JPH11245135A - 微小移動装置 - Google Patents
微小移動装置Info
- Publication number
- JPH11245135A JPH11245135A JP10067889A JP6788998A JPH11245135A JP H11245135 A JPH11245135 A JP H11245135A JP 10067889 A JP10067889 A JP 10067889A JP 6788998 A JP6788998 A JP 6788998A JP H11245135 A JPH11245135 A JP H11245135A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- moving
- laminated piezoelectric
- electromagnetic coil
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- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】積層圧電素子とその両端に連結した電磁コイル
により、移動体を正確に微小移動させることができ、シ
ンプルな構造で、移動体やガイド体のクランプ間隙の精
度にこだわることがなく、平行度数の要求されない制御
性に優れた微小移動装置を提供する。 【解決手段】微小送りを行なう機構において、積層圧電
素子とその積層圧電素子の変位方向の両端に配置した電
磁コイルからなり、その電磁コイルを磁性体面上に配置
し、積層圧電素子を伸縮させるとき、励磁する電磁コイ
ルを切り換えることにより電磁コイルに連結された移動
体を希望する方向に微小移動するようになした微小移動
装置。
により、移動体を正確に微小移動させることができ、シ
ンプルな構造で、移動体やガイド体のクランプ間隙の精
度にこだわることがなく、平行度数の要求されない制御
性に優れた微小移動装置を提供する。 【解決手段】微小送りを行なう機構において、積層圧電
素子とその積層圧電素子の変位方向の両端に配置した電
磁コイルからなり、その電磁コイルを磁性体面上に配置
し、積層圧電素子を伸縮させるとき、励磁する電磁コイ
ルを切り換えることにより電磁コイルに連結された移動
体を希望する方向に微小移動するようになした微小移動
装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の移動体を微
小移動させる装置に関するものであり、特に好適には、
移動体が直動的に微小移動することを要求される光学系
機器、医療機器および精密加工機器などに好適に用いら
れる積層圧電素子を利用した直動型微小移動装置に関す
るものである。
小移動させる装置に関するものであり、特に好適には、
移動体が直動的に微小移動することを要求される光学系
機器、医療機器および精密加工機器などに好適に用いら
れる積層圧電素子を利用した直動型微小移動装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般的な直動体としては、モータ
の回転運動をボールネジを介して直動運動させる方式が
採用されているが、光学関連機器等の発達に伴い、精密
位置決め用の微小変位制御素子として、積層圧電素子が
注目されている。
の回転運動をボールネジを介して直動運動させる方式が
採用されているが、光学関連機器等の発達に伴い、精密
位置決め用の微小変位制御素子として、積層圧電素子が
注目されている。
【０００３】このような積層圧電素子を利用した微小移
動装置に関する発明が、特開平５ー７２３６１号公報お
よび特開平６ー２２６５７９号公報で提案されている。
具体的に、特開平５ー７２３６１号公報には、図２に示
されるように、移動テーブル１を固定テーブル２に載
せ、チャック用圧電素子（積層圧電素子）４と圧接子５
を固定テーブル２上のテーブルチャック３に接着させ、
このテーブルチャック３を、送り用圧電素子６を介して
固定テーブル２に取り付けた微小送り機構が記載されて
いる。
動装置に関する発明が、特開平５ー７２３６１号公報お
よび特開平６ー２２６５７９号公報で提案されている。
具体的に、特開平５ー７２３６１号公報には、図２に示
されるように、移動テーブル１を固定テーブル２に載
せ、チャック用圧電素子（積層圧電素子）４と圧接子５
を固定テーブル２上のテーブルチャック３に接着させ、
このテーブルチャック３を、送り用圧電素子６を介して
固定テーブル２に取り付けた微小送り機構が記載されて
いる。
【０００４】また、特開平６ー２２６５７９号公報に
は、図３に示されるように、クランプ用圧電素子７、ク
ランプ用圧電素子８および移動用圧電素子９を、駆動制
御装置により駆動制御してガイド手段の板バネ１０に従
って、クランプブロック１１、１２を、所定のタイミン
グにより対象物である移動板１３とともに微小送りする
装置が記載されている。
は、図３に示されるように、クランプ用圧電素子７、ク
ランプ用圧電素子８および移動用圧電素子９を、駆動制
御装置により駆動制御してガイド手段の板バネ１０に従
