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JPH071452B2 - Fine positioning device - Google Patents

Fine positioning device

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
Application number
JP62060087A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63226709A (en
Inventor
敦子 原
浩一 杉本
正之 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP62060087A priority Critical patent/JPH071452B2/en
Publication of JPS63226709A publication Critical patent/JPS63226709A/en
Publication of JPH071452B2 publication Critical patent/JPH071452B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable 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
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs

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。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fine positioning apparatus used for a semiconductor manufacturing apparatus, an electron microscope, or any other apparatus requiring adjustment on the order of sub μm.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
In recent years, in various technical fields, a device capable of fine displacement adjustment on the order of sub-μm has been demanded. Typical examples are semiconductor manufacturing equipment such as mask aligners used in LSI (large-scale integrated circuit) and VLSI manufacturing processes, and electron beam lithography equipment. In these devices,
Submicron-order fine positioning is required, and as the positioning accuracy improves, the degree of integration increases, and high-performance products can be manufactured. Such fine positioning is necessary not only in the above-mentioned semiconductor device but also in various high-magnification optical devices such as electron microscopes. Will greatly contribute to the development of.

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。
Conventionally, such a fine positioning device is disclosed, for example, in "Mechanical Design" magazine, Vol. 27, No. 1 (January 1983), pages 32 to 32.
Various types as shown on page 36 and Japanese Patent Publication No. 57-50
The type described in Japanese Patent 433 has been proposed. The former fine positioning device is configured such that a fine movement table is connected to a support base by two parallel plate springs, and the fine movement table is pressed and driven by an actuator to displace it in translation. In the latter fine positioning device, a plurality of bimorph-type piezoelectric elements are radially provided between a cylindrical central fixing portion and a ring-shaped stage surrounding the central fixing portion, and by driving the bimorph-type piezoelectric elements. The stage is configured to be rotationally displaced.

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。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-209846 proposes a parallel flexural beam displacement mechanism for generating a translational displacement and a radial flexural beam displacement mechanism for generating a rotational displacement as a fine positioning device. The parallel flexible beam displacement mechanism connects the central rigid body part and the rigid body parts on both sides with parallel flexible beams, and installs an actuator between the central rigid body part and the rigid body parts on both sides to drive this actuator. By doing so, the rigid body portion in the center is translated and displaced. In addition, the radial flexible beam displacement mechanism connects the central rigid body portion and the rigid body portions on both sides thereof with the flexural beams extending radially, and an actuator is provided between the central rigid body portion and the rigid body portions on both sides. By driving the actuator, the central rigid body portion is rotationally displaced.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

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。
The above-mentioned conventional fine positioning device can obtain translational displacement in one axis direction and rotational displacement about one axis, respectively.
It is not possible to obtain translational displacements and rotational displacements of translational 3 axes and rotational 3 axes, and in order to obtain such displacements, a plurality of the fine positioning devices must be stereoscopically combined in series or in parallel. However, when a plurality of units are combined in this way, the load of one unit affects the displacement of the other unit, and the positioning accuracy decreases.

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。
FIG. 5 is a side view for explaining the principle of the 6-axis fine positioning device combined in parallel. In the figure, reference numeral 1 is a plate-shaped fixing member having high rigidity, and 2 is a fine movement table made of a flat plate member having high rigidity, on which an object to be positioned is placed. Reference numeral 3 is a drive link member for connecting between the fixed member 1 and the fine movement table 2, and is constituted by parallel connection of six drive link members 31 to 36 in this embodiment.

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。
The drive link members 31 to 36 have high rigidity with respect to a force or moment in one defined direction,
It has the specification that it can freely flex for forces or moments in other directions, and has the function of being able to drive in one direction defined above. By providing six such drive link members, a fine positioning device having six degrees of freedom (positions of three orthogonal axial components and rotational components around these axes are possible) can be obtained. However, also in this case, unless the drive link members are properly arranged, mutual interference occurs between the drive link members.

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。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the conventional technology,
It is to provide a 6-axis fine positioning device having high positioning accuracy.

