回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置
【課題】高応答の微動動作が可能であると共に圧電アクチュエータの破損を防止することができる微動機構を提供する。
【解決手段】転がり軸受装置２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂの外周面が嵌合するハウジング２７と、転がり軸受装置２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合する外周面を有する軸１１と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータ３６とを備え、軸１１の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構４１において、２つの内輪２３ａ、２３ｂを軸１１に軸方向に固定し、外輪の一方２１ａをハウジング２７に軸方向に拘束し、外輪の他方２１ｂの側に圧電アクチュエータ３６を配置し、圧電アクチュエータ３６の伸縮により２つの外輪２１ａ、２１ｂ間の軸方向間距離を変化させて所定の予圧を変化させ、軸方向間距離の変位量の半分が、軸１１とハウジング２７の相対移動量となる微動動作を行う。
【解決手段】転がり軸受装置２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂの外周面が嵌合するハウジング２７と、転がり軸受装置２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合する外周面を有する軸１１と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータ３６とを備え、軸１１の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構４１において、２つの内輪２３ａ、２３ｂを軸１１に軸方向に固定し、外輪の一方２１ａをハウジング２７に軸方向に拘束し、外輪の他方２１ｂの側に圧電アクチュエータ３６を配置し、圧電アクチュエータ３６の伸縮により２つの外輪２１ａ、２１ｂ間の軸方向間距離を変化させて所定の予圧を変化させ、軸方向間距離の変位量の半分が、軸１１とハウジング２７の相対移動量となる微動動作を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長ストロークの範囲で高精度な微細位置決めを行う回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置決め装置は、ねじ軸とナットを螺合させたボールねじ装置を用いて長ストロークの範囲を駆動する粗動機構と圧電アクチュエータによる微動機構を組合せて粗動動作および微動動作を行っており、粗動テーブルと微動テーブルの間やボールねじ装置のナットと移動台の間に圧電アクチュエータを配置し、基台と微動テーブルや移動台との位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させて長ストロークの範囲でナノメータレベルの高精度な微細位置決めを行っている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ボールねじ装置のねじ軸とナットの間のバックラッシュをコイルスプリングにより無くすようにし、ねじ軸の一端と基台との間に配置した圧電アクチュエータを伸縮させてナットに固定された移動台のねじ軸の軸方向位置の微細位置決めを行っているものもある（例えば、非特許文献２参照。）。
このような場合に用いられる圧電アクチュエータは、一般に積層型の圧電アクチュエータが用いられるが、積層型の圧電アクチュエータは圧縮方向の荷重に対しては十分な強度や剛性を有するが、引張方向の荷重に対しては圧電アクチュエータの材料の機械的特性や積層間の接着強度による強度が極めて弱く、小さな引張荷重であっても破損してしまう場合がある。
【０００４】
この問題を解決するために、圧電アクチュエータの製造メーカ（例えば、独国Ｐｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社）では、図１１に示すように圧電アクチュエータ１００の出力軸１０１をバネ１０２で押圧し、引張荷重が出力軸に作用した場合においても圧電アクチュエータ１００には圧縮荷重が作用する構造とすることを推奨している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大塚二郎他１名著、「精密位置決め機構」、第２版、株式会社工業調査会、２００１年８月１５日、ｐ．１１８−２０１
【非特許文献２】大塚二郎他２名、「１ｎｍ分解能の小型変位センサと小型超精密位置決め装置の開発」、精密工学会誌、財団法人精密工学会、平成１５年１０月５日、第６９巻、第１０号、ｐ．１４３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した非特許文献１および非特許文献２においては、ボールねじ装置のナットと移動台の間等やねじ軸の一端と基台との間に圧電アクチュエータを配置してその両端部をナットや移動台に直接取付けているため、位置決め装置を左右に移動させると左右方向に荷重が作用し、圧電アクチュエータに引張荷重が作用して圧電アクチュエータを破損する場合があるという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献１および非特許文献２の位置決め装置に上記図１１に示した構造を適用した場合は、位置決め装置の圧電アクチュエータに作用する引張荷重が、出力軸に配置されたバネによる圧縮荷重より小さい範囲における低速での移動に対しては所定の位置決めを行うことができるものの、高速応答に対しては引張方向を支持しているバネが比較的柔らかいバネであるので、位置決め装置の微動機構の剛性が低下してその固有振動数が低下し、高速での微動動作を行おうとすると発振が生じて高速応答を行うことができなくなることがあるという問題がある。
【０００８】
このことは、位置決め装置が２次元方向（Ｘ−Ｙ方向）の移動を行う２軸の重ね合わせ構造の場合や、１軸であっても移動台に取付治具等の部品が取付られた結果、移動台の質量が大きくなる場合に特に重要である。
更に、圧電アクチュエータは上記の引張荷重ばかりでなく半径方向荷重に対してもその強度が弱いために圧電アクチュエータの出力軸の先端を球面にして圧電アクチュエータに半径方向荷重やモーメント力が作用しない構造が推奨されているが、微動機構に用いる圧電アクチュエータは他の部材に直接取付ける必要があり、その取付精度等によっては半径方向荷重やモーメント力が作用して早期に破損する場合があるという問題がある。
【０００９】
更に、圧電アクチュエータをボールねじ装置のねじ軸やナットの同軸上に精度よく配置しようとすると、上記非特許文献１および非特許文献２に示される構造においては、その芯出し作業が煩雑になり、位置決め装置の組立が難しいという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高応答の微動動作が可能であると共に圧電アクチュエータの破損を防止することができる微動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、該転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、前記２つの内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記ハウジングに軸方向に拘束し、前記外輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの外輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
これにより、本発明は、対向配置した転がり軸受装置を剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータに常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせることができ、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性を高く維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができると共に、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図２】実施例１の位置決め装置を示す平面図
【図３】実施例１の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図４】実施例１の制御装置を示す側方から見た説明図
【図５】実施例２の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図６】実施例２の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図７】実施例３の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図８】実施例４の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図９】実施例４の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図１０】実施例５の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図１１】圧電アクチュエータ取付けのメーカ推奨例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明による回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図２は実施例１の位置決め装置を示す平面図、図３は実施例１の位置決め装置を示す側方から見た説明図、図４は実施例１の制御装置を示す側方から見た説明図である。
図２、図３、図４において、１は位置決め装置である。
２は直線案内機構であり、レール３に転動体を介して組付けられた鞍状のスライダ４からなるリニアガイド装置であって、そのレール３は位置決め装置１の基台５に設置され、スライダ４の移動台取付面４ａには位置決め装置１の移動台６がボルト等により取付けられる。本実施例の直線案内機構２は基台５に粗動機構１０のねじ軸１１の長手方向（軸方向という）と平行にねじ軸１１の両側に設置された２本のレール３と各レール３に組付けられた２個、計４個のスライダ４とにより構成されている。
【００１５】
粗動機構１０は、ねじ軸１１の外周面に形成した螺旋状の軸軌道溝１１ａと、ナット１２の内周面に形成した軸軌道溝１１ａに対向する図示しないナット軌道溝とを複数の図示しないボールを介して螺合させた送りねじ装置としてのボールねじ装置１３と、ねじ軸１１の一端に配置され、基台５に設置されたステッピングモータ等の正逆回転可能な駆動モータ１４と、駆動モータ１４とねじ軸１１とを連結するカップリング１５およびねじ軸１１の他端に配置され、基台５に設置された深溝玉軸受等の支持軸受１６とにより構成される。
【００１６】
本実施例の粗動機構１０のナット１２は移動台６に固定され、ねじ軸１１とはオーバーサイズボール等による予圧により軸方向に遊びがない状態で螺合している。また支持軸受１６はねじ軸１１を回転可能に支持すると共にねじ軸１１の他端をその軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
１７は位置センサであり、移動台６に固定され、基台５にねじ軸１１と平行に設置されたスケール１８に等間隔に形成された細かな凹凸を検出してその出力信号を後述する制御装置４５へ出力する機能を有している。この出力信号を用いて制御装置４５が移動台６と基台５との相対移動量を測定する。
【００１７】
図１において、２０ａ、２０ｂはそれぞれ転がり軸受装置としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪２１ａ、２１ｂの内周面に形成された外輪軌道２２ａ、２２ｂと、内輪２３ａ、２３ｂの外周面に形成された内輪軌道２４ａ、２４ｂとの間に配設された複数の転動体としてのボール２５ａ、２５ｂとにより構成される。
アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、正面組合せとして対向配置され、その内輪２３ａ、２３ｂの内周面がねじ軸１１の駆動モータ１４側に形成された嵌合軸２６の外周面に嵌合し、外輪２１ａ、２１ｂの外周面は基台５にボルト等により固定されたハウジング２７の内周面に嵌合して支持軸受１６と共にねじ軸１１を回転可能に支持する。
【００１８】
２９は内輪係止部であり、ねじ軸１１の軸軌道溝１１ａと嵌合軸２６との間に形成された内輪２３ａ、２３ｂの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪２３ａの一方の側面を係止する。
３０は内輪間座であり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸２６の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの間に配置される。
【００１９】
３１は内輪スペーサであり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸２６の外周面に嵌合して内輪２３ｂの内輪間座３０の反対側に配置される。
３２はロックナットであり、ねじ軸１１の嵌合軸２６の駆動モータ１４側に設けられたねじ部３３に螺合して内輪係止部２９との間で内輪２３ａ、内輪間座３０、内輪２３ｂ、内輪スペーサ３１を締め付け、ねじ軸１１上での内輪２３ａ、２３ｂの軸方向の移動を固定する。
【００２０】
３４はカップリング取付部であり、ねじ軸１１の駆動モータ１４側の端部に設けられたねじ部３３の谷径以下の直径を有する小径部であって、カップリング１５が嵌合して取付けられ、駆動モータ１４からの動力が伝達される。
３６は圧電アクチュエータであり、内輪スペーサ３１が挿入可能な中空部３６ａを有する単独または複数の圧電素子を積層した中空のアクチュエータであって、その外周面をハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂの駆動モータ１４側に配置され、外部から印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。
【００２１】
本実施例の圧電アクチュエータ３６は複数の円環状の圧電素子を積層した積層型の円筒状のアクチュエータである。
３７は外輪スペーサであり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂと圧電アクチュエータ３６の間に配置される。
【００２２】
３８は外輪係止部であり、ハウジング２７の内周面の内輪係止部２９と対向する位置に形成された外輪２１ａ、２１ｂの内径と略同等の直径を有する段部であって、外輪２１ａの一方の側面を係止する。
３９はカバーであり、内輪スペーサ３１が挿入可能な内径を有し、ハウジング２７と略同等の外径を有する中空の円盤部材であって、ハウジング２７の駆動モータ１４側の端面に形成されたねじ穴２７ａを用いてボルト等によりハウジング２７に締結され、外輪係止部３８との間で外輪２１ａ、外輪２１ｂ、外輪スペーサ３７および圧電アクチュエータ３６を押圧する。
【００２３】
これにより、外輪２１ａが外輪係止部３８により軸方向の移動が拘束されると共に拘束されない側の外輪２１ｂが外輪スペーサ３７および非通電とした圧電アクチュエータ３６を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間の軸方向間距離としての隙間４０が形成される。
上記のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、嵌合軸２６、内輪係止部２９、内輪間座３０、内輪スペーサ３１、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪スペーサ３７、圧電アクチュエータ３６、カバー３９等を図１に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置することにより本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１が構成される。
【００２４】
この回転機構付軸方向微動機構４１および粗動機構１０により本実施例の位置決め装置が構成される。
図４において、４５は位置決め装置１の制御装置であり、位置センサ１７の出力信号等により位置決め装置１の位置決め処理を実行する制御部４６、制御部４６が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部４６による処理結果等が格納される記憶部４７、並びに駆動モータ１４を駆動するモータ駆動部４８、圧電アクチュエータ３６を駆動するアクチュエータ駆動部４９を備えている。
【００２５】
本実施例の記憶部４７には、位置センサ１７の出力信号を基に移動台６の現在位置を認識し、認識した現在位置と目標位置との偏差により粗動動作を行うモータ駆動プログラム、位置センサ１７により認識した現在位置の情報を取込ながらＰＩＤ制御によるフィードバック制御により微動動作を行う微動動作プログラム等により移動台６を目標位置に停止させる位置決め処理プログラムが格納されており、制御部４６と位置決め処理プログラムの各ステップにより本実施例の位置決め装置１のハードウェアとして各種の機能手段が形成される。
【００２６】
