高精度ピエゾモーター

製造業における高精度化の要求が、精密機械や測定工具の開発を推進している。医療分野の分析機器やマニピュレーターは進化を続け、より精密化が進んでいる。半導体産業では、シリコンウエハー上のデバイス微細化に向け、高精度機器を用いた取り組みが継続されている。最高精度が求められる現場には、往々にしてPiezo LEGS® が必要とされる。

マイクロメートル、ナノメートル、さらにはサブナノメートルの精度が求められ、従来の電気モーターでは不十分な場合、当社が解決策を提供します。当社のモーターはナノメートル単位の精度を実現し、瞬時の応答性を備え、バックラッシュの問題も発生しません。ダイレクトドライブ方式により、高精度な動作を実現するために歯車やリードスクリューが不要となります。小型サイズと推力 さらなる利点です。

当社の特許取得済みPiezo LEGS® 、お客様に新たな可能性をもたらすことが実証されています。

精度に関する注意事項

異なるモーションシステム間で仕様を比較することは、ベンダーによって同じ仕様に対して異なる用語を使用するため、面倒な作業になることがあります。これらの用語の本当の意味は何でしょうか?以下では、これを整理し、ISO 5725-1で指定されている語彙に従います。

決議

機械式ドライブシステムの分解能は、軸に出力できる最小の位置変化です。エンコーダの場合、分解能はエンコーダが検出できる最小の増分です。

正確性

ISO 5725によると、精度を表すのに真度と精度という2つの用語が使われている。これをどのように解釈するかは、下図を参照されたい。

真実性

無限に繰り返される測定の平均値と基準値(真の値または受け入れられた基準値)との間の一致の近さ。真値とは、反復測定において一定または予測可能な方法で変化する系統誤差に依存する。真正性の尺度は、しばしばバイアスで表現される。バイアスとは、検査結果の期待値と、許容される基準値との差のことである。

精密

繰り返し測定の一致度の近さ。精度の測定は、常に一定条件下で短時間に行われる。言い換えれば、精度とは、一定の条件下で測定結果がどれだけ変化するかということである。精度はランダム誤差の分布にのみ依存し、真の値または指定された値には関係しない。精度は通常、不正確さで表され、試験結果の標準偏差として計算される。標準偏差が大きいと、精度が低くなる。

繰返し精度(Repeatability)とは、繰返し可能な条件下での精度である。これは、測定条件を一定に保ちながら、すなわち、同一の試験項目に対して同一の方法を用い、同一のオペレータが同一の試験装置を用いて、短時間に独立した試験結果を得ることを意味する。

精度は下図で説明できる。真度(Trueness)と精度(Precision)の組み合わせを示し、それらが精度にどのように作用するかを示している。モーション・システムの場合、精度が高くなるため、右上にあることが理想的です。右下はキャリブレーションによって精度を向上させることができます。重要なのは高い再現性を持つことです。

高精度ピエゾモーター
高精度ピエゾモーター

真度(Trueness)と精度(Precision)の相互作用と精度への影響。

ドライブシステムの精度は、バックラッシュ、摩擦、摩耗、ヒステリシス、ドリフト、ドライブや測定システムの非線形性など、いくつかの要因に依存します。これらの要因の中には、測定対象箇所で直接測定することで対処できるものもあります。例えば、リニアステージにエンコーダを内蔵し、ステージの可動部を直接測定することができます。また、レーザー干渉計を使用して、移動する対象物を直接測定する方法もあります。

PiezoLEGSモーターを使用する際に、精度の面で得られるいくつかの利点は特筆に値します。このモーターは、ピエゾ材料と、移動させる物体に取り付けられた移動ロッドとの間の摩擦接触に依存しています。ピエゾレッグスモーターは、ピエゾ素材が常に駆動ロッドと直接接触しているため、真のダイレクトドライブを実現します。このため、機械部品に頼ることなく、モーター自体で動作部品の数を最小限に抑えることができます。従って、ピエゾ材料固有の剛性をフルに活用することができ、バックラッシュのない剛性の高い運動システム、低摩擦、低摩耗などを実現します。さらに、ピエゾモーターシステムの磨耗は微小であり、再現可能な性能で長期間安定した性能を発揮します。このようなシステムのチューニングは、システム全体が安定し予測可能であるため、しばしば容易になります。ピエゾレッグスモータの分解能はサブナノメートルレベルであるため、ピエゾレッグス駆動システムの制限部品はエンコーダであることが多い。PiezoLEGSモータはこのように、モーションシステムで高精度を達成するための手段を提供します。