JPH02119277A - 圧電素子変位増幅機構 - Google Patents
圧電素子変位増幅機構Info
- Publication number
- JPH02119277A JPH02119277A JP63273620A JP27362088A JPH02119277A JP H02119277 A JPH02119277 A JP H02119277A JP 63273620 A JP63273620 A JP 63273620A JP 27362088 A JP27362088 A JP 27362088A JP H02119277 A JPH02119277 A JP H02119277A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- lever arm
- hinge
- lever arms
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003321 amplification Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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〕
本発明は圧電素子を駆動源として変位増幅を行なう圧電
素子増幅機構に関する。
素子増幅機構に関する。
従来、この種の圧電素子変位増幅機構は、第５図に示す
ように圧電素子１３の両端が第２のヒンジ１４．．１４
２によってそれぞれレバーアーム１５、．１５２の一方
の端部に接続され、レバーアーム１５１，１５２は支点
を第１のヒンジ１６１’、 １ ｅ２によって基板１
７に接続され、レバーアーム”５ｔ、＋ １５２の他
方の端部によって挟まれるように変位伝達手段としての
座屈ばね１８が支持されていて、第２のヒンジ１４Ｌと
レバーアーム１５１の接続部と第２のヒンジ１４２とレ
バーアーム１５２の接続部の距離が第１のヒンジ１６１
とレバーアーム１５□の接続部と第１のヒンジトロ２と
レノＳ−アーム１５２の接続部の距離と同等になるよう
に構成されていた。
ように圧電素子１３の両端が第２のヒンジ１４．．１４
２によってそれぞれレバーアーム１５、．１５２の一方
の端部に接続され、レバーアーム１５１，１５２は支点
を第１のヒンジ１６１’、 １ ｅ２によって基板１
７に接続され、レバーアーム”５ｔ、＋ １５２の他
方の端部によって挟まれるように変位伝達手段としての
座屈ばね１８が支持されていて、第２のヒンジ１４Ｌと
レバーアーム１５１の接続部と第２のヒンジ１４２とレ
バーアーム１５２の接続部の距離が第１のヒンジ１６１
とレバーアーム１５□の接続部と第１のヒンジトロ２と
レノＳ−アーム１５２の接続部の距離と同等になるよう
に構成されていた。
第３図は第５図の圧電素子変位増幅機構を梁要素で示し
たものである。
たものである。
レバーアーム１５□、１５２と第２のヒンジ１４、、ｊ
４．の接続部を９１．９．、レバーアーム１５．．１５
□と第１のヒンジ１”６１゜１６２の接続部を１０１，
１０２、そしてレバーアーム１５．．１５２と座屈ばね
１８の接続部を１１１，１１２とし、接続部９１〜１０
１〜１１１．９２〜ｌＯ２〜ｌ１２をそれぞれ結んでつ
くる角度を１２．．１２２とすると、接続部９、．９２
の間の距離と接続部１０１とｌｏ２の間の距離が等しく
なっている。
４．の接続部を９１．９．、レバーアーム１５．．１５
□と第１のヒンジ１”６１゜１６２の接続部を１０１，
１０２、そしてレバーアーム１５．．１５２と座屈ばね
１８の接続部を１１１，１１２とし、接続部９１〜１０
１〜１１１．９２〜ｌＯ２〜ｌ１２をそれぞれ結んでつ
くる角度を１２．．１２２とすると、接続部９、．９２
の間の距離と接続部１０１とｌｏ２の間の距離が等しく
なっている。
この従来の圧電素子変位増幅機構として、接続部９１と
９２、接続部１０１と１０２の間の距離が１３ｍｍ、レ
バーアーム１５□、１５２の長さが２８ｍｍで、１５０
ｖ（ボルト）の電圧を印加すると２１ ｋｇｆの力を発
生する圧電素子を組み込んで製作したところ、座屈ばね
１８の中央で変位２３０μｍ、発生力２５０ｇｆの出力
性能が得られ、エネルギ変換効率は３４％にすぎなかっ
た。
９２、接続部１０１と１０２の間の距離が１３ｍｍ、レ
バーアーム１５□、１５２の長さが２８ｍｍで、１５０
ｖ（ボルト）の電圧を印加すると２１ ｋｇｆの力を発
生する圧電素子を組み込んで製作したところ、座屈ばね
１８の中央で変位２３０μｍ、発生力２５０ｇｆの出力
性能が得られ、エネルギ変換効率は３４％にすぎなかっ
た。
（発明が解決しようとする課題ｊ
