JPH071452B2 - 微細位置決め装置 - Google Patents
微細位置決め装置Info
- Publication number
- JPH071452B2 JPH071452B2 JP62060087A JP6008787A JPH071452B2 JP H071452 B2 JPH071452 B2 JP H071452B2 JP 62060087 A JP62060087 A JP 62060087A JP 6008787 A JP6008787 A JP 6008787A JP H071452 B2 JPH071452 B2 JP H071452B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive link
- axis
- link member
- translational
- fine positioning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、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細位置決
め装置に関する。
ーダーの調節を必要とする装置に使用される微細位置決
め装置に関する。
近年、各種技術分野においては、サブμｍのオーダーの
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，電子線描画装置
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つ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。
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，電子線描画装置
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つ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。
従来、このような微細位置決め装置は、例えば「機械設
計」誌、第27巻第１号（1983年１月号）の第32頁乃至第
36頁に示されるような種々の型のものや、特公昭57−50
433号公報に記載の型のものが提案されている。前者の
微細位置決め装置は、支持台に２つの平行な板状ばねに
より微動テーブルを連結し、アクチユエータで微動テー
ブルを押圧駆動することによりこれを並進変位せしめる
ように構成されている。又、後者の微細位置決め装置
は、円柱状の中央固定部とこれを囲むリング状のステー
ジとの間に、放射状に複数のバイモルフ形圧電素子が設
けられ、このバイモルフ形圧電素子を駆動することによ
りステージを回転変位せしめるように構成されている。
計」誌、第27巻第１号（1983年１月号）の第32頁乃至第
36頁に示されるような種々の型のものや、特公昭57−50
433号公報に記載の型のものが提案されている。前者の
微細位置決め装置は、支持台に２つの平行な板状ばねに
より微動テーブルを連結し、アクチユエータで微動テー
ブルを押圧駆動することによりこれを並進変位せしめる
ように構成されている。又、後者の微細位置決め装置
は、円柱状の中央固定部とこれを囲むリング状のステー
ジとの間に、放射状に複数のバイモルフ形圧電素子が設
けられ、このバイモルフ形圧電素子を駆動することによ
りステージを回転変位せしめるように構成されている。
さらに、特開昭61−209846号公報には微細位置決め装置
として、並進変位を発生させる平行たわみ梁変位機構お
よび回転変位を発生される放射たわみ梁変位機構が提案
されている。平行たわみ梁変位機構は、中央の剛体部と
その両側の剛体部とをそれぞれ互いに平行なたわみ梁で
連結し、中央の剛体部と両側の剛体部との間にアクチユ
エータを設け、このアクチユエータを駆動することによ
り中央の剛体部を並進変位させるように構成されてい
る。又、放射たわみ梁変位機構は、中央の剛体部とその
両側の剛体部とをそれぞれ放射状に延びたたわみ梁で連
結し、中央の剛体部と両側の剛体部との間にアクチユエ
ータを設け、このアクチユエータを駆動することにより
中央の剛体部を回転変位させるように構成されている。
として、並進変位を発生させる平行たわみ梁変位機構お
よび回転変位を発生される放射たわみ梁変位機構が提案
されている。平行たわみ梁変位機構は、中央の剛体部と
その両側の剛体部とをそれぞれ互いに平行なたわみ梁で
連結し、中央の剛体部と両側の剛体部との間にアクチユ
エータを設け、このアクチユエータを駆動することによ
り中央の剛体部を並進変位させるように構成されてい
る。又、放射たわみ梁変位機構は、中央の剛体部とその
両側の剛体部とをそれぞれ放射状に延びたたわみ梁で連
結し、中央の剛体部と両側の剛体部との間にアクチユエ
ータを設け、このアクチユエータを駆動することにより
中央の剛体部を回転変位させるように構成されている。
上記従来の微細位置決め装置は、それぞれ１軸方向の並
進変位や１軸まわりの回転変位を得ることはできるが、
