JPS63238416A - ２次元インチワ−ムとその原点位置合わせ装置 - Google Patents
２次元インチワ−ムとその原点位置合わせ装置Info
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- JPS63238416A JPS63238416A JP62071388A JP7138887A JPS63238416A JP S63238416 A JPS63238416 A JP S63238416A JP 62071388 A JP62071388 A JP 62071388A JP 7138887 A JP7138887 A JP 7138887A JP S63238416 A JPS63238416 A JP S63238416A
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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、試料等を原子スケールで変位させる用途、
例えば、走査型トンネル顕微鏡の試料の移動等に用いら
れる２次元インチワームに関する。
例えば、走査型トンネル顕微鏡の試料の移動等に用いら
れる２次元インチワームに関する。
この種の２次元インチワームとしては、従来、刊行物「
精密工学会誌、Ｖｏ １．５２．Ｎａ８゜“８６．Ｐ１
６１〜１６４」に記載されたものがある。第４図はこの
従来の２次元インチワームの構成と移動原理を示したも
のであって、該２次元インチワームは、電圧制御により
比較的節単にサブミクロンオーダの伸縮変位が得られる
圧電アクチュエータを用いており、４個の移動部材Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄと隣接する移動部材間に圧入された４個の
圧電アクチュエータ１．２．３．４及び各移動部材の裏
面にねじ止めされ移動部材を基板に独立に固定する静電
チャックからなる。
精密工学会誌、Ｖｏ １．５２．Ｎａ８゜“８６．Ｐ１
６１〜１６４」に記載されたものがある。第４図はこの
従来の２次元インチワームの構成と移動原理を示したも
のであって、該２次元インチワームは、電圧制御により
比較的節単にサブミクロンオーダの伸縮変位が得られる
圧電アクチュエータを用いており、４個の移動部材Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄと隣接する移動部材間に圧入された４個の
圧電アクチュエータ１．２．３．４及び各移動部材の裏
面にねじ止めされ移動部材を基板に独立に固定する静電
チャックからなる。
Ｘ軸方向に直進させる場合には、まず移動部材ＡとＤを
固定し、この状態で圧電アクチュエータ１と３を伸ばす
。次ぎに移動部材ＢとＣを固定し、移動部材ＡとＤの固
定を解除したのち、圧電アクチュエータ１と３を縮め、
移動部材ＡとＤを固定する。ここで移動部材ＢとＣの固
定を解除すると（１サイクルの終了）、２次元インチワ
ームはわずかにＸ方向に移動する。後はこの動作を繰り
返すことにより２次元インチワームは徐々に、丁度尺取
虫運動をして直進する。反対方向に直進させるためには
、圧電アクチュエータの伸縮に対し、て移動部材の固定
のタイミングを入れ替えればよい。Ｙ軸方向の直進は、
同様に圧電アクチュエータ２と４を伸縮させて行う。
固定し、この状態で圧電アクチュエータ１と３を伸ばす
。次ぎに移動部材ＢとＣを固定し、移動部材ＡとＤの固
定を解除したのち、圧電アクチュエータ１と３を縮め、
移動部材ＡとＤを固定する。ここで移動部材ＢとＣの固
定を解除すると（１サイクルの終了）、２次元インチワ
ームはわずかにＸ方向に移動する。後はこの動作を繰り
返すことにより２次元インチワームは徐々に、丁度尺取
虫運動をして直進する。反対方向に直進させるためには
、圧電アクチュエータの伸縮に対し、て移動部材の固定
のタイミングを入れ替えればよい。Ｙ軸方向の直進は、
同様に圧電アクチュエータ２と４を伸縮させて行う。
圧電アクチュエータは１ボルトで１ｎｍ程度の伸縮変位
が可能であるので、この種の２次元インチワームは、例
えば、走査型トンネル顕微鏡の試料台の微動機構として
極めて有効な手段であるが、従来のものでは、各移動部
材の固定手段として静電チャックを使用しているので、
移動速度（ステッピングレート）を高くすると、静電チ
ャック誘電層の残留分極が顕著になって、静電力による
移動部材の固定及び固定解除の動作が不確実となり、１
サイクル当たりの変位量が減少するようになるので、高
速移動を得ることができないという問題がある上、移動
部材の移動時には摺動移動となるので摺動による摩擦力
のため、変位量が安定せず、現在以上の精度の向上が難
しいという問題があった。特に、超高真空下で使用する
場合には潤滑剤を用いることができないので摺動抵抗が
