JPH0746908B2 - Positioning device - Google Patents
Positioning deviceInfo
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- JPH0746908B2 JPH0746908B2 JP63059518A JP5951888A JPH0746908B2 JP H0746908 B2 JPH0746908 B2 JP H0746908B2 JP 63059518 A JP63059518 A JP 63059518A JP 5951888 A JP5951888 A JP 5951888A JP H0746908 B2 JPH0746908 B2 JP H0746908B2
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- displacement
- type piezoelectric
- bimorph type
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はバイモルフ型圧電素子を使用して微小変位を
高精度に制御する位置決め装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to a positioning device that uses a bimorph type piezoelectric element to control minute displacement with high accuracy.
（従来の技術） 一般に、例えば電子顕微鏡等の微調整機構等のように微
小変位を高精度に制御する位置決め装置のアクチュエー
タとして電気量を変位量に変換する圧電素子を使用した
ものが考えられている。この圧電素子を使用したアクチ
ュエータは変換効率が高いうえ、発熱が小さく、熱変形
によるドリフトが小さいという利点がある反面、変位量
が小さいという欠点がある。(Prior Art) Generally, an actuator using a piezoelectric element that converts an electric quantity into a displacement quantity is considered as an actuator of a positioning apparatus that controls a minute displacement with high accuracy such as a fine adjustment mechanism of an electron microscope. There is. An actuator using this piezoelectric element has the advantages of high conversion efficiency, small heat generation, and small drift due to thermal deformation, but has the drawback of small displacement.
そこで、従来から電圧を印加すると長さ方向に伸縮する
２枚の圧電素子を貼り合せ、一方を伸ばすと同時に他方
を縮めることにより、屈曲変位を発生させるバイモルフ
型圧電素子を片持ち梁として使用したり、或いはこのバ
イモルフ型圧電素子とてこ等の変位拡大機構とを組合わ
せて使用する構成にしていた。Therefore, conventionally, a bimorph-type piezoelectric element that causes bending displacement by bonding two piezoelectric elements that expand and contract in the lengthwise direction when a voltage is applied and expanding one side and simultaneously contracting the other side is used as a cantilever. Alternatively, the bimorph type piezoelectric element is used in combination with a displacement magnifying mechanism such as a lever.
しかしながら、バイモルフ型圧電素子を片持ち梁として
使用した場合には機械的強度が弱く、動作が不安定にな
る問題があるとともに、バイモルフ型圧電素子の自由端
側が固定端を中心とする円弧運動を行なうので、被駆動
体を直線性よく変位させるためには複雑な機構が必要に
なる問題があった。また、従来のように圧電素子とてこ
等の変位拡大機構とを組合わせた場合には数10μｍ程度
の微小量しか変位させることができず、変位量の増大を
図ることが難しい問題があった。However, when the bimorph type piezoelectric element is used as a cantilever, the mechanical strength is weak and there is a problem that the operation becomes unstable, and the free end side of the bimorph type piezoelectric element causes an arc motion centered on the fixed end. Therefore, there is a problem that a complicated mechanism is required to displace the driven body with good linearity. Further, when a piezoelectric element and a displacement magnifying mechanism such as a lever are combined as in the prior art, only a minute amount of about several tens of μm can be displaced, and it is difficult to increase the displacement amount. .
（発明が解決しようとする課題） 従来構成のものにあってはバイモルフ型圧電素子を片持
ち梁として使用した場合には機械的強度が弱く、動作が
不安定になる問題があるとともに、被駆動体を直線性よ
く変位させるためには複雑な機構が必要になる問題があ
り、また圧電素子とてこ等の変位拡大機構とを組合わせ
た場合には数10μｍ程度の微小量しか変位させることが
できず、変位量の増大を図ることが難しい問題があっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional structure, when the bimorph type piezoelectric element is used as a cantilever, the mechanical strength is weak, the operation becomes unstable, and the driven element is driven. There is a problem that a complicated mechanism is required to displace the body with good linearity, and when a piezoelectric element and a displacement magnifying mechanism such as a lever are combined, only a small amount of about several tens of μm can be displaced. However, there is a problem that it is difficult to increase the amount of displacement.
