(57)【要約】【課題】プレス加工のみで容易に製造できる、複数の多自由度駆動機構が大規模に集積化したシート状に形成された平面集積駆動機構を実現する。【解決手段】平面集積駆動機構１は、基板２に複数の多自由度駆動機構３が設けられており、基板２は、可撓性の金属板が打ち抜かれて形成され、複数の六角形の枠４が連成された亀甲格子から成り、亀甲格子の複数の角部５は、それぞれ互いに交差しかつ延長部９、１０、１１を有する３つの格子枠６、７、８で形成され、多自由度駆動機構３は、多自由度駆動部材と駆動具から成り、多自由度駆動部材は、中央部１５と、中央部１５から放射方向に延び延長部９、１０、１１にそれぞれの一端が固定された３つの脚部１６、１７、１８とを有し、駆動具は、３つの延長部９、１０、１１をそれぞれ角部５側の基端部から屈曲するように駆動することで、多自由度駆動機構３を３自由度で可動とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に複数の多自由度駆動機構が設けられて成る平面集積駆動機構であって、
前記基板は、金属板が打ち抜かれて形成された格子から成り、
前記格子の複数の角部に対応して、それぞれ多自由度駆動機構が設けられており、
前記多自由度駆動機構は、多自由度駆動部材と駆動具から成り、
前記多自由度駆動部材は、中央部と、該中央部から放射方向に延び前記基板にそれぞれの一端が固定された３つの脚部とを有し、
前記駆動具は、前記３つの脚部に対応して基板を屈曲するように駆動することで、前記多自由度駆動部を３自由度で可動とする構成であることを特徴とする平面集積駆動機構。
【請求項２】
基板に複数の多自由度駆動機構が設けられて成る平面集積駆動機構であって、
前記基板は、金属板が打ち抜かれて形成され、複数の六角形の枠が連成された亀甲格子から成り、
前記亀甲格子の複数の角部に対応して、それぞれ互いに交差しかつ延長部を有する３つの格子枠で形成され、
前記多自由度駆動機構は、多自由度駆動部材と駆動具から成り、
前記多自由度駆動部材は、中央部と、該中央部から放射方向に延び前記３つの延長部にそれぞれの一端が固定された３つの脚部とを有し、
前記駆動具は、前記３つの延長部をそれぞれ角部側の基端部から屈曲するように駆動することで、前記多自由度駆動部を３自由度で可動とする構成であることを特徴とする平面集積駆動機構。
【請求項３】
前記駆動具は、前記３つの脚部に対応して基板に貼り付けられた圧電素子を備えたものであることを特徴とする請求項２記載の平面集積駆動機構。
【請求項４】
前記基板は、形状記憶合金で形成されており、前記３つの脚部に対応した基板の部分にそれぞれに電圧が印加されることにより前記駆動具を構成するものであることを特徴とする請求項２記載の平面集積駆動機構。
【請求項５】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれの中央部に固定された反射鏡を駆動する構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の平面集積駆動機構。
【請求項６】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれ独立して動き、該複数の多自由度駆動機構の上に載置した物品を搬送する構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の平面集積駆動機構。
【請求項７】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれの中央部にボードが固定された構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の平面集積駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面集積駆動機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小かつ多自由度を有する駆動装置は、微小な対象物を操作するためのマイクロマニピュレータ等の駆動機構として利用されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
そして、これらの機構概念に基づき、さらに安価で小型化を可能とする、薄板のプレス加工（打ち抜き、曲げ加工）のみで実現可能な微小かつ多自由度を有する単一の駆動機構（微小多自由度駆動機構）が、すでに本発明者等により提案されている（特許文献３参照）。
