JP3469249B2 - マイクロアクチュエータ - Google Patents
マイクロアクチュエータInfo
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- JP3469249B2 JP3469249B2 JP53231499A JP53231499A JP3469249B2 JP 3469249 B2 JP3469249 B2 JP 3469249B2 JP 53231499 A JP53231499 A JP 53231499A JP 53231499 A JP53231499 A JP 53231499A JP 3469249 B2 JP3469249 B2 JP 3469249B2
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- translational
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- nut
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J7/00—Micromanipulators
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/30—Surgical pincettes without pivotal connections
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
- A61B34/72—Micromanipulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B9/00—Hand-held gripping tools other than those covered by group B25B7/00
- B25B9/02—Hand-held gripping tools other than those covered by group B25B7/00 without sliding or pivotal connections, e.g. tweezers, onepiece tongs
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
- B25J15/12—Gripping heads and other end effectors having finger members with flexible finger members
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
- A61B2017/00398—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18568—Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18568—Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary
- Y10T74/18576—Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary including screw and nut
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、マイクロアクチュエータに関し、詳しく
は並進変位量を容易に拡大できるマイクロアクチュエー
タの改良に関するものである。
は並進変位量を容易に拡大できるマイクロアクチュエー
タの改良に関するものである。
背景技術
研究開発段階にあるマイクロアクチュエータ（以下、
アクチュエータという。）は多いが、製品化に至ってい
るのは非常に少ない。これにはアクチュエータ自体のマ
イクロ化の困難さが影響していると考えられる。かかる
状況下、製品の基本的構成を示しているアクチュエータ
の従来技術として日本国特開平８−90477号公報があ
る。
アクチュエータという。）は多いが、製品化に至ってい
るのは非常に少ない。これにはアクチュエータ自体のマ
イクロ化の困難さが影響していると考えられる。かかる
状況下、製品の基本的構成を示しているアクチュエータ
の従来技術として日本国特開平８−90477号公報があ
る。
かかるアクチュエータは、圧電素子による可動枠の伸
縮変位がヒンジとレバーから成る揺動機構を介しＵ字形
把握指の開閉変位に変換される駆動機構を特徴としてお
り、被把持物に対する両把握指の均等開閉挙動を奏する
という効果がある。
縮変位がヒンジとレバーから成る揺動機構を介しＵ字形
把握指の開閉変位に変換される駆動機構を特徴としてお
り、被把持物に対する両把握指の均等開閉挙動を奏する
という効果がある。
しかしながら、上記従来のアクチュエータでは、圧電
素子の伸縮変位をグリッパーの作動変位として利用する
には、変位の拡大機構がなければならず、構造が複雑に
成っていた。例えば、圧電素子の伸縮変位がnmオーダで
あるために、把握指に数100μｍ程度の開閉変位を得る
にも、数100倍の拡大機構を要するという問題点があっ
た。
素子の伸縮変位をグリッパーの作動変位として利用する
には、変位の拡大機構がなければならず、構造が複雑に
成っていた。例えば、圧電素子の伸縮変位がnmオーダで
あるために、把握指に数100μｍ程度の開閉変位を得る
にも、数100倍の拡大機構を要するという問題点があっ
た。
発明の開示
この発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、拡大機構を用いることなく、駆動部のわずかな変位
量に基づき先端部の変位量が大きいアクチュエータを提
供することを目的とするものである。
で、拡大機構を用いることなく、駆動部のわずかな変位
量に基づき先端部の変位量が大きいアクチュエータを提
供することを目的とするものである。
この目的を達成するために第１の局面のアクチュエー
タは、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する
並進駆動部と、他端部がケースに連結され、並進駆動部
の移動部に一端部が連結されると共に、並進移動に基づ
いて一端部が引っ張られることにより、並進移動の量よ
りも上記端部及び一端部から延設されると共に、共有さ
れた先端の変位量が拡大される変位拡大部材とを備えた
ことを特徴とするものである。
