JPH06143163A - Micro-displacement mechanism - Google Patents

Micro-displacement mechanism

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Publication number
JPH06143163A
JPH06143163A JP4295152A JP29515292A JPH06143163A JP H06143163 A JPH06143163 A JP H06143163A JP 4295152 A JP4295152 A JP 4295152A JP 29515292 A JP29515292 A JP 29515292A JP H06143163 A JPH06143163 A JP H06143163A
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JP
Japan
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bimorph
arm
displacement
voltage
elements
Prior art date
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Pending
Application number
JP4295152A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Murai
誠一郎 村井
Ryoichi Suzuki
亮一 鈴木
Noboru Takasu
登 高須
Hisataka Komatsu
久高 小松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4295152A priority Critical patent/JPH06143163A/en
Publication of JPH06143163A publication Critical patent/JPH06143163A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements

Abstract

PURPOSE:To perform complicated movement by using a small part and the less number of parts by providing at least a plurality of displacement elements along the longitudinal direction of a flexible core. CONSTITUTION:First and third bimorph elements 3, 4, and 5 in the shape of a band plate are laminated to the first-third sides 2a-2c, crossing each other at an angle of 60 deg., of a core 2 formed of a flexible material, such as rubber, throughout the overall length in a longitudinal direction of the core 2. The first-third bimorph elements 3-5 are strained by a given amount in the directions of two surfaces according to an applied voltage. Thus, by applying a given voltage on the second bimorph element 4, a tip part is displaced in a direction shown by an arrow mark (a). Further, by applying a voltage on the first and second bimorph elements 3 and 4, it is displaced in a direction shown by an arrow mark (b).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えばバイモルフ素
子等の変位素子を使用した微小変位機構、例えばマニュ
ピレ−タ、クランプ装置、マイクロマシン(尺取虫機
構)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a minute displacement mechanism using a displacement element such as a bimorph element, for example, a manipulator, a clamp device, and a micromachine (measurement mechanism).

【0002】[0002]

【従来の技術】板状の変位素子であるバイモルフ素子(b
imorph element) は、古くから精密機械工学の分野で変
位拡大機構等に広く用いられているもので、反対方向に
分極した2枚の圧電素子を中間に金属を挟んで張り合わ
せ、この金属を一方の端子とし上記圧電素子の外面に付
けた電極をつないで他方の端子とした素子である。バイ
モルフ素子は、上記端子に電圧を印加することで所定の
方向に撓む性質を有する。
2. Description of the Related Art A bimorph element (b
The imorph element) has been widely used in the field of precision mechanical engineering for a long time in the field of precision mechanical engineering, and two piezoelectric elements polarized in opposite directions are stuck together with a metal sandwiched between them. The element is used as a terminal by connecting an electrode attached to the outer surface of the piezoelectric element to the other terminal. The bimorph element has the property of bending in a predetermined direction when a voltage is applied to the terminal.

【0003】このバイモルフ素子が応用される機構とし
ては、リレ−、ファン、CCDスイング撮像機構、オ−
トフォ−カス機構等があるが、アクチュエ−タ、マニュ
ピレ−タへの応用は現在のところ少ない。
Mechanisms to which this bimorph element is applied include relays, fans, CCD swing image pickup mechanisms, and oars.
Although it has a to-focus mechanism, its application to actuators and manipulators is small at present.

【0004】バイモルフ素子を用いた機構は、積層形変
位素子を用いた機構に比べて変位量が大きくとれるとは
いっても、通常数百μm〜数mmであり、アクチュエ−
タ、マニュピレ−タの駆動要素としては不十分だからで
ある。
Although the mechanism using the bimorph element can take a large amount of displacement as compared with the mechanism using the laminated displacement element, it is usually several hundred μm to several mm.
This is because it is not sufficient as a driving element for a computer and a manipulator.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、盛んに
研究が行われているいわゆるマイクロマシンの分野で
は、取り扱う部品自体が小型、軽量であること、また、
動かす速さや動かす量もそれ程大きくないこと等、バイ
モルフ素子の特徴がうまく適合しており、今後、この分
野でバイモルフ素子を使用したアクチュエ−タやマニュ
ピレ−タ等の微小変位機構の研究が進展するものと思わ
れる。
However, in the field of so-called micromachines, which have been actively researched in recent years, the parts themselves to be handled are small and lightweight, and
The characteristics of the bimorph element are well suited, such as the moving speed and the moving amount are not so large, and in the future, research on minute displacement mechanisms such as actuators and manipulators using bimorph elements will progress in this field. It seems to be.

