JP2500114Y2

JP2500114Y2 - 圧電素子変位増幅機構

Info

Publication number: JP2500114Y2
Application number: JP8930989U
Authority: JP
Inventors: 光範佐野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2004-07-28
Also published as: JPH0328766U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は圧電素子を駆動源として圧電素子の変位を増
幅する圧電素子変位増幅機構に関し、特に圧電素子変位
増幅機構の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の圧電素子変位増幅機構の一例を第４図
（ａ），（ｂ）を参照して説明する。第４図（ａ）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
に使用した圧電素子変位増幅機構であり、圧電素子17の
変位を第１のヒンジ18a,18bを介して伝達し拡大する２
本のレバーアーム19a,19bと、そのレバーアーム19a,19b
と取付孔20を有する取付基板21とを接続する第２のヒン
ジ22a,22bと、レバーアーム19a,19bの先端にリベット締
結によってブリッジ状に接続した変位増幅手段としての
梁23とから構成されている。また、梁の中央部から取付
基板の梁側に面した側面の中央部までの距離を梁中央部
の高さ23aと称する。

第４図（ｂ）は第４図（ａ）の従来の圧電素子変位増
幅機構に用いた梁の拡大図である。薄い金属板をプレス
打ち抜き法等によって打ち抜き、座屈変形しやすいよう
に可動部24を梁23の長手方向に対して直角方向に折り曲
げて、梁23の中央部に両端と平行な辺をもつ台形状に成
型して、両端にはレバーアーム19a,19bの板厚に合せて
コ字状に成型した締結部25a,25bを設け、その締結部の
略中央には丸孔のリベット孔26a,26bを設けている。

このように構成した圧電素子変位増幅機構を組立てる
には先ず取付孔20を有する取付基板21、２本のレバーア
ーム19a,19b、第１のヒンジ18a,18b、第２のヒンジ22a,
22bが一体構造となっている変位拡大金具27と圧電素子1
7を準備する。変位拡大金具27は金属板をワイヤカット
放電法等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
18a,18bに圧電素子17の両端を接着する。次に、梁23と
リベット28を準備し、梁23のコ字状の締結部25a,25bを
レバーアーム19a,19bの先端に組合せた後、レバーアー
ム19a,19bの先端に設けられたリベット孔29a,29bと梁23
のリベット孔26a,26bが重なった状態でリベット28を貫
通させて油圧プレス機等によりリベット28を所定寸法に
成型して圧電素子変位増幅機構の組立てを完了する。

このように組立てた圧電素子変位増幅機構において、
圧電素子17に電圧を印加すると、圧電素子17の変位は第
１ヒンジ18a,18bを介して各々レバーアーム19a,19bに伝
えられ、レバーアーム19a,19bは第２ヒンジ22a,22bを支
点としてテコの原理にてレバーアーム19a,19b先端で変
位が拡大される。

しかるにレバーアーム19a,19bの先端にブリッジ状に
接続した梁23の両端には梁23の長手方向の変位が伝えら
れ梁23は周知の座屈理論により中央に最大変位30が発生
する。その後、印加電圧を零ボルトにすると圧電素子17
の変位は復帰し、梁23の変位も同時に復帰する。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述した従来の圧電素子変位増幅機構は、レバーアー
ムの先端と梁の両端の締結部に設けられたリベット孔が
リベットとほぼ同じ直径の孔になっていて、しかもレバ
ーアーム先端の２つのリベット孔間の距離と、梁の両端
の２つのリベット孔間の距離は同じになるように設計さ
れている。

よって、レバーアームと梁をリベット締結で接続する
組立工程よりも前の工程で、次に記す事が原因でレバー
アーム先端の２つのリベット孔間の距離が変わると、レ
バーアームと梁をリベット締結する時どちらか一端の梁
のリベット孔とレバーアーム先端のリベット孔が重なら
なくなる。

（１）圧電素子と第１のヒンジを接着する時の変位拡大
金具と圧電素子の線膨張係数の差によって、接着剤硬化
後冷却時に変位拡大金具が変形する。

（２）接着剤硬化後、接着剤の硬化条件（たとえば170
℃、30分）によって圧電素子の分極が消失する。よって
接着剤硬化後に行なう分極処理時に圧電素子の長さが変
化して、それに伴なって変位拡大金具が変形する。