また、記憶部４７には移動台６を停止させる目標位置とその停止時間等を記した移動先指示テーブルが格納されている。
上記の構成の作用について説明する。
位置決め装置１が作動を開始すると、制御装置４５の制御部４６は位置決め処理プログラムを起動する。
【００２７】
位置決め処理プログラムが起動すると、制御部４６は初期設定指令をアクチュエータ駆動部４９に送って電圧（初期設定電圧Ｖｏという。）に変換し、これを圧電アクチュエータ３６へ供給して保持する。
この初期設定電圧Ｖｏは圧電アクチュエータ３６の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ３６に初期設定電圧Ｖｏを印加した状態での移動台６の位置が原位置となる。
【００２８】
次に、制御部４６は移動台６が原位置に停止していることを確認し、記憶部４７の移動先指示テーブルに記された最初の目標位置とその停止時間を読出す。
目標位置等を読出した制御部４６は、目標位置と現在位置（本ステップでは原位置）との長さの差（偏差という。）を算出し、算出した偏差に相当する長さをボールねじ装置１３のナット１２が移動するときに必要なねじ軸１１の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部４８に送って駆動モータ１４の駆動信号に変換し、これを駆動モータ１４へ供給する。
【００２９】
本実施例の駆動モータ１４はステッピングモータであるので、駆動信号は演算したねじ軸１１の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動信号が供給されると、駆動モータ１４はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング１５を介して連結しているねじ軸１１が回転して移動台６に固定されているナット１２を軸方向に移動させる。
【００３０】
このとき、制御部４６は移動台６の移動に伴って位置センサ１７が出力するスケール１８の凹凸を示すパルス状の出力信号を受取り、その数を計数して移動台６の位置を認識しながら移動台６の停止（駆動モータ１４の回転の停止）を待って待機し、移動台６が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
このようにして、ねじ軸１１を回転させてナット１２に固定されている移動台６を基台５に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構１０による移動台６の粗動動作が行われる。
【００３１】
この場合に、圧電アクチュエータ３６は初期設定電圧Ｖｏが印加されているだけで位置センサ１７によるフィードバック制御はかけられていない。
また、圧電アクチュエータ３６は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部４６は、粗動動作を行うモータ駆動プログラムを停止し、位置センサ１７の位置情報を取込ながらＰＩＤ制御を行う微動動作プログラムに処理を切替える。この微動動作プログラムは、位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすように微動指令をアクチュエータ駆動部４９に送って電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動させるプログラムである。
【００３２】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１では圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となるから、そのときの圧電アクチュエータ３６には偏差分の２倍の変位を与えるような制御電圧と前述した初期設定電圧Ｖｏを加算した電圧が印加されることとなる。
このとき、例えば圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて外輪２１ｂを押圧し、外輪２１ｂを軸方向（図１において左）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０が２Ｘ分更に狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００３３】
この隙間４０の変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を微動制御を行う前の予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、外輪２１ｂが軸方向に合わせて２Ｘ変位することにより作られる。
【００３４】
逆に圧電アクチュエータ３６が２Ｘ縮むと押圧力が減少し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの弾性変位がそれぞれＸずつ減少し、隙間４０が拡がる向きに外輪２１ｂが軸方向に合わせて２Ｘ変位することになり、圧電アクチュエータ３６の縮み分を吸収する。
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸１１の嵌合軸２６に軸方向の移動を固定されている内輪２３ａ、２３ｂがねじ軸１１と共に軸方向（図１において左）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の伸長により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【００３５】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図１において左方向にＸ移動する。つまり圧電アクチュエータ３６の２Ｘの変位（伸縮量）の半分のＸの変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量になる。
【００３６】
このようにして微動動作が行われ、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と目標位置との偏差を無くすようにフィードバック制御を行いながら移動台６を目標位置に停止させることとなる。
そして、移動台６を上記で読出した停止時間の間目標位置に停止させると、制御部４６は再度移動先指示テーブルに記された目標位置と停止時間を読出し、次の目標位置等が記されている場合は、微動動作のためにアクチュエータ駆動部４９が保持していた制御電圧を解除し、その結果により生じた移動台６の移動量を上記と同様にして位置センサ１７の出力信号により計数して新たな現在位置を認識し、その現在位置と次の目標位置との偏差に応じた粗動動作、フィードバック制御による微動動作を上記と同様にして実行する。
【００３７】
このようにして、位置決め処理プログラムに従って順次に位置決め処理を行うことができる。
なお、本実施例ではアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０を圧電アクチュエータ３６の伸縮により変化させて微動動作を行わせるので、結果として予圧荷重を変化させることになるが、圧電アクチュエータ３６の微動動作に伴う伸びは最大で１０μｍ程度、通常は数μｍ程度であり、それにより生じる予圧荷重の変化は小さいものであるので、外輪軌道２２ａ、２２ｂや内輪軌道２４ａ、２４ｂ、ボール２５ａ、２５ｂに圧痕等が生じることはない。
【００３８】
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
【００３９】
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には剛性の低いバネが存在せず、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータ３６に常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００４０】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構のハウジングの内周面に、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの外輪の外周面を嵌合させ、対向配置したアンギュラ玉軸受に付与された予圧の反力により圧電アクチュエータを押圧するようにしたことによって、対向配置したアンギュラ玉軸受を剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータに常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせることができ、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができると共に、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性を高く維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００４１】
また、圧電アクチュエータを非通電とした状態で予め予圧を付与しておくことによって、圧電アクチュエータの有効ストロークを最大限に利用することができるので、圧電アクチュエータの小型化、コストダウンが可能になる。また圧電アクチュエータには位置決め動作を行うときのみ通電すればよく、通電時間が短くなるので、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００４２】
更に、圧電アクチュエータを積層型としたことによって、圧電アクチュエータの製作を容易に行うことができる。
更に、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構の圧電アクチュエータによる微動動作を粗動動作の回転が停止しているときに行うようにしたことによって、粗動動作と微動動作の動きが重なって、粗動動作の動きを微動で補正するように制御が干渉し合うこともないので、制御装置は単純になり、微動動作時の圧電アクチュエータの変位により、アンギュラ玉軸受の予圧量が変化してもアンギュラ玉軸受は回転していないから、予圧変化に伴うトルク増加等の影響も発生しない。
【００４３】
更に、位置センサからの基台と移動台との相対移動量を示す出力信号により認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして微動動作を行うようにしたことによって、ねじ軸のリード誤差や圧電アクチュエータのヒステリシス等があった場合においても高精度な微細位置決めを行うことができる。
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてハウジングの内周面に嵌合させ、ねじ軸を挿入してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００４４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００４５】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例２】
【００４６】
図５は実施例２の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図６は実施例２の位置決め装置を示す側方から見た説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５、図６において、５０は圧電アクチュエータであり、単独または複数の圧電素子を柱上に積層した中実のアクチュエータであって、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。本実施例の圧電アクチュエータ５０は、角柱状に圧電素子を積層した中実のアクチュエータ（例えば、ＮＥＣトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号ＡＥ０５０５Ｄ０８）である。
【００４７】
５１はピストンであり、ハウジング２７の内周面に嵌合する円柱状部材であって、カバー３９側の端面にはピストン５１の軸芯に沿って圧電アクチュエータ５０を収納する収納穴５２が形成され、反対側の端面にはロックナット３２との干渉を避けるための逃げ穴５３が形成されている。
また、カバー３９には、その軸芯に沿って収納穴５２と同等の内径を有する凹穴５４が形成されている。
【００４８】
本実施例の収納穴５２および凹穴５４の内径は、角柱状の圧電アクチュエータ５０の４隅が内接する直径で形成されている。これにより圧電アクチュエータ５０はねじ軸１１の略軸芯に配置される。
本実施例の微動装置４１は、図６に示すようにカップリング１５を介して駆動モータ１４が連結しているねじ軸１１の端部の反対側の端部に配置され、そのハウジング２７はボルト等により基台５に固定されている。
【００４９】
本実施例の支持軸受１６はねじ軸１１の駆動モータ１４側の端部でカップリング１５の内側に配置されて基台５に設置されており、ねじ軸１１を回転可能に支持すると共にねじ軸１１をその軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、図５に示すように正面組合せで内輪間座３０を介して対向配置したアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂを嵌合軸２６に嵌合させ、内輪係止部２９との間に内輪２３ａ、内輪間座３０、内輪２３ｂをロックナット３２により締め付けて内輪２３ａ、２３ｂの軸方向の移動をねじ軸１１に固定し、ハウジング２７の内周面に嵌合する外輪２１ａの軸方向の移動を外輪係止部３８により拘束し、ハウジング２７の内周面に嵌合するピストン５１の逃げ穴５３にロックナット３２を内包してその外周側の端面を拘束されていない側の外輪２１ｂに当接させ、収納穴５２に非通電とした圧電アクチュエータ５０を挿入してカバー３９の凹穴５４を圧電アクチュエータ５０に嵌合させ、カバー３９をボルト等によりハウジング２７に締結して外輪係止部３８との間で外輪２１ａ、外輪２１ｂ、ピストン５１および圧電アクチュエータ５０を締め付け、前記の各部品をねじ軸１１の同軸上に配置する。
【００５０】
これにより、圧電アクチュエータ５０が収納穴５２と凹穴５４の底面間に挟持され、外輪２１ｂがピストン５１および圧電アクチュエータ５０を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間の隙間４０が形成される。
本実施例の粗動機構１０は、図６に示すようにねじ軸１１の圧電アクチュエータ５０の反対側に配置されている。
【００５１】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。
本実施例の粗動動作および微動動作は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。この場合に圧電アクチュエータ５０が偏差Ｘの２倍の変位２Ｘ伸びたときには上記実施例１と同様にねじ軸１１が図５において左にＸ変位し、このときのねじ軸１１の移動は支持軸受１６の軸方向の遊びとカップリング１５の収縮により吸収される。
【００５２】
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置したピストン５１を介して中実の圧電アクチュエータ５０に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ５０の分だけ長いハウジング２７を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ５０をピストン５１の収納穴５２およびカバー３９の凹穴５４を案内としてピストン５１に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ５０に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００５４】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ５０と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００５５】
更に、圧電アクチュエータ５０をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ５０の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、圧電アクチュエータを中実とし、これをねじ軸の略軸芯に配置することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中実としてピストンの収納穴とカバーの凹穴に嵌合させ、それぞれの底面の間に挟持してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングを用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる他、一般に体積が大きいほど高価になる圧電アクチュエータの価格を低減して、位置決め装置のコストを低減することができる。
【００５７】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータによりピストンを介して軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００５８】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例３】
【００５９】