【０００４】
一方で、平面的な駆動機構の応用としてデジタルミラーデバイスが挙げられる。これは、駆動機構の駆動面にミラーを設置し、集積化された駆動可能なミラーを振ることで、プロジェクターのように大画面への映像提示を可能とする技術である。
【０００５】
そのほか、平面的なアクチュエータとしてリニア超音波モーターが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特許２５６０２６２号公報
【特許文献２】特許２７３３２１９号公報
【特許文献３】特許３７４８３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のデジタルミラーデバイスは、ＭＥＭＳ技術 (メムス、Micro Electro Mechanical Systems 。機械要素部品、センサー、 アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板上に集積化したデバイス技術)を利用している。
【０００８】
しかし、ＭＥＭＳ技術では、半導体プロセスに基づくものであり、デバイスの製作は非常に高価となり、またデバイスの駆動は一方向変移するだけの１自由度動作だけである。このため、従来のＭＥＭＳ技術を利用したデジタルミラーデバイス、特に、大規模に集積したデジタルミラーデバイス等は普及しにくいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来のＭＥＭＳ技術の有する問題を解決することを目的とするものであり、薄板の打ち抜き加工により簡単、安価に製造可能な平面集積駆動機構であって、複数のミラー等の角度を制御して反射光をデジタル的に制御可能とし、物品の所望の方向に搬送可能とし、又は音波のエネルギーや反射方向を制御可能とする平面集積駆動機構を実現するに実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、基板に複数の多自由度駆動機構が設けられて成る平面集積駆動機構であって、前記基板は、金属板が打ち抜かれて形成された格子から成り、前記格子の複数の角部に対応して、それぞれ多自由度駆動機構が設けられており、 前記多自由度駆動機構は、多自由度駆動部材と駆動具から成り、前記多自由度駆動部材は、中央部と、該中央部から放射方向に延び前記基板にそれぞれの一端が固定された３つの脚部とを有し、前記駆動具は、前記３つの脚部に対応して基板を屈曲するように駆動することで、前記多自由度駆動部を３自由度で可動とする構成であることを特徴とする平面集積駆動機構を提供する。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、基板に複数の多自由度駆動機構が設けられて成る平面集積駆動機構であって、前記基板は、金属板が打ち抜かれて形成され、複数の六角形の枠が連成された亀甲格子から成り、前記亀甲格子の複数の角部に対応して、それぞれ互いに交差しかつ延長部を有する３つの格子枠で形成され、前記多自由度駆動機構は、多自由度駆動部材と駆動具から成り、前記多自由度駆動部材は、中央部と、該中央部から放射方向に延び前記３つの延長部にそれぞれの一端が固定された３つの脚部とを有し、前記駆動具は、前記３つの延長部をそれぞれ角部側の基端部から屈曲するように駆動することで、前記多自由度駆動部を３自由度で可動とする構成であることを特徴とする平面集積駆動機構を提供する。
【００１２】
前記駆動具は、前記３つの脚部に対応して基板に貼り付けられた圧電素子を備えたものである構成としてもよい。
【００１３】
前記基板は、形状記憶合金で形成されており、前記３つの脚部に対応した基板の部分にそれぞれに電圧が印加されることにより前記駆動具を構成するものである構成としてもよい。
【００１４】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれの中央部に固定された反射鏡を駆動する構成である構成としてもよい。
【００１５】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれ独立して動き、該複数の多自由度駆動機構の上に載置した物品を搬送する構成である構成としてもよい。
【００１６】
前記複数の多自由度駆動機構は、それぞれの中央部にボードが固定された構成である構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る平面集積駆動機構によれば、次のような顕著な効果が生じる。
