JP2536370B2 - インチワ―ム - Google Patents
インチワ―ムInfo
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- JP2536370B2 JP2536370B2 JP4253246A JP25324692A JP2536370B2 JP 2536370 B2 JP2536370 B2 JP 2536370B2 JP 4253246 A JP4253246 A JP 4253246A JP 25324692 A JP25324692 A JP 25324692A JP 2536370 B2 JP2536370 B2 JP 2536370B2
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- JP
- Japan
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- hole
- stator
- rotor
- operating rod
- actuator
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, 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
- B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
- B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
- B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
- B23Q5/50—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding step-by-step
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット、マニピュレ
ータ、テーブル等に組み込んでアクチュエータとして利
用可能なインチワームに関するものである。
ータ、テーブル等に組み込んでアクチュエータとして利
用可能なインチワームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ロボットやマニピュレータには、多くの
アクチュエータが組み込まれている。しかして、従来の
アクチュエータには、リニア型、回転型ともに、モータ
式、電磁式、超音波式などが一般に知られている。
アクチュエータが組み込まれている。しかして、従来の
アクチュエータには、リニア型、回転型ともに、モータ
式、電磁式、超音波式などが一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、それらのア
クチュエータにはそれぞれ次のような欠点がある。先
ず、ＡＣ・ＤＣモータやステップモータに代表されるモ
ータ式にあっては、ＡＣ・ＤＣモータが高分解能の回転
を得るために減速機を必要としそのバックラッシュによ
り高精度の位置決めができない欠点を有し、ステップモ
ータがマイクロステップ駆動で高分解能の回転を得るよ
うにしていることにより停止時に常時通電しておかなけ
ればならない欠点を有している。一方、電磁式や超音波
式にあっては、高精度の位置決めを行うためにエンコー
ダを取り付けてフィードバックを行う必要があり、機構
や制御が複雑になる欠点を有している。
クチュエータにはそれぞれ次のような欠点がある。先
ず、ＡＣ・ＤＣモータやステップモータに代表されるモ
ータ式にあっては、ＡＣ・ＤＣモータが高分解能の回転
を得るために減速機を必要としそのバックラッシュによ
り高精度の位置決めができない欠点を有し、ステップモ
ータがマイクロステップ駆動で高分解能の回転を得るよ
うにしていることにより停止時に常時通電しておかなけ
ればならない欠点を有している。一方、電磁式や超音波
式にあっては、高精度の位置決めを行うためにエンコー
ダを取り付けてフィードバックを行う必要があり、機構
や制御が複雑になる欠点を有している。
【０００４】これに対して、近時、圧電素子を用いたイ
ンチワーム式のものが考えられている。インチワーム式
によると、圧電素子を１パルスごとに駆動するためオー
プン制御でも正確な位置決めができ、停止時には圧電素
子が被駆動体に保持力を作用させるため別段のロック機
構を不要にでき、構成もコンパクトにできる効果が期待
できる。しかし、現存するものはリニア型だけであっ
て、その構造も比較的複雑なものであり、また回転型は
未だ開発されるに至っていない。その上、従来において
ロボットのアーム等に直線運動と回転運動の双方の動作
を与えるためには、リニア型には上記インチワーム式を
用いることができるにしても、回転型には既往のモータ
式、電磁式あるいは超音波式のアクチュエータを用いざ
るを得ず、そのアクチュエータが有する欠点のほか、ア
クチュエータの種類が異なるために２種類のドライバが
必要になるという新たな不具合が生じる。
ンチワーム式のものが考えられている。インチワーム式
によると、圧電素子を１パルスごとに駆動するためオー
プン制御でも正確な位置決めができ、停止時には圧電素
子が被駆動体に保持力を作用させるため別段のロック機
構を不要にでき、構成もコンパクトにできる効果が期待
できる。しかし、現存するものはリニア型だけであっ
て、その構造も比較的複雑なものであり、また回転型は
未だ開発されるに至っていない。その上、従来において
ロボットのアーム等に直線運動と回転運動の双方の動作
を与えるためには、リニア型には上記インチワーム式を
用いることができるにしても、回転型には既往のモータ
式、電磁式あるいは超音波式のアクチュエータを用いざ
るを得ず、そのアクチュエータが有する欠点のほか、ア
クチュエータの種類が異なるために２種類のドライバが
必要になるという新たな不具合が生じる。
【０００５】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであって、比較的簡単な構造の回転型インチワー
ムおよび固定型インチワームを開発し、それに基づいて
