JPS61156617A - 多重回路開閉能力を持ち、減ぜられた接点抵抗を持つ同期動作可能な電流開閉装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本出願は本譲受人に譲渡され、これと同時に出願される
特許側（２）および（３）と関連するものである。

本発明は、電気回路を開閉するのに有用な圧電作動装置
に関する。更に、多重回路の開閉機能と、１つ以上の回
路の接触抵抗を低くすることとの組み合わせを特別に持
つ圧電回路要素に関する。

〔従来の技術〕

１つ以上の電気接点の組み合わせを開閉することにより
、広範囲の電気回路を開閉する為、今まで電磁リレーが
使用されていた。電磁リレーは、いくつかの用途では充
分機能を発揮するが、他方電磁リレーは動作が遅く、大
きさが大きく、高価であった。その典型的な電磁リレー
は、大きさがかさばるソレノイドコイルと、接触運動の
為の関連部分を必要とする。これらのソレノイドコイル
と関連部分は、原価の大半を占めるのに加えて、エネル
ギーが有効に利用されていなかった。更に、電磁リレー
は、同期動作をしない。今までの電磁リレーは、例えば
要求に応じて交流電気回路の負荷を切り換えるように使
うこともできるが、そのようなリレーに関して、一般的
に、機械的な応答時間が長い為、負荷電流波形の時間変
化に対して、接点の動きは普通無秩序である。その結果
、接点の開閉動作は、特に負荷電流が変化する時に、電
流波形で電流がゼロとなる点と同期しない。家庭用電源
のような典型的な電流レベルで動作するような電気回路
では、リレーの開閉時、接点の間にアークがしばしば生
じる。このような回路で、電流が断たれると、接点の分
離の瞬間にリレーを流れる電流はゼロに落ちるのではな
くて、電流が普通その次の正弦波のゼロとなる地点に近
づくまで、接点間のアークとしてリレーを流れる電流は
持続する。電流は、正弦波のゼロ地点に近づくにつれて
減少するので、そのアークも不安定となり突然消えるが
、この減少はしばしばチョッピング（Ｃｈｏｐｐｉｎｇ
）と呼ばれている。この突然の消滅は、極端に大きい電
流の変化を表わしている。結果として、もしその電流が
さえぎられているような電気回路が無視できないインダ
クタンスをもっているならば、そのインダクタンスと電
流の変化率との積に比例するような、高い過渡電圧が生
じる。この過渡電圧は、回路に接続された装置か、リレ
ーそれ自身か、それともそれらの両方に、電気的な故障
を引き起こすかもしれない。しかも、そのようなアーク
は、接点それ自身への打撃となり、接点の腐食や溶融を
引き起こす可能性がある。それ故、リレーの接点が開閉
する時に、そのリレーの接点間のアークを最小限に食い
止めることが望ましい。そのようなアークを最小限に食
い止める１つの方法は、負荷電流の波形において、ゼロ
に可能な限り近い点で、電気回路を開閉するように、リ
レーを動作させることである。

今後この明細書では、その動作を「同期動作」として言
及することにする。

圧電屈曲部材の高速動作性を利用して、同期動作可能な
スイッチングリレーを提供するものとして、圧電装置を
利用することができる。同期動作は、リレーの接点が比
較的短い時限で、開閉位置の間を移動することが必要で
ある。速い動作と、大きさが小さいことと、圧電屈曲部
材の移動距離が短いことのため、同期動作可能なリレー
として、圧電装置を容易に使用することができる。更に
、圧電装置の特徴として、接点を動かす屈曲力は、圧電
屈曲部材の屈曲の開始時点で最も大きくなることである
。この特徴は、その圧電装置がリレー接点を短い周期で
開閉する能力を拡大する。この高速動作能力を利用して
、開閉回路で、電流がゼロになる時間に非常に近い時点
で、接点を開閉させるように圧電リレーを動作させるこ
ともできる。それによって、実質的に、接点の腐食と、
接点の溶融と、過渡誘導電圧とを減じることができる。

また、圧電装置の単純性のために、今までの電磁リレー
の機械的な問題をほとんど避けることができる。そして
、その圧電装置のエネルギー有効性が良いために、エネ
ルギーの消費をずっと少なくすることができる。

