JP2007193663A - Axial direction slight movement mechanism with rotary mechanism, and coarse and fine movement positioning apparatus - Google Patents

Axial direction slight movement mechanism with rotary mechanism, and coarse and fine movement positioning apparatus Download PDF

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JP2007193663A JP2006012542A JP2006012542A JP2007193663A JP 2007193663 A JP2007193663 A JP 2007193663A JP 2006012542 A JP2006012542 A JP 2006012542A JP 2006012542 A JP2006012542 A JP 2006012542A JP 2007193663 A JP2007193663 A JP 2007193663A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial direction slight movement mechanism having a rotary mechanism which can achieve high accuracy and high-response fine movement operation and can prevent a piezoelectric actuator from being damaged. <P>SOLUTION: The axial direction fine movement mechanism with the rotation mechanism comprises two rolling bearing apparatuses which are arranged opposite and to which pre-load is applied, a housing fixed on a base board and allowed to be engaged with respective outer rings of the rolling bearing apparatuses; and two piezoelectric actuators arranged in parallel in an expanding direction. Respective inner rings of the rolling bearing apparatuses are engaged with a screw shaft, and the inner rings are fixed on the screw shaft in the axial direction. One of the outer rings is restricted in the axial direction, and a piston for pressing the other outer ring and a spacer allowed to be abutted against the piston and having a circular arc-like cross-sectional shape in the axial direction are arranged between the piezoelectric actuator and the other outer ring, to make the axial-direction distance between the outer rings by the expansion of the plurality of piezoelectric actuators change. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、長ストロークの範囲で高精度な微細位置決めを行う回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置に係り、特に、高精度で高い応答性の微動動作が可能であるとともに圧電アクチュエータの破損を防止することができる回転機構付軸方向微動機構および粗微動位置決め装置に関する。   The present invention relates to an axial fine movement mechanism with a rotation mechanism that performs high-precision fine positioning within a long stroke range, and a positioning device using the same, and in particular, is capable of fine movement operation with high precision and high responsiveness and piezoelectricity. The present invention relates to an axial fine movement mechanism and a coarse / fine movement positioning device with a rotation mechanism that can prevent the actuator from being damaged.

従来の粗微動位置決め装置は、ねじ軸とナットを螺合させたボールねじ装置を用いて長ストロークの範囲を駆動する粗動機構と、圧電アクチュエータによる微動機構を組み合わせて粗動動作および微動動作を行っている。従来の粗微動位置決め装置としては、例えば、非特許文献1記載の技術が知られている。非特許文献1の第1の構成は、粗動テーブルと微動テーブルの間に圧電アクチュエータを配置し、基台と微動テーブルとの位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させるものである。非特許文献1の第2の構成は、ボールねじ装置のナットと移動台の間に圧電アクチュエータを配置し、基台と移動台との位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させるものである。このような構成により、長ストロークの範囲でナノメータレベルの高精度な微細位置決めを行っている。   A conventional coarse / fine positioning device combines a coarse motion mechanism that drives a long stroke range with a ball screw device in which a screw shaft and a nut are screwed together with a fine motion mechanism using a piezoelectric actuator, and performs coarse motion operation and fine motion operation. Is going. As a conventional coarse / fine movement positioning device, for example, a technique described in Non-Patent Document 1 is known. In the first configuration of Non-Patent Document 1, a piezoelectric actuator is disposed between the coarse movement table and the fine movement table, and the positions of the base and the fine movement table are changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator. In the second configuration of Non-Patent Document 1, a piezoelectric actuator is disposed between a nut of a ball screw device and a moving table, and the positions of the base and the moving table are changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator. With such a configuration, high-precision fine positioning at the nanometer level is performed within a long stroke range.

また、非特許文献2記載の技術のように、ボールねじ装置のねじ軸とナットの間のバックラッシュをコイルスプリングによりなくすようにし、ねじ軸の一端と基台との間に配置した圧電アクチュエータを伸縮させ、ナットに固定された移動台の軸方向の微細位置決めを行っているものも知られている。
このような場合に用いられる圧電アクチュエータは、一般に積層型の圧電アクチュエータが用いられるが、積層型の圧電アクチュエータは、圧縮方向の荷重に対しては十分な強度や剛性を有するが、引張方向の荷重に対しては圧電アクチュエータの材料の機械的特性や積層間の接着強度による強度が極めて弱く、小さな引張荷重であっても破損してしまう場合がある。
Further, as in the technique described in Non-Patent Document 2, a backlash between a screw shaft and a nut of a ball screw device is eliminated by a coil spring, and a piezoelectric actuator disposed between one end of the screw shaft and a base is provided. There is also known one that performs expansion and contraction and fine positioning in the axial direction of a moving table fixed to a nut.
The piezoelectric actuator used in such a case is generally a laminated piezoelectric actuator. The laminated piezoelectric actuator has sufficient strength and rigidity for a load in the compression direction, but a load in the tensile direction. On the other hand, the mechanical properties of the material of the piezoelectric actuator and the strength due to the adhesive strength between the laminates are extremely weak, and even a small tensile load may be damaged.

図7は、従来の圧電アクチュエータの取付構造を説明するための図である。
この問題を解決するために、圧電アクチュエータの製造メーカ(例えば、独国Physik Instrument社)では、図7に示すように、圧電アクチュエータ100の出力軸101をバネ102で押圧し、引張荷重が出力軸に作用した場合においても、圧電アクチュエータ100には圧縮荷重が作用する構造とすることを推奨している。
FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional piezoelectric actuator mounting structure.
In order to solve this problem, a piezoelectric actuator manufacturer (for example, Physik Instrument, Germany) presses the output shaft 101 of the piezoelectric actuator 100 with a spring 102 as shown in FIG. It is recommended that the piezoelectric actuator 100 has a structure in which a compressive load acts even when acting on the piezoelectric actuator 100.

大塚二郎他1名著、「精密位置決め機構」、第2版、株式会社工業調査会、2001年8月15日、p.118−201Jiro Otsuka et al., “Precision positioning mechanism”, 2nd edition, Industrial Research Co., Ltd., August 15, 2001, p. 118-201 大塚二郎他2名、「1nm分解能の小型変位センサと小型超精密位置決め装置の開発」、精密工学会誌、財団法人精密工学会、平成15年10月5日、第69巻、第10号、p.1431Jiro Otsuka and two others, “Development of a small displacement sensor with 1 nm resolution and a compact ultra-precision positioning device”, Journal of Precision Engineering, Japan Society for Precision Engineering, October 5, 2003, Vol. 69, No. 10, p. . 1431

しかしながら、非特許文献1、2記載の粗微動位置決め装置にあっては、圧電アクチュエータの両端部をナットまたは移動台に直接取り付けているため、粗微動位置決め装置を左右に移動させると左右方向に荷重が作用し、圧電アクチュエータに引張荷重が作用して圧電アクチュエータを破損する可能性があるという問題がある。
また、非特許文献1、2記載の粗微動位置決め装置に図7の取付構造を適用した場合は、圧電アクチュエータに作用する引張荷重が、出力軸に配置されたバネによる圧縮荷重より小さい範囲における低速での移動に対しては所定の位置決めを行うことができるものの、高速応答に対しては引張方向を支持しているバネが比較的柔らかいバネであるので、微動機構の剛性が低下してその固有振動数が低下し、高速での微動動作を行おうとすると、発振が生じて高速応答を行うことができなくなる可能性があるという問題がある。このことは、粗微動位置決め装置が2次元方向(X−Y方向)の移動を行う2軸の重ね合わせ構造の場合や、1軸であっても移動台に取付治具等の部品が取付られた結果、移動台の質量が大きくなる場合に特に重要である。
However, in the coarse / fine movement positioning device described in Non-Patent Documents 1 and 2, since both ends of the piezoelectric actuator are directly attached to the nut or the moving base, if the coarse / fine movement positioning device is moved to the left and right, the load is applied in the horizontal direction. Acts, and there is a problem that the piezoelectric actuator may be damaged by a tensile load acting on the piezoelectric actuator.
When the mounting structure shown in FIG. 7 is applied to the coarse / fine movement positioning device described in Non-Patent Documents 1 and 2, the tensile load acting on the piezoelectric actuator is low in a range smaller than the compression load by the spring disposed on the output shaft. Although it is possible to perform a predetermined positioning for movement at a high speed response, the spring supporting the tension direction is a relatively soft spring for high-speed response, so that the rigidity of the fine movement mechanism is reduced and its inherent If the frequency decreases and an attempt is made to perform fine movement at high speed, there is a problem that oscillation may occur and high-speed response may not be possible. This is because the coarse / fine movement positioning device has a two-axis overlapping structure that moves in a two-dimensional direction (XY direction), or even if it has only one axis, parts such as a mounting jig are attached to the moving table. As a result, it is particularly important when the mass of the movable table becomes large.

