JP6569822B2 - 変形移動機構 - Google Patents

Description

本発明は所定の変形により所定の移動を生成する機構に関する。

精密技術に対する市場需要の増大に伴い、多自由度変位機構、マイクロマニピュレータ等の精密な変位を必要とする機械のための高精度の直線移動アクチュエータが重要となっている。ほとんどの場合、このような微小直線移動アクチュエータは減速ギア機構を使用するが、これには相異なるギア等の複数の部品を必要とするだけでなく、その組立中にギアのバックラッシュ調節等の位置合わせが必要となる。

バックラッシュ調節等の位置合わせを不要にするために、弾性板の組合せを用いて微小直線変位を可能とする簡易な変形移動機構が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、２枚の弾性板が一端で固定ブロックに、他端で可動ブロックに固定される。平行に配置されたこれら２枚の弾性板は、略Ｈ字形の湾曲弾性板に接続される。可動ブロックは、Ｈ字形弾性板によって形成される平面に直交する弾性板によって支持される。湾曲弾性板は、その中心でマイクロメータの摺動子に接続される。こうして、摺動子の前進後退により、湾曲弾性板が拡がり方向または狭まり方向に平行弾性板を押し引きすることで、可動ブロックを後退方向または前進方向に直線移動させる。

特開２００３―０７５５７２号公報

しかしながら、上述した減速ギア機構を用いた直線移動アクチュエータは複数の部品、複雑な組立工程および複雑な調節動作を必要とする。また、上記の弾性板の組合せによる弾性を利用した変形移動機構は、複数の弾性板が空間的に配置されるので、構造強度が弱くなり、精密変位を実現するのが困難となる。したがって、上記既存の技術では、軽量、微細で製造が容易な高精度の変形移動機構を実現することができない。

本発明の目的は、精密な移動と構造的堅牢性を有する新規な変形移動機構を提供することにある。

本発明によれば、変形移動機構は、中心線に関して対称形状を有し、一端が固定され他端が前記中心線に沿って移動可能である弾性リング部材と、弾性リング部材内に配置され、弾性リング部材の中心線に直交する操作線に沿った両端と係合した送りねじを回転させ、中心線に沿って弾性リング部材を押圧あるいは引張るように構成された駆動ユニットと、記駆動ユニットを弾性部材に少なくとも中心線の方向に接続する複数のフレキシブルアームと、を含む。
本発明によれば、変形移動方法は、中心線に関して対称形状を有し、一端が固定され他端が前記中心線に沿って移動可能である弾性リング部材を用意し、前記弾性リング部材内に、前記弾性リング部材の前記中心線に直交する操作線に沿った両端と係合した送りねじを回転させる駆動ユニットが配置され、前記駆動ユニットを前記弾性リング部材に少なくとも前記中心線の方向に複数のフレキシブルアームにより接続し、前記駆動ユニットにより、前記操作線に沿って前記弾性リング部材を押圧あるいは引張るように前記送りねじを回転させる。

上述したように、本発明によれば、駆動ユニットは弾性リング部材内に配置され、少なくとも中心線の方向でフレキシブルアームにより弾性リング部材とフレキシブルに接続される。したがって、駆動ユニットは弾性リング部材の伸長変形の有無によらず弾性リング部材の中央に位置する。さらに、フレキシブルアームは、中央線の方向ではフレキシブルであるが、操作線の方向では堅固である。従って、フレキシブルアームは駆動ユニットが送りねじを回転させるときに駆動ユニットの回転を阻止する。

図１は本発明の例示的実施形態による変形移動機構を例示する平面図である。 図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は図１に示す変形移動機構の典型的動作を示す図である。 図４は図１に示す変形移動機構の動作の分析例を示す図である。 図５は図１に示す変形移動機構の動作の他の分析例を示す図である。

１．実施形態の概要
本発明の例示的実施形態によれば、変形移動機構は押圧機構を有し、押圧機構が対称的に形成された弾性リング部材を中心線に沿って変形させるように構成され、これによって直線移動を生成する。より詳しくは、押圧機構は送りねじおよび駆動ユニットからなり、弾性リング部材内に設けられている。送りねじは、弾性リング部材の端部にそれぞれ設けられた一対のナットにねじ込まれている。送りねじは左ねじ部および右ねじ部を有し、それぞれが一対のナットに螺合することができる。駆動ユニットは送りねじを回転させるように構成され、ハードスプリング（硬質ばね）の弾性リングを短軸方向に押圧あるいは引張ることでハードスプリングの長軸方向の直線移動を生成する。

