JP4482582B2 - Small precision positioning device using impact force accompanying rapid deformation of piezoelectric element - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置に関するものである。 The present invention relates to a small precision positioning apparatus using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element.
従来、この種の技術としては、以下に示すものがあった。図17は従来の圧電素子の急速変形に伴う衝撃力発生機構の駆動原理の説明図である。まず、図17(a)に示すように、圧電素子2の両側にそれぞれ慣性体1及び衝撃体3を取り付けた位置決め機構は、摺動面4との静止摩擦力で保持された状態にある。この最初の状態では、その位置決め機構は、ベース6に位置している位置決めすべき対象物5と距離d0離れている。
Conventionally, this type of technology has the following. FIG. 17 is an explanatory diagram of the driving principle of an impact force generation mechanism accompanying rapid deformation of a conventional piezoelectric element. First, as shown in FIG. 17A, the positioning mechanism in which the inertial body 1 and the
次に、図17に示すように、そのインパクト駆動機構とも呼ばれる位置決め機構を、圧電素子2に電圧を加えることによって、位置決めすべき対象物5と接触の状態まで移動させる〔その移動原理は、以下、図17(c)から図17(e)までの説明で位置決めすべき対象物5を除いた場合と同じ〕。その接触している状態では、位置決め機構の衝撃体3は位置決めすべき対象物5と一体化される。
Next, as shown in FIG. 17, a positioning mechanism called an impact driving mechanism is moved to a state of contact with the
次に、図17(c)に示すように、更に、圧電素子2を急速に膨張させると、その一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、摺動面4との静止摩擦力に打ち勝って、慣性体1とは逆の方向に移動し、最後に摺動面4との動摩擦力により停止し、移動距離がd1となる。次に、膨張した圧電素子2を緩やかに一定加速度で収縮させると、一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、静止摩擦力で保持されたまま、慣性体1のみを引き戻すことができる。
Next, as shown in FIG. 17 (c), when the
次に、図17(d)に示すように、圧電素子2が収縮したところで引き戻しの動作を突然停止させると、慣性体1が圧電素子2を介して、一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5に衝突するような形となり、一体化された位置決めすべき対象物5は再び、微小移動を起こす。次に、図17(e)に示すように、一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、距離d2を移動した後、停止し、再び、摺動面4との静止摩擦力で保持された状態になり、1サイクルが終了する。
Next, as shown in FIG. 17D, when the pulling operation is suddenly stopped when the
以上の原理から分かるように、この位置決め機構では、一体化された衝撃体3及び位置決めすべき対象物5が距離d1を移動した後、衝撃体3の位置を保持するために、衝撃体3の摺動面4との静止摩擦力は、圧電素子2がゆっくり引き戻す過程に伴う慣性力より大きくなければならない。そのために衝撃体3の寸法を大きくする方法や、衝撃体3の摺動面4の垂直方向に予圧を与える方法などが用いられてきた。
As can be seen from the above principle, in this positioning mechanism, the
図18はかかる従来の位置決め機構を示す断面図で、図19は図18の右側面図である。図18に示すように、圧電素子2の左側にねじ8で慣性体1を取り付け、圧電素子2の右側にアタッチメント7で衝撃体を取り付ける。慣性体1はケースに固定されている座9で案内され、また、その座9はリニアガイドを具備し、更に、ばね10の調整により摺動面4に適切な摩擦力を与える。
FIG. 18 is a sectional view showing such a conventional positioning mechanism, and FIG. 19 is a right side view of FIG. As shown in FIG. 18, the inertial body 1 is attached to the left side of the
また、図19に示すように、その位置決め機構の衝撃体3の直進性を維持するために、衝撃体3の両側に精密ローラ12が組み込まれている。
上述したように、従来は、衝撃体3の位置を保持するために、衝撃体3の摺動面4には、ばね10及び摩擦プレート11などの組み合わせによるクランプ機構が使用されてきた。しかしながら、位置決めすべき対象物に衝撃力を与える時、まず、位置決め機構のクランプ機構による摩擦力を克服した後、位置決めすべき対象物5(図17参照)の摺動面4の摩擦力を克服しなければならない。
As described above, conventionally, in order to maintain the position of the