図７は実施例３の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の粗動機構１０および回転機構付軸方向微動機構４１は、実施例１（例えば図３）と同様に位置決め装置１の基台５にはハウジング２７が固定され、移動台６にはナット１２が固定されている。
【００６０】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、背面組合せで内輪間座３０を介して対向配置されており、それぞれの内輪２３ａ、２３ｂは嵌合軸２６に嵌合し内輪間座３０と共にロックナット３２により内輪係止部２９に締め付けられてその軸方向の移動を固定される。
本実施例のハウジング２７には、そのナット１２側の端部に外周面に雄ねじを形成した押えプラグ５７を螺合させるねじ穴２７ｂが設けられており、ねじ穴２７ｂの奥側に設けられたハウジング２７の内周面に嵌合する一方の外輪２１ａは内周面に設けられた外輪係止部３８に押えプラグ５７により締め付けられてその軸方向の移動を拘束される。
【００６１】
外輪係止部３８の外輪２１ａが当接する当接面の反対側の面には実施例１と同様の外周面をハウジング２７の内径面に嵌合した円筒状の圧電アクチュエータ３６が当接し、圧電アクチュエータ３６の外側に拘束されていない側の外輪２１ｂが配置され、ロックナット３２により内輪２３ａ、２３ｂを締め付けたときに、外輪２１ｂが圧電アクチュエータ３６を介して外側に押圧され、背面組合せで対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与され、外輪２１ｂの軸方向の移動を妨げるものはない。
【００６２】
このように本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は前記の各部品を図７に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置して構成される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。
【００６３】
本実施例の粗動動作は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様にして現在位置と目標位置との偏差から 圧電アクチュエータ３６の伸縮量を演算し、これを微動指令としてアクチュエータ駆動部４９が変換した電圧を圧電アクチュエータ３６へ供給して保持する。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
【００６４】
すなわち、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１の圧電アクチュエータ３６が印加された電圧により偏差Ｘの２倍の変位２Ｘ伸びた場合は、外輪係止部３８に当接している圧電アクチュエータ３６が外輪２１ｂを軸方向（図７において右）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間が拡大するように作用する。
この外輪２１ｂの変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、外輪２１ｂが軸方向に２Ｘ変位し、外輪２１ａ、２１ｂ間が２Ｘ拡がって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００６５】
このように、外輪２１ａ、２１ｂ間の距離の拡大分２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸１１の嵌合軸２６に軸方向の移動を拘束されている内輪２３ａ、２３ｂがねじ軸１１と共に軸方向（図７において右）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の収縮により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【００６６】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図７において右方向にＸ移動する。
このようにして本実施例の圧電アクチュエータ３６の伸びに伴う移動台６の微動動作が行われ、この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
【００６７】
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、背面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂの内側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００６８】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００６９】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００７０】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、アンギュラ玉軸受を背面組合せとした場合においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
上記に加えて、本実施例では、背面組合せとしたアンギュラ玉軸受の外輪の間に中空とした圧電アクチュエータを配置してハウジングの内周面に嵌合させ、ねじ軸を挿入してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００７２】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００７３】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例４】
【００７４】
図８は実施例４の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図９は実施例４の位置決め装置を示す側方から見た説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図８、図９において、６１はボールねじ装置１３のナットであり、上記実施例１と同様に内周面に軸軌道溝１１ａに対向する図示しないナット軌道溝が形成されており、複数の図示しないボールを介してねじ軸１１に遊びのない状態で螺合している。
【００７５】
ナット６１の外周面には、正面組合せとして対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合しており、ナット６１の一端にはロックナット３２が螺合するねじ部６２が形成されている。
６３は内輪係止部であり、ナット６１のねじ部６２の反対側の端部に形成された内輪２３ａ、２３ｂの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪２３ａの一方の側面を係止する。
【００７６】
６４は内輪間座であり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット６１の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの間に配置される。
６５は内輪スペーサであり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット６１の外周面に嵌合して内輪２３ｂの内輪間座３０の反対側に配置される。
【００７７】
６７は駆動モータであり、ねじ軸１１が挿入される中空穴を有するステッピングモータ等の正逆回転可能な中空モータ（例えば、株式会社旭エンジニアリング製、中空ステッピングモータ、ＨＳＭシリーズ）であって、カップリング６８によりナット６１のねじ部６２側と結合してナット６１を回転駆動する。
本実施例のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、正面組合せで内輪間座６４を介して対向配置され、内輪係止部６３との間に内輪２３ａ、内輪間座６４、内輪２３ｂ、内輪スペーサ６５がロックナット３２により締め付けられ、内輪２３ａ、２３ｂがその軸方向の移動をナット６１に固定される。
【００７８】
また、外輪２１ａは実施例１と同様にハウジング２７の内周面に嵌合してその軸方向の移動を外輪係止部３８により拘束され、拘束されない側の外輪２１ｂが外輪スペーサ３７および圧電アクチュエータ３６を介してカバー３９のハウジング２７への締結により押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間に隙間４０が形成される。
【００７９】
本実施例のねじ軸１１は基台５の両側に配置された固定部６９に固定され、ハウジング２７および駆動モータ６７は移動台６に固定されており、本実施例の粗動機構１０は、軸方向の移動および回転を固定されたねじ軸１１に螺合し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂにより回転可能に支持されたナット６１を駆動モータ６７がカップリング６８を介して回転させることにより形成される。
【００８０】
また、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、ナット６１、内輪係止部６３、内輪間座６４、内輪スペーサ６５、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪スペーサ３７、圧電アクチュエータ３６、カバー３９等を図８に示すようにナット６１の同軸上に配置することにより構成される。
上記の構成の作用について説明する。
【００８１】
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。この場合にモータ駆動部４８は駆動モータ６７を駆動する駆動信号を送出する機能を有している。
本実施例の粗動動作は上記実施例１と同様にして位置決め処理プログラムが起動すると、制御部４６はアクチュエータ駆動部４９から初期設定電圧Ｖｏを圧電アクチュエータ３６に印加する。この初期設定電圧Ｖｏは圧電アクチュエータ３６の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ３６に初期設定電圧Ｖｏを印加した状態での移動台６の位置が原位置となる。
【００８２】
次に、制御部４６は移動台６の原位置停止を確認し、最初の目標位置等を読出す。
目標位置等を読出した制御部４６は、実施例１と同様にして目標位置と現在位置との偏差を算出し、ボールねじ装置１３のナット１２が算出した偏差に相当する長さを移動するときに必要なナット６１の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部４８に送って駆動モータ６７の駆動信号に変換し、これを駆動モータ６７へ供給する。
【００８３】
本実施例の駆動モータ６７はステッピングモータであるので、駆動信号は演算したナット６１の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動信号が供給されると、駆動モータ６７はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング６８を介して連結しているナット６１が、固定部６９により基台５に固定されているねじ軸１１上で回転し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂによりナット６１を回転可能に支持しているハウジング２７に固定されている移動台６を軸方向に移動させる。
【００８４】
このとき、制御部４６は実施例１と同様にして移動台６の移動に伴って位置センサ１７が出力する出力信号を受取り、移動台６の停止（駆動モータ６７の回転の停止）により移動台６の現在位置を認識する。
このようにして、ナット６１を回転させてナット６１を回転可能に支持しているハウジング２７に固定されている移動台６を基台５に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構１０による移動台６の粗動動作が行われる。
【００８５】
この場合に、圧電アクチュエータ３６は初期設定電圧Ｖｏが印加されているだけで位置センサ１７によるフィードバック制御はかけられていない。
また、圧電アクチュエータ３６は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様に、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部４９により制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動動作を行う。
【００８６】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
すなわち、実施例１と同様にして圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動動作を行う前の予圧荷重に加えて外輪２１ｂを押圧し、外輪２１ｂを軸方向（本説明では図８において左方向）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０が狭くなるように作用し、その隙間４０の変位は実施例１と同様にしてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、隙間４０が２Ｘ狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００８７】
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ナット６１に軸方向の移動を拘束されている内輪２３ａ、２３ｂがナット６１と共に軸方向にＸ変位する。この場合のナット６１の移動は駆動モータ６７側はカップリング６８の伸長により吸収される。
【００８８】
これにより、ナット６１が軸方向にＸ移動し、ナット６１に軸方向の移動を拘束されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂを支持するハウジング２７が固定されている移動台６が、ねじ軸１１が固定されている基台５に対して図９において右方向にＸ移動する。
この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
【００８９】
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００９０】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００９１】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことがことができる。
【００９２】
更に、圧電アクチュエータ３６をナット６１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、ハウジングに、ナットの外周面に内輪が嵌合する対向配置したアンギュラ玉軸受を設置してナットを回転可能に支持し、外輪を圧電アクチュエータにより軸方向に押圧することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてハウジングの内周面に嵌合させ、ナットを挿入してナットと同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００９４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をナットの外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてナットに固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部により移動台に固定したハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分を移動台の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００９５】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例５】
【００９６】
図１０は実施例５の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図である。
なお、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は上記実施例１の図３と同様の部位にハウジング２７を基台５に固定されて設置されている。また実施例１と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のねじ軸１１の嵌合軸２６には、背面組合せとして対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合しており、内輪２３ｂに隣接して中空部３６ａを嵌合軸２６に嵌合させた圧電アクチュエータ３６が配置されている。
【００９７】
図１０において、７１は外輪間座であり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂの間に配置される。
７２は外輪スペーサであり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂとカバー３９の間に配置される。
【００９８】
７３はスリップリングであり、高い剛性を有するセラミック材料や複合樹脂材料等の絶縁材料で製作された嵌合軸２６に内周面が嵌合する円筒状部材であって、その外周面には銅等の導電性を有する金属材料からなる２本の電極リング７４が設けられ、それぞれが隣接する圧電アクチュエータ３６と電気的に接続している。
