JPH09275689A - 超精密位置決め装置 - Google Patents
超精密位置決め装置Info
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- JPH09275689A JPH09275689A JP8106091A JP10609196A JPH09275689A JP H09275689 A JPH09275689 A JP H09275689A JP 8106091 A JP8106091 A JP 8106091A JP 10609196 A JP10609196 A JP 10609196A JP H09275689 A JPH09275689 A JP H09275689A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クランプ要素と送り要素を構成する圧電素子
の積層方向と垂直な方向に加わる力を散逸することで、
圧電素子の寿命を長くし、圧電素子の変位量を大きくす
る。 【解決手段】 クランプブロック2の端面には、圧電素
子を積層したクランプ要素3及び送り要素4が直交して
固着されている。クランプ要素3若しくは送り要素4と
固定ブロック5の固着面から、圧電素子の積層方向に固
定ブロック5の端部に、所定の深さ及び所定の幅を有す
る縦溝6b,6a及び薄板7b,7aが刻設されてい
る。
の積層方向と垂直な方向に加わる力を散逸することで、
圧電素子の寿命を長くし、圧電素子の変位量を大きくす
る。 【解決手段】 クランプブロック2の端面には、圧電素
子を積層したクランプ要素3及び送り要素4が直交して
固着されている。クランプ要素3若しくは送り要素4と
固定ブロック5の固着面から、圧電素子の積層方向に固
定ブロック5の端部に、所定の深さ及び所定の幅を有す
る縦溝6b,6a及び薄板7b,7aが刻設されてい
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超精密位置決め装置
に係わり、特にクランプ要素と送り要素を構成する圧電
素子の積層方向と垂直な方向に加わる力を散逸出来る超
精密位置決め装置に関する。
に係わり、特にクランプ要素と送り要素を構成する圧電
素子の積層方向と垂直な方向に加わる力を散逸出来る超
精密位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、尺取り虫(Inch worm)
方式の送り装置の一種に圧電素子(PZT)をアクチュ
エータとして利用したものがある。図6にこの方式を採
用した超精密位置決め装置の全体構成図を示す。図6に
おいて、移動体1を挟持する一対のクランプブロック2
a,2bが、移動体1を挟んで対峙している。クランプ
ブロック2a,2bの一端面には移動体1の移動方向と
垂直な方向に圧電素子を積層した一対のクランプ要素3
a,3bが固着されている。また、クランプブロック2
a,2bのもう一方の端面には移動体1の移動方向に圧
電素子を積層した一対の送り要素4a,4bが固着され
ている。そして、一対のクランプ要素3a,3b及び一
対の送り要素4a,4bの他端面は一対の固定ブロック
5a,5bに固着されている。そして、この様に構成し
た送りユニットが複数個(図6の場合には4個)移動体
1の移動方向に配列されている。
方式の送り装置の一種に圧電素子(PZT)をアクチュ
エータとして利用したものがある。図6にこの方式を採
用した超精密位置決め装置の全体構成図を示す。図6に
おいて、移動体1を挟持する一対のクランプブロック2
a,2bが、移動体1を挟んで対峙している。クランプ
ブロック2a,2bの一端面には移動体1の移動方向と
垂直な方向に圧電素子を積層した一対のクランプ要素3
a,3bが固着されている。また、クランプブロック2
a,2bのもう一方の端面には移動体1の移動方向に圧
電素子を積層した一対の送り要素4a,4bが固着され
ている。そして、一対のクランプ要素3a,3b及び一
対の送り要素4a,4bの他端面は一対の固定ブロック
5a,5bに固着されている。そして、この様に構成し
た送りユニットが複数個(図6の場合には4個)移動体
1の移動方向に配列されている。
【0003】次に尺取り虫方式の動作を説明する。図7
は動作の理解を容易にするため、送りユニットを3個使
用した場合の超精密位置決め装置の簡略構成図を示す。
また、図8には移動体1の移動を行うための超精密位置
決め装置の一周期分の制御パターンを示す。図8の上部
に記した数字はタイミングを示す。また横軸には位相
(尺取り虫方式の動作が一周期完了するまでを2πラジ
アンとして表した。)を、縦軸には各圧電素子に印加す
る電圧値を示す。図8は上から順にクランプ要素3a,
3b、送り要素4a,4b、クランプ要素3c,3d、
送り要素4c,4d、クランプ要素3e,3f、送り要
素4e,4fの各電圧パターンを示している。タイミン
グ1〜タイミング2間では、クランプ要素3a,3b及
び3e,3fは挟持状態にある。クランプ要素3c,3
d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4a,4b及び4e,4fに徐々に電圧を印加して
いく。その結果移動体1を移動することが出来る。送り
要素4c,4d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3c,3
dを挟持状態にし、クランプ要素3a,3b及び3e,
3f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3c,3dは挟持状態にあり、クラ
ンプ要素3a,3b及び3e,3f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4c,4dに次
第に電圧を印加していく。その結果移動体1を更に移動
することが出来る。送り要素4a,4b及び4e,4f
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3a,3b及び3e,3f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、超精密位置決め装置は移動体1を長スト
ロークに渡って駆動出来る。
は動作の理解を容易にするため、送りユニットを3個使
用した場合の超精密位置決め装置の簡略構成図を示す。
また、図8には移動体1の移動を行うための超精密位置
決め装置の一周期分の制御パターンを示す。図8の上部
に記した数字はタイミングを示す。また横軸には位相
(尺取り虫方式の動作が一周期完了するまでを2πラジ
アンとして表した。)を、縦軸には各圧電素子に印加す
る電圧値を示す。図8は上から順にクランプ要素3a,
