JPH0454481Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （考案の技術分野） 本考案は、精密変位を得る、積層型超音波部材
を利用した微小駆動部品の微小変位を、その変位
精度を著しく低下させる事なくその変位量を、変
位方向と直角方向に拡大伝達する構造に係るもの
である。

（考案の技術的背景） 精密変位を得る微小駆動部品として、例えば圧
電材料を用いた積層型圧電セラミツクや、バイモ
ルフ型圧電セラミツクが有るが、いずれも圧電効
果を利用して0.01μｍ単位の微小変位を、高精度
に作り出せるため、機械系の精度微小駆動に適し
ている。

（背景技術の問題点） ところが、上記圧電セラミツクには、夫々次の
様な問題点がある。

まずバイモルフ型圧電セラミツクの場合、変位
量は数百μｍと大きいが、発生力は数十ｇ／cm²程
度しか出せない、そこで発生力を上げるために、
バイモルフ型圧電セラミツクの幅方向形状を広く
取ることにより機械的に発生力を増加する方法が
あるが、この方法は変位の応答性能劣化、構造の
大型化による点荷重時のセラミツク形状の撓み変
形、外筺の大型化など新たな問題がでてくる。

次に積層型圧電セラミツクの場合、発生力は数
百Kg／cm²と大きいが、変位量は百枚積層で、十数
μｍ程度と小さい、そこで第４図の様にテコを使
つて変位量拡大を行つたり、積層枚数を増すこと
により変位量の増大を行つている。

第４図は従来利用されているテコによる変位量
拡大の説明図である。同図において２は積層型圧
電セラミツクであり、５は変位拡大用のテコ、６
はその支点部である。

この方法では、テコの形状は単純であつが、応
答速度を早くするために、テコ支点部６を固定部
に固着する必要がある、その結果支点付近を中心
に歪が集中するので、機械的寿命に問題があるば
かりでなく拡大変位方向が円弧を描くこと、拡大
率はテコの長さに比例するため、例えば10倍の拡
大を行う場合でも、支点から力点までの長さを５
mmとして、テコの全長が50mmにもなり変位拡大率
に対する構造の大型化が著しく、延いては変位拡
大の応答速度の劣化や外筺の大型化等の問題が出
てくる。

（考案の目的） 本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、変
位量の小さな、積層型超音波部材を利用した微小
駆動部品の変位量拡大を、単純で且つ機械的寿命
の長い構造で提供しようとするものである。

本考案による微小変位拡大伝達装置は、駆動面
の反対面を固定した積層型超音波部材を利用した
微小駆動部品の駆動面と、対向する固定面又は、
同一構造の微小駆動部品の駆動面に挟み込まれた
状態の可撓板中央部が駆動力と直角方向に変位す
る様に設置された構造を特徴とするものである。

上記本考案による微小変位の拡大は、上記可撓
板の微小駆動部品面に接する端辺が、対向面方向
に押されることにより得られる可撓板の歪により
可撓板の中央部が、上方又は下方に変位すること
で実現される。

この構造において、可撓板の形状は単純である
ため、加工精度を向上させることは容易であり、
変位拡大構造の小型化に適している。

又、可撓板の構造上、歪曲時の歪配分が、可撓
板全体に分散され、機械的寿命を長くすることが
出きるだけでなく、可撓板の歪曲方向を反転させ
るだけで、拡大変位方向を反転できる。

更に、微小駆動部品として積層型圧電セラミツ
クを使用した場合、電圧制御により可撓板の初期
歪曲を設定できるので、可撓板端辺の磨滅に対す
る補正も容易である。

（考案の実施例） 以下に本考案を第１図乃至第３図に示す実施例
に基いて詳細に説明する。

本考案は、プリンタ装置のワイヤ式印字ヘツド
や、ラスタ方式のインクジエツトプロツタ用空気
弁など、駆動量が数百μｍ程度で、応答速度の要
求される装置に適しているが、第１図は、精密空
気弁の弁駆動に本考案を実施例した例である。

この精密空気弁は、スプレー式のインクジエツ
トペンに供給する描画用圧縮空気を制御もので、
精密で且つ速度な応答性能が要求される。

即ち１は可撓弾性板であつて、この可撓弾性板
１の両端は、積層型圧電セラミツクからなる一対
の微小駆動部品２の駆動面２′にピポツト手段
１′を介して支持されている。３は可撓弾性板１
の板面に対して直角方向に突設されている弁であ
つて、この弁３は、外筺４に設けた通気路を４′
を開閉する位置に位置されているものである。

