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インチワーム式アクチュエータ コモンズ

国内特許コード P130008665
整理番号 10041PCT-JP
掲載日 2013年3月12日
出願番号 特願2012-535065
登録番号 特許第5764845号
出願日 平成23年9月22日(2011.9.22)
登録日 平成27年6月26日(2015.6.26)
国際出願番号 JP2011071560
国際公開番号 WO2012039449
国際出願日 平成23年9月22日(2011.9.22)
国際公開日 平成24年3月29日(2012.3.29)
優先権データ
  • 特願2010-214580 (2010.9.24) JP
発明者
  • 大岩 孝彰
  • 朝間 淳一
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 インチワーム式アクチュエータ コモンズ
発明の概要 被変位体に対して変位する変位体の変位速度や変位分解能を使用状況に応じて使い分けることができるインチワーム式アクチュエータを提供する。
インチワーム式アクチュエータ100は、平行に延びる磁性体製の第1ガイド101と第2ガイド102との間に変位体110を支持して構成されている。変位体110は、磁界形成用コイル113,114を備えた磁性体製の第1支持脚111と第2支持脚112との間にトグル機構116a,116bを介してボイスコイルモータ115を支持している。トグル機構116a,116bは、ボイスコイルモータ115から入力した変位量を同変位量に応じた縮小変換率で変換して第1支持脚111および第2支持脚112にそれぞれ伝達する。第1ガイド101と第2ガイド102とは、永久磁石105a,105bを有する磁性体製の上側フレーム103と下側フレーム104とによって連結されている。
図1
従来技術、競合技術の概要



従来から、小型で精密な位置決め機構としてインチワーム式のアクチュエータが知られている。例えば、特許文献1には、ガイド上を変位する変位体を、電気エネルギーを受けて伸長する3つの圧電素子を用いて構成したインチワーム式アクチュエータが開示されている。このインチワーム式アクチュエータにおいては、送り用圧電素子の伸縮動作と2つの固定用圧電素子のクランプ動作およびアンクランプ動作とを交互に繰り返すインチワーム駆動により変位体をガイドに沿って変位させている。





しかし、上記したようなインチワーム式アクチュエータにおいては、2つの固定用圧電素子の非通電時には送り用圧電素子がアンクランプ状態となるため、ガイド上における変位体の位置を保持することができず、位置決め機構として使い勝手が悪い。このため、例えば、下記特許文献2,3には、電力を必要とすることなく変位体の位置を保持することができるインチワーム式アクチュエータが開示されている。





すなわち、下記特許文献2には、変位体が備える固定用圧電素子が収縮した際、すなわち、固定用圧電素子の非通電時に変位体の位置を固定するためのクランプブロックがクランプ状態となるリンク機構を備えたインチワーム式アクチュエータが開示されている。また、下記特許文献3には、変位体に永久磁石を設けるとともにこの変位体が変位するベース上に磁性吸着部材を設けることにより、変位体をベース上に磁気的に吸着することによって変位体の位置を保持するインチワーム式アクチュエータが開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、精密観測・観察機器、精密測定機器、各種加工・組立装置、各種ロボット、各種事務機器、家庭用電化製品などの機器内において位置決め機構として、または細胞操作、マイクロサージェリー、顕微鏡の試料操作、精密部品の組立てなどのマニピュレーション用として用いられるインチワーム式アクチュエータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
変位体が被変位体に対してインチワーム駆動によって相対変位するインチワーム式アクチュエータであって、
前記変位体の一部を構成するとともに前記被変位体に対してクランプ状態とアンクランプ状態を繰り返しながら同被変位体に対して相対変位する第1支持脚および第2支持脚と、
前記変位体の一部を構成するとともに電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形する伸縮手段と、
前記変位体の一部を構成するとともに前記伸縮手段における変位または変形による変位量または変形量を入力変位量として入力して同入力変量に依存して変化する変換率によって前記入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量だけ前記第1支持脚と前記第2支持脚とを相対変位させる変位量変換機構と、
前記被変位体に対して前記第1支持脚および前記第2支持脚をそれぞれ前記クランプ状態および前記アンクランプ状態にすることができるクランプ手段と、
前記伸縮手段および前記クランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させることにより前記変位体を前記被変位体に対して相対変位させるインチワーム制御手段とを備え、
前記インチワーム制御手段は、
前記伸縮手段を一定量だけ変位または変形させることにより前記変位量変換機構を一定量だけ変形させたバイアス状態で前記伸縮手段および前記クランプ手段をインチワーム駆動させることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項2】
請求項1に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、リンク機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項3】
請求項2に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、トグル機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項5】
請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、ボイスコイルモータで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項6】
請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、
電磁石と、
前記電磁石における一方の極側に第1の隙間を介して配置される磁性体からなる第1可動片と、
前記電磁石における他方の極側に前記第1の隙間より広い第2の隙間を介して配置される磁性体からなる第2可動片と、
前記電磁石と前記第1可動片との間および前記電磁石と前記第2可動片との間にそれぞれ配置される弾性体とで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項7】
請求項1ないし請求項3、請求項5および請求項6のうちのいずれか1つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体と前記第1支持脚および/または前記第2支持脚とは、少なくとも一方が磁性体で構成されるとともに、他方が永久磁石を備えていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項8】
請求項7に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、磁性体で構成されており、
前記第1支持脚および前記第2支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに磁性体で構成される磁気導体によって互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第1支持脚および前記第2支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第1支持脚、前記第2支持脚および前記磁気導体のうちの少なくとも1つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第1支持脚および前記第2支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項9】
請求項7に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、互いに対向して延びる磁性体からなる第1ガイドおよび第2ガイドで構成されており、
前記第1支持脚および前記第2支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに前記第1ガイドと前記第2ガイドとの間に架設されて互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第1支持脚および前記第2支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第1支持脚、前記第2支持脚、前記第1ガイドおよび前記第2ガイドのうちの少なくとも1つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第1支持脚および前記第2支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項10】
請求項9に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記永久磁石は、
前記第1ガイドと前記第2ガイドとの間における前記第1支持脚および前記第2支持脚の各外側にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項11】
請求項8ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記磁界形成用コイルは、
前記第1支持脚および前記第2支持脚にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。

【請求項12】
請求項11に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記第1支持脚に配置される磁界形成用コイルと前記第2支持脚に配置される磁界形成用コイルとは、互いに逆位相で直列接続されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
産業区分
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012535065thum.jpg
出願権利状態 登録
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