７５は固定側電極であり、樹脂材料等の絶縁材料で形成した厚肉平板にカーボン等の導電性材料で形成されたバネ要素を内蔵する２つのブラシ７６を設けて構成されており、止めねじ等によりカバー３９の内周部に取付けられる。
【００９９】
ブラシ７６は、それぞれ制御装置４５のアクチュエータ駆動部４９と電気的に接続し、ねじ軸１１と共に回転する電極リング７４を押圧して静止系と回転系とを電気的に接続する。これによりアクチュエータ駆動部４９からの制御電圧がスリップリング７３を介して圧電アクチュエータ３６へ伝達される。
本実施例のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、背面組合せで外輪間座７１を介して対向配置され、外輪係止部３８との間に外輪２１ａ、外輪間座７１、外輪２１ｂ、外輪スペーサ７２がカバー３９のハウジング２７への締結により締め付けられ、外輪２１ａ、２１ｂがその軸方向の移動をハウジング２７に固定される。
【０１００】
また、内輪２３ａは嵌合軸２６の外周面に嵌合してその軸方向の移動を内輪係止部２９により拘束され、拘束されない側の内輪２３ｂが規定のトルクで締め付けられるロックナット３２によりスリップリング７３および圧電アクチュエータ３６を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に内輪２３ａ、２３ｂの間に軸方向間距離としての隙間４０が形成される。
【０１０１】
本実施例のねじ軸１１は実施例１と同様に他端を支持軸受１６に支持されて駆動モータ１４により回転駆動され、ハウジング２７は基台５に固定され、ボールねじ装置１３のナット１２は移動台６に固定されており、ナット１２に螺合するねじ軸１１を駆動モータ１４によりカップリング１５を介して回転させることにより本実施例の粗動機構１０が形成される。
【０１０２】
また、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、嵌合軸２６、内輪係止部２９、圧電アクチュエータ３６、スリップリング７３、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪間座７１、外輪スペーサ７２、カバー３９等を図１０に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置することにより構成される。
【０１０３】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には、実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。この場合にアクチュエータ駆動部４９は固定側電極７５のブラシ７６、スリップリング７３の電極リング７４を介して圧電アクチュエータ３６に印加する電圧を保持する機能を有している。
【０１０４】
本実施例の粗動動作は上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様に、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部４９により制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動動作を行う。
【０１０５】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
すなわち、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は対向配置したアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａを内輪係止部２９によりその軸方向の移動を拘束し、圧電アクチュエータ３６を介して内輪２３ｂを押圧して予圧を付与した状態としているので、圧電アクチュエータ３６に２Ｘの変位が生ずる電圧が印加され、例えば圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて内輪２３ｂを押圧し、内輪２３ｂを軸方向（図１０において左）に移動させ、内輪２３ａ、２３ｂ間の隙間４０が狭くなるように作用する。
【０１０６】
この隙間４０の変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を微動制御を行う前の予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、内輪２３ｂが軸方向に２Ｘ変位し、隙間４０が２Ｘ狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【０１０７】
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ハウジング２７の内周面に軸方向の移動を拘束されている外輪２１ａ、２１ｂが相対的に軸方向にＸ変位し、ハウジング２７が基台５に固定されているのでねじ軸１１が軸方向（図１０において右）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の収縮により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【０１０８】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図１０において右方向にＸ移動する。つまり圧電アクチュエータ３６の変位（伸縮量）の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
【０１０９】
この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、背面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を内輪２３ａ、２３ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【０１１０】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１の嵌合軸２６の外周面を案内としてねじ軸１１に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【０１１１】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【０１１２】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、対向配置したアンギュラ玉軸受の内輪側に圧電アクチュエータを配置することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてねじ軸の外周面に嵌合させてねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【０１１４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの外輪の外周面をハウジングの内周面に嵌合させ、それぞれの外輪の軸方向の移動を外輪係止部とカバーにより挟みつけてハウジングに固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の内輪の一方の軸方向の移動を内輪係止部によりねじ軸に拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【０１１５】
なお、本実施例と同様の構成をナットの外周面に嵌合する圧電アクチュエータを用いて構成すれば、上記実施例４と同様のナットとハウジングの間に形成した回転機構付軸方向微動機構として作用させることができる。
上記実施例１から実施例４においては、対向配置した内輪の間に内輪間座を設けて予圧を付与するとして説明したが、内輪の対向側の面を内輪間座の幅の半分に相当する長さ伸長させて内輪同士を直接当接させるようにしてもよい。実施例５においては同様の外輪を設けて直接当接させるようにしてもよい。
【０１１６】
また、上記各実施例においては、内輪スペーサや外輪スペーサを設けるとして説明したが、これらを省略して内輪や外輪をロックナットやカバーにより直接締め付け、外輪や内輪に圧電アクチュエータを直接当接させるようにしてもよい。
更に、上記各実施例においては、対向配置した２つの転がり軸受装置に非通電の圧電アクチュエータを介して予め予圧を付与しておくとして説明したが、圧電アクチュエータの非通電時には予圧が発生しないように隙間を介して圧電アクチュエータと外輪または内輪を対向させておき、位置決め装置の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータに印加して対向配置した２つの転がり軸受装置に所定の予圧を発生させるようにしてもよい。このようにすれば、２つの転がり軸受装置に所定の予圧を与えるために、例えば実施例１の外輪スペーサ３７の軸方向の長さ等を予圧量に合わせて精密に調整するといった、いわゆる予圧調整が不要となり、所定の電圧の印加だけで容易に精密な予圧調整が可能となる。
【０１１７】
更に、上記各実施例においては転がり軸受装置はアンギュラ玉軸受として説明したが、転がり軸受装置はアンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受、円錐ころ軸受等の対向配置した転がり軸受装置に予圧を付与することができるものであればどのようなものであってもよい。
更に、１個の転がり軸受による転がり軸受装置を２つ対向配置するとして説明したが、複数の転がり軸受を並列組合せで配置した１組の転がり軸受装置を２つ対向配置するようにしてもよく、例えば片側に２個１組、他方に１個の転がり軸受による２つの転がり軸受装置を対向配置するようにしてもよい。例えば実施例１の図１において右側に２個１組、左側に１個の転がり軸受を対向配置すれば、圧電アクチュエータが２Ｘ伸びたとすると、ねじ軸は図１において左方向に約１．２Ｘ移動することとなる。
【０１１８】
更に、上記各実施例においては、回転機構付軸方向微動機構の転がり軸受装置を粗動機構のねじ軸を支持する軸受として用いるとして説明したが、回転を行いその回転の支持部を高速で微動させる回転および軸方向微動複合運動機構全般に利用できることはいうまでもない。
更に、上記各実施例においては、送りねじ装置はねじ軸とナットとをボールを介して螺合させるボールねじ装置であるとして説明したが、送りねじ装置は前記に限らず、ねじ軸とナットとを直接螺合させる滑りねじ装置であってもよい。
【０１１９】
更に、上記各実施例においては、フィードバック制御を微動動作のときに行うとして説明したが、粗動動作のときに位置センサにより認識した現在位置と読出した目標位置との偏差を用いてフィードバック制御を行うようにし、偏差が所定の範囲となったときに粗動動作を停止するようにしてもよい。このようにすればねじ軸のリード精度等を補正することができ、圧電アクチュエータの微動動作による補正量を小さくすることができ、必要以上に大きな伸縮量を有する圧電アクチュエータを用いる必要がなくなる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 位置決め装置
２ 直線案内機構
３ レール
４ スライダ
４ａ 移動台取付面
５ 基台
６ 移動台
１０ 粗動機構
１１ ねじ軸
１１ａ 軸軌道溝
１２、６１ ナット
１３ ボールねじ装置
１４、６７ 駆動モータ
１５、６８ カップリング
１６ 支持軸受
１７ 位置センサ
１８ スケール
２０ａ、２０ｂ アンギュラ玉軸受
２１ａ、２１ｂ 外輪
２２ａ、２２ｂ 外輪軌道
２３ａ、２３ｂ 内輪
２４ａ、２４ｂ 内輪軌道
２５ａ、２５ｂ ボール
２６ 嵌合軸
２７ ハウジング
２７ａ、２７ｂ ねじ穴
２９、６３ 内輪係止部
３０、６４ 内輪間座
３１、６５ 内輪スペーサ
３２ ロックナット
３３、６２ ねじ部
３４ カップリング取付部
３６、５０、１００ 圧電アクチュエータ
３６ａ 中空部
３７、７２ 外輪スペーサ
３８ 外輪係止部
３９ カバー
４０ 隙間
４１ 回転機構付軸方向微動機構
４５ 制御装置
４６ 制御部
４７ 記憶部
４８ モータ駆動部
４９ アクチュエータ駆動部
５１ ピストン
５２ 収納穴
５３ 逃げ穴
５４ 凹穴
５７ 押えプラブ
６９ 固定部
７１ 外輪間座
７３ スリップリング
７４ 電極リング
７５ 固定側電極
７６ ブラシ
１０１ 出力軸
１０２ バネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長ストロークの範囲で高精度な微細位置決めを行う回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置決め装置は、ねじ軸とナットを螺合させたボールねじ装置を用いて長ストロークの範囲を駆動する粗動機構と圧電アクチュエータによる微動機構を組合せて粗動動作および微動動作を行っており、粗動テーブルと微動テーブルの間やボールねじ装置のナットと移動台の間に圧電アクチュエータを配置し、基台と微動テーブルや移動台との位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させて長ストロークの範囲でナノメータレベルの高精度な微細位置決めを行っている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ボールねじ装置のねじ軸とナットの間のバックラッシュをコイルスプリングにより無くすようにし、ねじ軸の一端と基台との間に配置した圧電アクチュエータを伸縮させてナットに固定された移動台のねじ軸の軸方向位置の微細位置決めを行っているものもある（例えば、非特許文献２参照。）。
このような場合に用いられる圧電アクチュエータは、一般に積層型の圧電アクチュエータが用いられるが、積層型の圧電アクチュエータは圧縮方向の荷重に対しては十分な強度や剛性を有するが、引張方向の荷重に対しては圧電アクチュエータの材料の機械的特性や積層間の接着強度による強度が極めて弱く、小さな引張荷重であっても破損してしまう場合がある。
【０００４】
この問題を解決するために、圧電アクチュエータの製造メーカ（例えば、独国Ｐｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社）では、図１１に示すように圧電アクチュエータ１００の出力軸１０１をバネ１０２で押圧し、引張荷重が出力軸に作用した場合においても圧電アクチュエータ１００には圧縮荷重が作用する構造とすることを推奨している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大塚二郎他１名著、「精密位置決め機構」、第２版、株式会社工業調査会、２００１年８月１５日、ｐ．１１８−２０１
【非特許文献２】大塚二郎他２名、「１ｎｍ分解能の小型変位センサと小型超精密位置決め装置の開発」、精密工学会誌、財団法人精密工学会、平成１５年１０月５日、第６９巻、第１０号、ｐ．１４３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した非特許文献１および非特許文献２においては、ボールねじ装置のナットと移動台の間等やねじ軸の一端と基台との間に圧電アクチュエータを配置してその両端部をナットや移動台に直接取付けているため、位置決め装置を左右に移動させると左右方向に荷重が作用し、圧電アクチュエータに引張荷重が作用して圧電アクチュエータを破損する場合があるという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献１および非特許文献２の位置決め装置に上記図１１に示した構造を適用した場合は、位置決め装置の圧電アクチュエータに作用する引張荷重が、出力軸に配置されたバネによる圧縮荷重より小さい範囲における低速での移動に対しては所定の位置決めを行うことができるものの、高速応答に対しては引張方向を支持しているバネが比較的柔らかいバネであるので、位置決め装置の微動機構の剛性が低下してその固有振動数が低下し、高速での微動動作を行おうとすると発振が生じて高速応答を行うことができなくなることがあるという問題がある。
【０００８】
このことは、位置決め装置が２次元方向（Ｘ−Ｙ方向）の移動を行う２軸の重ね合わせ構造の場合や、１軸であっても移動台に取付治具等の部品が取付られた結果、移動台の質量が大きくなる場合に特に重要である。
更に、圧電アクチュエータは上記の引張荷重ばかりでなく半径方向荷重に対してもその強度が弱いために圧電アクチュエータの出力軸の先端を球面にして圧電アクチュエータに半径方向荷重やモーメント力が作用しない構造が推奨されているが、微動機構に用いる圧電アクチュエータは他の部材に直接取付ける必要があり、その取付精度等によっては半径方向荷重やモーメント力が作用して早期に破損する場合があるという問題がある。
【０００９】
更に、圧電アクチュエータをボールねじ装置のねじ軸やナットの同軸上に精度よく配置しようとすると、上記非特許文献１および非特許文献２に示される構造においては、その芯出し作業が煩雑になり、位置決め装置の組立が難しいという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高応答の微動動作が可能であると共に圧電アクチュエータの破損を防止することができる微動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、該転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、前記２つの内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記ハウジングに軸方向に拘束し、前記外輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの外輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
