JPS59101601A - 双安定偏向素子およびその製造方法 - Google Patents
双安定偏向素子およびその製造方法Info
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- JPS59101601A JPS59101601A JP58206120A JP20612083A JPS59101601A JP S59101601 A JPS59101601 A JP S59101601A JP 58206120 A JP58206120 A JP 58206120A JP 20612083 A JP20612083 A JP 20612083A JP S59101601 A JPS59101601 A JP S59101601A
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
- H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
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- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は両生表面上に電極が設けられている２個の平板
の組立体であって、前記平板は低保磁性の磁界強度を有
していて容易に成極し得る強誘電性セラミック材料から
なり、内側電極にも雷、気的に接近し得るように前記平
板はこれらの主表面が重なるよう配置されかつ強固に相
互連結されている双安定偏向素子に関するものである。
の組立体であって、前記平板は低保磁性の磁界強度を有
していて容易に成極し得る強誘電性セラミック材料から
なり、内側電極にも雷、気的に接近し得るように前記平
板はこれらの主表面が重なるよう配置されかつ強固に相
互連結されている双安定偏向素子に関するものである。
また本発明はかかる双安定偏向素子の製造方法に関する
ものである。
ものである。
成極した強誘電性セラミック材料の片側だけが固定され
ているセラミック偏向素子は普通こねに直流電圧を加え
た際に偏向し、偏向程度は加えた電圧にほぼ比例する。
ているセラミック偏向素子は普通こねに直流電圧を加え
た際に偏向し、偏向程度は加えた電圧にほぼ比例する。
このことは、電圧を中断した場合に、再び偏向素子の零
位置に実質的に到達することを意味する。
位置に実質的に到達することを意味する。
多くの場合に、例えば、セラミック偏向素子をスイッチ
の口重に使用しようとする場合には、電圧の中断後に偏
向資子のスイッチ位置が維持されている、すなわちさら
に電圧を加えなくても偏向が維持されているのが有利で
ある。
の口重に使用しようとする場合には、電圧の中断後に偏
向資子のスイッチ位置が維持されている、すなわちさら
に電圧を加えなくても偏向が維持されているのが有利で
ある。
***国特許出願第Ｐ ８２１２５７６．３号はセラミッ
ク偏向素子の形態のトリステーブル光学スイッチを提案
しており、この偏向素子は強誘電性セラミック材料の２
個の平板を具え、これらの平板はスイッチの当初の位置
すなわち偏向素子の「零Ｊ位置では均一に減極されてい
るが、スイッチ位置ではいつも一方の平板が成極されて
いる。このスイッチは減衰交流電圧によって減極される
。
ク偏向素子の形態のトリステーブル光学スイッチを提案
しており、この偏向素子は強誘電性セラミック材料の２
個の平板を具え、これらの平板はスイッチの当初の位置
すなわち偏向素子の「零Ｊ位置では均一に減極されてい
るが、スイッチ位置ではいつも一方の平板が成極されて
いる。このスイッチは減衰交流電圧によって減極される
。
このスイッチは実際にその価値が認められているが・減
衰交流電圧を発生させるのにある技術的な努力が必要で
あるという欠点がある。
衰交流電圧を発生させるのにある技術的な努力が必要で
あるという欠点がある。
本発明の目的は、電圧を連続的に加えることを必要とせ
ずに二つの安定な位置を占めることができ、かつ減極す
るのに特別な回路が不必要になるように作動するよう構
成されているセラミック偏向素子を提供することにある
。
ずに二つの安定な位置を占めることができ、かつ減極す
るのに特別な回路が不必要になるように作動するよう構
成されているセラミック偏向素子を提供することにある
。
かかる目的は、前記平板の一方は前記平板の他方に連結
した援に前記組立体が偏向するように成極され、電気的
接続線が２個の外側電極に設けられていて、直列連結し