このような過程では、運動エネルギーは効率的に使えず、ある部分が熱エネルギーとして摩擦プレート11に消費されてしまう。また、その熱エネルギーの消費による温度の上昇は、摺動面4における摩擦プレート11の磨耗に大きな影響をもたらし、長時間使用すると、位置決め機構の精度が悪くなり、クランプ機構の調整も必要となる。
In such a process, kinetic energy cannot be used efficiently, and a certain part is consumed by the
また、摩擦力によるクランプのため、それぞれ各位置決め機構の移動特性のばらつきが大きいので、多自由度の位置決め制御を行う場合には、多数の位置決め機構を同時に使うことが必要となり、精密な位置決め精度を得るのが困難であった。また、一体化とみなされる衝撃体3及び位置決めすべき対象物5は、それぞれの摺動面4及び6との摩擦力が異なるため、衝撃力を受けた時、衝撃体3のはね戻し、または位置決めすべき対象物5の飛び出しという現象があるので、精密に位置決め制御を行うには接触の状態を検知するためのセンサーが必要であった。更に、この位置決め機構には、移動方向の直進性を維持するために、リニアガイド及び精密ローラ等が組み込まれており、位置決め機構を小型化するのが困難であった。
In addition, because of the clamping by frictional force, the movement characteristics of each positioning mechanism vary greatly, so when performing multi-degree-of-freedom positioning control, it is necessary to use a large number of positioning mechanisms simultaneously. It was difficult to get. Further, since the
そこで、本発明は、上記問題点を除去し、衝撃体の摺動面に与えられる摩擦力の影響を最小限にし、運動エネルギーを効率的に利用することができる圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned problems, minimizes the influence of the frictional force applied to the sliding surface of the impact body, and impacts due to rapid deformation of the piezoelectric element that can efficiently use kinetic energy. An object of the present invention is to provide a small precision positioning device using force.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置において、(a)ケースと、(b)該ケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣性体と、(c)前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、(d)前記慣性体の後方に設けられるロッドと、(e)前記ケースの両側の前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、(f)前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、(g)前記圧電素子に外部より電圧パターンを与える手段と、(h)前記ケースと前記慣性体との間、又は前記ケースと前記棒状の衝撃体に固定された座との間に設けられるばねと、を具備し、前記ばねが前記ケースに取り付けられ、前記ケースがベースに固定されている。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention , there is provided a small precision positioning device using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element. (A) a case; and (b) provided in the case. An inertial body attached to one side of the piezoelectric element; (c) a rod-shaped impact body attached to the other side of the piezoelectric element provided in the case; and (d) a rod provided behind the inertial body. (E) the inertial body on both sides of the case and a hole drilled in the moving direction of the impactor; (f) the rod-shaped impactor and rod provided in the holes on both sides of the case; Guiding means for guiding; (g) means for applying a voltage pattern to the piezoelectric element from the outside; and (h) a seat fixed between the case and the inertial body or between the case and the rod-shaped impact body. A spring provided between , Comprising a, the spring is attached to the case, before Symbol casing is fixed to the base.
