置や、単結
晶の各結晶方向に精密な荷重を作用させるような
微細変位範囲内での荷重装置等がある。
Several embodiments of the present invention have been described above.
All of these embodiments relate to fine positioning devices, and are also consistent with the name of the present invention. However, the term "fine positioning device" as used in the present invention means a device that generates minute displacements and minute rotational displacements, and the fine positioning device exemplified in the description of the embodiments is a typical example of the field of use of the present invention. This is because it takes into consideration that it is a positioning device, and is considered to express the content of the present invention most simply and directly. Therefore, the application of the present invention is not limited to positioning devices. In other words, in addition to the positioning device, there are also devices that deform the sample by a desired minute displacement to examine the displacement of the contact surface and changes in the physical properties of the sample, and devices that apply precise loads to each crystal direction of a single crystal. There are loading devices within the fine displacement range.

ところで、通常、微細位置決め装置では、微動
位置決め部にはシリコンウエハー、光フアイバ、
顕微鏡の試料等の軽量かつ移動に際して抵抗力の
発生しないものが置かれ、もしくは取付けられる
ことが多い。この場合、装置の各剛体部および中
間に介在する他の駆動部は、「基準面に垂直な方
向の力に対して剛」、「基準軸に垂直な放射状に作
用する力に対して剛」であればよい。一方、それ
以外の上記装置では、微小変位に伴つて抵抗力が
生じるので、各剛体部および中間に介在する他の
各駆動部は、さらに加えて所定変位方向に対する
力もしくはトルクに対して剛である必要がある。
本発明の各実施例では前述のように全てこの第2
の条件をも満足している。したがつて、荷重装置
としての使用にも耐えられる構成になつている。
By the way, in a fine positioning device, the fine positioning section usually uses a silicon wafer, optical fiber, or
Light weight items such as microscope samples that do not generate resistance when moved are often placed or attached. In this case, each rigid body part of the device and other driving parts interposed in between are "rigid against forces perpendicular to the reference plane" and "rigid against forces acting radially perpendicular to the reference axis". That's fine. On the other hand, in other above-mentioned devices, a resistance force is generated with minute displacement, so each rigid body part and each other intermediate drive part are not rigid against force or torque in a predetermined displacement direction. There needs to be.
In each of the embodiments of the present invention, as described above, all
It also satisfies the following conditions. Therefore, the structure is such that it can withstand use as a loading device.

なお、より一般的な条件としては、本発明にお
いて剛体部とは、さきに述べたように対称係平行
たわみ梁変位機構については「少なくとも基準面
に垂直な方向の力に対して剛」であり、対称形放
射たわみ梁変位機構については「少なくとも基準
軸に垂直な放射状に作用する力に対して剛」であ
る部分もしくは部材であることが明らかである。
In addition, as a more general condition, in the present invention, the rigid body section is ``rigid at least against the force in the direction perpendicular to the reference plane'' for the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism, as mentioned earlier. It is clear that the symmetrical radial deflection beam displacement mechanism is a part or member that is "rigid at least against forces acting radially perpendicular to the reference axis."

剛体部を上記のように考えると、上記各実施例
の説明では、単体の平行たわみ梁変位機構(直線
駆動部)を剛体部で対称に連結し、又、単体の放
射たわみ梁変位機構(回転駆動部)を剛体部で対
称に連結した構成であるという見方に沿つて説明
してきたが、これとは見方を変えて、ある面に関
して面対称に配置された複数組の平行たわみ梁ど
うし、又はある軸に関して軸対称に配置された複
数組の放射たわみ梁どうしを、これらたわみ梁に
関して少なくとも上記方向の力に剛な構造体で対
称に連結したうえ、さらに上記たわみ梁の端部を
同様の性質の構造体で連結した構成であるとみる
こともできる。
Considering the rigid body part as described above, in the explanation of each of the above embodiments, a single parallel flexure beam displacement mechanism (linear drive unit) is symmetrically connected by the rigid body part, and a single radial flexure beam displacement mechanism (rotation The explanation has been given based on the view that the drive unit (driving unit) is connected symmetrically by a rigid body part, but from a different perspective, it is a configuration in which multiple sets of parallel flexible beams are arranged symmetrically with respect to a certain plane, or A plurality of sets of radial flexible beams arranged axially symmetrically with respect to a certain axis are symmetrically connected to each other by a structure that is rigid against forces in at least the above directions with respect to these flexible beams, and furthermore, the ends of the flexible beams are connected to each other symmetrically by a structure that is rigid against forces in at least the above directions. It can also be seen as a configuration in which the structures are connected.

