JP2005233924A - Control structure and method of apparent poisson ratio, and sensor or device using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、見かけのポアソン比の制御構造、見かけのポアソン比制御方法およびそれを使用したセンサ等に関するもので、特に、材料の形状をわずかに工夫することによって、材料に引張力が加わった際に、引張り方向に対して垂直方向の材料幅や太さの寸法を大きくできる見かけのポアソン比の制御構造、見かけのポアソン比制御方法およびそれを使用したセンサ等に関するものである。さらに本発明は、工作機械、半導体等の製造装置、各種形状検査装置、情報機器等、高精度かつ高速応答を必要とする精密位置決め方法とその装置に関するものである。
本発明は、材料の形状を工夫することによって、局所的に見かけのポアソン比を負（材料の力付与方向（引張り方向）に対して、垂直方向の材料幅や太さの寸法を大きく）にすることができる。また、本発明は、見かけのポアソン比を制御することにより要求する精度の可動変位を得る事ができ、従来の製品に比して、性能・機能の付加もしくは向上とともに、簡便で低コストである機構を容易に実現できる。
The present invention relates to an apparent Poisson ratio control structure, an apparent Poisson ratio control method, a sensor using the same, and the like. In particular, when a tensile force is applied to a material by slightly devising the shape of the material. Further, the present invention relates to an apparent Poisson ratio control structure capable of increasing the material width and thickness in the direction perpendicular to the tensile direction, an apparent Poisson ratio control method, a sensor using the same, and the like. Furthermore, the present invention relates to a precision positioning method and apparatus that require high accuracy and high speed response, such as machine tools, semiconductor manufacturing devices, various shape inspection devices, information equipment, and the like.
In the present invention, by devising the shape of the material, the apparent Poisson's ratio is locally negative (the material width and thickness are increased in the direction perpendicular to the material force application direction (tensile direction)). can do. In addition, the present invention can obtain a movable displacement with the required accuracy by controlling the apparent Poisson's ratio, and is simple and low-cost as well as adding or improving performance and function as compared with conventional products. The mechanism can be easily realized.
一般に、材料の見かけのポアソン比は正であるとされ、引張力に対し、材料の引張り方向に垂直方向の材料幅や太さの寸法は小さくなる。それゆえ、引張力に対し、引張り方向に垂直方向の材料幅や太さの寸法を大きくすることが、材料形状を僅かに工夫することによって可能であるということを発見することは非常に困難であり、その形状の条件を示すことも容易ではない。また、その技術によって材料の用途が大きく広がるので、その技術の活用方法と装置から導き出される作用と効果は絶大であろう。
従来では、製品および装置に要求する性能や機能を得るために、製品および装置の機械的機構そのものを設計段階から工夫する必要があった。その結果、機構そのものが複雑になり、コストもかからざるを得ないという問題点があった（特許文献１）。
In general, the apparent Poisson's ratio of a material is assumed to be positive, and the material width and thickness dimensions in the direction perpendicular to the tensile direction of the material are smaller than the tensile force. Therefore, it is very difficult to discover that it is possible to increase the material width and thickness dimension perpendicular to the tensile direction with respect to the tensile force by slightly devising the material shape. Yes, it is not easy to show the condition of the shape. In addition, since the use of materials greatly expands due to the technology, the actions and effects derived from the utilization method and apparatus of the technology will be enormous.
Conventionally, in order to obtain performance and functions required for products and devices, it has been necessary to devise the mechanical mechanisms themselves of the products and devices from the design stage. As a result, there is a problem that the mechanism itself becomes complicated and the cost must be increased (Patent Document 1).
そこで本発明者らは、上記のような従来技術のもつ問題点を解決するために、材料形状を工夫することによって、引張力が加わった際に局所的に見かけのポアソン比が負になる特性を材料に持たせ、この特性を製品および装置に活用することにより、性能・機能の付加もしくは向上とともに、簡便で低コストである機構を実現することを目的とする。
また、材料に荷重や変位を与えた際に、その荷重や変位の大きさによって、材料が形状を変化させる現象（ポアソン比を制御する技術）を利用した精密位置決め方法およびその装置を実現することを目的とする。
Therefore, the present inventors have devised a material shape to solve the problems of the prior art as described above, and the characteristic that the apparent Poisson's ratio is locally negative when a tensile force is applied. It is an object to realize a simple and low-cost mechanism with addition or improvement of performance and function by using this characteristic in products and devices.
In addition, when a load or displacement is applied to a material, a precise positioning method and apparatus using a phenomenon (a technique for controlling the Poisson's ratio) that changes the shape of the material depending on the magnitude of the load or displacement is realized. With the goal.
本発明は、製品および装置に対し、要求する性能や機能を得たい特定の部位に適切な形状の切欠等を具備するものである。
また、要求する性能や機能を得たい製品および装置の特定の部位に適切な形状の切欠等を設けることによって、力付与方向（引張り方向）と垂直方向の幅や太さの寸法を大きくすることが可能となり、これを活用することによって、容易に単純な機構で、要求する性能や機能を低コストで得ることができる。
さらに、これまで、高精度で、高速に応答する位置決め装置を得るためには、製品の構造そのものや機構を考案せねばならず、複雑でコストがかかり、用途も制限されていたが、本発明では、引張力に対し引張方向に垂直方向の材料幅寸法が変化する（寸法が大きくなる）特性を材料にわずかな切欠を入れることで実現できるので、簡便化、省スペース・小型化、軽量化、低コスト化の効果があり、さらに、その効果のために用途もひろがり、本発明の技術と活用方法および装置が、新しい製品や装置に派生する可能性がある。
The present invention has a notch or the like of an appropriate shape at a specific part where it is desired to obtain the required performance and function for products and devices.
Also, increase the width and thickness dimension in the direction perpendicular to the force application direction (tensile direction) by providing notches, etc. of appropriate shapes in specific parts of products and equipment for which required performance and functions are to be obtained. By utilizing this, it is possible to easily obtain the required performance and functions at a low cost with a simple mechanism.
Furthermore, until now, in order to obtain a positioning device that responds with high accuracy and high speed, the structure and mechanism of the product itself must be devised, which is complicated, costly, and limited in use. Can realize the characteristic that the material width dimension changes in the direction perpendicular to the tensile direction with respect to the tensile force (the dimension becomes larger) by making a slight notch in the material, which simplifies, saves space, reduces size, and reduces weight. In addition, there is an effect of lowering the cost, and further, the use is expanded for the effect, and there is a possibility that the technology and the utilization method and apparatus of the present invention are derived to a new product or apparatus.