叙述の不具合を一挙に解決することを目的としている。
たものであって、比較的簡単な構造の回転型インチワー
ムおよび固定型インチワームを開発し、それに基づいて
叙述の不具合を一挙に解決することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。
達成するために、次のような構成を採用したものであ
る。
【０００７】すなわち、本発明に係るインチワームは、
先ず回転型として、略半径方向に拡縮可能な孔を有しそ
の孔に作動杆が挿入された固定子と、その固定子孔を拡
縮駆動する固定子用アクチュエータ要素と、略半径方向
に拡縮可能な孔を有しその孔に前記作動杆が挿入された
回転子と、その回転子孔を拡縮駆動する回転子用アクチ
ュエータ要素と、前記回転子孔から偏位した部位に設け
られ該回転子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心回
りに付勢する回転用アクチュエータ要素とを具備してな
り、前記各アクチュエータ要素を駆動して前記回転子に
前記固定子に対する正方向又は逆方向の微小回転運動を
繰り返し与えることにより、作動杆をパルス状に回転駆
動し得るように構成したことを特徴とする。
先ず回転型として、略半径方向に拡縮可能な孔を有しそ
の孔に作動杆が挿入された固定子と、その固定子孔を拡
縮駆動する固定子用アクチュエータ要素と、略半径方向
に拡縮可能な孔を有しその孔に前記作動杆が挿入された
回転子と、その回転子孔を拡縮駆動する回転子用アクチ
ュエータ要素と、前記回転子孔から偏位した部位に設け
られ該回転子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心回
りに付勢する回転用アクチュエータ要素とを具備してな
り、前記各アクチュエータ要素を駆動して前記回転子に
前記固定子に対する正方向又は逆方向の微小回転運動を
繰り返し与えることにより、作動杆をパルス状に回転駆
動し得るように構成したことを特徴とする。
【０００８】また、回転及びリニア型として、略半径方
向に拡縮可能な孔を有しその孔に作動杆が挿入された固
定子と、その固定子孔を拡縮駆動する固定子用アクチュ
エータ要素と、略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔
に前記作動杆が挿入された回転子と、その回転子孔を拡
縮駆動する回転子用アクチュエータ要素と、前記回転子
孔から偏位した部位に設けられ該回転子を前記固定子を
足場にして作動杆の軸心回りに付勢する回転用アクチュ
エータ要素と、略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔
に前記作動杆が挿入された移動子孔と、この移動子孔を
拡縮駆動する移動子用アクチュエータ要素と、前記移動
子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心方向に付勢す
る移動用アクチュエータ要素とを具備してなり、前記各
アクチュエータ要素を駆動して、前記回転子に前記固定
子に対する正方向又は逆方向の微小回転運動を繰り返し
与えることにより作動杆をパルス状に回転駆動し、前記
移動子に前記固定子に対する正方向又は逆方向の微小直
線運動を繰り返し与えることにより、作動杆をパルス状
に回転駆動および進退駆動し得るように構成したことを
特徴とする。
向に拡縮可能な孔を有しその孔に作動杆が挿入された固
定子と、その固定子孔を拡縮駆動する固定子用アクチュ
エータ要素と、略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔
に前記作動杆が挿入された回転子と、その回転子孔を拡
縮駆動する回転子用アクチュエータ要素と、前記回転子
孔から偏位した部位に設けられ該回転子を前記固定子を
足場にして作動杆の軸心回りに付勢する回転用アクチュ
エータ要素と、略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔
に前記作動杆が挿入された移動子孔と、この移動子孔を
拡縮駆動する移動子用アクチュエータ要素と、前記移動
子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心方向に付勢す
る移動用アクチュエータ要素とを具備してなり、前記各
アクチュエータ要素を駆動して、前記回転子に前記固定
子に対する正方向又は逆方向の微小回転運動を繰り返し
与えることにより作動杆をパルス状に回転駆動し、前記
移動子に前記固定子に対する正方向又は逆方向の微小直
線運動を繰り返し与えることにより、作動杆をパルス状
に回転駆動および進退駆動し得るように構成したことを
特徴とする。
【０００９】
【作用】請求項１に係る発明の基本的な作用を、制御手
段の一制御態様に沿ってステップ１〜ステップ６の６段
階に分けて説明する。先ず、初期状態で、固定子用アク
チュエータを通じて固定子孔を縮径させ、回転子用アク
チュエータを通じて回転子孔を縮径させ、回転用アクチ
ュエータを縮退させておく。この状態で、作動杆は固定
子および回転子にグリップされる。次に、ステップ１で
固定子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を拡径さ
せる。これにより、作動杆が固定子から開放され、回転
子にのみグリップされた状態になる。そして、ステップ
２で回転用アクチュエータ要素を伸長させて回転子を軸
心回りに正回転付勢する。これにより、回転子が所定角
度だけ回転し、このとき回転子にグリップされた作動杆
も同一角度だけ回転する。その後、ステップ３で固定子
用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を縮径させると
ともに、ステップ４で回転子用アクチュエータ要素を通
じて回転子孔を拡径させる。これにより、作動杆が回転
子から開放され固定子にのみグリップされる。その状態
から、ステップ５で回転用アクチュエータ要素を縮退さ
せて回転子を軸心回りに逆回転付勢する。これにより、
作動杆がその位置に保持されたままで、回転子のみが所
