JPH0677217B2 - Fine displacement mechanism - Google Patents

Fine displacement mechanism

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JPH0677217B2
JPH0677217B2 JP4962388A JP4962388A JPH0677217B2 JP H0677217 B2 JPH0677217 B2 JP H0677217B2 JP 4962388 A JP4962388 A JP 4962388A JP 4962388 A JP4962388 A JP 4962388A JP H0677217 B2 JPH0677217 B2 JP H0677217B2
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displacement mechanism
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耕三 小野
浩二郎 緒方
潔 長澤
健 村山
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    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の製造や検査、高倍率顕微鏡等の分野
において、微細な変位を調節する微細変位機構に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fine displacement mechanism for adjusting fine displacement in the fields of semiconductor manufacturing and inspection, high magnification microscopes and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体の製造や検査、高倍率顕微鏡等の分野において
は、数ミクロンもしくはそれ以下の微細な変位を正確に
得る微細変位機構が必要である。このような微細変位機
構は、例えば特開昭61−209846号公報、特開昭61−2435
11号公報等により提案されている。以下、これを図によ
り説明する。
In the fields of semiconductor manufacturing and inspection, high-power microscopes, and the like, a fine displacement mechanism that accurately obtains a fine displacement of several microns or less is necessary. Such a fine displacement mechanism is disclosed in, for example, JP-A-61-209846 and JP-A-61-2435.
It is proposed by the publication No. 11, etc. This will be described below with reference to the drawings.

第5図(a),(b)は従平の微細変位機構の側面図で
ある。このうち、第5図(a)は並進変位用の微細変位
機構を示し、1,2はそれぞれ互いに対向する剛体部、3
は剛体部1,2を連結する2つの平板である。各平板3は
互いに平行に配置されている。これら2つの剛体部1,2
および2つの平板3により可撓構造体4が構成されてい
る。実際の製造に際しては、可撓構造体4は1つの剛体
ブロックに貫通孔5をあけることにより構成される。6
は剛体部1,2からそれぞれ貫通孔5内に突出した2つの
突起間に装架された変位発生素子である。この変位発生
素子5としては多くの場合圧電素子が用いられるので、
以下、変位発生素子を圧電素子で代表させる。剛体部1
を固定して圧電素子6を励起すると各平板3が破線で示
すように変形し(ただし、この変形は誇張して描かれて
いる)、剛体部1に対して剛体部2を並進変位させるこ
とができる。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are side views of a subtle flat displacement mechanism. Of these, FIG. 5 (a) shows a fine displacement mechanism for translational displacement, and 1 and 2 are rigid body parts facing each other and 3
Are two flat plates connecting the rigid bodies 1 and 2. The flat plates 3 are arranged in parallel with each other. These two rigid parts 1,2
The flexible structure 4 is composed of the two flat plates 3. In the actual manufacturing, the flexible structure 4 is formed by forming the through hole 5 in one rigid block. 6
Is a displacement generating element mounted between two protrusions protruding from the rigid body portions 1 and 2 into the through hole 5, respectively. Since a piezoelectric element is often used as the displacement generating element 5,
Hereinafter, the displacement generating element is represented by a piezoelectric element. Rigid part 1
When the piezoelectric element 6 is fixed and excited, the respective flat plates 3 are deformed as shown by broken lines (however, this deformation is exaggeratedly drawn), and the rigid body portion 2 is translationally displaced with respect to the rigid body portion 1. You can

第5図(b)は回転変位用の微細変位機構を示し、11,1
2はそれぞれ剛体部、13は剛体部11,12を連結する2つの
平板である。各平板13は紙面に垂直な軸Oに関して放射
状に配置されている。2つの剛体部11,12、2つの平板1
3により可撓構造体14が構成される。15はこの可撓構造
体14を構成するための台形の貫通孔である。16は剛体部
11,12からそれぞれ貫通孔15内に突出した2つの突起間
に装架された圧電素子である。剛体部11を固定して圧電
素子16を励起すると各平板13が破線で示すように変形し
(誇張して描かれている)、剛体部11に対して剛体部12
を回転変位させることができる。
FIG. 5 (b) shows a fine displacement mechanism for rotational displacement.
Reference numeral 2 is a rigid body portion, and 13 is two flat plates connecting the rigid body portions 11 and 12. The flat plates 13 are arranged radially with respect to an axis O perpendicular to the plane of the drawing. Two rigid parts 11,12, two flat plates 1
The flexible structure 14 is composed of 3. Reference numeral 15 is a trapezoidal through hole for forming the flexible structure 14. 16 is a rigid body part
The piezoelectric element is mounted between two protrusions protruding from the insides of the through holes 15 from 11, 12 respectively. When the rigid body portion 11 is fixed and the piezoelectric element 16 is excited, each flat plate 13 is deformed as shown by the broken line (exaggeratedly drawn), and the rigid body portion 12 is deformed with respect to the rigid body portion 11.
Can be rotationally displaced.

