JP2020006884A - アクチュエータ及び長さ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】入力に対する応答を早くしたアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１は、第一方向Ｚに相対的に変位可能に配置された第一支持部材１６及び第二支持部材１１と、第一支持部材と第二支持部材との間に配置され、第一方向に延びる同一直線上に配置された第一リンク部材２１及び第二リンク部材３１と、第一支持部材と第一リンク部材とを連結する第一ヒンジ２２と、第二リンク部材と第二支持部材とを連結する第二ヒンジ３２と、第一リンク部材と第二リンク部材とを連結し、第一方向に交差する第二方向Ｘに変位可能な変位制御部２６と、備え、第一ヒンジ及び第二ヒンジは、第一リンク部材及び第二リンク部材を、第一方向及び第二方向にそれぞれ交差する第三方向Ｙに延びる軸線周りにそれぞれ回動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータ及び長さ制御システムに関する。

地球や天体を観測する人工衛星や宇宙機等において、高度な観測を行うためには、アンテナや望遠鏡等の高度な寸法安定性が求められる。しかし、人工衛星や宇宙機等には、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ−Ｆｉｂｅｒ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐ１ａｓｔｉｃ）が広く用いられている。ＣＦＲＰは、湿度によって膨潤する。このため、人工衛星等の打ち上げ後に宇宙空間で人工衛星が乾燥するのに従って、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、寸法を積極的に制御することが検討されている。

例えば、特許文献１の寸法安定化構造物（長さ制御システム）は、ＣＦＲＰ製フレーム、金属製エンドフィッティング、金属製継手、ヒータ、低熱膨張金属棒、歪みゲージ、歪み計測部、ヒータ温度制御部、ＣＦＲＰ部等を備えている。
金属製エンドフィッティングは、例えばアルミニウム合金やチタニウム合金製である。ヒータは、金属製継手の全周に取付けられている。低熱膨張金属棒は、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−ニッケル合金等のインバー型合金製である。

このように構成された寸法安定化構造物では、低熱膨張金属棒の歪み量が、歪みゲージにより測定される。測定信号は、ヒータ温度制御部へ送られる。ヒータ温度制御部は、正の線膨張を有する金属製継手をヒータにより加熱して、低熱膨張金属棒の歪みがゼロとなるように、金属製継手部を膨張させる。
このようにして、ＣＦＲＰ製フレーム、金属製エンドフィッティング、及び金属製継手を直列に組み合わせたフレーム構造物の長さが調節され、フレーム構造物の変形が抑制される。

特開平１１−２４５８９９号公報

しかしながら、特許文献１の寸法安定化構造物では、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、入力に対して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、特許文献１の寸法安定化構造物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低温に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、特許文献１の寸法安定化構造物では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。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、上記の問題を解決して、入力に対する応答を早くしたアクチュエータ、及びこのアクチュエータを備える長さ制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のアクチュエータは、第一方向に相対的に変位可能に配置された第一支持部材及び第二支持部材と、前記第一支持部材と前記第二支持部材との間に配置され、前記第一方向に延びる同一直線上に配置された第一リンク部材及び第二リンク部材と、前記第一支持部材と前記第一リンク部材とを連結する第一ヒンジと、前記第二リンク部材と前記第二支持部材とを連結する第二ヒンジと、前記第一リンク部材と前記第二リンク部材とを連結し、前記第一方向に交差する第二方向に変位可能な変位制御部と、備え、前記第一ヒンジ及び前記第二ヒンジは、前記第一リンク部材及び前記第二リンク部材を、前記第一方向及び前記第二方向にそれぞれ交差する第三方向に延びる軸線周りにそれぞれ回動させることを特徴としている。

この発明によれば、第一、第二支持部材に対して、変位制御部を第二方向に移動させる。変位制御部の移動に伴って、第一、第二リンク部材それぞれが、第一、第二ヒンジを起点として第二方向に回動する。これにより、第一、第二リンク部材が第一方向に対して傾斜する角度が変化する。第一、第二リンク部材の傾斜角度が変化するため、第一、第二支持部材間の第一方向の距離が変化する。
例えば、第一、第二リンク部材の傾斜角度が大きくなると、第一、第二リンク部材の第一方向の長さ成分が短くなり、第一、第二支持部材間の第一方向の距離が短くなる。一方で、第一、第二リンク部材の傾斜角度が小さくなると、第一、第二リンク部材の第一方向の長さ成分が長くなり、第一、第二支持部材間の第一方向の距離が長くなる。