並進３軸と回転３軸の並進変位や回転変位を得ることは
できず、それを得るためには上記微細位置決め装置を立
体的に複数直列又は並列に組合せねばならない。ところ
が、このように複数のユニツトを組合せた場合には、一
方のユニツトの荷重が他方のユニツトの変位に影響を及
ぼし、位置決めの精度が低下する。
進変位や１軸まわりの回転変位を得ることはできるが、
並進３軸と回転３軸の並進変位や回転変位を得ることは
できず、それを得るためには上記微細位置決め装置を立
体的に複数直列又は並列に組合せねばならない。ところ
が、このように複数のユニツトを組合せた場合には、一
方のユニツトの荷重が他方のユニツトの変位に影響を及
ぼし、位置決めの精度が低下する。
第５図は並列に組合せた６軸微細位置決め装置の原理を
説明するための側面図である。図で、１は高い剛性を有
する板状の固定部材、２は高い剛性を有する平板状部材
より成り位置決めされる物体が載置される微動テーブル
である。３は固定部材１と微動テーブル２との間を連結
する駆動リンク部材であり、本実施例においては６つの
駆動リンク部材31〜36の並列連結により構成されてい
る。
説明するための側面図である。図で、１は高い剛性を有
する板状の固定部材、２は高い剛性を有する平板状部材
より成り位置決めされる物体が載置される微動テーブル
である。３は固定部材１と微動テーブル２との間を連結
する駆動リンク部材であり、本実施例においては６つの
駆動リンク部材31〜36の並列連結により構成されてい
る。
上記駆動リンク部材31〜36は、ある１つの定められた方
向の力又はモーメントに対しては高い剛性を有するが、
その他の方向の力又はモーメントに対しては自由にたわ
み得るという特定を有し、かつ、上記定められた１つの
方向に駆動し得る機能を有する。このような駆動リンク
部材を６つ設けることにより、６自由度（直交する３つ
の軸方向成分およびそれら各軸まわりの回転成分の位置
が可能である）の微細位置決め装置が得られる。しか
し、この場合も駆動リンク部材を適正に配置しないと駆
動リンク部材同士で相互干渉が発生する。
向の力又はモーメントに対しては高い剛性を有するが、
その他の方向の力又はモーメントに対しては自由にたわ
み得るという特定を有し、かつ、上記定められた１つの
方向に駆動し得る機能を有する。このような駆動リンク
部材を６つ設けることにより、６自由度（直交する３つ
の軸方向成分およびそれら各軸まわりの回転成分の位置
が可能である）の微細位置決め装置が得られる。しか
し、この場合も駆動リンク部材を適正に配置しないと駆
動リンク部材同士で相互干渉が発生する。
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
高い位置決め精度を有する６軸の微細位置決め装置を提
供することにある。
高い位置決め精度を有する６軸の微細位置決め装置を提
供することにある。
［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、固定部材と、微
動テーブルと、これら固定部材と微動テーブルとの間に
装着された６つの駆動リンク部材とを備え、互いに直交
する第１の軸、第２の軸および第３の軸に関する各並進
変位および各回転変位を発生させる微細位置決め装置に
おいて、前記各駆動リンク部材に、特定方向の力に対し
てのみ高い剛性を有しアクチュエータにより当該特定方
向に駆動される並進駆動リンク部材と、特定軸まわりの
モーメントに対してのみ高い剛性を有しアクチュエータ
により当該特定軸まわりに駆動される回転駆動リンク部
材とを用い、前記第１の軸方向および前記第２の軸方向
に沿ってそれぞれ前記並進駆動リンク部材と前記回転駆
動リンク部材とを対向して配置し、かつ、前記第３の軸
方向に沿って前記並進駆動リンク部材と前記回転駆動リ
ンク部材とを配置したことを特徴とする。
動テーブルと、これら固定部材と微動テーブルとの間に
装着された６つの駆動リンク部材とを備え、互いに直交
する第１の軸、第２の軸および第３の軸に関する各並進
変位および各回転変位を発生させる微細位置決め装置に
おいて、前記各駆動リンク部材に、特定方向の力に対し
てのみ高い剛性を有しアクチュエータにより当該特定方
向に駆動される並進駆動リンク部材と、特定軸まわりの
モーメントに対してのみ高い剛性を有しアクチュエータ
により当該特定軸まわりに駆動される回転駆動リンク部
材とを用い、前記第１の軸方向および前記第２の軸方向
に沿ってそれぞれ前記並進駆動リンク部材と前記回転駆
動リンク部材とを対向して配置し、かつ、前記第３の軸
方向に沿って前記並進駆動リンク部材と前記回転駆動リ
ンク部材とを配置したことを特徴とする。
［作用］ アクチュエータを駆動すると、その方向に並進駆動リン
ク部材又は回転駆動リンク部材が変位し、この変位は微
動テーブルに伝達される。ある並進駆動リンク部材又は
回転駆動リンク部材が変位するとき、他の並進駆動リン
ク部材又は回転駆動リンク部材がたわむことにより、微
動テーブルの変位は妨げられず、各駆動リンク部材どう
しの相互干渉は極めて少なくなる。
ク部材又は回転駆動リンク部材が変位し、この変位は微
