JPH04324982A - 圧電素子変位拡大機構 - Google Patents
圧電素子変位拡大機構Info
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- JPH04324982A JPH04324982A JP3094608A JP9460891A JPH04324982A JP H04324982 A JPH04324982 A JP H04324982A JP 3094608 A JP3094608 A JP 3094608A JP 9460891 A JP9460891 A JP 9460891A JP H04324982 A JPH04324982 A JP H04324982A
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- lever arm
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Classifications
-
- H01L41/09—
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、駆動源としての圧電素
子の変位を拡大する圧電素子変位拡大機構に関する。
子の変位を拡大する圧電素子変位拡大機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧電素子変位拡大機構（以下拡大
機構と記す）について、図４を用いて説明する。
機構と記す）について、図４を用いて説明する。
【０００３】図４は、圧電素子の縦効果歪を利用した積
層形圧電素子を駆動源に使用した拡大機構であり、圧電
素子１の変位を第１のヒンジ２を介して伝達し拡大する
２本のレバーアーム３と、このレバーアーム３と取付基
板部４とを接続する第２のヒンジ５と、レバーアーム３
の先端にリベット締結によってブリッジ状に連結された
変位拡大手段としての梁６とから構成されている。ここ
で、梁６の中央部から取付基板部４までの距離を梁高さ
７と称する。
層形圧電素子を駆動源に使用した拡大機構であり、圧電
素子１の変位を第１のヒンジ２を介して伝達し拡大する
２本のレバーアーム３と、このレバーアーム３と取付基
板部４とを接続する第２のヒンジ５と、レバーアーム３
の先端にリベット締結によってブリッジ状に連結された
変位拡大手段としての梁６とから構成されている。ここ
で、梁６の中央部から取付基板部４までの距離を梁高さ
７と称する。
【０００４】このような構造の拡大機構を組立てるには
、先ず取付基板部４、２本のレバーアーム３、第１のヒ
ンジ２および第２のヒンジ５が一体構造となっている変
位拡大金具８と圧電素子１とを準備する。変位拡大金具
８は金属板をワイヤカット放電加工法などによって製造
したものである。そして、熱硬化性樹脂からなる接着剤
で第１のヒンジ２に圧電素子１の両端を接着する。次に
梁６とリベット９を準備し、梁６のコの字状の締結部１
０をレバーアーム３の先端に組み合せた後、レバーアー
ム３の先端に設けられたリベット孔１１と梁６のリベッ
ト孔とが重なった状態でリベット９を貫通させ、油圧プ
レス機などによりリベット９を所定寸法に成型して拡大
機構を完成する。
、先ず取付基板部４、２本のレバーアーム３、第１のヒ
ンジ２および第２のヒンジ５が一体構造となっている変
位拡大金具８と圧電素子１とを準備する。変位拡大金具
８は金属板をワイヤカット放電加工法などによって製造
したものである。そして、熱硬化性樹脂からなる接着剤
で第１のヒンジ２に圧電素子１の両端を接着する。次に
梁６とリベット９を準備し、梁６のコの字状の締結部１
０をレバーアーム３の先端に組み合せた後、レバーアー
ム３の先端に設けられたリベット孔１１と梁６のリベッ
ト孔とが重なった状態でリベット９を貫通させ、油圧プ
レス機などによりリベット９を所定寸法に成型して拡大
機構を完成する。
【０００５】このように組み立てられた拡大機構におい
て、圧電素子１に電圧を印加すると、圧電素子１の変位
は第１のヒンジ２を介して各々のレバーアーム３に伝え
られる。レバーアーム３は、第２のヒンジ５を支点とし
て、てこの原理でレバーアーム３の先端で変位を拡大す
る。そして、レバーアーム３の先端にブリッジ状に連結
された梁６の両端には梁６の長手方向の変位が伝えられ
、梁６が周知の座屈運動を行なって中央に最大変位１２
が発生する。印加電圧を零ボルトにすると圧電素子１の
変位は復帰し、梁６の変位も同時に復帰する。
て、圧電素子１に電圧を印加すると、圧電素子１の変位
は第１のヒンジ２を介して各々のレバーアーム３に伝え
られる。レバーアーム３は、第２のヒンジ５を支点とし
て、てこの原理でレバーアーム３の先端で変位を拡大す
る。そして、レバーアーム３の先端にブリッジ状に連結
された梁６の両端には梁６の長手方向の変位が伝えられ
、梁６が周知の座屈運動を行なって中央に最大変位１２