さらに、基準軸について述べると、第4の実施
例以降の積層形状の実施例では、基準軸が直交し
ている例について説明したが、必ずしも基準軸が
直交しなくてもよいのは当然である。そして、第
6の実施例および第7の実施例からも判るよう
に、基準軸が剛体部上にあるとは限らない。
Furthermore, regarding the reference axes, in the laminated shape embodiments after the fourth embodiment, examples in which the reference axes are orthogonal have been described, but it is natural that the reference axes do not necessarily need to be orthogonal. . As can be seen from the sixth and seventh embodiments, the reference axis is not necessarily located on the rigid body section.

また、上記各実施例の説明では、平行たわみ梁
や放射たわみ梁として2枚1組になつた構成を例
示して説明したが、これらは2枚に限定されるこ
とはなく、3枚以上の複数枚を1組とする構成で
あつてもよいのは明らかである。さらに、平行た
わみ梁や放射たわみ梁として同一厚みの平板状の
ものを例示して説明したが、必ずしも均一厚みの
ものに限定されることなく、平行たわみ梁や放射
たわみ梁を形成するために剛体ブロツクに貫通す
る貫通孔の形状を加工等の観点から種々選定する
ことができ、これに応じて不均一厚みのものとす
ることもできる。
In addition, in the explanation of each of the above embodiments, a configuration in which a set of two parallel flexible beams or a radial flexible beam is used is illustrated and explained, but these are not limited to two, and three or more beams are used. It is obvious that a configuration in which a plurality of sheets are combined into one set is also acceptable. Furthermore, although the parallel deflection beams and radial deflection beams have been explained by exemplifying flat plate-like beams with the same thickness, they are not necessarily limited to those with uniform thickness. The shape of the through-hole that penetrates the block can be selected from various shapes from the viewpoint of processing, etc., and the through-hole can have a non-uniform thickness accordingly.

さらに又、上記実施例の説明では、アクチユエ
ータとして圧電アクチユエータを例示して説明し
たが、圧電アクチユエータに限ることはなく、ソ
レノイドその他適宜のものを用いることができ
る。又、アクチユエータは、第3の実施例を除き
両側に設置される例について説明したが、必ずし
も両側に設ける必要はなく、いずれか一方のみで
もよい。その理由を第1図に示す対称形平行たわ
み梁変位機構を例にとり、圧電アクチユエータ1
9aのみ存在し、圧電アクチユエータ19bがな
い場合について簡単に説明する。圧電アクチユエ
ータ19aを駆動すると、力fが作用するととも
に、基準面Kの中心と圧電アクチユエータ19a
との間の距離1に応じてモーメントf1が作用す
る。上記力fの作用については各実施例において
説明した。一方、モーメントf1は平行たわみ梁
16a,16b′を伸ばし、平行たわみ梁16a′,
16bを縮めるように作用する、しかし、このよ
うな変形に対して平行たわみ梁変位機構は高い剛
性を有する。したがつて、圧電アクチユエータ1
9bがない対称形平行たわみ梁変位機構であつて
も、力fのみが作用した状態となり、第2図に示
すような変形を生じるのである。さらに又、アク
チユエータの設置箇所として、2つの剛体部とこ
れらの間を連結する平行たわみ梁や放射たわみ梁
とで囲まれる領域を例示したが、前述のようなバ
イモルフ素子をたわみ梁上に設けることもよい
し、さらに一方の剛体部に凹部を設け、二の凹部
内に他方の剛体部から突出する突出部を挿入し、
この挿入した突出部と前記一方の剛体部との間に
アクチユエータを設置することもでき、さらに
は、第17図に示すように、対称形平行たわみ梁
変位機構又は放射たわみ梁変位機構の外部にアク
チユエータ19を設けても、所定の方向の変位も
しくは回転変位のみを発生するという特徴は保た
れるものであり、要は両剛体部間に相対的に力や
トルクを発生させることができればよい。
Furthermore, in the description of the above embodiments, a piezoelectric actuator was used as an example of the actuator, but the actuator is not limited to the piezoelectric actuator, and a solenoid or other suitable actuator may be used. Moreover, although the example in which the actuator is installed on both sides except for the third embodiment has been described, it is not necessarily necessary to provide it on both sides, and it may be installed only on either side. The reason for this can be explained by taking the symmetrical parallel deflection beam displacement mechanism shown in Fig. 1 as an example.
A case where only piezoelectric actuator 9a is present and piezoelectric actuator 19b is not present will be briefly described. When the piezoelectric actuator 19a is driven, a force f acts, and the center of the reference plane K and the piezoelectric actuator 19a
