JPH0284085A - Piezoelectric motor and driving method thereof - Google Patents
Piezoelectric motor and driving method thereofInfo
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- JPH0284085A JPH0284085A JP1030250A JP3025089A JPH0284085A JP H0284085 A JPH0284085 A JP H0284085A JP 1030250 A JP1030250 A JP 1030250A JP 3025089 A JP3025089 A JP 3025089A JP H0284085 A JPH0284085 A JP H0284085A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えば半導体製造装置や生物細胞操作用の
マイクロマニピュレータ、光学装置の光路制御等の微動
回転を必要とする装置の回転駆動部に適用される圧電モ
ータおよびその駆動方法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is applicable to the rotation drive unit of devices that require fine rotation, such as semiconductor manufacturing equipment, micromanipulators for biological cell manipulation, and optical path control of optical devices. The present invention relates to an applied piezoelectric motor and a method for driving the same.
近年、例えば半導体製造装置の位置決めや光学装置の光
路制御等においては高精度な回転機構が要求されており
、それに伴い、モータと減速機を用いた従来の回転機構
にかわるものとして、圧電素子を用いた回転微動機構の
研究が行われている。In recent years, high-precision rotation mechanisms have been required for, for example, positioning of semiconductor manufacturing equipment and optical path control of optical devices. Research is being conducted on the rotational fine movement mechanism used.
圧電素子を用いた駆動機構には種々の方法があるが、精
度を得ながら回転のような大ストロークの移動を行なう
には、尺取虫形の機構が適している。There are various methods of drive mechanisms using piezoelectric elements, but an inchworm-shaped mechanism is suitable for performing large stroke movements such as rotation while maintaining accuracy.
第14図は例えば特開昭60−118072号に示され
た回転微動機構の構成を示し、第14図(alはその上
面図、第14図中)はその断面図である0図において、
23a、23b、23c、23dは駆動用圧電素子であ
り、それらの一端は固定部26a。FIG. 14 shows the configuration of a rotational fine movement mechanism disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-118072, and FIG. 14 (al is its top view, in FIG. 14) is its cross-sectional view,
23a, 23b, 23c, and 23d are driving piezoelectric elements, one end of which is a fixed part 26a.
26bに、もう一端は可動部21a、21bに固定され
ており、可動部21a、21bはヒンジ部を中心に回転
状に微小変形できる。29は前記ヒンジ部状に設けられ
たピボット軸受であり、回転板24はこのピボットを中
心に回転できる。23e、231は固定用圧電素子であ
り、可動部21a、21b上に固定されて伸縮により回
転板24を拘束解放する構造になっている。26b, and the other end is fixed to the movable parts 21a, 21b, and the movable parts 21a, 21b can be slightly deformed in a rotational manner around the hinge part. 29 is a pivot bearing provided in the shape of the hinge portion, and the rotary plate 24 can rotate around this pivot. Fixed piezoelectric elements 23e and 231 are fixed on the movable parts 21a and 21b and are configured to restrain and release the rotary plate 24 by expansion and contraction.
次に動作について説明する。まず固定用圧電素子231
3を縮長して回転板24を可動部21aに拘束し、次に
駆動用圧電素子の23aを伸長、23bを縮長すれば、
可動部21a及びこれに拘束された回転板24は矢印の
方向に回転する。こののち固定用圧電素子2313を伸
長して回転板4を解放し、駆動用圧電素子の23aを縮
長、23bを伸長すれば可動部21は元の位置に復帰で
きる。Next, the operation will be explained. First, fixing piezoelectric element 231
3 is retracted to restrain the rotary plate 24 to the movable part 21a, and then the drive piezoelectric element 23a is extended and 23b is retracted.
The movable part 21a and the rotary plate 24 restrained by the movable part 21a rotate in the direction of the arrow. Thereafter, the fixing piezoelectric element 2313 is expanded to release the rotating plate 4, and the driving piezoelectric element 23a is retracted and the driving piezoelectric element 23b is expanded, so that the movable part 21 can return to its original position.
