(第1実施形態)
 以下、本発明の第1実施形態に係る変位増幅 装置を、図1~図3に基づいて説明する。

 本実施形態の変位増幅装置は、本体1と、 媒質2と、第1可動膜3と、第2可動膜4と、入力� ��構5と、出力機構6とを基本的な構成要素と� �て備えている。

 本体1は、全体として、扁平な円筒状に形 成されている(図1参照)。本体1の内部には、� �容空間11が形成されている。

 収容空間11は、小面積部12と大面積部13と� ��備えている。小面積部12は、本体1がその一� ��側(図1での上端側)において縮径されること� ��より形成されている。大面積部13は、本体1� ��他端側(図1での下端側)に形成されている。� ��面積部13は、小面積部12よりも大きな断面積 (本体11における横断面積)を持っている。

 媒質2は、収容空間11の内部に収容されて� ��る。さらに、媒質2は、正の熱膨張率を持つ 流動体21と、負の熱膨張率を持つ可動体22と� �備えている(図2(a)参照)。

 流動体21としては、本実施形態としては� �液体が用いられている。より具体的な例と� �ては、流動体21として、純水、Polydimethylsiloxa ne (PDMS)に代表されるシリコンオイルなど、� �種の液体を用いることができる。ただし、� �動体としては、液体に限らず、いわゆるゾ� �状物質やゲル状物質であって、実用上十分� �流動性を持つ物質を用いることができる。

 可動体22は、流動体21の移動に従って変位す る構成となっている。可動体22としては、こ� ��実施形態では、タングステン酸ジルコニウ� ��(ZrW ₂ O ₈ )からなる多数の微少球が用いられている。� �だし、可動体22として使用できる材質として は、タングステン酸ジルコニウムに限らず、 例えば、シリコン酸化物(Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -nSiO ₂ )を用いることができる。

 また、可動体22の形状としては、真球状� �限らず、各種の形状とすることができ、粉� �状であってもよい。あるいは、使用する材� �によっては、可動体22をゾル状もしくはゲル 状とすることも可能であると考えられる。な お、可動体22の大きさとしては、好ましくは� ��小面積部12の内部に容易に入り込める程度� �小ささ(すなわち第1可動面23よりも十分に小� ��い大きさ)であることが好ましい。このよう に構成すると、媒質2の流動性を向上させる� �とが可能である。

 可動体22としては、要するに、負の熱膨� �率を持ち、かつ、流動体21の移動を過度に制 限しない材料を用いることができる。

 さらに、媒質2は、第1可動面23と第2可動� �24とを備えている。

 第1可動面23は、媒質2の表面の一部を構成 している。かつ、第1可動面23は、収容空間11� ��おける小面積部12の内部に配置されている� �

 第2可動面24は、媒質2の表面における他の 一部を構成している。かつ、第2可動面24は、 大面積部13の内部に配置されている。これに� ��り、第2可動面24は、第1可動面23よりも大き� ��面積を有するようになっている。

 本実施形態の装置では、第1可動面23及び� ��2可動面24の内の一方の変位が、媒質2を介し て、他方に伝達される構成となっている。つ まり、この構成によって、パスカルの原理に 基づく変位変換機構を実現している。

 第1可動膜3は、小面積部12に配置された第 1可動面23に接して配置されている。また、第 2可動膜4は、第2可動面4に接して配置されて� �る。

 入力機構5は、この実施形態では、第2可� �膜4に対して変位を入力する構成となってい� ��。入力機構5としては、例えば、流体圧でシ リンダを駆動するピストン-シリンダ機構や� �回転を変位に変換するボールねじ機構や、� �宜のリンク機構など、適宜の変位入力機構� �用いることができる。

 出力機構6は、この実施形態では、第1可� �膜3における変位を取り出す構成となってい� ��。出力機構6としては、入力機構5と機構的� �同様なものを、変位を取り出すために用い� �ことができる。もちろん、出力機構6として� ��、入力機構5と異なる機構を用いることもで き、要するに、変位を出力として取り出すこ とができる機構であればよい。

 (第1実施形態における変位変換機構の動作)
 つぎに、本実施形態における変位変換機構� ��動作を、図2及び図3を主に参照しながら説� �する。

 まず、基本的な変位増幅動作を説明する。� ��力機構5を用いて、第2可動膜4を変位させる( 図3参照)。すると、媒質2における第2可動面24 が変位し、媒質2自体を介して、第1可動面23� �変位が伝達される。ここで、本実施形態で� �、第2可動面24の面積が、第1可動面23の面積� �りも大きくされている。このため、第1可動� ��23の変位は、第2可動面24の変位に比較して� �幅されている。この関係は、以下のように� �現することができる。
X1=α・X2
ここで、
X1:第1可動面の変位、
X2:第2可動面の変位、
α:増幅率
である。

