JP4407818B2 - Compact linear actuator - Google Patents

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Description

本発明は小型の直動型アクチュエータに関する。   The present invention relates to a small direct acting actuator.

近年、半導体製造技術等の進歩により、マイクロメーターオーダーの非常に微細な構造体の創造が可能になってきた。この加工技術の進歩に触発されて、いわゆるマイクロマシンの研究・開発が盛んに行われており、マイクロマシンの要素デバイスであるアクチュエータ部は特に大きな関心を集めている。   In recent years, due to advances in semiconductor manufacturing technology and the like, it has become possible to create very fine structures on the order of micrometers. Inspired by this progress in processing technology, research and development of so-called micromachines have been actively conducted, and the actuator section, which is an element device of micromachines, has attracted particular interest.

マイクロアクチュエータは運動方式から主として回転型と直動型に分類することができる。直動型は構造が比較的単純であることから、ほとんどの研究例は直動型アクチュエータに関するものである。また、駆動原理からは静電方式、圧電方式、電磁方式、形状記憶合金方式、光駆動方式、空気圧駆動方式等に分類できる。これらのうち、最も注目されているのは静電方式で、次いで圧電方式である。一方、上記方式の中で電磁方式のアクチュエータは原理的にも高効率・高出力が期待でき、従来のモーター技術における実績もあるため、本来は最も注目されるべきマイクロアクチュエータの一つと考えられる。しかし、電磁方式の直動型マイクロアクチュエータの研究例は実際にはほとんどない。主たる原因の一つは構造の複雑さに起因して小型化が困難なことであると考えられる。   Microactuators can be classified into a rotary type and a direct-acting type based on the motion system. Since the direct acting type has a relatively simple structure, most research examples are related to the direct acting type actuator. The driving principle can be classified into electrostatic method, piezoelectric method, electromagnetic method, shape memory alloy method, light driving method, pneumatic driving method and the like. Of these, the electrostatic system is the most noticeable, followed by the piezoelectric system. On the other hand, among the above systems, electromagnetic actuators can be expected to have high efficiency and high output in principle, and have a track record in conventional motor technology. However, there are actually few examples of research on electromagnetic direct acting microactuators. One of the main causes is considered to be difficult to downsize due to the complexity of the structure.

構成部品のうち永久磁石に関しては、薄膜化あるいは小型化技術の進歩により、小型でも高性能を示す磁石材料が開発されている。更に、構成部品のひとつであるコイルに関しても、半導体微細加工技術を利用した微小電気機械システムの発展により微細なコイルが開発されている。   With regard to permanent magnets among the constituent parts, magnetic materials that exhibit high performance even with small sizes have been developed due to advances in thinning or miniaturization technology. Furthermore, with respect to the coil which is one of the component parts, a fine coil has been developed by the development of a microelectromechanical system using a semiconductor micromachining technology.

ところで、これまでに幅広く用いられているリニア駆動の電磁アクチュエータとしてボイスコイルモータが挙げられる。ボイスコイルモータによる駆動システムを組む場合、稼動部（ローター）が駆動方向以外に逸脱しないようにリニアガイドを設けるのが一般的である。リニアガイドはガイドレールとスライダとをベアリングを介して可動式に組み合わせたものである。スライダはローターを兼ねることができ、ボールベアリングを用いたものでは面寸法で３ｍｍ×６ｍｍ以上の大きさのスライダを備えたリニアガイドが現在市販されている。この場合、ガイドレールはスライダのサイズ、ストローク及び固定部（ステータ）への取り付け部のサイズを合計したものであり、サブミリの駆動が必要であっても、アクチュエータとしては１ｃｍ以上のサイズになってしまう。エアベアリングは四角柱あるいは円柱のガイドレールの中心軸に設けられた貫通孔に棒状のスライダが可動式に挿入されている。この方式ではガイドレールとスライダとの間にガタが出ないように棒状スライダの直径に対して十分長いガイドレールが必要となるので、アクチュエータのサイズは更に大きくなってしまう。   By the way, a voice coil motor is mentioned as a linear drive electromagnetic actuator widely used so far. When a drive system using a voice coil motor is assembled, it is common to provide a linear guide so that the operating part (rotor) does not deviate outside the drive direction. The linear guide is a movable combination of a guide rail and a slider via a bearing. The slider can also serve as a rotor, and in the case of using a ball bearing, a linear guide provided with a slider having a surface dimension of 3 mm × 6 mm or more is commercially available. In this case, the guide rail is the sum of the slider size, the stroke, and the size of the mounting portion to the fixed portion (stator). Even if submillimeter drive is required, the actuator has a size of 1 cm or more. End up. In the air bearing, a rod-like slider is movably inserted into a through hole provided in the central axis of a square pillar or cylindrical guide rail. This method requires a guide rail that is sufficiently long with respect to the diameter of the rod-shaped slider so that no play occurs between the guide rail and the slider, so that the size of the actuator is further increased.

