JPH07109567B2 - 微細位置決め装置 - Google Patents
微細位置決め装置Info
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- JPH07109567B2 JPH07109567B2 JP61028984A JP2898486A JPH07109567B2 JP H07109567 B2 JPH07109567 B2 JP H07109567B2 JP 61028984 A JP61028984 A JP 61028984A JP 2898486 A JP2898486 A JP 2898486A JP H07109567 B2 JPH07109567 B2 JP H07109567B2
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- displacement
- body portion
- flexible beam
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Links
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 73
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 15
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, 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
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable 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
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
- B23Q1/36—Springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (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、半導体製造装置、電子顕微鏡等のμｍオーダ
ーの調節を必要とする装置に使用される微細位置決め装
置に関する。
ーの調節を必要とする装置に使用される微細位置決め装
置に関する。
近年、各種技術分野においては、μｍオーダーの微細の
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。
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。
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（1983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械が不要であ
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。
計」誌、第27巻第１号（1983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械が不要であ
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。
第６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。
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。
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軸方向、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４が励
起されると、平行ばね2a,2bがたわみ微動テーブル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。したがつて、微動テーブル３上に位置
決め対象物体を載置しておけば、微動アクチユエータ４
の励起の度合いに応じてｘ軸方向に任意の微小変位を得
ることができる。
は低く、これに対してｚ軸方向、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４が励
起されると、平行ばね2a,2bがたわみ微動テーブル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。したがつて、微動テーブル３上に位置
決め対象物体を載置しておけば、微動アクチユエータ４
の励起の度合いに応じてｘ軸方向に任意の微小変位を得
ることができる。
ところで、位置決め装置における変位は、単に一方向の
み変位ではなく、多方向の変位を要することが多く、
又、ある面に平行な変位（並進変位）だけでなくある軸
のまわりに回転させる回転変位を要求されることも多
い。しかしながら、上記従来の位置決め装置では一方向
（ｘ軸方向）の並進変位のみが可能であり、他方向の並
進変位はできない。もつとも、この位置決め装置に基づ
き、これを２段又は３段積重ねて他方向（ｙ軸、ｚ軸方
向）の並進変位を得るようにすることは一応想定できる
ことではある。しかし、そのように構成したとしても、
依然として回転変位を得ることは不可能である。
み変位ではなく、多方向の変位を要することが多く、
又、ある面に平行な変位（並進変位）だけでなくある軸
のまわりに回転させる回転変位を要求されることも多
い。しかしながら、上記従来の位置決め装置では一方向
（ｘ軸方向）の並進変位のみが可能であり、他方向の並
進変位はできない。もつとも、この位置決め装置に基づ
き、これを２段又は３段積重ねて他方向（ｙ軸、ｚ軸方
