JPH11202214A - 微小駆動装置 - Google Patents
微小駆動装置Info
- Publication number
- JPH11202214A JPH11202214A JP1791498A JP1791498A JPH11202214A JP H11202214 A JPH11202214 A JP H11202214A JP 1791498 A JP1791498 A JP 1791498A JP 1791498 A JP1791498 A JP 1791498A JP H11202214 A JPH11202214 A JP H11202214A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spring member
- frame
- spring
- electric motor
- movable frame
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- Pending
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- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】簡易な構成により被移動体を高分解能で直線的
に微小移動さることができる微小駆動装置の提供。常に
一定の分解能で被移動体を安定的に移動させることがで
きる微小駆動装置の提供。 【解決手段】分割駆動手段により電動モータに印加され
るパルスを所望の分解能に応じた所定数に分割して分割
パルスを発生させて電動モータに印加する。電動モータ
に連結された送りねじに噛み合うナット部材を所要のリ
ードで軸線方向へ移動し、接続された第１ばね部材を弾
性変形させる。第１ばね部材の弾性力により外大１ばね
部材より高いばね定数の第２ばね部材を弾性変形して被
移動体を、分割パルス及び送りねじのリードと第１及び
第２ばね部材のばね定数比に応じた分解能にて微小移動
させる。
に微小移動さることができる微小駆動装置の提供。常に
一定の分解能で被移動体を安定的に移動させることがで
きる微小駆動装置の提供。 【解決手段】分割駆動手段により電動モータに印加され
るパルスを所望の分解能に応じた所定数に分割して分割
パルスを発生させて電動モータに印加する。電動モータ
に連結された送りねじに噛み合うナット部材を所要のリ
ードで軸線方向へ移動し、接続された第１ばね部材を弾
性変形させる。第１ばね部材の弾性力により外大１ばね
部材より高いばね定数の第２ばね部材を弾性変形して被
移動体を、分割パルス及び送りねじのリードと第１及び
第２ばね部材のばね定数比に応じた分解能にて微小移動
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば走査形プ
ローブ顕微鏡における被移動体としての試料台をオング
ストローム単位の高分解能で微小移動することができる
微小駆動装置に関する。
ローブ顕微鏡における被移動体としての試料台をオング
ストローム単位の高分解能で微小移動することができる
微小駆動装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】上記した走査形プロー
ブ顕微鏡においては、検鏡試料を載置する試料台を倍率
に応じて微小移動するように構成されているが、試料台
を微小移動させる従来の微小駆動装置は、その駆動部材
に印加される電界の大小に応じて歪量が変位する電歪特
性を有した圧電素子やバイモルフ素子を使用し、これら
圧電素子やバイモルフ素子に印加される電界を制御して
所望の歪量を得て被移動体を移動させていた。
ブ顕微鏡においては、検鏡試料を載置する試料台を倍率
に応じて微小移動するように構成されているが、試料台
を微小移動させる従来の微小駆動装置は、その駆動部材
に印加される電界の大小に応じて歪量が変位する電歪特
性を有した圧電素子やバイモルフ素子を使用し、これら
圧電素子やバイモルフ素子に印加される電界を制御して
所望の歪量を得て被移動体を移動させていた。
【０００３】しかしながら、上記した圧電素子やバイモ
ルフ素子を使用した微小駆動装置は、これら部材の歪み
により被移動体を変位させる構造であるため、被移動体
を直線的に移動させることができないと共に被移動体を
オングストローム単位の高分解能で微小移動させるには
印加される電界を高精度で制御しなければならず、電界
の制御手段が複雑化及び高度化して装置自体を高コスト
化させる問題を有している。このため、簡易な構造では
被移動体を高い移動分解能で直線的に移動させることが