大きさが小型であることと、エネルギー有効性が良いこ
とにより、圧電リレーをたやすく多重回路の開閉に提供
できる。しかしながら、圧電屈曲部材の接点を閉じる力
は比較的小さい。しかも、利用できる力は、屈曲部材の
屈曲の最後で最小となる。圧電屈曲部材の力持性は、屈
曲部材が開閉の開始位置にあるときは屈曲力は最大で、
開閉の終了位置で屈曲力は最小となるが、その力持性は
、同期動作するリレー接点として有効であるが、そのよ
うな力特性は、速く動作する能力を与える。

他方、圧電屈曲部材の力特性においてリレー接点が閉じ
た位置にある時の残留力が、電磁リレーの力特性よりも
弱くなる結果となる。

もし、接点に残っている閉じている力か弱すぎると、従
来より接点抵抗と呼ばれている、閉じた接点間の電気抵
抗は、特定の回路に対しては、受は入れられない程高く
なる。高い接点抵抗のために、接点間で極端に高い電力
損失が生じる。そして、その抵抗熱は、接点間で、接点
破壊モード（Ｃｏｎｔａｃｔ　ＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅ
ｓ）につながる。従来の電磁リレーでは、閉じる力が大
きいだけでな（、ストロークの終期に、その閉じる力が
最大となる。このことは、リレー接点が閉じて１つにな
るとき、特に顕著である。このように接点抵抗の問題と
、その接点抵抗を減らす考え方とは、圧電リレーと電磁
リレーとでは異なる。

圧電屈曲部材は、種々の圧電リレーでの利用も含めて、
過去に多数の用途で使用されてきた。例えば、リレーの
部品として使用される圧電屈曲部材として、米国特許第
２１６６７６３号、第２１８２３４０号、第２４７１９
６７号、第２８３５７６１号、第４０９３８８３号、お
よび第４４０３１６６号がある。しかしながら、これら
の特許で開示される圧電リレーのどれ１つとして、アー
クを最小限に食い止めるよう工夫されたものはなかった
。同期動作可能なリレーを提供するために、又家庭用電
源の電流レベルで動作する電気回路を開閉するのに有用
な同期動作可能なリレーについて考慮されているものは
なかった。前述したように交流電流の正弦波で、電流レ
ベルがゼロとなる地点のごく近くで回路がスイッチング
されないと、回路のスイッチング動作で、重大なアーク
が発生する結果となる。本発明と同じ譲り受は人に譲ら
れ、本特許出願と同時に出願された特許願］３）は、従
来のリレーの接点間隔に比較して非常に狭い間隙を持つ
圧電リレーを開示しているが、その圧電リレーは、リレ
ー接点間のアークを最小限に食い止めながら、例えば１
１０■の交流電流回路が開閉されるように同期動作し、
接点が開いている時は接点間隔を増し、接点が「閉」の
時は接点の閉塞力を増すようにされた電流開閉装置を同
一譲受人に譲渡され、同時に出願されている特許願（２
）が開示する。本発明は、複数の圧電屈曲部材を使用し
、多重回路を開閉するためや、複数又は１個の電気回路
の接点抵抗を低くするために使用される同期動作可能な
電流開閉装置を提供する〔発明の目的〕 本発明の目的は多重回路開閉能力と１つ以上の回路につ
いての低接点抵抗との組み合わせに関する電流開閉装置
を提供することである。

電流開閉接点の複数の対の接点抵抗を低くするために複
数の圧電屈曲部材を利用できるようにする多重回路開閉
装置を提供することが本発明のもう１つの目的である。

動作が速く、形状が小さく、エネルギ有効性が高く、コ
ストが安い電流開閉装置を提供することが更に他の目的
である。

同期動作可能な電気回路開閉装置を提供することもまた
、この発明の目的である。

〔発明の要約〕

関係する特定の用途の接点抵抗の要求に応じて、多重回
路を切り替えるために使用されるか、または１つ以上の
回路で接点抵抗を低くするために使用するか、あるいは
、その両方を使用するかのいずれかで使用する電流開閉
装置か提供される。この発明の開閉装置は開閉される回
路の同期動作に特に役立つものである。その電流開閉装
置は、圧電材料により分離された２以上の導電層を持つ
複数の圧電屈曲部材より成っている。そしてその導電層
は、与えられる電気信号に応答して屈曲部材がある平面
にほぼ垂直な屈曲運動を示す。

