JPH05205187A - Pulse oscillating element - Google Patents

Pulse oscillating element

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Publication number
JPH05205187A
JPH05205187A JP16691392A JP16691392A JPH05205187A JP H05205187 A JPH05205187 A JP H05205187A JP 16691392 A JP16691392 A JP 16691392A JP 16691392 A JP16691392 A JP 16691392A JP H05205187 A JPH05205187 A JP H05205187A
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JP
Japan
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piezoelectric element
leaf spring
load
pulse
snap action
Prior art date
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Pending
Application number
JP16691392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuharu Nonami
光晴 野並
Katsumi Shibata
勝美 柴田
Masashi Tsukihana
正志 月花
Morinari Machida
謹斎 町田
Yukinori Kawamura
幸則 河村
Hideo Kume
秀男 久米
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP16691392A priority Critical patent/JPH05205187A/en
Publication of JPH05205187A publication Critical patent/JPH05205187A/en
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  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily transduce mechanical motion into an electric signal by utilizing a piezoelectric element. CONSTITUTION:A leaf spring 1 which performs snap action is constituted by providing curved beams 1a and 1c at both sides of a straight beam 1b and the piezoelectric element 2 is adhered to the beam 1b. One end 1d of the leaf spring 1 is fixed and a force is applied to the other end 1e to deform the side of the piezoelectric element 2, and then the curved beams 1a and 1c are inverted in the process of the deformation, so that the deformation of the leaf spring 1 abruptly increases at the moment. Consequently, electric charges generated at both the sides of the piezoelectric element 2 owing to compressive straining abruptly rise, so they can be led out as a pulse signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子を利用した
パルス発信素子に関し、特にスイッチ機構に組み込むの
に適したパルス発信素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse transmission element using a piezoelectric element, and more particularly to a pulse transmission element suitable for being incorporated in a switch mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の押ボタンスイッチ、マイクロスイ
ッチ、リミットスイッチなどは金属接点を有し、機械的
変位入力により接点が開閉して電気回路を入切すること
で機械的変位の有無を電気回路に伝達している。ところ
が、プログラマブルコントローラを用いた制御盤などで
は、操作スイッチからの入力信号は継続的である必要は
なくパルス信号で差支えないことが多い。したがって、
そのような用途には、機械的接点を有する従来の押ボタ
ンスイッチなどに代えて、外力による操作に応じてパル
ス信号を発生する素子をスイッチとして使用できる。一
方、圧電素子は外力を加えると電荷を発生することが知
られており、この現象を利用すれば外部から電力を供給
することなく上記パルス信号を発生させるこことが可能
である。
2. Description of the Related Art Conventional push button switches, micro switches, limit switches and the like have metal contacts, and the contacts are opened and closed by a mechanical displacement input to open and close an electrical circuit to detect the presence or absence of mechanical displacement. Have been communicated to. However, in a control panel or the like using a programmable controller, the input signal from the operation switch does not have to be continuous, and a pulse signal may be used in many cases. Therefore,
For such an application, an element that generates a pulse signal in response to an operation by an external force can be used as a switch instead of a conventional push button switch having a mechanical contact. On the other hand, it is known that a piezoelectric element generates an electric charge when an external force is applied, and by utilizing this phenomenon, it is possible to generate the pulse signal without supplying electric power from the outside.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電素子で
パルス信号を得るためには、これに瞬間的な歪みを与え
なければならない。そのため、圧電素子単独でパルス発
生素子を構成した場合には、ゆっくりと変化するスイッ
チ操作力を衝撃力に変換する機構が別途必要となり、全
体として構成が複雑で製作費の高いものとなる。そこ
で、この発明は、外力を衝撃力に変換することなく圧電
素子を瞬間的に変形させ、簡単な構成で圧電素子からパ
ルス電圧を取り出せるようにしたパルス発信素子を提供
することを目的とするものである。
By the way, in order to obtain a pulse signal with the piezoelectric element, it is necessary to give it a momentary distortion. Therefore, when the pulse generating element is composed of the piezoelectric element alone, a separate mechanism for converting the slowly changing switch operating force into an impact force is required, and the overall structure is complicated and the manufacturing cost is high. Therefore, an object of the present invention is to provide a pulse transmission element capable of instantaneously deforming a piezoelectric element without converting an external force into an impact force and extracting a pulse voltage from the piezoelectric element with a simple configuration. Is.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明は、スナップア
クション特性を有する板ばねの一部に圧電素子を貼着し
てパルス発信素子を構成することにより、上記目的を達
成するものとする。ここで、スナップアクション特性と
は、板ばねに荷重を加えて次第に変形させた際に、変形
がある点(スナップアクション点)に達すると荷重に対
する変位の割合が急激に増大するような特性をいうもの
である。スナップアクション特性を有する板ばねは、ア
ーチ状に湾曲した梁と真直ぐな梁とを両端で互いにつな
いで構成することができる。その場合、圧電素子は真直
ぐな側の梁に貼着する。その際、圧電素子を積層して貼
着すれば出力電圧を大きくすることができる。
The present invention achieves the above object by forming a pulse transmission element by attaching a piezoelectric element to a part of a leaf spring having a snap action characteristic. Here, the snap action characteristic refers to a characteristic in which, when a load is applied to the leaf spring and gradually deformed, when the deformation reaches a certain point (snap action point), the ratio of the displacement to the load rapidly increases. It is a thing. A leaf spring having a snap action characteristic can be configured by connecting an arch-curved beam and a straight beam to each other at both ends. In that case, the piezoelectric element is attached to the beam on the straight side. At this time, the output voltage can be increased by stacking and sticking the piezoelectric elements.

