JP2000020128A - 圧電素子適用パラレルメカニズム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラレルメカニズムの可動範囲を広くし、か
つ高剛性・高分解能を維持できる圧電素子適用パラレル
メカニズムを提供する。 【解決手段】 直動型アクチュエータ３は、外筒９の内
側にアームシャフト１が組み込まれている。アームシャ
フト１は、圧電素子で構成される送りユニット５１〜５
３により挟持と挟持解除又は送りと戻し動作を繰り返す
ことで連続的に移動させられる。この挟持と挟持解除又
は送りと戻し動作の一連の制御パターンは、コンピュー
タ２１のメモリ２２に記憶されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電素子適用パラレ
ルメカニズムに係わり、特にパラレルメカニズムの可動
範囲を広くし、かつ高剛性・高分解能を維持できる圧電
素子適用パラレルメカニズムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高剛性・高速性・高精度等の面か
らパラレルメカニズムが注目されており、工作機械や組
立ロボット等に使用されるケースが増えつつある（機械
設計第４０巻 第１０号（１９９６年７月号））。この
パラレルメカニズムの具体例を図１４及び図１５に示
す。

【０００３】図１４には伸縮型パラレルメカニズムの一
例を示す。このパラレルメカニズムは、出力節２が６本
の直動型アクチュエータ３で駆動される形式のもので、
一般的にはスチュワートプラットフォームと呼ばれてい
る。直動型アクチュエータ３の上端部は、球対偶４Ａを
介して出力節２が固定されている。一方、直動型アクチ
ュエータ３の下端部は、球対偶４Ｂを介して静止節５に
固定されている。球対偶４Ａ，４Ｂは、点の回りで自由
度３の運動を行うようになっている。

【０００４】球対偶の一例を図１５に示す。また、図１
６にスライド型パラレルメカニズムの一例を示す。スラ
イド型パラレルメカニズムは、直動型アクチュエータ６
を静止節５上に配置している。そして、直動型アクチュ
エータ６の所定箇所には、球対偶７が配設されており、
この球対偶７を介してロッド８が固定されている。ロッ
ド８の上端部には球対偶４Ａを介して出力節２が固定さ
れている。

【０００５】これらのパラレルメカニズムの直動型アク
チュエータ３及び直動型アクチュエータ６の駆動方法に
は、空圧・油圧アクチュエータによるものやモータ（Ａ
Ｃサーボ）及びボールねじによるもの、あるいは圧電素
子によるもの等がある。特に圧電素子をアクチュエータ
として用いると、精度、分解能が非常に高いため、医療
分野、バイオテクノロジー分野に適用するマイクロマシ
ンヘの期待が高まっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子は単体でもストロークはかなり少ない（数μｍ〜十数
μｍ）ため、それをアクチュエータとしてパラレルメカ
ニズムに適用しても、可動範囲は非常に狭い。一方、可
動範囲を広くするために、空圧・油圧アクチュエータや
モータ（ＡＣサーボ）及びボールねじを用いた場合に
は、精度・分解能の面で圧電素子より劣ってしまう。

【０００７】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、パラレルメカニズムの可動範囲を広く
し、かつ高剛性・高分解能を維持できる圧電素子適用パ
ラレルメカニズムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、空間
の所定位置に固定した静止節に対し２〜６自由度のいず
れかの自由度で出力節を駆動するパラレルメカニズムで
あって、前記自由度の内の少なくとも一つは直動型のア
クチュエータで構成し、該直動型のアクチュエータは、
シャフトの挟持・挟持解除又は移動方向への送り・戻し
を行う圧電素子を含む第１の移動要素と第２の移動要素
を前記シャフトの挟持方向及び移動方向の属する面内に
組み合わせた送りユニットを前記シャフトの移動方向に
複数備えた送り機構と、前記送りユニットのいずれかで
シャフトを挟持しては移動方向に伸ばしてシャフトを送
りその後挟持を解き移動方向に縮めるという一連の動作
を前記送りユニット毎に位相を変えて繰り返し行うため
の前記第１の移動要素と前記第２の移動要素の位相及び
振幅値を予め記憶しておく記憶手段と、該記憶手段に記
憶された位相及び振幅値から前記第１の移動要素と前記
第２の移動要素に与える位相及び振幅の指令値を算出す
る位相等算出手段と、該位相等算出手段の算出結果に基
づき前記第１の移動要素と前記第２の移動要素に駆動指
令値を出力する駆動指令値出力手段を備えて構成した。

