JP4891562B2 - Drive device and drive / guide device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いる駆動装置、駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と耐摩耗性の向上を図ることができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to, for example, a drive device and a drive / guide device used in a precision positioning system, and more particularly to a device devised so as to simplify the configuration and improve wear resistance.

超音波駆動を用いた位置決め装置としては、例えば、特許文献1、特許文献2に記載されたもの等がある。   Examples of the positioning device using ultrasonic driving include those described in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特開2004−298973号公報JP 2004-298773 A 特開2003−339175号公報JP 2003-339175 A

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献1に記載された装置及び特許文献2に記載された装置の何れの場合もその構成が複雑であるという問題があった。すなわち、ステージの駆動・案内のために超音波振動発生装置と2本の案内レールとを使用する構成であり、その為部品点数が多くて構成が複雑化してしまうという問題があった。又、併せて広い設置スペースを必要としていて装置のコンパクト化が阻害されてしまうと共に、部品点数の関係から組立に多くの工数を要してしまい、組立精度も低下してしまうという問題があった。
又、それとは別に耐摩耗性の問題があった。すなわち、超音波振動する固定側の速度と可動部の速度との間に速度差があるために両者間に「滑り」が生じてしまい、該「滑り」によって磨耗してしまうものである。そのため特許文献1に記載された装置の場合には、耐摩耗性を改善するために駆動力伝達部材を特殊なものにしたり、特殊な潤滑膜で被覆したりしている。又、特許文献2に記載された装置の場合には、摩耗の度合いを精度よく測定するために特殊な計測・監視部を設けたりしている。
The conventional configuration has the following problems.
First, there is a problem that the configuration is complicated in both cases of the apparatus described in Patent Document 1 and the apparatus described in Patent Document 2. That is, there is a problem that the ultrasonic vibration generator and the two guide rails are used for driving and guiding the stage, so that the number of parts is large and the structure becomes complicated. In addition, there is a problem that a large installation space is required, and the downsizing of the apparatus is hindered, and more man-hours are required for assembling due to the number of parts, and the assembling accuracy is lowered. .
In addition, there was a problem of wear resistance. That is, since there is a speed difference between the speed of the fixed side that vibrates ultrasonically and the speed of the movable part, “slip” occurs between the two, and the “slip” causes wear. Therefore, in the case of the apparatus described in Patent Document 1, the driving force transmission member is made special or coated with a special lubricating film in order to improve wear resistance. In the case of the apparatus described in Patent Document 2, a special measurement / monitoring unit is provided in order to accurately measure the degree of wear.

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、構成が単純で組立容易であるとともに、耐摩耗性に優れた駆動装置と駆動・案内装置を提供することにある。 The present invention has been made based on these points, and an object of the present invention is to provide a drive device and a drive / guide device that have a simple structure and are easy to assemble and have excellent wear resistance. .

上記目的を達成するべく本願発明の請求項1による駆動装置は、固定部と、上記固定部に対して接触しながら移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生することにより上記固定部又は上記可動部の表面において楕円運動を発生させる複数の超音波振動発生装置と、上記複数の超音波振動発生装置の位相差を制御する位相差制御器を備えているとともに、上記位相差制御器によって上記位相差を制御することにより上記楕円運動における押圧力(Fy)を小さくすることなく上記楕円運動における接線速度(Fx)を制御し、且つ、上記接線速度(Fx)と上記可動部の速度との間の速度差を抑制する適正な上記位相差を指示する位置決めコントローラを備え、更に、上記位置決めコントローラの演算・指令により上記超音波振動発生装置の振幅を制御する振幅制御器を備えた制御装置と、を具備し、上記制御装置は、滑りを抑制するために、上記位置決めコントローラによって、上記接線速度(Fx)と上記可動部の速度とが大きく乖離しないように、駆動開始時直後は小さな位相差及び接線速度(Fx)とし、徐々に位相差及び接線速度(Fx)を大きくし速度アップを図り、又、停止時は徐々に小さな位相差及び接線速度(Fx)まで下げて減速するように制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項2による駆動・案内装置は、請求項1記載の駆動装置と、請求項1記載の駆動装置と、上記固定部又は可動部に設けられ上記超音波振動発生装置によって超音波振動すると共に上記可動部の移動を案内する案内面と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項3による駆動・案内装置は、請求項2記載の駆動・案内装置において、上記案内面が斜面であることを特徴とするものである。
又、請求項4による駆動・案内装置は、請求項3記載の駆動・案内装置において、上記案内面が一対のハの字又は逆ハの字形状の斜面であることを特徴とするものである。
又、請求項5による駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において、磁気吸引によって上記可動部を上記固定部に押圧するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項6による駆動・案内装置は、請求項2記載の駆動・案内装置において、磁気吸引によって上記可動部を上記固定部に押圧するようにしたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a driving apparatus according to claim 1 of the present invention includes a fixed portion, a movable portion that is movably installed in contact with the fixed portion, and a fixed portion or a movable portion. A plurality of ultrasonic vibration generators that generate elliptical motion on the surface of the fixed part or the movable part by generating ultrasonic vibrations, and a phase difference controller that controls the phase difference between the plurality of ultrasonic vibration generators. The tangential velocity (Fx) in the elliptical motion is controlled without reducing the pressing force (Fy) in the elliptical motion by controlling the phase difference by the phase difference controller, and the tangential line with speed and (Fx) a positioning controller for instructing proper the phase difference to suppress the speed difference between the speed of the movable part, further operation of the positioning controller Anda controller having an amplitude controller for controlling the amplitude of the ultrasonic vibration generator according to a command, the control device, in order to suppress the slip, by the positioning controller, the tangential speed (Fx) The phase difference and tangential speed (Fx) are set to a small phase difference and tangential speed (Fx) immediately after the start of driving so that the speed of the movable part does not greatly deviate from the above, and the phase difference and tangential speed (Fx) are gradually increased to increase the speed. it is characterized in that the stop is to control to slow down gradually to small phase difference and a tangential velocity (Fx).
According to a second aspect of the present invention, there is provided a drive / guide device according to the first aspect, wherein the drive device according to the first aspect, the drive device according to the first aspect, and the ultrasonic vibration generator provided in the fixed part or the movable part are ultrasonically vibrated. And a guide surface for guiding the movement of the movable part.
According to a third aspect of the present invention, in the driving / guidance device according to the second aspect, the guide surface is an inclined surface.
The drive / guide device according to claim 4 is the drive / guide device according to claim 3, characterized in that the guide surface is a pair of C-shaped or inverted C-shaped slopes. .
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the driving device according to the first aspect, wherein the movable portion is pressed against the fixed portion by magnetic attraction.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the driving / guide device according to the second aspect, wherein the movable portion is pressed against the fixed portion by magnetic attraction.

