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JPH071458B2 - Fine displacement mechanism - Google Patents

Fine displacement mechanism

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
Application number
JP62210190A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6454515A (en
Inventor
耕三 小野
浩二郎 緒方
潔 長澤
健 村山
吉弘 星野
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 JP62210190A priority Critical patent/JPH071458B2/en
Publication of JPS6454515A publication Critical patent/JPS6454515A/en
Publication of JPH071458B2 publication Critical patent/JPH071458B2/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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fine displacement mechanism for adjusting fine displacement in the fields of semiconductor manufacturing and inspection, high magnification microscopes and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
In the fields of semiconductor manufacturing and inspection, high-power microscopes, and the like, a fine displacement mechanism that accurately obtains a fine displacement of several microns or less is necessary. Such a fine displacement mechanism is disclosed in, for example, JP-A-61-209846 and JP-A-61-2435.
It is proposed by the publication No. 11, etc. This will be described below with reference to the drawings.

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。
5 (a) and 5 (b) are side views of a conventional fine displacement mechanism. Of these, FIG. 5 (a) shows a fine displacement mechanism for translational displacement, and 1 and 2 are rigid body parts facing each other and 3
Are two flat plates connecting the rigid bodies 1 and 2. The flat plates 3 are arranged in parallel with each other. These two rigid parts 1,2
The flexible structure 4 is composed of the two flat plates 3. In the actual manufacturing, the flexible structure 4 is constructed by forming a through hole 5 in one rigid block. 6
Is a displacement generating element mounted between two protrusions protruding from the rigid body portions 1 and 2 into the through hole 5, respectively. Since a piezoelectric element is often used as the displacement generating element 6,
Hereinafter, the displacement generating element is represented by a piezoelectric element. Rigid part 1
When the piezoelectric element 6 is excited by fixing the flat plate 3, each flat plate 3 is deformed as shown by a broken line (however, this displacement is exaggeratedly drawn), and the rigid body portion 2 is translationally displaced with respect to the rigid body portion 1. You can

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。
FIG. 5 (b) shows a fine displacement mechanism for rotational displacement.
Reference numeral 2 is a rigid body portion, and 13 is two flat plates connecting the rigid body portions 11 and 12. The flat plates 13 are arranged radially with respect to an axis O perpendicular to the plane of the drawing. Two rigid parts 11,12, two flat plates 1
The flexible structure 14 is composed of 3. Reference numeral 15 is a trapezoidal through hole for forming the flexible structure 14. 16 is a rigid body part
The piezoelectric element is mounted between two protrusions protruding from the insides of the through holes 15 from 11, 12 respectively. When the rigid body portion 11 is fixed and the piezoelectric element 16 is excited, each flat plate 13 is deformed as shown by the broken line (exaggeratedly drawn), and the rigid body portion 12 is deformed with respect to the rigid body portion 11.
Can be rotationally displaced.

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。
By combining a plurality of flexible structures 4 shown in FIG. 5 (a), translational displacement in an arbitrary direction, and by combining a plurality of flexible structures 14 shown in FIG. 5 (b). An arbitrary translational displacement and an arbitrary rotational displacement can be simultaneously obtained by further combining the arbitrary rotational displacement and the flexible structure 4 and the flexible structure 14.

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。
6 (a) and 6 (b) are side views of another conventional fine displacement mechanism. This fine displacement mechanism is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
While the fine displacement mechanism shown in (1) has a configuration that utilizes the deformation of the flat plates 3 and 13 itself, it has a configuration that utilizes the deformation of the elastic hinge. Therefore, first, the outline of the elastic hinge will be described with reference to FIGS.

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。
FIG. 7 (a) is a side view of the elastic hinge. Reference numeral 17 is one rigid member, and 18 is a substantially arcuate notch formed facing the intermediate portion of the rigid member 17. A narrow portion 19 is formed in the rigid member 17 by the notches 18, and the rigid member 17 is the narrow portion.
It is divided by 19 into rigid body portions 17a and 17b continuous with this.

