JP5256414B2

JP5256414B2 - Displacement magnifier

Info

Publication number: JP5256414B2
Application number: JP2008229737A
Authority: JP
Inventors: 重人荻野
Original assignee: SAITAMA PREFECTURE
Current assignee: SAITAMA PREFECTURE
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: JP2010068549A

Description

本発明は、変位拡大装置に関し、例えば、微小変位発生装置の変位を、高剛性に拡大して出力するのに好適な変位拡大装置に関する。 The present invention relates to a displacement magnifying device, for example, a displacement magnifying device suitable for magnifying and outputting a displacement of a minute displacement generator with high rigidity.

従来の変位拡大装置は、例えば特許文献１に開示されているように、変位発生手段としての伸縮可能なアクチュエータと、くさび状をした左右対称な傾斜面を有する可動変位拡大プレートによって構成された変位拡大機構とを備え、アクチュエータによって発生された変位を、前記変位拡大機構を一段または複数段用いて拡大し、拡大された変位を出力するようになっている。
特開２００２−２４７８６７号公報 A conventional displacement enlarging device is, for example, as disclosed in Patent Document 1, a displacement constituted by an extendable actuator as a displacement generating means and a movable displacement enlarging plate having a wedge-shaped left and right symmetrical inclined surface. And an enlargement mechanism. The displacement generated by the actuator is enlarged using one or more stages of the displacement enlargement mechanism, and the enlarged displacement is output.
JP 2002-247867 A

しかしながら、上記特許文献１に開示されているような変位拡大装置では、目標とする変位の拡大倍率を得ようとする場合、変位拡大のための拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅く（小さく）なる傾向にある場合がある。そのため、拡大プレートは、変位拡大装置の反出力方向に働く予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい、食い込みによる動作不良を起こし易くなる。また、拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅いと、アクチュエータの変位量の一部が、変位入力側と出力側との間に挟み込まれた拡大プレートところの弾性変形に消費されてしまい、拡大効率が悪くなるという問題も有していた。また、高拡大倍率を得ようとして変位拡大機構を二段にした場合、変位の方向が二度変わってしまうことになるため、装置や機構の剛性および精度の面から変位のロスが発生し易くなる恐れがあった。 However, in the displacement magnifying device as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, when obtaining the target magnification of the displacement, the inclination angle of the inclined surface of the magnifying plate for magnifying the displacement is shallow (small). There is a tendency to become. For this reason, the expansion plate acts as a wedge due to the force of the preload spring acting in the counter-output direction of the displacement magnifying device, and tends to cause malfunction due to biting. In addition, if the inclination angle of the inclined surface of the magnifying plate is shallow, a part of the displacement amount of the actuator is consumed by the elastic deformation of the magnifying plate sandwiched between the displacement input side and the output side, and the magnifying efficiency is increased. Also had the problem of getting worse. In addition, if the displacement magnifying mechanism is arranged in two stages in order to obtain a high magnification, the displacement direction will change twice, so that loss of displacement is likely to occur due to the rigidity and accuracy of the device and mechanism. There was a fear.

さらに、拡大プレートの傾斜面が左右対称の構成となっているので、左右が全く同じ動作をしなければ拡大ロスが発生しまう。ロスを抑えるためには、左右の部品を高精度に製作し、組み立てる必要があり、技術的、コスト的に困難なものとなってしまっていた。 Furthermore, since the inclined surfaces of the magnifying plate are symmetric, the magnifying loss occurs if the left and right do not operate exactly the same. In order to suppress the loss, it is necessary to manufacture and assemble the left and right parts with high precision, which has been technically and costly difficult.

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点、とくに、拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅くなることによる上記のような問題点に着目し、基本的に拡大プレートの傾斜角が従来技術に比べ大きくなるようにし、拡大プレートが予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい食い込むことにより発生する動作不良や、入力側と出力側の間に挟み込まれた拡大プレートところの弾性変形を大幅に低減し、変位拡大の際のロスがなく、拡大変位が高精度で得られるとともに、剛性の高い変位拡大装置で、しかも、製作、組立の容易な変位拡大装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to focus on the problems in the prior art as described above, in particular, the problems described above due to the fact that the inclination angle of the inclined surface of the enlargement plate becomes shallow, and basically the inclination angle of the enlargement plate. Is larger than that of the prior art, and the expansion plate acts as a wedge due to the force of the preload spring, causing malfunctions caused by the bite and the elastic deformation of the expansion plate sandwiched between the input side and the output side The object is to provide a displacement magnifying device that is highly rigid, easy to manufacture and assemble, and can be obtained with high accuracy, with no loss when magnifying displacement. .

上記課題を解決するために、本発明に係る変位拡大装置は、変位発生手段から入力される変位を拡大して出力する変位拡大装置であって、
前記変位発生手段から変位が入力され、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し、前記変位発生手段による変位の入力方向と交差する方向に設定された出力軸方向に移動自在に設けられた押込プレートと、
該押込プレートの第１の傾斜面からの伝達荷重を受けるとともに該第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大プレートと、
前記押込プレートの第２の傾斜面からの伝達荷重を受けるとともに該第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大プレートと、
該可動拡大プレートの出力軸方向の変位を前記変位発生手段から入力された変位の拡大変位として出力する出力部と、
を有することを特徴とするものからなる。上記出力部については、上記可動拡大プレートの出力端自体を出力部として構成することも可能であり、可動拡大プレートとは別体の、上記出力軸方向に変位可能に設けられた出力軸として構成することも可能である。 In order to solve the above problems, a displacement enlarging apparatus according to the present invention is a displacement enlarging apparatus that expands and outputs a displacement input from a displacement generating means,
A displacement is inputted from the displacement generating means, and has first and second inclined surfaces intersecting each other, and is movable in an output shaft direction set in a direction intersecting with an input direction of displacement by the displacement generating means. A pushing plate provided in
A fixed surface that receives a transmission load from the first inclined surface of the pushing plate and that can move relatively parallel to the first inclined surface and is fixed in position in the output shaft direction. An enlarged plate,
A movable magnifying plate having an inclined surface that receives a transmission load from the second inclined surface of the push-in plate and can be moved in parallel with the second inclined surface, and is movable in the output shaft direction. When,
An output unit for outputting the displacement of the movable magnifying plate in the output axis direction as an enlarged displacement of the displacement input from the displacement generating means;
It consists of what is characterized by having. As for the output section, the output end itself of the movable magnifying plate can be configured as an output section, and is configured as an output shaft provided separately from the movable magnifying plate and displaceable in the output shaft direction. It is also possible to do.

