JPH071458B2 - 微細変位機構 - Google Patents
微細変位機構Info
- Publication number
- JPH071458B2 JPH071458B2 JP62210190A JP21019087A JPH071458B2 JP H071458 B2 JPH071458 B2 JP H071458B2 JP 62210190 A JP62210190 A JP 62210190A JP 21019087 A JP21019087 A JP 21019087A JP H071458 B2 JPH071458 B2 JP H071458B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- rigid
- rigid body
- displacement mechanism
- fine
- 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、半導体の製造や検査、高倍率顕微鏡等の分野
において、微細な変位を調節する微細変位機構に関す
る。
において、微細な変位を調節する微細変位機構に関す
る。
半導体の製造や検査、高倍率顕微鏡等の分野において
は、数ミクロンもしくはそれ以下の微細な変位を正確に
得る微細変位機構が必要である。このような微細変位機
構は、例えば特開昭61−209846号公報、特開昭61−2435
11号公報等により提案されている。以下、これを図によ
り説明する。
は、数ミクロンもしくはそれ以下の微細な変位を正確に
得る微細変位機構が必要である。このような微細変位機
構は、例えば特開昭61−209846号公報、特開昭61−2435
11号公報等により提案されている。以下、これを図によ
り説明する。
第５図（ａ），（ｂ）は従来の微細変位機構の側面図で
ある。このうち、第５図（ａ）は並進変位用の微細変位
機構を示し、1,2はそれぞれ互いに対向する剛体部、３
は剛体部1,2を連結する２つの平板である。各平板３は
互いに平行に配置されている。これら２つの剛体部1,2
および２つの平板３により可撓構造体４が構成されてい
る。実際の製造に際しては、可撓構造体４は１つの剛体
ブロツクに貫通孔５をあけることにより構成される。６
は剛体部1,2からそれぞれ貫通孔５内に突出した２つの
突起間に装架された変位発生素子である。この変位発生
素子６としては多くの場合圧電素子が用いられるので、
以下、変位発生素子を圧電素子で代表させる。剛体部１
を固定して圧電素子６を励起すると各平板３が破線で示
すように変形し（ただし、この変位は誇張して描かれて
いる）、剛体部１に対して剛体部２を並進変位させるこ
とができる。
ある。このうち、第５図（ａ）は並進変位用の微細変位
機構を示し、1,2はそれぞれ互いに対向する剛体部、３
は剛体部1,2を連結する２つの平板である。各平板３は
互いに平行に配置されている。これら２つの剛体部1,2
および２つの平板３により可撓構造体４が構成されてい
る。実際の製造に際しては、可撓構造体４は１つの剛体
ブロツクに貫通孔５をあけることにより構成される。６
は剛体部1,2からそれぞれ貫通孔５内に突出した２つの
突起間に装架された変位発生素子である。この変位発生
素子６としては多くの場合圧電素子が用いられるので、
以下、変位発生素子を圧電素子で代表させる。剛体部１
を固定して圧電素子６を励起すると各平板３が破線で示
すように変形し（ただし、この変位は誇張して描かれて
いる）、剛体部１に対して剛体部２を並進変位させるこ
とができる。
第５図（ｂ）は回転変位用の微細変位機構を示し、11,1
2はそれぞれ剛体部、13は剛体部11,12を連結する２つの
平板である。各平板13は紙面に垂直な軸Ｏに関して放射
状に配置されている。２つの剛体部11,12、２つの平板1
3により可撓構造体14が構成される。15はこの可撓構造
体14を構成するための台形の貫通孔である。16は剛体部
11,12からそれぞれ貫通孔15内に突出した２つの突起間
に装架された圧電素子である。剛体部11を固定して圧電
素子16を励起すると各平板13が破線で示すように変形し
（誇張して描かれている）、剛体部11に対して剛体部12
を回転変位させることができる。
2はそれぞれ剛体部、13は剛体部11,12を連結する２つの
平板である。各平板13は紙面に垂直な軸Ｏに関して放射
状に配置されている。２つの剛体部11,12、２つの平板1
3により可撓構造体14が構成される。15はこの可撓構造
体14を構成するための台形の貫通孔である。16は剛体部
11,12からそれぞれ貫通孔15内に突出した２つの突起間
に装架された圧電素子である。剛体部11を固定して圧電
素子16を励起すると各平板13が破線で示すように変形し
（誇張して描かれている）、剛体部11に対して剛体部12
を回転変位させることができる。
上記第５図（ａ）に示す可撓構造体４を複数組合せるこ
