JPH0467729B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0467729B2 JPH0467729B2 JP60176020A JP17602085A JPH0467729B2 JP H0467729 B2 JPH0467729 B2 JP H0467729B2 JP 60176020 A JP60176020 A JP 60176020A JP 17602085 A JP17602085 A JP 17602085A JP H0467729 B2 JPH0467729 B2 JP H0467729B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- hinge
- tip
- stage
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、機械的増幅機構に関するもので、特
に、圧電もしくは電歪素子等の微小な伸縮作用を
てこ作用を利用し拡大するもので、各種制御弁・
リレー等に用いて有効である。
に、圧電もしくは電歪素子等の微小な伸縮作用を
てこ作用を利用し拡大するもので、各種制御弁・
リレー等に用いて有効である。
従来この種の機械的増幅機構としては、特開昭
59−178986号等に開示される様に、複数のヒンジ
部とアーム部を一体的に接続させて圧電もしくは
電歪素子の伸縮微小変位を拡大する機構が提案さ
れている。
59−178986号等に開示される様に、複数のヒンジ
部とアーム部を一体的に接続させて圧電もしくは
電歪素子の伸縮微小変位を拡大する機構が提案さ
れている。
ところが、従来の機械的増幅においては、作動
時に変形腕曲するヒンジ部、特に圧電もしくは電
歪素子の微小変位が拡大された後の後段のヒンジ
部には、過大の変形歪みが発生するため、その歪
みによる耐久性の劣化、時には破壊に至るといつ
た問題点を有している。また、ヒンジ部の剛性が
高いと、圧電もしくは電歪素子の伸縮方向にヒン
ジ部の剛性による大きな荷重が作用し、その拡大
率が低下してしまうという問題点を有している。
時に変形腕曲するヒンジ部、特に圧電もしくは電
歪素子の微小変位が拡大された後の後段のヒンジ
部には、過大の変形歪みが発生するため、その歪
みによる耐久性の劣化、時には破壊に至るといつ
た問題点を有している。また、ヒンジ部の剛性が
高いと、圧電もしくは電歪素子の伸縮方向にヒン
ジ部の剛性による大きな荷重が作用し、その拡大
率が低下してしまうという問題点を有している。
本発明は、上記従来の機械的増幅機構の問題点
に鑑みてなされるもので、ヒンジ部への過大な歪
みを低減させるとともに、圧電もしくは電歪素子
の微小変位を効率よく拡大することを目的とす
る。
に鑑みてなされるもので、ヒンジ部への過大な歪
みを低減させるとともに、圧電もしくは電歪素子
の微小変位を効率よく拡大することを目的とす
る。
本発明は、ケーシングに第１ヒンジを介して接
続される第１アームと、圧電もしくは電歪素子の
伸縮方向の一端に設けられ、かつ前記第１アーム
の先端部と第１ヒンジとの間の前記第１アームに
当接する先端を有するプツシユロツドと、ケーシ
ングに第２ヒンジを介して接続される第２アーム
と、前記第１アーム先端部と前記第２アームの間
に配置され、かつ前記第２アームの先端部と第２
ヒンジの間の前記第２アームに当接する円柱状の
転動部材とを具備し、前記第２ヒンジは前記第１
ヒンジよりも剛性が小さいことを特徴とする。
続される第１アームと、圧電もしくは電歪素子の
伸縮方向の一端に設けられ、かつ前記第１アーム
の先端部と第１ヒンジとの間の前記第１アームに
当接する先端を有するプツシユロツドと、ケーシ
ングに第２ヒンジを介して接続される第２アーム
と、前記第１アーム先端部と前記第２アームの間
に配置され、かつ前記第２アームの先端部と第２
ヒンジの間の前記第２アームに当接する円柱状の
転動部材とを具備し、前記第２ヒンジは前記第１
ヒンジよりも剛性が小さいことを特徴とする。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第１図は本発明をリレーとして用いた場合の一
実施例を示す図である。圧電素子１０は電圧を印
加すると矢印の向きに伸びるものを用いており、
この１方の端面には前記圧電素子１０と連動する
鋼製のプツシユロツド１１が配され、このプツシ
ユロツド１１のケーシング２０間に挿入されるス
