JPH04251584A - 微小移動機構 - Google Patents
微小移動機構Info
- Publication number
- JPH04251584A JPH04251584A JP2416840A JP41684090A JPH04251584A JP H04251584 A JPH04251584 A JP H04251584A JP 2416840 A JP2416840 A JP 2416840A JP 41684090 A JP41684090 A JP 41684090A JP H04251584 A JPH04251584 A JP H04251584A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moving
- stator
- slope
- mover
- linear motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
- B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/60—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
- B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/58—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism a single sliding pair
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波振動子を使用
した微小移動機構に関する。
した微小移動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近においては電子部品などの精密部品
は微小で高精度化されており、その加工または検査にお
いては高精度の微小移動が必要である。このために使用
されている従来の微小移動機構を図３（ａ），（ｂ）
に例示する。
は微小で高精度化されており、その加工または検査にお
いては高精度の微小移動が必要である。このために使用
されている従来の微小移動機構を図３（ａ），（ｂ）
に例示する。
【０００３】図３（ａ） はボールねじによるもので、
微小移動機構１はサーボモータ１１によりボールねじ１
２が回転し、これに噛合した移動子１３が移動する。サ
ーボモータの駆動制御により移動子に載置された被移動
体２が所定の距離を移動する。この機構は広く利用され
ているが、ボールねじの精度により移動精度には限界が
あり、また機構が大型となり価格が低廉でない欠点があ
る。
微小移動機構１はサーボモータ１１によりボールねじ１
２が回転し、これに噛合した移動子１３が移動する。サ
ーボモータの駆動制御により移動子に載置された被移動
体２が所定の距離を移動する。この機構は広く利用され
ているが、ボールねじの精度により移動精度には限界が
あり、また機構が大型となり価格が低廉でない欠点があ
る。
【０００４】図３（ｂ） は圧電素子を利用するもので
、＋または−の電圧ｖが加圧された圧電素子３は伸長ま
たは収縮し、これに取り付けられた被移動体２が微小移
動する。この機構は小型で高精度ではあるが、反面、移
動力が弱く、移動距離が小さくて高々０．０２〜０．１
ｍｍ程度に過ぎないので、大きい移動力または移動距離
を必要とする場合には適さない。ただし、圧電素子に尺
取り虫運動をさせることにより、微小移動と大きい距離
を移動する機構があるが、移動力はやはり小さい。
、＋または−の電圧ｖが加圧された圧電素子３は伸長ま
たは収縮し、これに取り付けられた被移動体２が微小移
動する。この機構は小型で高精度ではあるが、反面、移
動力が弱く、移動距離が小さくて高々０．０２〜０．１
ｍｍ程度に過ぎないので、大きい移動力または移動距離
を必要とする場合には適さない。ただし、圧電素子に尺
取り虫運動をさせることにより、微小移動と大きい距離
を移動する機構があるが、移動力はやはり小さい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来の微小移動
機構の欠点に対して、最近開発されている超音波振動子
を利用したリニアモータを使用すれば小型な機構に構成
され、必要な距離を高精度で移動することが期待される
。また圧電セラミックスによりリニアモータを構成すれ
ば価格が比較的廉価で有利である。ただし、超音波振動
子によるリニアモータはその特性が、移動速度はかなり
速いが微小移動の単位距離がやや大きくて、そのままで
は必要とする高精度で移動することが困難であり、また
小パワーの圧電セラミックスのリニアモータは移動力が
十分でない。従ってこれに対する工夫を必要とする。
機構の欠点に対して、最近開発されている超音波振動子
を利用したリニアモータを使用すれば小型な機構に構成
され、必要な距離を高精度で移動することが期待される
。また圧電セラミックスによりリニアモータを構成すれ
ば価格が比較的廉価で有利である。ただし、超音波振動
子によるリニアモータはその特性が、移動速度はかなり
速いが微小移動の単位距離がやや大きくて、そのままで
は必要とする高精度で移動することが困難であり、また
小パワーの圧電セラミックスのリニアモータは移動力が
十分でない。従ってこれに対する工夫を必要とする。
【０００６】この発明は、超音波振動子によるリニアモ
ータの方式を採用し、互いに接触して摺動する斜面を利
用して高精度で微小移動できるとともに、移動力を増強