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
材料に所定形状の切欠を形成することにより、見かけのポアソン比を制御することを特徴とする見かけのポアソン比の制御構造である。
また、材料に所定形状の切欠を形成することにより、見かけのポアソン比を負にすることを特徴とする見かけのポアソン比の制御構造である。
また、前記所定形状の切欠とは、以下の関係式からなることを特徴とする見かけのポアソン比の制御構造である。 対象とする物体に対し、物体を貫通する一次元的な座標軸をＸとし、座標軸Ｘを含む物体の断面をＡとし、断面Ａ上において、座標軸Ｘに垂直な座標軸をＹとし、適当に原点を定め、断面Ａ上での点の位置を座標軸Ｘ上の点ｘと座標軸Ｙ上の点ｙを用いて（ｘ，ｙ）とする。また、断面Ａ上において、座標軸Ｘ上の点ｘ0 を定め、
ｘ2 ＞ｘ0 ＞ｘ1
を満たす、点ｘ0 の近傍の座標軸Ｘ上での点を、ｘ1 およびｘ2 とする。
断面Ａ上において、物体の内部から見た物体と外部との境界線、すなわち物体の外形をあらわす関数をｆ（ｘ）とし、対象とする物体に対し、断面、座標軸および点を適当に選ぶことにより、
また、前記切欠は、材料に形成した孔または溝を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の見かけのポアソン比の制御構造である。
また、所定形状の切欠を形成した材料の、切欠を挟んだ両端から、力付与手段により力もしくは変位等に起因する力を付与することにより見かけのポアソン比を制御することを特徴とする見かけのポアソン比制御方法である。
また、所定形状の切欠を形成した材料の、切欠を挟んだ両端から、力付与手段により力もしくは変位等に起因する力を付与することにより、力付与方向に垂直方向の幅や太さを制御することを特徴とする見かけのポアソン比制御方法である。
また、所定形状の切欠を形成した材料を、切欠を挟んだ両端で引張ることにより見かけのポアソン比を負にすることを特徴とする見かけのポアソン比制御方法である。
また、力や変位を検知するセンサであって、前記センサは前記に記載の見かけのポアソン比の制御構造を持ったことを特徴とするセンサである。
また、前記見かけのポアソン比の制御構造を持ったセンサであって、前記切欠部の膨張または収縮を利用することにより、力や変位の作用状況を検知することを特徴とするセンサである。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、力付与方向とは異なる方向への動力の伝達を可能とした動力伝達機構である。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、部品を固定することを特徴とする固定装置である。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、流量を制御できるようにしたことを特徴とする流量調節装置。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、音量を制御できるようにしたことを特徴とする音量調節装置である。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、光量を制御できるようにしたことを特徴とする光量調節装置である。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品を有し、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与した際に、力付与方向に垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状条件を活用し、位置決め機能、スイッチング作用、測定機能を達成できる装置である。
また、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品と、前記部品に力もしくは変位等に起因する力を付与する力付与手段と、力付与方向と垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状部と当接する当接部材と、この当接部材に連接された可動台とを備えていることを特徴とする精密位置決め装置である。
また、前記位置決め装置は、前記当接部材は、バネ部材によって前記形状部に当接されていることを特徴とする精密位置決め装置である。
また、前記精密位置決め装置を使用した精密位置決め方法であって、同方法は、見かけのポアソン比の制御構造を持つ部品に力付与手段によって力もしくは変位等に起因する力を付与し、力付与方向と垂直方向の幅や太さの寸法が変化する形状部の変化を利用して可動台を移動することを特徴とする精密位置決め方法である。
For this reason, the technical solution means adopted by the present invention is:
An apparent Poisson ratio control structure is characterized in that an apparent Poisson ratio is controlled by forming a notch having a predetermined shape in a material.
Also, the apparent Poisson ratio control structure is characterized in that the apparent Poisson ratio is made negative by forming a notch of a predetermined shape in the material.
The notch of the predetermined shape is an apparent Poisson's ratio control structure characterized by the following relational expression. For a target object, X is a one-dimensional coordinate axis passing through the object, A is a cross section of the object including the coordinate axis X, Y is a coordinate axis perpendicular to the coordinate axis X on the cross section A, and an origin is appropriately set. The position of the point on the cross section A is defined as (x, y) using the point x on the coordinate axis X and the point y on the coordinate axis Y. Further, on the cross section A, a point x 0 on the coordinate axis X is determined,
x 2 > x 0 > x 1
The points on the coordinate axis X in the vicinity of the point x 0 that satisfy the above are assumed to be x 1 and x 2 .
On the cross section A, the boundary line between the object and the outside viewed from the inside of the object, that is, the function representing the outer shape of the object is set to f (x), and the cross section, coordinate axes and points are appropriately selected for the target object. By
4. The apparent Poisson's ratio control structure according to
The apparent Poisson's ratio is controlled by applying force due to force or displacement by force applying means from both ends of the material in which the notch having a predetermined shape is sandwiched. This is a Poisson's ratio control method.
In addition, the width and thickness in the direction perpendicular to the force application direction can be controlled by applying force due to force or displacement from the both ends of the material with the notch of the predetermined shape sandwiched between the notches. This is an apparent Poisson's ratio control method.
Further, the apparent Poisson ratio control method is characterized in that the apparent Poisson ratio is made negative by pulling a material in which a notch having a predetermined shape is formed at both ends sandwiching the notch.
Further, the sensor is a sensor for detecting a force or a displacement, and the sensor has the apparent Poisson's ratio control structure described above.
Further, the sensor has a control structure of the apparent Poisson's ratio, and detects the action state of force or displacement by utilizing expansion or contraction of the notch.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. It is a power transmission mechanism that makes it possible to transmit power in a direction different from the direction of force application by utilizing conditions.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. The fixing device is characterized by fixing the parts by utilizing the conditions.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. A flow rate adjusting device characterized in that the flow rate can be controlled by utilizing the conditions.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. The volume control device is characterized in that the volume can be controlled by utilizing conditions.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. The light amount adjusting device is characterized in that the light amount can be controlled by utilizing the conditions.
In addition, a shape having a control structure with an apparent Poisson's ratio, and when a force due to a force or displacement is applied to the component, a shape whose width or thickness in the direction perpendicular to the force application direction changes. It is a device that can achieve positioning function, switching action, and measurement function by utilizing conditions.