動テーブルに伝達される。ある並進駆動リンク部材又は
回転駆動リンク部材が変位するとき、他の並進駆動リン
ク部材又は回転駆動リンク部材がたわむことにより、微
動テーブルの変位は妨げられず、各駆動リンク部材どう
しの相互干渉は極めて少なくなる。
［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
最初に、本発明の実施例に用いる鼓動リンク部材につい
て説明する。
て説明する。
第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は駆動リンク部材に用い
られる要素の斜視図である。第２図（ａ）に示される要
素は角柱ヒンジ3aである。この角柱ヒンジ3aは、剛性の
高い角柱に、Ｕ字状の対向する２つの切欠き部3a3を作
ることにより達成される。3a1,3a2は切欠き部3a3の両側
の剛体部、3a4は２つの切欠き部3a3により形成される薄
肉部を示す。Ａは薄肉部3a4の最も薄い部分の中央を通
り、薄肉部3a4の壁に平行な軸を示す。この角柱ヒンジ3
aは、剛体部3a1,3a2の一方、例えば剛体部3a1を固定
し、他方の剛体部3a2に軸Ａと直交する矢印Ｂ方向の力
成分を加えると、軸Ａを中心として回動するたわみを生
じる。しかしながら、その他の力成分およびすべてのモ
ーメント成分に対しては高い剛性を有する。
られる要素の斜視図である。第２図（ａ）に示される要
素は角柱ヒンジ3aである。この角柱ヒンジ3aは、剛性の
高い角柱に、Ｕ字状の対向する２つの切欠き部3a3を作
ることにより達成される。3a1,3a2は切欠き部3a3の両側
の剛体部、3a4は２つの切欠き部3a3により形成される薄
肉部を示す。Ａは薄肉部3a4の最も薄い部分の中央を通
り、薄肉部3a4の壁に平行な軸を示す。この角柱ヒンジ3
aは、剛体部3a1,3a2の一方、例えば剛体部3a1を固定
し、他方の剛体部3a2に軸Ａと直交する矢印Ｂ方向の力
成分を加えると、軸Ａを中心として回動するたわみを生
じる。しかしながら、その他の力成分およびすべてのモ
ーメント成分に対しては高い剛性を有する。
なお、上記「たわみ」は極めて微細な範囲のたわみであ
る。同様に、以下の文中における「たわみ」，「回転
（回動）」も極めて微細な範囲のものとして考える。
る。同様に、以下の文中における「たわみ」，「回転
（回動）」も極めて微細な範囲のものとして考える。
第２図（ｂ）に示される要素は円柱ヒンジ3bである。こ
の円柱ヒンジ3bは、剛性の高い円柱に、断面Ｖ字状の切
欠き部3b3を作ることにより構成される。3b1,3b2は切欠
き部3b2の両側の剛体部、3b4は切欠き部3b3により形成
される極小径部である。Ａは各剛体部3b1,3b2および極
小径部3b4の中心を通る軸を示す。この円柱ヒンジ3bに
おいては、剛体部3b1,3b2の一方、例えば剛体部3b1を固
定し、他方の剛体部3b2に軸Ａまわりのモーメント成分
を加えると、剛体部3b2は軸Ａを中心として回動する。
又、剛体部3b2に軸Ａと直交する方向の力成分を加える
と極小径部3b4はたわみを生じる。しかしながら、他の
モーメント成分および軸Ａ方向の力成分に対して高い剛
性を有する。
の円柱ヒンジ3bは、剛性の高い円柱に、断面Ｖ字状の切
欠き部3b3を作ることにより構成される。3b1,3b2は切欠
き部3b2の両側の剛体部、3b4は切欠き部3b3により形成
される極小径部である。Ａは各剛体部3b1,3b2および極
小径部3b4の中心を通る軸を示す。この円柱ヒンジ3bに
おいては、剛体部3b1,3b2の一方、例えば剛体部3b1を固
定し、他方の剛体部3b2に軸Ａまわりのモーメント成分
を加えると、剛体部3b2は軸Ａを中心として回動する。
又、剛体部3b2に軸Ａと直交する方向の力成分を加える
と極小径部3b4はたわみを生じる。しかしながら、他の
モーメント成分および軸Ａ方向の力成分に対して高い剛
性を有する。
第２図（ｃ）に示される要素は板ばね部材3cである。こ
の板ばね部材3cは、剛性の高い角柱に、凹状の対向する
２つの切欠き部3c3を作ることにより構成される。3c1,3
c2は切欠き部3c3の両側の剛体部、3c4は切欠き部3c3に
より形成される薄板部である。Ａは剛体部3c1,3c2およ
び薄板部3c4の中心を通る軸、Ｂは薄板部3c4の中心を通
り、かつ、軸Ａと直交する軸を示す。この板ばね部材3c
は、剛体部3c1,3c2の一方、例えば剛体部3c1を固定し、
他方の剛体部3c2に軸Ｂまわりのモーメントを加えると
軸Ｂを中心としてたわみを生じる。また、軸A,Bと直交
する方向の力成分を加えると剛体部3c1と3c2とは力成分
方向に相対変位する。その他の力成分およびすべてのモ
ーメント成分に対しては高い剛性を有する。この特性は
第２図（ａ）に示す角柱ヒンジ２個直列につないだもの
と同効である。
の板ばね部材3cは、剛性の高い角柱に、凹状の対向する
２つの切欠き部3c3を作ることにより構成される。3c1,3
c2は切欠き部3c3の両側の剛体部、3c4は切欠き部3c3に
より形成される薄板部である。Ａは剛体部3c1,3c2およ
び薄板部3c4の中心を通る軸、Ｂは薄板部3c4の中心を通