って、クランプブロック１１、１２を、所定のタイミン
グにより対象物である移動板１３とともに微小送りする
装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
ような移動体をクランプする圧電素子と伸縮により移動
体を変位させる圧電素子をもつ構成や、図３のようなガ
イド体を前後にクランプする圧電素子と伸縮により移動
体を変位させる圧電素子を有している機構の微小移動機
構にあっては、いずれも積層圧電素子の変位量が小さい
ことから移動体をクランプする間隙、またガイド体をク
ランプする間隙を数μｍの精度で仕上げる必要があり、
また、移動体の移動方向に平行度数μｍ以下レベルの高
精度が要求される。
ような移動体をクランプする圧電素子と伸縮により移動
体を変位させる圧電素子をもつ構成や、図３のようなガ
イド体を前後にクランプする圧電素子と伸縮により移動
体を変位させる圧電素子を有している機構の微小移動機
構にあっては、いずれも積層圧電素子の変位量が小さい
ことから移動体をクランプする間隙、またガイド体をク
ランプする間隙を数μｍの精度で仕上げる必要があり、
また、移動体の移動方向に平行度数μｍ以下レベルの高
精度が要求される。
【０００６】本発明の目的は、シンプルな構造で、しか
も移動体やガイド体のクランプ間隙の精度にこだわるこ
とがなく、平行度数の要求されない制御性に優れた微小
移動装置を提供することにある。
も移動体やガイド体のクランプ間隙の精度にこだわるこ
とがなく、平行度数の要求されない制御性に優れた微小
移動装置を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、積層圧電素子とその
両端に連結された電磁コイルにより移動体が磁性体平面
上を正確に微小移動させることができ、かつシンプルな
構成で制御性自在な直動形の微小移動装置を提供するこ
とにある。
両端に連結された電磁コイルにより移動体が磁性体平面
上を正確に微小移動させることができ、かつシンプルな
構成で制御性自在な直動形の微小移動装置を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
せんとするものであって、本発明の微小移動装置は、積
層圧電素子とその両端に配置された電磁コイルとで基本
的に構成され、該電磁コイルに連結された移動体が該電
磁コイルとともに磁性体面上を微小移動するようになし
たことを特徴とする微小移動装置であり、具体的には、
微小送りを行なう機構において、積層圧電素子と該積層
圧電素子の変位方向の両端に連結された電磁コイルで構
成され、該電磁コイルを磁性体面上に配置し、励磁する
電磁コイルの切り換えにより該積層圧電素子を伸縮せし
めて、該電磁コイルに連結された移動体を希望する方向
に微小移動するようになしたことを特徴とする微小移動
装置である。
せんとするものであって、本発明の微小移動装置は、積
層圧電素子とその両端に配置された電磁コイルとで基本
的に構成され、該電磁コイルに連結された移動体が該電
磁コイルとともに磁性体面上を微小移動するようになし
たことを特徴とする微小移動装置であり、具体的には、
微小送りを行なう機構において、積層圧電素子と該積層
圧電素子の変位方向の両端に連結された電磁コイルで構
成され、該電磁コイルを磁性体面上に配置し、励磁する
電磁コイルの切り換えにより該積層圧電素子を伸縮せし
めて、該電磁コイルに連結された移動体を希望する方向
に微小移動するようになしたことを特徴とする微小移動
装置である。
【０００９】本発明においては、上記積層圧電素子に印
加される電圧値を可変とすることにより、積層圧電素子
の電歪特性による変位量を制御することができ、また、
溝状の磁性体を用いることにより、移動体の移動直進性
等を高めることができる。
加される電圧値を可変とすることにより、積層圧電素子
の電歪特性による変位量を制御することができ、また、
溝状の磁性体を用いることにより、移動体の移動直進性
等を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の微小移動装置は、積層圧
電素子とその積層圧電素子の変位方向の両端に配置され
た電磁コイル、およびそれらに付随する電源およびスイ
ッチ類で構成され、簡単なスイッチイング手順により直
接的に直動アクチュエータを構成することができる。
電素子とその積層圧電素子の変位方向の両端に配置され
た電磁コイル、およびそれらに付随する電源およびスイ
ッチ類で構成され、簡単なスイッチイング手順により直
接的に直動アクチュエータを構成することができる。
【００１１】本発明で用いられる積層圧電素子は、力お
よび加速度による歪みが与えられると電圧を発生し、逆
に電圧が印加されると歪みが生じる性質（圧電性）を有
するものであればよく、例えば、セラミックス圧電体や
高分子圧電体等が用いられる。また、積層圧電素子は、
印加する圧電値に応じ変位量（歪み）が変わる特性を有
している。
よび加速度による歪みが与えられると電圧を発生し、逆
に電圧が印加されると歪みが生じる性質（圧電性）を有
するものであればよく、例えば、セラミックス圧電体や
高分子圧電体等が用いられる。また、積層圧電素子は、
