JP2525764B2 - 光駆動リレ− - Google Patents

光駆動リレ−

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JP2525764B2
JP2525764B2 JP60278063A JP27806385A JP2525764B2 JP 2525764 B2 JP2525764 B2 JP 2525764B2 JP 60278063 A JP60278063 A JP 60278063A JP 27806385 A JP27806385 A JP 27806385A JP 2525764 B2 JP2525764 B2 JP 2525764B2
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研二 内野
素生 井上
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Ube Corp
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Omron Corp
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光入力により駆動されるリレーに関する。
[従来の技術] 電気量や機械的物理量等の入力に対応して接点機構を
開閉し、かくして他の電気回路の開閉を制御するものと
してリレーが広く利用されている。
しかして、従来使用されているリレーは、電磁石を用
いて強磁性体からなる可動部材を変形または移動させ、
これにより該可動部材に付設された接点と固定部材に付
設された接点との開閉を行なうものが殆どである。
しかしながら、以上の様なリレーを駆動するには電気
的配線が必要であり、特に比較的離れた位置に入力源が
ある場合には長い配線を要し、また電磁石を用いている
ために小型化には限界があった。
そこで、近年においては、入力源からの電気的配線及
び電磁石を用いることなく光入力により接点機構の開閉
を行うリレーが提案され公知となっている(実開昭59−
170938号公報参照)。即ち、実開昭59−170938号公報に
は、『光ファイバの一端部に対向した近接位置に太陽電
池が配置され、この太陽電池にはリード端子を介してバ
イモルフでできた可動片が導電的に接続され、この可動
片には可動接点が形成され、この可動接点の近傍にはこ
の可動接点に対向して固定接点が設けられ、光ファイバ
から入力される光を太陽電池が受光して発生する誘起電
圧により可動片を変位して可動接点を固定接点に当接、
離間させてリレー制御を行わせるようにした光入力リレ
ー』が開示されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記の様な従来公知の光入力リレーに
おいては、外部から光ファイバを介して入力信号を伝達
しているので、その引き回し即ち配線処理が必要であ
る。また、この光入力リレーにおいては、バイモルフの
駆動のために太陽電池及び該太陽電池との電気的接続配
線を用いているので、部品点数削減及び小型化の推進が
妨げられる。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば、上記の如き従来技術の問題点を解決
するものとして、 光歪効果を有する誘電体からなる第1部材及び第2部
材のそれぞれの両端部に電極が付されており、前記第1
部材及び第2部材はいずれも一方の端部から他方の端部
へと向いた残留分極を有しており、前記第1部材及び第
2部材は互いに残留分極の向きが逆になる様に絶縁接合
されてバイモルフ素子を形成しており、該バイモルフ素
子において前記第1部材及び第2部材の同一端部の電極
どうしが導通せしめられており、前記バイモルフ素子は
一方の端部にて片持ち支持されており、 光歪効果を有する誘導体からなる第3部材の両端部に
電極が付されており、該第3部材は一方の端部から他方
の端部へと向いた残留分極を有しており、前記第3部材
の両端部の電極と前記第2部材の両端部の電極とは残留
分極の向きに関し対応するものどうしが電気的に接続さ
れており、 前記第1部材が第1の光を受光することにより前記バ
イモルフ素子の前記第1部材を伸長させ且つ前記第2部
材を短縮させ、且つ前記第3部材が第2の光を受光する
ことにより前記バイモルフ素子の前記第1部材を短縮さ
せ且つ前記第2部材を伸長させ、これにより前記バイモ
ルフ素子に曲げ力を生ぜしめて接点を開閉する様にして
なることを特徴とする光駆動リレー、 が提供される。
[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。
第1図は本発明の光駆動リレーの一実施例の構成を示
す概略斜視図である。
図において、2は基体であり、ほぼ平板状をなしてい
る。該基体上にはバイモルフ素子を支持固定するための
絶縁体からなる支持部材4が配設されている。6はバイ
モルフ素子であり、該素子はX方向に延びていてその一
