JPH064209B2 - Positioning mechanism - Google Patents
Positioning mechanismInfo
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- JPH064209B2 JPH064209B2 JP62252804A JP25280487A JPH064209B2 JP H064209 B2 JPH064209 B2 JP H064209B2 JP 62252804 A JP62252804 A JP 62252804A JP 25280487 A JP25280487 A JP 25280487A JP H064209 B2 JPH064209 B2 JP H064209B2
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- stage
- piezoelectric element
- parallel
- moving
- clamp base
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- Expired - Lifetime
Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、精密機器に用いられる位置決め機構に関する
ものである。
〔従来の技術〕
従来、圧電素子を用いた位置決め機構としては、可動部
を直接圧電素子により駆動する機構、第３図に示すよう
にてこを組み合わせて圧電素子の微少な変位を拡大する
変位拡大機構を用いて駆動する機構が知られている。こ
の従来例は、圧電素子１１と、フレーム１２と、ヒンジ
１３，１４，１５，１６，１７と、アーム１８，１９，
２０とを具備する。また、第４図のように、一対のクラ
ンプ部と、そのクランプ部を移動させる伸縮部を持ち、
クランプを交互に行ない、伸縮部によりクランプ部を移
動させる尺取り虫的な方法により、一軸に位置決めする
機構も知られている。この従来例は、フレーム２１と、
移動用圧電素子２２と、固定用圧電素子２３とを具備す
る。圧電素子を用いたθ軸の位置決め機構としては、板
ばねにより可動部を支持し、圧電素子によってθ軸の移
動させる機構がある。さらに、尺取り虫的な方法を回転
に利用して、θ軸の回転を行なう機構も知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
可動部を直接圧電素子により駆動する方法では、圧電素
子のストロークにより移動範囲が制限されるため、圧電
素子の中でも変位の大きい積層型圧電素子を用いても、
数十μｍ程度の移動範囲が限界であった。また、変位拡
大機構を用いた方法では、直接駆動する場合に比べて、
最大数十倍の拡大率が得られるが、剛性が低下するとい
う問題がある。また、板ばねを支持にもちいた構造で
は、移動距離や回転角度が制限される。尺取り虫的な機
構の場合、一軸の移動が普通であり、これを三軸以上組
み合わせた場合、構造が複雑になり、剛性が大きく低下
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の位置決め機構は、一対のクランプ部と伸縮部を
備えた尺取り虫的な移動機構において、向かい合う平行
面を有するフレームと、ステージと、前記ステージの周
辺部に一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばして
前記ステージを前記平行面間に固定し、縮めて前記ステ
ージを前記平行面に対して可動とするステージ固定用圧
電素子と、前記ステージの周辺に配置された複数のクラ
ンプベースと、前記ステージと前記クランプベースを接
続する移動用圧電素子と、前記クランプベースに一端を
固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばしてクランプベー
スを前記平行面間に固定し、縮めてクランプベースを前
記平行面に対して可動とするクランプベース固定用電素
子とを具備し、前記クランプベースは各々、前記ステー
ジの側面との間を一対の前記移動用圧電素子により接続
され、前記一対の移動用圧電素子を前記平行面に平行
に、かつ互いに角度を持って配置して、前記ステージに
対し前記クランプベースを前記平行面に平行な２軸方向
に位置決めすることを特徴とする。
〔作用〕
本発明においては、ステージとクランプベースとの位置
決めが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも圧電素子の移動範囲内
で任意に行えるため、ステージのＸ軸、Ｙ軸、θ軸の移
動を三軸同時に自由に行なうことができる。さらに、圧
電素子の移動範囲を越えた移動距離においても、Ｘ軸，
Ｙ軸，θ軸の三軸すべての移動を行なうクランプベース
が、尺取り虫運動により、一平面上に移動するため、位
置決め範囲を必要なだけ得ることが可能となる。また、
構造が簡単であり、ステージは、移動時以外は、固定圧
圧電素子により、直接、本体である平行面に両面より固
定されるため、剛性が高い。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図
は、本発明の一実施例を示す説明図であり、この図は、
フレーム５の向かい合う２つの平行面の上面を取り、上
側より見た図である。第２図は、第１図のＡ−Ａ面の断
面図である。ステージ１は、表４カ所、裏４カ所の計８
カ所にステージ固定用圧電素子２が固定されている。ス
テージ１の側面には、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の２
本の移動用圧電素子４により支持されたクランプベース
７が計４個固定され、そのクランプベース７の上下両面
には、クランプベース固定用圧電素子３が固定されてい
る。なお、固定用圧電素子２、および３の平行板側に
は、磨耗を防ぐために金属またはセラミックの接触用部
材８が付けられている。また、移動用圧電素子に曲げモ
ーメントが働かないように、ヒンジ６が設けられてい
る、ステージ１は、固定時は、固定用圧電素子２が伸ば
されることにより、上下の平行面を押し付けて固定され
る。移動時は、まずクランプベース７の固定用圧電素子
３が伸ばされてクランプベース７が固定され、次にステ
ージ１の固定用圧電素子２が縮められ、可動状態にな
る。そして、移動用圧電素子４により、クランプベース
７を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸の必要とする位置決め
量だけ移動させる。移動後、ステージ１は、固定用圧電
素子２を伸ばすことにより固定され、クランプベース７
の固定用圧電素子２は、縮められる。なお、移動順序
は、先にクランプベース７を移動してから、固定し、次
にステージ１を移動させてもかまわない。以上の動作に
より、移動用圧電素子４の動作範囲内の微少な移動距離
の時は、移動用圧電素子４の変位を制御して、ステージ
１を直接駆動することにより、高精度にＸ軸方向、Ｙ軸
方向、θ軸の位置決めをすることができる。また、大き
な距離移動するときは、一定の移動量で上記のような尺
取り虫的な動作を繰り返して、目標とする距離の近傍ま
で移動し、その後、移動用圧電素子４の変位を制御して
精密な位置決めを行なうことにより、高精度の位置決め
を行なうことができる。この図では、ステージ１は４カ
所で固定され、クランプベースは、４個あるが、これら
の数は任意でかまわない。このようにしてＸ軸方向、Ｙ
軸方向、θ軸の任意の距離、角度を高精度に位置決めす
ることが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明により、簡易な構成により、位置決め範囲が大き
く、かつ高精度、高剛性な、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の位置決