（３）変位拡大金具をワイヤカット放電等で加工する時
の加工誤差。

レバーアーム先端の２つのリベット孔間の距離が変わ
った状態でレバーアームと梁をリベット締結しようとす
ると、重ならなくなった梁のリベット孔とレバーアーム
先端のリベット孔を重なるように梁を無理に変形させて
リベット締結することになる。

梁を無理に変形させてレバーアームにリベット締結し
たことにより、梁の中央部の高さは設計値と変わってし
まう。

これは、梁の形状剛性が変化する事により座屈バネと
しての梁のバネ定数が変化することに相当する。

従って、梁の中央部で生ずる最大変位に大きなバラツ
キを生ずるという欠点がある。

本考案の目的は、レバーアームと梁を締結する組立工
程よりも前の組立工程で起こる圧電素子と第１のヒンジ
を接着する時の熱膨張が原因となる変位拡大金具の変
形，その後の分極処理時の変位拡大金具の変形，変位拡
大金具をワイヤカット放電法等で加工する時の加工誤差
によって、レバーアーム先端の２つの締結用の孔の間隔
が変っても、梁を無理に変形することなく締結すること
が出来て、それによって梁の中央部の高さのバラツキを
最小限にし、最大変位のバラツキを非常に小さくできる
圧電素子変位増幅機構を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の圧電素子変位増幅機構は、圧電素子の変位を
伝達と増幅する２本のレバーアームと、そのレバーアー
ムの先端にブリッジ状に接続した変位増幅手段としての
梁とから構成した圧電素子変位増幅機構において、前記
梁とレバーアームの締結用の梁の両端に設けられた孔が
少なくとも一方が長孔であることを特徴として構成され
る。

本考案の圧電素子変位増幅機構は上述した構成となっ
ているので梁をレバーアーム先端に締結する際、レバー
アーム先端に設けられた２つの締結用の孔の間隔が変わ
っていても梁を無理に変形させてレバーアーム先端に接
続しないで済むという効果が得られる。

〔実施例〕

次に、本考案について図面を参照して説明する。第１
図（ａ）は本考案の圧電素子変位増幅機構の一実施例を
示す斜視図である。

圧電素子１の変位を第１のヒンジ2a,2bを介して伝達
し拡大する２本のレバーアーム3a,3bと、そのレバーア
ーム3a,3bと取付孔４を有する取付基板５とを接続する
第２のヒンジ6a,6bと、レバーアーム3a,3bの先端にリベ
ット締結によってブリッジ状に接続した変位増幅手段と
しての梁７とから構成されている。

取付孔４を有する取付基板５、２本のレバーアーム3
a,3b、第１のヒンジ2a,2b、第２のヒンジ6a,6bが一体構
造となっている変位拡大金具８は、SUS304、42Ni−Fe材
などの高剛性の材料を用いてワイヤカット放電法等で製
作している。

第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の圧電素子変位増幅機
構に接続した梁７の拡大斜視図である。

薄い金属板をプレス打ち抜き法等によって打ち抜き、
座屈変形しやすいように可動部９を梁７の長手方向に対
して直角方向に折り曲げて、梁７の中央部に両端と平行
な辺をもつ台形状に成型して、両端にはレバーアーム3
a,3bの板厚に合せてコ字状に成型した締結部10a,10bを
設け、その一方の締結部10aの略中央には丸孔のリベッ
ト孔11aが、そして他方の締結部10bの略中央には、レバ
ーアーム3a,3bの変化方向と平行方向に大きい径をもつ
長孔のリベット孔11bが設けてある。

このように構成した圧電素子変位増幅機構の組立方法
は従来の全く変らず、レバーアーム3a,3bと梁７を接続
する時は梁７の丸孔のリベット孔11aを有する締結部10a
を一方のレバーアーム3aの先端に組合せた後、レバーア
ーム3aの先端に設けられたリベット孔12aと梁７のリベ
ット孔11aが重なった状態でリベット13を貫通させて、
油圧プレス機等によりリベット13を所定寸法に成型して
梁７の一端のリベット締結を終了する。

