Products Home真空対応ピエゾ慣性アクチュエータ
- Vacuum-Compatible Down to 10-6 Torr
- 10 mm, 13 mm, 25 mm, or 50 mm Travel Range
- Ideal for Set-and-Hold Applications that Require
High-Resolution Relative Positioning
MPIA10VF
10 mm Travel Range,
3/16"-130 Mounting Thread
for Select Polaris Ø1/2" Mounts
Application Idea
Two MPIA10VF Piezo Inertia Actuators can be used
in place of the 3/16"-130 adjustment screws
in our POLARIS-K05 Mirror Mount.
PIAK10VF
10 mm Travel Range,
1/4"-100 Mounting Thread
for the KS1TV Mirror Mount
PIA25VF
25 mm Travel Range,
Ø3/8" Mounting Barrel
for Translation Stages
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| Table 1.1 Key Specificationsa | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Item # | MPIA10VF | PIAK10VF | PIA13VF | PIA25VF | PIA50VF |
| Travel | 10 mm | 10 mm | 13 mm | 25 mm | 50 mm |
| Step Sizeb,c | 10 - 20 nm (Typ.), ≤ 30 nm (Max) | 10 - 30 nm (Typ.), ≤ 30 nm (Max) | |||
| Step Size Adjustabilityd | Up to 30% | ||||
| Active Preload | 13 N Maxe | 30 N Maxf | 25 N Maxf | ||
| Speed (Continuous Stepping)b,c | 1.2 - 2.4 mm/min. (Typ.), ≤ 3.6 mm/min. (Max) | 1.2 - 3.6 mm/min. (Typ.), ≤ 3.6 mm/min. (Max) | |||
| Motor Type | Piezoelectric Inertia | ||||
| Primary Mounting Feature | 3/16"-130 Thread | 1/4"-100 Threadg | Ø3/8" (Ø9.525 mm) Barrelh | ||
| Vacuum Rating | 10-6 Torr | ||||
| Bakeout Temperature | 130 °C Max | ||||
| Operating Voltage | 130 V Max | 125 V Max | |||
| Required Controlleri | KIM001 or KIM101 | ||||
特長
- コンパクトなモータ
- MPIA10VF: 20.7 mm x 14.6 mm (W x H)
- PIAシリーズ: 31.5 mm x 17.0 mm (W x H)
- アジャスターネジのノブで手動調整が可能
- 10-6 Torrまでの真空圧力に対応
- キネマティックマウント用の取付けネジを有する製品、および直線移動ステージ用のØ3/8インチ(Ø9.525 mm)バレルを有する製品をご用意(詳細はTable 1.1参照)
- 高分解能での相対位置決めとその保持が求められる用途に適した製品
真空対応ピエゾ慣性アクチュエータはコンパクトな真空対応のパッケージに収められており、ピエゾ制御によりバックラッシュの無い高分解能かつ長距離の直線移動を行なうことができます。ステップサイズは、コントローラKIM001またはKIM101(どちらも下記にて別売り)を用いて最大30%(約30 nmまで)の調整が可能です。ただし、開ループであることや、ヒステリシス、使用条件などの影響で、システムのステップサイズは最大20%程度変化する可能性があり、また一般にその再現性もありません。この変動を除去するには外部フィードバックシステムが必要です。なお真空の必要がない用途には、標準のピエゾ慣性アクチュエータもご用意しています。