した微小移動機構を提供することを目的とする。
ータの方式を採用し、互いに接触して摺動する斜面を利
用して高精度で微小移動できるとともに、移動力を増強
した微小移動機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は微小移動機構
であって、超音波振動子により楕円振動する固定子と、
この楕円振動により固定子の表面上を移動する移動子と
よりなるリニアモータを具備し、移動子に設けられた斜
面と、この斜面に接触する斜面を有する移動部とにより
構成され、移動子の移動により両斜面が互いに摺動して
移動部を移動子の移動方向に対して直角方向に移動させ
るものである。
であって、超音波振動子により楕円振動する固定子と、
この楕円振動により固定子の表面上を移動する移動子と
よりなるリニアモータを具備し、移動子に設けられた斜
面と、この斜面に接触する斜面を有する移動部とにより
構成され、移動子の移動により両斜面が互いに摺動して
移動部を移動子の移動方向に対して直角方向に移動させ
るものである。
【０００８】上記の固定子は、圧電セラミックスと金属
の振動体を接合して構成され、固定子を固定する固定部
と、固定部に対する移動部の移動をガイドするガイド棒
と、付勢力により移動子の斜面と移動部の斜面とを接触
させるスプリング、および移動部に被移動体を載置する
載置台とが設けられる。
の振動体を接合して構成され、固定子を固定する固定部
と、固定部に対する移動部の移動をガイドするガイド棒
と、付勢力により移動子の斜面と移動部の斜面とを接触
させるスプリング、および移動部に被移動体を載置する
載置台とが設けられる。
【０００９】
【作用】以上の微小移動機構においては、リニアモータ
の固定子の楕円振動により移動子がその表面上を移動し
、移動子の斜面と、これに接触している移動部の斜面と
が互いに摺動し、移動部は移動子の移動方向に対して直
角方向に移動する。その移動距離、移動速度、および移
動力は斜面の角度により変化する。すなわち、固定子の
表面と両斜面のなす角をθとし、固定子の表面上の移動
子の移動距離をｈ、移動速度をｖ、移動力をｆとすると
、移動部の移動距離ｄはｄ＝ｈ×ｔａｎθ、移動速度Ｖ
はＶ＝ｖ×ｔａｎθにそれぞれ短縮され、その移動力ｐ
は、ｐ＝ｆ×ｃｏｔθに増強される。θが小さいとき例
えば５°とするとｔａｎθは約０．０８７５で、移動距
離と移動速度はこれだけ短縮される。また移動力はｃｏ
ｔ５°＝１１．４倍に増強される。このように斜面の角
度を小さく設定することにより、移動部に必要な高精度
の微小移動がなされるとともに移動力が増強される。
の固定子の楕円振動により移動子がその表面上を移動し
、移動子の斜面と、これに接触している移動部の斜面と
が互いに摺動し、移動部は移動子の移動方向に対して直
角方向に移動する。その移動距離、移動速度、および移
動力は斜面の角度により変化する。すなわち、固定子の
表面と両斜面のなす角をθとし、固定子の表面上の移動
子の移動距離をｈ、移動速度をｖ、移動力をｆとすると
、移動部の移動距離ｄはｄ＝ｈ×ｔａｎθ、移動速度Ｖ
はＶ＝ｖ×ｔａｎθにそれぞれ短縮され、その移動力ｐ
は、ｐ＝ｆ×ｃｏｔθに増強される。θが小さいとき例
えば５°とするとｔａｎθは約０．０８７５で、移動距
離と移動速度はこれだけ短縮される。また移動力はｃｏ
ｔ５°＝１１．４倍に増強される。このように斜面の角
度を小さく設定することにより、移動部に必要な高精度
の微小移動がなされるとともに移動力が増強される。
【００１０】上記の固定子は圧電セラミックスと金属の
振動体とにより構成されて固定部に固定され、圧電セラ
ミックスに所定の超音波周波数の電圧を加圧すると振動
体は楕円振動する。スプリングにより移動子と移動部の
両斜面が接触し、ガイド棒により移動部が固定子に対し
て直角方向に移動する。移動部のこの移動により載置台
に載置された被移動体が微小移動する。また上記の移動
力の増強により、小パワーの圧電セラミックスでも大き
い移動力がえられるものである。
振動体とにより構成されて固定部に固定され、圧電セラ
ミックスに所定の超音波周波数の電圧を加圧すると振動
体は楕円振動する。スプリングにより移動子と移動部の
両斜面が接触し、ガイド棒により移動部が固定子に対し
て直角方向に移動する。移動部のこの移動により載置台
に載置された被移動体が微小移動する。また上記の移動
力の増強により、小パワーの圧電セラミックスでも大き
い移動力がえられるものである。
【００１１】
【実施例】図１（ａ），（ｂ） はこの発明の一実施例
の構造を示す垂直断面図および水平断面図で、微小移動
機構はベース盤４に固定部５が固定され、これに対して
ガイド棒６に沿って移動する移動部７が設けられ、固定
部と移動部の間にスプリング８が展張される。固定部５
の支持板５１に超音波振動子によるリニアモータの固定
子５２を固定し、固定子の表面に対して移動するリニア
モータの移動子５３が接触して設けられる。移動子５３
には斜面５３１ が形成され、これに対して移動部７の
移動板７１に斜面７２１ を有する傾斜部７２を設け、
両斜面５３１ と７２１ はスプリング８の付勢力によ
り接触する。なお、両斜面には図（ｂ） に示す山形突
起と、これに対する溝を設け、突起を溝に嵌合して移動
部７が横ぶれしないように配慮する。一方、ベース盤４
には移動部７の下部に補助台４１が固定され、その上面
に２条のガイドレール４１１ と、これに沿って移動す
る載置台７３とを配設する。載置台には溝を設けて移動
部の下端の突起を嵌入し、移動部の移動により載置台が
移動し、これに載置された被移動体２が高精度で移動す
る。移動力が増強されることは既に述べたところである
。なお、この実施例においては、移動部７の移動距離を
計測するために測長器９が設けられている。また、載置
台７３は、被移動体（ワーク）そのものであってもよい
。
の構造を示す垂直断面図および水平断面図で、微小移動
機構はベース盤４に固定部５が固定され、これに対して
ガイド棒６に沿って移動する移動部７が設けられ、固定
部と移動部の間にスプリング８が展張される。固定部５
の支持板５１に超音波振動子によるリニアモータの固定
子５２を固定し、固定子の表面に対して移動するリニア
モータの移動子５３が接触して設けられる。移動子５３
には斜面５３１ が形成され、これに対して移動部７の
移動板７１に斜面７２１ を有する傾斜部７２を設け、
両斜面５３１ と７２１ はスプリング８の付勢力によ
り接触する。なお、両斜面には図（ｂ） に示す山形突
起と、これに対する溝を設け、突起を溝に嵌合して移動
部７が横ぶれしないように配慮する。一方、ベース盤４
には移動部７の下部に補助台４１が固定され、その上面
に２条のガイドレール４１１ と、これに沿って移動す
る載置台７３とを配設する。載置台には溝を設けて移動
部の下端の突起を嵌入し、移動部の移動により載置台が
移動し、これに載置された被移動体２が高精度で移動す
る。移動力が増強されることは既に述べたところである
。なお、この実施例においては、移動部７の移動距離を
計測するために測長器９が設けられている。また、載置
台７３は、被移動体（ワーク）そのものであってもよい
。
【００１２】図２はこの発明の実施例における圧電セラ
ミックスによるリニアモータの構成図と、これに対する
駆動回路のブロック図である。リニアモータは固定子５
２とこれに移動自由に接触した移動子５３よりなる。固
定子は２枚の圧電セラミックス５２１，５２２ が金属
の接地板５２３ を介して接合され、その裏面側（図示
右側）には加圧電極５２４ を貼付する。表面側には上
部の断面が櫛歯形状をなす金属の振動体５２５ の底面
を接着して他方の電極を兼用する。これに対して駆動回
路１０を設ける。駆動回路の発振器１０１ は超音波周
波数を発振し、その出力電圧の一部はＡＭＰ１０３ を
経て加圧電極５２４ に加えられ、他部は位相器（θで
示す）１０２ により位相角がθだけ進相、または遅相
した電圧とされ、ＡＭＰ１０４を経て振動体５２５ に
加えられる。これらの両電圧により圧電セラミックスが
超音波周波数で振動し、この振動により振動体５２５
の各櫛歯に矢印Ｃで示す楕円振動が発生し、これに接触
している移動子５３が矢印ＨまたはＬの方向に移動する
。 ここで、移動方向は楕円振動の回転方向に従うもので、
位相器１０２ に対して端子１０２１により進相、また
は遅相を指定することにより楕円振動の方向が反転され
、移動子を必要な方向に移動することができるものであ
る。
ミックスによるリニアモータの構成図と、これに対する
駆動回路のブロック図である。リニアモータは固定子５
２とこれに移動自由に接触した移動子５３よりなる。固
定子は２枚の圧電セラミックス５２１，５２２ が金属
の接地板５２３ を介して接合され、その裏面側（図示
右側）には加圧電極５２４ を貼付する。表面側には上
部の断面が櫛歯形状をなす金属の振動体５２５ の底面
を接着して他方の電極を兼用する。これに対して駆動回
路１０を設ける。駆動回路の発振器１０１ は超音波周
波数を発振し、その出力電圧の一部はＡＭＰ１０３ を
経て加圧電極５２４ に加えられ、他部は位相器（θで
示す）１０２ により位相角がθだけ進相、または遅相
した電圧とされ、ＡＭＰ１０４を経て振動体５２５ に
加えられる。これらの両電圧により圧電セラミックスが
超音波周波数で振動し、この振動により振動体５２５
の各櫛歯に矢印Ｃで示す楕円振動が発生し、これに接触
している移動子５３が矢印ＨまたはＬの方向に移動する
。 ここで、移動方向は楕円振動の回転方向に従うもので、
位相器１０２ に対して端子１０２１により進相、また
は遅相を指定することにより楕円振動の方向が反転され
、移動子を必要な方向に移動することができるものであ
る。
【００１３】さて、超音波振動子によるモータには回転
型と直進型、すなわちリニアモータがあり、それぞれ多
数の考案がなされて特許公開されている。上記の実施例
においてはこれらの内のやや基本的なリニアモータを使
用したものであるが、かならずしもこれに限定するもの
でなく、構造が多少異なっても超音波振動子によるリニ
アモータである限り使用することが可能であることは云
うまでもない。
型と直進型、すなわちリニアモータがあり、それぞれ多
数の考案がなされて特許公開されている。上記の実施例
においてはこれらの内のやや基本的なリニアモータを使
用したものであるが、かならずしもこれに限定するもの
でなく、構造が多少異なっても超音波振動子によるリニ
アモータである限り使用することが可能であることは云
うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明による微
小移動機構においては、超音波振動子によるリニアモー
タを駆動源とし、その固定子の楕円振動により移動する
移動子の移動方向が、互いに接触して摺動する斜面によ
り直角方向に変換され、斜面の角度を小さくすることに
より、移動部の移動距離と移動速度が短縮される半面、
移動部に必要な高精度の微小移動がなされ、また移動力
が増強されるもので、小パワーの圧電セラミックスによ
り比較的低廉な価格で大きい移動力のリニアモータが構
成され、精密な電子部品の加工または検査装置に適用し
