JP3995730B2 - アクチュエータの部片移動方法及びその方法の実施に使用するアクチュエータ - Google Patents

アクチュエータの部片移動方法及びその方法の実施に使用するアクチュエータ Download PDF

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    • Y10T29/49021Magnetic recording reproducing transducer [e.g., tape head, core, etc.]

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はアクチュエータを局部的に加熱し冷却することによりアクチュエータを局部的に塑性変形させてその部片を互いに相対的に動かすことによりアクチュエータの少なくとも2個の部片を相互に移動させるアクチュエータの部片移動方法及びその方法の実施に使用するアクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許出願EP−A2第488658号に開示されたような方法及びアクチュエータの場合には、2個の相互に連結した板状部片の一方をレーザによって局部的に加熱し次に冷却し得るようこれ等2個の板状部片を相互に相関位置に設置し、これにより一方の板状部片を局部的に塑性変形させている。板状部片の主表面を横切ってレーザを指向させ、板状部片の厚さの一部にわたりこの板状部片を加熱する。塑性変形により板状部片の主表面を横切る方向に板状部片が湾曲する。板状部片が湾曲した方向の衝撃、又は振動により板状部片に曲げ負荷、又は捩じり負荷が加わる。曲げや捩じりに対する板状部片の剛性は比較的低いから、板状部片が湾曲した方向の相互の位置決め精度は衝撃負荷が加わっている間、又は振動中、比較的低い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は比較的高い剛性を有し或る方向に比較的高い位置決め精度を有するアクチュエータの部片をこの方向に互いに相対的に動かすアクチュエータの部片移動方法、及び既知のアクチュエータの欠点を除去しこの方法の実施に使用するアクチュエータを得るにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明方法は、主表面に平行に延び2個の部片を連結する橋絡片を温度勾配が主表面を横切ってあくまでも最小になるよう加熱し、次に冷却し、発生する塑性変形に起因し部片間の橋絡片の長さを減少させ、前記橋絡片によって相互に連結した部片を主表面に平行な方向に互いに相対的に動かすことを特徴とする。橋絡片は主表面を横切ってその全厚さにわたり局部的に均一に加熱されるから、橋絡片は主表面の横方向に湾曲せず、主表面に平行な方向である橋絡片の縦方向に短くなるだけである。橋絡片が短くなった方向に衝撃、又は振動が発生した場合、この橋絡片は引張り力、又は圧縮力の負荷を受ける。引張り力と圧縮力とに対する橋絡片の剛性は比較的大きい。橋絡片を数回、加熱し冷却すると部片は一層長い距離を移動する。例えば水噴射によって橋絡片を積極的に冷却してもよいが、最も簡単には橋絡片を大気に露出してもよい。
【0005】
本発明方法の一実施例は、部片を互いに連結する数個の橋絡片を加熱し、冷却することを特徴とする。このようにすればアクチュエータの部片を移動させる方向の数、及び自由度の数の範囲を増大することができる。
比較的大きな距離に互いに設置した多数の橋絡片を交互に、又は同時に短くすることによって部片を相互に並進運動させ、又は回転させ、又はその両方を行わせることができ、これにより種々の程度の自由度が得られ、対向する方向の移動を実現することができる。
本発明の他の実施例においてはアクチュエータの部片を移動させる範囲を増大することができ、その実施例は、比較的短い距離に互いに位置している少なくとも2個の橋絡片を交互に短くし、部片の互いに相対的な不所望の移動を一方の橋絡片により防止しながら、他方の橋絡片をその全幅と全厚さとにわたり局部的に加熱することを特徴とする。
【0006】
