JPS59178985A - 機械的増幅機構 - 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】 本発明は電気１機械変換素子の運動を増幅し駆動する機
械的増幅機構に関し、芒らに詳しくは電歪、あるいは圧
電素子を駆動源とし変位増幅を行ない、主として開閉器
、及び選択装置用に適用する機械的増幅機構に関する。

従来電気機械変換素子による駆動装置は特にリレーに代
表される開閉器や、プリンタ等の印刷装置に使用されて
いる。例えば、リレー機構においてはその駆動源として
ほとんど電磁石、あるいは永久磁石を用いている。しか
しながら、この方式は駆動するために大きなエネルギを
必要とし、壕だそのエネルギのほとんどは銅損、鉄損に
よる発熱で費やされ、エネルギ変換効率が低いという欠
点があった。そのため９近では電歪あるいは圧電素子を
駆動源として消費電力及び発熱量を低減し高速動作を狙
った機構が考えられている。ところが、この方式におい
てけ電歪あるいは圧電素子の変位が０．００５〜０．０
１ｎｖｎと微少であるのに対し、通常必要とする出力変
位は０５ｍ程度であるだめその電歪あるいは圧電素子の
微少変位を増幅する機械的増幅機構が必要となる。従来
の機械的増幅機構の一例を示すものとして第１図に示す
リレー機構がある。第１図において、横効果型の圧電素
子１は板はね２に接合されている。また板ばね２の先端
には出力端の作用素子として可動電極３が設けられてい
る。そこで、圧電素子１に電圧を印加することにより圧
電素子１はその横効果によって伸びを生じ、それととも
に圧電素子１との接合力によって板ばね２は反りが生じ
る。そこで可動接点３は電圧の印加前に接触していた固
定接点４から離れることにより開閉動作が行なわれる。

このような方式は簡易な構造である反面、電歪あるいは
圧電素子１が板ばね２に接合されているため等価マスも
増大し動作速度も遅く、かつ電歪又は圧電素子１と板ば
ね２とが剥離をおこす問題があり、組立てに多くの工数
を必要としている。また一方、縦効果のある電歪又は圧
電素子を使った方法があり、第２図にその一例を示す。

第２図において、厚さ方向に分極されかつ両面に電極を
有する圧電板５のそれぞれ一端が固定部に固定され、自
由端が上下方向の距離を置きその端面間にアーム６をは
さむように配置している。そのアーム６先端に可動接点
７と、その可動接点７に対向する位置に固定接点８，９
を設けている。このように構成した機構は電歪又は圧電
素子５の単純な伸縮動作を利用したもので信頼性がある
が、アーム６り を使ったこの原理を利用しており、可動接点７の出力変
位を大きくするためにはアーム６の長さを大きくしなけ
ればならない。例えばリレーの動作として必要な接点変
位０．４．　Ｍ程度を得るためにｄ：、電歪又は圧電素
子５の変位を０．０１　ｍｏ＋としても４０倍に増幅し
なければならない。

ところが、第２図の如き機構では二つの圧電素子５の間
で構成する変位伝達部間距離は少なくとも２〜３ｒｍｎ
必要であり、上記４０倍の増幅率を得るためには単純な
計算で８０〜１２０醒の長さのアーム６が必要となり機
構は大型化に々す、またアーム６の等価マスも大きくな
るため高速駆動が困難となる。

本発明はこのような従来の欠点を除去し、構造が簡単で
増幅率が大きく、かつコストの安い機械的増幅機構を提
供するものである。

本発明によれば電歪あるいは圧電素子の連動を駆動する
増幅機構において、上記電歪あるいは圧電素子の伸縮動
作方向と同一軸上に並べた二本の座屈梁から構成され、
その各々の座屈梁には出力端としての作用素子が設けら
れていることを特徴とする機械的増幅機構が得られる。

以下、本発明について実施例を示す図面を参照して説明
する。

第３図は本発明の一実施例でリレー機構を示す模式的な
斜視図であり、第４図の（ａ）、　（ｂ）は第３図の側
面図で機構の動作を説明するだめの図である。

ただし、リード線は図示していない。第３図、第４図、
　（ａ）、　（ｂ）において、筐体をなすフレーム基板
１０に取付けられだ電歪あるいは圧電素子１１の一端に
はその伸縮方向と同一軸上に座屈梁１２を二本並べ調整
ネジの如き手段１３により初期変位を与えて取付ける。