てえられる効果には大きいものがある。
小移動機構においては、超音波振動子によるリニアモー
タを駆動源とし、その固定子の楕円振動により移動する
移動子の移動方向が、互いに接触して摺動する斜面によ
り直角方向に変換され、斜面の角度を小さくすることに
より、移動部の移動距離と移動速度が短縮される半面、
移動部に必要な高精度の微小移動がなされ、また移動力
が増強されるもので、小パワーの圧電セラミックスによ
り比較的低廉な価格で大きい移動力のリニアモータが構
成され、精密な電子部品の加工または検査装置に適用し
てえられる効果には大きいものがある。
【図１】この発明の一実施例の構造を示す垂直断面図お
よび水平断面図である。
よび水平断面図である。
【図２】この発明の実施例におけるリニアモータの構成
図と駆動回路のブロック図である。
図と駆動回路のブロック図である。
【図３】従来の微小移動機構の例を示す構成図である。
１ 微小移動機構
１１ サーボモータ
１２ ボールねじ
１３ 移動子
２ 被移動体
３ 圧電素子
４ ベース盤
４１ 補助台
４１１ レール
５ 固定部
５１ 支持板
５２ リニアモータの固定子
５２１ 圧電セラミックス
５２２ 圧電セラミックス
５２３ 接地板
５２４ 加圧電極
５２５ 振動体
５３ 移動子
５３１ 移動子の斜面
６ ガイド棒
７ 移動部
７１ 移動板
７２ 傾斜部
７２１ 移動部の斜面
７３ 載置台
８ スプリング
９ 測長器
１０ 駆動回路
１０１ 発振器
１０２ 位相器
１０３ ＡＭＰ
１０４ ＡＭＰ
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波振動子により楕円振動する固定
子と、該楕円振動により該固定子の表面上を移動する移
動子とよりなるリニアモータを具備し、該移動子に設け
られた斜面と、該移動子の斜面に接触する斜面を有する
移動部とにより構成され、該移動子の移動により該両斜
面が互いに摺動して該移動部を該移動子の移動方向に対
して直角方向に移動させることを特徴とする微小移動機
構。 - 【請求項２】 請求項１記載の固定子は、圧電セラミ
ックスと金属の振動体を接合して構成され、該固定子を
固定する固定部と、該固定部に対する上記移動部の移動
をガイドするガイド棒と、付勢力により上記移動子の斜
面と移動部の斜面とを接触させるスプリング、および上
記移動部に被移動体を載置する載置台とを設けたことを
特徴とする請求項１記載の微小移動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416840A JPH04251584A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小移動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416840A JPH04251584A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小移動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04251584A true JPH04251584A (ja) | 1992-09-07 |
Family
ID=18525026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416840A Pending JPH04251584A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 微小移動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04251584A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001095270A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Seiko Instruments Inc | 超音波モータを用いた直動機構およびそれを用いた電子機器 |
| US6692102B2 (en) * | 2002-07-17 | 2004-02-17 | Hewlett-Packard Development Company, Lp | Printhead-assembly-to-support-structure Z-axis datuming in a printing device |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416840A patent/JPH04251584A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001095270A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Seiko Instruments Inc | 超音波モータを用いた直動機構およびそれを用いた電子機器 |
| US6692102B2 (en) * | 2002-07-17 | 2004-02-17 | Hewlett-Packard Development Company, Lp | Printhead-assembly-to-support-structure Z-axis datuming in a printing device |
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