JP2017185968A - Actuator and active truss - Google Patents

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JP2017185968A JP2016077999A JP2016077999A JP2017185968A JP 2017185968 A JP2017185968 A JP 2017185968A JP 2016077999 A JP2016077999 A JP 2016077999A JP 2016077999 A JP2016077999 A JP 2016077999A JP 2017185968 A JP2017185968 A JP 2017185968A
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安田 進
Susumu Yasuda
進 安田
和也 北本
Kazuya Kitamoto
和也 北本
友裕 神谷
Tomohiro Kamiya
友裕 神谷
忠均 水谷
Tadahito Mizutani
忠均 水谷
裕 塩見
Yutaka Shiomi
裕 塩見
教嗣 川島
Noritsugu Kawashima
教嗣 川島
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator having such an effect that the responsiveness of dimension control becomes early.SOLUTION: When a piezoelectric element 6 is extended, a wedge 3 moves to a negative X-direction, and a bias spring 7 is contracted by the moving amount. When the moving amount of the wedge 3 is set as ΔX, a distance between a lower plate 10 and an upper plate 11 is increased by 2ΔXtanα. That is, the displacement of the piezoelectric element 6 in the X-direction is converted to displacement in a Z-direction in the figure. Static friction coefficients of contact faces 4, 5 are set as μ. In this embodiment, an angle α of the wedge 3 is set so as to satisfy tanα<μ (1) in advance.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、大きな荷重がかかり、かつ高度な寸法安定性が要求される分野で利用されるアクチュエータ及びこれを利用したアクティブトラスに関する。   The present invention relates to an actuator used in a field where a large load is applied and high dimensional stability is required, and an active truss using the actuator.

地球や天文を観測する人工衛星や宇宙機において高度な観測を行うためには、アンテナや望遠球の高度な寸法安定性が求められる。しかし、人工衛星や宇宙機に広く用いられる材料であるCFRP(carbon-fiber-reinforced plastic)は湿度によって膨潤することが知られており、打ち上げ後に宇宙空間で乾燥するにしたがって何カ月も寸法が安定しないことがある。また、人口衛星では、地球周回に応じて温度環境が変化し、構造材料が熱変形をするために寸法が安定しないという問題点もある。そこで、構造物の寸法をモニタしながら積極的に寸法を制御しようという発想が生まれた。   In order to perform advanced observations on satellites and spacecraft that observe the earth and astronomy, high dimensional stability of antennas and telespheres is required. However, CFRP (carbon-fiber-reinforced plastic), a material widely used in satellites and spacecraft, is known to swell with humidity, and its dimensions stabilize for months as it dries in space after launch. There are things that do not. In addition, the artificial satellite has a problem that the temperature environment changes according to the orbit of the earth, and the structural material undergoes thermal deformation, so that the dimensions are not stable. Therefore, the idea of actively controlling dimensions while monitoring the dimensions of structures was born.

「寸法安定化構造物」と題する特許文献1では、金属製の継手の温度を制御して熱膨張により寸法を制御する構造物が提案されている。特許文献1の図1に示される一実施形態は、一部あるいは全部が金属箔で覆われていないCFRP製フレーム1、例えばアルミニウム合金やチタニウム合金の金属製エンドフィッティング2、金属製継手3、金属製継手の全周に取り付けたヒータ4、アルミニウム合金やチタニウム合金に比べて小さな熱膨張率を有する鉄−ニッケル合金などのインバー型合金製の低熱膨張金属棒5、歪みゲージ6、歪み計測部7、ヒータ温度制御部8、CFRP部18などから構成されている。この実施形態では、低熱膨張金属棒5の歪み量を歪みゲージ6により測定し、測定信号をヒータ温度制御部8へ送り、低熱膨張金属棒5の歪みがゼロとなるように正の線膨張を有する金属製継手3をヒータ4により加熱して金属製継手部3を膨張させることで、CFRPフレーム1と金属製エンドフィッティング2及び金属製継手部3を直列に組み合わせたフレーム構造物の長さを調節し、フレーム構造物の変形を抑制している。   In Patent Document 1 entitled “Dimension Stabilized Structure”, a structure is proposed in which the temperature is controlled by thermal expansion by controlling the temperature of a metal joint. One embodiment shown in FIG. 1 of Patent Document 1 includes a CFRP frame 1 that is not partially or entirely covered with a metal foil, such as a metal end fitting 2 made of an aluminum alloy or a titanium alloy, a metal joint 3, and a metal. Heater 4 attached to the entire circumference of the joint made of metal, low thermal expansion metal rod 5 made of an invar type alloy such as iron-nickel alloy having a smaller thermal expansion coefficient than aluminum alloy or titanium alloy, strain gauge 6, strain measurement unit 7 The heater temperature control unit 8, the CFRP unit 18, and the like. In this embodiment, the strain amount of the low thermal expansion metal rod 5 is measured by the strain gauge 6, a measurement signal is sent to the heater temperature control unit 8, and positive linear expansion is performed so that the strain of the low thermal expansion metal rod 5 becomes zero. The length of the frame structure in which the CFRP frame 1, the metal end fitting 2, and the metal joint portion 3 are combined in series by heating the metal joint 3 having the metal joint portion 3 by heating with the heater 4. It is adjusted and the deformation of the frame structure is suppressed.