【０００９】本発明は、２〜６自由度の内の少なくとも
一つの自由度に対し直動型のアクチュエータを用いるす
べての場合について適用する。直動型のアクチュエータ
はシャフトを駆動することで、出力節の位置調整をする
ようになっている。第１の移動要素と第２の移動要素
は、シャフトの挟持・挟持解除又は移動方向への送り・
戻しを行う圧電素子を含んでいる。送りユニットは、こ
れらの第１の移動要素と第２の移動要素を組み合わせて
構成されている。送り機構は、シャフトの移動方向にこ
の送りユニットを複数備えている。

【００１０】送りユニットのシャフトに対する制御は次
のように行う。即ち、送りユニットのいずれかでシャフ
トを挟持しては移動方向に伸ばしてシャフトを送る。そ
の後、挟持を解き移動方向に縮めるという一連の動作を
送りユニット毎に位相を変えて繰り返し行う。記憶手段
には、かかる制御の基となる第１の移動要素と第２の移
動要素の位相及び振幅値のパターンを予め記憶してお
く。

【００１１】次に、位相等算出手段では、この記憶手段
に記憶した位相及び振幅値から第１の移動要素と第２の
移動要素に与える位相及び振幅の指令値を算出する。そ
して、駆動指令値出力手段では、位相等算出手段の算出
結果に基づき第１の移動要素と第２の移動要素に駆動指
令値を出力する。

【００１２】なお、直動型のアクチュエータの制御は、
送りユニットによりシャフト側の位置を制御するのでは
なく、送りユニットをシャフト側に固定し、シャフトに
対しアクチュエータの外筒側を制御するようにしてもよ
い。このことにより、直動型のアクチュエータを長スト
ロークに渡り駆動して、出力節の位置調整を行うことが
可能となる。また、圧電素子を使っているので、パラレ
ルメカニズムは高分解能をそのまま維持できる。

【００１３】また、本発明は、前記直動型のアクチュエ
ータの両端部は所定点の回りで自由度３の運動を行う球
対偶を介して前記静止節及び出力節と連結されたことを
特徴とする。

【００１４】静止節及び出力節間を連結連鎖するよう
に、アクチュエータの両端部は、球対偶を介して静止節
及び出力節と固定する。以上により、連結連鎖にモーメ
ントが作用しないため、高剛性である。また、送りユニ
ットの個数を増加させれば、一層の高剛性を確保出来
る。

【００１５】更に、本発明は、前記シャフトの所定位置
には所定点の回りで自由度３の運動を行う第１の球対偶
が固定され、該第１の球対偶に一端を固定されたロッド
の他端は第２の球対偶を介して前記出力節と連結され、
前記シャフトの移動方向は前記静止節の面内に属するか
若しくは該静止節の属する面に平行であることを特徴と
する。

【００１６】シャフトの所定位置には第１の球対偶を固
定する。そして、ロッドの一端を第１の球対偶に固定す
る。また、ロッドの他端は第２の球対偶を介して出力節
と連結する。シャフトは、その移動方向が静止節の面内
に属するか若しくは静止節の属する面に平行となるよう
に配設する。以上により、かかるパラレルメカニズムに
対しても連結連鎖にモーメントが作用しないため、高剛
性である。また、送りユニットの個数を増加させれば、
一層の高剛性を確保出来る。制御線等は静止節に埋め込
む等美観に容易に配慮出来る。

【００１７】更に、本発明は、空間の所定位置に固定し
た静止節に対し２〜６自由度のいずれかの自由度で出力
節を駆動するパラレルメカニズムであって、前記自由度
の内の少なくとも一つは直動型のアクチュエータで構成
し、該直動型のアクチュエータは、シャフトと、該シャ
フトに平行に配設した外筒と、前記シャフトに対し垂直
な方向に圧電素子を伸張又は収縮させることで前記外筒
の支持又は支持解除を行う少なくとも一つの支持・解除
手段と、前記シャフトの長手方向に圧電素子を伸張又は
収縮させることで前記シャフト及び／又は前記支持・解
除手段の送り又は戻し動作を行う送り・戻し手段と、該
送り・戻し手段による送り又は戻し動作及び前記支持・
解除手段による支持又は支持解除という一連の動作を繰
り返し行うことで前記外筒に対する前記シャフトの長手
方向の位置を制御する制御手段を備えて構成した。

