JPS61182112A - 精密変位駆動装置 - Google Patents
精密変位駆動装置Info
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- JPS61182112A JPS61182112A JP60021456A JP2145685A JPS61182112A JP S61182112 A JPS61182112 A JP S61182112A JP 60021456 A JP60021456 A JP 60021456A JP 2145685 A JP2145685 A JP 2145685A JP S61182112 A JPS61182112 A JP S61182112A
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- JP
- Japan
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- drive shaft
- drive
- bimorph
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
- B23Q1/36—Springs
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、精密変位駆動装置に係り、特に圧電素子を
用いた精密変位駆動装置に関する。
用いた精密変位駆動装置に関する。
（発明の技術的背景）
精密な位置決め操作は、定まった位置への部品の移動、
ロボットの姿勢制御、半導体の製造工程などで要求され
ている。
ロボットの姿勢制御、半導体の製造工程などで要求され
ている。
例えば、ＬＳＩモジュールの製造においては、高密度微
細化の傾向が強まり、マスク治具などを精密に加工する
必要性が強い。
細化の傾向が強まり、マスク治具などを精密に加工する
必要性が強い。
従来、この種の加工を行うため、例えばネジ加工した駆
動軸をステップモータなどで指示角度だけ回転させて所
望の変位を達成するようにしていた。
動軸をステップモータなどで指示角度だけ回転させて所
望の変位を達成するようにしていた。
しかし、この種の装置では、駆動軸の送り量が１ミクロ
ン以下の微小領域に近づいてくると、機械的な回転機構
によって変位を行っているため精度が劣化する欠点があ
った。
ン以下の微小領域に近づいてくると、機械的な回転機構
によって変位を行っているため精度が劣化する欠点があ
った。
（発明の目的）
この発明は、以上の従来技術の欠点を除去しようとして
成されたものであり、微小変位を高精度で達成すること
のできる精密変位駆動装置を提供することを目的とする
。
成されたものであり、微小変位を高精度で達成すること
のできる精密変位駆動装置を提供することを目的とする
。
（発明の概要）
この目的を達成するため、この発明によれば、第１の方
向に変位可能な厚みすべりモードを有する第１の圧電素
子と、この第１の圧電素子に結合し前記第１の方向と略
直角な第２の方向に変位可能なバイモルフ挙動で屈曲す
る第２の圧電素子とにより駆動ユニットを構成し、この
ユニットに電圧を印加して生ずる圧電変形によって負荷
又は負荷の駆動軸を駆動するようにする。
向に変位可能な厚みすべりモードを有する第１の圧電素
子と、この第１の圧電素子に結合し前記第１の方向と略
直角な第２の方向に変位可能なバイモルフ挙動で屈曲す
る第２の圧電素子とにより駆動ユニットを構成し、この
ユニットに電圧を印加して生ずる圧電変形によって負荷
又は負荷の駆動軸を駆動するようにする。
（発明の実施例）
以下、添付図面に従ってこの発明の詳細な説明する。な
お、各図において同一の符号は同様の対象を示すものと
する。
お、各図において同一の符号は同様の対象を示すものと
する。
第１図はこの発明の実施例を示し、駆動軸１を左右に変
位させるような駆動装置を示している。
位させるような駆動装置を示している。
この装置は、駆動軸１、エンドプレー１−２Ａ。
２Ｂ、基台３Ａ、３Ｂ、及び４つの圧電駆動ユニット４
． ５． ６． ７を備えている。
． ５． ６． ７を備えている。
駆動軸１は負荷を駆動するためのものであり、例えば精
密な位置決めを行うための作動テーブルの一軸方向の変
位を分担する。この駆動軸１の断面は例えば矩形状（円
形状でもよい）である。
密な位置決めを行うための作動テーブルの一軸方向の変