端部が上記支持部材4に支持されている。
該バイモルフ素子6はX−Z面に平行な2枚の平板状
誘電体材料8,10を絶縁的に接合し、そのX方向両端面に
それぞれ共通の電極12,14を付したものからなる。
各誘電体材料8,10は光歪効果を有する。この様な材料
としては、たとえばPLZTと略称されている(Pb,La)(Zr,T
i)03[ジルコンチタン酸ランタン鉛]、PZTと略称され
ているPb(Zr,Ti)03[ジルコンチタン酸鉛]、LiNbO3、K
NbO3、BaTiO3、PbTiO3−Pb(Mg1/2W1/2)O3、PbTiO3−La
(Zn2/3Nb1/3)O3等が例示される。たとえば、PLZTに水銀
ランプ光(波長366nm)を照射すると1万分の1程度の
歪を生ずる。ちなみに、この波長領域の光照射によるPL
ZTの熱膨張は無視し得るほど小さい。上記光歪効果のメ
カニズムは未だ完全には解明されていないが光照射によ
る電圧発生(たとえば長さ1cmあたり数キロボルト程
度)の効果(光起電力効果)と該効果により発生せしめ
られた電圧による歪誘起の効果(圧電効果)とが重畳さ
れた効果であると考えられる。
バイモルフ素子6の各誘電体材料8,10はそれぞれ矢印
P1,P2の向きに残留分極を有する。
この様なバイモルフ素子6は、通常の焼成方法で調製
した上記誘電体材料をたとえば厚さ0.1〜0.2mm、幅5mm
程度及び長さ20mm程度に切り出して両面をダイヤモンド
ペーストで研摩した後に長さ方向の両端部に銀ペースト
で電極を付してこれら電極の間に電圧を印加してポーリ
ング処理を施したものを2個用意し、これらを互いに残
留分極の向きが逆になる様に絶縁性接着剤により接合
し、同一端面部の電極どうしを導通せしめ共通電極とす
ることにより製造することができる。
本実施例においては、該バイモルフ素子6の上方に該
バイモルフ素子と平行に上記誘電体材料10と同一の誘電
体材料16が不図示の保持手段により保持されている。該
誘電体材料のX方向両端面には電極18,20が付されてい
る。そして、該電極18,20はそれぞれリード線22,24によ
り上記バイモルフ素子6の共通電極12,14と接続されて
いる。
一方、バイモルフ素子6の自由端(即ち支持部材4に
より支持されている端部と反対側の端部)には連結部材
26を介してスナップアクションスイッチ28の駆動端が接
続されている。該スナップアクションスイッチの左端部
には可動接点30が付設されており、該可動接点は固定接
点32,34の間に位置している。尚、36はスナップアクシ
ョンスイッチ28の支持部材である。
次に、本実施例の光駆動リレーの動作を説明する。
バイモルフ素子6の第1の誘電体材料8に光ビームA
が照射せしめられると、該誘電体材料内に電圧が発生
し、該電圧により該第1の誘電体材料8はX方向に伸張
せしめられ且つこれと同時に第2の誘電体材料10にも共
通電極12,14から上記電圧が印加されて該第2の誘電体
材料10はX方向に短縮せしめられる。この2つの誘電体
材料の伸張及び短縮によりバイモルフ素子6の自由端は
Z方向のまわりに矢印Dの向きに変位せしめられる。か
くして、該自由端に接続された連結部材26がスナップア
クションスイッチ28の駆動端を矢印Dの向きに押して、
これにより可動接点30はスナップせしめられ固定接点32
と接触しその接触状態を保つ。
一方、誘電体材料16に光ビームBが照射せしめられる
と、該誘電体材料内に電圧が発生し、該誘電体材料に付
された電極18,20とバイモルフ素子6の共通電極12,14と
がそれぞれ同電位であることから、バイモルフ素子6の
第2の誘電体材料10はX方向に伸張せしめられ且つこれ
と同時に第1の誘電体材料8はX方向に短縮せしめられ
る。この2つの誘電体材料の伸張及び短縮により、バイ
モルフ素子6の自由端はZ方向のまわりに矢印D′の向
きに変位せしめられる。かくして、該自由端に接続され
た連結部材26がスナップアクションスイッチ28の駆動端
を矢印D′の向きに引いて、これにより可動接点30はス
ナップせしめられ固定接点34と接触しその接触状態を保
つ。
第2図は誘電体材料8,10,16としてPLZTを用いた場合
の上記実施例におけるバイモルフ素子6の自由端のY方
向変位量(スナップアクションスイッチ28を付さない場
合)を示すグラフである。尚、光ビーム照射の光源とし
ては水銀ランプ(波長366nm、約4mW/cm2)を用いた。こ
れによれば、バイモルフ素子6の自由端で100μm以上
の変位量が得られることが分る。
第3図は上記実施例における光駆動リレーの光応答特
性(光ビームA照射に基づき可動接点30が固定接点32と
接触せしめられた状態をON、光ビームB照射に基づき可
動接点30が固定接点34と接触せしめられた状態をOFFと
する)を示すグラフである。これによれば、本実施例に
おいては十分に速い応答特性が得られることが分る。
尚、上記第2図はスナップアクションスイッチ28を付
さない場合のバイモルフ素子6の自由端のY方向変位量
を示すものであるが、スナップアクションスイッチ28を