すなわち、変位発生手段による変位出力を、傾斜面を二つ持つ押込プレートに伝え、押込プレートの第１、第２の傾斜面と固定拡大プレートと可動拡大プレートの傾斜面との間の荷重伝達を介して、変位発生手段から押込プレートに伝えられてきた変位を所定の倍率で拡大して可動拡大プレートの出力軸方向の変位として発生させ、その拡大された変位を出力軸を介して出力させるようにしたものである。とくに、二つの拡大プレートのうち一方を出力軸方向に位置が固定されている固定拡大プレートに構成し、他方を出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大プレートに構成することにより、前述したような従来の変位拡大装置に比べ、より大きな拡大変位を得ることができるようにしたものである。 That is, the displacement output by the displacement generating means is transmitted to the pressing plate having two inclined surfaces, and the load transmission between the first and second inclined surfaces of the pressing plate, the fixed expanding plate, and the inclined surface of the movable expanding plate is transmitted. The displacement transmitted from the displacement generating means to the pushing plate is enlarged at a predetermined magnification to be generated as a displacement in the output shaft direction of the movable expanding plate, and the enlarged displacement is output via the output shaft. It is a thing. In particular, one of the two expansion plates is configured as a fixed expansion plate whose position is fixed in the output axis direction, and the other is configured as a movable expansion plate provided so as to be movable in the output axis direction. Compared to such a conventional displacement magnifying device, a larger magnifying displacement can be obtained.

本発明に係る変位拡大装置における変位拡大原理を説明するに、例えば、図１に一実施形態に係る変位拡大装置１を示すように、この変位拡大装置１における動作では、例えば、ベース板２に固定された変位発生手段３（例えば、圧電アクチュエータ）の出力軸の変位出力は、例えば円筒ころ４を介して第１の傾斜面５と第２の傾斜面６の二つの傾斜面を持つ押込プレート７に伝えられる。押込プレート７に伝えられた変位はさらに、対向する傾斜角θの二つの傾斜面８、９に例えば円筒ころ１０、１１を介して当接している二つの拡大プレート（固定拡大プレート１２と可動拡大プレート１３）に伝えられる（望ましくは、傾斜面５、８および傾斜面６、９は互いに平行）。この時、変位拡大装置１の出力部としての出力軸１４側に位置する可動拡大プレート１３は、押込プレート７と拡大プレート１３の傾斜面の傾斜角により、拡大された変位量で変位する。この時、変位する方向はガイドもしくは位置規制により、変位拡大装置１の出力軸方向となる。またこの時、反出力軸側の固定拡大プレート１２は、従来装置であれば押込プレート７とこの拡大プレート１２の傾斜角により拡大されて動作するのであるが、本発明では出力軸方向に位置が固定された固定拡大プレート１２に構成されているので、押込プレート７から固定拡大プレート１２への荷重伝達の反力により、変位拡大装置１の出力軸方向（矢印方向）に移動自在に設けられている押込プレート７が位置が固定されている固定拡大プレート１２に対して出力軸方向に変位拡大動作をすることになる。この拡大動作が、変位拡大装置１の出力軸側の可動拡大プレート１３をさらに出力軸方向（矢印方向）に動作させることになり、結果として拡大プレート二つ分の拡大変位が変位拡大装置１の出力軸１４に出力されることになる。なお、出力軸１４の軸心方向は、変位発生手段３による変位の入力方向（変位発生手段３の軸心方向）と交差する方向に設定されていればよいが、好ましくは、図示の如く、変位発生手段３による変位の入力方向と直交する方向に設定される。 To explain the principle of displacement enlargement in the displacement enlargement device according to the present invention, for example, as shown in FIG. 1 showing the displacement enlargement device 1 according to one embodiment, The displacement output of the output shaft of the fixed displacement generating means 3 (for example, piezoelectric actuator) is, for example, a push plate having two inclined surfaces of a first inclined surface 5 and a second inclined surface 6 via a cylindrical roller 4. 7 The displacement transmitted to the pushing plate 7 is further divided into two expansion plates (a fixed expansion plate 12 and a movable expansion plate) that are in contact with the two inclined surfaces 8 and 9 of the opposing inclination angle θ via, for example, cylindrical rollers 10 and 11. Plate 13) (preferably the inclined surfaces 5, 8 and the inclined surfaces 6, 9 are parallel to each other). At this time, the movable magnifying plate 13 positioned on the output shaft 14 side as the output unit of the displacement magnifying device 1 is displaced by an enlarged displacement amount depending on the inclination angle of the inclined surfaces of the push plate 7 and the magnifying plate 13. At this time, the direction of displacement is the output shaft direction of the displacement magnifying device 1 by guide or position regulation. Further, at this time, the fixed enlargement plate 12 on the side opposite to the output shaft operates by being enlarged by the inclination angle of the push plate 7 and the enlargement plate 12 in the conventional device. Since it is composed of a fixed fixed magnifying plate 12, it is provided so as to be movable in the output shaft direction (arrow direction) of the displacement magnifying device 1 by the reaction force of load transmission from the pushing plate 7 to the fixed magnifying plate 12. The pushing plate 7 is displaced and expanded in the output shaft direction with respect to the fixed expanding plate 12 whose position is fixed. This enlarging operation further moves the movable enlarging plate 13 on the output shaft side of the displacement enlarging device 1 in the output axis direction (arrow direction). As a result, the enlarging displacement of the two enlarging plates becomes the displacement of the displacement enlarging device 1. It is output to the output shaft 14. The axis direction of the output shaft 14 may be set in a direction that intersects the input direction of the displacement by the displacement generating means 3 (the axial direction of the displacement generating means 3). It is set in a direction orthogonal to the input direction of displacement by the displacement generating means 3.

