JPH10118874A - 微小距離駆動機構 - Google Patents

微小距離駆動機構

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JPH10118874A
JPH10118874A JP30107096A JP30107096A JPH10118874A JP H10118874 A JPH10118874 A JP H10118874A JP 30107096 A JP30107096 A JP 30107096A JP 30107096 A JP30107096 A JP 30107096A JP H10118874 A JPH10118874 A JP H10118874A
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JP
Japan
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driving
drive mechanism
drive
driving mechanism
piezoelectric element
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Application number
JP30107096A
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English (en)
Inventor
Masaru Tanaka
勝 田中
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Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡素で製作し易く、応答性が速くて正
確かつ剛性の高い微小距離駆動機構の提供。 【解決手段】 基準面11aを有する固定台11と中間
移動台12との間に、4個の圧電素子13a〜13dを
四隅に配設して第1駆動機構10Aを構成し、中間移動
台12と移動台14との間に4個の圧電素子15a〜1
5dを配設して第2駆動機構10Bを構成した強固な2
階建て構造とし、第1駆動機構10Aの各圧電素子の伸
縮で中間移動台12を傾斜させ、第2駆動機構10Bの
各圧電素子の伸縮で移動台の傾斜を補正することによる
基準面11aと平行面内における駆動・位置決めと、各
駆動機構の4個で1組の圧電素子を2組同時に又は1組
だけ等量伸縮することによる基準面11aと直角な方向
の駆動位置決めとを重量させて移動台14の三次元の駆
動・位置決めを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は精密加工装置や半導
体製造装置などの精密位置決めテーブルとして用いる二
次元又は三次元位置決め装置の微小距離駆動機構に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、微小距離駆動機構として図5に示
す公知の技術がある。このものは、弾性体を切り抜きし
て平行ばね要素を形成したガイド枠1に、圧電素子又は
磁歪素子等からなるX軸アクチュエータ4,Y軸アクチ
ュエータ3,Z軸アクチュエータ2を組み込み、各アク
チュエータ2,3,4にそれぞれ目的に応じた信号を送
って伸縮させることにより、X軸方向は7の部分、Y軸
方向は6の部分、Z軸方向は5の部分がそれぞれ平行ば
ねとして歪み基準となる固定端1aに対して移動端1b
を変位させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた図
5に示す公知の技術は、ガイド枠1の形状が複雑で加工
し難く製作に手間がかかり、製作費が高くなるとともに
弾性体であるため剛性不足になり易いという問題を有し
ている。本発明は従来の技術の有するこのような問題点
に鑑みなされたものであり、その目的とするところは製
作が容易で剛性の高い微小距離駆動機構を提供しようと
するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の微小距離駆動機構は、基準となる面を有する
固定台と中間移動台との間に伸縮軸を直角にして配設さ
れた少なくとも3個の微小伸縮可能な第1駆動部材と、
前記中間移動台と移動台との間に伸縮軸を直角にして配
設された少なくとも3個の微小伸縮可能な第2駆動部材
と、前記第1駆動部材と第2駆動部材とを同期して制御
する駆動制御手段とからなり、第1及び第2の各駆動部
材を同時にそれぞれ伸縮させ中間移動台を傾斜させると
ともにこの傾斜を補うように移動台を傾斜させることに
よる基準面と平行方向の駆動・位置決めと全駆動部材又
は第1駆動部材或いは第2駆動部材を同時に等量伸縮さ
せることによる基準面と直角方向の駆動・位置決めとを