以上の動作をくり返すことにより回転部に大角度の回転
を与えることが可能である。又、回転板の反対側に設け
た駆動用圧電素子23c、23dと固定用圧電素子23
f及び可動部21bも前記部分と同様の動作を行なうの
で、1組の装置を交互に動作させることにより回転板の
拘束を失うことなく、回転動作を行なうことが可能とな
る。By repeating the above operations, it is possible to give the rotating part a large angle of rotation. Furthermore, driving piezoelectric elements 23c and 23d and fixing piezoelectric element 23 provided on the opposite side of the rotating plate
Since the movable portion f and the movable portion 21b also operate in the same manner as the aforementioned portions, by alternately operating one set of devices, it is possible to rotate the rotating plate without losing its restraint.
従来の圧電モータは以上のように構成され、尺取虫形の
回転微動機構は回転方向の尺取虫運動と回転部の固定を
別の圧電素子により行なうため、使用する圧電素子の数
が多くなるうえに、回転する部分の変形が必要なため、
圧電素子自体及びその支持、変位の伝達に伴う機構によ
り装置が複雑。Conventional piezoelectric motors are constructed as described above, and the inchworm-shaped rotation fine movement mechanism uses separate piezoelectric elements to perform inchworm movement in the rotational direction and to fix the rotating part, which increases the number of piezoelectric elements used. Because the rotating part needs to be deformed,
The device is complicated due to the piezoelectric element itself, its support, and the mechanisms involved in transmitting displacement.
大型化するという問題点があり、小型の光学装置やマイ
クロマニピュレータ等、小型の駆動装置が要求される分
野に駆動用モータとして使用するのは難しいという問題
点があった。There is a problem in that it is large in size, and it is difficult to use it as a drive motor in fields that require a compact drive device, such as small optical devices and micromanipulators.
こp発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、小型で高精度な回転微動能力を持った圧電モ
ータを得ることを目的とする。This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to obtain a piezoelectric motor that is small and has a highly accurate rotational fine movement ability.
この発明の第1の発明に係る圧電モータは、回転軸ある
いは回転筒と、それぞれ該回転軸外周あるいは回転筒内
に配置され軸の半径方向に伸縮する一対の圧電素子ある
いは圧電積層体を有する1つあるいは複数の剛性の大き
い剛体部と、該剛体部を固定部に固定する剛性の小さい
ばね部とからなり、上記一対の圧電素子あるいは圧電積
層体の一方は上記ば、ね部を伸縮させるために伸縮し、
上記一対の他方は上記ばね部が復元する時のみに上記回
転軸外周あるいは回転筒内周に当接して回動力を該回転
軸あるいは回転筒に伝えるために伸縮するようにしたも
のである。A piezoelectric motor according to a first aspect of the present invention includes a rotating shaft or a rotating cylinder, and a pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates arranged on the outer periphery of the rotating shaft or inside the rotating cylinder and expanding and contracting in the radial direction of the shaft. It consists of one or more rigid body parts with high rigidity and a spring part with low rigidity that fixes the rigid body parts to the fixed part, and one of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates is used to expand and contract the spring part. expands and contracts,
The other of the pair is adapted to expand and contract in order to contact the outer periphery of the rotating shaft or the inner periphery of the rotating cylinder and transmit rotational force to the rotating shaft or the rotating cylinder only when the spring part is restored.
また、この発明の第2の発明に係る圧電モータの駆動方
法は、上記第1の発明の圧電モータを駆動する方法であ
って、上記一対の圧電素子あるいは圧電積層体のうちの
一方による上記回転部への当接から他方による上記回転
部への当接への移行時に、上記ばね部を伸縮させるため
に伸縮する一方を縮長させつつ上記ばね部が復元する時
のみに上記回転部に当接して回動力を該回転部に伝える
他方を伸長させるようにしたものである。Further, a method for driving a piezoelectric motor according to a second invention of the present invention is a method for driving a piezoelectric motor according to the first invention, wherein the rotation by one of the pair of piezoelectric elements or the piezoelectric laminate. When transitioning from contact with one part to contact with the rotating part by the other, one of the elastic parts is contracted and contracted in order to make the spring part expand and contract, and the spring part contacts the rotating part only when the spring part returns to its original state. The other part that contacts and transmits rotational force to the rotating part is extended.
