JP2706534B2 - ピエゾ電気駆動装置及び方法 - Google Patents
ピエゾ電気駆動装置及び方法Info
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- H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、制御可能なピエゾ電気剪断アクチュエータ
装置に関するものであって、更に詳細には、牽引力を付
与し且つ付与した力を解放することにより物体における
運動を発生させる装置に関するものである。
装置に関するものであって、更に詳細には、牽引力を付
与し且つ付与した力を解放することにより物体における
運動を発生させる装置に関するものである。
従来技術 ピエゾ電気組立体の動作を行なうためにピエゾ電気組
立体を組込んだ幾つかの装置が知られている。例えば、
Rev. Sci. Instrum. 58 （１）、1987年１月、の文
献においては、ピエゾ電気要素の鋸歯状周期的加速及び
並進ステージの慣性によって運動が発生される動的ピエ
ゾ電気並進装置を詳細に示している。
立体を組込んだ幾つかの装置が知られている。例えば、
Rev. Sci. Instrum. 58 （１）、1987年１月、の文
献においては、ピエゾ電気要素の鋸歯状周期的加速及び
並進ステージの慣性によって運動が発生される動的ピエ
ゾ電気並進装置を詳細に示している。
インチウォーム即ちInchworm（米国特許第3,902,084
号及び第3,902,085号）として知られているピエゾ電気
リニアアクチュエータを組込んだ別の装置においては、
拡大モードピエゾ電気筒状要素の組立体を有しており、
端部チューブによる同軸ロッドの交互のグリップ（把
持）動作及び解放動作と中央チューブの同期的な伸長及
び収縮により、該ロッドの並進運動が行なわれる。更に
詳細に説明すると、インチウォーム即ちInchworm（Burl
eigh Instruments、Inc.の商標）は、ロッド状物体を周
期的に解放し、伸長させ、グリップ（把持）し、解放
し、収縮させ、且つグリップすることにより位置決めを
達成する。このロッド状物体は、一軸に沿って移動され
る。１個の伸長及び２個のグリップ部分を使用すること
は、該ロッド状物体が一定速度で運動することを可能と
するものではない。厚さにおけるピエゾ電気変形がグリ
ップ部分において使用されている。伸長ピエゾ電気変形
は、伸長及び収縮部分において使用されている。一周期
の解放部分の期間中において、グリップ動作の通常の力
はゼロへ減少される。周期的にグリップ動作及び解放動
作を行なうことにより、蓄積した弾性的潜在エネルギを
運動エネルギへ変換させ且つその逆の行程が周期的に発
生する。この周期的なエネルギ変換は、音響学的に及び
運動学的に、ロッド状物体を励起させ、且つピエゾ電気
アクチュエータ及びそれに付属した全ての構成部分を励
起する。ロッド状物体の位置は温度変化と共に変化す
る。ロッド状物体の速度がゼロである場合を除いて、そ
のサイクル即ち一周期の各グリップ動作及び解放動作部
分の開始及び終了においてロッド状物体の摺擦が発生す
る。電気的エネルギから機械的エネルギへの変換効率は
摺擦によって制限される。ロッド状物体と接触している
インチウォーム（Inchworm）の表面部分の有用な寿命は
摺擦によって制限される。このインチウォームの延長部
分は、各サイクルの収縮部分の期間中に、引っ張り応力
に露呈される。この引っ張り応力は、移動質量、収縮
力、及び周期的な周波数の組合わせの範囲を制限する。
厚さ変形用ピエゾ電気部分のグリップ動作行程は、サイ
クル動作が効果的であるロッド状物体上に半径方向に作
用する力の大きさを制限する。インチウォームによって
得られるロッド状物体の最後の位置は、ピエゾ電気部分
から電気的電荷が除去された場合に、失われる。なぜな
らば、このロッド状物体は拘束されていないからであ
る。通常の動作期間中、インチウォームは、その軸周り
のロッド状物体の回転を阻止することはできない。
号及び第3,902,085号）として知られているピエゾ電気
リニアアクチュエータを組込んだ別の装置においては、
拡大モードピエゾ電気筒状要素の組立体を有しており、
端部チューブによる同軸ロッドの交互のグリップ（把
持）動作及び解放動作と中央チューブの同期的な伸長及
び収縮により、該ロッドの並進運動が行なわれる。更に
詳細に説明すると、インチウォーム即ちInchworm（Burl
eigh Instruments、Inc.の商標）は、ロッド状物体を周
期的に解放し、伸長させ、グリップ（把持）し、解放
し、収縮させ、且つグリップすることにより位置決めを
達成する。このロッド状物体は、一軸に沿って移動され
る。１個の伸長及び２個のグリップ部分を使用すること
は、該ロッド状物体が一定速度で運動することを可能と
するものではない。厚さにおけるピエゾ電気変形がグリ
ップ部分において使用されている。伸長ピエゾ電気変形
は、伸長及び収縮部分において使用されている。一周期
の解放部分の期間中において、グリップ動作の通常の力
はゼロへ減少される。周期的にグリップ動作及び解放動
作を行なうことにより、蓄積した弾性的潜在エネルギを
運動エネルギへ変換させ且つその逆の行程が周期的に発
生する。この周期的なエネルギ変換は、音響学的に及び
運動学的に、ロッド状物体を励起させ、且つピエゾ電気
アクチュエータ及びそれに付属した全ての構成部分を励
起する。ロッド状物体の位置は温度変化と共に変化す
る。ロッド状物体の速度がゼロである場合を除いて、そ
のサイクル即ち一周期の各グリップ動作及び解放動作部
分の開始及び終了においてロッド状物体の摺擦が発生す
る。電気的エネルギから機械的エネルギへの変換効率は
摺擦によって制限される。ロッド状物体と接触している
インチウォーム（Inchworm）の表面部分の有用な寿命は
摺擦によって制限される。このインチウォームの延長部
分は、各サイクルの収縮部分の期間中に、引っ張り応力
に露呈される。この引っ張り応力は、移動質量、収縮
力、及び周期的な周波数の組合わせの範囲を制限する。
厚さ変形用ピエゾ電気部分のグリップ動作行程は、サイ
クル動作が効果的であるロッド状物体上に半径方向に作
用する力の大きさを制限する。インチウォームによって
得られるロッド状物体の最後の位置は、ピエゾ電気部分
から電気的電荷が除去された場合に、失われる。なぜな
らば、このロッド状物体は拘束されていないからであ
る。通常の動作期間中、インチウォームは、その軸周り
のロッド状物体の回転を阻止することはできない。
1984年５月15日に出願された米国特許第610,461号に
おいては、モータの運動部分が線形的に一方向に並進運
動を行なう。この運動部分は、機械的接続部によって可
動物体へ固着されている。この可動物体の並進運動範囲
は、機械的接続のどの様な手段と組合わされたピエゾ電
気ストローク即ち行程から派生される該運動部分の並進
運動範囲よりも大きいことはない。ピエゾ電気ストロー
ク即ち行程は、層アクチュエータ本体部分の高さを増加
することによって増加される。本体部分の高さを増加す
ると、電気的容量が増加する。容量を増加させると、他
の全ての要素を一定とした場合に、与えられた力及びス
トローク範囲における並進速度が減少され、且つ与えら
れた速度及びストローク範囲における力が減少される。
ピエゾ電気本体の高さは、該本体の温度が変化するに従
い、変化する。並進運動期間中、ピエゾ電気本体は、運
動部分に付与されるか又はそこで発現される力に起因す
る曲げ応力及び剪断応力に起因する引っ張り応力に露呈
され、前記応力は速度と、ストロークと、力の組合わせ
に関する制限を与える。ピエゾ電気層の広い表面は、互
いに電気的に絶縁されている。ピエゾ電気本体の断面積
は運動部分と取付け基台との間で一定であるので、該運
動部分近傍の質量も並進運動され、該質量の慣性的反作
用力は、可動物体及び付属する機械的接続部によって付
与される力に加えられ、その際に速度とストロークと力
の組合わせの範囲の境界を画する。
おいては、モータの運動部分が線形的に一方向に並進運
動を行なう。この運動部分は、機械的接続部によって可
動物体へ固着されている。この可動物体の並進運動範囲
は、機械的接続のどの様な手段と組合わされたピエゾ電
気ストローク即ち行程から派生される該運動部分の並進
運動範囲よりも大きいことはない。ピエゾ電気ストロー
ク即ち行程は、層アクチュエータ本体部分の高さを増加
することによって増加される。本体部分の高さを増加す
ると、電気的容量が増加する。容量を増加させると、他
の全ての要素を一定とした場合に、与えられた力及びス
トローク範囲における並進速度が減少され、且つ与えら
れた速度及びストローク範囲における力が減少される。
ピエゾ電気本体の高さは、該本体の温度が変化するに従
い、変化する。並進運動期間中、ピエゾ電気本体は、運
動部分に付与されるか又はそこで発現される力に起因す
る曲げ応力及び剪断応力に起因する引っ張り応力に露呈
され、前記応力は速度と、ストロークと、力の組合わせ
に関する制限を与える。ピエゾ電気層の広い表面は、互
いに電気的に絶縁されている。ピエゾ電気本体の断面積
は運動部分と取付け基台との間で一定であるので、該運
動部分近傍の質量も並進運動され、該質量の慣性的反作
用力は、可動物体及び付属する機械的接続部によって付
与される力に加えられ、その際に速度とストロークと力
の組合わせの範囲の境界を画する。
これらのピエゾ電気アクチュエータは、本発明から明
確に区別されている。例えば、最初の例においては、並
進運動を発生させるために、鋸歯状電気波形がピエゾチ
ューブへ付与されて、該装置内の静的摩擦限界に打ち勝
ち、その際にプラットフォームの慣性的摺動の原理を発
現させることが必要である。インチウォーム組立体の場
合には、グリップ動作及び解放動作のために並進運動は
完結的であり、且つグリップ用の力は各ステップ毎に２
回アンロード即ち解放される。
確に区別されている。例えば、最初の例においては、並
進運動を発生させるために、鋸歯状電気波形がピエゾチ
ューブへ付与されて、該装置内の静的摩擦限界に打ち勝
ち、その際にプラットフォームの慣性的摺動の原理を発
現させることが必要である。インチウォーム組立体の場
合には、グリップ動作及び解放動作のために並進運動は
完結的であり、且つグリップ用の力は各ステップ毎に２
回アンロード即ち解放される。
以下に詳細に説明する如く、本発明のピエゾ電気剪断
装置乃至はアクチュエータは、滑らかで且つ連続的な並
進運動を提供し、軸方向負荷がピエゾ電気圧縮を維持
し、且つ前述した従来のピエゾ電気装置の場合に発生す
る振動的干渉が存在せずに、一定な通常の力を与えるも
のである。
装置乃至はアクチュエータは、滑らかで且つ連続的な並
進運動を提供し、軸方向負荷がピエゾ電気圧縮を維持
し、且つ前述した従来のピエゾ電気装置の場合に発生す
る振動的干渉が存在せずに、一定な通常の力を与えるも
のである。
目的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、精密位置決め器乃
至アクチュエータとして広範な適用性を有するピエゾ電
気剪断装置を提供することを目的とする。本発明の別の
目的とするところは、ピエゾ電気装置によって与えられ
る牽引力及び解放の合体した効果を介して物体に運動を
起生させるためにピエゾ電気装置を使用することであ
る。本発明の更に別の目的とするところは、駆動力とし
て作用することが可能であるばかりでなく、例えば軸
受、リンク、支持構成体などのような装置の公知の機械
的構成要素に対する代替品として使用することが可能な
ピエゾ電気装置を提供することである。
述した如き従来技術の欠点を解消し、精密位置決め器乃
至アクチュエータとして広範な適用性を有するピエゾ電
気剪断装置を提供することを目的とする。本発明の別の
目的とするところは、ピエゾ電気装置によって与えられ
る牽引力及び解放の合体した効果を介して物体に運動を
起生させるためにピエゾ電気装置を使用することであ
る。本発明の更に別の目的とするところは、駆動力とし
て作用することが可能であるばかりでなく、例えば軸
受、リンク、支持構成体などのような装置の公知の機械
的構成要素に対する代替品として使用することが可能な
ピエゾ電気装置を提供することである。
構成 本発明の目的及び利点は、例えばディスク、駆動軸な
どのような機械的組立体へ駆動力を供給するピエゾ電気
剪断装置を提供することによって達成される。本発明の
ピエゾ電気剪断装置は、少なくとも１個のピエゾ電気要
素を有している。該ピエゾ電気要素のクラウン即ち先端
部は、摩擦表面であり、且つその反対表面は支持構成体
によって支持されている。本ピエゾ電気装置は、更に、
例えば物体の運動を開始するための駆動力を伝達するた
めにピエゾ電気剪断位置を検知し、位置決めし、且つ活
性化させるのに必要な制御手段を有している。
どのような機械的組立体へ駆動力を供給するピエゾ電気
剪断装置を提供することによって達成される。本発明の
ピエゾ電気剪断装置は、少なくとも１個のピエゾ電気要
素を有している。該ピエゾ電気要素のクラウン即ち先端
部は、摩擦表面であり、且つその反対表面は支持構成体
によって支持されている。本ピエゾ電気装置は、更に、
例えば物体の運動を開始するための駆動力を伝達するた
めにピエゾ電気剪断位置を検知し、位置決めし、且つ活
性化させるのに必要な制御手段を有している。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様について詳細に説明する。
様について詳細に説明する。
添付の図面特に第1A図及び第1B図を参照すると、ピエ
ゾ電気物質のブロック10が示されており、分極方向Ｐ
は、導電性の電極12,14の面に平行になっており、電極1
2はゼロ電位（接地）に維持されており、且つ電極14へ
正の電位V1を印加することにより、Ｐに垂直な電界Ｅが