【0006】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、バイモルフ素子等の板状の変位素子を適用
した微小変位機構を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a minute displacement mechanism to which a plate-shaped displacement element such as a bimorph element is applied.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の手段
は、可撓性の芯材と、この芯材に、この芯材の長手方向
に沿って設けられた少なくとも3以上の板状の変位素子
とを具備することを特徴とするものである。
The first means of the present invention is to provide a flexible core member and at least three plate-like members provided on the core member along the longitudinal direction of the core member. And a displacement element.

【0008】第2の手段は、棒状のア−ムと、このア−
ムの先端部の外面に、一部を固着して巻着され、電圧を
印加することで上記ア−ムの径方向外側に開き、このア
−ムに外挿された部品をクランプする板状の変位素子と
を具備することを特徴とするものである。
The second means is a rod-shaped arm and this arm.
A plate-shaped part that is fixedly wound around the outer surface of the front end of the arm, opens outward in the radial direction of the arm by applying a voltage, and clamps the part externally inserted in the arm. And a displacement element of the above.

【0009】第3の手段は、長手方向中途部に圧電素子
を具備し、軸方向に伸縮可能に設けられた軸部と、この
軸部の軸方向両端部に一部を固着して巻着され、電圧が
印加されることで、この軸部の径方向外側に開く第1、
第2の板状の変位素子とを具備することを特徴とするも
のである。
A third means is provided with a piezoelectric element at a midway portion in the longitudinal direction, and is provided with a shaft portion which is capable of expanding and contracting in the axial direction, and a part of which is secured to both axial ends of the shaft portion and wound. Then, when a voltage is applied, the shaft portion opens outward in the radial direction of the shaft portion.
And a second plate-shaped displacement element.

【0010】[0010]

【作用】第1の手段によれば、所定の板状の変位素子を
作動させることで、芯材を任意の方向に変形させること
ができる。第2の構成によれば、板状の変位素子を作動
させることで、外挿された部品をクランプすることがで
きる。
According to the first means, the core member can be deformed in an arbitrary direction by operating a predetermined plate-shaped displacement element. According to the second configuration, the extrapolated component can be clamped by operating the plate-shaped displacement element.

【0011】第3の構成によれば、第1、第2の板状の
変位素子および圧電素子を所定の順序で作動させること
で、尺取り虫動作を行うことができ、管内を走行するこ
とができる。
According to the third structure, by actuating the first and second plate-shaped displacement elements and the piezoelectric element in a predetermined order, it is possible to perform a worm insect action and to travel in the pipe. .

【0012】[0012]

【実施例】以下、この発明の第1〜第3の各実施例を図
1〜図8を参照して説明する。まず、第1の実施例の微
小変位機構であるマニュピレ−タ1について図1〜図4
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the manipulator 1 which is the minute displacement mechanism of the first embodiment is shown in FIGS.
Will be described with reference to.

【0013】図1(a)中2は、このマニュピレ−タ1
の芯材である。この芯材2は、例えば幅約1〜2mm、
長さ5〜10mm程度の三角柱形状のもので、可撓性の
例えばゴムなどで形成されている。
Reference numeral 2 in FIG. 1 (a) indicates this manipulator 1.
It is the core material. The core material 2 has, for example, a width of about 1 to 2 mm,
It has a triangular prism shape with a length of about 5 to 10 mm, and is formed of flexible material such as rubber.

【0014】この芯材2の、互いに60°をなす第1〜
第3の側面2a〜2cには、それぞれ、この芯材の長手
方向全長に亘って帯板形状の第1〜第3のバイモルフ素
子3、4、5が貼付されている。これら第1〜第3のバ
イモルフ素子3〜5は、印加される電圧に応じて、両面
方向に所定量歪曲するようになっている。
The first to the first of the core material 2 forming an angle of 60 ° with each other
Band-shaped first to third bimorph elements 3, 4, and 5 are attached to the third side surfaces 2a to 2c, respectively, over the entire length in the longitudinal direction of the core material. These first to third bimorph elements 3 to 5 are designed to be distorted by a predetermined amount in both surface directions according to the applied voltage.

【0015】したがって、例えば上記第2のバイモルフ
素子4に所定電圧を印加することで、図1(b)に示す
ように先端部は矢印(イ)方向に変位する。また、上記
第1、第2のバイモルフ素子3、4に電圧を印加すれ
ば、矢印(ロ)で示す方向に変位する。
Therefore, for example, by applying a predetermined voltage to the second bimorph element 4, the tip portion is displaced in the direction of arrow (a) as shown in FIG. 1 (b). Further, when a voltage is applied to the first and second bimorph elements 3 and 4, the bimorph elements are displaced in the direction indicated by the arrow (B).