位を分担する。この駆動軸１の断面は例えば矩形状（円
形状でもよい）である。
フレームは、このエンドプレート２Ａ、２Ｂと、基台３
Ａ、３Ｂと、サイドプレート３Ｃ，３Ｄとから成る（第
１図、第２図）。各エンドプート２Ａ、２Ｂ、基台３Ａ
、３Ｂ、サイドプレート３Ｃ１３Ｄは夫々互いに並行に
配置されている。
Ａ、３Ｂと、サイドプレート３Ｃ，３Ｄとから成る（第
１図、第２図）。各エンドプート２Ａ、２Ｂ、基台３Ａ
、３Ｂ、サイドプレート３Ｃ１３Ｄは夫々互いに並行に
配置されている。
フレームの基台３Ａ、３Ｂには４つの駆動ユニッＩ−４
，５，６，７が装備されている。２つの駆動ユニット４
．６並びに５．７は夫々基台３Ａ、３Ｂに連設されてお
り、互いに対向する基台３Ａ、３Ｂに搭載した駆動ユニ
ット４，５及び６，７は駆動軸１を介して互いに対向し
、駆動軸１を挾持する。
，５，６，７が装備されている。２つの駆動ユニット４
．６並びに５．７は夫々基台３Ａ、３Ｂに連設されてお
り、互いに対向する基台３Ａ、３Ｂに搭載した駆動ユニ
ット４，５及び６，７は駆動軸１を介して互いに対向し
、駆動軸１を挾持する。
駆動ユニット４．５．６．７の構成は第３図に示すよう
である。
である。
すなわち、駆動ユニットは、第１の方向（例えば、図面
中Ｘ軸方向をいうが、素子の変形に際してＹ軸方向の変
位を多少伴なう）に変位可能な厚みすべりモードを有す
る第１の圧電素子３０と、この素子３０のほぼ中央に接
着などによって固定し前記第１の方向と略直角な第２の
方向（図面中Ｚ軸方向）に変位可能なバイモルフ挙動で
屈曲する第２の圧電素子３１とを備えている。
中Ｘ軸方向をいうが、素子の変形に際してＹ軸方向の変
位を多少伴なう）に変位可能な厚みすべりモードを有す
る第１の圧電素子３０と、この素子３０のほぼ中央に接
着などによって固定し前記第１の方向と略直角な第２の
方向（図面中Ｚ軸方向）に変位可能なバイモルフ挙動で
屈曲する第２の圧電素子３１とを備えている。
第１の圧電素子３０の、第２の圧電素子３１と接着した
とは反対の面にはアダプタ３３が接着などによって固定
されている。このアダプタ３３は、圧電素子３０．３１
の動作を効率良く駆動軸ｌ（第１図；））に伝達するた
めのものであり、駆動軸１の材料に合せて熱膨張係数、
耐磨耗強度、加工性とうを考慮した適当な材料を選定す
ることは、当業者にとって容易である。
とは反対の面にはアダプタ３３が接着などによって固定
されている。このアダプタ３３は、圧電素子３０．３１
の動作を効率良く駆動軸ｌ（第１図；））に伝達するた
めのものであり、駆動軸１の材料に合せて熱膨張係数、
耐磨耗強度、加工性とうを考慮した適当な材料を選定す
ることは、当業者にとって容易である。
駆動軸１の断面が円形状であれば、アダプタ３３の駆動
軸１に当接する面は、駆動軸１に合せて円弧とする。ア
ダプタ３３の表面が円弧であれば駆動軸１を保持しやす
いのは勿論である。
軸１に当接する面は、駆動軸１に合せて円弧とする。ア
ダプタ３３の表面が円弧であれば駆動軸１を保持しやす
いのは勿論である。
圧電素子３１は矩形状の板状素子を２枚張合せてバイモ
ルフ形状にしたものであり、その両端は支持ブロック３
２−３２によって基台３Ａ、３Ｂから素子３１が一定の
間隔を有するように保持されている。
ルフ形状にしたものであり、その両端は支持ブロック３
２−３２によって基台３Ａ、３Ｂから素子３１が一定の
間隔を有するように保持されている。
この間隔は素子の屈曲スペースを考慮したものである。
なお、第３図中の矢印は分極の方向を示しており、並列
接続して電圧を印加した場合に、第２の圧電素子３１の
中央部分がＺ軸方向に屈曲するようになっている。
接続して電圧を印加した場合に、第２の圧電素子３１の
中央部分がＺ軸方向に屈曲するようになっている。
なお、この圧電素子３１の一枚を他の弾性板としてもよ
く、また更に弾性板を組合せても良く、特に素子クラッ
クが発生する懸念があるような場合に有効である。また
、この弾性板をアース板として用いることもできる。
く、また更に弾性板を組合せても良く、特に素子クラッ
クが発生する懸念があるような場合に有効である。また
、この弾性板をアース板として用いることもできる。
また、各素子の枚数を増減することにより、所要変位量
を調節することができる。
を調節することができる。
次にこの実施例の動作を説明する。
先づ各ユニット４．５．６．７の第２の圧電素子３１に
電圧を印加して駆動軸１を挾持する。次にユニット４．
