JPH0218914Y2

JPH0218914Y2 -

Info

Publication number: JPH0218914Y2
Application number: JP10170384U
Authority: JP
Priority date: 1984-07-05
Filing date: 1984-07-05
Publication date: 1990-05-25
Also published as: JPS6116847U

Description

【考案の詳細な説明】〔技術分野〕本考案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。この圧
電素子に電界が印加されると、圧電素子は圧電気
逆効果により機械歪及び応力を生じ変位する。こ
こで、電界と平行方向に発生する圧電素子の機械
歪は縦効果歪といわれ、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いので、縦効果歪を
利用する方がエネルギ変換効率が高い。

従来のかかる圧電素子を用いた圧電継電器は印
加電圧を有効に働かせるため、長方形の薄板状の
圧電素子の両面に電極を設けた複数個の圧電体を
積層し各圧電素子の電極に電圧を印加して積層方
向に機械歪を生じさせる圧電駆動体と、この機械
歪を増幅して接点を開閉させる機械的な変位拡大
機構とを有している。この構造を有する圧電継電
器は、例えば特開昭60−105132号公報（特願昭58
−211183号）にても明らかである。

第１図は従来の一例を示す圧電継電器の主要部
の斜視図であり、第２図は第１図に示す圧電継電
器の動作説明図である。

第１図および第２図に示すように、従来の圧電
継電器は圧電素子１０の薄板を積層した圧電駆動
体１１を有し、その一端は基盤部１２の長短二つ
の脚部間に配設され、他端は突起部１３４を有す
る駆動子１３１に配設されている。また、この圧
電継電器は圧電駆動体１１からの機械歪みを拡大
するために三つの変位拡大機構を有している。

その第一の変位拡大機構は駆動子１３１と支持
ヒンジばね１３３および腕部１３２からなつてい
る。すなわち、支持ヒンジばね１３３の一端は基
盤部１２の長い脚部に固着され且つ他端は直方体
状の腕部１３２の長手方向の一端面に固着され
る。しかも、この腕部１３２の一側面は駆動子１
３１の突起部１３４に圧接されるので、駆動子１
３１を介して圧電駆動体１１を基盤部１２に圧着
固定する。

また、第二の変位拡大機構は駆動ヒンジばね１
７２と腕部１７３および支持ヒンジばね１７１か
ら構成される。この駆動ヒンジばね１７２は支持
ヒンジばね１３３よりも薄い板ばねであり、一端
を腕部１３２の他端に固定され且つ他端を直方体
状の腕部１７３の長手方向の一端面に固着され
る。また、駆動ヒンジばね１７２とほぼ同じ厚さ
の板ばねで作られる支持ヒンジばね１７１の一端
は基盤部１２の短い脚部に固定される。すなわ
ち、第２図に示すように、支持ヒンジばね１７１
の他端は、駆動ヒンジばね１７２と点Ｌ、点Ｋの
間隔LKを保つてほぼ平行になるように、直方体
状の腕部１７３の一端面に駆動ヒンジばね１７２
と段差をもつて固着される。

更に、第三の変位拡大機構は支持ヒンジばね１
４１と駆動ヒンジばね１４２および碗部１４３と
を有して構成される。すなわち、駆動ヒンジばね
１４２は駆動ヒンジばね１７２より薄い板であ
り、第２図に示すように、駆動ヒンジばね１７２
と点Ｋ、点Ｎの間隔KNを保つてほぼ平行になる
ように、一端を腕部１７３の他端面に固着され、
他端を腕部１４３の段差を形成する一端面に固着
される。また、この駆動ヒンジばね１４２とほぼ
同じ厚さの板ばねで作られる支持ヒンジばね１４
１の一端は基盤部１２の突起部に固着され、他端
は、第２図に示すように、駆動ヒンジばね１４２
と点Ｃ、点Ｄの間隔CDを保つてほぼ平行になる
ように、直方体状の腕部１４３の一端部に駆動ヒ
ンジばね１４２と段差をもつて固着される。この
駆動ヒンジばね１４２および支持ヒンジばね１４
１が固着される一端に対向する側には、中心が駆
動ヒンジばね１４２の表面から点Ｄ、点Ｆの距離
DFに可動接点１４が配設され、しかもこの可動
接点１４に対向した位置、すなわち接点間隔δ₁を
距てた位置に固定接点１５が配設される。

