CN111585467A - 位移放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种位移放大装置，其能够提高位移放大装置的生产率。第一连杆部(5)具备第一刚体(8)以及将第一刚体(8)分别连接在支承部(3)和可动部(4)上的第一板簧(7)。第二连杆部(6)具备第二刚体(10)以及将第二刚体(10)分别连结在支承部(3)和可动部(4)上的第二板簧(9)。在该结构中，第一刚体(8)和第二刚体(10)起到抑制第一板簧(7)和第二板簧(9)挠曲的作用。另外，第一板簧(7)和第二板簧(9)的与支承部(3)连接的连接部(J1、J2)、与可动部(4)连接的连接部(J3、J4)起到弹性铰链的作用。由此，能够采用铣削加工等通用的加工方法而简单地制作，提高生产率。

Description

位移放大装置
技术领域
本发明涉及位移放大装置，特别涉及具备压电元件及位移放大机构的位移放大装置。
背景技术
以往，作为位移放大装置，使用具备压电元件及位移放大机构的位移放大装置。图7及图8表示现有的位移放大装置的俯视图及立体图(例如，参照专利文献1。)。该位移放大装置200具备压电元件21和放大压电元件21的位移的位移放大机构22。
位移放大机构22具备：支承压电元件21的支承部23、与该支承部23隔开间隙大致平行地相对设置的棱柱形状的可动部24、连结支承部23和可动部24的相互平行的一对连杆部(第一连杆部25及第二连杆部26)，它们形成为一体。
第一连杆部25形成为棱柱形状，其两端经由宽度窄的弹性铰链271、272连结于支承部23及可动部24。另外，第二连杆部26为壁厚薄的柱，作为板簧发挥作用。压电元件21固定在台座部23a的侧壁面23a1和受压面25a之间，该台座部23a一体地设置在支承部23上，该受压面25a一体地突出形成在第一连杆部25的侧面上。
在该位移放大装置200中，当压电元件21向箭头C的方向微小位移时，由该位移产生的力经由受压面25a传递到第一连杆部25。于是，受到来自压电元件21的力的第一连杆部25根据杠杆原理以弹性铰链271为支点倾斜，第二连杆部26也随之倾斜，可动部24向箭头D的方向移动。
即，在该位移放大装置200中，当压电元件21微小位移时，由支承部23、可动部24、第一连杆部25和第二连杆部26形成的大致矩形框状的位移放大机构22位移成平行四边形的框状。由此，压电元件21的位移量通过位移放大机构22而被放大，作为可动部24的位移量而被输出。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利第5025949号公报
发明内容
发明要解决的问题
在该位移放大装置200中，支承部23、可动部24、第一连杆部25和第二连杆部26被一体化，需要在该一体化的一个部件中制作弹性铰链271、272。但是，弹性铰链271、272的宽度窄，难以用铣削加工等通用的加工方法制作。因此，在现有技术中，采用了如线切割加工那样的特殊的加工方法，但该加工方法的加工性差，成为使生产率恶化的原因。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种能够提高生产率的位移放大装置。
解决问题的技术手段
为了达到这样的目的，本发明的位移放大装置具备压电元件(1)和放大所述压电元件的位移量的位移放大机构(2)，所述位移放大机构具备：支承所述压电元件的支承部(3)；隔开间隙与所述支承部相对设置的可动部(4)；以及连结所述支承部和所述可动部的相互平行的一对连杆部(5、6)，所述压电元件将与所述支承部和所述可动部的相对方向正交的方向作为该压电元件的位移方向并安装在所述支承部上，所述一对连杆部的一方(5)具备：具有受压面(8a1)的第一刚体(8)，该受压面(8a1)承受由所述压电元件的位移产生的力；以及将所述第一刚体与所述支承部及所述可动部分别连结的第一板簧(9)。
