JPH071457B2

JPH071457B2 - 微細変位機構

Info

Publication number: JPH071457B2
Application number: JP62210189A
Authority: JP
Inventors: 洋太郎畑村; 耕三小野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPS6454514A

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。

〔従来の技術〕

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。

第10図（ａ），（ｂ）は従来の微細変位機構の側面図で
ある。このうち、第10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
ブロツクに貫通孔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６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。

第10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。

上記第10図（ａ）に示す可撓構造体４を複数組合せるこ
とにより任意の方向の並進変位を、又、上記第10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、さらに可撓構造体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。

第11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10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12図
（ａ）〜（ｃ）により説明する。

第12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
たほぼ円弧状の切欠部である。両切欠部18により、剛体
部材17には狹隘部19が形成され、剛体部材17は当該狹隘
部19によりこれに連続する剛体部17a,17bに分けられ
る。

第12図（ｂ）は他の弾性ヒンジの側面図である。図で、
第12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′は狹隘部である。狹隘部19′は、さきの狹
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。

第12図（ｃ）は弾性ヒンジの動作説明図である。図で、
17a,17bは第12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。

今、第12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、
狹隘部19,19′は微小変形して、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、狹隘部1
9,19′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、狹隘部19,19′の弾性変形の範囲内
においては、恰も第12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、狹隘部19,19′を弾性ヒンジと
称する。

ところで、第12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、狹隘部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。

第11図（ａ），（ｂ）に示す微細変位機構は第10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
11図（ａ），（ｂ）で、第10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が切欠部23,33により形成される弾性ヒン
ジを示す。この場合、第12図（ａ）〜（ｃ）に示す剛体
部17a,17bが、剛体部1,11と平板剛体部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21,31、弾性ヒンジ2
2,32を用いた可撓構造体を示す。

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。

なお、第11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、平板状剛体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っ
ても差支えない。このような剛体は弾性はヒンジととも
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

しかし、これらの手段は、いずれにしても複数の変位機
構の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。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
単体でしかも全体構造を大形にすることなく大きな変位
を得ることができ、かつ、複数の組合せを容易に行なう
ことができる微細変位機構を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本発明は、第１の剛体部
と、第２の剛体部と、これら第１の剛体部と第２の剛体
部を連結する少なくとも２つの可動部材とを備えた微細
変位機構において、前記第１の剛体部、前記第２の剛体
部、および２つの前記可動部材で囲まれる領域内に、一
端が前記第１の剛体部に弾性ヒンジを介して連結された
第１の剛体リンクと、この第１の剛体リンク上の所定点
と前記第１の剛体部との間に連結された変位発生素子
と、前記第１の剛体部に弾性ヒンジを介して連結された
第２の剛体リンクと、前記第１の剛体リンクの他端部分
と前記第２の剛体リンクの所定点との間を連結する変位
伝達部材と、この変位伝達部材により伝達された前記第
２の剛体リンクの所定点の変位が拡大して現れる前記第
２の剛体リンク上の変位拡大点と前記第２の剛体部とを
連結する連結手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

変位発生素子を励起すると、第１の剛体リンクが弾性ヒ
ンジの変形により変位し、当該弾性ヒンジの他端側に変
位発生素子の変位が拡大されて現れる。この拡大された
変位は変位伝達部材により第２の剛体リンクの所定点に
伝達され、第２の剛体リンクと第１の剛体部とを連結す
る弾性ヒンジの変形により上記所定点を前記拡大された
変位だけ変位させる。この所定点の変位は第２の剛体リ
ンクの他の個所にさらに拡大されて現れ、このさらに拡
大された変位は第２の剛体部に伝達される。かくして、
第２の剛体部は第１の剛体部に対して大きく変位する。

〔実施例〕

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変位機構の側
面図である。図で、第10図（ａ）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。40a,40b,40c,40
d,40e,40f,40g,40h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。

41は第１の剛体リンクであり、弾性ヒンジ40aを介して
剛体部１に連結されている。42a,42bはそれぞれ圧電素
子６の各端部と結合しこれを支持する指示剛体であり、
支持剛体42aは弾性ヒンジ40bを介して剛体リンク41と連
結され、支持剛体42bは弾性ヒンジ40cを介して剛体部１
と連結されている。