これらのアクチュエータは、システム静止時やピエゾ素子に電源が供給されていない時には自動的にロックされるため、ナノメートルレベルの分解能とアライメントの長期安定性が共に必要とされる用途に適しています。ピエゾアクチュエータを用いてアクティブにネジを移動させていないときは、アジャスターネジのノブを用いて手動調整が可能です。ノブは2.0 mm六角レンチでも操作できます。
多段チップ型ピエゾアクチュエータを用いたこれらのアクチュエータでは、最大移動速度として3.6 mm/minが得られます。ピエゾモータは、移動中は送りネジの先端を回転させるように設計されています(下記参照)。
取付例
アクチュエータMPIA10VFには3/16"-130ネジ付きバレルが付いており、3/16"-130アジャスターネジを使用するØ12.7 mm(Ø1/2インチ)光学素子用Polarisマウントに取り付けられます。アクチュエータPIAK10VFには1/4"-100ネジ付きバレルが付いており、ミラーマウントKS1TVなどに取り付けられます。なお、このアクチュエータは当社のPolarisミラーマウントにはご使用いただけませんのでご注意ください。詳細は下記をご覧ください。
アクチュエータPIA13VF、PIA25VFおよびPIA50VFにはØ3/8インチ(Ø9.525 mm)バレルが付いており、Ø3/8インチ(Ø9.525 mm)の取付け用クランプが付いた手動ステージに取り付けられます。
これらのアクチュエータには長さ0.75 mのリード線が付いており、そのほかに真空チャンバの外での接続用に長さ1.0 mのSMCコネクタ付き同軸ケーブルが付属しています。このリード線とケーブルは必要に応じて切断可能ですが、真空槽の内外を合わせた全長は2.0 mを超えないようにしてください。
必要なコントローラ
当社のピエゾ慣性アクチュエータを駆動するには、別途コントローラKIM001またはKIM101が必要です(下記参照)。これらのアクチュエータは一般的なピエゾコントローラでは駆動できません。これらのドライバには鋸歯状波形の電圧信号発生器が内蔵されており、85 V～125 Vの範囲で振幅調整の可能なサブミリ秒のパルス(ステップ)を出力できます。
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ピエゾ慣性アクチュエータの動作の簡略図
ピエゾ慣性「スリップスティック」モータ
送りネジの慣性と摩擦係数に基づいて設計することにより、送りネジの回転軸に対して垂直に取り付けた積層ピエゾ素子でネジを動かすことができます。分離された2本のアーム(クランプ)がピエゾ素子の両側に付いています。これらのアームは、左の図のように主送りネジの上部と底部を挟む形で伸びています。この様子は左の略図で描かれています。
ピエゾ素子は特殊な鋸歯状の電圧波形に応答して伸縮します。この波形は非対称で、ある電圧まで緩やかに上昇させた後、ナノセカンドの時間スケールでゼロまで急落させます。左の下側の図のように、電圧が緩やかに上昇している間は、アームは送りネジに押し付けられ(「スティック」)、ちょうどネジを親指と人差し指で回しているようなかたちになります。一方、ナノセカンドの時間スケールで電圧が急落すると、アームはネジの慣性と摩擦係数の変化により「スリップ」し、元の位置に戻ります。このメカニズムにより、1つのピエゾ素子で送りネジをその長さ全体にわたって動かすことができます。
使用条件やピエゾ素子のヒステリシス、コンポーネントのバラツキ、軸方向の負荷などの様々な要因によってステップサイズは変化し、また再現性もありません。この変動を除去するには、外部フィードバックシステムが必要です。また、用途によってはステッピングモーターアクチュエータでも代用可能な場合があります。
| Item #a | MPIA10VF | PIAK10VF | PIA13VF | PIA25VF | PIA50VF |
|---|---|---|---|---|---|
| Travel | 10 mm (0.39") | 10 mm (0.39") | 13 mm (0.51") | 25 mm (0.98") | 50 mm (1.97") |
| Step Sizeb,c | 10 - 20 nm (Typ.), ≤30 nm (Max) | 10 - 30 nm (Typ.), ≤ 30 nm (Max) | |||
| Step Size Adjustabilityd | Up to 30% Max | ||||
| Step Frequency | 2 kHz Max | ||||
| Backlash | None | ||||
| Active Preload | 13 N Maxe | 30 N Maxf | 25 N Maxf | ||
| Angular Resolution | 1.1 μrad (Typ.)g with POLARIS-K05 Ø1/2" Mirror Mount | 0.5 µrad (Typ.) with KS1TV Ø1" Mirror Mount | N/A | ||