A moment f1 acts depending on the distance 1 between the two. The effect of the force f has been explained in each embodiment. On the other hand, the moment f1 stretches the parallel flexible beams 16a, 16b',
16b, but the parallel deflection beam displacement mechanism has high rigidity against such deformations. Therefore, piezoelectric actuator 1
Even in the case of a symmetric parallel deflection beam displacement mechanism without 9b, only the force f acts on it, resulting in deformation as shown in FIG. Furthermore, as an example of the installation location of the actuator, an area surrounded by two rigid body parts and a parallel flexible beam or a radial flexible beam that connects them is illustrated, but it is also possible to install the bimorph element as described above on the flexible beam. Alternatively, a concave portion may be provided in one rigid body portion, and a protrusion portion protruding from the other rigid body portion may be inserted into the second concave portion.
An actuator can be installed between the inserted protrusion and the one rigid body part, and further, as shown in FIG. Even if the actuator 19 is provided, the characteristic of only generating displacement in a predetermined direction or rotational displacement is maintained, and the point is that it is sufficient to be able to generate relative force or torque between both rigid body parts.

又、上記実施例の説明では、微細位置決め装置
を、最も理想的な実施例として1つの剛体ブロツ
クから一体に形成する構成を例示して説明した
が、別体に形成した各部をボルトなどの部材を用
いるか又は溶接などによつて互いに剛接する構成
としてもよい。
Furthermore, in the description of the above embodiments, the fine positioning device was explained by exemplifying the configuration in which it is integrally formed from one rigid block as the most ideal embodiment, but each part formed separately is connected to a member such as a bolt. They may also be rigidly connected to each other by welding or the like.

又、たわみ梁の変位、応力歪を検出する手段は
ストレンゲージに限ることはなく、他の手段を用
いることもできるし、又、当該検出手段は一方側
のたわみ梁に設けるだけでなく、両側のたわみ梁
に設けることもできる。そして又、このような歪
の検出手段を含むフイードバツク制御系は必ずし
も必要ではなく、これがなくても充分に精度よく
微細変位、微細回転変位を得ることができるのは
明らかである。
Furthermore, the means for detecting the displacement and stress strain of the flexible beam is not limited to strain gauges, and other means can also be used. It can also be installed on the flexible beam. Furthermore, a feedback control system including such a strain detection means is not necessarily necessary, and it is clear that minute displacements and minute rotational displacements can be obtained with sufficient precision even without it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明では、対称形平行た
わみ梁変位機構および対称形放射たわみ梁変位機
構のうちの少なくとも1つの微細位置決め装置を
構成したので、干渉変位の発生を防止することが
でき、精度の良い微細変位、微細回転変位を得る
ことができ、又、多軸の位置決め装置を容易に構
成することができる。
As described above, in the present invention, since at least one fine positioning device of the symmetric parallel flexure beam displacement mechanism and the symmetric radial flexure beam displacement mechanism is configured, it is possible to prevent interference displacement from occurring. Accurate minute displacement and minute rotational displacement can be obtained, and a multi-axis positioning device can be easily constructed.

