JPH0646535B2 - 圧電駆動直流保持式継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は閉回路状態または開回路状態のいずれかにセッ
トされたとき、反対の状態にリセットされるまで、その
状態にとどまる形の保持式継電器に関するものである。

さらに明確にいえば、本発明は入力直流電位によって作
動され、かつ通常の電磁ソレノイド駆動要素の代わりに
圧電形駆動部材を用いる直流電流継電器に関するもので
ある。

（従来技術） 歴史的にいえば、継電器、特に電力定格継電器は、ある
回路に通る電流を通し始めるかまたは中断するかのいず
れかが望まれる切替え場所に用いられた。通常は、電磁
継電器がこの目的のために用いられ、その場合に小さな
作動信号電流を用いて電力定格継電器の接点を閉じる
か、または開いて、信号電流より大きな電流源からその
継電器の接点を通ってその継電器を介して、給電されて
いる回路に至る電流を制御していた。保持式継電器の場
合には、保持式継電器の接点は、それが閉回路状態また
は開回路状態のいずれかにセットされると、保持式継電
器の大電流定格接点をそれの反対の閉状態または開状態
に駆動するのに用いられる電磁ソレノイドを次に作動す
ることによって反対の状態にリセットされるまで、その
状態にとどまる。

圧電駆動要素を用いる継電器は、電磁ソレノイドによっ
て駆動されるものに対して幾つかの優れた点をもってい
る。普通には、圧電駆動継電器は、電磁継電器に比べて
必要とする電流が小さく、かつ消費電力が非常に小さ
い。そのほかに、圧電駆動式装置は、非常に質量の小さ
い構造になるので、用いる空間も少なくなり、かつ重量
も小さく、それにつれて作動時間が非常に短くなってい
る。従って、やはり消費電力が小さく、そのためより低
い温度で動作する小形で軽量な装置と共に用いて高速作
動継電器スイッチングが可能である。残念ながら、圧電
式に駆動される継電器、特に直流作動圧電式継電器を提
供する従来の試みによって得られた継電器の性能特性は
よくなかった。湾曲子形圧電直流駆動継電器の場合に
は、このやり方で実現された従来の装置は継電器の継続
利用期間にわたって蓄積されるクリープと温度の影響に
よる接触力、接点、分離、減極及び接触位置の不確かさ
との間のトレードオフに見出される厳しい性能上の制限
をもっている。

従来の圧電駆動継電器装置は、例えば1939年７月18日に
認可された米国特許第2,166,763号「圧電装置及び回
路」に記載されている。この装置においては、２枚の並
置された圧電板要素によって構成された圧電湾曲子形駆
動部材を備えた継電器装置が記載されており、その装置
への二つの入力単子間に電圧を加えると、一方の板要素
が長くなり、他方が短くなるように設計されている。結
果として、湾曲子形駆動部材は、バイメタル・サーモス
タットのように曲がって、固定接点と圧電板要素に取付
けられた可動接点とによって構成されるスイッチの接点
を閉じる。この構成においては、一方の圧電板要素は、
あらかじめ定められた極性の電界と同相の作動電圧を加
えられ、他方の圧電板要素は、そのあらかじめ定められ
た極性の電界と反対極性の作動信号をもっている。結果
として、この形式の素子については、加えられる位相の
異なる作動信号の減極効果のために、圧電板要素の一方
または両方のいずれかの長期減極が起こるであろう。同
じ好ましくない特性が以下の従来の圧電駆動湾曲子形ス
イッチまたは継電器装置に存在する。

すなわち1939年12月５日認可の米国特許第2,182,340号
「信号装置」、1950年６月４日認可の米国特許第2,203,
332号「圧電装置」、1940年12月31日認可の米国特許第
2,227,268号「圧電装置」、1944年12月26日認可の米国
特許第2,365,738号「継電器」、1955年８月２日認可の
米国特許第2,714,642号「電気機械式トランスジューサ
材料の高速度継電器」、1978年６月６日認可の米国特許
第4,093,883号「圧電マルチモルフ・スイッチ」、1983
年７月26日認可の米国特許第4,395,651号「圧電湾曲子
要素を用いる低エネルギー継電器」及び1983年９月６日
認可の米国特許第4,403,166号「反対位置に曲がるアイ
モルフを用いた圧電継電器」である。上記の既知の従来
の圧電式駆動継電器及びスイッチの欠点を克服するため
に、本発明は長期の使用期間にわたって継電器の継続的
動作の間に圧電板要素の減極または長期の変形（クリー
プという）が殆ど起こらないようになることを工夫し
た。

（発明が解決しようとする問題点） 従って本発明の主な目的は、少なくとも一つの湾曲子形
圧電駆動部材を備えた直流作動圧電板要素を用い、圧電
板要素に加わる作動信号が常に圧電板要素内にあらかじ
め恒久的に誘導されたあらかじめ定めた極性の電界と常
に同相になっている改良された信号励起回路と動作の方
法を含む型の新しい改良された直流保持式継電器を提供
することである。

本発明の目的は、上に挙げた特性を有し短い持続時間の
パルス状の直流充電信号を圧電板に加え、そのあとすぐ
に圧電板を放電させる手段を備え、それによって長期間
の継電器使用にわたって湾曲子形駆動部材を含む圧電板
の望ましくない長期変形が殆ど起こらないようにした直
流保持式継電器のための改良された回路と動作方法を提
供することである。