また、この発明の第3の発明に係る圧電モータは、上記
第1の発明の圧電モータにおいて、上記回転軸あるいは
回転筒を支持する軸受として、回転中心軸の平行移動が
可能な軸受を使用し、上記複数の剛体部に設けられた圧
電素子あるいは圧電積層体を伸長することにより、上記
回転軸あるいは回転筒の中心が移動する機能を加えたも
のである。Further, a piezoelectric motor according to a third aspect of the present invention is the piezoelectric motor according to the first aspect, in which a bearing capable of parallel movement of the rotation center axis is used as a bearing supporting the rotation shaft or rotation cylinder. , a function is added in which the rotation axis or the center of the rotation cylinder is moved by expanding the piezoelectric elements or piezoelectric laminates provided on the plurality of rigid body parts.
この発明の第1の発明においては、駆動力としてばねを
用い、隣接する圧電素子あるいは圧電積層体の一方を上
記ばね部を伸縮させるために、他方を上記ばね部が復元
する際に回転軸外周あるいは回転筒内周に当接して回動
力を伝えるために用いる構成としたから、従来の圧電素
子を利用した回転微動装置で用いられていた回転部を固
定する圧電素子を省略でき、また回転部分が変形しない
ため、小型で構造が単純な回転微動を行なえる圧電モー
タが得られる。In the first aspect of the present invention, a spring is used as a driving force, and in order to cause one of the adjacent piezoelectric elements or piezoelectric laminates to expand and contract with the spring part, the other is moved around the outer periphery of the rotating shaft when the spring part returns to its original position. Alternatively, since the structure is used to transmit rotational force by contacting the inner circumference of the rotating cylinder, it is possible to omit the piezoelectric element that fixes the rotating part used in conventional rotary fine movement devices using piezoelectric elements, and the rotating part Since the piezoelectric motor does not deform, it is possible to obtain a piezoelectric motor that is small and has a simple structure and can perform fine rotational movements.
また、この発明の第2の発明においては、上記一対の圧
電素子あるいは圧電積層体の一方による上記回転部への
当接から他方による上記回転部への当接への移行時に、
一方の縮長と他方の伸長を連動させて動作するようにし
たから、軸の表面にすべりを生じることを抑えることが
でき、モータの特性、信げ性を向上できる。Further, in the second aspect of the present invention, at the time of transition from contact of one of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates to the rotating part to contact of the other of the pair of piezoelectric elements or the piezoelectric laminate to the rotating part,
Since the contraction of one side and the expansion of the other side are operated in conjunction with each other, it is possible to suppress slippage on the surface of the shaft, and improve the characteristics and reliability of the motor.
また、この発明の第3の発明においては、第1の発明の
圧電モータの回転軸あるいは回転筒を支持する軸受とし
て、回転中心軸の平行移動が可能な軸受を使用し、圧電
素子あるいは圧電積層体を伸長することにより、回転軸
あるいは回転筒の中心を移動できる構成としたから、高
精度な回転に加えて高精度な直動を行なうことが可能と
なる。Further, in the third aspect of the present invention, a bearing capable of parallel movement of the rotation center axis is used as a bearing for supporting the rotating shaft or rotating cylinder of the piezoelectric motor of the first invention, and the piezoelectric element or piezoelectric laminated By extending the body, the rotating axis or the center of the rotating cylinder can be moved, so in addition to highly accurate rotation, it is also possible to perform highly accurate linear motion.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の発明の一実施例による圧電モー
タの構成を示す図、第2図は第1図に示す実施例の動作
原理を示す図であり、図においてla、lbは剛体部、
2a、2b、2c、2dはばね部、3a、3b、3c、
3dは圧電素子、4は回転軸である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a piezoelectric motor according to an embodiment of the first invention, and FIG. 2 is a diagram showing the operating principle of the embodiment shown in FIG. 1. In the figure, la and lb are rigid body part,
2a, 2b, 2c, 2d are spring parts, 3a, 3b, 3c,
3d is a piezoelectric element, and 4 is a rotating shaft.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
第2図(a)の状態では4つの圧電素子3a、3b。In the state shown in FIG. 2(a), there are four piezoelectric elements 3a and 3b.
