JPH09300162A

JPH09300162A - 精密駆動機構

Info

Publication number: JPH09300162A
Application number: JP11374596A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamagata; 和広山形; Shoichi Saito; 尚一斉藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】移動精度を向上させ、低コスト、省スペース、
および断線による不具合の絶滅を実現させる。【解決手段】精密駆動機構において、電動機９により回
転するとともに電動機９と一体化自在な回転軸９ｂと、
電動機９に取着されてフレーム１に回動自在に保持され
た回動部材３と、回動部材３に接触または保持され、か
つフレーム１に保持または接触した微動部材４とを備
え、粗動運動のときには、電動機９により回転軸１ｂの
みを回転させ、微動運動のときには、回転軸９ｂを電動
機９と一体化させた後、微動部材４に制御電圧を印加し
て回動部材３とともに回転軸９ｂを微小回動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組立用ロボット、
インデックステーブルまたは測定器などの機器に組み込
まれる高精度の位置決め駆動を行う精密駆動機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置決め駆動機構には、「微、粗
動テーブル」として、特開昭５８−１２３３５号公報所
載の技術が開示されている。この技術を図７を用いて説
明する。図７において、粗動軸１０７の一端には、ボー
ルナット１０８が取着され、ボールナット１０８には、
ボールネジ１１０が螺合している。ボールネジ１１０
は、回り止めガイド１０９に回動自在に保持され、一端
にはＤＣモータ１１１が連結されている。また、粗動軸
１０７の他端には、Ｘ字形断面を有するブロック１２０
が固着されている。ブロック１２０には、粗動軸１０７
の軸心と垂直な側方にブラケット部１２０ａを突設して
おり、このブラケット部１２０ａとテーブル１２１との
間には、引っ張りバネ１２２が張架されている。また、
ブロック１２０には、ストッパ部１２０ｂが粗動軸１０
７の軸心と同一方向に２ヶ所突設され、その先端にテー
ブル１２１が当接し、引っ張りバネ１２２によるテーブ
ル１２１の接近を制限している。ブロック１２０の２ヶ
所のストッパ部１２０ｂに挟まれた部分であって、粗動
軸１０７の軸心上にピエゾプッシャ１２４が取着されて
いる。

【０００３】以上に説明した構造の駆動機構は、ＤＣモ
ータ１１１を作動させて、粗動軸１０７を左方に移動さ
せる。このとき、ピエゾプッシャ１２４は収縮してい
る。テーブル１２１は、引っ張りバネ１２２の付勢力に
よってブロック１２０のストッパ部１２０ｂに密着し、
粗動軸１０７とともに左方へ動かされる。テーブル１２
１が停止目標位置よりも僅かに手前の位置に達したと
き、ＤＣモータ１１１の回転を停止させ、粗動軸１０７
の左方向移動を停止させる。つぎに、ピエゾプッシャ１
２４を伸長させるように電圧を印加して、テーブル１２
１は左方に押動され、引っ張りバネ１２２の付勢力に抗
して左方の停止目標位置まで移動させるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術には、以下のような問題点があった。まず、粗動用の
ボールネジを回転させるＤＣモータの取付け位置と、微
動用のピエゾプッシャの取付け位置とが別々になってい
るため、それぞれの部材を取り付けるためのスペースの
増大や部材点数の増加となっていた。また、移動方向に
垂直の方向の移動精度を確保するため、各部材取付け部
の加工精度を高くする必要があるためコスト高になって
いた。さらに、微動用のピエゾプッシャは、粗動軸の先
端に取着され、粗動時には粗動軸と一体で移動するた
め、ピエゾプッシャ駆動用の配線を粗動距離以上に長く
する必要があり、その結果、断線による不具合の増加や
コスト高等の問題が生じていた。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１、２または３に係る発明の課題
は、移動精度を向上させ、低コスト、省スペース、およ
び断線による不具合の絶滅を実現させる精密駆動機構を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２または３に係る発明は、精密駆動機構
において、電動機により回転するとともに該電動機と一
体化自在な回転軸と、前記電動機に取着されてフレーム
に回動自在に保持された回動部材と、該回動部材に接触
または保持され、かつフレームに保持または接触した微
動部材とを備え、粗動運動のときには、前記電動機によ
り前記回転軸のみを回転させ、微動運動のときには、前
記回転軸を前記電動機と一体化させた後、前記微動部材
に制御電圧を印加して前記回動部材とともに前記回転軸
を微小回動させるように構成したことを特徴とする。