また、本発明の第2の態様は、圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置において、(a)ケースと、(b)該ケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣性体と、(c)前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、(d)前記慣性体の後方に設けられるロッドと、(e)前記ケースの両側の前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、(f)前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、(g)前記圧電素子に外部より電圧パターンを与える手段と、を具備し、前記小型精密位置決め装置を垂直の方向に配置し、前記慣性体を前記圧電素子の上部に、前記棒状の衝撃体を前記圧電素子の下部にそれぞれ取り付け、前記棒状の衝撃体の移動方向に初期予圧を与えるための力が前記慣性体、前記圧電素子及び前記衝撃体の重量の和によって与えられるように構成し、かつ、前記ケースがベースに固定されている。 According to a second aspect of the present invention , there is provided a small precision positioning device using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element, wherein: (a) a case; and (b) one side of the piezoelectric element provided in the case. An inertial body to be attached; (c) a rod-like impact body attached to the other side of the piezoelectric element provided in the case; (d) a rod provided at the rear of the inertial body; and (e) the case. (I) a guide means for guiding the rod-like impact body and the rod provided in the holes on both sides of the case; (G) means for applying a voltage pattern to the piezoelectric element from the outside, the small precision positioning device is arranged in a vertical direction, the inertial body is disposed on the piezoelectric element, and the rod-shaped impact body is disposed on the piezoelectric element. Lower part of the piezoelectric element Each of the rod-shaped impact body is configured so that a force for applying an initial preload in the moving direction of the rod-shaped impact body is given by a sum of weights of the inertial body, the piezoelectric element, and the impact body, and the case has a base It is fixed to.
本発明によれば、衝撃体の摺動面に与えられる摩擦力の影響を最小限にし、運動エネルギーを効率的に利用することができる圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置を提供できる。 According to the present invention, the small precision positioning using the impact force associated with the rapid deformation of the piezoelectric element that can minimize the influence of the frictional force applied to the sliding surface of the impactor and efficiently use the kinetic energy. Equipment can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の第1実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の構成図、図2はその位置決め過程の説明図、図3は圧電素子に加える電圧パターンの説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the positioning process, and FIG. 3 is a voltage applied to the piezoelectric element. It is explanatory drawing of a pattern.
図1に示すように、圧電素子22の両側にそれぞれ慣性体21及び衝撃体23を取り付け、慣性体21はローラガイド又は低摩擦係数の摺動面25で、衝撃体23はローラガイド又は低摩擦係数の摺動面26で支持されている。衝撃体23の移動方向に予圧を与える機構(衝撃体移動方向予圧手段)は、ケース27に取り付けられたばね24により構成されている。また、ベース29に位置している位置決めすべき対象物28は、上記予圧が与えられても動かないように固定されている。
As shown in FIG. 1, an
次に、位置決めの動作について、図2及び図3を用いて説明する。 Next, the positioning operation will be described with reference to FIGS.
(1)まず、図2(a)に示すように、圧電素子22は縮んだ状態で、衝撃体23は位置決めすべき対象物28と距離d0離れている。
(1) First, as shown in FIG. 2A, the