【0016】また、この発明のマニュピレ−タ1は、上
記芯材2および第1〜第3のバイモルフ素子3〜5とで
構成されるものを1ユニットとして使用する。例えば、
1ユニットのマニュピレ−タ1の使用方法として、図2
に示すようなものが考えられる。
Further, the manipulator 1 of the present invention uses, as one unit, the one composed of the core material 2 and the first to third bimorph elements 3 to 5. For example,
As a method of using the one-unit manipulator 1, FIG.
The following is possible.

【0017】すなわち、このマニュピレ−タ1の芯材2
の一端に、第4のバイモルフ素子6を用いたハンド部7
を設ける。そして、上記芯材2の他端は、基板8に固定
し、この基板8上に、上記第1〜第4のバイモルフ素子
3〜6から延出された端子9…を形成する。この基板8
に形成された各端子9…は、図示しない制御部および電
源に接続される。次に、この機構の動作について説明す
る。
That is, the core material 2 of this manipulator 1
The hand part 7 using the fourth bimorph element 6 at one end of the
To provide. Then, the other end of the core material 2 is fixed to the substrate 8, and the terminals 9 ... Extending from the first to fourth bimorph elements 3 to 6 are formed on the substrate 8. This board 8
Each of the terminals 9 ... Next, the operation of this mechanism will be described.

【0018】例えば、上記第2のバイモルフ素子4に電
圧を印加し、第1、第3のバイモルフ素子3、5に電圧
を印加しない場合には、先端部は図に矢印(イ)で示す
方向に変位する。このとき、上記第4のバイモルフ素子
6を作動させ部品10を握持すれば、この部品10を運
ぶことが可能である。
For example, when a voltage is applied to the second bimorph element 4 but no voltage is applied to the first and third bimorph elements 3 and 5, the tip portion is in the direction indicated by the arrow (a) in the figure. Is displaced to. At this time, if the fourth bimorph element 6 is operated and the component 10 is gripped, the component 10 can be carried.

【0019】また、第1、第2のバイモルフ素子3、4
に電圧を印加し、第3のバイモルフ素子5には電圧を印
加しない場合には、図に矢印(ロ)で示す方向に変位す
る。このように、第1〜第3のバイモルフ素子3〜5を
制御することで、長手方向の伸縮運動も含めて7自由度
の運動が可能になる。
Further, the first and second bimorph elements 3, 4
When a voltage is applied to the third bimorph element 5 and no voltage is applied to the third bimorph element 5, the element is displaced in the direction indicated by the arrow (b) in the figure. In this way, by controlling the first to third bimorph elements 3 to 5, movement with 7 degrees of freedom including expansion and contraction movement in the longitudinal direction becomes possible.

【0020】また、この実施例では、上記芯材2の第1
〜第3の側面2a〜2cにそれぞれ、第1〜第3のバイ
モルフ素子3、4、5を貼付したが、これに限定される
ものではなく、例えば、1つの側面に、幅方向に2分割
された2つのバイモルフ素子を貼付するようにしても良
い。
In addition, in this embodiment, the first of the core material 2 is
~ The first to third bimorph elements 3, 4, 5 are attached to the third side faces 2a to 2c, respectively, but the present invention is not limited to this, and for example, one side face is divided into two in the width direction. You may make it adhere | attach the two bimorph elements mentioned above.

【0021】すなわち、図3に1´で示すように、上記
芯材2の第1〜第3の側面2a〜2cに、それぞれ2つ
ずつ合計6個の第1〜第6のバイモルフ素子12〜17
を設けることも可能である。
That is, as indicated by reference numeral 1'in FIG. 3, a total of six first to sixth bimorph elements 12 to 2 are provided on each of the first to third side surfaces 2a to 2c of the core member 2. 17
It is also possible to provide.

【0022】このようなマニュピレ−タ1´は、図3に
示すように、先端に第7のバイモルフ素子18で構成さ
れるハンド部7´が設けられ、他端は基板8に固定され
る。そして、この基板8に上記第1〜第7のバイモルフ
素子11〜18から導出されたリ−ドおよびこのリ−ド
の端部に端子19…を設ける。
As shown in FIG. 3, such a manipulator 1'is provided with a hand portion 7'consisting of a seventh bimorph element 18 at its tip, and the other end is fixed to a substrate 8. Then, the leads derived from the first to seventh bimorph elements 11 to 18 are provided on the substrate 8 and terminals 19 are provided at the ends of the leads.

