JPH0243079Y2 - - Google Patents

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交換機器およびメ
カニカルフイルタなどの駆動源として実用に供さ
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両面に電極を設け
た薄板状の圧電素子を複数個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図はかかる従来の一例を示す圧電継電器の
主要部の斜視図であり、また第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
継電器は薄板状の圧電素子１０を積層した圧電駆
動体１１を有し、その一端は基盤部１２の脚部間
に配設され、他端は突起部１３４を有する駆動子
１３１に圧接されている。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三つ
の変位拡大機構を有する。

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の一端
は腕部１３２の他端に固定される。しかも、直方
状の腕部１７３の長手方向の一端は段差を持ち且
つほぼ平行な二つの面を形成している。また、こ
の他端は前記二つの面とほぼ平行な面を有してい
る。一端が腕部１３２に固定された駆動ヒンジば
ね１７２は支持ヒンジばね１３３よりも薄い板ば
ねであり、その他端は段差を形成する腕部１７３
の一つの端面に固着される。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の短かい脚
部に固定され、他端は駆動ヒンジばね１７２の点
Ｋと点Ｌの間隔LKを保ち且つほぼ平行になるよ
うに腕部１７３の段差の下の面に固着される。

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および腕部１４３と
を有する。駆動ヒンジばね１４２は駆動ヒンジば
ね１７２よりもさらに薄い板ばねであり、一端を
駆動ヒンジばね１７２の点Ｋと点Ｎの間隔KNを
保ち且つほぼ平行になるように腕部１７３の端面
に固着される。また、腕部１４３の長手方向の一
端は腕部１７３と同様に段差を持ち且つほぼ平行
の二つの面を形成している。駆動ヒンジばね１４
２の他端はこの腕部１４３の段差の内側の面に固
着される。一方、駆動ヒンジばね１４２こほぼ同
じ厚さの板ばねで作られる支持ヒンジばね１４１
の一端は基盤部１２に固着され、他端は駆動ヒン
ジばね１４２の点Ｄと点Ｃとの間隔CDを保ち且
つほぼ平行になるように、腕部１４３の段差の外
側の面に固着される。また、この腕部１４３の段
差を形成する端面に対向する長手方向の他端近傍
の上面には、中心が駆動ヒンジばね１４２の表面
から点Ｄと点Ｆの距離DFを有する可動接点１４
が配設される。この可動接点１４は通常時の間隔
δ₂をもつて対向した固定接点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は矢印方向に力が発生する。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
一端が基盤部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。

このため、腕部１７３の右側端面と点Ｌと点Ｋ
を通る直線との交点Ｎには矢印方向に向う力が働
く。ここで、点Ｎと点Ｉの間隔NIは点Ｂと点Ｋ
の間隔BKより長く、また駆動ヒンジばね１４２
の厚さは駆動ヒンジばね１７２の厚さよりも薄
い。しかも、支持ヒンジばね１４１の点Ｅは基盤
部１２の突起部に固着されている。従つて、点Ｎ
に矢印方向の力が働き、その結果点Ｄと点Ｃとに
偶力が作用すると、腕部１４３の段差を形成する
二つの面に対向する他端近傍の上面に配設した可
動接点１４が矢印方向に動く。この固定接点１４
が固定接点１５に当接する以前、すなわち非駆動
時は点Ｄと点Ｃに作用する偶力による運動を拘束
する力は腕部１４３の重量のみであり、この重量
は実質的に圧電駆動体１１の歪力に起因するＮ点
に加わる力より小さい。それ故、腕部１４３はほ
ぼCDの中間点を中心として廻転運動を生じ、可
動接点１４は矢印方向に移動する。この時、点Ｎ
と点Ｂは力の作用する矢印方向に移動し、圧電駆
動体１１は点Ｇにおいて矢印方向に動くが、圧電
駆動体１１の歪力と腕部１３２に懸る反対方向の
拘束力が釣合うまで圧電駆動体１１は距離δ₀だけ
伸びる。

この状態における点Ｂの矢印方向の移動距離
は、腕部１３２の廻転運動を点Ｈを支店とし且つ
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。この比
HB／HGは１よりも大きいので、点Ｂの変位は
駆動体１１の変位δ₀が拡大されたことになる。