In addition, a part having an apparent Poisson's ratio control structure, a force applying means for applying a force or a displacement due to a force to the part, and a shape in which the width or thickness dimension in the direction perpendicular to the force applying direction changes. A precision positioning device comprising: a contact member that contacts the portion; and a movable base connected to the contact member.
The positioning device is a precision positioning device in which the contact member is in contact with the shape portion by a spring member.
Also, a precision positioning method using the precision positioning device, in which the force imparting force is applied to the component having the apparent Poisson's ratio control structure by the force imparting means, and the force applying direction. And a movable positioning table using a change in a shape part in which the width and thickness in the vertical direction change.
本発明によれば、これまで、引張力に対し引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法が大きくなる特性を材料に付与するためには、材料の構造そのものや機構を発明せねばならず、複雑でコストがかかり、用途も制限されていたが、本発明では、引張力に対し引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法が大きくなる特性を材料にわずかな切欠を入れることで実現できるので、簡便化、省スペ−ス・小型化、軽量化、低コスト化の装置を提供することができる。また、要求する性能や機能を得たい製品および装置の特定の部位に適切な形状の切欠等を設けることによって、引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法を大きくすることが可能となり、これを活用することによって、容易に単純な機構で、要求する性能や機能を低コストで得ることができる、また、測定器のサイズに影響されず、高精度を要求する位置決めの微調整が可能であるうえ、機械的構造式で小型でかつ非常にシンプルな機構からなる精密位置決め装置を提供することができる。微小な位置決めに対し高速度に応答が可能となる。微小な変位の調整は、非常に難しかったが、ポアソン比を制御する本技術思想により大きな荷重や変位の入力に対し小さな変位としての出力を得る事ができ、微小で高精度な位置決めの方法とその装置を提供できる、等の優れた効果を奏することができる。 According to the present invention, in order to give a material the characteristics that the width and thickness in the direction perpendicular to the tensile direction are increased with respect to the tensile force, the structure and mechanism of the material itself must be invented. Although complicated, costly, and limited in application, the present invention realizes the characteristics that the width and thickness dimension in the direction perpendicular to the tensile direction is larger than the tensile force by making a slight notch in the material. Therefore, it is possible to provide a device that is simple, space-saving, downsized, lightweight, and low in cost. In addition, it is possible to increase the width and thickness dimensions in the direction perpendicular to the pulling direction by providing notches and the like of appropriate shapes in specific parts of products and equipment for which required performance and functions are to be obtained. Can be used to easily obtain the required performance and functions at a low cost with a simple mechanism, and it is possible to fine-tune the positioning that requires high accuracy without being affected by the size of the measuring instrument. In addition, it is possible to provide a precision positioning device having a mechanical structure, a small size, and a very simple mechanism. Response to high speed is possible for minute positioning. Although it was very difficult to adjust the minute displacement, this technical idea that controls the Poisson's ratio makes it possible to obtain an output as a small displacement for a large load or displacement input. An excellent effect such as providing the device can be obtained.
本発明は、製品および装置に対し、要求する性能や機能を得たい特定の部位に適切な形状の切欠等を具備することで、引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法を大きくすることが可能となり、これを活用することによって、容易に単純な機構で、要求する性能や機能を低コストで得ることができる。また、ポアソン比制御技術を利用して、材料に負荷する力や変位を変化させることで、対象とする可動台を高精度で高速に移動させることができる。 The present invention increases the width and thickness of the product and the device in the direction perpendicular to the tensile direction by providing a notch or the like of an appropriate shape at a specific site where the desired performance or function is desired. By utilizing this, it is possible to easily obtain the required performance and functions at a low cost with a simple mechanism. In addition, by using the Poisson's ratio control technique, the target movable table can be moved at high speed with high accuracy by changing the force and displacement applied to the material.
以下、本発明の実施例を説明すると、図１は見かけのポアソン比を負にする切欠を形成した板材の斜視図、図２は切欠を施した板材の形状寸法の説明図、図３は切欠を施した板材において形状寸法を変えた場合の引張り方向のひずみと切欠底部における引張り方向に垂直な方向のひずみとの関係を汎用有限要素法ソフトウエア「ＡＮＳＹＳ／ＥＤ５．６」（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．）によって解析した図である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a perspective view of a plate formed with a notch that makes the apparent Poisson's ratio negative, FIG. 2 is an explanatory view of the shape and dimension of the cut plate, and FIG. The relationship between the strain in the tensile direction and the strain in the direction perpendicular to the tensile direction at the bottom of the notch when the shape dimension is changed in the plate material subjected to the general purpose finite element method software “ANSYS / ED5.6” (ANSYS, Inc.). ).
本発明は、材料に引張力が加わった際に、局所的に見かけのポアソン比が負になり、力付与方向（引張り方向）に垂直方向の幅や太さの寸法を大きくすることを特徴とする。
図１に代表例として板材の場合を示す。図１において、板材１の場合、板材１の側部に切欠２を入れると、引張力３を受けた際に、切欠の最小断面部での板幅４を大きくすることができ、また、引張力３に対する板幅４の変化の割合は、板材１の形状寸法に対する切欠２の形状寸法によって調節することが出来る。
The present invention is characterized in that when a tensile force is applied to a material, the apparent Poisson's ratio is locally negative, and the width and thickness dimensions in the direction perpendicular to the force application direction (tensile direction) are increased. To do.
FIG. 1 shows a case of a plate material as a representative example. In FIG. 1, in the case of the
ここで、上記切欠を以下のように定義をする。
対象とする物体に対し、物体を貫通する一次元的な座標軸をＸとする。座標軸Ｘを含む物体の断面をＡとする。断面Ａ上において、座標軸Ｘに垂直な座標軸をＹとし、適当に原点を定め、断面Ａ上での点の位置を座標軸Ｘ上の点ｘと座標軸Ｙ上の点ｙを用いて（ｘ，ｙ）と書き表すことにする。断面Ａ上において、座標軸Ｘ上の点ｘ0 を定め、
ｘ2 ＞ｘ0 ＞ｘ1
を満たす、点ｘ0 の近傍の座標軸Ｘ上での点をｘ1 およびｘ2 とする。
断面Ａ上において、物体の内部から見た物体と外部との境界線、すなわち物体の外形をあらわす関数をｆ（ｘ）とする。対象とする物体に対し、断面、座標軸および点を適当に選ぶことにより、
Here, the above notch is defined as follows.
