JPH07280670A - Driving and detecting structure and its controller - Google Patents

Driving and detecting structure and its controller

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JPH07280670A
JPH07280670A JP6631094A JP6631094A JPH07280670A JP H07280670 A JPH07280670 A JP H07280670A JP 6631094 A JP6631094 A JP 6631094A JP 6631094 A JP6631094 A JP 6631094A JP H07280670 A JPH07280670 A JP H07280670A
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JP
Japan
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drive
detection structure
detection
structure according
stretchable
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Application number
JP6631094A
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Japanese (ja)
Inventor
Yotaro Hatamura
洋太郎 畑村
Kiyoshi Matsumoto
松本  潔
Hiroshi Morishita
広 森下
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Original Assignee
Individual
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Abstract

PURPOSE:To provide a driving and detecting structural body that is of a small structure and can perform detection and fine movement and its controller than can be used in such an applicable manner that is suitable to a device to be used. CONSTITUTION:The driving and detecting structural body 10 consists of a rigid body 11, an expansion body 14, elastic bodies 12a and 12b connecting the both ends of the body 14 and the body 11, and strain gauges 15 provided on the bodies 12a and 12b. The strain gauge 15 on either of the bodies 12a and 12b is used to detect the displacement thereof respectively and the force is detected based on the difference between the detected values that are obtained by the both strain gauges 15. The characteristic of target values of displacement or force is set in a controller, and the body 14 is controlled in such a manner that the detected value will become a target value, so that the body 10 can be made to perform actions corresponding to the characteristic of the target value. Desired action can be realized by selecting the characteristic of target value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体に作用する力や物
体の変位量を検出し、又は物体に対する力の付与や物体
の変位を行ない、或いはそれらを同時に行なう駆動・検
出構造体およびその制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive / detection structure for detecting a force acting on an object or an amount of displacement of the object, applying a force to the object or displacing the object, or simultaneously performing them. Regarding the control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体に作用する力や物体の変位量を検出
する手段は、例えば特開昭60−62497号公報にお
いて提案されている。この手段は、基本的には2つの剛
体部とこれら剛体部を連結する互いに平行な2つの平板
より成る平行平板構造で構成されている。これを図22
により説明する。
2. Description of the Related Art A means for detecting a force acting on an object or a displacement amount of the object is proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-62497. This means is basically composed of a parallel plate structure composed of two rigid body parts and two parallel flat plates connecting these rigid body parts. This is shown in FIG.
Will be described.

【0003】図22は荷重検出器の平行平板構造の側面
図である。この図の(a)で、1は剛体のブロック、2
はブロック1に明けられた貫通孔である。この貫通孔2
の形成により、2つの剛体部1a、1b、および、これ
ら剛体部1a、1bを両端で連結する互いに平行な薄肉
の平板3a、3bが形成される。これら剛体部1a、1
b、平板3a、3bにより平行平板構造が構成される。
4は各平行平板3a、3bの表面の所定個所に貼着され
たひずみゲージ、Aは一方の剛体部1aが固定される固
定部である。
FIG. 22 is a side view of the parallel plate structure of the load detector. In (a) of this figure, 1 is a rigid block, 2
Is a through hole formed in the block 1. This through hole 2
The formation of two rigid body portions 1a and 1b, and thin parallel flat plates 3a and 3b that connect the rigid body portions 1a and 1b at both ends are formed. These rigid body portions 1a, 1
b and the flat plates 3a and 3b form a parallel flat plate structure.
Reference numeral 4 is a strain gauge attached to a predetermined position on the surface of each of the parallel plates 3a and 3b, and A is a fixed portion to which one rigid body portion 1a is fixed.

【0004】このような平行平板構造に、図の(b)に
示すように力Fが作用すると、平行平板3a、3bが図
示のようにたわみ、このたわみの大きさが各ひずみゲー
ジ4により検出される。この検出は4つのひずみゲージ
4でブリッジ回路を構成し、その出力に基づいて行なわ
れる。なお、上記平行平板のたわみは、実際には微小の
(μmオーダの)たわみであり、図では理解を容易にす
るため極度に誇張して描かれている。以下の各図につい
ても同じである。
When a force F is applied to such a parallel plate structure as shown in FIG. 1B, the parallel plates 3a and 3b bend as shown in the figure, and the strain gauge 4 detects the amount of the bending. To be done. This detection is performed based on the output of the bridge circuit composed of four strain gauges 4. The deflection of the parallel plate is actually a very small (on the order of μm) deflection, and is exaggerated in the drawing for ease of understanding. The same applies to the following figures.

【0005】上記平行平板構造が外部から作用する力を
検出するものであるのに対して、平行平板構造を利用し
て積極的に変位を発生させる装置が、例えば特開昭61
−209846号公報において提案されている。これを
図23により説明する。図23は微細位置決め装置の側
面図である。この図の(a)で、5は剛体のブロック、
6はブロック5に明けられた貫通孔である。この貫通孔
6の形成により、2つの剛体部5a、5b、剛体部5a
から貫通孔6に突出した突出部5a1 、剛体部5bから
貫通孔6に突出した突出部5b1 、および、これら剛体
部5a、5bを両端で連結する互いに平行な薄肉の平板
7a、7bが形成される。8は突出部51 と突出部5b
1 の対向面間に装着された積層型の圧電素子である。な
お、4は図22に示すものと同じひずみゲージ、Aは一
方の剛体部5aが固定される固定部である。
While the above parallel plate structure detects a force applied from the outside, a device for positively generating a displacement utilizing the parallel plate structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-61.
It is proposed in Japanese Patent Publication No. 209846. This will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a side view of the fine positioning device. In (a) of this figure, 5 is a rigid block,
Reference numeral 6 is a through hole formed in the block 5. By forming the through hole 6, the two rigid body portions 5a and 5b and the rigid body portion 5a are formed.
Protrusions 5a 1 protruding into the through-hole 6 from the protrusion 5b which protrudes into the through hole 6 from the rigid portion 5b 1, and these rigid portions 5a, 5b are parallel to each other thin flat plate 7a which connects at both ends, 7b is It is formed. 8 is a protrusion 5 1 and a protrusion 5 b
1 is a laminated piezoelectric element mounted between opposed surfaces of 1 . In addition, 4 is the same strain gauge as shown in FIG. 22, and A is a fixed part to which one rigid body part 5a is fixed.

【0006】圧電素子8に適宜の電圧が印加されると、
図23の(b)に示すように圧電素子8が伸長して力f
で突出部5b1 を押し、これにより剛体部5bに変位を
発生させる。この変位量が図にδで示されている。変位
量δは平行平板構造による検出装置と同様、各ひずみゲ
ージ4で構成されるブリッジ回路により検出される。変
位量δはμm又はサブμmオーダの変位量であり、この
ような微細位置決め装置(微動機構)は、超精密加工装
置や半導体製造装置、光ディスク製造装置等の分野で使
用されている。
When an appropriate voltage is applied to the piezoelectric element 8,
As shown in (b) of FIG. 23, the piezoelectric element 8 expands and the force f
The protrusion 5b 1 is pushed with, and thereby the rigid body 5b is displaced. This amount of displacement is indicated by δ in the figure. The displacement amount δ is detected by a bridge circuit composed of each strain gauge 4 as in the case of the detecting device having the parallel plate structure. The displacement amount δ is a displacement amount of the order of μm or sub μm, and such a fine positioning device (fine movement mechanism) is used in the fields of ultra-precision processing devices, semiconductor manufacturing devices, optical disk manufacturing devices, and the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
においては、検出装置と微動機構とはそれぞれ別々に提
案されていた。ところで、近年、検出動作と微動動作の
両方の動作を必要とする装置が多くの分野で使用され、
これに対して上記検出装置と微動機構がそれぞれ独立し
て用いられている。このため、それら検出装置と微動機
構のそれぞれにそれらを設置するための空間を必要とし
たが、当該検出装置や微動機構が設置される個所は、通
常、極めて狭く、それらの設置には設計上の困難を伴
い、又、それらの設置のため当該個所を不本意ながら大
きくせざるを得ないという問題があった。もっとも、図
22に示す剛体部1bに、図23に示す剛体部5aを連
結し、又は図23に示す剛体部5bに、図22に示す剛
体部1aを連結することにより、検出装置と微動機構を
一体化して全体を小形に構成することが考えられるが、
これでもまだ大形となることを避けることはできない。
加えて、前者の場合には、検出装置の先に微動装置が固
定されることとなるので、検出装置の共振周波数が低下
して力の検出周波数帯域が低下するという問題を生じ、
後者の場合には、微動装置の先に検出装置が固定される
ことになり、検出装置の剛性が低いので、微動装置で発
生した変位が正確に伝わらなくなるという問題を生じ
る。
As described above, conventionally, the detection device and the fine movement mechanism have been separately proposed. By the way, in recent years, devices that require both detection and fine movement are used in many fields,
On the other hand, the detection device and the fine movement mechanism are independently used. For this reason, a space for installing them in each of the detection device and the fine movement mechanism was required, but the place where the detection device and the fine movement mechanism are installed is usually extremely small, and the installation is designed by design. However, there was a problem in that the locations concerned were inevitably increased in size due to the difficulty of installation. Of course, by connecting the rigid body portion 1b shown in FIG. 22 to the rigid body portion 5a shown in FIG. 23, or by connecting the rigid body portion 5a shown in FIG. 23 to the rigid body portion 1a shown in FIG. It is conceivable to integrate the above to form a small size,
Even this is inevitable that it will become large.
In addition, in the former case, since the fine movement device is fixed to the tip of the detection device, there arises a problem that the resonance frequency of the detection device decreases and the force detection frequency band decreases.
In the latter case, the detection device is fixed in front of the fine movement device, and the rigidity of the detection device is low, which causes a problem that the displacement generated in the fine movement device cannot be accurately transmitted.

【0008】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、小形な構成で検出と微動を互いに影響なく
行なうことができ、さらに、使用対象装置に適合した使
用態様が可能である駆動・検出構造体およびその制御装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, to perform detection and fine movement without affecting each other with a compact structure, and to use a driving mode suitable for a device to be used. It is to provide a detection structure and its control device.

【0009】[0009]

【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、所定方向に伸縮する伸縮体と、この伸縮
体に対向する非伸縮体と、前記伸縮体の両端と前記非伸
縮体との間を連結する弾性体と、前記所定方向における
前記伸縮体の両端と前記非伸縮体との間の相対変位量を
検出する検出手段とで構成されていることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a stretchable body which stretches in a predetermined direction, a non-stretchable body facing the stretchable body, both ends of the stretchable body and the non-stretchable body. It is characterized by comprising an elastic body connecting between the body and a detection means for detecting a relative displacement amount between the both ends of the stretchable body and the non-stretchable body in the predetermined direction.

【0010】又、本発明は、所定方向に伸縮する伸縮体
と、この伸縮体に対向する非伸縮体と、前記伸縮体の両
端と前記非伸縮体との間を連結する弾性体と、前記所定
方向における前記伸縮体の両端と前記非伸縮体との間の
各相対変位量を検出する各変位量検出手段と、これら変
位量検出手段の各検出値に基づいて前記伸縮体の両端と
前記非伸縮体との間の相対変位を発生させる力を検出す
る力検出手段とで構成されていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, a stretchable body which stretches in a predetermined direction, a non-stretchable body facing the stretchable body, an elastic body connecting between both ends of the stretchable body and the non-stretchable body, Each displacement amount detecting means for detecting each relative displacement amount between the both ends of the elastic body and the non-elastic body in a predetermined direction, and both ends of the elastic body based on each detection value of the displacement amount detecting means and the above-mentioned And a force detection unit that detects a force that causes relative displacement with the non-stretchable body.