印加する圧電値に応じ変位量（歪み）が変わる特性を有
している。
【００１２】また、本発明で用いられる電磁コイルは、
積層圧電素子に電圧を印加して歪みを惹起せしめるもの
であればよく、特に制限されない。
積層圧電素子に電圧を印加して歪みを惹起せしめるもの
であればよく、特に制限されない。
【００１３】次に図面により、本発明の微小移動装置の
一実施態様を具体的に説明する。
一実施態様を具体的に説明する。
【００１４】図１は、本発明の微小移動装置の一例を説
明するための構成図である。図１において、積層圧電素
子１４に、直流電圧を印加すると積層圧電素子１４が伸
縮する軸方向の両端にその軸と直交する軸方向に巻線し
た電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６が取り付けられ
ており、両電磁コイルＡ、Ｂは、接触する磁性体２０と
磁界が閉ループとなるように鉄心を構成し磁性体２０平
面上に置かれる。
明するための構成図である。図１において、積層圧電素
子１４に、直流電圧を印加すると積層圧電素子１４が伸
縮する軸方向の両端にその軸と直交する軸方向に巻線し
た電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６が取り付けられ
ており、両電磁コイルＡ、Ｂは、接触する磁性体２０と
磁界が閉ループとなるように鉄心を構成し磁性体２０平
面上に置かれる。
【００１５】本発明の微小移動装置は、積層圧電素子１
４の電歪特性による変位を移動量とする微小移動装置で
あり、次に、積層圧電素子１４に印加される電圧をＥ
１、電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６に印加される
電圧をＥ２、さらに各電圧をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ
Ａ、Ｂ、Ｃを、それぞれ１７、１８、１９としたときの
移動操作方法を説明する。
４の電歪特性による変位を移動量とする微小移動装置で
あり、次に、積層圧電素子１４に印加される電圧をＥ
１、電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６に印加される
電圧をＥ２、さらに各電圧をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ
Ａ、Ｂ、Ｃを、それぞれ１７、１８、１９としたときの
移動操作方法を説明する。
【００１６】積層圧電素子１４の電歪特性による変位量
を制御するするために積層圧電素子１４に印加される電
圧Ｅ１は、電圧値を可変とすることが望ましい。また、
電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６に印加される電圧
Ｅ２は、移動体の重量、つまり可搬重量に抗し得る保持
力を発生させる電圧値とする。
を制御するするために積層圧電素子１４に印加される電
圧Ｅ１は、電圧値を可変とすることが望ましい。また、
電磁コイルＡ１５と電磁コイルＢ１６に印加される電圧
Ｅ２は、移動体の重量、つまり可搬重量に抗し得る保持
力を発生させる電圧値とする。
【００１７】積層圧電素子１４と、電磁コイルＡ１５お
よび電磁コイルＢ１６からなる機構を使用して、移動体
を、図１上で右方向に移動させる手順は、次のとおりで
ある。まず、スイッチＡ１７とスイッチＢ１８を開、ス
イッチＣ１９は閉にして、電磁コイルＢ１６に電圧Ｅ２
を印加し、電磁コイルＢ１６を鉄、鋼材などの磁性体２
０に固定する。次に、スイッチＡ１７を閉にし、積層圧
電素子１４に電圧Ｅ１を印加して積層圧電素子１４を伸
長させ、スイッチＢ１８を閉にして電磁コイルＡ１５を
磁性体２０に固定する。次に、スイッチＣ１９を開にし
て、電磁コイルＢ１６の保持力を解除してスイッチＡ１
７を開き、積層圧電素子１４を復元させると、電磁コイ
ルＡ１５の移動に伴い移動体（図示せず）は、右方向へ
移動したことになる。
よび電磁コイルＢ１６からなる機構を使用して、移動体
を、図１上で右方向に移動させる手順は、次のとおりで
ある。まず、スイッチＡ１７とスイッチＢ１８を開、ス
イッチＣ１９は閉にして、電磁コイルＢ１６に電圧Ｅ２
を印加し、電磁コイルＢ１６を鉄、鋼材などの磁性体２
０に固定する。次に、スイッチＡ１７を閉にし、積層圧
電素子１４に電圧Ｅ１を印加して積層圧電素子１４を伸
長させ、スイッチＢ１８を閉にして電磁コイルＡ１５を
磁性体２０に固定する。次に、スイッチＣ１９を開にし
て、電磁コイルＢ１６の保持力を解除してスイッチＡ１
７を開き、積層圧電素子１４を復元させると、電磁コイ
ルＡ１５の移動に伴い移動体（図示せず）は、右方向へ
移動したことになる。
【００１８】このときの移動量は、使用する積層圧電素
子１４の種類にもよるが、一般的なもので印加電圧Ｅ１
の値１００ＶＤＣに対し数μｍの変位を生じ、その変位
が移動量となる。積層圧電素子１４の電歪特性自体は既
知であり、この電圧値を可変として調節することにより
移動の分解能を可変でき、また、スイッチＡ１７、スイ
ッチＢ１８およびスイッチＣ１９のスイッチング速度に
