JP2007179341A

JP2007179341A - Impact driving actuator

Info

Publication number: JP2007179341A
Application number: JP2005377489A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Furuta; 淳古田; Katsuhiko Iida; 克彦飯田; Toshiro Higuchi; 俊郎樋口
Original assignee: NANO CONTROL KK
Current assignee: NANO CONTROL KK
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an impact driving actuator capable of easily detecting the position of a movement object without trouble of adjustment of an installation position. <P>SOLUTION: This impact driving actuator 100 has: a layered piezoelectric element 110 bringing about steep deformation by application of pulse voltage, and imparting impulsive inertia force to the movement object 21 to move the movement object 21; an air cylinder 120 bringing the piezoelectric element 110 into contact with the movement object 21; and a contact type displacement sensor 140 provided integrally with the piezoelectric element 110, detecting the position of the movement object 21. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、移動対象物に衝撃的な慣性力を加えて移動対象物を所定方向に移動させて位置決めするインパクト駆動アクチュエータに関し、より具体的には、移動対象物の位置を特定可能なものに関する。 The present invention relates to, for example, an impact drive actuator that positions a moving object by moving the moving object in a predetermined direction by applying an impact inertial force to the moving object, and more specifically, the position of the moving object can be specified. About things.

圧電素子、特に積層型圧電素子は、低電圧の印加で大きな変位量を得ることができ、また周波数応答性に優れ、発生力が大きいという特徴を有する。これを利用して、例えば、積層型圧電素子に所定周波数の矩形波形電圧を印加して積層型圧電素子に急峻な伸長変位を起こさせ、このときに積層型圧電素子に発生する衝撃的な慣性力、つまりインパクト力を移動対象物に加えて移動対象物を移動させることによって、移動対象物の位置決めを行うことが知られている。 Piezoelectric elements, particularly multilayer piezoelectric elements, are characterized by being able to obtain a large amount of displacement when applied with a low voltage, having excellent frequency response, and generating power. By utilizing this, for example, a rectangular waveform voltage of a predetermined frequency is applied to the multilayer piezoelectric element to cause a sudden elongation displacement in the multilayer piezoelectric element, and the shocking inertia generated in the multilayer piezoelectric element at this time It is known to position a moving object by applying a force, that is, an impact force to the moving object to move the moving object.

特許文献１では、圧電素子をエアーシリンダなどの空気圧で移動対象物に押圧し、圧電素子にパルス電圧を加えて生じる衝撃力で位置決めをする発明が提案されている。また、特許文献２では、エアーシリンダに代えてばねで圧電素子を移動対象物に押圧する構成が提案されている。 Patent Document 1 proposes an invention in which a piezoelectric element is pressed against a moving object with air pressure such as an air cylinder, and positioning is performed with an impact force generated by applying a pulse voltage to the piezoelectric element. Patent Document 2 proposes a configuration in which a piezoelectric element is pressed against a moving object with a spring instead of an air cylinder.

しかし、これらに記載の位置決め装置は、移動対象物の位置を測定しないので、位置決め再現性が殆どないという問題があった。これに対し、特許文献３では、変位センサを設け、移動対象物の位置を検知する、位置決め再現性を持たせたものが提案されている。 However, the positioning devices described in these documents have a problem that positioning reproducibility is hardly obtained because the position of the moving object is not measured. On the other hand, in Patent Document 3, a displacement sensor is provided to detect the position of the moving object and to provide positioning reproducibility.

図５は、特許文献３に記載された位置決め装置の斜視図である。同図に示されるように、位置決め装置１は、駆動部２と移動対象部３とから構成されており、駆動部２はアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０を保持する保持部材１１と、保持部材１１を保持する支持台１２とを具備し、アクチュエータ１０は、圧電素子１３と、圧電素子１３に取り付けられたおもり１４と、圧電素子１３を駆動させたときに圧電素子１３に発生するインパクト力を移動対象物２１に加えるヘッド（先端部材部）１５と、ヘッド１５が移動対象物２１に当接するように圧電素子１３とヘッド１５を所定の圧力で移動対象物２１に向けて押圧するエアーシリンダ１６とを有している。 FIG. 5 is a perspective view of the positioning device described in Patent Document 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, the positioning device 1 includes a drive unit 2 and a movement target unit 3. The drive unit 2 includes an actuator 10, a holding member 11 that holds the actuator 10, and a holding member 11. The actuator 10 includes a holding base 12 that holds the piezoelectric element 13, a weight 14 attached to the piezoelectric element 13, and an impact force generated in the piezoelectric element 13 when the piezoelectric element 13 is driven. A head (tip member part) 15 applied to the object 21 and an air cylinder 16 that presses the piezoelectric element 13 and the head 15 toward the moving object 21 with a predetermined pressure so that the head 15 contacts the moving object 21. Have.