この問題を解決するため、例えば、複数の圧電アクチュエータを伸縮方向に対して並列に配置する方法が考えられるが、各圧電アクチュエータの特性が異なり変位にバラツキを生じる場合は、各圧電アクチュエータの変位を移動台または微動テーブルに正確に伝達できず、微動動作を精度よく行えないという問題が想定される。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、高精度で高い応答性の微動動作が可能であるとともに圧電アクチュエータの破損を防止することができる回転機構付軸方向微動機構および粗微動位置決め装置を提供することを目的としている。
In order to solve this problem, for example, a method of arranging a plurality of piezoelectric actuators in parallel with respect to the expansion / contraction direction is conceivable.However, if the characteristics of each piezoelectric actuator are different and variations occur, the displacement of each piezoelectric actuator is changed. There may be a problem in that it cannot be accurately transmitted to the moving table or the fine movement table, and the fine movement operation cannot be performed accurately.
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technique, and can perform fine movement operation with high accuracy and high response and prevent damage to the piezoelectric actuator. An object of the present invention is to provide an axial fine movement mechanism with a rotation mechanism and a coarse / fine movement positioning device.

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項1記載の回転機構付軸方向微動機構は、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪が嵌合する軸と、伸縮方向に対して並列に配置した複数の圧電アクチュエータとを備え、前記内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記転がり軸受装置の外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記複数の圧電アクチュエータと前記外輪の他方との間に、前記複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキを平均化してそれらの合成変位を伝達可能な間座を設け、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記複数の圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにした。   In order to achieve the above object, an axial fine movement mechanism with a rotation mechanism according to claim 1 of the present invention comprises two rolling bearing devices that are arranged opposite to each other and applied with a preload, and respective inner rings of the rolling bearing device. A shaft to be fitted and a plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel to the expansion and contraction direction, the inner ring is fixed to the shaft in the axial direction, and one of the outer rings of the rolling bearing device is restrained in the axial direction. A spacer is provided between the plurality of piezoelectric actuators and the other of the outer rings to average the variation of the displacements of the plurality of piezoelectric actuators and transmit a combined displacement thereof. The distance is changed by expansion and contraction of the plurality of piezoelectric actuators.

このような構成であれば、各圧電アクチュエータに電圧が印加され、各圧電アクチュエータが伸縮すると、外輪間の軸方向の距離が変化する。このとき、外輪の一方が軸方向に拘束されているので、外輪間の変位によって外輪と内輪との間に弾性変形が生じ、それぞれの内輪が変位する。そして、内輪の変位に伴って軸が移動する。また、圧電アクチュエータの伸長時には、圧電アクチュエータに予圧の反力が作用するので、圧縮荷重を掛けながら微動動作が行われる。   With such a configuration, when a voltage is applied to each piezoelectric actuator and each piezoelectric actuator expands and contracts, the axial distance between the outer rings changes. At this time, since one of the outer rings is constrained in the axial direction, elastic deformation occurs between the outer ring and the inner ring due to the displacement between the outer rings, and each inner ring is displaced. Then, the shaft moves with the displacement of the inner ring. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, so that a fine movement operation is performed while applying a compressive load.

また、伸縮方向に対して並列に配置された複数の圧電アクチュエータにより微動動作を行うので、回転機構付軸方向微動機構の剛性が高くなる。さらに、複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキが平均化されてそれらの合成変位が間座を介して他方の外輪に伝達されるので、変位のバラツキの影響を低減することができる。   In addition, since the fine movement operation is performed by the plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with the expansion / contraction direction, the rigidity of the axial direction fine movement mechanism with the rotation mechanism is increased. Furthermore, since the variation of the displacement of the plurality of piezoelectric actuators is averaged and the combined displacement is transmitted to the other outer ring via the spacer, the influence of the variation of the displacement can be reduced.

一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項2記載の粗微動位置決め装置は、基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、移動台に固定されたナットとを有し、前記ねじ軸の回転により前記移動台を前記基台に対して軸方向に移動させる粗動機構と、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記基台に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、伸縮方向に対して並列に配置した複数の圧電アクチュエータとを有し、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ねじ軸に嵌合させ、前記内輪を前記ねじ軸に前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記複数の圧電アクチュエータと前記外輪の他方との間に、前記複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキを平均化してそれらの合成変位を伝達可能な間座を設け、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記複数の圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにした回転機構付軸方向微動機構とを備える。
このような構成であれば、粗動機構では、ねじ軸が回転すると、移動台に固定されているナットが軸方向に移動し、これに伴って移動台が移動する。
On the other hand, in order to achieve the above object, the coarse / fine motion positioning device according to claim 2 according to the present invention is screwed to the screw shaft and rotatably supported by a base, and is fixed to the moving table. A coarse movement mechanism that moves the moving table in the axial direction with respect to the base by rotation of the screw shaft, two rolling bearing devices that are arranged opposite to each other and applied with a preload, A housing fixed to a base and fitted with each outer ring of the rolling bearing device; and a plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with respect to the expansion and contraction direction. The inner ring is fixed to the screw shaft in the axial direction, one of the outer rings is constrained in the axial direction, and the plurality of piezoelectric actuators and the other of the outer rings are between Displacement of piezoelectric actuator An axial fine movement mechanism with a rotation mechanism provided with a spacer that can average the variation and transmit the combined displacement, and change the axial distance between the outer rings by expansion and contraction of the plurality of piezoelectric actuators. Prepare.
With such a configuration, in the coarse motion mechanism, when the screw shaft rotates, the nut fixed to the moving table moves in the axial direction, and the moving table moves accordingly.

回転機構付軸方向微動機構では、各圧電アクチュエータに電圧が印加され、各圧電アクチュエータが伸縮すると、外輪間の軸方向の距離が変化する。このとき、外輪の一方が軸方向に拘束されているので、外輪間の変位によって外輪と内輪との間に弾性変形が生じ、それぞれの内輪が変位する。そして、内輪の変位に伴って移動台が移動する。また、圧電アクチュエータの伸長時には、圧電アクチュエータに予圧の反力が作用するので、圧縮荷重を掛けながら微動動作が行われる。
また、伸縮方向に対して並列に配置された複数の圧電アクチュエータにより微動動作を行うので、回転機構付軸方向微動機構の剛性が高くなる。さらに、複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキが平均化されてそれらの合成変位が間座を介して他方の外輪に伝達されるので、変位のバラツキの影響を低減することができる。
In the axial fine movement mechanism with a rotation mechanism, when a voltage is applied to each piezoelectric actuator and each piezoelectric actuator expands and contracts, the axial distance between the outer rings changes. At this time, since one of the outer rings is constrained in the axial direction, elastic deformation occurs between the outer ring and the inner ring due to the displacement between the outer rings, and each inner ring is displaced. Then, the moving table moves with the displacement of the inner ring. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, so that a fine movement operation is performed while applying a compressive load.
In addition, since the fine movement operation is performed by the plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with the expansion / contraction direction, the rigidity of the axial direction fine movement mechanism with the rotation mechanism is increased. Furthermore, since the variation of the displacement of the plurality of piezoelectric actuators is averaged and the combined displacement is transmitted to the other outer ring via the spacer, the influence of the variation of the displacement can be reduced.

さらに、本発明に係る請求項3記載の粗微動位置決め装置は、請求項2記載の粗微動位置決め装置において、前記他方の外輪と前記間座との間にピストンを設け、前記間座は、前記ピストンに当接する前記軸方向の断面形状が円弧状である。
このような構成であれば、ピストンに当接する軸方向の断面形状が円弧状であるので、同断面形状が平坦等であるものに比して、変位のバラツキが生じても間座がピストンに当接する位置が偏りにくい。したがって、変位のバラツキが平均化されてそれらの合成変位が間座を介して他方の外輪に伝達される。
Furthermore, the coarse / fine motion positioning device according to claim 3 according to the present invention is the coarse / fine motion positioning device according to claim 2, wherein a piston is provided between the other outer ring and the spacer, The cross-sectional shape in the axial direction in contact with the piston is arcuate.
With such a configuration, the axial cross-sectional shape that abuts the piston is an arc shape, so that the spacer remains on the piston even when there is a variation in the displacement as compared to a flat cross-sectional shape. The contact position is not easily biased. Therefore, the variation of the displacement is averaged, and those combined displacements are transmitted to the other outer ring through the spacer.

以上説明したように、本発明に係る請求項1記載の回転機構付軸方向微動機構、または請求項2記載の粗微動位置決め装置によれば、対向配置した転がり軸受装置を剛性の高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構の剛性を高く維持することができるので、応答性が高い微動動作を実現することができるという効果が得られる。また、圧電アクチュエータの伸長時に圧電アクチュエータに予圧の反力が作用し、圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせることができるので、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができるという効果が得られる。さらに、伸縮方向に対して並列に配置された複数の圧電アクチュエータにより微動動作を行うので、応答性がさらに高い微動動作を実現することができるという効果が得られる。さらに、間座を介して圧電アクチュエータの変位を伝達することにより変位のバラツキの影響を低減することができるので、高精度な微動動作を実現することができるという効果が得られる。   As described above, according to the axial fine movement mechanism with a rotating mechanism according to the first aspect of the present invention or the coarse / fine movement positioning apparatus according to the second aspect, the opposingly arranged rolling bearing device is used as a spring member having high rigidity. By functioning and combining the high rigidity of the piezoelectric actuator in the compression direction and the highly rigid spring member, the rigidity of the axial fine movement mechanism with rotating mechanism can be maintained high, so that a fine movement operation with high responsiveness can be realized. The effect of being able to be obtained. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, and a fine movement operation can be performed while applying a compressive load. Therefore, it is possible to prevent the piezoelectric actuator from being damaged due to a tensile load. Is obtained. Further, since the fine movement operation is performed by the plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with respect to the expansion / contraction direction, it is possible to obtain an effect that a fine movement operation with higher responsiveness can be realized. Furthermore, since the influence of the variation in the displacement can be reduced by transmitting the displacement of the piezoelectric actuator through the spacer, an effect that a highly accurate fine movement operation can be realized is obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図6は、本発明に係る回転機構付軸方向微動機構および粗微動位置決め装置の実施の形態を示す図である。
まず、粗微動位置決め装置1の移動機構を説明する。
図1は、回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。
図2は、粗微動位置決め装置1の平面図である。
図3は、粗微動位置決め装置1の側面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are views showing an embodiment of an axial fine movement mechanism and a coarse / fine movement positioning device with a rotation mechanism according to the present invention.
First, the moving mechanism of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism.
FIG. 2 is a plan view of the coarse / fine movement positioning device 1.
FIG. 3 is a side view of the coarse / fine movement positioning device 1.