For a target object, let X be a one-dimensional coordinate axis that penetrates the object. Let A be the cross section of the object including the coordinate axis X. On the cross section A, the coordinate axis perpendicular to the coordinate axis X is set to Y, the origin is appropriately determined, and the position of the point on the cross section A is determined using the point x on the coordinate axis X and the point y on the coordinate axis Y (x, y ). On the cross section A, a point x 0 on the coordinate axis X is determined,
x 2 > x 0 > x 1
Let x 1 and x 2 be points on the coordinate axis X in the vicinity of the point x 0 that satisfy.
On the cross-section A, a boundary line between the object and the outside viewed from the inside of the object, that is, a function representing the outer shape of the object is assumed to be f (x). By appropriately selecting the cross section, coordinate axes and points for the target object,
以上に述べたように本発明では上述した切欠を材料に施すことによって、材料に引張力が加わった際に、引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法を大きくさせることが可能となる。
As described above, in the present invention, by applying the above-described notches to the material, when a tensile force is applied to the material, it becomes possible to increase the width and thickness dimensions in the direction perpendicular to the pulling direction.
図２に、切欠を施した板材の場合の各部の寸法を表す記号を示すとともに図３に、板材において図２に示した各部の形状寸法を変えた場合の、引張力によって生じる引張り方向のひずみと、切欠底部における引張力に垂直な方向のひずみとの関係を示す。図２中、αは切欠角度、Ｒは切欠半径、Ｂは板幅、ｂは切欠底部の板幅である。図３は、汎用有限要素法ソフトウェア「ＡＮＳＹＳ／ＥＤ５．６」（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．）による解析結果である。解析に用いた材料の材質は、一般構造用鋼とし、ヤング率を２０６ＧＰａ，ポアソン比を０．３とした。この図において、横軸に相当する、Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｓｔｒａｉｎとは、引張り方向の変位をＬで割ったものである。また、Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｔｒａｉｎとは、引張力に対し、ｂの変化量Δｂを負荷する前のｂで割ったものである。そして、見かけのポアソン比を「−（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｔｒａｉｎ）／（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｓｔｒａｉｎ）」と定義する。これは図３のグラフでは、直線の傾きにマイナスの符号をつけたものに相当する。 FIG. 2 shows symbols representing the dimensions of each part in the case of a notched plate material, and FIG. 3 shows strains in the tensile direction caused by tensile force when the shape dimensions of each part shown in FIG. And the strain in the direction perpendicular to the tensile force at the bottom of the notch. In FIG. 2, α is a notch angle, R is a notch radius, B is a plate width, and b is a plate width of a notch bottom. FIG. 3 shows the result of analysis by general-purpose finite element method software “ANSYS / ED5.6” (ANSYS, Inc.). The material used for the analysis was general structural steel, Young's modulus was 206 GPa, and Poisson's ratio was 0.3. In this figure, Longitudinal Strain, which corresponds to the horizontal axis, is the displacement in the tensile direction divided by L. Further, the lateral strain is obtained by dividing the amount of change Δb of b by b before loading with respect to the tensile force. The apparent Poisson's ratio is defined as “− (Lateral strain) / (Longitudinal strain)”. In the graph of FIG. 3, this is equivalent to adding a minus sign to the slope of the straight line.
図３において、Ａは、切欠なしの板材を意味し、この場合は、引張り方向のひずみが増すとともに、引張りに垂直方向のひずみは減少し、引張りに対して切欠底部の板材の幅が小さくなっている（即ち、見かけのポアソン比は、正（０．３）となっている）。これに対し、Ｂは、板材Ａに、見かけのポアソン比を負にできる適切な切欠を入れた場合であり、引張り方向のひずみが増すとともに、引張りに垂直方向のひずみも増加し、見かけのポアソン比は、負（−０．２８）となり、引張りに対し、切欠底部での板材の幅が大きくなっていることがわかる。また、Ｃは、Ｂを１００分の１倍したもの、ＤはＢの形状を１００倍したものであり、これらは、どちらもＢと同じ結果となっている。これは、切欠底部の幅を引張力に応答させる技術は、相似則が成りたつ（即ち、見かけのポアソン比を負にする技術は相似則が成り立つ）ことを示しており、この技術がミクロスケ−ルから、マクロスケ−ルまで活用可能であることを意味している。また、Ｅは、Ｂとは僅かに異なる形状寸法を与えた場合であり、この場合では、引張り方向のひずみが増すとともに、引張りに垂直方向のひずみは減少し、見かけのポアソン比は、正（０．１０）となっている。つまり、これは、切欠を入れたにもかかわらず、引張りに対し、切欠底部の板幅が大きくなる効果が得られない（見かけのポアソン比を負にする効果が得られない）ことを示している。このことから、引張りに対し、切欠底部の板幅を大きくすることができるのは、適切な形状についての条件をみたす形状の場合にのみ、見かけのポアソン比を負にすることができるということが分かる。 In FIG. 3, A means a plate material without a notch. In this case, as the strain in the tensile direction increases, the strain in the direction perpendicular to the tension decreases, and the width of the plate material at the bottom of the notch becomes smaller with respect to the tension. (Ie, the apparent Poisson's ratio is positive (0.3)). On the other hand, B is a case where an appropriate notch capable of making the apparent Poisson's ratio negative is added to the plate material A. As the strain in the tensile direction increases, the strain in the direction perpendicular to the tensile also increases, and the apparent Poisson The ratio is negative (−0.28), and it can be seen that the width of the plate material at the bottom of the notch is increased with respect to the tension. Also, C is a value obtained by multiplying B by 1/100, and D is a value obtained by multiplying the shape of B by 100. This indicates that the technology that makes the width of the notch bottom respond to the tensile force has a similar law (that is, the technology that makes the apparent Poisson's ratio negative holds). This means that it can be used from the scale to the macro scale. E is a case where a slightly different shape from B is given. In this case, the strain in the tensile direction increases and the strain perpendicular to the tension decreases, and the apparent Poisson's ratio is positive ( 0.10). In other words, this shows that, despite the notch, the effect of increasing the width of the notch bottom is not obtained for tension (the effect of making the apparent Poisson's ratio negative is not obtained). Yes. From this, it can be said that the plate width of the notch bottom can be increased with respect to the tension, and the apparent Poisson's ratio can be made negative only in the case of a shape that satisfies the conditions for an appropriate shape. I understand.
