JPH064210B2 - 位置決め機構 - Google Patents
位置決め機構Info
- Publication number
- JPH064210B2 JPH064210B2 JP62265611A JP26561187A JPH064210B2 JP H064210 B2 JPH064210 B2 JP H064210B2 JP 62265611 A JP62265611 A JP 62265611A JP 26561187 A JP26561187 A JP 26561187A JP H064210 B2 JPH064210 B2 JP H064210B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- piezoelectric element
- parallel
- moving
- clamp base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 241000258937 Hemiptera Species 0.000 description 1
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
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
- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
- B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/60—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/62—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides
- B23Q1/621—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
-
- 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)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Machine Tool Units (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１８，１
９，２０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機構により、一軸に移動する
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。 〔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機構では、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
大機構を用いた機構では、直接駆動する場合に比べて、
最大数十倍程度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。尺取り虫的な機構の場合、一軸の移
動が普通であり、これを二軸組み合わせた場合、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、このステージの周
辺部に一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸びて前
記ステージを前記平行面に固定し、縮めて前記前記平行
面に対して前記ステージを可動とする第一の圧電素子
と、前記ステージの移動方向の前後に設けられた複数の
クランプベースと、この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びて前記クランプベース
を前記平行面間に固定し、縮めて前記平行面に対して前
記クランプベースを可動とする第二の圧電素子と、前記
ステージの側面に一端を固定し、前記クランプベースに
他端を固定し、前記平行面にほぼ平行に伸縮する第三の
圧電素子とを具備することを特徴とする。 〔作用〕 本発明においては、ステージに直接Ｘ軸方向、Ｙ軸方向
の移動用圧電素子を固定しているため、構造が簡単にな
り、さらに、ステージは、移動時以外は、固定用圧電素
子により、直接、フレームの平行面に両面より固定され
るため、剛性が高い。また、尺取り虫的運動を用い、Ｘ
方向、Ｙ方向の移動機構部が同一平面上を移動すること
により、移動範囲を必要なだけ得ることが可能となる。 〔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、表裏両面の四隅にステージ
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、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の計４本の移動用圧電素子４
が固定されており、その移動圧電素子４の他端には、ク
ランプベース６が固定され、そのクランプベース６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７が付けられている。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６の固定用圧電素子３が伸ばされてクランプベース
６の固定用圧電素子３が伸ばされてクランプベース６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、必要とする移動量だけＸ
軸方向、またはＹ軸方向の移動用圧電素子４が、ステー
ジ１の両側のうちの一方は伸び、他の一方は縮むことに
より、ステージ１は移動する。一方は伸び、一方は縮む
ことにより、電圧素子の欠点であるヒステリシスによる
誤差を相殺する利点も有する。移動するときの作業順序
は、先に移動用圧電素子を必要量伸縮させてクランプベ
ース６を移動させてから、クランプベース６を固定して
もかまわない。移動時、移動しない軸のクランプベース
６は、固定すると移動用圧電素子４に横向きの力が加わ
り圧電素子が破損する恐れがあるため、固定用圧電素子
３を縮めて可動状態となっている。ステージ１は、移動
後、再度固定用圧電素子２により固定され、クランプベ
ース６の固定用圧電素子３は、縮められる。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、高精度に位置決めする
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すこ
とにより、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。このような動作をＸ軸方向、Ｙ軸方向に行なうこに
より、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の任意の距離を高精度に位置
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、移動範囲が大きく、
かつ高精度、高剛性な、Ｘ軸、Ｙ軸の二軸の位置決め機
構が実現できる。
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１８，１
９，２０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機構により、一軸に移動する
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。 〔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機構では、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
大機構を用いた機構では、直接駆動する場合に比べて、
最大数十倍程度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。尺取り虫的な機構の場合、一軸の移
動が普通であり、これを二軸組み合わせた場合、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、このステージの周
辺部に一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸びて前
記ステージを前記平行面に固定し、縮めて前記前記平行