なお、位置決め装置１は、移動対象物２１の移動量を検出する変位センサ１７を有し、この変位センサ１７は駆動部２に含まれる。また、位置決め装置１においては、圧電素子１３に発生するインパクト力は、おもり１４によって増大されて、より大きなインパクト力となって移動対象物２１へ加えられることとなる。 The positioning device 1 includes a displacement sensor 17 that detects the amount of movement of the moving object 21, and the displacement sensor 17 is included in the drive unit 2. In the positioning device 1, the impact force generated in the piezoelectric element 13 is increased by the weight 14 and applied to the moving object 21 as a larger impact force.

移動対象部３は、被衝撃対象物たる移動対象物２１と、この移動対象物２１を載置するＶ溝ブロック２２と、Ｖ溝ブロック２２を保持する支持ブロック２３と、移動対象物２１を所定の圧力でＶ溝ブロック２２に押圧する予圧機構２４を具備している。予圧機構２４はネジ棒３１と、移動対象物２１に当接した円盤部材３２と、バネ３３と、バネ３３の上部位置に配置された円盤部材３４と、円盤部材３４の位置を定めるナット３５とから構成されている。 The moving object unit 3 is configured to move the moving object 21 as an impacted object, a V-groove block 22 for placing the moving object 21, a support block 23 for holding the V-groove block 22, and the moving object 21. Is provided with a preload mechanism 24 that presses against the V-groove block 22 with a pressure of 2 mm. The preload mechanism 24 includes a screw rod 31, a disk member 32 in contact with the moving object 21, a spring 33, a disk member 34 disposed at an upper position of the spring 33, and a nut 35 that determines the position of the disk member 34. It is composed of

アクチュエータ１０の構成部材である圧電素子１３としては、低電圧で大きな変位量を得ることができ、かつ、周波数応答性が良好であり、変位時に大きな発生力が得られる積層型圧電素子が用いられる。また、圧電素子１３に取り付けられるおもり１４としては、比重が大きく圧電素子１３に生ずる変位を吸収し難い材料、具体的には金属部材が用いられる。 As the piezoelectric element 13 which is a constituent member of the actuator 10, a multilayer piezoelectric element that can obtain a large amount of displacement at a low voltage, has good frequency response, and can generate a large generated force at the time of displacement is used. . In addition, as the weight 14 attached to the piezoelectric element 13, a material having a large specific gravity and difficult to absorb displacement generated in the piezoelectric element 13, specifically, a metal member is used.

ヘッド１５は、圧電素子１３を駆動させたときにアクチュエータ１０に発生するインパクト力をできるだけ吸収することなく移動対象物である移動対象物２１に加えることができるように、剛性が大きく変形し難いもの、例えば、エンジニアリングセラミックス部材や鋳鉄、硬質ステンレス鋼等で形成される。 The head 15 is highly rigid and difficult to deform so that the impact force generated in the actuator 10 when the piezoelectric element 13 is driven can be applied to the moving object 21 that is the moving object without absorbing as much as possible. For example, it is formed of an engineering ceramic member, cast iron, hard stainless steel, or the like.

エアーシリンダ１６は、ヘッド１５が移動対象物２１に当接するように圧電素子１３とおもり１４とヘッド１５を所定の圧力で移動対象物２１に向けて押圧するが、このエアーシリンダ１６による押圧力によって移動対象物２１が移動することがないように、エアーシリンダ１６の押圧力の大きさが設定されている。エアーシリンダ１６は、圧電素子１３を伸長変位させたときに圧電素子１３に発生するインパクト力をおもり１４により増大させてヘッド１５を介して移動対象物２１に加えたときに受ける反作用の力によって可能な限り後退しないように、つまり、アクチュエータ１０に発生するインパクト力が確実に移動対象物２１へ加えられるように保持されている。 The air cylinder 16 presses the piezoelectric element 13, the weight 14, and the head 15 toward the moving object 21 with a predetermined pressure so that the head 15 contacts the moving object 21. The magnitude of the pressing force of the air cylinder 16 is set so that the moving object 21 does not move. The air cylinder 16 is made possible by the reaction force received when the impact force generated in the piezoelectric element 13 is increased by the weight 14 and applied to the moving object 21 via the head 15 when the piezoelectric element 13 is extended and displaced. It is held so as not to retreat as much as possible, that is, the impact force generated in the actuator 10 is surely applied to the moving object 21.

変位センサ１７は、移動対象物２１の移動量を検出し、この検出結果を圧電素子１３の信号発生器にフィードバックする。信号発生器は、移動対象物２１の位置を確認しながら圧電素子１３へ印加する電圧パルスの形態を制御する。これによって移動対象物２１を所定位置へ移動することができるので、位置決め再現性があるといえる。 The displacement sensor 17 detects the amount of movement of the moving object 21 and feeds back the detection result to the signal generator of the piezoelectric element 13. The signal generator controls the form of voltage pulses applied to the piezoelectric element 13 while confirming the position of the moving object 21. As a result, the moving object 21 can be moved to a predetermined position, so that it can be said that there is positioning reproducibility.