| Recommended Max Active Axial Load Capacityh | N/A | 2.5 kg (5.5 lbs) | |||
| Speed (Continuous Stepping)b,c | 1.2 - 2.4 mm/min. (Typ.), ≤ 3.6 mm/min. (Max) | 1.2 - 3.6 mm/min. (Typ.), ≤3.6 mm/min. (Max) | |||
| Drive Screw | 6-80 Thread, Hard PVD Coated | 1/4"-80 Thread, Hard PVD Coated | |||
| Actuator Tip | Tungsten-Carbide-Coated Ball | ||||
| Lifetime | > 1.5 x 108 Steps | > 1 Billion Steps | |||
| Motor Type | Piezoelectric Inertia | ||||
| Piezo Specifications | |||||
| Operating Voltage | 130 V Max | 125 V Max | |||
| Capacitance | 100 nF | 175 nF | |||
| Resonant Frequency | 250 kHz | 125 kHz (No Load) | |||
| Physical Specifications | |||||
| Dimensionsi (L x W x H) | 48.9 mm x 20.7 mm x 14.6 mm (1.93" x 0.81" x 0.57") | 77.7 mm x 31.5 mm x 17.0 mm (3.06" x 1.24" x 0.67") | 59.4 mm x 31.5 mm x 17.0 mm (2.34" x 1.24" x 0.67") | 72.0 mm x 31.5 mm x 17.0 mm (2.83" x 1.24" x 0.67") | 97.0 mm x 31.5 mm x 17.0 mm (3.82" x 1.24" x 0.67") |
| Mass | 30.5 g (1.08 oz) with Flying Leads Only | 55 g (1.94 oz) with Flying Leads Only | 55 g (1.94 oz) with Flying Leads Only | 60 g (2.12 oz) with Flying Leads Only | 65 g (2.29 oz) with Flying Leads Only |
| Mounting Feature (Auxiliary) | 3/16"-130 Thread with Lock Nut | 1/4"-100 Thread with Lock Nutj (Ø3/8" [Ø9.525 mm] Barrel) | Ø3/8" (Ø9.525 mm) Barrel (3/8"-40 Thread with Lock Nut) | ||
| Vacuum Rating | 10-6 Torr | ||||
| Operating Temperature | 10 to 40 °C | 5 to 40 °C | |||
| Bakeout Temperature | 130 °C Max | ||||
| Cable Length | 0.75 m (2.5 ft) Flying Lead for Vacuum, 1.0 m (3.3 ft) of Cored Cable for Wiring Outside Chamber | ||||
| Connector Type | SMC Female | ||||
| Cable Exit Adjustability | Fixed | ±55° for Left- or Right-Hand Exit | |||
| Compatible Controllerk | KIM001 or KIM101 | ||||
ソフトウェア
Kinesisバージョン1.14.52
このKinesisソフトウェアパッケージには、当社のKinesisシステムコントローラを制御するためのGUIが含まれています。
下記もご用意しております。
- 通信プロトコル
Figure 58A KinesisソフトウェアのGUI画面
当社のKinesis®ソフトウェアパッケージを用いて、当社の様々なモーションコントローラを駆動することができます。このソフトウェアは小型で低出力のシングルチャンネルドライバ(K-Cube®など)から、高出力でマルチチャンネルのベンチトップ型ユニットやモジュール型の19インチラックナノポジショニングシステム(ラックシステムMMR60x)まで、当社Kinesisシリーズの様々なモーションコントローラの制御用にご使用いただけます。
