CN102783009A - 压电致动器机构 - Google Patents

Abstract

提供如下的全长较短且小形的压电致动器机构：适用于光学系统中的反射镜保持架的调整以及直线移动台的可动工作台的定位的自动操作，能够进行高精度的位置/角度调整、找位。本发明的压电致动器机构具有基于进给丝杠（11）和进给丝杠螺母（14）的丝杠进给机构；安装在该进给丝杠螺母（14）的后端面的圆盘形转子（17）；具有与转子（17）的周面接触的压电振子（21）的超声波电动机（18）；以及通过弹簧力被按压到进给丝杠（11）的前端、并且通过该进给丝杠的进给动作进行移位、找位的被动安装部，被动安装部例如是在光学系统中使用的反射镜保持架（1）或直线移动台（10）的可动工作台（21）。

Description

压电致动器机构

技术领域

本发明涉及压电致动器机构，特别涉及利用压电振子驱动丝杠进给机构并对进给丝杠前端的安装部进行变位、角度调整或定位的压电致动器机构。

背景技术

例如，在光学设备的领域中，需要对透镜和反射镜等各种光学部件进行位置或角度调整并取得校准，从而进行精密定位，作为该用途的驱动源，公知有如下的电动致动器或基于使用压电振子的超声波电动机的压电致动器：在电磁电动机的柱塞上连接减速机构，将其输出轴按压到反射镜保持架的一个面上。该超声波电动机具有如下功能：通过对设于压电振子中的电极施加电压，使振子前端进行伸缩运动或椭圆运动，使与振子前端摩擦接触的被动部件间歇产生直线动作或旋转动作。超声波电动机例如在专利文献1中详细叙述。

作为组入超声波电动机的光学校准用压电致动器，公知有专利文献2所示的压电致动器。该压电致动器构成为，对保持反射镜的台板进行3点支承，分别利用3个压电致动器的一对颚部件把持在该3点支承部配置的3个调整丝杠部件的外周，通过压电致动器的施力，使所述颚部件向所述调整丝杠部件的丝杠旋转方向动作，利用与所述调整丝杠部件之间的摩擦力对调整丝杠部件进行丝杠进给，进行所述台板的校准调整。在该结构中，压电振子进行伸缩动作，通过一对颚部件的低速动作，利用摩擦力对调整丝杠部件进行丝杠进给，颚部件的恢复动作是高速动作，使颚部件相对于所述调整丝杠部件滑动，由此，间歇地对所述调整丝杠部件进行进给。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-54407号公报

专利文献2：日本特开平8-251950号公报

发明内容

发明要解决的课题

在各种精密设备、特别是光学设备的领域中，伴随各种检查技术的高度化、高精密化，反射镜的角度调整和物镜的焦点机构等中的精密自动操作的必要性增大。但是，在使用所述电磁电动机作为驱动源的情况下，当为了实现小形化而选定较小的电磁电动机时，为了得到角度调整所需要的推力，需要滚珠丝杠等进给机构和减速机构，电动致动器的全长变长。因此，在干涉仪系统等中配置多个自动操作型反射镜保持架时，整体的装置结构大型化。

专利文献2所示的光学校准丝杠的压电致动器在校准丝杠的侧部配置致动器，所以能够缩短全长，作为直线移动驱动致动器（定位装置），能够维持高精度并实现小形化，但是，由于采用冲击驱动方式，所以，动作速度减慢到0.02mm/sec以下，不适用于自动化检查。

本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的、课题在于，提供如下的全长较短且小形的压电致动器机构：适用于光学系统中的反射镜保持架的调整以及直线移动台中的可动工作台的定位的自动操作，能够进行高精度的位置/角度调整、定位。

用于解决课题的手段

根据本发明，（1）提供一种压电致动器机构，具有：基于进给丝杠和进给丝杠螺母的丝杠进给机构；安装在所述进给丝杠螺母的后端面上的圆盘形转子；具有与所述转子的周面接触的压电振子的超声波电动机；以及通过弹簧力被按压到所述进给丝杠的前端、并且通过该进给丝杠的进给动作进行移位、找位的被动安装部。

