JPH063788B2

JPH063788B2 - 微動回転駆動装置

Info

Publication number: JPH063788B2
Application number: JP58252148A
Authority: JP
Inventors: 薫西村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1994-01-12
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPS60144936A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ＩＣ、ＬＳＩの露光装置のマスク合せ用ター
ンテーブルや電子顕微鏡、電子ビーム分析器等の試料載
物台、あるいは、工学機器類のミラー、プリズム等の回
転調整部の回転駆動等に使用可能な微動回転駆動装置に
関するものである。

（ロ）従来技術ＩＣやＬＳＩ等の回路パターンは集積度を高めるために
年々微細化傾向を強めており、その露光装置のマスク合
せには、例えば、０．１秒以下の角度精度でターンテー
ブル等を駆動することができる回転駆動装置を用いるこ
とが要求されている。

従来、微動操作に適した回転駆動装置として、ウォーム
等を用いた歯車減速機や調和減速機等が知られている。
しかしながら、ウォーム等を用いた歯車減速機はバック
ラッシュが大きく、また、当り面の面粗さのため高い位
置決め精度を確保することができない。一方、調和減速
機は、歯車減速機に比べてより高い精度が期待できる
が、これもバックラッシュが皆無ではなく、しかも。剛
性が比較的低いため約１０秒位の精度を得るのが精一杯
である。

そのため、近時、第１図および第２図に示すような微動
回転駆動装置が開発されている。すなわち、このもの
は、対をなす半円板ａ，ｂを弾性ヒンジｃを介して連結
するとともに、これら両半円板の対向隙間の両端部に圧
電素子ｄ，ｅを介設してなる回転体ｆをベースｇ上に回
転可能に設けている。そして、図示しない圧電素子の伸
縮動作を利用して前記半円板ａ，ｂを前記ベースｇに固
定するためのブレーキｈ，ｉを設けている。しかして、
この装置の作動は、まず、第１のブレーキｈだけを作動
（作動中のブレーキを実線で示す）させて第１の半円板
ａをベースｇに固定する（第２図ａ）。しかる後、第１
の圧電素子ｄを伸長させるとともに第２の圧電素子ｅ縮
小させて第２の半円板ｂを微小角度回動させ（第２図
ｂ）、その状態でで胃２のブレーキｉをも作動させて該
第２半円板ｂを前記ベースｇに固定する（第２図ｃ）。
次いで、第１のブレーキｈを解除して第１の半円板ａを
開放し（第２図ｄ）、その状態で前記両圧電素子ｄ，ｅ
を元の長さに復帰させることによって第１の半円板ａを
第２の半円板ｂと同一角度だけ回動させる（第２図
ｅ）。次に、第１ブレーキｈを作動させて両半円板ａ，
ｂを固定し、しかる後に第２ブレーキｉを解除して前述
した第２図ａの状態に戻る。そして、このサイクルを繰
り返すことによって前記回転体ｆを前記圧電素子ｄ，ｅ
の伸縮量に対応する微小角度づつ図中反時計回り方向に
微動回転させることができる。また、前記圧電素子ｄ，
ｅの伸縮を逆にすれば前記回転体ｆを図中時計回り方向
に回転させることができる。

しかして、このようなものであれば、例えば、圧電素子
で直接回転体を回転付勢する場合に比べて大きなストロ
ークを得ることができるが、それにも一定の限界があ
る。すなわち、このものは、回転体ｆに圧電素子ｄ，ｅ
が組み込まれているため、ベースｇから前記回転体ｆへ
のリード線の引きまわしが不可欠であり、該回転体ｆに
エンドレスの回転を行なわせることはできない。また、
かかる構造のものは、半円板付勢用と、ブレーキ用とを
合せると計４種類の圧電素子が必要であり、しかも、こ
れらをそれぞれ異なったタイミングで作動させなければ
ならない。そのため、構造が煩雑化するだけでなく、前
記圧電素子への通電制御用の回路が複雑となり装置の高
価格化を免れない。

