JPS59178986A - 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】 本発明は圧電もしくは電歪素子を用いた機械的増幅機構
に関するものである。

従来より電気・機械変換装置として電磁式のものが、大
きなストロークが得られるだめ広く使用されているが、
コイルに電流を流すだめコイルの発熱は避けられず、エ
ネルギ変換効率が悪く、さらには高速化においても問題
点となっている。

そこで近年、エネルギ変換効率がよく低電力・低発熱で
かつ高速駆動できる圧電もしくは電歪素子を用いた装置
が考えられてきているが、圧電もしくは電歪素子に電圧
を印加しだ時化じる変位は十数μｍと微小なため、その
微小変位を効率よく拡大する機械的増幅機構が必要であ
る。

従来の圧電もしくは電歪素子を用いた機械的増幅機構の
一実施例として第１図に示す印字機構がある。第１図（
ａ）は圧電もしくは電歪素子１に電圧を印加していない
状態を示し、圧電もしくは電歪素子１に電圧を印加する
と第１図（ｂ）に示すように圧電もしくは電歪素子１は
伸び、接続部２および３とアーム４よシなるレバー機構
により圧電もしくは電歪素子１の微小変位は拡大され、
アーム４の先端に取り付けられたワイヤ５によってドツ
トを衝撃印字することができる。第１図（ａ）に示すよ
うに、接続部２と接続部３との距離をＡＩ＋接続部３と
ワイヤ５との距離を１２とするとこの場合の機械的増幅
率は近似的にＡ！ｚ　／１．となる。圧電もしくは電歪
素子１の変位を１０μ＋］］、ワイヤ５のストロークを
１咽とした場合機械的増幅率は１００倍必要になる。つ
まり、１３＠＝２ｍｍとするとＩｔ”２００畷と大型に
なり、高速化が難しいという欠点があった。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめた
、小型・軽量・低電力・低発熱で高速な機械的増幅機構
を提供することにある。

本発明によれば、圧電もしくは電歪素子の伸縮方向の一
端に第１のヒンジを介して第１のアームを接続し、前記
圧電もしくは電歪素子の伸縮方向の他端に第２のとンジ
を介して第２のアームを接続し、固定部材と前記第１の
アームを第３のヒンジを介して接続し、前記固定部材と
前記第２のアームを第４のヒンジを介して接続し、第５
のヒンジの一端を前記第５のヒンジと前記第３のヒンジ
の距離が前記第１のヒンジと前記第３のヒンジの距離よ
りも大きくなるように前記第１のアームに接続し、第６
のヒンジの一端を前記第６のヒンジと前記第４のヒンジ
の距離が前記第２のヒンジと前記第４のヒンジの距離よ
りも大きくなるように前記第２のアームに接続し、第３
のアームに前記第５のヒンジの他端と前記第６のヒンジ
の他端を回転力が加わるように接続し、前記第３のアー
ムに作用素子を前記作用素子と前記第３のアームの回転
中心の距離が前記第５のヒンジと前記第６のヒンジの距
離よりも大きくなるように接続してなることを特徴とす
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ツ
ーる。

第２図は本発明を印字機構に適用した一実施例を示す図
である。圧電もしくは電歪素子７は、電圧を印加すると
矢印の向きに伸びるものを用いる。

圧電もしく（は電歪素子７の伸縮方向す彦わち矢印方向
の一端７ａにアーム８をヒンジ９を介して接続し、圧電
もしくは電歪素子７の伸縮方向すなわち矢印方向の他端
７ｂにアーム１０なヒンジ１１を介して接続し、固定部
材１２とアーム８をヒンジ１３を介して接続し、固定部
材１２とアーム１０をヒンジ１４を介して接続し、作用
素子としてのワイヤ１５を接続したアーム１６とアーム
８をヒンジ１７を介して接続し、アーム１６とアーム１
０をヒンジ１８を介して接続している。第２図（ａ）に
示すように、ヒンジ１３どヒンジ９の距離を７３１ヒン
ジ１３とヒンジ１７の距離を／４．ヒンジ１４とヒンジ
１１の距離を１１５　ｒヒンジ１４とヒンジ１８の距離
を１６とすると、圧電もしくは電歪素子７の変位を拡大
するために、ｌ１４＞ＩＪｓかつｚ　ａ　＞　Ｉｔ　５
にする。また、圧電もしくは電歪素子７が変位するとア
ーム１６にはヒンジ１７とヒンジ１８を介して力が加わ
るか、それらの力をアーム１６の回転力にするために、
それらの力の作用線が一致しないようにヒンジ１７とヒ
ンジ１８をアーム１６に接続する。ワイヤ１５の先端１
５ａとアーム１６の回転中心との距離を１８＋ヒンジ１
７とヒンジ１８の距離を１７とすると、圧電もしくは電
歪素子７の変位をアーム１６でさらに拡大するだめに１
８〉ｌ、とする。なおヒンジとは曲げ変形が可能な部分
でアームとは変形しにくい部分をさす。圧電もしくは電
歪素子７に電圧を印加すると、第２図（ｂ）に示すよう
に、圧電もしくは電歪素子７の微小変位はアーム８とア
ーム１０により拡大されアーム１６に伝わりアーム１６
は回転し、圧電もしくは電歪素子７の微小変位はさらに
拡大されアーム１６に接続されたワイヤ１５の先端１５
ａは運動を行ないドツトを衝撃印字することができる。