め機構が実現できる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positioning mechanism used for precision equipment. [Prior Art] Conventionally, as a positioning mechanism using a piezoelectric element, a mechanism for driving a movable portion directly by the piezoelectric element, and displacement enlargement for enlarging a minute displacement of the piezoelectric element by combining the levers as shown in FIG. A mechanism for driving using a mechanism is known. In this conventional example, the piezoelectric element 11, the frame 12, the hinges 13, 14, 15, 16, 17 and the arms 18, 19,
And 20. Further, as shown in FIG. 4, it has a pair of clamp parts and a telescopic part for moving the clamp parts,
There is also known a mechanism for uniaxially positioning by a worm-like method of alternately performing clamping and moving the clamp by an expandable portion. In this conventional example, a frame 21 and
It includes a moving piezoelectric element 22 and a fixing piezoelectric element 23. As a θ-axis positioning mechanism using a piezoelectric element, there is a mechanism in which a movable portion is supported by a leaf spring and the θ-axis is moved by a piezoelectric element. Further, there is also known a mechanism for rotating the θ-axis by utilizing a worm-like method for rotation. [Problems to be Solved by the Invention] In the method of directly driving the movable portion by the piezoelectric element, since the movement range is limited by the stroke of the piezoelectric element, even if a laminated piezoelectric element having a large displacement is used among the piezoelectric elements. ,
The moving range of several tens of μm was the limit. Also, in the method using the displacement magnifying mechanism, compared to the case of directly driving,
Although a maximum magnification of several tens of times can be obtained, there is a problem that the rigidity is reduced. Further, in the structure using the leaf spring as a support, the moving distance and the rotation angle are limited. In the case of a lengthy insect mechanism, uniaxial movement is common, and when three or more axes are combined, the structure becomes complicated and the rigidity is greatly reduced. [Means for Solving the Problems] A positioning mechanism of the present invention is a moving mechanism like a scale that includes a pair of clamp portions and a telescopic portion, a frame having parallel surfaces facing each other, a stage, and a peripheral portion of the stage. A stage-fixing piezoelectric element having one end fixed to the parallel plane and extending substantially perpendicularly to the parallel plane to fix the stage between the parallel planes, and contracting the stage to move the stage with respect to the parallel plane; A plurality of clamp bases arranged in the periphery, a moving piezoelectric element connecting the stage and the clamp base, one end fixed to the clamp base, and extending substantially perpendicular to the parallel plane to extend the clamp base to the parallel plane. A clamp base fixing electric element that is fixed between the clamp bases and contracts to move the clamp base with respect to the parallel plane. And the side surfaces of the stage are connected by a pair of the moving piezoelectric elements, and the pair of moving piezoelectric elements are arranged parallel to the parallel surfaces and at an angle to each other with respect to the stage. The clamp base is positioned in two axial directions parallel to the parallel plane. [Operation] In the present invention, the positioning of the stage and the clamp base can be arbitrarily performed within the movement range of the piezoelectric element in both the X-axis direction and the Y-axis direction. Therefore, the X-axis, Y-axis, and θ-axis movements of the stage can be performed. The three axes can be freely performed at the same time. Furthermore, even when the moving distance exceeds the moving range of the piezoelectric element, the X-axis,
