JPH0133017B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は電圧の印加により歪を発生する圧電素
子を用いた圧電継電器、詳述するならば複数個の
圧電素子を積層して縦効果歪を増加させる積層形
圧電駆動体を接点開閉駆動源とする圧電継電器に
関する。

（従来技術） 一般に、圧電素子は電気音響変換素子及びフイ
ルタなど振動素子として実用に供されている電気
エネルギ・機械エネルギ変換素子であるが、近年
非振動状態で数μｍ〜数100μｍの微小変位を電
気的に制御する駆動体にこの素子を応用すること
が推進されている。周知のとおり、圧電素子に電
界が印加されると圧電気逆効果により機械歪及び
応力を生じ圧電素子は変位する。ここで、電界と
平行方向に発生する圧電素子の機械歪は縦効果
歪、且つ電界と垂直方向に発生する機械歪は横効
果歪といわれている。この縦効果歪は一般に横効
果歪より大きく、従つて縦効果歪を利用する方が
エネルギ変換効率が高い。印加電圧が有効に働く
よう複数個の圧電素子をこれらの相互間に各内部
電極が位置するように一体的に積層し、電界によ
りこれら圧電素子が積層方向に機械歪を生じる圧
電駆動体を接点開閉駆動源とする圧電継電器が同
出願人による別出願特願昭58−049862号（特公昭
63−63096号）で提案されている。

従来の圧電継電器で特願昭58−049862号（特公
昭63−63096号）により提案されたものは、積層
形圧電駆動体の積層方向と変位を受ける方向とを
一致させ前記圧電駆動体に並設した可動体が前記
圧電駆動体の少くとも一端に自己の少くとも一つ
の突部を係合してなる。

従来の一例について図面を参照して説明する。
第１図ａ及びｂは従来の圧電継電器の主要部の一
例を示す斜視図及び変位動作説明用側面図であ
る。第１図ａ及びｂにおいて、基板１０に圧電駆
動体１１、可動体１２及び固定体１３が並設固定
される。圧電駆動体１１は圧電素子の積層方向の
一端を固定する基板１０と他端を接して押圧する
可動体１２の中間に位置する突設部１２１とで挾
持される。可動体１２は一端を基板１０に固定し
圧電駆動体に近接して並設される突設部１２１ま
での固定支持部１２２と、他端部に可動接点１２
Ｃを有し突設部１２１の圧電駆動体１１への接触
面１２４まで長さを有する可動接点部１２３とを
突設部１２１と共に備え、突設部１２１をブロツ
ク体とし固定支持部１２２及び可動接点部１２３
を圧電駆動体１１の中心軸に平行な薄板となす。
可動接点１２Ｃは基板１０に一端を固定された固
定体１３の他端部にある固定接点１３Ｃと対向
し、圧電駆動体１１の変位により接触・開離す
る。

圧電駆動体１１が機械歪により変位Ａを生じた
とき、突設部１２１の接触面１２４の固定支持部
１２２に近い点Ｂが接触面１２４を押圧し点Ｃへ
の変位を起こす。点Ｄは固定支持部１２２により
ほぼ固定されており突設部１２１及び可動接点部
１２３は固定支持部１２２の薄板の弾性効果によ
り点BCの変位分回転運動する。この回転運動は
点Ｄを中心に可動接点１２Ｃを点Ｅから点Ｆに移
動させる。点BDCの角度と点EDFの角度はほぼ
等しく、点BCの変化は小さいので、次式が成立
する。

（点EF間の移動距離）≒（点BC間の変
位）×点DE間の距離／点DB間の距離 点BC間の変位は圧電駆動体の変位で小さい値
である。点EF間の移動距離を大きくするため点
DB間の距離を小さくし点DE間の距離を大きく設
計する。点DE間の距離は可動接点１２Ｃから接
触面１２４までの距離すなわち点DF間の距離で
ある。

このように、従来の圧電継電器は圧電駆動体が
直接突設部を駆動し回転運動させるので、突設部
の回転によつて圧電駆動体が湾曲すると共に応力
は突設部のつけ根付近から分散され、従つて圧電
駆動体の寿命短縮と変位の縮少という問題点を生
じた。

（発明の目的） 本発明の目的は、圧電駆動体と可動体の突設部
との間に突起を有する駆動子を設け圧電駆動体の
変位を駆動子の突起が突設部を介して伝達するこ
とにより、圧電駆動体の寿命延長とより大きな変
位の確保とが得られる圧電継電器を提供すること
にある。

