JP6082494B1 - Actuator - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供する。【解決手段】バネ性を有する駆動方向変換部を備えるアクチュエータに圧電素子を組み込むことで、正確な変位を対象物に与えた状態で、電圧の供給を止めても所定時間内にその変位を維持することができる。【選択図】図1An actuator is provided that realizes fixing of an article to a desired jig or the like with precise positioning using simple parts. By incorporating a piezoelectric element into an actuator having a drive direction conversion section having spring properties, the displacement is maintained within a predetermined time even when the supply of voltage is stopped with an accurate displacement applied to the object. can do. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、アクチュエータに関する。より詳細には、目的となる物品に対し、正確な変位量の変位を与えるアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator. More specifically, the present invention relates to an actuator that gives an accurate displacement amount to a target article.
工場等の製造現場において、製造対象となる物品を、所定の治具に固定して、ベルトコンベア等の搬送装置で搬送したい場合がある。治具における物品の固定方法は、バネ性を有する部材を用いる、電磁石を用いる等、様々な方法が考えられる。 In a manufacturing site such as a factory, there is a case where an article to be manufactured is fixed to a predetermined jig and transported by a transport device such as a belt conveyor. As a method for fixing the article in the jig, various methods such as using a member having a spring property or using an electromagnet can be considered.
特許文献1には、本発明に一部関係すると思われる技術として、圧電素子を用いたアクチュエータ及びこれを用いた位置決め装置の技術内容が開示されている。 Patent Document 1 discloses the technical contents of an actuator using a piezoelectric element and a positioning device using the same as a technique that seems to be partly related to the present invention.
例えば、半導体ウェハを搬送用治具に固定した上で、平面上の位置を微調整する等、物品を治具に固定させるだけでなく、精緻な位置決めを要求する用途がある。
単に物品を治具に固定させるだけであれば、バネや電磁石等、所望の力を発生する手段を用いればよい。しかし、物品に対し、単純に治具に固定させるだけでなく、精緻な位置決めを伴う場合、前述のバネや電磁石では、位置決めを実現することができない。
For example, there are uses that not only fix the article to the jig but also require precise positioning, such as fine adjustment of the position on the plane after the semiconductor wafer is fixed to the transfer jig.
If the article is simply fixed to the jig, means for generating a desired force such as a spring or an electromagnet may be used. However, in addition to simply fixing the article to the jig, if it is accompanied by precise positioning, positioning cannot be realized with the aforementioned spring or electromagnet.
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an actuator that realizes fixation with precise positioning of an article to a desired jig or the like using simple parts.
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、電圧源から接続及び切断が可能な圧電素子と、圧電素子を圧入され、圧電素子の変位に連れて長手方向に変位する第一駆動体と、第一駆動体の両側面に設けられ、第一駆動体の、長手方向の変位を、長手方向に直交する方向の変位に変換する第二駆動体と、第二駆動体の一辺に固定されて対象物に変位を与える天板と、第二駆動体の他辺に固定されて対象物に変位を与える底板とを具備する。 In order to solve the above-described problems, an actuator of the present invention includes a piezoelectric element that can be connected and disconnected from a voltage source, a first driver that is press-fitted with the piezoelectric element and is displaced in the longitudinal direction as the piezoelectric element is displaced. A second driving body that is provided on both side surfaces of the first driving body and converts a displacement in the longitudinal direction of the first driving body to a displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and is fixed to one side of the second driving body. A top plate that applies displacement to the object, and a bottom plate that is fixed to the other side of the second driver and applies displacement to the object.
