JPS62154427A - Improved piezoelectric switching device and manufacture of the same - Google Patents

Improved piezoelectric switching device and manufacture of the same

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Publication number
JPS62154427A
JPS62154427A JP29031985A JP29031985A JPS62154427A JP S62154427 A JPS62154427 A JP S62154427A JP 29031985 A JP29031985 A JP 29031985A JP 29031985 A JP29031985 A JP 29031985A JP S62154427 A JPS62154427 A JP S62154427A
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JP
Japan
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switching device
piezoelectric
plate element
circuit
piezoelectric plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP29031985A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ジヨン デイビス ハーンデン、ジユニア
ウイリアム ポール コーンランフ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Priority to JP29031985A priority Critical patent/JPS62154427A/en
Publication of JPS62154427A publication Critical patent/JPS62154427A/en
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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ックスイツチング装
置、及びその装置を付勢制御及び使用するための新規の
電気システムに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD This invention relates to an improved piezoelectric ceramic switching device and a novel electrical system for controlling and using the device.

より特定すれば、本発明は改良された圧電セラミックス
イツチング装置とそれらの製造方法、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。
More particularly, the present invention provides improved piezoelectric ceramic switching devices and methods of making them, and the use of the improved elements as switching elements in electrical systems and for energizing the switching elements. The present invention relates to a novel electrical circuit in which portions of the electrical circuit are attached to and supported by the improved piezoelectric ceramic switching device itself.

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。従来電磁ソレノ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。
Problems with the Prior Art In a typical electrical circuit, electrical relays and switches are placed at points in the circuit where electrical current is to be conducted or interrupted. Conventionally, electromagnetic solenoid driven switches and relays are used to open and close the contacts of a power switch or relay in response to a small control signal (low voltage, low current). The micro control signals open and close the contacts of a relatively large current rated switch, thereby controlling the circuit current provided through the switch contacts.

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(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。
Relays and switches using piezoelectric actuators have many advantages over electromagnetic contact pairs such as those described above. For example, piezoelectrically actuated relays or switches require relatively low currents, yet require less current from electromagnetic actuators of the same rating. The piezoelectric drive switching device consumes only a small amount of current to open and close the contact pair compared to the piezoelectric drive switching device.Furthermore, the piezoelectric drive switching device is extremely lightweight and therefore occupies a small space, making it possible to reduce the weight of the circuit incorporating it. Moreover, the operating time of the piezoelectric drive switching device is extremely short.

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ことができる。
Therefore, if a piezoelectric ceramic switching device is used, it is possible to perform high-speed switching operation in a small and lightweight device, and the advantages of low current consumption and low temperature rise can be exhibited.

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ューリー点より多少低
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(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ヘンのフィリッ
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 CeraIIlic Mat
erials)と題する小冊子において比較的詳しく説
明されている。
Piezoelectric plate elements are formed by forming and firing various polycrystalline ceramic materials, such as barium titanate, lead zirconate titanate, lead metaniobate, etc., into a desired shape, such as a rectangular plate. Conductive surfaces, usually metallized electrodes, are arranged and formed on the surface of the plate, and these electrodes are used to apply a polarizing voltage to the ceramic plate in order to obtain the desired polarity of the piezoelectric ceramic through an initial poling process. It will be done. This polarization process consists of placing the ceramic plates in a high electric field applied between the metallized electrodes while maintaining the ceramic plates at a temperature somewhat below their Curie point, so that the plates are oriented in the same direction as the applied voltage. Then, upon cooling the plate and removing the initial polarization field,
The dipoles within the ceramic plate become perfectly aligned as a result of the initial polarization treatment and do not easily recover their pre-treatment arrangement, thus resulting in a condition known as permanent polarization. Such a ceramic plate becomes a permanent piezoelectric body,
As a result, a dipole alignment is permanently established and
Energy conversion can be performed between mechanical energy and electrical energy or vice versa. Regarding the piezoelectric effect, for example, Philips Gloirampenfabriken of Eindhogen, Kingdom of the Netherlands, published in 1924, 1
“Piezoelectric Effects in Ceramic Materials” edited by J. Pan Landerard and R.E.
Effect in CeraIIlic Mat
It is explained in relatively detail in a booklet entitled ``Erials''.

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。
In piezoceramic materials, the axial directions of the electrical and mechanical dipoles are dominated by a unidirectional electric field for the initial polarization process. In preliminary or initial polarization, the ceramic plate element increases the degree of dipole orientation in the direction between the polarizing electrodes and decreases the degree of orientation in the direction parallel to the electrodes. When a relatively large DC energizing voltage having the same polarity as the polarization voltage is continuously applied between the polarization electrodes,
Furthermore, it expands in the polarization direction and contracts in the direction parallel to the electrodes. Conversely, when a DC energizing voltage of opposite polarity is applied between the electrodes of the plate element, the plate contracts in the direction of polarization and expands in the direction parallel to the electrodes. In either case, the piezoceramic plate element subsequently returns to its initial polarization direction when the applied energizing voltage is removed from the electrodes.

従来より種々のセラミックスイツ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。
A variety of ceramic switching devices have been commercially available in various forms. A bimorph flexural piezoelectric ceramic switch is known as one relatively common structure, although it has not been the most popular structure in the past. This piezoelectric ceramic switch consists of two closely stacked piezoelectric plate elements each having conductive electrodes coated on their outer surfaces and a common conductive surface on their inner surfaces to form a bimorph flexure-type device. It is something to do. A well-known, commercially available bimorph flexural piezoelectric ceramic switch is described in an application note published in 1978 by the Piezoelectric Manufacturing Division of Gruton Industries, Inc., Fullerton, Calif., and Metchen, New Chassis, USA. There is. When one end of such a piezoceramic bimorph flexure element is clamped in a cantilevered manner, the flexure element can be activated in either polarity by applying an energizing potential to either of its outer electrodes that is lower than the initial polarization potential. It can flex in either direction from its unbiased neutral position. If a energizing potential of the appropriate value in either polarity is applied to only one of the piezoceramic plate elements in the flexure element, only the dipole orientation of that particular plate element will increase, resulting in shortening and Thickening occurs. In this case, since the two piezoelectric plate elements are physically bundled and integrated, the bimorph flexure element as a whole will flex. With appropriate design, this flexing action will result in the closing of the two switch contacts or other similar effects.

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。
Prior art attempts at piezoelectrically driven switching devices have unfortunately resulted in devices with modest electrical and mechanical performance. In prior art bimorph flexural switching devices such as the one outlined above,
Has limited performance in contact force, contact separation, depolarization or dielectric depolarization, and reliability during use, as well as creep and temperature effects that accumulate over continued device use. This results in uncertain contact positions based on

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” (Piezoelectric
Apparatus 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
(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〉、1950年6月4日付米
国特許第2203332号(圧電袋uT)、1940年
12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236573
8号(リレー)、1955年8月2日付米国特許第27
14642号(電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
ctroa+echanical ロevices)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。
One such prior art switching device using a piezoelectric flexible drive member is described, for example, in "Piezoelectric Apparatus and Circuits", July 18, 1939.
No. 2,166,7623 entitled Apparatus and C1rcuits). The piezoelectric flexural drive member described in this '763 patent consists of two adjacently held piezoelectric plate elements having electrodes as described above, one of which is directed from one of the piezoelectric plate elements in the same direction as the initial polarization field. At the same time, the other piezoelectric plate element is energized by applying an energizing potential in the opposite direction to the initial polarization electric field. As a result, the device of said U.S. patent shows that the long-term depolarization phenomenon of the piezoelectric plate element after a period of use is due to the dielectric depolarization effect due to repeatedly applied energization signals of unfavorable characteristics (out-of-phase and opposite polarity direction). This will occur in either or both. The adverse effect on dipole orientation in this manner would greatly limit the applied voltage distortion and the effective operating output obtainable by the device. Furthermore, the prior art device according to this patent is not intended to be overcome by the present invention. Similarly, disadvantageous features are also present in various prior art piezoelectrically actuated flexure switch or relay devices, such as the 1939 U.S. Patent No. 21823 dated May 5th
No. 40 (signal generation system), U.S. Patent No. 2203332 dated June 4, 1950 (piezoelectric bag uT), U.S. Patent No. 2227268 dated December 31, 1940 (piezoelectric device), U.S. Patent No. 26 dated December 26, 1944. 236573
No. 8 (Relay), U.S. Patent No. 27, August 2, 1955.
No. 14642 (High Speed Relay Comprising Electromechanical Energy Conversion Materials), U.S. Pat. No. 4093, June 6, 1978
No. 883 (piezoelectric multi-bimorph switch), 1983
It is described in U.S. Pat. No. 4,395,651 dated July 26, 1983 (low energy relay using piezoelectric flexure element) and U.S. Pat. . In addition to the conventional piezoelectric flexural switching devices disclosed in the above U.S. patents, McGraw-Hill, 1965
“Manual of Electromechanical Devices” by Douglas C. and Greenwood, published by Book Publishing Co., Ltd.
ctroa+echanical Lowevices) describes on page 64 a piezoelectric ceramic switching device substantially similar to the one described above.

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。
The present invention has been made to overcome the drawbacks of piezoelectric ceramic actuated relays and switches known from the prior art as described above.

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。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the basic object of the present invention is to provide an improved piezoelectric ceramic switching device having a novel construction that is superior in general nature to prior art devices as described above.

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
通じて信頼性よ(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。
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic switching device for use with a piezoelectric ceramic switching device that is improved to operate reliably through long-term use involving a large number of switching operations. An object of the present invention is to provide a switching device energizing circuit with an extended lifespan.

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付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。
Still another object of the present invention is to provide an improved piezoelectric ceramic switching device in which a number of elements employed in either switch energization or circuitry using this type of switching device are Support formation in the inactive, non-polarized portion of the switching element reduces the stray inductance of the circuit to a minimum value and facilitates miniaturization and batch processing.

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、トライアックまた
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。
Another object of the present invention is to support power switch contacts and to selectively control the current flowing therethrough by selectively opening and closing them, and to selectively control the current flowing therethrough, such as in gate turn-on devices such as SCRs, triacs or transistors. By providing a sufficient discharge current to the control gate of a turn-off type semiconductor power switch, it is possible to selectively conduct current when the semiconductor is turned on or cut off current when the semiconductor is turned off.

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
導電路を閉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。
According to an embodiment of the invention, in a novel piezoelectric ceramic switching circuit and a flexible piezoelectric ceramic switching device, the latter (switching device) is physically and electrically coupled to both sides of at least one intermediate conductive surface. It consists of at least two initially polarized piezoelectric ceramic plate elements in the shape of a sandwich, with an outer conductive surface formed on the outer surface of each plate element. A piezoelectric ceramic switching device cooperates with a set of make and break electrical contacts (normally oven and normally closed contacts) to open and close these contacts, thereby closing or breaking a conductive path through the contacts. . Selectively operative electrical energizing circuit means are connected to the flexible piezoceramic switching elements, thereby applying a DC energizing electric field always in the same direction as an initial polarizing electric field to polarize each piezoelectric plate element. They are selectively energized by each of them. Naturally, the initial polarizing field already permanently induces in the piezoelectric plate element an increase in the orientation of the dipoles that is the basis of said energizing action, so that this selectively activates the make and break contacts. No depolarization of the piezoelectric plate element occurs through successive closing or opening switch operations. Further, continuous biasing of the flexure does not result in the disadvantage of contact opening as the charge within the flexure decreases.

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J己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つけられたダイオー
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。
Selectively operative electrical energizing circuit means is circuit connected to each of the initially polarized piezoelectric plate elements of the piezoceramic flexure switching device, thereby cooperating with each plate element to provide a respective set of electrical switch contacts. energizing circuit means for selectively opening and closing the switches to control the load current flowing between their contacts. Each switch energizing circuit means includes a flexure switching device that is passed between a flexure energizing voltage source, a user-operated normally open and power switch, a current limiting resistor, and a piezoelectric plate of the previous piezoelectric flexure switching device. A polarized diode rectifier circuit means is selectively connected to provide an energizing potential of the same polarity as the initial polarization potential used to polarize the device to extend its dipole orientation. The series electrical circuit thus constructed is connected across each one of the pre-polarized plate elements of the flexure switch such that when the normally open low power rated user switch is closed, Each initially polarized piezoelectric plate element of the flexural piezoelectric switch is selectively excited by a DC energizing electric field. This electric field is induced in each piezoelectric plate element and has the same polarity as the polarity of the already established dipole array.

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。
Then, no depolarization or depolarization of the piezoelectric plate element occurs during continuous operation of the piezoelectric flexural switch device for opening and closing the electrical switch contacts for controlling the load current.

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1へ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。
The improved piezoelectric ceramic switching element has two flat piezoelectric plate elements supported side by side in a sandwich on opposite sides of at least one intermediate conductive surface and an insulated outer conductive surface. It consists of at least one piezoelectric flexural switching device whose conductive surfaces are insulated from each other by the thickness of the element material to each piezoelectric plate 1. The flexible piezoelectric switching device further includes at least one set of electrical switch contacts that are opened or closed by the initially polarized flexible portion of the piezoelectric ceramic switching arrangement. The improved switching device further includes clamping means secured to different portions of the flexible piezoelectric ceramic switching device to mechanically support the pre-polarized movable flexible portion thereof. I'm here. The different parts of the piezoelectric ceramic plate element are non-polarized and electrically neutral parts which cantilever the flexible switching device in cooperation with the clamping means.

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J己異なった部分は非分極及び電気的中性に
誰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。
The different parts of the piezoelectric ceramic plate element placed under the clamping means are not only held non-polarized and electrically neutral, but also have the outer conductive surface coated on that part removed. . Further, at least one of the outer surfaces of the initially polarized movable portion of the flexible piezoelectric device is covered with an electrically insulating protective coating made of a polyimide siloxane copolymer.

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。
In a preferred embodiment of the invention, said electrically insulating coating covers the flat outer conductive surface and the edges of the initially polarized flat piezoelectric ceramic plate element, and also covers the side edges of the piezoelectric ceramic plate element and their outer conductive surfaces and It covers the outer edge of an intermediate conductive surface sandwiched therebetween, at least in the initially polarized portion of the device. Furthermore, the insulating coating covering the flat outer conductive surface of the initially polarized portion of the piezoelectric ceramic plate element also covers the removed portion of any conductive surface of the piezoelectric ceramic plate element as well as the edge of the outer conductive surface exposed by the removal. It is.

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)、(1413)、(15)及び(I6)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
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a piezoelectric ceramic switching device constructed in accordance with the present invention. The switching device comprises at least one piezoelectric flexural switching device (11).
The device is formed of at least two flat piezoelectric plate elements, consisting of an upper plate (12) and a lower plate (13), as shown in FIG. 1A.A piezoceramic plate element ( 12) and (13)
) are arranged in a sandwich on both sides of at least one intermediate conductive surface (14), each with an outer conductive surface (15).
) and (16). These conductive surfaces are electrically insulated from each other and from the intermediate conductive surface (14) by the thickness of the intervening piezoceramic plate elements on each side. Piezoelectric ceramic plates (12) and (13)
) may be formed from lead zirconate titanate, lead metaniobate, barium titanate or other known piezoelectric ceramic materials, although naturally occurring piezoelectric materials such as quartz or the like may be used if desired. conductive surface (14),
(14A), (1413), (15) and (I6) consist of deposited layers of nickel, silver or other similar conductive material supported on plate elements (12) and (13).

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。
The flexible piezoelectric switching device further includes at least one set of fixed electrical switch contacts (17) and (18).

これらの接点対は撓み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(12A)、(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。
These contact pairs are electrically opened and closed by the movement of the initially polarized movable flexible portion constituted by the piezoelectric ceramic plate elements (12A) and (13A) of the flexible switching device. Contacts (17) and (18) are connected to contacts (19) and (21) formed on the movable ends of the flexure devices (12A), (13A) in the manner detailed below with respect to Figures 1B, IE and IE, respectively. They cooperate with each other.

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
The movable flexible part of the piezoelectric ceramic switch device (11) (
12A) and (13A) are clamp means (22) and (2
3) is physically supported in a cantilevered manner.

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(■4)とともに
、物理的に保持及びクランプするものである。
These clamping means are piezoelectric ceramic plates (12
) and (13) together with the intermediate conductive surface (4) between them.

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!e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
絶縁バ一部材(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
適当にクランプ拉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。
The clamping means (22) and (23) consist of two elongated substantially rigid bodies projecting beyond the opposite edges of the piezoelectric ceramic plate elements (12) and (13), as shown in more detail in Figure 1C. It is composed of e-edge bars (22) and (23). The fastening screw indicated by (24) is for clamping the two insulating bar members (22) and (23) together with the intervening ceramic plate elements (12) and (13) and the intermediate conductive surface (14). Other configurations for suitably clamping and holding the piezoceramic plate members (12) and (13) together will be apparent to those skilled in the art.