第1橋絡片の全厚さと全幅とにわたり第1橋絡片を局部的に加熱している間、熱膨張により橋絡片の材料に応力が発生する。加熱された材料内で、これ等の応力は材料の降下した降伏点を越え、加熱された材料は塑性変形を起こす。アクチュエータの加熱されていない周囲の材料においては、上記応力は材料の弾性変形を発生させるだけである。材料の降伏点は、この点以上に高い圧力が作用するとこの材料が塑性変形を起こす点である。温度が上昇するにつれて、降伏点は低くなる。この段階中は、部片が互いに相対的に自由に移動するのをまだ加熱されていない第2の橋絡片が防止する。第1橋絡片の塑性変形した材料は、冷却中に収縮する。冷却後は、第1橋絡片は以前より短い長さを有し、部片は互いに接近するように移動し、第2橋絡片は圧縮歪を受け、第1橋絡片は引張り歪を受ける。次に第2橋絡片を加熱する。第2橋絡片の材料が十分に加熱されると直ちに、第1橋絡片内に存在する引張り力の結果、部片は更に互いに接近するよう移動する。部片のこれ以外のいかなる相互の移動も第1橋絡片によって防止される。加熱中、第1橋絡片の熱応力と引張り力とに起因し、第2橋絡片の材料は塑性変形をする。冷却後、第2橋絡片は一層短くなり、部片は互いに接近するようになお引っ張られると共に、第1橋絡片は圧縮歪を受け、第2橋絡片は引張り歪を受ける。このプロセスは数回繰り返され、従って、1個の橋絡片のみを使用する場合に比較し(20倍から100倍の割合で)著しく大きな距離にわたり部片を互いに相対的に動かすことができる。
【0007】
本発明アクチュエータは、アクチュエータを局部的に加熱し冷却する際のアクチュエータの塑性変形によって互いに相対的に移動する少なくとも2個の部片を設けたアクチュエータにおいて、主平面に平行な方向に互いに相対的に部片が移動できるようこれ等部片を橋絡片によって相互に連結し、橋絡片を主平面に平行に指向させると共に、主平面を横切って全厚さにわたりこの橋絡片を加熱し冷却できるよう構成し、発生する塑性変形の結果として部片間の橋絡片の長さを減少させることを特徴とする。主平面に平行に縦方向に変形し得る橋絡片によって部片を相互に連結しているから、主平面に平行な方向のアクチュエータの部片の移動が可能である。
【0008】
本発明アクチュエータの他の実施例は、数個の橋絡片により部片を相互に連結したことを特徴とする。このように構成することによって、アクチュエータの部片を移動させる方向の数と、自由度の数との範囲を増大することができる。
本発明アクチュエータの更に他の実施例は、少なくとも2個のほぼ平行な橋絡片と、これ等平行な橋絡片間に斜めに位置する第3橋絡片とを具え、平行な橋絡片に対し鋭角を形成するよう第3橋絡片を平行な橋絡片の端部間に配置したことを特徴とする。このようなアクチュエータの場合には、第3橋絡片、又は一方の平行な橋絡片の長さを短くすることによって、部片を互いに平行に移動させることができ、互いに相対的に回転させることができる。両方の平行な橋絡片が短くなった時、第3橋絡片が比較的長くなり、第3橋絡片が伸長した際に生ずる移動にほぼ相当する移動が得られる。平行な橋絡片の一方、又は他方が短くなることによって互いに反対方向の回転が得られる。
【0009】
本発明アクチュエータの他の実施例は、各部片を2個のヒンジによって2個の案内に連結し、これ等4個のヒンジによって実質的に1個の平行四辺形の頂点を形成することにより部片が互いに平行に移動可能であることを特徴とする。橋絡片が塑性変形した時、部片は案内に対し回動し、部片は互いに平行に移動する。
本発明の更に他の実施例のアクチュエータは主平面内で上記部片のうちの第1部片によって第2部片を包囲し、この第2部片の相互に対向する側に繋止した多数の橋絡片によって第2部片を第1部片に連結したことを特徴とする。橋絡片の数に応じて、主平面に平行な実質的にすべての方向に第2部片を移動させることができる。
図面につき本発明の実施例を説明する。
【0010】
【実施例】
図面中、同一部分を同一符号にて示す。