とにより任意の方向の並進変位を、又、上記第５図
（ｂ）に示す可撓構造体14を複数組合せることにより任
意の回転変位を、さらに可撓構造体４と可撓構造体14と
を組合せることにより任意の並進変位と任意の回転変位
を同時に、得ることができる。
とにより任意の方向の並進変位を、又、上記第５図
（ｂ）に示す可撓構造体14を複数組合せることにより任
意の回転変位を、さらに可撓構造体４と可撓構造体14と
を組合せることにより任意の並進変位と任意の回転変位
を同時に、得ることができる。
第６図（ａ），（ｂ）は従来の他の微細変位機構の側面
図である。この微細変位機構は、第５図（ａ），（ｂ）
に示す微細変位機構が平板3,13自体の変形を利用する構
成であるのに対して、弾性ヒンジの変形を利用する構成
となつている。そこでまず、弾性ヒンジの概略を第７図
（ａ）〜（ｃ）により説明する。
図である。この微細変位機構は、第５図（ａ），（ｂ）
に示す微細変位機構が平板3,13自体の変形を利用する構
成であるのに対して、弾性ヒンジの変形を利用する構成
となつている。そこでまず、弾性ヒンジの概略を第７図
（ａ）〜（ｃ）により説明する。
第７図（ａ）は弾性ヒンジの側面図である。17は１つの
剛体部材、18は剛体部材17の中間部に対向して形成され
たほぼ円弧状の切欠部である。両切欠部18により、剛体
部材17に狭隘部19が形成され、剛体部材17は当該狭隘部
19によりこれに連続する剛体部17a,17bに分けられる。
剛体部材、18は剛体部材17の中間部に対向して形成され
たほぼ円弧状の切欠部である。両切欠部18により、剛体
部材17に狭隘部19が形成され、剛体部材17は当該狭隘部
19によりこれに連続する剛体部17a,17bに分けられる。
第７図（ｂ）は他の弾性ヒンジの側面図である。図で、
第７図（ａ）に示す部分と同一部分には同一符号が付し
てある。19′は狭隘部である。狭隘部19′は、さきの狭
隘部19が２つの対向する切欠部18で形成されているのに
対し、１つのほぼ円弧状の切欠部18で形成される。
第７図（ａ）に示す部分と同一部分には同一符号が付し
てある。19′は狭隘部である。狭隘部19′は、さきの狭
隘部19が２つの対向する切欠部18で形成されているのに
対し、１つのほぼ円弧状の切欠部18で形成される。
第７図（ｃ）は弾性ヒンジの動作説明図である。図で、
17a,17bは第７図（ａ），（ｂ）に示すものと同じ剛体
部、20は各剛体部17a,17bを可回動に連結するヒンジ点
を示す。
17a,17bは第７図（ａ），（ｂ）に示すものと同じ剛体
部、20は各剛体部17a,17bを可回動に連結するヒンジ点
を示す。
今、第７図（ａ），（ｂ）において、一方の剛体部17a
を固定し、他方の剛体部17bに図示矢印方向の力Ｆを作
用させると、剛体部17a,17bはほとんど変形しないが、
狭隘部19,19′は微小変形し、これにより、剛体部17bは
破線で示されるように回転変位する。しかしながら、上
記力Ｆ以外の方向の力成分が作用した場合、狭隘部19,1
9′はこれらに対して極めて変形しにくい特性を有す
る。以上の特性は、狭隘部19,19′の弾性変形の範囲内
においては、恰も第７図（ｃ）に示すような２つの剛体
部17a,17bをヒンジ点20で連結した構成が有する特性と
同様の特性を示すので、狭隘部19,19′を弾性ヒンジと
称する。
を固定し、他方の剛体部17bに図示矢印方向の力Ｆを作
用させると、剛体部17a,17bはほとんど変形しないが、
狭隘部19,19′は微小変形し、これにより、剛体部17bは
破線で示されるように回転変位する。しかしながら、上
記力Ｆ以外の方向の力成分が作用した場合、狭隘部19,1
9′はこれらに対して極めて変形しにくい特性を有す
る。以上の特性は、狭隘部19,19′の弾性変形の範囲内
においては、恰も第７図（ｃ）に示すような２つの剛体
部17a,17bをヒンジ点20で連結した構成が有する特性と
同様の特性を示すので、狭隘部19,19′を弾性ヒンジと
称する。
ところで、第７図（ｃ）に示すヒンジ点20は機械的部品
の嵌合により構成されるので、それら機械的部品を最高
の精度で加工しても、ミクロンレベルの隙間の存在を続
けることはできない。このため、ヒンジ点20は、非常に
微小な変位を行う場合に誤差のない変位を発生せしめる
ことは不可能である。これに対して、狭隘部19,19′よ
り成る弾性ヒンジは弾性変形の範囲内においてほとんど
変位誤差を発生せず、理想的なヒンジ特性を示す。
の嵌合により構成されるので、それら機械的部品を最高
の精度で加工しても、ミクロンレベルの隙間の存在を続
けることはできない。このため、ヒンジ点20は、非常に
微小な変位を行う場合に誤差のない変位を発生せしめる
ことは不可能である。これに対して、狭隘部19,19′よ
り成る弾性ヒンジは弾性変形の範囲内においてほとんど
変位誤差を発生せず、理想的なヒンジ特性を示す。
第６図（ａ），（ｂ）に示す微細変位機構は第５図