第1A図に最もよく示す通り、クランプ手段く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、したかって
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(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(の誤
動作が著しく軽減されることが発見された。
As best shown in FIG. 1A, the clamping means (22) and (23) are free of initial polarization in the piezoceramic plate elements (12) and (13) and are therefore non-polar and electrically neutral. (12B) and (13B
) is placed on top. These parts (12B), (13B
) are the initially polarized active movable deflecting portions (12A), (13A) of the plate elements to form the contacts (19) and (21).
) and has a remarkable symmetry. If so, the clamping means (22) and (23) are non-polarized portions (12).
B), in (13B), the initial polarization plate element portion (12A) and the activation movable deflection portion consisting of (13A>) are connected to the boundary portion and are arranged on the portion physically integrated therewith. It has been discovered that by mounting the piezoceramic plate elements in this manner, malfunctions due to vibrations of the piezoceramic plates at their support points are significantly reduced.

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
物質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
電面り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。
According to the flexible piezoelectric ceramic plate device shown in Figures 1 and 1A, after the device is assembled, the plate portions (12A) and (13A) are subjected to an initial polarization treatment as a unit, as shown in these figures. is possible. This is done by applying initial polarization potentials with the same polarity and appropriate values to the terminals (T3) and (T4), respectively, and at the same time applying the initial polarization potential to the terminals (T3) and (T4),
) is achieved by maintaining opposite polarity. At the same time, the temperature of the device is raised in an oven or other suitable device to a temperature slightly below the Curie temperature of the piezoceramic plate elements (12) and (13). The values of the target temperature and initial polarization potential of the device will vary depending on the particular piezoceramic material used to form the plate elements (12) and (13), as is known in the art of piezoelectric ceramic manufacturing. . If the polarization potential is high enough, polarization treatment at ambient temperature is also possible. During the polarization process, in order to separate the piezoelectric ceramic plate elements (12) and (13) into two separate polarized parts (12A) and (13A) and non-polarized parts (12B) and (13B), these It is necessary to electrically isolate the two parts so that no initial polarization potential is applied between the non-polar parts (12B) and (13B) and the common conductive surface 14). For this purpose, the outer conductive surfaces (15) and (16) each have a suitable gap (1) formed across their width.
5A) and (16A), which allows the terminal (T
3) or (T4) and the piezoelectric ceramic plate portion (12B) and (13
B) will not be applied between. Clamp bar (2
The parts of the piezoceramic plate elements arranged on the underside of 2) and (23) have their outer conductive surfaces removed, thereby adjoining the initial polarization plate parts (12A) and (13A) on the underside of the clamping means. and the integrated parts (12B) and (13B) are maintained in a non-polar and electrically neutral state.

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)またはく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(12A)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電圧を直配極性化電極
間に付勢電位として印加すると、プレート素子部分(1
2A)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DC電位が除去されると、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、可動撓みブレーI
−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(T4)iTc)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。
As a result of manufacturing the switching device in this way, during operation of the flexible switching element, the energizing potential with respect to the terminal (Tc) is selectively applied to either the terminal (T3) or (T4), thereby causing polarization activation. The movable flexure plate portions (12A) or (13A) are flexibly driven to bring their contacts (19) or 21) into closed contact with the respective cooperating contacts (17) or (18). As briefly explained, the active moving parts (12A) and (13A) of the piezoelectric ceramic plate element
The initial polarization of the piezoceramic plates (13) and (14) permanently changes their physical dimensions with respect to the non-polarized portions (12B> and (13B)) of the piezoceramic plates (13) and (14). This change is permanently formed and the electrodes (15)-(14) and (16)-(
14) Increase the dimensions of the plate portions (12A) and (13A) between and parallel to the electrodes (i.e.
1A). As a result, when a DC voltage of the same polarity as the initial polarization voltage but smaller is applied as the energizing potential between the direct polarization electrodes, the plate element portion (1
2A) and (13A) further temporarily expand in the polarization direction and contract in the direction parallel to the electrodes. When the energizing DC potential is removed, this temporary expansion in the polarization direction and contraction in the direction of the electrode surface relaxes and the plate element portions (12A) and (13A) enter a permanent rest established only by the initial polarization voltage effect. Or it returns to a non-excited state. Therefore, the movable flexure brake I
- the element portions (12A) and (13A) return to their initial polarization dimensions, whereby the flexure element contacts the contacts from which the DC energizing voltage has been removed between the electrodes (T3)-(Tc) or (T4)iTc); <19) and (21) return to the neutral position in the rest open state.

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(工3)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直流付勢電位を
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(L7)、(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。
As will be described later, the core feature of the present invention is that the piezoelectric ceramic flexible type is directly supported on the unused portions of the piezoelectric plate elements (step 2) and (step 3) of the flexible piezoelectric ceramic switching device (11>). As a result of this configuration, the stray inductance of the circuit is minimized by the length required for circuit connection conductors formed on such unused piezoceramic plate portions. is reduced to a local minimum value based on the
The formed biasing circuit is connected to each piezoelectric plate element portion (12A
) or (13A), respectively, by selectively applying a DC energizing potential. Their energizing potential always has a polarity in the same direction as the initial polarizing field permanently introduced in the piezoelectric plate element parts (12A) and (13A), so that the make and break contacts (L7), (19 > or (18), (21) can be prevented from depolarization or dielectric depolarization occurring in the piezoelectric ceramic plate element portion during continuous operation of the switch for closing or opening. The improved piezoelectric ceramic switching device according to the present invention, as shown in Figures 1 and 2A, can be operated as a normally open or normally closed switch without compromising the long term stability and reliability of the switch. This is explained next.

まず、圧電モラミックプレート部分(12A)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(12A)
及び(13A)の初期分極が行われるものとする。
First, piezoelectric moramic plate portion (12A) and (1
plate portion (12A) as outlined above by keeping the outer conductive surfaces (15) and (16) on 3A) at a positive potential and the middle conductive surface (14) at a negative potential;
It is assumed that the initial polarization of (13A) and (13A) is performed.

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
体的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(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
て極性つけられる。導電面(I5)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)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バイホーラトラ
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(12A)、(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(Tc)に印加される。
The initial polarization of these plate elements results in a permanent increase in the direction between the polarizing electrodes and a permanent contraction in the direction parallel to the electrodes (i.e. plate portions (12A) and (13A) increase in thickness). (The length becomes shorter as well.) Because both plate element portions (12A) and (13A) are initially polarized at substantially the same time, this dimensional permanent change is due to the cooperative contact of the activated movable flexure member formed by plate portions (12A) and (13A). Intermediate positions with respect to (17) and (18) are not affected. However, if any off-centering occurs, by adjusting the magnitude of the initial polarization potential applied to either one or the other of the plate element portions (12A) or (13A>), the cooperative contacts (17>, ( 1
The flexure contacts (19), (21) between (8) can be adjusted for tight centering. In this easily applied adjustment method, the ability to precisely center the flexure elements contributes to the initial polarization of the flexure plate elements (12A) and (13A) together, and the This is an extremely important attribute in obtaining a flexure switch that operates accurately at a relatively low cost, as it requires few manufacturing and processing steps.
During operation of the switch, the DC energizing potential is applied to the terminal (T3).
or (T4), respectively, and this potential is always polarized in the same direction as the polarity of the initial polarization potential. If the initial polarization potential applied to the conductive surfaces (I5) and (16) is positive with respect to the potential of the intermediate conductive surface (14), the DC applied energization potential required to operate the switch will correspond to It will have polarity. That is, the DC energizing potential applied through either (T3) or (T4) will be a positive potential with respect to (Tc). This provides a reasonable polarity relationship if the flexural switch is designed for use with a PNP bipolar transistor or P-type FET transistor. If the switching circuit is to be used with NPN biholer transistors or N-type FET transistors, the polarity is reversed both with respect to the high voltage initial polarization potential and the later applied operating energization potential. This is a piezoelectric ceramic plate element (12A), (13A)
The aim is to ensure a reasonable dipole orientation broadening effect of the initial polarization part of . That is, a negative energizing potential is selectively applied to either the terminal (T3) or (T4), and a positive energizing potential is applied to the terminal (Tc).

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)の一方または他
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
直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来
が生じないということである。
As mentioned above, when applying a DC energizing potential of the same polarity that is smaller than the initial polarization potential during operation, one or the other of the plate element portions (12A) or (13A) may be thickened and Shortening occurs. The thickening and shortening of one side of this plate is the active deflection part (1
2A), (13A) are physically bent sufficiently to connect the contact (19) to its cooperative contact (17) (terminal (T3)
(when terminal (T4) is energized) or selectively closes the contact (21) to its cooperating contact (18) (when terminal (T4) is energized). The closed contact of the switch contacts thus achieved is maintained as long as a DC energizing potential is applied to each contact (T3) or (T4). This is possible for an infinite amount of time. Thus, with properly designed energizing and use circuits, the flexure type switching device (11) shown in Figures 1 and IA can be utilized as a normally open or normally closed switching device. This ability is the 3rd part of the switching device.
This is achieved based on two basic characteristics: Namely, the first is that the piezoelectric ceramic plate elements (12) and (13) are essentially high-quality capacitors that do not or almost never experience losses during charging (energization); 2. The loss that occurs during the entire energization period is directly and continuously converted or compensated for by the continuously applied energizing potential; and 3rd, the energizing potential is always applied to the piezoelectric ceramic plate element. Parts (12A) and (13
Since it is applied with the same polarity as the initial polarization potential used for the initial polarization and dipole arrangement in A), there is a long-term continuous depolarization or dielectric depolarization effect that makes the device operation unstable. This means that this does not occur.

(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(12A)、(1
3A)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)またはく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(T c )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7B図及び第7C図はこの要領を示すものである。
Removing the DC energizing potential on either (T3) or (T4) activates the movable flexure portions (12A), (1
3A) returns to its deenergized and neutral position, and the closed set of contacts (17), (19) or 18), (21) opens. In this case, the initial polarization and associated operation is such that each outer conductive surface (14) remains negative while the intermediate conductive surface (14) remains negative.
15) and (16) through the terminals (T3) and (T4), it should be noted that this polarity relationship is for convenience of explanation. That is, the device can be similarly manufactured and operated by applying an initial polarization potential of negative polarity to the terminals (T3) and (T4) and maintaining the intermediate conductive surface (14) at a positive potential by means of the terminal (Tc). can be done. Upon initial polarization in this manner, the device naturally applies to terminals (T3) and (T4) only DC energizing signals of negative polarity with respect to the potential applied from terminal (T c ) to intermediate conductive surface (14). It must be operated by FIGS. 7B and 7C, which will be explained later, show this procedure.

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。
Referring again to Figures 1 and IA, the activated movable deflecting portions (12A), (13A) which are initially polarized beyond the clamping portions of the piezoelectric ceramic plates (12) and (13) and the two projecting in the opposite direction There are two non-polarized piezoelectric plate element portions (12B) and (13B). These non-polarized plate element portions (12B) and (13B) have outer conductive surfaces as shown at (15B) and (16B), respectively, which conductive surfaces are connected to the polarized piezoceramic plate portions (12A) and (16B). 13A) from the conductive surfaces (15) and (16>) respectively.
) formed at the bottom of the gap (15A) and (16A
). These outer conductive surfaces (15B
), (16B) further forms a relatively large capacitance (ie 1 μF) capacitor with the intermediate conductive surface (14).

第1A図に示した本発明の実施例において、導電面(1
4)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(12A)、 
(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く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黄だされる。初期分極化プ
レート部分(12A)及び(13^)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(12
B)及び(13B)はそれらの間における中間導電面り
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
2.54cm (lin) 、長さ約7.62cm(3
in)の撓み部材を極めて薄い導電面を有する厚さ杓7
.6〜25.4噛(3〜10m1n)の圧電セラミック
プレート素子により、前記のM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(1’5B)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(T c )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。
In the embodiment of the invention shown in FIG. 1A, a conductive surface (1
4) piezoelectric ceramic plate elements (12) and (13)
), thereby providing a continuous intermediate conductive path (14) between the movable flexible portions (12A) of the device;
(13A) and the other end connected to the common terminal (Tc). If required in a particular circuit design, the conductive paths formed through the intermediate conductive surface (14) can be interrupted along a transverse line or at multiple points through the clamping bars (22) and (23), and their interruption The part includes non-polarized plate parts (12B) and (13B).
The intermediate conductive surface (14) is yellowed with a suitable insulating adhesive for electrical isolation. The same is true for electrically isolating the intermediate conductive surface between the initially polarized plate portions (12A) and (13^) with respect to the intermediate conductive surface between the non-polarized portions (12B) and (13B). In either configuration, the non-polarized plate portion (12
B) and (13B) form two capacitors that can be connected in series or in parallel via an intermediate conductive surface 14) and a terminal (Tc) between them. By appropriate design and manufacture of the outer conductive surfaces (15B) and (16B), the capacitor thus formed can have the capacitance required for a particular circuit design.The dimensions and capacitance value of the capacitor can be For example, up to a capacitance of approximately 1/10 μF is approximately 2.54 cm (lin) wide and approximately 7.62 cm (3 lin) long.
In) the flexible member has a very thin conductive surface with a thickness of 7
.. The piezoelectric ceramic plate element of 6 to 25.4 bites (3 to 10 m1n) is provided by the switching device configured in the above-mentioned model M. If capacitors of various sizes are required in a particular circuit configuration, the outer conductive surface (1'5B) or (16B) can be divided appropriately to provide the desired number and size of capacitors. They can be formed. A number of capacitors formed in this way can share an intermediate conductive surface (14) as a common electrode via a terminal (T c ).

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)または(13B
)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(1
5B)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1968
年、リサーチ アンド エデュケーション アソシエー
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“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、ホッパー編
著“ハンドブック 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。
In addition to forming capacitors as outlined above, non-polarized piezoelectric ceramic plate element portions (12B) or (13B)
) may physically form and support various other electrical circuit elements consisting of active semiconductor devices or passive circuit elements, such as stand-alone, hybrid or monolithic integrated circuits, etc.; Conductive surface (1
5B) and (16B) can be formed to provide conductive paths that connect the various elements described above to each other to achieve the desired circuit relationships. The aspect is, for example, 1968
Microelectronics, a technical book edited by Max Horshir, published by the Research and Education Association in 1969, and Handbook of Electronics, edited by Charles A. Hopper, published by McGraw-Hill Books in 1969.
It is well-known in ``Handbook of Component Electronics'', edited by Charles A. Hopper and published by McGraw-Hill Books in 1977.

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(Tl)−(Tc)、(T2)−(Tc)間に接
続されたスナバ回路(snubbercapacita
nces)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。
In FIG. 1A, relatively large hybrid integrated resistors (25) and (26) are shown. These resistive surfaces each have a non-polarized neutral piezoceramic plate section (1
2B) and (13B), respectively conductive surface portions (15B) and (
16B) Formed by surface coating, adhesion, printing, etc. so as to be supported on the surface. This structure results in two series connected resistor and capacitor elements, which are connected between terminals (Tl)-(Tc), (T2)-(Tc).
nces). The total capacity of this snubber circuit can be doubled by connecting two snubber capacitors in parallel.

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。
FIG. 1B is a schematic circuit diagram of the novel piezoelectric ceramic switching device and associated energization circuitry illustrated in FIGS. 1 and IA. In Figure 1B, terminals (T1) and (T2)
is connected to an AC power supply or a DC power supply of proper polarity.

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
(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(CI2B)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”)、(CI2B)及び(R26)、(C
13D)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(
18)、(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。
The terminal (T1) connects to the contact (17) via the intermediate conductive surface (14).
) and (19), and is connected to the common terminal (Tc) through the switch (Sl) formed by (19). The terminals (T2) have the same (cooperating contacts (18) and (
21) and is connected to the common terminal (Tc) through the switch (S2) formed by the common terminal (Tc). Resistors connected in series (25)
A snubber circuit formed by a resistor (26) and a capacitor (CI2B) is connected in parallel with the switch (Sl), and a snubber circuit formed by a series resistor (26) and a capacitor (C13B) is connected in parallel with the switch (S2). Snubber circuit (R25”), (CI2B) and (R26), (C
13D), when each contact forming the switch opens to interrupt the current, the voltage between the contacts (17>, (19) or (
This prevents arcs from occurring between 18) and (21). The snubber circuit formed in this way serves as a dV/dt protection circuit for the switch (Sl) and (S2) contacts, prolonging their operating life and reducing electrical noise. This reduces the occurrence of

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(13A)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
(12A)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。
The user-operated energizing circuit means selectively switches (Sl)
and (S2) are opened and closed, respectively. The energizing circuit consists of a normally open user-operated switch (27) and a current limiting resistor (28).
) and the initial polarization portion (12) of the piezoelectric ceramic switching device (11) via diode rectifier circuit means (29).
A) or (13A) includes a negative polarity DC power supply or AC power supply connected in series. The positive terminal of this DC power supply or the other terminal of the AC power supply is led to a common intermediate conductive surface (14) via a common terminal (Tc). In a preferred embodiment, the normally open user operated switch (27) is electrically or mechanically connected to the normally closed switch (31). This switch is connected in series with a current limiting resistor (32) and in parallel with initially polarized upper and lower piezoelectric ceramic plate elements (12A) and (13A), shown as capacitors (C12A) and (C13A), respectively. Motoko (2
7) to (32), their specific shapes are not shown in FIG. 1 and FIG. 1A in order to avoid making the drawings too complicated.
and piezoelectric ceramic switching device (
11) will be obvious to those skilled in the art in light of the spirit of the present invention.

