JPS62213029A - Piezoelectric relay - Google Patents

Piezoelectric relay

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Publication number
JPS62213029A
JPS62213029A JP5537286A JP5537286A JPS62213029A JP S62213029 A JPS62213029 A JP S62213029A JP 5537286 A JP5537286 A JP 5537286A JP 5537286 A JP5537286 A JP 5537286A JP S62213029 A JPS62213029 A JP S62213029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
bimorph
relay
case
piezoelectric bimorph
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5537286A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
三船 英雄
近藤 兼市
河野 国敏
寛 福島
徹 二宮
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP5537286A priority Critical patent/JPS62213029A/en
Publication of JPS62213029A publication Critical patent/JPS62213029A/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 本発明は各種産業電子制量機器等のリレー回路として用
いられる、圧電素子に対する電気的負荷による湾曲動作
を利用した圧電リレーに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to a piezoelectric relay that is used as a relay circuit for various industrial electronic control devices, etc., and utilizes a bending action caused by an electrical load on a piezoelectric element.

従来の技術 近年の電子機器は省電力化が進み、リレー装置において
も従来の電磁式では消費電力が大きく、最近になって、
圧電素子の歪現象をリレーに利用2ベーノ し省電力化を試みる傾向が強くなってきた。
Conventional technology In recent years, electronic devices have become more power efficient, and conventional electromagnetic relay devices consume a lot of power.
There is a growing trend to try to save power by utilizing the distortion phenomenon of piezoelectric elements in relays.

以下、図面を参照しながら従来の圧電リレーについて説
明する。従来、この種の圧電リレーは、第4図及び第6
図に示すような構成であった。第4図及び第5図におい
て、1は圧電素子2a及び2bを貼シ合せてなるバイモ
ルフ2を支持する支持台、3はバイモルフ2の先端に取
シ付けられた可動接点、4は支持台1に取り付けられた
固定接点を示す。
Hereinafter, a conventional piezoelectric relay will be described with reference to the drawings. Conventionally, this type of piezoelectric relay is shown in Figs. 4 and 6.
The configuration was as shown in the figure. In FIGS. 4 and 5, 1 is a support base that supports a bimorph 2 formed by pasting together piezoelectric elements 2a and 2b, 3 is a movable contact attached to the tip of the bimorph 2, and 4 is a support base 1. Shows a fixed contact mounted on.

以上のように構成された従来の圧電リレーについて、以
下その動作を説明する。今、圧電素子2a及び2bを貼
シ合せてなるバイモルフ2に、タイマー等の他の制御部
品(図示せず)から入力電圧が印加されると、バイモル
フ2は第4図に2点鎖線で示すように湾曲する。(この
現象は公知であり、原理自体は本発明と直接関係ないの
で配線と共に説明を省略する。) この時、バイモルフ2の先端に設けられた可動接点3は
、支持台1に設けられた固定接点4に当接し、各々可動
接点3及び固定接点4に配線され311.ノ た別の制御部品がON状態となって作動し、逆にバイモ
ルフ2に印加されている入力電圧を解除してやると、バ
イモルフ2は元の状態に復帰し、可動接点3と固定接点
4は離れてOFF状態となり、制量部品の作動を止める
こととなる。
The operation of the conventional piezoelectric relay configured as described above will be described below. Now, when an input voltage is applied from other control parts (not shown) such as a timer to the bimorph 2, which is made by pasting together the piezoelectric elements 2a and 2b, the bimorph 2 will move as shown by the two-dot chain line in FIG. curve like this. (This phenomenon is well known, and the principle itself is not directly related to the present invention, so the explanation along with the wiring will be omitted.) At this time, the movable contact 3 provided at the tip of the bimorph 2 is connected to the fixed point provided on the support base 1. 311. which is in contact with the contact 4 and wired to the movable contact 3 and the fixed contact 4, respectively. When another control part turns on and operates, and the input voltage applied to bimorph 2 is released, bimorph 2 returns to its original state and movable contact 3 and fixed contact 4 are separated. This will turn it into the OFF state and stop the operation of the control parts.