従って、第一、第二支持部材間の第一方向の距離を調節することができる。そして、このアクチュエータを間に配置する対象物間の距離を調節することができる。
この距離を調節する際に、変位制御部を第二方向に移動させれば、第一、第二支持部材間の第一方向の距離は、自然冷却による距離の変化に比べて早く変化するため、入力に対する応答を早くすることができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記第一支持部材と前記第二支持部材とが前記第一方向に相対的に移動するように、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を案内する変位拘束部を備えてもよい。
この発明によれば、変位拘束部により、第一支持部材と第二支持部材とが第一方向に相対的に移動するように案内することができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記変位制御部は、前記第一リンク部材と前記第二リンク部材との間に配置された第一連結部材と、前記第一リンク部材と前記第一連結部材とを連結する第三ヒンジと、前記第一連結部材と前記第二リンク部材とを連結する第四ヒンジと、を有し、前記第三ヒンジ及び前記第四ヒンジは、前記第一リンク部材及び前記第二リンク部材を、前記第三方向に延びる軸線周りにそれぞれ回動させてもよい。
この発明によれば、第一連結部材を第二方向に移動させると、第三ヒンジ及び第四ヒンジが軸線周りにそれぞれ回動して、第一、第二支持部材間の第一方向の距離が調節される。このため、アクチュエータの操作性を向上させることができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記第一ヒンジ、前記第一リンク部材、前記第三ヒンジ、前記第一連結部材、前記第四ヒンジ、前記第二リンク部材、及び前記第二ヒンジを組にして、前記第二方向に複数並べて備え、前記複数の第一連結部材同士を互いに連結する第二連結部材を備えてもよい。
この発明によれば、第一ヒンジ、第一リンク部材、第三ヒンジ、第一連結部材、第四ヒンジ、第二リンク部材、及び第二ヒンジを１つの組とする複数の組が、第二連結部材により一体となって第二方向に移動する。従って、第三方向に沿う軸線周りのトルクを第一支持部材又は第二支持部材が受けても、アクチュエータの動作を安定させることができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記第一支持部材又は前記第二支持部材に対して前記変位制御部を前記第二方向に移動させる駆動部を備えてもよい。
この発明によれば、第一支持部材及び第二支持部材のうち一方に対して他方が第一方向に移動する動作を、駆動部により自動的に行うことができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記第一支持部材、前記第一ヒンジ、前記第一リンク部材、前記変位制御部、前記第二リンク部材、前記第二ヒンジ、及び第二支持部材は、一体に形成されていてもよい。
この発明によれば、第一支持部材及び第二支持部材のうち一方に対して他方が第一方向に相対的に移動する際に、ガタが生じるのを抑制することができる。

また、上記のアクチュエータにおいて、前記第一支持部材は、内フレームであり、前記第二支持部材は、前記第一支持部材の外側に配置された外フレームであってもよい。

また、本発明の長さ制御システムは、上記に記載のアクチュエータと、前記第一方向に沿って延び、前記第一支持部材及び前記第二支持部材の一方に、前記第一方向の一方側の端部が固定された軸状部材と、前記第一支持部材及び前記第二支持部材の他方と前記軸状部材の前記第一方向の前記一方側とは反対側の他方側の端部との距離を検出する測定部と、前記測定部による検出結果が予め定められた基準長さになるように、前記駆動部を駆動する制御部と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、測定部による検出結果に基づいて、制御部により、第一支持部材及び第二支持部材の他方と軸状部材の第一方向の他方側の端部との距離を基準長さに調節することができる。

本発明のアクチュエータ及び長さ制御システムによれば、入力に対する応答を早くすることができる。

本発明の第１実施形態のアクチュエータの斜視図である。 同アクチュエータを模式的に示す正面図である。 図２中の要部の断面図である。 同アクチュエータの動作を説明する模式的に示す正面図である。 変位制御部が移動する距離に対する受け部材が移動する距離の関係の一例を表す図である。 本発明の第２実施形態のアクチュエータを模式的に示す正面図である。 同アクチュエータの動作を説明する模式的に示す正面図である。 本発明の第３実施形態の長さ制御システムを模式的に示す正面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係るアクチュエータの第１実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態のアクチュエータ１の斜視図であり、図２は、同アクチュエータ１を模式的に示す正面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、外フレーム（第二支持部材）１１と、内フレーム（第一支持部材）１６と、第一ヒンジ２２と、第一リンク部材２１と、変位制御部２６と、第二リンク部材３１と、第二ヒンジ３２と、案内部３６と、第二連結部材４１と、変位拘束部４６と、を備えている。
以下では、アクチュエータ１の構成を分かりやすく模式的に示した図２及び図３を用いて説明する。なお、図２以降では、内フレーム１６の後述する第１軸状部材１７に形成された孔が、第１軸状部材１７を前後方向（第三方向）Ｙに貫通しない連通孔１７ａであるとして説明する。

図２及び図３に示すように、外フレーム１１は、支持壁部１２と、縦壁部１３と、横壁部１４と、を備えている。
支持壁部１２は、板状に形成され、厚さ方向が上下方向（第一方向）Ｚに沿うように配置されている。支持壁部１２には、支持壁部１２を上下方向Ｚに貫通する連通孔１２ａが形成されている。連通孔１２ａは、左右方向（第二方向）Ｘの中央部に形成されている。左右方向Ｘは、上下方向Ｚ及び前後方向Ｙにそれぞれ直交（交差）する方向である。
縦壁部１３は、板状に形成され、厚さ方向が左右方向Ｘに沿うように配置されている。本実施形態では、縦壁部１３はアクチュエータ１に一対備えられている。各縦壁部１３は、支持壁部１２の左右方向Ｘの各端部から上方（第一方向の他方側）Ｚ１に向かって延びている。右側の縦壁部１３には、縦壁部１３を左右方向Ｘに貫通する貫通孔１３ａが形成されている（図３参照）。

横壁部１４は、板状に形成され、厚さ方向が上下方向Ｚに沿うように配置されている。本実施形態では、横壁部１４はアクチュエータ１に一対備えられ、左右方向Ｘに並べて配置されている。
一対の横壁部１４の一方は、右側の縦壁部１３の上端部から左側の縦壁部１３の上端部に向かって左右方向Ｘに沿って延びている。一対の横壁部１４の他方は、左側の縦壁部１３の上端部から右側に向かって左右方向Ｘに沿って延びている。
一対の横壁部１４が配置される上下方向Ｚの位置は、互いに同等である。一対の横壁部１４の間は、左右方向Ｘに離間している。

