JPH0255582A - piezoelectric drive - Google Patents

piezoelectric drive

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JPH0255582A
JPH0255582A JP63206186A JP20618688A JPH0255582A JP H0255582 A JPH0255582 A JP H0255582A JP 63206186 A JP63206186 A JP 63206186A JP 20618688 A JP20618688 A JP 20618688A JP H0255582 A JPH0255582 A JP H0255582A
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JP
Japan
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displacement
clamping
unit
piezoelectric
moving
Prior art date
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Pending
Application number
JP63206186A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanori Horiie
正紀 堀家
Hirotoshi Eguchi
裕俊 江口
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0255582A publication Critical patent/JPH0255582A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固体素子である圧電セラミックス素子を用い
たリニア駆動装置、スキャナ駆動源、紙搬送駆動源、光
デイスク装置の光ピツクアップのシーク用駆動源等とし
て用いられる圧電式駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a linear drive device, a scanner drive source, a paper conveyance drive source, and a seek drive source for optical pickup of an optical disk device, using a piezoelectric ceramic element as a solid element. The present invention relates to a piezoelectric drive device used as such.

従来の技術 一般に、この種のリニア駆動・精密位置決めには、パル
スモータやDCサーボモータ等のモータを用い、その動
きをベルト、ワイヤケーブル、歯車等を用いて直線運動
に変換するようにしている。
Conventional technology In general, this type of linear drive/precision positioning uses a motor such as a pulse motor or DC servo motor, and converts the movement into linear motion using belts, wire cables, gears, etc. .

しかし、このような方式は、機械的なカタやバックラッ
シュ等により、位置決め精度としては10〜20μm程
度が限界である。また、ボイスコイルとばねとを組合せ
た直線駆動方式では、発生応力と応答速度に限界がある
However, in such a method, the positioning accuracy is limited to about 10 to 20 μm due to mechanical play and backlash. Furthermore, in a linear drive system that combines a voice coil and a spring, there are limits to the generated stress and response speed.

このようなことから、圧電部材の特徴である微小変位、
高応ツノ発生を利用して微小位置決めが可能な圧電式リ
ニア駆動源が提案されている。
For this reason, minute displacement, which is a characteristic of piezoelectric members,
A piezoelectric linear drive source that can perform minute positioning using high response horn generation has been proposed.

例えば、米国特許第3,902,084号や米国特許第
3,902,085号に示されるように、円筒状圧電部
材を用い、シャフトボディをインチウオーム方式により
微動送りさせる装置がある。
For example, as shown in US Pat. No. 3,902,084 and US Pat. No. 3,902,085, there is a device that uses a cylindrical piezoelectric member to finely move a shaft body using an inchworm method.

これは、例えば第14図に示すように、丸棒軸1に対し
てクランプ用圧電素子2,3と素子2,3間に位置させ
た移動用圧電素子4 (何れも円筒状)とからなり、各
々の素子2,3.4に駆動信号を印加してステップ移動
させる構成である。即ち、両側の2個のクランプ用圧電
素子2,3は電圧印加に伴う電歪効果により円筒内径が
小さくなり丸棒軸1を締付けるクランプ作用を示す。ま
た、移動用圧電素子4は電圧印加により軸方向に伸びる
変位を示すように構成されている。
For example, as shown in FIG. 14, this device consists of clamping piezoelectric elements 2 and 3 and a moving piezoelectric element 4 (all cylindrical) positioned between the elements 2 and 3 relative to the round bar shaft 1. , a drive signal is applied to each element 2, 3.4 to move it step by step. That is, the two clamping piezoelectric elements 2 and 3 on both sides exhibit a clamping action in which the inner diameter of the cylinder becomes smaller due to the electrostrictive effect accompanying voltage application, thereby tightening the round bar shaft 1. Further, the moving piezoelectric element 4 is configured to exhibit displacement extending in the axial direction by applying a voltage.

また、米国特許第3,684,904号に示されるよう
に、固体部の両側に設けた2個の移動用圧電素子と、垂
直方向に設けた2個のクランプ用圧電素子とからなる駆
動装置もある。
Further, as shown in U.S. Pat. No. 3,684,904, a drive device includes two piezoelectric elements for movement provided on both sides of a solid part and two piezoelectric elements for clamping provided vertically. There is also.

さらには、特公昭5 ]、 −12497号公報に示さ
れるように、静電力を利用してクランプさせるとともに
、移動に圧電部材を用いるようにした駆動装置もある。
Furthermore, as shown in Japanese Patent Publication No. 12497/1997, there is a drive device that clamps using electrostatic force and uses a piezoelectric member for movement.

発明が解決しようとする問題点 これらの圧電式のものは、何れも、圧電部利単体を駆動
源として用いているため、変位量が微小であり、移動速
度が数mm/seeと遅く、高速性に問題がある。また
、クランプ機構において寸法精度として数μm以下の高
精度が要求され、実用的ではない。
Problems to be Solved by the Invention All of these piezoelectric devices use a single piezoelectric element as a drive source, so the amount of displacement is minute and the movement speed is slow at several mm/see, and high speed I have a sexual problem. Further, the clamping mechanism requires high dimensional accuracy of several μm or less, which is not practical.

例えば、第14図の場合で考えると、圧電素子2.3.
4の電圧印加時の変位量はせいぜい2〜3μm程度であ
り、クランプ用圧電素子2,3の内径と丸棒軸1との間
のギャップとしても、当然、2μm以下の超精密加工が
要求されることになる。
For example, considering the case of FIG. 14, piezoelectric elements 2.3.
4, the amount of displacement when voltage is applied is about 2 to 3 μm at most, and the gap between the inner diameter of the piezoelectric elements 2 and 3 for clamping and the round bar shaft 1 naturally requires ultra-precision machining of 2 μm or less. That will happen.

