JPH058541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スイツチ時の駆動機構として用いら
れるアクチユエータ、特に圧電セラミツク素子
（圧電素子）の変位を利用したアクチユエータに
関するものである。

〔従来の技術〕

従来の圧電セラミツク素子の変位を利用したア
クチユエータとしては、特開昭61−216219号公報
又は特開昭61−216218号公報に記載されたものが
提案されている。

この、従来のアクチユエータは、第９図に示さ
れるように、コ形本体ａの内底面の中央に、軸ｂ
を中心として、回動自在に、棒状の磁性体よりな
る移動部材ｃの基端部が枢着されている。この移
動部材ｃの先端部の延長部の前後には、可動接点
ｄが設けられ、この可動接点ｄと対向する本体ａ
の両側壁の上部には、切変接点としての第１及び
第２の固定接点ｅ，ｆが設けられている。しかし
て、本体ａの両側壁の対向部には、第１及び第２
の圧電セラミツクス素子ｇ，ｈが設けられ、該対
向部の他のか所には、第１及び第２の永久磁石
ｉ，ｊが設けられている。

上記第９図の従来のアクチユエータは、図示の
第１の永久磁石ｉにより一方の位置に吸引保持さ
れた移動部材ｃは、第１の圧電セラミツク素子ｇ
に対し電気信号を印加した際に生ずる寸法変位時
の衝撃力によつて押圧されると、該位置における
吸引保持力が解除するとともに、第２の永久磁石
ｉの磁力によつて吸引保持力が作用する位置まで
移動して他方の位置に吸引保持される。また、こ
の移動部材ｃが第２の圧電セラミツク素子ｈによ
つて押圧されると、上記と反対側に移動して吸引
保持され、このようにして接点の切り換えが行な
われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記第９図の従来のアクチユエータ
による切換スイツチは、低周波スイツチ専用の構
造であつて、高周波スイツチとしては不適である
という問題点があつた。またこれを、手動復帰機
構を有するブレーカーとして用いることはできな
い。

本発明は、以上の点に鑑みてなしたものであ
り、高周波スイツチに適し、且つ手動復帰機構を
有するブレーカーとしても利用できる圧電素子
（圧電セラミツク素子）を利用したアクチユエー
タを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

次に、上記の課題を解決するための手段として
の、本発明の構成を、第１の実施例に対応する第
１図を参照して説明する。

すなわち、本発明のアクチユエータは、中間部
に磁性体よりなる移動部材５が固設され、先端部
には電気接点４が設けられ、基端部は復帰レバー
１４とされた軸８であつて、第１の位置から第２
の位置に移動自在に保持されている軸８と、 前記軸８先端部の電気接点４が開閉自在に接続
され１対のコネクタ導体６，６が内壁面より突出
するスイツチ基台をなす密閉箱形の本体１と、 前記本体１の外壁部に設けられた密閉箱形の本
体カバー３であつて、その対向部の外壁部には、
前記軸８の先端部側を前記本体１内に案内するガ
イド穴７と前記軸８基端部の復帰レバー１４を該
方に突出させるガイド穴７とを有する本体カバー
３と、 前記本体カバー３の内部に設けられ、前記移動
部材５を前記第２の位置に吸引保持する永久磁石
１０と、 前記本体カバー３の内部において前記第１の位
置に対応して配置され、予め前記第１の位置にあ
る移動部材５を電気信号の印加による寸法変位時
の衝撃力によつて押圧し、前記第２の位置におけ
る吸引保持力が作用する位置まで移動させる圧電
素子９と、 を具備し、 前記軸８が前記第１の位置にあるときには、そ
の先端部の電気接点４が前記１対のコネクタ導体
６，６と接続して電気回路を閉じ、前記軸８が前
記第２の位置にあるときには、その先端部の電気
接点４が前記１対のコネクタ導体６，６から離脱
して電気回路を開き、少なくとも、この電気回路
を開いた第２の位置から、前記軸８基端部の復帰
レバー１４を移動操作させて、前記電気接点４を
閉じた第１の位置に復帰作動自在とされたことを
特徴としている。

〔作用〕

電気接点４が１対のコネクタ導体６，６に接続
する第１の位置に保持された移動部材５は、圧電
素子９の駆動時の衝撃力により押圧されて第２の
位置にある永久磁石１０の吸引保持力が作用する
位置まで移動し、永久磁石１０によつて第２の位
置に吸引保持され、このとき、電気接点４は１対
のコネクタ導体６，６から離脱する。この第２の
位置において、復帰レバー１４を移動操作させる
ことにより、第１の位置に復帰さて再び電気接点
を閉じることができる。

