JPS60217415A - アクチユエ−タ - Google Patents
アクチユエ−タInfo
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- JPS60217415A JPS60217415A JP59072652A JP7265284A JPS60217415A JP S60217415 A JPS60217415 A JP S60217415A JP 59072652 A JP59072652 A JP 59072652A JP 7265284 A JP7265284 A JP 7265284A JP S60217415 A JPS60217415 A JP S60217415A
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- Japan
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- electric field
- actuator
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- drive motor
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Links
- 241000256247 Spodoptera exigua Species 0.000 claims abstract description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 13
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
- H02N2/023—Inchworm motors
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、大きなストロークと、高精度な位置決めを容
易に行なうことのできるアクチュエータに関するう 〔発明の技術的背景とその問題点〕 民生機器や産ニレ機器に用いられるアクチュエータは電
磁力によるモータを中心とするものが広く使われている
。電磁気を利用したモータはおよそ１００年以上も前か
ら各方面での動力源として用いられておシ、駆動力が大
きく、電気−機械への変換効率も良く、また高信頼性の
ものが多くある。
易に行なうことのできるアクチュエータに関するう 〔発明の技術的背景とその問題点〕 民生機器や産ニレ機器に用いられるアクチュエータは電
磁力によるモータを中心とするものが広く使われている
。電磁気を利用したモータはおよそ１００年以上も前か
ら各方面での動力源として用いられておシ、駆動力が大
きく、電気−機械への変換効率も良く、また高信頼性の
ものが多くある。
近年ではリニア型のモータの開発もさかんでありＡＶ機
器など多方面で利用されている。しかしながら、近年の
半導体産業を中心とする各種機器においては、μｍオー
ダあるいはサブμｍの加工のの位置制御が可能なアクチ
ュエータとして電歪あるいは逆圧電効果を利用したもの
が利用されるようになった。しかし、圧電型アクチュエ
ータにおいては、バイモルフ型で最大変位量として〜１
■程度であシ、積層型では０，２両種度のものが実用化
の限度とされている。このような問題を解決する方法と
して、インチウオーム方式（尺取虫方式）のアクチュエ
ータが考案され実用化されている。
器など多方面で利用されている。しかしながら、近年の
半導体産業を中心とする各種機器においては、μｍオー
ダあるいはサブμｍの加工のの位置制御が可能なアクチ
ュエータとして電歪あるいは逆圧電効果を利用したもの
が利用されるようになった。しかし、圧電型アクチュエ
ータにおいては、バイモルフ型で最大変位量として〜１
■程度であシ、積層型では０，２両種度のものが実用化
の限度とされている。このような問題を解決する方法と
して、インチウオーム方式（尺取虫方式）のアクチュエ
ータが考案され実用化されている。
しかし、このような尺取虫方式は微小制御可能であるが
アクチュエータにおいても、応答速度が遅い等の欠点が
ある。つｌ）代表的な尺取虫型アクチュエータで１箇の
移動に秒の時間を必要とする。
アクチュエータにおいても、応答速度が遅い等の欠点が
ある。つｌ）代表的な尺取虫型アクチュエータで１箇の
