JPH11143542A - 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置 - Google Patents
圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置Info
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- JPH11143542A JPH11143542A JP9301675A JP30167597A JPH11143542A JP H11143542 A JPH11143542 A JP H11143542A JP 9301675 A JP9301675 A JP 9301675A JP 30167597 A JP30167597 A JP 30167597A JP H11143542 A JPH11143542 A JP H11143542A
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Abstract
最小限にし、運動エネルギーを効率的に利用することが
できる圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型
精密位置決め装置を提供する。 【解決手段】 圧電素子22の一方側に取り付けられる
慣性体21と、前記圧電素子22のもう一方側に取り付
けられる衝撃体23と、前記慣性体21と前記衝撃体2
3が取り付けられた移動方向に予圧を与える衝撃体移動
方向予圧手段と、前記慣性体21及び前記衝撃体23を
ガイドするローラガイド又は低摩擦係数の摺動面25及
び26と、前記圧電素子22に外部より電圧パターンを
与える手段とを具備している。
Description
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置に関す
るものである。
すものがあった。図17は従来の圧電素子の急速変形に
伴う衝撃力発生機構の駆動原理の説明図である。まず、
図17(a)に示すように、圧電素子2の両側にそれぞ
れ慣性体1及び衝撃体3を取り付けた位置決め機構は、
摺動面4との静止摩擦力で保持された状態にある。この
最初の状態では、その位置決め機構は、ベース6に位置
している位置決めすべき対象物5と距離d0離れてい
る。
ンパクト駆動機構とも呼ばれる位置決め機構を、圧電素
子2に電圧を加えることによって、位置決めすべき対象
物5と接触の状態まで移動させる〔その移動原理は、以
下、図17(c)から図17(e)までの説明で位置決
めすべき対象物5を除いた場合と同じ〕。その接触して
いる状態では、位置決め機構の衝撃体3は位置決めすべ
き対象物5と一体化される。
圧電素子2を急速に膨張させると、その一体化された衝
撃体3及び位置決めすべき対象物5は、摺動面4との静
止摩擦力に打ち勝って、慣性体1とは逆の方向に移動
し、最後に摺動面4との動摩擦力により停止し、移動距
離がd1となる。次に、膨張した圧電素子2を緩やかに
一定加速度で収縮させると、一体化された衝撃体3及び
位置決めすべき対象物5は、静止摩擦力で保持されたま
ま、慣性体1のみを引き戻すことができる。
子2が収縮したところで引き戻しの動作を突然停止させ
ると、慣性体1が圧電素子2を介して、一体化された衝
撃体3及び位置決めすべき対象物5に衝突するような形
となり、一体化された位置決めすべき対象物5は再び、
微小移動を起こす。次に、図17(e)に示すように、
一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、
距離d2を移動した後、停止し、再び、摺動面4との静
止摩擦力で保持された状態になり、1サイクルが終了す
る。
め機構では、一体化された衝撃体3及び位置決めすべき
対象物5が距離d1を移動した後、衝撃体3の位置を保
持するために、衝撃体3の摺動面4との静止摩擦力は、
圧電素子2がゆっくり引き戻す過程に伴う慣性力より大
きくなければならない。そのために衝撃体3の寸法を大
きくする方法や、衝撃体3の摺動面4の垂直方向に予圧
を与える方法などが用いられてきた。
断面図で、図19は図18の右側面図である。図18に
示すように、圧電素子2の左側にねじ8で慣性体1を取
り付け、圧電素子2の右側にアタッチメント7で衝撃体
を取り付ける。慣性体1はケースに固定されている座9
で案内され,また、その座9はリニアガイドを具備し、
更に、ばね10の調整により摺動面4に適切な摩擦力を
与える。
機構の衝撃体3の直進性を維持するために、衝撃体3の
両側に精密ローラ12が組み込まれている。
は、衝撃体3の位置を保持するために、衝撃体3の摺動
面4には、ばね10及び摩擦プレート11などの組み合
わせによるクランプ機構が使用されてきた。しかしなが
ら、位置決めすべき対象物に衝撃力を与える時、まず、
位置決め機構のクランプ機構による摩擦力を克服した
後、位置決めすべき対象物5(図17参照)の摺動面4
の摩擦力を克服しなければならない。
率的に使えず、ある部分が熱エネルギーとして摩擦プレ
ート11に消費されてしまう。また、その熱エネルギー
の消費による温度の上昇は、摺動面4における摩擦プレ
ート11の磨耗に大きな影響をもたらし、長時間使用す
ると、位置決め機構の精度が悪くなり、クランプ機構の
調整も必要となる。
ぞれ各位置決め機構の移動特性のばらつきが大きいの
で、多自由度の位置決め制御を行う場合には、多数の位
置決め機構を同時に使うことが必要となり、精密な位置
決め精度を得るのが困難であった。また、一体化とみな
される衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、それぞ
