【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報・精密機器，工作機械，ＦＡなどの分野或いは半導体，液晶，ディスプレイ，表面実装などの様々な生産工程で必要とされるアクチュエータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、機械加工における加工精度は、ミクロンからサブミクロンのオーダーに入りつつある。半導体・電子部品の分野では、サブミクロン加工は普通であるが、メカトロニクスと共に進歩している機械加工の分野でも、超精密加工に対する需要が急増している。超精密加工を可能にした理由のひとつには、ｎｍオーダーの変位計測が容易となったレザー利用の高精度計測技術が導入されるようになったことが上げられる。
【０００３】
更に近年、高精度計測技術の導入と共に、超磁歪素子、圧電素子で代表される電磁歪素子がマイクロアクチュエータとして適用されるようになっている。１９６３年の極低温下での巨大磁歪の発見をきっかけとして、１９７２年、Ａ．Ｅ．クラークが中心となって発明されたと言われる超磁歪材料は、常温下でも従来の磁歪材料と比べて２桁も大きい巨大磁歪（Ｇｉａｎｔ−ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）が得られるとして、近年急速に実用化が進められている。その代表的な材料は、希土類元素Ｒと鉄Ｆｅの原子比１：２の組成を持っており、例えば、ＴｂＦｅ２，ＤｙＦｅ２，ＳｍＦｅ２，ＨｏＦｅ２，ＥｒＦｅ２などが挙げられる。従来の磁歪材料が数十ＰＰＭの磁歪であるのに対して、超磁歪材料の場合は１５００〜２０００ＰＰＭ（磁歪：ＰＰＭ＝ΔＬ／Ｌ×１０６）が得られる。
【０００４】
図１７は、この超磁歪のバルク素材を用いた直動型アクチュエータの代表的構造を示すものである。７００は超磁歪ロッド、７０１は磁界コイル、７０２はバイアス永久磁石、７０４はヨーク材、７０５は出力軸、７０６はバイアスバネ、７０７は位置検出板、７０８は変位センサ、７０９はハウジングである。
【０００５】
バイアス永久磁石７０２は、予めロッドに磁界をかけて磁界の動作点を高めて、磁界の強さに対する超磁歪の線形範囲を拡大するために配置される。また、バイアスバネ７０６は、予めロッドに適正な予荷重（圧縮応力）をかけることにより、磁界に対する磁歪の勾配を急峻にするため設けられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１１９０７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−００１１９２号公報
【特許文献３】
特開２００２−３１５３７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＡ・ＡＶ商品、情報機器などの商品は、近年益々軽薄短小化が進んでいるが、そのモノ作りにもミクロ・ファインの生産技術が要求されるようになっている。例えば、精密位置決め、精密リニア搬送、小型部品の高速フィーダ、超微少流量制御などである。これら技術の進歩の鍵をにぎるのが高性能のマイクロ・アクチュエータである。超磁歪素子、圧電素子などの電磁歪素子は、一軸・一自由度だけの特性を評価するならば、前述した高精度でハイレスポンスなどの特徴をもつがゆえに理想のアクチュエータといえる。
【０００８】
図１７に示す超磁歪アクチュエータは、▲１▼変位量が大きい、▲２▼低電圧駆動、▲３▼高速応答性、▲４▼発生荷重が大きい、▲５▼非接触駆動ができる、などの特徴をもっている。比較的歴史が古く、超磁歪素子と比較される積層型の圧電素子も、マイクロアクチュエータとして、精密位置決め装置などに広く用いられているが、上記▲２▼▲５▼は圧電素子にはない超磁歪素子の特徴である。
【０００９】
しかし圧電素子と比べて、超磁歪素子で駆動されるアクチュエータは外径寸法φＤが大きいという欠点があった。その理由は、超磁歪ロッド７００に制御磁界をかけるための磁界コイル７０１を、超磁歪ロッド７００の外周部に配置する必要があり、この磁界コイル７０１とこの磁界コイル７０１を収納するハウジング７０９の寸法でアクチュエータ外径φＤが決まるからである。
【００１０】
さて、精密機器に求められるアクチュエータは一軸の動作だけではなく、多自由度で微少変位の複合動作ができる機構ユニットとであることが望ましい。しかし、多自由度の動作を実現するために、複数個の電磁歪アクチュエータを組み合わせて機器を構成した場合、制御系を含む装置全体が複雑化するため、実用上は適用困難な場合が多い。
【００１１】
そこで、本発明者は、超磁歪素子が非接触で電力を素子に供給できることに注目し、超磁歪素子とモータを組み合わせることにより、直線と回転運動の２自由度の出力軸を得ることができるアクチュエータ装置を、特許文献１で提案している。
【００１２】
また、この２自由度アクチュエータの応用により、回転運動により流体の輸送手段を与え、直線運動を用いて固定側と回転側の相対的なギャップを変化させ、流体の吐出量を制御する塗布手段、例えば「流体供給装置及び流体供給方法」（特許文献２）或いは「アクチュエータ装置及び流体供給装置」（特許文献３）などがある。
【００１３】
これらの提案により、超磁歪素子の小型、高精度、高発生荷重、高速レスポンス、等の特徴を活かした上で、極めてシンプルな構成で多自由度の複合動作を持つ機構ユニットが実現できる。表面実装のディスペンサ、チップ装着機、振動加工スピンドル等に用いれば、その長所を発揮できる。
【００１４】
本発明者は、また、未公開自社出願の特願２００１−３８５８０４号明細書において、ディスプレイ・パネルの蛍光体・電極材塗布に、２自由度アクチュエータ・ディスペンサを用いた描画線始終端の高品位塗布方法を提案している。図１６は既提案ディスペンサの具体構造を示すもので、５０１は超磁歪素子による第１のアクチェータ、５０２は第１のアクチェータ５０１によって直線駆動される主軸（ピストン）、５０３はハウジング、５０４は主軸５０２を収納するポンプ部である。
【００１５】
５０５は第２のアクチェータであり、主軸５０２とハウジング５０３の間に相対的な回転運動を与えるものである。５０６はモータロータ、５０７は上部主軸５０７、５０８はモータステータ、５０９は上部ハウジング、５１１、５１２は超磁歪素子から構成される円筒形状のリア側超磁歪ロッド及びフロント側超磁歪ロッド、５１３は磁界コイルである。５１４、５１５、５１６はリア側、中間部、フロント側の永久磁石である。５１７は磁気回路のリア側ヨーク、５１８はヨーク材を兼ねたフロント側スリーブ、５１９は円筒形状ヨーク材である。主軸５０２はこの磁気回路に影響を与えないように、非磁性材料を用いている。すなわち、超磁歪ロッド５１１，５１２、磁界コイル５１３、永久磁石５１４〜５１６、リア側ヨーク５１７、フロント側スリーブ５１８、ヨーク材５１９により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮を制御できる超磁歪アクチェータ（第１のアクチェータ５０１）を構成している。
【００１６】
５２０はリア側スリーブ、５２１は中間ハウジング、５２２はバイアスバネ、５２３は回転伝達キー、５２４は軸受、５２５はモータエンコーダ、５２６は変位センサである。上記構成により、
▲１▼回転運動を与える第２のアクチュエータ５０５で、ねじ溝が形成されたピス
トンを回転させてポンピング圧力を発生させ、塗布流体を吐出側に圧送する。
【００１７】
▲２▼第１のアクチュエータ５０１でピストンを直線駆動することにより、ピストンの吐出側端面に正負のスクイーズ圧力を発生させる。
【００１８】
塗布開始時にはピストン下降により、正圧を発生させて高粘度流体をスムーズに流出させ、塗布終了時にはピストンの急上昇による負圧を発生させて、流体を遮断させる。
上記▲１▼▲２▼の組み合わせにより、ディスプレイパネルの有効表示領域と非有効表示領域の境界部における塗布線の高速遮断・高速開放の制御を実現している。
【００１９】
ディスペンサを用いてパネル面に蛍光体スクリーンストライブを形成する場合でも、従来のスクリーン印刷方式と同等の生産タクトが要望される。千本〜数千本のスクリーンストライブをできるだけ短時間で描くためには、ディスペンサ（或いはパネル）が搭載された搬送台を高速で往復動作させると共に、塗布装置にできるだけ多くのディスペンサを配置するのが好ましい。１セットのディスペンサに複数本のノズルを設置すれば、生産効率は向上する。
【００２０】
しかしこの場合、各ノズルの流量はノズルの流体抵抗に依存するために、各ノズルの僅かの内径差によって流量のばらつきが生ずるという問題点がある。そのため、１セットのディスペンサに設置できるノズルの本数には制限がある。理想的には、１セットのディスペンサに一個のノズルを設置し、各ノズルからの流量は独立して調節できるのが望ましい。しかし、前述したように、超磁歪アクチュエータで駆動される既提案のディスペンサは、外径寸法の点で小型化には限界があった。
【００２１】
本発明は、超磁歪素子に磁界を与える電磁コイルを、超磁歪素子の軸芯位置とは異なる位置に電磁コイルの軸芯位置を配置して、閉ループ磁気回路を形成することにより、アクチュエータの薄型化を図ったものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータ装置は、一端をフロント側としもう一方の端部をリア側とする超磁歪素子と、この超磁歪素子と連結した出力軸と、前記超磁歪素子と前記出力軸を収納するハウジングと、この出力軸を前記ハウジングに対して相対的に軸方向移動可能に支持する軸受部と、前記超磁歪素子の軸芯とは異なる位置に軸芯を有する電磁コイルと、この電磁コイルと前記超磁歪素子の間に閉ループ磁気回路が形成されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１と図２を用いて説明する。図１及び図３は超磁歪素子を用いた直動型のアクチュエータを示すもので、超磁歪素子の軸芯とは異なる位置に軸芯を有する電磁コイルを配置し、かつこの電磁コイルと超磁歪素子の間に閉ループ磁気回路を形成したものである。
【００２４】