以上より、電磁方式の直動型アクチュエータの小型化が困難なのは、比較的サイズの大きいリニアガイドをアクチュエータ内に設けていることに起因しているといえる。
なお、本発明に関連する先行技術としては、下記のものが挙げられる。 From the above, it can be said that it is difficult to reduce the size of the electromagnetic direct acting actuator because a relatively large linear guide is provided in the actuator.
In addition, the following is mentioned as a prior art relevant to this invention.

脇若ら，日本応用磁気学会誌，ＶＯｌ．２４ Ｎｏ．４−２（２０００），ｐ．９５５−９５８．Wakiwaka et al., Journal of Japan Society of Applied Magnetics, VOL. 24 No. 4-2 (2000), p. 955-958. 脇若ら，第２５回日本応用磁気学会学術講演概要集（２００１），ｐ．３０２．Wakiwaka et al., 25th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics (2001), p. 302.

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、リニアガイドを用いずに駆動方向にのみ弾性変形するマイクロビームでローターを揺動可能に支持するよう構成することで、構造が簡単で小型化が容易な直動型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。   In view of the above-described conventional problems, the present invention is configured to support the rotor in a swingable manner with a microbeam that is elastically deformed only in the driving direction without using a linear guide, thereby simplifying the structure and reducing the size. It is an object of the present invention to provide an easy linear motion actuator.