本発明により、簡単な部品を用いて、物品を所望の治具等に、精緻な位置決めを伴う固定を実現する、アクチュエータを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide an actuator that realizes fixing with precise positioning of an article to a desired jig or the like using simple parts.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
[第一の実施形態:アクチュエータ101の外観と構成]
図1は、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ101の外観斜視図である。
図2は、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ101の分解斜視図である。
図3Aは、圧電素子が圧入された第一駆動体の外観斜視図である。
図3Bは、第一駆動体を第二駆動体で挟み込んだ状態の外観斜視図とである。
図4は、第二駆動体を天板及び底板で挟み込んだ状態の外観斜視図である。
図2、図3A、図3B及び図4は、アクチュエータ101の組立工程を説明する図でもある。
なお、図面の都合上、八角形で描かれている穴は、実際は円形である。
[First Embodiment: Appearance and Configuration of Actuator 101]
FIG. 1 is an external perspective view of an
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
FIG. 3A is an external perspective view of the first drive body into which the piezoelectric element is press-fitted.
Figure 3B is a perspective view of a sandwiched state of the first driving member by the second driver.
FIG. 4 is an external perspective view of a state in which the second driving body is sandwiched between the top plate and the bottom plate.
2, FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 4 are also diagrams for explaining the assembly process of the
For convenience of drawing, the hole drawn in an octagon is actually a circle.
図1に示すように、アクチュエータ101は、薄い平板状の形状である。リード線102に電圧を印加すると、第二駆動体103、104が変形する。この第二駆動体103、104の変形によって、天板105が紙面の上方向に、底板106が紙面の下方向に僅かに駆動される。
図2に示すように、アクチュエータ101は、中心に配置される第一駆動体201の両脇に、面対称に形成された第二駆動体103、104がそれぞれ配置され、第二駆動体103、104の両側面にそれぞれ天板105と底板106が配置される。そして、第一駆動体201のスロット201a、201bに圧入される圧電素子202a、202bを除く全てのパーツが、ステンレスで形成されている。なお、アクチュエータ101を構成する材料は、剛性と弾性を有することが求められる。したがって、ステンレスの他、クロムモリブデン鋼等が利用可能な材料として考えられる。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the
図2及び図3Aに示すように、先ず、圧電素子202a、202bは第一駆動体201のスロット201a、201bに圧入される。
第一駆動体201は、電圧を印加された圧電素子202a、202bが変形した際に生じる力を、自身の変形として反映させ、第二駆動体103、104に伝達する。
As shown in FIGS. 2 and 3A, first, the
The
図3A及び図3Bに示すように、第一駆動体201の脇に設けられる、ネジ穴である中心穴201c、第一駆動穴201d、第二駆動穴201e、第三駆動穴201f、第四駆動穴201gは、それぞれ第二駆動体103の中心穴103c、第一駆動穴103d、第二駆動穴103e、第三駆動穴103f、第四駆動穴103gに対応する位置に存在する。
同様に、第一駆動体201の、紙面から見えない反対側にも、中心穴201c、第一駆動穴201d、第二駆動穴201e、第三駆動穴201f、第四駆動穴201gと同じ位置にネジ穴が設けられている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a
Similarly, on the opposite side of the
また、第二駆動体103と対になっている第二駆動体104にも、第二駆動体103の中心穴103c、第一駆動穴103d、第二駆動穴103e、第三駆動穴103f、第四駆動穴103gと同じ位置にネジ穴が設けられている。すなわち、第二駆動体103、104は、第一駆動体201に上述のネジ穴を通じて、図示しないネジにてネジ止めされる。
そして、図4に示すように、第二駆動体103、104の両側面には、天板105及び底板106が図示しないネジにてネジ止めされる。こうして、第二駆動体103、104は、第一駆動体201の、アクチュエータ101の長手方向の変形を、上下方向の変形に変換し、天板105及び底板106に伝達する。
Further, the
As shown in FIG. 4, the
[第一の実施形態:第一駆動体201の構造]
図5Aは、第一駆動体201の上面図である。図5Bは、第一駆動体201の一部拡大図である。図5Cは、第一駆動体201の、圧電素子202a、202bによって歪が生じた状態における一部拡大図である。なお、実際には図5Cに示すような大幅な変位は生じないが、理解を容易にするために大きな変位が生じた状態を示している。
図5A及び図5Bに示すように、第一駆動体201の中心からやや離れた、スロット201a、201bに近い位置には、圧電素子202a、202bの変形に追従するための、切り込み201h、201i、201j、201k、201l、201mが形成されている。これらの切り込み201h、201i、201j、201k、201l、201mによって、板バネ201n、201o、201p、201qが設けられている。