3b、送り要素4a,4b、クランプ要素3c,3d、
送り要素4c,4d、クランプ要素3e,3f、送り要
素4e,4fの各電圧パターンを示している。タイミン
グ1〜タイミング2間では、クランプ要素3a,3b及
び3e,3fは挟持状態にある。クランプ要素3c,3
d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4a,4b及び4e,4fに徐々に電圧を印加して
いく。その結果移動体1を移動することが出来る。送り
要素4c,4d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3c,3
dを挟持状態にし、クランプ要素3a,3b及び3e,
3f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3c,3dは挟持状態にあり、クラ
ンプ要素3a,3b及び3e,3f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4c,4dに次
第に電圧を印加していく。その結果移動体1を更に移動
することが出来る。送り要素4a,4b及び4e,4f
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3a,3b及び3e,3f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、超精密位置決め装置は移動体1を長スト
ロークに渡って駆動出来る。
【0004】なお、移動体1の戻り動作はクランプ要素
3a,3b及び3e,3fを挟持状態とし、クランプ要
素3c,3dの挟持を解除する。この状態を維持しつつ
送り要素4c,4d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3
c,3dを挟持状態とする。そして、クランプ要素3
a,3b及び3e,3fの挟持を解除する。次に、挟持
状態にある送り要素4c,4dの電圧をプラス電圧の範
囲で低下させると送り要素4c,4dの変位は減少し、
移動体1は後退する。次に挟持解除状態にあるクランプ
要素3a,3b及び3e,3f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。
3a,3b及び3e,3fを挟持状態とし、クランプ要
素3c,3dの挟持を解除する。この状態を維持しつつ
送り要素4c,4d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3
c,3dを挟持状態とする。そして、クランプ要素3
a,3b及び3e,3fの挟持を解除する。次に、挟持
状態にある送り要素4c,4dの電圧をプラス電圧の範
囲で低下させると送り要素4c,4dの変位は減少し、
移動体1は後退する。次に挟持解除状態にあるクランプ
要素3a,3b及び3e,3f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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クランプ要
素及び送り要素は本来変位量の小さな圧電素子から実用
的な変位量を得るために薄板状のものを積層した構造で
使用される。その結果、縦方向(厚み方向)には十分な
強度と剛性を有しているが、横方向(側面方向)では強
度、剛性共に小さくなる。そのため、2個の圧電素子
(クランプ要素と送り要素)の変位方向を直交して使用
する構造(図6ではクランプブロック2を介してクラン
プ要素3と送り要素4が直交して固着されている)の上
述した超精密位置決め装置では、片方の圧電素子を変位
させると他方の圧電素子に側面からの曲げ力が働き、繰
り返し作用する曲げ力の大きさにより圧電素子の寿命が
支配されるため、長時間に渡って使用出来ない恐れがあ
った。また、寿命を延ばすために変位量を少なくしなけ
ればならず、送り速度を遅くしなければならなかった。
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、クランプ要素と送り要素を構成する圧電素子の積層
方向と垂直な方向に加わる力を散逸することで、圧電素
子の寿命を長くし、圧電素子の変位量を大きく出来る超
精密位置決め装置を提供することを目的とする。
素及び送り要素は本来変位量の小さな圧電素子から実用
的な変位量を得るために薄板状のものを積層した構造で
使用される。その結果、縦方向(厚み方向)には十分な
強度と剛性を有しているが、横方向(側面方向)では強
度、剛性共に小さくなる。そのため、2個の圧電素子
(クランプ要素と送り要素)の変位方向を直交して使用
する構造(図6ではクランプブロック2を介してクラン
プ要素3と送り要素4が直交して固着されている)の上
述した超精密位置決め装置では、片方の圧電素子を変位
させると他方の圧電素子に側面からの曲げ力が働き、繰
り返し作用する曲げ力の大きさにより圧電素子の寿命が
支配されるため、長時間に渡って使用出来ない恐れがあ
った。また、寿命を延ばすために変位量を少なくしなけ
ればならず、送り速度を遅くしなければならなかった。
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、クランプ要素と送り要素を構成する圧電素子の積層
方向と垂直な方向に加わる力を散逸することで、圧電素
子の寿命を長くし、圧電素子の変位量を大きく出来る超
精密位置決め装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため本発明(請求項
1)は、移動体の移動方向に配列した複数の送りユニッ
トで移動体を挟持しては移動方向に送るという一連の処
理を各送りユニット毎に交互に繰り返し行う超精密位置
決め装置において、前記送りユニットは前記移動体を挟
持する一対のクランプブロックと、該クランプブロック
の一端面に固着し前記移動体の移動方向と垂直な方向に
圧電素子を積層した一対のクランプ要素と、前記クラン
プブロックの別端面に固着し前記移動体の移動方向に圧
電素子を積層した一対の送り要素と、該送り要素の他端
面に固着し前記クランプ要素の伸縮による前記移動体の
移動方向と垂直な方向の力を散逸させる第1の歪み散逸
部と、前記クランプ要素の他端面に固着し前記送り要素
の伸縮による前記移動体の移動方向の力を散逸させる第
2の歪み散逸部と、該第2の歪み散逸部及び前記第1の
歪み散逸部を端部に配設した一対の固定ブロックを備え
て構成した。
1)は、移動体の移動方向に配列した複数の送りユニッ
トで移動体を挟持しては移動方向に送るという一連の処
理を各送りユニット毎に交互に繰り返し行う超精密位置
決め装置において、前記送りユニットは前記移動体を挟