根据本发明的1个方式，（2）提供一种压电致动器机构，在所述（1）所述的压电致动器机构中，所述被动安装部是通过固定支点在一侧表面中支承为能够旋回的反射镜保持架。

并且，根据本发明的另一个方式，（3）提供一种压电致动器机构，在所述（1）所述的压电致动器机构中，所述被动安装部是直线移动台的可动工作台。

并且，根据本发明的另一个方式，（4）提供一种压电致动器机构，在所述（1）或所述（2）所述的压电致动器机构中，所述圆盘形转子以能够更换的方式安装在所述进给丝杠的后端面上，所述超声波电动机被安装成能够在所述压电振子的轴向上与所述圆盘形转子的外径对应地进行位置调整。

进而，根据本发明的另一个方式，（5）提供一种压电致动器机构，在所述（1）或所述（2）所述的压电致动器机构中，所述圆盘形转子以能够更换的方式安装在所述进给丝杠的后端面上，所述超声波电动机被安装成能够与所述圆盘形转子的外径对应地进行更换。

并且，根据本发明的又一个方式，（6）提供一种压电致动器机构，具有：基于进给丝杠和进给丝杠螺母的丝杠进给机构；安装在所述进给丝杠螺母的后端面上的圆盘形转子；具有与所述转子的一端面接触的压电振子的超声波电动机；以及通过弹簧力被按压到所述进给丝杠的前端、并且通过该进给丝杠的进给动作进行移位、找位的被动安装部。

进而，根据本发明的另一个方式，（7）提供一种压电致动器机构，在所述（6）所述的压电致动器机构中，所述圆盘形转子形成为比所述进给丝杠螺母的外径大的外径，所述超声波电动机与所述圆盘形转子的与所述进给丝杠螺母相面对的一侧的一端面接触。

发明效果

根据本发明，不需要现有的电磁电动机和减速机构，能够得到全长较短、小形化、高精度且微细的进给分解能的压电致动器机构，能够使被动安装部进行高精度的直线移动进给动作、倾斜移动动作、定位的自动操作。

附图说明

图1是本发明的实施例1的反射镜保持架的压电致动器机构的纵剖视图。

图2是从图1的箭头F方向观察的压电致动器机构的后视图。

图3是图1所示的压电致动器机构的立体图。

图4是本发明的实施例3的直线移动台的平面图。

图5是从图4的直线移动台的工作台移动方向观察的侧视图。

图6是从图4的直线移动台的工作台移动方向的横向观察的侧视图。

图7是本发明的实施例4的反射镜保持架的压电致动器机构的纵剖视图。

图8是使用现有的电动致动器的电动反射镜保持架的立体图。

具体实施方式

接着，参照基于现有例的附图对本发明的实施方式的压电致动器机构进行说明。在本发明的实施方式中，将被动安装部构成为反射镜保持架，在位于该反射镜保持架的一端面的对角线上的位置的2个角部配置压电致动器机构。压电致动器机构通过超声波电动机对丝杠进给机构的进给丝杠螺母进行旋转驱动，使与所述螺母螺合的进给丝杠与反射镜保持架接触。而且，在假设这2个进给丝杠的位置为三角形的2个顶点位置的情况下，在与其余1个顶点对应的位置设置固定支点，利用所述2个进给丝杠和1个固定支点对反射镜保持架进行3点支承。超声波电动机配置在与压电致动器机构的进给丝杠的轴线方向垂直的方向上，使进给丝杠螺母进行旋转动作。仅在压电致动器的轴线方向上配置丝杠进给机构，所以，装置全体的长度变短。

如果与使用现有的电动致动器的电动反射镜保持架进行比较来说明该关系，则如图8所示，现有的电动致动器在反射镜保持架1的一侧表面配置有内置了电磁电动机的一对电动致动器2、3，并且，反射镜保持架1的角部通过未图示的支点销支承为能够旋回。电动致动器2、3在电磁电动机的输出轴上连接减速机构，借助丝杠进给机构部4，主轴5以能够出入的方式与所述减速机构连接，主轴5与反射镜保持架1的所述一侧表面接触，通过所述电磁电动机的施力进行反射镜保持架1的移位动作和角度调整。在该例子中可知，基于电动致动器2、3的电动反射镜保持架的全长极长。

