JPS62295326A - 電気−機械変換式リレ− - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発１ｇ１の詳細な説明 ［発ＩＪＩＩの分野］ この発明は、電歪素子や圧電素子のような電界の印加に
よって歪を生じる電気−機械変換素子を用いて有接点を
開閉するようにした電気−機械変換式リレーに関するも
のである。

［従来技術とその問題点］ 第８図は従来の電気−機械変換式リレーの一例を示す上
面図である０図において、３はバイモルフ素子で、この
バイモルフ素子３は誘電体からなり、電界の印加によっ
て歪を生じる１対の電気−機械変換素子、たとえば電歪
素子を接合してなり、その基端部３ｂはベース５に固定
した固定部材３４に片持支持され、リード片３５．３６
を介して、第９図に示した電子回路を組み込んだプリン
ト配線基板（図示せず）に電気的に接続され。

電圧が印加された際、上記バイモルフ素子３はその可動
端部３ａ側が固定部材３４を支点として矢印ａもしくは
ｂ方向へ湾曲するようになされている。

３７は固定接点３８．３９に接離する可動接点４０を先
端部３７ａに有する可動接触片で、各固定接点３８．３
９は固定端子４１．４２に設定されている。４３は共通
固定端子で、この共通固定端子４３の一端ｆ＄　４３　
ａには可動接触片３７に一体にνＪり起し形成された舌
片４４の先端０４４ａが固定されるとともに、他端部４
３ｂには反転ばね部を構成する圧縮ばね４５の基端部４
５ｂがヒンジ支持され、かつこの圧縮ばね４５の先端部
４５ａが可動接触片３７の先端部３７ａに係良され、こ
れによって、ｎ（動接触片３７は緊張状態に保持されて
いる。

さらに、上記可動接触片３７の基端部３７ｂとバイモル
フ素子３の先端部３ａとは、連結片１５を介して連結さ
れている。４６．４７はｒＪｆ動接触片３７の復帰方向
および動作方向側に位置するストッパで、このストッパ
４６．４７は一端１３ｂが支持されたバイモルフ素子３
の可動端部３ａに連結片１５を介して当接するから、上
記バイモルフ素子３の変形量を規制することができる。

第９図は、従来のこの種の駆動回路の一例を示す０図に
おいて、１対の入力端子１ａ、１５間には１．＋１！：
流制限用抵抗体２を介して、バイモルフ素子３が並列接
続されている。４は入力端子１ａ。

１５間に並列接続された放電抵抗体である。

上記の構成において、バイモルフ素子３に電圧が印加さ
れていないとき、第８図（ａ）で示すように、バイモル
フ素子３は水平に延在しているため、可動接触片３７の
先端部３７ａは圧縮ばね４５にて固定接点３９側に付勢
されており、可動接点４０が固定接点３８に対して開放
、固定接点３９に対して閉成している。

いま、第９図における１対の入力端子１ａ、１５間に入
力電圧が印加されると、′電流制限用抵抗体２を介して
電歪素子３に入力電圧が付勢される。このとき、上記入
力電流は電流制限用抵抗体２により制限される。上記電
歪素子３は入力゛電圧の大きさに応じた歪を発生し、バ
イモルフ素子３は第８図（ｂ）で示すように、固定部材
３４を支点として矢印ａ方向へ湾曲する。このバイモル
フ素子３の湾曲によって、可動接触片３７のス（端部３
７ｂが死安点Ｃを越えると、圧縮ばね４５のばね力が逆
方向に作用して、可動接点４０が固定接点３９に対して
開放、固定接点３８に対して閉成される。

また、入力電圧を断ったとき、電歪素子３の蓄積電荷は
放電用抵抗体４を介して放電し、これによって゛電歪素
子３が第８図（ａ）で示す初期状態に復帰する。この復
帰によって、可動接触片３７のノ、（端部３７ｂが死安
点Ｃを越え、圧縮ばね４５のばね力が作用し、可動接点
４０が固定接点３８に対して開放、固定接点３９に対し
て閉成される。

ところが、電歪素子３の変位を持続させるには、この電
歪素子３に連続して電圧を印加しなければならず、この
ように電歪素子３の変位を持続させると、電歪素子３が
・Ｗ性変形する欠点がある。

また、電歪素子３自体の発生するエネルギがきわめて小
さいため、大きなばね力のスナップアクション機構を採
用することができず、そのため接点の保持力が比較的小
さなものとなり、可動接点４０と固定接点３８の接点圧
、並びに可動接点４０と固定接点３９の接点圧が共に大
きくとれない、そのため、振動や衝撃によって、閉成状
態にある各接点が容易に開離し、誤作動を生じる欠点が
あった。

しかも、接点３８，３９．４０が摩耗した場合、スナッ
プアクション機構のばね力により可動接点３８が固定接
点３９．４０に対してその摩耗に追従することができな
いから、その接点圧が小さく、大電流通電に際して接点
の消耗が大きく。

、接点が短寿命化する欠点があった。

以上のことは、電気−機械変換素子３として。

電歪素子ではなく、圧電素子のような電界の印加によっ
て歪を生じる素子を使用した場合の共通した欠点である
。

［発明の目的］ この発明は−Ｆ記欠点を解消するためになされたもので
、バイモルフ素子を塑性変形させることなく、このバイ
モルフ素子を低消費電力で変位させることができ、かつ
振動や衝撃によって接点が容易に開離して誤作動を生じ
るおそれがなく、しかも接点の長寿命化が達成できる電
気−機械変換式リレーを提供することを［１的とする。

［発ＩＪ＋の構成と効果］ この発明による電気−機械変換式リレーは、動作用電気
−機械変換素子と復帰用電気−機械変換素子とからなる
バイモルフ素子を複数組接合して、多層のバイモルフ素
子を構成し、上記バイモルフ素子の動作用および復帰用
電気−機械変換素子にワンショットパルスをそれぞれ印
加して上記バイモルフ素子を往復迂動させる駆動回路を
設けるとともに、双安定型スナップアクション機構をも
った可動接触片とバイモルフ素子とを、上記バイモルフ
素子が変位したとき上記可動接触片を動作側もしくは復
帰側へ変位させるとともに上記バイモルフ素子が初期状
態に戻ったとき上記可動接触片をその動作もしくは復帰
状態に保持させる連結片で連結したことを特徴とする。

上記構成によって、バイモルフ素子は、入力電圧の印加
時としゃ断時の所定時間のみ電圧が印加されて直ちに初
期状態に戻るから、低消費電力で塑性変形を生じること
なく変位する。

また、多層のバイモルフ素子によって双安定型スナップ
アクション機構をもった可動接触片を駆動するものであ
るから、接点圧が大きくとれる双安定型スナップアクシ
ョン機構を採用することができ、振動や衝撃によって、
閉成状態にある各接点が容易に開離して誤作動を生じる
おそれがない。

しかも、接点が摩耗しても、双安定型スナップアクショ
ン機構のばね力により可動接点が固定接点に対しその摩
耗に追従して押圧されるから、その接点圧が常に確保さ
れ、大電流通電に際しても接点の消耗が少なくなり、接
点の長寿命化が達成できる。

［実施例の説明］ 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はこの発明による電気−機械変換式リレーの一例
を示す、なお、第１図において、第８図と同一部分には
同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

３はバイモルフ素子で、このバイモルフ”Ｊ子３は誘電
体からなり、電界の印加によって歪を生じる多数層の電
気−機械変換素子、たとえば電歪素子１４ａ、１４ｂ、
１４ｃ、１４ｄを第２図の矢印で示すように、その分極
方向を異ならせて、互いに異方向へ歪を生じるように接
合され、その基端部３ｂが固定されて片持支持されてい
る。つまり、一方の電歪素子１４ａ、１４ｃは動作用′
Ｉｔ歪素子を、他方の電歪素子１４ｂ、１４ｄは復帰用
電歪素子をそれぞれ構成する。

