変位拡大装置
【課題】変位拡大の際のロスがなく、拡大変位が高精度で得られるとともに、応答性に優れ、しかも、製作、組立および変位拡大倍率の変更の容易な変位拡大装置を提供する。
【解決手段】入力軸方向および出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面９を備え、入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材１１と、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面１０を備え、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材１２と、変位発生手段３から押圧力を受ける変位入力部４、固定傾斜面９と摺接する摺接手段６、および可動傾斜面１０と当接する当接手段７を備え、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられ、可動拡大部材１２を出力軸方向に押し込む押込部材８と、から構成される。
【解決手段】入力軸方向および出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面９を備え、入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材１１と、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面１０を備え、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材１２と、変位発生手段３から押圧力を受ける変位入力部４、固定傾斜面９と摺接する摺接手段６、および可動傾斜面１０と当接する当接手段７を備え、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられ、可動拡大部材１２を出力軸方向に押し込む押込部材８と、から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位拡大装置に関し、例えば、微小変位発生装置の変位を、応答性良く拡大して出力するのに好適な変位拡大装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の変位拡大装置は、例えば特許文献１に開示されているように、変位発生手段としての伸縮可能なアクチュエータと、くさび状をした左右対称な傾斜面を有する可動変位拡大プレートによって構成された変位拡大機構とを備え、アクチュエータによって発生された変位を、前記変位拡大機構を一段または複数段用いて拡大し、拡大された変位を出力するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４７８６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−６８５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような変位拡大装置では、目標とする変位の拡大倍率を得ようとする場合、変位拡大のための拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅く（小さく）なる傾向にある場合がある。そのため、拡大プレートは、変位拡大装置の反出力方向に働く予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい、食い込みによる動作不良を起こし易くなる。また、拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅いと、アクチュエータの変位量の一部が、変位入力側と出力側との間に挟み込まれた拡大プレートところの弾性変形に消費されてしまい、拡大効率が悪くなるという問題も有していた。また、高拡大倍率を得ようとして変位拡大機構を二段にした場合、変位の方向が二度変わってしまうことになるため、装置や機構の剛性および精度の面から変位のロスが発生し易くなる恐れがあった。
【０００５】
さらに、拡大プレートの傾斜面が左右対称の構成となっているので、左右が全く同じ動作をしなければ拡大ロスが発生しまう。ロスを抑えるためには、左右の部品を高精度に製作し、組み立てる必要があり、技術的、コスト的に困難なものとなってしまっていた。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されている変位拡大装置では、変位拡大のための拡大プレートの傾斜面が従来技術と比較して深い（大きい）場合であっても変位を拡大することができるため、上述の拡大効率の悪化や変位のロスが防止され、拡大変位を高精度で得ることが可能となっている。しかしながら、特許文献２には、押込プレートと可動拡大プレートの間および押込プレートと固定拡大プレートの間に、両者間を相対移動可能に係合させる転動体を介装することについては記載されているものの、この転動体の位置ずれ等を防止する方法についてはとくに言及されていない。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点、とくに、拡大部材の傾斜面の傾斜角が浅くなることによる上記のような問題点に着目し、基本的に拡大部材の傾斜角が従来技術に比べ大きくなるようにし、拡大部材が予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい食い込むことにより発生する動作不良を大幅に低減し、変位拡大の際のロスがなく、拡大変位が高精度で得られるとともに、剛性の高い変位拡大装置で、しかも、転動体の脱落が防止され、製作、組立、および変位拡大倍率の変更が容易な変位拡大装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面を備え、前記入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面を備え、前記出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と、
前記変位発生手段から押圧力を受ける変位入力部、前記固定傾斜面と摺接する摺接手段、および前記可動傾斜面と当接する当接手段を備え、前記固定傾斜面に沿って平行移動自在に設けられ、前記可動拡大部材を前記出力軸方向に押し込む押込部材と、
から構成されることを特徴とするものからなる。
【０００９】
本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を変位入力部を介して押込部材に伝え、固定拡大部材の固定傾斜面と押込部材の摺接手段との間の変位伝達および可動拡大部材の可動傾斜面と押込部材の当接手段との間の変位伝達を介して、変位発生手段から押込部材に伝えられてきた変位を所定の倍率で拡大して可動拡大部材の出力軸方向の変位として発生させるようにしたものである。とくに、二つの拡大部材のうち一方を出力軸方向および入力軸方向の双方に対し位置が固定された固定拡大部材とし、他方を出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材とするとともに、押込部材を固定拡大部材の固定傾斜面に沿って平行移動自在に構成することにより、前述したような従来の変位拡大装置に比べ、より大きな拡大変位を得ることができるようにしたものである。
【００１０】
本発明に係る第１の変位拡大装置においては、押込部材に傾斜面が設けられていないため、可動傾斜面または固定傾斜面の角度を変更して拡大倍率を変更することが容易である。例えば、可動拡大部材を交換して可動傾斜面の傾斜角度を変更するだけで、変位拡大装置の拡大倍率を変更することができる。
【００１１】
摺接手段および当接手段の構成は特に限定されるものではなく、摩擦係数が低く押圧力の伝達が確実に行われる構成を適宜採用することができる。このような構成としては、例えば、摺接手段または当接手段としてベアリング等の転動体を採用した構成が挙げられる。
【００１２】
変位入力部は、摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けられていることが好ましい。変位入力部を摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けることにより、押込部材が固定傾斜面に沿って移動する場合においても出力軸方向における変位入力手段と変位入力部との相対的位置関係を維持することができ、変位入力手段からの入力を変位入力部を介して押込部材へ安定的に伝達することが可能となる。
【００１３】
押込部材の摺接手段には固定傾斜面を押圧する力の反力が固定傾斜面の法線方向に働き、当接手段には可動傾斜面を押圧する力の反力が可動傾斜面の法線方向に働く。これら反力の働く方向はそれぞれ異なるため、摺接手段が固定傾斜面と摺接する一対の摺接部からなる場合、当接手段は、出力軸方向の位置において一対の摺接部の間に挟まれるように配置されていることが好ましい。摺接手段および当接手段がこのように配置されることによって、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と一の摺接部が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力が、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と他の摺接部が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力と打ち消しあい、押込部材の動作安定性が維持される。
【００１４】
押込部材は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の摺接手段を備えていることが好ましい。このような構成により、押込部材が固定傾斜面に対し複数の摺接手段によって摺接することになり、摺動時の動作安定性が増大する。なお、複数の摺接手段は同一の固定傾斜面に摺接するよう構成されていてもよいし、同一の傾斜角度を有する複数の固定傾斜面が固定拡大部材に設けられ、複数の摺接手段が別々の固定傾斜面に摺接するよう構成されていてもよい。
【００１５】
また、上記のように入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の摺接手段が押込部材に設けられている場合、当接手段は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向の位置において一つの摺接手段と他の摺接手段との間に配置されていることが好ましい。本発明の押込部材の摺接手段には固定拡大部材の固定傾斜面からの力が固定傾斜面の法線方向に働いており、当接手段には可動拡大部材からの可動傾斜面からの力が可動傾斜面の法線方向に働き、これらの力が働く方向はそれぞれ異なる。摺接手段および当接手段を上記のように配置することにより、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と一の摺接手段が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力が、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と他の摺接手段が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力と打ち消しあい、押込部材の動作安定性が維持される。
【００１６】
本発明に係る第１の変位拡大装置においては、装置内で遊びを生じることなく変位拡大動作のための変位伝達が行われるために、上記可動拡大部材が、出力軸方向において、可動傾斜面と当接する当接手段による押圧に抗する向きに付勢されていることが好ましい。付勢手段としてはとくに限定されず、コイルスプリングや板ばね等のばね手段の他、エアシリンダ等のシリンダ手段を使用できる。
【００１７】
本発明に係る第１の変位拡大装置における変位発生手段としてはとくに限定されず、例えば、圧電素子の伸縮を変位として出力可能な圧電アクチュエータや、磁歪素子の伸縮を変位として出力可能な磁歪アクチュエータを好適に使用できる。
【００１８】
本発明に係る第１の変位拡大装置には、変位測定手段を設けて可動拡大部材の変位を測定することができる。このように変位測定手段を設ける場合、アッベの原理に基づいた正確な変位測定の観点から、変位測定手段および可動拡大部材を出力軸方向において同軸線上に配置することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位量のロスの低減により高精度で変位を拡大することができ、かつ、剛性に優れているので、金属疲労等の耐久試験を行う疲労耐久試験機として好適に用いることができる。とくに、変位測定手段および荷重測定手段を設け、可動拡大部材、測定試料、荷重測定手段および変位測定手段を全て出力軸方向に沿った同一直線上に配置することにより、アッベの原理に基づいた正確な荷重測定および変位測定を行うことができ、高精度の耐久試験を実施することが可能となる。また、本発明に係る第１の変位拡大装置は変位拡大倍率の変更が容易であるので、測定条件を変更しつつ耐久試験を行う場合にも好適に用いることができる。
【００２０】
本発明に係る第２の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、当該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
変位発生手段から変位が入力され、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた押込部材と、
押込部材の第１の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに第１の傾斜面と対向し第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な固定傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
押込部材の第２の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに第２の傾斜面と対向し第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な可動傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と
を有し、
押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面および可動拡大部材の可動傾斜面からなる群から選ばれた一の傾斜面に、当該一の傾斜面の相対的平行移動方向と直交する溝が刻設され、当該溝に転動自在に収容された転動体が、一の傾斜面に対向する対向傾斜面と当接していることを特徴とするものからなる。
【００２１】
本発明に係る第２の変位拡大装置において、一の傾斜面に刻設された溝は、当該一の傾斜面が対向傾斜面に対し相対的に平行移動する方向と直交している。言い換えると、溝の溝幅方向は、一の傾斜面の相対的平行移動方向と一致している。なお、この溝は、底面が対向傾斜面に対し平行となるように形成された深さ一定の溝であることが好ましい。
【００２２】
上記溝には、対向傾斜面および溝の底面と当接する転動体が転動自在に収容されている。対向傾斜面を有する部材が、一の傾斜面を有する部材に対し溝幅方向において他端側方向へ相対的に平行移動すると、溝に収容された転動体が、対向傾斜面との接触を維持しつつ、溝の底面を対向傾斜面を有する部材の相対的移動方向と同一の方向に向かって転走することにより、転動体を介した溝の底面と対向傾斜面との接触を保持しつつ、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われる。また、上記平行移動を行った対向傾斜面を有する部材が元の位置へ戻る場合にも、溝に収容された転動体が、対向傾斜面との接触を維持しつつ、溝の底面を対向傾斜面を有する部材の移動方向と同一の方向へ向かって転走することにより、転動体を介した溝の底面と対向傾斜面との接触を保持しつつ、対向傾斜面を有する部材の円滑な移動が実現される。その結果、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われるとともに、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との間の変位伝達が転動体を介して確実に行われることとなり、変位のロスの発生が抑制される。しかも、転動体は溝内に収容されることにより脱落が防止されているので、変位拡大装置の組立作業が容易化され、装置の変位拡大動作の安定性が維持される。
【００２３】
本発明において、転動体を収容する溝は、押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面のいずれに刻設されていてもよい。例えば、押込部材の第１の傾斜面に溝が刻設されている場合、押込部材の第１の傾斜面が上記一の傾斜面となり、押込部材の第１の傾斜面と対向する固定拡大部材の固定傾斜面が上記対向傾斜面となる。また、固定拡大部材の固定傾斜面に溝が刻設されている場合は、固定拡大部材の固定傾斜面が上記一の傾斜面となり、固定拡大部材の固定傾斜面と対向する押込部材の第１の傾斜面が上記対向傾斜面となる。押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面に溝が刻設されている場合も同様である。
【００２４】
また、転動体を収容する溝は、押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面のいずれか一つに刻設されていてもよいし、複数の傾斜面に刻設されていてもよい。さらに、一の傾斜面に複数の溝が刻設されていてもよい。
【００２５】
なお、上述の転動体収容構造、すなわち、一の傾斜面に設けられた溝に転動体が転動自在に収容されるとともに、一の傾斜面と対向する対向傾斜面が転動体に当接している構造は、上記一の傾斜面以外の場所にも採用することができる。より詳しく言うと、傾斜面同士が対向している箇所に限らず、一の部材に設けられた一の面状部と、他の部材に設けられ一の面状部と対向している対向面状部とが相対的に平行移動可能に構成された箇所であれば、一の面状部に、一の面状部の相対的平行移動方向と直交する溝を設け、当該溝に転動体を転動自在に収容するとともに、当該転動体が溝の底面および対向面状部と当接している構造を採用することが可能である。
【００２６】
例えば、本発明に係る第２の変位拡大装置の押込部材は、出力軸方向に移動自在に構成されており、変位入力手段に対し相対的に移動可能であるので、変位入力手段と押込部材とが当接する箇所に上述の転動体収容構造を採用することが可能である。具体的には、例えば、押込部材において変位入力手段の押圧力を受ける部分に一の面状部が設けられるとともに、変位入力手段の押圧部が一の面状部と略平行な面状に形成され、一の面状部に、出力軸方向と直交する溝が設けられ、当該溝に転動体が転動自在に収容され、当該転動体が溝の底面および変位入力手段の押圧部と当接している構造を採用することができる。また、本発明に係る第２の変位拡大装置の可動拡大部材は出力軸方向に移動自在に構成されているので、可動拡大部材が変位拡大装置に設けられた他の部材と当接する箇所に上述の転動体構造を採用することも可能である。具体的には、例えば、出力軸方向に対し位置が固定され、出力軸方向に平行な平面状の支持部が形成された上記他の部材としての支持部材が変位拡大装置に設けられるとともに、上記支持部に対向し出力軸方向に平行な平面状に形成された面状部が可動拡大部材に設けられ、上記支持部に、出力軸方向と直交する溝が設けられ、当該溝に転動体が転動自在に収容され、当該転動体が溝の底面および可動拡大部材の面状部と当接している構造を採用することができる。
【００２７】
上述の溝は、当該溝が設けられた部材の一端側から他端側まで延設され、溝の両端部が開放端となっていることが好ましい。このような形状の溝は、溝形成時に溝の両端部外側に壁状部を残す必要がないため加工が容易であり、製造工程の容易化および簡素化が実現される。
【００２８】
上述のように溝の両端が開放端である場合、溝の両端外側には、転動体の脱落を防止する蓋部材が配置されていることが好ましい。この蓋部材は、溝が設けられた部材に一体的に取り付けられていてもよいし、溝が設けられた部材とは別体として構成されていてもよい。また、蓋部材は、溝が設けられた部材に当接していてもよいし、当接していなくてもよい。さらに、複数の溝が刻設されている場合、一の蓋部材により複数の溝の開放端が覆われていてもよいし、それぞれの溝の開放端外側に別個の蓋部材が配置されていてもよい。
【００２９】
溝の溝幅方向一端側における側壁には、溝幅方向他端側へ延び、転動体の脱落を防止する爪状部が設けられていることが好ましい。
【００３０】
溝に転動自在に収容される転動体としてはとくに限定されず、例えば、ころを使用することができる。ころの形状はとくに限定されず、円筒状であってもよいし、ボール状であってもよい。
【００３１】
本発明に係る第２の変位拡大装置においては、遊びを生じることなく一の傾斜面と対向傾斜面との相対的平行移動が行われるために、溝に収容された転動体が、溝に収容された弾性体により溝幅方向に付勢されていることが好ましい。このような弾性体の種類はとくに限定されないが、低コストで設置の容易な板ばねが用いられることが好ましい。なお、例えば、溝の溝幅方向一端側に転動体が収容され、溝の溝幅方向他端側に弾性体が収容される場合は、当該弾性体の脱落を防止すべく、溝の溝幅方向他端側の側壁に、溝幅方向一端側へ延びる突起部が設けられていることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第２の変位拡大装置は、リニアガイド機構により出力軸方向に移動自在に支持された出力部材が、付勢手段により可動拡大部材側に付勢された状態にて可動拡大部材と当接している構造を採用することができる。このような構造においては、出力部材が可動拡大部材側に付勢されているので、出力部材と可動拡大部材との間、可動拡大部材と押込部材との間、押込部材と固定拡大部材との間、さらには押込部材と変位入力手段との間に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされ、装置内で遊びを生じることなく変位拡大動作のための変位伝達が行われる。また、出力部材が可動拡大部材と一体化されている場合は、リニアガイド機構により規定される出力部材の移動方向と可動拡大部材の変位方向とを高精度で一致させる必要があるが、上記の構造において出力部材は可動拡大部材に対し単に当接しているだけであるので、高精度の組立作業が不要となり、組立作業の高度化、複雑化を引き起こすことなく出力部材を配置することができる。なお、付勢手段としてはとくに限定されず、コイルスプリングや板ばねなどのばね手段の他、エアシリンダ等のシリンダ手段を使用できる。
【００３３】