[First Embodiment: Structure of First Driver 201]
FIG. 5A is a top view of the
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, in the positions close to the
圧電素子202a、202b(図4参照)に電圧が印加されると、圧電素子202a、202bは第一駆動体201の長手方向に伸びる方向にて変形する。すると、図5Bから図5Cに示すように、切り込みによって形成された板バネ201n、201o、201p、201qが弾性変形する。このようにして、第一駆動体201の全長は、圧電素子202a、202bによって伸びる。
なお、図3Aに示すように、第一駆動体201の側面には、ネジ穴である中心穴201c、第一駆動穴201d、第二駆動穴201e、第三駆動穴201f、第四駆動穴201gの5個のネジ穴が設けられており、同様に、紙面から見えない反対側にも5個のネジ穴が設けられている。そして、これら10個のネジ穴に、図示しないネジを用いて第二駆動体103、104が固定されている。これにより、第一駆動体201に生じた変形は、ネジを通じて第二駆動体103、104に伝達される。
When a voltage is applied to the
As shown in FIG. 3A, on the side surface of the
[第一の実施形態:第二駆動体104の構造]
これより、第二駆動体104の構造について説明する。第二駆動体103は第二駆動体104と構造が同じなので、図6A乃至図6Eでは第二駆動体104のみ説明する。
図6Aは、第二駆動体104の正面図である。図6Bは、第二駆動体104の中心近傍部分の一部拡大図である。図6Cは、第二駆動体104の中心近傍部分の、圧電素子202a、202bによって歪が生じた状態を示す一部拡大図である。図6Dは、第二駆動体104の端部近傍部分の一部拡大図である。図6Eは、第二駆動体104の端部近傍部分の、圧電素子202a、202bによって歪が生じた状態を示す一部拡大図である。なお、実際には図6C及び図6Eに示すような大幅な変位は生じないが、理解を容易にするために大きな変位が生じた状態を示している。
[First Embodiment: Structure of Second Driver 104]
The structure of the
FIG. 6A is a front view of the
図6A、図6B及び図6Dに示すように、第二駆動体104には、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部104h、104i、104j、104k、104l、104m、104n、104oが設けられている。駆動方向変換部104h、104i、104j、104k、104l、104m、104n、104oの両端は、切削加工によって薄肉化され、この薄肉化された箇所で弾性変形が生じる。また、第二駆動体103と同様に、第一駆動体201の穴に対応する位置に、中心穴104c、第一駆動穴104d、第二駆動穴104e、第三駆動穴104f、第四駆動穴104gが設けられている。
As shown in FIGS. 6A, 6B, and 6D, the
前述の通り、第一駆動体201は、第二駆動体103、104とネジによって固定されている。圧電素子202a、202bによって第一駆動体201に伸びる変形が生じると、ネジを通じて第二駆動体104にも駆動力が伝達する。図6Bにおいて、第一駆動体201から発生した駆動力は、中心穴104cが設けられている中心部104pから、第一駆動穴104dが設けられている第一駆動部104qとの間の距離が離れる方向に伝達する。すると、図6Bから図6Cに示すように、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部104h、104iが、その両端の薄肉化された箇所で弾性変形する。また図6Dから図6Eに示すように、切削加工によって形成された、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部104j、104kが、その両端の薄肉化された箇所で弾性変形する。そして、長手方向の変位が上下方向の変位に変換される。
このようにして、第二駆動体103、104は第一駆動体201の駆動力によって、天板支持部104rと底板支持部104sが上下方向に広がる。
As described above, the
Thus, the
本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ101の最大の特徴は、長手方向に伸縮する圧電素子202a、202bの駆動方向を直角方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させる、この第二駆動体103、104にある。圧電素子202a、202bは高電圧を印加することで強力な力を持つ変位をするが、その変位量は極めて小さい。そこで、第二駆動体103、104に設けられた、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部が、変位方向を直交方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させている。
例えば、第二駆動体103、104は、圧電素子202a、202bの変位量を凡そ15倍に増大させる。この変換により、逆に駆動力は1/15倍に減少する。
The greatest feature of the
For example, the
[第一の実施形態:アクチュエータ101の使用方法]
図7は、アクチュエータ駆動装置701のブロック図である。アクチュエータ駆動装置701は、一般的なパソコンに、簡単な回路を追加することで実現できる。
アクチュエータ駆動装置701の一部を構成するパソコンは、バス702に接続された、CPU703、ROM704、RAM705、ハードディスク装置やフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ706、液晶ディスプレイ等の表示部707、キーボードやマウス等の操作部708を備える。バス702にはこれらの他、シリアルインターフェース709(図7中「シリアルI/F」と略記)が接続されており、このシリアルインターフェース709から、PWMドライバ710にPWM+パルスとPWM−パルスが供給される。
[First Embodiment: Method of Using Actuator 101]
FIG. 7 is a block diagram of the actuator driving device 701. The actuator driving device 701 can be realized by adding a simple circuit to a general personal computer.