面に対して前記ステージを可動とする第一の圧電素子
と、前記ステージの移動方向の前後に設けられた複数の
クランプベースと、この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びて前記クランプベース
を前記平行面間に固定し、縮めて前記平行面に対して前
記クランプベースを可動とする第二の圧電素子と、前記
ステージの側面に一端を固定し、前記クランプベースに
他端を固定し、前記平行面にほぼ平行に伸縮する第三の
圧電素子とを具備することを特徴とする。 〔作用〕 本発明においては、ステージに直接Ｘ軸方向、Ｙ軸方向
の移動用圧電素子を固定しているため、構造が簡単にな
り、さらに、ステージは、移動時以外は、固定用圧電素
子により、直接、フレームの平行面に両面より固定され
るため、剛性が高い。また、尺取り虫的運動を用い、Ｘ
方向、Ｙ方向の移動機構部が同一平面上を移動すること
により、移動範囲を必要なだけ得ることが可能となる。 〔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、表裏両面の四隅にステージ
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、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の計４本の移動用圧電素子４
が固定されており、その移動圧電素子４の他端には、ク
ランプベース６が固定され、そのクランプベース６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７が付けられている。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６の固定用圧電素子３が伸ばされてクランプベース
６の固定用圧電素子３が伸ばされてクランプベース６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、必要とする移動量だけＸ
軸方向、またはＹ軸方向の移動用圧電素子４が、ステー
ジ１の両側のうちの一方は伸び、他の一方は縮むことに
より、ステージ１は移動する。一方は伸び、一方は縮む
ことにより、電圧素子の欠点であるヒステリシスによる
誤差を相殺する利点も有する。移動するときの作業順序
は、先に移動用圧電素子を必要量伸縮させてクランプベ
ース６を移動させてから、クランプベース６を固定して
もかまわない。移動時、移動しない軸のクランプベース
６は、固定すると移動用圧電素子４に横向きの力が加わ
り圧電素子が破損する恐れがあるため、固定用圧電素子
３を縮めて可動状態となっている。ステージ１は、移動
後、再度固定用圧電素子２により固定され、クランプベ
ース６の固定用圧電素子３は、縮められる。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、高精度に位置決めする
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すこ
とにより、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。このような動作をＸ軸方向、Ｙ軸方向に行なうこに
より、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の任意の距離を高精度に位置
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、移動範囲が大きく、
かつ高精度、高剛性な、Ｘ軸、Ｙ軸の二軸の位置決め機
構が実現できる。
【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…クランプベース、７…接触用部材
−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…クランプベース、７…接触用部材
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】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、この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びて前記ステ
ージを前記平行面間に固定し、縮めて前記平行面に対し
て前記ステージを可動とする第一の圧電素子と、前記ス
テージの移動方向の前後に設けられた複数のクランプベ
ースと、このクランプベースに一端を固定し、前記平行
面にほぼ垂直に伸びて前記クランプベースを前記平行面
間に固定し、縮めて前記平行面に対して前記クランプベ
ースを可動とする第二の圧電素子と、前記ステージの側
面に一端を固定し、前記クランプベースに他端を固定
し、前記平行面にほぼ平行に伸縮する第三の圧電素子と
を具備することを特徴とする位置決め機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265611A JPH064210B2 (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 位置決め機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265611A JPH064210B2 (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 位置決め機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01109047A JPH01109047A (ja) | 1989-04-26 |
| JPH064210B2 true JPH064210B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17419539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62265611A Expired - Lifetime JPH064210B2 (ja) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | 位置決め機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064210B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2570872Y2 (ja) * | 1992-06-17 | 1998-05-13 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | テーブル・ベース固定機構付き微動ステージ |
| JP3792675B2 (ja) * | 2003-06-05 | 2006-07-05 | ファナック株式会社 | 微細位置決め装置及び工具補正方法 |
| KR100903199B1 (ko) * | 2007-08-31 | 2009-06-18 | 고등기술연구원연구조합 | 변위 확대 기구를 사용한 초정밀 가공용 장행정 공구대 |
| CN102490021B (zh) * | 2011-11-18 | 2013-11-20 | 江苏大学 | 一种宏／微二维位移台 |
| CN102490020B (zh) * | 2011-11-18 | 2013-10-23 | 江苏大学 | 一种简易精密位移台 |
| CN108000459B (zh) * | 2018-01-15 | 2023-08-18 | 大连交通大学 | 一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60166296U (ja) * | 1983-02-28 | 1985-11-05 | ダンフオス・エ−・エス | Ｐｔｃ−抵抗を有する３相電動機の起動装置 |
| JPS6182433A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-26 | Toshiba Corp | 微動機構 |
-
1987
- 1987-10-20 JP JP62265611A patent/JPH064210B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01109047A (ja) | 1989-04-26 |
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