１はアクチュエータによって駆動されるピストン（出力軸）、２はこのピストン１のフロント側（出力側）端部、３はこのピストン１をフロント側で支持するフロント側ベース台、４はピストン１のリア側端部、５はピストン１をリア側で支持するリア側スリーブである。６はアクチュエータのリア側でピストンと一体化した円筒形状のリア側ヨーク、７は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。この超磁歪ロッド６はバイアス永久磁石（Ａ）８，（Ｂ）９に上下から挟まれた形で、リア側ヨーク６とフロント側ベース台３の間に保持されている。
【００２５】
この永久磁石（Ａ），（Ｂ）は、超磁歪ロッド７に予めに磁界をかけて磁界の動作点を高めるもので、この磁気バイアスにより磁界の強さに対する超磁歪の線形性が改善できる。１０は超磁歪ロッド６に予圧を与えるためのバイアスバネである。このバイアスバネ１０によって、超磁歪ロッド７には常に軸方向に圧縮応力が加わるため、繰り返し応力が発生した場合に、引っ張り応力に弱い超磁歪素子の欠点が解消される。
【００２６】
１１及び１２は超磁歪ロッド６の長手方向に磁界を与えるための磁界コイルＡ及びＢである。２つの磁界コイル１１、１２は、超磁歪ロッド７を中心に左右対称に配置されている。１３、１４はそれぞれの磁界コイルの磁束管としての鉄心である。各鉄心１３、１４はボルト１５ａ，１５ｂ、１６ａ、１６ｂにより、フロント側ベース台３とリア側ベース台１７の間に固定されている。１８及び１９は、フロント側ベース台３とリア側ベース台１７を固定するためのハウジングＡおよびハウジングＢである。２０はリア側スリーブ５の上端に配置され、ピストン１の上端部を検出する変位センサである。フロント側ベース台３とリア側ベース台１７及びハウジングＡ１８およびハウジングＢ１９が、出力軸１と超磁歪ロッド７を支持する固定側のハウジングである。
【００２７】
上記構成により、超磁歪ロッド７の伸縮を制御する２つの閉ループ磁気回路Ａ及びＢが形成される。磁気回路Ａは、７→９→３→１３→１７→６→８→７、磁気回路Ｂは７→９→３→１４→１７→６→８→７として、閉ループを形成している。すなわち、上記２つの閉ループ磁気回路と変位センサ２０により、磁界コイルに与える電流で超磁歪ロッドの軸方向の伸縮量を制御できる超磁歪アクチュエータを構成している。
【００２８】
２つの電磁コイルはそれぞれ独立した電源により駆動してもよく、或いは２つの電磁コイルをシリーズに連結して、１つの電源で駆動してもよい。
【００２９】
なお、本発明のどの実施例でも同様であるが、バイアス用の永久磁石は閉ループの磁気回路を構成できるならば、どの個所にどの様な形状で配置してもよい。
【００３０】
図１７で示した従来の超磁歪アクチュエータの場合、超磁歪ロッド７００に制御磁界をかけるための磁界コイル７０１を、超磁歪ロッド７００の外周部に配置しているため、この磁界コイル７０１とこの磁界コイル７０１を収納するハウジング７０９の寸法でアクチュエータ外径φＤが決まっていた。本発明では、電磁コイルの軸芯位置を超磁歪素子の軸芯とは異なる位置に配置したために、電磁コイルの外径は小さくできる。
【００３１】
そのため、アクチュエータの厚みＢを十分に小さくできる。そのために、複数のアクチュエータを厚み方向に重ねて配置することにより、独立した複数個の出力軸をもつアクチュエータ装置がコンパクトに構成できる。このアクチュエータ装置は、基板上で幾何学的に対象に配置された複数個の部品を同時に加工する場合等に有効である。
【００３２】
例えば、表面実装におけるチップ部品のマウント工程等に適用すれば、アクチュエータの出力軸を狭ピッチで配列できるために、生産性は大いに向上する。
【００３３】
本発明からなる超磁歪アクチュエータの場合、電磁コイルと超磁歪ロッドを分離できるために、冷却が容易となる。図１７で示した従来の超磁歪アクチュエータの場合、発熱源である超磁歪ロッド７００と磁界コイル７０１は狭い密閉空間に収納されているために、その放熱は容易でなかった。放熱が不充分な場合、素子の寿命を低下させるだけではなく、アクチュエータの周辺部材の温度上昇をもたらすため、出力軸の位置決め精度を低下させる。そのため、超磁歪アクチュエータで消費動力の大きな動作をさせる場合は、空冷だけでは不充分なため、冷却水を循環させるなどの方策を施す必要があった。
【００３４】
以下、本発明の第２の実施例について、図３及び図４を用いて説明する。
【００３５】
この実施例は、非接触で電力供給できる超磁歪素子の特徴を利用して、直線運動する超磁歪素子の出力軸にさらにモータによる回転の機能、すなわち２自由度アクチュエータの機能を持たせたものである。第１の実施例同様に、アクチュエータの厚みＢを十分に小さくできる。
【００３６】
本装置は２つのアクチュエータ部と、ピストンの回転と直線運動を支持するスピンドル部から構成される。５１は第１のアクチュエータであり、超磁歪素子を用いてピストンを直線駆動させる。第１実施例同様に、超磁歪素子の軸芯とは異なる位置に軸芯を有する電磁コイルを配置し、かつこの電磁コイルと超磁歪素子の間に閉ループ磁気回路を形成している。５２は第２のアクチュエータであり、モータによりピストンを回転駆動させる。５３はスピンドル部であり、ピストンのラジアル方向を支持すると共に、超磁歪ロッドが受けるスラスト荷重を支持する。
【００３７】
５４は第１のアクチュエータ５１と第２のアクチュエータ５２によって、直線及び回転駆動されるピストン（出力軸）、５５はこのピストン１のフロント側（出力側）端部、５６はフロント側ベース台、５７はピストン５４のリア側端部、５８はリア側ベース台、５９はアクチュエータのリア側でピストンと一体化した円筒形状のリア側ヨーク、６０は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。
【００３８】
この超磁歪ロッド６０はバイアス永久磁石（Ａ）６１、（Ｂ）６２に上下から挟まれた形で、リア側ヨーク５９とフロント側回転スリーブ（下記）の間に保持されている。６３はリア側回転スリーブ、６４は超磁歪ロッド６０に予圧を与えるためのバイアスバネである。６５は超磁歪ロッド６０の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル、６６は磁界コイルの磁束管としての鉄心である。鉄心６６はボルト６７ａ、６７ｂにより、フロント側ベース台５６とリア側ベース台５８の間に固定されている。６８及び６９は、フロント側ベース台５６とリア側ベース台５８を固定するためのハウジングＡおよびハウジングＢである。７０はリア側軸受スリーブ、７１はボルト、７２は軸受である。リア側回転スリーブ６３は、リア側軸受スリーブ７０の間に設けられた軸受７２によって、回転自在の状態を保ちつつその軸方向位置が規制されている。
【００３９】
ピストン５４は円筒形状をしたリア側軸受スリーブ６３の中心部を貫通して、さらに上方向にも伸びている。７３は第２のアクチュエータ５２であるモータのロータ、７４はモータのステータである。実施例では２極フラットモータを用いている。ロータ７３は断面真円形状であるが、ステータは図３において左右対称に２極のみ設けている。７５はモータステータを収納するモータハウジングである。モータハウジング７５の上部に設けられた上部蓋７６には、ピストンの端面位置を検出する変位センサ７７が配置されている。
【００４０】
７８はフロント側回転スリーブ、７９はフロント側固定スリーブ、８０ａ、８０ｂは軸受である。ピストン５４は円筒形状をしたフロント側回転スリーブ７８の中心部を貫通している。
【００４１】
上記構成により、本実施例のアクチュエータ装置では、ピストン５４（出力軸）は回転運動と微少変位の直線運動の制御を同時に、かつ独立して行うことができる。さらに実施例では、第１のアクチュエータ５１に超磁歪素子を用いたために、超磁歪ロッド６０（及びピストン５４）を直線運動させるための動力を、外部から非接触で与えることができる。すなわち、本構成のアクチュエータでは、モータを回転させたままで、数メガヘルツの周波数特性を持つ電磁歪素子の特徴を活かし、高いレスポンスで出力軸を軸方向に相対移動させることができる。
【００４２】
本実施例では、第１の実施例同様に、超磁歪ロッド６０の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル６５を遠方に配置した構成であるため、第１のアクチュエータの厚みを十分に小さくできる。
【００４３】
更に、実施例では２極フラットモータを用いたために、モータの厚みも十分に小さくできる。すなわち、「電磁コイルの外付け配置による超磁歪アクチュエータ」×「２極フラットモータ」の相乗効果により、厚みＢが十分に小さい２自由度アクチュエータが実現できるのである。実施例では、第１のアクチュエータ５１（超電磁歪素子）の上部に第２のアクチュエータ５２（モータ）を配置したが、この逆の配置の構成でもよい。
【００４４】
この２自由度アクチュエータは、様々な用途に適用することができる。
【００４５】
例えば、ピストン５４の先端５５に加工用のツールを装着すれば、振動加工（切り屑分断加工）用のスピンドルとして用いることができる。２自由度アクチュエータによる振動加工については、既に本発明者によって、「アクチュエータ装置及び流体供給装置」（特許文献３）で提案済のものである。
【００４６】
本発明を適用すれば、既提案と比べて、スピンドルの厚みを大幅に小さくできるために、複数のスピンドルを厚み方向に重ねて配置することにより、独立した複数個のツールをもつ加工スピンドルがコンパクトに構成できる。そのため、例えば、高密度化プリント配線板の複数微少孔を高い生産性のもとで形成できる。
【００４７】
以下、振動加工について補足する。振動加工には様々な形態が開発されている。例えばドリル加工を例にとれば、振動を送り方向（軸方向）に与えて、かつ加工条件を適切に選ぶならば、切りくずが微細に分断され、ドリルの折損を回避できることが分かっている。
【００４８】
例えば、その研究例として、窪田他：「送りに振動を重畳させた小径穴加工の研究」、精密工学会誌、ＶＯＬ．６１．Ｎｏ．７，１９９５等がある。上記研究では、送りに振動を重畳させることにより、切れ刃間の位相差が切り屑の生成状態に大きな影響を与え、ドリル一回転当たりの振動波数を適切に選ぶことにより、切り屑は分断されるとしている。
【００４９】
この工法を実際に実現するためには、ドリルの回転とタイミングをとりながら、ドリルとワークを軸方向に相対的に振動させる手段が必要となる。
【００５０】