そして、前工程の圧電素子１と第１のヒンジ2a,2bを
接着する時の熱膨張が原因となる変位拡大金具８の変
形、接着剤硬化後の分極処理時の変位拡大金具８の変
形、変位拡大金具８をワイヤカット放電等で加工する時
の加工誤差によって、２つのレバーアーム3,3b先端間の
距離が変って、もう一方のレバーアーム3b先端のリベッ
ト孔12bの位置が変化していても、梁７の他端の締結部1
0bに設けてあるリベット孔11bが前記レバーアーム3bの
リベット孔12bの位置の変化方向に長い孔である為、梁
７のリベット孔11b内にレバーアーム3bのリベット孔12b
が重なる。

そして、梁７のリベット孔11b内にレバーアーム3bの
リベット孔12bが重なった状態でリベット13を貫通させ
て、油圧プレス機等によりリベット13を所定寸法に成型
して梁７のリベット締結を完了する。動作機構は従来と
同じである。

以上具体的に示すと、縦弾性係数14.8×10³kg/mm²の4
2Ni−Fe材4mm厚さのものをワイヤカット放電法で外形35
mm×30mmの変位拡大金具を50個製作した。

これに従来知られているチタン酸ジルコン酸鉛（PZ
T）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）で接着して、接着剤硬化後、第１
図（ｃ）に示すような駆動電圧、駆動波形で、分極処理
時間10秒／サイクルで３サイクル分極処理を行なった。

分極処理後のレバーアーム先端の２つのリベット孔間
の距離のバラツキは、50個製作して設計値20mmに対して
−0.2〜＋0.1mmであった。

これに長孔の大きい径が3.1mm小さい径が2.7mmの長孔
と直径が2.7mmの丸孔を有する梁を接続した圧電素子増
幅機構の梁中央部の高さのバラツキは、設計値6.05mmに
対して＋0.02〜＋0.07mmのバラツキであり、この圧電素
子変位増幅機構にDC150V印加した時の梁の中央で発生す
る最大変位は設計値0.34mmに対して０〜−10％のバラツ
キであった。

また、従来の締結部に設けてあるリベット孔が両端共
に直径2.7mmの丸孔である梁を接続した圧電素子変位増
幅機構を同じく50個製作したところ、分極処理後のレバ
ーアーム先端の２つのリベット孔間の距離のバラツキは
設計値20mmに対して−0.2〜＋0.1mm、梁の中央部の高さ
のバラツキは設計値6.05mmに対して＋0.02〜＋0.15mm、
そして最大変位のバラツキは設計値0.34mmに対して０〜
−20％のバラツキであった。

よって本実施例の締結部にあるリベット孔が一端が長
孔で他端が丸孔である梁を用いることによって最大変位
のバラツキを半分にすることが出来た。

第２図（ａ）は本考案の他の実施例の斜視図、第２図
（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ断面のかしめ部の拡大断
面図を示す。

本実施例は取付孔４を有する取付基板５、２本のレバ
ーアーム3a,3b、第１のヒンジ2a,2b、第２のヒンジ6a,6
bとからなる変位拡大金具８を、あらかじめ剛性の高い
金属材料の薄い金属板15（0.15〜0.4mmの厚み）をプレ
ス打ち抜き加工する際、取付基板５およびレバーアーム
3a,3bの要所要所に任意の形状の一部を半抜きまたは全
周を半抜きして角型のかしめ部16を形成し、一枚づつ重
ねてはさみつけ、かしめ部16の突起17aの切口面17bの摩
擦力で密着積層した積層構造である。

レバーアーム3a,3bの先端には第１の実施例の第１図
（ｂ）と同様の梁７の両端の締結部10a,10bに設けてあ
るリベット孔11a,11bが、一端が長孔で他端が丸孔を有
する梁７をリベット締結で接続している。

梁７をリベット締結の仕方は第１の実施例と同じで、
動作機構は従来例と同じである。

第２の実施例の圧電素子変位増幅機構において、縦弾
性係数14.8×10¹³kg/mm²の42Ni−Fe材0.4mm厚さのもの
をプレス打ち抜き加工する際、取付基板およびレバーア
ームに角型の全周を半抜き加工したかしめ部をそれぞれ
３カ所および２カ所形成し、10枚重ねて積層厚4mm、外
形35mm×30mmの変位拡大金具を50個製作して、第１の実
施例の具体例と同様の寸法形状の長孔と丸孔のリベット
孔を有する梁を接続した。