A personal computer constituting a part of the actuator driving device 701 includes a
図8は、PWMドライバ710の回路図である。
PWMドライバ710には、アクチュエータ101に組み込まれている圧電素子202a、202bと、これに並列接続される平滑コンデンサC804が、コネクタ805とケーブル806を通じて接続されている。
シリアルインターフェース709から出力されるPWM+パルスは、Pチャネル型MOSFET801(以下「PMOSFET」と略)のゲートに印加される。ソースがスイッチング電源711に接続されるPMOSFET801は、スイッチング電源711に対するハイサイドスイッチとして機能する。
シリアルインターフェース709から出力されるPWM−パルスは、Nチャネル型MOSFET802(以下「NMOSFET」と略)のゲートに印加される。NMOSFET802のドレインは、電流制限抵抗R803に接続されている。電流制限抵抗R803の他方の端子は、PMOSFET801のドレインに接続されている。NMOSFET802は、平滑コンデンサC804及び圧電素子202a、202bに対するローサイドスイッチとして機能する。
FIG. 8 is a circuit diagram of the
The PWM + pulse output from the
The PWM-pulse output from the
なお、PWMドライバ710におけるNMOSFET802及びPMOSFET801は一般的な使用例であるが、必ずしもこれに限られない。例えば、PMOSFET801の代わりにNMOSFETにスイッチング電源711が出力する電圧より高いゲート電圧を印加することで、スイッチング電源711のオン・オフを制御させてもよい。
Note that the
PWMドライバ710に印加するPWM+パルスのデューティ比とPWM+パルスの出力時間を制御することで、圧電素子202a、202bに印加される電圧を上下させることが可能になる。周知のように、圧電素子202a、202bは印加される電圧に概ね比例した変位量を示す。圧電素子202a、202bに印加される電圧を調節できる、ということは、アクチュエータ101の変位量を調節できることを意味する。
PWMドライバ710には、アクチュエータ101の変位量と、PWM+パルスのデューティ比と出力時間を記した図示しないテーブルが、アクチュエータ駆動装置701の不揮発性ストレージ706に格納されている。アクチュエータ駆動装置701は、操作部708からユーザの操作を受けて、テーブルから所望のPWM+パルスのデューティ比と出力時間を選択し、適切に調整されたPWM+パルスをPWMドライバ710に供給する。
By controlling the duty ratio of the PWM + pulse applied to the
In the
一旦、アクチュエータ駆動装置701によってPWM+パルスをPWMドライバ710に供給し、アクチュエータ101に所望の変位を起こしたら、次にケーブル806をコネクタ805から抜いて、アクチュエータ駆動装置701とアクチュエータ101との電気的接続を切断する。圧電素子202a、202bは容量性負荷であり、内部抵抗が極めて大きい。圧電素子202a、202bは、数μFのコンデンサと概ね等価である。このため、一旦、圧電素子202a、202bに電圧をかけて変位させて、電圧の印加を止めても、圧電素子202a、202bは暫くその変位を維持する。
アクチュエータ101は、電圧の印加を止めても変位を維持できるので、そのまま精緻な変位を加えた物品を自由に移動させたり、姿勢を変化させたり、回転させたり等、様々な取り扱いが可能になる。
Once the actuator driving device 701 supplies the PWM + pulse to the
Since the
圧電素子202a、202bの変位を解除する場合は、再びケーブル806をコネクタ805に接続して、アクチュエータ駆動装置701とアクチュエータ101と電気的接続を再開する。そして、アクチュエータ駆動装置701によってPWM−パルスをPWMドライバ710に供給する。すると、NMOSFET802と電流制限抵抗R803を通じて、圧電素子202a、202bと平滑コンデンサC804に蓄積されている電荷が放電されることで、アクチュエータ101の変位が元に戻る。