また座屈梁１２の他端を前記フレーム基板１０で支持す
る。その各々の座屈梁１２中央部には作用素子として可
動接点１４．１５が対応して数個けられている。これら
座屈梁１２゜基板１０はプレス打抜き法、ワイヤーカッ
ト法で製造でき低コストで製作できる。また駆動源は電
歪又は圧電素子１例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）の如き平板状の素子を複数枚積層し、各素子を対にし
て共通電極を設けることにより並列電極にしたものであ
、る。したがって、このように構成した機構においては
電歪あるいは圧電素子１１に電圧を印加することにより
各素子の変位が加算され、電歪あるいは圧電素子１１と
基板１００間に支持された座屈梁１２は各々軸方向に変
位１６が与えられる。そこで各々の座屈梁１２は衆知の
座屈理論で求められるように一端に与えられた変位に対
し直角方向に変位１７をおこし、座屈梁１２の中央部に
最大変位が生じる。そのだめ座屈梁１２中央部に各々対
応するように取付けられた可動接点１４．１５は互いに
向かい合うように移動し接触して開閉動作が行なわれる
。本発明の効果は、この二本の並列した座屈梁１２によ
り各々の接点変位が加算されるため小型の機構でも可動
接点間距離及び押圧を大きくできるため長寿命で信頼性
のあるリレー械構が得られることである。

尚、座屈梁１２はその支持を回転支持にした方が可動接
点１．４．１５の変位増幅の効果は太きいが、固定支持
にしても多少増幅率は低下するもののリレー機構として
適用可能である。このような増ｒｌＩＡ）機構は電歪又
は圧電素子の変位１１ε、座屈梁１２の長さｌが与えら
れれば座屈梁１２中央部の変位は”／’　１１　ａｚ々
で近似でき容易に設計できるし、また構造も簡単で低コ
ストである増幅機構が得られる。前記したリレー機構に
おける本発明の具体的な一例を示すならば、電歪又は圧
電材料１１の変位を０．０１ｍとし、座屈梁１２の長さ
を各々３０咽とした機構において、多少の変位伝達損失
があるものの１本あたり０．２　ｍの最大変位が得られ
、２本の座屈梁により結局０４ｍＪｎの接点変位のある
リレー機構が得られた。

また本発明の他の実施例として二接点方式のリレー機構
への適用例を第５図に示した。第５図において、電歪又
は圧電素子１１の伸縮動作により変位増幅する二本の座
屈梁１２において、一方の可動接点１４に対応した固定
接点１８を設ける。

電歪又は圧電素子１１の電圧印加前に固定接点１８に接
触していた一方の可動接点１４は電圧印加後離れ、各々
の可動接点１４．１５が移動して接触する。このような
方式でも本発明は適用可能で製造コストが安く、小型で
も接点変位及び押圧の太きいリレー機構が得られる。

また以上の実施例においては電歪又は圧電素子１１を積
層した例を示しているが、本発明においては横効果及び
縦効果のある電歪又は圧電素子単体でも適用できる。

以上、本発明によれば小型でかつ低コストの機械的増幅
機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一実施例を示す側面図、第２図は従来の
他の実施例を示す側面図、第３図は本発明の一実施例を
示す模式的斜視図、第４図（、ａＬ　（ｂ）は第３図の
側面図ずあυ、本発明の一書施例の機構動作を説明する
だめの図、第５図は本発明の他の実施例を示す側面図を
示す。 図中各記号はそれぞれ次のものを示す。 ■・・・横効果型圧電素子、２・・・板ばね、３・・・
可動接点、４・・・固定接点、５・・・積層型圧電素子
、６・・・アーム、７・・・可動接点、８・・・固定接
点、９・・・固定接点、１０・・・フレーム基板、１１
・・・電歪あるいは圧電素子、１２・・・座屈梁、１３
・・・調整ネジ、１４・・・可動接点、１５・・・可動
接点、１６“°°軸方向の変位、１７・・・座屈梁の変
位、１８・・・固定接点。 イ〜−ノ、　ノＩ“ｉ“ｊ＝　　”Ｈ”Ｊ　　　爪　　
　　晋第　１　図 第　２　肥 ８３　履 ８　〃　霧 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電歪あるいは圧電素子の運動を増幅し駆動する機械的増
   幅機械において、上記電歪あるいは圧電素子の伸縮１作
   方向と同一軸上に並べた二本の座屈梁から構成され、そ
   の各々の座屈梁には出力端としての作用素子が設けられ
   ていることを特徴とする機械的増ＩＩ＠機構。