上記構成において、駆動ユニットは送りねじを回転させるので、駆動ユニット自身が回転しないように何か不動物に固定される必要がある。しかしながら、送りねじに連結された駆動ユニットは、ハードスプリングを短軸方向に押圧あるいは引張る時に長軸方向に移動するために、堅固に固定できない。たとえば、駆動ユニットがハードスプリングに堅固に固定されると、駆動ユニットはハードスプリングの変形を困難とし、結果的に直線移動の精度が低下する。駆動ユニットが変形移動機構の基板に堅固に固定されると、駆動ユニットは移動することができず、ハードスプリングに不測の変形を引き起こす可能性がある。

したがって、駆動ユニットをハードスプリングにフレキシブルに固定することが重要である。駆動ユニットは、変形の前後でハードスプリングの楕円リングの中心に位置するように、対称的に構成された可撓性アームによりハードスプリングに固定されることが望ましい。可撓性アームは、ハードスプリングの長軸方向にフレキシブルであるがハードスプリングの楕円リングを含む平面に直交する方向には堅固であることが更に望ましい。一例として、可撓性アームの各々は、弾性板あるいは板バネを用いて形成されることができる。以下、本発明の例示的実施形態を図面を参照しながら説明する。

２．例示的実施形態
２．１）構成
図１および図２を参照すると、変形移動機構１０は、中心線Ｌ１と中心線Ｌ１に直交する操作線Ｌ２とに関して対称な楕円リング形状のハードスプリング１０１を含む。ハードスプリング１０１は、その長軸の両端に固定部１０２および可動部１０３が接続されている。ハードスプリング１０１は、一対のナット１０４および１０５と、送りねじ１０６と入力機構１０７とからなる押圧機構に連結されている。

送りねじ１０６は、ナット１０４および１０５にそれぞれ螺合する左ねじ部と右ねじ部を設けてもよい。ナット１０４および１０５は、ハードスプリング１０１がこれらナット１０４および１０５の間に挟まれるように、ハードスプリング１０１の短軸方向の両サイドにそれぞれ固定される。入力機構１０７は送りねじ１０６を回転させ、回転方向に依存してハードスプリングを押圧あるいは引張る。図１において、送りねじが方向１０８に回転すると、ハードスプリング１０１は操作方向１０９に押圧され、可動部１０３が直線移動方向１１０に移動する。

入力機構１０７は駆動ユニットであり、図２に示すように回転可能に駆動ユニットを貫通した送りねじ１０６を回転させる。入力機構１０７は、ハードスプリング１０１の楕円リング内に配置され、偶数個の弾性アーム（ここでは４個の弾性アームＳ１−Ｓ４）によりハードスプリング１０１にフレキシブルに連結されている。同じ弾性を有する弾性アームＳ１−Ｓ４は、中心点Ｏ、線（あるいは面）Ｌ１および／または線（あるいは面）Ｌ２に関して対称に配置され、変形の有無に関係なく入力機構１０７をハードスプリング１０１の楕円リングの中央に維持する。

望ましくは、弾性アームＳ１−Ｓ４は、ハードスプリング１０１の長軸と同じ方向の収縮あるいは伸長方向に沿って平行に配置される。この例では、弾性アームＳ１−Ｓ４は、弾性板あるいは板バネを用いて形成され、ハードスプリング１０１の長軸方向にフレキシブルな蛇腹形状を有する。しかしながら、図２に示すように、弾性アームＳ１−Ｓ４の各々は垂直に、すなわち面Ｌ１に直交する方向Ｌ３に設置されることで、弾性アームＳ１−Ｓ４を方向Ｌ３に曲がり難くしている。したがって、弾性アームＳ１−Ｓ４は、入力機構１０７が送りねじ１０６を回転させるときに、当該入力機構１０７が回転することを防止する。

２．２）動作
図３を参照して、入力機構１０７が方向１０８に送りねじを回転させるとき、ナット１０４および１０５は方向１０９にハードスプリング１０１を押圧して変形させる。より詳しくは、方向１０９の押圧により、ハードスプリング１０１の楕円リングが長軸方向に伸長し、これにより弾性アームＳ１−Ｓ４が伸長し、送りねじ１０６および入力機構１０７が変位２０１だけシフトすると共に、可動部１０３が変位２０１よりも長い変位２０２だけシフトする。

図４に示すように、弾性アームＳ１−Ｓ４はそれぞれポイントＰ１−Ｐ４で入力機構１０７に固定されており、ポイントＰ１−Ｐ４はハードスプリング１０１の楕円リングの中心点Ｏについて対称である。したがって、ハードスプリング１０１が伸長しても、入力機構１０７は、ハードスプリング１０１の伸長した楕円リングの中心位置に維持される。