特開平11−245899号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-245899

しかしながら、引用文献1に記載されている発明においては、ヒータで熱制御をするために、冷却は自然冷却に頼らざるを得ず、応答が遅いという問題がある。また、部材の発熱を許容できない場合には引用文献1に記載の発明は使えないという問題もある。例えば、宇宙用の赤外線望遠鏡では、部材から発する赤外線を最小にするために部材を静穏に冷却する必要があるので、発熱を許容できない場合がある。さらに、線膨張係数の大きな部材を使用するため、温度制御機構が故障した際には、逆に温度安定性が悪くなってしまうという問題もある。   However, in the invention described in the cited document 1, since heat control is performed by a heater, there is a problem that the cooling has to rely on natural cooling and the response is slow. There is also a problem that the invention described in the cited document 1 cannot be used when the heat generation of the member cannot be allowed. For example, in an infrared telescope for space use, since it is necessary to cool the member gently in order to minimize infrared rays emitted from the member, heat generation may not be allowed. Furthermore, since a member having a large linear expansion coefficient is used, when the temperature control mechanism fails, there is also a problem that the temperature stability is deteriorated.

一方、微小な変位を制御する際に一般的に用いられるアクチュエータとして圧電素子や磁歪素子がある。しかし、これらの素子はセラミック製であるため脆く、衝撃荷重に弱いという欠点がある。そのため、人口衛星等に搭載する際にはロンチロック機構などを用いて打ち上げ時の荷重が素子に直接かからないようにする必要がある。しかしながらロンチロック機構は、複雑で効果であり、質量増加の要因となる上、信頼性低下の要因ともなる。   On the other hand, there are a piezoelectric element and a magnetostrictive element as an actuator generally used when controlling a minute displacement. However, since these elements are made of ceramic, they are fragile and have a drawback of being weak against an impact load. For this reason, when mounted on an artificial satellite or the like, it is necessary to use a launch lock mechanism or the like so that the load at the time of launch is not directly applied to the element. However, the launch lock mechanism is complicated and effective, and causes an increase in mass and also causes a decrease in reliability.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、上記のような問題を解決するアクチュエータ、並びにこのアクチュエータを用いたアクティブトラスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an actuator that solves the above problems, and an active truss using this actuator.