が発生する。印加電圧を零ボルトにすると圧電素子１の
変位は復帰し、梁６の変位も同時に復帰する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この従来の拡大機構の
構造によれば、１セットの拡大機構から一つの出力しか
得られず、出力を二つ必要とする時には拡大機構を二つ
並列に組み合せることになる。またそれぞれ違った最大
変位量を出力として得たい時には、それぞれ最大変位量
別に拡大機構を設計して組み合せることになる。すなわ
ち従来の拡大機構には、出力を二つ得たいような時には
、拡大機構として形状が大きくなるばかりでなく、コス
トも高くなってしまうという欠点があった。
構造によれば、１セットの拡大機構から一つの出力しか
得られず、出力を二つ必要とする時には拡大機構を二つ
並列に組み合せることになる。またそれぞれ違った最大
変位量を出力として得たい時には、それぞれ最大変位量
別に拡大機構を設計して組み合せることになる。すなわ
ち従来の拡大機構には、出力を二つ得たいような時には
、拡大機構として形状が大きくなるばかりでなく、コス
トも高くなってしまうという欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子変位拡
大機構は一対の対置されたレバーアームと、一端が一方
のレバーアームの一端に固定され他端が他方のレバーア
ームの一端に固定されてそれぞれのレバーアームをブリ
ッジ状に連結する薄板状の梁と、相対する一対の側面に
互いに反対方向に突設された一対のヒンジを介して前記
一対のレバーアームを連結する取付基板部と、圧電効果
により変位を発生する圧電素子とを含み、前記圧電素子
が発生する変位を二つのレバーアームに伝達し、前記ヒ
ンジを支点とするてこの原理により拡大し、前記梁に伝
達して前記梁を座屈運動させる型の圧電素子変位拡大機
構において、前記梁の中間部分を前記取付基板部に固定
したことを特徴とする。
大機構は一対の対置されたレバーアームと、一端が一方
のレバーアームの一端に固定され他端が他方のレバーア
ームの一端に固定されてそれぞれのレバーアームをブリ
ッジ状に連結する薄板状の梁と、相対する一対の側面に
互いに反対方向に突設された一対のヒンジを介して前記
一対のレバーアームを連結する取付基板部と、圧電効果
により変位を発生する圧電素子とを含み、前記圧電素子
が発生する変位を二つのレバーアームに伝達し、前記ヒ
ンジを支点とするてこの原理により拡大し、前記梁に伝
達して前記梁を座屈運動させる型の圧電素子変位拡大機
構において、前記梁の中間部分を前記取付基板部に固定
したことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の最適な実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例を
示す斜視図である。
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例を
示す斜視図である。
【０００９】本実施例における梁１３は、図４に示す従
来の拡大機構の梁６では、締結部１０が梁６の両端に二
カ所だけ設けられていたのに対して、梁１３の中間部に
も締結部１０を有している。また、取付基板部４にもリ
ベット孔１１を１カ所有している。
来の拡大機構の梁６では、締結部１０が梁６の両端に二
カ所だけ設けられていたのに対して、梁１３の中間部に
も締結部１０を有している。また、取付基板部４にもリ
ベット孔１１を１カ所有している。
【００１０】上述のような構造の梁１３を組み立てて拡
大機構を製作する場合の組み立て方法は、前述した従来
の拡大機構の組み立て方法に対して梁１３の両端のリベ
ット締結までは同一である。その後梁１３中間部の締結
部１０の中央に設けられているリベット孔と取付基板部
４のリベット孔１１とを重ねてリベット９を貫通させ、
油圧プレス機などによりリベット９を所定寸法に成型し
て本実施例による拡大機構を完成する。
大機構を製作する場合の組み立て方法は、前述した従来
の拡大機構の組み立て方法に対して梁１３の両端のリベ
ット締結までは同一である。その後梁１３中間部の締結
部１０の中央に設けられているリベット孔と取付基板部
４のリベット孔１１とを重ねてリベット９を貫通させ、
油圧プレス機などによりリベット９を所定寸法に成型し
て本実施例による拡大機構を完成する。
【００１１】このような構造の拡大機構の圧電素子１に
電圧を印加すると、従来の拡大機構と同様にレバーアー
ム３の先端で変位が拡大されて、このレバーアーム３に
より挟持された梁１３の両端に軸方向の変位が伝えられ
る。そして、梁１３は中間部の締結部１０が固定されて
いるので、この締結部１０の両側に梁の座屈運動により
最大変位１４が二つ発生する。
電圧を印加すると、従来の拡大機構と同様にレバーアー
ム３の先端で変位が拡大されて、このレバーアーム３に
