JPS6334635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は差動型変位発生機構、特に電圧印加時
に生ずる圧電体の歪により偶力を発生させて機械
的な変位を得るための差動型変位発生機構に関す
る。

電圧印加時に生ずる圧電体の歪を可動部材に伝
達して機械的変位を得る場合には、てこ（レバ
ー）の原理を利用して、可動部材を回軸可能に支
持する箇所および圧電体の歪を伝達する箇所をそ
れぞれ一つずつ可動部材に設けておき、伝達され
た歪にてこ比を乗じた大きさの変位を得ることが
できる。この変位の所望値が大きくなるのに応じ
て可動部材のてこ比を大きくすると、可動部材の
長さが増大するために変位発生機構が大形にな
る。この難点を除くには、圧電体の歪が伝達され
る箇所を可動部材に二つ設けておき、歪伝達箇所
に互いに逆向きの圧電体歪をそれぞれ伝達させれ
ばよい。すなわち、可動部材に偶力を作用させる
ことにより、同じてこ比をもつ可動部材でも、前
記のごとく一箇所に圧電体歪を伝達する場合と比
べて２倍の大きさの変位が得られる。以下では、
偶力を可動部材に伝達して変位を発生させる機構
を差動型変位発生機構と呼ぶ。

差動型変位発生機構において偶力を発生させる
には、圧電体を二つ設けてそれぞれの歪を互いに
逆向きとなるよう可動部材に伝達すればよいが、
圧電体を二つ用いると機構が大形になる。従来、
圧電体を一つだけ用いる差動型変位発生機構はな
いため、差動型変位機構を小形化するのは困難で
あるという問題点がある。

本発明の目的は、上記問題点を解決し一つの圧
電体から偶力を発生でき従つて一つの圧電体を用
いて従来よりも大きな変位が得られ且つ小形な差
動型変位発生機構を提供することにある。

本発明の機構は、電極に印加される電圧に応じ
て寸法の歪を発生する圧電体と、該圧電体の一方
の端部を固定し支持する固定部材と、前記圧電体
の他方の端部に接続する第１の結合部材にそれぞ
れの一端が接続しており前記圧電体の前記寸法歪
を伝達する第２および第３の結合部材と、前記第
２の結合部材の他端と前記固定部材の第１の所定
箇所に一端を接続した第４の結合部材の他端とに
接続しており前記第２の結合部材から伝達される
前記寸法歪に応じて第１の角変位を生ずる第１の
可動部材と、前記第３の結合部材の他端と前記固
定部材の第２の所定箇所に一端を接続した第５の
結合部材の他端とに接続しており前記第３の結合
部材から伝達される前記寸法歪に応じて第２の角
変位を生ずる第２の可動部材と、前記第１の可動
部材の所定箇所に一端を接続した第６の結合部材
および前記第２の可動部材の所定箇所に一端を接
続した第７の結合部材のそれぞれの他端に接続し
ており前記第６および第７の結合部材を介して伝
達される前記第１および第２の角変位に応じて第
３の角変位を生ずる第３の可動部材とを備えてい
る。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図および第２図はそれぞれ本発明の第１の
実施例を示す斜視図および側面図である。第１図
において、圧電体４の下端は金属の固定部材２に
固定されており、圧電体４の上端には金属からな
る第１の結合部材１０が固着されている。第１の
結合部材１０と一体に設けられた第２および第３
の結合部材１２および１４は、それぞれ第１およ
び第２の可動部材１３および１５の下端に接続し
ている。第１の可動部材１３の下端は、第２の結
合部材１２から所定の間隔をおいて設けた第４の
結合部材１６を介して、固定部材２に接続してお
り、また第２の可動部材１５の下端は、第３の結
合部材１４から所定の間隔をおいて設けた第５の
結合部材１８を介して固定部材２に接続してい
る。第１および第２の可動部材１３および１４の
上端には、それぞれ金属板の第６および第７の結
合部材２０および２２の一端が固着されており、
また第６および第７の結合部材２０および２２の
他端はそれぞれ金属の第３の可動部材２１の所定
箇所に固着されている。圧電体４の両側面に設け
た電極５には導線６がそれぞれ接続されており、
導線６を介して駆動電圧を印加すると圧電体４に
機械的な歪を生ずる。