本発明は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、本発明に到達したもので、本発明は下記の直動型アクチュエータを提供する。
請求項１：幅×長さが１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである小型の直動型アクチュエータであって、ステータ部と、このステータ部に一端が固定され、かつ他端側に曲げ加工によって成形された金属性マイクロビームによって揺動可能に支持されたローター部が設けられた部品とを備え、
該部品が、ステータ固定部とマイクロビームとローター部とを備えると共に、プレス加工又はエッチング加工により打ち抜いて形成され、かつステータ固定部とローター部とが両側端部においてそれぞれ長片によって橋かけ、連結された基体を用い、前記長片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部にローター部を重ねるようにし、次いで、折曲された長片のうち、ローター部、連結側片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部の先端縁とローター部の基端縁が互いに近接するようにし、更に、長片をそれらの両側縁に沿って直角に谷折りすることによって形成されてなり、
１対のマイクロビームが、ステータ固定部側よりローター部側に伸び、一旦折れ曲がってステータ固定部側に戻り、更に折れ曲がってローター部側に伸びたところでローター部を支持するように形成されると共に、ステータ部の両側に一対に配置されてローター部を支持し、両側のマイクロビームにはさまれた平面に平行でマイクロビームの長手方向に垂直な駆動方向に対してステータ部とローター部との間に発生した駆動力で十分に変位し、その他の方向には高い剛性を有するように構成されており、
ステータ部に永久磁石、ローター部にコイルを、又はステータ部にコイル、ローター部に永久磁石を配置して、永久磁石の形成する磁界中でコイルに電流を流すことによりマイクロビームに変位を発生させ、ローター部を揺動させるように構成したことを特徴とする直動型アクチュエータ。
請求項２：幅×長さが１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである小型のアクチュエータであって、ステータ固定部とマイクロビームとコイル又は永久磁石が配置されたローター部とを有する部品と、永久磁石又はコイルが配置されたステータ部とを備え、
前記永久磁石とコイルとは永久磁石及びステータ部を含む磁気回路内で僅かなギャップを保ちながら対向するように配置され、
該部品が、プレス加工又はエッチング加工により打ち抜いて形成され、かつステータ固定部とローター部とが両側端部においてそれぞれ長片によって橋かけ、連結された基体を用い、前記長片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部にローター部を重ねるようにし、次いで、折曲された長片のうち、ローター部、連結側片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部の先端縁とローター部の基端縁が互いに近接するようにし、更に、長片をそれらの両側縁に沿って直角に谷折りすることによって形成されてなり、
１対のマイクロビームが、ステータ固定部側よりローター部側に伸び、一旦折れ曲がってステータ固定部側に戻り、更に折れ曲がってローター部側に伸びたところでローター部を支持するように形成されると共に、ステータ部の両側に一対に配置されてローター部を支持し、両側のマイクロビームにはさまれた平面に平行でマイクロビームの長手方向に垂直な駆動方向に対してステータ部とローター部との間に発生した駆動力で十分に変位し、その他の方向には高い剛性を有するように構成されており、
永久磁石の作る磁界の中に置かれたコイルに通電することで、ローレンツ力により左右方向にローター部が揺動することを特徴とする直動型アクチュエータ。
請求項３：前記マイクロビームは、ステータ固定部及びローター部と一体であり、０．０２５〜０．５ｍｍの金属板を打ち抜き及び曲げ加工により作製されることを特徴とする請求項１又は２記載の直動型アクチュエータ。
請求項４：前記ステータ部が強磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。
請求項５：前記ローター部が強磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。
請求項６：磁気回路を形成させるために、前記ローター部を挟んで前記ステータ部と対向する位置に補助ヨークが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。 The present invention has arrived at the present invention as a result of intensive studies to achieve the above object, and the present invention provides the following direct acting actuator.
[Claim 1] A small linear motion actuator having a width x length of 1 mm x 1 mm to 10 mm x 10 mm and a height of 0.1 mm to 5 mm, the stator part and one end being fixed to the stator part, And the other end side is provided with a component provided with a rotor portion swingably supported by a metallic micro beam formed by bending,
The component includes a stator fixing portion, a micro beam, and a rotor portion, and is formed by stamping by pressing or etching, and the stator fixing portion and the rotor portion are bridged and connected by long pieces at both side ends. The intermediate portion of each of the long pieces is valley-folded by 180 °, and the rotor portion is overlapped with the stator fixing portion. Then, among the bent long pieces, the intermediate portion between the rotor portion and the connecting side piece. Each section is 180 ° -folded so that the leading edge of the stator fixing part and the base end edge of the rotor part are close to each other, and the long piece is valley-folded at right angles along both side edges. And
A pair of microbeams are formed so as to extend from the stator fixing portion side to the rotor portion side, bend once and return to the stator fixing portion side, and further bend and extend to the rotor portion side so as to support the rotor portion, A pair of rotors are arranged on both sides of the stator unit to support the rotor unit, and between the stator unit and the rotor unit with respect to the driving direction parallel to the plane sandwiched between the microbeams on both sides and perpendicular to the longitudinal direction of the microbeam. It is configured to be sufficiently displaced by the driving force generated in, and to have high rigidity in other directions,
Displacement is generated in the microbeam by passing a current through the coil in the magnetic field formed by the permanent magnet by arranging a permanent magnet in the stator and a coil in the rotor, or a coil in the stator and a permanent magnet in the rotor. A direct acting actuator characterized in that the rotor portion is swung.
Claim 2: A small actuator having a width x length of 1 mm x 1 mm to 10 mm x 10 mm and a height of 0.1 mm to 5 mm, in which a stator fixing portion, a micro beam and a coil or a permanent magnet are arranged And a stator portion in which a permanent magnet or a coil is arranged,
The permanent magnet and the coil are arranged to face each other while maintaining a slight gap in a magnetic circuit including the permanent magnet and the stator portion,
The component is formed by stamping or etching, and the stator fixing portion and the rotor portion are bridged by long pieces at both end portions, respectively. 180 ° valley fold, and the rotor portion overlaps the stator fixing portion, and then, among the bent long pieces, the rotor portion and the intermediate portion of the connecting side piece are each 180 ° valley folded, and the tip of the stator fixing portion The edge and the base edge of the rotor part are close to each other, and further, the long piece is formed by valley folding at right angles along both side edges,
A pair of microbeams are formed so as to extend from the stator fixing portion side to the rotor portion side, bend once and return to the stator fixing portion side, and further bend and extend to the rotor portion side so as to support the rotor portion, A pair of rotors are arranged on both sides of the stator unit to support the rotor unit, and between the stator unit and the rotor unit with respect to the driving direction parallel to the plane sandwiched between the microbeams on both sides and perpendicular to the longitudinal direction of the microbeam. It is configured to be sufficiently displaced by the driving force generated in, and to have high rigidity in other directions,
A direct acting actuator characterized in that the rotor part swings in the left-right direction by Lorentz force by energizing a coil placed in a magnetic field created by a permanent magnet .
Claim 3: wherein the microbeam is integral with the stator fixing portion and the rotor portion, according to claim 1 or 2, characterized in that it is manufactured by stamping and forming a metal plate 0.025~0.5mm Direct acting actuator.
[ 4 ] The direct acting actuator according to any one of [1] to [ 3 ], wherein the stator portion is made of a ferromagnetic material.
[ 5 ] The linear motion actuator according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the rotor portion is made of a ferromagnetic material.
Claim 6 to form a magnetic circuit, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the auxiliary yoke at a position opposed to the stator portion across the rotor portion is attached Direct acting actuator.

本発明によると、高効率・高出力が特徴である電磁方式を用いて、簡単な構造で小型化の容易な直動型アクチュエータを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a direct-acting actuator that has a simple structure and can be easily miniaturized by using an electromagnetic system characterized by high efficiency and high output.