【0011】さらに本発明は、当該構成に加えて、前記
各検出値の一方を選択する選択手段と、前記選択された
検出値の目標値の特性を任意に生成する目標値生成手段
と、この目標値生成手段により生成された目標値と前記
選択手段で選択された検出値との偏差を演算する演算手
段と、この演算手段で得られた偏差に応じて前記伸縮体
を駆動する伸縮体駆動手段とを設けたことを特徴とす
る。
Further, in addition to the configuration, the present invention further comprises a selection means for selecting one of the detection values, a target value generation means for arbitrarily generating a characteristic of the target value of the selected detection value, and Calculating means for calculating a deviation between the target value generated by the target value generating means and the detection value selected by the selecting means, and an elastic body drive for driving the elastic body according to the deviation obtained by the arithmetic means And means are provided.

【0012】[0012]

【作用】伸縮体又は非伸縮体の一方に力が作用すると弾
性体にたわみが発生し、このたわみを検出手段で検出す
ることにより、作用した力又は変位量を検出することが
できる。又、伸縮体を駆動すると弾性体をたわませなが
ら伸縮体の伸縮が行なわれ、これにより、伸縮体又は非
伸縮体に変位を発生させることができる。
When a force is applied to one of the stretchable body and the non-stretchable body, the elastic body is bent, and the acting force or the amount of displacement can be detected by detecting the bending by the detecting means. Further, when the elastic body is driven, the elastic body is expanded and contracted while the elastic body is flexed, whereby displacement can be generated in the elastic body or the non-elastic body.

【0013】さらに、駆動・検出構造体の制御装置にお
いては、各変位量検出手段で、伸縮体の両端と非伸縮体
との間の各相対変位量を検出し、これら検出値に基づい
て変位量と力の検出を行なう。これにより、力と変位量
を個別に又は同時に検出することができる。
Further, in the drive / detection structure control device, each displacement amount detecting means detects each relative displacement amount between both ends of the stretchable body and the non-stretchable body, and the displacement is detected based on these detected values. Detects quantity and force. Thereby, the force and the displacement amount can be detected individually or simultaneously.

【0014】又、上記の手段で検出された変位量と力の
うちの任意の一方が選択手段で選択出力されるととも
に、選択された変位量又は力の目標値を任意の特性に設
定し、それらの特性に従って、検出された変位量又は力
に応じた目標値を目標値生成手段から出力し、選択手段
からの出力値と目標生成手段からの出力値との偏差を演
算し、この偏差に応じて伸縮体の伸縮を制御する。これ
により、駆動・検出構造体を使用する装置に適合した使
用態様が可能となる。
Further, any one of the displacement amount and the force detected by the above means is selectively output by the selecting means, and the target value of the selected displacement amount or force is set to an arbitrary characteristic, According to these characteristics, a target value corresponding to the detected displacement amount or force is output from the target value generating means, the deviation between the output value from the selecting means and the output value from the target generating means is calculated, and this deviation is calculated. The expansion and contraction of the elastic body is controlled accordingly. This enables a usage mode adapted to a device using the drive / detection structure.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1は本発明の第1の実施例に係る駆動・検出構
造体の斜視図である。この図で、10は本実施例の駆動
・検出構造体を示す。駆動・検出構造体10は、非伸縮
体11(以下、剛体部と称する。)、剛体部11と一体
構成され、その両端から互いに平行に同一方向に伸びる
平板状の弾性体12a、12b、これら弾性体12a、
12bの他方端に形成された結合部13a、13b、お
よびこれら結合部13a、13bに結合される伸縮体1
4で構成されている。本実施例の場合、伸縮体14には
積層型の圧電素子が使用されている。15は弾性体12
aの表面の所定個所に貼り付けられた4つのひずみゲー
ジ(変位検出手段)を示し、弾性体12bにも、ひずみ
ゲージ15と同じひずみゲージが4つ、対称個所に貼付
られている。上述のように、剛体部11、弾性体12
a、12b、および結合部13a、13bは剛体のブロ
ックから放電加工等により一体成形される。
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a perspective view of a drive / detection structure according to a first embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 10 shows the drive / detection structure of the present embodiment. The drive / detection structure 10 is composed of a non-stretchable body 11 (hereinafter referred to as a rigid body portion), a rigid body portion 11 and flat plate-like elastic bodies 12a and 12b extending in parallel in the same direction from both ends thereof. Elastic body 12a,
Coupling portions 13a and 13b formed at the other end of 12b, and a stretchable body 1 coupled to these coupling portions 13a and 13b.
It is composed of four. In the case of the present embodiment, a laminated piezoelectric element is used for the elastic body 14. 15 is an elastic body 12
4 shows four strain gauges (displacement detecting means) attached to predetermined positions on the surface of a, and four strain gauges same as the strain gauge 15 are also attached to symmetrical portions on the elastic body 12b. As described above, the rigid body portion 11 and the elastic body 12
The a and 12b and the connecting portions 13a and 13b are integrally formed from a rigid block by electrical discharge machining or the like.

【0016】図2は図1に示す駆動・検出構造体10を
モデル化した図である。この図で、図1に示す部分と等
価な部分には同一符号が付してある。11a、11bは
弾性体12a、12b(ばね体で示されている。)の変
形による変位を検出するために付された測定部である。
測定部11aの端面と伸縮体14の端面との間隔がy0
で、又、測定部11bの端面と伸縮体14の端面との間
隔がz0 で、かつ、伸縮体14の伸縮方向の長さがx0
でそれぞれ表されている。
FIG. 2 is a modeled view of the drive / detection structure 10 shown in FIG. In this figure, the same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Reference numerals 11a and 11b denote measuring units attached to detect displacements due to deformation of the elastic bodies 12a and 12b (shown by spring bodies).
The distance between the end surface of the measuring unit 11a and the end surface of the elastic body 14 is y 0.
In addition, the distance between the end surface of the measuring unit 11b and the end surface of the elastic body 14 is z 0 , and the length of the elastic body 14 in the expansion and contraction direction is x 0.
Each is represented by.

【0017】ここで、本実施例の基本的な動作を図3お
よび図4を参照して説明する。図3は剛体部11を固定
部Aに固定した場合の動作を示す図である。図3の
(a)は剛体部11を固定部Aに固定した状態で伸縮体
14をその伸縮方向に伸長した場合を示し、この伸長は
弾性体12a、12bを変形しながら行なわれる。伸縮
体14の伸長分がxで示され、この伸長により生じる結
合部13a、13bの剛体部11に対する変位量がそれ
ぞれy、zで示されている。
The basic operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram showing an operation when the rigid body portion 11 is fixed to the fixed portion A. FIG. 3A shows a case where the elastic body 14 is extended in the direction of expansion and contraction with the rigid body portion 11 fixed to the fixed portion A, and this extension is performed while deforming the elastic bodies 12a and 12b. The extension of the elastic body 14 is indicated by x, and the displacement amounts of the joint portions 13a and 13b caused by this extension with respect to the rigid body portion 11 are indicated by y and z, respectively.

【0018】図3の(b)はこれをモデル化した図であ
る。このモデルの場合、伸縮体14が長さxだけ伸長す
ると、その各端面は測定部11a、11bに接近するこ
ととなり、両者間の間隔はそれぞれ(y0 −y)、(z
0 −z)となる。このように、伸縮体14の伸長分を制
御することにより(圧電素子の場合印加電圧を制御する
ことにより)、剛体部11に対して結合部13a、13
bに所望の変位を発生させることができる。
FIG. 3B shows a model of this. In the case of this model, when the expandable / contractible body 14 extends by the length x, the respective end surfaces thereof approach the measuring portions 11a and 11b, and the distances between them are (y 0 −y) and (z, respectively).
0- z). In this way, by controlling the amount of extension of the elastic body 14 (by controlling the applied voltage in the case of a piezoelectric element), the coupling portions 13a, 13 are connected to the rigid body portion 11.
A desired displacement can be generated in b.

【0019】図3の(c)は剛体部11を固定部Aに固
定した状態において、外部から、伸縮体14の伸縮方向
の力成分Fが付与された場合を示す。この場合、伸縮体
14は剛体として働き、従来の平行平板構造と同一の動
作となる。力Fによる弾性体12a、12bの変形によ
り生じる結合部13a、13bの剛体部11に対する変
位量がそれぞれy、zで示されている。
FIG. 3C shows the case where the force component F in the expansion / contraction direction of the elastic body 14 is applied from the outside in the state where the rigid body portion 11 is fixed to the fixed portion A. In this case, the stretchable body 14 acts as a rigid body and operates in the same manner as the conventional parallel plate structure. The displacement amounts of the coupling portions 13a and 13b with respect to the rigid body portion 11 caused by the deformation of the elastic bodies 12a and 12b by the force F are indicated by y and z, respectively.

【0020】図3の(d)はこれをモデル化した図であ
る。このモデルの場合、力Fが伸縮体14に作用するこ
とにより、その一方の端面は測定部11aから離れ、他
方の端面は測定部11bに接近する。両者間の間隔はそ
れぞれ(y0 −y)、(z0−z)となる。これらの間
隔(変位量……力Fに比例する)は、ブリッジ回路に構
成された各ひずみゲージ15のひずみ量に基づく当該ブ
リッジ回路の出力として得られる。
FIG. 3D shows a model of this. In the case of this model, the force F acts on the stretchable body 14, so that one end face of the elastic body 14 separates from the measuring unit 11a and the other end face thereof approaches the measuring unit 11b. Each interval between the two (y 0 -y), a (z 0 -z). These intervals (displacement amount ... Proportional to the force F) are obtained as the output of the bridge circuit based on the strain amount of each strain gauge 15 configured in the bridge circuit.

【0021】図4は伸縮体14の一端を固定部Aに固定
した場合の動作を示す図である。図4の(a)は伸縮体
14を固定部Aに固定した状態で伸縮体14をその伸縮
方向に伸長した場合を示し、この伸長は弾性体12a、
12bを変形しながら行なわれる。伸縮体14の伸長分
がxで示され、この伸長により生じる結合部13a、1
3bの剛体部11に対する変位量がそれぞれy、zで示
されている。
FIG. 4 is a diagram showing an operation when one end of the expandable body 14 is fixed to the fixed portion A. FIG. 4A shows a case where the elastic body 14 is fixed in the fixing portion A and the elastic body 14 is expanded in the expansion / contraction direction.
It is performed while deforming 12b. The extension of the elastic body 14 is indicated by x, and the connecting portions 13a, 1 generated by this extension
The displacement amounts of 3b with respect to the rigid portion 11 are indicated by y and z, respectively.

【0022】図4の(b)はこれをモデル化した図であ
る。このモデルの場合、伸縮体14が長さxだけ伸長す
ると、その各端面は測定部11a、11bに接近するこ
ととなり、両者間の間隔はそれぞれ(y0 −y)、(z
0 −z)となる。このように、伸縮体14の伸長分を制
御することにより(圧電素子の場合印加電圧を制御する
ことにより)、剛体部11に対して結合部13a、13
bに所望の変位を発生させることができる。
FIG. 4B shows a model of this. In the case of this model, when the expandable / contractible body 14 extends by the length x, the respective end surfaces thereof approach the measuring portions 11a and 11b, and the distances between them are (y 0 −y) and (z, respectively).
0- z). In this way, by controlling the amount of extension of the elastic body 14 (by controlling the applied voltage in the case of a piezoelectric element), the coupling portions 13a, 13 are connected to the rigid body portion 11.
A desired displacement can be generated in b.

