JPH05282985A - 圧電リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２枚の圧電セラミックス板よりなるバイモル
フ圧電素子、又は分極反転させた単結晶板よりなる疑似
バイモルフ圧電素子を有する圧電リレーに関し、小形の
リレーアレイ又はオン・オフの信頼度が高いことを目的
とする。 【構成】 片面にコモン電極を有するバイモルフ圧電板
30を所望に加工して、櫛状に配列してなる複数の片持ち
梁状のバイモルフ圧電素子と、それぞれのバイモルフ圧
電素子の他方の片面に形成した個別電極と、それぞれの
バイモルフ圧電素子の先端部に設けた可動接点と、それ
ぞれの可動接点に対向して配置した固定接点と、一端が
それぞれの個別電極に接続し、他端が駆動電源を介して
コモン電極に接続することで、それぞれの該バイモルフ
圧電素子を個別に駆動する駆動スイッチとを、備えた構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２枚の圧電セラミック
ス板よりなるバイモルフ圧電素子、又は分極反転させた
単結晶板よりなる疑似バイモルフ圧電素子を有する圧電
リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の圧電リレーの断面図、図８
は従来例の回路図である。図７に示す従来例は、特開昭
５５ー１１５２３５号公報に記述の圧電リレーである。

【０００３】図７において、10は、２枚の短冊形の圧電
セラミックス板11A,11B を接着剤12で貼着したバイモル
フ圧電素子であって、その一方の片面に電極13-1を、他
方の片面に他の電極13-2を形成してある。

【０００４】このバイモルフ圧電素子10の一方の電極側
に絶縁層14を介して、ばね性ある金属板15を貼着し、金
属板15の一端を固定して、バイモルフ圧電素子10を片持
ち梁状に支持している。

【０００５】その金属板15の先端部に可動接点16を設け
るとともに、固定金属板20の先端部に可動接点16に対向
して、固定接点21を設けている。このように構成された
圧電リレーは図８に図示したよう接続されて、圧電リレ
ーとして使用される。

【０００６】即ち、駆動スイッチ19の一方の端部をバイ
モルフ圧電素子10の一方の電極に接続し、他方の端部を
駆動電源18を介して、バイモルフ圧電素子10の他方の電
極に接続する。

【０００７】一方、可動接点16を負荷側電源28に接続す
るとともに、固定接点21を負荷25の一端に接続し、その
他端を負荷側電源28に接続している。したがって、駆動
スイッチ19をオンにすると、バイモルフ圧電素子10に所
定の電圧が印加され、一方の圧電セラミックス板11B が
長手方向に伸び、他方の圧電セラミックス板11A が長手
方向に縮小する。このことによりバイモルフ圧電素子1
0, 即ち金属板15が撓み、可動接点16が固定接点21に接
触する。

【０００８】また、駆動スイッチ19をオフとするとバイ
モルフ圧電素子10が復帰するので、可動接点16が固定接
点21から離れる。即ち上述のバイモルフ圧電素子10はリ
レーとして機能する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年は、圧電リレーを
配列したリレーアレイ( 多チャンネル用のリレー) が、
しばしば要求されている。そこで、上述のような従来の
単独構成の圧電リレーを並べ、片持ち梁状に支持したリ
レーアレイは、多数のバイモルフ圧電素子を接触するこ
となく支持するために、バイモルフ圧電素子相互間の間
隔を大きくせざるを得ない。

【００１０】したがって、リレーアレイが大形になると
いう問題点があった。一方、圧電セラミックス板を貼着
したバイモルフ圧電素子は、圧電セラミックスが強誘電
体であるために、ヒステリシスを持って変位する。ま
た、圧電セラミックスは直流電圧を連続して印加する
と、クリープ現象が発生する。

【００１１】上述の理由から従来の圧電リレーは、オン
・オフの信頼度が劣るという問題点があった。本発明は
このような点に鑑みて創作されたもので、圧電リレーが
配列した小形のリレーアレイを提供することを目的とし
ている。また、他の目的はオン・オフの信頼度が高い圧
電リレーを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１〜図３に例示したように、２枚の圧
電セラミックス板を貼着し片面にコモン電極33を有する
角形のバイモルフ圧電板30を、選択した一辺側から複数
のスリット31を切り込むことで、複数の片持ち梁状のバ
イモルフ圧電素子32-1,32-2,・・・・を櫛状に配列して設け
る。