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)またはく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(12A)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
く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。
In actual operation, the normally closed contacts (31) keep the upper and lower initially polarized piezoceramic plate elements (12A) and (13A) in a non-charging state, thereby causing the flexure device (11) to switch (Sl). or S2), a neutral position is maintained in which neither of them is closed. For example, if a switch (Sl) consisting of contacts (17) and (19) is required to be closed in order to supply current to a load device controlled by the switch (Sl),
The user operated switch contact (27) is closed. This is a current limiting resistor (28) and a diode rectifier circuit means (29)
The upper piezoelectric ceramic plate element (12A) will be charged via the power supply connected across the energizing circuit input terminal and the common terminal (Tc). As a result of this action,
The normally closed contact (31) automatically opens to charge the piezoelectric ceramic plate element (12A), thereby physically deforming it as mentioned in the introduction, and causing the contact (19) to become a cooperative switch. A load current is supplied to a load (not shown) by closing the contact (17). After the desired period has elapsed, depending on the user's selection, the load current being supplied via the contacts (17), (19) of the switch (Sl) is simply turned off normally by opening the normally open switch contact (27). It can be cut off by automatically closing the closing contact (31) and discharging the piezoelectric ceramic plate element (12A). This de-energizes the top plate element (12) and returns the flexure device (11) to its normally inactive neutral position, thereby not closing either the switch contacts (Sl) or S2). becomes. Contact (1
The device operation for opening the switch (S2) consisting of 8) and (21) is also similar to the operation described for the switch (Sl), and therefore further explanation is omitted.

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。
In addition, an initially polarized movable flexure plate section (12A
) and <13A) can be achieved by reversing the connection polarity of the diode rectifier (29) and will be used in the actual circuit as required. In addition, as a modification of the circuit shown in Figure 1B, a normally closed contact (
31) or change the value of resistor (32) to resistor (2).
8) may be increased to about 10 times.

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接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(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。
One of the problems encountered with flexible piezoelectric ceramic switching devices having a general form similar to that shown in Figures 1 and IA is that the movable flexible member (12A ), (13A) tend to curve during continuous energization. As a result of this tendency of the free end to curve during energization, the effective contact surface area is reduced, the degree of heating is increased, the contact closing force is reduced, and the contact spacing and contact closing timing are reduced. cannot be precisely controlled, thus reducing the stability and reliability of device operation.

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(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、行替中においてスイッチング装置1(11)の動作
に影響を及ぼず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。
To avoid such problems, the present invention is designed to reduce the width of the free end of each initially polarized movable deflecting portion of the upper and lower piezoelectric ceramic plate elements (12) and (13), as shown in Figures 1 and IA. This uses a relatively thin rigid member (35) that is supported across the bending direction.By using such a rigid member (35), the mass of the free end in the flexible portion is made uniform, and a resultant force is generated. It maintains the straightness and prevents any bending during the changeover that would not affect the operation of the switching device 1 (11). With a suitable design, the mass of the rigid member (35) can be adjusted as desired. The total deflection motion is set to approximate mechanical resonance during the movement of the deflection portion of the device.

第1D、IE及び12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)、<148)
を有する箔体からなっている。第1E図に示すとおり、
導体箔の両手部(14A)及び(148)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(148)
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(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(148)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
給することによる間圧は軽減され、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。
Figures 1D, IE and 12 illustrate the preferred procedure for manufacturing electrical contacts (19) and (21) supported at the free ends of each piezoelectric ceramic flexure plate section (12A) and (13A). As best shown in Figure 1D, the intermediate conductive surface (14) at the free end of the flexure has a longitudinally formed slit (14) in its extension or protrusion.
Both halves (14A) separated by 4c), <148)
It consists of a foil body with As shown in Figure 1E,
Both hands (14A) and (148) of the conductor foil are bent upward and downward, respectively, to form upper and lower piezoelectric ceramic plate element portions (12A) and (13A), respectively.
) covers approximately half the length of the exposed upper and lower surfaces of each rigid member (35) held at the tip of the rigid body member (35). Conductor foil parts (14A) and (148) bent in this way
is now attached to the rigid member (35
) extends along the entire length of the outer upper and lower surfaces of the rigid member, thereby providing gravitational balance for the flexure element, and as shown in FIGS. Type rivet (19) or
21> on the rigid member (35). Each conductor foil half (14A) and (148) and their extensions with said flat head rivets (19) and (21) provide a good conductive connection to the intermediate conductive surface (14), so that these flexible contacts The pressure due to supplying a relatively large load current through is reduced without causing excessively damped oscillations of the movable flexure plate elements (12A), (13A), thus reducing the problems involved at the fixed ends of the flexure members. do.

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の実施例を示す個所面図で
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(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 カンパニ
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。
FIG. 2 is a partial elevation view of a second embodiment of an improved piezoelectric ceramic switching device constructed in accordance with the present invention. In FIG. 2, a piezoelectric ceramic switching device (11>) having the configuration described with respect to FIG. 1 is supported on an insulating base member (41). Part (13A
) and (12A) on the movable free end of the movable contact (1
9) and (21) are fixed contact terminals (T5), (T6) mounted on an insulating base member (41) in adjacent switching relation to each other and a mirror-image base member (
Terminal (T5) installed on 41'> (not shown)
, (T6'), respectively. The insulating base member (41) has a number of conductive paths formed on its exposed surface in a manner well known in the art to support various elements of an electrical control circuit, including an active power semiconductor device (42), as shown in FIG. 2A. They are interconnected. The active power semiconductor device (42) uses a power triac, such as one manufactured and sold by General Electric Company of the United States, and is supported on the extended support surface of the base member (41). moreover,
On this base member is supported a semiconductor device (42) as well as the conductive paths necessary to connect this device (42) to several elements in the circuit, as shown in FIG. 2A.

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(148
)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。
The piezoelectric ceramic switching device (11) of FIG.
) has been removed, contacts (19) and (21)
is the same as shown and described with respect to FIGS. 1 and 1A, except that is electrically isolated from the conductive surface (14). In FIG. 2, only the lower part of the complete switching device is shown, since the upper part of the device is a mirror image of the lower part and has therefore been omitted. 2nd including power triac (42)
The circuit in Figure A is controlled by the lower contact (21) of the flexural switching device (11), and a similar circuit (not shown) is shown in Figure 2 driven through the upper contact (19) of the flexural switching device. Controlled by mirror image parts of the structure. The following description relates only to the lower part of the illustrated structure, but the upper part is constructed and operates similarly.

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(C1213)の直流回路並びに抵抗(
R25)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。
In the circuit of FIG. 2A, the contacts (T5) and (T6) closed by the movable contact (21) in the lower part of the piezoceramic flexural switching device (11) are the terminals (T1
) and (Tc) to configure a load current control switch (S3) that connects an electric load (not shown) to an AC power source. The circuit of FIG.
) A new auxiliary rectifier circuit is constructed in which the circuit is cut off with the aid of the following. This power triac (42
) is a switch (
S3) is connected in parallel. The triac (42) and fuse (43) have a resistor (R25) formed and fitted as described with respect to Figures 1 and IA.
and a DC circuit of a capacitor (C1213) and a resistor (
Two snubber circuits formed from a series circuit consisting of a capacitor (R25) and a capacitor (C13B) are connected in parallel. The upper and lower polarized movable flexure plate elements (12A) and (13A), designated as capacitors (C12A) and (C13A), are connected to those shown in FIG. 1B via terminals (T3) and (T4), respectively. Similarly, an energizing potential is applied through each energizing circuit including user-operated switches (27) and (31) (not shown).

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ずる。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(13A)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。
In circuit operation, a suitable gate signal source (not shown)
is provided, which is supplied via a switch (S3) with a gating signal to the triac (42) at the desired phase point of the alternating current to be supplied to the load. At this gate energization point, the triac (42) turns on and conducts the load current only for a short period of time until the flexural switch (11) closes the contact (S3). Under these conditions (S3), the closing of the switch contact does not substantially generate an arc because the potential applied to the switch during closing is substantially reduced based on the conduction of the triac (42). It can be achieved without any problem. After the closing of the physical switch contact (S3) by the piezoceramic switching device (11), the conduction of the triac (42) causes the operating current to flow through the closed contact terminals (T5) and (T6) of the switch (S3). The termination is based on the shunt effect of the triac (
The turn-on signal to 42) is now removed. next,
The supply of load current through the closed flexure switch (S3) is applied to the energizing potential via the energizing signal input terminal (T4) to the lower piezoelectric ceramic plate element (13A) as described with respect to the embodiment of FIG. By continuing to maintain
It can be maintained according to the user's request.

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fl!(11)の消勢に先立つ交流電源
の動作周期におけるいずれがの点においてトライアック
(42)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ック(42)による回路に流
入することになる。
When attempting to interrupt the current through contacts (T5) and (T6) of the flexible switch (S3), use a piezoelectric ceramic flexible switch device fl! At some point in the operating cycle of the AC power supply prior to the de-energization of triac (11), triac (42) is gated on again by a gate signal source (not shown). As a result, when the contacts of the switch (S3) begin to open, current flows from the current path of the contacts (T5) and (T6) into the circuit formed by the triac (42) which has become conductive.

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(T5)、(T6)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代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)、(C1
2B)及び(1126)、(CI3B)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
(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(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(T5)l: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。
Such partially open contacts (T5), (T6) and (21
), the triac (42〉) rectifies off (opens) the flexure switch contacts (T5), (T6) in conditions where there is little or no arc present.
It is intended to assist. The triac itself is then shut off by removing the turn-on signal from its gate at or before the next current zero point of the load current source. The interruption of the triac (42) at this point is:
A snubber circuit (R25), (C1
2B), (1126), and (CI3B). This avoids unexpected turn-on and reconduction of the triac due to sudden increases in the triac voltage. Therefore, the structure of Figure 2 provides a fast and reliable synchronous differential relay, which Based on large current surges in the power semiconductor device (42) during short-term operation (allowing a significant increase in current rating), the piezoelectric ceramic flexure switch device (11) is further activated by a flexure-operated switch for load current control (T5). It will be appreciated that the still low conduction resistance of )l:21)-(T6) allows effective operation without substantial heating at its load current conduction conditions.

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。
Additionally, this novel switching circuit eliminates the large size, heavy weight, slow and variable response, and high heat generation characteristic of traditional conventional electromagnetic relay structures, and eliminates the average heat generation associated with such structures. The stray inductance is substantially reduced to an absolute minimum due to the short electrical connections formed in the switching element itself. lastly,
It will be appreciated that polyphase circuit structures as well as switch structures such as single pole double throw-neutral off systems may be implemented in the form shown in phantom in FIG.

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(DI>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
48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、48及び40図に示した各
回路は撓みスイッチング装置(11)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48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゛ることかできる。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。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention using a low voltage energization source. The embodiment of the invention shown in FIG.
) is constructed and operates in substantially the same manner as the embodiments shown in FIGS. 1 and 1A, except that a voltage doubler circuit is formed above. In FIG. 4, an active semiconductor device consisting of a set of surface-supported semiconductor diodes (DI> and (D2>) has conductive surface portions (15B') and (15B''), respectively.
and (16B'), supported on (16B-). Each conductive surface (15B) and (16B) is divided into two parts (15B') and (15B) by an appropriate insulation gap within each surface.
B-) and (16B'), <16B''), and the non-polarized piezoelectric ceramic plate (1
2B> and (13B), respectively. Furthermore, an insulating portion (gap filled with adhesive) as shown in (20) is formed on the intermediate conductive surface (14). Gap (2
0) is a piezoelectric ceramic plate element (12) and (13)
) electrically separates and insulates the conductive surface (14) inside the initial polarized portions (12A) and (13A) from the conductive surface portion inside the non-polarized portions (12B) and (13B). . The devices thus formed are connected together by wired insulated conductors in the manner shown in FIG. 4 to form an electrical circuit as schematically shown in FIG. 48. This circuit configuration, which differs somewhat from the circuit of FIG. 4A or 4C, is
It can also be formed in a similar manner by using discontinuous hard-wired wiring or printed circuits as already mentioned. Each of the circuits shown in Figures 4A, 48 and 40 is adapted to double the value of the AC voltage at their output terminal (T3) or (T4) respectively as the activation circuit input for the flexural switching device (11). This is a well-known classic diode type voltage doubler circuit. Thus, the piezoelectric ceramic switching device (1) shown in FIG.
1) is the so-called 115 volt (AC) power supply for household use.
If the device can only operate in the United States), this fourth
The switching device shown in FIG.
) are employed to double the energizing potential applied to the load current control switch contacts (17), (19) and (18), (21), as already mentioned with respect to Figures 1 and IA.
can be selectively opened and closed. In other respects, the apparatus is constructed and operable similarly to the switching apparatus shown in FIGS. 1 and 1A.

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)、(16A)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(12A)及び(13A
’)に印加されるようになっている。
FIG. 5 shows a further embodiment of the invention formed according to the technical and structural features described in connection with FIGS. 1-4, and FIG. 5A shows a non-polarizable and electrically neutral piezoelectric ceramic Figure 3 shows a schematic diagram of the energizing potential drive circuit formed on the plates (12B) and <13B). In FIG. 5 (and FIG. 6), the clamping means (22
) and (23) are omitted to simplify the figure, but
Gap (1) in outer conductive surfaces (15) and (16)
5A), (16A) are clearly shown. FIG. 5 specifically illustrates a printed circuit designed to form the voltage tripler circuit shown schematically in FIG. 5A. That is, according to this circuit, a relatively low voltage alternating current is converted into a direct current voltage having three times the effective value of that voltage, and this is used as the energizing potential for driving the deflecting plates of the initially polarized piezoceramic flexures. Plate part (12A) and (13A
') is applied.

第6図は第5図と想像しているが、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(Dl)、(D2)等々と対応するサフックス
番号を付したく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(13B)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(15B
1)、(15B2)及び(1583)並びに、第6図の
コンデンサ中性電極<15Bl)、く15B2)、(1
583)及び(1584)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
くDl)〜(D4)は各金属化電極面上に支持される。
Fig. 6 is imagined to be the same as Fig. 5, but a voltage quadrupling circuit as schematically shown in Fig. 6A is formed on each outer surface of the non-polarized neutral piezoelectric ceramic plate portions (12B) and (13B). A piezoelectric ceramic switching device (11) is shown. The voltage quadrupling circuit of FIG. 6A and the voltage tripling circuit of FIG. 5A have well-known structures and operations, and therefore further explanation will be omitted. However, the capacitors shown in these electrical circuit diagrams are
As shown in the figure, the diodes (Dl), (D2), etc. supported on these capacitors are given corresponding suffix numbers C1), (C2), etc. In the apparatus of FIGS. 5 and 6, the manner in which the islands of conductive surfaces (15B) are formed on the non-polarized neutral piezoelectric ceramic plate portions (12B) and (13B) is the same as that described with respect to FIG. A well-known photoresist film processing method or etching technique is employed. In this way the fifth
Capacitor neutral electrode of desired size (15B
1), (15B2) and (1583) and the capacitor neutral electrode <15Bl), ku15B2), (1
583) and (1584) are formed with appropriately sized connecting conductors spanning between these several electrodes. Semiconductor diodes (Dl)-(D3) in FIG. 5 or Dl-(D4) in FIG. 6 are supported on each metallized electrode surface.

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(15B1)、(
15B2)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(
I5)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 ェデュケーション 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。
In embodying the configurations shown in FIGS. 5 and 6, soldering, ultrasonic bonding techniques or a suitable conductive surface adhesive,
By using other metallized electrodes (15B1), (
Semiconductor diode devices are individually employed for direct support on conductive surfaces such as 15B2). These manufacturing steps are carried out after activation of the piezoceramic flexure-type device and said initial polarization of the initially polarized moving parts (12A), (13A), in order to prevent possible damage to the element due to high initial polarization potentials. be. Selectively capacitor electrode area (
I5) and diodes (Dl) to (D3) or (Dl
) to (D4) can also be formed by suitable integrated circuit technology. For example, "Microelectronics" by Max Hozil, published by Research Education Associates, New York, NY in 1968, discloses such integrated circuit technology. Of course, FIG. 1 of the present invention already described,
Similar techniques can be used in forming the corresponding capacitor electrodes and conductors used in the embodiments of Figures IA and 2.

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。
7 and 7A, the piezoceramic flexural switching device (11) selectively closes the circuit via the switch contact (19) or the switch contact (21), thereby converting the triac (42) shown in FIG. 7A. , (42') or a corresponding gate-controlled power switch, such as an SCR or power transistor, with a gate signal current provided to the control gate of the gate-controlled power switch.

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
ライアツク装置(42)のI11御ゲートに接続される
The conductors formed off the inner conductive surface (14) of the flexible switching device (11) are
The non-polarized portion (12
B) and (13B) provide electrical connections to current resistors (25) and (26) formed on them. Current limiting resistors (25) and (26) are connected to the triax device (42) associated with each energized switch contact (19) and (21) via piezoelectric ceramic flexure switch contacts (19) and (21), respectively. Connected to I11 control gate.