その電流開閉装置は、少なくとも１対の電流開閉接点を
もっているが、その屈曲部材の屈曲動作が、移動可能な
接点に、屈曲部材に対応した運動を引き起こすように、
接点の１つが可動式となっていて、少なくとも１つの屈
曲部材に機械的につながっている。電流開閉接点は更に
、可動式接点が動くと、接点の「開」、「閉」位置の間
で接点の相対位置のずれが生ずる。共通電気導体は、２
以上の圧電屈曲部材のうちの１つの導電層を電気信号に
接続している。分離導体とは複数の屈曲部材の中にある
所定の導電層のうち第２の導電層を電気信号につなげる
ことを意味する。その結果所定の屈曲部材は、その電気
信号に応じて屈曲運動を示すようになる。屈曲部材の屈
曲運動によって接点に与えられる力を増す為に、１対の
電流開閉接点を各々の圧電屈曲部材に対応させてもよい
し、多数の屈曲部材を１つの可動式接点につなげてもよ
い。

〔実施例〕

第１図は本発明に従って多重回路開閉機能と低減された
抵抗をもつ同期動作可能な電流開閉装置を図示するもの
である。その装置は、圧電材料により分離された２つ以
上の導電層を持つタイプであって、しかも印加された電
気信号に応じて、屈曲部材のある平面にほぼ垂直に屈曲
する屈曲部材２０をもった、複数の圧電屈曲部材２０か
ら成っている。第１図σ装置の２−２にそった側断面図
である第１図に示すように、各々の屈曲部材は、中央導
電層２８と２つの外側の導電層２４．３２から成ってい
るが、その外側の導電層２４．３２は、圧電材料層によ
って中央の導電層２８と分離されている。第２図に示さ
れる圧電屈曲部材の具体例において、中央の導電層は５
層構造をしている。この５層構造において、中央のバネ
部材は、屈曲部材の屈曲動作を容易にしている。導電性
エポキシ層１５．１７は、半分にした２つの屈曲部材を
中央のバネ部材１３にしっかり固定させるのに役立つ。

中央導電層１９．２１は圧電材料層２６．３０を外部回
路（図示されていない）と接続させる手段を提供する。

この並行構造により、屈曲部材２０は最初に印加される
電気信号に応じて一方向に曲がる。そして２番目の電気
信号に応じて前とは反対の方向に曲がる。導電層２４．
３２と圧電材料層２６．３０は、外側の層２４と中央の
層２８との間に、圧電材料を絶縁体としているので、平
坦なコンデンサを形成するように並べられている。そし
て、同様な平坦なコンデンサが外側の層３２と中央の層
２８との間に形成されている。屈曲部材２０の一端が固
定されていて、しかも外側の層２４と中央の層２８との
間に電圧が印加されていると、圧電材料層２６を横切る
電界のために、屈曲部材の固定されていない他端が上方
にそる。同様に、外側の導電層３２と中央の導電Ｎ２８
との間に電圧が加わると屈曲部材２０の固定されていな
い一端は下方にそる。圧電屈曲部材２０は、圧電材料に
より分離された２個の導電層だけを持つ単層屈曲部材か
ら成っていてもよい。しかしながら、屈曲部材に無視で
きない熱の蓄積がある用途では、左右対称な並行屈曲部
材の構造は、熱的により安定であり、異なる熱膨張によ
る無視できないひずみにさらされにくい。

また、並行屈曲部材は適当な信号に応じた２つの反対方
向に曲がる動作をするので、並行屈部材を採用する電流
開閉装置は通常「開」、通常「閉」あるいはその両方の
動作をすることが可能である。更に加えて、屈曲部材は
２つの反対方向に屈曲する能力があるので、開閉接点間
の距離を単層屈曲部材を使用して電気信号を与えた時に
可能な接点間の距離より広くとれる。

共通導体は、各々の圧電屈曲部材２０の最初の導電層を
印加される電気信号に接続している。分離導体手段はあ
らかじめ決められた屈曲部材２０の２番目の導電層を電
気信号に接続しており、その結果、あらかじめ決められ
た屈曲部材は印加される信号に応じて屈曲運動を行う。

所定の屈曲部材が、以下ここで述べるような方法で、回
路の開閉と特定の用途の接点抵抗への要求を満たすよう
に選択されている。第２図に図示される具体例において
、共通導体２２は、各々の屈曲部材２０の外側の導電層
２４と電気的に接触している。