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

第1図および第2図は本発明の第1の実施例に
係る微細位置決め装置の側面図、第3図および第
4図は本発明の第2の実施例に係る微細位置決め
装置の側面図、第5図は第3図に示す装置の動作
を説明するための説明図、第6図は本発明の第3
の実施例に係る微細位置決め装置の側面図、第7
図a,bは直線駆動部および回転駆動部の記号を
説明するための説明図、第8図は本発明の第4の
実施例に係る微細位置決め装置の斜視図、第9図
a,bは本発明の第5の実施例に係る微細位置決
め装置の平面図および側面図、第10図a,bは
本発明の第6の実施例に係る微細位置決め装置の
斜視図、第11図、第12図、第13図、第14
図、第15図は本発明の第7の実施例に係る微細
位置決め装置の斜視図、一部平面図、一部断面
図、第16図a,bは本発明の第8の実施例に係
る微細位置決め装置の側面図、第17図は圧電ア
クチユエータの他の配置例を示す側面図、第18
図および第19図は従来の微細位置決め装置の側
面図、第20図は他の従来の微細位置決め装置の
斜視図である。 15a,15b,15c,25a,25b,2
5c,70c,71,72,73a1,73a2,7
3b1,73b2,74a,74b,75a,75
b,76a,76b,90c,91,92,93
a1,93a2,93a3,93b,93b2,93b3
94a1,94a2,94b2……剛体部、16a,1
6a′,16b,16b′……平行たわみ梁、18
a,18b,18c1,18c2,28a,28b,
28c1,28c2……突出部、19a,19b,2
9a,29b……圧電アクチユエータ、21……
ストレンゲージ、22a,22b……平行たわみ
梁変位機構、32a,32b……放射たわみ梁変
位機構、33……対称形放射たわみ梁変位機構、
50x,50y,50z……直線駆動部、60
x,60y,60z……回転駆動部、70,8
0,90……十文字状柱体、73,81,93…
…第1の柱体、74,82,94……第2の柱
体、84,96……中央通孔、104,104′,
105,105′……圧電素子。
1 and 2 are side views of a fine positioning device according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are side views of a fine positioning device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the device shown in FIG. 3, and FIG.
Seventh side view of the fine positioning device according to the embodiment of
Figures a and b are explanatory diagrams for explaining the symbols of the linear drive unit and the rotary drive unit, Figure 8 is a perspective view of a fine positioning device according to the fourth embodiment of the present invention, and Figures 9a and b are A plan view and a side view of a fine positioning device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 10a and 10b are perspective views of a fine positioning device according to a sixth embodiment of the present invention, FIGS. Figure, Figure 13, Figure 14
15 is a perspective view, a partially plan view, and a partially sectional view of a fine positioning device according to a seventh embodiment of the present invention, and FIGS. 16a and 16b are according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a side view of the fine positioning device; FIG. 18 is a side view showing another arrangement example of piezoelectric actuators;
1 and 19 are side views of a conventional fine positioning device, and FIG. 20 is a perspective view of another conventional fine positioning device. 15a, 15b, 15c, 25a, 25b, 2
5c, 70c, 71, 72, 73a 1 , 73a 2 , 7
3b 1 , 73b 2 , 74a, 74b, 75a, 75
b, 76a, 76b, 90c, 91, 92, 93
a 1 , 93a 2 , 93a 3 , 93b, 93b 2 , 93b 3 ,
94a 1 , 94a 2 , 94b 2 ... rigid body part, 16a, 1
6a', 16b, 16b'...Parallel flexible beam, 18
a, 18b, 18c 1 , 18c 2 , 28a, 28b,
28c 1 , 28c 2 ... protrusion, 19a, 19b, 2
9a, 29b...Piezoelectric actuator, 21...