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。
FIG. 7 (b) is a side view of another elastic hinge. In the figure,
The same parts as those shown in FIG. 7 (a) are designated by the same reference numerals. 19 'is a narrow space. The narrow portion 19 ′ is formed by one substantially arc-shaped cutout portion 18, while the narrow portion 19 is formed by two facing cutout portions 18.

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。
FIG. 7 (c) is an operation explanatory view of the elastic hinge. In the figure,
Reference numerals 17a and 17b denote the same rigid portions as those shown in FIGS. 7A and 7B, and 20 denotes a hinge point that rotatably connects the rigid portions 17a and 17b.

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。
Now, in FIGS. 7A and 7B, one rigid body portion 17a
Is fixed and a force F in the direction of the arrow in the figure is applied to the other rigid body portion 17b, the rigid body portions 17a and 17b are hardly deformed,
The narrow portions 19 and 19 'are slightly deformed, whereby the rigid body portion 17b is rotationally displaced as shown by the broken line. However, when a force component in a direction other than the force F acts, the narrow portion 19,1
9'has the characteristic of being extremely resistant to deformation. The above characteristics are the same as those of the configuration in which two rigid body portions 17a and 17b are connected at the hinge point 20 as shown in FIG. 7C, within the range of elastic deformation of the narrow portions 19 and 19 '. The narrow portions 19, 19 'are referred to as elastic hinges because they have similar characteristics.

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。
By the way, since the hinge point 20 shown in FIG. 7 (c) is formed by fitting of mechanical parts, even if these mechanical parts are processed with the highest precision, it is not possible to continue the existence of micron-level gaps. Can not. Therefore, it is impossible for the hinge point 20 to generate an error-free displacement when performing a very small displacement. On the other hand, the elastic hinge composed of the narrow portions 19 and 19 'exhibits almost no displacement error within the range of elastic deformation and exhibits ideal hinge characteristics.

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。
In the fine displacement mechanism shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a flat rigid body having elastic hinges at both ends is used instead of the flat plates 3 and 13 of the fine displacement mechanism shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). To be In FIGS. 6A and 6B, the same parts as those shown in FIGS. 5A and 5B are designated by the same reference numerals. Reference numerals 21 and 31 denote rigid plates, and reference numerals 22 and 32 denote elastic hinges formed by the notches 23 and 33. In this case, the rigid body portions 17a and 17b shown in FIGS. 7A to 7C are the rigid body portions 1 and 11 and the plate-like rigid body portions 21 and 31, or the rigid body portions 2 and 12 and the flat plate-like rigid bodies 21 and 31, respectively. Clearly the equivalent. 24 and 34 are such plate-like rigid bodies 21 and 31, elastic hinges 2
A flexible structure using 2,32 is shown.

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。
These fine displacement mechanisms excite the piezoelectric elements 6 and 16 to cause translational displacement and rotational displacement in the rigid portions 2 and 12, respectively, as shown by the broken lines. The reason why such displacement occurs is considered to be clear from the description of the elastic hinge described above, and thus the description thereof is omitted. It is also clear that any desired displacement can be obtained by using a plurality of these fine displacement mechanisms or using them in combination.

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。
In the fine displacement mechanism shown in FIGS. 6A and 6B, the deformation occurs only in the elastic hinges 22 and 23 and not in the flat plate rigid bodies 21 and 31. Therefore, the flat plate rigid bodies 21 and 31 do not have to be flat plate-shaped, and may have any shape as long as they are rigid bodies. Since such a rigid body constitutes a link mechanism together with an elastic hinge, it can be generally referred to as a rigid body link.

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

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。
Each of the fine displacement mechanisms described above can generate displacement with high accuracy. However, the magnitude of the displacement obtained by them is at the same level as the displacement generated in the piezoelectric elements 6 and 16, and it is in the range of several microns to ten and several microns at most. Incidentally, some devices using the fine displacement mechanism require a maximum displacement of several tens of microns to several hundreds of microns. In this case, the above-mentioned fine displacement mechanism cannot obtain such a large displacement. . Therefore, conventionally, in order to obtain a large displacement, after a large displacement is generated by an appropriate coarse displacement mechanism, a highly accurate displacement is obtained using the fine displacement mechanism, or a displacement in the same direction is generated. Means such as stacking the fine displacement mechanisms in a plurality of stages has been adopted.