3c、3dは縮長しており、回転軸4とは離れているか
軽く接触している6次に圧電素子3a、3Cを伸長すれ
ば、剛体部1a、lbは圧電素子3a、3cの変位によ
り上下方向に移動するとともにその発生力よりばね部2
b、2dを伸ばして第2図(b)に示す状態となり、こ
の時剛体部1a、1bの変位に伴って圧電素子3b、3
dは上下に変位する0次に圧電素子3b、3dを伸長し
て回転軸を拘束すれば第2図(C1に示す状態になるが
、この時圧電素子3b、3dの回転軸4上の円周面の位
置は第2図(a)の状態に比べて回転変位している。3c and 3d are contracted, and if the sixth piezoelectric elements 3a and 3C, which are separated from or in slight contact with the rotating shaft 4, are expanded, the rigid body parts 1a and lb will change due to the displacement of the piezoelectric elements 3a and 3c. As it moves in the vertical direction, the spring part 2 due to the generated force
b, 2d are stretched to reach the state shown in FIG. 2(b), and at this time, piezoelectric elements 3b, 3
d is a circle on the rotation axis 4 of the piezoelectric elements 3b, 3d. The position of the circumferential surface is rotationally displaced compared to the state shown in FIG. 2(a).
ここで圧電素子3a、3cを縮長すれば剛体部1a、l
bの上下方向の拘束は解放され、ばね部2b、2dが縮
むとともに回転軸4が矢印の方向に回転して第2図(d
)の状態になる。こののち圧電素子3a、3cを中立位
置に戻すことにより1サイクルが完了する0以上に述べ
た圧電素子3a、3Cと3b、3dの伸縮のパターンを
第3図に示す。Here, if the piezoelectric elements 3a, 3c are shortened, the rigid body parts 1a, l
The vertical restraint of b is released, the spring parts 2b and 2d contract, and the rotating shaft 4 rotates in the direction of the arrow as shown in Fig. 2(d).
). Thereafter, one cycle is completed by returning the piezoelectric elements 3a, 3c to their neutral positions.The expansion and contraction patterns of the piezoelectric elements 3a, 3C, 3b, and 3d described above are shown in FIG.
以上の動作を繰り返すことにより大角度さらに多回転の
回転が可能であり、また以上の動作における圧電素子3
a、3cと3b、3dをいれかえて動作させることによ
り逆方向に回転することもできる。By repeating the above operations, it is possible to rotate the piezoelectric element 3 through a large angle and through multiple rotations.
It is also possible to rotate in the opposite direction by switching a, 3c and 3b, 3d.
以上に述べた説明は、本発明による圧電モータの基本的
な動作を示したものであるが、上述のパターンには、軸
と圧電素子接触部に大きな摩擦を伴う部分がある。第3
図における(bl〜(C)および<c>〜(dlの区間
がそれに相当し、一方の圧電素子が伸長した状態でもう
一方の圧iI素子が伸縮するときにすべりが発生し、摩
擦により軸の回転量や回転トルクが減少し、また軸の摩
耗がおきる。Although the above description shows the basic operation of the piezoelectric motor according to the present invention, the above-mentioned pattern includes a portion where a large amount of friction occurs between the shaft and the piezoelectric element contact portion. Third
The sections (bl~(C) and <c>~(dl) in the figure correspond to this, and slipping occurs when one piezoelectric element is expanded and the other piezoelectric element expands and contracts, and friction causes the shaft to The amount of rotation and rotational torque will decrease, and the shaft will wear out.
このすべりをなくすには軸回周上での接触点間の距離が
変化せずに剛体部が移動するような動作パターンを与え
ればよい。第4図は本発明の第2の発明の一実施例によ
る圧電モータの駆動方法の動作パターンを示す図である
。この図に示すように、本実施例では第2図(blより
(dlへ移行するのに、圧電素子3a、3cを縮長させ
つつ圧電素子3b。In order to eliminate this slippage, it is sufficient to provide an operation pattern in which the rigid body portion moves without changing the distance between the contact points on the rotation of the shaft. FIG. 4 is a diagram showing an operation pattern of a piezoelectric motor driving method according to an embodiment of the second aspect of the present invention. As shown in this figure, in this embodiment, in order to move from FIG.