内フレーム１６は、第１軸状部材１７と、受け部材１８と、結合部材１９と、を備えている。
第１軸状部材１７は、例えば、上下方向Ｚに沿って延びる角筒状に形成されている。第１軸状部材１７には、第１軸状部材１７を上下方向Ｚに貫通する連通孔１７ａが形成されている。第１軸状部材１７は、連通孔１７ａが支持壁部１２の連通孔１２ａに上下方向Ｚで対向するように、支持壁部１２の上方Ｚ１に配置されている。
本実施形態では、第１軸状部材１７の下方（第一方向の一方側）Ｚ２の部分（小径部）の外径よりも、第１軸状部材１７の上方Ｚ１の部分（大径部）の外径が大きい。下方Ｚ２は、上下方向Ｚにおける上方Ｚ１とは反対側である。
第１軸状部材１７は、一対の縦壁部１３及び一対の横壁部１４の間にそれぞれ配置され、一対の横壁部１４よりも上方Ｚ１に突出している。

受け部材１８は、板状に形成され、厚さ方向が上下方向Ｚに沿うように配置されている。受け部材１８は、第１軸状部材１７の上端部に固定されている。受け部材１８は、一対の縦壁部１３よりも左右方向Ｘの外側にそれぞれ突出している。
結合部材１９は、アクチュエータ１に一対備えられている。各結合部材１９は、第１軸状部材１７における大径部と小径部との接続部分から左右方向Ｘの外側にそれぞれ突出している。一対の結合部材１９は、一対の縦壁部１３の間であって、上下方向Ｚにおいて一対の横壁部１４と支持壁部１２との間に配置されている。
外フレーム１１は、内フレーム１６の外側に配置されている。
以上のように構成された外フレーム１１及び内フレーム１６は、上下方向Ｚに相対的に変位可能に配置されている。

第一ヒンジ２２は、いわゆる弾性ヒンジであり、薄板状に形成されている。第一ヒンジ２２は、厚さ方向が左右方向Ｘに沿うように配置されている。第一ヒンジ２２の左右方向Ｘの長さ（厚さ）は、結合部材１９の上下方向Ｚの長さ、及び第一リンク部材２１の左右方向Ｘの長さよりも充分に短い。第一ヒンジ２２の上下方向Ｚの長さは、短ければ座屈に対する強度が高くなる一方、長ければ曲がりやすくなるため少ない力でアクチュエータを動作させることが可能になる。この長さを適切に設定することが、重要である。
第一ヒンジ２２の上下方向Ｚ及び左右方向Ｘにそれぞれ直交（交差）する前後方向Ｙの長さは、第一ヒンジ２２の左右方向Ｘの長さに比べて充分に長いことが好ましい（図１も参照のこと）。例えば、第一ヒンジ２２の前後方向Ｙの長さは、外フレーム１１の前後方向Ｙの長さ、及び内フレーム１６の前後方向Ｙの長さにそれぞれ等しい。
第一ヒンジ２２の上端部は、内フレーム１６の結合部材１９の下面に連結されている。

第一リンク部材２１及び第二リンク部材３１は、外フレーム１１と内フレーム１６との間に配置され、上下方向Ｚに延びる同一直線上に配置されている。
第一リンク部材２１は、正面視において上下方向Ｚに長い矩形状を呈している。第一リンク部材２１の上端部（第一リンク第一部分）は、上方Ｚ１に向かうに従い漸次、左右方向Ｘの長さが短くなるテーパ状を呈している。第一リンク部材２１の下端部（第一リンク第二部分）は、下方Ｚ２に向かうに従い漸次、左右方向Ｘの長さが短くなるテーパ状を呈している。第一リンク部材２１の下端部は、第一リンク部材２１のうち第一リンク部材２１の上端部よりも下方Ｚ２に配置された部分である。
本実施形態では、第一リンク部材２１はアクチュエータ１に一対備えられている。第一リンク部材２１及び第一ヒンジ２２は、左右方向Ｘにおいて第１軸状部材１７と縦壁部１３との間に配置されている。
第一リンク部材２１の上端部は、第一ヒンジ２２の下端部に連結されている。第一ヒンジ２２は、内フレーム１６と第一リンク部材２１とを連結している。

第一ヒンジ２２では、左右方向Ｘの長さに比べて前後方向Ｙの長さが充分に長く形成されていることにより、第一ヒンジ２２は、結合部材１９に対して前後方向Ｙに直交する基準面Ｓ（図３参照）上のみで移動する。同様に、第一ヒンジ２２は、第一リンク部材２１に対して基準面Ｓ上のみで移動する。

変位制御部２６の上端部は、第一リンク部材２１の下端部に連結されている。図３に示すように、変位制御部２６は、第三ヒンジ２８と、第一連結部材２７と、第四ヒンジ２９と、を備えている。
第三ヒンジ２８及び第四ヒンジ２９は、第一ヒンジ２２と同様に構成されている。第三ヒンジ２８は、第一リンク部材２１と第一連結部材２７とを連結している。第三ヒンジ２８の上端部は、第一リンク部材２１の下端部に連結されている。
例えば、第一連結部材２７は正面視において矩形状を呈している。第一連結部材２７は、第一リンク部材２１と第二リンク部材３１との間に配置されている。第一連結部材２７の上端部（第一連結部第一部分）は、第三ヒンジ２８の下端部に連結されている。第一連結部材２７の下端部（第一連結部第二部分）は、第四ヒンジ２９の上端部に連結されている。第一連結部材２７の下端部は、第一連結部材２７のうち第一連結部材２７の上端部よりも下方Ｚ２に配置された部分である。