これにより、本発明は、対向配置した転がり軸受装置を剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータに常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせることができ、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性を高く維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができると共に、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図２】実施例１の位置決め装置を示す平面図
【図３】実施例１の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図４】実施例１の制御装置を示す側方から見た説明図
【図５】実施例２の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図６】実施例２の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図７】実施例３の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図８】実施例４の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図９】実施例４の位置決め装置を示す側方から見た説明図
【図１０】実施例５の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図
【図１１】圧電アクチュエータ取付けのメーカ推奨例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明による回転機構付軸方向微動機構およびそれを用いた位置決め装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図２は実施例１の位置決め装置を示す平面図、図３は実施例１の位置決め装置を示す側方から見た説明図、図４は実施例１の制御装置を示す側方から見た説明図である。
図２、図３、図４において、１は位置決め装置である。
２は直線案内機構であり、レール３に転動体を介して組付けられた鞍状のスライダ４からなるリニアガイド装置であって、そのレール３は位置決め装置１の基台５に設置され、スライダ４の移動台取付面４ａには位置決め装置１の移動台６がボルト等により取付けられる。本実施例の直線案内機構２は基台５に粗動機構１０のねじ軸１１の長手方向（軸方向という）と平行にねじ軸１１の両側に設置された２本のレール３と各レール３に組付けられた２個、計４個のスライダ４とにより構成されている。
【００１５】
粗動機構１０は、ねじ軸１１の外周面に形成した螺旋状の軸軌道溝１１ａと、ナット１２の内周面に形成した軸軌道溝１１ａに対向する図示しないナット軌道溝とを複数の図示しないボールを介して螺合させた送りねじ装置としてのボールねじ装置１３と、ねじ軸１１の一端に配置され、基台５に設置されたステッピングモータ等の正逆回転可能な駆動モータ１４と、駆動モータ１４とねじ軸１１とを連結するカップリング１５およびねじ軸１１の他端に配置され、基台５に設置された深溝玉軸受等の支持軸受１６とにより構成される。
【００１６】
本実施例の粗動機構１０のナット１２は移動台６に固定され、ねじ軸１１とはオーバーサイズボール等による予圧により軸方向に遊びがない状態で螺合している。また支持軸受１６はねじ軸１１を回転可能に支持すると共にねじ軸１１の他端をその軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
１７は位置センサであり、移動台６に固定され、基台５にねじ軸１１と平行に設置されたスケール１８に等間隔に形成された細かな凹凸を検出してその出力信号を後述する制御装置４５へ出力する機能を有している。この出力信号を用いて制御装置４５が移動台６と基台５との相対移動量を測定する。
【００１７】
図１において、２０ａ、２０ｂはそれぞれ転がり軸受装置としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪２１ａ、２１ｂの内周面に形成された外輪軌道２２ａ、２２ｂと、内輪２３ａ、２３ｂの外周面に形成された内輪軌道２４ａ、２４ｂとの間に配設された複数の転動体としてのボール２５ａ、２５ｂとにより構成される。
アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、正面組合せとして対向配置され、その内輪２３ａ、２３ｂの内周面がねじ軸１１の駆動モータ１４側に形成された嵌合軸２６の外周面に嵌合し、外輪２１ａ、２１ｂの外周面は基台５にボルト等により固定されたハウジング２７の内周面に嵌合して支持軸受１６と共にねじ軸１１を回転可能に支持する。
【００１８】
２９は内輪係止部であり、ねじ軸１１の軸軌道溝１１ａと嵌合軸２６との間に形成された内輪２３ａ、２３ｂの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪２３ａの一方の側面を係止する。
３０は内輪間座であり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸２６の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの間に配置される。
【００１９】
３１は内輪スペーサであり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸２６の外周面に嵌合して内輪２３ｂの内輪間座３０の反対側に配置される。
３２はロックナットであり、ねじ軸１１の嵌合軸２６の駆動モータ１４側に設けられたねじ部３３に螺合して内輪係止部２９との間で内輪２３ａ、内輪間座３０、内輪２３ｂ、内輪スペーサ３１を締め付け、ねじ軸１１上での内輪２３ａ、２３ｂの軸方向の移動を固定する。
【００２０】
３４はカップリング取付部であり、ねじ軸１１の駆動モータ１４側の端部に設けられたねじ部３３の谷径以下の直径を有する小径部であって、カップリング１５が嵌合して取付けられ、駆動モータ１４からの動力が伝達される。
３６は圧電アクチュエータであり、内輪スペーサ３１が挿入可能な中空部３６ａを有する単独または複数の圧電素子を積層した中空のアクチュエータであって、その外周面をハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂの駆動モータ１４側に配置され、外部から印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。
【００２１】
本実施例の圧電アクチュエータ３６は複数の円環状の圧電素子を積層した積層型の円筒状のアクチュエータである。
３７は外輪スペーサであり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂと圧電アクチュエータ３６の間に配置される。
【００２２】
３８は外輪係止部であり、ハウジング２７の内周面の内輪係止部２９と対向する位置に形成された外輪２１ａ、２１ｂの内径と略同等の直径を有する段部であって、外輪２１ａの一方の側面を係止する。
３９はカバーであり、内輪スペーサ３１が挿入可能な内径を有し、ハウジング２７と略同等の外径を有する中空の円盤部材であって、ハウジング２７の駆動モータ１４側の端面に形成されたねじ穴２７ａを用いてボルト等によりハウジング２７に締結され、外輪係止部３８との間で外輪２１ａ、外輪２１ｂ、外輪スペーサ３７および圧電アクチュエータ３６を押圧する。
【００２３】
これにより、外輪２１ａが外輪係止部３８により軸方向の移動が拘束されると共に拘束されない側の外輪２１ｂが外輪スペーサ３７および非通電とした圧電アクチュエータ３６を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間の軸方向間距離としての隙間４０が形成される。
上記のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、嵌合軸２６、内輪係止部２９、内輪間座３０、内輪スペーサ３１、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪スペーサ３７、圧電アクチュエータ３６、カバー３９等を図１に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置することにより本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１が構成される。
【００２４】
この回転機構付軸方向微動機構４１および粗動機構１０により本実施例の位置決め装置が構成される。
図４において、４５は位置決め装置１の制御装置であり、位置センサ１７の出力信号等により位置決め装置１の位置決め処理を実行する制御部４６、制御部４６が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部４６による処理結果等が格納される記憶部４７、並びに駆動モータ１４を駆動するモータ駆動部４８、圧電アクチュエータ３６を駆動するアクチュエータ駆動部４９を備えている。
【００２５】
本実施例の記憶部４７には、位置センサ１７の出力信号を基に移動台６の現在位置を認識し、認識した現在位置と目標位置との偏差により粗動動作を行うモータ駆動プログラム、位置センサ１７により認識した現在位置の情報を取込ながらＰＩＤ制御によるフィードバック制御により微動動作を行う微動動作プログラム等により移動台６を目標位置に停止させる位置決め処理プログラムが格納されており、制御部４６と位置決め処理プログラムの各ステップにより本実施例の位置決め装置１のハードウェアとして各種の機能手段が形成される。
【００２６】
また、記憶部４７には移動台６を停止させる目標位置とその停止時間等を記した移動先指示テーブルが格納されている。
上記の構成の作用について説明する。
位置決め装置１が作動を開始すると、制御装置４５の制御部４６は位置決め処理プログラムを起動する。
【００２７】
位置決め処理プログラムが起動すると、制御部４６は初期設定指令をアクチュエータ駆動部４９に送って電圧（初期設定電圧Ｖｏという。）に変換し、これを圧電アクチュエータ３６へ供給して保持する。
この初期設定電圧Ｖｏは圧電アクチュエータ３６の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ３６に初期設定電圧Ｖｏを印加した状態での移動台６の位置が原位置となる。
【００２８】
次に、制御部４６は移動台６が原位置に停止していることを確認し、記憶部４７の移動先指示テーブルに記された最初の目標位置とその停止時間を読出す。
目標位置等を読出した制御部４６は、目標位置と現在位置（本ステップでは原位置）との長さの差（偏差という。）を算出し、算出した偏差に相当する長さをボールねじ装置１３のナット１２が移動するときに必要なねじ軸１１の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部４８に送って駆動モータ１４の駆動信号に変換し、これを駆動モータ１４へ供給する。
【００２９】
本実施例の駆動モータ１４はステッピングモータであるので、駆動信号は演算したねじ軸１１の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動信号が供給されると、駆動モータ１４はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング１５を介して連結しているねじ軸１１が回転して移動台６に固定されているナット１２を軸方向に移動させる。
【００３０】
このとき、制御部４６は移動台６の移動に伴って位置センサ１７が出力するスケール１８の凹凸を示すパルス状の出力信号を受取り、その数を計数して移動台６の位置を認識しながら移動台６の停止（駆動モータ１４の回転の停止）を待って待機し、移動台６が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
このようにして、ねじ軸１１を回転させてナット１２に固定されている移動台６を基台５に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構１０による移動台６の粗動動作が行われる。
【００３１】
この場合に、圧電アクチュエータ３６は初期設定電圧Ｖｏが印加されているだけで位置センサ１７によるフィードバック制御はかけられていない。
また、圧電アクチュエータ３６は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部４６は、粗動動作を行うモータ駆動プログラムを停止し、位置センサ１７の位置情報を取込ながらＰＩＤ制御を行う微動動作プログラムに処理を切替える。この微動動作プログラムは、位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすように微動指令をアクチュエータ駆動部４９に送って電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動させるプログラムである。
【００３２】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１では圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となるから、そのときの圧電アクチュエータ３６には偏差分の２倍の変位を与えるような制御電圧と前述した初期設定電圧Ｖｏを加算した電圧が印加されることとなる。
このとき、例えば圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて外輪２１ｂを押圧し、外輪２１ｂを軸方向（図１において左）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０が２Ｘ分更に狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００３３】
この隙間４０の変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を微動制御を行う前の予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、外輪２１ｂが軸方向に合わせて２Ｘ変位することにより作られる。
【００３４】
逆に圧電アクチュエータ３６が２Ｘ縮むと押圧力が減少し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの弾性変位がそれぞれＸずつ減少し、隙間４０が拡がる向きに外輪２１ｂが軸方向に合わせて２Ｘ変位することになり、圧電アクチュエータ３６の縮み分を吸収する。
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸１１の嵌合軸２６に軸方向の移動を固定されている内輪２３ａ、２３ｂがねじ軸１１と共に軸方向（図１において左）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の伸長により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【００３５】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図１において左方向にＸ移動する。つまり圧電アクチュエータ３６の２Ｘの変位（伸縮量）の半分のＸの変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量になる。
【００３６】
このようにして微動動作が行われ、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と目標位置との偏差を無くすようにフィードバック制御を行いながら移動台６を目標位置に停止させることとなる。
そして、移動台６を上記で読出した停止時間の間目標位置に停止させると、制御部４６は再度移動先指示テーブルに記された目標位置と停止時間を読出し、次の目標位置等が記されている場合は、微動動作のためにアクチュエータ駆動部４９が保持していた制御電圧を解除し、その結果により生じた移動台６の移動量を上記と同様にして位置センサ１７の出力信号により計数して新たな現在位置を認識し、その現在位置と次の目標位置との偏差に応じた粗動動作、フィードバック制御による微動動作を上記と同様にして実行する。
【００３７】
このようにして、位置決め処理プログラムに従って順次に位置決め処理を行うことができる。
なお、本実施例ではアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０を圧電アクチュエータ３６の伸縮により変化させて微動動作を行わせるので、結果として予圧荷重を変化させることになるが、圧電アクチュエータ３６の微動動作に伴う伸びは最大で１０μｍ程度、通常は数μｍ程度であり、それにより生じる予圧荷重の変化は小さいものであるので、外輪軌道２２ａ、２２ｂや内輪軌道２４ａ、２４ｂ、ボール２５ａ、２５ｂに圧痕等が生じることはない。
【００３８】
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
【００３９】
