JP6895153B2 - 羽ばたき機構 - Google Patents
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Description
そこで、ジョイントピンに弾性ヒンジを用いて摩擦の影響を抑制する機構が採用され、その具体例が例えば非特許文献1に記載されている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、摩擦の抑制及び構造の簡素化を図ることが可能な変位変換装置を備えた羽ばたき機構を提供することを目的とする。
この変位変換装置において、変位Pが角変位Qに変換されることを図1、図2(A)、(B)を参酌して説明する。
ここで、第1部材12及び第2部材13の長手方向に平行な軸をx軸、x軸に対し垂直な軸をz軸とし、x軸及びz軸に対して垂直な軸をy軸とする。
変位部14が、図2(A)に示すように、移動体18と共に連結体11から離れる方向(xの負の方向)に直線的に移動すると、第1部材12の変位部14と第1接続部15の間及び第2部材13の固定部16と第2接続部17の間に曲げ変形が生じる。第2接続部17には、第2部材13のたわみ量であるy軸方向の変位uyに加え、x軸方向の変位uxが生じる。変位部14のx軸方向の変位は変位uxと略同一である。
図3に示すように、本発明に適用される変位変換装置20は、外部から力を与えられて変位する変位部21の変位Pを、角変位Qに変換する装置であって、連結体22と、変位部21を有し連結体22に連結された板材23(第1部材の一例)と、固定された固定部24を有し連結体22に連結された板材25(第2部材の一例)を備えている。以下、詳細に説明する。
板材25は、x軸方向一端に、図示しない部材に取り付けられて固定された固定部24を有し、x軸方向他側(即ち、固定部24まで距離を有する部分)に第2接続部27を具備し、第2接続部27は連結体22の他方の面側(第1接続部26が接合された面の反対側)に接合されている(即ち、取り付けられている)。
そして、図4の点線は、変位部21に力を与える外部の部材に圧電バイモルフ(圧電アクチュエータの一例)を採用したとして、圧電バイモルフの出力変位と発生力(圧電バイモルフが板材23に対して与える力)の関係を表わし、この関係は、以下の式1において、荷重0のときの出力変位(1a)と変位0のときの発生力(1b)間の線形関係から得たものである。
図4の実線及び点線の交点から、圧電バイモルフが変位部21を変位できる変位量は171μmであることが分かる。
図5(A)、(B)に示す結果より、第2接続部27に171μm(=変位Pの変位量)より大きいy軸方向の変位量645μmが生じること、並びに、連結体22がx軸から一側及び他側にそれぞれ約45°回転する(いわゆる大回転する)角変位Qが確認された。
まず、図6(A)に示すように、板状の支持層(本実施の形態では、単結晶シリコン)28の上に設けられた板状の犠牲層(本実施の形態では銅)29の上に、板材23の基となるポリイミド層30を形成し、ポリイミド層30の露光、アルカリ液による現像を順に行い、ポリイミド層30の不要な領域を取り除いて板材23を形成する。
x軸、y軸、z軸がそれぞれ他の2つの軸に垂直であり、y軸が上下方向に配されているとして、羽ばたき機構40は、図7〜図9に示すように、x軸方向に長い板状の翼駆動部41、翼駆動部41に連結されたz軸方向に長い枠状の支持部材42と、両端がそれぞれ翼駆動部41のx軸方向中央及び支持部材42のz軸方向一端部に連結されたz軸方向に長い圧電バイモルフ(駆動源の一例)43を備えている。図7では、圧電バイモルフ43の記載を省略している。
翼駆動部41は、図7〜図9に示すように、薄板材45に連続して形成された薄板材49、薄板材49に下側から当接する厚板材50、厚板材50からx軸方向に距離を有した位置で薄板材49に下側から当接し、厚板材44に連続して形成された厚板材51、厚板材50の上方で薄板材49に上側から当接する厚板材52、厚板材52に上側から当接するx軸方向に長い薄板材53、x軸方向に間隔を空けて設けられ、薄板材53に上側から当接する厚板材54、55、56、及び、厚板材56の下位置で薄板材53に下側から当接する厚板材57(移動体の一例)を備えている。圧電バイモルフ43の一端は厚板材57に連結されている。厚板材54、55はそれぞれ厚板材52、51の上方に配され、薄板材49、53の間には厚板材52の厚み分の隙間が設けられている。そして、厚板材50、51、52、54、55、56、及び薄板材49、53によって、変位変換装置39(変位変換装置A)が構成されている。
厚板材55、60は角変位Qを大きくする効果を持つが製作を容易にするため取り除いてもよい。
薄板材45、49、58は同一高さに配され、薄板材47、53、63は同一高さに配され、薄板材45、47、49、53、58、63の厚みは等しい。厚板材44、46、48、50、51、52、54、55、56、57、59、60、61、62、64、65の厚みは薄板材45、47、49、53、58、63の厚みの3〜5倍である。
例えば、第1部材、第2部材及び連結体がポリイミドである必要はなく、シリコン等であってもよい。また、第1部材、第2部材及び連結体が全て同一の素材である必要はなく、例えば、第1部材及び第2部材がポリイミドで、連結体がシリコンであってもよい。
Claims (2)
- (1)駆動源と、
(2)前記駆動源に連結され、該駆動源の作動によって左右に往復動する移動体と、
(3)連結体Aと、前記移動体に連結され該移動体と共に左右に往復動する変位部Aを有し、該変位部Aまで距離を有する第1接続部Aが前記連結体Aに取り付けられ、水平配置された第1部材Aと、固定された固定部Aを有し、該固定部Aまで距離を有する第2接続部Aが前記連結体Aに取り付けられ、前記第1部材Aの下方で水平配置された第2部材Aとを備え、前記変位部Aの変位によって、前記第1部材Aの前記変位部Aから前記第1接続部Aまでの領域、及び、前記第2部材Aの前記固定部Aから前記第2接続部Aまでの領域が弾性変形により曲がり、前記第2接続部Aに角変位が生じる変位変換装置Aと、
(4)連結体Bと、前記移動体に連結され該移動体と共に左右に往復動する変位部Bを有し、該変位部Bまで距離を有する第1接続部Bが前記連結体Bに取り付けられ、水平配置された第1部材Bと、固定された固定部Bを有し、該固定部Bまで距離を有する第2接続部Bが前記連結体Bに取り付けられ、前記第1部材Bの上方で水平配置された第2部材Bとを備え、前記変位部Bの変位によって、前記第1部材Bの前記変位部Bから前記第1接続部Bまでの領域、及び、前記第2部材Bの前記固定部Bから前記第2接続部Bまでの領域が弾性変形により曲がり、前記第2接続部Bに角変位が生じる変位変換装置Bとを備え、
前記変位変換装置A、B及び前記移動体の全体は、前記駆動源の作動によって、前記移動体を中心にして両側が上側に反った状態と下側に反った状態を繰り返すことを特徴とする羽ばたき機構。 - 請求項1記載の羽ばたき機構において、前記駆動源を除いた部分は、上下方向に重ねられた複数の板材からなり、該複数の板材は、同一高さに配された該板材が同じ厚みであることを特徴とする羽ばたき機構。
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