第２図において、圧電体４に歪を生じ矢印Ａで
示す方向に伸びると、伸びの歪は第１の結合部材
１０から第２および第３の結合部材１２および１
４を経てそれぞれ第１および第２の可動部材１３
および１５に伝達される。第１および第２の可動
部材１３および１５はそれぞれ第４および第５の
結合部材１６および１８を介して固定部材２に支
持されているので、圧電体４から伝達されてくる
歪を受けて第１および第２の可動部材１３および
１５には回転モーメントを生じ、それぞれの上端
において矢印ＢおよびＣの方向の変位を生ずる。
矢印ＢおよびＣの向きの変位は互いに逆向きであ
るから、第３の可動部材２１の下端部には第６お
よび第７の結合部材２０および２２を介して偶力
が作用し、第３の可動部材２１の上端には矢印Ｄ
の向きの変位を生ずる。

以上に説明した動作において、第１および第２
の可動部材１３および１５はそれぞれ第４および
第５の結合部材１６および１８を支持箇所とする
レバーの動作を行なつて矢印ＢおよびＣの向きの
偶力を発生させる。また第３の可動部材２１は第
６および第７の結合部材２０および２２を介して
矢印ＢおよびＣの向きの偶力を受けてレバーの動
作を行ない、矢印Ｄの向きの変位を生ずる。すな
わち、各可動部材とこれに変位を伝達するための
各結合部材とは、それぞれレバー手段を構成して
いる。

第３図ａ〜ｆは上記のレバー手段の構成例を示
す側面図である。同図ａ〜ｆのおのおのは、レバ
ー手段の一つの構成例を示す。例えば、同図ａに
おけるレバーＬを第２図における第１の可動部材
１３とし、同様に板状の結合片Ｐ（あるいはＱ）
を第４の結合部材１６とし且つ板状の結合片Ｑ
（あるいはＰ）を第２の結合部材１２として用い
れば、結合片Ｐが（あるいはＱ）レバーＬの支軸
となり、結合片Ｑ（あるいはＰ）に与えられる矢
印Ｅの向きの変位が、レバーＬの他端に矢印Ｆ
（あるいは破線矢印Ｇ）の向きの変位として伝達
される。第２および第３の可動部材１５および２
１をそれぞれ含むレバー手段も同様に構成でき
る。結合片ＰおよびＱが板状であるから、横振れ
が少ない安定な変位伝達が行なわれる。第３図ａ
〜ｆには結合片ＰおよびＱの板面が互いに平行な
場合あるいは直角をなす場合を示したが、両者の
板面が互いに斜交するような構成が可能なことは
明らかである。

第２図に示す機構においては、第１および第２
の可動部材１３および１５を含むレバー手段はい
ずれも第３図ｃの構成を適用したものであり、第
３の可動部材２１を含むレバー手段は第３図ｂの
構成を適用したものである。各レバー手段の構成
を第３図ａ〜ｆに示す構成のうちから一つずつ選
定してこれらを組合せた場合に組合せの数は非常
に多くなるから、すべての組合せを列挙するのは
省略してそのうちの２例を以下に示す。