５の第２の圧電素子３１に電圧を印加し駆動軸１と反対
方向に変形させて駆動軸１の挟持を解除し、第１の圧電
素子３０に電圧を印加して右側（ユニット６．７側）に
変形させ、第２の圧電素子３１に逆極性の電圧を印加し
駆動軸１寄りの方向に変形させてユニット４，５で駆動
軸１を挾持する。次にユニット６．７の第２の圧電素子
３１に電圧を印加し駆動軸１と反対方向に変形させて駆
動軸１の挾持を解除し、ユニット６．７の第１の圧電素
子３０に電圧を印加して右側に変形させた状態でユニッ
ト４゜５の第１の圧電素子３０に逆極性の電圧を印加し
て元の状態に戻す。このとき駆動軸１は左側即ちエンド
プレー１−２Ａ側に変位する。次にユニット６゜７の第
２の圧電素子３１に逆極性の電圧を印加し駆動軸１の方
向に変形させてユニット６．７で駆動軸ｌを挾持する。
電圧を印加して駆動軸１を挾持する。次にユニット４．
５の第２の圧電素子３１に電圧を印加し駆動軸１と反対
方向に変形させて駆動軸１の挟持を解除し、第１の圧電
素子３０に電圧を印加して右側（ユニット６．７側）に
変形させ、第２の圧電素子３１に逆極性の電圧を印加し
駆動軸１寄りの方向に変形させてユニット４，５で駆動
軸１を挾持する。次にユニット６．７の第２の圧電素子
３１に電圧を印加し駆動軸１と反対方向に変形させて駆
動軸１の挾持を解除し、ユニット６．７の第１の圧電素
子３０に電圧を印加して右側に変形させた状態でユニッ
ト４゜５の第１の圧電素子３０に逆極性の電圧を印加し
て元の状態に戻す。このとき駆動軸１は左側即ちエンド
プレー１−２Ａ側に変位する。次にユニット６゜７の第
２の圧電素子３１に逆極性の電圧を印加し駆動軸１の方
向に変形させてユニット６．７で駆動軸ｌを挾持する。
次にユニット４．５の第２の圧電素子３１を駆動軸１と
反対方向に変形させ、第１の圧電素子３０を右側に変形
させた状態で、ユニット６゜７の第１の圧電素子を元の
状態に戻す。このとき駆動軸１は左側に変位する。以上
の動作の繰返しにより駆動軸１は左側に変位する。駆動
軸１を右側に変位させる場合には各ユニッＩ−４，５，
６，７の第１の圧電素子３０に逆極性の電圧を印加して
動作を逆にすればよい。
反対方向に変形させ、第１の圧電素子３０を右側に変形
させた状態で、ユニット６゜７の第１の圧電素子を元の
状態に戻す。このとき駆動軸１は左側に変位する。以上
の動作の繰返しにより駆動軸１は左側に変位する。駆動
軸１を右側に変位させる場合には各ユニッＩ−４，５，
６，７の第１の圧電素子３０に逆極性の電圧を印加して
動作を逆にすればよい。
以上の操作において、駆動軸１の変位量は第１の圧電素
子３０に印加する電圧値に正確に比例するため、この素
子３０の制御電圧を正確に制御することにより、サブミ
クロン単位での精密な変位が可能となる。
子３０に印加する電圧値に正確に比例するため、この素
子３０の制御電圧を正確に制御することにより、サブミ
クロン単位での精密な変位が可能となる。
第４図は第１図の実施例の変形例を示す。
第１図の実施例では駆動軸１の両側に圧電ユニットを配
置したが、この場合には片側にのみ駆動ユニット４．６
を設けている。駆動軸１の他側はガイド溝４０に溢って
変位可能なガイドローラ４１−４１が配備されている。
置したが、この場合には片側にのみ駆動ユニット４．６
を設けている。駆動軸１の他側はガイド溝４０に溢って
変位可能なガイドローラ４１−４１が配備されている。
すなわち、圧電駆動ユニット４．５に何も電圧を印加し
ない状態で、駆動軸１はユニット４，６の本来的に有す
る弾性力によってボールベアリング側すなわち基台３Ｂ
側に圧接されている。動作は前述と同様である。
ない状態で、駆動軸１はユニット４，６の本来的に有す
る弾性力によってボールベアリング側すなわち基台３Ｂ
側に圧接されている。動作は前述と同様である。
第５図はこの発明の他の実施例を示す。
この実施例によれば、第３図のような駆動ユニソ１−５
１．５２を互いに略直角に基台部上に夫々複数個配列す
る。第５図ではＸ軸方向及びＹ軸方向に変位可能なユニ
ット５１．５２が夫々４つずつ交互に直交するように搭
載されている。各ユニット５１゜５２の上面には、マグ
ネット製の磁気チャックを設け、直接作業テーブルを磁
気吸着することができる。
１．５２を互いに略直角に基台部上に夫々複数個配列す
る。第５図ではＸ軸方向及びＹ軸方向に変位可能なユニ
ット５１．５２が夫々４つずつ交互に直交するように搭