上記実施例において、その作用を第２図の変位
拡大原理図で説明すると次の通りである。

まず第２図Ａの様に積層型圧電セラミツク２に
外部電界が加わらない状態では、可撓板１には積
層型圧電セラミツクからの力が加わらないので歪
曲は起きない。

次に積層型圧電セラミツク２に外部電界が加わ
ると、積層型圧電セラミツク２は、可撓板１を挟
み付ける様に中心方向へ伸び、その結果可撓板１
は、同図Ｂの様に、両端辺が中央方向に押され、
アーチ状に歪曲する、この時、積層型圧電セラミ
ツク２の変位量αに比べ、可撓板１の端辺から中
心までの長さが、充分に長ければ、同図Ｃの様
に可撓板１の歪形状は付似され、可撓板１の中央
部が、下方にΔlだけ変位する。

この時の拡大変位量Δlは、積層型圧電セラミ
ツク２の変位量をα、可撓板１の端辺から中央ま
での長さをｌ、歪曲により発生した積層型圧電セ
ラミツク２の変位方向と、可撓板１との角度をθ
とすれば、次式で表わされる。

θ＝COS_-1（（ｌ−α）／ｌ） Δl＝ｌ×SIN（COS_-1（（ｌ−α／ｌ）） これにｌ＝5000μｍとして実際の変位量αを代
入してみると、α＝1μｍでΔl＝100μｍ、α＝10μ
ｍでΔl＝316μｍとなり、θが小さい時ほど大き
な拡大率が得られる。

又、上式からも明白な様に、ｌの設定により、
拡大率を可変することもできる。

第３図は、本実施例の精密空気弁の特性を積層
型圧電セラミツクの変位量αを基準に、本考案に
よる拡大変位量Δlと空気量について示したもの
である。

尚、本実施例での弁機構は、弁座パイプ径φ2.2
mm、円錐形制御弁の頂点角90°、空気圧２Kg／cm²
であり可撓板には予め拡大変位方向に200μｍの
バイアス歪曲を付けてある。

次に駆動力であるが、駆動力については、可撓
板１の材質、厚み形状を変えるだけで、小さく
も、大きくも自由に対応できる。

尚、厚みを厚くすることによる積層型圧電セラ
ミツクの変位量減少については、その発生力の大
きさから見て問題にならないばかりでなく、積層
型圧電セラミツクの特性上、かえつて機械的変換
効率を向上させる効果がある。

（考案の概要） 以上のように、本考案は駆動面の反対面を固定
した積層型超音波部材を利用した微小駆動部品の
駆動面と、対向する固定面又は、同一構造の微小
駆動部品の駆動面に、挟み込まれた状態の可撓板
中央部が、駆動力と直角方向に変位する様に設置
された構造を特徴とした、機械的変位拡大伝達装
置である。

（考案の効果） 以上詳述した様に、本考案によれば、積層型超
音波部材を利用した微小駆動部品が従来抱えてい
た、発生力と変位量のアンバランスによる利用範
囲の限界を簡単で且つ安価に打開することがで
き、微小駆動部品の持つ特長を充分に発揮するこ
とが可能となるため、微細な位置合せ制御を行う
Ｘ−Ｙテーブルのバ−ニア機構、タイプライター
の印字機構、各種バルブ等、精密駆動装置への応
用範囲が広がり、顕著な効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本考案の実施例である精密空気弁装
置の断面図であり、同図Ｂはその構造の内本考案
に係る弁駆動構造の斜視図である。第２図は、本
考案の可撓板による変位量拡大の原理図であり、
同図はＡは定常状態、同図Ｂは歪曲状態、同図Ｃ
は歪曲時の機械的寸法変化の付似図である。第３
図は本考案実施例による精密空気弁の空気量特性
と、変位拡大特性の関係を示した特性図である。
第４図は、積層型圧電セラミツクの従来使われて
いるテコ利用の変位拡大方法の一例である。 １……可撓板、２……積層型圧電セラミツク、
３……円錐形制御弁、４……外筺、５……拡大用
テコ、６……拡大用テコ支点部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 駆動面の反対面を固定した積層型超音波部材を
   利用した微小駆動部品の駆動面と、対向する固定
   面又は、同一構造の微小駆動部品の駆動面に、狭
   み込まれた状態の可撓板中央部が、駆動力と直角
   方向に変位する様に配置された構造を特徴とし
   た、微小変位拡大伝達装置。