圧電慣性ドライブ

Q-Motion:高分解能でコスト効率に優れた小型ポジショナー

  • 分解能1 nm (10 nrad)の一体型エンコーダがオプションで利用可能
  • 小型リニア 回転ステージ
  • 非磁性で真空に対応した動作原理
  • 静止状態ではセルフロッキングであり、発熱なし

動作原理

ピエゾ慣性ドライブは省スペースで安価なピエゾベースドライブであり、比較的高い保持力と実質的に無限のトラベルレンジを備えています。これらのドライブでは、ランナーと駆動素子間においてピエゾ素子により静止摩擦とすべり摩擦が交互に繰り返し生じるスティックスリップ効果(慣性効果)を利用して、ランナーを連続的に送ります。動作周波数を20 kHzより高くすることで、5 mm/sを上回る速度でランナーを直接駆動させることができます。

慣性ドライブ方式のベースは1つの圧電アクチュエータであり、このアクチュエータをドライブエレクトロニクスで生じた修正ノコギリ波状電圧により制御します。アクチュエータがゆっくりと伸長し 、ランナーを移動させます。ランナーは慣性のためにアクチュエータの高速収縮 に追従できないため、同じ位置に留まります。

タンゼンシャルドライブ

ランナーの側面に駆動素子を取り付けることで、ステージを非常に小さいデザインとしながら、直線運動または回転運動をさせることができます。適切なインクリメンタルエンコーダと組み合わせることで、幅20 mm超程度、高さわずか10 mmのリニアステージや回転ステージを実現できます。センサーを使用しないオープンループ操作では、サイズはさらに小さくなります。

ロッドドライブ

ロッドドライブはタンゼンシャルドライブと比べ、ピエゾセラミックアクチュエータとランナー間の結合面が大きくなっています。これにより、最大10 Nと比較的高い保持力を発揮できます。ランナーはアクチュエータの内孔を介してガイドされるため、ドライブのサイズは非常に小さいままとなっています。ロッドドライブは、幅45 mmの位置制御リニアステージであるQ-545や、N-412 OEMリニアアクチュエータなどの製品に搭載されています。

PiezoMike駆動

ダイレクトドライブとは異なり、PiezoMikeアクチュエータが伸長すると爪が回転運動します。爪は細目ねじで留められているため、この動きによりねじが回転します。ねじ山を減らすことで、>22 N超の送り力で最大>100 Nを超える高い保持力を発揮できます。


特性

ナノメートルの分解能

ランナーを移動させる低速制御フェーズ(スティックフェーズ)では、ドライブは従来のピエゾセラミックアクチュエータと同じように動作します。印加する電圧を変えることでアクチュエータを任意の位置に置くことができるため、ピエゾセラミックの特徴である高いモーション分解能が得られます。

位置を測定するインクリメンタルエンコーダと組み合わせることで、長いトラベルレンジにわたって高いポジショニング精度とモーション再現性を両立できます。

無音で省エネルギー

このドライブは、最大動作周波数である20 kHzでも音を立てずに動作します。静止状態ではセルフロックが働くため、電流は不要であり熱が生じることはありません。位置の保持は最大限の力で行います。このため、負荷サイクル値の小さいバッテリー駆動のモバイル用途に特に適しています。また、ピエゾ電圧はドライブの種類に応じて変化します。タンゼンシャルドライブの場合は48 V以下、ロッドドライブの場合は最大100 Vです。

高いコスト効率

ピエゾ慣性ドライブのベースは、コスト効率に優れた単一のアクチュエータソリューションです。制御は簡単であり、既存の電気回路への統合も可能です。

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製品

Q-521 Q‑Motion® Miniature Linear Stage

Smallest Linear Stage with Position Control, High Resolution and Affordable Price

  • Only 21 mm in width and 10 mm in height
  • Direct position measurement with integrated incremental encoder
  • Encoder resolution up to 1 nm
  • Minimum incremental motion up to 2 nm
  • Multi-axis system setups with adapter plate or bracket (available as an option)

Q-545 Q‑Motion® Precision Linear Stage

High Forces and Small Design Due to Piezo Motors

  • Only 45 mm in width
  • Drive force 7 N
  • Incremental sensors with nanometer position resolution
  • XY combinations without adapter plate possible

Q-632 Q‑Motion® Rotation Stage

Compact Through Piezo Motor: 30 mm Turntable Diameter

  • Only 32 mm in width and 8 mm in height
  • Direct position measurement with incremental encoder with 0.75 µrad resolution
  • Up to 3 µrad minimum incremental motion
  • Rotation range >360°
  • Velocity 45 °/s
Physik Instrumente (PI) PiezoMike N-470

位置決めの長期安定性があるピエゾマイクアクチュエータ

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ホワイトペーパー

Reliability of Q-Motion® Systems

Lifetime, Vacuum Applications, Wear

日付 / バージョン
WP4009
pdf - 688 KB
日付 / バージョン
WP4009
pdf - 682 KB
その他

Poster: PI Piezomotor Technology

Selection guide for the best solution

日付 / バージョン
POS14E
pdf - 1 MB