JPH06126577A - 変位発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位発生装置の構造を簡単化して加工コスト
を安価にすると共に、出力される変位のばらつきを小さ
くする。 【構成】 枠状をしたガイドブロック３内に圧電素子４
及び第１及び第２の可動ブロック２ａ，２ｂを納め、第
１の可動ブロック２ａが圧電素子４の伸縮方向に移動す
るようにする。第１及び第２の可動ブロック２ａ，ｂは
傾斜面６ａ，６ｂを滑動板５ｂを介して接触させ、第２
の可動ブロック２ｂが第１の可動ブロック２ａによって
第１の可動ブロック２ａの移動方向と直交する方向へ移
動させられるようにする。ガイドブロック３には、第２
の可動ブロック２ｂの前端面及び後端面と対向させてス
トッパー１０，１１を設けてあり、第２の可動ブロック
２ｂを最大変位時もしくは最小変位時にストッパー１
０，１１に当接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変位発生装置に関す
る。具体的にいうと、本発明は、圧電素子等のアクチュ
エータで発生した変位を変位拡大縮小機構で拡大もしく
は縮小して出力する変位発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の変位発生装置３１を示す正
面図である。従来の変位発生装置３１にあっては、変位
を出力させるためのレバー３２の基端部近傍を、薄肉ヒ
ンジバネ３３を介して略Ｌ型をしたベース３４と一体に
構成してあり、レバー３２の基端部とベース３４の端部
との間に圧電素子３５を挿入してある。

【０００３】しかして、圧電素子３５に電圧を印加して
圧電素子３５を伸張させると、レバー３２の基端部とベ
ース３４の端部間が押し広げられて薄肉ヒンジバネ３３
が弾性変形し、レバー３２の先端が変位する。このと
き、薄肉ヒンジバネ３３がレバー３２の基端部近傍に設
けられているので、圧電素子３５の伸縮量はレバー３２
の先端で拡大されて大きな変位となって出力される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
ように薄肉ヒンジバネ及びてこの原理を利用した変位発
生装置にあっては、ベース、薄肉ヒンジバネ及びレバー
からなる金属ブロックの形状が複雑となり、金属板から
切削加工等によって製作しようとすると、加工コストが
高くつくという問題があった。

【０００５】また、圧電素子でレバーの基端部を駆動
し、レバーの先端で所要の変位を得るため薄肉ヒンジバ
ネの厚みを薄くすると、薄肉ヒンジバネのバネ剛性が弱
くなり、レバーの作用点（先端）に外力が加わると、レ
バーの作用点が容易に動いてしまい、変位の出力部（レ
バーの先端）に加わる外力によってレバー先端の変位量
が変動するという問題があった。

【０００６】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、変位発生
装置の構造を簡単化して加工コストを安価にすると共
に、変位の出力部に外力が加わっても出力部の変位量が
変動しないようにし、加えて、出力される変位のばらつ
きを小さくすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の変位発生装置
は、伸縮可能なアクチュエータと、くさび状をした複数
個の可動ブロックによって構成された変位拡大縮小機構
とを備え、アクチュエータによって発生させられた変位
を前記変位拡大縮小機構によって拡大もしくは縮小して
出力するようにされ、前記変位拡大縮小機構を構成する
可動ブロックのうち出力端に位置する可動ブロックを最
小変位位置もしくは最大変位位置のうち少なくとも一方
の位置に位置決めするための位置決め部を備えたことを
特徴としている。

【０００８】また、この変位発生装置においては、前記
位置決め部による位置決め位置を圧電素子によって調整
可能としてもよい。

【０００９】また、前記可動ブロックの動きを滑らかに
するための滑動板を屈曲させておき、この滑動板を可動
ブロックに接して設けてもよい。

【００１０】

【作用】本発明の変位発生装置にあっては、アクチュエ
ータの伸縮によってくさび状をした可動ブロックを順次
移動させるものであり、各可動ブロック同志の移動量の
比（つまり、可動ブロックの傾斜面の傾斜角）を調整す
ることによって変位を順次拡大もしくは縮小させるもの
である。

