专利名称：杠杆臂位移增大装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种杠杆臂位移增大装置，例如用于汽车、飞机、高精度机械加工、精确测量装置和电子装置等领域的精确定位装置和发声促动器中。
背景技术：
需要能产生声音、振动或位移的大功率和紧凑的促动器。作为满足该要求的位移产生元件，已经注意了磁致伸缩的促动器，它使用磁性材料，该磁性材料具有磁致伸缩率，且刚性高于压电材料例如PZT的刚性，也就是，该促动器使用磁致伸缩材料。
在磁致伸缩促动器中，磁致伸缩材料可以进行较大移动，以便产生很大的声波或振动波。不过，为了使磁致伸缩材料进行较大移动，必须增加控制电流。这增加了输入功率，也增加了促动器自身的尺寸。
日本未审查专利申请No.5-236595公开了克服上述问题的磁致伸缩位移产生装置，它能够高效产生较高输出和较大位移。下面将参考图6简要介绍在该文献中公开的磁致伸缩位移产生装置实施例。
在图6中所示的磁致伸缩位移产生装置中，驱动机构由促动器元件51、驱动线圈52和支承件53构成，该促动器元件51作为具有磁致伸缩率的位移产生元件，该驱动线圈52沿位移产生元件51的纵向方向延伸，而该支承件53由磁极或永磁体制成，并作为磁场产生部件。当由位移控制电路(未示出)产生的控制电流施加给驱动线圈52时，驱动线圈52产生控制磁场，促动器元件51响应该磁场而膨胀和收缩。当支承件53由铁磁极制成时，施加的磁场的效率将增大。当支承件是由铁材料和永磁体组成的层压材料时，磁偏压施加在促动器元件51上，可控制性提高。
驱动机构固定在容器54上。位移增大机构中的位移传递夹具60的作用点可运动地安装在促动器元件51的移动部分上。位移传递夹具60的支点62(根据杠杆比进行设置)例如通过销而可枢轴转动地支承。输出部分的振动部件55固定成与位移传递夹具60的作用点63接触。具有上述结构的位移产生装置可以产生较大位移和较高输出。
不过，位移产生装置包括多个部件，例如驱动线圈52、支承件53、促动器元件51和位移传递夹具60。因此，结构复杂且成本增加。
下面将参考图8来从支点、力点和作用点的方面介绍位移产生装置的操作。上述位移增大机构使用杠杆。如图8所示，杠杆的支点布置在促动器元件51的前面，且不能朝着周边壁和促动器元件51的后端运动。也就是，不能使杠杆的支点自由运动。
日本未审查专利申请No.10-201256公开了一种具有简单结构的位移增大机构，其中，杠杆的支点布置在力点的后面，以便克服上述位移产生装置的技术问题。所述位移增大机构的目的是使输出移动部分沿与促动器元件的移动方向垂直的方向移动，并增大输出移动部分的输出。下面将参考图7简要介绍位移增大机构。促动器元件3储存在设置于基座100中心的促动器保持空间104中。振动位移和力通过向促动器元件3施加电压而产生，并按压杠杆109的力点118。
施加在力点119上的位移和力根据杠杆原理而增大并传递给杠杆109的作用点铰链117，并使得沿垂直于基座100的中心轴线的方向延伸的输出移动部分112通过支点铰链116而向上转动。因此，输出移动部分112沿垂直于基座100的中心轴线的方向移动。
下面将参考图9来从支点、力点和作用点的方面介绍该位移增大机构的操作。
在位移增大机构中，作用点铰链很重要，以便使支点可以布置在力点后面。因此，位移增大机构不能为线性形状，而是类似盒状。为了增加定位支点的自由度，该盒必须扩大。换句话说，壳体必须扩大，且必须增加控制电流或增加促动器元件的尺寸，以便使该较大壳体运动。
发明内容