ている２個の前記平板の前記組立体は前記接続線を経て
前記平板の一方の成極に用いた電圧の極性とは逆の極性
を有Ｔる直流電圧によって作動させることができること
を特徴とする本発明の偏向素子によって達成される。
した援に前記組立体が偏向するように成極され、電気的
接続線が２個の外側電極に設けられていて、直列連結し
ている２個の前記平板の前記組立体は前記接続線を経て
前記平板の一方の成極に用いた電圧の極性とは逆の極性
を有Ｔる直流電圧によって作動させることができること
を特徴とする本発明の偏向素子によって達成される。
本発明の好適例では、前記平板は鉛／希土類金属−ジル
コニウム酸塩／チタン酸塩を主成分とする混晶セラミッ
ク材料、特に鉛／希土類金灰−ジルコニウム酸塩／チタ
ン酸塩の系内で菱面体晶系側にある類質類形の相限界の
近くに位置する組成物から作られている。
コニウム酸塩／チタン酸塩を主成分とする混晶セラミッ
ク材料、特に鉛／希土類金灰−ジルコニウム酸塩／チタ
ン酸塩の系内で菱面体晶系側にある類質類形の相限界の
近くに位置する組成物から作られている。
かかるセラミック偏向素子を製造方法は、ａ）低保磁性
の磁界強度を有していて容易に成極し得る強誘電性セラ
ミック材料の成極されていない２個のセラミック板の主
表面に電極を設けｂ）このようにして形成された組立体
の中央部に位置する電極が電気的に接近し得る状態に留
まるように、２個の前記平面を前記主表面が重なるよう
配置しかつ強固に相互連結し、 Ｃ）電気的接続線を２個の外側電極に設け、ｄ）前記組
立体の中央部に位置する共通電極および前記外側電極の
一方を経て適当な直流電圧を加えることにより前記平板
の一方の材料を成極する ことを特徴とする。
の磁界強度を有していて容易に成極し得る強誘電性セラ
ミック材料の成極されていない２個のセラミック板の主
表面に電極を設けｂ）このようにして形成された組立体
の中央部に位置する電極が電気的に接近し得る状態に留
まるように、２個の前記平面を前記主表面が重なるよう
配置しかつ強固に相互連結し、 Ｃ）電気的接続線を２個の外側電極に設け、ｄ）前記組
立体の中央部に位置する共通電極および前記外側電極の
一方を経て適当な直流電圧を加えることにより前記平板
の一方の材料を成極する ことを特徴とする。
本発明により達成することができる利点は特に、偏向素
子の関連する成極さねている平板を減極するのに追加回
路を必要とせずに偏向素子が二つの安定な状態を占める
ことができることにある。
子の関連する成極さねている平板を減極するのに追加回
路を必要とせずに偏向素子が二つの安定な状態を占める
ことができることにある。
本発明は、これらの平板の成極状態は２個の外側電極を
経て直流電圧を短時間加えて成極さねていない平板を成
極することにより簡単に交換できるので、成極されてい
る平板の減極を成極されていない平板の成極と同時に行
うことができることを見い出したことに基づく。２個の
平板は直列連結しているので、この成瘍操作中に発生す
る変位電流によって他方の平−板は全く確実に減極され
る。
経て直流電圧を短時間加えて成極さねていない平板を成
極することにより簡単に交換できるので、成極されてい
る平板の減極を成極されていない平板の成極と同時に行
うことができることを見い出したことに基づく。２個の
平板は直列連結しているので、この成瘍操作中に発生す
る変位電流によって他方の平−板は全く確実に減極され
る。
この操作は任意の回数繰返丁ことができる。本発明の他
の利点は、強誘電性セラミック平板の成極に必要な雷、
圧は短時間すなわち１秒未満の間加えられる必要がある
にすぎず・この場合も電圧パルスが関係しているので、
スイッチ位置を維持するために電力をほとんど必要とし
ないことである。
の利点は、強誘電性セラミック平板の成極に必要な雷、
圧は短時間すなわち１秒未満の間加えられる必要がある
にすぎず・この場合も電圧パルスが関係しているので、
スイッチ位置を維持するために電力をほとんど必要とし
ないことである。
成極操作中に生ずる著しい長さ変化を、スイッチを切換
えるためのスイッチ操作として用いることができる。か
かる長さ変化は成極状態が変化していない素子の長さ変
化より常に大きい。切換後に電圧を中断することがセき
、偏向素子は電圧の中断後でも偏向位置に留まる。
えるためのスイッチ操作として用いることができる。か
かる長さ変化は成極状態が変化していない素子の長さ変
化より常に大きい。切換後に電圧を中断することがセき
、偏向素子は電圧の中断後でも偏向位置に留まる。