プリング１２の付勢力により他方の端面はケーシ
ング２０に押し付けられている。
実施例を示す図である。圧電素子１０は電圧を印
加すると矢印の向きに伸びるものを用いており、
この１方の端面には前記圧電素子１０と連動する
鋼製のプツシユロツド１１が配され、このプツシ
ユロツド１１のケーシング２０間に挿入されるス
プリング１２の付勢力により他方の端面はケーシ
ング２０に押し付けられている。
鋼製の第１アーム２２の一端は、鋼製の第１ヒ
ンジ２１を介してケーシング２０に一体に接続さ
れて、第１アーム２２と第１ヒンジ２１は断面Ｌ
字形状に成形されている。第１アーム２２の先端
部２２ａには、転動部材となる第１円柱部材２３
が転動可能に配置される円弧溝が形成されてい
る。
ンジ２１を介してケーシング２０に一体に接続さ
れて、第１アーム２２と第１ヒンジ２１は断面Ｌ
字形状に成形されている。第１アーム２２の先端
部２２ａには、転動部材となる第１円柱部材２３
が転動可能に配置される円弧溝が形成されてい
る。
第１アーム２２の先端部２２ａと第１ヒンジ２
１との間で、ヒンジ２１寄りの位置に、プツシユ
ロツド１１の先端１１ａが第１アーム２２の下面
に当接して、第１ヒンジ２１は常に引張り状態と
なるように構成されている。このようにして、第
１ヒンジ２１と第１アーム２２により、プツシユ
ロツド１１の変位を第１アーム２２の先端部２２
ａに伝達して拡大するＬ字形の第１段目の変位拡
大レバー機構が構成される。
１との間で、ヒンジ２１寄りの位置に、プツシユ
ロツド１１の先端１１ａが第１アーム２２の下面
に当接して、第１ヒンジ２１は常に引張り状態と
なるように構成されている。このようにして、第
１ヒンジ２１と第１アーム２２により、プツシユ
ロツド１１の変位を第１アーム２２の先端部２２
ａに伝達して拡大するＬ字形の第１段目の変位拡
大レバー機構が構成される。
また第２アーム２５の一端は、第２ヒンジ２４
を介してケーシング２０に接続され、第２アーム
２５の先端部２５ａには、第２円柱部材２６が配
置される円弧溝が形成されている。また、第２ア
ーム２５の下面には、第１アーム２２の先端部２
２ａと第２アーム２５の間に第１円柱部材２３が
転動可能に配置される円弧溝が形成されている。
これらによつて、第１段の変位拡大レバー機構の
変位を第２アーム２５の先端部２５ａに伝達して
拡大する第２段目の変位拡大レバー機構が構成さ
れる。
を介してケーシング２０に接続され、第２アーム
２５の先端部２５ａには、第２円柱部材２６が配
置される円弧溝が形成されている。また、第２ア
ーム２５の下面には、第１アーム２２の先端部２
２ａと第２アーム２５の間に第１円柱部材２３が
転動可能に配置される円弧溝が形成されている。
これらによつて、第１段の変位拡大レバー機構の
変位を第２アーム２５の先端部２５ａに伝達して
拡大する第２段目の変位拡大レバー機構が構成さ
れる。
同様に、第３アーム２８、第３ヒンジ２７、及
び第２円柱部材２６による第３段目の変位拡大レ
バー機構、第４アーム３１、第４ヒンジ３０、及
び第３円柱部材による第４段目の変位拡大レバー
機構が順次構成される。よつて、アームとヒンジ
によるＬ字形の変位拡大レバー機構が、第１段か
ら第４段まで順次交互に積み重ねられて配設され
て、機械的増幅機構を構成する。
び第２円柱部材２６による第３段目の変位拡大レ
バー機構、第４アーム３１、第４ヒンジ３０、及
び第３円柱部材による第４段目の変位拡大レバー
機構が順次構成される。よつて、アームとヒンジ
によるＬ字形の変位拡大レバー機構が、第１段か
ら第４段まで順次交互に積み重ねられて配設され
て、機械的増幅機構を構成する。
ここで、第１〜第４ヒンジを比較すると、第２
ヒンジ２４は第１ヒンジ２１よりもその剛性を下
げるために、その板厚を薄く、かつその長さを長
く構成し、同様に第３ヒンジ２７、第４ヒンズ３
０も剛性を順次下げるように、その板厚が薄く、
かつその長さが長くなるように構成されている。
ヒンジ２４は第１ヒンジ２１よりもその剛性を下
げるために、その板厚を薄く、かつその長さを長
く構成し、同様に第３ヒンジ２７、第４ヒンズ３
０も剛性を順次下げるように、その板厚が薄く、
かつその長さが長くなるように構成されている。
尚、第４アーム３１の先端にはポイント１０１
かめられて固定され、ポイント１０１は、ケー
シング２０とスクリユウ１０４により固定された
絶縁板１０２に取り付けられたポイント１００
と、微小間隙を隔てて対向している。
かめられて固定され、ポイント１０１は、ケー