第４図および第５図はそれぞれ本発明の第２お
よび第３の実施例を示す側面図である。図面間で
対照し易くするために、同じ機能をもつ部材には
形状が異なつていても第２図と同じ参照番号を付
けてある。第４図に示す機構における第１ないし
第３の可動部材１３，１５および２１をそれぞれ
含むレバー手段はいずれも第３図ａの構成を用い
たものである。また第５図の機構では、第１およ
び第３の可動部材１３および２１をそれぞれ含む
二つのレバー手段はそれぞれ第３図ａの構成を用
いたものであり、第２の可動部材１５を含むレバ
ー手段は第３図ｅの構成を用いたものである。す
なわち第４図において、第１の可動部材１３、第
２の結合部材１２、第４の結合部材１６はそれぞ
れ第３図ａの構成でのレバーＬ、結合片Ｑ、結合
片Ｐに対応し、第２の可動部材１５、第３の結合
部材１４、第５の結合部材１８はそれぞれ第３図
ａの構成でのレバーＬ、結合片Ｐ、結合片Ｑに対
応し、第３の可動部材２１、第６の結合部材２
０、第７の結合部材２２はそれぞれ第３図ａの構
成でのレバーＬ、結合片Ｐ、結合片Ｑに対応して
いる。また第５図において、第２の可動部材１
５、第３の結合部材１４、第５の結合部材１８は
それぞれ第３図ｅのレバーＬ、結合片Ｐ、結合片
Ｑに対応し、第１および第３の可動部材１３およ
び２１を含む各レバー手段は第４図の場合と同一
の構成である。第４図および第５図のいずれの場
合においても、圧電体４に歪を生じ矢印Ａで示す
方向に伸びると、伸びの歪は第１の結合部材１０
から第２および第３の結合部材１２および１４を
経てそれぞれ第１および第２の可動部材１３およ
び１５に伝達される。第１および第２の可動部材
１３および１５はそれぞれ第４および第５の結合
部材１６および１８を介して固定部材２に支持さ
れているので、圧電体４から伝達されてくる歪を
受けて第１および第２の可動部材１３および１５
には回転モーメントを生じ、それぞれの左端にお
いて矢印ＢおよびＣの方向の変位を生じる。矢印
ＢおよびＣの向きの変位は互いに逆向きであるか
ら、第３の可動部材２１の右端部には第６および
第７の結合部材２０および２２を介して偶力が作
用し、第３の可動部材２１の左端には矢印Ｄの向
きの変位を生ずる。またいずれの場合にも、固定
部材２とともに第１ないし第７の結合部材１０，
１２，１４，１６，１８，２０および２２と第１
ないし第３の可動部材１３，１５および２１とを
一体に形成して、ユニツトの組立工数を節減して
いる。更にいずれの場合にも、第２図の場合と同
様に、固定部材２をコの字形に形成して、固定部
材２を変形し難くし圧電体４の歪のエネルギーが
固定部材２を変形させるために消費されないよう
にしている。

第６図ａ〜ｃは各結合部の板状の部分の形成例
を示す斜視図である。第２図、第３図および第４
図に示すユニツトにおいて、第２ないし第７の結
合部材１２，１４，１６，１８，２０および２２
はいずれも板状に形成されており、圧電体４に生
ずる歪に応じて屈曲しながら第３の可動部材２１
に変位を伝達する。この屈曲のために消費される
エネルギーを更に減らすには、板厚を小さくすれ
ばよいが、板厚を小さくし過ぎると歪の伝達が行
われ難くなる。第６図ａ〜ｃには、この難点を解
決するための形成例を示す。同図ａおよびｂは、
それぞれ一方の板面および両方の板面に溝を設け
て板厚の小さな箇所を有するように形成したもの
を示す。同図ｃは、２枚の板の間に薄い板片を接
合して板厚の小さな箇所を設けたものを示す。こ
のように板厚の小さな箇所を設けることにより、
歪伝達の際の屈曲に消費されるエネルギーを少な
くし且つ良好な歪伝達動作を行なわせることがで
きる。

第７図ａおよびｂは本発明のユニツトに用いる
圧電体４の構成例を示す斜視図である。いずれも
圧電体４の内部に電極５１および５２をそれぞれ
複数個ずつ交互に平行に配置して設けてあり、電
極５１を１対の電極５の一方にまた電極５２を他
方に接続してある。同図ａは、ジルコン・チタン
酸鉛などの圧電材料を用いる場合を示す。電極５
１および５２の間に予め定めた方向、たとえば矢
印Ｊで示す方向の分極処理を施しておく。分極と
同じ方向（あるいは逆方向）の駆動電圧を電極５
を介して電極５１および５２の間に印加すれば、
圧電体４には矢印Ｔ（あるいはＳ）の向きの歪を
生ずる。従つて、駆動電圧の極性を選定すること
により、所望の向きの歪を発生させることができ
る。同図ｂはマンガン・ニオブ酸鉛などの電歪材
料を用いる場合を示し、この場合には電極５１お
よび５２の間に印加される駆動電圧の極性によら
ず矢印Ｔの向きの歪を生じ、ヒステリシスの少な
い動作を行なうという特長がある。第７図ａおよ
びｂに示すように複数の電極５１および５２を交
互に配置した多層電極を設けることにより、低い
駆動電圧で圧電体４に大きな歪を発生させること
ができる。