2は直線案内機構であり、レール3に転動体を介して組付けられた鞍状のスライダ4からなるリニアガイド装置であって、レール3は粗微動位置決め装置1の基台5に設置され、スライダ4の移動台取付面4aには、粗微動位置決め装置1の移動台6がボルト等により取り付けられる。直線案内機構2は、粗動機構10のねじ軸11の長手方向(軸方向という)と平行にねじ軸11の両側に設置された2本のレール3と、各レール3に組付けられた2個、計4個のスライダ4とを有して構成されている。   Reference numeral 2 denotes a linear guide mechanism, which is a linear guide device including a bowl-shaped slider 4 assembled to the rail 3 via a rolling element, and the rail 3 is installed on the base 5 of the coarse / fine motion positioning device 1. The moving table 6 of the coarse / fine movement positioning device 1 is mounted on the moving table mounting surface 4a of the slider 4 with a bolt or the like. The linear guide mechanism 2 includes two rails 3 installed on both sides of the screw shaft 11 in parallel to the longitudinal direction (referred to as the axial direction) of the screw shaft 11 of the coarse motion mechanism 10, and 2 assembled to each rail 3. In total, there are four sliders 4.

粗動機構10は、ねじ軸11の外周面に形成した螺旋状の軸軌道溝11aと、ナット12の内周面に形成した軸軌道溝11aに対向する図示しないナット軌道溝とを複数の図示しないボールを介して螺合させた送りねじ装置としてのボールねじ装置13と、ねじ軸11の一端に配置され、基台5に設置されたステッピングモータ等の正逆回転可能な駆動モータ14と、駆動モータ14とねじ軸11とを連結するカップリング15と、カップリング15の前段に配置され、基台5に設置された深溝玉軸受等の支持軸受16とを有して構成されている。   The coarse movement mechanism 10 includes a plurality of illustrated shaft raceway grooves 11 a formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 11 and nut raceway grooves (not shown) facing the shaft raceway groove 11 a formed on the inner peripheral surface of the nut 12. A ball screw device 13 as a feed screw device screwed through a non-ball, a drive motor 14 disposed at one end of the screw shaft 11 and capable of rotating in the forward and reverse directions such as a stepping motor installed on the base 5, The coupling 15 includes a coupling 15 that couples the drive motor 14 and the screw shaft 11, and a support bearing 16 such as a deep groove ball bearing that is disposed in the front stage of the coupling 15 and installed on the base 5.

ナット12は移動台6に固定され、ねじ軸11とはオーバーサイズボール等による予圧により軸方向に遊びがない状態で螺合している。また、支持軸受16は、ねじ軸11を回転可能に支持するとともにねじ軸11を軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
17は位置センサであり、移動台6に固定され、基台5にねじ軸11と平行に設置されたスケール18に等間隔に形成された細かな凹凸を検出してその検出信号を後述する制御装置45に出力する機能を有している。制御装置45は、位置センサ17の検出信号を用いて移動台6と基台5との相対移動量を測定する。
The nut 12 is fixed to the movable table 6 and is screwed to the screw shaft 11 with no play in the axial direction by preloading with an oversized ball or the like. Further, the support bearing 16 supports the screw shaft 11 rotatably and supports the screw shaft 11 so as to be movable by play in the axial direction.
Reference numeral 17 denotes a position sensor which is fixed to the movable table 6 and detects fine irregularities formed at equal intervals on a scale 18 installed on the base 5 in parallel with the screw shaft 11 and controls the detection signal to be described later. A function of outputting to the device 45 is provided. The control device 45 measures the relative movement amount between the moving base 6 and the base 5 using the detection signal of the position sensor 17.

図1において、20a、20bはそれぞれ転がり軸受装置としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪21a、21bの内周面に形成された外輪軌道22a、22bと、内輪23a、23bの外周面に形成された内輪軌道24a、24bとの間に配設された複数の転動体としてのボール25a、25bとを有して構成されている。
アンギュラ玉軸受20a、20bは、正面組合せとして対向配置され、内輪23a、23bの内周面が、ねじ軸11の駆動モータ14側に形成された嵌合軸26の外周面に嵌合し、外輪22a、22bの外周面が、基台5にボルト等により固定されたハウジング27の内周面に嵌合して支持軸受16とともにねじ軸11を回転可能に支持する。
In FIG. 1, 20a and 20b are angular contact ball bearings as rolling bearing devices, and are formed on the outer ring raceways 22a and 22b formed on the inner peripheral surfaces of the outer rings 21a and 21b and on the outer peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b. It has a plurality of balls 25a and 25b as rolling elements disposed between the inner ring raceways 24a and 24b.
Angular contact ball bearings 20a and 20b are opposed to each other as a front combination, and the inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b are fitted to the outer peripheral surface of a fitting shaft 26 formed on the drive motor 14 side of the screw shaft 11. The outer peripheral surfaces of 22a and 22b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 27 fixed to the base 5 with bolts or the like, and support the screw shaft 11 together with the support bearing 16 so as to be rotatable.

29は内輪係止部であり、ねじ軸11の軸軌道溝11aと嵌合軸26との間に形成された内輪23a、23bの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪23aの一方の側面を係止する。
30は内輪間座であり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸26の外周面に嵌合して内輪23a、23bの間に配置される。
32はロックナットであり、嵌合軸26の駆動モータ14側に設けられたねじ部33に螺合して内輪係止部29との間で内輪23a、内輪間座30および内輪23bを締め付け、ねじ軸11上での内輪23a、23bの移動を固定する。
Reference numeral 29 denotes an inner ring locking portion, which is a large diameter portion having a diameter substantially equal to the outer diameter of the inner rings 23a and 23b formed between the shaft raceway groove 11a of the screw shaft 11 and the fitting shaft 26, One side surface of the inner ring 23a is locked.
Reference numeral 30 denotes an inner ring spacer, which is a cylindrical member having an outer diameter and an inner diameter substantially equal to those of the inner rings 23a and 23b. The inner circumferential surface of the inner ring is fitted to the outer circumferential surface of the fitting shaft 26 and the inner rings 23a and 23b. It is arranged between.
Reference numeral 32 denotes a lock nut, which is screwed into a screw portion 33 provided on the drive motor 14 side of the fitting shaft 26 and tightens the inner ring 23a, the inner ring spacer 30 and the inner ring 23b with the inner ring engaging portion 29, The movement of the inner rings 23a and 23b on the screw shaft 11 is fixed.

50は圧電アクチュエータであり、標準化された積層型の圧電アクチュエータであって、単独または複数の圧電素子を柱状に積層してなり、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。圧電アクチュエータ50は、角柱状に圧電素子を積層した中実のアクチュエータ(例えば、NECトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号AE0505D08)である。図1においては、2つの圧電アクチュエータ50が伸縮方向に対して並列に配置される。   Reference numeral 50 denotes a piezoelectric actuator, which is a standardized laminated piezoelectric actuator, which is formed by laminating one or a plurality of piezoelectric elements in a columnar shape, and expands and contracts in the axial direction according to an applied voltage. The piezoelectric actuator 50 is a solid actuator in which piezoelectric elements are stacked in a prismatic shape (for example, a resin exterior actuator, model number AE0505D08, manufactured by NEC Tokin Corporation). In FIG. 1, two piezoelectric actuators 50 are arranged in parallel with respect to the expansion / contraction direction.

38は外輪係止部であり、ハウジング27の内周面の内輪係止部29と対向する位置に形成された外輪21a、21bの内径と略同等の直径を有する段部であって、外輪21aの一方の側面を係止する。
51はピストンであり、ハウジング27の内周面に嵌合する円柱状部材であって、ロックナット32側の端面には、ロックナット32との干渉を避けるための逃げ穴53が形成され、ロックナット32を逃げ穴53に内包してその端面の外周側を外輪21bに当接させる。
Reference numeral 38 denotes an outer ring locking portion, which is a step portion having a diameter substantially equal to the inner diameter of the outer rings 21a and 21b formed at a position facing the inner ring locking portion 29 on the inner peripheral surface of the housing 27, and the outer ring 21a. Lock one side of the.
Reference numeral 51 denotes a piston, which is a columnar member fitted to the inner peripheral surface of the housing 27, and a clearance hole 53 for avoiding interference with the lock nut 32 is formed on the end surface on the lock nut 32 side. The nut 32 is enclosed in the escape hole 53 and the outer peripheral side of the end surface is brought into contact with the outer ring 21b.