3dを伸長させるように駆動している。このためこの区
間では圧電素子と回転軸との接触点にすべりは生じない
、また第2図(dlから第2図(a)への移行時にはす
べりが生ずるが、このときの押付力は0でありトルクの
減少、軸の摩耗は生じない。It is driven to extend 3d. Therefore, no slipping occurs at the contact point between the piezoelectric element and the rotating shaft in this section, and slipping occurs when transitioning from Fig. 2 (dl to Fig. 2 (a)), but the pressing force at this time is 0. Yes, there will be no reduction in torque or wear on the shaft.
第5図は第1図に示す実施例による圧電モータの具体的
な構成の一例を示す図であり、図において、1は駆動板
、3は圧電素子、5は圧電素子と駆動板内壁に圧縮固定
する圧縮ねしであり、駆動板1は固定板7を介して、固
定ねじ8により固定部6に取り付けられている。固定板
7及び固定部6には回転軸4支持のため軸受が設けられ
ている。FIG. 5 is a diagram showing an example of a specific configuration of the piezoelectric motor according to the embodiment shown in FIG. This is a compression screw for fixing, and the driving plate 1 is attached to the fixing part 6 via the fixing plate 7 with fixing screws 8. A bearing is provided on the fixed plate 7 and the fixed part 6 to support the rotating shaft 4.
第6図は第5図の駆動板1の構造を示す図であり、図に
示すように駆動板lは剛体部11a、11bとばね部1
2a、12b、12c、12d及び固定部6による支持
のための支持部13a、13bが一体となった構造であ
る。それぞれの剛体11a、llbには圧電素子を収納
するための座が2つ設けられており、座の部分の駆動板
内周の厚みは圧電素子の伸長を妨げないよう薄肉となっ
ている。またばね部12 a、 12 b、 12
c、 12dは長方形断面の梁の曲げ変形を利用し
たもので、特定の断面形状を与えることにより第2図に
示すように剛体部が平行移動するような変形を行なうよ
う工夫しである。FIG. 6 is a diagram showing the structure of the drive plate 1 shown in FIG.
2a, 12b, 12c, 12d and supporting parts 13a, 13b for support by the fixing part 6 are integrated. Each of the rigid bodies 11a, llb is provided with two seats for housing the piezoelectric elements, and the inner circumference of the drive plate at the seats is thin so as not to hinder the expansion of the piezoelectric elements. Moreover, the spring parts 12 a, 12 b, 12
12d and 12d utilize the bending deformation of a beam with a rectangular cross section, and by giving a specific cross-sectional shape, the rigid body part is deformed in parallel as shown in FIG.
第7図〜第11図はそれぞれこの発明の他の実施例を示
す図であり、これら図において、第1図と同一符号は同
一または相当部分である。7 to 11 are views showing other embodiments of the present invention, and in these figures, the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same or corresponding parts.
第7図に示す実施例は第1図の実施例において対向する
圧電素子の片側を省略した場合で、本発明による圧電モ
ータのうちで最小構成のものを構成できる。また第8図
は圧電素子が3組の構成を示したものであり、このよう
に使用される圧電素子の組の数が異なっても同様の効果
がある。The embodiment shown in FIG. 7 is obtained by omitting one side of the opposing piezoelectric elements in the embodiment shown in FIG. 1, and can constitute the smallest piezoelectric motor of the present invention. Further, FIG. 8 shows a configuration in which three sets of piezoelectric elements are used, and the same effect can be obtained even if the number of sets of piezoelectric elements used is different.
また第9図、第10図に示すように、ばね部に相当する
部分の形状を変更しても同様の効果があることは言うま
でもなく、また第11図に示すように、円筒14の内面
を駆動する形式にすることもできる。Furthermore, as shown in FIGS. 9 and 10, it goes without saying that the same effect can be obtained by changing the shape of the portion corresponding to the spring portion, and as shown in FIG. It can also be in a driven format.
さらに上述の実施例では回転軸4及び円筒14が回転す
るものとして説明したが、軸4あるいは円筒14側を固
定して駆動板1側を回転させることができるのは言うま
でもない。Further, in the above embodiment, the rotary shaft 4 and the cylinder 14 were described as rotating, but it goes without saying that the shaft 4 or the cylinder 14 side can be fixed and the drive plate 1 side can be rotated.