大きくなるという問題があった。
が可能であるので、この種の２次元インチワームは、例
えば、走査型トンネル顕微鏡の試料台の微動機構として
極めて有効な手段であるが、従来のものでは、各移動部
材の固定手段として静電チャックを使用しているので、
移動速度（ステッピングレート）を高くすると、静電チ
ャック誘電層の残留分極が顕著になって、静電力による
移動部材の固定及び固定解除の動作が不確実となり、１
サイクル当たりの変位量が減少するようになるので、高
速移動を得ることができないという問題がある上、移動
部材の移動時には摺動移動となるので摺動による摩擦力
のため、変位量が安定せず、現在以上の精度の向上が難
しいという問題があった。特に、超高真空下で使用する
場合には潤滑剤を用いることができないので摺動抵抗が
大きくなるという問題があった。
この発明は上記問題を解消するためになされたもので、
移動時は摺動することなく移動し、クランプとその解除
動作を圧電アクチュエータの動作サイクルに確実に応答
させることができる２次元インチワーム及びその原点位
置合わせ装置を提供することを目的とする。
移動時は摺動することなく移動し、クランプとその解除
動作を圧電アクチュエータの動作サイクルに確実に応答
させることができる２次元インチワーム及びその原点位
置合わせ装置を提供することを目的とする。
この発明は上記目的を達成するため、順次９０度間隔で
伸びる４本のアームを有する十字形アーム体とし、４本
の各アームが、上下対称構造であって、アーム本体中央
部側に連続して移動用圧電アクチュエータを保持してな
る非わん曲変形構造の伸縮部を有するとともに該伸縮部
に連続してクランプ用圧電アクチュエータを保持してな
るクランプ部を有し、該クランプ部は、対応するガイド
仮にクランプ係合可能な所定面積のクランプ面部を有す
るクランプ子と該クランプ子に上記クランプ用圧電アク
チュエータの伸長変位を直接もしくは増幅して伝達して
上記クランプ子を外方へ駆動する部分からなり、上記移
動用圧電アクチュエータのアーム方向伸張変位が上記弾
性ヒンジ機構および弾性増幅機構を介して上記クランプ
子に伝達されて該クランプ子を、圧電アクチュエータ非
伸張時にクランプ子にクリアランスを介して対向する上
側もしくは下側の固定のガイド仮に圧接させる構造とし
、原点位置合わせは、２次元インチワームの１つのアー
ムのアーム端と該アームと直角をなす向きの他の１つの
アーム端がそれぞれＸ軸方向の基準線とＹ軸方向の基準
線に対して予め定められた距離に到達したことを検知す
る検知器と、両検知器が共に検知信号を送出した時に原
点到達信号を出力する回路とを用いる構成としたもので
ある。
伸びる４本のアームを有する十字形アーム体とし、４本
の各アームが、上下対称構造であって、アーム本体中央
部側に連続して移動用圧電アクチュエータを保持してな
る非わん曲変形構造の伸縮部を有するとともに該伸縮部
に連続してクランプ用圧電アクチュエータを保持してな
るクランプ部を有し、該クランプ部は、対応するガイド
仮にクランプ係合可能な所定面積のクランプ面部を有す
るクランプ子と該クランプ子に上記クランプ用圧電アク
チュエータの伸長変位を直接もしくは増幅して伝達して
上記クランプ子を外方へ駆動する部分からなり、上記移
動用圧電アクチュエータのアーム方向伸張変位が上記弾
性ヒンジ機構および弾性増幅機構を介して上記クランプ
子に伝達されて該クランプ子を、圧電アクチュエータ非
伸張時にクランプ子にクリアランスを介して対向する上
側もしくは下側の固定のガイド仮に圧接させる構造とし
、原点位置合わせは、２次元インチワームの１つのアー
ムのアーム端と該アームと直角をなす向きの他の１つの
アーム端がそれぞれＸ軸方向の基準線とＹ軸方向の基準
線に対して予め定められた距離に到達したことを検知す
る検知器と、両検知器が共に検知信号を送出した時に原
点到達信号を出力する回路とを用いる構成としたもので
ある。
この発明では、同一軸線上にある２つのアームのクラン
プ部がクランプ動作をした場合、アーム本体の他部が上
下ガイド板間に浮くので、移動用圧電アクチュエータの
付勢による移動部分の移動はガイド板と摺動することな
く行われる。また、クランプは上下のクランプ子が上下
のガイド板を突っ張るように外方へ弾性変位することに
より行われる。
プ部がクランプ動作をした場合、アーム本体の他部が上
下ガイド板間に浮くので、移動用圧電アクチュエータの
付勢による移動部分の移動はガイド板と摺動することな
く行われる。また、クランプは上下のクランプ子が上下
のガイド板を突っ張るように外方へ弾性変位することに
より行われる。
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図において、１０はステンレス製の十字形をなすア
ーム体であって、中央部１０Ａ表面に試料台となる台部