上記第5図(a)に示す可撓構造体4を複雑組合せるこ
とにより任意の方向の並進変位を、又、上記第5図
(b)に示す可撓構造体14を複数組合せることにより任
意の回転変位を、らに可撓構造体4と可撓構造体14とを
組合せることにより任意の並進変位と任意の回転変位を
同時に、得ることができる。
By combining the flexible structures 4 shown in FIG. 5 (a) in a complicated manner, translational displacement in an arbitrary direction can be obtained, and by combining a plurality of flexible structures 14 shown in FIG. 5 (b). By combining the arbitrary rotational displacement and the flexible structure 4 and the flexible structure 14, an arbitrary translational displacement and an arbitrary rotational displacement can be simultaneously obtained.

第6図(a),(b)は従来の他の微細変位機構の側面
図である。この微細変位機構は、第5図(a),(b)
に示す微細変位機構が平板3,13自体の変形を利用する構
成であるのに対して、弾性ヒンジの変形を利用する構成
となつている。そこでまず、弾性ヒンジの概略を第7図
(a)〜(c)により説明する。
6 (a) and 6 (b) are side views of another conventional fine displacement mechanism. This fine displacement mechanism is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
While the fine displacement mechanism shown in (1) has a configuration that utilizes the deformation of the flat plates 3 and 13 itself, it has a configuration that utilizes the deformation of the elastic hinge. Therefore, first, the outline of the elastic hinge will be described with reference to FIGS.

第7図(a)は弾性ヒンジの側面図である。17は1つの
剛体部材、18は剛体部材17の中間部に対向して形成され
たほぼ円弧状の欠部である。両切欠部18により、剛体部
材17に狭隘部19が形成され、剛体部材17は当該狭隘部19
によりこれに連結する剛体部17a,17bに分けられる。
FIG. 7 (a) is a side view of the elastic hinge. Reference numeral 17 is one rigid member, and 18 is a substantially arcuate notch formed facing the intermediate portion of the rigid member 17. A narrow portion 19 is formed in the rigid member 17 by the notches 18, and the rigid member 17 is narrowed by the narrow portion 19.
Thus, it is divided into rigid body portions 17a and 17b connected to this.

第7図(b)は他の弾性ヒンジの側面図でる。図で、第
7図(a)に示す部分と同一部分には同一符号が付して
ある。19′は狭隘部である。狭隘部19′は、さきに狭隘
部19が2つの対向する切欠部18で形成されているのに対
し、1つのほぼ円弧状の切欠部18で形成される。
FIG. 7 (b) is a side view of another elastic hinge. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 7 (a) are designated by the same reference numerals. 19 'is a narrow space. The narrow portion 19 ′ is formed by one substantially arcuate notch 18, while the narrow portion 19 is formed by the two notches 18 facing each other.

第7図(c)は弾性ヒンジの動作説明図である。図で、
17a,17bは第7図(a),(b)に示すものと同じ剛体
部、20は各剛体部17a,17bを可回動に連結するヒンジ点
を示す。
FIG. 7 (c) is an operation explanatory view of the elastic hinge. In the figure,
Reference numerals 17a and 17b denote the same rigid portions as those shown in FIGS. 7A and 7B, and 20 denotes a hinge point that rotatably connects the rigid portions 17a and 17b.