第四ヒンジ２９は、第一連結部材２７と第二リンク部材３１とを連結している。
第三ヒンジ２８、第一連結部材２７、及び第四ヒンジ２９は、左右方向Ｘにおいて第１軸状部材１７と縦壁部１３との間に配置されている。
第三ヒンジ２８及び第四ヒンジ２９は、第一リンク部材２１及び第二リンク部材３１を、前後方向Ｙに延びる軸線周りにそれぞれ回動させる。変位制御部２６は、第一リンク部材２１と第二リンク部材３１とを連結する。変位制御部２６は、左右方向Ｘに変位可能である。

第二リンク部材３１は、第一リンク部材２１と同様に構成されている。第二リンク部材３１の上下方向Ｚの長さ、及び第一リンク部材２１の上下方向Ｚの長さは、互いに同一である。第二リンク部材３１の上端部（第二リンク第一部分）は、第四ヒンジ２９の下端部に連結されている。

第二ヒンジ３２は、第一ヒンジ２２と同様に構成されている。第二ヒンジ３２の上端部は、第二リンク部材３１の下端部（第二リンク第二部分）に連結されている。第二リンク部材３１の下端部は、第二リンク部材３１のうち第二リンク部材３１の上端部よりも下方Ｚ２に配置された部分である。第二ヒンジ３２の下端部は、外フレーム１１の支持壁部１２の上面に連結されている。
第二ヒンジ３２は、第二リンク部材３１と外フレーム１１とを連結している。

ヒンジ２２，２８，２９，３２が、それぞれ左右方向Ｘの長さに比べて前後方向Ｙの長さが充分に長く形成されていることにより、案内部３６が構成される。案内部３６は、外フレーム１１に対して、第一リンク部材２１、第二リンク部材３１、及び内フレーム１６が、基準面Ｓ上のみで相対的に移動するように案内する。
互いに連結された第一ヒンジ２２、第一リンク部材２１、第三ヒンジ２８、第一連結部材２７、第四ヒンジ２９、第二リンク部材３１、及び第二ヒンジ３２は、上下方向Ｚに沿って延びる同一直線上に配置されている。内フレーム１６における第一ヒンジ２２が連結された部分である内フレーム１６の連結部分Ｐ１、変位制御部２６、及び外フレーム１１における第二ヒンジ３２が連結された部分である外フレーム１１の連結部分Ｐ２は、上下方向Ｚに沿って並んでいる。
アクチュエータ１では、リンク部材２１，３１、及びヒンジ２２，２８，２９，３２に対して、下端部に外フレーム１１が接合され、上端部に内フレーム１６が接合されている。

第一ヒンジ２２及び第二ヒンジ３２は、第一リンク部材２１及び第二リンク部材３１を、前後方向Ｙに延びる軸線周りにそれぞれ回動させる。

アクチュエータ１は、リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７を組にして複数（本実施形態では２つ）左右方向Ｘに並べて備えている。
フレーム１１，１６、リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７は、例えば強化アルミニウム等の金属や樹脂等で一体に形成されている。フレーム１１，１６、リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７は、例えばワイヤーを用いた放電加工により形成されている。

図２に示すように、第二連結部材４１は、左右方向Ｘに延びる棒状に形成されている。アクチュエータ１は、第二連結部材４１を一対備えていて（図２及び図３参照）、一対の第二連結部材４１は内フレーム１６の第１軸状部材１７に接触していなく、第１軸状部材１７を前後方向Ｙに挟むように配置されている。各第二連結部材４１は、複数の第一連結部材２７同士を互いに連結している。

図２及び図３に示すように、変位拘束部４６は、第一案内リンク部材４７と、第二案内リンク部材４８と、を備えている。案内リンク部材４７，４８は、第一リンク部材２１と同様に形成されている。案内リンク部材４７，４８は、正面視において左右方向Ｘに長い矩形状を呈している。変位拘束部４６は、第一案内リンク部材４７を２対、第二案内リンク部材４８を２対それぞれ備えている。
２対の第一案内リンク部材４７は、内フレーム１６の第１軸状部材１７よりも右側で、リンク部材２１，３１を前後方向Ｙにそれぞれ挟むように配置されている。第一案内リンク部材４７の両端部は、第一案内ヒンジ５０を介して内フレーム１６の第１軸状部材１７、及び外フレーム１１の縦壁部１３にそれぞれ連結されている。

２対の第二案内リンク部材４８は、第１軸状部材１７よりも左側で、リンク部材２１，３１を前後方向Ｙにそれぞれ挟むように配置されている。
図２に示すように、第二案内リンク部材４８の両端部は、第二案内ヒンジ５１を介して内フレーム１６の第１軸状部材１７、及び外フレーム１１の縦壁部１３にそれぞれ連結されている。

変位拘束部４６では、２対の第一案内リンク部材４７及び２対の第二案内リンク部材４８が、いわゆる平行リンクのように動作することにより、外フレーム１１と内フレーム１６とが上下方向Ｚに相対的に移動するように、外フレーム１１及び内フレーム１６を案内する。

図３に示すように、アクチュエータ１では、右側の縦壁部１３には、支持片５７を介してマイクロメータ５８が固定されている。
マイクロメータ５８は、公知の構成のものであり、本体５８ａに対して調節ネジ５８ｂを回転させると、スピンドル５８ｃが左右方向Ｘに沿って進退する。ただし、調節ネジ５８ｂを回転させないと、スピンドル５８ｃは左右方向Ｘに移動しない。本体５８ａは、支持片５７を介して縦壁部１３に固定されている。スピンドル５８ｃは、縦壁部１３の貫通孔１３ａに挿入されている。スピンドル５８ｃの先端部は、複数の第一連結部材２７のうち最も右側の第一連結部材２７に固定されている。

