JPH0951686A - 密封式超精密微動装置 - Google Patents
密封式超精密微動装置Info
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Abstract
の破損を防止する。 【解決手段】 目的の発生力に応じて複数個の圧電素子
を並列に配置し、複数個の圧電素子の高さを均一にする
ための調整機構を金属容器内に保持したことを特徴とす
る密封式超精密微動装置。
Description
刷機械においての工作機械のバイトの精密の位置決め
や、磁気ヘッド加工用ダイシング装置、半導体露光装置
等のＸＹステージに装着され、大きな発生力で、かつ微
小移動させるための超精密位置決め装置に関するもので
ある。
は、圧縮方向の力には強いが、曲げ方向・引っ張り方向
の力には弱く、また、大きな発生力を得るためには、装
置内に断面積の大きな圧電素子を使用しなければならな
いが、その製造方法は難しくコストがかかるという欠点
がある。そのため、装置内に組み込む圧電素子は断面積
の小さなものを１つ配置することが多く、大きな発生力
を必要とする所には使用ができなかった。
が先端キャップを貫通する構造になっているため、軸摺
動部の密封性が完全ではなく、長期間の高湿環境では空
気中の水蒸気の侵入を遮断できないという欠点があっ
た。
の問題がある。 （１）大きな発生力を必要とする所に使用する際は、今
までの装置を複数個用いなければならず、１つの装置だ
けの発生力では不十分である。 （２）金属ケース内に複数個の圧電素子を並べて大きな
発生力を得ようとする場合、並べる圧電素子の高さが均
等でないと目的の発生力を得られず、その圧電素子を複
数並べた場合、各々の圧電素子の高さ調整が難しい。
ような諸問題を解決するためになされたもので、１つの
装置で大きな発生力を得て、完全に空気中の水蒸気を遮
断でき、圧電素子の欠点である引っ張り力や曲げ力に強
い装置を提供することにある。
動装置は、上記した課題を解決するため複数個の圧電素
子を並列に配置し、該圧電素子の両端に支持板を設け、
伸縮構造を持つ金属容器に密封し、複数個の圧電素子の
高さを均一にするための調整機構を金属容器内に保持し
たことを特徴とする密封式超精密微動装置である。
ある。図１に示す本発明の密封式超精密微動装置は、予
め取り付け部材１０が電子ビーム溶接で溶接されたステ
ンレス製の伸縮性のある金属ベローズキャップ９と取り
付けフランジ１５で構成された金属ケース（筒体）の中
に、複数個の圧電素子１が、第１支持板３と第２支持板
１１と予圧支柱５で支持された構造である。又金属ベロ
ーズキャップ９と取り付けフランジ１５の接合はＯ-リ
ング又は、メタル等のパッキン部材１２を介してボルト
１６で螺着して封止することを主として構成する。以
下、詳細に説明する。
ランジャー８を第２支持板１１の下部から押し込むこと
により、圧電素子１に取り付けた下部プレート７の受け
部２１をボールプランジャー８に設けた半球を介して圧
電素子１を押し込んで、第１支持板３に設けた受け部２
０に圧電素子１に取り付けた半球部材４が接するように
して、複数個の圧電素子の高さを一定にすることがで
き、各々の圧電素子の発生力が取り出せ、出力部材２か
ら大きな発生力を出すことができる。
の受け部２０を第１支持板３に設け、第２支持板１１に
保持しているボールプランジャー８の受けとして逆円錐
状、又は逆球状の受け部２１を下部プレート７に設け
た。半球部材４、ボールプランジャー８の半球部及び受
け部２０、受け部２１は変形、磨耗防止のため高硬度材
を使用した。この半球部材４と第１支持板３に設けた受
け部２０により、予圧力以上の引っ張り力がかかった場
合でも、半球部材４と受け部２０が離れて引っ張り力が
かからない。また曲げ力がかかっても半球部材４で曲げ
力を緩和して曲げ力に強い構造になる。
銅、ステンレス、真鍮等のバネ材で形成された予圧支柱
５が配置されている。この予圧支柱５は、上部と下部に
ネジ部を備えていてその中央部に蛇行バネ部を備えてい
るが、このバネ部の位置、バネ定数及び長さは必要に応
じて選択される。この予圧支柱５は、第１支持板３で固
定されている固定ナット１７で止められ、第２支持板１
１下部にある調節ナット１４により圧電素子１にかける
予圧（圧縮力）を任意に調整できる。
ジ１５に絶縁ガラスで覆われた電流導入端子１３を設け
て行い、電流導入端子１３は取り付けフランジ１５とガ
ラス融着で封止さえている。取り付けフランジ１５内部
の電流導入端子１３は圧電素子１のプラスとマイナスの
リード線に半田接合され熱収縮チューブで被覆されてい
る。取り付けフランジ１５外側の電流導入端子１３は撥
水性の樹脂を埋め込み高湿環境下で結露しない被覆をと
った。
出力部材２のタップ１９に図示しないテーブルを螺着
し、該テーブルに被移動物を戴置する。この時、装置に
曲げ力がかかるが、圧電素子１に取り付けた半球部材４
が曲げ力を緩和して、圧電素子１に直接曲げ力が加わら
ないため圧電素子１の破損が防止できる。また、予圧力
以上の大きな引っ張り力が瞬間的に加わっても、半球部
材４と受け部２０が離れ、引っ張り力は圧電素子１に伝
達されない。
が交互に積層し、圧電セラミックスと電極が一体焼成さ
れ、圧電素子端面で外部電極をつないだ構造の積層型圧
電素子を用い、予め高い直流電流（２ＫＶ／ｍｍ）で分
極処理したものを使用した。形状が５（Ｌ）×７（Ｗ）
×４０（Ｈ）ｍｍの圧電素子を使用して、１４０Ｖの電
圧を印加すると、圧電素子は予圧力に打ち勝って約４０
μｍ伸張して上板プレートを押し上げる。
００ｋｇｆであるが、この装置に複数個の圧電素子１を
組み込み、装置内に設置したボールプランジャー８によ
り圧電素子１の高さを均一にすると、例えば圧電素子１
を４個組み込めば４００ｋｇｆになる。このように大き
な発生力を得ることができ、この発生力までの荷重の場
合には圧電素子１の伸張を阻害する事なく位置決めが可
能となる。
２支持板１１に設けた複数個のボールプランジャー８を
第２支持板１１の下部から押し込むことにより、圧電素
子１の下部プレート７の受け部２１をボールプランジャ
ー８についた半球で押し込み、圧電素子１の高さのばら
つきを一定にすることができる。こうすることにより、
複数の圧電素子１の変位量が一定となり、複数の圧電素
子１の先端がそろって出力部材２を押すため、出力部材
２が出力軸に平行にテ−ブルを押し、曲げ力が加わりに
くい。このことにより、圧電素子が１個の場合より数倍
の発生力が得られ、かつ圧電素子１に曲げ力が加わりに