实施例

接着，针对各种实施例，具体说明本发明。

实施例1：

实施例1是将本发明的压电致动器机构应用于光学系统的反射镜保持架的角度调整机构的例子。例如，相对于光学系统中的光学装置的光轴，为了对在反射镜保持架上保持的反射镜进行适当定向，进行使反射镜保持架绕反射镜中心的纵轴线旋转或绕横轴线旋转这样的所谓的摇动动作，但是，在该实施例中，利用1个支点支承反射镜保持架的一个角部，通过以该支点为中心进行旋转动作或摇动动作，对反射镜的定向角度进行调整。

如果参照图1～图3，则在全体形成为L形的压电致动器6（6a、6b）的筐体7前面配置被动安装部、该情况下为反射镜保持架1。反射镜保持架1具有框形的前面板8，在其中心部安装有反射镜10。反射镜保持架1的前面板8被在压电致动器6的筐体7的L形角部竖立设置的支点销9支承为能够转动。在L形的筐体7的两端部（臂部）组入后述的丝杠进给机构，从各致动器6的筐体7突出的2个进给丝杠11的前端在对角线上的位置与反射镜保持架1的前面板8接触，由此，通过支点销9和2个进给丝杠11的前端，以3点支承的方式支承反射镜保持架1。并且，在反射镜保持架1的前面板8与筐体7之间装配拉伸弹簧12，由此，前面板8始终与进给丝杠11的前端压接。

在该实施例中，筐体7内的2个丝杠进给机构具有相同构造，因此，这里对其中一方进行说明。进给丝杠11与借助轴承13在筐体7上枢轴支承为旋转自如的进给丝杠螺母14螺合，并且，固定于进给丝杠11的外周中途部的键15以能够沿轴方向滑动的方式，与形成于筐体7的内壁的键槽16卡合，由此，阻止进给丝杠11的旋转。另外，作为进给丝杠11的止转机构，也可以使键和键槽的形成部位相反，在筐体内壁形成沿轴方向伸长的键，在固定于进给丝杠11的外周的边缘部形成供所述键卡合的键槽。

进给丝杠螺母14的后端部形成为大径的圆板形，以能够固定或装卸的方式在该后端部的圆板部分安装宽度厚的圆环（标号17的部件）。这里将该圆环称为转子17。在转子17的侧方位置，在筐体7内安装超声波电动机18。超声波电动机18的压电振子19的前端与转子17的外周面摩擦接触，对设于压电振子19的电极（省略图示）施加规定电压，由此，振子19的前端进行微小的反复圆轨道动作，转子17由于摩擦力而绕中心旋转，该旋转力被传递到进给丝杠螺母14，利用丝杠进给作用，进给丝杠11沿轴方向进行出入动作。另外，通过对压电振子19施加的电压来控制转子17的旋转方向和旋转速度。

分别单独控制在反射镜保持架1的前面板8的角部配置的一组压电致动器6，由此，也单独控制各个进给丝杠11的移动量。通过进给丝杠11的移动、即前进和后退，利用拉伸弹簧12按压到进给丝杠11的前端的反射镜保持架1将支点销9的位置作为1个支点，进行旋转或各种倾斜移动动作。

例如，在两个压电致动器6a、6b的进给丝杠11进行伸缩动作时，反射镜保持架1将支点销9作为唯一的支点，进行与进给丝杠11的伸缩量对应的倾斜移动动作。并且，当图3中上侧的压电致动器6a的进给丝杠停止、下侧的压电致动器6b的进给丝杠进行伸长（前进）动作时，反射镜保持架1将停止的进给丝杠的前端和支点销9的位置作为支点，绕连接这些支点位置的线A进行旋转动作，相反，在上侧的压电致动器的进给丝杠伸长、下侧的压电致动器6b的进给丝杠成为停止状态的情况下，绕连接该停止的进给丝杠的前端和支点销的位置的线B进行“摇动”动作。除此之外，通过2个进给丝杠的前进、后退和它们的移动量的组合，可以进行期望的旋转、倾斜移动动作。