本発明に係る第２の変位拡大装置には、出力軸方向の変位を測定する変位測定手段が設けられていることが好ましい。この変位測定手段は、可動拡大部材の出力軸方向における変位を測定するものであってもよいし、可動拡大部材の出力軸方向一方側に配置された出力部材の出力軸方向における変位を測定するものであってもよい。
【００３４】
本発明に係る第２の変位拡大装置における変位発生手段としてはとくに限定されず、例えば、圧電素子の伸縮を変位として出力可能な圧電アクチュエータや、磁歪素子の伸縮を変位として出力可能な磁歪アクチュエータを好適に使用できる。
【発明の効果】
【００３５】
このように、本発明に係る第１の変位拡大装置によれば、固定拡大部材および可動拡大部材の傾斜を大きくすることができるので、固定拡大部材および可動拡大部材が円滑に動作することが可能になる。また、変位伝達経路を構成する各部材、すなわち、押込部材、固定拡大部材、可動拡大部材、転動体および変位発生手段等の弾性変形を減らすことができるので、変位のロスを低減し、かつ、応答性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る第１の変位拡大装置の押込部材には傾斜面が形成されていないので、部品加工の簡素化、製造の容易化が実現されるとともに、固定傾斜面または可動傾斜面のうちいずれか一方の傾斜角度を変更することで変位の拡大倍率を容易に変更することができる。しかも、固定拡大部材の固定傾斜面による変位拡大機構と可動拡大部材の可動傾斜面による変位拡大機構とを対称に構成する必要がないので、各部材の精度および組立不良による変位のロスを生じさせることなく、変位を確実に伝達することができる。
【００３７】
本発明に係る第２の変位拡大装置によれば、一の傾斜面に設けられた溝内に転動自在に収容された転動体により溝の底面と対向傾斜面との間の変位伝達経路が確保されているので、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われるとともに、平行移動時における変位のロスの発生が抑制される。また、転動体は溝内に収容されることにより脱落が防止されているので、変位拡大装置の組立作業が容易化され、装置の変位拡大動作の安定性が維持される。さらに、傾斜面の傾斜を従来装置と比較して大きくすることができるので、変位拡大機構を構成する各部材の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができるとともに、各変位拡大機構を対称に構成する必要がないため、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、装置の製作や組立が容易化される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における変位拡大原理を説明するための一実施形態に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図２】図１の変位拡大装置の変位拡大原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明装置と従来装置の比較のための拡大部材の角度と拡大倍率との関係図である。
【図４】本発明の第１実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図６】図５の変位拡大装置の概略縦断面図である。
【図７】図５の変位拡大装置の変位拡大原理を説明するための模式図である。
【図８】図５の変位拡大装置に用いられる押込部材の底面図である。
【図９】本発明の変位拡大装置を用いてなされた動作試験の結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の第３実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図１１】図１０の変位拡大装置に用いられる固定拡大部材の拡大図である。
【図１２】図１０の変位拡大装置に変位測定手段が設けられた状態を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の第４実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の変位拡大装置における変位拡大原理を、図１および図２に示す変位拡大装置１を参照しつつ説明する。図１の変位拡大装置１における動作では、例えば、ベース板２に固定された変位発生手段３（例えば、圧電アクチュエータ）からの入力は、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられる。押込部材８には、固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接する一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６と、可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に当接する当接手段７とが設けられているので、押込部材８に伝えられた変位はさらに、摺接手段６を介して固定拡大部材１１に伝えられるとともに、当接手段７を介して可動拡大部材１２に伝えられる。なお、押込部材８の変位入力部４は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向に摺動自在に支持されており、摺接手段６および当接手段７に対して出力軸方向に相対的に平行移動することが可能である。
【００４０】
図１の変位拡大装置１による変位拡大機構の模式図を図２に示す。図２（Ａ）は可動拡大部材１２の可動傾斜面１０による変位拡大機構を、図２（Ｂ）は固定拡大部材１１の固定傾斜面９による変位拡大機構を、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の変位拡大機構による拡大変位と図２（Ｂ）の変位拡大機構による拡大変位とが合成された結果としての変位拡大装置１全体における変位拡大機構を、それぞれ表している。なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、ｘ軸は変位拡大装置１における入力軸方向の向きを、ｙ軸は変位拡大装置１における出力軸方向の向きをそれぞれ表しており、ｘ軸方向における正方向への変位が変位拡大装置１に入力されることにより、ｙ軸方向における正方向への拡大された変位が変位拡大装置１より出力される。図２（Ａ）において、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、押込部材８の当接手段７により可動傾斜面１０を介して可動拡大部材１２へと伝達される。当接手段７および一対の円筒ころ１３により支持された可動拡大部材１２は出力軸方向へ移動自在に構成されているので、押込部材８の当接手段７により押圧された可動拡大部材１２は、可動拡大部材１２に設けられた可動傾斜面１０により、出力軸方向へＤ１だけ変位する。ここで、例えば、図２（Ａ）に示すように、出力軸方向が入力軸方向に対し直交し、かつ、可動傾斜面１０の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である場合、可動傾斜面１０による変位の拡大倍率Ｄ１／Ｄは、可動傾斜面１０の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα１とし、α１の余角９０°−α１を出力軸方向に対する可動傾斜面１０の傾斜角度θ１とするとき、Ｄ１／Ｄ＝１／ｔａｎθ１＝１／ｔａｎ（９０°−α１）で表される。ここで、図２（Ａ）の直線ｍは、可動傾斜面１０の法線ｎに直交し（すなわち、可動傾斜面１０に対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。なお、可動傾斜面による変位拡大機構は図２（Ａ）の構成のみに限定されるものではなく、変位拡大倍率Ｄ１／Ｄが１／ｔａｎθ１と必ずしも一致しない構成、例えば、出力軸方向が入力軸方向に対し直交していない構成や、可動傾斜面１０の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行でない構成も採用可能である。
【００４１】
一方、図２（Ｂ）において、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６により固定傾斜面９を介して固定拡大部材１１へ伝達される。固定拡大部材１１は入力軸方向および出力軸方向に対して位置が固定されているので、押込部材８から固定拡大部材１１への変位伝達の反力により、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられた押込部材８が、位置が固定された固定拡大部材１１に対して出力軸方向にＤ２だけ変位する。ここで、例えば、図２（Ｂ）に示すように、出力軸方向が入力軸方向に対し直交し、かつ、固定傾斜面９の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である場合、固定傾斜面９による変位の拡大倍率Ｄ２／Ｄは、固定傾斜面９の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα２とし、α２の余角９０°−α２を出力軸方向に対する固定傾斜面９の傾斜角度θ２とするとき、Ｄ２／Ｄ＝１／ｔａｎθ２＝１／ｔａｎ（９０°−α２）で表される。ここで、図２（Ｂ）の直線ｍは、固定傾斜面９の法線ｎに直交し固定傾斜面９に平行なｘｙ平面上の直線を表している。なお、固定傾斜面による変位拡大機構は図２（Ｂ）の構成のみに限定されるものではなく、変位拡大倍率Ｄ２／Ｄが１／ｔａｎθ２と必ずしも一致しない構成、例えば、出力軸方向が入力軸方向に対し直交していない構成や、固定傾斜面９の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行でない構成も採用可能である。この固定傾斜面９による押込部材８の出力軸方向への変位拡大動作が、可動拡大部材１２をさらに出力軸方向に動作させることになり、結果として、図２（Ｃ）に示すように、可動傾斜面１０による拡大変位Ｄ１と固定傾斜面９による拡大変位Ｄ２の総和Ｄ１＋Ｄ２が、可動拡大部材１２の出力軸方向への変位として出力されることになる。なお、図１および図２の実施形態においては、出力軸方向に対する可動傾斜面１０の傾斜角度θ１による変位拡大倍率Ｄ１／Ｄよりも出力軸方向に対する固定傾斜面９の傾斜角度θ２による変位拡大倍率Ｄ２／Ｄの方が大きい例が示されているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、可動傾斜面１０の傾斜角度θ１による変位拡大倍率よりも固定傾斜面９の傾斜角度θ２による変位拡大倍率の方が小さくてもよいし、可動傾斜面１０の傾斜角度θ１が固定傾斜面９の傾斜角度θ２と等しくてもよい。
【００４２】
本発明の変位拡大装置では、前述したような従来技術と異なり、一段の変位拡大機構により、高倍率の拡大変位を得ることができる。したがって、従来の変位拡大装置のような、二段の変位拡大機構により力の方向が二度変わることによる剛性、精度の面からのロスを少なくすることができる。
【００４３】
すなわち、本発明も従来の変位拡大装置も、拡大部材の傾斜面の法線が出力軸方向に対しなす鋭角αの余角θ、すなわち出力軸方向に対する傾斜面の傾斜角度θ（＝９０°−α）によって変位の拡大倍率（１／ｔａｎθ）が決まり、傾斜角度が４５度の時、変位の拡大倍率は１倍となる。従来の変位拡大装置では、傾斜角度が４５度の拡大プレートを二段用いても拡大変位は１倍のままである。一方本発明では、固定拡大部材および可動拡大部材の拡大変位が足されて変位拡大装置の出力軸に伝えられるので、１＋１倍となって２倍の拡大変位を得ることができる。つまり、従来の変位拡大装置では変位拡大機構を二段にした場合、その二つの変位拡大倍率をかけ算した値が変位拡大装置の出力軸に拡大された変位として出力されるが、本発明では変位拡大倍率は足し算した値となり、変位拡大装置の出力軸に拡大された変位が出力されることになる。
【００４４】
このことは、特に拡大倍率４倍以下の時に大きな意味を持ってくる。例えば、傾斜角度が４５度の時、前述したように従来の変位拡大装置（二段の変位拡大機構）では拡大倍率１倍となり、本発明では２倍となる。ここで、従来の変位拡大装置が２倍の拡大変位を得るためには、拡大プレートの傾斜角度を二段とも３５．２度にする必要があり、本発明に対し二段とも傾斜角度が９．８度小さくなる。このことにより、つまり、従来の変位拡大装置では拡大プレートの傾斜角度が小さくなることにより、前述のように拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなる。本発明では固定拡大部材および可動拡大部材の傾斜を大きく設定できるので、くさび効果による食い込みによる動作不良や、固定拡大部材、可動拡大部材、摺接手段および当接手段の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができる。また本発明では、一段の変位拡大機構でありながら大きな変位拡大倍率を達成できるので、二段にした場合の前述の剛性や精度の面からの変位のロスの発生を抑制することもできる。
【００４５】
本発明の変位拡大装置（固定拡大部材の固定傾斜面の傾斜が可動拡大部材の可動傾斜面の傾斜と等しい場合）と従来の変位拡大装置（変位拡大機構が同角二段の場合）とについて、拡大部材の傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度と変位の拡大倍率との関係を示すと、図３のようになる。図３に示すように、とくに拡大倍率４倍以下において、本発明と従来の変位拡大装置を同じ拡大倍率で比較すると、本発明の傾斜の方が大きくなり、上記のような拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなることを容易に防止できることが分かる。
【００４６】
例えば、後述の如く変位発生手段として圧電アクチュエータを、変位拡大装置に用いる場合、拡大倍率よりも剛性を最優先に考えることが多いので、実際には４倍以下の拡大倍率とすることが多い。このような場合、本発明に係る変位拡大装置は、従来装置に比べ、必要な拡大倍率を確保しつつ要求される剛性を達成できる、応答性の良い変位拡大装置として好適なものとなる。
【００４７】
さらに図３から分かるように、本発明においては、固定拡大部材の固定傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度および可動拡大部材の可動傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度が両方とも６３．５度である場合、一の傾斜面による拡大倍率が０．５倍となり、変位拡大装置全体としての拡大倍率が１倍となる。つまり、傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度θが６３．５度〜４５度の範囲内にある場合、言い換えると、出力軸方向と傾斜面の法線とのなす鋭角α（＝９０°−θ）が２６．５度〜４５度の範囲内にある場合は、従来の変位拡大装置では変位は縮小されるが、本発明では変位拡大可能となっている。このため、「大きな力を発生させ」、かつ、「変位量を増大させる」という相反する動作が可能であり、剛性、拡大効率の面において有利であることが分かる。剛性が高いことにより、耐振動性能に関しても非常に優れ、保持力にも優れることになる。
【００４８】
本発明の変位拡大装置においては、二段の変位拡大機構が設けられた従来装置に比べ、固定拡大部材の固定傾斜面による変位拡大機構と可動拡大部材の可動傾斜面による変位拡大機構とを対称に構成する必要がないので、固定拡大部材、可動拡大部材および押込部材の精度および組み立て不良による変位のロスが生じることなく、変位が確実に伝達される。換言すれば、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、製作や組立が容易化されることになる。
【００４９】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図４は、本発明の第１実施態様に係る変位拡大装置を示しており、その基本構成は、前述の動作原理の説明で使用した図１の装置と同じである。したがって、図１に付したのと同一の符号を図４にも付してある。この変位拡大装置１における動作では、ベース板２に固定された変位発生手段３（例えば、圧電アクチュエータ）による変位出力は、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられる。押込部材８には、固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接する一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６と、可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に当接する当接手段７とが設けられているので、押込部材８に伝えられた変位はさらに、摺接手段６を介して固定傾斜面９を有する固定拡大部材１１に伝えられるとともに、当接手段７を介して可動傾斜面１０を有する可動拡大部材１２に伝えられる。なお、押込部材８の変位入力部４は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向に摺動自在に支持されており、摺接手段６および当接手段７に対して出力軸方向に相対的に平行移動することが可能である。
【００５０】
可動拡大部材１２は当接手段７および一対の円筒ころ１３によって支持されており、可動拡大部材１２は所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動可能に構成されている。その結果、押込部材８の当接手段７を介して変位伝達された可動拡大部材１２は、可動拡大部材１２に設けられた可動傾斜面１０の傾斜により、拡大された変位量で出力軸方向へ変位する。一方、固定拡大部材１１は入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されているため、押込部材８から固定拡大部材１１への変位伝達の反力により、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられた押込部材８が、位置が固定された固定拡大部材１１に対して出力軸方向に変位拡大動作を行う。この押込部材８による出力軸方向の変位拡大動作が、可動拡大部材１２をさらに出力軸方向（矢印方向）に動作させることになり、結果として固定傾斜面９による拡大変位と可動傾斜面１０による拡大変位の和の拡大変位が、可動拡大部材１２の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、出力軸方向は、変位発生手段３による変位の入力方向（変位発生手段３の軸心方向）と交差する方向に設定されていればよいが、好ましくは、図示の如く、変位発生手段３による変位の入力方向と直交する方向に設定される。
【００５１】
押込部材８の変位入力部４は摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けられており、変位発生手段３により押圧された押込部材８が固定傾斜面９に沿って移動しても、変位発生手段３と変位入力部４との間の出力軸方向における相対的位置関係は維持される。その結果、変位発生手段３により発生した変位は、変位入力部４を介して押込部材８へ安定的に伝達される。
【００５２】
押込部材８および可動拡大部材１２の支持構造には３箇所で支持された構造が適用されており、例えば押込部材８は、当接手段７および一対の摺接部５ａ、５ｂによって３箇所で支持されている。このような３箇所で支持された構造を採用することにより、当接手段７が確実に可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に接触するとともに、１対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６が確実に固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接するので、当接手段７および摺接手段６は非接触となることがなく、押込部材８は安定して所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（固定傾斜面９に沿った方向）に円滑に移動される。同様に、可動拡大部材１２は、上述の通り当接手段７および一対の円筒ころ１３によって３箇所で支持されており、当接手段７および一対の円筒ころ１３は非接触となることがないので、可動拡大部材１２は所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動される。しかも、本実施態様において、可動拡大部材１２の形状は、当接手段７および一対の円筒ころ１３によって３箇所で支持される形状に形成されていればよく、可動傾斜面１０の傾斜角度についてはとくに限定されない。したがって、可動拡大部材１２のみを交換して可動傾斜面１０の傾斜角度を変更することにより、他の部材に一切変更を加えることなく、変位拡大装置１の変位拡大倍率を容易に変更することができる。
【００５３】
可動拡大部材１２の出力軸方向一方側にはシャフト１４が設けられ、このシャフト１４に対してリニアブッシュ１５が設置されていて、可動拡大部材１２の拡大変位を確実に所定の一方向に出力させることができるようになっている。さらに、可動拡大部材１２は、付勢手段としての圧縮ばね１６により、可動傾斜面１０に当接する当接手段７の押圧に抗する向きへ予圧がかけられており、当該予圧により、可動拡大部材１２と押込部材８との間、固定拡大部材１１と押込部材８との間、さらには押込部材８の変位入力部４と当接する変位発生手段３の出力端に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、可動拡大部材１２の拡大された変位は、確実にかつ精度良くシャフト１４の変位として出力される。なお、シャフト１４の構成は上記に限定されるものではなく、例えば、可動拡大部材１２とは別個の部材として構成されたシャフト１４が、リニアブッシュ１５により移動自在に支持されるとともに圧縮ばね１６により可動拡大部材１２側に向けて予圧され、当該予圧により、シャフト１４と可動拡大部材１２との間から変位発生手段３の出力端に至るまでの変位伝達経路全体にわたって各部材が遊びなく組み合わされている構成を採用することもできる。
【００５４】