以上の事柄は、材料の形状が板材以外の場合（円柱等）でも成り立ち、切欠を多重に入れたり、切欠を複数にする等の切欠の数を変えたりすること、（切欠の位置を対称にしない等の）切欠を入れる位置を変えたりすること、切欠の代わりに材料に適切な孔、溝を設けること、切欠の代わりにあらかじめ材料に適切な「つば」を設けておく（効果を得たい部位をのぞき、その近辺の材料の断面形状を大きくしておく）こと、切欠材もしくは同等の効果が得られる形状を有する材料を多数組み合わせること、切欠に適切なこぶを設けること等によっても、同様の効果が得られる。図４、図５に材料に形成した切欠の例を示す。図５中、最下列の二つは、Ｕ字状の切欠内に円形、或いは角のあるこぶＫを設けた例である。なお、切欠の形状はあくまでも切欠形状の例示であって、見かけのポアソン比が負になる形状であれば図示せぬ他の形状でもよいことは当然である。 The above is true even when the shape of the material is other than a plate (such as a cylinder), and the number of notches such as multiple notches or multiple notches is changed (the positions of the notches are symmetrical). Change the position to insert the notch, etc., provide appropriate holes and grooves in the material in place of the notch, and provide appropriate “brimm” in the material in advance instead of the notch (to obtain the effect) (Except the part, increase the cross-sectional shape of the material in the vicinity), combine notch materials or a number of materials that have the same effect, and provide appropriate knots on the notch, etc. The effect is obtained. 4 and 5 show examples of notches formed in the material. In FIG. 5, two in the bottom row are examples in which a circular or angular hump K is provided in a U-shaped notch. Note that the notch shape is merely an example of a notch shape, and other shapes not shown may be used as long as the apparent Poisson's ratio is negative.
図２に示した形状をもつ試験片について、Ｌ＝４２０ｍｍ、ｔ＝３ｍｍ、Ｂ＝２００ｍｍ、荷重１６００ｋｇｆとした場合の有限要素法による数値計算結果および実験結果を図７、図８〜図１８に示す。これらの図から、引張力に対し、切欠底板幅が大きくなる、すなわち板幅変位△ｂが正になる領域が、切欠形状を変化させることによって存在することがわかる。言い換えると、この図は、引張力に対し、切欠底板幅を大きくさせるための切欠形状の条件を示している。また、図２に示した形状をもつ試験片について、Ｌ＝４２０ｍｍ、ｔ＝３ｍｍ、Ｂ＝２００ｍｍとし、切欠形状が、切欠半径：Ｒ＝１５ｍｍ、板幅比：ｂ／Ｂ＝０．３、０．９、切欠角度：α＝０ｄｅｇの場合について、負荷する荷重と、切欠底板幅変位との関係を図７−１に示す。この図から、荷重と切欠底板幅変位とは、直線関係がある。よって、切欠底板幅は引張力に線形応答し、引張力を調節することで切欠底板幅を制御可能であることがわかる。さらに、この図の場合、板幅の制御範囲は、ミクロンレベルであり、微小な制御が可能であることがわかる。特に、この図においては、板幅比ｂ／Ｂを0 ．9 から0 ．3 にすることによって、例えば、１６００ｋｇｆ負荷時には、切欠底板幅変位△ｂが、実験値として−８．４７μｍから１．８１μｍになり、符号を逆転させて、 約４．７分の1 倍の微小な変位が切欠形状を工夫するだけで高精度で得られることがわかる。すなわち、板幅の制御範囲は、対象とする板材や、板材に対する切欠形状および板材以外の切欠材などによって変化させることができる。
図６は実験に用いた試験機の側面図および試験片の正面図であり、図６において、１は試験片であり、この試験片の中央部に図６に示すような前述の切欠２が形成されている。
FIG. 7 and FIG. 8 to FIG. 18 show the numerical calculation results and the experimental results by the finite element method when L = 420 mm, t = 3 mm, B = 200 mm, and the load of 1600 kgf for the test piece having the shape shown in FIG. Show. From these figures, it can be seen that there is a region where the notch bottom plate width increases with respect to the tensile force, that is, the plate width displacement Δb becomes positive by changing the notch shape. In other words, this figure shows the conditions of the notch shape for increasing the notch bottom plate width with respect to the tensile force. For the test piece having the shape shown in FIG. 2, L = 420 mm, t = 3 mm, and B = 200 mm. The notch shape has a notch radius: R = 15 mm, a plate width ratio: b / B = 0.3, FIG. 7-1 shows the relationship between the load to be applied and the notch bottom plate width displacement when 0.9 and the notch angle: α = 0 deg. From this figure, the load and the notch bottom plate width displacement have a linear relationship. Therefore, it can be seen that the notch bottom plate width linearly responds to the tensile force, and the notch bottom plate width can be controlled by adjusting the tensile force. Furthermore, in the case of this figure, it can be seen that the control range of the plate width is on the micron level, and fine control is possible. In particular, in this figure, the plate width ratio b / B is set to 0. 9 to 0. For example, when a load of 1600 kgf is applied, the notch bottom plate width displacement Δb is changed from −8.47 μm to 1.81 μm as an experimental value, and the sign is reversed so that it is a minute about 4.7 times smaller. It can be seen that an accurate displacement can be obtained with high accuracy simply by devising the notch shape. That is, the control range of the plate width can be changed depending on a target plate material, a notch shape for the plate material, a notch material other than the plate material, and the like.
FIG. 6 is a side view of the testing machine used in the experiment and a front view of the test piece. In FIG. 6, 1 is a test piece, and the
図７、図８〜図１８において、切欠底での板幅の増量分をあらわすΔｂが正になる領域が、見かけのポアソン比が負になる効果が得られる領域であり、その領域を実現する形状寸法が、効果を得られるための条件となる。
図７、図８および図９から、効果が得られるために必要な形状寸法の条件としてＲ＜２５ｍｍ、ｂ／Ｂ＜０．８、α＜１５０ｄｅｇであることが分かる。ただし、この形状寸法条件を満たしていても、例えば図７に於けるＲ＝１５ｍｍの場合のようにｂ／Ｂ＜０．２では、Δｂが負となり、効果が得られなくなるという特徴があることには注意を要する。なお、このような特徴の発見は容易ではなく、本発明にて明らかにされたものである。また、実験結果は、数値計算による値とおおむね一致し、さらに図８においては、ｂ／Ｂ＝０．３のグラフと、ｂ／Ｂ＝０．５のグラフとがＲ＝１５ｍｍ付近で交差するという特徴も捉え、数値計算結果を定性的にも、定量的にも支持するものとなっている。図１０、図１１および図１２に、図中に示した条件のもとで、見かけのポアソン比を負にする効果を得るための切欠の形状寸法の条件をあらわす領域を図示した。
In FIGS. 7 and 8 to 18, the region where Δb representing the increase in the plate width at the notch bottom is positive is a region where the effect of making the apparent Poisson's ratio negative is obtained, and that region is realized. The shape dimension is a condition for obtaining the effect.