載されている。各ユニット５１゜５２の上面には、マグ
ネット製の磁気チャックを設け、直接作業テーブルを磁
気吸着することができる。
変位のための操作は前述と同様である。Ｘ軸方向への移
動に際してはユニット５１のみを駆動し、Ｙ軸方向への
移動に際してはユニット５２のみを駆動するようにすれ
ばよい。また、斜め方向への駆動は双方のユニット５１
．５２を交互に駆動すればよく、その駆動量に応じて変
位角並びに変位量を選定できる。
動に際してはユニット５１のみを駆動し、Ｙ軸方向への
移動に際してはユニット５２のみを駆動するようにすれ
ばよい。また、斜め方向への駆動は双方のユニット５１
．５２を交互に駆動すればよく、その駆動量に応じて変
位角並びに変位量を選定できる。
この種のテーブルの位置制御は、位置検出手段と連動さ
せてコンビーータ制御することにより、所定のプログラ
ムに従って作動する自動機械とすることができる。
せてコンビーータ制御することにより、所定のプログラ
ムに従って作動する自動機械とすることができる。
第６図はこの発明の第３の実施例を示す。
この実施例によれば、フレーム７０の各側壁にそれぞれ
第３図で示したような駆動ユニット７１．７２゜７３、
７４を設け、回転テーブル７９を駆動するようにする。
第３図で示したような駆動ユニット７１．７２゜７３、
７４を設け、回転テーブル７９を駆動するようにする。
テーブル７９はその中心に回転軸（図示せず）を有し、
各ユニッｌ−７１，７３及びユニット７２，７４を夫々
−組としてクランプ、解除、回転移動、反転 １を実
行するようにする。駆動信号の印加の様子は前述の場合
と同様でユニッ１−７１．７３とユニット７２゜７４と
がそれぞれ一対となって回転円板をクランプ、解除しな
がら、左右任意の方向に回転させることができる。
各ユニッｌ−７１，７３及びユニット７２，７４を夫々
−組としてクランプ、解除、回転移動、反転 １を実
行するようにする。駆動信号の印加の様子は前述の場合
と同様でユニッ１−７１．７３とユニット７２゜７４と
がそれぞれ一対となって回転円板をクランプ、解除しな
がら、左右任意の方向に回転させることができる。
なお、この場合のクランプはテーブルの側面からだけで
なく、上下面からクランプを行ってもよい。更に、回転
軸をクランプしても同様の効果をうる。
なく、上下面からクランプを行ってもよい。更に、回転
軸をクランプしても同様の効果をうる。
（発明の効果）
この発明によれば、以上のように構成することにより、
微小変位を高精度で達成することのできる精密変位駆動
装置を提供することができる。
微小変位を高精度で達成することのできる精密変位駆動
装置を提供することができる。
特に、この発明の装置によれば、クランプの変位を大き
くとることができ、高速運転が可能である。また、駆動
ユニットの小型化が容易であるため、装置全体の小型化
が達成できる。
くとることができ、高速運転が可能である。また、駆動
ユニットの小型化が容易であるため、装置全体の小型化
が達成できる。
第１図はこの発明の実施例の側面図、第２図は第１図の
実施例の斜視図、第３図はこの発明の実施例の要部説明
図、第４図は第１図の実施例の変形例説明図、第５図は
この発明の第２の実施例の平面図、第６図はこの発明の
第３の実施例を示す平面図である。 １・・・駆動軸、２ Ａ、２ Ｔ３＋ ３ Ａｌ
３ Ｂ＋ ３Ｃ’＋３Ｄ・・・フレームの構成要素、
４．５．６．７・・・駆動ユニット、３０・・・第１の
圧電素子、３１・・・第２の圧電素子、３２・・・支持
ブロック、３３・・・ アダプタ。
実施例の斜視図、第３図はこの発明の実施例の要部説明
図、第４図は第１図の実施例の変形例説明図、第５図は
この発明の第２の実施例の平面図、第６図はこの発明の
第３の実施例を示す平面図である。 １・・・駆動軸、２ Ａ、２ Ｔ３＋ ３ Ａｌ
３ Ｂ＋ ３Ｃ’＋３Ｄ・・・フレームの構成要素、
４．５．６．７・・・駆動ユニット、３０・・・第１の
圧電素子、３１・・・第２の圧電素子、３２・・・支持
ブロック、３３・・・ アダプタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の方向に変位可能な厚みすべりモードを有する
第１の圧電素子と、この第１の圧電素子に結合し前記第
１の方向と略直角な第２の方向に変位可能なバイモルフ
挙動で屈曲する第２の圧電素子とを具えた駆動ユニット
