JP4519517B2 - Precision high speed moving method and apparatus using composite piezo element - Google Patents
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Description
本発明は、精密移動機構に係り、特に顕微鏡での試料の移動機構として利用可能な複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a precision moving mechanism, and more particularly to a precise high speed moving method and apparatus using a composite piezo element that can be used as a moving mechanism of a sample in a microscope.
これまでに、剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構として、以下のようなものが開示されている(下記非特許文献1参照)。
図19はかかる従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構の模式図である。
この図に示すように、従来は、本体101と脚102の間に剪断方向に変位するピエゾ素子103を挟み、鋸歯状波の電圧をピエゾ素子103に印加することによって移動を生じるようにしている。
FIG. 19 is a schematic view of a mechanism for moving a moving body by rapid deformation of such a conventional shear piezoelectric element.
As shown in this figure, conventionally, a
しかしながら、上記した従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる機構では、摺動面の押し付け圧の選択幅が狭く、移動速度が遅いなどの問題点があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、剪断変形を起こすピエゾ素子と、縦変形を起こすピエゾ素子とを組み合わせ、大きな摺動面へ押し付け圧を加えた時にも移動可能な複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置を提供することを目的とする。
However, the above-described mechanism for moving the moving body by rapid deformation of the shear piezoelectric element has problems such as a narrow selection range of the pressing pressure on the sliding surface and a low moving speed.
In view of the above situation, the present invention combines a piezo element that causes shear deformation and a piezo element that causes longitudinal deformation, and uses a composite piezo element that can move even when pressure is applied to a large sliding surface. An object is to provide a high-speed moving method and apparatus.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕固定体と、この固定体に接するように配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせてなる積層ピエゾ素子と、この積層ピエゾ素子に設けられる移動体と、前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを用いた複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、前記固定体が壁面と天井面を形成するように配置され、前記壁面と天井面にそれぞれ対応する前記積層ピエゾ素子に固定される移動体を配置することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[ 1 ] A fixed body, a laminated piezo element that is disposed so as to be in contact with the fixed body, and is formed by bonding a piezo element that undergoes shear deformation and a piezo element that undergoes longitudinal deformation, and a movable body provided in the laminated piezo element And a precision high-speed moving method using a composite piezo element using the driving means of the laminated piezo element that moves the moving body with respect to the fixed body, so that the fixed body forms a wall surface and a ceiling surface. A movable body that is disposed and fixed to the laminated piezoelectric element corresponding to the wall surface and the ceiling surface is disposed .
〔2〕上記〔1〕記載の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法において、前記移動体の移動が、剪断変形移動、楕円波発生による超音波モータモード移動によることを特徴とする。
〔3〕固定体と、この固定体に接するように配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせてなる積層ピエゾ素子と、この積層ピエゾ素子に設けられる移動体と、前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを具備する複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が壁面と天井面を形成するように配置され、前記壁面と天井面にそれぞれ対応する前記積層ピエゾ素子に固定される移動体を具備することを特徴とする。
[ 2 ] In the precision high-speed movement method using the composite piezo element according to [1] above, the movement of the moving body is a shear deformation movement or ultrasonic motor mode movement by generation of an elliptic wave.
[ 3 ] A fixed body, a laminated piezo element which is disposed so as to be in contact with the fixed body and which is bonded to a piezo element which causes shear deformation and a piezo element which causes longitudinal deformation, and a movable body provided in the laminated piezo element And a precision high-speed moving device using a composite piezo element comprising the driving means for the laminated piezo element that moves the movable body relative to the fixed body, so that the fixed body forms a wall surface and a ceiling surface. And a movable body that is disposed and fixed to the laminated piezo element corresponding to the wall surface and the ceiling surface.
本発明は、従来の剪断ピエゾ素子の急速変形によって移動体を移動させる移動機構と比べ、より大きな摺動面に対する面圧が選択できるため、より大きな負荷を移動させることが可能となる。また、剪断ピエゾ素子と縦変形ピエゾ素子を用いて楕円振動を発生させることにより、超音波モータとしての高速変位が可能となる。 Since the present invention can select a surface pressure with respect to a larger sliding surface as compared with a moving mechanism that moves a moving body by rapid deformation of a conventional shear piezoelectric element, a larger load can be moved. In addition, by generating elliptical vibration using a shear piezoelectric element and a longitudinally deformed piezoelectric element, high-speed displacement as an ultrasonic motor is possible.