れの摺動面4及び6との摩擦力が異なるため、衝撃力を
受けた時、衝撃体3のはね戻し、または位置決めすべき
対象物5の飛び出しという現象があるので、精密に位置
決め制御を行うには接触の状態を検知するためのセンサ
ーが必要であった。更に、この位置決め機構には、移動
方向の直進性を維持するために、リニアガイド及び精密
ローラ等が組み込まれており、位置決め機構を小型化す
るのが困難であった。
衝撃体の摺動面に与えられる摩擦力の影響を最小限に
し、運動エネルギーを効率的に利用することができる圧
電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置
決め装置を提供することを目的とする。
成するために、 〔1〕圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型
精密位置決め装置において、圧電素子の一方側に取り付
けられる慣性体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付
けられる衝撃体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向
に予圧を与える衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体
及び前記衝撃体をガイドする案内手段と、前記圧電素子
に外部より電圧パターンを与える手段とを具備するよう
にしたものである。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置におい
て、前記慣性体をガイドする案内手段の垂直方向に予圧
を与えないようにしたものである。 〔3〕圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型
精密位置決め装置において、ケースと、このケース内に
設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣性体
と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう一方
側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣性体の後方
に設けられるロッドと、前記ケースの両側の前記慣性体
と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、前記ケース
の前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロ
ッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部よ
り電圧パターンを与える手段とを具備するようにしたも
のである。
利用した小型精密位置決め装置において、ケースと、こ
のケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けら
れる慣性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子
のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣
性体の後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の
前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、
前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃
体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素
子に外部より電圧パターンを与える手段とを具備してな
る圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密
位置決め装置を、水平に配置し、前記棒状の衝撃体の先
端部を位置決めすべき対象物に作用させるようにしたも
のである。
利用した小型精密位置決め装置において、ケースと、こ
のケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けら
れる慣性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子
のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣
性体の後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の
前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、
前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃
体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素
子に外部より電圧パターンを与える手段とを具備してな
る圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密
位置決め装置を、垂直に配置し、前記棒状の衝撃体の先
端部を位置決めすべき対象物に作用させるようにしたも
のである。
利用した小型精密位置決め装置において、ケースと、こ
のケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けら
れる慣性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子
のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣
性体の後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の
前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、
前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃
体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素
子に外部より電圧パターンを与える手段とを具備してな
る圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密
位置決め装置を、傾斜させて配置し、前記棒状の衝撃体
の先端部を位置決めすべき対象物に作用させるようにし
たものである。
慣性体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる
衝撃体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を
与える衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記
衝撃体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部よ
り電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装
置を、位置決めすべき対象物の両側に配置し、前記位置
決めすべき対象物を正逆方向に駆動可能にするようにし
たものである。
慣性体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる
衝撃体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を
与える衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記
衝撃体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部よ
り電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装
置を、位置決めすべき対象物のいくつかの側面に少なく
とも3個配置し、前記位置決めすべき対象物をX軸、Y
軸及び回転方向に駆動可能にするようにしたものであ
る。
慣性体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる
衝撃体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を
与える衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記
衝撃体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部よ
り電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装
置を、回転自在にセットされた位置決めすべき対象物の
側面に配置し、前記位置決めすべき対象物を回転方向に
駆動可能にしてなる。
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の
第1実施例を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利
用した小型精密位置決め機構の構成図、図2はその位置
決め過程の説明図、図3は圧電素子に加える電圧パター
ンの説明図である。
それぞれ慣性体21及び衝撃体23を取り付け、慣性体
21はローラガイド又は低摩擦係数の摺動面25で、衝
撃体23はローラガイド又は低摩擦係数の摺動面26で
支持されている。衝撃体23の移動方向に予圧を与える
機構(衝撃体移動方向予圧手段)は、ケース27に取り
付けられたばね24により構成されている。また、ベー
ス29に位置している位置決めすべき対象物28は、上
記予圧が与えられても動かないように固定されている。
図3を用いて説明する。 (1)まず、図2(a)に示すように、圧電素子22は
縮んだ状態で、衝撃体23は位置決めすべき対象物28
と距離d0離れている。 (2)次いで、図2(b)に示すように、慣性体21、
圧電素子22、衝撃体23、ローラガイド又は低摩擦係
数の摺動面25,26及びばね24などを含むケース2
7を、位置決めすべき対象物28の方向に移動させ、更
に、衝撃体23を介して位置決めすべき対象物28の移
動を起こさないようにばね24を圧縮させる。このよう
に、ある程度の力を位置決めすべき対象物28に与える
ことを初期予圧と呼ぶことにする。
圧電素子22に急速に電圧を印加し(図3に示す曲線a
を参照)、それによる圧電素子22の急速な伸長に伴う
衝撃力は、その一部がばね24に吸収され、あとに残さ
れた力が位置決めすべき対象物28に作用し、位置決め
すべき対象物28は距離d1微動する。 (4)次いで、図2(d)に示すように、位置決めすべ
き対象物28が停止した後、すぐに又はある時間の経過
後〔図3(b),(d),(e)に示す曲線cを参
照〕、ゆっくりと圧電素子22に電圧を印加することに
より(図3に示す曲線bを参照)、圧電素子22はある
速度で縮んでゆき、この時、圧電素子22と一体化され
ている衝撃体23が上記初期予圧の働きにより、位置決
めすべき対象物28と接触の状態となる。
圧電素子22が元の長さに達した途端、急に圧電素子2