【００１８】パラレルメカニズムを構成する直動型のア
クチュエータは、外筒の内側にシャフトを備えている。
但し、外筒の外側にシャフトを備えるようにしてもよ
い。支持・解除手段は、このシャフトに対し垂直な方向
に圧電素子を用意し、この圧電素子を伸張又は収縮させ
る。そして、このときの伸縮により、外筒の支持又は支
持解除を行う。また、送り・戻し手段は、シャフトの長
手方向に圧電素子を用意し、この圧電素子を伸張又は収
縮させることで、シャフトの送り又は戻し動作を行う。

【００１９】なお、支持・解除手段を複数配設した場合
には、シャフトと共に支持・解除手段の一部についても
送り又は戻し動作を行う。制御手段では、この送りや戻
し及び支持や支持解除による一連の動作を繰り返し行う
ことで外筒に対するシャフトの長手方向の位置を制御す
る。このことにより、直動型のアクチュエータを長スト
ロークに渡り駆動して出力節の位置調整を行うことが可
能となる。また、圧電素子を使っているので、パラレル
メカニズムは高剛性で、かつ高分解能をそのまま維持で
きる。

【００２０】更に、本発明は、前記送り・戻し手段によ
る送り又は戻し動作は、前記シャフトに対し平行に前記
外筒に面して少なくとも一つの超音波モーターを取り付
け、前記外筒に対する前記シャフトの長手方向の位置を
制御することで行うことを特徴とする。

【００２１】送り・戻し手段には、圧電素子を用いる代
わりに超音波モーターを用いる。外筒の内側に少なくと
も一つの超音波モーターを取り付けるが、外筒の外側に
シャフトを備えるようにしてもよい。この場合には、外
筒の外側に超音波モーターを取り付ける。このことによ
り、直動型のアクチュエータを長ストロークに渡り駆動
して出力節の位置調整を行うことが可能となる。また、
パラレルメカニズムは連結連鎖にモーメントが作用せず
高剛性で、かつ高分解能をそのまま維持できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の第１実施形態の全体構成図
は図１４と同じである。直動型アクチュエータ３は、外
筒９の内側にアームシャフト１が組み込まれている。図
１に直動型アクチュエータ３の詳細機能図を示す。

【００２３】図１において、一対の送り要素１３ａはア
ームシャフト１の移動方向と垂直な方向のアームシャフ
ト１を挟んで対峙する空間位置（外筒９）に各々一端を
固定されている。そして、送り要素１３ａの他端はアー
ムシャフト１の移動方向に伸縮自在に開放されている。
また、一対のクランプ要素１４ａは一対の送り要素１３
ａの他端にその一端を固定されており、クランプ要素１
４ａの他端はアームシャフト１の移動方向と垂直な方向
に伸縮自在に開放されアームシャフト１を挟持若しくは
挟持を解除出来る様になっている。

【００２４】送りユニット５１はかかる一対の送り要素
１３ａ及び一対のクランプ要素１４ａで構成されてい
る。送り機構１０はアームシャフト１の移動方向に同様
の構成の送りユニット５１乃至５３を備えている。送り
要素１３ａ及びクランプ要素１４ａは印加電圧を変位に
変換可能な様に、圧電素子（ＰＺＴ）で構成されてい
る。

【００２５】なお、送りユニットは例えば図２若しくは
図３の様に構成してもよい。図２において、送り要素１
３の一端は所定の空間位置（外筒９）に固定され、他端
にはアームシャフト１を挟持するためのクランプブロッ
ク１２の一端面が固定されている。クランプブロック１
２の別端面には、アームシャフト１の移動方向と垂直な
方向にクランプ要素１４の一端が固定されている。そし
て、クランプ要素１４の他端は所定の空間位置（外筒
９）に固定されている。