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・イアツ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。。
In circuit operation, turn-on of either one or the other of the gated power switching devices (42) energizes the appropriately initially polarized piezoceramic plate element of the switch device (11) and turns on its associated power triac (42). This is achieved by closing the gate input terminal. Here, the charge stored in the initially polarized piezoceramic plate element is released into the gate of the triac,
Applying an appropriate turn-on current to the tractor turns it on and energizes it. When either triac (42) or (42゛) turns on, the load <51
) or (52) is supplied with AC load current via the power triac switch (42) or (42') which is turned on. In addition, the turn-off of the triac power switch (42) at the time of conduction is caused by the initially polarized piezoelectric ceramic plate portion (
This is achieved by simply de-energizing either part (12A) or (13A)) at a reasonable point during the cycle of the alternating current. If desired, a suitable snubber circuit, such as that described with respect to FIG. It helps with insulation resistance. .

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。
Suitable arrangements supporting the switching device (11) in FIG. 7 are as already described with respect to FIG.

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。
FIG. 7B is a diagram showing a modification of the gate configuration of a power circuit using a novel piezoelectric ceramic flexure switch (11) constructed according to the present invention.
gate-controlled power semiconductors such as SCRs, power transistors or triacs (42) in which the electrical energy stored in the piezoelectric ceramic plate element of ) supplies the load current to the load (51) or (52) shown in the figure. Used as a gate current source for type switches.

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有する整流器
(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!(1
1)の初期分極化可動圧電セラミックプレート素子(1
2A)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(31)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、(2
7)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(25)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五
(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。
The circuit configuration of FIG. 7B uses a gate-controlled power semiconductor switch that must provide a turn-on gate current of positive polarity with respect to the polarity of the cathode. In this configuration, the energizing circuit is configured by a rectifier (29P) having an anode connected to the positive terminal of the DC power source or one terminal of the AC power source. diode(
The cathode of 29P) is connected to the normally closed contact of either the normally open user switch (27A) or (27B) via the current limiting resistor (28), and this switch is a flexible mounting! (1
1) Initial polarization movable piezoelectric ceramic plate element (1
2A) or (13A) outer conductive surface (15) or (
16). Outer conductive surface (15) or (16)
is not energized at all times, and the normally closed switch (31A) or (
31B) is connected to the negative terminal of the DC power supply or one terminal of the AC power supply by a normally closed contact in either one of the terminals 31B). The two switch sets consisting of switches (27) and (31) are electrically or mechanically interconnected and (2
If either 7) or 31 opens, the other closes. The flexural drive contacts (19) and (21) at the free end of the device (11) each close onto a cooperative contact and connect via either a current limiting resistor (25) or (26) to a gate-controlled power semiconductor switch device. 5 (42') or (42), thereby energizing the load (51> or (52)).

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f!(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(12A)の外側導電面(1
5)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I
F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
(42’)を妥当にゲートオンし、使用者操作スイッチ
(27A)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
(11)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(
27A)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。
In circuit operation, if the user uses, for example, a normally closed contact (27A)
When closed, the piezoceramic plate element (12A) of the flexural switching device (11) is charged via the closed contacts of the rectifier (29P), the current limiting resistor (28) and the normally open switch (27A). The normally closed switch (31A) opens automatically, which causes the plate element (12A) to
charging becomes possible. By sufficiently charging the plate element (12A), the deflection device (11) is displaced and the contact (
19) is closed on its cooperative contact, and from there a resistor (25
) to the gate of the gate-controlled power switch (42'), sufficient electrical energy is stored in the piezoceramic plate element (12A) within the required short time. This allows the gate-controlled power switching device f! Sufficient gate current is supplied to turn on (42'). This gate turn-on current is applied to the outer conductive surface (12A) of the piezoelectric ceramic plate element (12A).
5), a contact (19) formed with a contact surface connected in an opposite direction to the inner conductive surface (14);
Supplied via. Modifications of contacts (19) and (21) to provide such a connection are provided in Sections 1B, IE and I.
This can be clearly understood from the aspect shown in Figure F. The gate turn-on current thus supplied to the gate of the power switch (42') properly gates on this semiconductor power switch (42') and the user-operated switch (27A) is closed on the corresponding contact. The gate-controlled power semiconductor switch device (42°) maintains its conductive state as long as the load (51) remains conductive.
The load current is supplied through the The piezoelectric ceramic plate element (12A) of the flexural switching device (11) has a rectifier (29P), a current limiting resistor (28) and a normally open switch (
27A) through the closed contacts. The normally open switch (31A) opens automatically, thereby allowing charging of the plate element (12A). Load (52)
The other gate-controlled power switch (42
) to return the normally open switch (27A) which energizes the piezoelectric ceramic plate element (12A) to its normally open position and energizes the piezoelectric ceramic plate element (13A). the other normally open switch (27B) is closed, thereby turning on the gate-controlled power switch (42);
The result is that the load current is supplied to the load (52) in the same manner as described for the load (51).

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。
FIG. 7C shows a flexible switch device (11) connected with reverse polarity to provide a negative polarity gate turn-off signal to the control gate of a gate-controlled semiconductor power switch (42) in certain types. It is.

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
7B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。
That is, the semiconductor power switch (42') in this case
Or (42) is designed to turn off the load current passing through either load (51) or (52) by having its gate supplied with a turn-off signal of negative polarity. For certain types of equipment, 2
For example, one of the two independent energizing (deenergizing) circuits is configured to supply a positive gate turn-on signal for turn-on as shown in FIG. 7B, and the other circuit is configured as shown in FIG. 7C. It is possible to provide a gate turn-off signal having a negative polarity to turn off the load current.

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(14U)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。
Figures 8, 8A, 8B, and 9 all use two separate intermediate conductive surfaces (14U) and (14L) instead of the single intermediate conductive surface described above. This shows yet another embodiment of the invention.

第8図において2枚の中間導電面(14U)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(12^)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(140)の全幅は上向きに折り曲げら
れ、第1B、IE及びIE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(148)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(140)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。
In Figure 8, there are two intermediate conductive surfaces (14U) and (14U).
L) is a piezoelectric ceramic plate element (12) and (13)
) are formed on the faces of both their initial polarized portions (12^) and (13A) and non-polarized neutral portions throughout the entire length. Initial polarization part (12A) and (13A)
The full width of the intermediate conductive surface (140) is folded upwards to form contacts (19) and (21) on the movable ends of the flexible member (12A) in the manner already described with respect to Figures 1B, IE and IE. ) is held across the upper surface of the free end of the rigid member (
35). The basic difference with the embodiment shown in FIGS. 1 to 7 is that the single intermediate conductive surface (14) in FIG. 1 is cut into two halves by slits (14A) and (148 ), one of which is bent upward and the other downward, whereas in the embodiment of FIGS. 8 and 9 the intermediate conductive surfaces (140) and (14L) are bent in such a manner. The entire width of the single protrusion (14 UA) is bent onto the insulating rigid member (35) and retained by the central flat head rivet (19) as shown. It is. In the case of the lower conductive surface (14L), on the contrary, the entire width of the protrusion (14L) is bent downward,
It is stacked on the insulating rigid member (35) and similarly held by flat head rivets (21).

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(140)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枚のプレート素子り1
2〉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(1
4L)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GEMID(
イミドエーテル、PIQ(ポリイミドインドロキンシリ
アン−ディオン)PEK(ポリエチルケトン)ULTI
M(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(14
L)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〉として撓み部材の夕(部に導電面(1
4U)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。
The two intermediate conductive surfaces (14U) and (14L) are firmly held on all inner surfaces of the piezoelectric ceramic plate element members (12) and (13), with a thin adhesive layer (61) between them. interposed, and the deflection device (11) as a whole
It forms the In a preferred form of the FIG. 8 embodiment of the invention, the adhesive layer (61) is insulating;
Therefore, each inner conductive surface (140) and (14L) is a deflection switch device (11) that causes deflection in one direction.
) can be maintained at different potentials during energization. In other configurations, two plate elements 1
Conductive adhesive (61
), which allows the inner conductive surface (14U) and (1
4L) can also be maintained at equal potential. To this end, the adhesive used during any of the embodiments of the present invention can be used at the high temperatures required during the initial polarization process as described above or during the attachment of a vacuum enclosure for atmospheric protection (baking). Typical adhesives for all embodiments of the invention include, for example, GEMID (
Imide ether, PIQ (polyimide indroquine syrian-dion) PEK (polyethyl ketone) ULTI
Examples include M (polynidoxylene) and ULTEM (polyetherimide). Normally, these adhesives are insulating, but if microscopic conductive particles are added to these adhesive layers (61), the two intermediate conductive surfaces (14U) and (14
L) can be a conductive adhesive layer in cases where it is required to maintain the same potential during operation. However, the adhesive layer (61) is virtually porous (pinhole-free) and has a conductive surface (1) on the back of the flexible member.
It is important to provide sufficient assistance in connecting 4U) and (14L).

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e (11)の初期分極化可動撓み部分(12
A)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(1
2B)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(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(140)、(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。
Once the known flexible piezoelectric ceramics, such as those already listed in the present invention, have been precisely shaped and fired,
It has a sufficiently high density to provide a long operating life. The present invention provides a relatively long creep path to avoid surface failure through the use of selectively formed electrodes and the use of various inert protective coatings and adhesives as previously described. The present invention seeks to extend the operational life of piezoelectric ceramic flexure members such as the following. The embodiment of the invention shown in FIG.
A) and (13A) with an inert protective coating (62
). This inert protective coating (62)
is comprised of a polyimide siloxane copolymer and forms an extremely thin, non-porous, uniform, inert protective coating that is flexible enough to allow movement of the flexure device without undesirable vibration damping effects. Non-polarized clamp part (1
selectively initial polarizing the flexure member to provide separate and independent movable polarized flexure portions (12A) and (13A) from 8A;
As shown most clearly in FIG. 8B, the initial polarized piezoceramic plate element (12A
), (13A), folding back from the side edges and forming recesses abutting suitably formed conductive surfaces (140), (14L), (15) and (16), and activation of the flexural elements. Providing a non-porous protective surface that surrounds the entire area and is not affected by the sharp deflection effects that occur at the clamped end of the piezoelectric ceramic flexure element improves stability, operational repeatability, and repeatability in piezoelectric ceramic flexure switching devices. and dielectric strength and are the most important items for providing a favorable operating life. These features further permit initial polarization potentials as high as were possible in already known flexural switching devices. This allows the piezoelectric ceramic flexural switching device to handle higher power than conventional devices of the same size.

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力が得ら
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きを防
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。
Referring to FIG. 8D, a plurality of curves A-D illustrate the characteristics of various piezoceramic flexure-type devices. 8th D
The figure shows the deflection force generated by the deflection device on the vertical axis and time on the horizontal axis. Curve A shows the force versus time characteristic of a piezoelectric ceramic switching device constructed in accordance with the present invention and enclosed in a suitable vacuum or protective atmosphere tube.
This indicates that a substantially constant deflection force is obtained over an infinite period of time. A piezoelectric ceramic flexural switching device of the present invention adapted to operate in air having a non-porous, inert protective coating of polyimidosiloxane copolymer as described above with respect to FIG. As shown, due to the leakage of the energizing charge from the piezoceramic element capacitor, it has a nearly constant force versus time characteristic on a short time scale that gradually falls with a very gentle slope. In contrast, the deflection force versus time characteristic of a conventional piezoelectric ceramic flexure switch device with a protective coating follows a curve C when the device operates in low humidity air and a curve C° under high humidity conditions. In particular, the curve C° shows that the deflection force of a piezoelectric ceramic switch with a protective coating of the prior art drops rapidly under high humidity. The curvature is the deflection force versus time characteristic of a conventional piezoceramic flexure-type device without any protective coating. As is clear from these curves,
Unless the impedance of the piezoelectric ceramic flexure element is maintained at a consistently high value to prevent leakage current from the piezoelectric ceramic from increasing with time or humidity, a significant reduction in deflection force will occur. That is, an increase in leakage current from the piezoelectric ceramic impairs the function of applying a high energizing voltage to the piezoelectric ceramic to stabilize the operation of the device.

第8A、8B、8C図はいずれも不活性保護波W(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
似した搗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)の露出側繰上にお
いてかなりの深さまで突入した被?E[(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(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(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。
Figures 8A, 8B, and 8C all show an inactive guard wave W (62
) indicates a manufacturing technology that can improve the airtightness of
These correspond to the kneading force versus time characteristic curve approximated to curve B or ideal curve A in FIG. In FIG. 8A, the particular coating is formed as a coating (62) which extends to a considerable depth on the exposed side of the initially polarized movable flexure plate element portion (12A) and (13A). The outer conductive surface (15) and (
16) may be left exposed or simply covered. In this embodiment, the side edges of the inner conductive surfaces (14U) and (14L) are short (and narrow) in the width direction. A significant portion of the active protective coating protrudes into the gap, covering the area that would otherwise be occupied by the exposed side edges of this inner conductive surface.Experience has shown that the current Leakage and voltage breakdown typically occur at the side edges between the top conductive surface and the inner conductive surface.

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かで゛きる。
In order to avoid such voltage breakdown and current leakage in the energized state of the device, a structure as shown in FIG. 8A is recommended. Of course, although a single intermediate conductive surface (14) was used in the embodiment of FIG. It can be used for many purposes.

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(140)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M!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2のための出力端子などとして用いることができる
Figure 8B shows the initial polarization movable deflection portions (12A), (13
A) The whole and their side edges and associated inner and outer conductive surfaces (15) and (16) are coated with an inert protective coating (62).
) shows an embodiment of the present invention completely encompassed by. FIG. 8B further shows how different double-sided tabs, designated (63) and (64), are pulled out of the flexure sheath and used as terminal connections to the inner conductive surfaces (140) and (14L), respectively. There is. The adhesive used to join the flexures into a monolithic structure is M! If it is marginal, the upper and lower inner conductive members (14U) and (14L)
) are maintained at separate potentials, but optionally if the bonding adhesive is conductive, terminals (63) or (64) can be used as output terminals for this device 2, etc.

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。
FIG. 10 shows an embodiment of the invention in which the side tab terminals (63) or (64) are formed in different locations along the length of the flexure switching device. Figure 10 shows a device having a single common conductive surface (14) divided into two parts by an insulating gap shown at (71). Said gap (71) is on the underside of gaps (15A) and (16A) in the outer conductive surfaces (15) and (16) such that this flexible switching device is clamped by appropriate ramp means (not shown). Consistent. According to this configuration, the side edge tabs (63) are connected to the initial polarization movable flexure portion (12) of the piezoelectric ceramic switching device.
A), an intermediate conductive surface (14) placed inside (13A)
), and the side edge tabs (6
4) is the non-polarized part of the piezoelectric ceramic switching device (
12B), (13B) on the inside of the intermediate conductive surface portion (
14) Provide a terminal for connection to.

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(l5)及び(16)にギャップ(15A
>及び(16A)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。
FIG. 8C is a partial cross-sectional view of a piezoelectric ceramic flexure device constructed according to FIGS. The relevant portions are exaggerated to reveal the areas that are folded over and over any exposed surface of the plate element (12A). This type of area formation is such that gaps (15 A
> and (16A). In this region, current leakage and voltage breakdown can occur between exposed cut, etched or otherwise formed edges of the outer conductive surface. To prevent such undesirable effects, an inert protective coating (62) (indicated as (62A) in the figure) is applied to the outer flat exposed conductive surface and both edges of the initially polarized movable flexure portion of the device. an initially polarized piezoceramic plate element covering both sides of the flat piezoelectric plate element and the recessed side edges of the intermediate conductive surface sandwiched between them, further exposed by the removal of the outer conductive surfaces (15) and (16); as well as the side edges of the selectively metallized outer conductive surface in the form of a recess exposed by such removal.

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り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(14tlA)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。
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention which shows different areas of a piezoceramic flexure device (11) where considerable care is required to properly form the device due to the high risk of voltage breakdown and current leakage. FIG. 2 is a diagram depicting an example. This area is located at the free end of the switching device on the outer conductive surface (1
5) and (16) extend to or near the elongated insulating rigid member 35). In these crossover regions, contacts (19) and (21) are formed in association with portions (14tlA) and (14LA) of the inner conductive surface. In these connections, the portions of the conductor surfaces (15) and (16) adjacent to the rigid member (35) are removed by cutting, etching or otherwise, and an active protective coating (62B) is additionally applied in the space thus created. ) is required.

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(14U)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(1411)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’)に沿ってのびる中間
導電面の部分から電気的に絶縁されることになる。
The deflection device (11) in the embodiment of the invention shown in FIG.
) is further provided with an insulating adhesive (63) in the region where the portions of the intermediate conductive surfaces (14U) and (14L) extending along the initially polarized and unpolarized portions thereof extend along the clamping means (22)-(23). are insulated from each other by forming insulating segments consisting of. As a result, portions of intermediate conductive surfaces (1411) and (14L) extending along initially polarized piezoceramic plate element portions (12A) and (13A) are replaced by non-polarized piezoceramic plate element portions (12B) and (13B' ) will be electrically insulated from the portion of the intermediate conductive surface extending along.