55は間座であり、ハウジング27の内周面に嵌合する円柱状部材であって、ピストン51のロックナット32とは反対側の端面に一方の端面が当接し、その端面の軸方向の断面形状が円弧状となっている。また、反対側の端面には、圧電アクチュエータ50を収納する2つの収納穴52が間座55の軸芯を挟んで等間隔に形成されている。
39はカバーであり、ハウジング27と略同等の外径を有する中空の円盤部材であって、間座55側の端面には、各収納穴52に対応する2つの凹穴54がカバー39の軸芯を挟んで等間隔に形成されている。
Reference numeral 55 denotes a spacer, which is a cylindrical member fitted to the inner peripheral surface of the housing 27. One end surface abuts on the end surface of the piston 51 opposite to the lock nut 32, and the axial direction of the end surface is axial. The cross-sectional shape is an arc shape. In addition, two storage holes 52 for storing the piezoelectric actuator 50 are formed on the opposite end face at equal intervals with the shaft core of the spacer 55 interposed therebetween.
Reference numeral 39 denotes a cover, which is a hollow disk member having an outer diameter substantially equal to that of the housing 27, and two concave holes 54 corresponding to the respective storage holes 52 are formed on the end face on the spacer 55 side. It is formed at equal intervals across the core.

収納穴52および凹穴54の内径は、角柱状の圧電アクチュエータ50の4隅が内接する直径で形成されている。そのため、圧電アクチュエータ50は、収納穴52と凹穴54の底面間に挟持される。これにより、2つの圧電アクチュエータ50は、伸縮方向を軸方向と一致させて並列に配置される。また、収納穴52および凹穴54には、圧電アクチュエータ50が非通電の状態で挿入される。   The inner diameters of the storage hole 52 and the recessed hole 54 are formed such that the four corners of the prismatic piezoelectric actuator 50 are inscribed. Therefore, the piezoelectric actuator 50 is sandwiched between the bottom surfaces of the storage hole 52 and the recessed hole 54. As a result, the two piezoelectric actuators 50 are arranged in parallel with the expansion / contraction direction coinciding with the axial direction. Further, the piezoelectric actuator 50 is inserted into the storage hole 52 and the recessed hole 54 in a non-energized state.

また、カバー39は、ハウジング27の端面に形成されたねじ穴27aを用いてボルト等によりハウジング27に締結され、外輪係止部38との間で外輪21a、21b、ピストン51、間座55および圧電アクチュエータ50を押圧する。
これにより、外輪21aは、外輪係止部38により軸方向の移動が拘束されるとともに拘束されない側の外輪21bがピストン51、間座55および圧電アクチュエータ50を介して押圧され、アンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧が付与されるとともに外輪21a、21b間の軸方向の距離としての隙間40が形成される。
The cover 39 is fastened to the housing 27 with bolts or the like using screw holes 27a formed on the end surface of the housing 27, and between the outer ring locking portions 38, the outer rings 21a and 21b, the piston 51, the spacer 55 and The piezoelectric actuator 50 is pressed.
As a result, the outer ring 21a is restrained from being moved in the axial direction by the outer ring locking portion 38 and the outer ring 21b on the side that is not restrained is pressed via the piston 51, the spacer 55 and the piezoelectric actuator 50, and the angular ball bearing 20a, A predetermined preload is applied to 20b, and a gap 40 is formed as an axial distance between the outer rings 21a and 21b.

回転機構付軸方向微動機構41は、アンギュラ玉軸受20a、20b、嵌合軸26、内輪係止部29、内輪間座30、ロックナット32、ハウジング27、外輪係止部38、ピストン51、間座55、圧電アクチュエータ50およびカバー39等を、図1に示すように、カップリング15を介して、駆動モータ14が連結しているねじ軸11の端部の反対側の端部に配置することにより構成される。ハウジング27は、ボルト等により基台5に固定されている。
粗微動位置決め装置1は、回転機構付軸方向微動機構41および粗動機構10により構成される。
The axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism includes angular ball bearings 20a and 20b, a fitting shaft 26, an inner ring locking portion 29, an inner ring spacer 30, a lock nut 32, a housing 27, an outer ring locking portion 38, a piston 51, As shown in FIG. 1, the seat 55, the piezoelectric actuator 50, the cover 39, and the like are disposed at the end opposite to the end of the screw shaft 11 to which the drive motor 14 is connected via the coupling 15. Consists of. The housing 27 is fixed to the base 5 with bolts or the like.
The coarse / fine movement positioning device 1 includes an axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism and a coarse movement mechanism 10.

次に、粗微動位置決め装置1の制御系の構成を説明する。
図4は、制御装置45の構成を示すブロック図である。
粗微動位置決め装置1には、図4に示すように、粗微動位置決めを行う制御装置45が実装されている。
制御装置45は、粗微動位置決め処理を実行する制御部46と、制御部46が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部46の処理結果等が格納される記憶部47と、駆動モータ14を駆動するモータ駆動部48と、圧電アクチュエータ50を駆動するアクチュエータ駆動部49と、アクチュエータ駆動部49からの制御電圧を増幅して圧電アクチュエータ50に出力するアンプ(不図示)とを有して構成されている。
記憶部47には、粗微動制御を行う粗微動制御プログラムと、移動台6を停止させる目標位置や停止時間を記憶した移動先指示テーブルとが格納されている。
Next, the configuration of the control system of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 45.
As shown in FIG. 4, the coarse / fine movement positioning device 1 is equipped with a control device 45 that performs coarse / fine movement positioning.
The control device 45 includes a control unit 46 that executes coarse / fine movement positioning processing, a storage unit 47 that stores programs executed by the control unit 46, various data used for the control unit 46, processing results of the control unit 46, and the like, and the drive motor 14. A motor driving unit 48 for driving the actuator, an actuator driving unit 49 for driving the piezoelectric actuator 50, and an amplifier (not shown) that amplifies the control voltage from the actuator driving unit 49 and outputs the amplified control voltage to the piezoelectric actuator 50. Has been.
The storage unit 47 stores a coarse / fine motion control program for performing coarse / fine motion control, and a movement destination instruction table storing a target position and a stop time for stopping the moving platform 6.

次に、制御装置45で実行される処理を説明する。
制御部46は、記憶部47に格納されている粗微動制御プログラムを起動させ、粗微動制御プログラムに従って、図5のフローチャートに示す粗微動位置決め処理を実行する。
図5は、粗微動位置決め処理を示すフローチャートである。
粗微動位置決め処理は、制御部46において実行されると、図5に示すように、まず、ステップS100に移行する。
ステップS100では、圧電アクチュエータ50の有効ストロークの約半分の伸びを指示する初期設定指令をアクチュエータ駆動部49に出力し、ステップS102に移行して、移動先指示テーブルから目標位置および停止時間を読み出し、ステップS104に移行する。
Next, processing executed by the control device 45 will be described.
The control unit 46 activates the coarse / fine motion control program stored in the storage unit 47, and executes the coarse / fine motion positioning process shown in the flowchart of FIG. 5 in accordance with the coarse / fine motion control program.
FIG. 5 is a flowchart showing the coarse / fine movement positioning process.
When the coarse / fine movement positioning process is executed by the control unit 46, as shown in FIG. 5, first, the process proceeds to step S100.
In step S100, an initial setting command for instructing about half of the effective stroke of the piezoelectric actuator 50 is output to the actuator drive unit 49, the process proceeds to step S102, and the target position and stop time are read from the movement destination instruction table, The process proceeds to step S104.

ステップS104では、目標位置と現在位置との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、演算した回転数を粗動指令としてモータ駆動部48に出力する粗動制御処理を実行し、ステップS106に移行する。
ステップS106では、位置センサ17から検出信号を入力し、ステップS108に移行して、入力した検出信号に基づいて駆動モータ14が停止したか否かを判定し、駆動モータ14が停止した判定したとき(Yes)は、ステップS110に移行する。
In step S104, the deviation between the target position and the current position is calculated, the number of rotations of the screw shaft 11 required when the nut 12 moves the length corresponding to the calculated deviation is calculated, and the calculated number of rotations is roughly calculated. A coarse motion control process to be output to the motor drive unit 48 as a motion command is executed, and the process proceeds to step S106.
In step S106, a detection signal is input from the position sensor 17, and the process proceeds to step S108, where it is determined whether the drive motor 14 has stopped based on the input detection signal, and it is determined that the drive motor 14 has stopped. (Yes) shifts to Step S110.

ステップS110では、位置センサ17から検出信号を入力し、ステップS112に移行して、入力した検出信号に基づいて目標位置と現在位置との偏差を算出し、ステップS114に移行する。
ステップS114では、算出した偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部49に出力する微動制御処理を実行し、ステップS116に移行する。
In step S110, a detection signal is input from the position sensor 17, the process proceeds to step S112, a deviation between the target position and the current position is calculated based on the input detection signal, and the process proceeds to step S114.
In step S114, a fine movement command is generated by PID control so as to eliminate the calculated deviation, a fine movement control process for outputting the generated fine movement instruction to the actuator drive unit 49 is executed, and the process proceeds to step S116.