[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。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a fixing member, a fine movement table, and six drive link members mounted between the fixing member and the fine movement table. , A fine positioning device that generates translational displacements and rotational displacements with respect to a first axis, a second axis, and a third axis that are orthogonal to each other, in each of the drive link members, high only for a force in a specific direction. A translational drive link member having rigidity and driven in the specific direction by an actuator, and a rotary drive link member having high rigidity only with respect to a moment around a specific axis and driven by the actuator around the specific axis are used. The translational drive link member and the rotary drive link member are arranged to face each other along the first axial direction and the second axial direction, and The translational drive link member and the rotary drive link member are arranged along the third axial direction.

[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。
[Operation] When the actuator is driven, the translational drive link member or the rotary drive link member is displaced in that direction, and this displacement is transmitted to the fine movement table. When one translational drive link member or rotary drive link member is displaced, the other translational drive link member or rotary drive link member is bent, so that the displacement of the fine movement table is not hindered, and mutual interference between the drive link members is extremely high. Less.

[実施例] 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated examples.

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。
First, the beat link member used in the embodiment of the present invention will be described.

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。
2 (a), (b) and (c) are perspective views of elements used for the drive link member. The element shown in FIG. 2 (a) is a prismatic hinge 3a. The prismatic hinge 3a is a highly rigid prism, it is achieved by making the two cutout portions 3a 3 of opposing U-shaped. Reference numerals 3a 1 and 3a 2 denote rigid portions on both sides of the cutout portion 3a 3 , and reference numeral 3a 4 denotes a thin portion formed by the two cutout portions 3a 3 . A passes through the center of the thinnest portion of the thin portion 3a 4, showing the axis parallel to the wall of the thin portion 3a 4. This prismatic hinge 3
a is fixed on one of the rigid body portions 3a 1 and 3a 2 , for example, the rigid body portion 3a 1 , and when a force component in the direction of arrow B orthogonal to the axis A is applied to the other rigid body portion 3a 2 , the rotation is about the axis A. It produces a moving flexure. However, it has high rigidity with respect to other force components and all moment components.

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。
The above "deflection" is a very fine range of deflection. Similarly, "deflection" and "rotation" in the following sentences are considered to be extremely fine ranges.

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。
The element shown in FIG. 2 (b) is a cylindrical hinge 3b. The cylindrical hinge 3b is a rigid cylindrical, constructed by making notch 3b 3 of V-shaped cross section. 3b 1 and 3b 2 are rigid portions on both sides of the cutout portion 3b 2 , and 3b 4 is a very small diameter portion formed by the cutout portion 3b 3 . A indicates an axis passing through the centers of the rigid body portions 3b 1 and 3b 2 and the minimum diameter portion 3b 4 . In the cylindrical hinge 3b, one of the rigid portion 3b 1, 3b 2, for example, a rigid portion 3b 1 is fixed and the other rigid part 3b 2 added moment component about the axis A, the rigid portion 3b 2 the axis A Rotate around.
Further, the small diameter portion 3b 4 pole Adding force component perpendicular to the axis A to the rigid portion 3b 2 produces a deflection. However, it has high rigidity with respect to other moment components and force components in the axis A direction.

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
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。
The element shown in FIG. 2 (c) is a leaf spring member 3c. The leaf spring member 3c is a highly rigid prism constructed by making two notches 3c 3 of opposing concave. 3c 1 , 3
c 2 is a rigid body portion on both sides of the cutout portion 3c 3 , and 3c 4 is a thin plate portion formed by the cutout portion 3c 3 . A indicates an axis passing through the centers of the rigid body portions 3c 1 and 3c 2 and the thin plate portion 3c 4 , and B indicates an axis passing through the center of the thin plate portion 3c 4 and orthogonal to the axis A. This leaf spring member 3c
Is one of the rigid body portions 3c 1 and 3c 2 , for example, the rigid body portion 3c 1 is fixed,
Deflection occurs about the axis B when the other of the rigid portion 3c 2 added moment around axis B. Further, when a force component in the direction orthogonal to the axes A and B is added, the rigid body portions 3c 1 and 3c 2 are relatively displaced in the force component direction. It has high rigidity for other force components and all moment components. This characteristic is the same as that of two prismatic hinges connected in series as shown in FIG.