上記研究例では、スピンドル側に振動源を持つのではなく、ワークを把持する固定側にＰＺＴアクチュエータを設けて、送り方向振動をワークに与える方法が紹介されている。しかし、実際に量産現場でその振動加工の効果を得ようとすると、ワーク側に振動を与えるのは生産効率面で不具合が多く、汎用性がない。
【００５１】
本実施例のアクチュエータを用いれば、超磁歪素子とモータとの同期運転による自由度の高い変位・速度の制御ができるため、多目的に使用可能な汎用性ある切り屑分断加工用スピンドルが実現できる。
【００５２】
図５は、本発明の第３実施例を示すもので、第２実施例で示した「２自由度アクチュエータ」の出力軸にねじ溝によるポンプ部を設けたディスペンサを示す。
【００５３】
すなわち、ねじ溝が形成されたピストンとこのピストンを収納するスリ−ブの間に、相対的な回転運動と直線運動を同時に与える構成により、
▲１▼ 第１のアクチュエータでピストンを直線駆動させて、ピストンの吐出側端
面に正負のスクイーズ圧力を発生させる。
【００５４】
▲２▼ 回転運動を与える第２のアクチュエータで、ねじ溝が形成されたピストンを回転させてポンピング圧力を発生させ、塗布流体を吐出側に圧送する。
【００５５】
上記▲１▼▲２▼の組み合わせにより、塗布線の始終端を高品位で描くための流量制御を実現したものである。
【００５６】
２自由度アクチュエータで構成されるディスペンサを用いて、塗布線の始終端を高品位で描く方法は、既に本発明者によって、例えば、「ディスプレイパネルのパターン形成方法および形成装置」（未公開自社出願の特願２００１−３８５８０３号明細書）等で提案済のものである。本発明を適用することにより、上記ディスペンサの機能を損なわないで、ディスペンサ本体の断面形状を長方形にして、かつその幅の厚みを大幅に薄くすることができる。複数のディスペンサを厚み方向に重ねて配置することにより、独立した複数個のヘッドによる、生産性の高い塗布装置がコンパクトに構成できる。
【００５７】
以下、本発明を適用したディスペンサについて補足説明する。
【００５８】
本装置は２つのアクチュエータ部、すなわち第１のアクチュエータ１５１と第２のアクチュエータ１５２、ピストンの回転と直線運動を支持するスピンドル部１５３、及びポンプ部１５４から構成される。
【００５９】
１５４は第１のアクチュエータ１５１と第２のアクチュエータ１５２によって、直線及び回転駆動されるピストン（出力軸）、１５５はこのピストン１５４のフロント側（出力側）端部（図６）、１５６はフロント側ベース台、１５７はピストン１５４のリア側端部、１５８はリア側ベース台、１５９はアクチュエータのリア側でピストンと一体化した円筒形状のリア側ヨーク、１６０は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。
【００６０】
この超磁歪ロッド１６０はバイアス永久磁石（Ａ）１６１、（Ｂ）１６２に上下から挟まれた形で、リア側ヨーク１５９とフロント側回転スリーブ（下記）の間に保持されている。１６３はリア側回転スリーブ、１６４は超磁歪ロッド１６０に予圧を与えるためのバイアスバネである。１６５は超磁歪ロッド１６０の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル、１６６は磁界コイルの磁束管としての鉄心である。鉄心１６６はボルト１６７ａ、１６７ｂにより、フロント側ベース台１５６とリア側ベース台１５８の間に固定されている。１６８及び１６９は、フロント側ベース台１５６とリア側ベース台１５８を固定するためのハウジングＡおよびハウジングＢである。１７０はリア側軸受スリーブ、１７１はボルト、１７２は軸受である。リア側回転スリーブ１６３は、リア側軸受スリーブ１７０の間に設けられた軸受１７２によって、回転自在の状態を保ちつつその軸方向位置が規制されている。
【００６１】
ピストン１５４は円筒形状をしたリア側軸受スリーブ１６３の中心部を貫通して、さらに上方向にも伸びている。１７３は第２のアクチュエータ１５２であるモータのロータ、１７４はモータのステータである。実施例では２極フラットモータを用いている。ロータ１７３は断面真円形状であるが、ステータは図５において左右対称に２極のみ設けている。１７５はモータステータを収納するモータハウジングである。モータハウジング１７５の上部に設けられた上部蓋１７６には、ピストンの端面位置を検出する変位センサ１７７が配置されている。
【００６２】
１７８はフロント側回転スリーブ、１７９はフロント側固定スリーブ、１８０ａ、１８０ｂは軸受、１８１はピストン小径部である。ピストン小径部１８１は円筒形状をしたフロント側回転スリーブ１７８の中心部を貫通している。
【００６３】
さて、本実施例では、ピストン１５４の軸方向位置決め機能を用いて、ねじ溝の定常回転状態を保ったままで、ピストンの吐出側端面の隙間の大きさを任意に制御することができる。この機能を用いて、吸入口から吐出ノズルに至るいかなる流通路の区間も機械的に非接触の状態で、始終端における粉流体の遮断・開放の制御ができる。その原理をポンプ部１５４の詳細図である図６を用いて説明する。
【００６４】
図６において、１８２はフロント側回転スリーブ１７８に固定されたねじ溝スリーブ、１８３はねじ溝スリーブ１８２の外表面に形成された流体を吐出側に圧送するためのねじ溝、１８４はねじ溝スリーブ１８２を収納するシリンダである。
【００６５】
このねじ溝スリーブ１８２とシリンダ１８４の間で、ねじ溝スリーブ１８２とシリンダ１８４の相対的な回転によってポンピング作用を得るためのポンプ室１８５（流体輸送室）を形成している。またシリンダ１８４には、ポンプ室１８５と連絡する吸入孔１８６が形成されている。
【００６６】
１８７はシリンダ１８４の下端部に装着された吐出プレート、１８８は吐出ノズルである。図６で説明した流体圧送手段であるねじ溝１８３は、スパイラルグルーブ動圧軸受として知られている公知のものであり、またねじ溝ポンプとしても利用されている。
【００６７】
上記ディスペンサ基本的な機能、すなわち超磁歪素子で駆動されるピストンが回転と同時に高速の直線運動ができる機能を利用して、連続塗布、間欠塗布の様々な塗布プロセスに本ディスペンサを適用することができる。実施例では、描画線の始終端を高品位で塗布するための「始終端制御」に用いたので、これについて補足説明する。すなわち、
▲１▼ 塗布開始時には、ピストンを急速に降下させると同時にモータの回転を開始する。
【００６８】
▲２▼ 塗布終了時には、ピストンを上昇させると同時にモータの回転を停止する。
【００６９】
実施例では、ピストンを超磁歪素子で駆動しているため、ピストンの入力信号に対する出力変位の応答性は、１０−３ｓｅｃ（１０００Ｈｅｒｚ）のオーダーであった。
【００７０】
図７は、超磁歪素子によって駆動されるピストンの変位曲線、図８はモータの回転数を、Ｎ＝０ｒｐｍからＮ＝２００ｒｐｍまで立ち上げたときに発生するねじ溝のポンピング圧力Ｐｐを示す。図９はピストンを上昇・下降させることによって発生する、吐出ノズルの上流側におけるスクーズ圧力Ｐｓの解析結果を示す。図１０は、上記ねじ溝のポンピング圧力Ｐｐとスクーズ圧力Ｐｓを合成した圧力Ｐｎ（＝Ｐｐ＋Ｐｓ）である。
【００７１】
表１に実施例のディスペンサの構成条件を示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
（１）塗布開始時
塗布開始前の状態では、モータの回転は停止しており、ピストンはその対向面との間隙：Ｘｐ＝１６０μｍの状態にある。ｔ＝０．０２秒でピストンが間隙：Ｘｐ＝１６０→１５０μｍへ急降下を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力：Ｐｎは急上昇する。その理由は、ピストン変位の微分ｄｈ／ｄｔ＜０のとき発生するスクイーズ作用によるものである。スクイーズ作用は、通常、粘性流体を用いた流体軸受の動圧効果の一種とされるが、本実施例では、ねじ溝ポンプの内部抵抗に依存して発生する第２次スクイーズ効果（既提案）と呼ばれる作用を利用している。この第２次スクイーズ圧力の発生により、吐出ノズル先端での表面張力に打ち勝つ運動エネルギが流体に与えられるために、ノズル先端に流体塊を作ることなく塗布を開始できる。
【００７４】
始点における塗布線をスムーズに描かせるためオーバーシュート圧力は、ピストンのストロークが大きい程、立ち上がり時間が短い程大きい。すなわち、吐出ノズル先端の流体の表面張力に打ち勝ちと共に、始点での塗布線の「太り」にならない範囲で、このオーバーシュート圧力の大きさを設定すればよい。
【００７５】
（２）定常走行時
０．０３＜ｔ＜０．０７秒の間は、ピストンはその対向面との間隙：Ｘｐ＝１５０μｍの状態を保ちながら、ねじ溝の回転によるポンピング圧力Ｐｐによる定量吐出により、連続線が塗布される。この区間ではスクイーズ圧力の発生はない。この理由は、スクイーズ圧力は隙間ｈが変化しているときのみ発生するからである。
【００７６】
（３）塗布終了時
ｔ＝０．０７秒で、モータの減速と同時に、ピストンが間隙：Ｘｐ＝１５０→１６０μｍへ上昇を開始すると、吐出ノズルの上流側圧力Ｐｎは、図１０で示すように、一時的に急降下する。圧力が急降下する理由は、ピストン上昇による単位時間当りの容積増加分がねじ溝ポンプが供給できる流量を越えるからである。大きなマイナス圧力となっているのは、解析の基礎式として用いたＲｅｙｎｏｌｄｓ方程式が流体の圧縮性を考慮していないからである。実際は気泡などの発生により流体圧力は絶対圧力ゼロ以下（Ｐｎ＜０．０ＭＰａ）にはならない。
【００７７】
この急峻な負圧発生によって、吐出ノズルからの流体が遮断されるだけでなく、ノズル先端の流体塊をノズル内部に若干量吸引させるサックバックの効果が得られる。スクイーズ圧力による負圧発生後は、モータの回転は停止しているため、ねじ溝のポンピング圧力による吐出はない。したがって、ノズルが非有効表示領域（Ｕターン区間）を通過している間、ノズル内部の流体のメニスカスは、ノズル先端で流体塊を作ることなく同一の位置を保ち続ける。そのため、前述した流体塊のボタ落ちなどのトラブルは回避できる。
【００７８】
なお、実施例ではピストンとその対向面の最小隙間は、Ｘｍｉｎ＝１５０μｍに設定した。実施例の蛍光体の粒径はφｄ＝７〜９μｍであり、Ｘｍｉｎ＞φｄであるため、吸入口から吐出口に至る通路で蛍光体の微粒子を機械的に圧搾・破損することはない。
【００７９】