定角度だけ逆回転して元の位置に戻る。そして、最後に
ステップ６で回転子用アクチュエータ要素を通じて回転
子孔を縮径させ、冒頭に述べた初期状態に戻る。以上の
ような動作が繰り返されることにより、作動杆はパルス
状に正回転駆動されることになる。また、このような制
御が逆に行われれば、作動杆の逆回転動作が実現され
る。
段の一制御態様に沿ってステップ１〜ステップ６の６段
階に分けて説明する。先ず、初期状態で、固定子用アク
チュエータを通じて固定子孔を縮径させ、回転子用アク
チュエータを通じて回転子孔を縮径させ、回転用アクチ
ュエータを縮退させておく。この状態で、作動杆は固定
子および回転子にグリップされる。次に、ステップ１で
固定子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を拡径さ
せる。これにより、作動杆が固定子から開放され、回転
子にのみグリップされた状態になる。そして、ステップ
２で回転用アクチュエータ要素を伸長させて回転子を軸
心回りに正回転付勢する。これにより、回転子が所定角
度だけ回転し、このとき回転子にグリップされた作動杆
も同一角度だけ回転する。その後、ステップ３で固定子
用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を縮径させると
ともに、ステップ４で回転子用アクチュエータ要素を通
じて回転子孔を拡径させる。これにより、作動杆が回転
子から開放され固定子にのみグリップされる。その状態
から、ステップ５で回転用アクチュエータ要素を縮退さ
せて回転子を軸心回りに逆回転付勢する。これにより、
作動杆がその位置に保持されたままで、回転子のみが所
定角度だけ逆回転して元の位置に戻る。そして、最後に
ステップ６で回転子用アクチュエータ要素を通じて回転
子孔を縮径させ、冒頭に述べた初期状態に戻る。以上の
ような動作が繰り返されることにより、作動杆はパルス
状に正回転駆動されることになる。また、このような制
御が逆に行われれば、作動杆の逆回転動作が実現され
る。
【００１０】一方、請求項２に係る発明のうち、先ず進
退動作のみに関わる作用を、制御手段の一制御態様に沿
ってステップ１〜ステップ６の６段階に分けて説明す
る。先ず、初期状態で、固定子用アクチュエータ要素を
通じて固定子孔を縮径させ、移動子用アクチュエータ要
素を通じて移動子孔を縮径させ、移動用アクチュエータ
要素を縮退させておく。この状態で、作動杆は固定子お
よび移動子にグリップされる。次に、ステップ１で固定
子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を拡径させ
る。これにより、作動杆が固定子から開放され、移動子
にのみグリップされた状態になる。そして、ステップ２
で移動用アクチュエータ要素を伸長させて移動子を軸心
方向に前進付勢する。これにより、移動子が所定ストロ
ークだけ前進し、このとき移動子にグリップされた作動
杆も同一ストロークだけ移動する。その後、ステップ３
で固定子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を縮径
させるとともに、ステップ４で移動子用アクチュエータ
要素を通じて移動子孔を拡径させる。これにより、作動
杆が移動子から開放され固定子にのみグリップされる。
その状態から、ステップ５で移動用アクチュエータ要素
を縮退させて移動子を軸心方向に後退付勢する。これに
より、作動杆がその位置に保持されたままで、移動子の
みが所定ストロークだけ移動して元の位置に戻る。そし
て、最後にステップ６で移動子用アクチュエータ要素を
通じて移動子孔を縮径させ、冒頭に述べた初期状態に戻
る。以上のような動作が繰り返されることにより、作動
杆はパルス状に前進駆動されることになる。また、この
ような制御が逆に行われれば、作動杆の後退動作が実現
される。そして、この請求項２では、前記請求項１に係
る発明の構成要素を全て包含しているため、作動杆に回
転動作のみを行わせる事も勿論可能になる。
退動作のみに関わる作用を、制御手段の一制御態様に沿
ってステップ１〜ステップ６の６段階に分けて説明す
る。先ず、初期状態で、固定子用アクチュエータ要素を
通じて固定子孔を縮径させ、移動子用アクチュエータ要
素を通じて移動子孔を縮径させ、移動用アクチュエータ
要素を縮退させておく。この状態で、作動杆は固定子お
よび移動子にグリップされる。次に、ステップ１で固定
子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を拡径させ
る。これにより、作動杆が固定子から開放され、移動子
にのみグリップされた状態になる。そして、ステップ２
で移動用アクチュエータ要素を伸長させて移動子を軸心
方向に前進付勢する。これにより、移動子が所定ストロ
ークだけ前進し、このとき移動子にグリップされた作動
杆も同一ストロークだけ移動する。その後、ステップ３
で固定子用アクチュエータ要素を通じて固定子孔を縮径
させるとともに、ステップ４で移動子用アクチュエータ
要素を通じて移動子孔を拡径させる。これにより、作動
杆が移動子から開放され固定子にのみグリップされる。
その状態から、ステップ５で移動用アクチュエータ要素
を縮退させて移動子を軸心方向に後退付勢する。これに
より、作動杆がその位置に保持されたままで、移動子の
みが所定ストロークだけ移動して元の位置に戻る。そし
て、最後にステップ６で移動子用アクチュエータ要素を
通じて移動子孔を縮径させ、冒頭に述べた初期状態に戻
る。以上のような動作が繰り返されることにより、作動
杆はパルス状に前進駆動されることになる。また、この
ような制御が逆に行われれば、作動杆の後退動作が実現
される。そして、この請求項２では、前記請求項１に係
る発明の構成要素を全て包含しているため、作動杆に回
転動作のみを行わせる事も勿論可能になる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。
明する。
【００１２】このインチワームは、図１に示すように、
ガイド２に固定子３、固定子用アクチュエータ要素たる
圧電素子ａ、回転子４、回転子用アクチュエータ要素た
