JPH07114098B2 - 圧電継電器の変位拡大機構 - Google Patents

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開昭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斜視図、
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12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4mmのロの字形の枠
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り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層し積層方向す
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91を、また他端の駆動
点Ｄ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固定する。支持点Ｓと駆動点
Ｄとの中間で支持点Ｓ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Ｆ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Ｄまでの
距離の比による変位の拡大が生じる。支持ばね41,腕体4
2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
端部で近接し、圧電駆動体21の駆動軸にほぼ垂直に固定
される。腕体42の他端部に固定された駆動突起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器拡大機構は、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ことにある。

〔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4
1,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5
0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21
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は圧電駆動体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、また他
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の固着点を力端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、かつばね駆動
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22側の面は支持ば
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Ｆを押接する
剛体突起53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D2までの
距離との比率により、支持点S2,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。

腕体52の支持点S1,力点F1および駆動点D1の関係も同様
に拡大比率が計算される。腕体駆動部50がばね駆動部30
と相違する点は次段への駆動体である。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同一参照符号を
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,剛体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52
にほぼ平行に配置され、支持ばね61は支持ばね51と圧電
駆動子21の駆動軸を挾んで対抗して位置する。駆動点D4
となる剛体突起63は、剛体62の支持ばね61を固着した一
端（すなわち支持点S4）とは反対側の先端部に位置して
腕体52の力点F1を押圧する。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62,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、
31,41,51,61,71……支持ばね、32,42,52,62,72……腕
体、33……駆動ばね、40……駆動出力部、43……駆動突
起、50,60,70……腕体駆動部、53,63,73……剛体突起。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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
   複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。