【０００７】請求項１、２または３に係る発明の作用で
は、電動機により回転するとともに該電動機と一体化自
在な回転軸と、前記電動機に取着されてフレームに回動
自在に保持された回動部材と、該回動部材に接触または
保持され、かつフレームに保持または接触した微動部材
とを備え、粗動運動のときには、前記電動機により前記
回転軸のみを回転させ、微動運動のときには、前記回転
軸を前記電動機と一体化させた後、前記微動部材に制御
電圧を印加して前記回動部材とともに前記回転軸を微小
回動させるように構成したことにより、粗動運動による
回転軸の回転と、微動運動による回転軸の微小回動と
が、駆動源たる電動機と微動部材との間に大きな空間移
動を伴うことなく行われる。

【０００８】請求項２に係る発明の作用では、上記作用
に加え、微動部材が伸縮部材であることにより、微動運
動時の微小回動を微量にする。請求項３に係る発明の作
用では、上記作用に加え、微動部材がバイモルフ材また
はユニモルフ材であることにより、微動運動時の微小回
動を大きくする。

【０００９】

【発明の実施の形態１】図１〜図２は発明の実施の形態
１を示し、図１は精密駆動機構の正面図、図２は精密駆
動機構の一部を破載した側面図である。

【００１０】図１および図２において、フレーム１は図
示を省略した外部装置に固定されている。フレーム１に
は、クロスローラ軸受け２を介して、リング状の回動部
材３が回動自在に取着されている。回動部材３には、電
動機９のフランジ部９ａがビス１０により取着され、電
動機９はフレーム１に対し、クロスローラ軸受け２を介
して回動自在となっている。電動機９の回転軸９ｂは、
回動部材３の中心穴３Ａを貫通して、回動部材３の軸心
Ｏと同軸になるように取着されている。電動機９は、サ
ーボモータ、ステップモータなど、停止時に回転軸９ｂ
を保持固定して、電動機９の本体と一体化するものであ
ればよく、特に限定されない。

【００１１】一方、フレーム１の表面には、圧電素子、
電歪素子、または磁歪素子などからなる伸縮部材４を取
着するための取付け部１ａが回転軸９ｂの軸心Ｏを点対
称として２ヶ所に突設されている。取付け部１ａには、
伸縮部材４の一端がビス５によって取着されており、他
端は回動部材３の表面に突設された突起部３ａと接触し
ている。突起部３ａには、ビス７によって板バネ６の一
端が取着されている。板バネ６の他端は、フレーム１の
表面に突設された突起部１ｂに螺着された調整ビス８の
先端８ａに押圧されている。突起部１ｂおよび突起部３
ａともに、回転軸９ｂの軸心Ｏを点対称として配設さ
れ、伸縮部材４および板バネ６も回転軸９ｂの軸心Ｏを
点対称に一対となって配設されている。

【００１２】つぎに、本発明の実施の形態１の精密駆動
機構の作用について説明する。上記構成の精密駆動機構
の電動機９に、制御電流Ａを流すと、電動機の原理によ
って回転軸９ｂが回転し、入力された制御電流Ａの通電
期間に対応した回転角で回転軸９ｂが停止し、この段階
が粗動運動に該当する。このまま、回転軸９ｂを静止さ
せ、保持電流を流し、回転軸９ｂ、電動機９および回動
部材３が一体化した状態で、伸縮部材４に制御電圧Ｖを
印加すると、制御電圧Ｖに対応して伸縮部材４が伸縮す
る。