る圧電素子ｃ、回転用アクチュエータたる圧電素子ｅ、
移動子５、移動子用アクチュエータ要素たる圧電素子
ｂ、並びに、移動用アクチュエータ要素たる圧電素子ｄ
を組み込み、それらの適宜位置に作動杆たる軸状のアー
ム１を挿通してなる。
ガイド２に固定子３、固定子用アクチュエータ要素たる
圧電素子ａ、回転子４、回転子用アクチュエータ要素た
る圧電素子ｃ、回転用アクチュエータたる圧電素子ｅ、
移動子５、移動子用アクチュエータ要素たる圧電素子
ｂ、並びに、移動用アクチュエータ要素たる圧電素子ｄ
を組み込み、それらの適宜位置に作動杆たる軸状のアー
ム１を挿通してなる。
【００１３】ガイド２は、頂板部２１、底板部２２およ
び側板部２３からなる側面視コ字形をなすもので、頂板
部２１と底板部２２にそれぞれ前記アーム１が挿通され
ている。側板部２３の側縁中央には突片２４が突設され
ている。
び側板部２３からなる側面視コ字形をなすもので、頂板
部２１と底板部２２にそれぞれ前記アーム１が挿通され
ている。側板部２３の側縁中央には突片２４が突設され
ている。
【００１４】固定子３は、図１〜図３に示すように、ヒ
ンジ部３１によって連結された基端部３２および先端部
３３と、その先端部３３の中央に肉厚方向に穿設された
軸挿通用の固定子孔３４と、先端部３３を左右に分断し
て固定子孔３４を先端側に開放する切込み３５と、前記
固定子孔３４と前記ヒンジ部３１との間に穿設された矩
形孔３６とを具備してなるもので、その矩形孔３６に前
記圧電素子ａを組み込んだ状態で基端部３２をガイド２
の内周に固着し、その固定子孔３４にアーム１を挿通さ
せている。この圧電素子ａには例えばＰＺＴ（登録商
標）が用いられ、その作動方向は、図６および図７に示
すように前記ヒンジ部３１を支点にして先端部３３を左
右に押し開く方向に設定されている。すなわち、印加電
圧がＬレベルのときは図６に示す位置に縮退して固定子
孔３４を縮径させその結果固定子孔３４にアーム１をグ
リップさせるとともに、印加電圧がＨレベルのときは図
７に示す位置まで伸長して固定子孔３４を拡径させその
固定子孔３４からアーム１を解放するようになってい
る。
ンジ部３１によって連結された基端部３２および先端部
３３と、その先端部３３の中央に肉厚方向に穿設された
軸挿通用の固定子孔３４と、先端部３３を左右に分断し
て固定子孔３４を先端側に開放する切込み３５と、前記
固定子孔３４と前記ヒンジ部３１との間に穿設された矩
形孔３６とを具備してなるもので、その矩形孔３６に前
記圧電素子ａを組み込んだ状態で基端部３２をガイド２
の内周に固着し、その固定子孔３４にアーム１を挿通さ
せている。この圧電素子ａには例えばＰＺＴ（登録商
標）が用いられ、その作動方向は、図６および図７に示
すように前記ヒンジ部３１を支点にして先端部３３を左
右に押し開く方向に設定されている。すなわち、印加電
圧がＬレベルのときは図６に示す位置に縮退して固定子
孔３４を縮径させその結果固定子孔３４にアーム１をグ
リップさせるとともに、印加電圧がＨレベルのときは図
７に示す位置まで伸長して固定子孔３４を拡径させその
固定子孔３４からアーム１を解放するようになってい
る。
【００１５】回転子４は、図１、図２及び図４に示すよ
うに、ヒンジ部４１、４２によって連結された基端部４
３、中間部４４および先端部４５と、その先端部４５の
中央に肉厚方向に穿設された軸挿通用の回転子孔４６
と、先端部４５を左右に分断して固定子孔４６を先端側
に開放する切込み４７と、前記回転子孔４６と前記ヒン
ジ部４２との間に穿設された矩形孔４８とを具備してな
るもので、その矩形孔４８に前記圧電素子ｃを組み込む
とともに、基端部４３に圧電素子ｅの一端を固着してい
る。そして、圧電素子ｅの他端をガイド２の突片２４に
固着し、その状態で、回転子孔４６にアーム１を挿通さ
せている。圧電素子ｃ、ｅは例えばＰＺＴで、圧電素子
ｃの作動は、印加電圧がＬレベル（Ｈレベル）のときに
縮退（伸長）してヒンジ部４２を支点にして図６（図
７）に示すように回転子孔４６の縮径動作（拡径動作）
すなわちアーム１に対するグリップ動作（解放動作）を
随伴させ、圧電素子ｅの作動は、印加電圧がＬレベル
（Ｈレベル）のときに突片２４を足場にしてアーム１の
軸心ｍに対して垂直な方向に縮退（伸長）し図１１（図
１３）に示すように回転子４の基端４３を基準位置（回
転位置）に保持するようになっている。なお、この圧電
素子ｅが作動するときは、ヒンジ部４１が変形しながら
基端部４３と中間部４４の連結部分の歪みを吸収する。
うに、ヒンジ部４１、４２によって連結された基端部４
３、中間部４４および先端部４５と、その先端部４５の
中央に肉厚方向に穿設された軸挿通用の回転子孔４６
と、先端部４５を左右に分断して固定子孔４６を先端側
に開放する切込み４７と、前記回転子孔４６と前記ヒン
ジ部４２との間に穿設された矩形孔４８とを具備してな
るもので、その矩形孔４８に前記圧電素子ｃを組み込む
とともに、基端部４３に圧電素子ｅの一端を固着してい
る。そして、圧電素子ｅの他端をガイド２の突片２４に
固着し、その状態で、回転子孔４６にアーム１を挿通さ
せている。圧電素子ｃ、ｅは例えばＰＺＴで、圧電素子
ｃの作動は、印加電圧がＬレベル（Ｈレベル）のときに
縮退（伸長）してヒンジ部４２を支点にして図６（図
７）に示すように回転子孔４６の縮径動作（拡径動作）
すなわちアーム１に対するグリップ動作（解放動作）を
随伴させ、圧電素子ｅの作動は、印加電圧がＬレベル
（Ｈレベル）のときに突片２４を足場にしてアーム１の
軸心ｍに対して垂直な方向に縮退（伸長）し図１１（図
１３）に示すように回転子４の基端４３を基準位置（回
転位置）に保持するようになっている。なお、この圧電
素子ｅが作動するときは、ヒンジ部４１が変形しながら
基端部４３と中間部４４の連結部分の歪みを吸収する。
【００１６】移動子５は、図１、図２及び図５に示すよ
うに、ヒンジ部５１によって連結された基端部５２およ
び先端部５３と、その先端部５３の中央に肉厚方向に穿
設された軸挿通用の移動子孔５４と、先端部５３を左右
に分断して固定子孔５４を先端側に開放する切込み５５
と、前記移動子孔５４と前記ヒンジ部５１との間に穿設
された矩形孔５６とを具備してなるもので、その矩形孔