(2)次いで、図2(b)に示すように、慣性体21、圧電素子22、衝撃体23、ローラガイド又は低摩擦係数の摺動面25、26及びばね24などを含むケース27を、位置決めすべき対象物28の方向に移動させ、更に、衝撃体23を介して位置決めすべき対象物28の移動を起こさないようにばね24を圧縮させる。このように、ある程度の力を位置決めすべき対象物28に与えることを初期予圧と呼ぶことにする。
(2) Next, as shown in FIG. 2B, a
(3)続いて、図2(c)に示すように、圧電素子22に急速に電圧を印加し(図3に示す曲線aを参照)、それによる圧電素子22の急速な伸長に伴う衝撃力は、その一部がばね24に吸収され、あとに残された力が位置決めすべき対象物28に作用し、位置決めすべき対象物28は距離d1微動する。
(3) Subsequently, as shown in FIG. 2 (c), a voltage is rapidly applied to the piezoelectric element 22 (refer to the curve a shown in FIG. 3), and thereby the impact force accompanying the rapid expansion of the
(4)次いで、図2(d)に示すように、位置決めすべき対象物28が停止した後、すぐに又はある時間の経過後〔図3(b)、(d)、(e)に示す曲線cを参照〕、ゆっくりと圧電素子22に電圧を印加することにより(図3に示す曲線bを参照)、圧電素子22はある速度で縮んでゆき、この時、圧電素子22と一体化されている衝撃体23が上記初期予圧の働きにより、位置決めすべき対象物28と接触の状態となる。
(4) Next, as shown in FIG. 2 (d), immediately after the
(5)最後に、図2(e)に示すように、圧電素子22が元の長さに達した途端、急に圧電素子22の縮みを停止させると、比較的大きい慣性体21の慣性力が、衝撃体23の慣性力に逆らって、位置決めすべき対象物28に作用し、位置決めすべき対象物28は、再び、微動し、その時の移動量はd2となり、これで1サイクルが終了する。
(5) Finally, as shown in FIG. 2 (e), as soon as the
図4は本発明の第1実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図、図5は図4のA−A線断面図である。これらの図に示すように、この実施形態では、小型精密位置決め機構を水平面上に配置し、圧電素子32の両端に、後部にロッド31Aを有する慣性体31及び棒状の衝撃体33を取り付ける。慣性体31及び衝撃体33は、それぞれローラガイド又は低摩擦係数の摺動面35及び36で支持されている。なお、33Aは衝撃体33の先端部である。
FIG. 4 is a top view of a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in these drawings, in this embodiment, a small precision positioning mechanism is disposed on a horizontal plane, and an
また、衝撃体33の移動方向に初期予圧を与えるための力は、慣性体31とケース37(又はベース)の間に取り付けられたばね34の圧縮によって与えられる。圧電素子32を出力させるための直流電源は電線38を介して制御システムと配線する。また、慣性体31、圧電素子32、衝撃体33、ばね34、ケース37の孔37A、37Bに配置される、ローラガイド又は低摩擦係数の摺動面35及び36などを格納するためのケース37は、ベース39に固定される。このベース39は手動又はアクチュエータ(モータや空気圧など)で駆動するステージやロボットハンドなどにより構成される。
Further, a force for applying an initial preload in the moving direction of the impact body 33 is given by compression of a
図6は本発明の第2実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図、図7は図6のB−B線断面図である。これらの図に示すように、この実施形態では、衝撃体43の移動方向に初期予圧を与えるための力は、衝撃体43に固定されている座48とケース47の間に取付けられているばね44の圧縮によって与えられる。なお、図7において、47A、47Bはケース47に設けられた孔であり、ここに、ローラガイド又は低摩擦係数の摺動面45、46が設けられる。
FIG. 6 is a top view of a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view taken along line BB in FIG. As shown in these drawings, in this embodiment, the force for applying the initial preload in the moving direction of the
また、41は慣性体、41Aはその慣性体41の後部のロッド、42は圧電素子、43Aはその衝撃体43の先端部、49は電線、50はベースである。図8は本発明の第3実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の構成図である。この図に示すように、初期予圧が与えられても移動しないようにベース56にセットされている位置決めすべき対象物54には、その側面54Aに第1の小型精密位置決め機構(No.1)が作用し、位置決めすべき対象物54のもう一方の側面54Bに第2の小型精密位置決め機構(No.2)が作用する。第1の小型精密位置決め機構(No.1)を駆動する時には、位置決めすべき対象物54が実線の方向に微動し、第2の小型精密位置決め機構(No.2)を駆動する時には、位置決めすべき対象物54が点線の方向に微動する。つまり、双方向の位置決めを可能にする構成となっている。なお、図8において、51Aは慣性体(図示なし)の後部に設けられるロッド、52は棒状の衝撃体、53はケース、55はベースである。
41 is an inertial body, 41A is a rod at the rear of the
図9は本発明の第4実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図である。この図に示すように、この実施形態では、位置決めすべき対象物64は初期予圧が与えられても移動しないようにベース(図示なし)にセットされ、その位置決めすべき対象物64の第1側面64Aに第1及び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.2)が当接され、その位置決めすべき対象物64の第2側面64Bに第3の小型精密位置決め機構(No.3)が当接されている。