【００１３】それぞれのバイモルフ圧電素子32-1,32-2,
・・・・の他方の片面に、個別電極34-1,34-2,・・・・を設け
る。また、それぞれのバイモルフ圧電素子32-1,32-2,・・
・・の先端部に、可動接点37-1,37-2,・・・・を設ける。

【００１４】そして、それぞれの可動接点37-1,37-2,・・
・・に対向して、固定接点41-1,41-2,・・・・を配置する。そ
して、一端がそれぞれの個別電極34-1,34-2,・・・・に接続
し、他端が駆動電源18を介してコモン電極33に接続する
ことで、それぞれのバイモルフ圧電素子32-1,32-2,・・・・
を個別に駆動する駆動スイッチ19-1,19-2,・・・・を設けた
構成とする。

【００１５】又は、図示省略したが、２枚の圧電セラミ
ックス板を貼着し表裏の両面にコモン電極を有する角形
のバイモルフ圧電板を、選択した一辺側から複数のスリ
ットを切り込むことで、櫛形に配列してなる複数の片持
ち梁状のバイモルフ圧電素子と、それぞれのバイモルフ
圧電素子の先端部に設けた可動接点と、それぞれの可動
接点に対向して配置した固定接点と、一端が一方のコモ
ン電極に接続し、他端が駆動電源を介して他方のコモン
電極に接続することで、複数のバイモルフ圧電素子を一
斉に駆動する一個の駆動スイッチとを、備えた構成とす
る。

【００１６】或いは、図４に例示したように、分極反転
させた短冊形の単結晶板の両面に、それぞれ電極53,54
を設けた片持ち梁状の疑似バイモルフ圧電素子52と、疑
似バイモルフ圧電素子52の先端部に設けた可動接点57
と、可動接点57に対向して配置した固定接点41と、一端
が一方の電極54に接続し、他端が駆動電源18を介して他
方の該電極53に接続された駆動スイッチ19とを、備えた
構成とする。

【００１７】或いは、図５に例示したように、片面にコ
モン電極53-0を有する角形の、分極反転させた単結晶板
よりなる疑似バイモルフ圧電板50を、選択した一辺側か
ら複数のスリット51を切り込むことで、 複数の片持ち梁
状の疑似バイモルフ圧電素子52-1,52-2,・・・・を櫛形に配
列して設ける。

【００１８】そして、それぞれの疑似バイモルフ圧電素
子52-1,52-2,・・・・の他方の片面に、個別電極54-1,54-2・
・・・・を設ける。また、ぞれの疑似バイモルフ圧電素子52
-1,52-2,・・・・の先端部に、可動接点57-1,,57-2,・・・・ を
設ける。

【００１９】こられの可動接点57-1,57-2,・・・・に対向し
て固定接点を配置する。そして、一端がそれぞれの個別
電極54-1,54-2,・・・・に接続し、他端が駆動電源18を介し
てコモン電極53-0に接続することで、それぞれの疑似バ
イモルフ圧電素子52-1,52-2,・・・・を個別に駆動する駆動
スイッチを設けた構成とする。

【００２０】或いは又図示省略したが、表裏の両面にコ
モン電極を有する角形の、分極反転させた単結晶板より
なる疑似バイモルフ圧電板を、選択した一辺側から複数
のスリットを切り込むことで、櫛形に配列してなる複数
の片持ち梁状の疑似バイモルフ圧電素子と、それぞれの
疑似バイモルフ圧電素子の先端部に設けた可動接点と、
それぞれの可動接点に対向して配置した固定接点と、一
端が一方のコモン電極に接続し、他端が駆動電源を介し
て他方のコモン電極に接続することで、複数の疑似バイ
モルフ圧電素子を一斉に駆動する１個の駆動スイッチと
を、備えた構成とする。