持する一対のクランプブロックと、該クランプブロック
の一端面に固着し前記移動体の移動方向と垂直な方向に
圧電素子を積層した一対のクランプ要素と、前記クラン
プブロックの別端面に固着し前記移動体の移動方向に圧
電素子を積層した一対の送り要素と、該送り要素の他端
面に固着し前記クランプ要素の伸縮による前記移動体の
移動方向と垂直な方向の力を散逸させる第1の歪み散逸
部と、前記クランプ要素の他端面に固着し前記送り要素
の伸縮による前記移動体の移動方向の力を散逸させる第
2の歪み散逸部と、該第2の歪み散逸部及び前記第1の
歪み散逸部を端部に配設した一対の固定ブロックを備え
て構成した。
【0007】また、本発明(請求項2)は、前記第1の
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と前記固定ブロックの固
着面から各圧電素子の積層方向に前記固定ブロックに所
定の深さ及び所定の幅を有する縦溝を施すことにより、
各々前記クランプ要素若しくは前記送り要素の伸縮方向
に所定幅を有し、所定間隔の隙間を隔てて配設した複数
の薄板にて構成した。
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と前記固定ブロックの固
着面から各圧電素子の積層方向に前記固定ブロックに所
定の深さ及び所定の幅を有する縦溝を施すことにより、
各々前記クランプ要素若しくは前記送り要素の伸縮方向
に所定幅を有し、所定間隔の隙間を隔てて配設した複数
の薄板にて構成した。
【0008】更に、本発明(請求項3)は、前記第1の
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と固着するのに十分な表
面積を有する固着板を前記複数の薄板の端部に前記送り
要素若しくは前記クランプ要素の圧電素子と各々平行に
前記固定ブロックに配設して構成した。
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と固着するのに十分な表
面積を有する固着板を前記複数の薄板の端部に前記送り
要素若しくは前記クランプ要素の圧電素子と各々平行に
前記固定ブロックに配設して構成した。
【0009】更に、本発明(請求項4)は、前記第1の
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と前記固定ブロックの固
着面を囲む周囲に、各圧電素子の積層方向に前記固定ブ
ロックに対し、所定の深さ及び所定の幅を有する側溝を
施して構成した。
歪み散逸部及び前記第2の歪み散逸部は、各々前記送り
要素若しくは前記クランプ要素と前記固定ブロックの固
着面を囲む周囲に、各圧電素子の積層方向に前記固定ブ
ロックに対し、所定の深さ及び所定の幅を有する側溝を
施して構成した。
【0010】更に、本発明(請求項5)は、前記第1の
歪み散逸部は省略し、前記第2の歪み散逸部のみを固定
ブロックに配設して構成した。
歪み散逸部は省略し、前記第2の歪み散逸部のみを固定
ブロックに配設して構成した。
【0011】
【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実施形態を図1に示
す。図1(a)は送りユニットの平面図で、図1(b)
はその側面図を示す。図1において、クランプブロック
2は移動体1に接し移動体1を挟持する様になってい
る。クランプブロック2の一端面には移動体1の移動方
向と垂直な方向に圧電素子を積層したクランプ要素3が
固着されている。また、クランプブロック2のもう一方
の端面には移動体1の移動方向に圧電素子を積層した送
り要素4が固着されている。クランプ要素3と固定ブロ
ック5の固着面(例えば本実施形態では固着面を10ミ
リ角程度の大きさとしている)からクランプ要素3を構
成する圧電素子の積層方向に固定ブロック5に対し所定
の深さ(例えば本実施形態では8ミリ程度としている)
及び所定の幅(例えば本実施形態では1ミリ程度として
いる)を有する縦溝6bが施されている。そのため、送
り要素4の伸縮方向(送り要素4を構成する圧電素子の
積層方向)に所定幅(例えば本実施形態では2ミリ程度
としている)を有し、所定間隔(例えば本実施形態では
縦溝6bの幅である1ミリ程度となる)の隙間を隔てて
複数(本実施形態では4本)の薄板7bが固定ブロック
5の端部に刻設されている。また、もう一方の端部であ
る送り要素4と固定ブロック5の固着面から固定ブロッ
ク5に対しても同様に複数(本実施形態では4本)の薄
板7aが刻設されている。かかる送り要素4に面し固定
ブロック5に複数の薄板7aが施された部分は、クラン
プ要素3の伸縮に伴い生ずる移動体1の移動方向と垂直
な方向の力を散逸させるもので、第1の歪み散逸部に相
当する。また、クランプ要素3に面し固定ブロック5に
複数の薄板7bが施された部分は、送り要素4の伸縮に
よる移動体1の移動方向の力を散逸させるもので、第2
の歪み散逸部に相当する。
基づいて説明する。本発明の第1実施形態を図1に示
す。図1(a)は送りユニットの平面図で、図1(b)
はその側面図を示す。図1において、クランプブロック
2は移動体1に接し移動体1を挟持する様になってい
る。クランプブロック2の一端面には移動体1の移動方
向と垂直な方向に圧電素子を積層したクランプ要素3が
固着されている。また、クランプブロック2のもう一方
の端面には移動体1の移動方向に圧電素子を積層した送
り要素4が固着されている。クランプ要素3と固定ブロ
ック5の固着面(例えば本実施形態では固着面を10ミ
リ角程度の大きさとしている)からクランプ要素3を構
成する圧電素子の積層方向に固定ブロック5に対し所定
の深さ(例えば本実施形態では8ミリ程度としている)
及び所定の幅(例えば本実施形態では1ミリ程度として
いる)を有する縦溝6bが施されている。そのため、送
り要素4の伸縮方向(送り要素4を構成する圧電素子の
積層方向)に所定幅(例えば本実施形態では2ミリ程度
としている)を有し、所定間隔(例えば本実施形態では
縦溝6bの幅である1ミリ程度となる)の隙間を隔てて
複数(本実施形態では4本)の薄板7bが固定ブロック
5の端部に刻設されている。また、もう一方の端部であ
る送り要素4と固定ブロック5の固着面から固定ブロッ
ク5に対しても同様に複数(本実施形態では4本)の薄
板7aが刻設されている。かかる送り要素4に面し固定
ブロック5に複数の薄板7aが施された部分は、クラン
プ要素3の伸縮に伴い生ずる移動体1の移動方向と垂直
な方向の力を散逸させるもので、第1の歪み散逸部に相
当する。また、クランプ要素3に面し固定ブロック5に
複数の薄板7bが施された部分は、送り要素4の伸縮に