シング２０とスクリユウ１０４により固定された
絶縁板１０２に取り付けられたポイント１００
と、微小間隙を隔てて対向している。
本発明による機械的増幅機構の作動を、第１図
で示したリレーについて説明する。同図におい
て、圧電素子１０に電圧が印加されると同図中矢
印の方向に伸張する。この時、プツシユロツド１
１は、前記圧電素子１０の伸びを受けて図中上方
向に移動し第１ヒンジ２１及び第１アーム２２で
構成される第１レバー機構の第１アーム２２の第
１ヒンジ２１寄りの部位を押し上げる。このと
き、第１アーム２２の剛性は十分高く設定してあ
ることにより、第１ヒンジ２１が変形腕曲し、第
１アーム２２の先端部２２ａは、前記プツシユロ
ツド１１の変位を増幅して同図中上方向に伝達す
る。すると、第１アーム２２の先端部２２ａの円
弧溝に配された円柱部材２３が、第２段目のレバ
ー機構を構成する第２アーム２５の第２ヒンジ２
４寄りを押し上げるため、第２ヒンジ２４が腕曲
し、前記第２アーム２５の先端部２５ａは、前記
円柱部材２３の変位を拡大して上方向に移動す
る。第２アーム２５の先端部２５ａの円弧溝に配
された円柱部材２６は、第３段目のレバー機構
（第３ヒンジ２７及び第４アーム２８）を同様に
作動せしめる。第３段目のレバー機構の第３アー
ム２８の先端に配された円柱部材２９は第４段目
のレバー機構（第４ヒンジ３０及び第４アーム３
１）を同様に作動せしめる。
で示したリレーについて説明する。同図におい
て、圧電素子１０に電圧が印加されると同図中矢
印の方向に伸張する。この時、プツシユロツド１
１は、前記圧電素子１０の伸びを受けて図中上方
向に移動し第１ヒンジ２１及び第１アーム２２で
構成される第１レバー機構の第１アーム２２の第
１ヒンジ２１寄りの部位を押し上げる。このと
き、第１アーム２２の剛性は十分高く設定してあ
ることにより、第１ヒンジ２１が変形腕曲し、第
１アーム２２の先端部２２ａは、前記プツシユロ
ツド１１の変位を増幅して同図中上方向に伝達す
る。すると、第１アーム２２の先端部２２ａの円
弧溝に配された円柱部材２３が、第２段目のレバ
ー機構を構成する第２アーム２５の第２ヒンジ２
４寄りを押し上げるため、第２ヒンジ２４が腕曲
し、前記第２アーム２５の先端部２５ａは、前記
円柱部材２３の変位を拡大して上方向に移動す
る。第２アーム２５の先端部２５ａの円弧溝に配
された円柱部材２６は、第３段目のレバー機構
（第３ヒンジ２７及び第４アーム２８）を同様に
作動せしめる。第３段目のレバー機構の第３アー
ム２８の先端に配された円柱部材２９は第４段目
のレバー機構（第４ヒンジ３０及び第４アーム３
１）を同様に作動せしめる。
本発明の機械的増幅機構において、各レバー機
構の第１〜第４アームの支持点を第１〜第４ヒン
ジとし、その力点をプツシユロツドあるいは第１
〜第３円柱部材の位置、またその作用点を第１〜
第３アームの先端部の円柱部材の位置とすると、
第１〜第４の各レバー機構の拡大率は、ほぼ支持
点−作用点間の水平距離（l2、l4、l6、l8）と、支
持点−力点間の水平距離（l1、l3、l5、l7）の比
（l2／l1、l4／l3、l6／l5、l8／l7）とみなすことが
でき、第１図の本実施例では、第１段目から第４
段目まで、それぞれ、l2／l1≒２倍、l4／l3≒３
倍、l6／l5≒３倍、l8／l7≒３倍に設定されてい
る。よつて、全体としては、約50倍の拡大率とな
る。従つて、圧電素子１０に高電圧500Vが印加
されて約30μｍ伸張しただけであつても、第４段
の第４アーム３１の先端に配されたポイント１０
１においては1.5mm程度上方に移動する。初期状
態において、0.5mm〜１mm程度の微小間隙を有す
るポイント１００，１０１は、上述の第４アーム
３１の移動によつて容易に当接し、リレーとして
の作用を満足できるのである。
構の第１〜第４アームの支持点を第１〜第４ヒン
ジとし、その力点をプツシユロツドあるいは第１
〜第３円柱部材の位置、またその作用点を第１〜
第３アームの先端部の円柱部材の位置とすると、
第１〜第４の各レバー機構の拡大率は、ほぼ支持
点−作用点間の水平距離（l2、l4、l6、l8）と、支
持点−力点間の水平距離（l1、l3、l5、l7）の比
（l2／l1、l4／l3、l6／l5、l8／l7）とみなすことが
でき、第１図の本実施例では、第１段目から第４
段目まで、それぞれ、l2／l1≒２倍、l4／l3≒３
倍、l6／l5≒３倍、l8／l7≒３倍に設定されてい
る。よつて、全体としては、約50倍の拡大率とな