【0023】このような機構によれば、図2に示す機構
と同じ運動の他、例えば、第1、第3、第5のバイモル
フ素子12、14、16を作動させることで、図に矢印
(ハ)で示すような捩れ運動をさせることも可能で、図
2に示した機構では行えなかった上記部品10を回転さ
せる動作を行うことができる。
According to such a mechanism, in addition to the same movement as the mechanism shown in FIG. 2, for example, the first, third, and fifth bimorph elements 12, 14, 16 are actuated so that arrows ( It is also possible to make a twisting motion as shown in (c), and it is possible to perform an operation of rotating the component 10 which cannot be performed by the mechanism shown in FIG.

【0024】また、この第1、第3、第5のバイモルフ
素子12、14、16に印加する電圧のバランスを変え
ることで、屈曲しながら捩れるような運動をも行わせる
ことができる。したがって、このようなマニュピレ−タ
1´によれば、長手方向の伸縮運動、捩れ運動を含めて
21自由度の運動が可能になる。
Further, by changing the balance of the voltages applied to the first, third and fifth bimorph elements 12, 14, 16, it is possible to perform a motion such as bending and twisting. Therefore, according to such a manipulator 1 ', it is possible to perform a movement of 21 degrees of freedom including a stretching movement and a twisting movement in the longitudinal direction.

【0025】また、この実施例では、図2、図3に上記
マニュピレ−タ1、1´を1ユニットだけ用いた機構を
示したが、このマニュピレ−タ1、1´(1ユニット)
を長手方向に複数ユニット連結してさらに複雑な運動を
行わせることも可能である。また、このマニュピレ−タ
1を間接部に用いた機構を構成することもできる。
In this embodiment, a mechanism using only one unit of the above-mentioned manipulators 1 and 1'is shown in FIGS. 2 and 3, but the manipulators 1 and 1 '(1 unit) are shown.
It is also possible to connect a plurality of units in the longitudinal direction to perform a more complicated motion. Also, a mechanism using the manipulator 1 as an indirect part can be constructed.

【0026】このような構成によれば、小さな部品でか
つ少ない部品点数で、複雑な運動を行わせることがで
き、かつ屈曲部にベアリングなどの摺動部品を用いるこ
とが必要ないので機械の小型化に伴う摩擦や、部品成形
等の問題がなくなる効果がある。したがって、マイクロ
マシンの分野に適応可能な微小変位装置を得ることがで
きる効果がある。
With such a structure, it is possible to perform a complicated motion with a small number of parts and a small number of parts, and since it is not necessary to use a sliding part such as a bearing in the bent portion, the size of the machine can be reduced. There is an effect that problems such as friction and molding of parts due to the aging are eliminated. Therefore, there is an effect that it is possible to obtain a minute displacement device adaptable to the field of micromachines.

【0027】なお、この第1の実施例では、芯材2とし
て三角形状のものを用いたが、円柱状のものであっても
良い。また、三角形以上の多角形断面を有する芯材を用
いて、各面にそれぞれバイモルフ素子を貼付するように
しても良い。
In the first embodiment, the core material 2 has a triangular shape, but it may have a cylindrical shape. Alternatively, a bimorph element may be attached to each surface by using a core material having a polygonal cross section of a triangle or more.

【0028】また、上記芯材2の材料としてゴムを用い
たが、これに限定されるものではなく、可撓性の材質な
らば他の材料であっても良い。また、上記芯材に、強化
繊維を埋設して弾性率に異方性を持たせるようにしても
良い。このようにすれば、強化繊維の設けられている方
向の弾性率は高く、その他の方向の弾性率は低くなるの
で、この本体の特性を生かして、図2に示すようなマニ
ュピレ−タ1であっても捩じれ運動をさせることが可能
になる。
Although rubber is used as the material of the core material 2, the material is not limited to this, and any other material may be used as long as it is a flexible material. Further, reinforcing fibers may be embedded in the core material so that the elastic modulus has anisotropy. By doing so, the elastic modulus in the direction in which the reinforcing fibers are provided is high and the elastic modulus in the other directions is low. Therefore, by utilizing the characteristics of this main body, the manipulator 1 as shown in FIG. Even if there is, it becomes possible to make a twisting motion.