本発明に係るアクチュエータは、第1駆動部材及び第2駆動部材と、前記第1駆動部材及び第2駆動部材に挟まれて配置されたくさびと、前記第1駆動部材及び第2駆動部材の相対運動を、両者が近づき又は離れる第1の方向に拘束する拘束手段と、前記くさびを、前記第1の方向と垂直な第2の方向に駆動する駆動手段と、前記第1駆動手段及び第2駆動手段を前記くさびに対して押し付ける方向に与圧を印加する与圧印加手段とを有し、前記第1駆動部材と前記くさびの摺動方向を第1の摺動方向、前記第2駆動部材と前記くさびの摺動方向を第2の摺動方向としたときに、前記第1の摺動方向と前記第2の摺動方向の一方もしくは両方が、前記第2の方向に対して角度αを有しており、前記第1駆動部材と前記くさびの接触面及び前記第2駆動部材と前記くさびの接触面の静止摩擦係数がμであり、角度αと静止摩擦係数μとの間に、
tanα<μ
という関係が成り立つよう角度α及び静止摩擦係数を調整したことを特徴とする。
An actuator according to the present invention includes a first drive member and a second drive member, a wedge disposed between the first drive member and the second drive member, and a relative relationship between the first drive member and the second drive member. Restraining means for restraining the movement in a first direction in which both approach or leave, driving means for driving the wedge in a second direction perpendicular to the first direction, the first driving means and the second Pressurizing application means for applying a pressurizing force in a direction in which the driving means is pressed against the wedge, wherein the sliding direction of the first driving member and the wedge is the first sliding direction, and the second driving member is When the sliding direction of the wedge is the second sliding direction, one or both of the first sliding direction and the second sliding direction has an angle α with respect to the second direction. A contact surface between the first drive member and the wedge, and A static friction coefficient of the contact surface of the wedge and the second drive member is mu, between the angle α and the coefficient of static friction mu,
tanα <μ
The angle α and the coefficient of static friction are adjusted so that the following relationship holds.

前記駆動手段としては、圧電素子、あるいは磁歪素子を使用することができる。   As the driving means, a piezoelectric element or a magnetostrictive element can be used.

前記拘束手段としては、一対の平行なヒンジバネ、あるいは板バネを使用することができる。   As the restraining means, a pair of parallel hinge springs or leaf springs can be used.

前記第1駆動部材、前記第2駆動部材、及び前記くさびに嵌合部を設け、前記嵌合部によって、前記第1駆動部材と前記くさび、前記第2駆動部材と前記くさびが互いに離れることを防止するよう嵌合させることができる。   The first drive member, the second drive member, and the wedge are provided with fitting portions, and the first drive member and the wedge, and the second drive member and the wedge are separated from each other by the fitting portion. It can be fitted to prevent.

前記第1駆動部材と前記くさびとの接触面、及び、前記第2駆動部材と前記くさびとの接触面に被膜を製膜し、この被膜により摩擦力を制御することができる。   A film is formed on the contact surface between the first drive member and the wedge and the contact surface between the second drive member and the wedge, and the frictional force can be controlled by this film.

前記被膜は、酸化クロムを主成分とする複合セラミックス被膜とすることができる。   The coating can be a composite ceramic coating mainly composed of chromium oxide.

本発明に係るアクティブトラスは、上記何れかのアクチュエータと、トラスと、基準点からの長さを測長する測長手段と、を有することを特徴とする。   An active truss according to the present invention includes any one of the actuators described above, a truss, and a length measuring unit that measures a length from a reference point.

前記測長手段は、レーザー測長器を含むものとすることができる。   The length measuring means may include a laser length measuring device.

本発明は、上記のように、駆動部材を用いて第1の方向の寸法を制御するので、熱膨張を利用する場合に比べて寸法制御の応答が早く、また、部材の温度を任意に制御できる。駆動部材は、駆動時以外は通電の必要がないので、発熱が小さく、また故障した際の熱変動が小さい。角度αと静止摩擦係数μとの関係を上記のように設定することにより、大きな荷重が印加されても損傷に対する耐性が高い。また、嵌合部を設けて第1駆動部材、第2駆動部材、くさびを相互に嵌合することによって、ロンチロックが不要となる。そして、宇宙機に搭載した場合は、軌道上で寸法変化の少ない構造部材を提供できる、などの技術的効果を奏することができる。   Since the present invention controls the dimension in the first direction using the drive member as described above, the response of the dimension control is faster than when thermal expansion is used, and the temperature of the member is arbitrarily controlled. it can. Since the drive member does not need to be energized except during driving, the drive member generates little heat and has little heat fluctuation when a failure occurs. By setting the relationship between the angle α and the static friction coefficient μ as described above, the resistance to damage is high even when a large load is applied. Further, by providing the fitting portion and fitting the first drive member, the second drive member, and the wedge with each other, the launch lock becomes unnecessary. And when mounted on a spacecraft, it is possible to provide technical effects such as providing structural members with little dimensional change in orbit.