よる移動体1の移動方向の力を散逸させるもので、第2
の歪み散逸部に相当する。
【0012】次に動作を説明する。両歪み散逸部は、複
数の薄板7a,7bで構成したことにより、圧電素子に
側面からの力が加わった場合に薄板7a,7bが板バネ
状に変形する。図2には薄板7が板バネ状に変形したと
きの様子を示す。かかる変形により側面からの力は散逸
される。その結果圧電素子に直接かかる側面からの力の
負担分は小さく出来る。薄板7は板バネの役割をする一
方、圧電素子の伸縮方向に対しては、移動体1の挟持若
しくは送り動作(積層された圧電素子の伸縮は本実施形
態では10〜15ミクロン程度である)を支えるために
十分な剛性を保つ必要がある。従って、本実施形態では
薄板7の幅は2ミリ程度とした。なお、固定ブロック5
の材質はステンレスを使用しているが、バネ鋼等を使用
することで力の散逸度を工夫してもよい。薄板7の幅及
び縦溝6の幅は、クランプ要素3と送り要素4の伸縮の
度合いや必要とされる剛性に応じて適宜設計される。以
上の様に圧電素子に直接かかる側面からの力の負担分を
小さくしたことで、圧電素子の寿命を長く出来る。ま
た、圧電素子の伸縮の大きさをより大きくとれることか
ら、同じ周波数で駆動した場合の送り速度を速く出来
る。
数の薄板7a,7bで構成したことにより、圧電素子に
側面からの力が加わった場合に薄板7a,7bが板バネ
状に変形する。図2には薄板7が板バネ状に変形したと
きの様子を示す。かかる変形により側面からの力は散逸
される。その結果圧電素子に直接かかる側面からの力の
負担分は小さく出来る。薄板7は板バネの役割をする一
方、圧電素子の伸縮方向に対しては、移動体1の挟持若
しくは送り動作(積層された圧電素子の伸縮は本実施形
態では10〜15ミクロン程度である)を支えるために
十分な剛性を保つ必要がある。従って、本実施形態では
薄板7の幅は2ミリ程度とした。なお、固定ブロック5
の材質はステンレスを使用しているが、バネ鋼等を使用
することで力の散逸度を工夫してもよい。薄板7の幅及
び縦溝6の幅は、クランプ要素3と送り要素4の伸縮の
度合いや必要とされる剛性に応じて適宜設計される。以
上の様に圧電素子に直接かかる側面からの力の負担分を
小さくしたことで、圧電素子の寿命を長く出来る。ま
た、圧電素子の伸縮の大きさをより大きくとれることか
ら、同じ周波数で駆動した場合の送り速度を速く出来
る。
【0013】次に、本発明の第2実施形態を図3に示
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。図3において、第1実施
形態と同様にクランプ要素3と固定ブロック5の固着面
からクランプ要素3を構成する圧電素子の積層方向に固
定ブロック5に対し所定の深さの縦溝6dが施されてい
るが、縦溝6dの幅は広く(例えば本実施形態では6ミ
リ程度としている)開けられている。そして、クランプ
要素3に面した固定ブロック5の端部に2枚の薄板7d
(例えば本実施形態では薄板7dの幅を2ミリ程度とし
ている)が刻設されている。また、もう一方の端部であ
る送り要素4と固定ブロック5の固着面から固定ブロッ
ク5に対しても同様に縦溝6c及び2枚の薄板7cが刻
設されている。かかる送り要素4に面し固定ブロック5
に2枚の薄板7cが施された部分は、クランプ要素3の
伸縮に伴い生ずる移動体1の移動方向と垂直な方向の力
を散逸させるもので、第1の歪み散逸部に相当する。ま
た、クランプ要素3に面し固定ブロック5に2枚の薄板
7dが施された部分は、送り要素4の伸縮による移動体
1の移動方向の力を散逸させるもので、第2の歪み散逸
部に相当する。
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。図3において、第1実施
形態と同様にクランプ要素3と固定ブロック5の固着面
からクランプ要素3を構成する圧電素子の積層方向に固
定ブロック5に対し所定の深さの縦溝6dが施されてい
るが、縦溝6dの幅は広く(例えば本実施形態では6ミ
リ程度としている)開けられている。そして、クランプ
要素3に面した固定ブロック5の端部に2枚の薄板7d
(例えば本実施形態では薄板7dの幅を2ミリ程度とし
ている)が刻設されている。また、もう一方の端部であ
る送り要素4と固定ブロック5の固着面から固定ブロッ
ク5に対しても同様に縦溝6c及び2枚の薄板7cが刻
設されている。かかる送り要素4に面し固定ブロック5
に2枚の薄板7cが施された部分は、クランプ要素3の
伸縮に伴い生ずる移動体1の移動方向と垂直な方向の力
を散逸させるもので、第1の歪み散逸部に相当する。ま
た、クランプ要素3に面し固定ブロック5に2枚の薄板
7dが施された部分は、送り要素4の伸縮による移動体
1の移動方向の力を散逸させるもので、第2の歪み散逸
部に相当する。
【0014】次に動作を説明する。両歪み散逸部は、第
1実施形態と比べ縦溝6c,6dの幅は広く開け、また
第1実施形態の薄板7と同程度の幅を有する2枚のみの
薄板7c,7dで構成したことにより、圧電素子に側面
からの力が加わった場合に薄板7が板バネ状に変形する
度合いが大きくなる。即ち第2実施形態は、第1実施形
態より側面からクランプ要素3若しくは送り要素4が受
ける力をより大きく散逸することが出来る。但し、クラ
ンプ要素3若しくは送り要素4と薄板7の接合面積が第
1実施形態と比べ減ることから圧電素子の伸縮方向に対
する剛性は第1実施形態より多少小さくなる。
1実施形態と比べ縦溝6c,6dの幅は広く開け、また
第1実施形態の薄板7と同程度の幅を有する2枚のみの
薄板7c,7dで構成したことにより、圧電素子に側面
からの力が加わった場合に薄板7が板バネ状に変形する
度合いが大きくなる。即ち第2実施形態は、第1実施形
態より側面からクランプ要素3若しくは送り要素4が受
ける力をより大きく散逸することが出来る。但し、クラ
ンプ要素3若しくは送り要素4と薄板7の接合面積が第
1実施形態と比べ減ることから圧電素子の伸縮方向に対
する剛性は第1実施形態より多少小さくなる。
【0015】次に、本発明の第3実施形態を図4に示
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。図4において、固定ブロ
ック5の端部には、クランプ要素3若しくは送り要素4
と固着するのに十分な表面積を有する固着板8b,8a
が各々クランプ要素3若しくは送り要素4の圧電素子と
平行に配設されている。そして、固着板8b,8aから
クランプ要素3若しくは送り要素4を構成する圧電素子
の積層方向に固定ブロック5に対し所定の大きさの縦溝
6f,6eが施されている。縦溝6f,6eの幅は広く
(例えば本実施形態では6ミリ程度としている)開けら
れている。従って、固定ブロック5の端部には、固着板