また、本発明者らは先般、第4図及び第5図に示す従来
の圧電リレーの欠点を解消するものとして第6図〜第8
図に示すような新たな構成の圧電リレーを提案した。以
下、本発明者らの先の提案による圧電リレーを説明する
。第6図〜第8図において、5は底面を有し上端開口部
に突出片5aを有するプラスチック等からなるケース、
6は圧電素子を2枚貼り合せてなる平板状(四角形)の
圧電バイモルフで、電圧を印加すると一方向に湾曲する
。この圧電バイモルフ6は交互に逆方向に湾曲するよう
に複数枚組み合せた形で前記ケース5内に、そのケース
5に対し自由な状態で収納されている。7は最上端部の
圧電ノくイモルフ6aの上面中心部に設けられた可動接
点、8はケース5の突出片5aの内壁に設けられた固定
接点である。
In addition, the present inventors have recently developed a piezoelectric relay as shown in FIGS.
We proposed a piezoelectric relay with a new configuration as shown in the figure. The piezoelectric relay proposed by the present inventors will be described below. In FIGS. 6 to 8, 5 is a case made of plastic or the like having a bottom surface and a protruding piece 5a at the top opening;
6 is a flat (square) piezoelectric bimorph made by bonding two piezoelectric elements, which curves in one direction when a voltage is applied. A plurality of piezoelectric bimorphs 6 are housed in the case 5 in a combination so as to alternately curve in opposite directions in a free state relative to the case 5. Reference numeral 7 designates a movable contact provided at the center of the upper surface of the piezoelectric morph 6a at the top end, and reference numeral 8 designates a fixed contact provided on the inner wall of the protruding piece 5a of the case 5.

以上のように構成された本発明者らの先の提案による圧
電リレーについて、以下その動作を説明する第5図は動
作前の接点7及び8がOFF状態を示す。第6図は複数
枚の圧電バイモルフ6(6a)に入力電圧が印加され、
圧電バイモルフ6(6a)が湾曲した時の状態を示しく
圧電バイモルフの電圧印加時による湾曲は公知であり、
その動作原理及び配線は本発明と直接関係のないだめ説
明を省略する。)、接点7及び8がQN状態となってい
る。
FIG. 5, which describes the operation of the piezoelectric relay proposed by the present inventors and constructed as described above, shows a state in which the contacts 7 and 8 are in the OFF state before operation. In FIG. 6, an input voltage is applied to a plurality of piezoelectric bimorphs 6 (6a),
This shows the state when the piezoelectric bimorph 6 (6a) is bent. The bending of a piezoelectric bimorph when a voltage is applied is well known.
Since the principle of operation and wiring thereof are not directly related to the present invention, their explanation will be omitted. ), contacts 7 and 8 are in the QN state.

発明が解決しようとする問題点 このような前者の従来の構成では、第4図に示すように
バイモルフ2の入力電圧印加時の変位量A寸法がわずか
に数十ミクロン程度であり、可動接点3及び固定接点4
に印加されている電圧レベルによっては異常放電を発生
したり、組み立て時に寸法的余裕がないため、バイモル
フ2が湾曲前からQN、または湾曲してもOFFといつ
だ誤動作が生じ、不都合なものであった。また、」二連
した変位量大を大きくとるために、バイモルフ2の5ペ
ージ 全長を長くすると、片持式であるため、圧電素子の強度
から振動等により割れが発生し、機能を果たさなくなる
ものであった。さらには、バイモルフ2を支持台1に取
り付は固定する際に、わずかな取り付はズレにより第4
図に示すB方向、第5図に示すC方向にセットミスを起
し、接点3及び4が接触しなくなる恐れもあり、部品寸
法精度を高く必要とするものであった。また、変位量大
を多くするために圧電バイモルフを長くすればするほど
、湾曲時の圧力(接点圧)も小さくなり、確実な電気的
開閉がなされないものであった。
Problems to be Solved by the Invention In the former conventional configuration, as shown in FIG. and fixed contact 4
Depending on the voltage level applied to the device, abnormal discharge may occur, and due to the lack of dimensional margin during assembly, Bimorph 2 may malfunction from QN before bending, or OFF even after bending, which is an inconvenience. there were. In addition, if the total length of Bimorph 2 is made longer in order to increase the amount of displacement in two series, since it is a cantilever type, the strength of the piezoelectric element may cause cracks due to vibration etc., making it no longer functional. Met. Furthermore, when attaching and fixing the bimorph 2 to the support base 1, slight misalignment may cause the fourth
There is a possibility that a setting error may occur in the direction B shown in the figure and the direction C shown in FIG. 5, and the contacts 3 and 4 may not come into contact with each other, so that high precision in component dimensions is required. Furthermore, the longer the piezoelectric bimorph is made to increase the amount of displacement, the lower the pressure at the time of bending (contact pressure) becomes, and reliable electrical switching cannot be achieved.