５６に圧電素子ｂを組み込んだ状態で、その移動子孔５
４にアーム１を挿通させるとともに、その移動子５と前
記固定子３の互いに対向する面の間に圧電素子ｄを介挿
している。圧電素子ｂ、ｄは例えばＰＺＴで、圧電素子
ｂの作動は、印加電圧がＬレベル（Ｈレベル）のときに
縮退（伸長）してヒンジ部５１を支点にして図６（図
７）に示すように移動子孔５４の縮径動作（拡径動作）
すなわちアーム１に対するグリップ動作（解放動作）を
随伴させ、圧電素子ｄの作動は、印加電圧がＬレベル
（Ｈレベル）のときに固定子３を足場にしてアーム１の
軸心ｍ方向に縮退（伸長）し図２０（図２１）に示すよ
うに移動子５を基準位置（ストローク位置）に保持する
ようになっている。
うに、ヒンジ部５１によって連結された基端部５２およ
び先端部５３と、その先端部５３の中央に肉厚方向に穿
設された軸挿通用の移動子孔５４と、先端部５３を左右
に分断して固定子孔５４を先端側に開放する切込み５５
と、前記移動子孔５４と前記ヒンジ部５１との間に穿設
された矩形孔５６とを具備してなるもので、その矩形孔
５６に圧電素子ｂを組み込んだ状態で、その移動子孔５
４にアーム１を挿通させるとともに、その移動子５と前
記固定子３の互いに対向する面の間に圧電素子ｄを介挿
している。圧電素子ｂ、ｄは例えばＰＺＴで、圧電素子
ｂの作動は、印加電圧がＬレベル（Ｈレベル）のときに
縮退（伸長）してヒンジ部５１を支点にして図６（図
７）に示すように移動子孔５４の縮径動作（拡径動作）
すなわちアーム１に対するグリップ動作（解放動作）を
随伴させ、圧電素子ｄの作動は、印加電圧がＬレベル
（Ｈレベル）のときに固定子３を足場にしてアーム１の
軸心ｍ方向に縮退（伸長）し図２０（図２１）に示すよ
うに移動子５を基準位置（ストローク位置）に保持する
ようになっている。
【００１７】なお、６、７はそれぞれ圧電素子ｄを装着
するためのプレートであって、一方のプレート６は前記
固定子３の面に添設されてその先端部３３の動作を妨げ
ない部位を固着され、他方のプレート７は前記移動子５
の面に添設されてその先端部５３の動作を妨げない部位
を固着されている。
するためのプレートであって、一方のプレート６は前記
固定子３の面に添設されてその先端部３３の動作を妨げ
ない部位を固着され、他方のプレート７は前記移動子５
の面に添設されてその先端部５３の動作を妨げない部位
を固着されている。
【００１８】ここにおいて、図８はインチワームを回転
駆動する際の制御の概要をタイムチャートで示し、図１
０〜図１７はその際の回転子４の作動の様子を移動子５
を省略して示している。以下、これらの図に沿って、本
実施例の作動を説明する。
駆動する際の制御の概要をタイムチャートで示し、図１
０〜図１７はその際の回転子４の作動の様子を移動子５
を省略して示している。以下、これらの図に沿って、本
実施例の作動を説明する。
【００１９】先ず、図８を見ると、この制御は６つのス
テップからなっている。初期状態では、各アクチュエー
タａ〜ｅの印加電圧は全てＬレベル（あるいは無通電）
とされ、圧電素子ａ、ｃ、ｂがそれぞれ固定子孔３４、
回転子孔４６、移動子孔５４を縮径させて、それらの孔
３４、４６、５４にアーム１をグリップさせ、圧電素子
ｄは移動子５を基準位置に保持し、圧電素子ｅは回転子
４を基準位置に保持している。次に、ステップ１で圧電
素子ａ、ｂの印加電圧をＨレベルにし、固定子孔３４お
よび移動子孔５４を拡径させてアーム１を解放する。こ
れにより、アーム１は回転子４にのみグリップされた状
態になる（図１０および図１１）。そして、ステップ２
で圧電素子ｅの印加電圧をＨレベルにする。これによ
り、回転子４がアーム１の軸心ｍ回りに回転位置まで駆
動され、このとき回転子４にグリップされたアーム１も
同一角度だけ回転する（図１２および図１３）。その
後、ステップ３で圧電素子ａの印加電圧をＬレベルに落
とすとともに、ステップ４で圧電素子ｃの印加電圧をＨ
レベルにする。これにより、アーム１が固定子３にのみ
グリップされた状態になる（図１４および図１５）。そ
して、ステップ５で圧電素子ｅの印加電圧をＬレベルに
落として回転子４を軸心ｍ回りに基準位置まで逆回転さ
せる（図１６および図１７）。このとき、アーム１は固
定子３にのみグリップされているので不動である。そし
て、最後にステップ６で圧電素子ｃの印加電圧をＬレベ
ルに落として、圧電素子ｂ以外の全ての圧電素子ａ、ｃ
〜ｅの印加状態を初期状態に戻す。圧電素子ｂ、ｄは後
述するリニア駆動用であるためここでは回転動作を妨げ
ないよう常にＨレベルまたはＬレベルに保持される。以
上のようにして、ステップ１〜６の１サイクルで図１１
の位置にあったアーム１上のＸ点が図１７の位置まで移
動したことになり、このようなサイクルを繰り返すこと
により、アーム１をパルス状に回転駆動することが可能
となる。図９は図８のチャートとほぼ左右対称をなして
おり、このチャートに沿って圧電素子ａ〜ｅを制御する
ことによりアーム１の逆回転駆動を実現することができ
る。
テップからなっている。初期状態では、各アクチュエー
タａ〜ｅの印加電圧は全てＬレベル（あるいは無通電）
とされ、圧電素子ａ、ｃ、ｂがそれぞれ固定子孔３４、
回転子孔４６、移動子孔５４を縮径させて、それらの孔
３４、４６、５４にアーム１をグリップさせ、圧電素子
ｄは移動子５を基準位置に保持し、圧電素子ｅは回転子
４を基準位置に保持している。次に、ステップ１で圧電
素子ａ、ｂの印加電圧をＨレベルにし、固定子孔３４お
よび移動子孔５４を拡径させてアーム１を解放する。こ
れにより、アーム１は回転子４にのみグリップされた状
態になる（図１０および図１１）。そして、ステップ２
で圧電素子ｅの印加電圧をＨレベルにする。これによ
り、回転子４がアーム１の軸心ｍ回りに回転位置まで駆
動され、このとき回転子４にグリップされたアーム１も
同一角度だけ回転する（図１２および図１３）。その
後、ステップ３で圧電素子ａの印加電圧をＬレベルに落
とすとともに、ステップ４で圧電素子ｃの印加電圧をＨ
レベルにする。これにより、アーム１が固定子３にのみ
グリップされた状態になる（図１４および図１５）。そ
して、ステップ５で圧電素子ｅの印加電圧をＬレベルに
