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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオ、テレビジョン等で使用される四極管や五極管のような多極管として機能する電流制御素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような電流制御素子すなわち多極管は、プレート及びカソードの他に複数のグリッドを更に具える。例えば、四極管の場合には、制御用のグリッドとプレートとの間に遮蔽用のグリッドを配置して、これらの間の静電容量を小さくし、その結果、三極管の場合の高周波における不安定性を除去するとともに、大プレート電流時のプレート電圧降下による出力特性の低下を改善している。
【０００３】
また、五極管の場合には、遮蔽用のグリッドとプレートの間に抑制用のグリッドを配置することによって、遮蔽効果が更に大きくなって動作が安定し、歪みの少ない大出力が得られる。
【０００４】
これら電流制御素子のプレートから電流を取り出すに当たり、プレート電圧を制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電流制御素子では、プレート電圧を制御するためにパワーアンプのような素子を必要とし、これは、コストが上昇する一因となっている。また、そのような素子を使用することによって、消費電力が高くなるという不都合も有する。
【０００６】
さらに、従来の電流制御素子は集積化が困難であり、したがって小型化及び高電流の出力に適さない。
【０００７】
本発明の目的は、コスト及び消費電力を低減させることができる電流制御素子を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、小型化及び高電力の出力を可能にする電流制御素子を提供することである。
【０００９】
本発明による電流制御素子は、
固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによってヒステリシスを有する変位動作を行うアクチュエータ；
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びに
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を零にした状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、アクチュエータの変位動作によってプレートに対するカソードの位置を可変にして、プレートから取り出される電流値を制御する。その結果、カソードに対するプレートの電位を一定に保持することができ、パワーアンプのようなプレート電圧を制御する素子を設ける必要がなくなるので、コストが低下する。
【００１１】
また、オフセット電位によって、プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整することによって、従来の多極管の遮蔽用のグリッドと同一の機能を有することができる。その結果、従来の多極管の機能を損なうことなく遮蔽用のグリッドを省略することができるので、コストを更に低下させることができる。
【００１２】
さらに、第１及び第２電極に印加される電圧はプレート電圧に比べて低く、プレート電圧に比べて低い電圧のみを可変にすることでプレート電流を制御することができるので、消費電力を低減することができる。
【００１３】
第１電極のオフセット電位を調整することによって得られるカソードのオフセット位置によって、プレートから取り出される電流値の制御範囲の調整を容易に行うことができる。カソードは、例えば、第１又は第２電極の上に絶縁層を形成し、その絶縁層の上に形成する。
【００１４】
好適には、１個のプレートに対応する複数のカソードと、これら複数のカソードにそれぞれ対応する複数のアクチュエータとを具える。このようにアクチュエータを高密度に集積することによって、電流制御素子を小型化にすることができるとともに、高電流を出力することができる。
【００１５】
アクチュエータを構成するに当たり、好適には、振動部をセラミックスによって構成し、振動部及び固定部を一体成形又は振動部及び固定部をセラミックスによって一体成形又は作動部、振動部及び固定部を一体成形する。また、変形可能層を、圧電材料、電歪材料、反誘電材料のうちの少なくとも一種類によって構成する。
【００１６】
また、本発明による電流制御素子を複数具え、かつ、これら電流制御素子を構成する複数のアクチュエータを一体に形成した基板とを具える電流制御装置を構成することもできる。この場合、複数の電流制御素子を１個の素子として構成して大電流を出力できる電流制御装置又は各電流制御素子をセル構造で分離して集積した電流制御装置となる。
【００１７】
本発明による他の電流制御素子は、
固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによって変位動作を行うアクチュエータ；
前記アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切り替えを行うことによって、前記アクチュエータの変位動作にヒステリシスを付与するスイッチング素子；
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びに
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を零にした状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、第２電極の電位を零近傍にした状態で、前記アクチュエータが変位状態を維持するので、アクチュエータの変位状態を維持するために第２電極に電圧を継続的に印加する必要がなくなる。その結果、電流制御素子又はそれを含む回路の抵抗成分による電力の消費がほとんどなくなり、消費電力を更に低減させることができる。何故ならば、第２電極側にアクチュエータ駆動回路が設けられており、そこでの抵抗成分による電力消費をなくすことができるからである。
【００１９】
好適には、前記アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切替を行うスイッチング素子を更に具える。これによって、アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切替が良好に行うことができるので、アクチュエータの変位状態を維持するために第２電極に電圧を継続的に印加する必要がなくなり、消費電力を更に低減させることができる。また、アクチュエータの変位動作及び変位状態の維持のために課されるアクチュエータ材料の選択の際の制約がなくなるので、アクチュエータ材料の選択の際の制約が緩和される。
【００２０】
例えば、前記スイッチング素子を、トランジスタと、バリスタと、圧電リレーとのうちの１個とする。なお、スイッチング素子としてバリスタを選択した場合、特に良好な切替特性が得られるので、アクチュエータ材料の選択の際の制約が更に緩和される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明による電流制御素子の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による電流制御素子の第１の実施の形態の断面図である。この電流制御素子は、アクチュエータ１ａ，１ｂと、これらアクチュエータ１ａ，１ｂの上にそれぞれ形成され、かつ、電子を放出するカソード２ａ，２ｂと、これらアクチュエータ１ａ，１ｂとカソード２ａ，２ｂとの間にそれぞれ介在する絶縁層３ａ，３ｂと、カソード２ａ，２ｂから放出された電子を受け取る共通のプレート４と、カソード２ａ，２ｂとプレートとの間に配置した共通の制御用グリッド５とを具える。
【００２２】
図示した電流制御素子は、基板６の上に集積され、電流制御装置を構成する。この場合、複数の電流制御素子を１個の素子として構成して大電流を出力するもの又は各電流制御素子をセル構造で分離して集積した回路とすることも好適である。
【００２３】
アクチュエータ１ａ，１ｂは、基板６の上に形成された固定部としての共通のスペーサ層７と、振動部としての共通のシート層８と、シート層８の上に形成された第２電極としてのアクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂと、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂの上にそれぞれ形成された変形可能層１０ａ，１０ｂと、絶縁層３ａ，３ｂと変形可能層１０ａ，１０ｂとの間にそれぞれ介在する第１電極としてのアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂとを有する。
【００２４】
アクチュエータ１ａ，１ｂ及び基板６の形成については、米国特許番号第５２１０４５５号等に記載があるが、以下、その一例を説明する。
【００２５】
シート層８は、比較的薄肉に形成され、外部応力に対して振動を受けやすい構造となっている。シート層８を、好適には高耐熱性材料で構成する。その理由は、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂをシート層８に接合するに当たり、有機接着剤等の耐熱性の比較的低い材料を使用することなくシート層８が直接支持する構造とする場合、少なくとも変形可能層１０ａ，１０ｂの形成時にシート層８が変質するのを防止するためである。
【００２６】
また、基板６の上に形成されるとともにアクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂに電気的に接続した配線と、同様に基板６の上に形成されるとともにアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂに電気的に接続した配線とを電気的に分離するために、シート層８を電気的な絶縁材料で構成するのが好ましい。
【００２７】
したがって、シート層８を、高耐熱性の金属や、その金属表面をガラスなどのセラミックス材料によって被覆したホーローのような材料によって構成することができるが、セラミックスで構成するのが最適である。
【００２８】
シート層８を構成するセラミックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物等を使用することができる。その中でも、酸化アルミニウム及び安定化された酸化ジルコニウムが、強度及び剛性の観点から好ましい。安定化された酸化ジルコニウムは、シート層８が薄肉でも機械的強度が比較的高いこと、靭性が比較的高いこと、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ、変形可能層１０ａ，１０ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂとの化学反応が比較的小さいこと等の観点から特に好適である。なお、安定化された酸化ジルコニウムとは、安定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。安定化された酸化ジルコニウムでは、立方晶などの結晶構造をとるため、相転移が生じない。
【００２９】
一方、酸化ジルコニウムは、１０００℃前後で単斜晶と正方晶との間を相転移し、このような相転移の際にクラックが発生するおそれがある。安定化された酸化ジルコニウムは、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、希土類金属の酸化物等の安定化剤を、１−３０モル％含有する。シート層８の機械的強度を向上させるために、安定化剤が酸化イットリウムを含有するのが好適である。この場合、酸化イットリウムを、好適には１．５−６モル％、更に好適には２−４モル％含有し、更に０．１−５モル％の酸化アルミニウムを含有するのが好ましい。
【００３０】
また、結晶相を、立方晶＋単斜晶の混合相、正方晶＋単斜層の混合相、立方晶＋正方晶＋単斜層の混合相等とすることができるが、その中でも、主たる結晶相を、正方晶又は正方晶＋立方晶の混合相としたものが、強度、靭性及び耐久性の観点から最適である。
【００３１】
シート層８をセラミックスから構成した場合、比較的多数の結晶粒がシート層８を構成するが、シート層８の機械的強度を向上させるために、結晶粒の平均粒径を、好適には０．０５−２μｍとし、更に好適には０．１−１μｍとする。
【００３２】
スペーサ層７は、アクチュエータ１ａ，１ｂの対応する位置にそれぞれ空所１２ａ，１２ｂを有する。このような空所１２ａ，１２ｂを、例えばスクリーン印刷法のような手法によって形成する。
【００３３】
スペーサ層７を、好適にはセラミックスから構成するが、それを、シート層８を構成するセラミックス材料と同一とすることも、それとは異なるセラミックス材料とすることもできる。そのようなセラミックスとしては、シート層８を構成するセラミックス材料と同様に、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物等を使用することができる。
【００３４】
基板６、スペーサ層７及びシート層８を構成するセラミックス材料と異なるセラミックス材料としては、酸化ジルコニウムを主成分とする材料、酸化アルミニウムを主成分とする材料、これらの混合物を主成分とする材料等が好適に採用される。その中でも、酸化ジルコニウムを主成分としたものが特に好ましい。なお、燒結助剤として粘土などを添加することもあるが、酸化珪素、酸化ホウ素等のガラス化しやすいものが過剰に含まれないように、助剤成分を調整する必要がある。その理由は、これらガラス化しやすい材料は、変形可能層１０ａ，１０ｂとの接合の観点からは有利であるが、変形可能層１０ａ，１０ｂとの反応を促進し、変形可能層１０ａ，１０ｂが所定の組成を維持することが困難になり、その結果、素子特性を低下させる原因となるからである。
【００３５】
すなわち、基板６、スペーサ層７及びシート層８に含まれる酸化珪素などを、重量比で３％以下、好適には１％以下となるように制限することが好ましい。ここで、主成分とは、重量比で５０％以上の割合で存在する成分をいう。
【００３６】
基板６、スペーサ層７及びシート層８を３層の積層体として構成するのが好適であり、この場合、例えば、一体同時焼成、ガラスや樹脂によって各層を接合一体化又は後付けを行う。なお、４層以上の積層体とすることもできる。
【００３７】
アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂには、図示しない電源から可変電圧が印加される。これらアクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂを、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成し、好適には、白金、パラジウム、ロジウム等の高融点貴金属や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミックス材料とのサーメット材料によって構成する。更に好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成する。なお、電極材料中に添加させる皿ミックス材料の割合は、５−３０体積％程度が好適であり、また、セラミックス材料として圧電材料及び／又は電歪材料を用いる場合、その割合を５−２０体積％程度にするのが好適である。
【００３８】
アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂを形成するに当たり、上記材料を用いて、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッピング、塗布、電気泳動法等の各種の厚膜形成手法や、スパッタリング、イオンビーム、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ、めっき等の各種の薄膜形成手法による通常の膜形成手法に従って形成することができ、好適には、これら厚膜形成手法によって形成される。
【００３９】
厚膜成形手法によってアクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂを形成する場合、その厚さは、一般的には２０μｍ以下、好適には５μｍ以下になる。
【００４０】
変形可能層１０ａ，１０ｂは、電界が印加されることによって変位動作を行い、圧電材料、電歪材料、反誘電材料のうちの少なくとも一種類によって構成される。圧電材料及び／又は電歪材料を用いる場合、例えば、ジルコン酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とする材料、マンガンニオブ酸鉛を主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニッケルタンタル酸鉛を主成分とする材料、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、マグネシウムタングステン酸鉛を主成分とする材料、コバルトニオブ酸鉛を主成分とする材料又はこれらの任意の組合せを含有する複合材料を用いることができ、これらのうち、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスが圧電材料及び／又は電歪材料として最も使用頻度が高い。
【００４１】
圧電材料及び／又は電歪材料をセラミックスとした場合、上記材料に、ランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、タングステン、ニッケル、マンガン、リチウム、ストロンチウム、ビスマス等の酸化物若しくはこれらのいずれかの組合せ又は他の化合物を適切に添加した適切な材料とし、例えばＰＬＺＴ系となるようにその材料に所定の添加物を加えたものも好適に用いられる。
【００４２】
これら圧電材料及び／又は電歪材料の中でも、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛とニッケルタンタル酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、これらの材料の鉛の一部をストロンチウム及び／又はランタンで置換したもの等が好適に用いられ、上記スクリーン印刷などの厚膜成形手法で変形可能層１０ａ，１０ｂを形成する場合の材料として好適である。
【００４３】
多成分系圧電材料及び／又は電歪材料の場合、成分の組成によって、圧電及び／又は電歪特性が変化するが、本実施の形態で好適に採用されるマグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の３成分系材料や、マグネシウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル酸鉛−チタン酸鉛及びマグネシウムタンタル酸鉛−マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の４成分系材料では、擬立方晶−正方晶−菱面体晶の相境界付近の組成が好ましく、特に、マグネシウムニオブ酸鉛：１５−５０モル％、ジルコン酸鉛：１０−４５モル％、チタン酸鉛：３０−４５モル％、の組成や、マグネシウムニオブ酸鉛：１５−５０モル％、ニッケルタンタル酸鉛：１０−４０モル％、ジルコン酸鉛：１０−４５モル％、チタン酸鉛：３０−４５モル％の組成及びマグネシウムニオブ酸鉛：１５−５０モル％、マグネシウムタンタル酸鉛：１０−４０モル％、ジルコン酸鉛：１０−４５モル％、チタン酸鉛：３０−４５モル％の組成が、高圧電定数及び高電気機械結合係数を有する理由から好適に採用される。
【００４４】
また、反強誘電材料を用いる場合、ジルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするもの、ジルコン酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とから成る成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸鉛を添加したものが好適である。特に、低電圧で駆動させる場合には、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とから成る成分を含む反強誘電材料を用いるのが好適である。この組成は、以下のようになる。
Ｐｂ０．９９Ｎｂ０．０２[（ＺｒｘＳｎ１−ｘ）１−ｙＴｉｙ]０．９８Ｏ３
（０．５＜ｘ＜０．６，０．０５＜ｙ＜０．０６３）
また、反強誘電材料を多孔質にすることもでき、この場合、気孔率を３０％以下にするのが好適である。
【００４５】
変形可能層１０ａ，１０ｂを形成するに当たり、上記厚膜形成手法を用いて形成するのが好適であり、微細な印刷を廉価に行うことができるという理由から、スクリーン印刷法が特に好適に用いられる。なお、変形可能層１０ａ，１０ｂの厚さとしては、低作動電圧で大きな変位を得るなどの理由から、好適には５０μｍ以下とし、更に好適には、３−４０μｍとする。
【００４６】
このような厚膜形成手法によって、平均粒子径が０．０１μｍ−７μｍ程度の、好適には０．０５μｍ−５μｍ程度の例えば圧電性材料及び／又は電歪性セラミック粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、シート層８の表面上に膜形成することができ、良好な素子特性を得られる。
【００４７】
電気泳動法は、高密度かつ高い形状制度で膜を形成でき、技術文献「ＤＥＮＫＩ ＫＡＧＡＫＵ ５３，Ｎｏ．１（１９８５），ｐ６３−６８ 安斎和夫著」や、「第１回電気泳動法によるセラミックスの高次成形法 研究討論会 予稿集（１９９８），ｐ５−６，ｐ２３−２４」に記載されているような特徴を有する。したがって、要求精度、信頼性などを考慮して、各種手法を適切に選択して用いるのが好適である。
【００４８】
変形可能層１０ａ，１０ｂを圧電材料によって構成した場合、電界が加えられない状態では、変形可能層は、１０ａのように平坦形状である。それに対して、電界が加えられると、電界誘起歪が発生し、その横効果によって、変形可能層は、１０ｂのように凹状に屈曲変位する。
【００４９】
一方、変形可能層１０ａ，１０ｂをに反強誘電材料よって構成した場合、電界が加えられない状態では、変形可能層は平坦形状であり、電界が加えられると、変形可能層が凸状に屈曲変位する。
【００５０】
アクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂは、所望のオフセット電位に保持され、各アクチュエータ１ａ，１ｂに対して共通配線され、図示しないスルーホールを通じて基板６の裏面から配線として引き出される。
【００５１】
アクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂは、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂと同様な材料及び手法によって形成されるが、好適には上記厚膜形成手法によって形成する。アクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂの厚さも、一般的には２０μｍ以下、好適には５μｍ以下になる。
【００５２】
これらアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂは、所望のオフセット電位を調整することによってカソード２ａ，２ｂ電子の量を制御することによって遮蔽用のグリッドの役割を果たすので、遮蔽用のグリッドを設けることなく四極管の機能を有することができ、その結果、四極管の機能を有する電流制御素子を低コストで構成することができる。
【００５３】
なお、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ、変形可能層１０ａ，１０ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂ全体の厚さを、一般的には１００μｍ以下、好適には５０μｍ以下とする。
【００５４】
既に説明したように、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ、変形可能層１０ａ，１０ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂをそれぞれ形成する度に熱処理すなわち焼成して、シート層８と一体構造にすることができ、また、これらアクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ、変形可能層１０ａ，１０ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂを形成した後、同時に熱処理すなわち焼成して、これらを同時にシート層８に一体に結合することもできる。
なお、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂの形成手法によっては、一体化のための熱処理すなわち焼成を必要としない場合もある。
【００５５】
シート層８と、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ、変形可能層１０ａ，１０ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂとを一体化させるための熱処理すなわち焼成温度としては、一般に５００−１４００℃の範囲とし、好適には、１０００−１４００℃の範囲とする。さらに、膜状の変形可能層１０ａ，１０ｂを熱処理する場合、高温時に変形可能層１０ａ，１０ｂの組成が不安定にならないように、変形可能層１０ａ，１０ｂの蒸発源とともに雰囲気制御を行いながら熱処理すなわち焼成を行うのが好ましく、また、変形可能層１０ａ，１０ｂを適切な部材によってカバーし、変形可能層１０ａ，１０ｂの表面が焼成雰囲気に直接露出しないようにして焼成する手法を採用するのが好ましい。この場合、カバーする部材としては、基板６及びスペーサ層７と同様な材料を用いることとなる。
【００５６】
絶縁層３ａ，３ｂを、基板６及びスペーサ層７を構成する材料と同様な材料によって構成される。カソード２ａ，２ｂを、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂと同様な材料及び手法によって形成し、図示しないスルーホールを通じて基板６の裏面から配線として引き出される。
【００５７】
本実施の形態の動作を説明する。アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂに可変電圧ＶＤを印加するとともに、アクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂにオフセット電圧ＶＣを印加すると、カソード２ａ，２ｂは、プレート４すなわちグリッド５から距離ｄＧＫだけ遠ざかる。
【００５８】
アクチュエータ１ａ，１ｂに圧電材料を使用すると、ＶＤ−ＶＣが正の場合、図２に実線で示すように、可変電圧ＶＤとオフセット電圧ＶＣとの差が大きくなるに従って、距離ｄＧＫが長くなる。また、ＶＤ−ＶＣが、抗電界を発現する電圧Ｖｍｉｎより大きく、かつ、負電圧である場合、距離ｄＧＫが電圧無印加時よりも小さくなる。すなわち、カソード２ａ，２ｂはグリッド５に近づく。したがって、距離ｄＧＫを、可変電圧ＶＤとオフセット電圧ＶＣとの差を制御することによって変更される。ここで、可変電圧ＶＤの制御範囲はＶｍｉｎ＋ＶＣ以上である。なお、図２において、縦軸では、カソード２ａ，２ｂがグリッド５から遠ざかる方向を正にとり、横軸では、変形可能層１０ａ，１０ｂの分極方向を正にとっている。
【００５９】
図３に実線で示すように、プレート電流ＩＰは、可変電圧ＶＤとオフセット電圧ＶＣとの差に従って変化する。なお、図３に示す例では、プレート電流ＩＰの制御を容易にするために、プレート電圧ＶＰを一定にし、グリッド電圧ＶＧを、０Ｖから−２．５Ｖの間で−０．５Ｖずつ変化させている。
【００６０】
図３に示す可変電圧ＶＤの制御範囲Ａ及び制御範囲Ｂは、幅が同一であるが、制御範囲Ａにおけるオフセット電圧ＶＣの方が、制御範囲Ｂの場合に比べて大きい。これは、オフセット電圧ＶＣを調整することで、図２において、ＶＤ−ＶＣが０Ｖのときの距離ｄＧＫすなわちカソード２ａ，２ｂのオフセット位置を調整できることから、プレート電流ＩＰを調整することができ、プレート電流ＩＰの制御・調整範囲を拡大できる。
【００６１】
本実施の形態によれば、アクチュエータ１ａ，１ｂの変位動作によってプレート４に対するカソード２ａ，２ｂの位置を可変にして、プレート４から取り出される電流ＩＰを制御しているので、パワーアンプのようなプレート電圧ＶＰを制御する素子を設ける必要がなくなり、コストが低下する。
【００６２】
また、アクチュエータ１ａ，１ｂを高密度に集積することによって、電流制御素子を小型化にすることができるとともに、高電流を出力することができる。
【００６３】
さらに、アクチュエータ駆動電極９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１１ａ，１１ｂに印加される電圧はプレート電圧に比べて低く、プレート電圧に比べて低い電圧のみを可変にすることでプレート電流を制御することができるので、消費電力を低減することができる。
【００６４】