形成され、電界Ｅと平行であり且つＰに垂直な全ての切
断面は、ベクトルＰ及びＥを包含する面に垂直な軸の周
りの正の角度変形θ（剪断）を受け、一方反対方向の電
界を印加することにより反対の符号の剪断が発生する。
ゾ電気物質のブロック10が示されており、分極方向Ｐ
は、導電性の電極12,14の面に平行になっており、電極1
2はゼロ電位（接地）に維持されており、且つ電極14へ
正の電位V1を印加することにより、Ｐに垂直な電界Ｅが
形成され、電界Ｅと平行であり且つＰに垂直な全ての切
断面は、ベクトルＰ及びＥを包含する面に垂直な軸の周
りの正の角度変形θ（剪断）を受け、一方反対方向の電
界を印加することにより反対の符号の剪断が発生する。
剪断角度は、θ＝d15Eで与えられ、d15は、ピエゾ電
気剪断係数であり且つ幾何学的形状とは独立的なもので
ある。電界は、Ｅ＝V1/Hにより幾何学的形状に関係して
おり、尚Ｈはブロック10の高さである。
気剪断係数であり且つ幾何学的形状とは独立的なもので
ある。電界は、Ｅ＝V1/Hにより幾何学的形状に関係して
おり、尚Ｈはブロック10の高さである。
電極14へ正の電位V1を印加することにより電極14の表
面がほぼθＨによって与えられるストロークδにより矢
印16で示される方向に電極12と平行に並進運動させる一
方電極12が静止状態に止どまると考えられる場合に、よ
り一層有用な剪断変形の記述が得られる。V1の双極性の
値は２δのストロークを可能とする。剪断ストロークδ
は、本明細書の開示全体に渡り極めて興味のあるもので
ある。
面がほぼθＨによって与えられるストロークδにより矢
印16で示される方向に電極12と平行に並進運動させる一
方電極12が静止状態に止どまると考えられる場合に、よ
り一層有用な剪断変形の記述が得られる。V1の双極性の
値は２δのストロークを可能とする。剪断ストロークδ
は、本明細書の開示全体に渡り極めて興味のあるもので
ある。
d15の値は、典型的に、300乃至700pm/Vであるが、そ
の値よりも10倍乃至20倍高い値も可能である。現在のプ
ラクティスにおいては、最大2mラジアンまでのθの値を
使用しているが、50mラジアンとすることも可能であ
る。剪断係数は、与えられたピエゾ電気具体例における
その他の全ての分極モードにおけるよりも通常一層高い
ものであり、その際に最大の変形を与えている。
の値よりも10倍乃至20倍高い値も可能である。現在のプ
ラクティスにおいては、最大2mラジアンまでのθの値を
使用しているが、50mラジアンとすることも可能であ
る。剪断係数は、与えられたピエゾ電気具体例における
その他の全ての分極モードにおけるよりも通常一層高い
ものであり、その際に最大の変形を与えている。
剪断変形の状態に拘らず、寸法H,W,Tは一定のままで
ある。ピエゾ電気分極の状態は、V1が双極性である場
合、強磁性物質において不変のままであるが、Ｅの有用
な値がＰに対してアンチパラレル即ち逆平行である場合
にその他の全ての分極モードは強磁性物質においてＰを
減少させるか、破壊するか、又は逆転させることとな
る。従って、双極性電気的駆動は、より大きな剪断係数
に起因する増加に加えて、単極性に限定された分極より
も２倍の使用可能な変形を提供する。
ある。ピエゾ電気分極の状態は、V1が双極性である場
合、強磁性物質において不変のままであるが、Ｅの有用
な値がＰに対してアンチパラレル即ち逆平行である場合
にその他の全ての分極モードは強磁性物質においてＰを
減少させるか、破壊するか、又は逆転させることとな
る。従って、双極性電気的駆動は、より大きな剪断係数
に起因する増加に加えて、単極性に限定された分極より
も２倍の使用可能な変形を提供する。
第2A図及び第2B図は、本発明のダイモルフ（dimorp
h）とも呼ばれるビルディングブロックを示している。
第2A図の構成は、ピエゾ電気剪断本体20を断面で示して
おり、その場合、中央の電極16は、電極22及び24と相対
的にピエゾ電気部分26内に電界Ｅが形成されるように、
電位Ｖを供給することが可能である。分極ベクトルＰ
は、電極16の両側においてアンチパラレル即ち逆平行で
あり、従って剪断変形角度φが同一の符号で発生し、一
方剪断変形δは加法的である。
h）とも呼ばれるビルディングブロックを示している。
第2A図の構成は、ピエゾ電気剪断本体20を断面で示して
おり、その場合、中央の電極16は、電極22及び24と相対
的にピエゾ電気部分26内に電界Ｅが形成されるように、
電位Ｖを供給することが可能である。分極ベクトルＰ
は、電極16の両側においてアンチパラレル即ち逆平行で
あり、従って剪断変形角度φが同一の符号で発生し、一
方剪断変形δは加法的である。
このダイモルフは、アンチパラレル分極と組合わされ
た中央電極のために、中央電極が使用されない場合より
も、与えられた幾何学的形状及び電界に対する電位の半
分を必要とする。
た中央電極のために、中央電極が使用されない場合より
も、与えられた幾何学的形状及び電界に対する電位の半
分を必要とする。
電極22及び24は、それらの間の電位状態とは関係なく
且つ本ダイモルフを取付けることが可能な別の接合部材
の電位状態とは関係なく、２個以上のダイモルフをそれ
らの接地電極において接続させるために、電極22及び24
は接地電位のままである。
且つ本ダイモルフを取付けることが可能な別の接合部材
の電位状態とは関係なく、２個以上のダイモルフをそれ
らの接地電極において接続させるために、電極22及び24
は接地電位のままである。
接地電極によって接続されたダイモルフは、ダイモル
フの対の間に単一の導電面を必要とするに過ぎない。ダ
イモルフ間に電気的絶縁が必要とされることはない。選
択した製造プロセスのタイプに依存して、ダイモルフを
溶融接合させることが可能であり且つ多層モノリシック
構成体として製造することが可能である。
フの対の間に単一の導電面を必要とするに過ぎない。ダ
イモルフ間に電気的絶縁が必要とされることはない。選
択した製造プロセスのタイプに依存して、ダイモルフを
溶融接合させることが可能であり且つ多層モノリシック
構成体として製造することが可能である。
変形角度φは、電界及びピエゾ電気物質が一致する場
合、第1B図のθと同一である。電極24が静止状態のまま
であると、電極22は２δのストロークだけ矢印28の方向
に並進運動する。ｎ個のダイモルフの積層体からのスト
ローク（ｎは少なくとも２である場合）は、印加電位が
双極性である場合には、±2nδのストロークが与えられ
る。
合、第1B図のθと同一である。電極24が静止状態のまま
であると、電極22は２δのストロークだけ矢印28の方向
に並進運動する。ｎ個のダイモルフの積層体からのスト
ローク（ｎは少なくとも２である場合）は、印加電位が
双極性である場合には、±2nδのストロークが与えられ
る。
第３図は、支持手段34へ取付けたダイモルフ積層体32
を有する30として大略示した特性ピエゾ電気剪断アクチ
ュエータを示している。積層体32の頂部に摩擦表面部分
36が固着されており、この摩擦表面部分36は以後クラウ
ンとも呼称し、それは外部的に印加された垂直Fnによっ
て位置決め可能な物体38の外部摩擦表面部分と接触状態
に保持されている。導体（不図示）を介してダイモルフ
積層体32へ電位を印加すると、クラウン36が印加40で示
した方向に並進運動する。接触表面42における非摺動摩
擦は、該積層体に印加した電位の変化に比例するＴと平
行な距離だけ物体38を並進運動させる。該アクチュエー
タは、双極性の印加した電位の範囲に対向するアクチュ
エータのストロークに一致する距離範囲に亘り該物体を
並進運動させる。アクチュエータストロークの極限にお
いて、物体の位置決めの方向は逆転させることが可能で
あり、一方非摺動接触が得られ、一方、別法において、
リトレース即ち後退を開始させることによって更に並進
運動が発生される。
を有する30として大略示した特性ピエゾ電気剪断アクチ
ュエータを示している。積層体32の頂部に摩擦表面部分
36が固着されており、この摩擦表面部分36は以後クラウ
ンとも呼称し、それは外部的に印加された垂直Fnによっ
て位置決め可能な物体38の外部摩擦表面部分と接触状態
に保持されている。導体（不図示）を介してダイモルフ
積層体32へ電位を印加すると、クラウン36が印加40で示
した方向に並進運動する。接触表面42における非摺動摩
擦は、該積層体に印加した電位の変化に比例するＴと平
行な距離だけ物体38を並進運動させる。該アクチュエー
タは、双極性の印加した電位の範囲に対向するアクチュ
エータのストロークに一致する距離範囲に亘り該物体を
並進運動させる。アクチュエータストロークの極限にお
いて、物体の位置決めの方向は逆転させることが可能で
あり、一方非摺動接触が得られ、一方、別法において、
リトレース即ち後退を開始させることによって更に並進
運動が発生される。
リトレースは、印加電位の逆転によって開始される接
触表面42における摺動接触から非摺動接触への遷移であ
り、且つクラウン部分36による並進運動方向の対応する
逆転は十分に急激的なものであり、位置決めされた物体
38の運動状態はリトレース全体に亘り方向Ｔにおいて基
本的に不変のまま保持される。接触部42は、クラウン36
を迅速に最大速度へ加速することによりアクチュエータ
のストローク範囲内において任意の位置へ移動され且つ
迅速な減速により新たな位置において停止され、そこで
摺動状態が終了し非摺動状態が再現される。このリトレ
ースの全体に亘り、垂直方向の力Fnは一定のままに止ど
まることが可能である。このリトレース動作については
後に更に詳細に説明する。
触表面42における摺動接触から非摺動接触への遷移であ
り、且つクラウン部分36による並進運動方向の対応する
逆転は十分に急激的なものであり、位置決めされた物体
38の運動状態はリトレース全体に亘り方向Ｔにおいて基
本的に不変のまま保持される。接触部42は、クラウン36
を迅速に最大速度へ加速することによりアクチュエータ
のストローク範囲内において任意の位置へ移動され且つ
迅速な減速により新たな位置において停止され、そこで
摺動状態が終了し非摺動状態が再現される。このリトレ
ースの全体に亘り、垂直方向の力Fnは一定のままに止ど
まることが可能である。このリトレース動作については
後に更に詳細に説明する。
第４図は、支持手段34に関して固定したものとして定
義された座標X,Y,Zと共に第３図のアクチュエータを示
している。アクチュエータ本体32は、クラウン36と、Ｘ
ピエゾ電気剪断センサ部分50と、Ｙピエゾ電気剪断セン
サ部分52と、垂直力ピエゾ電気検知部分48と、Ｘ及びＹ
並進剪断ピエゾ電気部分44及び46と、Ｚ並進剪断ピエゾ
電気部分54とを有しており、この後者は以後リフタとし
て呼称する。非接触Ｙ位置センサ58は、支持手段34と相
対的なクラウン36の位置、速度、加速度に関連する電気
信号を形成する（Ｘ非接触位置センサは簡単化のために
省略してある）。第３図の説明から明らかな如く、クラ
ウン36は、三つの相互に直交する方向に並進運動するこ
とが可能である。これらセンサ部分についてはリフタの
次に説明する。リトレースは、Ｘ及びＹ方向においての
み適当している。
義された座標X,Y,Zと共に第３図のアクチュエータを示
している。アクチュエータ本体32は、クラウン36と、Ｘ
ピエゾ電気剪断センサ部分50と、Ｙピエゾ電気剪断セン
サ部分52と、垂直力ピエゾ電気検知部分48と、Ｘ及びＹ
並進剪断ピエゾ電気部分44及び46と、Ｚ並進剪断ピエゾ
電気部分54とを有しており、この後者は以後リフタとし
て呼称する。非接触Ｙ位置センサ58は、支持手段34と相
対的なクラウン36の位置、速度、加速度に関連する電気
信号を形成する（Ｘ非接触位置センサは簡単化のために
省略してある）。第３図の説明から明らかな如く、クラ
ウン36は、三つの相互に直交する方向に並進運動するこ
とが可能である。これらセンサ部分についてはリフタの
次に説明する。リトレースは、Ｘ及びＹ方向においての
み適当している。
リフタ54のストロークは垂直方向の力Fnを変化させ
る。リフタのストロークが最大垂直力に起因する量だけ
アクチュエータを圧縮するのに必要なストロークよりも
大きい場合には、リフタは垂直力を確立する。本装置の
差動熱膨張にも拘わらず、該リフタは垂直力を所望の値
に維持する。同一の物体に作用する付加的なアクチュエ
ータと結合して、Ｚ方向においてであるが異なった接触
位置においての並進運動は該物体を再度位置決めさせる
ことが可能である。
る。リフタのストロークが最大垂直力に起因する量だけ
アクチュエータを圧縮するのに必要なストロークよりも
大きい場合には、リフタは垂直力を確立する。本装置の
差動熱膨張にも拘わらず、該リフタは垂直力を所望の値
に維持する。同一の物体に作用する付加的なアクチュエ
ータと結合して、Ｚ方向においてであるが異なった接触
位置においての並進運動は該物体を再度位置決めさせる
ことが可能である。
クラウンを頂部に有するピラミッド形状のアクチュエ
ータは、該アクチュエータによって加速され且つ減速さ
れる質量を減少させ、そのことは該アクチュエータがリ
トレースを実施するのに必要な時間を短縮させる。
ータは、該アクチュエータによって加速され且つ減速さ
れる質量を減少させ、そのことは該アクチュエータがリ
トレースを実施するのに必要な時間を短縮させる。
第5A図は、静止状態にあるＺ並進ピエゾ電気部分54即
ちリフタの好適実施例を断面で示してある。該リフタ
は、リフタの並進運動の所望方向に平行に位置する接地
電極22及び活性電極16を具備する２個以上のダイモルフ
20を有している。ピエゾ電気剪断分極の方向は矢印Ｐで
示してある。接地電極22は、ダイモルフ本体外部に交互
に延在されており且つ該リフタの両側においてアクチュ
エータ部分60及び62へ固着されている。電極16へ正の電
位を印加することにより、矢印Ｅによって示された方向