第２図に示されていないが、実際、共通導体２２は適当
な電気信号に電気的に接続されている。これもまた第２
図に示されていないが、電気信号は、所定の屈曲部材２
０の中央の導電体２８にもまた、分離導体手段によって
接続されている。

第３図から第５図までに示されるように、それらの図は
第２図と同じように、交流接点の構造を図説するが（中
央の部分は明瞭になるために中央部分が省略されている
）、本発明の装置もまた、一対の電流開閉接点４４．４
６を含んでいる。それぞれの具体例で示されるように、
接点４４は自由に動く接点支持部材４２に設けられてお
り、接点４６は固定された接点支持部材４８に設けられ
ている。

接点４４は可動式であり、少なくとも１つの圧電屈曲部
材２０と機械的につかっており、その結果、屈曲部材２
０の屈曲運動に従って、接点４４が対応した運動をする
。接点４４と４６は、接点４４の運動が「開」と「閉」
の位置の間で、接点４４と４６の相対位置の変化を起こ
させるように配置されている。第３図において、接点４
４は、屈曲部材２０の導電層３２の外側の表面に設ける
ことによって、屈曲部材２０に機械的につながっている
。自由に動く接点支持部材４２と接点４４は、導電層３
２と支持部材４２の間に配置された絶縁性の材料４０に
よって、屈曲部材２０から電気的に絶縁されている。第
４図で、接点４４は自由に動く接点支持部材４２の上に
設けられており、スペーサ５２によって屈曲部材２０に
機械的につながっている。好ましいことにスペーサ５２
は、絶縁材料から生成されている。第４図の具体例は、
接点４４と屈曲部材２０の導電層３２との間の絶縁力を
増加させたものである。接点４４と屈曲部材２０間の絶
縁破壊に対するより大きな抵抗が要求される用途では、
導電層３２は、導電層３２とスペーサ５２間に位置する
絶縁材料（第４図には示されず）で少なくとも一部分被
われている。

第１図から第４図に示される方法において、本発明の電
流開閉装置は、各々の屈曲部材２０に少なくとも一対の
電流開閉接点４４．４６が提供されているような構造を
している。

実際、もし必要なら、１つの圧電屈曲部材で全ての接点
対を動作させてもよい。この具体例では、この装置は、
電流開閉接点と同じ数の電気回路を開閉するように使用
される。このように、本発明は、動作が速く、形状が小
さく、エネルギ効率が高く、原価が安い多重電流開閉装
置を提供するものである。他にとるべき方法として、接
点４４と４６間の接点抵抗が、開閉される特定の回路に
とって受は入れられない程高いときは、その回路を開閉
する１つ以上の接点対４４．４６をその回路の接点抵抗
を減らすために用いることもできる。理論と経験から、
接点抵抗は、多重接点対を開閉される回路に並列に接続
することによって、減らすことができることが知られて
いる。このようにして、関連した回路を開閉するために
、−個の接点対よりｎ個の接点対を並列にして採用する
ことにより、そのｎの要因により、接点抵抗を減らすこ
とができる。

従って、ひとたび特定の回路に対する接点抵抗の要求が
知れると、また、ひとたび本発明の特定の具体例である
接点４４．４６間の接点抵抗が、その回路に許容される
抵抗値より高いと決定されると、接点抵抗を許容レベル
まで減らすため、適当な接点対４４．４６の数が決定さ
れた接点対が関連する回路に並列に接続される。他の回
路の接点抵抗への要求を満たすために必要な接点対の数
に従って、その装置で使える余った接点対は、単一に又
は多重に他の電気回路を開閉するために使用してよい。

接点抵抗を減らすための方にとるべき他の方法として、
接点４４を「閉」の位置に保持する力を増加させること
がある。接点抵抗は接点を保持する力のべき（即ち、指
数）に逆に変化し、接点界面の塑性および弾性特性の組
み合わせに従って、指数の実際値は０．３３から０．５
まで変化することが知られている。

このように、指数の平均値として、の０．４１の値を選
べば、接点を閉じている力がＸという因子で増加すると
、接点抵抗は、Ｘｏ・４１という因子で減少する。本発
明に従えば、接点閉塞力は１つ以上の圧電屈曲部材２０
に機械的につながっている接点４４によって増加する。

屈曲部材２０の屈曲運動により接点４４に働く力は、接
点４４に機械的につながっている各々の屈曲部材２０に
よって接点４４に働く個々の力の合計に等しいモードで
ある。

第５図に示す具体例では接点４４は、連結部材５０の上
に設けられることによって、１つ以上の屈曲部材２０に
機械的につながっている。連結部材５０は、接点４４に
つなげられるべき各々の屈曲部材２０に結合しており、
接点４４は連結部材５０に結合している全ての屈曲部材
２０から見て、連結部材５０の中央に位置している。接
点４４を屈曲部材２０から絶縁することが望ましい用途
では、連結材料から成っている。各々の接点４４に選択
的につながっている屈曲部材２０の数は、各々の屈曲部
材２０から利用できる屈曲力と、接点抵抗を受は入れら
れるレベルまで減らすために必要な閉塞力とに依存して
いる。この装置で利用できる残りの屈曲部材は、開閉さ
れる他の回路の接点抵抗への要求に依存して、単独で、
または複数ケ所で、他の接点４４につながっている。ま
た、前に討論したように、この装置で利用できる複数の
接点対４４．４６は、接点抵抗を更に減らすために、特
定の回路に並列に接続してもよい。これらの接点対の接
点４４は、順番に屈曲部材２０のうちのただ１つとつな
がっていても、１つ以上の屈曲部材とつながっていても
どちらでもよい。

適当な電気信号手段によって、屈曲運動が「開」の位置
から「閉ゴの位置まで接点４４．４６間の相対位置に変
化を引き起こすようにするため、各々の屈曲部材２０を
電気信号に応じて、接点４６の方向へ曲げてもよい。他
にとるべき手段として、屈曲運動が「閉」の位置から「
開」の位置まで、接点４４．４６間の相対位置に変化を
引き起こすようにするため、各々の屈曲部材２０を接点
４６から離れる方向へ曲げてもよい。更に、もし屈曲部
材２０が第２図に示されるタイプの並行圧電屈曲部材か
ら成っているなら、またもし２番目の共通導体３４によ
り、各々の屈曲部材２０の導電層３２がトリガ信号に接
続されているなら、接点４４と４６は、通常「開」、通
常「閉」またはその両方として動作可能である。それに
加えて、図示されていないが、接点４４．４６と接点支
持部材４２．４８の第２の構造対は、屈曲部材２０の上
方に提供され、位置していてもよいが、この第２の構造
体は、図では導電層３２の下方に位置している構成要素
に関して、上下対称に構成され配置されている。このよ
うな具体例は、利用可能な開閉接点対の数を増加させ、
３位置スイッチとして動作可能な開閉接点を提供するの
に有用である。

図に示される開閉装置の種々の要素を組み立てるために
使用される材料は、特定の用途の要求を°満たすため、
多様な導電性、非導電性材料から選んでよい。例えば、
屈曲部材２０の中央導電層２８は、真鍮箔で生成されて
いるのが好ましく、そして、外測の導電層２４．３２は
、金属薄膜で生成されていてもよい。圧電材料層２６．
３０はセラミック圧電材料で生成されていてよい。装置
に充分な機械的強度を持たせるために、共通導体２２．
２４は金属で形成されている方が好ましい。

自由に動く接点支持部材４２は、都合よく、りん鍍銅細
片で生成されている。また、第３図に示される具体例の
ために、接点４４は、都合のよいことに、市販されてい
る背面が粘着性になっている印刷回路板細片によって屈
曲部材２０に付着している。

本発明によって提供される電流開閉装置の同期動作は、
電流接点間のアークを最小にする一方、そのような装置
の使用が無視できない電流レベルで動作する電気回路を
開閉することを可能にする。もし、アークが最小になる
ように接点が動作すると、接点の腐食と結果として起こ
る接点間の間隙の変化も最小になる。接点間の間隙の変
化が最小になることになり、リレーは非常に短い開接点
間隙で動作可能であり、開閉装置の動作寿命を延ばすた
め、無視できる接点運動距離の増加が必要になるだけで
ある。同期動作する開閉装置に使用される接点の間隙が
短いために、圧電屈曲部材を使用して、接点は短い時限
で「開」又は「閉」になることができる。１例として、
極限ではなくて、■ミルの接点間隔を持つ接点は、約２
００マイクロ秒で「開」または「閉」となる。そのよう
な開閉装置が動作するその高速性は、電流波形が前もっ
て予測できるような、あるいは正弦波のゼロとなる時点
が決定されているような交流回路で真の同期動作を可能
にする。１つの具体例として本発明の開閉装置は、前記
した特許第（３）に記述されるような方法で同期動作し
てもよい。

