JP2002140995A

JP2002140995A - 電流制御素子

Info

Publication number: JP2002140995A
Application number: JP2000315340A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Takeuchi; 幸久武内; Tsutomu Nanataki; 七瀧　　努; Iwao Owada; 大和田　　巌
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-16
Also published as: JP3512383B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】コスト及び消費電力を低減させることが可
能、或い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。【解決手段】アクチュエータは、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、第
１電極を一定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。電子を放出するカソードは、アクチュ
エータの上に形成される。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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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二極管や三極管のような真空管とし
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真空管
のうち、二極管は、電子を放出するカソードと、そのカ
ソードから放出された電子を受け取るプレートとを具
え、三極管は、これらカソード及びプレートの他に１個
のグリッドを具える。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。

【０００３】

【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。

【０００４】さらに、従来の電流制御素子は、特に真空
管として構成した場合、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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による電流制御装
置は、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電極を一定電位に保持
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；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；並
びにそのカソードから放出された電子を受け取るプレー
トを具え；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ことを特
徴とするものである。

【０００８】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、小型化が可能
になるとともにコストが低下する。

【０００９】また、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。

【００１０】なお、カソードとプレートとの間に少なく
とも１個のグリッド電極を配置することもでき、また、
第１電極がカソードの役割を果たすこともできる。

【００１１】第１電極をカソードと同電位にすることに
よって、第１電極とカソードとの間に絶縁層を形成する
必要がなくなり、形成プロセスを簡略化することができ
る。また、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することによって、カソ
ード電位を自由に設定できる。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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を更に具えることを特徴
とす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。

【００１５】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電極を一定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；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；並びにそのカソ
ードから放出された電子を受け取るプレートを具え；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し、前記第１電極の電位を
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
維持することを特徴とするものである。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】

【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とを具える。

【００２０】図示した電流制御素子は、基板５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。

【００２１】アクチュエータ１ａ，１ｂは、基板５の上
に形成された固定部としての共通のスペーサ層６と、振
動部としての共通のシート層７と、シート層７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８
ａ，８ｂと、アクチュエータ駆動電極８ａ，８ｂの上に
それぞれ形成された変形可能層９ａ，９ｂと、絶縁層３
ａ，３ｂと変形可能層９ａ，９ｂ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１０
ａ，１０ｂとを有する。

【００２２】アクチュエータ１ａ，１ｂ及び基板５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。

【００２３】シート層７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７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８ａ，８ｂをシート層７
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７が直接支持する構
造とする場合、少なくとも変形可能層９ａ，９ｂの形成
時にシート層７が変質するのを防止するためである。

【００２４】また、基板５の上に形成されるとともにア
クチュエータ駆動電極８ａ，８ｂに電気的に接続した配
線と、同様に基板５の上に形成されるとともにアクチュ
エータ・コモン電極１０ａ，１０ｂ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７を電気的
な絶縁材料で構成するのが好ましい。

【００２５】したがって、シート層７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。

【００２６】シート層７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７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８ａ，８ｂ、変形可能層９ａ，９ｂ及びアクチュ
エータ・コモン電極１０ａ，１０ｂ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。

【００２７】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７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。

【００２８】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。

【００２９】シート層７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７を構成するが、シ
ート層７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。

【００３０】スペーサ層６は、アクチュエータ１ａ，１
ｂの対応する位置にそれぞれ空所１１ａ，１１ｂを有す
る。このような空所１１ａ，１１ｂ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。

【００３１】スペーサ層６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７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７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。

【００３２】基板５、スペーサ層６及びシート層７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９
ａ，９ｂとの接合の観点からは有利であるが、変形可能
層９ａ，９ｂとの反応を促進し、変形可能層９ａ，９ｂ
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。

【００３３】すなわち、基板５、スペーサ層６及びシー
ト層７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。

【００３４】基板５、スペーサ層６及びシート層７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。

【００３５】アクチュエータ駆動電極８ａ，８ｂ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８ａ，８ｂ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。

【００３６】アクチュエータ駆動電極８ａ，８ｂ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。

【００３７】厚膜成形手法によってアクチュエータ駆動
電極８ａ，８ｂ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。

【００３８】変形可能層９ａ，９ｂ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。

【００３９】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。

【００４０】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９ａ，９ｂを
形成する場合の材料として好適である。

【００４１】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。

【００４２】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。Ｐｂ_０．９９Ｎｂ_０．０２[（Ｚｒ_ｘＳｎ_１−ｘ）
_１−ｙＴｉ_ｙ]_０．９８Ｏ_３（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。

【００４３】変形可能層９ａ，９ｂ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９ａ，９ｂ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。

【００４４】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０．０５
μｍ−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７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。

【００４５】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「ＤＥＮＫＩＫＡＧＡＫＵ
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。

【００４６】変形可能層９ａ，９ｂ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、９ａ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、９ｂのように凹状に屈曲変位す
る。

【００４７】一方、変形可能層９ａ，９ｂ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。

【００４８】アクチュエータ・コモン電極１０ａ，１０
ｂは、一定電位例えば０Ｖ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５の裏面から配線として引き出され
る。

【００４９】アクチュエータ・コモン電極１０ａ，１０
ｂは、アクチュエータ駆動電極８ａ，８ｂ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１
０ａ，１０ｂの厚さも、一般的には２０μｍ以下、好適
には５μｍ以下になる。

【００５０】なお、アクチュエータ駆動電極８ａ，８
ｂ、変形可能層９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・コモン
電極１０ａ，１０ｂ全体の厚さを、一般的には１００μ
ｍ以下、好適には５０μｍ以下とする。

【００５１】既に説明したように、アクチュエータ駆動
電極８ａ，８ｂ、変形可能層９ａ，９ｂ及びアクチュエ
ータ・コモン電極１０ａ，１０ｂ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７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８
ａ，８ｂ、変形可能層９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・
コモン電極１０ａ，１０ｂ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７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
８ａ，８ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１０ａ，１
０ｂ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。

【００５２】シート層７と、アクチュエータ駆動電極８
ａ，８ｂ、変形可能層９ａ，９ｂ及びアクチュエータ・
コモン電極１０ａ，１０ｂ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９ａ，９ｂを熱処理
する場合、高温時に変形可能層９ａ，９ｂの組成が不安
定にならないように、変形可能層９ａ，９ｂ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９ａ，９ｂを適切な
部材によってカバーし、変形可能層９ａ，９ｂ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５及びスペーサ層６と同様な材料を用いるこ
ととなる。

【００５３】絶縁層３ａ，３ｂを、基板５及びスペーサ
層６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８ａ，
８ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１０ａ，１０ｂ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５の裏面から配線として引き出され
る。

【００５４】本実施の形態の動作を説明する。ここで、
アクチュエータが圧電材料からなり、アクチュエータ・
コモン電極１０ａ，１０ｂは０Ｖとする。アクチュエー
タ駆動電極８ａ，８ｂに電圧を印加しない状態では、プ
レート４とカソード２ａとの距離ｄ_ＰＫは、アクチュエ
ータ１ａに示すようにａ１である。それに対して、アク
チュエータ駆動電極８ａ，８ｂに可変電圧Ｖ_Ｄを印加す
ると、プレート４とカソード２ｂとの距離ｄ_ＰＫはｂ１
となる。

【００５５】図２に示すように、距離ｄ_ＰＫが長くなる
に従って、プレート電流Ｉ_Ｐが小さくなる。すなわち、
プレート電流Ｉ_Ｐは、ｂ１とａ１との差に相当するアク
チュエータの可動ストロークｘ１に従って電流制御範囲
Ｚ内で連続的に変化する。その結果、電流増幅に好適で
ある。なお、距離ｄ_ＰＫについては、カソード２ａ，２
ｂがプレート４から遠ざかる方向を正にとり、可変電圧
Ｖ_Ｄについては、変形可能層９ａ，９ｂの分極方向を正
にとっている。

【００５６】なお、距離ｄ_ＰＫを可動スクロークＸ１の
範囲内で変化させるために、アクチュエータ駆動電極８
ａ，８ｂに印加する電圧を、電圧Ｖa1と電圧Ｖb1との間
の電圧制御範囲Ｙ１で変化させる。

【００５７】図３は二極管の特性を示す図である。図３
において、この特性は、プレート電流Ｉ_Ｐが非常に小さ
い初速電流領域Ｉと、Ｉ_Ｐ＝ＧＶ_Ｐ ^３／２に従う空間電
荷制限領域IIと、温度に従って変化する温度制限領域
（飽和領域）IIIとを有する。この場合、Ｇは定数（パ
ービアンス）を表し、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の間には、
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係が存在する。図２の電流制御範
囲Ｚが、空間電荷制限IIに対応するように可動ストロー
クＸ１を設定することによって、プレート電流Ｉ_Ｐの制
御範囲を広くすることができる。