ところで、半導体製造装置等の精密位置決め装置では、
高精度な回転に加えて高精度な直動を要求される場合が
多い、この直動運動は粗動用のXY子テーブル圧電素子
等の微動用アクチュエータを組合わせて実現されるが、
これに回転機構を加えると装置がさらに大型・複雑にな
るという問題点があった。By the way, in precision positioning equipment such as semiconductor manufacturing equipment,
In addition to high-precision rotation, high-precision linear motion is often required. This linear motion is achieved by combining fine motion actuators such as XY child table piezoelectric elements for coarse motion.
There was a problem in that adding a rotation mechanism to this would make the device even larger and more complicated.
第12図は本発明の第3の発明の一実施例による圧電モ
ータの構成を示す図、第13図は第12図に示す実施例
の動作原理を示す図であり、図において、第1図、第5
図と同一符号は同−又は相当部分であり、9は軸受、1
0は軸受9を固定部6に保持する弾性支持棒である。FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a piezoelectric motor according to an embodiment of the third aspect of the present invention, and FIG. 13 is a diagram showing the operating principle of the embodiment shown in FIG. , 5th
The same reference numerals as in the figure indicate the same or equivalent parts, 9 is the bearing, 1
0 is an elastic support rod that holds the bearing 9 on the fixed part 6.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
第13図(a)の状態では4つの圧電素子3a、3b、
3c、3dは縮長しており、回転軸4とは離れているか
、軽く接触している0次に(b)の状態のように、圧電
素子3aを伸長すれば、回転軸4の軸受9が弾性支持に
なっているため、回転軸4は圧電素子4に押されて下に
移動する。同様に圧電素子3b、3c、3dを伸長した
場合もそれぞれの方向に回転軸4は移動するので、圧電
素子3a。In the state shown in FIG. 13(a), there are four piezoelectric elements 3a, 3b,
3c and 3d are contracted, and if the piezoelectric element 3a is expanded, as in the state shown in the zeroth order (b), where it is either away from the rotating shaft 4 or in slight contact with it, the bearing 9 of the rotating shaft 4 Since it is elastically supported, the rotating shaft 4 is pushed by the piezoelectric element 4 and moves downward. Similarly, when the piezoelectric elements 3b, 3c, and 3d are expanded, the rotating shaft 4 moves in each direction, so the piezoelectric element 3a.
3b、3c、3dを操作することにより回転軸の中心の
位置を操作できる。なお、回転軸4が移動するときに傾
かないようにするため、圧電素子3a、3b、3c、3
dが作用する力が二つの軸受に等しく作用するよう、軸
受の位置と弾性支持棒のばね定数は調整しである。By operating 3b, 3c, and 3d, the position of the center of the rotation axis can be controlled. In addition, in order to prevent the rotating shaft 4 from tilting when moving, the piezoelectric elements 3a, 3b, 3c, 3
The position of the bearings and the spring constant of the elastic support rod are adjusted so that the force exerted by d acts equally on the two bearings.
このように本実施例では、回転軸を支持する軸受9を、
回転中心軸の平行移動を可能とするように固定部6に弾
性支持棒10で保持した構成としたから、剛体部に設け
られた圧電素子の中で、回転中心軸を中心に対向して配
置した圧電素子を差動で伸縮することにより、圧電素子
の動きにつれて回転中心軸を平行移動することができる
。従って本実施例による圧電モータを用いることにより
、高精度な回転に加えて高精度な直動を行なうことが可
能な半導体製造装置等の精密位置決め装置を極めて小型
化できる。In this way, in this embodiment, the bearing 9 that supports the rotating shaft is
Since the configuration is such that the rotation center axis is held by the elastic support rod 10 on the fixed part 6 to enable parallel movement, the piezoelectric elements provided in the rigid body part are arranged facing each other around the rotation center axis. By differentially expanding and contracting the piezoelectric element, the center axis of rotation can be moved in parallel as the piezoelectric element moves. Therefore, by using the piezoelectric motor according to this embodiment, a precision positioning device such as a semiconductor manufacturing device that can perform not only high-precision rotation but also high-precision linear motion can be extremely miniaturized.