本発明に係る変位拡大装置では、前述したような従来技術と異なり、一段の変位拡大機構により、高倍率の拡大変位を得ることができる。したがって、従来の変位拡大装置のような、二段の変位拡大機構により力の方向が二度変わることによる剛性、精度の面からののロスを少なくすることができる。 In the displacement magnifying device according to the present invention, unlike the above-described prior art, a high magnification magnification displacement can be obtained by a one-stage displacement magnifying mechanism. Therefore, it is possible to reduce the loss from the aspect of rigidity and accuracy due to the force direction being changed twice by a two-stage displacement magnifying mechanism such as a conventional displacement magnifying device.

すなわち、本発明も従来の変位拡大装置も、拡大プレートの傾斜角θによって変位の拡大倍率（１／tanθ）が決まり、傾斜角４５度の時、変位の拡大倍率は１倍となる。従来の変位拡大装置では、傾斜角４５度の拡大プレートを二段用いても拡大変位は１倍のままである。一方本発明では、二つの拡大プレートの拡大変位が足されて変位拡大装置の出力軸に伝えられるので、１＋１倍となって２倍の拡大変位を得ることができる。つまり、従来の変位拡大装置では変位拡大機構を二段にした場合、その二つの変位拡大倍率をかけ算した値が変位拡大装置の出力軸に拡大された変位として出力されるが、本発明では変位拡大倍率は足し算した値となり、変位拡大装置の出力軸に拡大された変位が出力されることになる。 That is, in both the present invention and the conventional displacement enlarging device, the magnification of displacement (1 / tan θ) is determined by the inclination angle θ of the expansion plate, and when the inclination angle is 45 degrees, the magnification of displacement is 1 ×. In the conventional displacement magnifying apparatus, even if two stages of magnifying plates with an inclination angle of 45 degrees are used, the magnifying displacement remains at 1 time. On the other hand, in the present invention, the enlarged displacement of the two enlarged plates is added and transmitted to the output shaft of the displacement magnifying device, so that the enlarged displacement can be obtained by 1 + 1 times. In other words, when the displacement magnifying mechanism has two stages in the conventional displacement magnifying device, a value obtained by multiplying the two displacement magnifying magnifications is output as a displacement enlarged on the output shaft of the displacement magnifying device. The enlargement magnification is an added value, and the enlarged displacement is output to the output shaft of the displacement enlargement device.

このことは、特に拡大倍率４倍以下の時に大きな意味を持ってくる。例えば、傾斜角４５度の時、前述したように従来の変位拡大装置（二段の変位拡大機構）では拡大倍率１倍となり、本発明では２倍となる。ここで、従来の変位拡大装置が２倍の拡大変位を得るためには、拡大プレートの傾斜角を二段とも３５．２度にする必要があり、本発明に対し二段とも傾斜角が９．８度浅くなる。このことにより、つまり、従来の変位拡大装置では拡大プレートの傾斜角が浅くなることにより、前述のように拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなる。本発明では拡大プレートおよび押込プレートの傾斜角を大きく設定できるので、拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができる。また本発明では、一段の変位拡大機構でありながら大きな変位拡大倍率を達成できるので、二段にした場合の前述の剛性や精度の面からの変位のロスの発生を抑制することもできる。 This is particularly significant when the magnification is 4 times or less. For example, when the tilt angle is 45 degrees, as described above, the conventional displacement enlarging device (two-stage displacement enlarging mechanism) has an enlargement magnification of 1 and the present invention has 2 times. Here, in order for the conventional displacement magnifying apparatus to obtain a double magnification displacement, it is necessary that the inclination angle of the magnification plate is 35.2 degrees in both stages, and the inclination angle is 9 degrees in both stages of the present invention. .8 degrees shallower. In other words, in the conventional displacement magnifying device, the inclination angle of the magnifying plate becomes shallow, so that the malfunction due to the wedge effect of the magnifying plate as described above and the displacement due to the increase in the amount of elastic deformation of the magnifying plate are caused. Loss is likely to occur. In the present invention, since the inclination angle of the magnifying plate and the pushing plate can be set large, it is possible to suppress the occurrence of malfunction due to the biting effect of the magnifying plate and the loss of displacement due to the increase in the amount of elastic deformation at the magnifying plate. In the present invention, a large displacement magnification can be achieved even with a single-stage displacement magnification mechanism, so that it is possible to suppress the above-described loss of displacement from the viewpoint of rigidity and accuracy in the case of two stages.