また、後者の本発明者らの先の提案による構成では、前
者の従来例の欠点を解消し、変位量が組み合せた圧電バ
イモルフの変位量の和となるため大きくなり、かつ組み
立ても容易となり、組み合せにより湾曲時の接点圧力も
強くなるという利点が得られる。しかしながら、圧電バ
イモルフの形状が四角形であるだめ、圧電バイモルフよ
り発生する湾曲力の一部(一方向)しか利用することが
できないため、湾曲時の内部応力歪も発生しやす6ペー
ノ く、また湾曲時の出力(接点圧)も弱く、今一つ確実な
電気的開閉がなされないという問題点を有しているもの
であった。
In addition, the latter configuration proposed by the present inventors eliminates the drawbacks of the former conventional example, and because the displacement amount is the sum of the displacement amounts of the combined piezoelectric bimorphs, it is large and easy to assemble. The combination has the advantage of increasing the contact pressure during bending. However, since the shape of the piezoelectric bimorph is square, only a portion (one direction) of the bending force generated by the piezoelectric bimorph can be used, so internal stress distortion is likely to occur when bending. The current output (contact pressure) was also weak, and there was a problem in that reliable electrical switching could not be achieved.

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために本発明は、ケース内に、円
板状で電圧を印加すると一方向に湾曲する圧電バイモル
フを、前記ケースに対し自由な状態で各々が交互に逆方
向に湾曲するように複数枚重ね合せて収納し、前記円板
状の圧電バイモルフの球面動作により接点を作動する構
成としたものである。
Means for Solving the Problem In order to solve this problem, the present invention has a disc-shaped piezoelectric bimorph that curves in one direction when a voltage is applied to the case, each of which is free with respect to the case. A plurality of piezoelectric bimorphs are stacked and stored so that they are alternately curved in opposite directions, and the contacts are actuated by the spherical movement of the disc-shaped piezoelectric bimorph.

作用 この構成により、本発明者らの先の提案による構成の利
点に加えて、圧電バイモルフの形状が円板状であること
から湾曲時の内部応力歪も均一化され、湾曲力も球面湾
曲を利用するため、湾曲時の接点圧力も強くなるもので
ある。
Effect: In addition to the advantages of the configuration proposed by the inventors earlier, this configuration also makes the internal stress strain uniform when bending because the piezoelectric bimorph has a disk shape, and the bending force also utilizes spherical curvature. Therefore, the contact pressure during bending also increases.

実施例 第1図、第2図及び第3図は本発明の一実施例による圧
電リレーを示すものである。図において、7A−ノ 9は底面を有し、上端開口部に突出片9aを有するプラ
スチック等からなるケース、10は圧電素子を2枚貼り
合せてなる円板状の圧電バイモルフで、電圧を印加する
と一方向に湾曲する。この圧電バイモルフ10は交互に
逆方向に湾曲するように複数枚重ね合せた形で前記ケー
ス9内に、そのケース9に対し自由な状態で収納されて
いる。11は最上端部の圧電バイモルフ10aの上面中
心部に設けられた可動接点、12は前記ケース9の突出
片9aの内壁に前記可動接点11と対向して設けられた
固定接点である。
Embodiment FIGS. 1, 2 and 3 show a piezoelectric relay according to an embodiment of the present invention. In the figure, 7A-9 is a case made of plastic or the like having a bottom surface and a protruding piece 9a at the top opening, and 10 is a disk-shaped piezoelectric bimorph made by bonding two piezoelectric elements to which a voltage is applied. Then it curves in one direction. A plurality of piezoelectric bimorphs 10 are stored in the case 9 in a stacked form so as to curve alternately in opposite directions in a free state relative to the case 9. 11 is a movable contact provided at the center of the upper surface of the piezoelectric bimorph 10a at the top end, and 12 is a fixed contact provided on the inner wall of the protruding piece 9a of the case 9, facing the movable contact 11.

以下、その動作を図面を参照しながら説明する。The operation will be explained below with reference to the drawings.

第1図は動作前の接点11及び12がOFF状態を示す
。第2図は複数枚の円板状をした圧電ノ(イモルフ9(
9a)に入力電圧が印加された時の状態を示す(従来例
と同様に圧電バイモルフへの電圧印加による湾曲は公知
のため配線と共に説明は省略する。)。この時、各々の
圧電ノくイモルフ9(9a)は、上述したように各々が
交互に逆方向に湾曲するように組み合されており、圧電
ノくイモルフ9 (91L )に入力電圧を印加するこ
とにより、圧電バイモルフ9(9a)は第2図に示すよ
うに湾曲し、可動接点11と固定接点12は当接し、圧
電バイモルフ9 (91L )に印加されている入力電
圧を解除してやると、圧電バイモルフ9(9Jは第1図
に示すような元の状態に復帰し、可動接点11と固定接
点12は離れてOFF状態となる。
FIG. 1 shows the contacts 11 and 12 in the OFF state before operation. Figure 2 shows a plurality of disc-shaped piezoelectric plates (Imorph 9).
9a) shows the state when an input voltage is applied (similar to the conventional example, the bending of a piezoelectric bimorph due to voltage application is well known, so the explanation along with the wiring will be omitted). At this time, the piezoelectric morphs 9 (9a) are combined so that they alternately curve in opposite directions as described above, and an input voltage is applied to the piezoelectric morphs 9 (91L). As a result, the piezoelectric bimorph 9 (9a) curves as shown in FIG. 2, the movable contact 11 and the fixed contact 12 come into contact, and when the input voltage applied to the piezoelectric bimorph 9 (91L) is released, the piezoelectric bimorph 9 (91L) is bent. The bimorph 9 (9J) returns to its original state as shown in FIG. 1, and the movable contact 11 and fixed contact 12 are separated and turned OFF.

なお、前記の実施例においては、圧電バイモルフを全て
同一の太きさとした場合について説明したが、これは圧
電バイモルフの大きさを必ずしも同一の大きさとする必
要はなく、さらには材質の異なる圧電バイモルフを組み
合せて構成してもよいものである。
In addition, in the above embodiment, the case where all the piezoelectric bimorphs were made the same thickness was explained, but this does not necessarily mean that the piezoelectric bimorphs have the same size, and furthermore, piezoelectric bimorphs made of different materials It may also be configured by combining.

