(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を種々の方向に送るための送り装置であって、
ベース部と、
前記ベース部に取付けられ、移動体を支持する第１の方向に変位する第１のアクチュエータと、
前記ベース部に取付けられ、前記第１の方向と交差する第２と第３の方向にそれぞれ変位する第２と第３のアクチュエータと、
前記第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され、前記移動体を支持するための支持部材と、
を各々が有する第１と第２と第３と第４の支持ブロックを含み、
前記第１と第２の支持ブロックは、各々の前記支持部材が前記移動体の上下面を挾持して対向するように配置され、
前記第１と第３の支持ブロックは隣合う位置に配置され、
前記第３と第４の支持ブロックは、各々の前記支持部材が前記移動体の上下面を挾持して対向するように配置され、
前記第１と第２と第３と第４の支持ブロックをそれぞれ有する第１と第２と第３の駆動ユニットと、
前記第１と第２と第３の駆動ユニット内にそれぞれ設けられた前記第１と第２と第３のアクチュエータの動作を制御するための制御部と、
を備え、
前記第１と第２の駆動ユニットは前記移動体を介在して対向する位置に配置され、前記第３の駆動ユニットは前記第１の駆動ユニットと隣合いかつ前記移動体を介在して前記第２の駆動ユニットと対向する位置に配置される、送り装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記移動体を支持する支持面を有する、請求項１に記載の送り装置。
【請求項３】
移動体を上下からクランプする第１と第２のクランプ面を有する第１と第２の支持ブロックと、前記移動体を上下からクランプする第３と第４のクランプ面を有する第３と第４の支持ブロックとを含む駆動ユニットを備え、前記第１から第４の支持ブロックは、それぞれ、前記移動体を支持する第１の方向に変位する第１のアクチュエータと、前記第１の方向と交差する第２と第３の方向にそれぞれ変位する第２と第３のアクチュエータと、クランプ面を有し前記第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され前記移動体を支持する支持部材とを有する送り装置の動作制御方法であって、
前記第１と第２のクランプ面での前記移動体のクランプを解除した状態で、前記第３と第４のクランプ面で前記移動体をクランプし、該第３と第４のクランプ面で前記移動体をクランプした状態で前記移動体を移動させるステップと、
前記第３と第４のクランプ面でクランプした状態で前記移動体を移動させ、前記第３と第４のクランプ面の移動可能距離よりも短い第１距離だけ前記移動体が移動した段階で、前記第１と第２のクランプ面で前記移動体をクランプするステップと、
前記第１と第２のクランプ面による前記移動体のクランプが完了した後に、該第１と第２のクランプ面でクランプした状態で前記移動体を移動させ、前記第１距離よりも長く前記第３と第４のクランプ面の移動可能距離よりも短い第２距離だけ前記移動体が移動した段階で、前記第３と第４のクランプ面での前記移動体のクランプを解除するステップと、
前記第１と第２のクランプ面でクランプした状態で前記移動体を移動させ、前記第１と第２のクランプ面による前記移動体のクランプが完了した後に前記第１と第２のクランプ面の移動可能距離よりも短い第３距離だけ前記移動体が移動した段階で、前記第３と第４のクランプ面で前記移動体をクランプするステップと、
前記第３と第４のクランプ面での前記移動体のクランプが完了した後に、該第３と第４のクランプ面で前記移動体をクランプした状態で前記移動体を移動させ、前記第３距離より大きく前記第１と第２のクランプ面の移動可能距離よりも短い第４距離だけ前記移動体が移動した段階で、前記第１と第２のクランプ面での前記移動体のクランプを解除するステップと、
を備えた、送り装置の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、移動テーブルなどの移動体を任意の方向に自由に移動させるための送り装置およびその動作制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧電素子を利用した送り装置として、種々のものが開発されている。このような圧電素子を利用した送り装置の一例として、インチワーム方式の圧電式リニアアクチュエータを挙げることができる。しかし、このインチワーム方式の圧電式リニアアクチュエータには、間欠的にしか移動体を移動させることができないという問題があった。
【０００３】
そこで、近年、移動体を滑らかに連続移動させることが可能となる送り装置が開発された。このような送り装置の一例が、特開平４−３７２３２４などに開示されている。以下、この特開平４−３７２３２４に開示された送り装置について説明する。
【０００４】
図１１は、上記の送り装置の平面概略図である。図１２は、図１１に示される送り装置の側面図である。図１３は、図１１に示される１つの支持ブロックの部分断面斜視図である。
【０００５】
まず図１１を参照して、送り装置は、基台２０上に配設された複数組の支持ブロック２１〜２６と、制御回路４７とを備える。移動体２８は、各組の支持ブロック２１〜２６に設けられた挾持部材２１ａ〜２６ａによって保持される。各支持ブロック２１〜２６には、弾性変形部材２７が設けられる。各挾持部材２１ａ〜２６ａは、この弾性変形部材２７によって前後左右に変位可能に支持されている。