この発明は上記事情に着目してなされたもので、機械的
強度が強く、動作の安定化を図ることができ、かつ大き
な変位量を高精度に得ることができ、加えて装置全体を
小形化することができる位置決め装置を提供することを
目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, has a high mechanical strength, can stabilize the operation, and can obtain a large displacement amount with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a positioning device that can be used.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は直線方向に沿って変位される被駆動体搭載用
のステージの周囲を囲む状態で配置された矩形枠状の支
持フレームを同一平面上に複数段に積層し、各段の支持
フレームにおける前記ステージの変位方向と同方向の一
対のフレーム壁の中央部位に圧電素子取付け用の開口部
をそれぞれ形成させるとともに、前記ステージの変位方
向に沿って前記ステージの両側にそれぞれ平行に離間対
向配置させた複数段のバイモルフ型圧電素子の両端部を
前記各支持フレームにおける前記圧電素子取付け用開口
部の両端部に固定させ、かつ外側段の前記支持フレーム
の前記バイモルフ型圧電素子の両端固定部間の可動部の
中央部位と内側段の前記支持フレームの前記バイモルフ
型圧電素子取付け用の開口部の両端側とを接続する変位
量伝達アームを備え、前記各段のバイモルフ型圧電素子
の両端固定部間の可動部の変位動作を前記変位量伝達ア
ームを介して順次加えてその変位量を拡大しながら前記
ステージ側に伝達する変位量拡大機構を設けたものであ
る。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention has a rectangular frame-shaped support frame arranged in the same plane so as to surround a stage for mounting a driven body that is displaced along a linear direction. A plurality of layers are stacked on top of each other, and an opening for mounting a piezoelectric element is formed at the central portion of a pair of frame walls in the same direction as the displacement direction of the stage in the support frame of each stage, and in the displacement direction of the stage Along each side of the stage, both ends of a plurality of stages of bimorph type piezoelectric elements arranged in parallel and facing each other are fixed to both ends of the piezoelectric element mounting opening in each of the support frames, and the outer stage An opening for mounting the bimorph-type piezoelectric element in the central portion of the movable portion between the both end fixed portions of the bimorph-type piezoelectric element of the support frame and the inner side of the support frame. A displacement amount transmitting arm that connects the both ends of the portion to the displacement portion, and the displacement operation of the movable portion between the fixed portions at both ends of the bimorph type piezoelectric element at each stage is sequentially applied via the displacement amount transmitting arm to obtain the displacement amount. A displacement amount enlarging mechanism that transmits to the stage side while enlarging is provided.
（作用） 複数段の支持フレームのバイモルフ型圧電素子にそれぞ
れ所定電圧を印加することにより、各段のバイモルフ型
圧電素子における両端固定部間の可動部を略円弧状に変
形させ、このときの各段のバイモルフ型圧電素子の可動
部の変位動作を変位量拡大機構の変位量伝達アームを介
して順次加えてその変位量を拡大しながら被駆動体搭載
用のステージ側に伝達させ、このステージを直線方向に
沿って変位させるようにしたものである。(Operation) By applying a predetermined voltage to each of the bimorph type piezoelectric elements of the supporting frames of a plurality of stages, the movable portion between the both end fixed portions of the bimorph type piezoelectric elements of each stage is deformed into a substantially arc shape. The displacement operation of the movable part of the stepped bimorph type piezoelectric element is sequentially applied through the displacement amount transmission arm of the displacement amount enlargement mechanism to transmit the displacement amount to the stage for mounting the driven body while increasing the displacement amount. It is designed to be displaced along the linear direction.
（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照し
て説明する。第１図および第２図は微小変位を高精度に
制御する位置決め装置全体の概略構成を示すもので、11
は位置決め装置本体である。この位置決め装置本体11に
は被駆動体搭載用のステージ12および変位量拡大機構13
がそれぞれ配設されている。この被駆動体搭載用のステ
ージ12は位置決め装置本体11の略中央に配設された略矩
形状の可動部材によって形成されている。さらに、この
ステージ12の両側には変位量拡大機構13の第１のステー
ジ変位機構14および第２のステージ変位機構15がそれぞ
れステージ12の変位方向（第１図中で矢印ｘ方向）に沿
って積層状態で配設されている。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. 1 and 2 show the schematic configuration of the entire positioning device for controlling minute displacement with high accuracy.
Is the main body of the positioning device. The positioning device body 11 includes a stage 12 for mounting a driven body and a displacement amount expanding mechanism 13
Are arranged respectively. The stage 12 for mounting the driven body is formed by a substantially rectangular movable member arranged substantially in the center of the positioning device body 11. Further, on both sides of the stage 12, a first stage displacement mechanism 14 and a second stage displacement mechanism 15 of the displacement amount enlargement mechanism 13 are respectively arranged along the displacement direction of the stage 12 (the arrow x direction in FIG. 1). They are arranged in a laminated state.