次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して特許文献１に記載されたインパクト駆動アクチュエータ１の駆動原理を説明する。移動対象物２１は、予圧機構２４によって矢印方向にＦの力で押圧されて床面上に摩擦保持されている（図６（ａ））。エアーシリンダ１６のシリンダチューブ内に圧縮空気を注入することによって、移動対象物２１とヘッド１５の先端とは、互いに圧接した状態になっている（図６（ｂ））。次に、圧電素子１３にパルス電圧を印加することによって、圧電素子１３は急峻に変形して移動対象物２１をｄだけ移動する。パルス電圧が消滅するとヘッド１５との間には空隙ｓが生じるが（図６（ｃ））、圧縮空気による一定圧力により移動対象物２１とヘッド１５は再び互いに圧接する。この動作を繰り返すことによって、移動体は矢印の＋Ｘ方向に順次移動することができる。 Next, the driving principle of the impact driving actuator 1 described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. The moving object 21 is pressed by the force of F in the arrow direction by the preload mechanism 24 and is frictionally held on the floor surface (FIG. 6A). By injecting compressed air into the cylinder tube of the air cylinder 16, the moving object 21 and the tip of the head 15 are in pressure contact with each other (FIG. 6B). Next, by applying a pulse voltage to the piezoelectric element 13, the piezoelectric element 13 is deformed sharply and moves the moving object 21 by d. When the pulse voltage disappears, a gap s is generated between the head 15 (FIG. 6C), but the moving object 21 and the head 15 are again brought into pressure contact with each other by a constant pressure by the compressed air. By repeating this operation, the moving body can sequentially move in the + X direction of the arrow.

図７は圧電素子１３に８０〜１５０Ｖのパルス電圧を印加したときの１パルス当たりの移動量を示す線図である。使用した圧電素子の形状は、５×５×２０ｍｍで、１５０Ｖの電圧印加に対して約１５μｍの変位量が得られる。移動対象物に対する予圧力４５０Ｎ、摩擦係数０．１３としたとき、１５０Ｖのパルス電圧の印加によって、１パルス当たり約０．６μｍのステップ変位が見られた。このようにインパクト駆動アクチュエータは、摩擦保持された移動対象物や重量のある移動対象物をスティックスリップ現象を起こすことなくサブミクロンの分解能で移動させることができる。
特開平１１−１４３５４１特開平１１−１４３５４２特開２００２−２２９６４７ FIG. 7 is a diagram showing the amount of movement per pulse when a pulse voltage of 80 to 150 V is applied to the piezoelectric element 13. The shape of the used piezoelectric element is 5 × 5 × 20 mm, and a displacement of about 15 μm can be obtained when a voltage of 150 V is applied. When a preload of 450 N and a friction coefficient of 0.13 were applied to the moving object, a step displacement of about 0.6 μm per pulse was observed when a pulse voltage of 150 V was applied. As described above, the impact drive actuator can move a frictionally held moving object or a heavy moving object with submicron resolution without causing a stick-slip phenomenon.
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従来のインパクト駆動アクチュエータは、摩擦保持されたものや、重量のある移動対象物２１をサブミクロンの分解能で移動させることができるが、移動対象物２１の位置を測定するには、変位センサ１７を別個に設置する必要があるため、設置スペースが大きくなったり、配線が煩雑になったり、設置位置の調整に手間が掛かるなどの問題があった。 The conventional impact drive actuator can move the object 21 that is frictionally held or the heavy moving object 21 with submicron resolution. In order to measure the position of the moving object 21, the displacement sensor 17 is used. Since it needs to be installed separately, there are problems such as a large installation space, complicated wiring, and troublesome adjustment of the installation position.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、設置位置の調整の手間がなく簡単に移動対象物の位置を検知することができるインパクト駆動アクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an impact drive actuator that can easily detect the position of a moving object without the trouble of adjusting the installation position.

上記の目的を達成するために本発明のインパクト駆動アクチュエータは、急峻な変形によって衝撃的な慣性力を移動対象物に与えて移動対象物を移動させる素子と、該素子を移動対象物に接触させる移動手段と、前記素子と一体的に設けられて前記移動対象物の位置を検知する接触式の変位センサとを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, an impact drive actuator according to the present invention provides an element that moves a moving object by applying a shocking inertial force to the moving object by steep deformation, and brings the element into contact with the moving object. It has a moving means and a contact type displacement sensor which is provided integrally with the element and detects the position of the moving object.

また、前記変位センサが、前記移動対象物の移動により変位する可動部に設けられた磁性体と、該磁性体と対向する固定位置に設けられた一次側のインダクタと、該一次側のインダクタと前記磁性体を挟んで固定位置に対向配置された２つの二次側のインダクタと、該二次側のインダクタの差分を検知する検知手段と、を有し、該検知手段が二次側のインダクタの差分の変化を検知することで、移動対象物の位置を検出する構成とすることができる。 Further, the displacement sensor includes a magnetic body provided in a movable portion that is displaced by the movement of the moving object, a primary-side inductor provided at a fixed position facing the magnetic body, and the primary-side inductor, Two secondary-side inductors disposed opposite to each other at a fixed position across the magnetic body, and detection means for detecting a difference between the secondary-side inductors, the detection means being a secondary-side inductor By detecting the change in the difference, it is possible to adopt a configuration for detecting the position of the moving object.