【０００６】
また、支持ブロック２１〜２６には、移動体２８をクランプするためのクランプ用圧電素子２９〜３４と、移動体２８を移動方向（Ｘ１方向）に移動させるための移動用圧電素子３５〜４０が設けられている。各支持ブロック２１〜２６内の各クランプ用圧電素子２９〜３４および移動用圧電素子３５〜４０は弾性変形部材２７に接続される。
【０００７】
上記のクランプ用圧電素子２９，３１，３３は、それぞれクランプ電圧発生回路４１，４２，４３に接続される。また、移動用圧電素子３５，３７，３９には、移動電圧発生回路４４，４５，４６がそれぞれ接続される。この移動電圧発生回路４４，４５，４６と、クランプ電圧発生回路４１，４２，４３とは、制御回路４７に接続される。制御回路４７にはメモリ４８が接続される。なお、クランプ用圧電素子３０，３２，３４および移動用圧電素子３６，３８，４０も上記の場合と同様に制御回路４７に接続される。
【０００８】
上記の移動体２８を移動方向（Ｘ１方向）に移動させるには、まず、制御回路４７およびメモリ４８によって、クランプ電圧発生回路４１，４２，４３を通じて、クランプ用圧電素子２９，３１，３３に、所定のタイミングでクランプ電圧４ａ〜４３ａを印加する。このとき、支持ブロック２２，２４，２６におけるクランプ用圧電素子３０，３２，３４の動作も同様に制御する。それにより、所定の支持ブロックによって移動体２８をクランプする。
【０００９】
次に、制御回路４７およびメモリ４８によって、移動電圧発生回路４４〜４６を通じて、所定の移動用圧電素子に移動電圧４４ａ〜４６ａを所定のタイミングで印加する。このとき、移動用圧電素子３６，３８，４０の動作も同様に制御する。それにより、クランプ状態にある挾持部材を、移動体２８の移動方向（Ｘ１方向）に変位させる。以上のような制御を所定のタイミングで行なうことによって、移動体２８を滑らかにかつ連続的に所定の方向に移動させることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の送り装置にも次に説明するような問題点があった。その問題点について図１２および図１３を用いて説明する。
【００１１】
図１２および図１３に示されるように、従来の送り装置においては、挾持部材２１ａ，２２ａが、移動体２８の両側面に係合されていた。これは、挾持部材２１ａ，２２ａに、移動体２８を所定の方向に移動させる際の案内面の役割をも果たさせるためであった。そのため、移動体２８は、案内面となる挾持部材２１ａ，２２ａと移動体２８の側面との接触面に沿って、図１１に示される移動方向（Ｘ１方向）にしか移動することができなかった。すなわち、移動体２８は、一方向にしか移動することができなかった。そのため、たとえば１つの平面内において任意の方向に移動体２８を移動させようとした場合には、３つの送り装置を組合わせる必要がある。その場合には、装置が大きく複雑になり、剛性も低くなるといった問題点が考えられる。
【００１２】
この発明は上記の問題点に鑑みなされたものである。この発明の目的は、装置を大きく複雑にすることなく、剛性が得られかつ移動体を種々の方向に滑らかに長ストロークにわたって移動させることが可能となる送り装置およびその動作制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に従う送り装置に組込まれる支持ブロックは、ベース部と、第１，第２および第３のアクチュエータと、支持部材とを備える。第１のアクチュエータは、移動体を支持する第１の方向に変位するようにベース部に取付けられる。第２のアクチュエータは、第１の方向と交差する第２の方向に変位するようにベース部に取付けられる。第３のアクチュエータは、第１および第２の方向と交差する第３の方向に変位するようにベース部に取付けられる。支持部材は、第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され、移動体を支持する。
【００１４】
この発明に従う送り装置に組込まれる駆動ユニットは、第１と第２と第３と第４の支持ブロックを備える。この第１と第２の第３と第４の支持ブロックは、各々、ベース部と、第１と第２と第３のアクチュエータと、支持部材とを有する。第１のアクチュエータは移動体を支持する第１の方向に変位するようにベース部に取付けられる。第２と第３のアクチュエータは、第１の方向と交差する第２と第３の方向にそれぞれ変位するようにベース部に取付けられる。支持部材は、第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され、移動体を支持する。そして、第１と第２の支持ブロックは、各々の支持部材が移動体の上下面を挾持して対向するように配置される。第１と第３の支持ブロックは隣合う位置に近接して配置される。第３と第４の支持ブロックは、各々の支持部材が移動体の上下面を挾持して対向するように配置される。
【００１５】
この発明に従う送り装置は、第１と第２と第３の駆動ユニットと、制御部とを備える。第１と第２と第３の駆動ユニットは、それぞれ第１と第２と第３と第４の４つの支持ブロックを有する。第１と第２と第３と第４の支持ブロックは、それぞれ、ベース部と、第１と第２と第３のアクチュエータと、支持部材とを備える。第１のアクチュエータは移動体を支持する第１の方向に変位するようにベース部に取付けられ、第２と第３のアクチュエータは、第１の方向と交差する第２と第３の方向にそれぞれ変位するようにベース部に取付けられる。支持部材は、第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され、移動体を支持する。そして、第１と第２の支持ブロックは、各々の支持部材が移動体の上下面を挾持して対向するように配置される。第１と第３の支持ブロックは隣合う位置に配置される。第３と第４の支持ブロックは、各々の支持部材が移動体の上下面を挾持して対向するように配置される。