以上述べたように本願発明による駆動装置によると、固定部と、上記固定部に対して接触しながら移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生する複数の超音波振動発生装置と、上記複数の超音波振動発生装置の位相差を制御する制御装置と、を具備した構成になっているので、可動部の固定部に対する押圧状態を損なうことなく可動部の滑りをなくすことが可能になり、耐摩耗性を大幅に向上させることができるものである。
又、上記制御装置を、駆動開始時直後は小さな位相差とし、徐々に位相差を大きくし速度アップを図り、又、停止時は徐々に小さな位相差まで下げて減速するように制御するものとして構成した場合には、起動から停止に至るまで滑りを効果的になくして耐磨耗性を大幅に向上させることが可能になる。
又、請求項3による案内装置によると、固定部と、上記固定部に対して接触しながら移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生する複数の超音波振動発生装置と、上記固定部又は可動部に設けられ上記超音波振動発生装置によって超音波振動すると共に上記可動部の移動を案内する案内面と、を具備した構成になっているので、別途案内レールを設置する必要もなく、構成の簡略化、組立工数の低減を図ることができる。
又、上記案内面を傾斜面とした場合には、比較的簡単な構成で所望の効果を得ることができる。
又、上記案内面を1対のハの字又は逆ハの字形状の斜面とした場合には、比較的簡単な構成で所望の効果を得ることができる。
又、請求項6による駆動・案内装置によると、固定部と、上記固定部に対して接触しながら移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生する複数の超音波振動発生装置と、上記複数の超音波振動発生装置の位相差を制御する制御装置と、上記固定部又は可動部に設けられ上記超音波振動発生装置によって超音波振動すると共に上記可動部の移動を案内する案内面と、を具備した構成になっていているので、可動部の固定部に対する押圧状態を損なうことなく可動部の滑りをなくすことが可能になり、耐摩耗性を大幅に向上させることができると共に、別途案内レールを設置する必要もなく、構成の簡略化、組立工数の低減を図ることができる。
又、磁気吸引によって上記可動部を上記固定部に押圧するようにした場合には、可動部の重量を増大させることなく可動部の固定部に対する密着がより確実なものとなる。
As described above, according to the driving device of the present invention, the fixed portion, the movable portion that is movably installed in contact with the fixed portion, and the ultrasonic vibration generated in the fixed portion or the movable portion is generated. A plurality of ultrasonic vibration generators and a control device that controls the phase difference between the plurality of ultrasonic vibration generators, so that the pressing state of the movable part against the fixed part is not impaired. It becomes possible to eliminate the sliding of the movable part, and to greatly improve the wear resistance.
In addition, the control device is controlled so that the phase difference is small immediately after the start of driving, the phase difference is gradually increased to increase the speed, and the speed is gradually decreased to a small phase difference at the time of stop. When configured, it is possible to effectively improve the wear resistance by effectively eliminating slipping from start to stop.
According to the guide device of the third aspect, the fixed portion, the movable portion installed so as to be movable while being in contact with the fixed portion, and a plurality of ultrasonic vibrations provided on the fixed portion or the movable portion. And a guide surface that is provided on the fixed part or the movable part and is ultrasonically vibrated by the ultrasonic vibration generator and guides the movement of the movable part. In addition, it is not necessary to install a separate guide rail, and the configuration can be simplified and the number of assembly steps can be reduced.
Further, when the guide surface is an inclined surface, a desired effect can be obtained with a relatively simple configuration.
In addition, when the guide surface is a pair of C-shaped or inverted C-shaped slopes, a desired effect can be obtained with a relatively simple configuration.
According to the drive / guide device of claim 6, the fixed portion, the movable portion installed so as to be movable while being in contact with the fixed portion, and the ultrasonic vibration generated in the fixed portion or the movable portion are generated. A plurality of ultrasonic vibration generators, a control device for controlling a phase difference between the plurality of ultrasonic vibration generators, and the ultrasonic vibration generator provided in the fixed part or the movable part and ultrasonically vibrated as described above. Since the guide surface for guiding the movement of the movable part is provided, it is possible to eliminate the sliding of the movable part without impairing the pressing state of the movable part against the fixed part, and to improve the wear resistance. In addition to being able to greatly improve, there is no need to install a separate guide rail, and the configuration can be simplified and the number of assembly steps can be reduced.
In addition, when the movable part is pressed against the fixed part by magnetic attraction, the movable part is more firmly attached to the fixed part without increasing the weight of the movable part.

