JPH0199671A - 変位拡大出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
の縁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、ヒンジ部分のある梃子拡大
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
中を生じて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、−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梃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、梃子片すの一端をフレームＣに軸ｄで支持し
、該梃子片すを電歪伸縮体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、梃子作用で、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、梃子片すは電歪伸縮
体ａの伸縮毎に、軸ｄの付近で湾曲し、ｏｉｉ！ｌ１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梃子片すの肉厚を
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。また梃子片すの肉
厚が太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、梃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、梃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。

く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
に出接するとともに、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。

く作用〉 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部りにあるから、前記
各電歪伸縮体の伸縮量は１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１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、２ｂ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、２番（２ｂ　、　２ｄ）間で、支軸６が
両側面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２ａ、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。

ボｊ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ｌＯ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ｄ３Ｉ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ｖ１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
ｄ３Ｉ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は当接法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１０００Ｖ／ｍｍ、収縮方向（負電圧）で
例えば２５０Ｖ／ｍｍ（７）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２０ａ＋ｍとすると、収縮変位量を２ｍｍ、伸張変位
量を８ｍｍ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２Ｃ９２ｄ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、２ｃｉ
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、これを前記当接法７に当
接するようにし、圧電定数ｄ　３３モードによって積層
方向の力を当接法７に付与する電歪積層体２０ａ、２０
ｂ、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　、　２０　ｂ及び２０
ｃ　、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、梃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。

口）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図は従来構成の祿返し疲労試験装置の
概要側面図である。 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ；電歪ａ屠体　３，３；作動端
　５；駆動杆　６；支軸　８；出力端部　　ｌ　Ｏ；　
電歪層　　２０ａ、２０ｂ、２０ｃ。 ２０ｄ；電歪積層体　２１：電歪層　２２；作動端 出願人　　　　　日本特殊陶業株式会社代理人　弁理士
　松　浦　喜　多　男 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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）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ｄ＿３＿
   １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）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ｄ＿３＿３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。