【００１６】
以上のように構成を有する第１と第２と第３の駆動ユニットが、下記のように配置される。すなわち、第１と第２の駆動ユニットが移動体を介在して対向する位置に配置され、第３の駆動ユニットが第１の駆動ユニットと隣合いかつ移動体を介在して第２の駆動ユニットと対向する位置に配置される。
この発明に係る送り装置の動作制御方法は、移動体を上下からクランプする第１と第２のクランプ面を有する第１と第２の支持ブロックと、移動体を上下からクランプする第３と第４のクランプ面を有する第３と第４の支持ブロックとを含む駆動ユニットを備え、第１から第４の支持ブロックは、それぞれ、移動体を支持する第１の方向に変位する第１のアクチュエータと、第１の方向と交差する第２と第３の方向にそれぞれ変位する第２と第３のアクチュエータと、クランプ面を有し第１と第２と第３のアクチュエータによって保持され移動体を支持する支持部材とを有する送り装置の動作制御方法であり、下記の各ステップを備える。第１と第２のクランプ面での移動体のクランプを解除した状態で、第３と第４のクランプ面で移動体をクランプし、該第３と第４のクランプ面で移動体をクランプした状態で移動体を移動させる。第３と第４のクランプ面でクランプした状態で移動体を移動させ、第３と第４のクランプ面の移動可能距離よりも短い第１距離だけ移動体が移動した段階で、第１と第２のクランプ面で移動体をクランプする。第１と第２のクランプ面による移動体のクランプが完了した後に、該第１と第２のクランプ面でクランプした状態で移動体を移動させ、第１距離よりも長く第３と第４のクランプ面の移動可能距離よりも短い第２距離だけ移動体が移動した段階で、第３と第４のクランプ面での移動体のクランプを解除する。第１と第２のクランプ面でクランプした状態で移動体を移動させ、第１と第２のクランプ面による移動体のクランプが完了した後に第１と第２のクランプ面の移動可能距離よりも短い第３距離だけ移動体が移動した段階で、第３と第４のクランプ面で移動体をクランプする。第３と第４のクランプ面での移動体のクランプが完了した後に、該第３と第４のクランプ面で移動体をクランプした状態で移動体を移動させ、第３距離より大きく第１と第２のクランプ面の移動可能距離よりも短い第４距離だけ移動体が移動した段階で、第１と第２のクランプ面での移動体のクランプを解除する。
【００１７】
【作用】
この発明に従う送り装置に組込まれる支持ブロックによれば、第１のアクチュエータを所定方向に変位させることによって支持部材を移動体の表面に当接させる。それにより、支持部材によって移動体を支持する。この状態で、第２と第３のアクチュエータを適宜伸縮させることによって、第２と第３の方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に移動体を移動させることが可能となる。
【００１８】
この発明に従う送り装置に組込まれる駆動ユニットは、第１と第２と第３と第４の４つの支持ブロックによって構成される。そして、移動体を介在して上下に配置された第１と第２の支持ブロックの第１のアクチュエータを各々第１の方向に変位させることによって、移動体の上下面に第１と第２の支持ブロックの支持部材を接触させる。それにより、移動体はクランプされる。この状態で、第１と第２の支持ブロック内の第２と第３のアクチュエータを適宜変位させる。それにより、第２と第３のアクチュエータが変位する第２と第３の方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に移動体を移動させることが可能となる。そして、第１と第２の支持ブロックの第２と第３のアクチュエータによって、移動体を所定量移動させた後に、第３と第４の支持ブロックに設けられた第１のアクチュエータを各々第１の方向に変位させる。それにより、上記の場合と同様に、第３と第４の支持ブロックに設けられた第１のアクチュエータによって、移動体はクランプされる。そして、第３と第４の支持ブロック内の第２と第３のアクチュエータに上記の第１と第２の支持ブロックの場合と同様の動作を行なわせる。それにより、第２と第３のアクチュエータが変位する第２と第３の方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に移動体を連続的にかつ滑らかに移動させることが可能となる。
【００１９】
この発明に従う送り装置によれば、第１と第２の駆動ユニットが移動体を介在して対向する位置に配置され、第３の駆動ユニットが第１の駆動ユニットと隣合いかつ移動体を介在して第２の駆動ユニットと対向する位置に配置される。それにより、第１と第２と第３の３つの駆動ユニットの支持部材によって、移動体が３点支持されることになる。それにより、従来例のように支持部材を移動体に係合させることなく、駆動ユニットの支持部材によって移動体を安定して保持することが可能となる。この状態で、制御部によって、第１，第２および第３の駆動ユニット内に設けられた第１，第２および第３のアクチュエータの動作を適宜制御する。それにより、３つの駆動ユニットによって移動体を安定に保持した状態で、第２と第３の方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に移動体を安定して移動させることが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明に従う実施例について、図１〜図１４を用いて説明する。