本発明の電流開閉装置の特別に有用な用途は、従来の１
１０ｖの電力線に接続した同期動作する電気回路のため
に使用した場合である。そのような用途ために、接点４
４と４６は、接点は「開」位置にあるが、接点間の距離
が充分なので破壊電圧が約１７０ｖ以上になるように、
配置されている。接点４・４と４６間の距離は、同時に
充分に小さいので、また、接点４４とそれにつながって
いる屈曲部材は形状が充分小さいので、接点４４は２０
０マイクロ秒以下で「閉」と「開」の位置の間を移動可
能である。１つの具体例として、開位置での接点４４と
４６の間隔は約１ミル以下であり、０．１ミルぐらい小
さくてもよい。そのような接点間の小さな距離は１１０
ｖの交流回路の動作のために設計された従来のリレーの
ための接点間距離よりずっと小さい。しかしながら、本
発明家は、そのような接点間の短い距離でも、圧電装置
の絶縁力が、家庭内の１１Ｏｖの電力ラインで動作する
のに充分であることを発見した。予期しなかったことに
、そのような装置の充分な破壊電圧を、わずか０．１ミ
ルの接点間距離で成しとげることができる。パッシェン
（Ｐａｓｃｈｅｎ）の法則により、気体の雰囲気の中で
の２つの電極間の破壊電圧は、ガス圧力と電極間の距離
との積の関数である。１ｃｍの接点間の距離に対して、
大気圧のもとで、破壊電圧は略３０ＫＶであると判断で
きる。もし、３０ＫＶ／ｃｉａの破壊電界を、１ミルの
電極間距離の大気中での破壊電圧を見積もるのに使用す
ると、それは数１の電極間距離まで使用可能であるが、
見積もられた破壊電圧は７７Ｖである。しかしながら、
パッシェンの法則で与えられる破壊電圧は、接点間隔が
小さくなるに従ってゼロに近づいていくのではなくて、
むしろ最小値に近づきそれを過ぎると再び増加すること
が知られている。大気中では、この最小値は３００ｖよ
り大きいなにがしろの値であることが知られている。最
小の破壊電圧とそれに続いて起こる絶縁耐力の増加の理
由は、ガス圧と電極間距離との積が小さい時、接点を横
切って電子と衝突するガス原子の数が小さくなるからで
あると理論づけされている。ガスにおける破壊過程によ
って、ガスは電気導体になり、それ故ガスは間隙のガス
と衝突し、ガス原子の周囲をイオン化する電子の能力に
重大に依存しているので、利用できる目標原子の数が少
ない時は、導電通路を作る可能性は減る。破壊電圧が最
小限度に近づきその後再び増加するのは以下の理由によ
ると信じられている。即ち、破壊過程は、ガス衝突機構
から電極表面が支配する真空破壊機構までの基本的な変
化の影響を受ける理由で、また与えられた接点間の距離
での破壊電圧は大気圧でよりも真空中の方が高いという
理由である。従って本発明者は、非常に小さい接点間の
距離を持つ圧電リレーが、接点間の最小のアークで、１
１０ｖの交流回路を開閉するように、同期動作すると判
断した。

本発明の開閉装置の特別有用な他の用途として、典形的
な家庭用機器の制御回路として採用された同期動作する
電気回路がある。そのような用途の負荷回路動作電圧は
、わずか２４ｖから３４０ｖ以上の範囲にわたる。これ
らの回路の負荷電流は、交流、直流両方の波形を含んで
いる。本発明のリレーが直流負荷を開閉する為に採用さ
れる時は、そのリレーの動作は、例えば、電圧クランプ
回路のような従来の制御手段によって補助されていても
よい。結局、特定の関連する用途により決定される動作
環境を選択することにより、本発明の開閉装置を空気中
で、真空中で、または不活性大気中で動作させてもよい
ということに注目すべきである。前述されたように、本
発明の開閉装置の特定の用途が例によって提供されるの
であって、それに限定しようとするものではない。

前記は多重回路開閉機能の組み合わせと減少した１つ以
上の回路の接点抵抗を提供する電流開閉装置を記述した
ものである。この装置は、多数の独立した回路を、個々
に制御するように使用してもよい。この装置は、１つ以
上の電流接点対を並列に接続するか、または１つの可動
式接点に１つ以上の圧電屈曲部材をつなげるか、または
その両方の方法によって１つ以上の回路の接点抵抗を減
するために使用してもよい。本発明はこのようにして、
非常に融通のきく開閉装置を提供する。更に、本発明の
開閉装置は、接点間のアークを最小に食い止めるように
、同期動作可能である。