（１）従来技術に比べて、プレス加工のみで製造できることから、安価かつ大規模なものが実現できる。
【００１８】
（２）シート状に微小な多自由度機構を複数個敷き詰めることが可能であり、より大規模に集積化したサイズの大きいものでも実現可能である。
【００１９】
（３）シート状に形成された平面集積駆動機構を適切に制御することにより、複数のミラーの角度を制御し、反射光をデジタル的に制御可能とし、またシート上の物品の移動や、シート表面で反射する音波の制御による簡易防音シートなどの機能を安価かつ容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る平面集積駆動機構を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明に係る平面集積駆動機構１を示す斜視図である。平面集積駆動機構１は、基板２と、基板上にアレー状に配置された複数の多自由度駆動機構３とから成る。
【００２２】
基板２は、ステンレス、銅、燐青銅等の可撓性の薄板が打ち抜かれて製造されるものであり、図２に示すように、全体的には、ほぼ亀甲格子（複数の六角形の枠４が連成されて成る格子体）として製造される。各亀甲格子の角部５は、３つの枠６、７、８が互いに交差し結合して形成されている。
【００２３】
亀甲格子の角部５をそれぞれ形成する３つの枠６、７、８は、角部５から延長した延長部９、１０、１１を有する。延長部９、１０、１１の角部５側の基部には、図２に示すように、切り欠き（スリット）１２が形成されており、この切り欠き１２を中心にして延長部９、１０、１１が角部５に対して屈曲可能に形成されている。
【００２４】
複数の多自由度駆動機構３は、それぞれ多自由度駆動部材１３と駆動具１４とから構成される。多自由度駆動部材１３は、基板４と同様に、ステンレス、銅、燐青銅等の可撓性の薄板が打ち抜かれて屈曲されて製造されるものである。
【００２５】
図３は、多自由度駆動部材１３の展開図である。即ち、薄板が打ち抜かれた状態（製造工程において屈曲される前の状態）を示す図である。多自由度駆動部材１３は、中央部１５と、この中央部１５から放射方向に等間隔に延びた３つの脚部１６、１７、１８とから成る。
【００２６】
脚部１６、１７、１８は、それぞれ中央部１５から脚部先端に向けて、基部１９、幅広部２０及び取付部２１が一体的に形成されて成る。基部１９及び取付部２１には、それぞれ上部切り欠き（スリット）２２及び下部切り欠き（スリット）２３が形成されている。また、幅広部２０にはエ型切り欠き（スリット）２４、及びエ型切り欠き２４の両側上下にそれぞれ切り欠き（スリット）２５が形成されている。これらの切り欠きが形成されることで、その箇所は、それぞれ屈曲可能となる。
【００２７】
図３に示す展開図の状態の多自由度駆動部材１３の幅広部２０を、断面コの字型に折り曲げ、また、３つの脚部１６、１７、１８の基部１９を中央部１５から折り曲げると、多自由度駆動部材１３が形成される。そして、多自由度駆動部材１３を、図４（ａ）に示すように、中央部１５及び３つの脚部１６、１７、１８を基板２における亀甲格子の角部５及び３つの延長部９、１０、１１に対応して載置する。
【００２８】
そして、３つの脚部１６、１７、１８の取付部２１を、それぞれ３つの延長部９、１０、１１の上面に載置して、図４（ａ）、図４（ｂ）（要部Ａの拡大図）に示すように、溶接等で取り付ける。図４（ｃ）は、図４（ａ）を矢印Ｂ方向から水平に見た図である。なお、図４は、３つの枠６、７、８は省略した図である。
【００２９】
駆動具１４は、延長部９、１０、１１を屈曲駆動するアクチュエータであり、 いろいろな手段が考えられるが、本実施例では駆動具１４として圧電素子（例．ピエゾアクチュエータ）を設けている。
【００３０】
具体的には、図５（ａ）、及び特に脚部１６については要部Ａの拡大図を図５（ｂ）に示すように、３つの脚部１６、１７、１８に対応する３つ延長部９、１０、１１ のそれぞれの下面に、圧電素子２６を貼り付け、これら３つの圧電素子２６には、それぞれ独立して、電源２７から電圧が印加される。なお、図５は、３つの枠６、７、８は省略した図である。
【００３１】
３つの延長部９、１０、１１の下面に貼り付けられた圧電素子２６は、図６に示すように、それぞれその両端においてスイッチＳＷを介して電源２７に接続されている。平面集積駆動機構１を構成する複数の多自由度駆動機構３のそれぞれのスイッチＳＷは、制御装置２８によりその開閉が制御されるように構成されている。