（発明の構成） 本発明による圧電継電器の基本構成は、複数個
の圧電素子をこれらの相互間に各内部電極が位置
するように一体的に積層し、電界によりこれら圧
電素子が積層方向に機械歪を生じる圧電駆動体
と；この圧電駆動体の積層方向の一端に固着し且
つこの積層方向の他端断面積内位置に突起を設け
た駆動子と；積層方向に並設し且つ前記圧電駆動
体及び駆動子の一方の圧電駆動体面を自己の一端
部に共通に固定し、他方の駆動子突起を自己の中
間部に設けた剛体部の剛体面で挾持し、対向位置
の固定接点と接触・開離する可動接点を自己の他
端部に有する可動体とを備え、この可動体が少く
とも前記駆動子と並設する前記剛体部との接合部
分で弾性を有し前記圧電駆動体の機械歪が前記駆
動子を介して前記剛体面を押圧するとき前記剛体
部が変位し従つてこの剛体部と一体化された可動
接点部が先端部に有する前記可動接点を移行させ
ることを特徴とする。

本発明による圧電継電器の別の構成は、前記駆
動子の突起が前記圧電駆動体の中心軸上に半円球
状をなし若しくは前記中心軸上を含み前記剛体部
の変位方向にほぼ垂直な直線状をなすこと、前記
可動体の前記圧電駆動体及び駆動子に並設する固
定支持部を前記圧電駆動体の両側に前記剛体部の
変位方向にほぼ垂直面をなし且つ前記剛体部との
境界部で前記駆動子の突起に近接させ配設するこ
と、又前記可動体の可動接点部を前記圧電駆動体
の両側に且つ前記剛体部の変位方向にほぼ垂直面
をなし従つて前記圧電駆動体及び駆動子に並設す
る固定支持部と並設配置し可動体が剛体部先端で
折返した形状をなすことを特徴とする。

（実施例の説明） 次に、本発明を実施例により図面を参照して説
明する。

第２図は本発明の圧電継電器の主要部の第１の
実施例を示す側面図である。第２図は第１図ｂの
従来例において圧電駆動体１１と可動体１２の突
設部１２１との間に駆動子２１を挿入したもので
ほかの構造要素は同一であり、符号番号も同一に
付与した。

第２図において圧電駆動体１１及び可動体１２
は基板１０にそれぞれの一端を固定し並設され
る。圧電駆動体１１は圧電素子の積層方向の一端
を基板１０に、又他端を駆動子２１にそれぞれ固
着する。駆動子２１はそのほぼ中央部で圧電駆動
体１１の変位方向に突起を有する。可動子１２は
一端を基板１０に固定し他端部に可動接点１２Ｃ
を有し、中間部に剛体部として突設部１２１を、
又固定端側に圧電駆動体１１及び駆動子２１にほ
ぼ並行に近接配置した固定支持部１２２及び可動
接点１２Ｃ側にアームを有する可動接点部１２３
をそれぞれ備える。固定支持部１２２及び可動接
点部１２３はそれぞれ薄板状で圧電駆動体１１の
中心軸にほぼ平行面を有する。

圧電駆動体１１が機械歪により変位Ａを生じた
とき、駆動子２１はその突起点Ｂを点Ｃに歪によ
る応力の損失を最小にして押出し可動子１２の固
定支持部１２２を突設部１２１のつけ根、点Ｄ付
近で湾曲させて突設部１２１に回転運動させる。
可動接点部１２３は突設部１２１と共に回転し可
動接点１２Ｃは点Ｅから点Ｆに移行する。このと
き、点Ｄはほぼ固定しており、点BC間の変位は
小さいので次式が成立する。

（点EF間の距離）≒（点BC間の変位）×
点DE間の距離／点BD間の距離 継電器の大きさが限定されたとき、可動接点１
２Ｃの移行距離すなわち点EF間の距離を大きく
するため点Ｂを点Ｄに近づけるとよい。しかし、
この第１の実施例では、第２図において、圧電駆
動体１１を固定支持部１２２に接触させたときが
点BC間の距離を最小にし、従つて圧電駆動体１
１の大きさにより可動接点１２Ｃの移行距離が定
まる。

次の第２の実施例は、上記の問題点を解決する
ため固定支持部の中に圧電駆動体と駆動子とを埋
込んだもので第３図ａ，ｂのその斜視図及び主要
部の拡大側面図を示す。

第３図ａ，ｂにおいて圧電駆動体１１及び駆動
子２１は第１の実施例と同一構成要素であり説明
を省略する。可動子３２は圧電駆動体１１の機械
歪を駆動子２１の突起を介して受ける突設部３２
１と、圧電駆動体１１、駆動子２１及び突設部３
２１をＵ字形で囲み開口端を基板に固定する固定
支持部３２２と、またＵ字形固定支持部３２２の
底部から外側に伸び且つ先端部に可動接点３２Ｃ
を有する可動接点部３２３とを備え、固定支持部
３２２及び可動接点部３２３は圧電駆動体１１の
中心軸にほぼ平行な一平面上にある。従つて、第
３図ｂに示すように回転の中心となる固定支持体
３２２の点Ｄと駆動子２１の突起点Ｃとを所定の
距離に近付けることが可能となる。

