JPH0748573B2 - 圧電素子変位増幅機構 - Google Patents
圧電素子変位増幅機構Info
- Publication number
- JPH0748573B2 JPH0748573B2 JP63273620A JP27362088A JPH0748573B2 JP H0748573 B2 JPH0748573 B2 JP H0748573B2 JP 63273620 A JP63273620 A JP 63273620A JP 27362088 A JP27362088 A JP 27362088A JP H0748573 B2 JPH0748573 B2 JP H0748573B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hinge
- piezoelectric element
- lever arm
- displacement
- distance
- 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
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〕 本発明は圧電素子を駆動源として変位増幅を行なう圧電
素子変位増幅機構に関する。
素子変位増幅機構に関する。
従来、この種の圧電素子変位増幅機構は、第５図に示す
ように圧電素子13の両端が第２のヒンジ141,142によっ
てそれぞれレバーアーム151,152の一方の端部に接続さ
れ、レバーアーム151,152は支点を第１のヒンジ161,162
によって基板17に接続され、レバーアーム151,152の他
方の端部によって挟まれるように変位伝達手段としての
座屈ばね18が支持されていて、第２のヒンジ141とレバ
ーアーム151の接続部と第２のヒンジ142とレバーアーム
152の接続部の距離が第１のヒンジ161とレバーアーム15
1の接続部と第１のヒンジ162とレバーアーム152の接続
部の距離と同等になるように構成されていた。
ように圧電素子13の両端が第２のヒンジ141,142によっ
てそれぞれレバーアーム151,152の一方の端部に接続さ
れ、レバーアーム151,152は支点を第１のヒンジ161,162
によって基板17に接続され、レバーアーム151,152の他
方の端部によって挟まれるように変位伝達手段としての
座屈ばね18が支持されていて、第２のヒンジ141とレバ
ーアーム151の接続部と第２のヒンジ142とレバーアーム
152の接続部の距離が第１のヒンジ161とレバーアーム15
1の接続部と第１のヒンジ162とレバーアーム152の接続
部の距離と同等になるように構成されていた。
第３図は第５図の圧電素子変位増幅機構を梁要素で示し
たものである。
たものである。
レバーアーム151,152と第２のヒンジ141,142の接続部を
91,92、レバーアーム151,152と第１のヒンジ161,162の
接続部を101,102、そしてレバーアーム151,152と座屈ば
ね18の接続部を111,112とし、接続部91〜101〜111、92
〜102〜112をそれぞれ結んでつくる角度を121,122とす
ると、接続部91,92の間の距離と接続部101と102の間の
距離が等しくなっている。
91,92、レバーアーム151,152と第１のヒンジ161,162の
接続部を101,102、そしてレバーアーム151,152と座屈ば
ね18の接続部を111,112とし、接続部91〜101〜111、92
〜102〜112をそれぞれ結んでつくる角度を121,122とす
ると、接続部91,92の間の距離と接続部101と102の間の
距離が等しくなっている。
この従来の圧電素子変位増幅機構として、接続部91と
92、接続部101と102の間の距離が13mm、レバーアーム15
1,152の長さが28mmで、150v（ボルト）の電圧を印加す
ると21kgfの力を発生する圧電素子を組み込んで製作し
たところ、座屈ばね18の中央で変位230μｍ、発生力250
gfの出力性能が得られ、エネルギ変換効率は34％にすぎ
なかった。
92、接続部101と102の間の距離が13mm、レバーアーム15
1,152の長さが28mmで、150v（ボルト）の電圧を印加す
ると21kgfの力を発生する圧電素子を組み込んで製作し
たところ、座屈ばね18の中央で変位230μｍ、発生力250
gfの出力性能が得られ、エネルギ変換効率は34％にすぎ
なかった。
上述した従来の圧電素子変位増幅機構は、第２のヒンジ
141とレバーアーム151の接続部と第２のヒンジ142とレ
