JPS61156619A - 同期動作電流開閉装置 - 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（関連出願）〕 本出願は本譲受人に譲渡され、同時に出願された米国特
許出願（本出願人によって同日ムこ出願された日本国特
許側（１）および（２））と関連がある。

本発明は電気回路を同期して開閉する装置に関し、その
装置で特に有用な圧電リレーに関する。更に詳細には、
零電流時点と称される時間に同期して負荷電流回路を開
閉するように特別に構成される圧電回路素子に関する。

〔従来の技術〕

電磁リレーは一対以上の電気接点を開放することによっ
て広い範囲の電気回路を開閉するために従来より使用さ
れている。電磁リレーはある用途では満足的に作動する
が、動作が遅く、比較的大型で、価格が高い。電磁リレ
ーは比較的かさばるソレノイドコイルと接点運動を行わ
せる関連リンク機構を必要とする。そのコイルとリンク
機構は、リレー価格の大部分であることに加えて、一般
的にエネルギ効率が良くない。更に、電磁リレーは同期
動作ができない。従来の電磁リレーは、例えば、交流電
気回路のような負荷を要求によって開閉するために使用
されるが、リレーの動作に関して一般的に大きな機械的
反応時間があるため、接点の動作には負荷電流波形の時
間尺においてばらばらであるのが通常である。その結果
、接点の開閉動作は、特に、負荷が交流回路であるとき
、電流波形の零点と同期していない。家庭電気配線のよ
うな電源の電流レベルで動作する電気回路にとって、リ
レー接点の開閉はしばしば接点間のアークを伴う。その
ような回路で電流が中断すると、リレー接点間の電流は
接点開放時に直ちに雰に低下せず、むしろ、交流波形が
次の正弦波の零に達するまで接点間でアークの形で残る
。

電流レベルが正弦波の零点に向かって減少するので、ア
ークは不安定になり、突然消える。

チョッピングと称される現象である。低電流におけるこ
の突然の消失は極めて高速な電流変化を示す。その結果
、電流が中断される電気回路が無視できないインダクタ
ンスを有すると、インダクタンスと電流変化速度の積に
比例する高電圧の遷移が発生する。これらの電圧遷移は
回路あるいはリレー自身、あるいは両者に関連する装置
で電気破壊を生じさせるかもしれない。それ以上に、そ
の種のアークは接点自身に損傷を与え、接点腐蝕と接点
溶解をもたらす。それ故、接点が開閉するときリレー接
点間に生じるアークを最小にすることが望まれる。その
種のアークを最小にする１つの方法は、電流レベルがで
きるだけ零に近い負荷電流波形の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り、その動作は以
下同期動作と称される。

圧電曲がり部材（ｂｅｎｄｅｒ）の高速動作能力を利用
する圧電装置は同期動作開閉リレーを提供するために使
用される。同期動作はリレー接点が比較的短い時限で開
閉位置間を運動することを必要とする。圧電曲がり部材
の高速動作、比較的小さな体積、および小さな移行距離
は同期動作リレーにおけるその種の装置の利用を容易に
する。圧電装置の他の特徴は接点を運動させるために作
用する歪力は圧電曲がり部材の変形開始時に最大になる
ということである。この特徴は更に短い時限でリレー接
点を運動させる装置の能力を高める。

この高速運動能力により、電流レベルが開閉される回路
で零であり、それによって実質的に接点腐蝕、接点溶融
、および遷移誘導電圧を減少するときに非常に近いとき
に接点が開閉するように圧電リレーが動作させられる。

更に、圧電装置の簡潔さが従来の電磁リレーの機械的な
問題の大部分を回避し、かつ、その種の装置のエネルギ
効率が低エネルギ消費による動作を可能にする。

圧電曲がり部材は各種の圧電リレーにおける利用を含ん
で多くの用途に過去から使用されている。例えば、リレ
ー素子として使用される圧電曲がり部材は米国特許第２
．１６６．７６３号、第２．１８２，３４０号、第２，
４７１，９６７号、第２．８３５．７６１号、第４，０
９３，８８３号、および第４，４０３，１６６号に記載
されている。しかし、これらの特許によって開示される
圧電リレーは特にアークを最小にするように設定されて
いる。同期動作リレーを提供すること、あるいは家庭用
電力線電流レベルで動作する電気回路を開閉するのに特
に有用であるものに対して考慮は払われていない。上述
したように、そのような電流レベルで動作する開閉回路
はその回路が交流レベルの正弦波の零に近い時間の点で
開閉されないと無視できないアークをもたらす。本発明
と同じ譲受人に譲渡され、本出願と同時に出願された特
許願（１）は複数の圧電曲がり部材を使用し、多重回路
を開閉するか、１つ以上の回路の接点抵抗を減するため
の同期動作開閉装置を開示している。本発明と同じ譲受
人に譲渡され、本出願と同時に出願された特許願（２）
も接点が開放位置にあるとき開放接点間に増加した間隔
を提供し、接点が閉塞位置にあるとき増加した閉塞力を
提供する同期動作電流開閉装置を開示している。本発明
は従来のリレーの接点間隔に比較して非常に小さい間隙
長を有する圧電リレーを提供し、そのリレーはリレー接
点間のアークを最小にして１１０ポルトの交流回路が開
閉されるように同期動作させられる。

更に、圧電曲がり部材の小さな変形特性が高速動作能力
を有する圧電リレーを提供するけれども、これと同じ特
徴が電気絶縁破壊が生じる前にリレー接点間に加えられ
る電圧を制限する。圧電リレーは１６ピンのデュアル・
イン・ライン型の集積回路パッケージ（Ｄ　Ｉ　Ｐ）に
適合するように比較的小さな物理的な寸法を有すると、
例えば、家庭用電力線の電力レベルで動作するように設
定された従来のリレーの接点間隔よりずっと小さくなる
ので、リレー接点間の間隔は非常に小さい。