一方、可動接点の移行距離を大きくするため固
定支持部の点Ｄから可動接点の点Ｆまでの距離を
大きくする手段の一例を第４図ａ，ｂに第３の実
施例を示して説明する。

第４図ａ，ｂにおいて、可動体４２の可動接点
部４２３がＵ字形をなし開口部の二つの先端部に
それぞれ可動接点４２Ｃが設けられる。Ｕ字形可
動接点部４２３の底部から内側に伸びる固定支持
部４２２はその端部を基板４０に固定し、並置し
て固定する圧電駆動体１１、駆動子２１を駆動子
２１の突起と接して押圧する突設部４２１を固着
する。第２図の第１の実施例と比較したとき継電
器の大きさの限度一杯に突設部４２１のつけ根の
点Ｄから可動接点４２Ｃの点Ｆまでの距離をとる
ことができる。

上記実施例では可動体を突設部、固定支持部及
び可動接点部に分けて説明したが一つの素材を放
電加工し又はそれぞれ別の素材を熔着等で一体化
して形成できる。突設部は長方形で説明したが台
形でも駆動子の突起を介した大きな応力に変形の
ない剛体であり、固定接点部が弾性を有するとき
は可動接点部を含めて一体化することもできる。
固定支持部が圧電駆動体と基板に固定されると説
明したが、圧電駆動体を固定支持部で固定しても
よい。又固定支持部及び可動接点部を薄板と説明
したが、形状はこの説明には限定されない。固定
支持部の突設部つけ根付近だけは少くとも弾性を
有するか、回転可能に接合して弾性材で保持する
こともできる。上記実施例では電気回路に対して
説明及び図示を省略した。駆動子の突起は安定し
た動作のため突設部が回転する方向に垂直に直線
状で中心軸を通るものが最良であるが、固着する
圧電駆動体の断面積内位置であれば、形状、位置
を限定するものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば圧電駆動
体の横断面図全面にわたり固着した駆動子の、圧
電駆動体の機械歪による伸長を圧電駆動体の断面
積内に設けた、接触面積が小さい突起の突上げで
可動体の剛体部である突設部に伝達することによ
り圧電駆動体の歪応力の効率よい伝達という効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来の圧電継電器の主要部の一
例を示す斜視図及び説明用側面図、第２図は本発
明の圧電継電器の主要部の第１の実施例を示す説
明用側面図、第３図ａ，ｂは本発明の第２の実施
例を示す斜視図及び説明用拡大側面図、第４図
ａ，ｂは本発明の第３の実施例を示す斜視図及び
説明用側面図である。 １０，４０……基板、１１……圧電駆動体、１
２，３２，４２……可動子、２１……駆動子、１
２１，３２１，４２１……突設部（剛体部）、１
２２，３２２，４２２……固定支持部、１２３，
３２３，４２３……可動接点部、１２Ｃ，３２
Ｃ，４２Ｃ……可動接点、１３Ｃ……固定接点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の圧電素子をこれらの相互間に各内部
   電極が位置するように一体的に積層し、電界によ
   りこれら圧電素子が積層方向に伸びの機械歪を生
   じる圧電駆動体と；この圧電駆動体の積層方向の
   一端に固着し且つこの積層方向の他端断面積内位
   置に突起を設けた駆動子と；積層方向に並設し且
   つ前記圧電駆動体及び駆動子の一方の圧電駆動体
   面を自己の一端部に共通に固定し、他方の駆動子
   突起を自己の中間部に設けた剛体部の剛体面で挾
   持し、対向位置の固定接点と接触・開離する可動
   接点を自己の他端部に有する可動体とを備え、こ
   の可動体が少くとも前記駆動子と並設する前記剛
   体部との接合部分で弾性を有し前記圧電駆動体の
   機械歪が前記駆動子を介して前記剛体面を押圧す
   るとき前記剛体部が変位し、この剛体部と一体化
   された可動接点部が先端部に有する前記可動接点
   を移行させることを特徴とする圧電継電器。 ２ 前記駆動子の突起が前記圧電駆動体の中心軸
   上に半円球状をなし若しくは前記中心軸上を含み
   前記剛体部の変位方向にほぼ垂直な直線状をなす
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧
   電継電器。 ３ 前記可動体の前記圧電駆動体及び駆動子に並
   設する固定支持部を前記圧電駆動体の両側に前記
   剛体部の変位方向にほぼ垂直面をなし且つ前記剛
   体部との境界部で前記駆動子の突起に近接させ配
   設することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の圧電継電器。 ４ 前記可動体の可動接点部を前記圧電駆動体の
   両側に且つ前記剛体部の変位方向にほぼ垂直面を
   なし、前記圧電駆動体及び駆動子に並設する固定
   支持部と並設配置し、可動体が剛体部先端で折返
   した形状をなすことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の圧電継電器。