落として回転子４を軸心ｍ回りに基準位置まで逆回転さ
せる（図１６および図１７）。このとき、アーム１は固
定子３にのみグリップされているので不動である。そし
て、最後にステップ６で圧電素子ｃの印加電圧をＬレベ
ルに落として、圧電素子ｂ以外の全ての圧電素子ａ、ｃ
〜ｅの印加状態を初期状態に戻す。圧電素子ｂ、ｄは後
述するリニア駆動用であるためここでは回転動作を妨げ
ないよう常にＨレベルまたはＬレベルに保持される。以
上のようにして、ステップ１〜６の１サイクルで図１１
の位置にあったアーム１上のＸ点が図１７の位置まで移
動したことになり、このようなサイクルを繰り返すこと
により、アーム１をパルス状に回転駆動することが可能
となる。図９は図８のチャートとほぼ左右対称をなして
おり、このチャートに沿って圧電素子ａ〜ｅを制御する
ことによりアーム１の逆回転駆動を実現することができ
る。
【００２０】一方、図１８はインチワームをリニア駆動
する際の制御の概要をタイムチャートで示し、図２０〜
図２３はその際の移動子５の作動の様子を回転子４を省
略して示している。
する際の制御の概要をタイムチャートで示し、図２０〜
図２３はその際の移動子５の作動の様子を回転子４を省
略して示している。
【００２１】先ず、図１８を見ると、この制御も６つの
ステップからなっている。初期状態では、各アクチュエ
ータａ〜ｅの印加電圧は全てＬレベル（あるいは無通
電）とされ、圧電素子ａ、ｃ、ｂがそれぞれ固定子孔３
４、回転子孔４６、移動子孔５４を縮径させて、それら
の孔３４、４６、５４にアーム１をグリップさせ、圧電
素子ｄは移動子５を基準位置に保持し、圧電素子ｅは回
転子４を基準位置に保持している。次に、ステップ１で
圧電素子ａ、ｃの印加電圧をＨレベルにし、固定子孔３
４および回転子孔４６を拡径させてアーム１を解放す
る。これにより、アーム１は移動子５にのみグリップさ
れた状態になる（図２０）。そして、ステップ２で圧電
素子ｄの印加電圧をＨレベルにする。これにより、移動
子５がアーム１の軸心ｍ方向に所定ストローク位置まで
付勢され、このとき移動子５にグリップされたアーム１
も同一ストロークだけ移動する（図２１）。その後、ス
テップ３で圧電素子ａの印加電圧をＬレベルに落とすと
ともに、ステップ４で圧電素子ｂの印加電圧をＨレベル
にする。これにより、アーム１が固定子３にのみグリッ
プされた状態になる（図２２）。そして、ステップ５で
圧電素子ｄの印加電圧をＬレベルに落として移動子５を
軸心ｍに沿って基準位置まで逆ストロークさせる（図２
３）。このとき、アーム１は固定子３にのみグリップさ
れているので不動である。そして、最後にステップ６で
圧電素子ｂの印加電圧をＬレベルに落として、圧電素子
ｃ以外の全ての圧電素子ａ、ｂ、ｄ、ｅの印加状態を初
期状態に戻す。圧電素子ｃ、ｅは前述した回転駆動用で
あるためここではリニア動作を妨げないよう常にＨレベ
ルまたはＬレベルに保持される。以上のようにして、ス
テップ１〜６の１サイクルで図２０の位置にあったアー
ム１上のＹ点が図２３の位置まで移動したことになり、
このようなサイクルを繰り返すことにより、アーム１を
パルス状にリニア駆動することが可能となる。図１９は
図１８のチャートとほぼ左右対称をなしており、このチ
ャートに沿って圧電素子ａ〜ｅを制御することによりア
ーム１の逆方向のリニア駆動を実現することができる。
ステップからなっている。初期状態では、各アクチュエ
ータａ〜ｅの印加電圧は全てＬレベル（あるいは無通
電）とされ、圧電素子ａ、ｃ、ｂがそれぞれ固定子孔３
４、回転子孔４６、移動子孔５４を縮径させて、それら
の孔３４、４６、５４にアーム１をグリップさせ、圧電
素子ｄは移動子５を基準位置に保持し、圧電素子ｅは回
転子４を基準位置に保持している。次に、ステップ１で
圧電素子ａ、ｃの印加電圧をＨレベルにし、固定子孔３
４および回転子孔４６を拡径させてアーム１を解放す
る。これにより、アーム１は移動子５にのみグリップさ
れた状態になる（図２０）。そして、ステップ２で圧電
素子ｄの印加電圧をＨレベルにする。これにより、移動
子５がアーム１の軸心ｍ方向に所定ストローク位置まで
付勢され、このとき移動子５にグリップされたアーム１
も同一ストロークだけ移動する（図２１）。その後、ス
テップ３で圧電素子ａの印加電圧をＬレベルに落とすと
ともに、ステップ４で圧電素子ｂの印加電圧をＨレベル
にする。これにより、アーム１が固定子３にのみグリッ
プされた状態になる（図２２）。そして、ステップ５で
圧電素子ｄの印加電圧をＬレベルに落として移動子５を
軸心ｍに沿って基準位置まで逆ストロークさせる（図２
３）。このとき、アーム１は固定子３にのみグリップさ
れているので不動である。そして、最後にステップ６で
圧電素子ｂの印加電圧をＬレベルに落として、圧電素子
ｃ以外の全ての圧電素子ａ、ｂ、ｄ、ｅの印加状態を初
期状態に戻す。圧電素子ｃ、ｅは前述した回転駆動用で
あるためここではリニア動作を妨げないよう常にＨレベ
ルまたはＬレベルに保持される。以上のようにして、ス
テップ１〜６の１サイクルで図２０の位置にあったアー
ム１上のＹ点が図２３の位置まで移動したことになり、
このようなサイクルを繰り返すことにより、アーム１を
パルス状にリニア駆動することが可能となる。図１９は
図１８のチャートとほぼ左右対称をなしており、このチ
ャートに沿って圧電素子ａ〜ｅを制御することによりア
ーム１の逆方向のリニア駆動を実現することができる。
【００２２】以上のようにして、図示インチワームは、
アクチュエータ要素として圧電素子ａ〜ｅのみを用い、
それらのパルス駆動を通じてアーム１の回転動作だけで
はなくリニア動作をも実現するものであるから、オープ
ン制御でも正確な位置決めができ、停止時には圧電素子
ａ〜ｅからアーム１に保持力が作用するため別段のロッ
ク機構を不要にでき、アクチュエータとしての全体構成
も各圧電素子ａ〜ｅ自体が小形、軽量であることに加え
て回転動作とリニア動作の双方を単一のインチワームが
果たすことで、回転形とリニア形とで別異のアクチュエ
ータを採用する場合に比べて全体の小形、軽量化を更に
促進することができ、また、これに伴ってアーム１に対
する負荷軽減の効果も果たされる。また、図示インチワ
