JP5273270B2 - 回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置 - Google Patents
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このような場合に用いられる圧電アクチュエータは、一般に積層型の圧電アクチュエータが用いられるが、積層型の圧電アクチュエータは圧縮方向の荷重に対しては十分な強度や剛性を有するが、引張方向の荷重に対しては圧電アクチュエータの材料の機械的特性や積層間の接着強度による強度が極めて弱く、小さな引張荷重であっても破損してしまう場合がある。
更に、圧電アクチュエータは上記の引張荷重ばかりでなく半径方向荷重に対してもその強度が弱いために圧電アクチュエータの出力軸の先端を球面にして圧電アクチュエータに半径方向荷重やモーメント力が作用しない構造が推奨されているが、微動機構に用いる圧電アクチュエータは他の部材に直接取付ける必要があり、その取付精度等によっては半径方向荷重やモーメント力が作用して早期に破損する場合があるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高応答の微動動作が可能であると共に圧電アクチュエータの破損を防止することができる微動機構を提供することを目的とする。
図2、図3、図4において、1は位置決め装置である。
2は直線案内機構であり、レール3に転動体を介して組付けられた鞍状のスライダ4からなるリニアガイド装置であって、そのレール3は位置決め装置1の基台5に設置され、スライダ4の移動台取付面4aには位置決め装置1の移動台6がボルト等により取付けられる。本実施例の直線案内機構2は基台5に粗動機構10のねじ軸11の長手方向(軸方向という)と平行にねじ軸11の両側に設置された2本のレール3と各レール3に組付けられた2個、計4個のスライダ4とにより構成されている。
17は位置センサであり、移動台6に固定され、基台5にねじ軸11と平行に設置されたスケール18に等間隔に形成された細かな凹凸を検出してその出力信号を後述する制御装置45へ出力する機能を有している。この出力信号を用いて制御装置45が移動台6と基台5との相対移動量を測定する。
アンギュラ玉軸受20a、20bは、正面組合せとして対向配置され、その内輪23a、23bの内周面がねじ軸11の駆動モータ14側に形成された嵌合軸26の外周面に嵌合し、外輪21a、21bの外周面は基台5にボルト等により固定されたハウジング27の内周面に嵌合して支持軸受16と共にねじ軸11を回転可能に支持する。
30は内輪間座であり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸26の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受20a、20bの内輪23a、23bの間に配置される。
32はロックナットであり、ねじ軸11の嵌合軸26の駆動モータ14側に設けられたねじ部33に螺合して内輪係止部29との間で内輪23a、内輪間座30、内輪23b、内輪スペーサ31を締め付け、ねじ軸11上での内輪23a、23bの軸方向の移動を固定する。
36は圧電アクチュエータであり、内輪スペーサ31が挿入可能な中空部36aを有する単独または複数の圧電素子を積層した中空のアクチュエータであって、その外周面をハウジング27の内径面に嵌合して外輪21bの駆動モータ14側に配置され、外部から印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。
37は外輪スペーサであり、外輪21a、21bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング27の内径面に嵌合して外輪21bと圧電アクチュエータ36の間に配置される。
39はカバーであり、内輪スペーサ31が挿入可能な内径を有し、ハウジング27と略同等の外径を有する中空の円盤部材であって、ハウジング27の駆動モータ14側の端面に形成されたねじ穴27aを用いてボルト等によりハウジング27に締結され、外輪係止部38との間で外輪21a、外輪21b、外輪スペーサ37および圧電アクチュエータ36を押圧する。
上記のアンギュラ玉軸受20a、20b、嵌合軸26、内輪係止部29、内輪間座30、内輪スペーサ31、ロックナット32およびハウジング27、外輪係止部38、外輪スペーサ37、圧電アクチュエータ36、カバー39等を図1に示すようにねじ軸11の同軸上に配置することにより本実施例の回転機構付軸方向微動機構41が構成される。
図4において、45は位置決め装置1の制御装置であり、位置センサ17の出力信号等により位置決め装置1の位置決め処理を実行する制御部46、制御部46が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部46による処理結果等が格納される記憶部47、並びに駆動モータ14を駆動するモータ駆動部48、圧電アクチュエータ36を駆動するアクチュエータ駆動部49を備えている。
上記の構成の作用について説明する。
位置決め装置1が作動を開始すると、制御装置45の制御部46は位置決め処理プログラムを起動する。
この初期設定電圧Voは圧電アクチュエータ36の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ36に初期設定電圧Voを印加した状態での移動台6の位置が原位置となる。
目標位置等を読出した制御部46は、目標位置と現在位置(本ステップでは原位置)との長さの差(偏差という。)を算出し、算出した偏差に相当する長さをボールねじ装置13のナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48に送って駆動モータ14の駆動信号に変換し、これを駆動モータ14へ供給する。
駆動信号が供給されると、駆動モータ14はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング15を介して連結しているねじ軸11が回転して移動台6に固定されているナット12を軸方向に移動させる。
このようにして、ねじ軸11を回転させてナット12に固定されている移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構10による移動台6の粗動動作が行われる。
また、圧電アクチュエータ36は、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部46は、粗動動作を行うモータ駆動プログラムを停止し、位置センサ17の位置情報を取込ながらPID制御を行う微動動作プログラムに処理を切替える。この微動動作プログラムは、位置センサ17により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすように微動指令をアクチュエータ駆動部49に送って電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加して微動させるプログラムである。