図５、図６は、本発明の第２実施態様に係る変位拡大装置を示しており、とくに、変位拡大装置を疲労耐久試験機として用いた例を示している。図５は変位拡大装置３１の正面図、図６は図５中の矢印Ａ方向から見た部分縦断面図である。この変位拡大装置３１には、傾斜角度の等しい一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂを有する固定拡大部材４１が入力軸方向（図５、図６のｘ方向）および出力軸方向（図５のｙ方向）に対し位置が固定されて取り付けられており、この一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂは、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向（図６のｚ方向）に配置されており、固定傾斜面３９ａ、３９ｂの間には、可動傾斜面４０を備えた可動拡大部材４２が配置されている。固定拡大部材４１および可動拡大部材４２には、固定拡大部材４１の一つの固定傾斜面３９ａに摺接する一つの一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる一つの摺接手段３６ａと、固定拡大部材４１の他の固定傾斜面３９ｂに摺接する他の一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる他の摺接手段３６ｂと、可動拡大部材４２の可動傾斜面４０に当接する当接手段３７とを有する押込部材３８が当接している。押込部材３８には、固定傾斜面３９ａに摺接する一つの摺接手段３６ａと、固定傾斜面３９ａと等しい傾斜角度を有する固定傾斜面３９ｂに摺接する他の摺接手段３６ｂとが設けられているので、押込部材３８は一対の平行な固定傾斜面３９ａ、３９ｂに沿って摺動することができる。また、可動拡大部材４２は一対のベアリング４３および押込部材３８に設けられた当接手段３７により支持されており、所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動可能に構成されている。
【００５５】
この変位拡大装置３１における動作では、ベース板３２に固定された変位発生手段３３（例えば、圧電アクチュエータ）の変位出力は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向へ摺動自在に支持された変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられる。上述の通り、押込部材３８は一対の平行な固定傾斜面３９ａ、３９ｂに沿って摺動可能に構成されており、かつ、押込部材３８には可動拡大部材４２の可動傾斜面４０に当接する当接手段３７が設けられているので、押込部材３８に伝えられた変位はさらに、一つの摺接手段３６ａおよび他の摺接手段３６ｂを介して固定傾斜面３９ａ、３９ｂを有する固定拡大部材４１に伝えられるとともに、当接手段３７を介して可動傾斜面４０を有する可動拡大部材４２に伝えられる。
【００５６】
図５の変位拡大装置３１による変位拡大機構の模式図を図７に示す。図７（Ａ）は可動拡大部材４２の可動傾斜面４０による変位拡大機構を、図７（Ｂ）は固定拡大部材４１の固定傾斜面３９ａによる変位拡大機構を、図７（Ｃ）は図７（Ａ）の変位拡大機構による拡大変位と図７（Ｂ）の変位拡大機構による拡大変位とが合成された結果としての変位拡大装置３１全体における変位拡大機構を、それぞれ表している。なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、ｘ軸は変位拡大装置３１における入力軸方向の向きを、ｙ軸は変位拡大装置３１における出力軸方向の向きを、それぞれ表しており、ｘ軸方向における正方向への変位が変位拡大装置３１に入力されることにより、ｙ軸方向における正方向への拡大された変位が変位拡大装置３１より出力される。図７（Ａ）において、変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、当接手段３７により可動傾斜面４０を介して可動拡大部材４２へと伝達される。押込部材３８に設けられた当接手段３７および一対のベアリング４３により支持された可動拡大部材４２は出力軸方向へ移動自在に構成されているので、当接手段３７により押圧された可動拡大部材４２は、可動拡大部材４２に設けられた可動傾斜面４０により、出力軸方向へＤ３だけ変位する。ここで、出力軸方向が入力軸方向に対し直交している場合、可動傾斜面４０による変位の拡大倍率Ｄ３／Ｄは、可動傾斜面４０の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα３とし、α３の余角９０°−α３を出力軸方向に対する可動傾斜面４０の傾斜角度θ３とするとき、Ｄ３／Ｄ＝１／ｔａｎθ３＝１／ｔａｎ（９０°−α３）で表される。なお、図７（Ａ）において、可動傾斜面４０の法線ｎは、ｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である。また、図７（Ａ）の直線ｍは、可動傾斜面４０の法線ｎに直交し（すなわち、可動傾斜面４０に対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。
【００５７】
一方、図７（Ｂ）において、変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる摺接手段３６ａにより固定傾斜面３９ａを介して固定拡大部材４１へ伝達される。固定拡大部材４１は入力軸方向および出力軸方向に対して位置が固定されているので、押込部材３８から固定拡大部材４１への変位伝達の反力により、固定傾斜面３９ａに沿って移動自在に設けられた押込部材３８が、位置が固定された固定拡大部材４１に対して出力軸方向にＤ４だけ変位する。このとき、固定傾斜面３９ａによる変位の拡大倍率Ｄ４／Ｄは、固定傾斜面３９ａの法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα４とし、α４の余角９０°−α４を出力軸方向に対する可動傾斜面４０の傾斜角度θ４とするとき、Ｄ４／Ｄ＝１／ｔａｎθ４＝１／ｔａｎ（９０°−α４）で表される。なお、図７（Ｂ）において、固定傾斜面３９ａの法線ｎは、ｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である。また、図７（Ｂ）の直線ｍは、固定傾斜面３９ａの法線ｎに直交し（すなわち、固定傾斜面３９ａに対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。同様に、固定傾斜面３９ａに平行な傾斜面を有する固定傾斜面３９ｂにおいても、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる摺接手段３６ｂが摺接することにより、拡大倍率Ｄ４／Ｄ＝１／ｔａｎθ４の変位が実現される。この一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂによる押込部材３８の出力軸方向への変位拡大動作が、可動拡大部材４２をさらに出力軸方向に動作させることになり、結果として、図７（Ｃ）に示すように、可動傾斜面４０による拡大変位Ｄ３と一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂによる拡大変位Ｄ４の総和Ｄ３＋Ｄ４が、可動拡大部材４２の出力軸方向への変位として出力されることになる。なお、図７の実施形態においては、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３による変位拡大倍率よりも固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４による変位拡大倍率の方が大きい例が示されているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３による変位拡大倍率よりも固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４による変位拡大倍率の方が小さくてもよいし、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３が固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４と等しくてもよい。
【００５８】
図８は、図５〜図７に示された押込部材３８の底面図である。図８に示すように、押込部材３８の当接手段３７は、出力軸方向（図８のｙ方向）において、一対の摺接部３５ａ、３５ｂの間に挟まれるように配置されており、可動傾斜面４０から当接手段３７へ作用する力の方向が固定傾斜面３９ａから摺接部３５ａへ作用する力の方向と異なることにより生じる回転力は、可動傾斜面４０から当接手段３７へ作用する力の方向が固定傾斜面３９ａから摺接部３５ｂへ作用する力の方向と異なることにより生じる回転力と打ち消しあう。同様に、当接手段３７は、出力軸方向（図８のｙ方向）において、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄとの間に配置されており、当接手段３７に作用する力の方向が摺接部３５ｃに作用する力の方向と異なることにより生じる回転力は、当接手段３７に作用する力の方向が摺接部３５ｄに作用する力の方向と異なることにより生じる回転力と打ち消しあう。さらに、当接手段３７は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向（図８のｚ方向）において、一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる一つの摺接手段３６ａと、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる他の摺接手段３６ｂとの間に挟まれるように配置されているので、当接手段３７および一つの摺接手段３６ａに作用する力により押込部材３８に対して生じる回転力は、当接手段３７および他の摺接手段３６ｂに作用する力により押込部材３８に対して生じる回転力と打ち消しあう。その結果、それぞれの回転力は互いに打ち消しあって相殺され、押込部材３８の動作安定性が確保される。
【００５９】
図５に示された変位拡大装置３１は疲労耐久試験機として用いることができる。図５の変位拡大装置３１において、変位発生手段３３（例えば、圧電アクチュエータ）により発生した変位は、上述の通り、固定拡大部材４１の一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂおよび可動拡大部材４２の可動傾斜面４０により拡大され、可動拡大部材４２の出力軸方向（図５のｙ方向）の変位として出力される。可動拡大部材４２は、付勢手段としての圧縮ばね４６により、押込部材３８の当接手段３７による可動拡大部材４２の可動傾斜面４０への押圧に抗する向きへ予圧がかけられており、当該予圧により、可動拡大部材４２と押込部材３８との間、押込部材３８と固定拡大部材４１との間、さらには押込部材３８と変位入力手段３３との間に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。可動拡大部材４２の出力軸方向一方側には、リニアブッシュ４５により出力軸方向へ移動自在に支持されたシャフト４４を介して荷重計５０と測定子５１が直列に配置されており、可動拡大部材４２の拡大変位を測定子５１を介して測定試料５２へ伝達するとともに、測定試料５２から測定子５１が受ける反力を荷重計５０によって読み取ることができる。また、可動拡大部材４２の出力軸方向他方側には変位測定手段としての変位センサ５３が配置され、可動拡大部材４２の出力軸方向の変位量を測定することができる。なお、図５において測定試料５２は片持ち状態にて固定されているが、本発明の疲労耐久試験機における試験方法はこれに限定されるものではなく、例えば、チャック機構を設けることで、引張りの疲労耐久試験も行なうことが可能である。さらに、板状の測定試料の長手方向両端部を固定しておき、変位拡大装置３１により拡大された変位を当該測定試料の中央部に出力する形態の疲労耐久試験を行うこともできる。
【００６０】
図５の疲労耐久試験機３１を用いて疲労試験を行った結果の例を図９に示す。図９に示すように、測定試料５２に与える変位量を変位センサ５３により計測し、その時の反力を荷重計５０により読み取ることにより、疲労試験を行なう。この時に、変位量が所望の値にて正弦波状に時間変化するよう、変位センサ５３によるフィードバック制御を行なう。これを、例えば、１００Ｈｚで繰返し動作させ、反発荷重の変化を観る。やがて、測定試料５２が疲労状態になると反発荷重が低下するので、測定を開始してから反発荷重が低下するまでの振幅回数をもって、試料の疲労評価をする。
【００６１】
変位拡大装置３１において、可動拡大部材４２のシャフト４４、荷重計５０、測定子５１、測定試料５２および変位センサ５３は、全て出力軸方向に沿った同一直線上に配置されているので、変位センサ５３はアッベの原理に基づいて可動拡大部材４２の拡大変位を正確に測定することができ、荷重計５０は測定試料５２の反発荷重を測定子５１を介してダイレクトに測定することが可能である。このように変位量および反発荷重を正確に測定可能である本変位拡大装置は、金属疲労等の耐久試験に好適に利用できる。
【００６２】
電磁式リニアモータは、数Ｈｚの周波数でしか動作できない。一方、圧電アクチュエータ等の高分解能アクチュエータは、１ｋＨｚの駆動が可能である。本変位拡大装置は、数百Ｈｚの動作が可能であるので、電磁式の疲労耐久試験機に比べ、例えば、１００倍のスピードで動作させることができ、これにより、１／１００の時間で疲労試験を終了することが可能になる。
【００６３】
また、圧電アクチュエータは、変位分解能が０．１ｎｍ以下と非常に高い。本変位拡大装置と組み合わせて使用した場合でも、例えば、本変位拡大装置の拡大倍率が１０倍だとすると、分解能１ｎｍ以下を達成することができる。よって、電磁式の疲労耐久試験機では達成する事ができなかった、超微小な測定試料に対しても、疲労試験を行なうことが可能になる。
【００６４】
図１０は、本発明の第３実施態様を示しており、とくに、本発明に係る第２の変位拡大装置の一例としての変位拡大装置１０１を示している。なお、上述の変位拡大原理は本発明に係る第２の変位拡大装置にも当てはまる。すなわち、本発明に係る第２の変位拡大装置においても、変位拡大機構を構成する各部材の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができるとともに、各変位拡大機構を対称に構成する必要がないため、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、装置の製作や組立が容易化される。この変位拡大装置１０１においては、入力軸方向に変位可能な押圧部１０４を有する変位入力手段１０３がベース板１０２に固定されており、押圧部１０４の入力軸方向の変位が、転動体としての円筒ころ１０８を介して変位拡大装置１０１の押込部材１０５に入力される。変位入力手段１０３の押圧部１０４は出力軸方向に対し平行かつ入力軸方向に対し直交する平面状に形成されており、当該押圧部１０４は、押込部材１０５に設けられた平面状の変位入力部１０６と対向している。押込部材１０５は出力軸方向に移動自在に構成されており、押込部材１０５に設けられた平面状の変位入力部１０６には、出力軸方向と直交する深さ一定の溝１０７が形成されている。溝１０７の溝幅方向一端側には、変位入力手段１０３の押圧部１０４および溝１０７の底面と当接する円筒ころ１０８が溝１０７の溝幅方向に転動自在に収容されており、溝１０７の溝幅方向他端側には、円筒ころ１０８を溝幅方向一端側へ付勢する付勢手段としての板ばね１０９が収容されている。また、深さ一定の溝１０７の底面は、対向する押圧部１０４に対し平行に形成されており、変位入力手段１０３の押圧部１０４と溝１０７の底面とは、円筒ころ１０８を介して溝１０７の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。なお、本実施態様において、溝１０７の刻設方向は、板状部材である押込部材１０５の厚み方向と一致している。このような溝の加工方法としては、例えば、ワイヤーカット加工、エンドミルによる切削加工、レーザー加工などを挙げることができる。
【００６５】
変位入力手段１０３の押圧部１０４による変位出力は、溝１０７に収容された円筒ころ１０８を介して、第１の傾斜面１１０および第２の傾斜面１１１を有する押込部材１０５へ伝達される。押込部材１０５に伝えられた変位はさらに、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と当接する転動体としての円筒ころ１１５を介して固定拡大部材１１２へ伝えられるとともに、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と当接する転動体としての円筒ころ１２０を介して可動拡大部材１１７へと伝えられる。
【００６６】
固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３は押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と対向しており、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０に対して相対的に平行移動可能に構成されている。固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３には、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝１１４が設けられている。溝１１４の溝幅方向は押込部材１０５の第１の傾斜面１１０の相対的平行移動方向と一致しており、溝１１４の刻設方向は、板状部材である固定拡大部材１１２の厚み方向と一致している。溝１１４の溝幅方向一端側には、溝１１４の底面および押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と当接する円筒ころ１１５が溝１１４の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１１４の溝幅方向他端側には、円筒ころ１１５を溝１１４の溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１１６が収容されている。なお、深さ一定の溝１１４の底面は対向する第１の傾斜面１１０に対し平行に形成されており、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と溝１１４の底面とは、円筒ころ１１５を介して溝１１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００６７】
同様に、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８は押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と対向しており、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１に対し相対的に平行移動可能に構成されている。可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８には、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝１１９が設けられている。溝１１９の溝幅方向は押込部材１０５の第２の傾斜面１１１の相対的平行移動方向と一致しており、溝１１９の刻設方向は、板状部材である可動拡大部材１１７の厚み方向と一致している。溝１１９の溝幅方向一端側には、溝１１９の底面および押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と当接する円筒ころ１２０が溝１１９の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１１９の溝幅方向他端側には、円筒ころ１２０を溝１１９の溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１２１が収容されている。なお、深さ一定の溝１１９の底面は対向する第２の傾斜面１１１に対し平行に形成されており、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と溝１１９の底面とは、円筒ころ１２０を介して溝１１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００６８】
なお、変位拡大装置１０１には出力軸方向に対し位置が固定された支持部材１２３が備えられており、支持部材１２３には、出力軸方向に平行な平面状に支持部１２４が形成されている。また、可動拡大部材１１７には、支持部材１２３の支持部１２４と対向し出力軸方向と平行な平面状に形成された面状部１２２が設けられており、可動拡大部材１１７の面状部１２２は、支持部材１２３の支持部１２４に対し相対的に出力軸方向に平行移動可能に構成されている。支持部材１２３の支持部１２４には出力軸方向と直交する深さ一定の溝１２５が設けられており、溝１２５の溝幅方向一端側には、転動体としての円筒ころ１２６が、溝１２５の底面および可動拡大部材１１７の面状部１２２と当接した状態にて溝１２５の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１２５の溝幅方向他端側には、円筒ころ１２６を溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１２７が収容されている。なお、深さ一定の溝１２５の底面は対向する面状部１２２に対し平行に形成されており、可動拡大部材１１７の面状部１２２と溝１２５の底面とは、円筒ころ１２６を介して溝１２５の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。
【００６９】
上述の通り、変位入力手段１０３の押圧部１０４による変位出力は、溝１０７に収容された円筒ころ１０８を介して押込部材１０５へ伝達され、押込部材１０５へ伝達された変位はさらに、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０および溝１１４の底面に当接する円筒ころ１１５を介して固定傾斜面１１３を有する固定拡大部材１１２へと伝えられるとともに、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１および溝１１９の底面に当接する円筒ころ１２０を介して可動傾斜面１１８を有する可動拡大部材１１７へと伝えられる。この時、可動拡大部材１１７は、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８に設けられた溝１１９の底面の傾斜により、拡大された変位量で変位する。この時、変位する方向は、ガイドもしくは位置規制により、変位拡大装置１０１の出力軸方向となる。またこの時、固定拡大部材１１２は出力軸方向に対し位置が固定されているので、押込部材１０５から固定拡大部材１１２への変位伝達の反力により、固定拡大部材の固定傾斜面１１３に沿って平行移動自在に設けられている押込部材１０５が、固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３に設けられた溝１１４の底面の傾斜により、固定拡大部材１１２に対して出力軸方向に変位拡大動作をすることになる。この拡大動作が、可動拡大部材１１７をさらに出力軸方向へ動作させることになり、結果として、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８に設けられた溝１１９の底面の傾斜による拡大変位と固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３に設けられた溝１１４の底面の傾斜による拡大変位の総和が、可動拡大部材１１７の出力軸方向の変位、そしてさらに、出力部材１２８の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、変位拡大装置１０１の出力軸方向は、変位発生手段１０３の押圧部１０４の移動方向（入力軸方向）と交差する方向に設定されていればよいが、好ましくは、図示の如く、変位発生手段１０３の押圧部１０４による変位の入力方向と直交する方向に設定される。
