JPH064209B2 - 位置決め機構 - Google Patents
位置決め機構Info
- Publication number
- JPH064209B2 JPH064209B2 JP62252804A JP25280487A JPH064209B2 JP H064209 B2 JPH064209 B2 JP H064209B2 JP 62252804 A JP62252804 A JP 62252804A JP 25280487 A JP25280487 A JP 25280487A JP H064209 B2 JPH064209 B2 JP H064209B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- piezoelectric element
- parallel
- moving
- clamp base
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
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
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、精密機器に用いられる位置決め機構に関する
ものである。 〔従来の技術〕 従来、圧電素子を用いた位置決め機構としては、可動部
を直接圧電素子により駆動する機構、第３図に示すよう
にてこを組み合わせて圧電素子の微少な変位を拡大する
変位拡大機構を用いて駆動する機構が知られている。こ
の従来例は、圧電素子１１と、フレーム１２と、ヒンジ
１３，１４，１５，１６，１７と、アーム１８，１９，
２０とを具備する。また、第４図のように、一対のクラ
ンプ部と、そのクランプ部を移動させる伸縮部を持ち、
クランプを交互に行ない、伸縮部によりクランプ部を移
動させる尺取り虫的な方法により、一軸に位置決めする
機構も知られている。この従来例は、フレーム２１と、
移動用圧電素子２２と、固定用圧電素子２３とを具備す
る。圧電素子を用いたθ軸の位置決め機構としては、板
ばねにより可動部を支持し、圧電素子によってθ軸の移
動させる機構がある。さらに、尺取り虫的な方法を回転
に利用して、θ軸の回転を行なう機構も知られている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 可動部を直接圧電素子により駆動する方法では、圧電素
子のストロークにより移動範囲が制限されるため、圧電
素子の中でも変位の大きい積層型圧電素子を用いても、
数十μｍ程度の移動範囲が限界であった。また、変位拡
大機構を用いた方法では、直接駆動する場合に比べて、
最大数十倍の拡大率が得られるが、剛性が低下するとい
う問題がある。また、板ばねを支持にもちいた構造で
は、移動距離や回転角度が制限される。尺取り虫的な機
構の場合、一軸の移動が普通であり、これを三軸以上組
み合わせた場合、構造が複雑になり、剛性が大きく低下
する。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の位置決め機構は、一対のクランプ部と伸縮部を
備えた尺取り虫的な移動機構において、向かい合う平行
面を有するフレームと、ステージと、前記ステージの周
辺部に一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばして
前記ステージを前記平行面間に固定し、縮めて前記ステ
ージを前記平行面に対して可動とするステージ固定用圧
電素子と、前記ステージの周辺に配置された複数のクラ
ンプベースと、前記ステージと前記クランプベースを接
続する移動用圧電素子と、前記クランプベースに一端を
固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばしてクランプベー
スを前記平行面間に固定し、縮めてクランプベースを前
記平行面に対して可動とするクランプベース固定用電素
子とを具備し、前記クランプベースは各々、前記ステー
ジの側面との間を一対の前記移動用圧電素子により接続
され、前記一対の移動用圧電素子を前記平行面に平行
に、かつ互いに角度を持って配置して、前記ステージに
対し前記クランプベースを前記平行面に平行な２軸方向
に位置決めすることを特徴とする。 〔作用〕 本発明においては、ステージとクランプベースとの位置
決めが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも圧電素子の移動範囲内
で任意に行えるため、ステージのＸ軸、Ｙ軸、θ軸の移
動を三軸同時に自由に行なうことができる。さらに、圧
電素子の移動範囲を越えた移動距離においても、Ｘ軸，
Ｙ軸，θ軸の三軸すべての移動を行なうクランプベース
が、尺取り虫運動により、一平面上に移動するため、位
置決め範囲を必要なだけ得ることが可能となる。また、
構造が簡単であり、ステージは、移動時以外は、固定圧
圧電素子により、直接、本体である平行面に両面より固
定されるため、剛性が高い。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図
は、本発明の一実施例を示す説明図であり、この図は、
フレーム５の向かい合う２つの平行面の上面を取り、上
側より見た図である。第２図は、第１図のＡ−Ａ面の断
面図である。ステージ１は、表４カ所、裏４カ所の計８
カ所にステージ固定用圧電素子２が固定されている。ス
テージ１の側面には、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の２
本の移動用圧電素子４により支持されたクランプベース
７が計４個固定され、そのクランプベース７の上下両面
には、クランプベース固定用圧電素子３が固定されてい
る。なお、固定用圧電素子２、および３の平行板側に
は、磨耗を防ぐために金属またはセラミックの接触用部
材８が付けられている。また、移動用圧電素子に曲げモ
ーメントが働かないように、ヒンジ６が設けられてい
る、ステージ１は、固定時は、固定用圧電素子２が伸ば
されることにより、上下の平行面を押し付けて固定され
る。移動時は、まずクランプベース７の固定用圧電素子
３が伸ばされてクランプベース７が固定され、次にステ
ージ１の固定用圧電素子２が縮められ、可動状態にな
る。そして、移動用圧電素子４により、クランプベース
７を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸の必要とする位置決め
量だけ移動させる。移動後、ステージ１は、固定用圧電