ネオジウムヤグレーザ発生装置3(ネオジウムを含むイットリウム、アルミニウム、ガーネット結晶を用いたレーザの発生装置)とx、y方向に移動可能なテーブル5とを設けたアクチュエータ調整装置1を図1に示す。調整すべきアクチュエータ7は、レーザ発生装置3から発生したレーザビーム9の下方に希望する位置にテーブル5とカメラ(図示せず)とによって配置される。アクチュエータ7の移動は位置トランスジューサ11によって測定される。
図2(a)は本発明によるアクチュエータ13を示し、このアクチュエータは、3個の板状ストリップ橋絡片19、21、23によって相互に連結した第1板状部片15と第2板状部片17とを具える。橋絡片19、23は平行に指向し、同一長さを有する。第3の橋絡片21は平行な橋絡片19、23の間に斜めに配置され、平行な橋絡片と2個の板状部片15、17とに連結されている。この第3の橋絡片21は平行な橋絡片19、23に対しαの鋭角を形成する。橋絡片19、21、23と板状部片15、17とによってトラスを形成するが、このトラスの第1三角形25は第1板状部片15と橋絡片21、23とによって形成されており、第2三角形27は第2板状部片17と橋絡片19、21とによって形成されている。
【0011】
このアクチュエータの作動は次の通りである。レーザ発生装置3(図1参照)はテーブル5上のxy平面内に設置した主平面上に比較的長いパルス時間で空間を横切ってレーザビーム9を指向させ、第1位置における全厚さにわたりあくまでもz方向に橋絡片のうちの1個を部分的に均一に加熱する。この場合、厚さ方向の温度勾配は最小である。加熱中、熱膨張から生ずる応力は橋絡片の加熱される材料の降伏点を越え、橋絡片の塑性変形が起こる。次にレーザを止め、橋絡片を冷却する。冷却後、橋絡片の長さは一層短くなる。この長さの変化は数マイクロメートルである。次にこの橋絡片の他の第2位置を非常に局部的に加熱し、再び冷却すると、この橋絡片は再び僅かに一層短くなる。この橋絡片の同一位置を加熱しなければならないことがあると、その位置に発生した収縮応力は消滅する。2回目の冷却中に、収縮応力が再び発生し、橋絡片は局部的に短くなる。しかし、全体としての作用としては、橋絡片は一層短くならず、第2回目の加熱前と同一の長さを有することである。橋絡片をその全幅にわたり加熱しないのが好適である。橋絡片をその全幅にわたって加熱すると、橋絡片を加熱した瞬間に外部負荷に起因して、板状部片15、17が互いに相対的にずれる危険が実際上発生する。橋絡片の幅の一部を加熱すれば、加熱されていない部分がこのようなずれを防止する。
【0012】
橋絡片19の長さが減少した時、第1三角形25は変化せずに留まるが、第2板状部片17は実質的な枢着点29の周りに第1板状部片15に対し正の角φだけ回転する。
橋絡片23の長さが減少した時、第2三角形27は変化せずに留まるが、第2板状部片17は実質的な枢着点31の周りに第1板状部片15に対し負の角φだけ回転する。
【0013】
図2(b)に示すアクチュエータ13では、レーザスポット33の区域において、橋絡片21を局部的に加熱し冷却する。この場合、平行な橋絡片19、23と板状部片15、17とは平行四辺形の形で作用する。第2板状部片17は第1板状部片15に対しプラスy方向に並進運動をする。この間に、マイナスx方向の移動も生ずるが、この移動はプラスy方向の移動に比較し小さい。
2個の平行な橋絡片19、23が同時に短くなった時、第3の橋絡片21は比較的長くなり、第2板状部片は第1板状部片に対しマイナスy方向に並進運動をする。
【0014】
これ等の橋絡片を数回加熱し冷却することによって、板状部片15、17を数10マイクロメータにわたり互いに相対的に動かすことが可能であり、互いに相対的に2.5〜5マイクロラジアンだけ回転させることが可能である。
板状アクチュエータ13の板平面に平行な平面内で板状部片15、17は互いに相対的に移動する。板状素子は、これ等の方向の寸法変化に対して比較的大きな剛性を有する。この結果と、三角形25、27から成るトラスとしてアクチュエータ13が構成されていることとにより、アクチュエータ13はx方向、y方向及びφ方向の移動と負荷とに対し比較的大きな剛性を有する。
【0015】
