JPS63216392A - 積層アクチユエ−タのストロ−ク増幅器 - 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、積層アクチェエータのストローク増幅器に関
する。

従来の技術 近年、チタン酸バリウム系セラミックス（［１ａｒｉｏ
　２　）　、チタン酸鉛系セラミックス（ＰｂＴｉ０３
　）　、エタニオブ酸鉛（Ｐｌ］Ｎｂ２ＯＧ）　。

ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ　（ＺｒＴｉ）ｏ３）或い
はＰｂＯ：ＳｎＯ−ＰｂＴｉ　３−ＰＩ＋ＺｒＯ３系等
の三成分系セラミックスが開発され、その圧電特性の利
用が盛んに行われ、例えば、これらの圧電性セラミック
スを積層化したものに櫛歯電極を形成したタイプのアク
チュエータが開発されている。

発明が解決しようとする問題点 上述のアクチュエータは１．０００にｇ／ｃｍ２にも達
する出力を発生可能であるものの、その電歪ストローク
すなわち変位出力が１乃至数ミクロンと僅かで、その結
果、各種機器例えば電子機器への応用、実用化に困難を
来している。

本発明は、積層アクチュエータの変位出力を増幅して該
アクチュエータの各種機器への応用を実現可能にした積
層アクチュエータのストローク増幅器を提供することを
目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の積層アクチュエータのストローク増幅器は、積
層アクチュエータに連結された変位入力部と、該変位入
力部に対向する静止部と、各々、両端が前記変位入力部
と前記静止部とにそれぞれ結合されると共に互いに反対
方向かつ外方に膨出した第１．第２の変位増幅部とより
なる環状体を備え、前記変位入力部と前記静止部間距離
を前記第１．第２の変位増幅部の膨出■より大きい値に
設定した構成よりなる。

作　　用 積層アクチュエータの変位出力に応じてストローク増幅
器の変位入力部が変位する。この変位入力部に対向する
静止部が固定されているので、変位入力部と静止部とに
両端が結合された第１．第２の変位増幅部が変形する。

このとき変位入力部と静止部間距離が第１．第２の変位
増幅部の外方への膨出量よりも大きい値に設定されてい
るので、変位入力部を介して積層アクチュエータから入
力された変位は、第１．第２の変位増幅部の一方または
双方から増幅されて取り出される。

実施例 第１図及び第２図は本発明の第１の実施例による積層ア
クチュエータのストローク増幅器を示し、同図において
、該ストローク増幅器は全体として横長かつ一体に形成
された環状体１０よりなり、この環状体１０は、剛性が
大きくかつ変形時と復元時との間のヒステリシスが小さ
くかつ熱膨張係数の小さい材料たとえばＦｅ−Ｃｒ系合
金、　Ｈｉ−Ｃｏ系合金またはアンバー（Ｆｅ−Ｘｌ−
Ｈｎ−Ｃｏ系合金）で構成されている。そして、環状体
１０は、互いに間隔Ｌ１において略平行にの延びる変位
入力部１１および静止部１２を有し、該変位入力部１１
の外側面には図示しない積層アクチュエータが連結され
、また、静止部１２は図示しない適宜手段で変位不能に
保持されている。さらに、環状体１０は、互いに反対方
向かつ外方に膨出した第１．第２の変位増幅部１３．１
４を有し、各変位増幅部は全体として左右対称の円弧状
に形成され、その両端が変位入力部１１および静止部１
２の対応端にそれぞれ一体に結合されている。そして、
第１．第２の変位増幅部１３．１４の中央部分の総膨出
聞Ｌ２は上記間隔Ｌ１より小さい値、好ましくは、間隔
Ｌ１の半分以下の値に設定されている。

