JPH0322838Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈考案の分野〉 この考案は、圧電素子や電歪素子のような電気
機械変換素子とその補強板とからなる電気機械変
換素子に関するものである。

〈従来技術とその問題点〉 近年、この種の電気機械変換装置は、アクチユ
エータとして、VTRの磁気ヘツド制御や、リレ
ーおよび光スイツチなどに組み込まれている。こ
の種の電気機械変換装置として、まず２枚の圧電
素子や電歪素子に中間電極を兼ねた金属製の補強
板を介在させて、これらを貼り合わせた構造のも
のが知られている。

いま、圧電素子で構成された電気機械変換素子
に電圧を印加すると、圧電素子の一方が伸び、他
方が縮むため全体として機械的なたわみ動作が得
られ、同様に電歪素子で構成された電気機械変換
素子のいずれか一方に電圧を印加すると、電歪素
子の縮みでたわみ動作が得られる。

これに対し、１枚の圧電素子や電歪素子を単に
補強板に貼り合わせた構造の電気機械変換装置に
おいては、圧電素子の伸びもしくは縮みにより、
また電歪素子では縮みによつてたわみ動作が得ら
れれる。

上記のようなたわみ動作をする電気機械変換装
置は、たとえばリレーの接点開閉機構に適応され
る。

このように、電気機械変換装置をリレーに適応
した場合、接点の開閉機構上、所定の接点間隔と
接点圧力とを確保するとともに、応答速度を速く
しかつヒステリシスを低減する必要がある。

そこで、従来、電気機械変換素子をセラミツク
素子で形成するとともに、補強板としてリン青銅
や真ちゆうなどの銅合金板が使用されている。

しかし、セラミツク素子が剛体のため、電圧印
加時の速い応答性による高速動作中、たとえば接
点開閉時の衝撃によつて不要振動を生じ、バウン
ス現象の原因となる。また、電気機械変換素子の
変位にともなつて、補強板が元の変位位置に戻ろ
うとする復元力の増加も、バウンス現象を広げる
原因となつている。

これを解消する手段として、従来、電気機械変
換装置で直接に接点を開閉するのではなく、スナ
ツプアクシヨン機構を介在させるものであるが、
この機構の占有体積が大きいため、リレーの小型
化に問題があつた。そのため、従来、直接に電気
機械変換装置でバウンスなしに接点を開閉できる
ことが望まれていた。

〈考案の目的〉 この考案は上記事情にかんがみてなされたもの
で、電気機械変換素子のたわみ動作による変位量
が大きく、しかもたわみ動作時に高い振動減衰性
能をもつことで、不要振動を大きく減少できる電
気機械変換装置を提供することを目的としてい
る。

〈考案の構成と効果〉 この考案にしたがえば、電気機械変換素子の補
強板はNi−Ti合金からなる板状の超弾性合金体
で構成される。

このNi−Ti合金は、逆マルテンサイト変態終
了温度以上では応力ゼロの状態で、マルテンサイ
トは熱力学的に不安定であるため、除荷時に逆変
態が生じるが、逆変態が結晶学的に可逆的であ
り、マルテンサイト相がもとの母相にもどつてし
まう。その結果、除荷過程で応力負荷によつて生
じていたひずみが解消することになる。よつて、
一定温度で応力負荷した時に生じる見掛け上の塑
性ひずみが除荷過程で消失するとき、その原因が
応力誘起マルテンサイト変態と、その逆変態に起
因するものが超弾性と呼ばれている。この変態過
程で、外部からの振動エネルギを消費することが
できるため、たとえばリレーにこの考案による電
気機械変換装置を用いれば接点開閉時の衝撃によ
つて生じる不要振動を大きく減少でき、バウンス
現象の防止となるため、接点開閉の高い信頼性を
得ることが可能となる。

〈実施例の説明〉 つぎに、この考案の実施例を図面にしたがつて
説明する。

第１図および第２図はこの考案による電気機械
変換装置を示す斜視図である。

第１図において、１，２は１対の電気機械変換
素子で、これらはPb（Ti，Zr）O₃系の圧電セラ
ミツク素子からなる。上記圧電セラミツク素子
１，２の両面には表面電極層１ａ，１ｂおよび２
ａ，２ｂがそれぞれ形成されており、上記圧電セ
ラミツク素子１，２間に超弾性合金体からなる補
強板３を介在させ、接着層４，５で貼り合わせて
電気機械変換装置６が構成されている。上記超弾
性合金体としては、たとえば商品名「ニチノー
ル」（商標）［古河電気工業株式会社製のTi−Ni
合金］が用いられる。補強板３を中間電極とする
場合には、圧電セラミツク素子１，２を分極軸方
向ｍがそろう方向で貼り合わせる。この場合、補
強板３の全面もしくは両面に電気的変換効率を向
上させる目的で、メツキ蒸着などの導電層を設け
てもよい。

また、圧電セラミツク素子１，２の圧電効果に
よるひずみ量を無駄なく、たわみ動作に変換する
ために、補強板３との間で内部エネルギの損失を
できるだけ少なくする必要がある。そのため、接
着層４，５には硬化後十分に硬い層を形成する材
料を用いるのが好ましく、拘束条件を高めなけれ
ばならない。この場合、つぎに述べる電歪セラミ
ツク素子においても前記構成が有効であることは
いうまでもない。

第２図は電気機械変換素子として、Pb（Mg，
Nb）O₃系の電歪セラミツク素子２１を用いた例
である。上記電歪セラミツク素子２１の両面に表
面電極層２１ａ，２１ｂを形成し、前述した板状
のNi−Ti合金体からなる補強板３に接着層４で
電歪セラミツク素子２１を貼り合わせて電気機械
変換装置６が構成されている。

第３図は第１図に示した電気機械変換装置６を
片持ち支持させ、60Hzの周波数で振動させ、
OFF後の減衰状態を非接触光学変位計で測定し
た波形を示すものである。第３図中、ａは補強板
３としてリン青銅を用いた従来例の、また、ｂは
この考案によるNi−Ti合金体を補強板３として
用いた場合における電気機械変換装置６の振動減
衰波形をそれぞれ示す。同図から明らかなよう
に、この考案による電気機械変換装置はそれ自体
で不要振動を大きく減少させることができる。

第４図はこの考案による電気機械変換装置６を
リレーの接点開閉機構に用いた一例を示したもの
である。この電気機械変換装置６には、第１図の
実施例と同構造のものを用いた。電気機械変換装
置６は支持部７によつて片持ち支持されている。
これに印加される電圧をON−OFFすることで、
自由端側６ａは図中の矢印Ａ方向へ変位動作し、
この動作によつて亙に差交する可動接触片８が固
定接触片９に接離して接点の開閉動作がなされ
る。

第５図は第４図に示した電気機械変換装置６に
電圧をONからOFFにしたのちにおける接点のバ
ウンス波形を示したものである。第５図中、ｃは
電気機械変換装置６における補強板３としてリン
青銅を用いた従来例の、また、ｄはこの考案によ
る超弾性合金体を補強板３として用いた場合にお
ける可動接触片８、つまり接点のバウンス波形を
それぞれ示す。

これらの波形から明らかなように、補強板３と
して超弾性合金を用いることで、電気機械変換装
置６自体の不要振動を大きく減少でき、しかも、
これをリレーなどの接点開閉機構に適用すること
で、接点圧力がさらに付加されるので、バウンス
現象をほとんどなくすことができ、信頼性の高い
リレーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの考案による電気機械
変換装置の異なる例を示す斜視図、第３図は振動
減衰波形、第４図はこの考案による電気機械変換
装置をリレーの接点開閉機構に用いた一例を示す
斜視図、第５図は接点部のバウンス波形である。 １，２……圧電素子、１ａ，１ｂ（２ａ，２ｂ）
……表面電極層、３……補強板、４，５……接着
層、６……電気機械変換装置、２１……電歪素
子、２１ａ，２１ｂ……電極層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 両側面に表面電極層が形成された圧電素子や電
   歪素子のような薄板状の電気機械変換素子と、こ
   の電気機械変換素子の少なくとも１側面に上記表
   面電極層を介して被着された補強板とを具備した
   電気機械変換素子において、上記補強板をNi−
   Ti合金からなる板状の超弾性合金体で構成した
   ことを特徴とする電気機械変換装置。