固定体と、この固定体に接するように配置され、剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせてなる積層ピエゾ素子と、この積層ピエゾ素子に設けられる移動体と、前記移動体を前記固定体に対して移動させる前記積層ピエゾ素子の駆動手段とを具備する複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動装置において、前記固定体が壁面と天井面を形成するように配置され、前記壁面と天井面にそれぞれ対応する前記積層ピエゾ素子に固定される移動体を具備する。これにより、大きな摺動面へ押し付け圧を加えた時にも移動可能で、かつ、縦横に変位するピエゾ素子の相互の位相を調整することにより、両方向性の超音波モータとしても利用可能な積層ピエゾ素子を提供する。 A fixed body, a laminated piezo element that is disposed in contact with the fixed body, and is formed by bonding a piezo element that causes shear deformation and a piezo element that causes longitudinal deformation; a movable body provided in the laminated piezo element; In a precision high-speed moving device using a composite piezo element comprising a driving means for the laminated piezo element that moves a moving body relative to the fixed body, the fixed body is disposed so as to form a wall surface and a ceiling surface. A movable body fixed to the laminated piezoelectric element corresponding to each of the wall surface and the ceiling surface; As a result, it is possible to move even when pressing pressure is applied to a large sliding surface, and by adjusting the mutual phase of piezo elements that are displaced vertically and horizontally, a laminated piezo that can also be used as a bidirectional ultrasonic motor. An element is provided.
そして、1nmオーダの位置決め分解能と、cm/sオーダの高移動速度を実現することができる。 A positioning resolution of 1 nm order and a high moving speed of cm / s order can be realized.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の第1参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
この図において、1は固定体(ベース)、2は剪断ピエゾ素子2Aと縦変形ピエゾ素子2Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、3はその積層ピエゾ素子2上に固定される移動体(負荷)、4は積層ピエゾ素子2を駆動するための駆動手段であり、例えば鋸歯状の駆動パルス(後述の図2や図4参照)や富士山形状の駆動パルス(後述の図6参照)を積層ピエゾ素子2へ印加して、積層ピエゾ素子2の急速変形によるステップ動作を行わせるようにしている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic view of a precise high-speed moving mechanism using a composite piezo element showing a first reference example of the present invention.
In this figure, 1 is a fixed body (base), 2 is a laminated piezo element in which a
また、詳しくは詳述するが、駆動手段4によって積層ピエゾ素子2に正弦波、余弦波を印加することにより、楕円波を発生させ、超音波モータモードによって移動体3を固定体1に対して高速移動させることもできる。
また、図示しないが、図1に示した固定体に剪断変形を起こすピエゾ素子と縦変形を起こすピエゾ素子とを貼り合わせた積層ピエゾ素子を設けて、この積層ピエゾ素子の駆動により、移動体を固定体に対して移動させるようにしてもよい。
(精密高速移動機構の第1の駆動態様)
図2はその複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図、図3はそれによる精密高速移動機構の移動体の移動態様を示す模式図である。
In addition, as will be described in detail, an elliptic wave is generated by applying a sine wave and a cosine wave to the laminated
Although not shown, a laminated piezo element in which a piezo element causing shear deformation and a piezo element causing longitudinal deformation are bonded to the fixed body shown in FIG. 1 is provided, and the moving body is driven by driving the laminated piezo element. You may make it move with respect to a fixed body.
(First driving mode of precision high-speed moving mechanism)
FIG. 2 is a diagram showing an example of a driving pulse of a composite piezo element by a precise high speed moving mechanism using the composite piezo element, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a moving mode of a moving body of the precise high speed moving mechanism.
