JPS6134433A - ｘｙ平面位置決め用アクチユエ−タ装置 - Google Patents
ｘｙ平面位置決め用アクチユエ−タ装置Info
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- JPS6134433A JPS6134433A JP18044284A JP18044284A JPS6134433A JP S6134433 A JPS6134433 A JP S6134433A JP 18044284 A JP18044284 A JP 18044284A JP 18044284 A JP18044284 A JP 18044284A JP S6134433 A JPS6134433 A JP S6134433A
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- Japan
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- piezoelectric
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、小形にして高精度にｘｙ平面での位置決め
を行うためのアクチュエータ装置に関するものである。
を行うためのアクチュエータ装置に関するものである。
従来、ｘｙ平面での位置決めは、ｘｙ移動装置を用いて
行うのが一般的である。ｘｙ移動装置は、ｘｙ移動台と
制御部とから構成される。ｘｙ移動台は、−軸の移動台
の上に直交する軸方向にもう１つ移動台を重ね、各移動
台はサーボモータやパルスモータによって駆動される。
行うのが一般的である。ｘｙ移動装置は、ｘｙ移動台と
制御部とから構成される。ｘｙ移動台は、−軸の移動台
の上に直交する軸方向にもう１つ移動台を重ね、各移動
台はサーボモータやパルスモータによって駆動される。
微小位置決め用は、モータと移動台との間にボールスク
リュー機構などの減速機構を結合し、モータを大減速す
ることによって精密位置決めを行うよう構成されている
。このため、この種装置は大形になり、かつ、減速機構
のバックラッシュなどＫよって１〜５μｍ程の位置決め
精度となる。また、大減速を行うため高速化に限界があ
った。
リュー機構などの減速機構を結合し、モータを大減速す
ることによって精密位置決めを行うよう構成されている
。このため、この種装置は大形になり、かつ、減速機構
のバックラッシュなどＫよって１〜５μｍ程の位置決め
精度となる。また、大減速を行うため高速化に限界があ
った。
この発明は、上記の点Ｋかんがみなされたもので、直接
ｘｙ平面内を移動するアクチュエータとコントローラか
らなり、その目的は、小形、高速。
ｘｙ平面内を移動するアクチュエータとコントローラか
らなり、その目的は、小形、高速。
かつ、超精密にｘｙ平面で位置決めを行うことができる
ようにしたｘｙ平面位置決め用アクチュエータ装置を提
供するものである。以下図面についてこの発明の詳細な
説明する。
ようにしたｘｙ平面位置決め用アクチュエータ装置を提
供するものである。以下図面についてこの発明の詳細な
説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示すものである。
この図で、１は固定子、２は前記固定子１の上板、３は
前記固定子１の下板、４，５は前記固定子１の側板であ
って、上板２と下板３はｚ軸に直交し、互いに平行であ
る。そして、２〜５は一体に組立て固着されて固定子１
が構成される。また、側板４の一方には窓４ａが形成さ
れている。６はＸ軸に沿って変位する圧電素子、７はｙ
軸に沿って変位する圧電素子、８は前記圧電素子６と１
を結合する連結材、９は前記圧電素子７の他端に結合し
た連結材、１０は前記圧電素子６の他端に結合した連結
材、１１は前記連結材９に結合し、ｚ軸に沿って変位す
る圧電素子からなる支持要素、１２は前記連結材８に結
合し、２＠に沿って変位する圧電素子からなる支持要素
、１３は前記連結材１０に結合し、ｚ軸に沿って変位す
る圧電素子からなる支持要素、１４は前記連結材１０の
一部である負荷取付部で、側板４の窓４ａから外部に突
出している。１５は前記連結材１０の一部である支持柱
、１６はｙ軸に沿った変位を測定するためのギャップセ
ンサ、１Ｔは”ｘ ＠に沿った変位を測定丁′るための
ギャップセンサであり、６〜１０の各部