今、第7図(a),(b)において、一方の剛体部17a
を固定し、他方の剛体部17bに図示矢印方向の力Fを作
用させると、剛体部17a,17bはほとんど変形しないが、
狭隘部19,19′は微小変形し、これにより、剛体部17bは
破線で示されるように回転変位する。しかしながら、上
記力F以外の方向の力成分が作用した場合、狭隘部19,1
9′はこれらに対して極めて変形しにくい特性を有す
る。以上の特性は、狭隘部19,19′の弾性変形の範囲内
においては、恰も第7図(c)に示すような2つの剛体
部17a,17bをヒンジ点20で連結した構成が有する特性と
同様の特性を示すので、狭隘部19,19′を弾性ヒンジと
称する。
Now, in FIGS. 7A and 7B, one rigid body portion 17a
Is fixed and a force F in the direction of the arrow in the figure is applied to the other rigid body portion 17b, the rigid body portions 17a and 17b are hardly deformed,
The narrow portions 19 and 19 'are slightly deformed, whereby the rigid body portion 17b is rotationally displaced as shown by the broken line. However, when a force component in a direction other than the force F acts, the narrow portion 19,1
9'has the characteristic of being extremely resistant to deformation. The above characteristics are the same as those of the configuration in which two rigid body portions 17a and 17b are connected at the hinge point 20 as shown in FIG. 7C, within the range of elastic deformation of the narrow portions 19 and 19 '. The narrow portions 19, 19 'are referred to as elastic hinges because they have similar characteristics.

ところで、第7図(c)に示すヒンジ点20は機械的部品
の嵌合により構成されるので、それら機械的部品を最高
の精度で加工しても、ミクロンレベルの隙間の存在を避
けることはできない。このため、ヒンジ点20は、非常に
微小な変位を行う場合に誤差のない変位を発生せしめる
ことは不可能である。これに対して、狭隘部19,19′よ
り成る弾性ヒンジは弾性変形の範囲内においてほとんど
変位誤差を発生せず、理想的なヒンジ特性を示す。
By the way, since the hinge point 20 shown in FIG. 7 (c) is formed by fitting of mechanical parts, even if those mechanical parts are processed with the highest precision, it is not possible to avoid the existence of micron-level gaps. Can not. Therefore, it is impossible for the hinge point 20 to generate an error-free displacement when performing a very small displacement. On the other hand, the elastic hinge composed of the narrow portions 19 and 19 'exhibits almost no displacement error within the range of elastic deformation and exhibits ideal hinge characteristics.

第6図(a),(b)に示す微細変位機構は第5図
(a),(b)に示す微細変位機構の平板3,13に代えて
両端に弾性ヒンジを有する平板状剛体が用いられる。第
6図(a),(b)で、第5図(a),(b)に示す部
分と同一部分には同一符号が付してある。21,31は平板
状剛体、22,32は切欠部23,33により形成される弾性ヒン
ジを示す。この場合、第7図(a)〜(c)に示す剛体
部17a,17bが、剛体部1,11と平板状剛体部21,31、又は剛
体部2,12と平板状剛体21,31に相当するのは明らかであ
る。24,34はこのような平板状剛体部21,31、弾性ヒンジ
22,32を用いた可撓構造体を示す。
In the fine displacement mechanism shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a flat rigid body having elastic hinges at both ends is used instead of the flat plates 3 and 13 of the fine displacement mechanism shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). To be In FIGS. 6A and 6B, the same parts as those shown in FIGS. 5A and 5B are designated by the same reference numerals. Reference numerals 21 and 31 denote rigid plates, and reference numerals 22 and 32 denote elastic hinges formed by the notches 23 and 33. In this case, the rigid body portions 17a and 17b shown in FIGS. 7A to 7C are the rigid body portions 1 and 11 and the plate-like rigid body portions 21 and 31, or the rigid body portions 2 and 12 and the flat plate-like rigid bodies 21 and 31, respectively. Clearly the equivalent. 24 and 34 are such flat plate-like rigid parts 21 and 31, elastic hinges.
A flexible structure using 22,32 is shown.

これら微細変位機構は圧電素子6,16を励起することによ
り剛体部2,12にそれぞれ破線で示すように並進変位、回
転変位を生じる。このような変位を生じる理由はさきに
述べた弾性ヒンジの説明から明らかであると考えるの
で、その説明は省略する。そして、これら微細変位機構
の複数使用、組合せ使用により任意の変位が得られるの
も又明らかである。
These fine displacement mechanisms excite the piezoelectric elements 6 and 16 to cause translational displacement and rotational displacement in the rigid body portions 2 and 12, respectively, as indicated by broken lines. The reason why such displacement occurs is considered to be clear from the description of the elastic hinge described above, and thus the description thereof is omitted. It is also clear that any desired displacement can be obtained by using a plurality of these fine displacement mechanisms or using them in combination.