タは、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する
並進駆動部と、他端部がケースに連結され、並進駆動部
の移動部に一端部が連結されると共に、並進移動に基づ
いて一端部が引っ張られることにより、並進移動の量よ
りも上記端部及び一端部から延設されると共に、共有さ
れた先端の変位量が拡大される変位拡大部材とを備えた
ことを特徴とするものである。
第２の局面のアクチュエータは、ケースに内蔵された
並進移動する移動部を有する並進駆動部と、先端を共有
する共有部と、この共有部から延長されると共に、対峙
する少なくとも二つの辺部と、上記共有部と反対側が開
放されている開放部とを有しており、この開放部の一端
が並進駆動部に連結され、開放部の他端が上記ケースに
連結され、並進駆動部の並進変位に基づいて先端が拡大
変位される変位拡大部材とを備えたことを特徴とするも
のである。
並進移動する移動部を有する並進駆動部と、先端を共有
する共有部と、この共有部から延長されると共に、対峙
する少なくとも二つの辺部と、上記共有部と反対側が開
放されている開放部とを有しており、この開放部の一端
が並進駆動部に連結され、開放部の他端が上記ケースに
連結され、並進駆動部の並進変位に基づいて先端が拡大
変位される変位拡大部材とを備えたことを特徴とするも
のである。
第３の局面のアクチュエータは、変位拡大部材が開放
部の一端を並進変位させることにより座屈現象を呈する
ことを特徴とするものである。
部の一端を並進変位させることにより座屈現象を呈する
ことを特徴とするものである。
第４の局面のアクチュエータは、変位拡大部材の共有
部には、変位拡大部材の先端部同士が重なり合って固着
された固着部を有することを特徴とするものである。
部には、変位拡大部材の先端部同士が重なり合って固着
された固着部を有することを特徴とするものである。
第５の局面のアクチュエータは、第１及び第２の変位
拡大部材を有し、第１及び第２の変位拡大部材の開放部
の一端を共有して並進駆動部に連結されたこと特徴とす
るものである。
拡大部材を有し、第１及び第２の変位拡大部材の開放部
の一端を共有して並進駆動部に連結されたこと特徴とす
るものである。
第６の局面のアクチュエータは、変位拡大部材の形状
が略Ｖ字形状であることを特徴とするものである。
が略Ｖ字形状であることを特徴とするものである。
第７の局面のアクチュエータは、変位拡大部材の辺部
の少なくとも一つには、外側に突出されている突出部を
有することを特徴とするものである。
の少なくとも一つには、外側に突出されている突出部を
有することを特徴とするものである。
第８の局面のアクチュエータは、変位拡大部材の先端
を共有する共有部の代わりに、変位拡大部材の先端の近
傍及び中央部を共有する共有部であることを特徴とする
ものである。
を共有する共有部の代わりに、変位拡大部材の先端の近
傍及び中央部を共有する共有部であることを特徴とする
ものである。
第９の局面のアクチュエータは、並進駆動部は、軸を
有するモータと、軸の回転を並進変位量に変換させる変
換部とから成り、この変換部と変位拡大部材の一端を結
合する結合部と、ケースには、結合部も収納すると共
に、変位拡大部材の他端を固定する固定部とを備えたこ
とを特徴とするものである。
有するモータと、軸の回転を並進変位量に変換させる変
換部とから成り、この変換部と変位拡大部材の一端を結
合する結合部と、ケースには、結合部も収納すると共
に、変位拡大部材の他端を固定する固定部とを備えたこ
とを特徴とするものである。
第10の局面のアクチュエータは、変換部は雌ねじが形
成されたナットと、このナットに螺合されると共に、伝
達部材を介して連結又は直結された軸とから成り、ナッ
ト、軸またはナット、伝達部材のネジ部の長さは、並進
変位量の最大値以下であることを特徴とするものであ
る。
成されたナットと、このナットに螺合されると共に、伝
達部材を介して連結又は直結された軸とから成り、ナッ
ト、軸またはナット、伝達部材のネジ部の長さは、並進
変位量の最大値以下であることを特徴とするものであ
る。
第11の局面のアクチュエータは、変位拡大部材の開放
部の一端部には、略円状に形成された円状部を有し、結
合部には、この円状部が係合される溝を設けたことを特
徴とするものである。
部の一端部には、略円状に形成された円状部を有し、結
合部には、この円状部が係合される溝を設けたことを特
徴とするものである。
第12の局面のアクチュエータは、ナットは略四角柱状
をしており、ナットの外面を摺動係合して案内するガイ
ド部は、両端が略半円状であることを特徴とするもので
ある。
をしており、ナットの外面を摺動係合して案内するガイ
ド部は、両端が略半円状であることを特徴とするもので
ある。
図面の簡単な説明
第１図は、この発明の実施例によるアクチュエータを
全体を示す断面図及び側面図で、（ａ）が側面図、
（ｂ）が断面図、（ｃ）が断面図（ｂ）の矢視Ｃ−Ｃ断
面図である。
全体を示す断面図及び側面図で、（ａ）が側面図、
（ｂ）が断面図、（ｃ）が断面図（ｂ）の矢視Ｃ−Ｃ断
面図である。
第２図は第１図の操作フィンガーを示す斜視図であ
る。
る。
第３図は、第１図の操作フィンガーの先端部変位量を
説明するモデル図である。
説明するモデル図である。
第４図は第３図の操作フィンガーの先端部を拡大した
モデル図である。
モデル図である。
第５図は、第１図の操作フィンガーの荷重と先端部変
位量を示す曲線である。
位量を示す曲線である。
第６図は、この発明の他の実施の形態によるアクチュ
エータの把持フィンガーを示す斜視図である。
エータの把持フィンガーを示す斜視図である。
第７図は、第６図の把持フィンガーの全体を示す断面
図である。
図である。
第８図は、この発明の他の実施例による操作フィンガ
ー及び把持フィンガーを示す斜視図である。
ー及び把持フィンガーを示す斜視図である。
第９図は、この発明の他の実施例による操作フィンガ
ー及び把持フィンガーを示す斜視図である。
ー及び把持フィンガーを示す斜視図である。
第10図は、第９図の把持フィンガーを結合部に係合さ
せた断面図である。
せた断面図である。
第11図は、この発明の他の実施例による変換部のナッ
トの断面図である。
トの断面図である。
第12図は、この発明の他の実施例による変換部のねじ
軸を示す断面図である。
軸を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、この発明について、以下の通り、実施例を説明
する。
する。
実施例1.