また、第１のステージ変位機構14にはステージ12の両側
に平行に離間対向配置させた一対のバイモルフ型圧電素
子16a,16b、これらの一対のバイモルフ型圧電素子16a,1
6bの両端部間を連結させる支持フレーム17および両バイ
モルフ型圧電素子16a,16bの変位動作をステージ12側に
伝達する変位量伝達アーム18がそれぞれ設けられてい
る。この場合、バイモルフ型圧電素子16a,16bは第４図
に示すように電圧を印加すると長さ方向に伸縮する２枚
の圧電素子1,2を貼り合せて形成されており、一方を伸
ばすと同時に他方を縮めることにより、屈曲変位を発生
させるものである。なお、第３図および第４図はバイモ
ルフ型圧電素子16a,16bの電極構造を示すもので、第４
図中の各圧電素子1,2の矢印は分極方向を示し、また図
全体は片持ち支持のバイモルフ型圧電素子機構を示して
いる。さらに、第３図は第１図の一部を拡大した図であ
る。Further, in the first stage displacement mechanism 14, a pair of bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b arranged on both sides of the stage 12 in parallel and spaced apart from each other, and a pair of these bimorph type piezoelectric elements 16a, 1b.
A support frame 17 connecting both ends of 6b and a displacement amount transmitting arm 18 for transmitting the displacement operation of both bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b to the stage 12 side are respectively provided. In this case, the bimorph type piezoelectric elements 16a and 16b are formed by bonding two piezoelectric elements 1 and 2 which expand and contract in the length direction when a voltage is applied as shown in FIG. Bending displacement is generated by contracting the other. 3 and 4 show the electrode structure of the bimorph type piezoelectric elements 16a and 16b.
The arrows of the piezoelectric elements 1 and 2 in the figure show the polarization directions, and the whole figure shows a cantilever-supported bimorph type piezoelectric element mechanism. Further, FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG.
さらに、支持フレーム17は略矩形枠状の枠体によって形
成されており、この支持フレーム17の一対の対向壁面に
圧電素子取付け用開口部19a,19bがそれぞれ形成されて
いる。そして、バイモルフ型圧電素子16a,16bの両端部
が支持フレーム17の圧電素子取付け用開口部19a,19bの
周縁部位に固定されている。さらに、変位量伝達アーム
18は支持フレーム17の内部側に所定間隔を存して配設さ
れた略矩形枠状の枠体によって形成されている。この変
位量伝達アーム18にはバイモルフ型圧電素子16a,16b側
に向けて突設された突起部20a,20bが形成されており、
バイモルフ型圧電素子16a,16bにおける長手方向略中央
部位がこれらの突起部20a,20bに固定されている。Further, the support frame 17 is formed of a frame body having a substantially rectangular frame shape, and piezoelectric element mounting openings 19a and 19b are formed on a pair of opposing wall surfaces of the support frame 17, respectively. Both ends of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b are fixed to the peripheral portions of the piezoelectric element mounting openings 19a, 19b of the support frame 17. In addition, the displacement transmission arm
The reference numeral 18 is formed by a substantially rectangular frame-shaped frame body which is arranged inside the support frame 17 at a predetermined interval. The displacement amount transmitting arm 18 is formed with protrusions 20a, 20b protruding toward the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b side.
The substantially central portions in the longitudinal direction of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b are fixed to the protrusions 20a, 20b.
一方、第２のステージ変位機構15にはステージ12の両側
に平行に離間対向配置させた一対のバイモルフ型圧電素
子21a,21b、これらの一対のバイモルフ型圧電素子21a,2
1bの両端部間を連結させる支持フレーム22および両バイ
モルフ型圧電素子21a,21bの変位動作をステージ12側に
伝達する変位量伝達アーム23がそれぞれ設けられてい
る。この場合、バイモルフ型圧電素子21a,21bは前述し
たバイモルフ型圧電素子16a,16bと同一構成になってい
る。さらに、第１のステージ変位機構14の変位量伝達ア
ーム18の内面にはステージ12の両側にバイモルフ型圧電
素子21a,21bを支持する各一対の支持突起24,24、25,25
がそれぞれ形成されている。そして、バイモルフ型圧電
素子21a,21bの両端部はこれらの支持突起24,24、25,25
にそれぞれ固定されており、これらのバイモルフ型圧電
素子21a,21bの支持フレーム22は第１のステージ変位機
構14の変位量伝達アーム18と一体的に形成されている。
また、ステージ12の両側面にはバイモルフ型圧電素子21
a,21b側に向けて突設された突起部26a,26bが形成されて
いる。そして、バイモルフ型圧電素子21a,21bにおける
長手方向略中央部位がこれらの突起部26a,26bに固定さ
れており、これらの突起部26a,26bによって第２のステ
ージ変位機構15の変位量伝達アーム23が形成されてい
る。On the other hand, the second stage displacement mechanism 15 has a pair of bimorph type piezoelectric elements 21a, 21b arranged in parallel on both sides of the stage 12 so as to face each other, and a pair of these bimorph type piezoelectric elements 21a, 2b.