 増幅率αは、第1可動面23の面積sと第2可動 面の面積Sとの比(s/S)によって一般的には決ま る。本実施形態のように、s<Sであれば、増 幅率αは1<αとなる。もちろん、S<sとなる ように設計すれば、増幅率αをα<1とするこ ともできる。この場合は変位を縮小して伝達 することになる。

 ついで、媒質2の温度が上昇した場合の動 作について説明する。本実施形態の装置にお いては、媒質2の温度が上昇した場合には、� �動体21が熱膨張し、体積が増加する。このた め、流動体21のみを媒質2として用いた場合に は、温度変化により液面の変位を生じ、伝達 される変位の精度が劣化する。

 これに対して、本実施形態の装置では、� ��質2として、流動体21に加えて、負の熱膨張� ��を持つ可動体22を用いているので、媒質2の� ��度が上昇すると、可動体22の体積は減少す� �(図2(b)参照)。

 これにより、本実施形態の装置では、流� ��体21の体積増加を、可動体22の収縮による体 積減少によって、補償することができる。つ まり、この装置によれば、温度の上昇に伴う 体積変動の量を低く抑えることができるとい う利点がある。

 同様に、媒質2の温度が下降した場合も、 前記とは逆の動作により、体積変動の量を減 少させることができる。

 したがって、本実施形態の装置によれば� ��温度変化に伴う体積変動を小さく抑えるこ� ��ができ、その結果、伝達される変位の精度� ��向上させることができるという利点がある� ��

 また、本実施形態では、可動体22を、流� �体21の移動に従って変位する構成としたので 、可動体22は、流動体21の移動を阻害しにく� �。このため、この実施形態の装置では、媒� �2における変位伝達機能の劣化を防ぎつつ、� ��スカルの原理を用いた変位伝達が可能にな� ��という利点がある。

 また、本実施形態における可動体22は、� �数の粒状体から構成されているので、可動� �22自体も高い流動性を備えることになる。こ のため、この実施形態の装置では、可動体22� ��全体としての体積(合計の体積)を大きくし� �も、媒質2による変位伝達機能の低下を低く� ��えることができる。すると、この実施形態� ��装置では、可動体22を、流動体21に対して、 体積比として多くすることが可能になり、そ の結果、体積補償が可能な温度範囲を広くす ることができるという利点がある。

 また、本実施形態では、可動体22を流動� �21に混合しているので、可動体22のみを媒質� ��して用いることに比較して、媒質2に対して 高い流動性を付与することができる。その結 果、この装置では、媒質2を滑らかに変位な� �し変形させることができるという利点もあ� �。

 なお、前記した説明では、第1可動膜3及� �第2可動膜4のそれぞれについて、その全体を 本体1に対して移動させている(図3参照)。し� �しながら、図4に示されるように、第1可動膜 3及び第2可動膜4の両方あるいは一方について 、一部のみ(例えば中央部のみ)を移動させる� ��成としてもよい。この場合、第1可動膜3及� �第2可動膜4は、変形可能な弾性膜によって構 成されることが望ましい。

 (第2実施形態)
 つぎに、本発明の第2実施形態に係る変位変 換装置を、図5に基づいて説明する。なお、� �の第2実施形態の説明においては、前記した� ��1実施形態の装置と基本的に共通する要素に ついては、同じ符号を付することにより、説 明を簡略化する。

 第2実施形態の装置は、体積補償部7をさ� �に備えている。体積補償部7は、負の熱膨張� ��を有する物質により構成されている。この� ��施形態では、体積補償部7は、タングステン 酸ジルコニウムの結晶により構成されいてる 。ただし、体積補償部7としては、可動体22の 場合と同様に、負の熱膨張率を有する物質で あれば、各種のものを利用可能である。

 体積補償部7は、媒質2に対して接触する� �置に配置されている。例えば、体積補償部7� ��、本体1の内面(収容空間11に面する面)に固� �される。ただし、体積補償部7の位置は、媒� ��2に面する位置であれば、どこであってもよ い。例えば、媒質2の内部において、体積補� �部7を浮遊させ、あるいは、この体積補償部7 を非固定状態で配置することも可能である。 さらに、本体1の側面に開口を設け、この開� �を介して体積補償部7を媒質2に接触させても 良い。

 また、体積補償部7と媒質2との間に、何� �かの媒介物質が存在することも可能である� �例えば、体積補償部7と媒質2との間に、媒質 2の流出を防ぐための膜を介在させることも� �きる。要するに、体積補償部7は、媒質2に対 して、体積補償部7自体の変位を伝達できる� �うな形態で隣接していればよい。

 第2実施形態の装置では、体積補償部7を� �途設けたので、体積補償が可能な温度範囲� �広げることが可能になる。すなわち、本実� �形態では、可動体22だけでなく、体積補償部 7も、温度変化に応じて変位するので、この� �位を用いて、温度変化による流動体21の変位 を補償することが可能になる。