以下、図1乃至図4を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図1は本実施の形態による駆動・案内装置の構成を示す図で、図1(a)は駆動・案内装置の平面図、図1(b)は駆動・案内装置の側面図、図1(c)は図1(a)のc−c断面図である。まず、固定部1があり、この固定部1はロ字形状の固定側ガイド部3を備えている。この固定側ガイド部3は、一対の短辺5、7と、一対の長辺9、11とから構成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a drive / guide device according to the present embodiment, where FIG. 1 (a) is a plan view of the drive / guide device, FIG. 1 (b) is a side view of the drive / guide device, and FIG. (c) is cc sectional drawing of Fig.1 (a). First, there is a fixing portion 1, and the fixing portion 1 includes a fixed-side guide portion 3 having a square shape. The fixed-side guide portion 3 includes a pair of short sides 5 and 7 and a pair of long sides 9 and 11.

上記固定側ガイド部3の左右両端部の短辺5、7の位置には、超音波振動発生装置13、15が夫々設置されている。上記超音波振動発生装置13は、平板状であってL字型に折り曲げられた支持部材17、19と、ランジュバン型超音波振動子21とから構成されている。上記超音波振動発生装置13は上記支持部材17、19を介してベース23上に設置されている。上記ランジュバン型超音波振動子21は、上記短辺5を挟んでその両側に圧電材料21a、21aを配置し、それら圧電材料21a、21aの外側に共振振動用錘21b、21bを配置して、上記支持部材17、19を介して上記短辺5に図示しないねじ部材によってねじ止めした構成になっている。つまり、上記短辺5をランジュバン型超音波振動子21の構成部品として使用しているものである。このように構成することにより、短辺5の内側に占めるスペースの割合が半減されることになる。   Ultrasonic vibration generators 13 and 15 are respectively installed at the positions of the short sides 5 and 7 at the left and right end portions of the fixed-side guide portion 3. The ultrasonic vibration generator 13 is composed of support members 17 and 19 that are flat and bent in an L shape, and a Langevin ultrasonic transducer 21. The ultrasonic vibration generator 13 is installed on the base 23 via the support members 17 and 19. The Langevin type ultrasonic transducer 21 has piezoelectric materials 21a and 21a arranged on both sides of the short side 5 and resonance vibration weights 21b and 21b arranged outside the piezoelectric materials 21a and 21a. The short side 5 is screwed with a screw member (not shown) via the support members 17 and 19. That is, the short side 5 is used as a component of the Langevin type ultrasonic transducer 21. By comprising in this way, the ratio of the space which occupies the inner side of the short side 5 will be halved.

又、支持部材17、19はL字型に折り曲げられた板材であり、ガイド重量を支える垂直方向(Z方向)には剛性は大きいものの、ランジュバン型超音波振動子13の振動方向には剛性は低く撓み易い構成になっている。したがって、振動の節以外の支持による振動抑制は振動方向(Y方向)の剛性は低くて撓み易い本構造により振動減衰は抑制できる。 The support members 17 and 19 are L-shaped plate members, which have a large rigidity in the vertical direction (Z direction) for supporting the guide weight, but have a rigidity in the vibration direction of the Langevin type ultrasonic vibrator 13. The structure is low and easy to bend. Therefore, the vibration suppression by the support other than the vibration node can suppress the vibration attenuation by the present structure which has a low rigidity in the vibration direction (Y direction) and is easily bent.