本発明の第1実施形態に係るアクチュエータを示した側面図である。It is the side view which showed the actuator which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示したアクチュエータの動作について説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the actuator shown in FIG. 図1に示したアクチュエータの動作について説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the actuator shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係るアクチュエータを示した側面図である。It is the side view which showed the actuator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図4のアクチュエータを中央部の切断面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut the actuator of FIG. 4 with the cut surface of the center part. 本発明の第3実施形態に係るアクティブトラスを示した側面図である。It is the side view which showed the active truss which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔実施形態1〕
図1は、本発明の実施形態1のアクチュエータを示した側面図である。図1において、符号101は、アクチュエータの構成の説明に用いる座標系を示している。下板10には、第1駆動部材1が固定されている。第1駆動部材1の上にはくさび3が配置され、第1駆動部材1とくさび3の接触面4において両者は摺動可能とされている。くさび3の上には第2駆動部材2が配置され、くさび3と第2駆動部材の接触面5において両者は摺動可能とされている。第2駆動部材2には上板11が固定されている。接触面4は図中X方向に対して右回りに角度αだけ傾いており、接触面5は図中X方向に対して左回りに角度αだけ傾いている。なお、ここでは、接触面4と接触面5の両方が角度αだけ傾いているとしたが、一方だけが傾いて他方は傾けないようにすることも可能である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a side view showing an actuator according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the code | symbol 101 has shown the coordinate system used for description of a structure of an actuator. The first driving member 1 is fixed to the lower plate 10. A wedge 3 is disposed on the first drive member 1, and both can slide on the contact surface 4 of the first drive member 1 and the wedge 3. The second drive member 2 is disposed on the wedge 3, and both can slide on the contact surface 5 of the wedge 3 and the second drive member. An upper plate 11 is fixed to the second drive member 2. The contact surface 4 is inclined clockwise by an angle α with respect to the X direction in the figure, and the contact surface 5 is inclined counterclockwise by an angle α with respect to the X direction in the figure. Here, it is assumed that both the contact surface 4 and the contact surface 5 are inclined by the angle α, but it is also possible that only one of them is inclined and the other is not inclined.

第1駆動部材1、第2駆動部材2、くさび3は、一例としてステンレス合金で作られており、摺動面に酸化クロムを主成分とする複合セラミックス被膜(トーカロ株式会社製CDC−ZAC)が製膜されている。この被膜により、摺動面での静止摩擦係数が0.4程度の比較的安定した摩擦力を得ることができる。この被膜はまた、空気中と真空中での摩擦力の違いが少ないという特徴もある。   The first drive member 1, the second drive member 2, and the wedge 3 are made of a stainless alloy as an example, and a composite ceramic coating (CDC-ZAC manufactured by Tocalo Corporation) whose main component is chromium oxide is formed on the sliding surface. A film is formed. With this coating, a relatively stable frictional force having a static friction coefficient on the sliding surface of about 0.4 can be obtained. This film is also characterized by a small difference in frictional force between air and vacuum.

下板10の左右両側には、それぞれ弾性ヒンジバネ12a、12bを介してアーム部13a、13bが連結されている。上板11の左右両側には、それぞれ弾性ヒンジバネ12c、12dを介してアーム部材13c、13dが連結されている。また、アーム部材13a、13cは、それぞれ弾性ヒンジバネ14a、14cを介して側板15に連結されている。アーム部材13b、13dは、それぞれ弾性ヒンジバネ14b、14dを介して側板16に連結されている。側板15とくさび3との間には、駆動手段としての圧電素子6が配置されており、側板16とくさび3との間には、バイアスバネ7が配置されている。なお、駆動手段としては圧電素子を用いたが、磁歪素子を用いることもできる。   Arm portions 13a and 13b are connected to the left and right sides of the lower plate 10 via elastic hinge springs 12a and 12b, respectively. Arm members 13c and 13d are connected to the left and right sides of the upper plate 11 via elastic hinge springs 12c and 12d, respectively. The arm members 13a and 13c are connected to the side plate 15 via elastic hinge springs 14a and 14c, respectively. The arm members 13b and 13d are connected to the side plate 16 via elastic hinge springs 14b and 14d, respectively. Between the side plate 15 and the wedge 3, a piezoelectric element 6 as a driving means is disposed, and between the side plate 16 and the wedge 3, a bias spring 7 is disposed. Although a piezoelectric element is used as the driving means, a magnetostrictive element can also be used.