り、かつ、軸Ａと直交する軸を示す。この板ばね部材3c
は、剛体部3c1,3c2の一方、例えば剛体部3c1を固定し、
他方の剛体部3c2に軸Ｂまわりのモーメントを加えると
軸Ｂを中心としてたわみを生じる。また、軸A,Bと直交
する方向の力成分を加えると剛体部3c1と3c2とは力成分
方向に相対変位する。その他の力成分およびすべてのモ
ーメント成分に対しては高い剛性を有する。この特性は
第２図（ａ）に示す角柱ヒンジ２個直列につないだもの
と同効である。
以上、駆動リンク部材に用いられる要素のうちの３つの
例について述べた。駆動リンク部材はこれらの要素又は
他の要素を適宜選択して用いることにより構成される。
次に、このような駆動リンク部材を２つ例示して説明す
る。
例について述べた。駆動リンク部材はこれらの要素又は
他の要素を適宜選択して用いることにより構成される。
次に、このような駆動リンク部材を２つ例示して説明す
る。
第３図（ａ）、（ｂ）は本実施例に用いる駆動リク部材
の側面図である。第３図（ａで、3bは第２図（ｂ）に示
す円柱ヒンジ、3dは並進ジヨイントである。並進ジヨイ
ント3dおよびその両側の円柱ヒンジ3bは軸Ａを中心に連
結されている。円柱ヒンジ3bは１個であると第２図
（ｂ）の説明で述べたように３自由度を有するのみであ
るが、これを直列に２個接続すると軸Ａ方向に直交する
２つの軸方向の力成分によつて側方に変位するようにな
る。従つて軸Ａ方向の力成分に対してのみ剛であつて、
他の力成分及びモーメント成分に対してすべて柔とな
り、５自由度を有するヒンジが形成される。並進駆動ジ
ヨイント3dはピエゾ素子を積層して形成され、電圧を印
加することにより軸Ａ方向、即ち剛の成分方向に伸縮す
る。
の側面図である。第３図（ａで、3bは第２図（ｂ）に示
す円柱ヒンジ、3dは並進ジヨイントである。並進ジヨイ
ント3dおよびその両側の円柱ヒンジ3bは軸Ａを中心に連
結されている。円柱ヒンジ3bは１個であると第２図
（ｂ）の説明で述べたように３自由度を有するのみであ
るが、これを直列に２個接続すると軸Ａ方向に直交する
２つの軸方向の力成分によつて側方に変位するようにな
る。従つて軸Ａ方向の力成分に対してのみ剛であつて、
他の力成分及びモーメント成分に対してすべて柔とな
り、５自由度を有するヒンジが形成される。並進駆動ジ
ヨイント3dはピエゾ素子を積層して形成され、電圧を印
加することにより軸Ａ方向、即ち剛の成分方向に伸縮す
る。
図で、上方の円柱ヒンジ3bは第５図に示す微動テーブル
２に、又、下方の円柱ヒンジ3bは固定部材１に連結され
る。
２に、又、下方の円柱ヒンジ3bは固定部材１に連結され
る。
今、仮に微動テーブル２が他に何等の機械的拘束を受け
ていない状態にあるとすると、この駆動リンク部材の並
進駆動ジヨイント3bに所望の電圧を加えたとき、さきに
述べたように各円柱ヒンジ3bは軸Ａ方向に高い剛性を有
するので、微動テーブル２は軸Ａ方向に、当該電圧に比
例した量だけ変位する。又、逆に、微動テーブル２に荷
重が作用すると、この駆動リンク部材は、軸Ａ方向の力
成分以外の荷重成分に対して上下の円柱ヒンジ3bにより
自由にたわむことができ、したがつてこれら荷重成分に
対して微動テーブル２を拘束することはない。
ていない状態にあるとすると、この駆動リンク部材の並
進駆動ジヨイント3bに所望の電圧を加えたとき、さきに
述べたように各円柱ヒンジ3bは軸Ａ方向に高い剛性を有
するので、微動テーブル２は軸Ａ方向に、当該電圧に比
例した量だけ変位する。又、逆に、微動テーブル２に荷
重が作用すると、この駆動リンク部材は、軸Ａ方向の力
成分以外の荷重成分に対して上下の円柱ヒンジ3bにより
自由にたわむことができ、したがつてこれら荷重成分に
対して微動テーブル２を拘束することはない。
次に、第３図（ｂ）に示す駆動リンク部材について説明
する。この図で、3aは第２図（ａ）に示す角柱ヒンジで
あり、５つ配置されている。各角柱ヒンジ3aのたわみの
中心軸は、図において上の角柱ヒンジから順に、紙面に
平行な軸，紙面に垂直な軸，同じく紙面に垂直な軸，紙
面に平行な軸であり、最後に左方に突設された角柱ヒン
ジのそれは図に示す軸Ａと平行な軸である。即ち、第２
図（ａ）に示す角柱ヒンジを同一方向で直列に２個組合
せ、更にこの２個づつの組合せ２組を直角に方向を変え
て直列に組合せてある。この構成は軸Ａの方向の力と、
軸Ａまわりのモーメントの２方向にのみ剛であつて、他
の力及びモーメントに対して柔の４自由度になる。
する。この図で、3aは第２図（ａ）に示す角柱ヒンジで
あり、５つ配置されている。各角柱ヒンジ3aのたわみの
中心軸は、図において上の角柱ヒンジから順に、紙面に
平行な軸，紙面に垂直な軸，同じく紙面に垂直な軸，紙
面に平行な軸であり、最後に左方に突設された角柱ヒン
ジのそれは図に示す軸Ａと平行な軸である。即ち、第２
図（ａ）に示す角柱ヒンジを同一方向で直列に２個組合
せ、更にこの２個づつの組合せ２組を直角に方向を変え
て直列に組合せてある。この構成は軸Ａの方向の力と、
軸Ａまわりのモーメントの２方向にのみ剛であつて、他
の力及びモーメントに対して柔の４自由度になる。