【００２１】
（第１実施例）
まず、図１〜図９を用いて、この発明に従う第１の実施例における送り装置について説明する。図１は、この発明に従う第１の実施例における送り装置の一部を構成する支持ブロック１を示す斜視図である。図１を参照して、支持ブロック１は、ベース部２と、クランプ用圧電素子３ａと、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃと、挾持部材５とを備える。
【００２２】
ベース２には所定位置に凹部４が設けられ、この凹部４内に、クランプ用圧電素子３ａと第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃとが取付けられる。このクランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの一方端は、上記の凹部４の一部表面に接着される。そして、クランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの他方端には、移動体を挾持するための挾持部材５が取付けられる。
【００２３】
上記のクランプ用圧電素子３ａは、移動体を挾持する方向に変位し得るように上記のベース部２に取付けられる。また、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃは、この場合であれば、クランプ用圧電素子３ａが変位する方向と直交する方向に変位し得るようにベース部２に取付けられる。
【００２４】
このクランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの材質としては、ＰＺＴ系の強誘電体セラミックス，チタン酸バリウム，ニオブ酸リチウム，ロッシェル塩，水晶などの大きな圧電効果を示す材料を挙げることができる。また、圧電素子でなくても、たとえば超磁歪素子のように変形量を容易に制御できるアクチュエータであればよい。
【００２５】
上記のクランプ用圧電素子３ａと、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃとによって上記の挾持部材５は保持される。そのため、挾持部材５の位置は、クランプ用圧電素子３ａと、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃとの変位量によって適宜決定される。
【００２６】
この挾持部材５の表面には、移動体をクランプするためのクランプ面６が設けられる。このクランプ面６は、図１に示される態様においては、平坦であり、このクランプ面６によって移動体が支持されることになる。つまり、このクランプ面６が、移動体を移動させる際の案内面の役割をも果たすことになる。なお、クランプ面６は球面であってもよい。
【００２７】
このクランプ面６の面積は、移動体を安定してクランプできるだけの大きさであれば小さいものであってもよい。そして、このクランプ面６によって移動体をクランプした状態で移動体が所望の方向に移動されるので、クランプ面６と移動体との間にすべりはなく、従って摩擦は全く存在しない。すなわち、挾持部材５と移動体との間の摩擦を完全になくすことが可能となる。それにより、移動体の位置決め精度を向上させ、位置決め分解能を極めて高くすることが可能となる。
【００２８】
また、クランプ用圧電素子３ａを移動体をクランプするクランプ方向に変位させることによってクランプ面６によって移動体を支持し、その状態で第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃを適宜変位させる。それにより、この第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃがそれぞれ変位する方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に移動体を移動させることが可能となる。
【００２９】
次に、上述の支持ブロック１を用いて、移動体の一例である移動テーブル９を移動させる場合について以下に説明する。図２は、上記の支持ブロックを所定個数組合わせることによって構成される、移動体を駆動するための駆動ユニット７を示す側面図である。
【００３０】
図２を参照して、駆動ユニット７は、基台８上に設置された４つの支持ブロック１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによって構成される。より詳しくは、駆動ユニット７は、移動テーブル９の上下面を挟むように配置された２組の支持ブロック対（支持ブロック対１ａ，１ｂと支持ブロック対１ｃ，１ｄ）により構成される。
【００３１】
この２組の支持ブロック対の互いに対向するクランプ面６によって、移動テーブル９は交互にクランプされることになる。そして、このようにしてクランプ面６によって交互に移動テーブル９をクランプし、クランプ状態にあるクランプ面６を有する挾持部材５に接続された第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃを適宜伸縮させる。それにより、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃが変位する方向の２つのベクトルよって規定される平面に沿う種々の方向に移動テーブル９を連続的かつ滑らかに移動させることが可能となる。