さらに、前記移動手段が弾性体で、該弾性体が前記素子を移動対象物に押圧している構成としたり、前記弾性体が空気圧である構成としたり、前記弾性体がばねである構成としたり、前記弾性体が、流体シリンダであり、該流体シリンダが前記素子を前記移動対象物に押圧する構成としたり、前記素子が、電歪素子または磁歪素子である構成としたり、前記素子が、複数の電歪素子または磁歪素子を積層した構成としたりすることができる。 Further, the moving means is an elastic body, and the elastic body presses the element against the object to be moved, the elastic body is pneumatic, or the elastic body is a spring. The elastic body is a fluid cylinder, and the fluid cylinder presses the element against the moving object. The element is an electrostrictive element or a magnetostrictive element. The electrostrictive element or magnetostrictive element may be laminated.

また、前記素子と前記移動手段と前記変位センサとをカバーで覆って一体とした構成としたり、前記移動手段の受部までを前記カバーで覆って一体とした構成としたりすることができる。 The element, the moving means, and the displacement sensor may be covered and integrated with a cover, or the receiving part of the moving means may be covered with the cover and integrated.

本発明によれば、急峻な変形によって衝撃的な慣性力を移動対象物に与えて移動対象物を移動させる素子と一体に変位センサを設けてインパクト駆動アクチュエータを構成したので、本発明のインパクト駆動アクチュエータを設置すれば、変位センサを同時に設置できることになり、変位センサを別個に設置調整する手間が不要になり、簡単に移動対象物の位置を検知することができる。 According to the present invention, the impact driving actuator is configured by providing the displacement sensor integrally with the element that moves the moving object by applying a shocking inertial force to the moving object by abrupt deformation. If the actuator is installed, the displacement sensor can be installed at the same time, so that the trouble of separately installing and adjusting the displacement sensor becomes unnecessary, and the position of the moving object can be easily detected.

また、変位測定手段が移動対象物を移動させる素子と一体になっているので、小型、軽量化し易くなる。また、移動量を測定することによって、再現性の良い位置決めが可能となる。 Further, since the displacement measuring means is integrated with the element for moving the moving object, it is easy to reduce the size and weight. In addition, positioning with good reproducibility is possible by measuring the amount of movement.

変位センサが、前記移動対象物の移動により変位する可動部に設けられた磁性体と、該磁性体と対向する固定位置に設けられた一次側のインダクタと、該一次側のインダクタと前記磁性体を挟んで固定位置に対向配置された２つの二次側のインダクタと、該二次側のインダクタの差分を検知する検知手段と、からなる構成とすることで、差動トランスを用いた分解能に優れた検知手段を得ることができる。 A displacement sensor includes a magnetic body provided in a movable portion that is displaced by the movement of the moving object, a primary-side inductor provided in a fixed position facing the magnetic body, the primary-side inductor, and the magnetic body. By using a configuration comprising two secondary-side inductors arranged opposite to each other at a fixed position with a detection means for detecting the difference between the secondary-side inductors, the resolution using a differential transformer can be achieved. An excellent detection means can be obtained.

素子の移動手段を弾性体にすることで、衝撃力を与えて移動対象物を移動した後は、素子が移動対象物に必ず密着するので、正確な位置を検知することができる。 By making the element moving means an elastic body, the element always comes into close contact with the moving object after an impact force is applied to move the moving object, so that an accurate position can be detected.

素子と移動手段と変位センサとをカバーで覆って一体としたり、移動手段の受部までを前記カバーで覆って一体とすると、インパクト駆動アクチュエータの設定がさらに簡単にできるようになる。 When the element, the moving means, and the displacement sensor are covered and integrated with the cover, or the receiving portion of the moving means is covered with the cover and integrated, the setting of the impact drive actuator can be further simplified.