なお、第6図(a),(b)に示す微細変位機構におい
て、変形は弾性ヒンジ22,32にのみ生じ平板剛体21,31に
は生じない。したがつて、平板剛体21,31は平板状であ
る必要はなく、剛体であれば、どのような形状であつて
も差支えない。このような剛体は弾性ヒンジとともにリ
ンク機構を構成するところから、一般的に剛体リンクと
いうことができる。
In the fine displacement mechanism shown in FIGS. 6A and 6B, the deformation occurs only in the elastic hinges 22 and 32, and not in the flat plate rigid bodies 21 and 31. Therefore, the flat plate rigid bodies 21 and 31 do not have to be flat plate-shaped, and may have any shape as long as they are rigid bodies. Since such a rigid body constitutes a link mechanism together with an elastic hinge, it can be generally referred to as a rigid body link.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記各微細変位機構は高精度で変位を発生することがで
きる。しかしながら、それらにより得られる変位の大き
さは、圧電素子6,16に発生する変位と同じレベルであ
り、それはせいぜい数ミクロンから十数ミクロンの範囲
内である。ところで、微細変位機構を使用する装置にあ
つては、最大変位として数十ミクロンから数百ミクロン
を必要とするものがあり、この場合、上記微細変位機構
ではこのような大きな変位を得ることができない。この
ため、従来、大きな変位を得るためには適宜の粗動変位
機構により大きな変位を発生させた後、上記微細変位機
構を用いて高精度の変位を得るか、又は同一方向の変位
を発生する上記微細変位機構を複数段積重ねる等の手段
が採用されていた。
Each of the fine displacement mechanisms described above can generate displacement with high accuracy. However, the magnitude of the displacement obtained by them is at the same level as the displacement generated in the piezoelectric elements 6 and 16, and it is in the range of several microns to ten and several microns at most. Incidentally, some devices using the fine displacement mechanism require a maximum displacement of several tens of microns to several hundreds of microns. In this case, the above-mentioned fine displacement mechanism cannot obtain such a large displacement. . Therefore, conventionally, in order to obtain a large displacement, after a large displacement is generated by an appropriate coarse displacement mechanism, a highly accurate displacement is obtained using the fine displacement mechanism, or a displacement in the same direction is generated. Means such as stacking the fine displacement mechanisms in a plurality of stages has been adopted.

しかし、これらの手段は、いずれにしても複数の変位機
構を用いなければならず、このため、装置が大形化、か
つ複雑化し、製造困難で高価になるという問題があつ
た。
However, these means have to use a plurality of displacement mechanisms in any case, which causes a problem that the device becomes large and complicated, and it is difficult and expensive to manufacture.

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、単体で
大きな出力変位を得ることができる微細変位機構を提供
するにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a fine displacement mechanism capable of obtaining a large output displacement by itself.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記の目的を達成するため、本発明は、第1の剛体部
と、第2の剛体部と、これら各剛体部を連結する複数の
たわみ梁又は複数の連結用剛体リンクと、前記各剛体部
間に相対的変位を発生させる変位発生素子とを備えた微
細変位機構において、前記変位発生素子を、この駆動方
向が前記相対的変位の方向と一致せず、かつ、この方向
に対して90度以外の所定の角度となるように前記各剛体
部間に弾性ヒンジを介して連結したことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a first rigid body portion, a second rigid body portion, a plurality of flexible beams or a plurality of coupling rigid body links that couple these rigid body portions, and the rigid body portions. In a fine displacement mechanism having a displacement generating element for generating a relative displacement between the displacement generating element, the driving direction does not match the direction of the relative displacement, and 90 degrees to this direction. It is characterized in that the rigid bodies are connected to each other through elastic hinges so as to form a predetermined angle other than the above.