向）の並進変位を得るようにすることは一応想定できる
ことではある。しかし、そのように構成したとしても、
依然として回転変位を得ることは不可能である。
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、上記従来技術の欠点を除き、簡単な構造で
並進変位と回転変位のいずれをも行なうことができる微
細位置決め装置を提供するにある。
その目的は、上記従来技術の欠点を除き、簡単な構造で
並進変位と回転変位のいずれをも行なうことができる微
細位置決め装置を提供するにある。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、第１の剛体部
と、この第１剛体部の両側に当該第１剛体部に対して対
象位置にある第２の剛体部および第３の剛体部と、前記
第１の剛体部と前記第２の剛体部とを連結する互いに平
行な第１のたわみ梁および第２のたわみ梁と、前記第１
の剛体部と前記第３の剛体部とを連結する互いに平行で
前記第１のたわみ梁と同一面にある第３のたわみ梁およ
び前記第２のたわみ梁と同一面にある第４のたわみ梁
と、前記第１のたわみ梁と前記第２のたわみ梁との間で
前記第１の剛体部と前記第２の剛体部との間に装架され
前記第１のたわみ梁と前記第２のたわみ梁に曲げ変形を
生じさせる第１のアクチュエータと、前記第３のたわみ
梁と前記第４のたわみ梁との間で前記第１の剛体部と前
記第３の剛体部との間に装架され前記第３のたわみ梁と
前記第４のたわみ梁に曲げ変形を生じさせる第２のアク
チュエータと、前記第１のアクチュエータおよび前記第
２のアクチュエータをそれぞれ独立して駆動する２つの
駆動装置とで微細位置決め装置を構成したことを特徴と
する。
と、この第１剛体部の両側に当該第１剛体部に対して対
象位置にある第２の剛体部および第３の剛体部と、前記
第１の剛体部と前記第２の剛体部とを連結する互いに平
行な第１のたわみ梁および第２のたわみ梁と、前記第１
の剛体部と前記第３の剛体部とを連結する互いに平行で
前記第１のたわみ梁と同一面にある第３のたわみ梁およ
び前記第２のたわみ梁と同一面にある第４のたわみ梁
と、前記第１のたわみ梁と前記第２のたわみ梁との間で
前記第１の剛体部と前記第２の剛体部との間に装架され
前記第１のたわみ梁と前記第２のたわみ梁に曲げ変形を
生じさせる第１のアクチュエータと、前記第３のたわみ
梁と前記第４のたわみ梁との間で前記第１の剛体部と前
記第３の剛体部との間に装架され前記第３のたわみ梁と
前記第４のたわみ梁に曲げ変形を生じさせる第２のアク
チュエータと、前記第１のアクチュエータおよび前記第
２のアクチュエータをそれぞれ独立して駆動する２つの
駆動装置とで微細位置決め装置を構成したことを特徴と
する。
［作用］ 第２の剛体部と第３の剛体部を固定し、駆動装置により
第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを駆動
し、第１〜第４の各たわみ梁に同一の曲げ変形を発生さ
せると、第１の剛体部は並進変位する。一方、駆動装置
により第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを
異なる大きさで駆動すると、第１〜第４の各たわみ梁に
異なる曲げ変形が発生し、第１の剛体部は回転変位す
る。
第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを駆動
し、第１〜第４の各たわみ梁に同一の曲げ変形を発生さ
せると、第１の剛体部は並進変位する。一方、駆動装置
により第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを
異なる大きさで駆動すると、第１〜第４の各たわみ梁に
異なる曲げ変形が発生し、第１の剛体部は回転変位す
る。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
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。剛体部15cは変位対
象物体を載置する微動テーブルとなる。16a,16a′はそ
れぞれ剛体部15a,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15b,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16a,1
6a′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,18c
1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、18c2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。19a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、
19b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16b,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。20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。21a〜21hは平行たわみ梁16a,16a′,16
b,16b′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、および
平行たわみ梁16b,16b′と剛体部15b,15cとの連結部分に
設けられている。22aは圧電アクチユエータ19aに任意の
電圧を印加することができる電源、22bは圧電アクチユ
エータ19bに任意の電圧を印加することができる電源を
示す。