8b,8a及び所定間隔隔てた2枚の薄板7f,7e
(例えば本実施形態では薄板7の幅を2ミリ程度として
いる)が刻設された状態になっている。かかる送り要素
4に面し固定ブロック5に固着板8a及び2枚の薄板7
eが施された部分は、クランプ要素3の伸縮に伴い生ず
る移動体1の移動方向と垂直な方向の力を散逸させるも
ので、第1の歪み散逸部に相当する。また、クランプ要
素3に面し固定ブロック5に固着板8b及び2枚の薄板
7fが施された部分は、送り要素4の伸縮による移動体
1の移動方向の力を散逸させるもので、第2の歪み散逸
部に相当する。
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。図4において、固定ブロ
ック5の端部には、クランプ要素3若しくは送り要素4
と固着するのに十分な表面積を有する固着板8b,8a
が各々クランプ要素3若しくは送り要素4の圧電素子と
平行に配設されている。そして、固着板8b,8aから
クランプ要素3若しくは送り要素4を構成する圧電素子
の積層方向に固定ブロック5に対し所定の大きさの縦溝
6f,6eが施されている。縦溝6f,6eの幅は広く
(例えば本実施形態では6ミリ程度としている)開けら
れている。従って、固定ブロック5の端部には、固着板
8b,8a及び所定間隔隔てた2枚の薄板7f,7e
(例えば本実施形態では薄板7の幅を2ミリ程度として
いる)が刻設された状態になっている。かかる送り要素
4に面し固定ブロック5に固着板8a及び2枚の薄板7
eが施された部分は、クランプ要素3の伸縮に伴い生ず
る移動体1の移動方向と垂直な方向の力を散逸させるも
ので、第1の歪み散逸部に相当する。また、クランプ要
素3に面し固定ブロック5に固着板8b及び2枚の薄板
7fが施された部分は、送り要素4の伸縮による移動体
1の移動方向の力を散逸させるもので、第2の歪み散逸
部に相当する。
【0016】次に動作を説明する。両歪み散逸部は、第
1実施形態と比べ縦溝6f,6eの幅は広く開け、また
第1実施形態の薄板7と同程度の幅を有する2枚のみの
薄板7f,7eで構成したことにより、第2実施形態と
同様圧電素子に側面からの力が加わった場合に薄板7
f,7eが板バネ状に変形する度合いが大きくなる。従
って、圧電素子に対する側面からの力の散逸の度合いが
大きい。また、固着板8とクランプ要素3若しくは送り
要素4間の固着による表面積が大きく取れるため、第2
実施形態より剛性を強く確保することが出来る。なお、
縦溝6の幅は第1実施形態と同様に狭くし、固着板8と
複数の薄板7で両歪み散逸部を構成してもよい(図示省
略)。この場合には更に剛性が強くなる。
1実施形態と比べ縦溝6f,6eの幅は広く開け、また
第1実施形態の薄板7と同程度の幅を有する2枚のみの
薄板7f,7eで構成したことにより、第2実施形態と
同様圧電素子に側面からの力が加わった場合に薄板7
f,7eが板バネ状に変形する度合いが大きくなる。従
って、圧電素子に対する側面からの力の散逸の度合いが
大きい。また、固着板8とクランプ要素3若しくは送り
要素4間の固着による表面積が大きく取れるため、第2
実施形態より剛性を強く確保することが出来る。なお、
縦溝6の幅は第1実施形態と同様に狭くし、固着板8と
複数の薄板7で両歪み散逸部を構成してもよい(図示省
略)。この場合には更に剛性が強くなる。
【0017】次に、本発明の第4実施形態を図5に示
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。第1実施形態乃至第3実
施形態において固定ブロック5の端部に配設した薄板7
等の構成に加え、図5においてはクランプ要素3若しく
は送り要素4と固定ブロック5の固着面を囲む周囲に、
各圧電素子の積層方向に固定ブロック5に対し、所定の
深さ(例えば本実施形態では8ミリ程度としている)及
び所定の幅(例えば本実施形態では2ミリ程度としてい
る)を有する側溝9a,9bが施されている。かかる送
り要素4に面し固定ブロック5に対し第1実施形態乃至
第3実施形態の構成に加え、側溝9aが施された部分
は、第1の歪み散逸部に相当する。また、クランプ要素
3に面し同様の側溝9bが施された部分は、第2の歪み
散逸部に相当する。
す。なお、第1実施形態と同一要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。第1実施形態乃至第3実
施形態において固定ブロック5の端部に配設した薄板7
等の構成に加え、図5においてはクランプ要素3若しく
は送り要素4と固定ブロック5の固着面を囲む周囲に、
各圧電素子の積層方向に固定ブロック5に対し、所定の
深さ(例えば本実施形態では8ミリ程度としている)及
び所定の幅(例えば本実施形態では2ミリ程度としてい
る)を有する側溝9a,9bが施されている。かかる送
り要素4に面し固定ブロック5に対し第1実施形態乃至
第3実施形態の構成に加え、側溝9aが施された部分
は、第1の歪み散逸部に相当する。また、クランプ要素
3に面し同様の側溝9bが施された部分は、第2の歪み
散逸部に相当する。
【0018】次に動作を説明する。第1実施形態乃至第
3実施形態は、側溝9が施されていない状態の構成であ
るが、薄板7の奥行きが固定ブロック5の奥行きに支配
されてクランプ要素3若しくは送り要素4の奥行きより
通常長くなる(例えば本実施形態ではクランプ要素3若
しくは送り要素4の奥行きが10ミリ程度に対し、固定
ブロック5の奥行きは15ミリ程度である)。このた
め、薄板7の奥行きが長い分薄板7による板バネ効果は
不均一かつ弾性効果も小さくなり、圧電素子に対する側
面からの力の散逸の度合いも不均一かつ小さくなる。そ
こで、薄板7による板バネ効果を薄板7全体で均一かつ
弾性効果をより大きくするため、クランプ要素3若しく
は送り要素4と固定ブロック5の固着面を囲む周囲に、
固定ブロック5に対し側溝9を施す。
3実施形態は、側溝9が施されていない状態の構成であ
るが、薄板7の奥行きが固定ブロック5の奥行きに支配
されてクランプ要素3若しくは送り要素4の奥行きより
通常長くなる(例えば本実施形態ではクランプ要素3若
しくは送り要素4の奥行きが10ミリ程度に対し、固定
ブロック5の奥行きは15ミリ程度である)。このた
め、薄板7の奥行きが長い分薄板7による板バネ効果は
不均一かつ弾性効果も小さくなり、圧電素子に対する側
面からの力の散逸の度合いも不均一かつ小さくなる。そ
こで、薄板7による板バネ効果を薄板7全体で均一かつ
弾性効果をより大きくするため、クランプ要素3若しく
は送り要素4と固定ブロック5の固着面を囲む周囲に、
固定ブロック5に対し側溝9を施す。
【0019】尚、上述した各実施形態では歪み散逸部と
して薄板7等により構成したが、これに限らず第1の歪