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(141J)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く斜面化)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(141J)、及び各プレート部分
(1313)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。
FIG. 11 is a partial perspective view similar to FIG. 10 of the non-polarized plate portion of a piezoelectric ceramic flexural switching device constructed in accordance with the present invention, showing the inside of the device as shown in FIGS. Conductive surface (141J) or (
14L) illustrates different manufacturing techniques for providing terminal tabs for making electrical connections to any of the following. 1st
As shown in Figure 1, one corner of each of the upper and lower non-polarized piezoelectric ceramic plate element portions (12B) and (13B) is chamfered or beveled, thereby holding it in the upper plate element portion (12B). This is an exposed portion for reaching the inner conductive surface (141J) that serves as the base layer and the inner conductive surface portion (14L) that serves as the upper layer held by each plate portion (1313). The exposed conductive surfaces thus obtained are those upon which metal wire connectors or other suitable terminal tabs can be held to permit electrical potential and current conduction.

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(i4L)
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袋筒
される。
Using only a single intermediate conductive surface (14) or optionally two separate intermediate conductive surfaces (140) and (i4L)
A mechanism for achieving electrical connection to an intermediate conductive surface in an electrically connected device by using a conductive and adhesive intermediate tab shown at (65) is barreled at the tip of the structure.

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10096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。
As mentioned in the introduction, a complete piezoceramic flexural switching device (11) can be manufactured almost completely even if it does not have all the characteristics described above prior to the initial polarization of the movable piezoceramic plate portion of the device. It is considered possible. In the piezoelectric ceramic plate element of the prior art, it is preferable to perform initial polarization after the physical completion of the device, in order to obtain stability of device operation, rather than performing early polarization treatment in oil as is usually carried out. This was confirmed. Given that there is no reliable 10096 density piezoceramic material, it is essential if it is to avoid any current leakage or voltage breakdown that may occur in the piezoceramic plate element during the initial polarization process with high voltages. A sealing operation prior to initial polarization is required, although this is not a major issue. However, the degree of hermetic packaging provided in the embodiments described above necessarily depends on the degree of absolute stability required in each switching device application.

か(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(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。
(Thus, in some switching devices, an absolutely hermetic package (or close to it) may not be required based on the relatively loose operating specifications of the device. (16), (1
4) Selective electrodeization and shaping of or (140) or (14L) provides enhanced protection with respect to voltage leakage and operational distortions around the side edges;
This alleviates the performance degradation or operating life cycle problems of piezoelectric ceramic flexure devices due to microscopic edge cracks such as those caused by conventional cutting and processing techniques.

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ュア化したコンパ
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。
As can be seen from the foregoing description, the present invention provides improved piezoelectric ceramic switching devices and improved manufacturing techniques for such devices, as well as novel electrical circuits for the energization and proper use of such switching devices. It provides: The improved structure includes the provision of a biasing or driving circuit supported on the non-polarized portions of the piezoceramic plates forming the piezoelectric ceramic switching device. With this configuration, the size, weight, and bulk of the switching device are significantly reduced, thereby providing a compact and simple switching device in which the circuit elements are miniaturized as a whole. Additionally, circuit elements used in conjunction with the device can be mounted as part of the device itself, significantly reducing the stray impedance of the circuit, thereby improving circuit noise immunity during device operation.

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太き(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。
Piezoelectric ceramic switching devices constructed in accordance with the present invention are thicker (and have improved construction and operating characteristics) than prior art devices of similar specifications. The switching device operates with high stability and reliability and achieves a long service life that requires a substantial number of switching operations.

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。
INDUSTRIAL APPLICATIONS The improved piezoelectric ceramic switching device and system having the characteristic configuration constructed in accordance with the present invention can be used to It can be widely used as a switching device to control the supply of. Based on the novel configuration described above, the switching device of the present invention is lighter, more compact, and lower in cost than the electromagnetically driven switching devices that have been used until recently, and can perform switching operations with a faster response time. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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LA−LA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
た絶縁へ−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、48及び40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48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・ンクスイッチ
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。 (11)・・・・・・・・・・・・・・・圧電撓み型ス
イッチング装置(12)・・・・・・・・・・・・・・
・上部プレート素子(13〉・・・・・・・・・・・・
・・・下部プレート素子(14)・・・・・・・・・・
・・・・・中間導電面(15)、(16)・・・・・・
外側導電面(17)、(18)・・・・・・固定接点(
19)、(21)・・・・・・可動接点(22)、(2
3)・・・・・・M!縁ペパー2521部材24)・・
・・・・・・・・・・・・・ねじ特許出願人  ゼネラ
ル・エレクトリック・カンパニイ 復 代 理 人   新   実   健   部34
間′の亡h:5(内−81こ変更な1.νE23   
    37C !テ0 A。 B。 2; D。 手続補正曹動式) ■、事件の表示  昭和60特許願第290319号3
、M正をする者 事件との関係     特許出願人 名 称     ゼネラル・エレクトリック・カンパニ
イ5、?di正命令の日付  昭和61年3月5日  
       ゛′嘔6、補正により増加する発明の数 8.1正の内容 (1)  委任状及び同訳文各1通別添補充する。 ■ 委任状1通別添補充する。
FIG. 1 is a plan view of a novel piezoelectric ceramic flexural switching device constructed according to the present invention, FIG. 1A is a longitudinal cross-sectional view taken along line LA-LA in FIG. 1, and FIG. 1C is a circuit diagram of a novel drive circuit used to operate the switching device of FIG.
FIG. 1D is a plan view showing the movable flexible end of the switching device shown in FIG. 1 in an unfinished state in the middle of the manufacturing process, and FIG. Figure 1E is a perspective view of a similar part of the device shown in Figure 1D at a later stage following the stage of Figure 1D; FIG. 1F is a partial side view of the completed device showing the method of forming the contacts of the movable end shown in conjunction with FIGS. 1D and 1E; FIG. 2 is a novel piezoelectric ceramic constructed in accordance with the present invention; FIG. 2A is a longitudinal sectional view showing different embodiments of the switching device, with the device mounted on separate insulating heat members; FIG. 2A is a circuit controlled by the device of FIG. 2; FIG. 3 is a partial plan view showing the non-polarized neutral end of the flexible piezoelectric ceramic switching device together with an electric fuse element bonded to that portion; FIG. The illustration shows active circuit elements mounted on the non-polarizable portion of a flexible switch device constructed in accordance with the present invention and connected to a discontinuous wire connector to constitute an energizing circuit for the device. Figures 4A, 48 and 40 are longitudinal sectional views of a voltage doubler rectifier circuit suitable for use as an energizing circuit with the piezoelectric ceramic switching device shown in Figure 4. In three different embodiments, the circuit arrangement of FIG. 48 is shown supported on the non-polarized portion of a flexible switching device corresponding to the physical arrangement of the circuit elements shown in FIG. FIG. 5 is a top perspective view of a different embodiment of a piezoelectric ceramic switching device constructed in accordance with the present invention and shows how it is manufactured; FIG. FIG. 6 is a top perspective view showing still another switch configuration of the switching device according to the present invention using a voltage quadrupling diode rectifier circuit; This figure shows a voltage quadrupling diode rectifier circuit configured with the element arrangement of FIG. 6, and FIG. FIG. 7A is a circuit diagram showing an embodiment of a load circuit for operation with the device of FIG. 7; FIG. FIG. 7B shows a second type of load circuit controlled by the bidirectional piezoelectric ceramic link switching device of FIG. FIG. 7C is a mirror image of the circuit shown in FIG. 7B, and is designed to supply a gate current of negative polarity in order to use a turn-off type gate signal controlled power semiconductor switch. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating how to derive the reversal voltage provided; FIG. 8 is yet another embodiment of a piezoelectric ceramic flexural switching device constructed in accordance with the present invention; Fig. 8A is a cross-sectional view taken along the line 8A-8A in Fig. 8; Fig. 8B is a diagram showing the initial polarization in the same apparatus as Fig. 8; FIG. 8C is a longitudinal sectional view similar to FIG. 8A showing a selective covering structure covering the entire flat outer surface of the movable deflectable portion; FIG. Figure 8D is a deflection force versus time curve showing how to cover any exposed edge of the initially polarized portion of the piezoelectric ceramic plate element with a uniform coating; FIG. 9 is a characteristic curve diagram illustrating the above-mentioned characteristics of a piezoceramic flexible switching device with or without a protective coating formed in the art, as well as the characteristics obtained according to a preferred embodiment of the invention. FIGS. 10 and 11 are longitudinal cross-sectional views of an embodiment of the invention similar to the figures, illustrating how the load current control contacts are formed at the free ends of the flexible elements of the device; FIGS. 10 and 11 respectively 8 and 9 for forming terminal tabs for applying an energizing potential or supplying a load current via the conductive surfaces formed on the piezoceramic plate elements of the device shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 3 is a perspective view showing two different techniques. (11)・・・・・・・・・・・・Piezoelectric bending type switching device (12)・・・・・・・・・・・・・・・
・Top plate element (13>・・・・・・・・・・・・
...Lower plate element (14)...
...Intermediate conductive surface (15), (16)...
Outer conductive surfaces (17), (18)...Fixed contacts (
19), (21)...Movable contacts (22), (2
3)...M! Edge paper 2521 member 24)...
・・・・・・・・・・・・Screw patent applicant General Electric Company reinstated agent Shinjiken Department 34
The death of 'ma': 5 (in -81 change 1.νE23
37C! Te0 A. B. 2;D. Procedural Amendment Coordination Ceremony) ■, Incident Display Showa 60 Patent Application No. 290319 3
, Relationship with the M-correction case Patent applicant name General Electric Company 5, ? Date of di order: March 5, 1986
6. Number of Inventions Increased by Amendment 8.1 Correct Contents (1) One copy each of the power of attorney and the same translation are attached as supplementary supplements. ■ Attach one power of attorney.