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明のインパクト駆動アクチュエータの第１の実施例を示す図である。急峻な伸張変位によって衝撃的な慣性力を生じさせる素子として圧電素子１１０が用いられている。圧電素子１１０は多数の圧電素子を積層したもので、その両端には、おもり１１１，１１２が取りつけられ、板ばね１１４，１１５によって圧電素子１１０には圧縮される方向に予圧がかけられている。全体は、カバー１１６に覆われ、カバー１１６の一方の先端には接触子１１８が取りつけられ、他方には、移動手段としてのエアーシリンダ１２０の可動部としてのシリンダロッド１２１の先端が固定されている。シリンダロッド１２１は、基端側がシリンダチューブ１２２内に収容され、シリンダチューブ１２２の他方には、空気注入口１２３が設けられている。この移動手段はシリンダチューブ１２２を床面や壁面などの固定部１３０に固定されている。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an impact drive actuator according to the present invention. The piezoelectric element 110 is used as an element that generates a shocking inertial force by a steep extensional displacement. The piezoelectric element 110 is formed by laminating a large number of piezoelectric elements. Weights 111 and 112 are attached to both ends of the piezoelectric element 110, and a preload is applied to the piezoelectric element 110 by plate springs 114 and 115 in a compressing direction. The whole is covered with a cover 116, and a contact 118 is attached to one end of the cover 116, and the end of a cylinder rod 121 as a movable part of an air cylinder 120 as a moving means is fixed to the other. . The cylinder rod 121 is housed in the cylinder tube 122 on the base end side, and an air inlet 123 is provided on the other side of the cylinder tube 122. In this moving means, the cylinder tube 122 is fixed to a fixing portion 130 such as a floor surface or a wall surface.

可動部としてのシリンダロッド１２１には磁性体からなるコア１４１が取りつけられており、また、コア１４１の両側には一次側のインダクタ１４２と、二次側のインダクタ１４３および１４４とが互いに対向するように配置されている。インダクタ１４２には、交流電源１４５が接続され、更に、インダクタ１４３と１４４とは互いに差動接続されており、増幅された差動出力が検知手段１４６で検知されるようになっている。すなわち、コア１４１，インダクタ１４２〜１４４によって、変位センサ１４０としての差動トランスが構成されていることになる。 A core 141 made of a magnetic material is attached to the cylinder rod 121 as a movable part, and a primary inductor 142 and secondary inductors 143 and 144 are opposed to each other on both sides of the core 141. Is arranged. An AC power source 145 is connected to the inductor 142, and the inductors 143 and 144 are differentially connected to each other, and the amplified differential output is detected by the detection means 146. That is, the core 141 and the inductors 142 to 144 constitute a differential transformer as the displacement sensor 140.

インパクト駆動アクチュエータ１００の一端は、弾性体であるエアーシリンダ１２０の空気圧を介して固定部１３０に固定されている。また一次側と二次側のインダクタ１４２〜１４４も固定部１３０に固定されている。 One end of the impact drive actuator 100 is fixed to the fixing portion 130 via the air pressure of the air cylinder 120 that is an elastic body. Further, the primary side and secondary side inductors 142 to 144 are also fixed to the fixing portion 130.

図２（ａ）〜（ｃ）によって差動トランスの作用を説明する。 The operation of the differential transformer will be described with reference to FIGS.

一次側のインダクタ１４２に交流電源１４５からの電圧を印加すると二次側のインダクタ１４３および１４４には誘起電圧が生じる。コア１４１に対してインダクタ１４２、インダクタ１４３，１４４が対称位置にある場合（図２（ａ））は、インダクタ１４３とインダクタ１４４で生じた誘起電圧は互いに打ち消し合って検知手段１４６における出力電圧は０となる。圧電素子１１０を＋Ｘ方向に移動させた場合には、コア１４１とインダクタ１４２，１４３および１４４が非対称の位置関係になるため、インダクタ１４３で発生した誘起電圧と、インダクタ１４４で発生した誘起電圧とに差が生じて、検知手段１４６では、移動量に比例した交流電圧が得られる（図２（ｂ））。検知手段１４６には、増幅された差動電圧が印加され、移動量に比例した交流電圧が出力されるようになっている。圧電素子１１０が−Ｘ方向に移動した場合には＋Ｘ方向の移動とは符号が反転した交流出力信号が生じる（図２（ｃ））。したがって、交流信号をモニタすることによって、インパクト駆動アクチュエータ１００における接触子１１８の先端位置を測定することが可能となる。 When a voltage from the AC power supply 145 is applied to the primary side inductor 142, an induced voltage is generated in the secondary side inductors 143 and 144. When the inductor 142 and the inductors 143 and 144 are in a symmetrical position with respect to the core 141 (FIG. 2A), the induced voltages generated in the inductor 143 and the inductor 144 cancel each other, and the output voltage at the detection unit 146 is 0. It becomes. When the piezoelectric element 110 is moved in the + X direction, the core 141 and the inductors 142, 143, and 144 are in an asymmetric positional relationship. Due to the difference, the detection means 146 obtains an AC voltage proportional to the amount of movement (FIG. 2B). An amplified differential voltage is applied to the detection means 146, and an alternating voltage proportional to the amount of movement is output. When the piezoelectric element 110 moves in the −X direction, an AC output signal whose sign is reversed from that in the + X direction is generated (FIG. 2C). Therefore, it is possible to measure the tip position of the contactor 118 in the impact drive actuator 100 by monitoring the AC signal.

次に、本発明のインパクト駆動アクチュエータ１００の作用を説明する。 Next, the operation of the impact drive actuator 100 of the present invention will be described.