7, 8, and 9, it can be seen that R <25 mm, b / B <0.8, and α <150 deg as conditions of the shape and dimensions necessary for obtaining the effect. However, even if this shape dimensional condition is satisfied, there is a feature that Δb becomes negative when b / B <0.2 as in the case of R = 15 mm in FIG. Be careful. In addition, discovery of such a feature is not easy, and has been clarified in the present invention. In addition, the experimental result almost coincides with the value obtained by numerical calculation. Further, in FIG. 8, the graph of b / B = 0.3 and the graph of b / B = 0.5 intersect at around R = 15 mm. The numerical results are also supported qualitatively and quantitatively. 10, 11, and 12 show regions representing the notch shape dimension conditions for obtaining the effect of making the apparent Poisson ratio negative under the conditions shown in the drawings.
力学的観点から材質の違いを表す物理量としては、ヤング率Ｅとポアソン比νがある（物質の弾性的特性は、ヤング率Ｅとポアソン比νによって完全に定まるとされている）。よって、材質の違いが、見かけのポアソン比を負にする効果に与える影響を明らかにするために、図１３から図１５に、異なるヤング率Ｅを持つ材料について、図１６から図１８に、異なるポアソン比νを持つ材料について、試験片の形状を変化させた場合に得られる切欠底での板幅の変化量を示す。図１３から図１８によると、図中の形状寸法条件のもとでは、ヤング率Ｅとポアソン比νが小さいほど、切欠底での板幅の増加量は大きくなり、見かけのポアソン比を負にする効果が顕著に得られるということが分かる。 Physical quantities representing the difference in material from a mechanical point of view include Young's modulus E and Poisson's ratio ν (the elastic properties of a substance are completely determined by Young's modulus E and Poisson's ratio ν). Therefore, in order to clarify the influence of the difference in material on the effect of making the apparent Poisson's ratio negative, the materials having different Young's modulus E are different from those in FIGS. 16 to 18 in FIGS. The amount of change in the plate width at the notch bottom obtained when the shape of the test piece is changed for a material having a Poisson's ratio ν is shown. According to FIG. 13 to FIG. 18, under the shape dimension conditions in the figure, the smaller the Young's modulus E and the Poisson's ratio ν, the larger the increase in plate width at the notch bottom, and the negative Poisson's ratio becomes negative. It can be seen that the effect of this is remarkably obtained.
以上のように、本発明は、材料に何らかの理由で引張力が加わった際に、引張り方向に垂直方向の幅や太さの寸法が大きくなる形状条件（見かけのポアソン比が負になるということ）を活用することを特徴とするものであり、以下のような活用方法がある。
ａ．引張力が加わる方向とは異なる方向への動力の伝達装置や駆動装置等として使用できる。
ｂ．幅や太さの寸法が大きくなる部位を、材料が接触する部位に用いると、材料間の摩擦力が増すので、このことを利用した締結部等に使用できる。（ブレ−キ、ねじ、軸のはめあい、キ−溝、連結部、安全装置など）
ｃ．幅や太さの寸法の変化量は、引張力や引張り方向の変位で制御でき、ナノスケ−ルで変化させる事も可能であるので、微視的環境下での微小な動力・変位伝達機構や変位測定器等として使用できる。
ｄ．上記ｃで述べた微小変形の制御を利用して、管やノズル部等内部に流体や粉末などを通す装置においては、微量な調節が可能な流量調節機等に使用できる。
ｅ．上記ｄで述べたことに加え、音や光、その他の物の流れを精度良く調節したり遮ったりするスリット等の装置に使用できる。また、幅や太さの寸法の変化を利用して、音量や光量を調整する音量調整装置、光量調整装置等を実現することができる。
ｆ．幅や太さの寸法を大きくさせる引張力は何に起因していても構わないので、対象としたい入力としての力学的外力や電気的力、磁気的力、重力、ならびに、熱による膨張・収縮等に対するセンサ−や自動制御装置、スイッチ、計測器等として使用できる。
As described above, according to the present invention, when a tensile force is applied to a material for some reason, the shape condition (the apparent Poisson's ratio becomes negative) that the dimension of the width and thickness in the direction perpendicular to the tensile direction becomes large. ), And there are the following methods.
a. It can be used as a power transmission device or drive device in a direction different from the direction in which the tensile force is applied.
b. If the part where the dimension of width or thickness is large is used for the part where the material comes into contact, the frictional force between the materials increases. Therefore, it can be used for a fastening part using this. (Brake, screw, shaft fit, key groove, connecting part, safety device, etc.)
c. The amount of change in width and thickness can be controlled by pulling force and displacement in the pulling direction, and can also be changed by nanoscale. It can be used as a displacement measuring instrument.
d. In an apparatus for passing a fluid, powder, or the like through the inside of a tube, a nozzle portion or the like by utilizing the control of minute deformation described in the above c, it can be used for a flow rate regulator capable of performing a minute adjustment.
e. In addition to what is described in the above d, it can be used for a device such as a slit that accurately adjusts or blocks the flow of sound, light, and other objects. In addition, it is possible to realize a volume adjustment device, a light amount adjustment device, and the like that adjust the volume and the light amount by using changes in the dimensions of the width and thickness.
f. The tensile force that increases the width and thickness dimensions can be attributed to anything, so mechanical external force, electrical force, magnetic force, gravity, and thermal expansion / contraction as inputs to be targeted It can be used as a sensor, automatic control device, switch, measuring instrument, etc.