Strain gauge, 22a, 22b...parallel flexure beam displacement mechanism, 32a, 32b...radial flexure beam displacement mechanism, 33...symmetric radial flexure beam displacement mechanism,
50x, 50y, 50z...Linear drive section, 60
x, 60y, 60z... Rotation drive unit, 70, 8
0,90...Cross-shaped column, 73,81,93...
...First column body, 74, 82, 94... Second column body, 84, 96... Central through hole, 104, 104',
105, 105'...Piezoelectric element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 互いに平行なたわみ梁で構成されるたわみ梁
群と、このたわみ梁群の少なくとも2つを面対称
に連結しかつ前記面に垂直な方向の力に対して剛
な第1の構造体と、前記面対称に連結されたたわ
み梁群を前記第1の構造体の他側において連結し
かつ前記面に垂直な方向の力に対して剛な第2の
構造体と、前記第1の構造体と前記第2の構造体
との間に前記各たわみ梁に曲げ変形を生じる方向
の相対変位を発生させる第1のアクチユエータと
を備えた対称形平行たわみ梁変位機構、および、
1つの軸に対して放射状に配置されたたわみ梁で
構成されるたわみ梁群の少なくとも2つを軸対称
に連結しかつ前記軸に垂直な方向の力に対して剛
な第3の構造体と、前記軸対称に連結されたたわ
み梁群を前記第3の構造体の他側において連結し
かつ前記軸に垂直な方向の力に対して剛な第4の
構造体と、前記第3の構造体と前記第4の構造体
との間に前記各たわみ梁に曲げ変形を生じる方向
の相対回転変位を発生させる第2のアクチユエー
タとを備えた対称形放射たわみ梁変位機構のうち
の少なくとも1つで構成されることを特徴とする
微細位置決め位置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記面は前
記たわみ梁が構成する平面に直交する面であるこ
とを特徴とする微細位置決め装置。 3 特許請求の範囲第1項において、前記軸は前
記たわみ梁が構成する平面が交わる直線であるこ
とを特徴とする微細位置決め装置。 4 特許請求の範囲第1項において、前記平行な
たわみ梁群の所定のたわみ梁は、前記第1の構造
体および前記第2の構造体との間に発生する変位
を検出する検出手段を備えていることを特徴とす
る微細位置決め装置。 5 特許請求の範囲第1項において、前記放射状
に配置されたたわみ梁群の所定のたわみ梁は、前
記第3の構造体および前記第4の構造体との間に
発生する回転変位を検出する検出手段を備えてい
ることを特徴とする微細位置決め装置。 6 特許請求の範囲第4項又は第5項において、
前記検出手段は、ストレンゲージであることを特
徴とする微細位置決め装置。 7 特許請求の範囲第1項において、前記平行な
たわみ梁群、前記第1の構造体および前記第2の
構造体は、1つの剛体ブロツクから形成されてい
ることを特徴とする微細位置決め装置。 8 特許請求の範囲第1項において、前記放射状
に配置されたたわみ梁群、前記第3の構造体およ
び前記第4の構造体は、1つの剛体ブロツクから
形成されていることを特徴とする微細位置決め装
置。 9 特許請求の範囲第1項において、前記平行な
たわみ梁群、前記第1の構造体および前記第2の
構造体は、連結手段により剛接されていることを
特徴とする微細位置決め装置。 10 特許請求の範囲第1項において、前記放射
状に配置されたたわみ梁群、前記第3の構造体お
よび前記第4の構造体は、連結手段により剛接さ
れていることを特徴とする微細位置決め装置。 11 特許請求の範囲第1項において、前記第1
のアクチユエータおよび第2のアクチユエータ
は、積層形圧電素子より成ることを特徴とする微
細位置決め装置。 12 特許請求の範囲第1項において、前記第1
のアクチユエータおよび前記第2のアクチユエー
タは、バイモルフ素子より成ることを特徴と微細
位置決め装置。 13 特許請求の範囲第1項において、前記第1
のアクチユエータは、前記第1の構造体、前記第
2の構造体および前記平行なたわみ梁群の所定の
たわみ梁で囲まれた該たわみ梁上をも含む領域内
に装架されていることを特徴とする微細位置決め
装置。 14 特許請求の範囲第1項において、前記第2
のアクチユエータは、前記第3の構造体、前記第
4の構造体および前記放射状に配置されたたわみ
梁群の所定のたわみ梁で囲まれた該たわみ梁上を
も含む領域内に装架されていることを特徴とする
微細位置決め装置。 15 特許請求の範囲第1項において、前記対称
形平行たわみ梁変位機構は、その基準軸の方向を
異にして複数個設けられていることを特徴とする
微細位置決め装置。 16 特許請求の範囲第15項において、前記各
対称形平行たわみ梁変位機構は、前記第1の構造
体を共通としてほぼ十文字状に一体に構成されて
いることを特徴とする微細位置決め装置。 17 特許請求の範囲第1項において、前記対称
形放射たわみ梁変位機構は、その基準軸の方向を
異にして複数個設けられていることを特徴とする
微細位置決め装置。 18 特許請求の範囲第17項において、前記各
対称形放射たわみ梁変位機構は、前記第3の構造
体を共通としてほぼ十文字状に一体に構成されて
いることを特徴とする微細位置決め装置。 19 特許請求の範囲第1項において、前記対称
形平行たわみ梁変位機構および前記対称形放射た
わみ梁変位機構は、同種のたわみ梁構造間におけ
る各基準軸が異なる方向となるようにそれぞれ1
つ以上設けられていることを特徴とする微細位置
決め装置。 20 特許請求の範囲第19項において、それぞ
れ1つ以上の前記対称形平行たわみ梁変位機構お
よび前記対称形放射たわみ梁変位機構は、前記第
1の構造体および前記第3の構造体を1つの共通
の構造体としてほぼ十文字状に一体に構成されて
いることを特徴とする微細位置決め装置。