【００３２】
以上のような構成の多自由度駆動機構３を複数個、基板２の各角部５に設置することで、図１に示すように、複数の多自由度駆動機構３が基板２上にアレー状に配置されて成る平面集積駆動機構１が形成される。
【００３３】
即ち、複数の多自由度駆動部材１３を、基板２の亀甲格子の複数の角部５に対応して、それぞれ３つの延長部９、１０、１１上に載置して取り付けるとともに、当該３つの延長部９、１０、１１の下面に圧電素子２６を貼り付けることで、平面集積駆動機構１が構成される。
【００３４】
なお、駆動具１４として、ここでは図示はしないが、基板２自体を形状記憶合金で形成し、多自由度駆動部材１３の３つの脚部１６、１７、１８に対応する部分間にそれぞれ電圧を印加する構成としてもよい。
【００３５】
（作用）
以上の構成の平面集積駆動機構１の作用を以下に説明する。図６において、制御装置２８によって、スイッチＳＷをＯＮすると、基板２の延長部９の下面に貼り付けられた圧電素子２６に電圧が印加される。すると、圧電素子２６によって、延長部９が矢印に示すように、基板２の切り欠き１２をほぼ中心にして先端が上方に持ち上がるように撓う。そのために、脚部１６は中央部１５側（図６中の左側）に寄るように移動する。
【００３６】
この場合、図４（ａ）及び図５（ａ）において、多自由度駆動機構３の３つの脚部１６、１７、１８のうち、１つの脚部１６のみが上記のような動作をして、他の２つの脚部１７、１８が上記のような動作をしない場合は、図６に矢印で示すように、当該脚部１６は左上方に移動する。その結果、中央部１５は、動作した脚部の切り欠き２２から折れ曲がるようにして下方に傾斜した状態となる。
【００３７】
また、３つの脚部１６、１７、１８のうち、２つの脚部１６、１７が動作し、残りの脚部１８が動作をしない場合は、当該残りの脚部１８の側に向けて下方に傾斜する。この場合、脚部１６、１７には、それぞれその幅方向中心を通る線を中心にした捻れ力が作用するが、脚部１６、１７にエ型切り欠き２４が形成されているので、柔軟に捻れることができる。このように１つ又は２つの脚部を選択的に動作させることにより、中央部１５を所望の方向に移動や傾斜させることが可能となる。
【００３８】
次に、１つの多自由度駆動機構３の３つの脚部１６、１７、１８の圧電素子２６に同時に電圧を印加した場合は、中央部１５には３つの脚部１６、１７、１８から中心に向かう力が作用するので、３つの脚部１６、１７、１８は、それぞれ切り欠き２３をほぼ中心にして上方に傾動する。この結果、中央部１５は上方に持ち上がるように移動する。そして、圧電素子２６に印加する電圧を高速でＯＮ及びＯＦＦすることで、中央部１５には上下方向への往復動作（振動）が生じる。
【００３９】
以上のとおり、本発明に係る平面集積駆動機構１の多自由度駆動機構３は、３つの脚部１６、１７、１８に対応した圧電素子２６を選択的に動作させることにより、中央部１５は、垂直、水平及び傾斜の３自由度をもって動くことができる。
【００４０】
このようにして、平面集積駆動機構１を構成する複数の多自由度駆動機構３を、それぞれ独立的に所望の方向に移動や傾斜させることができる。これにより、複数の多自由度駆動機構３のそれぞれその中央部１５を、それぞれ又は領域毎に、所望の方向に選択的に移動や傾斜をさせることが可能となる。
【００４１】
本発明の平面集積駆動機構１は、薄板を組み合わせて構築される機構であるが、小型化が容易であると同時に先端部分を三自由度で制御することができ、パラレルリンク機構として機能する。
【００４２】
そして、本発明の平面集積駆動機構１は、薄板をプレス加工によって打ち抜いて容易に製造できるから、同様の機能を有するＭＥＭＳデバイスに比べて、価格の面、またサイズの面でも、優位である。そして、３つの脚部１６、１７、１８の動作にそれぞれ圧電素子２６を利用することで、各多自由度駆動機構３の中央部１５を３自由度で高速に制御することができる。以下に本発明の平面集積駆動機構１を適用して実現可能なデバイスの一例について説明する。
【００４３】
（用途）
デジタルミラーデバイス：
本発明の平面集積駆動機構１は、デジタルミラーデバイスとして適用できる。即ち、多自由度駆動機構３を、その１つ又は２つの脚部を選択的に動作させることにより、中央部１５を所望の方向に傾斜させることが可能となる。従って、例えば、多自由度駆動機構３の中央部１５上面に反射鏡を貼り付けていた場合は、当該反射鏡を、所望の方向に選択的に傾斜させることが可能となる。
【００４４】