発明の効果 以上のように本発明によれば、ケース内に円板状の圧電
バイモルフを各々交互に逆方向に湾曲するように複数枚
組み合せて収納し、この圧電)くイモルフの最上端部に
リレーの接点を有することにより、圧電バイモルフの組
み合わせた枚数倍だけ変位量を設けることができ、振動
や温度等の耐候9 へ−/゛ 的性能についても変位量が大きいことから振動等による
自然歪が吸収されるため、確実な接点の開閉が実現され
、信頼性の高いものである。まだ、接点間距離を圧電バ
イモルフの湾曲能力よシもわずかに小さく設定すること
によシ、確実な接点圧が保たれるものである。さらには
、ケースに平板状の圧電バイモルフがフリーに組み込ま
れることから、組み立ての簡素化及び組み立て寸法の安
定化(取り付けによるバラツキ防止)が図られるもので
ある。そして、円板状の圧電バイモルフを使用している
ことにより、四角形の圧電バイモルフと比較して変位量
は同等で、湾曲力を強くすることができるので、確実な
接点圧が保たれる。さらには、湾曲時に外周全面で保持
(球面湾曲)されるため、内部応力の均一化9作動強度
の向上が図られ、先に本発明者らが提案した構成のもつ
問題点も含めて従来の問題点を全て解消し得る構成であ
り、実用価値は極めて高いものである。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a plurality of disc-shaped piezoelectric bimorphs are combined and housed in a case so that each piezoelectric bimorph is curved in opposite directions alternately, and a piezoelectric bimorph is placed at the top end of the piezoelectric bimorph. By having a relay contact, it is possible to provide a displacement equal to the number of piezoelectric bimorphs combined, and with regard to weather resistance such as vibration and temperature, the displacement is large, so natural distortion due to vibration etc. is absorbed, ensuring reliable opening and closing of the contacts and is highly reliable. However, reliable contact pressure can be maintained by setting the distance between the contacts to be slightly smaller than the bending ability of the piezoelectric bimorph. Furthermore, since the flat piezoelectric bimorph is freely incorporated into the case, assembly is simplified and assembly dimensions are stabilized (variation due to installation is prevented). By using a disc-shaped piezoelectric bimorph, the amount of displacement is the same as that of a rectangular piezoelectric bimorph, and the bending force can be increased, so that reliable contact pressure can be maintained. Furthermore, since it is held on the entire outer periphery during bending (spherical curvature), the internal stress is made uniform 9 and the operating strength is improved. It is a configuration that can solve all the problems, and has extremely high practical value.

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

第1図は本発明の一実施例による圧電リレーの10ペー
ジ 作動前(OFF状態)の組立状態を示す断面図、第2図
は同作動時(0,N状態)の組立状態を示す断面図、第
3図は第2図の平面図、第4図は従来の圧電リレーを示
す構成図、第5図は同平面図、第6図は本発明者らが先
に提案した圧電リレーの作動前(OFF状態)の組立状
態を示す断面図、第7図は同作動時(ON状態)の組立
状態を示す断面図、第8図は第7図の平面図である。 9・・・・・ケース、10・°・・圧電バイモルフ、1
0a・・・・最上端部の圧電バイモルフ、11・・・・
・・可動接点、12・・・・固定接点。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第4図 第5図 ?
Fig. 1 is a sectional view showing the assembled state of a piezoelectric relay according to an embodiment of the present invention before operation (OFF state) on page 10, and Fig. 2 is a sectional view showing the assembled state during the same operation (0, N state). , Fig. 3 is a plan view of Fig. 2, Fig. 4 is a configuration diagram showing a conventional piezoelectric relay, Fig. 5 is a plan view of the same, and Fig. 6 shows the operation of the piezoelectric relay previously proposed by the present inventors. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the assembled state in the previous (OFF state), FIG. 7 is a cross-sectional view showing the assembled state during the same operation (ON state), and FIG. 8 is a plan view of FIG. 9...Case, 10...Piezoelectric bimorph, 1
0a...Piezoelectric bimorph at the top end, 11...
...Movable contact, 12...Fixed contact. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 4 Figure 5?

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ケース内に、円板状で電圧を印加すると一方向に湾曲す
る圧電バイモルフを、前記ケースに対し自由な状態で各
々が交互に逆方向に湾曲するように複数枚重ね合せて収
納し、前記円板状の圧電バイモルフの球面湾曲動作によ
り接点を作動する構成とした圧電リレー。
A plurality of disk-shaped piezoelectric bimorphs that curve in one direction when a voltage is applied are stacked and stored in a case so that each piezoelectric bimorph alternately curves in the opposite direction while being free with respect to the case. A piezoelectric relay whose contacts are activated by the spherical curvature of a plate-shaped piezoelectric bimorph.
JP5537286A 1986-03-13 1986-03-13 Piezoelectric relay Pending JPS62213029A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5537286A JPS62213029A (en) 1986-03-13 1986-03-13 Piezoelectric relay

Applications Claiming Priority (1)

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JP5537286A JPS62213029A (en) 1986-03-13 1986-03-13 Piezoelectric relay

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