これに更に並進ジヨイント3eを直列に接続する。この並
進ジヨイント3eは、剛体部3e1,3e2およびこれら剛体部3
e1,3e2を連結する複数の並列の薄肉部3e3で構成されて
いる。この並進ジヨイント3eは軸Ａ方向に力が作用した
とき、薄肉部3e3がたわむことにより軸Ａ方向にたわむ
ことができる。そして、その他の荷重に対しては高い剛
性を示す。並進ジヨイント3eと、角柱ヒンジ3aのうちの
４つとは、軸Ａを中心に図示のように連結され、他の１
つの角柱ヒンジ3aは、下端の角柱ヒンジ3aに軸Ａに直角
に連結される。並進ジヨイント3eの連結において、一方
の角柱ヒンジ3aにはその剛体部3e1が、他方の角柱ヒン
ジ3aにはその剛体部3e2が連結される。図において上方
の角柱ヒンジ3aが第５図に示す微動テーブル２に、又、
下方の直角に連係された角柱ヒンジ3aが固定部材１にそ
れぞれ連結される （なお、この連結関係が逆であつても差し支えない）。
進ジヨイント3eは、剛体部3e1,3e2およびこれら剛体部3
e1,3e2を連結する複数の並列の薄肉部3e3で構成されて
いる。この並進ジヨイント3eは軸Ａ方向に力が作用した
とき、薄肉部3e3がたわむことにより軸Ａ方向にたわむ
ことができる。そして、その他の荷重に対しては高い剛
性を示す。並進ジヨイント3eと、角柱ヒンジ3aのうちの
４つとは、軸Ａを中心に図示のように連結され、他の１
つの角柱ヒンジ3aは、下端の角柱ヒンジ3aに軸Ａに直角
に連結される。並進ジヨイント3eの連結において、一方
の角柱ヒンジ3aにはその剛体部3e1が、他方の角柱ヒン
ジ3aにはその剛体部3e2が連結される。図において上方
の角柱ヒンジ3aが第５図に示す微動テーブル２に、又、
下方の直角に連係された角柱ヒンジ3aが固定部材１にそ
れぞれ連結される （なお、この連結関係が逆であつても差し支えない）。
今、微動テーブル２が何等の機械的拘束をも受けていな
い状態にあるとし、図示しないアクチユエータによりこ
の駆動リンク部材の上記直角に連結された角柱ヒンジ3a
をたわませると、この駆動リンク部材には軸Ａを中心と
するモーメントが発生する。このモーメントは、他の角
柱ヒンジ3aおよび並進ジヨイント3eが軸Ａまわりのモー
メントに対して高い剛性を有するので、そのまま微動テ
ーブル２に伝達され、微動テーブル２を軸Ａまわりに回
転変位せしめる。又、逆に、微動テーブル２に荷重が作
用すると、この駆動リンク部材は、軸Ａまわりのモーメ
ント成分以外の荷重成分に対して各角柱ヒンジ3a,並進
ヒンジ3eにより自由にたわむことができ、微動テーブル
２を拘束しない。
い状態にあるとし、図示しないアクチユエータによりこ
の駆動リンク部材の上記直角に連結された角柱ヒンジ3a
をたわませると、この駆動リンク部材には軸Ａを中心と
するモーメントが発生する。このモーメントは、他の角
柱ヒンジ3aおよび並進ジヨイント3eが軸Ａまわりのモー
メントに対して高い剛性を有するので、そのまま微動テ
ーブル２に伝達され、微動テーブル２を軸Ａまわりに回
転変位せしめる。又、逆に、微動テーブル２に荷重が作
用すると、この駆動リンク部材は、軸Ａまわりのモーメ
ント成分以外の荷重成分に対して各角柱ヒンジ3a,並進
ヒンジ3eにより自由にたわむことができ、微動テーブル
２を拘束しない。
以上、２つの駆動リンク部材の構成について述べたが、
これら以外にも種々の要素を用いた種々の構成が考えら
れ、上記２つの例に限定されることはない。
これら以外にも種々の要素を用いた種々の構成が考えら
れ、上記２つの例に限定されることはない。
第５図に示すようにこのような６個の駆動リンク部材31
〜36をもつて適宜に微動テーブル２と固定部材１間を並
列に連結し、それら駆動リンク部材31〜36のヒンジ又は
ジヨイントを選択的に駆動すると、微動テーブル２を任
意の方向に任意の量だけ変位せしめることが可能であ
る。この場合の条件は、並進又は回転の同一種類の駆動
リンクを同一軸線上に配置しないことだけが条件で、こ
れ以外は任意の方向で連結すればよい。
〜36をもつて適宜に微動テーブル２と固定部材１間を並
列に連結し、それら駆動リンク部材31〜36のヒンジ又は
ジヨイントを選択的に駆動すると、微動テーブル２を任
意の方向に任意の量だけ変位せしめることが可能であ
る。この場合の条件は、並進又は回転の同一種類の駆動
リンクを同一軸線上に配置しないことだけが条件で、こ
れ以外は任意の方向で連結すればよい。
しかしながら、第５図に示すように駆動リンクの駆動作
用軸線が相互に斜方向に配置すると、１つの駆動リンク
の駆動が他の駆動リンクの駆動力に干渉し、それら６個
の駆動リンクの並進及び回転の相互干渉の結果として微
動ステージ２が駆動されるようになるので、その制御の
演算は極めて複雑になる。またその初期値の設定を正確
に行なわなくてはならず、１個の駆動リンクの初期値の
変更は、必然的に他の駆動リンクの初期値の変更を招来
するので実際上微動ステージ２の位置を正確に駆動する
のは困難である。
用軸線が相互に斜方向に配置すると、１つの駆動リンク
の駆動が他の駆動リンクの駆動力に干渉し、それら６個