（ａ），（ｂ）に示す微細変位機構の平板3,13に代えて
両端に弾性ヒンジを有する平板状剛体が用いられる。第
６図（ａ），（ｂ）で、第５図（ａ），（ｂ）に示す部
分と同一部分には同一符号が付してある。21,31は平板
状剛体、22,32は切欠部23,33により形成される弾性ヒン
ジを示す。この場合、第７図（ａ）〜（ｃ）に示す剛体
部17a,17bが、剛体部1,11と平板状剛体部21,31、又は剛
体部2,12と平板状剛体21,31に相当するのは明らかであ
る。24,34はこのような平板状剛体21,31、弾性ヒンジ2
2,32を用いた可撓構造体を示す。
（ａ），（ｂ）に示す微細変位機構の平板3,13に代えて
両端に弾性ヒンジを有する平板状剛体が用いられる。第
６図（ａ），（ｂ）で、第５図（ａ），（ｂ）に示す部
分と同一部分には同一符号が付してある。21,31は平板
状剛体、22,32は切欠部23,33により形成される弾性ヒン
ジを示す。この場合、第７図（ａ）〜（ｃ）に示す剛体
部17a,17bが、剛体部1,11と平板状剛体部21,31、又は剛
体部2,12と平板状剛体21,31に相当するのは明らかであ
る。24,34はこのような平板状剛体21,31、弾性ヒンジ2
2,32を用いた可撓構造体を示す。
これら微細変位機構は圧電素子6,16を励起することによ
り剛体部2,12にそれぞれ破線で示すように並進変位，回
転変位を生じる。このような変位を生じる理由はさきに
述べた弾性ヒンジの説明から明らかであると考えるの
で、その説明は省略する。そして、これら微細変位機構
の複数使用、組合せ使用により任意の変位が得られるの
も又明らかである。
り剛体部2,12にそれぞれ破線で示すように並進変位，回
転変位を生じる。このような変位を生じる理由はさきに
述べた弾性ヒンジの説明から明らかであると考えるの
で、その説明は省略する。そして、これら微細変位機構
の複数使用、組合せ使用により任意の変位が得られるの
も又明らかである。
なお、第６図（ａ），（ｂ）に示す微細変位機構におい
て、変形は弾性ヒンジ22,23にのみ生じ平板剛体21,31に
は生じない。したがつて、平板剛体21,31は平板状であ
る必要はなく、剛体であれば、どのような形状であつて
も差支えない。このような剛体は弾性ヒンジとともにリ
ンク機構を構成するところから、一般的に剛体リンクと
いうことができる。
て、変形は弾性ヒンジ22,23にのみ生じ平板剛体21,31に
は生じない。したがつて、平板剛体21,31は平板状であ
る必要はなく、剛体であれば、どのような形状であつて
も差支えない。このような剛体は弾性ヒンジとともにリ
ンク機構を構成するところから、一般的に剛体リンクと
いうことができる。
上記各微細変位機構は高精度で変位を発生することがで
きる。しかしながら、それらにより得られる変位の大き
さは、圧電素子6,16に発生する変位と同じレベルであ
り、それはせいぜい数ミクロンから十数ミクロンの範囲
内である。ところで、微細変位機構を使用する装置にあ
つては、最大変位として数十ミクロンから数百ミクロン
を必要とするものがあり、この場合、上記微細変位機構
ではこのような大きな変位を得ることができない。この
ため、従来、大きな変位を得るためには適宜の粗動変位
機構により大きな変位を発生させた後、上記微細変位機
構を用いて高精度の変位を得るか、又は同一方向の変位
を発生する上記微細変位機構を複数段積重ねる等の手段
が採用されていた。
きる。しかしながら、それらにより得られる変位の大き
さは、圧電素子6,16に発生する変位と同じレベルであ
り、それはせいぜい数ミクロンから十数ミクロンの範囲
内である。ところで、微細変位機構を使用する装置にあ
つては、最大変位として数十ミクロンから数百ミクロン
を必要とするものがあり、この場合、上記微細変位機構
ではこのような大きな変位を得ることができない。この
ため、従来、大きな変位を得るためには適宜の粗動変位
機構により大きな変位を発生させた後、上記微細変位機
構を用いて高精度の変位を得るか、又は同一方向の変位
を発生する上記微細変位機構を複数段積重ねる等の手段
が採用されていた。
しかし、これらの手段は、いずれにしても複数の変位機
構を用いなければならず、このため、装置が大形化、か
つ複雑化し、製造困難で高価になるという問題があつ
た。
構を用いなければならず、このため、装置が大形化、か
つ複雑化し、製造困難で高価になるという問題があつ
た。
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
簡素な構成で大きな変位を得ることができ、かつ、複数
の組合せを容易に行なうことができる微細変位機構を提
供することにある。
簡素な構成で大きな変位を得ることができ、かつ、複数
の組合せを容易に行なうことができる微細変位機構を提
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、第１の剛体部