上記超音波振動発生装置15も同様の構成になっている。すなわち、上記超音波振動発生装置15は、平板状であってL字型に折り曲げられた支持部材25、27と、ランジュバン型超音波振動子29とから構成されている。上記超音波振動発生装置15は上記支持部材25、27を介してベース23上に設置されている。上記ランジュバン型超音波振動子29は、上記短辺7を挟んでその両側に夫々圧電材料29a、29aを配置し、これら圧電材料29a、29aの外側に共振振動用錘29b、29bを配置して、上記支持部材25、27を介して上記短辺7に図示しないねじ部材によってねじ止めした構成になっている。つまり、上記短辺7をランジュバン型超音波振動子29の構成部品として使用しているものである。このように構成することにより、短辺7の内側に占めるスペースの割合が半減されることになる。   The ultrasonic vibration generator 15 has the same configuration. That is, the ultrasonic vibration generator 15 is composed of support members 25 and 27 that are flat and bent in an L shape, and a Langevin type ultrasonic transducer 29. The ultrasonic vibration generator 15 is installed on the base 23 through the support members 25 and 27. In the Langevin type ultrasonic transducer 29, piezoelectric materials 29a and 29a are arranged on both sides of the short side 7, and resonant vibration weights 29b and 29b are arranged outside the piezoelectric materials 29a and 29a. The short side 7 is screwed with a screw member (not shown) through the support members 25 and 27. That is, the short side 7 is used as a component of the Langevin type ultrasonic transducer 29. By comprising in this way, the ratio of the space which occupies the inner side of the short side 7 will be halved.

又、支持部材25、27はL字型に折り曲げられた板材であり、ガイド重量を支える垂直方向(Z方向)には剛性は大きいものの、ランジュバン型超音波振動子13の振動方向には剛性は低く撓み易い構成になっている。したがって、振動の節以外の支持による振動抑制は振動方向(Y方向)の剛性は低くて撓み易い本構造により振動減衰は抑制できる。 The support members 25 and 27 are plate members bent in an L shape, and the rigidity is large in the vertical direction (Z direction) supporting the weight of the guide, but the rigidity in the vibration direction of the Langevin type ultrasonic transducer 13 is not. The structure is low and easy to bend. Therefore, the vibration suppression by the support other than the vibration node can suppress the vibration attenuation by the present structure which has a low rigidity in the vibration direction (Y direction) and is easily bent.

上記固定部1上には可動部31が設置されている。この可動部31は上記固定部1に沿って接触した状態で移動可能に構成されている。すなわち、上記固定部1の一対の長辺9、11には傾斜面9a、9b、11a、11bが形成されていて、図1(c)に示すように、垂直方向において夫々対称になるような形状となっている。又、これに対向するように、上記可動部31側には、傾斜面31a、31bが形成されている。上記傾斜面9a、11a、31a、31bが相互に案内面として機能し、相互に接触した状態で可動部31がY方向に移動することになる。   A movable part 31 is installed on the fixed part 1. The movable portion 31 is configured to be movable in contact with the fixed portion 1. That is, inclined surfaces 9a, 9b, 11a, and 11b are formed on the pair of long sides 9 and 11 of the fixed portion 1, and are symmetrical in the vertical direction as shown in FIG. It has a shape. In addition, inclined surfaces 31a and 31b are formed on the movable portion 31 side so as to face this. The inclined surfaces 9a, 11a, 31a, and 31b function as guide surfaces with each other, and the movable portion 31 moves in the Y direction while being in contact with each other.

又、上記ベース23上には磁気吸引ヨーク41が設置されていて、この磁気吸引ヨーク41の上部の可動部31にはマグネット43とバックヨーク45が設置されている。本実施の形態による駆動装置の原理は摩擦駆動であり、可動部31は固定側ガイド部3に押し付けられていなければ十分な摩擦力が得られず滑って駆動できないことになってしまう。その際、可動部31の自重増加による重力による押付けも有効であるが、可動部31の重量が増加して加速度アップには不利である。そこで、本実施の形態の場合には上記マグネット43と固定側ベース部23に固定されている上記鉄製の磁気吸引ヨーク41との間の磁気吸引力により押付け力を得ようとするものである。この場合、構成部品が少なくてスペースもあまり取らずに構成できる。   Further, a magnetic attraction yoke 41 is installed on the base 23, and a magnet 43 and a back yoke 45 are installed on the movable portion 31 above the magnetic attraction yoke 41. The principle of the drive device according to the present embodiment is friction drive. If the movable portion 31 is not pressed against the fixed-side guide portion 3, a sufficient friction force cannot be obtained and cannot be slid and driven. At that time, the pressing by gravity due to the increase in the weight of the movable portion 31 is also effective, but the weight of the movable portion 31 increases, which is disadvantageous for increasing the acceleration. Therefore, in the case of the present embodiment, the pressing force is obtained by the magnetic attraction force between the magnet 43 and the iron magnetic attraction yoke 41 fixed to the fixed base portion 23. In this case, it can be configured with few components and not much space.