When releasing the displacement of the
[第一の実施形態:圧電素子の変位保持特性]
以下に、圧電素子が電圧の印加を止めても変位を維持する様子を実験した結果を記す。
図9Aは、圧電素子単体にDC100Vを印加した後、電圧の印加を止めて、その変位を時間経過と共に観察した表である。圧電素子の変位はレーザ変位計を用いて計測した。数値の単位はμmである。表の一方「0」は圧電素子単体であり、表の他方「4.7μ×3」は、圧電素子に4.7μFの高耐圧型電解コンデンサを3個並列に接続したものである。
図9Bは、図9Aの表に基づく折れ線グラフである。縦軸は変位量であり、横軸は時間である。図9B中、実線は圧電素子単体であり、破線は電解コンデンサを並列接続したものである。
図9A及び図9B電圧の印加を止めた後、30秒での変化は、最大変位量の約4%程度であることが判った。
そして、この変位量の低下は、電荷をバックアップするコンデンサを並列に接続する事によって、約2%の変化に抑える事ができることも判った。
[First embodiment: Displacement holding characteristics of piezoelectric element]
The results of an experiment on how the piezoelectric element maintains the displacement even when the application of voltage is stopped will be described below.
FIG. 9A is a table in which, after applying
FIG. 9B is a line graph based on the table of FIG. 9A. The vertical axis is the amount of displacement, and the horizontal axis is time. In FIG. 9B, the solid line is a single piezoelectric element, and the broken line is an electrolytic capacitor connected in parallel.
It was found that the change in 30 seconds after the application of the voltages in FIGS. 9A and 9B was about 4% of the maximum displacement.
It was also found that this decrease in displacement can be suppressed to a change of about 2% by connecting a capacitor for backing up the charge in parallel.
以上の結果から、圧電素子の変位は、適用されるアプリケーションにおいて許容される変位の減少量あるいは減少率や、並列接続するコンデンサの容量により、数十秒から数分程度保持することが可能である。
図9Bのグラフを見て判るように、適用されるアプリケーションにおいて許容される変位の減少量あるいは減少率次第では、ごく短い時間であれば、圧電素子202a、202bにコンデンサを並列接続しなくてもよい。すなわち、平滑コンデンサC804は必須ではない。
From the above results, the displacement of the piezoelectric element can be maintained for several tens of seconds to several minutes depending on the amount or rate of displacement reduction allowed in the application to be applied and the capacity of capacitors connected in parallel. .