【００３２】
次に、図３を用いて、前述の駆動ユニット７が組込まれる本発明に従う送り装置の全体構成について説明する。図３は、この発明に従う送り装置の概略構成を示す平面図である。
【００３３】
図３を参照して、本発明に従う送り装置は、典型的には、３つの駆動ユニット７ａ，７ｂ，７ｃと、制御部１３とを備える。駆動ユニット７ａ〜７ｃは、上述の駆動ユニット７と同様の構成を有しており、駆動ユニット７ａと駆動ユニット７ｃとが移動テーブル９を介在して対向し、駆動ユニット７ｂは駆動ユニット７ａと隣合いかつ駆動ユニット７ｃと移動テーブル９を介在して対向する位置に配置される。
【００３４】
このように駆動ユニット７ａ〜７ｃを配置することによって、駆動ユニット７ａ〜７ｃ内の対向する少なくとも３組のクランプ面６によって、移動テーブル９が三点支持される。それにより、駆動ユニット７ａ〜７ｃの上記のクランプ面６によって、移動テーブル９を安定して保持することが可能となる。
【００３５】
それにより、結果として上記のクランプ面６が案内面としての機能をも有することとなる。その結果、従来例のように、移動テーブル９の側面に係合するように挾持部材を設け、案内面としての機能を付加する必要がなくなる。
【００３６】
それにより、移動テーブル９を、各駆動ユニット７ａ〜７ｃを構成する支持ブロック１ａ〜１ｄに含まれる第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃがそれぞれ変位する方向の２つのベクトルによって規定される平面に沿う種々の方向に連続して滑らかにかつ安定して移動させることが可能となる。
【００３７】
上記の制御部１３は、コンピュータ１０と、Ｄ／Ａ変換器１１と、電力増幅器１２とを備える。この制御部１３によって、クランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの動作が制御される。より具体的には、コンピュータ１０内で、クランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃに印加される電圧値が、移動テーブル９の移動指令値に従って計算される。そして、この電圧が、Ｄ／Ａ変換器１１および電力増幅器１２を介して上記の各圧電素子に印加される。それにより、移動テーブル９を所望の方向に移動させることが可能となる。
【００３８】
図４（ａ）〜（ｃ）は、各駆動ユニット７ａ〜７ｃの動作制御を行なうことによって、移動テーブル９をＸ方向，Ｙ方向，θ方向（回転方向）に移動させている様子を示す模式図である。図４を参照して、駆動ユニット７ａ〜７ｃ内の所定のクランプ面６によって移動テーブル９をクランプした状態で、第１の送り用圧電素子３ｂあるいは第２の送り用圧電素子３ｃを、図中の矢印に従う方向に所定量変位させる。これらの動きを組合わせることによって、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、Ｘ，Ｙ方向を含む平面内で任意の方向に自由に移動テーブル９を移動させることが可能となる。
【００３９】
次に、図２，図３，図５を用いて、本発明に従う送り装置の動作原理についてより詳しく説明する。なお、図３に示される３つの駆動ユニット７ａ〜７ｃの動作原理は基本的に同様であるので、説明の便宜上、その中の１つの駆動ユニットに着目してその動作について説明することとする。図５は、駆動ユニット７内の２組の支持ブロック対（支持ブロック対１ａ，１ｂ、支持ブロック対１ｃ，１ｄ）に設けられるクランプ用圧電素子３ａの変位量（伸び量）ｃA ，ｃB と、第１と第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの変位量（移動量）の絶対値のうち大きい方の値ｄA ，ｄB との関係を示す図である。
【００４０】
まず図５を参照して、横軸の位相ψは、縦軸の４つの変位量の関係を決定するためのパラメータであり、０≦ψ＜πの間は図のようにｄA に比例し、π≦ψ＜２πの間はｄB に比例する。このように、位相ψを定義し、４つの変位量の関係を決定することによって、移動テーブル９に対する移動指令速度が速い程位相も速く進み、また２組の支持ブロック対による交互の動作が保証される。したがって、任意のＸＹの二方向の移動指令値に対して連続的かつリアルタイムで移動テーブル９を移動させることが可能となる。なお、ここで、クランプ用圧電素子３ａについては、最も縮んだ状態をＣA ，ＣB ＝０とし、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃについては、伸縮しない状態から同じストロークだけ伸縮することができるものとする。
【００４１】
図２および図５を参照して、まず位相０においては、支持ブロック１ａ，１ｂのクランプ用圧電素子３ａの伸び量ｃA は０である。すなわち、移動テーブル９は、支持ブロック１ａ，１ｂの挾持部材５によってはクランプされていない状態である。このとき、支持ブロック１ａ，１ｂの挾持部材５の送り方向の移動量ｄA も０となっている。この状態を、挾持部材５が原点に位置しているものとする。つまり、第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃの変位量がともに０である場合の挾持部材５の位置を原点とする。