に電界Ｅを形成し、それは、隣接する構成体60と相対的
に距離＋δだけ矢印64によって示された方向に（第5B図
参照）部分62を並進運動させる。正の符号は、該積層体
が圧縮された場合に、リトレース面に垂直な並進運動が
正の符号において行なわれていることを表わす、明確性
のために、第5C図に示した如く、負の電位を印加する
と、−δの並進運動が行なわれ、一方部分62は矢印66の
方向に並進運度する。
ちリフタの好適実施例を断面で示してある。該リフタ
は、リフタの並進運動の所望方向に平行に位置する接地
電極22及び活性電極16を具備する２個以上のダイモルフ
20を有している。ピエゾ電気剪断分極の方向は矢印Ｐで
示してある。接地電極22は、ダイモルフ本体外部に交互
に延在されており且つ該リフタの両側においてアクチュ
エータ部分60及び62へ固着されている。電極16へ正の電
位を印加することにより、矢印Ｅによって示された方向
に電界Ｅを形成し、それは、隣接する構成体60と相対的
に距離＋δだけ矢印64によって示された方向に（第5B図
参照）部分62を並進運動させる。正の符号は、該積層体
が圧縮された場合に、リトレース面に垂直な並進運動が
正の符号において行なわれていることを表わす、明確性
のために、第5C図に示した如く、負の電位を印加する
と、−δの並進運動が行なわれ、一方部分62は矢印66の
方向に並進運度する。
電極22がダイモルフ本体の外部へ延在する距離は、活
性電極16の端部と隣接する構成体60及び62の間の電気的
絶縁を与えるのに十分である。隣接する対の電極22の間
のダイモルフの数を２倍とすることにより、同一の印加
電位におけるストロークが２倍とされ、一方別法とし
て、同一の印加電界強度に対しての印加電位を半分とす
る。リフタのストロークδは、並進運動方向に測定され
たダイモルフの寸法とは独立的である。その寸法は、ピ
エゾ電気物質の剪断強度及び印加剪断応力及び残留剪断
応力によって課される限界に一致して可及的に小さくさ
せることが可能である。
性電極16の端部と隣接する構成体60及び62の間の電気的
絶縁を与えるのに十分である。隣接する対の電極22の間
のダイモルフの数を２倍とすることにより、同一の印加
電位におけるストロークが２倍とされ、一方別法とし
て、同一の印加電界強度に対しての印加電位を半分とす
る。リフタのストロークδは、並進運動方向に測定され
たダイモルフの寸法とは独立的である。その寸法は、ピ
エゾ電気物質の剪断強度及び印加剪断応力及び残留剪断
応力によって課される限界に一致して可及的に小さくさ
せることが可能である。
剪断リフタは、双極性ストロークの全体の半分に等し
い静止状態位置を持っている。静止状態垂直力及び静止
状態ストロークは各々最大動作値の半分である。静止状
態の半分の垂直力は、パワーが切られている場合に、可
動物体の位置を維持することが可能である。同様に、本
装置の初期的な形態は、内部応力の静止状態を、最大の
正の（積層体圧縮）リフタのストロークが喚起される場
合に得られるのであろうものよりも小さな値へ名部応力
の静止状態を制限する。
い静止状態位置を持っている。静止状態垂直力及び静止
状態ストロークは各々最大動作値の半分である。静止状
態の半分の垂直力は、パワーが切られている場合に、可
動物体の位置を維持することが可能である。同様に、本
装置の初期的な形態は、内部応力の静止状態を、最大の
正の（積層体圧縮）リフタのストロークが喚起される場
合に得られるのであろうものよりも小さな値へ名部応力
の静止状態を制限する。
第6A図は、ダイモルフ20がＰ方向に分極された場合に
おける静止状態厚さ変形リフタの断面を示している。こ
のリフタは、隣接するアクチュエータ構成体60及び62へ
固着されている。第6B図に示した如く、電極16へ負の電
位を印加することにより、矢印66で示した方向にリフト
即ち上昇し、その場合のリフトのストロークは＋δであ
る。前述した理由により、電界が分極方向Ｅに対して決
してアンチパラレル即ち逆平行とならないように、印加
電位は単一の極性に制限されている。ピエゾ電気厚さ係
数d33が剪断係数d15よりも小さいので、均等な幾何学的
形状及び電界強度が与えられた場合には、厚さストロー
クは剪断ストロークよりも小さいものであることが予測
される。このリフタの静止状態厚さは、全電位が印加さ
れた場合よりも小さい。厚さリフタは、圧縮性予備負荷
のために最大リフタストロークが本装置内のアクチュエ
ータの圧縮変形よりも大きい場合には、パワーがオフさ
れると可動物体を解放状態とさせる。
おける静止状態厚さ変形リフタの断面を示している。こ
のリフタは、隣接するアクチュエータ構成体60及び62へ
固着されている。第6B図に示した如く、電極16へ負の電
位を印加することにより、矢印66で示した方向にリフト
即ち上昇し、その場合のリフトのストロークは＋δであ
る。前述した理由により、電界が分極方向Ｅに対して決
してアンチパラレル即ち逆平行とならないように、印加
電位は単一の極性に制限されている。ピエゾ電気厚さ係
数d33が剪断係数d15よりも小さいので、均等な幾何学的
形状及び電界強度が与えられた場合には、厚さストロー
クは剪断ストロークよりも小さいものであることが予測
される。このリフタの静止状態厚さは、全電位が印加さ
れた場合よりも小さい。厚さリフタは、圧縮性予備負荷
のために最大リフタストロークが本装置内のアクチュエ
ータの圧縮変形よりも大きい場合には、パワーがオフさ
れると可動物体を解放状態とさせる。
第7A図は、絶縁体68によって隣接するアクチュエータ
部分60及び62から電気的に分離されている伸長変形ピエ
ゾ電気ダイモルフ20から構成される静止状態のリフタの
断面を示している。第7B図に示した如く、活性電極へ負
の電位を印加すると、伸長ストローク−δを発生させ、
矢印64で示した方向に部分62を部分60と相対的に並進運
動させる。このリフタは、パワーがオフされる場合に最
大積層体圧縮状態に止どまり、その際に静止状態リフタ
状態における可動物体の位置制御を維持する。厚さリフ
タにおける如く、印加電位は単一極性に制限されてい
る。同一の幾何学的形状及び印加電界が与えられる場合
には、伸長リフタは、厚さ及び剪断リフタよりもより小
さなストロークを有するものと予測される。なぜなら
ば、伸長ピエゾ電気係数d31は三つの係数の中で最も小
さな値を有するからである。
部分60及び62から電気的に分離されている伸長変形ピエ
ゾ電気ダイモルフ20から構成される静止状態のリフタの
断面を示している。第7B図に示した如く、活性電極へ負
の電位を印加すると、伸長ストローク−δを発生させ、
矢印64で示した方向に部分62を部分60と相対的に並進運
動させる。このリフタは、パワーがオフされる場合に最
大積層体圧縮状態に止どまり、その際に静止状態リフタ
状態における可動物体の位置制御を維持する。厚さリフ
タにおける如く、印加電位は単一極性に制限されてい
る。同一の幾何学的形状及び印加電界が与えられる場合
には、伸長リフタは、厚さ及び剪断リフタよりもより小
さなストロークを有するものと予測される。なぜなら
ば、伸長ピエゾ電気係数d31は三つの係数の中で最も小
さな値を有するからである。
剪断、厚さ、及び伸長変形リフタは、アクチュエータ
の所望の使用に対してストロークの大きさ、ストローク
の方向、ストロークの静止状態、及び印加する垂直力を
適宜調節するために、同一のアクチュエータにおいて任
意の組合わせで使用することが可能である。
の所望の使用に対してストロークの大きさ、ストローク
の方向、ストロークの静止状態、及び印加する垂直力を
適宜調節するために、同一のアクチュエータにおいて任
意の組合わせで使用することが可能である。
アクチュエータの本体におけるリフタ部分の位置は、
該リフタがアクチュエータ本体の一部を大きな加速度で
並進運動させねばならない場合を除いて、重要ではな
い。このことは、加速されねばならないアクチュエータ
物質の質量を最小とする位置にアクチュエータにおける
リフタを位置決めすることによって最も効果的に達成さ
れる。
該リフタがアクチュエータ本体の一部を大きな加速度で
並進運動させねばならない場合を除いて、重要ではな
い。このことは、加速されねばならないアクチュエータ
物質の質量を最小とする位置にアクチュエータにおける
リフタを位置決めすることによって最も効果的に達成さ
れる。
第８図を参照すると、アクチュエータ32が位置決めさ
れるべきバー状の物体62の外部表面60上に作用する実施
例を示している。明確性のために、支持手段は示してい
ない。例えば、バー状物体は、矢印40で示したゼロ乃至
三つの相互に垂直な方向に対して平行な並進及びゼロ乃
至三つの軸の周りの回転（不図示）による位置決めを必
要とする機構副組立体である場合がある。この様な位置
決めは、一体的に作用する三つ以上のアクチュエータに
よって行なわれる。外部ガイド（不図示）の有無に拘ら
ず、バー状物体は、各アクチュエータ32が別の時間にリ
トレースする場合に、常に位置的制御が行なわれる。前
述した如く、各リトレースは、例えば重量などのような
外部的な作用力に起因し且つ逆行リトレース摩擦力に起
因してバー状物体が著しい距離移動するのに必要とされ
る時間よりも少ない時間を必要とする。この逆行リトレ
ース摩擦力は、バー状物体の慣性及びリトレースしない
アクチュエータの摩擦によって抵抗を受ける。
れるべきバー状の物体62の外部表面60上に作用する実施
例を示している。明確性のために、支持手段は示してい
ない。例えば、バー状物体は、矢印40で示したゼロ乃至
三つの相互に垂直な方向に対して平行な並進及びゼロ乃
至三つの軸の周りの回転（不図示）による位置決めを必
要とする機構副組立体である場合がある。この様な位置
決めは、一体的に作用する三つ以上のアクチュエータに
よって行なわれる。外部ガイド（不図示）の有無に拘ら
ず、バー状物体は、各アクチュエータ32が別の時間にリ
トレースする場合に、常に位置的制御が行なわれる。前
述した如く、各リトレースは、例えば重量などのような
外部的な作用力に起因し且つ逆行リトレース摩擦力に起
因してバー状物体が著しい距離移動するのに必要とされ
る時間よりも少ない時間を必要とする。この逆行リトレ
ース摩擦力は、バー状物体の慣性及びリトレースしない
アクチュエータの摩擦によって抵抗を受ける。
第９図を参照すると、位置決めされるべきディスク状
物体66の外部を面取りした表面64上に３個以上のアクチ
ュエータ32が作用する場合の実施例が示されている。支
持手段は明確性のために示していない。このディスク
は、例えば、回転によりゼロ乃至３個の軸の周りに位置
決めすることを必要とし且つゼロ乃至３個の相互に直交
する方向に平行な並進を必要とする機構副組立体である
場合があるが、主に、矢印40によって示されるの軸の周
りの無制限な回転を行なうことが意図されている。クラ
ウン及びディスク端部の間の接触は二重線接触である。
これらのクラウンは、該ディスクに対する支持用及び位
置決め用の機能の全てを与え、その他の軸受乃至はガイ
ドは必要とされない。一つのアクチュエータにおけるリ
フタは、差動熱膨張に対して調節することが可能であ
る。全てのアクチュエータにおけるリフタ部分は、一体
的に作用して、該ディスクをその最も広い面に対して平
行に位置決めさせる。該リフタ部分は、該ディスクに付
与される半径方向の力を変化させることを可能とし、所
望の変形を行なうと共に、該ディスク端部上で反対の符
号で適宜の位置において変形を付与することにより不所
望の変形を補正することが可能であり、この場合の後者
は通常光学技術においてモーダルミラー乃至はモーダル
レンズと呼称されている。該ディスクが光学的グレーチ
ングである場合には、リトレースのないアクチュエータ
は、数百ヘルツの周波数において、該グレーチングの二
つの角度及び軸方向における動的位置決め操作に影響を
与え、一方低周波数でのリトレースの場合及び静的整合
の場合、アクチュエータは該グレーチングを方向40にお
いて回転させる（通常クロッキングと呼称される）。
物体66の外部を面取りした表面64上に３個以上のアクチ
ュエータ32が作用する場合の実施例が示されている。支
持手段は明確性のために示していない。このディスク
は、例えば、回転によりゼロ乃至３個の軸の周りに位置
決めすることを必要とし且つゼロ乃至３個の相互に直交
する方向に平行な並進を必要とする機構副組立体である
場合があるが、主に、矢印40によって示されるの軸の周
りの無制限な回転を行なうことが意図されている。クラ
ウン及びディスク端部の間の接触は二重線接触である。
これらのクラウンは、該ディスクに対する支持用及び位
置決め用の機能の全てを与え、その他の軸受乃至はガイ
ドは必要とされない。一つのアクチュエータにおけるリ
フタは、差動熱膨張に対して調節することが可能であ
る。全てのアクチュエータにおけるリフタ部分は、一体
的に作用して、該ディスクをその最も広い面に対して平
行に位置決めさせる。該リフタ部分は、該ディスクに付
与される半径方向の力を変化させることを可能とし、所
望の変形を行なうと共に、該ディスク端部上で反対の符
号で適宜の位置において変形を付与することにより不所
望の変形を補正することが可能であり、この場合の後者
は通常光学技術においてモーダルミラー乃至はモーダル
レンズと呼称されている。該ディスクが光学的グレーチ
ングである場合には、リトレースのないアクチュエータ
は、数百ヘルツの周波数において、該グレーチングの二
つの角度及び軸方向における動的位置決め操作に影響を
与え、一方低周波数でのリトレースの場合及び静的整合
の場合、アクチュエータは該グレーチングを方向40にお
いて回転させる（通常クロッキングと呼称される）。
第10図を参照すると、剪断アクチュエータ32が位置決
めされるべき円錐形68の外部表面上に作用する場合の実
施例が示されている。ピエゾ電気アクチュエータに対す