A support frame 22 connecting both ends of 1b and a displacement amount transmitting arm 23 for transmitting the displacement operation of the bimorph type piezoelectric elements 21a and 21b to the stage 12 side are provided respectively. In this case, the bimorph type piezoelectric elements 21a and 21b have the same configuration as the bimorph type piezoelectric elements 16a and 16b described above. Further, a pair of support protrusions 24, 24, 25, 25 for supporting the bimorph type piezoelectric elements 21a, 21b on both sides of the stage 12 are provided on the inner surface of the displacement transmitting arm 18 of the first stage displacement mechanism 14.
Are formed respectively. Both end portions of the bimorph type piezoelectric elements 21a, 21b are provided with these supporting protrusions 24, 24, 25, 25.
The support frames 22 of the bimorph type piezoelectric elements 21a and 21b are integrally formed with the displacement amount transmission arm 18 of the first stage displacement mechanism 14.
Also, on both sides of the stage 12, a bimorph type piezoelectric element 21
Protrusions 26a and 26b are formed so as to project toward the a and 21b sides. Then, substantially central portions in the longitudinal direction of the bimorph type piezoelectric elements 21a, 21b are fixed to the protrusions 26a, 26b, and the displacement transmitting arms 23 of the second stage displacement mechanism 15 are fixed by the protrusions 26a, 26b. Are formed.
次に、上記構成の作用について説明する。まず、変位量
拡大機構13の第１のステージ変位機構14および第２のス
テージ変位機構15の各バイモルフ型圧電素子16a,16b、2
1a,21bにそれぞれ電圧が印加されない不動作状態では各
バイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bはそれぞれ略直
線状の通常状態で保持されるので、この状態では被駆動
体搭載用のステージ12も所定の不動作位置で保持され
る。そして、第１のステージ変位機構14の各バイモルフ
型圧電素子16a,16bにそれぞれ所定電圧V1、第２のステ
ージ変位機構15の各バイモルフ型圧電素子21a,21bにそ
れぞれ所定電圧V2が印加されると第３図および第４図中
に仮想線で示すようにこれらの各バイモルフ型圧電素子
16a,16b、21a,21bを構成している一方の圧電素子１側が
長さ方向に縮み、他方の圧電素子２側が伸びる状態で変
形する。そのため、各バイモルフ型圧電素子16a,16b、2
1a,21bが両端固定部分に対し、長手方向中央部分をステ
ージ12の変位方向（ｘ方向）に沿って変位させる状態で
略円弧状に変形する。したがって、この場合には第１の
ステージ変位機構14の各バイモルフ型圧電素子16a,16b
の変形動作にともない各バイモルフ型圧電素子16a,16b
の長手方向中央部分がｘ方向にx1だけ変位するので、こ
れと同時に支持フレーム17の内部側に配設されている第
２のステージ変位機構15の各構成部材およびステージ12
が第１のステージ変位機構14の変位量伝達アーム18を介
して支持フレーム17に対してｘ方向にx1だけ変位する。
さらに、第２のステージ変位機構15の各バイモルフ型圧
電素子21a,21bの変形動作にともない各バイモルフ型圧
電素子21a,21bの長手方向中央部分がｘ方向にx2だけ変
位するので、これと同時に変位量伝達アーム18の内部側
に配設されているステージ12が第２のステージ変位機構
15の変位量伝達アーム23を介して変位量伝達アーム18に
対してｘ方向にx2だけ変位する。したがって、ステージ
12を支持フレーム17に対してｘ方向にx1＋x2だけ変位さ
せることができ、変位量拡大機構13の第１のステージ変
位機構14および第２のステージ変位機構15の各バイモル
フ型圧電素子16a,16b、21a,21bの変位動作を各段の変位
量伝達アーム18,23を介して順次積層させながらステー
ジ12側に伝達させることができる。Next, the operation of the above configuration will be described. First, the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 2 of the first stage displacement mechanism 14 and the second stage displacement mechanism 15 of the displacement amount enlargement mechanism 13
In a non-operating state in which a voltage is not applied to each of 1a and 21b, each bimorph type piezoelectric element 16a, 16b, 21a, 21b is held in a substantially linear normal state. Is also held in a predetermined inoperative position. Then, a predetermined voltage V 1 is applied to each bimorph type piezoelectric element 16a, 16b of the first stage displacement mechanism 14, and a predetermined voltage V 2 is applied to each bimorph type piezoelectric element 21a, 21b of the second stage displacement mechanism 15. Then, as shown by phantom lines in FIGS. 3 and 4, each of these bimorph type piezoelectric elements is shown.