くいため破損しにくくなる。
１と違う点は、金属ダイヤフラムキャップ１８を使用し
たことと、支持板３の上部の中心に半球部材４を固着
し、その下部に圧電素子１に接着した上部プレート６と
の接合部を設けている所にある。半球部材４、ボールプ
ランジャー８の半球部及び受け部２１は変形、磨耗防止
のため高硬度材を使用した。これも図１同様に圧電素子
１の欠点である引っ張り力と曲げ力に強い構造になる。
置したときの断面図である。このように任意の数の圧電
素子１を装置内に置くことができ任意の発生力を得るこ
とができる。
の発生力に応じて必要数の圧電素子を並列に配置し、こ
のとき生じる圧電素子の高さのばらつきを第２支持板に
保持しているボールプランジャーを調整することによ
り、圧電素子の高さを一定にして従来の圧電素子１個を
用いた微動位置決め装置の数倍の発生力が取り出され
る。すなわち、従来の数倍の重量物を位置決めすること
ができる。
的に加わっても、第２支持板に取り付けられたボールプ
ランジャーの半球部材と下板プレートの受け部が離れ、
引っ張り力は圧電素子に伝達されないので破損しない。
接連結して高速駆動させた時、出力軸に平行でない曲げ
力が加わっても半球部材で緩和され、直接圧電素子に曲
げ力が伝達されないため、圧電素子の破損が防げる。
気溶接法あるいはメタルシール法により封止されてお
り、取り付けフランジの電気導入端子部は絶縁性のセラ
ミックスを介してガラス及び半田融着されているため、
空気中の水蒸気、粉塵等を完全に遮断でき、湿度、粉塵
等に強い耐久性のある超精密微動装置である。
示す。
示す。
Claims (9)
- 【請求項１】 複数個の圧電素子を並列に配置し、該圧
電素子の両端にそれぞれ支持板を設け、伸縮構造を持つ
金属容器に密封したことを特徴とする密封式超精密微動
装置。 - 【請求項２】 複数個の圧電素子の高さを均一にするた
めの調整機構を前記のいずれかの支持板に形成したこと
を特徴とする請求項１記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項３】 前記調整機構がボールプランジャ−をネ
ジ込むことにより、圧電素子の高さを均一にすることを
特徴とする請求項２記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項４】 前記圧電素子と支持板の間の少なくとも
片方に曲げ力を緩和するための半球部材を備えているこ
とを特徴とする請求項１記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項５】 前記金属容器と支持板の間に曲げ力を緩
和するための半球部材を備えていることを特徴とする請
求項１記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項６】 複数個並列に並べた圧電素子を円筒ある
いは、角形の金属キャップの中に保持している請求項１
記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項７】 圧電素子の両端に設けた支持板間で圧電
素子に予圧をかけ、かつ調節ナットにより予圧調整が可
能な予圧支柱を設けることを特徴とする請求項１記載の
密封式超精密微動装置。 - 【請求項８】 半球部材の受け部は、逆半球あるいは逆
円錐型をして、半球部材及びその受け部は焼き入れをす
るか又は超硬材料を使用しているのを特徴とする請求項
１記載の密封式超精密微動装置。 - 【請求項９】 金属容器が金属キャップと取り付けフラ
ンジからなり、取付フランジには絶縁された電流導入端
子が半田又は硝子で融着封止され、電流導入端子の外側
は破水製及び耐湿性樹脂で覆い、内側は圧電素子のリー
ド線と半田接合又はカシメ接合して、接合部を熱収縮チ
ューブで覆ったことを特徴とする請求項１記載の超精密
微動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22108195A JP3619293B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | 密封式超精密微動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22108195A JP3619293B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | 密封式超精密微動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951686A true JPH0951686A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3619293B2 JP3619293B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=16761198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22108195A Expired - Fee Related JP3619293B2 (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | 密封式超精密微動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3619293B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1069271C (zh) * | 1995-10-18 | 2001-08-08 | 株式会社建伍 | 车载用扬声器的安装构造 |
-
1995
- 1995-08-07 JP JP22108195A patent/JP3619293B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1069271C (zh) * | 1995-10-18 | 2001-08-08 | 株式会社建伍 | 车载用扬声器的安装构造 |
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|---|---|
| JP3619293B2 (ja) | 2005-02-09 |
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