【0023】図4の(c)は上記図4の(b)とは異な
るモデルにより図4の(a)に示す動作をモデル化した
ものであり、測定部11bは剛体部11ではなく固定部
A側に固定され、剛体部11の端面と対向している。こ
の場合、伸縮体14の伸長により、測定部11aと伸縮
体14の端面とは接近するが剛体部11の端面と測定部
11bとの間隔(固定部Aに対する剛体部11の端面の
間隔)は図示のように(y0 +y)と離れることとな
る。
FIG. 4 (c) is a model of the operation shown in FIG. 4 (a) by a model different from that of FIG. 4 (b), and the measuring section 11b is not the rigid body section 11 but the fixed section. It is fixed to the A side and faces the end surface of the rigid body portion 11. In this case, due to the extension of the elastic body 14, the measuring portion 11a and the end surface of the elastic body 14 come close to each other, but the distance between the end surface of the rigid portion 11 and the measuring portion 11b (the distance between the end surface of the rigid portion 11 with respect to the fixed portion A) is As shown in the figure, it is separated from (y 0 + y).

【0024】図4の(d)は伸縮体14を固定部Aに固
定した状態において、外部から、伸縮体14の伸縮方向
の力成分Fが付与された場合を示す。この場合、図3の
(c)に示す場合と同様、伸縮体14は剛体として働
き、従来の平行平板構造と同一の動作となる。力Fによ
る弾性体12a、12bの変形により生じる結合部13
a、13bの剛体部11に対する変位量がそれぞれy、
zで示されている。
FIG. 4D shows a case where the force component F in the expansion / contraction direction of the elastic body 14 is applied from the outside while the elastic body 14 is fixed to the fixing portion A. In this case, similarly to the case shown in FIG. 3C, the expansion / contraction body 14 functions as a rigid body and operates in the same manner as the conventional parallel plate structure. Coupling portion 13 caused by deformation of elastic bodies 12a and 12b by force F
The displacement amounts of a and 13b with respect to the rigid body portion 11 are y,
indicated by z.

【0025】図4の(e)はこれをモデル化した図であ
る。このモデルの場合、力Fが伸縮体14に作用するこ
とにより、その一方の端面は測定部11aに接近し、他
方の端面は測定部11bから離れる。両者間の間隔はそ
れぞれ(z0 −z)、(y0−y)、となる。これらの
間隔(変位量……力Fに比例する)は、ブリッジ回路に
構成された各ひずみゲージ15のひずみ量に基づく当該
ブリッジ回路の出力として得られる。
FIG. 4E is a diagram modeling this. In the case of this model, the force F acts on the stretchable body 14, so that one end face thereof approaches the measuring unit 11a and the other end face thereof separates from the measuring unit 11b. Each interval between the two (z 0 -z), (y 0 -y), and becomes. These intervals (displacement amount ... Proportional to the force F) are obtained as the output of the bridge circuit based on the strain amount of each strain gauge 15 configured in the bridge circuit.

【0026】図4の(f)は図4の(c)と同一のモデ
ルを用いた場合の図である。力Fが作用することによ
り、測定部11aと伸縮体14の端面との間隔、および
剛体部11の端面と測定部11bとの間隔(固定部Aに
対する剛体部11の端面の間隔)はそれぞれ接近する。
FIG. 4 (f) is a diagram when the same model as in FIG. 4 (c) is used. The force F acts so that the distance between the measuring portion 11a and the end surface of the elastic body 14 and the distance between the end surface of the rigid portion 11 and the measuring portion 11b (the distance between the end surface of the rigid portion 11 and the fixed portion A) are close to each other. To do.

【0027】図5は図1に示す伸縮体14の具体例を示
す図である。これらの具体例は図2に示すモデルを用い
て示されている。(a)に示す伸縮体14は、積層型の
圧電素子、電歪素子、磁歪素子である。(b)に示す伸
縮体14は上下の櫛状電極が交互に対向配置された静電
アクチュエータである。(c)に示す伸縮体14はコア
14a、マグネット14b、およびボイスコイル14c
で構成される電磁アクチュエータ(ボイスコイルモー
タ)である。(d)に示す伸縮体14は流体流出入口1
4d、14eを有するシリンダで構成される流体アクチ
ュエータであり、油圧シリンダや空圧シリンダ等が用い
られる。(e)に示す伸縮体14は熱部材(発熱体又は
冷却体)14gおよび加熱又は冷却により伸縮(膨脹、
収縮)する部材14hで構成される熱アクチュエータで
ある。(f)に示す伸縮体14はモータ14i、これに
より回転せしめられるねじ14j、およびボールスクリ
ュー14kで構成される回転−直動変換器である。これ
らの伸縮体14のいずれかが、駆動・検出構造体10の
適用対象物に応じて使用される。
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of the stretchable body 14 shown in FIG. These specific examples are shown using the model shown in FIG. The elastic body 14 shown in (a) is a laminated piezoelectric element, electrostrictive element, or magnetostrictive element. The expandable body 14 shown in (b) is an electrostatic actuator in which upper and lower comb-shaped electrodes are alternately opposed to each other. The expandable body 14 shown in (c) is a core 14a, a magnet 14b, and a voice coil 14c.
Is an electromagnetic actuator (voice coil motor). The elastic body 14 shown in (d) is the fluid outflow port 1
It is a fluid actuator composed of a cylinder having 4d and 14e, and a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder or the like is used. The stretchable body 14 shown in (e) is stretched (expanded, by expansion or contraction) by heating or cooling 14 g of a heat member (heating element or cooling body).
It is a thermal actuator composed of a member 14h that contracts. The expandable body 14 shown in (f) is a rotation-to-linear motion converter including a motor 14i, a screw 14j rotated by the motor 14i, and a ball screw 14k. Any of these stretchable bodies 14 is used depending on the object to which the drive / detection structure 10 is applied.

【0028】図6は変位検出手段の具体例を示す図であ
る。これらの具体例は図5に示す伸縮体の具体例と同じ
くモデルを用いて示されている。(a)に示す変位検出
手段は相対的に変位が発生する対向する2つの面の一方
に設けられ、他方の面との間の静電容量の変化により変
位を測定する静電容量測定手段である。(b)に示す変
位検出手段は図1に示すものと同じひずみゲージであ
る。(c)に示す変位検出手段は相対的に変位が発生す
る対向する2つの面間に介在せしめられた圧電素子(そ
の剛性は伸縮体14に用いられる圧電素子に比較して極
めて低い)であり、2つの面の変位による伸縮により当
該変位に応じた電圧を発生する。(d)に示す変位検出
手段は相対的に変位が発生する対向する2つの面の一方
に設けられたレーザ測長器であり、他方の面との間の光
の干渉により当該他方の面までの長さを測定し、この測
定値に基づいて変位量を測定する。(e)に示す変位検
出手段は相対的に変位が発生する対向する2つの面の一
方に設けられ、他方の面との間の電磁誘導を測定して変
位量を得る電磁誘導測定手段である。
FIG. 6 is a diagram showing a specific example of the displacement detecting means. These specific examples are shown using a model as in the specific example of the stretchable body shown in FIG. The displacement detecting means shown in (a) is a capacitance measuring means which is provided on one of two opposing surfaces where a relative displacement occurs, and which measures the displacement by a change in the capacitance between the other surface. is there. The displacement detecting means shown in (b) is the same strain gauge as that shown in FIG. The displacement detecting means shown in (c) is a piezoelectric element (its rigidity is extremely lower than that of the piezoelectric element used for the expandable body 14) interposed between two opposing surfaces in which displacement relatively occurs. The expansion and contraction due to the displacement of the two surfaces generate a voltage according to the displacement. The displacement detecting means shown in (d) is a laser length measuring device provided on one of the two surfaces facing each other in which displacement relatively occurs, and reaches the other surface by the interference of light with the other surface. Is measured, and the displacement amount is measured based on the measured value. The displacement detecting means shown in (e) is an electromagnetic induction measuring means which is provided on one of two opposing surfaces where a relative displacement occurs and which measures the electromagnetic induction between the other surface and obtains the displacement amount. .

【0029】このように、本実施例では、剛体部11と
伸縮体14の両端を弾性体12a、12bで連結し、か
つ、変位検出手段を備えたので、簡素、かつ、小形な構
成で作用する力の検出と物体の駆動(微動)の両方を行
なうことができる。
As described above, in this embodiment, since both ends of the rigid body portion 11 and the stretchable body 14 are connected by the elastic bodies 12a and 12b and the displacement detecting means is provided, the operation is simple and small. It is possible to perform both the detection of the force exerted and the driving (fine movement) of the object.

【0030】次に、上記駆動・検出構造体10の制御に
ついて説明する。図7は本発明の実施例に係る駆動・検
出構造体の制御装置のブロック図である。この図で、1
00aは弾性体12aに設けられた4つのひずみゲージ
15により構成されたブリッジ回路より成る変位検出
器、100bは弾性体12bに設けられた4つのひずみ
ゲージ15により構成されたブリッジ回路より成る変位
検出器、101a、101bは各変位検出器100a、
100bの出力信号を増幅する検出信号増幅回路であ
る。102はレベル調整回路であり、検出信号増幅回路
101bの出力信号を調整することにより、各弾性体1
2a、12bの剛性の差、変位検出器100a、10b
の感度の差等により生じる不平衡を補償する回路であ
る。103は検出信号増幅回路101aの出力信号とレ
ベル調整回路102の出力信号との偏差を演算すること
により作用した力を得る演算器である。検出信号増幅回
路101aの出力信号はそのまま変位量Dの信号として
用いられ、演算器103の出力信号は力Fの検出信号と
して用いられる。
Next, the control of the drive / detection structure 10 will be described. FIG. 7 is a block diagram of a drive / detection structure control device according to an embodiment of the present invention. In this figure, 1
00a is a displacement detector composed of a bridge circuit composed of four strain gauges 15 provided on the elastic body 12a, and 100b is a displacement detection composed of a bridge circuit composed of four strain gauges 15 provided on the elastic body 12b. , 101a, 101b are displacement detectors 100a,
It is a detection signal amplifier circuit for amplifying the output signal of 100b. Reference numeral 102 denotes a level adjusting circuit, which adjusts the output signal of the detection signal amplifying circuit 101b so as to adjust each elastic body 1
Difference in rigidity between 2a and 12b, displacement detectors 100a and 10b
This is a circuit for compensating for the imbalance caused by the difference in sensitivity of. Reference numeral 103 is a calculator that obtains the acting force by calculating the deviation between the output signal of the detection signal amplifier circuit 101a and the output signal of the level adjusting circuit 102. The output signal of the detection signal amplification circuit 101a is used as it is as the signal of the displacement amount D, and the output signal of the calculator 103 is used as the detection signal of the force F.

【0031】104は検出された変位量Dと検出された
力Fのうちのいずれかを選択する選択器である。105
は目標値発生回路であり、任意の目標値が生成される
が、これについては後述する。106は選択器104の
出力信号(検出信号)と目標値発生回路105の出力信
号(目標値信号)との偏差を演算する演算器、107は
演算器106により演算された偏差を解消する出力を発
生するサーボ回路、108はサーボ回路107からの信
号に応じて伸縮体14を伸縮駆動させる伸縮体駆動回路
である。
A selector 104 selects either the detected displacement amount D or the detected force F. 105
Is a target value generating circuit that generates an arbitrary target value, which will be described later. Reference numeral 106 denotes a calculator for calculating the deviation between the output signal (detection signal) of the selector 104 and the output signal (target value signal) of the target value generation circuit 105, and 107 denotes an output for canceling the deviation calculated by the calculator 106. A servo circuit 108 is generated and is an expander / contractor drive circuit for expanding / contracting the expandable / contractible body 14 according to a signal from the servo circuit 107.

