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WO1999030877A1 - Microactionneur - Google Patents

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WO1999030877A1
WO1999030877A1 PCT/JP1997/004601 JP9704601W WO9930877A1 WO 1999030877 A1 WO1999030877 A1 WO 1999030877A1 JP 9704601 W JP9704601 W JP 9704601W WO 9930877 A1 WO9930877 A1 WO 9930877A1
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WO
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displacement
nut
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unit
displacement enlarging
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PCT/JP1997/004601
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French (fr)
Inventor
Naoki Muramatsu
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to DE19782304A priority patent/DE19782304B4/de
Priority to CH01203/00A priority patent/CH694552A5/de
Priority to US09/581,616 priority patent/US6691586B2/en
Priority to DE19782304T priority patent/DE19782304T1/de
Priority to PCT/JP1997/004601 priority patent/WO1999030877A1/ja
Priority to JP53231499A priority patent/JP3469249B2/ja
Publication of WO1999030877A1 publication Critical patent/WO1999030877A1/ja
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B17/30Surgical pincettes, i.e. surgical tweezers without pivotal connections
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18568Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary
    • Y10T74/18576Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary including screw and nut

Definitions

  • the present invention relates to a micro-actuator, and more particularly to an improvement of a micro-actuator which can easily increase a translational displacement.
  • actuy Although there are many microactuaries at the R & D stage (hereinafter referred to as actuy), very few have commercialized them. This is thought to be due to the fact that Yakuchi Yue's own difficulty in mouthing microphones. Under such circumstances, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-90477 discloses a conventional technique of Actuyue Ichiyu showing the basic structure of a product.
  • Such actuators are characterized by a drive mechanism in which the expansion and contraction displacement of the movable frame by the piezoelectric element is converted into the opening and closing displacement of the U-shaped grasping finger via a swing mechanism comprising a hinge and a lever. This has the effect of exhibiting a uniform opening and closing behavior.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has an enlargement mechanism. It is an object of the present invention to provide an actuator with a large displacement at the tip based on a slight displacement of the driving unit without using the actuator.
  • the first aspect of the actuator is a translation drive unit having a translational moving unit built in a case, and the other end connected to the case, and a translation unit of the translation drive unit.
  • the one end is connected and the one end is pulled based on the translational movement, so that the end is extended from the end and the one end more than the amount of translation, and the shared displacement of the tip is smaller.
  • a displacement enlarging member to be enlarged.
  • the actuyue is composed of a translation drive unit having a translating moving unit built in the case, a shared unit having a common tip, and at least two extending from the shared unit and facing each other.
  • a third aspect of the practice is that the displacement enlarging member exhibits a buckling phenomenon by translating one end of the open portion.
  • the fourth aspect of the practice is that the shared portion of the displacement enlarging member is characterized by having a fixed portion in which the distal ends of the displacement enlarging member overlap and are fixed.
  • the actuator has first and second displacement enlarging members, and is connected to the translation drive unit by sharing one end of the opening of the first and second displacement enlarging members. It is a feature.
  • a sixth aspect of the practice is that the shape of the displacement enlarging member is substantially V-shaped.
  • At least one of the sides of the displacement enlarging member Finally, it has a protruding portion that protrudes outward.
  • the feature of the eighth aspect is that the sharing part shares the vicinity and the center of the tip of the displacement expanding member, instead of the sharing part sharing the tip of the displacement expanding member.
  • the translation drive unit includes a motor having a shaft, and a conversion unit that converts the rotation of the shaft into a translational displacement amount.
  • the conversion unit and one end of the displacement expansion member are connected.
  • the conversion unit includes a nut having an internal thread, and a shaft screwed to the nut and connected or directly connected via a transmission member.
  • the length of the screw portion of the nut or the transmission member is not more than the maximum value of the translational displacement.
  • the opening portion of the displacement enlarging member has a circular portion formed in a substantially circular shape at one end of the opening portion, and the circular portion is engaged with the coupling portion. The groove is provided.
  • the nut has a substantially quadrangular prism shape, and the guide portion that slides and guides the outer surface of the nut has a substantially semicircular shape at both ends. Is what you do. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a side view showing the entirety of an embodiment according to an embodiment of the present invention, wherein — (a) is a side view, (b) is a cross-sectional view, and (c) is a cross-sectional view of (b).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the operation finger of FIG.
  • FIG. 3 is a model diagram for explaining a tip displacement amount of the operation finger of FIG.
  • FIG. 4 is a model diagram in which the tip of the operation finger of FIG. 3 is enlarged.
  • FIG. 5 is a curve showing the load of the operation finger and the displacement of the tip of FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a gripping finger of an actuator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the entire gripping finger of FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an operating finger and a gripping finger according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an operation finger and a gripping finger according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in which the gripping fingers of FIG. 9 are engaged with the coupling portion.
  • FIG. 11 is a sectional view of a nut of a conversion section according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a screw shaft of a conversion unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and a side view of an actuary
  • FIG. 2 is a perspective view of a plate-like displacement enlarging member.