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。
The three examples of the elements used for the drive link member have been described above. The drive link member is configured by appropriately selecting and using these elements or other elements.
Next, two such drive link members will be described as examples.

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。
3 (a) and 3 (b) are side views of the driving liquid member used in this embodiment. 3 (a, 3b is a cylindrical hinge shown in FIG. 2 (b), 3d is a translational joint, and the translational joint 3d and the cylindrical hinges 3b on both sides thereof are connected about an axis A. Although 3b has only three degrees of freedom as described in the explanation of FIG. 2 (b) when it is one, if two of these are connected in series, the force in the two axial directions orthogonal to the axial direction A is obtained. The component causes lateral displacement, so that it is rigid only with respect to the force component in the direction of the axis A,
A hinge having five degrees of freedom is formed, which is soft with respect to other force components and moment components. The translational drive joint 3d is formed by stacking piezo elements, and expands and contracts in the axis A direction, that is, in the rigid component direction by applying a voltage.

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。
In the figure, the upper cylindrical hinge 3b is connected to the fine movement table 2 shown in FIG. 5, and the lower cylindrical hinge 3b is connected to the fixing member 1.

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。
Now, assuming that the fine movement table 2 is not subject to any other mechanical restraint, when a desired voltage is applied to the translational drive joint 3b of this drive link member, each cylinder is moved as described above. Since the hinge 3b has high rigidity in the axis A direction, the fine movement table 2 is displaced in the axis A direction by an amount proportional to the voltage. On the contrary, when a load acts on the fine movement table 2, this drive link member can be flexed freely by the upper and lower cylindrical hinges 3b with respect to load components other than the force component in the direction of the axis A. The fine movement table 2 is not restricted by the load component.

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。
Next, the drive link member shown in FIG. 3 (b) will be described. In this figure, 3a is a prismatic hinge shown in FIG. 2 (a), and five of them are arranged. The center axis of deflection of each prismatic hinge 3a is, in order from the upper prismatic hinge in the figure, an axis parallel to the paper surface, an axis perpendicular to the paper surface, an axis perpendicular to the paper surface, and an axis parallel to the paper surface, and finally to the left. That of the prism hinge projecting toward one side is an axis parallel to the axis A shown in the figure. That is, the second
Two prismatic hinges shown in FIG. 7A are combined in series in the same direction, and two combinations of these two hinges are combined in series by changing the direction at a right angle. This configuration has a force in the direction of axis A,
It is rigid only in two directions of the moment around the axis A, and has four degrees of freedom that are flexible with respect to other forces and moments.

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)。
The translational joint 3e is further connected to this in series. The translational joint 3e includes rigid body portions 3e 1 and 3e 2 and these rigid body portions 3e.
It is composed of a plurality of parallel thin-walled portions 3e 3 that connect e 1 and 3e 2 . The translation Jiyointo 3e when force in the axial direction A is applied, can be deflected in the axial direction A by the thin portion 3e 3 bends. It exhibits high rigidity with respect to other loads. The translational joint 3e and four of the prismatic hinges 3a are connected about the axis A as shown in the figure, and the other one
The two prismatic hinges 3a are connected to the prismatic hinges 3a at the lower end at right angles to the axis A. In connecting the translation joints 3e, the rigid body portion 3e 1 is connected to one prismatic hinge 3a, and the rigid body portion 3e 2 is connected to the other prismatic hinge 3a. In the figure, the upper prism hinge 3a is attached to the fine movement table 2 shown in FIG.
The rectangular pillar hinges 3a linked to each other at a right angle below are connected to the fixing member 1 (note that the connection relationship may be reversed).