As can be seen from the graph of FIG. 9B, depending on the amount of reduction or rate of displacement allowed in the applied application, it is not necessary to connect capacitors in parallel to the
[第二の実施形態:第二駆動体1004の構造]
図10は、本発明の第二の実施形態に係る、アクチュエータ101に使用する第二駆動体1004の外観斜視図である。
前述の通り、本発明の第一の実施形態に係るアクチュエータ101の最大の特徴は、長手方向に伸縮する圧電素子202a、202bの駆動方向を直角方向に変換すると共に、変位量を大幅に増大させる第二駆動体103、104にある。駆動方向の変換と変位量の増大は、第二駆動体103、104に設けられた、両端にバネ性を有するパンタグラフ形状の駆動方向変換部により実現する。
駆動方向の変換と変位量の増大は、パンタグラフ形状に限られない。図10に示す第二の実施形態では、第一の実施形態とは異なる第二駆動体103、104の別の形態を説明する。
[Second Embodiment: Structure of Second Driver 1004]
FIG. 10 is an external perspective view of the
As described above, the greatest feature of the
The conversion of the driving direction and the increase of the displacement amount are not limited to the pantograph shape. In the second embodiment shown in FIG. 10, another form of the
図11Aは、本発明の第二の実施形態に係る第二駆動体1004の正面図である。図11Bは、第二駆動体1004の一部拡大図である。図11Cは、第二駆動体1004の、駆動方向変換部の拡大図である。図11Dは、第二駆動体1004の、駆動方向変換部の動作原理図である。
第一の実施形態の第二駆動体103に対応する、本発明の第二の実施形態に係る第二駆動体は、第一の実施形態と同様に、第二駆動体1004と面対称であるので、説明を省略する。
FIG. 11A is a front view of a
The second driving body according to the second embodiment of the present invention corresponding to the
図11A、図11B及び図11Cに示す第二駆動体1004の、第一の実施形態の第二駆動体104との相違点は、駆動方向変換部が鋼球を用いたボールベアリングで構成されている点である。
第一駆動体201が圧電素子202a、202bによって伸びる変形が生じると、ネジを通じて第二駆動体1004にも駆動力が伝達する。
図11Aに示す、中心穴1004aと第一駆動穴1004bは、第一の実施形態と同様に、第一駆動体201によって広がる方向に駆動力が加わる。第一駆動体201から発生した駆動力は、中心穴1004aが設けられている底板支持部1004dから、第一駆動穴1004bが設けられている第一押圧部1004eとの間の距離が離れる方向に伝達する。
The
When the
A driving force is applied to the
第一押圧部1004eと底板支持部1004dとの間には、切削加工によって形成された薄板支持体1004iが形成されている。第一駆動体201から発生した駆動力は、薄板支持体1004iを弾性変形させ、第一押圧部1004eは底板支持部1004dから離れる方向(図11Bの左側)に移動する。
なお、第二駆動穴1004cが設けられている第二押圧部1004fにおいても、第一押圧部1004eと同様の機械的変化が生じる。これ以降は第一押圧部1004e及び第一天板支持部1004gについて詳述し、第二天板支持部1004hの説明を省略する。
A
Note that the same mechanical change as that of the first
図11Cに示すように、第一押圧部1004eと第一天板支持部1004gとの間には、第一駆動球1005と第二駆動球1006が収納される駆動溝1004jが設けられている。底板支持部1004dと第一天板支持部1004gとの間には、第一規制球1007と第二規制球1008が収納される規制溝1004kが設けられている。駆動溝1004jは、中心穴1004aと第一駆動穴1004bの中心を通過する直線に対し垂直の方向から、図11Cにおいて右側に4°、傾斜している一方、規制溝1004kは、中心穴1004aと第一駆動穴1004bの中心を通過する直線に対し垂直に形成されており、駆動溝1004jのような傾斜はない。
第一押圧部1004eが図11Bの左側へ変位すると、駆動溝1004jに収納され、第一押圧部1004eの先端に押さえつけられている第一駆動球1005と第二駆動球1006が、第一天板支持部1004gを紙面の上方向へ変位させる。
As shown in FIG. 11C, a drive groove 1004j in which the
When the first
図11Dは、図11Cをより単純化した、動作原理の説明図である。
第一駆動球1005と第二駆動球1006に密着している駆動溝1004jの、第一天板支持部1004gの接触部分には、垂直方向に対して4°の傾斜が設けられている。
第一規制球1007と第二規制球1008に密着している、規制溝1004kの、第一天板支持部1004gの接触部分は、垂直方向と平行であり、傾斜は設けられていない。
FIG. 11D is an explanatory diagram of the operating principle, which is a more simplified version of FIG. 11C.