【0029】また、上記第1の実施例では、バイモルフ
素子3〜5を芯材2の外面に貼着していたが、これに限
定されるものではなく、例えば上記バイモルフ素子3〜
5を芯材2の表面に露出させず、この芯材2内に埋設す
るようにしても良い。
In the first embodiment, the bimorph elements 3 to 5 are attached to the outer surface of the core material 2. However, the present invention is not limited to this. For example, the bimorph elements 3 to 5 are used.
The core 5 may not be exposed on the surface of the core 2 and may be embedded in the core 2.

【0030】また、この第1の実施例では、例として、
図2、図3に部品10を搬送するマニュピレ−タ1、1
´を挙げたが、これに限定されるものではない。図4に
示すように、内部に光ファイバ15を挿通し、この光フ
ァイバ15の先端を上記マニュピレ−タ1の先端面に露
出させるようにしても良い。このことで、例えば管内や
体腔内で光ファイバ15の視野を自由に変化させること
ができる機構を得られる効果がある。
In the first embodiment, as an example,
2 and 3, the manipulators 1, 1 for conveying the component 10 are shown in FIG.
'Is mentioned, but the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 4, the optical fiber 15 may be inserted inside and the tip of the optical fiber 15 may be exposed at the tip surface of the manipulator 1. As a result, there is an effect that a mechanism capable of freely changing the visual field of the optical fiber 15 in a tube or a body cavity can be obtained.

【0031】次に第2の実施例を図5〜図7を参照して
説明する。この第2の実施例の微小変位機構は、例えば
上述のマニュピレ−タ1の先端に上記一実施例のハンド
部7の代わりに取着され、円筒形状の微小部品をクラン
プするクランプ装置である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The micro-displacement mechanism of the second embodiment is, for example, a clamp device that is attached to the tip of the manipulator 1 instead of the hand portion 7 of the above-mentioned embodiment and clamps a cylindrical micro-part.

【0032】図5に示すように、このクランプ装置20
は、棒状のア−ム21を具備する。このア−ム21の図
示しない基端部は例えば上述のマニュピレ−タ1の先端
に上記ハンド部7の代わりに固定される。そして、この
ア−ム21の先端部には、バイモルフ素子22が巻着さ
れている。このバイモルフ素子22は、図6(a)に示
すように、Aで示す部分のみ上記ア−ム21の外面に固
定されている。そして、電圧が印加されることで、この
バイモルフ素子22の両端部は、図6(b)に示すよう
に、このア−ム21から離間し開くように変位する。
As shown in FIG. 5, this clamping device 20
Has a bar-shaped arm 21. A base end portion (not shown) of the arm 21 is fixed to, for example, the tip end of the manipulator 1 instead of the hand portion 7. A bimorph element 22 is wound around the tip of the arm 21. As shown in FIG. 6 (a), the bimorph element 22 is fixed to the outer surface of the arm 21 only at the portion indicated by A. When a voltage is applied, both ends of the bimorph element 22 are displaced so as to be separated from the arm 21 and open, as shown in FIG. 6 (b).

【0033】したがってこのクランプ装置20は、図5
に示すように、上記ア−ム21の先端部を円筒状の部品
24内に挿入させた後、上記バイモルフ素子22を変位
させることで、図6(b)に示すように、このバイモル
フ素子22の両端を用いて上記部品24を内側からクラ
ンプすることができる。
Therefore, this clamp device 20 is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the bimorph element 22 is displaced by inserting the tip of the arm 21 into the cylindrical component 24 and then displacing the bimorph element 22, as shown in FIG. 6B. Both ends of can be used to clamp the part 24 from the inside.

【0034】このようなクランプ装置20によれば、通
常のクランプ装置に比べて円筒状の部品24の保持が容
易になると共に、この円筒状の部品24の軸線は、上記
ア−ム21の軸線と平行になるので、この円筒部品24
の位置決めが容易になる。また、上記バイモルフ素子2
2の両端の変位量は比較的大きいため、製造上、シビア
な精度は要求されない。さらに、上記クランプされる円
筒状の部品24の内径に変更があっても、上記バイモル
フ素子22の両端が当接可能ならば、有効にクランプす
ることができる。
According to the clamp device 20 as described above, the cylindrical part 24 can be held more easily than the ordinary clamp device, and the axis line of the cylindrical part 24 is the axis line of the arm 21. Since it will be parallel to
Positioning becomes easy. In addition, the bimorph element 2
Since the amount of displacement at both ends of 2 is relatively large, no severe accuracy is required in manufacturing. Further, even if the inner diameter of the clamped cylindrical component 24 is changed, it can be effectively clamped if both ends of the bimorph element 22 can contact.