の駆動リンクの並進及び回転の相互干渉の結果として微
動ステージ２が駆動されるようになるので、その制御の
演算は極めて複雑になる。またその初期値の設定を正確
に行なわなくてはならず、１個の駆動リンクの初期値の
変更は、必然的に他の駆動リンクの初期値の変更を招来
するので実際上微動ステージ２の位置を正確に駆動する
のは困難である。
これを解決するために、それぞれ互に直交する３つの並
進軸および回転軸に対し、上記６個の駆動リンクの駆動
作用線の方向がそれぞれ個別に対応するように駆動リン
クを配置すれば駆動リンク相互の干渉を最小に抑えるこ
とができる。
進軸および回転軸に対し、上記６個の駆動リンクの駆動
作用線の方向がそれぞれ個別に対応するように駆動リン
クを配置すれば駆動リンク相互の干渉を最小に抑えるこ
とができる。
ここで、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の構成
の模式図である。図で、21は高い剛性を有する固定部
材、22は高い剛性を有する微動テーブルである。231〜2
36は固定部材21と微動テーブル22間に連結された駆動リ
ンク部材を示す。x,y,zはこの微細位置決め装置に設定
された座標軸を示す。駆動リンク部材232,235はｘ軸に
沿つて、又、駆動リンク部材233,236はｙ軸に沿つて配
置され、駆動リンク部材231は微動テーブル22の下面に
ｚ軸方向に沿って配置され、駆動リンク部材234はｚ軸
に沿って配置される。駆動リンク部材232、234、236は
第３図（ａ）に示す構成の並進駆動リンクであり、駆動
リンク部材231,233,235は第３図（ｂ）に示す構成の回
転駆動リンクが用いられる。
の模式図である。図で、21は高い剛性を有する固定部
材、22は高い剛性を有する微動テーブルである。231〜2
36は固定部材21と微動テーブル22間に連結された駆動リ
ンク部材を示す。x,y,zはこの微細位置決め装置に設定
された座標軸を示す。駆動リンク部材232,235はｘ軸に
沿つて、又、駆動リンク部材233,236はｙ軸に沿つて配
置され、駆動リンク部材231は微動テーブル22の下面に
ｚ軸方向に沿って配置され、駆動リンク部材234はｚ軸
に沿って配置される。駆動リンク部材232、234、236は
第３図（ａ）に示す構成の並進駆動リンクであり、駆動
リンク部材231,233,235は第３図（ｂ）に示す構成の回
転駆動リンクが用いられる。
このような構成にすると先ず並進駆動リンク232,236,23
4は互に直交するｘ軸,y軸,z軸に沿つて配置されている
ので、いづれかの並進駆動リンクを並進駆動したとき
に、他の並進駆動リンクには影響を与えない。又、並進
駆動はモーメントを発生しないので、回転駆動リンク23
5,233,231にも影響を与えない。回転駆動リンク235,233
はそれぞれｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に合致するように配置
され、回転駆動リンク231はｚ軸方向に沿って配置さ
れ、、それぞれ互いに直交する軸まわりにモーメントを
発生するので相互に干渉することなく、また並進駆動リ
ンクは並進方向以外は柔なので、モーメントによつて影
響を受けない。
4は互に直交するｘ軸,y軸,z軸に沿つて配置されている
ので、いづれかの並進駆動リンクを並進駆動したとき
に、他の並進駆動リンクには影響を与えない。又、並進
駆動はモーメントを発生しないので、回転駆動リンク23
5,233,231にも影響を与えない。回転駆動リンク235,233
はそれぞれｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に合致するように配置
され、回転駆動リンク231はｚ軸方向に沿って配置さ
れ、、それぞれ互いに直交する軸まわりにモーメントを
発生するので相互に干渉することなく、また並進駆動リ
ンクは並進方向以外は柔なので、モーメントによつて影
響を受けない。
このように構成したので、本実施例では、１軸方向又は
１軸まわりの変位をそれぞれ１つの駆動リンク部材の駆
動により得ることができ、即ち、１自由度と１駆動リン
ク部材の駆動とを１対１に対応させることができ、これ
により制御が容易となり、かつ、機構誤差による精度の
低下を小さくすることができる。
１軸まわりの変位をそれぞれ１つの駆動リンク部材の駆
動により得ることができ、即ち、１自由度と１駆動リン
ク部材の駆動とを１対１に対応させることができ、これ
により制御が容易となり、かつ、機構誤差による精度の
低下を小さくすることができる。
なお、並進駆動リンクと回転駆動リンクを上記以外の関
係で配置しても６軸の変位を行なうことができる。これ
を図により説明する。第４図は微動テーブルの下面に同
種の駆動リンクを配置した図である。図で、231′、23
4′は同種の駆動リンク、Ｌはこれら駆動リンク231′、
234′が配置されるライン、例えばｘ軸を示す。又、他
軸の駆動リンクの図示は省略されている。
係で配置しても６軸の変位を行なうことができる。これ
を図により説明する。第４図は微動テーブルの下面に同
種の駆動リンクを配置した図である。図で、231′、23