より、移動速度を調整でき、制御性の高い移動装置が得
られる。
子１４の種類にもよるが、一般的なもので印加電圧Ｅ１
の値１００ＶＤＣに対し数μｍの変位を生じ、その変位
が移動量となる。積層圧電素子１４の電歪特性自体は既
知であり、この電圧値を可変として調節することにより
移動の分解能を可変でき、また、スイッチＡ１７、スイ
ッチＢ１８およびスイッチＣ１９のスイッチング速度に
より、移動速度を調整でき、制御性の高い移動装置が得
られる。
【００１９】また、逆に移動体の移動方向を図１上で左
方向とする場合、スイッチ操作手順は、スイッチＢ１８
は閉、スイッチＣ１９は開、次にスイッチＡ１７を閉に
してスイッチＣ１９は閉、スイッチＢ１８は開とし、そ
の後でスイッチＡ１７を開とすれば、積層圧電素子１４
の伸縮量だけ左方向へ移動する。
方向とする場合、スイッチ操作手順は、スイッチＢ１８
は閉、スイッチＣ１９は開、次にスイッチＡ１７を閉に
してスイッチＣ１９は閉、スイッチＢ１８は開とし、そ
の後でスイッチＡ１７を開とすれば、積層圧電素子１４
の伸縮量だけ左方向へ移動する。
【００２０】図４は、溝加工した磁性体２０を用いてな
る微小移動装置を説明するための斜視図であり、電磁コ
イルＡ１５と電磁コイルＢ１６に挟持された積層圧電素
子１４が図示の状態で磁性体２０の溝に嵌装されてお
り、図１で説明した動作と同じ動作により、電磁コイル
Ａ１５と電磁コイルＢ１６は図４の右方向もしくは左方
向の矢印方向に微小移動する。この場合、移動方向は溝
の形状によって支配される。溝形状は、その目的にあわ
せて直線状や曲線状等に構成することができる。
る微小移動装置を説明するための斜視図であり、電磁コ
イルＡ１５と電磁コイルＢ１６に挟持された積層圧電素
子１４が図示の状態で磁性体２０の溝に嵌装されてお
り、図１で説明した動作と同じ動作により、電磁コイル
Ａ１５と電磁コイルＢ１６は図４の右方向もしくは左方
向の矢印方向に微小移動する。この場合、移動方向は溝
の形状によって支配される。溝形状は、その目的にあわ
せて直線状や曲線状等に構成することができる。
【００２１】このようにして、本発明の微小移動装置の
一態様として、平板状の磁性体ではなく、例えば直線状
に溝加工した鋼材等の磁性体を用い、その溝に沿って図
１に示したような微小移動機構部分を移動させることに
より、移動直進性を一層向上させることができる。
一態様として、平板状の磁性体ではなく、例えば直線状
に溝加工した鋼材等の磁性体を用い、その溝に沿って図
１に示したような微小移動機構部分を移動させることに
より、移動直進性を一層向上させることができる。
【００２２】また本発明において、移動体の移動速度
は、積層圧電素子への印加電圧値と、一連の移動サイク
ル周期により制御することができ、また、移動最小値
（分解能）は、積層圧電素子への印加電圧値で決められ
るため、制御性に優れている。
は、積層圧電素子への印加電圧値と、一連の移動サイク
ル周期により制御することができ、また、移動最小値
（分解能）は、積層圧電素子への印加電圧値で決められ
るため、制御性に優れている。
【００２３】本発明の微小移動装置は、上記のような構
成により、光学系機器、医療機器および精密加工機器な
どに好適に用いられる。
成により、光学系機器、医療機器および精密加工機器な
どに好適に用いられる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、微小移動機構を、積層
圧電素子と電磁コイル、それに付随する電源およびスイ
ッチ類で構成し、簡単なスイッチイング手順により直接
的に直動アクチュエータを構成することができる。そし
て、積層圧電素子とその両端に配置した電磁コイルによ
り、移動体を磁性体平面上を１ミクロン以下の精度で正
確に微小移動させることができ、シンプルな構造により
制御性の優れた移動装置を得ることができる。さらに、
電磁コイルを積層圧電素子と連動させたことにより、従
来必要であった移動体のクランプ間隙やガイド体のクラ
ンプ間隙を高精度で仕上げる必要がなく、また移動体の
移動方向への平行度数の高精度も要求されず、連続的
に、しかも電圧可変により移動量を自在に調節できる。
圧電素子と電磁コイル、それに付随する電源およびスイ
ッチ類で構成し、簡単なスイッチイング手順により直接
的に直動アクチュエータを構成することができる。そし
て、積層圧電素子とその両端に配置した電磁コイルによ
り、移動体を磁性体平面上を１ミクロン以下の精度で正
確に微小移動させることができ、シンプルな構造により
制御性の優れた移動装置を得ることができる。さらに、
電磁コイルを積層圧電素子と連動させたことにより、従
来必要であった移動体のクランプ間隙やガイド体のクラ
ンプ間隙を高精度で仕上げる必要がなく、また移動体の
移動方向への平行度数の高精度も要求されず、連続的
に、しかも電圧可変により移動量を自在に調節できる。
【００２５】本発明においては、上記積層圧電素子に印
加される電圧値を可変とすることにより、積層圧電素子
の電歪特性による変位量を制御することができ、また、
例えば直線状溝の磁性体を用いることにより、移動体の
移動直進性を高めることができる。
