JPH0351792A - 微動機構 - Google Patents

微動機構

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JPH0351792A
JPH0351792A JP18603189A JP18603189A JPH0351792A JP H0351792 A JPH0351792 A JP H0351792A JP 18603189 A JP18603189 A JP 18603189A JP 18603189 A JP18603189 A JP 18603189A JP H0351792 A JPH0351792 A JP H0351792A
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JP
Japan
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rigid body
displacement
voltage
movement mechanism
axis direction
Prior art date
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Pending
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JP18603189A
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English (en)
Inventor
Takeshi Murayama
健 村山
Kojiro Ogata
緒方 浩二郎
Kiyoshi Nagasawa
潔 長澤
Yoshihiro Hoshino
星野 吉弘
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超精密加工、半導体製造装置、電子顕微鏡等
のサブμmオーダーの調節を必要とする装置に使用され
る微動機構に関する。
〔従来の技術〕
近年、各種技術分野においては、サブμmのオーダの微
細な変位調節が可能である装置が要望されている。その
典型的な例がLSI(大規模集積回路)、超LSIの製
造工程において使用されるマスクアライナ、電子wA描
画装置等の半導体製造装置である。これらの装置におい
ては、サブμmオーダーの微細な位置決めが必要であり
、位置決めの精度が向上するにしたがってその集積度も
増大し、高性能の製品を製造することができる。このよ
うな微細な位置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕
微鏡をはじめとする各種の高倍率光学装置や超精密加工
装置等においても必要であり、その精度向上により、バ
イオテクノロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれ
らの発展に大きく寄与するものである。以下1、このよ
うな微細な位置決めを行なう微動機構を図により説明す
る。
第3図(a)は従来の微動機構の斜視図、第3図(b)
は第3図(a)に示す微動機構の一部の側面図である。
各図で、1は板状の固定側剛体、2は固定側剛体1と対
向する板状の移動側剛体である。3a、3b、3cは固
定側剛体1と移動側剛体2との間に設けられた圧電アク
チュエータである。各圧電アクチュエータ3a〜3Cの
移動側剛体2側の端部4aは第3図(b)に示すように
半球形状に形成され、移動側剛体2と点接触で結合され
ている。なお、X、Y、Zは座標軸を示す。
又、各圧電アクチュエータ3a〜3Cに代えて電磁式モ
ータを用いることもできる。
このような微動機構において、圧電アクチュエータ33
〜3Cに電圧を印加すると、各圧電アクチュエータ3a
〜3Cは印加された電圧に応じてそれぞれ矢印に示すよ
うにZ軸方向に変位量Z anZb、Zcを発生する。
そこで、これら変位量z、。
Zb、Zcの大きさを印加電圧を制御することにより制
御すれば、移動側剛体2に対し座標軸に記入のように、
Z軸方向の並進変位u、、X軸まわりの回転変位θ、、
および7輪まわりの回転変位θ、を与えることができる
。即ち、この微動機構は3軸の微動機構である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記微動機構は、簡素な構造で3軸の変位ug+θ1.
θアを発生することができる優れた微動機構である。と
ころで、通常、圧電素子に電圧を印加した場合、当該印
加電圧と発生変位量との間には、約10%のヒステリシ
スが存在し、高精度の位置決めが極めて困難である。こ
のため、微動機構の外部に変位検出器を設け、発生した
変位を検出し、これをフィードバックして印加電圧を制
御する手段が採用されていた。このような変位検出器の
設置は、圧電アクチュエータではなくia電磁式モータ
用いる場合にも必要である。
しかしながら、0.1μm、o、01μmオーダの超微
細な変位を計測する変位検出手段は高価格であり、又、
これを設置した場合、全体の形状、寸法が大きくなり、
汎用の位置決め装置としては、これを用いる種々の装置
への組込みが困難になるという問題があった。
さらに、第3図(a)、  (b)に示すように圧電ア
クチュエータ33〜3Cを用いた場合、各圧電アクチュ
エータ3a〜3Cは端部4a〜4Cで移動@剛体2と点
接触で結合されているに過ぎないので、外部から力が作
用する等の外乱により移動側剛体にすべりが生じ、位置
決め精度が大幅に低下するおそれがある。又、これを避
けるため移動側剛体2との結合にねじを用いる手段もあ
るが、0.01μmオーダの位置決め゛においては、ね
じ部が有するガタ等により高精度の位置決めが不可能で
あるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
簡素な構造で高精度の位置決めを行なうことができ、か
つ、外部からの力等の影響を受けるおそれのない微動機