4′は同種の駆動リンク、Ｌはこれら駆動リンク231′、
234′が配置されるライン、例えばｘ軸を示す。又、他
軸の駆動リンクの図示は省略されている。
今、これら駆動リンク231′、234′が回転駆動リンクで
ある場合、この２つの回転駆動リンクの一方を回転駆動
すると、微動ステージにはｚ軸まわりのモーメントが作
用し、回転する。２つの回転駆動リンクを共に同じ方向
に回転駆動しても同様である。この２つの回転駆動リン
クに互に反対方向の回転モーメントを発生させると、ｚ
軸まわりのモーメントは消去され、２つの回転駆動リン
ク231′と234′を結ぶ線Ｌに直角な方向の並進が生ず
る。即ち、平行に配置した２個の回転駆動リンクによつ
て１軸の回転と１軸の並進変位が実現できる。この場
合、他軸の駆動リンクとしては、ラインＬをｘ軸とする
と、ｘ軸に沿って並進駆動リンクと回転駆動リンクを対
向させ、ｙ軸およびｚ軸に沿ってそれぞれ並進駆動リン
クを設けることになる。
ある場合、この２つの回転駆動リンクの一方を回転駆動
すると、微動ステージにはｚ軸まわりのモーメントが作
用し、回転する。２つの回転駆動リンクを共に同じ方向
に回転駆動しても同様である。この２つの回転駆動リン
クに互に反対方向の回転モーメントを発生させると、ｚ
軸まわりのモーメントは消去され、２つの回転駆動リン
ク231′と234′を結ぶ線Ｌに直角な方向の並進が生ず
る。即ち、平行に配置した２個の回転駆動リンクによつ
て１軸の回転と１軸の並進変位が実現できる。この場
合、他軸の駆動リンクとしては、ラインＬをｘ軸とする
と、ｘ軸に沿って並進駆動リンクと回転駆動リンクを対
向させ、ｙ軸およびｚ軸に沿ってそれぞれ並進駆動リン
クを設けることになる。
上記２つの回転駆動リンク231′と234′を２個の並進駆
動リンクに置き換えたときには並進（２つを同じ方向に
伸縮したとき）と、線Ｌと直角な軸まわりの回転（２つ
の伸縮を逆にしたとき）とが発生する。この場合、他軸
の駆動リンクとしては、ラインＬをｘ軸とすると、ｘ軸
に沿って並進駆動リンクと回転駆動リンクを対向させ、
ｙ軸に沿って１つの並進駆動リンクを、ｚ軸に沿って１
つの回転駆動リンクを設けることになる。
動リンクに置き換えたときには並進（２つを同じ方向に
伸縮したとき）と、線Ｌと直角な軸まわりの回転（２つ
の伸縮を逆にしたとき）とが発生する。この場合、他軸
の駆動リンクとしては、ラインＬをｘ軸とすると、ｘ軸
に沿って並進駆動リンクと回転駆動リンクを対向させ、
ｙ軸に沿って１つの並進駆動リンクを、ｚ軸に沿って１
つの回転駆動リンクを設けることになる。
以上述べたように、本発明では、固定部材と微動テーブ
ル間で、並進駆動リンク部材と回転駆動リンク部材とを
対向して２つの軸方向に沿ってそれぞれ配置し、並進駆
動リンク部材と回転駆動リンク部材を他の軸方向に沿っ
て配置したので、高い精度で６軸の位置決めを行なうこ
とができる。
ル間で、並進駆動リンク部材と回転駆動リンク部材とを
対向して２つの軸方向に沿ってそれぞれ配置し、並進駆
動リンク部材と回転駆動リンク部材を他の軸方向に沿っ
て配置したので、高い精度で６軸の位置決めを行なうこ
とができる。
第１図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の構成
の模式図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第３図に示
す駆動リンク部材に用いられる要素の斜視図、第３図
（ａ），（ｂ）は第１図に示す駆動リンク部材の側面
図、第４図は駆動リンクの他の配置例を示す図、第５図
は並列結合型の微細位置決め装置の１例を示す側面図で
ある。 1,11,21……固定部材、2,12,22……微動テーブル、31〜
36,131〜133,231〜236,231′,234′……駆動リンク部
材。
の模式図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第３図に示
す駆動リンク部材に用いられる要素の斜視図、第３図
（ａ），（ｂ）は第１図に示す駆動リンク部材の側面
図、第４図は駆動リンクの他の配置例を示す図、第５図
は並列結合型の微細位置決め装置の１例を示す側面図で
ある。 1,11,21……固定部材、2,12,22……微動テーブル、31〜
36,131〜133,231〜236,231′,234′……駆動リンク部
材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−155394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−52230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−88008（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】固定部材と、微動テーブルと、これら固定
部材と微動テーブルとの間に装着された６つの駆動リン
ク部材とを備え、互いに直交する第１の軸、第２の軸お
よび第３の軸に関する各並進変位および各回転変位を発