（ハ）目的本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
簡単な構造のもので高い精度の微動回転駆動が可能であ
る上にエンドレスの回転に行なわせることができ、しか
も、発熱やガス放出が極小であるため種々の分野で広く
利用することができる微動回転駆動装置を提供すること
を目的とする。

（ニ）構成本発明の微動回転駆動装置は、かかる目的を達成するた
めに、軸心回りに回転可能な回転円盤と、添接面をこの
回転円盤の外周面に接触させて設けた第１の電歪アクチ
ュエータと、この電歪アクチュエータを前記添接面が前
記回転円盤の外周面に添接しつつ傾動し得るように支持
する遊動支点と、前記電歪アクチュエータの添接面を前
記回転円板の外周面に押し付ける弾性偏倚手段と、前記
第１の電歪アクチュエータを傾動させて前記添接面と前
記外周面との接触位置を円周方向に移動させる第２の電
歪アクチュエータとを具備してなることを特徴とする。

（ホ）実施例以下、本発明の一実施例を第３図〜第９図を参照して説
明する。

第３図、第４図に示すように、回転円盤たるターンテー
ブル１をベース２上に回転可能に配設している。ターン
テーブル１は、外周面１ａを精度良く加工した厚肉円板
状のもので、その軸心部に設けた軸部１ｂを軸受３を介
して前記ベース２に支持させている。軸受３としては、
磁気軸受や静圧軸受等のようにがたつきのないものが好
ましい。そして、このターンテーブル１の外周面１ａに
第１の電歪アクチュエータ４の添接面４ａを接触させて
いる。この第１の電歪アクチュエータ４は、第５図、第
６図に示すように、両端にフランジ部５、６を有した角
柱状のケース７内に複数の電歪素子８を積層収容すると
ともに、該ケース７の端壁に調整ネジ９を螺装し、この
調整ネジ９と前記電歪素子８との間にスペーサ１１を介
在させたものである。そして、この第１の電歪アクチュ
エータ４は、前記調整ネジ９を所要のトルクで締付けて
前記電歪素子８にやや歪を与えた状態に組立てられてお
り、前記電歪素子８に電圧を印加するとＡ−Ａ′間の寸
法Ｌが数ミクロン伸び縮みするようになっている。そし
て、この第１の電歪アクチュエータ４を遊動支点１２に
より、その添接面４ａが前記ターンテーブル１の外周面
１ａに添接しつつ傾動し得るように支持している。具体
的には、遊動支点１２は、前記第１の電歪アクチュエー
タ４の一方のフランジ部５に固着したＬ形の取付具１３
と、前記ベース２に固設したフレーム１４のサポート部
１５とを板バネ１６により連結してなるものである。ま
た、この第１の電歪アクチュエータ４を弾性偏倚手段１
７によりターンテーブル１方向に付勢してその添接面４
ａを該ターンテーブル１の外周面１ａに押し付けるよう
にしている。具体的には、弾性偏倚手段１７は、前記第
１の電歪アクチュエータ４の他端フランジ部６に固着し
たＬ形の取付具１８と、前記フレーム１４との間に圧縮
コイルバネ１９を介在させたものである。なお、前記取
付具１８の先端には、解放レバー２１が一体に形成され
ており、この解放レバー２１を手動または電動あるいは
流体圧駆動などで前記バネ１９に抗する方向（矢印Ｘ方
向）に操作することによって、前記第１の電歪アクチュ
エータ４の添接面４ａを前記ターンテーブル１の外周面
１ａから離間させることができるようになっている。ま
た、前記第１の電歪アクチュエータ４を第２の電歪アク
チュエータ２２により傾動させて、前記添接面４ａとの
接触位置を円周方向に移動させるようにしている。具体
的に説明すれば、第２の電歪アクチュエータ２２は、前
述した第１の電歪アクチュエータ４と同様な内容構造を
なしている。そして、この第２の電歪アクチュエータ２
２は、その一方のフランジ部２３を前記取付具１３に固
着するとともに他方のフランジ部２４を前記フレーム１
４のマウント部２５に固着した状態で、前記第１の電歪
アクチュエータ４に対して直交配置されている。