構を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は第1の剛体と、第
2の剛体と、これら2つの剛体間に介在しそれらに相対
的変位を発生させる複数の変位発生部とを備えた微動機
構において、前記各変位発生部を、前記第1の剛体に連
結された第3の剛体と、前記第2の剛体にヒンジ部材を
介して連結された第4の剛体と、前記第3の剛体と前記
第4の剛体とを連結する複数の弾性部材と、これら弾性
部材の少な(とも1つに設けられたひずみゲージと、前
記第3の剛体および前記第4の剛体間に装架されこれら
剛体間に相対的変位を発生させる変位発生素子とで構成
したことを特徴とする。
〔作用〕
変位発生部の変位発生素子が駆動されると弾性部材が変
形して第4の剛体と第3の剛体との間に相対変位が発生
する。この変位は、ヒンジ部材を介して第2の剛体に伝
達され、この第2の剛体と第1の剛体との間に相対変位
が現われる。この相対変位の変位量は、ひずみゲージに
より検出される。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図(a>は本発明の実施例に係る微動機構の変位発
生部の斜視図、第1図(b)は第1図(a)に示す変位
発生部の一部の側面図、第1図(c)は第1図(a)に
示すひずみゲージの回路図である。各図で、5aは第3
図(a)、  (b)に示す圧電アクチュエータ3aと
置換して用いられる変位発生部を示す。変位発生部5a
は次のように構成されている。即ち、6は固定側剛体、
7は移動側剛体、8a、8bは固定側剛体6と移動側剛
体7との間を連結する互いに平行な平板状弾性部材、9
.10はそれぞれ固定側剛体6と移動側剛体7から突出
した突出部、11は突出部9゜10間に装架された圧電
素子、12は移動側剛体7に固定された弾性ヒンジ部材
、13a〜13dは平板状弾性部材8aの表面所定個所
に貼着されたひずみゲージである。なお、弾性ヒンジ部
材12は、円柱剛体12a、12cおよび中心に向って
断面が円弧状に減少するヒンジ12bより成り、円柱剛
体12cは移動側剛体7に固定されている。
このように構成された変位発生部5aは、固定側剛体6
が第3図(a)、  (b)に示す固定側剛体1に剛性
を有する適宜の部材で連結され、かつ、弾性ヒンジ部材
12の円柱剛体12aが第3図(a)、  (b)に示
す移動側剛体2に結合される。
又、変位発生部5aと同じ構成の変位発生部5b。
5Cが、それぞれ第3図(a)、  (b)に示す圧電
アクチュエータ3b、3cに代えて設置される。
次に、本実施例の動作を第1図(b)、  (c)を参
照しながら説明する。圧電素子11に電圧が印加される
と、固定側剛体6と移動側剛体7間に図示座標のZ軸方
向の力が作用し、平板状弾性部材8aは第1図(b)に
破線で示すように変形する。なお、この図で、変形は極
端に誇張して措かれている。平板状弾性部材8bにも同
一の変形が生じる。このような変形により、移動側剛体
7は変位量Z、だけZ軸方向に変位する。したがって、
弾性ヒンジ部材12を介して移動側剛体2も同一量だけ
変位する。各変位発生部5a、5b、5Cの圧電素子1
1に印加する電圧を制御することにより、移動側剛体2
に対して第3図(a)に示すZ軸方向の並進変位ut、
X軸まわりおよびY軸まわりの回転変位θ8.θ、を与
えることができる。この場合、弾性ヒンジ部材12のヒ
ンジ12bはその構造上、X軸およびY軸まわりの回転
に対してのみ剛性が低(なるので、何等支障な(回転変
位θ8.θ、がなされる。
上記動作中、平板状弾性部材8aが第1図(b)に破線
で示すように変形したとき、各ひずみゲージ13a〜1
3dにひずみが生じ、これに応じてそれらの抵抗値が変
化する。図示の変形の場合、ひずみゲージ13a、13
bには圧縮ひずみが、又、ひずみゲージ13C,13d
には引張りひずみが生じる。したがって、各ひずみゲー
ジ13a〜13dで第1図(c)に示すようなホイート
ストンブリッジ回路を構成し、これに電源Eの直流電圧
を印加すると、出力端子には変位量2.に比例した電圧
V、を得ることができる。この得られた電圧■、をフィ
ードバックすることにより、変位量2.を所定の値に制
御することができる。そして、他の変位発生部5b、5
cに対しても同様の制御を行なうことにより、移動側剛
体2の位置決めを高精度で行なうことができる。
このように、本実施例では、上記のような構成としたの
で、外部に高価な変位検出器を設けることなく、簡素な
構造で変位を検出することができ、外形寸法を大形化す
ることなく、かつ、高精度の位置決めを行なうことがで
きる。又、弾性ヒンジ部材を用いたので、移動側剛体を
これに固定することができ、外部からの力等の影響を受
けてすべり等を生じるおそれはなく、この点からも、よ
り精度の高い位置決めが可能となる。
第2図(a)は本発明の他の実施例に係る微動機構の斜
視図、第2図(b)は第2図(a)に示す線nb−nb
に沿う一部断面側面図である。各図で、第1図(a)に
示す部分と同−又は等価な部分には同一符号を付して説
明を省略する。3つの変位発生部5a、5b、5cは同
一構造を有する。16は固定側剛体1と変位発生部5a
、5b、5Cの固定側剛体6とを連結する連結部である
本実施例においては、さきの実施例における弾性ヒンジ
部材12の円柱剛体12a、12cはそれぞれ移動側剛
体2,7の一部となっている。本実施例の微動機構は、
圧電素子11および、ひずみゲージ13a〜13dを除
き、1つの剛体ブロックを加工成形することにより一体
に構成されている。
本実施例の動作はさきの実施例の動作と同じである。又
、本実施例の効果は、さきの実施例の効果に加え、全体
が一体構成となっているので、別体部材の連結によるガ
タ等が生じることはなく、より高い精度の位置決めを行
なうことができる。
なお、上記各実施例の説明では、変位発生部に圧電素子
を使用する例について説明したが、電磁式モータ等地の
要素を用いることもできる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、変位発生部を、第1の