図１において、移動対象物２１は、予圧機構２４によって矢印方向に押圧されて床面１３１上に摩擦保持されている。エアーシリンダ１２０の空気注入口１２３から圧縮空気をシリンダチューブ１２２内に注入することによって、シリンダロッド１２１は図の左側に移動し、移動対象物２１と接触子１１８の先端とは、互いに圧接した状態になる。 In FIG. 1, the moving object 21 is pressed in the direction of the arrow by the preload mechanism 24 and is frictionally held on the floor surface 131. By injecting compressed air into the cylinder tube 122 from the air inlet 123 of the air cylinder 120, the cylinder rod 121 moves to the left side of the figure, and the moving object 21 and the tip of the contactor 118 are in pressure contact with each other. become.

このエアーシリンダ１２０による押圧力によって移動対象物２１が移動することがないように、エアーシリンダ１２０の押圧力の大きさの上限は、移動対象物２１の摩擦保持力の大きさを考慮して設定されている。 The upper limit of the pressing force of the air cylinder 120 is set in consideration of the friction holding force of the moving object 21 so that the moving object 21 does not move due to the pressing force of the air cylinder 120. Has been.

次に、圧電素子１１０にパルス電圧を印加することによって、圧電素子１１０は急峻に変形して移動対象物２１を図の左側に押動する。圧電素子１１０を伸長変位させたときに圧電素子１１０に発生するインパクト力をおもり１１１，１１２により増大させて接触子１１８に伝える。このときの反作用でエアーシリンダ１２０が後退するが、圧電素子１１０の伸張変位以上後退しないようにすることで、エアーシリンダ１２０の圧力の下限を決めることができる。 Next, by applying a pulse voltage to the piezoelectric element 110, the piezoelectric element 110 deforms abruptly and pushes the moving object 21 to the left in the figure. The impact force generated in the piezoelectric element 110 when the piezoelectric element 110 is extended and displaced is increased by the weights 111 and 112 and transmitted to the contactor 118. Although the air cylinder 120 is retracted by the reaction at this time, the lower limit of the pressure of the air cylinder 120 can be determined by preventing the air cylinder 120 from retracting beyond the extension displacement of the piezoelectric element 110.

圧電素子１１０に印加したパルス電圧が消えると、瞬間的に接触子１１８との間には空隙が生じるが、エアーシリンダ１２０の圧縮空気による一定圧力により再び接触子１１８は移動対象物２１に圧接する。この動作を繰り返すことによって、移動対象物２１は図１の左方向に順次移動することができる。 When the pulse voltage applied to the piezoelectric element 110 disappears, a gap is instantaneously formed between the contact 118 and the contact 118 again comes into pressure contact with the moving object 21 by the constant pressure of the compressed air in the air cylinder 120. . By repeating this operation, the moving object 21 can be sequentially moved leftward in FIG.

エアーシリンダ１２０は、圧縮空気が弾性体のように作用するので、圧電素子１１０に急峻な伸張がない状態では、接触子１１８を移動対象物２１に常時、押圧した状態になる。したがって、パルス電圧が圧電素子１１０に印加され、移動対象物２１が移動すると、その移動した分だけシリンダロッド１２１も移動し、コア１４１も移動する。コア１４１が移動すると、図２で説明したように、変位センサ１４０としての差動トランスの検知手段１４６の出力が変化し、移動対象物２１の位置を検知することができる。 Since the compressed air acts like an elastic body in the air cylinder 120, the contactor 118 is always pressed against the moving object 21 when the piezoelectric element 110 is not sharply expanded. Therefore, when a pulse voltage is applied to the piezoelectric element 110 and the moving object 21 moves, the cylinder rod 121 moves and the core 141 moves accordingly. When the core 141 moves, as described in FIG. 2, the output of the detection means 146 of the differential transformer as the displacement sensor 140 changes, and the position of the moving object 21 can be detected.

たとえば、移動対象物２１が初期の位置に摩擦保持された状態のとき、接触子１１８が移動対象物２１に圧接し、かつ、コア１４１がインダクタ１４２〜１４４の対称位置になるようにインパクト駆動アクチュエータ１００を設置すると、このときの検知手段１４６の出力は０となる。この値を基準の位置における変位センサ１４０の出力値と決めておけば、その後、インパクト駆動アクチュエータ１００によって移動対象物２１が移動した距離を正確に測定することができる。基準値は、検知手段１４６の出力が０の位置に限定されず、任意の位置でよい。 For example, when the moving object 21 is frictionally held at the initial position, the impact drive actuator is arranged so that the contactor 118 is pressed against the moving object 21 and the core 141 is in a symmetrical position of the inductors 142 to 144. When 100 is installed, the output of the detection means 146 at this time becomes zero. If this value is determined as the output value of the displacement sensor 140 at the reference position, then the distance traveled by the moving object 21 by the impact drive actuator 100 can be accurately measured. The reference value is not limited to the position where the output of the detection unit 146 is 0, and may be an arbitrary position.