〔実施例〕 以下、本発明によるアクチユエータの第１実施
例を第１図ａ，ｂの図面に基づいて説明する。

このアクチユエータは本体１に装着された一対
の同軸コネクタ２，２に対して本体１に設けられ
た本体カバー３内に接点４を備えた移動部材５を
配置し、この移動部材５をスライド移動すること
によつて接点４を各同軸コネクタ２，２の中心導
体６，６と接離させてオン、オフし、スイツチと
して適用されるものである。

本体１はスイツチの基台をなすもので、底部に
開口を有する蓋状に成形され、密閉箱形とされて
いる。この本体１の上面には一対の同軸コネクタ
２，２が並設されており、この同軸コネクタ２，
２の各々の中心に中心導体６，６が突出して設け
られている。

また、本体１の底部には本体カバー３が取り付
けられている。この本体カバー３は密閉箱形に成
形されており、上板および下板の中央にはガイド
穴７が形成されている。このガイド穴７には中途
位置に移動部材５の固設された軸８が貫通して設
けられている。

また、密閉箱形本体１内にある軸８の先端には
板状の接点４が固設されており、この接点４の両
端は各々の中心導体６，６に接触している。この
軸８は接点４が中心導体６，６に接触してオンす
る第１の位置から接点４がオフし本体カバー３の
上板上面に接触する第２の位置までガイド穴７に
沿つて移動自在である。そして、このアクチユエ
ータでは移動部材５を軸８に沿つて移動させるた
めに１個の圧電素子（圧電セラミツク素子）９と
１個の永久磁石１０を用い、オンからオフへの切
り換えを電気的に行つている。

移動部材５は長方形状をなしていて磁性体から
なるものである。この移動部材５の一側面と本体
カバー３の内側面との間には板バネ１１が設けら
れている。この板バネ１１は移動部材５お上方に
付勢し、圧電素子９が駆動していない状態で接点
４を第１の位置、つまりオン像対に保持してい
る。

圧電素子９は本体カバー３の上板下面に配設さ
れており、移動部材５の上面に設けられた鋼球１
２に当接している。この圧電素子９は電圧信号の
印加によつて衝撃的な寸法変位を起こすもので、
この寸法変位に伴つて生じる衝撃力は鋼球１２に
集中して移動部材５を押圧し、板バネ１１の付勢
力に勝つて軸８を下方にスライド移動させて接点
４をオン状態から解除する。

永久磁石１０は本体カバー３の下板上面に設け
られ、移動部材５を介して圧電素子９と対向して
配置されている。この永久磁石１０は接点４がオ
フに切り換わつて移動部材５が圧電素子９の衝撃
力によつて吸引保持力の作用する位置まで押圧移
動してきたとき、すなわち、接点４が第２の位置
に達したときに、一定の間〓１３を隔てて移動部
材５を吸引保持するものである。なお、間〓１３
は各部材の温度変化に伴う歪等の影響によつて生
ずる第１の位置および第２の位置の位置ずれを低
減化するためのものである。

また、ガイド穴７と板ばね１１によつて移動部
材５を第１の位置から第２の位置まで移動自在に
保持する保持部材が構成されている。

さらに、このアクチユエータではオフからオン
への切り換えを手動操作によつて行つている。す
なわち、オフ状態で本体カバー３の下板のガイド
穴７より突出した軸８の下端部が復帰レバー１４
を構成していれ、従つて、この復帰レバー１４を
押し上げて接点４を各々の中心導体６と導通させ
ることによりオン状態となる。

以上の構成において、圧電素子９が駆動される
と、この圧電素子９の衝撃力によつて接点４がオ
ン状態から解除されてオフとなり、移動部材５が
軸８に沿つて移動し、永久磁石１０の吸引保持力
が作用する位置まで移動する。そして、接点４が
第２の位置に達すると、永久磁石１０が移動部材
５を吸引保持し、オンからオフへの切り換えがな
される。

また、オフからオンへの復帰は復帰レバー１４
を押し上げて接点４を各々の中心導体６，６に導
通される。

従つて、上記のアクチユエータによれば、移動
部材５を移動させるための力は、従来のようにレ
バー等によつて拡大することなく、圧電素子９の
寸法変位時の衝撃力によつて十分に得ることがで
きる。また、移動部材５を永久磁石１０によつて
吸引保持しているので、移動部材５を定位置に安
定して保持することができる。しかも、移動部材
５は間〓１３を隔てて永久磁石１０に吸引保持さ
れているので各部材の温度変化に伴う歪等の影響
を低減できる。

次に、第２図ａ，ｂに示す第２実施例のアクチ
ユエータは、上記第１実施例の板バネ１１に代え
てコイルバネ１５が設けられている。このコイル
バネ１５は第２図ａに示すように移動部材５の下
面と本体カバー３の下板３ｂ上面との間の軸８に
装着され、接点４をオン状態に保持している。こ
の場合にも板バネ１１を用いた場合と同様にオ
ン、オフの切り換えが行われる。また、コイルば
ね１５を用いることにより板バネ１１に比べより
安定した動作が得られる。

次に、第３図ａ，ｂに示す第３実施例のアクチ
ユエータは、接点４をオン状態に保持する前述し
た各実施例の板バネ１１、コイルバネ１５に代え
て永久磁石１６が設けられている。この永久磁石
１６は本体カバー３の上板３ａ下面に配設されて
おり、移動部材５を挟んで接点４をオフ状態に保
持する永久磁石１０と対称に配置している。つま
り、この永久磁石１６は移動部材５をこの移動部
材５の上面より一定の間〓１３を隔てて吸引し、
接点４をオン状態に保持している。従つて、移動
部材５を定位置に安定して吸引し、オン、オフ状
態の保持が行える。しかも、永久磁石１６は移動
部材５を間〓を隔てて吸引保持しているので、各
部材の温度変化による歪等の影響を受けにくい。

次に、第４図ａ，ｂに示す第４実施例のアクチ
ユエータは、第１の位置及び第２の位置への接点
４の保持、つまりオン、オフ切り換え時の保持を
１個の永久磁石１０によつて行つている。このた
め、移動部材５は一定の間隔を置いて各々軸８に
固設された上片５ａと下片５ｂを備えており、こ
の上片５ａと下片５ｂとの間に永久磁石１０が配
設されている。この永久磁石１０はその一方の極
が下片５ｂを吸引して接点４を第１の位置のオン
状態に保持している。また、移動部材５が圧電素
子９の衝撃力によつて押圧移動され、下片５ｂが
本体カバー３の下板３ｂ上面に当接すると、永久
磁石１０の他方の極が上片５ａを吸引して接点４
を第２の位置のオフ状態に保持している。

なお、ここでいう第２の位置とは下片５ｂが本
体カバー３に当接したときの接点４の位置であ
る。

また、移動部材５と本体カバー３との間には板
バネ１１が設けられているが、これはより動作を
安定させるためのものであつてオン状態およびオ
フ状態の保持は永久磁石１０によつて行われるの
で取り除いても差支えない。

従つて、上記構成によればオン状態およびオフ
状態の保持を１個の永久磁石１０で行つているの
で、前述した第３実施例に比べてアクチユエータ
を構成する部品点数を減少させることができる。
また、永久磁石１０が移動部材５の上片５ａと下
片５ｂとの間に配置しているので、アクチユエー
タのコンパクト化が図れる。

次に、第５図ａ，ｂに示す第５実施例のアクチ
ユエータは、前述した各実施例の復帰レバー１４
によるオフからオンへの手動操作に代えて圧電素
子１７が設けられており、オン、オフ双方への切
り換えを電気的に行つている。そこで、圧電素子
１７は本体カバー３の下板上面に配設されてお
り、移動部材５を挟んで接点４をオン状態から解
除する圧電素子９と対称に配置されている。つま
り、この圧電素子１７はオフ状態において駆動さ
れると、その寸法変位時の衝撃力によつて移動部
材５を下面より押圧移動し、接点４を各々の中心
導体６，６と導通させてオフ状態から解除しオン
状態に復帰させている。

従つて、軸８を押し上げような手動操作を必要
としないので、操作上の手間がかからない。

次に、第６図ａ，ｂに示す第６実施例のアクチ
ユエータは、前述した各実施例の軸８及び移動部
材５がスライド移動するののに対し、軸８及び移
動部材５が回動するものである。つまり、本体カ
バー３に軸支された軸８及び移動部材５が回動
し、この軸８の接点４が本体１に固設された一対
の同コネクタ２，２の中心導体６，６に接離して
オン、オフするものである。