この参考態様では、縦変形ピエゾ素子2Bがまず伸長する動作を行う場合について説明する。
まず、図3(a)に示すように、剪断ピエゾ素子2Aと縦変形ピエゾ素子2Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子2上に移動体3が設けられ、固定体1上に載置される。
次に、剪断ピエゾ素子2Aに、図2(a)に示すような駆動パルスを印加し、縦変形ピエゾ素子2Bに図2(b)に示すような駆動パルスを印加すると、図3(b)に示すように、まず、剪断ピエゾ素子2Aの変形に伴い移動体3が移動し、次に、縦変形ピエゾ素子2Bが伸長して移動体3を持ち上げる。
In this reference embodiment, a case will be described in which the longitudinally deforming
First, as shown in FIG. 3A, the
Next, when a drive pulse as shown in FIG. 2 (a) is applied to the shear
そして、図3(c)に示すように、まず、縦変形ピエゾ素子2Bが急速に縮み、移動体3が落ちる隙に、剪断ピエゾ素子2Aが急速に右へ変形することにより、元の形状、ないし、次の動作(サイクル)の準備姿勢に戻り、1ステップの移動が終了する。
上記した本発明の第1参考例によれば、従来のピエゾ素子の剪断変形を用いた移動機構に比べて、移動速度、耐荷重の点で大幅に改善でき、1nmオーダの位置決め分解能と、cm/sオーダの高移動速度を実現することができる。
Then, as shown in FIG. 3C, first, the longitudinally deforming
According to the first reference example of the present invention described above, the moving speed and load resistance can be greatly improved as compared with the moving mechanism using the shear deformation of the conventional piezo element, and the positioning resolution of 1 nm order and cm A high moving speed on the order of / s can be realized.
(精密高速移動機構の第2の駆動態様)
図4はその複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構による複合ピエゾ素子の駆動パルスの一例を示す図、図5はそれによる精密高速移動機構の移動態様を示す模式図である。
この参考態様では、縦変形ピエゾ素子2Bがまず収縮する動作を行う場合について説明する。
(Second driving mode of precision high-speed moving mechanism)
FIG. 4 is a diagram showing an example of a driving pulse of a composite piezo element by a precision high-speed movement mechanism using the composite piezo element, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a movement mode of the precision high-speed movement mechanism.
In this reference embodiment, a case where the longitudinally deforming
まず、図5(a)に示すように、剪断ピエゾ素子2Aと縦変形ピエゾ素子2Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子2上に移動体3が設けられ、固定体1上に載置される。
次に、剪断ピエゾ素子2Aに図4(a)に示すような駆動パルスを印加し、縦変形ピエゾ素子2Bに図4(b)に示すような駆動パルスを印加すると、図3(b)に示すように、まず、剪断ピエゾ素子2Aの左への変形に伴い移動体3が移動し、縦変形ピエゾ素子2Bが縮む。
First, as shown in FIG. 5A, the
Next, when a drive pulse as shown in FIG. 4 (a) is applied to the shear
そして、図5(c)に示すように、縦変形ピエゾ素子2Bが急速に伸長して移動体3が上昇する隙に、剪断ピエゾ素子2Aが右へ変形することにより、元の形状、ないし、次の動作(サイクル)の準備姿勢に戻り、1ステップの移動が終了する。
上記したように、この移動態様は、剪断ピエゾ素子2Aにより移動体3が左にゆっくり変位し、縦変形ピエゾ素子2Bは縮み、これにより兎飛びで言うところのためをつくり、急に縦変形ピエゾ素子2Bを延ばし、剪断ピエゾ素子2Aを元の姿勢に戻す。その2動作の時間差によって面圧が高まるか、弱まった瞬間に摺動面の相対変位を生じさせる。
And as shown in FIG.5 (c), when the vertical deformation | transformation
As described above, this moving mode is such that the moving
図6は本発明の他の参考例を示す駆動パルスを示す図である。
上記参考例では駆動パルスとして鋸歯状パルスを印加する例を示したが、この参考例のように、精密高速移動機構の駆動パルスとして、図6に示すような、頂点を上向き、下向きにした富士山形状の駆動パルス18,18′を印加しても、移動体3を移動させることができる。この富士山形状の駆動パルス18,18′は頂点に行くほど勾配が急で、山頂は平らでない折り返し形状を有する。
FIG. 6 is a diagram showing drive pulses showing another reference example of the present invention.