できなかった。又、特に圧電素子にあってはヒステリシ
ス及びドリフトが大きいため、再現性が悪く、常に一定
の分解能で移動させることができなかった。
ルフ素子を使用した微小駆動装置は、これら部材の歪み
により被移動体を変位させる構造であるため、被移動体
を直線的に移動させることができないと共に被移動体を
オングストローム単位の高分解能で微小移動させるには
印加される電界を高精度で制御しなければならず、電界
の制御手段が複雑化及び高度化して装置自体を高コスト
化させる問題を有している。このため、簡易な構造では
被移動体を高い移動分解能で直線的に移動させることが
できなかった。又、特に圧電素子にあってはヒステリシ
ス及びドリフトが大きいため、再現性が悪く、常に一定
の分解能で移動させることができなかった。
【０００４】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、簡
易な構成により被移動体を高分解能で直線的に微小移動
さることができる微小駆動装置を提供することにある。
ために発明されたものであり、その課題とする処は、簡
易な構成により被移動体を高分解能で直線的に微小移動
さることができる微小駆動装置を提供することにある。
【０００５】又、本発明の他の課題は、常に一定の分解
能で被移動体を安定的に移動させることができる微小駆
動装置を提供することにある。
能で被移動体を安定的に移動させることができる微小駆
動装置を提供することにある。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】このため本発明は、所
定のパルス数で１回転駆動する電動モータと、パルスを
所望の分解能に応じた所定数に分割した分割パルスを電
動モータに印加する分割駆動手段と、電動モータに連結
され、噛み合わされたナット部材を所要のリードで軸線
方向へ移動する送りねじと、移動するナット部材により
弾性変形する第１ばね部材及び該第１ばね部材より高い
ばね定数からなり、第１ばね部材の弾性力により弾性変
形して被移動体を移動させる第２ばね部材とからなる差
動ばね手段とを備えたことを特徴としている。
定のパルス数で１回転駆動する電動モータと、パルスを
所望の分解能に応じた所定数に分割した分割パルスを電
動モータに印加する分割駆動手段と、電動モータに連結
され、噛み合わされたナット部材を所要のリードで軸線
方向へ移動する送りねじと、移動するナット部材により
弾性変形する第１ばね部材及び該第１ばね部材より高い
ばね定数からなり、第１ばね部材の弾性力により弾性変
形して被移動体を移動させる第２ばね部材とからなる差
動ばね手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】そして電動モータに分割パルスを印加して
駆動制御して回転する送りねじの送り量を第１及び第２
ばね部材のばね定数比に対応して高分解能化して被移動
体を高い位置精度で移動させることができる。
駆動制御して回転する送りねじの送り量を第１及び第２
ばね部材のばね定数比に対応して高分解能化して被移動
体を高い位置精度で移動させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に従
って説明する。
って説明する。
【０００９】図１は微小駆動装置の概略を示す一部破断
斜視図である。
斜視図である。
【００１０】微小駆動装置１の電動モータ３は数値制御
可能な、例えば５励磁相構造で、５００パルスで１回転
するステップモータで構成される。
可能な、例えば５励磁相構造で、５００パルスで１回転
するステップモータで構成される。
【００１１】尚、電動モータ３は数値制御可能な電動モ
ータであればよく、その励磁相数及び１回転当りのパル
ス数により限定されるものではないが、高分解能化の必
要から少なくとも５励磁相以上で１回転当り５００パル
ス以上の電動モータが望ましい。
ータであればよく、その励磁相数及び１回転当りのパル
ス数により限定されるものではないが、高分解能化の必
要から少なくとも５励磁相以上で１回転当り５００パル
ス以上の電動モータが望ましい。
【００１２】上記電動モータ３は分割駆動手段５により
駆動制御される。該分割駆動手段５はパルスを、予め設
定される分割数に基づいて電流を階段状に変化させて分
割した分割パルスを発生させるように構成されている。
該分割駆動手段５としては、例えばオリエンタルモータ
（株）製の「ＣＳＤ５８０７ＶＮ」或いは「ＣＳＤ５８
１４ＶＮ」（商品名）が適しており、１パルスを後述す
る試料台１７の移動分解能に応じて、例えば１〜２５０