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。剛体部15cは変位対
象物体を載置する微動テーブルとなる。16a,16a′はそ
れぞれ剛体部15a,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15b,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16a,1
6a′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,18c
1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、18c2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。19a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、
19b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16b,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。20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。21a〜21hは平行たわみ梁16a,16a′,16
b,16b′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、および
平行たわみ梁16b,16b′と剛体部15b,15cとの連結部分に
設けられている。22aは圧電アクチユエータ19aに任意の
電圧を印加することができる電源、22bは圧電アクチユ
エータ19bに任意の電圧を印加することができる電源を
示す。
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,18c1および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23aが構成され、又、
剛体部15b,15c、平行たわみ梁16b,16b′、突出部18b,18
c2、および圧電アクチユエータ19bにより他方の平行た
わみ梁変位機構23bが構成されている。そして、平行た
わみ梁変位機構23b（23a）は、平行たわみ梁16a,16a′
（16b,16b′）が構成する平面に直交する面に関して平
行たわみ梁変位機構23a（23b）と面対称の関係にある。
Ｋは両平行たわみ梁変位機構23a,23bを面対称の関係と
する面（基準面）を示す。
16a′、突出部18a,18c1および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23aが構成され、又、
剛体部15b,15c、平行たわみ梁16b,16b′、突出部18b,18
c2、および圧電アクチユエータ19bにより他方の平行た
わみ梁変位機構23bが構成されている。そして、平行た
わみ梁変位機構23b（23a）は、平行たわみ梁16a,16a′
（16b,16b′）が構成する平面に直交する面に関して平
行たわみ梁変位機構23a（23b）と面対称の関係にある。
Ｋは両平行たわみ梁変位機構23a,23bを面対称の関係と
する面（基準面）を示す。
次に、本実施例における並進変位の動作を第２図を参照
しながら説明する。第２図は並進変位後の微細位置決め
装置の側面図である。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に電源22a,22bにより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23
a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６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。同じく、他方の平行たわみ梁変位機構23bも圧電ア
クチユエータ19bに電圧が印加されることにより同一の
変位を生じる。この結果、剛体部15cはｚ軸方向のみの
並進変位εを生じる。
しながら説明する。第２図は並進変位後の微細位置決め
装置の側面図である。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に電源22a,22bにより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23
a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６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。同じく、他方の平行たわみ梁変位機構23bも圧電ア
クチユエータ19bに電圧が印加されることにより同一の
変位を生じる。この結果、剛体部15cはｚ軸方向のみの
並進変位εを生じる。
又、上記のように、平行たわみ梁16a,16a′,16b,16b′
が伸長してたわむと、ストレンゲージ21a〜21h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21a〜21h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
印加電圧を制御する、いわゆるフイードバツク制御系を
構成すれば、より一層正確な変位εを得ることができ
る。即ち、上記各ストレンゲージ21a〜21hをブリツジ回
路に組み込んで検出した歪を電気信号として取り出し
（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差信号が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。
が伸長してたわむと、ストレンゲージ21a〜21h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21a〜21h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
印加電圧を制御する、いわゆるフイードバツク制御系を
構成すれば、より一層正確な変位εを得ることができ
る。即ち、上記各ストレンゲージ21a〜21hをブリツジ回
路に組み込んで検出した歪を電気信号として取り出し
（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差信号が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。
第３図（ａ）は上記ブリツジ回路の回路図、第３図
（ｂ）はブリツジ回路の出力特性図である。第２図に示
す並進変位が生じたとき、ストレンゲージ21a,21dは縮
みを生じ、その抵抗値を減少する。逆にストレンゲージ
21b,21cは伸長してその抵抗値を増加する。そこで、第
３図（ａ）に示すようにブリツジ回路を構成すれば、変
位量εに応じた出力電圧Ｖを得ることができる。この出
力電圧Ｖの特性を第３図（ｂ）に示す。図から明らかな
ように、出力電圧Ｖは変位量εに比例する。この検出電
圧Ｖに基づいてフイードバツク制御を行なえば、希望す
る正確に並進変位を得ることができる。
（ｂ）はブリツジ回路の出力特性図である。第２図に示
す並進変位が生じたとき、ストレンゲージ21a,21dは縮
みを生じ、その抵抗値を減少する。逆にストレンゲージ
21b,21cは伸長してその抵抗値を増加する。そこで、第
３図（ａ）に示すようにブリツジ回路を構成すれば、変
位量εに応じた出力電圧Ｖを得ることができる。この出
力電圧Ｖの特性を第３図（ｂ）に示す。図から明らかな
ように、出力電圧Ｖは変位量εに比例する。この検出電
圧Ｖに基づいてフイードバツク制御を行なえば、希望す
る正確に並進変位を得ることができる。
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16a,16a′,16b,16b′は変形
前の状態に復帰し、変位は０となる。
かれると、各平行たわみ梁16a,16a′,16b,16b′は変形
前の状態に復帰し、変位は０となる。
次に、本実施例における回転変位の動作を第４図を参照
しながら説明する。第４図は回転変位後の微細位置決め
装置の側面図である。ここで、座標軸を第２図に示す座
標軸と同様に定める。今、電源22a,22bにより、圧電ア
クチユエータ19aにある値の電圧Eaを印加し、同時に圧
電アクチユエータ19bに電圧Eaより大きな値の電圧Ebを
印加する。この場合、各平行たわみ梁変位機構23a,23b
にはそれぞれ前述のような動作により並進変位を生じる
が、その変位量は平行たわみ梁変位機構23bの方が大き
く、平行たわみ梁変位機構23aの方が小さいので、剛体
部15cは、その中心を通るｙ軸方向の軸のまわりに回動
せしめられ、回転変位Θを生じる。
しながら説明する。第４図は回転変位後の微細位置決め
装置の側面図である。ここで、座標軸を第２図に示す座
標軸と同様に定める。今、電源22a,22bにより、圧電ア
クチユエータ19aにある値の電圧Eaを印加し、同時に圧
電アクチユエータ19bに電圧Eaより大きな値の電圧Ebを
印加する。この場合、各平行たわみ梁変位機構23a,23b
にはそれぞれ前述のような動作により並進変位を生じる
が、その変位量は平行たわみ梁変位機構23bの方が大き
く、平行たわみ梁変位機構23aの方が小さいので、剛体
部15cは、その中心を通るｙ軸方向の軸のまわりに回動
せしめられ、回転変位Θを生じる。
なお、第４図においては、回転変位Θを誇張して図示し
たため、圧電アクチユエータ19a,19bに曲げ力が加わつ
ているようにみえるが、実際の回転変位は、100〜1000
μrad程度であるので、圧電アクチユエータ19a,19bの強
度の問題は全く生じない。
たため、圧電アクチユエータ19a,19bに曲げ力が加わつ
ているようにみえるが、実際の回転変位は、100〜1000
μrad程度であるので、圧電アクチユエータ19a,19bの強
度の問題は全く生じない。
このような回転変位においても、当然、ストレンゲージ
を用いたフイードバツク制御が可能である。これを第５
図（ａ），（ｂ）に示す。第５図（ａ）はブリツジ回路
の回路図、第５図（ｂ）はブリツジ回路の出力特性図で
ある。第４図に示す回転変位において、各平行たわみ梁
16a,16a′,16b,16b′には、並進に伴う曲げ変形と回転
に伴う変形が同時に生じている。そこで、この場合のブ
リツジ回路は、並進に伴う曲げ変形をキヤンセルし、回
転に伴う変形のみをとり出すことができるブリツジ回路
としなければならない。並進に伴う曲げ変形は、ストレ
ンゲージ21e,21hを伸長せしめ、その伸長量は等しい。
これに反し、回転に伴う変形は、ストレンゲージ21eを
縮め、ストレンゲージ21hを伸長せしめる。又、並進に
伴う曲げ変形は、ストレンゲージ21f,21gを縮め、これ
に反し、回転に伴う変形は、ストレンゲージ21fを伸長
せしめ、ストレンゲージ21gを縮める。したがつて、第
５図（ａ）に示すようにブリツジ回路を構成すれば、回
転変位量Θに応じた出力電圧Ｖを得ることができる。出
力電圧Ｖは第５図（ｂ）に示すように回転変位量に比例
する。この検出電圧Ｖに基づいてフイードバツク制御を
行なえば、希望する正確な回転変位を得ることができ
る。
を用いたフイードバツク制御が可能である。これを第５
図（ａ），（ｂ）に示す。第５図（ａ）はブリツジ回路
の回路図、第５図（ｂ）はブリツジ回路の出力特性図で
ある。第４図に示す回転変位において、各平行たわみ梁
16a,16a′,16b,16b′には、並進に伴う曲げ変形と回転
に伴う変形が同時に生じている。そこで、この場合のブ
リツジ回路は、並進に伴う曲げ変形をキヤンセルし、回
転に伴う変形のみをとり出すことができるブリツジ回路
としなければならない。並進に伴う曲げ変形は、ストレ
ンゲージ21e,21hを伸長せしめ、その伸長量は等しい。
これに反し、回転に伴う変形は、ストレンゲージ21eを
縮め、ストレンゲージ21hを伸長せしめる。又、並進に
伴う曲げ変形は、ストレンゲージ21f,21gを縮め、これ
に反し、回転に伴う変形は、ストレンゲージ21fを伸長
せしめ、ストレンゲージ21gを縮める。したがつて、第
５図（ａ）に示すようにブリツジ回路を構成すれば、回
転変位量Θに応じた出力電圧Ｖを得ることができる。出
力電圧Ｖは第５図（ｂ）に示すように回転変位量に比例
する。この検出電圧Ｖに基づいてフイードバツク制御を
行なえば、希望する正確な回転変位を得ることができ
る。
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16a,16a′,16b,16b′は変
形前の状態に復帰し、変位は０となる。
除かれると、各平行たわみ梁16a,16a′,16b,16b′は変
形前の状態に復帰し、変位は０となる。
なお、上記の説明とは逆に、圧電アクチユエータ19aに
印加する電圧を圧電アクチユエータ19bに印加する電圧
より大きくすると、逆向き（図で時計方向）の回転変位
を得ることができるのは明らかである。又、回転変位量
Θは圧電アクチユエータ19a,19bに印加される電圧Ea,Eb
の差に応じた値となる。
印加する電圧を圧電アクチユエータ19bに印加する電圧
より大きくすると、逆向き（図で時計方向）の回転変位
を得ることができるのは明らかである。又、回転変位量
Θは圧電アクチユエータ19a,19bに印加される電圧Ea,Eb
の差に応じた値となる。
このように、本実施例では、対称に設けられた平行たわ
み梁変位機構における圧電アクチユエータのそれぞれに
任意の電圧を印加できる電源を接続したので、平行たわ
み梁変位機構で並進変位と回転変位の両方を得ることが
できる。又、全体構造は１つの剛体ブロツクに貫通孔を
形成するのみで構成できるので、構造が簡単であり、か
つ、製造が容易である。さらに、圧電アクチユエータ
は、剛体部と平行たわみ梁とで形成される領域内に装架
されるので、全体を小型に構成することができる。又、
ストレンゲージを用いて並進変位と回転変位を別々に検
出し、その検出値に基づいてフイードバツク制御を行な
うようにしたので、位置決め精度を大幅に向上せしめる
ことができる。
み梁変位機構における圧電アクチユエータのそれぞれに
任意の電圧を印加できる電源を接続したので、平行たわ
み梁変位機構で並進変位と回転変位の両方を得ることが
できる。又、全体構造は１つの剛体ブロツクに貫通孔を
形成するのみで構成できるので、構造が簡単であり、か
つ、製造が容易である。さらに、圧電アクチユエータ
は、剛体部と平行たわみ梁とで形成される領域内に装架
されるので、全体を小型に構成することができる。又、
ストレンゲージを用いて並進変位と回転変位を別々に検
出し、その検出値に基づいてフイードバツク制御を行な
うようにしたので、位置決め精度を大幅に向上せしめる
ことができる。
なお、上記実施例の説明では、１軸方向の並進変位と１
軸まわりの回転変位を得ることができる装置について述
べたが、この装置を適宜に３つ積み重ねれば、３軸方向
の並進変位と３軸まわりの回転変位を得ることができる
のは明らかである。又、ストレンゲージは必ずしも必要
ではない。さらに、アクチユエータは圧電アクチユエー
タに限ることはなく、他のアクチユエータを使用しても
よい。
軸まわりの回転変位を得ることができる装置について述
べたが、この装置を適宜に３つ積み重ねれば、３軸方向
の並進変位と３軸まわりの回転変位を得ることができる
のは明らかである。又、ストレンゲージは必ずしも必要
ではない。さらに、アクチユエータは圧電アクチユエー
タに限ることはなく、他のアクチユエータを使用しても
よい。
以上述べたように、本発明では、２つのたわみ梁変位機
構を対称に連結し、第１のアクチュエータと第２のアク
チュエータにより各たわみ梁に同一変形を発生させて中
央の剛体部に並進変位を発生させ、又は、第１のアクチ
ュエータと第２のアクチュエータにより各たわみ梁に異
なる変形を発生させて中央の剛体部に回転変位を発生さ
せるようにしたので、平行たわみ梁変位機構で、並進変
位ばかりでなく回転変位を得ることができ、両方の変位
を得るための構成を簡素化することができる。
構を対称に連結し、第１のアクチュエータと第２のアク
チュエータにより各たわみ梁に同一変形を発生させて中
央の剛体部に並進変位を発生させ、又は、第１のアクチ
ュエータと第２のアクチュエータにより各たわみ梁に異
なる変形を発生させて中央の剛体部に回転変位を発生さ
せるようにしたので、平行たわみ梁変位機構で、並進変
位ばかりでなく回転変位を得ることができ、両方の変位
を得るための構成を簡素化することができる。
第１図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の側面
図、第２図は並進変位時の微細位置決め装置の側面図、
第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示すストレンゲージに
よるブリツジ回路の回路図およびその出力特性図、第４
図は回転変位時の微細位置決め装置の側面図、第５図
（ａ），（ｂ）は第１図に示すストレンゲージによるブ
リツジ回路の回路図およびその特性図、第６図は従来の
微細位置決め装置の側面図である。 15a,15b,15c……剛体部、16a,16a′,16b,16b′……平行
たわみ梁、19a,19b……圧電アクチユエータ,22a,22b…
…電源
図、第２図は並進変位時の微細位置決め装置の側面図、
第３図（ａ），（ｂ）は第１図に示すストレンゲージに
よるブリツジ回路の回路図およびその出力特性図、第４
図は回転変位時の微細位置決め装置の側面図、第５図
（ａ），（ｂ）は第１図に示すストレンゲージによるブ
リツジ回路の回路図およびその特性図、第６図は従来の
微細位置決め装置の側面図である。 15a,15b,15c……剛体部、16a,16a′,16b,16b′……平行
たわみ梁、19a,19b……圧電アクチユエータ,22a,22b…
…電源
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭61−209846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−243511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−259347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−94103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96880（ＪＰ，Ａ) 米国特許3786332（ＵＳ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】第１の剛体部と、この第１剛体部の両側に
当該第１剛体部に対して対称位置にある第２の剛体部お
よび第３の剛体部と、前記第１の剛体部と前記第２の剛
体部とを連結する互いに平行な第１のたわみ梁および第
２のたわみ梁と、前記第１の剛体部と前記第３の剛体部
とを連結する互いに平行で前記第１のたわみ梁と同一面
にある第３のたわみ梁および前記第２のたわみ梁と同一
面にある第４のたわみ梁と、前記第１のたわみ梁と前記
第２のたわみ梁との間で前記第１の剛体部と前記第２の
剛体部との間に装架され前記第１のたわみ梁と前記第２
のたわみ梁に曲げ変形を生じさせる第１のアクチュエー
タと、前記第３のたわみ梁と前記第４のたわみ梁との間
で前記第１の剛体部と前記第３の剛体部との間に装架さ
れ前記第３のたわみ梁と前記第４のたわみ梁に曲げ変形
を生じさせる第２のアクチュエータと、前記第１のアク
チュエータおよび前記第２のアクチュエータをそれぞれ
独立して駆動する２つの駆動装置とで構成されることを
特徴とする微細位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028984A JPH07109567B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 微細位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61028984A JPH07109567B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 微細位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62187912A JPS62187912A (ja) | 1987-08-17 |
| JPH07109567B2 true JPH07109567B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=12263681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61028984A Expired - Lifetime JPH07109567B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 微細位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07109567B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5281884A (en) * | 1992-06-03 | 1994-01-25 | At&T Bell Laboratories | Adjustable X-Y stage |
| JP2542154B2 (ja) * | 1992-11-26 | 1996-10-09 | 山一電機株式会社 | 圧電アクチェ―タ― |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3786332A (en) | 1969-03-19 | 1974-01-15 | Thomson Houston Comp Francaise | Micro positioning apparatus |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5994103A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-30 | Nec Corp | 電気機械変換器の制御装置 |
| JPS5996880A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-06-04 | Nec Corp | 電気機械変換装置 |
-
1986
- 1986-02-14 JP JP61028984A patent/JPH07109567B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3786332A (en) | 1969-03-19 | 1974-01-15 | Thomson Houston Comp Francaise | Micro positioning apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62187912A (ja) | 1987-08-17 |
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