【0032】ここで、図7に示す制御装置の動作を説明
する。この制御装置における変位検出器100a、10
0b、検出信号増幅回路101a、101b、レベル調
整回路102、および演算器103により、駆動・検出
構造体10による変位量Dと力Fの検出ができるのは明
らかである。しかし、駆動・検出構造体10は、単に変
位量Dと力Fの検出、および伸縮体14による微動を行
なうことができるだけでなく、目標値発生回路105に
目標値を設定することにより、以下に述べる特殊な動作
を行なうことができる。
Now, the operation of the control device shown in FIG. 7 will be described. Displacement detectors 100a, 10 in this control device
0b, the detection signal amplification circuits 101a and 101b, the level adjustment circuit 102, and the calculator 103 can obviously detect the displacement amount D and the force F by the drive / detection structure 10. However, the drive / detection structure 10 can not only simply detect the displacement amount D and the force F and finely move by the telescopic body 14, but also by setting a target value in the target value generation circuit 105, The special actions described can be performed.

【0033】図8は選択器104により変位量Dが選択
され、検出された力Fにより変位量Dを制御するときの
特性図である。図8の(a)、(b)、(c)、(d)
とも横軸に力F、縦軸に変位Dがとってある。これらの
特性は例えば関数発生器やマイクロコンピュータの記憶
部に記憶させることにより得ることができる。(a)に
示す特性C1 は力が変化しても変位をほぼ一定値0に保
持する特性である。この特性を目標値発生回路105で
設定(又は選択)し、かつ、選択器104で検出された
変位量Dを選択する。この状態において、どのような大
きさの力Fが検出され、入力されても、目標値発生回路
105からは信号0が出力される。したがって、演算器
106、サーボ回路107、伸縮体駆動回路108によ
り、伸縮体14は変位検出器100aの検出値が0にな
るように駆動される。即ち、駆動・検出構造体10にど
のような力Fが作用していても、伸縮体14が駆動され
て弾性体12aがほとんど変形しない状態が保持され
る。
FIG. 8 is a characteristic diagram when the displacement amount D is selected by the selector 104 and the displacement amount D is controlled by the detected force F. 8 (a), (b), (c), (d)
In both figures, the force F is plotted on the horizontal axis and the displacement D is plotted on the vertical axis. These characteristics can be obtained, for example, by storing them in the function generator or the storage unit of the microcomputer. The characteristic C 1 shown in (a) is a characteristic that holds the displacement at a substantially constant value 0 even if the force changes. This characteristic is set (or selected) by the target value generation circuit 105, and the displacement amount D detected by the selector 104 is selected. In this state, no matter what magnitude of force F is detected and input, signal 0 is output from target value generation circuit 105. Therefore, the expander 14 is driven by the computing unit 106, the servo circuit 107, and the extender drive circuit 108 so that the detection value of the displacement detector 100a becomes zero. That is, no matter what force F acts on the drive / detection structure 10, the stretchable body 14 is driven and the elastic body 12a is maintained in a state of being hardly deformed.

【0034】図9はこの状態を示す図である。この図
で、図1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。駆動・検出構造体10には外部から力F
が作用しているが、図7に示す制御装置により伸縮体1
4は力Fに抗する力を発生するように伸長せしめられ
る。この結果、結合部13aの剛性体11に対する変位
は発生せず、結合部13bにのみ変位が発生し、ここで
力Fが検出される。
FIG. 9 is a diagram showing this state. In this figure, the same or equivalent parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. An external force F is applied to the drive / detection structure 10.
Is working, but the control unit shown in FIG.
4 is stretched so as to generate a force against the force F. As a result, the displacement of the joint portion 13a with respect to the rigid body 11 does not occur, but the displacement of the joint portion 13b occurs, and the force F is detected here.

【0035】ところで、一般に力検出器は力の伝達経路
に介在せしめられるので、力の伝達経路には当該力検出
器の弾性体(柔部分)が介在することとなる。したがっ
て、力検出器の検出値は厳密には力の真値を検出してい
るとは云えず、極高度の精密が要求される装置では問題
が生じる。しかし、駆動・検出構造体10を図8に示す
状態に制御すれば、弾性体12aは変形しないので、見
掛け上剛性が大きくなり、力の伝達経路に(柔部分)が
介在しなくなり、理想的な力検出器を得ることができ
る。
By the way, since the force detector is generally interposed in the force transmission path, the elastic body (soft portion) of the force detector is interposed in the force transmission path. Therefore, strictly speaking, the detected value of the force detector cannot be said to detect the true value of the force, and a problem arises in a device requiring extremely high precision. However, if the drive / detection structure 10 is controlled to the state shown in FIG. 8, the elastic body 12a is not deformed, so that the rigidity is apparently increased, and the (soft portion) does not intervene in the force transmission path, which is ideal. Force detector can be obtained.

【0036】さらに、特性C1 は、例えば切削加工に用
いることができる。切削加工において、工具にかかる切
削力を測定するために従来の力センサを入れると、力セ
ンサの剛性の低さにより工具の支持剛性が低下する。そ
のため、切削加工中に被削材から受ける力により弾性変
形を生じ、工具が引っ込んで加工精度が低下する問題が
ある。しかし、駆動・検出構造体10をホルダ支持に適
用し、目標値発生回路105に特性C1 を設定すること
により、被削材からどのような力を受けても変位は発生
せず、ホルダの引っ込みを阻止することができ、引いて
は精密な加工を行なうことができる。特性C1 の直線部
分の傾きを自由に選定できるのは明らかである(以下の
各特性においても同じ)。
Further, the characteristic C 1 can be used for cutting, for example. In the cutting process, if a conventional force sensor is inserted to measure the cutting force applied to the tool, the rigidity of the force sensor is low and the supporting rigidity of the tool is reduced. Therefore, there is a problem that elastic deformation occurs due to the force received from the work material during cutting, the tool retracts, and the processing accuracy decreases. However, by applying the drive / detection structure 10 to the holder support and setting the characteristic C 1 in the target value generation circuit 105, no displacement occurs even if any force is applied from the work material, and the holder Withdrawal can be prevented, and precise processing can be performed by pulling. It is obvious that the inclination of the straight line portion of the characteristic C 1 can be freely selected (the same applies to the following characteristics).

【0037】一方、特性C2 は、目標値発生回路105
に入力された力の検出値が増大するとこれに応じて変位
を増加させようとする特性、即ち、伸縮体14を伸ばそ
うとする特性である。このような特性も、例えば切削加
工に用いることができる。上記とは逆に、被削材の剛性
が比較的小さい場合、切削加工中に切削力により被削材
が逃げる現象が生じる。しかし、特性C2 を用いること
により、被削材から受ける力が大きくなると工具は被削
材の方へ変位する、即ち積極的に被削材の方へ突っ込ん
でゆくことになり、被削材が逃げる現象に対応すること
ができ、最終的には、スプリングバックによる加工精度
の低下を防止することができる。
On the other hand, the characteristic C 2 is the target value generation circuit 105.
It is a characteristic that the displacement is increased in response to the increase in the detected value of the force input to the, that is, the characteristic that the expansion body 14 is extended. Such characteristics can also be used for cutting, for example. Contrary to the above, when the rigidity of the work material is relatively low, a phenomenon occurs in which the work material escapes due to the cutting force during cutting. However, by using the characteristic C 2 , when the force received from the work material increases, the tool is displaced toward the work material, that is, the tool positively plunges toward the work material. It is possible to deal with the phenomenon that the material escapes, and finally it is possible to prevent the deterioration of the processing accuracy due to the spring back.

【0038】上記特性C2 の切削加工への適用は、切削
加工が被削材の表面からの加工である場合の適用である
が、被削材が円筒形であり、その内面の切削を行なう場
合には工具の動きが逆になるので、特性C3 が用いられ
る(以下の各特性において同じ)。又、この特性C3
力が大きくなると力の方向へ変位するという通常、各種
装置にみられる特性でもある。
The application of the characteristic C 2 to cutting is applied when the cutting is performed from the surface of the work material, but the work material is cylindrical and the inner surface is cut. In this case, the movement of the tool is reversed, so the characteristic C 3 is used (the same applies to the following characteristics). Further, this characteristic C 3 is also a characteristic that is usually found in various devices, in that the characteristic is displaced in the direction of the force as the force increases.

【0039】以下、他の特性について簡単に説明する。
図8の(b)に示す特性C4 、C5は作用する力が所定
値以上になるとそれ以上の変位を阻止するものであり、
駆動・検出構造体10にストッパとしての機能が付加さ
れる。(c)に示す特性C6、C7 は作用する力がある
値以上になると変位が小さくなる(逃げる)特性であ
り、切削加工の例で述べると、被削材の内部に周辺より
硬い部分が存在している場合、その部分を積極的に削り
残すような態様の加工に用いられる。又、(d)に示す
特性C8 、C9 は作用する力がある値以上になると反対
方向へ変位させる特性であり、切削加工の例で述べる
と、一定の背分力が作用するとその時点でホルダが退避
してシステムの破壊を防止する。
Other characteristics will be briefly described below.
The characteristics C 4 and C 5 shown in FIG. 8 (b) are for preventing further displacement when the acting force exceeds a predetermined value.
A function as a stopper is added to the drive / detection structure 10. The characteristics C 6 and C 7 shown in (c) are characteristics in which the displacement decreases (escapes) when the acting force exceeds a certain value, and in the case of cutting processing, the inside of the work material is harder than the periphery. When present, it is used for processing in a mode in which the part is positively left uncut. Further, the characteristics C 8 and C 9 shown in (d) are characteristics in which the acting force is displaced in the opposite direction when the force exceeds a certain value. The holder retracts to prevent the system from being damaged.

【0040】図10は図7に示す選択器104で力が選
択され、検出された変位量Dにより力Fを制御したとき
の特性図である。(a)に示す特性C10は変位が生じて
も力をほぼ0にしておく柔(ふにゃふにゃ)の特性であ
り、例えば表面形状測定プローブや表面あらさ計に用い
られる。特性C11は通常のばね特性を示し、一般分野で
の使用が可能である。特性C12は、例えば特性C11のよ
うな普通のばね特性を有するエレメントに直列に結合
し、全体として柔(ふにゃふにゃ)構造にしたい場合に
用いられ、このような例として例えばバイトホルダのま
まで切り換えて形状測定を行なう場合が挙げられる。
FIG. 10 is a characteristic diagram when a force is selected by the selector 104 shown in FIG. 7 and the force F is controlled by the detected displacement amount D. The characteristic C 10 shown in (a) is a characteristic of softness that keeps the force almost 0 even if a displacement occurs, and is used, for example, in a surface shape measuring probe or a surface roughness meter. Characteristic C 11 shows a normal spring characteristic and can be used in general fields. The characteristic C 12 is used, for example, when an element having a normal spring characteristic such as the characteristic C 11 is coupled in series to form a flexible structure as a whole. There is a case where the shape measurement is performed by switching.