移動に秒の時間を必要とする。
従って、太き々ストロークを高速で動くアクチュエータ
としての応用は不可能である。また近年圧電アクチュエ
ータとして注目されている超音波駆動モータは高効率で
あｐ１動あたシの出力が大きいため小型のアクチュエー
タが可能であるが位置決め精度は従来の電磁モータと同
等である。
としての応用は不可能である。また近年圧電アクチュエ
ータとして注目されている超音波駆動モータは高効率で
あｐ１動あたシの出力が大きいため小型のアクチュエー
タが可能であるが位置決め精度は従来の電磁モータと同
等である。
本発明は上記の点を考、（べしてなされたもので、粗動
と微動とを異なる原理のアクチュエータで行ない、長ス
）ｏ−りが可能でかつ高精度の位置決めを高速に行々う
小型で高効率のアクチーエータを提供することを目的と
する。
と微動とを異なる原理のアクチュエータで行ない、長ス
）ｏ−りが可能でかつ高精度の位置決めを高速に行々う
小型で高効率のアクチーエータを提供することを目的と
する。
本発明は歪素子で構成されインチウオーム方式で移動す
る動体と、前起動体を移動せしめる超音波駆動モータと
を具備したことｆｃ特徴とするアクチュエータである。
る動体と、前起動体を移動せしめる超音波駆動モータと
を具備したことｆｃ特徴とするアクチュエータである。
すなわち、動体の粗動を超音波駆動モータで行ない、微
動は動体そのもののインチウオーム動作（尺取虫動作）
による移動によシ行なうことによシ、高速かつ高精度の
移動を可能とするアクチユエータである。
動は動体そのもののインチウオーム動作（尺取虫動作）
による移動によシ行なうことによシ、高速かつ高精度の
移動を可能とするアクチユエータである。
まず超音波駆動モータの原理を第１図に示す。
第１図ｆａ）は超音波駆動モータの一例を示す概略図で
あシ５弾性体（１）と両端に固定された振動子（２）。
あシ５弾性体（１）と両端に固定された振動子（２）。
＋（’２’）と一般のモータの回転子に相当する動体（
３）の３要素から成り立っている。この動体は弾性体に
発生する進行波を効率よく伝達するために１弾性体と密
着させるように加圧調整されている。
３）の３要素から成り立っている。この動体は弾性体に
発生する進行波を効率よく伝達するために１弾性体と密
着させるように加圧調整されている。
嬉１図（ｂ）は前記超音波駆動モータの駆動原理を説明
するための一部拡大概略斜視図である。Ｘ＠を弾性体（
１）の表面上の方向、Ｚ＠をその法綜方向とする。弾性
体（１）表面に電歪素子（２） 、 （２’）によシ振
動を与えると弾性波が発生し、弾性体（１）の表面上を
伝搬していく。この弾性波は、縦波と横波を伴った表面
波で、その質点の運動は楕円軌道を描く振動をする。質
点Ａについて着目すると縦振幅Ｕ。
するための一部拡大概略斜視図である。Ｘ＠を弾性体（
１）の表面上の方向、Ｚ＠をその法綜方向とする。弾性
体（１）表面に電歪素子（２） 、 （２’）によシ振
動を与えると弾性波が発生し、弾性体（１）の表面上を
伝搬していく。この弾性波は、縦波と横波を伴った表面
波で、その質点の運動は楕円軌道を描く振動をする。質
点Ａについて着目すると縦振幅Ｕ。
横振幅Ｗの惰円運ｆｉｊＪ′ｆＩ：行なってお９表面波
の進行方向’６＋ｘ方向とすると楕円運動は反時計方向
に回転している。この表面波は、１波長ごとに頂点Ａ、
Ａ・・・を有しその頂点速度はＸ成分のみであって、■
−２πｆＵ（ただし■：移動速度、ｆは振動数）である
。そこで、この表面波に動体（３）の表面を加圧接触さ
せると動体表面は頂点Ａ、Ａ’・・・のみに接触するの
で、動体（３）は弾性体（１）との摩擦力によシ矢印Ｎ
の方向に駆動されることになる。
の進行方向’６＋ｘ方向とすると楕円運動は反時計方向
に回転している。この表面波は、１波長ごとに頂点Ａ、
Ａ・・・を有しその頂点速度はＸ成分のみであって、■
−２πｆＵ（ただし■：移動速度、ｆは振動数）である
。そこで、この表面波に動体（３）の表面を加圧接触さ
せると動体表面は頂点Ａ、Ａ’・・・のみに接触するの
で、動体（３）は弾性体（１）との摩擦力によシ矢印Ｎ
の方向に駆動されることになる。
さてこの進行波を発生させる振動子としては、超音波加
工機などに用いられるランジュバン型振動子が適してお
り弾性体（１）の両端に各々１個づつ用いられ進行波の
方向を決める。
工機などに用いられるランジュバン型振動子が適してお