【００１１】しかも、本発明の変位発生装置にあって
は、変位拡大縮小機構を構成する可動ブロックのうち出
力端に位置する可動ブロックを最小変位位置もしくは最
大変位位置のうち少なくとも一方の位置に位置決めする
ための位置決め部を備えているので、最小変位出力時も
しくは最大変位出力時には出力端の可動ブロックが位置
決め部に例えば当接して位置決めされ、原点出しされ
る。このため、変位発生装置を駆動しているうちに可動
ブロックに徐々に位置ずれが生じても、アクチュエータ
に最大出力信号や最小出力信号等を入力される度に位置
決め部によって最大変位位置や最小変位位置などの原点
位置（基準位置）に位置補正され、次回の変位出力時か
らは補正された原点位置を基準として変位を出力するこ
とができ、出力のバラツキを低減して出力される変位の
精度を向上させることができる。

【００１２】また、位置決め部による位置決め位置を圧
電素子によって調整可能とすれば、位置決め部による位
置決め位置（原点位置）を調整することもできる。

【００１３】また、可動ブロックの動きを滑らかにする
ための滑動板を屈曲させておけば、振動やショック等の
外乱を受けた時や可動ブロックのパルス的な応答があっ
た時などでも、可動ブロック同志にずれが発生するのを
防止することができる。さらに、可動ブロック同志等の
接触面積を大きくすることができるので、出力端に外力
が加わった場合にも可動ブロックが喰い込むことによっ
て出力変位が変化することを防止することができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例による変位発生装置
１の正面図であって、２個の可動ブロック２ａ，２ｂを
用いた実施例を示している。枠状もしくは箱状をしたガ
イドブロック３内には、圧電素子４と、２個の可動ブロ
ック２ａ，２ｂからなる変位拡大縮小機構２と、可動ブ
ロック２ａ，２ｂ間の摩擦係数を低減させるための滑動
板５ａ，５ｂ，５ｃが収納されている。

【００１５】変位拡大縮小機構２は、一般的にいうと、
複数個のくさび状をした可動ブロックに順次変位を伝え
るものであり、隣り合った可動ブロックは互いにほぼ直
角方向に変位するようにガイドもしくは位置規制されて
いる。また、隣接する可動ブロックは、直接または摩擦
軽減手段を介して各傾斜面同志を接触させており、この
傾斜面を介して互いに変位を伝達し合うものである。そ
して、隣り合った可動ブロックの変位量の比は、傾斜面
の傾斜角度によって決まるので、この傾斜角度を適当に
設計することにより、初めの変位を拡大もしくは縮小さ
せて出力させることができる。

【００１６】実施例に即して説明すると、第１の可動ブ
ロック２ａは、図１のＸ１／Ｘ２方向にスムーズに変位
するようガイドブロック３内に納められており、そのた
め可動ブロック２ａの側面とガイドブロック３の内面と
の間には滑動板５ａが挟み込まれている。第１の可動ブ
ロック２ａの端面とガイドブロック３の内面との間には
アクチュエータとして圧電素子４が挿入されており、圧
電素子４の伸縮によって可動ブロック２ａがＸ１／Ｘ２
方向に移動するよう構成されている。また、第２の可動
ブロック２ｂは、図１のＹ１／Ｙ２方向にスムーズに変
位するようガイドブロック３内に納められており、その
ため可動ブロック２ｂの端面とガイドブロック３の内面
との間にも滑動板５ｃが挟み込まれている。さらに、２
つの可動ブロック２ａ，２ｂは、互いの傾斜面６ａ，６
ｂを対向させるようにして隣接し、両傾斜面６ａ，６ｂ
の間には滑動板５ｂが介在させられている。

【００１７】図示されている滑動板５ａ，５ｂ，５ｃ
は、例えば図２に示す滑動板５ａのように、平形保持器
７の孔８内に針状ころ９を転動自在にはめ込み、複数個
の針状ころ９が一体となって転動するようにしたもので
ある。但し、滑動板は、これに限るものでなく、可動ブ
ロックを滑らかに動かすことができるものであれば良
く、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等
の摩擦係数の小さな樹脂シートなどであっても良い。