る。従つて、圧電素子１０に高電圧500Vが印加
されて約30μｍ伸張しただけであつても、第４段
の第４アーム３１の先端に配されたポイント１０
１においては1.5mm程度上方に移動する。初期状
態において、0.5mm〜１mm程度の微小間隙を有す
るポイント１００，１０１は、上述の第４アーム
３１の移動によつて容易に当接し、リレーとして
の作用を満足できるのである。
上述実施例においては、本発明をリレーに適用
した実施例として示したが、印字機構とか、油圧
回路に用いるサーボ弁のフラツパ等に用いても有
効である。また、本発明の実施例では、アームと
ヒンジからなるレバー機構をケーシングと一体的
に接続したが、溶接とか、リベツトによるかしめ
等の他の手段により一体的に接続してもよい。
した実施例として示したが、印字機構とか、油圧
回路に用いるサーボ弁のフラツパ等に用いても有
効である。また、本発明の実施例では、アームと
ヒンジからなるレバー機構をケーシングと一体的
に接続したが、溶接とか、リベツトによるかしめ
等の他の手段により一体的に接続してもよい。
本発明の機械的増幅機構において、各アームは
各々のヒンジを介して、ケーシングと一体的に接
続構成するとともに、各アーム間を転動可能な円
柱状の転動部材を介して連結したことにより、連
結部の歪発生を無くすることができ、また、効率
のよい変位伝達機構とすることができる。さら
に、各段のヒンジを、第１段目から最終段に到る
まで、後段になるにつれ段階的に剛性を小さくし
たことによつてヒンジの腕曲による応力発生を低
く押えることができ、破損し難く耐久性の向上し
た構成とすることができる。
各々のヒンジを介して、ケーシングと一体的に接
続構成するとともに、各アーム間を転動可能な円
柱状の転動部材を介して連結したことにより、連
結部の歪発生を無くすることができ、また、効率
のよい変位伝達機構とすることができる。さら
に、各段のヒンジを、第１段目から最終段に到る
まで、後段になるにつれ段階的に剛性を小さくし
たことによつてヒンジの腕曲による応力発生を低
く押えることができ、破損し難く耐久性の向上し
た構成とすることができる。
また、プツシユロツドあるいは転動部材は、ヒ
ンジとアーム先端の間に配置されてアームに当接
するので、作動中あるいは停止時であつてもヒン
ジは常に引張り方向に力を受けることになる。一
般にヒンジは圧縮力の作用によつて変形腕曲、更
には破壊し易いのに対して、上述した様に本発明
においてヒンジは引張り方向の力のみが作用する
ため、安定した変位拡大作用が達成できる。さら
に、アームとヒンジを交互に組み合わせているこ
とにより、非常に小型な機械的増幅機構を提供す
ることができる。
ンジとアーム先端の間に配置されてアームに当接
するので、作動中あるいは停止時であつてもヒン
ジは常に引張り方向に力を受けることになる。一
般にヒンジは圧縮力の作用によつて変形腕曲、更
には破壊し易いのに対して、上述した様に本発明
においてヒンジは引張り方向の力のみが作用する
ため、安定した変位拡大作用が達成できる。さら
に、アームとヒンジを交互に組み合わせているこ
とにより、非常に小型な機械的増幅機構を提供す
ることができる。
第１図は、本発明の機械的増幅機構をリレーに
適用した一実施例を示す断面図である。 １０……圧電素子、１１……プツシユロツド、
２０……ケーシング、２１……第１ヒンジ、２２
……第１アーム、２３……第１円柱部材（第１転
動部材）、２４……第２ヒンジ、２５……第２ア
ーム、２６……第２円柱部材（第２転動部材）、
２７……第３ヒンジ、２８……第３アーム、２９
……第３円柱部材（第３転動部材）、３０……第
４ヒンジ、３１……第４アーム。
適用した一実施例を示す断面図である。 １０……圧電素子、１１……プツシユロツド、
２０……ケーシング、２１……第１ヒンジ、２２
……第１アーム、２３……第１円柱部材（第１転
動部材）、２４……第２ヒンジ、２５……第２ア
ーム、２６……第２円柱部材（第２転動部材）、
２７……第３ヒンジ、２８……第３アーム、２９
……第３円柱部材（第３転動部材）、３０……第
４ヒンジ、３１……第４アーム。
Claims (1)
- １ ケーシングに第１ヒンジを介して接続される
第１アームと、圧電もしくは電歪素子の伸縮方向
の一端に設けられ、かつ前記第１アームの先端部
と第１ヒンジとの間の前記第１アームに当接する
先端を有するプツシユロツドと、ケーシングに第
２ヒンジを介して接続される第２アームと、前記