 第2実施形態における他の構成及び利点は 、前記した第1実施形態と同様なので、これ� �上の詳細についての説明は省略する。

 (第3実施形態)
 つぎに、本発明の第3実施形態に係る変位変 換装置を、図6に基づいて説明する。なお、� �の第3実施形態の説明においては、前記した� ��1実施形態の装置と基本的に共通する要素に ついては、同じ符号を付することにより、説 明を簡略化する。

 第3実施形態の装置は、センサ8と、コン� �ローラ9と、駆動部10とをさらに備えている� �また、本実施形態の本体1は、シリンダ部15� �さらに備えている。

 センサ8は、この実施形態では、本体1の� �面に取り付けられている。センサ8は収容空� ��11の内部に収容された媒質2の温度を測定で� ��るようになっている。センサ8の取り付け箇 所は、本体1の内部など、適宜の位置とする� �とができる。要するに、センサ8は、媒質2の 温度が測定できる構成であればよい。

 コントローラ9は、センサ8からの出力に� �って、駆動部10に制御信号を送る機能を備え ている。コントローラ9は、例えばパーソナ� �・コンピュータ及び適宜のコンピュータ・� �フトウエアにより構成することができる(図� ��せず)。

 駆動部10は、ピストン101を備えている。� �動部10は、コントローラ9からの指令に従っ� �、ピストン101をシリンダ部15に対して前後に 移動させるようになっている。

 本体1のシリンダ部15は、中空の円筒状に� ��成されている。シリンダ部15における一端(� ��6において左端)は、本体1の内部に形成され� ��収容空間11と連通させられている。これに� �り、シリンダ部15の内部(厳密にはピストン10 1までの領域)には、媒質2が充填されるように なっている。

 第3実施形態の装置では、センサ8で測定� �れた媒質2の温度に対応して、コントローラ9 が、駆動部10のピストン101を移動させる。例� ��ば、温度が上昇すると、ピストン101を後退� ��せ、温度が下降すると、ピストン101を前進� ��せる。これにより、温度変化に伴う媒質2の 体積変動を補償することができる。

 したがって、本実施形態の装置では、可� ��体22によって補償できる範囲を超えた温度� �化があった場合であっても、この装置によ� �て伝達される変位の精度の劣化を低く抑え� �ことが可能になる。

 第3実施形態における他の構成及び利点は 、前記した第1実施形態と同様なので、これ� �上の詳細についての説明は省略する。

 (変形例)
 前記した第3実施形態では、駆動部10にピス� ��ン101を設け、このピストン101を本体1のシリ ンダ部15に対して前後動させていた。しかし� ��がら、この構成に代えて、シリンダ部15の� �部に弾性膜103の周縁を固定し、弾性膜103の� �央近傍を駆動部10によって前後動させる構成 とすることもできる(図7参照)。なお、図7は� �図6におけるシリンダ部15に相当する部分の� �傍のみを拡大して示している。

 また、シリンダ部15の内部に、第2実施形� ��で説明した体積補償部7を収納することも可 能である(図7参照)。

 (実施例)
 第1実施形態に示した構造を用いた実施例を 以下に説明する。この実施例では、以下の構 成を採用した。
・流動体21:純水(摂氏9℃での体積膨張率が7.7� �10 ^-5 )、
・可動体22:タングステン酸ジルコニウムから なる多数の微少球(摂氏9℃での体積膨張率が- 2.7×10 ^-5 )。

 なお、可動体22として用いられるタング� �テン酸ジルコニウムの微少球は、純水内に� �いて、六方最密充填構造をとるものとする� �また、前記した体積膨張率の値は、いずれ� �、内挿によって算出した値(推測値)であり、 測定値ではない。

 純水とタングステン酸ジルコニウムの体� ��膨張率が上記の値だと仮定し、微小球が六� ��最密充填構造(充填率約74%)をとるとした場� �には、厳密に体積変化を防ぐことができる� �は摂氏9度の一点になる。この実施例では、� ��体と微小球との体積比を選ぶことで、摂氏� ��4度から約9度までの範囲で、体積変化をほ� �完全に防ぐことができると考えられる。液� �と微小球の体積比は、どこの温度で体積変� �をなくしたいのかに依存して変化させるこ� �が望ましい。

 また、前記以上の温度の場合は、例えば、� ��2実施形態に示した体積補償部7を用いるこ� �が可能である。例えば、媒質2の体積をV ₀ 、体積補償部7の体積をV ₊ とする。媒質2の温度が摂氏20度のとき、V ₊ =1.3・V ₀ とすると、媒質2と体積補償部7の全体として� ��体積変化をキャンセルすることができる。� ��たがって、第1可動面23や第2可動面24が温度� ��化により変動することを防止することがで� ��る。

 なお、前記実施形態及び実施例の記載は� ��なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を� ��したものではない。各部の構成は、本発明� ��趣旨を達成できるものであれば、上記に限� ��ない。