この発明の実施例を第１図及び第２図によって説明す
る。第１図はアクチュエータの断面図及び側面図、第２
図は板状の変位拡大部材の斜視図である。
る。第１図はアクチュエータの断面図及び側面図、第２
図は板状の変位拡大部材の斜視図である。
第１図及び第２図において、アクチュエータは、微少
な対象物に動作をさせるために、並進変位に基づいて先
端部が拡大変位する略Ｖ字形状の変位拡大部材としての
操作フィンガー１と、回転することにより操作フィンガ
ー１に駆動力を付与する駆動部と、この駆動部の回転を
並進移動に変換させる変換部と、この変換部と操作フィ
ンガー１を結合する結合部と、この変換部及び駆動部、
結合部を収納させるケース部と、操作フィンガー１の一
部をケース部を利用して固定する固定部とから成ってい
る。
な対象物に動作をさせるために、並進変位に基づいて先
端部が拡大変位する略Ｖ字形状の変位拡大部材としての
操作フィンガー１と、回転することにより操作フィンガ
ー１に駆動力を付与する駆動部と、この駆動部の回転を
並進移動に変換させる変換部と、この変換部と操作フィ
ンガー１を結合する結合部と、この変換部及び駆動部、
結合部を収納させるケース部と、操作フィンガー１の一
部をケース部を利用して固定する固定部とから成ってい
る。
操作フィンガー１は第２図に示すように、はり状で、
且つ板状で、先端を共有して重複する共有部1aと、この
共有部1aから延長されると共に、対峙する二つの辺部1
d,1eと、共有部1aと反対側が開放されている開放部1p
と、開放部の一端1gと、フック状の足1hとを有してい
る。なお、操作フィンガー１の共有部（先端部）1aが、
対象物に作用する。
且つ板状で、先端を共有して重複する共有部1aと、この
共有部1aから延長されると共に、対峙する二つの辺部1
d,1eと、共有部1aと反対側が開放されている開放部1p
と、開放部の一端1gと、フック状の足1hとを有してい
る。なお、操作フィンガー１の共有部（先端部）1aが、
対象物に作用する。
ここで、操作フィンガー１はばね特性を有する金属材
料が用いられており、共有部1aには、辺部1d,辺部1eと
をハンダ、溶接、接着剤などにより固着された固着部1c
が形成されている。なお、金属材料でなくとも、対象物
によっては樹脂などの非金属材料でも良い。
料が用いられており、共有部1aには、辺部1d,辺部1eと
をハンダ、溶接、接着剤などにより固着された固着部1c
が形成されている。なお、金属材料でなくとも、対象物
によっては樹脂などの非金属材料でも良い。
駆動部は、変換部を介し操作フィンガー１の一端1gに
連結されてこの一端1gを並進変位させるためのロータ軸
12aを有する例えば、減速機付きコアレスDCモータ（以
下、モータという。）12である。
連結されてこの一端1gを並進変位させるためのロータ軸
12aを有する例えば、減速機付きコアレスDCモータ（以
下、モータという。）12である。
変換部は、外周にはネジ11aを有し、モータ12のロー
タ軸12aを嵌合固定させた中空部11bを有するねじ軸11
と、後端を切削されて形成された中空部の円周面にネジ
10aとねじ軸11のネジ11aとを螺合させたナット10とから
成っており、モータ12のロータ軸12aの回転をナット10
の並進変位に変換するように構成されている。
タ軸12aを嵌合固定させた中空部11bを有するねじ軸11
と、後端を切削されて形成された中空部の円周面にネジ
10aとねじ軸11のネジ11aとを螺合させたナット10とから
成っており、モータ12のロータ軸12aの回転をナット10
の並進変位に変換するように構成されている。
結合部は、ナット10の先端突起外周部にテーパねじ10
tが形成されている、略円錐形状の円錐部と、このテー
パねじ10tに螺合させるテーパナット13とから成り、ナ
ット10の円錐部の中央には、スリット10sが設けられて
おり、このスリット10sに操作フィンガー１の一端1gを
挿入して、テーパナット13をテーパねじ10tに螺合して
操作フィンガー１の一端1gが結合固定さている。
tが形成されている、略円錐形状の円錐部と、このテー
パねじ10tに螺合させるテーパナット13とから成り、ナ
ット10の円錐部の中央には、スリット10sが設けられて
おり、このスリット10sに操作フィンガー１の一端1gを
挿入して、テーパナット13をテーパねじ10tに螺合して
操作フィンガー１の一端1gが結合固定さている。
ケース部は、ケース14と、ケース14の右端面を閉じた
蓋15と、ケース14の左端面に係合固定されたキャップ３
とから形成されている。
蓋15と、ケース14の左端面に係合固定されたキャップ３
とから形成されている。
ケース14は、円筒状に形成されており、円柱状の空間
部にモータ12を収めるモータ収納部14aと、モータ12の