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には剛性の低いバネが存在せず、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータ３６に常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００４０】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構のハウジングの内周面に、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの外輪の外周面を嵌合させ、対向配置したアンギュラ玉軸受に付与された予圧の反力により圧電アクチュエータを押圧するようにしたことによって、対向配置したアンギュラ玉軸受を剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータに常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせることができ、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができると共に、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性を高く維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００４１】
また、圧電アクチュエータを非通電とした状態で予め予圧を付与しておくことによって、圧電アクチュエータの有効ストロークを最大限に利用することができるので、圧電アクチュエータの小型化、コストダウンが可能になる。また圧電アクチュエータには位置決め動作を行うときのみ通電すればよく、通電時間が短くなるので、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００４２】
更に、圧電アクチュエータを積層型としたことによって、圧電アクチュエータの製作を容易に行うことができる。
更に、位置決め装置の回転機構付軸方向微動機構の圧電アクチュエータによる微動動作を粗動動作の回転が停止しているときに行うようにしたことによって、粗動動作と微動動作の動きが重なって、粗動動作の動きを微動で補正するように制御が干渉し合うこともないので、制御装置は単純になり、微動動作時の圧電アクチュエータの変位により、アンギュラ玉軸受の予圧量が変化してもアンギュラ玉軸受は回転していないから、予圧変化に伴うトルク増加等の影響も発生しない。
【００４３】
更に、位置センサからの基台と移動台との相対移動量を示す出力信号により認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして微動動作を行うようにしたことによって、ねじ軸のリード誤差や圧電アクチュエータのヒステリシス等があった場合においても高精度な微細位置決めを行うことができる。
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてハウジングの内周面に嵌合させ、ねじ軸を挿入してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００４４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００４５】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例２】
【００４６】
図５は実施例２の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図６は実施例２の位置決め装置を示す側方から見た説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５、図６において、５０は圧電アクチュエータであり、単独または複数の圧電素子を柱上に積層した中実のアクチュエータであって、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。本実施例の圧電アクチュエータ５０は、角柱状に圧電素子を積層した中実のアクチュエータ（例えば、ＮＥＣトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号ＡＥ０５０５Ｄ０８）である。
【００４７】
５１はピストンであり、ハウジング２７の内周面に嵌合する円柱状部材であって、カバー３９側の端面にはピストン５１の軸芯に沿って圧電アクチュエータ５０を収納する収納穴５２が形成され、反対側の端面にはロックナット３２との干渉を避けるための逃げ穴５３が形成されている。
また、カバー３９には、その軸芯に沿って収納穴５２と同等の内径を有する凹穴５４が形成されている。
【００４８】
本実施例の収納穴５２および凹穴５４の内径は、角柱状の圧電アクチュエータ５０の４隅が内接する直径で形成されている。これにより圧電アクチュエータ５０はねじ軸１１の略軸芯に配置される。
本実施例の微動装置４１は、図６に示すようにカップリング１５を介して駆動モータ１４が連結しているねじ軸１１の端部の反対側の端部に配置され、そのハウジング２７はボルト等により基台５に固定されている。
【００４９】
本実施例の支持軸受１６はねじ軸１１の駆動モータ１４側の端部でカップリング１５の内側に配置されて基台５に設置されており、ねじ軸１１を回転可能に支持すると共にねじ軸１１をその軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、図５に示すように正面組合せで内輪間座３０を介して対向配置したアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂを嵌合軸２６に嵌合させ、内輪係止部２９との間に内輪２３ａ、内輪間座３０、内輪２３ｂをロックナット３２により締め付けて内輪２３ａ、２３ｂの軸方向の移動をねじ軸１１に固定し、ハウジング２７の内周面に嵌合する外輪２１ａの軸方向の移動を外輪係止部３８により拘束し、ハウジング２７の内周面に嵌合するピストン５１の逃げ穴５３にロックナット３２を内包してその外周側の端面を拘束されていない側の外輪２１ｂに当接させ、収納穴５２に非通電とした圧電アクチュエータ５０を挿入してカバー３９の凹穴５４を圧電アクチュエータ５０に嵌合させ、カバー３９をボルト等によりハウジング２７に締結して外輪係止部３８との間で外輪２１ａ、外輪２１ｂ、ピストン５１および圧電アクチュエータ５０を締め付け、前記の各部品をねじ軸１１の同軸上に配置する。
【００５０】
これにより、圧電アクチュエータ５０が収納穴５２と凹穴５４の底面間に挟持され、外輪２１ｂがピストン５１および圧電アクチュエータ５０を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間の隙間４０が形成される。
本実施例の粗動機構１０は、図６に示すようにねじ軸１１の圧電アクチュエータ５０の反対側に配置されている。
【００５１】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。
本実施例の粗動動作および微動動作は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。この場合に圧電アクチュエータ５０が偏差Ｘの２倍の変位２Ｘ伸びたときには上記実施例１と同様にねじ軸１１が図５において左にＸ変位し、このときのねじ軸１１の移動は支持軸受１６の軸方向の遊びとカップリング１５の収縮により吸収される。
【００５２】
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置したピストン５１を介して中実の圧電アクチュエータ５０に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ５０の分だけ長いハウジング２７を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ５０をピストン５１の収納穴５２およびカバー３９の凹穴５４を案内としてピストン５１に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ５０に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００５４】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ５０と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００５５】
更に、圧電アクチュエータ５０をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ５０の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、圧電アクチュエータを中実とし、これをねじ軸の略軸芯に配置することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中実としてピストンの収納穴とカバーの凹穴に嵌合させ、それぞれの底面の間に挟持してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングを用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる他、一般に体積が大きいほど高価になる圧電アクチュエータの価格を低減して、位置決め装置のコストを低減することができる。
【００５７】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータによりピストンを介して軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００５８】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例３】
【００５９】
図７は実施例３の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の粗動機構１０および回転機構付軸方向微動機構４１は、実施例１（例えば図３）と同様に位置決め装置１の基台５にはハウジング２７が固定され、移動台６にはナット１２が固定されている。
【００６０】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、背面組合せで内輪間座３０を介して対向配置されており、それぞれの内輪２３ａ、２３ｂは嵌合軸２６に嵌合し内輪間座３０と共にロックナット３２により内輪係止部２９に締め付けられてその軸方向の移動を固定される。
本実施例のハウジング２７には、そのナット１２側の端部に外周面に雄ねじを形成した押えプラグ５７を螺合させるねじ穴２７ｂが設けられており、ねじ穴２７ｂの奥側に設けられたハウジング２７の内周面に嵌合する一方の外輪２１ａは内周面に設けられた外輪係止部３８に押えプラグ５７により締め付けられてその軸方向の移動を拘束される。
【００６１】
外輪係止部３８の外輪２１ａが当接する当接面の反対側の面には実施例１と同様の外周面をハウジング２７の内径面に嵌合した円筒状の圧電アクチュエータ３６が当接し、圧電アクチュエータ３６の外側に拘束されていない側の外輪２１ｂが配置され、ロックナット３２により内輪２３ａ、２３ｂを締め付けたときに、外輪２１ｂが圧電アクチュエータ３６を介して外側に押圧され、背面組合せで対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与され、外輪２１ｂの軸方向の移動を妨げるものはない。
【００６２】
このように本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は前記の各部品を図７に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置して構成される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。
【００６３】
本実施例の粗動動作は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様にして現在位置と目標位置との偏差から 圧電アクチュエータ３６の伸縮量を演算し、これを微動指令としてアクチュエータ駆動部４９が変換した電圧を圧電アクチュエータ３６へ供給して保持する。
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
【００６４】
すなわち、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１の圧電アクチュエータ３６が印加された電圧により偏差Ｘの２倍の変位２Ｘ伸びた場合は、外輪係止部３８に当接している圧電アクチュエータ３６が外輪２１ｂを軸方向（図７において右）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間が拡大するように作用する。
この外輪２１ｂの変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、外輪２１ｂが軸方向に２Ｘ変位し、外輪２１ａ、２１ｂ間が２Ｘ拡がって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００６５】
このように、外輪２１ａ、２１ｂ間の距離の拡大分２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸１１の嵌合軸２６に軸方向の移動を拘束されている内輪２３ａ、２３ｂがねじ軸１１と共に軸方向（図７において右）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の収縮により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【００６６】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図７において右方向にＸ移動する。
このようにして本実施例の圧電アクチュエータ３６の伸びに伴う移動台６の微動動作が行われ、この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
【００６７】
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、背面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂの内側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００６８】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００６９】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【００７０】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、アンギュラ玉軸受を背面組合せとした場合においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
上記に加えて、本実施例では、背面組合せとしたアンギュラ玉軸受の外輪の間に中空とした圧電アクチュエータを配置してハウジングの内周面に嵌合させ、ねじ軸を挿入してねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００７２】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をねじ軸の嵌合部の外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてねじ軸に固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部によりハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００７３】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例４】
【００７４】
図８は実施例４の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図、図９は実施例４の位置決め装置を示す側方から見た説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図８、図９において、６１はボールねじ装置１３のナットであり、上記実施例１と同様に内周面に軸軌道溝１１ａに対向する図示しないナット軌道溝が形成されており、複数の図示しないボールを介してねじ軸１１に遊びのない状態で螺合している。
【００７５】
ナット６１の外周面には、正面組合せとして対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合しており、ナット６１の一端にはロックナット３２が螺合するねじ部６２が形成されている。
６３は内輪係止部であり、ナット６１のねじ部６２の反対側の端部に形成された内輪２３ａ、２３ｂの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪２３ａの一方の側面を係止する。
【００７６】
６４は内輪間座であり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット６１の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの間に配置される。
６５は内輪スペーサであり、内輪２３ａ、２３ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット６１の外周面に嵌合して内輪２３ｂの内輪間座３０の反対側に配置される。