本発明者は接点間の非常に短い距離にとってさえ、圧電
装置の誘電体強度は典型的な１１０ボルトの家庭電力線
の動作にとって十分なものである。予期できないことに
、その種の装置にとっての十分な破壊電力がＯ，ｌミル
という小さな接点間隔にとってさえ実現できる。ガス雰
囲気中の２つの電極間の破壊電圧は、パッシェン（Ｐａ
ｓｃｈｅｎ）の法則によって、ガス圧と電極間の距離の
積である。大気圧の気中１センチメートルの電極間隔に
とって、破壊電圧は約３０キロボルトであると判断され
る。３０Ｋｖ／ａｍのこの破壊電界が、数センチメート
ルの間隔にとって許容されるように、１ミルの気中の電
極間隔の破壊電圧を推定するために使用されれば、推定
破壊電圧は７７ボルトである。しかし、パッシェンの法
則によって与えられる破壊電圧は、接点間隔が小さくな
るにつれて零に線形減少するが、むしろ最小値に近づい
てから再び増加し始める。空気にとって、この最小破壊
電圧は若干３００ボルトより大であることが発見されて
いる。この最小破壊電圧とそれに続く誘電体強度の増加
は、ガス圧と電極間隔の積が小さいとき、接点間の間隙
を横切るときに電子が衝突できるガス原子の数が小にな
ることが理論付けられている。ガス中の破壊プロセスに
よってガスを電気導体にしてそのために周囲のガス原子
と衝突してイオン化する間隙中の電子能力に大きく依存
することになるので、導電路を確立する可能性は利用で
きる目標原子の数が小さいときに少なくなる。破壊プロ
セスがガス衝突機構から電極表面を主体とする真空破壊
機構への基本的な変化を受け、かつ、ある接点間隔の破
壊電圧が一般に大気圧のガス中よりも真空の方がずっと
高いので、破壊電圧は最小値に近づいてそれから再び増
加すると考えられる。従って、発明者は接点間に非常に
小さな間隔を有する圧電リレーが同期動作を行って１１
０ボルト交流回路がリレー接点間のアークを最小にして
開閉されると判断した。

本発明の目的は開閉接点間のアークを最小にして動作す
る同期動作電流開閉装置を提供することであることが上
記のことから判る。

本発明の他の目的は高速動作、小サイズ、高エネルギ効
率、および低コストの電流開閉装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は同期動作電気回路において特に有用
な圧電曲がり部材を有する高速動作圧電リレーを提供す
ることである。

本発明の他の目的は１６ピンのデュアル・イン・ライン
集積回路パッケージに封入される小さな（コンパクトな
）圧電リレーを提供することである。

〔問題点を解決するための手段（発明の要約）〕本発明
の一実施例によれば、同期動作電流開閉装置は、可動電
気接点を有し、接点間の電気接続の導通および非導通状
態を示す制御可能な圧電リレーを有する。この装置は更
に接点の運動によって電気接続状態を変化させるように
リレーを制御する制御手段と、接点間のアークを実質的
に減少させるように制御手段を動作させる手段を含む。

リレーはリレー接点を介する実質的な零電流、あるいは
接点間の実質的な零電圧の状態を検出して開閉される。

本発明の他の実施例によれば、高速動作圧電リレーは制
御電気信号に応答して曲がり運動を示す平坦で実質的な
面状の圧電曲がり部材と、曲がり部材が位置する面に平
行な平坦な曲がり部材の１つの表面に隣り合うように配
置される可撓性部材を含む。可撓性部材は圧電曲がり部
材に固定されて曲がり部材が位置する面に実質的に垂直
な方向の曲がり運動によって可撓性部材に対応する運動
を行わせる。可撓性部材はその上に配置される少なくと
も１つの第１の電気接点を有し、少なくとも１つの第２
の電気接点を有する電気導体は圧電曲がり部材に隣り合
う側に対向する部材の側に可撓性部材に隣り合って配置
される。

リレーはまた電気導体を可撓性部材に取り付ける手段を
有し、第１および第２の接点が開放位置にあるとき、導
体が第１の電気接点から電気的に絶縁される。゛圧電曲
がり部材の曲がり運動によって可撓性部材が運動すると
第１および第２の接点間の電気接続を変化させるように
この取り付け手段が構成される。

〔実施例〕

第１図は本発明の詳細な説明する回路図である。同期動
作可能な電流開閉装置は、検出手段１４と並列に電気的
に接続されている制御可能な圧電リレー１２から成って
いる。圧電リレー１２は可動式接点をもっており、適当
な制御電気信号に応答して、接点の導通、非導通状態を
示す。制御手段１６は、検出手段１４と圧電レリー１２
との間で電気的に接続されている。制御手段１６は、接
点の動作によって、リレー１２の接点間の電気的接続状
態に変化をもたらす適当な制御電気信号をリレー１２に
提供する為に検出手段に応答して動作する。検出手段１
４は、リレー１２の接点間のアークをほとんど減らすよ
うに制御手段１６を動作させている。１つの具体例とし
て、検出手段１４は、リレー１２の接点を通る大体零の
電流を検出して動作しているが、制御手段１６は、電流
が零であることが検出された時、接点間の接続状態が導
通がら非導通状態へ変化するように、検出手段１４に応
答している。もう１つの具体例としてリレー１２の接点
量検出手段１４が、大体零の電圧の状態を検出するよう
に動作しており、大体零の電圧状態が検出されると、非
導通がら導通状態へ、接点間の電気的接続が変化するよ
うに、制御手段１６が検出手段１４に応答している。検
出手段１４と制御手段１６は、リレー１２の同期動作に
使用されるが、電流遮断技術で従来より採用されている
適当な検出制御手段から成っている。１つの実施例とし
て、「圧電曲がり部材型開閉装置を有する零交叉交流開
閉回路」を発明の名称とする米国特許出願（代理人吉類
番号ＲＤ−１６１６２）が本譲受人に譲渡されて出願さ
れているが、これに検出、制御手段が記述されている。