る支持手段は明確性のために図示されていない。この円
錐形は、例えば、回転によりゼロ乃至三つの軸の周りの
位置決めを必要とし且つゼロ乃至三つの相互に垂直方向
に平行な並進運動を必要とするが、主に一つの軸の周り
の回転でありその運動を矢印40で示した機構副組立体で
ある場合がある。この様な位置決め動作は、各アクチュ
エータがピエゾ電気剪断変形によって発生されるゼロ乃
至３個の並進運動を与えるアクチュエータの組合わせに
よって達成される。クラウンと円錐表面との間のコンタ
クト即ち接触は、線接触であるが、ヘルツ型（Hertzia
n）とすることも可能である。該クラウンは、例えば重
力などのような力が図面の下方向に作用する場合に、該
円錐形に対し全ての支持用及び位置決め用の機能を与え
る。その他の軸受乃至はガイドなどは必要とされない。
各アクチュエータにおけるリフタ及びタンジェンタ（接
線）ピエゾ電気部分の両方が、該円錐形の軸方向位置を
調節する。円錐表面に対し接線方向に作用するタンジェ
ンタピエゾ電気部分は、該円錐形の回転に影響を与え
る。該クラウンの円錐形表面との摩擦接触の形状により
課される限界内において、該円錐形の対称軸に対し垂直
な軸の周りに該円錐形の回転が与えられる。
めされるべき円錐形68の外部表面上に作用する場合の実
施例が示されている。ピエゾ電気アクチュエータに対す
る支持手段は明確性のために図示されていない。この円
錐形は、例えば、回転によりゼロ乃至三つの軸の周りの
位置決めを必要とし且つゼロ乃至三つの相互に垂直方向
に平行な並進運動を必要とするが、主に一つの軸の周り
の回転でありその運動を矢印40で示した機構副組立体で
ある場合がある。この様な位置決め動作は、各アクチュ
エータがピエゾ電気剪断変形によって発生されるゼロ乃
至３個の並進運動を与えるアクチュエータの組合わせに
よって達成される。クラウンと円錐表面との間のコンタ
クト即ち接触は、線接触であるが、ヘルツ型（Hertzia
n）とすることも可能である。該クラウンは、例えば重
力などのような力が図面の下方向に作用する場合に、該
円錐形に対し全ての支持用及び位置決め用の機能を与え
る。その他の軸受乃至はガイドなどは必要とされない。
各アクチュエータにおけるリフタ及びタンジェンタ（接
線）ピエゾ電気部分の両方が、該円錐形の軸方向位置を
調節する。円錐表面に対し接線方向に作用するタンジェ
ンタピエゾ電気部分は、該円錐形の回転に影響を与え
る。該クラウンの円錐形表面との摩擦接触の形状により
課される限界内において、該円錐形の対称軸に対し垂直
な軸の周りに該円錐形の回転が与えられる。
第11図を参照すると、位置決めされるべき球70の外部
表面上に三つ以上の剪断アクチュエータ32が作用する実
施例が示されている。ピエゾ電気アクチュエータ用の支
持手段は明確性のために示していない。この球は、例え
ば、ゼロ乃至三つの軸の周りの回転及びゼロ乃至三つの
相互に垂直する方向に平行な並進運動による位置決めを
必要とするが主に三つの軸の周りの回転でありその運動
は矢印40で示した如く境界が画定されていない機構副組
立体である場合がある。この様な位置決め操作は、各ア
クチュエータがピエゾ電気剪断変形により発生されるゼ
ロ乃至三つの並進運動を与えるアクチュエータの組合わ
せによって達成される。該クラウンと球状表面との間の
接触は、ヘルツ型であり、即ち、その接触は小さな円乃
至は楕円である。該クラウンは、例えば重力などの力が
図面中で下方向に作用する場合に、該球に対する全ての
支持用及び位置決め用機能を提供する。図面中に創造さ
れる四面体（不図示）の頂部における４番目のアクチュ
エータは、外部的力及び拘束条件が存在しない場合に、
該球を拘束する。その他の軸受やガイドなどは必要とさ
れない。各アクチュエータにおけるリフタピエゾ電気部
分が、該球上の直交する力を調節する。タンジェンタピ
エゾ電気部分は、三つの垂直軸の周りに該球の回転に影
響を与える。三つの相互に直交する軸に沿っての小さな
並進運動は、該アクチュエータのリフタ及びタンジェン
タピエゾ電気運動の組合わせによって影響される。
表面上に三つ以上の剪断アクチュエータ32が作用する実
施例が示されている。ピエゾ電気アクチュエータ用の支
持手段は明確性のために示していない。この球は、例え
ば、ゼロ乃至三つの軸の周りの回転及びゼロ乃至三つの
相互に垂直する方向に平行な並進運動による位置決めを
必要とするが主に三つの軸の周りの回転でありその運動
は矢印40で示した如く境界が画定されていない機構副組
立体である場合がある。この様な位置決め操作は、各ア
クチュエータがピエゾ電気剪断変形により発生されるゼ
ロ乃至三つの並進運動を与えるアクチュエータの組合わ
せによって達成される。該クラウンと球状表面との間の
接触は、ヘルツ型であり、即ち、その接触は小さな円乃
至は楕円である。該クラウンは、例えば重力などの力が
図面中で下方向に作用する場合に、該球に対する全ての
支持用及び位置決め用機能を提供する。図面中に創造さ
れる四面体（不図示）の頂部における４番目のアクチュ
エータは、外部的力及び拘束条件が存在しない場合に、
該球を拘束する。その他の軸受やガイドなどは必要とさ
れない。各アクチュエータにおけるリフタピエゾ電気部
分が、該球上の直交する力を調節する。タンジェンタピ
エゾ電気部分は、三つの垂直軸の周りに該球の回転に影
響を与える。三つの相互に直交する軸に沿っての小さな
並進運動は、該アクチュエータのリフタ及びタンジェン
タピエゾ電気運動の組合わせによって影響される。
第12図を参照すると、支持手段34と相対的に矢印40で
示した方向に位置決めすべきスラブ状物体38の表面下の
面上においてであるが、主には位置決め操作がスラブの
表面範囲及びアクチュエータコンタクトのフットプリン
ト（足跡）によってのみ制限されるスラブの面内におい
て作用する実施例が示されている。該スラブは、更に、
そのスラブの広い表面に対し直交する任意の軸の周りに
回転可能であり、この場合も位置決めは該スラブの広い
表面の範囲によってのみ制限される。この実施例は、更
に、１個以上のシグチュエータが図面中のスラブの上表
面へ付加され且つ上表面上に作用する場合には、重力な
しで且つ外部的な直交強制手段なしで動作する。スラブ
位置検知手段（不図示）と結合して、本装置は、集積回
路マスクアライメント、光学的顕微鏡サンプル位置決
め、及びトンネル型電子顕微鏡におけるサンプルの位置
決めに適用することが可能である。
示した方向に位置決めすべきスラブ状物体38の表面下の
面上においてであるが、主には位置決め操作がスラブの
表面範囲及びアクチュエータコンタクトのフットプリン
ト（足跡）によってのみ制限されるスラブの面内におい
て作用する実施例が示されている。該スラブは、更に、
そのスラブの広い表面に対し直交する任意の軸の周りに
回転可能であり、この場合も位置決めは該スラブの広い
表面の範囲によってのみ制限される。この実施例は、更
に、１個以上のシグチュエータが図面中のスラブの上表
面へ付加され且つ上表面上に作用する場合には、重力な
しで且つ外部的な直交強制手段なしで動作する。スラブ
位置検知手段（不図示）と結合して、本装置は、集積回
路マスクアライメント、光学的顕微鏡サンプル位置決
め、及びトンネル型電子顕微鏡におけるサンプルの位置
決めに適用することが可能である。
一体的に作用するアクチュエータのリフタ部分は、該
スラブを、該リフタのストロークに等しい範囲において
その広い表面と直交する方向に並進運動させる。適宜異
なった電位で作用する場合、該リフタは小さな角度に亘
り二つの直交する軸の周りに該スラブを回転させる。要
するに、全部で６個の位置決め自由度が与えられてお
り、それらの三つは大きなものである。
スラブを、該リフタのストロークに等しい範囲において
その広い表面と直交する方向に並進運動させる。適宜異
なった電位で作用する場合、該リフタは小さな角度に亘
り二つの直交する軸の周りに該スラブを回転させる。要
するに、全部で６個の位置決め自由度が与えられてお
り、それらの三つは大きなものである。
第12図の実施例は、反転されることが可能であり、即
ち、スラブ38を静止状態とし、アクチュエータ32と一体
的な支持手段34を位置決めさせることが可能である。
ち、スラブ38を静止状態とし、アクチュエータ32と一体
的な支持手段34を位置決めさせることが可能である。
第13図を参照すると、偶数個のピエゾ電気アクチュエ
ータ32を支持手段34、グリップ及び位置決めシャフト72
へ取付けた実施例が示されている。直径方向に反対側に
アクチュエータを動作させ且つ対としてリトレースさせ
る場合に、シャフトに対して対称的な力が付与される。
アクチュエータが電気的に二つのグループ、例えば偶数
及び奇数に接続されている場合に、各アクチュエータス
トローク方向に対して最小数の電荷供給源（即ち２個）
が必要とされる。
ータ32を支持手段34、グリップ及び位置決めシャフト72
へ取付けた実施例が示されている。直径方向に反対側に
アクチュエータを動作させ且つ対としてリトレースさせ
る場合に、シャフトに対して対称的な力が付与される。
アクチュエータが電気的に二つのグループ、例えば偶数
及び奇数に接続されている場合に、各アクチュエータス
トローク方向に対して最小数の電荷供給源（即ち２個）
が必要とされる。
シャフト72は、矢印40で示した如く、手の平の間で鉛
筆を転がすように、接線方向アクチュエータ運動が発生
する場合に対向するアクチュエータクラウンの間でシャ
フト72が転動する。アクチュエータグループの交互に同
期されるリトレースは、滑らかなシャフトの位置決め動
作に影響を与える。軸方向アクチュエータクラウンの運
動は、直線矢印40で示した如く、該シャフトを軸方向に
並進運動させる。リフタ部分は該シャフト上の垂直力を
制御し且つ差動熱膨張を補償する。リフタは、更に、該
シャフトの軸を所望に応じて整合させ、又は例えば摂動
を受ける回転機械におけるバランスの崩れた状態に対し
て補償するためのシャフト回転の期間中シャフト軸が任
意の形状の閉曲線をトレースするようにさせることが可
能である。クラウンは、該リフタにより高周波数で制御
される流体膜厚を有する静圧及び動圧流体軸受とするこ
とが可能である。
筆を転がすように、接線方向アクチュエータ運動が発生
する場合に対向するアクチュエータクラウンの間でシャ
フト72が転動する。アクチュエータグループの交互に同
期されるリトレースは、滑らかなシャフトの位置決め動
作に影響を与える。軸方向アクチュエータクラウンの運
動は、直線矢印40で示した如く、該シャフトを軸方向に
並進運動させる。リフタ部分は該シャフト上の垂直力を
制御し且つ差動熱膨張を補償する。リフタは、更に、該
シャフトの軸を所望に応じて整合させ、又は例えば摂動
を受ける回転機械におけるバランスの崩れた状態に対し
て補償するためのシャフト回転の期間中シャフト軸が任
意の形状の閉曲線をトレースするようにさせることが可
能である。クラウンは、該リフタにより高周波数で制御
される流体膜厚を有する静圧及び動圧流体軸受とするこ
とが可能である。
第14図を参照すると、位置決めされるべき物体の外部
表面74にピエゾ電気アクチュエータ32が取付けられてお
り且つアクチュエータクラウンが支持手段34の摩擦表面
38上に当接しており且つその全範囲の周りを移動する更
に別の実施例が示されている。例えば、位置決めされた
物体は、ゼロ乃至三つの軸の周りの回転及びゼロ乃至三
つの相互に直交する方向に平行な並進運動による位置決
めを必要とする光学的要素である場合がある。この様な
位置決め動作は、一体的に動作するアクチュエータによ
って達成される。リトレースによる運動は、物体76が光
学的要素である場合に軸方向位置を調節し、その場合
に、負荷及びモーメントの位置は位置決め動作に関して
不変であるので、光学像は位置決め操作に関して不変の
ままである。
表面74にピエゾ電気アクチュエータ32が取付けられてお
り且つアクチュエータクラウンが支持手段34の摩擦表面
38上に当接しており且つその全範囲の周りを移動する更
に別の実施例が示されている。例えば、位置決めされた
物体は、ゼロ乃至三つの軸の周りの回転及びゼロ乃至三
つの相互に直交する方向に平行な並進運動による位置決
めを必要とする光学的要素である場合がある。この様な
位置決め動作は、一体的に動作するアクチュエータによ
って達成される。リトレースによる運動は、物体76が光
学的要素である場合に軸方向位置を調節し、その場合
に、負荷及びモーメントの位置は位置決め動作に関して
不変であるので、光学像は位置決め操作に関して不変の
ままである。
該物体の滑らかな位置決めは、第14図、第15図、第16
図に関して説明した如くに得られる。第14図の各アクチ
ュエータ位置において、各アクチュエータは、２個又は
それ以上のアクチュエータのグループによって置換させ
ることが可能であり、各グループは前者の単一アクチュ
エータにおけるのと同一の摩擦支持表面78の部分とほぼ
同じ部分に作用し、第16図に関して以下に更に詳細に説
明する滑らかな操作方法を適用することを可能とする。
アクチュエータのグループを使用することは、ここに説
明する実施例の全てに拡張して適用することが可能であ
り、より大きな構造的な剛性を得、より滑らかな動作と
し、より大きな負荷担持能力を与え、且つこれらの利点
の任意の組合わせを享受することを可能とする。
図に関して説明した如くに得られる。第14図の各アクチ
ュエータ位置において、各アクチュエータは、２個又は
それ以上のアクチュエータのグループによって置換させ
ることが可能であり、各グループは前者の単一アクチュ
エータにおけるのと同一の摩擦支持表面78の部分とほぼ
同じ部分に作用し、第16図に関して以下に更に詳細に説
明する滑らかな操作方法を適用することを可能とする。
アクチュエータのグループを使用することは、ここに説
明する実施例の全てに拡張して適用することが可能であ
