JPS61182113A

JPS61182113A - 微小変位駆動装置

Info

Publication number: JPS61182113A
Application number: JP60021457A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Suzuki; 数馬鈴木
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1986-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は微小変位駆動装置に係り、特に位置決めなど
に関して精度を要求される分野例えば半導体装置の製造
工程などで必要な微小変位駆動装置に関する。

（発明の技術的背景）微小位置決めなど微小な変位を正確に実行することは、
例えば半導体ウェハ乃至はペレット上での作業において
要求され、近年その精度は益々高いものが要求されるに
至っている。

しかし、従来のこの種の装置は、例えばネジ加工した軸
をサーボモータやステップモータなどで指示角度だけ回
転させて、所望の変位を達成するものであった。

この場合、変位量が１ミクロン以下になると、モータの
構成要素の機械的精度が影響し精度を著しく劣化させて
いた。すなわち、モータ軸の最小回転角度はネジの切り
方で計算上は小さくできても、変位量が上述の値に近付
くといわゆるバラクラシュが大きく影響し、更に精度を
劣化させていた。

（発明の目的）この発明は以上の従来技術の欠点を除去しようとして成
されたものであり、微小変位を精度良く達成することの
できる微小変位駆動装置を提供することを目的とする。

（発明の概要）この目的を達成するため、この発明によれば、負荷を駆
動するためのシャフトと、このシャフトの長手方向に涜
って固着し且つこの長手方向に沿って伸縮可能な第１の
圧電手段と、この第１の圧電手段の伸張方向の両側で前
記シャフトを前記伸張方向とは略直角な方向から挾持、
解除が可能なようにしフレームに固定した一組の第２の
圧電手段とを具え、前記第１の圧電手段及び前記一組の
第２の圧電手段にそれぞれ時間差を与えて正負の電圧を
順次印加することにより、前記シャフトを左右任意の方
向に変位させるようにする。

（発明の実施例）以下、添付図面に従ってこの発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図はこの発明の実施例を示し、夫々微小
変位駆動装置の側面図及び縦断面図を示す。

この実施例の微小変位駆動装置は、シャフト１、第１の
圧電手段２Ａ、２Ｂ、フレームのエンドプレー、）３Ａ
、３Ｂ、サイドプレート３Ｃ，３Ｄ、基台４Ａ、４Ｂ、
及び第２の圧電手段５，６を具えている。

シャフト１は、負荷を駆動するためのもので断面は矩形
状であり、その対向する二面上で長手方向のほぼ中央部
分の表面に、圧電手段２Ａ、２Ｂが接着固定されている
。２つの圧電手段２Ａ、　２Ｂは長方形の板状であり、
電圧を印加することによりシャフト１の長手方向に伸縮
が可能な圧電横効果ｄ３１モード素子である。

シャフト１は圧電手段２Ａ、２Ｂと一体に固定されてい
るため、圧電手段２Ａ、２Ｂの伸縮によって数ミクロン
のオーダで伸縮が可能である。このとき、シャフト１の
熱膨張又は熱収縮を圧電手段と同じ値にすることが望ま
しい。

なお、負荷を駆動するためのシャフト１は断面円形状と
してもよい。また、圧電手段２Ａ、２Ｂはその表面がシ
ャフト１の表面と一面を成すように、シャフトの厚み内
に埋込んでもよい。更に、第３図に示すように、シャフ
トを２つの部分３０Ａ。

３０Ｂに分割し、この分割したシャフト３０Ａ、３０Ｂ
を対向する２つの圧電手段３１Ａ、３１Ｂで空間３２を
を持たせて連結してもよい。

また、第１の圧電手段２Ａ、２Ｂと同一の効果を得る他
の方法として、圧電縦効果ｄ３３モードや、厚みすべり
モードｄ１５を使用しても全く同様の結果を得ることが
できる。

前述でもほぼ明らかであるが、このようなシャフト１及
び圧電手段２Ａ、２Ｂはエンドプレート３Ａ、３Ｂ、サ
イドプレート３Ｃ，３Ｄ、及び基台４Ａ、４Ｂから成る
フレーム内に搭載されている。

このフレーム内にはまた一組の第２の圧電手段５．６が
夫々シャフト１の両側に装備されており、初期状態（例
えば電圧を印加しない状態）では、シャフトｌが動かな
いようにシャフト１を挾持している。