次に、上述の構成のストローク増幅器の作用を説明する
。

積層アクチュエータに制御電圧が印加されると、該アク
チュエータに電歪が生じる。このとき、環状体１０の静
止部１２が変位不能であるので、アクチュエータが連結
された環状体１０の変位入力部１１は、第３図に２点鎖
線で誇張して示すように、アクチュエータから圧力を伴
って出力される電歪量に対応する距離ΔＬだけ静止部１
２に向かって変位する。そして、この変位入力部１１の
変位に伴って、変位入力部１１および静止部１２と一体
に形成された変位増幅部１３．１４の各々が外方すなわ
ち互いに離反する方向にかつその円弧半径が小さくなる
ように変形し、この変形の結果、各変位増幅部の中央部
分は、変位入力部１１と静止部１２とを結ぶ軸線に対し
て略直角の方向に距離ΔＬ′だけ外方に変位する（第３
図）。この変位量ΔＬ′はΔＬ・（Ｌ１／Ｌ２）に略比
例し、ここでは（Ｌ１／Ｌ２）＞１に設定されているの
で、積層アクチュエータの変位出力ΔＬが一方もしくは
双方の変位増幅部の中央部分から各該中央部分の変位量
ΔＬ′　（〉ΔＬ）に増幅されて取り出される。

そして、環状体１０の剛性が大きくかつ変形時と復元時
との間のヒステリシスが小さいので、環状体１０は積層
アクチュエータの変位出力の変化に正確に追従する。ま
た、熱膨張率が小さいので、周囲温度の変化に伴い変形
することがなく、誤出力を生ずることがない。なお、環
状体１０各部の実際の変形量は僅かなので、環状体の変
位入出力特性は良好な直線性を備える。

第４図は本発明の第２の実施例によるストローク増幅器
を示し、該ストローク増幅器は、環状体１０の内部に第
２の環状体２０を配して増幅度をさらに増大させた点が
上記実施例のものく第１図）と相違する。

第４図において、第２の環状体２０の両端は環状体１０
の第１．第２の変位増幅部１３．１４の中央部分にそれ
ぞれ一体に結合され、また、第２の環状体２０の両端間
距離Ｌ’　１は該環状体２０の第１．第２の変位増幅部
２３．２４間距離Ｌ’　　２よりも大きい値、好ましく
は２倍以上の値に設定されている。なお、第５図に示す
ように、環状体１０．２０の円弧形状を直線状セグメン
トで近似して構成しても良く、その他の実施例も同様に
変形可能である。

さて、第４図のストローク増幅器の作用は基本的には第
１図のものと同一で、積層アクチュエータからの変位出
力に応じて環状体１０の変位入力部１１が距離ΔＬだけ
変位し、各変位増幅部の中央部分が距離へＬ’　（ＱＣ
（Ｌ１／Ｌ２）−△Ｌ）だけ外方に変位するく第３図参
照〉。この外方変位に伴い、各々、両端がこれら中央部
分に一体に結合された第２の環状体２０の第１．第２の
変位増幅部２３．２４が内方すなわち互いに近接する方
向にかつその弧状半径が大きくなるように変形する。こ
の変形の結果、第２の環状体２０の各変位増幅部の中央
部分は、環状体２０の両端を結ぶ軸線に対して略直角の
方向に距離△Ｌ″　（図示省略）だけ内方に変位する。

この変位岳ΔＬ″は（Ｌ’１／Ｌ’　２）・ΔＬ′に略
比例し、（Ｌ’ｌ／Ｌ”２）＞１に設定されているので
、アクチュエータの変位出力ΔＬの（２・Ｌｌ／Ｌ２）
倍に等しい環状体１０の増幅出力を更に（Ｌ’　　１／
Ｌ’２）倍に増幅したものが第２の環状体２０の変位増
幅部の中央部分から取り出される。

第６図は本発明の第３の実施例によるストローク増幅器
を示し、該ストローク増幅器は、第２の環状体２０の内
部に第３の環状体３０を配して積層アクチュエータの変
位出力の増幅度をさらに増大させた点が上記第２の実施
例のもの（第４図）と相違する。

第６図において、第３の環状体３０の両端は第２の環状
体２０の第１．第２の変位増幅部２３゜２４の中央部分
にそれぞれ一体に結合され、また、第３の環状体３０の
両端間距離Ｌ″１は該環状体３０の第１．第２の変位増
幅部３３．３４間距離Ｌ″２よりも大きい値、好ましく
は２倍以上の値に設定されている。

このストローク増幅器の作用は基本的には上記両実施例
のものと同一で、環状体１０および２０を介してアクチ
ュエータの変位出力を（４・Ｌｌ・Ｌ’　１／Ｌ２・Ｌ
１２）倍に増幅した後、さらに第３の環状体３０により
（Ｌ”　１　／Ｌ″２　）倍に増幅して取り出す。