考虑到由于增加支点自由度而引起的壳体尺寸增大以及壳体运动问题，本发明的目的是提供一种杠杆臂位移增大装置，其中，输出移动部分的移动方向垂直于促动器元件的移动方向，输出移动部分输出的位移大于促动器元件的位移，且支点的位置可以自由确定。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种杠杆臂位移增大装置，它包括促动器元件；第一杠杆臂，该第一杠杆臂在一端通过连接部分而与促动器元件连接；以及第二杠杆臂，该第二杠杆臂在一端通过接头(junction)而与第一杠杆臂的另一端连接，其中，该接头的移动方向垂直于促动器元件的移动方向。
优选是，该接头起到移动部分的作用。
优选是，支点布置在第二杠杆臂的另一端，并固定成从连接部分朝着促动器元件偏移。
优选是，第一杠杆臂和第二杠杆臂彼此平行。
优选是，杠杆臂位移增大装置包括多个单元，每个单元包括第一杠杆臂、第二杠杆臂和接头，从而保证更大位移。
优选是，移动部分从接头凸出。
通过下面对优选实施例的说明并参考附图，可以清楚本发明的其它目的、特征和优点。
附图的简要说明
图1A和1B分别是本发明第一实施例的杠杆臂位移增大装置的正视图和透视图；图2A和2B分别是表示当促动器元件的后端与支点对齐时以及当后端并不与支点对齐时杠杆臂位移增大装置的工作方式的解释图；图3A和3B分别是本发明第二实施例的杠杆臂位移增大装置的正视图和透视图；图4是本发明第三实施例的杠杆臂位移增大装置的透视图；图5是表示当多个本发明的杠杆臂位移增大装置堆垛时的情况的透视图；图6是普通位移增大装置的第一实例的示意图；
图7是普通位移增大装置的第二实例的示意图；图8是表示普通位移增大装置的第一实例的工作方式的解释图；以及图9是表示普通位移增大装置的第二实例的工作方式的解释图。
具体实施例方式
下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。附图中，相同参考标号表示等效或相同的部件。
图1A和1B分别是本发明第一实施例的杠杆臂位移增大装置的正视图和透视图。
在第一实施例中，杠杆臂位移增大装置1包括促动器保持空间14，用于储存促动器元件3，该促动器元件3沿装置的中心轴线2移动。该促动器元件3例如为压电元件、电致伸缩元件或磁致伸缩元件。
杠杆臂位移增大装置1还包括一对第一和第二上部杠杆臂5和6以及一对第一和第二下部杠杆臂7和8。
促动器元件3储存于促动器保持空间14中，它的后端固定在固定部分4上。优选是，固定部分4具有尽可能高的强度，且厚度超过或等于杠杆臂5、6、7和8的厚度的两倍。
促动器元件3的前端与连接部分9相连，该连接部分9由强度比杠杆臂5、6、7和8更高的刚性材料制成。
当在图1A和1B中所示的、在促动器元件3的后端和固定部分4之间的连接部分以及连接部分9的垂直长度小于促动器元件3的垂直长度时，它们可以等效。
第二上部杠杆臂6和第二下部杠杆臂8还在一端与固定部分4连接。第一上部杠杆臂5和第一下部杠杆臂7在一端与刚性连接部分9连接。
支点15布置在固定部分4与第二上部杠杆臂6和第二下部杠杆臂8之间的连接处。该支点15将在后面详细介绍。
第二上部杠杆臂6的、远离固定部分4的另一端与第一上部杠杆臂5的、远离连接部分9的另一端在接头10处连接，该接头10具有较高强度，且厚度大于杠杆臂5、6、7和8的厚度。同样，第二下部杠杆臂8的、远离固定部分4的另一端与第一下部杠杆臂7的、远离连接部分9的另一端在接头11处连接。
下面将介绍第一实施例的杠杆臂位移增大装置1的操作。
由促动器元件3产生的、沿中心轴线2的位移和力传递给刚性连接部分9。传递的位移和力再通过与连接部分9相连的第一上部杠杆臂5和第一下部杠杆臂7而传递给接头10和11。
例如，当电压施加给促动器元件3时，沿横向在外侧产生位移和力，并使连接部分9向图1A中的右侧移动。连接部分9的位移通过第一上部杠杆臂5和第一下部杠杆臂7而传递给接头10和11。