このような構造により、第1駆動部材1及び第2駆動部材2は、互いに平行な弾性ヒンジバネによって、図中Z方向(両者が近づき又は離れる方向)にのみ相対移動可能であるように拘束されている。また、この拘束手段として、板バネを用いることもできる。弾性ヒンジバネ12a〜12d、14a〜14dの弾性により、第1駆動部材1及び第2駆動部材2には、両者が互いに近づく方向に与圧が与えられている。これとは別に、下板10及び上板11の間に引っ張りバネを配置して与圧を与えてもよい。   With such a structure, the first drive member 1 and the second drive member 2 are restrained by an elastic hinge spring parallel to each other so as to be relatively movable only in the Z direction (the direction in which both approach or leave) in the figure. Yes. Further, a leaf spring can be used as the restraining means. Due to the elasticity of the elastic hinge springs 12a to 12d and 14a to 14d, a pressure is applied to the first drive member 1 and the second drive member 2 in a direction in which both approach each other. Apart from this, a tension spring may be arranged between the lower plate 10 and the upper plate 11 to apply pressure.

次に図2及び図3を参照して、本実施形態のアクチュエータの動作について説明する。図2に示すように、圧電素子6が伸びると、くさび3は図中マイナスX方向に移動してバイアスバネ7はその分だけ縮む。くさび3の移動量をΔXとすると、下板10と上板11の距離は
2ΔXtan-1α
だけ増加する。すなわち、圧電素子6のX方向における変位が、図中Z方向の変位に変換される。このZ方向における変位はΔXに比べて一般に微小であるため、Z方向における変位を利用して、高い精度での寸法制御を実現することができる。
Next, the operation of the actuator of this embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, when the piezoelectric element 6 extends, the wedge 3 moves in the minus X direction in the figure, and the bias spring 7 contracts accordingly. When the movement amount of the wedge 3 is ΔX, the distance between the lower plate 10 and the upper plate 11 is 2ΔXtan −1 α.
Only increase. That is, the displacement of the piezoelectric element 6 in the X direction is converted into a displacement in the Z direction in the figure. Since the displacement in the Z direction is generally minute compared to ΔX, it is possible to realize dimensional control with high accuracy using the displacement in the Z direction.

図3に示すように、下板10と上板11との間に圧縮力Fが働いたときの動作を説明する。ここで、接触面4及び5における静止摩擦係数をμとする。本実施形態においては、くさび3の角度αは、予め
tanα<μ (1)
となるように設定しておく。
As shown in FIG. 3, the operation when the compressive force F acts between the lower plate 10 and the upper plate 11 will be described. Here, the coefficient of static friction on the contact surfaces 4 and 5 is μ. In this embodiment, the angle α of the wedge 3 is set in advance.
tanα <μ (1)
Set to be.

接触面5について考えると、接触面5における力Fは、摺動方向の力
Fsinα
と、接触面に垂直な方向の力
Fcosα
に分解することができる。接触面5における最大摩擦力は
μFcosα
なので、(1)より、
Fsinα<μFcosα (2)
という条件が成り立つことになり、くさび3はFの大きさによらず滑らない。このことは、接触面4についても同様である。すなわち、圧電素子6に力は伝わらない。そのため、本アクチュエータに大きな圧縮荷重がかかっても、圧電素子が損傷することはない。
Considering the contact surface 5, the force F at the contact surface 5 is the force Fsinα in the sliding direction.
And the force Fcosα in the direction perpendicular to the contact surface
Can be broken down into The maximum frictional force at the contact surface 5 is μFcosα
So from (1)
Fsinα <μFcosα (2)
Thus, the wedge 3 does not slide regardless of the size of F. The same applies to the contact surface 4. That is, no force is transmitted to the piezoelectric element 6. Therefore, even when a large compressive load is applied to the actuator, the piezoelectric element is not damaged.