【００７０】
出力部材１２８（例えば、シャフト）に対しては、リニアガイド機構１２９（例えば、リニアブッシュ）が設置されていて、拡大変位を確実に所定の一方向へ出力させることができるようになっている。さらに、出力部材１２８は、付勢手段としての圧縮ばね１３０により可動拡大部材１１７側へ向けて予圧された状態にて可動拡大部材１１７と当接しており、当該予圧により、出力部材１２８と可動拡大部材１１７との間、可動拡大部材１１７と押込部材１０５との間、押込部材１０５と固定拡大部材１１２との間、さらには押込部材１０５の変位入力部１０６に設けられた溝１０７の底面から円筒ころ１０８を介して変位発生手段１０３の押圧部１０４に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、変位発生手段１０３により入力された変位は、変位拡大装置１０１により拡大され、確実にかつ精度良く出力部材１２８の変位として出力される。
【００７１】
本実施態様において、転動体としての円筒ころ１０８、１１５、１２０、１２６および対応する付勢手段としての板ばね１０９、１１６、１２１、１２７の溝内における配置は、変位発生手段１０３による変位入力時における各部材の移動方向に基づいて定められている。例えば、変位拡大装置１０１において、変位発生手段１０３の押圧部１０４が円筒ころ１０８を介して押込部材１０５の変位入力部１０６に設けられた溝１０７の底面を押圧する向きを、変位拡大装置１０１の入力軸方向（図１０のｘ軸方向）における正方向とし、押込部材１０５が変位発生手段１０３により押圧された際に可動拡大部材１１７が変位する向きを、変位拡大装置１０１の出力軸方向（図１０のｙ軸方向）における正方向とすると、円筒ころ１０８を収容する溝１０７が形成された押込部材１０５の変位入力部１０６は、変位入力手段１０３の押圧部１０４の押圧（押圧部１０４の入力軸方向における正方向への変位）により、変位入力手段１０３の押圧部１０４に対して相対的に出力軸方向に関して正方向に平行移動する。この時、溝１０７の溝幅方向一端側（出力軸方向における正方向側）に収容された円筒ころ１０８は、変位入力手段１０３の押圧部１０４との当接を維持しつつ、板ばね１０９の押圧に抗して溝１０７の底面を溝幅方向他端側（出力軸方向における負方向側）へ転走し、押圧部１０４の入力変位を押込部材１０５へ伝達する。また、押込部材１０５の変位入力部１０６が変位入力手段１０３の押圧部１０４に対し出力軸方向に関して相対的に負方向に移動すると、円筒ころ１０８は、変位入力手段１０３の押圧部１０４との当接を維持しつつ、溝１０７の底面を溝幅方向一端側（出力軸方向における正方向側）へ転走する。その結果、変位入力手段１０３の押圧部１０４により入力された変位は、押込部材１０５の位置にかかわらず、円筒ころ１０８を介して押込部材１０５へ確実に伝達される。円筒ころ１１５、１２０、１２６および対応する付勢手段としての板ばね１１６、１２１、１２７についても同様である。
【００７２】
図１１は、図１０の変位拡大装置１０１の固定拡大部材１１２を表しており、（Ａ）は固定拡大部材１１２の縦断面図を、（Ｂ）は固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３を押込部材１０５側（図１１（Ａ）の矢印Ｂ方向）から見た概略図を示している。図１１に示す複数の溝１１４のそれぞれにおいて、溝１１４の溝幅方向一端側には円筒ころ１１５が転動自在に収容されており、溝１１４の溝幅方向他端側には、円筒ころ１１５を溝１１４の溝幅方向一端側へ付勢する板ばね１１６が収容されている。溝１１４の溝幅方向一端側の側壁には溝幅方向他端側へと延びる爪状部１３１が設けられ、円筒ころ１１５の溝１１４からの脱落が防止されている。また、溝１１４の溝幅方向他端側の側壁には溝幅方向一端側へと延びる突起部１３２が形成され、板ばね１１６の脱落が防止されている。なお、図示は省略するが、図１０の変位拡大装置１０１においては、溝１０７、１１９、１２５にも溝１１４と同様に爪状部および突起部が設けられており、円筒ころ１０８、１２０、１２６および板ばね１０９、１２１、１２７の脱落防止が図られている。
【００７３】
さらに、図１１（Ｂ）に示すように、溝１１４は固定拡大部材１１２の一端側から他端側まで延設されて両端が開放端となっており、両開放端の外側には円筒ころ１１５の脱落を防止する一組の蓋部材１３３が配置されている。同様に、変位拡大装置１０１においては、溝１０７、１１９、１２５も両端が開放端に形成されており、一組の蓋部材１３３によりそれぞれの溝からの円筒ころの脱落が防止されている。なお、本実施態様においては一組の蓋部材１３３により複数の溝１０７、１１４、１１９、１２５の両端部が覆止されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の溝１０７、１１４、１１９、１２５のそれぞれにおいて別々の蓋部材が用いられていても良い。
【００７４】
図１２は、図１０の変位拡大装置１０１に変位測定手段を設けた場合の例を示しており、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の変位拡大装置に一組の蓋部材１３３を装着した状態を示す上面図である。図１２の変位拡大装置１０１において、出力軸方向一方側に配置された出力部材１２８には、変位拡大装置１０１の出力軸方向他方側まで延設された変位測定部１３４が設けられており、当該変位測定部１３４の出力軸方向他方側には、変位測定部１３４の出力軸方向の変位を測定する変位測定手段１３５が配置されている。図１２に示すように、変位測定部１３４は変位測定手段１３５の測定軸と同一線上に配置されており、かつ、変位測定部１３４の変位方向（出力軸方向）は変位測定手段の測定軸方向と一致しているので、アッベの原理に基づいた精密な変位測定が可能である。
【００７５】
なお、本発明に係る第２の変位拡大装置の具体的な構造としては、図１０〜１２に示した構造以外、種々の変更が可能である。例えば、図１３に示すような形態を取ることも可能である。図１３において、ｘ軸方向は変位拡大装置２０１の入力軸方向、ｙ軸方向は変位拡大装置２０１の出力軸方向を表しており、変位拡大装置２０１に入力されたｘ軸正方向の変位は、変位拡大装置２０１により拡大され、ｙ軸正方向の拡大された変位として出力される。図１３に示す変位拡大装置２０１においては、入力軸方向に変位可能な押圧部２０４を有する変位入力手段２０３がベース板２０２に固定されており、押圧部２０４の入力軸方向の変位が、転動体としての円筒ころ２０８を介して変位拡大装置２０１の押込部材２０５に入力される。変位入力手段２０３の押圧部２０４は出力軸方向に対し平行かつ入力軸方向に対し直交する平面状に形成されており、当該押圧部２０４は、押込部材２０５に設けられた平面状の変位入力部２０６と対向している。押込部材２０５は出力軸方向に移動自在に構成されており、押込部材２０５に設けられた平面状の変位入力部２０６には、出力軸方向と直交する深さ一定の溝２０７が形成されている。溝２０７の溝幅方向一端側には、溝２０７の底面および変位入力手段２０３の押圧部２０４と当接する円筒ころ２０８が溝２０７の溝幅方向に転動自在に収容されている。また、深さ一定の溝２０７の底面は、対向する押圧部２０４に対し平行に形成されており、変位入力手段２０３の押圧部２０４と溝２０７の底面とは、円筒ころ２０８を介して溝２０７の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。
【００７６】
変位入力手段２０３の押圧部２０４による変位出力は、溝２０７に収容された円筒ころ２０８を介して、第１の傾斜面２１０および第２の傾斜面２１１を有する押込部材２０５へ伝達される。押込部材２０５に伝えられた変位はさらに、第１の傾斜面２１０に設けられた溝２１４に収容された転動体としての円筒ころ２１５を介して固定拡大部材２１２へ伝えられるとともに、第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９に収容された転動体としての円筒ころ２２０を介して可動拡大部材２１７へと伝えられる。
【００７７】
固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３は押込部材２０５の第１の傾斜面２１０と対向しており、押込部材２０５の第１の傾斜面２１０に対して相対的に平行移動可能に構成されている。押込部材２０５の第１の傾斜面２１０には、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝２１４が設けられており、溝２１４の溝幅方向一端側には、溝２１４の底面および固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３と当接する円筒ころ２１５が溝２１４の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２１４の底面は、対向する固定傾斜面２１３に対し平行に形成されており、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３と溝２１４の底面とは、円筒ころ２１５を介して溝２１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００７８】
同様に、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８は押込部材２０５の第２の傾斜面２１１と対向しており、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に対し相対的に平行移動可能に構成されている。押込部材２０５の第２の傾斜面２１１には、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝２１９が設けられており、溝２１９の溝幅方向一端側には、溝２１９の底面および可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８と当接する円筒ころ２２０が溝２１９の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２１９の底面は、対向する可動傾斜面２１８に対し平行に形成されており、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８と溝２１９の底面とは、円筒ころ２２０を介して溝２１９の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。なお、本実施態様において、溝２０７、２１４、２１９の刻設方向は、板状部材である押込部材２０５の厚み方向と一致している。
【００７９】
変位拡大装置２０１には出力軸方向に対し位置が固定された支持部材２２３が備えられており、支持部材２２３には、出力軸方向に平行な平面状に支持部２２４が形成されている。また、可動拡大部材２１７には、支持部材２２３の支持部２２４と対向し出力軸方向と平行な平面状に形成された面状部２２２が設けられており、可動拡大部材２１７の面状部２２２は、支持部材２２３の支持部２２４に対し相対的に出力軸方向に平行移動可能に構成されている。支持部材２２３の支持部２２４には出力軸方向と直交する深さ一定の溝２２５が設けられており、溝２２５の溝幅方向一端側には、転動体としての円筒ころ２２６が、溝２２５の底面および可動拡大部材２１７の面状部２２２と当接した状態にて溝２２５の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２２５の底面は、対向する面状部２２２に対し平行に形成されており、可動拡大部材２１７の面状部２２２と溝２２５の底面とは、円筒ころ２２６を介して溝２２５の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。なお、図示は省略するが、変位拡大装置２０１の溝２０７、２１４、２１９、２２５には、円筒ころ２０８、２１５、２２０、２２６の脱落を防止する爪状部が形成されていてもよい。また、変位拡大装置２０１の溝２０７、２１４、２１９、２２５には、円筒ころを付勢する付勢手段（例えば、板ばね）や、付勢手段の脱落を防止する突起部が設けられていてもよい。
【００８０】
上述の通り、変位入力手段２０３の押圧部２０４による変位出力は、溝２０７に収容された円筒ころ２０８を介して押込部材２０５へ伝達され、押込部材２０５へ伝達された変位はさらに、押込部材２０５の第１の傾斜面２１０に設けられた溝２１４の底面に当接する円筒ころ２１５を介して固定傾斜面２１３を有する固定拡大部材２１２へと伝えられるとともに、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９の底面に当接する円筒ころ２２０を介して可動傾斜面２１８を有する可動拡大部材２１７へと伝えられる。この時、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９の底面により円筒ころ２２０を介して可動傾斜面２１８を押圧された可動拡大部材２１７は、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の傾斜により、拡大された変位量で変位する。この時、変位する方向は、ガイドもしくは位置規制により、変位拡大装置２０１の出力軸方向となる。またこの時、固定拡大部材２１２は出力軸方向に対し位置が固定されているので、押込部材２０５から固定拡大部材２１２への変位伝達の反力により、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３に沿って平行移動自在に設けられている押込部材２０５が、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の傾斜により、固定拡大部材２１２に対して出力軸方向（図１３のｙ軸における正方向）に変位拡大動作をすることになる。この拡大動作が、可動拡大部材２１７をさらに出力軸方向へ動作させることになり、結果として、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の傾斜による拡大変位と固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の傾斜による拡大変位の総和が、可動拡大部材２１７の出力軸方向の変位、そしてさらに、可動拡大部材２１７の出力軸方向一方側に位置する出力部材２２８の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、可動拡大部材２１７の出力軸方向他方側には変位測定手段２３５が配置されており、可動拡大部材２１７の出力軸方向における変位、ひいては出力部材２２８の出力軸方向における変位を測定することが可能である。
【００８１】
出力部材２２８に対しては、リニアガイド機構２２９が設置されていて、拡大変位を確実に所定の一方向へ出力させることができるようになっている。さらに、出力部材２２８は、付勢手段としての圧縮ばね２３０により可動拡大部材２１７側へ向けて予圧された状態にて可動拡大部材２１７と当接しており、当該予圧により、出力部材２２８と可動拡大部材２１７との間、可動拡大部材２１７と押込部材２０５との間、押込部材２０５と固定拡大部材２１２との間、さらには押込部材２０５の変位入力部２０６から円筒ころ２０８を介して変位発生手段２０３の押圧部２０４に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、変位発生手段１０３により入力された変位は、変位拡大装置１０１により拡大され、確実にかつ精度良く出力部材２２８の変位として出力される。
【００８２】
また、変位拡大装置２０１において、可動拡大部材２１７の出力軸方向他方側には、可動拡大部材２１７の出力軸方向の変位を測定する変位測定手段２３５が配置されている。図１３に示すように、可動拡大部材２１７は変位測定手段２３５の測定軸と同一線上に配置されており、かつ、可動拡大部材２１７の変位方向（出力軸方向）は変位測定手段２３５の測定軸方向と一致しているので、アッベの原理に基づいた精密な変位測定が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る変位拡大装置は、重いワークを高速動作させる用途や、加工機の送り機構などの高剛性が必要な用途に特に好適に適用できる。また、アクチュエータに対しリニアに変位拡大を行なう必要がある用途にも適用できる。さらに、変位倍率を変更する必要がある用途にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、３１、１０１、２０１ 変位拡大装置
２、３２、１０２、２０２ ベース板
３、３３、１０３、２０３ 変位発生手段
４、３４、１０６、２０６ 変位入力部
５ａ、５ｂ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 摺接部
６、３６ａ、３６ｂ 摺接手段
７、３７ 当接手段
８、３８、１０５、２０５ 押込部材
９ ３９ａ、３９ｂ、１１３、２１３ 固定傾斜面
１０、４０、１１８、２１８ 可動傾斜面
１１、４１、１１２、２１２ 固定拡大部材
１２、４２、１１７、２１７ 可動拡大部材
１３ ころ
１４、４４ シャフト
１５、４５ リニアブッシュ
１６、４６、１３０、２３０ ばね
４３ ベアリング
５０ 荷重計
５１ 測定子
５２ 測定試料
５３、１３５、２３５ 変位測定手段
１０４、２０４ 押圧部
１０７、１１４、１１９、１２５、２０７、２１４、２１９、２２５ 溝
１０８、１１５、１２０、１２６、２０８、２１５、２２０、２２６ ころ
１０９、１１６、１２１、１２７ 板ばね
１１０、２１０ 第１の傾斜面
１１１、２１１ 第２の傾斜面
１２２、２２２ 面状部
１２３、２２３ 支持部材
１２４、２２４ 支持部
１２８、２２８ 出力部材
１２９、２２９ リニアガイド機構
１３１ 爪状部
１３２ 突起部
１３３ 蓋部材
１３４ 変位測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位拡大装置に関し、例えば、微小変位発生装置の変位を、応答性良く拡大して出力するのに好適な変位拡大装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の変位拡大装置は、例えば特許文献１に開示されているように、変位発生手段としての伸縮可能なアクチュエータと、くさび状をした左右対称な傾斜面を有する可動変位拡大プレートによって構成された変位拡大機構とを備え、アクチュエータによって発生された変位を、前記変位拡大機構を一段または複数段用いて拡大し、拡大された変位を出力するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４７８６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−６８５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような変位拡大装置では、目標とする変位の拡大倍率を得ようとする場合、変位拡大のための拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅く（小さく）なる傾向にある場合がある。そのため、拡大プレートは、変位拡大装置の反出力方向に働く予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい、食い込みによる動作不良を起こし易くなる。また、拡大プレートの傾斜面の傾斜角が浅いと、アクチュエータの変位量の一部が、変位入力側と出力側との間に挟み込まれた拡大プレートところの弾性変形に消費されてしまい、拡大効率が悪くなるという問題も有していた。また、高拡大倍率を得ようとして変位拡大機構を二段にした場合、変位の方向が二度変わってしまうことになるため、装置や機構の剛性および精度の面から変位のロスが発生し易くなる恐れがあった。
【０００５】
さらに、拡大プレートの傾斜面が左右対称の構成となっているので、左右が全く同じ動作をしなければ拡大ロスが発生しまう。ロスを抑えるためには、左右の部品を高精度に製作し、組み立てる必要があり、技術的、コスト的に困難なものとなってしまっていた。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されている変位拡大装置では、変位拡大のための拡大プレートの傾斜面が従来技術と比較して深い（大きい）場合であっても変位を拡大することができるため、上述の拡大効率の悪化や変位のロスが防止され、拡大変位を高精度で得ることが可能となっている。しかしながら、特許文献２には、押込プレートと可動拡大プレートの間および押込プレートと固定拡大プレートの間に、両者間を相対移動可能に係合させる転動体を介装することについては記載されているものの、この転動体の位置ずれ等を防止する方法についてはとくに言及されていない。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点、とくに、拡大部材の傾斜面の傾斜角が浅くなることによる上記のような問題点に着目し、基本的に拡大部材の傾斜角が従来技術に比べ大きくなるようにし、拡大部材が予圧ばねの力によりくさびとして作用してしまい食い込むことにより発生する動作不良を大幅に低減し、変位拡大の際のロスがなく、拡大変位が高精度で得られるとともに、剛性の高い変位拡大装置で、しかも、転動体の脱落が防止され、製作、組立、および変位拡大倍率の変更が容易な変位拡大装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面を備え、前記入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面を備え、前記出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と、
前記変位発生手段から押圧力を受ける変位入力部、前記固定傾斜面と摺接する摺接手段、および前記可動傾斜面と当接する当接手段を備え、前記固定傾斜面に沿って平行移動自在に設けられ、前記可動拡大部材を前記出力軸方向に押し込む押込部材と、
から構成されることを特徴とするものからなる。
【０００９】