以上のように、この発明の第1の発明によれば圧電モー
タにおいて、駆動力としてばねを用い、隣接する圧電素
子あるいは圧電積層体の一方を上記ばね部を伸縮させる
ために、他方を上記ばね部が復元する際に回転軸外周あ
るいは回転筒内周に当接して回動力を伝えるために用い
る構成としたから、従来の圧電素子を利用した回転微動
装置で用いられていた回転部を固定する圧電素子を省略
でき、また回転する部分の変形がないので、小型で構造
が単純な、回転微動を行なえる圧電モータが得られる効
果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, in the piezoelectric motor, a spring is used as a driving force, and in order to cause one of the adjacent piezoelectric elements or piezoelectric laminates to expand and contract the spring part, the other is moved by the spring part. When the rotating part is restored, it comes into contact with the outer periphery of the rotating shaft or the inner periphery of the rotating cylinder to transmit rotational force, so it fixes the rotating part that was used in conventional rotary fine movement devices using piezoelectric elements. Since the piezoelectric element can be omitted and there is no deformation of the rotating part, it is possible to obtain a piezoelectric motor that is small in size, has a simple structure, and can perform fine rotational movements.
また、この発明の第2の発明によれば上記第1の発明に
よる圧電モータを駆動する圧電モータの駆動方法におい
て、一対の圧電素子あるいは圧電積層体の一方による上
記回転部への当接から他方による上記回転部への当接へ
の移行時に、一方の縮長と他方の伸長を連動させるよう
にしたから、軸のまわりに発生するすべりをなくするこ
とができ、モータの特性を向上できる効果がある。According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric motor driving method for driving the piezoelectric motor according to the first aspect, one of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates is brought into contact with the rotating portion by the other. Since the contraction of one side and the expansion of the other side are linked during the transition to contact with the rotating part, it is possible to eliminate slippage that occurs around the shaft, which has the effect of improving the characteristics of the motor. There is.
また、この発明の第3の発明によれば上記第1の発明と
同様の基本構成を有する圧電モータにおいて、回転軸あ
るいは回転筒を支持する軸受に、回転中心軸の平行移動
が可能な軸受を使用したから、剛体部に設けられた圧電
素子を伸長することにより、回転軸の中心を移動するこ
とができ、このためこの圧電モータを用いることにより
、高精度な回転に加えて高精度な直動を行なうことが可
能な半導体製造装置等の精密位置決め装置を極めて小型
化できる効果がある。According to a third aspect of the present invention, in a piezoelectric motor having the same basic configuration as the first aspect, the bearing supporting the rotating shaft or the rotating cylinder is provided with a bearing capable of parallel movement of the central axis of rotation. Since the piezoelectric motor is used, the center of the rotation axis can be moved by extending the piezoelectric element provided on the rigid body. Therefore, by using this piezoelectric motor, it is possible to perform high-precision rotation as well as high-precision rotation. This has the effect of making it possible to extremely downsize precision positioning devices such as semiconductor manufacturing equipment that can perform motions.
第1図はこの発明の第1の発明の一実施例による圧電モ
ータの基本構成を示す図、第2図は第1図の実施例の基
本動作を説明するための図、第3図は第2図に示す基本
動作における圧電素子の動作パターンの一例を示す図、
第4図は本発明の第2の発明の一実施例による圧電モー
タの駆動方法における圧電素子の動作パターンを示す図
、第5図は第1図の圧電モータの具体的構成を示す図、
第6図は第5図の駆動板の構成を示す図、第7図〜第1
1図は本発明の第1の発明の他の実施例を示す図、第1
2図は本発明の第3の発明の一実施例による圧電モータ
の構成を示す図、第13図は第12図の実施例の動作を
示す図、第14図は従来の回転微動機構を示す図である
。
1は駆動板、1aは第1の剛体部、1bは第2の剛体部
、2a〜2dは第1〜第4のばね部、3は圧電素子、4
は回転軸、5は圧縮ねじ、6は固定部、7は固定板、8
は固定ねじ、9は軸受、10は弾性支持棒。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a piezoelectric motor according to an embodiment of the first invention of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the basic operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG. A diagram showing an example of the operation pattern of the piezoelectric element in the basic operation shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an operation pattern of a piezoelectric element in a method for driving a piezoelectric motor according to an embodiment of the second aspect of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration of the piezoelectric motor in FIG. 1.