ステップS116では、算出した偏差が所定値以下であるか否かを判定し、偏差が所定値以下であると判定したとき(Yes)は、ステップS118に移行して、移動台6を目標位置に停止時間だけ停止させ、ステップS120に移行する。
ステップS120では、次の目標位置および停止時間が移動先指示テーブルに登録されているか否かを判定し、次の目標位置および停止時間が登録されていないと判定したとき(No)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
In step S116, it is determined whether or not the calculated deviation is equal to or smaller than a predetermined value. When it is determined that the deviation is equal to or smaller than the predetermined value (Yes), the process proceeds to step S118, and the movable platform 6 is set to the target position. The operation is stopped for the stop time, and the process proceeds to step S120.
In step S120, it is determined whether or not the next target position and stop time are registered in the movement destination instruction table. When it is determined that the next target position and stop time are not registered (No), End the process and return to the original process.

一方、ステップS120で、次の目標位置および停止時間が登録されていると判定したとき(Yes)は、ステップS100に移行する。
一方、ステップS116で、偏差が所定値よりも大きいと判定したとき(No)は、ステップS110に移行する。
一方、ステップS108で、駆動モータ14が停止しないと判定したとき(No)は、ステップS106に移行する。
On the other hand, when it is determined in step S120 that the next target position and stop time are registered (Yes), the process proceeds to step S100.
On the other hand, when it is determined in step S116 that the deviation is larger than the predetermined value (No), the process proceeds to step S110.
On the other hand, when it determines with the drive motor 14 not stopping by step S108 (No), it transfers to step S106.

次に、本実施の形態の動作を説明する。
粗微動位置決め装置1が動作を開始すると、制御部46は粗微動制御プログラムを起動する。
制御部46は、粗微動制御プログラムが起動すると、初期設定指令をアクチュエータ駆動部49に出力する。アクチュエータ駆動部49は、初期設定指令を初期設定電圧Voに変換し、これを圧電アクチュエータ50に供給して保持する。初期設定電圧Voは、圧電アクチュエータ50の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ50に初期設定電圧Voを印加した状態での移動台6の位置が原位置となる。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
When the coarse / fine movement positioning device 1 starts operation, the control unit 46 activates the coarse / fine movement control program.
When the coarse / fine movement control program is activated, the control unit 46 outputs an initial setting command to the actuator driving unit 49. The actuator driving unit 49 converts the initial setting command into the initial setting voltage Vo, and supplies this to the piezoelectric actuator 50 to hold it. The initial setting voltage Vo is a voltage that gives an extension of about half of the effective stroke of the piezoelectric actuator 50, and the position of the moving base 6 in a state where the initial setting voltage Vo is applied to the piezoelectric actuator 50 is the original position.

次に、制御部46は、移動台6が原位置に停止していることを確認し、移動先指示テーブルに記憶された最初の目標位置および停止時間を読み出す。
目標位置等を読み出した制御部46は、目標位置と現在位置(原位置)との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48に出力する。モータ駆動部48は、粗動指令を駆動モータ14の駆動信号に変換し、これを駆動モータ14に供給する。
Next, the control unit 46 confirms that the moving platform 6 has stopped at the original position, and reads the first target position and stop time stored in the destination instruction table.
The control unit 46 that has read the target position and the like calculates the deviation between the target position and the current position (original position), and the rotation of the screw shaft 11 required when the nut 12 moves the length corresponding to the calculated deviation. The number is calculated and output to the motor drive unit 48 as a coarse motion command. The motor drive unit 48 converts the coarse motion command into a drive signal for the drive motor 14, and supplies this to the drive motor 14.

駆動モータ14はステッピングモータであるので、駆動信号は、演算したねじ軸11の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動モータ14は、駆動信号が供給されると、駆動信号に対応した回転数分回転し、ねじ軸11が回転してナット12を軸方向に移動させる。
このとき、制御部46は、移動台6の移動に伴って位置センサ17が出力するスケール18の凹凸を示すパルス状の検出信号を入力し、その数を計数して移動台6の位置を認識しながら移動台6が停止(駆動モータ14の回転の停止)するまで待機し、移動台6が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
Since the drive motor 14 is a stepping motor, the drive signal is a pulse signal corresponding to the number of angular steps of the stepping motor necessary for rotating the calculated rotation speed of the screw shaft 11.
When the drive signal is supplied, the drive motor 14 rotates by the number of rotations corresponding to the drive signal, and the screw shaft 11 rotates to move the nut 12 in the axial direction.
At this time, the control unit 46 inputs a pulse-shaped detection signal indicating the unevenness of the scale 18 output from the position sensor 17 as the moving table 6 moves, and counts the number to recognize the position of the moving table 6. While waiting for the moving table 6 to stop (stop of rotation of the drive motor 14), the position recognized when the moving table 6 stops is recognized as the current position.

このように、ねじ軸11を回転させてナット12とともに移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる粗動機構10により移動台6の粗動動作が行われる。
この場合に、圧電アクチュエータ50は、初期設定電圧Voが印加されているだけで位置センサ17によるフィードバック制御はかけられていない。また、圧電アクチュエータ50は、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
As described above, the coarse movement mechanism 10 that rotates the screw shaft 11 and moves the movable table 6 together with the nut 12 relative to the base 5 in the axial direction performs the coarse movement operation of the movable table 6.
In this case, the piezoelectric actuator 50 is only applied with the initial setting voltage Vo and is not subjected to feedback control by the position sensor 17. In addition, the piezoelectric actuator 50 is in a state in which a compressive load is applied due to the preload reaction force of the angular ball bearings 20a and 20b.

粗動動作を終えた制御部46は、位置センサ17から検出信号を入力し、目標位置と現在位置との偏差を算出し、算出した偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部49に出力する。アクチュエータ駆動部49は、微動指令を電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ50に印加する。
回転機構付軸方向微動機構41では、圧電アクチュエータ50の変位の半分の変位となる外輪21aと内輪23aの相対変位量が移動台6の微動変位量となるから、そのときの圧電アクチュエータ50には、偏差分の2倍の変位を与えるような制御電圧と初期設定電圧Voを加算した電圧が印加されることとなる。
The control unit 46 that has finished the coarse movement operation inputs a detection signal from the position sensor 17, calculates a deviation between the target position and the current position, generates a fine movement command by PID control so as to eliminate the calculated deviation, and generates The fine movement command is output to the actuator driver 49. The actuator driver 49 converts the fine movement command into a voltage and applies this control voltage to the piezoelectric actuator 50.
In the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism, the relative displacement amount between the outer ring 21a and the inner ring 23a, which is half the displacement of the piezoelectric actuator 50, becomes the fine movement displacement amount of the moving base 6. A voltage obtained by adding a control voltage that gives a displacement twice as much as the deviation and the initial setting voltage Vo is applied.

図6は、回転機構付軸方向微動機構41の微動動作を説明するための図である。
例えば、圧電アクチュエータ50に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は、図6に示すように、微動制御を行う前の予圧に加えて外輪21bを押圧し、外輪21bを軸方向(図1において左。以下、軸方向左という。)に移動させ、隙間40が2X分さらに狭くなって圧電アクチュエータ50の伸びを吸収する。この隙間40の変位は、ボール25bと外輪軌道22bおよび内輪軌道24bとの当接面、並びにボール25aと外輪軌道22aおよび内輪軌道24aとの当接面を微動制御を行う前の予圧に加えて押圧し、これらの間に弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向左に変位する。なお、外輪21bの変位量に対する内輪23a、23bの変位量は、予圧の大きさ、アンギュラ玉軸受20a、20bの剛性、その他の条件により適宜に設定することができる。
FIG. 6 is a view for explaining the fine movement operation of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism.
For example, when the piezoelectric actuator 50 is extended by 2X, the pressing force generated by the extension presses the outer ring 21b in addition to the preload before fine movement control as shown in FIG. (Left in FIG. 1; hereinafter referred to as the left in the axial direction), the gap 40 is further narrowed by 2X to absorb the elongation of the piezoelectric actuator 50. The displacement of the gap 40 is in addition to the preload before performing fine movement control on the contact surface between the ball 25b and the outer ring raceway 22b and the inner ring raceway 24b and the contact surface between the ball 25a and the outer ring raceway 22a and the inner ring raceway 24a. They are pressed and elastic deformation occurs between them, and the inner rings 23a and 23b are each displaced by X to the left in the axial direction. It should be noted that the amount of displacement of the inner rings 23a, 23b relative to the amount of displacement of the outer ring 21b can be appropriately set according to the magnitude of the preload, the rigidity of the angular ball bearings 20a, 20b, and other conditions.

これに対し、圧電アクチュエータ50が2X縮むと、押圧力が減少し、外輪21bを軸方向(図1において右。以下、軸方向右という。)に移動させ、隙間40が2X分さらに広くなって圧電アクチュエータ50の縮みを吸収する。この隙間40の変位によって弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向右に変位する。
このように、隙間40の変位2Xを内輪23a、23bがXずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受20a、20bの互いを押圧する力がバランスしたときに、内輪23a、23bがねじ軸11とともに軸方向にX移動する。この場合のねじ軸11の移動は、支持軸受16の軸方向の遊びとカップリング15の収縮により吸収される。
On the other hand, when the piezoelectric actuator 50 contracts by 2X, the pressing force decreases, the outer ring 21b is moved in the axial direction (right in FIG. 1, hereinafter referred to as the right in the axial direction), and the gap 40 becomes wider by 2X. The shrinkage of the piezoelectric actuator 50 is absorbed. Due to the displacement of the gap 40, elastic deformation occurs, and the inner rings 23a and 23b are each displaced X to the right in the axial direction.
As described above, since the inner ring 23a, 23b absorbs the displacement 2X of the gap 40 in units of X, the inner rings 23a, 23b are moved to the screw shaft 11 when the force of the angular ball bearings 20a, 20b pressing each other is balanced. At the same time, X moves in the axial direction. The movement of the screw shaft 11 in this case is absorbed by the axial play of the support bearing 16 and the contraction of the coupling 15.