また、温度変化に対する膨張係数等も同じ値の拐料を用
いる必要があり、使用材料が制約されるものでもある。
Furthermore, it is necessary to use a filler material having the same expansion coefficient with respect to temperature changes, which limits the materials that can be used.

問題点を解決するための手段 請求項1記載の発明では、対向させた一対の摺動レール
間に配置させて、電圧印加によりクランプ方向に変位す
る圧電部材とこの圧電部材の変位を拡大する変位拡大機
構とを含む2組以上のクランプ用ユニットと、電圧印加
により移動方向に変位する圧電部材とこの圧電部材の変
位を拡大する変位拡大機構とを含む1組以上の移動用ユ
ニットとを設ける。
Means for Solving the Problems The invention according to claim 1 provides a piezoelectric member that is disposed between a pair of opposing sliding rails and is displaced in a clamping direction by voltage application, and a displacement that magnifies the displacement of this piezoelectric member. Two or more clamping units including an enlarging mechanism, and one or more moving units including a piezoelectric member that is displaced in a moving direction by voltage application and a displacement enlarging mechanism that amplifies the displacement of the piezoelectric member.

この際、請求項2記載の発明では、クランプ用ユニット
と移動用ユニットとを同一平面内に組込み、各々のユニ
ットの変位拡大機構の変位量の変位方向を前記同一平面
内に設定する。
In this case, in the invention according to claim 2, the clamping unit and the moving unit are assembled in the same plane, and the displacement direction of the displacement amount of the displacement magnifying mechanism of each unit is set in the same plane.

また、請求項3記載の発明では、移動用ユニットの変位
拡大機構をその変位拡大の支点を2個又は2対以」二持
つ折返し構造とし、この移動用ユニットの両側にクラン
プ用ユニットを配置させる。
Further, in the invention as claimed in claim 3, the displacement amplifying mechanism of the moving unit has a folded structure having two or two or more fulcrums for expanding the displacement, and the clamping units are arranged on both sides of the moving unit. .

さらに、請求項4記載の発明では、クランプ用ユニット
と移動用ユニットとの各変位拡大機構を板状部材の切欠
き構造により一体的に形成する。
Furthermore, in the invention set forth in claim 4, the displacement magnifying mechanisms of the clamping unit and the moving unit are integrally formed by a cutout structure of a plate-like member.

この際、請求項5記載の発明では、クランプ用ユニット
の変位拡大機構中の固定辺と移動用ユニットの変位拡大
機構中の変位量とを同−辺により形成する。
In this case, in the fifth aspect of the invention, the fixed side in the displacement amplifying mechanism of the clamping unit and the displacement amount in the displacement amplifying mechanism of the moving unit are formed by the same side.

作用 請求項1記載の発明によれば、移動用ユニットを伸縮変
位させつつクランプ用ユニットを交互にクランプサセル
インチウオーム方式により直線移動させ得る。この際、
クランプ、移動とも、各々のユニットの圧電部材に対す
る電圧印加による変位によるが、何れも各々の変位拡大
機構で拡大した変位量としているため、クランプ機構に
つぃ゛CC精精密度要求されることなく確実なりランプ
状態を確保でき、かつ、高速移動が+−iJ能となる。
According to the invention described in claim 1, the clamping unit can be alternately moved linearly by the clamp sacell inch worm method while the moving unit is being expanded and contracted. On this occasion,
Both clamping and movement depend on the displacement due to voltage application to the piezoelectric member of each unit, but in both cases, the displacement is expanded by each displacement magnification mechanism, so there is no requirement for CC precision on the clamping mechanism. The lamp state can be reliably secured, and high-speed movement can be achieved by +-iJ.

よ1)で、高速移動、高速応答化が達成される。In step 1), high-speed movement and high-speed response are achieved.

この際、請求項2記載の発明によれは、各々のユニット
が同一平面内に組込まれ、かつ、変位方向も同一平面内
であるので、非常に薄型のものとなる。
In this case, according to the invention as claimed in claim 2, each unit is assembled in the same plane, and the displacement direction is also in the same plane, so that the device becomes very thin.

さらに、請求項3記載の発明によれば、移動用ユニット
の変位拡大機構が折返し構造によるため、幅方向の寸法
が小さいながら、大きい拡大変位が得られる。
Furthermore, according to the third aspect of the invention, since the displacement magnification mechanism of the moving unit has a folded structure, a large magnification displacement can be obtained even though the dimension in the width direction is small.

また、請求項4記載の発明によれば、クランプ用ユニッ
トと移動用ユニットとの変位拡大機構が一体的構造であ
るので、材料剛性と形状とによって決定される応答性を
持たせることにより、より高速化が可能であり、一体に
よる直結のため、変位ロスも少なくて高効率でもある。
Further, according to the invention as claimed in claim 4, since the displacement magnification mechanism of the clamping unit and the moving unit has an integral structure, it is possible to improve the responsiveness determined by the material rigidity and shape. It is possible to increase the speed, and because it is directly connected in one piece, there is little displacement loss and high efficiency.

この際、請求項5記載の発明によれば、一体止構造にお
いて、さらにクランプ用ユニットの変位拡大機構中のク
ランプ用の固定辺と移動用ユニットの変位拡大機構中の
変位量とが同−辺として形成されているので、より簡単
な構造となる。
In this case, according to the invention set forth in claim 5, in the integral fixing structure, the fixed side for the clamp in the displacement amplifying mechanism of the clamping unit and the displacement amount in the displacement amplifying mechanism of the moving unit are the same side. Since it is formed as , it has a simpler structure.