付してリレーを構成した場合にはスナップアクションス
イッチの可動接点30の状態が変化するまでスイッチ駆動
端に対し上記第2図の変位量に対応する力が作用する。
従って、スナップアクションスイッチ28の力学的特性に
応じて決まる可動接点30の状態変化のための最小作用力
の大きさに応じて、第3図の様なリレー応答特性が実現
される。
尚、上記実施例においては、ダミーとして誘電体材料
16を用いているために、同一の向きに光ビームを照射す
ることができ、光入力が容易である。
第4図は本発明の光駆動リレーの第1の参考例の構成
を示す概略斜視図である。尚、本図においては上記第1
図におけると同様の部材には同一の符号を付し、ここで
はその説明を省略する。
本参考例においてはバイモルフ素子6とスナップアク
ション素子28とはX方向に直列に配置されている。そし
て、光ビームA,Bは逆向きに該バイモルフ素子の2つの
誘電体材料に入射する。
本参考例においては、上記実施例における様なダミー
の誘電体材料は不要となる。
第5図は本発明の光駆動リレーの第2の参考例の構成
を示す概略部分斜視図である。尚、本図においては上記
第1図におけると同様の部材には同一の符号を付し、こ
こではその説明を省略する。
本参考例においては、基体2上に、反射面が互いに直
交する様に配置された2枚の反射鏡40,42がY−Z面に
直交する様に支持部材44,46により支持固定されてい
る。また、図示はしないが、連結部材26には上記実施例
におけると同様にスナップアクションスイッチが接続さ
れている。
本参考例においては、上記実施例における様なダミー
の誘電体材料は不要であるが、光ビームBは反射鏡40,4
2により反射されて第2の誘電体材料10に入射するので
同一の向きに光ビームを照射することができ光入力は容
易である。
尚、以上の実施例では接点機構の駆動にスナップアク
ションスイッチを用いているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、バイモルフ素子の自由端の変位を拡
大するレバー機構等を用いてもよい。更に、自由端の変
位が大きくとれる様なバイモルフ素子であれば、この素
子に直接接点を取付けてもよい。
[発明の効果] 以上の如き本発明によれば、バイモルフ素子に直接光
を照射して非接触にて遠隔入力ができるので、入力のた
めの配線を無くすことができ、配線処理が容易になる。
また、本発明によれば、光駆動リレー自体に太陽電池等
の駆動電源及びそれに伴う配線が不要になるので、部品
点数の削減が容易であり、小型で安価な光駆動リレーを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光駆動リレーの斜視図であり、第
4図及び第5図は本発明の参考のために示す光駆動リレ
ーの斜視図である。 第2図はバイモルフ素子の変位量を示すグラフである。 第3図は本発明による光駆動リレーの光応答特性を示す
グラフである。 2:基体、4:支持部材 6:バイモルフ素子 8,10,16:誘電体材料 12,14,18,20:電極 22,24:リード線、26:連結部材 28:スナップアクションスイッチ 30:可動接点、32,34:固定接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 素生 三鷹市北野3−2―46 宇部興産株式会 社三鷹寮 (56)参考文献 実開 昭60−133545(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光歪効果を有する誘電体からなる第1部材
    及び第2部材のそれぞれの両端部に電極が付されてお
    り、前記第1部材及び第2部材はいずれも一方の端部か
    ら他方の端部へと向いた残留分極を有しており、前記第
    1部材及び第2部材は互いに残留分極の向きが逆になる
    様に絶縁接合されてバイモルフ素子を形成しており、該
    バイモルフ素子において前記第1部材及び第2部材の同
    一端部の電極どうしが導通せしめられており、前記バイ
    モルフ素子は一方の端部にて片持ち支持されており、 光歪効果を有する誘電体からなる第3部材の両端部に電
    極が付されており、該第3部材は一方の端部から他方の
    端部へと向いた残留分極を有しており、前記第3部材の
    両端部の電極と前記第2部材の両端部の電極とは残留分
    極の向きに関し対応するものどうしが電気的に接続され
    ており、 前記第1部材が第1の光を受光することにより前記バイ
    モルフ素子の前記第1部材を伸長させ且つ前記第2部材
    を短縮させ、且つ前記第3部材が第2の光を受光するこ
    とにより前記バイモルフ素子の前記第1部材を短縮させ
    且つ前記第2部材を伸長させ、これにより前記バイモル
    フ素子に曲げ力を生ぜしめて接点を開閉する様にしてな
    ることを特徴とする光駆動リレー。
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