り弾性体（１）の両端に各々１個づつ用いられ進行波の
方向を決める。
この超音波駆動モータで移動せしめる動体としてインチ
ウオーム方式で移動する歪素子を用いる。
ウオーム方式で移動する歪素子を用いる。
歪素子は圧電、電歪素子等からなり、基本的には３素子
の結合となる。その基本構成を第２図に示す。歪素子（
４）は素子ｆｌ）Ｊ２）、＋３）からなり、例えば圧電
素子を用い、た場合、電源ＯＦＦ時には支持体（５）を
クランプするように素子（１）、［３）の極性が決めら
れている（第２図（ａ））。駆動時はまずクランプしし
ている一方の素子（３）のクランプを解除し、２つの素
子（４）Ｊ３）を結合する素子（２）を伸長させる（第
２図（ｂ））。
の結合となる。その基本構成を第２図に示す。歪素子（
４）は素子ｆｌ）Ｊ２）、＋３）からなり、例えば圧電
素子を用い、た場合、電源ＯＦＦ時には支持体（５）を
クランプするように素子（１）、［３）の極性が決めら
れている（第２図（ａ））。駆動時はまずクランプしし
ている一方の素子（３）のクランプを解除し、２つの素
子（４）Ｊ３）を結合する素子（２）を伸長させる（第
２図（ｂ））。
＋Ａ４１．？＋＜６４ルイ４ｎ掻づ台舛士占詰ζ詰、も
λ？硅マゑる。次いで素子（３ンをクランプ状態とし％
素子（１）のクランプを解除し、素子（２）をさせれば
５図中のδ分の変位を得る（第２図（Ｃ））っ 一般に超音波駆動モータによシ変位される動体は５弾性
体との密着性を確保するため、ネジ等を用いた加圧が必
要である。しかしながら、インチウオーム方式の動体を
用いることにょシ、組立時には、縮ませた状態で弾性性
を挿入し、クランプ状態にすれば加圧機構をつける必要
がなく、組立が容易である。又、経時的に弾性体の摩耗
等が考えられるが、クランプ状態の加圧力は印加電圧等
によシ変えることができるため、別途調整機構を設ける
必要がない。さらに、通常の超音波駆動モータでは、動
体が弾性体に固定されているためセルフロックしかでき
ない（オフ時に位置固定）が、インチウオーム方式の動
体を用いることによｐｌ例えば圧電、電歪素子の極性、
印加電圧を制御することによシ、フリー、セルフロック
、いずれも可能となる。
λ？硅マゑる。次いで素子（３ンをクランプ状態とし％
素子（１）のクランプを解除し、素子（２）をさせれば
５図中のδ分の変位を得る（第２図（Ｃ））っ 一般に超音波駆動モータによシ変位される動体は５弾性
体との密着性を確保するため、ネジ等を用いた加圧が必
要である。しかしながら、インチウオーム方式の動体を
用いることにょシ、組立時には、縮ませた状態で弾性性
を挿入し、クランプ状態にすれば加圧機構をつける必要
がなく、組立が容易である。又、経時的に弾性体の摩耗
等が考えられるが、クランプ状態の加圧力は印加電圧等
によシ変えることができるため、別途調整機構を設ける
必要がない。さらに、通常の超音波駆動モータでは、動
体が弾性体に固定されているためセルフロックしかでき
ない（オフ時に位置固定）が、インチウオーム方式の動
体を用いることによｐｌ例えば圧電、電歪素子の極性、
印加電圧を制御することによシ、フリー、セルフロック
、いずれも可能となる。
以上説明した本発明のアクチュエータによれば。
（１）長ストロークと高精度の位置決めが、一つのアク
チュエータでコントロールできる。
チュエータでコントロールできる。
（２）超音波駆動モータ、歪素子ともに効率が高く、全
体的に高効率のアクチュエータとなる。
体的に高効率のアクチュエータとなる。
（３）電磁場を発生しないため、これを嫌う環境での使
用が可能等の効果を得ることができる。
用が可能等の効果を得ることができる。
前記のような特徴をいかし、悪環境下での高速、高精度
位置決め用のアクチュエータとして好適である。
位置決め用のアクチュエータとして好適である。
以下に本発明の詳細な説明するっ
第３図は本発明によるアクチーエータの実施例を説明す
るための断面概略図である。第３図で弾性体（１υは直
径が１０ｍｍの黄銅の神であり振動子０υ。
るための断面概略図である。第３図で弾性体（１υは直
径が１０ｍｍの黄銅の神であり振動子０υ。
（２１’）はそれぞれ共振周波数が約２８ＫＨｚランジ
ユバン型圧電振動子である。振動子としては電磁型のも
のも可能であるが、小パワーなものであれば圧電型が良
い。動体Ｃ３＠が弾性体αυと適度な密着性を有するよ
うに配置されている。
ユバン型圧電振動子である。振動子としては電磁型のも