１０Ｂが突設されており、４本のアーム部１１．１２．
１３及び１４は各々移動用圧電アクチュエータ１５とク
ランプ用の圧電アクチュエータ１６とを収納しており、
該アーム体１０は、上下に所定間隔を隔てて平行配置さ
れた固定の上側ガイド板１７と下側ガイド板１８との間
に所定の間隙（クリアランス）を残して移動可能に配設
される。上側ガイド板１７には窓（台部１０Ｂの移動エ
リア）１７Ａが形成されている。
ーム体であって、中央部１０Ａ表面に試料台となる台部
１０Ｂが突設されており、４本のアーム部１１．１２．
１３及び１４は各々移動用圧電アクチュエータ１５とク
ランプ用の圧電アクチュエータ１６とを収納しており、
該アーム体１０は、上下に所定間隔を隔てて平行配置さ
れた固定の上側ガイド板１７と下側ガイド板１８との間
に所定の間隙（クリアランス）を残して移動可能に配設
される。上側ガイド板１７には窓（台部１０Ｂの移動エ
リア）１７Ａが形成されている。
４本のアーム部１１〜１４の構造は同一であるので、以
下に、該構造をアーム部１１について第２図を参照して
説明する。
下に、該構造をアーム部１１について第２図を参照して
説明する。
アーム１１は、外形が長方形状をなし、第２図に示すよ
うに、上下対称な構造を有し、中央部１０Ａに連続する
伸縮部２０と該伸縮部２０に境界部３０を介して連続す
るクランプ部４０からなる。なお、第２図では、アーム
体１０が非クランプ状態で宙に浮いた状態で示しである
。伸縮部２０は中央部１０Ａと境界部３０と連絡する２
本の平行する弾性伸縮部２１．２１からなり、該弾性伸
縮部２１．２１は中央部１０Ａ、境界部３０とともに圧
電アクチュエータ１５を収納する収納部２２を画成して
おり、圧電アクチュエータ１５は境界部３０と中央部１
０Ａの対向面間に圧入して接着固定されている。弾性伸
縮部２１は、一方端部に有する縦向き平行ばね部２３を
介して境界部３０に一体に連続し、他方端部に有する横
向き平行ばね部２４を介して中央部１０Ａに一体に連続
している。クランプ部４０は、底側か間隙を介して境界
部３０に対向する内側コ字部４２と該内側コ字部の開口
部を覆う外側コ字部４３からなる変位伝達部４１を有し
ており、両コ字部は圧電アクチュエータの変位力を受け
る受圧脚４４と該受圧脚４４の両端から平行して伸びる
伝達部４５．４５からなり、圧電アクチュエータ１６は
コ字部４２と４３の両受圧脚４４間に工大固定されてい
る。内側コ字部４２と外側コ字部４３の伝達膓４５端部
は、コ字形をなし互いに平行する外側ヒンジ部４８と内
側ヒンジ部４９とを有する弾性ヒンジ機構部５０の外側
ヒンジ部４８、内側ヒンジ部４９にそれぞれ一体に連続
している。この弾性ヒンジ機構部５０には弾性増幅機構
部（ヒンジ部）５１が一体に連続している。５２はクラ
ンプ子であって、外面側に他部より若干突出するクラン
プ面部５２ａを有し、自由端を弾性ヒンジ機構部５０に
近接対向して上記ヒンジ部５１の外側で該ヒンジ部５１
に並列に設けられており、該ヒンジ部５１とともに横向
き平行ばね部５３を介して境界部３０に一体に連続して
いる。外側ヒンジ部４８、内側ヒンジ部４９及びヒンジ
部５１は上下面を円弧凹面にすることにより形成した弾
性ヒンジ（最内薄部）を有している。
うに、上下対称な構造を有し、中央部１０Ａに連続する
伸縮部２０と該伸縮部２０に境界部３０を介して連続す
るクランプ部４０からなる。なお、第２図では、アーム
体１０が非クランプ状態で宙に浮いた状態で示しである
。伸縮部２０は中央部１０Ａと境界部３０と連絡する２
本の平行する弾性伸縮部２１．２１からなり、該弾性伸
縮部２１．２１は中央部１０Ａ、境界部３０とともに圧
電アクチュエータ１５を収納する収納部２２を画成して
おり、圧電アクチュエータ１５は境界部３０と中央部１
０Ａの対向面間に圧入して接着固定されている。弾性伸
縮部２１は、一方端部に有する縦向き平行ばね部２３を
介して境界部３０に一体に連続し、他方端部に有する横
向き平行ばね部２４を介して中央部１０Ａに一体に連続
している。クランプ部４０は、底側か間隙を介して境界
部３０に対向する内側コ字部４２と該内側コ字部の開口
部を覆う外側コ字部４３からなる変位伝達部４１を有し
ており、両コ字部は圧電アクチュエータの変位力を受け
る受圧脚４４と該受圧脚４４の両端から平行して伸びる
伝達部４５．４５からなり、圧電アクチュエータ１６は
コ字部４２と４３の両受圧脚４４間に工大固定されてい
る。内側コ字部４２と外側コ字部４３の伝達膓４５端部
は、コ字形をなし互いに平行する外側ヒンジ部４８と内
側ヒンジ部４９とを有する弾性ヒンジ機構部５０の外側
ヒンジ部４８、内側ヒンジ部４９にそれぞれ一体に連続
している。この弾性ヒンジ機構部５０には弾性増幅機構
部（ヒンジ部）５１が一体に連続している。５２はクラ
ンプ子であって、外面側に他部より若干突出するクラン
プ面部５２ａを有し、自由端を弾性ヒンジ機構部５０に