以上に説明したように、本発明には一つの圧電
体から偶力を発生でき従つて一つの圧電体を用い
て従来よりも大きな変位が得られ且つ小形な差動
型変位発生機構を実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図ａ〜ｃおよび第７図ａ，ｂは本
発明の実施例を示す斜視図、第２図、第３図ａ〜
ｆ、第４図および第５図は本発明の実施例を示す
側面図である。 ２……固定部材、４……圧電体、５，５１，５
２……電極、６……導線、１０……第１の結合部
材、１２……第２の結合部材、１３……第１の可
動部材、１４……第３の結合部材、１５……第２
の可動部材、１６……第４の結合部材、１８……
第５の結合部材、２０……第６の結合部材、２１
……第３の可動部材、２２……第７の結合部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極に印加される電圧に応じて寸法の歪を発
   生する圧電体と、該圧電体の一方の端部を固定し
   支持する固定部材と、前記圧電体の他方の端部に
   接続する第１の結合部材にそれぞれの一端が接続
   しており前記圧電体の前記寸法歪を伝達する第２
   および第３の結合部材と、前記第２の結合部材の
   他端と前記固定部材の第１の所定箇所に一端を接
   続した第４の結合部材の他端とに接続しており前
   記第２の結合部材から伝達される前記寸法歪に応
   じて第１の角変位を生ずる第１の可動部材と、前
   記第３の結合部材の他端と前記固定部材の第２の
   所定箇所に一端を接続した第５の結合部材の他端
   とに接続しており前記第３の結合部材から伝達さ
   れる前記寸法歪に応じて第２の角変位を生ずる第
   ２の可動部材と、前記第１の可動部材の所定箇所
   に一端を接続した第６の結合部材および前記第２
   の可動部材の所定箇所に一端を接続した第７の結
   合部材のそれぞれの他端に接続しており前記第６
   および第７の結合部材を介して伝達される前記第
   １および第２の角変位に応じて第３の角変位を生
   ずる第３の可動部材とを備えたことを特徴とする
   差動型変位発生機構。 ２ 前記第２および第４の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   圧電体の前記寸法歪が前記第２の結合部材の板面
   にほぼ沿つて前記第１の可動部材へ伝達されて前
   記第４の結合部材の前記固定部材に接続する端辺
   とほぼ平行な軸のまわりに回転モーメントを生ず
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の差動型
   変位発生機構。 ３ 前記第３および第５の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   圧電体の前記寸法歪が前記第３の結合部材の板面
   にほぼ沿つて前記第２の可動部材へ伝達されて前
   記第５の結合部材の前記固定部材に接続する端辺
   とほぼ平行な軸のまわりに回転モーメントを生ず
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の差動型
   変位発生機構。 ４ 前記第６および第７の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   第１および第２の角変位がそれぞれ前記第６およ
   び第７の結合部材の板面にほぼ沿つて前記第３の
   可動部材へ伝達されて前記第６および第７の結合
   部材の前記第３の可動部材に接続する端辺にほぼ
   平行な軸のまわりに回転モーメントを生ずるよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の差動型変位発
   生機構。 ５ 板状の第２ないし第７の結合部材は、板厚の
   異なる箇所を設けて形成された特許請求の範囲第
   ２ないし第４項のいずれかの項記載の差動型変位
   発生機構。 ６ 前記固定部材は、前記圧電体の一方の端部を
   固定する第１の取付部と、該第１の取付部と一体
   をなし前記圧電体の両側にそれぞれ並行して設け
   てあり各所定箇所に前記第４および第５の結合部
   材を接続する第２および第３の取付部とを有して
   コの字形に形成された特許請求の範囲第１項記載
   の差動型変位発生機構。 ７ 前記圧電体は、複数個の電極を内部に交互に
   予め定めた間隔でほぼ平行に設けた圧電材料から
   なる部分を有し、複数個の前記電極の間で予め定
   めた向きの分極処理を施した特許請求の範囲第１
   項記載の差動型変位発生機構。 ８ 前記圧電体は、複数個の電極を内部に交互に
   予め定めた間隔でほぼ平行に設けた電歪材料から
   なる部分を有する特許請求の範囲第１項記載の差
   動型変位発生機構。 ９ 前記第１ないし第７の結合部材と前記第１な
   いし第３の可動部材と前記固定部材とのうちの少
   なくともいずれか２つが一体をなして形成された
   特許請求の範囲第１項記載の差動型変位発生機
   構。