バーアーム152の接続部の距離が第１のヒンジ161とレバ
ーアーム151の接続部と第１のヒンジ162とレバーアーム
152の接続部の距離と同等になるような構成となってい
るので、圧電素子変位増幅機構を設計する際、前記のそ
れぞれの距離が制限されてしまってエネルギ変換効率の
良い最適設計を行なう時の支障になるという欠点があ
る。
141とレバーアーム151の接続部と第２のヒンジ142とレ
バーアーム152の接続部の距離が第１のヒンジ161とレバ
ーアーム151の接続部と第１のヒンジ162とレバーアーム
152の接続部の距離と同等になるような構成となってい
るので、圧電素子変位増幅機構を設計する際、前記のそ
れぞれの距離が制限されてしまってエネルギ変換効率の
良い最適設計を行なう時の支障になるという欠点があ
る。
本発明の圧電素子変位増幅機構は、印加される電圧に応
じて収縮する圧電素子と、前記圧電素子の一端に第１の
ヒンジを介してその一端が接続された第１のレバーアー
ムと、前記圧電素子の他端に第２のヒンジを介してその
一端が接続された第２のレバーアームと、前記第１およ
び第２のレバーアームの間に設けられ、かつ前記第１の
レバーアームの一端の近傍に第３のヒンジを介して接続
され、さらに前記第２のレバーアームの一端の近傍に第
４のヒンジを介して接続される基板と、前記第１のレバ
ーアームの他端と前記第２のレバーアームの他端との間
に設けられた変位検出用の変位検出手段とを備え、前記
圧電素子の変位を前記第１および第２のヒンジを介して
前記第１および第２のレバーアームに伝達し、前記第３
および第４のヒンジを支点として前記変位を前記変位検
出手段に増幅して伝達する圧電素子変位増幅機構におい
て、前記第１のヒンジと第２のヒンジとの間の距離より
も、前記第３のヒンジと第４のヒンジとの間の距離が短
く構成されていることを特徴とする。
じて収縮する圧電素子と、前記圧電素子の一端に第１の
ヒンジを介してその一端が接続された第１のレバーアー
ムと、前記圧電素子の他端に第２のヒンジを介してその
一端が接続された第２のレバーアームと、前記第１およ
び第２のレバーアームの間に設けられ、かつ前記第１の
レバーアームの一端の近傍に第３のヒンジを介して接続
され、さらに前記第２のレバーアームの一端の近傍に第
４のヒンジを介して接続される基板と、前記第１のレバ
ーアームの他端と前記第２のレバーアームの他端との間
に設けられた変位検出用の変位検出手段とを備え、前記
圧電素子の変位を前記第１および第２のヒンジを介して
前記第１および第２のレバーアームに伝達し、前記第３
および第４のヒンジを支点として前記変位を前記変位検
出手段に増幅して伝達する圧電素子変位増幅機構におい
て、前記第１のヒンジと第２のヒンジとの間の距離より
も、前記第３のヒンジと第４のヒンジとの間の距離が短
く構成されていることを特徴とする。
圧電素子の変位をレバーアームに伝える第２のヒンジと
基板とレバーアームを接続してテコの支点の役割をする
第１のヒンジの間隔が広がって、支点を中心にレバーア
ームが回転しやすくなること、支点になる第１のヒンジ
が伸びて支点が移動することがなくなること、そして支
点付近のレバーアームの幅が広くなって剛性が大きくな
り、レバーアームでのエネルギーロスが減少することに
より、エネルギ変換効率が大幅に向上する。
基板とレバーアームを接続してテコの支点の役割をする
第１のヒンジの間隔が広がって、支点を中心にレバーア
ームが回転しやすくなること、支点になる第１のヒンジ
が伸びて支点が移動することがなくなること、そして支
点付近のレバーアームの幅が広くなって剛性が大きくな
り、レバーアームでのエネルギーロスが減少することに
より、エネルギ変換効率が大幅に向上する。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の圧電素子変位増幅機構の第１の実施例
を示す正面図である。
を示す正面図である。
一対のレバーアーム11,12が第１のヒンジ21,22を介して
基板３の対向する側面に固着され、さらにこのレバーア
ーム11,12には圧電素子４の両端面が第２のヒンジ51,52
を介して固着されている。レバーアーム11,12の他端に
は、わずかに湾曲した座屈ばね６が支持されている。こ
れらのレバーアーム11,12、第１のヒンジ21,22、第２の
ヒンジ51,52、基板３は、42Ni−Fe合金材をプレス打ち
抜き法、ワイヤーカット法で製作し、座屈ばね６はステ
ンレスのばね薄板を加工して製作した。また、圧電素子
４は、第２のヒンジ51,52と熱硬化性樹脂で接続され、