実施例 請求項]ないし3記載の発明の一実施例を第1図ないし
第5図に基づいて説明する。本実施例は、インチウオー
ム方式の駆動装置として構成したものであり、対向させ
て一対の摺動レール10,11間に1組の移動用ユニッ
ト12とその移動方向両側に配置させた2組のクランプ
用ユニット13゜14とを設けてなる。
Embodiment An embodiment of the invention according to Claims] to 3 will be described based on FIGS. 1 to 5. FIG. This embodiment is configured as an inch worm type drive device, and includes one set of moving units 12 between a pair of sliding rails 10 and 11 facing each other, and two sets of moving units arranged on both sides in the moving direction. Clamp units 13 and 14 are provided.

ここに、クランプ用ユニット13.14はともに同一構
造のものであり、例えば第2図に示すように構成されて
いる。概略的には、電圧印加により変位する積層型圧電
素子による圧電部材15と、この圧電部材15の変位を
拡大する変位拡大機構16とを組合せてなる。この変位
拡大機構16は例えばSK鋼材による矩形状の板状部椙
17(例えば、厚さが1.5〜3 mmのもの)を適宜
前1ユして、固定辺18の両端部より片側方向に変位量
19.20を形成してなり、変位量19.20間に圧電
部材15が接着部21にて接着固定される。
The clamping units 13 and 14 have the same structure, for example, as shown in FIG. 2. Roughly speaking, it is made up of a combination of a piezoelectric member 15 made of a laminated piezoelectric element that is displaced by voltage application, and a displacement amplifying mechanism 16 that magnifies the displacement of the piezoelectric member 15. This displacement magnifying mechanism 16 is constructed by appropriately moving a rectangular plate-shaped part 17 made of SK steel material (for example, one with a thickness of 1.5 to 3 mm) one unit in front of the fixed side 18 in one direction from both ends of the fixed side 18. A displacement amount of 19.20 is formed between the piezoelectric member 15 and the piezoelectric member 15 is adhesively fixed at the adhesive portion 21 between the displacement amount of 19.20.

ここに、圧電部材15単体では80〜100Vの電圧印
加に基づき4〜5μm程度の変位であるが、変位量19
.20の先端にはこれを機械的に拡大した変位量が得ら
れる構造を第2図に示すものである。即ち、板状部材]
7の所定位置にワイヤカット放電加工により円弧状切欠
き22を形成することにより変位量]9.20の基部付
近に変位支点23を設け、圧電部vJ’15が変位した
時にこの変位支点23を中心に変位量19.20の先端
部が拡大変位するものである。第2図に示すような変位
拡大機構16の例であれば、圧電部材15の変位に対し
3〜5倍の変位拡大が容易である。
Here, the displacement of the piezoelectric member 15 alone is about 4 to 5 μm based on the application of a voltage of 80 to 100 V, but the amount of displacement 19
.. A structure in which a mechanically expanded displacement amount can be obtained at the tip of the tip 20 is shown in FIG. That is, plate-shaped member]
By forming an arc-shaped notch 22 at a predetermined position of 7 by wire-cut electric discharge machining, a displacement fulcrum 23 is provided near the base of 9.20, and when the piezoelectric part vJ'15 is displaced, this displacement fulcrum 23 is The tip is expanded and displaced at the center with a displacement amount of 19.20. With the example of the displacement magnifying mechanism 16 shown in FIG. 2, it is easy to magnify the displacement by 3 to 5 times the displacement of the piezoelectric member 15.

また、移動用ユニット]2は、例えば第3図に示すよう
に構成されている。概略的には、電圧印加により変位す
る積層型圧電素子による圧電部材24と、この圧電部材
24の変位を拡大する変位拡大機構25とを組合せてな
る。この変位拡大機構25は前述した変位拡大機構16
の場合と同様に例えばSK鋼材による矩形状の板状部材
26(板状部材17と同一厚さ)を適宜加工してなるが
、折返し拡大構造として構成されている。まず、第1固
定辺27の両端部より片側方向に第1変位辺28.29
を円弧状切欠き30.第1変位支点31を伴い形成して
なり、これらの第1変位辺28.29間に圧電部材24
が接着部32にて接着固定される。この場合も、圧電部
材24単体では80〜100Vの電圧印加に基づき4〜
511m程度の変位であるが、この変位は第1変位支点
31を支点として第1変位辺29.30の先端で拡大さ
れる。このような構造は変位拡大機構16の場合と同様
である。しかるに、変位拡大機構25では折返し構造と
しており、第1固定辺27苅向側に第2固定辺33を設
定し、この第2固定辺33の両端部より第1変位辺29
.30とはスリット等により分離結合された第2変位辺
34.35を円弧状切欠き36.第2変位支点37を伴
い形成してなる。これにより、第1変位辺28.29で
の拡大変位が、第2変位支点37を支点として第2変位
辺34.35に折返され、その先端で更に変位拡大され
ることになる(つまり、第1変位辺28.29に対する
圧電素子24の変位が、第2変位辺34.,35に対す
る第1変位辺28.29の変位に相当することになる)
。第3図に示すような変位拡大機構25の例であれば、
圧電部材24の変位に対し第2変位辺34.35の先端
部では5〜10倍の変位拡大が容易である。
Further, the moving unit] 2 is configured as shown in FIG. 3, for example. Roughly speaking, it is made up of a combination of a piezoelectric member 24 made of a laminated piezoelectric element that is displaced by voltage application, and a displacement amplifying mechanism 25 that magnifies the displacement of the piezoelectric member 24. This displacement magnification mechanism 25 is the displacement magnification mechanism 16 described above.
Similarly to the above case, a rectangular plate member 26 (same thickness as the plate member 17) made of, for example, SK steel is suitably processed, but it is configured as a folded and enlarged structure. First, the first displacement side 28.29 is moved in one direction from both ends of the first fixed side 27.
An arcuate notch 30. The piezoelectric member 24 is formed with a first displacement fulcrum 31 between these first displacement sides 28 and 29.
is adhesively fixed at the adhesive part 32. In this case as well, the piezoelectric member 24 alone has 4 to 4
Although the displacement is about 511 m, this displacement is expanded at the tip of the first displacement side 29.30 using the first displacement fulcrum 31 as a fulcrum. Such a structure is similar to that of the displacement magnifying mechanism 16. However, the displacement magnifying mechanism 25 has a folded structure, and a second fixed side 33 is set on the axillary side of the first fixed side 27, and the first displacement side 29 is extended from both ends of the second fixed side 33.
.. The second displacement side 34.35, which is separated and connected to 30 by a slit or the like, is connected to the arcuate notch 36.35. It is formed with a second displacement fulcrum 37. As a result, the enlarged displacement on the first displacement side 28.29 is turned back to the second displacement side 34.35 using the second displacement fulcrum 37 as a fulcrum, and the displacement is further expanded at the tip of the second displacement side 34.35. The displacement of the piezoelectric element 24 with respect to one displacement side 28.29 corresponds to the displacement of the first displacement side 28.29 with respect to the second displacement side 34., 35)
. In the case of an example of the displacement magnifying mechanism 25 as shown in FIG.
The displacement of the piezoelectric member 24 can easily be expanded by 5 to 10 times at the tip of the second displacement side 34.35.