【００２１】

【作用】本発明の複数の圧電リレーが配列したリレーア
レイは、角形のバイモルフ圧電板又は疑似バイモルフ圧
電板を、選択した一辺側から複数のスリットを切り込む
ことで、複数の片持ち梁状のバイモルフ圧電素子、又は
疑似バイモルフ圧電素子を櫛状に配列したものであるか
ら、相互間の間隔が小さくても、互いに接触する恐れが
ない。また、付け根が共通しているので、片持ち梁状に
支持することも小さい簡単な構造で済む。

【００２２】よって、本発明に係わるリレーアレイは小
形となる。一方、分極反転させた単結晶板よりなる疑似
バイモルフ圧電素子は、圧電セラミックスからなるバイ
モルフ圧電素子とは異なり、ヒステリシスを持って変位
することも、またクリープ現象が発生することもない。

【００２３】したがって、圧電リレーのオン・オフの信
頼度が高い。

【００２４】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００２５】図１は、請求項１の発明の斜視図、図２は
請求項１の発明の断面図、図３は請求項１の発明の平面
図であり、図４は請求項３の発明の断面図、図５は請求
項４の発明の一部破断平面図、図６は請求項３の発明の
特性図である。

【００２６】図１〜図３において、30は、所定の電圧が
印加することで長手方向に伸びる圧電セラミックス板30
A と、所定の電圧を印加することで長手方向が縮小する
圧電セラミックス板30B とを、貼着した角形のバイモル
フ圧電板である。

【００２７】バイモルフ圧電板30の一方の圧電セラミッ
クス板30A の全面に、銀ペースト等を塗布焼成してコモ
ン電極33を設けてある。そして、バイモルフ圧電板30の
選択した一辺側から複数（図では３本）のスリット31を
切り込むことで、４枚の複数の片持ち梁状のバイモルフ
圧電素子32-1,32-2,32-3,32-4 を櫛状に配列して設けて
ある。

【００２８】また、それぞれのバイモルフ圧電素子32-
1,32-2,32-3,32-4 の、縮小する圧電セラミックス板30B
の表面に、銀ペースト等を塗布焼成して個別電極34-1,
34-2,34-3,34-4 を設けている。

【００２９】そして、それぞれの個別電極の先端側の表
面に絶縁体層35を形成し、その絶縁体層35の表面に負荷
側リード線を接続する導体層36を設けている。また、そ
れぞれの導体層36の先端表面に、それぞれ可動接点37-
1,37-2,37-3,37-4 を設けている。

【００３０】上述のようなバイモルフ圧電板30の根元部
分を平面視がコ形の合成樹脂等よりなるホルダ39で挟持
することで、それぞれのバイモルフ圧電素子に電圧を印
加した時に、先端側部即ち可動接点側が撓むように、バ
イモルフ圧電板30を保持している。

【００３１】一方、ホルダ39のコ形の脚部の先端に、細
長い絶縁板40を架橋し、この絶縁板40のそれぞれの可動
接点37-1,37-2,37-3,37-4 に対向する位置に、固定接点
41-1,41-2,41-3,41-4 を取り付けている。

【００３２】また、コモン電極33から駆動リード線を引
き出し駆動電源18に接続している。一方それぞれのバイ
モルフ圧電素子32-1,32-2,32-3,32-4 に対応して駆動ス
イッチ19-1,19-2,19-3,19-4 を設け、これらの一方の端
子を駆動電源18に接続するともに、他方の端子を対応す
るバイモルフ圧電素子の個別電極34-1,34-2,34-3,34-4
にそれぞれ駆動リード線を介して接続している。

【００３３】したがって、前述の選択した駆動スイッチ
をオンにすることで、対応するバイモルフ圧電素子が撓
み、その可動接点が対応する固定接点に接触する。ま
た、駆動スイッチをオフにすると、バイモルフ圧電素子
が復帰するので、可動接点と固定接点との接続がオフと
なる。

【００３４】なお、それぞれのバイモルフ圧電素子のコ
モン電極33側の先端部に、絶縁体を介して他の可動接点
を搭載してブレーク接点とし、それに対応して固定接点
を配置することで、ブレーク, メークの両機能を備えた
リレーアレイとしても良い。

【００３５】一方、図示省略したが、２枚の圧電セラミ
ックス板を貼着し表裏の両面にコモン電極を有する角形
のバイモルフ圧電板を、選択した一辺側から複数のスリ
ットを切り込むことで、櫛形に配列してなる複数の片持
ち梁状のバイモルフ圧電素子を設ける。

【００３６】そして、それぞれのバイモルフ圧電素子の
先端部に可動接点を設けるとともに、それぞれの可動接
点に対向して固定接点を配置する。また、一端が一方の
コモン電極に接続し、他端が駆動電源を介して他方のコ
モン電極に接続した１個の駆動スイッチを設けた構成と
する。

【００３７】このようにすることで、総てのバイモルフ
圧電素子が一斉に駆動するリレーアレイとなる。図４に
おいて、52は、分極反転させた LiNbO₃ 又は LiTaO₃ 等
の短冊形の単結晶板50A の片面に電極53を、他方の片面
に他の電極54を設けた、疑似バイモルフ圧電素子であ
る。

【００３８】そして、疑似バイモルフ圧電素子52の印加
した場合に弧形に撓む内側面の一部に、絶縁体層を形成
し、その絶縁体層の表面に負荷側リード線を接続する導
体層56を設け、その導体層56の先端表面に可動接点57を
設けている。

【００３９】そして、可動接点57とは反対側の疑似バイ
モルフ圧電素子52の端部を、平面視がコ形の合成樹脂等
よりなるホルダ39で挟持することで、疑似バイモルフ圧
電素子52を片持ち梁状に支持している。

【００４０】一方、ホルダ39のコ形の脚部の先端に、絶
縁板40を架橋しこの絶縁板40の可動接点57に対向する位
置に、固定接点41を取り付けている。また、電極53から
駆動リード線を引き出し駆動電源18に接続している。一
方、駆動スイッチ19の一方の端子を駆動電源18に接続す
るともに、他方の端子を疑似バイモルフ圧電素子52の他
方の電極54に、駆動リード線を介して接続している。

【００４１】したがって、駆動スイッチ19をオンにする
ことで、疑似バイモルフ圧電素子52が撓み、可動接点57
が固定接点41に接触する。また、駆動スイッチ19をオフ
にすると、疑似バイモルフ圧電素子52が復帰するので、
可動接点57と固定接点41との接続がオフとなる。

【００４２】なお、図６に疑似バイモルフ圧電素子に印
加する駆動電圧と、疑似バイモルフ圧電素子の変位量と
の関係を示す。図６は、板厚が0.2mm,長さが26mmの短冊
形のLiNbO₃板の特性を示す図で、直線Ｑ₁ は140 度回転
Ｙ板の特性を示し、直線Ｑ₂ は165 度回転Ｙ板の特性を
示す。

【００４３】図６で判るように、例えば 300Ｖの駆動電
圧を印加すると、165 度回転Ｙ板は約 120μm 変位し、
140 度回転Ｙ板は、約 250μm 変位する。一方、分極反
転させた単結晶板よりなる疑似バイモルフ圧電素子は、
ヒステリシスを持って変位することも、またクリープ現
象が発生することもない。

【００４４】したがって、オン・オフの信頼度が高い。
なお、疑似バイモルフ圧電素子52の電極53側の先端部
に、絶縁体を介して他の可動接点を搭載し、これに対応
して固定接点を接地することで、ブレーク接点としても
良い。

【００４５】図５は、分極反転させた単結晶板よりなる
疑似バイモルフ圧電素子の圧電リレーよりなる、リレー
アレイである。図５において、50は、分極反転させた L
iNbO₃ 又は LiTaO₃ 等の角形の単結晶板の片面にコモン
電極53-0を設けた疑似バイモルフ圧電板である。

【００４６】そして、疑似バイモルフ圧電板50の選択し
た一辺側から複数（図では３本）のスリット51を切り込
むことで、４枚の複数の片持ち梁状の疑似バイモルフ圧
電素子52-1,52-2,52-3,52-4 を櫛状に配列して設けてあ
る。

【００４７】また、それぞれの疑似バイモルフ圧電素子
52-1,52-2,52-3,52-4 の印加し得るにらうに、コモン電
極53-0の反対側面に、個別電極54-1,・・・を設けている。
そして、それぞれの個別電極の先端側の表面に絶縁体層
を形成し、その絶縁体層の表面に負荷側リード線を接続
する導体層を設けている。

【００４８】また、それぞれの導体層の先端表面に、そ
れぞれ可動接点57-1,・・・・57-4 を設けている。上述のよ
うな疑似バイモルフ圧電板50の根元部分を平面視がコ形
の合成樹脂等よりなるホルダ39で挟持することで、それ
ぞれの疑似バイモルフ圧電素子52-1，・・・・・52-4 に電圧
を印加した時に、先端側部即ち可動接点側が撓むように
疑似バイモルフ圧電板50を支持している。

【００４９】一方、ホルダ39のコ形の脚部の先端に、細
長い絶縁板40を架橋し、この絶縁板40のそれぞれの可動
接点57-1,・・・・・ 57-4 に対向する位置に、固定接点を取
り付けている。

【００５０】また、コモン電極53-0から駆動リード線を
引き出し駆動電源に接続している。一方、それぞれの疑
似バイモルフ圧電素子52-1,・・・・・・・52-4に対応して駆動
スイッチを設け、これらの一方の端子を駆動電源に接続
するともに、他方の端子を対応する疑似バイモルフ圧電
素子の個別電極54-1・・・・・ に、 それぞれ駆動リード線を
介して接続している。

【００５１】したがって、前述の選択した駆動スイッチ
をオンにすることで、対応するバイモルフ圧電素子が撓
み、その可動接点が対応する固定接点に接触する。ま
た、駆動スイッチをオフにすると、バイモルフ圧電素子
が復帰するので、可動接点と固定接点との接続がオフと
なる。

【００５２】一方、図示省略したが、表裏の両面にコモ
ン電極を有する角形の、分極反転させた単結晶板よりな
る疑似バイモルフ圧電板を、選択した一辺側から複数の
スリットを切り込むことで、櫛形に配列してなる複数の
片持ち梁状の疑似バイモルフ圧電素子を設ける。

【００５３】そして、それぞれの疑似バイモルフ圧電素
子の先端部に可動接点を設けるとともに、それぞれの可
動接点に対向して固定接点を配置する。また、一端が一
方のコモン電極に接続し、他端が駆動電源を介して他方
のコモン電極に接続した１個の駆動スイッチを設けた構
成とする。

【００５４】このようにすることで、総ての疑似バイモ
ルフ圧電素子が一斉に駆動するリレーアレイとなる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、並列した
それぞれのバイモルフ圧電素子，或いは疑似バイモルフ
圧電素子間隔が狭いので、リレーアレイの小形化が推進
されるという、実用上で優れた効果を有する。

【００５６】また、分極反転させた単結晶板を使用する
ことで、ヒステリシスを持って変位することも、またク
リープ現象が発生することもないので、オン・オフの信
頼度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１の発明の斜視図

【図２】 請求項１の発明の断面図

【図３】 請求項１の発明の平面図

【図４】 請求項３の発明の断面図

【図５】 請求項４の発明の一部破断平面図

【図６】 請求項３の発明の特性図

【図７】 従来の圧電リレーの断面図

【図８】 従来例の回路図

【符号の説明】

18 駆動電源 50 疑似バイモルフ圧電板 50A 単結晶板 10,32 バイモルフ圧電素子 33,53-0 コモン電極 53,54 電極 11A,11B,30A,30B 圧電セラミックス板 19,19-1,19-2,19-3,19-4 駆動スイッチ 16,37-1,37-2,37-3,37-4,57,57-1,57-4 可動接点 21,41,41-1,41-2,41-3,41-4 固定接点 34-1,34-2,34-3,34-4,54-1,54-2 個別電極 52,52-1,52-2,52-3,52-4 疑似バイモルフ圧電素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の圧電セラミックス板を貼着し片面
   にコモン電極（33)を有する角形のバイモルフ圧電板(3
   0)を、選択した一辺側から複数のスリット(31)を切り込
   むことで、櫛形に配列してなる複数の片持ち梁状のバイ
   モルフ圧電素子(32-1,32-2,・・・・ ) と、 それぞれの該バイモルフ圧電素子(32-1,32-2,・・・・)の他
   方の片面に形成した個別電極(34-1,34-2,・・・・)と、 それぞれの該バイモルフ圧電素子(32-1,32-2,・・・・)の先
   端部に設けた、可動接点(37-1,37-2,・・・・)と、 それぞれの該可動接点(37-1,37-2,・・・・)に対向して、配
   置した固定接点(41-1,41-2,・・・・)と、 一端がそれぞれの個別電極(34-1,34-2,・・・・)に接続し、
   他端が駆動電源(18)を介して該コモン電極(33)に接続す
   ることで、それぞれの該バイモルフ圧電素子(32-1,32-
   2,・・・・)を個別に駆動する駆動スイッチ(19-1,19-2,・・・
   ・)とを、備えたことを特徴とする圧電リレー。
2. 【請求項２】 ２枚の圧電セラミックス板を貼着し表裏
   の両面にコモン電極を有する角形のバイモルフ圧電板
   を、選択した一辺側から複数のスリットを切り込むこと
   で、櫛形に配列してなる複数の片持ち梁状のバイモルフ
   圧電素子と、 それぞれの該バイモルフ圧電素子の先端部に設けた可動
   接点と、 それぞれの該可動接点に対向して配置した固定接点と、 一端が一方の該コモン電極に接続し、他端が駆動電源を
   介して他方の該コモン電極に接続することで、複数の該
   バイモルフ圧電素子を一斉に駆動する一個の駆動スイッ
   チとを、備えたことを特徴とする圧電リレー。
3. 【請求項３】 分極反転させた短冊形の単結晶板の両面
   に、それぞれ電極(53,54) を設けた片持ち梁状の疑似バ
   イモルフ圧電素子(52)と、 該疑似バイモルフ圧電素子(52)の先端部に設けた可動接
   点(57)と、 該可動接点(57)に対向して配置した固定接点(41)と、 一端が一方の該電極(54)に接続し、他端が駆動電源(18)
   を介して他方の該電極(53)に接続された駆動スイッチ(1
   9)とを、備えたことを特徴とする圧電リレー。
4. 【請求項４】 片面にコモン電極(53-0)を有する角形
   の、分極反転させた単結晶板よりなる疑似バイモルフ圧
   電板(50)を、選択した一辺側から複数のスリット(51)を
   切り込むことで、 櫛形に配列してなる複数の片持ち梁状
   の疑似バイモルフ圧電素子(52-1,52-2,・・・・)と、 それぞれの該疑似バイモルフ圧電素子(52-1,52-2,・・・・)
   の他方の片面に形成した、個別電極54-1,54-2・・・・・と、 それぞれの該疑似バイモルフ圧電素子（52-1,52-2,・・・
   ・）の先端部に設けた、可動接点（57-1,57-2,・・・・）
   と、 それぞれの該可動接点（57-1,57-2,・・・・）に対向して配
   置した固定接点と、 一端がそれぞれの該個別電極（54-1,54-2,・・・・）に接続
   し、他端が駆動電源を介して該コモン電極（53-0）に接
   続することで、それぞれの該疑似バイモルフ圧電素子
   （52-1,52-2,・・・・）を個別に駆動する駆動スイッチと
   を、備えたことを特徴とする圧電リレー。
5. 【請求項５】 表裏の両面にコモン電極を有する角形
   の、分極反転させた単結晶板よりなる疑似バイモルフ圧
   電板を、選択した一辺側から複数のスリットを切り込む
   ことで、櫛形に配列してなる複数の片持ち梁状の疑似バ
   イモルフ圧電素子と、 それぞれの該疑似バイモルフ圧電素子の先端部に設けた
   可動接点と、 それぞれの該可動接点に対向して配置した固定接点と、 一端が一方の該コモン電極に接続し、他端が駆動電源を
   介して他方の該コモン電極に接続することで、複数の該
   疑似バイモルフ圧電素子を一斉に駆動する１個の駆動ス
   イッチとを、備えたことを特徴とする圧電リレー。