この場る。機械的増幅率が１００倍必要な場合、ＩＪ　
３−ａ　ｓ＝　１１７　＝　２　ｒｕｔ　１１４　＝　
ＩＪ　６　＝　１１　ｇ　＝　２０　ｍｍとすればよく
、従来の実施例の場合と比較して非常に小型化でき、高
速化できる。まだ従来の場合よりも大きい機械的増幅率
を得ることも容易である。

第３図は本発明を印字機構に適用した別の実施例である
。第３図（ａ）は圧電もしくは電歪素子７に電圧を印加
していない状態を示し、圧電もしくは電歪素子７に′電
圧を印加すると第３図（１））に示すように、圧電もし
くは電歪素子７は矢印の向きに伸びその変位は拡大・伝
達されてワイヤ１５の先端１５ａに伝わジ、ドツトを衝
撃印字する。この場合の機械的増幅率も近似的に−１（
ｘ、　＋′Ｌ）４とな２　　ｌｓ　　４　１１ｔ ジ、本発明の効果は同様に発揮される。

第４図は本発明をリレー装置に適用した一実施例である
。作用素子として可動接点１９をアーム１６に接続し、
可動接点１９に対応して固定接点２０と別の固定接点２
１を設ける。第４図（ａ）は圧電もしくは電歪素子７に
電圧を印加していない状態を示し、可動接点１９は固定
接点２０と接している。圧電もしくは電歪素子７に電圧
を印加すると、圧電もしくは電歪素子７は矢印の向きに
伸びその変位は拡大・伝達され作用素子としての可動接
点１９に伝わ、す、第４図（ｂ）に示すように、可動接
点１９は固定接点２０を離れ別の固定接点２１と接する
。この場合においても機械的増幅率は近似的に＋（Ｆ＋
、ｋ）　ｚとなり、本発明の効果は同様に発揮される。

以上の費、明においては、圧電もしくは電歪素子に伸び
を生じるように電圧を印加した場合について述べだが、
印加する電圧の極性を逆にすると圧電もしくは電歪素子
は縮む。この現象を利用しても本発明の効果は同様に発
揮されることは明らかである。

まだ、圧電もしくは電歪素子（・寸圧電もしくは電歪材
料単体でも、また、圧電もしくは電歪材料を積層し各々
の圧電もしくは電歪材料に電圧が印加されるような構造
の積層体であっても、本発明の効果は同様に発揮される
。

以上のように本発明によれば小型・軽量・低電力・低発
熱で高速な機械的増幅機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来の機械的増幅機構の一
実施例を示す図、第２図（ａ）、　（ｂ）は本発明を印
字機構に適用した一実施例を示す図、第３図（ａ）、　
（ｂ）は本発明を印字機構に適用した別の実施例を示す
図、第４図（ａ）、　（ｂ）は本発明をリレー装置に適
用しだ一実施例を示す図である。 １．７・・圧電もしくは電歪素子、２．計・・接続部、
４，８，１．０．１６・・・アーム、５．ｊ５・・・ワ
イヤ、６．ｊ２・・固定部材、９．　１１．　１３，１
．４゜１７．１８・・・ヒンジ、１９・・・可動接点、
２（１，２１・・・固定接点。 躬　　１　　図 （θ２ （ｂ） ζ 第　２　膳 （θ） （０） よ″ ９　２０ （ｂ） ＝　　“ ａ ２ ｂ ／／１ ７６′５ Ｏ ノーｑ ・ト喧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧電もしくは電歪素子の伸縮方向の一端に第１のヒンジ
   を介して第１のアームを一続し、前記圧□ 電もしくは電歪素子の伸縮方向の他端に第２のヒンジを
   介して第２のアームを接続し、固定部材と前記第１のア
   ームを第３のヒンジを介して接続し、前記固定部材と前
   記第２のアームを第４のヒンジを介して接続し、第５の
   ヒンジの一端を前記第５のヒンジと前記第３のヒンジの
   距離が前記第１のヒンジと前記第３のヒンジの距離より
   も大きくなるように前記第１のアームに接続し、第６の
   ヒンジの一端を前記第６のヒンジと前記第４のヒンジの
   距離が前記第２のヒンジと前記第４のヒンジの距離より
   も大きくなるように前記第２のアームに接続し、第３の
   アームに前記第５のヒンジの他端と前記第６のヒンジの
   他端を回転力が加わるように接続し、前記第３のアーム
   に作用素子を前記作用素子と前記第３のアームの回転中
   心の距離が前記第５のヒンジと前記第６のヒンジの距離
   よりも大きくなるように接続してなることを特徴とする
   機械的増幅機構。