アクチュエータ１では、フレーム１１，１６、リンク部材２１，３１、第一連結部材２７、第二連結部材４１、案内リンク部材４７，４８、及び支持片５７は、比較的剛性が高く、剛に形成されている。ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び案内ヒンジ５０，５１は、比較的剛性が低く、柔軟に形成されている。
支持片５７及びマイクロメータ５８により、フレーム１１，１６に対して左右方向Ｘに移動させた複数の第一連結部材２７の位置を保持する保持部が構成される。また、マイクロメータ５８により、複数の第一連結部材２７の左右方向Ｘの位置を微調整する調節部が構成される。

次に、以上のように構成されたアクチュエータ１の動作について説明する。予め、図２及び図３に示すように、支持面Ｆ上に、外フレーム１１の支持壁部１２が固定されている。フレーム１６，１１の連結部分Ｐ１，Ｐ２、及び変位制御部２６は、上下方向Ｚに沿って配置されている（以下、変位制御部２６のこのような配置を、ホームポジションと言う）。
なお、変位制御部２６がホームポジションにあるときに、内フレーム１６に上下方向Ｚに作用する荷重は、マイクロメータ５８には伝達されない。例えば、アクチュエータ１を、宇宙機の打ち上げ等の大きな荷重が作用する場面に用いる場合には、変位制御部２６をホームポジションにしておくことが好ましい。

使用者がマイクロメータ５８の調節ネジ５８ｂを操作して、図４に示すように、スピンドル５８ｃを左側に移動する。ヒンジ２２，２８，２９，３２等が変形し、変位拘束部４６に案内されて外フレーム１１に対して内フレーム１６が上下方向Ｚのみ移動しつつ、フレーム１６，１１の連結部分Ｐ１，Ｐ２に対して変位制御部２６が左側に移動する入力を与える。内フレーム１６の連結部分Ｐ１と変位制御部２６とを結ぶ方向、及び外フレーム１１の連結部分Ｐ２と変位制御部２６とを結ぶ方向が、上下方向Ｚに対してそれぞれ傾くというように、左側という入力の向きが変換される。内フレーム１６の連結部分Ｐ１と変位制御部２６との距離、及び外フレーム１１の連結部分Ｐ２と変位制御部２６との距離がそれぞれ一定であるため、フレーム１６，１１の連結部分Ｐ１，Ｐ２間の上下方向Ｚの距離が短くなるという出力が得られる。
支持面Ｆ上に外フレーム１１が固定されているため、内フレーム１６が下方Ｚ２に移動する。

この状態から、変位制御部２６を右側に移動させて、フレーム１６，１１の連結部分Ｐ１，Ｐ２及び変位制御部２６が上下方向Ｚに沿って並ぶように配置すると、図２に示すように、内フレーム１６の連結部分Ｐ１と変位制御部２６とを結ぶ方向、及び外フレーム１１の連結部分Ｐ２と変位制御部２６とを結ぶ方向が、それぞれ上下方向Ｚに沿うようになる。フレーム１６，１１の連結部分Ｐ１，Ｐ２間の上下方向Ｚの距離が長くなる。内フレーム１６が、上方Ｚ１に移動する。

以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ１によれば、フレーム１１，１６に対して、変位制御部２６を左右方向Ｘに移動させる。変位制御部２６の移動に伴って、リンク部材２１，３１それぞれが、ヒンジ２２，３２を起点として左右方向Ｘに回動する。これにより、リンク部材２１，３１が上下方向Ｚに対して傾斜する角度が変化する。リンク部材２１，３１の傾斜角度が変化するため、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離が変化する。
例えば、リンク部材２１，３１の傾斜角度が大きくなると、リンク部材２１，３１の上下方向Ｚの長さ成分が短くなり、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離が短くなる。一方で、リンク部材２１，３１の傾斜角度が小さくなると、リンク部材２１，３１の上下方向Ｚの長さ成分が長くなり、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離が長くなる。

従って、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離を調節することができる。そして、このアクチュエータ１を間に配置する対象物間の距離を調節することができる。
この距離を調節する際に、変位制御部２６を左右方向Ｘに移動させれば、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離は、自然冷却による距離の変化に比べて早く変化するため、入力に対する応答を早くすることができる。

アクチュエータ１が、変位拘束部４６を備えている。これにより、外フレーム１１と内フレーム１６とが上下方向Ｚに相対的に移動するように案内することができる。
変位制御部２６は、第一連結部材２７と、第三ヒンジ２８と、第四ヒンジ２９と、を備えている。第一連結部材２７を左右方向Ｘに移動させると、ヒンジ２８，２９が軸線周りにそれぞれ回動して、フレーム１１，１６間の上下方向Ｚの距離が調節されるため、アクチュエータ１の操作性を向上させることができる。

アクチュエータ１は、リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７を組にして複数備え、さらに第二連結部材４１を備えている。リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７を１つの組とする複数の組が、第二連結部材４１により一体となって左右方向Ｘに移動する。従って、左右方向Ｘに沿う軸線周りのトルクを内フレーム１６等が受けても、アクチュエータ１の動作を安定させることができる。
フレーム１１，１６、リンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７は、一体に形成されている。このため、外フレーム１１に対して内フレーム１６が上下方向Ｚに移動する際に、ガタが生じるのを抑制することができる。

アクチュエータ１が、案内部３６を備える。従って、ヒンジ２２，２８，２９，３２が変形する向きを安定させ、アクチュエータ１の動作を安定させることができる。

なお、図２に示すように、内フレーム１６の結合部材１９と第一連結部材２７との上下方向Ｚの距離、及び、第一連結部材２７と外フレーム１１の支持壁部１２との上下方向Ｚの距離を、それぞれＬとする。図２に示す変位制御部２６がホームポジションの状態から、左側又は右側に移動する距離をｘ（μｍ）とする。このとき、図２に示す状態から内フレーム１６の受け部材１８が下方Ｚ２に移動する距離をｚ（μｍ）とすると、変位制御部２６が移動する距離ｘに対する受け部材１８が移動する距離ｚの関係は、（１）式により表される。
ｚ＝２（Ｌ−√（Ｌ^２−ｘ^２）） ・・（１）