【0041】(b)に示す特性C13、C14は通常のばね
特性に従っているとき一定値以上の変位が発生するとそ
れ以降は追従動作(力は増加しないで相手の形状に追従
する動作)を行なう特性であり、一種の自動退避特性で
ある。(c)に示す特性C15、C16は一定の変位量に達す
ると力、例えば押し付け力を小さくする特性である。こ
のような特性は、例えば薄膜に対してドリル加工、ミリ
ング加工、切除加工等を行なう場合、薄膜表面から一定
の深さまで加工したとき押し付け力を小さくして、貫通
により生じる薄膜裏面の割れを防止する場合に用いられ
る。(d)に示す特性C17、C18は変位が一定量に達す
ると反対向きの力を発生させる特性であり、フェイルセ
ーフ又はストッパの特性となる。
The characteristics C 13 and C 14 shown in (b) follow a normal movement (following movement (i.e., movement that does not increase the force and follows the shape of the opponent)) when a displacement of a certain value or more occurs in accordance with the normal spring characteristics. It is a characteristic to perform, and is a kind of automatic evacuation characteristic. The characteristics C 15 and C 16 shown in (c) are characteristics that reduce the force, for example, the pressing force, when a certain amount of displacement is reached. Such characteristics prevent the cracking of the back surface of the thin film caused by penetration by reducing the pressing force when processing to a certain depth from the thin film surface when performing drilling, milling, cutting, etc. on the thin film. It is used when The characteristics C 17 and C 18 shown in (d) are characteristics that generate a force in the opposite direction when the displacement reaches a certain amount, and are characteristics of fail-safe or stopper.

【0042】このように、本実施例の制御装置では、目
標値発生回路105に、ある特性の目標値を設定するこ
とにより、駆動・検出構造体10に、単に、変位量と力
の検出、又は微動を与える機能だけでなく、駆動・検出
構造体10の適用対象装置に応じて特殊な機能を与える
ことができる。
As described above, in the control device of the present embodiment, the target value generating circuit 105 is set to a target value of a certain characteristic so that the drive / detection structure 10 simply detects the displacement amount and the force. Alternatively, not only a function of giving a slight movement, but also a special function can be given according to a device to which the drive / detection structure 10 is applied.

【0043】以上、図1に示す単体の駆動・検出構造体
10について説明した。しかし、駆動・検出構造体は図
1に示す構造以外の構造で構成することができる。以
下、このような構成例を図により説明する。
The single drive / detection structure 10 shown in FIG. 1 has been described above. However, the drive / detection structure can be constructed with a structure other than that shown in FIG. Hereinafter, such a configuration example will be described with reference to the drawings.

【0044】図11は本発明の第2の実施例に係る駆動
・検出構造体の斜視図である。この図で、20は本実施
例の駆動・検出構造体を示す。21a、21bは剛体
部、22a1 、22b1 は互いに平行な平板状の弾性
体、22a2 、22b2 はそれぞれ弾性体22a1 、2
2b1 と同一表面を有し互いに平行な平板状の弾性体、
23a、23bは結合部、24は結合部23a、23b
に結合される伸縮体である。25は各弾性体22a1
22b2の表面に貼付られたひずみゲージである。26
は剛体部21a、21bを連結する剛性の連結体、27
は連結体26を形成するための貫通孔である。
FIG. 11 is a perspective view of a drive / detection structure according to the second embodiment of the present invention. In this figure, 20 shows the drive / detection structure of the present embodiment. 21a, 21b is rigid part, 22a 1, 22b 1 are mutually parallel plate-shaped elastic body, 22a 2, 22b 2 are each elastic member 22a 1, 2
2b 1 has the same surface and is parallel to each other in the form of a plate-like elastic body,
Reference numerals 23a and 23b are joint portions, and 24 is joint portions 23a and 23b.
Is a stretchable body that is joined to. 25 is each elastic body 22a 1 ~
22b 2 is a strain gauge attached to the surface. 26
Is a rigid connecting body for connecting the rigid body portions 21a and 21b, 27
Is a through hole for forming the connecting body 26.

【0045】本実施例の駆動・検出構造体20は、剛体
部21a、21bの各側面を固定部に固定する使用態様
と、結合部23bの下面に突出部を形成し、この突出部
を固定部に固定する使用態様とがある。前者の使用態様
では作用端はE1 となるが、後者の使用態様では作用端
はE2 となる。さきの駆動・検出構造体10が片持ち梁
の構成を有するのに対して本実施例の駆動・検出体20
は対称形状を有し、より一層安定した動作が可能であ
る。
The drive / detection structure 20 of this embodiment is used in such a manner that each side surface of the rigid body portions 21a and 21b is fixed to the fixed portion, and a protruding portion is formed on the lower surface of the coupling portion 23b, and the protruding portion is fixed. There is a usage mode in which it is fixed to a part. In the former usage mode, the working end is E 1 , whereas in the latter usage mode, the working end is E 2 . Whereas the drive / detection structure 10 described above has a cantilever structure, the drive / detection body 20 of the present embodiment is used.
Has a symmetrical shape, and more stable operation is possible.

【0046】図12は本発明の第3の実施例に係る駆動
・検出構造体の側面図である。この図で、30は本実施
例の駆動・検出構造体を示す。31は剛体部、31a、
31bは突出部、32a1 〜32b2 は図11に示す弾
性体22a1 〜22b2 と同様の弾性体、33a1 〜3
3b2 は結合部、34は結合部33a1 、33b1 間、
および結合部33a2 、33b2 間に結合される伸縮体
である。各伸縮体34は円筒状圧電素子であり、電極3
4eを有する。36、37は弾性体22a1 〜22b2
を形成するために設けられた貫通孔である。なお、図1
1に示す弾性体22a1 〜22b2 も貫通孔37と同様
の貫通孔を形成することにより構成することができ、そ
の場合作用端は貫通孔上の剛体部となる。本実施例で
は、ひずみゲージの図示は省略されている。突出部31
bを固定部に固定すると剛体部を固定する使用態様とな
り、作用端は突出部31aとなる。又、突出部31aを
固定部に固定すると伸縮体を固定する使用態様となり、
その場合の作用端は突出部31bとなる。本実施例の駆
動・検出体30も対称形状を有し、第2の実施例と同
様、より一層安定した動作が可能である。
FIG. 12 is a side view of the drive / detection structure according to the third embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 30 shows the drive / detection structure of the present embodiment. 31 is a rigid body part, 31a,
31b are protrusions, 32a 1 ~32b 2 is similar to the elastic member and the elastic member 22a 1 ~22b 2 shown in FIG. 11, 33a 1 to 3
3b 2 is a connecting portion, 34 is a portion between the connecting portions 33a 1 and 33b 1 ,
And a stretchable body that is joined between the joining portions 33a 2 and 33b 2 . Each elastic body 34 is a cylindrical piezoelectric element, and the electrode 3
4e. 36 and 37 the elastic body 22a 1 ~22b 2
It is a through hole provided for forming. Note that FIG.
The elastic body 22a 1 ~22b 2 shown in 1 can also be configured by forming the same through hole and the through-hole 37, in which case the working end is the rigid part of the through hole. In this embodiment, the strain gauge is not shown. Protrusion 31
When b is fixed to the fixed part, the rigid part is fixed, and the working end is the protrusion 31a. In addition, when the protruding portion 31a is fixed to the fixing portion, it becomes a usage mode for fixing the expandable body,
The working end in that case becomes the protrusion 31b. The drive / detection body 30 of the present embodiment also has a symmetrical shape, and as in the second embodiment, a more stable operation is possible.

【0047】なお、上記の構成では伸縮体34は両側に
1つずつ備えられているが、剛体部31の周囲に3つ以
上備えることもできるし、又、結合部33a1 〜33b
2 を円形とし、伸縮体34を円筒状伸縮体とすることも
できる。
[0047] In the configuration described above elastics 34 are provided one on each side, but can either be provided around the rigid portion 31 3 or more, also, coupling portions 33a 1 ~33B
It is also possible to make 2 a circular shape and the elastic body 34 a cylindrical elastic body.

【0048】図13は本発明の第4の実施例に係る駆動
・検出構造体の斜視図である。この図で、40は本実施
例の駆動・検出構造体を示す。この駆動・検出構造体4
0は薄膜の積層により構成されている。41は絶縁層、
42は金属層、43は圧電体層、44は金属層、45は
絶縁層である。これら各層は蒸着、スパッタリング、イ
オン打ち込み等の手段により順次積層される。
FIG. 13 is a perspective view of a drive / detection structure according to the fourth embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 40 indicates the drive / detection structure of the present embodiment. This drive / detection structure 4
0 is formed by stacking thin films. 41 is an insulating layer,
42 is a metal layer, 43 is a piezoelectric layer, 44 is a metal layer, and 45 is an insulating layer. These layers are sequentially laminated by means such as vapor deposition, sputtering and ion implantation.

【0049】46a1 、46a2 は層41〜45の積層
体において、図で上方から層45、44、43に対して
並列に明けられた2つの穴である。一方、図では明瞭で
ないが、当該積層体の反対側(下方)から、穴46a
1 、46a2 とは直交方向に、層41、42、43に対
して並列の穴が明けられる。このような穴を明けること
により、外側の枠状の剛体部47、図で上方において枠
状の剛体部47を一方向に横切る弾性体48a1 、48
2 、図で下方において枠状の剛体部47を弾性体48
1 、48a2 の方向と直交する方向に横切る弾性体4
8b1 、48b2、および圧電層より成る伸縮体49が
形成される。
In the laminated body of layers 41 to 45, 46a 1 and 46a 2 are two holes formed in parallel with the layers 45, 44 and 43 from above in the figure. On the other hand, although it is not clear in the drawing, the hole 46a is provided from the opposite side (lower side) of the laminate.
Holes parallel to the layers 41, 42 and 43 are drilled in the direction orthogonal to 1 , 46a 2 . By making such a hole, the outer frame-shaped rigid body portion 47, and the elastic bodies 48a 1 and 48 that cross the frame-shaped rigid body portion 47 in one direction in the upper direction in the figure.
a 2 , the frame-shaped rigid body portion 47 is attached to the elastic body 48 at the lower side in the figure.
Elastic body 4 that crosses in a direction orthogonal to the directions of a 1 and 48a 2.
An elastic body 49 composed of 8b 1 and 48b 2 and a piezoelectric layer is formed.

【0050】各弾性体の所定個所にはひずみゲージが形
成される。上下の弾性体に属している金属層44、42
が伸縮体49の電極となる。Lは各電極に接続されたリ
ード線、Pは弾性体48a1 、48a2 の中央で伸縮体
49の上部に固定された探針である。
Strain gauges are formed at predetermined locations on each elastic body. Metal layers 44 and 42 belonging to the upper and lower elastic bodies
Serves as an electrode of the elastic body 49. L is a lead wire connected to each electrode, and P is a probe fixed to the upper part of the elastic body 49 at the center of the elastic bodies 48a 1 and 48a 2 .

【0051】図13の(b)は下方の弾性体48b2
辺の拡大斜視図である。上述の積層体に対して各穴を明
けただけでは、枠状の剛体部47の金属層42、44と
弾性体の金属層とは連続しており、そのままでは伸縮体
49に電圧を印加したとき枠状の剛体部47の金属層4
2、44にも電圧が印加され、それらの間に挟まれた圧
電層43が伸長することとなり不都合である。このた
め、枠状の剛体部47の金属層42、44と上下の弾性
体の金属層とは(b)における符号Gで示すように切り
離される。
FIG. 13B is an enlarged perspective view of the lower elastic body 48b 2 and its vicinity. The metal layers 42 and 44 of the frame-shaped rigid body portion 47 are continuous with the metal layer of the elastic body only by making holes in the above-mentioned laminated body, and a voltage is applied to the elastic body 49 as it is. When the metal layer 4 of the frame-shaped rigid body portion 47
A voltage is also applied to 2 and 44, and the piezoelectric layer 43 sandwiched between them expands, which is inconvenient. For this reason, the metal layers 42 and 44 of the frame-shaped rigid body portion 47 and the upper and lower elastic metal layers are separated as indicated by a symbol G in (b).