本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を変位入力部を介して押込部材に伝え、固定拡大部材の固定傾斜面と押込部材の摺接手段との間の変位伝達および可動拡大部材の可動傾斜面と押込部材の当接手段との間の変位伝達を介して、変位発生手段から押込部材に伝えられてきた変位を所定の倍率で拡大して可動拡大部材の出力軸方向の変位として発生させるようにしたものである。とくに、二つの拡大部材のうち一方を出力軸方向および入力軸方向の双方に対し位置が固定された固定拡大部材とし、他方を出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材とするとともに、押込部材を固定拡大部材の固定傾斜面に沿って平行移動自在に構成することにより、前述したような従来の変位拡大装置に比べ、より大きな拡大変位を得ることができるようにしたものである。
【００１０】
本発明に係る第１の変位拡大装置においては、押込部材に傾斜面が設けられていないため、可動傾斜面または固定傾斜面の角度を変更して拡大倍率を変更することが容易である。例えば、可動拡大部材を交換して可動傾斜面の傾斜角度を変更するだけで、変位拡大装置の拡大倍率を変更することができる。
【００１１】
摺接手段および当接手段の構成は特に限定されるものではなく、摩擦係数が低く押圧力の伝達が確実に行われる構成を適宜採用することができる。このような構成としては、例えば、摺接手段または当接手段としてベアリング等の転動体を採用した構成が挙げられる。
【００１２】
変位入力部は、摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けられていることが好ましい。変位入力部を摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けることにより、押込部材が固定傾斜面に沿って移動する場合においても出力軸方向における変位入力手段と変位入力部との相対的位置関係を維持することができ、変位入力手段からの入力を変位入力部を介して押込部材へ安定的に伝達することが可能となる。
【００１３】
押込部材の摺接手段には固定傾斜面を押圧する力の反力が固定傾斜面の法線方向に働き、当接手段には可動傾斜面を押圧する力の反力が可動傾斜面の法線方向に働く。これら反力の働く方向はそれぞれ異なるため、摺接手段が固定傾斜面と摺接する一対の摺接部からなる場合、当接手段は、出力軸方向の位置において一対の摺接部の間に挟まれるように配置されていることが好ましい。摺接手段および当接手段がこのように配置されることによって、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と一の摺接部が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力が、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と他の摺接部が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力と打ち消しあい、押込部材の動作安定性が維持される。
【００１４】
押込部材は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の摺接手段を備えていることが好ましい。このような構成により、押込部材が固定傾斜面に対し複数の摺接手段によって摺接することになり、摺動時の動作安定性が増大する。なお、複数の摺接手段は同一の固定傾斜面に摺接するよう構成されていてもよいし、同一の傾斜角度を有する複数の固定傾斜面が固定拡大部材に設けられ、複数の摺接手段が別々の固定傾斜面に摺接するよう構成されていてもよい。
【００１５】
また、上記のように入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の摺接手段が押込部材に設けられている場合、当接手段は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向の位置において一つの摺接手段と他の摺接手段との間に配置されていることが好ましい。本発明の押込部材の摺接手段には固定拡大部材の固定傾斜面からの力が固定傾斜面の法線方向に働いており、当接手段には可動拡大部材からの可動傾斜面からの力が可動傾斜面の法線方向に働き、これらの力が働く方向はそれぞれ異なる。摺接手段および当接手段を上記のように配置することにより、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と一の摺接手段が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力が、当接手段が可動拡大部材の可動傾斜面から受ける力の方向と他の摺接手段が固定拡大部材の固定傾斜面から受ける力の方向との違いにより押込部材に生じる回転力と打ち消しあい、押込部材の動作安定性が維持される。
【００１６】
本発明に係る第１の変位拡大装置においては、装置内で遊びを生じることなく変位拡大動作のための変位伝達が行われるために、上記可動拡大部材が、出力軸方向において、可動傾斜面と当接する当接手段による押圧に抗する向きに付勢されていることが好ましい。付勢手段としてはとくに限定されず、コイルスプリングや板ばね等のばね手段の他、エアシリンダ等のシリンダ手段を使用できる。
【００１７】
本発明に係る第１の変位拡大装置における変位発生手段としてはとくに限定されず、例えば、圧電素子の伸縮を変位として出力可能な圧電アクチュエータや、磁歪素子の伸縮を変位として出力可能な磁歪アクチュエータを好適に使用できる。
【００１８】
本発明に係る第１の変位拡大装置には、変位測定手段を設けて可動拡大部材の変位を測定することができる。このように変位測定手段を設ける場合、アッベの原理に基づいた正確な変位測定の観点から、変位測定手段および可動拡大部材を出力軸方向において同軸線上に配置することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る第１の変位拡大装置は、変位量のロスの低減により高精度で変位を拡大することができ、かつ、剛性に優れているので、金属疲労等の耐久試験を行う疲労耐久試験機として好適に用いることができる。とくに、変位測定手段および荷重測定手段を設け、可動拡大部材、測定試料、荷重測定手段および変位測定手段を全て出力軸方向に沿った同一直線上に配置することにより、アッベの原理に基づいた正確な荷重測定および変位測定を行うことができ、高精度の耐久試験を実施することが可能となる。また、本発明に係る第１の変位拡大装置は変位拡大倍率の変更が容易であるので、測定条件を変更しつつ耐久試験を行う場合にも好適に用いることができる。
【００２０】
本発明に係る第２の変位拡大装置は、変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、当該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
変位発生手段から変位が入力され、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた押込部材と、
押込部材の第１の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに第１の傾斜面と対向し第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な固定傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
押込部材の第２の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに第２の傾斜面と対向し第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な可動傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と
を有し、
押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面および可動拡大部材の可動傾斜面からなる群から選ばれた一の傾斜面に、当該一の傾斜面の相対的平行移動方向と直交する溝が刻設され、当該溝に転動自在に収容された転動体が、一の傾斜面に対向する対向傾斜面と当接していることを特徴とするものからなる。
【００２１】
本発明に係る第２の変位拡大装置において、一の傾斜面に刻設された溝は、当該一の傾斜面が対向傾斜面に対し相対的に平行移動する方向と直交している。言い換えると、溝の溝幅方向は、一の傾斜面の相対的平行移動方向と一致している。なお、この溝は、底面が対向傾斜面に対し平行となるように形成された深さ一定の溝であることが好ましい。
【００２２】
上記溝には、対向傾斜面および溝の底面と当接する転動体が転動自在に収容されている。対向傾斜面を有する部材が、一の傾斜面を有する部材に対し溝幅方向において他端側方向へ相対的に平行移動すると、溝に収容された転動体が、対向傾斜面との接触を維持しつつ、溝の底面を対向傾斜面を有する部材の相対的移動方向と同一の方向に向かって転走することにより、転動体を介した溝の底面と対向傾斜面との接触を保持しつつ、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われる。また、上記平行移動を行った対向傾斜面を有する部材が元の位置へ戻る場合にも、溝に収容された転動体が、対向傾斜面との接触を維持しつつ、溝の底面を対向傾斜面を有する部材の移動方向と同一の方向へ向かって転走することにより、転動体を介した溝の底面と対向傾斜面との接触を保持しつつ、対向傾斜面を有する部材の円滑な移動が実現される。その結果、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われるとともに、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との間の変位伝達が転動体を介して確実に行われることとなり、変位のロスの発生が抑制される。しかも、転動体は溝内に収容されることにより脱落が防止されているので、変位拡大装置の組立作業が容易化され、装置の変位拡大動作の安定性が維持される。
【００２３】
本発明において、転動体を収容する溝は、押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面のいずれに刻設されていてもよい。例えば、押込部材の第１の傾斜面に溝が刻設されている場合、押込部材の第１の傾斜面が上記一の傾斜面となり、押込部材の第１の傾斜面と対向する固定拡大部材の固定傾斜面が上記対向傾斜面となる。また、固定拡大部材の固定傾斜面に溝が刻設されている場合は、固定拡大部材の固定傾斜面が上記一の傾斜面となり、固定拡大部材の固定傾斜面と対向する押込部材の第１の傾斜面が上記対向傾斜面となる。押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面に溝が刻設されている場合も同様である。
【００２４】
また、転動体を収容する溝は、押込部材の第１の傾斜面、固定拡大部材の固定傾斜面、押込部材の第２の傾斜面または可動拡大部材の可動傾斜面のいずれか一つに刻設されていてもよいし、複数の傾斜面に刻設されていてもよい。さらに、一の傾斜面に複数の溝が刻設されていてもよい。
【００２５】
なお、上述の転動体収容構造、すなわち、一の傾斜面に設けられた溝に転動体が転動自在に収容されるとともに、一の傾斜面と対向する対向傾斜面が転動体に当接している構造は、上記一の傾斜面以外の場所にも採用することができる。より詳しく言うと、傾斜面同士が対向している箇所に限らず、一の部材に設けられた一の面状部と、他の部材に設けられ一の面状部と対向している対向面状部とが相対的に平行移動可能に構成された箇所であれば、一の面状部に、一の面状部の相対的平行移動方向と直交する溝を設け、当該溝に転動体を転動自在に収容するとともに、当該転動体が溝の底面および対向面状部と当接している構造を採用することが可能である。
【００２６】
例えば、本発明に係る第２の変位拡大装置の押込部材は、出力軸方向に移動自在に構成されており、変位入力手段に対し相対的に移動可能であるので、変位入力手段と押込部材とが当接する箇所に上述の転動体収容構造を採用することが可能である。具体的には、例えば、押込部材において変位入力手段の押圧力を受ける部分に一の面状部が設けられるとともに、変位入力手段の押圧部が一の面状部と略平行な面状に形成され、一の面状部に、出力軸方向と直交する溝が設けられ、当該溝に転動体が転動自在に収容され、当該転動体が溝の底面および変位入力手段の押圧部と当接している構造を採用することができる。また、本発明に係る第２の変位拡大装置の可動拡大部材は出力軸方向に移動自在に構成されているので、可動拡大部材が変位拡大装置に設けられた他の部材と当接する箇所に上述の転動体構造を採用することも可能である。具体的には、例えば、出力軸方向に対し位置が固定され、出力軸方向に平行な平面状の支持部が形成された上記他の部材としての支持部材が変位拡大装置に設けられるとともに、上記支持部に対向し出力軸方向に平行な平面状に形成された面状部が可動拡大部材に設けられ、上記支持部に、出力軸方向と直交する溝が設けられ、当該溝に転動体が転動自在に収容され、当該転動体が溝の底面および可動拡大部材の面状部と当接している構造を採用することができる。
【００２７】
上述の溝は、当該溝が設けられた部材の一端側から他端側まで延設され、溝の両端部が開放端となっていることが好ましい。このような形状の溝は、溝形成時に溝の両端部外側に壁状部を残す必要がないため加工が容易であり、製造工程の容易化および簡素化が実現される。
【００２８】
上述のように溝の両端が開放端である場合、溝の両端外側には、転動体の脱落を防止する蓋部材が配置されていることが好ましい。この蓋部材は、溝が設けられた部材に一体的に取り付けられていてもよいし、溝が設けられた部材とは別体として構成されていてもよい。また、蓋部材は、溝が設けられた部材に当接していてもよいし、当接していなくてもよい。さらに、複数の溝が刻設されている場合、一の蓋部材により複数の溝の開放端が覆われていてもよいし、それぞれの溝の開放端外側に別個の蓋部材が配置されていてもよい。
【００２９】
溝の溝幅方向一端側における側壁には、溝幅方向他端側へ延び、転動体の脱落を防止する爪状部が設けられていることが好ましい。
【００３０】
溝に転動自在に収容される転動体としてはとくに限定されず、例えば、ころを使用することができる。ころの形状はとくに限定されず、円筒状であってもよいし、ボール状であってもよい。
【００３１】
本発明に係る第２の変位拡大装置においては、遊びを生じることなく一の傾斜面と対向傾斜面との相対的平行移動が行われるために、溝に収容された転動体が、溝に収容された弾性体により溝幅方向に付勢されていることが好ましい。このような弾性体の種類はとくに限定されないが、低コストで設置の容易な板ばねが用いられることが好ましい。なお、例えば、溝の溝幅方向一端側に転動体が収容され、溝の溝幅方向他端側に弾性体が収容される場合は、当該弾性体の脱落を防止すべく、溝の溝幅方向他端側の側壁に、溝幅方向一端側へ延びる突起部が設けられていることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第２の変位拡大装置は、リニアガイド機構により出力軸方向に移動自在に支持された出力部材が、付勢手段により可動拡大部材側に付勢された状態にて可動拡大部材と当接している構造を採用することができる。このような構造においては、出力部材が可動拡大部材側に付勢されているので、出力部材と可動拡大部材との間、可動拡大部材と押込部材との間、押込部材と固定拡大部材との間、さらには押込部材と変位入力手段との間に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされ、装置内で遊びを生じることなく変位拡大動作のための変位伝達が行われる。また、出力部材が可動拡大部材と一体化されている場合は、リニアガイド機構により規定される出力部材の移動方向と可動拡大部材の変位方向とを高精度で一致させる必要があるが、上記の構造において出力部材は可動拡大部材に対し単に当接しているだけであるので、高精度の組立作業が不要となり、組立作業の高度化、複雑化を引き起こすことなく出力部材を配置することができる。なお、付勢手段としてはとくに限定されず、コイルスプリングや板ばねなどのばね手段の他、エアシリンダ等のシリンダ手段を使用できる。
【００３３】
本発明に係る第２の変位拡大装置には、出力軸方向の変位を測定する変位測定手段が設けられていることが好ましい。この変位測定手段は、可動拡大部材の出力軸方向における変位を測定するものであってもよいし、可動拡大部材の出力軸方向一方側に配置された出力部材の出力軸方向における変位を測定するものであってもよい。
【００３４】
本発明に係る第２の変位拡大装置における変位発生手段としてはとくに限定されず、例えば、圧電素子の伸縮を変位として出力可能な圧電アクチュエータや、磁歪素子の伸縮を変位として出力可能な磁歪アクチュエータを好適に使用できる。
【発明の効果】
【００３５】
このように、本発明に係る第１の変位拡大装置によれば、固定拡大部材および可動拡大部材の傾斜を大きくすることができるので、固定拡大部材および可動拡大部材が円滑に動作することが可能になる。また、変位伝達経路を構成する各部材、すなわち、押込部材、固定拡大部材、可動拡大部材、転動体および変位発生手段等の弾性変形を減らすことができるので、変位のロスを低減し、かつ、応答性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る第１の変位拡大装置の押込部材には傾斜面が形成されていないので、部品加工の簡素化、製造の容易化が実現されるとともに、固定傾斜面または可動傾斜面のうちいずれか一方の傾斜角度を変更することで変位の拡大倍率を容易に変更することができる。しかも、固定拡大部材の固定傾斜面による変位拡大機構と可動拡大部材の可動傾斜面による変位拡大機構とを対称に構成する必要がないので、各部材の精度および組立不良による変位のロスを生じさせることなく、変位を確実に伝達することができる。
【００３７】
本発明に係る第２の変位拡大装置によれば、一の傾斜面に設けられた溝内に転動自在に収容された転動体により溝の底面と対向傾斜面との間の変位伝達経路が確保されているので、一の傾斜面を有する部材と対向傾斜面を有する部材との相対的平行移動が円滑に行われるとともに、平行移動時における変位のロスの発生が抑制される。また、転動体は溝内に収容されることにより脱落が防止されているので、変位拡大装置の組立作業が容易化され、装置の変位拡大動作の安定性が維持される。さらに、傾斜面の傾斜を従来装置と比較して大きくすることができるので、変位拡大機構を構成する各部材の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができるとともに、各変位拡大機構を対称に構成する必要がないため、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、装置の製作や組立が容易化される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における変位拡大原理を説明するための一実施形態に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図２】図１の変位拡大装置の変位拡大原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明装置と従来装置の比較のための拡大部材の角度と拡大倍率との関係図である。
【図４】本発明の第１実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図６】図５の変位拡大装置の概略縦断面図である。
【図７】図５の変位拡大装置の変位拡大原理を説明するための模式図である。
【図８】図５の変位拡大装置に用いられる押込部材の底面図である。
【図９】本発明の変位拡大装置を用いてなされた動作試験の結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の第３実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【図１１】図１０の変位拡大装置に用いられる固定拡大部材の拡大図である。
【図１２】図１０の変位拡大装置に変位測定手段が設けられた状態を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の第４実施態様に係る変位拡大装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の変位拡大装置における変位拡大原理を、図１および図２に示す変位拡大装置１を参照しつつ説明する。図１の変位拡大装置１における動作では、例えば、ベース板２に固定された変位発生手段３（例えば、圧電アクチュエータ）からの入力は、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられる。押込部材８には、固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接する一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６と、可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に当接する当接手段７とが設けられているので、押込部材８に伝えられた変位はさらに、摺接手段６を介して固定拡大部材１１に伝えられるとともに、当接手段７を介して可動拡大部材１２に伝えられる。なお、押込部材８の変位入力部４は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向に摺動自在に支持されており、摺接手段６および当接手段７に対して出力軸方向に相対的に平行移動することが可能である。
【００４０】