発明を実施するための最良の形態及び実施例BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の直動型アクチュエータの具体的態様について詳述する。
図１及び図２は、本発明の直動型アクチュエータ２の一例を示す平面図及び分解斜視図である。なお、簡単のためにコイル４への電力供給線は図示していない。このアクチュエータ２は、ステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４を備える。この部品１４のローター部１２にはコイル４が取り付けられ、ステータ部１６には永久磁石１８が配置される。ステータ部１６は磁気回路を形成するために強磁性体を用いることが好ましい。磁気回路の効率を上げるために強磁性体からなる補助ヨーク２０を部品１４に取り付けてもよい。ステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４、ステータ部１６、補助ヨーク２０は接着あるいは溶接等の一般的な方法でこのアクチュエータを備える装置（図示されていない）に固定される。更にローター部１２にはコイル４の他に揺動させる対象物（図示されていない）が適当な手法により取り付けられる。 Hereinafter, specific embodiments of the direct acting actuator of the present invention will be described in detail.
1 and 2 are a plan view and an exploded perspective view showing an example of the direct acting actuator 2 of the present invention. For simplicity, the power supply line to the coil 4 is not shown. The actuator 2 includes a stator fixing portion 6, microbeams 8 and 10, and a component 14 that constitutes a rotor portion 12. The coil 4 is attached to the rotor portion 12 of the component 14, and the permanent magnet 18 is disposed on the stator portion 16. The stator portion 16 preferably uses a ferromagnetic material to form a magnetic circuit. To increase the efficiency of the magnetic circuit, an auxiliary yoke 20 made of a ferromagnetic material may be attached to the component 14. The stator fixing portion 6, the microbeams 8 and 10, the components 14 constituting the rotor portion 12, the stator portion 16, and the auxiliary yoke 20 are attached to a device (not shown) provided with this actuator by a general method such as adhesion or welding. Fixed. In addition to the coil 4, an object (not shown) to be swung is attached to the rotor portion 12 by an appropriate technique.

更に詳しくは、ステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４において、マイクロビーム８，１０はステータ固定部６の両側縁に一体に連設され、後述する図４の説明のように、これら両側縁に沿ってステータ部１６側に向けて直角に折り返され、かつ固定部６両側縁先端部より先方に向けて延出する長片８ａ，１０ａを内方に１８０°屈曲（第１の屈曲）し、更に固定部６両側縁先端部より先側で内方に１８０°屈曲（第１の屈曲と逆方向の第２の屈曲）し、その先端部において、連設部８ｂ，１０ｂを介してローター部１２が一体に連設された構成を有する。   More specifically, in the parts 14 constituting the stator fixing portion 6, the micro beams 8, 10 and the rotor portion 12, the micro beams 8, 10 are integrally connected to both side edges of the stator fixing portion 6, and will be described later with reference to FIG. As described, the long pieces 8a and 10a that are folded at a right angle along the both side edges toward the stator part 16 and extend further forward than the front end parts of the fixing part 6 are 180 ° inward. Bend (first bend), and further bend 180 ° inward (second bend in the direction opposite to the first bend) ahead of the front end of both side edges of the fixed portion 6, and at the front end thereof The rotor portion 12 is integrally connected via the portions 8b and 10b.

本発明の一実施例に係る直動型アクチュエータ２は、永久磁石１８、ステータ部１６及び補助ヨーク２０からなる磁気回路内で、永久磁石１８とローター部１２に固定されたコイル４とを僅かなギャップを保ちながら対向するように配置している。図３に示されたように、永久磁石１８は対向するコイル４の面に垂直な方向に着磁され、図１におけるＹの方向から見て左右に２極に着磁されている。その代わりとして単極着磁された永久磁石２つを並べてもよい。永久磁石１８は、磁極面の面積で０．４〜１０ｍｍ2、着磁方向の厚さで０．１〜１ｍｍの大きさを有している。永久磁石１８の発生する磁力は本発明の直動型アクチュエータ２の駆動力に大きく影響する。上記寸法で充分な磁力を得るためにはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等の強力希土類磁石を用いることが好ましい。 The direct acting actuator 2 according to an embodiment of the present invention includes a permanent magnet 18 and a coil 4 fixed to the rotor portion 12 in a slight amount in a magnetic circuit including the permanent magnet 18, the stator portion 16 and the auxiliary yoke 20. It arrange | positions so that it may oppose, maintaining a gap. As shown in FIG. 3, the permanent magnet 18 is magnetized in a direction perpendicular to the surface of the opposing coil 4, and is magnetized in two poles on the left and right as viewed from the Y direction in FIG. As an alternative, two single-pole magnetized permanent magnets may be arranged. The permanent magnet 18 has a magnetic pole face area of 0.4 to 10 mm 2 and a magnetizing direction thickness of 0.1 to 1 mm. The magnetic force generated by the permanent magnet 18 greatly affects the driving force of the direct acting actuator 2 of the present invention. In order to obtain a sufficient magnetic force with the above dimensions, it is preferable to use a strong rare earth magnet such as an Nd—Fe—B sintered magnet.

ステータ部１６及び補助ヨーク２０は鋼などの強磁性体からなり、０．０５〜０．２５ｍｍの厚さを有している。永久磁石１８は例えばエポキシ系の接着材あるいはハンダ、溶接等でステータ部１６に固定される。   The stator portion 16 and the auxiliary yoke 20 are made of a ferromagnetic material such as steel and have a thickness of 0.05 to 0.25 mm. The permanent magnet 18 is fixed to the stator portion 16 by, for example, an epoxy adhesive, solder, welding or the like.