第１アーム先端部と前記第２アームの間に配置さ
れ、かつ前記第２アームの先端部と第２ヒンジの
間の前記第２アームに当接する円柱状の転動部材
とを具備し、前記第２ヒンジは前記第１ヒンジよ
りも剛性が小さいことを特徴とする機械的増幅機
構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60176020A JPS6237835A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 機械的増幅機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60176020A JPS6237835A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 機械的増幅機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6237835A JPS6237835A (ja) | 1987-02-18 |
| JPH0467729B2 true JPH0467729B2 (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=16006318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60176020A Granted JPS6237835A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 機械的増幅機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6237835A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2592615B2 (ja) * | 1987-09-16 | 1997-03-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 電歪駆動装置 |
| JPH01105390U (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-17 | ||
| JP2685025B2 (ja) * | 1995-05-02 | 1997-12-03 | 日本電気株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| JP3525313B2 (ja) * | 1995-06-30 | 2004-05-10 | 太平洋セメント株式会社 | レバー変位拡大機構付位置決め装置 |
| JP2002035696A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-05 | Tokkyokiki Corp | 振動制御装置およびその駆動方法 |
| US7732988B2 (en) * | 2008-09-26 | 2010-06-08 | Honeywell International Inc. | Fluid amplifiers and vibration damping and isolation systems |
| CN110492783B (zh) * | 2019-08-05 | 2024-09-20 | 包头稀土研究院 | 外壳提供轴向磁场的带有二级微位移放大机构的促动器 |
| JP7090234B2 (ja) * | 2019-08-05 | 2022-06-24 | 包頭稀土研究院 | マイクロ変位拡大機構及びその拡大方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60105132A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-10 | 日本電気株式会社 | 圧電継電器 |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP60176020A patent/JPS6237835A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6237835A (ja) | 1987-02-18 |
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