第７図は本発明の第４の実施例によるストローク増幅器
を示し、この装置は、第４のものに比べ、アクチュエー
タを環状体１０の変位入力部１１の内側面に当接して配
した点、並びに、環状体１０により第２の環状体２０を
移動自在に支持すると共に第２の環状体の一方の変位増
幅部を変位不能に保持し、他方の変位増幅部から両者の
変位間を取り出し、もって増幅度を２倍にした点が相違
する。

第７図において、第２の環状体２０の両端には、環状体
１０の変位増幅部１３．１４の中央部分に形成されたス
ライド溝１３ａ、１４ａに摺動自在に係合する突起がそ
れぞれ形成されている。また、ストッパ２５が第２の環
状体２０の一側に配され、このストッパ配設位置は、ス
トッパ２５が、自由状態にある第２の環状体の第１の変
位増幅部２３の外側面に１度当接するように設定されて
いる。

なお、上記各実施例においてもアクチュエータを変位入
力部の外側面ではなく内側面に配しても良い。

第７図の装置の作用は、第２の環状体２０の第１の変形
増幅部２３の変形に伴ってこの環状体２０全体がスライ
ド溝１３８，１４ａに沿って反ストッパ側に変位するよ
うにし、第２の変位増幅部２４から両地幅部２３．２４
の総変位撤を取り出す点以外は第４図のものと略同−で
あるので、説明を省略する。

第８図乃至第１０図は、プリンタの印字機構に適用した
本発明の第５図の実施例によるストローク増幅器を示し
、このストローク増幅器は第４図に示す環状体１０．２
０を備え、環状体１０の静止部１１は固定具２６に固定
されている。また、積層アクチュエータ４０は両環状体
１０．２０間に配され、その変位出力が環状体１０の変
位入力部１１の内側に印加されるようになっている。そ
して、ストローク増幅器はテコ機構５０をさらに備え、
環状体２０からの変位出力を更に増幅すると共に変位出
力を任意の方向に取り出すようにしている。該テコ機構
の可動レバー５１の一端は、図示を省略するが、適宜手
段により第２の環状体の第２の変位増幅部２４の外側面
に当接した状態に常時保持され、また、レバー５１の他
端には図示しない適宜手段により往復動自在に支持され
た連結具５２を介して印字ワイヤ６０の一端が連結され
ている。なお、レバー５１の一端と支点間距離と、他端
と支点間距離との比Ｒ（図示路）は１より小さい値に設
定されている。

そして、第１０図には印字ワイヤのみを示すが、上述の
構成のストローク増幅器が、印字ヘッドのドツト数すな
わち印字ワイヤと同数、印字ヘッドの周方向に連設され
ている。同図において、参照符号６１は印字ワイヤ集合
部である。

次に、上述の構成のストローク増幅器を装備したプリン
タの作用を説明する。

プリンタの制御部（図示路）から送出される印字コード
信号に応じて上記複数のストローク増幅器の所要のもの
に制御電圧が印加されると、各増幅器の積層アクチュエ
ータから変位出力が圧力を伴って環状体１０の変位入力
部１１に出力される。

この結果、各増幅器が第４図のものと略同様に作動し、
第２の環状体２０の変位増幅部２３．２４が、アクチュ
エータの変位出力ΔＬの（２・Ｌ１／Ｌ２）倍に等しい
環状体１０の内方変位の（Ｌ’　　１／Ｌ’　　２）倍
だけ外方にそれぞれ変位する。

そして、増幅部２４の外方変位は、該増幅部に当接する
テコ機構の可動レバー５１の一端に伝達ざ　゛れ、該レ
バーが支点のまわりに図中時計方向に回動し、レバーの
他端およびこれに連結されたワイヤ６０が増幅部２４の
変位量より大きい距離に亘すワイヤ集合部６１側に変位
する。この結果、印字コード信号に応じたドツトパター
ンの印字が行われる。