43は第２の剛体リンクであり、弾性ヒンジ40eを介して
剛体部１の突出部１′（貫通孔５内に突出している）に
連係されている。44は第１の剛体リンク41の変位を第２
の剛体リンク43に伝達する第１の変位伝達部材であり、
その一端は弾性ヒンジ40dを介して第１の剛体リンクの
端部に連結され、他端は弾性ヒンジ40fを介して第２の
剛体リンク43の一端部に連結されている。45は第２の剛
体リンク43の変位を剛体部２に伝達する第２の変位伝達
部材であり、その一端は弾性ヒンジ40gを介して第２の
剛体リンク43の多端部に連結され、他端は弾性ヒンジ40
hを介して剛体部２の突出部２′（貫通孔５内に突出し
ている）に連結されている。各変位伝達部材44,45は両
端が弾性ヒンジに連結される剛体リンクで構成されてい
る。

次に、本実施例の動作を第２図に示すリンク機構の構成
図を参照しながら説明する。第２図は第１図に示す微細
変位機構におけるリンク機構を抽出した図であり、第１
図に示す部分と同一部分は同一符号が付してある。又、
各弾性ヒンジは丸印で表され、それぞれその変形中心点
の符号が付されている。圧電素子６は点A₁,Q₁を通る直
線L₁（第２図に一点鎖線で示されている）に沿つて配置
されている。今、圧電素子６が励起されるとその変位は
直線L₁に沿つて発生し、点A₁に伝達される。そして、点
P₁は直線L₁上にないので弾性ヒンジ40aは変形し、第１
の剛体リンク41は点P₁を中心に回動する。この場合、点
P₁から直線L₁への垂線の長さ（破線で示されるは圧電素子６の第１の剛体リンク41に対する作用半径と
なる。第１の剛体リンク41の回動により当該第１の剛体
リンク41上の点B₁は、点P₁,B₁を通る直線に対して直交
する方向に変位する。ここで、より大きくなるように点B₁を設定すれば、点A₁の変位
（圧電素子６の変位）は点B₁においてに拡大されて現れることになる。

が小さい程、又、が大きい程、その拡大率が大となる。

点B₁の変位は第１の変位伝達部材44により点A₂に伝達さ
れる。点B₁,A₂を通る直線をL₂（第２図に一点鎖線で示
されている）とすると、点P₂は直線L₂上にないので、点
A₂に点B₁の変位が伝達されると、第２の剛体リンク43は
弾性ヒンジ40eの変形により点P₂を中心として回動す
る。この場合、点P₂から直線L₂への垂線の長さ（破線で
示されるが第１の変位伝達部材の第２の剛体リンクに対する作用
半径となる。前記回動により、第２の剛体リンク43上の
点B₂は、点P₂,点B₂を通る直線に対して直交する方向に
変位する。このとき、より大きくなるように点B₂を設定すれば、点A₂の変位は
点B₂においてに拡大されて現れることになる。

が小さい程、又、が大きい程、その拡大率が大となる。

点B₂において拡大された変位は、第２の変位伝達部材45
により点Q₂に伝達される。そして点Q₂の変位は剛体部２
の変位なる。以上のように、圧電素子６に発生した変位
は拡大されて点B₁に現れ、この拡大された変位はさらに
拡大されて点Q₂に現れる。結局、圧電素子６に発生する
変位は２段に拡大され、剛体部１に対する剛体部２の変
位は著しく大きくなる。

第１図に示す構成において弾性ヒンジ40b,40cは、圧電
素子６が励起されて第１の剛体リンク41が微小回転した
とき、この第１の剛体リンク41と圧電素子６との間に生
じる相対角の微小変化を吸収するとともに、圧電素子６
の作用点を点A₁,Q₁に限定して本実施例の構成における
変位拡大倍率を一定に保持する機能を有する。さらに弾
性ヒンジ40d,40f,40g,40hの存在により、変位伝達時に
おいて第１の剛体リンク41と変位伝達部材44との間、お
よび第２の剛体リンク43と第２の変位伝達部材45との間
に生じる相対角の微小変化を吸収することができる。
又、本実施例の構造はその形状が複雑であるため製造が
困難であるかのようにみえるが、放電加工の一種である
ワイヤカツト加工により１つの剛体ブロツクから容易に
製造することができる。