【0005】[0005]

【作用】板ばねに外力を作用させて徐々に変形させる
と、スナップアクション点に達した瞬間に板ばねの変形
量が急激に増加し、これに貼着された圧電素子の曲げ歪
みも衝撃的に増加する。そのとき、圧電素子にその歪み
に応じた電荷が発生するから、これをパルス電圧として
外部に取り出す。
[Operation] When an external force is applied to the leaf spring to gradually deform it, the amount of deformation of the leaf spring sharply increases at the moment when the snap action point is reached, and the bending strain of the piezoelectric element attached to this is also shocked. Increase to. At that time, electric charges corresponding to the strain are generated in the piezoelectric element, and this is taken out as a pulse voltage to the outside.

【0006】[0006]

【実施例】以下、図1〜図17に基づいてこの発明の実
施例を説明する。実施例1 図1はパルス発信素子の斜視図である。図において、1
は板ばねで、平行な3本の梁1a〜1cがその両端で連
結部1d及び1eにより互いにつながれた構造となって
おり、かつ中央の梁1bは真直ぐであるのに対し、その
両側の梁1a及び1cは同じ側にアーチ状に湾曲してい
る。また、2は短冊形の圧電素子で、板ばね1の中央の
梁1bの梁1a,1cが湾曲した側の面に導電性の接着
剤により貼着されている。圧電素子2は厚さ方向に分極
処理され、かつその両面には電極が印刷されている。3
は各電極から引き出されたリード線である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Example 1 FIG. 1 is a perspective view of a pulse transmission element. In the figure, 1
Is a leaf spring and has a structure in which three parallel beams 1a to 1c are connected to each other by connecting portions 1d and 1e at both ends thereof, and the central beam 1b is straight, while the beams on both sides thereof are straight. 1a and 1c are arched on the same side. Reference numeral 2 denotes a strip-shaped piezoelectric element, which is attached to the surface of the central beam 1b of the leaf spring 1 on the side where the beams 1a and 1c are curved by a conductive adhesive. The piezoelectric element 2 is polarized in the thickness direction, and electrodes are printed on both surfaces thereof. Three
Is a lead wire drawn from each electrode.

【0007】図2は板ばね1の梁1a,1cを湾曲させ
るための加工方法を示すもので、(A)は平面図、
(B)は側面図である。板ばね1は板材からプレスで打
ち抜いた状態では全面が一様な平板のままである。次い
で、梁1a,1cの一端の連結部1dとの接続部分4を
ポンチ5で押し潰し、梁1a,1cの長さが梁1bより
も長くなるように塑性変形させる。これにより、梁1
a,1cは連結部1d,1e間でアーチ状に湾曲する。
FIG. 2 shows a processing method for bending the beams 1a and 1c of the leaf spring 1, in which (A) is a plan view,
(B) is a side view. The leaf spring 1 remains a flat plate on the entire surface when punched from a plate material by a press. Next, the connection portion 4 at one end of each of the beams 1a and 1c with the connecting portion 1d is crushed by the punch 5 and plastically deformed so that the length of each of the beams 1a and 1c is longer than that of the beam 1b. This makes the beam 1
a and 1c are curved in an arch shape between the connecting portions 1d and 1e.