り、より大きな構造的な剛性を得、より滑らかな動作と
し、より大きな負荷担持能力を与え、且つこれらの利点
の任意の組合わせを享受することを可能とする。
第15図を参照すると、第９図の実施例にとって妥当す
る位置決めシステム乃至は方式の概略図は、制御手段80
及びリニアパワーアンプとすることが可能な電荷供給源
82を示している。この例は、ディスク66の擾乱を受ける
ことのない一定の角速度位置決めを発生する方法を示し
ている。アクチュエータは単一的なリトレースを行な
う。第４図の接線方向力変換器50は、クラウン上の接線
方向摩擦力とクラウン質量及びリトレース期間中検知要
素自身の質量の一部の加速により発生される慣性反作用
力の和である電気信号を発生する。この検知要素からの
信号は、加速−摩擦増幅器によって条件付けされる。こ
の条件付けは、クラウン及びセンサ部分の既知質量及び
弾性特性に対する補償を包含している。
る位置決めシステム乃至は方式の概略図は、制御手段80
及びリニアパワーアンプとすることが可能な電荷供給源
82を示している。この例は、ディスク66の擾乱を受ける
ことのない一定の角速度位置決めを発生する方法を示し
ている。アクチュエータは単一的なリトレースを行な
う。第４図の接線方向力変換器50は、クラウン上の接線
方向摩擦力とクラウン質量及びリトレース期間中検知要
素自身の質量の一部の加速により発生される慣性反作用
力の和である電気信号を発生する。この検知要素からの
信号は、加速−摩擦増幅器によって条件付けされる。こ
の条件付けは、クラウン及びセンサ部分の既知質量及び
弾性特性に対する補償を包含している。
各クラウンの近傍に、非接触型センサ58が設けられて
おり、該センサは支持手段（不図示）と相対的なクラウ
ンの接線方向位置に比例する電気信号を発生する。この
位置信号は条件付けされ且つ二重微分されて、リトレー
ス期間中にクラウンの加速に比例する信号を派生する。
おり、該センサは支持手段（不図示）と相対的なクラウ
ンの接線方向位置に比例する電気信号を発生する。この
位置信号は条件付けされ且つ二重微分されて、リトレー
ス期間中にクラウンの加速に比例する信号を派生する。
差動増幅器は、派生された加速信号を測定した加速−
摩擦信号から減算し、リトレースするクラウンに付与さ
れる摩擦力にのみ比例する信号を発生する。この摩擦信
号は反転され、２で割算され、且つリトレースを行なわ
ない他の二つのアクチュエータへ外部的に付与される位
置決め信号Ｘと加算される。加算回路は、該パワーアン
プへ信号を供給する。反転されたリトレース摩擦信号の
半分を非リトレースアクチュエータの各々へ重畳させる
ことにより、トルクの二つの正の半分のインクリメント
即ち増分を該ディスクへ付加し、リトレースを行なうア
クチュエータにより該ディスクへ付与される負のトルク
の一つのインクリメントに対する補償を行なう。これら
３個のトルクは、相互に逆相補型であり、加算されてゼ
ロトルクとなり、リトレースにも拘らず該ディスクを一
定トルクで駆動させる。２個の非リトレース型アクチュ
エータへトルクの半分のインクリメント即ち増分を付与
することにより、非リトレース型クラウンの接線方向摩
擦力を越えることを排除し、その際にローリング即ち転
動からスライディング即ち摺動への不所望の遷移が発生
することを排除している。サイクル全体に亘り三つのア
クチュエータの直交する力が一定のままである場合に、
ディスクは最小の摂動乃至は擾乱で回転する。一定の直
交する力は、蓄積された弾性エネルギの解放及び再付与
を解消し、その際に構造的振動の励起を最小する。直交
する力を調節するためにこの実施例においてはリフタは
必要ではないが、差動熱膨張に対する補償を行なうため
又はある光学要素においては所望されるディスクにおけ
る故意の変形を行なうために直交する力を変化させるた
めに使用することが可能である。リトレース期間中の摺
擦エネルギ散逸は、クラウン加速を増加することにより
減少される。外部的に付与される位置決め信号Ｘは、リ
トレース間のより長い又はより短いピエゾ電気剪断スト
ロークのために調節される。より短いストロークは、ク
ラウン摩擦表面上のクラウンに対するディスクの接触再
配置距離位置の大きさを減少し、そのことは印加された
直交力によるアクチュエータのクラウン部分へ付与され
るモーメントにおける変化を減少させる。
摩擦信号から減算し、リトレースするクラウンに付与さ
れる摩擦力にのみ比例する信号を発生する。この摩擦信
号は反転され、２で割算され、且つリトレースを行なわ
ない他の二つのアクチュエータへ外部的に付与される位
置決め信号Ｘと加算される。加算回路は、該パワーアン
プへ信号を供給する。反転されたリトレース摩擦信号の
半分を非リトレースアクチュエータの各々へ重畳させる
ことにより、トルクの二つの正の半分のインクリメント
即ち増分を該ディスクへ付加し、リトレースを行なうア
クチュエータにより該ディスクへ付与される負のトルク
の一つのインクリメントに対する補償を行なう。これら
３個のトルクは、相互に逆相補型であり、加算されてゼ
ロトルクとなり、リトレースにも拘らず該ディスクを一
定トルクで駆動させる。２個の非リトレース型アクチュ
エータへトルクの半分のインクリメント即ち増分を付与
することにより、非リトレース型クラウンの接線方向摩
擦力を越えることを排除し、その際にローリング即ち転
動からスライディング即ち摺動への不所望の遷移が発生
することを排除している。サイクル全体に亘り三つのア
クチュエータの直交する力が一定のままである場合に、
ディスクは最小の摂動乃至は擾乱で回転する。一定の直
交する力は、蓄積された弾性エネルギの解放及び再付与
を解消し、その際に構造的振動の励起を最小する。直交
する力を調節するためにこの実施例においてはリフタは
必要ではないが、差動熱膨張に対する補償を行なうため
又はある光学要素においては所望されるディスクにおけ
る故意の変形を行なうために直交する力を変化させるた
めに使用することが可能である。リトレース期間中の摺
擦エネルギ散逸は、クラウン加速を増加することにより
減少される。外部的に付与される位置決め信号Ｘは、リ
トレース間のより長い又はより短いピエゾ電気剪断スト
ロークのために調節される。より短いストロークは、ク
ラウン摩擦表面上のクラウンに対するディスクの接触再
配置距離位置の大きさを減少し、そのことは印加された
直交力によるアクチュエータのクラウン部分へ付与され
るモーメントにおける変化を減少させる。
本装置を動作する前述した方法の任意の組合わせが使
用される場合、光学要素位置決めに適した滑らかさ及び
精度でディスクの回転が進行する。該ディスクは、光学
ミラー、回折格子又はレンズとすることが可能である。
各アクチュエータの各タンジェンタ（接線方向器）の一
部が該ディスクの軸の方向に作用する場合、適宜のパワ
ーアンプが付加され、光学要素の二つの回転方向位置決
め及び一つの軸方向位置決めが使用可能である。
用される場合、光学要素位置決めに適した滑らかさ及び
精度でディスクの回転が進行する。該ディスクは、光学
ミラー、回折格子又はレンズとすることが可能である。
各アクチュエータの各タンジェンタ（接線方向器）の一
部が該ディスクの軸の方向に作用する場合、適宜のパワ
ーアンプが付加され、光学要素の二つの回転方向位置決
め及び一つの軸方向位置決めが使用可能である。
可動物体の摩擦表面が標準化される場合、同一のアク
チュエータ及び関連する電気部品は大きな且つ各種の物
体の位置決めのために使用することが可能である。
チュエータ及び関連する電気部品は大きな且つ各種の物
体の位置決めのために使用することが可能である。
次に、第16図を参照すると、第13図に示した電気モー
タ実施例のピエゾ電気アクチュエータへ印加される電位
の関数として時間がプロットされている。この例におい
て、アクチュエータは電気的に二つの組、偶数組及び奇
数組に接続されており且つ２個のリニアタンジェンタア
ンプ及び２個のリフタリニアアンプによって交互に駆動
される。タンジェンタピエゾ電気部分はシャフトに対し
接線方向に作用する。リフタピエゾ電気部分はシャフト
表面に対し直交する方向に作用する。シャフト位置セン
サ（不図示）は、制御手段に対しシャフト位置及びシャ
フト角度速度信号を供給する。タンジェンタアンプ即ち
接線方向増幅器の各々は、最大電位±eMを供給し、一方
リフタアンプ即ち上昇増幅器の各々は電位変化eLoを供
給して、クラウンとシャフトとの間の直交力乃至は垂直
力を変化させ、且つ電位変化がフロートしてモータにお
ける差動熱膨張を補償する。タンジェンタアンプからの
電位は、のスルーレートを有しており且つ電位加速度
を有している。リフタアンプは、スルーレートL及
び電位加速度Lを供給する。偶数アクチュエータは、
奇数アクチュエータと交互にシャフトへトルクを付与す
る。第16図の時間プロットにおける如く、偶数アクチュ
エータは、サイクルの開始時にシャフトをグリップ即ち
把持し、且つタンジェンタアンプの一定のスルーレート
を使用して、時間ゼロからt1へ一定速度でシャフトを回
転させる。偶数アクチュエータはt13からt14へ一定速度
でシャフトをグリップし且つ回転させる。。このプロッ
トの中央tr部分は該サイクルのリトレース部分である。
タ実施例のピエゾ電気アクチュエータへ印加される電位
の関数として時間がプロットされている。この例におい
て、アクチュエータは電気的に二つの組、偶数組及び奇
数組に接続されており且つ２個のリニアタンジェンタア
ンプ及び２個のリフタリニアアンプによって交互に駆動
される。タンジェンタピエゾ電気部分はシャフトに対し
接線方向に作用する。リフタピエゾ電気部分はシャフト
表面に対し直交する方向に作用する。シャフト位置セン
サ（不図示）は、制御手段に対しシャフト位置及びシャ
フト角度速度信号を供給する。タンジェンタアンプ即ち
接線方向増幅器の各々は、最大電位±eMを供給し、一方
リフタアンプ即ち上昇増幅器の各々は電位変化eLoを供
給して、クラウンとシャフトとの間の直交力乃至は垂直
力を変化させ、且つ電位変化がフロートしてモータにお
ける差動熱膨張を補償する。タンジェンタアンプからの
電位は、のスルーレートを有しており且つ電位加速度
を有している。リフタアンプは、スルーレートL及
び電位加速度Lを供給する。偶数アクチュエータは、
奇数アクチュエータと交互にシャフトへトルクを付与す
る。第16図の時間プロットにおける如く、偶数アクチュ
エータは、サイクルの開始時にシャフトをグリップ即ち
把持し、且つタンジェンタアンプの一定のスルーレート
を使用して、時間ゼロからt1へ一定速度でシャフトを回
転させる。偶数アクチュエータはt13からt14へ一定速度
でシャフトをグリップし且つ回転させる。。このプロッ
トの中央tr部分は該サイクルのリトレース部分である。
交互に作用する両方の組のアクチュエータは、リトレ
ース時間trがサイクル時間t14の半分である場合にシャ
フトへ一定のトルクを付与し、且つ偶数番号のアクチュ
エータのタイミングは、奇数番号のアクチュエータとは
サイクル時間の半分、即ちt1/2だけ位相がずれており、
従ってトルクが奇数アクチュエータによってシャフトか
ら除去される場合に偶数アクチュエータによってトルク
がシャフトへ付与され始める。タンジェンタ部分の一定
のスルーレートは、相対運動なしで、クラウンをしてシ
ャフト表面に追従させる。クラウンでシャフト表面を単
にトラッキングすることは、トルクをシャフトへ印加さ
せることにはならないが、所望とする場合には、摺擦を
回避する。
ース時間trがサイクル時間t14の半分である場合にシャ
フトへ一定のトルクを付与し、且つ偶数番号のアクチュ
エータのタイミングは、奇数番号のアクチュエータとは
サイクル時間の半分、即ちt1/2だけ位相がずれており、
従ってトルクが奇数アクチュエータによってシャフトか
ら除去される場合に偶数アクチュエータによってトルク
がシャフトへ付与され始める。タンジェンタ部分の一定
のスルーレートは、相対運動なしで、クラウンをしてシ
ャフト表面に追従させる。クラウンでシャフト表面を単
にトラッキングすることは、トルクをシャフトへ印加さ
せることにはならないが、所望とする場合には、摺擦を
回避する。
シャフトへトルクを付与するためには、トルク電位er
がタンジェンタ電位に付加される。トルク電位における
変化は、一定の電圧加速度及び一定の電圧減速−で
行なわれる。前述した如く、クラウン摩擦表面とシャフ
トとの間の直交する力（乃至は垂直力）及び非摺動摩擦
係数の積によって制限される。
がタンジェンタ電位に付加される。トルク電位における
変化は、一定の電圧加速度及び一定の電圧減速−で
行なわれる。前述した如く、クラウン摩擦表面とシャフ
トとの間の直交する力（乃至は垂直力）及び非摺動摩擦
係数の積によって制限される。
本装置の動作効率は、アクチュエータにおける電気的
損失、ローリング即ち転動損失、及び摺擦損失によって
制限される。電気損失及び転動損失は無視可能である。
摺擦損失が減少される場合には高い動作効率が得られ
る。高い動作効率とするには、トルク電位erが接触が破
られる場合にクラウンとシャフトとの間の摺擦を除去す
るためにリトレースが開始する前にt1とt3の間にアクチ
ュエータのタンジェンタ部分から除去することが必要で
ある。同様に、リトレースが完了した後に、トルク電位
erがt11及びt13の間で付与される。トルクがシャフトに
付与される。トルクがシャフトに付与される一方、シャ
フト上の摩擦力の印加接線力より小さな値への減少によ
り、クラウン接触の非摺動から摺動への不所望の遷移が
発生する。この不所望の遷移は、一定速度電位上のトル
ク付与及び除去の重畳、即ち不所望の相対運動を解消す
るためにシャフトをトラッキングすることによって回避
される。
損失、ローリング即ち転動損失、及び摺擦損失によって
制限される。電気損失及び転動損失は無視可能である。
