JPH02148532A - 改良された圧電セラミックスイッチング装置の初期分極化及び整合配置の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技　　術　　分　　野 この発明は、改良された圧電セラミ、ソクスイ、。

チング装置の製造方法、特にその初期分極化及び整合配
置の方法に関するものである。

より一般化すれば、本発明は改良された圧電セラミック
スイツチング装置の製造方法、及び電気システム中にお
いてそれらの改良された要素をスイッチング要素として
使用すること、並びにそのスイッチング要素を付勢する
ための新規の電気回路に関するものであり、その電気回
路の幾つかの部分は前記改良された圧電セラミックスイ
ツチング装置自体に取り付けられ、かつ支持されるよう
になっている。

従来技術の問題点 通常の電気回路において、電気リレー及びスイッチは回
路中における電流の導通または遮断を行うべき点に配置
される。従来電磁ツレ／イド駆動スイッチ及びリレーは
微少の制御信号（低電圧、低電流）に応答してパワース
イッチまたはリレーの接点を開閉すべく用いられる。前
記微少制御信号は比較的大きい電流定格のスイッチの接
点を開閉し、これによってそのスイッチ接点を通じて供
給される回路電流を制御するものである。

圧電駆動素子を用いたリレー及びスイッチは前述のよう
な電磁接点対を凌駕する多くの利点を有する。例えば圧
電駆動リレーまたはスイッチは比較的低い電流しか要求
せず、しかも同一定格の電磁駆動装置に比して接点対を
開閉操作するために僅少な電流しか消費しないものであ
る。さらに、圧電駆動スイッチング装置は極めて軽量で
あり、したがって空間占有率が小さく、それを組み込ん
だ回路の軽量化にも寄与するものである。また、圧電駆
動スイッチング装置の動作時間は極めて短時間である。

したがって、圧電セラミックスイツチング装置を用いた
ならば、小型及び軽量の装置において高速スイッチング
動作が可能であり、しかも消費電流が少なく温度上昇も
低いという長所を発揮させる乙とができる。

圧電プレート素子は、例えばチタン酸バリウム、ジルコ
ン酸チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などのような種々の多
結晶セラミック材料を矩形状プレートなどの所望形状に
成形及び焼成することにより形成される。そのプレート
の表面には通常金属化電極としての導電面が配置及び形
成され、それらの電極は初期分極処理により圧電セラミ
ックを所望の極性にするため、そのセラミックプレート
に分極化電圧を印加すべく用いられる。この分極処理は
セラミックプレートをそれらのキ二−リー点より多少低
い温度に維持しながら前記金属化電極間に印加した高電
界中にセラミックプレートを置くことからなり、これに
よってプレートは印加電圧と同じ方向に延長する。次に
、プレートを冷却し、かつ初期分極電界を除去すると、
セラミックプレート内の双極子は初期分極処理の効果と
して完全に整列し、それらの処理前の配置を容易には復
元せず、したがって永久分極として知られる状態になる
。このようなセラミックプレートは永久圧電体となり、
その結果、双極子配列が永久的に確立されるとともに、
機械的エネルギーと電気的エネルギーにあるいはその逆
にエネルギー変換を行うことができる。圧電効果につい
ては、例えばオランダ王国アインドホーベンのフィリッ
プス　グローイランペンファブリケンより１９２４年１
月第２版として発行されたＪ、パン　ランデラード及び
Ｒ，Ｅ、セッテリングトン編著の“セラミック物質中の
圧電効果”　（Ｔｈｅ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　
Ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ）と題する小冊子において比較的詳しく説明されて
いる。

圧電セラミック材料において電気的及び機械的双極子の
軸方向は初期分極処理のための単一方向の電界に支配さ
れる。予備または初期分極において、セラミックプレー
ト素子は分極用電極間の方向において双極子配向度を増
大し、電極と平行した方向における配向度を減少するも
のである。分極化電圧と同一極性であって、比較的大き
いＤＣ付勢電圧を継続して分極用電極間に印加すると、
さらに分極方向において膨張し、電極と平行した方向に
おいて収縮する。その反対に、逆極性のＤＣ付勢電圧を
プレート素子の電極間に印加すると、プレートは分極方
向において収縮するとともに、電極と平行した方向にお
いて膨張する。いずれの場合においても圧電セラミック
プレート素子は後に印加された付勢電圧が電極から除去
されたとき、その初期分極方向に復帰する。

従来より種々のセラミ゛ツクスイッチング装置が種々の
形態において市販されている。過去において大勢を占め
ていた構造ではないが、比較的一般的な形態の１つとし
てバイモルフ撓み型圧電セラミックスイッチが知られて
いる。この圧電セラミックスイッチでは２枚の近接して
重ねられた圧電プレート素子からなり、それらの外表面
にそれぞれ被覆された導電極と、内表面における共通導
電面とを有することによりバイモルフ撓み型装置を形成
するものである。周知の、市場において入手可能なバイ
モルフ撓み型圧電セラミックスイッチは、アメリカ合衆
国カリフォルニア用フラートン及びニューシャーシー州
メタッチェンにおけるグルトン　インダストリーズ　イ
ンコーホレイテッドの圧電体製造部より１９７８年に出
版されたアプリケーションノートにおいて記載されてい
る。このような圧電セラミックバイモルフ撓み素子の一
端が片持ち支持形式によりクランプされると、撓み素子
はいずれかの極性においてその外側電極のいずれか一方
に初期分極電位より低い付勢電位を印加することにより
その未付勢中立位置からいずれかの方向に撓むことがで
きる。いずれかの極性における適当な値の付勢電位が撓
み素子における圧電セラミプレート素子の一方のみに印
加されるならば、その特定のプレート素子の双極子配向
のみが増大し、その素子における短縮化及び肉厚化が生
ずる。この場合、２枚の圧電プレート素子は物理的に束
ねられて一体化されているため、バイモルフ撓み素子全
体としては撓みを生じることになる。適当な設計により
この撓み作用は２個のスイッチ接点の閉接または他の同
様な効果を生ずることになる。

圧電駆動型スイッチ装置に関する従来技術の試みにおい
ては、残念ながら電気的及び機械的性能が余り高くない
装置しかもたらされなかった。上に略記したような従来
技術のバイモルフ撓み型スイッチング装置においては、
使用中における接点圧接力、接点分離、脱分極化又は誘
電的減極作用（ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　）及び
信頼性において限られた性能しか有せず、また、継続し
た装置使用期間を通じて蓄積されるクリープおよび温度
効果に基づく不確実な接点位置をもたらすものである。

圧電撓み型駆動部材を用いた°このような従来技術のス
イッチング装置の１つは例えば１９３９年７月１８日付
の“圧電装置及び回路”　（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉ
ｃＡｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ）と
題する米国特許第２１６６７６２３号において記載され
ている。この米国特許第２１６６７６３号に記載された
圧電撓み型駆動部材は上述したような電極を有する２枚
の隣接保持された圧電プレート素子より構成され、その
圧電プレート素子の一方から初期分極電界と同じ方向に
おいて付勢分界を印加されるとともに、他方の圧電プレ
ート素子がその初期分極電界と逆方向の付勢電位を印加
されることにより付勢されるものである。その結果、前
記米国特許の装置は繰り返し適用される不都合な特性（
位相外れの反極性方向）の付勢信号による誘電的減極効
果に基づく使用期間後の長期脱分極化現象が圧電プレー
ト素子のいずれか一方または両方に生ずることになる。

この態様においての双極子配向に対する逆効果は印加電
圧歪み及びその装置によって得られる有効な動作出力を
多く制限することになる。さらに、この米国特許による
従来技術の装置は本発明によって克服しようとする多く
の他の弱点を持っている。同様に、不都合な特徴は次の
ような種々の従来技術による圧電駆動撓み型スイッチま
たはリレー装置においても存在する。すなわち、それら
の装置は１９３９年１２月５日付米国特許第２１８２３
４０号（信号発生システム）、１９５０９５０年６月４
日付米第２２０３３３２号（圧電装置）、１９４０年１
２月３１日付米国特許第２２２７２６８号（圧電装置）
、１９４４年１２月２６日付米国特許第２３６５７３８
号（リレー）、１．９５５年８月２日付米国特許第２７
１４６４２号（［気機械エネルギー変換物質からなる高
速リレー）、１９７８年６月６日付米国特許第４０９３
８８３号（圧電マルチバイモルフスイッチ）、１９８３
年７月２６日付米国特許第４３９５６５１号（圧電撓み
素子を用いた低エネルギーリレー）及び１９８３年９月
６日付米国特許第４４０３１６６号（両方向撓み型バイ
モルフを形成した圧電リレー）等に記載されている。上
記各米国特許において開示された従来の圧電撓み型スイ
ッチング装置の他には、１９６５年マクグロウ　ヒル　
ブック社より出版されたダクラスＣ，グリーンウッド著
の“電気機械装置便覧”（Ｍａｎｕａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）はそ
の第６４頁において前述したものとほぼ同様な圧電セラ
ミックスイツチング装置を記載している。

本発明は、上記のような従来技術によって周知の圧電セ
ラミック駆動型リレー及びスイッチの欠点を克服するた
めになされたものである。

発明の要約 したがって、本発明の基本目的は一般的性質において前
述したような従来技術の装置より優れた新規の構成を有
する改良された圧電セラミックスイツチング装置を提供
することである。

本発明の別の目的は、圧電セラミックスイツチング装置
とともに使用し、その圧電セラミックスイツチング装置
を多数回のスイッチング動作が含まれる長期間の使用を
通じて信顆性よく動作させるように改良され、かつ長寿
命化されたスイッチング装置付勢回路を提供することで
ある。

本発明のさらに別の目的は、改良された圧電セラミック
スイツチング装置を提供するとともに、この種のスイッ
チング装置を用いたスイッチ例勢もしくは使用回路のい
ずれかに採用された多数の素子が前記圧電セラミックス
イツチング素子の不活性な非分極化部分において支持形
成されたことにより回路の浮遊インダクタンスを極小値
まで減少するとともに、小型化及びバッチ処理を促進す
ることである。

本発明のいま１つの目的は、電力用スイッチ接点を支持
し、かつ選択的に開閉することによりそれを通じて流れ
る電流を選択的に制御し、ＳＣＲ，）ライアックまたは
トランジスタなどのようなゲートターンオン−ターンオ
フ型半導体パワースイッチの制御ゲートに十分な放電電
流を提供することによりそれら半導体のターンオンに伴
う通電またはターンオフに伴う電流の遮断を選択的に行
うものである。

本発明の実施例によれば、新規の圧電セラミックスイツ
チング回路及び撓み型圧電セラミックスイツチング装置
において、後者（スイッチング装置）は少くとも一層の
中間導電面の両側に物理的及び電気的に結合されたサン
ドイッチ形状の少くとも２枚の初期分極処理された圧電
セラミックプレート素子からなり、各プレート素子の外
側面に外側導電面を形成したものである。圧電セラミッ
クスイツチング装置はメーク及びブレーク電気接点（ノ
ーマリオーブン及びノーマリクローズド接点）の組と協
同してこれらの接点を開閉し、これによって接点を通る
導電路を開成または遮断するものである。選択的に動作
する電気付勢回路手段は撓み型圧電セラミックスイツチ
ング素子に接続され、これによって各圧電プレート素子
を極性化するよう初期分極化電界として、常に同一方向
に印加される直流付勢電界によりそれぞれ選択的に付勢
するものである。当然ながら、初期分極化電界は圧電プ
レート素子において前記付勢動作の基礎となる双極子の
配向性の増大をすでに永久的に誘起するものであるため
、これによってメーク接点及びブレーク接点を選択的に
閉接又は開放する連続したスイッチ動作を通じて圧電プ
レート素子の脱分極化は生じない。さらに、撓み部材を
連続的に付勢しても、その撓み部材内の電荷が減少する
場合における接点開放の不都合は生じない。