The drive groove 1004j that is in close contact with the
The contact portion of the
今、第一押圧部1004eが紙面右側から左方向へ変位すると、第一天板支持部1004gには、第一駆動球1005と第二駆動球1006から力が加わると共に、第一規制球1007と第二規制球1008によって横方向への移動が制限される。このため、第一天板支持部1004gは、第一駆動球1005と第二駆動球1006と、第一規制球1007と第二規制球1008によって絞り出されるように、図11Dの上方向に移動する。
このようにして、第二駆動体1004は第一駆動体201の駆動力によって上下方向に広がる。
When the first
In this way, the
もし、第一駆動球1005と第二駆動球1006のうち片方がないと、第一天板支持部1004gには回転力が発生してしまい、正しく垂直に駆動されない。第一規制球1007と第二規制球1008のうち片方がない場合でも同様である。
第二の実施形態に係る第二駆動体1004における駆動方向変換部は、図11C及び図11Dに示す、底板支持部1004d、第一押圧部1004e、第一天板支持部1004g、第一駆動球1005と第二駆動球1006、第一規制球1007と第二規制球1008よりなる。
If one of the
The drive direction conversion unit in the
第一の実施形態に係る第二駆動体104の駆動方向変換部は、パンタグラフ形状による駆動方向の変換機能と、力の印加がなくなった際に元の状態に戻る弾性変形機能が一体化している。構造が単純で実現し易いが、可動部分にせん断応力による破断を考慮した設計が必要になる。
これに対し、第二の実施形態に係る第二駆動体1004の駆動方向変換部は、ボールベアリングによる駆動方向の変換機能のみ有し、力の印加がなくなった際に元の状態に戻る弾性変形機能は薄板支持体1004iによって完全に分けられている。第二の実施形態に係る第二駆動体1004は、部品点数が第一の実施形態に係る第二駆動体104より増える一方、せん断応力を考慮する必要がないので、第一の実施形態より堅牢であり、設計も容易である。
第二の実施形態に係る第二駆動体1004も、第一の実施形態に係る第二駆動体103、104と同様に、圧電素子202a、202bの変位量を凡そ15倍に増大させる。この変換により、逆に駆動力は1/15倍に減少する。
The drive direction conversion unit of the
On the other hand, the driving direction conversion part of the
The
本発明の実施形態では、アクチュエータを開示した。
圧電素子は印加する電圧に対し、極めて微小ではあるが、概ね電圧に比例した変位をする。そして、その変位力は強力であり、また容量性負荷であるが故に電圧の印加を止めても暫く変位を維持することが判った。そこで、バネ性を有する駆動方向変換部を備えるアクチュエータに圧電素子を組み込むことで、正確な変位を対象物に与えた状態で、電圧の供給を止めても所定時間内にその変位を維持することができる。
In the embodiment of the present invention, an actuator has been disclosed.
The piezoelectric element is very small with respect to the applied voltage, but is displaced in proportion to the voltage. It was found that the displacement force is strong and the displacement is maintained for a while even if the voltage application is stopped because of the capacitive load. Therefore, by incorporating a piezoelectric element in an actuator having a drive direction conversion unit having spring properties, the displacement can be maintained within a predetermined time even when the supply of voltage is stopped with an accurate displacement applied to the object. Can do.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other modifications and application examples are provided without departing from the gist of the present invention described in the claims. including.