何れにしても、変位拡大機構1.6.25における変位
の応答性は、固有振動数で決まる。ここに、変位部の質
量をM、剛性をKとすると、固有振動数ω。は、基本的
には、ω。=JK/Mで示される。
In any case, the displacement responsiveness of the displacement magnifying mechanism 1.6.25 is determined by the natural frequency. Here, if the mass of the displacement part is M and the rigidity is K, the natural frequency ω is. Basically, ω. =JK/M.

この固有振動数ω。を高くするためには、板状部材1.
7.26の材料の縦弾性係数E、比例限度σの大きい材
料として本実施例のようにSK鋼材や、この他、炭素鋼
、高張力鋼材等を用いればよい。
This natural frequency ω. In order to increase the height of the plate member 1.
As a material having a large longitudinal elastic modulus E of 7.26 and a large proportional limit σ, SK steel as in this embodiment, carbon steel, high tensile strength steel, etc. may be used.

また、円弧状切欠き2,30.36の半径、変位支点2
3,31.37の厚さ、全体の板厚によって、剛性Kが
決まるので、適正な値に設定する必要がある。第2図、
第3図の例であれば、円弧状切欠き2,30.36の半
径として0.5〜2mm、変位支点23,31.37の
厚さ及び全体の板厚を1〜3帥程度の設定により、数k
Hz以」二の応答が可能である。
Also, the radius of the arcuate notch 2, 30.36, the displacement fulcrum 2
Since the rigidity K is determined by the thickness of 3, 31.37 and the overall plate thickness, it is necessary to set it to an appropriate value. Figure 2,
In the example shown in Fig. 3, the radius of the arc-shaped notch 2, 30.36 is set to 0.5 to 2 mm, and the thickness of the displacement fulcrum 23, 31.37 and the overall plate thickness are set to about 1 to 3 mm. Therefore, the number k
Responses below Hz are possible.

このような1組の移動用ユニット12は、第1図に示す
ように、その変位拡大機構26の第1固定辺27が摺動
レール10面」二に位置し、第2固定辺33が摺動レー
ル11面に位置するよう配設される。また、このような
移動用ユニット12の両側に位置する2組のクランプ用
ユニット13゜14は変位拡大機構26の第2変位辺3
4.35に対して各々の変位拡大機構16の固定辺18
が結合されてステップ駆動されるように配設される。
In such a set of moving units 12, as shown in FIG. It is arranged so as to be located on the moving rail 11 surface. In addition, two sets of clamping units 13° 14 located on both sides of the moving unit 12 are connected to the second displacement side 3 of the displacement magnifying mechanism 26.
Fixed side 18 of each displacement magnification mechanism 16 for 4.35
are coupled and arranged to be step-driven.

ここに、第2変位辺34.35と固定辺18との間の結
合は、例えばクランプ用ユニット13,14の固定辺1
8間を板はね等により結合させる方式でもよく、或いは
第2変位辺34.35先端部と固定辺18との間を機械
的に結合させる方式でもよい。何れにしても、第1図(
a)(b)のように、これらのユニット12,13,1
.4は同一平面内に組込まれている。
Here, the connection between the second displacement side 34, 35 and the fixed side 18 is, for example, the fixed side 1 of the clamping units 13, 14.
8 may be coupled by a plate spring or the like, or a method may be employed in which the tips of the second displacement sides 34 and 35 and the fixed sides 18 are mechanically coupled. In any case, Figure 1 (
a) As in (b), these units 12, 13, 1
.. 4 are incorporated in the same plane.