Figure 6 is a diagram showing the configuration of the drive plate in Figure 5, Figures 7 to 1
Figure 1 is a diagram showing another embodiment of the first invention of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a piezoelectric motor according to an embodiment of the third aspect of the present invention, FIG. 13 is a diagram showing the operation of the embodiment of FIG. 12, and FIG. 14 is a diagram showing a conventional rotation fine movement mechanism. It is a diagram. 1 is a drive plate, 1a is a first rigid body part, 1b is a second rigid body part, 2a to 2d are first to fourth spring parts, 3 is a piezoelectric element, 4
is a rotating shaft, 5 is a compression screw, 6 is a fixed part, 7 is a fixed plate, 8
9 is a fixing screw, 9 is a bearing, and 10 is an elastic support rod. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (3)
の半径方向に伸縮する一対の圧電素子あるいは圧電積層
体を有する1つあるいは複数の剛性の大きい剛体部と、 該剛体部を固定部に固定する剛性の小さいばね部とから
なる圧電モータであって、 上記一対の圧電素子あるいは圧電積層体の一方は上記ば
ね部を伸縮させるために伸縮するものであり、上記一対
の他方は上記ばね部が復元する時のみに上記回転軸外周
あるいは回転筒内周に当接して回動力を該回転軸あるい
は回転筒に伝えるために伸縮するものであることを特徴
とする圧電モータ。(1) A rotating shaft or a rotating cylinder, and one or more rigid parts having a pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates arranged on the outer periphery of the rotating shaft or the inner periphery of the rotating cylinder and expanding and contracting in the radial direction of the shaft, respectively. and a spring portion with low rigidity that fixes the rigid body portion to a fixed portion, wherein one of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates expands and contracts in order to expand and contract the spring portion. , the other of the pair expands and contracts in order to contact the outer periphery of the rotating shaft or the inner periphery of the rotating cylinder and transmit rotational force to the rotating shaft or the rotating cylinder only when the spring part is restored. piezoelectric motor.
タの駆動方法であって、上記一対の圧電素子あるいは圧
電積層体のうち一方による上記回転部への当接から他方
による上記回転部への当接への移行時に、上記ばね部を
伸縮させるために伸縮する一方を縮長させつつ上記ばね
部が復元する時のみに上記回転部に当接して回動力を回
転部に伝える他方を伸長させることを特徴とする圧電モ
ータの駆動方法。(2) A piezoelectric motor driving method for driving a piezoelectric motor according to claim 1, wherein one of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates contacts the rotating part and the other of the pair of piezoelectric elements or piezoelectric laminates contacts the rotating part. When transitioning to contact, one of the elastic parts is contracted in order to expand and contract the spring part, while the other part that contacts the rotating part and transmits rotational force to the rotating part is expanded only when the spring part is restored. A method for driving a piezoelectric motor, characterized in that:
回転軸あるいは回転筒を支持する、回転中心軸の平行移
動が可能な軸受を備え、 上記の複数の剛体部に設けられた圧電素子あるいは圧電
積層体を伸長することにより、上記回転軸あるいは回転
筒の中心が移動することを特徴とする圧電モータ。(3) The piezoelectric motor according to claim 1, further comprising a bearing that supports the rotating shaft or the rotating cylinder and allows the rotation center axis to move in parallel, and includes piezoelectric elements or piezoelectric elements provided on the plurality of rigid body parts. A piezoelectric motor characterized in that the rotating shaft or the center of the rotating tube moves by expanding the laminate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030250A JPH0284085A (en) | 1988-06-13 | 1989-02-09 | Piezoelectric motor and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14628188 | 1988-06-13 | ||
| JP63-146281 | 1988-06-13 | ||
| JP1030250A JPH0284085A (en) | 1988-06-13 | 1989-02-09 | Piezoelectric motor and driving method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0284085A true JPH0284085A (en) | 1990-03-26 |
Family
ID=26368569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1030250A Pending JPH0284085A (en) | 1988-06-13 | 1989-02-09 | Piezoelectric motor and driving method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0284085A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020520619A (en) * | 2017-05-15 | 2020-07-09 | シャン, バオシャンSHAN, Baoxiang | Loop band device configured for exercise |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP1030250A patent/JPH0284085A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020520619A (en) * | 2017-05-15 | 2020-07-09 | シャン, バオシャンSHAN, Baoxiang | Loop band device configured for exercise |
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