〔作 用〕 変位発生素子を励起すると、この変位発生素子は弾性ヒ
ンジを介して一方の剛体部を押す。このとき、変位発生
素子の変位量は、当該変位発生素子が上記一方の剛体部
の変位方向に対して所定の角度(90度を除く)傾けて各
剛体部間に固定されているために拡大され、これにより
第1の剛体部と第2の剛体部との間には相対的に拡大さ
れた変位が発生する。
[Operation] When the displacement generating element is excited, the displacement generating element pushes one rigid body portion via the elastic hinge. At this time, the displacement amount of the displacement generating element is expanded because the displacement generating element is fixed between the rigid body portions at a predetermined angle (except 90 degrees) with respect to the displacement direction of the one rigid body portion. As a result, a relatively enlarged displacement is generated between the first rigid body portion and the second rigid body portion.

〔実施例〕〔Example〕

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 described based on the illustrated embodiments.

第1図は本発明の第1の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第6図(a)に示す部分と同一又は
等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。1a,2
aはそれぞれ貫通孔5に連続して剛体部1,2に形成された
凹みであり、互いにずれた位置に形成されている。圧電
素子6は凹み、1a,2aにその両端が挿入された状態で設
置される。この結果、圧電素子6は、その変位方向が剛
体部2の変位方向(矢印Dの方向)に対してある角度
(90度を除く)で剛体部1,2間に装架されることにな
る。40a,40bはそれぞれ弾性ヒンジを示し、これら各符
号に付された括弧内の符号はその弾性ヒンジの変形中心
点に付した名称を示す。41a,41bは圧電素子6の両端に
連結してこれを支持する支持剛体である。圧電素子6は
平板3の長さ方向に対して図示のように所定の角度
(θ)で設置されている。圧電素子6の一端は支持剛体
41b、弾性ヒンジ40bを介して剛体部1に連結され、圧電
素子6の他端は支持剛体41a、弾性ヒンジ40aを介して剛
体部2に連結されている。
FIG. 1 is a side view of the fine displacement mechanism according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same or equivalent parts as those shown in FIG. 6 (a) are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 1a, 2
Reference characters a are recesses formed in the rigid portions 1 and 2 respectively continuous with the through holes 5 and are formed at positions deviated from each other. The piezoelectric element 6 is recessed, and is installed with its both ends inserted in 1a and 2a. As a result, the piezoelectric element 6 is mounted between the rigid body portions 1 and 2 at an angle (excluding 90 degrees) with respect to the displacement direction of the rigid body portion 2 (direction of arrow D). . Reference numerals 40a and 40b respectively denote elastic hinges, and the reference numerals in parentheses attached to the reference numerals indicate the names attached to the deformation center points of the elastic hinges. Reference numerals 41a and 41b denote supporting rigid bodies that are connected to both ends of the piezoelectric element 6 to support it. The piezoelectric element 6 is installed at a predetermined angle (θ) with respect to the length direction of the flat plate 3 as shown in the figure. One end of the piezoelectric element 6 is a supporting rigid body
41b is connected to the rigid body portion 1 via the elastic hinge 40b, and the other end of the piezoelectric element 6 is connected to the rigid body portion 2 via the supporting rigid body 41a and the elastic hinge 40a.

次に、本実施例の動作を説明する。圧電素子6に電圧が
印加されると、この電圧に比例して圧電素子6が伸長す
る。この伸長は、伸長方向の剛性が高いので、弾性ヒン
ジ40bが反時計方向に回動し、弾性ヒンジ40aの点Qが矢
印D方向に変位することによつてのみ許容される。ここ
で、点Pを通り平板3の長さ方向に平行な線分(1点鎖
線)と、点Qを通り平板3の長さ方向に垂直な線分(一
点鎖線)との交点をEとし、線分▲▼の長さをl1
成分▲▼の長さをl2、成分▲▼の長さをl3とす
ると次式が成り立つ。
Next, the operation of this embodiment will be described. When a voltage is applied to the piezoelectric element 6, the piezoelectric element 6 expands in proportion to this voltage. This extension is allowed only because the elastic hinge 40b rotates counterclockwise and the point Q of the elastic hinge 40a is displaced in the direction of arrow D because the rigidity in the extending direction is high. Here, E is the intersection of a line segment passing through the point P and parallel to the length direction of the flat plate 3 (one-dot chain line) and a line segment passing through the point Q and perpendicular to the length direction of the flat plate 3 (one-dot chain line). , The length of line segment ▲ ▼ is l 1 ,
When the length of the component ▲ ▼ is l 2 and the length of the component ▲ ▼ is l 3 , the following equation holds.