このとき、例えば圧電アクチュエータ36に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて外輪21bを押圧し、外輪21bを軸方向(図1において左)に移動させ、外輪21a、21b間の隙間40が2X分更に狭くなって圧電アクチュエータ36の軸方向の伸びを吸収する。
このように、隙間40の変位2Xを対向配置されているアンギュラ玉軸受20a、20bがXずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受20a、20bの互いを押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸11の嵌合軸26に軸方向の移動を固定されている内輪23a、23bがねじ軸11と共に軸方向(図1において左)にX変位する。この場合のねじ軸11の移動は駆動モータ14側はカップリング15の伸長により、反対側の軸端の移動は支持軸受16の遊びにより吸収される。
そして、移動台6を上記で読出した停止時間の間目標位置に停止させると、制御部46は再度移動先指示テーブルに記された目標位置と停止時間を読出し、次の目標位置等が記されている場合は、微動動作のためにアクチュエータ駆動部49が保持していた制御電圧を解除し、その結果により生じた移動台6の移動量を上記と同様にして位置センサ17の出力信号により計数して新たな現在位置を認識し、その現在位置と次の目標位置との偏差に応じた粗動動作、フィードバック制御による微動動作を上記と同様にして実行する。
なお、本実施例ではアンギュラ玉軸受20a、20bの外輪21a、21b間の隙間40を圧電アクチュエータ36の伸縮により変化させて微動動作を行わせるので、結果として予圧荷重を変化させることになるが、圧電アクチュエータ36の微動動作に伴う伸びは最大で10μm程度、通常は数μm程度であり、それにより生じる予圧荷重の変化は小さいものであるので、外輪軌道22a、22bや内輪軌道24a、24b、ボール25a、25bに圧痕等が生じることはない。
また、圧電アクチュエータ36の分だけ長いハウジング27およびねじ軸11を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ36の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構41を組立てることができる。
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41には剛性の低いバネが存在せず、アンギュラ玉軸受20a、20bを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータ36に常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ36と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ36を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構のハウジングの内周面に、対向配置した2個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの外輪の外周面を嵌合させ、対向配置したアンギュラ玉軸受に付与された予圧の反力により圧電アクチュエータを押圧するようにしたことによって、対向配置したアンギュラ玉軸受を剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータに常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせることができ、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができると共に、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性を高く維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
更に、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構の圧電アクチュエータによる微動動作を粗動動作の回転が停止しているときに行うようにしたことによって、粗動動作と微動動作の動きが重なって、粗動動作の動きを微動で補正するように制御が干渉し合うこともないので、制御装置は単純になり、微動動作時の圧電アクチュエータの変位により、アンギュラ玉軸受の予圧量が変化してもアンギュラ玉軸受は回転していないから、予圧変化に伴うトルク増加等の影響も発生しない。
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてハウジングの内周面に嵌合させ、ねじ軸を挿入してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5、図6において、50は圧電アクチュエータであり、単独または複数の圧電素子を柱上に積層した中実のアクチュエータであって、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。本実施例の圧電アクチュエータ50は、角柱状に圧電素子を積層した中実のアクチュエータ(例えば、NECトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号AE0505D08)である。
また、カバー39には、その軸芯に沿って収納穴52と同等の内径を有する凹穴54が形成されている。
本実施例の微動装置41は、図6に示すようにカップリング15を介して駆動モータ14が連結しているねじ軸11の端部の反対側の端部に配置され、そのハウジング27はボルト等により基台5に固定されている。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は、図5に示すように正面組合せで内輪間座30を介して対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bの内輪23a、23bを嵌合軸26に嵌合させ、内輪係止部29との間に内輪23a、内輪間座30、内輪23bをロックナット32により締め付けて内輪23a、23bの軸方向の移動をねじ軸11に固定し、ハウジング27の内周面に嵌合する外輪21aの軸方向の移動を外輪係止部38により拘束し、ハウジング27の内周面に嵌合するピストン51の逃げ穴53にロックナット32を内包してその外周側の端面を拘束されていない側の外輪21bに当接させ、収納穴52に非通電とした圧電アクチュエータ50を挿入してカバー39の凹穴54を圧電アクチュエータ50に嵌合させ、カバー39をボルト等によりハウジング27に締結して外輪係止部38との間で外輪21a、外輪21b、ピストン51および圧電アクチュエータ50を締め付け、前記の各部品をねじ軸11の同軸上に配置する。