Since the clamp base that moves on all three axes of the Y-axis and the θ-axis moves on one plane by the worm movement, it is possible to obtain a positioning range as needed. Also,
The structure is simple, and the rigidity is high because the stage is directly fixed to the parallel plane which is the main body from both sides by the fixed piezoelectric element except when moving. [Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention.
It is the figure which looked at the upper surface of the two parallel surfaces which the frame 5 opposes, and was seen from the upper side. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. Stage 1 has 4 places on the front and 4 places on the back.
The piezoelectric element 2 for fixing the stage is fixed at a place. The side surface of the stage 1 has two X-axis and Y-axis directions.
A total of four clamp bases 7 supported by the moving piezoelectric element 4 are fixed, and the clamp base fixing piezoelectric elements 3 are fixed on both upper and lower surfaces of the clamp base 7. A metal or ceramic contact member 8 is attached to the fixing piezoelectric elements 2 and 3 on the parallel plate side to prevent wear. Further, a hinge 6 is provided so that a bending moment does not act on the moving piezoelectric element. When the stage 1 is fixed, the fixing piezoelectric element 2 is extended to press and fix the upper and lower parallel planes. To be done. During the movement, first, the fixing piezoelectric element 3 of the clamp base 7 is extended to fix the clamp base 7, and then the fixing piezoelectric element 2 of the stage 1 is contracted to be in a movable state. Then, the moving piezoelectric element 4 moves the clamp base 7 by the required positioning amount in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ-axis. After the movement, the stage 1 is fixed by extending the fixing piezoelectric element 2, and the clamp base 7 is fixed.
The fixing piezoelectric element 2 is contracted. The clamp base 7 may be moved first, then fixed, and then the stage 1 may be moved. With the above operation, when the moving piezoelectric element 4 has a very small moving distance within the operating range, the displacement of the moving piezoelectric element 4 is controlled and the stage 1 is directly driven. , Y-axis direction and θ-axis can be positioned. Also, when moving a large distance, the above-mentioned scale-like insect operation is repeated with a constant moving amount to move to the vicinity of the target distance, and thereafter, the displacement of the moving piezoelectric element 4 is controlled to perform precise movement. By performing accurate positioning, highly accurate positioning can be performed. In this figure, the stage 1 is fixed at four places and there are four clamp bases, but the number of these is arbitrary. In this way, the X-axis direction, Y
It becomes possible to position the axial direction, an arbitrary distance of the θ axis, and an angle with high accuracy. [Advantages of the Invention] According to the present invention, an X-axis, Y-axis, and θ-axis positioning mechanism having a large positioning range, high accuracy, and high rigidity can be realized with a simple configuration.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の上面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ面における断面図、第３図，第４図は従来例の構成
図である。
１…ステージ、２…ステージ固定用圧電素子、３…クラ
ンプベース固定用圧電素子、４…移動用圧電素子、５…
フレーム、６…ヒンジ、７…クランプベース、８…接触
用部材。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a top view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is A of FIG.