本実施例では、塗布線の始点・終点をスムーズに描かせるためのオーバーシュート圧力とサックバック圧力を、ピストンの軸方向運動によって得ることができた。実施例では、ピストン変位曲線（図７に一例を示す）は任意の形状を設定することができる。またピストンを駆動する超磁歪素子は高い応答性をもつために、変位曲線が急峻な変化をしても十分に追従できる。すなわち、超磁歪素子の変位・速度制御により、モータの回転数制御ではできない微妙な始終端の吐出圧力と流量の制御ができる。
【００８０】
本実施例では、超磁歪素子の軸方向変位の制御と、モータの回転数制御を組み合わせることにより、連続塗布線の始終端の課題を解決すると共に、Ｕターン区間において、吐出ノズルから材料のリークが無い完全遮断状態を任意の時間保つことができた。Ｕターン区間を十分に短く設定できる場合は、モータの回転を維持したままで、ピストンのみの駆動により終点での流量遮断と始点での開放ができる。
【００８１】
また、外周側ピストンとこの外周側ピストンを収納する固定側の相対移動面にねじ溝を形成すれば、実施例同様に流体圧送手段にできる（図示せず）。
【００８２】
図１１は本発明の第３実施例の基本構造を基に構成されたディスペンサの外観図を示すものである。
【００８３】
２００は第１のアクチュエータ、２０１は第２のアクチュエータ、２０２はピストンの回転と直線運動を支持するスピンドル部、２０３はポンプ部である。２０４は磁界コイル、２０５は吐出ノズルである。
【００８４】
図１２は図１１のディスペンサを複数個重ねて配置したものである。２５０は塗布対象であるパネルである。図１２から分かるように、各ノズル間を十分に狭ピッチにして、多くのディスペンサを配置することができる。
【００８５】
さて、超磁歪アクチュエータ、或いは回転モータに用いる磁界コイルの出力は磁界コイルの容積に比例する。ディスプレイ等の塗布にディスペンサを用いた場合、アクチュエータの厚みＢ（図４参照）と比べて、描画線の走行方向の幅Ｄ（図３参照）の寸法上の制約は特に無い場合が多い。この点に着目して、従来の磁界コイルの半径をＲとしたとき、断面積：πＲ２＝Ｂ×Ｄとなるように、Ｂを十分に小さくした分だけＤを大きくすれば、同一性能を維持することができる。但しこの場合、従来の磁界コイルと本発明のアクチュエータは同一長さである。
【００８６】
図１３は、本発明の第４実施例を示すもので、第３実施例の外付け磁界コイル部分の長さＬ２を、超磁歪素子＋永久磁石の長さＬ１よりも長くすることにより、起磁力を高めて超磁歪アクチュエータの性能向上を図った場合を示す。
【００８７】
３００は第１のアクチュエータ、３０１は第２のアクチュエータ、３０２はピストンの回転と直線運動を支持するスピンドル部、３０３はポンプ部である。
【００８８】
第１のアクチュエータ３００の部分を除いて、他の部分は第３実施例と共通であるため、第１のアクチュエータ３００の部分だけを説明する。３０４は第１のアクチュエータ３００と第２のアクチュエータ３０１によって、直線及び回転駆動されるピストン（出力軸）、３０５はフロント側ベース台、３０６はリア側ベース台、３０７はアクチュエータのリア側でピストンと一体化した円筒形状のリア側ヨーク、３０８は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。
【００８９】
この超磁歪ロッド３０８はバイアス永久磁石（Ａ）３０９、（Ｂ）３１０に上下から挟まれた形で、リア側ヨーク３０７とフロント側回転スリーブ３１１間に保持されている。３１２はリア側回転スリーブ、３１３は超磁歪ロッド３０８に予圧を与えるためのバイアスバネである。３１４は超磁歪ロッド３０８の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル、３１５は磁界コイルの磁束管としての鉄心である。鉄心３１５はボルト３１６ａ、３１６ｂにより、フロント側ベース台３０５とリア側ベース台３０６の間に固定されている。３１７及び３１８は、フロント側ベース台３０５とリア側ベース台３０６を固定するためのハウジングＡおよびハウジングＢである。
【００９０】
本実施例では、磁界コイル部分の長さＬ２を、超磁歪素子＋永久磁石の長さＬ１よりも長くすることにより、起磁力を高めて超磁歪アクチュエータの性能向上を図ることができた。その理由は、従来の超磁歪アクチュエータの磁界コイルの容積をＶ１＝πＲ２×Ｌ１として、本発明の電磁コイルの容積Ｖ２＝Ｂ×Ｄ×Ｌ２とすれば、Ｖ２＞Ｖ１にできるからである。
【００９１】
図１４、図１５は、本発明の第５実施例を示すもので、２自由度アクチュエータを用いてディィスペンサを構成するのではなく、ねじ溝軸とピストンを分離して構成した塗布装置を示す。
【００９２】
４００は超磁歪素子で構成される第１のアクチュエータ、４０１は第２のアクチュエータであるモータである、４０２はねじ溝ポンプ部、４０３はピストン部である。４０４は第１のアクチュエータ４００によって、直線駆動されるピストン、４０５はこのピストンのフロント側（出力側）端部、４０６はフロント側ベース台、４０７はピストン４０４のリア側端部、４０８はリア側ベース台、４０９はアクチュエータのリア側でピストンと一体化した円筒形状のリア側ヨーク、４１０は超磁歪材料から構成される円筒形状の超磁歪ロッドである。
【００９３】
この超磁歪ロッド４１０はバイアス永久磁石（Ａ）４１１、（Ｂ）４１２に上下から挟まれた形で、リア側ヨーク４０９とフロント側ベース台４０６の間に保持されている。４１３はリア側ハウジング、４１４は超磁歪ロッド４１０に予圧を与えるためのバイアスバネである。４１６は超磁歪ロッド４１０の長手方向に磁界を与えるための磁界コイル、４１７は磁界コイルの磁束管としての鉄心である。鉄心４１７はボルト４１８ａ、４１８ｂにより、フロント側ベース台４０６とリア側ベース台４０８の間に固定されている。４１９及び４２０は、フロント側ベース台４０６とリア側ベース台４０８を固定するためのハウジングＡおよびハウジングＢである。４２１はリア側ハウジング４１３に設けられ、ピストン４０４の端面位置を検出する変位センサである。
【００９４】
４２２はモータ、４２３はこのモータの回転軸、４２４は回転軸４２３の外表面に流体を吐出側に圧送するためのねじ溝が形成されたねじ溝軸、４２５はねじ溝軸４２４を収納するシリンダである。
【００９５】
このねじ溝軸４２４とシリンダ４２５の間で、ねじ溝軸４２４とシリンダ４２５の相対的な回転によってポンピング作用を得るためのポンプ室４２６（流体輸送室）を形成している。またシリンダ４２５には、ポンプ室４２６と連絡する吸入孔４２７が形成されている。
【００９６】
４２８は吐出側ベース台であり、この吐出側ベース台４２８とフロント側ベース台４０６の間に、ねじ溝ポンプのポンプ室４２６とピストン側ポンプ室（下記）間を繋ぐ流通路４２９ａが形成されている。４３０は吐出側ベース台４２８下端部に装着された吐出ノズル、４３１はピストン側ポンプ室である。
【００９７】
図１４で示すように本実施例の塗布装置は、第一のアクチュエータ４００と第２のアクチュエータ４０１を分離して配置し、それぞれのアクチュエータでピストン４０４とねじ軸４２４を駆動すると共に、それぞれのポンプ室４３１、４２６を流通路４２９ａにより連絡している。この構成により、第４実施例と同等の性能を持つディスペンサが実現できる。すなわち、高速始終端制御ができる連続塗布、超高速の間欠塗布等が実現できる。
【００９８】
また本実施例では、超磁歪アクチュエータ４００の厚みＢが十分に薄くできることを利用して、ねじ溝ポンプ４０２一台を共通のマスターポンプとして、複数個のピストンを超磁歪アクチュエータで駆動するマルチヘッド構成になっている。
【００９９】
図１５に破線で示す流通路４２９ａ〜４２９ｅは、ねじ溝ポンプのポンプ室４２６と各ピストン側ポンプ室を繋ぐ流通路である。
【０１００】
なお、例えば図１４に示す上下端部のバイアス永久磁石４１１，４１２の配置方法は、多くの自由度があるために、本実施例の構成にこだわるものではない。例えば、従来例である図１７のように、超磁歪ロッドの外周部に円筒形状の軸方向に磁化された磁石を配置する構成でもよい。或いは、超磁歪ロッドとヨーク材で構成される閉ループの磁気回路と並列に、超磁歪ロッドに外部から磁界を与える構成でもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明を用いたアクチュエータにより、電磁歪素子の小型、高精度、高発生荷重、高速レスポンス、等の特徴を活かした上で、極めてシンプルな構成で多自由度の複合動作を持つ機構ユニットが実現できる。
【０１０２】
本発明のアクチュエータを例えば表面実装のディスペンサ、ディスプレイ面の蛍光体塗布、チップ装着機、振動加工スピンドル等に用いれば、その長所をいかんなく発揮でき、効果は絶大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるアクチュエータを示す正面断面図
【図２】上記側面図
【図３】本発明の第２の実施例によるアクチュエータを示す正面断面図
【図４】上記側面図
【図５】本発明の第３の実施例によるディスペンサを示す正面断面図
【図６】第３の実施例のポンプ部の詳細図を示す図
【図７】超磁歪素子によって駆動されるピストンの変位曲線を示すグラフ
【図８】ねじ溝のポンピング圧力Ｐｐを示すグラフ
【図９】スクーズ圧力Ｐｓの解析結果を示すグラフ
【図１０】ねじ溝のポンピング圧力Ｐｐとスクーズ圧力Ｐｓを合成した圧力Ｐｎを示すグラフ
【図１１】本発明の第３実施例のディスペンサの外観図
【図１２】図１１のディスペンサを複数個重ねて配置した場合の外観図
【図１３】本発明の第４の実施例の正面断面図
【図１４】本発明の第５の実施例の正面断面図
【図１５】上記上面図
【図１６】既提案のディスペンサの正面断面図
【図１７】従来の超磁歪アクチュエータを示す正面断面図
【符号の説明】
１ 出力軸
７ 超磁歪素子
３，１７ ハウジング
１１，１２ 電磁コイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator device required in various fields such as information / precision equipment, machine tools, and FA, or in various production processes such as semiconductors, liquid crystals, displays, and surface mounting.
[0002]
[Prior art]
At present, machining accuracy in machining is on the order of micron to sub-micron. In the field of semiconductors and electronic components, submicron processing is common, but in the field of machining, which is progressing with mechatronics, the demand for ultra-precision processing is rapidly increasing. One of the reasons for enabling ultra-precision machining is the introduction of high-precision laser-based measurement technology that facilitates measurement of displacement on the order of nm.
[0003]
Further, in recent years, with the introduction of high-precision measurement technology, an electromagnetic strain element represented by a giant magnetostrictive element and a piezoelectric element has been applied as a microactuator. The discovery of giant magnetostriction at cryogenic temperatures in 1963 led to A.A. E. FIG. The giant magnetostriction material, which is said to be invented mainly by Clark, has been rapidly commercialized in recent years because giant magnetostriction (giant magnetostriction) two orders of magnitude larger than that of a conventional magnetostriction material can be obtained even at room temperature. ing. A typical material has a composition of a rare earth element R and an iron Fe in an atomic ratio of 1: 2. 2 , DyFe 2 , SmFe 2 , HoFe 2 , ErFe 2 And the like. Whereas the conventional magnetostrictive material has a magnetostriction of several tens of PPM, the giant magnetostrictive material has a magnetostriction of 1500 to 2000 PPM (magnetostriction: PPM = ΔL / L × 10 6 ) Is obtained.
[0004]
FIG. 17 shows a typical structure of a direct acting actuator using this giant magnetostrictive bulk material. 700 is a giant magnetostrictive rod, 701 is a magnetic field coil, 702 is a bias permanent magnet, 704 is a yoke material, 705 is an output shaft, 706 is a bias spring, 707 is a position detection plate, 708 is a displacement sensor, and 709 is a housing.
[0005]
The bias permanent magnet 702 is arranged to increase the operating point of the magnetic field by applying a magnetic field to the rod in advance to expand the linear range of giant magnetostriction with respect to the strength of the magnetic field. The bias spring 706 is provided to apply a suitable preload (compressive stress) to the rod in advance to steep the gradient of magnetostriction with respect to the magnetic field.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-119075 A
[Patent Document 2]
JP 2002-001192 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-315370
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, products such as OA / AV products and information devices have become increasingly lighter, thinner and smaller, but micro-fine production technology is also required for their manufacturing. For example, precision positioning, precision linear conveyance, high-speed feeder for small parts, ultra-small flow control, etc. High performance micro-actuators are key to the advancement of these technologies. Electromagnetic strain elements such as giant magnetostrictive elements and piezoelectric elements can be said to be ideal actuators because they have characteristics such as high accuracy and high response as described above if they are evaluated for characteristics of only one axis and one degree of freedom.
[0008]
The giant magnetostrictive actuator shown in FIG. 17 has, for example, (1) large displacement, (2) low-voltage drive, (3) high-speed response, (4) large generated load, and (5) non-contact drive. Has characteristics. Laminated piezoelectric elements, which have a relatively long history and are compared with giant magnetostrictive elements, are also widely used as microactuators in precision positioning devices and the like. This is a characteristic of the magnetostrictive element.
[0009]
However, the actuator driven by the giant magnetostrictive element has a disadvantage that the outer diameter dimension φD is larger than that of the piezoelectric element. The reason is that it is necessary to arrange a magnetic field coil 701 for applying a control magnetic field to the giant magnetostrictive rod 700 on the outer periphery of the giant magnetostrictive rod 700, and the dimensions of the magnetic field coil 701 and the housing 709 accommodating the magnetic field coil 701 are required. Is used to determine the actuator outer diameter φD.
[0010]
Now, it is desirable that the actuator required for precision equipment be a mechanism unit that can perform not only a single axis operation but also a composite operation of multiple degrees of freedom and minute displacement. However, when a device is configured by combining a plurality of electromagnetic strain actuators in order to realize a multi-degree-of-freedom operation, it is often difficult to apply the device practically because the entire device including the control system becomes complicated.
[0011]
Therefore, the present inventor pays attention to the fact that the giant magnetostrictive element can supply electric power to the element in a non-contact manner, and by combining the giant magnetostrictive element and the motor, it is possible to obtain an output shaft having two degrees of freedom of linear motion and rotational motion. An actuator device is proposed in Patent Document 1.
[0012]
Further, by applying the two-degree-of-freedom actuator, a fluid transporting means is provided by a rotary motion, and a linear gap is used to change a relative gap between the fixed side and the rotary side to control a fluid discharge amount. For example, there are "fluid supply device and fluid supply method" (Patent Document 2) or "actuator device and fluid supply device" (Patent Document 3).
[0013]
With these proposals, it is possible to realize a mechanism unit having a multi-degree of freedom combined operation with an extremely simple configuration, taking advantage of the features of the giant magnetostrictive element such as small size, high accuracy, high generated load, and high-speed response. If it is used for a surface mount dispenser, chip mounting machine, vibration machining spindle, etc., its advantages can be exhibited.
[0014]
The inventor has also disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-385804, which has not been disclosed by the company, to apply a high-definition drawing line start / end using a two-degree-of-freedom actuator / dispenser to apply a phosphor and an electrode material to a display panel. A coating method is proposed. FIG. 16 shows the specific structure of the proposed dispenser. 501 is a first actuator using a giant magnetostrictive element, 502 is a main shaft (piston) linearly driven by the first actuator 501, 503 is a housing, and 504 is a main shaft 502. Is a pump unit for storing
[0015]
Reference numeral 505 denotes a second actuator, which gives a relative rotational movement between the main shaft 502 and the housing 503. 506 is a motor rotor, 507 is an upper main shaft 507, 508 is a motor stator, 509 is an upper housing, 511 and 512 are cylindrical rear and front giant magnetostrictive rods composed of giant magnetostrictive elements, and 513 is a magnetic field coil. It is. Reference numerals 514, 515 and 516 denote permanent magnets on the rear, middle and front sides. 517 is a rear yoke of the magnetic circuit, 518 is a front sleeve also serving as a yoke material, and 519 is a cylindrical yoke material. The main shaft 502 uses a non-magnetic material so as not to affect the magnetic circuit. That is, the giant magnetostrictive rods 511 and 512, the magnetic field coil 513, the permanent magnets 514 to 516, the rear yoke 517, the front side sleeve 518, and the yoke material 519 control the axial expansion and contraction of the giant magnetostrictive rod by a current applied to the magnetic field coil. A possible giant magnetostrictive actuator (first actuator 501) is configured.
[0016]
520 is a rear side sleeve, 521 is an intermediate housing, 522 is a bias spring, 523 is a rotation transmission key, 524 is a bearing, 525 is a motor encoder, and 526 is a displacement sensor. With the above configuration,
{Circle around (1)} The second actuator 505 for providing a rotary motion is used to form
By rotating the ton, a pumping pressure is generated to pump the application fluid to the discharge side.
[0017]
(2) The first actuator 501 linearly drives the piston to generate positive and negative squeeze pressures on the discharge-side end face of the piston.
[0018]
At the start of application, a positive pressure is generated by lowering the piston to smoothly flow out a high-viscosity fluid, and at the end of application, a negative pressure is generated by a sudden rise of the piston to shut off the fluid.
By the combination of the above (1) and (2), control of high-speed interruption and high-speed opening of the application line at the boundary between the effective display area and the non-effective display area of the display panel is realized.
[0019]
Even when a phosphor screen stripe is formed on a panel surface using a dispenser, a production tact equivalent to a conventional screen printing method is required. In order to draw 1,000 to several thousand screen stripes in the shortest possible time, it is necessary to reciprocate a transfer table on which a dispenser (or panel) is mounted at a high speed and arrange as many dispensers as possible in a coating apparatus. preferable. If a plurality of nozzles are installed in one set of dispensers, production efficiency is improved.
[0020]
However, in this case, since the flow rate of each nozzle depends on the fluid resistance of the nozzle, there is a problem that a slight difference in the inner diameter of each nozzle causes a variation in the flow rate. Therefore, the number of nozzles that can be installed in one set of dispensers is limited. Ideally, one nozzle is installed in a set of dispensers, and the flow rate from each nozzle can be adjusted independently. However, as described above, the proposed dispenser driven by the giant magnetostrictive actuator has a limit in miniaturization in terms of the outer diameter.
[0021]
The present invention provides a closed-loop magnetic circuit by arranging an electromagnetic coil that applies a magnetic field to a giant magnetostrictive element at a position different from the axial center position of the giant magnetostrictive element, thereby forming a closed-loop magnetic circuit. It is intended to be.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The actuator device according to the present invention includes a giant magnetostrictive element having one end on the front side and the other end on the rear side, an output shaft connected to the giant magnetostrictive element, a housing for accommodating the giant magnetostrictive element and the output shaft. A bearing for supporting the output shaft so as to be axially movable relative to the housing; an electromagnetic coil having a shaft core at a position different from the shaft core of the giant magnetostrictive element; A closed loop magnetic circuit is formed between the giant magnetostrictive elements.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 1 and 3 show a direct-acting actuator using a giant magnetostrictive element. An electromagnetic coil having an axial core is disposed at a position different from the axial core of the giant magnetostrictive element. A closed loop magnetic circuit is formed between the elements.
[0024]
1 is a piston (output shaft) driven by an actuator, 2 is a front side (output side) end of the piston 1, 3 is a front side base that supports the piston 1 on the front side, and 4 is a rear side of the piston 1. Side end portions 5 are rear side sleeves that support the piston 1 on the rear side. Reference numeral 6 denotes a cylindrical rear yoke integrated with a piston on the rear side of the actuator, and reference numeral 7 denotes a cylindrical giant magnetostrictive rod made of a giant magnetostrictive material. The giant magnetostrictive rod 6 is held between the rear yoke 6 and the front base 3 while being sandwiched between the bias permanent magnets (A) 8 and (B) 9 from above and below.
[0025]
The permanent magnets (A) and (B) increase the operating point of the magnetic field by applying a magnetic field to the giant magnetostrictive rod 7 in advance, and the magnetic bias can improve the linearity of the giant magnetostriction with respect to the strength of the magnetic field. Reference numeral 10 denotes a bias spring for applying a preload to the giant magnetostrictive rod 6. Since the compressive stress is always applied to the giant magnetostrictive rod 7 in the axial direction by the bias spring 10, when a repetitive stress is generated, the defect of the giant magnetostrictive element which is weak in the tensile stress is eliminated.
[0026]
Numerals 11 and 12 denote magnetic field coils A and B for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 6. The two magnetic field coils 11 and 12 are arranged symmetrically about the giant magnetostrictive rod 7. Reference numerals 13 and 14 are iron cores as magnetic flux tubes of the respective magnetic field coils. The iron cores 13 and 14 are fixed between the front base 3 and the rear base 17 by bolts 15a, 15b, 16a and 16b. Reference numerals 18 and 19 denote housings A and B for fixing the front base 3 and the rear base 17, respectively. Reference numeral 20 denotes a displacement sensor that is disposed at the upper end of the rear sleeve 5 and detects the upper end of the piston 1. The front base 3, the rear base 17, the housing A18, and the housing B19 are fixed housings that support the output shaft 1 and the giant magnetostrictive rod 7.
[0027]
With the above configuration, two closed loop magnetic circuits A and B for controlling the expansion and contraction of the giant magnetostrictive rod 7 are formed. The magnetic circuit A forms a closed loop as 7 → 9 → 3 → 13 → 17 → 6 → 8 → 7, and the magnetic circuit B forms 7 → 9 → 3 → 14 → 17 → 6 → 8 → 7. That is, the two closed loop magnetic circuits and the displacement sensor 20 constitute a giant magnetostrictive actuator capable of controlling the amount of expansion and contraction of the giant magnetostrictive rod in the axial direction by the current applied to the magnetic field coil.
[0028]
The two electromagnetic coils may be driven by independent power supplies, respectively, or the two electromagnetic coils may be connected in series and driven by one power supply.
[0029]
Although the same applies to any embodiment of the present invention, the permanent magnet for biasing may be arranged in any position and in any shape as long as it can form a closed loop magnetic circuit.
[0030]
In the case of the conventional giant magnetostrictive actuator shown in FIG. 17, a magnetic field coil 701 for applying a control magnetic field to the giant magnetostrictive rod 700 is arranged on the outer periphery of the giant magnetostrictive rod 700. The actuator outer diameter φD was determined by the size of the housing 709 that houses the coil 701. In the present invention, the outer diameter of the electromagnetic coil can be reduced because the axis of the electromagnetic coil is located at a position different from the axis of the giant magnetostrictive element.
[0031]
Therefore, the thickness B of the actuator can be made sufficiently small. Therefore, by arranging a plurality of actuators in the thickness direction, an actuator device having a plurality of independent output shafts can be made compact. This actuator device is effective when a plurality of components geometrically arranged on a substrate are simultaneously processed.
[0032]
For example, if the present invention is applied to a mounting process of a chip component in surface mounting, the output shafts of the actuator can be arranged at a narrow pitch, so that productivity is greatly improved.
[0033]
In the case of the giant magnetostrictive actuator according to the present invention, since the electromagnetic coil and the giant magnetostrictive rod can be separated, cooling becomes easy. In the case of the conventional giant-magnetostrictive actuator shown in FIG. 17, since the giant-magnetostrictive rod 700 and the magnetic field coil 701, which are heat sources, are housed in a narrow closed space, heat radiation was not easy. Insufficient heat radiation not only shortens the life of the element, but also increases the temperature of the peripheral members of the actuator, thereby lowering the positioning accuracy of the output shaft. Therefore, when the operation with large power consumption is performed by the giant magnetostrictive actuator, since air cooling alone is not sufficient, it is necessary to take measures such as circulating cooling water.
[0034]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0035]
This embodiment uses a feature of a giant magnetostrictive element capable of supplying electric power in a non-contact manner, and further has a function of rotating by a motor, that is, a function of a two-degree-of-freedom actuator, on the output shaft of the giant magnetostrictive element that moves linearly. It is. As in the first embodiment, the thickness B of the actuator can be made sufficiently small.
[0036]
This device comprises two actuator units and a spindle unit that supports rotation and linear movement of a piston. Reference numeral 51 denotes a first actuator, which linearly drives a piston using a giant magnetostrictive element. Similarly to the first embodiment, an electromagnetic coil having an axis is arranged at a position different from the axis of the giant magnetostrictive element, and a closed loop magnetic circuit is formed between the electromagnetic coil and the giant magnetostrictive element. 52 is a second actuator, which rotates the piston by a motor. Reference numeral 53 denotes a spindle portion that supports a radial direction of the piston and also supports a thrust load applied to the giant magnetostrictive rod.
[0037]
Reference numeral 54 denotes a piston (output shaft) linearly and rotationally driven by the first actuator 51 and the second actuator 52; 55, a front-side (output-side) end of the piston 1; 56, a front-side base; Is a rear end of the piston 54, 58 is a rear base, 59 is a cylindrical rear yoke integrated with the piston on the rear side of the actuator, 60 is a cylindrical giant magnetostrictive rod made of giant magnetostrictive material It is.
[0038]
The giant magnetostrictive rod 60 is held between the rear yoke 59 and the front rotating sleeve (described below) in a form sandwiched between the bias permanent magnets (A) 61 and (B) 62 from above and below. 63 is a rear rotating sleeve, and 64 is a bias spring for applying a preload to the giant magnetostrictive rod 60. 65 is a magnetic field coil for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 60, and 66 is an iron core as a magnetic flux tube of the magnetic field coil. The iron core 66 is fixed between the front base 56 and the rear base 58 by bolts 67a and 67b. Reference numerals 68 and 69 denote housings A and B for fixing the front base 56 and the rear base 58. 70 is a rear bearing sleeve, 71 is a bolt, and 72 is a bearing. The axial position of the rear rotating sleeve 63 is regulated by a bearing 72 provided between the rear bearing sleeves 70 while maintaining a rotatable state.
[0039]
The piston 54 extends through the center of the cylindrical rear bearing sleeve 63 and extends upward. Reference numeral 73 denotes a motor rotor serving as the second actuator 52, and reference numeral 74 denotes a motor stator. In the embodiment, a two-pole flat motor is used. The rotor 73 has a perfect circular cross section, but the stator has only two poles symmetrically in FIG. Reference numeral 75 denotes a motor housing that houses the motor stator. A displacement sensor 77 that detects the position of the end face of the piston is disposed on an upper lid 76 provided above the motor housing 75.
[0040]
Reference numeral 78 denotes a front-side rotating sleeve, 79 denotes a front-side fixed sleeve, and 80a and 80b denote bearings. The piston 54 penetrates the center of a front-side rotating sleeve 78 having a cylindrical shape.
[0041]
With the configuration described above, in the actuator device of the present embodiment, the piston 54 (output shaft) can simultaneously and independently control the rotational motion and the linear motion with minute displacement. Further, in the embodiment, since the giant magnetostrictive element is used for the first actuator 51, power for linearly moving the giant magnetostrictive rod 60 (and the piston 54) can be applied from outside without contact. That is, in the actuator having this configuration, the output shaft can be relatively moved in the axial direction with a high response while utilizing the characteristics of the electromagnetic strain element having a frequency characteristic of several megahertz while the motor is rotated.
[0042]
In the present embodiment, as in the first embodiment, the magnetic field coil 65 for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 60 is arranged far away, so that the thickness of the first actuator can be sufficiently reduced. .
[0043]
Further, in the embodiment, since the two-pole flat motor is used, the thickness of the motor can be sufficiently reduced. In other words, a two-degree-of-freedom actuator having a sufficiently small thickness B can be realized by a synergistic effect of “a giant magnetostrictive actuator with an external arrangement of an electromagnetic coil” × “two-pole flat motor”. In the embodiment, the second actuator 52 (motor) is disposed above the first actuator 51 (super-electrostrictive element). However, the configuration may be reversed.
[0044]
This two-degree-of-freedom actuator can be applied to various uses.
[0045]
For example, if a processing tool is attached to the tip 55 of the piston 54, it can be used as a spindle for vibration processing (chip cutting processing). The vibration machining using the two-degree-of-freedom actuator has already been proposed by the present inventors in "Actuator Device and Fluid Supply Device" (Patent Document 3).
[0046]
By applying the present invention, the thickness of the spindle can be significantly reduced as compared with the existing proposal.By arranging a plurality of spindles in the thickness direction, a machining spindle having a plurality of independent tools can be compact. Can be configured. Therefore, for example, a plurality of micro holes of a high-density printed wiring board can be formed with high productivity.
[0047]
Hereinafter, the vibration processing will be supplemented. Various forms have been developed for vibration machining. For example, in the case of drilling, it has been found that if vibration is applied in the feed direction (axial direction) and processing conditions are appropriately selected, chips are finely divided and breakage of the drill can be avoided.
[0048]
For example, as a research example, Kubota et al .: “Study on Small Diameter Drilling with Vibration Superimposed on Feed”, Journal of Precision Engineering, Vol. 61. No. 7, 1995 and the like. In the above research, by superimposing vibration on the feed, the phase difference between the cutting edges has a great effect on the state of chip generation, and by appropriately selecting the vibration wave number per rotation of the drill, the chips are separated. It is said that.
[0049]
In order to actually realize this method, it is necessary to provide a means for relatively vibrating the drill and the workpiece in the axial direction while taking the rotation and timing of the drill.
[0050]
The above research example introduces a method in which a PZT actuator is provided on a fixed side for gripping a workpiece, instead of having a vibration source on the spindle side, and vibration in a feed direction is applied to the workpiece. However, when actually trying to obtain the effect of the vibration processing at the mass production site, applying vibration to the work side has many problems in terms of production efficiency and is not versatile.
[0051]
If the actuator of this embodiment is used, since the displacement and speed can be controlled with a high degree of freedom by the synchronous operation of the giant magnetostrictive element and the motor, a versatile chip cutting spindle that can be used for various purposes can be realized.
[0052]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention, and shows a dispenser in which a pump section having a thread groove is provided on the output shaft of the "two-degree-of-freedom actuator" shown in the second embodiment.
[0053]
That is, the relative rotational motion and the linear motion are simultaneously applied between the piston formed with the thread groove and the sleeve containing the piston,
(1) The piston is linearly driven by the first actuator, and the discharge end of the piston
Generate positive and negative squeeze pressure on the surface.
[0054]
{Circle around (2)} With a second actuator that gives a rotational movement, a piston having a thread groove is rotated to generate a pumping pressure, and the application fluid is pumped to the discharge side.
[0055]
The combination of the above (1) and (2) realizes flow rate control for drawing the start and end of the coating line with high quality.
[0056]
The present inventor has already described, for example, "Method and Apparatus for Forming a Display Panel Pattern" by using the dispenser composed of the two-degree-of-freedom actuators. Of Japanese Patent Application No. 2001-385803). By applying the present invention, the cross-sectional shape of the dispenser main body can be made rectangular and the width thereof can be greatly reduced without impairing the function of the dispenser. By arranging a plurality of dispensers so as to overlap each other in the thickness direction, a highly productive coating apparatus using a plurality of independent heads can be configured compactly.
[0057]
Hereinafter, the dispenser to which the present invention is applied will be supplementarily described.
[0058]
The device comprises two actuator units, a first actuator 151 and a second actuator 152, a spindle unit 153 supporting rotation and linear movement of a piston, and a pump unit 154.
[0059]
Reference numeral 154 denotes a piston (output shaft) linearly and rotationally driven by the first actuator 151 and the second actuator 152, 155 denotes a front end (output side) of the piston 154 (FIG. 6), and 156 denotes a front end. The base stand, 157 is a rear end of the piston 154, 158 is a rear base stand, 159 is a cylindrical rear yoke integrated with the piston on the rear side of the actuator, and 160 is a cylindrical shape made of a giant magnetostrictive material Is a giant magnetostrictive rod.
[0060]
The giant magnetostrictive rod 160 is held between the rear yoke 159 and the front rotating sleeve (described below) in a form sandwiched between the bias permanent magnets (A) 161 and (B) 162 from above and below. Reference numeral 163 denotes a rear rotating sleeve, and 164 denotes a bias spring for applying a preload to the giant magnetostrictive rod 160. Reference numeral 165 denotes a magnetic field coil for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 160, and 166 denotes an iron core as a magnetic flux tube of the magnetic field coil. The iron core 166 is fixed between the front base 156 and the rear base 158 by bolts 167a and 167b. Reference numerals 168 and 169 denote housings A and B for fixing the front base 156 and the rear base 158, respectively. 170 is a rear bearing sleeve, 171 is a bolt, and 172 is a bearing. The axial position of the rear rotating sleeve 163 is regulated by a bearing 172 provided between the rear bearing sleeves 170 while maintaining a rotatable state.
[0061]
The piston 154 extends through the center of the cylindrical rear bearing sleeve 163 and further extends upward. 173 is a rotor of the motor which is the second actuator 152, and 174 is a stator of the motor. In the embodiment, a two-pole flat motor is used. The rotor 173 has a perfect circular cross section, but the stator is provided with only two poles symmetrically in FIG. 175 is a motor housing that houses the motor stator. A displacement sensor 177 for detecting the position of the end face of the piston is disposed on an upper lid 176 provided on the upper part of the motor housing 175.
[0062]
178 is a front-side rotating sleeve, 179 is a front-side fixed sleeve, 180a and 180b are bearings, and 181 is a piston small-diameter portion. The small-diameter portion 181 of the piston penetrates the center of the front-side rotating sleeve 178 having a cylindrical shape.
[0063]
In the present embodiment, the size of the gap at the discharge-side end face of the piston can be arbitrarily controlled by using the axial positioning function of the piston 154, while maintaining the steady rotation state of the thread groove. By using this function, it is possible to control the shutoff / opening of the powder fluid at the start and end while any section of the flow passage from the suction port to the discharge nozzle is in a mechanically non-contact state. The principle will be described with reference to FIG. 6, which is a detailed view of the pump section 154.
[0064]
In FIG. 6, reference numeral 182 denotes a thread groove sleeve fixed to the front-side rotating sleeve 178; 183, a thread groove for feeding a fluid formed on the outer surface of the thread groove sleeve 182 to the discharge side; and 184, a thread groove sleeve 182. This is a cylinder for storing.
[0065]
A pump chamber 185 (fluid transport chamber) for obtaining a pumping action by the relative rotation of the thread groove sleeve 182 and the cylinder 184 is formed between the thread groove sleeve 182 and the cylinder 184. In addition, a suction hole 186 communicating with the pump chamber 185 is formed in the cylinder 184.
[0066]
187 is a discharge plate mounted on the lower end of the cylinder 184, and 188 is a discharge nozzle. The thread groove 183 serving as the fluid pumping means described in FIG. 6 is a known thread groove dynamic pressure bearing, and is also used as a thread groove pump.
[0067]
The dispenser can be applied to various coating processes such as continuous coating and intermittent coating by utilizing the basic function of the dispenser, that is, a function in which a piston driven by a giant magnetostrictive element can rotate and perform high-speed linear motion at the same time. it can. In the embodiment, since the start and end of the drawing line are used for “start and end control” for applying high quality, a supplementary explanation will be given. That is,
(1) At the start of coating, the piston is rapidly lowered, and at the same time, the rotation of the motor is started.
[0068]
{Circle around (2)} At the end of the application, the rotation of the motor is stopped at the same time as raising the piston.
[0069]
In the embodiment, since the piston is driven by the giant magnetostrictive element, the response of the output displacement to the input signal of the piston is 10%. -3 sec (1000 Herz).
[0070]
7 shows a displacement curve of a piston driven by a giant magnetostrictive element, and FIG. 8 shows a pumping pressure Pp of a thread groove generated when the rotation speed of the motor is increased from N = 0 rpm to N = 200 rpm. FIG. 9 shows an analysis result of the squeeze pressure Ps generated by raising and lowering the piston on the upstream side of the discharge nozzle. FIG. 10 shows a pressure Pn (= Pp + Ps) obtained by combining the pumping pressure Pp and the squeeze pressure Ps of the thread groove.
[0071]
Table 1 shows the configuration conditions of the dispenser of the embodiment.
[0072]
[Table 1]
[0073]
(1) At the start of application
Before the start of the coating, the rotation of the motor is stopped, and the gap between the piston and the facing surface is Xp = 160 μm. At t = 0.02 seconds, when the piston starts to rapidly drop from the gap: Xp = 160 → 150 μm, the pressure Pn on the upstream side of the discharge nozzle rapidly rises. The reason is due to the squeeze action that occurs when the differential dh / dt <0 of the piston displacement. The squeeze action is generally regarded as a kind of dynamic pressure effect of the fluid bearing using the viscous fluid. In the present embodiment, the secondary squeeze effect generated depending on the internal resistance of the thread groove pump (already proposed). It utilizes an action called Due to the generation of the secondary squeeze pressure, kinetic energy that overcomes the surface tension at the tip of the discharge nozzle is given to the fluid, so that application can be started without forming a fluid mass at the tip of the nozzle.
[0074]
In order to smoothly draw the application line at the start point, the overshoot pressure increases as the stroke of the piston increases and as the rise time decreases. That is, the magnitude of the overshoot pressure may be set within a range that does not overcome the surface tension of the fluid at the tip of the discharge nozzle and does not make the application line “fat” at the start point.
[0075]
(2) During steady running
During 0.03 <t <0.07 seconds, the continuous line is applied by the constant discharge by the pumping pressure Pp due to the rotation of the screw groove while maintaining the state of the gap between the piston and the opposing surface: Xp = 150 μm. You. No squeeze pressure is generated in this section. The reason is that the squeeze pressure is generated only when the gap h is changing.
[0076]
(3) At the end of application
At t = 0.07 seconds, when the piston starts to rise from the gap: Xp = 150 → 160 μm at the same time as the motor is decelerated, the upstream pressure Pn of the discharge nozzle temporarily drops rapidly as shown in FIG. . The pressure drops sharply because the volume increase per unit time due to the rise of the piston exceeds the flow rate that can be supplied by the thread groove pump. The reason for the large negative pressure is that the Reynolds equation used as the basic expression for analysis does not consider the compressibility of the fluid. Actually, the fluid pressure does not fall below the absolute pressure of zero (Pn <0.0 MPa) due to the generation of bubbles or the like.
[0077]
Due to the generation of the steep negative pressure, not only the fluid from the discharge nozzle is shut off, but also a suck-back effect of sucking a small amount of the fluid mass at the nozzle tip into the nozzle is obtained. After the generation of the negative pressure due to the squeeze pressure, the rotation of the motor is stopped, so that there is no discharge due to the pumping pressure of the thread groove. Therefore, while the nozzle passes through the non-effective display area (U-turn section), the meniscus of the fluid inside the nozzle keeps the same position without forming a fluid mass at the nozzle tip. Therefore, it is possible to avoid the above-described trouble such as dropping of the fluid mass.
[0078]
In the embodiment, the minimum gap between the piston and the facing surface is set to Xmin = 150 μm. Since the particle diameter of the phosphor of the embodiment is φd = 7 to 9 μm and Xmin> φd, the phosphor fine particles are not mechanically squeezed or broken in the passage from the suction port to the discharge port.
[0079]
In this embodiment, the overshoot pressure and the suckback pressure for smoothly drawing the start point and the end point of the application line could be obtained by the axial movement of the piston. In the embodiment, the piston displacement curve (an example is shown in FIG. 7) can have an arbitrary shape. Further, since the giant magnetostrictive element for driving the piston has a high response, it can sufficiently follow the steep change of the displacement curve. In other words, by controlling the displacement and speed of the giant magnetostrictive element, it is possible to control the discharge pressure and flow rate at the fine start and end, which cannot be controlled by controlling the rotational speed of the motor.
[0080]
In this embodiment, the control of the axial displacement of the giant magnetostrictive element and the control of the number of revolutions of the motor are combined to solve the problem of the start and end of the continuous coating line, and the material leakage from the discharge nozzle in the U-turn section. It was possible to maintain the complete shut-off state without any time for an arbitrary time. When the U-turn section can be set sufficiently short, the flow rate can be cut off at the end point and opened at the start point by driving only the piston while maintaining the rotation of the motor.
[0081]
Further, if a thread groove is formed on the outer peripheral side piston and the relative moving surface on the fixed side that houses the outer peripheral side piston, it can be used as a fluid pressure feeding means as in the embodiment (not shown).
[0082]
FIG. 11 is an external view of a dispenser configured based on the basic structure of the third embodiment of the present invention.
[0083]
Reference numeral 200 denotes a first actuator, 201 denotes a second actuator, 202 denotes a spindle unit that supports rotation and linear movement of a piston, and 203 denotes a pump unit. 204 is a magnetic field coil, 205 is a discharge nozzle.
[0084]
FIG. 12 shows an arrangement in which a plurality of the dispensers of FIG. Reference numeral 250 denotes a panel to be applied. As can be seen from FIG. 12, many dispensers can be arranged with a sufficiently narrow pitch between the nozzles.
[0085]
The output of a magnetic field coil used in a giant magnetostrictive actuator or a rotary motor is proportional to the volume of the magnetic field coil. When a dispenser is used for coating a display or the like, there is often no particular limitation on the dimension D of the drawing line in the traveling direction (see FIG. 3) as compared with the thickness B of the actuator (see FIG. 4). Focusing on this point, when the radius of the conventional magnetic field coil is R, the cross-sectional area is πR. 2 The same performance can be maintained by increasing D by an amount corresponding to sufficiently reducing B so that = B × D. However, in this case, the conventional magnetic field coil and the actuator of the present invention have the same length.
[0086]
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the length L of the external magnetic field coil portion of the third embodiment is shown. 2 Is the length L of the giant magnetostrictive element and the permanent magnet. 1 The case where the length is made longer to improve the performance of the giant magnetostrictive actuator by increasing the magnetomotive force is shown.
[0087]
Reference numeral 300 denotes a first actuator, 301 denotes a second actuator, 302 denotes a spindle unit that supports rotation and linear movement of a piston, and 303 denotes a pump unit.
[0088]
Except for the first actuator 300, other parts are the same as those of the third embodiment, so only the first actuator 300 will be described. 304 is a piston (output shaft) linearly and rotationally driven by the first actuator 300 and the second actuator 301, 305 is a front base base, 306 is a rear base base, and 307 is a piston on the rear side of the actuator. The integrated cylindrical rear yoke 308 is a cylindrical giant magnetostrictive rod made of a giant magnetostrictive material.
[0089]
The giant magnetostrictive rod 308 is held between the rear yoke 307 and the front rotary sleeve 311 so as to be sandwiched between the bias permanent magnets (A) 309 and (B) 310 from above and below. Reference numeral 312 denotes a rear rotating sleeve, and 313 denotes a bias spring for applying a preload to the giant magnetostrictive rod 308. 314 is a magnetic field coil for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 308, and 315 is an iron core as a magnetic flux tube of the magnetic field coil. The iron core 315 is fixed between the front base 305 and the rear base 306 by bolts 316a and 316b. Reference numerals 317 and 318 denote housings A and B for fixing the front base 305 and the rear base 306, respectively.
[0090]
In this embodiment, the length L of the magnetic field coil portion 2 Is the length L of the giant magnetostrictive element and the permanent magnet. 1 By making the length longer, the magnetomotive force was increased to improve the performance of the giant magnetostrictive actuator. The reason is that the volume of the magnetic field coil of the conventional giant magnetostrictive actuator is V 1 = ΠR 2 × L 1 As the volume V of the electromagnetic coil of the present invention. 2 = B × D × L 2 Then V 2 > V 1 Because it can be.
[0091]
14 and 15 show a fifth embodiment of the present invention, in which a dispenser is not formed by using a two-degree-of-freedom actuator, but a coating device in which a thread groove shaft and a piston are separated.
[0092]
400 is a first actuator composed of a giant magnetostrictive element, 401 is a motor as a second actuator, 402 is a thread groove pump section, and 403 is a piston section. 404 is a piston linearly driven by the first actuator 400, 405 is a front end (output side) end of the piston, 406 is a front base base, 407 is a rear end of the piston 404, and 408 is a rear end. A base 409 is a cylindrical rear yoke integrated with a piston on the rear side of the actuator, and 410 is a cylindrical giant magnetostrictive rod made of a giant magnetostrictive material.
[0093]
The giant magnetostrictive rod 410 is held between the rear yoke 409 and the front base 406 while being sandwiched between the bias permanent magnets (A) 411 and (B) 412 from above and below. 413 is a rear housing, and 414 is a bias spring for applying a preload to the giant magnetostrictive rod 410. Reference numeral 416 denotes a magnetic field coil for applying a magnetic field in the longitudinal direction of the giant magnetostrictive rod 410, and 417 denotes an iron core as a magnetic flux tube of the magnetic field coil. The iron core 417 is fixed between the front base 406 and the rear base 408 by bolts 418a and 418b. Reference numerals 419 and 420 denote a housing A and a housing B for fixing the front base 406 and the rear base 408, respectively. A displacement sensor 421 is provided on the rear housing 413 and detects the position of the end surface of the piston 404.
[0094]
Reference numeral 422 denotes a motor, 423 denotes a rotation shaft of the motor, 424 denotes a screw groove shaft having a screw groove formed on an outer surface of the rotation shaft 423 for feeding a fluid to a discharge side, and 425 denotes a cylinder for housing the screw groove shaft 424. It is.
[0095]
A pump chamber 426 (fluid transport chamber) for obtaining a pumping action by the relative rotation of the screw groove shaft 424 and the cylinder 425 is formed between the screw groove shaft 424 and the cylinder 425. In addition, a suction hole 427 communicating with the pump chamber 426 is formed in the cylinder 425.
[0096]
Reference numeral 428 denotes a discharge-side base table. A flow passage 429a is formed between the discharge-side base table 428 and the front-side base table 406 to connect between a pump chamber 426 of the thread groove pump and a piston-side pump chamber (described below). I have. 430 is a discharge nozzle mounted on the lower end of the discharge side base table 428, and 431 is a piston side pump chamber.
[0097]
As shown in FIG. 14, the coating apparatus according to the present embodiment includes a first actuator 400 and a second actuator 401 which are separately arranged, each of which drives a piston 404 and a screw shaft 424 and each of which has a pump. The chambers 431 and 426 are connected by a flow passage 429a. With this configuration, a dispenser having performance equivalent to that of the fourth embodiment can be realized. That is, it is possible to realize continuous coating capable of high-speed start / end control, intermittent coating at a very high speed, and the like.
[0098]
Further, in this embodiment, utilizing the fact that the thickness B of the giant magnetostrictive actuator 400 can be made sufficiently thin, a multi-head configuration in which one thread groove pump 402 is used as a common master pump and a plurality of pistons are driven by the giant magnetostrictive actuator. It has become.
[0099]
The flow paths 429a to 429e indicated by broken lines in FIG. 15 are flow paths connecting the pump chamber 426 of the thread groove pump and each piston-side pump chamber.
[0100]
Note that, for example, the arrangement method of the bias permanent magnets 411 and 412 at the upper and lower ends shown in FIG. 14 has many degrees of freedom and is not limited to the configuration of the present embodiment. For example, as shown in FIG. 17, which is a conventional example, a configuration in which a cylindrical magnet magnetized in the axial direction may be arranged on the outer peripheral portion of the giant magnetostrictive rod. Alternatively, a configuration may be adopted in which a magnetic field is externally applied to the giant magnetostrictive rod in parallel with a closed loop magnetic circuit composed of the giant magnetostrictive rod and the yoke material.
[0101]
【The invention's effect】
Actuator using the present invention realizes a mechanism unit with multi-degrees of freedom combined operation with an extremely simple configuration, taking advantage of the features of the electromagnetic distortion element such as small size, high accuracy, high generated load, high speed response, etc. it can.
[0102]
If the actuator of the present invention is used for, for example, a surface mount dispenser, a phosphor coating on a display surface, a chip mounting machine, a vibration machining spindle, and the like, the advantages can be fully exhibited and the effect is enormous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the above.
FIG. 3 is a front sectional view showing an actuator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of the above.
FIG. 5 is a front sectional view showing a dispenser according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a detailed view of a pump section according to a third embodiment.
FIG. 7 is a graph showing a displacement curve of a piston driven by a giant magnetostrictive element.
FIG. 8 is a graph showing a pumping pressure Pp of a thread groove.
FIG. 9 is a graph showing an analysis result of a squeeze pressure Ps.
FIG. 10 is a graph showing a combined pressure Pn of a thread groove pumping pressure Pp and a squeeze pressure Ps.
FIG. 11 is an external view of a dispenser according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an external view of a case where a plurality of the dispensers of FIG.
FIG. 13 is a front sectional view of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a front sectional view of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a top view of the above.
FIG. 16 is a front sectional view of a proposed dispenser.
FIG. 17 is a front sectional view showing a conventional giant magnetostrictive actuator.
[Explanation of symbols]
1 Output shaft
7 Giant magnetostrictive element
3,17 housing
11,12 Electromagnetic coil