コイル４には、銅線あるいはプリント配線板を用いる。コイル４は、その中心部において対向する永久磁石１８の磁極面に垂直な磁界を発生するように巻かれる。プリント配線板の場合は必要な磁力、即ち駆動力に応じて多層配線板を用いてもよい。コイル４のローター部１２への固定には、例えばエポキシ系の接着材などを用いる。コイル４への電力供給線（図示していない）は、直動型アクチュエータの揺動を妨げないよう若干のたわみを持たせた状態でステータ固定部６等に固定する。   For the coil 4, a copper wire or a printed wiring board is used. The coil 4 is wound so as to generate a magnetic field perpendicular to the magnetic pole face of the opposing permanent magnet 18 at the center thereof. In the case of a printed wiring board, a multilayer wiring board may be used according to a required magnetic force, that is, a driving force. For fixing the coil 4 to the rotor portion 12, for example, an epoxy adhesive is used. A power supply line (not shown) to the coil 4 is fixed to the stator fixing portion 6 and the like with a slight deflection so as not to prevent the swing of the direct acting actuator.

ステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４は鋼系のバネ材からなり、０．０２５〜０．５ｍｍ程度の厚さを有することが好ましく、より好ましくは０．０２５〜０．３ｍｍ程度の厚さを有する。磁気回路１６，１８，２０及びコイル４の発生する磁界を乱さない目的で非強磁性の鋼を用いることが好ましい。   The stator fixing part 6, the microbeams 8 and 10, and the parts 14 constituting the rotor part 12 are made of a steel-based spring material, and preferably have a thickness of about 0.025 to 0.5 mm, more preferably 0. It has a thickness of about 025 to 0.3 mm. Nonferromagnetic steel is preferably used for the purpose of not disturbing the magnetic fields generated by the magnetic circuits 16, 18, 20 and the coil 4.

図２に最もよく示されているように、１対のマイクロビーム８，１０はステータ固定部６側よりローター部１２側に伸び、一旦折れ曲がってステータ固定部６側に戻り、更に折れ曲がってローター部１２側に伸びたところでローター部１２を支持している。この構造は片側に３本の梁を配置することと同等の効果があり、１本の場合と比較して、直動型アクチュエータの駆動方向への弾性を高めながら、上下方向などに対しては高い剛性を維持できる。 As best shown in FIG. 2, the pair of microbeams 8 and 10 extend from the stator fixing portion 6 side to the rotor portion 12 side, bend once, return to the stator fixing portion 6 side, and further bend to the rotor portion. The rotor portion 12 is supported at a position extending to the 12 side. This structure has the same effect as the arrangement of three beams on one side. Compared to the case of one beam, while increasing the elasticity in the drive direction of the linear actuator, Ru can maintain a high rigidity.

図３に示されているように、本発明の直動型アクチュエータ２の駆動部は、一般的なボイスコイルモータと基本構造は同じである。永久磁石１８の作る磁界の中に置かれたコイル４に通電することで、ローレンツ力により矢印Ｘの方向にローター部１２が揺動する。   As shown in FIG. 3, the drive unit of the direct acting actuator 2 of the present invention has the same basic structure as a general voice coil motor. By energizing the coil 4 placed in the magnetic field created by the permanent magnet 18, the rotor portion 12 oscillates in the direction of the arrow X by Lorentz force.

マイクロビーム８，１０は、薄板をプレス加工あるいはエッチング加工により打ち抜いたあと、曲げ加工を施すことで作製される。その際の加工変形の様子は図４に例示されたようになる。まず、プレス加工あるいはエッチング加工により打ち抜いた後のステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４は、図４（ａ）のようなステータ固定部６とローター部１２とが両側端部においてそれぞれ長片８ａ，１０ａによって橋かけ、連結された基体１４’を用い、その長片８ａ，１０ａの線Ａで示す中間部をそれぞれ矢印Ｂに示すように約１８０°谷折りし、図４（ｂ）に示すようにステータ固定部６にローター部１２を重ねるようにする。次いで、このように折曲された長片８ａ，１０ａのうち、ローター部１２、連結側片８ａ’，１０ａ’の線Ｃを示す中間部をそれぞれ矢印Ｄに示すように約１８０°谷折りし、ステータ固定部６の先端縁とローター部１２の基端縁が互いに近接するようにする［図４（ｃ）］。更に、長片８ａ，１０ａを矢印Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈのように直角に谷折りすることによって、ステータ固定部６、マイクロビーム８，１０及びローター部１２を構成する部品１４を形成するものである［図４（ｄ）］。   The microbeams 8 and 10 are produced by punching a thin plate by pressing or etching and then bending. The state of processing deformation at that time is as illustrated in FIG. First, the stator fixing portion 6, the microbeams 8 and 10 and the parts 14 constituting the rotor portion 12 after being punched out by press working or etching processing are the stator fixing portion 6 and the rotor portion 12 as shown in FIG. Are bridged by long pieces 8a and 10a at both end portions, and are connected to each other by a base 14 ', and the intermediate portions indicated by line A of the long pieces 8a and 10a are folded at about 180 ° as indicated by arrows B. Then, as shown in FIG. 4B, the rotor portion 12 is overlapped with the stator fixing portion 6. Next, of the long pieces 8a and 10a bent in this way, the intermediate portion showing the line C of the rotor portion 12 and the connecting side pieces 8a ′ and 10a ′ is folded about 180 ° as indicated by the arrow D. The front end edge of the stator fixing portion 6 and the base end edge of the rotor portion 12 are made close to each other [FIG. 4 (c)]. Further, the long pieces 8a and 10a are vertically folded as indicated by arrows E, F, G, and H to form the stator fixing portion 6, the microbeams 8 and 10, and the component 14 constituting the rotor portion 12. [FIG. 4 (d)].