2の縮みを停止させると、比較的大きい慣性体21の慣
性力が、衝撃体23の慣性力に逆らって、位置決めすべ
き対象物28に作用し、位置決めすべき対象物28は、
再び、微動し、その時の移動量はd2となり、これで1
サイクルが終了する。
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機
構の上面図、図5は図4のA−A線断面図である。これ
らの図に示すように、この実施例では、小型精密位置決
め機構を水平面上に配置し、圧電素子32の両端に、後
部にロッド31Aを有する慣性体31及び棒状の衝撃体
33を取り付ける。慣性体31及び衝撃体33は、それ
ぞれローラガイド又は低摩擦係数の摺動面35及び36
で支持されている。なお、33Aは衝撃体33の先端部
である。
与えるための力は、慣性体31とケース37(又はベー
ス)の間に取り付けられたばね34の圧縮によって与え
られる。圧電素子32を出力させるための直流電源は電
線38を介して制御システムと配線する。また、慣性体
31、圧電素子32、衝撃体33、ばね34、ケース3
7の孔37A,37Bに配置される、ローラガイド又は
低摩擦係数の摺動面35及び36などを格納するための
ケース37は、べース39に固定される。このベース3
9は手動又はアクチュエータ(モータや空気圧など)で
駆動するステージやロボットハンドなどにより構成され
る。
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機
構の上面図、図7は図6のB−B線断面図である。これ
らの図に示すように、この実施例では、衝撃体43の移
動方向に初期予圧を与えるための力は、衝撃体43に固
定されている座48とケース47の間に取付けられてい
るばね44の圧縮によって与えられる。なお、図7にお
いて、47A,47Bはケース47に設けられた孔であ
り、ここに、ローラガイド又は低摩擦係数の摺動面4
5,46が設けられる。
41の後部のロッド、42は圧電素子、43Aはその衝
撃体43の先端部、49は電線、50はベースである。
図8は本発明の第3実施例を示す圧電素子の急速変形に
伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の構成図で
ある。この図に示すように、初期予圧が与えられても移
動しないようにベース56にセットされている位置決め
すべき対象物54には、その側面54Aに第1の小型精
密位置決め機構(No.1)が作用し、位置決めすべき
対象物54のもう一方の側面54Bに第2の小型精密位
置決め機構(No.2)が作用する。第1の小型精密位
置決め機構(No.1)を駆動する時には、位置決めす
べき対象物54が実線の方向に微動し、第2の小型精密
位置決め機構(No.2)を駆動する時には、位置決め
すべき対象物54が点線の方向に微動する。つまり、双
方向の位置決めを可能にする構成となっている。なお、
図8において、51Aは慣性体(図示なし)の後部に設
けられるロッド、52は棒状の衝撃体、53はケース、
55はベースである。
の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機
構の平面図である。この図に示すように、この実施例で
は、位置決めすべき対象物64は初期予圧が与えられて
も移動しないようにベース(図示なし)にセットされ、
その位置決めすべき対象物64の第1側面64Aに第1
及び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.
2)が当接され、その位置決めすべき対象物64の第2
側面64Bに第3の小型精密位置決め機構(No.3)
が当接されている。
面64Cに第4及び第5の小型精密位置決め機構(N
o.4及びNo.5)が当接され、更に、位置決めすべ
き対象物64の第4側面64Dに第6の小型精密位置決
め機構(No.6)が当接されている。そこで、第1及
び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.
2)の駆動により、位置決めすべき対象物64を右方向
に位置決めし、第4及び第5の小型精密位置決め機構
(No.4及びNo.5)の駆動により、位置決めすべ
き対象物64を左方向に位置決めし、第3の小型精密位
置決め機構(No.3)のみの駆動により、位置決めす
べき対象物64を上方向に位置決めし、第6の小型精密
位置決め機構(No.6)のみの駆動により、位置決め
すべき対象物64を下方向に位置決めし、第1及び第4
の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.4)の駆
動により、位置決めすべき対象物64を時計方向に位置
決めし、第2及び第5の小型精密位置決め機構(No.
2及びNo.5)の駆動により、位置決めすべき対象物
64を反時計方向に位置決めすることができる。
前後左右に位置決めすることができるだけでなく、回転
も行わせることができる。なお、61Aは慣性体(図示
なし)の後部に設けられるロッド、62は棒状の衝撃
体、63はケースである。図10は本発明の第5実施例
を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型
精密位置決め機構の平面図である。なお、この実施例に
おいて、前記した第4実施例と同じ部分については、同
じ符号を付してそれらの説明は省略する。
置決めすべき対象物65は初期予圧が与えられても移動
しないようにベース(図示なし)にセットされ、その位
置決めすべき対象物65の第1側面65Aには、第1及
び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.