101…アクチュエータ、102…リード線、103、104…第二駆動体、104h、104j…駆動方向変換部、104p…中心部、104q…第一駆動部、104r…天板支持部、104s…底板支持部、105…天板、106…底板、201…第一駆動体、201a…スロット、201n…板バネ、202a、202b…圧電素子、701…アクチュエータ駆動装置、702…バス、703…CPU、704…ROM、705…RAM、706…不揮発性ストレージ、707…表示部、708…操作部、709…シリアルインターフェース、710…PWMドライバ、711…スイッチング電源、801…PMOSFET、802…NMOSFET、R803…電流制限抵抗、C804…平滑コンデンサ、805…コネクタ、806…ケーブル、1004…第二駆動体、1004d…底板支持部、1004e…第一押圧部、1004f…第二押圧部、1004g…第一天板支持部、1004h…第二天板支持部、1004i…薄板支持体、1004j…駆動溝、1004k…規制溝、1005…第一駆動球、1006…第二駆動球、1007…第一規制球、1008…第二規制球
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧電素子を圧入され、前記圧電素子の変位に連れて長手方向に変位する第一駆動体と、
前記第一駆動体の両側面に設けられ、前記第一駆動体の、前記長手方向の変位を、前記長手方向に直交する方向の変位に変換する第二駆動体と、
前記第二駆動体の一辺に固定されて対象物に変位を与える天板と、
前記第二駆動体の他辺に固定されて対象物に変位を与える底板と
を具備するアクチュエータ。 A piezoelectric element that can be connected and disconnected from a voltage source;
A first driving body that is press-fitted with the piezoelectric element and is displaced in the longitudinal direction in accordance with the displacement of the piezoelectric element;
A second driving body provided on both side surfaces of the first driving body, for converting the displacement in the longitudinal direction of the first driving body into a displacement in a direction perpendicular to the longitudinal direction;
A top plate that is fixed to one side of the second driving body and applies displacement to the object;
An actuator comprising: a bottom plate fixed to the other side of the second driver to give displacement to the object.
前記第一駆動体の変位を受けると共に前記底板が固定される、前記第一駆動体の前記長手方向の変位に対し直交する方向に形成される規制溝を形成する底板支持部と、
前記底板支持部に切削加工によって形成され、バネ性を有する薄板支持体と、
前記薄板支持体に支持され、前記第一駆動体の変位を受ける、傾斜角を有する駆動溝を形成する押圧部と、
前記底板支持部に切削加工によって形成され、前記押圧部と共に前記第一駆動体の変位を受ける前記駆動溝を形成し、前記底板支持部と共に前記規制溝を形成し、前記天板が固定される天板支持部と、
前記駆動溝に収納され、前記押圧部から発生する駆動力を前記天板支持部に伝達する、駆動方向の変換に寄与する第一駆動球と、
前記駆動溝に収納され、前記第一駆動球と共に前記押圧部から発生する駆動力を前記天板支持部に伝達する、駆動方向の変換に寄与する第二駆動球と、
前記規制溝に収納され、前記天板支持部の駆動を規制する第一規制球と、
前記規制溝に収納され、前記第一規制球と共に前記天板支持部の駆動を規制する第二規制球と
を具備する、請求項1に記載のアクチュエータ。 The second driver is
A bottom plate support that forms a regulating groove formed in a direction perpendicular to the displacement in the longitudinal direction of the first driver, wherein the bottom plate is fixed while receiving the displacement of the first driver;
A thin plate support formed by cutting on the bottom plate support, and having a spring property;
A pressing portion that is supported by the thin plate support and receives a displacement of the first driving body and forms a driving groove having an inclination angle;
The bottom plate support portion is formed by cutting, forms the drive groove that receives the displacement of the first drive body together with the pressing portion, forms the regulation groove together with the bottom plate support portion, and fixes the top plate A top plate support,
Housed in the driving groove, for transmitting a driving force generated from the pressing portion to the top plate supporting portion, a first drive balls contribute to the conversion of the driving direction,
A second driving sphere that is housed in the driving groove and transmits the driving force generated from the pressing portion together with the first driving sphere to the top plate support portion, and contributes to conversion of the driving direction;
A first regulating ball that is housed in the regulating groove and regulates the driving of the top plate support;
2. The actuator according to claim 1, further comprising a second restriction ball that is housed in the restriction groove and restricts driving of the top plate support portion together with the first restriction ball.
請求項1に記載のアクチュエータ。
The second drive body has a pantograph-shaped drive direction conversion portion formed by cutting and having spring properties at both ends.
The actuator according to claim 1.
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