図１の変位拡大装置１による変位拡大機構の模式図を図２に示す。図２（Ａ）は可動拡大部材１２の可動傾斜面１０による変位拡大機構を、図２（Ｂ）は固定拡大部材１１の固定傾斜面９による変位拡大機構を、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の変位拡大機構による拡大変位と図２（Ｂ）の変位拡大機構による拡大変位とが合成された結果としての変位拡大装置１全体における変位拡大機構を、それぞれ表している。なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、ｘ軸は変位拡大装置１における入力軸方向の向きを、ｙ軸は変位拡大装置１における出力軸方向の向きをそれぞれ表しており、ｘ軸方向における正方向への変位が変位拡大装置１に入力されることにより、ｙ軸方向における正方向への拡大された変位が変位拡大装置１より出力される。図２（Ａ）において、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、押込部材８の当接手段７により可動傾斜面１０を介して可動拡大部材１２へと伝達される。当接手段７および一対の円筒ころ１３により支持された可動拡大部材１２は出力軸方向へ移動自在に構成されているので、押込部材８の当接手段７により押圧された可動拡大部材１２は、可動拡大部材１２に設けられた可動傾斜面１０により、出力軸方向へＤ１だけ変位する。ここで、例えば、図２（Ａ）に示すように、出力軸方向が入力軸方向に対し直交し、かつ、可動傾斜面１０の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である場合、可動傾斜面１０による変位の拡大倍率Ｄ１／Ｄは、可動傾斜面１０の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα１とし、α１の余角９０°−α１を出力軸方向に対する可動傾斜面１０の傾斜角度θ１とするとき、Ｄ１／Ｄ＝１／ｔａｎθ１＝１／ｔａｎ（９０°−α１）で表される。ここで、図２（Ａ）の直線ｍは、可動傾斜面１０の法線ｎに直交し（すなわち、可動傾斜面１０に対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。なお、可動傾斜面による変位拡大機構は図２（Ａ）の構成のみに限定されるものではなく、変位拡大倍率Ｄ１／Ｄが１／ｔａｎθ１と必ずしも一致しない構成、例えば、出力軸方向が入力軸方向に対し直交していない構成や、可動傾斜面１０の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行でない構成も採用可能である。
【００４１】
一方、図２（Ｂ）において、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６により固定傾斜面９を介して固定拡大部材１１へ伝達される。固定拡大部材１１は入力軸方向および出力軸方向に対して位置が固定されているので、押込部材８から固定拡大部材１１への変位伝達の反力により、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられた押込部材８が、位置が固定された固定拡大部材１１に対して出力軸方向にＤ２だけ変位する。ここで、例えば、図２（Ｂ）に示すように、出力軸方向が入力軸方向に対し直交し、かつ、固定傾斜面９の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である場合、固定傾斜面９による変位の拡大倍率Ｄ２／Ｄは、固定傾斜面９の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα２とし、α２の余角９０°−α２を出力軸方向に対する固定傾斜面９の傾斜角度θ２とするとき、Ｄ２／Ｄ＝１／ｔａｎθ２＝１／ｔａｎ（９０°−α２）で表される。ここで、図２（Ｂ）の直線ｍは、固定傾斜面９の法線ｎに直交し固定傾斜面９に平行なｘｙ平面上の直線を表している。なお、固定傾斜面による変位拡大機構は図２（Ｂ）の構成のみに限定されるものではなく、変位拡大倍率Ｄ２／Ｄが１／ｔａｎθ２と必ずしも一致しない構成、例えば、出力軸方向が入力軸方向に対し直交していない構成や、固定傾斜面９の法線ｎがｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行でない構成も採用可能である。この固定傾斜面９による押込部材８の出力軸方向への変位拡大動作が、可動拡大部材１２をさらに出力軸方向に動作させることになり、結果として、図２（Ｃ）に示すように、可動傾斜面１０による拡大変位Ｄ１と固定傾斜面９による拡大変位Ｄ２の総和Ｄ１＋Ｄ２が、可動拡大部材１２の出力軸方向への変位として出力されることになる。なお、図１および図２の実施形態においては、出力軸方向に対する可動傾斜面１０の傾斜角度θ１による変位拡大倍率Ｄ１／Ｄよりも出力軸方向に対する固定傾斜面９の傾斜角度θ２による変位拡大倍率Ｄ２／Ｄの方が大きい例が示されているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、可動傾斜面１０の傾斜角度θ１による変位拡大倍率よりも固定傾斜面９の傾斜角度θ２による変位拡大倍率の方が小さくてもよいし、可動傾斜面１０の傾斜角度θ１が固定傾斜面９の傾斜角度θ２と等しくてもよい。
【００４２】
本発明の変位拡大装置では、前述したような従来技術と異なり、一段の変位拡大機構により、高倍率の拡大変位を得ることができる。したがって、従来の変位拡大装置のような、二段の変位拡大機構により力の方向が二度変わることによる剛性、精度の面からのロスを少なくすることができる。
【００４３】
すなわち、本発明も従来の変位拡大装置も、拡大部材の傾斜面の法線が出力軸方向に対しなす鋭角αの余角θ、すなわち出力軸方向に対する傾斜面の傾斜角度θ（＝９０°−α）によって変位の拡大倍率（１／ｔａｎθ）が決まり、傾斜角度が４５度の時、変位の拡大倍率は１倍となる。従来の変位拡大装置では、傾斜角度が４５度の拡大プレートを二段用いても拡大変位は１倍のままである。一方本発明では、固定拡大部材および可動拡大部材の拡大変位が足されて変位拡大装置の出力軸に伝えられるので、１＋１倍となって２倍の拡大変位を得ることができる。つまり、従来の変位拡大装置では変位拡大機構を二段にした場合、その二つの変位拡大倍率をかけ算した値が変位拡大装置の出力軸に拡大された変位として出力されるが、本発明では変位拡大倍率は足し算した値となり、変位拡大装置の出力軸に拡大された変位が出力されることになる。
【００４４】
このことは、特に拡大倍率４倍以下の時に大きな意味を持ってくる。例えば、傾斜角度が４５度の時、前述したように従来の変位拡大装置（二段の変位拡大機構）では拡大倍率１倍となり、本発明では２倍となる。ここで、従来の変位拡大装置が２倍の拡大変位を得るためには、拡大プレートの傾斜角度を二段とも３５．２度にする必要があり、本発明に対し二段とも傾斜角度が９．８度小さくなる。このことにより、つまり、従来の変位拡大装置では拡大プレートの傾斜角度が小さくなることにより、前述のように拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなる。本発明では固定拡大部材および可動拡大部材の傾斜を大きく設定できるので、くさび効果による食い込みによる動作不良や、固定拡大部材、可動拡大部材、摺接手段および当接手段の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができる。また本発明では、一段の変位拡大機構でありながら大きな変位拡大倍率を達成できるので、二段にした場合の前述の剛性や精度の面からの変位のロスの発生を抑制することもできる。
【００４５】
本発明の変位拡大装置（固定拡大部材の固定傾斜面の傾斜が可動拡大部材の可動傾斜面の傾斜と等しい場合）と従来の変位拡大装置（変位拡大機構が同角二段の場合）とについて、拡大部材の傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度と変位の拡大倍率との関係を示すと、図３のようになる。図３に示すように、とくに拡大倍率４倍以下において、本発明と従来の変位拡大装置を同じ拡大倍率で比較すると、本発明の傾斜の方が大きくなり、上記のような拡大プレートのくさび効果による食い込みによる動作不良や、拡大プレートところの弾性変形量増大による変位のロスが生じ易くなることを容易に防止できることが分かる。
【００４６】
例えば、後述の如く変位発生手段として圧電アクチュエータを、変位拡大装置に用いる場合、拡大倍率よりも剛性を最優先に考えることが多いので、実際には４倍以下の拡大倍率とすることが多い。このような場合、本発明に係る変位拡大装置は、従来装置に比べ、必要な拡大倍率を確保しつつ要求される剛性を達成できる、応答性の良い変位拡大装置として好適なものとなる。
【００４７】
さらに図３から分かるように、本発明においては、固定拡大部材の固定傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度および可動拡大部材の可動傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度が両方とも６３．５度である場合、一の傾斜面による拡大倍率が０．５倍となり、変位拡大装置全体としての拡大倍率が１倍となる。つまり、傾斜面の出力軸方向に対する傾斜角度θが６３．５度〜４５度の範囲内にある場合、言い換えると、出力軸方向と傾斜面の法線とのなす鋭角α（＝９０°−θ）が２６．５度〜４５度の範囲内にある場合は、従来の変位拡大装置では変位は縮小されるが、本発明では変位拡大可能となっている。このため、「大きな力を発生させ」、かつ、「変位量を増大させる」という相反する動作が可能であり、剛性、拡大効率の面において有利であることが分かる。剛性が高いことにより、耐振動性能に関しても非常に優れ、保持力にも優れることになる。
【００４８】
本発明の変位拡大装置においては、二段の変位拡大機構が設けられた従来装置に比べ、固定拡大部材の固定傾斜面による変位拡大機構と可動拡大部材の可動傾斜面による変位拡大機構とを対称に構成する必要がないので、固定拡大部材、可動拡大部材および押込部材の精度および組み立て不良による変位のロスが生じることなく、変位が確実に伝達される。換言すれば、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、製作や組立が容易化されることになる。
【００４９】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図４は、本発明の第１実施態様に係る変位拡大装置を示しており、その基本構成は、前述の動作原理の説明で使用した図１の装置と同じである。したがって、図１に付したのと同一の符号を図４にも付してある。この変位拡大装置１における動作では、ベース板２に固定された変位発生手段３（例えば、圧電アクチュエータ）による変位出力は、変位入力部４を介して押込部材８に伝えられる。押込部材８には、固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接する一対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６と、可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に当接する当接手段７とが設けられているので、押込部材８に伝えられた変位はさらに、摺接手段６を介して固定傾斜面９を有する固定拡大部材１１に伝えられるとともに、当接手段７を介して可動傾斜面１０を有する可動拡大部材１２に伝えられる。なお、押込部材８の変位入力部４は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向に摺動自在に支持されており、摺接手段６および当接手段７に対して出力軸方向に相対的に平行移動することが可能である。
【００５０】
可動拡大部材１２は当接手段７および一対の円筒ころ１３によって支持されており、可動拡大部材１２は所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動可能に構成されている。その結果、押込部材８の当接手段７を介して変位伝達された可動拡大部材１２は、可動拡大部材１２に設けられた可動傾斜面１０の傾斜により、拡大された変位量で出力軸方向へ変位する。一方、固定拡大部材１１は入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されているため、押込部材８から固定拡大部材１１への変位伝達の反力により、固定傾斜面９に沿って平行移動自在に設けられた押込部材８が、位置が固定された固定拡大部材１１に対して出力軸方向に変位拡大動作を行う。この押込部材８による出力軸方向の変位拡大動作が、可動拡大部材１２をさらに出力軸方向（矢印方向）に動作させることになり、結果として固定傾斜面９による拡大変位と可動傾斜面１０による拡大変位の和の拡大変位が、可動拡大部材１２の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、出力軸方向は、変位発生手段３による変位の入力方向（変位発生手段３の軸心方向）と交差する方向に設定されていればよいが、好ましくは、図示の如く、変位発生手段３による変位の入力方向と直交する方向に設定される。
【００５１】
押込部材８の変位入力部４は摺接手段および当接手段に対し出力軸方向に相対的に移動自在に設けられており、変位発生手段３により押圧された押込部材８が固定傾斜面９に沿って移動しても、変位発生手段３と変位入力部４との間の出力軸方向における相対的位置関係は維持される。その結果、変位発生手段３により発生した変位は、変位入力部４を介して押込部材８へ安定的に伝達される。
【００５２】
押込部材８および可動拡大部材１２の支持構造には３箇所で支持された構造が適用されており、例えば押込部材８は、当接手段７および一対の摺接部５ａ、５ｂによって３箇所で支持されている。このような３箇所で支持された構造を採用することにより、当接手段７が確実に可動拡大部材１２の可動傾斜面１０に接触するとともに、１対の摺接部５ａ、５ｂからなる摺接手段６が確実に固定拡大部材１１の固定傾斜面９に摺接するので、当接手段７および摺接手段６は非接触となることがなく、押込部材８は安定して所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（固定傾斜面９に沿った方向）に円滑に移動される。同様に、可動拡大部材１２は、上述の通り当接手段７および一対の円筒ころ１３によって３箇所で支持されており、当接手段７および一対の円筒ころ１３は非接触となることがないので、可動拡大部材１２は所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動される。しかも、本実施態様において、可動拡大部材１２の形状は、当接手段７および一対の円筒ころ１３によって３箇所で支持される形状に形成されていればよく、可動傾斜面１０の傾斜角度についてはとくに限定されない。したがって、可動拡大部材１２のみを交換して可動傾斜面１０の傾斜角度を変更することにより、他の部材に一切変更を加えることなく、変位拡大装置１の変位拡大倍率を容易に変更することができる。
【００５３】
可動拡大部材１２の出力軸方向一方側にはシャフト１４が設けられ、このシャフト１４に対してリニアブッシュ１５が設置されていて、可動拡大部材１２の拡大変位を確実に所定の一方向に出力させることができるようになっている。さらに、可動拡大部材１２は、付勢手段としての圧縮ばね１６により、可動傾斜面１０に当接する当接手段７の押圧に抗する向きへ予圧がかけられており、当該予圧により、可動拡大部材１２と押込部材８との間、固定拡大部材１１と押込部材８との間、さらには押込部材８の変位入力部４と当接する変位発生手段３の出力端に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、可動拡大部材１２の拡大された変位は、確実にかつ精度良くシャフト１４の変位として出力される。なお、シャフト１４の構成は上記に限定されるものではなく、例えば、可動拡大部材１２とは別個の部材として構成されたシャフト１４が、リニアブッシュ１５により移動自在に支持されるとともに圧縮ばね１６により可動拡大部材１２側に向けて予圧され、当該予圧により、シャフト１４と可動拡大部材１２との間から変位発生手段３の出力端に至るまでの変位伝達経路全体にわたって各部材が遊びなく組み合わされている構成を採用することもできる。
【００５４】
図５、図６は、本発明の第２実施態様に係る変位拡大装置を示しており、とくに、変位拡大装置を疲労耐久試験機として用いた例を示している。図５は変位拡大装置３１の正面図、図６は図５中の矢印Ａ方向から見た部分縦断面図である。この変位拡大装置３１には、傾斜角度の等しい一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂを有する固定拡大部材４１が入力軸方向（図５、図６のｘ方向）および出力軸方向（図５のｙ方向）に対し位置が固定されて取り付けられており、この一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂは、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向（図６のｚ方向）に配置されており、固定傾斜面３９ａ、３９ｂの間には、可動傾斜面４０を備えた可動拡大部材４２が配置されている。固定拡大部材４１および可動拡大部材４２には、固定拡大部材４１の一つの固定傾斜面３９ａに摺接する一つの一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる一つの摺接手段３６ａと、固定拡大部材４１の他の固定傾斜面３９ｂに摺接する他の一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる他の摺接手段３６ｂと、可動拡大部材４２の可動傾斜面４０に当接する当接手段３７とを有する押込部材３８が当接している。押込部材３８には、固定傾斜面３９ａに摺接する一つの摺接手段３６ａと、固定傾斜面３９ａと等しい傾斜角度を有する固定傾斜面３９ｂに摺接する他の摺接手段３６ｂとが設けられているので、押込部材３８は一対の平行な固定傾斜面３９ａ、３９ｂに沿って摺動することができる。また、可動拡大部材４２は一対のベアリング４３および押込部材３８に設けられた当接手段３７により支持されており、所定の姿勢に保たれながら、所定の方向（出力軸方向）に円滑に移動可能に構成されている。
【００５５】
この変位拡大装置３１における動作では、ベース板３２に固定された変位発生手段３３（例えば、圧電アクチュエータ）の変位出力は、図示されないスライドガイド（ベアリング）により出力軸方向へ摺動自在に支持された変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられる。上述の通り、押込部材３８は一対の平行な固定傾斜面３９ａ、３９ｂに沿って摺動可能に構成されており、かつ、押込部材３８には可動拡大部材４２の可動傾斜面４０に当接する当接手段３７が設けられているので、押込部材３８に伝えられた変位はさらに、一つの摺接手段３６ａおよび他の摺接手段３６ｂを介して固定傾斜面３９ａ、３９ｂを有する固定拡大部材４１に伝えられるとともに、当接手段３７を介して可動傾斜面４０を有する可動拡大部材４２に伝えられる。
【００５６】
図５の変位拡大装置３１による変位拡大機構の模式図を図７に示す。図７（Ａ）は可動拡大部材４２の可動傾斜面４０による変位拡大機構を、図７（Ｂ）は固定拡大部材４１の固定傾斜面３９ａによる変位拡大機構を、図７（Ｃ）は図７（Ａ）の変位拡大機構による拡大変位と図７（Ｂ）の変位拡大機構による拡大変位とが合成された結果としての変位拡大装置３１全体における変位拡大機構を、それぞれ表している。なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、ｘ軸は変位拡大装置３１における入力軸方向の向きを、ｙ軸は変位拡大装置３１における出力軸方向の向きを、それぞれ表しており、ｘ軸方向における正方向への変位が変位拡大装置３１に入力されることにより、ｙ軸方向における正方向への拡大された変位が変位拡大装置３１より出力される。図７（Ａ）において、変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、当接手段３７により可動傾斜面４０を介して可動拡大部材４２へと伝達される。押込部材３８に設けられた当接手段３７および一対のベアリング４３により支持された可動拡大部材４２は出力軸方向へ移動自在に構成されているので、当接手段３７により押圧された可動拡大部材４２は、可動拡大部材４２に設けられた可動傾斜面４０により、出力軸方向へＤ３だけ変位する。ここで、出力軸方向が入力軸方向に対し直交している場合、可動傾斜面４０による変位の拡大倍率Ｄ３／Ｄは、可動傾斜面４０の法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα３とし、α３の余角９０°−α３を出力軸方向に対する可動傾斜面４０の傾斜角度θ３とするとき、Ｄ３／Ｄ＝１／ｔａｎθ３＝１／ｔａｎ（９０°−α３）で表される。なお、図７（Ａ）において、可動傾斜面４０の法線ｎは、ｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である。また、図７（Ａ）の直線ｍは、可動傾斜面４０の法線ｎに直交し（すなわち、可動傾斜面４０に対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。
【００５７】
一方、図７（Ｂ）において、変位入力部３４を介して押込部材３８に伝えられた入力軸方向の変位Ｄは、一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる摺接手段３６ａにより固定傾斜面３９ａを介して固定拡大部材４１へ伝達される。固定拡大部材４１は入力軸方向および出力軸方向に対して位置が固定されているので、押込部材３８から固定拡大部材４１への変位伝達の反力により、固定傾斜面３９ａに沿って移動自在に設けられた押込部材３８が、位置が固定された固定拡大部材４１に対して出力軸方向にＤ４だけ変位する。このとき、固定傾斜面３９ａによる変位の拡大倍率Ｄ４／Ｄは、固定傾斜面３９ａの法線ｎと出力軸方向とのなす鋭角をα４とし、α４の余角９０°−α４を出力軸方向に対する可動傾斜面４０の傾斜角度θ４とするとき、Ｄ４／Ｄ＝１／ｔａｎθ４＝１／ｔａｎ（９０°−α４）で表される。なお、図７（Ｂ）において、固定傾斜面３９ａの法線ｎは、ｘ軸およびｙ軸からなる平面（ｘｙ平面）に対し平行である。また、図７（Ｂ）の直線ｍは、固定傾斜面３９ａの法線ｎに直交し（すなわち、固定傾斜面３９ａに対し平行であり）、かつ、ｘｙ平面に対し平行な直線を表している。同様に、固定傾斜面３９ａに平行な傾斜面を有する固定傾斜面３９ｂにおいても、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる摺接手段３６ｂが摺接することにより、拡大倍率Ｄ４／Ｄ＝１／ｔａｎθ４の変位が実現される。この一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂによる押込部材３８の出力軸方向への変位拡大動作が、可動拡大部材４２をさらに出力軸方向に動作させることになり、結果として、図７（Ｃ）に示すように、可動傾斜面４０による拡大変位Ｄ３と一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂによる拡大変位Ｄ４の総和Ｄ３＋Ｄ４が、可動拡大部材４２の出力軸方向への変位として出力されることになる。なお、図７の実施形態においては、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３による変位拡大倍率よりも固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４による変位拡大倍率の方が大きい例が示されているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３による変位拡大倍率よりも固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４による変位拡大倍率の方が小さくてもよいし、可動傾斜面４０の傾斜角度θ３が固定傾斜面３９ａ、３９ｂの傾斜角度θ４と等しくてもよい。