【００２６】また、図３において移動要素４３は、その
一端が所定の空間位置（外筒９）に固定され、アームシ
ャフト１の挟持方向及び移動方向の属する面内にその挟
持方向と所定の角度を有して配設されている。そして、
移動要素４３の他端にはアームシャフト１を挟持するた
めのクランプブロック４２の一端面が固定されている。

【００２７】クランプブロック４２の別端面には、移動
要素４４の一端が固定され、移動要素４４はアームシャ
フト１の挟持方向及び移動方向の属する面内にその挟持
方向と所定の角度を有して配設されている。移動要素４
４の他端は所定の空間位置（外筒９）に固定されてい
る。ここで、送り要素１３及び移動要素４３（若しくは
移動要素４４）は第１の移動要素に、またクランプ要素
１４及び移動要素４４（若しくは移動要素４３）は第２
の移動要素に相当する。

【００２８】図４には、送り機構１０を制御するための
全体のシステム構成図を示す。コンピュータ２１はメモ
リ２２（記憶手段に相当する。図示省略）を備え、送り
要素１３ａ乃至１３ｃ及びクランプ要素１４ａ乃至１４
ｃの位相及び振幅の指令値を算出する様になっている。
Ｄ／Ａ変換器２３、及び駆動用増幅器２４は、その指令
値を電圧に変換する様に構成されている。そして、位置
のフィードバック制御が行われる場合には、位置センサ
２５が設けられＡ／Ｄ変換器２６で信号変換された後コ
ンピュータ２１に入力される様になっている。

【００２９】次に、図５乃至図９に基づき送り機構１０
の制御について説明する。図５及び図７はアームシャフ
ト１の移動を行うための一周期分の制御パターンを示
す。図５は図１及び図２に示す送りユニットを使用した
場合の制御パターンであり、図７は図３に示す送りユニ
ットを使用した場合の制御パターンである。

【００３０】まず図５において、タイミング１〜タイミ
ング２間では、クランプ要素１４ａ及び１４ｃは挟持状
態にある。クランプ要素１４ｂは挟持を解除されてい
る。この状態を維持しつつ送り要素１３ａ及び１３ｃに
徐々に電圧を印加していく。その結果アームシャフト１
を移動することが出来る。

【００３１】送り要素１３ｂはこの間にその変位を次第
に小さくする。タイミング３（位相π）ではクランプ要
素１４ｂを挟持状態にし、クランプ要素１４ａ及び１４
ｃの挟持を解除する。タイミング４〜タイミング５間で
は、クランプ要素１４ｂは挟持状態にあり、クランプ要
素１４ａ及び１４ｃは挟持を解除の状態にある。この状
態を維持しつつ送り要素１３ｂに次第に電圧を印加して
いく。

【００３２】その結果アームシャフト１を更に移動する
ことが出来る。送り要素１３ａ及び１３ｃはこの間にそ
の変位を次第に小さくする。そして、タイミング５〜タ
イミング６（位相２π）間では再びクランプ要素１４ａ
及び１４ｃを挟持状態にすることで位相０の状態に戻
る。かかる一周期の動作を繰り返し続けることで、送り
機構１０はアームシャフト１を長ストロークに渡って駆
動出来る。

【００３３】なお、アームシャフト１の戻り動作はクラ
ンプ要素１４ａ及び１４ｃを挟持状態とし、クランプ要
素１４ｂの挟持を解除する。この状態を維持しつつ送り
要素１３ｂにプラス電圧を印加しその変位を増加させる
（伸ばす）。この状態を維持しクランプ要素１４ｂを挟
持状態とする。そして、クランプ要素１４ａ及び１４ｃ
の挟持を解除する。

【００３４】挟持状態にある送り要素１３ｂの電圧をプ
ラス電圧の範囲で低下させると送り要素１３ｂの変位は
減少し、アームシャフト１は後退する。次に挟持解除状
態にあるクランプ要素１４ａ及び１４ｃに対して同様な
指令を行うことにより連続的に戻り動作を行うことが出
来る。

【００３５】次に、図６に図３に示す送りユニットを使
用して送り機構を構成した場合を示す。図７はこの送り
機構の制御パターンである。図中乃至はタイミング
を示す。移動要素４３ａと移動要素４３ｂ、移動要素４
３ｃとはアームシャフト１を移動方向に送るため各々１
２０度ずつ位相を異ならせ正弦電圧を付与している。