この装置は、動作速度が速（、形状が小さく、エネルギ
ー効率が高く、コストが安い複数の圧電屈曲部材を利用
する。

本発明は、ある好ましい具体例に従って詳しく記述され
てきたが、多くの修正や変更が当業者によってもたらさ
れてもよい。例えば、第１図で示される具体例のように
、圧電屈曲部材２０は、それらが円形アレイを形成する
ように、中央軸のまわりに放射状に並んでいるように示
されている。しかしながら、シングル−イン−ライン（
Ｓｉｎｇｌｅ−ｉｎ−１ｉｎｅ）　、デユアルーイン−
ライン（Ｄｕａｌ−ｉｎ−１ｉｎｅ）や方形アレイのよ
うな配置を採用してもよい。更に非常に数多くの回路を
開閉する能力を提供するために他のアレイの上に積み重
ねられたアレイであってもよい。また、共通導体２２．
３４は円形のリングの形をしているが、平らな構造や他
の形状であってもよい。共通導体２２．３４は、各々の
屈曲部材２０の一端を堅く固定するために充分な機械的
な強度を得るために、金属から形成されているように示
されてきた。しかしながら印加された信号に応答して屈
曲するように、他の手段で屈曲部材２０を保持してもよ
い。加えて、屈曲部材２０は、バネ板のように曲がるよ
うに、一端だけを堅く固定するように図に示されている
が、屈曲部材の両端を固定し、その結果、尺とり虫のよ
うな形状で屈曲部材の中央が曲がるようにしてもよい。

従って、そのうよな修正や変化を本発明の真の精神と範
囲に収めるように付加された特許請求の範囲で意図され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つの実施例を示す平面図である。 第２図は、線２−２に沿った断面を示す第１図に示され
る装置の側面図である。 第３図、第４図、および第５図は、本発明の電流開閉接
点の実施例の第２図と同じような側断面図である。 符号の説明

