JPS6366817A

JPS6366817A - ラツチ型リレ−

Info

Publication number: JPS6366817A
Application number: JP21018686A
Authority: JP
Inventors: 内川　忠保; 孝太田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-25

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〕本発明はラッチ型リレーに関し、特に圧電素子の衝撃力
により瞬間的にラッチ動作するラッチ型リレーに関する
。

〔従来の技術〕

従来、この種のラッチ型リレーは駆動源として電磁方式
のものが使用されてきたが、電磁方式はコイルに通電す
ることにより磁界を発生しその磁力を利用して可動部材
を動作させるため、銅損。

鉄損により発熱することや磁気干渉があり、また必要な
エネルギには対し多大な入力エネルギを必要とするなど
の問題がある。そこで最近ではエネルギ効率の良い駆動
源として圧電素子を用いたものが考えられている。

第３図（ａ）および（ｂ）は特開昭５９−１２８７２５
号公報に記載された従来の圧電型駆動装置の一例斜視図
および駆動方法を説明する図を示し、バイモルフ構造を
もつ圧電素子１５の先端には継手部材１６を連結し、さ
らに継手部材１６は端子台１７．１８に支えられ湾曲し
た板ばね１９と連結している。また板ばね１９の両面に
は電気接点２０が設けられ、その電気接点２０に対応し
て固定電気接点２１．２２が設けられている。

このような構造において、圧電素子１５に電圧を印加す
るとバイモルフ構造の圧電素子１５は曲げ変形を生じ、
その変形とともに継手部材１６を介して湾曲した板ばね
１９を逆方向に反転し、一方の固定電気接点２１からも
う一方の固定電気接点２２へ反転動作を行なう。また、
従来では第４図に示すようなプリンタ用印字ハンマ（電
子通信学会機構部品研究会資料ＥＭＣ８４−４９＞が報
告されている。

第４図は従来の圧電アクチュエータの一例を示すプリン
タ用印字ハンマの模式的側面図である。

同図において、印字ハンマは、圧電素子２３の伸長動作
方向く矢印入方向）の先端に、板ばね２４で支持された
フライトハンマ２５が接するように配置されている。フ
ライトハンマ２５にはドツトを印字するための印字ワイ
ヤ２６が設けである。

この印字ハンマにおいて、圧電素子２３に電圧を印加す
る毛、フライトハンマ２５は圧電素子２３の高速な伸長
動作により圧電素子２３から力を受けて加速され、圧電
素子２５を離れて飛行する。

そして印字ワイヤ２６が、前方にあるインクリボン２７
と紙２８を介してプラテン２９に衝突し紙２８にド・ソ
Ｉ・を印字する。その後、フライトハンマ２５はプラテ
ン２９からの反発力と板ばね２４の復帰力により圧電素
子２３の所へ戻ってくる、この動作をくり返すことによ
り文字や図形をド・・ｌトの集合で表現するものである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来例において、まず第３図（ａ）。

（ｂ）の圧電型駆動装置では、圧電素子１５は板ばね１
９が中立点を過ぎて反転するまで押し付けるように変形
することが必要であり、ラッチ型リレーのような継電器
に使用したとき必要とされる０゜３１程度の接点ストロ
ークを得るためには形状の大きな圧電素子が必要となる
。ラッチ型リレーは周知のように電子回路部品として装
置に用いられており、上述の構造では小型化が困難であ
る。

また、このｔｇ造は、板状の圧電素子１５と継手部材１
６及び板ばね１９が連結されており、この連結された構
造体の固有振動数は小さく、接点の閉成、開離の動作の
速さ、すなわち応答速度を高めることが困難となる。

また一方、第４図のプリンタ用印字ハンマは、圧電素子
２３の衝撃力でフライトハ〉・７２５を自由飛行させる
ものであり、圧電素子２３とフライトハンマ２５の間に
継手の如き手段が不必要であり、簡単な構造ながら大き
なストロークが得られる特徴があるが、印字動作の高速
化を図るためには、板ばね２４とフライトハンマ２５と
印字ワイヤ２６とから構成される振動系の固有振動数を
高くする必要があり、そのためには板ばね２４のばね定
数を高くしなければならない。しかし、板ばね２４のば
ね定数を高くすると、圧電素子２３からフライトハンマ
２５に伝達されるエネルギのうち、板ばね２３の変形に
費やされる割合が増加するため、フライトハンマ２５の
運動エネルギは減小し、印字されたドツトの濃度が薄く
なる。

そこで、印字濃度を低下させずに印字動作の高速化を達
成するためには圧電素子２３がらフライトハンマ２５に
伝達されるエネルギを大きくする必要がある。この伝達
エネルギを大きくすると、板ばね２３の定数を大きくし
て高速化できがっ所用の印字濃度も確保できる。