次に、図2を参照して制御装置の構成を説明する。図2に示すように、まず超音波振動発生装置13、15の間の位相差を与える位相差制御器51が設けられている。又、リニアエンコーダ53が設置されていて、このリニアエンコーダ53からの位置情報が位置決めコントローラ55に出力される。位置決めコントローラ55は入力した位置情報に基づいて適度な接線速度を演算し、上記位相差制御器51に適正な位相差を指示する。そして、各超音波振動発生装置13、15のドライバ57、59を経由して各超音波振動発生装置13、15間に適正な位相差が付与される。
尚、図2中符号61は振幅制御器を示す。この振幅制御器61は位置決めコントローラ55の演算・指令により振幅を制御するものであり、位相差制御 だけではなく必要に応じて振幅の制御もできるものである。
Next, the configuration of the control device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, first, a phase difference controller 51 that provides a phase difference between the ultrasonic vibration generators 13 and 15 is provided. A linear encoder 53 is installed, and position information from the linear encoder 53 is output to the positioning controller 55. The positioning controller 55 calculates an appropriate tangential velocity based on the input position information, and instructs the phase difference controller 51 of an appropriate phase difference. An appropriate phase difference is applied between the ultrasonic vibration generators 13 and 15 via the drivers 57 and 59 of the ultrasonic vibration generators 13 and 15.
In FIG. 2, reference numeral 61 denotes an amplitude controller. The amplitude controller 61 controls the amplitude by calculation / command of the positioning controller 55, and can control not only the phase difference control but also the amplitude as required.

以上の構成を基にその作用を説明する。まず、図3(a)を参照しながら超音波振動による駆動原理を示す。既に説明した超音波振動発生装置13、15による超音波振動によって固定部1側に進行波が生じる。そして、固定部1の固定側ガイド部3の表面において図示するような楕円運動が発生する。一方、可動部31は自重及び磁気吸引によって固定側ガイド部3上に押し付けられている。その結果可動部31に対して推力が付与されるものである。
因みに、図3(a)に示す場合には反時計方向の楕円運動が発生しているので、可動部31を図3(a)中左方向に移動させる推力が発生することになる。
The operation will be described based on the above configuration. First, the driving principle by ultrasonic vibration will be described with reference to FIG. A traveling wave is generated on the fixed portion 1 side by the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration generators 13 and 15 described above. Then, an elliptical motion as shown in the figure is generated on the surface of the fixed guide portion 3 of the fixed portion 1. On the other hand, the movable part 31 is pressed onto the fixed side guide part 3 by its own weight and magnetic attraction. As a result, thrust is applied to the movable portion 31.
Incidentally, in the case shown in FIG. 3A, the counterclockwise elliptical motion is generated, and thus a thrust force that moves the movable portion 31 leftward in FIG. 3A is generated.

さて、摩耗を軽減するためには固定側ガイド部3と可動部31との間の「滑り」をできるだけなくす必要がある。すなわち、楕円運動によって付与される固定側ガイド部3の接点(傾斜面9a、11a上の接点)への接線方向速度と可動部31の速度との間に速度差が存在すればそれが原因となって上記「滑り」が生じる。したがって、その速度差をできるだけ抑制しなければならない。特に、「起動時」と「停止時」には速度差が発生し易いのでそれを効果的に低減させる必要がある。 Now, in order to reduce wear, it is necessary to eliminate “slip” between the fixed side guide portion 3 and the movable portion 31 as much as possible. That is, if there is a speed difference between the tangential speed to the contact point (contact point on the inclined surfaces 9a and 11a) of the fixed side guide part 3 provided by the elliptical motion and the speed of the movable part 31, it is caused. Thus, the above “slip” occurs. Therefore, the speed difference must be suppressed as much as possible. In particular, since a speed difference is likely to occur between “starting” and “stopping”, it is necessary to effectively reduce it.

まず、起動時の場合には、稼動部31は停止しているので速度は「0」である。したがって、滑りを抑制するためには、固定側ガイド部3の楕円運動による接線速度も「0」近傍に抑制する必要がある。 First, in the case of startup, the operating unit 31 is stopped, so the speed is “0”. Therefore, in order to suppress the slip, it is necessary to suppress the tangential velocity due to the elliptical motion of the fixed side guide portion 3 in the vicinity of “0”.

固定側ガイド部3の楕円運動による接線速度も「0」近傍に抑制する方法としては、超音波振動発生装置13、15に対する供給電圧を下げることが考えられる。すなわち、図3(b)に示すように、楕円運動における押圧下での接線速度は楕円の横半径に比例する。よって、超音波振動装置13、15に対する供給電圧を下げることによって上記接線速度(Fx)を下げれば固定側ガイド部3の楕円運動による接線速度も「0」近傍に抑制することが可能になる。 As a method of suppressing the tangential velocity due to the elliptical motion of the fixed side guide portion 3 to near “0”, it is conceivable to lower the supply voltage to the ultrasonic vibration generators 13 and 15. That is, as shown in FIG. 3B, the tangential velocity under pressure in the elliptical motion is proportional to the lateral radius of the ellipse. Therefore, if the tangential velocity (Fx) is lowered by lowering the supply voltage to the ultrasonic vibration devices 13 and 15, the tangential velocity due to the elliptical motion of the fixed guide portion 3 can be suppressed to the vicinity of “0”.