  • an operation finger 1 as a substantially V-shaped displacement enlarging member whose tip portion is enlarged and displaced based on the translational displacement, and a drive unit that applies a driving force to the operation finger 1 by rotating,
  • a conversion unit for converting the rotation of the drive unit into translational movement;
  • a coupling unit for coupling the conversion unit with the operation finger 1;
  • a case unit for accommodating the conversion unit, the drive unit, and the coupling unit;
  • a part consists of a fixing part that is fixed using the case part.
  • the operating finger 1 has a beam-like and plate-like shape, and has a common portion 1a that overlaps with a shared front end, and is extended from the common portion 1a. It has two sides 1d and 1e, an open part lp open on the opposite side to the shared part 1a, one end lg of the open part, and a hook-like foot lh.
  • the common part (tip) la of the operation finger 1 acts on the object.
  • the operation finger 1 is made of a metal material having a spring characteristic, and the common portion la is fixed to the side portion ld and the side portion le by soldering, welding, adhesive or the like. Are formed. It should be noted that a non-metallic material such as a resin may be used depending on the object, instead of the metal material.
  • the drive unit is connected to one end 1 g of the operation finger 1 via the conversion unit and has a rotor shaft 12 a for translating and displacing the one end 1 g.
  • a coreless DC motor with a reduction gear It is called a motor.
  • the conversion part has a screw shaft 11 with an outer periphery, a screw shaft 11 with a hollow part 1 1b in which the mouth shaft 12a of the motor 12 is fitted and fixed, and a rear end is cut.
  • a nut 10 is formed by screwing a screw 10a and a screw 11a of a screw shaft 11 on the circumferential surface of the hollow part formed as described above. It is configured to convert the rotation of a into a translational displacement of the nut 10.
  • the connecting part has a taper screw 10 t formed on the outer periphery of the tip protrusion of the nut 10. And a taper nut 13 that is screwed onto the taper screw 10 t.
  • a slit 10 s is formed in the center of the cone of the nut 10.
  • One end 1 g of the operation finger 1 is inserted into the slit 10 s, and the taper nut 13 is screwed into the taper screw 10 t to fix and fix the one end 1 g of the operation finger 1. I have.
  • the case portion includes a case 14, a lid 15 having a closed right end face of the case 14, and a cap 3 engaged and fixed to the left end face of the case 14.
  • the case 14 is formed in a cylindrical shape, and has a motor storage section 14 a for accommodating the motor 12 in a cylindrical space, a rotor shaft 12 a of the motor 12, and a screw shaft 1.
  • the entirety for storing the nut 10 is oval and the end is substantially semicircular.
  • a nut storage portion 14c as a formed guide portion.
  • the cap 3 has a tubular shape in which a coupling portion is included and has a substantially trapezoidal cross section, and has a hollow cylinder having a two-stage through hole in the center, and an end face of the hollow cylinder is formed in a concave shape.
  • a flange 3a is provided, and a screw 3b is provided on the circumferential surface of the concave portion.
  • the fixing part consists of the foot 1h of the operation finger 1 and the flange 3a of the cap 3 contacting the washer 4 on the flange 3a via the washer 4, and the screw formed on the outer peripheral surface of the presser 2 is the screw 3b of the concave part of the cap 3. And fix foot 1h of operation finger 1 to cap 3.
  • the magnification ratio G is ⁇ to 11.5. That is, the tip displacement X is increased with respect to the slight translation displacement h.
  • the tip displacement X 8. It is 5 mm, and the tensile force P for forced displacement is also about 60 g.
  • the buckling phenomenon is a phenomenon in which, when an applied load reaches a certain value, it rapidly deforms in the lateral direction. . That is, by translating one end of the operation finger 1, the tip of the operation finger 1 is rapidly displaced.
  • the hook-shaped foot 1 h of the operating finger 1 and the other foot 1 g are configured to be extremely close to each other. That is, as described above, the foot 1 h of the operating finger 1 is held by the presser 2 on the flange 3 a via the washer 4, so that the amount of tightening allowance of the foot 1 h is adjusted.
  • the buckling phenomenon may be obtained.
  • the load ⁇ is the displacement X. Regardless of this, it becomes constant as (EITC 2 ) / (4 L 2 ) as shown by the curve ⁇ in Fig. 5.
  • one end 1 g of the operating finger 1 is forcibly displaced in the same direction (direction pulled by the rotor shaft 12a of the motor 12) with the same displacement amount, and the operating finger 1 has a bending moment.
  • the tip is bent in a substantially arc-shaped trajectory from a solid line to a broken line.
  • the displacement characteristics will be as shown by the curve A in FIG. 5, but if the finger is configured to exhibit the buckling phenomenon, the curve in FIG. It looks like B. This enlarged bending displacement acts on the object.
  • the conversion unit may directly screw the shaft 12 a formed with the screw of the motor 12 with the nut 10 directly.
  • the foot 1 h of the operation finger 1 is fixed to the cap 3, but it is not necessary that the foot 1 h be fixed to the cap 3, and is fixed near one end 1 g of the operation finger 1. Good. Further, the fixing portion 1c of the operation finger 1 is not necessarily required from the viewpoint of repeated strength.
  • FIG. 6 is a perspective view of a displacement enlarging member having a holding portion
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an actuator having a holding portion.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts, and the description is omitted.