近接対向して上記ヒンジ部５１の外側で該ヒンジ部５１
に並列に設けられており、該ヒンジ部５１とともに横向
き平行ばね部５３を介して境界部３０に一体に連続して
いる。外側ヒンジ部４８、内側ヒンジ部４９及びヒンジ
部５１は上下面を円弧凹面にすることにより形成した弾
性ヒンジ（最内薄部）を有している。
次に、この実施例の動作について説明する。
先づ、クランプ動作を一本のアーム１１について説明・
する。クランプ用圧電アクチュエータ１６に所定の電圧
を印加すると、該圧電アクチュエータ１６は電圧値に応
じた量だけＸ軸方向に伸長する。この圧電アクチュエー
タ１６の伸長によりコ字部４２とコ字部４３の受圧脚４
４に両者を相対的に離間させる向きの押圧力が作用し両
者の伝達脚４５にＸ軸方向で相反する向きの引張力が作
用する。今、説明の便宜上、コ字部４３が図において左
方に変位したとすると、外側ヒンジ部４８の最内薄部α
点が内側ヒンジ部４９の最内薄部Ｈをけ中心に回動し該
回動に伴いヒンジ部５１の最内薄部βが回動してクラン
プ子５２にはこれを図示矢印向きに回動させようにする
力が作用する。核力によりクランプ子５２は回動変位し
ようとするが平行ばね５３の作用によってＸ軸方向の成
分は消されＹ軸方向の成分だけが作用することになり、
上下のクランプ子５２はそのクランプ面がＸ軸方向に平
行した姿勢のままでそれぞれガイド板１７及び１８に向
かって変位しガイド！１７及び１８に圧接係合すること
になる。上記電圧の印加を停止すると、ヒンジ部４８．
４９及び５１は弾性変位により図示の位置に復帰し、上
下のクランプ子５２はガイド板１７及び１８がら離間し
てクランプが解除される。
する。クランプ用圧電アクチュエータ１６に所定の電圧
を印加すると、該圧電アクチュエータ１６は電圧値に応
じた量だけＸ軸方向に伸長する。この圧電アクチュエー
タ１６の伸長によりコ字部４２とコ字部４３の受圧脚４
４に両者を相対的に離間させる向きの押圧力が作用し両
者の伝達脚４５にＸ軸方向で相反する向きの引張力が作
用する。今、説明の便宜上、コ字部４３が図において左
方に変位したとすると、外側ヒンジ部４８の最内薄部α
点が内側ヒンジ部４９の最内薄部Ｈをけ中心に回動し該
回動に伴いヒンジ部５１の最内薄部βが回動してクラン
プ子５２にはこれを図示矢印向きに回動させようにする
力が作用する。核力によりクランプ子５２は回動変位し
ようとするが平行ばね５３の作用によってＸ軸方向の成
分は消されＹ軸方向の成分だけが作用することになり、
上下のクランプ子５２はそのクランプ面がＸ軸方向に平
行した姿勢のままでそれぞれガイド板１７及び１８に向
かって変位しガイド！１７及び１８に圧接係合すること
になる。上記電圧の印加を停止すると、ヒンジ部４８．
４９及び５１は弾性変位により図示の位置に復帰し、上
下のクランプ子５２はガイド板１７及び１８がら離間し
てクランプが解除される。
次に、伸縮部２０の伸縮動作について説明する。
今、アーム１１が上記クランプ状態にあるとして圧電ア
クチュエータ１５に正の電圧を印加して伸長させると、
中央部１０ＡにＸ軸止方向に向く力が作用するので、平
行ばね部２４の変位により上下の弾性伸縮部２１が伸長
して中央部１０ＡがＸ軸止方向にわずかに変位する。逆
に、負の電圧を圧電アクチュエータ１５に印加すると該
圧電アクチュエータ１５が縮み上下の弾性伸縮部２１も
縮んで中央部１０ＡｆＪ＜Ｘ軸負方向にわずかに変位す
る。この中央部１０Ａの変位の軌跡は平行ばね２４があ
るためＸ軸と同−向きの変位軌跡となる。
クチュエータ１５に正の電圧を印加して伸長させると、
中央部１０ＡにＸ軸止方向に向く力が作用するので、平
行ばね部２４の変位により上下の弾性伸縮部２１が伸長
して中央部１０ＡがＸ軸止方向にわずかに変位する。逆
に、負の電圧を圧電アクチュエータ１５に印加すると該
圧電アクチュエータ１５が縮み上下の弾性伸縮部２１も
縮んで中央部１０ＡｆＪ＜Ｘ軸負方向にわずかに変位す
る。この中央部１０Ａの変位の軌跡は平行ばね２４があ
るためＸ軸と同−向きの変位軌跡となる。
今、例えば、アーム１１と１３を上記圧電アクチュエー
タ１６の伸長によりクランプさせた場合、アーム１１の
クランプ子５２は、人間に例えれば両手でガイド板１７
．１８を突っ張るような状態になるので、両アームのク
ランプ部４０間にある弾性伸縮部２１と中央部１０Ａお
よびアーム１２と１４はガイド板１７．１８間に浮いた
非接触状態に保持される。この保持時の弾性伸縮部２１
及び中央部１０Ａの姿勢は平行ばね２３があるためその
上下面間の中心線がガイド板１７．１８と平行する姿勢
となる。
タ１６の伸長によりクランプさせた場合、アーム１１の
クランプ子５２は、人間に例えれば両手でガイド板１７
．１８を突っ張るような状態になるので、両アームのク
ランプ部４０間にある弾性伸縮部２１と中央部１０Ａお
よびアーム１２と１４はガイド板１７．１８間に浮いた