本発明に係る変位拡大装置（押込プレートの二つの傾斜面が左右対称の場合）と従来の変位拡大装置（変位拡大機構が同角二段の場合）とについて、拡大プレートの傾斜面の傾斜角と変位の拡大倍率との関係を示すと、図２のようになる。図２に示すように、とくに拡大倍率４倍以下において、本発明と従来の変位拡大装置を同じ拡大倍率で比較すると、本発明の傾斜角の方が大きくなり、上記のような拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなることを容易に防止できることが分かる。 About the displacement magnifying device according to the present invention (when the two inclined surfaces of the push-in plate are symmetrical) and the conventional displacement magnifying device (when the displacement magnifying mechanism has the same two-stage angle), the inclination angle of the inclined surface of the magnifying plate 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, when the present invention and the conventional displacement magnifying apparatus are compared at the same magnifying power, particularly at an magnifying power of 4 times or less, the inclination angle of the present invention becomes larger, and the wedge of the magnifying plate as described above. It can be seen that it is possible to easily prevent malfunction due to biting due to the effect and loss of displacement due to an increase in the amount of elastic deformation at the enlargement plate.

例えば、後述の如く変位発生手段として圧電アクチュエータを、変位拡大装置の高剛性用途に用いる場合、拡大倍率よりも剛性を最優先に考えることが多いので、実際には４倍以下の拡大倍率とすることが多い。このような場合、本発明に係る変位拡大装置は、従来装置に比べ、必要な拡大倍率を確保しつつ要求される剛性を達成できる、高剛性用途の変位拡大装置として好適なものとなる。 For example, when a piezoelectric actuator is used as a displacement generating means for high-rigidity applications of a displacement magnifying device as will be described later, since the rigidity is often given the highest priority over the magnification, the magnification is actually set to 4 times or less. There are many cases. In such a case, the displacement magnifying device according to the present invention is suitable as a displacement magnifying device for high-rigidity applications that can achieve the required rigidity while securing the necessary magnification, as compared with the conventional device.

さらに図２から分かるように、本発明においては、二つの拡大プレートの傾斜角が６３．５度において拡大倍率が１倍となる。つまり、６３．５度〜４５度という傾斜角は、従来の変位拡大装置ではくさび効果により変位は縮小されるが、本発明では変位拡大可能となっている。このため、「くさび効果により大きな力を発生させ」、かつ、「変位量を増大させる」という相反する動作が可能であり、剛性、拡大効率の面において有利であることが分かる。剛性が高いことにより、耐振動性能に関しても非常に優れ、保持力にも優れることになる。 Further, as can be seen from FIG. 2, in the present invention, when the inclination angle of the two magnifying plates is 63.5 degrees, the magnifying power becomes one. In other words, the tilt angle of 63.5 degrees to 45 degrees is reduced in the displacement by the wedge effect in the conventional displacement magnifying apparatus, but can be enlarged in the present invention. For this reason, it can be understood that the conflicting operations of “generating a large force by the wedge effect” and “increasing the amount of displacement” are advantageous in terms of rigidity and expansion efficiency. Due to the high rigidity, the vibration resistance performance is also excellent and the holding power is also excellent.

さらに本発明に係る変位拡大装置の動作原理について言えば、本発明における押込プレートの二つの傾斜面には常に、変位発生手段の出力軸方向の力がそれぞれの傾斜面に働いている。しかし、それぞれの傾斜面は交差するので力の方向は反対であり、それぞれの力は相殺され押込プレートは安定した状態に保たれている。また、この押込プレートは、変位拡大装置の出力軸方向に移動可能（例えば、摺動可能）となっているが、この動作は通常0.01μｍ〜0.1μｍ程度と非常に小さいので、上記押込プレートの安定した状態に影響をきたすことはない。 Further, regarding the operation principle of the displacement magnifying device according to the present invention, the force in the output shaft direction of the displacement generating means is always exerted on each inclined surface of the two inclined surfaces of the pushing plate in the present invention. However, since the inclined surfaces intersect each other, the direction of the force is opposite, and the respective forces are canceled out and the pushing plate is kept in a stable state. The push plate is movable (eg, slidable) in the direction of the output shaft of the displacement magnifying device, but this operation is usually very small, about 0.01 μm to 0.1 μm. It does not affect the stable state.

また、本発明に係る変位拡大装置においては、従来装置に比べ、左右対称機構および左右対称動作ではないので、左右の部品の精度および組み立て不良による変位のロスが生じることなく、変位が確実に伝達される。換言すれば、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、製作や組立が容易化されることになる。 Further, since the displacement enlarging device according to the present invention is not a bilaterally symmetric mechanism and a bilaterally symmetric operation compared to the conventional device, the displacement is reliably transmitted without causing the loss of displacement due to the accuracy of the left and right parts and the assembly failure. Is done. In other words, the desired displacement enlarging operation is appropriately performed without requiring so high accuracy in production and assembly, and the production and assembly are facilitated.