図４は、本発明による電流制御素子の第２の実施の形態の断面図である。本実施の形態では、アクチュエータ駆動電極２１ａ，２１ｂ及びアクチュエータ・コモン電極２２ａ，２２ｂは、櫛歯形状に対向した形状でシート層２３と変形可能層２４ａ，２４ｂとの間にそれぞれ介在し、カソード２５ａ，２５ｂが、変形可能層２４ａ，２４ｂの上にそれぞれ直接形成される。
【００６５】
図５は、本発明による電流制御素子の第３の実施の形態の断面図である。本実施の形態では、アクチュエータ駆動電極３１ａ，３１ｂ及びアクチュエータ・コモン電極３２ａ，３２ｂは、櫛歯形状に対向した形状で変形可能層３３ａ，３３ｂと絶縁層３４ａ，３４ｂとの間にそれぞれ介在する。
【００６６】
図６は、本発明による電流制御素子の第４の実施の形態の断面図である。本実施の形態では、カソード６１ａ，６１ｂが共に絶縁層６２の上に形成されている。また、変形可能層６３ａ，６３ｂを反強誘電材料によって構成し、アクチュエータ・コモン電極６４ａ，６４ｂには所定の電圧ＶＣが印加され、アクチュエータ駆動電極６５ａ，６５ｂには可変電圧ＶＤが印加される。
【００６７】
図７は、アクチュエータ駆動電極の電圧とアクチュエータ・コモン電極の電圧との差と、アクチュエータの変位量ｘ３との間の関係を示す図である。図示したように、電圧ＶＤと電圧ＶＣとの差をＶＤＡより小さい範囲で変化させた場合、変位量ｘ３が変化する個所が存在し（領域Ａ）、電圧ＶＤと電圧ＶＣとの差をＶＤＡとＶＤＢの間で変化させた場合、変位量ｘ３は一定のままであり（領域Ｂ）、電圧ＶＤと電圧ＶＣとの差をＶＤＢより大きく変化させた場合、変位量ｘ３が変化する個所が存在する（領域Ｃ）。
【００６８】
領域Ａの変位量ｘ３が変化する個所では、カソード６１ａ，６１ｂがグリッド６６から離間して、プレート電流が減少する。領域Ｂでは、アクチュエータは変位状態を維持する。領域Ｃの変位量ｘ３が変化する個所では、カソード６１ａ，６１ｂがグリッド６６に接近して、プレート電流が増大する。
【００６９】
したがって、電圧ＶＤと電圧ＶＣとの差をＶＤＡとＶＤＢの間に設定する、例えば、電圧ＶＣを−ＶＤＸに設定して電圧ＶＤが零近傍の値となるようにすると、アクチュエータは、アクチュエータ駆動電極６５ａ，６５ｂに電圧を継続的に印加することなく変位状態を維持する。その結果、アクチュエータ又はそれを含む回路の抵抗成分による電力の消費がほとんどなくなり、消費電力を更に低減させることができる。何故ならば、アクチュエータ・コモン電極側は、一定電圧を保持する為の回路であり、電圧ＶＣを−ＶＤＸに保持しても、それによる消費電力の増加はないことに加え、アクチュエータ駆動電極側は、トランジスタ等の部品で主に構成される駆動回路であり、この部分では、電力を消費する抵抗成分が多く含まれるので、電圧ＶＤを零近傍にすることが消費電力の低減となるからである。
【００７０】
なお、電界が加えられると凹状に屈曲変位する圧電材料によって変形可能層６３ａ，６３ｂを構成した場合についても、同様な特性を得ることができるが、この場合、領域Ａでは、カソード６１ａ，６１ｂがグリッド６６に接近して、プレート電流が増大し、かつ、領域Ｃでは、カソード６１ａ，６１ｂがグリッド６６から離間して、プレート電流が減少する。
【００７１】
図６及び７を用いて説明したような特徴を有する電流制御素子は、アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切替を行うスイッチング素子を更に具えることが好ましく、これによって、アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切替が良好に行うことができるので、アクチュエータの変位状態を維持するために第２電極に電圧を継続的に印加する必要がなくなり、消費電力を更に低減させることができる。また、アクチュエータの変位動作及び変位状態の維持のために課されるアクチュエータ材料の選択の際の制約がなくなるので、アクチュエータ材料の選択の際の制約が緩和される。以下、スイッチング素子を更に具える場合について説明する。
【００７２】
図８は、スイッチング素子を具える電流制御素子を行列配置した例を示す図である。これは、スイッチング素子を具える電流制御素子のアレイ７１と、ワード線駆動回路７２と、データ線駆動回路７３と、電源部７４と、ワード線駆動回路７２及びデータ線駆動回路７３に制御信号を供給する信号制御回路７５とを具える。
【００７３】
ワード線駆動回路７２は、行数に対応する本数のワード線７６に選択的に駆動信号を供給して、１行単位に電流制御素子のアクチュエータを順次選択する。データ線駆動回路７３は、列数に対応する本数のデータ線７７にパラレルにデータ信号を出力して、ワード線駆動回路７２で選択された行のスイッチング素子にそれぞれデータ信号を供給する。
【００７４】
電源部７４は、ワード線駆動回路７２に対して、その内部の論理回路における演算用の論理電源電圧と、２種類のワード線用電源電圧とを供給し、データ線駆動回路７３に対して、上記論理電源電圧と、２種類のデータ線用電源電圧とを供給する。
【００７５】
図９は、スイッチング素子としてトランジスタを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図であり、図１０は、スイッチング素子としてトランジスタを使用した電流制御素子の上面図である。この場合、電流制御素子８１の各々は、アクチュエータ８２と、トランジスタ８３とを有する。
【００７６】
図１０において、実線で示すようなアクチュエータ駆動電極８４の平面形状、一点鎖線で示すような変形可能層８５の平面形状及び破線で示すようなアクチュエータ・コモン電極８６の外周形状を矩形とする。この場合、変形可能層８５の平面形状の面積を、アクチュエータ・コモン電極８６の外周形状の面積よりも大きくするとともに、アクチュエータ駆動電極８４の平面形状の面積よりも小さくする。
【００７７】
アクチュエータ駆動電極８４は、コンタクト部８８を通じてトランジスタ８３のソース／ドレイン領域８７Ａに接続される。ワード線７６は、コンタクト部８９を通じてトランジスタ８３のゲート電極に接続される。データ線７７は、コンタクト部９０を通じてドレイン／ソース領域８７Ｂに接続される。また、ワード線７６とデータ線７７との交差部には、これらワード線７６とデータ線７７とを絶縁するためにシリコン酸化膜、ガラス膜、樹脂膜等から構成した絶縁膜９１が介在している。
【００７８】
ワード線駆動回路７２によって１行が選択されると、その行に関するトランジスタ８３が全てオンになり、これによって、データ線駆動回路７３を通じて供給されたデータ信号は、トランジスタ８３のチャネル領域を通じてアクチュエータ駆動電極８４に供給される。
【００７９】
スイッチング素子としてトランジスタを用いた場合、上記２種類のワード線用電源電圧は、トランジスタ８３をオンにするための電圧（以下、「オン電圧」と称する。）及びそれをオフするための電圧（以下、「オフ電圧」と称する。）となる。
【００８０】
また、上記２種類のデータ線用電源電圧は、アクチュエータ８２を屈曲変位させるのに十分な電圧（以下、「動作電圧」と称する。）及びそれを元の状態に戻すのに十分な電圧（以下、「リセット電圧」と称する。）となる。なお、アクチュエータ８２の選択時に印加する動作電圧を２種類以上用意して、プレートに対するカソードの位置を複数種類設定可能にすることにより、所望のプレート電流量を得ることができる。
【００８１】
したがって、ワード線駆動回路７２及びデータ線駆動回路７３として、電圧の２値レベル（“Ｈ”又は“Ｌ”）を切り替えるだけの簡単な構成の回路、例えば、図１４Ａに示すような２個のＭＯＳＦＥＴを直列接続することによって構成したプッシュプル回路又は図１１Ｂに示すような２個のプッシュプル回路を組み合わせた回路をチャネル数と同一個数だけ有するシリアル−パラレルコンバータを用いることができる。図１１Ｂのようにデータ線駆動回路を形成することで、リセット電圧の他に２種類の動作電圧が印加可能となる。
【００８２】
図１２は、スイッチング素子としてバリスタを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図であり、図１３は、スイッチング素子としてバリスタを使用した電流制御素子の上面図である。この場合、電流制御素子１０１の各々は、アクチュエータ１０２と、バリスタ１０３とを有する。
【００８３】
図１３に示すように、ワード線７６は、アクチュエータ・コモン電極１０４に接続される。データ線７７は、破線で示したアクチュエータ駆動電極１０５に接続される。アクチュエータ・コモン電極１０４とアクチュエータ駆動電極１０５との間に、一点鎖線で示した変形可能層１０６が存在する。なお、アクチュエータ駆動電極１０５とデータ線７７との電気的な接続はスルーホール１０７を通じて行われる。
【００８４】
バリスタ１０３は、印加電圧の変化に応じて抵抗値が非線形的に変化する抵抗素子であり、例えばＳｉＣバリスタ、Ｓｉのｐｎｐバリスタ、ＺｎＯを主体としたバリスタ等によって構成され、その両端の電圧が高くなるに従って抵抗値が減少する負特性を有する。
【００８５】
ここで、バリスタ１０３の好適な特性について説明する。
先ず、オフ抵抗を、リーク電流（放電）が生じる際のアクチュエータ１０２に対する印加電圧の変動の割合が５％以内となるように設定する。オフ抵抗が非常に小さい場合、アクチュエータ１０２に蓄積された電荷が放電され、アクチュエータ１０２が変位状態を維持することができなくなる。アクチュエータ１０２に対する印加電圧の変動の割合は、バリスタ１０３の静電容量の分圧による変動の割合（５％）とリーク電流に起因する放電による変動の割合との和によって表される。
【００８６】
オフ抵抗をこのように設定することによって、ＣＲ時定数が比較的大きくなり、それに伴うローパスフィルタ効果によって、アクチュエータ１０２に対する印加電圧は、平滑化されてほぼ一定値に維持される。その結果、アクチュエータ１０２は変位状態を維持する。
【００８７】
一方、バリスタ１０３のオン抵抗は、アクチュエータ１０２に対する印加電圧が規定の電圧の９５％まで立ち上がる値に設定される。バリスタ１０３の一方の電極にオン信号が供給されると、アクチュエータ１０２への印加電圧は、急峻に立ち上がって、規定の電圧の９５％まで瞬時に到達する。したがって、アクチュエータ１０２は、瞬時に一方向へ屈曲変位する。
【００８８】
図１３に示す例では、アクチュエータ１０２、バリスタ１０３及びワード線７６を、基板の表面上に形成し、その裏面にデータ線７７を形成するが、図１４Ａ及び１４Ｂに示すように、アクチュエータ１０２及びワード線７６を、基板の表面上に形成し、その裏面にバリスタ１０３及びデータ線７７を形成することもできる。
【００８９】
図１５に示す構成を有する場合、図示しない複数のアクチュエータを一方の面上に形成した第１基板１１１と、両面に電極１１２ａ，１１２ｂを形成した第２基板１１３とを設ける。第１基板１１１の一方の面から他方の面まで貫通したスルーホールを複数のアクチュエータに対してそれぞれ形成し、これらスルーホールに対する他方の面に電極パッド１１４をそれぞれ設ける。すなわち、これら電極パッド１１４は、一方の面に設けられたアクチュエータに対応した位置に設けられる。
【００９０】
電極パッド１１４は、電極１１２の対応する位置にそれぞれ形成される。第２基板１１３を構成する材料を適切に選択することによって、第１基板１１１に形成されたアクチュエータに対応したバリスタの機能を有することができる。
【００９１】
第２基板１１３に設けられた電極のうち、バリスタ機能を必要としない電極１１５、例えばワード線７６の取出し電極１１５は、スルーホール１１６を用いて第１基板１１１の他方の面に形成されたワード線７７の取出し用の電極パッド１１７に接続される。
【００９２】
電極パッド１１４を設けた第１基板１１１の面を、電極１１２ｂを設けた第２基板１１３の面に張り合わせるに当たり、電極パッド１１４及びそれに対応する電極１１２ｂを、半田、導電性樹脂等を用いて貼り合わせる。これによって、アクチュエータのアクチュエータ駆動電極及びデータ線７７は、バリスタ１０３を通じて電気的に接続される。
【００９３】
第２基板１１３の厚さは、要求されるバリスタ電圧に応じて決定され、バリスタ１０３の電極の表面積は、要求される静電容量及び電流容量から決定される。
【００９４】
電極１１２ａ，１１２ｂとそれに近接する同一面上の電極１１２ａ，１１２ｂとの間のリーク電流を低減するとともに、電極１１２ａ，１１２ｂの配置の自由度を高めるために、例えば、電極１１２ａ，１１２ｂとそれに近接する同一面上の電極１１２ａ，１１２ｂとの間に溝を形成し、又は第２基板１１３を構成する材料の粒径を小さくして、第２基板１１３の厚さを小さくする。
【００９５】
電極１１２ａ，１１２ｂとそれに近接する同一面上の電極１１２ａ，１１２ｂとの間に溝を形成した場合、電極１１２ａ，１１２ｂとそれに近接する同一面上の電極１１２ａ，１１２ｂとの間の距離が実質的に増大し、バリスタ電圧が高くなる。それに対して、第２基板１１３を構成する材料の粒径を小さくして第２基板１１３の厚さを小さくした場合、電極１１２ａと電極１１２ｂとの間で所定のバリスタ電圧を維持しながら、電極１１２ａ，１１２ｂとそれに近接する同一面上の電極１１２ａ，１１２ｂとの間のバリスタ電圧が高くなる。
【００９６】
このように、アクチュエータ１０２を形成した第１基板１１１の他に、バリスタ１０３を構成するための第２基板１１３を設け、第１基板１１１を第２基板１１３に貼り合わせるようにしているので、アクチュエータ１０２とデータ線７７との間にバリスタ１０３を接続するための配線構造が非常に簡単になり、装置全体のサイズを小さくできるとともに、歩留まりの向上、製造コストの低減等の観点から非常に有利なものとなる。
【００９７】
なお、スイッチング素子としてバリスタを用いた場合、図３及び４に示したような電極構造を採用することができる。
【００９８】
図１６は、スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図であり、図１７は、スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子の断面図であり、図１８は、スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子の上面図である。この場合、電流制御素子１１１の各々は、アクチュエータ１１２と、圧電リレー１１３とを有する。
【００９９】
図１７及び１８に示すように、アクチュエータ１１２に隣接した位置に圧電リレー１１３が配置され、アクチュエータ１１２の基板の内部には、アクチュエータ１１２を構成するためにスペース１１４の他に、圧電リレー１１３を構成するためのスペース１１５が設けられている。スペース１１５も、図示しない貫通孔を通じて外部と連通している。
【０１００】