非接触状態に保持される。この保持時の弾性伸縮部２１
及び中央部１０Ａの姿勢は平行ばね２３があるためその
上下面間の中心線がガイド板１７．１８と平行する姿勢
となる。
実施例のインチワームをＸ軸方向へ直線移動させる場合
には、下記のシーケンスを実行させる。
には、下記のシーケンスを実行させる。
なお、今、各アーム１１〜１４の圧電アクチュエータ１
５．１６は無負荷すなわち電圧が印加されていない状態
にあるとする。
５．１６は無負荷すなわち電圧が印加されていない状態
にあるとする。
（１）アーム１１と１３のクランプ用圧電アクチュエー
タ１６に正の電圧を印加して両アームのクランプ子５２
をガイド板１７．１８に係合させる。これにより、上記
したようにアーム体１０の他部は浮いた状態となる。
タ１６に正の電圧を印加して両アームのクランプ子５２
をガイド板１７．１８に係合させる。これにより、上記
したようにアーム体１０の他部は浮いた状態となる。
（２）アーム１１の移動用圧電アクチュエータ１５に
′正の電圧を印加して伸長させるとともにアーム１３の
圧電アクチュエータ１５に負の電圧を印加して縮ませる
。これによりアーム体１０の中央部１０ＡはＸ軸方向矢
印の向きに変位する。この移動時、アーム体１０の移動
部分は摺動することなく移動する。
′正の電圧を印加して伸長させるとともにアーム１３の
圧電アクチュエータ１５に負の電圧を印加して縮ませる
。これによりアーム体１０の中央部１０ＡはＸ軸方向矢
印の向きに変位する。この移動時、アーム体１０の移動
部分は摺動することなく移動する。
（３）アーム１２と１４のクランプ用圧電アクチュエー
タ１６に正の電圧を印加して両アームのクランプ子５２
をガイド板１７．１８に係合させる。
タ１６に正の電圧を印加して両アームのクランプ子５２
をガイド板１７．１８に係合させる。
（４）アーム１１と１３のクランプ用圧電アクチュエー
タ１６の印加電圧を除去して両アームのクランプを解除
する。
タ１６の印加電圧を除去して両アームのクランプを解除
する。
（５）アーム１１と１３の圧電アクチュエータ１５の印
加電圧を除去する。
加電圧を除去する。
（６）アーム１１と１３の圧電アクチュエータ１６に正
の電圧を印加して両アームをクランプする。
の電圧を印加して両アームをクランプする。
この一連の動作により台部１０Ｂは、わずかにＸ軸の正
方向に変位するので、該動作を繰り返すことにより上記
方向へ無限に移動させることができる。Ｘ軸の負方向に
移動させる場合には上記シーケンスにおいて圧電アクチ
ュエータに印加する電圧の極性を逆極性にすればよいこ
とは明らかであり、Ｙ軸方向の移動も同様にして行うこ
とができる。
方向に変位するので、該動作を繰り返すことにより上記
方向へ無限に移動させることができる。Ｘ軸の負方向に
移動させる場合には上記シーケンスにおいて圧電アクチ
ュエータに印加する電圧の極性を逆極性にすればよいこ
とは明らかであり、Ｙ軸方向の移動も同様にして行うこ
とができる。
このように、本実施例では、同一軸線上にある２つのア
ームのクランプ部がクランプ動作をした場合、アーム本
体の他部が上下ガイド板間に浮くので、移動用圧電アク
チュエータの付勢による移動部分の移動はガイド板と摺
動することなく行われる。このため、従来のような摩擦
力の影響を受けないので、常時、移動用圧電アクチュエ
ータに印加した電圧の大きさに対応した量だけ移動する
ことになり、移動量が安定する。
ームのクランプ部がクランプ動作をした場合、アーム本
体の他部が上下ガイド板間に浮くので、移動用圧電アク
チュエータの付勢による移動部分の移動はガイド板と摺
動することなく行われる。このため、従来のような摩擦
力の影響を受けないので、常時、移動用圧電アクチュエ
ータに印加した電圧の大きさに対応した量だけ移動する
ことになり、移動量が安定する。
また、クランプはクランプ子の圧接力により従来のよう
な静電チャックを使用しないので、クランプとその解除
動作はクランプ用圧電アクチュエータへの電圧印加、電
圧除去に正確に応答することになり、アーム体を高速で
移動させることができる。
な静電チャックを使用しないので、クランプとその解除
動作はクランプ用圧電アクチュエータへの電圧印加、電
圧除去に正確に応答することになり、アーム体を高速で
移動させることができる。
また、アーム体は対称十字形であるので、圧電アクチュ
エータの発する熱による変位が起きても該変位はアーム
外方に向い中央部では相殺されるので該中央部が熱変位
する恐れがない。
エータの発する熱による変位が起きても該変位はアーム
外方に向い中央部では相殺されるので該中央部が熱変位
する恐れがない。
ところで、この実施例の２次元インチワームはＸ−Ｙ平
面を自由に移動させることができるが、このままではＸ
−Ｙ平面における絶対点に対する位置を知ることができ
ない。第３図はこれを解決するための原点位置合わせ装