Sectional views taken along the plane A, FIG. 3, and FIG. 4 are configuration diagrams of a conventional example. 1 ... Stage, 2 ... Stage fixing piezoelectric element, 3 ... Clamp base fixing piezoelectric element, 4 ... Moving piezoelectric element, 5 ...
Frame, 6 ... Hinge, 7 ... Clamp base, 8 ... Contact member.
Claims (1)
尺取り虫的な移動機構において、向かい合う平行面を有
するフレームと、ステージと、前記ステージの周辺部に
一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばして前記ス
テージを前記平行面間に固定し、縮めて前記ステージを
前記平行面に対して可動とするステージ固定用圧電素子
と、前記ステージの周辺に配置された複数のクランプベ
ースと、前記ステージと前記クランプベースを接続する
移動用圧電素子と、前記クランプベースに一端を固定
し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばしてクランプベースを
前記平行面間に固定し、縮めてクランプベースを前記平
行面に対して可動とするクランプベース固定用圧電素子
とを具備し、前記クランプベースは各々、前記ステージ
の側面との間を一対の前記移動用圧電素子により接続さ
れ、前記一対の移動用圧電素子を前記平行面に平行に、
かつ互いに角度を持って配置して、前記ステージに対し
前記クランプベースを前記平行面に平行な２軸方向に位
置決めすることを特徴とする位置決め機構。What is claimed is: 1. In a moving insect-like moving mechanism including a pair of clamps and a telescopic part, a frame having parallel surfaces facing each other, a stage, and one end fixed to a peripheral portion of the stage, and substantially parallel to the parallel surfaces. A stage-fixing piezoelectric element that extends vertically to fix the stage between the parallel surfaces, and contracts the stage to move the stage with respect to the parallel surfaces; and a plurality of clamp bases arranged around the stage, A moving piezoelectric element that connects the stage and the clamp base, and one end of which is fixed to the clamp base, extends substantially perpendicular to the parallel planes to fix the clamp base between the parallel planes, and contracts the clamp base to A clamp base fixing piezoelectric element that is movable with respect to a parallel plane, and each of the clamp bases forms a pair between the side faces of the stage. Which is connected by a moving piezoelectric element, parallel to said pair of moving the piezoelectric element to the parallel surfaces,
In addition, the positioning mechanism is characterized in that the clamping bases are positioned with respect to each other in the biaxial direction parallel to the parallel plane with respect to the stage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252804A JPH064209B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Positioning mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252804A JPH064209B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Positioning mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0197538A JPH0197538A (en) | 1989-04-17 |
| JPH064209B2 true JPH064209B2 (en) | 1994-01-19 |
Family
ID=17242457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62252804A Expired - Lifetime JPH064209B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Positioning mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064209B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093553A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 아주대학교산학협력단 | Planar 3-dof stage |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101340033B1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-12-10 | 한국과학기술원 | 3 axes out-of-plane motion stage using flexure mechanism |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60166294U (en) * | 1984-04-10 | 1985-11-05 | 松下電工株式会社 | Drive piezoelectric device |
| JPS6182433A (en) * | 1984-09-29 | 1986-04-26 | Toshiba Corp | Finely moving mechanism |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62252804A patent/JPH064209B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093553A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 아주대학교산학협력단 | Planar 3-dof stage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0197538A (en) | 1989-04-17 |
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