この場合、スペース１１５が形成されている部分の厚さを、それ以外の部分よりも小さくし、その結果、スペース１１５が形成されている部分は、外部応力に対して振動を受けやすい構造となっており、圧電リレー１１３の振動部として機能し、それ以外の部分は、圧電リレー１１３の振動部を支持する圧電リレー１１３の固定部として機能する。
【０１０１】
圧電リレー１１３は、図１７及び１８に示すように、変形可能層１１６と、その下に形成された電極１１７と、ワード線７６に接続するための電極１１８と、その上に形成された絶縁層１１９と、その上に形成された電極１２０と、それに対向する接地電極１２１とを具える。なお、これらの電極のうち、電極１１７は、アクチュエータ駆動電極としての役割も果たし、電極１２０は、アクチュエータ・コモン電極としての役割も果たす。
【０１０２】
図１９は、スイッチング素子として圧電リレーを使用した他の電流制御素子の断面図である。本例は、基板１２２の一方の面にアクチュエータ１１２を形成するとともに、他方の面に圧電リレー１１３を形成する。
【０１０３】
この場合、アクチュエータ１１２及び圧電リレー１１３に対応する個所にスペース１２３及び１２４をそれぞれ形成する。また、スイッチング専用のデータ線１２５を、基板１２２の他方の面に更に設ける。さらに、圧電リレー１１３の上に形成される電極１２６を、基盤１２２に形成されたスルーホール１２７を通じて配線し、電極１２６に選択的に接触する接地電極１２８を、基板１２２の下方に配置されたプリント配線基板１２９に形成する。
【０１０４】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、本発明による電流制御素子は、サイリスタなどの大出力電流用スイッチとしても使用することができる。また、他の種類の多極管を構成することもでき、例えば、五極管を構成する場合、従来の五極管に対してグリッドの個数を１個省略した構造によって構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電流制御素子の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】電極の電圧差とカソードーグリッド間距離との関係を示す図である。
【図３】電極の電圧差とプレート電流との関係を示す図である。
【図４】本発明による電流制御素子の第２の実施の形態の断面図である。
【図５】本発明による電流制御素子の第３の実施の形態の断面図である。
【図６】本発明による電流制御素子の第４の実施の形態の断面図である。
【図７】アクチュエータ駆動電極の電圧とアクチュエータ・コモン電極の電圧との差と、アクチュエータの変位量との間の関係を示す図である。
【図８】スイッチング素子を具える電流制御素子を行列配置した例を示す図である。
【図９】スイッチング素子としてトランジスタを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図である。
【図１０】スイッチング素子としてトランジスタを使用した電流制御素子の上面図である。
【図１１】ワード線駆動回路及びデータ線駆動回路で使用される回路の例を示す図である。
【図１２】スイッチング素子としてバリスタを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図である。
【図１３】スイッチング素子としてバリスタを使用した電流制御素子の上面図である。
【図１４】スイッチング素子としてバリスタを使用した他の電流制御素子の上面図である。
【図１５】図１４Ａ又は１４Ｂに示す電流制御素子を構成する方法を説明するための図である。
【図１６】スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子のアレイの一例を示す図である。
【図１７】スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子の断面図である。
【図１８】スイッチング素子として圧電リレーを使用した電流制御素子の上面図である。
【図１９】スイッチング素子として圧電リレーを使用した他の電流制御素子の断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current control element that functions as a multipolar tube such as a quadrupole tube or a pentode used in radio, television, or the like.
[0002]
[Prior art]
Such a current control element or multipole tube further comprises a plurality of grids in addition to the plate and the cathode. For example, in the case of a quadrupole tube, a shielding grid is placed between the control grid and the plate to reduce the capacitance between them, resulting in high frequency instability in the case of a triode. In addition, the deterioration of the output characteristics due to the plate voltage drop at the time of a large plate current is improved.
[0003]
Further, in the case of a pentode, by arranging a suppression grid between the shielding grid and the plate, the shielding effect is further increased, the operation is stabilized, and a large output with little distortion is obtained.
[0004]
In extracting the current from the plates of these current control elements, the plate voltage is controlled.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional current control element, an element such as a power amplifier is required to control the plate voltage, which contributes to an increase in cost. In addition, the use of such an element has a disadvantage that power consumption is increased.
[0006]
Furthermore, conventional current control elements are difficult to integrate and are therefore not suitable for miniaturization and high current output.
[0007]
An object of the present invention is to provide a current control element capable of reducing cost and power consumption.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a current control element that enables miniaturization and high power output.
[0009]
The current control element according to the present invention comprises:
  A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. And holding the first electrode at a desired offset potential and variably controlling the potential of the second electrodeHas hysteresisActuators that perform displacement motions;
  A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
  A plate for receiving electrons emitted from the cathode; and
  Comprising at least one grid disposed between the cathode and the plate;
  The fixing portion has a void at a corresponding position of the actuator;The position of the cathode with respect to the plate is made variable by the displacement operation of the actuator obtained by making the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential variable, the current value taken out from the plate is controlled, and the offset potential By adjusting the offset position of the cathode, the control range of the current value taken out from the plate is adjustedAnd
  By maintaining the offset potential of the first electrode at a predetermined value and maintaining the potential of the second electrode at zero, two displacement states having different current values to be extracted are maintained.It is characterized by.
[0010]
According to the present invention, the position of the cathode with respect to the plate is made variable by the displacement operation of the actuator, and the current value taken out from the plate is controlled. As a result, the potential of the plate with respect to the cathode can be kept constant, and there is no need to provide an element for controlling the plate voltage, such as a power amplifier, so the cost is reduced.
[0011]
Further, by adjusting the control range of the current value taken out from the plate by the offset potential, it can have the same function as a conventional shielding grid for a multipolar tube. As a result, since the shielding grid can be omitted without impairing the function of the conventional multipolar tube, the cost can be further reduced.
[0012]
Furthermore, since the voltage applied to the first and second electrodes is lower than the plate voltage, and the plate current can be controlled by making only the voltage lower than the plate voltage variable, the power consumption is reduced. be able to.
[0013]
The control range of the current value taken out from the plate can be easily adjusted by the offset position of the cathode obtained by adjusting the offset potential of the first electrode. The cathode is formed on, for example, an insulating layer formed on the first or second electrode.
[0014]
Preferably, a plurality of cathodes corresponding to one plate and a plurality of actuators respectively corresponding to the plurality of cathodes are provided. By integrating the actuators at a high density in this way, the current control element can be reduced in size and a high current can be output.
[0015]
In configuring the actuator, preferably, the vibration part is made of ceramics, and the vibration part and the fixed part are integrally formed or the vibration part and the fixed part are integrally formed or made of ceramics, and the vibration part and the fixed part are integrally formed. . The deformable layer is made of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an anti-dielectric material.
[0016]
In addition, a current control device including a plurality of current control elements according to the present invention and a substrate integrally formed with a plurality of actuators constituting the current control elements can be configured. In this case, a current control device that can output a large current by configuring a plurality of current control elements as one element or a current control device in which each current control element is separated and integrated in a cell structure.
[0017]
Other current control elements according to the present invention include:
  A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. An actuator that holds the first electrode at a desired offset potential and variably controls the potential of the second electrode;
  A switching element that provides hysteresis to the displacement operation of the actuator by switching between the displacement operation of the actuator and maintaining the displacement state;
  A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
  A plate for receiving electrons emitted from the cathode; and
  Comprising at least one grid disposed between the cathode and the plate;
  The fixing portion has a void at a corresponding position of the actuator;The position of the cathode with respect to the plate is made variable by the displacement operation of the actuator obtained by making the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential variable, the current value taken out from the plate is controlled, and the offset potential By adjusting the offset position of the cathode, the control range of the current value taken out from the plate is adjustedAnd
  By maintaining the offset potential of the first electrode at a predetermined value and maintaining the potential of the second electrode at zero, two displacement states having different current values to be extracted are maintained.It is characterized by.
[0018]
According to the present invention, since the actuator maintains the displacement state in the state where the potential of the second electrode is close to zero, it is necessary to continuously apply a voltage to the second electrode in order to maintain the displacement state of the actuator. Disappears. As a result, almost no power is consumed by the resistance component of the current control element or the circuit including the current control element, and the power consumption can be further reduced. This is because an actuator drive circuit is provided on the second electrode side, so that power consumption due to the resistance component can be eliminated.
[0019]
Preferably, a switching element for switching between the displacement operation of the actuator and maintaining the displacement state is further provided. This makes it possible to satisfactorily switch between the displacement operation of the actuator and the maintenance of the displacement state, so that it is not necessary to continuously apply a voltage to the second electrode in order to maintain the displacement state of the actuator. Can be further reduced. In addition, since there are no restrictions on the selection of the actuator material imposed to maintain the displacement operation and the displacement state of the actuator, the restrictions on the selection of the actuator material are relaxed.
[0020]
For example, the switching element is one of a transistor, a varistor, and a piezoelectric relay. Note that when a varistor is selected as the switching element, particularly good switching characteristics can be obtained, so that restrictions in selecting the actuator material are further relaxed.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a current control element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a current control element according to the present invention. The current control elements are formed on the actuators 1a and 1b, the actuators 1a and 1b, respectively, and between the cathodes 2a and 2b that emit electrons, and between the actuators 1a and 1b and the cathodes 2a and 2b. Insulating layers 3a and 3b, a common plate 4 for receiving electrons emitted from the cathodes 2a and 2b, and a common control grid 5 arranged between the cathodes 2a and 2b and the plate, respectively.
[0022]
The illustrated current control element is integrated on the substrate 6 to constitute a current control device. In this case, it is also preferable that a plurality of current control elements are configured as one element to output a large current, or a circuit in which each current control element is separated and integrated in a cell structure.
[0023]
The actuators 1a and 1b include a common spacer layer 7 as a fixed portion formed on the substrate 6, a common sheet layer 8 as a vibrating portion, and a second electrode formed on the sheet layer 8. Actuator drive electrodes 9a and 9b, deformable layers 10a and 10b formed on the actuator drive electrodes 9a and 9b, respectively, and first layers interposed between the insulating layers 3a and 3b and the deformable layers 10a and 10b, respectively. Actuator common electrodes 11a and 11b as electrodes.
[0024]
The formation of the actuators 1a and 1b and the substrate 6 is described in US Pat. No. 5,210,455 and the like, and an example thereof will be described below.
[0025]
The sheet layer 8 is formed to be relatively thin and has a structure that is susceptible to vibration against external stress. The sheet layer 8 is preferably made of a high heat resistant material. The reason for this is that when the actuator drive electrodes 9a and 9b are joined to the sheet layer 8, when the structure is directly supported by the sheet layer 8 without using a relatively low heat-resistant material such as an organic adhesive, at least deformation is required. This is to prevent the sheet layer 8 from being altered during the formation of the possible layers 10a and 10b.
[0026]
Also, wiring formed on the substrate 6 and electrically connected to the actuator drive electrodes 9a and 9b, and similarly formed on the substrate 6 and electrically connected to the actuator common electrodes 11a and 11b. In order to electrically isolate the wiring, the sheet layer 8 is preferably made of an electrically insulating material.
[0027]
Therefore, the sheet layer 8 can be made of a highly heat-resistant metal or a material such as enamel whose metal surface is coated with a ceramic material such as glass.
[0028]
As the ceramic constituting the sheet layer 8, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used. . Among these, aluminum oxide and stabilized zirconium oxide are preferable from the viewpoint of strength and rigidity. Stabilized zirconium oxide has relatively high mechanical strength and relatively high toughness even when the sheet layer 8 is thin, actuator drive electrodes 9a and 9b, deformable layers 10a and 10b, and actuator common electrode 11a, This is particularly preferable from the viewpoint of a relatively small chemical reaction with 11b. The stabilized zirconium oxide includes stabilized zirconium oxide and partially stabilized zirconium oxide. Stabilized zirconium oxide has a cubic crystal structure or the like and therefore does not cause phase transition.
[0029]
On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic crystal and a tetragonal crystal at around 1000 ° C., and cracks may occur during such a phase transition. Stabilized zirconium oxide contains 1-30 mol% of a stabilizer such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, and rare earth metal oxides. In order to improve the mechanical strength of the sheet layer 8, it is preferable that the stabilizer contains yttrium oxide. In this case, yttrium oxide is preferably contained in an amount of 1.5-6 mol%, more preferably 2-4 mol%, and further preferably 0.1-5 mol% of aluminum oxide.
[0030]
The crystal phase may be a cubic + monoclinic mixed phase, a tetragonal + monoclinic mixed layer, a cubic + tetragonal + monoclinic mixed phase, and the like. A phase having a tetragonal crystal or a mixed phase of tetragonal crystal + cubic crystal is optimal from the viewpoint of strength, toughness and durability.
[0031]
When the sheet layer 8 is made of ceramics, a relatively large number of crystal grains constitute the sheet layer 8. In order to improve the mechanical strength of the sheet layer 8, the average grain diameter of the crystal grains is preferably 0. .05-2 μm, more preferably 0.1-1 μm.
[0032]
The spacer layer 7 has voids 12a and 12b at corresponding positions of the actuators 1a and 1b, respectively. Such voids 12a and 12b are formed by a technique such as a screen printing method.
[0033]
The spacer layer 7 is preferably made of ceramic, but it can be the same as the ceramic material constituting the sheet layer 8 or a different ceramic material. Such ceramics include, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, and the like, similar to the ceramic material constituting the sheet layer 8. A mixture of the above can be used.
[0034]
Examples of the ceramic material different from the ceramic material constituting the substrate 6, the spacer layer 7 and the sheet layer 8 include a material mainly composed of zirconium oxide, a material mainly composed of aluminum oxide, and a material mainly composed of a mixture thereof. Is preferably employed. Among these, those mainly composed of zirconium oxide are particularly preferable. In addition, although clay etc. may be added as a sintering aid, it is necessary to adjust an auxiliary | assistant component so that what is easy to vitrify, such as a silicon oxide and a boron oxide, is not included excessively. The reason is that these easily vitrified materials are advantageous from the viewpoint of joining to the deformable layers 10a and 10b, but promote the reaction with the deformable layers 10a and 10b, and the deformable layers 10a and 10b are predetermined. This is because it is difficult to maintain the composition, and as a result, the device characteristics are deteriorated.
[0035]
That is, it is preferable to limit the silicon oxide or the like contained in the substrate 6, the spacer layer 7 and the sheet layer 8 to 3% or less, preferably 1% or less by weight. Here, the main component refers to a component present at a ratio of 50% or more by weight.
[0036]
The substrate 6, the spacer layer 7, and the sheet layer 8 are preferably configured as a three-layered laminate. In this case, for example, the layers are joined and integrated or retrofitted by simultaneous simultaneous firing, glass or resin. In addition, it can also be set as a laminated body of four or more layers.
[0037]
A variable voltage is applied to the actuator drive electrodes 9a and 9b from a power source (not shown). These actuator drive electrodes 9a and 9b are made of a conductor having resistance to a high-temperature oxidizing atmosphere, such as a simple metal, an alloy, a mixture of insulating ceramics and a simple metal, a mixture of insulating ceramics and an alloy, and the like. Is composed of a high melting point noble metal such as platinum, palladium, rhodium, etc., an alloy containing silver-palladium, silver-platinum, platinum-palladium or the like as a main component, or a cermet material of platinum and a ceramic material. More preferably, it is made of a material mainly composed of platinum or a platinum-based alloy. In addition, about 5-30 volume% is suitable for the ratio of the dish mix material added in an electrode material, and when using a piezoelectric material and / or an electrostrictive material as a ceramic material, the ratio is 5-20 volume. It is preferable to make it about%.
[0038]
In forming the actuator drive electrodes 9a and 9b, using the above materials, various thick film forming methods such as screen printing, spraying, coating, dipping, coating, and electrophoresis, sputtering, ion beam, vacuum deposition, ion The film can be formed according to a normal film forming method using various thin film forming methods such as plating, CVD, and plating, and preferably formed by these thick film forming methods.
[0039]
When the actuator drive electrodes 9a and 9b are formed by the thick film forming method, the thickness is generally 20 μm or less, preferably 5 μm or less.
[0040]
The deformable layers 10a and 10b perform a displacement operation when an electric field is applied, and are configured of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an anti-dielectric material. When using a piezoelectric material and / or an electrostrictive material, for example, a material mainly composed of lead zirconate (PMN), a material mainly composed of lead nickel niobate (PNN), and a lead zinc niobate as a main component. Material, lead manganate niobate as the main component, lead magnesium tantalate as the main component, nickel lead tantalate as the main component, lead antimony stannate as the main component, titanate A material containing lead as a main component, a material containing lead magnesium tungstate as a main component, a material containing lead cobalt niobate as a main component, or a composite material containing any combination thereof can be used. Ceramics containing lead zirconate are most frequently used as piezoelectric materials and / or electrostrictive materials.
[0041]
When the piezoelectric material and / or the electrostrictive material is ceramic, the above materials include lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, tungsten, nickel, manganese, lithium, An appropriate material to which an oxide such as strontium, bismuth or the like, any combination thereof, or another compound is appropriately added, for example, a material obtained by adding a predetermined additive to the material so as to be a PLZT system is also preferably used. It is done.
[0042]
Among these piezoelectric materials and / or electrostrictive materials, materials mainly composed of components composed of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, lead nickel niobate, lead magnesium niobate, lead zirconate and titanium Materials mainly composed of components composed of lead oxide, materials composed mainly of components composed of lead magnesium niobate, lead nickel tantalate, lead zirconate and lead titanate, lead magnesium tantalate and lead magnesium niobate And a material mainly composed of a component composed of lead zirconate and lead titanate, a material in which a part of lead of these materials is replaced with strontium and / or lanthanum, etc. are preferably used. It is suitable as a material for forming the deformable layers 10a and 10b by a film forming method.
[0043]
In the case of a multi-component piezoelectric material and / or electrostrictive material, the piezoelectric and / or electrostrictive characteristics vary depending on the composition of the component, but lead magnesium niobate-lead zirconate that is preferably employed in this embodiment. In the case of ternary materials of lead titanate and quaternary materials of lead magnesium niobate-lead nickel tantalate-lead titanate and lead magnesium tantalate-magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate, pseudo cubic The composition in the vicinity of the crystal-tetragonal-rhombohedral phase boundary is preferable, in particular, lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 30-45 mol%, Composition, lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead nickel tantalate: 10-40 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 30-45 mol% Composition and lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead magnesium tantalate: 10-40 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 30-45 mol%, high piezoelectric constant And a high electromechanical coupling coefficient.
[0044]
Also, when using antiferroelectric materials, those containing lead zirconate as the main component, those containing lead zirconate and lead stannate as the main component, those containing lanthanum oxide added to lead zirconate, zircon What added lead zirconate and lead niobate to the component which consists of lead acid and lead stannate is suitable. In particular, when driven at a low voltage, it is preferable to use an antiferroelectric material containing a component composed of lead zirconate and lead stannate. This composition is as follows.
Pb0.99Nb0.02[(ZrxSn1-x)1-yTiy]0.98O3
(0.5 <x <0.6, 0.05 <y <0.063)
Further, the antiferroelectric material can be made porous, and in this case, the porosity is preferably 30% or less.
[0045]
In forming the deformable layers 10a and 10b, it is preferable to use the thick film forming method, and the screen printing method is particularly preferably used because fine printing can be performed at low cost. . The thickness of the deformable layers 10a and 10b is preferably 50 μm or less, more preferably 3 to 40 μm, for reasons such as obtaining a large displacement at a low operating voltage.
[0046]
By such a thick film formation method, a paste mainly composed of, for example, a piezoelectric material and / or electrostrictive ceramic particles having an average particle diameter of about 0.01 μm to 7 μm, preferably about 0.05 μm to 5 μm. A film can be formed on the surface of the sheet layer 8 using the slurry, and good device characteristics can be obtained.
[0047]
Electrophoresis can form a film with a high density and a high shape system. The technical literature “DENKI KAGAKA 53, No. 1 (1985), p63-68 by Kazuo Anzai” and “Ceramics by the first electrophoresis method” Higher-order molding method research debate (1998), p5-6, p23-24 ”. Therefore, it is preferable to appropriately select and use various methods in consideration of required accuracy, reliability, and the like.
[0048]
When the deformable layers 10a and 10b are made of a piezoelectric material, the deformable layer has a flat shape as in 10a when no electric field is applied. On the other hand, when an electric field is applied, an electric field induced strain is generated, and due to the lateral effect, the deformable layer is bent and displaced in a concave shape as in 10b.
[0049]
On the other hand, when the deformable layers 10a and 10b are made of an antiferroelectric material, the deformable layer is flat when no electric field is applied, and the deformable layer is bent into a convex shape when an electric field is applied. Displace.
[0050]
The actuator common electrodes 11a and 11b are held at a desired offset potential, are wired in common to the actuators 1a and 1b, and are drawn out as wiring from the back surface of the substrate 6 through through holes (not shown).
[0051]
The actuator common electrodes 11a and 11b are formed by the same material and method as the actuator drive electrodes 9a and 9b, but are preferably formed by the thick film forming method. The thickness of the actuator common electrodes 11a and 11b is generally 20 μm or less, preferably 5 μm or less.
[0052]
These actuator common electrodes 11a and 11b serve as a shielding grid by adjusting the amount of electrons of the cathodes 2a and 2b by adjusting a desired offset potential, so that the four electrodes can be provided without providing a shielding grid. As a result, the current control element having the function of a quadrupole tube can be configured at a low cost.
[0053]
The thickness of the actuator drive electrodes 9a and 9b, the deformable layers 10a and 10b, and the actuator common electrodes 11a and 11b is generally 100 μm or less, preferably 50 μm or less.
[0054]
As already described, the actuator drive electrodes 9a and 9b, the deformable layers 10a and 10b, and the actuator common electrodes 11a and 11b can be heat-treated or fired to form an integral structure with the sheet layer 8, respectively. In addition, after the actuator drive electrodes 9a and 9b, the deformable layers 10a and 10b, and the actuator common electrodes 11a and 11b are formed, they are simultaneously heat-treated, that is, fired, so that they are integrally bonded to the sheet layer 8 at the same time. it can.
Depending on the method of forming the actuator drive electrodes 9a and 9b and the actuator common electrodes 11a and 11b, there is a case where heat treatment for integration, that is, firing is not required.
[0055]
A heat treatment for integrating the sheet layer 8 with the actuator drive electrodes 9a and 9b, the deformable layers 10a and 10b, and the actuator common electrodes 11a and 11b, that is, a firing temperature is generally in the range of 500 to 1400 ° C. Is in the range of 1000-1400 ° C. Further, when heat-treating the film-like deformable layers 10a and 10b, the heat treatment is performed while controlling the atmosphere together with the evaporation sources of the deformable layers 10a and 10b so that the composition of the deformable layers 10a and 10b does not become unstable at high temperatures. That is, firing is preferably performed, and it is also possible to employ a technique in which the deformable layers 10a and 10b are covered with an appropriate member and the surfaces of the deformable layers 10a and 10b are not directly exposed to the firing atmosphere. preferable. In this case, as the covering member, the same material as that of the substrate 6 and the spacer layer 7 is used.
[0056]
The insulating layers 3 a and 3 b are made of the same material as that of the substrate 6 and the spacer layer 7. The cathodes 2a and 2b are formed by the same material and method as the actuator drive electrodes 9a and 9b and the actuator common electrodes 11a and 11b, and are drawn out as wiring from the back surface of the substrate 6 through through holes (not shown).
[0057]
The operation of this embodiment will be described. Variable voltage V to actuator drive electrodes 9a and 9bDAnd an offset voltage V applied to the actuator common electrodes 11a and 11b.CIs applied, the cathodes 2a and 2b are separated from the plate 4 or grid 5 by a distance d.GKJust go away.
[0058]
When a piezoelectric material is used for the actuators 1a and 1b, VD-VCIs positive, as shown by the solid line in FIG.DAnd offset voltage VCThe distance d increases as the difference betweenGKBecomes longer. Also, VD-VCIs a voltage V that develops a coercive electric fieldminIf greater and negative voltage, distance dGKBecomes smaller than when no voltage is applied. That is, the cathodes 2 a and 2 b approach the grid 5. Therefore, the distance dGK, Variable voltage VDAnd offset voltage VCAnd change by controlling the difference. Where the variable voltage VDThe control range is Vmin+ VCThat's it. In FIG. 2, on the vertical axis, the direction in which the cathodes 2a, 2b move away from the grid 5 is positive, and on the horizontal axis, the polarization direction of the deformable layers 10a, 10b is positive.
[0059]
As shown by the solid line in FIG. 3, the plate current IPIs the variable voltage VDAnd offset voltage VCIt changes according to the difference. In the example shown in FIG. 3, the plate current IPIn order to facilitate the control of the plate voltage VPThe grid voltage VGIs changed between 0V and -2.5V by -0.5V.
[0060]
Variable voltage V shown in FIG.DThe control range A and the control range B of FIG. 5 have the same width, but the offset voltage V in the control range ACIs larger than that in the control range B. This is the offset voltage VCBy adjusting V, in FIG.D-VCDistance d when is 0VGKThat is, since the offset positions of the cathodes 2a and 2b can be adjusted, the plate current IPThe plate current I can be adjustedPThe control / adjustment range can be expanded.
[0061]
According to the present embodiment, the positions of the cathodes 2a and 2b with respect to the plate 4 are made variable by the displacement operation of the actuators 1a and 1b, and the current I taken out from the plate 4 is obtained.PThe plate voltage V like a power amplifier.PThere is no need to provide an element for controlling this, and the cost is reduced.
[0062]
Further, by integrating the actuators 1a and 1b at a high density, the current control element can be miniaturized and a high current can be output.
[0063]
Furthermore, the voltage applied to the actuator drive electrodes 9a and 9b and the actuator common electrodes 11a and 11b is lower than the plate voltage, and the plate current can be controlled by making only the voltage lower than the plate voltage variable. Therefore, power consumption can be reduced.
[0064]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a second embodiment of a current control element according to the present invention. In the present embodiment, the actuator drive electrodes 21a and 21b and the actuator common electrodes 22a and 22b are respectively disposed between the sheet layer 23 and the deformable layers 24a and 24b in a shape opposed to the comb teeth, and the cathode 25a. , 25b are formed directly on the deformable layers 24a, 24b, respectively.
[0065]
FIG. 5 is a cross-sectional view of a third embodiment of the current control element according to the present invention. In the present embodiment, the actuator drive electrodes 31a and 31b and the actuator common electrodes 32a and 32b are respectively interposed between the deformable layers 33a and 33b and the insulating layers 34a and 34b in a shape opposed to a comb-teeth shape.
[0066]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a current control element according to the present invention. In the present embodiment, the cathodes 61 a and 61 b are both formed on the insulating layer 62. The deformable layers 63a and 63b are made of an antiferroelectric material, and a predetermined voltage V is applied to the actuator common electrodes 64a and 64b.CIs applied to the actuator drive electrodes 65a and 65b.DIs applied.
[0067]
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the difference between the voltage of the actuator drive electrode and the voltage of the actuator common electrode and the displacement x3 of the actuator. As shown, the voltage VDAnd voltage VCThe difference from VDAWhen changing in a smaller range, there is a place where the displacement amount x3 changes (region A), and the voltage VDAnd voltage VCThe difference from VDAAnd VDBThe displacement amount x3 remains constant (region B) and the voltage VDAnd voltage VCThe difference from VDBWhen it is changed more greatly, there is a place where the displacement amount x3 changes (region C).
[0068]
Where the displacement amount x3 in the region A changes, the cathodes 61a and 61b are separated from the grid 66 and the plate current decreases. In region B, the actuator maintains a displaced state. Where the displacement amount x3 in the region C changes, the cathodes 61a and 61b approach the grid 66 and the plate current increases.
[0069]
Therefore, the voltage VDAnd voltage VCThe difference from VDAAnd VDBFor example, voltage VC-VDXSet to voltage VDIs set to a value close to zero, the actuator maintains the displacement state without continuously applying a voltage to the actuator drive electrodes 65a and 65b. As a result, power consumption by the resistance component of the actuator or the circuit including the actuator is almost eliminated, and the power consumption can be further reduced. This is because the actuator common electrode side is a circuit for maintaining a constant voltage, and the voltage VC-VDXThe actuator drive electrode side is a drive circuit mainly composed of components such as transistors, and in this part, there is no resistance component that consumes power. Since many are included, voltage VDThis is because reducing power consumption to near zero reduces power consumption.
[0070]
Similar characteristics can be obtained even when the deformable layers 63a and 63b are formed of a piezoelectric material that bends and displaces in a concave shape when an electric field is applied. In this case, in the region A, the cathodes 61a and 61b As the plate 66 approaches the grid 66, the plate current increases, and in the region C, the cathodes 61a and 61b move away from the grid 66 and the plate current decreases.
[0071]
The current control element having the characteristics as described with reference to FIGS. 6 and 7 preferably further includes a switching element for switching between the displacement operation of the actuator and the maintenance of the displacement state, and thereby the displacement operation of the actuator. Since the switching between maintaining the displacement state and the displacement state can be performed satisfactorily, it is not necessary to continuously apply a voltage to the second electrode in order to maintain the displacement state of the actuator, and the power consumption can be further reduced. . In addition, since there are no restrictions on the selection of the actuator material imposed to maintain the displacement operation and the displacement state of the actuator, the restrictions on the selection of the actuator material are relaxed. Hereinafter, a case where a switching element is further provided will be described.
[0072]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which current control elements including switching elements are arranged in a matrix. This is because control signals are sent to an array 71 of current control elements including switching elements, a word line drive circuit 72, a data line drive circuit 73, a power supply unit 74, a word line drive circuit 72, and a data line drive circuit 73. And a signal control circuit 75 to be supplied.
[0073]
The word line drive circuit 72 selectively supplies drive signals to the number of word lines 76 corresponding to the number of rows, and sequentially selects the actuators of the current control elements for each row. The data line driving circuit 73 outputs data signals in parallel to the number of data lines 77 corresponding to the number of columns, and supplies the data signals to the switching elements in the row selected by the word line driving circuit 72, respectively.
[0074]
The power supply unit 74 supplies the word line drive circuit 72 with a logic power supply voltage for operation in the internal logic circuit and two types of word line power supply voltages. The logic power supply voltage and two types of data line power supply voltages are supplied.
[0075]
FIG. 9 is a diagram showing an example of an array of current control elements using transistors as switching elements, and FIG. 10 is a top view of the current control elements using transistors as switching elements. In this case, each of the current control elements 81 includes an actuator 82 and a transistor 83.
[0076]
In FIG. 10, the planar shape of the actuator drive electrode 84 as indicated by the solid line, the planar shape of the deformable layer 85 as indicated by the alternate long and short dash line, and the outer peripheral shape of the actuator common electrode 86 as indicated by the broken line are rectangular. In this case, the area of the planar shape of the deformable layer 85 is made larger than the area of the outer peripheral shape of the actuator common electrode 86 and smaller than the area of the planar shape of the actuator drive electrode 84.
[0077]
The actuator drive electrode 84 is connected to the source / drain region 87 A of the transistor 83 through the contact portion 88. The word line 76 is connected to the gate electrode of the transistor 83 through the contact portion 89. The data line 77 is connected to the drain / source region 87B through the contact portion 90. Further, an insulating film 91 made of a silicon oxide film, a glass film, a resin film, or the like is interposed at an intersection between the word line 76 and the data line 77 to insulate the word line 76 and the data line 77 from each other. Yes.
[0078]
When one row is selected by the word line driving circuit 72, all the transistors 83 relating to the row are turned on, whereby the data signal supplied through the data line driving circuit 73 is supplied to the actuator driving electrode through the channel region of the transistor 83. 84.
[0079]
When a transistor is used as the switching element, the two types of word line power supply voltages are voltages for turning on the transistor 83 (hereinafter referred to as “on voltage”) and voltages for turning it off (hereinafter referred to as “on voltage”). , Referred to as “off voltage”).
[0080]
The two types of data line power supply voltages include a voltage sufficient for bending and displacing the actuator 82 (hereinafter referred to as “operating voltage”) and a voltage sufficient for restoring the original state (hereinafter referred to as “operating voltage”). , Referred to as “reset voltage”). It should be noted that a desired plate current amount can be obtained by preparing two or more operating voltages to be applied when the actuator 82 is selected and setting a plurality of types of cathode positions relative to the plate.
[0081]
Therefore, as the word line driving circuit 72 and the data line driving circuit 73, a circuit having a simple configuration that only switches the binary level (“H” or “L”) of the voltage, for example, two circuits as shown in FIG. 14A. A push-pull circuit configured by connecting MOSFETs in series or a serial-parallel converter having the same number of channels as a combination of two push-pull circuits as shown in FIG. 11B can be used. By forming the data line driving circuit as shown in FIG. 11B, two kinds of operating voltages can be applied in addition to the reset voltage.
[0082]
FIG. 12 is a diagram showing an example of an array of current control elements using varistors as switching elements, and FIG. 13 is a top view of the current control elements using varistors as switching elements. In this case, each of the current control elements 101 includes an actuator 102 and a varistor 103.
[0083]
As shown in FIG. 13, the word line 76 is connected to the actuator common electrode 104. The data line 77 is connected to the actuator drive electrode 105 indicated by a broken line. Between the actuator common electrode 104 and the actuator drive electrode 105, there is a deformable layer 106 indicated by a one-dot chain line. The electrical connection between the actuator drive electrode 105 and the data line 77 is made through the through hole 107.
[0084]
The varistor 103 is a resistance element whose resistance value changes nonlinearly according to a change in applied voltage. For example, the varistor 103 is composed of a SiC varistor, a Si pnp varistor, a varistor mainly composed of ZnO, and the like. It has a negative characteristic that the resistance value decreases as the time elapses.
[0085]
Here, a preferable characteristic of the varistor 103 will be described.
First, the off-resistance is set so that the ratio of fluctuation of the applied voltage to the actuator 102 when a leak current (discharge) occurs is within 5%. When the off-resistance is very small, the electric charge accumulated in the actuator 102 is discharged, and the actuator 102 cannot maintain the displacement state. The ratio of fluctuation of the applied voltage to the actuator 102 is represented by the sum of the ratio (5%) of fluctuation due to the partial pressure of the capacitance of the varistor 103 and the percentage of fluctuation due to discharge caused by the leakage current.
[0086]
By setting the off-resistance in this way, the CR time constant becomes relatively large, and the applied voltage to the actuator 102 is smoothed and maintained at a substantially constant value by the accompanying low-pass filter effect. As a result, the actuator 102 maintains the displacement state.
[0087]
On the other hand, the on-resistance of the varistor 103 is set to a value at which the voltage applied to the actuator 102 rises to 95% of the specified voltage. When an ON signal is supplied to one electrode of the varistor 103, the voltage applied to the actuator 102 rises steeply and instantaneously reaches 95% of the specified voltage. Therefore, the actuator 102 is bent and displaced in one direction instantly.
[0088]
In the example shown in FIG. 13, the actuator 102, the varistor 103, and the word line 76 are formed on the front surface of the substrate, and the data line 77 is formed on the back surface thereof, but as shown in FIGS. 14A and 14B, the actuator 102 and the word line 76 are formed. The line 76 may be formed on the front surface of the substrate, and the varistor 103 and the data line 77 may be formed on the back surface thereof.
[0089]
In the case of the configuration shown in FIG. 15, a first substrate 111 having a plurality of actuators (not shown) formed on one surface and a second substrate 113 having electrodes 112a and 112b formed on both surfaces are provided. Through holes penetrating from one surface of the first substrate 111 to the other surface are respectively formed for a plurality of actuators, and electrode pads 114 are respectively provided on the other surface of the through holes. That is, these electrode pads 114 are provided at positions corresponding to the actuators provided on one surface.
[0090]
The electrode pad 114 is formed at a position corresponding to the electrode 112, respectively. By appropriately selecting the material constituting the second substrate 113, it is possible to have a varistor function corresponding to the actuator formed on the first substrate 111.
[0091]
Of the electrodes provided on the second substrate 113, an electrode 115 that does not require a varistor function, for example, the extraction electrode 115 of the word line 76, is a word formed on the other surface of the first substrate 111 using the through hole 116. It is connected to the electrode pad 117 for taking out the line 77.
[0092]
When the surface of the first substrate 111 provided with the electrode pad 114 is bonded to the surface of the second substrate 113 provided with the electrode 112b, the electrode pad 114 and the corresponding electrode 112b are bonded using solder, conductive resin, or the like. to paste together. As a result, the actuator drive electrode of the actuator and the data line 77 are electrically connected through the varistor 103.
[0093]
The thickness of the second substrate 113 is determined according to the required varistor voltage, and the surface area of the electrode of the varistor 103 is determined from the required electrostatic capacity and current capacity.
[0094]
In order to reduce the leakage current between the electrodes 112a and 112b and the electrodes 112a and 112b on the same plane adjacent to the electrodes 112a and 112b, and to increase the degree of freedom of arrangement of the electrodes 112a and 112b, for example, the electrodes 112a and 112b and the proximity thereof A groove is formed between the electrodes 112a and 112b on the same surface, or the particle diameter of the material constituting the second substrate 113 is reduced, so that the thickness of the second substrate 113 is reduced.
[0095]
When a groove is formed between the electrodes 112a and 112b and the electrodes 112a and 112b on the same surface adjacent thereto, the distance between the electrodes 112a and 112b and the electrodes 112a and 112b on the same surface adjacent thereto is substantially reduced. To increase the varistor voltage. On the other hand, when the particle size of the material constituting the second substrate 113 is reduced to reduce the thickness of the second substrate 113, the electrode is maintained while maintaining a predetermined varistor voltage between the electrodes 112a and 112b. The varistor voltage between 112a and 112b and the electrodes 112a and 112b on the same surface adjacent to 112a and 112b becomes high.
[0096]
In this way, in addition to the first substrate 111 on which the actuator 102 is formed, the second substrate 113 for constituting the varistor 103 is provided, and the first substrate 111 is bonded to the second substrate 113, so that the actuator The wiring structure for connecting the varistor 103 between the data line 102 and the data line 77 becomes very simple, the overall size of the apparatus can be reduced, and it is very advantageous from the viewpoint of improving the yield and reducing the manufacturing cost. It will be a thing.
[0097]
When a varistor is used as the switching element, an electrode structure as shown in FIGS. 3 and 4 can be employed.
[0098]
FIG. 16 is a diagram showing an example of an array of current control elements using piezoelectric relays as switching elements, FIG. 17 is a cross-sectional view of current control elements using piezoelectric relays as switching elements, and FIG. It is a top view of the current control element which uses a piezoelectric relay as a switching element. In this case, each of the current control elements 111 includes an actuator 112 and a piezoelectric relay 113.
[0099]
As shown in FIGS. 17 and 18, the piezoelectric relay 113 is disposed adjacent to the actuator 112, and the piezoelectric relay 113 is configured inside the substrate of the actuator 112 in addition to the space 114 for configuring the actuator 112. A space 115 is provided for this purpose. The space 115 also communicates with the outside through a through hole (not shown).
[0100]
In this case, the thickness of the portion in which the space 115 is formed is made smaller than the other portions, and as a result, the portion in which the space 115 is formed has a structure that is susceptible to vibration against external stress. The other portion functions as a fixed portion of the piezoelectric relay 113 that supports the vibrating portion of the piezoelectric relay 113.
[0101]
17 and 18, the piezoelectric relay 113 includes a deformable layer 116, an electrode 117 formed under the deformable layer 116, an electrode 118 for connecting to the word line 76, and an insulating layer formed thereon. 119, an electrode 120 formed thereon, and a ground electrode 121 opposite thereto. Of these electrodes, the electrode 117 also serves as an actuator drive electrode, and the electrode 120 also serves as an actuator common electrode.
[0102]
FIG. 19 is a cross-sectional view of another current control element using a piezoelectric relay as a switching element. In this example, the actuator 112 is formed on one surface of the substrate 122 and the piezoelectric relay 113 is formed on the other surface.
[0103]
In this case, spaces 123 and 124 are formed at locations corresponding to the actuator 112 and the piezoelectric relay 113, respectively. Further, a data line 125 dedicated for switching is further provided on the other surface of the substrate 122. Furthermore, an electrode 126 formed on the piezoelectric relay 113 is wired through a through hole 127 formed in the base 122, and a ground electrode 128 that selectively contacts the electrode 126 is printed under the substrate 122. Formed on the wiring board 129.
[0104]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many changes and modifications can be made.
For example, the current control element according to the present invention can also be used as a large output current switch such as a thyristor. Also, other types of multipole tubes can be configured. For example, when a pentode is configured, it can be configured with a structure in which one grid is omitted from the conventional pentode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a current control element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a voltage difference between electrodes and a cathode-grid distance.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a voltage difference between electrodes and a plate current.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a second embodiment of a current control element according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a third embodiment of a current control element according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a fourth embodiment of a current control element according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the difference between the voltage of the actuator drive electrode and the voltage of the actuator common electrode and the displacement of the actuator.
FIG. 8 is a diagram showing an example in which current control elements including switching elements are arranged in a matrix.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an array of current control elements using transistors as switching elements.
FIG. 10 is a top view of a current control element using a transistor as a switching element.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a circuit used in a word line driving circuit and a data line driving circuit.
FIG. 12 is a diagram showing an example of an array of current control elements using varistors as switching elements.
FIG. 13 is a top view of a current control element using a varistor as a switching element.
FIG. 14 is a top view of another current control element using a varistor as a switching element.
15 is a diagram for explaining a method of configuring the current control element shown in FIG. 14A or 14B. FIG.
FIG. 16 is a diagram showing an example of an array of current control elements using piezoelectric relays as switching elements.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a current control element using a piezoelectric relay as a switching element.
FIG. 18 is a top view of a current control element using a piezoelectric relay as a switching element.
FIG. 19 is a cross-sectional view of another current control element using a piezoelectric relay as a switching element.

Claims (14)

固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによってヒステリシスを有する変位動作を行うアクチュエータ；
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びに
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を零にした状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とする電流制御素子。A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. An actuator that performs a displacement operation having hysteresis by holding the first electrode at a desired offset potential and variably controlling the potential of the second electrode;
A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
A plate for receiving electrons emitted from the cathode; and at least one grid disposed between the cathode and the plate;
The fixed portion has a void at a corresponding position of the actuator, and the position of the cathode with respect to the plate can be changed by the displacement operation of the actuator obtained by changing the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential. And controlling the current value taken out from the plate and adjusting the control range of the current value taken out from the plate by adjusting the offset position of the cathode by the offset potential ,
A current control element characterized in that two displacement states with different extracted current values are maintained in a state where the potential of the second electrode is set to zero by setting the offset potential of the first electrode to a predetermined value. . 請求項１記載の電流制御素子において、前記カソードに対する前記プレートの電位を一定に保持したことを特徴とする電流制御素子。2. The current control element according to claim 1, wherein the potential of the plate with respect to the cathode is kept constant. 請求項１記載の電流制御素子において、前記第１又は第２電極の上に絶縁層を形成し、その絶縁層の上にカソードを形成したことを特徴とする電流制御素子。2. The current control element according to claim 1, wherein an insulating layer is formed on the first or second electrode, and a cathode is formed on the insulating layer. 請求項１記載の電流制御素子において、１個の前記プレートに対応する複数の前記カソードと、これら複数のカソードにそれぞれ対応する複数の前記アクチュエータとを具えることを特徴とする電流制御素子。2. The current control element according to claim 1, further comprising: a plurality of the cathodes corresponding to one of the plates, and a plurality of the actuators respectively corresponding to the plurality of cathodes. 請求項１記載の電流制御素子において、前記振動部をセラミックスによって構成したことを特徴とする電流制御素子。The current control element according to claim 1, wherein the vibration part is made of ceramics. 請求項１記載の電流制御素子において、前記振動部及び固定部を一体成形したことを特徴とする電流制御素子。The current control element according to claim 1, wherein the vibrating part and the fixed part are integrally formed. 請求項１記載の電流制御素子において、前記振動部及び固定部をセラミックスによって一体成形したことを特徴とする電流制御素子。2. The current control element according to claim 1, wherein the vibrating part and the fixed part are integrally formed of ceramics. 請求項１記載の電流制御素子において、前記作動部、振動部及び固定部を一体成形したことを特徴とする電流制御素子。The current control element according to claim 1, wherein the operating part, the vibrating part, and the fixed part are integrally formed. 請求項１記載の電流制御素子において、前記変形可能層を、圧電材料、電歪材料、反強誘電材料のうちの少なくとも一種類によって構成したことを特徴とする電流制御素子。2. The current control element according to claim 1, wherein the deformable layer is made of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an antiferroelectric material. 請求項１記載の電流制御素子を複数具え、かつ、これら電流制御素子を構成する複数のアクチュエータを一体に形成した基板を更に具えることを特徴とする電流制御装置。A current control device comprising a plurality of current control elements according to claim 1 and a substrate on which a plurality of actuators constituting the current control elements are integrally formed. 固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによって変位動作を行うアクチュエータ；
前記アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切り替えを行うことによって、前記アクチュエータの変位動作にヒステリシスを付与するスイッチング素子；
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びに
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を零にした状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とする電流制御素子。A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. An actuator that holds the first electrode at a desired offset potential and variably controls the potential of the second electrode;
A switching element that provides hysteresis to the displacement operation of the actuator by switching between the displacement operation of the actuator and maintaining the displacement state;
A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
A plate for receiving electrons emitted from the cathode; and at least one grid disposed between the cathode and the plate;
The fixed portion has a void at a corresponding position of the actuator, and the position of the cathode with respect to the plate can be changed by the displacement operation of the actuator obtained by changing the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential. And controlling the current value taken out from the plate and adjusting the control range of the current value taken out from the plate by adjusting the offset position of the cathode by the offset potential ,
A current control element characterized in that two displacement states with different extracted current values are maintained in a state where the potential of the second electrode is set to zero by setting the offset potential of the first electrode to a predetermined value. . 請求項１１記載の電流制御素子において、前記スイッチング素子を、トランジスタと、バリスタと、圧電リレーとのうちの１個としたことを特徴とする電流制御素子。12. The current control element according to claim 11 , wherein the switching element is one of a transistor, a varistor, and a piezoelectric relay. 固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによってヒステリシスを有する変位動作を行うアクチュエータ；A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. An actuator that performs a displacement operation having hysteresis by holding the first electrode at a desired offset potential and variably controlling the potential of the second electrode;
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びにA plate for receiving electrons emitted from the cathode; and
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、Comprising at least one grid disposed between the cathode and the plate;
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、The fixed portion has a void at a corresponding position of the actuator, and the position of the cathode with respect to the plate can be changed by the displacement operation of the actuator obtained by changing the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential. And controlling the current value taken out from the plate and adjusting the control range of the current value taken out from the plate by adjusting the offset position of the cathode by the offset potential,
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を可変に制御する駆動回路の電力が零の状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とする電流制御素子。By setting the offset potential of the first electrode to a predetermined value, the power of the drive circuit for variably controlling the potential of the second electrode is maintained at zero, and two displacement states with different extracted current values are maintained. A current control element. 固定部と、その固定部に振動可能に支持される振動部と、その振動部によって支持され、変形可能層の両面にそれぞれ又は片面に形成された第１及び第２電極を有する作動部とを有し、前記第１電極を所望のオフセット電位に保持するとともに第２電極の電位を可変に制御することによって変位動作を行うアクチュエータ；A fixed part, a vibration part supported by the fixed part so as to be able to vibrate, and an operating part supported by the vibration part and having first and second electrodes formed on both sides or one side of the deformable layer, respectively. An actuator that holds the first electrode at a desired offset potential and variably controls the potential of the second electrode;
前記アクチュエータの変位動作と変位状態の維持との切り替えを行うことによって、前記アクチュエータの変位動作にヒステリシスを付与するスイッチング素子；A switching element that provides hysteresis to the displacement operation of the actuator by switching between the displacement operation of the actuator and maintaining the displacement state;
そのアクチュエータの上に形成され、かつ、電子を放出するカソード；A cathode formed on the actuator and emitting electrons;
そのカソードから放出された電子を受け取るプレート；並びにA plate for receiving electrons emitted from the cathode; and
前記カソードと前記プレートとの間に配置した少なくとも１個のグリッドを具え、Comprising at least one grid disposed between the cathode and the plate;
前記固定部が、前記アクチュエータの対応する位置に空所を有し、前記オフセット電位に対する第２電極の電位差を可変にすることで得られる前記アクチュエータの変位動作によって前記プレートに対する前記カソードの位置を可変にして、前記プレートから取り出される電流値を制御するとともに、前記オフセット電位によって、カソードのオフセット位置を調整することにより前記プレートから取り出される電流値の制御範囲を調整し、The fixed portion has a void at a corresponding position of the actuator, and the position of the cathode with respect to the plate can be changed by the displacement operation of the actuator obtained by changing the potential difference of the second electrode with respect to the offset potential. And controlling the current value taken out from the plate and adjusting the control range of the current value taken out from the plate by adjusting the offset position of the cathode by the offset potential,
前記第１電極のオフセット電位を所定の値に設定することによって前記第２電極の電位を可変に制御する駆動回路の電力が零の状態で、取り出される電流値が異なる２つの変位状態を維持することを特徴とする電流制御素子。By setting the offset potential of the first electrode to a predetermined value, the power of the drive circuit for variably controlling the potential of the second electrode is maintained at zero, and two displacement states with different extracted current values are maintained. A current control element.
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