例えば、距離Ｌを３０ｍｍとしたときの、変位制御部２６が移動する距離ｘに対する受け部材１８が移動する距離ｚの関係を、図５に示す。図５において、横軸は変位制御部２６が移動する距離ｘ（μｍ）を表し、縦軸は受け部材１８が移動する距離ｚ（μｍ）を表す。
変位制御部２６が移動する距離ｘが１０００μｍ（１ｍｍ）のときに、受け部材１８が移動する距離ｚは３３．３μｍ、距離ｘが２０００μｍ（２ｍｍ）のときに、距離ｚは１３３．５μｍとなる。すなわち、距離Ｌに対して距離ｘが充分に小さいときに、距離ｘに対して距離ｚは縮小される。
縮小率αは、（２）式により表される。
α＝ｄｚ／ｄｘ＝２ｘ／√（Ｌ^２−ｘ^２） ・・（２）

例えば、変位制御部２６が移動する距離ｘが１０００μｍのときに縮小率αは０．０６７、距離ｘが２０００μｍのときに、縮小率αは０．１３となる。
すなわち、アクチュエータ１で使用するマイクロメータ５８よりも高い分解能で、内フレーム１６を上下方向Ｚに移動させることができる。
なお、マイクロメータ５８、及び、マイクロメータ５８の調節ネジ５８ｂを自動的に回転させるモータを備えて、フレーム１１，１６に対して変位制御部２６を、左右方向Ｘに移動させる電動マイクロメータ（駆動部）を構成してもよい。このように構成することにより、外フレーム１１に対して内フレーム１６が上下方向Ｚに移動する動作を、電動マイクロメータにより自動的に行うことができる。
また、電動マイクロメータに代えて、圧電素子、磁歪素子、リニアモータ等の変位を生じさせる手段を用いてもよい。

内フレーム１６の受け部材１８に上方Ｚ１に向かう荷重が印加されたときには、リンク部材２１，３１及びヒンジ２２，２８，２９，３２に上下方向Ｚへの引っ張り力が作用する。このとき、アクチュエータ１全体の強度は、ヒンジ２２，２８，２９，３２の強度によって支配される。一般的に、ヒンジの強度を増やすとヒンジが変形し難くなるため、ヒンジの強度とヒンジの変形のしやすさとは、トレードオフの関係にある。
一方で、受け部材１８に下方Ｚ２に向かう荷重が印加されたときには、リンク部材２１，３１及びヒンジ２２，２８，２９，３２に上下方向Ｚへの圧縮力が作用する。このとき条件によっては、アクチュエータ１を形成する材料の強度ではなく、アクチュエータ１の各構成の座屈変形がアクチュエータ１全体の強度を支配する。アクチュエータ１では、複数の第一連結部材２７が第二連結部材４１によって拘束されているため、ヒンジ２２，２８，２９，３２の座屈変形が比較的生じにくい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図６に示すように、本実施形態のアクチュエータ２では、リンク部材２１，３１、及びヒンジ２２，２８，２９，３２に対して、下端部に内フレーム（第二支持部材）６１が接合され、上端部に外フレーム（第一支持部材）６６が接合されている。

外フレーム６６は、第１実施形態の外フレーム１１と同様に構成されている。
第一ヒンジ２２の上端部は、外フレーム６６の横壁部１４の下面に連結されている。
内フレーム６１は、第１実施形態の内フレーム１６に対して、第１軸状部材１７に結合部材１９が固定されている位置が異なる。内フレーム６１では、結合部材１９は第１軸状部材１７の下端部に固定されている。なお、内フレーム６１では、第１軸状部材１７の外径は、第１軸状部材１７の上下方向Ｚの位置によらず一定である。
外フレーム６６は、内フレーム６１の外側に配置されている。

ヒンジ３２の下端部は、内フレーム６１の結合部材１９の上端部に連結されている。
変位拘束部４６の第一案内リンク部材４７の両端部は、第一案内ヒンジ５０を介して内フレーム６１の第１軸状部材１７、及び外フレーム６６の縦壁部１３にそれぞれ連結されている。第二案内リンク部材４８の両端部は、第二案内ヒンジ５１を介して内フレーム６１の第１軸状部材１７、及び外フレーム６６の縦壁部１３にそれぞれ連結されている。

外フレーム６６における第一ヒンジ２２が連結された部分である外フレーム６６の連結部分Ｐ３、変位制御部２６、及び内フレーム６１における第二ヒンジ３２が連結された部分である内フレーム６１の連結部分Ｐ４は、上下方向Ｚに沿って並んでいる。

次に、以上のように構成されたアクチュエータ２の動作について説明する。予め、支持面Ｆ上に、外フレーム６６の支持壁部１２が固定されている。
図６に示すようにホームポジションにある変位制御部２６をマイクロメータ５８を操作して左側に移動する入力を与えると、図７に示すように、外フレーム６６の連結部分Ｐ３と変位制御部２６とを結ぶ方向、及び内フレーム６１の連結部分Ｐ４と変位制御部２６とを結ぶ方向が、上下方向Ｚに対してそれぞれ傾くというように、左側という入力の向きが変換される。このため、フレーム６６，６１の連結部分Ｐ３，Ｐ４間の上下方向Ｚの距離が短くなるという出力が得られる。支持面Ｆ上に外フレーム６６が固定されているため、内フレーム６１が上方Ｚ１に移動する。