図3に本発明アクチュエータ35を示し、このアクチュエータは4個の弾性板ヒンジ41によって2個の板状案内43に連結した第1板状部片37と第2板状部片39とを具える。板状案内43は板状部片37、39のための平行案内を形成している。開口49によって分離した2個の板状橋絡片45、47を介して板状部片37、39を更に相互に連結する。アクチュエータ35を単一板で造り、例えば打抜き、腐食、レーザ切断、又はスパーク浸食法により溝孔51、開口49を設ける。弾性ヒンジ41は平行四辺形の4個の頂点を形成しており、従って板状部片37、39はy方向に互いに相対的に移動することができ、非常に限定されているがx方向にも互いに相対的に移動することができる。
【0016】
アクチュエータ35の作動は次の通りである。第1橋絡片45の全厚さ及び全幅にわたり第1橋絡片を局部的に加熱している間、熱膨張に起因し、橋絡片45の材料に応力が発生する。加熱された材料内のこれ等の応力は材料の低下した降伏点を越え、加熱された材料は塑性変形する。アクチュエータの加熱されていないその周りの材料内では、上記の応力によって材料の弾性変形のみを発生させる。この段階中、加熱されていない第2板状橋絡片47は板状部片が互いに相対的に自由にずれるのを防止する。第1橋絡片45の塑性変形した材料は冷却中に収縮する。冷却後、第1橋絡片45は以前より一層短い長さを有し、第1板状部片37にマイナスy方向に力F1 が作用し、第2板状部片39にプラスy方向に力F2 が作用する。これ等の力F1 、F2 によって板状案内43に力のモーメントを生じ、そのため板状案内43はプラスφ方向に回転し、板状部片37、39は互いに接近するよう移動する。これにより第2橋絡片47は圧縮歪を受け、第1橋絡片45は引張歪を受ける。
【0017】
次に第2橋絡片47を加熱する。第2橋絡片47の材料が十分に加熱された瞬間に、板状部片37、39は、なお互いに接近するように動く。これは第1橋絡片45内になお引張応力が存在するためである。板状部片37、39がこれ以上相互に移動しようとしても第1橋絡片45によってその動きは防止される。加熱中、第2橋絡片47の材料は第1橋絡片45内の引張り力と、熱応力とのため塑性変形をし、冷却後、第2橋絡片47は一層短くなり、力F1 、F2 が再び板状部片37、39に作用する。これによりこれ等板状部片は再び互いに接近するように動く。ここで、第1橋絡片45は圧縮歪を受けており、第2橋絡片47は引張り歪を受ける。希望する移動が実現されるまで、それぞれ橋絡片45、47の同一位置の加熱を通じてこのプロセスが繰り返される。加熱されつつある他方の橋絡片が加熱される前の以前に有していた長さにならないように一方の橋絡片が防止する。
【0018】
図3に示したアクチュエータ35とほぼ同一のアクチュエータ53を図4に示す。但し、板状部片37、39は6個の橋絡片55により相互に連結されている。1個の橋絡片が短くなった時、板状部片37、39に生ずる相互の移動は図3に示すアクチュエータ35におけるよりも小さい。これは唯1個の橋絡片でなく、5個もある橋絡片がこの移動を防止するからである。このようにして、アクチュエータの一層小さい移動を実現することができる。多数の橋絡片を有しているため、アクチュエータ53はアクチュエータ35より一層剛固である。
【0019】
図5は本発明アクチュエータ57を示し、このアクチュエータは6個の板状橋絡片63によって相互に連結した第1板状部片59と第2板状部片61とを具える。アクチュエータ57を1個の板から造り、橋絡片63を互いに分離している細長い開口65をこの板に打抜き、又はスパーク浸食法によって設ける。複数個の開口65は1個の円の上に位置している。この円の中心に位置するように第2板状部片61に孔67を設ける。位置決めすべき対象物をこの孔67を通じて第2板状部片61に緊締することができる。例えば橋絡片63aを加熱し、次に冷却することによって、孔67を橋絡片63aの方向に移動させる。次に、他の橋絡片63を加熱し冷却する時、孔67をこの他の橋絡片の方向に移動させる。各橋絡片を1度だけ短くすることができる。或る橋絡片が2回目に加熱された時、他の橋絡片がこの或る橋絡片から孔67を引っ張るが、冷却後は実際上何も変化を生じていない。
【0020】