重量させて三次元の任意の方向に移動台の駆動・位置決
めを可能にしたものである。また第1駆動部材及び第2
駆動部材は圧電素子であるものである。また、第1駆動
部材及び第2駆動部材は磁歪素子であるものである。
【0005】上述のように構成されている微小距離駆動
機構によれば、第1駆動部材と第2駆動部材、例えば第
1圧電素子と第2圧電素子とを同期して駆動するとこに
より、微小な範囲内において移動台を基準面と平行な面
内と、基準面と直角な方向との三次元方向に任意に高
速,正確に駆動可能で、構造が簡素なだけ故障が少な
く、剛性に優れ製作費が安いという利点を有している。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1の微小
距離駆動機構の斜視図、図2の断面図、図3の駆動位置
決め制御の動作説明図、図4の駆動制御装置のブロック
線図にもとづいて説明する。尚、全図とも微小距離駆動
機構のカバーは省略されている。
【0007】図1において、本発明の微小距離駆動機構
10は基準となる面11aを有するほぼ正方形の固定台
11と、これと同形状の中間移動台12との間の四隅部
分に複数個、本実施例では4個の第1駆動部材13a,
13b,13c,13dが固定台11の基準面11aに
対してそれぞれ伸縮軸を直角にして配設されており、固
定台11と中間移動台12とが4個の第1駆動部材13
a,13B,13c,13dを介して上下に強固に連結
された剛性のある第1駆動機構10Aが構成されてい
る。
【0008】更に中間移動台12とこれと同形状の移動
台14との間の四隅部分にも4個の第2駆動部材15
a,15b,15c,15dが第1駆動部材13a,1
3b,13c,13dと同様に基準面11aに対してそ
れぞれ伸縮軸を直角にして配設されており、中間移動台
12と移動台14とが第2駆動部材15a,15b,1
5c,15dを介して強固に連結された剛性のある第2
駆動機構10Bが第1駆動機構10Aに隣接して構成さ
れている。
【0009】第1駆動部材13a,13b,13c,1
3d及び第2駆動部材15a,15b,15c,15d
は軸方向に伸縮制御可能なものが使用され、例えば公知
の圧電素子又は磁歪素子などの駆動素子を使用すること
ができる。圧電素子はチタン酸バリウム結晶のような材
料からなるセラミックブロックで、ピエゾ効果による歪
の向きを軸方向に揃えた単位素子を電極板を介して複数
個積層した構造のものである。
【0010】そして後述の駆動制御装置20により駆動
信号に基づいた作動電圧を各電極板に印加すれば、その
電圧に応じて圧電素子全体の軸方向長さが正確に制御で
き、その応答性は従来のボールねじなどによるサーボ機
構に比較して1桁以上高い応答性(数100ヘルツから
数キロヘルツ)と剛性とが得られる。
【0011】また磁歪素子は磁性体が磁化されたときに
僅かに変形する磁歪特性を利用したもので、圧電素子が
素子に印加される電圧に応じて伸縮するのと同じよう
に、素子に印加される磁場の強さに応じて伸縮するもの
であり、素子に巻かれたコイルに流れる電流を制御する
ことにより伸縮を制御する。これにより、圧電素子と同
様な効果を得ることができる。
【0012】次いで本発明の微小距離駆動機構10の駆
動・位置決め制御の原理を、図2,図3のX・Z平面上
における断面図によって説明する。先ず、移動台14の
X方向の駆動・位置決め制御について説明する。図3に
示すように第1駆動機構10Aの4個の駆動素子、例え
ば圧電素子のうち右側の2個13a,13bをαL1 だ
け伸長し、左側の2個13c,13dをαL1 だけ縮小
させる。これにより中間移動体12は点P1を中心にα
θだけ図示する方向(右下がり)に傾斜し、これに伴っ
て第2駆動機構10Bの移動台14が図で仮想線に示す
位置に傾斜する。
【0013】そこで、これと同時に第2駆動機構10B
の4個の圧電素子のうち右側の2個15a,15bをα
L2 だけ縮小し、左側の2個15c,15dをαL2 だ
け伸長させる。こうすれば移動台14の仮想線で示す傾
斜が補正され、移動台14の表面14aはX軸と平行す
なわち基準面11aと平行となる。
【0014】このとき移動台14の基準点P2は移動長
さLX だけX軸方向に変位した位置に位置決めされてい
る。この移動長さLX は次の1式により求めることがで
きる。 LX =L2 ・αθ・・・・・・・1式 但しL2 =P1 ,P2 間の長さである。
【0015】また、第2駆動機構10Bの圧電素子15
a,15bと15c,15dの伸縮長さαL2 は次の2
式の関係より求めることができる。 αθ=2・αL1 /D=2・αL2 /D2 ・・・・・・2式 但し、αL1 =第1駆動機構10Aの圧電素子13a,
13bと13c,13dの伸縮長さ、D1 =第1駆動機
構10Aの圧電素子の軸間距離、D2 =第2駆動機構1
