(57)【要約】【課題】材料の形状をわずかに工夫することによって、材料に引張り力が加わった際に、引張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を提供する。【解決手段】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る。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。                                                        【選択図】        図１
2005233924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載の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。
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、
【数１】
2005233924.tif 000005
となる点ｘ0 が存在するとき、位置（ｘ0 ，ｆ（ｘ0 ））およびこの位置の近傍を含む物体の部位を切欠とする。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
力や変位を検知するセンサであって、前記センサは前記請求項１〜請求項３の何れか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。
【請求項９】
前記請求項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。
【請求項１０】
前記請求項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。
【請求項１１】
前記請求項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。
【請求項１２】
前記請求項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。
【請求項１３】
前記請求項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。
【請求項１４】
前記請求項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。
【請求項１５】
前記請求項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。
【請求項１６】
前記位置決め機能を達成する装置は、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請求項１５に記載の精密位置決め装置。
【請求項１７】
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請求項１６に記載の精密位置決め装置。
【請求項１８】
前記請求項１６に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２２１０８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
【数１】
2005233924.tif 000003
となる点ｘ0 が存在するとき、位置（ｘ0 ，ｆ（ｘ0 ））およびこの位置の近傍を含む物体の部位を切欠とする。
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【実施例】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、
【００１２】
【数２】
2005233924.tif 000004
となる点ｘ0 が存在するとき、位置（ｘ0 ，ｆ（ｘ0 ））およびこの位置の近傍を含む物体の部位を切欠もしくは切欠部という。
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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である。
【図２】切欠を施した板材の形状寸法の説明図である。
【図３】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「ＡＮＳＹＳ／ＥＤ５．６」（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．）によって解析した図である。
【図４】材料に種々の切欠を形成した例を説明する図である。
【図５】材料に種々の切欠を形成した他の例を説明する図である。
【図６】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る。
【図７】板幅比を変化させた場合の切欠底変位を示すグラフである。
【図７−１】荷重に対する切欠底部の板幅変位Δｂの応答を示すグラフである。
【図８】切欠半径を変化させた場合の切欠底変位を示すグラフである。
【図９】切欠角度を変化させた場合の切欠底変位を示すグラフである。
【図１０】効果を得るための形状寸法の条件（α＝０ｄｅｇの場合）を満たす領域を示す図である。
【図１１】効果を得るための形状寸法の条件（ｂ／Ｂ＝０．５の場合）を満たす領域を示す他の図である。
【図１２】効果を得るための形状寸法の条件（Ｒ＝４ｍｍの場合）を満たす領域を示す他の図である。
【図１３】ヤング率：Ｅが異なる場合（ｂ／Ｂ変化）の切欠底変位を示すグラフである。
【図１４】ヤング率：Ｅが異なる場合（Ｒ変化）の切欠底変位を示す他のグラフである。
【図１５】ヤング率：Ｅが異なる場合（α変化）の切欠底変位を示す他のグラフである。
【図１６】ポアソン比：νが異なる場合（ｂ／Ｂ変化）の切欠底変位を示すグラフである。
【図１７】ポアソン比：νが異なる場合（Ｒ変化）の切欠底変位を示す他のグラフである。
【図１８】ポアソン比：νが異なる場合（α変化）の切欠底変位を示す他のグラフである。
【図１９】見かけのポアソン比を制御する技術を使用した精密位置決め装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
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
【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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【図７】
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【図７−１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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