One of the piezoelectric elements 1 constituting 16a, 16b, 21a, 21b contracts in the length direction, and the other piezoelectric element 2 side deforms in a state of extending. Therefore, each bimorph type piezoelectric element 16a, 16b, 2
1a and 21b are deformed into a substantially arcuate shape in a state where the central portion in the longitudinal direction is displaced along the displacement direction (x direction) of the stage 12 with respect to the fixed portions at both ends. Therefore, in this case, each bimorph type piezoelectric element 16a, 16b of the first stage displacement mechanism 14
Bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b associated with the deformation of the
Since the central portion in the longitudinal direction of the second stage displacement mechanism 15 is displaced in the x direction by x 1 , at the same time, each component of the second stage displacement mechanism 15 and the stage 12 disposed inside the support frame 17
Is displaced by x 1 in the x direction with respect to the support frame 17 via the displacement transmission arm 18 of the first stage displacement mechanism 14.
Further, since the central portion in the longitudinal direction of each bimorph type piezoelectric element 21a, 21b is displaced by x 2 in the x direction with the deformation operation of each bimorph type piezoelectric element 21a, 21b of the second stage displacement mechanism 15, at the same time. The stage 12 disposed inside the displacement transmission arm 18 is the second stage displacement mechanism.
It displaces by x 2 in the x direction with respect to the displacement amount transmission arm 18 via the displacement amount transmission arm 23 of 15. Therefore, the stage
The bimorph type piezoelectric elements 16a of the first stage displacement mechanism 14 and the second stage displacement mechanism 15 of the displacement amount expansion mechanism 13 can be displaced by x 1 + x 2 in the x direction with respect to the support frame 17. , 16b, 21a, 21b can be transmitted to the stage 12 side while being sequentially stacked via the displacement amount transmission arms 18, 23 of each stage.
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。
すなわち、複数段の支持フレーム17,22のバイモルフ型
圧電素子16a,16b、21a,21bにそれぞれ所定電圧を印加す
ることにより、各段のバイモルフ型圧電素子16a,16b、2
1a,21bにおける両端固定部間の可動部を略円弧状に変形
させ、このときの各段のバイモルフ型圧電素子16a,16
b、21a,21bの可動部の変位動作を順次加えてその変位量
を拡大しながらステージ12側に伝達させるようにしてい
るので、ステージ12の移動時に従来に比べてステージ12
の変位量の増大を図ることができる。Therefore, the following effects are obtained with the above-mentioned configuration.
That is, by applying a predetermined voltage to each of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b of the support frames 17, 22 of a plurality of stages, the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 2 of each stage.
The movable portion between the fixed portions on both ends in 1a, 21b is deformed into a substantially arc shape, and at this time the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16
Since b, 21a, and 21b movable portions are sequentially displaced so that the displacement amount is transmitted to the stage 12 side while expanding, the stage 12 is moved more than before when moving.
The displacement amount can be increased.
さらに、各段のバイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21b
の可動部の変位動作は印加電圧の大きさに比例するの
で、各段のバイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bの印
加電圧を適正に制御することにより、ステージ12の変位
を高精度に位置決めすることができる。Further, the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b of each stage
Since the displacement operation of the movable part of is proportional to the magnitude of the applied voltage, by appropriately controlling the applied voltage of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b of each stage, the displacement of the stage 12 can be performed with high accuracy. Can be positioned.
また、ステージ12の両側の各段のバイモルフ型圧電素子
16a,16b、21a,21bの両端部を各支持フレーム17,22の圧
電素子取付け用開口部19a,19b、26a,26bの周縁部位に固
定させるようにしたので、被駆動体搭載用ステージ12の
固有振動数（剛性）を高めることができる。そのため、
バイモルフ型圧電素子を片持ち梁として使用する場合に
比べて機械的強度を高めることができ、位置決め装置本
体11全体の動作の安定化を図ることができる。In addition, bimorph type piezoelectric elements on each side of the stage 12
Since both end portions of 16a, 16b, 21a, 21b are fixed to the peripheral portions of the piezoelectric element mounting openings 19a, 19b, 26a, 26b of the respective support frames 17, 22, the driven body mounting stage 12 of The natural frequency (rigidity) can be increased. for that reason,
The mechanical strength can be increased compared to the case where the bimorph type piezoelectric element is used as a cantilever, and the operation of the entire positioning device body 11 can be stabilized.