次に、この圧電継電器の動作を説明する。

第２図において、まず圧電駆動体１１の各圧電
素子１０の両面に電圧が印加されると、圧電駆動
体１１は矢印方向に力を発生する。この力は点Ｇ
に上向きの力を与えるので、点Ｂでは矢印方向へ
の力となる。しかるに、支持ヒンジばね１７１は
一端が基盤１２の短い脚部に固着されているの
で、点Ｌと点Ｋに偶力が生ずる。しかるに、駆動
ヒンジばね１７２のばね定数は支持ヒンジばね１
７１のばね定数とほぼ等しく、支持ヒンジばね１
３３のばね定数よりも小さいので、支持ヒンジば
ね１３３の点Ｈと点Ｊ間で撓みを伴なう。それ
故、腕部１７３は点Ｌと点Ｋのほぼ中点を中心と
して廻動し、点Ｂは矢印方向に移動し、圧電駆動
体１１は矢印方向に距離δ₀だけ伸びることが出来
る。この点Ｂの移動距離は、腕部１３２の廻転運
動が点Ｈを支点とし且つレバー比をHB／HGと
した「てこ運動」と近似すれば、ほぼδ₀×
（HB／HG）となる。このとき、点Ｎと点Ｉの間
隔NIは点Ｂと点Ｋとの間隔BKよりも長く、しか
も駆動ヒンジばね１４２の厚さは駆動ヒンジばね
１７２の厚さよりも薄いので、点Ｎに矢印方向の
力が加わり点Ｄと点Ｃとに偶力が作用すると、点
Ｎは矢印方向に移動する。この点Ｎの移動距離
は、腕部１７３の廻転運動を点Ｌをを支点とし且
つレバー比をLN／LKとした「てこ運動」と近
似すれば、ほぼδ₀×（HB／HG）×（LN／LK）と
なる。また、腕部１４３の廻転運動を点Ｃを支点
とし且つレバー比をCF／CDとした「てこ運動」
と近似すれば、可動接点１４の移動距離は、ほぼ
δ₀×（HB／HG）×（LN／LK）×（CF／CD）とな
る。この可動接点１４と固定接点１５との間隙δ₁
を可動接点１４の移動距離よりも小さく設定すれ
ば、可動接点１４は固定接点１５に十分な圧力で
接触し、安定な接点動作を行わしめることが出来
る。一方、圧電駆動体１１への印加電圧を除去す
れば、圧電駆動体１１の変位は零となり、各腕部
１３２，１７３及び１４３は元の位置に復帰し、
可動接点１４は固定接点１５より開離する。

ここで、従来の設計例よりすると、HB／HG
は約２、LN／LKは約４、CF／CDは約10であ
る。従つて、接点の必要間隙は0.2〜1.0mm程度で
あるので、必要とする圧電駆動体１１の機械歪に
よる変位δ₀は2.5〜12.5μm程度である。この値は
一般継電器の諸部品の通常の製作精度内の寸法の
バラツキと同程度である。しかるに、圧電継電器
の構成部品を通常の製作精度で作り、しかもこれ
ら部品を通常の組立て工程で組立てて圧電継電器
を作ると、各部品の寸法精度内の寸法のバラツキ
により、腕部１３２，駆動子１３１、圧電駆動体
１１、基盤部１２の各部品間に、実質的に圧電駆
動体１１の機械歪に対し無視出来ない空隙が生じ
る。これでは、可動接点１４の所定の変位が得ら
れず、接点の接触力、解離力が所定値以下の不良
品となる。

従来、かかる空隙の発生をなくすためには、各
構成部材の寸法精度を厳しくして、製作誤差を歪
δ₀に対し実質的に無視出来る程小さくするか、あ
るいは第１図に示す主要部の組立てに際し各構成
部品の寸法差による選別工程を挿入して組み立て
後の空隙の発生を防ぐ必要がある。前者であれ
ば、特別な加工処理を必要とし、また後者であれ
ば、各構成部材の寸法を測定するなど多くの工数
を要し、共にコスト高の要因になるとともに、製
造性に乏しいという欠点がある。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、各構成部材の寸法精度並びに
主要部の組み立て精度を厳しくすることなく、圧
電駆動体及び駆動子を変位拡大機構に空隙なく圧
接することにりエネルギ伝達効率のよい製造の簡
単な安価で安定した圧電継電器を提供することに
ある。