这时，来自促动器元件3的位移和力通过在第一上部杠杆臂5和第二上部杠杆臂6之间的接头10而转90度，并朝向向上方向12，且位移程度增大。该位移和力通过在第一下部杠杆臂7和第二下部杠杆臂8之间的接头11而转90度，并朝向向下方向13，且位移程度增大。也就是，接头10和11作为移动部分，并增大位移。
因为这样传递的位移沿向上和向下方向作用，因此，即使当促动器元件3稍微移动时，也可以产生较大位移。
在本发明中，在固定部分4与第二上部杠杆臂6和第二下部杠杆臂8之间的连接作为支点15，在促动器元件3与第一上部杠杆臂5和第一底部杠杆臂7之间的连接部分9作为力点，而在第一上部杠杆臂5和第二上部杠杆臂6之间的接头10作为作用点。在第一下部杠杆臂7和第二下部杠杆臂8之间的接头11同样作为作用点。
下面将参考图2A和2B更详细地介绍杠杆臂位移增大装置1的工作方式。图2A和2B只表示了杠杆臂位移增大装置1的上部的工作方式，底部也以类似方式工作。
参考图2A，第二杠杆臂6与固定部分4连接，促动器元件3的后端固定在该固定部分4上。当电压施加给促动器元件3时，传递给连接部分(力点)9的位移通过与连接部分9相连的第一上部杠杆臂5而试图使接头10沿与促动器元件3的位移方向相同的方向移动。不过，因为接头10也与第二上部杠杆臂6连接，该第二上部杠杆臂6与固定部分4连接，因此，第二上部杠杆臂6沿向上方向12移动，以便拉动接头(作用点)10。也就是，在第二上部杠杆臂6和固定部分4之间的连接作为支点15。因此，作用点10移动至位置10′，第一上部杠杆臂5和第二上部杠杆臂6移动至位置5′和6′。
如图2A所示，当第一上部杠杆臂5和第二上部杠杆臂6变形时，位移和力的作用方向从水平方向变成垂直方向。因此，即使当支点15位于促动器元件3的后面时，如图2B所示，水平位移可以转变成垂直位移，只要支点15布置在使得杠杆臂偏转的位置。简单地说，支点位置的确定具有很高的灵活性。
下面将参考图3A、3B和4介绍本发明的第二和第三实施例。
图3A和3B分别是本发明第二实施例的杠杆臂位移增大装置的正视图和透视图。第二实施例的杠杆臂位移增大装置16与图1A和1B中所示的上述第一实施例的区别在于只有一对杠杆臂，该杠杆臂位移增大装置16用于产生沿一个方向的输出。
在第二实施例中，由促动器元件3产生的、沿中心轴线2的位移和力传递给由刚性材料制成的连接部分9，然后通过与连接部分9连接的第一上部杠杆臂5而传递给接头10。
这时，促动器元件3的位移和力通过在第一上部杠杆臂5和第二上部杠杆臂6之间的接头10而转90度，并朝向向上方向12，且位移程度增大。也就是，接头10作为移动部分，并增大位移。
在图4所示的、第三实施例的杠杆臂位移增大装置21中，第二上部杠杆臂17和第二下部杠杆臂18从连接部分9的侧面凸伸向接头10和11。在该结构中，作用点从接头10和11移至在第二上部杠杆臂17和第二下部杠杆臂18的前端的移动部分19和20。因此，较小位移可以转变成较大位移。
尽管在上述第三实施例中移动部分19和20通过使第二上部和下部杠杆臂17和18凸出而形成，但是它们也可以通过使第一上部和下部杠杆臂5和7凸出而形成。
为了保证较高位移增大比(输出位移/促动器元件的位移)，重要的是使第一和第二上部杠杆臂5和17布置成彼此平行，同时在它们之间的间隙小于杠杆臂的厚度，且同样布置第一和第二下部杠杆臂7和18。而且，位移还可以通过增加杠杆臂(5、7、17和18)的长度而进一步增大，如图4所示。
通过堆垛多个单元1、1′和1″，可以进一步增加位移增大比，各单元1、1′和1″包括第一杠杆臂(5或7)、第二杠杆臂(6或8)和接头(10或11)，如图5所示。