加される電圧値を可変とすることにより、積層圧電素子
の電歪特性による変位量を制御することができ、また、
例えば直線状溝の磁性体を用いることにより、移動体の
移動直進性を高めることができる。
【図１】 図１は、本発明の微小移動装置の一実施例を
説明するための構成図である。
説明するための構成図である。
【図２】 図２は、従来の微小移動装置の１例を示す横
断面図である。
断面図である。
【図３】 図３は、他の従来の微小移動装置の１例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】 図４は、本発明の微小移動装置の他の実施態
様を説明するための斜視図である。
様を説明するための斜視図である。
４・・・チャック用圧電素子 ６・・・送り用圧電素子 ７・・・クランプ用圧電素子 ８・・・クランプ用圧電素子 １４・・・積層圧電素子 １５・・・電磁コイルＡ １６・・・電磁コイルＢ １７・・・スイッチＡ １８・・・スイッチＢ １９・・・スイッチＣ ２０・・・磁性体 Ｅ１・・・電圧 Ｅ２・・・電圧
Claims (4)
- 【請求項１】 積層圧電素子とその両端に配置された電
磁コイルとで基本的に構成され、該電磁コイルに連結さ
れた移動体が該電磁コイルとともに磁性体面上を微小移
動するようになしたことを特徴とする微小移動装置。 - 【請求項２】 微小送りを行なう機構において、積層圧
電素子と該積層圧電素子の変位方向の両端に連結された
電磁コイルで構成され、該電磁コイルを磁性体面上に配
置し、励磁する電磁コイルの切り換えにより該積層圧電
素子を伸縮せしめて、該電磁コイルに連結された移動体
を希望する方向に微小移動するようになしたことを特徴
とする微小移動装置。 - 【請求項３】 前記積層圧電素子に印加される電圧値を
可変としたことを特徴とする請求項１または２記載の微
小移動装置。 - 【請求項４】 前記磁性体が溝状の磁性体であることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小移動装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067889A JPH11245135A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | 微小移動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067889A JPH11245135A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | 微小移動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11245135A true JPH11245135A (ja) | 1999-09-14 |
Family
ID=13357924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10067889A Pending JPH11245135A (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | 微小移動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11245135A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002254398A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-10 | Naoyuki Aoyama | 移動装置 |
| JP2007276060A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Univ Of Electro-Communications | 移動装置及び制御方法 |
| JP2020171995A (ja) * | 2019-04-11 | 2020-10-22 | 株式会社ディスコ | 移動装置 |
-
1998
- 1998-03-03 JP JP10067889A patent/JPH11245135A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002254398A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-10 | Naoyuki Aoyama | 移動装置 |
| JP2007276060A (ja) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Univ Of Electro-Communications | 移動装置及び制御方法 |
| JP2020171995A (ja) * | 2019-04-11 | 2020-10-22 | 株式会社ディスコ | 移動装置 |
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