この発明で提供される方法での圧電リレーの同期動作の
ために、接点間のアークを最小にしながら、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リレーを使
用することができる。アークが最小となるようにリレー
接点が動作すると、接点の浸食と接点間の間隙の変化が
最小となる。接点間の間隙の変化が最小となると、リレ
ーは短い開接点間隙で動作可能であり、リレーの動作寿
命に要求される接点運動距離の増加はほとんどない。

短い接点間の距離のために、それは同期動作するリレー
で使用されるが、曲がり部材を用いて、短時間に「開」
又は「閉」となることができる。例えば、１ミルの接点
間隙を持つ接点は、約２００マイクロ秒で開閉する。リ
レーが動作するその速い速度のため、支流電流回路のよ
うな負荷で、真の同期動作が可能である。その交流回路
では、電流波形が予測できるか、正弦波の零電流地点が
予測できるかのどちらかである。

本発明の電流開閉装置の特定の用途として、従来の１１
０ｖの電源につないだ同期動作電気回路がある。そのよ
うな用途では圧電リレー１２は、支持構造と、電気信号
を曲がり部材に与えることにより曲がり部材の一部にた
わみが生ずるように、支持構造に固定された圧電曲がり
部材とから成っている。そのリレーは、また、少なくと
も１対の接点を含んでおり、接点が「開」と「閉」の位
置を示すように、少なくとも１つの接点が可動式である
。

曲がり部材のたわみが接点の「開」、「閉」位置の間の
変化を引き起こすように、接点は配置されている。更に
接点は、接点が「開」位置にあるとき、接点間の距離は
充分なので、接点間の破壊電圧は約１７０ｖ以上である
ように配置されている。接点間の距離は同時に充分短く
、可動式接点とそれに関連する曲がり部材は形状が充分
小さいので可動式接点は、「開」と「閉」の位置の間を
２００マイクロ秒以下で動くことが可能である。本発明
の１つの圧電リレーの実施例として、「開」位置にある
リレー接点間の距離が１ミル以下で、０．１ミルぐらい
小さくてもよい。

他の本発明の特定の用途として、家庭用電気製品の制御
回路として採用されるタイプの同期動作する制御回路が
ある。そのような用途の負荷動作電圧は、２４Ｖから３
４０ｖの範囲にある。これらの回路の負荷電流は支流、
直流両方の波形を含む。本発明のリレーが、直流電流を
開閉するために採用されるとき、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
補助されてもよい。結局、本発明の開閉装置は、関連す
る特定の用途によって決定される動作環境を選択するこ
とによって、空気中で、真空中で、或いは不活性ガスの
中で動作してもよいことに注目すべきである。前述され
た本発明の開閉装置の特定の用途は、例として示したも
のであって、それに限定するものではない。

第２図は本発明の曲がり部材の側断面図である。用語「
双方向性Ｊ　　（ｂｉｌａｔｅｒａｌ）は、反対の方向
の両方にたわむ能力があることを意味する。図示される
構造において、中央導電層２０は、圧電材料層２２．２
４によって外側層２６．２８から分離している。電気導
体３０．３２は外側層２６．２８に各々電気的に接続さ
れており、電気導体３４は中央層２０に電気的に接続さ
れている。導電層と圧電材料は、平板コンデンサをＡと
Ｃの間で形づくっており、そして同様の平板コンデンサ
をＢとの間に形づくっているように配置されている。曲
がり部材の一端が固定されており、電圧がターミナルＡ
とＣの間に印加されているとき、圧電材料層２２を電界
が横切っているために曲がり部材の自由端は上方に曲が
る。

同様に、ＢとＣの間に印加される電圧のため、曲がり部
材の自由端は下方に曲がる。曲がり部材の両端が固定さ
れており電圧がＡとＣかＢとＣの間に印加されていると
、屈曲部材の中央を各々上方か下方へ、「尺とり虫」方
式でおじぎをする。第２図に示す実施例では中央導電層
２０は５層構造している。５層構造においては、ハネ部
材１３は、中央可撓性部材（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｆｌｅｘ
ｉｂｌｅ　Ｍｅｍｂｅｒ）により、曲がり部利の運動を
容易にする。導電エポキシ層１５．１７は、曲がり部材
の半分を中央ハネ部材１３にくっつける役目をする。中
央導体層１９．２１は導体３４と圧電材料２２．２４と
接続している。

第２図に示される曲がり部材固有の単純性は、接点運動
をするために巻線コイルを必要とし、コイルの励磁のた
めに無視できないエネルギーを使う従来の電磁リレーよ
りも、多くの無視できない利点を提供する。圧電曲がり
部材を起動させるのに必要なエネルギーは非常に小さく
、本質的には、小さなコンデンサを充電するのに必要な
エネルギーと同じである。第２図に示す典型的な曲がり
部材では、ターミナルＡとＣまたはターミナルＢとＣの
間のどちらかに印加される１００Ｖから２００ｖの間の
電圧で、一方が固定されている曲がり部材の自由端が１
０から２０ミルの間でふれる。双方向性曲がり部材が第
２図に示されているが、圧電材料によって分離された２
つの導電層だけをもつ型の単層曲がり部材（Ｍｏｎｏｍ
ｏｒｐｈ　Ｂｅｎｄｅｒ）が、本発明に使用されてもよ
いと言うことに注目すべきである。