上述した従来の圧電素子変位増幅機構は、第２のヒンジ
１４１とレバーアーム１５□の接続部と第２のヒンジ１
４２とレバーアーム１５２の接続部の距離が第１のヒン
ジ１６１とレバーアーム１５、の接続部と第１のヒンジ
１６２とレバーアーム１５２の接続部の距離と同等にな
るような構成となっているので、圧電素子変位増幅機構
を設計する際、前記のそれぞれの距離が制限されてしま
ってエネルギ変換効率の良い最適設計を行なう時の支障
になるという欠点がある。
１４１とレバーアーム１５□の接続部と第２のヒンジ１
４２とレバーアーム１５２の接続部の距離が第１のヒン
ジ１６１とレバーアーム１５、の接続部と第１のヒンジ
１６２とレバーアーム１５２の接続部の距離と同等にな
るような構成となっているので、圧電素子変位増幅機構
を設計する際、前記のそれぞれの距離が制限されてしま
ってエネルギ変換効率の良い最適設計を行なう時の支障
になるという欠点がある。
本発明の圧電素子変位増幅機構は、基板の両側面に中間
部が第１のヒンジで接続された２本のレバーアームの一
端に圧電素子がそれぞれ第２のヒンジで接続され、該２
本のレバーアームの他端に座屈ばねが保持され、圧電素
子の変位を前記レバーアームによって拡大伝達し、前記
座屈ばねの中央で座屈ばねの軸方向に垂直な方向に増幅
出力する圧電素子変位増幅機構において、前記レバーア
ームと圧電素子を接続する第２のヒンジのレバーアーム
側の接続部間の距離よりも、前記レバーアームと基板を
接続する第１のヒンジのレバーアーム側の接続部間の距
離の方が短かくなっている構造を有している。
部が第１のヒンジで接続された２本のレバーアームの一
端に圧電素子がそれぞれ第２のヒンジで接続され、該２
本のレバーアームの他端に座屈ばねが保持され、圧電素
子の変位を前記レバーアームによって拡大伝達し、前記
座屈ばねの中央で座屈ばねの軸方向に垂直な方向に増幅
出力する圧電素子変位増幅機構において、前記レバーア
ームと圧電素子を接続する第２のヒンジのレバーアーム
側の接続部間の距離よりも、前記レバーアームと基板を
接続する第１のヒンジのレバーアーム側の接続部間の距
離の方が短かくなっている構造を有している。
圧電素子の変位をレバーアームに伝える第２のヒンジと
基板とレバーアームを接続してテコの支点の役割をする
第１のヒンジの間隔が広がって、支点を中心にレバーア
ームが回転しやすくなること、支点になる第１のヒンジ
が伸びて支点が移動することがなくなること、そして支
点付近のレバーアームの幅が広くなって剛性が大きくな
り、レバーアームでのエネルギーロスが減少することに
より、エネルギ変換効率が大幅に向上する。
基板とレバーアームを接続してテコの支点の役割をする
第１のヒンジの間隔が広がって、支点を中心にレバーア
ームが回転しやすくなること、支点になる第１のヒンジ
が伸びて支点が移動することがなくなること、そして支
点付近のレバーアームの幅が広くなって剛性が大きくな
り、レバーアームでのエネルギーロスが減少することに
より、エネルギ変換効率が大幅に向上する。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明の圧電素子変位増幅機構の第１の実施例
を示す正面図である。
を示す正面図である。
一対のレバーアーム１１．１２が第１のヒンジ２１．２
２を介して基板３の対向する側面に固着され、さらにこ
のレバーアーム１．．１２には圧電素子４の両端面が第
２のヒンジ５．．５２を介して固着されている。レバー
アーム１．．１２の他端には、わずかに湾曲した座屈ば
ね６が支持されている。これらのレバーアーム１１．１
２、第１のヒンジ２１，２２．第２のヒンジ５１゜５２
、基板３は、４２Ｎ １−Ｆｅ合金材をプレス打ち抜き
法、ワイヤーカット法で製作し、座屈ばね６はステンレ
スのばね薄板を加工して製作した。また、圧電素子４は
、第２のヒンジ５．。
２を介して基板３の対向する側面に固着され、さらにこ
のレバーアーム１．．１２には圧電素子４の両端面が第
２のヒンジ５．．５２を介して固着されている。レバー
アーム１．．１２の他端には、わずかに湾曲した座屈ば
ね６が支持されている。これらのレバーアーム１１．１
２、第１のヒンジ２１，２２．第２のヒンジ５１゜５２
、基板３は、４２Ｎ １−Ｆｅ合金材をプレス打ち抜き
法、ワイヤーカット法で製作し、座屈ばね６はステンレ
スのばね薄板を加工して製作した。また、圧電素子４は
、第２のヒンジ５．。
５２と熱硬化性樹脂で接続され、レバーアーム１、．１
２と座屈ばね６はアルミリベットを用いたカシメで接続
されている。
２と座屈ばね６はアルミリベットを用いたカシメで接続