図6は1個の壁71がアクチュエータとして構成されているスチール長方形箱69を示す。壁71、73を薄い可撓性板で造る。溝孔75によって壁71を4個の表面77、79、81、83に分割し、表面77、81を2個の橋絡片85によって相互に連結する。壁71の開口87によって2個の橋絡片85を相互に分離する。橋絡片85を加熱し次に冷却することによって、これ等橋絡片は収縮し、表面81はマイナスz方向に表面77に向け移動する。これにより箱69の残りの壁73は湾曲し、箱69はx軸線の周りに捩じれる。このようなアクチュエータは構成部片のハウジングに使用することができる。
【0021】
図7(a)及び図7(b)は、図2(a)及び図2(b)に示すようなアクチュエータ13を適用した場合のそれぞれ前面斜視図と背面斜視図とである。図7(a)及び図7(b)は、支持体91を介してアクチュエータ13に取り付けた磁気ヘッド89を示す。カセットリコーダに使用される磁気ヘッドはテープ(図示せず)に対して希望する高さ(z方向)に希望するいわゆる方位角(φ方向)に位置する必要がある。アクチュエータ13の板状部片17は磁気ヘッドのハウジング(図示せず)に連結される。アクチュエータ13の板状部片15に2個の湾曲脚93、95を設け、これ等の脚を磁気ヘッド89のハウジングに連結する。これ等の脚93、95によって磁気ヘッド89はy方向に十分剛強になる。脚93、95に弾性ヒンジを設け、アクチュエータ13の板状部片15がz方向に移動した時、脚93、95がz方向に容易に湾曲することができるようにする。アクチュエータ13は次のような寸法である。即ち、橋絡片19、23の長さは2mm、幅は0.6mm、角度αは60度、アクチュエータの厚さは0.3mmである。
【0022】
図8は図2(a)に示すアクチュエータ13の代案としての実施例のアクチュエータ97を示す。このアクチュエータ97は細長い開口99によって分離された2個の平行な橋絡片21a、21bによって橋絡片21を構成している点で図2(a)のアクチュエータ13と相違している。この場合の板状部片15、17は図2(a)に示すアクチュエータ13におけるよりも一層大きい距離にわたり互いに相対的に移動することができ、図3に示した橋絡片45、47に加えた加熱と同様に、橋絡片21a、21bをその全幅bにわたり交互に加熱する。この場合、橋絡片21a、21bは圧縮負荷と引張負荷とを交互に受ける。
【0023】
橋絡片を繰り返し加熱し冷却する代わりに、一層大きな移動、又は一層小さな移動を実現するように適合したレーザスポットの寸法を使用することもできる。加熱中、小さな直径のレーザスポットを橋絡片に対し移動させることにより、調整自在のレーザスポット寸法を得ることができ、これにより一層大きな直径のレーザスポットの効果が得られる。その他、迅速に調整可能なビーム拡大装置を使用するか、レーザビームをデフォーカスすることによってもこのことを達成することができる。更に、続くレーザパルス間が例えば8ミリ秒である分離した短いレーザパルスでレーザスポットを構成してもよい。このような迅速な連続状態でスポットを設けるから、1個の大きな高温スポットを得ることができる。
【0024】
橋絡片は金属、又は合成樹脂のように適切な熱伝導性を有し、塑性変形できる任意の材料で造ることができる。
外部負荷、又は外力によって希望しないのに板状部片が互いに移動することがないようになっていれば、複数個の橋絡片を同時に加熱してもよい。
金属の橋絡片の加熱された材料の温度は800〜1500℃の間にある。
本発明アクチュエータは、製品の比較的小さな構成部片の位置決めのため、例えばCCD(電荷結合デバイス)のチップ、DCCヘッド、又は電子銃の構成部片を位置決めするのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するのに適する装置の側面図である。
【図2】本発明アクチュエータの第1実施の平面図で、(a)はまだ塑性変形していないアクチュエータを示し、(b)は塑性変形したアクチュエータを示す。
【図3】本発明アクチュエータの第2実施例を示す平面図である。
【図4】本発明アクチュエータの第3実施例を示す平面図である。
【図5】本発明アクチュエータの第4実施例を示す平面図である。