のも可能であるが、小パワーなものであれば圧電型が良
い。動体Ｃ３＠が弾性体αυと適度な密着性を有するよ
うに配置されている。
このように構成することで、まず動体（至）は、振動子
ｔ２優、 （２１’）の撮動により、移動ができる。
ｔ２優、 （２１’）の撮動により、移動ができる。
動体（３０）は歪素子０υ、 （４１’） 、 （５１
）とケース（３υよシ構成されておシ歪素子（４１）は
ケース（３１）に固定されている。また歪素子（４１）
と歪素子（５］）及び歪素子■′）は、インチウオーム
動作ができるように直列に構成されている。本実施例で
は歪素子（４１） 、 （４１’） 、（２）は圧電素
子が用いられておシ、圧電素子はＰＺＴ系のものを用い
た。また、歪素子としては他の電歪材料や、磁歪材料を
用いることも可能である。この歪素子（４１） 、 （
４１’） 、 （５１）は電源をオフにした際に縮むよ
うに構成されている。つまシ歪素子は通電しない時には
弾性体θυをクランプすることになる。動体（至）は３
つの歪素子を適当に制御することにより双方向に移動が
できる。歪素子（４１） 、 （４１’）はリング状の
素子であシ、リングが弾性体と接する内側と同様に外側
に電極が取着されており、電界が加わるとこのリングが
広がるように構成されている。また歪素子（５１）は円
筒状の素子で円筒の両端に電極が設けられておシこの両
端に電界を加えることで縮むように構成されている。こ
こで歪素子（４１）に電界を加えクランプを解除し、歪
素子（５１）に電界を加えると歪素子（４１）は歪素子
（５１）の縮みにより第２図で右方向へ移動する次に歪
素子（４１）の電界を除きクランプ状態にして歪素子（
４１つに電界を加えてクランプを解除し１次に歪素子（
５１）の電界を解除し伸ばす、すると同図で歪素子（４
１’）は右方向に移動するこの動作を順次くシ返すこと
で動体（至）は右方向に移動する移動の方向を変えるた
めには、これらの歪素子に加える電界の順番をかえるこ
とでできる。
）とケース（３υよシ構成されておシ歪素子（４１）は
ケース（３１）に固定されている。また歪素子（４１）
と歪素子（５］）及び歪素子■′）は、インチウオーム
動作ができるように直列に構成されている。本実施例で
は歪素子（４１） 、 （４１’） 、（２）は圧電素
子が用いられておシ、圧電素子はＰＺＴ系のものを用い
た。また、歪素子としては他の電歪材料や、磁歪材料を
用いることも可能である。この歪素子（４１） 、 （
４１’） 、 （５１）は電源をオフにした際に縮むよ
うに構成されている。つまシ歪素子は通電しない時には
弾性体θυをクランプすることになる。動体（至）は３
つの歪素子を適当に制御することにより双方向に移動が
できる。歪素子（４１） 、 （４１’）はリング状の
素子であシ、リングが弾性体と接する内側と同様に外側
に電極が取着されており、電界が加わるとこのリングが
広がるように構成されている。また歪素子（５１）は円
筒状の素子で円筒の両端に電極が設けられておシこの両
端に電界を加えることで縮むように構成されている。こ
こで歪素子（４１）に電界を加えクランプを解除し、歪
素子（５１）に電界を加えると歪素子（４１）は歪素子
（５１）の縮みにより第２図で右方向へ移動する次に歪
素子（４１）の電界を除きクランプ状態にして歪素子（
４１つに電界を加えてクランプを解除し１次に歪素子（
５１）の電界を解除し伸ばす、すると同図で歪素子（４
１’）は右方向に移動するこの動作を順次くシ返すこと
で動体（至）は右方向に移動する移動の方向を変えるた
めには、これらの歪素子に加える電界の順番をかえるこ
とでできる。
以上のように動体（３０）は超音波駆動モータとしても
また、尺取シ虫方式のアクチュエータとしても動作する
ことができる。このため長ストローク、高精度の位置決
めが可能であり、従来２つのアクチュエータが容易に実
現できる。
また、尺取シ虫方式のアクチュエータとしても動作する
ことができる。このため長ストローク、高精度の位置決
めが可能であり、従来２つのアクチュエータが容易に実
現できる。
尚このアクチュエータはリニア型のも−のを例に説明し
たが回転型でも同様に可能である。また尺取シ虫型アク
チュエータの位置決め分解能としては０１〜０．０５μ
ｍが可能であシ、本実施例で用いたに 圧電型のものでは約ＩＶＶの電源で５μｍの移動がが々
いため、素早い位置決めが可能である。