l3 2=l1 2+l2 2 ……………(1) (1)式の両辺を微分すると、 2l3・dl3=2l1・dl1+2l2・dl2 …(2) (2)式で、dl3,dl1,dl2は各線分の増加分を意味する
が、圧電素子6が伸長しても線分l1の増加分は0である
から(2)式は となる。(3)式で、dl2は点Qの矢印D方向の移動量
であり、dl3は圧電素子6の伸長量を意味する。したが
つて、圧電素子6の伸長量をδ、点Qの変位量をδ′と
すると、(3)式から、 となる。即ち、圧電素子6の伸長量は1/sinθだけ拡大
されて剛体部2に伝達され、剛体部2を大きく変位させ
ることになる。
l 3 2 = l 1 2 + l 2 2 …………… (1) Differentiating both sides of the equation (1), 2l 3 · dl 3 = 2l 1 dl 1 + 2l 2 dl 2 … (2) (2) ), Dl 3 , dl 1 and dl 2 mean the increments of the respective line segments, but since the increment of the line segment l 1 is 0 even if the piezoelectric element 6 expands, the equation (2) becomes Becomes In the equation (3), dl 2 is the amount of movement of the point Q in the direction of the arrow D, and dl 3 is the amount of extension of the piezoelectric element 6. Therefore, if the amount of expansion of the piezoelectric element 6 is δ and the amount of displacement of the point Q is δ ′, from equation (3), Becomes That is, the expansion amount of the piezoelectric element 6 is expanded by 1 / sin θ and transmitted to the rigid body portion 2, and the rigid body portion 2 is largely displaced.

このように、本実施例では、圧電素子を、弾性ヒンジを
介して両剛体部間に所定の角度をもつて設置したので、
簡単な構造で大きな並進変位を得ることができる。
As described above, in this embodiment, since the piezoelectric element is installed with a predetermined angle between the rigid body portions via the elastic hinge,
A large translational displacement can be obtained with a simple structure.

第2図は本発明の第2の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第1図および第6図(a)に示す部
分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省
略する。本実施例がさきの第1の実施例と異なるのは、
第1の実施例のものが第5図(a)に示す平板3より成
る可撓構造体であるのに対し、本実施例のものは第6図
(a)に示す弾性ヒンジ22、平板状剛体21より成る可撓
構造体である点のみである。そして、本実施例の並進変
位の動作および効果は第1の実施例のものと同じであ
る。なお、平板状剛体21は剛体であればどのような形状
のものであつても使用可能である。
FIG. 2 is a side view of the fine displacement mechanism according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same or equivalent parts as those shown in FIGS. 1 and 6 (a) are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The difference between this embodiment and the first embodiment is that
Whereas the first embodiment is a flexible structure composed of the flat plate 3 shown in FIG. 5 (a), the flexible structure of the present embodiment is shown in FIG. It is only a flexible structure made of a rigid body 21. The operation and effect of the translational displacement of this embodiment are the same as those of the first embodiment. The plate-shaped rigid body 21 may be of any shape as long as it is rigid.

第3図は本発明の第3の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第6図(b)に示す部分と同一又は
等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。11a,
12aはそれぞれ貫通孔15に連続して剛体部11,12に形成さ
れた凹みであり、互いにずれた位置に形成されている。
圧電素子16は凹み11a,12aにその両端が挿入された状態
で設置される。50a,50bはそれぞれ弾性ヒンジを示し、
これら各符号に付された括弧内の符号はその弾性ヒンジ
の変形中心点に付した名称を示す。51a,51bは圧電素子1
6の両端に連結してこれを支持する支持剛体である。圧
電素子16は平板13の長さ方向に対して所定の角度で設置
されている。圧電素子16の一端は支持剛体51b、弾性ヒ
ンジ50bを介して剛体部11に連結され、圧電素子16の他
端は支持剛体51a、弾性ヒンジ50aを介して平板状剛体31
の連結面31bに連結されている。
FIG. 3 is a side view of the fine displacement mechanism according to the third embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as or equivalent to those shown in FIG. 6 (b) are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted. 11a,
Reference numerals 12a are recesses formed in the rigid portions 11 and 12 respectively continuous with the through hole 15, and are formed at positions displaced from each other.
The piezoelectric element 16 is installed with both ends inserted in the recesses 11a and 12a. 50a and 50b are elastic hinges,
The reference numeral in parentheses attached to each of these reference numerals indicates the name given to the deformation center point of the elastic hinge. 51a and 51b are piezoelectric elements 1
It is a supporting rigid body that is connected to both ends of 6 and supports it. The piezoelectric element 16 is installed at a predetermined angle with respect to the length direction of the flat plate 13. One end of the piezoelectric element 16 is connected to the rigid body portion 11 via the supporting rigid body 51b and the elastic hinge 50b, and the other end of the piezoelectric element 16 is connected to the supporting rigid body 51a and the elastic hinge 50a to form a plate-shaped rigid body 31.
Is connected to the connecting surface 31b.