伝達エネルギを大きくするためには、圧電素子２３の発
生エネルギを大きくすればよく、印加電圧を高くすれば
よい。しかしながら、印加電圧を高めると圧電素子２３
の加速度が大きくなり圧電素子２３自身の慣性力により
生ずる引張り応力が大きくなる。とくにフライＩ・ハン
マ２５が圧電素子２３より力を受けて自由飛行した時点
には、フライトハンマ２５を支持している板ばね２４の
圧電素子２３に対する押付力がなくなるため、圧電素子
２３内部の引張り応力が最大となり破壊する問題がある
。

本発明の目的は、これらの問題を解決し構造が簡単で、
圧電素子の破壊を防止した信頼性のあるう・ソチ型リレ
ーを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のラッチ型リレーの構成は、固定接点に対応して
可動接点を配置した接点部材と、前記可動接点を駆動し
前記固定接点を切換えて接続させる手段としてのアーム
および飛行部材を有する板ばねと、前記板ばねを湾曲す
るように支持する支持部と、前記湾曲した板ばねの凸面
に対向して圧電素子を圧縮するように挟みかつその圧電
素子の変位を拡大して前記飛行部材に衝撃力を与えるよ
うにフレームに固定された第１および第２の偏位拡大部
材とから構成されることを特徴とする。

「作用〕本発明のラッチ型リレーにおいて、圧電素子はコの字型
のフレームにより伸縮方向より圧縮力を受けて挟まれて
いる。そのフレームはまた一端が長く、圧電素子を印加
するとその動作がフレーム先端で拡大される。その動作
により、飛行部材は衝撃力を受けて加速され飛行動作す
る。そこで飛行部材を有する板ばねも変形動作するが、
板ばねは初めに支持部により湾曲されており、その凸面
側より飛行部材が力を受けて板ばねの両端を結ぶ直線、
すなわち中立点を過ぎると板ばねは反転動作しラッチさ
れる。また板ばねより延長されたアームは、板ばねの変
形動作とともに可動接点を動作させ、可動接点と固定接
点とが接触してリレー動作を行なう。

本発明を構成する圧電素子は、飛行部材を衝撃力で飛行
させる手段であり、その駆動時において常に圧縮力が加
わっているため、飛行部材の飛行時に最大となる圧電素
子の引張り応力はなくなり、高電圧印加、高速駆動でも
破損がなくなり信頼性は大幅に向上する。

〔実施例〕

本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明のラッチ型リレーの第１の実施例を示す
模式的側面図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ板ばね
の反転動作前・後の状態を示す、同図に示すように、板
ばねｌには飛行部材２が設けられている。その板ばね１
の両端は、取付部材３に設けられた支持部としての講３
ａ、３ｂに挿入され、板ばね１は軸力を受けて湾曲して
いる。

また、第１の圧電素子４は、その伸縮方向（矢印Ａ方向
）両端よりフレーム３の第１の偏位拡大部材５により圧
縮されて挟まれている。この第１の圧電素子４の圧縮力
は、第１の偏位拡大部材５の曲げによるばね定数により
定められる。また板ばね１および飛行部材２を挟むよう
に対向して、第２の圧電素子６が第２の偏位拡大部材７
により圧縮されて挟まれている。さらに第１．第２の偏
位拡大部材５．７の延長上は、飛行部材２に力を、伝達
できるように配置し、また板ばね１にはアーム８が設け
られ、アーム８の先端は可動接点９と接続している。こ
の接続はアーム８先端をフック状にして支持しても良い
し、調整が可能の範囲で固定しても良い。また可動接点
９に対応するように、固定接点１０．１１が互いに同一
の間隙を介して配置されて接点部材１２を構成している
。

続いて、本実施例の動作について説明する。

第１図（ａ）に示すように、飛行部材２が第１の旧位拡
大部材５に接している状態、すなわち可動接点９が固定
接点１０に接している状態で第１の圧電素子４に電圧を
印加すると、第１の圧電素子４は矢印Ａ方向に微少なが
ら非常に高速で変位する。これによって、第１のフレー
ム５に接している飛行部材２は第１の圧電素子４および
その変位動作を拡大する第１の偏位拡大部材５から力を
受けて加速され、第１の偏位拡大部材５より雛れ飛行動
作し、その動作とともに板ばね１も変形し、板ばね１は
その両端を結ぶ直線を通過したとき反転動作して、第１
図（ｂ）に示すように飛行部材２が第２の偏位拡大部材
７に接した状態となる。

この結果、板ばね１に設けられたアーム８と接続された
可動接点っけ、固定接点１０から雛れてもう一方の固定
接点１１に接する。また、次に第１図（ｂ）の状態で第
２の圧電素子６に電圧を印加すると、飛行部材２は第２
の圧電素子６から矢印Ｂ方向に力を受け、さらに第２の
偏位拡大部材７によって加速され第１の偏位拡大部材５
の方向に飛行し、板ばね１は再び反転動作して第１図（
ａ）に示す状態となる。

本実施例においては電圧印加時の第１．第２の圧電素子
４．６の発生力と、その発生力を伝達する第１．第２の
偏位拡大部材５，７により飛行部材２を加速飛行させて
板ばね１を反転動作させるので、板ばね１から延長され
たアーム８の先端に接続された可動接点っけ、第１．第
２の圧電素子４．６の変位量の数十倍から数百倍に達す
る大きなストロークを得ることができる。そのため、構
造が簡単で小型のラッチ型リレーが得られる。また、板
ばね１は第１．第２の圧電素子４．６および第１．第２
の偏位拡大部材５．７がらの衝撃力で変形動作するので
、リレーとしての接点の閉成。

開雛動作において圧電素子の重さが加わることがなく高
速動作が可能となる。さらに、圧電素子４゜６は、その
駆動時において第１．第２の偏位拡大部材５．７により
常に圧縮されているため、引張り応力による破損もなく
信頼性のあるラッチ型リレーが得られる。

本実施例では、可動接点９を切換えるのに第１の圧電素
子４と第２の圧電素子６に交互に電圧を印加するとした
が、両圧電素子４，６に同時に電圧を加えて可動接点９
を切換えてもよい。このような電圧印加は、従来のラッ
チ型リレーにおいてはできなかっな。

なお、圧電素子への電圧の印加はパルス的に速く立上げ
る必要があるが、そのパルス幅は短くても良い０例えば
、パルス幅はＩ）、］ｍｓもあれば十分であり、また長
い時間であってもかまわない。

圧電素子は電気的にはコンデンサと同じであり、電圧を
長時間印加しても電力を消費することがなく発熱も起こ
らない。

第２図は本発明の第２の実施例であるラッチ型リレーの
模式的な斜視図である。

同図において、板ばね１３とアーム１４は１枚の薄板か
らできており、アーム１４は可動接点と接続されて動作
する、また、第１．第２の圧電素子４．６はそれぞれ第
１．第２の偏位拡大部材５゜７に圧縮され挟まれ、その
第１．第２の偏位拡大部材５．７は第１．第２の圧電素
子４，６の動作を伝達するように飛行部材２と対向して
いる。この第２の実施例では、アーム１４と板ばね１３
が一体であるため、例えばプレスにより容易に製作でき
る０本実施例においても第１の実施例と同等の効果を発
揮する。

上述の第１および第２の実施例では板ばねの湾曲した凸
面側と反対側の凹面側との両方に圧電素子、フレームを
配置したものを示したが、板ばねに反転復帰手段を用い
れば、湾曲した板ばねの凸面側のみに圧電素子、偏位拡
大部材を配置しても本実施例と同等の効果が発揮される
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、構造が簡単で小型
、低電力、低発熱で高速動作が可能なうえに、信頼性の
あるラッチ型リレーが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞、（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す模
式的側面図、第２図は本発明の第２の実施例を示す斜視
図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来の圧電型駆動装置の一
例を示す斜視図および駆動方法を説明する図、第４図は
従来のプリンタ用印字ヘッドの一例を示す側面図である
。１．１３，１９．２４・・・板ばね、２・・・飛行部材
、３・・・取付部材、４・・・第１の圧電素子、５・・
・第１の偏位拡大部材、６・・・第２の圧電素子、７・
・・第２の偏位拡大部材、８．１４・・・アーム、９・
・・可動接点、１０．１１・・・固定接点、１２・・・
接点部材、１５・・・圧電素子、１６・・・継手部材、
１７．１８・・・端子台、２０・・・電気接点、２１．
２２・・・固定電気接点、２３・・・圧電素子、２５・
・・フライトハ〉′マ、２６・・・印字ワイヤ、２７・
・・インクリボン、２８・・・紙、２９°°°７″″″
′・　　　　　　　　　　　、）代理人　弁理士　内　
原　　音＼（の／／’ （ｂ）桁乙凹

Claims

【特許請求の範囲】

固定接点に対応して可動接点を配置した接点部材と、前
記可動接点を駆動し前記固定接点を切換えて接続させる
手段としてのアームおよび飛行部材を有する板ばねと、
前記板ばねを湾曲するように支持する支持部と、前記湾
曲した板ばねの凸面に対向して圧電素子を圧縮するよう
に挟みかつその圧電素子の変位を拡大して前記飛行部材
に衝撃力を与えるようにフレームに固定された第１およ
び第２の偏位拡大部材とから構成されることを特徴とす
るラッチ型リレー。