と、第２の剛体部と、これら第１の剛体部と第２の剛体
部を弾性ヒンジを介して連結する少なくとも２つの連結
用剛体リンクとを備えた微細変位機構において、前記第
１の剛体部および前記第２の剛体部のうちの少なくとも
一方と前記連結用剛体リンクのうちの少なくとも１つと
の間に変位発生素子を連結したことを特徴とする。
と、第２の剛体部と、これら第１の剛体部と第２の剛体
部を弾性ヒンジを介して連結する少なくとも２つの連結
用剛体リンクとを備えた微細変位機構において、前記第
１の剛体部および前記第２の剛体部のうちの少なくとも
一方と前記連結用剛体リンクのうちの少なくとも１つと
の間に変位発生素子を連結したことを特徴とする。
変位発生素子を励起すると、変位発生素子と連結されて
いる連結用剛体リンクが、当該連結用剛体リンクの一方
の弾性ヒンジの変形により変位し、当該連結用剛体リン
クの他方の弾性ヒンジの中心点に拡大された変位を発生
する。
いる連結用剛体リンクが、当該連結用剛体リンクの一方
の弾性ヒンジの変形により変位し、当該連結用剛体リン
クの他方の弾性ヒンジの中心点に拡大された変位を発生
する。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の第１の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第６図（ａ）に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。40a,40bは弾性
ヒンジであり、A1は弾性ヒンジ40aの変形中心点、Q1は
弾性ヒンジ40bの変形中心点、P1,Q2は一方の平板状剛体
における両弾性ヒンジ22の変形中心点を示す。41a,41b
はそれぞれ圧電素子６の各端部と結合しこれを支持する
支持剛体であり、支持剛体41aは弾性ヒンジ40aを介して
一方の平板状剛体21と連結され、又、支持剛体41bは弾
性ヒンジ40bを介して剛体部１と連結されている。各弾
性ヒンジ40a,40bの点A1,Q1を結ぶ線が一点鎖線Ｌで示さ
れている。
面図である。図で、第６図（ａ）に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。40a,40bは弾性
ヒンジであり、A1は弾性ヒンジ40aの変形中心点、Q1は
弾性ヒンジ40bの変形中心点、P1,Q2は一方の平板状剛体
における両弾性ヒンジ22の変形中心点を示す。41a,41b
はそれぞれ圧電素子６の各端部と結合しこれを支持する
支持剛体であり、支持剛体41aは弾性ヒンジ40aを介して
一方の平板状剛体21と連結され、又、支持剛体41bは弾
性ヒンジ40bを介して剛体部１と連結されている。各弾
性ヒンジ40a,40bの点A1,Q1を結ぶ線が一点鎖線Ｌで示さ
れている。
次に本実施例の動作を説明する。圧電素子６を励起する
と支持剛体41aを介して平板状剛体21が点A1において押
され、平板状剛体21は弾性ヒンジ22の点P1を中心に回動
する。この回動により他方の弾性ヒンジ22の点Q2が変位
し、この結果、剛体部２は剛体部１に対して破線で示さ
れるように並進変位することになる。
と支持剛体41aを介して平板状剛体21が点A1において押
され、平板状剛体21は弾性ヒンジ22の点P1を中心に回動
する。この回動により他方の弾性ヒンジ22の点Q2が変位
し、この結果、剛体部２は剛体部１に対して破線で示さ
れるように並進変位することになる。
ここで、平板状剛体21の両端の弾性ヒンジの中心点を結
ぶ線 と直線Ｌとは直交するものとし、一方の弾性ヒンジ22の
中心点P1と直線Ｌとの垂直距離をａ、当該中心点P1と他
方の弾性ヒンジ22の中心点Q2との距離をｂ、圧電素子６
が励起されたとき点A1に生じる変位（圧電素子６の変
位）をδとすると、点Q2の変位δ′は、δ′＝ｂ・δ/a
となる。即ち、圧電素子６で発生した変位δはb/a倍に
拡大されたことになる。したがつて、距離ａを設計上可
能な限り小さくすれば大きな変位拡大率を得ることがで
きる。このことから、点A1が平板状剛体21のどの点にあ
つても、変位拡大率は変化するものの、点Q2に拡大され
た変位を得ることができるのは明らかである。
ぶ線 と直線Ｌとは直交するものとし、一方の弾性ヒンジ22の
中心点P1と直線Ｌとの垂直距離をａ、当該中心点P1と他
方の弾性ヒンジ22の中心点Q2との距離をｂ、圧電素子６
が励起されたとき点A1に生じる変位（圧電素子６の変
位）をδとすると、点Q2の変位δ′は、δ′＝ｂ・δ/a
となる。即ち、圧電素子６で発生した変位δはb/a倍に
拡大されたことになる。したがつて、距離ａを設計上可
能な限り小さくすれば大きな変位拡大率を得ることがで
きる。このことから、点A1が平板状剛体21のどの点にあ
つても、変位拡大率は変化するものの、点Q2に拡大され
た変位を得ることができるのは明らかである。
第１図に示す構成において、弾性ヒンジ40a,40bは、圧