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。
However, these means have to use a plurality of displacement mechanisms in any case, which causes a problem that the device becomes large and complicated, and it is difficult and expensive to manufacture.

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。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the conventional technology,
It is an object of the present invention to provide a fine displacement mechanism capable of obtaining a large displacement with a simple structure and easily performing a plurality of combinations.

[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。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a first rigid body portion, a second rigid body portion, and an elastic hinge that connects the first rigid body portion and the second rigid body portion. In a fine displacement mechanism including at least two connecting rigid links, the at least one of the first rigid portion and the second rigid portion and at least one of the connecting rigid links. It is characterized in that a displacement generating element is connected between the two.

〔作用〕[Action]

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。
When the displacement generating element is excited, the rigid link for coupling connected to the displacement generating element is displaced by the deformation of one elastic hinge of the rigid link for coupling, and the center point of the other elastic hinge of the rigid link for coupling is displaced. Generate a displacement that is magnified to.

〔実施例〕〔Example〕

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

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
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。
FIG. 1 is a side view of the fine displacement mechanism according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 6 (a) are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 40a and 40b are elastic hinges, A 1 is a deformation center point of the elastic hinge 40a, Q 1 is a deformation center point of the elastic hinge 40b, P 1 and Q 2 are deformation centers of both elastic hinges 22 in one plate-like rigid body. Show points. 41a, 41b
Is a supporting rigid body that is coupled to and supports each end of the piezoelectric element 6, the supporting rigid body 41a being connected to one plate-like rigid body 21 via the elastic hinge 40a, and the supporting rigid body 41b is the elastic hinge 40b. Is connected to the rigid body portion 1 via. A line connecting the points A 1 and Q 1 of the elastic hinges 40a and 40b is shown by a one-dot chain line L.

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。
Next, the operation of this embodiment will be described. When the piezoelectric element 6 is excited, the plate-shaped rigid body 21 is pushed at the point A 1 via the supporting rigid body 41a, and the plate-shaped rigid body 21 rotates about the point P 1 of the elastic hinge 22. By this rotation, the point Q 2 of the other elastic hinge 22 is displaced, and as a result, the rigid body portion 2 is translationally displaced with respect to the rigid body portion 1 as shown by the broken line.

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。
Here, a line connecting the center points of the elastic hinges on both ends of the plate-like rigid body 21 Shall orthogonal to the linearly L, and the distance of one of the vertical distance between the center point P 1 and the straight line L of the elastic hinges 22 a, the center point Q 2 of the center point P 1 and the other elastic hinge 22 b, piezoelectric element 6
When δ is the displacement (displacement of the piezoelectric element 6) that occurs at point A 1 when is excited, δ ′ at point Q 2 is δ ′ = b · δ / a
Becomes That is, the displacement δ generated in the piezoelectric element 6 is magnified b / a times. Therefore, if the distance a is designed to be as small as possible, a large displacement enlargement ratio can be obtained. Therefore, even it shall apply the point A 1 is a point of the flat rigid 21 throat, although the displacement magnification changes, it is clear it is possible to obtain an enlarged displacement to the point Q 2.

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。
In the configuration shown in FIG. 1, the elastic hinges 40a and 40b have a relative angle between the flat rigid link 21 and the piezoelectric element 6 when the flat rigid link 21 is slightly rotated when the piezoelectric element 6 is excited. It has a function of absorbing a minute change and limiting the point of action of the piezoelectric element 6 to A 1 and Q 1 to keep the displacement magnification ratio constant in the configuration of this embodiment. Further, the structure of this embodiment seems to be difficult to manufacture because its shape is rather complicated, but it can be easily manufactured from one rigid block by wire cutting, which is a kind of electric discharge machining.

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。
In the description of the above embodiment, the straight line L and the line Although an ideal arrangement in which and are orthogonal to each other has been illustrated, the present invention is not limited to this, and it is clear that the function of generating displacement is exhibited unless the two are parallel and do not match.

