JPS617530A - Piezoelectric relay - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電圧の印加により歪みを発生する圧電圧素子
を用いた圧電リレーに関し、さらに詳しくは、複数個の
圧電素子を積層して縦方向束を増大させる積層型圧電、
駆動体を機械的歪みの発生源とする圧電リレーに関する
。この圧電リレーは電気回路接点の開閉に利用される。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric relay using a piezoelectric element that generates distortion when a voltage is applied. Laminated piezoelectric to increase directional flux,
This invention relates to a piezoelectric relay that uses a driving body as a source of mechanical strain. This piezoelectric relay is used to open and close electrical circuit contacts.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電リレーとして従来から、例えば特願昭５８−４９８
６２および４９８６３のものが提案されているがその構
造斜視図を第６図に示す。Conventionally, piezoelectric relays have been used, for example, in Japanese Patent Application No. 58-498.
62 and 49863 have been proposed, and their structural perspective views are shown in FIG.

第６図において圧電駆動体１）には複数個の圧電素子が
積層され内臓されており、端子１６ａおよび１６ｂに電
圧を印加する。ことによって図の矢印の方向に機械的な
歪みが発生し、これが一端を固定された可動体１２にた
わみを与え、電気接点１７と１８が閉接する。In FIG. 6, a piezoelectric drive body 1) includes a plurality of laminated piezoelectric elements and applies a voltage to terminals 16a and 16b. This causes a mechanical strain in the direction of the arrow in the figure, which gives deflection to the movable body 12, one end of which is fixed, and the electrical contacts 17 and 18 are brought into close contact.

この歪み量を拡大する手段として、圧電駆動体１）を杉
数の圧電素子の積層構造のものとしている。As a means of increasing the amount of strain, the piezoelectric drive body 1) has a laminated structure of a number of piezoelectric elements.

しかし、このような構成の圧電リレーでは圧電駆動体の
熱膨張係数は一般にＩ　Ｘ　１０−’／　℃程度であり
、圧電駆動体とともに圧電リレーとして組み込まれるり
ん青銅その他の金属材料の熱膨張係数と比較すると１桁
はど小さい。そのため周囲温度Ｔが、Ｔ＝Ｔ、からＴ　
＝Ｔ　＋に上昇すると第６図（ａ）および（ｂｌに示す
ように、金属材料である連結部１２ａの長さβはδ、だ
け熱膨張し、それに対して圧電駆動体１）の熱膨張係数
は１桁はど小さいため、図に示すｇＩ′およびｇ２の空
隙が生ずる。However, in a piezoelectric relay with such a configuration, the thermal expansion coefficient of the piezoelectric driver is generally about I x 10-'/°C, which is different from the thermal expansion coefficient of phosphor bronze or other metal material incorporated into the piezoelectric relay together with the piezoelectric driver. One digit is small in comparison. Therefore, the ambient temperature T changes from T=T, to T
= T Since the coefficient is one order of magnitude smaller, gaps gI' and g2 shown in the figure are generated.

このように従来例構造の圧電リレーでは、周囲温度の変
化によるこの空隙の大きさが大きくなって、圧電駆動体
に電圧を印加することによって生ずる圧電効果による歪
み量に等しいかそれ以上となると、スイッチング機能が
発揮できなくなる欠点があった。As described above, in the piezoelectric relay having the conventional structure, when the size of this gap increases due to a change in the ambient temperature and becomes equal to or larger than the amount of distortion due to the piezoelectric effect caused by applying a voltage to the piezoelectric driver, There was a drawback that the switching function could not be achieved.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は環境温度の変化によって生ずる構成部材の熱変
形によっても正常に作動する圧電リレーを提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric relay that operates normally even when a component is thermally deformed due to changes in environmental temperature.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、圧電素子が複数個積層された圧電駆動体と、
この圧電駆動体を支持し、その機械的歪みに従って変位
する可動部分と、この可動部に固着された電気接点とを
備えた圧電リレーにおいて、上記圧電駆動体と上記可動
部分との間に、上記圧電駆動体および上記可動部分の熱
膨張変形により生じる変位量を補正する温度補正部材が
嵌着されたことを特徴とする。The present invention provides a piezoelectric drive body in which a plurality of piezoelectric elements are stacked;
In the piezoelectric relay, the piezoelectric relay includes a movable part that supports the piezoelectric drive body and is displaced according to its mechanical strain, and an electric contact fixed to the movable part, in which the piezoelectric drive body and the movable part are provided with the It is characterized in that a temperature correction member is fitted to correct the amount of displacement caused by thermal expansion and deformation of the piezoelectric drive body and the movable portion.

なお、温度補正部材は、機械歪みを発生する方向に対す
る圧電駆動体、可動部分および温度補正部材の長さを、
それぞれ７！１、β２およびβ３、また線熱膨張係数を
それぞれα１、α２およびα３とするとき α３　＞　（Ｎｚ　α２　　ｐ、　α＋）／ｆｆ３の関
係を満足する熱膨張特性と寸法を有することが好ましい
。In addition, the length of the piezoelectric drive body, the movable part, and the temperature compensation member in the direction in which mechanical distortion occurs is determined by the temperature compensation member.
7!1, β2 and β3, respectively, and preferably have thermal expansion characteristics and dimensions that satisfy the relationship α3 > (Nz α2 p, α+)/ff3, where the linear thermal expansion coefficients are α1, α2 and α3, respectively. .

〔作用〕[Effect]

複数個の圧電素子の電界によって発生する機械的歪みを
累積した変位量が、圧電駆動体および可動体の熱膨張変
形によって打消されないような熱膨張特性と寸法を有す
る温度補正部材を備えているので、その周囲温度に影響
されずに圧電リレーを作動することができる。The temperature compensation member has thermal expansion characteristics and dimensions such that the cumulative displacement amount of mechanical strain caused by the electric field of a plurality of piezoelectric elements is not canceled by thermal expansion deformation of the piezoelectric drive body and the movable body. , the piezoelectric relay can operate without being affected by its ambient temperature.

〔実施例〕〔Example〕

本発明による第一実施例を第１図に示す。 A first embodiment according to the present invention is shown in FIG.

本実施例では第１図Ｔａ）およびＴｂｌに示すように、
複数個の圧電素子が積層され圧電駆動体１）があり、こ
の圧電駆動体１）を支持し、その機械的歪みに従って変
位する河動部分１２は、直結部１２ａ、剛体部１２ｂ、
可動接点部１２ｃを含み、弾性部１４および駆動子１５
を備える。可動接点部１２ｃには、固定接点１８と対向
するように可動接点１７が設けられている。In this example, as shown in Fig. 1 Ta) and Tbl,
There is a piezoelectric drive body 1) in which a plurality of piezoelectric elements are stacked, and a river portion 12 that supports the piezoelectric drive body 1) and is displaced according to its mechanical strain includes a direct connection portion 12a, a rigid body portion 12b,
Including the movable contact part 12c, the elastic part 14 and the driver 15
Equipped with A movable contact 17 is provided in the movable contact portion 12c so as to face the fixed contact 18.

圧電駆動体１）への電圧は端子１６ａおよび１６ｂから
印加される。本発明の特徴とするところは、温度補正部
材２１が、図示されるように圧電駆動体１）と剛体部１
２ｂの間に、嵌着されたところにある。Voltage to the piezoelectric driver 1) is applied from terminals 16a and 16b. The feature of the present invention is that the temperature correction member 21 is connected to the piezoelectric drive body 1) and the rigid body part 1 as shown in the figure.
It is located between 2b and 2b.

第１図（ａ）は、圧電リレーの周囲温度がＴｏであり、
図（ｂ）は、その周囲温度がＴ、である場合を示してい
る。In FIG. 1(a), the ambient temperature of the piezoelectric relay is To,
Figure (b) shows the case where the ambient temperature is T.

この両図において、圧電駆動体１）、直結部１２ａ、温
度補正部材２１の熱膨張係数をそれぞれα１、αｚ１α
３、長さをそれぞれＮ、　、Ｊ、　、７！、、Ｔ＝Ｔ、
のときの伸びをそれぞれδ３、δ２、δ３と表すと、次
式が成立する。In both figures, the thermal expansion coefficients of the piezoelectric drive body 1), the direct connection part 12a, and the temperature correction member 21 are α1 and αz1α, respectively.
3. The lengths are N, , J, , 7! ,,T=T,
If the elongations at the time of .delta.3, .delta.2, and .delta.3 are respectively expressed, the following equation holds true.

δ１−β１　α＋　　（Ｔ　ＩＴ　ｏ　）　　　−一−
−−（１）δ２−β２αｚ　　（Ｔ　＋　　Ｔ　ｏ　）
　　　−’−−−−ｆ２１δ、−ｌ、α３　　（Ｔ＋　
　Ｔｏ　）　　　・−−−−−−（３１［１）式、（２
）式で表わされる圧電駆動体および直結部の伸びの差異
δ２−δ１が、（３）式で表わされる温度補正部材の伸
びδ３に等しくなれば、温度補正されたことになる。δ1−β1 α+ (T ITo ) −1−
--(1) δ2-β2αz (T + T o )
-'----f21δ, -l, α3 (T+
To) ・------(31 [1) formula, (2
) If the difference in elongation δ2 - δ1 between the piezoelectric drive body and the direct connection portion expressed by the equation (3) becomes equal to the elongation δ3 of the temperature correction member expressed by the equation (3), temperature correction has been performed.

したがって、次式がその限界条件となる。Therefore, the following equation becomes the limiting condition.

δ３≧６２−δ＋　　　　　　　　　−−−−−（４１
（１）、（２）、（３）式を（４）式に代入すれば７！
３α３≧１２α２　　ｊ！Ｉ　α１．　・−−−−−（
５］ゆえに α３≧（β２α２−β１αＩ）／β３　・−・（６）す
なわち（６）式を満足するような温度係数を持つ例えば
マンガン、モリブデンを微量に含む鉄ニツケル合金など
の材料を用いれば周囲温度が上昇しても、固定部と駆動
子の間などに空隙は生ぜず、常温と同様に安定した動作
を行う圧電型接点リレーを実現できる。δ3≧62−δ+ −−−−−(41
Substituting equations (1), (2), and (3) into equation (4) yields 7!
3α3≧12α2 j! I α1.・------(
5] Therefore, α3≧(β2α2−β1αI)/β3 ・−・(6) In other words, if a material such as an iron-nickel alloy containing trace amounts of manganese and molybdenum is used, the temperature coefficient of the surrounding Even when the temperature rises, no air gap is created between the fixed part and the driver, making it possible to realize a piezoelectric contact relay that operates as stably as at room temperature.

この圧電リレーのスイッチング動作は第２図に示すよう
に行われる。第２図＋ａ＋は圧電駆動体１）の端子１６
ａおよび１６ｂに電圧が・印加されていないので、可動
接点１２ｃは、可動接点１７を固定接点１８より引き離
して解放位置をとっている。The switching operation of this piezoelectric relay is performed as shown in FIG. Figure 2 +a+ is the terminal 16 of the piezoelectric drive body 1)
Since no voltage is applied to a and 16b, the movable contact 12c is in the open position, separating the movable contact 17 from the fixed contact 18.

端子１６ａ　ｋよび１）３ｂに電圧を印加すると第１図
（ｂ）のように圧電駆動体１）が矢印の方向に伸張する
。When a voltage is applied to the terminals 16a-k and 1)3b, the piezoelectric drive body 1) expands in the direction of the arrow as shown in FIG. 1(b).

この歪みにより駆動子１５は左方に、剛体部１２ｂは右
方に押し出されるが、駆動子１５はその突起点Ｐによっ
て固定部１３と接触し、かつ弾性部１４によってその水
平方向の長さを制限されている。一方間体部１２ｂの左
端面と固定部１３との間隔は、弾性部１４と直結部１２
ａとによって制限されているので、上記の圧電駆動体１
）の変位量は、弾性部１４の固定部１３との接合点Ｏを
中心しとて、可動接点部１２ｃの右端Ｑを時計方向に回
転させることによって逃がすことになる。これにより可
動接点１７は固定接点と接ｉする。Due to this distortion, the driver element 15 is pushed to the left and the rigid body part 12b is pushed to the right. However, the driver element 15 comes into contact with the fixed part 13 by its protruding point P, and its horizontal length is pushed out by the elastic part 14. Limited. On the other hand, the distance between the left end surface of the interbody part 12b and the fixed part 13 is the same as that between the elastic part 14 and the direct connection part 12.
Since the above piezoelectric drive body 1 is limited by
) is released by rotating the right end Q of the movable contact portion 12c clockwise about the junction O of the elastic portion 14 with the fixed portion 13. This causes the movable contact 17 to come into contact with the fixed contact.

第２図（Ｃ）はこの幾何的関係を示す図である。FIG. 2(C) is a diagram showing this geometric relationship.

第３図に本発明の第二実施例構造を示す。本実施例では
、温度補正部材２１を固定部１３に設けられた孔１３′
に挿入し、その端面を固着したものである。FIG. 3 shows the structure of a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the temperature correction member 21 is inserted into the hole 13' provided in the fixing part 13.
The end surface is fixed.

第４図に本発明の第三実施例構造を示す。本実施例では
、複数の弾性体１４ａ　、１４ｂおよび１４ｃを用いて
可動接点１７の動きの方向を、圧電駆動体１）の変位方
向と、はぼ平行にした例である。FIG. 4 shows the structure of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of elastic bodies 14a, 14b, and 14c are used to make the direction of movement of the movable contact 17 almost parallel to the displacement direction of the piezoelectric drive body 1).

ここで用いた鉄ニツケル合金について付記すると、バイ
メタルとして使用されている金属の膨張率の大きい側の
金属であって、線膨張係数は約３０ＸＩＯ−’／”Ｃで
あるマンガン、モリブデンまたはクロムの含有量によっ
て、特性の適した材料を選ぶことができる。An additional note about the iron-nickel alloy used here is that it is a metal with a higher expansion coefficient than the metal used as a bimetal, and contains manganese, molybdenum, or chromium with a linear expansion coefficient of approximately 30XIO-'/''C. Depending on the quantity, materials with suitable properties can be selected.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、以上説明したように、圧電駆動体および機械
的歪みの拡大機構部分の持つ熱膨張係数の差異を補正す
るように、選定された熱膨張係数を持つ材料を、圧電駆
動体と直列に組み込むことにより、周囲温度が上昇して
も常温と同様に安定した動′作を行う圧電リレーを提供
することができる。As explained above, in order to correct the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric drive body and the mechanical strain expansion mechanism, the present invention connects a material having a selected coefficient of thermal expansion to the piezoelectric drive body in series with the piezoelectric drive body. By incorporating this into a piezoelectric relay, it is possible to provide a piezoelectric relay that operates stably in the same manner as at room temperature even when the ambient temperature rises.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の第一実施例の構造図で、（ａ）は周囲
温度がＴｏのときの、また（ｂｌは周囲温度がＴ。 のときの図。、− 第２図は圧電リレーの動作説明図で、（ａ）は解放時、
（ｂ）は付勢時、（Ｃ）は接点の変位量を示す図。 第３図は本発明の第二実施例の構造図で、＋ａｌは周囲
温度がＴ。のときの、また（ｂｌは周囲温度がＴ１のと
きの図。 第４図は本発明の第三実施例の構造図で、周囲温度はＴ
１のときの図。 第５図は従来例の構造斜視図。 第６図は圧電リレーの周囲温度の変化による熱膨張状態
を示す図で、（ａ）は周囲温度がＴ。のときの、また（
ｂ）は周囲温度がＴ、のときの図。 １）・・−圧電駆動体、１２ａ・・・直結部、１２ｂ・
・・一体部、１’２ｃ・・・可動接点部、１３・・・固
定部、１３′・・・孔、１４．１４ａ　、　１４ｂ　、
　１４ｃｍ・−弾性部、１５・・・駆動子、１６ａ、１
６ｂ・・・端子、１７・・・可動接点、１８・・・固定
接点、２１・・・温度補正部材、２５．２６・・・支持
部、β１、β２．１３・・・圧電駆動体、可動部および
温度補正部材の長さ、α１、α２、α３・・・上記それ
ぞれの熱膨張係数、δ１、β２、δ３・・・上記それぞ
れの熱変形による変位量。 代理人　　弁理士　井　出　直　孝　　　；兇　１　図
゛ 第　３　囲 ？１ｉ５４　　ロFig. 1 is a structural diagram of the first embodiment of the present invention, (a) is a diagram when the ambient temperature is To, and (bl is a diagram when the ambient temperature is T.), - Fig. 2 is a diagram of the piezoelectric relay. In the operation explanatory diagram, (a) is when released;
(B) is a diagram showing the amount of displacement of the contact when energized, and (C) is a diagram showing the amount of displacement of the contact. FIG. 3 is a structural diagram of a second embodiment of the present invention, where +al is the ambient temperature T. (bl is the diagram when the ambient temperature is T1. Figure 4 is a structural diagram of the third embodiment of the present invention, and the ambient temperature is T1.
Diagram at 1. FIG. 5 is a structural perspective view of a conventional example. FIG. 6 is a diagram showing the state of thermal expansion of a piezoelectric relay due to changes in ambient temperature, where (a) the ambient temperature is T. When, again (
b) is a diagram when the ambient temperature is T. 1)...-piezoelectric drive body, 12a... direct connection part, 12b...
... Integral part, 1'2c... Movable contact part, 13... Fixed part, 13'... Hole, 14.14a, 14b,
14cm - elastic part, 15...driver, 16a, 1
6b...Terminal, 17...Movable contact, 18...Fixed contact, 21...Temperature correction member, 25.26...Support part, β1, β2.13...Piezoelectric drive body, movable and the length of the temperature correction member, α1, α2, α3...the coefficient of thermal expansion of each of the above, δ1, β2, δ3...the amount of displacement due to thermal deformation of each of the above. Agent: Naotaka Ide, Patent Attorney; Figure 1: Box 3? 1i54 b

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）圧電素子が複数個積層された圧電駆動体と、この
圧電駆動体を支持し、その機械的歪みに従って変位する
可動部分と、 この可動部に固着された電気接点と を備えた圧電リレーにおいて 上記圧電駆動体と上記可動部分との間に、上記圧電駆動
体および上記可動部の熱膨張変形により生じる変位量を
補正する温度補正部材が嵌着されたことを特徴とする圧
電リレー。(1) A piezoelectric relay that includes a piezoelectric drive body in which a plurality of piezoelectric elements are laminated, a movable part that supports this piezoelectric drive body and is displaced according to its mechanical strain, and an electric contact fixed to this movable part. A piezoelectric relay, characterized in that a temperature correction member is fitted between the piezoelectric driver and the movable portion to correct an amount of displacement caused by thermal expansion deformation of the piezoelectric driver and the movable portion. （２）温度補正部材は、機械歪みが発生する方向に対す
る圧電駆動体、可動部分および温度補正部材の長さを、
それぞれｌ＿１、ｌ＿２およびｌ＿３、また線熱膨張係
数をそれぞれα＿１、α＿２およびα＿３とするとき α＿３＞（ｌ＿２α＿２−ｌ＿１α＿１）／ｌ＿３の関
係を満足する熱膨張特性と寸法を有する特許請求の範囲
第（１）項に記載の圧電リレー。(2) The temperature compensation member has a length of the piezoelectric drive body, the movable part, and the temperature compensation member in the direction in which mechanical strain occurs.
Claim No. 1 has thermal expansion characteristics and dimensions that satisfy the relationship α_3>(l_2α_2−l_1α_1)/l_3, where l_1, l_2 and l_3 respectively, and linear thermal expansion coefficients α_1, α_2 and α_3, respectively. ) piezoelectric relays as described in section 2.