ロータ軸12aと、ねじ軸11の一部を収納するねじ軸収納
部14bと、第１図のＣ−Ｃ断面図に示すように、ナット1
0を収納する全体が小判形で、端部が略半円状に形成さ
れたガイド部としてのナット収納部14cと、を有してい
る。
部にモータ12を収めるモータ収納部14aと、モータ12の
ロータ軸12aと、ねじ軸11の一部を収納するねじ軸収納
部14bと、第１図のＣ−Ｃ断面図に示すように、ナット1
0を収納する全体が小判形で、端部が略半円状に形成さ
れたガイド部としてのナット収納部14cと、を有してい
る。
キャップ３は、結合部が内包され、且つ、断面が略台
形状に形成された筒状で、中央に二段階の貫通孔を有す
る中空円筒を有し、この中空円筒の端面が凹状に形成さ
れたフランジ3aが設けられ、凹部の円周面にはねじ3bが
施されている。
形状に形成された筒状で、中央に二段階の貫通孔を有す
る中空円筒を有し、この中空円筒の端面が凹状に形成さ
れたフランジ3aが設けられ、凹部の円周面にはねじ3bが
施されている。
固定部は、操作フィンガー１の足1hがワッシャー４を
介してキャップ３のフランジ3a上に当接して押え２の外
周面に形成されたネジがキャップ３の凹部のネジ3bと螺
合して操作フィンガー１の足1hをキャップ３に固定す
る。
介してキャップ３のフランジ3a上に当接して押え２の外
周面に形成されたネジがキャップ３の凹部のネジ3bと螺
合して操作フィンガー１の足1hをキャップ３に固定す
る。
かかる上記アクチュエータの構成で、モータ12のロー
タ軸12aの並進変位に基づいて操作フィンガー１の先端
が拡大変位されることを以下に説明する。第３図に示す
ようにX,Y軸上で、操作フィンガー１のフック足1hを固
定（第３図の０点）して、操作フィンガー１の一端を荷
重Ｐで引っ張るモデルにて考察する。
タ軸12aの並進変位に基づいて操作フィンガー１の先端
が拡大変位されることを以下に説明する。第３図に示す
ようにX,Y軸上で、操作フィンガー１のフック足1hを固
定（第３図の０点）して、操作フィンガー１の一端を荷
重Ｐで引っ張るモデルにて考察する。
第３図おいて、操作フィンガー１の一端のＹ軸方向の
僅かな並進変位量ｈに対する操作フィンガー１のＸ軸方
向の変位Ｘ（以下、先端部変位量という。）の割合を、
拡大率Ｇ＝X/hとすれば、先端部変位量Ｘ、並進変位量
ｈ及び拡大率Ｇは下式となる。なお、この算出には、は
りＬは曲がらず、Θは微小と仮定した。
僅かな並進変位量ｈに対する操作フィンガー１のＸ軸方
向の変位Ｘ（以下、先端部変位量という。）の割合を、
拡大率Ｇ＝X/hとすれば、先端部変位量Ｘ、並進変位量
ｈ及び拡大率Ｇは下式となる。なお、この算出には、は
りＬは曲がらず、Θは微小と仮定した。
Ｘ＝LsinΘ≒ＬΘ
ｈ＝Ｌ（１−cosΘ）≒（Θ2/2）
Ｇ＝X/h＝2/Θとなる。
具体的には、操作フィンガー１の並進変位量ｈを角度
Θで０〜10゜とすると、拡大率Ｇは∞〜11.5なる。すな
わち、僅かな並進変位量ｈに対して先端部変位量Ｘが拡
大される。
Θで０〜10゜とすると、拡大率Ｇは∞〜11.5なる。すな
わち、僅かな並進変位量ｈに対して先端部変位量Ｘが拡
大される。
たとえば、操作フィンガー１に厚さ0.1mm、幅2mm、長
さ30mmのばね用りん青銅板を用いて実験した結果、並進
変位量ｈ＝1mmに対して先端部変位量Ｘ＝8.5mmとなり、
強制変位のための引張り力Ｐも60g程度である。
さ30mmのばね用りん青銅板を用いて実験した結果、並進
変位量ｈ＝1mmに対して先端部変位量Ｘ＝8.5mmとなり、
強制変位のための引張り力Ｐも60g程度である。
また、よりコンパクトにするために、例えば座屈現象
を利用しても良い。ここに、座屈現象とは、加えた荷重
がある値に達すると、急速に横方向に変形を起こす現象
をいう。即ち、操作フィンガー１の一端を並進変位させ
ることにより、操作フィンガー１の先端が急速に変位す
る。
を利用しても良い。ここに、座屈現象とは、加えた荷重
がある値に達すると、急速に横方向に変形を起こす現象
をいう。即ち、操作フィンガー１の一端を並進変位させ
ることにより、操作フィンガー１の先端が急速に変位す
る。
かかる座屈現象を得るためには、操作フィンガー１の
フック状の足1hと他の足1gとが極めて接近した構成とな
っている。つまり、上記で説明したように操作フィンガ
ー１の足1hは、ワッシャー４を介しフランジ3a上に押さ
え２で挟持されるので、該足1hの締め付け代の量を調節
することにより座屈現象を得るようにすれば良い。
フック状の足1hと他の足1gとが極めて接近した構成とな
っている。つまり、上記で説明したように操作フィンガ
ー１の足1hは、ワッシャー４を介しフランジ3a上に押さ
え２で挟持されるので、該足1hの締め付け代の量を調節