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。
As described above, in this embodiment, the existing flat plate rigid body and its elastic hinge are used as the enlarging mechanism, and the displacement of the piezoelectric element is enlarged by the enlarging mechanism. Therefore, a large translational displacement can be obtained with a simple configuration. be able to. In addition, since the mechanism for expanding the displacement is not housed in the area and does not project to the outside,
When a plurality of single fine displacement mechanisms are coupled to form a multiple axis fine displacement mechanism, the coupling can be easily performed.

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。
FIG. 2 is a side view of the fine displacement mechanism according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 6'is a second piezoelectric element which is the same as the piezoelectric element 6, 40a 'and 40b' are elastic hinges, 41
Reference numerals a ′ and 41b ′ are support rigid bodies that support the piezoelectric element 6 ′.
The elastic hinges 40a ', 40b' are the same as the elastic hinges 40a, 40b, and the supporting rigid bodies 41a ', 41b' are the same as the supporting rigid bodies 41a, 41b. This embodiment is different from the first embodiment in that
The same piezoelectric element 6'as in the first embodiment, its supporting rigid bodies 41a ', 41b', and elastic hinges 40a ', 40b' are symmetrically added.

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。
The displacement magnifying power of this embodiment when the piezoelectric elements 6 and 6'are excited is the same as the displacement magnifying power b / a of the first embodiment.
However, when the displacement of the first embodiment is magnified b / a times, the force generated by the piezoelectric element 6 is a / a at the point Q 2 .
In the present embodiment, the force at the point Q 2 can be doubled as compared with the force in the first embodiment, while it is reduced to b.

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。
In the description of the above embodiment, an ideal configuration in which two pairs of the same piezoelectric element, supporting rigid body, and elastic hinge are symmetrically arranged is illustrated, but the present invention is not limited to this, and for example, point A 1 (point of action ) May be a position other than the symmetrical position, and the length or expansion rate of the piezoelectric element may be selected according to the position. And in this case, both piezoelectric elements are not the same. In addition, when the above-mentioned two sets are all the same in configuration but each arrangement is not exactly symmetrical and there is some deviation, if the deviation is small, it is sufficiently absorbed by expansion and contraction of the piezoelectric element and no particular trouble occurs. .

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。
By adopting the above-mentioned configuration, this embodiment not only achieves the same effect as the first embodiment, but also can secure a larger force during displacement.

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。
FIG. 3 is a side view of the fine displacement mechanism according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 6 (b) are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 50a and 50b are first
It is the same elastic hinge as the elastic hinges 40a, 40b shown in the figure,
The deformation center points of these elastic hinges 50a and 50b are designated by the same reference numerals A 1 and Q 1 as the deformation center points of the elastic hinges 40a and 40b.
51a and 51b are the same support rigid bodies as the support rigid bodies 41a and 41b shown in FIG. Also in this embodiment, the straight line L connecting the points A 1 and Q 1
(Indicated by a chain line) and a line connecting the deformation center points P 1 and Q 2 of the elastic hinges 32 at both ends of the plate-shaped rigid body 31. And are orthogonal to each other. Therefore, unlike the case shown in FIG. 6B, the piezoelectric elements 16 are arranged at different angles with respect to the flat plate-like rigid bodies 31 radially arranged with respect to the point O.

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
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。
In the present embodiment and the first embodiment, the flat plate rigid bodies 21 of the first embodiment are arranged in parallel with each other, whereas the flat plate rigid body 31 of the present embodiment has a point O (see FIG. (b) but not shown in FIG. 3), and that the first embodiment produces a translational displacement between the rigid bodies 1,2, The other operations are the same, except that a rotational displacement is generated between the rigid body portions 11 and 12. That is, the displacement [delta] is generated in the point A 1 and deformed to the point P 1 when exciting the piezoelectric element 16, the displacement [delta] 'In this displacement [delta] is the point Q 2
It is expanded to (δ ′ = b · δ / a). As a result, the rigid part 12
Is rotationally displaced with respect to the rigid body portion 11 as shown by a broken line.

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。
Since the present embodiment has the above-described structure, it is possible to obtain a large rotational displacement with a simple structure as in the first embodiment. In addition, when a plurality of single fine displacement mechanisms are coupled to form a multi-axis fine displacement mechanism, the coupling can be easily performed.