（問題点を解決するための手段と作用） 本発明を実施する場合には、提供される直流保持式継電
器は、１組の電気接点を備えた保持形スナップ動作スイ
ッチ機構を用いており、その電気接点は、スイッチ機構
の作動を開始する適当な押棒手段によってスイッチ機構
を継続的に作動させるとき、スナップ動作式に開状態ま
たは閉状態のいずれかに選択的に保持される。改良点
は、保持形スナップスイッチ機構で共通台部材に固着さ
れた一端と押棒手段に係合する残りの自由端とを備えた
少なくとも一つの電気的に作動される湾曲子形圧電駆動
部材を備えることを含んでいる。本発明はさらに湾曲子
形駆動部材に加えられ、各圧電板要素を圧電板要素内に
あらかじめ恒久的に誘導されたあらかじめ定めた極性の
電界と同相になっている直流荷電電界で選択的にかつ別
々に荷電する直流電気励起信号で継電器を選択的に作動
させ、それによって圧電板要素の減極が継電器の継続的
動作の間、事実上生じないようにした改良された方法と
手段を提供することである。

本発明の別の特徴は短時間のパルス状直流荷電電界をパ
ルス状直流荷電電界の極性があらかじめ定めた電界と同
時になるようにして加えて、圧電板要素の各々を選択的
かつ別々に荷電し、その後しばらくして圧電板要素を放
電させて、圧電板要素の望ましくない長期クリープまた
は変形が継電器の長期の使用期間にわたって事実上生じ
ないようにした方法と手段を提供することである。

本発明の好ましい実施例においては、スナップスイッチ
接点機構は、第１の方向における押棒手段の軸方向の運
動が開状態または閉状態のいずれかに継電器接点をスナ
ップ動作でセットさせ、押棒手段の反対向きの運動が継
電器接点を反対状態にスナップ動作でセットさせる。こ
の継電器は、少なくとも二つの湾曲子形圧電駆動部材を
備え、その部材の自由端は、押棒を別々に二つの方向の
いずれかに駆動する押棒手段の反対端に係合して、それ
によって継電器接点を開状態または閉状態のいずれかに
選択的にセットする。

この継電器の押棒は、それをプッシュプル式に作動でき
るように向かい合った両端を二つの湾曲子形圧電駆動部
材のそれぞれの部材に固着されてもよい。湾曲子形圧電
駆動部材は、普通のバイモルフ湾曲子であることが好ま
しく、その各々は反対方向にあらかじめ極性を定められ
ている二つの圧電板要素を備え、各板要素は、あらかじ
め定められた極性をもった電界と同相になっている直流
励起電界で選択的に荷電され、それによって圧電板要素
の減極が長期間の継電器動作にわたって事実状生じな
い。望むならば、複数組のバイモルフ湾曲子形圧電駆動
部材を機械的に相互結合してプッシュプル方式で押棒手
段を駆動することができる。この機械的結合は、連結棒
部材を介して達成されるか、またはその代わりに湾曲子
形圧電駆動部材は、複数の物理的に隣接した圧電板要素
によって構成され、その板要素のすべてが圧電板要素の
各々にあらかじめ恒久的に誘導されたあらかじめ定めた
極性の電界と同相になっている直流励起電界で電気的に
励起されるようになっていてもよい。

（実施例） 第１図は本発明に従って構成された直流保持形継電器の
１形式の平面図である。第１図及び第３図に最もよく見
られるように、改良形保持式継電器は、絶縁台部材13の
中に取付けられた組になった二つの離間した湾曲形駆動
部材11及び12によって構成されている。湾曲子形圧電駆
動部材11及び12の構成は、このあとで図面の第６図に関
連してさらに詳しく説明する。離間した湾曲子形圧電駆
動部材11と12の間には、１組の離間した垂直な絶縁脚14
及び15が絶縁台部材13に止めねじ16で固定されている。
離間した絶縁支持脚14及び15の間には、17で統括的に示
されたスナップスイッチ機構が物理的に配置されてい
る。

スナップスイッチ機構17は、二つ一組の離間して固定さ
れた継電器接点18A及び18Bによって構成され、それらの
接点は、電気的に互いに絶縁されている。この固定接点
18A及び18Bと共同作用するのは、図面の第４図に最もよ
く見られる導電性ばね枠部材21を介して電気的に相互接
続されている１組の離間した可動継電器接点19A及び19B
である。枠部材21は、外側が楕円形の枠部分21Aになっ
ていて、その中に内側の可撓性ばね脚部分21Bが横断し
て配置されている中央穴がある構成になっている。内側
可撓性ばね腕部分21Bは、その中央部分に蹄鉄形のくぼ
み21Hが形成されている。蹄鉄形くぼみ21Hの底は、直線
的に往復駆動する棒22の絶縁端部分22Aに係合し、駆動
棒22の反対の絶縁端22Bは、第３図に最もよく見られる
ようにバイモルフ湾曲子形駆動部材12によって係合され
ている。蹄鉄形くぼみ21Hの内側可撓性ばね腕部分21Bに
ついている開口は、押棒23の絶縁端23Aによって係合さ
れ、押棒23の反対側の自由端は湾曲子形圧電駆動部材11
によって係合されている。押棒22及び23は、軸方向に一
線に並んでおり、かつそれぞれの垂直な取付け脚15及び
14の上端にあって押棒が軸方向に動くことのできる軸方
向に一線に並んだ穴の中に支持されている。