このような構成において、クランプ用ユニット13.1
.4の圧電部材15に電圧を印加すればその変位が変位
拡大機構16により拡大され、第1図中に矢印Aで示す
ようなりランプ変位が摺動レール10.11に作用し、
摺動レール10.11に対しクランプ状態となる(電圧
を印加しない状態ではフリー状態となる)。また、移動
用ユニット12の圧電部材24に電圧を印加すればその
変位が変位拡大機構25により拡大され、第1図中に矢
印Bて示すような拡がり/縮みによる駆動変位が第2変
位辺34.35から両側のクランプ用ユニット13,1
.4の固定辺18に作用する。つまり、全てのユニツ)
12,13,1.4の変位拡大機構16.25の変位方
向A、Bも配置と同じく同一平面内とされている。よっ
て、ユニット12.13.14全体は1〜3耶程度の非
常に薄型のものとなる。特に、移動用ユニット12の変
位拡大機構25は変位支点を2対以」持つ折返し構造に
よるため、大きい変位でありながら、幅方向・1法の小
型のものとなる。
In such a configuration, the clamping unit 13.1
.. When a voltage is applied to the piezoelectric member 15 of 4, its displacement is magnified by the displacement magnifying mechanism 16, and a ramp displacement acts on the sliding rail 10.11 as shown by arrow A in FIG.
It is in a clamped state with respect to the slide rail 10.11 (it is in a free state when no voltage is applied). Further, when a voltage is applied to the piezoelectric member 24 of the moving unit 12, the displacement is magnified by the displacement magnifying mechanism 25, and the drive displacement due to expansion/contraction as shown by arrow B in FIG. .35 to both side clamping units 13,1
.. It acts on the fixed side 18 of 4. In other words, all units)
The displacement directions A and B of the displacement magnifying mechanisms 16.25 of 12, 13, and 1.4 are also in the same plane as in the arrangement. Therefore, the entire unit 12, 13, 14 has a very thin thickness of about 1 to 3 mm. In particular, since the displacement magnifying mechanism 25 of the moving unit 12 has a folded structure having two or more pairs of displacement fulcrums, it is small in width direction and one dimension, although it has a large displacement.

ところで、第1図の構造において印加する信号波形を第
4図に示す、1まず、信号S1 はピーク値が例えば8
0Vなる正弦波又は二角波による電圧信号であって、移
動用ユニット12の圧電部材15に印加される。また、
信号S2は一方のクランプ用ユニツ)・13の圧電部材
24に印加させるパルス電圧信号、信号8つは他方のク
ランプ用ユニット14の圧電部材24に印加させるクラ
ンプパルス電圧信号である。そこで、例えば信号S2が
80V出力でクランプ用ユニット13の変位拡大機構2
5が摺動レール10.11に対しクランプ状態にある時
に信号S1の電圧は上昇期間にあり変位拡大機構16は
広がる動作をする。この時、クランプ用ユニット14の
変位拡大機構25は摺動レール1.0.11に対してフ
リー状態にある。
By the way, the signal waveform applied in the structure of FIG. 1 is shown in FIG. 4. First, the signal S1 has a peak value of, for example, 8.
The voltage signal is a sine wave or a square wave of 0 V, and is applied to the piezoelectric member 15 of the moving unit 12. Also,
Signal S2 is a pulse voltage signal applied to the piezoelectric member 24 of one clamp unit 13, and signal S2 is a clamp pulse voltage signal applied to the piezoelectric member 24 of the other clamp unit 14. Therefore, for example, when the signal S2 is outputted at 80V, the displacement magnifying mechanism 2 of the clamping unit 13
5 is in a clamped state with respect to the slide rail 10.11, the voltage of the signal S1 is in a rising period and the displacement magnification mechanism 16 performs a widening operation. At this time, the displacement magnifying mechanism 25 of the clamping unit 14 is in a free state with respect to the sliding rail 1.0.11.

次いで、信号S1 が」−昇ピークに達した時点で、信
号S2.S、が反転し、信号S3 の80V出力でクラ
ンプ用ユニット14の変位拡大機構25がクランプ状態
となる一方、クランプ用ユニット13の変位拡大機構2
5はクランプ状態からフリー状態に変化する。この期間
は、信号S、の電圧は下降期間にあり変位拡大機構16
は縮む動作をしくよって、クランプ用ユニット13とと
もに右側へ変位する)、下降ピーク点に達すると、クラ
ンプ信号S2.  S、が再び反転し、上記の動作を繰
返す。このような動作の繰返しにより、左側から右側方
向への直線移動動作が行われる。
Then, when the signal S1 reaches its rising peak, the signal S2. S is reversed, and the displacement magnifying mechanism 25 of the clamping unit 14 becomes the clamping state with the 80V output of the signal S3, while the displacement magnifying mechanism 2 of the clamping unit 13
5 changes from a clamped state to a free state. During this period, the voltage of the signal S is in a falling period, and the displacement magnifying mechanism 16
is compressed and is displaced to the right together with the clamping unit 13), and when it reaches the downward peak point, the clamp signal S2. S is inverted again and the above operation is repeated. By repeating such an operation, a linear movement operation from the left side to the right side is performed.

信号S2.  S、の反転タイミングを逆にすれば、右
側から左側へ移動させることができる。
Signal S2. By reversing the inversion timing of S, it is possible to move from the right side to the left side.

このような信号81〜S、は、第5図に示すような信号
発生回路により生成できる。まず、信号S1 はパルス
信号に同期するように、このパルス信号人力を位相調整
回路40で補+E シた後、正弦波(又は三角波)変換
回路41によりiT:弦波(又は三角波)を発生させ、
これを増幅ドライブ回路42を通して80 vp−1’
)のイ氏出力インピーダンス信号として移動用の圧電部
材15に出力することになる。また、クランプ用信号S
2.S、もパルス信号に同期させて反転させるため、こ
のパルス信号人力を処理して生成するが、S2.S3と
で反転特性とさせるためのゲート回路43が設けられ、
かつ、移動方向に応じてその動作を反転させるために切
換え信号H/ Lを人力させる移動方向切換え端子44
がゲート回路43に接続されている。
Such signals 81-S can be generated by a signal generating circuit as shown in FIG. First, the pulse signal is compensated by the phase adjustment circuit 40 so that the signal S1 is synchronized with the pulse signal, and then a sine wave (or triangular wave) is generated by the sine wave (or triangular wave) conversion circuit 41. ,
This is passed through the amplification drive circuit 42 to 80 vp-1'
) will be output to the moving piezoelectric member 15 as an output impedance signal. In addition, the clamp signal S
2. S2 is also generated by processing this pulse signal manually in order to invert it in synchronization with the pulse signal. A gate circuit 43 is provided for inverting characteristics with S3,
In addition, a movement direction switching terminal 44 for manually applying a switching signal H/L to reverse the operation depending on the movement direction.
is connected to the gate circuit 43.