選択的に動作する電気付勢回路手段は圧電セラミック撓
み型スイッチング装置の初期分極された圧電プレート素
子の各々に回路接続されたことにより、各プレート素子
と協同して電気スイッチ接点の各１つのセットを選択的
に開閉してそれらの接点間を流れる負荷電流を制御する
ための各スイッチ付勢回路手段からなっている。各スイ
ッチ付勢回路手段は撓み付勢電圧源間にわたされた撓み
スイッチング装置と、使用者操作型の常開及び電力スイ
ッチと、電流制限抵抗、及び前記圧電撓み型スイッチン
グ装置の圧電プレート素子の双極子配向性を拡大すべく
分極処理するために用いられる初期分極電位と同じ極性
の付勢電位を提供するように極性づけられたダイオード
整流回路手段を選択的に接続するものである。このよう
にして構成された直列電気回路は撓み型スイッチの予め
極性化されたプレート素子の各１つにわたして接続され
、これによって常開低電力定格の使用者スイッチが閉接
されると、撓み型圧電スイッチの各初期分極された圧電
プレート素子はそれぞれ選択的に直流付勢用電界により
励起される。この電界は各圧電プレート素子に誘起され
、すでに確立された双極子配列の極性と同じ極性を有し
ている。

そして、負荷電流制御用電気スイッチ接点を開閉するた
めの圧電撓み型スイッチ装置の連続動作中においては圧
電プレート素子の脱分極又は減極は生じない。

改良された圧電セラミックスイツチング素子は少くとも
１つの中間導電面の両側においてサンドイッチ状に並置
支持された２枚の平坦な圧電プレート素子及び絶縁され
た外側導電面を有し、これらの外側及び中間導電面が各
圧電プレート素子材料の厚さによって互いに絶縁されて
なる少くとも１つの圧電撓み型スイッチング装置からな
っている。撓み型圧電スイッチング装置はさらに、少く
とも１組の電気スイッチ接点を有し、これらは初期分極
された前記圧電セラミックスイツチング装置の撓み部分
により開放または閉接される。この改良されたスイッチ
ング装置はさらに、その予め分極処理された可動撓み部
分に近接してこれを機械的に支持するよう、撓み型圧電
セラミックスイツチング装置の異なった部分に固定され
たクランプ手段を含んでいる。この圧電セラミックプレ
ート素子の異なった部分はクランプ手段と協同して撓み
型スイッチング装置を片持ち支持する非分極化及び電気
的中性部分である。

クランプ手段のもとに配置された圧電セラミックプレー
ト素子の前記具なった部分は非分極及び電気的中性に維
持されるだけでなく、その部分に被覆された外側導電面
を除去される。さらに撓み型圧電装置の初期分極化可動
部分の外表面の少くともいずれかはポリイミドシロキサ
ン共重合体からなる電気絶縁性保護被覆により覆われる
。

本発明の好ましい実施例において前記電気絶縁性被覆は
平坦な外側導電面及び初期分極された平坦な圧電セラミ
ックプレート素子の縁を覆うとともに、圧電セラミック
プレート素子の側縁及びそれらの外側導電面並びにそれ
らの間にサンドイッチ状に形成された中間導電面の外縁
を少くとも装置の初期分極化部分において覆うものであ
る。さらに、圧電セラミックプレート素子の初期分極部
分の平坦な外側導電面を覆う絶縁性被覆は圧電セラミッ
クプレート素子のいずれかの導電面除去部分並びにその
除去により露出した外側導電面の縁部をも覆うものであ
る。

発明を実施する最良の形態 第１図は本発明に従って構成された圧電セラミックスイ
ツチング装置を示すものである。このスイッチング装置
は少くとも１個の圧電撓み型スイッチング装置（１１）
を構成し、この装置は第１Ａ図に示す通り、少くとも上
部プレート（１２）及び下部プレート（１３）からなる
少くとも２枚の平坦な圧電プレート素子から形成されて
いる。圧電セラミックプレート素子（１２）及び（１３
）は少くとも１つの中間導電面（１４）の両側において
サンドイッチ状に配置され、それぞれ外側導電面（１５
）及び（１６）を有する。これらの導電面は各側におい
て介在する圧電セラミックプレート素子の厚みにより互
いに及び中間導電面（１４）に対して電気的に絶縁され
ている。圧電セラミッククプレート（１２）及び（１３
）はジルコン酸チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、チタン酸
バリウムまたは他の周知の圧電セラミック材料から形成
し得るが、所望に応じて水晶などのような自然界に存在
する圧電材料を用いることもできる。導電面（１４）、
（１４Ａ）、（１４Ｂ）、（１５）及び（１６）はプレ
ート素子（１２）及び（１３）に支持されたニッケル、
銀または他の同様な導電物質の付着層からなっている。

撓み型圧電スイッチング装置はさらに、少くとも１組の
固定電気スイッチ接点（１７）及び（１８）を有する。

これらの接点対は撓の型スイッチング装置の圧電セラミ
ックプレート素子（１２Ａ）及び（１３Ａ）より構成さ
れた初期分極化可動撓み部分の移動により電気的に開放
及び閉接される。接点（１７）及び（１８）はそれぞれ
第１Ｂ、ＩＥ及びＩＥ図に関して後に詳述した態様にお
いて、撓み装置（１２＾）、（１３Ａ）の可動端に形成
された接点（１９）及び（２１）とそれぞれ協同するも
のである。

圧電セラミックスイッチ装置（１１）の可動撓み部分（
１２Ａ）、（１３Ａ）はクランプ手段（２２）及び（２
３）により片持ち支持方式において物理的に支持される
。

これらのクランプ手段は圧電セラミックプレート（１２
）及び（１３）を両者間の中間導電面（１４）とともに
、物理的に保持及びクランプするものである。

クランプ手段（２２）及び（２３）は第１Ｃ図により詳
しく示す通り、圧電セラミックプレート素子（１２）及
び（１３）の両側縁を越えて突出する２個の細長い実質
的剛体からなる電気絶縁バー（２２）及び（２３）より
構成されている。（２４）で示す締結用ネジは２個の絶
縁パ一部材（２２）及び（２３）を介在するセラミック
プレート素子（１２）及び（１３）並びに中間導電面（
１４）とともにクランプするものである。圧電セラミッ
クプレート部材（１２）及び（１３）を一体化すべく適
当にクランプ及び保持するためのその他の形態は、当業
者において種々に採用されるであろう。

第１Ａ図に最もよく示す通り、クランプ手段（２２）及
び（２３）は圧電セラミックプレート素子（１２）及び
（１３）において初期分極されることなく、シたがって
無極性、かつ電気的中性の部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ
）上に配置される。これらの部分（１２Ｂ）、（１３Ｂ
）は接点（１９）及び（２１）を形成すべきプレート素
子の初期分極化活性可動撓み部分（１２Ａ）、（１３Ａ
）と顕著な対称性をなしている。なるべくなら、クラン
プ手段（２２）及び（２３）は無極性非分極部分（１２
Ｂ）、（１３Ｂ）において、初期分極化プレート素子部
分（１２Ａ）及び（１３Ａ）からなる活性化可動撓み部
分との境界部に連結し、これと物理的に一体化した部分
の上に配置されている。このようにして圧電セラミック
プレート素子を取り付けることによりそれらの支持点に
おける圧電セラミックプレートの動揺に基づく多くの誤
動作が著しく軽減されることが発見された。

第１及び第１Ａ図に示した撓み型圧電セラミックプレー
ト装置によれば、これらの図に示すように、装置を組み
立てた後、プレート部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）を一
体として初期分極処理することが可能である。これは端
子（Ｔ３）及び（Ｔ４）にそれぞれ同一極性で適当な値
を有する初期分極電位を印加し、同時に共通端子（Ｔｃ
）を逆極性に維持することにより達せられる。同時に装
置の温度はオーブンまたは他の適当な装置内において圧
電セラミックプレート素子（１２）及び（１３）のキュ
ーリー温度よりわずかに低い温度まで昇温される。装置
の目的温度及び初期分極電位の値は圧電セラミック製造
技術において知られた通り、プレート素子（１２）及び
（１３）を形成すべく用いられた特定の圧電セラミック
物買に応じて変化するものである。分極電位が十分高け
れば、周囲温度における分極処理も可能である。分極処
理中において、圧電セラミックプレート素子（１２）及
び（１３）を２枚の分離した極性化部分（１２Ａ）及び
（１３Ａ）と無極性部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）に分
かつためには、これら２部分を電気的に隔離して初期分
極電位が無極性部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）と共通導
電面（１４）との間に印加されないようにする必要があ
る。このため、外側導電面（１５）及び（１６）にはそ
れぞれその幅を横切って形成された適当なギャップ（１
５Ａ）及び（１６Ａ）が存在し、これによって端子（Ｔ
３）または（Ｔ４）と中間導電面（１４）に接続された
端子（Ｔｃ）との間に印加された電位は無極性に維持す
べき圧電セラミックプレート部分（１２Ｂ）及び（１３
Ｂ）間には印加されないこととなる。クランプバー（２
２）及び（２３）の下側に配置された圧電セラミックプ
レート素子の部分はそれらの外側導電面を除去され、こ
れによってクランプ手段の下側において初期分極プレー
ト部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）に隣接及び一体化した
部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）は無極性及び電気的中性
状態に維持される。

このようにしてスイッチング装置を製造する結果、撓み
型スイッチング素子の動作中において端子（Ｔｃ）に関
する付勢電位が端子（Ｔ３）または（Ｔ４）のいずれか
に選択的に印加され、これによって分極活性化可動撓み
プレート部分（１２Ａ）または（１３Ａ）がそれらの接
点（１９）または（２１）をそれぞれ対応する協同接点
（１７）または（１８）に閉接するように撓み駆動され
る。冒頭の部分で簡略に説明した通り、圧電セラミック
プレート素子の活性可動部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）
の初期分極は、それらの初期分極前の物理的寸法、及び
圧電セラミックプレート（１３）及び（１４）の無極性
部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）に関してそれらの物理的
寸法を永久的に変化するものである。この変化は永久的
に形成され、電極（１５）　−（１４）及び（１６）　
−（１４）間のプレート部分（１２＾）及び（１３Ａ）
の寸法を増大させるとともに、電極に平行した（すなわ
ち、第１Ａ図に示すような装置の長さ方向に沿った）寸
法を減少させるものである。その結果、初期分極電圧と
同一の極性であって、より小さいＤＣ電圧を前記極性化
電極間に付勢電位として印加すると、プレート素子部分
（１２Ａ）及び（１３Ａ）はさらに分極方向において一
時的に膨張するとともに、電極と平行した方向において
収縮する。付勢ＤＣ１！位が除去されると、この分極方
向における一時的膨張及び電極面方向における収縮は緩
和され、プレート素子部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）は
初期分極電圧効果によってのみ確立された常時の休止あ
るいは非励起状態に復帰する。