置を設けたもので、以下、これについて説明する。
面を自由に移動させることができるが、このままではＸ
−Ｙ平面における絶対点に対する位置を知ることができ
ない。第３図はこれを解決するための原点位置合わせ装
置を設けたもので、以下、これについて説明する。
第３図において、６１はＸ軸ストッパ、６２はＹ軸スト
ッパであって、前者はアーム体１０のＸ軸移動方向に対
して直角の向きに、後者はＹ軸移動方向に対して直角の
向きにしてガイド板１８上の所定の位置に固定される。
ッパであって、前者はアーム体１０のＸ軸移動方向に対
して直角の向きに、後者はＹ軸移動方向に対して直角の
向きにしてガイド板１８上の所定の位置に固定される。
図はアーム体１０のアーム１１の端面がＸ軸ストッパ６
１の側面（Ｙ軸方向の基準線）に、アーム１４の端面が
Ｙ軸ストッパ６２の側面（Ｘ軸方向の基準線）にそれぞ
れ当接した状態を示しており、この時のアーム体中心Ｏ
の位置を原点とすれば、アーム体１０の移動制御を行う
前に図示の位置にアーム体１０を移動（これを原点位置
合わせという）させることにより、その後は、移動した
アーム体１０のＸ−Ｙ座標を該アーム体ｌＯの移動サイ
クルを計数することにより簡単に知ることができる。ア
ーム体１０が原点位置に到達したことを検知するには、
Ｘ軸ストッパ６１、Ｙ軸ストッパ６２を、例えば、導電
計で構成して、原点到達信号を作成するようにすればよ
い。また、第３図では、アーム体１０がＸ軸ストッパ６
１、Ｙ軸ストッパ６２の両者に接触させて原点位置合わ
せを行う例であるが、Ｘ軸ストッパ６１．Ｙ軸ストッパ
６２にそれぞれ距離検出器のセンサ６３．６４を設け、
アーム１１端がＸ軸ストッパ６１に対して一定距離を隔
てる位置に到達するとともにアーム１４端がＸ軸ストッ
パ６１に対しである距離を隔てる位置に到達したことを
検知回路６５で検知した時のアーム体中心０の位置を原
点位置とするようにしてもよい。
１の側面（Ｙ軸方向の基準線）に、アーム１４の端面が
Ｙ軸ストッパ６２の側面（Ｘ軸方向の基準線）にそれぞ
れ当接した状態を示しており、この時のアーム体中心Ｏ
の位置を原点とすれば、アーム体１０の移動制御を行う
前に図示の位置にアーム体１０を移動（これを原点位置
合わせという）させることにより、その後は、移動した
アーム体１０のＸ−Ｙ座標を該アーム体ｌＯの移動サイ
クルを計数することにより簡単に知ることができる。ア
ーム体１０が原点位置に到達したことを検知するには、
Ｘ軸ストッパ６１、Ｙ軸ストッパ６２を、例えば、導電
計で構成して、原点到達信号を作成するようにすればよ
い。また、第３図では、アーム体１０がＸ軸ストッパ６
１、Ｙ軸ストッパ６２の両者に接触させて原点位置合わ
せを行う例であるが、Ｘ軸ストッパ６１．Ｙ軸ストッパ
６２にそれぞれ距離検出器のセンサ６３．６４を設け、
アーム１１端がＸ軸ストッパ６１に対して一定距離を隔
てる位置に到達するとともにアーム１４端がＸ軸ストッ
パ６１に対しである距離を隔てる位置に到達したことを
検知回路６５で検知した時のアーム体中心０の位置を原
点位置とするようにしてもよい。
この発明は以上説明した通り、移動時、移動部分は浮き
状態で移動し、クランプ動作はクランプ子の圧接係合に
よるクランプの動作であることにより、１移動サイクル
当たりの移動量が移動用圧電アクチュエータの伸縮量に
正確に応答するので、従来に比して高精度な微動変位を
簡単に得ることができる他、高速移動を容易に実現する
ことができる利点がある。
状態で移動し、クランプ動作はクランプ子の圧接係合に
よるクランプの動作であることにより、１移動サイクル
当たりの移動量が移動用圧電アクチュエータの伸縮量に
正確に応答するので、従来に比して高精度な微動変位を
簡単に得ることができる他、高速移動を容易に実現する
ことができる利点がある。
第１図はこの発明の実施例を示す平面図、第２図は上記
実施例における■−■断面図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す一部破断平面図、第４図は従来の２次元イ
ンチワームの基本構成と移動原理を示す図である。 １０・−アーム体、ＩＯＡ・・・−中央部、１１〜１４
・・−・アーム、１５・−移動用圧電アクチュエータ、
１６・−・クランプ用圧電アクチュエータ、１７．１８
−・ガイド板、１７Ａ・−移動エリア、２〇−伸縮部、
２１−弾性伸縮部、２３．２４．５３・−平行ばね部、
３０・・−・境界部、４０−・クランプ部、４１−・変
位伝達部、５０−・弾性ヒンジ機構部、５１・−弾性増
幅機構部、５２−・クランプ子、５２ａ・−・クランプ
面部、６１−・−・Ｘ軸ストッパ、６２−Ｙ軸ストッパ
、６３．６４−・距離検出器のセンサ、６５・−検知回
路。 第１図 第３図 Ｙ 第４図
実施例における■−■断面図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す一部破断平面図、第４図は従来の２次元イ