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。
Now, assuming that the fine movement table 2 is not subjected to any mechanical restraint, the prismatic hinge 3a connected to the drive link member at a right angle by an actuator (not shown).
When flexed, a moment about the axis A is generated in this drive link member. This moment is transmitted to the fine movement table 2 as it is because the other prism hinge 3a and the translational joint 3e have high rigidity with respect to the moment around the axis A, and the fine movement table 2 is rotationally displaced about the axis A. On the contrary, when a load is applied to the fine motion table 2, this drive link member can freely flex with respect to the load components other than the moment component around the axis A by the prismatic hinges 3a and the translation hinges 3e. Do not restrain Table 2.

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。
The configuration of the two drive link members has been described above.
Other than these, various configurations using various elements are conceivable, and are not limited to the above two examples.

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。
As shown in FIG. 5, such six drive link members 31
By appropriately connecting the fine movement table 2 and the fixed member 1 in parallel with each other by selectively driving the hinges or joints of the drive link members 31 to 36, the fine movement table 2 can be moved in any direction by any amount. It is possible to displace only. The condition in this case is only that drive links of the same type of translation or rotation are not arranged on the same axis line, and other than this, they may be connected in any direction.

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。
However, when the driving action axes of the drive links are arranged obliquely to each other as shown in FIG. 5, the driving of one drive link interferes with the driving force of the other drive link, and the translation of these six drive links occurs. Since the fine movement stage 2 is driven as a result of the mutual interference between the rotation and the rotation, the calculation of the control becomes extremely complicated. In addition, the setting of the initial value must be performed accurately, and the change of the initial value of one drive link inevitably causes the change of the initial value of the other drive link. It is difficult to drive the position accurately.

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。
In order to solve this, if the drive links are arranged so that the directions of the drive action lines of the above-mentioned six drive links individually correspond to three translation axes and rotation axes that are orthogonal to each other, the drive links Mutual interference can be minimized.

ここで、本発明の実施例を説明する。Here, an example of the present invention will be described.

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。
FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of a fine positioning apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a fixing member having high rigidity, and 22 is a fine movement table having high rigidity. 231-2
Reference numeral 36 denotes a drive link member connected between the fixed member 21 and the fine movement table 22. x, y, z indicate coordinate axes set in this fine positioning device. The drive link members 232 and 235 are arranged along the x axis, the drive link members 233 and 236 are arranged along the y axis, and the drive link member 231 is arranged on the lower surface of the fine motion table 22 along the z axis direction. Are arranged along the z-axis. The drive link members 232, 234, 236 are translational drive links having the structure shown in FIG. 3 (a), and the drive link members 231, 233, 235 are rotary drive links having the structure shown in FIG. 3 (b).

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。
With such a configuration, first, the translational drive links 232, 236, 23
Since 4 is arranged along the x-axis, the y-axis, and the z-axis which are orthogonal to each other, the translational drive of any one of the translational drive links does not affect the other translational drive links. In addition, since translational drive does not generate a moment, the rotary drive link 23
Does not affect 5,233,231. Rotary drive link 235,233
Are arranged so as to match the x-axis, the y-axis, and the z-axis, respectively, and the rotary drive links 231 are arranged along the z-axis direction and generate moments about axes orthogonal to each other, so that they interfere with each other. Moreover, since the translation drive link is soft except for the translation direction, it is not affected by the moment.

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。
With this configuration, in the present embodiment, displacements in one axis direction or around one axis can be obtained by driving one drive link member, that is, one degree of freedom and one drive link member can be driven. It is possible to make a one-to-one correspondence, which facilitates control and reduces the reduction in accuracy due to a mechanical error.

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。
Even if the translational drive link and the rotary drive link are arranged in a relationship other than the above, displacement of six axes can be performed. This will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram in which drive links of the same type are arranged on the lower surface of the fine movement table. In the figure, 231 ', 23
4'is a drive link of the same kind, L is these drive links 231 ',
A line on which 234 'is arranged, for example, the x-axis is shown. Further, the illustration of the drive link of the other shaft is omitted.