このように優れた機能を有する本発明に係る変位拡大装置においては、上記押込プレートの第１、第２の傾斜面が左右対称に形成されている構造とすることもできるし、上述の如く固定拡大プレートと可動拡大プレートは左右対称機構および左右対称動作ではないので、押込プレートの第１、第２の傾斜面が左右非対称に形成されている構造とすることもできる。左右非対称に形成されても、固定拡大プレートと可動拡大プレートは互いに別個の機能を発揮できさえすればよいので、何ら支障はない。また、変位発生手段からの変位を押込プレートに円滑に伝達するために、変位発生手段は、その中心線が、押込プレートの互いに交差する第１、第２の傾斜面の交点を通るように配置されることが好ましい。押込プレートは、変位拡大装置の出力軸方向に移動されるが、この移動量は前述の如く微小であるので、押込プレートが移動しても上記好ましい位置関係は実質的に崩れない。 In the displacement enlarging device according to the present invention having such an excellent function, the first and second inclined surfaces of the pushing plate can be formed symmetrically or fixed as described above. Since the magnifying plate and the movable magnifying plate are not a bilaterally symmetric mechanism and a bilaterally symmetric operation, a structure in which the first and second inclined surfaces of the pushing plate are formed asymmetrically in the left-right direction can also be adopted. Even if they are formed to be asymmetrical, there is no problem as long as the fixed expansion plate and the movable expansion plate can function separately from each other. Further, in order to smoothly transmit the displacement from the displacement generating means to the pushing plate, the displacement generating means is arranged so that its center line passes through the intersection of the first and second inclined surfaces of the pushing plate that intersect each other. It is preferred that The pushing plate is moved in the direction of the output shaft of the displacement magnifying device. Since the amount of movement is small as described above, the preferable positional relationship is not substantially lost even if the pushing plate moves.

変位拡大機構の各部の円滑な動作、および各部間の円滑な相対移動動作を確保するために、例えば図１に示したように、上記変位発生手段と上記押込プレートとの間、上記押込プレートと上記固定拡大プレートとの間、上記押込プレートと上記可動拡大プレートとの間の少なくともいずれかに、望ましくはこれらの全ての部位に、両者間を相対移動可能に係合させる転動体が介装されていることが好ましい。さらに、可動拡大プレートと出力軸との間に、同様の転動体を介装することもできる。転動体としては、円筒状のころボール状のころのいずれも使用できる。 In order to ensure smooth operation of each part of the displacement magnifying mechanism and smooth relative movement between each part, for example, as shown in FIG. 1, between the displacement generating means and the push plate, the push plate and A rolling element is provided between at least one of the fixed expansion plate and at least one of the push-in plate and the movable expansion plate. It is preferable. Furthermore, a similar rolling element can be interposed between the movable magnifying plate and the output shaft. As the rolling element, any of cylindrical roller ball rollers can be used.

また、上述の如く、本発明に係る変位拡大装置は、とくに拡大倍率が４倍以下の領域で従来装置（変位拡大機構が同角二段のもの）に対して有意差を発揮できるが、図２に示したように、拡大倍率４倍以上の領域においても、問題なく所望の拡大倍率に設定することができる。この拡大倍率４倍以上の領域においては、図２から明らかなように、拡大倍率を変更する場合の押込プレートの傾斜面の角度変化が従来装置に比べ少なくて済むことから、目標とする拡大倍率が定まれば、その拡大倍率を得るための押込プレートの傾斜面の角度設定が容易になり、多少設定角度がずれても得られる拡大倍率の誤差は少なくて済む。この面からは、拡大倍率４倍以上の領域においては、本発明に係る変位拡大装置は、従来装置よりも製作が容易であり、製作誤差や組立誤差の許容度合が大きいと言える。したがって、この拡大倍率４倍以上の領域まで含めると、本発明に係る変位拡大装置における押込プレートの第１、第２の傾斜面の、上記変位発生手段による変位の入力方向と直交する方向に対する傾斜角としては、１０〜６３度の範囲内に設定されていることが好ましいことが図２から読み取れる。 Further, as described above, the displacement magnifying device according to the present invention can exhibit a significant difference from the conventional device (the displacement magnifying mechanism has two steps of the same angle) particularly in the region where the magnification is 4 times or less. As shown in FIG. 2, a desired enlargement magnification can be set without any problem even in a region where the enlargement magnification is 4 times or more. As is apparent from FIG. 2, in the region where the enlargement magnification is 4 times or more, the change in the angle of the inclined surface of the push plate when changing the enlargement magnification is smaller than that of the conventional device. If it is determined, it becomes easy to set the angle of the inclined surface of the pushing plate to obtain the magnification, and the error of the magnification to be obtained can be reduced even if the setting angle slightly deviates. From this aspect, it can be said that the displacement magnifying device according to the present invention is easier to manufacture than the conventional device in a region where the magnification is 4 times or more, and the tolerance of manufacturing error and assembly error is larger. Therefore, when including up to a region where the enlargement magnification is 4 times or more, the first and second inclined surfaces of the pushing plate in the displacement enlarging device according to the present invention are inclined with respect to the direction orthogonal to the displacement input direction by the displacement generating means. It can be seen from FIG. 2 that the angle is preferably set within a range of 10 to 63 degrees.

また、本発明に係る変位拡大装置においては、装置内で遊びを生じることなく変位拡大動作のための変位伝達が行われるために、上記出力軸が、上記可動拡大プレート側に向けて付勢されていることが好ましい。付勢手段としてはとくに限定されず、コイルスプリングや板ばね等のばね手段の他、エアシリンダ等のシリンダ手段を使用できる。 In the displacement magnifying device according to the present invention, since the displacement transmission for the displacement magnifying operation is performed without causing play in the device, the output shaft is biased toward the movable magnifying plate. It is preferable. The biasing means is not particularly limited, and a cylinder means such as an air cylinder can be used in addition to a spring means such as a coil spring or a leaf spring.

本発明に係る変位拡大装置における変位発生手段としてはとくに限定されず、例えば、圧電素子の伸縮を変位として出力可能な圧電アクチュエータや、磁歪素子の伸縮を変位として出力可能な磁歪アクチュエータを好適に使用できる。 The displacement generating means in the displacement magnifying device according to the present invention is not particularly limited. For example, a piezoelectric actuator that can output the expansion / contraction of the piezoelectric element as a displacement or a magnetostrictive actuator that can output the expansion / contraction of the magnetostrictive element as a displacement is preferably used. it can.