同様に、図５に示すように、ハードスプリング１０１と入力機構１０７との間に接続された弾性アームＳ１−Ｓ４は、それぞれハードスプリング１０１の楕円リングの中心点Ｏに関して対称に位置する。したがって、ハードスプリング１０１が伸長しても、入力機構１０７は、ハードスプリング１０１の伸長した楕円リングの中心位置に維持される。

２．３）効果
本発明の例示的実施形態によれば、入力機構１０７は、ハードスプリング１０１の楕円リング内に配置され、送りねじ１０６を回転させてハードスプリング１０１を変形させる。入力機構１０７は、ハードスプリング１０１の楕円リングの長軸に沿って対称に配置された弾性アームＳ１−Ｓ４によりハードスプリングにフレキシブルに接続されている。したがって、入力機構１０７は、楕円リングの伸長変形の有無に関係なく、ハードスプリング１０１の楕円リングの中央に位置する。

さらに、弾性アームＳ１−Ｓ４は、ハードスプリングの長軸方向にはフレキシブルであり、且つ楕円リングを含む平面に直行する方向には堅固である。したがって、弾性アームＳ１−Ｓ４は、入力機構１０７が送りねじ１０６を回転させるときに当該入力機構１０７が回転することを防止するので、入力機構１０７の配置が安定化する。

３．他の例示的実施形態
本発明は図１および図２に示す上記実施形態に限定されるものではない。楕円リング内に入力機構あるいは駆動ユニットを支持する弾性アームの対称配置は、対称配置された弾性アームが入力機構あるいは駆動ユニットを楕円リングの変形の有無に関係なく楕円リングの中央に配置するならば、任意の対称配置を採用可能である。

本発明は、その技術思想や本質的特性から逸脱することなく他の具体的形態で実施されてもよい。したがって、上記の実施形態および具体例はすべての点において例示的であって限定的でないとみなすべきであり、本発明の技術的範囲は上記の明細書によってではなく添付の特許請求の範囲によって示される。したがって、特許請求の範囲の意味および均等の範囲内に入るすべての変更は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。

１０ 変形移動機構
１０１ ハードスプリング
１０２ 固定部
１０３ 可動部
１０４、１０５ ナット
１０６ 送りねじ
１０７ 入力機構
１０８ 回転方向
１０９ 押圧方向
Ｓ１−Ｓ４ 弾性アーム

Claims (8)

1. 中心線に関して対称形状を有し、一端が固定され他端が前記中心線に沿って移動可能である弾性リング部材と、
   前記弾性リング部材内に配置され、前記弾性リング部材の前記中心線に直交する操作線に沿った両端と係合した送りねじを回転させ、前記中心線に沿って前記弾性リング部材を押圧あるいは引張るように構成された駆動ユニットと、
   前記駆動ユニットを前記弾性リング部材に少なくとも前記中心線の方向に接続する複数のフレキシブルアームと、
   を有する変形移動機構。
2. 前記複数のフレキシブルアームは、前記中心線と前記操作線が交差する点に関して対称に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の変形移動機構。
3. 前記複数のフレキシブルアームの各々は、前記中心線の方向ではフレキシブルであり、前記弾性リング部材のリング平面に直交する方向では堅固であることを特徴とする請求項１に記載の変形移動機構。
4. 前記複数のフレキシブルアームの各々は、所定幅の弾性板から形成され、前記フレキシブルアームは、前記弾性板の幅方向が前記弾性リング部材のリング平面に直交する方向と同じになるように設置されることを特徴とする請求項１に記載の変形移動機構。
5. 中心線に関して対称形状を有し、一端が固定され他端が前記中心線に沿って移動可能である弾性リング部材を用意し、前記弾性リング部材内に、前記弾性リング部材の前記中心線に直交する操作線に沿った両端と係合した送りねじを回転させる駆動ユニットが配置され、
   前記駆動ユニットを前記弾性リング部材に少なくとも前記中心線の方向に複数のフレキシブルアームにより接続し、
   前記駆動ユニットにより、前記操作線に沿って前記弾性リング部材を押圧あるいは引張るように前記送りねじを回転させる、
   ことを特徴とする変形移動方法。
6. 前記複数のフレキシブルアームは、前記中心線と前記操作線が交差する点に関して対称に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の変形移動方法。
7. 前記複数のフレキシブルアームの各々は、前記中心線の方向ではフレキシブルであり、前記弾性リング部材のリング平面に直交する方向では堅固であることを特徴とする請求項５に記載の変形移動方法。
8. 前記複数のフレキシブルアームの各々は、所定幅の弾性板から形成され、前記フレキシブルアームは、前記弾性板の幅方向が前記弾性リング部材のリング平面に直交する方向と同じになるように設置されることを特徴とする請求項５に記載の変形移動方法。