み散逸部若しくは第2の歪み散逸部のいずれか一方は、
送り要素4若しくはクランプ要素3と固着せず、クラン
プ要素3若しくは送り要素4の伸縮方向に移動自在な転
がり軸受け(針状軸受若しくは球軸受)を固定ブロック
5(クランプ要素3若しくは送り要素4の端部を利用し
て転がり軸受けを配設してもよい)に備えて構成しても
よい(図示省略)。更に、第1の歪み散逸部と第2の歪
み散逸部は必ずしも同じ構成とする必要は無く、クラン
プ要素3と送り要素4の伸縮の度合いや必要とされる剛
性に応じて適宜第1実施形態乃至第3実施形態を組み合
わせる様にしてもよい。また、クランプ要素3の変位は
移動体1の剛性により制約を受けることから、送り要素
4に対する側面への力は通常小さい。このため、送り要
素4に面し固定ブロック5に配設した第1の歪み散逸部
はこの様な場合には省略してもよい(図示省略)。
して薄板7等により構成したが、これに限らず第1の歪
み散逸部若しくは第2の歪み散逸部のいずれか一方は、
送り要素4若しくはクランプ要素3と固着せず、クラン
プ要素3若しくは送り要素4の伸縮方向に移動自在な転
がり軸受け(針状軸受若しくは球軸受)を固定ブロック
5(クランプ要素3若しくは送り要素4の端部を利用し
て転がり軸受けを配設してもよい)に備えて構成しても
よい(図示省略)。更に、第1の歪み散逸部と第2の歪
み散逸部は必ずしも同じ構成とする必要は無く、クラン
プ要素3と送り要素4の伸縮の度合いや必要とされる剛
性に応じて適宜第1実施形態乃至第3実施形態を組み合
わせる様にしてもよい。また、クランプ要素3の変位は
移動体1の剛性により制約を受けることから、送り要素
4に対する側面への力は通常小さい。このため、送り要
素4に面し固定ブロック5に配設した第1の歪み散逸部
はこの様な場合には省略してもよい(図示省略)。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明(請求項1)
によれば、固定ブロックに第1の歪み散逸部及び第2の
歪み散逸部を配設したので、送り要素若しくはクランプ
要素を構成する圧電素子に対する側面からの力を散逸出
来る。このため、圧電素子に直接加わる側面からの力を
小さく出来、圧電素子の寿命を長くすることが出来る。
によれば、固定ブロックに第1の歪み散逸部及び第2の
歪み散逸部を配設したので、送り要素若しくはクランプ
要素を構成する圧電素子に対する側面からの力を散逸出
来る。このため、圧電素子に直接加わる側面からの力を
小さく出来、圧電素子の寿命を長くすることが出来る。
【0021】また、圧電素子の一方に最大許容範囲の変
位を与えても他方の圧電素子に直接加わる側面からの力
は小さいため、1回の送りでの移動量が大きく取れ、同
じ周波数で駆動した場合の送り速度が速く出来る。
位を与えても他方の圧電素子に直接加わる側面からの力
は小さいため、1回の送りでの移動量が大きく取れ、同
じ周波数で駆動した場合の送り速度が速く出来る。
【0022】また、本発明(請求項2)によれば、第1
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部は複数の薄板にて構
成したため、圧電素子に側面からの力が加わった場合に
薄板が板バネ状に変形し側面からの力は散逸される。そ
の結果圧電素子に直接かかる側面からの力の負担分は小
さく出来る。
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部は複数の薄板にて構
成したため、圧電素子に側面からの力が加わった場合に
薄板が板バネ状に変形し側面からの力は散逸される。そ
の結果圧電素子に直接かかる側面からの力の負担分は小
さく出来る。
【0023】更に、本発明(請求項3)によれば、第1
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部は複数の薄板の端部
に十分な表面積を有する固着板を設けたことにより、圧
電素子に対する側面からの力の散逸の度合いを大きく維
持しつつ、厚み方向の剛性を請求項2より強く保つこと
が出来る。
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部は複数の薄板の端部
に十分な表面積を有する固着板を設けたことにより、圧
電素子に対する側面からの力の散逸の度合いを大きく維
持しつつ、厚み方向の剛性を請求項2より強く保つこと
が出来る。
【0024】更に、本発明(請求項4)によれば、第1
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部はクランプ要素若し
くは送り要素と固定ブロックの固着面を囲む周囲に縦溝
を施したので、薄板による板バネ効果を薄板全体で均一
とし、かつ弾性効果をより大きくとることが出来る。
の歪み散逸部及び第2の歪み散逸部はクランプ要素若し
くは送り要素と固定ブロックの固着面を囲む周囲に縦溝
を施したので、薄板による板バネ効果を薄板全体で均一
とし、かつ弾性効果をより大きくとることが出来る。
【0025】更に、本発明(請求項5)によれば、第1
の歪み散逸部は省略し、第2の歪み散逸部のみを固定ブ
ロックに配設したので、移動体の送り方向には従来通り
の十分な剛性を維持したまま、クランプ要素の圧電素子
に加わる側面からの力を小さく出来る。
の歪み散逸部は省略し、第2の歪み散逸部のみを固定ブ
ロックに配設したので、移動体の送り方向には従来通り
の十分な剛性を維持したまま、クランプ要素の圧電素子
に加わる側面からの力を小さく出来る。
【0026】
【図1】 本発明の第1実施形態を示す送りユニットの
構成図
構成図
【図2】 薄板が板バネ状に変形したときの様子を示す
図
図
【図3】 本発明の第2実施形態を示す送りユニットの
構成図
構成図
【図4】 本発明の第3実施形態を示す送りユニットの
構成図
構成図
【図5】 本発明の第4実施形態を示す送りユニットの
構成図
構成図
【図6】 超精密位置決め装置の全体構成図
【図7】 超精密位置決め装置(送りユニット3個)の
簡略構成図
簡略構成図
【図8】 超精密位置決め装置の一周期分の制御パター
ンを示す図
ンを示す図
1 移動体 2 クランプブロック 3 クランプ要素 4 送り要素 5 固定ブロック 6 縦溝 7 薄板 8 固着板 9 側溝
Claims (5)
- 【請求項1】 移動体の移動方向に配列した複数の送り
ユニットで移動体を挟持しては移動方向に送るという一
連の処理を各送りユニット毎に交互に繰り返し行う超精
密位置決め装置において、前記送りユニットは前記移動
体を挟持する一対のクランプブロックと、該クランプブ
ロックの一端面に固着し前記移動体の移動方向と垂直な