【００５８】本実施の形態によれば、アクチュエータ１
ａ，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Ｉ_Ｐを制御しているので、プレート電圧Ｖ
_Ｐを一定にすることができ、パワーアンプのようなプレ
ート電圧Ｖ_Ｐ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。

【００５９】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。

【００６０】さらに、アクチュエータ駆動電極８ａ，８
ｂ及びアクチュエータ・コモン電極１０ａ，１０ｂ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。

【００６１】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、カソ
ード２１ａ，２１ｂとプレート２２との間にグリッド２
３を配置し、三極管として機能するようにしている。

【００６２】本実施の形態では、カソード２１ａ，２１
ｂとグリッド２３との間の距離ｄ_ＧＫ、プレート電流Ｉ
_Ｐ及びアクチュエータ駆動電極２４ａ，２４ｂに印加さ
れる電圧Ｖ_Ｄの関係は、図５に示すようになる。この場
合、アクチュエータ駆動電圧をＹ２の範囲で制御するこ
とによって、可変ストロークの制御範囲Ｘ２が得られ、
ゲート電圧Ｖ_Ｇの値に応じたプレート電流Ｉ_Ｐが取り出
される。なお、図５において、ゲート電圧Ｖ_Ｇを、０Ｖ
から−２．０Ｖの間で−０．５Ｖずつ変化させている。

【００６３】また、距離ｄ_ＧＫを制御することによっ
て、三端子サイリスタ又はトランジスタのゲートと同様
な機能を得ることができる。その結果、電流制御パラメ
ータを増加することができ、要求される仕様に柔軟に対
応できるようになる。

【００６４】図６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
状でシート層３３と変形可能層３４ａ，３４ｂとの間に
それぞれ介在し、カソード３５ａ，３５ｂが、変形可能
層３４ａ，３４ｂの上にそれぞれ直接形成される。

【００６５】図７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、アク
チュエータ駆動電極４１ａ，４１ｂ及びアクチュエータ
・コモン電極４２ａ，４２ｂは、櫛歯形状に対向した形
状で変形可能層４３ａ，４３ｂと絶縁層４４ａ，４４ｂ
との間にそれぞれ介在する。

【００６６】図８は、本発明による電流制御素子の第５
の実施の形態の断面図である。本実施の形態では、変形
可能層５１ａ，５１ｂの上に設けられたアクチュエータ
・コモン電極５２ａ，５２ｂがカソードとしての役割も
果たす。

【００６７】図９は、本発明による電流制御素子の第６
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Ｖ_Ｃが印加され、アクチュエータ
駆動電極６５ａ，６５ｂには可変電圧Ｖ_Ｄが印加され
る。

【００６８】図１０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Ｖ_Ｄと電圧Ｖ_Ｃとの差をＶ_ＤＡ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Ｖ_Ｄと電圧Ｖ _Ｃとの差をＶ
_ＤＡとＶ_ＤＢ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Ｖ_Ｄと電圧Ｖ_Ｃとの差を
Ｖ_ＤＢ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）。

【００６９】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。

【００７０】したがって、電圧Ｖ_Ｄと電圧Ｖ_Ｃとの差を
Ｖ_ＤＡとＶ_ＤＢの間に設定する、例えば、電圧Ｖ_Ｃを−
Ｖ_ＤＸに設定して電圧Ｖ_Ｄ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６５
ａ，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Ｖ_Ｃを−Ｖ_ＤＸ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Ｖ_Ｄ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。

【００７１】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６
６から離間して、プレート電流が減少する。

【００７２】図９及び１０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。

【００７３】図１１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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】図１２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１３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。

【００７７】図１３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。

【００７８】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７
６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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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
１４Ｂ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１４Ｂ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。

【００８３】図１５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１６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。

【００８４】図１６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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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１
０２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。

【００８９】図１６に示す例では、アクチュエータ１０
２、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１
７Ａ及び１７Ｂ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。

【００９０】図１８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。

【００９１】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。

【００９２】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７
７の取出し用の電極パッド１１７に接続される。

【００９３】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。

【００９４】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。

【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，１１２
ｂ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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】なお、スイッチング素子としてバリスタを
用いた場合、図６及び７に示したような電極構造を採用
することができる。

【００９９】図１９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２０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２１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。

【０１００】図２０及び２１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。

【０１０１】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大きくし、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。

【０１０２】圧電リレー１１３は、図２０及び２１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１
２０は、アクチュエータ・コモン電極としての役割も果
たす。

【０１０３】図２２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。

【０１０４】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１２
４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１２
８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。

【０１０５】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、本発明による電流制御素子は、アクチュエータの可
動ストロークに応じてプレート電流の電流制御範囲を決
定することができるので、安定した過電流リミッタを構
成することもできる。さらに、カソードとプレートとの
間に２個以上のグリッドを配置して、四極管や五極管の
ような多極管を構成することもできる。なお、変形可能
層上に一対の電極を形成する場合、くし歯形状以外に渦
巻き状又は多枝形状に形成することもできる。

【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】第１の実施の形態におけるカソードとプレート
との間の距離、プレート電流及びアクチュエータ駆動電
極に印加される電圧の関係を示す図である。

【図３】二極管の特性を示す図である。

【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】第２の実施の形態におけるカソードとプレート
との間の距離、プレート電流及びアクチュエータ駆動電
極に印加される電圧の関係を示す図である。

【図６】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７】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８】本発明による電流制御素子の第５の実施の形態
の断面図である。

【図９】本発明による電流制御素子の第６の実施の形態
の断面図である。

【図１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】図１７Ａ又は１７Ｂ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１９】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２０】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２１】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２２】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。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月１０日（２００１．５．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９６】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１
１２ｂ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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０１】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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｊ (72)発明者大和田巌愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内Ｆターム(参考） 5E034 CA10 CB05 CC14 CC15 DA07 DC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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電極を一定電位
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；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；並びにそのカソードから放出された電子を受け取る
プレートを具え；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こ
とを特徴とする電流制御素子。
【請求項２】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。
【請求項３】請求項１記載の電流制御素子において、前
記カソードと前記プレートとの間に少なくとも１個のグ
リッドを配置したことを特徴とする電流制御素子。
【請求項４】請求項２記載の電流制御素子において、前
記カソードと前記プレートとの間に少なくとも１個のグ
リッドを配置したことを特徴とする電流制御素子。
【請求項５】請求項１記載の電流制御素子において、前
記第１電極が前記カソードの役割を果たすことを特徴と
する電流制御素子。
【請求項６】請求項１記載の電流制御素子において、前
記第１電極を前記カソードと同電位としたことを特徴と
する電流制御素子。
【請求項７】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。
【請求項８】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。
【請求項９】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。
【請求項１０】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。
【請求項１１】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。
【請求項１２】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。
【請求項１３】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。
【請求項１４】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。
【請求項１５】請求項３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。
【請求項１６】請求項３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。
【請求項１７】請求項３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。
【請求項１８】請求項３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。
【請求項１９】請求項３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。
【請求項２０】請求項３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。
【請求項２１】請求項３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。
【請求項２２】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電極を一定電
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；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；並びにそのカソードから放出された電子を受け取
るプレートを具え；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し、前記第１電極の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ことを特徴とする電流制
御素子。
【請求項２３】請求項２２記載の電流制御素子におい
て、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とを特徴
とする電流制御素子。
【請求項２４】請求項２３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。
【請求項２５】請求項２２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。
【請求項２６】請求項２２記載の電流制御素子におい
て、前記カソードと前記プレートとの間に少なくとも１
個のグリッドを配置したことを特徴とする電流制御素
子。
【請求項２７】請求項２５記載の電流制御素子におい
て、前記カソードと前記プレートとの間に少なくとも１
個のグリッドを配置したことを特徴とする電流制御素
子。
【請求項２８】請求項２２記載の電流制御素子におい
て、前記第１電極が前記カソードの役割を果たすことを
特徴とする電流制御素子。
【請求項２９】請求項２２記載の電流制御素子におい
て、前記第１電極を前記カソードと同電位としたことを
特徴とする電流制御素子。
【請求項３０】請求項２２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。
【請求項３１】請求項２２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。
【請求項３２】請求項２２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。
【請求項３３】請求項２２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。
【請求項３４】請求項２２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。
【請求項３５】請求項２２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。
【請求項３６】請求項２２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。
【請求項３７】請求項２３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。
【請求項３８】請求項２６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。
【請求項３９】請求項２６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。
【請求項４０】請求項２６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。
【請求項４１】請求項２６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。
【請求項４２】請求項２６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。
【請求項４３】請求項２６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。
【請求項４４】請求項２６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。