Kinesisソフトウェアでは.NETコントロールを使用できるため、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW™、あるいはその他の.NET対応言語を使用してカスタムプログラムを作成することができます。.NETフレームワークの使用を想定していないアプリケーションのために、ローレベルのDLLライブラリも含まれています。中央シーケンスマネージャ(Central Sequence Manager)は、当社のすべてのモーションコントロール用ハードウェアの統合と同期の機能をサポートしています。
この共通のソフトウェアプラットフォームにより、ユーザは単一のソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるモーションコントロールデバイスを1つのアプリケーション内で組み合わせて使用することができます。このように1軸システム用から多軸システム用までのあらゆるコントローラを組み合わせ、それら全てを1台のPCの統合されたソフトウェアインターフェイスから制御できます。
このソフトウェアパッケージには2つの使い方があります。1つはGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティを用いる方法で、コントローラの到着後すぐに直接的な操作と制御を行なうことができます。もう1つは一連のプログラミングインターフェイスを用いる方法で、ご希望の開発言語によりカスタム仕様の位置決めやアライメント用のプログラムを簡単に作成することができます。
Kinesisソフトウェアでは新しい.NETコントロールが使用でき、最新の最新のC#, Visual Basic, LabVIEW™、ほかの.NET対応言語を使用する開発者がカスタムにプログラムを作成することもできます。
C#
このプログラミング言語はマルチプログラミングパラダイムやマルチプログラミング言語が使用可能となるよう設計されているため、複雑な問題が簡単かつ効率的に解決できます。型付け、命令型、宣言型、関数型、ジェネリック、オブジェクト指向、そしてコンポーネント指向が含まれます。 この共通のソフトウェアプラットフォームにより、1セットのソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるKinesisコントローラを簡単に組み合わせることができます。このようにして1軸システムのコントローラから多軸システムのコントローラまで、様々なコントローラを組み合わせ、全てを1台のPCのソフトウェアインターフェイスから制御することが可能となりました。
Kinesisシステムソフトウェアを使用するには2つの手段があります。コントローラを直接つないで制御を行なう付属のGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティ、またはご希望の開発言語でカスタム仕様の位置決めやアライメントを簡単にプログラムできる一連のプログラミングインターフェイスです。
Kinesisモーションコントロールライブラリの構築の参考となる実行可能なプロジェクト機能拡張例については下のリンクをクリックしてください。なお、Quick Startのプロジェクト例の実行には別の統合開発環境(IDE)(Microsoft Visual Studioなど)が必要です。C#のプロジェクト例はKinesisソフトウェアパッケージに付属する.NETコントロールで実行可能です(詳細は「Kinesisソフトウェア」タブをご覧ください)。
 | Click Here for the Kinesis with C# Quick Start Guide Click Here for C# Example Projects Click Here for Quick Start Device Control Examples | |
LabVIEW
LabVIEWは、.Netコントロールを介してKinesisベースのコントローラとの通信に使用できます。LabVIEWでは、ツールとオブジェクトでフロントパネルとして知られるユーザーインターフェイスを構築した後、グラフィカル表記の関数を使ってコードを追加し、フロントパネルのオブジェクトを制御します。下記のLabVIEWチュートリアルでは.Netコントロールを使用してLabVIEW内Kinesis駆動デバイス用の制御GUIを作成するための情報をご提供しています。 LabVIEWでコントローラを制御する基本的な方法や、LabVIEW GUIを用いてデバイスを操作する前に行うべき設定の手順についても解説しています。