されている。
この圧電素子４に電圧を印加することにより、圧電素子
４の変位７は第２のヒンジ５１，５２を介して各レバー
アームｌ、、１２に伝えられ、第１のヒンジ２１，２□
を支点としてテコの原理でレバーアーム１．．１２の他
端で変位が拡大される。さらに、レバーアーム１１．１
２に挟まれた座屈ばね６の両端にはその軸方向に変位が
伝えられ、座屈ばね６は座屈によって両端に伝えられた
変位に対し直角方向に変形し、座屈ばね６の中央部に最
大変位８を生ずる。その後、印加電圧を零ボルトに戻す
と圧電素子１の歪は原点に復帰し、これに従って座屈ば
ね６の変位も復帰する。
４の変位７は第２のヒンジ５１，５２を介して各レバー
アームｌ、、１２に伝えられ、第１のヒンジ２１，２□
を支点としてテコの原理でレバーアーム１．．１２の他
端で変位が拡大される。さらに、レバーアーム１１．１
２に挟まれた座屈ばね６の両端にはその軸方向に変位が
伝えられ、座屈ばね６は座屈によって両端に伝えられた
変位に対し直角方向に変形し、座屈ばね６の中央部に最
大変位８を生ずる。その後、印加電圧を零ボルトに戻す
と圧電素子１の歪は原点に復帰し、これに従って座屈ば
ね６の変位も復帰する。
第２図は、第１図の圧電素子変位増幅機構を梁要素で示
したものである。
したものである。
レバーアーム１１．１２と第２のヒンジ５□。
５２の接続部を９□、９２、レバーアーム１１゜１□と
第１のヒンジ２１，２２の接続部を１０＋、１０２．そ
してレバーアーム１１．１２と座屈ばね６の接続部を１
１１１１２とし、接続部９□〜１０１〜１１１．９２〜
１０２〜１１□をそれぞれ結んでつくる角度を１２．．
１２２とする。そこで、第２図のように接続部１０．と
１０２の間の距離を変更してエネルギ変換効率が良くな
るように圧電素子変位増幅機構の設計を見直したところ
、エネルギ変換効率が良くなるのは第２図のようにした
時で、接続部９１と９２の間の距離が１３ｍｍ、接続部
１０．と１０２の間の距離が１１ｍｍで角度１２１，１
２２は１２０”（度）であった。
第１のヒンジ２１，２２の接続部を１０＋、１０２．そ
してレバーアーム１１．１２と座屈ばね６の接続部を１
１１１１２とし、接続部９□〜１０１〜１１１．９２〜
１０２〜１１□をそれぞれ結んでつくる角度を１２．．
１２２とする。そこで、第２図のように接続部１０．と
１０２の間の距離を変更してエネルギ変換効率が良くな
るように圧電素子変位増幅機構の設計を見直したところ
、エネルギ変換効率が良くなるのは第２図のようにした
時で、接続部９１と９２の間の距離が１３ｍｍ、接続部
１０．と１０２の間の距離が１１ｍｍで角度１２１，１
２２は１２０”（度）であった。
第１図の圧電素子変位増幅機構にも前記の１５０ｖ（ボ
ルト）の電圧を印加すると２１ｋｇｆの力を発生する圧
電素子を組み込んで製作したところ、座屈ばね６の中央
で変位３２０μｍ、発生力２６０ｇｆの出力性能が得ら
れ、エネルギ変換効率は５１％になり、従来例の３４％
に比べて１７％向上した。圧電素子４の変位７をレバー
アーム１１．１２に伝える第２のヒンジ５．．５２と、
基板３とレバーアーム１．．１２を接続してテコの支点
の役割りをする第１のヒンジ２１．２２の間隔が広がっ
て、支点を中心にレバーアーム１１．１２が回転しやす
くなった。また、従来の圧電素子変位増幅機構のような
圧電素子が変位すると支点になる第１のヒンジ２１，２
２が伸びてしまって支点が移動してしまうということが
無くなった。そして支点付近のレバーアーム１、。
ルト）の電圧を印加すると２１ｋｇｆの力を発生する圧
電素子を組み込んで製作したところ、座屈ばね６の中央
で変位３２０μｍ、発生力２６０ｇｆの出力性能が得ら
れ、エネルギ変換効率は５１％になり、従来例の３４％
に比べて１７％向上した。圧電素子４の変位７をレバー
アーム１１．１２に伝える第２のヒンジ５．．５２と、
基板３とレバーアーム１．．１２を接続してテコの支点
の役割りをする第１のヒンジ２１．２２の間隔が広がっ
て、支点を中心にレバーアーム１１．１２が回転しやす
くなった。また、従来の圧電素子変位増幅機構のような
圧電素子が変位すると支点になる第１のヒンジ２１，２
２が伸びてしまって支点が移動してしまうということが
無くなった。そして支点付近のレバーアーム１、。
１２の幅が広くなって剛性が大きくなり、レバーアーム
１□、１２でのエネルギーロスが減少した。以上のこと
がエネルギ変換効率を大幅に向上させた。
１□、１２でのエネルギーロスが減少した。以上のこと
がエネルギ変換効率を大幅に向上させた。
第４図は本発明の第２の実施例の正面図である。
本実施例は、座屈ばね６の向きを９０° （度）変えて