〔考案の構成〕

本考案の圧電継電器は、第１の脚部と前記第１
の脚部より短かく且つ前記第１の脚部にほぼ平行
な第２の脚部および前記第２の脚部の下部に前記
脚部に対し直角方向に設けられる突起部を有する
基盤部と、両面に電極を設けた薄板状の圧電素子
を複数個積層し且つ前記基盤部の第１の脚部およ
び第２の脚部間に一端面が押設される圧電駆動体
と、前記圧電駆動体の他端面に挿設される駆動
子、長手方向の一端を前記基盤部の第１の脚部に
固定される板状の第１の支持ヒンジばね、長手方
向の一端面を前記第１の支持ヒンジばねの長手方
向の他端に固定し且つ一側面を前記駆動子に接す
る第１の腕部よりなる第１の変位拡大機構と、前
記基盤部の第２の脚部に且つ前記圧電駆動体に対
して平行に一端が固着される第２の支持ヒンジば
ね、段差を形成する第１の端面が前記第２の支持
ヒンジばねの他端に固着される第２の腕部、前記
第２の腕部の段差を形成する第２の端面に前記第
２の支持ヒンジばねとはほぼ平行に一端が固着さ
れ且つ他端が前記第１の腕部の他端面に固着され
る第１の駆動ヒンジばねよりなる第２の変位拡大
機構と、前記第１の駆動ヒンジばねにほぼ平行に
一端を前記基盤部の突起部に固着される第３の支
持ヒンジばね、段差を形成する第１の端面が前記
第３の支持ヒンジばねの他端に固着される第３の
腕部、前記第３の腕部の段差を形成する第２の端
面に前記第３の支持ヒンジばねとはほぼ平行に一
端が固着され且つ他端が前記第２の腕部の他端面
に固着される第２の駆動ヒンジばねよりなる第３
の変位拡大機構とを有し、前記第３の腕部の他端
近傍に配設された可動接点を固定接点とは所定間
隔をもつて対向配置した圧電継電器において、前
記圧電駆動体を支える固定面および前記固定面よ
り下向に垂直に形成された平面状の固着部を形成
した固定部材と、前記長短二つの脚部間で前記圧
電駆動体の長手方向に設けられ且つ前記固定部材
の固着部が接触した状態で表面を摺動する案内面
を形成した基盤部とを有し、前記圧電駆動体が前
記駆動子を介して前記第１の腕部に押圧された状
態で前記固定部材を前記基盤部に固定するように
構成される。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例について図面を参照して
説明する。

第３図ａ，ｂはそれぞれ本考案の一実施例を示
す圧電継電器主要部の斜視図および圧電継電器の
基盤部および固定部材の斜視図である。

第３図ａ，ｂに示すように、本実施例は前述し
た従来例の第１図と同一構成要素について同一番
号を付与している。本実施例が第１図の従来例と
異なる点は、電圧駆動体１１を固定する固定部材
５１と溝状の案内面５２１を形成した基盤部５２
とを有することにある。しかも、固定部材５１は
圧電駆動体１１を固定する固定面５１１と基盤部
５２の設けた溝状の案内面５２１に嵌合する固着
部５１３とを有している。

かかる圧電継電器、特に固定部材５１の組立て
にあたつては、固定部材５１を第３図ｂで示す矢
印方向に挿入した後、基盤部５２の溝状の案内面
５２１に固定部材５１の固着部５１３を嵌合す
る。次に、固定部材５１の固定面５１１を圧電駆
動体１１の一端に接触しつつ、第３図ａに示す矢
印Ｐ方向に圧接する。更に、圧電駆動体１１及び
駆動子１３１の突起１３４が第１の腕部１３２に
間隙なく押接する位置に保つたまた熔着、かしめ
等の手段により固定部材５１と基盤部５２を固着
する。