上記バイモルフ素子３の基端部３ｂは、ベース５に電子
回路を組み込んだプリント配線基板（図示せず）に電気
的に接続され、電圧が印加された際、上・記バイモルフ
素子３はその可動端部３ａ側が矢印ａもしくはｂ方向へ
湾曲するようになされている。

３７は双安定型スナップアクション機構１をもったｉｌ
■動接触片で、この可動接触片３７の構成は第８　ＩＡ
で説明したものと同様である。また、可動接触片３７の
基端部３７ｂとバイモルフ素子３の先端部３ａとは、連
結片５１の凹所５１ａを介して連結されている。

第２図はこの発明による電気−機械変換式リレーの駆動
回路５０の一例を示す。

図において、１対の入力端子１１ａ、ｌｌｂ間には、電
流制限用抵抗体１２を介して、バイモルフ素子３が並列
接続されている。

１８は入力端子に接続されたコンデンサで、このコンデ
ンサ１８は入力電圧の印加時に充電される。１９は第１
のスイッチング素子で、この第１のスイッチング素子１
９は、たとえばトランジスタからなる。

バイモルフ素子３の共通電極２０ｅは、電流制限用抵抗
１２を介して、一方の入力端子１１ａに接続され、また
、動作用電歪素子１４ａ、１４ｃの他方の電極２０ａ、
２０ｃは、第１のトランジスタ１９のコレクタに接続さ
れている。この第１のトランジスタ１９は、そのベース
が抵抗体２２を介して他方の入力端子１１ｂに接続され
るとともに、このベースと入力端子１１ａとの間に上記
コンデンサ１８が接続されている。上記抵抗体２２は第
１のトランジスタ１９の駆動用であり、抵抗体２４は動
作用電歪素子１４ａ、１４ｃの放電用である。

これに対し、復帰用電歪素子１４ｂ、１４ｄの他方の電
Ｊ４ｉ２０ｂ、２０ｄは、第２のトランジスタ２６のコ
レクタに接続されている。この第２のトランジスタ２６
は、そのベースが入力端子ｌｌｂに接続されるとともに
、このベースと入力端子１１ａとの間に抵抗体２７が接
続されている。この抵抗体２７は第２のトランジスタ２
６の駆動用である。２９は復帰用電歪素子１４ｂ、２０
ｄの放電用抵抗体である。

なお、１対の入力端子１１ａ、ｌｌｂ間には。

スイッチ３０を介して直流電源３１が接続され、また、
抵抗体２７には定電圧ダイオード３２が並列接続されて
いる。

つぎに、上記構成の動作を説明する。

いま、スイッチ３０が閉成されて、１対の入力端子１１
ａ、ｆｉｂ間に直流電源３１から入力電圧が印加される
と、電流制限用抵抗体１２を介してコンデンサ１８に充
電電流が流れて、このコンデンサ１８が充電されるとと
もに、第１のトランジスタ１９にベース電流が流れ、こ
の：ＪＩＪｌのトランジスタ１９がＯＮする。

この第１のトランジスタ１９がＯＮすると、動作用電歪
素子１４ａ、１４ｃに電圧が印加される。この動作用電
歪素子１４ａ、１４ｃは一種のコンデンサであるから、
この動作用電歪素子１４ａ、１４ｃの充電電流が、入力
端子１１ａ−電流制限用抵抗１２−動作用ｑｙ、歪素子
１４ａ、１４Ｃ−第１のトランジスタ１９−入力端子１
１ｂの経路を流れる。

玉記動作用電歪素子１４ａ、１４ｃが収縮すると、他方
の復帰用電歪素子１４ｂ、１４ｄも矢印ａ方向へ湾曲す
る。上記コンデンサ１８に対する充−ヒが完了すると、
第１のトランジスタ１９のベースに′上流が供給されず
、第１のトランジスタ１９はＯＦＦする。第１のトラン
ジスタ１９がＯＦＦすると、動作用”ｌｔｉ歪素子１４
ａ、１４ｃのＰＪ端が抵抗体２４を介して短絡され、そ
の充電電流が抵抗体２４を介して流れ、上記バイモルフ
素子３は初期状態に復帰する。

丑記バイモルフ素子３が動作側に湾曲したとき、その先
端に設定された連結片５１の段部５１ｂでｉ’ｉ（動接
触片３７を第１図（ａ）の位置から同図（ｂ）の位置へ
変位させ、動作状態にする。

つぎに、バイモルフ素子３が初期状態に戻っても、連結
片５１に形成された凹部５１ａによるギャップで、ｌ１
ｒＩＩＩＪ接触片３７はヨーク１７に吸着されて同図（
Ｃ）の動作状態に保持されたままとなる。なお、ｌ対の
入力端子１１ａ、ｌｌｂ間に直流電源３１から入力端子
が印加されているとき、第２のトランジスタ２６はＯＦ
Ｆ状態である。

つぎに、スイッチ３０が開放されて、１対の入力端子１
１ａ、ｌｌｂ間における直流電源３１からの入力端子が
しゃ断されると、コンデンサ１８からの充電電流が、抵
抗体２７を介して第２のトランジスタ２６のベースに流
れ、この第２のトランジスタ２６がＯＮする。

この第２のトランジスタ２６がＯＮすると、復帰用電歪
素子１４ｂ、１４ｄにコンデンサ１８の充電電圧が印加
され、このコンデンサ１８からの充電電流が復帰用電歪
素子１４ｂ、１４ｄに充電され、上記復帰用電歪素子１
４ｂ、１４ｄが収縮して、他方の動作用電歪素子１４ａ
、１４ｃも矢印す方向へ湾曲する。上記コンデンサ１８
からの放電が完了すると、第２のトランジスタ２６のベ
ースに電流が供給されず、この第２のトランジスタ２６
はＯＦＦする。第２のトランジスタ２６がＯＦＦすると
、復帰用電歪素子１４ｂ、１４ｄの両端が抵抗体２９を
介して短絡され、その充電電流が抵抗体２９を介して流
れ、上記バイモルフ素子３は初期状態に戻る。

上記バイモルフ素子３が復帰側に湾曲したとき、その先
端に設定された連結片５１の段部５１Ｃで可動接触片３
７を第４図（Ｃ）の位置から同図（ｄ）の位置へ変位さ
せ、復帰状態にする。つぎに、バイモルフ素子３が初期
状態に戻っても、連結片５１に形成された凹ｆ！＆　５
１　ａ−によるギャップで、可動接触片３７はヨーク１
６に吸着されて同図（ａ）の復帰状態に保持されたまま
となる。

なお、１対の入力端子１１ａ、ｌｌｂ間に直ｔｉｔｔ源
３１から入力端子が印加されていないとき、第１のトラ
ンジスタ１９はＯＦＦ状態である。

上述したように、第２図に示した回路における各部の動
作は、第３図に示すタイムチャートの通りである。

このように、接点４０の開閉動作には、電歪素子３に連
続して電圧を印加し、電歪素子３の変位を持続させるこ
とを要しないから、電歪素子３が塑性変形するおそれは
なく、その長寿命化を達成することができる。

また、多層のバイモルフ素子３によって、第４図の特性
で示す大きな駆動力で、双安定型スナップアクション機
構ｌを駆動するものであるから、接点圧が大きくとれる
双安定型スナップアクション機構ｌを採用することがで
き、振動やＩ＃撃によって、閉成状態にある各接点が容
易に開離して誤作動を生じるおそれがない。

しかも、接点が摩耗しても、双安定型スナップアクショ
ン機構ｌのばね力により可動接点４０が固定接点３８．
３９に対しその摩耗に追従して抑圧されるから、その接
点圧が常に確保され、大電流通電に際しても接点の消耗
が少なくなり、接点の長寿命化が達成できる。

第５図および第６図はこの発明による電気−機械変換式
リレーの他の例の要部を示し、第１因において、上記バ
イモルフ素子３は片持支持され。

その自由端部に連結片５１を配設した例について説明し
たけれども、このバイモルフ素子３は同図に示すように
１両端部３ａ、３ｂを固定部材５２によって固定支持さ
れ、その中央部３Ｃに連結片５１を配設して構成しても
よい、その他の構成は、第１図のものとほぼ同様である
から、相当部分に同一の符号を付してその詳しい説明を
省略する。

また、上記構成の動作は：ｔＳ７図の通りであって、第
１図について説明したものとほぼ同様であるから、相当
部分に同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

なお、−上記実施例においては、バイモルフ素子３とし
て、４つの電歪素子１４ａ〜１４ｄを例に説明したけれ
ども、このバイモルフ素子３は４以ヒの複数からなる゛
ｉｔｔ歪素子を積層して構成してもよく、また、これら
は圧電素子のような電界の印加によって歪を生じる他の
素子であっても同様の効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）はこの発明による゛心気−機械変
換式リレーの−・例を示す平面図、第２図はその駆動回
路の一例を示す電気回路図、第３図はその動作説明用の
タイムチャート、第４図はその動作と復帰特性図、第５
図および第６図はこの発明による′心気−機械変換式リ
レーの他の例を示す四部の斜視図、第７図（ａ）〜（ｄ
）は第５図のの動作と復帰を説明する概略平面図、第８
図（ａ）、（ｂ）は従来の電気−機械ｆ！！！！式リレ
ーの一例を示す平面図、第９図は従来の電気−機械変換
式リレーの電気回路図である。・ ｌ・・・双安定型スナップアクション機構、３・・・多
層バイモルフ素子、３ａ、３ｃ・・・可動部、１１ａ、
ｌｌｂ・−・入力端子、１４　ａ　−１４ｄ　・−・電
気−機械変換素子、１８・・・コンデンサ、１９・・・
第１（７）スイッチング素子、２６・・・第２のスイッ
チング素子、３７・・・可動接触片、３８．３９・・・
固定接点。 ４０・・・可動接点、４１．４２・・・固定端子、４３
・・・共通固定端子、５０・・・駆動回路、５１・・・
連結片。 第１図 １：双安定型スナップアクション機構 ３：多層バイモルフ素子 ３ａ：可動部 （ａ） （ｂ） 図面の浄古（内容に宝更なし） 第１図 （Ｃ） （ｄ） 第３図 第４図 第５図 ＝ｒ−−系ゾｄネ＋Ｉｉ１＋ミラー椋　（方式）昭和６
２年　７月　６日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界の印加により互いに異方向へ歪を生じて動作
   側および復帰側へ変位するように１対の電気−機械変換
   素子を接合した誘電体からなるバイモルフ素子を複数組
   接合してなる多層バイモルフ素子と、双安定型スナップ
   アクション機構をもつた可動接触片と、上記バイモルフ
   素子の可動端部に設定されかつ上記バイモルフ素子が変
   位したとき上記可動接触片を動作側もしくは復帰側へ変
   位させるとともに上記バイモルフ素子が初期状態に戻つ
   たとき上記可動接触片をその動作もしくは復帰状態に保
   持させる連結片と、上記バイモルフ素子の動作用および
   復帰用電気−機械変換素子にワンショットパルスをそれ
   ぞれ印加して上記バイモルフ素子を往復運動させる駆動
   回路とを具備してなる電気−機械変換式リレー。
2. （２）上記バイモルフ素子は片持支持され、その自由端
   部に連結片を配設してなる特許請求の範囲第１項記載の
   電気−機械変換式リレー。
3. （３）上記バイモルフ素子は両端部が支持され、その中
   央部に連結片を配設してなる特許請求の範囲第１項記載
   の電気−機械変換式リレー。
4. （４）上記駆動回路は、入力端子に接続されかつ入力電
   圧の印加時に充電されるコンデンサと、上記入力電圧の
   印加時から上記コンデンサの充電が完了するまで導通し
   て動作側へ変位する上記バイモルフ素子の動作用電気−
   機械変換素子に通電する第１のスイッチング素子と、入
   力電圧のしゃ断時に上記コンデンサの放電が完了するま
   で導通して復帰側へ変位する上記バイモルフ素子の復帰
   用電気−機械変換素子に通電する第２のスイッチング素
   子とを具備してなる特許請求の範囲第１項記載の電気−
   機械変換式リレー。