  • the gripping finger 21 as a displacement enlarging member is composed of a beam-like member having a spring characteristic formed entirely in a substantially M-shape, and has just the ends of the two operating fingers 11 in FIG. 1 g is formed integrally and has a common apex 21c, and one end of the open portion is provided with hook-shaped feet 21a and 2lb, respectively.
  • the vertex 2 1 c is fixedly connected.
  • the fixing part is a screw formed on the outer peripheral surface of the presser 2 when the feet 21 a and 21 b of the gripping finger 21 abut on the flange 3 a of the cap 3 via the washer 4. And fix the feet 2 1 a and 2 1 b of the gripping finger 2 1 to the cap 3.
  • the vertex 21 c of the gripping finger 21 is forcibly displaced in the same direction with the same displacement amount, a bending moment acts on the gripping finger 21, and the tips are bent in directions approaching each other. The tip closes and grips the object.
  • the sides of the operating finger 101 and the gripping finger 121 have substantially semicircular protrusions 101 1 y, 101 z, 1 It may have 2 1 y and 1 2 1 z.
  • the enlargement ratio G can be changed by the protruding portion 101y or the like, so that a desired amount of displacement of the distal end can be easily realized.
  • the shape of the protruding portion may be any shape such as a substantially triangular shape, a semi-elliptical shape, a half-oval shape, or any one of the protruding portion 101 y and the protruding portion 101 z. good. As shown in FIGS.
  • the ends of the operating finger 201 and the gripping finger 22 1 are formed in a substantially circular shape at the ends thereof.
  • the nut 210 has a groove 210e in which the circular portion is engaged. According to such a configuration, the circular portions 210 w and 221 w of the operation finger 201 and the gripping finger 221 are easily engaged and fixed to the grooves 210 e of the nut 210. And can be removed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the nut
  • FIG. 12 is a perspective view of a screw shaft to be screwed with the nut of FIG.
  • a translational displacement limiter is provided to limit the translational displacement of the operation (gripping) finger.
  • the translational displacement limiting portion is composed of a nut 110 and a screw shaft 111 serving as a transmission member to be screwed with the nut 111.
  • the numeral 10 has a limiting nut 151, which is engaged and fixed to the cut and substantially cylindrical hollow portion 110a and restricts the translation.
  • the limiting nut 15 1 with the female screw and the screw shaft 1 1 1 are formed with an effective screw length L.
  • the effective screw length L is the maximum value of the translational displacement of the operating (gripping) finger. Almost match.
  • the limiting nut 15 1 and the screw shaft 1 1 1 were screwed together.
  • the mouth 1 2 The limited nut 15 1 may be screwed to the mouth shaft 12 a.
  • the displacement amount of the tip of the displacement enlarging member is increased based on the slight translation displacement amount, so that the simple mechanism can be used without the need for an enlargement mechanism. is there.
  • the displacement amount of the distal end of the displacement magnifying member is increased based on the slight translation displacement amount, so that there is an effect that a simple mechanism is sufficient without requiring a magnifying mechanism.
  • the displacement enlarging member in addition to the effect of the second aspect, exhibits a buckling phenomenon by translating one end of the open portion. There is an effect that the diameter can be reduced.
  • the rigidity of the common portion of the displacement enlarging member is increased, so that there is an effect that the displacement enlarging member is strong in the repeated bending operation at the tip.
  • both the distal ends of the first and second displacement enlarging members bend inward based on the slight translational displacement, and the displacement is large.
  • the effect is that the object can be gripped and released with a simple mechanism without the need for an enlargement mechanism.
  • the seventh aspect in addition to the effect of the second aspect, there is an effect that the amount of enlarged displacement can be easily adjusted by changing the size and shape of the protruding portion of the displacement enlarging member.
  • the thickness of the distal end of the displacement enlarging member can be reduced. There is an effect that the amount of enlarged displacement at the tip of the displacement enlarging member can be easily adjusted depending on the position at which it is formed.
  • the translation drive unit can be simply configured, and the translation displacement of the translation drive unit can be transmitted to the displacement enlarging member by the coupling unit. effective.
  • the amount of translational displacement can be limited by the length of the nut, the shaft or the nut, and the length of the screw portion of the transmission member.
  • the present invention is suitable for use in, for example, enlarging the translational displacement amount of the microactuator according to the present invention.