上述した基盤部５２の案内溝５２１は固定部材
５１が圧電駆動体１１の圧電素子１０の表面と垂
直方向に押圧するように案内する働きを持ち、ま
た第３図ａに示す圧電継電器の主要部が固定部材
５１の固着部５１３の固着により厚さ方向の寸法
を大きくしないように設けたものであるが、固定
部材５１の固着時に外部案内を設ければ、案内溝
５２１は圧電素子１０の表面にほぼ垂直な平面で
あればよい。

尚、本実施例を説明した第３図ａ，ｂでは可動
接点１４に対向する固定接点を省略しているが、
これは第２図の固定接点同様に設けられる。また
固定部材５１と基盤部５２の案内面５２１とは第
３図ｂに示す形状に限定されず、同様の効果を発
揮できる形状であればよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の圧電継電器は案
内面を形成した基盤部と、圧電駆動体の一端を固
定する固定面および前記基盤部の案内面に沿つて
移動しうる固着部を形成した固定部材とを備え、
前記固定部材を前記圧電駆動体に押接するよう基
盤部に固着することにより、各構成部材の寸法精
度および主要部の組み立て精度を厳しくすること
なく、圧電駆動体及び駆動子を第１の変位拡大機
構に空隙なく圧接できるので、エネルギ伝達効率
がよく、しかも製造を簡単且つ安価で安定化させ
ることが出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一例を示す圧電継電器主要部の
斜視図、第２図は第１図に示す圧電継電器主要部
の動作説明図、第３図ａ，ｂはそれぞれ本考案の
一実施例を示す圧電継電器主要部の斜視図と圧電
継電器の基盤部および固定部材の斜視図である。１１……圧電駆動体、１４……可動接点、５１
……固定部材、５２……基盤部、１３１……駆動
子、１３２，１４３，１７３……腕部、１３３，
１４１，１７１……支持ヒンジばね、１３４……
突起、１４２，１７２……駆動ヒンジばね、５１
１……固定面、５１３……固着部、５２１……案
内面。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

第１の脚部と前記第１の脚部より短かく且つ前
記第１の脚部にほぼ平行な第２の脚部および前記
第２の脚部の下部に前記脚部に対し直角方向に設
けられる突起部を有する基盤部と、両面に電極を
設けた薄板状の圧電素子を複数個積層し且つ前記
基盤部の第１の脚部および第２の脚部間に一端面
が押接される圧電駆動体と、前記圧電駆動体の他
端面に押設される駆動子、長手方向の一端を前記
基盤部の第１の脚部に固定される板状の第１の支
持ヒンジばね、長手方向の一端面を前記第１の支
持ヒンジばねの長手方向の他端に固定し且つ一側
面を前記駆動子に接する第１の腕部よりなる第１
の変位拡大機構と、前記基盤部の第２の脚部に且
つ前記圧電駆動体に対して平行に一端が固着され
る第２の支持ヒンジばね、段差を形成する第１の
端面が前記第２の支持ヒンジばねの他端に固着さ
れる第２の腕部、前記第２の腕部の段差を形成す
る第２の端面に前記第２の支持ヒンジばねとはほ
ぼ平行に一端が固着され且つ他端が前記第１の腕
部の他端面に固着される第１の駆動ヒンジばねよ
りなる第２の変位拡大機構と、前記第１の駆動ヒ
ンジばねにほぼ平行に一端を前記基盤部の突起部
に固着される第３の支持ヒンジばね、段差を形成
する第１の端面が前記第３の支持ヒンジばねの他
端に固着される第３の腕部、前記第３の腕部の段
差を形成する第２の端面に前記第３の支持ヒンジ
ばねとはほぼ平行に一端が固着され且つ他端が前
記第２の腕部の他端面に固着される第２の駆動ヒ
ンジばねよりなる第３の変位拡大機構とを有し、
前記第３の腕部の他端近傍に配設された可動接点
を固定接点とは所定間隔をもつて対向配置した圧
電継電器において、前記圧電駆動体を支える固定
面および前記固定面より下向に垂直に形成された
平面状の固着部を形成した固定部材と、前記長短
二つの脚部間で前記圧電駆動体の長手方向に設け
られ且つ前記固定部材の固着部が接触した状態で
表面を摺動する案内面を形成した基盤部とを有
し、前記圧電駆動体が前記駆動子を介して前記第
１の腕部に押圧された状態で前記固定部材を前記
基盤部に固定することを特徴とする圧電継電器。