JPS63143716A - 圧電継電器の変位拡大機構 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子を用いた圧電継電器の変位拡大機構
に関する。

〔従来の技術〕

周知のとおり、圧電素子に電界が印加されると圧電気逆
効果により機械歪および応力を生じ圧電素子は変位する
が、この変位を継電器接点の開閉駆動源とする圧電継電
器が特開昭５９−１７５５３１号で提案されている。圧
電気逆効果による変位は微少であるので変位拡大機構を
備えた圧電継電器が、例えば特開昭６０−１０５１３２
号で提案され、更に小形にまとめられた圧電継電器が特
願昭６１−１０１９３４号で提案されている。

従来の圧電継電器は、圧電駆動体の駆動軸にほぼ垂直な
腕体が、その両端のそれぞれに圧電駆動体駆動軸にほぼ
平行な支持用および駆動用のヒンジばねを有し、支持用
ばねは駆動基板に固定されると共に、駆動用ばねは次段
の腕体の一点（以後力点という）に固着されている。力
点は腕体において支持用ばねが固定される支持点と駆動
用ばねが固定される駆動点との中間に位置する。従って
、力点に力が印加されたとき、支持点から力点までの距
離と支持点から駆動点までの距離の比の拡大変位が発生
する。

従来の一例について第４図および第５図を参照して説明
する。第４図は従来の圧電継電器の一例を示す糾視図、
第５図は第４図の部分詳細正面図である。

第４図および第５図において、固定体１１．駆動基板１
２が圧電駆動体２１および変位拡大機構を固着している
。入力端子１３は電源回路に、また引出端子１４は接点
回路にそれぞれ接続される。

昇圧回路１５は圧電駆動体２１への入力電圧を作成する
。外枠１６は例えば厚さ４１ｍの口の字形の枠で、平板
上に組立てられた構成要素を囲って他の開口部を別の平
板で塞ぐことによシ小形の継電器が形成される。圧電駆
動体２１は複数の圧電素子を積重し積層方向すなわち長
さ方向に伸縮し、伸縮方向の一端は固定体１１に固着し
、他端は駆動子２２を介して変位拡大機構に変位を伝達
する。

支持ばね３１および９１．腕体３２および９２゜駆動ば
ね３３および９３は一組づつでそれぞれ一つのばね駆動
部３０および９０を形成する。腕体３２および９２は圧
電駆動体２１の駆動軸にほぼ垂直をなし、一端の支持点
Ｓには駆動基板１２に固定される支持ばね３１および９
１を、また他端の駆動点りには次段の腕体を駆動する駆
動ばね３３および９３をそれぞれ駆動軸にほぼ平行に同
定する。支持点Ｓと駆動点りとの中間で支持点＄に、よ
り近接した位置を力点Ｆとし、最初のばね駆動部３０は
力点Ｆに駆動子２２の変位の伝達を受ける。次段のばね
駆動部９０は力点に゛に前段のばね駆動部３０の駆動ば
ね３３が固着されて変位が伝達される。従って、それぞ
れの腕体駆動部３０および９０では、支持点Ｓから力点
Ｆまでの距離と支持点Ｓから駆動点Ｄｉでの距離の比に
よる変位の拡大が生じる。支持ばね４１．腕体４２およ
び駆動突起４３は駆動出力部４０を形成する。支持ばね
４１と前段のばね駆動部９０の、駆動ばね９３とは腕体
４２の一端部で近擬し、圧電駆動体２１の駆動軸にほぼ
垂直に固定される。腕体４２の他端部に固定さｔた駆動
突起４３は腕体４２の長さにより駆動ばね９３による支
持ばね４１を中心とする回転変位を拡大して移動し、可
動接点ばね８１を移動させて固定接点保持体８２に押接
し接点回路を閉成する。このようにして微少変位が接点
開閉に十分な変位にまで拡大できる。

第６図は第５図のばね駆動部をさらに多段階に結合した
例である。構成要素は第５図と同一なので説明は省略す
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように従来の圧電継電器の変位拡大機構は、最終
段の駆動出力部を除いて、中間部に変位の力点を有する
腕体とこの腕体の一端に固定した支持ばねと腕体の他端
に固定し次段の力点を駆動する駆動ばねとを備えるばね
駆動部により構成されているので、支持ばねおよび駆動
ばねを形成するヒンジばねが伸縮・屈曲して腕体の動作
に抑制を生じ変位の拡大効率が低下するという問題点が
あった。