【0035】なお、この実施例では、バイモルフ素子2
2の幅方向中途部Aを上記ア−ム21に固着したが、こ
れに限定されるものではない。例えば、この図7(a)
に示すように、バイモルフ素子22´の一端部Bを上記
ア−ム21の外面に固着してこのバイモルフ素子22´
を巻着するようにしても良い。
In this embodiment, the bimorph element 2
The widthwise middle portion A of No. 2 is fixed to the arm 21, but the present invention is not limited to this. For example, in FIG. 7 (a)
As shown in FIG. 1, one end B of the bimorph element 22 'is fixed to the outer surface of the arm 21 to secure the bimorph element 22'.
May be wrapped around.

【0036】この場合には、図6(b)に示すように、
このバイモルフ素子22´の他端部を、上記部品24の
内面に当接させることで、この部品24をクランプする
ようにする。このような構成であっても、上記第2の実
施例と同様の効果を奏することが可能である。
In this case, as shown in FIG.
The other end of the bimorph element 22 'is brought into contact with the inner surface of the component 24 so that the component 24 is clamped. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the second embodiment.

【0037】次に、第3の実施例を図8を参照して説明
する。この第3の実施例の微小変位機構は、軸方向両端
部に上記第2の実施例のクランプ装置と略同じ構成のク
ランプ装置を2つ具備したような構成で(20a、20
b)、この第1、第2のクランプ装置20a、20bを
交互に作動させつつ、この第1、第2のクランプ装置2
0a、20b間の距離を伸縮させることで、管26内を
進行することができるマイクロマシン27である。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The micro-displacement mechanism of the third embodiment has a structure such that two clamp devices having substantially the same structure as the clamp device of the second embodiment are provided at both ends in the axial direction (20a, 20a).
b), the first and second clamp devices 2 while alternately operating the first and second clamp devices 20a and 20b.
It is a micromachine 27 that can travel in the pipe 26 by expanding and contracting the distance between 0a and 20b.

【0038】すなわち、このマイクロマシン27は、軸
部28を有する。この軸部28の長さ方向中途部には、
電圧が印加されることでこの軸部28の長手方向に伸縮
する圧電素子29が設けられている。したがって、この
軸部28は、上記圧電素子29に所定の電圧が印加され
ることで、両端部28a、28b間の距離を変化させ
る。
That is, the micromachine 27 has a shaft portion 28. In the middle part in the length direction of the shaft portion 28,
A piezoelectric element 29 that expands and contracts in the longitudinal direction of the shaft portion 28 when a voltage is applied is provided. Therefore, the shaft portion 28 changes the distance between the both end portions 28a and 28b by applying a predetermined voltage to the piezoelectric element 29.

【0039】また、この軸部28の両端部28a、28
bには、上記第2の実施例と同様に、一部をこの軸部2
8の外面に固着させて巻着された第1、第2のバイモル
フ素子30、31が設けられている。この第1、第2の
バイモルフ素子30、31および上記軸部28の両端部
28a、28bは、外挿された管26をクランプ可能な
第1、第2のクランプ装置20a、20bを構成してい
る。次に、このマイクロマシン27の走行動作について
説明する
Further, both end portions 28a, 28 of the shaft portion 28 are
In b, as in the second embodiment, a part of the shaft portion 2
There are provided first and second bimorph elements 30 and 31 fixedly wound around the outer surface of 8. The first and second bimorph elements 30 and 31 and both end portions 28a and 28b of the shaft portion 28 constitute first and second clamp devices 20a and 20b capable of clamping the pipe 26 inserted. There is. Next, the traveling operation of the micromachine 27 will be described.

【0040】このマイクロマシン27は、例えば内径5
mmの管26内に挿入され、この管26内を走行する。
まず、進行方向後ろ側に設けられた上記第2のクランプ
装置20bを作動させ、管26をクランプする。つい
で、上記圧電素子29を伸長させ、上記第1のクランプ
装置20aを管26内で進行させる。
The micromachine 27 has, for example, an inner diameter of 5
It is inserted in a tube 26 of mm and runs in this tube 26.
First, the second clamp device 20b provided on the rear side in the traveling direction is operated to clamp the pipe 26. Then, the piezoelectric element 29 is extended and the first clamp device 20 a is advanced in the tube 26.

【0041】次に、この第1のクランプ装置20aを作
動させ、上記管26をクランプさした後、上記第2のク
ランプ機構20bのクランプを解除し、上記圧電素子2
9を縮小させれば、上記第2のクランプ装置20bも管
26内を進行する。
Next, the first clamp device 20a is operated to clamp the pipe 26, and then the second clamp mechanism 20b is released from the clamp, and the piezoelectric element 2 is released.
If 9 is reduced, the second clamp device 20b also advances in the pipe 26.