在本发明中，当压电元件微小位移时，由该位移产生的力经由第一刚体的受压面传递到一对连杆部的一方(第一连杆部)。于是，受到来自压电元件的力的第一连杆部根据杠杆原理，以与第一板簧的支承部连接的连接部为支点倾斜，一对连杆部的另一方(第二连杆部)随之倾斜，可动部向与支承部和可动部的相对方向正交的方向移动。
在本发明中，第一刚体起到抑制第一板簧挠曲的作用。另外，第一板簧与支承部连接的连接部、第一板簧与可动部连接的连接部起到弹性铰链的作用。由此，在本发明中，不需要在一个部件中制作宽度窄的弹性铰链，能够采用铣削加工等通用的加工方法。
在本发明中，第一板簧可以由一片板簧(70)构成，或者也可以由两片板簧(71、72)构成。在使用一片板簧的情况下，将该一片板簧架设在支承部和可动部之间，将该板簧的一端固定在支承部上，将该板簧的另一端固定在可动部上。在使用两片板簧的情况下，将第一片板簧的一端固定在支承部上，将第一片板簧的另一端固定在第一刚体上。另外，将第二片板簧的一端固定在可动部上，将第二片板簧的另一端固定在第一刚体上。
另外，在本发明中，一对连杆部的另一方(6)也可以具备位于支承部和可动部之间的第二刚体(10)、和将第二刚体与支承部及可动部分别连结的第二板簧(9)。
另外，在所述说明中，作为一例，用带括号的参照符号表示与发明的构成要素对应的附图上的构成要素。
发明的效果
如以上说明的那样，根据本发明，一对连杆部的一方具备第一刚体和第一板簧，该第一刚体具有受压面，该受压面承受因压电元件的位移而产生的力，该第一板簧将第一刚体与支承部及可动部分别连结，因此，不需要在一个部件中制作宽度窄的弹性铰链，能够采用铣削加工等通用的加工方法而简单地制作，生产率提高。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的位移放大装置的主要部分的俯视图。
图2是实施方式1的位移放大装置的侧视图。
图3是表示在实施方式1的位移放大装置中使压电元件微小位移的状态的图。
图4是表示本发明实施方式2的位移放大装置的主要部分的俯视图。
图5是表示本发明的实施方式1的位移放大装置的变形例的俯视图。
图6是表示本发明的实施方式2的位移放大装置的变形例的俯视图。
图7是现有的位移放大装置的俯视图。
图8是现有的位移放大装置的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。
【实施方式1】
图1是表示本发明的实施方式1的位移放大装置100的主要部分的俯视图，图2是侧视图。该位移放大装置100具备压电元件1和将压电元件1的位移放大的位移放大机构2。
在该位移放大装置100中，作为压电元件1，使用将以PZT(PbZrO3-PbTiO3)为代表的压电材料多层层叠而成的层叠型压电元件。
另外，位移放大机构2具备：支承压电元件1的支承部3；与该支承部3隔开间隙大致平行地相对设置的棱柱形状的可动部4；在与支承部3和可动部4的相对方向正交的方向上隔着支承部3和可动部4之间的间隙相对设置的、连结支承部3和可动部4的相互平行的一对连杆部(第一连杆部5和第二连杆部6)。
第一连杆部5具备棱柱形状的第一刚体8和将该第一刚体8分别连结在支承部3和可动部4上的第一板簧7。第二连杆部6具备棱柱形状的第二刚体10和将该第二刚体10分别连结在支承部3和可动部4上的第二板簧9。
在第一连杆部5中，第一板簧7是架设在支承部3和可动部4之间的一片板簧(以下，用符号70表示该一片板簧。)，该板簧70的一端通过螺钉11固定在支承部3上，板簧70的另一端通过螺钉12固定在可动部4上。第一刚体8位于支承部3和可动部4之间的间隙中，通过螺钉13、14固定在板簧70的支承部3和可动部4之间的部分上。
在第二连杆部6中，第二板簧9是架设在支承部3和可动部4之间的一片板簧(以下，用符号90表示该一片板簧。)，板簧90的一端通过螺钉15固定在支承部3上，板簧90的另一端通过螺钉16固定在可动部4上。第二刚体10位于支承部3与可动部4之间的间隙中，通过螺钉17、18固定在板簧90的支承部3与可动部4之间的部分上。
支承部3具备向可动部4侧突出的台座部3a，在该台座部3a的侧壁面3a1和第一刚体8的受压面8a1之间固定有压电元件1。在第一刚体8上形成有向压电元件1侧突出的凸部8a，该凸部8a的前端面成为与压电元件1接触的受压面8a1。另外，在第一刚体8中，凸部8a的与第一刚体8相连的根部8a2的宽度变窄。