方向に圧電素子を積層した一対のクランプ要素と、前記
クランプブロックの別端面に固着し前記移動体の移動方
向に圧電素子を積層した一対の送り要素と、該送り要素
の他端面に固着し前記クランプ要素の伸縮による前記移
動体の移動方向と垂直な方向の力を散逸させる第1の歪
み散逸部と、前記クランプ要素の他端面に固着し前記送
り要素の伸縮による前記移動体の移動方向の力を散逸さ
せる第2の歪み散逸部と、該第2の歪み散逸部及び前記
第1の歪み散逸部を端部に配設した一対の固定ブロック
を備えて構成したことを特徴とする超精密位置決め装
置。 - 【請求項2】 前記第1の歪み散逸部及び前記第2の歪
み散逸部は、各々前記送り要素若しくは前記クランプ要
素と前記固定ブロックの固着面から各圧電素子の積層方
向に前記固定ブロックに所定の深さ及び所定の幅を有す
る縦溝を施すことにより、各々前記クランプ要素若しく
は前記送り要素の伸縮方向に所定幅を有し、所定間隔の
隙間を隔てて配設した複数の薄板にて構成したことを特
徴とする請求項1記載の超精密位置決め装置。 - 【請求項3】 前記第1の歪み散逸部及び前記第2の歪
み散逸部は、各々前記送り要素若しくは前記クランプ要
素と固着するのに十分な表面積を有する固着板を前記複
数の薄板の端部に前記送り要素若しくは前記クランプ要
素の圧電素子と各々平行に前記固定ブロックに配設した
ことを特徴とする請求項2記載の超精密位置決め装置。 - 【請求項4】 前記第1の歪み散逸部及び前記第2の歪
み散逸部は、各々前記送り要素若しくは前記クランプ要
素と前記固定ブロックの固着面を囲む周囲に、各圧電素
子の積層方向に前記固定ブロックに対し、所定の深さ及
び所定の幅を有する側溝を施したことを特徴とする請求
項2又は請求項3記載の超精密位置決め装置。 - 【請求項5】 前記第1の歪み散逸部は省略し、前記第
2の歪み散逸部のみを固定ブロックに配設したことを特
徴とする請求項1、2、3又は4記載の超精密位置決め
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8106091A JPH09275689A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 超精密位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8106091A JPH09275689A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 超精密位置決め装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09275689A true JPH09275689A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=14424886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8106091A Pending JPH09275689A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 超精密位置決め装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09275689A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7034439B2 (en) * | 2001-04-06 | 2006-04-25 | Gealan Formteile Gmbh | Piezo-electric drive and its use for driving heavy loads |
US7290471B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-06 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
US7293487B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-13 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and a z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
US7328638B2 (en) | 2005-12-27 | 2008-02-12 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using interrupted cut fast tool servo |
US7350442B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-04-01 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable movement in a z-direction laterally along a work piece for making microstructures |
US7350441B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-04-01 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable movement at two simultaneously independent speeds in an x-direction into a work piece for making microstructures |
US7628100B2 (en) | 2007-01-05 | 2009-12-08 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips with diffractive features in a continuous or interrupted cut fast tool servo |
US7669508B2 (en) | 2007-10-29 | 2010-03-02 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips with diffractive features |
US7677146B2 (en) | 2006-05-10 | 2010-03-16 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips in a continuous or interrupted cut fast tool servo |