電素子６が励起されて平板状剛体リンク21が微少回転し
たとき、平板状剛体リンク21と圧電素子６との間に生じ
る相対角の微少変化を吸収するとともに、圧電素子６の
作用点をA1,Q1に限定して本実施例の構成における変位
拡大倍率を一定に保持する機能を有する。又、本実施例
の構造はその形状がやや複雑であるため製造が困難であ
るかのようにみえるが、放電加工の一種であるワイヤカ
ツト加工により１つの剛体ブロツクから容易に製造する
ことができる。
電素子６が励起されて平板状剛体リンク21が微少回転し
たとき、平板状剛体リンク21と圧電素子６との間に生じ
る相対角の微少変化を吸収するとともに、圧電素子６の
作用点をA1,Q1に限定して本実施例の構成における変位
拡大倍率を一定に保持する機能を有する。又、本実施例
の構造はその形状がやや複雑であるため製造が困難であ
るかのようにみえるが、放電加工の一種であるワイヤカ
ツト加工により１つの剛体ブロツクから容易に製造する
ことができる。
なお、上記実施例の説明では、直線Ｌと線 とが直交する理想的な配置を例示したが、これに限るこ
とはなく、両者が平行でなく、一致もしていなければ変
位発生の機能が発揮されるのは明らかである。
とはなく、両者が平行でなく、一致もしていなければ変
位発生の機能が発揮されるのは明らかである。
このように、本実施例では、既存の平板状剛体とその弾
性ヒンジを拡大機構として利用し、圧電素子の変位を当
該拡大機構で拡大するようにしたので、簡素な構成で大
きな並進変位を得ることができる。又、変位拡大の機構
が領域内に収納されて外部に突出することがないので、
単体の微細変位機構を複数結合して複数軸の微細変位機
構を構成する場合、その結合を容易に行なうことができ
る。
性ヒンジを拡大機構として利用し、圧電素子の変位を当
該拡大機構で拡大するようにしたので、簡素な構成で大
きな並進変位を得ることができる。又、変位拡大の機構
が領域内に収納されて外部に突出することがないので、
単体の微細変位機構を複数結合して複数軸の微細変位機
構を構成する場合、その結合を容易に行なうことができ
る。
第２図は本発明の第２の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第１図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。６′は圧電素子６と同
一の第２の圧電素子、40a′,40b′は弾性ヒンジ、41
a′,41b′は圧電素子６′を支持する支持剛体である。
弾性ヒンジ40a′,40b′は弾性ヒンジ40a,40bと同一であ
り、又、支持剛体41a′,41b′は支持剛体41a,41bと同一
である。本実施例は、第１の実施例に対して、さらに、
第１の実施例におけると同一の圧電素子６′、その支持
剛体41a′,41b′、および弾性ヒンジ40a′,40b′を対称
的に付加した構成である。
面図である。図で、第１図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。６′は圧電素子６と同
一の第２の圧電素子、40a′,40b′は弾性ヒンジ、41
a′,41b′は圧電素子６′を支持する支持剛体である。
弾性ヒンジ40a′,40b′は弾性ヒンジ40a,40bと同一であ
り、又、支持剛体41a′,41b′は支持剛体41a,41bと同一
である。本実施例は、第１の実施例に対して、さらに、
第１の実施例におけると同一の圧電素子６′、その支持
剛体41a′,41b′、および弾性ヒンジ40a′,40b′を対称
的に付加した構成である。
圧電素子6,6′を励起したときの本実施例の変位拡大率
は第１の実施例における変位拡大率b/aと同一である。
しかしながら、第１の実施例のものが変位をb/a倍に拡
大するとき，圧電素子６が発生した力は点Q2においてa/
bに減少するのに対して、本実施例では、点Q2における
力は第１の実施例の場合の力の２倍とすることができ
る。
は第１の実施例における変位拡大率b/aと同一である。
しかしながら、第１の実施例のものが変位をb/a倍に拡
大するとき，圧電素子６が発生した力は点Q2においてa/
bに減少するのに対して、本実施例では、点Q2における
力は第１の実施例の場合の力の２倍とすることができ
る。
なお、上記実施例の説明では、全く同一の圧電素子、支
持剛体、弾性ヒンジを２組対称に配置した理想的な構成
を例示したが、これに限ることはなく、例えば点A1（作
用点）を対称位置以外の位置とし、これに応じて圧電素
子の長さ又は伸長率を選択してもよい。そしてこの場
合、両圧電素子は同一ではなくなる。なお又、上記２組
の構成がすべて同一ではあるが各配置が正確に対称では
なく多少のずれがある場合、そのずれが小さければそれ
は圧電素子の伸縮により充分吸収されて格別の支障は生
じない。
持剛体、弾性ヒンジを２組対称に配置した理想的な構成