さらに、ステージ12の周囲を囲む状態で配置された略矩
形枠状の支持フレーム17,22を２段に積層し、各段の支
持フレーム17,22の一対の対向壁面に圧電素子取付け用
の開口部19a,19b、26a,26bをそれぞれ形成させるととも
に、ステージ12の両側にそれぞれ平行に離間対向配置さ
せたバイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bの両端部を
各支持フレーム17,22の圧電素子取付け用開口部19a,19
b、26a,26bの周縁部位に固定させ、変位量拡大機構13に
よって各段のバイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bの
両端固定部間の可動部の変位動作を順次加えてその変位
量を拡大しながらステージ12側に伝達するようにしたの
で、位置決め装置本体11内に複数のバイモルフ型圧電素
子16a,16b、21a,21bをコンパクトに組み込むことができ
る。そのため、位置決め装置本体11全体を小形化するこ
とができるので、例えば電子顕微鏡等の微調整機構等の
ように電子顕微鏡等の試料を搭載するステージ12の微小
変位を高精度に制御するアクチュエータとして本装置を
使用する場合に本装置を電子顕微鏡等の本体側に効率よ
く組み込むことができる。Further, support frames 17 and 22 each having a substantially rectangular frame shape and arranged so as to surround the periphery of the stage 12 are laminated in two stages, and openings for mounting a piezoelectric element are formed on a pair of opposing wall surfaces of the support frames 17 and 22 in each stage. The portions 19a, 19b, 26a, 26b are formed respectively, and both ends of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b, which are arranged in parallel and face each other on both sides of the stage 12, are formed by piezoelectric elements of the respective support frames 17, 22. Element mounting openings 19a, 19
b, 26a, 26b is fixed to the peripheral portion, and the displacement amount expansion mechanism 13 sequentially applies the displacement operation of the movable portion between the both end fixed portions of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b of each stage to the displacement amount. Since it is transmitted to the stage 12 side while being enlarged, a plurality of bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b can be compactly incorporated in the positioning device main body 11. Therefore, the positioning device main body 11 as a whole can be downsized, and is used as an actuator for highly accurately controlling the minute displacement of the stage 12 on which a sample such as an electron microscope is mounted, such as a fine adjustment mechanism such as an electron microscope. When using the device, the device can be efficiently incorporated into the main body side of an electron microscope or the like.
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では第１のステージ変位機構14
および第２のステージ変位機構15をステージ12の変位方
向に沿って２段に積層させ、２段のステージ変位機構1
4,15の変位量を順次加えてステージ12側に伝達する変位
量拡大機構13を設けた場合について示したが、第５図お
よび第６図に示す別の実施例のようにステージ変位機構
31,32,33をステージ12の変位方向に沿って３段に積層さ
せ、３段のステージ変位機構31,32,33の変位量を順次加
えてステージ12側に伝達する変位量拡大機構34を設けて
もよく、さらに４段以上の多数段のステージ変位機構を
ステージ12の変位方向に沿って積層させる構成にしても
よい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the first stage displacement mechanism 14
The second stage displacement mechanism 15 and the second stage displacement mechanism 15 are stacked in two stages along the displacement direction of the stage 12, and the two stage displacement mechanism 1
The case where the displacement amount enlargement mechanism 13 for transmitting the displacement amounts of 4, 15 to the stage 12 side in order is provided is shown. However, as in another embodiment shown in FIG. 5 and FIG.
A displacement amount magnifying mechanism 34 for stacking 31, 32, 33 in three stages along the displacement direction of the stage 12 and sequentially adding displacement amounts of the stage displacement mechanisms 31, 32, 33 of the three stages to the stage 12 side is transmitted. The stage displacing mechanism may be provided or multiple stages of four stages or more may be stacked along the displacement direction of the stage 12.
また、第１のステージ変位機構14および第２のステージ
変位機構15の各バイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21b
の変位特性はそれぞれ異なるものであってもよく、各バ
イモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bの印加電圧もそれ
ぞれ異なるものであってもよい。この場合、例えば第１
のステージ変位機構14の一方のバイモルフ型圧電素子16
aの変位量をx3、他方のバイモルフ型圧電素子16bの変位
量をx4にそれぞれ設定するとステージ12は支持フレーム
17に対して（x3＋x4）/2だけ変位するようになってい
る。Further, the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b of the first stage displacement mechanism 14 and the second stage displacement mechanism 15 respectively.