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。
FIG. 4 is a side view of the fine displacement mechanism according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 16 'is a second piezoelectric element which is the same as the piezoelectric element 16, 50a' and 50b 'are elastic hinges, 51
Reference numerals a ′ and 51b ′ are support rigid bodies that support the piezoelectric element 16 ′.
The elastic hinges 50a ', 50b' are the same as the elastic hinges 50a, 50b, and the supporting rigid bodies 51a ', 51b' are the same as the supporting rigid bodies 51a, 51b. This embodiment is different from the first embodiment in that the piezoelectric element 6'and its supporting rigid bodies 41a ', 41 are further added.
Similarly to the case where b ′ and elastic hinges 40a ′ and 40b ′ are added at symmetrical positions, the piezoelectric element 1 is further added to that of the third embodiment.
6 ', its supporting rigid bodies 51a', 51b 'and elastic hinges 50a',
50b 'is added. The displacement magnifying rate of this embodiment is also b / a as in the third embodiment,
The force at the point Q 2 is twice the force in the third embodiment. Further, similarly to the second embodiment, the arrangement position of each set of the piezoelectric element, the supporting rigid body, and the elastic hinge is not symmetrical, or the piezoelectric elements may not be the same.

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。
By adopting the above-mentioned configuration, this embodiment not only achieves the same effect as the third embodiment, but also can secure a larger force during displacement.

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。
In the description of each of the above embodiments, a plate-shaped rigid body is illustrated as a member that connects two rigid body portions, and a piezoelectric element is illustrated as a displacement generation element. It has already been mentioned that it is not limited to the element. Further, in the description of each of the above-described embodiments, an example in which the supporting rigid body that supports the displacement generating element is connected to another via an elastic hinge has been described. However, such an elastic hinge serves as a displacement target of the present invention. Even if it is omitted in the range of displacement, there may be a case where practically no inconvenience occurs. In this case, naturally, the supporting rigid body can be directly connected to another.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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。
As described above, in the present invention, the existing rigid link for connection and the elastic hinges at both ends thereof are used as the displacement magnifying mechanism, so that a large displacement can be obtained with a simple configuration. In addition, since the displacement magnifying mechanism is not housed in the area and does not project to the outside, when a plurality of single fine displacement mechanisms are combined to form a multi-axis fine displacement mechanism, the connection should be performed easily. You can

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

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。
1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 are side views of the fine displacement mechanism according to the first, second, third and fourth embodiments of the present invention, respectively, FIG. 5 (a), (B), FIG. 6 (a),
FIG. 7B is a side view of a conventional fine displacement mechanism, and FIGS. 7A, 7B, and 7C are side views and operation explanatory views of an elastic hinge. 1,2,11,12 …… Rigid body part, 6,6 ′, 16,16 ′ …… Piezoelectric element, 2
1,31 …… Rigid plate, 22,32,40a, 40b, 40a ′, 40b ′, 50a,
50b, 50a ', 50b' ... Elastic hinges.

───────────────────────────────────────────────────── 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) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Ken Murayama, 650 Jinrachicho, Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Tsuchiura Plant, Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (56) References JP 61-243511 (JP, A) JP 59-175387 (JP, A) JP 58-81606 (JP, U)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A first rigid body portion, a second rigid body portion, and at least two coupling rigid body links that couple the first rigid body portion and the second rigid body portion via elastic hinges. In the fine displacement mechanism, a displacement generating element is coupled between at least one of the first rigid body portion and the second rigid body portion and at least one of the coupling rigid body links. Displacement mechanism.
【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。
2. The fine displacement mechanism according to claim 1, wherein the connecting rigid links are arranged in parallel with each other.
【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。
3. The fine displacement mechanism according to claim (1), wherein the connecting rigid links are arranged radially with respect to a predetermined axis.
【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。
4. A fine displacement mechanism according to claim 1, wherein the displacement generating element is a piezoelectric element.
【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。
5. The microscopic device according to claim 1, wherein the displacement generating element is connected to the first rigid portion and the connecting rigid link via an elastic hinge. Displacement mechanism.
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