【００１３】伸縮時において、伸縮部材４が伸長した場
合には、伸縮部材４の動きは回動部材３の突起部３ａに
伝達され、回動部材３は微小回動する。このとき、板バ
ネ６は、回動部材３の突起部３ａとフレーム１の突起部
１ｂに取着された調整ビス８の先端８ａを支点として屈
曲する。また、伸縮部材４が収縮した場合には、板バネ
６の反発力により回動部材３が微小回動する。このと
き、回転軸９ｂは、保持電流により電動機６および回動
部材３に固定されているので、伸縮部材４の伸長、収縮
に関わらず回動部材３の動きに追従して微小回動する。
この段階が微動運動に該当する。従って、粗動運動も微
動運動も共に、回転軸９ｂより出力される。

【００１４】本発明の実施の形態１によれば、電動機に
よる粗動運動と伸縮部材による微動運動とが共に、回転
軸より出力される構成となっているので、機構がコンパ
クトとなり、構成部材が少なくて済み、取付けスペース
が減少し、回転方向と垂直の運動精度が向上する。ま
た、微動部材は、粗動運動用の電動機と一体になってい
るため、駆動用の配線は短くて済み、断線の不具合はな
く、製造コストが低下する。さらに、粗動用の電動機
は、回動部材に取着でき、その分解能は微動量を満足し
ていればよいので、市販の電動機に簡単な改造を施すだ
けでよく、容易に精密駆動機構を構成することができ、
製造コストも安価で済む。

【００１５】本発明の実施の形態１では、板バネを回動
部材に取着し、調整ビスをフレームに取着したが、相互
に取付け位置を交換してもよい。また、伸縮部材をフレ
ームに取着し、他端を回動部材の突起部に接触させてい
るが、伸縮部材を回動部材に取着し、他端をフレームの
突起部に接触させてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態２】図３〜図４は発明の実施の形態
２を示し、図３は精密駆動機構の正面図、図４は精密駆
動機構の一部を破載した側面図である。本発明の実施の
形態２は、発明の実施の形態１と微動運動機構のみが異
なり、他の構成は発明の実施の形態１と同一のため同一
の部材には、同一の符号を付し説明を省略する。

【００１７】図３および図４において、フレーム１の表
面には、圧電バイモルフ等のバイモルフ材１１を取着す
るための突起部１ｃが、回転軸９ｂの軸心Ｏを点対称と
して２ヶ所に突設されている。突起部１ｃには、ビス１
３によってバイモルフ材１１の一端が回転軸９ｂの回転
方向に屈曲するように取着されている。また、バイモル
フ材１１の他端は、回動部材３の表面に突設された突起
部３ｃに、ビス１２によって固着されている。突起部３
ｃは、回転軸９ｂの軸心Ｏを点対称として配設され、バ
イモルフ材１１も回転軸９ｂの軸心Ｏを点対称に一対と
なって配設されている。

【００１８】つぎに、本発明の実施の形態２の精密駆動
機構の作用について説明する。なお、発明の実施の形態
１と同様の作用については、説明を省略する。電動機９
に任意の制御電流Ａを流し、回転軸９ｂを粗動運動さ
せ、その後、回転軸９ｂを静止保持した状態でバイモル
フ材１１に制御電圧Ｖを加えると、制御電圧Ｖに対応し
てバイモルフ材１１が屈曲する。バイモルフ材の運動
は、回動部材３に伝達され、保持電流によって一体化さ
れた電動機９および回転軸９ｂは微小回動する。

【００１９】本発明の実施の形態２によれば、発明の実
施の形態１の効果に加え、微動部材がバイモルフ材であ
ることにより、伸縮部材を用いた場合より、回転軸の微
小回動の運動量を大きくすることができる。

【００２０】本発明の実施の形態２では、微動部材にバ
イモルフ材を用いたが、これに替えてユニモルフ材を用
いても同様の作用効果がある。

【００２１】

【発明の実施の形態３】図５〜図６は発明の実施の形態
３を示し、図５は精密駆動機構の正面図、図６は精密駆
動機構の一部を破載した側面図である。本発明の実施の
形態３は、発明の実施の形態１の微動運動機構に変位拡
大機構を付加したものであり、発明の実施の形態１と同
一の部材には、同一の符号を付し説明を省略する。