【００４２】
一方、この時点において、支持ブロック１ｃ，１ｄのクランプ用圧電素子３ａは、図５に示されるように、所定量だけ変位している。それにより、支持ブロック１ｃ，１ｄのクランプ用圧電素子３ａによって移動テーブル９はクランプされた状態となる。この状態で支持ブロック１ｃ，１ｄの第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃを適宜変位させることによって移動テーブル９を移動させる。この場合であれば、支持ブロック１ｃ，１ｄの挾持部材５の送り方向の移動量ｄB は、上記の原点から第１あるいは第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃのストロークの１．７分の１だけ変位した状態となっている。
【００４３】
位相０から０．７πまでの間では、支持ブロック１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの挾持部材５には、送り方向に移動テーブル９に対する指令値どおりの移動量が与えられる。また、クランプ方向には、支持ブロック１ａ，１ｂのクランプ用圧電素子３ａがクランプ方向に変位することによってクランプ状態に移行し、このクランプ動作が完了した後に、支持ブロック１ｃ，１ｄのクランプ用圧電素子３ａがクランプを解除する方向に変位し始める。このとき、支持ブロック１ａ，１ｂのクランプ用圧電素子３ａによって移動テーブル９が完全にクランプされた後に、支持ブロック１ｃ，１ｄの挾持部材５がクランプを解除し始めるので、移動テーブル９をその間も連続して滑らかに移動させることが可能となる。また、支持ブロック１ａ，１ｂの挾持部材５の移動量に従って、支持ブロック１ｃ，１ｄの挾持部材５は、図５における斜線で示した領域内の移動量を有することとなる。これは、２組の支持ブロック対において原点の位置が違うため、挾持部材５が同じ運動をしても、ｄA ，ｄB の値が異なることがあるためである。
【００４４】
位相が０．７πからπまでの間では、支持ブロック１ｃ，１ｄによる移動テーブル９のクランプが完全に解除される。そして、この期間内に、移動量ｄB を０に戻す。なお、この期間内においては、移動テーブル９は、支持ブロック１ａ，１ｂによって指令どおりに移動される。
【００４５】
位相πから１．７πまでの間では、支持ブロック１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの挾持部材５には、指令値どおりの移動量ｄA ，ｄB が適宜与えられる。また、クランプ方向には移動量ｄB の値に応じて、支持ブロック１ｃ，１ｄのクランプ用圧電素子３ａに伸び量ｃB が与えられる。そして、伸び量ｃB が所定量に達した後に、支持ブロック１ａ，１ｂのクランプ用圧電素子３ａに伸び量ｃA が与えられる。その結果、支持ブロック１ｃ，１ｄの挾持部材５による移動テーブル９のクランプが完了した後に、支持ブロック１ａ，１ｂの挾持部材５による移動テーブル９のクランプが解除される。
【００４６】
位相１．７πから２πまでの間では、支持ブロック１ａ，１ｂの挾持部材５による移動テーブル９のクランプが完全に解除される。そして、この期間内に移動量ｄA を０に戻す。この間も移動テーブル９は支持ブロック１ｃ，１ｄによって指令どおりに移動される。
【００４７】
すなわち、本手法では、送り方向の移動を送り運動（０≦ψ＜１．７πのｄA ，π≦ψ＜２．７πのｄB ）と戻り運動（１．７π≦ψ＜２πのｄA ，０．７π≦ψ＜πのｄB ）に分けて考えれば、送り用圧電素子の送り運動は移動テーブル９に対する移動指令どおりに決定され、その戻り運動とクランプ用圧電素子のすべての運動は位相、言換えればとちらかの送り用圧電素子の送り運動によって決定される。
【００４８】
以上のような動作を各駆動ユニット７ａ〜７ｃに行なわせる。そして、この駆動ユニット７ａ〜７ｃの挾持部材５にそれぞれ図４に示される矢印に従う変位量を適宜組合わせて与えることによって、移動テーブル９を図４に示されるＸＹθの３軸方向に、自由にかつ連続的に移動させることが可能となる。この移動テーブル９に治具やワークなどを載置することによって、ＸＹθの３軸方向への治具やワークなどの精密送りが可能となる。
【００４９】
次に、媒介変数である位相ψを消去し、図６および図７を用いて、より具体的に、上記の支持ブロック１ａ〜１ｄの駆動方法について説明する。図６は、移動テーブル９を上下から支持する２組のクランプ面６の移動可能な領域を模式的に示す図である。図７は、上記の伸び量ｃA ，ｃB と、上記の移動量ｄA ，ｄB との関係を示す図である。
【００５０】
まず図６を参照して、支持ブロック１ａ，１ｂのクランプ面６は、正方形（正方形の領域）ＳA5の内部で自由に移動できるものとする。また、支持ブロック１ｃ，１ｄのクランプ面６は、正方形ＳB5内で自由に移動できるものとする。なお、以下、説明の便宜上、上記の支持ブロック対１ａ，１ｂを駆動ブロックＡと称し、上記の支持ブロック対１ｃ，１ｄを駆動ブロックＢと称するものとする。
【００５１】