そして、ゲート回路43で2分された出力が、方では3
個のパワーMO3FETからなるドライブ回路45によ
り80Vの低出力インピーダンス信号=信号S2として
クランプ用ユニット13の圧電部材24に出力される。
Then, the output divided into two by the gate circuit 43 is divided into three parts.
A drive circuit 45 consisting of three power MO3FETs outputs a low output impedance signal of 80V to the piezoelectric member 24 of the clamping unit 13 as a signal S2.

他方では、同じく3個のパワーMO3FETからなるド
ライブ回路46により80Vの低出力インピーダンス信
号信号S3としてクランプ用ユニット14の圧電部材2
4に出力される。なお、端子44がHレベルの時に左→
右方向の移動となり、■、レベルの時に右→左方向の移
動となる。
On the other hand, the piezoelectric member 2 of the clamping unit 14 is output as an 80V low output impedance signal S3 by the drive circuit 46, which also consists of three power MO3FETs.
4 is output. In addition, when the terminal 44 is at H level, the left →
The movement is to the right, and when the level is ■, the movement is from right to left.

このような構成、制御により、例えば移動用の圧電部材
15の変位量を4μm、変位拡大機構16による変位拡
大量を5倍、駆動周波数を1.0 k Hl、効率80
%とした時、ユニット12,13゜14は160mm/
secの移動速度で移動する。また、移動用の圧電部材
15に印加する電圧を低下させることにより、■ステッ
プ当りの移動量の値を極く微小まで可変でき、高分解能
化し得ることは、従来からの圧電式のものと同様である
With such a configuration and control, for example, the displacement amount of the moving piezoelectric member 15 can be 4 μm, the displacement magnification amount by the displacement magnification mechanism 16 can be increased five times, the driving frequency can be 1.0 kHl, and the efficiency can be 80.
When expressed as %, units 12, 13゜14 are 160mm/
Moves at a speed of sec. In addition, by lowering the voltage applied to the piezoelectric member 15 for movement, the value of the amount of movement per step can be varied to an extremely small degree, and high resolution can be achieved, similar to the conventional piezoelectric type. It is.

第6図は移動用ユニット12における変位拡大機構の変
形例を示し、固定辺50を中間部に設定し、この固定辺
5oの両端から両側に変位辺51゜52.53.54を
形成したものである。55が円弧状切欠き、56が変位
支点である。
FIG. 6 shows a modification of the displacement magnification mechanism in the moving unit 12, in which the fixed side 50 is set in the middle part, and displacement sides 51° 52, 53, 54 are formed on both sides from both ends of this fixed side 5o. It is. 55 is an arcuate notch, and 56 is a displacement fulcrum.

また、第7図はクランプ用ユニット1.3.14の変位
拡大機構16につき、変位辺20のみを有効とさせた片
側辺構造として変形例を示す。即ち、第2図中の変位辺
19に対応する円弧状切欠き22及び変位支点23をな
くしたものである。そして、このような変位辺19とし
て作用しなくなった辺側に、移動用ユニット13.14
における第2変位辺34.35の先端側を対応させてな
り、動作が安定する。このような片側変位辺構造は、移
動用ユニット12の変位拡大機構25について同様に適
用してもよい。第8図はこの変形例を示す。この場合は
、片側のみであり、変位支点31゜37も2対(=4個
)ではなく、2個とされている。
Further, FIG. 7 shows a modification of the displacement magnifying mechanism 16 of the clamping unit 1.3.14 in which only the displacement side 20 is made effective. That is, the arc-shaped notch 22 and the displacement fulcrum 23 corresponding to the displacement side 19 in FIG. 2 are eliminated. Then, a moving unit 13.14 is placed on the side that no longer functions as the displacement side 19.
The tip sides of the second displacement sides 34 and 35 are made to correspond to each other, thereby stabilizing the operation. Such a one-sided displacement side structure may be similarly applied to the displacement magnification mechanism 25 of the moving unit 12. FIG. 8 shows this modification. In this case, it is only on one side, and the number of displacement fulcrums 31.degree. 37 is also two instead of two pairs (=four).

つづいて、請求項4記載の発明の実施例を第9図ないし
第13図により説明する。本実施例は、クランプ用ユニ
ット13.14と移動用ユニット12との各変位拡大機
構16.25を厚さ1〜3胛程度の1枚の板状部材60
のワイヤカット放電加工等による適宜の切欠き構造によ
り一体的に形成したものである。
Next, an embodiment of the invention according to claim 4 will be described with reference to FIGS. 9 to 13. In this embodiment, each displacement magnifying mechanism 16.25 of the clamping unit 13.14 and the moving unit 12 is mounted on a single plate member 60 with a thickness of about 1 to 3 pieces.
It is integrally formed with an appropriate notch structure by wire cut electrical discharge machining or the like.

まず、第9図は、移動用の変位拡大機構16とその両側
に位置するクランプ用の変位拡大機構25とを、円弧状
切欠き61により結合させてなるインチウオーム方式用
の構造を示す。これは、変位辺28.29のみで変位辺
3/1.35はない構造の例である。
First, FIG. 9 shows a structure for an inchworm system in which a moving displacement amplifying mechanism 16 and clamping displacement amplifying mechanisms 25 located on both sides thereof are connected by an arcuate notch 61. This is an example of a structure where there is only the displacement side 28.29 and no displacement side 3/1.35.