在该杠杆臂位移增大装置中，根据情况可以施加不同电压。例如，DC电压可以用于静态位移，或者AC电压可以用于动态位移。
在上述杠杆臂位移增大装置中，输出移动部分可以沿与促动器元件的移动方向垂直的方向产生较大位移。还有，因为杠杆臂位移增大装置具有单件结构，它可以很容易地制造，并能够降低制造成本。
因为位移并不是根据杠杆原理而增大，而是通过杠杆臂的长度而增大，因此支点的位置可以自由确定，设计的自由度增加，应用范围更广。
尽管已经通过优选实施例介绍了本发明，但是应当知道，本发明并不局限于所述实施例。相反，本发明将覆盖包含在附加权利要求的精神和范围内的各种变化形式和等效结构。下面的权利要求的范围应当根据最宽的解释，以便覆盖所有这些变化形式和等效结构和功能。
权利要求
1.一种杠杆臂位移增大装置，包括促动器元件；第一杠杆臂，该第一杠杆臂在一端通过连接部分而与促动器元件连接；以及第二杠杆臂，该第二杠杆臂在一端通过接头而与第一杠杆臂的另一端连接，其中，该接头的移动方向垂直于促动器元件的移动方向。
2.根据权利要求1所述的杠杆臂位移增大装置，其中支点布置在第二杠杆臂的另一端，并固定成从连接部分朝着促动器元件偏移。
3.根据权利要求1所述的杠杆臂位移增大装置，其中该接头起到移动部分的作用。
4.根据权利要求1所述的杠杆臂位移增大装置，其中移动部分从接头凸出。
5.根据权利要求1所述的杠杆臂位移增大装置，其中第一杠杆臂和第二杠杆臂彼此平行。
6.根据权利要求1所述的杠杆臂位移增大装置，其中提供了多个单元，每个单元包括第一杠杆臂、第二杠杆臂和接头。
7.一种杠杆臂位移增大装置，包括促动器元件；固定部分，用于固定促动器元件的后端；第一杠杆臂，该第一杠杆臂在一端通过连接部分而与促动器元件的前端连接；以及第二杠杆臂，该第二杠杆臂在一端与支点连接；以及接头，用于连接第一杠杆臂的另一端和第二杠杆臂的另一端；其中，该接头的移动方向垂直于促动器元件的移动方向。
8.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中支点固定成从连接部分朝着促动器元件偏移。
9.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中该接头起到移动部分的作用。
10.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中移动部分从接头凸出。
11.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中该支点固定在固定部分上。
12.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中第一杠杆臂和第二杠杆臂彼此平行。
13.根据权利要求7所述的杠杆臂位移增大装置，其中提供了多个单元，每个单元包括第一杠杆臂、第二杠杆臂和接头。
全文摘要
在杠杆臂位移增大装置中，两个杠杆臂在一端连接，一个杠杆臂的另一端与支承促动器元件后端的固定部分连接，而另一杠杆臂的另一端与刚性连接部分连接，该刚性连接部分与促动器元件的前端连接。促动器元件的位移力通过连接部分传递给杠杆臂，并进一步传递给在杠杆臂之间的接头。接头作为输出移动部分。该接头使促动器元件的移动方向变成垂直促动器元件的位移的方向，并产生比促动器元件的位移更大的位移。
文档编号H01L41/12GK1592071SQ20041006860
公开日2005年3月9日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月5日
发明者大桥芳雄, 瓜生胜 申请人:索尼株式会社