【００５８】
図８は、図５〜図７に示された押込部材３８の底面図である。図８に示すように、押込部材３８の当接手段３７は、出力軸方向（図８のｙ方向）において、一対の摺接部３５ａ、３５ｂの間に挟まれるように配置されており、可動傾斜面４０から当接手段３７へ作用する力の方向が固定傾斜面３９ａから摺接部３５ａへ作用する力の方向と異なることにより生じる回転力は、可動傾斜面４０から当接手段３７へ作用する力の方向が固定傾斜面３９ａから摺接部３５ｂへ作用する力の方向と異なることにより生じる回転力と打ち消しあう。同様に、当接手段３７は、出力軸方向（図８のｙ方向）において、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄとの間に配置されており、当接手段３７に作用する力の方向が摺接部３５ｃに作用する力の方向と異なることにより生じる回転力は、当接手段３７に作用する力の方向が摺接部３５ｄに作用する力の方向と異なることにより生じる回転力と打ち消しあう。さらに、当接手段３７は、入力軸方向および出力軸方向の双方に対し直交する方向（図８のｚ方向）において、一対の摺接部３５ａ、３５ｂからなる一つの摺接手段３６ａと、一対の摺接部３５ｃ、３５ｄからなる他の摺接手段３６ｂとの間に挟まれるように配置されているので、当接手段３７および一つの摺接手段３６ａに作用する力により押込部材３８に対して生じる回転力は、当接手段３７および他の摺接手段３６ｂに作用する力により押込部材３８に対して生じる回転力と打ち消しあう。その結果、それぞれの回転力は互いに打ち消しあって相殺され、押込部材３８の動作安定性が確保される。
【００５９】
図５に示された変位拡大装置３１は疲労耐久試験機として用いることができる。図５の変位拡大装置３１において、変位発生手段３３（例えば、圧電アクチュエータ）により発生した変位は、上述の通り、固定拡大部材４１の一対の固定傾斜面３９ａ、３９ｂおよび可動拡大部材４２の可動傾斜面４０により拡大され、可動拡大部材４２の出力軸方向（図５のｙ方向）の変位として出力される。可動拡大部材４２は、付勢手段としての圧縮ばね４６により、押込部材３８の当接手段３７による可動拡大部材４２の可動傾斜面４０への押圧に抗する向きへ予圧がかけられており、当該予圧により、可動拡大部材４２と押込部材３８との間、押込部材３８と固定拡大部材４１との間、さらには押込部材３８と変位入力手段３３との間に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。可動拡大部材４２の出力軸方向一方側には、リニアブッシュ４５により出力軸方向へ移動自在に支持されたシャフト４４を介して荷重計５０と測定子５１が直列に配置されており、可動拡大部材４２の拡大変位を測定子５１を介して測定試料５２へ伝達するとともに、測定試料５２から測定子５１が受ける反力を荷重計５０によって読み取ることができる。また、可動拡大部材４２の出力軸方向他方側には変位測定手段としての変位センサ５３が配置され、可動拡大部材４２の出力軸方向の変位量を測定することができる。なお、図５において測定試料５２は片持ち状態にて固定されているが、本発明の疲労耐久試験機における試験方法はこれに限定されるものではなく、例えば、チャック機構を設けることで、引張りの疲労耐久試験も行なうことが可能である。さらに、板状の測定試料の長手方向両端部を固定しておき、変位拡大装置３１により拡大された変位を当該測定試料の中央部に出力する形態の疲労耐久試験を行うこともできる。
【００６０】
図５の疲労耐久試験機３１を用いて疲労試験を行った結果の例を図９に示す。図９に示すように、測定試料５２に与える変位量を変位センサ５３により計測し、その時の反力を荷重計５０により読み取ることにより、疲労試験を行なう。この時に、変位量が所望の値にて正弦波状に時間変化するよう、変位センサ５３によるフィードバック制御を行なう。これを、例えば、１００Ｈｚで繰返し動作させ、反発荷重の変化を観る。やがて、測定試料５２が疲労状態になると反発荷重が低下するので、測定を開始してから反発荷重が低下するまでの振幅回数をもって、試料の疲労評価をする。
【００６１】
変位拡大装置３１において、可動拡大部材４２のシャフト４４、荷重計５０、測定子５１、測定試料５２および変位センサ５３は、全て出力軸方向に沿った同一直線上に配置されているので、変位センサ５３はアッベの原理に基づいて可動拡大部材４２の拡大変位を正確に測定することができ、荷重計５０は測定試料５２の反発荷重を測定子５１を介してダイレクトに測定することが可能である。このように変位量および反発荷重を正確に測定可能である本変位拡大装置は、金属疲労等の耐久試験に好適に利用できる。
【００６２】
電磁式リニアモータは、数Ｈｚの周波数でしか動作できない。一方、圧電アクチュエータ等の高分解能アクチュエータは、１ｋＨｚの駆動が可能である。本変位拡大装置は、数百Ｈｚの動作が可能であるので、電磁式の疲労耐久試験機に比べ、例えば、１００倍のスピードで動作させることができ、これにより、１／１００の時間で疲労試験を終了することが可能になる。
【００６３】
また、圧電アクチュエータは、変位分解能が０．１ｎｍ以下と非常に高い。本変位拡大装置と組み合わせて使用した場合でも、例えば、本変位拡大装置の拡大倍率が１０倍だとすると、分解能１ｎｍ以下を達成することができる。よって、電磁式の疲労耐久試験機では達成する事ができなかった、超微小な測定試料に対しても、疲労試験を行なうことが可能になる。
【００６４】
図１０は、本発明の第３実施態様を示しており、とくに、本発明に係る第２の変位拡大装置の一例としての変位拡大装置１０１を示している。なお、上述の変位拡大原理は本発明に係る第２の変位拡大装置にも当てはまる。すなわち、本発明に係る第２の変位拡大装置においても、変位拡大機構を構成する各部材の弾性変形量増大による変位のロスの発生を抑制することができるとともに、各変位拡大機構を対称に構成する必要がないため、製作や組立にそれほど高い精度を要求することなく所望の変位拡大動作が適切に行われることになり、装置の製作や組立が容易化される。この変位拡大装置１０１においては、入力軸方向に変位可能な押圧部１０４を有する変位入力手段１０３がベース板１０２に固定されており、押圧部１０４の入力軸方向の変位が、転動体としての円筒ころ１０８を介して変位拡大装置１０１の押込部材１０５に入力される。変位入力手段１０３の押圧部１０４は出力軸方向に対し平行かつ入力軸方向に対し直交する平面状に形成されており、当該押圧部１０４は、押込部材１０５に設けられた平面状の変位入力部１０６と対向している。押込部材１０５は出力軸方向に移動自在に構成されており、押込部材１０５に設けられた平面状の変位入力部１０６には、出力軸方向と直交する深さ一定の溝１０７が形成されている。溝１０７の溝幅方向一端側には、変位入力手段１０３の押圧部１０４および溝１０７の底面と当接する円筒ころ１０８が溝１０７の溝幅方向に転動自在に収容されており、溝１０７の溝幅方向他端側には、円筒ころ１０８を溝幅方向一端側へ付勢する付勢手段としての板ばね１０９が収容されている。また、深さ一定の溝１０７の底面は、対向する押圧部１０４に対し平行に形成されており、変位入力手段１０３の押圧部１０４と溝１０７の底面とは、円筒ころ１０８を介して溝１０７の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。なお、本実施態様において、溝１０７の刻設方向は、板状部材である押込部材１０５の厚み方向と一致している。このような溝の加工方法としては、例えば、ワイヤーカット加工、エンドミルによる切削加工、レーザー加工などを挙げることができる。
【００６５】
変位入力手段１０３の押圧部１０４による変位出力は、溝１０７に収容された円筒ころ１０８を介して、第１の傾斜面１１０および第２の傾斜面１１１を有する押込部材１０５へ伝達される。押込部材１０５に伝えられた変位はさらに、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と当接する転動体としての円筒ころ１１５を介して固定拡大部材１１２へ伝えられるとともに、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と当接する転動体としての円筒ころ１２０を介して可動拡大部材１１７へと伝えられる。
【００６６】
固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３は押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と対向しており、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０に対して相対的に平行移動可能に構成されている。固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３には、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝１１４が設けられている。溝１１４の溝幅方向は押込部材１０５の第１の傾斜面１１０の相対的平行移動方向と一致しており、溝１１４の刻設方向は、板状部材である固定拡大部材１１２の厚み方向と一致している。溝１１４の溝幅方向一端側には、溝１１４の底面および押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と当接する円筒ころ１１５が溝１１４の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１１４の溝幅方向他端側には、円筒ころ１１５を溝１１４の溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１１６が収容されている。なお、深さ一定の溝１１４の底面は対向する第１の傾斜面１１０に対し平行に形成されており、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０と溝１１４の底面とは、円筒ころ１１５を介して溝１１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００６７】
同様に、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８は押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と対向しており、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１に対し相対的に平行移動可能に構成されている。可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８には、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝１１９が設けられている。溝１１９の溝幅方向は押込部材１０５の第２の傾斜面１１１の相対的平行移動方向と一致しており、溝１１９の刻設方向は、板状部材である可動拡大部材１１７の厚み方向と一致している。溝１１９の溝幅方向一端側には、溝１１９の底面および押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と当接する円筒ころ１２０が溝１１９の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１１９の溝幅方向他端側には、円筒ころ１２０を溝１１９の溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１２１が収容されている。なお、深さ一定の溝１１９の底面は対向する第２の傾斜面１１１に対し平行に形成されており、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１と溝１１９の底面とは、円筒ころ１２０を介して溝１１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００６８】
なお、変位拡大装置１０１には出力軸方向に対し位置が固定された支持部材１２３が備えられており、支持部材１２３には、出力軸方向に平行な平面状に支持部１２４が形成されている。また、可動拡大部材１１７には、支持部材１２３の支持部１２４と対向し出力軸方向と平行な平面状に形成された面状部１２２が設けられており、可動拡大部材１１７の面状部１２２は、支持部材１２３の支持部１２４に対し相対的に出力軸方向に平行移動可能に構成されている。支持部材１２３の支持部１２４には出力軸方向と直交する深さ一定の溝１２５が設けられており、溝１２５の溝幅方向一端側には、転動体としての円筒ころ１２６が、溝１２５の底面および可動拡大部材１１７の面状部１２２と当接した状態にて溝１２５の溝幅方向に転動自在に収容され、溝１２５の溝幅方向他端側には、円筒ころ１２６を溝幅方向一端側に付勢する付勢手段としての板ばね１２７が収容されている。なお、深さ一定の溝１２５の底面は対向する面状部１２２に対し平行に形成されており、可動拡大部材１１７の面状部１２２と溝１２５の底面とは、円筒ころ１２６を介して溝１２５の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。
【００６９】
上述の通り、変位入力手段１０３の押圧部１０４による変位出力は、溝１０７に収容された円筒ころ１０８を介して押込部材１０５へ伝達され、押込部材１０５へ伝達された変位はさらに、押込部材１０５の第１の傾斜面１１０および溝１１４の底面に当接する円筒ころ１１５を介して固定傾斜面１１３を有する固定拡大部材１１２へと伝えられるとともに、押込部材１０５の第２の傾斜面１１１および溝１１９の底面に当接する円筒ころ１２０を介して可動傾斜面１１８を有する可動拡大部材１１７へと伝えられる。この時、可動拡大部材１１７は、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８に設けられた溝１１９の底面の傾斜により、拡大された変位量で変位する。この時、変位する方向は、ガイドもしくは位置規制により、変位拡大装置１０１の出力軸方向となる。またこの時、固定拡大部材１１２は出力軸方向に対し位置が固定されているので、押込部材１０５から固定拡大部材１１２への変位伝達の反力により、固定拡大部材の固定傾斜面１１３に沿って平行移動自在に設けられている押込部材１０５が、固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３に設けられた溝１１４の底面の傾斜により、固定拡大部材１１２に対して出力軸方向に変位拡大動作をすることになる。この拡大動作が、可動拡大部材１１７をさらに出力軸方向へ動作させることになり、結果として、可動拡大部材１１７の可動傾斜面１１８に設けられた溝１１９の底面の傾斜による拡大変位と固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３に設けられた溝１１４の底面の傾斜による拡大変位の総和が、可動拡大部材１１７の出力軸方向の変位、そしてさらに、出力部材１２８の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、変位拡大装置１０１の出力軸方向は、変位発生手段１０３の押圧部１０４の移動方向（入力軸方向）と交差する方向に設定されていればよいが、好ましくは、図示の如く、変位発生手段１０３の押圧部１０４による変位の入力方向と直交する方向に設定される。
【００７０】
出力部材１２８（例えば、シャフト）に対しては、リニアガイド機構１２９（例えば、リニアブッシュ）が設置されていて、拡大変位を確実に所定の一方向へ出力させることができるようになっている。さらに、出力部材１２８は、付勢手段としての圧縮ばね１３０により可動拡大部材１１７側へ向けて予圧された状態にて可動拡大部材１１７と当接しており、当該予圧により、出力部材１２８と可動拡大部材１１７との間、可動拡大部材１１７と押込部材１０５との間、押込部材１０５と固定拡大部材１１２との間、さらには押込部材１０５の変位入力部１０６に設けられた溝１０７の底面から円筒ころ１０８を介して変位発生手段１０３の押圧部１０４に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、変位発生手段１０３により入力された変位は、変位拡大装置１０１により拡大され、確実にかつ精度良く出力部材１２８の変位として出力される。
【００７１】
本実施態様において、転動体としての円筒ころ１０８、１１５、１２０、１２６および対応する付勢手段としての板ばね１０９、１１６、１２１、１２７の溝内における配置は、変位発生手段１０３による変位入力時における各部材の移動方向に基づいて定められている。例えば、変位拡大装置１０１において、変位発生手段１０３の押圧部１０４が円筒ころ１０８を介して押込部材１０５の変位入力部１０６に設けられた溝１０７の底面を押圧する向きを、変位拡大装置１０１の入力軸方向（図１０のｘ軸方向）における正方向とし、押込部材１０５が変位発生手段１０３により押圧された際に可動拡大部材１１７が変位する向きを、変位拡大装置１０１の出力軸方向（図１０のｙ軸方向）における正方向とすると、円筒ころ１０８を収容する溝１０７が形成された押込部材１０５の変位入力部１０６は、変位入力手段１０３の押圧部１０４の押圧（押圧部１０４の入力軸方向における正方向への変位）により、変位入力手段１０３の押圧部１０４に対して相対的に出力軸方向に関して正方向に平行移動する。この時、溝１０７の溝幅方向一端側（出力軸方向における正方向側）に収容された円筒ころ１０８は、変位入力手段１０３の押圧部１０４との当接を維持しつつ、板ばね１０９の押圧に抗して溝１０７の底面を溝幅方向他端側（出力軸方向における負方向側）へ転走し、押圧部１０４の入力変位を押込部材１０５へ伝達する。また、押込部材１０５の変位入力部１０６が変位入力手段１０３の押圧部１０４に対し出力軸方向に関して相対的に負方向に移動すると、円筒ころ１０８は、変位入力手段１０３の押圧部１０４との当接を維持しつつ、溝１０７の底面を溝幅方向一端側（出力軸方向における正方向側）へ転走する。その結果、変位入力手段１０３の押圧部１０４により入力された変位は、押込部材１０５の位置にかかわらず、円筒ころ１０８を介して押込部材１０５へ確実に伝達される。円筒ころ１１５、１２０、１２６および対応する付勢手段としての板ばね１１６、１２１、１２７についても同様である。
【００７２】
図１１は、図１０の変位拡大装置１０１の固定拡大部材１１２を表しており、（Ａ）は固定拡大部材１１２の縦断面図を、（Ｂ）は固定拡大部材１１２の固定傾斜面１１３を押込部材１０５側（図１１（Ａ）の矢印Ｂ方向）から見た概略図を示している。図１１に示す複数の溝１１４のそれぞれにおいて、溝１１４の溝幅方向一端側には円筒ころ１１５が転動自在に収容されており、溝１１４の溝幅方向他端側には、円筒ころ１１５を溝１１４の溝幅方向一端側へ付勢する板ばね１１６が収容されている。溝１１４の溝幅方向一端側の側壁には溝幅方向他端側へと延びる爪状部１３１が設けられ、円筒ころ１１５の溝１１４からの脱落が防止されている。また、溝１１４の溝幅方向他端側の側壁には溝幅方向一端側へと延びる突起部１３２が形成され、板ばね１１６の脱落が防止されている。なお、図示は省略するが、図１０の変位拡大装置１０１においては、溝１０７、１１９、１２５にも溝１１４と同様に爪状部および突起部が設けられており、円筒ころ１０８、１２０、１２６および板ばね１０９、１２１、１２７の脱落防止が図られている。
【００７３】
さらに、図１１（Ｂ）に示すように、溝１１４は固定拡大部材１１２の一端側から他端側まで延設されて両端が開放端となっており、両開放端の外側には円筒ころ１１５の脱落を防止する一組の蓋部材１３３が配置されている。同様に、変位拡大装置１０１においては、溝１０７、１１９、１２５も両端が開放端に形成されており、一組の蓋部材１３３によりそれぞれの溝からの円筒ころの脱落が防止されている。なお、本実施態様においては一組の蓋部材１３３により複数の溝１０７、１１４、１１９、１２５の両端部が覆止されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の溝１０７、１１４、１１９、１２５のそれぞれにおいて別々の蓋部材が用いられていても良い。
【００７４】
図１２は、図１０の変位拡大装置１０１に変位測定手段を設けた場合の例を示しており、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の変位拡大装置に一組の蓋部材１３３を装着した状態を示す上面図である。図１２の変位拡大装置１０１において、出力軸方向一方側に配置された出力部材１２８には、変位拡大装置１０１の出力軸方向他方側まで延設された変位測定部１３４が設けられており、当該変位測定部１３４の出力軸方向他方側には、変位測定部１３４の出力軸方向の変位を測定する変位測定手段１３５が配置されている。図１２に示すように、変位測定部１３４は変位測定手段１３５の測定軸と同一線上に配置されており、かつ、変位測定部１３４の変位方向（出力軸方向）は変位測定手段の測定軸方向と一致しているので、アッベの原理に基づいた精密な変位測定が可能である。
【００７５】
なお、本発明に係る第２の変位拡大装置の具体的な構造としては、図１０〜１２に示した構造以外、種々の変更が可能である。例えば、図１３に示すような形態を取ることも可能である。図１３において、ｘ軸方向は変位拡大装置２０１の入力軸方向、ｙ軸方向は変位拡大装置２０１の出力軸方向を表しており、変位拡大装置２０１に入力されたｘ軸正方向の変位は、変位拡大装置２０１により拡大され、ｙ軸正方向の拡大された変位として出力される。図１３に示す変位拡大装置２０１においては、入力軸方向に変位可能な押圧部２０４を有する変位入力手段２０３がベース板２０２に固定されており、押圧部２０４の入力軸方向の変位が、転動体としての円筒ころ２０８を介して変位拡大装置２０１の押込部材２０５に入力される。変位入力手段２０３の押圧部２０４は出力軸方向に対し平行かつ入力軸方向に対し直交する平面状に形成されており、当該押圧部２０４は、押込部材２０５に設けられた平面状の変位入力部２０６と対向している。押込部材２０５は出力軸方向に移動自在に構成されており、押込部材２０５に設けられた平面状の変位入力部２０６には、出力軸方向と直交する深さ一定の溝２０７が形成されている。溝２０７の溝幅方向一端側には、溝２０７の底面および変位入力手段２０３の押圧部２０４と当接する円筒ころ２０８が溝２０７の溝幅方向に転動自在に収容されている。また、深さ一定の溝２０７の底面は、対向する押圧部２０４に対し平行に形成されており、変位入力手段２０３の押圧部２０４と溝２０７の底面とは、円筒ころ２０８を介して溝２０７の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。
【００７６】
変位入力手段２０３の押圧部２０４による変位出力は、溝２０７に収容された円筒ころ２０８を介して、第１の傾斜面２１０および第２の傾斜面２１１を有する押込部材２０５へ伝達される。押込部材２０５に伝えられた変位はさらに、第１の傾斜面２１０に設けられた溝２１４に収容された転動体としての円筒ころ２１５を介して固定拡大部材２１２へ伝えられるとともに、第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９に収容された転動体としての円筒ころ２２０を介して可動拡大部材２１７へと伝えられる。