2)が当接され、その位置決めすべき対象物65の第2
側面65Bに第3の小型精密位置決め機構(No.3)
が当接される。また、その位置決めすべき対象物65の
第3側面65Cには、第4の小型精密位置決め機構(N
o.4)が当接される。さらに、その位置決めすべき対
象物65の第4側面65Dには、第5の小型精密位置決
め機構(No.5)が当接される。
密位置決め機構のうち、駆動の組合せにより、位置決め
すべき対象物65は前後左右に位置決めすることができ
るだけでなく、回転も行わせることができる。図11は
本発明の第6実施例を示す圧電素子の急速変形に伴う衝
撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図である。
置決めすべき対象物69は4隅が面取りされた角部の側
面69A〜69Dを有しており、初期予圧が与えられて
も移動しないようにベース(図示なし)にセットされ、
その位置決めすべき対象物69の側面69A〜69Dに
は、順次、第1の小型精密位置決め機構(No.1)、
第2の小型精密位置決め機構(No.2)、第3の小型
精密位置決め機構(No.3)、第4の小型精密位置決
め機構(No.4)が当接されている。
密位置決め機構のうち、駆動の組合せにより、位置決め
すべき対象物69は前後左右に位置決めすることができ
るだけでなく、回転も行うことができる。なお、66A
は慣性体(図示なし)の後部に設けられるロッド、67
は棒状の衝撃体、68はケースである。図12は本発明
の第7実施例を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を
利用した小型精密位置決め機構の平面図である。
転中心軸75を有する位置決めすべき対象物76は、初
期予圧が与えられても回転しないようにベース(図示な
し)にセットされている。その位置決めすべき対象物7
6の左側面76Aの上側に第1の小型精密位置決め機構
(No.1)、その左側面76Aの下側に第2の小型精
密位置決め機構(No.2)、その位置決めすべき対象
物76の右側面76Cの上側に第3の小型精密位置決め
機構(No.3)、その右側面76Cの下側に第4の小
型精密位置決め機構(No.4)が当接されている。
回りに回転させる場合には、小型精密位置決め機構(N
o.1)と、小型精密位置決め機構(No.4)との駆
動により行い、位置決めすべき対象物76を反時計回り
に回転させる場合には、小型精密位置決め機構(No.
2)と、小型精密位置決め機構(No.3)との駆動に
より行う。なお、76Bは位置決めすべき対象物76の
下方面、76Dは位置決めすべき対象物76の上方面で
ある。なお、この図において、71Aは慣性体の後部に
設けられるロッド、72は棒状の衝撃体、73はケース
である。
軸75を中心として微小回転駆動を行わせることができ
る。図13は本発明の第8実施例を示す圧電素子の急速
変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の断
面図である。この図に示すように、小型精密位置決め機
構を垂直の方向に配置し、圧電素子82の上部に慣性体
81が取り付けられ、圧電素子82の下部に棒状の衝撃
体83が取り付けられている。また、ケース86(例え
ば、工具ホルダ)の上部と下部には、孔86A,86B
が形成されており、これらの孔86A,86Bにはそれ
ぞれローラガイド又は低摩擦係数の摺動面84及び85
が設けられ、慣性体81と衝撃体83が案内されてい
る。なお、83Aは棒状の衝撃体83の先端部、87は
電線である。
予圧を与えるための力は、小型精密位置決め機構の慣性
体81、圧電素子82及び衝撃体83の重量の和によっ
て、与えられる。そのため、予圧を与える機構として、
バネを設けなくても、慣性体81、圧電素子82及び衝
撃体83の重量の和により、位置決めを行うことが可能
である。
子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め
機構をワークピースの駆動に用いた斜視図である。な
お、第8実施例と同じ部分については、同じ符号を付し
てそれらの説明は省略する。この図に示すように、この
場合は、小型精密位置決め機構を垂直の方向に超精密加
工機の工具ホルダ87に固定し、小型精密位置決め機構
を用いて超精密加工機の回転式真空チャック89に吸着
されているワークピース88の中心を回転式真空チャッ
ク89の中心に合わせるように位置決めを行う。
回転式真空チャック89を1回転させ、ワークピース8
8の中心のずれと、そのずれの位置を検出して記録す
る。次に、その検出された最大となるずれのワークピー
ス88の位置を、小型精密位置決め機構の衝撃体83に
移動させ、次に、小型精密位置決め機構の駆動による衝
撃力は、ワークピース88の最大となるずれをなくすよ
うに働く。これで、1サイクルが終了し、要求される精
度まで繰り返すこともできる。
ら、小型精密位置決め機構の慣性体81や衝撃体83の
変位を測定することにより、ワークピース88の中心と
回転式真空チャック89の中心との相互間の誤差を連続
的に測定することも可能である。なお、90は工具ホル
ダ87の支持部である。図15は本発明の第10実施例
を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型
精密位置決め機構の上面図である。
精密位置決め機構を水平面上に配置し、バイモルフ型圧
電素子92の両端に慣性体91及び衝撃体93が取り付
けられ、衝撃体93のケース98の両側に設けられた孔
98A,98Bのローラガイド又は低摩擦係数の摺動面
95及び96で支持されている。また、衝撃体93の移
動方向に初期予圧を与えるための力は、衝撃体93の座
93Aとケース98の間に取り付けられたばね94の圧
縮によって与えられる。
めの直流電源は、電線97を介して制御システムと配線
する。バイモルフ型圧電素子92にゆっくりと電圧をか
けることにより、バイモルフ型圧電素子92と慣性体9
1とは点線のように曲がり、次に、元の位置に戻すよう
にバイモルフ型圧電素子92に急速に電圧を加えると、
その変形による衝撃力は、バイモルフ型圧電素子92と
衝撃体93との連結している位置を介して、衝撃体93
に伝えられる。
素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決
め機構の上面図である。この図に示すように、この実施
例は、小型精密位置決め機構を水平面上に配置し、剪断
型圧電素子102の外側に慣性体101を連結し、剪断
型圧電素子102の内側の衝撃体103と固定する。衝
撃体103のケース108の両側に形成された孔108
A及び108Bに設けられたローラガイド又は低摩擦係
数の摺動面105及び106で支持されている。
を与えるための力は、衝撃体103の座103Aとケー
ス108の間に取り付けられたばね104の圧縮によっ
て与えられる。剪断型圧電素子102を出力させるため
の直流電流は、電線107を介して制御システムと配線
する。剪断型圧電素子102にゆっくりと電圧をかける
ことにより、剪断型圧電素子102と慣性体101とは
点線のように曲がり、次に、元の位置に戻すように剪断
型圧電素子102に急速に電圧を加えると、その変形に
よる衝撃力は、剪断型圧電素子102の衝撃体103と
の連結している位置を介して、衝撃体103に伝えられ
る。
に慣性体を取り付けるものとして説明したが、圧電素子
が重量を有する場合は格別慣性体を取付けなくてもよい
ことは言うまでもない。また、圧電素子と慣性体を一体
化するように構成したものであって、本発明の範囲内に