ところが、この方法では、図3(b)に示されているように、押圧力(Fy)も低下してしまう。押圧力(Fy)の低下により摩擦力も低下することになり、その結果、滑り易くなってしまうという問題が生じてしまう。又、供給電圧を下げ過ぎると正常な超音波共振が損なわれてしまうという問題もある。 However, in this method, as shown in FIG. 3B, the pressing force (Fy) also decreases. The frictional force also decreases due to a decrease in the pressing force (Fy), and as a result, there arises a problem that it becomes slippery. Another problem is that if the supply voltage is lowered too much, normal ultrasonic resonance is impaired.

そこで、本実施の形態の場合には、超音波振動発生装置13、15の位相差を制御することによって、押圧力(Fy)を小さくすることなく接線速度(Fx)を制御しようとするものである。すなわち、例えば2つの超音波振動発生装置13、15の位相差を(φ)とすると、その時の楕円運動形状は次の式(I)、(II)によって表される。
y=asinθ ―――(I)
x=bsin(θ−φ)―――(II)
但し、
a:超音波振動発生装置13の最大振幅
b:超音波振動発生装置15の最大振幅
θ:位相
Therefore, in the present embodiment, the tangential velocity (Fx) is controlled by reducing the phase difference between the ultrasonic vibration generators 13 and 15 without reducing the pressing force (Fy). is there. That is, for example, when the phase difference between the two ultrasonic vibration generators 13 and 15 is (φ), the elliptical motion shape at that time is expressed by the following equations (I) and (II).
y = asinθ ――― (I)
x = bsin (θ−φ) —— (II)
However,
a: Maximum amplitude of the ultrasonic vibration generator 13 b: Maximum amplitude of the ultrasonic vibration generator 15 θ: Phase

すなわち、図3(c)に示すように、位相差(φ)を小さくしていくと接線速度(Fx)は減じるものの、押圧力(Fy)は逆に増加する。又、位相差(φ)を
「0」にしても、接線速度(Fx)は「0」となるものの、押圧力(Fy)は十分大きく振動している(この場合は楕円運動でなく、直線状の単振動になり、進行波が止まって定常波になる)。このように、位相差(φ)を制御することにより、押圧力(Fy)を低下させることなく接線速度(Fx)と推力を「0」から容易に制御することが可能になる。尚、これは「停止時」も同様である。
又、可動部31が高速移動時は位相差(φ)を「90゜」近くにすれば、接線速度(Fx)を十分大きくして高速駆動も可能となる。
That is, as shown in FIG. 3C, as the phase difference (φ) is decreased, the tangential velocity (Fx) is reduced, but the pressing force (Fy) is increased. Even if the phase difference (φ) is “0”, the tangential velocity (Fx) is “0”, but the pressing force (Fy) vibrates sufficiently (in this case, not elliptical motion, The traveling wave stops and becomes a stationary wave). Thus, by controlling the phase difference (φ), the tangential velocity (Fx) and the thrust can be easily controlled from “0” without reducing the pressing force (Fy). This also applies to “when stopped”.
Further, when the movable portion 31 moves at a high speed, if the phase difference (φ) is set close to “90 °”, the tangential speed (Fx) is sufficiently increased to enable high-speed driving.

「起動時」から「停止時」にいたる一連の位相差(φ)の制御を図4に示す。「滑り」 による摩耗不具合を抑えるため、「起動時」には位相差(φ)を「0」近傍に制御して、その後徐々に位相差(φ)を大きくしていく。それによって、可動部31が滑らずに駆動し徐々に速度を上げていって目標速度まで達することになる。逆に「停止時」は位相差(φ)を徐々に「0」に近づけていって「滑り」を抑制するものである。 FIG. 4 shows a series of phase difference (φ) control from “starting” to “stopping”. In order to suppress wear problems due to “slip”, the phase difference (φ) is controlled to be close to “0” at the time of “start-up”, and then the phase difference (φ) is gradually increased. As a result, the movable part 31 is driven without slipping, and the speed is gradually increased to reach the target speed. On the contrary, at the time of “stop”, the phase difference (φ) is gradually brought close to “0” to suppress “slip”.

又、従来例の説明でも述べた通り、従来例における超音波駆動装置には案内として2本の案内レールが設けられている。そのため、部品点数が多いばかりでなく組立が必要となり、特に高精度要求品に対しては高価な組立コストが掛かってしまう問題があった。これに対して、本実施の形態の場合には、超音波振動面を案内面として使用するようにしているので、案内レールを不要とすることが可能になる。 Further, as described in the description of the conventional example, the ultrasonic driving device in the conventional example is provided with two guide rails as a guide. Therefore, not only the number of parts is large but also assembly is required, and there is a problem that an expensive assembly cost is required particularly for a high precision required product. On the other hand, in the case of the present embodiment, since the ultrasonic vibration surface is used as the guide surface, the guide rail can be dispensed with.