を有して成る精密変位駆動装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記駆
動ユニットを複数具えて成る精密変位駆動装置。 ３ 負荷に結合された駆動部材と、第１の方向に変位可
能な厚みすべりモードを有する第１の圧電素子、及びこ
の第１の圧電素子に結合し前記第１の方向と略直角な第
２の方向に変位可能なバイモルフ挙動で屈曲する第２の
圧電素子を具えた駆動ユニットとを有し、この駆動ユニ
ットを前記駆動部材に当接させて所定方向に変位させる
ように前記第１及び第２の圧電素子に電圧を印加するよ
うにした精密変位駆動装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、前記駆
動ユニットを複数具えて成る精密変位駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021456A JPS61182112A (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 精密変位駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021456A JPS61182112A (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 精密変位駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61182112A true JPS61182112A (ja) | 1986-08-14 |
Family
ID=12055467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60021456A Pending JPS61182112A (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 精密変位駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61182112A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01187402A (ja) * | 1988-01-21 | 1989-07-26 | Jeol Ltd | 走査トンネル顕微鏡 |
| EP0676558A1 (en) * | 1994-04-04 | 1995-10-11 | Applied Power Inc. | Stiff actuator active vibration isolation system |
| US5695027A (en) * | 1995-11-15 | 1997-12-09 | Applied Power Inc. | Adaptively tuned vibration absorber |
| US5710714A (en) * | 1995-11-15 | 1998-01-20 | Applied Power Inc. | Electronic controller for an adaptively tuned vibration absorber |
| US5920173A (en) * | 1995-11-15 | 1999-07-06 | Applied Power Inc. | Feedback enhanced adaptively tuned vibration absorber |
| KR100895833B1 (ko) * | 2001-12-19 | 2009-05-06 | 칼 짜이스 에스엠티 아게 | 투영 노광 장치의 결상 장치 |
| WO2009151081A1 (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-17 | 株式会社ニコン | 圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒、光学機器 |
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-
1985
- 1985-02-06 JP JP60021456A patent/JPS61182112A/ja active Pending
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