【００２２】図５および図６において、Ｌ字形の回動レ
バー１４がビス１５を支点として回動するように、フレ
ーム１の表面に取着されている。回動レバー１４の一端
は、ビス１６によって伸縮部材４に連結され、伸縮部材
４の他端は、フレーム１の表面に突設された取付け部１
ｄにビス５によって取着されている。回転レバー１４の
他端は、回動部材３の表面に突設された突起部３ａ上に
取着された板バネ６の背面に接触している。これらの部
材は、回転軸９ｂの軸心Ｏを点対称にして一対となって
配設されている。

【００２３】つぎに、本発明の実施の形態３の精密駆動
機構の作用について説明する。なお、発明の実施の形態
１と同様の作用については、説明を省略する。電動機９
に任意の制御電流Ａを流し、回転軸９ｂを粗動運動さ
せ、その後、回転軸９ｂを静止保持した状態で伸縮部材
４に制御電圧Ｖを加えると、制御電圧Ｖに対応して伸縮
部材４が伸縮する。伸縮部材４の伸縮は回動レバー１４
に伝達され、回動レバー１４はビス１５を支点として回
動し、回動レバー１４に接触している板バネ６の背面を
介して回動部材３を押圧して微小回動させるか、または
板バネ６の反発力により反対方向に微小回動させる。こ
れにより、保持電流によって一体化された電動機９およ
び回転軸９ｂは微小回動する。

【００２４】本発明の実施の形態３によれば、発明の実
施の形態１の効果に加え、伸縮部材に回動レバ−による
変位拡大機構を付加することにより、伸縮部材のみを用
いる場合よりも、回転軸の微動運動を大きくすることが
できる。

【００２５】本発明の実施の形態３では、変位拡大機構
にＬ字形の回動レバーを用いたが、これに限るものでは
なく、伸縮部材の伸縮量を拡大できれば、その形状はレ
バーの取付け位置、レバー先端の作用点および伸縮部材
の取付け位置により、自由に設定できることは言うまで
もない。

【００２６】

【発明の効果】請求項１、２または３に係る発明によれ
ば、粗動運動による回転軸の回転と、微動運動による回
転軸の微小回動とが、駆動源たる電動機と微動部材との
間に大きな空間移動を伴うことなく行われるので、移動
精度を向上させ、低コスト、省スペース、および断線に
よる不具合の絶滅を実現させることができる。請求項２
に係る発明によれば、上記効果に加え、微動運動時の微
小回動を微量にするので、高精度の位置決めを行うこと
ができる。請求項３に係る発明によれば、上記効果に加
え、微動運動時の微小回動を大きくするので、微動範囲
を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の精密駆動機構の正面図で
ある。

【図２】発明の実施の形態１の精密駆動機構の一部を破
載した側面図である。

【図３】発明の実施の形態２の精密駆動機構の正面図で
ある。

【図４】発明の実施の形態２の精密駆動機構の一部を破
載した側面図である。

【図５】発明の実施の形態３の精密駆動機構の正面図で
ある。

【図６】発明の実施の形態３の精密駆動機構の一部を破
載した側面図である。

【図７】従来技術の微・粗動機構の平面図である。

【符号の説明】

１フレーム３回動部材４伸縮部材９電動機９ｂ回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機により回転するとともに該電動機
と一体化自在な回転軸と、前記電動機に取着されてフレ
ームに回動自在に保持された回動部材と、該回動部材に
接触または保持され、かつフレームに保持または接触し
た微動部材とを備え、粗動運動のときには、前記電動機
により前記回転軸のみを回転させ、微動運動のときに
は、前記回転軸を前記電動機と一体化させた後、前記微
動部材に制御電圧を印加して前記回動部材とともに前記
回転軸を微小回動させるように構成したことを特徴とす
る精密駆動機構。
【請求項２】前記微動部材は、伸縮部材であることを特
徴とする請求項１記載の精密駆動機構。
【請求項３】前記微動部材は、バイモルフ材またはユニ
モルフ材であることを特徴とする請求項１記載の精密駆
動機構。