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Description

明 細 書 マイクロアクチユエ一夕 技術分野
この発明は、 マイクロアクチユエ一夕に関し、 詳しくは並進変位量を 容易に拡大できるマイクロアクチユエ一夕の改良に関するものである。 背景技術
研究開発段階にあるマイクロアクチユエ一夕 (以下、 ァクチユエ一夕 という。 ) は多いが、 製品化に至っているのは非常に少ない。 これには ァクチユエ一夕自体のマイク口化の困難さが影響していると考えられる。 かかる状況下、 製品の基本的構成を示しているァクチユエ一夕の従来技 術として日本国特開平 8 _ 9 0 4 7 7号公報がある。
かかるァクチユエ一夕は、 圧電素子による可動枠の伸縮変位がヒンジ とレバーから成る揺動機構を介し U字形把握指の開閉変位に変換される 駆動機構を特徴としており、 被把持物に対する両把握指の均等開閉挙動 を奏するという効果がある。
しかしながら、 上記従来のァクチユエ一夕では、 圧電素子の伸縮変位 をグリッパーの作動変位として利用するには、 変位の拡大機構がなけれ ばならず、 構造が複雑に成っていた。 例えば、 圧電素子の伸縮変位が n mオーダであるために、 把握指に数 1 0 0 m程度の開閉変位を得るに も、 数 1 0 0倍の拡大機構を要するという問題点があった。 発明の開示
この発明は、 上記課題を解決するためになされたもので、 拡大機構を 用いることなく、 駆動部のわずかな変位量に基づき先端部の変位量が大 きいァクチユエ一夕を提供することを目的とするものである。
この目的を達成するために第 1の局面のァクチユエ一タは、 ケースに 内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、 他端部がケース に連結され、 並進駆動部の移動部に一端部が連結されると共に、 並進移 動に基づいて一端部が引っ張られることにより、 並進移動の量よりも上 記端部及び一端部から延設されると共に、 共有された先端の変位量が拡 大される変位拡大部材とを備えたことを特徴とするものである。
第 2の局面のァクチユエ一夕は、 ケースに内蔵された並進移動する移 動部を有する並進駆動部と、 先端を共有する共有部と、 この共有部から 延長されると共に、 対峙する少なくとも二つの辺部と、 上記共有部と反 対側が開放されている開放部とを有しており、 この開放部の一端が並進 駆動部に連結され、 開放部の他端が上記ケースに連結され、 並進駆動部 の並進変位に基づいて先端が拡大変位される変位拡大部材とを備えたこ とを特徴とするものである。
第 3の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材が開放部の一端を並進 変位させることにより座屈現象を呈することを特徴とするものである。 第 4の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材の共有部には、 変位拡 大部材の先端部同士が重なり合って固着された固着部を有することを特 徴とするものである。
第 5の局面のァクチユエ一夕は、 第 1及び第 2の変位拡大部材を有し、 第 1及び第 2の変位拡大部材の開放部の一端を共有して並進駆動部に連 結されたこと特徴とするものである。
第 6の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材の形状が略 V字形状で あることを特徴とするものである。
第 7の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材の辺部の少なくとも一 つには、 外側に突出されている突出部を有することを特徴とするもので ある。
第 8の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材の先端を共有する共有 部の代わりに、 変位拡大部材の先端の近傍及び中央部を共有する共有部 であることを特徴とするものである。
第 9の局面のァクチユエ一夕は、 並進駆動部は、 軸を有するモー夕と、 軸の回転を並進変位量に変換させる変換部とから成り、 この変換部と変 位拡大部材の一端を結合する結合部と、 ケースには、 結合部も収納する と共に、 変位拡大部材の他端を固定する固定部とを備えたことを特徴と するものである。
第 1 0の局面のァクチユエ一夕は、 変換部は雌ねじが形成されたナツ トと、 このナットに螺合されると共に、 伝達部材を介して連結又は直結 された軸とから成り、 ナット、 軸またはナット、 伝達部材のネジ部の長 さは、 並進変位量の最大値以下であることを特徴とするものである。 第 1 1の局面のァクチユエ一夕は、 変位拡大部材の開放部の一端部に は、 略円状に形成された円状部を有し、 結合部には、 この円状部が係合 される溝を設けたことを特徴とするものである。
第 1 2の局面のァクチユエ一夕は、 ナツトは略四角柱状をしており、 ナツトの外面を摺動係合して案内するガイド部は、 両端が略半円状であ ることを特徴とするものである。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明の実施例によるァクチユエ一夕を全体を示す断面 図及び側面図で、 —(a ) が側面図、 (b ) が断面図、 (c ) が断面図 (b ) の矢視 C _ C断面図である。
第 2図は第 1図の操作フィンガーを示す斜視図である。 第 3図は、 第 1図の操作フィンガ一の先端部変位量を説明するモデル 図である。
第 4図は第 3図の操作フィンガーの先端部を拡大したモデル図である。 第 5図は、 第 1図の操作フィンガーの荷重と先端部変位量を示す曲線 である。
第 6図は、 この発明の他の実施の形態によるァクチユエ一夕の把持フ ィンガ一を示す斜視図である。
第 7図は、 第 6図の把持フィンガーの全体を示す断面図である。
第 8図は、 この発明の他の実施例による操作フィンガー及び把持フィ ンガ一を示す斜視図である。
第 9図は、 この発明の他の実施例による操作フィンガ一及び把持フィ ンガ一を示す斜視図である。
第 1 0図は、 第 9図の把持フィンガーを結合部に係合させた断面図で ある。
第 1 1図は、 この発明の他の実施例による変換部のナットの断面図で ある。
第 1 2図は、 この発明の他の実施例による変換部のねじ軸を示す断面 図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 この発明について、 以下の通り、 実施例を説明する。
実施例 1 .