なお、曲げの順番はこれに限られるものではない。また、一連の加工を精度よく行うために、曲げ部に予め曲げ線を設けておいてもよい。   Note that the bending order is not limited to this. Further, in order to perform a series of processing with high accuracy, a bending line may be provided in advance in the bending portion.

ステータ部１６及び補助ヨーク２０に関しても薄板をプレス加工あるいはエッチング加工により打ち抜いたあと、曲げ加工を施すことで作製される。   The stator portion 16 and the auxiliary yoke 20 are also manufactured by punching a thin plate by pressing or etching and then bending.

図５を参照すると、本発明の第２実施形態の分解斜視図が示されている。本実施形態は、ステータ部２２にコイル２４を、ローター部２６に永久磁石２８を配したものであり、電力供給配線が必要であるコイル２４を揺動しないステータ部２２に置くことで、配線を簡素化できる。本実施形態の場合、ステータ固定部３０、マイクロビーム３２，３４及びローター部２６を構成する部品３６に強磁性体を用いることで磁気回路の効率は高くなる。別の方法として、永久磁石２８とローター部２６の間に強磁性体を用いた平板型ヨーク（図示していない）を設けてもよい。更に好ましくは、ステータ部２２、コイル２４及び永久磁石２８を囲むかたちでローター部２６に補助ヨーク３８を取り付ける。   Referring to FIG. 5, an exploded perspective view of the second embodiment of the present invention is shown. In the present embodiment, a coil 24 is disposed on the stator portion 22 and a permanent magnet 28 is disposed on the rotor portion 26. By placing the coil 24 that requires power supply wiring on the stator portion 22 that does not swing, wiring is performed. It can be simplified. In the case of this embodiment, the efficiency of a magnetic circuit becomes high by using a ferromagnetic material for the component 36 which comprises the stator fixing | fixed part 30, the microbeams 32 and 34, and the rotor part 26. FIG. As another method, a flat yoke (not shown) using a ferromagnetic material may be provided between the permanent magnet 28 and the rotor portion 26. More preferably, the auxiliary yoke 38 is attached to the rotor portion 26 so as to surround the stator portion 22, the coil 24, and the permanent magnet 28.

図６及び図７に本発明のアクチュエータの応用例として電磁式マニピュレータ４０の斜視図及び分解斜視図をそれぞれ示す。この電磁式マニピュレータ４０は２本のハンド４２，４４と直動型アクチュエータからなる。一方のハンド４２はステータ固定部６に固定される。もう一方のハンド４４はローター部１２に固定されており、こちらのハンドのみが動くことで０．２ｍｍ以下の物体を把持できる。この例におけるマニピュレータ４０のサイズは長さ１３ｍｍ、幅６ｍｍ、高さ１ｍｍであり、従来報告されている圧電方式及び光駆動方式のマニピュレータ（例えば長さ４５ｍｍ、幅３２ｍｍ、高さ１０ｍｍ）等と比較して、数分の１の大きさである。   6 and 7 show a perspective view and an exploded perspective view of an electromagnetic manipulator 40 as an application example of the actuator of the present invention, respectively. The electromagnetic manipulator 40 includes two hands 42 and 44 and a direct acting actuator. One hand 42 is fixed to the stator fixing portion 6. The other hand 44 is fixed to the rotor unit 12, and an object of 0.2 mm or less can be gripped by moving only this hand. The size of the manipulator 40 in this example is 13 mm in length, 6 mm in width, and 1 mm in height, which is compared with the conventionally reported piezoelectric and optically driven manipulators (for example, 45 mm in length, 32 mm in width, and 10 mm in height). And it is a fraction of the size.