【００３６】また、移動要素４３ａ、移動要素４３ｂ、
移動要素４３ｃと移動要素４４ａ、移動要素４４ｂ、移
動要素４４ｃとは挟持又は挟持解除を連続的に繰り返す
ため各々９０度ずつ位相を異ならせている。理解を容易
にするため、図６には各送りユニットの各タイミングに
おける送り概念図をアームシャフト１の周辺に楕円とし
て示した。

【００３７】例えば、送りユニット８１について説明す
ればタイミングはクランプブロック４２ａが一番アー
ムシャフト１から離れた状態であり、タイミングはク
ランプブロック４２ａが一番アームシャフト１を強く挟
持した状態を示している。各送りユニットに対しかかる
送り概念図を同様に楕円として示してみると、各タイミ
ングによりアームシャフト１が移動方向に移動される様
子が確認出来る。なお、実際に各移動要素に印加する電
圧は、図８に示す様に所定の剛性を確保するために挟持
電圧を重畳させる。

【００３８】図９は本発明の第１実施形態の動作を説明
するフローチャートである。まず、ステップ１（図中Ｓ
１と示す。以下同様）では、図５若しくは図７で説明し
た一周期分の位相及び電圧波形（振幅値）を周期関数と
してメモリ２２に記憶保持する。ステップ２ではアーム
シャフト１の移動目標位置と移動速度等の変数を入力す
る。ステップ３では入力された変数に基づき位相の増分
を計算し、ステップ４ではメモリ２２に記憶された周期
関数から電圧を読み込み電圧指令値を算出する。

【００３９】例えば、アームシャフト１の移動速度を遅
くする様変数を入力した場合には、位相の増分を小さく
し、また移動速度を早くする様変数を入力した場合に
は、位相の増分を大きくする。但し、アームシャフト１
の移動速度を遅くする様変数を入力した場合には、振幅
の指令値を小さくし、また移動速度を早くする様変数を
入力した場合には、振幅の指令値を大きくする様処理を
行ってもよい。ステップ３及びステップ４の処理は、位
相等算出手段に相当する。

【００４０】その後、ステップ５で移動目標位置の誤差
範囲内か否か判断される。ステップ６の処理は移動目標
位置の誤差範囲内でない場合に、ステップ４で求めた電
圧指令値に基づきコンピュータ２１からＤ／Ａ変換器２
３、及び駆動用増幅器２４を介し電圧を各送り要素と各
クランプ要素に送るもので、駆動指令値出力手段に相当
する。ステップ７の処理は、移動目標位置の誤差範囲内
ならば全クランプ要素を挟持状態（若しくは全移動要素
に等しく挟持電圧以上の電圧を印加する）としアームシ
ャフト１を挟持させる（以下クランピング動作と呼ぶ）
ものである。

【００４１】この結果、長ストロークの移動を行うこと
が出来る。また、移動目標位置到達後クランピング動作
を行えば、その後に続く出力節２等による負荷制御時の
剛性を高くすることが可能となる。

【００４２】なお、本実施形態では送りユニットの数を
３つとしたが、送りユニット数を増やせばその分剛性を
高めることが出来る。また、必ずしも送りユニットの全
てについてクランピング動作を行わなくても、少なくと
も２つ以上の送りユニットについて行うことで剛性を高
くすることが可能である。

【００４３】アームシャフト１の移動目標位置を変数と
して入力することで、上述した様に移動目標位置まで自
動でアームシャフト１を移動しても良いが、移動目標位
置を入力せず例えば作業員がプッシュボタンを押してい
る間だけアームシャフト１を移動する様にしても良い。
この場合であっても、移動速度を変数入力することでス
テップ３で位相等の算出を行いアームシャフト１の移動
速度を変えることが可能である。

【００４４】即ち、移動速度を変えるには送り要素とク
ランプ要素に与える位相若しくは振幅の少なくとも一方
を変えることで可能である。また、移動速度も変数入力
されなければ、予めステップ１でメモリ２２に記憶保持
された周期関数に基づきアームシャフト１が移動制御さ
れる。以上の制御はフィードバック制御を行わずオープ
ンループで行うため位置センサ２５がなくても良い。