 | Click Here to View the LabVIEW Guide Click Here to View the Kinesis with LabVIEW Overview Page | |
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ズーム
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Figure G1.1 アクチュエータMPIA10VFを取り付けたØ12.7 mm(Ø1/2インチ)光学素子用マウント(それぞれ別売り)
- MPIA10VF: 3/16"-130ネジ付き取付けバレル、一部のØ12.7 mm(Ø1/2インチ)光学素子用Polarisマウントに取付け可能
- PIAK10VF: 1/4"-100ネジ付き取付けバレル、ミラーマウントKS1TVに取付け可能
- 高分解能の直線移動、移動量10 mm
- コントローラKIM001またはKIM101が必要(別売り、下記参照)
これらのアクチュエータにはネジ付き取付けバレルが付いており、当社の一部のキネマティックマウントの手動マイクロメータに換えて取り付けることができます。コンパクトなパッケージながら、10 mmの全移動範囲にわたり高分解能の直線移動が可能です。
アクチュエータMPIA10VFには3/16"-130ネジ付きバレルが付いており、3/16"-130アジャスターネジを使用するØ12.7 mm(Ø1/2インチ)光学素子用Polarisマウントに取り付けられます。アクチュエータPIAK10VFには1/4"-100ネジ付けバレルが付いており、ミラーマウントKS1TVに取り付けられます。アクチュエータ PIAK10VFの制御ケーブルの位置は最大110°の範囲で回転調整ができるため、スペースが限られた用途にも対応しやすくなっています(写真はこちらをクリック)。
なお、アクチュエータPIAK10VFは、1/4"-100アジャスタを使用しているマウントであっても、Polarisマウントには対応しませんのでご注意ください。Polarisマウントでは、ボールがサファイア製受け石の中心に接触し、また全移動範囲でネジに適切なクリアランスが得られるように、特定のボールサイズと特別に設計された先端を有するアクチュエータを必要とします。アクチュエータPIAK10VFの場合、ボール先端ではなく、ネジの側面がサファイア製受け石に接触するため、Polarisマウントにはご使用いただけません。
これらのアクチュエータでは、ナノメートルの分解能とアライメントの長期安定性が得られます。ピエゾアクチュエータを用いてアクティブにネジを移動させていないときは、アジャスターネジのノブを用いて手動調整が可能です。ノブは2.0 mm六角レンチでも操作できます。ピエゾ素子はシステム静止時やピエゾに電源が供給されないときには自動的にロックされるため、位置の決定とその保持を共に求められる用途に適しています。以上の理由により、ドリフトはすべてアクチュエータの送りネジに起因することになります。
これらのデバイスは、非常に短いパルス幅の信号を使用してアクチュエータを連続的にステッピングし、「スリップ-スティック」という動作をします。そのため、一般に60～70 dB程度の可聴ノイズが発生します。
ズーム
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Figure G2.2 移動ステージLNR25M/Mのマイクロメータの代わりに取り付けられたピエゾ慣性アクチュエータPIA25VF(真空対応のステージのご注文については、当社までお問合せください)。
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Figure G2.1 リード線の位置は最大110°の範囲で回転調整可能(スペースが限られている用途で有用)。
- Ø3/8インチ(Ø9.525 mm)取付けバレル付き、Ø3/8インチ(Ø9.525 mm)取付けクランプ付きの手動ステージ用
- 高分解能な直線移動、最大移動量50 mm
- コントローラKIM001またはKIM101が必要(別売り、下記参照)
こちらのアクチュエータはØ3/8インチ(Ø9.525 mm)バレルの付いたコンパクトな電動アクチュエータで、当社の多くの移動ステージに付いている手動ネジやマイクロメータの代わりにご使用いただけます。50 mmの全移動範囲において、ナノメートルの分解能とアライメントの長期安定性が得られます。ピエゾアクチュエータを用いてアクティブにネジを移動させていないときは、アジャスターネジのノブを用いて手動調整が可能です。ノブは2.0 mm六角レンチでも操作できます。真空対応のステージのご注文については、当社までお問合せください。
このデバイスは、非常に短いパルス幅の信号を使用して、アクチュエータに連続的なステップ動作をさせます。この「スリップ-スティック」動作のために、一般に60～70 dB程度の可聴ノイズが発生します。