することにより座屈現象を得るようにすれば良い。
かかる構成において、第３図のモデルの先端部をより
明確にした第４図から、荷重Ｐと先端部変位量Ｘとの関
係式は下記となる。但し、X0は荷重のＰの偏心変位量で
ある。
明確にした第４図から、荷重Ｐと先端部変位量Ｘとの関
係式は下記となる。但し、X0は荷重のＰの偏心変位量で
ある。
Ｐ＝（EI/L2）｛cos-1（X0/（Ｘ＋X0））｝２
・・・（１）
ここにＥは縦弾性率（kg/mm2）、Ｉは断面二次モーメン
ト（mm2）である。
ト（mm2）である。
ここで、X0≒０とすると、
cos-1X0/（Ｘ＋X0）≒π/2となる。
これにより、荷重Ｐは変位量X0にかかわらず第５図の
Ｂ曲線で示すように（EIπ２）／（4L2）と一定にな
る。
Ｂ曲線で示すように（EIπ２）／（4L2）と一定にな
る。
つぎに上記のように構成されたアクチュエータの作用
を第１図を主に参照して説明する。まず、モータ12に電
源が投入され、モータ12のロータ軸12aは回転する。こ
の回転はねじ軸11を介して、ナット10を第１図の右方向
に並進変位させ、この並進変位量はねじ軸11を介してナ
ット10に伝動し、ナット10はナット収納部内14cを摺動
し、ねじ軸11軸の第１図の右方向に変位する。
を第１図を主に参照して説明する。まず、モータ12に電
源が投入され、モータ12のロータ軸12aは回転する。こ
の回転はねじ軸11を介して、ナット10を第１図の右方向
に並進変位させ、この並進変位量はねじ軸11を介してナ
ット10に伝動し、ナット10はナット収納部内14cを摺動
し、ねじ軸11軸の第１図の右方向に変位する。
これに伴い、操作フィンガー１の一端1gは同一変位量
で、同方向（モータ12のロータ軸12aに引っ張られる方
向）に強制変位され、操作フィンガー１には、曲げモー
メントが作用し、第１図に示すように先端部は略円弧状
の軌跡で、実線から破線方向に曲げられる。ここで、操
作フィンガー１が通常の曲げ特性であれば、第５図の曲
線Ａのような変位特性になるが、座屈現象を呈するよう
に構成されておれば、第５図の曲線Ｂのようになる。こ
の拡大曲げ変位を対象物に作用させる。
で、同方向（モータ12のロータ軸12aに引っ張られる方
向）に強制変位され、操作フィンガー１には、曲げモー
メントが作用し、第１図に示すように先端部は略円弧状
の軌跡で、実線から破線方向に曲げられる。ここで、操
作フィンガー１が通常の曲げ特性であれば、第５図の曲
線Ａのような変位特性になるが、座屈現象を呈するよう
に構成されておれば、第５図の曲線Ｂのようになる。こ
の拡大曲げ変位を対象物に作用させる。
一方、モータ12のロータ軸12aの回転を逆転すれば、
この回転はねじ軸11を介して、ナット10を第１図の左方
向に並進変位させ、この並進変位量はねじ軸11を介して
ナット10に伝動し、ナット10はナット収納部内14cを軸
方向に変位する。この並進変位量が上記と同様の伝達に
より操作フィンガー１の曲げ変位は解放されて、第１図
の実線で示すように操作フィンガー１の先端部が復帰す
る。
この回転はねじ軸11を介して、ナット10を第１図の左方
向に並進変位させ、この並進変位量はねじ軸11を介して
ナット10に伝動し、ナット10はナット収納部内14cを軸
方向に変位する。この並進変位量が上記と同様の伝達に
より操作フィンガー１の曲げ変位は解放されて、第１図
の実線で示すように操作フィンガー１の先端部が復帰す
る。
また、図示はしていないが、第２図の操作フィンガー
１の共有部1aを先端から離しても良い。かかる構成によ
れば、操作フィンガー１の先端には、共有部1aが存在し
なくなるので、操作フィンガー１は先端の厚さを薄くで
き、しかも、共有部1aを形成する位置によって拡大変位
量を容易に調節できる。
１の共有部1aを先端から離しても良い。かかる構成によ
れば、操作フィンガー１の先端には、共有部1aが存在し
なくなるので、操作フィンガー１は先端の厚さを薄くで
き、しかも、共有部1aを形成する位置によって拡大変位
量を容易に調節できる。
なお、変換部は、モータ12のねじが形成されたロータ
軸12aをナット10と直接螺合させても良い。また、操作
フィンガー１の足1hは、キャップ３に固定されている
が、なにもキャップ３に固定されている必要はなく、操
作フィンガー１の一端1gの近傍に固定されておれば良
い。また、操作フィンガー１の固着部1cは、繰り返し強
度の点などから必ずしも必要ない。
軸12aをナット10と直接螺合させても良い。また、操作
フィンガー１の足1hは、キャップ３に固定されている
が、なにもキャップ３に固定されている必要はなく、操
作フィンガー１の一端1gの近傍に固定されておれば良
い。また、操作フィンガー１の固着部1cは、繰り返し強
度の点などから必ずしも必要ない。
実施例2.