FIG. 9 is a plan view of a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element showing a fourth embodiment of the present invention. As shown in this figure, in this embodiment, an
また、位置決めすべき対象物64の第3側面64Cに第4及び第5の小型精密位置決め機構(No.4及びNo.5)が当接され、更に、位置決めすべき対象物64の第4側面64Dに第6の小型精密位置決め機構(No.6)が当接されている。そこで、第1及び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.2)の駆動により、位置決めすべき対象物64を右方向に位置決めし、第4及び第5の小型精密位置決め機構(No.4及びNo.5)の駆動により、位置決めすべき対象物64を左方向に位置決めし、第3の小型精密位置決め機構(No.3)のみの駆動により、位置決めすべき対象物64を上方向に位置決めし、第6の小型精密位置決め機構(No.6)のみの駆動により、位置決めすべき対象物64を下方向に位置決めし、第1及び第4の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.4)の駆動により、位置決めすべき対象物64を時計方向に位置決めし、第2及び第5の小型精密位置決め機構(No.2及びNo.5)の駆動により、位置決めすべき対象物64を反時計方向に位置決めすることができる。
The fourth and fifth small precision positioning mechanisms (No. 4 and No. 5) are brought into contact with the
すなわち、位置決めすべき対象物64は、前後左右に位置決めすることができるだけでなく、回転も行わせることができる。なお、61Aは慣性体(図示なし)の後部に設けられるロッド、62は棒状の衝撃体、63はケースである。図10は本発明の第5実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図である。なお、この実施形態において、前記した第4実施形態と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
In other words, the
この図に示すように、この実施形態では、位置決めすべき対象物65は初期予圧が与えられても移動しないようにベース(図示なし)にセットされ、その位置決めすべき対象物65の第1側面65Aには、第1及び第2の小型精密位置決め機構(No.1及びNo.2)が当接され、その位置決めすべき対象物65の第2側面65Bに第3の小型精密位置決め機構(No.3)が当接される。また、その位置決めすべき対象物65の第3側面65Cには、第4の小型精密位置決め機構(No.4)が当接される。さらに、その位置決めすべき対象物65の第4側面65Dには、第5の小型精密位置決め機構(No.5)が当接される。
As shown in this figure, in this embodiment, an
そこで、第1から第5までの5個の小型精密位置決め機構のうち、駆動の組合せにより、位置決めすべき対象物65は前後左右に位置決めすることができるだけでなく、回転も行わせることができる。図11は本発明の第6実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図である。
Thus, of the five small precision positioning mechanisms from the first to the fifth, the
この図に示すように、この実施形態では、位置決めすべき対象物69は4隅が面取りされた角部の側面69A〜69Dを有しており、初期予圧が与えられても移動しないようにベース(図示なし)にセットされ、その位置決めすべき対象物69の側面69A〜69Dには、順次、第1の小型精密位置決め機構(No.1)、第2の小型精密位置決め機構(No.2)、第3の小型精密位置決め機構(No.3)、第4の小型精密位置決め機構(No.4)が当接されている。
As shown in this figure, in this embodiment, the
そこで、第1から第4までの4個の小型精密位置決め機構のうち、駆動の組合せにより、位置決めすべき対象物69は前後左右に位置決めすることができるだけでなく、回転も行うことができる。なお、66Aは慣性体(図示なし)の後部に設けられるロッド、67は棒状の衝撃体、68はケースである。図12は本発明の第7実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の平面図である。
Therefore, among the four small precision positioning mechanisms from the first to the fourth, the
この図に示すように、この実施形態では、回転中心軸75を有する位置決めすべき対象物76は、初期予圧が与えられても回転しないようにベース(図示なし)にセットされている。その位置決めすべき対象物76の左側面76Aの上側に第1の小型精密位置決め機構(No.1)、その左側面76Aの下側に第2の小型精密位置決め機構(No.2)、その位置決めすべき対象物76の右側面76Cの上側に第3の小型精密位置決め機構(No.3)、その右側面76Cの下側に第4の小型精密位置決め機構(No.4)が当接されている。
As shown in this figure, in this embodiment, an
そこで、位置決めすべき対象物76を時計回りに回転させる場合には、小型精密位置決め機構(No.1)と、小型精密位置決め機構(No.4)との駆動により行い、位置決めすべき対象物76を反時計回りに回転させる場合には、小型精密位置決め機構(No.2)と、小型精密位置決め機構(No.3)との駆動により行う。なお、76Bは位置決めすべき対象物76の下方面、76Dは位置決めすべき対象物76の上方面である。なお、この図において、71Aは慣性体の後部に設けられるロッド、72は棒状の衝撃体、73はケースである。
Therefore, when the