本実施例の粗動機構10は、図6に示すようにねじ軸11の圧電アクチュエータ50の反対側に配置されている。
本実施例の位置決め装置1には 実施例1と同様の図4に示した制御装置45が装備されている。
本実施例の粗動動作および微動動作は、上記実施例1と同様であるのでその説明を省略する。この場合に圧電アクチュエータ50が偏差Xの2倍の変位2X伸びたときには上記実施例1と同様にねじ軸11が図5において左にX変位し、このときのねじ軸11の移動は支持軸受16の軸方向の遊びとカップリング15の収縮により吸収される。
更に、圧電アクチュエータ50をピストン51の収納穴52およびカバー39の凹穴54を案内としてピストン51に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ50に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
以上説明したように、本実施例では、圧電アクチュエータを中実とし、これをねじ軸の略軸芯に配置することによっても、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の粗動機構10および回転機構付軸方向微動機構41は、実施例1(例えば図3)と同様に位置決め装置1の基台5にはハウジング27が固定され、移動台6にはナット12が固定されている。
本実施例のハウジング27には、そのナット12側の端部に外周面に雄ねじを形成した押えプラグ57を螺合させるねじ穴27bが設けられており、ねじ穴27bの奥側に設けられたハウジング27の内周面に嵌合する一方の外輪21aは内周面に設けられた外輪係止部38に押えプラグ57により締め付けられてその軸方向の移動を拘束される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置1には 実施例1と同様の図4に示した制御装置45が装備されている。
粗動動作を終えた制御部46は、実施例1と同様にして現在位置と目標位置との偏差から 圧電アクチュエータ36の伸縮量を演算し、これを微動指令としてアクチュエータ駆動部49が変換した電圧を圧電アクチュエータ36へ供給して保持する。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構41においても実施例1と同様に圧電アクチュエータ36の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪21aと内輪23aの変位量が移動台6の微動変位量となる。
この外輪21bの変位は、ボール25bと外輪軌道22bおよび内輪軌道24bとの当接面、並びにボール25aと外輪軌道22aおよび内輪軌道24aとの当接面を予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受20a、20bがそれぞれXずつ変位し、外輪21bが軸方向に2X変位し、外輪21a、21b間が2X拡がって圧電アクチュエータ36の軸方向の伸びを吸収する。
このようにして本実施例の圧電アクチュエータ36の伸びに伴う移動台6の微動動作が行われ、この微動動作において、制御部46は実施例1と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台6を目標位置に停止させる。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は、背面組合せのアンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力を外輪21a、21bの内側に配置した圧電アクチュエータ36に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
更に、圧電アクチュエータ36をハウジング27の内周面を案内としてハウジング27に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ36に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
以上説明したように、本実施例では、アンギュラ玉軸受を背面組合せとした場合においても、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図8、図9において、61はボールねじ装置13のナットであり、上記実施例1と同様に内周面に軸軌道溝11aに対向する図示しないナット軌道溝が形成されており、複数の図示しないボールを介してねじ軸11に遊びのない状態で螺合している。
63は内輪係止部であり、ナット61のねじ部62の反対側の端部に形成された内輪23a、23bの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪23aの一方の側面を係止する。
65は内輪スペーサであり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット61の外周面に嵌合して内輪23bの内輪間座30の反対側に配置される。
本実施例のアンギュラ玉軸受20a、20bは、正面組合せで内輪間座64を介して対向配置され、内輪係止部63との間に内輪23a、内輪間座64、内輪23b、内輪スペーサ65がロックナット32により締め付けられ、内輪23a、23bがその軸方向の移動をナット61に固定される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の粗動動作は上記実施例1と同様にして位置決め処理プログラムが起動すると、制御部46はアクチュエータ駆動部49から初期設定電圧Voを圧電アクチュエータ36に印加する。この初期設定電圧Voは圧電アクチュエータ36の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ36に初期設定電圧Voを印加した状態での移動台6の位置が原位置となる。
目標位置等を読出した制御部46は、実施例1と同様にして目標位置と現在位置との偏差を算出し、ボールねじ装置13のナット12が算出した偏差に相当する長さを移動するときに必要なナット61の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48に送って駆動モータ67の駆動信号に変換し、これを駆動モータ67へ供給する。
駆動信号が供給されると、駆動モータ67はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング68を介して連結しているナット61が、固定部69により基台5に固定されているねじ軸11上で回転し、アンギュラ玉軸受20a、20bによりナット61を回転可能に支持しているハウジング27に固定されている移動台6を軸方向に移動させる。