Of the bimorph type piezoelectric elements 16a, 16b, 21a, 21b may be different from each other. In this case, for example, the first
One of the bimorph type piezoelectric elements 16 of the stage displacement mechanism 14 of
When the displacement amount of a is set to x 3 and the displacement amount of the other bimorph type piezoelectric element 16b is set to x 4 , the stage 12 becomes a support frame.
It is displaced by (x 3 + x 4 ) / 2 with respect to 17.
また、上記実施例では各バイモルフ型圧電素子16a,16
b、21a,21bを構成する圧電素子1,2の外面にそれぞれ単
一の電極を設けた構成のものを示したが、第７図に示す
ように各バイモルフ型圧電素子16a,16b、21a,21bを構成
する圧電素子1,2の外面にそれぞれ複数の電極41a,42a,4
3a,44a、41b,42b,43b,44bを並設させた電極構造にして
もよい。Further, in the above embodiment, each bimorph type piezoelectric element 16a, 16
b, 21a, and 21b, the piezoelectric elements 1 and 2 constituting the 21b are provided with a single electrode on the outer surface, respectively. As shown in FIG. 7, each bimorph type piezoelectric element 16a, 16b, 21a, A plurality of electrodes 41a, 42a, 4 are formed on the outer surfaces of the piezoelectric elements 1, 2 which form 21b, respectively.
An electrode structure in which 3a, 44a, 41b, 42b, 43b, 44b are arranged in parallel may be used.
さらに、その他この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施できることは勿論である。Furthermore, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
［発明の効果］ この発明によれば直線方向に沿って変位される被駆動体
搭載用のステージの周囲を囲む状態で配置された矩形枠
状の支持フレームを同一平面上に複数段に積層し、各段
の支持フレームにおける前記ステージの変位方向と同方
向の一対のフレーム壁の中央部位に圧電素子取付け用の
開口部をそれぞれ形成させるとともに、前記ステージの
変位方向に沿って前記ステージの両側にそれぞれ平行に
離間対向配置させた複数段のバイモルフ型圧電素子の両
端部を前記各支持フレームにおける前記圧電素子取付け
用開口部の両端部に固定させ、かつ外側段の前記支持フ
レームの前記バイモルフ型圧電素子の両端固定部間の可
動部の中央部位と内側段の前記支持フレームの前記バイ
モルフ型圧電素子取付け用の開口部の両端側とを接続す
る変位量伝達アームを備え、前記各段のバイモルフ型圧
電素子の両端固定部間の可動部の変位動作を前記変位量
伝達アームを介して順次加えてその変位量を拡大しなが
ら前記ステージ側に伝達する変位量拡大機構を設けたの
で、ステージの移動時に大きな変位量を高精度に得るこ
とができるとともに、機械的強度が強く、動作の安定化
を図ることができ、かつ装置全体を小形化することがで
きる。[Effect of the Invention] According to the present invention, the rectangular frame-shaped support frames arranged so as to surround the periphery of the driven body mounting stage that is displaced along the linear direction are stacked in a plurality of layers on the same plane. An opening for mounting a piezoelectric element is formed at a central portion of a pair of frame walls in the same direction as the displacement direction of the stage in each stage of the support frame, and on both sides of the stage along the displacement direction of the stage. Both ends of a plurality of stages of bimorph type piezoelectric elements, which are arranged in parallel and spaced apart from each other, are fixed to both ends of the piezoelectric element mounting openings in each of the support frames, and the bimorph type piezoelectric elements of the support frame of the outer stage are fixed. The central portion of the movable portion between the both end fixed portions of the element and the both end sides of the opening for mounting the bimorph type piezoelectric element of the support frame of the inner stage are connected. A displacement amount transmission arm is provided, and the displacement operation of the movable portion between the fixed portions at both ends of the bimorph type piezoelectric element in each stage is sequentially applied via the displacement amount transmission arm to transmit the displacement amount to the stage side while expanding the displacement amount. Since a displacement amount expansion mechanism is provided, a large amount of displacement can be obtained with high precision when the stage is moved, mechanical strength is strong, operation can be stabilized, and the overall size of the device can be reduced. be able to.