このように構成することにより、回転中心軸75を中心として微小回転駆動を行わせることができる。図13は本発明の第8実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の断面図である。この図に示すように、小型精密位置決め機構を垂直の方向に配置し、圧電素子82の上部に慣性体81が取り付けられ、圧電素子82の下部に棒状の衝撃体83が取り付けられている。また、ケース86(例えば、工具ホルダ)の上部と下部には、孔86A、86Bが形成されており、これらの孔86A、86Bにはそれぞれローラガイド又は低摩擦係数の摺動面84及び85が設けられ、慣性体81と衝撃体83が案内されている。なお、83Aは棒状の衝撃体83の先端部、87は電線である。
By configuring in this way, it is possible to perform minute rotation driving around the
この場合は、衝撃体83の移動方向に初期予圧を与えるための力は、小型精密位置決め機構の慣性体81、圧電素子82及び衝撃体83の重量の和によって、与えられる。そのため、予圧を与える機構として、バネを設けなくても、慣性体81、圧電素子82及び衝撃体83の重量の和により、位置決めを行うことが可能である。
In this case, the force for applying the initial preload in the moving direction of the
図14は本発明の第9実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構をワークピースの駆動に用いた斜視図である。なお、第8実施形態と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。この図に示すように、この場合は、小型精密位置決め機構を垂直の方向に超精密加工機の工具ホルダ87に固定し、小型精密位置決め機構を用いて超精密加工機の回転式真空チャック89に吸着されているワークピース88の中心を回転式真空チャック89の中心に合わせるように位置決めを行う。
FIG. 14 is a perspective view in which a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element according to a ninth embodiment of the present invention is used for driving a workpiece. In addition, about the same part as 8th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and those description is abbreviate | omitted. As shown in this figure, in this case, the small precision positioning mechanism is fixed to the
このような中心合わせの過程では、まず、回転式真空チャック89を1回転させ、ワークピース88の中心のずれと、そのずれの位置を検出して記録する。次に、その検出された最大となるずれのワークピース88の位置を、小型精密位置決め機構の衝撃体83に移動させ、次に、小型精密位置決め機構の駆動による衝撃力は、ワークピース88の最大となるずれをなくすように働く。これで、1サイクルが終了し、要求される精度まで繰り返すこともできる。
In such a centering process, first, the
また、真空チャック89を回転させながら、小型精密位置決め機構の慣性体81や衝撃体83の変位を測定することにより、ワークピース88の中心と回転式真空チャック89の中心との相互間の誤差を連続的に測定することも可能である。なお、90は工具ホルダ87の支持部である。図15は本発明の第10実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図である。
Further, by measuring the displacement of the
この図に示すように、この実施形態は、小型精密位置決め機構を水平面上に配置し、バイモルフ型圧電素子92の両端に慣性体91及び衝撃体93が取り付けられ、衝撃体93のケース98の両側に設けられた孔98A、98Bのローラガイド又は低摩擦係数の摺動面95及び96で支持されている。また、衝撃体93の移動方向に初期予圧を与えるための力は、衝撃体93の座93Aとケース98の間に取り付けられたばね94の圧縮によって与えられる。
As shown in this figure, in this embodiment, a small precision positioning mechanism is arranged on a horizontal plane, an
バイモルフ型圧電素子92を出力させるための直流電源は、電線97を介して制御システムと配線する。バイモルフ型圧電素子92にゆっくりと電圧をかけることにより、バイモルフ型圧電素子92と慣性体91とは点線のように曲がり、次に、元の位置に戻すようにバイモルフ型圧電素子92に急速に電圧を加えると、その変形による衝撃力は、バイモルフ型圧電素子92と衝撃体93との連結している位置を介して、衝撃体93に伝えられる。
A direct current power source for outputting the bimorph type
図16は本発明の第11実施形態を示す圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め機構の上面図である。この図に示すように、この実施形態は、小型精密位置決め機構を水平面上に配置し、剪断型圧電素子102の外側に慣性体101を連結し、剪断型圧電素子102の内側の衝撃体103と固定する。衝撃体103のケース108の両側に形成された孔108A及び108Bに設けられたローラガイド又は低摩擦係数の摺動面105及び106で支持されている。
FIG. 16 is a top view of a small precision positioning mechanism using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element according to an eleventh embodiment of the present invention. As shown in this figure, in this embodiment, a small precision positioning mechanism is arranged on a horizontal plane, an