【００７７】
６７は駆動モータであり、ねじ軸１１が挿入される中空穴を有するステッピングモータ等の正逆回転可能な中空モータ（例えば、株式会社旭エンジニアリング製、中空ステッピングモータ、ＨＳＭシリーズ）であって、カップリング６８によりナット６１のねじ部６２側と結合してナット６１を回転駆動する。
本実施例のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、正面組合せで内輪間座６４を介して対向配置され、内輪係止部６３との間に内輪２３ａ、内輪間座６４、内輪２３ｂ、内輪スペーサ６５がロックナット３２により締め付けられ、内輪２３ａ、２３ｂがその軸方向の移動をナット６１に固定される。
【００７８】
また、外輪２１ａは実施例１と同様にハウジング２７の内周面に嵌合してその軸方向の移動を外輪係止部３８により拘束され、拘束されない側の外輪２１ｂが外輪スペーサ３７および圧電アクチュエータ３６を介してカバー３９のハウジング２７への締結により押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に外輪２１ａ、２１ｂの間に隙間４０が形成される。
【００７９】
本実施例のねじ軸１１は基台５の両側に配置された固定部６９に固定され、ハウジング２７および駆動モータ６７は移動台６に固定されており、本実施例の粗動機構１０は、軸方向の移動および回転を固定されたねじ軸１１に螺合し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂにより回転可能に支持されたナット６１を駆動モータ６７がカップリング６８を介して回転させることにより形成される。
【００８０】
また、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、ナット６１、内輪係止部６３、内輪間座６４、内輪スペーサ６５、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪スペーサ３７、圧電アクチュエータ３６、カバー３９等を図８に示すようにナット６１の同軸上に配置することにより構成される。
上記の構成の作用について説明する。
【００８１】
本実施例の位置決め装置１には 実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。この場合にモータ駆動部４８は駆動モータ６７を駆動する駆動信号を送出する機能を有している。
本実施例の粗動動作は上記実施例１と同様にして位置決め処理プログラムが起動すると、制御部４６はアクチュエータ駆動部４９から初期設定電圧Ｖｏを圧電アクチュエータ３６に印加する。この初期設定電圧Ｖｏは圧電アクチュエータ３６の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ３６に初期設定電圧Ｖｏを印加した状態での移動台６の位置が原位置となる。
【００８２】
次に、制御部４６は移動台６の原位置停止を確認し、最初の目標位置等を読出す。
目標位置等を読出した制御部４６は、実施例１と同様にして目標位置と現在位置との偏差を算出し、ボールねじ装置１３のナット１２が算出した偏差に相当する長さを移動するときに必要なナット６１の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部４８に送って駆動モータ６７の駆動信号に変換し、これを駆動モータ６７へ供給する。
【００８３】
本実施例の駆動モータ６７はステッピングモータであるので、駆動信号は演算したナット６１の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動信号が供給されると、駆動モータ６７はその駆動信号に対応した回転数分回転し、カップリング６８を介して連結しているナット６１が、固定部６９により基台５に固定されているねじ軸１１上で回転し、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂによりナット６１を回転可能に支持しているハウジング２７に固定されている移動台６を軸方向に移動させる。
【００８４】
このとき、制御部４６は実施例１と同様にして移動台６の移動に伴って位置センサ１７が出力する出力信号を受取り、移動台６の停止（駆動モータ６７の回転の停止）により移動台６の現在位置を認識する。
このようにして、ナット６１を回転させてナット６１を回転可能に支持しているハウジング２７に固定されている移動台６を基台５に対して軸方向に移動させる本実施例の粗動機構１０による移動台６の粗動動作が行われる。
【００８５】
この場合に、圧電アクチュエータ３６は初期設定電圧Ｖｏが印加されているだけで位置センサ１７によるフィードバック制御はかけられていない。
また、圧電アクチュエータ３６は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様に、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部４９により制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動動作を行う。
【００８６】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
すなわち、実施例１と同様にして圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動動作を行う前の予圧荷重に加えて外輪２１ｂを押圧し、外輪２１ｂを軸方向（本説明では図８において左方向）に移動させ、外輪２１ａ、２１ｂ間の隙間４０が狭くなるように作用し、その隙間４０の変位は実施例１と同様にしてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、隙間４０が２Ｘ狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【００８７】
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ナット６１に軸方向の移動を拘束されている内輪２３ａ、２３ｂがナット６１と共に軸方向にＸ変位する。この場合のナット６１の移動は駆動モータ６７側はカップリング６８の伸長により吸収される。
【００８８】
これにより、ナット６１が軸方向にＸ移動し、ナット６１に軸方向の移動を拘束されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂを支持するハウジング２７が固定されている移動台６が、ねじ軸１１が固定されている基台５に対して図９において右方向にＸ移動する。
この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
【００８９】
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、正面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を外輪２１ａ、２１ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【００９０】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をハウジング２７の内周面を案内としてハウジング２７に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【００９１】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことがことができる。
【００９２】
更に、圧電アクチュエータ３６をナット６１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、ハウジングに、ナットの外周面に内輪が嵌合する対向配置したアンギュラ玉軸受を設置してナットを回転可能に支持し、外輪を圧電アクチュエータにより軸方向に押圧することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてハウジングの内周面に嵌合させ、ナットを挿入してナットと同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【００９４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの内輪の内周面をナットの外周面に嵌合させ、それぞれの内輪の軸方向の移動を内輪係止部とロックナットにより挟みつけてナットに固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の外輪の一方の軸方向の移動を外輪係止部により移動台に固定したハウジングに拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分を移動台の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【００９５】
更に、圧電アクチュエータをアンギュラ玉軸受の非回転側である外輪を押圧するように配置したことによって、圧電アクチュエータへの配線を容易に行うことができる。
【実施例５】
【００９６】
図１０は実施例５の回転機構付軸方向微動機構を示す断面図である。
なお、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は上記実施例１の図３と同様の部位にハウジング２７を基台５に固定されて設置されている。また実施例１と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のねじ軸１１の嵌合軸２６には、背面組合せとして対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａ、２３ｂの内周面が嵌合しており、内輪２３ｂに隣接して中空部３６ａを嵌合軸２６に嵌合させた圧電アクチュエータ３６が配置されている。
【００９７】
図１０において、７１は外輪間座であり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの外輪２１ａ、２１ｂの間に配置される。
７２は外輪スペーサであり、外輪２１ａ、２１ｂと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング２７の内径面に嵌合して外輪２１ｂとカバー３９の間に配置される。
【００９８】
７３はスリップリングであり、高い剛性を有するセラミック材料や複合樹脂材料等の絶縁材料で製作された嵌合軸２６に内周面が嵌合する円筒状部材であって、その外周面には銅等の導電性を有する金属材料からなる２本の電極リング７４が設けられ、それぞれが隣接する圧電アクチュエータ３６と電気的に接続している。
７５は固定側電極であり、樹脂材料等の絶縁材料で形成した厚肉平板にカーボン等の導電性材料で形成されたバネ要素を内蔵する２つのブラシ７６を設けて構成されており、止めねじ等によりカバー３９の内周部に取付けられる。
【００９９】
ブラシ７６は、それぞれ制御装置４５のアクチュエータ駆動部４９と電気的に接続し、ねじ軸１１と共に回転する電極リング７４を押圧して静止系と回転系とを電気的に接続する。これによりアクチュエータ駆動部４９からの制御電圧がスリップリング７３を介して圧電アクチュエータ３６へ伝達される。
本実施例のアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂは、背面組合せで外輪間座７１を介して対向配置され、外輪係止部３８との間に外輪２１ａ、外輪間座７１、外輪２１ｂ、外輪スペーサ７２がカバー３９のハウジング２７への締結により締め付けられ、外輪２１ａ、２１ｂがその軸方向の移動をハウジング２７に固定される。
【０１００】
また、内輪２３ａは嵌合軸２６の外周面に嵌合してその軸方向の移動を内輪係止部２９により拘束され、拘束されない側の内輪２３ｂが規定のトルクで締め付けられるロックナット３２によりスリップリング７３および圧電アクチュエータ３６を介して押圧され、対向配置されたアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに所定の予圧が付与されると共に内輪２３ａ、２３ｂの間に軸方向間距離としての隙間４０が形成される。
【０１０１】
本実施例のねじ軸１１は実施例１と同様に他端を支持軸受１６に支持されて駆動モータ１４により回転駆動され、ハウジング２７は基台５に固定され、ボールねじ装置１３のナット１２は移動台６に固定されており、ナット１２に螺合するねじ軸１１を駆動モータ１４によりカップリング１５を介して回転させることにより本実施例の粗動機構１０が形成される。
【０１０２】
また、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂ、嵌合軸２６、内輪係止部２９、圧電アクチュエータ３６、スリップリング７３、ロックナット３２およびハウジング２７、外輪係止部３８、外輪間座７１、外輪スペーサ７２、カバー３９等を図１０に示すようにねじ軸１１の同軸上に配置することにより構成される。
【０１０３】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例の位置決め装置１には、実施例１と同様の図４に示した制御装置４５が装備されている。この場合にアクチュエータ駆動部４９は固定側電極７５のブラシ７６、スリップリング７３の電極リング７４を介して圧電アクチュエータ３６に印加する電圧を保持する機能を有している。
【０１０４】
本実施例の粗動動作は上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
粗動動作を終えた制御部４６は、実施例１と同様に、制御部４６は位置センサ１７により認識した現在位置と上記で読出した最初の目標位置との偏差を算出し、この偏差を無くすようにアクチュエータ駆動部４９により制御電圧を圧電アクチュエータ３６に印加して微動動作を行う。
【０１０５】
本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１においても実施例１と同様に圧電アクチュエータ３６の変位の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
すなわち、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は対向配置したアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの内輪２３ａを内輪係止部２９によりその軸方向の移動を拘束し、圧電アクチュエータ３６を介して内輪２３ｂを押圧して予圧を付与した状態としているので、圧電アクチュエータ３６に２Ｘの変位が生ずる電圧が印加され、例えば圧電アクチュエータ３６に２Ｘの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて内輪２３ｂを押圧し、内輪２３ｂを軸方向（図１０において左）に移動させ、内輪２３ａ、２３ｂ間の隙間４０が狭くなるように作用する。
【０１０６】
この隙間４０の変位は、ボール２５ｂと外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２４ｂとの当接面、並びにボール２５ａと外輪軌道２２ａおよび内輪軌道２４ａとの当接面を微動制御を行う前の予圧荷重に加えて押圧し、これらの間に更なる弾性変形が生じてアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがそれぞれＸずつ変位し、内輪２３ｂが軸方向に２Ｘ変位し、隙間４０が２Ｘ狭くなって圧電アクチュエータ３６の軸方向の伸びを吸収する。
【０１０７】
このように、隙間４０の変位２Ｘを対向配置されているアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂがＸずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂの互いを押圧する力がバランスしたときに、ハウジング２７の内周面に軸方向の移動を拘束されている外輪２１ａ、２１ｂが相対的に軸方向にＸ変位し、ハウジング２７が基台５に固定されているのでねじ軸１１が軸方向（図１０において右）にＸ変位する。この場合のねじ軸１１の移動は駆動モータ１４側はカップリング１５の収縮により、反対側の軸端の移動は支持軸受１６の遊びにより吸収される。
【０１０８】
これにより、ねじ軸１１に遊びがない状態で螺合しているナット１２が軸方向にＸ移動し、ナット１２が固定されている移動台６が、ハウジング２７が固定されている基台５に対して図１０において右方向にＸ移動する。つまり圧電アクチュエータ３６の変位（伸縮量）の半分の変位となる拘束されている側の外輪２１ａと内輪２３ａの変位量が移動台６の微動変位量となる。
【０１０９】
この微動動作において、制御部４６は実施例１と同様にして偏差を基にしたフィードバック制御を行い、移動台６を目標位置に停止させる。
その後の作動は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
上記のように、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１は、背面組合せのアンギュラ玉軸受２０ａ、２０ｂに付与した予圧の反力を内輪２３ａ、２３ｂ側に配置した圧電アクチュエータ３６に作用させ、常に圧縮荷重を掛けながら粗動動作と微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
【０１１０】
また、圧電アクチュエータ３６の分だけ長いハウジング２７およびねじ軸１１を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータ３６の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構４１を組立てることができる。
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１の嵌合軸２６の外周面を案内としてねじ軸１１に組込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ３６に半径方向荷重やモーメント力等が作用して早期破損等が生じることはない。
【０１１１】
更に、本実施例の回転機構付軸方向微動機構４１には実施例１と同様に剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ３６と高剛性のバネ部材との組合せにより、位置決め装置全体の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ３６を組込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができ、高速、高応答の安定した微動動作を行うことができる。
【０１１２】
更に、圧電アクチュエータ３６をねじ軸１１と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ３６の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、対向配置したアンギュラ玉軸受の内輪側に圧電アクチュエータを配置することによっても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
上記に加えて、本実施例では、圧電アクチュエータを中空としてねじ軸の外周面に嵌合させてねじ軸と同軸に配置するようにしたことによって、圧電アクチュエータの分だけ長いハウジングおよびねじ軸を用いるだけで、軸受ユニットを組立てる方法と同一の方法で組立てることができ、圧電アクチュエータを用いた回転機構付軸方向微動機構の組立を容易に行うことができる。
【０１１４】
また、対向配置した２個のアンギュラ玉軸受のそれぞれの外輪の外周面をハウジングの内周面に嵌合させ、それぞれの外輪の軸方向の移動を外輪係止部とカバーにより挟みつけてハウジングに固定すると共に、２個のアンギュラ玉軸受の内輪の一方の軸方向の移動を内輪係止部によりねじ軸に拘束し、他方を圧電アクチュエータにより軸方向に移動させるようにしたことによって、制御電圧の印加による圧電アクチュエータの変位の半分をねじ軸の変位とすることができ、圧電アクチュエータの変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
【０１１５】
なお、本実施例と同様の構成をナットの外周面に嵌合する圧電アクチュエータを用いて構成すれば、上記実施例４と同様のナットとハウジングの間に形成した回転機構付軸方向微動機構として作用させることができる。
上記実施例１から実施例４においては、対向配置した内輪の間に内輪間座を設けて予圧を付与するとして説明したが、内輪の対向側の面を内輪間座の幅の半分に相当する長さ伸長させて内輪同士を直接当接させるようにしてもよい。実施例５においては同様の外輪を設けて直接当接させるようにしてもよい。
【０１１６】
また、上記各実施例においては、内輪スペーサや外輪スペーサを設けるとして説明したが、これらを省略して内輪や外輪をロックナットやカバーにより直接締め付け、外輪や内輪に圧電アクチュエータを直接当接させるようにしてもよい。
更に、上記各実施例においては、対向配置した２つの転がり軸受装置に非通電の圧電アクチュエータを介して予め予圧を付与しておくとして説明したが、圧電アクチュエータの非通電時には予圧が発生しないように隙間を介して圧電アクチュエータと外輪または内輪を対向させておき、位置決め装置の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータに印加して対向配置した２つの転がり軸受装置に所定の予圧を発生させるようにしてもよい。このようにすれば、２つの転がり軸受装置に所定の予圧を与えるために、例えば実施例１の外輪スペーサ３７の軸方向の長さ等を予圧量に合わせて精密に調整するといった、いわゆる予圧調整が不要となり、所定の電圧の印加だけで容易に精密な予圧調整が可能となる。
【０１１７】
更に、上記各実施例においては転がり軸受装置はアンギュラ玉軸受として説明したが、転がり軸受装置はアンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受、円錐ころ軸受等の対向配置した転がり軸受装置に予圧を付与することができるものであればどのようなものであってもよい。
更に、１個の転がり軸受による転がり軸受装置を２つ対向配置するとして説明したが、複数の転がり軸受を並列組合せで配置した１組の転がり軸受装置を２つ対向配置するようにしてもよく、例えば片側に２個１組、他方に１個の転がり軸受による２つの転がり軸受装置を対向配置するようにしてもよい。例えば実施例１の図１において右側に２個１組、左側に１個の転がり軸受を対向配置すれば、圧電アクチュエータが２Ｘ伸びたとすると、ねじ軸は図１において左方向に約１．２Ｘ移動することとなる。
【０１１８】
更に、上記各実施例においては、回転機構付軸方向微動機構の転がり軸受装置を粗動機構のねじ軸を支持する軸受として用いるとして説明したが、回転を行いその回転の支持部を高速で微動させる回転および軸方向微動複合運動機構全般に利用できることはいうまでもない。
更に、上記各実施例においては、送りねじ装置はねじ軸とナットとをボールを介して螺合させるボールねじ装置であるとして説明したが、送りねじ装置は前記に限らず、ねじ軸とナットとを直接螺合させる滑りねじ装置であってもよい。
【０１１９】
更に、上記各実施例においては、フィードバック制御を微動動作のときに行うとして説明したが、粗動動作のときに位置センサにより認識した現在位置と読出した目標位置との偏差を用いてフィードバック制御を行うようにし、偏差が所定の範囲となったときに粗動動作を停止するようにしてもよい。このようにすればねじ軸のリード精度等を補正することができ、圧電アクチュエータの微動動作による補正量を小さくすることができ、必要以上に大きな伸縮量を有する圧電アクチュエータを用いる必要がなくなる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 位置決め装置
２ 直線案内機構
３ レール
４ スライダ
４ａ 移動台取付面
５ 基台
６ 移動台
１０ 粗動機構
１１ ねじ軸
１１ａ 軸軌道溝
１２、６１ ナット
１３ ボールねじ装置
１４、６７ 駆動モータ
１５、６８ カップリング
１６ 支持軸受
１７ 位置センサ
１８ スケール
２０ａ、２０ｂ アンギュラ玉軸受
２１ａ、２１ｂ 外輪
２２ａ、２２ｂ 外輪軌道
２３ａ、２３ｂ 内輪
２４ａ、２４ｂ 内輪軌道
２５ａ、２５ｂ ボール
２６ 嵌合軸
２７ ハウジング
２７ａ、２７ｂ ねじ穴
２９、６３ 内輪係止部
３０、６４ 内輪間座
３１、６５ 内輪スペーサ
３２ ロックナット
３３、６２ ねじ部
３４ カップリング取付部
３６、５０、１００ 圧電アクチュエータ
３６ａ 中空部
３７、７２ 外輪スペーサ
３８ 外輪係止部
３９ カバー
４０ 隙間
４１ 回転機構付軸方向微動機構
４５ 制御装置
４６ 制御部
４７ 記憶部
４８ モータ駆動部
４９ アクチュエータ駆動部
５１ ピストン
５２ 収納穴
５３ 逃げ穴
５４ 凹穴
５７ 押えプラブ
６９ 固定部
７１ 外輪間座
７３ スリップリング
７４ 電極リング
７５ 固定側電極
７６ ブラシ
１０１ 出力軸
１０２ バネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、該転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記２つの内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記ハウジングに軸方向に拘束し、前記外輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの外輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項２】
対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記２つの外輪を前記ハウジングに軸方向に固定し、前記内輪の一方を前記軸に軸方向に拘束し、前記内輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの内輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータを非通電とした状態で、予め付与しておくことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータに所定の電圧を印加して発生させることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータを、前記転がり軸受装置の非回転側に配置したことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、積層型であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中空であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中実であり、前記転がり軸受装置の略軸芯に配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、正面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、背面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項において、
前記転がり軸受装置の回転が停止しているときに、前記圧電アクチュエータへ通電して前記微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１２】
軸方向に相対移動可能に構成された基台および移動台と、
前記基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動台に固定されたナットとを有し、前記ねじ軸の回転により前記移動台を前記基台に対して軸方向に移動させる粗動機構と、
前記軸をねじ軸とした、請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の回転機構付軸方向微動機構と、を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記基台と前記移動台との相対移動量を示す出力信号を出力する位置センサを有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記粗動機構の粗動動作を停止した後に、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして前記圧電アクチュエータによる前記微動動作を行うことを特徴とする位置決め装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記制御装置が、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして粗動動作を行い、前記偏差が所定の範囲となったときに前記粗動動作を停止させることを特徴とする位置決め装置。
【請求項１６】
請求項１２ないし請求項１５のいずれか一項において、
前記粗動機構のねじ軸を、ステッピングモータにより駆動することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１】
対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、該転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記２つの内輪を前記軸に軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記ハウジングに軸方向に拘束し、前記外輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの外輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項２】
対向配置して所定の予圧を付与した２つの転がり軸受装置と、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪の内周面が嵌合する外周面を有する軸と、外部から印加された電圧に応じて軸方向に伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記軸の一端に配置された回転機構付軸方向微動機構において、
前記２つの外輪を前記ハウジングに軸方向に固定し、前記内輪の一方を前記軸に軸方向に拘束し、前記内輪の他方の側に前記圧電アクチュエータを配置し、
前記圧電アクチュエータの伸縮により前記２つの内輪間の軸方向間距離を変化させて前記所定の予圧を変化させ、前記軸方向間距離の変位量の半分が、前記軸と前記ハウジングの相対移動量となる微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータを非通電とした状態で、予め付与しておくことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記所定の予圧を、前記圧電アクチュエータに所定の電圧を印加して発生させることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータを、前記転がり軸受装置の非回転側に配置したことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、積層型であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中空であることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記圧電アクチュエータが、中実であり、前記転がり軸受装置の略軸芯に配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、正面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記対向配置した転がり軸受装置が、背面組合せとして配置されていることを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項において、
前記転がり軸受装置の回転が停止しているときに、前記圧電アクチュエータへ通電して前記微動動作を行うことを特徴とする回転機構付軸方向微動機構。
【請求項１２】
軸方向に相対移動可能に構成された基台および移動台と、
前記基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動台に固定されたナットとを有し、前記ねじ軸の回転により前記移動台を前記基台に対して軸方向に移動させる粗動機構と、
前記軸をねじ軸とした、請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の回転機構付軸方向微動機構と、を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記基台と前記移動台との相対移動量を示す出力信号を出力する位置センサを有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記粗動機構の粗動動作を停止した後に、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして前記圧電アクチュエータによる前記微動動作を行うことを特徴とする位置決め装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記制御装置が、前記位置センサにより認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして粗動動作を行い、前記偏差が所定の範囲となったときに前記粗動動作を停止させることを特徴とする位置決め装置。
【請求項１６】
請求項１２ないし請求項１５のいずれか一項において、
前記粗動機構のねじ軸を、ステッピングモータにより駆動することを特徴とする位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４７６６６（Ｐ２０１２−１４７６６６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４７４００（Ｐ２０１２−４７４００）
【出願日】平成２４年３月２日（２０１２．３．２）
【分割の表示】特願２００５−２６０９（Ｐ２００５−２６０９）の分割
【原出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２日（２０１２．３．２）
【分割の表示】特願２００５−２６０９（Ｐ２００５−２６０９）の分割
【原出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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