このように、本発明に係る変位拡大装置によれば、拡大プレートの傾斜角を大きくすることができるので、拡大プレートが円滑に動作することが可能にある。さらに、押込プレート、拡大プレート、転動体の弾性変形を減らすことができるので、変位量のロスを低減し、かつ、剛性を高めることができる。 As described above, according to the displacement magnifying device according to the present invention, the inclination angle of the magnifying plate can be increased, so that the magnifying plate can operate smoothly. Furthermore, since the elastic deformation of the push plate, the expansion plate, and the rolling element can be reduced, the loss of the displacement amount can be reduced and the rigidity can be increased.

また、左右対称構造となっていないので、左右の部品の精度および組立不良による変位のロスを生じさせることなく、変位を確実に伝達することができる。 Further, since the left-right symmetrical structure is not provided, the displacement can be reliably transmitted without causing the loss of displacement due to the accuracy of the right and left parts and the assembly failure.

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図３は、本発明の一実施態様に係る変位拡大装置を示しており、その基本構成は、前述の動作原理の説明で使用した図１の装置と同じである。したがって、図１に付したのと同一の符号を図３にも付してある。この変位拡大装置１における動作では、ベース板２とアクチュエータホルダ１５で固定された変位発生手段としての圧電アクチュエータ３の出力軸の変位出力は、転動体としての円筒ころ４を介して第１、第２の二つの傾斜面５、６を持ち変位拡大装置の出力軸方向に摺動自在となっている押込プレート７に伝えられる。その変位は、二つの傾斜面５、６に円筒ころ１０、１１を介して自身の傾斜面８、９が当接している二つの拡大プレート１２、１３（固定拡大プレート１２、可動拡大プレート１３）に伝えられ、出力軸１４側の拡大プレート１３は、押込プレート７と拡大プレート１２の傾斜面による拡大倍率と押込プレート７と拡大プレート１３の傾斜面による拡大倍率との和の拡大倍率をもって、前述の動作原理により出力軸方向に変位される。この時、固定拡大プレート１２は、ねじ１６によりベース板２に固定されており、かつ、ストッパプレート１７、１８に対し固定されたままであり、所定の拡大倍率で変位される拡大プレート１３の変位方向は、円筒ころ１９を介してのストッパプレート１８による案内により、上記出力軸方向に維持される。またこの時、反出力軸側の固定拡大プレート１２は本来なら押込プレート７と拡大プレート１２の傾斜角により変位拡大動作しようとするのであるが、上記の如く固定されているので、その反力により摺動自在な押込プレート７が変位拡大装置１の出力軸方向にその拡大動作をすることになる。その拡大動作が、可動拡大プレート１３をさらに出力軸方向に動作させ、結果として拡大プレート１２、１３の二つ分の拡大変位が変位拡大装置１の出力軸１４に出力される。 Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a displacement magnifying device according to an embodiment of the present invention, and its basic configuration is the same as the device of FIG. 1 used in the description of the operating principle described above. Therefore, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are also given to FIG. In the operation of the displacement magnifying device 1, the displacement output of the output shaft of the piezoelectric actuator 3 as the displacement generating means fixed by the base plate 2 and the actuator holder 15 is first and second via the cylindrical roller 4 as the rolling element. 2 is transmitted to the pushing plate 7 which has two inclined surfaces 5 and 6 and is slidable in the output shaft direction of the displacement magnifying device. The displacement is caused by two enlarged plates 12, 13 (fixed enlarged plate 12, movable enlarged plate 13) in which the inclined surfaces 8, 9 abut against the two inclined surfaces 5, 6 via the cylindrical rollers 10, 11. The enlargement plate 13 on the output shaft 14 side has the enlargement magnification of the sum of the enlargement magnification due to the inclined surfaces of the push plate 7 and the enlargement plate 12 and the enlargement magnification due to the inclined surfaces of the push plate 7 and the enlargement plate 13. It is displaced in the direction of the output shaft according to the operating principle. At this time, the fixed magnifying plate 12 is fixed to the base plate 2 by the screws 16 and remains fixed to the stopper plates 17 and 18, and the displacing direction of the magnifying plate 13 is displaced at a predetermined magnification. Is maintained in the output shaft direction by guidance by the stopper plate 18 through the cylindrical roller 19. Further, at this time, the fixed enlargement plate 12 on the counter-output shaft side originally intends to perform displacement enlargement operation by the inclination angle of the push-in plate 7 and the enlargement plate 12, but is fixed as described above. The slidable pushing plate 7 performs the expansion operation in the output shaft direction of the displacement magnifying device 1. The enlarging operation further moves the movable enlarging plate 13 in the direction of the output shaft, and as a result, the enlarging displacement of two of the enlarging plates 12 and 13 is output to the output shaft 14 of the displacement enlarging device 1.

また、円筒ころを用いた各部材支持構造には３点支持構造が適用されており、例えば可動拡大プレート１３は、２つの円筒ころ１１と１つの円筒ころ１９によって３点支持されている。このような３点支持構造を採用することにより、全ての円筒ころ１１、１９が確実に（非接触のころが生じることなく）拡大プレート１３に接触するので、拡大プレート１３は安定して所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動される。 In addition, a three-point support structure is applied to each member support structure using cylindrical rollers. For example, the movable expansion plate 13 is supported by three cylindrical rollers 11 and one cylindrical roller 19. By adopting such a three-point support structure, all the cylindrical rollers 11 and 19 reliably come into contact with the enlargement plate 13 (without the occurrence of non-contact rollers). While being maintained in the posture, it is smoothly moved in a predetermined direction (output shaft direction).