また、衝撃体103の移動方向に初期予圧を与えるための力は、衝撃体103の座103Aとケース108の間に取り付けられたばね104の圧縮によって与えられる。剪断型圧電素子102を出力させるための直流電流は、電線107を介して制御システムと配線する。剪断型圧電素子102にゆっくりと電圧をかけることにより、剪断型圧電素子102と慣性体101とは点線のように曲がり、次に、元の位置に戻すように剪断型圧電素子102に急速に電圧を加えると、その変形による衝撃力は、剪断型圧電素子102の衝撃体103との連結している位置を介して、衝撃体103に伝えられる。
Further, the force for applying the initial preload in the moving direction of the
以上、詳細に説明したように、上記実施形態によれば、圧電素子の両側に慣性体及び衝撃体を取り付け、慣性体及び衝撃体をローラガイド又は低摩擦係数の摺動面で案内し、衝撃体の移動方向に予圧を与えるための機構を配置し、その移動方向と垂直な方向に摩擦力を与えるための摩擦プレートなどを設けることなく、かつ簡単な構成で、位置決めすべき対象物の微小移動を行わせることができる。また、センサーの具備により、マルチファンクションの小型精密位置決め装置の構成も適用可能である。 As described above in detail, according to the above-described embodiment, the inertial body and the impact body are attached to both sides of the piezoelectric element, and the inertial body and the impact body are guided by the roller guide or the sliding surface having a low friction coefficient. A mechanism for applying a preload in the direction of movement of the body is arranged, and there is no friction plate for applying a frictional force in a direction perpendicular to the direction of movement of the body. It can be moved. In addition, the configuration of a multi-function small precision positioning device can be applied by providing a sensor.
なお、上記実施形態では、圧電素子の一方側に慣性体を取り付けるものとして説明したが、圧電素子が重量を有する場合は格別慣性体を取付けなくてもよいことは言うまでもない。また、圧電素子と慣性体を一体化するように構成したものであって、本発明の範囲内に含まれる。 In the above-described embodiment, the inertial body is described as being attached to one side of the piezoelectric element. Needless to say, however, the inertial body need not be attached when the piezoelectric element has a weight. In addition, the piezoelectric element and the inertial body are configured to be integrated, and are included in the scope of the present invention.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
21、31、41、81、91、101 慣性体
22、32、42、82 圧電素子
23、33、43、52、62、67、72、83、93、103 衝撃体
24、34、44、94、104 ばね
25、26、35、36、45、46、84、85、95、96、105、106 ローラガイド又は低摩擦係数の摺動面
27、37、47、53、63、68、73、86、98、108 ケース
28、54、64、65、69、76 位置決めすべき対象物
29、39、50、55、56 ベース
31A、41A、51A、61A、66A、71A 慣性体の後部に設けられるロッド
33A、43A、83A 棒状の衝撃体の先端部
37A、37B、47A、48B、86A、86B、98A、98B、108A、108B ケースの孔
38、49、87、97、107 電線
48、93A、103A 座
54A、54B、64A、64B、64C、64D、65A、65B、65C、65D 位置決めすべき対象物の側面
69A〜69D 4隅が面取りされた角部を有する側面
75 回転中心軸
76A 位置決めすべき対象物の左側面
76B 位置決めすべき対象物の下方面
76C 位置決めすべき対象物の右側面
76D 位置決めすべき対象物の上方面
87 工具ホルダ
88 ワークピース
89 回転式真空チャック
90 工具ホルダの支持部
92 バイモルフ型圧電素子
102 剪断型圧電素子
21, 31, 41, 81, 91, 101
Claims (6)
(a)ケースと、
(b)該ケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣性体と、
(c)前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、
(d)前記慣性体の後方に設けられるロッドと、
(e)前記ケースの両側の前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、
(f)前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、
(g)前記圧電素子に外部より電圧パターンを与える手段と、
(h)前記ケースと前記慣性体との間、又は前記ケースと前記棒状の衝撃体に固定された座との間に設けられるばねと、を具備し、
前記ばねが前記ケースに取り付けられ、前記ケースがベースに固定されていることを特徴とする圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置。 In a small precision positioning device that uses the impact force accompanying rapid deformation of piezoelectric elements,