より挟持された梁１３の両端に軸方向の変位が伝えられ
る。そして、梁１３は中間部の締結部１０が固定されて
いるので、この締結部１０の両側に梁の座屈運動により
最大変位１４が二つ発生する。
【００１２】次に、上述のことを確認するために、本実
施例による拡大機構を製作し、最大変位を測定した結果
について述べる。先ず、縦弾性係数１４．８×１０３
ｋｇ／ｍｍ２ の４２Ｎｉ −Ｆｅ 材の４ｍｍの厚さ
のものをワイヤカット放電加工法で、外径３５ｍｍ×３
０ｍｍの変位拡大金具を製作した。これに、従来知られ
ているチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを積層した
圧電素子を、熱硬化性樹脂（アミコンＡ−４０１）から
なる接着剤で接着した。次いで、接着剤が硬化した後、
この変位拡大金具に取り付けられた圧電素子を、従来と
同一の分極条件で分極処理した。これに、締結部を三カ
所有する梁を、アルミリベッドで締結した。
施例による拡大機構を製作し、最大変位を測定した結果
について述べる。先ず、縦弾性係数１４．８×１０３
ｋｇ／ｍｍ２ の４２Ｎｉ −Ｆｅ 材の４ｍｍの厚さ
のものをワイヤカット放電加工法で、外径３５ｍｍ×３
０ｍｍの変位拡大金具を製作した。これに、従来知られ
ているチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを積層した
圧電素子を、熱硬化性樹脂（アミコンＡ−４０１）から
なる接着剤で接着した。次いで、接着剤が硬化した後、
この変位拡大金具に取り付けられた圧電素子を、従来と
同一の分極条件で分極処理した。これに、締結部を三カ
所有する梁を、アルミリベッドで締結した。
【００１３】このようにして組み立てた拡大機構の、梁
の中間部の締結部と両端の締結部の間の二つの梁の梁高
さ１５は二カ所共６．０５ｍｍであった。又、この拡大
機構にＤＣ１５０Ｖを印加した時の梁の二つの最大変位
はそれぞれ０．１５ｍｍであった。
の中間部の締結部と両端の締結部の間の二つの梁の梁高
さ１５は二カ所共６．０５ｍｍであった。又、この拡大
機構にＤＣ１５０Ｖを印加した時の梁の二つの最大変位
はそれぞれ０．１５ｍｍであった。
【００１４】一方、従来の出力を一つしか持たない拡大
機構で同一の効果を得ようとすると、拡大機構を２セッ
ト並列に組み合わせることになり、形状は厚さ８ｍｍ外
径３５ｍｍ×３０ｍｍであった。すなわち、本実施例で
は梁１３の中央部を取付基板部４にリベット締結したこ
とにより、出力を二つ得ることができ、従来に比べると
１／２の大きさとコストで製作することができた。
機構で同一の効果を得ようとすると、拡大機構を２セッ
ト並列に組み合わせることになり、形状は厚さ８ｍｍ外
径３５ｍｍ×３０ｍｍであった。すなわち、本実施例で
は梁１３の中央部を取付基板部４にリベット締結したこ
とにより、出力を二つ得ることができ、従来に比べると
１／２の大きさとコストで製作することができた。
【００１５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２（ａ）は、本発明の第２の実施例を示す斜視
図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示す拡大
断面図である。
する。図２（ａ）は、本発明の第２の実施例を示す斜視
図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示す拡大
断面図である。
【００１６】本実施例は、変位拡大金具８が、従来及び
第１の実施例におけるものとは異なって、積層構造のも
のである。変位拡大金具８は、剛性の高い金属材料の薄
い金属板（厚さ０．１５〜０．４ｍｍ）をプレス打抜き
して製作するが、この際取付基板部４及びレバーアーム
３の要所要所に、任意の形状の一部を半抜き又は全周を
半抜きして角型のかしめ部１６を形成し、一枚づつ重ね
て挟みつけ、かしめ部１６の突起の切口面の摩擦力で密
着積層する。
第１の実施例におけるものとは異なって、積層構造のも
のである。変位拡大金具８は、剛性の高い金属材料の薄
い金属板（厚さ０．１５〜０．４ｍｍ）をプレス打抜き
して製作するが、この際取付基板部４及びレバーアーム
３の要所要所に、任意の形状の一部を半抜き又は全周を
半抜きして角型のかしめ部１６を形成し、一枚づつ重ね
て挟みつけ、かしめ部１６の突起の切口面の摩擦力で密
着積層する。
【００１７】本実施例による拡大機構のレバーアーム３
の先端には、図１に示す第１の実施例と同一の梁１３が
、リベット９で締結されている。本実施例におけるリベ
ット締結の方法及び動作は、第１の実施例と同じである
。
の先端には、図１に示す第１の実施例と同一の梁１３が
、リベット９で締結されている。本実施例におけるリベ
ット締結の方法及び動作は、第１の実施例と同じである
。
【００１８】本実施例による拡大機構においては、縦弾
