JP3792675B2 - 微細位置決め装置及び工具補正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ素子(圧電素子)を使用した微細位置決め装置及び該微細位置決め装置を用いた工具の位置、姿勢の補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械において、工具刃先の位置と姿勢が本来の位置からずれている場合、そのずれ量が加工物の形状精度に直接影響してくる。特に自由曲面の超精密加工においては、刃先のミクロンオーダの誤差も加工誤差として無視できない。一般に工具の位置補正は、実際の加工結果からどの方向にどれだけずれているかを推測する方法や、顕微鏡や変位センサで基準となるものから工具刃先までの距離を測定する方法などにより、必要な補正量を見積もり、マイクロメータなどの調整機構を用いて、工具の位置と姿勢を補正している。
【0003】
マイクロメータで調整可能なのは、ミクロンオーダの誤差までであるが、測定装置の高精度化により、ワークの加工結果から、工具のずれ量はナノオーダで見積もることが可能となっている。そのため、工具の位置・姿勢の補正もナノオーダでの調整が可能なものが望まれる。一般に、数〜数十ミクロンの微小ストロークをナノオーダで位置決めするアクチュエータとして印加電圧の大きさによって伸長するピエゾ素子(圧電素子)が多く用いられる。
【0004】
例えば、ねじ送り機構でZ軸方向に駆動されるZ軸テーブルにはスピンドルユニットがRCC機構を介して取り付けられ、該RCC機構には、円周方向に4つの圧電素子(ピエゾ素子)が配置され、該圧電素子を伸縮させることによって、スピンドルユニットの傾きを調整して、工具の位置、姿勢を精密に制御できるようにしたものが知られている(特許文献1参照)。
【0005】
回転モータやリニアモータで1ナノメートルの分解能を得るためには、精密で複雑な機械構造が必要となる一方で、ピエゾ素子では、印加電圧さえ制御すれば、比較的簡単に1ナノメートルの分解能が得られる。例えば、100Vの電圧に対して10ミクロン伸長するピエゾ素子であれば、1ナノメートルの分解能を得るためには、電圧を10mVの分解能で変化させてやればよいことになるので、ナノメートル単位の位置調整が容易である。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−299700号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
加工によって、工具の補正が必要となる方向には違いがあるが、あらゆる加工を考えると、工具の位置と姿勢の両方を任意に補正するためには、直交3軸、回転3軸の6自由度の調整が可能な機構が必要となる。しかし、1自由度の構造が1つのバネ系を構成すると考えられるので、6自由度は6個のバネを直列につないだものになってしまう。このような多自由度の構造では、その分、機械剛性がは弱くなってしまう。ナノオーダで工具補正を行っても、機械構造が弱くなってしまっては意味もないので、機械剛性の確保が重要になってくる。
【0008】
一方、ピエゾ素子は、圧縮する方向の外力には非常に強いが、伸長する方向の外力には非常に弱いという性質がある。一般に使用されるピエゾ素子は、積層形のピエゾ素子であり、圧電効果を持つ薄い素子が多数重ね合わさった構造を持っている。個々の素子は薄い接着層で結合されているだけなので、引っ張り方向の力が加わると、接着層が剥がれてしまい、破損する。つまり、ピエゾ素子を構造体に組み込むと、方向によっては剛性的に弱くなってしまうということになる。
【0009】
この問題を解決するためには、外力が常にピエゾを圧縮する方向に働くような構造に構成すればよい。例えば、ベースに対して相対移動する可動部を有し、該可動部の位置決めを行う位置決め装置の場合を考えると、2つのピエゾ素子を用いて、可動部の対向する2面にそれぞれピエゾ素子の片端が一直線上に固定し、ピエゾ素子のもう一方の端は、それぞれベースに固定されるものとする。この構造であれば、一方のピエゾ素子を伸長させる方向に働く外力が可動部に加えられても、この力は必ず他方のピエゾ素子を圧縮する方向に働くため、圧縮される側のピエゾ素子が、強い剛性で外力に対抗することができる。