In the above reference example, an example in which a sawtooth pulse is applied as a drive pulse has been shown. However, as in this reference example, as a drive pulse for a precision high-speed movement mechanism, Mt. Fuji with the apex upward and downward as shown in FIG. The moving
このような駆動パルス(鋸歯状、富士山形状)を印加して、図7に示すように、剪断ピエゾ素子2Aによる剪断変形と、縦変形ピエゾ素子2Bによる縦変形を急速、かつ適切な時間差をもって行うことにより、例えると兎飛びのように、斜め下向きに急激な抗力F1 を発生させ、それにより固定体(ベース)1の摺動面に高い面圧がある場合でも抗力F1 に反する駆動力F2 が移動体3に加わり右方向へと移動体3を移動させることができる。
By applying such a drive pulse (sawtooth shape, Mt. Fuji shape), as shown in FIG. 7, the shear deformation by the shear
図8は本発明の第2参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
この図において、11は固定体(ベース)、12は剪断ピエゾ素子12Aと縦変形ピエゾ素子12Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、13はそれらの積層ピエゾ素子12に固定された移動体、14は移動体13に固定されるとともに、その端部にスプリング15を配置するスタッドボルトであり、移動体13の静止時に移動体13に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。なお、固定体(ベース)11には、スタッドボルト14の移動を可能にする垂直方向の穴(図示なし)が形成されている。16は積層ピエゾ素子12を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子12へ印加するようにしている。
FIG. 8 is a schematic view of a precision high-speed moving mechanism using a composite piezoelectric element showing a second reference example of the present invention.
In this figure, 11 is a fixed body (base), 12 is a laminated piezo element in which a shear
図9は本発明の第3参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
この図において、21,22は固定体(ベース)、23,24はそれぞれ剪断ピエゾ素子23A,24Aと縦変形ピエゾ素子23B,24Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、25はそれらの積層ピエゾ素子23と24に挟まれるように固定された移動体、26,28はそれぞれ移動体25に固定されるとともに、その端部にスプリング27,29を配置するスタッドボルトであり、移動体25の静止時に移動体25に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。30は積層ピエゾ素子23,24を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子23,24へ印加するようにしている。
FIG. 9 is a schematic view of a precision high-speed moving mechanism using a composite piezo element showing a third reference example of the present invention.
In this figure, 21 and 22 are fixed bodies (bases), 23 and 24 are laminated piezoelectric elements obtained by bonding shear
この参考例では、垂直に対向配置された一対の固定体21,22に挟まれるように対向する面に積層ピエゾ素子23,24を有する移動体25を配置して、移動体25をチャッキングするように剪断変形移動を行わせ、上下方向への移動を行えるようにした。なお、固定体(ベース)21,22には、スタッドボルト26,28の移動を可能にする垂直方向の穴(図示なし)が形成されている。
In this reference example, a moving
なお、上記した参考例では、固定部を、対向した固定体(ベース)21,22として示しているが、固定部は、例えば、三角柱や六角柱内面形状などの多面体や円筒となして、その三角柱や六角柱内面などを移動体が上り下りする機構とするようにしてもよい。
さらに、このスタッドボルト26,28及びスプリング27,29よりなる荷重付与装置に代えて、図10に示すような、荷重付与装置を用いてもよい。
In the above-described reference example, the fixed portion is shown as opposed fixed bodies (bases) 21 and 22. However, the fixed portion is, for example, a polyhedron such as a triangular prism or a hexagonal prism inner surface, or a cylinder, You may make it make it a mechanism in which a mobile body goes up and down, such as a triangular prism and a hexagonal column inner surface.
