JP2008091204A - リレー - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現することができるリレーを提供する。
【解決手段】第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２と、固定接点Ｆ１，Ｆ２同士の間を電気的に断続する可動接点Ｍと、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータＡを備え、固定接点Ｆ１，Ｆ２側の固定部位であるケース底部１ａと可動接点Ｍの間に電歪アクチュエータＡを介装し、電歪アクチュエータＡが、各固定接点Ｆ１，Ｆ２に対して可動接点Ｍを接触離間動作させる駆動源であるリレーＲ１とすることで、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号に応じて電気回路を電気的に断続するのに用いられるリレーに関するものである。

従来におけるリレーの代表的なものとしては、機械式リレーが挙げられる。機械式リレーは、機械的な接点機構とリレーコイルを備え、リレーコイルにより生じた電磁力によって接点機構の可動部を動作させて、電気回路を電気的に断続するようにしたいわゆる電磁継電器である。

ところが、上記したような従来の機械式リレーは、リレーコイルを用いていたため、その製造に人手を要する工程があり、これにより製造コストや製造時間が余計にかかると共に、小型化が困難であるといった問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、リレーコイルに代えて電歪アクチュエータを採用することにより、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現することができるリレーを提供することを目的としている。

本発明のリレーは、請求項１として、複数の固定接点と、固定接点同士の間を電気的に断続する可動接点と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、固定接点側の固定部位と可動接点の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、各固定接点に対して可動接点を接触離間動作させる駆動源である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明のリレーは、請求項２として、各固定接点から可動接点が離間している状態において、可動接点と接触する接地端子を備えていることを特徴とし、請求項３として、絶縁部材により一体化された複数の可動接点と、可動接点同士の間を電気的に断続する固定接点と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、固定接点と可動接点の絶縁部材の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、固定接点に対して各可動接点を接触離間動作させる駆動源であることを特徴とし、請求項４として、電歪アクチュエータが、弾性高分子材料として誘電性エラストマーを用いたものであることを特徴としている。

電歪アクチュエータは、いわゆる人工筋肉（ＥＰＡＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ）と呼ばれるもので、誘電性エラストマー、高分子ゲル、イオン導電性高分子及び導電性高分子などの種類が知られているが、とくに上記請求項４で採用した誘電性エラストマーは、それ以外のもののように水分を必要とせず、動作環境に制約が無いうえに、応答速度、伸縮率、材料コスト、耐久性及び駆動力などの面で優れている。

この電歪アクチュエータは、スピンコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法及びスプレー法などの従来既知の方法に基いて弾性高分子材料の膜を形成し、その高分子膜の両面に、フォトリソグラフィなどにより膜状や線状等の適宜形状の柔軟な電極を形成したものである。そして、両電極に電圧を印加すると、厚さを減少させ且つ面積を拡大する状態に変形し、電圧の印加を停止すれば元の形状に戻り、この反復動作により機械的な駆動力を生じる。さらに、電圧の増減により変形量が変わるので、簡単な電圧制御によって駆動量や駆動力を容易に調整することが可能である。

本発明の請求項１のリレーによれば、従来の機械式リレーで用いていたリレーコイルに代えて電歪アクチュエータを採用したことから、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現することができ、このほが、リレーコイルの廃止により、応答時間の短縮や消費電流の節減を実現し、しかも、高磁場の影響を受け難いので高磁場環境下での使用も可能であるなどの利点がある。

本発明の請求項２のリレーによれば、オフ状態において可動接点と接触する接地端子を採用したことから、反復動作に伴って可動接点に蓄電された静電気を放電させることができ、動作の信頼性の向上や高周波特性の向上を図ることができる。

本発明の請求項３のリレーによれば、従来の機械式リレーで用いていたリレーコイルに代えて電歪アクチュエータを採用したことから、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現することができ、このほが、リレーコイルの廃止により、応答時間の短縮や消費電流の節減を実現し、しかも、高磁場の影響を受け難いので高磁場環境下での使用も可能であるなどの利点がある。

本発明の請求項４のリレーによれば、弾性高分子材料として誘電性エラストマーを用いたことから、動作環境に制約を受けることなく様々な電気回路に適用することができ、汎用性に優れたリレーを提供することができる。

図１及び図２は、本発明に係わるリレーの一実施例を説明する図である。

図１に示すリレーＲ１は、ケース１の底部１ａに、複数の固定接点すなわち第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２を備えると共に、同ケース１内に、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２同士の間を電気的に断続する可動接点Ｍと、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータＡを備えている。

第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２は、ケース１の外部となる部分に接続端子２，２を夫々備え、図示しない電気回路に接続される。可動接点Ｍは、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２間に掛け渡す状態に配置され、その両端部下面が第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２の上面に対向している。

電歪アクチュエータＡは、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２に対して可動接点Ｍを同時に接触離間動作させる駆動源であって、弾性高分子材料として誘電性エラストマーを用いると共に、その高分子膜の両面（上下面）に適宜形状の電極を形成したものであり、固定接点側の固定部位であるケース１の底部１ａと可動接点Ｍの中央部下面との間に介装してある。ここで、ケース１の底部１ａ及び可動接点Ｍと電歪アクチュエータＡとの接合においては、電歪アクチュエータＡの変形を妨げないように、弾性に富む接着剤などを用いるのが望ましい。

また、図示のリレーＲ１は、上記構成に加えて、ケース１内に、電歪アクチュエータＡに電圧を印加するための電源供給部３と、可動接点Ｋの両端部上面に対向する接地端子４を備えている。

電源供給部３は、電歪アクチュエータＡに接続する配線５を有し、この際、電歪アクチュエータＡには高い駆動電圧が要求されるので、昇圧用の電圧変換チップを備えたものとすることができる。さらに、接地端子４は、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２から可動接点Ｍが離間している状態において、可動接点Ｍと接触するように配置してある。

上記構成を備えたリレーＲ１は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加していないオフ状態では、図１に示すように、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２と可動接点Ｍが離間し、可動接点Ｍが接地端子４に接触している。この状態では、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２に接続した図外の電気回路を電気的に遮断する。

そして、上記リレーＲ１は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、図２に示すように、同電歪アクチュエータＡが厚さを減少させ且つ面積を広げる状態に変形し、この変形とともに可動接点Ｍが下降して第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２に接触する。これにより、当該リレーＲ１はオン状態となり、第１及び第２の固定接点Ｆ１，Ｆ２に接続した図外の電気回路を電気的に接続する。

このように、上記のリレーＲ１は、リレーコイルを用いた従来の機械式リレーと比較すると、リレーコイルの廃止及び電歪アクチュエータＡの採用により、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現し得るものとなる。また、リレーコイルの廃止により、応答時間の短縮を実現し得ると共に、消費電流を例えば１０分の１以下に節減することが可能であり、さらには、高磁場の影響を受け難いので高磁場環境下での使用も充分に可能である。

さらに、上記のリレーＲ１は、オフ状態において可動接点Ｍと接触する接地端子４を備えているので、オン・オフの反復動作に伴って可動接点Ｍに蓄電された静電気を放電させることができる。また、上記のリレーＲ１は、電歪アクチュエータＡにおいて弾性高分子材料として誘電性エラストマーを用いているので、応答速度、伸縮率、材料コスト、耐久性、駆動力及び汎用性などの面で非常に優れたものとなる。

なお、上記の実施例のリレーのように、電気回路に接続する複数の接点を固定接点とすれば、接続部分の構造を簡単化にし得ると共に、接続作業などにも容易に対処し得るものとなる。

図３及び図４は、本発明に係わるリレーの他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１に示すリレーＲ２は、ケース１内に、絶縁部材６により一体化された複数の可動接点すなわち第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２と、第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２同士の間を電気的に断続する固定接点Ｆと、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータＡと、電歪アクチュエータＡに電圧を印加するための電源供給部３を備えている。

そして、上記リレーＲ２は、固定接点Ｆと第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２の絶縁部材６の間に電歪アクチュエータＡを介装しており、電歪アクチュエータＡが、固定接点Ｆに対して第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２を同時に接触離間動作させる駆動源となっている。

上記のリレーＲ２は、先の実施例（図１及び図２参照）のリレーでは、複数の固定接点と可動接点を備えていたのに対して、固定接点と可動接点が逆の関係になり、固定接点と複数の可動接点を備えたものとなっている。

すなわち、上記のリレーＲ２は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加していないオフ状態では、図３に示すように、第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２と固定接点Ｆが離間している。この状態では、第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２に接続した図外の電気回路を電気的に遮断する。

そして、上記リレーＲ１は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、図４に示すように、同電歪アクチュエータＡが厚さを減少させ且つ面積を広げる状態に変形し、この変形とともに第１及び第２の固定接点Ｍが絶縁部材６とともに下降して固定接点Ｆの両端部に同時に接触する。これにより、当該リレーＲ２はオン状態となり、第１及び第２の可動接点Ｍ１，Ｍ２に接続した図外の電気回路を電気的に接続する。

上記のリレーＲ２は、従来の機械式リレーと比較すると、先の実施例と同様に、製造コストの低減、製造時間の短縮及び小型化などを実現し、さらに、応答時間の短縮や消費電流の節減を実現すると共に、高磁場環境下での使用も充分に可能である。

なお、本発明のリレーは、その構成の細部が上記各実施例に限定されるものではなく、各構成部位の形状や材料を変更したり、電気回路に接続する複数の固定接点又は可動接点の数や配置を変更したりすることができる。

また、電歪アクチュエータＡの向きによっては、電圧の印加の有無に対して可動接点の接触離間動作を上記各実施例とは逆にすることも可能であることから、これに応じて電歪アクチュエータＡの取り付け位置なども適宜選択することができる。

本発明に係わるリレーの一実施例を説明するオフ状態の正面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。 図１に示すリレーのオン状態の正面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。 本発明に係わるリレーの他の実施例を説明するオフ状態の正面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。 図３に示すリレーのオン状態の正面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。

符号の説明

Ａ 電歪アクチュエータ
Ｆ 固定接点
Ｆ１ Ｆ２ 固定接点
Ｍ 可動接点
Ｍ１ Ｍ２ 可動接点
４ 接地端子
６ 絶縁部材

Claims (4)

1. 複数の固定接点と、固定接点同士の間を電気的に断続する可動接点と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、固定接点側の固定部位と可動接点の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、各固定接点に対して可動接点を接触離間動作させる駆動源であることを特徴とするリレー。
2. 各固定接点から可動接点が離間している状態において、可動接点と接触する接地端子を備えていることを特徴とする請求項１に記載のリレー。
3. 絶縁部材により一体化された複数の可動接点と、可動接点同士の間を電気的に断続する固定接点と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、固定接点と可動接点の絶縁部材の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、固定接点に対して各可動接点を接触離間動作させる駆動源であることを特徴とするリレー。
4. 電歪アクチュエータが、弾性高分子材料として誘電性エラストマーを用いたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリレー。

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