含まれる。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
よれば、圧電素子の両側に慣性体及び衝撃体を取り付
け、慣性体及び衝撃体をローラガイド又は低摩擦係数の
摺動面で案内し、衝撃体の移動方向に予圧を与えるため
の機構を配置し、その移動方向と垂直な方向に摩擦力を
与えるための摩擦プレートなどを設けることなく、かつ
簡単な構成で、位置決めすべき対象物の微小移動を行わ
せることができる。また、センサーの具備により、マル
チファンクションの小型精密位置決め装置の構成も適用
可能である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の構成図
である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の位置決
め過程の説明図である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の圧電素
子に加える電圧パターンの説明図である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図
である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図
である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の構成図
である。
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図
である。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面
図である。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面
図である。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面
図である。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の断面
図である。
形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構をワー
クピースの駆動に用いた斜視図である。
変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上
面図である。
変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上
面図である。
機構の駆動原理の説明図である。
3,103 衝撃体 24,34,44,94,104 ばね 25,26,35,36,45,46,84,85,9
5,96,105,106 ローラガイド又は低摩擦
係数の摺動面 27,37,47,53,63,68,73,86,9
8,108 ケース 28,54,64,65,69,76 位置決めすべ
き対象物 29,39,50,55,56 ベース 31A,41A,51A,61A,66A,71A
慣性体の後部に設けられるロッド 33A,43A,83A 棒状の衝撃体の先端部 37A,37B,47A,48B,86A,86B,9
8A,98B,108A,108B ケースの孔 38,49,87,97,107 電線 48,93A,103A 座 54A,54B,64A,64B,64C,64D,6
5A,65B,65C,65D 位置決めすべき対象
物の側面 69A〜69D 4隅が面取りされた角部を有する側
面 75 回転中心軸 76A 位置決めすべき対象物の左側面 76B 位置決めすべき対象物の下方面 76C 位置決めすべき対象物の右側面 76D 位置決めすべき対象物の上方面 87 工具ホルダ 88 ワークピース 89 回転式真空チャック 90 工具ホルダの支持部 92 バイモルフ型圧電素子 102 剪断型圧電素子
Claims (9)
- 【請求項1】 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用
した小型精密位置決め装置において、(a)圧電素子の
一方側に取り付けられる慣性体と、(b)前記圧電素子
のもう一方側に取り付けられる衝撃体と、(c)前記慣
性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を与える衝撃体移動
方向予圧手段と、(d)前記慣性体及び前記衝撃体をガ
イドする案内手段と、(e)前記圧電素子に外部より電
圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子の急
速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の圧電素子の急速変形に伴
う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置において、前
記慣性体をガイドする案内手段の垂直方向に予圧を与え
ないことを特徴とする圧電素子の急速変形に伴う衝撃力
を利用した小型精密位置決め装置。 - 【請求項3】 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用
した小型精密位置決め装置において、(a)ケースと、
(b)該ケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り
付けられる慣性体と、(c)前記ケース内に設けられる
前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃
体と、(d)前記慣性体の後方に設けられるロッドと、
(e)前記ケースの両側の前記慣性体と前記衝撃体の移
動方向に穿設される孔と、(f)前記ケースの前記両側
の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロッドとをガ
イドする案内手段と、(g)前記圧電素子に外部より電
圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子の急
速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置。 - 【請求項4】 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用
した小型精密位置決め装置において、ケースと、該ケー
ス内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣
性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう
一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣性体の
後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の前記慣
性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、前記ケ
ースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前
記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素子に外
部より電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電