Furthermore, instead of the load applying device including the
この図10において、31,32は固定体(ベース)、33,34はそれぞれ剪断ピエゾ素子33A,34Aと縦変形ピエゾ素子33B,34Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、35はそれらの積層ピエゾ素子33と34に挟まれるように固定された2個の部材35A,35Bが嵌合した中空の移動体、36はその中空の移動体35内に装着されるスプリングであり、移動体35の静止時に移動体35に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。37は積層ピエゾ素子33,34を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子33,34へ印加するようにしている。
In FIG. 10, 31 and 32 are fixed bodies (bases), 33 and 34 are laminated piezoelectric elements obtained by bonding shear
ここでは、2分割された中空の移動体35の内部にスプリング36を内蔵するだけで、荷重付与装置を構成することができる。
図11は本発明の実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図である。
この図において、41,42は固定体(ベース)、43,44はそれぞれ剪断ピエゾ素子43A,44Aと縦変形ピエゾ素子43B,44Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子、45はそれらの積層ピエゾ素子43と44に固定された移動体、46,48はそれぞれ移動体45に固定されるとともに、その端部にスプリング47,49を配置するスタッドボルトであり、移動体45の静止時に移動体45に対して荷重を付与するための荷重付与装置を構成している。50は積層ピエゾ素子43,44を駆動するための駆動手段であり、鋸歯状のパルス信号を積層ピエゾ素子43,44へ印加するようにしている。
Here, the load applying device can be configured only by incorporating the
Figure 11 is a schematic view of a precise high-speed moving mechanism using a composite piezoelectric element showing a real施例of the present invention.
In this figure, 41 and 42 are fixed bodies (bases), 43 and 44 are laminated piezoelectric elements obtained by bonding shear
この実施例では、壁面41Aと天井面42Aが形成されるように固定体41,42を配置して、壁面41Aに対応する積層ピエゾ素子43と、天井面42Aに対応する積層ピエゾ素子44により移動体45を固定して移動体45を配置するようにした。なお、固定体41,42にはスタッドボルト46,48の移動を可能にする穴(図示なし)が形成されている。
In this embodiment, the fixed
上記実施例では、荷重付与装置として、スプリングを配置するスタッドボルトを示したが、以下のように、磁石を用いて固定部に吸着させることによって荷重付与するようにしてもよい。
図12は本発明の第4参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図12(a)は磁石の下部に摺動面を有する場合、図12(b)は磁石を直に摺動させる場合を示している。なお、摺動面としては、ガラス、ベアリングボール、ルビーボール等を用いることができる。
In the said Example, although the stud bolt which arrange | positions a spring was shown as a load provision apparatus, you may make it apply a load by making it adsorb | suck to a fixed part using a magnet as follows.
FIG. 12 is a schematic view of a precision high-speed moving mechanism using a composite piezo element according to a fourth reference example of the present invention. FIG. 12 (a) shows a case where a sliding surface is provided below the magnet, and FIG. Indicates a case where the magnet is directly slid. In addition, glass, a bearing ball, a ruby ball, etc. can be used as a sliding surface.
図12(a)においては、固定体(ベース:磁性体)51上に摺動面52を介して磁石53を剪断ピエゾ素子12Aと縦変形ピエゾ素子13とを貼り合わせた積層ピエゾ素子12の下部に設け、磁石53により移動体13を固定体(ベース:磁性体)51に対して荷重付与するようにしている。
また、図12(b)においては、磁石53を剪断ピエゾ素子13Aと縦変形ピエゾ素子13Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子12の下部に設け、磁石53を直に吸着させ、固定体(ベース:磁性体)51に対して荷重付与するようにしている。
In FIG. 12A, the lower part of the laminated
In FIG. 12B, the
図13は本発明の第5参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図13(a)は磁石の下部に摺動面を有する場合、図13(b)は磁石を直に摺動させる場合を示している。
図13(a)においては、固定体(ベース:磁性体)61,62に摺動面63,65を介して磁石64,66を剪断ピエゾ素子23A,24Aと縦変形ピエゾ素子23B,24Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子23,24の下部に設け、磁石64,66により移動体25を固定体(ベース:磁性体)61,62に対して荷重付与するようにしている。
FIG. 13 is a schematic view of a precision high-speed moving mechanism using a composite piezo element showing a fifth reference example of the present invention. FIG. 13A shows a case where a sliding surface is provided below the magnet, and FIG. Indicates a case where the magnet is directly slid.