【0052】このように構成された駆動・検出構造体4
0は、原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡等の、いわゆる
プローブ顕微鏡の探針Pのホルダとして用いられる。従
来のホルダは先端に探針Pを固定した片持ち梁形状であ
るので、剛性が低く、変位の向きが変化するという問題
があった。しかし、上記駆動・検出構造体40をホルダ
として用いることにより、高剛性、高固有振動数を有
し、かつ、変位の向きが常に一定方向であるホルダを得
ることができる。
The driving / detecting structure 4 thus configured
0 is used as a holder of a probe P of a so-called probe microscope such as an atomic force microscope and a tunnel microscope. Since the conventional holder has a cantilever shape in which the probe P is fixed to the tip, there is a problem that the rigidity is low and the direction of displacement changes. However, by using the drive / detection structure 40 as a holder, it is possible to obtain a holder having high rigidity and high natural frequency, and the direction of displacement is always constant.

【0053】図14は本発明の第5の実施例に係る駆動
・検出構造体の斜視図である。この図で、50は本実施
例の駆動・検出構造体を示す。この駆動・検出構造体5
0は薄膜の積層により構成されている。51、53、5
5、57は金属層、52、54、56は圧電体層であ
り、これら各層は蒸着、スパッタリング、イオン打ち込
み等の手段により順次積層される。このようにして積層
された積層体は所定個所を除去することにより図示のよ
うに構成される。61は剛体部、62a、b、cは圧電
体の梁、63は伸縮体、Pは伸縮体63に取り付けられ
た探針である。本実施例の駆動・検出構造体50もさき
の実施例の駆動・検出構造体40と同様、プローブ顕微
鏡のホルダとして用いられる。
FIG. 14 is a perspective view of a drive / detection structure according to the fifth embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 50 shows the drive / detection structure of the present embodiment. This drive / detection structure 5
0 is formed by stacking thin films. 51, 53, 5
Reference numerals 5 and 57 are metal layers, and reference numerals 52, 54 and 56 are piezoelectric layers, and these layers are sequentially laminated by means such as vapor deposition, sputtering and ion implantation. The laminated body thus laminated is constructed as shown by removing predetermined portions. Reference numeral 61 is a rigid body portion, 62a, b, and c are piezoelectric beams, 63 is an expandable body, and P is a probe attached to the expandable body 63. Like the drive / detection structure 40 of the previous embodiment, the drive / detection structure 50 of this embodiment is also used as a holder for a probe microscope.

【0054】上記の構成において、伸縮体63における
金属層53、55および圧電体層54は伸縮部材を構成
する。又、64a1 、64a2 は金属層57、55と圧
電体層55で構成されて圧電体の梁62aに発生した電
荷を検出する検出部、64b1 、64b2 は金属層5
1、53と圧電体層52で構成されて圧電体の梁62b
に発生した電荷を検出する検出部、64c1 、64c2
は金属層51、53と圧電体層52で構成されて圧電体
の梁62cに発生した電荷を検出する検出部である。
In the above structure, the metal layers 53, 55 and the piezoelectric layer 54 in the elastic body 63 form an elastic member. Further, 64a 1 and 64a 2 are detection portions which are composed of the metal layers 57 and 55 and the piezoelectric layer 55 and detect charges generated in the beam 62a of the piezoelectric body, and 64b 1 and 64b 2 are the metal layer 5
A piezoelectric beam 62b made up of the piezoelectric layers 52 and 53.
Detectors for detecting electric charges generated in the detectors 64c 1 and 64c 2
Is a detection unit configured by the metal layers 51 and 53 and the piezoelectric layer 52 to detect electric charges generated on the beam 62c of the piezoelectric body.

【0055】本実施例の駆動・検出構造体50を、例え
ば原子力間顕微鏡に使用する場合、探針Pを測定対象部
材に微小間隔で対向させたとき、探針Pは原子間力を受
け、この力に応じて各梁62a、62b、62cにひず
みが生じ、これに応じた電荷が発生し、この電荷は各検
出部64a1 〜64c2で検出される。測定対象部材の
表面を探針Pで走査して各検出部64a1 〜64c2
検出値を収集する。一方、上記走査中、伸縮体63の金
属層53、55および圧電体層54より成る伸縮部材
は、探針Pが常に一定の力を受けるように伸縮制御され
る。これにより測定対象部材の表面の形状を測定するこ
とができる図13および図14に示す実施例では駆動・
検出構造体40、50に探針Pを取り付ける例を挙げ
た。しかし、探針Pの代わりにダイヤモンドチップを取
り付ければ微細加工装置として用いることができるのは
明らかである。さらにこの場合、伸縮体14を高周波で
駆動すれば振動加工機とすることができる。このような
振動加工機として用いる場合の制御装置を図15に示
す。
When the drive / detection structure 50 of this embodiment is used in, for example, an atomic force microscope, when the probe P is opposed to the member to be measured at a minute interval, the probe P receives an atomic force, The beams 62a, 62b, and 62c are distorted in response to this force, and electric charges are generated accordingly, and the electric charges are detected by the detection units 64a 1 to 64c 2 . The surface of the measurement target member by scanning with the probe P to collect the detected values of the detecting portions 64a 1 ~64c 2. On the other hand, during the scanning, the expansion / contraction member composed of the metal layers 53 and 55 of the expansion / contraction member 63 and the piezoelectric layer 54 is expanded / contracted so that the probe P always receives a constant force. In this way, in the embodiment shown in FIGS. 13 and 14, the shape of the surface of the measurement target member can be measured.
An example in which the probe P is attached to the detection structures 40 and 50 has been given. However, it is obvious that if a diamond tip is attached instead of the probe P, it can be used as a fine processing apparatus. Further, in this case, if the expansion / contraction body 14 is driven at a high frequency, a vibration processing machine can be obtained. FIG. 15 shows a control device used as such a vibration processing machine.

【0056】図15は駆動・検出構造体を振動加工機に
適用した場合の制御装置のブロック図である。この図
で、図7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。109は高周波信号源、110は演算器
である。サーボ回路107の出力信号は演算器110で
高周波信号源109の高周波信号と加算されて伸縮体駆
動回路108に出力される。したがって、伸縮体14
(ダイヤモンドチップ)は高周波で振動して加工が行な
われる。高周波信号源109の周波数は、演算器110
から出力される高周波信号がサーボ系により抑圧されな
いように、サーボ系の帯域より高く選定されている。
FIG. 15 is a block diagram of a control device when the drive / detection structure is applied to a vibration processing machine. In this figure, the same or equivalent parts as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals. Reference numeral 109 is a high-frequency signal source, and 110 is an arithmetic unit. The output signal of the servo circuit 107 is added to the high frequency signal of the high frequency signal source 109 by the arithmetic unit 110 and output to the telescopic body drive circuit 108. Therefore, the elastic body 14
The (diamond tip) is vibrated at a high frequency and processed. The frequency of the high-frequency signal source 109 is the arithmetic unit 110.
The band is selected to be higher than the band of the servo system so that the high frequency signal output from is not suppressed by the servo system.

【0057】図16は駆動・検出構造体を移動させる移
動機構の側面図である。この図で、10は図1に示す駆
動・検出構造体である。71、72は固定部Aに固定さ
れた支持体、73は支持体71に支持されたモータ、7
4は支持体71、72に支持されモータ73で回転せし
められる棒状のねじ、75はねじ74と螺合するボール
スクリューである。ボールスクリュー75には駆動・検
出構造体10が固定されている。駆動・検出構造体10
により発生することができる変位が微小であるとき、こ
の駆動・検出構造体10を大きなストロークが要求され
る装置へ適用する場合には支障がある。しかし、上記の
構成により、大きなストロークはねじ機構で得るように
し、微小変位を駆動・検出構造体10で得るようにすれ
ば不都合を解消することができる。
FIG. 16 is a side view of a moving mechanism for moving the driving / detecting structure. In this figure, 10 is the drive / detection structure shown in FIG. Reference numerals 71 and 72 denote supports fixed to the fixing portion A, 73 denotes a motor supported by the support 71, 7
Reference numeral 4 is a rod-shaped screw supported by the supports 71 and 72 and rotated by a motor 73, and 75 is a ball screw screwed with the screw 74. The drive / detection structure 10 is fixed to the ball screw 75. Drive / detection structure 10
When the displacement that can be generated by the above is small, there is a problem when the drive / detection structure 10 is applied to a device requiring a large stroke. However, with the above configuration, if a large stroke is obtained by the screw mechanism and a minute displacement is obtained by the drive / detection structure 10, the inconvenience can be eliminated.

【0058】以上の説明においては、駆動・検出構造体
の単体について説明した。しかし、駆動・検出構造体は
単体として用いられるばかりでなく、それらを複合した
構成で用いることもできる。以下、単体の駆動・検出構
造体を複合した構成について説明する。
In the above description, the drive / detection structure alone has been described. However, the drive / detection structure can be used not only as a single body but also as a composite structure of them. Hereinafter, a configuration in which a single drive / detection structure is combined will be described.

【0059】図17は駆動・検出構造体の複合構成の態
様を説明する図である。この図で、(a)は図1に示す
駆動・検出構造体10を略示する図である。(b)は駆
動・検出構造体10を直列に結合した態様の複合構成、
(c)は駆動・検出構造体10を並列に結合した態様の
複合構成、(d)は駆動・検出構造体10を互いに直交
する方向に結合した複合構成を示す。(b)に示す複合
構成の具体例を図17に、(c)に示す複合構成の具体
例を図19に示す。
FIG. 17 is a diagram for explaining an aspect of the composite structure of the drive / detection structure. In this figure, (a) is a diagram schematically showing the drive / detection structure 10 shown in FIG. 1. (B) is a composite configuration in which the drive / detection structure 10 is coupled in series,
(C) shows a composite structure in which the drive / detection structures 10 are connected in parallel, and (d) shows a composite structure in which the drive / detection structures 10 are connected in directions orthogonal to each other. A specific example of the composite structure shown in (b) is shown in FIG. 17, and a specific example of the composite structure shown in (c) is shown in FIG.

【0060】なお、(d)に示す複合構成については図
が複雑になるので図示しないが、このような態様の結合
は図示しなくても容易になし得ることである。そして、
符号Kで示す側を固定端、符号Sで示す側を作用端とす
ることにより、作用端Sを3軸方向に変位させることが
できる。又、(d)では3つの駆動・検出構造体10の
複合構成が示されているが、2つの駆動・検出構造体1
0の複合構成であってもよいのは明らかである。
It should be noted that the composite structure shown in (d) is not shown because the figure becomes complicated, but it is possible to easily perform such a combination without showing the figure. And
By setting the side indicated by the symbol K as the fixed end and the side indicated by the symbol S as the working end, the working end S can be displaced in the three axial directions. Further, although the composite structure of the three drive / detection structures 10 is shown in FIG.
Obviously, a composite configuration of 0 may be used.