次に、点Ｎの矢印方向の移動距離は、腕部１７
３の廻転運動を点Ｌを支点とし且つレバー比
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。このレ
バー比LN／LKは１よりも大きいので、点Ｎの
変位はＢ点の変位、すなわちδ₀×（HB／HG）が
拡大されたことになる。

また、可動接点１４の矢印方向の可能移動距離
は腕部１４３の廻転運動を点Ｃを支点とし且つレ
バー比CF／CDとした「てこ運動」と近似すれ
ば、ほぼδ₀×（HB／HG）×（LN／LK）×（CF／
CD）となる。このレバー比CF／CDも１より大
きいので、点Ｆの変位は点Ｎの変位が拡大された
ことになる。

以上は可動接点１４が固定接点１５に当接しな
いと仮定して可動接点１４の移動距離を累算した
ものであるが、実際には固定接点１５と可動接点
１４との間隙δ₂を可動接点１４の可能移動距離よ
りも小さく設定するので、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。

尚、圧電駆動体１１への印加電圧を除去すれ
ば、圧電駆動体１１の電位は零となり、各腕部１
３２，１７３及び１４３は元の位置に復帰するの
で、可動接点１４は固定接点１５から開離する。

しかしながら、以上に述べた主要部の構成をも
つ圧電継電器においては、動作時において可動接
点が固定接点に閉成する際に生じるチヤツタリン
グや外部振動によつて各腕部および各ヒンジばね
部に振動が発生することがある。一度振動が発生
すると、長時間持続するため、チヤツタリングが
異常に長くなつて誤動作を生じたり、あるいは高
速動作が困難になるという欠点がある。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、上記欠点を解決し、ヒンジば
ね部および腕部の振動を速やかに減衰させ、チヤ
ツタリングの継続を抑制して、誤動作を生ずるこ
とのない安定した高速動作の可能な圧電継電器を
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、一端
を前記基盤部に固定され、他端を前記第３の支持
ヒンジばねもしくは前記第２の駆動ヒンジばねを
介して前記第３の腕部の少くとも１箇所に当接す
るストツパーを備えて構成される。

〔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図は本考案の第一の実施例を示す圧電継電
器の主要部の斜視図である。

第３図に示すように、本実施例が前述した従来
例（第１図および第２図参照）と比較して異なる
点は、基盤部４２に設置したストツパー４００を
設けたことにある。その他の点は前述した従来例
と同一であるので、詳細については省略する。こ
のストツパー４００は、長手方向の中心軸を駆動
ヒンジばね１４２および支持ヒンジばね１４１の
長手方向とほぼ垂直になるように、一端を基盤部
４２の短かい脚部の側面、すなわち腕部１４３と
の対向部に固定し、他端を支持ヒンジばね１４１
を介して腕部１４３の段差を形成する下の面に当
接する円筒状の剛体である。

かかる圧電継電器において、圧電駆動体１１に
電圧が印加され、圧電継電器が動作すると、可動
接点１４が固定接点（第２図参照）に衝突して生
ずるチヤツタリングまたは外部振動により各腕部
１３２，１４３，１７３と各支持ヒンジばね１３
３，１４１，１７１および駆動ヒンジばね１４
２，１７２とで形成される第一乃至第三の変位拡
大機構に振動が発生する。例えば、腕部１４３が
振動しても、この腕部１４３は支持ヒンジばね部
１４１を介してストツパー４００に押接されてい
るので、その振動は小さく且つ速やかに減衰す
る。このため、可動接点１４が対向配置された固
定接点に閉成する際に生じるチヤツタリングは短
時間で終る。また外部振動によつて発生する各部
の振動も同様にストツパー４００により抑制され
るため、圧電継電器が誤動作することもなくな
る。このように、各部に振動を生じてもその振動
は速やかに消滅するため、高速動作が可動にな
る。このストツパー４００の設置箇所は、第３図
に示す箇所に限定されない。また、かかるストツ
パー４００の基盤部４２への設置法は、かしめ、
圧着，溶着等いかなる方法でもよく、更に、基盤
部４２と一体加工して得てもよい。