本発明では、変位センサ１４０がインパクト駆動アクチュエータ１００と一体になっているので、インパクト駆動アクチュエータ１００の設置をすれば、変位センサ１４０の位置も同時に決めることができることになる。特許文献１に記載のアクチュエータでは、アクチュエータの設置と、変位センサの設置とを別個にしなければならず、変位センサの設置が余分であり、これに非常に時間が掛かったが、本発明では、そのような煩わしさを全く無くすことができた。 In the present invention, since the displacement sensor 140 is integrated with the impact drive actuator 100, if the impact drive actuator 100 is installed, the position of the displacement sensor 140 can be determined simultaneously. In the actuator described in Patent Document 1, the installation of the actuator and the installation of the displacement sensor must be made separate, and the installation of the displacement sensor is extra, which took a very long time. Such annoyance could be eliminated at all.

また、変位センサ１４０がインパクト駆動アクチュエータ１００と一体になっているので、設置スペースを小さくすることができ、配線も簡単にすることができる。また圧電素子１１０に代えて磁歪素子を積層したものを使用してもよい。 Further, since the displacement sensor 140 is integrated with the impact drive actuator 100, the installation space can be reduced and wiring can be simplified. Further, a layered magnetostrictive element may be used instead of the piezoelectric element 110.

図３は、本発明のインパクト駆動アクチュエータの第２の実施例の構成を示す図である。第１の実施例と共通する構成には、同じ符号を付し、相違点を中心に説明する。このインパクト駆動アクチュエータ２００は、エアーシリンダ１２０に代えてばね２２０を使用し、接触子２１８を移動対象物２１側に長く延ばして、ここに変位センサ１４０を設けたことに特徴がある。ここでは、接触子２１８が可動部となる。床面などの固定部１３０に固定された変位センサ１４０のうち、接触子２１８は進退自在になっている。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the impact drive actuator of the present invention. Components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and differences will be mainly described. This impact drive actuator 200 is characterized in that a spring 220 is used instead of the air cylinder 120, the contact 218 is extended to the moving object 21 side, and a displacement sensor 140 is provided here. Here, the contact 218 becomes a movable part. Of the displacement sensor 140 fixed to the fixed portion 130 such as the floor surface, the contact 218 is movable back and forth.

インパクト駆動アクチュエータ２００の本体部分の後端にあるばね２２０は、弾性体による押圧手段としてのものであり、床や壁などの固定部１３０に固定されている。コア１４１が移動するとインダクタ１４２〜１４４のインダクタンスが変化することによって、移動対象物２１の位置を測定することは第１の実施例と同様である。この実施例によれば、エアーシリンダを使用しないので、実施例１の装置より安価にできる。 The spring 220 at the rear end of the main body portion of the impact drive actuator 200 is a pressing means using an elastic body, and is fixed to a fixing portion 130 such as a floor or a wall. When the core 141 moves, the inductances of the inductors 142 to 144 change, so that the position of the moving object 21 is measured as in the first embodiment. According to this embodiment, since an air cylinder is not used, it can be made cheaper than the apparatus of the first embodiment.

図４は、本発明のインパクト駆動アクチュエータの第３の実施例の構成を示す図である。この実施例は、第２実施例と共通する部分が多いが、最も後端のばね２２０の後端を受ける受部３１０から接触子２１８までの全体をカバー３２０で覆い、インパクト駆動アクチュエータ３００を一体構造にした点に特徴がある。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of the impact drive actuator of the present invention. Although this embodiment has many parts in common with the second embodiment, the entire portion from the receiving portion 310 that receives the rear end of the spring 220 at the rear end to the contact 218 is covered with the cover 320, and the impact drive actuator 300 is integrated. Characterized by the structure.

このような構成にすることで、使用する際には、インパクト駆動アクチュエータ３００の接触子２１８の先端を移動対象物２１に押圧して受部３１０を床や壁などの固定部１３０に固定するだけで設定が完了する。実施例２よりさらに簡単に設定できる。 With such a configuration, in use, only the tip of the contact 218 of the impact drive actuator 300 is pressed against the moving object 21 to fix the receiving part 310 to the fixing part 130 such as a floor or a wall. Setting is complete. This can be set more easily than in the second embodiment.

このように本発明のインパクト駆動アクチュエータ１００，２００，３００は移動量を測定するための変位センサ１４０としての差動トランスが内蔵されているため、接触子１１８，２１８の先端位置の移動量をモニタすることが可能なほか、たとえば、クローズドループフィードバック制御することによって、再現性良く移動対象物２１の位置決めをすることができる。また、変位センサ１４０を内蔵することによって小型、軽量化が容易で、設置の際にも特に調整を必要とすることがなく簡便に取り扱うことが可能である。 As described above, since the impact drive actuators 100, 200, and 300 of the present invention incorporate the differential transformer as the displacement sensor 140 for measuring the movement amount, the movement amounts of the tip positions of the contacts 118 and 218 are monitored. In addition, the moving object 21 can be positioned with good reproducibility by, for example, closed-loop feedback control. In addition, by incorporating the displacement sensor 140, it is easy to reduce the size and weight, and it can be handled easily without requiring any adjustment during installation.