この発明の他の実施例を第６図及び第７図によって説
明する。第６図は挟持部を有する変位拡大部材の斜視
図、第７図は挟持部を有するアクチュエータの断面図で
ある。図中、第１図と同一符号は同一又は相当部分を示
して説明を省略する。
明する。第６図は挟持部を有する変位拡大部材の斜視
図、第７図は挟持部を有するアクチュエータの断面図で
ある。図中、第１図と同一符号は同一又は相当部分を示
して説明を省略する。
第６図及び第７図において、このアクチュエータは第
１図と、変位拡大部材、結合部、固定部のみが異なるの
で、かかる構成を説明する。まず、変位拡大部材として
の把持フィンガー21は、全体が略Ｍ字形状に形成された
ばね特性を有するはり状部材から成っており、丁度、第
２図の二つの操作フィンガー１の端部1gを共有一体にし
て形成され、この共有した頂点部21cを有し、開放部の
一端には、それぞれフック状の足21a、21bが設けられて
いる。
１図と、変位拡大部材、結合部、固定部のみが異なるの
で、かかる構成を説明する。まず、変位拡大部材として
の把持フィンガー21は、全体が略Ｍ字形状に形成された
ばね特性を有するはり状部材から成っており、丁度、第
２図の二つの操作フィンガー１の端部1gを共有一体にし
て形成され、この共有した頂点部21cを有し、開放部の
一端には、それぞれフック状の足21a、21bが設けられて
いる。
結合部は、ナット10のスリット10sに把持フィンガー2
1の頂点部21cを挿入して、テーパナット13をテーパねじ
10tに螺合して把持フィンガー21の頂点部21cが結合固定
されている。
1の頂点部21cを挿入して、テーパナット13をテーパねじ
10tに螺合して把持フィンガー21の頂点部21cが結合固定
されている。
固定部は、把持フィンガー21の足21a、21bがワッシャ
ー４を介してキャップ３のフランジ3a上に当接して押え
２の外周面に形成されたネジがキャップ３の凹部のネジ
3bと螺合して把持フィンガー21の足21a、21bをキャップ
３に固定する。
ー４を介してキャップ３のフランジ3a上に当接して押え
２の外周面に形成されたネジがキャップ３の凹部のネジ
3bと螺合して把持フィンガー21の足21a、21bをキャップ
３に固定する。
つぎに上記のように構成されたアクチュエータの作用
について第７図を参照して説明する。まず、モータ12に
電源を投入すると、モータ12のロータ軸12aは回転し、
この回転は、ねじ軸11を介してナット10に伝動し、ナッ
ト10はナット収納部内14cをねじ軸11の第１図に示す右
方向に変位する。
について第７図を参照して説明する。まず、モータ12に
電源を投入すると、モータ12のロータ軸12aは回転し、
この回転は、ねじ軸11を介してナット10に伝動し、ナッ
ト10はナット収納部内14cをねじ軸11の第１図に示す右
方向に変位する。
これに伴い、把持フィンガー21の頂点部21cは同一変
位量で、同方向に強制変位され、把持フィンガー21に
は、曲げモーメントが作用し、先端部は互いに近接する
向きに曲げられ、先端部が閉じて対象物を把持する。
位量で、同方向に強制変位され、把持フィンガー21に
は、曲げモーメントが作用し、先端部は互いに近接する
向きに曲げられ、先端部が閉じて対象物を把持する。
一方、モータ12の回転を逆転すれば、この回転は、ね
じ軸11を介してナット10を逆方向に並進変位して、この
並進変位量が上記と同様の伝達により把持フィンガー21
の頂点部21cを並進変位し、操作フィンガー21の先端部
が対象物の把持を開放する。
じ軸11を介してナット10を逆方向に並進変位して、この
並進変位量が上記と同様の伝達により把持フィンガー21
の頂点部21cを並進変位し、操作フィンガー21の先端部
が対象物の把持を開放する。
また、第８図に示すように操作フィンガー101、把持
フィンガー121の辺部には、外側に突出されている略半
円状の突出部101y、101z、121y、121zを有するようにし
ても良い。かかる構成によれば、この突出部101yなどに
より上記拡大率Ｇを変化させることができるので、所望
の先端部変位量を実現し易い。なお、この突出部は略三
角の形状、半楕円の形状、半卵型の形状など、形状の種
類は問わないし、突出部101y、突出部101zのいずれか一
つでも良い。
フィンガー121の辺部には、外側に突出されている略半
円状の突出部101y、101z、121y、121zを有するようにし
ても良い。かかる構成によれば、この突出部101yなどに
より上記拡大率Ｇを変化させることができるので、所望
の先端部変位量を実現し易い。なお、この突出部は略三
角の形状、半楕円の形状、半卵型の形状など、形状の種
類は問わないし、突出部101y、突出部101zのいずれか一
つでも良い。
また、第９図及び第10図に示すように操作フィンガー
201、把持フィンガー221の端部には、略円状に形成され
円状部201w、221wとを有し、ナット210には、この円状
部が係合される溝210eが設けてある。かかる構成によれ
ば、操作フィンガー201、把持フィンガー221の円状部20
1w、221wをナット210の溝210eに容易に係合固定した
り、取り外したりできる。
201、把持フィンガー221の端部には、略円状に形成され
円状部201w、221wとを有し、ナット210には、この円状
部が係合される溝210eが設けてある。かかる構成によれ
ば、操作フィンガー201、把持フィンガー221の円状部20
1w、221wをナット210の溝210eに容易に係合固定した
り、取り外したりできる。
実施例3.