【0010】
しかし、この構造には問題がある。ピエゾ素子には極性があり、基本的には伸びる方向にしか変位しない。したがって、ピエゾ素子に電圧を印可していない状態で、ピエゾ素子の両端を上述のように固定してしまうと、可動部を変位させるためには、一方のピエゾ素子は縮む方向に、他方を伸長する方向に変位せざるを得ないが、縮む方向には変位はできない。そこで、最大変位量の半分の変位を中立点として、同様に両端を固定すると、2個のピエゾの伸縮を反対方向に行うことで、可動部の変位は可能になるが、印加電圧を0Vにすると、2つのピエゾが縮み合い、ピエゾ素子そのものが破壊されてしまうので、電源を切ることが出来なくなってしまう。このような理由から、上述のように2個のピエゾを可動部に対向させて配置する構造は、従来は採用されなかった。
そこで、本願発明は、上述した問題を解決し、機械剛性があり、ナノオーダの位置決め精度を得ることができる微細位置決め装置及び工具位置姿勢の補正方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、2個のピエゾ素子で構成される駆動要素を少なくとも1個備え、該駆動要素は、2個のピエゾ素子の夫々の伸縮方向が一致し、該伸縮方向に沿った直線上に2個のピエゾ素子が配置され、かつ一方のピエゾ素子は前記伸縮方向の両端が前記ベース部材の固定部及び前記可動部材の固定部に夫々固定され、他方のピエゾ素子は前記伸縮方向の一端のみが前記ベース部材の固定部又は前記可動部材の固定部に固定され、ピエゾ素子に電圧が印加されていない状態において、他の端は前記可動部部材の固定部又は前記ベース部材の固定部との間に隙間を持つ構造とする。前記隙間の長さは2個のピエゾ素子に電圧を印加し該ピエゾ素子の端面が可動部材又は固定部材と接触する範囲内とし、可動部に押し付けられた状態になるようにすることで機械剛性を得る。このような構造であれば、2個のピエゾをそれぞれ逆向きに変位させれば、可動部材を動かすことができ、更に電源を切って、2個のピエゾが縮んだ状態になっても、可動部材は、両端固定のピエゾ素子の側に引き寄せられるだけで、2個のピエゾ素子が引っ張り合うようなことは起きない。
【0012】
このような2つのピエゾ素子で構成される駆動要素を直交する向きに配置し、可動部材を直交する方向に微動できるようにする。さらに、正方形又は長方形の各辺に沿って駆動要素を配置し、直交する2軸と回転軸の1軸の自由度を備えた微細位置決め装置を得る。さらに、正方形又は長方形の各角に該正方形又は長方形の作る平面に垂直なるピエゾ素子をベース部材と可動部材間に固定し、このピエゾ素子を駆動することによって、直動と可動部材をベース部材に対して2つの方向に回転(傾け)させる、6自由度の微細位置決め装置を得る。
さらには、少なくとも1つの前記駆動要素のピエゾ素子の伸縮方向と同じ方向に作動しベース部材に対して前記可動部材を移動させるマイクロメータを備えた粗動軸を設ける。
また、このような微細位置決め装置を用いて工具刃先の位置、姿勢を補正するする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態の要部概要図で、この第1の実施形態は、1軸の微細位置決め装置に係わるものである。この微細位置決め装置はベース部材1に対して可動部材2を1つの直線方向に移動させ、該可動部材2をベースに対して位置決めさせるものである。この可動部材2の駆動手段として電圧印加によって伸長する2つのピエゾ素子(圧電素子)P1,P2からなる駆動要素を用いて、図1の矢印Aの方向に動かすものである。
【0014】
ベース部材1は中央部に突出部1aを有し、可動部材2は両端にベース部材1の突出部1aの側面と間隔を開けて対向する面を備えている。ピエゾ素子P1における軸方向の両端は、ベース部材1の突出部1aの側面と可動部材2の対向面にそれぞれ固定されている。また、ピエゾ素子P2における軸方向の両端における、一方の端はベース部材1の突出部1aにおける他方の側面に固定されているが、もう一方の端は固定されていない。図1に示す例では、ピエゾ素子P2の左側端はベース部材1に固定されているが右端は固定されておらず自由端となっている。駆動要素のピエゾ素子P1,P2に電圧を印可していない状態では、ピエゾ素子P2の右側端面と可動部材2の面との間で距離Lだけ離れている。
【0015】
ピエゾ素子P1,P2は電圧を印可したときに、軸方向の両端面間の距離が伸びる。ピエゾ素子P1及びピエゾ素子P2の最大変位量をaとすると、2つのピエゾ素子P1,P2とも変位量がa/2のときに、ピエゾ素子P2の端面と可動部材2が接触する条件は、L≦aとなる。変位量aは一般的には、10〜30μm程度の値である。この条件の下で、ピエゾ素子P1の変位量をa1、ピエゾP2の変位量をa2とするとa1+a2=aとなるように、ピエゾ素子P1及びピエゾ素子P2の変位量を制御すれば、可動部材2には常に一定の押し付け圧力が2つのピエゾ素子P1,P2から加えられた状態で、ピエゾ素子P1,P2の最大変位量aと同じだけのストロークで、可動部材2をピエゾ素子P1,P2の軸方向に変位させることができる。
【0016】
例えば、ピエゾ素子P2のみ電圧を印加して最大変位量aだけ変位させると、可動部材2は移動しないが、2つのピエゾ素子P1,P2で押し付けられ剛性が保持される。一方、ピエゾ素子P1のみ電圧を印加し、最大変位量aだけ変位させると可動部材2は図1において左方向に変位量aだけ変位することになり、可動部材2は、2つのピエゾ素子P1,P2で押し付け圧力により剛性が保持される。また、ピエゾ素子P1をその変位量が(a−δ)だけ変位するように電圧を印加し、ピエゾ素子P2に対しては、その変位量δだけ変位するように電圧を印加すれば、可動部材2は(a−δ)だけ変位し、ピエゾ素子P2が変位量δだけ伸長するから、隙間の距離Lは無くなり、可動部材2は2つのピエゾ素子P1,P2で押し付け圧力により剛性が保持される。このようにして、最大ストロークaの範囲内で、剛性を確保しながら可動部材2を任意の位置に位置決めすることができる。しかも、前述したように、駆動要素におけるピエゾ素子P1,P2の伸長は印加電圧を制御することによって1ナノオーダの分解能を得ることができるので高精度の位置決め装置を得ることができる。
【0017】
押し付け圧力は、L=aの条件ではちょうど0であり、隙間の距離Lが変位量aよりも小さくなるほど、押し付け圧力は大きくなり、機械剛性的には強くなるが、実用上、この距離Lは変位量aより1μm小さい程度で十分である。また、図1ではピエゾ素子P2はベース部材1側に固定されているが、可動部2側に固定して、ベース部材1との間で隙間Lだけ離しても、構造的には同じものである。
【0018】
また、ピエゾ素子P1,P2の軸方向長さは必ずしも同じ長さでなくてもよく、ベース部材1における突出部1aの2つの側面と可動部材2のそれぞれ対向する面間の距離が等しくなくてもよいものである。2つのピエゾ素子P1,P2に電圧を印可しない状態で、一方のピエゾ素子の端面と可動部材2の面又はベース部材1の突出部1aにおける側面間に間隙Lが形成されるようにすればよい。例えば、図1において、ピエゾ素子P2は、隙間の距離L以上伸長し所定圧力で可動部材2を押圧するだけの変位量aを最小限有しているものであればよい。ピエゾ素子P2は、この変位量a以下の変位量になるように印加電圧を制御すればよい。また、ピエゾ素子P1は、この変位量a以上の変位量を有していても、この変位量a以下の変位量になるように印加電圧を制御すればよい。なお、このピエゾ素子P1の最大変位量によって、可動部材2の最大ストロークが決まることになる。
【0019】
図2は本発明の第2の実施形態の要部概要図である。図1に示した1軸の微細位置決め装置の構造を4つ組み合わせて、すなわち、2つのピエゾ素子で構成される駆動要素を4つ組み合わせて、直動2軸、回転1軸の計3軸の自由度を持つ微細位置決め装置を構成したものである。
この第2の実施形態では、長方形又は正方形の形状に形成したベース部材の4辺に各辺の直線方向に移動させる、図1に示した1軸の微細位置決め装置の構造が形成されている。ベース部材10の各辺部の中央部には突出部10a,10b,10c,10dを備え、可動部材20の4角には該突出部10a,10b,10c,10dの側面と間隔をもってそれぞれ対向する面を有する対向面部20a,20b,20c,20dを有する。各辺のベース部材10の突出部10a,10b,10c,10dと可動部材の対向面部20a,20b,20c,20d間には、2つのピエゾ素子P11とP12、P13とP14、P15とP16、P17とP18が1組となって駆動要素とし、各辺の直線方向に配置されており、各駆動要素の一方のピエゾ素子の両端は、ベース部材10の突出部と可動部材の対向面部に固定され、他方のピエゾ素子は、一端のみが突出部又は対向面部に固定され、他端は固定されず自由端となっている。図2の例では、ピエゾ素子P11,P13,P16,P18の両端が固定され、ピエゾ素子P12,P14,P15,P17が一方の端のみが固定され、他端は、ベース部材の突出部又は可動部材の対向面部と距離Lの隙間を形成している。
【0020】
このように、図1に示す1軸の微細位置決め装置の構造を4つ組み合わせ、図2に矢印で示す直線軸のX軸方向、該X軸方向と直交するY軸方向、及び回転軸のC軸方向に、可動部材20を直線移動及び回転移動させて位置決めができる微細位置決め装置である。
【0021】
ピエゾ素子P11〜P18の変位量をそれぞれa11〜a18とし、a11〜a18=a/2のときに、可動部材20がベース部材10の中心に位置し、各ピエゾ素子P11〜P18によって、可動部材20は所定押し付け力で押し付けられている。例えば、可動部材20がベース部材10の中心に位置する状態から、図2のY軸方向にa/2だけ可動部を動かす場合を考えると、Y軸方向と直交するX軸方向と平行にその軸方向配置されたピエゾ素子P13,P14,P17,P18はX軸方向の中心を保持するものであるから、その変位量がa13=a14=a17=a18=a/2となるように電圧を印加する。
【0022】
一方、Y軸方向と平行にその軸方向が配置されたピエゾ素子P11,P16の変位量は、a11=a16=0、ピエゾ素子P12,P15の変位量は、a12=a15=a、とそれぞれなるように電圧を印加すれば、可動部材20は、Y軸方向に沿って図2の右下方向に移動することになる。
【0023】
Y軸方向の逆方向(図2の左上方向)に移動させるときには、ピエゾ素子P13,14,17,18の変位量はa13=a14=a17=a18=a/2、ピエゾ素子P11,P16の変位量は、a11=a16=a、ピエゾ素子P12,P15の変位量は、a12=a15=0となるように電圧をそれぞれピエゾ素子に印加すればよい。
【0024】
ここで、ピエゾ素子P13,P14,P17,P18は、可動部材20を変位させようとしている方向に直角な向きに配置されており、可動部材20の変位を妨げるように見えるが、ピエゾ素子Pは図3に矢印で示すような、軸方向に直角な力に対しては、剛性が弱いので、変位を妨げるようなことはない。
【0025】
また、可動部材20をX軸方向に移動させるときには、ピエゾ素子P11,P12,P15,P16の変位量はa11=a12=a15=a16=a/2、ピエゾ素子P13,P18の変位量は、a13=a18=0、ピエゾ素子P14,P17の変位量は、a14=a17=aとなるように電圧をそれぞれピエゾ素子に印加すれば、X軸に沿って図2の右上方向に可動部材20は移動する。また、ピエゾ素子P11,P12,P15,P16の変位量をa11=a12=a15=a16=a/2、ピエゾ素子P13,P18の変位量を、a13=a18=a、ピエゾ素子P14,P17の変位量を、a14=a17=0となるように電圧をそれぞれピエゾ素子に印加すれば、X軸に沿って図2の左下方向に可動部材20は移動する。
【0026】
C軸の回転方向に可動部を変位させる場合には、例えば、ピエゾ素子P11,P13,P15,P17の変位量を、a11=a13=a15=a17=a、ピエゾ素子P12,P14,P16,P18の変位量をa12=a14=a16=a18=0とすれば、可動部材20がC軸方向に時計回りに変位する。逆に、ピエゾ素子P11,P13,P15,P17の変位量を、a11=a13=a15=a17=0、ピエゾ素子P12,P14,P16,P18の変位量をa12=a14=a16=a18=aとすれば、可動部材20はC軸方向に反時計回りに変位する。
【0027】
なお、上述した説明では、ピエゾ素子を0,a/2,aの変位量移動された例を説明したが、各ピエゾ素子を0〜aの範囲内の変位量を移動させることによって、可動部材20をX,Y軸方向、C軸回転方向を、この0〜a内の位置に位置決めできるものである。
【0028】
そして、可動部材20は、電源が切られた状態では、ベース部材10の4辺における1組のピエゾ素子の一方を介してベース部材10に固着され、電源が入れられた状態では、各辺の各ピエゾ素子によって押圧されてベース部材10に固定されることになるから、3自由度であるにも係わらず剛性が保持されるものである。
【0029】
図4は本発明の第3の実施形態の要部概要図である。この第3の実施形態は、図2に示した第2の実施形態の3軸構造に更にピエゾ素子を4つ追加して配置したもので、直動3軸、回転3軸の計6軸の自由度を持つ微細位置決め装置である。
ピエゾ素子11〜18は図2の3軸微細位置決め装置と同じ方法、すなわち、図1に示される方法により、ベース部材10と可動部部材20に固定されている。さらに、この第3の実施形態では、ベース部材10と可動部材20の対向面部20a,20b,20c,20d間にピエゾ素子P19,P20,P21,P22が、その軸方向をX,Y軸方向と直交する方向(以下Z軸方向という)に平行にして配置され、その両端はベース部材10と可動部材20にそれぞれ固定されている。本発明においては、微細位置決め装置の剛性を高めるピエゾ素子の固定方法は、原理的には図1に示した固定方法である。しかし、この図1に示した固定方法を、このZ軸方向に軸方向が配置されたピエゾ素子に対しては採用していない。その理由は、ピエゾ素子P19〜P22が支持しているのは上下方向、すなわち重力方向であり、常に重力による外力は可動部を下に押す向きに働いており、ピエゾ素子P19〜P22を圧縮する方向である。この方向は、ピエゾ素子の剛性が高い方向であり、重力に対抗して、上向きの外力が生じることは考え難いので、このような一方向から可動部を支持するピエゾの固定方法を採用した。また、このZ軸方向が重力方向ではない場合でも、ピエゾ素子P19〜P22を圧縮するような負荷が常にかかっているような可動部材を位置決めする位置決め装置にも適用するものである。
このピエゾ素子P11〜P18による可動部材20の駆動方法は、図2に示される方向(X,Y,C軸方向)と同じになる。
【0030】
ピエゾ素子P9〜P12による可動部材20の駆動方向は、直動1軸、回転2軸の合計3軸で、図5に矢印で示す方向の直線移動軸のZ軸方向、回転軸のA,B軸方向となる。Z軸方向に動かす場合は、ピエゾ素子P19〜P22の変位量をa19〜a22として、a19=a20=a21=a22の条件でピエゾ素子P19〜P22を任意に変位させれば、可動部材20はZ軸方向に動く。また、例えば、A軸方向に回転させる(傾かせる)場合は、変位量a19=a22、変位量a20=a21の条件でピエゾ素子P19からP22を任意に変位させれば、A軸方向に可動部材20は動く。また、変位量a19=a20、変位量a21=a22の条件でピエゾ素子P19からP22を任意に変位させれば、B軸方向に可動部材20は動く。
【0031】
図6は図4に示した第3の実施形態の6軸微細位置決め装置に、更に2軸のマイクロメータを加えたものである。6軸の微動作に加えて、X軸,Y軸方向の粗動作を可能とした第4の実施形態の微細位置決め装置である。2個のマイクロメータ31,32は粗動ベース部材30に固定され、6軸微細位置決め装置のベース部材10を変位させる。マイクロメータ31,32は、数ミリメートルのストロークをもち、数ミクロンの分解能で位置決めが可能であるため、粗動軸として使用する。マイクロメータ31,32で、X軸方向、Y軸方向のおおよその位置決めを行った後に、残った誤差を6軸微細位置決め装置で補正する。位置決めの自由度を増やすと機械剛性が落ちることは、前述した通りであるが、粗動で動かした後、粗動ベース部材30と6軸微細位置決め装置のベース部材10に設けたボルト穴33を介してボルトで粗動ベース部材30と連結することにより、粗動軸を追加したことによる剛性の低下は、防ぐことができる。
【0032】
図6では、マイクロメータはX軸、Y軸の2軸のみであるが、より多数のマイクロメータを使用して、粗動軸を増やすことも可能である。ただし、この場合も粗動作を行った後に、粗動の機構部はボルトで固定するなどして、粗動軸により剛性が低下しないようにする必要がある。
【0033】
図7は本発明の第5の実施形態の概要図であり、この実施形態では、回転テーブル40の上に図6に示した2軸粗動位置決め手段を有する微細位置決め装置を固定し、該微細位置決め装置の可動部材20上に工具台41を固定し、更に工具台41に工具42を取り付けるようにしたものである。
【0034】
例えば、自由曲面の加工では、工具角度を回転テーブル40によって変えても、工具42の刃先の先端は動かないことが多くの場合において必要になる。そのためには、回転テーブル40の回転中心CPと、工具42の刃先の先端が厳密に一致している必要がある。図8は図7を真上から見た図であるが、工具42の刃先を回転中心CPに一致させるために、まず、マイクロメータ31,32で粗動作を行い、ミクロンオーダの誤差に入れた後、ピエゾ素子P11〜P22を駆動して、ナノオーダの誤差になるまで、刃先位置の補正を行う。工具42の刃先が回転中心からどの方向にどれだけずれているのかを見積もる方法としては、顕微鏡などで回転テーブル40を回したときの刃先の移動量を直接観察する方法では、ミクロンオーダの誤差までしか分からないが、実際に試し加工を行い、その加工物の形状精度を測定することにより、ナノオーダの刃先位置の誤差を見積もることは可能である。したがって、実際に刃先位置を回転中心CPに一致させる手段としては、図9のフローチャートのような流れとなる。
【0035】
まず、顕微鏡で工具42の刃先を観察し、回転テーブル40の回転中心CPからの位置のずれをミクロンオーダで測定する(ステップS1)。次にマイクロメータ31,32を用いてベース部材10をX,Y軸方向に移動させる粗動作で工具刃先位置の補正を行う。この粗動作により工具42の刃先位置と回転テーブル40の回転中心CPの誤差がミクロンオーダに入れる(ステップS2)。その後、試し加工を行い、加工誤差をナノオーダで測定する(ステップS3)。
【0036】
測定結果の加工誤差が許容範囲内か否か判断し(ステップS4)、許容範囲内でなければ、ピエゾ素子P11〜P22を駆動して微動作による工具42の刃物先端位置と姿勢を補正する(ステップS5)。そして再び試し加工を行い加工誤差をナノオーダで測定し、この加工誤差が許容誤差内か判別する。以下このステップS3,S4,S5の動作を繰り返し、実行し、加工誤差が許容範囲内になったことが判別されると、本番の加工を実施する(ステップS6)。
【0037】
これにより刃先をナノオーダで回転テーブル40の回転中心に合わせることができる。また、加工方法によって、工具42のセッティング方法は、様々であるが、6軸を微細位置決め可能なので、工具位置と工具姿勢の補正にこの装置は汎用的に利用できる。
【0038】
上述した図2、図4,図6に示した第2、第3、第4の実施形態では、同一可動部材20を、X軸、Y軸方向に駆動するようにしたが、可動部材を2層で構成し、ベース部材10に対して、X(又はY)軸方向に駆動する2つのピエゾ素子からなる駆動要素を用いて駆動される第1の可動部材と、第1の可動部材に対して、該第1の可動部材の移動方向に直交する方向のY(又はX)軸方向に駆動する2つのピエゾ素子からなる駆動要素を用いて駆動される第2の可動部材で構成してもよい。この場合、第1、第2の可動部材の移動をガイドするガイド手段を設けるようにしてもよい。少なくとも、駆動要素をそれぞれ1つ設ける場合は、第1、第2の可動部材の移動をガイドするガイド手段をそれぞれ設ける。
【0039】
【発明の効果】
本発明の微細位置決め装置においては、高い機械剛性で、ナノオーダの分解能で位置決めを行うことができる。また、6軸微細位置決め装置を用いることによって工具刃先の位置と姿勢をナノオーダで補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の要部概要図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の要部概要図である。
【図3】ピエゾ素子の剛性の説明図である。
【図4】本発明の第3の実施形態の要部概要図である。
【図5】同第3の実施形態の動作説明図である。
【図6】本発明の第4の実施形態の要部概要図である。
【図7】本発明の第5の実施形態の概要図である。
【図8】本発明の第5の実施形態において、工具刃先と回転テーブルの回転中心を一致させるときの説明図である。
【図9】発明の第5の実施形態において、工具刃先と回転テーブルの回転中心を一致させる動作処理の流れ図である。
【符号の説明】
1、10 ベース部材
2、20 可動部材
1a,10a,10b,10c,10d 突出部
20a,20b,20c,20d 対向面部
30 粗動ベース部材
31,32 マイクロメータ
33 ボルト穴
40 回転テーブル
41 工具台
42 工具
P1、P2、P11〜P22 ピエゾ素子
Claims (6)
- 可動部材をベース部材に対し位置決めする微細位置決め装置において、2個のピエゾ素子で構成される駆動要素を少なくとも1個備え、該駆動要素は、2個のピエゾ素子の夫々の伸縮方向が一致し、該伸縮方向に沿った直線上に2個のピエゾ素子が配置され、かつ一方のピエゾ素子は前記伸縮方向の両端が前記ベース部材の固定部及び前記可動部材の固定部に夫々固定され、他方のピエゾ素子は前記伸縮方向の一端のみが前記ベース部材の固定部又は前記可動部材の固定部に固定され、ピエゾ素子に電圧が印加されていない状態において、他の端は前記可動部部材の固定部又は前記ベース部材の固定部との間に隙間を持つ構造であることを特徴とする微細位置決め装置。
- 前記ピエゾ素子の伸縮方向が直交する方向にそれぞれ前記駆動要素を1以上備え、ベース部材に対して可動部材を直交する方向に駆動可能にした請求項1に記載の微細位置決め装置。
- 前記駆動要素4個が正方形または長方形の4辺を構成するように配置され、それぞれの駆動要素が、1つのベース部材を共有し、同一の可動部材を位置決めすることを特徴とする請求項1に記載の微細位置決め装置。
- 前記正方形または長方形の四隅のそれぞれに、伸縮方向が該正方形または長方形のつくる平面と垂直となるピエゾ素子を配置し、それぞれのピエゾ素子の両端はベース部材と可動部材に固定されていることを特徴とする請求項3に記載の微細位置決め装置。
- 少なくとも1つの前記駆動要素のピエゾ素子の伸縮方向と同じ方向に作動しベース部材に対して前記可動部材を移動させるマイクロメータを備えた粗動軸を有する請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の微細位置決め装置。
- 請求項1乃至4の内、何れか1項に記載の微細位置決め装置を使用して工具刃先の位置と姿勢をナノオーダで補正する工具補正方法。
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