第３図は、本発明に関する圧電リレーの分解図である。

図示されるように、高速に動作可能な、そして電気回路
を同期動作せざるのに有益な圧電リレーは、はとんど平
坦な平面圧電面がり部材４５から成っている。圧電曲が
り部材４５は、圧電材料によって分離されている少なく
とも２つの導電層を持ぢ、制御電気信号に応答して、屈
曲運動を示すタイプであり、屈曲運動が、曲がり部材４
５がある平面にだいたい垂直に起こる。第３図に示され
る実施例は、曲がり部材４５が第２図に示される曲がり
部材と構造が類似している双方向性曲がり部材から成っ
ている。中央導電層５０は圧電材料層４８．５２によっ
て、各々の外側導電層から分離されている。好ましいこ
とに、中央導電層５０は、第２図に示すタイプの５層構
造をしている。そのリレーはまた、曲がり部材４５が在
る平面に平行になっている曲がり部材４５の表面の１つ
に隣接して配置された可撓性部材６８と曲がり部材の運
動によって、可撓性部材６８に対応した運動をするよう
に曲がり部材４５へ可撓性部材を固定するための手段と
から成っている。第３図に示す実施例で、可撓性部材６
８は、曲がり部材４５に隣接して配置され、可撓性部材
支持構造物６２と接続構造物５６によって、曲がり部材
に固定されている。また、実施例で、選択可能な絶縁性
薄板６０が、可撓性部材６８と接続構造物５６の間に配
置され、可撓性部材６８を曲がり部材４５から絶縁して
いる。可撓性部材支持構造物６２と絶縁性薄板６０は、
接続構造物５６の一端に接着され、曲がり部材４５は接
続構造物５６の他端に接着されている。接続構造物５６
は、その中に開口部５９を持っており曲がり部材４５が
在る平面に大体垂直に曲がり運動をする結果、曲がり部
材４５の一部が開口部５９の中に押し出され、その結果
、可撓性薄板６０と可撓性部材６８が対応した動きを示
すように、開口部５９が構成され配置されている。実施
例では、開口部５９は曲がり部材４５より広く、接続構
造物５６は曲がり部材４５の両端で固定されており、曲
がり部材４５の中央部が「尺とり虫」のように、開口部
５９の中に自由に曲がり、その結果、絶縁薄板６０と可
撓性部材６８の曲がり運動と対応した動きを提供する。

別の実施例として、接続構造物５６が曲がり部材４５に
一端で固定されていて、他端は開口部５９を自由に移動
させ、開口部５９に曲がり部材と類似する動きをさせる
。

この別の実施例では、与えられた長さの曲がり部材にも
っと大きな曲がり運動ができ、もっと短い曲がり部材に
「尺とり虫」構造と同じ量の曲がり運動ができるように
なる。

可撓性部材６８は少なくとも１つの第１電気接点をその
上にもっている。少なくとも１つの第２電気接点を含む
少なくとも１つの電気導体が可撓性部材６Ｂに隣接して
配置され、絶縁性薄板６０と圧電曲がり部材４５とに隣
接した側と反対側に位置している。第３図に示す実施例
では２つの電気導体７２と７４が採用されている。電気
導体７２．７４は、可撓性部材６８に関して、圧電曲が
り部材４５の曲がり運動のため、部材６８が動いて、「
開」と「閉」位置間の接点６９と７６の相対位置が変化
することにより、第１および第２の接点６９と７６間の
接続状態が変化するように配置されている。更に、電気
導体７２と７４が、可撓性部材６８に関して、第１およ
び第２の電気接点６９．７６が各々「開」位置にあると
き、導体７２．７４は、第１電気接点６９から絶縁され
ているように配置されている。実施例で示されるように
、電気導体７２．７４は、各々の導体７２．７４と可撓
性部材支持構造６２の間に配置された絶縁性条片７０に
よって可撓性部材６８に取り付けられている。部材６８
の一端は、支持構造６２に付着していて、部材６８の他
端は開口部６６の中に配置されているが、開口部６６は
、支持構造６２の厚さ方向にのびており、その結果、可
撓性部材６ｇは支持部材６２が在る平面に大体垂直に動
くことができる。１つの実施例として、支持構造６２と
部材６８は一体構造をしている。少なくとも１つの第１
電気接点６９は、可撓性部材６８が支持部材６２に付着
している場所から離れた場所で可撓性部材６８の上に配
置されている。

第４図は第３図の側面分離図であるが、その第４図で、
絶縁条片７０は少なくとも１つの開口部７８を持ってお
り、その開口部は絶縁条片の厚さ方向にのびている。側
断面である第５図に示されるように、第３図の装置の５
−５にそって切断され、分解して示されるよりはむしろ
集合体として表されるように図示しているが、各々の開
口部７８は一対の第■および第２の電気接点６９．７０
に近接して配置されている。各々の開口部７８は接点６
９．７６と一列に並んでいて、その結果、第１接点６９
を持っており、圧電曲がり部材４５の曲がり運動により
引き起こされた可撓性部材６８の運動により、「開」と
「閉」の位置の間で、各々の接点６９．７６の相対位置
が変化する。第５図に示されるように、可撓性部材６８
は、絶縁条片７０に関して、接点６９と７６が閉塞位置
にあるとき、条片７０と部材６８の間の間隔は小さいよ
うに配置されている。この間隔のため、曲がり部材４５
から利用できる偏向力は、接点６９と７６の間の閉塞力
として応用ができ、また接点６９が、たとえ接点６９．
７６の浸食が起こっても、充分な距離を動くことができ
る。

好ましいことに、開口部７８のような少なくとも２つの
開口部が提供されており、各々の開口部７８は、第５図
に示されるような方法で第１、第２の接点６９．７６の
対を開口部の中にもっている。この実施例では、開口部
７８と接点６９．７６は円筒形をしている。