次に、図２と図６と図７とを用いて、駆動ユニット７ａ〜７ｃの動作について具体的に説明する。図２と図６と図７（ａ）とを参照して、まず、駆動ブロックＢのクランプ面６によって移動テーブル９の上下面をクランプした状態を初期状態とする。このとき、駆動ブロックＢのクランプ面６は正方形ＳB4上に位置する。また、駆動ブロックＡのクランプ面６は原点ＯA に位置し、クランプを解除した状態にある。この初期状態から駆動ブロックＡのクランプ面６が正方形ＳA4上に達するまでの間、ＣA ，ＣB のクランプ動作とｄB の戻り動作は図７（ａ）のようにｄA の値を基準にして決定される。上記の初期状態から、駆動ブロックＡのクランプ面６は、移動テーブル９の上下面をクランプし始める。駆動ブロックＡのクランプ面６は、正方形ＳA1内で移動テーブル９の上下面をクランプし、この状態で駆動ブロックＡのクランプ面６を正方形ＳA4上に達するまで移動テーブル９に対する移動指令に従って移動させる。
【００５２】
図６および図７（ａ）に示されるように、駆動ブロックＡのクランプ面６が、正方形ＳA1と正方形ＳA2の間に位置するときには、駆動ブロックＡ，Ｂの双方によって移動テーブル９をクランプし駆動を行なう。また、正方形ＳA2から正方形ＳA3の間に駆動ブロックＢのクランプ面６は、移動テーブル９のクランプを解除し、正方形ＳA3から正方形ＳA4の間に、駆動ブロックＢのクランプ面６を、移動可能な領域内の原点ＯB に戻す。
【００５３】
なお、０≦ｄA ＜ｄ3 の間、駆動ブロックＡ，Ｂは移動テーブル９に対する移動指令に従って同じ動作をするにもかかわらず、図７（ａ）に示すように斜線の範囲内で不定となる。これは、たとえば、図６において初期状態から点線の矢印のようにＸの負の方向の移動テーブル９を移動させた場合を考えると、ｄA は０からｄ3 まで増加するがｄB はｄ4 のままで変わらないといった場合があり得るからである。この場合には、この後点線の矢印のように戻り動作を行なわせることになる。
【００５４】
そして、駆動ブロックＡのクランプ面６が正方形ＳA4上に達した瞬間に、各変位量の間の関係を決定するための基準はｄA からｄB に移り、この瞬間からそれらの関係は図７（ｂ）に基づいて決定される。
【００５５】
すなわち、上記の瞬間に、駆動ブロックＡと駆動ブロックＢとは、互いの役割を交換し、駆動ブロックＢのクランプ面６は、原点ＯB から、上述の駆動ブロックＡの場合と同様のクランプ動作と送り動作とを開始する。以上のような動作が２つの駆動ブロックＡ，Ｂによって交互に繰り返される。それにより、移動テーブル９を連続的にかつ滑らかに長ストロークにわたって移動させることが可能となる。またこのとき、駆動ブロックＡ，Ｂのクランプ面６は、上述の正方形の領域ＳA5，ＳB5内で自由に任意の方向に移動することが可能であるので、ある平面に沿う種々の方向に連続的にかつ滑らかに移動テーブル９を移動させることが可能となる。
【００５６】
次に、図８および図９を用いて、上述の構成を有する本発明に従う第１の実施例における送り装置を用いて、移動テーブル９に等速度で円運動を行なわせる場合について説明する。図８は、移動テーブル９に円運動を行なわせる際の、上記の駆動ブロックＡにおけるクランプ用圧電素子３ａの変位量ｃA ，駆動ブロックＡの第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃのＸ，Ｙ方向の変位量ｄXA，ｄYA，駆動ブロックＢにおけるクランプ用圧電素子３ａの変位量ｃB ，駆動ブロックＢにおける第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃのＸ，Ｙ方向の変位量ｄXB，ｄYBと、時間ｔとの関係を示す図である。図９は、図８に示される関係に従って駆動ブロックＡ，Ｂが制御されることによって、移動テーブル９が円運動を行なった場合の移動テーブル９上のある点の軌跡を示す図である。
【００５７】
図８および図９を参照して、駆動ブロックＡと駆動ブロックＢとによる移動テーブル９のクランプが交互に行なわれ、移動テーブル９をクランプしている駆動ブロックＡあるいは駆動ブロックＢの少なくとも一方によって移動テーブル９は連続的に移動させられることになる。
【００５８】
図８に示される態様においては、まず初期状態において、駆動ブロックＢによって移動テーブル９がクランプされている。この状態が図９に示されるＳ点に対応する。そして、このように、駆動ブロックＢによって移動テーブル９がクランプされた状態で、変位量ｄXB，ｄYBに従って移動テーブル９が移動させられる。
【００５９】
その後、駆動ブロックＡによって移動テーブル９がクランプされる。移動テーブル９が駆動ブロックＡに完全にクランプされた後に、駆動ブロックＢによる移動テーブル９のクランプが解除される。その間、駆動ブロックＡによって、変位量ｄXA，ｄYAに従って移動テーブル９が所定量移動される。このとき、駆動ブロックＡ，Ｂ内の送り用圧電素子が伸縮しながら、移動テーブル９のクランプ動作、クランプ解除動作がなめらかに行なわれることになる。そのため、クランプ面６と移動テーブル９との間に摩擦は生じない。以上のような動作を交互に繰り返すことによって、図９に示されるように移動テーブル９を円運動させることが可能となる。
【００６０】
なお、図９において、点線で示された部分は駆動ブロックＡによって移動テーブル９が移動され、実線で示された部分は駆動ブロックＢによって移動テーブル９が実質的に移動される。また、×印は、移動テーブル９を実質的に移動させるための駆動ブロックＡおよびＢの役割が切換えられた時点を示している。
【００６１】
（第２実施例）
次に、図１０を用いて、この発明に従う第２の実施例について説明する。図１０は、この発明に従う第３の実施例における送り装置を示す側面図である。
【００６２】