レバーアーム11,12と座屈ばね６はアルミリベットを用
いたカシメで接続されている。
基板３の対向する側面に固着され、さらにこのレバーア
ーム11,12には圧電素子４の両端面が第２のヒンジ51,52
を介して固着されている。レバーアーム11,12の他端に
は、わずかに湾曲した座屈ばね６が支持されている。こ
れらのレバーアーム11,12、第１のヒンジ21,22、第２の
ヒンジ51,52、基板３は、42Ni−Fe合金材をプレス打ち
抜き法、ワイヤーカット法で製作し、座屈ばね６はステ
ンレスのばね薄板を加工して製作した。また、圧電素子
４は、第２のヒンジ51,52と熱硬化性樹脂で接続され、
レバーアーム11,12と座屈ばね６はアルミリベットを用
いたカシメで接続されている。
この圧電素子４に電圧を印加することにより、圧電素子
４の変位７は第２のヒンジ51,52を介して各レバーアー
ム11,12に伝えられ、第１のヒンジ21,22を支点としてテ
コの原理でレバーアーム11,12の他端で変位が拡大され
る。さらに、レバーアーム11,12に挟まれた座屈ばね６
の両端にはその軸方向に変位が伝えられ、座屈ばね６は
座屈によって両端に伝えられた変位に対し直角方向に変
形し、座屈ばね６の中央部に最大変位８を生ずる。その
後、印加電圧を零ボルトに戻すと圧電素子１の歪は原点
に復帰し、これに従って座屈ばね６の変位も復帰する。
４の変位７は第２のヒンジ51,52を介して各レバーアー
ム11,12に伝えられ、第１のヒンジ21,22を支点としてテ
コの原理でレバーアーム11,12の他端で変位が拡大され
る。さらに、レバーアーム11,12に挟まれた座屈ばね６
の両端にはその軸方向に変位が伝えられ、座屈ばね６は
座屈によって両端に伝えられた変位に対し直角方向に変
形し、座屈ばね６の中央部に最大変位８を生ずる。その
後、印加電圧を零ボルトに戻すと圧電素子１の歪は原点
に復帰し、これに従って座屈ばね６の変位も復帰する。
第２図は、第１図の圧電素子変位増幅機構を梁要素で示
したものである。
したものである。
レバーアーム11,12と第２のヒンジ51,52の接続部を91,9
2、レバーアーム11,12と第１のヒンジ21,22の接続部を1
01,102、そしてレバーアーム11,12と座屈ばね６の接続
部を111,112とし、接続部91〜101〜111、92〜102〜112
とそれぞれ結んでつくる角度を121,122とする。そこ
で、第２図のように接続部101と102の間の距離を変更し
てエネルギ変換効率が良くなるように圧電素子変位増幅
機構の設計を見直したところ、エネルギ変換効率が良く
なるのは第２図のようにした時で、接続部91と92の間の
距離が13mm、接続部101と102の間の距離が11mmで角度12
1,122は120゜（度）であった。
2、レバーアーム11,12と第１のヒンジ21,22の接続部を1
01,102、そしてレバーアーム11,12と座屈ばね６の接続
部を111,112とし、接続部91〜101〜111、92〜102〜112
とそれぞれ結んでつくる角度を121,122とする。そこ
で、第２図のように接続部101と102の間の距離を変更し
てエネルギ変換効率が良くなるように圧電素子変位増幅
機構の設計を見直したところ、エネルギ変換効率が良く
なるのは第２図のようにした時で、接続部91と92の間の
距離が13mm、接続部101と102の間の距離が11mmで角度12
1,122は120゜（度）であった。
第１図の圧電素子変位増幅機構にも前記の150v（ボル
ト）の電圧を印加すると21kgfの力を発生する圧電素子
を組み込んで製作したところ、座屈ばね６の中央で変位
320μｍ、発生力260gfの出力性能が得られ、エネルギ変
換効率は51％になり、従来例の34％に比べて17％向上し
た。圧電素子４の変位７をレバーアーム11,12に伝える
第２のヒンジ51,52と、基板３とレバーアーム11,12を接
続してテコの支点の役割りをする第１のヒンジ21,22の
間隔が広がって、支点を中心にレバーアーム11,12が回
転しやすくなった。また、従来の圧電素子変位増幅機構
のような圧電素子が変位すると支点になる第１のヒンジ
21,22が伸びてしまって支点が移動してしまうというこ
とが無くなった。そして支点付近のレバーアーム11,12
の幅が広くなって剛性が大きくなり、レバーアーム11,1
2でのエネルギーロスが減少した。以上のことがエネル
ギ変換効率を大幅に向上させた。
ト）の電圧を印加すると21kgfの力を発生する圧電素子
を組み込んで製作したところ、座屈ばね６の中央で変位
320μｍ、発生力260gfの出力性能が得られ、エネルギ変