１組の取付けブロック24及び25が垂直取付け脚15の外側
端へ止めねじ26によって押棒22を収容する穴の両側に固
着されている。ブロック24および25にはそれぞれに可動
接点ばね枠部材21の外側楕円形部分21Aまで伸びてそれ
に係合する突起24A及び25Aが形成されている。このよう
な構成になっているために、左側の押棒23が継電器接点
18A、19A及び18B、19Bが開回路状態にある第１図に示した
位置から軸方向に右に押されると、内側可撓性ばね腕部
分21Bは、第１図に示された位置から、継電器接点18A、1
9A及び18B、19Bが閉じている第２図に示した位置に急に
パチンと動かされる。このスナップ動作運動は、可撓性
ばね腕部分21Bの弾性ばね性と可動接点ばね枠部材21の
外側楕円形部分21Aの運動に逆らって突起24A及び25Aに
よって与えられる抵抗との結果として生ずる。この抵抗
と右に動かされたとき押棒23の絶縁端23Aによって内側
可撓ばね腕部分21の蹄鉄形くぼみ 21Hの開口部分に加わる圧力の結果として、中線位置を
通過したのちの可撓性ばね腕部分21は、可動接点ばね枠
部材21の端に固着された可動接点19A及び19Bが固定接点
18A及び18Bに閉じられている第２図に示した閉位置に直
ちにパチンと移動する。

第３図と関連して考えられる第１、２及び５図に最もよ
く示されているように、固定接点18A及び18Bは、絶縁垂
直脚14に止めねじ32によって固着されている絶縁ブロッ
ク部材29及び31に取付けられているそれぞれのブスバー
27及び28に固着されている。それぞれのブスバー27及び
28は導電性であって、それらがそれぞれ接続されている
固定継電器接点18A及び18Bへの導電性の高い電流経路を
与える。このために、ブスバー27及び28の各々は、スナ
ップ動作可動接点ばね枠部材21の高さより下に伸びてい
る。第３図の28に最もよく示されているように、ブスバ
ー27及び28は、さらに止めねじ34によって垂直な絶縁脚
15に固着された追加の絶縁支持部材33によって物理的に
支持され、かつ、支持部材33にはブスバー27及び28が止
めねじ36で固着されている。両ブスバーの下端は、ブス
バーの本体に直角に伸びて耳を形成するように曲げられ
て、その耳にねじ蓋35が継電器装置へ入力リードを接続
するために螺着される。

第６図は第１〜５図に従って構成された新しい改良形直
流保持式継電器の略機能図であり、動作そして特に継電
器装置の励起の新規な方法を説明するのに有用である。
第６図において、圧電湾曲子形駆動部材は、台部材13に
取付けられたスナップ動作接点スイッチ機構17と共に11
及び12に示されている。本発明の好ましい実施例におい
ては、バイモルフ湾曲子形圧電駆動要素が用いられる
が、この発明をこのあとでわかるようにユニモルフ、マ
ルチモルフまたは多重層圧電湾曲子形駆動部材及び多重
離間湾曲子でさえ実施できる。

バイモルフは、ニューヨーク・ロンドアイランドのバー
ニトロン・コーポレーション(Vernidtron Corporation)
を含む多数の部品製造業者によって製作されて売られて
いる市販の湾曲子形圧電部材である。

湾曲子形圧電駆動部材の構成と動作をさらに詳細に説明
するためにIEEEトランザクションズ・オン・オーディオ
・アンド・エレクトロ・アコースティックス(The IEEE
Transactions on Audio and Electro Acoustics)、AU-1
9巻、第３号、1971年３月、６〜12頁にあるカーメン・
ピー・ジャーマノ(Carmen P.Germano)著の「曲げモード
圧電トランスジューサ」という題名の論文を参照する。
しかし簡単にいえば、曲げモード（湾曲子形）圧電トラ
ンスジューサは、多年の間知られており、非常に多くの
用途に用いられて好結果を得ていたということができ
る。これはそのようなトランスジューサが低い機械的イ
ンピーダンス源から高い出力電圧を発生できること、ま
たは逆に低いレベルの電気的励起で大きな変位を発生さ
せることができることによるものである。これらの装置
は、運動の機械的拡大を構成上達成できる反対の原理に
よって作用する１対の適当に向きを揃えた圧電板を用い
ることによって動作する。これらの圧電板要素は、適当
な多結晶セラミック、例えばチタン酸バリウム、ジルコ
イン酸鉛などで作ることもできるし、または自然に存在
する圧電材料、例えば水晶もしくはロッシェル塩または
リン酸２水素化アンモニウムなどの材料で作ることもで
きるであろう。圧電気性質を示す他の既知材料も使用で
きるであろう。

第６図において、それぞれの湾曲子形圧電駆動部材11及
び12の各々は、上述したような適当な圧電性物質で作ら
れた２枚の圧電板要素41及び42が中間の導電性板、箔ま
たは被膜と共に一体のサンドイッチ状の構造に重ね合わ
されているバイモルフ湾曲子形駆動部材から成ってい
る。このように構造された一体形構造は、スナップ動作
接点スイッチ機構17から間隔を離して、かつ二つの自由
端を押棒22及び23の自由端に隣接させて係合させて台部
材13に結合される。この時点で、それ以前にしてなけれ
ば、圧電板要素41及び42を黒くした矢印44によって示さ
れている極性をもつ極性決め電界で既知の方法であらか
じめ極性を定める。圧電板要素をあらかじめ極性づける
ことは、この技術ではよく知られた現象であって、圧電
板要素の圧電気性質を誘発するのに役立つ。従来の圧電
駆動湾曲子形継電器では、継続使用によって減極が生
じ、それによってこのあらかじめ極性づけられた電界が
衰え、使用中の継電器の信頼性をなくする。