これにより、ナット12が軸方向にX移動し、移動台6が基台5に対して軸方向左にX移動する。つまり、圧電アクチュエータ50の2Xの変位(伸縮量)の半分のXの変位となる外輪21aと内輪23aの相対変位量が移動台6の微動変位量になる。
また、回転機構付軸方向微動機構41では、圧電アクチュエータ50の変位が間座55を介して外輪21bに伝達される。このとき、間座55は、ピストン51に当接する軸方向の断面形状が円弧状であるので、同断面形状が平坦等であるものに比して、変位のバラツキが生じても間座55がピストン51に当接する位置が偏りにくい。したがって、変位のバラツキが平均化されてそれらの合成変位が間座を介して外輪21bに伝達されるので、変位のバラツキの影響を低減することができる。
Thereby, the nut 12 moves X in the axial direction, and the moving base 6 moves X in the axial direction left relative to the base 5. That is, the relative displacement amount of the outer ring 21 a and the inner ring 23 a that is X displacement that is half the 2X displacement (expansion / contraction amount) of the piezoelectric actuator 50 becomes the fine movement displacement amount of the movable platform 6.
Further, in the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism, the displacement of the piezoelectric actuator 50 is transmitted to the outer ring 21 b via the spacer 55. At this time, the spacer 55 has an arcuate cross-sectional shape in contact with the piston 51, so that the spacer 55 can be used even when the variation in displacement occurs as compared with the flat cross-sectional shape. The position in contact with the piston 51 is not biased. Therefore, the variation in the displacement is averaged and the resultant displacement is transmitted to the outer ring 21b via the spacer, so that the influence of the variation in the displacement can be reduced.

このようにして微動動作が行われ、制御部46は、現在位置と目標位置との偏差をなくすようにフィードバック制御を行いながら移動台6を目標位置に停止させる。目標位置には、移動台6を停止時間だけ停止させる。
そして、制御部46は、移動先指示テーブルに次の目標位置等が記憶されている場合は、微動動作のためにアクチュエータ駆動部49が保持していた制御電圧を解除し、次の目標位置等を読み出し、その結果により生じた移動台6の移動量を上記同様に位置センサ17の検出信号により計数して新たな現在位置を認識し、上記同様の粗動制御および微動制御を行う。
Thus, the fine movement operation is performed, and the control unit 46 stops the movable platform 6 at the target position while performing feedback control so as to eliminate the deviation between the current position and the target position. The moving platform 6 is stopped at the target position for the stop time.
Then, when the next target position or the like is stored in the movement destination instruction table, the control unit 46 releases the control voltage held by the actuator drive unit 49 for the fine movement operation, and the next target position or the like. , And the movement amount of the moving table 6 resulting from the result is counted by the detection signal of the position sensor 17 in the same manner as described above to recognize the new current position, and the same coarse motion control and fine motion control as described above are performed.

なお、外輪21a、21b間の隙間40を圧電アクチュエータ50の伸縮により変化させて微動動作を行わせるので、結果として予圧を変化させることになるが、圧電アクチュエータ50の微動動作に伴う伸びは最大で10μm程度、通常は数μm程度であり、それにより生じる予圧の変化は小さいものであるので、外輪軌道22a、22bや内輪軌道24a、24bおよびボール25a、25bに圧痕等が生じることはない。   In addition, since the gap 40 between the outer rings 21a and 21b is changed by the expansion and contraction of the piezoelectric actuator 50 to perform the fine movement operation, the preload is changed as a result. However, the elongation accompanying the fine movement operation of the piezoelectric actuator 50 is the maximum. Since the change in the preload caused by this is about 10 μm, usually about several μm, there is no indentation or the like on the outer ring raceways 22a and 22b, the inner ring raceways 24a and 24b, and the balls 25a and 25b.

また、回転機構付軸方向微動機構41には剛性の低いバネが存在せず、アンギュラ玉軸受20a、20bを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ50と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構41の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ50を組み込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができるので、応答性が高く安定した微動動作を実現することができる。   Further, the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism does not have a spring having low rigidity, and the angular ball bearings 20a and 20b function as spring members having extremely high rigidity, and are extremely high with respect to a load in the compression direction. By the combination of the rigid piezoelectric actuator 50 and the highly rigid spring member, the axial fine movement mechanism 41 with a rotating mechanism has substantially the same rigidity as a bearing unit that does not incorporate the piezoelectric actuator 50 both statically and dynamically. Since it can be maintained, a responsive and stable fine movement operation can be realized.

さらに、アンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力が圧電アクチュエータ50に作用し、常に圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
さらに、圧電アクチュエータ50の分だけ長いハウジング27を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、圧電アクチュエータ50の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構41を組み立てることができる。
Further, the preload reaction force applied to the angular ball bearings 20a and 20b acts on the piezoelectric actuator 50, and the fine movement operation is always performed while applying a compressive load. There is no need to use a spring.
Further, by using the housing 27 that is longer than the piezoelectric actuator 50, the bearing unit can be assembled by the same method as that for assembling the piezoelectric actuator 50, and the shaft with the rotation mechanism can be easily assembled without paying special attention to the assembly of the piezoelectric actuator 50. The direction fine movement mechanism 41 can be assembled.

さらに、圧電アクチュエータ50を収納穴52および凹穴54を案内として間座55に組み込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ50に半径方向荷重やモーメント荷重が作用して早期に破損する可能性を低減することができる。
さらに、圧電アクチュエータ50をねじ軸11と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ50の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
Further, if the piezoelectric actuator 50 is incorporated in the spacer 55 with the receiving hole 52 and the recessed hole 54 as guides, the piezoelectric actuator 50 is automatically arranged on the same axis, so that a radial load or moment load acts on the piezoelectric actuator 50 and breaks early. The possibility of doing so can be reduced.
Furthermore, since the piezoelectric actuator 50 can be arranged coaxially with the screw shaft 11, the displacement of the piezoelectric actuator 50 can be a pure axial displacement, and a highly accurate fine movement operation can be performed.

このようにして、本実施の形態では、伸縮方向に対して並列に配置した複数の圧電アクチュエータ50を備え、対向配置して予圧を付与したアンギュラ玉軸受20a、20bの一方の外輪21aをハウジング27に軸方向に拘束し、圧電アクチュエータ50と外輪21bとの間に、外輪21bを押圧するピストン51と、ピストン51に当接する軸方向の断面形状が円弧状となる間座55とを設け、外輪21a、21b間の距離を複数の圧電アクチュエータ50の伸縮により変化させるようにした。   In this way, in the present embodiment, one outer ring 21a of the angular ball bearings 20a, 20b provided with a plurality of piezoelectric actuators 50 arranged in parallel with the expansion and contraction direction and provided with preload is disposed in the housing 27. A piston 51 that presses the outer ring 21b and a spacer 55 that has an arc-shaped cross section in the axial direction that contacts the piston 51 are provided between the piezoelectric actuator 50 and the outer ring 21b. The distance between 21a and 21b is changed by expansion and contraction of the plurality of piezoelectric actuators 50.

これにより、対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータ50の圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構41の剛性を高く維持することができるので、応答性が高く安定した微動動作を実現することができる。また、圧電アクチュエータ50に予圧の反力が作用し、常に圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせることができるので、圧電アクチュエータ50の引張荷重による破損の発生を防止することができる。さらに、伸縮方向に対して並列に配置された複数の圧電アクチュエータ50により微動動作を行うので、応答性がさらに高い微動動作を実現することができる。さらに、間座55を介して圧電アクチュエータ50の変位を伝達することにより変位のバラツキの影響を低減することができるので、高精度な微動動作を実現することができる。   As a result, the angular ball bearings 20a, 20b arranged opposite to each other function as a spring member having a very high rigidity, and a combination of the high rigidity in the compression direction of the piezoelectric actuator 50 and the high rigidity spring member allows the axial fine movement with a rotation mechanism. Since the rigidity of the mechanism 41 can be maintained high, it is possible to realize a stable fine movement operation with high responsiveness. In addition, since the reaction force of the preload acts on the piezoelectric actuator 50 and the fine movement operation can be performed while always applying a compressive load, the piezoelectric actuator 50 can be prevented from being damaged due to the tensile load. Furthermore, since the fine movement operation is performed by the plurality of piezoelectric actuators 50 arranged in parallel with the expansion / contraction direction, it is possible to realize a fine movement operation with higher responsiveness. Further, since the displacement of the piezoelectric actuator 50 is transmitted via the spacer 55, the influence of the variation in the displacement can be reduced, so that a highly accurate fine movement operation can be realized.

さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ50は、標準化された積層型の圧電アクチュエータである。
これにより、比較的安価に製造することができるとともに、特性のバラツキを低減して高精度な微動動作を実現することができる。また、圧電アクチュエータ50の製作を容易に行うことができる。
さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ50を非通電とした状態であらかじめ予圧を付与した。
これにより、圧電アクチュエータ50の変位量がゼロに近い場合でも予圧抜けすることなく、圧電アクチュエータ50の小型化、コストダウンが可能になる。また、圧電アクチュエータ50には位置決め動作を行うときのみ通電すればよく、通電時間が短くなるので、圧電アクチュエータ50の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 50 is a standardized stacked piezoelectric actuator.
As a result, it is possible to manufacture at a relatively low cost, and it is possible to realize a highly accurate fine movement operation by reducing variation in characteristics. In addition, the piezoelectric actuator 50 can be easily manufactured.
Further, in the present embodiment, preload is applied in advance in a state where the piezoelectric actuator 50 is not energized.
Thereby, even when the displacement amount of the piezoelectric actuator 50 is close to zero, the piezoelectric actuator 50 can be downsized and the cost can be reduced without preload loss. Further, it is only necessary to energize the piezoelectric actuator 50 only when performing the positioning operation, and the energization time is shortened, so that the durability of the piezoelectric actuator 50 can be improved.

さらに、本実施の形態では、位置センサ17からの基台5と移動台6との相対移動量を示す検出信号により認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして微動制御を行う。
これにより、ねじ軸11のリード誤差や圧電アクチュエータ50のヒステリシス等があった場合においても高精度な微細位置決めを行うことができる。
Furthermore, in the present embodiment, the fine movement control is performed by feeding back the deviation between the current position recognized by the detection signal indicating the relative movement amount between the base 5 and the moving base 6 from the position sensor 17 and the target position.
Thereby, even when there is a lead error of the screw shaft 11, hysteresis of the piezoelectric actuator 50, etc., highly accurate fine positioning can be performed.

さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ50を中実として収納穴52と凹穴54に嵌合させ、それぞれの底面の間に挟持してねじ軸11と同軸に配置した。
これにより、圧電アクチュエータ50の分だけ長いハウジング27を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、回転機構付軸方向微動機構41の組立を容易に行うことができる他、一般に体積が大きいほど高価になる圧電アクチュエータの価格を低減して、位置決め装置のコストを低減することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 50 is solidly fitted into the storage hole 52 and the concave hole 54, and is sandwiched between the bottom surfaces and arranged coaxially with the screw shaft 11.
As a result, it is possible to assemble the bearing unit by the same method as the method of assembling the bearing unit only by using the housing 27 that is as long as the piezoelectric actuator 50, and the assembly of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism can be easily performed. In general, it is possible to reduce the cost of the positioning device by reducing the price of the piezoelectric actuator that becomes more expensive as the volume increases.

さらに、本実施の形態では、内輪23a、23bの内周面をねじ軸11の外周面に嵌合させ、内輪23a、23bの軸方向の移動を内輪係止部29とロックナット32により挟み付けてねじ軸11に固定するとともに、外輪21aの軸方向の移動を外輪係止部38によりハウジング27に拘束し、外輪21bを圧電アクチュエータ50によりピストン51および間座55を介して軸方向に移動させるようにした。   Furthermore, in the present embodiment, the inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b are fitted to the outer peripheral surface of the screw shaft 11, and the axial movement of the inner rings 23a and 23b is sandwiched between the inner ring engaging portion 29 and the lock nut 32. And the axial movement of the outer ring 21a is restricted to the housing 27 by the outer ring engaging portion 38, and the outer ring 21b is moved in the axial direction by the piezoelectric actuator 50 via the piston 51 and the spacer 55. I did it.

これにより、圧電アクチュエータ50の変位の半分をねじ軸11の変位とすることができ、圧電アクチュエータ50の変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ50をアンギュラ玉軸受20a、20bの非回転側である外輪21aを押圧するように配置した。
これにより、圧電アクチュエータ50への配線を容易に行うことができる。
As a result, half of the displacement of the piezoelectric actuator 50 can be made the displacement of the screw shaft 11, and the displacement error of the piezoelectric actuator 50 can be halved to realize a highly accurate fine movement operation.
Further, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 50 is disposed so as to press the outer ring 21a which is the non-rotating side of the angular ball bearings 20a and 20b.
Thereby, wiring to the piezoelectric actuator 50 can be performed easily.

なお、上記実施の形態においては、圧電アクチュエータ50を並列に配置したが、これに限らず、圧電アクチュエータ50を直列および並列に配置することもできる。
具体的には、収納穴52および凹穴54には、2つの圧電アクチュエータ50がそれぞれ挿入される。各組の圧電アクチュエータ50は、伸縮方向に対して直列に配置され、接着剤等により接合される。なお、接着剤に限らず、治具により機械的に固定してもよい。これにより、直列に配置された2つの圧電アクチュエータ50を組として、2組の圧電アクチュエータ50が伸縮方向を軸方向と一致させて並列に配置される。圧電アクチュエータ50は、形状および特性が同一のものを使用するのが好ましい。
In the above embodiment, the piezoelectric actuators 50 are arranged in parallel. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric actuators 50 may be arranged in series and in parallel.
Specifically, two piezoelectric actuators 50 are inserted into the storage hole 52 and the recessed hole 54, respectively. Each set of piezoelectric actuators 50 is arranged in series with respect to the expansion and contraction direction, and is joined by an adhesive or the like. In addition, you may fix not only with an adhesive agent but with a jig | tool. As a result, two piezoelectric actuators 50 arranged in series are used as a set, and the two sets of piezoelectric actuators 50 are arranged in parallel with the expansion / contraction direction coincided with the axial direction. It is preferable to use the piezoelectric actuator 50 having the same shape and characteristics.

このような構成であれば、ストローク長が大きくなり、回転機構付軸方向微動機構41の剛性も高くなるので、長ストロークで応答性が高い微動動作を実現することができる。
この場合において、圧電アクチュエータ50を2つ直列に配置しかつ2つ並列に配置したが、これに限らず、さらに長ストロークで応答性が高い微動動作を実現するために、圧電アクチュエータ50をさらに多数直列に配置しかつさらに多数並列に配置することもできる。圧電アクチュエータ50の数は、要求されるストローク長および剛性によって決定すればよい。
With such a configuration, the stroke length is increased, and the rigidity of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism is increased, so that a fine movement operation with a long stroke and high responsiveness can be realized.
In this case, two piezoelectric actuators 50 are arranged in series and two are arranged in parallel. However, the present invention is not limited to this, and in order to realize a fine movement operation with a long stroke and high response, a larger number of piezoelectric actuators 50 are provided. It can also be arranged in series and more in parallel. The number of piezoelectric actuators 50 may be determined by the required stroke length and rigidity.

また、上記実施の形態においては、アクチュエータ駆動部49からの制御電圧を1台のアンプにより増幅して各圧電アクチュエータ50に出力するように構成したが、これに限らず、各圧電アクチュエータ50に対応して圧電アクチュエータ50の数と同数のアンプを設け、アクチュエータ駆動部49からの制御電圧を各アンプにより増幅し、対応する圧電アクチュエータ50に出力するように構成することもできる。この場合、制御電圧と圧電アクチュエータ50の変位量の関係が等しくなるように各アンプのゲインを調整することにより、各圧電アクチュエータ50の特性を電気的に調整することができる。このことは、圧電アクチュエータ50を直列および並列に配置する場合において同じである。   In the above embodiment, the control voltage from the actuator drive unit 49 is amplified by one amplifier and output to each piezoelectric actuator 50. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric actuator 50 is compatible with each piezoelectric actuator 50. It is also possible to provide the same number of amplifiers as the number of piezoelectric actuators 50 so that the control voltage from the actuator driving unit 49 is amplified by each amplifier and output to the corresponding piezoelectric actuator 50. In this case, by adjusting the gain of each amplifier so that the relationship between the control voltage and the displacement amount of the piezoelectric actuator 50 becomes equal, the characteristics of each piezoelectric actuator 50 can be electrically adjusted. This is the same when the piezoelectric actuators 50 are arranged in series and in parallel.

また、上記実施の形態においては、対向配置した内輪23a、23bの間に内輪間座30を設けて予圧を付与するように構成したが、これに限らず、内輪23a、23bの対向側の面を内輪間座30の幅の半分に相当する長さ伸長させて内輪23a、23b同士を直接当接させるように構成することもできる。   In the above embodiment, the inner ring spacer 30 is provided between the opposed inner rings 23a and 23b so as to apply the preload. However, the present invention is not limited to this, and the surfaces on the opposite side of the inner rings 23a and 23b are provided. It is also possible to extend the length corresponding to half the width of the inner ring spacer 30 so that the inner rings 23a and 23b are brought into direct contact with each other.

また、上記実施の形態においては、対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bに非通電の圧電アクチュエータ50を介してあらかじめ予圧を付与するように構成したが、これに限らず、圧電アクチュエータ50の非通電時には予圧が発生しないように、隙間を介して圧電アクチュエータ50と外輪21a、21bまたは内輪23a、23bを対向させておき、粗微動位置決め装置1の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータ50に印加して対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧を発生させるようにしてもよい。このようにすれば、アンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧を与えるために、例えば、ピストン51または間座55の軸方向の長さ等を予圧量に合わせて精密に調整するといった、いわゆる予圧調整が不要となり、所定の電圧の印加だけで容易に精密な予圧調整が可能となる。   In the above-described embodiment, the preload is applied to the angular ball bearings 20a and 20b arranged opposite to each other in advance through the non-energized piezoelectric actuator 50. However, the present invention is not limited thereto, and the piezoelectric actuator 50 is not energized. In some cases, the piezoelectric actuator 50 and the outer rings 21a, 21b or the inner rings 23a, 23b are opposed to each other through a gap so that no preload is generated, and a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuator 50 when the coarse / fine movement positioning device 1 is started. Then, a predetermined preload may be generated in the angular ball bearings 20a and 20b arranged opposite to each other. In this way, in order to give a predetermined preload to the angular ball bearings 20a, 20b, for example, a so-called preload is performed in which the axial length of the piston 51 or the spacer 55 is precisely adjusted according to the amount of preload. Adjustment becomes unnecessary, and precise preload adjustment can be easily performed only by applying a predetermined voltage.