本発明の第１実施形態の直動型アクチュエータの平面図である。It is a top view of the direct acting actuator of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態の直動型アクチュエータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the direct acting actuator of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態のステータ・ローター部付近の断面図である。It is sectional drawing of the stator rotor part vicinity of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態のステータ固定部、マイクロビーム及びローター部を構成する部品の加工変形例を示す斜視図であり、（ａ）は薄板をプレス加工あるいはエッチング加工により打ち抜いた状態、（ｂ）は（ａ）をＢ方向に曲げた状態、（ｃ）は（ｂ）をＤ方向に曲げた状態、（ｄ）は（ｃ）をＥ〜Ｈ方向に折り曲げた状態の図である。It is a perspective view which shows the process modification of the components which comprise the stator fixing | fixed part, micro beam, and rotor part of 1st Embodiment of this invention, (a) is the state which stamped the thin plate by press work or the etching process, (b ) Is a state in which (a) is bent in the B direction, (c) is a state in which (b) is bent in the D direction, and (d) is a state in which (c) is bent in the E to H directions. 本発明の第２実施形態の直動型アクチュエータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the direct acting actuator of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の直動型アクチュエータを用いたマニピュレータの斜視図である。It is a perspective view of the manipulator using the direct acting actuator of the present invention. 本発明の直動型アクチュエータを用いたマニピュレータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the manipulator using the direct acting actuator of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２ 直動型アクチュエータ
４ コイル
６ ステータ固定部
８，１０ マイクロビーム
１２ ローター部
１４ ステータ固定部、マイクロビーム及びローター部を構成する部品
１６ ステータ部
１８ 永久磁石
２０ 補助ヨーク
２２ ステータ部
２４ コイル
２６ ローター部
２８ 永久磁石
３０ ステータ固定部
３２，３４ マイクロビーム
３６ ステータ固定部、マイクロビーム及びローター部を構成する部品
３８ 補助ヨーク
４０ 電磁式マニピュレータ
４２ ハンド（固定）
４４ ハンド（可動）
４６ 補助ヨーク 2 Direct Acting Actuator 4 Coil 6 Stator Fixing Part 8, 10 Micro Beam 12 Rotor Part 14 Parts Constructing Stator Fixing Part, Micro Beam and Rotor Part 16 Stator Part 18 Permanent Magnet 20 Auxiliary Yoke 22 Stator Part 24 Coil 26 Rotor Part 28 Permanent magnet 30 Stator fixing part 32, 34 Micro beam 36 Parts constituting stator fixing part, micro beam and rotor part 38 Auxiliary yoke 40 Electromagnetic manipulator 42 Hand (fixing)
44 hands (movable)
46 Auxiliary yoke

Claims (6)