【0061】図18は図17に示す直列結合の4つの具
体例を示す斜視図である。これらの具体例では、2つの
駆動・検出構造体10A、10Bの直列結合態様を示
す。(a)は駆動・検出構造体10Bの剛体部11を固
定端B1 、伸縮体14を作用端B2 、駆動・検出構造体
10Aの剛体部11を固定端A1 、伸縮体14を作用端
2 とし、作用端B2と固定端A1 とを結合した構成を
示す。(b)は駆動・検出構造体10Bの伸縮体14を
固定端B1 、剛体部11を作用端B2 、駆動・検出構造
体10Aの伸縮体14を固定端A1 、剛体部11を作用
端A2 とし、作用端B2と固定端A1 とを結合した構成
を示す。(c)は駆動・検出構造体10Bの剛体部11
を固定端B1 、伸縮体14を作用端B2 、駆動・検出構
造体10Aの伸縮体14を固定端A1 、剛体部11を作
用端A2 とし、作用端B2と固定端A1 とを結合した構
成を示す。(d)は駆動・検出構造体10Bの伸縮体1
4を固定端B1 、剛体部11を作用端B2 、駆動・検出
構造体10Aの剛体部11を固定端A1 、伸縮体14を
作用端A2 とし、作用端B2と固定端A1 とを結合した
構成を示す。このような直列結合において、一方の駆動
・検出構造体に変位の大きな特性を有するものを用い、
他方の駆動・検出構造体に変位の微小な特性を有するも
のを用いれば、粗動と微動の両者を併せ持つ駆動・検出
構造体を構成することができる。
FIG. 18 is a perspective view showing four specific examples of the series coupling shown in FIG. In these specific examples, two driving / detecting structures 10A and 10B are connected in series. (A) shows the rigid body portion 11 of the drive / detection structure 10B as the fixed end B 1 , the elastic body 14 as the working end B 2 , and the rigid body portion 11 of the drive / detection structure 10A as the fixed end A 1 and stretchable body 14 and the end a 2, showing the structure that combines a fixed end a 1 and working end B 2. (B) shows the stretchable body 14 of the drive / detection structure 10B with the fixed end B 1 , the rigid body portion 11 with the working end B 2 , the stretchable body 14 of the drive / detection structure 10A with the fixed end A 1 , and the rigid body portion 11 acts. and the end a 2, showing the structure that combines a fixed end a 1 and working end B 2. (C) is a rigid body portion 11 of the drive / detection structure 10B.
Is the fixed end B 1 , the telescopic body 14 is the working end B 2 , the telescopic body 14 of the drive / detection structure 10A is the fixed end A 1 , the rigid portion 11 is the working end A 2 , and the working end B 2 and the fixed end A 1 are The configuration in which and are combined is shown. (D) is the expansion / contraction body 1 of the drive / detection structure 10B.
4 is the fixed end B 1 , the rigid body portion 11 is the working end B 2 , the rigid body portion 11 of the drive / detection structure 10A is the fixed end A 1 , the telescopic body 14 is the working end A 2 , and the working end B 2 and the fixed end A The configuration in which 1 and are combined is shown. In such a series connection, one drive / detection structure having a large displacement characteristic is used.
If the other drive / detection structure having a minute displacement characteristic is used, a drive / detection structure having both coarse and fine movements can be constructed.

【0062】図19は図17に示す並列結合の3つの具
体例を示す斜視図である。これらの具体例では、2つの
駆動・検出構造体10A、10Bの並列結合態様を示
す。(a)は駆動・検出構造体10A、10Bの各伸縮
体14を結合部13で結合した構成であり、駆動・検出
構造体10A、10Bの各剛体部11をそれぞれ固定端
1 、B1 とし、結合部13を共通の作用端A22
した構成を示す。(b)は駆動・検出構造体10A、1
0Bの各剛体部11を共有(結合)した構成であり、駆
動・検出構造体10A、10Bの各伸縮体14を固定端
1 、B1 とし、共有の剛体部11を作用端A22
した構成を示す。(c)は駆動・検出構造体10A、1
0Bの伸縮体14と剛体部11とを対向させ、対向する
伸縮体14と剛体部11とをそれぞれ異なる側の端部で
結合した構成であり、当該端部の一方側の結合部が固定
端A11 、他方側結合部が作用端A22 とした構成
を示す。
FIG. 19 is a perspective view showing three specific examples of the parallel connection shown in FIG. In these specific examples, two driving / detecting structures 10A and 10B are connected in parallel. (A) shows a structure in which the expansion / contraction bodies 14 of the drive / detection structures 10A and 10B are connected by a connecting portion 13, and the rigid body portions 11 of the drive / detection structures 10A and 10B are fixed ends A 1 and B 1 , respectively. And a structure in which the joint portion 13 has a common working end A 2 B 2 . (B) is a drive / detection structure 10A, 1
In this configuration, the rigid bodies 11 of 0B are shared (joined), and the elastic bodies 14 of the drive / detection structures 10A and 10B are fixed ends A 1 and B 1 , and the shared rigid body 11 is the working end A 2 B. 2 shows the configuration. (C) is a drive / detection structure 10A, 1
It is configured such that the stretchable body 14 and the rigid body portion 11 of 0B are opposed to each other, and the opposite stretchable body 14 and the rigid body portion 11 are joined at the ends on different sides, and the joining portion on one side of the end portion is a fixed end. A 1 B 1 and the coupling portion on the other side are working ends A 2 B 2 are shown.

【0063】このような並列結合において、一方の駆動
・検出構造体を力の検出範囲(定格)は小さいが分解能
が高い特性を有するものとし、他方の駆動・検出構造体
変位を力の検出範囲は大きいが分解能は多少低い特性を
有するものとすると、種々の大きさの力に対応すること
ができ、かつ、所望の検出精度にも対応することができ
る。
In such a parallel connection, one driving / detecting structure is assumed to have a characteristic that the force detection range (rating) is small but the resolution is high, and the other driving / detecting structure displacement is set to the force detection range. If it has a characteristic that the resolution is large, but the resolution is somewhat low, it is possible to cope with forces of various magnitudes and also to cope with a desired detection accuracy.

【0064】次に、図1に示す駆動・検出構造体10を
複数個適用する装置を例示する。図20は加工装置や位
置決め装置に使用される微動テーブルの斜視図である。
このような微動テーブルは、例えば特開昭61−159
349号公報や特開昭62−88008号公報等で提示
されている。図20で、80は微動テーブルを示す。8
1はXYステージ(図示しない)等に固定される固定
部、82は加工や測定の対象となる部材が載置されるテ
ーブルである。固定部81とテーブル82とはそれらの
4つの隅部で駆動・検出構造体10で結合されている。
これら駆動・検出構造体10の伸縮体14を選択的に駆
動することにより、テーブル82に、1軸方向(伸縮方
向)の並進(平行)変位と、2軸まわり(伸縮方向に直
交する軸まわり)の回転変位を与えることができる。こ
の場合、図8に示す特性C1 の制御を行なうことにより
テーブル82を含む系の剛性を高くして精度の高い加工
や位置決めが可能となる。
Next, an example of a device to which a plurality of drive / detection structures 10 shown in FIG. 1 are applied will be illustrated. FIG. 20 is a perspective view of a fine movement table used for a processing device and a positioning device.
Such a fine movement table is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-159.
No. 349, JP-A-62-88008, and the like. In FIG. 20, reference numeral 80 indicates a fine movement table. 8
Reference numeral 1 is a fixed portion fixed to an XY stage (not shown) or the like, and reference numeral 82 is a table on which a member to be processed or measured is placed. The fixed portion 81 and the table 82 are connected by the drive / detection structure 10 at their four corners.
By selectively driving the expansion / contraction body 14 of the drive / detection structure 10, translational (parallel) displacement in one axis direction (expansion / contraction direction) and rotation about two axes (around an axis orthogonal to the expansion / contraction direction) are performed on the table 82. ) Rotational displacement can be given. In this case, by controlling the characteristic C 1 shown in FIG. 8, it is possible to increase the rigidity of the system including the table 82 and perform highly accurate machining and positioning.

【0065】図21は図20と同様の微動テーブルの一
部破断斜視図である。この図で、図20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。83は微
動テーブルを示す。又、駆動・検出構造体10は直線で
示されている。81a、81b、81cは駆動・検出構
造体10の一端が固定される固定部81上の位置、82
a、82b、82cは駆動・検出構造体10の他端が固
定されるテーブル82上の位置を示す。駆動・検出構造
体10は、位置81a、82a間、位置81b、82b
間、位置81c、82c間、位置81a、82b間、位
置81b、82c間、位置81c、82a間を連結する
ように結合される。駆動・検出構造体10の数は6つで
ある。これら駆動・検出構造体10の伸縮体14を適切
に選択して駆動することにより、図20に示す微動テー
ブルと同様の特性をもって、テーブル82に、直交する
3軸方向の並進変位および3軸まわりの回転変位を与え
ることができる。
FIG. 21 is a partially cutaway perspective view of the same fine movement table as in FIG. In this figure, the same or equivalent parts as those shown in FIG. 20 are designated by the same reference numerals. Reference numeral 83 indicates a fine movement table. The drive / detection structure 10 is shown as a straight line. 81a, 81b, 81c are positions on the fixed portion 81 to which one end of the drive / detection structure 10 is fixed,
Reference numerals a, 82b, and 82c denote positions on the table 82 to which the other end of the drive / detection structure 10 is fixed. The drive / detection structure 10 is provided between positions 81a and 82a, and positions 81b and 82b.
, Positions 81c and 82c, positions 81a and 82b, positions 81b and 82c, and positions 81c and 82a. The number of drive / detection structures 10 is six. By appropriately selecting and driving the expansion / contraction body 14 of the drive / detection structure 10, the table 82 has the same characteristics as the fine movement table shown in FIG. The rotational displacement of can be given.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、伸縮体
と、剛体部と、伸縮体の両端と剛体部との間を連結する
弾性体と、伸縮体の両端と剛体部との間の変位量を検出
する検出手段とで駆動・検出構造体を構成したので、小
形、かつ、簡素な構成で検出と微動を行なうことができ
る。又、本発明では、上記構成の駆動・検出構造体にお
いて、変位と力の検出値の一方を選択するとともに、目
標値の特性を任意に生成する目標値生成手段を設け、選
択された検出値とその検出値に応じた目標値との偏差に
応じて伸縮体を駆動するようにしたので、使用対象装置
に適合した使用が可能となる。
As described above, according to the present invention, the stretchable body, the rigid body portion, the elastic body connecting between both ends of the stretchable body and the rigid body portion, and between the both ends of the stretchable body and the rigid body portion. Since the drive / detection structure is composed of the detection means for detecting the displacement amount of, the detection and fine movement can be performed with a small and simple structure. Further, in the present invention, in the drive / detection structure having the above-mentioned structure, one of the detected values of the displacement and the force is selected, and the target value generating means for arbitrarily generating the characteristic of the target value is provided, and the selected detected value Since the stretchable body is driven according to the deviation from the target value according to the detected value, it is possible to use the apparatus in conformity with the device to be used.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る駆動・検出構造体
の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a drive / detection structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す駆動・検出構造体をモデル化した図
である。
FIG. 2 is a diagram modeling the drive / detection structure shown in FIG.

【図3】図1に示す駆動・検出構造体の動作を説明する
図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the drive / detection structure shown in FIG.

【図4】図1に示す駆動・検出構造体の動作を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the drive / detection structure shown in FIG.

【図5】図1に示す駆動・検出構造体の伸縮体の具体例
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a stretchable body of the drive / detection structure shown in FIG.