0Bの圧電素子の軸間距離である。
【0016】以上はX方向の駆動・位置決め制御につい
て述べたがY軸方向の駆動・位置決め制御もほぼ同じ
で、各圧電素子の伸縮の組合わせを変更することで実現
できる。具体的には第1駆動機構10Aの圧電素子の1
3a,13bの組合せを13a,13c、13c,13
dの組合せを13b,13dとし、第2駆動機構10B
の圧電素子の15a,15bの組合せを15a,15
c、15c,15dの組合せを15b,15dとすれば
よい。また、第1駆動機構10A,第2駆動機構10B
のそれぞれ4個で1組の圧電素子を2組又は1組同時に
等量同じ方向に伸縮すればZ軸方向の位置決めが可能で
ある。
【0017】よって上述のX,Y,Z方向の移動量を重
量させ、結果として得られた各圧電素子の伸縮量を指令
値として後述の駆動制御装置20によりその制御電圧を
各圧電素子に印加すれば、基準位置P2 は微小距離駆動
機構10の動作範囲内において任意の位置に自由に駆動
位置決め制御可能である。
【0018】図4は第1駆動機構10Aと第2駆動機構
10Bとの各圧電素子を伸縮制御する駆動制御装置20
のブロック線図である。移動量入力部21は目標とする
X・Y・Z方向の微小移動量を入力する部分、各圧電素
子の伸縮量算出部22は入力された移動量から、各圧電
素子のそれぞれの伸縮量(L)を算出する部分、L/E
変換部23は求めた各圧電素子の伸縮量(L)をこれを
実現するための電圧量(E)に変換する部分、供給電圧
出力部24はL/E変換部23からの信号にもとづいて
微小距離駆動機構10の各圧電素子に直流電圧を出力す
る部分である。
【0019】従って、上述の駆動制御装置20を使用す
れば目標とするX・Y・Z方向の移動量さえ入力すれ
ば、自動的に各圧電素子が伸縮して移動台14の表面1
4aを目標とする移動位置に駆動・位置決めすることが
できる。
【0020】
【発明の効果】本発明の微小距離機構は上述のとおり構
成されているので、次に記載する効果を奏する。基準面
を有する固定台と中間移動台、及び中間移動台と移動台
とを圧電素子又は磁歪素子で連結した2階建て駆動構造
としたので、構造が単純なだけ製作が容易で故障が少な
く、正確かつ高剛性・高応答性の微小距離駆動機構が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微小距離駆動機構の斜視図である。
【図2】本発明の微小距離駆動機構のX・Y・Z平面上
における断面図である。
【図3】本発明の微小距離駆動機構のX・Y・Z平面上
における動作説明用断面図である。
【図4】駆動制御装置のブロック線図である。
【図5】従来の技術の微小距離駆動機構の断面図であ
る。
【符号の説明】
10 微小距離駆動機構 10A 第1駆動機構 10B 第2駆動機構 11 固定台 11a 基準面 12 中間移動台 13a〜13d 第1駆動機構の圧電素子 14 移動台 14a 表面 15a〜15d 第2駆動機構の圧電素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 41/12 H01L 41/08 C

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準となる面を有する固定台と中間移動
    台との間に伸縮軸を直角にして配設された少なくとも3
    個の微小伸縮可能な第1駆動部材と、前記中間移動台と
    移動台との間に伸縮軸を直角にして配設された少なくと
    も3個の微小伸縮可能な第2駆動部材と、前記第1駆動
    部材と第2駆動部材とを同期して制御する駆動制御手段
    とからなり、第1及び第2の各駆動部材を伸縮させ三次
    元の任意の方向に移動台の駆動・位置決めを可能にした
    ことを特徴とする微小距離駆動機構。
  2. 【請求項2】 第1駆動部材及び第2駆動部材は圧電素
    子である請求項1に記載の微小距離駆動機構。
  3. 【請求項3】 第1駆動部材及び第2駆動部材は磁歪素
    子である請求項1に記載の微小距離駆動機構。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004054082A1 (ja) * 2002-12-10 2004-06-24 Sony Corporation 高分子アクチュエータ
CN1293988C (zh) * 2003-06-05 2007-01-10 发那科株式会社 显微定位装置和工具位置/方向修正方法
JP2009224459A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Bondtech Inc 位置決め装置

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