［で可動子が構成され、この可動子と固定子１とでアク
チュエータが構成される。
前記固定子１の下板、４，５は前記固定子１の側板であ
って、上板２と下板３はｚ軸に直交し、互いに平行であ
る。そして、２〜５は一体に組立て固着されて固定子１
が構成される。また、側板４の一方には窓４ａが形成さ
れている。６はＸ軸に沿って変位する圧電素子、７はｙ
軸に沿って変位する圧電素子、８は前記圧電素子６と１
を結合する連結材、９は前記圧電素子７の他端に結合し
た連結材、１０は前記圧電素子６の他端に結合した連結
材、１１は前記連結材９に結合し、ｚ軸に沿って変位す
る圧電素子からなる支持要素、１２は前記連結材８に結
合し、２＠に沿って変位する圧電素子からなる支持要素
、１３は前記連結材１０に結合し、ｚ軸に沿って変位す
る圧電素子からなる支持要素、１４は前記連結材１０の
一部である負荷取付部で、側板４の窓４ａから外部に突
出している。１５は前記連結材１０の一部である支持柱
、１６はｙ軸に沿った変位を測定するためのギャップセ
ンサ、１Ｔは”ｘ ＠に沿った変位を測定丁′るための
ギャップセンサであり、６〜１０の各部
［で可動子が構成され、この可動子と固定子１とでアク
チュエータが構成される。
なお、上記の圧電素子６，７および支持９！ｌ累１１〜
１３に用いられる圧電素子は厚さ０．２５ｍの圧電材を
積層したもので、支持！素１１の圧電素子を例にとると
、図示されていないが各圧電材の一面と反対面に設げた
電極間に電界をかけることによって０〜ｌＯμｍの変位
が得られるものである。
１３に用いられる圧電素子は厚さ０．２５ｍの圧電材を
積層したもので、支持！素１１の圧電素子を例にとると
、図示されていないが各圧電材の一面と反対面に設げた
電極間に電界をかけることによって０〜ｌＯμｍの変位
が得られるものである。
１８は前記各圧電材の一面側の電極を共通に接続するた
めのリード線で１反対面側の電極を共通に接続するため
のリード線は図示されていない。
めのリード線で１反対面側の電極を共通に接続するため
のリード線は図示されていない。
また、連結材８〜１０の底面は下板３に接続し、支持要
素１１〜１３の上面は、それぞれ電界が零のときは上板
２と非接触となり、電界を強めるにつれて上板２と接触
し始める。さらに、電界を強度にすると、上＆２と下根
３との間に強い力で挾まれることになる。
素１１〜１３の上面は、それぞれ電界が零のときは上板
２と非接触となり、電界を強めるにつれて上板２と接触
し始める。さらに、電界を強度にすると、上＆２と下根
３との間に強い力で挾まれることになる。
第２図は第１図に示ｊ実施例のコントローラで、前記ア
クチュエータの動作を制御するためのものである。この
図で、１９は信号発生部、２０．２１は前記信号発生部
１９から出力される信号を増幅するリニア電圧増幅器、
２２〜２４はパルス電圧増幅器であって、指令が与えら
れると出力Ａ、 Ｂ。
クチュエータの動作を制御するためのものである。この
図で、１９は信号発生部、２０．２１は前記信号発生部
１９から出力される信号を増幅するリニア電圧増幅器、
２２〜２４はパルス電圧増幅器であって、指令が与えら
れると出力Ａ、 Ｂ。
Ｃ，Ｄ、Ｈに高電圧が生じる構成である。これらを各圧
電素子の電極に印加すると電界が生じる。
電素子の電極に印加すると電界が生じる。
次に、その動作なＸ方向に１ステツプ、ｙ方向に１ステ
ツプ移動する場合を例にとって説明する。
ツプ移動する場合を例にとって説明する。
第３図は隠２図のコントローラの出力Ａ−Ｅ（’）電圧
波形を示した図である。停止時には圧電素子６．７の電
界を零とし、支持要ｇ１１〜１３の圧電素子に電界をか
けるとこの３カ所で可動子を支持固定する。
波形を示した図である。停止時には圧電素子６．７の電
界を零とし、支持要ｇ１１〜１３の圧電素子に電界をか
けるとこの３カ所で可動子を支持固定する。
Ｘ方向にｌステップ移動するときは、区間（１）で支持
要素１１と１２の圧電素子に電界をかげ他は零とし、区
間（ｎ）で圧電索子６に電界をかけＸ軸方向Ｖｃｌステ
ップ変位させる。これにより支持要素１１と１２を基点
として圧１ｆＬ素子６の伸びた分だけ、つまりｌステッ
プＸ軸方向に変位する。
要素１１と１２の圧電素子に電界をかげ他は零とし、区
間（ｎ）で圧電索子６に電界をかけＸ軸方向Ｖｃｌステ
ップ変位させる。これにより支持要素１１と１２を基点
として圧１ｆＬ素子６の伸びた分だけ、つまりｌステッ