なお、上記第１の実施例では、圧電素子１１０の移動手段としてエアーシリンダ１２０を用いたが、油圧シリンダなどを含めた流体シリンダとすることができる。また、このような流体シリンダや上記第２の実施例のようなばね２２０などを用いた弾性付勢の構成に限定されず、弾性を利用しないで接触させる構成としてもよい。たとえば、接触子１１８に雄ネジを形成し、エアーシリンダに代えて雌ネジのある円板を設け、この円板を廻すことで、接触子１１８と圧電素子１１０とを移動対象物２１に常時接触させる構成としてもよい。 In the first embodiment, the air cylinder 120 is used as the moving means of the piezoelectric element 110. However, a fluid cylinder including a hydraulic cylinder can be used. Moreover, it is not limited to the structure of elastic urging using such a fluid cylinder or the spring 220 like the said 2nd Example, It is good also as a structure made to contact without utilizing elasticity. For example, a male screw is formed on the contactor 118, a disk with a female thread is provided instead of the air cylinder, and the contactor 118 and the piezoelectric element 110 are always in contact with the moving object 21 by rotating this disk. A configuration may be adopted.

また、変位センサとして差動トランスを使用したが、素子と一体化できるものであればよく、この構成に限定されるものではない。 Moreover, although the differential transformer was used as a displacement sensor, what is necessary is just to be able to integrate with an element, and it is not limited to this structure.

本発明のインパクト駆動アクチュエータの第１の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st Example of the impact drive actuator of this invention. （ａ）〜（ｃ）は、差動トランスの作用を説明する図である。(A)-(c) is a figure explaining the effect | action of a differential transformer. 本発明のインパクト駆動アクチュエータの第２の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Example of the impact drive actuator of this invention. 本発明のインパクト駆動アクチュエータの第３の実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 3rd Example of the impact drive actuator of this invention. 従来の位置決め装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional positioning device. （ａ）〜（ｃ）は、図５のインパクト駆動アクチュエータ１の駆動原理を説明する図である。(A)-(c) is a figure explaining the drive principle of the impact drive actuator 1 of FIG. 圧電素子に８０〜１５０Ｖのパルス電圧を印加したときの１パルス当たりの移動量を示す線図である。It is a diagram which shows the moving amount | distance per 1 pulse when a 80-150V pulse voltage is applied to a piezoelectric element.

Explanation of symbols

２１移動対象物
１００，２００，３００インパクト駆動アクチュエータ
１１０圧電素子（素子）
１１８，２１８接触子（可動部）
１２０エアーシリンダ（移動手段、押圧手段）
１２１シリンダロッド（可動部）
１３０固定部
１４０変位センサ
１４１コア（磁性体）
１４２一次側のインダクタ
１４３，１４４二次側のインダクタ
１４６検知手段 21 Moving object 100, 200, 300 Impact drive actuator 110 Piezoelectric element (element)
118,218 Contact (movable part)
120 Air cylinder (moving means, pressing means)
121 Cylinder rod (movable part)
130 Fixed part 140 Displacement sensor 141 Core (magnetic body)
142 Primary-side inductors 143 and 144 Secondary-side inductor 146 Detection means

Claims

An element that moves the moving object by applying a shocking inertial force to the moving object by steep deformation, a moving means that contacts the moving object, and the moving object that is provided integrally with the element. An impact drive actuator comprising a contact-type displacement sensor for detecting the position of an object.

The displacement sensor includes a magnetic body provided at a movable portion that is displaced by movement of the moving object, a primary inductor provided at a fixed position facing the magnetic body, the primary inductor, and the magnetic Two secondary-side inductors disposed opposite to each other at a fixed position across the body, and detection means for detecting a difference between the secondary-side inductors, and the detection means includes a difference between the secondary-side inductors. The impact drive actuator according to claim 1, wherein the position of the moving object is detected by detecting a change in the position.

The impact drive actuator according to claim 1 or 2, wherein the moving means is an elastic body, and the elastic body presses the element against a moving object.

4. The impact drive actuator according to claim 3, wherein the elastic body is pneumatic.

The impact drive actuator according to claim 3, wherein the elastic body is a spring.

The impact drive actuator according to claim 3, wherein the elastic body is a fluid cylinder, and the fluid cylinder presses the element against the moving object.

The impact drive actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the element is an electrostrictive element or a magnetostrictive element.

The impact driving actuator according to claim 7, wherein the element is a laminate of a plurality of electrostrictive elements or magnetostrictive elements.

The impact drive actuator according to any one of claims 1 to 8, wherein the element, the moving unit, and the displacement sensor are covered and integrated with each other.

10. The impact drive actuator according to claim 9, wherein up to the receiving portion of the moving means is covered with the cover and integrated.