このようにして、ナット61を回転させてナット61を回転可能に支持しているハウジング27に固定されている移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構10による移動台6の粗動動作が行われる。
また、圧電アクチュエータ36は、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部46は、実施例1と同様に、制御部46は位置センサ17により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部49により制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加して微動動作を行う。
すなわち、実施例1と同様にして圧電アクチュエータ36に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動動作を行う前の予圧荷重に加えて外輪21bを押圧し、外輪21bを軸方向(本説明では図8において左方向)に移動させ、外輪21a、21b間の隙間40が狭くなるように作用し、その隙間40の変位は実施例1と同様にしてアンギュラ玉軸受20a、20bがそれぞれXずつ変位し、隙間40が2X狭くなって圧電アクチュエータ36の軸方向の伸びを吸収する。
この微動動作において、制御部46は実施例1と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台6を目標位置に停止させる。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は、正面組合せのアンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力を外輪21a、21b側に配置した圧電アクチュエータ36に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
更に、圧電アクチュエータ36をハウジング27の内周面を案内としてハウジング27に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ36に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
以上説明したように、本実施例では、ハウジングに、ナットの外周面に内輪が嵌合する対向配置したアンギュラ玉軸受を設置してナットを回転可能に支持し、外輪を圧電アクチュエータにより軸方向に押圧することによっても、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は上記実施例1の図3と同様の部位にハウジング27を基台5に固定されて設置されている。また実施例1と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のねじ軸11の嵌合軸26には、背面組合せとして対向配置されたアンギュラ玉軸受20a、20bの内輪23a、23bの内周面が嵌合しており、内輪23bに隣接して中空部36aを嵌合軸26に嵌合させた圧電アクチュエータ36が配置されている。
72は外輪スペーサであり、外輪21a、21bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング27の内径面に嵌合して外輪21bとカバー39の間に配置される。
75は固定側電極であり、樹脂材料等の絶縁材料で形成した厚肉平板にカーボン等の導電性材料で形成されたバネ要素を内蔵する2つのブラシ76を設けて構成されており、止めねじ等によりカバー39の内周部に取付けられる。
本実施例のアンギュラ玉軸受20a、20bは、背面組合せで外輪間座71を介して対向配置され、外輪係止部38との間に外輪21a、外輪間座71、外輪21b、外輪スペーサ72がカバー39のハウジング27への締結により締め付けられ、外輪21a、21bがその軸方向の移動をハウジング27に固定される。
本実施例の位置決め装置1には、実施例1と同様の図4に示した制御装置45が装備されている。この場合にアクチュエータ駆動部49は固定側電極75のブラシ76、スリップリング73の電極リング74を介して圧電アクチュエータ36に印加する電圧を保持する機能を有している。
粗動動作を終えた制御部46は、実施例1と同様に、制御部46は位置センサ17により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部49により制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加して微動動作を行う。
すなわち、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bの内輪23aを内輪係止部29によりその軸方向の移動を拘束し、圧電アクチュエータ36を介して内輪23bを押圧して予圧を付与した状態としているので、圧電アクチュエータ36に2Xの変位が生ずる電圧が印加され、例えば圧電アクチュエータ36に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて内輪23bを押圧し、内輪23bを軸方向(図10において左)に移動させ、内輪23a、23b間の隙間40が狭くなるように作用する。
その後の作動は、実施例1と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構41は、背面組合せのアンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力を内輪23a、23b側に配置した圧電アクチュエータ36に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
更に、圧電アクチュエータ36をねじ軸11の嵌合軸26の外周面を案内としてねじ軸11に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ36に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
以上説明したように、本実施例では、対向配置したアンギュラ玉軸受の内輪側に圧電アクチュエータを配置することによっても、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
上記実施例1から実施例4においては、対向配置した内輪の間に内輪間座を設けて予圧を付与するとして説明したが、内輪の対向側の面を内輪間座の幅の半分に相当する長さ伸長させて内輪同士を直接当接させるようにしてもよい。実施例5においては同様の外輪を設けて直接当接させるようにしてもよい。