幅×長さが１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである小型の直動型アクチュエータであって、ステータ部と、このステータ部に一端が固定され、かつ他端側に曲げ加工によって成形された金属性マイクロビームによって揺動可能に支持されたローター部が設けられた部品とを備え、
該部品が、ステータ固定部とマイクロビームとローター部とを備えると共に、プレス加工又はエッチング加工により打ち抜いて形成され、かつステータ固定部とローター部とが両側端部においてそれぞれ長片によって橋かけ、連結された基体を用い、前記長片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部にローター部を重ねるようにし、次いで、折曲された長片のうち、ローター部、連結側片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部の先端縁とローター部の基端縁が互いに近接するようにし、更に、長片をそれらの両側縁に沿って直角に谷折りすることによって形成されてなり、
１対のマイクロビームが、ステータ固定部側よりローター部側に伸び、一旦折れ曲がってステータ固定部側に戻り、更に折れ曲がってローター部側に伸びたところでローター部を支持するように形成されると共に、ステータ部の両側に一対に配置されてローター部を支持し、両側のマイクロビームにはさまれた平面に平行でマイクロビームの長手方向に垂直な駆動方向に対してステータ部とローター部との間に発生した駆動力で十分に変位し、その他の方向には高い剛性を有するように構成されており、
ステータ部に永久磁石、ローター部にコイルを、又はステータ部にコイル、ローター部に永久磁石を配置して、永久磁石の形成する磁界中でコイルに電流を流すことによりマイクロビームに変位を発生させ、ローター部を揺動させるように構成したことを特徴とする直動型アクチュエータ。 A small linear motion actuator having a width x length of 1 mm x 1 mm to 10 mm x 10 mm and a height of 0.1 mm to 5 mm, the stator part having one end fixed to the stator part, and the other end side And a component provided with a rotor portion swingably supported by a metallic micro beam formed by bending.
The component includes a stator fixing portion, a micro beam, and a rotor portion, and is formed by stamping by pressing or etching, and the stator fixing portion and the rotor portion are bridged and connected by long pieces at both side ends. The intermediate portion of each of the long pieces is valley-folded by 180 °, and the rotor portion is overlapped with the stator fixing portion. Then, among the bent long pieces, the intermediate portion between the rotor portion and the connecting side piece. Each section is 180 ° -folded so that the leading edge of the stator fixing part and the base end edge of the rotor part are close to each other, and the long piece is valley-folded at right angles along both side edges. And
A pair of microbeams are formed so as to extend from the stator fixing portion side to the rotor portion side, bend once and return to the stator fixing portion side, and further bend and extend to the rotor portion side so as to support the rotor portion, A pair of rotors are arranged on both sides of the stator unit to support the rotor unit, and between the stator unit and the rotor unit with respect to the driving direction parallel to the plane sandwiched between the microbeams on both sides and perpendicular to the longitudinal direction of the microbeam. It is configured to be sufficiently displaced by the driving force generated in, and to have high rigidity in other directions,
Displacement is generated in the microbeam by passing a current through the coil in the magnetic field formed by the permanent magnet by arranging a permanent magnet in the stator and a coil in the rotor, or a coil in the stator and a permanent magnet in the rotor. A direct acting actuator characterized in that the rotor portion is swung. 幅×長さが１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである小型のアクチュエータであって、ステータ固定部とマイクロビームとコイル又は永久磁石が配置されたローター部とを有する部品と、永久磁石又はコイルが配置されたステータ部とを備え、
前記永久磁石とコイルとは永久磁石及びステータ部を含む磁気回路内で僅かなギャップを保ちながら対向するように配置され、
該部品が、プレス加工又はエッチング加工により打ち抜いて形成され、かつステータ固定部とローター部とが両側端部においてそれぞれ長片によって橋かけ、連結された基体を用い、前記長片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部にローター部を重ねるようにし、次いで、折曲された長片のうち、ローター部、連結側片の中間部をそれぞれ１８０°谷折りし、ステータ固定部の先端縁とローター部の基端縁が互いに近接するようにし、更に、長片をそれらの両側縁に沿って直角に谷折りすることによって形成されてなり、
１対のマイクロビームが、ステータ固定部側よりローター部側に伸び、一旦折れ曲がってステータ固定部側に戻り、更に折れ曲がってローター部側に伸びたところでローター部を支持するように形成されると共に、ステータ部の両側に一対に配置されてローター部を支持し、両側のマイクロビームにはさまれた平面に平行でマイクロビームの長手方向に垂直な駆動方向に対してステータ部とローター部との間に発生した駆動力で十分に変位し、その他の方向には高い剛性を有するように構成されており、
永久磁石の作る磁界の中に置かれたコイルに通電することで、ローレンツ力により左右方向にローター部が揺動することを特徴とする直動型アクチュエータ。 A small actuator having a width x length of 1 mm x 1 mm to 10 mm x 10 mm and a height of 0.1 mm to 5 mm, and includes a stator fixing portion, a micro beam, and a rotor portion in which a coil or a permanent magnet is arranged. Comprising a component and a stator part in which permanent magnets or coils are arranged,
The permanent magnet and the coil are arranged to face each other while maintaining a slight gap in a magnetic circuit including the permanent magnet and the stator portion,
The component is formed by stamping or etching, and the stator fixing portion and the rotor portion are bridged by long pieces at both end portions, respectively. 180 ° valley fold, and the rotor portion overlaps the stator fixing portion, and then, among the bent long pieces, the rotor portion and the intermediate portion of the connecting side piece are each 180 ° valley folded, and the tip of the stator fixing portion The edge and the base edge of the rotor part are close to each other, and further, the long piece is formed by valley folding at right angles along both side edges,
A pair of microbeams is formed to extend from the stator fixing portion side to the rotor portion side, bend once and return to the stator fixing portion side, and further bend and extend to the rotor portion side so as to support the rotor portion, A pair of rotors are arranged on both sides of the stator unit to support the rotor unit, and between the stator unit and the rotor unit with respect to the driving direction parallel to the plane sandwiched between the microbeams on both sides and perpendicular to the longitudinal direction of the microbeam. It is configured to be sufficiently displaced by the driving force generated in, and to have high rigidity in other directions,
A direct acting actuator characterized in that the rotor part swings in the left-right direction by Lorentz force by energizing a coil placed in a magnetic field created by a permanent magnet. 前記マイクロビームは、ステータ固定部及びローター部と一体であり、０．０２５〜０．５ｍｍの金属板を打ち抜き及び曲げ加工により作製されることを特徴とする請求項１又は２記載の直動型アクチュエータ。 3. The direct acting type according to claim 1, wherein the micro beam is integrated with a stator fixing portion and a rotor portion, and is produced by punching and bending a metal plate of 0.025 to 0.5 mm. Actuator. 前記ステータ部が強磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。 Linear motion actuator of any one of claims 1 to 3, characterized in that the stator unit is made of a ferromagnetic material. 前記ローター部が強磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。 Linear motion actuator of any one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor part is made of a ferromagnetic material. 磁気回路を形成させるために、前記ローター部を挟んで前記ステータ部と対向する位置に補助ヨークが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の直動型アクチュエータ。 To form a magnetic circuit, the linear motion actuator of any one of claims 1 to 5, characterized in that the auxiliary yoke at a position opposed to the stator portion across the rotor portion is attached .
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