【0008】いま、図3に示すように、図1のパルス発
信素子の一端1dを固定し、他端1eに矢印で示す向き
に負荷を加えて全体を圧電素子2側に変形させると、板
ばね1と一体に接着された圧電素子2は各断面で圧縮歪
みを生じ、その結果として電極上に電荷を発生する。6
は発生した電荷を電圧として取り出す放電抵抗、7は負
荷を加えるための圧縮ばねである。以下に、図3のパル
ス発信素子に変形を与えた際の現象について、図4によ
り説明する。ここで、図4の(A)は負荷端部1eの変
位の時間変化、(B)は荷重の時間変化、(C)は放電
抵抗6の両端の電圧の時間変化をそれぞれ示すものであ
る。
Now, as shown in FIG. 3, when one end 1d of the pulse transmission element of FIG. 1 is fixed and a load is applied to the other end 1e in the direction shown by an arrow to deform the whole to the piezoelectric element 2 side, The piezoelectric element 2 bonded integrally with the spring 1 causes compressive strain in each cross section, and as a result, charges are generated on the electrodes. 6
Is a discharge resistor for taking out the generated charge as a voltage, and 7 is a compression spring for applying a load. Hereinafter, a phenomenon when the pulse transmission element of FIG. 3 is deformed will be described with reference to FIG. Here, (A) of FIG. 4 shows the time change of the displacement of the load end 1e, (B) shows the time change of the load, and (C) shows the time change of the voltage across the discharge resistor 6, respectively.

【0009】図4において、負荷を加えて変位を零から
次第に大きくしていくと、それに応じて荷重も徐々に大
きくなる。その間、圧電素子2は電荷を発生するが、放
電抵抗6を適当に選ぶと発生した電荷は直ぐに放電する
ために電圧はわずかしか検出されない。上記変位の過程
で梁1a,1cは湾曲側と反対の図3の上方に徐々に持
ち上げられるように波形に変形する。そして、時間T1
後にスナップアクション点に達すると、梁1bを越えて
その反対側の位置まで一気に反転する。そのため、板ば
ね1の発生荷重が急減するが、圧縮ばね7にはその直前
の荷重に見合うばね力が蓄勢されているため、そのばね
力とその時点での荷重とが平衡するまで変位が急激に増
大する。その結果、圧電素子2には瞬間的に大きな圧縮
歪みが生じ、放電抵抗6にはパルス電圧が現れる。
In FIG. 4, when a load is applied and the displacement is gradually increased from zero, the load is gradually increased accordingly. During that time, the piezoelectric element 2 generates an electric charge, but if the discharge resistor 6 is appropriately selected, the generated electric charge is immediately discharged, so that a small voltage is detected. In the process of the displacement, the beams 1a and 1c are deformed into a wave shape so as to be gradually lifted upward in FIG. 3 opposite to the curved side. And time T 1
When the snap action point is reached later, the beam is reversed in a stroke over the beam 1b to the position on the opposite side. Therefore, the load generated by the leaf spring 1 is rapidly reduced, but since the compression spring 7 stores a spring force commensurate with the load immediately before that, the displacement is displaced until the spring force and the load at that time are balanced. Increase sharply. As a result, a large compressive strain is momentarily generated in the piezoelectric element 2, and a pulse voltage appears in the discharge resistor 6.

【0010】その後、時間T2 後まで変位が再び増える
に連れて荷重も大きくなるが、その間に電荷は逐次放電
され、検出される電圧はわずかなものとなる。時間T2
後以降、今度は負荷を小さくしていくと、時間T3 後に
再びスナップアクション点に達し、梁1a,1cは図3
の下方に元通り反転して荷重が急増する。これにより、
負荷端部1eは圧縮ばね7を圧縮しながら急激に持ち上
がって変位が急減する。その結果、圧電素子2の圧縮歪
みが瞬間的に小さくなり、荷重増加時と逆極性のパルス
電圧が発生する。なお、その時に正パルス発信時の残留
電荷があると、ピーク値はその分だけ小さくなる。そし
て、時間T4 後に負荷が零になると、図3の元の状態に
復する。
Thereafter, the load increases as the displacement increases again until the time T 2 elapses, but during that time, the electric charges are sequentially discharged, and the detected voltage becomes small. Time T 2
After that, when the load is reduced this time, the snap action point is reached again after the time T 3 , and the beams 1a and 1c are moved to the positions shown in FIG.
It reverses to the original position below and the load increases rapidly. This allows
The load end 1e rises sharply while compressing the compression spring 7, and the displacement sharply decreases. As a result, the compressive strain of the piezoelectric element 2 is instantaneously reduced, and a pulse voltage having the opposite polarity to that when the load is increased is generated. At that time, if there is a residual charge at the time of transmitting the positive pulse, the peak value becomes smaller accordingly. Then, when the load becomes zero after time T 4 , the state returns to the original state of FIG.