プＸ軸方向に変位する。
次に１区間（ｍ）で支持要素１３の圧１１素子に電界を
かけ、停止時と同様に３カ所で可動子を固定する。区間
（ＩＶ）では支持要素１１．１２の圧電素子の電界を零
とし、区間（Ｖ）で圧電索子６の電界を零とし収縮させ
る。区間（Ｖｌ）で再び支持装素１１〜１３の圧電素子
に電界をかけ、可動子を停止させる。
かけ、停止時と同様に３カ所で可動子を固定する。区間
（ＩＶ）では支持要素１１．１２の圧電素子の電界を零
とし、区間（Ｖ）で圧電索子６の電界を零とし収縮させ
る。区間（Ｖｌ）で再び支持装素１１〜１３の圧電素子
に電界をかけ、可動子を停止させる。
次に、ｙ軸に凸ってｌステップ移動するには、区間（１
）で支持要素１１の圧電素子にのみ電界をかけ、区間（
１）で圧電素子１に電界をかけ、ｙ軸に沿って変位させ
る。区間（ＩＩＩ ）で支持要素１２゜１３の圧電素子
に電界をかげ、区間（１ｖ）で支持要素１１の圧！素子
の電界を零とし、区間（Ｖ）で圧電索子７の電界を零と
する。区間（ｖｌ）で再び支持要素１１の圧電素子に電
界をかけ、可動子を固定する。
）で支持要素１１の圧電素子にのみ電界をかけ、区間（
１）で圧電素子１に電界をかけ、ｙ軸に沿って変位させ
る。区間（ＩＩＩ ）で支持要素１２゜１３の圧電素子
に電界をかげ、区間（１ｖ）で支持要素１１の圧！素子
の電界を零とし、区間（Ｖ）で圧電索子７の電界を零と
する。区間（ｖｌ）で再び支持要素１１の圧電素子に電
界をかけ、可動子を固定する。
上記の動作において、ｌステップの移動量は圧電素手６
，７の電界の強さによって０−１０μｍまで可変であり
、さらに、大きな変位を得るには前記の各動作を繰り返
すことによって得られる。また、絶対位置座標値への移
動は、ギャップセンサ１６．１７の信号をフィードバッ
クすることによって実行できる。すなわち、ギャップセ
ンサ１６の信号によってｙ軸方向の移動量が補正でき、
ギャップセンサ１７の信号によってＸ軸方向の移動量が
補正できる。以上の構成のため、移動分解能は極めて高
く、その応答性もよい。
，７の電界の強さによって０−１０μｍまで可変であり
、さらに、大きな変位を得るには前記の各動作を繰り返
すことによって得られる。また、絶対位置座標値への移
動は、ギャップセンサ１６．１７の信号をフィードバッ
クすることによって実行できる。すなわち、ギャップセ
ンサ１６の信号によってｙ軸方向の移動量が補正でき、
ギャップセンサ１７の信号によってＸ軸方向の移動量が
補正できる。以上の構成のため、移動分解能は極めて高
く、その応答性もよい。
第４図はこの発明の他の実施例を示すもので、第１図の
発明と異なる点は、連結材８には圧電素子６，７のみが
結合され、この連結材８が支持柱の役目を果す点にある
。この構成によれば、アクチュエータを制御する第２図
のコントローラにおいてパルス電圧増幅器２３が不要と
なる。第４図の実施例のアクチュエータはｘｙ平面でベ
クトル移動を行うので、Ｘ方向゛にｌステップ、ｙ方向
釦ｌステップ移動を例にとって、その動作を説明する。
発明と異なる点は、連結材８には圧電素子６，７のみが
結合され、この連結材８が支持柱の役目を果す点にある
。この構成によれば、アクチュエータを制御する第２図
のコントローラにおいてパルス電圧増幅器２３が不要と
なる。第４図の実施例のアクチュエータはｘｙ平面でベ
クトル移動を行うので、Ｘ方向゛にｌステップ、ｙ方向
釦ｌステップ移動を例にとって、その動作を説明する。
第５図は出力Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｅの電圧波形を示し
たもので、区間（１）で支持要素１１と１３の圧′酸素
子には電界をかけ、圧電素子７，６には電界を零として
可動子を固定した状態から、区間（２）で支持要素１３
の圧電素子の電界を零と乙、区間（３）で圧電素子６，
１に′電界をかけ、Ｘ軸方向、ｙ＠１方向にそれぞれｌ
ステップ変位する。次に、区間（４）で支持要素１３の
圧電素子に電界をかけ、区間（５）で支持要素１１の圧
電素子の電界を零とし、区間（６）で圧電素子６，７の
電界な′４にし、区間（７）で最初の固定の状態に戻す
。
たもので、区間（１）で支持要素１１と１３の圧′酸素
子には電界をかけ、圧電素子７，６には電界を零として
可動子を固定した状態から、区間（２）で支持要素１３
の圧電素子の電界を零と乙、区間（３）で圧電素子６，
１に′電界をかけ、Ｘ軸方向、ｙ＠１方向にそれぞれｌ