【００４５】なお、図１０には送り機構の別構成図（送
り機構３０）として送りユニットを２つ配設した場合を
示すが、予めメモリ２２に記憶保持された周期関数に基
づきアームシャフト１を移動制御し、移動目標位置到達
後クランピング動作を行うことで剛性を高めることが出
来る点は上記と同様である。また、送りユニットを４つ
以上配設した場合の制御も基本的に同様である。送りユ
ニット数を増加しても制御部分は同じ構成で処理が可能
である。更に、このとき送りユニット数を増加させれば
させる程、同一工程を処理する送りユニットの数が増え
るため結果としてアームシャフト１を移動中の剛性を高
めることが出来る。

【００４６】このように、アクチュエータに圧電素子を
用いた送りユニットを複数配設したことにより、アクチ
ュエータを長ストロークにすることが出来、パラレルメ
カニズムの可動範囲を広くすることが出来る（例えば、
数μｍ〜数百ミリ）。また、圧電素子を適用したことで
高剛性・高分解能（例えば、数μｍ）を維持できる。

【００４７】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本発明の第２実施形態の全体構成図は図１６と同
じである。尚、図１４と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。直動型アクチュエータ６
は、外筒９の内側にアームシャフト１が組み込まれてい
る。但し、アームシャフト１には球対偶７が固定されて
いる。そして、この直動型アクチュエータ６は、静止節
５上に静止節５と平行に配置されている。

【００４８】アームシャフト１に球対偶７を固定し、出
力節２と静止節５間にロッド８を配設した点を除けば、
本発明の第２実施形態は第１実施形態と同様である。従
って、直動型アクチュエータ６の内部構成や制御方法は
本発明の第１実施形態と同様である。なお、直動型アク
チュエータ６等への配線は、静止節５内に埋め込むこと
が出来るので、制御用配線等を露出させることなく構成
が可能である。以上により、本発明の第１実施形態と同
様の効果を得ることが出来る。

【００４９】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。本発明の第３実施形態の全体構成図を図１１に示
す。尚、図１４及び図１６と同一要素のものについては
同一符号を付して説明は省略する。図１１において、ア
ームシャフト１の下端部には、アームシャフト１に対し
垂直な方向に支持・解除部５５が固定されている。支持
・解除部５５には、圧電素子５７が内装されており、支
持・解除部５５の外周は外筒６１を内側から支持又は支
持解除するようになっている。

【００５０】支持・解除部５５の下端部には、送り・戻
し部５９が固着されている。そして、送り・戻し部５９
には、圧電素子６３が内装されている。更に、送り・戻
し部５９の下端部には、アームシャフト１に対し垂直な
方向に支持・解除部６５が固着されている。支持・解除
部６５には、圧電素子６７が内装されており、支持・解
除部６５の外周は外筒６１を内側から支持又は支持解除
するようになっている。支持・解除部５５及び支持・解
除部６５は支持・解除手段に相当する。

【００５１】次に、本発明の第３実施形態の動作を説明
する。今、圧電素子５７及び圧電素子６３は、収縮状態
にあるものとする。そして、圧電素子６７は伸張状態に
あるものとする。圧電素子６７が伸張状態にあること
で、支持・解除部６５の外周は外筒６１を内側から支持
している。

【００５２】次に、この状態で圧電素子６３に対し次第
に印加電圧を増して行き圧電素子６３を伸張させる。こ
のときの伸張により、支持・解除部５５及びアームシャ
フト１は上方に移動する。圧電素子６３の伸張完了後、
圧電素子５７を伸張させる。この圧電素子５７の伸張に
より、支持・解除部５５の外周は外筒６１を内側から支
持するようになる。

【００５３】支持・解除部５５による外筒６１の支持完
了後、圧電素子６７を収縮させる。この圧電素子６７の
収縮により、支持・解除部６５の外周は外筒６１より支
持解除する。その後、圧電素子６３を収縮する。次に、
圧電素子６７に対し次第に印加電圧を増して行き伸張さ
せる。このとき、支持・解除部６５の外周は外筒６１を
再び内側から支持する。その後、圧電素子５７を収縮す
ることで、支持・解除部５５の外周は外筒６１より支持
解除する。このようにして１サイクルを終了する。