一方、このアクチュエータに引っ張り力が働いた場合、弾性ヒンジバネ14a〜14cによって与えられる与圧を超えると、第1駆動部材1及び第2駆動部材2とくさび3とが離れてしまう。よって、このアクチュエータを使用する際には、引っ張り力が与圧を超えない範囲で使用する必要がある。   On the other hand, when a tensile force is applied to the actuator, the first driving member 1 and the second driving member 2 are separated from the wedge 3 when the pressure applied by the elastic hinge springs 14a to 14c is exceeded. Therefore, when using this actuator, it is necessary to use it within a range where the tensile force does not exceed the applied pressure.

このアクチュエータが故障した際には、周囲の温度によって下板10と上板11との間の距離が変動するが、第1駆動部材1、第2駆動部材2及びくさび3の材料を低線膨張係数の材料とすることで、温度変動を少なくすることが可能である。   When this actuator fails, the distance between the lower plate 10 and the upper plate 11 varies depending on the ambient temperature, but the material of the first drive member 1, the second drive member 2 and the wedge 3 is subjected to low linear expansion. By using a coefficient material, it is possible to reduce temperature fluctuations.

〔第2実施形態〕
続いて、図4〜図5を参照して第2実施形態のアクチュエータについて説明する。まず、図4における符号201から211の構成要素については、第1実施形態の符号1から11までの構成要素に対応する。
[Second Embodiment]
Next, the actuator according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. First, components 201 to 211 in FIG. 4 correspond to components 1 to 11 in the first embodiment.

下板210の左右両側には板バネ213a、213bが連結され、上板211の左右両側には、板バネ213c、213dが連結されている。板バネ213a、213cは側板215に連結され、板バネ213b、213dは側板216に連結されている。板バネ213a〜213dは、実施形態1のアーム部材13a〜13d及び弾性ヒンジバネ14a〜14dと同様の働きをする。   Plate springs 213 a and 213 b are connected to the left and right sides of the lower plate 210, and plate springs 213 c and 213 d are connected to the left and right sides of the upper plate 211. The leaf springs 213a and 213c are connected to the side plate 215, and the leaf springs 213b and 213d are connected to the side plate 216. The leaf springs 213a to 213d function in the same manner as the arm members 13a to 13d and the elastic hinge springs 14a to 14d of the first embodiment.

図5は、図4の切断面220における断面図である。本実施形態では、図5に示すように、第1駆動部材201とくさび203とが相互に嵌合し、同様に第2駆動部材202とくさび203とが相互に嵌合している。この嵌合部は、下板210と上板211の間に、板バネ213a〜213dによる与圧を超える引っ張り力が働いたときに第1駆動部材及び第2駆動部材210、211とくさび203とが互いに離れることを防止する。なお、図5では説明のために嵌合部の間隙を大きく描いているが、この間隙寸法は、公差の許す範囲内でできるだけ小さくすることが望ましい。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting plane 220 in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the first drive member 201 and the wedge 203 are fitted together, and similarly, the second drive member 202 and the wedge 203 are fitted together. The fitting portion includes a first driving member and second driving members 210 and 211, and a wedge 203 when a tensile force exceeding the pressure applied by the leaf springs 213a to 213d is applied between the lower plate 210 and the upper plate 211. Prevent them from leaving each other. In FIG. 5, the gap of the fitting portion is drawn large for the sake of explanation, but it is desirable that the gap size be as small as possible within a tolerance range.

上記のような構成により、本実施形態のアクチュエータは、圧縮力だけでなく大きな引っ張り力にも耐えることができる。また、上記のような構成としたことにより、宇宙機の主要構造部材に組み込んだ場合、ロンチロックを使用しなくても打ち上げ荷重に耐えることが可能である。   With the configuration as described above, the actuator of the present embodiment can withstand not only a compressive force but also a large tensile force. In addition, due to the above configuration, when incorporated in the main structural member of the spacecraft, it is possible to withstand the launch load without using a launch lock.

〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態として、アクティブトラスについて説明する。図6において符号330は、図4に示した第2実施形態のアクチュエータである。このアクチュエータ330の中央部には、レーザー光335が通過できるよう穴が空けられている。符号331a、331bは金属製の中空エンドフィッティングを示し、符号332はCFRP製の中空トラスである。
[Third Embodiment]
Next, an active truss will be described as a third embodiment. In FIG. 6, reference numeral 330 denotes the actuator of the second embodiment shown in FIG. A hole is formed in the center of the actuator 330 so that the laser beam 335 can pass therethrough. Reference numerals 331a and 331b denote hollow end fittings made of metal, and reference numeral 332 denotes a hollow truss made of CFRP.

レーザー測長器333とリフレクタ334は、構造体の基準点に取り付けられている。レーザー測長器333は、レーザー光335を発振し,リフレクタ334との間の距離を測定する。レーザー光335は、アクチュエータ330、中空エンドフィッティング331a、中空トラス332、中空エンドフィッティング331bの中を通過する。かかる構成とすることにより、トラスの周囲に機器を自由に配置することができる。レーザー測長器333の出力が常に一定となるようなフィードバック制御を行うことで、温度の影響を受けない寸法精度の安定した構造体を得ることができる。   The laser length measuring device 333 and the reflector 334 are attached to the reference point of the structure. The laser length measuring device 333 oscillates the laser beam 335 and measures the distance from the reflector 334. The laser beam 335 passes through the actuator 330, the hollow end fitting 331a, the hollow truss 332, and the hollow end fitting 331b. With such a configuration, it is possible to freely arrange devices around the truss. By performing feedback control so that the output of the laser length measuring device 333 is always constant, a structure having a stable dimensional accuracy that is not affected by temperature can be obtained.

中空トラス332の材料であるCFRPは一般的に10-6程度の線膨張係数を有するが、トラス長が1mだとすると、軌道上で10℃の温度変化にさらされたときの変動は10μm程度になる。アクチュエータ330のくさび角αを16.7度とすると、圧電素子の変位1に対してアクチュエータの変位はおよそ0.6になる。すなわち、トラス長が1mの場合、16.7μm以上のストロークを有する圧電素子を使用すれば、軌道上の温度変動を補正できることになる。 CFRP, which is a material of the hollow truss 332, generally has a linear expansion coefficient of about 10 −6, but if the truss length is 1 m, the fluctuation when exposed to a temperature change of 10 ° C. on the orbit is about 10 μm. . When the wedge angle α of the actuator 330 is 16.7 degrees, the displacement of the actuator is approximately 0.6 with respect to the displacement 1 of the piezoelectric element. That is, when the truss length is 1 m, the temperature variation on the orbit can be corrected by using a piezoelectric element having a stroke of 16.7 μm or more.

本発明によれば、高い寸法安定性が得られるので、人工衛星や宇宙機に搭載して地球や天文を観測するアンテナや望遠鏡その他の機器に本願発明のアクチュエータ及びアクティブトラスを適用することができる。また、宇宙のみならず地上用途においても、高度な寸法安定性が必要とされる機器に適用できることはいうまでもない。   According to the present invention, since high dimensional stability can be obtained, the actuator and active truss of the present invention can be applied to antennas, telescopes and other devices that are mounted on artificial satellites and spacecrafts to observe the earth and astronomy. . Needless to say, the present invention can be applied not only to space but also to terrestrial applications to equipment that requires high dimensional stability.

1、201 第1駆動部材
2、202 第2駆動部材
3、203 くさび
4、5 接触面
6、206 圧電素子
7、207 バイアスバネ
10、210 下板
11、211 上板
12a、12b、12c、12d 弾性ヒンジバネ
13a、13b、13c、13d アーム部材
213a、213b、213c、213d 板バネ
330 アクチュエータ
331a、331b 中空エンドフィッティング
332 中空トラス
333 レーザー測長器
334 リフレクタ
335 レーザー光
1, 201 First driving member 2, 202 Second driving member 3, 203 Wedge 4, 5 Contact surface 6, 206 Piezoelectric element 7, 207 Bias spring 10, 210 Lower plate 11, 211 Upper plate 12a, 12b, 12c, 12d Elastic hinge springs 13a, 13b, 13c, 13d Arm members 213a, 213b, 213c, 213d Leaf spring 330 Actuator 331a, 331b Hollow end fitting 332 Hollow truss 333 Laser length measuring device 334 Reflector 335 Laser light