ズーム| Key Specificationsa | ||
|---|---|---|
| Item # | KIM001 | KIM101 |
| Piezoelectric Outputs (SMC Male) | One | Four |
| Piezo Output Voltage | 85 to 125 VDC | 85 to 125 VDC per Channel |
| Top Panel Controls | Scroll Wheel | Dual-Axis Joystick |
| External Input (SMA Female) | ±10 V ± 2% | |
| Input Power | +15 VDC @ 2 A | |
| Housing Dimensionsb | 60.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mm (2.36" x 2.36" x 1.85") | 121.0 mm x 60.0 mm x 47.0 mm (4.76" x 2.36" x 1.85") |
| Compatible Software | Kinesis | Kinesis |
- 詳細な仕様については下の赤いアイコン(
)をクリックしてマニュアルをご覧ください。 - 取付けプレートは含みません。
- コンパクトな設置サイズ
- 出力電圧の調整範囲：85 V～125 V
- 1チャンネルおよび4チャンネルのタイプをご用意
- 上面のコントロールパネルとディスプレイ画面による単体での操作、またはUSB接続によるPC制御が可能
こちらのコンパクトなK-Cube®コントローラを用いると、当社のピエゾ慣性ステージ、ピエゾ慣性アクチュエータ、ピエゾ慣性アジャスタ付き光学マウントなどに対して、簡単なマニュアルやPC制御が可能になります。出力電圧の調整範囲は85 V～125 Vです。上面パネルのディスプレイ画面を使用すれば、PCに接続しなくても、ユニットの電源をONにするだけですぐに操作を開始できます。またどちらのコントローラもUSB接続が可能で、当社のKinesis®ソフトウェアパッケージ(付属します)を用いて接続するだけでお使いいただけるPC制御が可能になります。
サイズは小型で、ベースプレートのM6ザグリ穴スロットを使用すれば光学テーブルに直接取り付けることができます。コントローラは小型であるため電動システムの近くに設置することもでき、これは上面パネルのコントロールを用いてモータの位置を手動で調整する際には便利です。また、テーブル上で操作することで駆動ケーブルの長さが短くなり、ケーブルの管理も楽になります。
これらのコントローラには電源が付属しませんのでご注意ください。対応可能な電源は下記でご紹介しています。
シングルチャンネルコントローラKIM001
シングルチャンネルピエゾ慣性コントローラは、1台のピエゾ慣性ステージまたはピエゾ慣性アクチュエータに対して電圧を供給できます。上面パネルにはバネ付きのスクロールホイールがあり、これを用いてステージやアクチュエータを操作したりメニューを選択したりできます。
4チャンネルコントローラKIM101
4チャンネルコントローラには、ピエゾ慣性デバイスを駆動するためのSMC出力端子が4つ付いています。これらのチャンネルは、上面パネルの2軸ジョイスティックを使用してそれぞれ単独あるいはペアで操作できます。コントローラは、最大4台までのPDシリーズピエゾ慣性ステージまたはPIAシリーズピエゾ慣性アクチュエータ、あるいは2台までのPIMシリーズピエゾ慣性光学マウントを操作するように設定できます。1台のKIM101では、コントローラのメニュー選択において同じ「Select Stage」を選択するデバイス以外は、同時に駆動することはできません(詳細はマニュアルに記載されています)。
詳しい内容については、製品紹介ページをご参照ください。
電源
モーターコントローラKIM001およびKIM101には、電源は付属していません。対応する電源KPS201(下記参照)を別途ご提供しています。
注:設計上の特性、および非線形の高周波スイッチング技術を使用していることにより、KIM001およびKIM101はUSBコントローラハブ＆電源KCH301およびKCH601には対応していません。ご使用いただける電源はKPS201のみです。
ズーム- モーターコントローラKIM001およびKIM101に対応
- 日本国内向けのアダプタープラグが付属
電源KPS201の出力電圧は+15 VDC、最大電流は2.66 Aで、3.5 mmジャックで1台のK-Cube®またはT-Cubeに電力を供給します。標準的な壁コンセントに接続して使用します。
 真空対応ピエゾ慣性アクチュエータ |