したがって、可動撓みプレート素子部分（１２Ａ）及び
（１３Ａ）はそれらの初期分極寸法に復帰し、これによ
って撓み素子はＤＣ付勢電圧が電極（Ｔ３）（Ｔｃ）ま
たは（Ｔ　４）　−（Ｔ　ｃ）間から除去された接点（
１９）及び（２１）の休止開放状態においてその中立位
置に復帰する。

本発明の中核をなす特徴は、後述する通り、撓み型圧電
セラミックスイツチング装置（１１）の圧電プレート素
子（工２）及び（１３）における不使用部分上に直接支
持された圧電セラミック撓み型スイッチ付勢及び利用回
路手段に存在する。このような構成の結果、回路の浮遊
インダクタンスはそのような不使用圧電セラミックプレ
ート部分上に形成する回路接続導体に必要な長さが極小
化することに基づいて極小値まで減少する。かくして、
形成された付勢回路は各圧電プレート素子部分（１２Ａ
）または（１３Ａ）にそれぞれ選択的に葭流付勢電位を
印加するものである。それらの付勢電位は常に圧電プレ
ート素子部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）に永久的に導入
された初期分極電界と同一方向の・極性を有し、これに
よってメーク接点及びブレーク接点（１７）、（１９）
または（１８）、（２１）を閉接もしくは開放するスイ
ッチの連続的な動作中において圧電セラミックプレート
素子部分に脱分極又は誘電的減極が生ずるのを防止する
ことができる。したがって、第１及びＩＡ図に示すよう
な本発明による改良された圧電セラミックスイツチング
装置はスイッチの長期間安定性及び信頼性を損なうこと
なく、常開または常閉型のスイッチとして動作させるこ
とができる。これは次に説明する通りである。

まず、圧電セラミックプレート部分（１２＾）及び（１
３Ａ）上の外側導電面（１５）及び（１６）が正電位に
維持され、中間導電面（１４）が負電位に維持されるこ
とにより先に略述したような、プレート部分（１２＾）
及び（１３Ａ）の初期分極が行われるものとする。

これらプレート素子の初期分極は極性化電極間の方向に
おいて永久的な増大を生じるとともに、電極に平行した
方向において永久的な縮小を生ずる（すなわち、プレー
ト部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）は厚みを増すとともに
、長さが短くなる。）。プレート素子部分（１２Ａ）及
び（１３Ａ）の双方は実質上同時に初期分極されるため
、この寸法的な永久変化はプレート部分（１２Ａ）及び
（１３Ａ）より形成される活性化可動撓み部材の協同接
点（１７）及び（１８）に関する中間位置には影響を及
ぼさない。しかしながら、何らかの中心外れが生じた場
合、プレート素子部分（１２Ａ）または（１３Ａ）の一
方もしくは他方のいずれかに印加された初期分極電位の
大きさを調節することにより、協同接点（１７）、（１
８）間の撓み接点（１９）、（２１）を厳密に中心合わ
せするよう調整することができる。この容易に適用され
る調整方法において、撓み素子を厳密に中心合わせする
能力は撓みプレート素子（１２Ａ）及び（１３Ａ）が一
体向に初期分極されることに寄与するものであり、圧電
素子スイッチの製造及び加工工程を少なくすることがで
きるため、比較的低価格において正確に動作する撓みス
イッチを得る上で極めて重要な特質である。しかる後、
スイッチの動作中においてＤＣ付勢電位は端子（Ｔ３）
または（Ｔ４）のいずれかにそれぞれ選択的に印加され
、この電位は常に初期分極電位の極性と同一方向におい
て極性づけられる。導電面（１５）及び（１６）に印加
された初期分極電位が中間導電面（１４）の電位に関し
て正であるものとすれば、スイッチを動作させるべく要
求されるＤＣ印加付勢電位は対応する極性を有すること
になる。すなわち、（Ｔ３）または（Ｔ４）のいずれか
を介して印加されるＤＣ付勢電位は（Ｔｃ）に関して正
電位となる。これは撓み型スイッチがＰＮＰバイポーラ
トランジスタまたはＰ型ＦＥＴトランジスタとともに使
用すべく設計されている場合に妥当な極性関係を与える
ものである。スイッチング回路がＮＰＮパイホーラトラ
ンジスタまたはＮ型ＦＥＴトランジスタとともに使用さ
れるべき場合、極性は高電圧の初期分極電位及び後に印
加される動作付勢電位の双方に関して反転される。これ
は圧電セラミックプレート素子（１２＾）、（１３Ａ）
の初期分極部分の妥当な双極子配向の拡大効果を確保し
ようとするものである。すなわち、負極性の付勢電位は
端子（Ｔ３）または（Ｔ４）いずれかに選択的に印加さ
れ、正極性の付勢電位は端子（Ｔ　ｃ）に印加される。

先に述べた通り、動作中において初期分極電位より小さ
い同一極性のＤＣ付勢電位を印加する場合には、プレー
ト素子部分（１２Ａ）または（１３Ａ）の−方または他
方についてより一層の肉厚化及び短縮化が生ずる。この
プレートの一方の肉厚化及び短縮化は活性撓み部分（１
２Ａ）、（１３Ａ）の自由端部を物理的に十分撓ませて
接点（１９）をその協同接点（１７）に（端子（Ｔ３）
が付勢された場合）または接点（２１）をその協同接点
（１８）に（端子（Ｔ４）が付勢された場合）選択的に
閉接させる。このようにして達成されたスイッチ接点の
閉接はＤＣ付勢電位が各接点（Ｔ３）または（Ｔ４）に
印加されている限り維持される。これは無限の時間にわ
たって可能である。かくして、妥当に設計された付勢及
び使用回路に伴う第１及びＩＡ図に示した撓み型スイッ
チ装置（１１）は常開または常閉型スイッチング装置と
して利用可能である。この能力はスイッチング装置の３
つの基本特性に基づいて達成される。すなわち、第１は
圧電セラミックプレート素子（１２）及び（１３）が基
本的に、充電（付勢）中における損失を生じないもので
あるか、またはほとんど生じない高品質のコンデンサで
あること、第２は付勢中の全期間を通じて生ずる損失が
連続的に印加される付勢電位により直接、かつ連続的に
置換又は補償されることであり、第３は付勢電位が常に
圧電セラミックプレート素子部分（１２Ａ）及び（１３
Ａ）の初期分極及び双極子配列のために用いられた初期
分極電位と同一の極性で印加されるため、装置動作を不
安定にするような長期継続的な脱分極又誘電的減極効果
が生じないということである。

（Ｔ３）または（Ｔ４）のいずれかに対するＤＣ付勢電
位を除去すると、活性化可動撓み部分（１２＾）、（１
３＾）はその消勢及び中立位置に復帰し、閉じられてい
た接点（１７）、（１９）または（１８）、（２１）の
組が開放する。この場合、初期分極及びそれに伴う動作
は中間導電面（１４）を負に維持しつつ各外側導電面（
１５）及び（１６）に、端子（Ｔ３）及び（Ｔ４）を介
して正極性のＤＣ付勢電位を印加したことによるが、こ
の極性関係は説明の便宜上であることに留意すべきであ
る。すなわち、装置は端子（Ｔ３）及び（Ｔ４）に負極
性の初期分極電位を印加し、中間導電面（１４）を端子
（Ｔｃ）により正電位に維持することによっても同様に
製造し、かつ動作させることができる。このようにして
初期分極すると、装置は当然ながら端子（Ｔｃ）から中
間導電面（１４）に印加する電位に関して負極性のＤＣ
付勢信号のみを端子（Ｔ３）及び（Ｔ４）に印加するこ
とにより動作させなければならない。後に説明する第７
Ｂ図及び第７Ｃ図はこの要領を示すものである。

第１及びＩＡ図を再び参照すると、圧電セラミックプレ
ート（１２）及び（１３）のクランプ部を越えて初期分
極された活性化可動撓み部分（１２Ａ）、（１３Ａ）と
反対の方向に突出した２枚の非分極圧電プレート素子部
分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）が存在する。これらの非分
極プレート素子部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）はそれぞ
れ（１５Ｂ）及び（１６Ｂ）で示すような外側導電面を
有し、これらの導電面は分極化圧電セラミックプレート
部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）上の導電面（１５）及び
（１６）よりそれぞれクランプバー（２２）及び（２３
）の下部に形成されたギャップ（１５Ａ）及び（１６Ａ
）により分離されている。これらの外側導電面（１５Ｂ
）、（１６Ｂ）はさらに、中間導電面（１４）との間に
比較的大きい容量（すなわち、１μＦ）のコンデンサを
形成する。第１Ａ図に示した本発明の実施例において、
導電面（１４）は圧電セラミックプレート素子（１２）
及び（１３）の全長を通じてのびており、これによって
連続した中間導電路（１４）が装置の可動撓み部分（１
２Ａ）、（１３Ａ）の先端と共通端子（Ｔｃ）に接続さ
れた他端との間に形成される。特別の回路設計において
必要な場合には、中間導電面（１４）を通じて形成され
る前記導電路クランプバー（２２）及び（２３）を通し
て横断線に沿ってまたは多数の点において遮断され、そ
れらの遮断部には非分極プレート部分（１２Ｂ）及び（
１３Ｂ）における中間導電面（１４）の電気的隔離部と
するための適当な絶縁性接着剤により満たされる。初期
分極化プレート部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）間におけ
る中間導電面を非分極部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）間
における中間導電面に対して電気的に隔離する場合も同
様である。いずれの形態においても、非分極プレート部
分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）はそれらの間における中間
導電面（１４）及び端子（Ｔｃ）を介して直列または並
列接続することができる２個のコンデンサを形成する。

外側導電面（１５Ｂ）及び（１６Ｂ）の適当な設計及び
製造によりこのようにして形成されたコンデンサは特定
の回路設計に必要な静電容量を有することができる。コ
ンデンサの寸法及び容量値は回路の定格電力及び撓み部
材の寸法に関連する。例えば、約１／１０μＦの容量ま
では幅約２．５４Ｑｌ　（ｌｉｎ）　、長さ約７．６２
ａｏ　（３ｉｎ）の撓み部材を極めて薄い導電面を有す
る厚さ約７．６〜２５．４ｍｍ　（３〜１０ｍ１ｎ）の
圧電セラミックプレート素子により、前記の態様におい
て構成したスイッチング装置により提供される。特定の
回路構成において種々の大きさのコンデンサが要求され
る場合には、外側導電面（１５Ｂ）または（１６Ｂ）を
所望の数及び大きさのコンデンサとなるように適当に分
割することによりそれらを形成することができる。この
ようにして形成された多数のコンデンサは端子（Ｔｃ）
を介して共通電極としての中間導電面（１４）を共有す
ることができる。

上に略記したようなコンデンサの形成の他、非分極圧電
セラミックプレート素子部分（１２Ｂ）　＊たは（１３
Ｂ）上には独立型、ハイブリッドまたはモノリシック集
積回路などのような能動半導体装置または受動回路素子
からなる他の種々の電気回路要素を物理的に形成し、支
持させることができ、このような装置において導電面（
１５Ｂ）及び（１６Ｂ）は前述した種々の要素を互いに
接続して所望の回路関係を実現する導電路を提供するよ
うに形成することができる。その態様は、例えば１９６
８年、リサーチ　アンド　ニブ二ケーション　アソシェ
ーションより出版されたマックス　ホーシール編著の技
術書１マイクロエレクトロニクス”や１９６９年マクグ
ロウ　ヒル　ブック社より出版されたチャールズ　Ａ、
ホッパー編著の“ハンドブックオブ　エレクトロニクス
　パッケージングさらには１９７７年マクグロウ　ヒル
　ブック社より出版されたチャールズ　Ａ、ホッパー１
１．Ｍ４ハンドブツク　オブ　コンポーネンツ　エレク
トロニクス”において周知である。

第１Ａ図においては比較的大型のハイブリッド集積抵抗
（２５）及び（２６）が示されている。これらの抵抗面
はそれぞれ非分極中性圧電セラミックプレート部分（１
２Ｂ）及び（１３Ｂ）の各導電面部分（１５Ｂ）及び（
１６Ｂ）上に支持されるよう面被覆、接着または印刷な
どにより形成される。この構造は２個の直列接続された
抵抗及びコンデンサ素子をもたらすものであり、それら
は端子（ＴＩ）−（ＴＣ）、（Ｔ　２）　−（Ｔ　ｃ）
間に接続されたスナバ回路（５ｎｕｂｂｅｒ　ｃａｐａ
ｃｉｔａｎｃｅｓ）を形成するように設計されている。

２個のスナバコンデンサを並列接続することによりこの
スナバ回路の全容量を倍加することができる。

第１Ｂ図は第１及びＩＡ図に具体的に示した新規の圧電
セラミックスイツチング装置及び関連付勢回路の略回路
図である。第１Ｂ図において端子（Ｔ１）及び（Ｔ２）
は交流電源または妥当な極性の直流電源に接続される。

端子（Ｔ１）は中間導電面（１４）を介して接点（１７
）及び（１９）により形成されたスイッチ（Ｓｌ）を通
り共通端子（Ｔｃ）に接続される。端子（Ｔ２）は同じ
く中間導電面（１４）を介して協同接点（１８）及び（
２１）により形成されるスイッチ（Ｓ２）を通り共通端
子（Ｔｃ）に接続される。直列接続された抵抗（２５）
及びコンデンサ（Ｃ１２Ｂ）により形成されたスナバ回
路はスイッチ（Ｓｌ）と並列接続され、直列された抵抗
（２６）及びコンデンサ（Ｃ１３Ｂ）より形成されたス
ナバ回路はスイッチ（Ｓ２）に並列接続される。スナバ
回路（Ｒ２５）、（Ｃ１２Ｂ）及び（Ｒ２６）、（Ｃ１
３Ｄ）はスイッチを形成する各接点が開放して電流を遮
断する場合、その開放した接点間の急激な電位上昇を緩
和することにより接点（１７）、（１９）間または（１
８）、（２１）間にアークが発生しないようにするもの
である。このようにして形成されたスナバ回路はスイッ
チ（Ｓｌ）及び（Ｓ２）接点のためのｄｖ／ｄｔ保護回
路としての機能を果たすことになり、それらスイッチの
動作寿命を長大化するとともに、電気的ノイズの発生を
減少させるものである。

使用者操作型付勢回路手段は選択的にスイッチ（Ｓｌ）
及び（Ｓ２）をそれぞれ開閉するものである。付勢回路
は常開型使用者操作スイッチ（２７）と限流抵抗（２８
）とダイオード整流回路手段（２９）を介して圧電セラ
ミックスイツチング装置（１１）の初期分極部分（１２
Ａ）または（１３＾）に直列接続される負極性の直流電
源または交流電源を含んでいる。この直流電源の正端子
または交流電源の他端子は共通端子（Ｔｃ）を介して共
通中間導電面（１４）に導かれる。好ましい実施例にお
いて、常開型使用者操作スイッチ（２７）は電気的また
は機械的に常閉型スイッチ（３１）に接続される。この
スイッチは限流抵抗（３２）と直列接続された上、それ
ぞれコンデンサ（Ｃ１２Ａ）及び（Ｃ１３Ａ）として示
す初期分極化上部及び下部圧電セラミックプレート素子
（１２＾）及び（１３Ａ）に並列接続される。素子（２
７）〜（３２）からなる付勢回路は図面を複雑にしすぎ
ないようにするため、第１図及びＩＡ図においてはそれ
らの具体的形状を図示してないが、これらの要素を第１
及びＩＡ図に示した圧電セラミックスイツチング装置（
１１）にどのように形成し、かつ組み込むかはこの発明
の趣旨に照らし当業者にとっては自明であると考えられ
る。

実際動作において、常閉型接点（３１）は上部及び下部
の初期分極化圧電セラミックプレート素子（１２Ａ）及
び（１３Ａ）を非充電状態に維持し、これによって撓み
装置（１１）はスイッチ（Ｓｌ）または（Ｓ２）のいず
れをも閉接しない中立位置を維持することになる。例え
ば、スイッチ（Ｓｌ）により制御される負荷装置への電
流を供給するために接点（１７）及び（１９）からなる
スイッチ（Ｓｌ）を閉じることが要求される場合には、
使用者操作型スイッチ接点（２７）が閉じられる。これ
は限流抵抗（２８）、ダイオード整流回路手段（２９）
及び付勢回路入力端子と共通端子（Ｔｃ）とにわたして
接続された電源を介して上部圧電セラミックプレート素
子（１２Ａ）を充電することになる。この作用の結果、
常閉接点（３１）は自動的に開放して圧電セラミックプ
レート素子（１２＾）を充電し、これによって冒頭に述
べたようにそのセラミックプレート素子を物理的に変形
させ、接点（１９）を協同スイッチ接点（１７）上に閉
接することにより負荷（図示せず）に負荷電流を供給す
る。所望の期間が経過した後、使用者の選択に応じてス
イッチ（Ｓｌ）の接点（１７）、（１９）を介して供給
中の負荷電流は単に常開スイッチ接点（２７）を開放し
て常閉接点（３１）を自動的に閉接し、圧電セラミック
プレート素子（１２Ａ）を放電させることにより遮断す
ることができる。これは上部プレート素子（１２）を消
勢し、撓み装置（１１）をその常時の不活性な中立位置
に復帰させ、これによってスイッチ接点（Ｓｌ）または
（Ｓ２）のいずれをも閉接しないこととなる。接点（１
８）及び（２１）からなるスイッチ（Ｓ２）を開放する
装置動作もまたスイッチ（ｓｌ）に関して説明した動作
と同様であり、したがってこれ以上の説明を省略する。

さらに、初期分極された可動撓みプレート部分（１２Ａ
）及び（１３Ａ）に逆極性の電圧を印加することはダイ
オード整流器（２９）の接続極性を反転することにより
達せられ、必要に応じて実際の回路に用いられることに
なる。また、第１Ｂ図の回路の変形例として常閉接点（
３１）を除去することや、抵抗（３２）の値を抵抗（２
８）の約１０倍まで大きくすることなども行われる。

第１及びＩＡ図に示したものと同様な一般的形式を有す
る撓み型圧電セラミックスイツチング装置が遭遇する問
題点の１つは、接点（１９）及び（２１）を支持する可
動撓み部材（１２Ａ）、（１３Ａ）の自由端が連続付勢
中において湾曲化する傾向にあることである。付勢中に
おける自由端のこのような湾曲化傾向の生じる結果とし
て、有効に作用する接点面積が減少するとともに、加熱
度が大きくなり、接点閉接力が減少して接点間隔及び接
点閉接タイミングが厳密に制御できなくなり、したがっ
て装置動作の安定性及び信頼性を低下することになる。

このような問題を避けるため、本発明は第１及びＩＡ図
に最もよく示す通り上部及び下部圧電セラミックプレー
ト素子（１２）及び（１３）の各初期分極された可動撓
み部分の自由端の幅方向にわたして支持された比較的薄
い剛体部材（３５）を用いるものである。このような剛
体部材（３５）を用いることにより撓み部分における自
由端の質量を均一化し、合成力を生じて、直線性を維持
し、付勢中においてスイッチング装置（１１）の動作に
影響を及ぼすような湾曲化を阻止するものである。適当
な設計により、剛体部材（３５）の質量は所望に応じて
装置の撓み部分の運動中において全撓み動作が機械的共
振に近似したものとなるように設定される。

第１Ｄ、ＩＥ及びＩＥ図は各圧電セラミック撓みプレー
ト部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）の自由端に支持された
電気接点（１９）及び（２１）を製造する好ましい手順
を示すものである。第１Ｄ図に最もよく示す通り、撓み
装置の自由端における中間導電面（１４）はその延長ま
たは突出部において長さ方向に形成されたスリット（１
４Ｃ）により分離された両半部（１４Ａ）、（１４Ｂ）
を有する箔体からなっている。第１Ｅ図に示すとおり、
導体箔の両半部（１４Ａ）及び（１４Ｂ）はそれぞれ上
向き及び下向きに曲げられて、それぞれ上部及び下部圧
電セラミックプレート素子部分（１２Ａ）及び（１３Ａ
）の先端に保持された各剛体部材（３５）の露出した上
面及び下面の約半分の長さを覆うものである。このよう
に折り曲げられた導体箔部分（１４Ａ）及び（１４Ｂ）
はここで付加的な箔（図示せず）により剛体部材（３５
）の外側上部及び下部面の全長に沿って延長され、これ
によって撓み素子に対する重力平衡が提供されるととも
に、第１及びＩＡ図に最もよく示す通り、剛体部材の各
中央における導電性の平頭型リベット（１９）または（
２１）により、剛体部材（３５）上に保持される。各導
体箔の半部（１４Ａ）及び（１４Ｂ）並びに前記平頭リ
ベット（１９）及び（２１）を伴うそれらの延長部は中
間導電面（１４）に対する良好な導電接続を提供するた
め、これら撓み接点を通じて比較的大きい負荷電流を供
給することによる問題は軽減され、可動撓みプレート素
子（１２Ａ）、（１３Ａ）の過度の減衰振動を生ずるこ
となく、したがって撓み部材の固定端に含まれる問題は
減少する。

第２図は本発明に従って構成された改良型の圧電セラミ
ックスイツチング装置の第２の実施例を示す側断面図で
ある。第２図においては、第１図に関して説明した構成
を有する圧電セラミックスイツチング装置（１１）は絶
縁ベース部材（４１）に支持される。ベース（４１）は
スイッチング装置（１１）を保持し、撓み部分（１３Ａ
）及び（１２Ａ）の可動自由端上における可動接点（１
９）及び（２１）は互いに隣接したスイッチング関係に
おいて絶縁ベース部材（４１）上に取り付けられた固定
接点端子（Ｔ５）、（Ｔ６）、及び鏡像的ベース部材（
４１°）（図示せず）上に取り付けられた端子（Ｔ５）
、（Ｔ６°）にそれぞれ関連するものである。絶縁ベー
ス部材（４１）はその露出した面上に周知の方法におい
て多数の導電路を形成し、第２Ａ図に示すような、能動
パワー半導体装置（４２）を含む電気制御回路の種々の
要素を相互に接続するものである。能動パワー半導体装
置（４２）はなるべくなら電力用トライアック、例えば
アメリカ合衆国のゼネラル　エレクトリック　カンハニ
イ社より製造販売されたものを用い、これをベース部材
（４１）の延長支持面に支持したものである。さらに、
このベース部材上には半導体装置（４２）とともに、第
２Ａ図に示すように、この装置（４２）を回路中の幾つ
かの素子に接続するために必要な導電路が支持される。