ステップ変位する。次に、区間（４）で支持要素１３の
圧電素子に電界をかけ、区間（５）で支持要素１１の圧
電素子の電界を零とし、区間（６）で圧電素子６，７の
電界な′４にし、区間（７）で最初の固定の状態に戻す
。
以上の動作忙よって、Ｘｌ）１＠ｌｃそれぞれｌステッ
プ移動する。ここでＳＸＩ ｙ軸への移動量が異なる
場合は、その移動量に比例した電界を圧電素子６，７Ｋ
かけることによってベクトル移動が実行できる。このよ
うな構成のため、ｘｙ平面をベクトル移動し、その移動
分解能は極めて高い。
プ移動する。ここでＳＸＩ ｙ軸への移動量が異なる
場合は、その移動量に比例した電界を圧電素子６，７Ｋ
かけることによってベクトル移動が実行できる。このよ
うな構成のため、ｘｙ平面をベクトル移動し、その移動
分解能は極めて高い。
また、コントローラの構成も極めて簡累であり、装置全
体として小形に構成できる。
体として小形に構成できる。
なお、上記各実施例では圧電素子６，７の伸縮力を直接
利用上ているが、圧電素子６．７の変位はきわめて小さ
いので、てこの原理を用いて圧電索子６，７の変位を拡
大して作用させるようにすれば変位を大きくとることが
できる。
利用上ているが、圧電素子６．７の変位はきわめて小さ
いので、てこの原理を用いて圧電索子６，７の変位を拡
大して作用させるようにすれば変位を大きくとることが
できる。
以上説明したように、この発明は、弓動子と、これを案
内する固定子とで構成されたアクチュエータと、これを
制御するコントローラとからなり、可動子はＸ軸に沿っ
て変位する圧電素子と、この圧電素子の両端に結合した
連結材と、これら連結材の一方に結合したｙ軸に沿って
変位する圧電索子と、このｙ軸に沿って変位する圧電素
子の他端に結合した連結材とで構成し、しかも、ｉｉＪ
動子と固定子とを固定または解放する支持要素を設けた
ので、圧［素子の伸びと復旧動作、および支持要素の固
定、解放動作とによりＸ方向、ｙ方向のいずれの方向お
よび両方向へ必要量だけ移動させることができる。しか
も、モータ、減速機構、移動台などを用いることなく圧
電素子を駆動要素として用いるものであるから、極めて
高精度なｘｙ乎圃面移動きる小形なアクチュエータが実
現でき、また、コントローラの構成も＊素であり、装置
全体として小形に構成できる等の優れた利点がある。
内する固定子とで構成されたアクチュエータと、これを
制御するコントローラとからなり、可動子はＸ軸に沿っ
て変位する圧電素子と、この圧電素子の両端に結合した
連結材と、これら連結材の一方に結合したｙ軸に沿って
変位する圧電索子と、このｙ軸に沿って変位する圧電素
子の他端に結合した連結材とで構成し、しかも、ｉｉＪ
動子と固定子とを固定または解放する支持要素を設けた
ので、圧［素子の伸びと復旧動作、および支持要素の固
定、解放動作とによりＸ方向、ｙ方向のいずれの方向お
よび両方向へ必要量だけ移動させることができる。しか
も、モータ、減速機構、移動台などを用いることなく圧
電素子を駆動要素として用いるものであるから、極めて
高精度なｘｙ乎圃面移動きる小形なアクチュエータが実
現でき、また、コントローラの構成も＊素であり、装置
全体として小形に構成できる等の優れた利点がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す一部な増り外して示
した斜視図、第２図は第１図の実施例に用いるコントロ
ーラのブロック図、第３図は第２図のフントローラの動
作を説明するための出力波 ゛形図、第４図はこ
の発明の他の実施例を示す一部を取り外して示した斜視
図、第５図は第４図の実施例に用いるコントローラの動
作を説明するための出力波形図である。 図中、１は固定子、２は上板、３は下板、４゜５は側板
、６，１は圧電素子、８，９．１０は連結材、１１，１
２．１３は支持要素、１４は負荷取付部、１５は支持柱
、１６．１７はギャップセンサ、１８はリード線、１９
は信号発生部、２０゜２１はリニア電圧増幅器、２２，
２３．２４はパルス電圧増幅器である。 第１図 第２図 ｑ 第３図 第４図
した斜視図、第２図は第１図の実施例に用いるコントロ
ーラのブロック図、第３図は第２図のフントローラの動
作を説明するための出力波 ゛形図、第４図はこ
の発明の他の実施例を示す一部を取り外して示した斜視
図、第５図は第４図の実施例に用いるコントローラの動