図１０を参照して、上述の第１の実施例においては、移動テーブル９を移動させる場合について説明した。しかし、本発明に従う送り装置は、球体１４など移動テーブル９以外の移動体を移動させる場合にも適用可能である。図１０を参照して、球体１４を上下から挟むように駆動ブロックＡ（支持ブロック１ａと支持ブロック１ｂとで構成される支持ブロック対）と、駆動ブロックＢ（支持ブロック１ｃと支持ブロック１ｄとで構成される支持ブロック対）とが設けられている。このように駆動ブロックＡおよび駆動ブロックＢを配置することによって、上記の各実施例の場合と同様に、球体１４を任意の方向に回転させることが可能となる。
【００６３】
なお、図１０に示される態様は一例であり、球体１４を安定して支持しかつ回転させることができるものであれば、支持ブロックの数および位置関係は図１０に示されるもの以外のものであってもよい。たとえば、上記の駆動ブロックＡ，Ｂ（駆動ブロック対）を３組用意し、それらが互いに直交する位置関係となるように配置してもよい。それにより、球体１４を安定して支持でき、また任意の方向に球体を回転させることが可能となる。また、球体１４が内接する正四面体を仮想し、その正四面体の頂点の位置に支持ブロックを配置するものであってもよい。
【００６４】
以上様々な実施例について説明してきたが、本発明に従う送り装置は、それぞれ独立な三方向に変位するクランプ用圧電素子３ａ，第１および第２の送り用圧電素子３ｂ，３ｃを有するものであればよい。また、上記の各実施例においては、アクチュエータとして圧電素子を用いたが、変位を制御できるアクチュエータであれば圧電素子以外のものであってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、移動体を、第２の方向のベクトルと第３の方向のベクトルとで規定される平面に沿う種々の方向に移動させることが可能となる。また、本発明に従う送り装置によれば、従来の送り装置のように、滑り案内，転がり案内，静圧案内などの方法を用いる必要がない。そのため、構造が単純化できることに加えて原理上送り方向に摩擦が働かない。これは、本発明に従う送り装置においては、挾持部材によって移動体をクランプすることによってのみ安定して移動体を支持し得るようにしたので従来例のように案内面が必要とならないからである。その結果、本発明に従う送り装置の位置決め精度を極めて高いものとすることが可能となる。また、アクチュエータとして圧電素子を用いた場合には、上記の利点に加えて高分解能かつ高剛性が得られる。
【００６６】
以上のことより、この発明によれば、極めて高い位置決め分解能，高剛性を有し、かつ１つの平面に沿う種々の方向に長ストロークにわたって連続的に滑らかな運動を移動体に行なわせることが可能となる送り装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う第１の実施例における支持ブロックを示す斜視図である。
【図２】この発明に従う第１の実施例における駆動ユニットを示す側面図である。
【図３】この発明に従う第１の実施例における送り装置とその制御部を示す平面図である。
【図４】この発明に従う第１の実施例における送り装置のＸ，Ｙ，θ方向の動作を示す模式図である。
【図５】この発明に従う第１の実施例における送り装置の制御方法の一例を示す図である。
【図６】この発明に従う第１の実施例における支持ブロックのクランプ面の動作領域を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）はこの発明に従う第１の実施例における送り装置の他の制御方法を示す図である。
【図８】この発明に従う第１の実施例における送り装置によって移動テーブルに円運動を行なわせる場合の送り装置の制御方法の一例を示す図である。
【図９】図８に示されるタイミングチャートに従ってこの発明に従う第１の実施例における送り装置によって移動テーブルを駆動した際の移動テーブル上のある点の軌跡を示す図である。
【図１０】この発明に従う第３の実施例における送り装置を示す側面図である。
【図１１】従来の送り装置の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示される送り装置の側面図である。
【図１３】図１１に示される送り装置における挾持部材を部分的に拡大した部分断面斜視図である。
【符号の説明】
１  支持ブロック
２  ベース部
３ａ  クランプ用圧電素子
３ｂ  第１の送り用圧電素子
３ｃ  第２の送り用圧電素子
５  挾持部材
６  クランプ面
７，７ａ，７ｂ，７ｃ  駆動ユニット
１３  制御部
【図１】
0003909719.tif 000002
【図２】
0003909719.tif 000003
【図３】
0003909719.tif 000004
【図４】
0003909719.tif 000005
【図５】
0003909719.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003909719.tif 000008
【図８】
0003909719.tif 000009
【図９】
0003909719.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003909719.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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