【００５４】なお、各圧電素子の伸張と収縮は、一つず
つの動作の完了後に他の動作を行うようにしてもよい
が、制御時間短縮のため所定範囲を重複動作としてもよ
い。例えば、圧電素子６７の収縮動作と圧電素子６３の
収縮動作を一部重複させて同時に行う等が可能である。
また、支持・解除部５５、６５は、例えば弾力性が高
く、かつ摩擦係数の高い樹脂等でモールドすれば、外筒
６１に対するアームシャフト１の移動制御を確実にする
ことが出来る。

【００５５】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。本発明の第４実施形態の全体構成図を図１２に示
す。尚、図１１と同一要素のものについては同一符号を
付して説明は省略する。図１２において、アームシャフ
ト１の下端部には、送り・戻し部５９が固着されてい
る。そして、送り・戻し部５９には、圧電素子６３が内
装されている。更に、送り・戻し部５９の下端部には、
アームシャフト１に対し垂直な方向に支持・解除部６５
が固着されている。

【００５６】次に、本発明の第４実施形態の動作を説明
する。アームシャフト１の上方に外筒６１との図示しな
い接触部を設け、この間の摩擦力を高く設定すれば、ア
ームシャフト１は圧電素子６７の収縮状態のときでも静
止している。この状態で、圧電素子６３を収縮させる。
その後、圧電素子６７を伸張させて支持・解除部６５の
外周を外筒６１に対し内側から支持する。それから、圧
電素子６３を伸張させてアームシャフト１を上方に移動
する。この一連の動作を繰り返すことで、アームシャフ
ト１を上方に連続して移動させることが出来る。

【００５７】次に、本発明の第５実施形態について説明
する。本発明の第５実施形態の全体構成図を図１３に示
す。尚、図１１及び図１２と同一要素のものについては
同一符号を付して説明は省略する。図１３において、支
持・解除部５５の下端部には、送り・戻し部６９が固着
されている。送り・戻し部６９は、外筒６１に面するよ
うに左右に超音波モーター７１Ａ，７１Ｂが取り付けら
れている。送り・戻し部６９の下端部には、支持・解除
部６５が固着されている。

【００５８】次に、本発明の第５実施形態の動作を説明
する。送り・戻し部６９の送り又は戻し動作は、圧電素
子に代えて、超音波モーター７１Ａ，７１Ｂで行う。こ
のようにしても、アクチュエータを長ストロークにする
ことが出来、パラレルメカニズムの可動範囲を広くする
ことが出来る。また、高剛性・高分解能も維持できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
動型のアクチュエータを長ストロークに駆動して出力節
の位置調整を行うことが可能となる。また、パラレルメ
カニズムは高分解能をそのまま維持できる。

【００６０】

【図面の簡単な説明】

【図１】 送り機構の構成図

【図２】 送りユニットの別構成図

【図３】 送りユニットの別構成図

【図４】 全体のシステム構成図

【図５】 移動体の移動を行うための一周期分の制御パ
ターン

【図６】 図３に示す送りユニットを使用した送り機構
の移動概念図

【図７】 図３に示す送りユニットを使用した送り機構
の制御パターン

【図８】 各移動要素に印加する電圧パターン

【図９】 本発明の第１実施形態のフローチャート

【図１０】 送り機構の別構成図

【図１１】 本発明の第３実施形態の全体構成図

【図１２】 本発明の第４実施形態の全体構成図

【図１３】 本発明の第５実施形態の全体構成図

【図１４】 伸縮型パラレルメカニズムの一例

【図１５】 球対偶の一例

【図１６】 スライド型パラレルメカニズムの一例

【符号の説明】

１ アームシャフト ２ 出力節 ３，６ 直動型アクチュエータ ４Ａ，４Ｂ，７ 球対偶 ５ 静止節 ８ ロッド ９，６１ 外筒 １２，４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ クランプブロッ
ク １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，３３ａ，３３ｂ 送り要素 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，３４ａ，３４ｂ クランプ要
素 １０，３０ 送り機構 ２２ メモリ ２４ 駆動用増幅器 ２５ 位置センサ ４３，４４，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４４ａ，４４
ｂ，４４ｃ 移動要素 ５５，６５ 支持・解除部 ５７，６３，６７ 圧電素子 ５９，６９ 送り・戻し部 ７１Ａ，７１Ｂ 超音波モーター