この発明の実施例を第 1図及び第 2図によって説明する。 第 1図はァ クチユエ一夕の断面図及び側面図、 第 2図は板状の変位拡大部材の斜視 図である。
第 1図及び第 2図において、 ァクチユエ一夕は、 微少な対象物に動作 をさせるために、 並進変位に基づいて先端部が拡大変位する略 V字形状 の変位拡大部材としての操作フィンガ一 1と、 回転することにより操作 フィンガー 1に駆動力を付与する駆動部と、 この駆動部の回転を並進移 動に変換させる変換部と、 この変換部と操作フィンガー 1を結合する結 合部と、 この変換部及び駆動部、 結合部を収納させるケース部と、 操作 フィンガー 1の一部をケース部を利用して固定する固定部とから成って いる。
操作フィンガー 1は第 2図に示すように、 はり状で、 且つ板状で、 先 端を共有して重複する共有部 1 aと、 この共有部 1 aから延長されると 共に、 対峙する二つの辺部 1 d, 1 eと、 共有部 1 aと反対側が開放さ れている開放部 l pと、 開放部の一端 l gと、 フック状の足 l hとを有 している。 なお、 操作フィンガ一 1の共有部 (先端部) l aが、 対象物 に作用する。
ここで、 操作フィンガ一 1はばね特性を有する金属材料が用いられて おり、 共有部 l aには、 辺部 l d, 辺部 l eとをハンダ、 溶接、 接着剤 などにより固着された固着部 1 cが形成されている。 なお、 金属材料で なくとも、 対象物によっては樹脂などの非金属材料でも良い。
駆動部は、 変換部を介し操作フィンガー 1の一端 1 gに連結されてこ の一端 1 gを並進変位させるためのロータ軸 1 2 aを有する例えば、 減 速機付きコアレス D Cモ一夕 (以下、 モータという。 ) 1 2である。 変換部は、 外周にはネジ 1 1 aを有し、 モー夕 1 2の口一夕軸 1 2 a を嵌合固定させた中空部 1 1 bを有するねじ軸 1 1と、 後端を切削され て形成された中空部の円周面にネジ 1 0 aとねじ軸 1 1のネジ 1 1 aと を螺合させたナツト 1 0とから成っており、 モータ 1 2のロー夕軸 1 2 aの回転をナット 1 0の並進変位に変換するように構成されている。 結合部は、 ナット 1 0の先端突起外周部にテ一パねじ 1 0 tが形成さ れている、 略円錐形状の円錐部と、 このテ一パねじ 1 0 tに螺合させる テ一パナット 1 3とから成り、 ナット 1 0の円錐部の中央には、 スリツ ト 1 0 sが設けられており、 このスリット 1 0 sに操作フィンガ一 1の 一端 1 gを挿入して、 テーパナツト 1 3をテーパねじ 1 0 tに螺合して 操作フィンガー 1の一端 1 gが結合固定されている。
ケース部は、 ケース 1 4と、 ケース 1 4の右端面を閉じた蓋 1 5と、 ケース 1 4の左端面に係合固定されたキャップ 3とから形成さている。 ケース 1 4は、 円筒状に形成されており、 円柱状の空間部にモー夕 1 2を収めるモ一夕収納部 1 4 aと、 モータ 1 2のロータ軸 1 2 aと、 ね じ軸 1 1の一部を収納するねじ軸収納部 1 4 bと、 第 1図の C— C断面 図に示すように、 ナット 1 0を収納する全体が小判形で、 端部が略半円 状に形成されたガイド部としてのナツト収納部 1 4 cと、 を有している。 キャップ 3は、 結合部が内包され、 且つ、 断面が略台形状に形成され た筒状で、 中央に二段階の貫通孔を有する中空円筒を有し、 この中空円 筒の端面が凹状に形成されたフランジ 3 aが設けられ、 凹部の円周面に はねじ 3 bが施されている。
固定部は、 操作フィンガ一 1の足 1 hがワッシャー 4を介してキヤッ プ 3のフランジ 3 a上に当接して押え 2の外周面に形成されたネジがキ ャップ 3の凹部のネジ 3 bと螺合して操作フィンガー 1の足 1 hをキヤ ップ 3に固定する。
かかる上記ァクチユエ一夕の構成で、 モー夕 1 2のロー夕軸 1 2 aの 並進変位に基づいて操作フィンガー 1の先端が拡大変位されることを以 下に説明する。 第 3図に示すように X, Y軸上で、 操作フィンガー 1の フック足 l hを固定 (第 3図の 0点) して、 操作フィンガー 1の一端を 荷重 Pで引っ張るモデルにて考察する。
第 3図おいて、 操作フィンガー 1の一端の Y軸方向の僅かな並進変位 量 hに対する操作フィンガー 1の X軸方向の変位 X (以下、 先端部変位 量という。 ) の割合を、 拡大率 G = XZhとすれば、 先端部変位量 X、 並進変位量 h及び拡大率 Gは下式となる。 なお、 この算出には、 はり は曲がらず、 Θは微小と仮定した。