を例示したが、これに限ることはなく、例えば点A1（作
用点）を対称位置以外の位置とし、これに応じて圧電素
子の長さ又は伸長率を選択してもよい。そしてこの場
合、両圧電素子は同一ではなくなる。なお又、上記２組
の構成がすべて同一ではあるが各配置が正確に対称では
なく多少のずれがある場合、そのずれが小さければそれ
は圧電素子の伸縮により充分吸収されて格別の支障は生
じない。
本実施例は上記の構成としたことにより、第１の実施例
と同じ効果を奏するばかりでなく、変位に際してより大
きな力を確保することができる。
と同じ効果を奏するばかりでなく、変位に際してより大
きな力を確保することができる。
第３図は本発明の第３の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第６図（ｂ）に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。50a,50bは第１
図に示す弾性ヒンジ40a,40bと同じ弾性ヒンジであり、
これら各弾性ヒンジ50a,50bの変形中心点には弾性ヒン
ジ40a,40bの変形中心点と同一符号A1,Q1が付してある。
51a,51bは第１図に示す支持剛体41a,41bと同じ支持剛体
である。本実施例においても、点A1,Q1を結ぶ直線Ｌ
（一点鎖線で示されている）と、平板状剛体31の両端の
弾性ヒンジ32の変形中心点P1,Q2を結ぶ線 とは互いに直交する。したがつて、圧電素子16は第６図
（ｂ）に示す場合と異なり、点Ｏに対して放射状に配置
されている各平板状剛体31に対して異なる角度で配置さ
れることになる。
面図である。図で、第６図（ｂ）に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。50a,50bは第１
図に示す弾性ヒンジ40a,40bと同じ弾性ヒンジであり、
これら各弾性ヒンジ50a,50bの変形中心点には弾性ヒン
ジ40a,40bの変形中心点と同一符号A1,Q1が付してある。
51a,51bは第１図に示す支持剛体41a,41bと同じ支持剛体
である。本実施例においても、点A1,Q1を結ぶ直線Ｌ
（一点鎖線で示されている）と、平板状剛体31の両端の
弾性ヒンジ32の変形中心点P1,Q2を結ぶ線 とは互いに直交する。したがつて、圧電素子16は第６図
（ｂ）に示す場合と異なり、点Ｏに対して放射状に配置
されている各平板状剛体31に対して異なる角度で配置さ
れることになる。
本実施例と第１の実施例とは、第１の実施例の平板状剛
体21が互いに平行に配置されているのに対して本実施例
の平板状剛体31は点Ｏ（第６図（ｂ）に図示され第３図
には図示されていない）に関して放射状に配置されてい
る点、および第１の実施例が剛体部1,2間に並進変位を
生じるのに対して本実施例が剛体部11,12間に回転変位
を生じる点でのみ相違し、他の動作は同じである。即
ち、圧電素子16を励起すると点P1に変形を生じて点A1に
変位δが生じ、この変位δは点Q2において変位δ′
（δ′＝ｂ・δ/a）に拡大される。この結果、剛体部12
は剛体部11に対して破線に示すように回転変位する。
体21が互いに平行に配置されているのに対して本実施例
の平板状剛体31は点Ｏ（第６図（ｂ）に図示され第３図
には図示されていない）に関して放射状に配置されてい
る点、および第１の実施例が剛体部1,2間に並進変位を
生じるのに対して本実施例が剛体部11,12間に回転変位
を生じる点でのみ相違し、他の動作は同じである。即
ち、圧電素子16を励起すると点P1に変形を生じて点A1に
変位δが生じ、この変位δは点Q2において変位δ′
（δ′＝ｂ・δ/a）に拡大される。この結果、剛体部12
は剛体部11に対して破線に示すように回転変位する。
本実施例は上記のような構成としたので、第１の実施例
と同じく、簡素な構成で大きな回転変位を得ることがで
きる。又、単体の微細変位機構を複数結合して複数軸の
微細変位機構を構成する場合、その結合を容易に行なう
ことができる。
と同じく、簡素な構成で大きな回転変位を得ることがで
きる。又、単体の微細変位機構を複数結合して複数軸の
微細変位機構を構成する場合、その結合を容易に行なう
ことができる。
第４図は本発明の第４の実施例に係る微細変位機構の側
面図である。図で、第３図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。16′は圧電素子16と同
一の第２の圧電素子、50a′,50b′は弾性ヒンジ、51
a′,51b′は圧電素子16′を支持する支持剛体である。
弾性ヒンジ50a′,50b′は弾性ヒンジ50a,50bと同一であ
り、又、支持剛体51a′,51b′は支持剛体51a,51bと同一
である。本実施例は、第２の実施例が第１の実施例のも
のに対してさらに圧電素子６′、その支持剛体41a′,41
b′、弾性ヒンジ40a′,40b′を対称位置に付加したのと