フロントページの続き (72)発明者 武藤 育夫 千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セイ コー精機株式会社内 (72)発明者 大立 好伸 千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セイ コー精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 BA05 FC00 3F060 BA10 EA10 GA01 GA11 GA13 HA39 5H303 AA01 AA10 BB01 BB08 BB11 BB17 CC01 DD01 DD14 KK01 5H680 BB01 BC08 BC09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間の所定位置に固定した静止節に対し
   ２〜６自由度のいずれかの自由度で出力節を駆動するパ
   ラレルメカニズムであって、前記自由度の内の少なくと
   も一つは直動型のアクチュエータで構成し、該直動型の
   アクチュエータは、シャフトの挟持・挟持解除又は移動
   方向への送り・戻しを行う圧電素子を含む第１の移動要
   素と第２の移動要素を前記シャフトの挟持方向及び移動
   方向の属する面内に組み合わせた送りユニットを前記シ
   ャフトの移動方向に複数備えた送り機構と、前記送りユ
   ニットのいずれかでシャフトを挟持しては移動方向に伸
   ばしてシャフトを送りその後挟持を解き移動方向に縮め
   るという一連の動作を前記送りユニット毎に位相を変え
   て繰り返し行うための前記第１の移動要素と前記第２の
   移動要素の位相及び振幅値を予め記憶しておく記憶手段
   と、該記憶手段に記憶された位相及び振幅値から前記第
   １の移動要素と前記第２の移動要素に与える位相及び振
   幅の指令値を算出する位相等算出手段と、該位相等算出
   手段の算出結果に基づき前記第１の移動要素と前記第２
   の移動要素に駆動指令値を出力する駆動指令値出力手段
   を備えて構成したことを特徴とする圧電素子適用パラレ
   ルメカニズム。
2. 【請求項２】 前記直動型のアクチュエータの両端部は
   所定点の回りで自由度３の運動を行う球対偶を介して前
   記静止節及び出力節と連結されたことを特徴とする請求
   項１記載の圧電素子適用パラレルメカニズム。
3. 【請求項３】 前記シャフトの所定位置には所定点の回
   りで自由度３の運動を行う第１の球対偶が固定され、該
   第１の球対偶に一端を固定されたロッドの他端は第２の
   球対偶を介して前記出力節と連結され、前記シャフトの
   移動方向は前記静止節の面内に属するか若しくは該静止
   節の属する面に平行であることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の圧電素子適用パラレルメカニズム。
4. 【請求項４】 空間の所定位置に固定した静止節に対し
   ２〜６自由度のいずれかの自由度で出力節を駆動するパ
   ラレルメカニズムであって、前記自由度の内の少なくと
   も一つは直動型のアクチュエータで構成し、該直動型の
   アクチュエータは、シャフトと、該シャフトに平行に配
   設した外筒と、前記シャフトに対し垂直な方向に圧電素
   子を伸張又は収縮させることで前記外筒の支持又は支持
   解除を行う少なくとも一つの支持・解除手段と、前記シ
   ャフトの長手方向に圧電素子を伸張又は収縮させること
   で前記シャフト及び／又は前記支持・解除手段の送り又
   は戻し動作を行う送り・戻し手段と、該送り・戻し手段
   による送り又は戻し動作及び前記支持・解除手段による
   支持又は支持解除という一連の動作を繰り返し行うこと
   で前記外筒に対する前記シャフトの長手方向の位置を制
   御する制御手段を備えて構成したことを特徴とする圧電
   素子適用パラレルメカニズム。
5. 【請求項５】 前記送り・戻し手段による送り又は戻し
   動作は、前記シャフトに対し平行に前記外筒に面して少
   なくとも一つの超音波モーターを取り付け、前記外筒に
   対する前記シャフトの長手方向の位置を制御することで
   行うことを特徴とする請求項４記載の圧電素子適用パラ
   レルメカニズム。