作を説明するための出力波形図である。 図中、１は固定子、２は上板、３は下板、４゜５は側板
、６，１は圧電素子、８，９．１０は連結材、１１，１
２．１３は支持要素、１４は負荷取付部、１５は支持柱
、１６．１７はギャップセンサ、１８はリード線、１９
は信号発生部、２０゜２１はリニア電圧増幅器、２２，
２３．２４はパルス電圧増幅器である。 第１図 第２図 ｑ 第３図 第４図
Claims (4)
- （１）平面内のｘ軸に沿つて変位する圧電素子と、この
圧電素子の両端に結合した連結材と、これら連結材の一
方に結合したｙ軸に沿つて変位する圧電素子と、このｙ
軸に沿つて変位する圧電素子の他端に結合した連結材と
から構成される可動子と、この可動子を案内する固定子
および前記可動子と固定子とを固定または解放する少な
くとも２個の支持要素とからなるアクチュエータと、こ
のアクチュエータのｘｙ平面での動作を制御するコント
ローラから構成されたことを特徴とするｘｙ平面位置決
め用アクチュエータ装置。 - （２）支持要素は、圧電素子で構成され、少なくとも可
動子の両端の連結材に結合されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載のｘｙ平面位置決め用ア
クチュエータ装置。 - （３）固定子は、少なくとも２組のギャップセンサを直
交する軸に沿つて具備していることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のｘｙ平面位置決め用アクチュ
エータ装置。 - （４）コントローラは、ｘ軸とｙ軸に沿う動きの制御を
同時に行えることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載のｘｙ平面位置決め用アクチュエータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18044284A JPS6134433A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | ｘｙ平面位置決め用アクチユエ−タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18044284A JPS6134433A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | ｘｙ平面位置決め用アクチユエ−タ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134433A true JPS6134433A (ja) | 1986-02-18 |
Family
ID=16083304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18044284A Pending JPS6134433A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | ｘｙ平面位置決め用アクチユエ−タ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6134433A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5742687A (en) * | 1980-08-18 | 1982-03-10 | Rhone Poulenc Ind | Thioformamide derivative, manufacture and use as medicine |
-
1984
- 1984-08-31 JP JP18044284A patent/JPS6134433A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5742687A (en) * | 1980-08-18 | 1982-03-10 | Rhone Poulenc Ind | Thioformamide derivative, manufacture and use as medicine |
| JPH0259150B2 (ja) * | 1980-08-18 | 1990-12-11 | Rhone Poulenc Ind |
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