第４図ａは第３図におけるストツパー近傍の正
面図であり、第４図ｂ，ｃはそれぞれ本考案の第
二および第三の実施例を説明するためのストツパ
ー近傍の正面図である。

第４図ａに示すように、ストツパー４００は支
持ヒンジばね１４１を介して腕部１４３の段差の
下の面に当接している。

また、第４図ｂ，ｃに示すように、第二および
第三の実施例はそれぞれストツパー４０１が駆動
ヒンジばね１４２を介して腕部１４３の段差の上
の面に当接している例であり、またストツパー４
０２が支持ヒンジばね１４１を介して腕部１４３
の段差の下の面の一部に当接している例である。
要するに、支持ヒンジばね１４１或いは駆動ヒン
ジばね１４２を介して第３の腕部１４３の少くと
も１箇所をストツパー４００の一端が押接してい
ればよい。

第５図ａ，ｂはそれぞれ本考案の第四および第
五の実施例を説明するためのストツパー近傍の正
面図である。

第５図ａに示すように、第四の実施例は第４図
ｂにおける第二の実施例のストツパー４０１にね
じ加工を施したストツパー４０３を備えた例であ
る。このストツパー４０３は、回転により支持ヒ
ンジばね１４１と直角方向の押接位置を調整でき
る利点を有する。

また、第５図ｂに示すように、第五の実施例は
ねじ加工したストツパー４０４を支持ヒンジばね
１４１および駆動ヒンジばね１４２とほぼ平行に
基盤部４２の突起部に配設したものであり、その
ねじ頭部４１０で支持ヒンジばね１４１を介して
腕部１４３を押接する。このストツパー４０４の
ねじを回転させることにより支持ヒンジばね１４
１と平行方向の押接位置を調整することができ
る。

第６図は本考案の第六の実施例を示す圧電継電
器の主要部の斜視図である。

第６図に示すように、本実施例は前述した第二
の実施例〔第４図ｂ参照〕および第四の実施例
〔第５図ａ参照〕と比較し、ストツパー４０１，
４０３に代えて直方体状のストツパー４０７を用
いた点が異つている。かかるストツパー４０７
は、一端面を基盤部１２の短かい脚部に固定し、
前記一端面に対向する他端面を駆動ヒンジばね１
４２を介して腕部１４３の段差を形成する上の面
に当接するよに配置されている。本実施例の圧電
継電器においても直方体状の剛体をストツパーと
しているので、前述した第一の実施例（第１図参
照）と同様の効果を発揮することができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の圧電継電器は一
端を基盤部に固定され、他端を支持ヒンジばねも
しくは駆動ヒンジばねを介して腕部に押接したス
トツパーを備えることにより、腕部および支持ヒ
ンジばねあるいは駆動ヒンジばねに生じる振動を
抑制し、長く続くチヤツタリングや誤動作を生ず
ることのない安定した高速動作を実現することが
でき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の主要部
の斜視図、第２図は第１図に示す圧電継電器の動
作説明図、第３図は本考案の第一の実施例を示す
圧電継電器の主要部の斜視図、第４図ａは第３図
におけるストツパー近傍の正面図および第４図
ｂ，ｃはそれぞれ第二，第三の実施例を説明する
ためのストツパー近傍の正面図、第５図ａ，ｂは
それぞれ第四，第五の実施例を説明するためのス
トツパー近傍の正面図、第６図は本考案の第六の
実施例を示す圧電継電器の主要部の斜視図であ
る。 １１……圧電駆動体、１２，４２……基盤部、
１４……可動接点、１３１……駆動子、１３２，
１４３，１７３……腕部、１３３，１４１，１７
１……支持ヒンジばね、１４２，１７２……駆動
ヒンジばね、４００〜４０４，４０７……ストツ
パー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 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、一
   端を前記基盤部に固定され、他端を前記第３の
   支持ヒンジばねもしくは前記第２の駆動ヒンジ
   ばねを介して前記第３の腕部の少くとも１箇所
   に当接するストツパーを備えることを特徴とす
   る圧電継電器。 (2) 前記ストツパーが棒材からなることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の圧電
   継電器。 (3) 前記ストツパーがねじからなることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の圧電
   継電器。 (4) 前記ストツパーが一端面を前記基盤部の突起
   部に固着し且つ他端面を頭部および第３の支持
   ヒンジばねを介して第３の腕部に押接し、前記
   支持ヒンジばねに並行に配設されることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の圧
   電継電器。 (5) 前記ストツパーが直方体状の剛体材からなる
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第(1)
   項記載の圧電継電器。