ームは単一のドライバのみによって駆動できるため、２
種類のドライバを必要とする場合に比べて全体の小形、
軽量化を一層促進することが可能になる。さらにまた、
本実施例によれば、各圧電素子ａ〜ｅへの電圧印加の周
期及び電圧の大きさを変えることで、インチワームの作
動速度を容易に設定できる利点も得られる。
アクチュエータ要素として圧電素子ａ〜ｅのみを用い、
それらのパルス駆動を通じてアーム１の回転動作だけで
はなくリニア動作をも実現するものであるから、オープ
ン制御でも正確な位置決めができ、停止時には圧電素子
ａ〜ｅからアーム１に保持力が作用するため別段のロッ
ク機構を不要にでき、アクチュエータとしての全体構成
も各圧電素子ａ〜ｅ自体が小形、軽量であることに加え
て回転動作とリニア動作の双方を単一のインチワームが
果たすことで、回転形とリニア形とで別異のアクチュエ
ータを採用する場合に比べて全体の小形、軽量化を更に
促進することができ、また、これに伴ってアーム１に対
する負荷軽減の効果も果たされる。また、図示インチワ
ームは単一のドライバのみによって駆動できるため、２
種類のドライバを必要とする場合に比べて全体の小形、
軽量化を一層促進することが可能になる。さらにまた、
本実施例によれば、各圧電素子ａ〜ｅへの電圧印加の周
期及び電圧の大きさを変えることで、インチワームの作
動速度を容易に設定できる利点も得られる。
【００２３】なお、本発明は上述した実施例のみに限定
されるものではない。例えば、前記実施例においてアー
ム１を固定すれば、インチワーム自体に回転およびリニ
ア動作を行わせることができる。また、回転動作のみを
行うインチワームを構成する場合には、移動子５、圧電
素子ｂ、ｄをそれぞれ撤去し残った圧電素子ａ、ｃ、ｅ
に対して同様の制御を行えばよい。同様の趣旨で回転動
作のみを行わせるように構成することもできる。さら
に、上記実施例ではアクチュエータ要素としてＰＺＴを
用いたが、それ以外のアクチュエータ要素、例えば形状
記憶合金や磁歪素子などの機能素子、あるいはソレノイ
ドのような電磁アクチュエータを用いることもできる。
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変形が可能である。
されるものではない。例えば、前記実施例においてアー
ム１を固定すれば、インチワーム自体に回転およびリニ
ア動作を行わせることができる。また、回転動作のみを
行うインチワームを構成する場合には、移動子５、圧電
素子ｂ、ｄをそれぞれ撤去し残った圧電素子ａ、ｃ、ｅ
に対して同様の制御を行えばよい。同様の趣旨で回転動
作のみを行わせるように構成することもできる。さら
に、上記実施例ではアクチュエータ要素としてＰＺＴを
用いたが、それ以外のアクチュエータ要素、例えば形状
記憶合金や磁歪素子などの機能素子、あるいはソレノイ
ドのような電磁アクチュエータを用いることもできる。
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変形が可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明に係るインチワームは、以上説明
したように、圧電素子等のアクチュエータ要素を用い、
それらのパルス駆動を通じて作動杆の回転動作を実現す
るものであるから、オープン制御でも正確な位置決めが
でき、停止時にはそれらのアクチュエータ要素から作動
杆に保持力を作用させることが容易であって別段のロッ
ク機構を不要にでき、アクチュエータとしての全体構成
も各アクチュエータ要素自体に比較的小形、軽量なもの
を用いることができるため、従来の回転型アクチュエー
タに比べて小形、軽量化を果たし、また作動杆に対する
負荷軽減を果たすことができる。以上の効果は回転及び
リニア型においても同様である。特に、回転及びリニア
動作を単一のインチワームで実現するように構成した場
合には、固定子や固定子用アクチュエータ要素、さらに
ドライバをも共用できることから、回転形とリニア形と
で別異のアクチュエータを構成する場合に比べて全体の
コンパクト化および作動杆に対する負荷軽減の効果を一
層促進する効果が得られる。
したように、圧電素子等のアクチュエータ要素を用い、
それらのパルス駆動を通じて作動杆の回転動作を実現す
るものであるから、オープン制御でも正確な位置決めが
でき、停止時にはそれらのアクチュエータ要素から作動
杆に保持力を作用させることが容易であって別段のロッ
ク機構を不要にでき、アクチュエータとしての全体構成
も各アクチュエータ要素自体に比較的小形、軽量なもの
を用いることができるため、従来の回転型アクチュエー
タに比べて小形、軽量化を果たし、また作動杆に対する
負荷軽減を果たすことができる。以上の効果は回転及び
リニア型においても同様である。特に、回転及びリニア
動作を単一のインチワームで実現するように構成した場
合には、固定子や固定子用アクチュエータ要素、さらに
ドライバをも共用できることから、回転形とリニア形と
で別異のアクチュエータを構成する場合に比べて全体の
コンパクト化および作動杆に対する負荷軽減の効果を一
層促進する効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す分解斜視図。
【図２】同実施例の正面図。
【図３】図２におけるIII-III 線断面図。
【図４】図２におけるIV-IV 線断面図。
【図５】図２におけるV-V 線断面図。
【図６】同実施例における圧電素子ａ、ｂ、ｃの作用説
明図。
明図。
【図７】図６に対応した作用説明図。
【図８】同実施例においてアームを正転駆動する時の制
御の概要を示すチャート図。
御の概要を示すチャート図。
【図９】同実施例においてアームを逆転駆動する時の制
御の概要を示すチャート図。
御の概要を示すチャート図。
【図１０】同実施例においてアームを回転駆動する時の
固定子と回転子の様子を示す一部省略した正面図。
固定子と回転子の様子を示す一部省略した正面図。
【図１１】同実施例においてアームを回転駆動する時の
回転子の様子を示す図４に対応した底面図。
回転子の様子を示す図４に対応した底面図。
【図１２】図１０に対応した作用説明図。