接点６９．７６は、接点が「開」位置にあるとき、各々
の接点の少なくとも接触表面（ｍａｔｉｎｇ　５ｕｒｆ
ａｃｅ）が開口部を形成する絶縁条片７０の表面により
囲まれているように配置されている。各々の接点６９．
７６の直径は、開口部７８の直径よりわずかに小さい。

この構造には、接点６９と７６の間に圧電が印加される
とき、接点間の電界の縁の部分が電気絶縁体によって効
果的にさえぎられ、縁の電気力線を短（する利点がある
。電気力線の縁の部分の多くは、反対側の接点よりも、
開口部７８を形成する絶縁条片７０の表面で終わってい
る。本発明者は次のことを発見した。即ち、破壊電圧は
、ある条件のもとでは、電気力線の長さに関係するので
、このような方法で電界の縁の成分をさえぎることによ
って、接点間の破壊電圧が増すということである。

２つの第１、第２の電気接点６９．７６を採用する更な
る利点は、接点６９はブリ・ノジ接点（ｂｒｉｄｇｉｎ
ｇ　ｃｏｎｔａｃｔ）を形成するように接続されてもよ
く、そのブリッジ接点は、「閉」の位置にあるとき、リ
レーが単極（Ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ）単投大型（Ｓｉ
ｎｇｌｅ−ｔｈｒｏｗ）構造で動作可能なように、接点
７６にお互いに接続している。ブリッジ接点を採用する
ことにより、開閉接点間に直列に２つの間隙が生しる。

開閉接点間に直列に２つの間隙を持っているスイッチの
破壊電圧は、接点間に１つの間隙（同じ長さで）を持っ
ている同様のスイッチの破壊電圧の略２倍となる。第１
、第２の接点６９．７６間の与えられた移動距離に対し
て、破壊電圧は、第５図の実施例を採用して電気接点６
９を電気的に接続することによって増加する。更に、た
だ１つのブリッジ接点を使って得られる破壊電圧より大
きな破壊電圧を要求するような用途では、そのような複
数のブリッジ接点が採用され、直列に２個いっしょに接
続される。接点６９．７６間の破壊電圧がブリッジ接点
を利用しなくても充分である用途では、各々の接点６９
．７６は分離電気導体へ接続され、その結果、リレーは
、双極（ｄｏｕｂｌｅ−ｐｏｌｅ）単投大型（Ｓｉｎｇ
ｌｅ−ｔｈｒｏｗ）構造で動作可能である。

本発明の１つの実施例として、圧電曲がり部材４５の曲
がり運動は絶縁条片７０の方向へ起こる結果、曲がり運
動により、「開」位置から「閉」位置へ第１、第２の接
点６９．７６間の相対位置が変化する。もう１つの具体
例として、曲がり運動４５０曲がり運動が絶縁条片７０
から離れる方向に起こる結果、曲がり運動により、「開
」位置から「閉」位置へ、第１、第２接点６９．７６の
相対位置が変化する。どちらの場合も、第３図に示され
るように、曲がり部材４５が「双方向性」圧電曲がり部
材でできている必要はない。単層的がり部材は、１つの
方向にだけに曲がり運動を示す単層的がり部材でさえ、
要求される曲がり運動を提供するために使用されてもよ
い。しかしながら、曲がり部材に無視できない温度上昇
がある用途では、「双方向性」曲がり部材が好ましい。

「双方向性」曲がり部材の対称構造は、その部材は、１
つの中央導電層と２つの外側導電層を持っていて、中央
層は圧電材料により外側層から分離されているが、熱的
により安定で、異なる熱膨張による無視できないひずみ
の影響を受けにくい。

また、「双方向性」曲がり部材は第１の制御電気信号に
応じて可撓性部材６８の方へ曲がり運動を示し、第２の
制御信号に応じて部材６８から離れる方向へ曲がり運動
を示すので、「双方向性」圧電曲がり部材を採用するリ
レーは通常「開」、通常「閉」或いはその両方として動
作可能である。更に、反対方向に曲がる「双方向性Ｊ能
力により、開閉接点が「開」の位置にあるとき、単層的
がり部材を使った時に制御信号が与えられる時に可能な
接点間の間隔よりも、より広い接点間の間隔を提供する
。加えて、もし、第３図で曲がり部材４５の上方に在る
第２の要素集合体が提供されていて、曲がり部材４５の
下方に第２の集合体が在り、曲がり部材４５の上方に在
る要素に関して対称に配置されているなら、そのリレー
は、双極単投大型として或いは双極多投大型としてのど
ちらかとして動作可能である。

望ましい用途では、可撓性部材支持構造６２と可撓性部
材６８は、導電材料から成っており、その結果可撓性部
材支持構造６２と可撓性部材６８は第１接点６９を外部
の電気導体と接続する手段を提供する。そのような用途
では、可撓性部材コネクター・タブ６４が接点６９と外
部導体を電気的に接続するために使用される。同様の方
法で接続構造５６は導電材料から成っていて、その結果
、接続構造５６は圧電曲がり部材４５の導電層５４と制
御電気信号を、接続構造タブ５８によって電気的に接続
する手段を提供する。電気導体タブ７３．７５は、導体
７２．７４を外部回路に電気的に接続するために使用さ
れる。

第３図に示される実施例において、圧電リレーは更に接
続構造５６に付着される側と反対の曲がり部材４５に隣
接して配置された取り付け部材４０から成っている。取
り付け機構４０は、その上に配置された第１、第２の基
板導体４２と４４を含んでいる。第４図に示されるよう
に、導体機材４２と４４は、第１の基板導体４２は曲が
り部材４５の外側導電層４６と電気的に接続され、そし
て、第２の基板導体４４は中央導電層５０と電気的に接
続されるように構成され配置されている。

このように、基板導体４２．４４は、電気信号を曲がり
部材４５の導電層４６と５０に印加する手段を提供する
。

前述した全ての実施例のために、取り付け機構４０と、
曲がり部材４５と、接続構造５６と、接続性薄板６０と
、可撓性部材を支持する支持構造６２と、絶縁性条片７
０と、導体７２．７４は、例えば、粘着性接着のような
従来の固定手段により、お互いに固定されてもよい。第
３図から第５図に示されるリレーの種々の要素を組み立
てるために使用しされる材料は、特定の用途に合うよう
にする　　　　−ため、種々の導通、非導通材料から選
んでもよい。好ましいことに、取り付け部材４０、接続
構造５６、絶縁薄板６０、可撓性部材支持構造６２、そ
して絶縁条片７０は各々平らな構造をしている。更に、
第３図から第５閣までの圧電リレーは、従来のＩＣを含
むのに使用されるタイプの１６ビンのデユアルーイン−
ライン（ｄｕａｌ−４ｎ−１ｉｎｅ）プラスチック・パ
ッケージに応用されるように企画されてもよい。そのよ
うなパッケージに適合するようにされたリレーの接点間
の開接点間隔は、１１０ｖ交流電流回路に使用される従
来のリレーよりずっと小さいけれども、本発明に従った
圧電リレーが、そのような接点間隔で機能できることを
本発明者は判定した。−例として、限界でなくて、第３
図に示されるリレーは、曲がり部材４５が長さが６００
ミルで幅が１５０ミルであるように、又リレーの全ての
要素が長さと幅がそれぞれ８００ミルと２５０ミルであ
るように構成してもよい。導体４２．４４をその上にも
つ取り付け部材は、０．０２５インチのセラミックの層
から成り、その層の上には、０．０１０インチと０．０
２０インチの銅の層がそれぞれ配置されている。

曲がり部材４５の層５０は厚さが０．００２インチの黄
銅の薄片から成っていてもよく、層４８と５２は厚さが
０．０１０インチの圧電材料から成っていてもよく、そ
して外側層４６．５４は薄い金属箔から成っている。接
続構造５６は厚さが０．０１０インチの銅マスクから成
っていてもよく、絶縁条片６ｏは厚さが０、　ＯＯ３イ
ンチの可撓性絶縁材料から成っていてもよい。可撓性部
材支持構造６２は０．０１０インチのリン酸銅薄片から
造られてもよい。導体７２と７４をその上に配置した絶
縁条片７０は、セラミックの厚さが０、０２５インチの
層から成っていてもよく、その層の上に厚さが０．０１
０インチの銅の層が配置されている。全体の集合体は、
このうように、その集合体の一端の３つのターミナルを
通してアクセスできる圧電曲がり部材をその集合体の他
端の３つのターミナルによりアクセスできるリレー接点
システムとからできている。

以上の説明は、同期動作する電流開閉装置について記述
し、その装置は、開閉接点間のアークを最小にするよう
機能し、動作が速く、形状が小さく、エネルギ効率が高
く、コストが安い。本発明は、更に高速で動作できる圧
電リレーを提供するものであり、その圧電リレーは、圧
電曲がり部材を利用し、家庭内の電力線電流レベルで機
能する開閉電気回路にとって有益である。本発明は、又
、小型の圧電リレーを提供し、その圧電リレーは、１６
ピンのデユアルーイン−ライン（ｄｕａｌ　ｉｎｌｉｎ
ｅ）ｒｃパッケージに含まれる。