同様に、第３の実施例のものに対してさらに圧電素子1
6′、その支持剛体51a′,51b′および弾性ヒンジ50a′,
50b′を付加したものである。そして、本実施例のもの
も、変位拡大率は第３の実施例と同じくb/aであるが、
点Q2における力は第３の実施例の場合の力の２倍とな
る。さらに、圧電素子、支持剛体、弾性ヒンジより成る
各組の配置位置が対称的でなく、又は圧電素子が同一で
なくてもよい点も第２の実施例のものと同様である。
面図である。図で、第３図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。16′は圧電素子16と同
一の第２の圧電素子、50a′,50b′は弾性ヒンジ、51
a′,51b′は圧電素子16′を支持する支持剛体である。
弾性ヒンジ50a′,50b′は弾性ヒンジ50a,50bと同一であ
り、又、支持剛体51a′,51b′は支持剛体51a,51bと同一
である。本実施例は、第２の実施例が第１の実施例のも
のに対してさらに圧電素子６′、その支持剛体41a′,41
b′、弾性ヒンジ40a′,40b′を対称位置に付加したのと
同様に、第３の実施例のものに対してさらに圧電素子1
6′、その支持剛体51a′,51b′および弾性ヒンジ50a′,
50b′を付加したものである。そして、本実施例のもの
も、変位拡大率は第３の実施例と同じくb/aであるが、
点Q2における力は第３の実施例の場合の力の２倍とな
る。さらに、圧電素子、支持剛体、弾性ヒンジより成る
各組の配置位置が対称的でなく、又は圧電素子が同一で
なくてもよい点も第２の実施例のものと同様である。
本実施例は上記の構成としたことにより、第３の実施例
と同じ効果を奏するばかりでなく、変位に際してより大
きな力を確保することができる。
と同じ効果を奏するばかりでなく、変位に際してより大
きな力を確保することができる。
なお、上記各実施例の説明では、２つの剛体部を連結す
る部材として平板状剛体を例示し、又、変位発生素子と
して圧電素子を例示して説明したが、これらがそれぞれ
平板状剛体、圧電素子に限るものでないことは既に述べ
た。又、上記各実施例の説明では、変位発生素子を支持
する支持剛体を、弾性ヒンジを介して他と連結する例を
説明したが、このような弾性ヒンジは、本発明の変位対
象となる微小変位の範囲では省いても実質的に何等の不
都合をも生じない場合があり、この場合は当然上記支持
剛体を直接他へ連結することができる。
る部材として平板状剛体を例示し、又、変位発生素子と
して圧電素子を例示して説明したが、これらがそれぞれ
平板状剛体、圧電素子に限るものでないことは既に述べ
た。又、上記各実施例の説明では、変位発生素子を支持
する支持剛体を、弾性ヒンジを介して他と連結する例を
説明したが、このような弾性ヒンジは、本発明の変位対
象となる微小変位の範囲では省いても実質的に何等の不
都合をも生じない場合があり、この場合は当然上記支持
剛体を直接他へ連結することができる。
以上述べたように、本発明では、既存の連結用剛体リン
クとその両端の弾性ヒンジを変位拡大機構として利用す
るようにしたので、簡素な構成で大きな変位を得ること
ができる。又、変位拡大の機構が領域内に収納されて外
部に突出することがないので、単体の微細変位機構を複
数結合して複数軸の微細変位機構を構成する場合、その
結合を容易に行なうことができる。
クとその両端の弾性ヒンジを変位拡大機構として利用す
るようにしたので、簡素な構成で大きな変位を得ること
ができる。又、変位拡大の機構が領域内に収納されて外
部に突出することがないので、単体の微細変位機構を複
数結合して複数軸の微細変位機構を構成する場合、その
結合を容易に行なうことができる。
第１図、第２図、第３図および第４図はそれぞれ本発明
の第１、第２、第３、第４の実施例に係る微細変位機構
の側面図、第５図（ａ），（ｂ）、第６図（ａ），
（ｂ）はそれぞれ従来の微細変位機構の側面図、第７図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は弾性ヒンジの側面図および動
作説明図である。 1,2,11,12……剛体部、6,6′,16,16′……圧電素子、2
1,31……平板状剛体、22,32,40a,40b,40a′,40b′,50a,
50b,50a′,50b′……弾性ヒンジ。
の第１、第２、第３、第４の実施例に係る微細変位機構
の側面図、第５図（ａ），（ｂ）、第６図（ａ），
（ｂ）はそれぞれ従来の微細変位機構の側面図、第７図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は弾性ヒンジの側面図および動
作説明図である。 1,2,11,12……剛体部、6,6′,16,16′……圧電素子、2
1,31……平板状剛体、22,32,40a,40b,40a′,40b′,50a,
