WO1982002282A1 - Piezo-electric relay - Google Patents

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WO1982002282A1
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piezoelectric
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Inventor
Electric Ind Co Ltd Matsushita
Original Assignee
Tanaka Fumio
Tani Kenroku
Mifune Hideo
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezo-electric relays

Definitions

  • This invention relates to a piezoelectric relay using a piezoelectric ceramic plate having a bimorph structure as a flexure element.
  • Figure 1 shows the basic structure and operating principle of the flexure element, which is the main element of the piezoelectric relay.
  • 1 and 1 / are piezoelectric ceramic plates.
  • a flexible element 2 ′ having a so-called pi-morph structure is formed by laminating two pieces.
  • This deflection element 2 has one end at the support 3 cantilever is supported by the shape D, o the piezoelectric ceramic plate 1 which has relay contacts 5 via the absolute ⁇ material 4 and the other end is provided, 1 / the Each of them is polarized, and when a voltage is applied to the input electrode leads 6, 6 ', the piezoelectric ceramic plates 1 , 17
  • the electric field applied to 15 is configured to be in the opposite direction. Therefore, when one piezoelectric ceramic plate 1 (or 1 / ) expands, the other piezoelectric ceramic plate 1 (or 1) contracts, and the bending element 2 is displaced as shown by the fracture.
  • the present invention provides a piezoelectric ceramic plate having a bimorph structure with a cantilever.
  • FIG. 1 is a diagram of the operating principle of a piezoelectric relay
  • Fig. 2 is a diagram of the operating principle of a piezoelectric relay according to one embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a diagram of the operating principle of another embodiment
  • Figs. FIG. 4 is a functional explanatory diagram of the embodiment shown in FIG. 3 o
  • One end of each of the first and second flexure elements is supported by a support section 12] in a cantilever shape.
  • the piezoelectric ceramic plate 1 1 a, 1 1 b and 1 1'a, 1 b are polarized respectively, the piezoelectric ceramic ⁇ 1 1 a when a voltage is applied, 1 1.
  • the electric field applied to I'b is configured to be in the opposite direction.
  • first, second flexure element 1 each of the first other end insulation members 1 3, 1 3 ', 1 3' via the first, second, third relay contact points 1 4 , 1, 14 'are provided on the same plane. Also,
  • first, second flexure element 1 1 , 1 1 / of 3 ⁇ 4 mating surface of the electrode (not shown) is connected to the input voltage ⁇ lead 1 5 as Ruru same potential]?
  • the first, second flexure element 1 1, 1 1 / is arranged to displacement of 'toward each other when a voltage is applied to the input electrode lead 1 5, 1 ⁇ , second at this time , the third relay contacts 1 4, 1 is in contact, throat D displacement even when the input voltage is not applied, first as in the state shown in FIG. 2, third relay contacts 1 4, 1 'if configured to contact the first, second, third relay contacts 1 4, 1 4' 4, yo 1 4 respectively connected to the output lead to '(not shown)! )
  • the relay output that is taken out will be ON between the second and third relay contacts 1 and 14 'when input is applied, and OFF between the first and third relay contacts 14 and 14'. 1)
  • the reverse operation can be realized when no input is applied, and a so-called switching operation can be performed.
  • the gap between the first and third relay contacts 14 and 14 'when no input is applied is the same as that between the second and third relay contacts 1''and1'.
  • the first and second bending elements 11 1 and 11 1 change in a direction approaching each other.
  • third relay contacts 1 4/1 4 ' is SeSSatoshi, the input electrode Li one de 1 5 on the opposite input electrodes!
  • the first and second flexure elements 11 and 1 are displaced away from each other, and the first and third relay contacts 14 and 14 'are displaced.
  • the switching operation of the circuit is reduced as the relay output in the piezoelectric relay whose voltage drive type and small driving power are severe. It can be implemented by drive input, and it is possible to achieve multiple functions by the polarity of the input electric field.] In addition, it can be provided at a low cost with a very simple configuration.

Description

明 細 書 発明の名称 '
圧電リ レー 技術分野
5 この発明はバイモル フ構造の圧電磁器板をたわみ素子と して 用いて る圧電リ レーに関するものである。 背景技術
第 1 図に圧電'リ レーの主 要素であるたわみ素子の基本構造 と動作原理を示す。 第 1 図において、 1 ， 1/は圧電磁器板であ
10 ] 、 2枚貼合せていわゆるパ イ モル フ構造のたわみ素子 2 'を構 成している。 このたわみ素子 2は支持部3でその一端が片持は D状に支持され、 他端には絶緣部材4を介してリ レー接点 5が 設けられている o 上記圧電磁器板1 ， 1/はそれぞれ分極され、 入力電極リー ド 6 ， 6'に電圧を印加した時に圧電磁器板 1 , 17
15 にかかる電界が反対方向と るよ うに構成されている。 従って —方の圧電磁器板 1 (または 1/) が伸びた時に他方の圧電磁器 板 1/( または 1 ) は縮み、 破鎳で示すようにたわみ素子2は変 位することにるる。
—般に、 たわみ素子は変位量が小さいために、 圧電リ レーを
20 構成するためには米国特許第 4 0 9 3 8 8 3号明細書に示され 善
るよ うに 2個使用し、 互いに反対方向に変位させることによ ]? 2倍の変位量にした状態で便甩される。 そして、 圧電リ レーの 機能としては入力印加時に OFF から ONに るか、 またはその 逆の動作だけであ ]?、 回路の切替動作のためには入力印加時に
25 OFFから ONに るものとその逆のものとを组合せて使用する '' 必要力 あった。
お、 切眷動作を可能にした公知の圧電リ レーと じては、 米 国'特許第 2 4 7 1 9 6 7号明細書及び米国特許第 2 83 5 7 6 1号 明細甞等のものがあるが、 これらは「てこ」の利用によ 動接
5 点のス ト ロークを大き く したものであ 、 構成が複錐と 、 また「てこ」の原理によ 接点の圧力が小さ くなる欠点を有し ていた。 さらに、 「てこ」の利用の ¾ 例と して米国特許第
2 1 6 6 7 6 3号明細誊ゃ米国特許第 2 1 8 2 3 4 0号明細書等で 示される圧電リ レーがあるが、 これらは対向接点が固定されて l O いるため、 小さ ス ト ロークを調整するための複雜 構成を必 要とした ]?、 駆動入力電界を大き く してス ト ロークを大き くす る必要があるという欠点を有していた。
発明の開示 '
そこでこの発明は、 バイモル フ構造の圧電磁器板を片持は
1 5 状に支持して る第 1 ， 第 2のたわみ素子、 及びそれぞれ電気 的に独立した第 1 ，第 2 ，第 3のリ レ一接点を有し、 上記第 1 , 第 2のたわみ素子に電界を印加した時に互いに反対方向に変位 を生じさせる構成と し、 上記リ レー接点のう ち、 上記第 1 ，第 2のリ レー接点は上記第 1 のたわみ素子の変位によ 同時に同 0 —平面上を同一方向に変位し、 かつ上記第 3のリ レー接点は上 記第 2のたわみ素子の変位によ J?上記第 1 ，第 2のリ レー接点 とは同一平面上で反対方向に変位する構成とするこ によ 、 「てこ」の原理を利用せずに、 しかも リ レー出力と して低^動 入力によ 回路の切眷動作を実現すると共に、 また入力電界の 5 極性によ ！）多 能化できる EE電リ レーをきわめて簡阜 構成で
ΟΛΊΡΙ もって提供 ようとするものである。
図面の簡単な説明 '
1 図は圧電リ レーの動作原理図、 第2図は本発明の一実施 例による圧電リ レーの動作原理図、 第 3図は他の実施例の動作 原理図、 第 4図 a ， bは第 3図に示す実施例め機能説明図であ る o
発明を実施するため'の最良の形態
第 2図に示す実施例を説明すると、 1 1 及び 1 1 /は 2枚の圧 電磁器板 1 1 a ， 1 1 及び 1 1 ， 1 l/bを貼合せて搆成さ れたいわゆるパイモル フ構造の第 1 ， 第2のたわみ素子で、 そ れぞれその一端が支持部 1 2によ ]3片持は ]?状に支持されてい る。 ここで、 圧電磁器板 1 1 a , 1 1 b及び 1 1'a , 1 bは それぞれ分極され、 電圧を印加した時に圧電磁器衩 1 1 a ， 1 1. b及び 1 l /a ， 1 "I'bにかかる電界が反対方向とるるよ うに構 成されているのはもちろんである。
上記第 1 ， 第2のたわみ素子 1 1 ， 1 の他端にはそれぞれ絶 縁部材 1 3 , 1 3'， 1 3 'を介して第 1 ， 第 2 , 第 3のリ レー接 点 1 4 ， 1 ， 1 4'が同一平面上に設けられている。 また、
1 5及び 1 5/は上記第 1 ， 第2のたわみ素子 1 1 ， 1 1/に正及 び負の電界を印加するための入力電極リー ドで、 第 1 ，第 2の たわみ素子 1 1 ， 1 1/の ¾合せ面の電極 （図示せず）が同電位 とるるように入力電箜リー ド 1 5に接続されて ]? 、 かつ第 1， 第 2のたわみ素子 1 1 ， 1 1/のそれぞれの両外側電¾ (図示せ ず） の全てが同電位と るよ うに結鎳されて入力電極リ一 ド
1 5/に接続されている o
- - U 今、 例えば入力電極リード 1 5 ， 1 ^に電圧を印加した時に 第 1 ，第 2のたわみ素子 1 1 ， 1 1 /は互いに接近する方向に変 位'するように配置し、 この時に第 2 , 第 3の リ レー接点 1 4 ， 1 が接触し、 入力電圧が印加され い時には変位がも ど D 、 第 2図に示す状態のように第 1 ， 第 3の リ レー接点 1 4 , 1 4' が接触するように構成すれば、 第 1 ，第 2 ，第 3のリ レー接点 1 4 , 1 4' , 1 4'にそれぞれ結線した出力リード（図示せず） よ！）取出される リ レー出力は入力印加時に第 2 ，第 3のリ レー 接点 1 ， 1 4'間が O N、 第 1 ， 第 3のリ レー接点 1 4 ， 1 4' 間が OF Fとな 1)、 入力印加の い時にその逆と る動作が実現 でき、 いわゆる切替動作をさせることができる。
さらに、 第 3図に示すよ うに入力印加の い時に第 1 ， 第 3 のリ レー接点 1 4 ， 1 4'間も第 2 , 第 3の リ レー接点 1 Α', 1 間と同様に空隙を設けて配置し、 例えば入力電柽リ一ド 1 5が 入力電極リー ド 1 に対し高い電圧に った時に第 1 ， 第 2の たわみ素子 1 1 ， 1 1 /が互いに接近する方向に変泣して第 2 , 第 3のリ レー接点 1 4/， 1 4'が接敏し、 反対に入力電極リ一ド 1 5が入力電極！ ード 1 ^に対し低い電圧に った時に第 1 ， 第 2のたわみ素子 1 1 , 1 が互 に遠ざかる方向に変位して 第 1 ， 第 3のリ レー接点 1 4 , 1 4·'が接 するよ うに構成すれ ば、 第 4図 aに示すよ うに入力電圧（ リード 1 5/ 対するリ一 ド 1 5の電圧）が切替った時に、 リ レー出力が箬 4図 bに示す. よ うに切替わ （第 1 ，第 3の リ レー接点 1 4 ， 1 4'間及び第
2 ， 第3のリ レ一接点 1 , 1 4'間の電圧を実籙と破線で示す） 入力電圧がある極性で ON- OF F した時には、 出力がそれに対 ϋ【く"ひ 0ΓΛΡΙ ―— — 一 一 5― - - 応する リ レー接点間で ON— O F F する動作を実現でき ることに な る。 産'業上の利用可能性
以上説明 したよ うにこの発明の圧電リ レーによれば、 電圧 動型で小駆動電力であることをその獰徵とする圧電リ レーにお いて、 リ レー出力と して回路の切替動作を低駆動入力によ 実 ¾することができ、 また入力電界の極性によ 多機能化を図る ことが可能とな ]?、 しかも きわめて簡単 構成によ 安価に提 供するこ とができるものである。
¾ U K ひ
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Claims

― ^ - 請 求 の 範 囲
1 . パイ モル フ構造の圧電磁器板を片持は 状に支翁してるる 第 1 ，第 2のたわみ素子とこの第 1 ， 第 2のたわみ素子の変位 によ ON， OF Fされるリ レー接点とからなる圧電リ レーにお いて、 それぞれ電気的に独立した第 1 ， 第 2 ，第 3のリ レー接 点を有し、 上記第 1 ， 第 2のたわみ素子に電界を印加した時に 互 に反対方向に変位を生じさせる構成とし、 上記リ レー接点 のうち、 第 1 ， 第 2のリ レー接点は上記第 1 のたわみ素子の変 位によ ]?同時に同一平面上を同一方向に変位し、 かつ上記第3 のリ レー接点は上記第 2のたわみ素子の変位によ 上記第 1 , 第 2のリ レー接点とは同一平面上で反対方向に変位する構成と したことを特徵とする E電リ.レー。
2 . 請求の範囲第 1 項に いて、 第1 ， 第 2のたわみ素子に電 界を印加した時に第 2 ，第 3のリ レー接点間を O N ， 第 1 ， 第 3のリ レー接点間を O F F と し、 かつ無電界印加時に第 1 ， 第 3のリ レー接点間を O N、 第 2 ，第 3の リ レー接点間を 0F F と るよ うにしたことを特徵とする圧電リ レー。
3 . 請求の範囲第 1 項において、 無電界印加時に全てのリ レー 接点をその間に空隙を設けて配置し、 第 1 ， 第 2のたわみ素子 が互 に接近する方向に変位した時に第 2 , 第 3のリ レー接点 間を O N、 第 1 ， 第 3の リ レー接点間を OF Fとし、 かつ上記第 1 ，第 2のたわみ素子が互いに遠ざかる方向に変位した時に第 1 ，第 3の リ レー接点間を O N、 第2 ， 第 3のリ レー接点間を OF Fと るよ うにしたことを特徵とする圧電リ レー。
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