【００１８】また、ガイドブロック３には、第２の可動
ブロック２ｂの前端面及び後端面（Ｙ１／Ｙ２方向の端
面）に対向する位置においてそれぞれピン状をしたスト
ッパー１０，１１が挿通固定されており、ストッパー１
０，１１の先端は可動ブロック２ｂの端面と対向してい
る。前方のストッパー１０は、圧電素子４に一定の最大
駆動電圧を印加して第２の可動ブロック２ｂを最大変位
させたとき、先端が可動ブロック２ｂの前端面に当接す
る位置に設けてあり、可動ブロック２ｂがストッパー１
０に当接することにより可動ブロック２ｂが前側の原点
位置に位置決めされる。反対に、後方のストッパー１１
は、圧電素子４に一定の最低駆動電圧を印加して第２の
可動ブロック２ｂを最小変位させたとき、先端が可動ブ
ロック２ｂの後端面に当接する位置に設けてあり、可動
ブロック２ｂがストッパー１１に当接することにより可
動ブロック２ｂが後側の原点位置に位置決めされる。さ
らに、前方のストッパー１０の外周部に外挿されたスプ
リング１２は、ガイドブロック３の内面と第２の可動ブ
ロック２ｂの前端面とに圧縮状態で弾接しており、可動
ブロック２ｂはスプリング１２によって弾性的に押し戻
され、可動ブロック２ａ，２ｂのガタツキが除去されて
いる。

【００１９】しかして、例えば圧電素子４に電圧を印加
して電圧の大きさに応じて圧電素子４を伸張させると、
第１の可動ブロック２ａが圧電素子４に押されてＸ１方
向へ移動し（図１に２点鎖線で示す。）、第２の可動ブ
ロック２ｂは第１の可動ブロック２ａの傾斜面６ａによ
って押され、スプリング１２の弾性力に抗してＹ１方向
へ抜け出るように移動する（図１に２点鎖線で示
す。）。この時、傾斜面６ａ，６ｂの傾斜角をθとする
と、第１の可動ブロック２ａの変位量に対する第２の可
動ブロック２ｂの変位量の比はcotθで表されるから、
傾斜角θを小さくすることによって第２の可動ブロック
２ｂの変位量を大きくすることができる。また、逆に傾
斜角θを大きくすれば、第２の可動ブロック２ｂの変位
量を小さくすることも可能である。このとき、ガイドブ
ロック３と第２の可動ブロック２ｂとの間にはスプリン
グ１２を介在させて可動ブロック２ｂを押しているの
で、可動ブロック２ａ，２ｂのガタツキが除去され、可
動ブロック２ａ，２ｂ間や可動ブロック２ａと圧電素子
４との間に隙間が発生するのを防止することができ、出
力位置ないし第２の可動ブロック２ｂの変位量は圧電素
子４とスプリング１２の力の釣合によって決定される。

【００２０】また、圧電素子４を収縮させると、スプリ
ング１２の弾性力によって第２の可動ブロック２ｂがＹ
２方向に後退し、これによって第１の可動ブロック２ａ
がＸ２方向に押し戻される。

【００２１】したがって、この第２の可動ブロック２ｂ
と一体となった出力軸１３を例えばガイドブロック３に
あけた通孔（図示せず）やストッパー１０又は１１に開
口した貫通孔（図示せず）等を通して外部に突出させれ
ば、第２の可動ブロック２ｂの変位を出力させることが
でき、圧電素子４によって発生させられた第１の可動ブ
ロック２ａの変位を拡大もしくは縮小して出力できる。