たが回転型でも同様に可能である。また尺取シ虫型アク
チュエータの位置決め分解能としては０１〜０．０５μ
ｍが可能であシ、本実施例で用いたに 圧電型のものでは約ＩＶＶの電源で５μｍの移動がが々
いため、素早い位置決めが可能である。
第１図は本発明に用いた超音波駆動モータの原理を説明
するための概略図、第２図はインチウオーム方式の動体
の原理を説明するための概略図。 第３図は本発明の詳細な説明するためのアクチュエータ
の断面概略図。 代理人 弁理士 則近憲佑（り１か１名）第１図 ２’ ｆ 第２図
するための概略図、第２図はインチウオーム方式の動体
の原理を説明するための概略図。 第３図は本発明の詳細な説明するためのアクチュエータ
の断面概略図。 代理人 弁理士 則近憲佑（り１か１名）第１図 ２’ ｆ 第２図
Claims (1)
- 歪素子で構成されインチウオーム方式で移動する動体と
、前記動体を移動せしめる超音波駆動モータとを具備し
たことを特徴とするアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59072652A JPS60217415A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59072652A JPS60217415A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | アクチユエ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217415A true JPS60217415A (ja) | 1985-10-31 |
Family
ID=13495524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59072652A Pending JPS60217415A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217415A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0250208A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-20 | Olympus Optical Co Ltd | 載置体移動アクチュエータ |
| JPH05266445A (ja) * | 1991-12-31 | 1993-10-15 | Tandberg Data As | 磁気テープトラックの内の選択された１つのトラックに対して磁気ヘッドを位置決めする装置及び位置決め法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3902084A (en) * | 1974-05-30 | 1975-08-26 | Burleigh Instr | Piezoelectric electromechanical translation apparatus |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59072652A patent/JPS60217415A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3902084A (en) * | 1974-05-30 | 1975-08-26 | Burleigh Instr | Piezoelectric electromechanical translation apparatus |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0250208A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-20 | Olympus Optical Co Ltd | 載置体移動アクチュエータ |
| JPH05266445A (ja) * | 1991-12-31 | 1993-10-15 | Tandberg Data As | 磁気テープトラックの内の選択された１つのトラックに対して磁気ヘッドを位置決めする装置及び位置決め法 |
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