このような反射鏡を、デジタルミラーデバイスとして適用する場合は、複数の多自由度駆動機構３のそれぞれの中央部１５にミラーを設置して平面アレー状に並べ、複数の多自由度駆動機構３の反射鏡を、それぞれ所定の方向を制御することにより、映写機から投影される映像を拡大してスクリーンに表示することが可能となり、大スクリーンに対応しやすい。
【００４５】
シート型平面アクチュエータ（リニアモータ）：
本発明の平面集積駆動機構１は、シート型平面アクチュエータとして利用することも可能である。これは、平面集積駆動機構１を構成する複数の多自由度駆動機構３の中央部１５を平面状に配置して構成し、個々の多自由度駆動機構３の有する微小なトルクを合成して、平面の上に載置した物品に作用し、該物品を任意の方向、位置に移動させることを可能とするシート型平面アクチュエータとして適用可能である。このようなシート型平面アクチュエータは、多数の微小駆動の合力により移動させることから，従来のようなモーター駆動とは異なり安全であるため、福祉機器の分野に利用するとよい。
【００４６】
即ち、平面集積駆動機構１の上に物品を載置し、平面集積駆動機構１の複数の多自由度駆動機構３の複数の中央部１５を、それぞれ所望の方向へ順次移動するように行わせることで、物品を所望の方向に送ることができる。この場合、適宜、中央部１５の傾斜方向を切り替えることで、物品を方向転換しながら、所望の方向へ搬送することも可能となる。
【００４７】
シート型スピーカ：
本発明の平面集積駆動機構１は、シート型スピーカとして適用可能である。即ち、平面集積駆動機構１の複数の多自由度駆動機構３の複数の中央部１５にボードを設置し、この中央部１５及びボードを高速で振動させることにより、ボードに当たる音波の周波数、エネルギーを制御することが可能となる。これにより、音の増幅や、音の打ち消し合いによる消音等が可能となる。
【００４８】
多自由度駆動機構３の１つでは得られる効果は微小だが、多自由度駆動機構３を複数平面状に並べることにより消音、増幅等の効果が生じる。また、多自由度駆動機構３を複数互いに対向して配設することにより消音効果を生じさせることも可能である。
【００４９】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用の可能性】
【００５０】
本発明の平面集積駆動機構１は、その他、住宅産業における新たな防音室の壁面、映画産業におけるスクリーンや映写機、介護老人施設などにおける福祉機器等に適用可能であ
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の平面集積駆動機構の実施例の斜視図である。
【図２】本発明の平面集積駆動機構の実施例の構成部品を説明する図であり、基板の斜視図である。
【図３】本発明の平面集積駆動機構の実施例の構成部品を説明する図であり、多自由度駆動部材の展開図である。
【図４】本発明の平面集積駆動機構の多自由度駆動実施例を説明する図であり、（ａ）は多自由度駆動部材を基板に取り付けた状態の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の要部Ａの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ方向からみた側面図である。
【図５】本発明の平面集積駆動機構１の実施例を説明する図であり、（ａ）は多自由度駆動機構の側面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部Ａの拡大図である。
【図６】本発明の平面集積駆動機構の実施例の作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  平面集積駆動機構
２  基板
３  多自由度駆動機構
４  亀甲格子の六角形の枠
５  亀甲格子の角部
６、７、８  枠
９、１０、１１  延長部
１２  切り欠き
１３  多自由度駆動部材
１４  駆動具
１５  中央部
１６、１７、１８  脚部
１９  脚部の基部
２０  脚部の幅広部
２１  脚部の取付部
２２  取付部の上部切り欠き
２３  基部の下部切り欠き
２４  幅広部のエ型切り欠き
２５  幅広部の上部及び下部切り欠き
２６  圧電素子
２７  電源
２８  制御装置
ＳＷ  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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