【0042】このような動作を繰り返すことで、このマ
イクロマシン27は、管26内を尺取虫のように進行す
ることが可能である。また、このマイクロマシンの用途
としては、管26内で光ファイバを搬送する等が考えら
れる。
By repeating such an operation, the micromachine 27 can move in the tube 26 like a worm. Moreover, as an application of this micromachine, it is possible to convey an optical fiber in the tube 26.

【0043】このような構成によれば、簡単な構成で、
管26内を進行可能なマイクロマシン27を得ることが
できる。また、このマイクロマシン27は、上記第1、
第2のバイモルフ素子30、31の変位量が比較的大き
いので、走行可能な管の内径が厳密に限定されるもので
はなく、その使用可能範囲が広いという効果もある。
According to such a structure, with a simple structure,
It is possible to obtain the micromachine 27 that can advance in the tube 26. In addition, the micromachine 27 includes the first,
Since the displacement amount of the second bimorph elements 30 and 31 is relatively large, the inner diameter of the pipe that can run is not strictly limited, and there is also an effect that the usable range is wide.

【0044】なお、上記一実施例では、板状の圧電素子
としてバイモルフ素子を用いたが、モノモルフ素子、ユ
ニモルフ素子やマルチモルフ素子を用いるようにしても
同様の効果を得ることが可能である。
In the above embodiment, the bimorph element is used as the plate-shaped piezoelectric element, but the same effect can be obtained by using a monomorph element, a unimorph element or a multimorph element.

【0045】[0045]

【発明の効果】この発明の第1の構成は、可撓性の芯材
と、この芯材に、この芯材の長手方向に沿って設けられ
た少なくとも3以上の板状の変位素子とを具備するもの
である。
The first structure of the present invention includes a flexible core member and at least three or more plate-like displacement elements provided on the core member along the longitudinal direction of the core member. It is equipped with.

【0046】第1の構成によれば、小さな部品でかつ少
ない部品点数で、複雑な運動を行わせることができ、か
つ屈曲部にベアリングなどの摺動部品を用いることが必
要ないので機械の小型化に伴う摩擦や、部品成形等の問
題がなくなる効果がある。したがって、マイクロマシン
の分野に適応可能な微小変位装置を得ることができる効
果がある。
According to the first configuration, since it is possible to perform a complicated motion with a small number of parts and a small number of parts, and it is not necessary to use a sliding part such as a bearing in the bent portion, the size of the machine can be reduced. There is an effect that problems such as friction and molding of parts due to the aging are eliminated. Therefore, there is an effect that it is possible to obtain a minute displacement device adaptable to the field of micromachines.

【0047】第2の構成は、棒状のア−ムと、このア−
ムの先端部の外面に、一部を固着して巻着され、電圧を
印加することで上記ア−ムの径方向外側に開き、このア
−ムに外挿された部品をクランプする板状の変位素子と
を具備することを特徴とするものである。
The second structure is a rod-shaped arm and this arm.
A plate-shaped part that is fixedly wound around the outer surface of the front end of the arm, opens outward in the radial direction of the arm by applying a voltage, and clamps the part externally inserted in the arm. And a displacement element of the above.

【0048】第2の構成によれば、円筒微小部品のクラ
ンプが容易になる効果がある。したがって、マイクロマ
シンの分野に有効に適用できる微小変位機構を得ること
ができる効果がある。
According to the second structure, there is an effect that the cylindrical minute parts can be easily clamped. Therefore, there is an effect that a minute displacement mechanism that can be effectively applied to the field of micromachines can be obtained.

【0049】第3の構成は、長手方向中途部に圧電素子
を具備し、軸方向に伸縮可能に設けられた軸部と、この
軸部の軸方向両端部に一部を固着して巻着され、電圧が
印加されることで、この軸部の径方向外側に開く第1、
第2の板状の変位素子とを具備するものである。
In the third structure, a piezoelectric element is provided at a middle portion in the longitudinal direction, the shaft portion is provided so as to be capable of expanding and contracting in the axial direction, and a part of the shaft portion is fixed to both axial end portions and wound. Then, when a voltage is applied, the shaft portion opens outward in the radial direction of the shaft portion.
And a second plate-shaped displacement element.

