JPH0321105B2 - - Google Patents
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- JPH0321105B2 JPH0321105B2 JP60228589A JP22858985A JPH0321105B2 JP H0321105 B2 JPH0321105 B2 JP H0321105B2 JP 60228589 A JP60228589 A JP 60228589A JP 22858985 A JP22858985 A JP 22858985A JP H0321105 B2 JPH0321105 B2 JP H0321105B2
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- bimorph element
- force
- permanent magnet
- piezoelectric bimorph
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
- H01H2057/003—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays the relay being latched in actuated position by magnet
Landscapes
- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧電バイモルフ装置に関し、特に圧電
バイモルフ素子の屈曲変形を種々の装置の微小動
作の駆動源として用いる圧電アクチユエータに関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric bimorph device, and more particularly to a piezoelectric actuator that uses bending deformation of a piezoelectric bimorph element as a drive source for minute movements of various devices.
一定の入力電圧条件下での圧電バイモルフ素子
の変形と力の関係は、変形の増大に伴い力は直線
的に減少し、最大の変形時において力は0とな
る。そこで、例えばバイモルフ素子の自由端の力
を電気接点の開閉に用いるようにして圧電リレー
を構成すると、接点を閉じる力はきわめて弱く、
動作は不安定で実用性に欠ける。そこで、改善策
として最大変形時には永久磁石の吸引力でバイモ
ルフ素子の弱い力を補う方式が提案されている。
この場合、永久磁石の吸引力とバイモルフ素子の
発生力、変形量との間に一定のバランスがとられ
ていない限り、この系の安定な動作は不可能であ
る。
The relationship between the deformation and force of a piezoelectric bimorph element under a constant input voltage condition is that the force decreases linearly as the deformation increases, and the force becomes 0 at the time of maximum deformation. Therefore, for example, if a piezoelectric relay is constructed in such a way that the force of the free end of a bimorph element is used to open and close an electrical contact, the force that closes the contact is extremely weak.
Operation is unstable and lacks practicality. Therefore, as an improvement measure, a method has been proposed in which the weak force of the bimorph element is compensated for by the attractive force of a permanent magnet at the time of maximum deformation.
In this case, stable operation of this system is impossible unless a certain balance is maintained between the attractive force of the permanent magnet, the generated force of the bimorph element, and the amount of deformation.
しかしながら、バイモルフ素子個々の発生力を
電圧を変えないで調整することはきわめて困難で
あり、従来この種の調整にはきわめて手間を要す
る欠点があつた。
However, it is extremely difficult to adjust the force generated by each bimorph element without changing the voltage, and conventionally this type of adjustment has had the disadvantage of requiring extremely time and effort.
本発明はこのような欠点を解消しようとするも
ので、圧電バイモルフ素子の動作を容易に調整で
きるようにして駆動条件の調整が容易な圧電バイ
モルフ装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to eliminate such drawbacks, and aims to provide a piezoelectric bimorph device in which the operation of the piezoelectric bimorph element can be easily adjusted, and drive conditions can be easily adjusted.
本発明は圧電バイモルフ素子の変形時における
力の補強として永久磁石を利用する構成におい
て、圧電バイモルフ素子の中央部近くに、バイモ
ルフ素子面に対して垂直方向に移動可能に剛体を
設け、圧電バイモルフ素子が最大変形して永久磁
石に吸引されている状態のとき、圧電バイモルフ
素子の表面に剛体の先端が接するわずかに離れて
いるように調整可能としたことを特徴とする。
The present invention has a configuration in which a permanent magnet is used to reinforce force during deformation of a piezoelectric bimorph element, and a rigid body is provided near the center of the piezoelectric bimorph element so as to be movable in a direction perpendicular to the surface of the bimorph element. The piezoelectric bimorph element is characterized in that it can be adjusted so that the tip of the rigid body touches the surface of the piezoelectric bimorph element at a slight distance when the element is deformed to its maximum and is attracted to the permanent magnet.
このような構成によれば、剛体の位置調整によ
り永久磁石が圧電バイモルフ素子に及ぼす拘束条
件を調整して圧電バイモルフ素子の動作条件を調
整することができる。
According to such a configuration, the operating conditions of the piezoelectric bimorph element can be adjusted by adjusting the constraint conditions that the permanent magnet exerts on the piezoelectric bimorph element by adjusting the position of the rigid body.