X = L s i n@ = L0
h = L ( 1 - c o s Θ) =L (Θ2/ 2 )
G = X/h = 2 /Θとなる。
具体的には、 操作フィンガー 1の並進変位量 hを角度 Θで 0〜 1 0 ° とすると、 拡大率 Gは∞〜 1 1. 5なる。 すなわち、 僅かな並進変位量 hに対して先端部変位量 Xが拡大される。
たとえば、 操作フィンガー 1に厚さ 0. lmm、 幅 2mm、 長さ 30 mmのばね用りん青銅板を用いて実験した結果、 並進変位量 h= 1 mm に対して先端部変位量 X= 8. 5mmとなり、 強制変位のための引張り 力 Pも 60 g程度である。
また、 よりコンパクトにするために、 例えば座屈現象を利用しても良 レ ここに、 座屈現象とは、 加えた荷重がある値に達すると、 急速に横 方向に変形を起こす現象をいう。 即ち、 操作フィンガー 1の一端を並進 変位させることにより、 操作フィンガー 1の先端が急速に変位する。 かかる座屈現象を得るためには、 操作フィンガー 1のフック状の足 1 hと他の足 1 gとが極めて接近した構成となっている。 つまり、 上記で 説明したように操作フィンガ一 1の足 1 hは、 ワッシャー 4を介しフラ ンジ 3 a上に押さえ 2で挟持されるので、 該足 1 hの締め付け代の量を 調節することにより座屈現象を得るようにすれば良い。
かかる構成において、 第 3図のモデルの先端部をより明確にした第 4 図から、 荷重 Pと先端部変位量 Xとの関係式は下記となる。 但し、 X。 は荷重の Pの偏心変位量である。 P= (E I /L2) { c o s— 1 (X。Z (X + X0) ) } 2 · · · ( 1) ここに Eは縦弾性率 (k g/mm2) 、 Iは断面二次モーメント (mm2) である。
ここで、 X 0 = 0とすると、
c o s— iX。Z (Χ + Χ0) ^πΖ2となる。
これにより、 荷重 Ρは変位量 X。にかかわらず第 5図の Β曲線で示す ように (E I TC 2) / (4 L 2) と一定になる。
つぎに上記のように構成されたァクチユエ一夕の作用を第 1図を主に 参照して説明する。 まず、 モ一夕 1 2に電源が投入され、 モ一夕 1 2の ロータ軸 1 2 aは回転する。 この回転はねじ軸 1 1を介して、 ナット 1 0を第 1図の右方向に並進変位させ、 この並進変位量はねじ軸 1 1を介 してナツト 1 0に伝動し、 ナット 1 0はナツト収納部内 14 cを摺動し、 ねじ軸 1 1軸の第 1図の右方向に変位する。
これに伴い、操作フィンガ一 1の一端 1 gは同一変位量で、同方向(モ 一夕 1 2のロータ軸 1 2 aに引っ張られる方向) に強制変位され、 操作 フィンガー 1には、 曲げモーメントが作用し、 第 1図に示すように先端 部は略円弧状の軌跡で、 実線から破線方向に曲げられる。 ここで、 操作 フィンガ一 1が通常の曲げ特性であれば、 第 5図の曲線 Aのような変位 特性になるが、 座屈現象を呈するように構成されておれば、 第 5図の曲 線 Bのようになる。 この拡大曲げ変位を対象物に作用させる。
一方、 モー夕 1 2のロータ軸 1 2 aの回転を逆転すれば、 この回転は ねじ軸 1 1を介して、 ナット 1 0を第 1図の左方向に並進変位させ、 こ の並進変位量はねじ軸 1 1を介してナツト 1 0に伝動し、 ナット 1 0は ナツ卜収納部内 14 cを軸方向に変位する。 この並進変位量が上記と同 様の伝達により操作フィンガー 1の曲げ変位は解放されて、 第 1図の実 線で示すように操作フィンガー 1の先端部が復帰する。 また、 図示はしていないが、 第 2図の操作フィンガ一 1の共有部 1 a を先端から離しても良い。 かかる構成によれば、 操作フィンガー 1の先 端には、 共有部 1 aが存在しなくなるので、 操作フィンガー 1は先端の 厚さを薄くでき、 しかも、 共有部 1 aを形成する位置によって拡大変位 量を容易に調節できる。
なお、 変換部は、 モータ 1 2のねじが形成された口一夕軸 1 2 aをナ ット 1 0と直接螺合させても良い。 また、 操作フィンガ一 1の足 1 hは、 キャップ 3に固定されているが、 なにもキャップ 3に固定されている必 要はなく、 操作フィンガー 1の一端 1 gの近傍に固定されておれば良い。 また、 操作フィンガー 1の固着部 1 cは、 繰り返し強度の点などから必 ずしも必要ない。
実施例 2 .