次は本発明を図面を参照して例について説明する。第１
〜３図に示τように、本発明の偏向素子１は重ねて配置
されている２個の平板３および５からなる。平板８およ
び５は、例えば接着剤により、強固に相互連結されてい
て、これらの平板の主表面には電極？、９．１１および
１８が設けられている。これらの電極７，９．１１およ
び１８は簡単のために第１図のみに示すが、これらの電
島が第２図および第３図にも存在しているのは勿論であ
る。電極７および１８は２個の平板３および５を具える
偏向素子】の２個の外側電極を構成する。締付ジョー】
５および］７で示ず締付端で平板５を平板３に関して後
退させ設けると、電極９および］】は自由で電気的に接
近できる状態である。いつも２個の接続線】９と２１ま
たは】９と２３によって、図示してない電圧源を電極？
。
〜３図に示τように、本発明の偏向素子１は重ねて配置
されている２個の平板３および５からなる。平板８およ
び５は、例えば接着剤により、強固に相互連結されてい
て、これらの平板の主表面には電極？、９．１１および
１８が設けられている。これらの電極７，９．１１およ
び１８は簡単のために第１図のみに示すが、これらの電
島が第２図および第３図にも存在しているのは勿論であ
る。電極７および１８は２個の平板３および５を具える
偏向素子】の２個の外側電極を構成する。締付ジョー】
５および］７で示ず締付端で平板５を平板３に関して後
退させ設けると、電極９および］】は自由で電気的に接
近できる状態である。いつも２個の接続線】９と２１ま
たは】９と２３によって、図示してない電圧源を電極？
。
９および１８に接続することができる。第２図および第
３図では、図示してない電圧源によって生ずる接続線に
おける極性を「＋」および「−」で示す。この極性が偏
向素子］を偏向させる。
３図では、図示してない電圧源によって生ずる接続線に
おける極性を「＋」および「−」で示す。この極性が偏
向素子］を偏向させる。
偏向素子１の平板３および５は強誘電性セラミック材料
から作らねている。この材料は容易に成極および減極す
ることができ、鉛／希土類金属−ジルコニウム酸塩／チ
タン酸塩、特に式：ＰｂＯ，９４Ｌａ０．０６Ｚｒ０．
６５ＴｉＯ，８５０８で表わされる組成物を主成分とす
る。そこで保磁性の磁界強度は７ ｋＶ／Ｃｍになる。
から作らねている。この材料は容易に成極および減極す
ることができ、鉛／希土類金属−ジルコニウム酸塩／チ
タン酸塩、特に式：ＰｂＯ，９４Ｌａ０．０６Ｚｒ０．
６５ＴｉＯ，８５０８で表わされる組成物を主成分とす
る。そこで保磁性の磁界強度は７ ｋＶ／Ｃｍになる。
平板３および５の厚さは約２８０μｍとし、長さは約１
７開とし、幅は約７闘とする。電極７，９．１１および
１３は蒸着電極層によって形成するのが好ましい。
７開とし、幅は約７闘とする。電極７，９．１１および
１３は蒸着電極層によって形成するのが好ましい。
第１図は２個の平板３および５の組立体の中立位置を示
す。この位置において、平板３および５はいずれも成極
されていないので同じ長さを有し、この組立体は直線状
に延在する。接続Ｉｉ１］９および２】を経て平板３に
直流電圧パルスを加えると、平板３の長さは成極に、よ
って変化し、偏向素子は偏向する。この偏向は電圧の中
断後でも維持される（第２図参照）。第２図および第３
図では、成極方向を矢２５で示し、長さの変化方向を矢
２７で示す。成極に用いる電圧パルスの振幅は、これに
より生ずる磁界強度が成極される材料の保磁性の磁界強
度より大きくなるように選定する必要がある。成極に用
いる第１電圧パルスの極性は重要でない。この理由は成
極操作中に常に同じ方向に変形が起るからである。この
ようにして得られた偏向素子はいつでも使用でき、二つ
の安定な位置のうちの一°方を占める。
す。この位置において、平板３および５はいずれも成極
されていないので同じ長さを有し、この組立体は直線状
に延在する。接続Ｉｉ１］９および２】を経て平板３に
直流電圧パルスを加えると、平板３の長さは成極に、よ
って変化し、偏向素子は偏向する。この偏向は電圧の中
断後でも維持される（第２図参照）。第２図および第３
図では、成極方向を矢２５で示し、長さの変化方向を矢
２７で示す。成極に用いる電圧パルスの振幅は、これに
より生ずる磁界強度が成極される材料の保磁性の磁界強
度より大きくなるように選定する必要がある。成極に用
いる第１電圧パルスの極性は重要でない。この理由は成
極操作中に常に同じ方向に変形が起るからである。この
ようにして得られた偏向素子はいつでも使用でき、二つ
の安定な位置のうちの一°方を占める。
第３Ａ図には第２図と同じ装置が再び示されている。こ
れを位置Ａと呼ぶ。偏向素子１を形成Ｔる２個の平板３
および５のうちの一方、すなわち平板５は成極されてい
ないが、他方の平板８は電気的に成極されていることが
特徴である。
れを位置Ａと呼ぶ。偏向素子１を形成Ｔる２個の平板３
および５のうちの一方、すなわち平板５は成極されてい
ないが、他方の平板８は電気的に成極されていることが
特徴である。
二つの安定な位置のうちの他方、すなわち第８Ｂ図の位
置Ｂは、平板３および５の成極状態が交換されている、
すなわち当初成極されていなかった平板５が現在は成極
されておりまた当初成極さねていた平１Ｉｉｔ３が平板
５の成極中に減極されたことが特徴である。かかる分極
状態の交換は、接続線】９および２８を経て直流電圧を
２個の外側電極？および１３に短時間加え、成極されて
いない平板をこの直流電圧によって成極することにょっ
て、追加の構造上または回路技術上の手段を全く必要と
せずに簡単に達成される。２個の平板３および５は直列
連結されているので、成極されている平板は、この成極
操作中に発生する変位電？＆（こよって減極さねる。こ
の操作は任意の回数縁返Ｔことができる。
置Ｂは、平板３および５の成極状態が交換されている、
すなわち当初成極されていなかった平板５が現在は成極
されておりまた当初成極さねていた平１Ｉｉｔ３が平板
５の成極中に減極されたことが特徴である。かかる分極
状態の交換は、接続線】９および２８を経て直流電圧を
２個の外側電極？および１３に短時間加え、成極されて
いない平板をこの直流電圧によって成極することにょっ
て、追加の構造上または回路技術上の手段を全く必要と
せずに簡単に達成される。２個の平板３および５は直列
連結されているので、成極されている平板は、この成極
操作中に発生する変位電？＆（こよって減極さねる。こ
の操作は任意の回数縁返Ｔことができる。
第４図は、外側電極に加えられた電圧によって成極状態
を交換することによって、当初成極すれている平板のみ
を正確に減極さゎた状態に転極することができることを
示す例である。第４Ａ図は。
を交換することによって、当初成極すれている平板のみ
を正確に減極さゎた状態に転極することができることを
示す例である。第４Ａ図は。
成極ビれていない平板５５はセラミック材料における成
極方向の分布が６種の空間方向Ｉ Ｉ −−一〜−■）
のすべてにおいて同じであるという特徴を有することを
示工。しかし、］ｏｏ％成極されているセラミック材料
は１種の成極方向のみを示す（平板３３）。転極（第４
Ｂ図）の際には、いつも変位電流によって両平板におい
て同程度の成極を変えることができ、この変位電流は平
板３３と平板５５とが直列連結しているので両平板にお
いて等しい。空間方向Ｉに対しては成極の〕８ｏ０にわ
たる回転が両平板３３および５５において可能である。
極方向の分布が６種の空間方向Ｉ Ｉ −−一〜−■）
のすべてにおいて同じであるという特徴を有することを
示工。しかし、］ｏｏ％成極されているセラミック材料
は１種の成極方向のみを示す（平板３３）。転極（第４
Ｂ図）の際には、いつも変位電流によって両平板におい
て同程度の成極を変えることができ、この変位電流は平
板３３と平板５５とが直列連結しているので両平板にお
いて等しい。空間方向Ｉに対しては成極の〕８ｏ０にわ
たる回転が両平板３３および５５において可能である。
空間方向■〜Ｖに対しては９００の回転のみが可能であ
る。空間方向■の成分は互に妨害しあうので、回転不可
能である。従って、転極俊に成極方向の均一な分布か上
側平面３３・（第４Ｂ図）に残る、すなわちこの平面の
材料は減極されているが、平板５５の材料は完全に成極
されているＯ 上述のように作動させるには、偏向素子］の平板３およ
び５に用いる材料が下記の特性を有することが必要であ
る、すなわぢセラミック材料の成極および減極にできる
だけ低い電圧パルスを使用できるようにＴるために、保
持性の磁界強度をできるだけ低くＴる必要がある。しか
も、Ｊｌ・えた電圧によるセラミック平板の最大長ざ変
化と電圧パルス中断後に残留している長さの変化との間
の差異をできるだけ小さくする必要がある。
る。空間方向■の成分は互に妨害しあうので、回転不可
能である。従って、転極俊に成極方向の均一な分布か上
側平面３３・（第４Ｂ図）に残る、すなわちこの平面の
材料は減極されているが、平板５５の材料は完全に成極
されているＯ 上述のように作動させるには、偏向素子］の平板３およ
び５に用いる材料が下記の特性を有することが必要であ
る、すなわぢセラミック材料の成極および減極にできる
だけ低い電圧パルスを使用できるようにＴるために、保
持性の磁界強度をできるだけ低くＴる必要がある。しか
も、Ｊｌ・えた電圧によるセラミック平板の最大長ざ変
化と電圧パルス中断後に残留している長さの変化との間
の差異をできるだけ小さくする必要がある。
本発明のセラミック偏向素子は光学データ通信用測定装
置においてスイッチとして有利に使用できる。しかし、
磁界が妨害作用を及ぼす場合にはいつでも、本発明のセ
ラミック偏向素子は普通スイッチ素子として使用できる
。例えは、本発明のセラミック偏向素子はリレーとして
使用Ｔることかでき、このリレーには複雑な磁気遮蔽体
を設けて妨害作用をする磁気の影響を除く必要がある。
置においてスイッチとして有利に使用できる。しかし、
磁界が妨害作用を及ぼす場合にはいつでも、本発明のセ
ラミック偏向素子は普通スイッチ素子として使用できる
。例えは、本発明のセラミック偏向素子はリレーとして
使用Ｔることかでき、このリレーには複雑な磁気遮蔽体
を設けて妨害作用をする磁気の影響を除く必要がある。
第１〜３図はセラミック平板の成極状態に応じて異なる
位置を占める本発明の偏向素子の原理を示す説明図、 第４Ａおよび４Ｂ図は外側電極Ｇこ直流を加えることに
よって本発明の偏向素子の２個のセラミック平板の成極
状態の受ける影響の一例を示す説明図である。 Ｊ・・・偏向素子 ３，５・・・平版７、、９
． ］］、 １８・・・電極＋ ７．１３・・・外側電
極）〕５＋ １７・・・締付シミー １９．２］、
２３・・・接Ｈ線２５・・・成極方向を示す矢 ２７・・・長さの変化方向を示す矢 ３３．３５・・・平板。
位置を占める本発明の偏向素子の原理を示す説明図、 第４Ａおよび４Ｂ図は外側電極Ｇこ直流を加えることに
よって本発明の偏向素子の２個のセラミック平板の成極
状態の受ける影響の一例を示す説明図である。 Ｊ・・・偏向素子 ３，５・・・平版７、、９
． ］］、 １８・・・電極＋ ７．１３・・・外側電
極）〕５＋ １７・・・締付シミー １９．２］、
２３・・・接Ｈ線２５・・・成極方向を示す矢 ２７・・・長さの変化方向を示す矢 ３３．３５・・・平板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｌ 両生表面上に電極が設けられている２個ｒ平板の組
立体であって、前記平板は低保磁性の磁界強度を有して
いて容易に成極し得る強誘電性セラミック材料からなり
、内側電極にも電気的に接近し得るように前記平板はこ
れらの主表面が重なるよう配置されかつ強固りこ相互連
結されている双安定偏向素子において、前記平板の一方
は前記平板の他方に連結した後にｎ１１記組立体が偏向
するように成極さね、宙気的接Ｆ！？？線が２個の外側
電極に設けらねていて、偵列連結している２佃の前記平
板の前記組立体は前記接続線を経て前記平板の一方の成
極に用いた電圧の極性とは逆の極性を有する直流面圧に
よって作動させることかできることを特徴とする双安定
偏向素子。 ２、 １ｉｉＩ記平板が鉛／希土類金が一ジルコニウム
酸塩／チタン酸塩Ｐ主成分とする混晶セラ、ミック材料
で作られている特許請求の範囲第１項記載の偏向素子。 ＆ 前記混晶セラミック材料が鉛／希土類金属−ジルコ
ニウム酸塩／チタン酸塩の県内で菱面体晶糸側における
類質類形の相限界の近くに位置している組成を有する特
許請求の範囲第８項記載の偏向素子。 ｔ 前記混晶セラミック材料が式： ＰｂＯ，９４ＬａＯ，０６ＺｒＯ，６５ＴｉＯ，８６０
８で表わされる組成ＩＬＬを有する特許請求の範囲第３
項記載の偏向素子。 ５ 双安定偏向素子を製造するに当り、ａ）低保磁性の
磁界強度を有していて容易に成極し得る強誘電性セラミ
ック材料の成極されていない２個のセラミック板の主表
面に電極を設け、 ｂ）このようにして形成された組立体の中央部に位置す
る電極が雷、気的に接近し得る状態に留まるように、２
個の珍ｉｔ記平面を前記主表面が重なるよう配置しかつ
強固に相互連結し、 Ｃ） 電気的接続線を２個の外側電極に設け、ｄ）前記
組立体の中央部に位置する共通電極および前記外側電極
の一方を経て適当な電圧を加えることにより前記平板の
一方の材料を成極する ことを特徴とする双安定偏向素子の製造方法。 ＆ 前記電極を薄層の形態で設ける特許請求の範囲第５
項記載の方法。
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