[Scope of Claims] 1. A group of flexible beams made up of flexible beams parallel to each other, and a flexible beam that connects at least two of the group of flexible beams in a plane symmetrical manner and is rigid against forces in a direction perpendicular to the plane. a second structure that connects the group of flexible beams connected symmetrically to the plane on the other side of the first structure and is rigid against forces in a direction perpendicular to the plane; a symmetrical parallel flexible beam displacement mechanism, comprising a first actuator that generates a relative displacement between the first structure and the second structure in a direction that causes bending deformation in each of the flexible beams; ,
a third structure that axially symmetrically connects at least two of a group of flexible beams made up of flexible beams arranged radially with respect to one axis and is rigid against forces in a direction perpendicular to the axis; , a fourth structure that connects the axially symmetrically connected group of flexible beams on the other side of the third structure and is rigid against a force in a direction perpendicular to the axis; and and a second actuator that generates a relative rotational displacement between the body and the fourth structure in a direction that causes bending deformation in each of the flexible beams. A fine positioning position characterized by comprising: 2. The fine positioning device according to claim 1, wherein the surface is a surface perpendicular to a plane formed by the flexible beam. 3. The fine positioning device according to claim 1, wherein the axis is a straight line that intersects planes formed by the flexible beams. 4. In claim 1, a predetermined flexible beam of the group of parallel flexible beams is provided with a detection means for detecting a displacement occurring between the first structure and the second structure. A fine positioning device characterized by: 5. In claim 1, a predetermined flexible beam of the radially arranged flexible beam group detects rotational displacement occurring between the third structure and the fourth structure. A fine positioning device characterized by comprising a detection means. 6 In claim 4 or 5,
A fine positioning device characterized in that the detection means is a strain gauge. 7. The fine positioning device according to claim 1, wherein the group of parallel flexible beams, the first structure, and the second structure are formed from one rigid block. 8. According to claim 1, the radially arranged flexible beam group, the third structure, and the fourth structure are formed from one rigid block. Positioning device. 9. The fine positioning device according to claim 1, wherein the group of parallel flexible beams, the first structure, and the second structure are rigidly connected by a connecting means. 10. The fine positioning according to claim 1, wherein the radially arranged flexible beam group, the third structure, and the fourth structure are rigidly connected by a connecting means. Device. 11 In claim 1, the first
A fine positioning device characterized in that the actuator and the second actuator are made of laminated piezoelectric elements. 12 In claim 1, the first
A fine positioning device characterized in that the actuator and the second actuator are made of bimorph elements. 13 In claim 1, the first