US9810817B2 (en) | 2008-04-02 | 2017-11-07 | 3M Innovative Properties Company | Light directing film and method for making the same |
-
1996
- 1996-04-01 JP JP8106091A patent/JPH09275689A/ja active Pending
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7034439B2 (en) * | 2001-04-06 | 2006-04-25 | Gealan Formteile Gmbh | Piezo-electric drive and its use for driving heavy loads |
US7398715B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-15 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
US7487701B2 (en) | 2005-11-15 | 2009-02-10 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement at two simultaneously independent speeds in an x-direction into a work piece for making microstructures |
US7395742B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-08 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement in a z-direction laterally along a work piece for making microstructures |
US7350442B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-04-01 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable movement in a z-direction laterally along a work piece for making microstructures |
US7350441B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-04-01 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable movement at two simultaneously independent speeds in an x-direction into a work piece for making microstructures |
US7395741B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-08 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
US7293487B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-13 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and a z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
US7290471B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-06 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
US7328638B2 (en) | 2005-12-27 | 2008-02-12 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using interrupted cut fast tool servo |
US7677146B2 (en) | 2006-05-10 | 2010-03-16 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips in a continuous or interrupted cut fast tool servo |
US7628100B2 (en) | 2007-01-05 | 2009-12-08 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips with diffractive features in a continuous or interrupted cut fast tool servo |
US7852570B2 (en) | 2007-01-05 | 2010-12-14 | 3M Innovative Properties Company | Optical film having a set of diffractive features randomly repeating at variable distances |
US7669508B2 (en) | 2007-10-29 | 2010-03-02 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool using one or more machined tool tips with diffractive features |
US9810817B2 (en) | 2008-04-02 | 2017-11-07 | 3M Innovative Properties Company | Light directing film and method for making the same |
US10197713B2 (en) | 2008-04-02 | 2019-02-05 | 3M Innovative Properties Company | Light directing film and method for making the same |
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