摺擦損失が減少される場合には高い動作効率が得られ
る。高い動作効率とするには、トルク電位erが接触が破
られる場合にクラウンとシャフトとの間の摺擦を除去す
るためにリトレースが開始する前にt1とt3の間にアクチ
ュエータのタンジェンタ部分から除去することが必要で
ある。同様に、リトレースが完了した後に、トルク電位
erがt11及びt13の間で付与される。トルクがシャフトに
付与される。トルクがシャフトに付与される一方、シャ
フト上の摩擦力の印加接線力より小さな値への減少によ
り、クラウン接触の非摺動から摺動への不所望の遷移が
発生する。この不所望の遷移は、一定速度電位上のトル
ク付与及び除去の重畳、即ち不所望の相対運動を解消す
るためにシャフトをトラッキングすることによって回避
される。
リトレースは、一定の電位加速度及び減速度で進行す
る。リトレース期間中の摺擦は、シャフトと相対的なク
ラウンの平均速度を可及的に高くすることによって減少
させることが可能である。電圧加速度の値が高い場合に
は平均速度が増加する。摺動速度の対数にほぼ比例して
摺動摩擦接線力が減少するので、平均摺動速度の値が高
いと摺擦が減少される。時間t3及びt5の間において量e
Loだけリフタ電位を変化させることにより且つ時間t9及
びt11の間でeLoを再度付与することにより直交する力Fn
を減少させることによりリトレースの摺擦を減少させる
ことが可能である。変化する直交する力の時間間隔の期
間中に、クラウンはシャフトを同一の表面速度で追従
し、従ってシャフト表面とクラウンとの間に何ら相対的
運動が発生して摺擦を発生させることはない。
る。リトレース期間中の摺擦は、シャフトと相対的なク
ラウンの平均速度を可及的に高くすることによって減少
させることが可能である。電圧加速度の値が高い場合に
は平均速度が増加する。摺動速度の対数にほぼ比例して
摺動摩擦接線力が減少するので、平均摺動速度の値が高
いと摺擦が減少される。時間t3及びt5の間において量e
Loだけリフタ電位を変化させることにより且つ時間t9及
びt11の間でeLoを再度付与することにより直交する力Fn
を減少させることによりリトレースの摺擦を減少させる
ことが可能である。変化する直交する力の時間間隔の期
間中に、クラウンはシャフトを同一の表面速度で追従
し、従ってシャフト表面とクラウンとの間に何ら相対的
運動が発生して摺擦を発生させることはない。
各サイクルのリトレース部分を可及的に短くすること
が所望される場合にタンジェンタパワーアンプから得る
ことが可能な最大電圧加速度においてリトレースが発
生し、その際に最高のシャフト回転速度が発生される。
が所望される場合にタンジェンタパワーアンプから得る
ことが可能な最大電圧加速度においてリトレースが発
生し、その際に最高のシャフト回転速度が発生される。
前述した如く一定のトルクが得られる場合には、各サ
イクル期間中にシャフトになされる有用な仕事は、シャ
フト上の接線方向の力と、リトレース間でクラウンが移
動する距離と、サイクル周波数と、任意の時刻に係合す
るクラウンの数（この例においては半分）の積である。
本装置の馬力は、サイクル時間がHzで与えられ、寸法が
インチで与えられ、且つ力がポンドで与えられる場合に
は、前記積を6600で割った値である。サイクル動作周波
数は、t14の逆数である。サイクル時間が可及的に短い
場合には、最大一定トルクパワーが本装置から抽出され
る。最も短いサイクル時間は、タンジェンタ及びリフタ
アンプ電圧加速度に対しての最大の使用可能な値を使用
することによって得られる。タンジェンタ電圧スルーレ
ートLは、一定トルク動作によって支配される特定の
値であり、且つそうでなければ従来のリニアアンプから
得ることが可能である値よりも小さい。
イクル期間中にシャフトになされる有用な仕事は、シャ
フト上の接線方向の力と、リトレース間でクラウンが移
動する距離と、サイクル周波数と、任意の時刻に係合す
るクラウンの数（この例においては半分）の積である。
本装置の馬力は、サイクル時間がHzで与えられ、寸法が
インチで与えられ、且つ力がポンドで与えられる場合に
は、前記積を6600で割った値である。サイクル動作周波
数は、t14の逆数である。サイクル時間が可及的に短い
場合には、最大一定トルクパワーが本装置から抽出され
る。最も短いサイクル時間は、タンジェンタ及びリフタ
アンプ電圧加速度に対しての最大の使用可能な値を使用
することによって得られる。タンジェンタ電圧スルーレ
ートLは、一定トルク動作によって支配される特定の
値であり、且つそうでなければ従来のリニアアンプから
得ることが可能である値よりも小さい。
タンジェンタ電圧スルーレートのより高い値は、シャ
フト上の非一定トルクとなるが、幾分大きなパワーを発
生する。最大非一定トルクパワーを発生する電圧スルー
レート値がある。最大パワー非一定トルク値よりも高い
スルーレートの値は、より少ないパワーを発生する。な
ぜならば、サイクル時間のより小さな部分がトルク付与
のために使用されるからである。サイクル全体はトルク
除去部分と、リフタ部分と、リトレース部分とから構成
されているので、パワーを発生することのないスルーレ
ートのより高い値が存在している。
フト上の非一定トルクとなるが、幾分大きなパワーを発
生する。最大非一定トルクパワーを発生する電圧スルー
レート値がある。最大パワー非一定トルク値よりも高い
スルーレートの値は、より少ないパワーを発生する。な
ぜならば、サイクル時間のより小さな部分がトルク付与
のために使用されるからである。サイクル全体はトルク
除去部分と、リフタ部分と、リトレース部分とから構成
されているので、パワーを発生することのないスルーレ
ートのより高い値が存在している。
二つの組の交互に作用するアクチュエータが存在する
この例においては、スタティック即ち静的な場合におい
て、アクチュエータの全てがシャフトに係合する場合が
ありその何れもがリトレースしていないので、静的トル
クは稼動中のトルクの２倍となることが可能である。非
摺動摩擦係数が一定のままであるので、モータの最大稼
動トルクはシャフト速度とは独立的である。発生される
パワーは、シャフト速度の線形関数である。シャフト速
度は、サイクル動作周波数に依存し、サイクル動作周波
数は、前述した如く、アンプのスルーレート及び電圧加
速度に依存する。モータ速度は、ステップ周波数、電圧
スルーレート、及び電圧加速度の任意の組合わせを変化
させることによって変化される。モータ速度は、無制限
に長い期間に対する一回転から毎分当たり数千回転で変
化することが可能である。
この例においては、スタティック即ち静的な場合におい
て、アクチュエータの全てがシャフトに係合する場合が
ありその何れもがリトレースしていないので、静的トル
クは稼動中のトルクの２倍となることが可能である。非
摺動摩擦係数が一定のままであるので、モータの最大稼
動トルクはシャフト速度とは独立的である。発生される
パワーは、シャフト速度の線形関数である。シャフト速
度は、サイクル動作周波数に依存し、サイクル動作周波
数は、前述した如く、アンプのスルーレート及び電圧加
速度に依存する。モータ速度は、ステップ周波数、電圧
スルーレート、及び電圧加速度の任意の組合わせを変化
させることによって変化される。モータ速度は、無制限
に長い期間に対する一回転から毎分当たり数千回転で変
化することが可能である。
リフタのストロークは、シャフトと相対的に半径方向
における本装置の部品の撓み乃至は変形に依存する。パ
ワーは、垂直乃至は直交する力に線形的に依存する。直
交する力が増加すると、アクチュエータ及び支持手段の
変形が増加し、それはリフタのストロークを増加させ
る。リフタのストロークが増加すると、リフト時間が増
加し、それはサイクル時間を増加させそれはパワーを減
少させる。モータの幾何学的形状が固定されている場
合、リフタのストロークが増加すると、より大きなリフ
タが必要とされ、そのことはタンジェンタ部分の寸法を
減少させ、それは与えられた最大動作電圧においての接
線方向のストロークの寸法を減少させる。
における本装置の部品の撓み乃至は変形に依存する。パ
ワーは、垂直乃至は直交する力に線形的に依存する。直
交する力が増加すると、アクチュエータ及び支持手段の
変形が増加し、それはリフタのストロークを増加させ
る。リフタのストロークが増加すると、リフト時間が増
加し、それはサイクル時間を増加させそれはパワーを減
少させる。モータの幾何学的形状が固定されている場
合、リフタのストロークが増加すると、より大きなリフ
タが必要とされ、そのことはタンジェンタ部分の寸法を
減少させ、それは与えられた最大動作電圧においての接
線方向のストロークの寸法を減少させる。
本装置において使用される物質の強度によって直交方
向の力が制限される。クラウンとシャフトとの間の線接
触において最大の応力が発生する。モータの例の場合、
クラウンは面摩擦表面を有するものと仮定され、一方シ
ャフトは直円柱であると仮定されている。接触応力の減
少は、クラウンの摩擦表面をその曲率半径がシャフトの
曲率半径よりも多少大きな円筒の一部とすることによっ
て影響される。アクチュエータのリフタピエゾ電気部分
は、タンジェンタ部分と同期的に作用し、サイクルの全
ての部分の期間中に必要とされるより複雑なクラウン運
動を発生させる。湾曲したクラウン摩擦表面の機械的な
利点は、より多くのシャフト回転が一単位のクラウン接
線運動から発生することにより得られる。
向の力が制限される。クラウンとシャフトとの間の線接
触において最大の応力が発生する。モータの例の場合、
クラウンは面摩擦表面を有するものと仮定され、一方シ
ャフトは直円柱であると仮定されている。接触応力の減
少は、クラウンの摩擦表面をその曲率半径がシャフトの
曲率半径よりも多少大きな円筒の一部とすることによっ
て影響される。アクチュエータのリフタピエゾ電気部分
は、タンジェンタ部分と同期的に作用し、サイクルの全
ての部分の期間中に必要とされるより複雑なクラウン運
動を発生させる。湾曲したクラウン摩擦表面の機械的な
利点は、より多くのシャフト回転が一単位のクラウン接
線運動から発生することにより得られる。
接触応力はシャフト直径に依存する。直径を増加させ
ると接触応力が減少する。シャフト直径を線形的に増加
させると、本装置のトルクが増加され、一方シャフト回
転速度を線形的に減少させる。一定のアクチュエータ寸
法が与えられると、パワーは不変のままである。第13図
のものの如きピエゾ電気モータは、低いシャフト速度で
大きなトルクが必要とされる適用場面により適してい
る。
ると接触応力が減少する。シャフト直径を線形的に増加
させると、本装置のトルクが増加され、一方シャフト回
転速度を線形的に減少させる。一定のアクチュエータ寸
法が与えられると、パワーは不変のままである。第13図
のものの如きピエゾ電気モータは、低いシャフト速度で
大きなトルクが必要とされる適用場面により適してい
る。
シャフトは常にアクチュエータの少なくとも半分のグ
リップ即ち把持状態にあり、且つグリップするクラウン
とシャフトとの間の間隙はゼロであるので、軸受は必要
ではない。更に、本ピエゾ電気アクチュエータによって
充足される軸受機能よりも少ない間隙及びより大きな剛
性を有する軸受は存在しない。従来の軸受を付加するこ
とは非効果的である。クラウン接触は本装置の全長に亘
り延在する。シャフト軸からハウジングの外部表面への
本装置の全てのものはソリッドステート状態である。低
い装置機械的コンプライアンスが所望される場合には高
い弾性係数を有する固体物質が使用される。本装置は、
電気的制御下で相対的運動を可能とする固体物体として
考えられる。
リップ即ち把持状態にあり、且つグリップするクラウン
とシャフトとの間の間隙はゼロであるので、軸受は必要
ではない。更に、本ピエゾ電気アクチュエータによって
充足される軸受機能よりも少ない間隙及びより大きな剛
性を有する軸受は存在しない。従来の軸受を付加するこ
とは非効果的である。クラウン接触は本装置の全長に亘
り延在する。シャフト軸からハウジングの外部表面への
本装置の全てのものはソリッドステート状態である。低
い装置機械的コンプライアンスが所望される場合には高
い弾性係数を有する固体物質が使用される。本装置は、
電気的制御下で相対的運動を可能とする固体物体として
考えられる。
第13図について説明した如く、同時的な回転及び軸方
向のシャフト運動は容易に発生され、この実施例はロボ
ットに対して適用することを可能としている。本発明の
何れの実施例においても強磁性物質や磁界が使用されて
おらず、強い磁界内においても安全で且つ効果的な動作
を行なうことを可能としている。
向のシャフト運動は容易に発生され、この実施例はロボ
ットに対して適用することを可能としている。本発明の
何れの実施例においても強磁性物質や磁界が使用されて
おらず、強い磁界内においても安全で且つ効果的な動作
を行なうことを可能としている。
例えば摩擦駆動産業用可変速度変化器などにおいて使
用されるような潤滑剤は許容可能であるが、ピエゾ電気
アクチュエータは何ら潤滑剤を必要とするものではな
く、高真空環境内においてそれを汚染することなしに動
作する。
用されるような潤滑剤は許容可能であるが、ピエゾ電気
アクチュエータは何ら潤滑剤を必要とするものではな
く、高真空環境内においてそれを汚染することなしに動
作する。
ピエゾ電気アクチュエータはピエゾ電気要素から構成
されており、機械的エネルギから電気的エネルギへの変
換器として同様に動作する。例えば、一つ又はそれ以上
のその車輪においてモータ実施例を使用する自動車がブ
レーキをかけた場合に、自動車の運動エネルギのほとん
どは、エネルギを通常における如く浪費熱として散逸す
る代わりに、バッテリ又はその他の電荷供給源へ回復さ
せることが可能である。第16図の実線は、再生型ブレー
キ動作の期間中に左側へ点線で示したゼロトルク曲線へ
移動する。