ンチワームの基本構成と移動原理を示す図である。 １０・−アーム体、ＩＯＡ・・・−中央部、１１〜１４
・・−・アーム、１５・−移動用圧電アクチュエータ、
１６・−・クランプ用圧電アクチュエータ、１７．１８
−・ガイド板、１７Ａ・−移動エリア、２〇−伸縮部、
２１−弾性伸縮部、２３．２４．５３・−平行ばね部、
３０・・−・境界部、４０−・クランプ部、４１−・変
位伝達部、５０−・弾性ヒンジ機構部、５１・−弾性増
幅機構部、５２−・クランプ子、５２ａ・−・クランプ
面部、６１−・−・Ｘ軸ストッパ、６２−Ｙ軸ストッパ
、６３．６４−・距離検出器のセンサ、６５・−検知回
路。 第１図 第３図 Ｙ 第４図
Claims (4)
- （１）所定の間隔を隔てて平行する上側及び下側ガイド
板間に所定の隙間を残して移動可能に配置される十字形
のアーム体であつて、上側ガイド板が画成する移動エリ
アに突出する台部を中央部に有し、該中央部の側部から
順次９０度間隔で伸びる４本の各アームが、上下対称構
造であつて、上記中央部側に連続して移動用圧電アクチ
ュエータを保持してなる非わん曲変形構造の伸縮部を有
するとともに該伸縮部に連続してクランプ用圧電アクチ
ュエータを保持してなるクランプ部を有し、該クランプ
部は、対応する上記ガイド板にクランプ係合可能な所定
面積のクランプ面部を有するクランプ子と該クランプ子
に上記クランプ用圧電アクチュエータの伸長変位を直接
もしくは増幅して伝達して上記クランプ子を外方へ駆動
する部分からなることを特徴とする２次元インチワーム
。 - （２）アームの伸縮部が、アーム体の中央部と該中央部
に対してアーム長手方向所定間隔を隔ててクランプ部が
連続する境界部との間を橋絡して移動用圧電アクチュエ
ータが圧入される収納部を画成してなる平行する２本の
弾性伸縮部からなり、該弾性伸縮部は上記中央部側端部
に縦向き平行ばね部を有し上記受圧部側端部に横向き平
行ばね部を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の２次元インチワーム。 - （３）アームのクランプ部が、該クランプ部を伸縮部と
境界する境界部に連続する横向き平行ばね部と、クラン
プ用圧電アクチュエータが圧入される収納部を画成する
変位伝達部、該変位伝達部に一体に連続して該変位伝達
部のアーム長手方向変位を回動変位に変換する弾性ヒン
ジ機構部と、クランプ子に並列し上記弾性ヒンジ機構部
と上記平行ばね部に一体に連続して上記弾性ヒンジ機構
部の上記回動変位を増幅して上記クランプ子に伝達する
弾性増幅機構部を有し、上記クランプ子が、上記平行ば
ね部を介して上記境界部に一体に連続する一端が自由端
であるクランプ子であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項記載の２次元インチワーム。 - （４）所定の間隔を隔てて平行する上側及び下側ガイド
板間に所定の隙間を残して移動可能に配置される十字形
のアーム体であつて、上側ガイド板が画成する移動エリ
アに突出する台部を中央部に有し、該中央部の側部から
順次９０度間隔で伸びる４本の各アームが、上下対称構
造であつて、上記中央部側に連続して移動用圧電アクチ
ュエータを保持してなる非わん曲変形構造の伸縮部を有
するとともに該伸縮部に連続してクランプ用圧電アクチ
ュエータを保持してなるクランプ部を有し、該クランプ
部は、対応する上記ガイド板にクランプ係合可能な所定
面積のクランプ面部を有するクランプ子と該クランプ子
に上記クランプ用圧電アクチュエータの伸長変位を直接
もしくは増幅して伝達して上記クランプ子を外方へ駆動
する部分からなる２次元インチワームの１つのアームの
アーム端と該アームと直角をなす向きの他の１つのアー
ム端がそれぞれＸ軸方向の基準線とＹ軸方向の基準線に
対して予め定められた距離に到達したことを検知する検
知器と、両検知器が共に検知信号を送出した時に原点到
達信号を出力する回路とを有する２次元インチワームの
原点位置合わせ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071388A JPS63238416A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ２次元インチワ−ムとその原点位置合わせ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071388A JPS63238416A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ２次元インチワ−ムとその原点位置合わせ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63238416A true JPS63238416A (ja) | 1988-10-04 |