本発明は、ある好ましい具体例に従って、ここに詳細に
述べたが多くの修正、変更がこの技術の範囲内でもたら
されてもよい。例えば接点６９．７６は円筒形として示
されたが、他の形状であってもよい。従って、付加され
た特許請求の範囲はそのような修正、変更を本発明の真
の精神および範囲に入るものとして保護することを意図
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１つの実施例を示す回路図である。 第２図は本発明で有益な典型的な圧電曲がり部材の側断
面図である。 第３図は本発明に従った圧電リレーの分解斜視図である
。 第４図は第３図に示されるリレーの分解側面図である。 第５図は第３図の５−５のラインにそった側断面図であ
る。 符号の説明 １２’−一−・・−−−−一圧電リレー　　１３−　　
中央３重１生−＋第１４−一−−−−−−−〜検知手段 １５．１７−−−・−導電性エポキシ層１６−−−−−
−制’＜′ｌｌ１手段　　　２０−−−−一　中央導電
層２２．２４−−−−−−−圧電材料層 ２６．２８−−−一−・−外部導電層 ３０．３２−−−−−−−−一電気導体４５−−−−−
−−−圧電曲がり部材 ４６．５４−−−−−−−外部導電層 ５０−−−−−−−・−中央導電層　　　５６−−−接
続牟待造６８−−−−−−−・−可撓性部材 特許出願人　ゼネラル・エレクト１ノツク・カンノマニ
イ復代理人　　　弁理士　　　平　１）店、配【１８開
ＩＪＵ６１−１５６６１９　（Ｉ４）恋、・″−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）可動電気接点を有するとともに前記接点間で導通
   および非導通状態を示す支持構造と、電気信号を加える
   ことにより前記曲がり部材の長さの少なくとも一部を変
   形させる前記支持構造に取り付けられた圧電曲がり部材
   とを有し、少なくとも１対の前記可動接点は、前記接点
   が前記導通および非導通状態に対応する開閉位置をとる
   ように運動する少なくとも１つの前記接点を有し、前記
   接点は前記曲がり部材の前記変形によって前記接点の開
   閉位置間で変化させるように配置され、前記接点は更に
   前記開放位置にあるとき前記接点間の破壊電圧が開閉装
   置によって開閉される負荷の最大動作電圧より大きくな
   るようにその間に十分な距離が取られ、前記距離が十分
   小さく、かつ、前記可動接点および関連する曲がり部材
   が十分小さいために前記可動接点は電気接続の前記状態
   に変化できるとともに前記接点を介する負荷電流が実質
   的に零になるように十分小さな時限で前記開閉位置間で
   運動できるように配置される制御可能な圧電リレーと、 前記電気信号を前記曲がり部材に選択的に 加えることにより前記接点運動によって前記電気接続状
   態を変化させるために前記リレーを制御する制御手段と
   、 前記接点間のアークを実質的に減少させる ために前記制御手段を動作させる手段を含むことを特徴
   とする同期動作電流開閉装置。 （２）前記制御手段を動作させる手段が前記リレー接点
   を介する実質的に零電流の状態を検出する手段を含み、
   前記制御手段が実質的零電流の前記状態によって導通状
   態から非導通状態へ前記電気接続状態を変化させるため
   に前記検出する手段に応答する特許請求の範囲第１項記
   載の同期動作電流開閉装置。 （３）前記制御手段を動作させる手段が前記リレー接点
   間の実質的に零電圧の状態を検出する手段を含み、前記
   制御手段が実質的に零電圧の前記状態によって非導通状
   態から導通状態へ前記接点間の前記電気接続状態へ変化
   させるために前記検出する手段に応答する特許請求の範
   囲第１項記載の同期動作電流開閉装置。 （４）前記最大動作電圧が約１７０ボルトであり、前記
   時限が約２００マイクロ秒以下である特許請求の範囲第
   １項記載の同期動作電流開閉装置。 （５）開放位置にある前記接点間の前記距離が１ミル以
   下である特許請求の範囲第４項記載の同期動作電流開閉
   装置。 （６）前記最大動作電圧が約３４０ボルトであり、前記
   時限が約２００マイクロ秒以下である特許請求の範囲第
   １項記載の同期動作電流開閉装置。 （７）前記最大動作電圧が約２４ボルトである特許請求
   の範囲第１項記載の同期動作電流開閉装置。 （８）前記時限が約２００マイクロ秒である特許請求の
   範囲第７項記載の同期動作電流開閉装置。 （９）圧電材料によって分離された少なくとも２つの導
   電層を有し、制御電気信号に応答して曲がり部材が位置
   する面に実質的に垂直な曲がり運動を示す型の平坦な実
   質的に面状の圧電曲がり部材と、 その上に設けられる少なくとも１つの第１ の電気接点を有し、前記曲がり部材が位置する面に平行
   な前記平坦な曲がり部材の１つの面に隣合って配置され
   る可撓性部材と、 前記曲がり部材の前記曲がり運動によって 前記可撓性部材に対応した運動を行わせるために前記圧
   電曲がり部材に前記可撓性部材を取り付ける手段と、 少なくとも１つの第２の電気接点を有し、 前記可撓性部材に隣り合うとともに前記圧電曲がり部材
   に隣り合う側面に対向する前記部材の側面に位置する電
   気導体と、 前記第１および第２の電気接点が開放位置 にあるとき前記電気導体が前記第１の電気接続点から電
   気的に絶縁され、その上に配置される前記第１の電気接
   点を有する前記可撓性部材の前記運動が、前記圧電曲が
   り部材の前記曲がり運動によって前記第１および第２の
   接点間で電気接続を変化させるために前記可撓性部材に
   前記電気導体を取り付ける手段を含むことを特徴とする
   同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー
   。 （１０）前記接点が前記開放位置にあるとき前記接点間
   の破壊電圧が約１７０ボルトより大であるようにその間
   に十分な距離が取られ、更に、前記距離が十分小さく、
   かつ、前記第１の接点および関連する曲がり部材が十分
   に小さいために前記第１の接点が約２００マイクロ秒以
   下の時限で前記電気接続状態を変化させるために運動す
   るように前記第１および第２の接点が配置される特許請
   求の範囲第９項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用
   な高速動作圧電リレー。 （１１）開放位置にある前記接点間の距離が約１ミル以
   下である特許請求の範囲第１０項記載の同期動作電流開
   閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （１２）前記接点が前記開放位置にあるとき前記接点間
   の破壊電圧が約３４０ボルトより大であり、更に、前記
   距離が十分小さく、かつ、前記第１の接点と関連する曲
   がり部材が十分に小さいために前記第１の接点が約２０
   ０マイクロ秒以下の時限で電気接続の前記変化を行わせ
   るように前記第１および第２の接点が配置される特許請
   求の範囲第９項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用
   な高速動作圧電リレー。 （１３）前記接点が前記開放位置にあるとき前記接点間
   の破壊電圧が約２４ボルトより大になるためにその間に
   十分な距離が取れるように前記第１および第２の接点が
   配置される特許請求の範囲第９項記載の同期動作電流開
   閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （１４）前記第１および第２の接点間の距離が前記開放
   位置において十分小さく、かつ、前記第１の接点と関連
   する曲がり部材が十分小さいために約２００マイクロ秒
   以下の時限で電気接続の前記変化を行わせるように前記
   第１の接点が運動できる特許請求の範囲第１３項記載の
   同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー
   。 （１５）前記可撓性部材に前記電気導体を取り付ける手
   段が、 前記可撓性部材と前記電気扉体の間に配置 され、そこに少なくとも孔を有する絶縁ストリップと、 前記孔が前記第１および第２の電気接点に 近接して配置されてそれと一線に並べられ、前記圧電曲
   がり部材の前記曲がり運動が開閉位置間で前記接点の相
   対位置を変化させるために前記少なくとも１つの第１の
   電気接点が前記可撓性部材上に配置される点から離れた
   点で前記可撓性部材に前記絶縁ストリップを取り付ける
   手段を含む特許請求の範囲第９項記載の同期動作電流開
   閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （１６）少なくとも２つのそれぞれの前記第１および第
   ２の電気接点と前記絶縁ストリップの前記孔が円筒状に
   形成され、かつ、前記接点が前記孔中に配置されるよう
   にして設けられ、前記第１および第２の接点が開放位置
   にあってその間に電圧が加えられる前記第１および第２
   の接点間の電気力線の縁の成分が前記絶縁ストリップに
   よって中断される特許請求の範囲第１５項記載の同期動
   作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （１７）前記圧電曲がり部材の前記曲がり運動が前記絶
   縁ストリップに向かう方向であるために前記運動によっ
   て開放位置から閉塞位置への前記第１および第２の接点
   間の相対位置変化を行わせる特許請求の範囲第１５項記
   載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リ
   レー。 （１８）前記圧電曲がり部材の前記曲がり運動が前記絶
   縁ストリップから離れる方向であるために前記運動によ
   って閉塞位置から開放位置への前記第１および第２の接
   点間の相対位置変化を行わせる特許請求の範囲第１５項
   記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電
   リレー。 （１９）前記第１の電気接点が相互に電気的に接続され
   、前記第２の電気接点がそれに電気的に接続される電気
   導体を有する少なくとも２つの前記第１の電気接点と少
   なくとも２つの前記第２の電気接点が設けられ、前記リ
   レーが単極単投入形状で動作する特許請求の範囲第１５
   項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧
   電リレー。 （２０）前記接点がそれぞれそれに電気的に接続される
   電気導体を有する少なくとも２つの前記第１の電気接点
   と少なくとも２つの前記第２の電気接点が設けられ、前
   記リレーが双極単投入形状で動作する特許請求の範囲第
   １５項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動
   作圧電リレー。 （２１）前記圧電曲がり部材に前記可撓性部材を取り付
   ける前記手段が、前記可撓性部材が前記接続構造の片側
   に取り付けられ、かつ、前記圧電曲がり部材がその反対
   側に取り付けられる前記可撓性部材と前記圧電曲がり部
   材間に配置される接続構造と、 前記曲がり部材の運動により前記曲がり部 材の一部が前記孔に突出して前記可撓性部材に対応する
   運動を行わせるように形状および位置が設定される前記
   接続構造に設けられた孔を含む特許請求の範囲第１５項
   記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電
   リレー。 （２２）前記構造が前記圧電曲がり部材の隣り合う導電
   層を制御電気信号に接続する手段を提供するように前記
   接続構造が導電材料を含む特許請求の範囲第２１項記載
   の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレ
   ー。 （２３）前記曲がり部材が位置する面に実質的に垂直な
   前記方向への前記曲がり運動を提供するために前記曲が
   り部材の対向端が前記接続構造の前記孔を介して移動す
   るように自由であるように前記接続構造がその一端で前
   記圧電曲がり部材に取り付けられる特許請求の範囲第２
   １項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作
   圧電リレー。 （２４）前記曲がり部材が位置する面に実質的に垂直な
   前記方向への前記曲がり運動を提供するために前記曲が
   り部材の中央部が前記接続構造の前記孔を介して自由に
   運動するように前記接続構造がその両端で前記圧電曲が
   り部材に取り付けられる特許請求の範囲第２１項記載の
   同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー
   。 （２５）前記可撓性部材を前記曲がり部材と電気的に絶
   縁するために前記可撓性部材と前記圧電曲がり部材間に
   配置される可撓性絶縁シートを更に含む特許請求の範囲
   第１５項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速
   動作圧電リレー。 （２６）前記可撓性部材が前記少なくとも１つの第１の
   接点を外部電気導体に電気的に接続する手段を提供する
   ために導電材料を含む特許請求の範囲第２５項記載の同
   期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （２７）前記圧電曲がり部材が第１の制御電気信号に応
   答する前記可撓性部材に向かう方向の曲がり運動と、第
   ２の制御電気信号に応答する前記可撓性部材から離れる
   方向の曲がり運動を示す２方向圧電曲がり部材を含む特
   許請求の範囲第２２項記載の同期動作電流開閉装置に特
   に有用な高速動作圧電リレー。 （２８）前記圧電曲がり部材が中心導電層と２つの外部
   導電層を有する型の２方向圧電曲がり部材を有し、前記
   中心層は前記圧電材料によって前記外層のそれぞれから
   分離され、前記リレーは更に前記可撓性部材を前記圧電
   曲がり部材から電気的に絶縁するために前記可撓性部材
   と前記圧電曲がり部材間に配置される可撓性絶縁シート
   を含む特許請求の範囲第２２項記載の同期動作電流開閉
   装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 ２９）前記接続構造に取り付けられるその側と対向する
   前記圧電曲がり部材の側に隣り合って配置される取り付
   け構造を含み、前記取り付け構造はその上に配置される
   第１および第２の導電基板を含み、前記導電基板は前記
   第１の導電基板が前記接続構造に隣り合う外部導電層に
   対向する前記２方向圧電曲がり部材の外部導電層に電気
   的に接続され、前記第２の導電基板が前記圧電曲がり部
   材の中心導電層に電気的に接続されるように形状および
   位置が設定される特許請求の範囲第２８項記載の同期動
   作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （３０）前記可撓性部材、前記絶縁ストリップ、前記接
   続構造、前記取り付け構造、および全ての前記電気導体
   が平坦構造を有する特許請求の範囲第２９項記載の同期
   動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧電リレー。 （３１）前記可撓性部材、前記可撓性部材を前記圧電曲
   がり部材に取り付ける手段、前記可撓性部材に隣り合う
   前記電気導体、および前記絶縁ストリップの第２の集合
   体が提供され、前記第２の集合体が前記素子の第１の集
   合体が位置するその側の対向する前記２方向曲がり部材
   の側に対称に位置して配置される特許請求の範囲第２７
   項記載の同期動作電流開閉装置に特に有用な高速動作圧
   電リレー。