レバーアーム１．．１．にアルミリベットで接続してあ
り、座屈ばね６の動く方向が第１の実施例と変わった以
外、他の動作機構は同じである。
レバーアーム１．．１．にアルミリベットで接続してあ
り、座屈ばね６の動く方向が第１の実施例と変わった以
外、他の動作機構は同じである。
第２の実施例においても第１の実施例と同様にエネルギ
変換効率は５０％になった。
変換効率は５０％になった。
［発明の効果］
以上説明したように本発明は、レバーアームと圧電素子
を接続する第２のヒンジのレバーアーム側の接続部間の
距離よりも、前記レバーアームと基板を接続する第１の
ヒンジのレバーアーム側の接続部間の距離の方を短かく
することにより、エネルギ変換効率を約５０％にできる
効果がある。
を接続する第２のヒンジのレバーアーム側の接続部間の
距離よりも、前記レバーアームと基板を接続する第１の
ヒンジのレバーアーム側の接続部間の距離の方を短かく
することにより、エネルギ変換効率を約５０％にできる
効果がある。
第１図は本発明の圧電素子変位増幅機構の第１の実施例
の正面図、第２図は第１の実施例の圧電素子変位増幅機
構を梁要素で表したモデル図、第３図は第５図の従来の
圧電素子変位増幅機構を梁要素で表したモデル図、第４
図は本発明の第２の実施例の正面図、第５図は従来の圧
電素子変位増幅機構の正面図である。 １、 、 １． 、１５１．１５２・・・・・・レバー
アーム、２□、 ２２．１＆、 、 １６□・・・・・
・第１のヒンジ、５□、 ５２．１４□、１４２・・・
・・・第２のヒンジ、３．１７・・・・・・・・・基板
、 ４．１３・・・・・・・・・圧電素子、６．１８・・・
・・・・・・座屈ばね、７・・・・・・・・・・・・・
・・圧電素子４の変位、８・・・・・・・・・・・・・
・・座屈ばね６の変位、９、．９．・・・第２のヒンジ
とレバーアームの接続部、 １０、 、１０２・・・第１のヒンジとレバーアームの
接続部、 ＩＬｌ、 １１２・・・レバーアームと座屈ばねの接続
部１２１ 、１２２・・・接続部９．１０．１１がつく
る角度。 第 図 第 図 第 図
の正面図、第２図は第１の実施例の圧電素子変位増幅機
構を梁要素で表したモデル図、第３図は第５図の従来の
圧電素子変位増幅機構を梁要素で表したモデル図、第４
図は本発明の第２の実施例の正面図、第５図は従来の圧
電素子変位増幅機構の正面図である。 １、 、 １． 、１５１．１５２・・・・・・レバー
アーム、２□、 ２２．１＆、 、 １６□・・・・・
・第１のヒンジ、５□、 ５２．１４□、１４２・・・
・・・第２のヒンジ、３．１７・・・・・・・・・基板
、 ４．１３・・・・・・・・・圧電素子、６．１８・・・
・・・・・・座屈ばね、７・・・・・・・・・・・・・
・・圧電素子４の変位、８・・・・・・・・・・・・・
・・座屈ばね６の変位、９、．９．・・・第２のヒンジ
とレバーアームの接続部、 １０、 、１０２・・・第１のヒンジとレバーアームの
接続部、 ＩＬｌ、 １１２・・・レバーアームと座屈ばねの接続
部１２１ 、１２２・・・接続部９．１０．１１がつく
る角度。 第 図 第 図 第 図
Claims (1)
- １．基板の両側面に中間部が第１のヒンジで接続された
２本のレバーアームの一端に圧電素子がそれぞれ第２の
ヒンジで接続され、該２本のレバーアームの他端に座屈
ばねが保持され、圧電素子の変位を前記レバーアームに
よって拡大伝達し、前記座屈ばねの中央で座屈ばねの軸
方向に垂直な方向に増幅出力する圧電素子変位増幅機構
において、前記レバーアームと圧電素子を接続する第２
のヒンジのレバーアーム側の接続部間の距離よりも、前
記レバーアームと基板を接続する第１のヒンジのレバー
アーム側の接続部間の距離の方が短かいことを特徴とす
る圧電素子変位増幅機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273620A JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273620A JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119277A true JPH02119277A (ja) | 1990-05-07 |