第２図の圧電セラミックスイツチング装置（１１）はそ
の中間導電面（１４）の延長部（１４Ａ）及び（１４Ｂ
）が除去されたことにより、接点（１９）及び（２１）
が前記導電面（１４）から電気的に分離されていること
を除いては、図面第１図及び第１Ａ図に関して図示説明
したところと同じである。第２図においては完全なスイ
ッチング装置の下部のみが開示されているが、これは装
置の上部が下部の鏡像をなしているため、上部を省略し
たからである。パワートライアック（４２）を含む第２
Ａ図の回路は撓みスイッチング装置（１１）の下部接点
（２１）により制御され、同様な回路（図示せず）は撓
み装置の上部接点（１９）を介して駆動される第２図に
示した構造の鏡像部分により制御される。以下の記述は
図示された構造の下部のみに関連するが、上部について
も同様に構成され、かつ動作するものである。

第２Ａ図の回路において、圧電セラミック撓み型スイッ
チング装置（１１）の下部における可動接点（２１）に
より閉じられる接点（Ｔ５）及び（Ｔ６）は端子（Ｔ１
）及び（Ｔｃ）を介して電気負荷（図示せず）を交流電
源に接続する負荷電流制御用のスイッチ（Ｓ３）を構成
する。第２Ａ図の回路は撓み操作型スイッチ（Ｓ３）の
スイッチ接点に通ずる電流をパワートライアック（４２
）の補助を得て遮断するようにした新規の補助整流回路
を構成するものである。このパワートライアック（４２
）は第３図に示すように、絶縁ベース部材または一方の
圧電セラミックプレート素子における非分極部の何れか
に形成されたヒユーズ素子（４３）を介してスイッチ（
Ｓ３）に並列接続されている。トライアック（４２）及
びヒユーズ（４３）には第１及びＩＡ図に関して説明し
た通りに形成され、かつ取り付けられた抵抗（Ｒ２５）
及びコンデンサ（ＣＩ２Ｂ）の直流回路並びに抵抗（Ｒ
２５）及びコンデンサ（Ｃ１３Ｂ）からなる直列回路よ
り形成された２個のスナバ回路が並列接続される。コン
デンサ（Ｃ１２Ａ）及び（Ｃ１３Ａ）として示された上
部及び下部分極化可動撓みプレート素子（１２Ａ）及び
（１３Ａ）にはそれぞれ端子（Ｔ３）及び（Ｔ４）を介
して第１Ｂ図に示したものと同様に使用者操作スイッチ
（２７）、（３１）　（図示せず）を含む各付勢回路を
介して付勢電位が印加される。

回路動作においては、適当なゲート信号源（図示せず）
が設けられ、これがスイッチ（Ｓ３）を介して負荷に供
給されるべき交流の所望の位相点においてトライアック
（４２）へのゲート信号を供給される。このゲート付勢
点においてトライアック（４２）はターンオンし、撓み
スイッチ（１１）が接点（Ｓ３）を閉じるまでの短期間
においてのみ負荷電流を導通する。このような条件下に
おける（Ｓ３）スイッチ接点の閉接は閉接中のスイッチ
にかかる電位がトライアック（４２）の導通に基づいて
実質的に減少しているため、アークを実質的に発生する
ことなく達せられる。圧電セラミックスイツチング装置
（１１）によって物理的なスイッチ接点（Ｓ３）の閉接
後、トライアック（４２）の導通はスイッチ（Ｓ３）の
閉じられた接点端子（Ｔ５）及び（Ｔ６）を通ずる動作
電流の分路効果に基づいて終了する。

ゲート信号源（図示せず）による端子（Ｔ７）を通じて
のトライアック（４２）へのターンオン信号はここで除
去される。次に、閉じられた撓みスイッチ（Ｓ３）を通
ずる負荷電流の供給は、第１図の実施例に関して説明し
た通りに付勢信号入力端子（Ｔ４）を介して下部圧電セ
ラミックプレート素子（１３＾）に付勢電位を維持し続
けることにより、使用者の要求に応じて維持することが
できる。

撓みスイッチ（Ｓ３）の接点（Ｔ５）及び（Ｔ６）を通
ずる電流を遮断しようとするときは、圧電セラミック撓
み型スイッチ装置（１１）の消勢に先立つ交流電源の動
作周期におけるいずれかの点においてトライアック（４
２）をゲート信号源（図示せず）により再びゲートオン
する。これによりスイッチ（Ｓ３）の接点が開放し始め
ると、電流は接点（Ｔ５）及び（Ｔ６）の電流路から転
じて導通したトライアツク（４２）による回路に流入す
ることになる。

このような部分開放接点（Ｔ５）、（Ｔ６）及び（２１
）からの電流の転入により、トライアック（４２）はア
ークがほとんどまたは完全に存在しない条件において撓
みスイッチ接点（Ｔ　５）、（Ｔ−６）の整流オフ（開
放）を補助するものである。次に、トライアック自体は
負荷電流源の次の電流ゼロ点またはその以前においてそ
のゲートからターンオン信号を除去することにより遮断
される。この時点におけるトライアック（４２）の遮断
は、その遮断時においてその両極間に再び現れる電圧の
上昇を緩和する働きを有するスナバ回路（Ｒ２５）、（
Ｃ１２Ｂ）及び（Ｒ２６）、（Ｃ１３Ｂ）の作用に助け
られる。これによりトライアック電圧の急激な上昇に基
づくその予期しないターンオン及び再導通を回避するこ
とができる。したがって、第２図の構造は高速、かつ確
実な同期差動型リレーを提供し、このような短期間動作
中のパワー半導体装置（４２）における大電流サージに
基づく電流定格の顕著な増大を許容し、さらに圧電セラ
ミック撓みスイッチ装置（１１）の負荷電流制御用撓み
動作型スイッチ（Ｔ　５）　−（２１）　−（Ｔ６）の
依然として低い導通抵抗がその負荷電流導通条件におい
て実質的な加熱を伴わ゛ない有効な動作を許容するもの
であることが理解されよう。

さらに、この新規のスイッチング回路は従来の常套的な
電磁リレー構造の特徴である大型、大重量、低速及び可
変応答性並びに高発熱性を排除するものであり、そのよ
うな構造に伴う平均的な浮遊インダクタンスをスイッチ
素子自体に形成された短い電気接続路に基づいて絶対的
な最小値まで実質的に減少させるものである。最後に、
多相回路構造並びに単極双投−中立オフシステムなどの
スイッチ構造も第２図に仮想線で示したような形態にお
いて実施し得ることが理解されるであろう。

第４図は低電圧付勢源を用いるようにした本発明の別の
実施例を示すものである。第４図に示した本発明の実施
例は撓みスイッチング装置（１１）を構成する圧電セラ
ミックプレート素子の非分極部（１２Ｂ）及び（１３Ｂ
）上において倍電圧回路を形成したことを除き、第１及
びＩＡ図に示した実施例とほぼ同様に形成され、かつ作
動するものである。第４図において表面支持半導体ダイ
オード（Ｄｌ）及び（Ｄ２）のセットからなる能動半導
体装置はそれぞれ導電面部（１５Ｂ’）、（１５Ｂ“）
及び（１６Ｂ’）、（１６Ｂ”）上に支持される。各導
電面（１５Ｂ）及び（１６Ｂ）は各面内において適当な
絶縁ギャップにより各２つの部面（１５Ｂ’）、（１５
Ｂ”）及び（１６Ｂ’）、（１６Ｂ”）に分離され、そ
れらの下側における非分極圧電セラミックプレート（１
２Ｂ）及び（１３Ｂ）の各々からなる各２個の分離した
コンデンサ素子を形成せしめるものである。さらに、中
間導電面（１４）には（２０）で示すような絶縁部（接
着剤を充填したギャップ）が形成される。ギャップ（２
０）は圧電セラミックプレート素子（１２）及び（１３
）の初期分極部（１２Ａ）、（１３Ａ）の内側の導電面
（１４）の部分を、非分極部（１２Ｂ）、（１３Ｂ）の
内側の導電面部から電気的に分離及び絶縁するものであ
る。このように形成された装置は第４図に示された態様
において配線された絶縁導体により互いに接続され、第
４Ｂ図に略示するような電気回路を形成する。第４Ａま
たは第４Ｃ図の回路とは幾分相違するこの回路構成は、
すでに述べた通り不連続なハードワイヤー配線またはプ
リント回路を用いることにより類似の様相において形成
することもできる。第４Ａ、４Ｂ及び４Ｃ図に示した各
回路は撓みスイッチング装置（］１）のための付勢回路
入力としてＡＣ電圧の値をそれらの出力端子（Ｔ３）ま
たは（Ｔ４）においてそれぞれ２倍にするようにした周
知の古典的なダイオード型倍電圧回路である。かくして
、第４図に示した圧電セラミックスイツチング装置（１
１）がいわゆる家庭用交流電源としての１１５ボルト（
米国）においてのみ作動し得るものであれば、この第４
及び４Ｂ図に示すスイッチング装置は圧電セラミックス
イツチング装置（１１）の入力端子（Ｔ３）及び（Ｔ４
）に印加される付勢電位を倍加すべく採用され、第１及
びＩＡ図に関してすでに述べた通り、負荷電流制御用ス
イッチ接点（１７）、（１９）及び（１８）、（２１）
を選択的に開閉することができる。その他の事項におい
て、装置は第１及びＩＡ図に示したスイッチング装置と
同様に構成され、かつ動作し得るものである。

第５図は第１〜４図に関して説明した技術事項及び構造
的特徴に従って形成された本発明のさらに別の実施例を
示すものであり、第５Ａ図は非分極及び電気的中性の圧
電セラミックプレート（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）上に形
成された付勢電位ドライブ回路の略図を示すものである
。第５図（並びに第６図）においてクランプ手段（２２
）、（２３）は図を簡単にするため省略されているが、
外側導電面（１５）及び（１６）におけるギャップ（１
５Ａ）、（１６＾）は明確に示されている。第５図は第
５Ａ図に略示した電圧３倍回路を形成するように設計さ
れたプリント回路を具体的に示している。すなわち、こ
の回路によれば、比較的低い電圧の交流がその電圧の実
効値の３倍を有する直流電圧に変換され、これが撓みプ
レートを駆動するための付勢電位として初期分極された
圧電セラミック撓みプレート部（１２＾）及び（１３Ａ
）に印加されるようになっている。

第６図は第５図と類似しているが、その非分極中性圧電
セラミックプレート部（１２Ｂ）、（１３Ｂ）の各外表
面に第６Ａ図に略示するような電圧４倍回路を形成して
なる圧電セラミックスイツチング装置（１１）を示して
いる。第６Ａ図の電圧４倍回路及び第５Ａ図の電圧３倍
回路は周知の構造及び動作を有するものであり、したが
ってこれ以上の説明を省略する。しかしながら、これら
の電気回路図に示されたコンデンサは第５図および第６
図に示すように、これらのコンデンサ上に支持されたダ
イオード（Ｄ　１）、（Ｄ　２）等々と対応するサフッ
クス番号を付した（Ｃ１）、（Ｃ２）等々であるものと
する。第５図及び第６図の装置において、非分極中性の
圧電セラミックプレート部（１２Ｂ）及び＜　１．３　
Ｂ　）上に導電面（１５Ｂ）の島を形成する態様は第１
図に関して説明したものと同様であり、周知の感光膜処
理方式またはエツチング技術などが採用される。このよ
うにして第５図における所望のサイズのコンデンサ中性
電極（１５Ｂ１）、（１５Ｂ２）及び（１５Ｂ３）並び
に、第６図のコンデンサ中性電極（１５Ｂ１）、（１５
Ｂ２）、（１５Ｂ３）及び（１５Ｂ４）がこれら数個の
電極間にわたる妥当なサイズの接続導体とともに形成さ
れる。第５図の半導体ダイオード（Ｄｌ）〜（Ｄ３）ま
たは第６図の（Ｄｌ）〜（Ｄ４）は各金属化電極面上に
支持される。第５図及び第６図の構成を具体化するに当
たっては、ハンダ付、超音波接合技術または適当な導電
面性接着剤、その他を用いることにより金属化電極（１
５Ｂ１）、（１，５８２）等々の導電面に直接支持する
ための半導体ダイオード装置が個別的に採用される。こ
れらの製造段階は圧電セラミック撓み型装置の活性化及
び初期分極された可動部（１２Ａ）、（１３Ａ）の前記
初期分極後に実施され、高い初期分極電位により起こり
得る素子の損傷を防止するものである。選択的にコンデ
ンサ電極領域（１５）及びダイオード（Ｄｌ）〜（Ｄ３
）または（Ｄｌ）〜（Ｄ４）は適当な集積回路技術によ
り形成することもできる。例えば１９６８年アメリカ合
衆国ニーヨーク洲ニューヨークのリサーチ　ェデニケー
ション　アソシエイツより出版されたマックス　ホージ
ル著の“マイクロエレクトロニクス”はこのような集積
回路技術を開示している。当然ながら、すでに述べた本
発明の第１図、ＩＡ図及び２図の実施例において用いら
れた対応するコンデンサ電極及び導体の形成においても
同様な技術を用いることができる。

第７図及び７Ａ図は圧電セラミック撓みスイッチング装
置（１１）がスイッチ接点（１９）またはスイッチ接点
（２１）を介して選択的に回路を閉じることにより、第
７Ａ図に示されたトライアック（４２）、（４２゛）ま
たはＳＣＲもしくはパワートランジスタなどのような対
応するゲート制御型パワースイッチの制御ゲートにゲー
ト信号電流を供給するようにした本発明のさらに別の実
施例を示す図である。

撓みスイッチング装置（１１）の内側導電面（１４）の
部分から外れて形成された導体は、本発明の第１及びＩ
Ａ図に関して前述したような撓み装置の非分極部（１２
Ｂ）及び（１３Ｂ）上に形成された電流抵抗（２５）及
び（２６）への電気接続を提供するものである。電流制
限抵抗（２５）及び（２６）はそれぞれ圧電セラミック
撓みスイッチ接点（１９）及び（２１）を介して各付勢
されたスイッチ接点（１９）及び（２１）に関連するト
ライアック装置（４２）の制御ゲートに接続される。

回路動作においてゲート制御型パワースイッチング装置
（４２）のいずれか一方または他方のターンオンはスイ
ッチ装置（１１）の妥当な初期分極化圧電セラミックプ
レート素子を付勢し、その関連するパワートライアック
（４２）のゲート入力端子を閉じることにより達せられ
る。ここで、初期分極化圧電セラミックプレート素子に
蓄積された電荷がトライアックのゲート中に放出され、
トライアックに適当なターンオン電流を与えてそれをタ
ーンオンし、通電させる。トライアック（４２）または
（４２°）のいずれがターンオンすると、負荷（５１）
または（５２）が導通したパワートライアックスイッチ
（４２）または（４２°）を介して交流負荷電流の供給
を受ける。また、導通時のトライアックパワースイッチ
（４２）のターンオフは先に付勢された撓みスイッチ装
置（１１）の初期分極化圧電セラミックプレート部（部
分（１２Ａ）または（１３Ａ）のいずれか）を交流電流
の周期中における妥当な点において単に消勢することに
より達せられる。所望に応じて第１Ｂ図に関して述べた
ような適当なスナバ回路がゲート制御型パワースイッチ
ング装置（４２）にわたして接続され、これらのスイッ
チング装置がターンオフ後においてそれらの両端に現れ
る順方向負荷電圧に抗するための絶縁耐性を補助するも
のである。

第７図におけるスイッチング装置（１１）を補助する適
当な構成は第１図に関してすでに述べた通りである。

第７Ｂ図は本発明に従って構成された新規の圧電セラミ
ック撓み型スイッチ（１１）を用いたパワー回路のゲー
ト構成の変形例を示す図であり、撓み型スイッチ（１１
）の圧電セラミックプレート素子に蓄積された電気エネ
ルギーが同図に示された負荷（５１）または（５２）へ
の負荷電流を供給するＳＣＲ。

パワートランジスタまたはトライアック（４２）などの
ゲート制御型パワー半導体型スイッチのためのゲート電
流源として用いられる。第７Ｂ図の回路構成はカソード
の極性に関して正極性のターンオンゲート電流を供給し
なければならないようなゲート制御型パワー半導体スイ
ッチを使用するものである。この構成においては、直流
電源の正端子または交流電源の一方の端子に接続された
アノードを存する整流器（２９Ｐ）により付勢回路が構
成される。ダイオード（２９Ｐ）のカソードは限流抵抗
（２８）を介して常開型使用者スイッチ（２７Ａ）また
は（２７Ｂ）のいずれ一方の常閉接点に接続され、この
スイッチは撓み装置（１１）の初期分極化可動圧電セラ
ミックプレート素子（１２Ａ）または（１３Ａ）の外側
導電面（１５）または（１６）に導かれる。外側導電面
（１５）または（１６）は常時は付勢されず、常閉スイ
ッチ（３１Ａ）または（３１Ｂ）のいずれか一方におけ
る常閉接点によりＤＣ電源の負端子またはＡＣ電源の一
方の端子に接続されている。スイッチ（２７）及び（３
１）からなる２組のスイッチセットは電気的または機械
的に相互接続され、（２７）または（３１）のいずれか
一方が開放すれば、他方が閉じるようになっている。装
置（１１）の自由端における撓み駆動接点（１９）及び
（２１）はそれぞれ協同接点上に閉接し、限流抵抗（２
５）または（２６）のいずれかを介してゲート制御型パ
ワー半導体スイッチ装置（４２’）または（４２）に接
続され、これによって負荷（５１）または（５２）に通
電するようになっている。

回路動作において、使用者が例えば常閉接点（２７Ａ）
をとじると、撓みスイッチング装置（１１）の圧電セラ
ミックプレート素子（１２Ａ）が整流器（２９Ｐ）、限
流抵抗（２８）及び常開スイッチ（２７Ａ）の閉じられ
た接点を介して充電される。常閉スイッチ（３１Ａ）は
自動的に開放し、これによってプレート素子（１２Ａ）
の充電が可能となる。プレート素子（１２Ａ）を十分に
充電することにより撓み装置（１１）が変位して接点（
１９）をその協同接点上に閉接し、ここから抵抗（２５
）を介してゲート制御型パワースイッチ（４２）のゲー
トに接続するため、必要な短時間内において圧電セラミ
ックプレート素子（１２Ａ）には十分な電気エネルギー
が蓄積される。これによりゲート制御型パワースイッチ
ング装置（４２’）をターンオンするに十分なゲート電
流が供給される。このゲートターンオン電流は圧電セラ
ミックプレート素子（１，２Ａ）の外側導電面（１５）
において、内側導電面（１４）に背反する向きで接続さ
れた接点面を有するように形成された接点（１９）を介
して供給される。このような接続を提供するための接点
（１９）並びに（２１）の改変は第１Ｂ、ＩＥ及ＩＦ図
に示した態様から自明に理解し得るであろう。このよう
にしてパワースイッチ（４２°）のゲートに供給された
ゲートターンオン電流はこの半導体パワースイッチ（４
２°）を妥当にゲートオンし、使用者操作スイッチ（２
７Ａ）が対応する接点上に閉じられている限り、その導
通状態を維持し、これによって負荷（５１）は導通した
ゲート制御型パワー半導体スイッチ装置（４２’）を介
して負荷電流を供給される。撓みスイッチング装置（１
１）の圧電セラミックプレート素子（１２Ａ）は整流器
（２９Ｐ）、限流抵抗（２８）及び常開スイッチ（２７
Ａ）の閉じられた接点を介して充電される。常開スイッ
チ（３１Ａ）は自動的に開放し、これによってプレート
素子（１２Ａ）の充電が可能となる。負荷（５２）に通
電すべく他方のゲート制御型パワースイッチ（４２）を
ターンオンすることが要求される場合には、圧電セラミ
ックプレート素子（１２Ａ）に通電する常開スイッチ（
２７Ａ）をその常開位置に復帰させるとともに、圧電セ
ラミックプレート素子（１３Ａ）に通電するための他方
の常開スイッチ（２７Ｂ）を閉接し、これによってゲー
ト制御型パワースイッチ（４２）をターンオンし、その
結果、負荷（５１）について述べたと同じ態様において
負荷（５２）に負荷電流を供給するものである。

第７Ｃ図は逆極性で接続したことにより特定の形式にお
けるゲート制御型半導体パワースイッチ（４２）の制御
ゲートに負極性のゲートターンオフ信号を供給するよう
にした撓みスイッチ装置（１１）を示すものである。す
なわち、この場合の半導体パワースイッチ（４２°）ま
たは（４２）はそのゲートに負極性のターンオフ信号を
供給されることにより負荷（５１）または（５２）のい
ずれかを通ずる負荷電流をターンオフするように設計さ
れたものである。ある種の形式の装置の場合には、２個
の独立した付勢（消勢）回路として、例えば一つは第７
Ｂ図に示すようにターンオンを目的として正極性のゲー
トターンオン信号を供給するものとし、他方の回路は第
７Ｃ図に、示す構成を有することにより負荷電流をター
ンオフする負極性のゲートターンオフ信号を供給するも
のを設けることができる。

第８図、第８Ａ図、第８Ｂ図及び第９図はいずれもすで
に述べた単一の中間導電面に代えて、２枚の分離した中
間導電面（１４０）及び（１４Ｌ）を採用した本発明の
さらに別の実施例を示すものである。

第８図において２枚の中間導電面（１４０）及び（１４
Ｌ）は圧電セラミックプレート素子（１２）及び（１３
）の全長を通じてそれらの初期分極部分（１２Ａ）及び
（１３Ａ）及び非分極中性部分の双方の面上において形
成されている。初期分極部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）
の可動端部上に接点（１９）及び（２１）を形成するた
め、中間導電面（１４Ｕ）の全幅は上向きに折り曲げら
れ、第１Ｂ、ＩＥ及び１２図に関してすでに説明した方
法において撓み部材（１２Ａ）の自由端の上面を横断す
るように保持され、かつリベット止めされた剛体部材（
３５）の上にまであてがわれる。第１〜７図に示した実
施例との基本的な相違点は、第１図における単一の中間
導電面（１４）がスリットによって両半部に切断された
突出部（１４Ａ）及び（１４Ｂ）を有し、その一方が上
向きに折り曲げられるとともに他方が下向きに折り曲げ
られているのに対し、第８図及び第９図の実施例におい
ては中間導電面（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）がそのような
縦割突出部をもたず、単一の突出部（１４ＵＡ）の全幅
が絶縁剛体部材（３５）上に折り曲げられ、図示のよう
に中央の平頭型リベット（１９）により保持されている
ことである。下部導電面（１４Ｌ）の場合には、逆にそ
の突出部（１４Ｌ）の全幅が下向きに折り曲げられて、
絶縁剛体部材（３５）上に重ね、同様に平頭型リベット
（２１）により保持される。

２枚の中間導電面（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）は圧電セラ
ミックプレート素子部材（１２）及び（１３）の全内側
面に強固に保持されるとともに、それらの間には薄い接
着剤層（６１）が介在し、全体として撓み装置（１１）
を形成するものである。本発明の第８図の実施例の好ま
しい形態において、接着剤層（６１）は絶縁性であり、
したがって各内側導電面（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）はい
ずれか１方向への撓みを生ずる撓みスイッチ装置（１１
）の付勢中において異なった電位に維持されることがで
きる。他の形態においては、２枚のプレート素子（１２
）及び（１３）を保持するために導電性接着剤（６１）
を用い、これによって内側導電面（１４Ｕ）及び（１４
Ｌ）の双方を等電位に維持することもできる。この目的
において、本発明のいずれかの実施例中に用いた接着剤
は先に述べた通りの初期分極処理中もしくは雰囲気保護
のための真空封入装置の装着（焼付け）中において要求
される高温に耐え得るものである。本発明の全実施例の
ための典型的な接着剤としては、例えばＯＥＭ　Ｉ　Ｄ
（イミドエーテル、ＰＩＱ（ポリイミドインドロキンシ
リアン−デイオン）ＰＥＫ　（ポリエチルケトン’）Ｕ
ＬＴＩＭ　（ポリニドキシレン）またはＵＬＴＥＭ（ポ
リエーテルイミド）などがある。通常これらの接着剤は
絶縁性であるが、これらの接着剤層（６１）中に極微の
導電粒子を添加すれば、２枚の中間導電面（１４Ｕ）及
び（１４Ｌ）を動作中において同電位に維持することが
要求されるような場合の導電性接着剤層とすることがで
きる。しかしながら、接着剤層（６１）は実質上の無孔
隙性（ピンホールフリー）として撓み部材の外部に導電
面（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）を接続する場合の十分な助
けとなるようにすることが重要である。

本発明においてすでに列挙したような周知の撓み型圧電
セラミックは正確に成形され、かつ焼成されたならば、
長い動作寿命となるよう十分高い密度を有するものであ
る。本発明においては選択的に形成した電極の使用を通
じて表面破壊を回避するための比較的長いクリープ路を
提供するとともに、前述したような種々の不活性な保護
被覆及び接着剤を使用することにより前記のような圧電
セラミック撓み部材の動作寿命を延長しようとするもの
である。第８図に示した本発明の実施例は圧電セラミッ
ク撓み装置（１１）の初期分極化可動撓み部分（１２Ａ
）及び（１３Ａ）の外側面上に不活性保護被覆（６２）
を形成したものである。この不活性保護被覆（６２）は
ポリイミドシロキサン共重合体からなり、撓み装置を不
都合な振動減衰効果を伴うことなく運動せしめるに十分
な可撓性を有する極めて薄い無孔隙性の均一な不活性保
護被覆を形成するものである。非分極クランプ部（１２
Ｂ）及び（１３Ｂ）から区分して独立した可動分極化撓
み部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）を提供するように選択
的に撓み部材を初期分極処理するとともに、第８Ａ、第
８Ｂ図において最もよく示す通り、不活性保護被覆にお
いて初期分極化圧電セラミックプレート素子（１２Ａ）
、（１３Ａ）の側縁から戻る方向に折り返し、妥当に形
成された導電面（１４Ｕ）、（１４Ｌ）、（１５）及び
（１６）に接する凹部を成形すること、並びに撓み素子
の活性化領域の全体を包囲しつつその圧電セラミック撓
み素子のクランプ端に生ずる鋭敏な撓み作用には影響さ
れない無孔隙性保護面を提供することは、圧電セラミッ
ク撓み型スイッチング装置における安定性、動作再現性
、及び絶縁耐力並びに好ましい動作寿命を与えるための
最も重要な項目である。これらの特徴はさらに、すでに
周知された撓みスイッチング装置において可能であった
程度の高い初期分極電位を許容するものである。これに
より圧電セラミック撓み型スイッチング装置は従来の同
サイズの装置に比してより大電力の取扱いが可能となる
。

第８Ｄ図を参照すると、複数の曲線Ａ−Ｄは種々の圧電
セラミック撓み型装置の特性を示すものである。第８Ｄ
図は撓み装置が発生した撓み力を縦軸で、また時間を横
軸で示すものである。曲線Ａは本発明に従って形成され
、適当な真空または保護雰囲気管に封入した圧電セラミ
ックスイツチング装置の力対時間特性を示しているが、
これは無限の時間にわたって実質上一定の撓みカが得ら
れることを示している。第８．９図に関して前述したよ
うなポリイミドシロキサン共重合体の無孔隙性、かつ不
活性の保護被覆を有する空気中で作動するようにした本
発明の圧電セラミック撓み型スイッチング装置は、曲線
Ｂで示すようにその圧電セラミック素子コンデンサから
付勢電荷が漏出することに基づき極めて緩やかな勾配に
おいて徐々に降下する短時間スケールではほぼ一定の力
対時間特性を有する。これに対し保護被覆を有する従来
の圧電セラミック撓みスイッチ装置の撓み力対時間特性
は、装置が低湿度の空気中で作動する場合において曲線
Ｃを描き、高湿度条件下において曲線Ｃ°を描くもので
あり、特に曲線Ｃ°からは従来技術の保護被覆を有する
圧電セラミックスイッチの撓み力は高湿度下において急
激に降下することを示している。曲線りは何らの保護被
覆をも有しない従来の圧電セラミック撓み型装置の撓み
力対時間特性である。これらの曲線から明らかな通り、
圧電セラミック撓み素子のインピーダンスを一貫して高
い値に維持することにより、圧電セラミックからの洩れ
電流が時間または湿度の上昇とともに増大することを防
止しない限り、撓み力の重大な低下が発生する。すなわ
ち、圧電セラミックからの洩れ電流の増大はこれに高い
付勢電圧を印加して装置動作を安定化しようとする機能
を阻害することになるからである。

第８Ａ、８Ｂ、８Ｃ図はいずれも不活性保護被覆（６２
）の気密効果を改善し得る製造技術を示すものであり、
これらは第８図において曲線Ｂもしくは理想曲線Ａに近
似した撓み力対時間特性曲線に対応するものである。第
８Ａ図において特定の被覆は初期分極化可動撓みプレー
ト素子部分（１２Ａ）及び（１３Ａ）の露出側縁上にお
いてかなりの深さまで突入した被覆（６２）として形成
されている。この被覆は外側導電面（１５）及び（１６
）の中間平坦部を露出させたままとするか、または単に
薄く覆うのみである。この実施例において内側導電面（
１４Ｕ）及び（１４Ｌ）の側縁は幅方向に短くして不活
性保護被覆のかなりの部分を間隔中に突入させ、そうで
なければ、この内側導電面の露出した側縁により占有さ
れたであろう領域まで覆わせるようにしている。経験に
よれば、電流洩れ及び電圧破壊が発生するのは通常上部
導電面と内側導電面との間の側縁においてである。装置
の付勢状態におけるこのような電圧破壊及び電流洩れを
回避するため、第８Ａ図に示すような構造が推奨される
。言うまでもなく、第１図の実施例においては単一の中
間導電面（１４）が用いられたものであるが、例えばそ
の実施例においても同様な技術は側縁間の好ましくない
電流洩れを回避するために用いることができる。

第８Ｂ図は初期分極化可動撓み部分（１２Ａ）、（１３
Ａ）全体とそれらの両側縁、並びに関連する内側及び外
側導電面（１５）及び（１６）を不活性保護被覆（６２
）により完全に包囲した本発明の実施例を示すものであ
る。さらに、第８Ｂ図は（６３）及び（６４）で示す異
なった両側タブを撓み装置の被覆から引き出し、これを
それぞれ内側導電面（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）への端子
接続として用いる態様を示している。撓み部材を一体構
造中に結合すべく用いられた接着剤が絶縁性であれば、
上部及び下部の内側導電部材（１４Ｕ）及び（１４Ｌ）
は分離した電位に維持されるが、選択的に結合用接着剤
が導電性であれば、端子（６３）または（６４）はこの
装置のための出力端子などとして用いることができる。

第１０図は側縁タブ端子（６３）または（６４）が撓み
スイッチング装置の長さ方向に沿って異なった配置にお
いて形成された本発明の実施例を示している。第１０図
は（７１）で示す絶縁ギャップによって２部分に分割さ
れた単一の共通導電面（１４）を有する装置を示してい
る。前記ギャップ（７１）はこの撓みスイッチング装置
が適当なりランプ手段（図示せず）によりクランプされ
るようにした外側導電面（１５）及び（１６）における
ギャップ（１５Ａ）及び（１６Ａ）の下側に整合してい
る。この構成によれば、側縁タブ（６３）は圧電セラミ
ックスイツチング装置の初期分極化可動撓み部分（１２
Ａ）、（１３Ａ）の内側に配置された中間導電面（１４
）の部分に接続するための端子を提供し、側縁タブ（６
４）は圧電セラミックスイツチング装置の非分極部分（
１２Ｂ）、（１３Ｂ）の内側における中間導電面部分（
１４）に接続するための端子を提供する。

第８Ｃ図は第８．８Ａ、８Ｂ図に従って構成された圧電
セラミック撓み装置の部分断面図であるが、均一な不活
性保護被覆（６２）が（６２Ａ）で示すように、初期分
極化圧電セラミックプレート素子（１２Ａ）のいずれか
の露出面上に折り曲げられ、かつこれを覆うようにした
範囲を明らかにするようその該当部分を誇張して示した
ものである。この領域形成の形式は、例えばクランプ部
材（２２）、（２３）を受は入れるため、製造中におい
て外側導電面（１５）及び（１６）にギャップ（１５Ａ
）及び（１６＾）を形成することにより形成される。こ
の部分において、外側導電面の露出した切断、エツチン
グまたはその他の方法により形成された側縁間において
電流洩れや電圧破壊を生ずるものである。このような望
ましくない効果を防止するため、一定の不活性保護被覆
（６２）　（図において（６２Ａ）で示す）が外側平坦
露出導電面及び装置の初期分極可動撓み部分における両
側縁、初期分極された平坦圧電プレート素子の両側縁、
並びにそれらの間に挟まれる中間導電面の引っ込んだ側
縁を覆い、さらに外側導電面（１５）及び（１６）の除
去により露出した初期分極化圧電セラミックプレート素
子のいずれかの部分、並びにそのような除去により露出
した凹部形状をなす選択的に金属化された外側導電面の
側縁部上に敷延され、これらを覆うものである。

第９図は電圧破壊及び電流洩れの生ずるおそれが高いた
め、装置を妥当に形成するためにはかなりの注意を要す
るような圧電セラミック撓み装置（１１）の異なった領
域を示す本発明の別の実施例を描いた図である。この領
域はスイッチング装置の自由端において外側導電面（１
５）及び（１６）が細永い絶縁性剛体部材（３５）まで
、またはその近傍までのびているところである。これら
の交叉領域において接点（１９）及び（２１）は内側導
電面の部分（１４ＵＡ）及び（１４ＬＡ）と関連して形
成される。これらの接続において剛体部材（３５）に隣
接した導体面（１５）及び（１６）の部分は切断、エツ
チング、その他の方法により除去し、かくして形成され
た空間中に付加的に活性保護被覆（６２Ｂ）を充填する
ことが必要である。

第９図に示した本発明の実施例における撓み装置（１１
）はさらに、その初期分極化及び非分極部分に沿っての
びる中間導電面（１４０）及び（１４Ｌ）の部分がクラ
ンプ手段（２２）〜（２３）に沿ってのびる領域におい
て絶縁接着剤（６３）からなる絶縁セグメントを形成す
ることにより互いに絶縁されている。その結果、初期分
極された圧電セラミックプレート素子部分（１２Ａ）及
び（１３Ａ）に沿ってのびる中間導電面（１４０）及び
（１４Ｌ）の部分は非分極圧電セラミックプレート素子
部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）に沿うてのびる中間導電
面の部分から電気的に絶縁されることになる。

第１１図は本発明に従って構成された圧電セラミック撓
み型スイッチング装置の非分極プレート部分に関する第
１０図と同様な部分斜視図であり、第８図及び第９図に
示したように、装置の内側導電面（１４ｔｌ）または（
１４Ｌ）のいずれかに電気接続を形成するための端子タ
ブを提供する異なった製造技術を示すものである。第１
１図に示す通り、上部及び下部非分極圧電セラミックプ
レート素子部分（１２Ｂ）及び（１３Ｂ）の各々におけ
る１隅は面取りもしくは角取り（斜面化）され、これに
よって上部プレート素子部分（１２Ｂ）に保持された下
地となる内側導電面（１４Ｌｌ）、及び各プレート部分
（１３Ｂ）に保持された上地としての内側導電面部分（
１４Ｌ）に到達するための露出部となっている。このよ
うにして得られた露出導電面はそれらの面上に金属ワイ
ヤコネクタまたは他の適当な端子タブを保持して電位及
び電流の導通を可能にするものである。

単一の中間導電面（１４）のみを用い、あるいは選択的
に２枚の分離した中間導電面（１４０）及び（１４Ｌ）
を（６５）で示す導電性及び接着性の中間タブを使用す
ることにより電気接続した装置において中間導電面への
電気接続を達成するための機構はその構造の先端に装備
される。

冒頭部分で述べた通り、完全な圧電セラミック撓み型ス
イッチング装置（１１）は装置の初期分極化可動圧電セ
ラミックプレート部分の分極に先立って前述したすべて
の特徴を有しない場合でも、はぼ完全に製造できるもの
と考えられる。従来技術の圧電セラミックプレート素子
において、通常実施されていたようなオイル中での早期
分極処理を行うよりは装置の物理的完成後、初期分極を
行う方が装置動作の安定性を得る上で好ましいことが確
認された。確実な１００％密度の圧電セラミック材料が
存在しないことに鑑み、もしそれが高電圧による初期分
極処理中の圧電セラミックプレート素子において起こり
得る何らかの電流洩れまたは電圧破壊を回避するために
は、それが本質的な事項ではないにしても、初期分極前
のシール操作が要求される。しかしながら、上述した態
様において提供される気密パッケージの度合いは、必然
的に各スイッチング装置の適用において要求される絶対
的な安定性の度合いに応じたものとなる。

かくして、ある種のスイッチング装置においては、絶対
的な気密パッケージ（またはそれに近いパッケージ）は
装置の比較的緩やかな動作仕様に基づいて要求されない
こととなる。さらに、導電面（１５）、（１６）、（１
４）または（１４０）または（１４Ｌ）の選択的な電極
化及び形状の特定は側縁のまわりにおける電圧洩れ及び
動作歪みに関する保護機能の拡大を提供するとともに、
通常の切断及び加工処理技術において生じたような微視
的なエツジクラックに基づく圧電セラミック撓み型装置
の性能低下あるいは動作寿命サイクルの問題を軽減する
ものである。

以上の説明から明らかな通り、本発明は改良された圧電
セラミックスイツチング装置及びそのような装置の改良
された製造技術、並びにそのようなスイッチング装置の
付勢及び適性使用のための新規の電気回路を提供するも
のである。この改良された構造は圧電セラミックスイツ
チング装置を構成する圧電セラミックプレートの非分極
部分に支持された付勢もしくは駆動回路を装備すること
を含むものである。このような構成により、スイッチン
グ装置のサイズ、重量及び嵩張りを顕著に縮小し、これ
によって回路要素を全体としてミニチェア化したコンパ
クトで、簡便なスイッチング装置を提供するものである
。さらに、装置と併用する回路要素は装置自体の一部に
取り付けることができるため、回路の浮遊インピーダン
スを顕著に減少し、これによって装置動作中の回路ノイ
ズ耐性を改善するものである。

本発明に従って構成された圧電セラミックスイツチング
装置は同様な規格の従来技術型装置に比して大きく改善
された構造と動作特性とを有する。その結果、本発明の
改良された圧電セラミックスイツチング装置は高い安定
性及び信頼性において動作するとともに、実質的な回数
のスイッチング動作を要求する使用期間の長寿命化を達
成するものである。

産業上の利用可能性 本発明によって構成された特徴的構成を有する改良され
た圧電セラミックスイツチング装置及びシステムは、住
宅、商業及び重工業等における種々の電力定格を有する
種々の電気負荷に対し電流の供給を制御するスイッチン
グ装置として広範囲に用いることができる。前述した新
規の構成に基づき本発明のスイッチング装置は最近まで
用いられてきた電磁駆動型スイッチング装置に比して軽
量、小型、かつ低コストであって、応答時間の早いスイ
ッチ動作を実行するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された新規の圧電セラミッ
ク撓み型スイッチング装置の平面図、第１Ａ図は第１図
のＩＡ−ＩＡ線に沿って見た縦断面図、 第１Ｂ図は第１図のスイッチング装置を動作させるため
に用いられる新規の駆動回路の回路図、第１Ｃ図は第１
図のＩＣ−ＩＣ線に沿って見た装置横断面図、 第１Ｄ図は第１図に示したスイッチング装置の可動撓み
端を製造工程途上の未完成状態において示す平面図であ
って、撓み型圧電セラミックスイツチング装置の可動端
における負荷電流制御接点を形成する態様を示す図、 第１Ｅ図は第１Ｄ図に示した装置の同様の部分について
第１Ｄ図の段階に続く後の段階において示す斜視図、 第１Ｆ図は第１Ｄ図及び第１Ｅ図に関連して示した前記
可動端部の接点形成方法を示す完成装置の部分側面図、 第２図は本発明に従って構成された新規の圧電セラミッ
クスイツチング装置の異なった実施例であって、分離し
た絶縁ベース部材上に装置を取り付けた状態を示す縦断
面図、 第２Ａ図は第２図の装置により制御される回路であって
、その装置上に形成されたものを示す回路図、 第３図は撓み型圧電セラミックスイツチング装置の非分
極中性端部をその部分に接着した電気ヒユーズ素子とと
もに示す部分平面図、第４図は本発明に従って構成され
た撓み型スイッチ装置の非分極部分上に設けられた能動
回路素子であって、その装置のための付勢回路を構成す
るように不連続的なワイヤコネクタに接続されたダイオ
ード整流素子を含むものを示す縦断面図、 第４Ａ図、４Ｂ及び４Ｃ図は第４図に示した圧電セラミ
ックスイツチング装置と併用する付勢回路として使用す
るに適した倍電圧整流回路の３つの異なった実施例であ
って、第４Ｂ図の回路構成が第４図に示した回路素子の
物理配置に対応・して撓み型スイッチング装置の非分極
部分上に支持されたものであることを示す回路図、 第５図は本発明に従って構成された圧電セラミックスイ
ツチング装置の異なった実施形態であって、それがどの
ように製造されるかを示す上面斜視図、 第５Ａ図は前記第５図の素子配列により構成される電圧
３倍化回路を示す図、 第６図は電圧４倍化ダイオード整流回路を用いた本発明
によるスイッチング装置のさらに別のスイッチ形態を示
す上部斜視図、 第６Ａ図は前記第６図の素子配列によって構成された電
圧４倍化ダイオード整流回路を示す図、第７図は本発明
に従って構成された圧電セラミック撓み型スイッチング
装置のさらに別の形態であって、装置の撓み素子におけ
る中立位置の両側においてＨ型二重スイッチ動作を行う
ようにしたものを示す側断面図、 第７Ａ図は第７図の装置とともに動作する負荷回路の実
施例を示す回路図、 第７Ｂ図は第７図の双方向性圧電セラミックスイツチン
グ装置により制御される負荷回路の第２の形式であって
、スイッチング装置が大電力定格のゲート制御型パワー
半導体スイッチのゲートに直接ゲート電流を供給するよ
うにしたものを示す回路図、 第７Ｃ図は第７Ｂ図に示した回路の鏡像型であって、タ
ーンオフ型のゲート信号制御型パワー半導体スイッチを
用いるために負極性のゲート電流を提供する反転電圧を
どのようにして取り出すかを示す回路図、 第８図は本発明に従って構成された圧電セラミック撓み
型スイッチング装置のさらに別の実施例であって、装置
の初期分極化可動撓み部分上に均一な被覆を施したもの
を示す縦断面図、第８Ａ図は第８図の８Ａ−８Ａ線に沿
って見た横断面図、 第８Ｂ図は第８図と同様な装置において初期分極化可動
撓み部分の平坦な外表面全体を覆う選択的な被覆構造を
有するものを示す第８Ａ図と同様な縦断面図、 第８Ｃ図は第８図の装置においてクランプ手段の下側の
部分であって、圧電セラミックプレート素子の初期分極
化部分のいずれかの露出縁部を均一な被覆によりどのよ
うに覆うかを示す部分縦断面図、 第８Ｄ図は撓み力対時間曲線であって、従来技術におい
て保護被覆を形成し、または保護被覆を形成しなかった
圧電セラミック撓み型スイッチング装置の前記特性、並
びに本発明の好ましい実施形態によって得られた特性を
示す特性曲線図、第９図は第８図と同様な本発明の実施
例の縦断面図であって、装置の撓み素子の自由端におい
て負荷電流制御接点がどのように形成されるかを示す図
、 第１０図及び第１１図はそれぞれ第８図及び第９図に示
された装置の圧電セラミックプレート素子上に形成され
た導電面を介して付勢電位を印加し、もしくは負荷電流
を供給するための端子タブを形成するための２つの異な
った技術を示す斜視図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　圧電セラミック撓み型スイッチング装置の可動
   圧電セラミック撓み部材を初期分極化及び整合配置する
   ための方法であって、圧電セラミックスイッチング装置
   の主要素子のすべてを実質上一体構造に組み立てる段階
   と、前記撓み部材の各圧電セラミックプレート素子に比
   較的高い値の初期分極化電位を印加することにより、圧
   電セラミック材料中に整列した双極子配列を形成する段
   階と、前記撓み部材の各圧電セラミックプレート素子に
   印加される初期分極化電位の相対的な大きさを調整する
   ことにより、前記撓み部材をスイッチング装置の負荷電
   流開閉用固定スイッチ接点に関する正確な位置に置く段
   階を含むことを特徴とする方法。
2. （２）前記プレート素子をそれらのキューリー温度付近
   に維持しつつ前記比較的高い初期分極化電位を印加する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の方法
   。