50b,50a′,50b′……弾性ヒンジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 星野 吉弘 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭61−243511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−175387（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−81606（ＪＰ，Ｕ)
Claims (5)
- 【請求項１】第１の剛体部と、第２の剛体部と、これら
第１の剛体部と第２の剛体部を弾性ヒンジを介して連結
する少なくとも２つの連結用剛体リンクとを備えた微細
変位機構において、前記第１の剛体部および前記第２の
剛体部のうちの少なくとも一方と前記連結用剛体リンク
のうちの少なくとも１つとの間に変位発生素子を連結し
たことを特徴とする微細変位機構。 - 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
連結用剛体リンクは、互いに平行に配置されていること
を特徴とする微細変位機構。 - 【請求項３】特許請求の範囲第（１）項において、前記
連結用剛体リンクは、所定軸に関して放射状に配置され
ていることを特徴とする微細変位機構。 - 【請求項４】特許請求の範囲第（１）項において、前記
変位発生素子は、圧電素子であることを特徴とする微細
変位機構。 - 【請求項５】特許請求の範囲第（１）項において、前記
変位発生素子は、前記第１の剛体部および前記連結用剛
体リンクに弾性ヒンジを介して連結されていることを特
徴とする微細変位機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62210190A JPH071458B2 (ja) | 1987-08-26 | 1987-08-26 | 微細変位機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62210190A JPH071458B2 (ja) | 1987-08-26 | 1987-08-26 | 微細変位機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6454515A JPS6454515A (en) | 1989-03-02 |
| JPH071458B2 true JPH071458B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=16585273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62210190A Expired - Lifetime JPH071458B2 (ja) | 1987-08-26 | 1987-08-26 | 微細変位機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071458B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2614662B2 (ja) * | 1989-07-20 | 1997-05-28 | 日立建機株式会社 | 微動機構 |
| JPH0340896U (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-19 | ||
| WO2010079580A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | Ntn株式会社 | マイクロインジェクション装置および方法 |
| JP5612440B2 (ja) * | 2009-12-03 | 2014-10-22 | Tdk株式会社 | ヘッドアセンブリ、磁気ディスク装置及び回動機構 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5881606U (ja) * | 1981-11-27 | 1983-06-02 | 株式会社日立製作所 | 微小変位駆動装置 |
| JPS59175387A (ja) * | 1983-03-24 | 1984-10-04 | Nec Corp | 機械的増幅機構 |
| JPH07109566B2 (ja) * | 1985-04-20 | 1995-11-22 | 洋太郎 畑村 | 微細位置決め装置 |
-
1987
- 1987-08-26 JP JP62210190A patent/JPH071458B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6454515A (en) | 1989-03-02 |
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