この発明の他の実施例を第 6図及び第 7図によって説明する。 第 6図 は挟持部を有する変位拡大部材の斜視図、 第 7図は挟持部を有するァク チユエ一夕の断面図である。 図中、 第 1図と同一符号は同一又は相当部 分を示して説明を省略する。
第 6図及び第 7図において、 このァクチユエ一夕は第 1図と、 変位拡 大部材、 結合部、 固定部のみが異なるので、 かかる構成を説明する。 ま ず、 変位拡大部材としての把持フィンガー 2 1は、 全体が略 M字形状に 形成されたばね特性を有するはり状部材から成っており、 丁度、 第 2図 の二つの操作フィンガ一 1の端部 1 gを共有一体にして形成され、 この 共有した頂点部 2 1 cを有し、 開放部の一端には、 それぞれフック状の 足 2 1 a、 2 l bが設けられている。
結合部は、 ナット 1 0のスリット 1 0 sに把持フィンガー 2 1の頂点 部 2 1 cを挿入して、 テ一パナツト 1 3をテ一パねじ 1 0 tに螺合して 把持フィンガー 2 1の頂点部 2 1 cが結合固定されている。 固定部は、 把持フィンガー 2 1の足 2 1 a、 2 1 bがワッシャー 4を 介してキャップ 3のフランジ 3 a上に当接して押え 2の外周面に形成さ れたネジがキャップ 3の凹部のネジ 3 bと螺合して把持フィンガー 2 1 の足 2 1 a、 2 1 bをキャップ 3に固定する。
つぎに上記のように構成されたァクチユエ一夕の作用について第 7図 を参照して説明する。 まず、 モ一夕 1 2に電源を投入すると、 モー夕 1 2のロー夕軸 1 2 aは回転し、 この回転は、 ねじ軸 1 1を介してナツト 1 0に伝動し、 ナット 1 0はナツト収納部内 1 4 cをねじ軸 1 1の第 1 図に示す右方向に変位する。
これに伴い、 把持フィンガー 2 1の頂点部 2 1 cは同一変位量で、 同 方向に強制変位され、 把持フィンガー 2 1には、 曲げモーメントが作用 し、 先端部は互いに近接する向きに曲げられ、 先端部が閉じて対象物を 把持する。
一方、 モー夕 1 2の回転を逆転すれば、 この回転は、 ねじ軸 1 1を介 してナット 1 0を逆方向に並進変位して、 この並進変位量が上記と同様 の伝達により把持フィンガ一 2 1の頂点部 2 1 cを並進変位し、 操作フ インガ一 2 1の先端部が対象物の把持を開放する。
また、 第 8図に示すように操作フィンガー 1 0 1、 把持フィンガー 1 2 1の辺部には、 外側に突出されている略半円状の突出部 1 0 1 y、 1 0 1 z、 1 2 1 y、 1 2 1 zを有するようにしても良い。 かかる構成に よれば、 この突出部 1 0 1 yなどにより上記拡大率 Gを変化させること ができるので、 所望の先端部変位量を実現し易い。 なお、 この突出部は 略三角の形状、 半楕円の形状、 半卵型の形状など、 形状の種類は問わな いし、 突出部 1 0 1 y、 突出部 1 0 1 zのいずれか一つでも良い。 また、 第 9図及び第 1 0図に示すように操作フィンガー 2 0 1、 把持 フィンガー 2 2 1の端部には、 略円状に形成され円状部 2 0 1 w、 2 2 l wとを有し、 ナット 2 1 0には、 この円状部が係合される溝 2 1 0 e が設けてある。 かかる構成によれば、 操作フィンガー 2 0 1、 把持フィ ンガ一 2 2 1の円状部 2 0 1 w、 2 2 1 wをナツト 2 1 0の溝 2 1 0 e に容易に係合固定したり、 取り外したりできる。
実施例 3 .
この発明の他の実施例を第 1 1図及び第 1 2図によって説明する。 第 1 1図はナツトの断面図、 第 1 2図は第 1 1図のナツトと螺合させるね じ軸の斜視図である。 このァクチユエ一夕は、 第 1図のナット 1 0及び ねじ軸 1 1のみが異なり、 並進変位量制限部を設けて操作 (把持) フィ ンガ一の並進変位量を制限するものである。
第 1 1図及び第 1 2図において、 並進変位量制限部は、 ナット 1 1 0 と、 このナツト 1 1 0と螺合させる伝達部材としてのねじ軸 1 1 1とか ら成っており、 ナット 1 1 0には、 切削された略円柱状の中空部 1 1 0 aに係合固定された並進移動を制限する制限ナツト 1 5 1を有している。 雌ネジが形成された制限ナット 1 5 1、 及びねじ軸 1 1 1は有効ねじ長 さ Lに形成されており、 この有効ねじ長さ Lが操作 (把持) フィンガー の並進変位量の最大値とほぼ一致する。
つぎに上記のように構成されたァクチユエ一夕の作用について第 1図、 第 1 1図及び第 1 2図を参照して説明する。 上記実施例 1と同様にモー 夕 1 2を駆動し、 ねじ軸 1 1 1が所定の回転数以上駆動されると、 制限 ナット 1 5 1はねじ軸 1 1 1との螺合が外れ、 制限ナツ卜 1 5 1は空転 し、 これ以上ねじ軸 1 1 1は並進変位されない。 つまり、 ねじ軸 1 1 1 の正逆転のいずれでも操作フィンガ一 1は、 上記有効ねじ長さ Lの並進 変位量以内でのみ駆動される。
なお、 上記実施例では、 制限ナツト 1 5 1とねじ軸 1 1 1とを螺合さ せたが、 モー夕 1 2の口一夕軸 1 2 aを長くして外周にネジを設け、 制 限ナツト 1 5 1と口一夕軸 1 2 aとを螺合させても良い。
以上のように第 1の発明によれば、 わずかな並進変位量に基づいて変 位拡大部材の先端部の変位量が大きくなるから、 拡大機構を必要とせず に簡単な機構で良いという効果がある。
第 2の発明によれば、 わずかな並進変位量に基づいて変位拡大部材の 先端部の変位量が大きくなるから、 拡大機構を必要とせずに簡単な機構 で良いという効果がある。
第 3の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 変位拡大部材は開放 部の一端を並進変位させることにより座屈現象を呈するようにしたので、 特に、 ァクチユエ一夕の先端部の径を小さくできるという効果がある。 第 4の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 変位拡大部材の共有 部の剛性が増大するため、 変位拡大部材の先端曲げの繰り返し動作に強 いという効果がある。