(A) a case;
(B) an inertial body attached to one side of the piezoelectric element provided in the case;
(C) a rod-shaped impact body attached to the other side of the piezoelectric element provided in the case;
(D) a rod provided behind the inertial body;
(E) holes formed in the moving direction of the inertial body and the impact body on both sides of the case;
(F) guide means for guiding the rod-shaped impact body and the rod provided in the holes on both sides of the case;
(G) means for applying a voltage pattern to the piezoelectric element from the outside;
(H) a spring provided between the case and the inertial body, or between the case and a seat fixed to the rod-shaped impact body;
A small precision positioning apparatus using an impact force accompanying rapid deformation of a piezoelectric element, wherein the spring is attached to the case, and the case is fixed to a base.
(a)ケースと、
(b)該ケース内に設けられる圧電素子の一方側に取り付けられる慣性体と、
(c)前記ケース内に設けられる前記圧電素子のもう一方側に取り付けられる棒状の衝撃体と、
(d)前記慣性体の後方に設けられるロッドと、
(e)前記ケースの両側の前記慣性体と前記衝撃体の移動方向に穿設される孔と、
(f)前記ケースの前記両側の孔に設けられる前記棒状の衝撃体と前記ロッドとをガイドする案内手段と、
(g)前記圧電素子に外部より電圧パターンを与える手段と、を具備し、
前記小型精密位置決め装置を垂直の方向に配置し、前記慣性体を前記圧電素子の上部に、前記棒状の衝撃体を前記圧電素子の下部にそれぞれ取り付け、前記棒状の衝撃体の移動方向に初期予圧を与えるための力が前記慣性体、前記圧電素子及び前記衝撃体の重量の和によって与えられるように構成し、かつ、前記ケースがベースに固定されていることを特徴とする圧電素子の急速変形に伴う衝撃力を利用した小型精密位置決め装置。 In a small precision positioning device that uses the impact force accompanying rapid deformation of piezoelectric elements,
(A) a case;
(B) an inertial body attached to one side of the piezoelectric element provided in the case;
(C) a rod-shaped impact body attached to the other side of the piezoelectric element provided in the case;
(D) a rod provided behind the inertial body;
(E) holes formed in the moving direction of the inertial body and the impact body on both sides of the case;
(F) guide means for guiding the rod-shaped impact body and the rod provided in the holes on both sides of the case;
(G) means for applying a voltage pattern to the piezoelectric element from the outside,
The small precision positioning device is arranged in a vertical direction, the inertial body is attached to the upper part of the piezoelectric element, the rod-like impact body is attached to the lower part of the piezoelectric element, and an initial preload is applied in the moving direction of the rod-like impactor. And the case is fixed to a base, and the piezoelectric element is rapidly deformed, and the force is given by the sum of the weight of the inertial body, the piezoelectric element and the impact body. Small precision positioning device that uses the impact force associated with.
The said base is comprised by the stage driven manually or with an actuator, or the robot hand, The impact force accompanying the rapid deformation | transformation of the piezoelectric element as described in any one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Small precision positioning device used.
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