JP2611783B2 - 変位拡大出力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、セラミック試料等の曲げ疲労を検査するた
めの繰返し疲労試験装置等、変位の付与を要する機構に
適用される変位拡大出力装置に関する。

＜従来技術＞ 変位拡大出力装置としては、ヒンジ部分のある挺子拡
大機構と、駆動装置とを連結したものが考えられる。

しかるに、かかる構成は構造が複雑化したり、応力の
集中を生じえ耐久性が低い等の種々の問題を生ずる場合
が多い。

例えば、この種変位拡大出力装置の応用例として、セ
ラミック試料の片面を二点で保持し、他面はその中心を
保持し、一面側から動荷重を与える試験方法（いわゆる
三点曲げ試験）に供される試料の曲げ疲労度の計測手段
がある。この計測手段にあって挺子の原理を利用して試
料に大きな変位を与えるものとしては、第４図に示すよ
うに、駆動源として電歪伸縮体ａの伸縮駆動を利用する
ものが考えられる。

すなわち、挺子片ｂの一端をフレームｃに軸ｄで支持
し、該挺子片ｂを電歪伸縮体ａの上面を跨いで、その他
端に上方突成した支持縁ｅを試料ｗに当て、さらにその
下面を軸ｄと支持縁ｅとの間で、電歪伸縮体ａの作動端
の中心と支点ｆを介して連接し、該電歪伸縮体ａの伸張
作用により試料ｗを前記フレームｃの軸ｄを中心にして
支持縁ｅを上方移動させることにより、挺子作用で、支
持縁ｅに電歪伸縮体ａの変位よりも大きな変位を生じさ
せるようにしたものが提案され得る。

ところで、かかる構成にあっては、挺子片ｂは電歪伸
縮体ａの伸縮毎に、軸ｄの付近で湾曲し、ｏ部分に応力
の集中を生ずる。そして、このため、該部分で破損し易
く、その破損を防止するために挺子片ｂの肉厚を大きく
すると、電歪伸縮体ａに掛かる負荷が大きくなって、大
きな電圧を要することとなる。また挺子片ｂの肉厚が大
きくなるに伴って共振周波数が低下し、共振周波数に適
合するために、電歪伸縮体の印加電圧の周波数を低下さ
せる必要が生じて、単位時間当りの印加周波数が減少
し、疲労破壊に至る時間が長くなる。

このように、挺子の作用を利用した変位拡大出力装置
には、種々の技術的課題がある。

本発明は、挺子の作用を用いながらも、上記従来欠点
のない変位拡大出力装置の提供を目的とするものであ
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、一端部を出力端部とする駆動杆の、その他
端部を揺動可能に枢支し、該支点の両側に、上下に対置
する一対の電歪伸縮体を夫々配置し、その作動端を駆動
杆に当接するとともに、上下左右で隣接する電歪伸縮体
の伸縮位相が逆となる駆動タイミングを各電歪伸縮体に
付与する電圧印加手段を備えたことを特徴とするもので
ある。

＜作用＞ 前記した支点の両側及び上下に配置された計四個の電
歪伸縮体を夫々、上下左右で隣接する電歪伸縮体の伸縮
位相が逆となる駆動タイミングで電圧印加すると、前記
駆動杆は支点を中心に揺動する。

そして、前記駆動杆の支点は一端寄りにあるから、前
記各電歪伸縮体の伸縮量は、挺子の原理により拡大さ
れ、他端の出力端部で大きな変位となって揺動する。こ
のため、出力端部に被駆動体を連結すれば、該被駆動体
に大きな往復変位を生じさせることができる。

＜実施例＞ 第1,2図は、本発明の一実施例を示す。

ここで上下の保持面1,1には、その上下で対設した一
対の電歪積層体2a,2b及び電歪積層体2c,2dがその作動端
３を内側に向けて保持されている。前記電歪積層体2a,2
b及び電歪積層体2c,2dは電歪伸縮体の一例をなすもので
ある。

前記電歪積層体2a,2b及び電歪積層体2c,2dの作動端３
間には、駆動杆５の一端部が介装され、前記電歪積層体
2a,2c（2b,2d）間で、支軸６が両側から突出して枢支さ
れる。また前記支軸６の両側及び表裏には電歪積層体2
a,2b,2c,2dの各作動端３と対向する位置で当接球７が埋
め込まれる。この駆動杆５の他端部は被駆動体に連係さ
れる出力端部８としている。

前記電歪積層体2a,2b及び電歪積層体2c,2dは、圧電複
合材料または圧電磁器材料からなる図中四枚の電歪層10
を幅方向に電気的並列状にして積重ねてなり、その積層
方向と直交する端部に耐摩耗性材料を固定してこれを前
記作動端３としている。かかる構成にあっては、各電歪
層10に交番電圧を印加すると、この歪が重畳して厚み方
向に伸縮するが、この伸縮はポアソン比の関係によっ
て、圧電定数d₃₁のモードにより作動端３の伸縮をもた
らす。