In FIG. 13A,
また、図13(b)においては、磁石64,66を剪断ピエゾ素子23A,24Aと縦変形ピエゾ素子23B,24Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子23,24の下部に設け、磁石64,66を直に吸着させ、固定体(ベース:磁性体)61,62に対して荷重付与するようにしている。
この参考例では、垂直に対向配置された一対の固定体61,62に挟まれるように対向する面に積層ピエゾ素子23,24を有する移動体25を配置して、移動体25をチャッキングするように剪断変形移動を行わせ、上下方向への移動を行えるようにした。なお、荷重付与には磁石64,66を用いた。
In FIG. 13B, the
In this reference example, a moving
図14は本発明の第6参考例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図14(a)は磁石の下部に摺動面を有する場合、図14(b)は磁石を直に摺動させる場合を示している。
図14(a)においては、固定体(ベース:磁性体)71,72に摺動面73,75を介して磁石74,76を剪断ピエゾ素子33A,34Aと縦変形ピエゾ素子33B,34Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子33,34の下部に設け、磁石74,76により移動体35を固定体(ベース:磁性体)71,72に対して荷重付与するようにしている。
FIG. 14 is a schematic view of a precision high-speed moving mechanism using a composite piezo element according to a sixth reference example of the present invention. FIG. 14 (a) shows a case where a sliding surface is provided below the magnet, and FIG. Indicates a case where the magnet is directly slid.
In FIG. 14A,
また、図14(b)においては、磁石74,76を剪断ピエゾ素子33A,34Aと縦変形ピエゾ素子33B,34Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子33,34の下部に設け、磁石74,76を直に吸着させ、固定体(ベース:磁性体)71,72に対して荷重付与するようにしている。
ここでは、2分割された中空の移動体35の内部にスプリング36を内蔵するとともに、磁石74,76で荷重付与装置を構成するようにしている。
14B, the
Here, the
図15は本発明の実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の模式図であり、図15(a)は磁石の下部に摺動面を有する場合、図15(b)は磁石を直に摺動させる場合を示している。
図15(a)においては、固定体(ベース:磁性体)81,82の壁面81Aと天井面82Aに摺動面83,85を介して磁石84,86を剪断ピエゾ素子43A,44Aと縦変形ピエゾ素子43B,44Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子43,44の下部に設け、磁石84,86により移動体45を固定体(ベース:磁性体)81,82に対して荷重付与するようにしている。
Figure 15 is a schematic view of a precise high-speed moving mechanism using a composite piezoelectric element showing a real施例of the present invention, FIG. 15 (a) when it has a sliding surface at the bottom of the magnet, FIG. 15 (b) The case where the magnet is slid directly is shown.
In FIG. 15A, the
また、図15(b)においては、磁石84,86を剪断ピエゾ素子43A,44Aと縦変形ピエゾ素子43B,44Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子43,44の下部に設け、磁石84,86を直に吸着させ、固定体(ベース:磁性体)81,82に対して荷重付与するようにしている。
次に、本発明の実施例を示す複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動機構の楕円波発生による超音波モータモード移動についての詳細に説明する。
In FIG. 15B,
It will now be described in detail for an ultrasonic motor mode movement by elliptical wave generator precision fast moving mechanism using a composite piezoelectric element showing a real施例of the present invention.
図16は本発明の超音波モータモードの精密高速移動機構による移動体のマクロな移動方向を示す図、図17は本発明の超音波モータモードの積層ピエゾ素子に印加される波形を示す図、図18はその精密高速移動機構による移動子の挙動を示す図である。
図16に示すように、固定体(ベース)91上に剪断ピエゾ素子2Aと縦変形ピエゾ素子2Bとを貼り合わせた積層ピエゾ素子2の剪断ピエゾ素子2Aに図17(a)に示すような正弦波を、縦変形ピエゾ素子2Bに図17(b)に示すような正弦波を印加することにより、摺動面は図18に示すように図を見る方向から時計方向の円運動ないし楕円運動をしており、移動体3は図16において、マクロには右方向に進む。なお、2A,2Bに印加する正弦波の相互の位相差を変化させることにより、両方向への変位が可能である。
FIG. 16 is a diagram showing a macro moving direction of the moving body by the ultrasonic motor mode precision high-speed moving mechanism of the present invention, and FIG. 17 is a diagram showing a waveform applied to the multilayer piezoelectric element of the ultrasonic motor mode of the present invention. FIG. 18 is a diagram showing the behavior of the moving element by the precision high-speed moving mechanism.