次いで、この実施例の作動を説明する。

まず、両方の電歪アクチュエータ４、２２に電圧を印加
しない状態では、第１の電歪アクチュエータ４の添接面
４ａとターンテーブル１の外周面１ａとは第３図および
第７図ａに示すように第１ポイントＰ１において接して
いる（第８図のｔ０参照）。換言すれば、第１の電歪ア
クチュエータ４の第１接触部２６とターンテーブル１の
第１接点部２７とが接している。この状態から第２の電
歪アクチュエータ２２に電圧を印加して該第２の電歪ア
クチュエータ２２を伸長させると、第３図（想像線）お
よび第７図（ｂ）に誇張して示すように、前記第１の電
歪アクチュエータ４が図中時計回り方向に傾動し、該第
１の電歪アクチュエータ４の添接面４ａとターンテーブ
ル１の外周面１ａとの接触位置が第２ポイントＰ２へ移
動する。換言すれば、第１の電歪アクチュエータ４の第
２接触部２８とターンテーブル１の第２接点部２９とが
接することになる。そして、第２の電歪アクチュエータ
２２が伸びきって第１の電歪アクチュエータ４の傾動角
度が最大になった後（第８図のｔ１参照）に、第７図ｃ
い示すように第１の電歪アクチュエータ４に電圧を加え
該第１の電歪アクチュエータ４を伸長させる。これによ
って、この第１の電歪アクチュエータ４の第１接触部２
６と第２接触部２８との距離がｄからｄ＋Δｄに変化す
る。ここで、Δｄは数ミクロンである。このようにして
第１の電歪アクチュエータ４が充分伸びきった後（第８
図のｔ２参照）、第２の電歪アクチュエータ２２への電
圧印加を停止する。その結果、第７図（ｄ）に示すよう
に、第１の電歪アクチュエータ４が先ほどとは逆方向に
傾動して元の姿勢に戻ることになり、該第１の電歪アク
チュエータ４の添接面４ａとターンテーブル１の外周面
との接触位置が第２ポイントＰ２から第１ポイントＰ１
へ復帰する。ところが、この第１の電歪アクチュエータ
４は前述のように伸長した状態にあるので、前記第１接
触部２６がターンテーブル１の第１接点部２７に接触す
るのではなく、この第１接触部２６よりもΔｄだけ図中
右側にある第３接触部３１が前記第１接点部２７に接触
することになる。このようにして、第２の電歪アクチュ
エータ２２が充分復帰した時（第８図のｔ３参照）に第
１の電歪アクチュエータ４への電圧の印加を停止する。
そうすると、第７図（ｅ）に示すように、この第１の電
歪アクチュエータ４が元の長さにまで縮小することにな
り、この際に前記ターンテーブル１がΔｄに相当する分
だけ図中時計回り方向に回転させられる。すなわち、第
１接触部２６と第２接触部２８との距離がｄ＋Δｄから
ｄに縮むことになり、この時、前記ターンテーブル１の
外周が数ミクロン右回転して１サイクルを完了する。以
上の操作を繰り返すことによってターンテーブル１はエ
ンドレスに回転する。この際の１パルス当りの回転角
は、第１の電歪アクチュエータ４に印加する電圧を加減
することにより０〜数秒の範囲で調整できる。回転方向
を逆にしたい場合は、第１の電歪アクチュエータ４と第
２の電歪アクチュエータ２２に加える電圧のタイミング
を第９図の如く逆にするか第１の電歪アクチュエータ４
に加える電圧の極性を逆にすればよい。