性係数１４．８×１０３ ｋｇ／ｍｍ２ の４２Ｎｉ
−Ｆｅ 材０．４ｍｍ厚さのものをプレス打抜き加工す
る際、角型の全周を半抜き加工したかしめ部１６を、取
付基板部４に１箇所、それぞれのレバーアーム３に各２
箇所形成し、１０枚重ねて積層厚４ｍｍ、外径３５ｍｍ
×３０ｍｍの変位拡大金具８を製作した。次に、この変
位拡大金具８に、第１の実施例における梁と同一の形状
・構造の梁１３をアルミリベット９で締結した。この積
層構造の拡大機構における二つの梁高さ１５はそれぞれ
６．０５ｍｍで、最大変位１４はそれぞれ０．１５ｍｍ
であった。
性係数１４．８×１０３ ｋｇ／ｍｍ２ の４２Ｎｉ
−Ｆｅ 材０．４ｍｍ厚さのものをプレス打抜き加工す
る際、角型の全周を半抜き加工したかしめ部１６を、取
付基板部４に１箇所、それぞれのレバーアーム３に各２
箇所形成し、１０枚重ねて積層厚４ｍｍ、外径３５ｍｍ
×３０ｍｍの変位拡大金具８を製作した。次に、この変
位拡大金具８に、第１の実施例における梁と同一の形状
・構造の梁１３をアルミリベット９で締結した。この積
層構造の拡大機構における二つの梁高さ１５はそれぞれ
６．０５ｍｍで、最大変位１４はそれぞれ０．１５ｍｍ
であった。
【００１９】以上の結果から、本実施例においても、第
１の実施例と同様の効果が得られることが確認された。
１の実施例と同様の効果が得られることが確認された。
【００２０】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。図３は、本発明の第３の実施例を示す斜視図である
。
る。図３は、本発明の第３の実施例を示す斜視図である
。
【００２１】本実施例は、梁の中間部の締結部１０をは
さんで、梁高さが左右非対称な梁１３ａおよび１３ｂを
持つ拡大機構である。上述のような構造の拡大機構を製
作する場合の組み立て方法及び動作は、第１の実施例及
び従来の拡大機構と同じである。
さんで、梁高さが左右非対称な梁１３ａおよび１３ｂを
持つ拡大機構である。上述のような構造の拡大機構を製
作する場合の組み立て方法及び動作は、第１の実施例及
び従来の拡大機構と同じである。
【００２２】第３の実施例の拡大機構においても、第１
の実施例と同様に４２Ｎｉ −Ｆｅ を用いた積層厚４
ｍｍ，外径３５ｍｍ×３０ｍｍの変位拡大金具８を製作
し、これに圧電素子１を接着して左右非対称形状の梁を
リベットで締結した。
の実施例と同様に４２Ｎｉ −Ｆｅ を用いた積層厚４
ｍｍ，外径３５ｍｍ×３０ｍｍの変位拡大金具８を製作
し、これに圧電素子１を接着して左右非対称形状の梁を
リベットで締結した。
【００２３】梁高さ１５ａおよび１５ｂ並びに最大変位
１４ａおよび１４ｂはそれぞれ下記の通りである。
１４ａおよび１４ｂはそれぞれ下記の通りである。
【００２４】
出力１ ； 梁高さ５．８ｍｍ 最大変位 ０
．１６ｍｍ 出力２ ； 梁高さ６．２ｍｍ 最大変位 ０
．１２ｍｍ 以上の結果から、本実施例によれば、梁の中間部の締結
部と両端の締結部の間の二つの梁高さをそれぞれ変える
ことによって、違った大きさの二つの最大変位を出力さ
せることができることがわかる。
．１６ｍｍ 出力２ ； 梁高さ６．２ｍｍ 最大変位 ０
．１２ｍｍ 以上の結果から、本実施例によれば、梁の中間部の締結
部と両端の締結部の間の二つの梁高さをそれぞれ変える
ことによって、違った大きさの二つの最大変位を出力さ
せることができることがわかる。
【００２５】また、形状の大きさおよびコストについて
も第１の実施例および第２の実施例と同一の効果が得ら
れる。
も第１の実施例および第２の実施例と同一の効果が得ら
れる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、梁
の中間部を取付基板部に接続することにより、１セット
の圧電素子拡大機構から二つの出力を得ることができる
。また、それぞれの梁の梁高さを異なるものにすること
によって、違った大きさの最大変位を得ることも可能で
ある。
の中間部を取付基板部に接続することにより、１セット
の圧電素子拡大機構から二つの出力を得ることができる
。また、それぞれの梁の梁高さを異なるものにすること
によって、違った大きさの最大変位を得ることも可能で
ある。
【００２７】従って、従来の圧電素子変位拡大機構では
、二つの出力を得る為に二つの圧電素子変位拡大機構を
並列に組み合わせなくてはならないため、形状が大きく
なり、コストも高くなってしまうのに対して、本発明の
圧電素子変位拡大機構では形状もコストも半分にするこ
とができる。
、二つの出力を得る為に二つの圧電素子変位拡大機構を
並列に組み合わせなくてはならないため、形状が大きく
なり、コストも高くなってしまうのに対して、本発明の
圧電素子変位拡大機構では形状もコストも半分にするこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例による圧電素子変位拡大