【0011】実験によれば、幅3mm×長さ30mm×厚
さ0.3 mmの大きさのPZT圧電素子を用い、これを厚
さ0.3 mmのりん青銅板の板ばねに接着してパルス発信
素子を製作し、これを手で変形させたところ、ピーク電
圧10V、立ち上がり時間10msの信号を得た。その際の
圧電素子の静電容量は15nF、放電抵抗は1MΩであ
る。立ち下がり時間はCRの時定数とその後の歪みによ
る発生電荷で決まる。
According to experiments, a PZT piezoelectric element having a width of 3 mm, a length of 30 mm and a thickness of 0.3 mm is used, and this is bonded to a leaf spring of a phosphor bronze plate having a thickness of 0.3 mm to form a pulse transmitting element. It was manufactured and deformed by hand, and a signal with a peak voltage of 10 V and a rise time of 10 ms was obtained. At that time, the capacitance of the piezoelectric element is 15 nF and the discharge resistance is 1 MΩ. The fall time is determined by the CR time constant and the charge generated by the subsequent distortion.

【0012】図5は図1のパルス発信素子の変形時の様
子を変位と荷重との関係で示したもので、(A)は梁1
a,1cの湾曲量が比較的小さい場合、(B)は比較的
大きい場合である。(A)の湾曲量の小さい場合は図4
で説明したような場合に相当し、スナップアクション点
1 を越えた後も引き続き同方向の荷重が残存し、負荷
を除くと初期位置P0 に自動復帰する単安定形の特性と
なる。その場合、スナップアクション点はヒステリシス
を持ち、負荷増加時はP1 点であるのに対し減少時はP
2 点となる。これに対して(B)の湾曲量の大きい場合
には、スナップアクション点P1 を越えた時点で荷重が
反転し、そこで負荷を除くと初期位置P0 と反対側のP
3 点で安定する双安定形の特性となる。この場合もスナ
ップアクション点はヒステリシスを持ち、負荷増加時は
1 点、減少時はP2 点となる。
FIG. 5 shows the deformation of the pulse transmission device of FIG. 1 in terms of the relationship between displacement and load.
When the amount of curvature of a and 1c is relatively small, (B) is relatively large. FIG. 4 shows the case where the amount of bending in (A) is small.
The load remains in the same direction even after the snap action point P 1 is exceeded, which is a monostable type characteristic of automatically returning to the initial position P 0 when the load is removed. In that case, the snap action point has hysteresis, and it is P 1 point when the load increases, but P 1 point when it decreases.
2 points. On the other hand, when the amount of bending in (B) is large, the load reverses when the snap action point P 1 is exceeded, and if the load is removed there, P on the side opposite to the initial position P 0
It has a bistable characteristic that is stable at three points. Also in this case, the snap action point has hysteresis, and becomes P 1 point when the load increases and P 2 point when the load decreases.

【0013】実施例2 図6は圧電素子を積層して貼着した実施例を示し、
(A)は平面図、(B)は側面図である。発生電荷量を
増やすために圧電素子2を2A及び2Bの2枚積層して
貼着し、(B)に矢印で示すように圧電素子2Aと2B
の分極方向を互いに向き合わせ、対向電極に接続したリ
ード線3aと両側の電極に共通接続したリード線3bと
により約2倍の電圧を得るようにしている。この積層枚
数は3枚以上でもよい。
Embodiment 2 FIG. 6 shows an embodiment in which piezoelectric elements are laminated and adhered,
(A) is a plan view and (B) is a side view. In order to increase the amount of generated charges, two piezoelectric elements 2A and 2B are laminated and adhered, and piezoelectric elements 2A and 2B are attached as indicated by arrows in (B).
The polarization directions of are opposed to each other, and about twice the voltage is obtained by the lead wire 3a connected to the counter electrode and the lead wire 3b commonly connected to the electrodes on both sides. The number of stacked layers may be three or more.

【0014】実施例3 図7は図1のパルス発信素子に端子を設けた実施例の斜
視図、図8はその分解図である。図において、板ばね1
は固定端部1dの一側に一方の端子8が一体形成され、
他方の端子9とともに上部ホルダ10aと下部ホルダ1
0bとからなるホルダ10に絶縁状態で一体に保持され
ている。端子9と圧電素子2の上面電極とはリード線3
で接続されている。11は取付穴である。
Embodiment 3 FIG. 7 is a perspective view of an embodiment in which a terminal is provided on the pulse transmission device of FIG. 1, and FIG. 8 is an exploded view thereof. In the figure, leaf spring 1
Has one terminal 8 integrally formed on one side of the fixed end 1d,
The upper holder 10a and the lower holder 1 together with the other terminal 9
0b and the holder 10 are integrally held in an insulated state. The terminal 9 and the upper surface electrode of the piezoelectric element 2 are connected to the lead wire 3
Connected by. Reference numeral 11 is a mounting hole.