図から明らかなように、本実施例は第1の実施例が並進
変位用の微細変位機構であるのに対して回転変位用の微
細変位機構である点で異なるのみである。即ち、本実施
例の凹み11a,12a、弾性ヒンジ50a,50b、支持剛体51a,51
bは、それぞれ第1の実施例における凹み1a,2a、弾性ヒ
ンジ40a,40b、支持剛体41a,41bに相当する。そして、本
実施例の動作、変位拡大機能は第1の実施例の動作、変
位拡大機能に準じるのは明らかであり、これにより、本
実施例は、簡単な構造により大きな回転変位を得ること
ができる。
As is apparent from the figure, the present embodiment is different only in that the first embodiment is a fine displacement mechanism for translational displacement, whereas it is a fine displacement mechanism for rotational displacement. That is, the recesses 11a and 12a, the elastic hinges 50a and 50b, and the supporting rigid bodies 51a and 51 of this embodiment.
b corresponds to the recesses 1a and 2a, the elastic hinges 40a and 40b, and the supporting rigid bodies 41a and 41b in the first embodiment, respectively. And, it is clear that the operation and displacement magnifying function of this embodiment are similar to the operation and displacement magnifying function of the first embodiment, which makes it possible for this embodiment to obtain a large rotational displacement with a simple structure. it can.

第4図は本発明の第4の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第3図および第6図(b)に示す部
分と同一又は等価な部分には同一符号を付し説明を省略
する。本実施例がさきの第3の実施例と異なるのは、第
3の実施例のものが第5図(b)に示す平板13より成る
可撓構造体であるのに対し、本実施例のものは第6図
(b)に示す弾性ヒンジ32、平板状剛体31より成る可撓
構造体である点のみである。そして、本実施例の回転変
位の動作および効果は第3の実施例のものと同じであ
る。なお、平板状剛体31は剛体であればどのような形状
のものであつても使用可能である。
FIG. 4 is a side view of the fine displacement mechanism according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as or equivalent to those shown in FIGS. 3 and 6 (b) are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted. The present embodiment differs from the third embodiment described above in that the third embodiment is a flexible structure made of a flat plate 13 shown in FIG. The only thing is that it is a flexible structure comprising an elastic hinge 32 and a plate-shaped rigid body 31 shown in FIG. 6 (b). The operation and effect of the rotational displacement of this embodiment are the same as those of the third embodiment. The plate-shaped rigid body 31 may be of any shape as long as it is rigid.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明では、変位発生素子を弾性ヒ
ンジを介して両鋼体部間に、その変位方向が剛体部の変
位方向に対して90度を除くある所定の角度をもつて連結
したので、変位発生素子の変位を拡大することができ、
簡素な構成で大きな変位を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the displacement generating element is connected between the steel body portions via the elastic hinge, and the displacement direction thereof is at a predetermined angle with respect to the displacement direction of the rigid body portion except 90 degrees. Therefore, the displacement of the displacement generating element can be increased,
A large displacement can be obtained with a simple structure.