【００２２】また、圧電素子４に最大駆動電圧を印加
し、第２の可動ブロック２ｂの変位量を最大としたと
き、可動ブロック２ｂの前端面がストッパー１０の先端
に当接するので、第２の可動ブロック２ｂが一定の前側
原点位置に位置決めされる。逆に、圧電素子４に最小駆
動電圧を印加し、第２の可動ブロック２ｂの変位量を最
小としたとき、可動ブロック２ｂの後端面がストッパー
１１の先端に当接するので、第２の可動ブロック２ｂが
一定の後側原点位置に位置決めされる。このような構造
の変位発生装置にあっては、可動ブロック２ａ，２ｂ同
士などは機械的に連結されている訳ではないので、圧電
素子４を駆動して可動ブロック２ａ，２ｂを変位させて
いると、実際には可動ブロック２ａ，２ｂ同士やガイド
ブロック３との摩擦力、加工精度や圧電素子４の特性の
バラツキ、振動や衝撃等の外乱などの原因により、第２
の可動ブロック２ｂの位置にずれやバラツキ等が生じ、
圧電素子４の駆動電圧と第２の可動ブロック２ｂによる
変位出力値との関係が狂ってくる。ところが、本変位発
生装置１では、圧電素子４に最大もしくは最低駆動電圧
を印加する度に常に第２の可動ブロック２ｂが一定の原
点位置に位置決めされ、それ以後は当該補正された原点
を基準にして変位が出力されるので、出力される変位を
絶えず補正して高精度の変位値を出力することができ
る。しかも、第２の可動ブロック２ｂに当接させるスト
ッパー１０，１１を設けるだけでよいので、構造が簡単
で、コストも安価にでき、装置が大型化することもな
い。さらに、出力値補正のための制御に時間を要するこ
とがなく、直ちに補正することができる。

【００２３】図３は、本発明の別な実施例による変位発
生装置１４を示す正面図である。この変位発生装置１４
にあっては、ストッパー１０，１１をそれぞれ原点位置
調整用圧電素子によって構成している。スプリング１２
を外挿されたストッパー１０は基端をガイドブロック３
の内周面に固定されており、先端を第２の可動ブロック
２ｂの前端面に対向させている。他方のストッパー１１
はガイドブロック３の内面の凹部１５内に基端を固定さ
れており、先端を第２の可動ブロック２ｂの後端面に対
向させている。これらのストッパー１０，１１は原点位
置調整用圧電素子によって構成されているので、印加さ
れる電圧に応じた伸びを生じる。従って、電圧を印加さ
せてストッパー１０，１１を伸張させることにより各ス
トッパー１０，１１が第２の可動ブロック２ｂと当接し
て位置決めする位置、すなわち原点位置を調整すること
ができる。

【００２４】なお、図１の実施例では、可動ブロックの
前方と後方にそれぞれ位置決め部となるストッパーを設
けているが、いずれか一方のみでもよいのはもちろんで
ある。また、ボルト状のストッパーをガイドブロックに
螺合させておき、ストッパーを回すことによって原点位
置を調整できるようにしてもよい。また、図３の実施例
では、両ストッパーを圧電素子によって形成している
が、一方のストッパーのみを圧電素子で構成してもよ
い。

【００２５】図４は本発明のさらに別な実施例による変
位発生装置１６を示す正面図、図５は図４のＸ−Ｘ線断
面図である。この実施例にあっては、図５に示すよう
に、可動ブロック２ａの側面を山形に突出させて山形凸
部１７ａを形成すると共に対応するガイドブロック３の
内面をＶ溝状に凹設してＶ溝１８ａを形成し、この山形
凸部１７とＶ溝１８との間にＶ形に屈曲された滑動板１
９ａを挟み込んでいる。また、可動ブロック２ｂの端面
も山形に突出させて山形凸部１７ｃを形成すると共に対
応するガイドブロック３の内面をＶ溝状に凹設してＶ溝
１８ｃを形成し、その間にＶ形に屈曲された滑動板１９
ｃを挟み込んでいる。さらに、２つの可動ブロック２
ａ，２ｂのうち一方の傾斜面を山形に突出させて山形凸
部１７ｂとし、他方の傾斜面をＶ溝状に凹設してＶ溝１
８ｂとし、山形凸部１７ｂとＶ溝１８ｂの間にＶ形をし
た滑動板１９ｂを介在させている。

【００２６】図示されている滑動板１９ａ，１９ｂ，１
９ｃは、図６に示す滑動板１９ａのように、Ｖ形に折曲
されたＶ形保持器２０の平面部分にそれぞれ孔２１を開
口し、各孔２１内に針状ころ９を転動自在にはめ込み、
複数個の針状ころ９が一体となって転動するようにした
ものである。