出力軸１４に対しては、リニアブッシュ２０が設置されていて、拡大変位を確実に所定の一方向に出力させることができるようになっている。さらに、出力軸１４は、付勢手段としての圧縮ばね２１により変位拡大装置の反出力方向へ予圧がかけられており、該予圧により、出力軸１４と可動拡大プレート１３との間、さらにはアクチュエータ３の出力端に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、遊びなく係合できるようになっている。したがって、可動拡大プレート１３の拡大された変位は、確実にかつ精度良く出力軸１４の変位として出力される。 A linear bush 20 is provided for the output shaft 14 so that the enlarged displacement can be reliably output in a predetermined direction. Further, the output shaft 14 is preloaded in the counter-output direction of the displacement magnifying device by a compression spring 21 as an urging means, and by this preload, between the output shaft 14 and the movable magnifying plate 13 and further the actuator. The entire displacement transmission path up to the output end 3 can be engaged without play. Therefore, the enlarged displacement of the movable enlargement plate 13 is output as the displacement of the output shaft 14 reliably and accurately.

なお、本発明に係る変位拡大装置の具体的な構造としては、図１、図３に示した構造以外、種々の変更が可能である。例えば図４に示すような形態をとることも可能である。図４に示す変位拡大装置３１においては、変位発生手段３２（例えば、圧電アクチュエータ）の出力変位が円筒ころ３３、３４を介して固定拡大プレート３５と可動拡大プレート３６に伝達され、さらに固定拡大プレート３５と可動拡大プレート３６に伝達された荷重が円筒ころ３７、３８を介して第１の傾斜面３９、第２の傾斜面４０を有する押込プレート４１に伝達される。押込プレート４１は、円筒ころ４２を介してストッパプレート４３に沿って出力軸方向に摺動される。押込プレート４１と固定拡大プレート３５との間の傾斜面間、および押込プレート４１と可動拡大プレート３６との間の傾斜面間で、荷重、変位の伝達が行われ変位が拡大されようとするが、固定拡大プレート３５は出力軸方向に対しては円筒ころ４４を介してストッパプレート４５によって固定されているので、結局、両傾斜面間での拡大倍率の和の変位拡大倍率で、可動拡大プレート３６が出力軸方向に変位されることになる。この拡大された変位が、付勢手段としての圧縮ばね４６によって常時反出力方向に付勢されている出力軸４７の変位として出力される。 The specific structure of the displacement magnifying device according to the present invention can be variously modified other than the structures shown in FIGS. For example, it is possible to take a form as shown in FIG. In the displacement magnifying device 31 shown in FIG. 4, the output displacement of the displacement generating means 32 (for example, piezoelectric actuator) is transmitted to the fixed magnifying plate 35 and the movable magnifying plate 36 via the cylindrical rollers 33 and 34, and further, the fixed magnifying plate. The load transmitted to 35 and the movable magnifying plate 36 is transmitted to the pushing plate 41 having the first inclined surface 39 and the second inclined surface 40 through the cylindrical rollers 37 and 38. The pushing plate 41 is slid in the output shaft direction along the stopper plate 43 via the cylindrical rollers 42. Although the load and displacement are transmitted between the inclined surfaces between the pressing plate 41 and the fixed magnifying plate 35 and between the inclined surfaces between the pressing plate 41 and the movable magnifying plate 36, the displacement tends to be expanded. Since the fixed magnifying plate 35 is fixed by the stopper plate 45 via the cylindrical roller 44 in the output shaft direction, the movable magnifying plate is eventually obtained with the displacement magnifying power of the sum of the magnifying power between the two inclined surfaces. 36 is displaced in the output shaft direction. This expanded displacement is output as a displacement of the output shaft 47 that is constantly urged in the counter-output direction by a compression spring 46 as urging means.

この構成例のように、交差する二つの傾斜面を持つ押込プレートが存在し、その二つの面に例えば円筒ころを介して当接している二つの拡大プレートがあり、変位拡大装置の反出力軸方向の拡大プレートは変位拡大装置の出力軸方向には動作不能になっていて（出力軸方向には固定されていて）、押込プレートはその反力を受け変位拡大装置の出力軸方向へ摺動可能な押込プレートとなっていて、二つの拡大プレートの拡大変位を合成し変位拡大装置の出力軸に出力可能な構成であれば、前述の構成例に必ずしも限定されるものではなく、図４に示したように押込プレートと拡大プレートのお互いの位置関係が変わっていてもかまわない。 As in this configuration example, there is a pressing plate having two inclined surfaces intersecting each other, and there are two expanding plates that are in contact with the two surfaces via, for example, cylindrical rollers. The expansion plate in the direction is inoperable in the output shaft direction of the displacement expansion device (fixed in the output shaft direction), and the pushing plate receives the reaction force and slides in the output shaft direction of the displacement expansion device As long as it is a push plate that can be combined and can be combined with the enlarged displacement of the two enlarged plates and output to the output shaft of the displacement magnifying device, it is not necessarily limited to the above-described configuration example. As shown, the positional relationship between the pushing plate and the magnifying plate may be changed.