【0015】実施例4 図9はリード線の断線を防止した実施例の要部斜視図で
ある。図7の実施例では板ばね1の変形時にリード線3
も同時に変形するので、その繰返し回数が多いとリード
線3が疲労により破断する危険がある。そこで、動作回
数の多い用途では図9に示すように、圧電素子2とリー
ド線3との接続点をホルダ10の内部に位置させる。こ
れにより、板ばね1が変形しても上記接続点は変位しな
いのでリード線3が変形しない。
Embodiment 4 FIG. 9 is a perspective view of the essential portion of an embodiment in which the breakage of the lead wire is prevented. In the embodiment of FIG. 7, the lead wire 3 is deformed when the leaf spring 1 is deformed.
Also deforms at the same time, and if the number of repetitions is large, there is a risk of the lead wire 3 breaking due to fatigue. Therefore, in an application where the number of operations is large, as shown in FIG. 9, the connection point between the piezoelectric element 2 and the lead wire 3 is located inside the holder 10. As a result, even if the leaf spring 1 is deformed, the connecting point is not displaced, so that the lead wire 3 is not deformed.

【0016】実施例5 図10は湾曲した梁を片側だけとした板ばねをホルダで
保持させた実施例の斜視図、図11はその分解図であ
る。図において、板ばね1には湾曲梁1aが片側のみに
設けられ、反対側にはレバー12が負荷端部1eから斜
め上方に向かって一体形成されている。板ばね1は端子
8が端子9とともにホルダ10で保持されている。下部
ホルダ10bは負荷端部1eも一緒に受けており、その
近傍に取付穴11が設けられている。図示構成におい
て、レバー12に下向きの変位を与えると、湾曲梁1a
の先端に曲げモーメントMが負荷され、スナップアクシ
ョン点で湾曲梁1aが反転して負荷端部1eが持ち上が
る。その結果、圧電素子2が貼着された梁1bが曲が
り、圧電素子2の電極間に発生した電圧は端子8,9か
ら外部に取り出される。
Embodiment 5 FIG. 10 is a perspective view of an embodiment in which a plate spring having a curved beam on only one side is held by a holder, and FIG. 11 is an exploded view thereof. In the figure, the leaf spring 1 is provided with a curved beam 1a only on one side, and a lever 12 is integrally formed on the opposite side from the load end portion 1e obliquely upward. The terminal 8 of the leaf spring 1 is held by the holder 10 together with the terminal 9. The lower holder 10b also receives the load end 1e, and a mounting hole 11 is provided in the vicinity thereof. In the illustrated configuration, when the lever 12 is downwardly displaced, the curved beam 1a
The bending moment M is applied to the tip of the curved beam 1a at the snap action point and the load end 1e is lifted. As a result, the beam 1b to which the piezoelectric element 2 is attached bends, and the voltage generated between the electrodes of the piezoelectric element 2 is taken out from the terminals 8 and 9.

【0017】図12は図10のパルス発信素子を連続的
に製造する工程を示すものである。工程Iで板材13か
ら連結部13aを残して板ばね1と端子9とを打抜き、
工程IIでホルダ10を成形してから連結部13aを切り
離す。次に、工程III で梁1bに圧電素子2を貼着し、
更に工程IVで梁1aのスナップアクション加工及びレバ
ー12の曲げ加工を行う。最後に、工程Vでリード線3
をはんだ付けして完成する。
FIG. 12 shows a process of continuously manufacturing the pulse transmission device of FIG. In step I, the leaf spring 1 and the terminal 9 are punched out, leaving the connecting portion 13a from the plate material 13,
In step II, the holder 10 is molded and then the connecting portion 13a is cut off. Next, in step III, the piezoelectric element 2 is attached to the beam 1b,
Further, in step IV, the snap action processing of the beam 1a and the bending processing of the lever 12 are performed. Finally, in step V, lead wire 3
Is completed by soldering.