素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決
め装置を、水平に配置し、前記棒状の衝撃体の先端部を
位置決めすべき対象物に作用させることを特徴とする圧
電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置
決め装置。 - 【請求項5】 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用
した小型精密位置決め装置において、ケースと、該ケー
ス内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣
性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう
一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣性体の
後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の前記慣
性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、前記ケ
ースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前
記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素子に外
部より電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電
素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決
め装置を、垂直に配置し、前記棒状の衝撃体の先端部を
位置決めすべき対象物に作用させることを特徴とする圧
電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置
決め装置。 - 【請求項6】 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用
した小型精密位置決め装置において、ケースと、該ケー
ス内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣
性体と、前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう
一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、前記慣性体の
後方に設けられるロッドと、前記ケースの両側の前記慣
性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、前記ケ
ースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前
記ロッドとをガイドする案内手段と、前記圧電素子に外
部より電圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電
素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決
め装置を、傾斜させて配置し、前記棒状の衝撃体の先端
部を位置決めすべき対象物に作用させることを特徴とす
る圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密
位置決め装置。 - 【請求項7】 圧電素子の一方側に取り付けられる慣性
体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる衝撃
体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を与え
る衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記衝撃
体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部より電
圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子の急
速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置
を、位置決めすべき対象物の両側に配置し、前記位置決
めすべき対象物を正逆方向に駆動可能にしてなる圧電素
子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め
装置。 - 【請求項8】 圧電素子の一方側に取り付けられる慣性
体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる衝撃
体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を与え
る衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記衝撃
体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部より電
圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子の急
速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置
を、位置決めすべき対象物のいくつかの側面に少なくと
も3個配置し、前記位置決めすべき対象物をX軸、Y軸
及び回転方向に駆動可能にしてなる圧電素子の急速変形
に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置。 - 【請求項9】 圧電素子の一方側に取り付けられる慣性
体と、前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる衝撃
体と、前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に予圧を与え
る衝撃体移動方向予圧手段と、前記慣性体及び前記衝撃
体をガイドする案内手段と、前記圧電素子に外部より電
圧パターンを与える手段とを具備してなる圧電素子の急
速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置
を、回転自在にセットされた位置決めすべき対象物の側
面に配置し、前記位置決めすべき対象物を回転方向に駆
動可能にしてなる圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利
用した小型精密位置決め装置。
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JP30167597A JP4073060B2 (ja) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置 |
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JP30167597A JP4073060B2 (ja) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置 |
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-
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