この積層構造を用いた圧電素子変位増幅機構でも分極
処理後のレバーアームのリベット孔間の距離のバラツキ
は第１の実施例の具体例と同じであった。

よって、第１の実施例と同じ梁を用いたこの圧電素子
増幅機構の梁中央部の高さのバラツキは6.05mmに対して
＋0.02〜＋0.07mm、最大変位のバラツキは0.34mmに対し
て０〜−10％に出来て、第１の実施例の具体例と同一の
効果が得られた。

第３図（ａ）は本考案の第３の実施例の斜視図、第３
図（ｂ）は第３の実施例に用いた梁の拡大斜視図であ
る。

この実施例では梁７の両端の締結部10a,10bに設けら
れたリベット孔11a,11bがレバーアームの変化方向と平
行方向に大きい方の径をもつ長孔である。この構造によ
れば圧電素子変位増幅機構の組立てによるレバーアーム
3a,3bの先端の２つのリベット孔12a,12bの間隔の変化量
は第1,第２の実施例の構造よりも約２倍の変化量に対応
出来る。

第３の実施例の圧電素子変位増幅機構においても、第
１の実施例と同様42Ni−Fe材4mm厚さのものをワイヤカ
ット放電法で外形35mm×30mmの変位拡大金具を50個製作
して、これに大きい径が3.1mm小さい径が2.7mmの長孔を
両端に有する梁を接続した。

ここで用いた変位拡大金具は第１の実施例の具体例で
用いたものと同一構造なので、分極処理後のレバーアー
ムのリベット孔間の距離のバラツキも同じであった。

そして、この圧電素子増幅機構に本実施例の梁を用い
ても、梁中央部の高さのバラツキは6.05mmに対して＋0.
02〜＋0.07mm、最大変位のバラツキは0.34mmに対して０
〜−10％に出来て、第1,第２の実施例の具体例と同一の
効果が得られた。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案は、梁の両端に設けられた
締結用の孔が少なくとも一方を長孔にすることにより、
レバーアームと梁を締結する組立工程よりも前の組立工
程で起こる、圧電素子と第１のヒンジを接着する時の熱
膨張が原因となる変位拡大金具の変形，その後の分極処
理時の変位拡大金具の変形，変位拡大金具をワイヤカッ
ト放電法等で加工する時の加工誤差によって、レバーア
ーム先端の２つの締結用の孔の間隔が変わっても、梁を
無理に変形することなく締結することが出来て、それに
よって梁の中央部の高さのバラツキを最小限にして、最
大変位のバラツキを従来の半分にすることが出来る効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本考案の一実施例を示す斜視図、第１図
（ｂ）は本考案の第１の実施例に用いた梁の拡大斜視
図、第１図（ｃ）は本考案の圧電素子変位増幅機構を分
極処理する時の駆動電圧、駆動波形を示した図、第２図
（ａ）は本考案の他の実施例を示す拡大斜視図、第２図
（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ断面のかしめ部の拡大断
面図、第３図（ａ）は本考案の第３の実施例を示す斜視
図、第３図（ｂ）は本考案の第３の実施例に用いた梁の
拡大斜視図、第４図（ａ）は従来の圧電素子変位増幅機
構の一例を示す斜視図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の
従来の圧電素子変位増幅機構に用いた梁の拡大斜視図で
ある。 1,17……圧電素子、2a,2b,18a,18b……第１のヒンジ、3
a,3b,19a,19b……レバーアーム、4,20……取付孔、5,21
……取付基板、6a,6b,22a,22b……、第２のヒンジ、7,2
3……梁、7a,23a……梁中央部の高さ、8,27……変位拡
大金具、9,24……可動部、10a,10b,25a,25b……締結
部、11a,11b,12a,12b,26a,26b,29a,29b……リベット
孔、13,28……リベット、14,30……最大変位、15……薄
い金属板、16……かしめ部、17a……突起、17b……切口
面。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】圧電素子の変位を伝達し増幅する２本のレ
バーアームと、該レバーアームの先端にブリッジ状に接
続した変位増幅手段としての梁とから構成した圧電素子
変位増幅機構において、前記梁とレバーアームの締結用
に梁の両端に設けられた孔が少なくとも一方が長孔であ
ることを特徴とする圧電素子変位増幅機構。