【００２７】しかして、このようなＶ形の滑動板１９
ａ，１９ｂ，１９ｃを用いれば、可動ブロック２ａ，２
ｂ同志や可動ブロック２ａ，２ｂとガイドブロック３と
の接触面積を大きくすることができるので、出力端に外
力が加わった場合にも可動ブロック２ａ，２ｂが喰い込
むことによって出力変位が変化することを防止すること
ができる。また、振動やショック等の外乱を受けた時や
可動ブロック２ａ，２ｂのパルス的な応答があった時な
どでも、滑動板１９ａ，１９ｂ，１９ｃは横方向には動
かないので、可動ブロック２ａ，２ｂを１方向に拘束す
ることができ、可動ブロック２ａ，２ｂ同志にずれが発
生するのを防止することができる。

【００２８】なお、この実施例では、滑動板をＶ字状に
折曲しているが、これに限るものでなく、Ｎ字状やＷ字
状、あるいは円弧状などに屈曲させておいてもよい。も
っともその場合には可動ブロックやガイドブロックの内
面も滑動板の屈曲形状に合わせて加工しておく必要があ
る。また、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）等の摩擦係数の小さな樹脂シートなどを屈曲させた
ものであっても良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、アクチュエータで発生
した変位を拡大もしくは縮小させて出力する変位発生装
置の構造を簡単にすることができ、加工及び製造コスト
を安価にすることができる。また、くさび機構を用いて
変位拡大機構を構成しているので、従来例のようにバネ
要素を用いた変位発生装置のように外力による影響を受
けることがなく、アクチュエータの一定の伸縮量に対し
て一定の変位量を出力させることができ、変位発生装置
の信頼性を高めることができる。

【００３０】しかも、出力端の可動ブロックを位置決め
するための位置決め部を設けているので、可動ブロック
が位置決め部に当接する度に可動ブロックが原点位置に
強制的に位置決めされ、その後、位置決めされた原点位
置を基準にして可動ブロックが変位することになり、出
力される変位値の精度を向上させることができる。従っ
て、構造が簡略で、コストが安価な手段によって変位値
のバラツキを小さくすることができ、変位発生装置を大
型化することがなく、原点出し速度も速いという利点が
ある。また、位置決め部を圧電素子によって形成すれ
ば、位置決め部を伸張させることによって位置決め位置
を変化させることができるので、原点位置を調整するこ
とができる。

【００３１】また、可動ブロックの動きを滑らかにする
ための滑動板を屈曲させておけば、振動やショック等の
外乱を受けた時や可動ブロックのパルス的な応答があっ
た時などでも、可動ブロック同志にずれが発生するのを
防止することができる。さらに、可動ブロック同志等の
接触面積を大きくすることができるので、出力端に外力
が加わった場合にも可動ブロックが喰い込むことによっ
て出力変位が変化することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による変位発生装置を示す正
面図である。

【図２】同上の実施例で用いられている平形保持器付き
の針状ころを示す平面図である。

【図３】本発明の別な実施例による変位発生装置を示す
正面図である。

【図４】本発明のさらに別な実施例による変位発生装置
を示す正面図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は同上の滑動板を示す正面図及び
平面図である。

【図７】従来例の変位発生装置を示す正面図である。

【符号の説明】

２ 変位拡大縮小機構 ２ａ，２ｂ 可動ブロック ３ ガイドブロック ４ 圧電素子 ５ａ，５ｂ，５ｃ 滑動板 １０，１１ ストッパー １２ スプリング １９ａ，１９ｂ，１９ｃ 滑動板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ４１Ｆ 31/04 7119−2Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伸縮可能なアクチュエータと、くさび状
   をした複数個の可動ブロックによって構成された変位拡
   大縮小機構とを備え、アクチュエータによって発生させ
   られた変位を前記変位拡大縮小機構によって拡大もしく
   は縮小して出力するようにされ、前記変位拡大縮小機構
   を構成する可動ブロックのうち出力端に位置する可動ブ
   ロックを最小変位位置もしくは最大変位位置のうち少な
   くとも一方の位置に位置決めするための位置決め部を備
   えた変位発生装置。
2. 【請求項２】 圧電素子を用いて前記位置決め部を構成
   することにより、前記位置決め部による位置決め位置を
   調整可能とした請求項１に記載の変位発生装置。
3. 【請求項３】 前記可動ブロックの動きを滑らかにする
   ための滑動板を屈曲させ、この滑動板を可動ブロックに
   接して設けたことを特徴とする請求項１に記載の変位発
   生装置。