この状態から、変位制御部２６を右側に移動させて、フレーム６６，６１の連結部分Ｐ３，Ｐ４及び変位制御部２６が上下方向Ｚに沿って並ぶように配置すると、図６に示すように、外フレーム６６の連結部分Ｐ３と変位制御部２６とを結ぶ方向、及び内フレーム６１の連結部分Ｐ４と変位制御部２６とを結ぶ方向が、上下方向Ｚに沿うようになる。フレーム６６，６１の連結部分Ｐ３，Ｐ４間の上下方向Ｚの距離が長くなる。内フレーム６１が、下方Ｚ２に移動する。
このように、アクチュエータ２では、アクチュエータ１に比べてホームポジションにある変位制御部２６を左右方向Ｘに移動させたときに、内フレーム６１が上下方向Ｚの逆向きに移動する。

以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ２によっても、第１実施形態のアクチュエータ１と同様に、入力に対する応答を早くすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図８に示すように、本実施形態のアクティブトラス（長さ制御システム）３は、アクチュエータ１と、トラス（軸状部材）７１と、測定部８１と、制御部８６と、を備えている。なお、アクチュエータ１は、マイクロメータ５８に代えて、図示しないモータによりスピンドル５８ｃが左右方向Ｘに移動する電動マイクロメータ５８Ａを備えている。

トラス７１は、ＣＦＲＰ等により、上下方向Ｚに沿って延びる管状に形成されている。例えば、ＣＦＲＰの線膨張係数は１０^−６／℃であり、トラス７１の所定の温度での長さは１ｍである。トラス７１は、上下方向Ｚに沿って配置されている。
トラス７１の下端部及び上端部には、金属製のエンドフィッティング７２，７３がそれぞれ固定されている。エンドフィッティング７２，７３は、トラス７１の下端部、上端部にそれぞれ外嵌されている。エンドフィッティング７２は、アクチュエータ１の内フレーム１６の受け部材１８に図示しないボルト等の締結部材により固定されている。トラス７１の下端部には、エンドフィッティング７２を介してアクチュエータ１の内フレーム１６が固定されている。

アクチュエータ１の外フレーム１１の支持壁部１２には、接続部材７５が固定されている。接続部材７５には、支持壁部１２の連通孔１２ａと同軸に、連通孔７５ａが形成されている。
エンドフィッティング７３には、接続部材７６が固定されている。接続部材７６には、トラス７１の管路７１ａと同軸に、連通孔７６ａが形成されている。例えば、接続部材７６は、アクティブトラス３の基準点である。

測定部８１は、所望の２点間の距離を検出するものであれば、特に限定されない。本実施形態では、測定部８１は、レーザー測長器８２と、リフレクタ８３と、を備えている。
レーザー測長器８２は、レーザー光Ｂを発する。レーザー測長器８２は、接続部材７５に固定されている。リフレクタ８３は、接続部材７６に固定されている。

レーザー測長器８２から発せられたレーザー光Ｂは、接続部材７５の連通孔７５ａ、アクチュエータ１の連通孔１２ａ，１７ａ、トラス７１の管路７１ａ、及び接続部材７６の連通孔７６ａによる経路を通して、リフレクタ８３で反射される。リフレクタ８３で反射されたレーザー光Ｂは、同じ経路を逆向きに通り、レーザー測長器８２で受信される。レーザー測長器８２は、レーザー光Ｂを発してから受信するまでの時間やレーザー光Ｂの干渉から、例えば外フレーム１１の支持壁部１２とトラス７１の上端部との距離Ｌ１（トラス７１の長さとアクチュエータ１の長さとの和）を検出する。
レーザー光Ｂがアクティブトラス３のトラス７１の管路７１ａ等を通るため、アクティブトラス３の周辺に他の機器を自由に配置しても、レーザー光Ｂが経路を通る支障にならない。

制御部８６は、図示はしないが、演算回路と、メモリと、を備えている。メモリには、演算回路を制御するためのプログラム、予め定められた基準長さ等が記憶されている。

以上のように構成されたアクティブトラス３は、以下のように動作する。
予め、アクチュエータ１の変位制御部２６はホームポジションから少し左右方向Ｘに移動した位置で待機して、外フレーム１１に対して内フレーム１６を下方Ｚ２だけでなく上方Ｚ１にも移動できるようにしておくことが好ましい。
例えば、測定部８１は、所定の時間間隔ごとに距離Ｌ１の検出結果を制御部８６に送信する。制御部８６の演算回路は、メモリから基準長さを読み込み、測定部８１による検出結果が基準長さになるように、電動マイクロメータ５８Ａを駆動する。
例えば、アクティブトラス３が軌道上の宇宙機に用いられ、トラス７１の温度が１０℃変化したとすると、トラス７１の長さは１０μｍ程度変化する。例えば、トラス７１の温度が上昇してトラス７１が長くなったことを測定部８１が検出した場合には、制御部８６は、電動マイクロメータ５８Ａを駆動して、内フレーム１６を下方Ｚ２に移動する。

以上説明したように、本実施形態のアクティブトラス３によれば、測定部８１による検出結果に基づいて、制御部８６により、外フレーム１１の支持壁部１２とトラス７１の上端部との距離を基準長さに調節することができる。

なお、レーザー測長器８２の測定距離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が望ましい。このように制御すると、温度によらず、アクティブトラス３の長さが安定する。
アクティブトラス３が、アクチュエータ１に代えて、アクチュエータ２を備えてもよい。この場合、例えば、トラス７１の下端部はアクチュエータ２の内フレーム６１に固定される。測定部８１は、例えば外フレーム６６とトラス７１の上端部との距離を検出する。