The actuator is mounted within a region surrounded by the first structure, the second structure, and a predetermined flexible beam of the group of parallel flexible beams and including the top of the flexible beam. Features a fine positioning device. 14 In claim 1, the second
The actuator is mounted in a region surrounded by the third structure, the fourth structure, and a predetermined flexible beam of the radially arranged flexible beam group and including the top of the flexible beam. A fine positioning device characterized by: 15. The fine positioning device according to claim 1, wherein a plurality of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanisms are provided with their reference axes oriented in different directions. 16. The fine positioning device according to claim 15, wherein each of the symmetrical parallel flexible beam displacement mechanisms is integrally formed in a substantially cross shape with the first structure in common. 17. The fine positioning device according to claim 1, wherein a plurality of the symmetrical radial deflection beam displacement mechanisms are provided with their reference axes oriented in different directions. 18. The fine positioning device according to claim 17, wherein each of the symmetrical radial deflection beam displacement mechanisms is integrally formed in a substantially cross shape with the third structure in common. 19 In claim 1, the symmetrical parallel flexural beam displacement mechanism and the symmetrical radial flexural beam displacement mechanism are arranged so that the respective reference axes between the same type of flexural beam structures are in different directions.
A fine positioning device characterized by being provided with two or more. 20 In claim 19, each of one or more of the symmetrical parallel flexure beam displacement mechanisms and the symmetric radial flexure beam displacement mechanisms move the first structure and the third structure into one A fine positioning device characterized by being integrally constructed in a substantially cross shape as a common structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01316146A (en) * 1988-06-13 1989-12-21 Mitsutoyo Corp Friction feed mechanism
JPH0341390A (en) * 1989-07-07 1991-02-21 Hitachi Constr Mach Co Ltd Micromotion mechanism
JPH07104723B2 (en) * 1993-09-10 1995-11-13 洋太郎 畑村 Fine positioning device
CN103143732A (en) * 2013-03-01 2013-06-12 天津大学 Displacement sensor type piezoceramic driver based on flexible mechanism
US11745363B1 (en) * 2021-02-26 2023-09-05 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Compact self-centering compliant joint
CN113153625B (en) * 2021-05-31 2023-03-03 重庆大学 Box type wind power generation device and power generation device set
CN114992453B (en) * 2022-06-07 2024-02-27 重庆大学 Controllable plane high-precision flexible displacement platform with high load and large stroke

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786332A (en) * 1969-03-19 1974-01-15 Thomson Houston Comp Francaise Micro positioning apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786332A (en) * 1969-03-19 1974-01-15 Thomson Houston Comp Francaise Micro positioning apparatus

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