圧電板要素の減極から生ずる望ましくない効果を克服す
るために、本発明は、圧電板要素41及び42を圧電板要素
の長期間の減極が生じないような方法で電気的に励起す
る新しい改良された方法と手段を提供する。これが本発
明において達成される方法は、あらかじめ誘導されたあ
らかじめ極性を定める電界（黒い矢印44によって示され
ている）と常に同相になっている入力励起信号（灰色の
矢印45によってしめされている）を圧電板部材41及び42
に加える新規な励起回路を湾曲子形駆動部材の各板要素
に設けることによっている。

第６図に示した特定の励起回路は例えば、圧電板要素41
へパルス状直流電気信号を加える働きをする46に略図で
示されたパルス作動スイッチを備えている。直流電位
は、ダイオード47と48及びフィルタコンデンサ49によっ
て構成され、交流の適当な源から給電される整流回路網
から引出されて負荷／放電抵抗50を介して圧電板要素41
へ加えられる。負荷／放電抵抗50は、導体51を経て圧電
板要素41の左側表面に形成された端子を介して圧電板要
素41を横切り、中央導体板43を通り、かつ戻り導体52を
通って接続されている。同様にして、圧電駆動部材11及
び12の各々にある圧電板要素42は、ダイオード整流器54
及び55ならびにフィルタコンデンサ56によって構成さ
れ、普通の交流電流供給装置から給電される直流源から
のパルス動作スイッチ53を介して励起信号電界を供給さ
れる。もちろん、パルス状直流励起電界をスイッチ46及
び43を介して与えられるために他の直流電源、例えば電
池、を用いることが可能である。パルススイッチ53を介
して供給される直流電界は、負荷／放電抵抗57の両端に
現れ、導体58を介して湾曲子形駆動部材11及び12の各々
にある圧電板要素42へそれぞれ導体58を介して加えられ
る。また、この電界は、圧電板要素42の右側表面に形成
された入力端子を介して圧電板要素を横切り、中央導電
板43及び戻り導体52を経て加えられる。両方の励起回路
において、パルス状直流励起信号電界は、矢印45及び44
によってそれぞれ示されたあらかじめ加えられたあらか
じめ極性を定められた電界と同相になることがわかるで
あろう。

スイッチ46、53は、手動操作スイッチとして略図として
示されているが、それらのスイッチは、オペレータ（図
示なし）によって制御される適当なパルスタイミング回
路による制御のもとに固体スイッチで実現されてもよ
い。

動作について説明すると、直流保持式継電器を第１図に
示したその開回路状態から第２図に示した閉回路状態に
切替えることが望まれていると仮定する。これを達成す
るためには、駆動棒22及び23によって構成された駆動棒
手段を第１図に示した位置から第２図に示した位置へと
右へ動かす必要がある。この目的のために、湾曲子形圧
電駆動部材11及び12を励起してそれらの部材に第６図の
実線で示した中立のすなわち励起されていない中央位置
から、59にある仮想線でしめした位置へ右へ曲がらせる
ようにしなければならない。これを行うために、パルス
作動スイッチ53が短時間の間閉じられ、それによってバ
イモルフ湾曲子形圧電駆動部材11及び12の各々にある圧
電板要素42の両端にパルス状直流励起信号電界を加え
る。あらかじめ決められた極性の電界と同相になってい
る直流励起信号電界を加えることによって、圧電板要素
42の結晶構造の再配向が、バイモルフ駆動部材11及び12
の曲がりが59に示された仮想位置に右へ起こるような具
合に生ずるであろう。この位置に移るときに、駆動部材
11は、押棒23、22を右へ押して、継電器接点が第１図に
示したそれらの開回路状態から第２図に示した閉回路状
態にスナップ動作で切替わる結果を生ずる。スイッチン
グ動作は、開回路状態から閉回路状態へ動くのに有限の
時間を必要するスナップ動作スイッチ機構17の設計に主
に起因して１秒以下の程度であると見積られる。そのあ
とで、スイッチ53を自動的に開くことによって、高抵抗
負荷／ドレン抵抗57が圧電板要素42から励起電界電荷を
排出させることができて、この動作は、継電器接点を第
２図に示した閉じた状態に保持されたままにし、その状
態では、継電器接点は、それらが第１図に示した開状態
に切替えられるまでそのままでいる。

直流保持式継電器をその開回路状態に切替えて戻すため
には、パルス作動スイッチ46は閉じられてそれによって
パルス状直流励起信号を湾曲子形駆動部材11及び12の各
々の圧電板要素41に加える。ここで再び、加えられた励
起信号電界が矢印45及び44によって示されたあらかじめ
定めた極性の電界と同相になる。結果として、湾曲子形
駆動部材11及び12は実線で示されたそれらの垂直な中
立、すなわち励起されていない位置から60に仮想線で示
された左へ曲げられる。これはバイモルフ駆動部材12を
押棒22の端に係合させ、それを左へ押してスナップ動作
接点スイッチ機構17を第２図に示した閉じた状態から第
１図に示した開いた状態に切替えさせる。

この説明におけるこの時点で、パルス状直流励起回路が
湾曲子形駆動部材11及び12の各々の圧電板部材41及び42
に加わる励起電界が常に圧電板部材41及び42にあらかじ
め加えられた極性決め電界と同一位相であることを特に
留意すべきである。従って、直流保持式継電器の作動
中、加えられた起動信号電界は、常にあらかじめ極性を
さだめる電界と同相であるので、長期間の減極効果の機
会はない。これは、バイモルフ湾曲子内の２枚の板の一
方に二つの方向のどちらかに加わった信号電界が、その
装置が動作するためのあらかじめ定めた極性の電界と位
相が異なっていた従来の湾曲子形圧電駆動継電器と対照
的である。結果として、ある期間の使用後、減極が起こ
ってそのような装置が使用上信頼できなくなる。