そして、図示した各部寸法とは一致しないが、例えば、
Ｌｌ／Ｌ２．Ｌ’　１／Ｌ’　２およびテコ機構での増
幅度Ｒをそれぞれ５に設定したとすると、各増幅器での
増幅度２・（Ｌ１／Ｌ２）・（Ｌ’　　１／Ｌ’　　２
）・Ｒの値は２５０になる。一般に、積層アクチュエー
タの変位出力は１乃至数ミクロンのオーダーで、プリン
タの印字ワイヤ駆動に適用不能であるが、本発明によれ
ば、上記設定例に示すように、印字ワイヤを印字動作に
必要な数百ミクロン以上に亘すストロークさせることが
でき、従って、従来印字駆動系に用いられている電磁ソ
レノイドに比べて応答性に優れ、また、発熱量も少ない
積層アクチュエータをプリンタの駆動源に使用できる。

上記実施例では、環状体をＦｅ−Ｃｒ系合金等で構成し
たが、これをセラミックで構成しても良い。

この場合、剛性の観点からは各種セラミックを使用可能
であるが、好ましくは、弾性率の比較的高いもの、例え
ば部分安定化ジルコニア等の靭性セラミックを使用する
。

発明の効果 上述のように、本発明によれば、積層アクチユエータに
連結された変位入力部およびこれに対向する静止部に、
全体として入力部と静止部間距離より大きい量だけ膨出
させた第１．第２の変位増幅部の各々の両端を結合させ
、変位入力部を介して入力した積層アクチュエータの変
位出力を第１゜第２の変位増幅部の一方または双方から
増幅して取り出せるようにしたので、積層アクチュエー
タを各種機器の駆動源として使用可能な程度まで該アク
チュエータの変位出力を増幅できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による積層アクチュエー
タのストローク増幅器を示す概略水平断面図、第２図は
第１図の増幅器の概略側面図、第３図は上記増幅器の動
作を説明するための図、第４図は本発明の第２の実施例
によるストローク増幅器を示す概略水平断面図、第５図
は第４図の増幅器の変形例を示す概略平面図、第６図は
本発明の第３の実施例によるストローク増幅器を示す概
略平面図、第７図は本発明の第４の実施例によるストロ
ーク増幅器を示す一部断面概略平面図、第８図は本発明
の第５の実施例によるストローク増幅器を示す概略平面
図、第９図は第８図の増幅器の概略側面図、および第１
０図は第８図のストローク増幅器が搭載されたプリンタ
のワイヤ集合部の半部を示す部分概略端面図である。 １０．２０．３０・・・環状体、１１・・・変位入力部
、１２・・・静止部、１３．２３．３３・・・第１の変
位増幅部、１４．２４．３４・・・第２の変位増幅部、
１３ａ、１４ａ・・・スライド溝、４０・・・積層アク
チュエータ、５０・・・テコ機構、６０・・・印字ワイ
ヤ。 筐１０ 第３図 Ｊ１！７　　図 ′＄　８　回 ５！１７−コａ！イ鼻

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）積層アクチュエータに連結された変位入力部と、
   該変位入力部に対向する静止部と、各々、両端が前記変
   位入力部と前記静止部とにそれぞれ結合されると共に互
   いに反対方向かつ外方に膨出した第１、第２の変位増幅
   部とよりなる環状体を備え、前記変位入力部と前記静止
   部間距離を前記第１、第２の変位増幅部の膨出量より大
   きい値に設定した積層アクチュエータのストローク増幅
   器。
2. （２）前記環状体はその内部に順次配されかつ互いに結
   合された少なくとも一つの第２の環状体を有し、各該第
   ２の環状体は、互いに反対方向かつ外方に膨出した第１
   、第２の変位増幅部を有すると共にその両端が当該第２
   の環状体を収容するものの前記第１、第２の変位増幅部
   の中央部分にそれぞれ結合され、また、その両端間距離
   が当該第２の環状体の第１、第２の変位増幅部の膨出量
   より大きい値に設定された特許請求の範囲第１項記載の
   積層アクチュエータのストローク増幅器。
3. （３）前記環状体が、剛性が大きく、変形時と復元時と
   の間のヒステリシスが小さく、かつ、熱膨張係数の小さ
   い材料で構成された特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の積層アクチュエータのストローク増幅器。