第10図は移動用の変位拡大機構16に第3図の場合と
同様に、第1変位辺28.29と第2変位辺34.35
とを持たせた折返し構造の例を示し、第9図構造よりも
大きな変位拡大量が得られる。
In FIG. 10, the displacement magnifying mechanism 16 for movement has a first displacement side 28.29 and a second displacement side 34.35, as in the case of FIG.
An example of a folded structure is shown in which a larger amount of displacement expansion than the structure shown in FIG. 9 can be obtained.

第11図は、請求項5記載の発明に相当する実施例で、
移動用の変位辺28.29とクランプ用の固定辺18と
を兼用させたものである。即ち、クランプ用ユニット1
3.I/Iの変位拡大機構16中の固定辺18と移動用
ユニット12の変位拡大機構25中の変位辺28.29
 (変位辺34゜35はない構造)とを同−辺により形
成したものである。よって、より簡単な構造となる。
FIG. 11 shows an embodiment corresponding to the invention set forth in claim 5,
The displacement sides 28 and 29 for movement and the fixed side 18 for clamping are used as both. That is, the clamping unit 1
3. Fixed side 18 in the displacement magnification mechanism 16 of I/I and displacement side 28, 29 in the displacement magnification mechanism 25 of the moving unit 12
(A structure in which the displacement sides 34 and 35 are not present) are formed by the same sides. Therefore, the structure becomes simpler.

第12図も請求項5記載の発明に相当する実施例で、第
10図の構成をベースとし、移動用の変位辺34.35
とクランプ用の固定辺18とを兼用させたものである。
FIG. 12 also shows an embodiment corresponding to the invention set forth in claim 5, which is based on the configuration of FIG.
This also serves as the fixed side 18 for clamping.

これらは摺動レール10,111に搭載されてリニアモ
ータとなる。例えば、第13図は第12図構造のものを
搭載した例を示す。駆動制御は、第4図及び第5図によ
り示した場合と同様でよい。
These are mounted on sliding rails 10 and 111 to form a linear motor. For example, FIG. 13 shows an example in which the structure shown in FIG. 12 is mounted. The drive control may be similar to that shown in FIGS. 4 and 5.

本実施例によれば、クランプ用と移動用との変位拡大機
構が板ばね等による連結ではなく、板状部′vJ60に
よる一体的構造であるため、板状部材60の材料剛性と
形状とによって決定される応答性を持つことになり、−
層の高速化が可能となる。
According to this embodiment, the displacement magnification mechanism for clamping and moving is not connected by a leaf spring or the like, but has an integral structure by the plate-shaped part 'vJ60, so that it depends on the material rigidity and shape of the plate-shaped member 60. will have a responsiveness determined by −
It is possible to speed up the layer.

また、変位ロスのない高効率のものとなる。Moreover, it is highly efficient with no displacement loss.