具体的に説明すると、本実施の形態の場合には、図1(c)に示すように、固定側ガイド部3には「ハの字型」の傾斜案内面9a、11aが設けられており、一方、可動部31側にも「ハの字型」の案内面31a、31bが設けられている。これら傾斜案内面9a、11aと傾斜案内面31a、31bとによって、可動部31は左右方向に規制された直線案内となっているものである。つまり、従来のような案内レールを要することなく所望の案内を提供できるものである。 More specifically, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 1C, the fixed-side guide portion 3 is provided with “C” -shaped inclined guide surfaces 9a and 11a. On the other hand, "C-shaped" guide surfaces 31a and 31b are also provided on the movable portion 31 side. By these inclined guide surfaces 9a and 11a and the inclined guide surfaces 31a and 31b, the movable portion 31 is a linear guide regulated in the left-right direction. That is, a desired guide can be provided without requiring a conventional guide rail.

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、耐摩耗性を向上させることができる。これは、超音波振動発生装置13、15の位相差(φ)を制御することにより、押圧力(Fy)を低下させることなく接線速度(Fx)と推力を「0」から容易に制御することが可能になったからであり、それによって、磨耗の原因である「滑り」をなくすことができたからである。
又、構成の簡略化と部品点数の削減を図ることができる。これは、固定側ガイド部3に「ハの字型」の傾斜案内面9a、11aを設け、一方、可動部31側にも「ハの字型」の案内面31a、31bを設け、これら傾斜案内面9a、11aと傾斜案内面31a、31bとによって、可動部31を左右方向に規制した状態で直線案内するように構成したからであり、従来のような案内レールを要することなく所望の案内を提供できるからである。
又、それによって、組立工数も削減されると共に組立精度も高くなるものである。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, wear resistance can be improved. By controlling the phase difference (φ) of the ultrasonic vibration generators 13 and 15, the tangential velocity (Fx) and thrust can be easily controlled from “0” without reducing the pressing force (Fy). This is because it was possible to eliminate the “slip” that causes wear.
Further, the configuration can be simplified and the number of parts can be reduced. This is because the "G" -shaped inclined guide surfaces 9a and 11a are provided on the fixed-side guide portion 3, while the "C" -shaped guide surfaces 31a and 31b are also provided on the movable portion 31 side. This is because the guide surfaces 9a and 11a and the inclined guide surfaces 31a and 31b are configured to linearly guide the movable portion 31 in a state in which the movable portion 31 is restricted in the left-right direction. It is because it can provide.
This also reduces the number of assembly steps and increases the assembly accuracy.

尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記一実施の形態では2個の超音波振動発生装置を備えた構成を例に挙げて説明したが、3個以上の場合も考えられ、その個数を限定するものではない。
その他、各部の構成はあくまで一例である。
The present invention is not limited to the one embodiment.
First, in the above-described embodiment, a configuration including two ultrasonic vibration generators has been described as an example. However, three or more cases may be considered, and the number is not limited.
In addition, the structure of each part is an example to the last.

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いる駆動装置、駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と耐摩耗性の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータに好適である。 The present invention relates to, for example, a drive device and a drive / guide device used in a precision positioning system, and particularly relates to a device devised so as to simplify the configuration and improve wear resistance. Is preferred.

本発明の一実施の形態を示す図で、図1(a)は駆動・案内装置の構成を示す平面図、図1(b)は駆動・案内装置の側面図、図1(c)は図1(a)のc−c断面図である。1A and 1B are diagrams showing an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view showing the configuration of a drive / guide device, FIG. 1B is a side view of the drive / guide device, and FIG. It is cc sectional drawing of 1 (a). 本発明の一実施の形態を示す図で、位相差制御装置の構成を示すブロック図である。It is a figure which shows one embodiment of this invention, and is a block diagram which shows the structure of a phase difference control apparatus. 本発明の一実施の形態を示す図で、図3(a)は駆動原理を説明するための図、図3(b)は比較例による楕円運動を示す図、図3(c)は実施の形態による楕円運動を示す図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating an embodiment of the present invention, FIG. 3A is a diagram for explaining a driving principle, FIG. 3B is a diagram illustrating elliptical motion according to a comparative example, and FIG. It is a figure which shows the elliptical motion by a form. 本発明の一実施の形態を示す図で、位相差の時間変化を示す特性図である。It is a figure which shows one embodiment of this invention, and is a characteristic view which shows the time change of a phase difference.