この発明の他の実施例を第11図及び第12図によって説
明する。第11図はナットの断面図、第12図は第11図のナ
ットと螺合させるねじ軸の斜視図である。このアクチュ
エータは、第１図のナット10及びねじ軸11のみが異な
り、並進変位量制限部を設けて操作（把持）フィンガー
の並進変位量を制限するものである。
明する。第11図はナットの断面図、第12図は第11図のナ
ットと螺合させるねじ軸の斜視図である。このアクチュ
エータは、第１図のナット10及びねじ軸11のみが異な
り、並進変位量制限部を設けて操作（把持）フィンガー
の並進変位量を制限するものである。
第11図及び第12図において、並進変位量制限部は、ナ
ット110と、このナット110と螺合させる伝達部材として
のねじ軸11とから成っており、ナット110には、切削さ
れた略円柱状の中空部110aに係合固定された並進移動を
制限する制限ナット151を有している。雌ネジが形成さ
れた制限ナット151、及びねじ軸111は有効ねじ長さＬに
形成されており、この有効ねじ長さＬが操作（把持）フ
ィンガーの並進変位量の最大値とほぼ一致する。
ット110と、このナット110と螺合させる伝達部材として
のねじ軸11とから成っており、ナット110には、切削さ
れた略円柱状の中空部110aに係合固定された並進移動を
制限する制限ナット151を有している。雌ネジが形成さ
れた制限ナット151、及びねじ軸111は有効ねじ長さＬに
形成されており、この有効ねじ長さＬが操作（把持）フ
ィンガーの並進変位量の最大値とほぼ一致する。
つぎに上記のように構成されたアクチュエータの作用
について第１図、第11図及び第12図を参照して説明す
る。上記実施例１と同様にモータ12を駆動し、ねじ軸11
1が所定の回転数以上駆動されると、制限ナット151はね
じ軸111との螺合が外れ、制限ナット151は空転し、これ
以上ねじ軸111は並進変位されない。つまり、ねじ軸111
の正逆転のいずれでも操作フィンガー１は、上記有効ね
じ長さＬの並進変位量以内でのみ駆動される。
について第１図、第11図及び第12図を参照して説明す
る。上記実施例１と同様にモータ12を駆動し、ねじ軸11
1が所定の回転数以上駆動されると、制限ナット151はね
じ軸111との螺合が外れ、制限ナット151は空転し、これ
以上ねじ軸111は並進変位されない。つまり、ねじ軸111
の正逆転のいずれでも操作フィンガー１は、上記有効ね
じ長さＬの並進変位量以内でのみ駆動される。
なお、上記実施例では、制限ナット151とねじ軸111と
を螺合させたが、モータ12のロータ軸12aを長くして外
周にネジを設け、制限ナット151とロータ軸12aとを螺合
させても良い。
を螺合させたが、モータ12のロータ軸12aを長くして外
周にネジを設け、制限ナット151とロータ軸12aとを螺合
させても良い。
以上のように第１の発明によれば、わずかな並進変位
量に基づいて変位拡大部材の先端部の変位量が大きくな
るから、拡大機構を必要とせずに簡単な機構で良いとい
う効果がある。
量に基づいて変位拡大部材の先端部の変位量が大きくな
るから、拡大機構を必要とせずに簡単な機構で良いとい
う効果がある。
第２の発明によれば、わずかな並進変位量に基づいて
変位拡大部材の先端部の変位量が大きくなるから、拡大
機構を必要とせずに簡単な機構で良いという効果があ
る。
変位拡大部材の先端部の変位量が大きくなるから、拡大
機構を必要とせずに簡単な機構で良いという効果があ
る。
第３の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位
拡大部材は開放部の一端を並進変位させることにより座
屈現象を呈するようにしたので、特に、アクチュエータ
の先端部の径を小さくできるという効果がある。
拡大部材は開放部の一端を並進変位させることにより座
屈現象を呈するようにしたので、特に、アクチュエータ
の先端部の径を小さくできるという効果がある。
第４の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位
拡大部材の共有部の剛性が増大するため、変位拡大部材
の先端曲げの繰り返し動作に強いという効果がある。
拡大部材の共有部の剛性が増大するため、変位拡大部材
の先端曲げの繰り返し動作に強いという効果がある。
第５の発明によれば、第２の発明の効果に加え、わず
かな並進変位量に基づいて第１及び第２の変位拡大部材
の先端部が共に内側に曲がり、この変位量が大きいか
ら、拡大機構を必要とせずに簡単な機構で対象物を把持
したり開放したりできるという効果がある。
かな並進変位量に基づいて第１及び第２の変位拡大部材
の先端部が共に内側に曲がり、この変位量が大きいか
ら、拡大機構を必要とせずに簡単な機構で対象物を把持
したり開放したりできるという効果がある。
第６の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位
拡大部材の加工が容易であるという効果がある。
拡大部材の加工が容易であるという効果がある。
第７の発明によれば、拡大変位量を変位拡大部材の突
出部の大きさ、形状などによって、簡易に調節できると
いう効果がある。
出部の大きさ、形状などによって、簡易に調節できると
いう効果がある。
第８の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位
拡大部材の先端には、共有部が存在しなくなるので、変
位拡大部材先端の厚さを薄くでき、しかも、共有部を形
成する位置によって変位拡大部材の先端部における拡大
変位量を容易に調節できるという効果がある。
拡大部材の先端には、共有部が存在しなくなるので、変
位拡大部材先端の厚さを薄くでき、しかも、共有部を形
成する位置によって変位拡大部材の先端部における拡大
変位量を容易に調節できるという効果がある。
第９の発明によれば、第２の発明の効果に加え、並進
駆動部を簡易に構成でき、しかも、この並進駆動部の並
進変位量を結合部により変位拡大部材に伝達できるとい
う効果がある。
駆動部を簡易に構成でき、しかも、この並進駆動部の並
進変位量を結合部により変位拡大部材に伝達できるとい
う効果がある。
第10の発明によれば、第９の発明の効果に加え、ナッ
ト、軸またはナット、伝達部材のネジ部の長さによって
並進変位量を制限できるという効果がある。
ト、軸またはナット、伝達部材のネジ部の長さによって
並進変位量を制限できるという効果がある。
第11の発明によれば、第９の発明の効果に加え、変位
拡大部材を結合部への取付け及び取り外しが容易である
という効果がある。
拡大部材を結合部への取付け及び取り外しが容易である
という効果がある。
第12の発明によれば、第10の発明の効果に加え、ナッ
トを摺動係合させるためのガイド部の加工が容易である
という効果がある。
トを摺動係合させるためのガイド部の加工が容易である
という効果がある。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかるマイクロアクチュエー
タの並進変位量の拡大などに用いられるのに適してい
る。
タの並進変位量の拡大などに用いられるのに適してい
る。
Claims (12)
- 【請求項１】ケースに内蔵された並進移動する移動部を
有する並進駆動部と、 はり状で、他端部が上記ケースに連結され、上記並進駆
動部の移動部に一端部が連結されると共に、並進移動に
基づいて上記一端部が引っ張られることにより、上記並
