JPS61292834A - Piezo-electric relay - Google Patents

Piezo-electric relay

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Publication number
JPS61292834A
JPS61292834A JP13500485A JP13500485A JPS61292834A JP S61292834 A JPS61292834 A JP S61292834A JP 13500485 A JP13500485 A JP 13500485A JP 13500485 A JP13500485 A JP 13500485A JP S61292834 A JPS61292834 A JP S61292834A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bimorph
force
piezoelectric
voltage
load
Prior art date
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Pending
Application number
JP13500485A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩之 木曾
岡 清孝
富田 泰夫
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.)
Taiko Electric Works Ltd
Original Assignee
Taiko Electric Works Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP13500485A priority Critical patent/JPS61292834A/en
Publication of JPS61292834A publication Critical patent/JPS61292834A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は圧電継電器に関し、特に高能率でしかも保持力
の増加が図られて動作が安定な圧電継電器を得ようとす
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a piezoelectric relay, and in particular, it is an object to obtain a piezoelectric relay that is highly efficient, has an increased holding force, and has stable operation.

「従来の技術」 第4図は圧電継電器の基本構造と動作原理を示す図であ
る。1は金属板、2,2′は金属板1に貼り合わされた
圧電素子で、これによってバイモルフ9が構成されてい
る。3は固定部、4は絶縁物で構成されたカード、5は
可動ばね、6は固定ばね、5a、6aは接点である。
"Prior Art" FIG. 4 is a diagram showing the basic structure and operating principle of a piezoelectric relay. Reference numeral 1 is a metal plate, and 2 and 2' are piezoelectric elements bonded to the metal plate 1, which constitutes a bimorph 9. 3 is a fixed part, 4 is a card made of an insulator, 5 is a movable spring, 6 is a fixed spring, and 5a and 6a are contacts.

7.8は通電端子である。7.8 is a current-carrying terminal.

通電端子7,8に所定の電圧を印加することによって得
られる圧電素子2,21の歪により、X又はX′方向の
変位を発生させ、これによって可動ばね5を駆動して接
点5a、6aを閉成するように構成されている。
The distortion of the piezoelectric elements 2, 21 obtained by applying a predetermined voltage to the current-carrying terminals 7, 8 generates displacement in the X or X' direction, thereby driving the movable spring 5 to open the contacts 5a, 6a. Configured to close.

しかしながら継電器として必要な接点ギャップや接触力
を得るための圧電材料の寸法および材料常数等を勘案す
ると、小形でかつ低電圧動作のものが得られず、能率の
悪い大形のものとなるという問題点があった。
However, when considering the dimensions and material constants of the piezoelectric material used to obtain the contact gap and contact force required for a relay, the problem is that it is not possible to obtain a compact and low-voltage operation, resulting in a large, inefficient relay. There was a point.

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は上述の問題点にかんがみ、小形でかつ低電圧動
作が可能で、しかも保持力が高く動作の安定な圧電継電
器を得ようとするものである。
"Problems to be Solved by the Invention" In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a piezoelectric relay that is small in size, capable of low voltage operation, has high holding power, and has stable operation.

「問題点を解決するための手段」 そのため本発明は歪方向が一律となるようにした複数の
圧電素子を隣接積層した積層圧電素子によって構成され
たバイモルフの少くとも一部が固定部となり他部が一定
方向に変位する可動部とされ、該可動部に磁気的吸引力
が加わるようにしたものである。
``Means for Solving the Problems'' Therefore, the present invention provides a bimorph in which at least a part of the bimorph is made up of a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are laminated adjacently so that the strain direction is uniform, and the other part is a fixed part. is a movable part that is displaced in a fixed direction, and a magnetic attraction force is applied to the movable part.

すなわち、バイモルフの変位力に磁気的吸引力が加わる
ようにすることによって、低電圧駆動によるエネルギー
不足が補え、しかも歪方向が一律となるようにした複数
の圧電素子を隣接積層してバイモルフを構成することに
よって変位量は同じであるがスチフネスを大として正電
圧と逆電圧印加時の負荷力の差を大とすることにより上
記磁気的吸引力と相まって保持力が犬となるようにした
ものである。
In other words, by applying a magnetic attraction force to the bimorph's displacement force, the lack of energy due to low-voltage driving can be compensated for, and the bimorph is constructed by laminating multiple piezoelectric elements adjacent to each other so that the strain direction is uniform. By doing this, the amount of displacement is the same, but the stiffness is increased and the difference between the load force when applying a positive voltage and a reverse voltage is increased, so that in combination with the above magnetic attraction force, the holding force becomes a dog. be.

「実施例」 第1図は本発明による圧電継電器の実施例である。10
は金属基板、11.12はそれぞれ歪方向が二律とみる
ようにした複数の圧電素子が隣接積層された積層圧電素
子であり、これらによってバイモルフ13が構成されて
いる。14は基台15に設けられた支持部で、内面には
電極板16.17゜18.19が設けられており、上記
バイモルフ13を片持はり状に固定するとともに、上記
電極板16.17,18.19からバイモルフ13に電
圧が印加されるように構成されている。20.21は通
電端子である。バイモルフ13の遊端側には絶縁性の磁
石(例えばプラスチック磁石)から成るカード22が固
着されている。23はコ字状に形成された磁極で、その
両端23a、23b間で上記カード22が移動するよう
に基台15に固定されている。24は可動ばね、25は
固定ばね、24a。
"Embodiment" FIG. 1 shows an embodiment of a piezoelectric relay according to the present invention. 10
Reference numerals 11 and 12 indicate a metal substrate, and 11 and 12 indicate laminated piezoelectric elements in which a plurality of piezoelectric elements are laminated adjacent to each other so that the strain directions are equal to each other, and the bimorph 13 is constituted by these elements. 14 is a support provided on the base 15, and electrode plates 16, 17, 18, 19 are provided on the inner surface, and the bimorph 13 is fixed in a cantilever shape, and the electrode plates 16, 17 are fixed. , 18 and 19, voltage is applied to the bimorph 13. 20.21 is a current-carrying terminal. A card 22 made of an insulating magnet (for example, a plastic magnet) is fixed to the free end side of the bimorph 13. Reference numeral 23 denotes a U-shaped magnetic pole, which is fixed to the base 15 so that the card 22 can be moved between its opposite ends 23a and 23b. 24 is a movable spring, 25 is a fixed spring, and 24a.

25aは接点である。25a is a contact point.

次に、本発明のように積層圧電素子11.12によって
構成したバイモルフ13と第4図に示した/(イモルフ
9との変位−負荷特性曲線の比較を第3図(a) 、 
(b)によって説明する。(、)は第4図に示したバイ
モルフ9の場合、(b)は本発明によるノζイモルフ1
3の場合である。
Next, FIG. 3(a) shows a comparison of the displacement-load characteristic curves between the bimorph 13 constructed of laminated piezoelectric elements 11 and 12 as in the present invention and the /(immorph 9 shown in FIG. 4).
This will be explained using (b). (,) is the case of the bimorph 9 shown in FIG. 4, and (b) is the case of the bimorph 1 according to the present invention.
This is the case of 3.

31.32はバイモルフ自身の負荷特性曲線、33及び
34はバイモルフ9及び13に正電圧を、35.36は
逆電圧をそれぞれ印加したときの負荷特性曲線である。
31.32 is a load characteristic curve of the bimorph itself, 33 and 34 are load characteristic curves when a positive voltage is applied to the bimorphs 9 and 13, and 35.36 is a load characteristic curve when a reverse voltage is applied, respectively.

x、、x’1及びx、、x’、は、電圧印加時において
負荷力が「0」となるときの変位量であり、x、 とx
2(x2とx′2)はほぼ同じ値である。Y及び2は接
点閉成時における正電圧と逆電圧印加時の負荷力差(Y
<Z)である。
x, , x'1 and x, , x' are the displacement amounts when the load force becomes "0" when voltage is applied, and x, and x
2 (x2 and x'2) are approximately the same value. Y and 2 are the load force difference (Y
<Z).

すなわち、電圧印加による変位量には差がな〜・がスチ
フネスは犬となり、正電圧と逆電圧印加時の負荷力差が
大となる特性を本発明によるバイモルフ13は有してい
る。従って、その負荷力差の範囲でカード22(磁石)
と磁極23による磁気的吸引力をバイモルフ13に加え
ることができるので保持力の増加を図ることができる。
That is, the bimorph 13 according to the present invention has the characteristic that there is no difference in the amount of displacement due to voltage application, but the stiffness is small, and the difference in load force when applying a positive voltage and a reverse voltage is large. Therefore, within the range of the load force difference, the card 22 (magnet)
Since the magnetic attraction force by the magnetic poles 23 can be applied to the bimorph 13, the holding force can be increased.

次にこれをばね負荷特性及び磁気的吸引力を考慮したと
きの変位−負荷特性曲線を示す第2図によって詳細に説
明する。40はバイモルフ13のスチフネスによる負荷
特性曲線、41は可動ばね24及び固定ばね25による
接点負荷特性曲線、42はバイモルフ13と可動ばね2
4及び固定ばね25によるばね負荷曲線との合成負荷特
性曲線、43はカード22(磁石)と磁極23で生じる
吸引力である。44及び45はバイモルフ13に正電圧
及び逆電圧が印加されたときの合成負荷特性曲線である
Next, this will be explained in detail with reference to FIG. 2, which shows a displacement-load characteristic curve when spring load characteristics and magnetic attractive force are considered. 40 is a load characteristic curve due to the stiffness of the bimorph 13, 41 is a contact load characteristic curve due to the movable spring 24 and the fixed spring 25, and 42 is a load characteristic curve of the bimorph 13 and the movable spring 2.
4 and the spring load curve of the fixed spring 25, and 43 is the attractive force generated between the card 22 (magnet) and the magnetic pole 23. 44 and 45 are composite load characteristic curves when a positive voltage and a reverse voltage are applied to the bimorph 13.

