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 - 30 nm Typical Step Size
- 1.2 - 3.6 mm/min Typical Speed
- 2.5 kg Max Axial Load Capacity
PIA13VF
13 mm Travel Range,
3/8"-40 Thread and Ø3/8" Barrel
Application Idea
Three PIAK10VF Piezo Inertia Actuators can be used
in place of the 1/4"-100 adjustment screws
in our KS1TV Mirror Mount.
PIAK10VF
10 mm Travel Range,
1/4"-100 Thread and Ø3/8" Barrel
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| Key Specificationsa | ||||
|---|---|---|---|---|
| Item # | PIAK10VF | PIA13VF | PIA25VF | PIA50VF |
| Travel | 10 mm | 13 mm | 25 mm | 50 mm |
| Step Sizeb,c | 10 - 30 nm (Typ.), ≤30 nm (Max) | |||
| Step Size Adjustabilityd | Up to 30% | |||
| Max Step Frequency | 2 kHz | |||
| Max Active Preloade | 30 N | 25 N | ||
| Recommended Max Axial Load Capacityf | 2.5 kg (5.5 lbs) | |||
| Speed (Continuous Stepping)b,c | 1.2 - 3.6 mm/min (Typ.), ≤3.6 mm/min (Max) | |||
| Drive Screw | 1/4"-80 Thread, Hard PVD Coated | |||
| Motor Type | Piezoelectric Inertia | |||
| Primary Mounting Feature | 1/4"-100 Threadg | Ø3/8" (Ø9.525 mm) Barrelh | ||
| Vacuum Rating | 10-6 Torr | |||
| Required Controlleri | KIM001 or KIM101 | |||
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リード線の角度は最大110°まで調節可能(スペースが限られている用途で有用)。
特長
- 31.5 mm x 17.0 mm(W x H)の小型設計
- アジャスターネジのノブによる手動調整が可能
- 10-6 Torrまで対応
- 最大動作電圧：125 V
- PIAK10VF:取付け用の1/4"-80ネジでØ25.4 mm(Ø1インチ)ミラーマウントKS1TVに取付け可能
- 直線移動ステージ用Ø3/8インチ(Ø9.525 mm)バレル付き製品もご用意(詳細は右表をご覧ください)
- 高分解能な相対位置決めが求められる用途に適切
- 制御ケーブルの角度は、最大110°まで調節可能
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で、ピエゾ制御により長い移動距離と高分解能な直線移動を行います。各アクチュエータの最大荷重は2.5 kgです。また、バックラッシュなしで10 nm～30 nmの典型的なステップサイズが得られます。このステップサイズは、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、開ループ設計、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%程度変動する可能性があり、また一般に再現性もありません。この変化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。なお真空向けではない用途には、標準のピエゾ慣性アクチュエータもご用意しております。
こ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ので、ナノメートルレベルの分解能やアライメントの長期安定性を必要とする用途に適しています。ピエゾアクチュエータを使用し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。
長さ10 mmの多段チップ型ピエゾアクチュエータで駆動することにより、これらのアクチュエータは最大速度3.6 mm/分で作動します。ピエゾモータはその伸縮に伴って送りネジを回転させる設計になっています(下記参照)。
取付け
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などに取付けが可能です。こちら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。詳細については下記をご覧ください。
アクチュエータPIA13VF、PIA25VF、PIA50VFにはØ3/8インチ(Ø9.525 mm)バレルが付いているので、Ø3/8インチ(Ø9.525 mm)の取付け用クランプが付いたすべての手動ステージ に取り付け可能です。
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のケーブルが付属します。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、真空槽の内外あわせた全長は2.0 mを超えないようにしてください。上の写真のようにアクチュエータの制御ケーブルは最大で110°まで回転するので、スペースの限られた場所でも使用できます。
必要なコントローラ
このステージの操作にはコントローラKIM001またはKIM101が別途必要です(下記参照)。ピエゾ慣性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の制御可能な振幅を有する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 | PIAK10VF | PIA13VF | PIA25VF | PIA50VF |
|---|---|---|---|---|
| Travel | 10 mm (0.39") | 13 mm (0.51") | 25 mm (0.98") | 50 mm (1.97") |
| Typical Step Sizeb,c | 10 - 30 nm (Typ.), ≤ 30 nm (Max) | |||
| Step Size Adjustabilityd | Up to 30% | |||
| Max Step Frequency | 2 kHz | |||
| Backlash | None | |||
| Max Active Preloade | 30 N | 25 N | ||
| Typical Angular Resolutionf | KS1TV Ø1" Mirror Mount: 0.5 µrad | N/A | ||
| Recommended Max Active Axial Load Capacityg | 2.5 kg (5.5 lbs) | |||
| Speed (Continuous Stepping)b,c | 1.2 - 3.6 mm/min (Typ.), ≤3.6 mm/min (Max) | |||
| Drive Screw | 1/4"-80 Thread, Hard PVD Coated | |||
| Actuator Tip | Tungsten-Carbide-Coated Ball | |||