在该位移放大装置100中，支承部3、可动部4、第一刚体8及第二刚体10为碳钢，板簧70及板簧90为SS材(一般结构用轧制钢材)。另外，也可以将板簧70及板簧90设为弹簧钢、不锈钢、或陶瓷、CFRP(碳纤维强化树脂)，支承部3、可动部4、第一刚体8及第二刚体10也只要是与金属制相应的高刚性材料即可，不限于碳钢。另外，也可以通过改变第一刚体8和第二刚体10的长度来调整相对于板簧70和板簧90的刚性。
在该位移放大装置100中，当压电元件1向箭头A的方向微小位移时，由该位移产生的力经由第一刚体8的受压面8a1向第一连杆部5传递。于是，受到来自压电元件1的力的第一连杆部5根据杠杆原理，以板簧70的与支承部3连接的连接部J1为支点倾斜(参照图3)，第二连杆部6随之倾斜，可动部4向箭头B的方向移动。
即，在该位移放大装置100中，当压电元件1微小位移时，由支承部3、可动部4、第一连杆部5和第二连杆部6形成的大致矩形框状的位移放大机构2位移成平行四边形的框状。由此，压电元件1的位移量通过位移放大机构2而被放大，作为可动部4的位移量被输出。在本实施方式中，可动部4的位移量为34μm左右，位移放大率为2.2倍。
在该位移放大装置100中，第一刚体8和第二刚体10起到抑制板簧70以及板簧90的挠曲的作用。另外，板簧70及板簧90的与支承部3连接的连接部J1、J2、与可动部4连接的连接部J3、J4起到弹性铰链的作用。由此，在该位移放大装置100中，不需要在一个部件中制作宽度窄的弹性铰链，能够采用铣削加工等通用的加工方法而简单地制作，生产率提高。
另外，在该位移放大装置100中，为了能够将来自压电元件1的力高效地传递到第一连杆部5，使第一刚体8的凸部8a的根部8a2的宽度变窄。另外，为了即使在铣削加工中也能够制作，放大根部8a2的切削宽度。
另外，在该例中，使凸部8a的根部8a2的宽度变窄，但也可以不一定变窄。即，也可以使凸部8a整体与受压面8a1的宽度相同。但是，如果使凸部8a整体与受压面8a1的宽度相同，则由于在受到来自压电元件1的力时会产生弯曲力矩，因此向第一连杆部5传递的力会变小。
【实施方式2】
图4表示本发明的实施方式2的位移放大装置101的主要部分的俯视图。在该位移放大装置101中，由两片板簧71和72构成第一板簧7，将板簧71的一端固定在支承部3上，将板簧71的另一端固定在第一刚体8上。另外，将板簧72的一端固定在可动部4上，将板簧72的另一端固定在第一刚体8上。在该结构中，板簧71相当于本发明中所说的第一支承部侧板簧，板簧72相当于第一可动部侧板簧。
另外，第二板簧部9由两片板簧91和92构成，将板簧91的一端固定在支承部3上，将板簧91的另一端固定在第二刚体10上。另外，将板簧92的一端固定在可动部4上，将板簧92的另一端固定在第二刚体10上。在该结构中，板簧91相当于本发明所说的第二支承部侧板簧，板簧92相当于第二可动部侧板簧。
在该位移放大装置101中，第一刚体8和第二刚体10起到抑制板簧71、72及板簧91、92的挠曲的作用。另外，板簧71、72及板簧91、92的与支承部3连接的连接部J1、J2、与可动部4连接的连接部J3、J4起到弹性铰链的作用。由此，该实施方式2的位移放大装置101也与实施方式1的位移放大装置100同样，不需要在一个部件中制作宽度窄的弹性铰链，能够采用铣削加工等通用的加工方法而简单地制作，生产率提高。
另外，在图1所示的位移放大装置100中，由第二板簧9和第二刚体10构成第二连杆部6，但也可以如图5中作为位移放大装置100’所示，与以往的位移放大装置200(图7)中的第二连杆部26同样，使第二连杆部6为与支承部3和可动部4一体形成的壁厚较薄的柱，作为板簧发挥作用。在图4所示的位移放大装置101中，也可以如图6中作为位移放大装置101’所示，采用同样的结构。
【实施方式的扩展】