図からもわかるように電圧の印加によってバイモルフ1
3の負荷力が「0」となるあたり(X3)まで変位する
と吸引力43が上昇してくるのでその変位が助長される
。従って高能率化が図られる。
As can be seen from the figure, bimorph 1 is created by applying voltage.
When the load force 43 reaches "0" (X3), the suction force 43 increases and the displacement is promoted. Therefore, high efficiency can be achieved.

またカード22(磁石)が磁極23に当接して接点24
a、25aの閉成状態においては吸引力43とバイモル
フ13の合成負荷力との差Sが保持力となる。この保持
力Sは前述したように正電圧と逆電圧印加時の負荷力差
が大きいほど太き(設定できるので、第3図で説明した
とおり、本発明は従来に比し大きな保持力が得られる。
Also, the card 22 (magnet) comes into contact with the magnetic pole 23 and the contact 24
In the closed state of a and 25a, the difference S between the suction force 43 and the combined load force of the bimorph 13 becomes the holding force. As described above, this holding force S increases as the difference in load force between positive and reverse voltages increases (it can be set), so as explained in FIG. It will be done.

次に逆電圧を印加すると逆電圧の合成負荷特性45との
間に負荷力差Rが生じ、バイモルフ13は復旧する。
Next, when a reverse voltage is applied, a load force difference R occurs between the reverse voltage and the composite load characteristic 45, and the bimorph 13 is restored.

第5図はバイモルフ13の固定部における電極の一例で
、電圧の印加によるセラミック上での電極材料のマイグ
レーションを防止するため、電極50には縁取り51が
施されている。その他絶縁性物質によってコーテングす
ることも考えられる。
FIG. 5 shows an example of an electrode in the fixed part of the bimorph 13, and the electrode 50 is provided with a border 51 to prevent migration of the electrode material on the ceramic due to the application of voltage. Coating with other insulating materials may also be considered.

本発明においては歪方向が一律となるようにした複数の
圧電素子を金属板の両面忙貼付したいわゆるサンドイン
チ形のバイモルフの比較を説明した△ が、一方の面のみに貼付して構成したバイモルフとの比
較においても同様の結果が得られる。
In the present invention, a comparison was made between a so-called sandwich-shaped bimorph in which a plurality of piezoelectric elements with uniform strain directions are attached to both sides of a metal plate, whereas △ is a bimorph constructed by attaching them to only one side. Similar results are obtained when comparing with .

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば歪方向が一律となる
ようにした複数の圧電素子を隣接積層してバイモルフを
構成し、しかも可動部に磁気的吸引力が加わるようにし
たので、高能率で保持力の大きい安定した圧電継電器を
得ることができる。
"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, a bimorph is constructed by stacking a plurality of piezoelectric elements in which the strain direction is uniform, adjacent to each other, and magnetic attraction is applied to the movable part. Therefore, a stable piezoelectric relay with high efficiency and large holding force can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による圧電継電器の実施例、第2図は同
、変位−負荷特性曲線、第3図(a) 、 (b)は第
1図と第2図のバイモルフの変位−負荷特性曲線の比較
図、第4図は圧電継電器の基本構造と動作原理を示す図
である。第5図は本発明によるバイモルフの固定部にお
ける電極の一例である。 11.12・・・積層圧電素子、22・・・カード(磁
石)、23・・・磁極、24・・・可動ばね、25・・
・固定ばね。
Fig. 1 shows an embodiment of the piezoelectric relay according to the present invention, Fig. 2 shows the same displacement-load characteristic curve, and Fig. 3 (a) and (b) show the displacement-load characteristic of the bimorph shown in Figs. 1 and 2. The curve comparison diagram, FIG. 4, is a diagram showing the basic structure and operating principle of a piezoelectric relay. FIG. 5 is an example of an electrode in the fixed part of the bimorph according to the present invention. 11.12... Laminated piezoelectric element, 22... Card (magnet), 23... Magnetic pole, 24... Movable spring, 25...
・Fixed spring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 歪方向が一律となるようにした複数の圧電素子を隣接積
層した積層圧電素子によって構成されたバイモルフの少
くとも一部が固定部となり他部が一定方向に変位する可
動部とされ、該可動部に磁気的吸引力が加わるようにし
たことを特徴とする圧電継電器。
At least a part of a bimorph constituted by a laminated piezoelectric element formed by stacking a plurality of piezoelectric elements adjacent to each other so that the strain direction is uniform is a fixed part and the other part is a movable part that is displaced in a fixed direction, and the movable part A piezoelectric relay characterized in that a magnetic attraction force is applied to the piezoelectric relay.
JP13500485A 1985-06-20 1985-06-20 Piezo-electric relay Pending JPS61292834A (en)

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