第 5の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 わずかな並進変位量 に基づいて第 1及び第 2の変位拡大部材の先端部が共に内側に曲がり、 この変位量が大きいから、 拡大機構を必要とせずに簡単な機構で対象物 を把持したり開放したりできるという効果がある。
第 6の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 変位拡大部材の加工 が容易であるという効果がある。
第 7の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 拡大変位量を変位拡 大部材の突出部の大きさ、 形状などによって、 簡易に調節できるという 効果がある。
第 8の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 変位拡大部材の先端 には、 共有部が存在しなくなるので、 変位拡大部材先端の厚さを薄くで き、 しかも、 共有部を形成する位置によって変位拡大部材の先端部にお ける拡大変位量を容易に調節できるという効果がある。 1
1 3 第 9の発明によれば、 第 2の発明の効果に加え、 並進駆動部を簡易に 構成でき、 しかも、 この並進駆動部の並進変位量を結合部により変位拡 大部材に伝達できるという効果がある。
第 1 0の発明によれば、 第 9の発明の効果に加え、 ナット、 軸または ナツト、 伝達部材のネジ部の長さによって並進変位量を制限できるとい う効果がある。
第 1 1の発明によれば、 第 9の発明の効果に加え、 変位拡大部材を結 合部への取付け及び取り外しが容易であるという効果がある。
第 1 2の発明によれば、 第 1 0の発明の効果に加え、 ナットを摺動係 合させるためのガイド部の加工が容易であるという効果がある。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかるマイクロアクチユエ一夕の並進変位量 の拡大などに用いられるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、 他端部が上記ケースに連結され、 上記並進駆動部の移動部に一端部が 連結されると共に、 並進移動に基づいて上記一端部が引っ張られること により、 上記並進移動の量よりも上記端部及び一端部から延設されると 共に、 共有された先端の変位量が拡大される変位拡大部材と、
を備えたことを特徴とするマイクロアクチユエ一夕。
2 . ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、 先端を共有する共有部と、 この共有部から延長されると共に、 対峙す る少なくとも二つの辺部と、 上記共有部と反対側が開放されている開放 部とを有しており、
この開放部の一端が上記並進駆動部に連結され、 上記開放部の他端が 上記ケースに連結され、 上記並進駆動部の並進変位に基づいて上記先端 が拡大変位される変位拡大部材と、
を備えたことを特徴とするマイクロアクチユエ一夕。
3 . 上記変位拡大部材は、 開放部の一端を並進変位させることにより 座屈現象を呈することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のマイクロ ァクチユエ一夕。
4 . 上記変位拡大部材の共有部には、 上記変位拡大部材の先端部同士 が重なり合って固着された固着部を有することを特徴とする請求の範囲 第 2項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
5 . 第 1及び第 2の上記変位拡大部材を有し、 上記第 1及び上記第 2 の変位拡大部材の開放部の一端を共有して上記並進駆動部に連結される ことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
6 . 上記変位拡大部材の形状は、 略 V字形状であることを特徴とする 請求の範囲第 2項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
7 . 上記変位拡大部材の辺部の少なくとも一つには、 外側に突出され ている突出部を有することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のマイ クロアクチユエ一夕。
8 . 上記変位拡大部材の先端を共有する共有部の代わりに、
上記変位拡大部材の先端の近傍及び中央部を共有する共有部であること を特徴とする請求の範囲第 2項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
9 . 上記並進駆動部は、 軸を有するモータと、 上記軸の回転を並進変 位量に変換させる変換部とから成り、
この変換部と上記変位拡大部材の一端を結合する結合部と、
上記ケースには、 上記結合部も収納すると共に、 上記変位拡大部材の 他端を固定する固定部と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のマイクロアクチ ユエ一タ。
1 0 . 上記変換部は雌ねじが形成されたナットと、 このナットに螺合 されると共に、 上記軸又は上記軸に連結された伝達部材とから成り、 上記ナット、 上記軸または上記ナット、 上記伝達部材のネジ部の長さ は、 上記並進変位量の最大値以下であることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
1 1 . 上記変位拡大部材の開放部の一端部には、 略円状に形成された 円状部を有し、 上記結合部には、 この円状部が係合される溝を設けてあ ることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載のマイクロアクチユエ一夕 c 1 2 . 上記ナットは略四角柱状をしており、 上記ナットの外面を摺動 係合して案内するガイド部は、 両端が略半円状であることを特徴とする 請求の範囲第 1 0項に記載のマイクロアクチユエ一夕。
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