の範囲で分割することができる。
駆動制御される。該分割駆動手段５はパルスを、予め設
定される分割数に基づいて電流を階段状に変化させて分
割した分割パルスを発生させるように構成されている。
該分割駆動手段５としては、例えばオリエンタルモータ
（株）製の「ＣＳＤ５８０７ＶＮ」或いは「ＣＳＤ５８
１４ＶＮ」（商品名）が適しており、１パルスを後述す
る試料台１７の移動分解能に応じて、例えば１〜２５０
の範囲で分割することができる。
【００１３】即ち、電動モータ３として５励磁相、１回
転当り５００パルスのステップモータを使用した場合、
１パルス当りのステップ角は０．７２度であるが、上記
した分割駆動手段５によりパルスを２５０分割すると、
該電動モータ３は１２５０００分割パルスで１回転駆動
される。即ち、電動モータ３における１パルスのステッ
プ角を０．００２８８〜０．７２度で可変することがで
きる。
転当り５００パルスのステップモータを使用した場合、
１パルス当りのステップ角は０．７２度であるが、上記
した分割駆動手段５によりパルスを２５０分割すると、
該電動モータ３は１２５０００分割パルスで１回転駆動
される。即ち、電動モータ３における１パルスのステッ
プ角を０．００２８８〜０．７２度で可変することがで
きる。
【００１４】電動モータ３の回転軸３ａには送りねじ７
が、回転軸と同軸に連結され、該送りねじ７にはフレー
ム６に回り止めされて軸線方向へ移動可能に支持された
ナット９が噛み合わされている。該送りねじ７の送り量
は試料台１７の移動分解能に応じて適宜設定されるもの
であり、例えば１回転当り１mm（１０００μ）に設定さ
れている。又、ナット９には押圧軸９ａが送りねじ７と
同軸に形成されている。
が、回転軸と同軸に連結され、該送りねじ７にはフレー
ム６に回り止めされて軸線方向へ移動可能に支持された
ナット９が噛み合わされている。該送りねじ７の送り量
は試料台１７の移動分解能に応じて適宜設定されるもの
であり、例えば１回転当り１mm（１０００μ）に設定さ
れている。又、ナット９には押圧軸９ａが送りねじ７と
同軸に形成されている。
【００１５】押圧軸９ａの上方には第１ばね部材１１が
配置されると共に該第１ばね部材１１には第２ばね部材
１３が接続され、これら第１ばね部材１１及び第２ばね
部材１３により差動ばね手段を構成している。第１ばね
部材１１は第２ばね部材１３に対して低いばね定数の、
例えば圧縮ばねにより構成されている。又、第２ばね部
材１３は、例えば均一剛性を有するように加工されたア
ルミ材からなり、フレーム６に固定される固定枠１３
ａ、該固定枠１３ａに所要の間隔をおいて相対する可動
枠１３ｂ及び固定枠１３ａと可動枠１３ｂの上下端部を
夫々連結する連結枠１３ｃ・１３ｄとからなる四辺枠形
に形成され、可動枠１３ｂの下端部に第１ばね部材１１
の上部が接続されている。
配置されると共に該第１ばね部材１１には第２ばね部材
１３が接続され、これら第１ばね部材１１及び第２ばね
部材１３により差動ばね手段を構成している。第１ばね
部材１１は第２ばね部材１３に対して低いばね定数の、
例えば圧縮ばねにより構成されている。又、第２ばね部
材１３は、例えば均一剛性を有するように加工されたア
ルミ材からなり、フレーム６に固定される固定枠１３
ａ、該固定枠１３ａに所要の間隔をおいて相対する可動
枠１３ｂ及び固定枠１３ａと可動枠１３ｂの上下端部を
夫々連結する連結枠１３ｃ・１３ｄとからなる四辺枠形
に形成され、可動枠１３ｂの下端部に第１ばね部材１１
の上部が接続されている。
【００１６】固定枠１３ａ及び可動枠１３ｂ寄りの連結
枠１３ｃ・１３ｄには肉薄部１３ｅが夫々形成され、各
連結枠１３ｃ・１３ｄは夫々の肉薄部１３ｅにて弾性変
形可能に形成されている。そして第２ばね部材１３は固
定枠１３ａに対して可動枠１３ｂが平行移動して弾性変
形される。
枠１３ｃ・１３ｄには肉薄部１３ｅが夫々形成され、各
連結枠１３ｃ・１３ｄは夫々の肉薄部１３ｅにて弾性変
形可能に形成されている。そして第２ばね部材１３は固
定枠１３ａに対して可動枠１３ｂが平行移動して弾性変
形される。
【００１７】尚、連結枠１３ｃ・１３ｄの肉薄部１３ｅ
は必ずしも必要ではなく、連結枠１３ｃ・１３ｄが一定
の弾性係数で弾性変形可能なものであれば肉薄部１３ｅ
を設けなくてもよい。又、連結枠１３ｃ・１３ｄや肉薄
部１３ｅの肉厚は試料台１７の移動分解能に基づいて設
定されるばね定数により選択される。
は必ずしも必要ではなく、連結枠１３ｃ・１３ｄが一定
の弾性係数で弾性変形可能なものであれば肉薄部１３ｅ
を設けなくてもよい。又、連結枠１３ｃ・１３ｄや肉薄
部１３ｅの肉厚は試料台１７の移動分解能に基づいて設