Claims (52)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少くとも1枚の中間導電面の両側にサンドイッチ
状に対置して支持された少くとも2枚の平坦な初期分極
化圧電プレート素子より構成されており、各素子の外側
には対応する外側導電面を有し、これらの外側導電面が
各素子の厚みを介して互いに、及び中間導電面に対し絶
縁されるようにしてなる少くとも1個の圧電セラミック
スイッチング装置であって、前記圧電セラミックスイッ
チング装置はさらにその圧電プレート素子の初期分極さ
れた可動撓み部分により開閉される少くとも1組の電気
スイッチ接点、並びに前記接点の組を開閉するために前
記初期分極された可動撓み部分を機械的に支持するとと
もに、この部分に近接した圧電セラミックプレート素子
の別の非分極部分を固定するためのクランプ手段を含み
、前記クランプ手段の下側に位置した圧電セラミックプ
レート素子における前記別の部分の非分極性を維持する
ことにより、その部分に機械的無歪状態及び電気的中性
状態を確立したことを特徴とする圧電セラミックプレー
ト装置。
(1) Consisting of at least two flat, initially polarized piezoelectric plate elements supported in sandwich fashion on opposite sides of at least one intermediate conductive surface, with a corresponding outer side of each element; at least one piezoelectric ceramic switching device having outer conductive surfaces such that the outer conductive surfaces are insulated from each other and from an intermediate conductive surface through the thickness of each element; The ceramic switching device further includes at least one set of electrical switch contacts that are opened and closed by the initially polarized movable flexible portion of the piezoelectric plate element, and mechanically connects the initially polarized movable flexible portion to open and close the set of contacts. clamping means for supporting and fixing another non-polarized portion of the piezoelectric ceramic plate element proximate to this portion, the clamping means for securing a further non-polarized portion of the piezoelectric ceramic plate element located below said clamping means; A piezoelectric ceramic plate device characterized in that a mechanically strain-free state and an electrically neutral state are established in that portion by maintaining non-polarizability.
(2)前記クランプ手段の下側に位置した圧電セラミッ
クプレート素子の別の部分の外側導電面を除去したもの
であり、前記中間導電面及び外側導電面を前記平坦な圧
電プレート素子の所望サイズの成形加工に続いて選択的
に形成することによりそれら導電面の側縁が圧電セラミ
ックプレート素子の側縁に関してくぼみを生ずるように
したことにより圧電セラミック撓み部材の側縁に沿った
電圧歪耐性を向上させたことを特徴とする特許請求の範
囲第(1)項記載のスイッチング装置。
(2) the outer conductive surface of another portion of the piezoelectric ceramic plate element located below the clamping means is removed, and the intermediate conductive surface and the outer conductive surface are shaped into a desired size of the flat piezoelectric plate element; Subsequent to molding, the lateral edges of the conductive surfaces are recessed relative to the lateral edges of the piezoceramic plate element by selective formation to improve voltage strain resistance along the lateral edges of the piezoceramic flexure. A switching device according to claim (1), characterized in that:
(3)前記スイッチング装置がさらに、撓み型圧電装置
の初期分極された可動撓み部分の外表面における少くと
も幾分かを覆う均一な電気絶縁性保護被覆を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のスイッチン
グ装置。
(3) The switching device further includes a uniform electrically insulating protective coating covering at least some of the outer surface of the initially polarized movable flexible portion of the flexible piezoelectric device. The switching device according to paragraph (1).
(4)前記均一な電気絶縁性保護被覆がポリイミドシロ
キサン共重合体からなることを特徴とする特許請求の範
囲第(3)項記載のスイッチング装置。
(4) The switching device according to claim (3), wherein the uniform electrically insulating protective coating is made of a polyimidosiloxane copolymer.
(5)前記均一な電気絶縁性被覆が平坦な外側導電面、
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
の縁上に展開し、かつこれらを覆うとともに、圧電プレ
ート素子の側縁及びそれらプレート間にサンドイッチ状
に挾入された中間導電面を少くともスイッチング装置の
初期分極部分にわたって展開することにより覆うもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第(3)項または
第(4)項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
(5) the uniform electrically insulating coating has a flat outer conductive surface;
and at least a switching device which extends over and covers the edges of the initially polarized flat piezoelectric ceramic plate element and covers the side edges of the piezoelectric plate element and an intermediate conductive surface sandwiched between the plates. The switching device according to any one of claims (3) and (4), characterized in that the switching device covers the initial polarization portion by expanding over the initial polarization portion of the switching device.
(6)前記均一な電気絶縁性被覆が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
縁に展開し、かつこれらを覆うとともに、圧電プレート
素子の側縁及びそれらプレート間にサンドイッチ状に挾
入された中間導電面を少くともスイッチング装置の初期
分極部分にわたって展開することにより覆うものであり
、前記圧電プレート素子における初期分極部分の平坦な
外側導電面を覆う前記絶縁性被覆がさらに、外側導電面
の欠如により露出した圧電プレート素子部分、並びにそ
の露出部と接する外側導電面の縁部まで延長してこれら
を覆うものであることを特徴とする特許請求の範囲第(
2)項記載のスイッチング装置。
(6) the uniform electrically insulating coating extends over and covers the flat outer conductive surface and the edges of the initially polarized flat piezoceramic plate element, and the lateral edges of the piezoelectric plate element and between the plates; The sandwiched intermediate conductive surface is spread over at least the initial polarization portion of the switching device, and the insulating coating covers the flat outer conductive surface of the initial polarization portion of the piezoelectric plate element. Furthermore, the piezoelectric plate element extends to and covers the exposed portion of the piezoelectric plate element due to the lack of the outer conductive surface, as well as the edge of the outer conductive surface that contacts the exposed portion.
2) The switching device described in section 2).
(7)前記スイッチング装置がさらに、前記クランプさ
れた部分を越えて前記初期分極された可動撓み部分から
遠ざかる方向に突出した非分極圧電プレート素子部分を
含んでおり、この非分極圧電プレート素子部分が対応す
る外側導電面及び中間導電面の間において電力定格に応
じて0.1μF台の所望の容量値を有するコンデンサを
形成し、これを前記圧電撓み型スイッチング装置その他
を制御するための電気回路における回路要素として用い
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
項記載の圧電セラミックスイッチング装置。
(7) the switching device further includes a non-polarized piezoelectric plate element portion projecting beyond the clamped portion and away from the initially polarized movable deflectable portion; A capacitor having a desired capacitance value of the order of 0.1 μF is formed between the corresponding outer conductive surface and the intermediate conductive surface depending on the power rating, and this is used in an electric circuit for controlling the piezoelectric flexural switching device and the like. Claim No. (1) characterized in that the device is used as a circuit element.
Piezoelectric ceramic switching device as described in .
(8)前記スイッチング装置がさらに、前記クランプさ
れた部分を越えて前記初期分極された可動撓み部分から
遠ざかる方向に突出した非分極圧電プレート素子部分を
含んでおり、この非分極圧電プレート素子部分が対応す
る外側導電面及び中間導電面の間において電力定格に応
じて0.1μF台の所望の容量値を有するコンデンサを
形成し、これを前記圧電撓み型スイッチング装置その他
を制御するための電気回路における回路要素として用い
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(6)
項記載の装置。
(8) the switching device further includes a non-polarized piezoelectric plate element portion projecting beyond the clamped portion and away from the initially polarized movable deflectable portion; A capacitor having a desired capacitance value on the order of 0.1 μF is formed between the corresponding outer conductive surface and the intermediate conductive surface depending on the power rating, and this is used in an electric circuit for controlling the piezoelectric flexural switching device and the like. Claim No. (6), characterized in that it is used as a circuit element.
Apparatus described in section.
(9)前記スイッチング装置がさらに、前記クランプ手
段を越えて突出した非分極圧電プレート素子部分上にお
いて形成され、かつ支持された独立素子、ハイブリッド
回路、またはモノリシック集積回路として構成された能
動半導体装置、または受動回路素子もしくはそれらの結
合を含む付加的な電気回路を供え、かつ非分極圧電プレ
ート素子部分上に適当な導電面を選択的に形成すること
により予備形成された導電路を含み、これによって前記
コンデンサを含む前記能動装置または受動回路素子を所
望の回路関係において接続したことを特徴とする特許請
求の範囲第(7)項記載のスイッチング装置。
(9) an active semiconductor device, wherein the switching device is further configured as a stand-alone device, a hybrid circuit, or a monolithically integrated circuit formed and supported on a portion of a non-polarized piezoelectric plate element that projects beyond the clamping means; or additional electrical circuitry including passive circuit elements or combinations thereof, and including conductive paths preformed by selectively forming suitable conductive surfaces on portions of the unpolarized piezoelectric plate element, thereby 8. The switching device according to claim 7, wherein the active device or passive circuit element including the capacitor is connected in a desired circuit relationship.
(10)前記スイッチング装置がさらに、前記クランプ
手段を越えて突出した非分極圧電プレート素子部分上に
おいて形成され、かつ支持された独立素子、ハイブリッ
ド回路、またはモノリシック集積回路として構成された
能動半導体装置、または受動回路素子もしくはそれらの
結合を含む付加的な電気回路を供え、かつ非分極圧電プ
レート素子部分上に適当な導電面を選択的に形成するこ
とにより予備形成された導電路を含み、これによって前
記コンデンサを含む前記能動装置または受動回路素子を
所望の回路関係において接続したことを特徴とする特許
請求の範囲第(8)項記載のスイッチング装置。
(10) an active semiconductor device, wherein the switching device is further configured as a stand-alone device, a hybrid circuit, or a monolithic integrated circuit formed and supported on a portion of a non-polarized piezoelectric plate element that projects beyond the clamping means; or additional electrical circuitry including passive circuit elements or combinations thereof, and including conductive paths preformed by selectively forming suitable conductive surfaces on portions of the non-polarized piezoelectric plate element, thereby 9. The switching device according to claim 8, wherein the active device or passive circuit element including the capacitor is connected in a desired circuit relationship.
(11)前記スイッチング装置がさらに、前記撓み型圧
電スイッチング装置の初期分極された可動撓み部分にお
ける自由端を横断して幅方向に固定された比較的薄い剛
体部材を含むことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
〜(4)項のいずれか1項もしくは第(6)、(7)ま
たは(9)項のいずれかに記載したスイッチング装置。
(11) The switching device further includes a relatively thin rigid member fixed in the width direction across the free end of the initially polarized movable flexure portion of the flexure-type piezoelectric switching device. Range number (1)
The switching device described in any one of items (4) to (4) or any one of items (6), (7), or (9).
(12)前記スイッチング装置がさらに、バイモルフ型
圧電スイッチング装置の初期分極された可動撓み部分に
おける自由端を横断して幅方向に固定された比較的薄い
剛体部材を含むことを特徴とする特許請求の範囲第(1
0)項記載のスイッチング装置。
(12) The switching device further includes a relatively thin rigid member fixed in the width direction across the free end of the initially polarized movable flexible portion of the bimorph piezoelectric switching device. Range No. 1
0) The switching device described in item 0).
(13)前記スイッチング装置がさらに、前記撓み型圧
電スイッチング装置の初期分極された可動撓み部分の自
由端を横断して幅方向に固定された比較的薄い絶縁性剛
体部材を含んでおり、導電箔形式における前記中間導電
面の長さ方向突出部が前記剛体部材の頂面上に折り返さ
れてこれに固定されたことにより前記中間導電面に電気
的及び物理的に接続された露出電気接点を形成し、この
露出電気接点を対向配置された電気接点と協同させて前
記圧電セラミックスイッチング装置の付勢時においてこ
れらの接点を通ずる電気回路を選択的に開閉するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
スイッチング装置。
(13) The switching device further includes a relatively thin insulating rigid member fixed in the width direction across the free end of the initially polarized movable flexible portion of the flexible piezoelectric switching device, In this case, the longitudinal protrusion of the intermediate conductive surface is folded back onto the top surface of the rigid member and fixed thereto, thereby forming an exposed electrical contact electrically and physically connected to the intermediate conductive surface. A patent claim characterized in that the exposed electrical contacts cooperate with opposing electrical contacts to selectively open and close an electrical circuit passing through these contacts when the piezoelectric ceramic switching device is energized. The switching device according to item (1).
(14)前記スイッチング装置がさらに、前記撓み型圧
電スイッチング装置の初期分極された可動撓み部分の自
由端を横断して幅方向に固定された比較的薄い絶縁性剛
体部材を含んでおり、導電箔形式における前記中間導電
面の長さ方向突出部が前記剛体部材の頂面上に折り返さ
れてこれに固定されたことにより前記中間導電面に電気
的及び物理的に接続された露出電気接点を形成し、この
露出電気接点を対向配置された電気接点と協同させて前
記圧電セラミックスイッチング装置の付勢時においてこ
れらの接点を通ずる電気回路を選択的に開閉するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第(10)項記載
のスイッチング装置。
(14) The switching device further includes a relatively thin insulating rigid member fixed in the width direction across the free end of the initially polarized movable flexure portion of the flexure-type piezoelectric switching device; In this case, the longitudinal protrusion of the intermediate conductive surface is folded back onto the top surface of the rigid member and fixed thereto, thereby forming an exposed electrical contact electrically and physically connected to the intermediate conductive surface. A patent claim characterized in that the exposed electrical contacts cooperate with opposing electrical contacts to selectively open and close an electrical circuit passing through these contacts when the piezoelectric ceramic switching device is energized. The switching device according to the range (10).
(15)特許請求の範囲第(1)項に記載した圧電セラ
ミックスイッチング装置を用いた圧電セラミックスイッ
チング回路であって、接点を開閉することにより負荷へ
の通電を制御すべく協同電気スイッチ接点の各セットを
選択的に開閉するために前記圧電撓み型スイッチング装
置の初期分極化圧電プレート素子の各1つにわたして接
続された各スイッチ付勢回路手段を含み、前記スイッチ
付勢回路手段の構成要素として撓み付勢電位の電源と低
電力定格の常開型使用者操作スイッチ手段と、電流制限
抵抗手段及び撓み型圧電スイッチング装置の初期分極化
圧電プレート素子の前記初期分極に用いた電圧の極性と
同一極性において付勢電位を提供するように極性配置さ
れたダイオード整流回路手段を用い、これら回路要素の
すべてを前記常開型使用者操作スイッチが閉じられたと
き、撓み型圧電スイッチの対応する初期分極化圧電プレ
ート素子と直列接続されるように配線したことにより、
前記撓み型圧電スイッチの各初期分極化圧電プレート素
子がその素子に対し予め永久的に導入された初期分極電
界と常に同一極性を有する直流電界によりそれぞれ選択
的に付勢されるようにし、負荷電流制御用スイッチ接点
を開閉する圧電撓み型スイッチング装置の連続した動作
中において前記圧電プレート素子の誘電的減極が生じな
いようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
項に記載したスイッチング回路を用いた圧電セラミック
スイッチング回路。
(15) A piezoelectric ceramic switching circuit using the piezoelectric ceramic switching device set forth in claim (1), wherein each of the cooperative electric switch contacts is configured to control energization to a load by opening and closing the contacts. each switch energizing circuit means connected across each one of the initially polarized piezoelectric plate elements of said piezoelectric flexure switching device for selectively opening and closing the set; a power source of flexural energizing potential and a normally open user-operated switch means with a low power rating; current limiting resistor means; Using diode rectifier circuit means polarized to provide energizing potentials at the same polarity, all of these circuit elements are connected to the corresponding initial state of the flexural piezoelectric switch when the normally open user-operated switch is closed. By wiring it in series with the polarized piezoelectric plate element,
each initially polarized piezoelectric plate element of said flexible piezoelectric switch is selectively energized by a direct current electric field always having the same polarity as the initial polarization electric field permanently introduced to that element, and the load current Claim (1) characterized in that dielectric depolarization of the piezoelectric plate element does not occur during continuous operation of a piezoelectric flexure type switching device that opens and closes control switch contacts.
A piezoelectric ceramic switching circuit using the switching circuit described in section.
(16)前記スイッチング回路がさらに、対応する圧電
プレート素子の蓄積電荷を放出させるべくこれに並列接
続された常閉型電気スイッチ手段、及びこの常閉型電気
スイッチ手段を対応する圧電プレート素子付勢用の前記
常開型低電力定格の使用者操作型スイッチ手段に接続す
るための手段を含み、これによって前記常開型使用者操
作スイッチ手段が閉じられたときは自動的に付勢される
べき対応する圧電プレート素子と並列接続された前記常
閉型電気スイッチ手段が開放し、対応する前記圧電プレ
ート素子の付勢を行うようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第(15)項記載のスイッチング回路。
(16) The switching circuit further includes a normally closed electrical switch means connected in parallel to the corresponding piezoelectric plate element for discharging the accumulated charge, and energizing the normally closed electrical switch means to the corresponding piezoelectric plate element. means for connecting to said normally open low power rated user operated switch means for said normally open user operated switch means to be automatically energized when said normally open user operated switch means is closed. Claim 15 is characterized in that the normally closed electric switch means connected in parallel with a corresponding piezoelectric plate element is opened to energize the corresponding piezoelectric plate element. switching circuit.
(17)特許請求の範囲第(9)項に記載した圧電セラ
ミックスイッチング装置を用いた圧電セラミックスイッ
チング回路であって、接点を開閉することにより負荷へ
の通電を制御すべく協同電気スイッチ接点の各セットを
選択的に開閉するために前記圧電撓み型スイッチング装
置の初期分極化圧電プレート素子の各1つにわたして接
続された各スイッチ付勢回路手段を含み、前記スイッチ
付勢回路手段の構成要素として撓み付勢電位の電源と低
電力定格の常開型使用者操作スイッチ手段と、電流制限
抵抗手段及び撓み型圧電スイッチング装置の初期分極化
圧電プレート素子の前記初期分極に用いた電圧の極性と
同一極性において付勢電位を提供するように極性配置さ
れたダイオード整流回路手段を用い、これら回路要素の
すべてを前記常開型使用者操作スイッチが閉じられたと
き、撓み型圧電スイッチの対応する初期分極化圧電プレ
ート素子と直列接続されるように配線したことにより、
前記撓み型圧電スイッチの各初期分極化圧電プレート素
子がその素子に対し予め永久的に導入された初期分極電
界と常に同一極性を有する直流電界によりそれぞれ選択
的に付勢されるようにし、負荷電流制御用スイッチ接点
を開閉する圧電撓み型スイッチング装置の連続した動作
中において前記圧電プレート素子の誘電的減極が生じな
いようにするとともに、前記スイッチング回路はさらに
、対応する初期分極化圧電プレート素子の付勢時におい
て撓み型圧電スイッチング装置により開閉される負荷電
流制御用電気スイッチ接点に並列接続された抵抗及びコ
ンデンサの直列回路からなるスナバ回路手段を含んでお
り、前記スナバ回路手段における受動回路要素としての
前記抵抗が前記撓み型圧電スイッチング装置の非分極圧
電プレート素子部分上に取り付けられたものからなり、
この抵抗を前記非分極圧電プレート素子部分の少くとも
一部において形成されたコンデンサと接続したことを特
徴とする特許請求の範囲第(9)項記載のスイッチング
装置を用いた圧電セラミックスイッチング回路。
(17) A piezoelectric ceramic switching circuit using the piezoelectric ceramic switching device set forth in claim (9), wherein each of the cooperative electrical switch contacts is configured to control energization to a load by opening and closing the contacts. each switch energizing circuit means connected across each one of the initially polarized piezoelectric plate elements of said piezoelectric flexure switching device for selectively opening and closing the set; a power source of flexural energizing potential and a normally open user-operated switch means with a low power rating; current limiting resistor means; Using diode rectifier circuit means polarized to provide energizing potentials at the same polarity, all of these circuit elements are connected to the corresponding initial state of the flexural piezoelectric switch when the normally open user-operated switch is closed. By wiring it in series with the polarized piezoelectric plate element,