第１図乃至第４図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は位置決め装置全体の平面図、第２図は同斜視
図、第３図はバイモルフ型圧電素子の取付け状態を示す
平面図、第４図は第３図の一部を拡大した状態を示す要
部の平面図、第５図および第６図はこの発明の別の実施
例を示すもので、第５図は位置決め装置全体の平面図、
第６図は同斜視図、第７図はさらに別の実施例を示す要
部の平面図である。 12……ステージ、13,34……変位量拡大機構、14……第
１のステージ変位機構、15……第２のステージ変位機
構、16,16b,21a,21b……バイモルフ型圧電素子、17,22
……支持フレーム、18,23……変位量伝達アーム、31,3
2,33……ステージ変位機構。1 to 4 show an embodiment of the present invention.
1 is a plan view of the entire positioning device, FIG. 2 is a perspective view of the same, FIG. 3 is a plan view showing a mounting state of a bimorph type piezoelectric element, and FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. FIGS. 5 and 6 show another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the entire positioning device.
FIG. 6 is a perspective view of the same, and FIG. 7 is a plan view of an essential part showing still another embodiment. 12 …… Stage, 13,34 …… Displacement expansion mechanism, 14 …… First stage displacement mechanism, 15 …… Second stage displacement mechanism, 16,16b, 21a, 21b …… Bimorph type piezoelectric element, 17 ,twenty two
…… Support frame, 18,23 …… Displacement transmission arm, 31,3
2,33 …… Stage displacement mechanism.
フロントページの続き (72)発明者 林 正和 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 石田 文彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 審査官 及川 泰嘉Front page continued (72) Masakazu Hayashi Inventor Masakazu Hayashi 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd. Within the Toshiba Industrial Technology Research Institute (72) Inventor Fumihiko Ishida 8-shin-Sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Yasuyoshi Oikawa Examiner, Institute of Industrial Science
Claims (1)
用のステージの周囲を囲む状態で配置された矩形枠状の
支持フレームを同一平面上に複数段に積層し、各段の支
持フレームにおける前記ステージの変位方向と同方向の
一対のフレーム壁の中央部位に圧電素子取付け用の開口
部をそれぞれ形成させるとともに、前記ステージの変位
方向に沿って前記ステージの両側にそれぞれ平行に離間
対向配置させた複数段のバイモルフ型圧電素子の両端部
を前記各支持フレームにおける前記圧電素子取付け用開
口部の両端部に固定させ、かつ外側段の前記支持フレー
ムの前記バイモルフ型圧電素子の両端固定部間の可動部
の中央部位と内側段の前記支持フレームの前記バイモル
フ型圧電素子取付け用の開口部の両端側とを接続する変
位量伝達アームを備え、前記各段のバイモルフ型圧電素
子の両端固定部間の可動部の変位動作を前記変位量伝達
アームを介して順次加えてその変位量を拡大しながら前
記ステージ側に伝達する変位量拡大機構を設けたことを
特徴とする位置決め装置。1. A rectangular frame-shaped support frame, which is arranged so as to surround a stage for mounting a driven body that is displaced along a linear direction, is stacked in a plurality of stages on the same plane, and each stage is supported. An opening for mounting a piezoelectric element is formed in each of the center portions of a pair of frame walls in the same direction as the displacement direction of the stage in the frame, and both sides of the stage are spaced apart and face each other in parallel along the displacement direction of the stage. Both ends of the arranged bimorph type piezoelectric elements are fixed to both ends of the piezoelectric element mounting opening in each of the support frames, and both end fixing portions of the bimorph type piezoelectric elements of the outer support frame are fixed. A displacement amount transmitting arm that connects the central portion of the movable portion between the two and both ends of the opening for mounting the bimorph type piezoelectric element of the support frame in the inner stage A displacement amount enlarging mechanism for transmitting the displacement operation of the movable portion between the both end fixed portions of the bimorph type piezoelectric element of each stage to the stage side while enlarging the displacement amount by sequentially applying the displacement operation through the displacement amount transmission arm. A positioning device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63059518A JPH0746908B2 (en) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | Positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP63059518A JPH0746908B2 (en) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | Positioning device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234064A JPH01234064A (en) | 1989-09-19 |
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Family
ID=13115563
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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| JPS5449093A (en) * | 1977-09-26 | 1979-04-18 | Nec Corp | Piezoelectric actuator |
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-
1988
- 1988-03-15 JP JP63059518A patent/JPH0746908B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5449093A (en) * | 1977-09-26 | 1979-04-18 | Nec Corp | Piezoelectric actuator |
| JPS5740535U (en) * | 1980-08-18 | 1982-03-04 |
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| JPH01234064A (en) | 1989-09-19 |
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