進移動の量よりも上記他端部及び一端部から延設される
と共に、共有された先端の変位量が拡大される変位拡大
部材と、 を備えたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 - 【請求項２】ケースに内蔵された並進移動する移動部を
有する並進駆動部と、 はり状で、先端を共有する共有部と、この共有部から延
長されると共に、対峙する少なくとも二つの辺部と、上
記共有部と反対側が開放されている開放部とを有してお
り、この開放部の一端が上記並進駆動部に連結され、上
記開放部の他端が上記ケースに連結され、上記並進駆動
部の並進変位に基づいて上記先端が拡大変位される変位
拡大部材と、を備えたことを特徴とするマイクロアクチ
ュエータ。 - 【請求項３】上記変位拡大部材は、開放部の一端を並進
変位させることにより座屈現象を呈することを特徴とす
る請求の範囲第２項に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項４】上記変位拡大部材の共有部には、上記変位
拡大部材の先端部同士が重なり合って固着された固着部
を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のマ
イクロアクチュエータ。 - 【請求項５】第１及び第２の上記変位拡大部材を有し、
上記第１及び上記第２の変位拡大部材の開放部の一端を
共有して上記並進駆動部に連結されることを特徴とする
請求の範囲第２項に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項６】上記変位拡大部材の形状は、略Ｖ宇形状で
あることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のマイク
ロアクチュエータ。 - 【請求項７】ケースに内蔵された並進移動する移動部を
有する並進駆動部と、 はり状で、先端を共有する共有部と、この共有部から延
長されると共に、対峙する少なくとも二つの辺部と、上
記共有部と反対側が開放されている開放部とを有してお
り、この開放部の一端が上記並進駆動部に連結され、上
記開放部の他端が上記ケースに連結され、上記並進駆動
部の並進変位に基づいて上記先端が拡大変位される変位
拡大部材とを備え、 上記変位拡大部材の辺部の少なくとも一つには、外側に
突出されている突出部を有することを特徴とするマイク
ロアクチュエータ。 - 【請求項８】上記変位拡大部材の先端を共有する共有部
の代わりに、上記変位拡大部材の先端の近傍及び中央部
を共有する共有部であることを特徴とする請求の範囲第
２項に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項９】上記並進駆動部は、軸を有するモータと、
上記軸の回転を並進変位量に変換させる変換部とから成
り、この変換部と上記変位拡大部材の一端を結合する結
合部と、上記ケースには、上記結合部も収納すると共
に、上記変位拡大部材の他端を固定する固定部と、を備
えたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のマイク
ロアクチュエータ。 - 【請求項１０】上記変換部は雌ねじが形成されたナット
と、このナットに螺合されると共に、上記軸又は上記軸
に連結された伝達部材とから成り、上記ナット、上記軸
または上記ナット、上記伝達部材のネジ部の長さは、上
記並進変位量の最大値以下であることを特徴とする請求
の範囲第９項に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項１１】上記変位拡大部材の開放部の一端部に
は、略円状に形成された円状部を有し、上記結合部に
は、この円状部が係合される溝を設けてあることを特徴
とする請求の範囲第９項に記載のマイクロアクチュエー
タ。 - 【請求項１２】上記ナットは略四角柱状をしており、上
記ナットの外面を摺動係合して案内するガイド部は、両
端が略半円状であることを特徴とする請求の範囲第10項
に記載のマイクロアクチュエータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP1997/004601 WO1999030877A1 (en) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | Microactuator |
| US10/753,329 US7530280B2 (en) | 1997-12-15 | 2004-01-09 | Micro actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3469249B2 true JP3469249B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=38514948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53231499A Expired - Lifetime JP3469249B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | マイクロアクチュエータ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6691586B2 (ja) |
| JP (1) | JP3469249B2 (ja) |
| CH (1) | CH694552A5 (ja) |
| DE (2) | DE19782304B4 (ja) |
| GB (1) | GB2348538B (ja) |
| WO (1) | WO1999030877A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2011115876A (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-16 | Iai:Kk | グリッパ |
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| WO2002081364A1 (fr) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Outil de prehension et procede de fabrication d'un tel outil |
| WO2003045641A1 (fr) | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Pincette |
| US7073833B2 (en) | 2002-09-12 | 2006-07-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Gripper |
| KR100680893B1 (ko) * | 2003-01-15 | 2007-02-09 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 전동 핀셋 |
| JP4064299B2 (ja) * | 2003-05-22 | 2008-03-19 | 三菱電機株式会社 | 電動ピンセット |
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