【0018】実施例6 図13は湾曲梁を形成するのにアンカーを使用した実施
例を示すものである。すなわち、図においては、板ばね
1の両側の梁1a及び1cは固定端部1dとの間で切り
離され、先端がアンカー14で押されて湾曲している。
アンカー14はリベット15で板ばね1に固定され、梁
1a,1cの切断された端部はアンカー14の先端のV
溝に嵌め込まれている。図14は図13のパルス発信素
子の動作を説明する図である。(A)の動作前はアンカ
ー14が負荷端部1eよりも僅かに上方にあり、湾曲梁
1a,1cとの力の釣り合いから負荷端部1eを下部ス
トッパ16に押し付けている。ここで、負荷端部1eに
外力Fが作用すると上記力の釣り合いが反転し、(B)
に示すようにアンカー13は板ばね1を急速に押し上げ
てスナップアクションさせる。板ばね1は圧電素子2に
過大な曲げが発生する前に負荷端部1eが上部ストッパ
17に当たって変形量が規制される。この構成において
は、湾曲梁1a,1cが反転しなくてもスナップアクシ
ョン特性が得られるので、アンカー13を使用しない場
合より板ばね1の機械的寿命が長くなる。
Embodiment 6 FIG. 13 shows an embodiment in which an anchor is used to form a curved beam. That is, in the figure, the beams 1a and 1c on both sides of the leaf spring 1 are separated from the fixed end portion 1d, and the tip end is pushed by the anchor 14 to be curved.
The anchor 14 is fixed to the leaf spring 1 with a rivet 15, and the cut ends of the beams 1a and 1c are V-shaped at the tip of the anchor 14.
It is fitted in the groove. FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the pulse transmission element of FIG. Before the operation (A), the anchor 14 is slightly above the load end 1e, and the load end 1e is pressed against the lower stopper 16 due to the balance of the forces with the curved beams 1a and 1c. Here, when the external force F acts on the load end 1e, the balance of the forces is reversed, and (B)
As shown in FIG. 3, the anchor 13 rapidly pushes up the leaf spring 1 to cause a snap action. The amount of deformation of the leaf spring 1 is restricted by the load end 1e hitting the upper stopper 17 before the piezoelectric element 2 is excessively bent. In this configuration, snap action characteristics can be obtained even if the curved beams 1a and 1c are not inverted, so that the mechanical life of the leaf spring 1 becomes longer than when the anchor 13 is not used.

【0019】実施例7 図15はこの発明のパルス発信素子を使用した無接点負
荷開閉回路を示す。圧電素子2は電荷発生型の素子であ
るため電磁リレーなどの駆動ができず、信号もパルス的
にしか発生できない。そこで、図15の回路は電圧駆動
できるFET18に発生電荷を与え、そのスイッチ作用
によりある程度の時間、ON又はOFF状態を継続でき
るようにしたものである。19は負荷、20は電源であ
る。ただし、圧電素子2の電荷は変形を元に戻しても残
る場合があり、また温度上昇によって変形していなくて
も電荷が発生することがある(焦電効果)。これを防止
するために、図では変形がない状態ではFET18のゲ
ートとドレンとの間を放電スイッチ21で短絡し、残留
電荷を放電するようにしている。なお、逆電圧で破壊す
るようなFETを使用する場合は図示の通り保護ダイオ
ード22を接続する。
Embodiment 7 FIG. 15 shows a contactless load switching circuit using the pulse transmitting element of the present invention. Since the piezoelectric element 2 is a charge-generating element, it cannot drive an electromagnetic relay or the like and can generate signals only in pulses. Therefore, the circuit shown in FIG. 15 applies generated charges to the FET 18 which can be driven by voltage, and the switching action thereof allows the ON or OFF state to be continued for some time. Reference numeral 19 is a load, and 20 is a power supply. However, the electric charge of the piezoelectric element 2 may remain even if the deformation is returned to the original state, and the electric charge may be generated even if it is not deformed due to the temperature rise (pyroelectric effect). In order to prevent this, when there is no deformation in the figure, the gate and drain of the FET 18 are short-circuited by the discharge switch 21 to discharge the residual charge. When using an FET that is destroyed by a reverse voltage, a protection diode 22 is connected as shown in the figure.

【0020】図16は図10のパルス発信素子を図15
の回路に使用した場合における放電スイッチ21の構成
例を示したものである。図において、不動作状態で板ば
ね1の操作端部1eに接触する放電接点23を設けて放
電スイッチ21を構成し、圧電素子2の上面電極に接続
された端子9と放電接点23とをリード線24で接続し
ている。なお、端子8及び9はそれぞれFET18のゲ
ート及びドレンに接続する。これにより、図示不動作状
態では圧電素子2の残留電荷は放電スイッチ21を介し
て放電される一方、レバー12の操作により板ばね1が
変形すると放電スイッチ21が開いて圧電素子2に電荷
が蓄積され、スナップアクション点を迎えるとFET1
8がONする。
FIG. 16 shows the pulse transmission device of FIG.
2 shows a configuration example of the discharge switch 21 when used in the circuit of FIG. In the figure, a discharge switch 23 is provided by providing a discharge contact 23 which comes into contact with the operating end 1e of the leaf spring 1 in a non-operating state, and leads the terminal 9 connected to the upper surface electrode of the piezoelectric element 2 and the discharge contact 23. It is connected by a line 24. The terminals 8 and 9 are connected to the gate and drain of the FET 18, respectively. As a result, in the inoperative state shown in the figure, the residual charge of the piezoelectric element 2 is discharged through the discharge switch 21, while when the leaf spring 1 is deformed by the operation of the lever 12, the discharge switch 21 opens and the charge is accumulated in the piezoelectric element 2. When it reaches the snap action point, FET1
8 turns on.

【0021】実施例8 図17は図10のパルス発信素子、FET18及び放電
接点23をベース25aとカバー25bとからなるケー
スに収めて無接点マイクロスイッチを構成した実施例を
示すものである。ホルダ10a,10bにパルス発信素
子,FET18,放電接点23を取り付けてベース25
aに収納し、カバー25bで覆う。18a,18b及び
18cはそれぞれFET18のゲート,ドレン及びソー
ス端子である。外力はピンプランジャ26を介してレバ
ー12に伝えられる。個々の部品は接着やねじ締め、嵌
合などで組み立てられる。圧電素子2とFET18とは
内部で結線し、外部にはFET18のドレン端子18b
とソース端子18cのみ突き出た状態となる。
Embodiment 8 FIG. 17 shows an embodiment in which the pulse transmission element, the FET 18 and the discharge contact 23 of FIG. 10 are housed in a case consisting of a base 25a and a cover 25b to form a contactless micro switch. The pulse generator, the FET 18, and the discharge contact 23 are attached to the holders 10a and 10b, and the base 25 is attached.
It is stored in a and covered with a cover 25b. 18a, 18b and 18c are the gate, drain and source terminals of the FET 18, respectively. The external force is transmitted to the lever 12 via the pin plunger 26. The individual parts are assembled by gluing, screwing, fitting, etc. The piezoelectric element 2 and the FET 18 are internally connected, and the drain terminal 18b of the FET 18 is externally connected.
Then, only the source terminal 18c is projected.

【0022】以上説明した通り、図示実施例のパルス発
信素子は、アーチ状に湾曲した梁1a,1cによりスナ
ップアクション特性を持たせた板ばね1の真直ぐな梁1
bに圧電素子2を接着したもので、板ばね1のスナップ
アクションによりゆるやかに変化する外力で圧電素子2
に瞬間的な歪みを与えてパルス信号を得ることができ
る。図示実施例において、板ばね1の梁1aと1cとの
湾曲量を互いに異ならせれば2段のスナップアクション
動作となり、ワンストロークで2つのパルス信号が得ら
れる。また、湾曲した梁は一方だけでもよく、あるいは
3つ以上としてそれぞれスナップアクション点を変える
ことも可能である。
As described above, the pulse transmitting element of the illustrated embodiment has the straight beam 1 of the leaf spring 1 having the snap action characteristic by the arch-shaped curved beams 1a and 1c.
The piezoelectric element 2 is bonded to b, and the piezoelectric element 2 is applied by an external force that gently changes due to the snap action of the leaf spring 1.
A pulse signal can be obtained by applying an instantaneous distortion to. In the illustrated embodiment, if the beams 1a and 1c of the leaf spring 1 are made to have different bending amounts, a two-step snap action operation is performed, and two pulse signals can be obtained with one stroke. Further, only one curved beam may be used, or three or more curved beams may be used and the snap action points may be changed.

【0023】[0023]

【発明の効果】この発明によれば、スナップアクション
特性を有する板ばねの一部に圧電素子を貼着してパルス
発信素子を構成したことにより、外部電源が不要である
という圧電素子の利点を活かしながら機械的な動きを簡
単に電気信号に変換でき、例えばパルス発信方式の押ボ
タンスイッチ、リミットスイッチ、マイクロスイッチな
どをを安価に製作することができる。また、FETなど
と組み合わせることにより負荷の開閉が可能な無接点ス
イッチを製作することも可能となる。
According to the present invention, since the piezoelectric element is attached to a part of the leaf spring having the snap action characteristic to form the pulse transmission element, the advantage of the piezoelectric element that an external power source is unnecessary is provided. While utilizing it, mechanical movements can be easily converted into electric signals, and, for example, pulse transmission type push button switches, limit switches, micro switches, etc. can be manufactured at low cost. Further, it is also possible to manufacture a contactless switch capable of opening and closing a load by combining with a FET or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における板ばねの加工方法の説明図で
(A)は平面図、(B)はその側面図である。
2 (A) is a plan view and FIG. 2 (B) is a side view of the method for processing the leaf spring in FIG.

【図3】図1のパルス発信素子を動作させる際の取付状
態を示す側面図である。
FIG. 3 is a side view showing a mounting state when the pulse transmission element of FIG. 1 is operated.

【図4】図3のパルス発信素子が変形した時の状況を示
す線図で、(A)は時間と変位との関係を示す図、
(B)は時間と荷重との関係を示す図、(C)は時間と
電圧との関係を示す図である。
4 is a diagram showing a situation when the pulse transmission element of FIG. 3 is deformed, (A) is a diagram showing a relationship between time and displacement,
(B) is a figure which shows the relationship between time and a load, (C) is a figure which shows the relationship between time and voltage.

【図5】図1のパルス発信素子が変形した時の変位と荷
重との関係を示す図で、(A)は湾曲した梁の湾曲量が
比較的小さい場合、(B)は同じく大きい場合である。
5A and 5B are diagrams showing the relationship between displacement and load when the pulse transmission element of FIG. 1 is deformed, where FIG. 5A shows the case where the curved amount of the curved beam is relatively small, and FIG. is there.

【図6】この発明の実施例2を示し(A)は平面図、
(B)はその側面図である。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention (A) is a plan view,
(B) is a side view thereof.

【図7】この発明の実施例3を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.

【図8】図7の分解図である。FIG. 8 is an exploded view of FIG. 7.

【図9】この発明の実施例4を示す要部斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of essential parts showing Embodiment 4 of the present invention.

【図10】この発明の実施例5を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図11】図10の分解図である。FIG. 11 is an exploded view of FIG.

【図12】図10のパルス発信素子の製造工程を示す図
である。
12 is a diagram showing a manufacturing process of the pulse transmission device of FIG.

【図13】この発明の実施例6を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing Embodiment 6 of the present invention.

【図14】図13のパルス発信素子の動作を示す図で、
(A)は動作前の状態、(B)は動作後の状態である。
14 is a diagram showing the operation of the pulse transmission device of FIG.
(A) is a state before the operation, and (B) is a state after the operation.

【図15】この発明の実施例7を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing Embodiment 7 of the present invention.

【図16】図15における放電スイッチの構成を示す側
面図である。
16 is a side view showing the configuration of the discharge switch in FIG.

【図17】この発明の実施例8を示す分解斜視図であ
る。
FIG. 17 is an exploded perspective view showing an eighth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 板ばね 1a 湾曲した梁 1b 真直ぐな梁 1c 湾曲した梁 2 圧電素子 1 leaf spring 1a curved beam 1b straight beam 1c curved beam 2 piezoelectric element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 謹斎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 河村 幸則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 久米 秀男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shunsai Machida 1-1, Tanabe Shinden, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yukinori Kawamura 1 Tanabe, Shinagawa, Kawasaki-ku, Kanagawa No. 1 in Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hideo Kume 1-1 No. Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スナップアクション特性を有する板ばねの
一部に圧電素子を貼着して構成したことを特徴とするパ
ルス発信素子。
1. A pulse transmission element comprising a piezoelectric element attached to a part of a leaf spring having a snap action characteristic.
【請求項2】アーチ状に湾曲した梁と真直ぐな梁とが両
端で互いにつながった板ばねの前記真直ぐな梁に圧電素
子を貼着したことを特徴とする請求項1記載のパルス発
信素子。
2. The pulse transmitting element according to claim 1, wherein a piezoelectric element is attached to the straight beam of the leaf spring in which the arch-shaped curved beam and the straight beam are connected to each other at both ends.
【請求項3】圧電素子を積層して貼着したことを特徴と
する請求項1又は請求項2記載のパルス発信素子。
3. The pulse transmission element according to claim 1, wherein the piezoelectric elements are laminated and adhered.
JP16691392A 1991-09-26 1992-06-02 Pulse oscillating element Pending JPH05205187A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16691392A JPH05205187A (en) 1991-09-26 1992-06-02 Pulse oscillating element

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-274507 1991-09-26
JP27450791 1991-09-26
JP16691392A JPH05205187A (en) 1991-09-26 1992-06-02 Pulse oscillating element

Publications (1)

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JPH05205187A true JPH05205187A (en) 1993-08-13

Family

ID=26491119

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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JP (1) JPH05205187A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010176921A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Panasonic Electric Works Co Ltd Lamp socket
JP2015130784A (en) * 2013-12-03 2015-07-16 学校法人東京理科大学 Power generator
JPWO2018056059A1 (en) * 2016-09-26 2019-01-24 株式会社村田製作所 Piezoelectric generator, piezoelectric generator module and transmitter

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