【図6】本発明アクチュエータの第5実施例を示す平面図である。
【図7】図2(a)に示す本発明アクチュエータを適用した状態を示す図で(a)はその前面斜視図、(b)は後面斜視図である。
【図8】本発明アクチュエータの第6実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ調整装置
3 ネオジウムヤグレーザ発生装置
5 テーブル
7、13、35、53、57、97 アクチュエータ
9 レーザビーム
15、37、59 第1板状部片、第1部片
17、39、61 第2板状部片、第2部片
19、21、23 板状ストリップ橋絡片
25 第1三角形
27 第2三角形
29、31 枢着点
41 弾性板ヒンジ
43 板状案内
45 第1板状橋絡片
47 第2板状橋絡片
49、87 開口
51 溝孔
55 橋絡片
63 板状橋絡片
65、99 細長い開口
67 孔
69 長方形箱
71、73 壁
75 溝孔
77、79、81、83 表面
85 橋絡片
89 磁気ヘッド
91 支持体
93、95 湾曲脚

Claims (8)

  1. アクチュエータを局部的に加熱し冷却することによりアクチュエータを局部的に塑性変形させてその部片を互いに相対的に動かすことによりアクチュエータの少なくとも2個の部片を相互に移動させるに当たり、主表面に平行に延び前記2個の部片を連結する橋絡片を温度勾配が前記主表面を横切ってあくまでも最小になるよう加熱し、次に冷却し、発生する塑性変形に起因し前記部片間の前記橋絡片の長さを減少させ、前記橋絡片によって相互に連結した前記部片を前記主表面に平行な方向に互いに相対的に動かすことを特徴とするアクチュエータの部片移動方法。
  2. 前記部片を互いに連結する数個の橋絡片を加熱し、冷却することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 比較的短い距離に互いに位置している少なくとも2個の橋絡片を交互に短くし、前記部片の互いに相対的な不所望の移動を一方の橋絡片により防止しながら、他方の橋絡片をその全幅と全厚さとにわたり局部的に加熱することを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. アクチュエータを局部的に加熱し冷却する際のアクチュエータの塑性変形によって互いに相対的に移動する少なくとも2個の部片を設けたアクチュエータにおいて、主平面に平行な方向に互いに相対的に前記部片が移動できるようこれ等部片を橋絡片によって相互に連結し、前記橋絡片を前記主平面に平行に指向させると共に、前記主平面を横切って全厚さにわたり前記橋絡片を加熱し冷却できるよう構成し、発生する塑性変形の結果として前記部片間の前記橋絡片の長さを減少させる請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の方法の実施に使用するアクチュエータ。
  5. 前記部片を数個の橋絡片により相互に連結したことを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ。
  6. 少なくとも2個のほぼ平行な橋絡片と、これ等平行な橋絡片間に斜めに位置する第3橋絡片とを具え、前記平行な橋絡片に対し鋭角を形成するよう前記第3橋絡片を前記平行な橋絡片の端部間に配置したことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。
  7. 各前記部片を2個のヒンジによって2個の案内に連結し、これ等4個のヒンジによって実質的に1個の平行四辺形の頂点を形成することにより前記部片が互いに平行に移動可能であることを特徴とする請求項4、又は5に記載のアクチュエータ。
  8. 前記主平面内で前記部片のうちの第1部片によって第2部片を包囲し、この第2部片の相互に対向する側に繋止した多数の橋絡片によって前記第2部片を前記第1部片に連結したことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。
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