また、上記実施の形態においては、1つのアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受装置を2つ対向配置するように構成したが、これに限らず、複数のアンギュラ玉軸受を並列組み合わせて配置した1組の転がり軸受装置を2つ対向配置するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、アンギュラ玉軸受20a、20bをねじ軸11を支持する軸受として用いたが、これに限らず、回転を行いその回転の支持部を高速で微動させる回転および軸方向微動の複合運動機構全般に利用できることはいうまでもない。
Moreover, in the said embodiment, although comprised so that two rolling bearing apparatuses which consist of one angular ball bearing may be opposingly arranged, it is not restricted to this, One set of several angular ball bearings arrange | positioned in parallel combination Two rolling bearing devices may be arranged opposite to each other.
In the above embodiment, the angular ball bearings 20a and 20b are used as bearings for supporting the screw shaft 11. However, the present invention is not limited to this, and rotation and axial direction that rotate and finely move the support portion of the rotation at high speed. Needless to say, it can be used for the combined movement mechanism of fine movement.

また、上記実施の形態において、送りねじ装置は、ねじ軸11とナット12とをボールを介して螺合させるボールねじ装置13として構成したが、これに限らず、ねじ軸11とナット12とを直接螺合させる滑りねじ装置として構成することもできる。
また、上記実施の形態においては、フィードバック制御を微動制御のときに行うように構成したが、これに限らず、粗動制御のときに、目標位置と現在位置との偏差を用いてフィードバック制御を行うようにし、偏差が所定値以下となったときに粗動動作を停止するように構成することもできる。このようにすれば、ねじ軸11のリード精度等を補正することができ、圧電アクチュエータ50の微動動作による補正量を小さくすることができ、必要以上に大きな伸縮量を有する圧電アクチュエータ50を用いる必要がなくなる。
Moreover, in the said embodiment, although the feed screw apparatus was comprised as the ball screw apparatus 13 which screws the screw shaft 11 and the nut 12 through a ball | bowl, it is not restricted to this, The screw shaft 11 and the nut 12 are comprised. It can also be configured as a sliding screw device that is directly screwed.
In the above embodiment, the feedback control is configured to be performed at the time of fine motion control. However, the present invention is not limited to this, and at the time of coarse motion control, feedback control is performed using the deviation between the target position and the current position. Alternatively, the coarse movement operation may be stopped when the deviation becomes a predetermined value or less. In this way, the lead accuracy of the screw shaft 11 can be corrected, the correction amount due to the fine movement operation of the piezoelectric actuator 50 can be reduced, and it is necessary to use the piezoelectric actuator 50 having a larger expansion / contraction amount than necessary. Disappears.

回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism. 粗微動位置決め装置1の平面図である。2 is a plan view of the coarse / fine movement positioning device 1. FIG. 粗微動位置決め装置1の側面図である。It is a side view of the coarse / fine movement positioning device. 制御装置45の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a control device 45. FIG. 粗微動位置決め処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a coarse / fine movement positioning process. 回転機構付軸方向微動機構41の微動動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fine movement operation | movement of the axial direction fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism. 従来の圧電アクチュエータの取付構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attachment structure of the conventional piezoelectric actuator.

符号の説明Explanation of symbols

1 粗微動位置決め装置
2 直線案内機構
3 レール
4 スライダ
4a 移動台取付面
5 基台
6 移動台
10 粗動機構
11 ねじ軸
11a 軸軌道溝
12 ナット
13 ボールねじ装置
14 駆動モータ
16 支持軸受
17 位置センサ
18 スケール
20a、20b アンギュラ玉軸受
21a、21b 外輪
22a、22b 外輪軌道
23a、23b 内輪
24a、24b 内輪軌道
25a、25b ボール
26 嵌合軸
27 ハウジング
27a ねじ穴
29 内輪係止部
30 内輪間座
32 ロックナット
33 ねじ部
50 圧電アクチュエータ
38 外輪係止部
51 ピストン
39 カバー
40 隙間
52 収納穴
53 逃げ穴
54 凹穴
55 間座
41 回転機構付軸方向微動機構
45 制御装置
46 制御部
47 記憶部
48 モータ駆動部
49 アクチュエータ駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coarse / fine movement positioning device 2 Linear guide mechanism 3 Rail 4 Slider 4a Moving base mounting surface 5 Base 6 Moving base 10 Coarse moving mechanism 11 Screw shaft 11a Shaft track groove 12 Nut 13 Ball screw device 14 Drive motor 16 Support bearing 17 Position sensor 18 Scale 20a, 20b Angular contact ball bearings 21a, 21b Outer ring 22a, 22b Outer ring raceway 23a, 23b Inner ring 24a, 24b Inner ring raceway 25a, 25b Ball 26 Fitting shaft 27 Housing 27a Screw hole 29 Inner ring locking part 30 Inner ring spacer 32 Lock Nuts 33 Threaded portion 50 Piezoelectric actuator 38 Outer ring locking portion 51 Piston 39 Cover 40 Clearance 52 Storage hole 53 Relief hole 54 Recess hole 55 Spacer 41 Axial fine movement mechanism 45 with rotation mechanism Controller 46 Control unit 47 Storage unit 48 Motor drive 49 Actuator drive

Claims (3)

対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪が嵌合する軸と、伸縮方向に対して並列に配置した複数の圧電アクチュエータとを備え、
前記内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記転がり軸受装置の外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記複数の圧電アクチュエータと前記外輪の他方との間に、前記複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキを平均化してそれらの合成変位を伝達可能な間座を設け、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記複数の圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにしたことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
Two rolling bearing devices arranged opposite to each other and applied with a preload; a shaft into which each inner ring of the rolling bearing device is fitted; and a plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with respect to the expansion and contraction direction;
The inner ring is fixed to the shaft in the axial direction, one of the outer rings of the rolling bearing device is constrained in the axial direction, and the displacement of the plurality of piezoelectric actuators is between the plurality of piezoelectric actuators and the other of the outer rings. A rotation mechanism is provided, wherein a spacer is provided that can transmit the composite displacement by averaging the variations of the outer ring, and the axial distance between the outer rings is changed by expansion and contraction of the plurality of piezoelectric actuators. Axial fine movement mechanism.
基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、移動台に固定されたナットとを有し、前記ねじ軸の回転により前記移動台を前記基台に対して軸方向に移動させる粗動機構と、
対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記基台に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、伸縮方向に対して並列に配置した複数の圧電アクチュエータとを有し、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ねじ軸に嵌合させ、前記内輪を前記ねじ軸に前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記複数の圧電アクチュエータと前記外輪の他方との間に、前記複数の圧電アクチュエータの変位のバラツキを平均化してそれらの合成変位を伝達可能な間座を設け、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記複数の圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにした回転機構付軸方向微動機構とを備えることを特徴とする粗微動位置決め装置。
A screw shaft rotatably supported by a base; and a nut that is screwed to the screw shaft and is fixed to the moving base. The rotating base is pivoted with respect to the base by the rotation of the screw shaft. Coarse movement mechanism to move in the direction,
Two rolling bearing devices arranged to face each other and applied with a preload, a housing fixed to the base and fitted with respective outer rings of the rolling bearing device, and a plurality of piezoelectric actuators arranged in parallel with respect to the expansion and contraction direction Each inner ring of the rolling bearing device is fitted to the screw shaft, the inner ring is fixed to the screw shaft in the axial direction, one of the outer rings is restrained in the axial direction, A spacer is provided between the piezoelectric actuator and the other outer ring to average the variation of the displacements of the plurality of piezoelectric actuators and transmit their combined displacement, and the distance between the outer rings in the axial direction is provided. A coarse / fine movement positioning device comprising: an axial fine movement mechanism with a rotation mechanism that is changed by expansion and contraction of a plurality of piezoelectric actuators.
請求項2において、
前記他方の外輪と前記間座との間にピストンを設け、
前記間座は、前記ピストンに当接する前記軸方向の断面形状が円弧状であることを特徴とする粗微動位置決め装置。
In claim 2,
A piston is provided between the other outer ring and the spacer,
The coarse / fine movement positioning device characterized in that the spacer has an arcuate cross-sectional shape in contact with the piston.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015094382A (en) * 2013-11-08 2015-05-18 三菱重工業株式会社 Bearing device, attachment, and machine tool
JP2016121707A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 日本精工株式会社 Rotating mechanism, transport device, machine tool and semiconductor manufacturing device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015094382A (en) * 2013-11-08 2015-05-18 三菱重工業株式会社 Bearing device, attachment, and machine tool
JP2016121707A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 日本精工株式会社 Rotating mechanism, transport device, machine tool and semiconductor manufacturing device

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