| Lifetime | > 1,000,000,000 Steps | |||
| Motor Type | Piezoelectric Inertia | |||
| Piezo Specifications | ||||
| Max Operating Voltage | 125 V | |||
| Capacitance | 175 nF | |||
| Resonant Frequency | 125 kHz (No Load) | |||
| Physical Specifications | ||||
| Dimensionsh (L x W x H) | 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 (Including Cable) | 55 g (1.94 oz) | 55 g (1.94 oz) | 60 g (2.12 oz) | 65 g (2.29 oz) |
| Mounting Feature (Auxiliary) | 1/4"-100 Thread with Lock Nuti (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 | 5 to 40 °C | |||
| Max Bakeout Temperature | 130 °C | |||
| Cable Length | 0.75 m (2.48 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 | ±55° for Left- or Right-Hand Exit | |||
| Compatible Controllerj | KIM001 or KIM101 | |||
Software
Kinesis Version 1.14.49
The Kinesis Software Package, which includes a GUI for control of Thorlabs' Kinesis system controllers.
Also Available:
- Communications Protocol
Kinesis GUI Screen
Thorlabs offers the Kinesis® software package to drive our wide range of motion controllers. The software can be used to control devices in the Kinesis family, which covers a wide variety of motion controllers ranging from small, low-powered, single-channel drivers (such as the K-Cubes™) to high-power, multi-channel benchtop units and modular 19" rack nanopositioning systems (the MMR60x Rack System).
The Kinesis Software features .NET controls which can be used by 3rd party developers working in the latest C#, Visual Basic, LabVIEW™, or any .NET compatible languages to create custom applications. Low-level DLL libraries are included for applications not expected to use the .NET framework and APIs are included with each install. A Central Sequence Manager supports integration and synchronization of all Thorlabs motion control hardware.
By providing this common software platform, Thorlabs has ensured that users can mix and match any of our motion control devices in a single application, while only having to learn a single set of software tools. In this way, it is perfectly feasible to combine any of the controllers from single-axis to multi-axis systems and control all from a single, PC-based unified software interface.
The software package allows two methods of usage: graphical user interface (GUI) utilities for direct interaction with and control of the controllers 'out of the box', and a set of programming interfaces that allow custom-integrated positioning and alignment solutions to be easily programmed in the development language of choice.
Legacy Software
Select products are still capable of running the legacy APT™ software package. Information on software compatibility can be found in the product documentation (
), and additional details about the APT software can be found here.
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またはAPT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またはAPT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
- 1/4"-100取付けネジでミラーマウントKS1TVに取付け可能
- 高分解能な直線移動、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)
アクチュエータPIAK10VFはミラーマウントKS1TV用に設計されており、これを使用すると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。真空対応のミラーマウント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。
注: アクチュエータPIAK10VFは、1/4"-100アジャスタ付き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、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に、Polarisマウントにはご使用いただけません。
ズーム
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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)。
- 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