如上所述，该实施例的压电致动器6构成为，超声波电动机18不是配置在转子17的轴线上，而是配置在转子17的侧方、即丝杠进给机构的侧方，而且，将转子17的旋转转换为进给丝杠直线移动动作，所以，装置全体的长度（反射镜10的轴线方向的长度）极短，由于不具有减速齿轮机构等，因此，全体成为紧凑的构造。

在本发明中，在更加细微地进行反射镜保持架1的角度调整的情况下，可以通过更换为外径较大的转子17来实现，能够得到与设置减速机相同的效果。因此，转子17被安装成能够相对于进给丝杠螺母14进行更换，并且，与转子17接触的超声波电动机18被安装成能够相对于筐体7在振子19的轴方向上进行位置调整。

在实施例1的变形例中，超声波电动机18被安装成能够相对于筐体7进行更换。在安装外径较大的转子17时，更换为与该转子17的外径对应的其他超声波电动机18，由此，能够通过适当的按压使压电振子19的前端与转子17的外周接触。

实施例2：

在实施例1中，设置2个压电致动器，利用1个固定支点和2个进给丝杠的全体进行3点支承，使反射镜保持架进行绕纵轴线（铅直轴线）的旋转动作和绕横轴线（水平轴线）的“摇动”动作这2个动作，但是，在实施例2中，设压电致动器为1台，利用2个固定支点将反射镜保持架支承为能够旋回，适当选定这些固定支点的位置和压电致动器的配置位置，利用1个进给丝杠的伸缩动作，仅进行上述摇动动作、绕纵轴线的旋转动作中的任意一方。

实施例3：

图4～图6是示出本发明的实施例3的压电致动器机构的图。在实施例1中，是将被动安装部作为反射镜保持架的例子，但是，在实施例3中，是将所述被动安装部作为可动工作台21、并构成为直线移动台20的例子。可动工作台21借助称为交叉辊导轨的直线移动导轨机构23以能够滑动的方式载置于基台22上。作为直线移动导轨机构23，除了所述交叉辊导轨以外，例如还可以采用公知的滚动滚珠循环式的直线摆动导轨。这些直线移动导轨机构在基台上表面形成轨道部，该轨道部具有平行配置的一对辊或滚珠的滚动槽，与该轨道部的滚动槽对应地，在可动工作台侧也形成辊或滚珠的滚动槽，多个辊或滚珠以能够滚动的方式收纳在这些槽之间。

在基台的一侧部配置本发明的压电致动器6，并且，在可动工作台21的侧部固定有拉出托架25。实施例3中的压电致动器机构也具有与实施例1中说明的结构大致相同的构造，具有从致动器主体部突出的进给丝杠11、与进给丝杠11螺合的进给丝杠螺母、进给丝杠11的止转件、安装在进给丝杠螺母的后端部的圆环状转子、以及配置在致动器主体部的侧方且压电振子的前端与转子的周面接触的超声波电动机18。进给丝杠11的前端与可动工作台21的托架25接触，并且，可动工作台21通过未图示的拉伸弹簧对托架25和进给丝杠11进行施力，以使它们始终压接。

通过超声波电动机18的电压施加，压电振子19沿着使转子17旋转的方向进行圆轨道动作，伴随转子17的旋转，利用丝杠进给机构，进给丝杠11前进或后退，经由托架25，可动工作台21在基台22上进行直线移动动作。在可动工作台21的恢复动作、即后退动作中，进给丝杠11后退，由此，通过拉伸弹簧使可动工作台21返回后退位置。通过对进给丝杠11的停止位置进行控制，进行可动工作台21的位置控制、定位。