圧電手段５．６は、それぞれ一対の圧電ユニットを備え
ており、各ユニットは圧電素子５ａ、５ｂ。

５ａ、５ｂ及びアタプタ５Ｃ，５ｄ、６Ｃ，６ｄをそれ
ぞれ備えている。圧電素子５ａ、５ｂ、６ａ。

６ｂは印加する電圧の極性によってシャフト１を挾持す
る方向にも、また、この変位を解除する方向にも変位す
る。この圧電素子５　ａ、　５ｂ、　６ａ。

６ｂの一面は基台４Ａ、４Ｂに固定されている。

アダプタ５ｃ、５ｄ、５ｃ、５ａは圧電ユニットとシャ
フトとの絶縁、耐磨耗のため、及び圧電ユニットが滑ら
ずにシャフト１を挾持てきるように圧電素子５ａ、５ｂ
、５ａ、６ｂ　のシャフト１と対向する一面に接着しで
ある。

次に、この実施例の動作を第４図を参照しつつ説明する
。

第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は夫々圧電手段５，６．
２に印加する電圧の状態を示すものである。この場合、
正極性の電圧で圧電手段５，６はシャフト１をクランプ
し、負極性の電圧でこれを解除し、また圧電手段２Ａ、
２Ｂは正極性の電圧で伸長しシャフト１を伸ばし、負極
性の電圧でこれを収縮させることとしている。

時刻Ｔ１ではどの圧電素子の印加電圧も正であるが、時
刻Ｔ２になると圧電手段５の電圧極性が負に反転する（
第４図（ａ））。このため、圧電手段５はシャフト１の
クランプを解除する。

時刻Ｔ３ては圧電手段２Ａ、２Ｂの印加電圧の極性のみ
が反転しく第４図（Ｃ））、シャフト１が収縮して時刻
Ｔ５まで持続する。このときシャフト１は圧電手段６で
クランプ状態にあるため、圧電手段５側のシャツ吠部分
が収縮して圧電手段６側に寄ることとなる。時刻Ｔ４で
は圧電手段５の電圧極性が正極性に反転するため、シャ
フト１の両端がクランプされる。

この後、時刻Ｔ５で圧電手段６が負極性となるため、ク
ランプ状態が解除される。時刻Ｔ６になるとシャフト１
を伸長させるように圧電手段２Ａ。

２Ｂに正電圧が印加されてシャフト１は伸長する。

このため、収縮していたシャフトｌは、左端の圧電手段
５でクランプ、圧電手段６でフＩＪ　、−の状態にある
ため、今度は右端の圧電手段６側に伸長していく、つま
り右側に変位する。時刻Ｔ７では圧電手段６が正極性に
なりクランプして１サイクルの動作を完了したことにな
る。

以下順次上述の動作を繰返し行うことにより、シャフト
１は圧電手段６側に変位し、この場合の変位速度は、圧
電手段２に印加する駆動電圧第４１ｃ）図＼の縦軸の値の大小と、また繰返しピッチの速さによ
り決まる。

また、シャフト１を反対方向即ち圧電手段５側に変位さ
せる場合は、上述のクランプと解除と送りの動作を逆に
すればよく、トリが一信号によりコントロールすること
ができる。

なお、すべての圧電手段の動作方向は、分極の向きと、
印加電圧の極性との組合せにより決定され、目的に応じ
て任意に設定することができる。

シャフト１の動作は以上の説明でも分るようにすべてデ
ジタル的挙動であり、速度の最高値はこの系の機械的共
振で決定され、通常５〜１０ｋＨｚ程度に設定される。

そのため例えば１回の変位量を１μｍとしてこれを１ｋ
Ｈｚピツチで運転すると、１ＨＪ　Ｓｅｃの変位量が得
られることになる。

（発明の効果）この発明によれば、以上のように構成することにより、
微小変位を精度良く達成することができる微小変位駆動
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の側面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線での断面図、第３図は第１図の一要素の変形例
の一部断面図、第４図はこの発明の実施例の動作を説明
するための印加電圧波形図である。 ■・・ンヤフ［・、２Ａ、２Ｂ・・・第１の圧電手段、
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄ、４Ａ、４Ｂ・・・フレームの
構成要素、５，６・・・第２の圧電手段。

Claims

【特許請求の範囲】

負荷を駆動するためのシャフトと、このシャフトの長手
方向に沿って固着し且つこの長手方向に沿って伸縮可能
な第１の圧電手段と、この第１の圧電手段の伸張方向の
両側で前記シャフトを前記伸張方向とは略直角な方向か
ら挾持、解除が可能なようにしフレームに固定した一組
の第２の圧電手段とを具え前記第１の圧電手段及び前記
一組の第２の圧電手段にそれぞれ時間差を与えて正負の
電圧を順次印加することにより、前記シャフトを左右任
意の方向に変位するようにした微小変位駆動装置。