| JPH0473727B2 JPH0473727B2 (ja) | 1992-11-24 |
Family
ID=13459078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62071388A Granted JPS63238416A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ２次元インチワ−ムとその原点位置合わせ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63238416A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07314356A (ja) * | 1994-05-20 | 1995-12-05 | Fanuc Ltd | リニアアクチュエータ |
| DE10124365B4 (de) * | 2001-05-18 | 2005-05-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes |
| KR100687717B1 (ko) | 2004-12-16 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 압전소자를 채용한 마이크로 스테이지 |
| JP2007276060A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Univ Of Electro-Communications | 移動装置及び制御方法 |
| CN102565458A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-11 | 北京航空航天大学 | 一种推挽式二维微移动/定位装置 |
| CN102967503A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-03-13 | 济南时代试金试验机有限公司 | 卧式拉压试验机横梁夹紧移动装置及方法 |
| CN109347363A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-02-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种蠕动式柔性铰链组合压电驱动器 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62071388A patent/JPS63238416A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07314356A (ja) * | 1994-05-20 | 1995-12-05 | Fanuc Ltd | リニアアクチュエータ |
| DE10124365B4 (de) * | 2001-05-18 | 2005-05-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes |
| KR100687717B1 (ko) | 2004-12-16 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 압전소자를 채용한 마이크로 스테이지 |
| JP2007276060A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Univ Of Electro-Communications | 移動装置及び制御方法 |
| CN102565458A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-11 | 北京航空航天大学 | 一种推挽式二维微移动/定位装置 |
| CN102967503A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-03-13 | 济南时代试金试验机有限公司 | 卧式拉压试验机横梁夹紧移动装置及方法 |
| CN109347363A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-02-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种蠕动式柔性铰链组合压电驱动器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0473727B2 (ja) | 1992-11-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |