JPH0230452A - 圧電駆動装置 - Google Patents

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。

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、産業用ロボット等
の駆動に用いる高精度位置決め装置として適用される圧
電駆動装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特開昭５５−６１０２５号公報に示され
た従来の圧電駆動装置を示す断面構成図であり、図にお
いて、（１）は中心軸であり、（２）は中心軸（１）と
同心状に設けられだ円筒型の伸縮用圧電素子、（３）（
４）は伸縮用圧電素子の両端に結合された円筒状のクラ
ンプ用圧電素子である。また、（８）はケーシングであ
る。

次に動作について説明する。右方前進時は、クランプ用
圧電素子（４）に電圧を印加して中心軸（１）をつかみ
、伸縮用圧電素子（２）に階段状に増加する電圧を印加
すると伸縮用圧電素子（２）が伸びて中心軸（１）が右
方前進する。伸縮用圧電素子（２）への印加電圧が許容
最高値に達したときクランプ用圧電素子（３）へ電圧を
印加し中心軸（１）をつかむと同時にクランプ用圧電素
子（４）−＼の電圧印加を停止して中心棒（１）を離す
。ぞして、伸縮用圧電素子（２）へ階段状に減少する波
形の′混圧を印加すると伸縮用圧電素子（２）が縮少し
て再び中心棒（１）は右方へ前進する。この場合、移動
坦は伸縮用圧電素子の伸縮量によって非常に細かく制御
できるため、位置決め分解能は非常に高い。

なお、左方に前進する場合も３つの圧電素子の動作順序
を変更するだけで容易に実現できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の圧電駆動装置は以上のように構成されているので
、圧電素子の非常に小さな伸縮量の累積によって駆動ス
トロークを得るため、駆動速度が小さく圧電駆動装置の
動作範囲はごく限られておシ、別に粗動装置を用意しな
ければならないなどの問題があった。

この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、速度が比較的速く、粗動装置なしで、広い動
作範囲において高精度位置決め可能な圧、を駆動装置を
得ることを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

この発明に係る圧電駆動装置は、バネで可動体と結合さ
れた駆動用圧′に素子を、駆動量を検出するセンサの信
号をもとに制御装置で制御するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における圧電駆動装置は、可動体の質量とばね
の＃性で構成される振動系を駆動用ｆＦ、電素子で共振
させ、例えは変位センサと制御装置で進行方向と一致し
だ振巾のみをとり出して中心軸を駆動する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図の断面構成図において、（１）は中心軸、（８）はケ
ーシングであり、中心軸（］）ｌｄケーシング（８）に
回転および直動自在に支持されている。（２）はケーシ
ング（８）に一端を固定され軸方向に伸縮する円筒型の
駆動用圧電素子、（５）は駆動用圧電素子（２）に一端
を固定された直動ばねで他端は可動体（７）に接続され
ている。（３）は外周がケーシング（８）に固定され内
径が拡大・縮少する円筒型のクランプ用圧電素子、（４
）は外Ｒが可動体に固定され内径が拡大・縮少する円筒
型のクランプ用圧電素子である。

一方、（６）はケーシング（８）と可動体（７）の軸方
向の相対変位を検ｄ−ｊする様に設けられた変位センサ
、（９）は変位センサ（６）と駆動用圧電素子（２）、
クランプ用圧電素子（３）　、　（４）に接続された制
御装置である０次に動作について説明する。第２図（＆
）　（ｂ）（Ｑ）は各々中心軸が左方向へ移動する場合
の動作原理図である。第２図（ａ）において中心軸（１
）は通電され内径が収縮したクランプ用圧電素子（３）
でケーシング（８）に対して固定され、可動体（７）は
クランプ用圧電素子（４）が通電されてないため、中心
軸（１）に対して直動自在の状態である。この状態で、
制御装置（９）の指令によって可動体（７）の質量と直
動ばね（５）の剛性で決定される固有振動数で駆動用圧
電素子（２）を動作させると、可動体（７）は軸方向に
共振する０ この共振状態において、第２図（ｂ）に示すように、変
位センサ（６）は可動体（７）が最も右へ移動したこと
を検出して、制御装置（９）に信号を送り、その結果制
御装置（９）はクランプ用圧電素子（４）に通電して、
可動体（７）と中心軸（１ンの間を結合する。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、クランプ用圧電素子
（３）の通電を停止して中心軸（１）とケーシング（８
）の間を分離すればばね（５）の収縮につれて、可動体
（７）と中心軸（１）は一体となって左方向へ移動する
。

そして、最も左へ移動したことを変位センサ（６）によ
って検出し、制御装置（９）の指令によりクランプ用圧
電素子（３）によってケーシング（８）と中心軸（１）
を結合すると同時にクランプ用圧電素子（４）を解放し
て第２図（、）の状態にもどる。

以上のような動作をくり返すことで、中心軸は左方へ移
動する。そして、はげ目標の変位の付近１で移動した後
、駆動用圧電素子（２）の駆動信号を固有振動数より十
分低い振動数に変更すると上述の共振は抑制され、従来
例の圧電駆動素子と同様に高精度位置決めが可能になる
。

なお、上記実施例では駆動用圧電素子（２）および共振
用はね（５）に直動のものを設けた例を示したが、駆動
用圧電素子（２）およびはね（５）を回転方向に変形す
るものにすれは、中心軸（１）が直動ではなく回転する
ようにすることもできる。

また、上記実施例では、クランプ用素子として圧電素子
を用いた例を示したが、クランプ用素子として静電チャ
ック等の手段を用いることもできる０ また、上記実施例では、振動検出用として変位センサを
用いたが速度センサ、加速度センサを用い積分演算して
も同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、駆動用圧電素子と可
動体がばねを介して結合されるように構成したので、高
精度位置決め可能であり、かつ、動作範囲の広い圧電駆
動装置が得られる効果がある０

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による圧電駆動装置を示す
断面構成図、第２図（−）　（ｂ）　（Ｃ）はそれぞれ
第１図の装置の動作原理図、第３図は従来の圧電駆動装
置の一例を示す断面構成図である。 図において、（１）・・・中心軸、（２）・・・駆動用
圧電素子、（３）・・・クランプ用圧電素子、（４）・
・・クランプ用圧電素子、（５）・・・直動ばね、（６
）・・・変位センサ、（７）・・・可動体、（８）・・
・ケーシング、（９）・・・制御装置である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動用圧電素子とクランプ用素子により微小移動し、そ
   の微小移動の反覆によつて連続動作する圧電駆動装置に
   おいて、上記駆動用圧電素子と可動体に直列に結合され
   たばね、上記可動体とばねからなる振動系に発生する共
   振を検出するセンサ、及びこのセンサの信号をもとにし
   て所望の方向の振動をとり出すように上記圧電素子およ
   びクランプ用素子を制御する制御装置を設けたことを特
   徴とする圧電駆動装置。