このように、本実施例では、剛体リンクと弾性ヒンジに
よる２つの拡大機構を構成し、圧電素子の変位を上記２
つの拡大機構で拡大するようにしたので、単体の微細変
位機構により極めて大きな変位を得ることができる。
又、変位拡大のため新たに付加される部材はすべて貫通
孔内に収納することにより、全体構造を小形に構成する
とができる。さらに、上記貫通孔内に収納する構成によ
り、拡大変位機構の外部への突出をなくすことができる
ので、全体構造が小形であることと相俟って、複数軸の
変位を得るために単体の微細変位機構を複数組み合わせ
る場合、その組合せを容易に行なうことができる。さら
に、第１の変位伝達部材および第２の変位伝達部材は、
変位が拡大されて現れる点B₁,B₂の変位方向に近い方向
に沿つて配置されているので、変位伝達を効果的に行な
うことができる。

第３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図に示す部分と同一部分又は等
価な部分には同一符号が付してある。本実施例がさきの
実施例と異なるのは、第２の剛体リンク43の回答中心点
P₂を、点A₁,Q₁を通る直線L₁上又はそれに近い位置に配
置した点、およびこのような点P₂の配置において第２の
剛体リンク43による拡大機能を効果的に遂行させるため
点A₂を点P₂に近接して配置し、点B₂点P₂から遠い位置に
配置した点にある。この結果、点B₂の位置および第２の
変位伝達部材45と点Q₂の位置は第１の実施例におけるそ
れらの位置とは逆になり、かつ、第１の変位伝達部材44
は貫通孔５を斜めに横切つて伸びることになる。

本実施例の動作は第１の実施例の動作と同じであるの
で、説明は省略する。又は本実施例の効果も、大きな変
位を得ることができる点、および小形に構成でき他との
組合せも容易にできる点で第１の実施例の効果と同じで
ある。しかしながら、本実施例は次のような顕著な効果
を有する。

即ち、第１の実施例においては、点P₂,Q₂の位置関係か
ら、必然的に剛体1,2の突出部１′,2′がそれぞれ貫通
孔５内に長く突出する配置となる。そして、それら長い
突出部１′,2′は剛性を保持するため突出根本部分に相
当のスペースを必要とする。この結果、圧電素子６の配
置のスペースが狭くなり、圧電素子６の長さが限定され
ていた。ところが本実施例では点P₂の位置を図示位置と
したので、剛体部1,2の突出部１′,2′は極めて短くな
り、特に直線L₁上における突出部のスペースは突出部
１′のスペースのみとなり、このスペースも突出部１′
が短いので小さくて済む。したがって、圧電素子６とし
て長い圧電素子を用いることができるので、圧電素子の
変位量を大きくすることができ、最終的な変位量を大き
くするのに寄与するところが大である。本実施例の構成
は第１の変位伝達部材44の変位伝達方向が点B₁,A₂の移
動方向とずれるので、その変位伝達効率に僅かな低下が
みられるが、圧電素子の変位量の増大はこれを補つて余
りある効果である。

第４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３図に示す部分と同一又は等価な
部分には同一符号が付してある。本実施例が第２の実施
例と異なるのは、点P₂,A₂,B₂の位置関係が異なる点およ
び第２の実施例における第２の変位伝達部材45が除かれ
ている点にある。このように第２の変位伝達部材45を除
くことができるのは点P₂,A₂,B₂の位置関係を本実施例の
ように特定したことに起因する。以下、これらの関連に
ついて説明する。

平板３はその伸長方向に直交する方向の力に対しては剛
性が低く、その他の方向の力に対しては剛性が高いとい
う特性を有する。したがつて、点B₂の変位方向が平板３
の伸展方向に直交する方向である場合効率良く変位を伝
達することができる。換言すれば、この場合、第３図に
示す点B₂,Q₂には変位伝達に際しほとんど変形を生じな
いことになり、したがつて点B₂を直接剛体部２に連結し
ても何等支障は生じない。