【0050】第3の構成によれば、簡単な構成で管内を
走行可能な微小変位機構を得ることができる。また、他
の管内走行用微小変位機構に比べて走行可能な管の内径
は厳密に限定されないので、適用範囲が広いという効果
もある。
According to the third structure, it is possible to obtain the minute displacement mechanism capable of traveling in the pipe with a simple structure. In addition, since the inner diameter of the pipe that can be traveled is not strictly limited as compared with other micro-displacement mechanisms for traveling in a pipe, there is an effect that the applicable range is wide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、この発明の第1の実施例を示す斜視
図、(b)は作動状態を示す斜視図。
1A is a perspective view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing an operating state.

【図2】同じく、第1の応用例を示す斜視図。FIG. 2 is also a perspective view showing a first application example.

【図3】同じく、第2の応用例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a second application example of the same.

【図4】同じく、他の実施例を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第2の実施例を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)は、同じく、動作前の状態を示す縦断面
図、(b)は動作後の状態を示す縦断面図。
FIG. 6A is a vertical sectional view showing a state before the operation, and FIG. 6B is a vertical sectional view showing a state after the operation.

【図7】(a)は、同じく、他の実施例を示す動作前の
縦断面図、(b)は動作後の縦断面図。
FIG. 7A is a vertical sectional view before the operation, showing another embodiment, and FIG. 7B is a vertical sectional view after the operation.

【図8】第3の実施例を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マニュピレ−タ(微小変位機構)、2…芯材、3…
第1のバイモルフ素子(板状の変位素子)、4…第2の
バイモルフ素子(板状の変位素子)、5…第3のバイモ
ルフ素子(板状の変位素子)、20…クランプ装置(微
小変位機構)、21…ア−ム、22…バイモルフ素子
(板状の変位素子)、24…部品、27…マイクロマシ
ン(微小変位機構)、28…軸部、29…圧電素子、3
0…第1のバイモルフ素子(板状の変位素子)、31…
第2のバイモルフ素子(板状の変位素子)。
1 ... Manipulator (micro displacement mechanism), 2 ... Core material, 3 ...
1st bimorph element (plate-shaped displacement element), 4 ... 2nd bimorph element (plate-shaped displacement element), 5 ... 3rd bimorph element (plate-shaped displacement element), 20 ... Clamping device (micro displacement) Mechanism), 21 ... Arm, 22 ... Bimorph element (plate-shaped displacement element), 24 ... Component, 27 ... Micromachine (micro displacement mechanism), 28 ... Shaft section, 29 ... Piezoelectric element, 3
0 ... First bimorph element (plate-shaped displacement element), 31 ...
Second bimorph element (plate-shaped displacement element).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B25J 19/00 A 8611−3F H01L 41/09 (72)発明者 小松 久高 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location B25J 19/00 A 8611-3F H01L 41/09 (72) Inventor Hisaka Komatsu Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Shinisogo-cho 33 Incorporated company Toshiba Industrial Technology Research Institute

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可撓性の芯材と、この芯材に、この芯材
の長手方向に沿って設けられた少なくとも3以上の板状
の変位素子とを具備することを特徴とする微小変位機
構。
1. A micro displacement comprising a flexible core member and at least three or more plate-shaped displacement elements provided on the core member along the longitudinal direction of the core member. mechanism.
【請求項2】 棒状のア−ムと、このア−ムの先端部の
外面に、一部を固着して巻着され、電圧を印加すること
で上記ア−ムの径方向外側に開き、このア−ムに外挿さ
れた部品をクランプする板状の変位素子とを具備するこ
とを特徴とする微小変位装置。
2. A rod-shaped arm and a part of the arm are fixedly wound around the outer surface of the front end of the arm, and when a voltage is applied, the arm is opened radially outward of the arm, A micro-displacement device, comprising: a plate-shaped displacement element for clamping a component externally inserted in the arm.
【請求項3】 長手方向中途部に圧電素子を具備し、軸
方向に伸縮可能に設けられた軸部と、この軸部の軸方向
両端部に一部を固着して巻着され、電圧が印加されるこ
とで、この軸部の径方向外側に開く第1、第2の板状の
変位素子とを具備することを特徴とする微小変位機構。
3. A shaft part, which is provided with a piezoelectric element in the middle part in the longitudinal direction, is provided so as to be capable of expanding and contracting in the axial direction, and a part of the shaft part is fixedly wound around both end parts in the axial direction. A micro-displacement mechanism comprising: first and second plate-shaped displacement elements that open outward in the radial direction of the shaft portion when applied.
JP4295152A 1992-11-04 1992-11-04 Micro-displacement mechanism Pending JPH06143163A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008173766A (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Fei Co Manipulator for rotating and translating sample holder

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