以上，参照实施方式说明了本发明，但本发明不限于所述实施方式。针对本发明的结构、详情，能够在本发明的技术思想的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。
符号说明
1…压电元件，2…位移放大机构，3…支承部，3a…台座部，3a1…侧壁面，4…可动部，5…第一连杆部，6…第二连杆部，7…第一板簧，70、71～74…板簧，8…第一刚体，8a…凸部，8a1…受压面，8a2…根部，9…第二板簧，90、91～94…板簧，10…第二刚体，100、100’、101、101’…位移放大装置。

Claims (9)

1.一种位移放大装置，其特征在于，具备：
压电元件；以及
位移放大机构，其放大所述压电元件的位移量，
所述位移放大机构具备：
支承部，其支承所述压电元件；
可动部，其隔着间隙与所述支承部相对设置；以及
相互平行的一对连杆部，其连结所述支承部和所述可动部，
所述压电元件将与所述支承部和所述可动部的相对方向正交的方向作为该压电元件的位移方向而安装在所述支承部上，
所述一对连杆部的一方具备：
第一刚体，其具有受压面，该受压面承受因所述压电元件的位移而产生的力；以及
第一板簧，其将所述第一刚体与所述支承部及所述可动部分别连结。
2.根据权利要求1所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第一板簧由一片板簧构成，所述一片板簧架设在所述支承部和所述可动部之间，一端固定在所述支承部上，另一端固定在所述可动部上，
所述第一刚体固定在所述第一板簧的所述支承部与所述可动部之间的部分上。
3.根据权利要求1所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第一板簧由连结所述支承部和所述第一刚体的第一支承部侧板簧、以及连结所述可动部和所述第一刚体的第一可动部侧板簧构成。
4.根据权利要求1所述的位移放大装置，其特征在于，
所述一对连杆部的另一方具备：
第二刚体，其位于所述支承部和所述可动部之间；以及
第二板簧，其将所述第二刚体与所述支承部及所述可动部分别连结。
5.根据权利要求4所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第二板簧由一片板簧构成，所述一片板簧架设在所述支承部和所述可动部之间，一端固定在所述支承部上，另一端固定在所述可动部上，
所述第二刚体固定在所述第二板簧的所述支承部与所述可动部之间的部分上。
6.根据权利要求4所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第二板簧由连结所述支承部和所述第二刚体的第二支承部侧板簧、以及连结所述可动部和所述第二刚体的第二可动部侧板簧构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的位移放大装置，其特征在于，
所述支承部具备向所述可动部侧突出的台座部，
所述压电元件固定在所述台座部的侧壁面与所述第一刚体的受压面之间。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第一刚体具备向所述压电元件侧突出的凸部，
所述第一刚体的凸部的前端面作为所述受压面与所述压电元件接触。
9.根据权利要求8所述的位移放大装置，其特征在于，
所述第一刚体的凸部的与所述第一刚体相连的根部的宽度变窄。
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NOBUHIKO HENMI等: ""Fast drive of displacement magnification mechanism with flexure hinge using loading type impact damper"", 《JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY》, pages 211 - 214 *

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