図５に、図１、図３に示した実施形態による変位出力特性の例を示す。正弦波100Hzにおいて発生された圧電アクチュエータの変位に対し、本発明に係る変位拡大装置によって5.6倍に拡大され、拡大された変位が、ばらつくこと無く高精度で得られていることが分かる。つまり、圧電アクチュエータの変位データに5.6をかけて得られた破線で示す演算変位と、実線で示す本発明に係る変位拡大装置の出力軸の実際に得られた変位とは、ほぼ完全に一致した。このことは、本実施形態により、変位拡大がリニアに確実に行われているを示している。 FIG. 5 shows an example of the displacement output characteristic according to the embodiment shown in FIGS. It can be seen that the displacement of the piezoelectric actuator generated at a sine wave of 100 Hz is magnified 5.6 times by the displacement enlarging device according to the present invention, and the enlarged displacement is obtained with high accuracy without variation. That is, the calculated displacement indicated by the broken line obtained by multiplying the displacement data of the piezoelectric actuator by 5.6 and the actually obtained displacement of the output shaft of the displacement magnifying device according to the present invention indicated by the solid line almost coincided with each other. . This indicates that the displacement expansion is reliably performed linearly according to the present embodiment.

なお、上記拡大変位量の測定（図５）は、日本エー・ディー・イー株式会社、静電容量型変位計「マイクロセンス３４０１ＨＲ−０１」を用いて行った。 In addition, the measurement of the said expansion displacement amount (FIG. 5) was performed using Japan AE Co., Ltd. electrostatic capacitance type displacement meter "Microsense 3401HR-01".

本発明に係る変位拡大装置は、重いワークを高速動作させる用途や、加工機の送り機構などの高剛性が必要な用途に特に好適に適用できる。また、アクチュエータに対しリニアに変位拡大を行なう必要がある用途にも適用できる。 The displacement magnifying device according to the present invention can be particularly suitably applied to applications that require heavy workpieces to operate at high speed, and applications that require high rigidity such as a feed mechanism of a processing machine. Further, the present invention can be applied to applications that require linear displacement expansion with respect to the actuator.

本発明における変位拡大原理を説明するための一実施形態に係る変位拡大装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a displacement magnifying device according to an embodiment for explaining the principle of magnifying displacement in the present invention. 本発明装置と従来装置の比較のための拡大プレートの角度と拡大倍率との関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between an angle of an enlargement plate and an enlargement magnification for comparison between the device of the present invention and a conventional device. 本発明の一実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the displacement expansion apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の別の実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the displacement expansion apparatus which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の変位拡大装置によって得られた拡大変位特性図である。It is an expansion displacement characteristic view obtained by the displacement expansion device of the present invention.

Explanation of symbols

１、３１変位拡大装置
２ベース板
３、３２変位発生手段（圧電アクチュエータ）
４、１０、１１、１９、３３、３４、３７、３８、４２、４４円筒ころ
５、３９第１の傾斜面
６、４０第２の傾斜面
７、４１押込プレート
８、９傾斜面
１２、３５固定拡大プレート
１３、３６可動拡大プレート
１４、４７出力軸
１５アクチュエータホルダ
１６ねじ
１７、１８、４３、４５ストッパプレート
２０リニアブッシュ
２１、４６付勢手段としての圧縮ばね DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Displacement expansion apparatus 2 Base board 3, 32 Displacement generating means (piezoelectric actuator)
4, 10, 11, 19, 33, 34, 37, 38, 42, 44 Cylindrical rollers 5, 39 First inclined surface 6, 40 Second inclined surface 7, 41 Push plate 8, 9 Inclined surface 12, 35 Fixed magnifying plates 13, 36 Movable magnifying plates 14, 47 Output shaft 15 Actuator holder 16 Screws 17, 18, 43, 45 Stopper plate 20 Linear bushes 21, 46 Compression springs as biasing means

Claims

A displacement magnifying device for enlarging and outputting the displacement input from the displacement generating means,
A displacement is inputted from the displacement generating means, and has first and second inclined surfaces intersecting each other, and is movable in an output shaft direction set in a direction intersecting with an input direction of displacement by the displacement generating means. A pushing plate provided in
A fixed surface that receives a transmission load from the first inclined surface of the pushing plate and that can move relatively parallel to the first inclined surface and is fixed in position in the output shaft direction. An enlarged plate,
A movable magnifying plate having an inclined surface that receives a transmission load from the second inclined surface of the push-in plate and can be moved in parallel with the second inclined surface, and is movable in the output shaft direction. When,
An output unit for outputting the displacement of the movable magnifying plate in the output axis direction as an enlarged displacement of the displacement input from the displacement generating means;
A displacement magnifying device characterized by comprising:

The displacement magnifying device according to claim 1, wherein the output unit includes an output shaft provided to be displaceable in the output shaft direction.

The displacement magnifying device according to claim 1 or 2, wherein the first and second inclined surfaces of the pushing plate are formed symmetrically.

The displacement magnifying device according to claim 1 or 2, wherein the first and second inclined surfaces of the pushing plate are formed asymmetrically in the left-right direction.

Engageably between at least one of the displacement generating means and the push plate, between the push plate and the fixed enlargement plate, and between the push plate and the movable enlargement plate so as to be relatively movable therebetween. The displacement magnifying device according to any one of claims 1 to 4, wherein a rolling element is interposed.

The inclination angle of the first and second inclined surfaces of the pushing plate with respect to the direction orthogonal to the input direction of the displacement by the displacement generating means is set within a range of 10 to 63 degrees. The displacement magnifying device according to any one of the above.

The displacement magnifying device according to claim 2, wherein the output shaft is biased toward the movable magnifying plate.

The displacement magnifying device according to any one of claims 1 to 7, wherein the displacement generating means is composed of a piezoelectric actuator capable of outputting expansion and contraction of a piezoelectric element as a displacement.

The displacement magnifying device according to any one of claims 1 to 7, wherein the displacement generating unit is composed of a magnetostrictive actuator capable of outputting expansion and contraction of a magnetostrictive element as a displacement.