each initially polarized piezoelectric plate element of said flexible piezoelectric switch is selectively energized by a direct current electric field always having the same polarity as the initial polarization electric field permanently introduced to that element, and the load current While ensuring that no dielectric depolarization of the piezoelectric plate elements occurs during successive operations of the piezoelectric flexure switching device opening and closing the control switch contacts, the switching circuitry further comprises: The snubber circuit means includes a series circuit of a resistor and a capacitor connected in parallel to a load current control electric switch contact which is opened and closed by a flexible piezoelectric switching device when energized, and as a passive circuit element in the snubber circuit means. the resistor being mounted on a non-polarized piezoelectric plate element portion of the flexural piezoelectric switching device;
A piezoelectric ceramic switching circuit using a switching device according to claim 9, characterized in that this resistor is connected to a capacitor formed in at least a part of the non-polarized piezoelectric plate element portion.
(18)特許請求の範囲第(12)項に記載した圧電セ
ラミックスイッチング装置を用いた圧電セラミックスイ
ッチング回路であって、接点を開閉することにより負荷
への通電を制御すべく協同電気スイッチ接点の各セット
を選択的に開閉するために前記圧電撓み型スイッチング
装置の初期分極化圧電プレート素子の各1つにわたして
接続された各スイッチ付勢回路手段を含み、前記スイッ
チ付勢回路手段の構成要素として撓み付勢電位の電源と
低電力定格の常開型使用者操作スイッチ手段と、電流制
限抵抗手段及び撓み型圧電スイッチング装置の初期分極
化圧電プレート素子の前記初期分極に用いた電圧の極性
と同一極性において付勢電位を提供するように極性配置
されたダイオード整流回路手段を用い、これら回路要素
のすべてを前記常開型使用者操作スイッチが閉じられた
とき、撓み型圧電スイッチの対応する初期分極化圧電プ
レート素子と直列接続されるように配線したことにより
、前記撓み型圧電スイッチの各初期分極化圧電プレート
素子がその素子に対し予め永久的に導入された初期分極
電界と常に同一極性を有する直流電界によりそれぞれ選
択的に付勢されるようにし、負荷電流制御用スイッチ接
点を開閉する圧電撓み型スイッチング装置の連続した動
作中において前記圧電プレート素子の誘電的減極が生じ
ないようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1
2)項に記載したスイッチング回路を用いた圧電セラミ
ックスイッチング回路。
(18) A piezoelectric ceramic switching circuit using the piezoelectric ceramic switching device set forth in claim (12), wherein each of the cooperative electric switch contacts is configured to control energization to a load by opening and closing the contacts. each switch energizing circuit means connected across each one of the initially polarized piezoelectric plate elements of said piezoelectric flexure switching device for selectively opening and closing the set; a power source of flexural energizing potential and a normally open user-operated switch means with a low power rating; current limiting resistor means; Using diode rectifier circuit means polarized to provide energizing potentials at the same polarity, all of these circuit elements are connected to the corresponding initial state of the flexural piezoelectric switch when the normally open user-operated switch is closed. By wiring in series with the polarized piezoelectric plate elements, each initially polarized piezoelectric plate element of the flexible piezoelectric switch always has the same polarity as the initial polarization electric field permanently introduced to that element. The piezoelectric plate elements are selectively energized by a direct current electric field, respectively, so that dielectric depolarization of the piezoelectric plate elements does not occur during continuous operation of the piezoelectric flexure switching device that opens and closes the load current control switch contacts. Claim No. 1 characterized in that
A piezoelectric ceramic switching circuit using the switching circuit described in section 2).
(19)前記スイッチング回路がさらに、対応する圧電
プレート素子の蓄積電荷を放電するためにこれと並列接
続された常閉型電気スイッチ手段、及び対応する圧電プ
レート素子を付勢するために前記常閉型電気スイッチ接
点を常開型低電力定格の使用者操作型電気スイッチ手段
に接続する手段を含むことにより、前記常開型使用者操
作スイッチ手段の閉接時において自動的に付勢されるべ
き各圧電プレート素子と並列接続された前記常閉型電気
スイッチ手段を開放して対応する圧電プレート素子の付
勢を行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
(18)項記載のスイッチング回路。
(19) the switching circuit further comprises a normally closed electrical switch means connected in parallel thereto for discharging the accumulated charge of the corresponding piezoelectric plate element; and a normally closed electric switch means for energizing the corresponding piezoelectric plate element. including means for connecting the type electrical switch contacts to a normally open low power rated user operated electrical switch means to be automatically energized upon closing of said normally open user operated switch means. Switching according to claim (18), characterized in that the normally closed electric switch means connected in parallel with each piezoelectric plate element is opened to energize the corresponding piezoelectric plate element. circuit.
(20)前記スイッチング回路がさらに、各初期分極化
圧電プレート素子の付勢時において撓み型圧電スイッチ
ング装置により開閉される負荷電流制御用スイッチ接点
にわたして並列接続された抵抗及びコンデンサの直列回
路からなるスナバ回路手段を含み、前記スナバ回路手段
の抵抗が前記撓み型圧電スイッチ装置の非分極圧電プレ
ート素子部分上に取り付けられた受動回路素子としての
抵抗からなり、その抵抗を前記非分極圧電プレート素子
部分の少くとも一部において形成されたコンデンサと電
気接続したことを特徴とする特許請求の範囲第(19)
項記載のスイッチング回路。
(20) The switching circuit further comprises a series circuit of a resistor and a capacitor connected in parallel across a load current control switch contact which is opened and closed by a flexible piezoelectric switching device upon energization of each initially polarized piezoelectric plate element. a snubber circuit means comprising a resistor as a passive circuit element mounted on a non-polarized piezoelectric plate element portion of the flexural piezoelectric switch device; Claim No. (19) characterized in that the portion is electrically connected to a capacitor formed in at least a part of the portion.
Switching circuit described in section.
(21)前記ダイオード整流回路手段がさらに、付勢電
圧の値を圧電撓み型スイッチング装置を駆動するに適し
たレベルまで上昇させるための電圧逓倍回路手段を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第(15)項記載のス
イッチング回路。
(21) The diode rectifier circuit means further includes voltage multiplier circuit means for increasing the value of the energizing voltage to a level suitable for driving the piezoelectric flexure switching device. The switching circuit described in (15).
(22)前記ダイオード整流回路手段がさらに、付勢電
圧の値を圧電撓み型スイッチング装置を駆動するに適し
たレベルまで上昇させるための電圧逓倍回路手段を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第(20)項記載のス
イッチング回路。
(22) The diode rectifier circuit means further includes voltage multiplier circuit means for increasing the value of the energizing voltage to a level suitable for driving the piezoelectric flexure type switching device. The switching circuit according to item (20).
(23)前記協同電気スイッチ接点の各々が、コンデン
サとして作用する各圧電プレート素子中に蓄積された電
荷と接続されてその供給を受ける第1の電気接点手段と
、SCR、トライアックまたはトランジスタなどのよう
なゲート制御型パワー半導体スイッチにゲート電流を供
給するように接続された第2の電気接点手段とからなる
ことにより、各圧電プレート素子の選択的な付勢時にお
いて前記スイッチング装置の初期分極化可動撓み部分が
前記第1及び第2の電気接点手段を瞬間的に閉接し、こ
れによって対応する圧電プレート素子から前記ゲート制
御型パワー半導体スイッチのゲート中に十分な電流パル
スを放出させてその半導体スイッチをターンオンするよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(15)項
記載のスイッチング回路。
(23) Each of said cooperative electrical switch contacts comprises a first electrical contact means connected to and supplied with charge stored in each piezoelectric plate element acting as a capacitor, such as an SCR, triac or transistor. and second electrical contact means connected to supply a gate current to a gated power semiconductor switch such that upon selective energization of each piezoelectric plate element, the initial polarization of the switching device is activated. A deflectable portion momentarily closes the first and second electrical contact means, thereby causing a sufficient current pulse to be emitted from the corresponding piezoelectric plate element into the gate of the gated power semiconductor switch to cause the semiconductor switch to close. 16. The switching circuit according to claim 15, wherein the switching circuit is configured to turn on the switching circuit.
(24)前記協同電気スイッチ接点の各々が、コンデン
サとして作用する各圧電プレート素子中に蓄積された電
荷と接続されてその供給を受ける第1の電気接点手段と
、SCR、トライアックまたはトランジスタなどのよう
なゲート制御型パワー半導体スイッチにゲート電流を供
給するように接続された第2の電気接点手段とからなる
ことにより、各圧電プレート素子の選択的な付勢時にお
いて前記スイッチング装置の初期分極化可動撓み部分が
前記第1及び第2の電気接点手段を瞬間的に閉接し、こ
れによって対応する圧電プレート素子から前記ゲート制
御型パワー半導体スイッチのゲート中に十分な電流パル
スを放出させてその半導体スイッチをターンオンするよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(20)項
記載のスイッチング回路。
(24) Each of said cooperative electrical switch contacts comprises a first electrical contact means connected to and supplied with charge stored in each piezoelectric plate element acting as a capacitor, such as an SCR, triac or transistor. second electrical contact means connected to supply a gate current to a gate-controlled power semiconductor switch, whereby upon selective energization of each piezoelectric plate element, the initial polarization of said switching device is activated; A deflectable portion momentarily closes the first and second electrical contact means, thereby causing a sufficient current pulse to be emitted from the corresponding piezoelectric plate element into the gate of the gated power semiconductor switch to cause the semiconductor switch to close. 21. The switching circuit according to claim 20, wherein the switching circuit is configured to turn on the switching circuit.
(25)前記協同電気スイッチ接点の各々が、コンデン
サとして作用する各圧電プレート素子中に蓄積された電
荷と接続されてその供給を受ける第1の電気接点手段と
、SCR、トライアックまたはトランジスタなどのよう
なゲート制御型パワー半導体スイッチにゲート電流を供
給するように接続された第2の電気接点手段とからなる
ことにより、各圧電プレート素子の選択的な付勢時にお
いて前記スイッチング装置の初期分極化可動撓み部分が
前記第1及び第2の電気接点手段を瞬間的に閉接し、こ
れによって対応する圧電プレート素子から前記ゲート制
御型パワー半導体スイッチのゲート中に十分な電流パル
スを放出させてその半導体スイッチをターンオンするよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(22)項
記載のスイッチング回路。
(25) Each of said cooperative electrical switch contacts has first electrical contact means connected to and supplied with charge stored in each piezoelectric plate element acting as a capacitor, such as an SCR, triac or transistor. second electrical contact means connected to supply a gate current to a gate-controlled power semiconductor switch, whereby upon selective energization of each piezoelectric plate element, the initial polarization of said switching device is activated; A deflectable portion momentarily closes the first and second electrical contact means, thereby causing a sufficient current pulse to be emitted from the corresponding piezoelectric plate element into the gate of the gated power semiconductor switch to cause the semiconductor switch to close. 23. The switching circuit according to claim 22, wherein the switching circuit is configured to turn on the switching circuit.
(26)前記中間導電面が互いに分離して各1つの平坦
な圧電プレート素子に固定された2枚の近接分離した内
側導電面からなり、2枚の前記平坦な圧電プレート素子
が前記2枚の近接分離した導電面間に位置する薄い接着
剤層により固定保持されたことを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載のスイッチング装置。
(26) said intermediate conductive surface comprises two closely spaced inner conductive surfaces separated from each other and fixed to each one flat piezoelectric plate element; The switching device according to claim 1, wherein the switching device is fixedly held by a thin adhesive layer located between closely separated conductive surfaces.
(27)前記薄い接着剤層が電気絶縁性を有し、前記近
接した内側導電面の各1つに独立した端子タブを設けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第(26)項記載のス
イッチング装置。
(27) The thin adhesive layer is electrically insulating, and each one of the adjacent inner conductive surfaces is provided with an independent terminal tab. switching device.
(28)前記薄い接着剤層が導電性を有し、前記近接し
た内側導電面が共通端子タブを有することを特徴とする
特許請求の範囲第(26)項記載のスイッチング装置。
28. The switching device of claim 26, wherein the thin adhesive layer is electrically conductive and the adjacent inner conductive surfaces have a common terminal tab.
(29)前記クランプ手段の下側に位置した圧電プレー
ト素子の別の部分が前記外側導電面の除去部分を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第(26)項記載のス
イッチング装置。
(29) The switching device according to claim (26), wherein another portion of the piezoelectric plate element located below the clamping means has a removed portion of the outer conductive surface.
(30)前記スイッチング装置がさらに、圧電セラミッ
ク撓み型スイッチング装置の初期分極化可動撓み部分の
外表面の少くとも幾分かを覆う均一な電気絶縁性保護被
覆を含み、この保護被覆がポリイミドシロキサン共重合
体からなることを特徴とする特許請求の範囲第(29)
項記載のスイッチング装置。
(30) The switching device further includes a uniform electrically insulative protective coating covering at least some of the outer surface of the initially polarized movable flexure portion of the piezoelectric ceramic flexure switching device, the protective coating being a polyimide siloxane. Claim No. (29) characterized in that it is made of a polymer.
Switching device as described in section.
(31)前記均一な電気絶縁性被覆が前記平坦な初期分
極化圧電プレート素子の平坦な外側導電面及び側縁を覆
うとともに、その圧電プレート素子の側縁及びそれら素
子間に挾入された少くとも装置の初期分極化部分に対応
する中間導電面を覆うものであり、前記圧電プレート素
子の初期分極化部分の平坦な外側導電面を覆う均一な絶
縁性被覆がさらに、その上の外側導電面を除去すること
により露出した圧電プレート素子の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覆うものであること
を特徴とする特許請求の範囲第(30)項記載のスイッ
チング装置。
(31) the uniform electrically insulative coating covers the flat outer conductive surface and side edges of the flat initially polarized piezoelectric plate element, and the side edges of the piezoelectric plate element and the conductive layer sandwiched between the elements; A uniform insulating coating covering the flat outer conductive surface of the initially polarized portion of the piezoelectric plate element further covers an intermediate conductive surface corresponding to the initially polarized portion of the device; 31. The switching device according to claim 30, wherein the switching device covers the portion of the piezoelectric plate element exposed by removing the piezoelectric plate element as well as the edge of the outer conductive surface exposed by the removal.
(32)前記スイッチング装置がさらに、前記初期分極
化可動撓み部分から背反した方向において前記クランプ
部を越えて突出した非分極圧電プレート素子部分を含み
、前記非分極圧電プレート素子部分が各外側導電面と中
間導電面との間において電力定格に応じた0.1μF台
の所望の容量値を有するコンデンサを形成するものであ
り、このコンデンサを圧電撓み型スイッチング装置の動
作を制御する電気回路中の回路要素として用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第(31)項記載のスイッチ
ング装置。
(32) the switching device further includes a non-polarized piezoelectric plate element portion projecting beyond the clamping portion in a direction opposite from the initially polarized movable flexure portion, the non-polarized piezoelectric plate element portion extending from each outer conductive surface; A capacitor having a desired capacitance value of 0.1 μF depending on the power rating is formed between the capacitor and the intermediate conductive surface, and this capacitor is connected to the circuit in the electric circuit that controls the operation of the piezoelectric flexible switching device. 32. The switching device according to claim 31, wherein the switching device is used as an element.
(33)前記スイッチング装置がさらに、独立素子型、
ハイブリッド型またはモノリシック集積回路型における
能動半導体装置または受動回路素子もしくはそれらの結
合体からなる付加的な電気回路を前記クランプ手段を越
えて突出した非分極圧電プレート素子部分上において形
成及び支持するとともに、前記非分極圧電プレート素子
部分上に適当な導電面を形成することにより予備形成さ
れた導電路を選択的に確立し、これによって特許請求の
範囲第(7)項に記載されたコンデンサを含む受動回路
素子または能動素子を所望の回路関係において接続した
ことを特徴とする特許請求の範囲第(32)項記載のス
イッチング装置。
(33) The switching device further comprises an independent element type;
forming and supporting additional electrical circuitry consisting of active semiconductor devices or passive circuit elements or combinations thereof in hybrid or monolithic integrated circuit type on the non-polarized piezoelectric plate element portions projecting beyond the clamping means; By forming a suitable conductive surface on the non-polarized piezoelectric plate element portion, a pre-formed conductive path is selectively established, whereby a passive A switching device according to claim 32, characterized in that circuit elements or active elements are connected in a desired circuit relationship.
(34)前記スイッチング装置がさらに、撓み型圧電ス
イッチング装置の初期分極化可動撓み部分における自由
端を横断してその幅方向に固定支持された比較的薄い剛
体部材を含むことを特徴とする特許請求の範囲第(33
)項記載のスイッチング装置。
(34) A claim characterized in that the switching device further includes a relatively thin rigid member fixedly supported in the width direction across the free end of the initially polarized movable flexible portion of the flexible piezoelectric switching device. Range No. 33
) The switching device described in section 2.
(35)可動撓み部材によって開閉される協同電気スイ
ッチ接点の組を銅−バナジウム合金から形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第(1)、(6)、(10)
、(14)、(26)、(30)または(34)項のい
ずれか1項に記載のスイッチング装置。
(35) Claims (1), (6), and (10) characterized in that the set of cooperative electrical switch contacts opened and closed by a movable flexible member is formed from a copper-vanadium alloy.
, (14), (26), (30), or (34).
(36)撓み型圧電駆動部材が非励起状態にある撓み部
材の姿勢に基づいて占有する中立位置の両側に駆動され
ることができるようにし、これによって前記撓み部材が
その両側に配置されたメーク接点及びブレーク接点と選
択的に協同して各接点を通る少くとも2つの電気的に独
立した導電路を開閉できるようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第(1)、(6)、(10)、(14)
、(26)、(30)または(34)項のいずれか1項
に記載のスイッチング装置。
(36) enabling the flexible piezoelectric drive member to be driven to either side of the neutral position it occupies based on the attitude of the flexible member in the non-excited state, thereby causing the flexible member to Claims (1), (6), characterized in that the contact and the break contact selectively cooperate to open and close at least two electrically independent conductive paths through each contact. (10), (14)
, (26), (30), or (34).
(37)撓み型圧電駆動部材が非励起状態にある撓み部
材の姿勢に基づいて占有する中立位置の両側に駆動され
ることができるようにし、これによって前記撓み部材が
その両側に配置されたメーク接点及びブレーク接点と選
択的に協同して各接点を通る少くとも2つの電気的に独
立した導電路を開閉できるようにし、前記可動撓み部材
により開閉される協同電気スイッチ接点を銅−バナジウ
ム合金から形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
(1)、(6)、(10)、(14)、(26)、(3
0)または(34)項のいずれか1項に記載のスイッチ
ング装置。
(37) enabling the flexible piezoelectric drive member to be driven to either side of the neutral position it occupies based on the attitude of the flexible member in the non-excited state, thereby causing the flexible member to cooperative electrical switch contacts made of a copper-vanadium alloy, selectively cooperating with the contact and break contacts to enable the opening and closing of at least two electrically independent conductive paths through each contact, and which are opened and closed by said movable deflectable member; Claims (1), (6), (10), (14), (26), (3)
0) or (34).
(38)装置の初期分極化可動撓み部材を構成する圧電
プレート素子部分が、スイッチング装置を一体構造とし
て組み立てた後において初期分極処理されたものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)、(6)、(
10)、(14)、(26)、(30)または(34)
項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