されており、機械的エネルギから電気的エネルギへの変
換器として同様に動作する。例えば、一つ又はそれ以上
のその車輪においてモータ実施例を使用する自動車がブ
レーキをかけた場合に、自動車の運動エネルギのほとん
どは、エネルギを通常における如く浪費熱として散逸す
る代わりに、バッテリ又はその他の電荷供給源へ回復さ
せることが可能である。第16図の実線は、再生型ブレー
キ動作の期間中に左側へ点線で示したゼロトルク曲線へ
移動する。
第16図のタイミング線図は、一定トルク可動に対する
50％のリトレースと50％のトルク動作とを示している。
各アクチュエータに対して別個のタンジェンタ及びリフ
タ増幅器を付加することにより、任意の時間に一対のア
クチュエータのみをリトレース動作させる任意のｎ番目
のアクチュエータモータの動作を可能とさせる。一定ト
ルクでの可動は、各サイクルのリトレース部分が全サイ
クル時間の2/n番目を占有することを必要とする。一定
のリトレース時間が与えられた場合に、サイクル時間が
長いと、シャフト回転速度はより遅くなるがトルクはよ
り高くなる。
50％のリトレースと50％のトルク動作とを示している。
各アクチュエータに対して別個のタンジェンタ及びリフ
タ増幅器を付加することにより、任意の時間に一対のア
クチュエータのみをリトレース動作させる任意のｎ番目
のアクチュエータモータの動作を可能とさせる。一定ト
ルクでの可動は、各サイクルのリトレース部分が全サイ
クル時間の2/n番目を占有することを必要とする。一定
のリトレース時間が与えられた場合に、サイクル時間が
長いと、シャフト回転速度はより遅くなるがトルクはよ
り高くなる。
ピエゾ電気モータが適宜の低いシャフト−クラウン接
触応力で設計される場合及びモータ動作が適宜の印加さ
れた電位及びタイミングを使用する場合、識別可能な寿
命を短くするような機構は存在しない。これらの条件下
で可動される場合、ピエゾ電気モータの効率は、99％を
越えるものと予測され、同等の強磁性モータ効率が92％
であるのと比較される。この差は、強磁性モータにおい
ては、軸受損失や渦電流損失があるからである。
触応力で設計される場合及びモータ動作が適宜の印加さ
れた電位及びタイミングを使用する場合、識別可能な寿
命を短くするような機構は存在しない。これらの条件下
で可動される場合、ピエゾ電気モータの効率は、99％を
越えるものと予測され、同等の強磁性モータ効率が92％
であるのと比較される。この差は、強磁性モータにおい
ては、軸受損失や渦電流損失があるからである。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。
第1A図は分極、電極及び寸法に関して静止状態のピエゾ
電気要素を示した概略図、第1B図は印加電位に関し、そ
の中において結果的に発生する電界に関し、且つ剪断角
度変形及びストロークに関して第1A図のピエゾ電気要素
を示した概略図、第2A図は本発明に基づいて機能的に結
合された場合にピエゾ電気装置の複合共同機能ピエゾ電
気要素を構成するダイモルフの静止状態を示した概略
図、第2B図は電極、印加電位、結果的に得られる電界、
及び剪断変形及びストロークの配置に関しての第1A図の
ダイモルフを示した概略図、第３図は物体の位置決めに
関してのダイモルフアクチュエータを示した概略図、第
４図は物体の位置決めに関してのセンサ部分を有するア
クチュエータを示した概略図、第5A図は分極、電極、及
び電気的接続に関してのリフタダイモルフ組立体の静止
状態を示した概略断面図、第5B図は並進運動に関して印
加される正の電位を有する第5A図の組立体を示した概略
図、第5C図は負の印加電位に関して第5B図の組立体を示
した概略図、第6A図は厚さ方向における分極に関しての
リフタダイモルフの静止状態を示した概略断面図、第6B
図は負の電位の印加及びストロークに関しての第6A図の
リフタを示した概略図、第7A図は分極及び電極に関して
の伸長リフタの静止状態を示した概略断面図、第7B図は
負の印加電位及びストロークに関しての第7A図のリフタ
を示した概略図、第８図は一組のピエゾ電気剪断アクチ
ュエータによってロンド状物体の位置決めを示した概略
図、第９図は一組のピエゾ電気アクチュエータによって
ディスク状物体の位置決めを示した概略図、第10図は一
組のピエゾ電気アクチュエータにより円錐状物体の位置
決めを示した概略図、第11図は一組のピエゾ電気アクチ
ュエータによる球状物体の位置決めを示した概略図、第
12図は３個のピエゾ電気アクチュエータによってスラブ
状物体の位置決めを示した概略図、第13図はピエゾ電気
アクチュエータ及びシャフト位置決めに関しての電気モ
ータを示した概略図、第14図はピエゾ電気アクチュエー
タに取付けた物体の位置決めを示した概略図、第15図は
一定速度の滑らかな位置決めを行なうために負のフィー
ルドを使用するピエゾ電気位置決め装置を示した概略
図、第16図はシャフトの一定速度の滑らかな位置決めを
行なうためのピエゾ電気モータアクチュエータのタイミ
ングを示した説明図、である。 （符号の説明） 10:ブロック 12,14:電極 16:中央電極 20:ピエゾ電気剪断本体 22,24:電極 26:ピエゾ電気部分、 30:ピエゾ電気剪断アクチュエータ 32:ダイモルフ積層体 34:支持手段 36:摩擦表面部分 38:物体 42:接触表面 54:リフタ
電気要素を示した概略図、第1B図は印加電位に関し、そ
の中において結果的に発生する電界に関し、且つ剪断角
度変形及びストロークに関して第1A図のピエゾ電気要素
を示した概略図、第2A図は本発明に基づいて機能的に結
合された場合にピエゾ電気装置の複合共同機能ピエゾ電
気要素を構成するダイモルフの静止状態を示した概略
図、第2B図は電極、印加電位、結果的に得られる電界、
及び剪断変形及びストロークの配置に関しての第1A図の
ダイモルフを示した概略図、第３図は物体の位置決めに
関してのダイモルフアクチュエータを示した概略図、第
４図は物体の位置決めに関してのセンサ部分を有するア
クチュエータを示した概略図、第5A図は分極、電極、及
び電気的接続に関してのリフタダイモルフ組立体の静止
状態を示した概略断面図、第5B図は並進運動に関して印
加される正の電位を有する第5A図の組立体を示した概略
図、第5C図は負の印加電位に関して第5B図の組立体を示
した概略図、第6A図は厚さ方向における分極に関しての
リフタダイモルフの静止状態を示した概略断面図、第6B
図は負の電位の印加及びストロークに関しての第6A図の
リフタを示した概略図、第7A図は分極及び電極に関して
の伸長リフタの静止状態を示した概略断面図、第7B図は
負の印加電位及びストロークに関しての第7A図のリフタ
を示した概略図、第８図は一組のピエゾ電気剪断アクチ
ュエータによってロンド状物体の位置決めを示した概略
図、第９図は一組のピエゾ電気アクチュエータによって
ディスク状物体の位置決めを示した概略図、第10図は一
組のピエゾ電気アクチュエータにより円錐状物体の位置
決めを示した概略図、第11図は一組のピエゾ電気アクチ
ュエータによる球状物体の位置決めを示した概略図、第
12図は３個のピエゾ電気アクチュエータによってスラブ
状物体の位置決めを示した概略図、第13図はピエゾ電気
アクチュエータ及びシャフト位置決めに関しての電気モ
ータを示した概略図、第14図はピエゾ電気アクチュエー
タに取付けた物体の位置決めを示した概略図、第15図は
一定速度の滑らかな位置決めを行なうために負のフィー
ルドを使用するピエゾ電気位置決め装置を示した概略
図、第16図はシャフトの一定速度の滑らかな位置決めを
行なうためのピエゾ電気モータアクチュエータのタイミ
ングを示した説明図、である。 （符号の説明） 10:ブロック 12,14:電極 16:中央電極 20:ピエゾ電気剪断本体 22,24:電極 26:ピエゾ電気部分、 30:ピエゾ電気剪断アクチュエータ 32:ダイモルフ積層体 34:支持手段 36:摩擦表面部分 38:物体 42:接触表面 54:リフタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−264543（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−228392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−194678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−254678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−254669（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−146734（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−38023（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (51)
- 【請求項１】物体へ力を付与するピエゾ電気駆動装置に
おいて、 物体に近接した摩擦表面を持ったクラウンが設けられて
おり、 前記クラウンを一端に設け且つ他端を支持手段によって
支持されており前記両端間に複数個のピエゾ電気手段を
一体的に積層形成したピエゾ電気積層体が設けられてお
り、 前記ピエゾ電気積層体は、前記物体と前記クラウンとの
間の物理的接触に基づく力を検知する力検知ピエゾ電気
手段と、前記支持手段に対する前記クラウンの位置を制
御しその際に前記物体に対する前記クラウンの位置を制
御する位置制御ピエゾ電気手段と、を有しており 前記力検知ピエゾ電気手段が、前記支持手段の垂直軸に
対し直交すると共に互いに直交する第１及び第２方向に
おける夫々の力を検知する互いに積層された第１及び第
２力検知ピエゾ電気部分を有している、 ことを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記第１
及び第２力検知ピエゾ電気部分がＸ及びＹピエゾ電気剪
断センサ部分であり、前記クラウンに近接して配設され
ていることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記力検
知ピエゾ電気手段が前記支持手段の垂直軸に沿っての力
を検知する垂直力ピエゾ電気検知部分を有することを特
徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記位置
制御ピエゾ電気手段が、前記支持手段の垂直軸に対し直
交すると共に互いに直交する第１及び第２方向における
夫々の位置を制御する互いに積層された第１及び第２位
置制御ピエゾ電気部分を有すると共に、前記垂直軸に沿
っての位置制御を行う前記第１及び第２位置制御ピエゾ
電気部分に積層された第３位置制御ピエゾ電気部分を有
することを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第３項において、前記第１
及び第２位置制御ピエゾ電気部分が夫々Ｘ及びＹ並進剪
断ピエゾ電気部分であり且つ前記第３位置制御ピエゾ電
気部分がＺ並進ピエゾ電気部分であることを特徴とする
ピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のい
ずれか１項において、前記支持手段と相対的な前記クラ
ウンの位置を検知する非接触位置センサが設けられてい
ることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうちの
いずれか１項において、前記ピエゾ電気積層体がピラミ
ッド形状を有することを特徴とするピエゾ電気駆動装
置。 - 【請求項８】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうちの
いずれか１項において、前記物体がバー状物体であるこ
とを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項９】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうちの
いずれか１項において、前記物体がディスク状物体であ
ることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体がミラーであること
を特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体がレンズであること
を特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１２】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が光学的グレーチン
グであることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１３】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が円錐状物体である
ことを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１４】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が球状物体であるこ
とを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１５】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体がスラブ状物体であ
ることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１６】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が回路マスクである