かかる構成の前記電歪積層体2a,2b及び電歪積層体2c,
2dにあって、圧電定数d₃₁は小さいが、比較的低電圧
で、小積層枚数でも充分大きな変位を達成することがで
きる。また、前記積層方向にあっては、各電歪層10は接
着剤により接合しているので、該積層方向の引張力によ
って積層面の剥離を生じ易く、引張力には弱いが、前記
したように、積層方向と直交する圧電定数d₃₁のモード
を使用しているから、引張力に対しても強い。

そして、前記作動端３は当接球７に接触し、かつ電歪
積層体2a,2dが伸張すると、電歪積層体2b,2cが収縮する
電圧印加タイミングを電圧印加手段12によって付与する
ことにより、前記駆動杆５は支軸６を中心として揺動
し、駆動杆５の出力端部に大きな往復変位が発生する。

この電圧印加手段12による電圧制御の一例を説明する
と、上下で対向する電歪積層体2a,2b及び2c,2dには、位
相を反転させた電圧を印加する。このとき、各電歪層10
に分極方向と逆の高電圧を印加すると、分極が消滅若し
くは逆分極されるから、伸張方向（正電圧）で例えば10
00V/mm、収縮方向（負電圧）で例えば25V/mmの印加を施
す。そしてこれに対応して電歪積層体2a,2b及び2c,2dの
全長を20mmとすると、収縮変位量を2mm、伸張変位量を8
mmとなる等、伸張変位量が収縮変位量に比して大きくな
るが、この変位差によって内部応力を生じないように、
電歪積層体2a,2b及び2c,2dには電圧を解除した状態で間
隔を生じさせる。尚、この電圧解除状態では、駆動杆５
を保持できないから、非駆動状態では電歪積層体2a,2b
及び2c,2dに夫々同電圧を印加して微伸張させ、前記間
隔を埋めて該駆動杆５を保持する。

前記電歪積層体2a,2b及び電歪積層体2c,2dに換えて、
第３図のように多数枚の圧電層21を上下方向に電気的並
列状にして積層し、そ端部に耐摩耗性材料からなる作動
端22を設けて、これを前記当接球７に当接するように
し、圧電定数d₃₃モードによって積層方向の力を当接球
７に付与する電歪積層体20a,20b,20c,20dを適用するよ
うにしてもよい。

この電歪積層体20a,20b,20c,20dを用いた場合には、
電歪積層体20a,20b及び20c,20dが相互に駆動杆５を介し
て予圧印加し合うこととなり、該電歪積層体の耐久性が
増す。

前記各実施例は、駆動杆５の一端部で支軸６を中心と
した傾動運動を付与し、挺子の作用によって他端部に大
きな変位を発生させるようにしたものであるから、前記
出力端部８に、被駆動体を連係することにより、ポンプ
の駆動源，疲労試験装置の駆動源等種々の用途に供する
ことができる。

＜発明の効果＞ 本発明は、上述のように、駆動杆５を支軸６の上下左
右に電歪積層体等の電歪伸縮体を配置し、その伸縮作動
により駆動杆５を揺動させ、他端の出力端部８に拡大し
た変位を発生させ、該端部で、被駆動体を駆動させるも
のであるから、 イ）構造が簡単であり、しかも、特定部分に応力が集中
することが無く、破損が少ない。

ロ）駆動杆５の長さを変えることにより拡大率の調整が
容易にできる。

等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例の側面図、第２図は駆動杆５の一端
部の拡大縦断側面図である。また第３図は第二実施例の
縦断側面図、第４図は従来構成の繰返し疲労試験装置の
概要側面図である。 2a,2b,2c,2d;電歪積層体、3,3;作動端,5;駆動杆、6;支
軸、8;出力端部、10;電歪層、20a,20b,20c,20d;電歪積
層体、21;電歪層、22;作動端

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端部を出力端部とする駆動杆の、その他
   端部を揺動可能に枢支し、該支点の両側に、上下に対置
   する一対の電歪伸縮体を夫々配置し、その作動端を駆動
   杆に当接するとともに、上下左右で隣接する電歪伸縮体
   の伸縮位相が逆となる駆動タイミングを各電歪伸縮体に
   付与する電圧印加手段を備えたことを特徴とする変位拡
   大出力装置。
2. 【請求項２】前記電歪伸縮体を、複数の電歪層を積層
   し、その積層方向と直交する端部を作動端とする圧電定
   数d₃₁モードを用いた電歪積層体によって構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位拡大出力
   装置。
3. 【請求項３】前記電歪伸縮体を、複数の電歪層を積層
   し、その積層方向端部を作動端とする圧電定数d₃₃モー
   ドを用いた電歪積層体によって構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の変位拡大出力装置。