換効率は51％になり、従来例の34％に比べて17％向上し
た。圧電素子４の変位７をレバーアーム11,12に伝える
第２のヒンジ51,52と、基板３とレバーアーム11,12を接
続してテコの支点の役割りをする第１のヒンジ21,22の
間隔が広がって、支点を中心にレバーアーム11,12が回
転しやすくなった。また、従来の圧電素子変位増幅機構
のような圧電素子が変位すると支点になる第１のヒンジ
21,22が伸びてしまって支点が移動してしまうというこ
とが無くなった。そして支点付近のレバーアーム11,12
の幅が広くなって剛性が大きくなり、レバーアーム11,1
2でのエネルギーロスが減少した。以上のことがエネル
ギ変換効率を大幅に向上させた。
第４図は本発明の第２の実施例の正面図である。
本実施例は、座屈ばね６の向きを90゜（度）変えてレバ
ーアーム11,12にアルミリベットで接続してあり、座屈
ばね６の動く方向が第１の実施例と変わった以外、他の
動作機構は同じである。
ーアーム11,12にアルミリベットで接続してあり、座屈
ばね６の動く方向が第１の実施例と変わった以外、他の
動作機構は同じである。
第２の実施例においても第１の実施例と同様にエネルギ
変換効率は50％になった。
変換効率は50％になった。
以上説明したように本発明は、レバーアームと圧電素子
を接続する第２のヒンジのレバーアーム側の接続部間の
距離よりも、前記レバーアームと基板を接続する第１の
ヒンジのレバーアーム側の接続部間の距離の方を短かく
することにより、エネルギ変換効率を約50％にできる効
果がある。
を接続する第２のヒンジのレバーアーム側の接続部間の
距離よりも、前記レバーアームと基板を接続する第１の
ヒンジのレバーアーム側の接続部間の距離の方を短かく
することにより、エネルギ変換効率を約50％にできる効
果がある。
第１図は本発明の圧電素子変位増幅機構の第１の実施例
の正面図、第２図は第１の実施例の圧電素子変位増幅機
構を梁要素で表したモデル図、第３図は第５図の従来の
圧電素子変位増幅機構を梁要素で表したモデル図、第４
図は本発明の第２の実施例の正面図、第５図は従来の圧
電素子変位増幅機構の正面図である。 12,12,151,152……レバーアーム、 21,22,161,162……第１のヒンジ、 51,52,141,142……第２のヒンジ、 3,17……基板、 4,13……圧電素子、 6,18……座屈ばね、 ７……圧電素子４の変位、 ８……座屈ばね６の変位、 91,92……第２のヒンジとレバーアームの接続部、 101,102……第１のヒンジとレバーアームの接続部、 111,112……レバーアームと座屈ばねの接続部 121,122……接続部9,10,11がつくる角度。
の正面図、第２図は第１の実施例の圧電素子変位増幅機
構を梁要素で表したモデル図、第３図は第５図の従来の
圧電素子変位増幅機構を梁要素で表したモデル図、第４
図は本発明の第２の実施例の正面図、第５図は従来の圧
電素子変位増幅機構の正面図である。 12,12,151,152……レバーアーム、 21,22,161,162……第１のヒンジ、 51,52,141,142……第２のヒンジ、 3,17……基板、 4,13……圧電素子、 6,18……座屈ばね、 ７……圧電素子４の変位、 ８……座屈ばね６の変位、 91,92……第２のヒンジとレバーアームの接続部、 101,102……第１のヒンジとレバーアームの接続部、 111,112……レバーアームと座屈ばねの接続部 121,122……接続部9,10,11がつくる角度。
Claims (1)
- 【請求項１】印加される電圧に応じて収縮する圧電素子
と、前記圧電素子の一端に第１のヒンジを介してその一
端が接続された第１のレバーアームと、前記圧電素子の
他端に第２のヒンジを介してその一端が接続された第２
のレバーアームと、前記第１および第２のレバーアーム
の間に設けられ、かつ前記第１のレバーアームの一端の
近傍に第３のヒンジを介して接続され、さらに前記第２
のレバーアームの一端の近傍に第４のヒンジを介して接
続される基板と、前記第１のレバーアームの他端と前記
第２のレバーアームの他端との間に設けられた変位検出
用の変位検出手段とを備え、前記圧電素子の変位を前記
第１および第２のヒンジを介して前記第１および第２の
レバーアームに伝達し、前記第３および第４のヒンジを
支点として前記変位を前記変位検出手段に増幅して伝達
する圧電素子変位増幅機構において、前記第１のヒンジ
と第２のヒンジとの間の距離よりも、前記第３のヒンジ
と第４のヒンジとの間の距離が短く構成されていること