素子２を伸ばすことにより固定され、クランプベース７
の固定用圧電素子２は、縮められる。なお、移動順序
は、先にクランプベース７を移動してから、固定し、次
にステージ１を移動させてもかまわない。以上の動作に
より、移動用圧電素子４の動作範囲内の微少な移動距離
の時は、移動用圧電素子４の変位を制御して、ステージ
１を直接駆動することにより、高精度にＸ軸方向、Ｙ軸
方向、θ軸の位置決めをすることができる。また、大き
な距離移動するときは、一定の移動量で上記のような尺
取り虫的な動作を繰り返して、目標とする距離の近傍ま
で移動し、その後、移動用圧電素子４の変位を制御して
精密な位置決めを行なうことにより、高精度の位置決め
を行なうことができる。この図では、ステージ１は４カ
所で固定され、クランプベースは、４個あるが、これら
の数は任意でかまわない。このようにしてＸ軸方向、Ｙ
軸方向、θ軸の任意の距離、角度を高精度に位置決めす
ることが可能となる。 〔発明の効果〕 本発明により、簡易な構成により、位置決め範囲が大き
く、かつ高精度、高剛性な、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の位置決
め機構が実現できる。
ものである。 〔従来の技術〕 従来、圧電素子を用いた位置決め機構としては、可動部
を直接圧電素子により駆動する機構、第３図に示すよう
にてこを組み合わせて圧電素子の微少な変位を拡大する
変位拡大機構を用いて駆動する機構が知られている。こ
の従来例は、圧電素子１１と、フレーム１２と、ヒンジ
１３，１４，１５，１６，１７と、アーム１８，１９，
２０とを具備する。また、第４図のように、一対のクラ
ンプ部と、そのクランプ部を移動させる伸縮部を持ち、
クランプを交互に行ない、伸縮部によりクランプ部を移
動させる尺取り虫的な方法により、一軸に位置決めする
機構も知られている。この従来例は、フレーム２１と、
移動用圧電素子２２と、固定用圧電素子２３とを具備す
る。圧電素子を用いたθ軸の位置決め機構としては、板
ばねにより可動部を支持し、圧電素子によってθ軸の移
動させる機構がある。さらに、尺取り虫的な方法を回転
に利用して、θ軸の回転を行なう機構も知られている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 可動部を直接圧電素子により駆動する方法では、圧電素
子のストロークにより移動範囲が制限されるため、圧電
素子の中でも変位の大きい積層型圧電素子を用いても、
数十μｍ程度の移動範囲が限界であった。また、変位拡
大機構を用いた方法では、直接駆動する場合に比べて、
最大数十倍の拡大率が得られるが、剛性が低下するとい
う問題がある。また、板ばねを支持にもちいた構造で
は、移動距離や回転角度が制限される。尺取り虫的な機
構の場合、一軸の移動が普通であり、これを三軸以上組
み合わせた場合、構造が複雑になり、剛性が大きく低下
する。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の位置決め機構は、一対のクランプ部と伸縮部を
備えた尺取り虫的な移動機構において、向かい合う平行
面を有するフレームと、ステージと、前記ステージの周
辺部に一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばして
前記ステージを前記平行面間に固定し、縮めて前記ステ
ージを前記平行面に対して可動とするステージ固定用圧
電素子と、前記ステージの周辺に配置された複数のクラ
ンプベースと、前記ステージと前記クランプベースを接
続する移動用圧電素子と、前記クランプベースに一端を
固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばしてクランプベー
スを前記平行面間に固定し、縮めてクランプベースを前
記平行面に対して可動とするクランプベース固定用電素
子とを具備し、前記クランプベースは各々、前記ステー
ジの側面との間を一対の前記移動用圧電素子により接続
され、前記一対の移動用圧電素子を前記平行面に平行
に、かつ互いに角度を持って配置して、前記ステージに
対し前記クランプベースを前記平行面に平行な２軸方向
に位置決めすることを特徴とする。 〔作用〕 本発明においては、ステージとクランプベースとの位置
決めが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも圧電素子の移動範囲内
で任意に行えるため、ステージのＸ軸、Ｙ軸、θ軸の移
動を三軸同時に自由に行なうことができる。さらに、圧
電素子の移動範囲を越えた移動距離においても、Ｘ軸，
Ｙ軸，θ軸の三軸すべての移動を行なうクランプベース
が、尺取り虫運動により、一平面上に移動するため、位
置決め範囲を必要なだけ得ることが可能となる。また、
構造が簡単であり、ステージは、移動時以外は、固定圧
圧電素子により、直接、本体である平行面に両面より固
定されるため、剛性が高い。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図
は、本発明の一実施例を示す説明図であり、この図は、
フレーム５の向かい合う２つの平行面の上面を取り、上
側より見た図である。第２図は、第１図のＡ−Ａ面の断
面図である。ステージ１は、表４カ所、裏４カ所の計８
カ所にステージ固定用圧電素子２が固定されている。ス
テージ１の側面には、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の２
本の移動用圧電素子４により支持されたクランプベース
７が計４個固定され、そのクランプベース７の上下両面
には、クランプベース固定用圧電素子３が固定されてい
る。なお、固定用圧電素子２、および３の平行板側に
は、磨耗を防ぐために金属またはセラミックの接触用部
材８が付けられている。また、移動用圧電素子に曲げモ
ーメントが働かないように、ヒンジ６が設けられてい
る、ステージ１は、固定時は、固定用圧電素子２が伸ば
されることにより、上下の平行面を押し付けて固定され
る。移動時は、まずクランプベース７の固定用圧電素子
３が伸ばされてクランプベース７が固定され、次にステ
ージ１の固定用圧電素子２が縮められ、可動状態にな
る。そして、移動用圧電素子４により、クランプベース
７を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸の必要とする位置決め
量だけ移動させる。移動後、ステージ１は、固定用圧電
素子２を伸ばすことにより固定され、クランプベース７