発明の効果 本発明は、上述したように、請求項1記載の発明では、
対向させた一対の摺動レール間に配置させて、電圧印加
によりクランプ方向に変位する圧電部材とこの圧電部材
の変位を拡大する変位拡大機構とを含む2組以上のクラ
ンプ用ユニットと、電圧印加により移動方向に変位する
圧電部材とこの圧電部拐の変位を拡大する変位拡大機構
とを含む1組以上の移動用ユニットとを設けたので、移
動、クランプとも圧電部材単体の変位による場合よりも
拡大された変位によることになり、クランプ機構につい
て精精密度が要求されることなく確実なりランプ状態を
確保でき、かつ、高速移動が可能となり、よって、リニ
アモータとして高速移動、高速応答化を達成でき、この
際、請求項2記載の発明では、クランプ用ユニットと移
動用ユニットとを同一・平面内に組込み、各々のユニッ
トの変位拡大機構の変位辺の変位方向を前記同一平面内
に設定したので、非常に薄型化でき、また、請求項3記
載の発明では、移動用ユニットの変位拡大機構をその変
位拡大の支点を2個又は2対以上持つ折返し構造とし、
この移動用ユニットの両側にクランプ用ユニットを配置
させたので、大きく拡大変位された移動伸縮を得ること
ができるが、そのための幅方向の(」−法が小さくて済
み、請求項4記載の発明では、クランプ用ユニットと移
動用ユニットとの各変位拡大機構を板状部利の切欠き構
造により一体的に形成したので、材料剛性と形状とによ
って決定される応答性を持たせることができ、より高速
化が可能となり、かつ、一体による直結のため、変位ロ
スも少なくて高効率となり、この際、請求項5記載の発
明では、クランプ用ユニットの変位拡大機構中の固定辺
と移動用ユニットの変位拡大機構中の変位辺とを同−辺
の兼用ににより形成したので、より簡単かつ小型なる構
造とすることができる。
Effects of the Invention As described above, in the invention according to claim 1, the present invention has the following features:
Two or more clamping units disposed between a pair of opposing sliding rails and including a piezoelectric member that is displaced in the clamping direction when a voltage is applied and a displacement magnifying mechanism that magnifies the displacement of the piezoelectric member; Since one or more moving units including a piezoelectric member that is displaced in the moving direction and a displacement magnifying mechanism that magnifies the displacement of the piezoelectric member are provided, both movement and clamping are faster than when the piezoelectric member is displaced alone. Due to the enlarged displacement, the clamping mechanism does not require high precision, ensuring a reliable ramp condition, and high-speed movement is possible, thus achieving high-speed movement and high-speed response as a linear motor. In this case, in the invention according to claim 2, the clamping unit and the moving unit are assembled in the same plane, and the displacement direction of the displacement side of the displacement magnifying mechanism of each unit is set in the same plane. Therefore, it can be made very thin, and in the invention according to claim 3, the displacement amplifying mechanism of the moving unit has a folded structure having two or more pairs of fulcrums for expanding the displacement,
Since the clamping units are arranged on both sides of this moving unit, it is possible to obtain a large expansion and contraction of movement, but the widthwise (''-modulus for this purpose can be small), and the invention according to claim 4 In this case, since the displacement magnification mechanisms of the clamping unit and the moving unit are integrally formed by the notch structure of the plate-shaped part, it is possible to provide responsiveness determined by the material rigidity and shape. It is possible to achieve higher speeds, and because it is directly connected in one piece, there is less displacement loss, resulting in high efficiency. Since the same side is used as the displacement side in the displacement magnification mechanism, a simpler and more compact structure can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第5図は請求項1ないし3記載の発明の一
実施例を示すもので、第1図(a)は全体の正面図、(
b)はその側面図、第2図(a)はクランプ用ユニット
の正面図、(1))はその底面図、第3図(a、)は移
動用ユニットの正面図、(b)はその底面図、第4図は
タイミング波形図、第5図は信号発生回路の回路図、第
6図は移動用ユニットの変形例を示す正面図、第7図(
a)は全体の変形例を示す正面図、(+))はその側面
図、第8図は移動用の変位拡大機構の変形例を示す正面
図、第9図ないし第13図は請求項4記載の発明の一実
施例を示すもので、第9図ないし第12図は各種一体構
造例を示す正面図、第13図は全体の正面図、第14図
は従来例を示す縦断正面図である。 10.1]  摺動レール、12 ・移動用ユニット、
13.14・・クランプ用ユニット、15 ・圧電部材
、16・・・変位拡大機構、18・・・固定辺、19.
20・・・変位辺、23・・・変位支点、24・圧電部
材、25・変位拡大機構、28.29・変位辺、31・
・・変位支点、34.35・・・変位辺、37・・変位
支点、51,52,53.54・・変位辺、56・・変
位支点、60・・・板状部利
1 to 5 show an embodiment of the invention according to claims 1 to 3, and FIG. 1(a) is an overall front view;
b) is its side view, Fig. 2(a) is a front view of the clamping unit, (1)) is its bottom view, Fig. 3(a,) is a front view of the moving unit, and (b) is its A bottom view, FIG. 4 is a timing waveform diagram, FIG. 5 is a circuit diagram of the signal generation circuit, FIG. 6 is a front view showing a modification of the mobile unit, and FIG.
a) is a front view showing a modification of the whole, (+) is a side view thereof, FIG. 8 is a front view showing a modification of the displacement magnification mechanism for movement, and FIGS. 9 to 13 are claims 4 9 to 12 are front views showing various integrated structure examples, FIG. 13 is an overall front view, and FIG. 14 is a longitudinal sectional front view showing a conventional example. be. 10.1] Sliding rail, 12 ・Movement unit,
13.14... Clamping unit, 15 - Piezoelectric member, 16... Displacement magnifying mechanism, 18... Fixed side, 19.
20. Displacement side, 23. Displacement fulcrum, 24. Piezoelectric member, 25. Displacement magnification mechanism, 28. 29. Displacement side, 31.
... Displacement fulcrum, 34.35... Displacement side, 37... Displacement fulcrum, 51, 52, 53.54... Displacement side, 56... Displacement fulcrum, 60... Plate-shaped part benefit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.対向させた一対の摺動レール間に配置させて、電圧
印加によりクランプ方向に変位する圧電部材とこの圧電
部材の変位を拡大する変位拡大機構とを含む2組以上の
クランプ用ユニツトと、電圧印加により移動方向に変位
する圧電部材とこの圧電部材の変位を拡大する変位拡大
機構とを含む1組以上の移動用ユニツトとを設けたこと
を特徴とする圧電式駆動装置。
1. Two or more clamping units disposed between a pair of opposing sliding rails and including a piezoelectric member that is displaced in the clamping direction by applying a voltage, and a displacement magnifying mechanism that magnifies the displacement of the piezoelectric member; 1. A piezoelectric drive device comprising one or more moving units including a piezoelectric member that is displaced in a moving direction by a piezoelectric member and a displacement amplifying mechanism that amplifies the displacement of the piezoelectric member.
2.クランプ用ユニツトと移動用ユニツトとを同一平面
内に組込み、各々のユニツトの変位拡大機構の変位辺の
変位方向を前記同一平面内に設定したことを特徴とする
請求項1記載の圧電式駆動装置。
2. 2. The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the clamping unit and the moving unit are assembled in the same plane, and the displacement direction of the displacement side of the displacement magnifying mechanism of each unit is set in the same plane. .
3.移動用ユニツトの変位拡大機構をその変位拡大の支
点を2個又は2対以上持つ折返し構造とし、この移動用
ユニツトの移動方向両側にクランプ用ユニツトを配置さ
せたことを特徴とする請求項1又は2記載の圧電式駆動
装置。
3. Claim 1 or 2, characterized in that the displacement amplifying mechanism of the moving unit has a folded structure having two or more pairs of fulcrums for expanding the displacement, and clamping units are arranged on both sides of the moving unit in the moving direction. 2. The piezoelectric drive device according to 2.
4.クランプ用ユニツトと移動用ユニツトとの各変位拡
大機構を板状部材の切欠き構造により一体的に形成した
ことを特徴とする請求項1記載の圧電式駆動装置。
4. 2. The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the displacement amplifying mechanisms of the clamping unit and the moving unit are integrally formed by a cutout structure in a plate-like member.
5.クランプ用ユニツトの変位拡大機構中の固定辺と移
動用ユニツトの変位拡大機構中の変位辺とを同一辺によ
り形成したことを特徴とする請求項4記載の圧電式駆動
装置。
5. 5. The piezoelectric drive device according to claim 4, wherein the fixed side of the displacement amplifying mechanism of the clamping unit and the displacement side of the displacement amplifying mechanism of the moving unit are formed by the same side.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110581670A (en) * 2019-09-27 2019-12-17 长春工业大学 A precision linear drive with a clip-on stator

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