在实施例3中，压电致动器机构也相对于可动工作台的移动方向而配置在侧方，所以，直线移动台全体在移动方向上不会变长，成为紧凑的构造。并且，通过利用外径较大的圆环构成与压电振子接触的转子，能够缩短全长，并进行高精度的更加细微的进给分辨率的直线移动动作。不需要使用电磁电动机时的减速机构，具有得到构造简单的直线移动台等的多个优点。

实施例4：

图7是本发明的实施例4的反射镜保持架的压电致动器机构的与图1类似的纵剖视图。在实施例4中，仅超声波电动机18的配置、压电振子19与对象部件的接触方式、以及圆盘形转子17的形状稍微不同，其他与图1相同。因此，对与图1的结构相同的部分标注相同标号，尽可能地省略该部分的重复说明。

在图7中，安装于进给丝杠螺母14的圆盘形的转子17形成为比进给丝杠螺母14的外径大的外径，并且，对该转子17进行旋转驱动的超声波电动机18与进给丝杠11平行配置。具体而言，如图7所示，超声波电动机18配置成，压电振子19的前端与转子17的内端面（背面）侧、即与进给丝杠螺母14相面对的一侧的转子17的一端面接触。通过压电振子19前端的反复圆轨道运动，以使转子17的一端面绕转子中心旋转的方式对转子17进行摩擦进给，由此，通过进给丝杠螺母14和进给丝杠11的丝杠进给作用，使进给丝杠11沿轴方向进行出入动作，进行反射镜保持架1的各种调整。在该实施例中，超声波电动机配置在圆盘形的转子17的内表面侧位置，所以，丝杠进给机构的轴线方向上的装置的长度不会增大，装置全体进一步小形化。

标号说明

1：反射镜保持架；2、3：电动致动器；4：丝杠进给机构部；5：主轴；6：压电致动器；7：筐体；8：前面板；9：固定支点（支点销）；10：反射镜；11：进给丝杠；12：拉伸弹簧；14：进给丝杠螺母；15：键；16：键槽；17：圆环（转子）；18：超声波电动机；19：压电振子；20：直线移动台；21：可动工作台；22：基台；23：直线移动导轨机构；25：托架。

Claims (7)

1.一种压电致动器机构，其特征在于，具有：基于进给丝杠和进给丝杠螺母的丝杠进给机构；安装在所述进给丝杠螺母的后端面上的圆盘形转子；具有与所述转子的周面接触的压电振子的超声波电动机；以及通过弹簧力被按压到所述进给丝杠的前端、并且通过该进给丝杠的进给动作进行移位、找位的被动安装部。

2.如权利要求1所述的压电致动器机构，其中，

所述被动安装部是通过固定支点在一侧表面中支承为能够旋回的反射镜保持架。

3.如权利要求1所述的压电致动器机构，其中，

所述被动安装部是被直线移动台的直线导轨支承的可动工作台。

4.如权利要求1或2所述的压电致动器机构，其中，

所述圆盘形转子以能够更换的方式安装在所述进给丝杠的后端面上，所述超声波电动机被安装成能够在所述压电振子的轴向上与所述圆盘形转子的外径对应地进行位置调整。

5.如权利要求1或2所述的压电致动器机构，其中，

所述圆盘形转子以能够更换的方式安装在所述进给丝杠的后端面上，所述超声波电动机被安装成能够与所述圆盘形转子的外径对应地进行更换。

6.一种压电致动器机构，其特征在于，具有：基于进给丝杠和进给丝杠螺母的丝杠进给机构；安装在所述进给丝杠螺母的后端面上的圆盘形转子；具有与所述转子的一端面接触的压电振子的超声波电动机；以及通过弹簧力被按压到所述进给丝杠的前端、并且通过该进给丝杠的进给动作进行移位、找位的被动安装部。

7.如权利要求6所述的压电致动器机构，其中，

所述圆盘形转子形成为比所述进给丝杠螺母的外径大的外径，所述超声波电动机与所述圆盘形转子的与所述进给丝杠螺母相面对的一侧的一端面接触。

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