以下、図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第3図は本発明の基本構成を示す。 FIG. 3 shows the basic configuration of the present invention.
圧電バイモルフ素子1は一端が固定支持部5で
挾持固定され、自由端部には鉄片等の強磁性体片
2が固着されている。また、図中、下方に最大変
形した時強磁性体片2に対応する位置には永久磁
石3が固定配置されている。このことにより、バ
イモルフ素子1が変形した時磁石3の吸引力でバ
イモルフ素子1の弱い力を補うことができる。更
に、バイモルフ素子1の中間部の下方にはバイモ
ルフ素子1の板面に垂直な方向に移動可能に剛体
による棒4が配設されている。この配設位置は、
バイモルフ素子1が図示のように最大変形した時
剛体4の先端がバイモルフ素子1の表面に接する
わずかに離れた位置にあるように設定されてい
る。このような構成により、バイモルフ素子1の
自由端部の作用点の下方向への力は、この位置で
も永久磁石4の補強のため一定の値を持つ。次
に、バイモルフ素子1に加える電圧を逆にしてバ
イモルフ素子1の先端を図中上方に曲げようとす
るとき、バイモルフ素子の発生する力が永久磁石
の吸引力に比して充分大きい場合、容易にバイモ
ルフ素子の先端は永久磁石の拘束力を脱して上方
に変形できる。しかし、バイモルフ素子の発生力
が劣る場合は、永久磁石に拘束されたままでバイ
モルフ素子の先端は自由に上向きに変形すること
ができない。 One end of the piezoelectric bimorph element 1 is clamped and fixed by a fixed support part 5, and a ferromagnetic piece 2 such as an iron piece is fixed to the free end. In addition, in the figure, a permanent magnet 3 is fixedly arranged at a position corresponding to the ferromagnetic piece 2 when the ferromagnetic piece 2 is maximally deformed downward. Thereby, when the bimorph element 1 is deformed, the weak force of the bimorph element 1 can be compensated for by the attractive force of the magnet 3. Further, a rigid rod 4 is disposed below the intermediate portion of the bimorph element 1 so as to be movable in a direction perpendicular to the plate surface of the bimorph element 1. This location is
The tip of the rigid body 4 is set to be in contact with the surface of the bimorph element 1 at a slightly distant position when the bimorph element 1 is deformed to the maximum as shown in the figure. With this configuration, the downward force at the point of action at the free end of the bimorph element 1 has a constant value even at this position because of the reinforcement of the permanent magnet 4. Next, when trying to bend the tip of the bimorph element 1 upward in the figure by reversing the voltage applied to the bimorph element 1, it is easy to bend the tip of the bimorph element 1 if the force generated by the bimorph element is sufficiently large compared to the attractive force of the permanent magnet. The tip of the bimorph element can escape the restraint of the permanent magnet and deform upward. However, if the generated force of the bimorph element is poor, the tip of the bimorph element remains restrained by the permanent magnet and cannot freely deform upward.
第4図aはバイモルフ素子1の発生する力が小
さい第3図の状態から棒4の先端をバイモルフ素
子1表面から十分離して矢印方向に変形さるよう
な電圧を加えた場合について示したもので、バイ
モルフ素子1の先端が永久磁石3に吸着されたま
まなので、バイモルフ素子1の中央部は下にふく
れ、先端部の力はさらに小さくなる。第4図bは
棒4がバイモルフ素子1の中央部に近接している
か、又は接してバイモルフ素子1に一定の圧力を
上向きに加えている場合である。このときは第4
図aのように下向きに中央部がふくれることはで
きず、先端部の力が減少することはない。そこ
で、バイモルフ素子1の発生力を永久磁石3の吸
着力との間の差が非常に小さい場合でも棒4がバ
イモルフ素子1の中央部に近接あるいは接して下
向きのふくらみを止めるだけでバイモルフ素子1
が永久磁石3の拘束から離れることができるよう
になる。また、永久磁石3の力との差がさらに大
きい場合は、棒4がバイモルフ素子1の中央部に
接して圧力を加えることにより、永久磁石3の拘
束力を実質的に弱めることができる。このことに
より、圧電バイモルフ素子1に上向きの力を発生
させる電圧さえ加えれば第4図cのようにバイモ
ルフ素子1の先端が永久磁石3から容易に離脱で
きるようになる。 Figure 4a shows the case where the tip of the rod 4 is sufficiently separated from the surface of the bimorph element 1 and a voltage is applied to deform it in the direction of the arrow from the state of Figure 3, where the force generated by the bimorph element 1 is small. Since the tip of the bimorph element 1 remains attracted to the permanent magnet 3, the center of the bimorph element 1 swells downward, and the force at the tip becomes even smaller. FIG. 4b shows a case where the rod 4 is close to or in contact with the center of the bimorph element 1 and applies a constant pressure upward to the bimorph element 1. At this time, the fourth
The center cannot bulge downward as shown in Figure a, and the force at the tip does not decrease. Therefore, even if the difference between the force generated by the bimorph element 1 and the attraction force of the permanent magnet 3 is very small, the rod 4 can stop the downward bulge by simply approaching or touching the center of the bimorph element 1.