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。
If the drive links 231 'and 234' are rotary drive links, when one of the two rotary drive links is rotationally driven, a moment about the z axis acts on the fine movement stage to rotate it. The same applies when the two rotary drive links are both driven to rotate in the same direction. When the two rotational drive links generate rotational moments in opposite directions, z
The moment about the axis is canceled and translation occurs in a direction perpendicular to the line L connecting the two rotary drive links 231 'and 234'. In other words, uniaxial rotation and uniaxial translational displacement can be realized by the two rotary drive links arranged in parallel. In this case, assuming that the line L is the x-axis as the drive link of the other axis, the translational drive link and the rotary drive link are opposed to each other along the x-axis, and the translational drive links are provided along the y-axis and the z-axis, respectively. become.

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。
When the two rotary drive links 231 'and 234' are replaced with two translation drive links, translation (when the two are extended / contracted in the same direction) and rotation about an axis perpendicular to the line L (two extension / contraction) When reversed) and occur. In this case, assuming that the line L is the x-axis as the drive link of the other axis, the translational drive link and the rotary drive link are opposed to each other along the x-axis,
One translational drive link along the y-axis and one along the z-axis
Two rotary drive links will be provided.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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。
As described above, in the present invention, the translational drive link member and the rotary drive link member are arranged facing each other along the two axial directions between the fixed member and the fine movement table, and the translational drive link member and the rotary drive link member are arranged. Since the link members are arranged along the other axial directions, 6-axis positioning can be performed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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。
FIG. 1 is a schematic view of the configuration of a fine positioning device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b), and (c) are perspective views of the elements used in the drive link member shown in FIG. 3 (a) and 3 (b) are side views of the drive link member shown in FIG. 1, FIG. 4 is a view showing another arrangement example of the drive link, and FIG. 5 is a parallel coupling type fine positioning device. It is a side view showing an example of. 1,11,21 …… Fixing member, 2,12,22 …… Fine table, 31〜
36,131-133,231-236,231 ', 234' ... Drive link member.

───────────────────────────────────────────────────── 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) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-60-155394 (JP, A) JP-A 61-159349 (JP, A) JP-A 60-52230 (JP, A) JP-A 62- 88008 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A fixing member, a fine movement table, and six drive link members mounted between the fixing member and the fine movement table, the first shaft, the second shaft, and the third shaft being orthogonal to each other. In a fine positioning device for generating each translational displacement and each rotational displacement about the axis of the above, each drive link member has a high rigidity only against a force in a specific direction, and the translational drive link is driven in the specific direction by an actuator. A member and a rotary drive link member that has high rigidity only with respect to a moment about a specific axis and is driven around the specific axis by an actuator are used, and the members are provided along the first axial direction and the second axial direction. Respectively, the translational drive link member and the rotary drive link member are arranged so as to face each other, and the translational drive link member and the translational drive link member are arranged along the third axial direction. Fine positioning apparatus characterized in that a and the rolling drive link member.
【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。
2. The translational drive link member according to claim 1, wherein the translational drive link member has a plurality of cylindrical hinges having high rigidity only against a force in the specific direction, and is interposed between the cylindrical hinges. A fine positioning device comprising an actuator driven in the specific direction.
【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。
3. The rotary drive link member according to claim 1, wherein the rotary drive link member has a prismatic hinge having high rigidity with respect to loads other than the moment in the specific direction along one axis. While connecting multiple so that the direction does not match the axis and the specific direction is different,
A translational joint having high rigidity against a load other than the force in the axial direction is coupled to the prismatic hinge along the axis, and the prismatic hinge in which the axial direction is displaced from the axis is the specific direction is the axis. Connect to the end of the connecting member along
Further, a fine positioning device comprising an actuator that bends a prismatic hinge connected to the end portion.
【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。
4. A fine positioning device according to any one of claims (1) to (3), wherein the actuator is a laminated piezoelectric element.
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JPS6052230A (en) * 1983-09-02 1985-03-25 Omron Tateisi Electronics Co Minutely moving stage mechanism
JPS60155394A (en) * 1984-01-25 1985-08-15 住友電気工業株式会社 Wrist mechanism of robot
JPH06105416B2 (en) * 1985-10-14 1994-12-21 株式会社日立製作所 Multi-DOF space fine movement mechanism
JPS61159349A (en) * 1985-12-06 1986-07-19 Hitachi Ltd Minute distance moving device

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