構成と動作の前述の説明から、本発明が二つの湾曲子形
圧電駆動部材を用い、その部材の各々が３端子装置とし
て動作するように相互接続された介在導電板をもった２
枚の圧電板要素によって構成されている。各駆動部材の
圧電板要素は、常にそれらのあらかじめ定められた極性
の電界と同じ極性の直流励起パルスで常に駆動され、１
対の継電器接点を閉じて、外部回路を完成するか、また
は１対の継電器接点を用いて外部回路を開くかのいずれ
かのため、材料の絶縁破壊を起こすまでの任意の大きさ
の信号で駆動され得る。従って、継電器接点の開閉は、
湾曲子形駆動部材の異なる組の圧電板を圧電板要素にあ
らかじめ加えられたあらかじめ定まった極性の電界と同
相の直流励起信号電界で常に励起することによって達成
される。湾曲子形駆動部材の２枚の駆動板要素は、供給
される直流励起信号の極性がそのあらかじめ定めた極性
の電界と同相であるときのみ所望の方向に運動すること
ができるように極性を決められているので、圧電セラミ
ック板要素の減極の機会はない。

任意の所定の時点では、各湾曲子形駆動部材の一つの圧
電板要素しか励起されないが、一方の圧電板要素が起動
されて他方がされないので、やはり曲がりがバイメタル
・サーモスタットと同様にして生ずる。駆動された板が
長さ方向に収縮しようとするために、また、駆動された
板が固着された介在導電板４３と一緒に駆動されない板
によって拘束されるために、第６図に示されるように、
曲り変位が生じる。逆に、第２の板、即ち、反対の板が
駆動されると、反対方向に同じ程度の曲り変位が生じ
る。

本発明による新規な直流保持式継電器のもう一つの考慮
すべき利点は、長期間の使用後、湾曲子形圧電駆動部材
の一方または他方向への永続する望ましくない変形をも
たらすクリープを除去することである。この現象は、二
つの状態のうちの一方（すなわち開状態または閉状態）
に装置を保持するに必要な静的直流励起電界によって作
動される従来の圧電セラミック駆動継電器装置について
観測された。本発明の場合には、圧電板要素の励起は、
短時間の間だけしか必要でない。これは、スナップ動作
接触スイッチ機構17の一部分を含む継電器接点18A、19A
及び18B、19Bのスナップ動作閉鎖（または開放）によっ
て可能にされる。従って、装置が閉鎖モードまたは開放
モードのいずれで駆動されていようとも、各圧電板要素
に加えられる起動直流励起信号がスナッフ動作接触スイ
ッチ機構17をトリップするのを確実にするだけに充分な
長さのパルス状の極めて短い持続時間のものであるの
で、圧電板要素のどれもの連続した（静的）直流励起が
必要でない。これはほんの１秒以下しか必要でなく、そ
の後直流励起信号電界を自動的に取除くことができ、そ
して事実取除かれる。これは、本発明の第１〜６図の実
施例において、例えばスイッチ46及び53のパルス状動作
性質と高抵抗の負荷／ドレン抵抗50及び57の接地によっ
て達成される。直流励起信号のパルス状の性質は、圧電
板要素41、42を極く短い持続時間の電気的に誘起された
応力にさらす。スナップ動作スイッチ機構17をその反対
の状態に切替えたのち、これらの応力を圧電板要素41及
び42に蓄積された電荷に対して高抵抗の放電経路を与え
る抵抗50及び57を通して放電することによって自動的に
緩和する。

第７図は、スナップ動作接点スイッチ機構17の押棒22及
び23の端が糊付け、ねじ取付けまたは他の同様な取付け
手段によってそれぞれの湾曲子形圧電駆動部材12及び11
の自由端に固定されている第６図に示した新規な直流保
持式継電器の変形の略機能図である。この手段によっ
て、スナップ動作接点スイッチ機構のプッシュプル二重
動作スイッチングが達成され、それによって継電器装置
が閉じられるか開かれるかどうかに関係なく、より大き
な切替え力を達成する。次に、このより大きな切替え力
を与えた寸法の湾曲子形駆動部材に対してより大きな電
力定格をもつより大きなスナップ動作接触スイッチ機構
を作動させるのに転換することができる。別のやり方と
して、同じ寸法と定格の湾曲子形駆動部材の場合、湾曲
子形圧電駆動部材11又は12の一方だけがスナップ動作接
点スイッチ機構17を閉状態または開状態のいずれかから
反対状態に切替えるのに有効である第１〜６図の装置で
達成されるものより速いスイッチング動作の応答時間を
得ることができる。

第８図は、本発明のなお別の代わりの実施例の略機能図
である。第８図においては、１組の二つの湾曲子形圧電
駆動部材11及び11′が結合棒61によって相互接続され
て、駆動部材11′の押棒23がスナップ動作接点スイッチ
機構の一方の側に接続された状態になっている。スナッ
プ動作スイッチ機構の反対側には、同様に１組の二つの
湾曲子形駆動部材12及び12′が連結棒62によって相互接
続されてスナップ動作スイッチ機構の押棒22が駆動部材
12の一方の面に接続された状態になっている。このよう
にして、第７図に示した構成で達成されたものより大き
な切換え力を達成できる。この構成において、第７図に
示したものと同様に、２組の湾曲子形駆動部材11、11′
及び12、12′をスナップ動作接点スイッチ機構17の押棒2
2及び23と相互接続して、オンまたはオフの一方の状態
から他方の状態へ切替える間、押す力と引く力の両方を
与えるようにすることによって押す力をさらに大きくす
ることができる。

第９図は、本発明のなおもう一つの実施例の略機能図で
あって、多層湾曲子形圧電駆動部材63及び64がスナップ
動作接触スイッチ機構17に対する切替え力を大きくする
ために用いられている。多層湾曲子形駆動部材63は、図
面の第６図を参照して前に説明したと同じ構成の３組の
バイモルフ湾曲子形圧電駆動部材によって構成され、そ
の構成においては、隣接組11、11′及び11″が一つの組
を他の組から電気的に絶縁する介在絶縁層すなわち被膜
65と共に互いにぴったり付けて並置されている。湾曲子
形圧電駆動部材のこのような隣接組の数を２、３または
任意の数に実際の限度まで一緒に配列できることは明ら
かであろう。実際的な限度は、湾曲子形駆動部材が一つ
加わることによって実行的に大きくなる曲げ力が追加の
組の費用が曲げ力のどんな微小な増加をも相殺する点ま
で減少する場合に課される。寸法及び空間の制限もまた
実際の限度の決定に考慮する。

多層駆動部材６４は同様にして第６図に説明したものと
同様な１組の三つの並置された湾曲子形圧電駆動部材1
2、12′及び12″から成り介在絶縁層または被膜65によっ
て互いに電気的に絶縁されている。スナップ動作接点ス
イッチ機構17の一部分を含む押棒23は、多層駆動部材63
の３番目の駆動部材11″の一部分を含む圧電板要素42の
内側面に固着され、押棒22は多層駆動部材64の中のバイ
モルフ駆動部材12の一部分を含む圧電板要素41の内側面
に固着されている。

第９図の構成に示された二つの多層駆動部材の電気的励
起は、高抵抗値の負荷／放電抵抗器50の両端にかかる適
当な直流源に接続されると共に、多層湾曲子駆動部材63
及び64の中で用いられる圧電板要素41の全てに並列に接
続されたパルス動作スイッチ46を介して達成される。同
様に、パルス動作スイッチ53が負荷／放電抵抗器57の両
端にまたがる直流源と導体67との間に多層湾曲子形駆動
部材63及び64の各々にある圧電板要素42のすべてに並列
に接続されている。

動作について説明すると、第９図に示した多層湾曲子形
駆動保持式継電器は、第６図に関して説明したものと同
様にして働くが、相互作用する湾曲子形駆動部材の組が
多数あるので、切替え力が大きくなり、それによってよ
り強力で物理的に大きなスナップ動作接触スイッチ機構
17を駆動できる。動作時に、隣接湾曲子形駆動部材11、1
1′などの各々の組の間の絶縁被膜65は、隣接駆動部材
間の電気的相互作用を防止する。同様にして、高抵抗値
抵抗器50及び57は、多層直流保持式継電器の各パルス作
動の中間でそれぞれの圧電板要素41及び42に蓄積された
電荷を放電する役をするであろう。また、第６図におけ
ると同様に、それぞれの圧電板要素41及び42に加わる励
起信号電位の極性は、これらの要素にあらかじめ加えら
れたあらかじめ定められた極性の電界と同相なので、圧
電板要素の長期減極が起こらない。さらに、保持式継電
器をその動作状態の一方から他方へ切替えるのに必要な
直流励起信号がパルス的性質なので、長期のクリープま
たは変形が長期の使用にわたって生ずることがない。

第10〜14図は本発明に従って構成された直流保持式継電
器の別の実施例を示しており、それはデザイン構成がい
くらか異なっているが、その他の点では第１〜６図に関
して図示して説明した本発明の実施例に用いられたすべ
ての要素を含んでいる。このために、幾つかの図の各々
における同様な部分は同じ参照文字で表されており、全
く同様にして機能する。

第10〜14図に示した本発明の実施例と第１〜６図に関し
て図示して説明した実施例との間の最も顕著な相違は、
第10及び12図に最もよく示されており、その図において
は、電流供給ブスバー27及び28の耳すなわち曲がった端
に固着されたねじ蓋35がスナップ動作接点スイッチ機構
17の本体の両側に外方に伸びていることがわかるであろ
う。この目的のために、電流供給ブスバー27及び28の各
々に対してそれぞれ絶縁取付けブロック29及び31がスナ
ップ動作スイッチ機構17の各々の側に外方に延長して伸
ばされている。延長された取付けブロック29及び31は、
絶縁性の垂直な脚部材14に止めねじ32によって、それぞ
れの電流供給ブスバー27及び28の物理的、かつ電気的に
接続されている固定継電器接点18A及び18Bが可動接点19
A及び19Bに向かい合って配置されるようにして固着され
ている。この構成によって、作業者が入力供給導体63を
接続するためにねじキャップ接続子35に近付くのを非常
に容易にする。これは第４図に最もよく示されているよ
うにねじキャップ接続子35へ電流供給導体68を接続させ
るために作業者がスナッフ動作スイッチ機構17の下に手
を伸ばす必要がある第１〜６図の構成と対照的である。

（発明の効果） 本発明は、住宅向け、商業及び工業用の配電及び制御装
置を用いるための新規な改良された圧電駆動直流保持式
継電器を提供する。この改良された継電器は、従来の電
磁駆動直流継電器より優れた若干の潜在的利点を与える
圧電駆動要素を用いている。この改良された装置は、概
して必要な電流が小さく、電力消費が非常に少ない。結
果として、発生する熱損失が著しく低くて、運転経費が
安い。なお、この改良された装置は、質量の小さな構造
を利用できるようにし、このことが、作動時間を非常に
短くして取付けに必要なスペースが電磁気的な同様なも
のの場合より小さい。なお、この装置は、初期構成費用
が少ない。

以上の説明から、本発明は継電器駆動部材として圧電湾
曲子形板要素を用いる形の新規な改良された直流作動保
持式継電器を提出することがわかるであろう。本発明
は、圧電湾曲子形板要素に加わる作動直流信号が常に圧
電板要素内にあらかじめ恒久的に誘導されたあらかじめ
極性を定める電界と同相である改良された回路と励起の
方法を提供する。さらに、上述の方法で構成された直流
保持式継電器は、短い持続時間のパルス状直流スイッチ
ング信号で作動され、各圧電板部材に蓄積した電荷を抜
取って各パルス化した作動の間に自動的に放電させる。
従って、湾曲子形駆動部材で用いられる圧電板要素の望
ましくない長期の変形（そり）が継電器の長期の使用期
間にわたって生じない。

本発明に従って構成された新規な改良された圧電駆動直
流保持式継電器の幾つかの実施例を説明したが、この発
明の他の改変形及び変形を上述の教えを考えて当業者に
思い付くことは明らかと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成され開位置に示された圧電
駆動直流保持式継電器の平面図。 第２図は第１図と同様であるが、閉位置にある継電器を
示した部分平面図。 第３図は第１図のジグザグ断面線３−３を通って描いた
垂直断面図。 第４図は第３図のジグザグ断面線４−４に沿って描いた
部分縦断面図。 第５図は第３図のジグザグ断面線５−５に沿って描いた
部分縦断面図。 第６図は本継電器に用いられる圧電湾曲子形駆動部材を
充電する新規な方法を示す独特の信号励起回路と共に示
した第１図の直流保持式継電器の部分略図。 第７図はより大きな切替え力を得るのに使用できる機械
的相互接続を示す本発明の直流保持式継電器のもう一つ
の実施例の改変略図。 第８図は多数の圧電湾曲子形駆動部材の追加の機会的相
互接続を用いて追加の切替え力を得ることのできる本発
明の異なる実施例をなお示す改変略図。 第９図は多層湾曲子形駆動部材を用いる本発明の実施例
のなおもう一つの改変略図。 第10図はこの継電器の一部分を含むスナップ動作スイッ
チ機構でその機構の両側から伸びる電気的接続子を有す
るものを用いる本発明に従って構成された直流保持式継
電器の改変形をスナップ動作継電器接点が開位置に示さ
れている平面図。 第11図は第10図と同様であるがスナップ動作接点が閉位
置に示されている部分平面図。 第12図は第10図のジグザグ断面線12-12に沿って描いた
一部分立面図の縦断面図。 第13図は第10図のジグザグ断面線13-13に沿って描いた
部分縦立面図。 第14図は第10図のジグザグ断面線14-14に沿って描いた
縦断面図である。 符号の説明 11,12……湾曲子形圧電駆動部材 13……台部材、14,15……脚 17……スナップ動作接点スイッチ機構 22,23……押棒、27,28……ブスバー 41,42……圧電板要素 43……中央導体板 50,57……負荷／放電抵抗 52……戻り導体 63,64……多層湾曲子形圧電駆動部材 65……絶縁被膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の電気的に作動される湾曲子形圧電駆
   動部材と、逐次的な作動によりスナップ動作により開あ
   るいは閉状態にとどまるように選択的に保持される一組
   の電気接点を有する保持型スナップ動作スイッチ機構
   と、スナップ動作スイッチ機構を作動させるとともに一
   対の湾曲子形圧電駆動部材の自由端によって係合される
   ことにより湾曲子形圧電駆動部材の曲りが選択的にスナ
   ップ動作スイッチ機構を動作させる押棒部材と、圧電板
   素子に前もって永久的に誘導されるあらかじめ極性を定
   める電界と常に位相が同じである直流励起電界でそれぞ
   れの圧電板素子を選択的にそれぞれに励起させるために
   湾曲子形圧電駆動部材に接続された選択動作直流励起回
   路手段とを組み合せとして含み、実質的に圧電板素子の
   減極が継電器の逐次的動作中に起こらず、スナップ動作
   スイッチ機構は押棒部材の第１の方向の軸運動が開ある
   いは閉状態に継電器接点をスナップ動作によって設定す
   るとともに押棒部材の逆方向運動が反対の状態に継電器
   接点をスナップ動作によって設定する型であり、湾曲子
   形圧電駆動部材の自由端は２つの方向の何れかに押棒部
   材をそれぞれに駆動するために押棒部材の反対端に係合
   することにより開あるいは閉位置に継電器を選択的に設
   定する構成を有することを特徴とする圧電駆動直流保持
   式継電器。
2. 【請求項２】選択動作直流励起回路手段は短い時限のパ
   ルス直流励起電界を選択的に各圧電板素子のそれぞれに
   加えてスナップ動作スイッチ機構によって継電器接点の
   スナップ動作によるスイッチ動作を開始させるとともに
   引き続いて自動的に１つの動作状態から他の動作状態へ
   の継電器のスイッチ動作の後に電気的に充電された圧電
   板素子を電気的に放電させる構成の特許請求の範囲第１
   項記載の圧電駆動直流保持式継電器。
3. 【請求項３】押棒部材は２つの湾曲子形圧電駆動部材の
   それぞれの１つに固定された他端を有することによって
   プッシュプル式に動作させられ、湾曲子形圧電駆動部材
   はそれぞれあらかじめ極性を定められた電界と同じ位相
   の直流励起電界により選択的に励起される圧電板素子に
   より反対方向にあらかじめ極性を定められた２つの圧電
   板素子を有する２素子湾曲子形圧電駆動部材であり、そ
   れによって圧電板素子の減極が長期間の継電器動作にお
   いて実質的に生じない特許請求の範囲第１項記載の圧電
   駆動直流保持式継電器。
4. 【請求項４】選択動作直流励起回路手段は短い時限のパ
   ルス直流励起電界を選択的に各圧電板素子のそれぞれに
   加えてスナップ動作スイッチ機構によって継電器接点の
   スナップ動作によるスイッチ動作を開始させるとともに
   引き続いて自動的に１つの動作状態から他の動作状態へ
   の継電器のスイッチ動作の後に電気的に充電された圧電
   板素子を電気的に放電させ、それによって湾曲子形圧電
   駆動部材の望ましくない長期間の変形が長期間の継電器
   の使用において実質的に生じない特許請求の範囲第３項
   記載の圧電駆動直流保持式継電器。
5. 【請求項５】湾曲子形圧電駆動部材はプッシュプル式に
   押棒部材を駆動するために機械的に相互に結合された複
   数組のバイモルフ湾曲子形圧電駆動部材である特許請求
   の範囲第３項記載の圧電駆動直流保持式継電器。
6. 【請求項６】選択動作直流励起回路手段は短い時限のパ
   ルス直流励起電界を選択的に各圧電板素子のそれぞれに
   加えてスナップ動作スイッチ機構によって継電器接点の
   スナップ動作によるスイッチ動作を開始させるとともに
   引き続いて自動的に１つの動作状態から他の動作状態へ
   の継電器のスイッチ動作の後に電気的に充電された圧電
   板素子を電気的に放電させ、それによって湾曲子形圧電
   駆動部材の望ましくない長期間の変形が長期間の継電器
   の使用において実質的に生じない特許請求の範囲第５項
   記載の圧電駆動直流保持式継電器。
7. 【請求項７】電気作動湾曲子形圧電駆動部材はあらかじ
   め永久的に圧電板素子に誘導さらたあらかじめ極性を定
   められた電界と同じ位相である直流励起信号電界により
   それぞれ電気的に励起される複数の物理的に隣接した圧
   電板素子によって構成された多層の湾曲子形圧電駆動部
   材である特許請求の範囲第１項記載の圧電駆動直流保持
   式継電器。
8. 【請求項８】選択動作直流励起回路手段は短い時限のパ
   ルス直流励起電界を選択的に各圧電板素子のそれぞれに
   加えてスナップ動作スイッチ機構によって継電器接点の
   スナップ動作によるスイッチ動作を開始させるとともに
   引き続いて自動的に１つの動作状態から他の動作状態へ
   の継電器のスイッチ動作の後に電気的に充電された圧電
   板素子を電気的に放電させ、それによって湾曲子形圧電
   駆動部材の望ましくない長期間の変形が長期間の継電器
   の使用において実質的に生じない特許請求の範囲第７項
   記載の圧電駆動直流保持式継電器。
9. 【請求項９】スナップ動作スイッチ機構は押棒部材の第
   １の方向の軸運動が開あるいは閉状態に継電器接点をス
   ナップ動作によって設定するとともに押棒部材の逆方向
   運動が反対の状態に継電器接点をスナップ動作によって
   設定する型であり、継電器は開あるいは閉状態に継電器
   を選択的に設定するために２つの方向の何れかに押棒部
   材をそれぞれ駆動するため押棒部材の他端と係合する自
   由端を有した少なくとも２つの多層湾曲子形圧電駆動部
   材を含む特許請求の範囲第７項記載の圧電駆動直流保持
   式継電器。
10. 【請求項１０】選択動作直流励起回路手段は短い時限の
    パルス直流励起電界を選択的に各圧電板素子のそれぞれ
    に加えてスナップ動作スイッチ機構によって継電器接点
    のスナップ動作によるスイッチ動作を開始させるととも
    に引き続いて自動的に１つの動作状態から他の動作状態
    への継電器のスイッチ動作の後に電気的に充電された圧
    電板素子を電気的に放電させ、それによって湾曲子形圧
    電駆動部材の望ましくない長期間の変形が長期間の継電
    器の使用において実質的に生じない特許請求の範囲第９
    項記載の圧電駆動直流保持式継電器。
11. 【請求項１１】押棒部材は２つの多層湾曲子形圧電駆動
    部材のそれぞれの１つに固定された他端を有することに
    よってプッシュプル式に動作させられ、多層湾曲子形圧
    電駆動部材は電気的に他から絶縁されそれぞれあらかじ
    め極性を定められた電界と同じ位相の直流励起電界によ
    り選択的に励起される圧電板素子により反対方向にあら
    かじめ極性を定められた２つの圧電板素子を有する並置
    された多重２素子湾曲子形圧電駆動部材であり、それに
    よって圧電板素子の減極が長期間の継電器動作において
    実質的に生じない特許請求の範囲第９項記載の圧電駆動
    直流保持式継電器。