本発明の目的は上記問題点を解決した圧電継電器の変位
拡大機構を提供するととくある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の圧電継電器の変位拡大機構は、部材固定用の基
板部と；該基板部に一端が固定された積層型圧電駆動体
と、該圧電駆動体の他端に固着し先端に突状部を設けた
駆動子とを有する圧電駆動部と：前記圧電駆動体の伸縮
方向に対してほぼ垂直に配設されるよう自己の一端が支
持ばねを介して前記基板部に支持され、かつ可動端とな
る他端に駆動ばねの一端を固着した腕体から構成される
ばね駆動部と；前記圧電駆動体の伸縮方向に対してほぼ
平行に配設されるよう自己の一端が支持ばねを介して前
記基板部に支持されかつ前記一端の近傍に前記ばね駆動
部の駆動ばねの他端を固着し、可動端となる他端に接点
ばね駆動用突状部を設けた腕体から構成される駆動出力
部と；前記圧電駆動部の駆動子と前記ばね駆動部の腕体
との間に前記圧電駆動体の伸縮方向に対してほぼ垂直に
配設されるよう自己の一端が支持ばねを介して前記基板
部に支持され、前記駆動子を介して伝達された前記圧電
駆動体の発生変位を可動端である自己の他端を介して前
記ばね駆動部の腕体に伝達する腕体から構成される腕体
駆動部と；を備えたことを特徴とする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す正面図である。

第１図において変位拡大機構は、固定体１１および駆動
基板１２を有する基板部１０と、圧電駆動体２１．駆動
子２２および駆動子突起２３を有する圧電駆動部２０と
、支持ばね３１．腕体３２および駆動ばね３３を有する
ばね駆動部３０と、支持ばね４１．腕体４２および駆動
突起４３を有する駆動出力部４０と、支持ばね５１．腕
体５２および剛体突起５３を有する腕体駆動部５０とか
ら構成される。リレーを構成するための他の構造（外枠
、接点ばね、入出力端子等）は従来構造（第４図）と同
様で良い。固定体１１および駆動基板１２は基板部１０
として相互に固着され、更に固定体１１は圧電駆動体２
１を、また駆動基板１２は支持ばね３１，４１．５１の
一端をそれぞれ固定（斜線部）する。圧電駆動体２１は
多数積層された圧電素子の伸縮方向（積層方向）の一端
面が固定体１１に固着され、他端面には駆動子２２が固
着されている。これら多数の圧電素子の相互間には内部
電極が一体的に積層固着され、電極間に生じる電界によ
り各圧電素子はこの電界に平行な方向（積層方向）に変
位を生じる。駆動子２２は圧を駆動体２１の伸縮方向突
端に駆動子突起２３を有する。ばね駆動部３０は、剛体
材の直方体の柱形をなす腕体３２の両端にそれぞれ、こ
の腕体３２の長さ方向にほぼ垂直になるように、一端を
駆動基板１２に固着した支持ばね３１の他端および一端
を駆動出力部４０の力点Ｆ３に固着した駆動ばね３３の
他端を固着して構成している。駆動出力部４０は、細長
い剛体材をなす腕体４２の一端部に、駆動基板１２に一
端を固着した支持ばね４１の他端を固着し、塘た他端部
に接点ばね組の可動接点ばね（図示せず）を押圧して移
動させる駆動突起４３を設けて構成している。支持ばね
４１に近接してこの支持ばね４１とほぼ平行するばね駆
動部３０の駆動ばね３３が固着されている。従って、駆
動ばね３３の固着点を力点Ｆ３として圧電駆動体２１の
駆動軸に平行方向に力が印加されたとき、この力点Ｆ３
は支持ばね４１の固着点の支持点Ｓ３を中心に回転移動
する。駆動突起４３は駆動ばね３３および第３の支持ば
ね４１を含む平面上で支持点Ｓ３をほぼ中心点として回
転移動する駆動点Ｄ３となる。腕体駆動部５０は圧電駆
動部２０とばね駆動部３０との間に配設されている。長
方形剛体材の腕体５２はその長さ方向が圧電駆動体２１
の駆動軸にほぼ垂直になり、かっばね駆動部３０の腕体
３２にほぼ平行となる。腕体５２の長さ方向の中心線は
圧電駆動体２１の駆動軸および支持ばね３１の中心軸と
はほぼ同一平面にあり、この平面上に中心軸を有する支
持ばね５１は支持ばね３１とほぼ平行に且つ圧電駆動体
２１を介した反対側で駆動基板１２に固着されている。

すなわち、支持ばね５１の一端は腕体５２に、他端は基
板１０にそれぞれ固着されている。腕体５２の駆動子２
２９１１１の面は支持ばね５１との固着点を支持点Ｓ１
、並びに駆動子突起２３が押接する場所を力点Ｆ１とし
、支持点Ｓ１の対角側端部を駆動点Ｄ１としている。駆
動点Ｄ１には腕体３２の力点Ｆ２を押接する剛体突起５
３が設けられている。従って腕体３２の力点Ｆ２から支
持点Ｓ２までの距離と、支持点Ｓ２から駆動点１）２ま
での距離との比率により、支持点８２．力点Ｆ２および
駆動点Ｄ２に対する駆動力および変位が計算される０ 腕体５２の支持点Ｓ１．力点Ｆ１および駆動点の駆動体
である。すなわち、ばね駆動部３０ではヒンジばねによ
る駆動ばね３３であるが、腕体駆動部５０では腕体５２
自身の剛体突起５３は次段を直接駆動するので変位伝達
の損失は殆んどなくなる。