【図１３】図１１に対応した作用説明図。
【図１４】図１０に対応した作用説明図。
【図１５】図１１に対応した作用説明図。
【図１６】図１０に対応した作用説明図。
【図１７】図１１に対応した作用説明図。
【図１８】同実施例においてアームを正方向へリニア駆
動する時の制御の概要を示すチャート図。
動する時の制御の概要を示すチャート図。
【図１９】同実施例においてアームを逆方向へリニア駆
動する時の制御の概要を示すチャート図。
動する時の制御の概要を示すチャート図。
【図２０】同実施例においてアームをリニア駆動する時
の全体の様子を示す図。
の全体の様子を示す図。
【図２１】図２０に対応した作用説明図。
【図２２】図２０に対応した作用説明図。
【図２３】図２０に対応した作用説明図。
１…作動杆（アーム） ３…固定子 ４…回転子 ５…移動子 ３４…固定子孔 ４６…回転子用孔 ５４…移動子孔 ａ…固定子用アクチュエータ要素（圧電素子） ｂ…移動子用アクチュエータ要素（圧電素子） ｃ…回転子用アクチュエータ要素（圧電素子） ｄ…移動用アクチュエータ要素（圧電素子） ｅ…回転用アクチュエータ要素（圧電素子）
Claims (2)
- 【請求項１】略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔に
作動杆が挿入された固定子と、その固定子孔を拡縮駆動
する固定子用アクチュエータ要素と、略半径方向に拡縮
可能な孔を有しその孔に前記作動杆が挿入された回転子
と、その回転子孔を拡縮駆動する回転子用アクチュエー
タ要素と、前記回転子孔から偏位した部位に設けられ該
回転子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心回りに付
勢する回転用アクチュエータ要素とを具備してなり、前
記各アクチュエータ要素を駆動して前記回転子に前記固
定子に対する正方向又は逆方向の微小回転運動を繰り返
し与えることにより、作動杆をパルス状に回転駆動し得
るように構成したことを特徴とするインチワーム。 - 【請求項２】略半径方向に拡縮可能な孔を有しその孔に
作動杆が挿入された固定子と、その固定子孔を拡縮駆動
する固定子用アクチュエータ要素と、略半径方向に拡縮
可能な孔を有しその孔に前記作動杆が挿入された回転子
と、その回転子孔を拡縮駆動する回転子用アクチュエー
タ要素と、前記回転子孔から偏位した部位に設けられ該
回転子を前記固定子を足場にして作動杆の軸心回りに付
勢する回転用アクチュエータ要素と、略半径方向に拡縮
可能な孔を有しその孔に前記作動杆が挿入された移動子
孔と、この移動子孔を拡縮駆動する移動子用アクチュエ
ータ要素と、前記移動子を前記固定子を足場にして作動
杆の軸心方向に付勢する移動用アクチュエータ要素とを
具備してなり、前記各アクチュエータ要素を駆動して、
前記回転子に前記固定子に対する正方向又は逆方向の微
小回転運動を繰り返し与えることにより作動杆をパルス
状に回転駆動し、前記移動子に前記固定子に対する正方
向又は逆方向の微小直線運動を繰り返し与えることによ
り、作動杆をパルス状に回転駆動および進退駆動し得る
ように構成したことを特徴とするインチワーム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4253246A JP2536370B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | インチワ―ム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4253246A JP2536370B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | インチワ―ム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06105568A JPH06105568A (ja) | 1994-04-15 |
| JP2536370B2 true JP2536370B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=17248599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4253246A Expired - Lifetime JP2536370B2 (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | インチワ―ム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536370B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6548938B2 (en) * | 2000-04-18 | 2003-04-15 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus having a pair of opposing surfaces driven by a piezoelectric actuator |
| CA2488481C (en) * | 2002-06-21 | 2011-09-06 | Viking Technologies, L.C. | Uni-body piezoelectric motor |
| KR101021285B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2011-03-11 | 울산대학교 산학협력단 | 압전 액츄에이터를 구비하는 초정밀 회전 위치결정 장치 |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP4253246A patent/JP2536370B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06105568A (ja) | 1994-04-15 |
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