JPH0326612Y2 - - 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、また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
加電圧が有効に働くように、両面に電極を設けた
薄片状の圧電素子を複数個積層し且つ各圧電素子
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。かかる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している。

その第一の変位拡大機構は駆動子１３１と第１
の支持ヒンジばね１３３および第１の腕部１３２
からなつている。すなわち、支持ヒンジばね１３
３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１３１の突起部１３４に圧接されるの
で、駆動子１３１を介して圧電駆動体１１を基盤
部１２に圧接固定する。

また、第二の変位拡大機構は第１の駆動ヒンジ
ばね１７２と第２の腕部１７３および第２の支持
ヒンジばね１７１から構成される。この駆動ヒン
ジばね１７２の一端は第１の腕部１３２の他端に
固定される。しかも、直方体状の腕部１７３のこ
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。一端が第１
の腕部１３２に固定された第１の駆動ヒンジばね
１７２は第１の支持ヒンジばね１３３よりも薄い
板ばねであり、その他端は段差を形成する第２の
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
れる第２の支持ヒンジばね１７１の一端は基盤部
１２の短かい脚部に固定され、他端は、第２図に
示すように、第１の駆動ヒンジばね１７２とは点
Ｌと点Ｋの間隔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第３の支持ヒンジ
ばね１４１と第２の駆動ヒンジばね１４２および
第３の腕部１４３とを有している。この駆動ヒン
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、一端を第１の駆動ヒンジば
ね１７２とは点Ｋと点Ｎの間隔を保ち且つほ
ぼ平行になるように腕部１７３の他端面に固着さ
れる。また、腕部１４３の長手方向の一端は第２
の腕部１７３と同様に段差を持ち且つほぼ平行な
二つの面を形成している。第２の駆動ヒンジばね
１４２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、この第２の駆動ヒンジばね
１４２とほぼ同じ厚さの板ばねで形成される第３
の支持ヒンジばね１４１の一端は基盤部１２の突
起部に固着され、他端は駆動ヒンジばね１４２と
は点Ｃと点Ｄの間隔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上面近傍には、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。しかも、
この可動接点１４とは通常時の間隙δ₁を距てて対
向した固定接点１５が、第２図に示すように配設
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の短か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。すなわち、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間で撓みを伴ない、また腕
部１７３は点Ｌと点Ｋのほぼ中点を中心として廻
動するため、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、レバー比を／とした
「てこ運動」と近似すれば、ほぼδ₀×（／）
となる。また、点Ｎと点Ｉの間隔は点Ｂと点
Ｋとの間隔よりも長く、駆動ヒンジばね１４
２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。同様に、この点Ｎの移動距離は、腕部１７３
の廻転運動が点Ｌを支点とし且つレバー比を
LN／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×（／）
×（／）×（／）となる。それ故、可
動接点１４と固定接点１５との間隙δ₁をこの可動
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。

かかる圧電駆動体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１
３２，１７３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。

以上説明した従来の圧電継電器の主要部の製造
は、基盤部１２および腕部１３２，１７３，１４
３に、各支持ヒンジばね１３３，１７１，１４１
および各駆動ヒンジばね１７２，１４２を熔着若
しくはかしめにより固着するか、あるいは一つの
厚さを有する材料を打抜・放電加工等によつて一
体加工して得られる。前者のかしめ固着であれ
ば、各ヒンジばねの固着箇所が多いために製造工
程が煩雑となる。後者の打抜の工法を採る場合で
あれば、ヒンジばねの板厚が薄い箇所の製造が困
難となり、また後者の放電加工の工法を採る場合
であれば、加工に費やす工数を多く必要とする。
上述したいずれの工法によつても、圧電継電器は
経済性および製造性を満足するものではなく、量
産性に乏しいため高価になるという欠点がある。

また、上述した圧電継電器は各腕部を金属材料
で構成すると、質量が大きくなるため、高速性に
おいて劣るという欠点がある。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、上述した量産性と経済性に富
み、しかも高速動作を実現することのできる圧電
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の腕部の前記第２の支持ヒンジばねが固着さ
れる面とは反対の面に前記第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、前記
第３の支持ヒンジばねの他端に一端が固着される
第３の腕部、前記第３の腕部の前記第３の支持ヒ
ンジばねが固着される面とは反対の面に且つ前記
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の脚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、前記基盤部
および前記第１乃至第３の腕部がエンジニヤリン
グプラスチツクにより形成され、前記第１乃至第
３の支持ヒンジばねおよび前記第１および第２の
駆動ヒンジばねが金属より形成されるように構成
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，ｃはそれぞれ本考案の一実施例
を示す圧電継電器の変位拡大機構の斜視図とその
変位拡大機構の断面図および圧電継電器の主要部
の斜視図である。