なお、回転円盤は、ターンテーブルに限らず、例えば、
ターンテーブルと同軸に設けた駆動専用の円盤であって
もよい。また、その用途は、露光装置用のものに限ら
ず、電子顕微鏡や電子ビーム分析器等の試料載物台用の
ものや、光学機器等のミラー、プリズム等を回転調整す
る部分に使用するもの等であってもよい。

また、弾性偏倚手段もバネを用いたものに限らず、例え
ば、ゴムまたは流体圧等を用いたものであってもよい。

さらに、前記実施例では、回転円盤の片側に電歪アクチ
ュエータを添接させた場合について説明したが、本発明
は、必ずしもこのようなものに限られるわけではなく、
回転円盤の両側に電歪アクチュエータを添接させるよう
にしてもよい。

また、１パルス当りの回転角は、前記のように第１の電
歪アクチュエータへの印加電圧のみを変えることにより
調整してもよいが、第１、第２の電歪アクチュエータに
加える電圧を共に変化させることによって調整するよう
にしてもよい。

（ヘ）効果本発明は、以上のような構成であるから、次のような効
果が得られる。

まず、回転円盤の外周面に第１の電歪アクチュエータを
常時添接させておき、この第１の電歪アクチュエータを
第２の電歪アクチュエータにより傾動させながら伸縮さ
せることによって前記回転円盤を微動回転させるように
しているので、バックラシュがなく、電歪素子の精密な
伸縮制御によって精度の高い微動回転駆動が可能であ
る。したがって、１パルス当り０．１秒程度の角度精度
で駆動することも容易であり、さらに、前記回転円盤の
外径を大きくすることによって0.1秒以下の分解能を得
ることもできる。

また、２種類の電歪アクチュエータのみを用いて回転円
盤を駆動するようにしているので、構造が簡単である上
に、制御も容易であり、安価な装置を提供できるもので
ある。

しかも、回転円盤側には、電歪素子を設けることがない
ため、該回転円盤とベースとの間にリード線を架設する
必要がない。そのため、エンドレス回転が可能である。

また、電歪アクチュエータは放出ガスが少ないので真空
中にも設置できるため、駆動軸の真空シール等が不要で
ある。したがって、温度上昇がないことと相まって、雰
囲気を悪化させることのない優れた回転駆動装置を提供
できるものである。

さらに、このようなものであれば、電圧制御とは無関係
に手動等によりブレーキを解除することができるので、
操作性も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略平面図、第２図(a)、(b)、(c)、
(d)、(e)、(f)は、同従来例の作用説明図である。第３図
〜第９図は本発明の一実施例を示し、第３図は要部を示
す平面図、第４図は愛３図におけるIV−IV線断面図、第
５図は電歪アクチュエータを示す正断面図、第６図は同
側面図、第７図(a)、(b)、(c)、(d)、(e)は作用説明図、第
８図、第９図は制御電圧の印加タイミングを示す図であ
る。１・・・回転円盤（ターンテーブル）１ａ・・・外周面２・・・ベース４・・・第１の電歪アクチュエータ４ａ・・・添接面８・・・電歪素子１２・・・遊動支点１７・・・弾性偏倚手段２２・・・第２の電歪アクチュエータＰ１・・・第１ポイントＰ２・・・第２ポイント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸心回りに回転可能な回転円盤と、添接面
をこの回転円板の外周面に接触させて設けられ電歪素子
の変形を利用して前記添接面を該回転円板の接線方向に
伸縮させ得るように構成した第１の電歪アクチュエータ
と、この電歪アクチュエータを前記添接面が前記回転円
盤の外周面に添接しつつ傾動し得るように支持する遊動
支点と、前記電歪アクチュエータの添接面を前記回転円
板の外周面に押し付ける弾性偏倚手段と、前記第１の電
歪アクチュエータを傾動させて前記添接面と前記外周面
との接触位置を円周方向に移動させる第２の電歪アクチ
ュエータとを具備してなることを特徴とする微動回転駆
動装置。