次に第２図は第１図に対し腕体駆動部６０、すなわち変
位拡大機構を一段増加した実施例を示す正面図である。

第２図において第１図と同じ構成要素には四−参照符号
を付与して説明を省略する。

追加された腕体駆動部６０は支持ばね６１．腕体６２お
よび剛体突起６３を有し、第１図の腕体駆動部５０の左
右を逆にして形成される。従って、駆動子突起２３は力
点Ｆ４で腕体６２を押接する。

↓ 腕体６２は腕体５グにほぼ平行に配置され、支持ばね６
１は支持ばね５１と圧電駆動子２１の駆動軸を挾んで対
向して位置する。駆動点Ｄ４となる剛体突起６３は、腕
体６２の支持ばね６１を固着また、駆動基板１３は第１
図の駆動基板１２と形状が少し異なっている。

第３図は第２図に更に一つの腕体駆動部７０を追加した
実施例を示したもので、支持ばね７１゜腕体７２および
剛体突起７３は第２図で説明した支持ばね６１．腕体６
２．および剛体突起６３のそれぞれと配設方向が異なる
のみで機能、動作は同様である。また、駆動基板１４は
第２図の駆動基板１３と形状が少し異っている。

上記実施例ではそれぞれの腕体を直方体（角柱形）と説
明したが形状は限定されない。また、第１図から第３図
まで腕体駆動部を一段づつ増加させた実施例を図示し説
明したが、理論的には同様手順で何段でも重ねることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の圧電継電器の変位拡大機構
は、一端を支持ばねで支持した腕体の他端に設けた剛体
突起で次段の腕体の力点を直接押圧するように構成され
ているので、力の伝達効率および変位拡大効率の改善効
果がある。

更に中間段駆動部で駆動ばねが不要となり、且つ腕体の
形状が単純化できるので、製造面での経済性の改善およ
び生産性の向上の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の第１．
第２および第３実施例を示す正面図、第４図は従来の圧
電リレーを示す斜視図、第５図は第４図の部分正面図、
第６図は第５図の変形例を示す正面図である。 １０・・・・・・基板部、２０・・・・・・圧電駆動部
、２１・・・・・・圧電駆動体、２２・・・・・・駆動
子、２３・・・・・・駆動子突起、３０・・・・・・ば
ね駆動部、３１，４１，５１．Ｇｌ。 ７１・・・・・・支持ばね、３２，４２，５２，６２．
７２・・・・・・腕体、３３・・・・・・駆動ばね、４
０・・・・・・駆動出力部、４３・・・・・・駆動突起
、５０　、６０　、７０・・・・・・腕体駆動第２図 ５ｆ ／３、開力（仮

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部材固定用の基板部と； 該基板部に一端が固定された積層型圧電駆動体と、該圧
   電駆動体の他端に固着し先端に突状部を設けた駆動子と
   を有する圧電駆動部と；前記圧電駆動体の伸縮方向に対
   してほぼ垂直に配設されるよう自己の一端が支持ばねを
   介して前記基板部に支持され、かつ可動端となる他端に
   駆動ばねの一端を固着した腕体から構成されるばね駆動
   部と； 前記圧電駆動体の伸縮方向に対してほぼ平行に配設され
   るよう自己の一端が支持ばねを介して前記基板部に支持
   されかつ前記一端の近傍に前記ばね駆動部の駆動ばねの
   他端を固着し、可動端となる他端に接点ばね駆動用突状
   部を設けた腕体から構成される駆動出力部と； 前記圧電駆動部の駆動子と前記ばね駆動部の腕体との間
   に前記圧電駆動体の伸縮方向に対してほぼ垂直に配設さ
   れるよう自己の一端が支持ばねを介して前記基板部に支
   持され、前記駆動子を介して伝達された前記圧電駆動体
   の発生変位を可動端である自己の他端を介して前記ばね
   駆動部の腕体に伝達する腕体から構成される腕体駆動部
   と； を備えたことを特徴とする圧電継電器の変位拡大機構。
2. （２）前記腕体駆動部が前記圧電駆動体の伸縮方向に対
   してほぼ垂直に配設された複数の腕体を有し、それぞれ
   の腕体は隣接する他の腕体に対して異なる方の一端が支
   持ばねを介して前記基板部に支持され、前記それぞれの
   腕体の可動端となる他端に設けた突状部において前記ば
   ね駆動部側の腕部と接触し前記圧電駆動部の駆動子を介
   して伝達された前記圧電駆動体の発生変位を前記仮数の
   腕体を介して前記ばね駆動部に伝達することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の圧電継電器の拡大変位機
   構。