【００７７】
固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３は押込部材２０５の第１の傾斜面２１０と対向しており、押込部材２０５の第１の傾斜面２１０に対して相対的に平行移動可能に構成されている。押込部材２０５の第１の傾斜面２１０には、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝２１４が設けられており、溝２１４の溝幅方向一端側には、溝２１４の底面および固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３と当接する円筒ころ２１５が溝２１４の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２１４の底面は、対向する固定傾斜面２１３に対し平行に形成されており、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３と溝２１４の底面とは、円筒ころ２１５を介して溝２１４の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。
【００７８】
同様に、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８は押込部材２０５の第２の傾斜面２１１と対向しており、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に対し相対的に平行移動可能に構成されている。押込部材２０５の第２の傾斜面２１１には、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の相対的平行移動方向と直交する深さ一定の溝２１９が設けられており、溝２１９の溝幅方向一端側には、溝２１９の底面および可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８と当接する円筒ころ２２０が溝２１９の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２１９の底面は、対向する可動傾斜面２１８に対し平行に形成されており、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８と溝２１９の底面とは、円筒ころ２２０を介して溝２１９の溝幅方向へ相対的に摺動することができる。なお、本実施態様において、溝２０７、２１４、２１９の刻設方向は、板状部材である押込部材２０５の厚み方向と一致している。
【００７９】
変位拡大装置２０１には出力軸方向に対し位置が固定された支持部材２２３が備えられており、支持部材２２３には、出力軸方向に平行な平面状に支持部２２４が形成されている。また、可動拡大部材２１７には、支持部材２２３の支持部２２４と対向し出力軸方向と平行な平面状に形成された面状部２２２が設けられており、可動拡大部材２１７の面状部２２２は、支持部材２２３の支持部２２４に対し相対的に出力軸方向に平行移動可能に構成されている。支持部材２２３の支持部２２４には出力軸方向と直交する深さ一定の溝２２５が設けられており、溝２２５の溝幅方向一端側には、転動体としての円筒ころ２２６が、溝２２５の底面および可動拡大部材２１７の面状部２２２と当接した状態にて溝２２５の溝幅方向に転動自在に収容されている。溝２２５の底面は、対向する面状部２２２に対し平行に形成されており、可動拡大部材２１７の面状部２２２と溝２２５の底面とは、円筒ころ２２６を介して溝２２５の溝幅方向（出力軸方向）へ相対的に摺動することができる。なお、図示は省略するが、変位拡大装置２０１の溝２０７、２１４、２１９、２２５には、円筒ころ２０８、２１５、２２０、２２６の脱落を防止する爪状部が形成されていてもよい。また、変位拡大装置２０１の溝２０７、２１４、２１９、２２５には、円筒ころを付勢する付勢手段（例えば、板ばね）や、付勢手段の脱落を防止する突起部が設けられていてもよい。
【００８０】
上述の通り、変位入力手段２０３の押圧部２０４による変位出力は、溝２０７に収容された円筒ころ２０８を介して押込部材２０５へ伝達され、押込部材２０５へ伝達された変位はさらに、押込部材２０５の第１の傾斜面２１０に設けられた溝２１４の底面に当接する円筒ころ２１５を介して固定傾斜面２１３を有する固定拡大部材２１２へと伝えられるとともに、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９の底面に当接する円筒ころ２２０を介して可動傾斜面２１８を有する可動拡大部材２１７へと伝えられる。この時、押込部材２０５の第２の傾斜面２１１に設けられた溝２１９の底面により円筒ころ２２０を介して可動傾斜面２１８を押圧された可動拡大部材２１７は、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の傾斜により、拡大された変位量で変位する。この時、変位する方向は、ガイドもしくは位置規制により、変位拡大装置２０１の出力軸方向となる。またこの時、固定拡大部材２１２は出力軸方向に対し位置が固定されているので、押込部材２０５から固定拡大部材２１２への変位伝達の反力により、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３に沿って平行移動自在に設けられている押込部材２０５が、固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の傾斜により、固定拡大部材２１２に対して出力軸方向（図１３のｙ軸における正方向）に変位拡大動作をすることになる。この拡大動作が、可動拡大部材２１７をさらに出力軸方向へ動作させることになり、結果として、可動拡大部材２１７の可動傾斜面２１８の傾斜による拡大変位と固定拡大部材２１２の固定傾斜面２１３の傾斜による拡大変位の総和が、可動拡大部材２１７の出力軸方向の変位、そしてさらに、可動拡大部材２１７の出力軸方向一方側に位置する出力部材２２８の出力軸方向の変位として出力されることになる。なお、可動拡大部材２１７の出力軸方向他方側には変位測定手段２３５が配置されており、可動拡大部材２１７の出力軸方向における変位、ひいては出力部材２２８の出力軸方向における変位を測定することが可能である。
【００８１】
出力部材２２８に対しては、リニアガイド機構２２９が設置されていて、拡大変位を確実に所定の一方向へ出力させることができるようになっている。さらに、出力部材２２８は、付勢手段としての圧縮ばね２３０により可動拡大部材２１７側へ向けて予圧された状態にて可動拡大部材２１７と当接しており、当該予圧により、出力部材２２８と可動拡大部材２１７との間、可動拡大部材２１７と押込部材２０５との間、押込部材２０５と固定拡大部材２１２との間、さらには押込部材２０５の変位入力部２０６から円筒ころ２０８を介して変位発生手段２０３の押圧部２０４に至るまでの変位伝達経路全体にわたって、各部材が遊びなく組み合わされるようになっている。したがって、変位発生手段１０３により入力された変位は、変位拡大装置１０１により拡大され、確実にかつ精度良く出力部材２２８の変位として出力される。
【００８２】
また、変位拡大装置２０１において、可動拡大部材２１７の出力軸方向他方側には、可動拡大部材２１７の出力軸方向の変位を測定する変位測定手段２３５が配置されている。図１３に示すように、可動拡大部材２１７は変位測定手段２３５の測定軸と同一線上に配置されており、かつ、可動拡大部材２１７の変位方向（出力軸方向）は変位測定手段２３５の測定軸方向と一致しているので、アッベの原理に基づいた精密な変位測定が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る変位拡大装置は、重いワークを高速動作させる用途や、加工機の送り機構などの高剛性が必要な用途に特に好適に適用できる。また、アクチュエータに対しリニアに変位拡大を行なう必要がある用途にも適用できる。さらに、変位倍率を変更する必要がある用途にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、３１、１０１、２０１ 変位拡大装置
２、３２、１０２、２０２ ベース板
３、３３、１０３、２０３ 変位発生手段
４、３４、１０６、２０６ 変位入力部
５ａ、５ｂ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 摺接部
６、３６ａ、３６ｂ 摺接手段
７、３７ 当接手段
８、３８、１０５、２０５ 押込部材
９ ３９ａ、３９ｂ、１１３、２１３ 固定傾斜面
１０、４０、１１８、２１８ 可動傾斜面
１１、４１、１１２、２１２ 固定拡大部材
１２、４２、１１７、２１７ 可動拡大部材
１３ ころ
１４、４４ シャフト
１５、４５ リニアブッシュ
１６、４６、１３０、２３０ ばね
４３ ベアリング
５０ 荷重計
５１ 測定子
５２ 測定試料
５３、１３５、２３５ 変位測定手段
１０４、２０４ 押圧部
１０７、１１４、１１９、１２５、２０７、２１４、２１９、２２５ 溝
１０８、１１５、１２０、１２６、２０８、２１５、２２０、２２６ ころ
１０９、１１６、１２１、１２７ 板ばね
１１０、２１０ 第１の傾斜面
１１１、２１１ 第２の傾斜面
１２２、２２２ 面状部
１２３、２２３ 支持部材
１２４、２２４ 支持部
１２８、２２８ 出力部材
１２９、２２９ リニアガイド機構
１３１ 爪状部
１３２ 突起部
１３３ 蓋部材
１３４ 変位測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面を備え、前記入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面を備え、前記出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と、
前記変位発生手段から押圧力を受ける変位入力部、前記固定傾斜面と摺接する摺接手段、および前記可動傾斜面と当接する当接手段を備え、前記固定傾斜面に沿って平行移動自在に設けられ、前記可動拡大部材を前記出力軸方向に押し込む押込部材と、
から構成されることを特徴とする変位拡大装置。
【請求項２】
前記変位入力部が、前記摺接手段および前記当接手段に対し前記出力軸方向に相対的に移動自在に設けられている、請求項１に記載の変位拡大装置。
【請求項３】
前記摺接手段が前記固定傾斜面と摺接する一対の摺接部からなり、前記当接手段が前記出力軸方向の位置において前記一対の摺接部の間に配置されている、請求項１または２に記載の変位拡大装置。
【請求項４】
前記押込部材が、前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の前記摺接手段を備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項５】
前記当接手段が、前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し直交する方向の位置において一つの摺接手段と他の摺接手段との間に配置されている、請求項４に記載の変位拡大装置。
【請求項６】
前記固定傾斜面および前記可動傾斜面の法線が、前記出力軸方向に対し２６．５〜４５度の傾斜角度にて傾斜している、請求項１〜５のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項７】
前記可動拡大部材が、出力軸方向において、可動傾斜面に当接する当接手段による押圧に抗する向きに付勢されている、請求項１〜６のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項８】
前記変位発生手段が、圧電素子の伸縮を変位として発生可能な圧電アクチュエータからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項９】
前記変位発生手段が、磁歪素子の伸縮を変位として発生可能な磁歪アクチュエータからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１０】
前記可動拡大部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１１】
変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記変位発生手段から変位が入力され、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた押込部材と、
該押込部材の第１の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに該第１の傾斜面と対向し該第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な固定傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記押込部材の第２の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに該第２の傾斜面と対向し該第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な可動傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と
を有し、
前記押込部材の第１の傾斜面、前記固定拡大部材の固定傾斜面、前記押込部材の第２の傾斜面および前記可動拡大部材の可動傾斜面からなる群から選ばれた一の傾斜面に、該一の傾斜面の相対的平行移動方向と直交する溝が刻設され、該溝に転動自在に収容された転動体が、前記一の傾斜面に対向する傾斜面と当接していることを特徴とする変位拡大装置。
【請求項１２】
前記溝が、該溝が刻設された部材の一端側から他端側まで延設され、前記溝の両開口端外側に蓋部材が配置されている、請求項１１に記載の変位拡大装置。
【請求項１３】
前記溝の溝幅方向一端側における側壁に、溝幅方向他端側へ延びる爪部が設けられている、請求項１１〜１２のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１４】
前記転動体がころである、請求項１１〜１３のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１５】
前記転動体が、前記溝に収容された弾性体により溝幅方向に付勢されている、請求項１１〜１４のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１６】
前記弾性体が板ばねである、請求項１５に記載の変位拡大装置。
【請求項１７】
リニアガイド機構により出力軸方向に移動自在に支持された出力部材が配置されており、該出力部材は前記可動拡大部材に当接するとともに、付勢手段により前記可動拡大部材側に付勢されている、請求項１１〜１６のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１８】
前記出力部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１７に記載の変位拡大装置。
【請求項１９】
前記可動拡大部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１１〜１８のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項２０】
前記変位発生手段が、圧電素子の伸縮を変位として発生可能な圧電アクチュエータからなる、請求項１１〜１９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項２１】
前記変位発生手段が、磁歪素子の伸縮を変位として発生可能な磁歪アクチュエータからなる、請求項１１〜１９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１】
変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する固定傾斜面を備え、前記入力軸方向および出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し傾斜した法線を有する可動傾斜面を備え、前記出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と、
前記変位発生手段から押圧力を受ける変位入力部、前記固定傾斜面と摺接する摺接手段、および前記可動傾斜面と当接する当接手段を備え、前記固定傾斜面に沿って平行移動自在に設けられ、前記可動拡大部材を前記出力軸方向に押し込む押込部材と、
から構成されることを特徴とする変位拡大装置。
【請求項２】
前記変位入力部が、前記摺接手段および前記当接手段に対し前記出力軸方向に相対的に移動自在に設けられている、請求項１に記載の変位拡大装置。
【請求項３】
前記摺接手段が前記固定傾斜面と摺接する一対の摺接部からなり、前記当接手段が前記出力軸方向の位置において前記一対の摺接部の間に配置されている、請求項１または２に記載の変位拡大装置。
【請求項４】
前記押込部材が、前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し直交する方向に沿って複数の前記摺接手段を備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項５】
前記当接手段が、前記入力軸方向および前記出力軸方向の双方に対し直交する方向の位置において一つの摺接手段と他の摺接手段との間に配置されている、請求項４に記載の変位拡大装置。
【請求項６】
前記固定傾斜面および前記可動傾斜面の法線が、前記出力軸方向に対し２６．５〜４５度の傾斜角度にて傾斜している、請求項１〜５のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項７】
前記可動拡大部材が、出力軸方向において、可動傾斜面に当接する当接手段による押圧に抗する向きに付勢されている、請求項１〜６のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項８】
前記変位発生手段が、圧電素子の伸縮を変位として発生可能な圧電アクチュエータからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項９】
前記変位発生手段が、磁歪素子の伸縮を変位として発生可能な磁歪アクチュエータからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１０】
前記可動拡大部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１１】
変位発生手段から入力される入力軸方向の変位を拡大し、該入力軸方向と交差する方向に設定された出力軸方向の変位として出力する変位拡大装置であって、
前記変位発生手段から変位が入力され、互いに交差する第１、第２の二つの傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた押込部材と、
該押込部材の第１の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに該第１の傾斜面と対向し該第１の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な固定傾斜面を有し、自身は出力軸方向に位置が固定されている固定拡大部材と、
前記押込部材の第２の傾斜面からの変位の伝達を受けるとともに該第２の傾斜面と対向し該第２の傾斜面に対し相対的に平行移動可能な可動傾斜面を有し、出力軸方向に移動自在に設けられた可動拡大部材と
を有し、
前記押込部材の第１の傾斜面、前記固定拡大部材の固定傾斜面、前記押込部材の第２の傾斜面および前記可動拡大部材の可動傾斜面からなる群から選ばれた一の傾斜面に、該一の傾斜面の相対的平行移動方向と直交する溝が刻設され、該溝に転動自在に収容された転動体が、前記一の傾斜面に対向する傾斜面と当接していることを特徴とする変位拡大装置。
【請求項１２】
前記溝が、該溝が刻設された部材の一端側から他端側まで延設され、前記溝の両開口端外側に蓋部材が配置されている、請求項１１に記載の変位拡大装置。
【請求項１３】
前記溝の溝幅方向一端側における側壁に、溝幅方向他端側へ延びる爪部が設けられている、請求項１１〜１２のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１４】
前記転動体がころである、請求項１１〜１３のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１５】
前記転動体が、前記溝に収容された弾性体により溝幅方向に付勢されている、請求項１１〜１４のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１６】
前記弾性体が板ばねである、請求項１５に記載の変位拡大装置。
【請求項１７】
リニアガイド機構により出力軸方向に移動自在に支持された出力部材が配置されており、該出力部材は前記可動拡大部材に当接するとともに、付勢手段により前記可動拡大部材側に付勢されている、請求項１１〜１６のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項１８】
前記出力部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１７に記載の変位拡大装置。
【請求項１９】
前記可動拡大部材の変位を測定する変位測定手段が設けられている、請求項１１〜１８のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項２０】
前記変位発生手段が、圧電素子の伸縮を変位として発生可能な圧電アクチュエータからなる、請求項１１〜１９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【請求項２１】
前記変位発生手段が、磁歪素子の伸縮を変位として発生可能な磁歪アクチュエータからなる、請求項１１〜１９のいずれかに記載の変位拡大装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２７１９１（Ｐ２０１３−２７１９１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０６７３（Ｐ２０１１−１６０６７３）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（５９１２６７８５５）埼玉県 (71)
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（５９１２６７８５５）埼玉県 (71)
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