(38) Initial polarization of the device Claim (1) characterized in that the piezoelectric plate element portion constituting the movable flexible member is subjected to initial polarization treatment after the switching device is assembled as an integral structure. ), (6), (
10), (14), (26), (30) or (34)
The switching device according to any one of Items.
(39)撓み型圧電駆動部材が非励起状態にあるその撓
み部材の中立位置の両側に駆動され得るようにしたこと
により、前記撓み部材がその両側に配置されたメーク接
点セット及びブレーク接点セットをそれぞれ形成する2
組の異なった接点セットと協同できるようにして、各接
点セットを通る少くとも2本の電気的に独立した導電路
を選択的に閉成もしくは遮断するようにし、この可動撓
み部材により開閉される協同電気スイッチの接点セット
を銅−バナジウム合金から形成するとともに、装置の初
期分極化可動撓み部分を構成する圧電プレート素子部分
がスイッチング装置の一体化構造への組み立て後におい
て初期分極処理されたものであることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載のスイッチング装置。
(39) A flexible piezoelectric drive member is capable of being driven to either side of a neutral position of the flexible member in an unenergized state, such that the flexible member has a make contact set and a break contact set disposed on either side thereof. 2 to form each
the movable flexible member being capable of cooperating with different sets of contacts to selectively close or interrupt at least two electrically independent conductive paths through each set of contacts; The contact set of the cooperative electrical switch is formed from a copper-vanadium alloy, and the piezoelectric plate element portion that constitutes the initially polarized movable flexure portion of the device is initially polarized after assembly into the integrated structure of the switching device. A switching device according to claim (1), characterized in that:
(40)撓み型圧電駆動部材が非励起状態にあるその撓
み部材の中立位置の両側に駆動され得るようにしたこと
により、前記撓み部材がその両側に配置されたメーク接
点セット及びブレーク接点セットをそれぞれ形成する2
組の異なった接点セットと協同できるようにして、各接
点セットを通る少くとも2本の電気的に独立した導電路
を選択的に閉成もしくは遮断するようにし、この可動撓
み部材により開閉される協同電気スイッチの接点セット
を銅−バナジウム合金から形成するとともに、装置の初
期分極化可動撓み部分を構成する圧電プレート素子部分
がスイッチング装置の一体化構造への組み立て後におい
て初期分極処理されたものであることを特徴とする特許
請求の範囲第(34)項記載のスイッチング装置。
(40) A flexible piezoelectric drive member is capable of being driven to either side of a neutral position of the flexible member in an unenergized state, whereby the flexible member has a make contact set and a break contact set disposed on either side thereof. 2 to form each
the movable flexible member being capable of cooperating with different sets of contacts to selectively close or interrupt at least two electrically independent conductive paths through each set of contacts; The contact set of the cooperative electrical switch is formed from a copper-vanadium alloy, and the piezoelectric plate element portion that constitutes the initially polarized movable flexure portion of the device is initially polarized after assembly into the integrated structure of the switching device. A switching device according to claim 34, characterized in that:
(41)それぞれ外側導電面を有し、少くとも1枚の中
間導電面の両側にサンドイッチ状に配置されたすくなく
とも2枚の初期分極化圧電プレート素子からなり、メー
ク及びブレーク電気接点を開閉すべくそれらの接点と協
同する少くとも1つの電気駆動式撓み型圧電セラミック
スイッチング装置、並びに装置の各圧電プレート素子を
予め永久的に導入されたその初期分極電界と同方向に極
性づけられた直流付勢電界によりそれぞれ選択的に付勢
するために前記撓み型圧電スイッチング装置に接続され
た選択動作可能な電気付勢回路手段を備えたことにより
、メーク及びブレーク接点を閉接または開放するための
スイッチの連続的な動作中において圧電プレート素子の
誘電的減極が生じないようにしたことを特徴とする圧電
セラミックスイッチング回路。
(41) consisting of at least two initially polarized piezoelectric plate elements each having an outer conductive surface and sandwiched on either side of at least one intermediate conductive surface for opening and closing the make and break electrical contacts; at least one electrically driven flexure-type piezoceramic switching device cooperating with those contacts, as well as direct current energization polarized in the same direction as its initial polarization field previously permanently introduced into each piezoelectric plate element of the device; selectively operable electrical energizing circuit means connected to said flexible piezoelectric switching device for selectively energizing each by an electric field, thereby providing a switch for closing or opening the make and break contacts; A piezoelectric ceramic switching circuit characterized in that no dielectric depolarization of the piezoelectric plate element occurs during continuous operation.
(42)撓み型圧電セラミックスイッチング装置を非励
起状態にある撓み部材の中立位置からその両側に駆動で
きるようにしたことより、前記撓み部材がその両側に配
置されたメーク及びブレーク接点セットからなる2組の
異なった接点セットと協同して各接点セットを通ずる少
くとも2本の独立した導電路を選択的に閉成もしくは開
放するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(
41)項記載のスイッチング回路。
(42) The flexible piezoelectric ceramic switching device is capable of being driven from a neutral position of the flexible member in an unenergized state to both sides thereof, so that the flexible member comprises two sets of make and break contacts disposed on both sides thereof. Claim 1, characterized in that it cooperates with different sets of contacts in the set to selectively close or open at least two independent conductive paths through each set of contacts.
41) The switching circuit described in item 41).
(43)選択的に動作する電気付勢回路手段が圧電セラ
ミック撓み型スイッチング装置の初期分極化圧電プレー
ト素子の各1つにわたして接続された各スイッチング付
勢回路手段を含み、前記スイッチング付勢回路手段が撓
み付勢電位の電源と、常開型低電力定格の使用者操作ス
イッチ手段と、電力制限抵抗手段、及び前記圧電撓み型
スイッチング装置の初期分極化圧電プレート素子を分極
形成すべく用いた初期分極電位の極性と同一の極性にお
いて付勢電位を印加するように極性つけられたダイオー
ド整流回路手段からなり、これらを前記常開型低電力定
格の使用者スイッチの閉接時において前記撓み型スイッ
チの初期分極化圧電プレート素子の各1つと直列接続さ
れるように回路構成されたものからなることにより、前
記撓み型圧電スイッチの各初期分極化圧電プレート素子
がそれぞれ各圧電プレート素子に予め永久的に導入され
た初期分極電界と常に同一極性の直流付勢電界によりそ
れぞれ選択的に付勢され、前記負荷電流制御用電気スイ
ッチ接点を開閉するための連続的な圧電撓み型装置の動
作中において圧電プレート素子の誘電的減極が生じない
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(41)
項記載のスイッチング回路。
(43) selectively operative electrical energizing circuit means including each switching energizing circuit means connected across each one of the initially polarized piezoelectric plate elements of the piezoceramic flexure switching device; Circuit means is adapted to polarize the initially polarized piezoelectric plate element of the piezoelectric flexural switching device, including a power source of flexural energizing potential, a normally open low power rated user-operated switch means, and a power limiting resistor means. diode rectifier circuit means polarized to apply an energizing potential at the same polarity as the initial polarization potential, which are connected to the deflection circuit when the normally open low power rated user switch is closed. each initially polarized piezoelectric plate element of the flexible piezoelectric switch is configured to be connected in series with each one of the initially polarized piezoelectric plate elements of the flexible piezoelectric switch. during operation of a continuous piezoelectric flexure-type device for opening and closing said electrical switch contacts for controlling said load current, each selectively energized by a DC energizing electric field of always the same polarity as the permanently introduced initial polarization electric field; Claim (41) characterized in that dielectric depolarization of the piezoelectric plate element is prevented from occurring in
Switching circuit described in section.
(44)前記スイッチング回路がさらに、各圧電プレー
ト素子と並列接続されたことによりその素子に蓄積され
た電荷を放出するための常閉型電気スイッチ手段と、各
圧電プレート素子を付勢するために前記常閉型電気スイ
ッチ手段を常開型低電力定格の使用者操作スイッチ手段
に接続するための手段とを含むことにより、前記常開型
使用者操作スイッチ手段の閉接時において自動的に付勢
されるべき各圧電プレート素子に並列接続された前記常
閉型電気スイッチ手段を開放してその素子に対する電気
的付勢を可能にするものであることを特徴とする特許請
求の範囲第(43)項記載のスイッチング回路。
(44) The switching circuit further includes normally closed electric switch means for discharging the charge accumulated in each piezoelectric plate element by being connected in parallel with the element, and for energizing each piezoelectric plate element. and means for connecting said normally closed electrical switch means to a normally open low power rated user operated switch means so that said normally open electrical switch means is automatically engaged upon closing of said normally open user operated switch means. Claim 43, characterized in that said normally closed electric switch means connected in parallel to each piezoelectric plate element to be energized is opened to enable electrical energization of that element. Switching circuit described in ).
(45)前記スイッチング回路がさらに、各初期分極化
圧電プレート素子の付勢時において前記撓み型圧電スイ
ッチング装置により開閉操作される負荷電流制御用電気
スイッチ接点にわたして並列接続された抵抗及びコンデ
ンサの直列回路からなるスナバ回路手段を含み、前記ス
ナバ回路手段の抵抗として前記撓み型圧電スイッチング
装置の非分極圧電プレート素子部分上に形成及び支持さ
れた受動抵抗素子を用い、これに直列接続される前記コ
ンデンサが前記非分極圧電プレート素子部分の少くとも
一部において形成されたコンデンサからなることを特徴
とする特許請求の範囲第(44)項記載のスイッチング
回路。
(45) The switching circuit further includes a resistor and a capacitor connected in parallel across the load current control electrical switch contacts which are opened and closed by the flexible piezoelectric switching device when each initially polarized piezoelectric plate element is energized. a snubber circuit means comprising a series circuit, using as a resistor of the snubber circuit means a passive resistance element formed and supported on a non-polarized piezoelectric plate element portion of the flexural piezoelectric switching device; 45. A switching circuit according to claim 44, wherein the capacitor comprises a capacitor formed in at least a part of the non-polarized piezoelectric plate element portion.
(46)前記ダイオード整流回路手段が圧電バイモルフ
撓みスイッチング装置を駆動するための適切なレベルま
で付勢電圧の値を上昇する電圧逓倍回路手段を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第(45)記載のスイッチ
ング回路。
(46) The diode rectifier circuit means includes voltage multiplier circuit means for increasing the value of the energizing voltage to an appropriate level for driving the piezoelectric bimorph flexural switching device. Switching circuit as described.
(47)前記協同電気スイッチの接点セットの各々がコ
ンデンサとしても作用する各圧電プレート素子中に蓄積
された電荷と接続されてその供給を受ける第1の電気接
点手段と、SCR、トライアックまたはトランジスタな
どのようなゲート制御型パワー半導体スイッチにゲート
電流を供給すべく接続された第2の電気接点手段とを含
むことにより、各圧電プレート素子の選択的な付勢時に
おいてスイッチング装置の初期分極化可動撓み部分が前
記第1及び第2の電気接点手段を瞬間的に閉接するとと
もに、各圧電プレート素子より前記ゲート制御型パワー
半導体スイッチのゲート中に十分な電流パルスを放出し
てその半導体スイッチをターンオンするようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第(45)項記載のスイッ
チング回路。
(47) first electrical contact means, such as an SCR, triac or transistor, each of the contact sets of said cooperative electrical switch being connected to and being supplied with the charge stored in each piezoelectric plate element, which also acts as a capacitor; and second electrical contact means connected to supply a gate current to a gated power semiconductor switch such as a gate-controlled power semiconductor switch, thereby controlling the initial polarization of the switching device upon selective energization of each piezoelectric plate element. The flexible portion momentarily closes the first and second electrical contact means and causes each piezoelectric plate element to emit a sufficient current pulse into the gate of the gated power semiconductor switch to turn on the semiconductor switch. A switching circuit according to claim (45), characterized in that the switching circuit is configured to:
(48)前記協同電気スイッチの接点セットの各々がコ
ンデンサとしても作用する各圧電プレート素子中に蓄積
された電荷と接続されてその供給を受ける第1の電気接
点手段と、SCR、トライアックまたはトランジスタな
どのようなゲート制御型パワー半導体スイッチにゲート
電流を供給すべく接続された第2の電気接点手段とを含
むことにより、各圧電プレート素子の選択的な付勢時に
おいてスイッチング装置の初期分極化可動撓み部分が前
記第1及び第2の電気接点手段を瞬間的に閉接するとと
もに、各圧電プレート素子より前記ゲート制御型パワー
半導体スイッチのゲート中に十分な電流パルスを放出し
てその半導体スイッチをターンオンするようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第(46)項記載のスイッ
チング回路。
(48) first electrical contact means, such as an SCR, triac or transistor, each of the contact sets of said cooperative electrical switch being connected to and being supplied with the charge stored in each piezoelectric plate element, which also acts as a capacitor; and second electrical contact means connected to supply a gate current to a gate-controlled power semiconductor switch such as a gate-controlled power semiconductor switch such as The flexible portion momentarily closes the first and second electrical contact means and causes each piezoelectric plate element to emit a sufficient current pulse into the gate of the gated power semiconductor switch to turn on the semiconductor switch. A switching circuit according to claim (46), characterized in that the switching circuit is configured to:
(49)少くとも1枚の中間導電面の両側においてサン
ドイッチ状に対置平行して支持された少くとも2枚の平
坦な初期分極化圧電プレート素子より構成された圧電セ
ラミック撓み部材を有するとともに、各圧電プレート素
子の厚さにより前記中間導電面及び他方のものから絶縁
された一対の外側導電面を有する少くとも1つの圧電セ
ラミック撓み型スイッチング装置であって、この装置の
前記初期分極化可動撓み部材により開閉操作される少く
とも1組の協同電気スイッチ接点を含むものからなり、
前記平坦な圧電プレート素子を所望のサイズに形成した
後において、前記中間導電面及び外側導電面を選択的に
形成してあるこれら導電面の両側縁を圧電プレート素子
の両側縁に関して引っ込ませたことにより、圧電セラミ
ック撓み部材の側縁に沿った電圧歪耐性を向上したこと
を特徴とする圧電セラミックスイッチング装置。
(49) having a piezoelectric ceramic flexure member comprised of at least two flat, initially polarized piezoelectric plate elements supported in opposite parallel fashion in a sandwich on opposite sides of at least one intermediate conductive surface; at least one piezoceramic flexural switching device having a pair of outer conductive surfaces insulated from the intermediate conductive surface and the other by the thickness of the piezoelectric plate element, the initially polarized movable flexure member of the device; comprising at least one set of cooperative electrical switch contacts operated to open and close by
After forming the flat piezoelectric plate element to a desired size, selectively recessing the edges of the intermediate conductive surface and the outer conductive surface with respect to the opposite edges of the piezoelectric plate element. A piezoelectric ceramic switching device characterized in that voltage distortion resistance along a side edge of a piezoelectric ceramic flexible member is improved.
(50)前記スイッチング装置がさらに、圧電セラミッ
ク撓み型スイッチ装置の初期分極化可動撓み部分の外表
面における少くとも幾分かを覆うポリイミドシロキサン
共重合体からなる緻密な電気絶縁性保護被覆を含み、前
記緻密な電気絶縁性保護被覆により平坦な初期分極化圧
電プレート素子の側縁及び平坦な外側導電面を覆うとと
もに、前記圧電プレート素子の側縁及びそれらのプレー
ト素子に挾入された少くとも装置の初期分極化部分に対
応する中間導電面を覆うものであり、さらに圧電プレー
ト素子の初期分極化部分における平坦な外側導電面を覆
う均一な絶縁保護被覆がその面から外側導電面を除去し
たことにより露出した圧電プレート素子の部分、並びに
そのような導電面の除去により露出した前記外側導電面
の縁部に沿って延長し、かつこれらを覆うものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(46)項記載のスイ
ッチング装置。
(50) the switching device further comprises a dense electrically insulating protective coating of a polyimide siloxane copolymer covering at least some of the outer surface of the initially polarized movable flexure portion of the piezoelectric ceramic flexure switch device; The dense electrically insulating protective coating covers the side edges of the flat initially polarized piezoelectric plate elements and the flat outer conductive surface, and the side edges of the piezoelectric plate elements and at least the devices inserted into those plate elements. covering an intermediate conductive surface corresponding to the initially polarized portion of the piezoelectric plate element, and a uniform conformal coating covering the flat outer conductive surface in the initially polarized portion of the piezoelectric plate element from which the outer conductive surface has been removed; extending along and covering the portion of the piezoelectric plate element exposed by the conductive surface, as well as the edges of the outer conductive surface exposed by the removal of such conductive surface. The switching device according to item (46).
(51)少くとも1枚の中間導電面の両側においてサン
ドイッチ状に対置平行して支持された少くとも2枚の平
坦な初期分極化圧電プレート素子より構成された圧電セ
ラミック撓み部材を有するとともに、各圧電プレート素
子の厚さにより前記中間導電面及び他方のものから絶縁
された一対の外側導電面を有する少くとも1つの圧電セ
ラミック撓み型スイッチング装置であって、この装置の
前記初期分極化可動撓み部材により開閉操作される少く
とも1組の協同電気スイッチ接点、並びに前記圧電セラ
ミック撓み型スイッチング装置の初期分極化撓み可動部
分の外表面の少くとも幾分かを覆うポリイミドシロキサ
ン共重合体からなる均一な電気絶縁性保護被覆であって
、平坦な初期分極化圧電プレート素子の側縁及びそれら
のプレート素子間に挾入された中間導電面における少く
とも撓み部材の初期分極化部分上を覆い、さらにその外
側導電面を除去したことにより露出した初期分極化圧電
プレート素子の部分、及びそのような導電面の除去によ
り露出した外側導電面の縁部まで延長してこれらを覆う
ものを備えたことを特徴とする圧電セラミックスイッチ
ング装置。
(51) having a piezoelectric ceramic flexure member comprised of at least two flat, initially polarized piezoelectric plate elements supported in opposite parallel fashion in a sandwich on opposite sides of at least one intermediate conductive surface; at least one piezoceramic flexural switching device having a pair of outer conductive surfaces insulated from the intermediate conductive surface and the other by the thickness of the piezoelectric plate element, the initially polarized movable flexure member of the device; at least one set of cooperative electrical switch contacts operated to open and close by the piezoelectric ceramic flexure-type switching device; an electrically insulative protective coating over at least the initially polarized portion of the flexible member at the side edges of the planar initially polarized piezoelectric plate elements and intermediate conductive surfaces interposed between the plate elements; characterized by comprising a portion of the initially polarized piezoelectric plate element exposed by the removal of the outer conductive surface, and something extending to and covering the edge of the outer conductive surface exposed by the removal of such conductive surface. Piezoelectric ceramic switching device.
(52)圧電セラミックスイッチング装置の主要な素子
のすべてを一体化構造として組み立て、しかる後撓み部
材の各圧電プレート素子に比較的高い値の初期分極電位
を印加し、この間前記プレート素子をそれらのキューリ
ー温度の近傍に維持して圧電セラミック材料の双極子の
配向整列を達成し、しかる後撓み部材の各圧電プレート
素子に印加される初期分極電位の相対値を同時に調整し
てそれをスイッチング装置の負荷電流制御用固定スイッ
チ接点に関して正確に位置づけることを特徴とする圧電
撓み型スイッチング装置の可動撓み圧電部材を初期分極
及び整合配置するための方法。
(52) Assembling all of the principal elements of the piezoceramic switching device into an integrated structure, and then applying a relatively high initial polarization potential to each piezoelectric plate element of the flexible member, during which said plate elements are temperature to achieve orientational alignment of the dipoles of the piezoceramic material and then simultaneously adjust the relative values of the initial polarization potentials applied to each piezoelectric plate element of the flexure member to transfer it to the load of the switching device. A method for initial polarization and aligned positioning of a movable flexible piezoelectric member of a piezoelectric flexible switching device characterized by precise positioning with respect to fixed switch contacts for current control.
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