becomes able to separate from the restraint of the permanent magnet 3. If the difference between the force and the force of the permanent magnet 3 is even larger, the rod 4 contacts the center of the bimorph element 1 and applies pressure, thereby substantially weakening the restraining force of the permanent magnet 3. As a result, the tip of the bimorph element 1 can be easily separated from the permanent magnet 3 as shown in FIG.
第1図は本発明による圧電バイモルフ装置の具
体例を示す。ここでは圧電バイモルフ素子1でリ
レーの接点を開閉して圧電リレーとして使用する
場合について説明する。第3図と同じ構成のバイ
モルフ素子1は樹脂製のケース9に収容される。
ケース9はケース本体91と蓋体92とから成
り、第2図に示すように、バイモルフ素子1はそ
の固定側の端部がケース本体91の一端と蓋体9
2の一端縁とで挾まれて固定されている。ケース
本体91の他端壁には2枚の接点10a,10b
が挿設されており、バイモルフ素子1はその自由
端で接点10a,10bを開閉するように配設さ
れている。接点10,10bには各種の電気回路
(図示省略)が接続される。棒4は一部にねじが
切られ、ケース本体91の下面壁に形成されため
ねじ穴を通して螺挿されていることにより、容易
にその位置調整を行うことができる。したがつ
て、バイモルフ素子の発生する力が小さくてもバ
イモルフ装置としての駆動条件を容易かつ正確に
調整することができる。 FIG. 1 shows a specific example of a piezoelectric bimorph device according to the invention. Here, a case will be described in which the piezoelectric bimorph element 1 is used as a piezoelectric relay by opening and closing the contacts of the relay. The bimorph element 1 having the same configuration as that shown in FIG. 3 is housed in a case 9 made of resin.
The case 9 consists of a case body 91 and a lid 92. As shown in FIG. 2, the fixed end of the bimorph element 1 is connected to one end of the case body 91 and the lid 9.
It is fixed by being sandwiched between one end edge of 2. Two contacts 10a and 10b are provided on the other end wall of the case body 91.
is inserted, and the bimorph element 1 is arranged so as to open and close contacts 10a and 10b at its free end. Various electric circuits (not shown) are connected to the contacts 10 and 10b. The rod 4 is partially threaded and is screwed through a female screw hole formed in the lower wall of the case body 91, so that its position can be easily adjusted. Therefore, even if the force generated by the bimorph element is small, the driving conditions for the bimorph device can be easily and accurately adjusted.
なお、バイモルフ素子は実施例において説明し
たもの、すなわち表裏両面に電極を形成した2枚
のセラミツク薄板の間に中間金属板を挾んだもの
に限定されるものではない。例えば、第5図に示
すように、表裏両面に電極を形成した2枚の圧電
セラミツク板6の間に中間金属板として強磁性体
による中間金属板7を挾んだものでも良い。この
圧電バイモルフ素子によれば上記実施例の強磁性
体片2は不要である。 Incidentally, the bimorph element is not limited to the one described in the embodiment, that is, the one in which an intermediate metal plate is sandwiched between two ceramic thin plates with electrodes formed on both the front and back sides. For example, as shown in FIG. 5, an intermediate metal plate 7 made of a ferromagnetic material may be sandwiched between two piezoelectric ceramic plates 6 having electrodes formed on both the front and back surfaces. According to this piezoelectric bimorph element, the ferromagnetic piece 2 of the above embodiment is unnecessary.
以上のように、本発明によれば永久磁石を用い
て変形時の圧電バイモルフ素子の力を補強する構
成において容易に永久磁石の吸着力とバイモルフ
素子の発生力との間のバランスを調整でき、バイ
モルフ素子の発生する力が小さくても安定した動
作を得ることができるバイモルフ装置を提供する
ことが可能になつた。
As described above, according to the present invention, in a configuration in which a permanent magnet is used to reinforce the force of a piezoelectric bimorph element during deformation, the balance between the attraction force of the permanent magnet and the generated force of the bimorph element can be easily adjusted. It has become possible to provide a bimorph device that can obtain stable operation even if the force generated by the bimorph element is small.
第1図は本発明の一実施例を分解斜視図で示
し、第2図は第1図の装置の縦断面図、第3図は
本発明の基本構成を示す図、第4図a,b,cは
それぞれ第3図の構成の作用を説明するための
図、第5図は本発明で用いるバイモルフ素子の他
の例の分解斜視図。
図中、1は圧電バイモルフ素子、2は強磁性体
片、3は永久磁石、4は剛体による棒、5は固定
支持部、6はセラミツク薄板、7は中間金属板、
9はケース、10a,10bは接点。
Fig. 1 shows an embodiment of the present invention in an exploded perspective view, Fig. 2 is a vertical sectional view of the device shown in Fig. 1, Fig. 3 is a diagram showing the basic configuration of the invention, and Figs. 4 a and b. , c are views for explaining the operation of the configuration shown in FIG. 3, and FIG. 5 is an exploded perspective view of another example of the bimorph element used in the present invention. In the figure, 1 is a piezoelectric bimorph element, 2 is a ferromagnetic piece, 3 is a permanent magnet, 4 is a rigid rod, 5 is a fixed support, 6 is a ceramic thin plate, 7 is an intermediate metal plate,
9 is a case, and 10a and 10b are contacts.
Claims (1)
磁性体の近くには永久磁石を配置して該永久磁石
の吸引力を前記圧電バイモルフ素子の変形時にお
ける力の補強として利用する構成において、前記
圧電バイモルフ素子の中央部近くに、圧電バイモ
ルフ素子面に対して垂直方向に移動可能に剛体を
設け、前記圧電バイモルフ素子が最大変形し前記
永久磁石に吸引されている状態のとき前記圧電バ
イモルフ素子の表面に前記剛体の先端が接するか
わずかに離れているように調整可能とすることに
より、前記圧電バイモルフ素子の駆動条件を調整
できるようにしたことを特徴とする圧電バイモル
フ装置。1. A configuration in which a ferromagnetic material is provided in the piezoelectric bimorph element, a permanent magnet is disposed near the ferromagnetic material, and the attractive force of the permanent magnet is used as force reinforcement when the piezoelectric bimorph element is deformed, A rigid body is provided near the center of the piezoelectric bimorph element so as to be movable in a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric bimorph element, and when the piezoelectric bimorph element is deformed to the maximum and is attracted to the permanent magnet, A piezoelectric bimorph device, characterized in that the driving conditions of the piezoelectric bimorph element can be adjusted by adjusting the tip of the rigid body so that it is in contact with the surface or slightly separated from the surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228589A JPS6289371A (en) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | Piezoelectric bimorph device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228589A JPS6289371A (en) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | Piezoelectric bimorph device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6289371A JPS6289371A (en) | 1987-04-23 |
| JPH0321105B2 true JPH0321105B2 (en) | 1991-03-20 |
Family
ID=16878729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60228589A Granted JPS6289371A (en) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | Piezoelectric bimorph device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6289371A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414199U (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-25 | ||
| US5068567A (en) * | 1990-10-26 | 1991-11-26 | General Electric Company | Apparatus for increasing the recoverable energy of a piezoelectric bender |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164929U (en) * | 1983-04-19 | 1984-11-05 | 株式会社リコー | Piezoelectric element mounting structure |
| JPS60148391A (en) * | 1984-01-11 | 1985-08-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Drive piezoelectric device |
-
1985
- 1985-10-16 JP JP60228589A patent/JPS6289371A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6289371A (en) | 1987-04-23 |
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