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電材料により分離された少なくとも２つ以上の
   導電層を持ち、電気信号に応じて屈曲動作を示し、その
   屈曲動作が、屈曲部材がある平面に垂直方向に行われる
   複数の圧電屈曲部材と、 接点の少なくとも１つが可動式であり、少なくとも１つ
   の屈曲部材の屈曲運動により、前記可動式接点が対応し
   た動きをするように、少なくとも１つの前記屈曲部材に
   機械的につながっていて、前記可動式接点の運動が「開
   」、「閉」位置間の接点対の相対位置に変化を生ずるよ
   うに前記接点が配置されている少なくとも１対の電流接
   点開閉対と、 各々の圧電屈曲部材の導電層のうち第１の導電層を電気
   信号に電気的につなげる共通導体と、 圧電屈曲部材の導電層のうち第２の導電層を前記電気信
   号に接続することにより、前記所定の屈曲部材が前記電
   気信号に応じて、屈曲運動を示すようにする手段と含む
   ことを特徴とする多重回路開閉能力を持ち、減ぜられた
   接点抵抗を持つ電流開閉装置。
2. （２）少なくとも１対の前記電流開閉接点が各々の前記
   圧電屈曲部材にとって設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電流開閉装置。
3. （３）各々の前記可動式接点が、前記屈曲部材の屈曲運
   動によって前記接点に働く力を増加させるために、１つ
   以上の前記圧電屈曲部材に機械的につなげられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電流開閉装
   置。
4. （４）各々の前記可動式接点が、前記圧電屈曲部材と電
   気的に絶縁されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電流開閉装置。
5. （５）各々の前記可動式接点が、少なくとも１つの前記
   圧電屈曲部材の前記導電層の１つの外側の面に設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   流開閉装置。
6. （６）前記可動式接点が、電気絶縁性の材料によって前
   記外側の面と電気的に絶縁されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の電流開閉装置。
7. （７）各々の前記可動式接点が、自由に動く部材の上に
   設けられていて、しかも前記可動式接点が少なくとも１
   つの圧電屈曲部材に、スペーサによってつながっている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電流開閉
   装置。
8. （８）前記スペーサが、電気的な絶縁材料から形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の電
   流開閉装置。
9. （９）各々の接点が、１つ以上の前記圧電屈曲部材の全
   てにくっついている連結部材に設けられていて、前記接
   点が前記圧電屈曲部材から見て連結部材の中央に位置し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電
   流開閉装置。
10. （１０）前記連結部材が、電気的絶縁材料から形成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の電
    流開閉装置。
11. （１１）前記屈曲部材が、円形アレイを形成するように
    中央軸のまわりに放射状に並べられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の電流開閉装置。
12. （１２）前記共通導体が、導電材料の円形リングから形
    成されていて、前記リングが各々の前記屈曲部材の前記
    第１の導電層にくっついていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１１項記載の電流開閉装置。
13. （１３）全ての前記屈曲部材が、同一平面に横たわって
    いるように配置されており、前記共通導体が平面構造を
    していることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載
    の電流開閉装置。
14. （１４）前記共通導体が、各々の前記屈曲部材の少なく
    とも１つの終端で、前記屈曲部材を堅く固定している構
    造をしていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
    記載の電流開閉装置。
15. （１５）各々の圧電屈曲部材が、第１の電気信号に応答
    して一方向への屈曲運動を示し、第２の電気信号に応答
    してその反対方向に屈曲運動を示すタイプの平行圧電屈
    曲部材から成っていて、前記屈曲部材が、１つの中央導
    電層と２つの外側の導電層を持つタイプであり、その各
    々の外側の導電層が、圧電材料により、前記中央導電層
    と分離されていることを特徴とし、また、前記共通導体
    が、各々の前記屈曲部材の前記外側の導電層を前記最初
    の電気信号に接続しており、前記接続手段により所定の
    屈曲部材の前記中央導電層が前記第１の信号に接続され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
    流開閉装置。
16. （１６）更に各々の前記屈曲部材の外側の導電層を、第
    ２の電気信号に接続する第２の共通導体から成っている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の電流開
    閉装置。
17. （１７）前記の少なくとも１つの屈曲部材と機械的につ
    ながっている少なくとも１対の前記電流開閉接点の第２
    の集合体から成っており、前記第２の集合体が前記複数
    の屈曲部材の反対側に位置し、前記第１の集合体の要素
    に対して左右対称に構成され、配置されたことを特徴と
    する特許請求の範囲第１６項記載の電流開閉装置。
18. （１８）前記接点が前記「開」位置にあるとき、接点間
    の距離は充分なので、前記接点間の破壊電圧は、前記開
    閉装置によって開閉される負荷の最大動作電圧より大き
    いように前記接点が配置されており、前記接点間距離が
    また、充分短く、そして、前記可動接点とそれに関連す
    る屈曲部材の大きさが充分小さいので、前記接点を通る
    負荷電流がほとんどゼロでありながら、前記接点の前記
    相対位置が「開」と「閉」の位置の間で移動可能である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電流開閉
    装置。
19. （１９）前記接点が前記「開」位置にあるとき、接点間
    の距離は充分なので、前記接点間の破壊電圧は約１７０
    ｖより大きいように前記接点が配置されており、前記接
    点間距離がまた充分小さく、そして前記可動式接点と関
    連した屈曲部材は形状が充分小さいので前記可動式接点
    は「開」と「閉」の位置間を２００マイクロ秒以下で動
    くことができることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の電流開閉装置。
20. （２０）前記「開」位置の前記接点間の距離が約１ミル
    以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記
    載の電流開閉装置。
21. （２１）更に、前記接点が「開」位置にあるとき、接点
    間の距離は充分なので、前記接点間の破壊電圧が約３４
    ０ｖ以上であるように前記接点が配置されており、前記
    接点間距離がまた、充分小さいので、そして前記可動式
    接点と関連する屈曲部材の形状が小さいので前記可動式
    接点が「開」と「閉」の位置間を２００マイクロ秒以下
    で移動可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の電流開閉装置。
22. （２２）更に、前記接点が「開」位置にあるとき、接点
    間の距離は充分なので、前記接点間の破壊電圧が約２４
    ｖ以上であるように、前記接点が配置されたことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の電流開閉装置。
23. （２３）前記「開」位置にある前記接点間の距離が充分
    小さく、また前記可動式接点とそれに関連する屈曲部材
    の形状が充分小さいので前記可動式接点が「開」と「閉
    」の位置間を約２００マイクロ秒以下で移動可能である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電流開閉
    装置。