ことを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１７】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が光学的顕微鏡サン
プルであることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１８】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体がトンネル型顕微鏡
サンプルであることを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項１９】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体がホイールであるこ
とを特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項２０】特許請求の範囲第１項乃至第６項のうち
のいずれか１項において、前記物体が軸受であることを
特徴とするピエゾ電気駆動装置。 - 【請求項２１】ピエゾ電気モータにおいて、 シャフト表面を具備する回転可能及び並進可能なシャフ
トが設けられており、 前記シャフトの周りに複数個のピエゾ電気アクチュエー
タが配設されており、前記各アクチュエータは、前記シ
ャフト表面に近接する摩擦表面を持ったクラウンを一端
に設け且つ他端を支持手段によって支持されており前記
両端間に複数個のピエゾ電気手段を一体的に積層形成し
たピエゾ電気積層体を有しており、 前記ピエゾ電気積層体は、前記シャフトと前記クラウン
との間の物理的接触に基づく力を検知する力検知ピエゾ
電気手段と、前記支持手段に対する前記クラウンの位置
を制御しその際に前記シャフトに対する前記クラウンの
位置を制御する位置制御ピエゾ電気手段とを有すること
を特徴とするピエゾ電気モータ。 - 【請求項２２】特許請求の範囲第21項において、前記複
数個のアクチュエータが偶数個のアクチュエータを有し
ており、前記偶数個のアクチュエータの内の偶数番目の
アクチュエータと奇数番目のアクチュエータとは夫々交
互に同時的に駆動されることを特徴とするピエゾ電気モ
ータ。 - 【請求項２３】特許請求の範囲第21項において、前記位
置制御ピエゾ電気手段が、 前記シャフト表面に対し接線方向に作用する第１位置制
御ピエゾ電気部分と、 前記シャフトの軸方向に作用する第２位置制御ピエゾ電
気部分と、 前記シャフト表面に対して垂直に作用する第３位置制御
ピエゾ電気部分と、 を有することを特徴とするピエゾ電気モータ。 - 【請求項２４】特許請求の範囲第21項において、前記力
検知ピエゾ電気手段が、 前記シャフト表面に垂直な方向の力を検知するための第
１力検知ピエゾ電気部分と、 前記シャフト表面に対し接線方向の力を検知するための
第２力検知ピエゾ電気部分と、 を有することを特徴とするピエゾ電気モータ。 - 【請求項２５】特許請求の範囲第21項において、前記シ
ャフトと相対的な前記クラウンの位置を検知する非接触
位置センサが設けられていることを特徴とするピエゾ電
気モータ。 - 【請求項２６】三つの異なる方向において独立的に制御
可能な運動を与えることの可能なピエゾ電気アクチュエ
ータにおいて、 第１角度方向に運動を与えることの可能な第１ピエゾ電
気部分と、第２角度方向に運動を与えることの可能な第
２ピエゾ電気部分と、第３角度方向に運動を与えること
の可能な第３ピエゾ電気部分とを一体的に積層形成して
あり、 前記第１ピエゾ電気部分は、アンチパラレルの分極方向
を有する一対のピエゾ電気部分と、前記一対のピエゾ電
気部分の一方のものの上側表面上に設けた上部接地電極
と、前記一対のピエゾ電気部分の他方のものの下側表面
上に設けた下部接地電極と、前記一対のピエゾ電気部分
の間に配設した活性電極とから構成される第１ダイモル
フを有しており、 前記第２ピエゾ電気部分は前記第１ダイモルフの前記上
部接地電極と一体的に形成されており、 前記第３ピエゾ電気部分は前記第１ダイモルフの前記下
部接地電極と一体的に形成されており、 前記各ピエゾ電気部分における電界を独立的に制御可能
な制御手段が設けられている、 ことを特徴とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項２７】特許請求の範囲第26項において、前記第
２ピエゾ電気部分が第２ダイモルフを有しており、前記
第２ダイモルフの下部接地電極が前記第１ダイモルフの
前記上部接地電極と一体的に形成されていることを特徴
とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項２８】特許請求の範囲第27項において、前記第
３ピエゾ電気部分が第３ダイモルフを有しており、前記
第３ダイモルフの上部接地電極が前記第１ダイモルフの
前記下部接地電極と一体的に形成されていることを特徴
とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項２９】特許請求の範囲第28項において、前記第
３ダイモルフがリフタであることを特徴とするピエゾ電
気アクチュエータ。 - 【請求項３０】特許請求の範囲第28項において、前記リ
フタが剪断モードで動作することを特徴とするピエゾ電
気アクチュエータ。 - 【請求項３１】特許請求の範囲第28項において、前記リ
フタが厚さモードで動作することを特徴とするピエゾ電
気アクチュエータ。 - 【請求項３２】特許請求の範囲第28項において、前記リ
フタが伸長モードで動作することを特徴とするピエゾ電
気アクチュエータ。 - 【請求項３３】特許請求の範囲第26項乃至第32項の内の
いずれか１項において、各ピエゾ電気部分が他の二つの
ピエゾ電気部分に対して直交的に作用することを特徴と
するピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３４】二つの異なる方向において独立的に制御
可能な運動を与えることの可能なピエゾ電気アクチュエ
ータにおいて、 第１角度方向に運動を与えることの可能な第１ピエゾ電
気部分と、第２角度方向に運動を与えることの可能な第
２ピエゾ電気部分とを一体的に積層形成してあり、 前記第１ピエゾ電気部分は、アンチパラレルの分極方向
を有する一対のピエゾ電気部分と、前記一対のピエゾ電
気部分の一方のものの上側表面上に設けた上部接地電極
と、前記一対のピエゾ電気部分の他方のものの下側表面
上に設けた下部接地電極と、前記一対のピエゾ電気部分
の間に配設した活性電極とから構成される第１ダイモル
フを有しており、 前記第２ピエゾ電気部分は前記第１ダイモルフの前記上
部及び下部接地電極の一方と一体的に形成されており、 前記各ピエゾ電気部分における電界を独立的に制御可能
な制御手段が設けられている、 ことを特徴とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３５】特許請求の範囲第34項において、前記第
２ピエゾ電気部分が第２ダイモルフを有しており、前記
第２ダイモルフの接地電極が前記第１ダイモルフの前記
接地電極と一体的に形成されていることを特徴とするピ
エゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３６】特許請求の範囲第34項において、前記第
１及び第２角度方向が互いに直交していることを特徴と
するピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３７】特許請求の範囲第34項において、一つの
ピエゾ電気部分が厚さモードで動作するリフタであり、
且つ他のピエゾ電気部分が剪断モードで動作することを
特徴とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３８】特許請求の範囲第34項において、一つの
ピエゾ電気部分が伸長モードで動作するリフタであり、
且つ他のピエゾ電気部分が剪断モードで動作することを
特徴とするピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項３９】特許請求の範囲第34項において、両方の
ピエゾ電気部分が剪断モードで動作することを特徴とす
るピエゾ電気アクチュエータ。 - 【請求項４０】物体へ力を付与するピエゾ電気駆動方法
において、 前記物体に近接した摩擦表面を持ったクラウンと、支持
構成体によって支持されている表面を持った底部と、前
記クラウンと前記底部との中間に一体的に位置された少
なくとも１個のピエゾ電気剪断本体と、前記ピエゾ電気
剪断本体内に電位を発生させる手段とを具備する少なく
とも１個のピエゾ電気剪断装置を前記物体に近接して位
置させ、 前記ピエゾ電気剪断本体に剪断を起こさせて前記クラウ
ン摩擦表面を前記物体の移動方向と同一の方向に移動さ
せるように前記ピエゾ電気剪断本体内に電位を発生さ
せ、 前記クラウン摩擦表面の移動速度が前記物体の移動速度
と実質的に同一となった時に前記クラウン摩擦表面を前
記物体と相互作用させて、その際に摩擦によって前記物
体の非摺動型の滑らかな接線方向の並進運動を発生さ
せ、 前記ピエゾ電気剪断本体内の電位を反転させ、 前記クラウンと前記物体との間の摺動摩擦を十分に減少
させる大きさ及び速度で前記クラウンの接線方向の並進
運動をリトレースさせ、その際に前記物体の速度を常に
正の状態で且つゼロよりも大きく維持する、 上記各ステップを有することを特徴とするピエゾ電気駆
動方法。 - 【請求項４１】特許請求の範囲第40項において、剪断行
程の非摺動型接線方向並進運動部分期間中に摺動を防止
するために垂直方向の力を維持し且つ剪断行程のリトレ
ース部分期間中にリトレース行程から発生する前記物体
上の負の力を減少させるために垂直方向の力を減少させ
ることが可能な独立的に制御可能なピエゾ電気リフタを
前記ピエゾ剪断装置内に組み込むことによって前記物体
の非摺動型接線方向並進運動及び前記ピエゾ電気剪断装
置のリトレースを容易とさせることを特徴とするピエゾ
電気駆動方法。 - 【請求項４２】特許請求の範囲第40項において、位置セ
ンサ、力センサ、及び付属の電気回路の協同作用により
クラウン位置及び運動を制御することを特徴とするピエ
ゾ電気駆動方法。 - 【請求項４３】特許請求の範囲第40項において、前記物
体に近接して対向した態様で少なくとも２個のピエゾ電
気剪断装置を位置させることを特徴とするピエゾ電気駆
動方法。 - 【請求項４４】特許請求の範囲第43項において、前記ピ
エゾ電気装置内に前記第１ピエゾ電気剪断本体とは独立
的に且つそれと直交する平行平面内において作用する第
２ピエゾ電気剪断本体を組み込み、前記第２ピエゾ電気
剪断本体内に所望の電位を発生させることによって前記
クラウンを所望の通りに位置決めさせることを特徴とす
るピエゾ電気駆動方法。 - 【請求項４５】特許請求の範囲第40項において、前記ピ
エゾ電気装置内に前記第１ピエゾ電気剪断本体とは独立
的に且つそれと直交する平行平面内において作用する第
２ピエゾ電気剪断本体を組み込み、前記第２ピエゾ電気
剪断本体内に所望の電位を発生させることによって前記
クラウンを所望の通りに位置決めさせることを特徴とす
るピエゾ電気駆動方法。 - 【請求項４６】特許請求の範囲第41項において、前記非
摺動型の滑らかな並進運動が、 前記クラウン摩擦表面の速度を前記物体の速度と一致さ
せ、 前記ピエゾ電気リフタを拡大させることによって前記ク
ラウン摩擦表面を介して前記物体へ垂直方向の力を付与
し、 前記ピエゾ電気剪断本体に剪断を発生させることによっ
て前記クラウン摩擦表面を介して前記物体へ接線方向の
力を付与し、 前記ピエゾ電気リフタを後退させることによって前記物
体上の前記垂直方向の力を減少させ、 前記ピエゾ電気剪断装置をリトレースさせる、 ことを特徴とするピエゾ電気駆動方法。 - 【請求項４７】特許請求の範囲第46項において、少なく
とも２個のピエゾ電気剪断装置を使用し、前記ピエゾ電
気剪断装置は交互にリトレースを行い、その際に前記ピ
エゾ電気剪断装置のリトレース行程から発生することの
ある負の力に打ち勝つことを特徴とするピエゾ電気駆動
方法。 - 【請求項４８】特許請求の範囲第46項において、位置セ
ンサ、力センサ、及び付属の電気回路の協同作用により
クラウン位置及び運動を制御することを特徴とするピエ
ゾ電気駆動方法。 - 【請求項４９】特許請求の範囲第46項において、前記物
体に近接して対向した態様で少なくとも２個のピエゾ電
気剪断装置を位置させることを特徴とするピエゾ電気駆
動方法。 - 【請求項５０】特許請求の範囲第46項において、前記ピ
エゾ電気装置内に前記第１ピエゾ電気剪断本体とは独立
的に且つそれと直交する平行平面内において作用する第
２ピエゾ電気剪断本体を組み込み、前記第２ピエゾ電気
剪断本体内に所望の電位を発生させることによって前記
クラウンを所望の通りに位置決めさせることを特徴とす
るピエゾ電気駆動方法。 - 【請求項５１】特許請求の範囲第40項において、少なく
とも２個のピエゾ電気剪断装置を使用し、前記ピエゾ電
気剪断装置は交互にリトレースを行い、その際に前記ピ
エゾ電気剪断装置のリトレース行程から発生することの
ある負の力に打ち勝つことを特徴とするピエゾ電気駆動
方法。
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| JP2257553A Division JPH03148883A (ja) | 1988-09-30 | 1990-09-28 | ピエゾ電気アクチュエータ |
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