本体１の両側面には互いに上下方向に食い違う
ように一対の同軸コネクタ２，２が固設されてお
り、この同軸コネクタ２，２の各々の中心導体
６，６が突出している。この本体１の底部に設け
られる本体カバー３の上板および下板の中央に
は、前述した実施例のガイド穴７よりも大径のガ
イド穴１８が形成されている。また、本体カバー
３には、軸８の中間部を回動自在に保持するガイ
ド軸１９が固設されており、軸８の一側には移動
部材５が突設されている。軸８の先端には接点４
が固設されており、この接点４の一端は一方の中
心導体６の下面に、また、他端は他方の中心導体
６の上面に接触している。さらに、ガイド軸１９
にはねじりコイルバネ２０が設けられている。こ
のねじりコイルばね２０は一端が移動部材５にり
付けられ、他端が本体カバー３の上板下面に当接
しており、移動部材５の回動を妨げる方向に付勢
している。従つて、軸８は接点４が各々の中心導
体６，６に接触してオンする第１の位置から軸８
の下端部がガイド穴１８の週面に当接してオフす
る第２の位置までガイド軸１９を中心として回動
自在とされている。

すなわち、このアクチユエータでは軸８及び移
動部材５をガイド軸１９を中心として回動させる
のに第１実施例と同様１個の圧電素子２１と１個
の永久磁石２２を用い、オンからオフへの切り換
えを電気的に行つている。

圧電素子２１は図示の如く本体カバー３の左側
板内面に配設されており、移動部材５の一側面に
設けられた鋼球１２に当接している。この圧電素
子２１は前述した実施例の圧電素子９と同一に構
成されるもので、圧電素子２１の衝撃力はねじり
コイルバネ２０の付勢力に勝つて接点４をオン状
態から解除している。また、同時にこの衝撃力は
鋼球１２に集中して軸８を介して移動部材５を押
圧し、この移動部材５をガイド軸１９を中心に回
動させる。

さらに、移動部材５の回動に伴う移動軌跡上に
は永久磁石２２が配設されている。この永久磁石
２２は移動部材５が圧電素子２１の衝撃力によつ
て吸引保持力の作用する位置まで回動してきたと
き、すなわち、移動部材５の下端部が第２の位置
に達しオフ状態となつたときに、前述した実施例
と同様に一定の間〓１３を隔てて吸比保持してい
る。

また、オフ状態で本体カバー３のガイド穴１８
より突出した軸８の下端府は復帰レバー２３を構
成している。従つて、この復帰レバー２３を回動
方向と逆方向に押し戻して接点４を各々の中心導
体６，６と導通させることによりオフからオンへ
の切り換えが手動操作で行われる。

以上の構成において、圧電素子２１が駆動され
ると、この圧電素子２１の衝撃力によつて接点４
がオン状態から解除され、軸８及び移動部材５が
ガイド軸１９を中心に回動する。そして、移動部
材５が第２の位置に達すると、永久磁石に２２が
この移動部材５を吸引保持し、オンからオフへの
切り換えがなされる。

また、オフからオンへの復帰は復帰レバー２３
を回動方向と逆方向に押し戻して接点４を各々の
中心導体６，６に導通させる。

次に、第７図ａ，ｂに示す第７実施例のアクチ
ユエータは、オン、オフ切り換え時の保持を１個
の永久磁石２４によつて電気的に行つている。そ
こで、永久磁石２４はコ字に形成されており、こ
の永久磁石２４はその両側部２４ａ，２４ｂが移
動部材５を挟み込むようにして本体カバー３内に
配設されている。すなわち、この永久磁石２４の
一側部２４ａの極はオン状態で移動部材５の下面
を吸引保持し、また、他側部２４ｂの極がオフ状
態で移動部材５の上面を吸引保持している。した
がつて、このアクチエータでは永久磁石２４によ
つて接点４をオン状態にも保持できるので、第６
実施例で説明したりねじコイルバネ２０を設ける
ことなく、アクチユエータを構成する部品点数を
減少でき、オン、オフ切り換え字の保持を安定し
て行える。

ところで、上述した各実施例では圧電素子９，
１７，２１の寸法変位時に生ずる衝撃力を移動部
材５に集中させて伝達するために鋼球１２を用
い、接点によつて衝撃力を集中させ面接触により
片当りなどで力が他の方向へ吸収されるのを防い
でいるが、この鋼球１２を用いて構成の他、第８
図ａ示すように移動部材５に三角形状の突起２５
を形成させたり、同図ｂに示すように圧電素子
９，１７，２１の先端をとがらせて形成するもの
等であつても良い。

また、上述した各実施例のアクチユエータは接
点４を移動させて一対の同軸コネクタ２，２の中
心導体６，６間をオン、オフするスイツチとして
駆動するものであるが、ブレーカーのように１度
作用したら容易に復帰しない単安定動作するもの
にも適用するとができる。

さらに、これらのアクチユエータは、回路の過
負荷防止のためのプロテクタとして利用できる。
例えば広帯域信号発生器の出力回路の過電保護や
高帯域レベル計の入力回路の過パワー保護に用い
ることもできる。また、本発明によるアクチユエ
ータの圧電素子は電圧によつて駆動するものであ
るが、電流を電圧に変換するための回路を設けれ
ば、ブレーカーへの過電流の保護回路としても適
用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による圧電素子の寸
法変位時の衝撃力を利用したアクチユエータによ
れば、電気接点４部が、密閉箱形の本体１内に収
容されており、且つ１対のコネクタ導体６，６と
接続又は離大して電気回路の開閉を行わせる構造
であることから、高周波スイツチに適している。

また、電気回路を開いた第２の位置から、電気
回路を閉じる第１の位置に復帰させる操作を、本
体カバー３外壁部のガイド穴７から突出する軸８
先端部の復帰レバー１４の移動操作により行わせ
得るようにしたので、ブレーカーとしても用いる
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明によるアクチユエータの
第１実施例の構成および動作を示す図、第２図
ａ，ｂは同アクチユエータの第２実施例の構成お
よび動作を示す図、第３図ａ，ｂは同アクチユエ
ータの第３実施例の構成および動作を示す図、第
４図ａ，ｂは同アクチユエータの第４実施例の構
成および動作を示す図、第５図ａ，ｂは同アクチ
ユエータの第５実施例の構成およびど動作を示す
図、第６図ａ，ｂは同アクチユエータの第６実施
例の構成および動作を示す図、第７図ａ，ｂは同
アクチユエータの第７実施例の構成および動作を
示す図、第８図ａ，ｂは各実施例のアクチユエー
タにおいて鋼球に代わる構成を示す移動部材およ
び圧電素子の部分拡大図、第９図は従来のアクチ
ユエータの一例を示す図である。 ５……移動部材、７……ガイド穴、８……軸、
９，１７，２１……圧電素子、１０，１６，２２
……永久磁石、１４，２３……復帰レバー、１５
……コイルバネ、１８……ガイド穴、１９……ガ
イド軸、２０……ねじりコイルバネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中間部に磁性体よりなる移動部材５が固設さ
   れ、先端部には電気接点４が設けられ、基端部は
   復帰レバー１４，２３とされた軸８であつて、第
   １の位置から第２の位置に移動自在に保持されて
   いる軸８と、 前記軸８先端部の電気接点４が開閉自在に接続
   される１対のコネクタ導体６，６が内壁面より突
   出するスイツチ基台をなす密閉箱形の本体１と、 前記本体１の外壁部に設けられた密閉箱形の本
   体カバー３であつて、その対向部の外壁部には、
   前記軸８の先端部側を前記本体１内に案内するガ
   イド穴７，１８と前記軸８基端部の復帰レバー１
   ４，２３を外方に突出させるガイド穴７，１８と
   を有する本体カバー３と、 前記本体カバー３の内部に設けられ、前記移動
   部材５を前記第２の位置に吸引保持する永久磁石
   １０，２２と、 前記本体カバー３の内部において前記第１の位
   置に対応して配置され、予め前記第１の位置にあ
   る移動部材５を電気信号の印加による寸法変位時
   の衝撃力によつて押圧し、前記第２の位置におけ
   る吸引保持力が作用する位置まで移動させる圧電
   素子９，２１と、 を具備し、 前記軸８が前記第１の位置にあるときには、そ
   の先端部の電気接点４が前記１対のコネクタ導体
   ６，６と接続して電気回路を閉じ、前記軸８が前
   記第２の位置にあるときには、その先端部の電気
   接点４が前記１対のコネクタ導体６，６から離脱
   して電気回路を開き、少なくとも、この電気回路
   を開いた第２の位置から、前記軸８基端部の復帰
   レバーを移動操作させて、前記電気接点４を閉じ
   た第１の位置に復帰作動自在とされたことを特徴
   とするアクチユエータ。 ２ 前記移動部材は予め前記第１の位置に永久磁
   石によつて吸引保持され、前記圧電素子の電気信
   号の印加による寸法変位時の衝撃力によつてその
   吸引保持力が解除される特許請求の範囲第１項記
   載のアクチユエータ。 ３ 前記第２の位置に吸引保持された移動部材
   は、上記第２の位置に対応して配置され圧電素子
   の電気信号の印加による寸法変位時の衝撃力によ
   つて前記第１の位置まで復元される特許請求の範
   囲第１項記載のアクチユエータ。