定されるばね定数により選択される。
【００１８】第２ばね部材１３における可動枠１３ｂ上
部には被検鏡物としての試料が載置される被移動体とし
ての試料台１７が取付けられている。
部には被検鏡物としての試料が載置される被移動体とし
ての試料台１７が取付けられている。
【００１９】次に、微小駆動装置１による試料台の微小
移動作用を説明する。
移動作用を説明する。
【００２０】図２は試料台の移動状態を示す正面図であ
る。
る。
【００２１】分割駆動制段５からの分割パルスにより電
動モータ３を回転駆動して送りねじ７を、例えば時計方
向へ回転してナット９を軸線方向の上方へ移動させる
と、該ナット９に当接する第１ばね部材１１を弾性変形
させる。そして該第１ばね部材１１はナット９の移動に
伴う弾性力により第２ばね部材１３を押圧し、可動枠１
３ｂが上方へ移動するように弾性変形させて試料台１７
を上方へ移動させる。このとき、第２ばね部材１３が四
辺枠形状に形成されると共に固定枠１３ａがフレーム６
に固定されているため、固定枠１３ａに対して可動枠１
３ｂが平行移動するように変形される。このため、可動
枠１３ｂは固定枠１３ａに対して平行で軸線上方へ直線
的に移動する。
動モータ３を回転駆動して送りねじ７を、例えば時計方
向へ回転してナット９を軸線方向の上方へ移動させる
と、該ナット９に当接する第１ばね部材１１を弾性変形
させる。そして該第１ばね部材１１はナット９の移動に
伴う弾性力により第２ばね部材１３を押圧し、可動枠１
３ｂが上方へ移動するように弾性変形させて試料台１７
を上方へ移動させる。このとき、第２ばね部材１３が四
辺枠形状に形成されると共に固定枠１３ａがフレーム６
に固定されているため、固定枠１３ａに対して可動枠１
３ｂが平行移動するように変形される。このため、可動
枠１３ｂは固定枠１３ａに対して平行で軸線上方へ直線
的に移動する。
【００２２】今、電動モータ３を励磁相数が５、１回転
当り５００パルス、パルス分割駆動制御手段５による駆
動パルスの分割数を２５０、送りねじ７の１回転当りの
送り量を１mm／ｒに設定すると共に第１ばね部材１１及
び第２ばね部材１３のばね定数比を１：５００に設定す
ると、１分割パルス当りの電動モータ３のステップ角が
０．００２８８度になる。このため、電動モータ３は１
２５０００分割パルスで１回転駆動されるため、１分割
パルス当りの送りねじ７の送り量は０．００８μｍ（８
０オングストローム）になる。
当り５００パルス、パルス分割駆動制御手段５による駆
動パルスの分割数を２５０、送りねじ７の１回転当りの
送り量を１mm／ｒに設定すると共に第１ばね部材１１及
び第２ばね部材１３のばね定数比を１：５００に設定す
ると、１分割パルス当りの電動モータ３のステップ角が
０．００２８８度になる。このため、電動モータ３は１
２５０００分割パルスで１回転駆動されるため、１分割
パルス当りの送りねじ７の送り量は０．００８μｍ（８
０オングストローム）になる。
【００２３】又、第１ばね部材１１及び第２ばね部材１
３の接続点における変位は、試料台１７の変位量×（第
１ばね部材１１のばね定数／第２ばね部材１３のばね定
数）で求められるため、１分割パルス当りの可動枠１３
ｂの移動量は０．１６オングストロームになる。
３の接続点における変位は、試料台１７の変位量×（第
１ばね部材１１のばね定数／第２ばね部材１３のばね定
数）で求められるため、１分割パルス当りの可動枠１３
ｂの移動量は０．１６オングストロームになる。
【００２４】本実施形態は、１分割パルス当り、０．１
６オングストロームの高分解能で試料台１７をほぼ直線
的に微小移動させることができる。又、送りねじ７に対
してナット９が第１ばね部材１１により付勢された状態
で噛み合わされているため、送りねじ７とナット９との
クリアランスによるバックラッシュをなくすことができ
る。
６オングストロームの高分解能で試料台１７をほぼ直線
的に微小移動させることができる。又、送りねじ７に対
してナット９が第１ばね部材１１により付勢された状態
で噛み合わされているため、送りねじ７とナット９との
クリアランスによるバックラッシュをなくすことができ
る。
【００２５】
【発明の効果】このため本発明は、簡易な構成により被
移動体を高分解能で直線的に微小移動さることができ
る。又、本発明は、常に一定の分解能で被移動体を安定
的に移動させることができる。
移動体を高分解能で直線的に微小移動さることができ
る。又、本発明は、常に一定の分解能で被移動体を安定
的に移動させることができる。
【図１】微小駆動装置の概略を示す一部破断斜視図であ
る。
る。