剛体に連結される第3の剛体、第2の剛体にヒンジ部材
を介して連結される第4の剛体、第3の剛体と第4の剛
体を連結する弾性部材、弾性部材に設けられたひずみゲ
ージおよび第3の剛体と第4の閘体間に相対的変位を発
生させる変位発生素子で構成したので、全体の外形寸法
を大きくすることなく、かつ、安価に変位量を検出する
ことができ、これにより、高精度の位置決めを行なうこ
とができる。又、第2の剛体と第4の剛体をヒンジ部材
で結合したので、外部からの力等の影響を受けるおそれ
はなく、より精度の高い位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、  (b)は本発明の実施例に係る微動
機構の一部の斜視図および側面図、第1図(c)は第1
図(a)に示すひずみゲージの回路図、第2図(a)、
  (b)は本発明の他の実施例に係る微動機構の斜視
図および一部断面側面図、第3図(a)、  (b)は
従来の微動機構の斜視図および一部断面図である。 1.6・・・・・・・・・固定側剛体、2,7・・・・
・・・・・移動側剛体、5a〜5c・・・・・・・・・
変位発生部、8a、8b・・・・・・・・・平板状弾性
部材、11・・・・・・・・・圧電素子、12・・・・
・・・・・弾性ヒンジ部材、”13 a〜13d・・・
・・・・・・ひずみゲージ、16・・・・・・・・・連
結部。 第1図 (Q) (1)) (C) 第2図 (α) (b) 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の剛体と、第2の剛体と、これら2つの剛体
    間に介在しそれらに相対的変位を発生させる複数の変位
    発生部とを備えた微動機構において、前記各変位発生部
    を、前記第1の剛体に連結された第3の剛体と、前記第
    2の剛体にヒンジ部材を介して連結された第4の剛体と
    、前記第3の剛体と前記第4の剛体とを連結する複数の
    弾性部材と、これら弾性部材の少なくとも1つに設けら
    れたひずみゲージと、前記第3の剛体および前記第4の
    剛体間に装架されこれら剛体間に相対的変位を発生させ
    る変位発生素子とで構成したことを特徴とする微動機構
  2. (2)請求項(1)において、前記第1の剛体、前記第
    2の剛体、前記第3の剛体、前記第4の剛体、前記各弾
    性部材および前記ヒンジ部材は、一体構造であることを
    特徴とする微動機構。
JP18603189A 1989-07-20 1989-07-20 微動機構 Pending JPH0351792A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07299700A (ja) * 1994-05-11 1995-11-14 Yotaro Hatamura 工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システム
JPH1110498A (ja) * 1997-06-18 1999-01-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 固体アクチュエータを用いた面振れ修正機構を持つ加工装置
JP2003139504A (ja) * 2001-10-30 2003-05-14 Japan Science & Technology Corp 変位センサとその製造方法および位置決めステージ
JP2019536989A (ja) * 2016-09-30 2019-12-19 3エスエーイー テクノロジーズ インク 多軸相対位置決めステージ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63217985A (ja) * 1987-03-06 1988-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ピエゾアクチユエ−タ
JPS6491086A (en) * 1987-10-01 1989-04-10 Hitachi Construction Machinery Finely adjusting mechanism

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63217985A (ja) * 1987-03-06 1988-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ピエゾアクチユエ−タ
JPS6491086A (en) * 1987-10-01 1989-04-10 Hitachi Construction Machinery Finely adjusting mechanism

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07299700A (ja) * 1994-05-11 1995-11-14 Yotaro Hatamura 工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システム
JPH1110498A (ja) * 1997-06-18 1999-01-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 固体アクチュエータを用いた面振れ修正機構を持つ加工装置
JP2003139504A (ja) * 2001-10-30 2003-05-14 Japan Science & Technology Corp 変位センサとその製造方法および位置決めステージ
JP2019536989A (ja) * 2016-09-30 2019-12-19 3エスエーイー テクノロジーズ インク 多軸相対位置決めステージ

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