ここで、本実施例においては、各点P₂,A₂,B₂はほぼ一直
線上に配置され、かつ、当該直線は平板３に平行な直線
とされる。このような構成においては、第２の剛体リン
ク43が点P₂を中心に回動したとき、点B₂は平板３の伸展
方向と直交する方向に変位することとなる。したがつ
て、この場合、前述のように点B₂を直接剛体部２に連結
することができ、第２の変位伝達部材45を省くことがで
きる。即ち、本実施例においては、弾性ヒンジ40g,40h
が一致した弾性ヒンジ（図では弾性ヒンジ40gで示され
ている）が変位を伝達する部材として機能する。

本実施例の動作は第２の実施例の動作と同じであるの
で、その説明は省略する。又、本実施例の効果は、第２
の実施例の効果に加え、第２の変位伝達部材を除くこと
ができるので構成がさらに簡素化され製造が容易となる
という効果をも有する。

第５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１図でに示す部分と等しい機能を
有する部分には同一符号が付してある。44aは変位伝達
部材44にあけられた貫通孔もしくは切り欠き部であり、
圧電素子６が挿通される。１″は貫通孔５内に突出した
剛体部１の突出部である。47は剛体部１に形成された凹
部であり、凹部47の開口は貫通孔５に面している。本実
施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例が圧電
素子６を貫通孔５の長手方向（直線L₁）に沿って配置し
たのに対して、本実施例は圧電素子６を貫通孔５を斜め
に横切る方向に配置した点にある。このように圧電素子
６の配置位置を変更したため、別途突出部１″と凹部47
とが設けられ、かつ、各弾性ヒンジの配置位置や第1,第
２の変位伝達部材44,45の配置位置が変化している。し
かしながら、その動作はさきの実施例の動作と同じてあ
り、又、効果も同じであるので、それらの説明は省略す
る。なお、圧電素子６と変位伝達部材44は紙面の垂直方
向において互いにずれをもつて配置することができ、そ
の場合、貫通孔もしくは切り欠き部44aは不要となる。

第６図は本発明の第５の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第１図に示す部分と同一部分又は等
価な部分に同一符号が付してある。本実施例が第１の実
施例と異なる点は、第１の剛体リンク41をＬ字状に構成
した点である。このような構成のため、第１の変位伝達
部材44は必然的に短くなつている。

さきに述べたように、第１の剛体リンク41の変位拡大率
はである。本実施例では、第１の剛体リンク41をＬ字状に
構成することによりを第１の実施例の構成より著しく大きくすることがで
き、これにより変位拡大率を増大せしめることができ
る。

本実施例の動作は第１の実施例の動作と同じである。
又、本実施例の効果も第１の実施例の効果と同じである
が、上記の理由によりさらに大きな変位を得ることがで
きる。

第７図は本発明の第６の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第10図（ｂ）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。50a,50b,50c,50
d,50e,50f,50g,50hはそれぞれ第１図に示す弾性ヒンジ4
0a〜40hと同じ弾性ヒンジであり、これら各弾性ヒンジ5
0a〜50hの変形中心点に対しては、第１図に示す対応す
る弾性ヒンジ40a〜40hの変形中心点と同一符号が括弧内
に付されている。51は第１の剛体リンク、52a,52bは支
持剛体、53は第２の剛体リンク、54は第１の変位伝達部
材、55は第２の変位伝達部材であり、これらはそれぞれ
第１図における第１の剛体リンク41、支持剛体42a,42
b、第２の剛体リンク43、第１の変位伝達部材44、第２
の変位伝達部材45に対応する。なお、11′,12′はそれ
ぞれ剛体部11,12の貫通孔15への突出部である。

圧電素子16を励起すると、その変位は第１の剛体リンク
51および第２の剛体リンク53で２段に拡大され、その拡
大された変位は点Q₂に現れる。この場合の動作は第１の
実施例の動作と同じであるので説明は省略する。点Q₂の
変位により、剛体部12は剛体部11に対して回転変位す
る。本実施例も第１の実施例と同じく、単体の微細変位
機構により極めて大きな変位を得ることができ、又、全
体を小形に構成することができ、組合せも容易であると
いう効果を奏する。

第７図に示す第６の実施例を第１図に示す第１の実施例
と比較すると、第１の実施例の平板３が互いに平行に配
置されて並進変位を発生するのに対して第６の実施例の
平板13は点Ｏ（第10図（ｂ）に図示され第７図には図示
されていない）に関して放射状に配置されて回転変位を
発生する点でのみ相違し、他は同じである。即ち、第１
の実施例の構造は、放射状の平板13を用いた微細変位機
構に対してそのまま適用することが可能である。したが
つて、全く同様に、前記第２〜第５の実施例の構造をそ
れぞれ放射状の平板13を用いた微細変位機構に対して適
用し得るのは明らかである。それ故、それらを適用した
場合の図示および説明は省略する。ただし、前記第３の
実施例を放射状の平板13を用いた微細変位機構に適用し
場合を第７の実施例として説明する。

第８図は本発明の第７の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第７図に示す部分をと同一又は等価
な部分には同一符号が付してある。本実施例の各弾性ヒ
ンジ50a〜50h、第１の剛体リンク51、第２の剛体リンク
53、第１の変位伝達部材54がそれぞれ、第４図に示す弾
性ヒンジ40a〜40h、第１の剛体リンク41、第２の剛体リ
ンク43、第１の変位伝達部材44に相当するのは明らかで
ある。

ところで、平板13も平板３と同様、その伸展方向に直交
する方向の力に対しては剛性が低く、その他の方向の力
に対しては剛性が高い。それ故、点B₂の変位方向が平板
13の伸展方向に直交する方向であれば点B₂を直接剛体部
12に連結しても支障は生じない。そして、このような点
B₂の変位方向を得るには、点P₂,A₂,B₂を第10図（ｂ）に
示す点Ｏから伸びる放射線上に配列すればよい。第８図
において、この放射線は直線L₃（一点鎖線）で示されて
おり、本実施例では各点P₂,A₂,B₂は直線L₃上に配置され
る。したがつて、第２の変位伝達部材55を除くことがで
きる。

本実施例の動作および効果は第３の実施例の動作および
効果と同じであるので、それらの説明は省略する。

なお、上記各実施例の説明では、変位伝達部材として両
端が弾性ヒンジに連結された剛体リンクを例示して説明
した。しかし、変位伝達部材はこのような剛体リンクに
限ることはない。これを第９図（ａ），（ｂ）に基づい
て説明する。第９図（ａ），（ｂ）は変位伝達部材の側
面図である。これらのうち、第９図（ａ）は第１図の変
位伝達部材45を示し、第１図に示す部分と同一部分には
同一符号が付してある。この図において、点B₂の変位を
点Q₂に無駄なく伝達するためには、点B₂,Q₂における変
位がこれらの点を結ぶ直線方向に生じ、点B₂,Q₂でを曲
げ変形が最小となる場合である。

しかしながら、存在する種々の制限のため、常に上記の
ような理想状態の設計ができるとは限らない。したがっ
て、点B₂の変位方向によつては第２の剛体リンク43と突
出部２′の間には破線で示すような相対的な変形が生じ
ることがあり、この場合、第２の変位伝達部材45は破線
で示すように相対移動する。この第２の変位伝達部材45
は剛体リンクであるので、点B₂,Q₂間の長さは不変であ
る。それ故、第２の剛体リンク43と突出部２′との間の
相対移動分は点B₂,Q₂の曲げ変形で吸収されるが、この
とき、点B₂の変位はそのほとんどが点Q₂に伝達されるこ
とになる。還元すれば、ある点の変位を伝達する変位伝
達部材に必要な特性は、変位を伝達する２点（B₂,Q₂）
間を結ぶ直線方向には剛性が高く、これと直交する方向
には変形し易いということになる。

このような特性を有する部材として平板状の梁を挙げる
ことができる。即ち、平板状の梁はその面内方向（伸展
方向）の力に対しては剛性が高く、当該面に直交する方
向の力には容易に変形する。そこで、第９図（ｂ）に示
すように、第２の変位伝達部材45、弾性ヒンジ40g,40h
に代えて平板状可撓梁49を用いることもできる。

さて、さらに上記各実施例の説明では、可撓構造対4,14
に対する本発明の適用について説明したが、第11図
（ａ），（ｂ）に示す可撓構造体24,34に対しても本発
明を適用することができるのは明らかである。さらに
又、上記各実施例の説明では、変位発生素子を支持する
支持剛体を、弾性ヒンジを介して他と連結する例を説明
したが、このような弾性ヒンジは、本発明の変位対称と
なる微小変位の範囲では省いても実質的に何等の不都合
をも生じない場合があり、この場合は当然上記支持剛体
を直接他へ連結することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、剛体リンクとこれに連
結された弾性ヒンジとにより構成される変位拡大機構２
つを用い変位発生素子に発生する変位を２段に拡大する
ようにしたので、単体の微細変位機構により極めて大き
な変位を得ることができる。又、第１の剛体部、第２の
剛体部、および２つの可動部材で囲まれる領域内に変位
拡大機構を配置することにより、全体構造を小形に構成
することができる。さらに、上記領域内への変位拡大機
構の配置により、変位拡大機構の外部への突出をなくす
ことができるので、全体構造が小形であることと相俟っ
て、複数軸の変位を得るために単体の微細変位機構の複
数組み合わせる場合、その組合せを容易に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

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、第２図は第１図に示すリンク機構の構成図、第３
図，第４図，第５図，第６図，第７図および第８図はそ
れぞれ本発明の第2,第3,第4,第5,第６および第７の実施
例に係る微細変位機構の側面図、第９図（ａ），（ｂ）
は変位伝達部材の側面図、第10図（ａ），（ｂ）、第11
図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の微細変位機構の側面
図、第12図（ａ），（ｂ），（ｃ）は弾性ヒンジの側面
図および動作説明図である。 1,2,11,12……剛体部、3,13……平板、6,16……圧電素
子、40a〜40h,50a〜50h……弾性ヒンジ、41,51……第１
の剛体リンク、43,53……第２の剛体リンク、44,54……
第１の変位伝達部材、45,55……第２の変位伝達部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の剛体部と、第２の剛体部と、これら
第１の剛体部と第２の剛体部を連結する少なくとも２つ
の可動部材とを備えた微細変位機構において、前記第１
の剛体部、前記第２の剛体部、および２つの前記可動部
材で囲まれる領域内に、一端が前記第１の剛体部に弾性
ヒンジを介して連結された第１の剛体リンクと、この第
１の剛体リンク上の所定点と前記第１の剛体部との間に
連結された変位発生素子と、前記第１の剛体部に弾性ヒ
ンジを介して連結された第２の剛体リンクと、前記第１
の剛体リンクの他端部分と前記第２の剛体リンクの所定
点との間を連結する変位伝達部材と、この変位伝達部材
により伝達された前記第２の剛体リンクの所定点の変位
が拡大して現れる前記第２の剛体リンク上の変位拡大点
と前記第２の剛体部とを連結する連結手段とを設けたこ
とを特徴とする微細変位機構。
【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
各可動部材は、それ自身変形可能な部材であることを特
徴とする微細変位機構。
【請求項３】特許請求の範囲第（１）項において、前記
各可動部材は、剛体リンクとその両端の弾性ヒンジとで
構成されていることを特徴とする微細変位機構。
【請求項４】特許請求の範囲第（１）項において、前記
各可動部材は、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。
【請求項５】特許請求の範囲（１）項において、前記各
可動部材は、所定軸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。
【請求項６】特許請求の範囲第（１）項において、前記
変位発生素子は、圧電素子であることを特徴とする微細
変位機構。
【請求項７】特許請求の範囲第（１）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１の剛
体リンクに弾性ヒンジを介して連結されていることを特
徴とする微細変位機構。
【請求項８】特許請求の範囲第（１）項において、前記
変位伝達部材は、変位を伝達する２つの点を弾性ヒンジ
を介して連結する剛体リンクであることを特徴とする微
細変位機構。
【請求項９】特許請求の範囲第（１）項において、前記
変位伝達部材は、変位を伝達する２点間を結ぶ直線方向
に剛性が高く当該直線方向と直交する方向には変形し易
い平板状可撓梁であることを特徴とする微細変位機構。
【請求項１０】特許請求の範囲第（１）項において、前
記連結手段は、弾性ヒンジであることを特徴とする微細
変位機構。
【請求項１１】特許請求の範囲第（１）項において、前
記連結手段は、前記変位拡大点と前記第２の剛体部の所
定点とを弾性ヒンジを介して連結する剛体リンクである
ことを特徴とする微細変位機構。