以上、本発明の第１実施形態から第３実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態から第３実施形態では、アクチュエータ１，２が備えるリンク部材２１，３１、ヒンジ２２，２８，２９，３２、及び第一連結部材２７の組の数は特に限定されず、１組でもよいし、３組以上でもよい。
アクチュエータ１，２がリンク部材２１，３１等を１組備える場合には、変位制御部２６は、第一ヒンジ２２のような１つの弾性ヒンジとして構成してもよい。この場合、アクチュエータ１，２は、第二連結部材４１を備えていなくてもよい。

リンク部材２１，３１の正面視における形状は、上下方向Ｚに長い矩形状であるとした。しかし、この形状は矩形状に限定されず、６角形等の多角形状や、円形状、だ円形状等でもよい。
第一リンク第一部分が第一リンク部材２１の上端部であり、第一リンク第二部分が第一リンク部材２１の下端部であるとした。しかし、第一リンク部材２１における第一リンク第一部分及び第一リンク第二部分の位置はこれに限定されず、第一リンク第二部分が第一リンク第一部分よりも下方Ｚ２の部分であれば、第一リンク第一部分及び第一リンク第二部分が第一リンク部材２１の中央部等でもよい。
第二リンク部材３１についても同様である。

変位拘束部４６が、案内リンク部材４７，４８を備え、いわゆる平行リンクのように動作することにより、外フレーム１１に対して内フレーム１６が上下方向Ｚのみに移動するように案内するとした。しかし、変位拘束部４６は、リニアガイド等により構成してもよい。案内部３６についても同様である。
アクチュエータ１が、変位拘束部４６を備えなくてもよい。

アクチュエータ１，２は、温度による長さの変動を制御することだけでなく、積極的に前述の距離Ｌ１を変化させることにより、例えば、望遠鏡の微小な指向制御にも用いることができる。
アクチュエータ１，２は、小型軽量で、大きな荷重に耐えることができるため、軌道上での精密な変位制御を必要とする人工衛星等に好適に用いることができる。また、アクチュエータ１，２は、地上であっても、精密な位置決めが必要とされる測定装置や加工装置等に用いることができる。

１，２ アクチュエータ
３ アクティブトラス（長さ制御システム）
１１ 外フレーム（第二支持部材）
１６ 内フレーム（第一支持部材）
２１ 第一リンク部材
２２ 第一ヒンジ
２６ 変位制御部
２７ 第一連結部材
２８ 第三ヒンジ
２９ 第四ヒンジ
３１ 第二リンク部材
３２ 第二ヒンジ
３６ 案内部
４１ 第二連結部材
４６ 変位拘束部
６１ 内フレーム（第二支持部材）
６６ 外フレーム（第一支持部材）
Ｘ 左右方向（第二方向）
Ｙ 前後方向（第三方向）
Ｚ 上下方向（第一方向）

Claims (8)

1. 第一方向に相対的に変位可能に配置された第一支持部材及び第二支持部材と、
   前記第一支持部材と前記第二支持部材との間に配置され、前記第一方向に延びる同一直線上に配置された第一リンク部材及び第二リンク部材と、
   前記第一支持部材と前記第一リンク部材とを連結する第一ヒンジと、
   前記第二リンク部材と前記第二支持部材とを連結する第二ヒンジと、
   前記第一リンク部材と前記第二リンク部材とを連結し、前記第一方向に交差する第二方向に変位可能な変位制御部と、
   備え、
   前記第一ヒンジ及び前記第二ヒンジは、前記第一リンク部材及び前記第二リンク部材を、前記第一方向及び前記第二方向にそれぞれ交差する第三方向に延びる軸線周りにそれぞれ回動させるアクチュエータ。
2. 前記第一支持部材と前記第二支持部材とが前記第一方向に相対的に移動するように、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を案内する変位拘束部を備える請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記変位制御部は、
   前記第一リンク部材と前記第二リンク部材との間に配置された第一連結部材と、
   前記第一リンク部材と前記第一連結部材とを連結する第三ヒンジと、
   前記第一連結部材と前記第二リンク部材とを連結する第四ヒンジと、
   を有し、
   前記第三ヒンジ及び前記第四ヒンジは、前記第一リンク部材及び前記第二リンク部材を、前記第三方向に延びる軸線周りにそれぞれ回動させる請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第一ヒンジ、前記第一リンク部材、前記第三ヒンジ、前記第一連結部材、前記第四ヒンジ、前記第二リンク部材、及び前記第二ヒンジを組にして、前記第二方向に複数並べて備え、
   前記複数の第一連結部材同士を互いに連結する第二連結部材を備える請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記第一支持部材又は前記第二支持部材に対して前記変位制御部を前記第二方向に移動させる駆動部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 前記第一支持部材、前記第一ヒンジ、前記第一リンク部材、前記変位制御部、前記第二リンク部材、前記第二ヒンジ、及び第二支持部材は、一体に形成されている請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記第一支持部材は、内フレームであり、
   前記第二支持部材は、前記第一支持部材の外側に配置された外フレームである請求項１から６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
8. 請求項５に記載のアクチュエータと、
   前記第一方向に沿って延び、前記第一支持部材及び前記第二支持部材の一方に、前記第一方向の一方側の端部が固定された軸状部材と、
   前記第一支持部材及び前記第二支持部材の他方と前記軸状部材の前記第一方向の前記一方側とは反対側の他方側の端部との距離を検出する測定部と、
   前記測定部による検出結果が予め定められた基準長さになるように、前記駆動部を駆動する制御部と、
   を備える長さ制御システム。

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