Claims (10)

第1駆動部材及び第2駆動部材と、
前記第1駆動部材及び第2駆動部材に挟まれて配置されたくさびと、
前記第1駆動部材及び第2駆動部材の相対運動を、両者が近づき又は離れる第1の方向に拘束する拘束手段と、
前記くさびを、前記第1の方向と垂直な第2の方向に駆動する駆動手段と、
前記第1駆動手段及び第2駆動手段を前記くさびに対して押し付ける方向に与圧を印加する与圧印加手段とを有し、
前記第1駆動部材と前記くさびの摺動方向を第1の摺動方向、前記第2駆動部材と前記くさびの摺動方向を第2の摺動方向としたときに、前記第1の摺動方向と前記第2の摺動方向の一方もしくは両方が、前記第2の方向に対して角度αを有しており、
前記第1駆動部材と前記くさびの接触面及び前記第2駆動部材と前記くさびの接触面の静止摩擦係数がμであり、角度αと静止摩擦係数μとの間に、
tanα<μ
という関係が成り立つよう角度α及び静止摩擦係数を調整したことを特徴とするアクチュエータ。
A first drive member and a second drive member;
A wedge disposed between the first drive member and the second drive member;
Restraining means for restraining the relative movement of the first driving member and the second driving member in a first direction in which both approach or leave;
Driving means for driving the wedge in a second direction perpendicular to the first direction;
Pressurization application means for applying a pressurization in a direction in which the first drive means and the second drive means are pressed against the wedge,
When the sliding direction of the first drive member and the wedge is the first sliding direction, and the sliding direction of the second drive member and the wedge is the second sliding direction, the first sliding One or both of the direction and the second sliding direction has an angle α with respect to the second direction;
The static friction coefficient of the contact surface of the first drive member and the wedge and the contact surface of the second drive member and the wedge is μ, and between the angle α and the static friction coefficient μ,
tanα <μ
An actuator in which the angle α and the coefficient of static friction are adjusted so that the above relationship is established.
前記駆動手段は、圧電素子であることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the driving unit is a piezoelectric element. 前記駆動手段は、磁歪素子であることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the driving unit is a magnetostrictive element. 前記拘束手段は、一対の平行なヒンジバネであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the restraining means is a pair of parallel hinge springs. 前記拘束手段は、板バネであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the restraining means is a leaf spring. 前記第1駆動部材、前記第2駆動部材、及び前記くさびは嵌合部を有し、前記嵌合部により、前記第1駆動部材と前記くさび、前記第2駆動部材と前記くさびが互いに離れることを防止するよう嵌合していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The first driving member, the second driving member, and the wedge have a fitting portion, and the first driving member and the wedge, and the second driving member and the wedge are separated from each other by the fitting portion. The actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the actuator is fitted so as to prevent the above. 前記第1駆動部材と前記くさびとの接触面、及び、前記第2駆動部材と前記くさびとの接触面に、摩擦力を制御するための被膜が製膜されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のアクチュエータ。   The coating for controlling the frictional force is formed on the contact surface between the first drive member and the wedge and the contact surface between the second drive member and the wedge. The actuator according to any one of 1 to 6. 前記被膜は、酸化クロムを主成分とする複合セラミックス被膜であることを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 7, wherein the coating is a composite ceramic coating mainly composed of chromium oxide. 請求項1乃至8のうちいずれか一項に記載のアクチュエータと、
トラスと、
基準点からの長さを測長する測長手段と、
を有することを特徴とするアクティブトラス。
The actuator according to any one of claims 1 to 8,
A truss,
A length measuring means for measuring the length from the reference point;
An active truss characterized by comprising:
前記測長手段は、レーザー測長器を含むことを特徴とする請求項9に記載のアクティブトラス。   The active truss according to claim 9, wherein the length measuring unit includes a laser length measuring device.
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