| JPH0748573B2 JPH0748573B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=17530260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273620A Expired - Lifetime JPH0748573B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | 圧電素子変位増幅機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748573B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04365384A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-17 | Nec Corp | 機械的増幅機構 |
| US7652409B2 (en) | 2004-02-20 | 2010-01-26 | Thorlabs, Inc. | Positioner device |
| CN115059724A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-16 | 湖南大学 | 一种圆盘式力放大机构的主动磨片阻尼器 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63273620A patent/JPH0748573B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04365384A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-17 | Nec Corp | 機械的増幅機構 |
| US7652409B2 (en) | 2004-02-20 | 2010-01-26 | Thorlabs, Inc. | Positioner device |
| CN115059724A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-16 | 湖南大学 | 一种圆盘式力放大机构的主动磨片阻尼器 |
| CN115059724B (zh) * | 2022-06-15 | 2024-05-24 | 湖南大学 | 一种圆盘式力放大机构的主动磨片阻尼器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0748573B2 (ja) | 1995-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4976553A (en) | Very small displacement enlargement mechanism and printing head using the same | |
| JPH0150192B2 (ja) | ||
| US5191252A (en) | Displacement amplification mechanism using piezoelectric element | |
| CN106782674B (zh) | 一种微位移放大器及纳米定位装置 | |
| JPH02119277A (ja) | 圧電素子変位増幅機構 | |
| CN207522638U (zh) | 一种增益随输入力增大的紧凑型柔顺正交位移放大机构 | |
| JPH05305574A (ja) | 圧電クランプ機構 | |
| JPH0416892Y2 (ja) | ||
| JP2524061Y2 (ja) | 圧電素子変位機械的増幅機構 | |
| JPH0243079Y2 (ja) | ||
| JPS58213484A (ja) | 差動型変位発生機構 | |
| JPH08150569A (ja) | 圧電クランプ機構 | |
| JP2685025B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP3045064B2 (ja) | 角度変位機構 | |
| JPH0616758Y2 (ja) | 印字ハンマ | |
| JPH0443792Y2 (ja) | ||
| JPH045328Y2 (ja) | ||
| JPS6347006Y2 (ja) | ||
| JPS63218370A (ja) | 印字ハンマ | |
| JPH0450195B2 (ja) | ||
| JPH01160651A (ja) | 変位拡大機構 | |
| JP2897315B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPS63218369A (ja) | 印字ハンマ | |
| JPH0438177A (ja) | 圧電アクチユエータ | |
| JPH0537489Y2 (ja) |