機構の斜視図である。
機構の斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例による圧電素子変位拡大
機構の斜視図および断面図である。
機構の斜視図および断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例による圧電素子変位拡大
機構の斜視図である。
機構の斜視図である。
【図４】従来の圧電素子変位拡大機構の斜視図である。
１ 圧電素子
２ 第１のヒンジ
３ レバーアーム
４ 取付基板部
５ 第２のヒンジ
６，１３，１３ａ，１３ｂ 梁
７，１５，１５ａ，１５ｂ 梁高さ８ 変
位拡大金具 ９ リベット １０ 締結部 １１ リベット孔 １２，１４，１４ａ，１４ｂ 最大変位１６
かしめ部
位拡大金具 ９ リベット １０ 締結部 １１ リベット孔 １２，１４，１４ａ，１４ｂ 最大変位１６
かしめ部
Claims (3)
- 【請求項１】 一対の対置されたレバーアームと、一
端が一方のレバーアームの一端に固定され他端が他方の
レバーアームの一端に固定されてそれぞれのレバーアー
ムをブリッジ状に連結する薄板状の梁と、相対する一対
の側面に互いに反対方向に突設された一対のヒンジを介
して前記一対のレバーアームを連結する取付基板部と、
圧電効果により変位を発生する圧電素子とを含み、前記
圧電素子が発生する変位を二つのレバーアームに伝達し
、前記ヒンジを支点とするてこの原理により拡大し、前
記梁に伝達して前記梁を座屈運動させる型の圧電素子変
位拡大機構において、前記梁の中間部分を前記取付基板
部に固定したことを特徴とする圧電素子変位拡大機構。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電素子変位拡大機構
において、前記取付基板部に固定された梁の一方の部分
の梁高さと他方の部分の梁高さとが等しいことを特徴と
する圧電素子変位拡大機構。 - 【請求項３】 請求項１記載の圧電素子変位拡大機構
において、前記取付基板部に固定された梁の一方の部分
の梁高さと他方の部分の梁高さとが異なることを特徴と
する圧電素子変位拡大機構。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094608A JPH04324982A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 圧電素子変位拡大機構 |
| US07/873,094 US5191252A (en) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | Displacement amplification mechanism using piezoelectric element |
| DE69203140T DE69203140T2 (de) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | Verschiebungsverstärkungsmechanismus mit piezoelektrisches Element. |
| EP92107073A EP0510698B1 (en) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | Displacement amplification mechanism using piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094608A JPH04324982A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 圧電素子変位拡大機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324982A true JPH04324982A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14114968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094608A Pending JPH04324982A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 圧電素子変位拡大機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04324982A (ja) |
-
1991
- 1991-04-25 JP JP3094608A patent/JPH04324982A/ja active Pending
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