第３図ａ〜ｃにおいて、前述した第１図に示す
従来例の基盤部１２，腕部１３２，１７３，１４
３および支持ヒンジばね１３３，１７１，１４１
並びに駆動ヒンジばね１７２，１４２と同じ機能
を有する構成要素については、おのおの基盤部３
２，腕部３３２，３７３，３４３および支持ヒン
ジばね３３３，３７１，３４１並びに駆動ヒンジ
ばね３７２，３４２の符号を付す。本実施例にお
ける支持ヒンジばね３３３，３７１，３４１およ
び駆動ヒンジばね３７２，３４２の各ヒンジばね
は、第３図ｂに示すような加工形状を有する金属
薄板であり、また基盤部３２および腕部３３２，
３７３，３４３は、第３図ｃに示す圧電駆動体１
１が発生する力に耐え得る強度を持つPPS（ポリ
フエニレンサルフアイド）等の熱可塑性樹脂また
はフエノール等の熱硬化性樹脂、いわゆるエンジ
ニアリングプラスチツクで形成されている。前述
した各ヒンジばねは、それぞれ所定の位置に配置
され、基盤部１２の長短脚部および突起部並びに
各腕部３３２，３７３，３４３と共にインサート
モールドして固定され、第一乃至第三の変位拡大
機構を形成する。

また、第３図ｃに示すように、圧電駆動体１１
および駆動子１３１を基盤部３２の脚部間に配置
し、腕部３３２との間で挾持し、さらに腕部３４
３の先端に可動接点１４を固着すれば、圧電継電
器の主要部が構成される。尚、可動接点１４に対
向する固定接点については省略している。

かかる構造とすることにより、基盤部３２，腕
部３３２，３７３，３４３と、支持ヒンジばね３
３３，３７１，３４１および駆動ヒンジばね３７
２，３４２との固着が短時間で容易に実現され、
量産性と経済性に富む圧電継電器が得られる。ま
た、腕部３３２，３７３，３４３は、エンジニア
リングプラスチツクで構成されるため、質量が小
さく、動作速度の速い高速の圧電継電器を得るこ
とができる。

上述した各ヒンジばね第３図ｂに示した加工形
状に限定されるものではなく、圧電駆動体１１の
歪に応動して動作する際、支障のない強度を持て
ばよい。また、各ヒンジばねは、第３図ａ，ｃに
おいて矩形の断面形状を持つ金属薄板としたが、
円型の断面形状を有するワイヤースプリングある
いは他の断面形状でも同様の効果を発揮すること
ができる。

尚、基盤部３２および各腕部３３２，３７３，
３４３の形状と寸法は第３図ａ〜ｃに示すものに
限定されず、基盤部３２及び各腕部と各ヒンジば
ねの固着は、インサートモールド以外の嵌合、圧
着等の比較的簡単に固着できる手法であつてもよ
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、
基盤部および腕部をエンジニアリングプラスチツ
クで形成することにより、変位拡大機構の組み立
てが短時間で且つ比較的容易に行えるので、量産
性と経済性に富みしかも高速動作を実現できると
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ａ，ｂ，ｃはそれぞれ本考案の一
実施例を示す圧電継電器の変位拡大機構の斜視図
とその変位拡大機構の断面図および継電器主要部
の斜視図である。 １１……圧電駆動体、１４……可動接点、３２
……基盤部、１３１……駆動子、３３２，３４
３，３７１……腕部、３３３，３４１，３７１…
…支持ヒンジばね、３４２，３７２……駆動ヒン
ジばね。

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の腕部の前記第２の支持ヒンジ
   ばねが固着される面とは反対の面に前記第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、前記第３の支持ヒンジば
   ねの他端に一端が固着される第３の腕部、前記
   第３の腕部の前記第３の支持ヒンジばねが固着
   される面とは反対の面に且つ前記第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、前記基盤部
   および前記第１乃至第３の腕部がエンジニヤリ
   ングプラスチツクにより形成され、前記第１乃
   至第３の支持ヒンジばねおよび前記第１および
   第２の駆動ヒンジばねが金属より形成されるこ
   とを特徴とする圧電継電器。 (2) エンジニアリングプラスチツクよりなる基盤
   部および第１乃至第３の腕部と、金属よりなる
   第１乃至第３の支持ヒンジばねおよび第１，第
   ２の駆動ヒンジばねとは、インサート成形によ
   り固着されることを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲(1)項記載の圧電継電器。 (3) 基盤部および第１乃至第３の腕部と、第１乃
   至第３の支持ヒンジばねおよび第１，第２の駆
   動ヒンジばねとが、嵌合により固着されること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲(1)項記載
   の圧電継電器。 (4) 基盤部および第１乃至第３の腕部と、第１乃
   至第３の支持ヒンジばねおよび第１，第２の駆
   動ヒンジばねとが圧着により固着されることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲(1)項記載の
   圧電継電器。