を特徴とする圧電素子変位増幅機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273620A JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273620A JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119277A JPH02119277A (ja) | 1990-05-07 |
| JPH0748573B2 true JPH0748573B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=17530260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273620A Expired - Lifetime JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748573B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04365384A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-17 | Nec Corp | 機械的増幅機構 |
| GB2411288B (en) | 2004-02-20 | 2006-01-04 | Melles Griot Ltd | Positioner device |
| CN115059724B (zh) * | 2022-06-15 | 2024-05-24 | 湖南大学 | 一种圆盘式力放大机构的主动磨片阻尼器 |
| CN115083968B (zh) * | 2022-07-05 | 2026-02-13 | 北京派和科技股份有限公司 | 双驱动刺晶机构 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63273620A patent/JPH0748573B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02119277A (ja) | 1990-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5270984A (en) | Displacement amplification mechanism for piezoelectric elements | |
| EP0704916B1 (en) | Output-enlarged piezoelectric clamp device | |
| EP0510698B1 (en) | Displacement amplification mechanism using piezoelectric element | |
| JPS62149859U (ja) | ||
| JPH0150192B2 (ja) | ||
| JPH0748573B2 (ja) | 圧電素子変位増幅機構 | |
| JPH05305574A (ja) | 圧電クランプ機構 | |
| JP2630301B2 (ja) | 圧電クランプ機構 | |
| JP3809624B2 (ja) | レバー変位拡大機構 | |
| JP2685025B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP2524061Y2 (ja) | 圧電素子変位機械的増幅機構 | |
| JPH059179Y2 (ja) | ||
| JP2913740B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH045328Y2 (ja) | ||
| JPH0616758Y2 (ja) | 印字ハンマ | |
| JPH0416892Y2 (ja) | ||
| JPH066382B2 (ja) | 印字エレメント | |
| JPH0469550B2 (ja) | ||
| JPS58213484A (ja) | 差動型変位発生機構 | |
| JPS6347006Y2 (ja) | ||
| JPH0737222Y2 (ja) | 押ボタン装置 | |
| JPH01160651A (ja) | 変位拡大機構 | |
| JPH0642353Y2 (ja) | シ−ソ−機構を備えた圧電バイモルフ装置 | |
| JP2500114Y2 (ja) | 圧電素子変位増幅機構 | |
| JPH0469549B2 (ja) |