次に、前述した板幅を制御する技術を利用した具体的な精密位置決め方法およびその装置について説明する。
従来では、製品および装置に要求する性能や機能を得るために、製品および装置の機構そのものを設計段階から工夫する必要があった。その結果、機構そのものが複雑になり、コストもかからざるを得ないという問題点があった。特に、微小な変位の制御は難しく、高精度で高速応答するシンプルな機構を、とりわけ、機械的な工夫によって得るのは困難であった。このため、本発明では、上記の従来の問題点を、材料が荷重や変位を与えられた際に変形する特性を活用することにより、精密位置決めを実現できる精密位置決め方法およびその装置を提供する。特に、荷重や変位を与える材料の形状をわずかに工夫することによって、要求する精度の可動変位を得る事ができ、従来の製品に比して、性能・機能の付加もしくは向上とともに、簡便で低コストである機構を容易に実現できる。
また、本発明は、要求する精度の可動変位を、材料に切欠等を具備し適切な切欠形状を選定することによって得る技術を特徴としている。
また、材料が荷重や変位を与えられた際に、変形としての材料の応答は高速であるので、これを利用した可動台も、高速に応答する。このため、位置決め作業が極めて短時間で実現できる。さらに、材料への切欠形状を調整することで上記ポアソン比を正にも負にも変えることができ、しかもその時の変化は引張り力に正比例して素早く応答するため位置決め作業の効率を格段に良くすることができる。
また、小さな出力として微小変位を得るために、入力として大きな荷重や変位でよいので、高精度の制御が可能となる。
また、材料に切欠等を具備するだけで、要求する移動台の移動範囲と精度を調節・制御することができ、機械的に機構がシンプルである。
Next, a specific precision positioning method and apparatus using the above-described technology for controlling the plate width will be described.
Conventionally, in order to obtain performance and functions required for products and apparatuses, it has been necessary to devise the mechanisms of the products and apparatuses themselves from the design stage. As a result, there is a problem that the mechanism itself becomes complicated and the cost must be increased. In particular, it is difficult to control minute displacements, and it has been difficult to obtain a simple mechanism that responds with high accuracy and high speed by mechanical ingenuity. For this reason, the present invention provides a precision positioning method and apparatus capable of realizing precise positioning by utilizing the above-described conventional problems by utilizing the property of deformation when a material is given a load or displacement. In particular, it is possible to obtain movable displacement with the required accuracy by slightly devising the shape of the material that applies load and displacement, and it is simple and low with the addition or improvement of performance and function compared to conventional products. The mechanism that is cost can be easily realized.
In addition, the present invention is characterized by a technique for obtaining a movable displacement with a required accuracy by providing a material with a notch or the like and selecting an appropriate notch shape.
In addition, when the material is given a load or displacement, the response of the material as a deformation is high speed, so that the movable table using this also responds at high speed. For this reason, positioning work can be realized in a very short time. Furthermore, the Poisson's ratio can be changed to either positive or negative by adjusting the notch shape to the material, and the change at that time responds quickly in direct proportion to the tensile force, so the positioning work efficiency is greatly improved. can do.
Further, in order to obtain a minute displacement as a small output, a large load or displacement may be used as an input, so that highly accurate control is possible.
In addition, the required moving range and accuracy of the moving platform can be adjusted and controlled only by providing notches or the like in the material, and the mechanism is mechanically simple.
以下図面を参照して、実施例を説明すると、図１９は、切欠底板幅を引張力に応答させる技術を用いて、材料に負荷する力を変化させ、それによって対象とする可動台を高精度で高速に移動させることができる精密位置決め装置の概念図である。図１９において、１は板材、２は切欠、３は図示せぬ力付与手段によって発生する引張力、４は切欠底部の板幅、５は切欠底部の板幅側面に当接するアーム、６はアーム５と連接（または一体化）している可動台、７は支持台、８は可動台と支持台との間に配置したバネ材である。可動台には適宜位置決め対象物が接合され、可動台の移動に伴って、位置決め対象物も移動できる構成となっている。また引張力は図示せぬアクチュエータ（力付与手段）によって与えることができ、このアクチュエータを制御機器（例えばコンピュータ等）によって制御することにより、引張力を自在に制御できるようになっている。また、材料に与える荷重（引張力）や材料を変位させる力は何に起因していてもよく、たとえば、対象としたい入力としての力学的外力や電気的力、磁気的力、重力、ならびに、熱による膨張・収縮による力や、これらの力によって生じる変位等を材料に付加する力として利用することもできる。即ち、力付与手段は、一般的な力を付与する手段ばかりでなく、前述した変位等によって起因する力を付与することができる機構も含まれる。 An embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 19 shows a technique for changing a force applied to a material by using a technique for making a notch bottom plate width respond to a tensile force, thereby making a target movable table highly accurate. It is a conceptual diagram of the precision positioning device which can be moved at high speed with. In FIG. 19, 1 is a plate material, 2 is a notch, 3 is a tensile force generated by a force applying means (not shown), 4 is a plate width of the notch bottom, 5 is an arm that contacts the plate width side surface of the notch bottom, and 6 is an arm. A movable base connected to (or integrated with) 5, 7 is a support base, and 8 is a spring material disposed between the movable base and the support base. A positioning object is appropriately joined to the movable table, and the positioning object can be moved along with the movement of the movable table. The tensile force can be applied by an actuator (force applying means) (not shown), and the tensile force can be freely controlled by controlling the actuator with a control device (for example, a computer). In addition, the load (tensile force) applied to the material and the force that displaces the material may be caused by anything. For example, mechanical external force or electric force, magnetic force, gravity, Forces due to expansion / contraction due to heat, displacements caused by these forces, and the like can also be used as forces to add to the material. That is, the force applying means includes not only a general force applying means but also a mechanism capable of applying a force caused by the above-described displacement or the like.