更に、上記各実施例においては、対向配置した2つの転がり軸受装置に非通電の圧電アクチュエータを介して予め予圧を付与しておくとして説明したが、圧電アクチュエータの非通電時には予圧が発生しないように隙間を介して圧電アクチュエータと外輪または内輪を対向させておき、位置決め装置の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータに印加して対向配置した2つの転がり軸受装置に所定の予圧を発生させるようにしてもよい。このようにすれば、2つの転がり軸受装置に所定の予圧を与えるために、例えば実施例1の外輪スペーサ37の軸方向の長さ等を予圧量に合わせて精密に調整するといった、いわゆる予圧調整が不要となり、所定の電圧の印加だけで容易に精密な予圧調整が可能となる。
更に、1個の転がり軸受による転がり軸受装置を2つ対向配置するとして説明したが、複数の転がり軸受を並列組合せで配置した1組の転がり軸受装置を2つ対向配置するようにしてもよく、例えば片側に2個1組、他方に1個の転がり軸受による2つの転がり軸受装置を対向配置するようにしてもよい。例えば実施例1の図1において右側に2個1組、左側に1個の転がり軸受を対向配置すれば、圧電アクチュエータが2X伸びたとすると、ねじ軸は図1において左方向に約1.2X移動することとなる。
更に、上記各実施例においては、送りねじ装置はねじ軸とナットとをボールを介して螺合させるボールねじ装置であるとして説明したが、送りねじ装置は前記に限らず、ねじ軸とナットとを直接螺合させる滑りねじ装置であってもよい。
2 直線案内機構
3 レール
4 スライダ
4a 移動台取付面
5 基台
6 移動台
10 粗動機構
11 ねじ軸
11a 軸軌道溝
12、61 ナット
13 ボールねじ装置
14、67 駆動モータ
15、68 カップリング
16 支持軸受
17 位置センサ
18 スケール
20a、20b アンギュラ玉軸受
21a、21b 外輪
22a、22b 外輪軌道
23a、23b 内輪
24a、24b 内輪軌道
25a、25b ボール
26 嵌合軸
27 ハウジング
27a、27b ねじ穴
29、63 内輪係止部
30、64 内輪間座
31、65 内輪スペーサ
32 ロックナット
33、62 ねじ部
34 カップリング取付部
36、50、100 圧電アクチュエータ
36a 中空部
37、72 外輪スペーサ
38 外輪係止部
39 カバー
40 隙間
41 回転機構付軸方向微動機構
45 制御装置
46 制御部
47 記憶部
48 モータ駆動部
49 アクチュエータ駆動部
51 ピストン
52 収納穴
53 逃げ穴
54 凹穴
57 押えプラブ
69 固定部
71 外輪間座
73 スリップリング
74 電極リング
75 固定側電極
76 ブラシ
101 出力軸
102 バネ
Claims (16)
- 対向配置して所定の予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、該転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記2つの内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記ハウジングに軸方向に拘束し、前記外輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記2つの外輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 対向配置して所定の予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記2つの外輪を前記ハウジングに軸方向に固定し、前記内輪の一方を前記軸に軸方向に拘束し、前記内輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記2つの内輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1または請求項2において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータを非通電とした状態で、予め付与しておくことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1または請求項2において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータに所定の電圧を印加して発生させることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータを、前記転がり軸受装置の非回転側に配置したことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、積層型であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中空であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中実であり、前記転がり軸受装置の略軸芯に配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、正面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、背面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 請求項1ないし請求項10のいずれか一項において、
前記転がり軸受装置の回転が停止しているときに、前記圧電アクチュエータへ通電して前記微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。 - 軸方向に相対移動可能に構成された基台および移動台と、
前記基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動台に固定されたナットとを有し、前記ねじ軸の回転により前記移動台を前記基台に対して軸方向に移動させる粗動機構と、
前記軸をねじ軸とした、請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の回転機構付軸方向微動機構と、を備えたことを特徴とする位置決め装置。 - 請求項12において、
前記基台と前記移動台との相対移動量を示す出力信号を出力する位置センサを有することを特徴とする位置決め装置。 - 請求項13において、
前記粗動機構の粗動動作を停止した後に、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして前記圧電アクチュエータによる前記微動動作を行うことを特徴とする位置決め装置。 - 請求項14において、
前記制御装置が、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして粗動動作を行い、前記偏差が所定の範囲となったときに前記粗動動作を停止させることを特徴とする位置決め装置。 - 請求項12ないし請求項15のいずれか一項において、
前記粗動機構のねじ軸を、ステッピングモータにより駆動することを特徴とする位置決め装置。
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