As shown in FIG. 16, a
この実施例に示す超音波モータモードの方が他の実施例より移動速度が速い利点がある。すなわち、超音波モータモードの場合は、ピエゾ素子にMHzオーダの正弦波信号を加えることにより、移動が生じるのに対して、ピエゾ素子の急速変形による駆動モードの場合は、鋸歯状波や富士山型の波の繰り返し頻度は数10kHzオーダに止まっている。換言すれば、急激な加速度変化を起こした瞬間しか変位が生じないことになる。 The ultrasonic motor mode shown in this embodiment has an advantage that the moving speed is faster than the other embodiments. In other words, in the ultrasonic motor mode, movement is caused by applying a sine wave signal in the order of MHz to the piezo element, whereas in the drive mode due to rapid deformation of the piezo element, a sawtooth wave or Mt. Fuji type The repetition frequency of this wave is on the order of several tens of kHz. In other words, displacement occurs only at the moment when a sudden acceleration change occurs.
なお、上記した移動体は、移動体そのものであることはもとより、この移動体を試料などのテーブル、制御部材として用いることもできる。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
The moving body described above is not only a moving body itself, but also can be used as a table such as a sample and a control member.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の複合ピエゾ素子を用いた精密高速移動方法および装置は、精密移動機構、顕微鏡での試料の移動機構として利用可能である。 The precise high-speed moving method and apparatus using the composite piezoelectric element of the present invention can be used as a precision moving mechanism and a sample moving mechanism in a microscope.
1,11,21,22,31,32,41,42,91 固定体(ベース)
2,12,23,24,33,34,43,44 積層ピエゾ素子
2A,12A,23A,24A,33A,34A,43A,44A 剪断ピエゾ素子
2B,12B,23B,24B,33B,34B,43B,44B 縦変形ピエゾ素子
3,13,25,45 移動体(負荷)
4,16,30,37,50 積層ピエゾ素子を駆動するための駆動手段
14,26,28,46,48 スタッドボルト
15,27,29,47,49 スプリング
18,18′ 富士山形状の駆動パルス
35 中空の移動体
35A,35B 2個の部材
36 中空の移動体内に装着されるスプリング
41A,81A 壁面
42B,82A 天井面
51,61,62,71,72,81,82 固定体(ベース:磁性体)
52,63,65,73,75,83,85 摺動面
53,64,66,74,76,84,86 磁石
1, 11, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 91 Fixed body (base)
2, 12, 23, 24, 33, 34, 43, 44 Laminated
4, 16, 30, 37, 50 Driving means for driving the laminated
52, 63, 65, 73, 75, 83, 85 Sliding
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59230473A (en) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | Drive device |
JPS61185080A (en) * | 1985-02-13 | 1986-08-18 | Hitachi Ltd | Vibration wave motor |
JPS63206146A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | Mitsubishi Kasei Corp | Actuator |
JPH03256575A (en) * | 1990-03-06 | 1991-11-15 | Takamisawa Denki Seisakusho:Kk | Piezoelectric actuator |
JPH04221792A (en) * | 1990-12-21 | 1992-08-12 | Kiyohiko Uozumi | Feeding device |
JPH06255779A (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-13 | T H K Kk | Direct-acting guiding device |
JPH0866066A (en) * | 1994-08-26 | 1996-03-08 | Nikon Corp | Piezoelectric actuator |
JP2000022231A (en) * | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric device |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59230473A (en) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Hitachi Ltd | Drive device |
JPS61185080A (en) * | 1985-02-13 | 1986-08-18 | Hitachi Ltd | Vibration wave motor |
JPS63206146A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | Mitsubishi Kasei Corp | Actuator |
JPH03256575A (en) * | 1990-03-06 | 1991-11-15 | Takamisawa Denki Seisakusho:Kk | Piezoelectric actuator |
JPH04221792A (en) * | 1990-12-21 | 1992-08-12 | Kiyohiko Uozumi | Feeding device |
JPH06255779A (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-13 | T H K Kk | Direct-acting guiding device |
JPH0866066A (en) * | 1994-08-26 | 1996-03-08 | Nikon Corp | Piezoelectric actuator |
JP2000022231A (en) * | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric device |
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