図１９において、適切な形状の切欠２が入っている板材を、力付与手段によって引張ると、その板材１が引張力３を受けることで、前述した見かけのポアソン比の制御理論により、板材１の切欠底部の板幅４を変化させる（大きくする）ことができる。さらに、引張力３の大きさと切欠底部の板幅４の変化量との間には、弾性限度内において、比例関係が成り立つ。
特に、適切な切欠形状を選ぶと、引張力３の増加量に比例して、切欠底部の板幅４も増加し、逆に、引張力３の減少量に比例して、切欠底部の板幅４も減少するという応答を得る事ができる。ゆえに、この場合、引張力３を大きくすると、切欠底部の板幅４が増加し、この増加により、切欠底部に接触しているアーム５が移動し、この移動によって、アーム５と接合している可動台６がバネ材８を撓めながら移動する。一方、逆に、引張力３を緩めると、切欠底部の板幅４が減少し、この減少と、支持台７に支持されているバネ材８によって、切欠底に接触しているアーム５が押し戻され、アーム５と接合している可動台６が引張力３を大きくした場合とは逆方向に移動する。
In FIG. 19, when a plate material containing a
In particular, if an appropriate notch shape is selected, the
以上のように、引張力３を大きくしたり緩めたりすることによって、可動台６をアーム５の軸方向に移動させることができ、可動台６の移動量は、引張力３によって制御することができる。また、板材１の大きさや、板材１に対する切欠２の形状、板材ではない他の切欠材（角材、丸材等）を用いることなどによって、引張力３に対して切欠底板幅４が変化する割合を調節することができる。 なお、上記アーム、可動台、バネ材、支持台との関連構成は、図示したものに限定されず、切欠底部の変位を利用して対象物を移動できる構成であれば、他の構成を採用できることは当然である。また、幅や太さの寸法を大きくさせる引張力は何に起因していても構わないので、対象としたい入力としては、力学的外力や電気的力、磁気的力、重力、ならびに、熱による膨張・収縮等を利用することができる。
As described above, the movable table 6 can be moved in the axial direction of the
実施例として、精密位置決め機構を例にとって説明したが、上記基本的な構成はそのまま前述した各種装置、センサ等に利用することができる。即ち、引張力が加わる方向とは異なる方向への動力の伝達装置や駆動装置等として用いる場合には、切欠底部に当接するアームそのものの動きを直接的、関節的に利用することで、動力伝達、駆動装置として利用できる。またアームの動きをピストン作動部材の動きとして利用するによりブレーキ装置等への利用も可能となる。さらにアームの動きをバルブ作動部材として利用することでバルブ駆動機構として利用することができる。その他、上記アーム機構を一種のアクチュエータとして捉えた場合には、上記した例に限定されることなく、現在公知のアクチュエータの代替技術として種々の技術に利用することができる。なお、上記バネ材８は、本技術の使用部位によっては、不使用とすることもできる。
Although the precision positioning mechanism has been described as an example as an example, the above basic configuration can be used as it is for the various devices and sensors described above. In other words, when used as a power transmission device or drive device in a direction different from the direction in which the tensile force is applied, the power transmission is achieved by directly and jointly utilizing the movement of the arm itself that contacts the notch bottom. It can be used as a drive device. Further, by using the movement of the arm as the movement of the piston actuating member, it can be used for a brake device or the like. Furthermore, by using the movement of the arm as a valve operating member, it can be used as a valve driving mechanism. In addition, when the arm mechanism is regarded as a kind of actuator, the present invention is not limited to the above-described example, and can be used for various techniques as an alternative technique to a currently known actuator. In addition, the said
以上、本発明は、製品および装置に対し、要求する性能や機能を得たい特定の部位に適切な形状の切欠等を具備することにより、具体的には、切欠形状を工夫した適正な切欠を材料に形成し、その切欠に引張力が加わった際に局所的に見かけのポアソン比が負（または正）になる特性を材料に持たせることにより、広く各種製品および装置に活用することで各種製品の性能・機能の付加もしくは向上とともに、簡便で低コストであるセンサ機構を実現することができる。
さらに、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
As described above, according to the present invention, by providing a product and a device with a notch having an appropriate shape at a specific site where desired performance and function are desired, specifically, an appropriate notch with a devised notch shape is provided. By forming the material and giving the material a characteristic that the apparent Poisson's ratio is negative (or positive) when a tensile force is applied to the notch, it can be used in a wide variety of products and equipment. Along with the addition or improvement of product performance and functions, a simple and low-cost sensor mechanism can be realized.
In addition, the present invention can be implemented in any other form without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner.
本発明は、幅や太さの寸法を大きくさせる引張力は何に起因していても構わないので、対象としたい入力としての力学的外力や電気的力、磁気的力、重力、ならびに、熱による膨張・収縮等に対するセンサ−や自動制御装置、スイッチ、計測器等として使用できる。具体的には、工作機械、半導体等の製造装置、各種形状検査装置、情報機器等、高精度かつ高速応答を必要とする位置決め装置に利用できる。また、材料のわずかな変化を利用するため、ブレーキ、ねじ、軸のはめあい、ないしはナノスケールでの変位量伝達機構、および電気、磁気、光等に連動した検出機構等にも利用することができる。 In the present invention, the tensile force that increases the dimensions of the width and thickness may be caused by anything. Therefore, mechanical external force, electric force, magnetic force, gravity, It can be used as a sensor, an automatic control device, a switch, a measuring instrument, etc. for expansion / contraction due to the above. Specifically, it can be used for positioning devices that require high precision and high-speed response, such as machine tools, semiconductor manufacturing devices, various shape inspection devices, information devices, and the like. In addition, since slight changes in materials are used, it can be used for brakes, screws, shaft fittings, or nanoscale displacement transmission mechanisms, and detection mechanisms linked to electricity, magnetism, light, etc. .
１ 板材
２ 切欠
３ 引張力
４ 板幅
５ アーム
６ 可動台
７ 支持台
８ バネ材
α 切欠角度
Ｒ 切欠半径
Ｂ 板幅
ｂ 切欠部の板幅
1
Claims (18)
対象とする物体に対し、物体を貫通する一次元的な座標軸をＸとし、座標軸Ｘを含む物体の断面をＡとし、断面Ａ上において、座標軸Ｘに垂直な座標軸をＹとし、適当に原点を定め、断面Ａ上での点の位置を座標軸Ｘ上の点ｘと座標軸Ｙ上の点ｙを用いて（ｘ，ｙ）とする。また、断面Ａ上において、座標軸Ｘ上の点ｘ0 を定め、
ｘ2 ＞ｘ0 ＞ｘ1
を満たす、点ｘ0 の近傍の座標軸Ｘ上での点を、ｘ1 およびｘ2 とする。
断面Ａ上において、物体の内部から見た物体と外部との境界線、すなわち物体の外形をあらわす関数をｆ（ｘ）とし、対象とする物体に対し、断面、座標軸および点を適当に選ぶことにより、
For a target object, X is a one-dimensional coordinate axis passing through the object, A is a cross section of the object including the coordinate axis X, Y is a coordinate axis perpendicular to the coordinate axis X on the cross section A, and an origin is appropriately set. The position of the point on the cross section A is defined as (x, y) using the point x on the coordinate axis X and the point y on the coordinate axis Y. Further, on the cross section A, a point x 0 on the coordinate axis X is determined,
x 2 > x 0 > x 1
The points on the coordinate axis X in the vicinity of the point x 0 that satisfy the above are assumed to be x 1 and x 2 .
On the cross section A, the boundary line between the object and the outside viewed from the inside of the object, that is, the function representing the outer shape of the object is set to f (x), and the cross section, coordinate axes and points are appropriately selected for the target object. By
17. A precision positioning method using the precision positioning device according to claim 16, wherein the method applies a force due to a force or a displacement by a force applying means to a component having an apparent Poisson's ratio control structure. A precision positioning method, wherein the movable base is moved by using a change in a shape part in which a dimension of a width and a thickness in a direction perpendicular to the force application direction changes.
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