生させる微細位置決め装置において、前記各駆動リンク
部材に、特定方向の力に対してのみ高い剛性を有しアク
チュエータにより当該特定方向に駆動される並進駆動リ
ンク部材と、特定軸まわりのモーメントに対してのみ高
い剛性を有しアクチュエータにより当該特定軸まわりに
駆動される回転駆動リンク部材とを用い、前記第１の軸
方向および前記第２の軸方向に沿ってそれぞれ前記並進
駆動リンク部材と前記回転駆動リンク部材とを対向して
配置し、かつ、前記第３の軸方向に沿って前記並進駆動
リンク部材と前記回転駆動リンク部材とを配置したこと
を特徴とする微細位置決め装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
並進駆動リンク部材は、前記特定方向の力に対してのみ
高い剛性を有する複数の円柱ヒンジ、およびこれら円柱
ヒンジの間に介在し前記特定方向に駆動されるアクチュ
エータで構成されていることを特徴とする微細位置決め
装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第（１）項において、前記
回転駆動リンク部材は、前記特定方向のモーメント以外
の荷重に対して高い剛性を有する角柱ヒンジを、１つの
軸に沿ってその特定方向が当該軸と一致しないようにか
つその特定方向が異なるように複数連結するとともに、
前記軸方向の力以外の荷重に対して高い剛性を有する並
進ジョイントを前記軸に沿って前記角柱ヒンジに連結
し、前記軸からずらして当該軸方向が前記特定方向とな
る角柱ヒンジを前記軸に沿う連結部材の端部に連結し、
かつ、当該端部に連結された角柱ヒンジをたわませるア
クチュエータを設けて構成されていることを特徴とする
微細位置決め装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項
において、前記アクチュエータは、積層形の圧電素子で
あることを特徴とする微細位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62060087A JPH071452B2 (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 微細位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62060087A JPH071452B2 (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 微細位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63226709A JPS63226709A (ja) | 1988-09-21 |
| JPH071452B2 true JPH071452B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=13131950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62060087A Expired - Lifetime JPH071452B2 (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 微細位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071452B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0481906A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-16 | Yotaro Hatamura | 構造物姿勢制御装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6052230A (ja) * | 1983-09-02 | 1985-03-25 | Omron Tateisi Electronics Co | 微動ステ−ジ機構 |
| JPS60155394A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-15 | 住友電気工業株式会社 | ロボツトの手首機構 |
| JPH06105416B2 (ja) * | 1985-10-14 | 1994-12-21 | 株式会社日立製作所 | 多自由度空間微動機構 |
| JPS61159349A (ja) * | 1985-12-06 | 1986-07-19 | Hitachi Ltd | 微小変位移動装置 |
-
1987
- 1987-03-17 JP JP62060087A patent/JPH071452B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63226709A (ja) | 1988-09-21 |
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