符号の説明Explanation of symbols

1 固定部
3 固定部ガイド
5 固定部ガイドの短辺
7 固定部ガイドの短辺
9 固定部ガイドの長辺
9a 傾斜面
9b 傾斜面
11a 傾斜面
11b 傾斜面
11 固定部ガイドの長辺
13 振動発生装置
15 振動発生装置
17 支持部材
19 支持部材
21 ランジュバン型振動子
23 ベース
25 支持部材
27 支持部材
29 ランジュバン型振動子
31 可動部
31a 傾斜面
31b 傾斜面
41 磁気吸引ヨーク
43 マグネット
45 バックヨーク
51 位相差制御器
53 リニアエンコーダ
55 位置決めコントローラ
57 ドライバ
59 ドライバ
61 振幅制御器















DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed part 3 Fixed part guide 5 Short side of fixed part guide 7 Short side of fixed part guide 9 Long side of fixed part guide 9a Inclined surface 9b Inclined surface 11a Inclined surface 11b Inclined surface 11 Long side of fixed part guide 13 Vibration generation Device 15 Vibration generator 17 Support member 19 Support member 21 Langevin type vibrator 23 Base 25 Support member 27 Support member 29 Langevin type vibrator 31 Movable part 31a Inclined surface 31b Inclined surface 41 Magnetic attraction yoke 43 Magnet 45 Back yoke 51 Phase difference Controller 53 Linear encoder 55 Positioning controller 57 Driver 59 Driver 61 Amplitude controller















Claims (6)

固定部と、
上記固定部に対して接触しながら移動可能に設置された可動部と、
上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生することにより上記固定部又は上記可動部の表面において楕円運動を発生させる複数の超音波振動発生装置と、
上記複数の超音波振動発生装置の位相差を制御する位相差制御器を備えているとともに、上記位相差制御器によって上記位相差を制御することにより上記楕円運動における押圧力(Fy)を小さくすることなく上記楕円運動における接線速度(Fx)を制御し、且つ、上記接線速度(Fx)と上記可動部の速度との間の速度差を抑制する適正な上記位相差を指示する位置決めコントローラを備え、更に、上記位置決めコントローラの演算・指令により上記超音波振動発生装置の振幅を制御する振幅制御器を備えた制御装置と、を具備し、
上記制御装置は、滑りを抑制するために、上記位置決めコントローラによって、上記接線速度(Fx)と上記可動部の速度とが大きく乖離しないように、駆動開始時直後は小さな位相差及び接線速度(Fx)とし、徐々に位相差及び接線速度(Fx)を大きくし速度アップを図り、又、停止時は徐々に小さな位相差及び接線速度(Fx)まで下げて減速するように制御するものであることを特徴とする駆動装置。
A fixed part;
A movable part installed so as to be movable while in contact with the fixed part;
A plurality of ultrasonic vibration generators that are provided in the fixed part or the movable part to generate an elliptical motion on the surface of the fixed part or the movable part by generating ultrasonic vibration;
A phase difference controller that controls the phase difference of the plurality of ultrasonic vibration generators is provided, and the pressing force (Fy) in the elliptical motion is reduced by controlling the phase difference by the phase difference controller. A positioning controller that controls the tangential velocity (Fx) in the elliptical motion without any problem and that indicates the appropriate phase difference that suppresses the velocity difference between the tangential velocity (Fx) and the velocity of the movable part. And a control device including an amplitude controller that controls the amplitude of the ultrasonic vibration generator according to the calculation / command of the positioning controller ,
In order to suppress slipping, the control device has a small phase difference and a tangential speed (Fx) immediately after the start of driving so that the tangential speed (Fx) and the speed of the movable part are not greatly deviated by the positioning controller. ), and gradually working to significantly speed up the phase difference and a tangential velocity (Fx), also, it controls to slow down to stop gradually small phase difference and a tangential velocity (Fx) A drive device characterized by that.
請求項1記載の駆動装置と、
上記固定部又は可動部に設けられ上記超音波振動発生装置によって超音波振動すると共に上記可動部の移動を案内する案内面と、を具備したことを特徴とする駆動・案内装置。
A drive device according to claim 1;
A drive / guide device comprising: a guide surface provided on the fixed portion or the movable portion and ultrasonically vibrated by the ultrasonic vibration generator and guiding the movement of the movable portion.
請求項2記載の駆動・案内装置において、
上記案内面が斜面であることを特徴とする駆動・案内装置。
The drive / guide device according to claim 2,
The drive / guide device, wherein the guide surface is a slope.
請求項3記載の駆動・案内装置において、
上記案内面が一対のハの字又は逆ハの字形状の斜面であることを特徴とする駆動・案内装置。
The drive / guide device according to claim 3,
The drive / guide device, wherein the guide surface is a pair of C-shaped or inverted-C-shaped slopes.
請求項1記載の駆動装置において、
磁気吸引によって上記可動部を上記固定部に押圧するようにしたことを特徴とする駆動装置。
The drive device according to claim 1, wherein
A driving apparatus characterized in that the movable part is pressed against the fixed part by magnetic attraction.
請求項2記載の駆動・案内装置において、
磁気吸引によって上記可動部を上記固定部に押圧するようにしたことを特徴とする駆動・案内装置。
The drive / guide device according to claim 2,
A drive / guide device characterized in that the movable part is pressed against the fixed part by magnetic attraction.
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