【図6】図1に示す駆動・検出構造体の検出部の具体例
を示す図である。
6 is a diagram showing a specific example of a detection unit of the drive / detection structure shown in FIG.

【図7】図1に示す駆動・検出構造体の制御装置のブロ
ック図である。
7 is a block diagram of a control device for the drive / detection structure shown in FIG. 1. FIG.

【図8】図7に示す制御装置の目標発生回路の特性を示
す図である。
8 is a diagram showing characteristics of a target generation circuit of the control device shown in FIG.

【図9】図7に示す目標発生回路の特性により作動する
駆動・検出構造体の側面図である。
9 is a side view of a drive / detection structure that operates according to the characteristics of the target generation circuit shown in FIG. 7. FIG.

【図10】図7に示す制御装置の目標発生回路の特性を
示す図である。
10 is a diagram showing characteristics of a target generation circuit of the control device shown in FIG.

【図11】本発明の第2の実施例に係る駆動・検出構造
体の斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view of a drive / detection structure according to a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施例に係る駆動・検出構造
体の側面図である。
FIG. 12 is a side view of a drive / detection structure according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4の実施例に係る駆動・検出構造
体の斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of a drive / detection structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第5の実施例に係る駆動・検出構造
体の斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view of a drive / detection structure according to a fifth embodiment of the present invention.

【図15】図14に示す駆動・検出構造体の制御装置の
ブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram of a control device for the drive / detection structure shown in FIG.

【図16】図1に示す駆動・検出構造体と長ストローク
機構の組合せを示す図である。
16 is a diagram showing a combination of the drive / detection structure and the long stroke mechanism shown in FIG. 1. FIG.

【図17】図1に示す駆動・検出構造体の複合構成の斜
視図である。
17 is a perspective view of a composite configuration of the drive / detection structure shown in FIG. 1. FIG.

【図18】図1に示す駆動・検出構造体の直列結合の斜
視図である。
FIG. 18 is a perspective view of the drive / detection structure shown in FIG. 1 connected in series.

【図19】図1に示す駆動・検出構造体の並列結合の斜
視図である。
FIG. 19 is a perspective view of the drive / detection structure shown in FIG. 1 connected in parallel.

【図20】図1に示す駆動・検出構造体の応用例の斜視
図である。
20 is a perspective view of an application example of the drive / detection structure shown in FIG. 1. FIG.

【図21】図1に示す駆動・検出構造体の応用例の斜視
図である。
21 is a perspective view of an application example of the drive / detection structure shown in FIG. 1. FIG.

【図22】従来の力検出器の側面図である。FIG. 22 is a side view of a conventional force detector.

【図23】従来の微細位置決め装置の側面図であるFIG. 23 is a side view of a conventional fine positioning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 駆動・検出構造体 11 剛体部 12a、12b 弾性体 14 伸縮体 15 歪みゲージ 20a、20b 変位検出器 23、26 演算器 24 選択手段 25 目標値発生回路 27 サーボ回路 28 伸縮体駆動回路 10 Drive / Detection Structure 11 Rigid Body Part 12a, 12b Elastic Body 14 Stretchable Body 15 Strain Gauge 20a, 20b Displacement Detector 23, 26 Operator 24 Selection Means 25 Target Value Generation Circuit 27 Servo Circuit 28 Stretchable Body Drive Circuit

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定方向に伸縮する伸縮体と、この伸縮
体に対向する非伸縮体と、前記伸縮体の両端と前記非伸
縮体との間を連結する弾性体と、前記所定方向における
前記伸縮体の両端と前記非伸縮体との間の相対変位量を
検出する検出手段とで構成されていることを特徴とする
駆動・検出構造体。
1. A stretchable body that stretches in a predetermined direction, a non-stretchable body facing the stretchable body, an elastic body that connects between both ends of the stretchable body and the non-stretchable body, and the stretchable body in the predetermined direction. A drive / detection structure comprising: a detection unit configured to detect a relative displacement amount between both ends of the stretchable body and the non-stretchable body.
【請求項2】 請求項1において、前記非伸縮体は、固
定部に固定され、前記伸縮体の一端は、被作用体に対す
る作用部とされることを特徴とする駆動・検出構造体。
2. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the non-stretchable body is fixed to a fixed portion, and one end of the stretchable body is a working portion for an acted body.
【請求項3】 請求項1において、前記伸縮体の一端
は、固定部に固定され、前記非伸縮体の一端は、被作用
体に対する作用部とされることを特徴とする駆動・検出
構造体。
3. The drive / detection structure according to claim 1, wherein one end of the stretchable body is fixed to a fixed portion, and one end of the non-stretchable body is a working portion for an acted body. .
【請求項4】 請求項1記載の駆動・検出構造体の単体
を複数組み合わせて構成されていることを特徴とする駆
動・検出構造体。
4. A drive / detection structure comprising a plurality of single units of the drive / detection structure according to claim 1.
【請求項5】 請求項4において、前記組合せは、複数
の前記単体の前記所定方向が互いに平行である組合せで
あることを特徴とする駆動・検出構造体。
5. The drive / detection structure according to claim 4, wherein the combination is a combination in which the predetermined directions of the plurality of single bodies are parallel to each other.
【請求項6】 請求項4において、前記複数の単体の組
合せは、力の伝達経路が直列となる組合せであることを
特徴とする駆動・検出構造体。
6. The drive / detection structure according to claim 4, wherein the combination of the plurality of single bodies is a combination in which force transmission paths are in series.
【請求項7】 請求項4において、前記複数の単体の組
合せは、力の伝達経路が並列となる組合せであることを
特徴とする駆動・検出構造体。
7. The drive / detection structure according to claim 4, wherein the combination of the plurality of single bodies is a combination in which force transmission paths are in parallel.
【請求項8】 請求項4において、前記組合せは、2つ
又は3つの前記単体の前記所定方向が互いに直交する組
合せであることを特徴とする駆動・検出構造体。
8. The drive / detection structure according to claim 4, wherein the combination is a combination in which the predetermined directions of two or three of the single bodies are orthogonal to each other.
【請求項9】 請求項1又は請求項4において、前記弾
性体は、前記所定方向にのみ変形可能な薄板であること
をことを特徴とする駆動・検出構造体。
9. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the elastic body is a thin plate that is deformable only in the predetermined direction.
【請求項10】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、圧電素子であることを特徴とする駆動・検出
構造体。
10. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is a piezoelectric element.
【請求項11】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、電歪素子であることを特徴とする駆動・検出
構造体。
11. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is an electrostrictive element.
【請求項12】 請求項1において、前記伸縮体は、磁
歪素子であることを特徴とする駆動・検出構造体。
12. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is a magnetostrictive element.
【請求項13】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、静電アクチュエータであることを特徴とする
駆動・検出構造体。
13. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is an electrostatic actuator.
【請求項14】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、電磁アクチュエータであることを特徴とする
駆動・検出構造体。
14. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is an electromagnetic actuator.
【請求項15】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、流体の供給、排出により伸縮するアクチュエ
ータであることを特徴とする駆動・検出構造体。
15. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the expandable body is an actuator that expands and contracts by supplying and discharging a fluid.
【請求項16】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、与えられた熱により伸縮する部材であること
を特徴とする駆動・検出構造体。
16. The drive / detection structure according to claim 1, wherein the expandable body is a member that expands and contracts by applied heat.
【請求項17】 請求項1又は請求項4において、前記
伸縮体は、回転モータおよびこの回転モータに連結され
て回転運動を直線運動に変換する変換機構とで構成され
ていることを特徴とする駆動・検出構造体。
17. The elastic body according to claim 1 or 4, wherein the telescopic body is composed of a rotary motor and a conversion mechanism which is connected to the rotary motor and converts a rotary motion into a linear motion. Drive / detection structure.
【請求項18】 請求項1又は請求項4において、前記
検出手段は、前記弾性体のひずみを検出する手段である
ことを特徴とする駆動・検出構造体。
18. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the detection means is means for detecting strain of the elastic body.
【請求項19】 請求項18において、前記ひずみを検
出する手段は、前記弾性体表面に設けられたひずみゲー
ジであることを特徴とする駆動・検出構造体。
19. The drive / detection structure according to claim 18, wherein the means for detecting strain is a strain gauge provided on the surface of the elastic body.
【請求項20】 請求項18において、前記ひずみを検
出する手段は、圧電素子であることを特徴とする駆動・
検出構造体。
20. The driving / driving device according to claim 18, wherein the means for detecting the strain is a piezoelectric element.
Detection structure.
【請求項21】 請求項1又は請求項4において、前記
検出手段は、静電容量の変化を用いて検出する手段であ
ることを特徴とする駆動・検出構造体。
21. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the detection means is means for detecting using a change in electrostatic capacitance.
【請求項22】 請求項1又は請求項4において、前記
検出手段は、光の干渉を用いて検出する手段であること
を特徴とする駆動・検出構造体。
22. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the detection means is means for detecting by using light interference.
【請求項23】 請求項1又は請求項4において、前記
検出手段は、電磁誘導を用いて検出する手段であること
を特徴とする駆動・検出構造体。
23. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the detection means is means for detection using electromagnetic induction.
【請求項24】 請求項1又は請求項4において、駆動
・検出構造体は、前記伸縮体の伸縮ストロークより長い
ストロークを有する移動機構により移動されることを特
徴とする駆動・検出構造体。
24. The drive / detection structure according to claim 1 or 4, wherein the drive / detection structure is moved by a moving mechanism having a stroke longer than an extension / contraction stroke of the extension / contraction body.
【請求項25】 所定方向に伸縮する伸縮体と、この伸
縮体に対向する非伸縮体と、前記伸縮体の両端と前記非
伸縮体との間を連結する弾性体と、前記所定方向におけ
る前記伸縮体の両端と前記非伸縮体との間の各相対変位
量を検出する各変位量検出手段と、これら変位量検出手
段の各検出値に基づいて前記伸縮体の両端と前記非伸縮
体との間の相対変位を発生させる力を検出する力検出手
段とで構成されていることを特徴とする駆動・検出構造
体の制御装置。
25. A stretchable body that stretches in a predetermined direction, a non-stretchable body facing the stretchable body, an elastic body that connects both ends of the stretchable body and the non-stretchable body, and the non-stretchable body in the predetermined direction. Displacement amount detection means for detecting each relative displacement amount between both ends of the stretchable body and the non-stretchable body, and both ends of the stretchable body and the non-stretchable body based on each detection value of these displacement amount detection means And a force detection means for detecting a force that causes relative displacement between the drive and detection structures.
【請求項26】 請求項25記載の駆動・検出構造体の
制御装置において、前記各検出値の一方を選択する選択
手段と、前記変位量に対する力の目標値の特性又は前記
力に対する変位量の目標値の特性を任意に生成する目標
値生成手段と、検出値に応じて前記目標値生成手段で生
成された目標値と前記選択手段で選択された検出値との
偏差を演算する演算手段と、この演算手段で得られた偏
差に応じて前記伸縮体を駆動する伸縮体駆動手段とを設
けたことを特徴とする駆動・検出構造体の制御装置。
26. The drive / detection structure control device according to claim 25, wherein selection means for selecting one of the detection values, and a characteristic of a target value of the force with respect to the displacement amount or a displacement amount with respect to the force. Target value generating means for arbitrarily generating characteristics of the target value, and calculating means for calculating a deviation between the target value generated by the target value generating means and the detected value selected by the selecting means according to the detected value. A control device for a drive / detection structure, comprising: an expansion / contraction body driving means for driving the expansion / contraction body according to the deviation obtained by the calculation means.
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Cited By (1)

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