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

第1図,第2図,第3図おび第4図はそれぞれ本発明の
第1,第2,第3,第4の実施例に係る微細変位機構の側面
図、第3図(a),(b)、第6図(a),(b)はそ
れぞれ従来の微細変位機構の側面図、第7図(a)
(b)はそれぞれ弾性ヒンジの側面図、第7図(c)は
弾性ヒンジの動作説明図である。 1,2,11,12,……剛体部、1a,2a,11a,12a……凹み、3,13
……平板、6,16,……圧電素子、21,31,……平板状剛
体、22,32,40a,40b,50a,50b……弾性ヒンジ、41a,41b,5
1a,51b……支持剛体。
1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are side views of the fine displacement mechanism according to the first, second, third, and fourth embodiments of the present invention, respectively, and FIG. 3 (a), (B), FIG. 6 (a) and (b) are side views of the conventional fine displacement mechanism, and FIG. 7 (a), respectively.
7B is a side view of the elastic hinge, and FIG. 7C is an operation explanatory view of the elastic hinge. 1,2,11,12, ... Rigid part, 1a, 2a, 11a, 12a ... Dent, 3,13
...... Plate, 6,16, ... Piezoelectric element, 21,31, ... Plate rigid body, 22,32,40a, 40b, 50a, 50b …… Elastic hinge, 41a, 41b, 5
1a, 51b …… Supporting rigid body.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長澤 潔 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 村山 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭62−64276(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyoshi Nagasawa 650 Jinrachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.Tsuchiura factory (72) Inventor Ken Murayama 650 Jinmachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ceremony Company Tsuchiura Factory (56) Reference JP-A-62-64276 (JP, A)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の剛体部と、第2の剛体部と、これら
各剛体部を連結する複数のたわみ梁と、前記各剛体部間
に相対的変位を発生させる変位発生素子とを備えた微細
変位機構において、前記変位発生素子を、その駆動方向
が前記相対的変位の方向と一致せず、かつ、この方向に
対して90度外の所定の角度となるように前記各剛体部間
に弾性ヒンジを介して連結したことを特徴とする微細変
位機構。
1. A first rigid body portion, a second rigid body portion, a plurality of flexible beams connecting these rigid body portions, and a displacement generating element for generating relative displacement between the rigid body portions. In the fine displacement mechanism, the displacement generating element is arranged between the rigid body parts such that the driving direction of the displacement generating element does not coincide with the relative displacement direction and is at a predetermined angle outside this direction by 90 degrees. A fine displacement mechanism, characterized in that it is connected to the shaft via an elastic hinge.
【請求項2】特許請求の範囲第(1)項において、前記
各たわみ梁は、互いに平行に配置されていることを特徴
とする微細変位機構。
2. A fine displacement mechanism according to claim 1, wherein the flexible beams are arranged in parallel with each other.
【請求項3】特許請求の範囲第(1)項において、前記
各たわみ梁は、所定点に関して放射状に配置されている
ことを特徴とする微細変位機構。
3. A fine displacement mechanism according to claim (1), wherein each of the flexible beams is arranged radially with respect to a predetermined point.
【請求項4】第1の剛体部と、第2の剛体部と、これら
各剛体部を連結する複数の連結用剛体リンクと、前記各
剛体部間に相対的変位を発生させる変位発生素子とを備
えた微細変位機構において、前記変位発生素子を、その
駆動方向が前記相対的変位の方向と一致せず、かつ、こ
の方向に対して90度以外の所定の角度となるように前記
各剛体部間に弾性ヒンジを介して連結したことを特徴と
する微細変位機構
4. A first rigid body portion, a second rigid body portion, a plurality of coupling rigid body links for coupling these rigid body portions, and a displacement generating element for generating relative displacement between the rigid body portions. In the fine displacement mechanism including, the displacement generating element, the driving direction does not match the direction of the relative displacement, and each rigid body such that the predetermined direction other than 90 degrees to this direction Fine displacement mechanism characterized by being connected via elastic hinges between parts
【請求項5】特許請求の範囲第(4)項において、前記
各連結用剛体リンクは、互いに平行に配置されているこ
とを特徴とする微細変位機構。
5. The fine displacement mechanism according to claim (4), wherein the connecting rigid links are arranged in parallel with each other.
【請求項6】特許請求の範囲第(4)項において、前記
各連結用剛体リンクは、所定点に関して放射状に配置さ
れていることを特徴とする微細変位機構。
6. The fine displacement mechanism according to claim (4), wherein each of the connecting rigid links is arranged radially with respect to a predetermined point.
【請求項7】特許請求の範囲第(1)項又は第(4)項
において、前記変位発生素子は、前記第1の剛体部およ
び前記第2の剛体部の対向する空間で構成される領域内
に配置されていることを特徴とする微細変位機構。
7. The displacement generating element according to claim 1 or 4, wherein the displacement generating element is a region formed by a space where the first rigid body portion and the second rigid body portion face each other. A fine displacement mechanism characterized by being arranged inside.
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