の固定用圧電素子２は、縮められる。なお、移動順序
は、先にクランプベース７を移動してから、固定し、次
にステージ１を移動させてもかまわない。以上の動作に
より、移動用圧電素子４の動作範囲内の微少な移動距離
の時は、移動用圧電素子４の変位を制御して、ステージ
１を直接駆動することにより、高精度にＸ軸方向、Ｙ軸
方向、θ軸の位置決めをすることができる。また、大き
な距離移動するときは、一定の移動量で上記のような尺
取り虫的な動作を繰り返して、目標とする距離の近傍ま
で移動し、その後、移動用圧電素子４の変位を制御して
精密な位置決めを行なうことにより、高精度の位置決め
を行なうことができる。この図では、ステージ１は４カ
所で固定され、クランプベースは、４個あるが、これら
の数は任意でかまわない。このようにしてＸ軸方向、Ｙ
軸方向、θ軸の任意の距離、角度を高精度に位置決めす
ることが可能となる。 〔発明の効果〕 本発明により、簡易な構成により、位置決め範囲が大き
く、かつ高精度、高剛性な、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の位置決
め機構が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の上面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ面における断面図、第３図，第４図は従来例の構成
図である。 １…ステージ、２…ステージ固定用圧電素子、３…クラ
ンプベース固定用圧電素子、４…移動用圧電素子、５…
フレーム、６…ヒンジ、７…クランプベース、８…接触
用部材。
−Ａ面における断面図、第３図，第４図は従来例の構成
図である。 １…ステージ、２…ステージ固定用圧電素子、３…クラ
ンプベース固定用圧電素子、４…移動用圧電素子、５…
フレーム、６…ヒンジ、７…クランプベース、８…接触
用部材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】一対のクランプ部と伸縮部を備えた
尺取り虫的な移動機構において、向かい合う平行面を有
するフレームと、ステージと、前記ステージの周辺部に
一端を固定し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばして前記ス
テージを前記平行面間に固定し、縮めて前記ステージを
前記平行面に対して可動とするステージ固定用圧電素子
と、前記ステージの周辺に配置された複数のクランプベ
ースと、前記ステージと前記クランプベースを接続する
移動用圧電素子と、前記クランプベースに一端を固定
し、前記平行面にほぼ垂直に伸ばしてクランプベースを
前記平行面間に固定し、縮めてクランプベースを前記平
行面に対して可動とするクランプベース固定用圧電素子
とを具備し、前記クランプベースは各々、前記ステージ
の側面との間を一対の前記移動用圧電素子により接続さ
れ、前記一対の移動用圧電素子を前記平行面に平行に、
かつ互いに角度を持って配置して、前記ステージに対し
前記クランプベースを前記平行面に平行な２軸方向に位
置決めすることを特徴とする位置決め機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252804A JPH064209B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 位置決め機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62252804A JPH064209B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 位置決め機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0197538A JPH0197538A (ja) | 1989-04-17 |
| JPH064209B2 true JPH064209B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17242457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62252804A Expired - Lifetime JPH064209B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 位置決め機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064209B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093553A1 (ko) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 아주대학교산학협력단 | 평면 3자유도 스테이지 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101340033B1 (ko) * | 2012-06-28 | 2013-12-10 | 한국과학기술원 | 유연기구 메커니즘을 이용한 3축 면외방향 운동 스테이지 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60166294U (ja) * | 1984-04-10 | 1985-11-05 | 松下電工株式会社 | 駆動用圧電装置 |
| JPS6182433A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-26 | Toshiba Corp | 微動機構 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62252804A patent/JPH064209B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093553A1 (ko) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 아주대학교산학협력단 | 평면 3자유도 스테이지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0197538A (ja) | 1989-04-17 |
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