【図２】試料台の移動状態を示す正面図である。
１ 微小駆動装置、３ 電動モータ、５ パルス分割駆
動制御手段、７ 送りねじ、９ ナット、１１ 第１ば
ね部材、１３ 第２ばね部材
動制御手段、７ 送りねじ、９ ナット、１１ 第１ば
ね部材、１３ 第２ばね部材
Claims (3)
- 【請求項１】所定のパルス数で１回転駆動する電動モー
タと、パルスを所望の分解能に応じた所定数に分割した
分割パルスを電動モータに印加する分割駆動手段と、電
動モータに連結され、噛み合わされたナット部材を所要
のリードで軸線方向へ移動する送りねじと、移動するナ
ット部材により弾性変形する第１ばね部材及び該第１ば
ね部材より高いばね定数からなり、第１ばね部材の弾性
力により弾性変形して被移動体を移動させる第２ばね部
材とからなる差動ばね手段とを備え、分割パルス及び送
りねじのリードと第１及び第２ばね部材のばね定数比に
応じた分解能にて被移動体を微小移動可能にした微小駆
動装置。 - 【請求項２】請求項１において、第２ばね部材は互いに
相対する固定枠及び可動枠とこれら固定枠及び可動枠の
両端部を連結する連結枠の四辺枠形状からなり、可動枠
の一方端部に第１ばね部材が接続されると共に他端部に
被移動体が取り付けられ、第１ばね部材の弾性力による
押圧力により可動枠を固定枠に対して平行移動可能に形
成した微小駆動装置。 - 【請求項３】請求項２において、固定枠及び可動枠側の
連結枠には肉薄部を形成し、該肉薄部を中心に弾性変形
可能にした微小駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1791498A JPH11202214A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | 微小駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1791498A JPH11202214A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | 微小駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11202214A true JPH11202214A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11957034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1791498A Pending JPH11202214A (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | 微小駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11202214A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001270500A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-02 | Natl Space Development Agency Of Japan | 角度調節装置 |
-
1998
- 1998-01-13 JP JP1791498A patent/JPH11202214A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001270500A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-02 | Natl Space Development Agency Of Japan | 角度調節装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Effective date: 20040210 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050106 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050106 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080208 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080613 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |