JPS6324523A - 圧電セラミック・リレ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧電セラミック・リレー、特に圧電セラミッ
ク・リレーの種々の部分を取付けてパッケージする技術
に関する。

電磁リレーは、制御信号に応答して、負荷回路の電流の
流れを制御する為のスイッチング部品として普通に使わ
れている。この為、こういうリレーは、例えば電子制御
回路と負荷回路の間のインターフェースとして作用する
のによく適しており、制御回路がリレー・コイルを遼択
的に付勢する低電力の制御信号を取扱い、こうしてリレ
ー接点が電力回路で作用して、相対的に一層高いレベル
の電力を開閉する。

然し、電磁リレーには欠点がある。初期のリレーの設計
に比べれば小形化しているが、例えばそれと相当する現
在の固体電力スイッチとは対照的に、その作動に要する
電力が非常に大きい。こういうリレーは製造するのが比
較的複雑で費用がかかる。例えばそのコイルは非常に細
い線の多数のターンを必要とするのが典型的である。コ
イルの抵抗値は小さいが、ある程度の電力を消費し、そ
の結果熱を発生する。電線の絶縁物が時間と共に並びに
温度変動と共に作用する状態にと一層まることを含めた
種々の理由により、電磁リレーは、気密封じ又は真空封
じの外被内に容易に確実にパッケージして、真空の環境
、又は窒素及びアルゴンの様な不活性ガスや、又はその
中でリレー接点が動作し得る、六弗化硫黄の様な絶縁耐
力の強いガスの周囲雰囲気を作ることが出来ない。従来
周知の様に、真空、不活性ガス又は絶縁ガスの環境内で
電流を転流することは、アークの発生を抑圧し、こうし
て接点の寿命を長くする。接触のすき間を少なくし、耐
圧を大幅に高めることが出来る。酸化により、時間と共
に接触抵抗が増加することが避けられる。

上に述べたことを含めて、電力スイッチング出力装置と
しての電磁リレーの種々の欠点が、圧電リレーに対する
関心を改めるきっかけとなった。

圧電セラミック拐料の最近の改良により、リレーの用途
に対するその電気機械的な効率が高まった。

圧電駆動素子は、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン
酸鉛、メタニオブ酸鉛等の様な多数の相異なる多結晶セ
ラミック材料を、矩形の板の様な所望の形に予め流込み
成形、プレス又は押出成形し、その後焼成することによ
り、製造することが出来る。圧電又は圧電セラミック・
リレーは必要な作動電流が非常に小さく、作動状態を保
つ為の消費電力が極く少なく、休止状態にある間は電流
を通さない。圧電セラミック駆動素子の電気的な特性は
基本的に容量性であり、この為、電磁リレーとは対照的
に、周囲の電磁界や隣接するリレーの間の相互の磁束結
合に実質的に影響されない。圧電セラミック・リレーは
、それに相当する定格の電磁リレーよりも物理的に一層
小さい寸法に設計することが出来る。圧電セラミック・
リレーは電磁リレー式にスイッチ接点を利用するから、
接点の隔たりにより、大抵の家庭用、商業用、工業用及
び各種の機器のＵＬ承認に要求される様、負荷回路に空
隙が入る。リレー接点が閉じると、抵抗値が無視し得る
様な整流形でない歪みのない電流通路が得られ、この為
、固体電力スイッチとは対照的に、負荷回路には損失又
はその他の宵害な影響が事実上入り込まない。

電磁リレーに比べた圧電セラミック・リレーの別の利点
は、電磁リレーは空気中でしか動作させることが出来な
いが、この発明では、圧電セラミック・リレーは真空中
、又は不活性或いは絶縁耐力の強い気体状雰囲気内で動
作する様に、密封した保護外被内にパッケージするのに
非常に適していることが判った。この為、１９８４年１
２月２１日に出願された係属中の米国特許出願通し番号
第６８５，１０８号には、気密な外被内に１つ又は更に
多くのバイモルフ・リレー・アクチュエータ及び関連す
る接点をパッケージすることが記載されている。

従って、この発明の目的は、改良された圧電セラミック
・リレーを提供することである。

別の目的は、その各部分が効率の良い信頓性のある形で
取付けられてパッケージされる様な改良された圧電セラ
ミック・リレーを提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、リレーの部品が
改良された構造を持つ外被内にパッケージされる圧電セ
ラミック・リレーを提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、リレーの外被が
湿気を通さない様にすることの出来る圧電セラミック・
リレーを提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、真空又は保護用
の気体状雰囲気を収容する為に、リレーの外被を容易に
気密封じすることが出来る様な圧電セラミック・リレー
を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格であって、リレーの部品が
、バッチ製造方法及び大量生産方法に適する形で精密な
位置関係を持つ様に取付けられる”様に、リレーの外被
が構成されている圧電セラミック・リレーを提供するこ
とである。

別の目的は、上に述べた性格の圧電セラミック・リレー
のリレー接点すき間を精密な予定の寸法に設定すること
が出来る様にする方法を提供することである。

この発明のその他の目的は一部分は明らかであろうし、
一部分は以下説明から明らかになろう。

発明の要約 この発明では、硝子、セラミック又はプラスチックの様
な適当な材料で形成された全体・的に長方形の外被又は
ケースに片持ち式に取付けたバイモルフ作動部材を有す
る圧電セラミック・リレーを提供する。バイモルフ部材
の自由端に少なくとも１つ、好ましくは２個１組の可動
リレー接点が支持されていて、ケースの精密な位置に取
付けられた１対の固定接点に対してすき間を持つ様に、
これらの可動接点が位置ぎめされる。こうしてリレーの
用語で云うＨ形接点配置が得られ、バイモルフ部材が付
勢されていない時、可ｇＪ接点は夫々関連する固定接点
に対して隔たる中立の中心「オフ」位置にとＶまる。バ
イモルフ部材が選択的に付勢されると、それがカーブ式
に撓み、一方又は他方の組の固定及び可動接点を係合さ
せて、それに結線された２つの負荷回路の内の一方に電
流を通す。

脱勢されると、バイモルフ部拐が中心「オフ」位置に復
帰する。

この発明を種々の形式で実施することが出来、ケースは
防湿性にしたり、或いは気密封じして、リレー接点がそ
の中で動作し得る真空又は保護用の気体状雰囲気を収容
することが出来る。この発明は、バイモルフ部材の取付
は側の端がケースに設けた密封開口を通ってその外部に
伸出して、その種々の電極が、プラグ・ソケットの接点
要素と係合する様に露出した実施例も対象としている。

固定及び可動接点に接続されていて、ケースの内面の上
又はバイモルフ部材の電極のない面の上に支持されてい
る導体部分も、ケース（′−設けられた密封された通抜
は開口から取出して、同じプラグ・ソケットの別の接点
要素と係合する様にする。

確実な中心「オフ」位置を保証すると共に、各組の合さ
る固定接点及び可動接点の間に予定の、好ましくは一様
なすき間の寸法を達成する為に、各々の接点すき間に正
確な寸法のスペーサを入れることにより、製造過程の間
に、すき間が精密に定められる。予め分極する時、バイ
モルフ部材はこういうスペーサによって、その可動接点
が関連する固定接点に対して一様なすき間を持つ様な明
確に限定された中立位置をとる様に拘束される。

その後、スペーサを影響がない様に物理的に取除くか、
或いは適当な溶媒で溶解したり、食刻によって取去り、
又は集束したレーザ・ビームによって蒸発させることの
出来る材料で形成する。

従って、この発明は以下説明する様な構造に例示される
構造の特徴、部分の配置及び要素の組合せで構成されて
おり、この発明の範囲は特許請求の範囲に記載しである
。この発明の性質と目的がよく理解されるように、次に
図面について詳しく説明する。

詳しい説明 最初に第１図及び第２図について説明すると、全体を２
０で示す圧電セラミック・リレーが、全体を２２で示す
バイモルフ作動部材を含む。バイモルフ作動部材は、１
対の圧電セラミック板２４゜２６を、共通の表面電極２
８を中間に置いてサンドイッチ式に結着して構成される
。板２４の露出した上面を導電金属で被覆して電極３０
を設け、同様に板２６の露出した下面も３２に示す様に
電極をつける。これらの板はジルコン酸チタン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）、メタニオブ酸鉛及びチタン酸バリウムの様な公
知の圧電セラミック材料で形成されており、表面電極は
ニッケル、銀等の様な適当な金属の被覆を沈積すること
によって構成される。圧電セラミック材料の最近の改良
により、寿命が長くて安定性があり、電力開閉能力が高
くなった密度の一層高いＰＺＴ材料が提供されている。

全体を３６で示す外被又はケースの壁３４により、バイ
モルフ部材２２がその１端の近くで片持ち式に取付けら
れている。部材２２の自由端には接点支持体３８が固定
されており、これが１対の向い合う可動接点４０ａ、４
０ｂを支持している。

第１図に見られる様に、接点支持体３８は構造的に頑丈
な適当なプラスチックで形成され、１端にはバイモルフ
部材２２の自由端を受入れる為の横方向の溝孔３８ａが
ある。バイモルフ部材に対する接点支持体のこの組立て
状態が、エポキシ接着剤の様な適当な接着剤を用いて保
たれる。接点支持体の他端には、その両面に電気的に接
続された可動接点４０ａ、４０ｂを持つ銅板４０を受入
れる横方向の溝孔３８ｂがある。接点支持体は３８Ｃに
示す切欠きを疫けて、可動接点に対するすき間を作る。

板４０も所定位置に接着剤で結合する。

接点支持体３８が、バイモルフ部材に対する可動接点の
組立ての高さを低くする様に構成されていて、従ってケ
ース３６の高さ寸法を最小限にすることが認められよう
。

第１図及び第２図に見られる様に、ケース３６は、端壁
３４の他に、それと向い合う端壁４１、天井壁４２ａ、
底壁４２ｂ１及び１対の側壁４４を持ち、これら全てを
結合して、全体的に長方形の箱形の外被を形成する。ケ
ースのこれらの壁は、硝子や、酸化ベリリウム、アルミ
ナ、ステアタイトの様なセラミクスあるいはポリエーテ
ルイミドであるＵ　Ｌ　Ｔ　Ｅ　Ｍの様な高性能のエン
ジニアリング・プラスチックで形成することが出来る。

ＵＬＴＥＭはザ・ゼネラル・エレクトリック・カンバニ
イの登録量１票である。硝子壁の場合、硝子フリットを
用いて互いに結合し、防湿性で、Ｈｌには気密な４肢を
作ることも出来る。セラミック及びＵＬＴＥＭプラスチ
ックの壁は、種々の結合剤を用いて結合することが出来
るし、或いは選択的に銅めっきしてはんだ付けしてもよ
い。何れの方式でも、真空、或いは乾いた窒素の様な不
活性ガス又は六弗化硫黄の様な絶縁耐力の強いガスの保
護用気体状雰囲気を保つのに十分な気密性を持つケース
３６を作ることが出来る。

第２図に見られる様に、端壁３４は２つの部分３４ａ、
３４ｂに別れて形成されていて、これらが継目３４ｄに
沿って結合された時、壁の部分の間でバイモルフ部材２
２をしっかりと締付ける様な厳密な寸法の向い合う切欠
き３４ｃを夫々備えている。バイモルフ部材の末端部分
が端壁３４を密封した状態で（気密に）通抜けて、ケー
ス３６の外部にその表面電極２８，３０．３２を出すこ
とが好ましい。圧電セラミック板２４は２４ａに示す様
に切欠いて、電極２８を露出する。

導体部分又は条片４６が天井ｒｉ４２の内面に固定され
、同様な導体部分４８が底壁４２ｂの内面に固定される
。導体部分４６の内側端部分に固定接点５０ａが固定さ
れていて、可動接点４０ａに対してすき間を持つ様に配
置される。第２の固定接点５０ｂが導体部分４８の内側
端部分に固定されていて、そこで可動接点４０ｂに対し
てすき間を待つ様に位置ぎめされる。これらの導体部分
の外側端が後壁３４と天井壁及び底壁の間の継目からケ
ース３６を出て行き、端子部分４６ａ、４８ａがケース
の外部に出る。第３の導体部分５２が底壁４２ｂの内面
に固定されていて、ケースの外部に配置された端子部分
５２ａから、端壁４１より手前で終端する内側端まで伸
びており、この内側端で可動接点の支持板４０との電気
接続が可撓性の自由導線５３によってなされている。リ
レーのケースをセラミックの壁で形成した場合、リレー
接点に対する浸れたヒートシンク作用が得られることが
理解されよう。通常、電磁リレーはその接点に対するヒ
ートシンク作用を設けて、寿命を伸ばすと共に、負荷の
定格を高める便利な方法がない。これは、接点の間の電
気絶縁と、熱伝導度の高い接点を取付ける部分との相反
する条件があるからであり、接点を取付ける部分は熱の
不良導体であるプラスチックで形成するのが典型的であ
る。

これまでの説明から、バイモルフ部材２２の電極及び種
々の導体部分の端子部分が、５４に示したプラグ・ソケ
ットの接点要素が便利に接近出来る、端壁３４より先の
位置に利用出来ることが理解されよう。即ち、第１図に
見られる様に、接点要素５４ａが導体部分４６の端子部
分４６ａと、接点要素５４ｂが表面電極３０と、接点要
素５４Ｃが切欠き２４ａを設けたことによって表面電極
２８と、接点要素５４ｄが表面電極３０と、そして接点
要素５４ｅが導体部分４８の端子部分４８ａと電気接続
することが出来る。第１図では見えないが、プラグ・ソ
ケットの別個の接点要素が導体部分５２の端子部分５２
ａに係合する。この為、第１図及び第２図に示す圧電セ
ラミック・リレーの構造は、パネル盤、印刷配線阪等の
様な複雑な電気装置にプラグイン式に便利に取付けるこ
とが出来る様にする。

所９：のリレー動作を達成する為に、バイモルフ部材２
２の電気的な作動に関係するメカニズムの詳細について
は、１９８４年１２　Ｊ＝］　２１日に出願された係属
中の米国特許出願通し番号箱６８５゜１０９号を参照さ
れたい。二＼では、例えば圧電セラミック板２４．２６
が、共通の電極２８に相対的に負の、電位を印加すると
共に、相対的に正の同じ電位を電極３０．３２に印加す
ることによって、製造時に予め分極しであると仮定する
と、板２４に相対的な極性が同じである電圧が印加され
た時、この板がその表面電極の平面゛に対して垂直な方
向に膨張しく厚さが増加し）、電極の平面に対して平行
な方向に収縮する（自由端から締付けた端までの長さが
短くなる）ことを述べておけば十分であると思われる。

この結果、バイモルフ３（＜材が」二向きに撓み、可動
接点４０ａを固定接点５０ａと係合させる。他方、予め
分極している極性と同じ方向の極性で板２６に電界が発
生した時、この板は同じ歪みを生じ、バイモルフ部材２
２が下向きに撓み、可動接点４０ｂを固定接点５０ｂと
係合させる。所要の電極の電位が保たれている限り、接
点の係合状態が保たれる。作動電界が除かれると、バイ
モルフ部材は第１図に示した中立の中心「オフ」位置に
戻る。この固有の中立位置は、フェールセーフ状態であ
るが、これは電磁リレーでは、バイアス磁石又は複雑な
機械的な機ｔ１■を必要として、達成するのが困難であ
る。

第３図は、ケースの端壁３４（第２図）を通って可動接
点４０ａ、４０ｂ及び固定接点５０ａ。

５０ｂに回路接続有する別の方式を示す。電流を通す導
体部分をケースの天井壁及び底壁に固定する代りに、そ
れらがバイモルフ部材２２の電極のない面に適用される
。即ち、第３図に見られる様に、表面電極３０の寸法を
小さくして、圧電セラミック板２４の縁の表面部分を、
導体部分４６を担持する為に利用出来る様にして、自由
導線４６ｂを介して固定接点５０ａに給電する。この固
定接点はケースの天井壁４２ａ（第１図）の内面の適当
な位置に配置して固定する。同様に表面電極３２も寸法
を小さくして、圧電セラミック板２６の電極のない表面
部分を導体部分４８を担持する為に利用出来る様にして
、自由導線４８ｂを介して固定接点５０ｂに給電する。

同じく接点５０ｂもケースの底壁４２ｂの内面に固定さ
れる。

第３図には、第１図に示した接点支持体３８によらずに
、板２４．２６の電極のない表面部分に可動接点４０ａ
、４０ｂを取付ける別の方式も示されている。可動接点
４０ａに給電する為、導体部分５６が板２４の電極のな
い縁の表面部分に適用され、他方可動接点４０ｂは板２
６の電極のない縁の表面部分に適用された導体部分５８
によって給電される。第１図の接点の構成と対照して、
第３図に示す２組の固定及び可動接点は、２つの可動接
点が電気的に共通ではないから、完全に別々の回路で動
作することが出来ることが理解されよう。然し、破線４
０ｃで示したＵ字形導電クリップによって可動接点を短
絡してもよいことを承知されたい。この場合、導体部分
５６又は５８の一方を省略することが出来る。更に、第
２図のバイモルフ部材２２に第１図の可動接点支持体３
８を設けることが出来ることを承知されたい。この場合
、ジャンパＲ（図面に示してない）を使って、導体部分
５６又は５８を接点支持体４０に接続する。

更に第３図は表面電極３０．３２をバイモルフ部材の末
端から引込めて、夫々３０ａ、３２Ｈに示すその電気的
な終端部だけをケースの端壁３４に通す変形を示してい
る。これは、圧電セラミック板の内、ケースの端壁を通
る部分を実質的に無極性にして電気的に中立にする利点
がある。即ち、設計により、板のこういう通過部分は、
リレー動作中物理的に比較的不活発なま＼にとゾまり、
従ってバイモルフ部材の片持ち式の取付けの完全さが時
間と共に劣化しない。即ち、バイモルフ部材のこの部分
には、ケースの端壁の破壊又はひゾ割れを招く傾向を持
つ物理的な運動がない。

第３図に示した矢印は、電極の端子部分３０ａ。

３２ａ、電極２８及び種々の導体部分の端子部分と電気
的に接触する様にしたソケットの接点要素を図式的に示
している。

第４図は別のパッケージ方式を示す。この場合、リレー
外被の本体は、全体を６０で示しであるが、ポリエーテ
ルイミド（ＵＬＴＥＭ）の様な安定性の高い適当なエン
ジニアリング・プラスチック１個で射出成形することが
出来る様な形になっている。即ち、本体６０には注意深
く寸法を定めた盲溝孔６０ａが形成されており、その中
にバイモルフ部材２２の１端をぴったりとはめて所定位
置に結合し、所要の片持ち式の取付けを行なう。溝孔６
０ａが大きな空所６０ｂに開口し、リレー動作中にバイ
モルフ部材が撓む為の適切な空間が得られる様にしてい
る。この空所はバイモルフ部材の自由端の先では端壁６
２によって締切られており、この端壁に３つの細い盲溝
孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃが形成されている。溝孔６２
ａには比較的頑丈な銅のストラップ６４ａがはめられ、
これはその内側端に固定接点５０ａを取付けるのに役立
つ。

溝孔６２ｃが固定接点５０ｂを取付けるのに役立つ同じ
様な銅のストラップ６４ｃを受入れる。溝孔６２ｂには
銅のストラップ６４ｂが人っており、これが自由導線６
５を介して導電支持数４０に電気接続され、この支持仮
に向い合って可動接点４０ａ、４０ｂが固定される。第
１図について述べた様に、この支持板が接点支持体３８
によって支持されており、この接点支持体がバイモルフ
部材２２の自由端に取付けられていて、固定接点及び可
動接点は適当なすき間を持つ関係になっている。

更に第４図で、溝孔６０ａの側壁には向い合った凹み６
０ｃが形成されていて、引込み導体６６ａ、６６ｂを、
それと接続する為に、表面電極３０．３２に接近出来る
様にしている。こういう導体は、凹み６０Ｃが元に復す
る本体の閉じた側面６０ｄに形成された密封可能な孔（
図に示してない）を介して取出すことが出来る。この代
りに、これらの導体は開放した側から取出すことが出来
る。この開放した側は、最終的には適当なカバー（図面
に示してない）により密封して締切られる。

共通電極２８に対する接続は、図示の様に導線６６によ
って行なわれる。

第５図には更に別の気密パッケージ方式が示されている
。この場合、バイモルフ部材２２の１端が台６８に接着
剤で結合されるかはんだ付けされ、この台がケースの底
壁７０に固定され、所要の片持ち式の取付けを行なう。

左側の端壁は２つの部分７２ａ、７２ｂを継目７２ｃに
沿って結合し、この継目で共通電極２８に接続される引
込み導体７４ａの入口を密封する。端壁部分７２ｂと底
壁７０の間の結合継目には、自由導線７５ａを介して表
面電極３２に接続された引込み導体７４ｂが収容される
。同様に、端壁部分７２ａとケースの天井壁７６の間の
結合継目が自由導線７５ｂを介して表面導体３０に接続
された引込み導体７４ｃを密封して取込む。

反対側の端壁も同じ様に２つの部分７８ａ、７８ｂで構
成されていて、その間の継目が引込み導体８０ａを密封
して取入れる。この導体は、バイモルフ部材２２の自由
端に固定されたＵ字形鋼クリップ８２に自由導線８１を
介して接続される。

可動接点４０ａ、４０ｂがクリップ８２に電気的に接続
して固定される。図示の様に、このクリップとバイモル
フ電極２８，３０．３２の間には電気ｒ−ふなすき間が
ある。端壁部分７８ａと天井壁７６の間の継目が導電ス
トラップ８４ａを密封して取込む。このストラップの内
側端には、可動接点４０ａと適当なすき間を持つ様に、
固定接点５０ａが取付けられている。同様に、端壁部分
７８ｂと底壁７０の間の継目にはストラップ８４ｂが入
っており、固定接点５０ｂが可動接点４０ｂに対してす
き間を持つ様にこのストラップに取付けられている。

ケースの壁は、ポリエーテルイミド（ＵＬＴＥＭ）の様
な適当なエンジニアリング・プラスチックで形成するこ
とが出来るが、銅８６の様な金属層で被覆して、リレー
動作中、負荷電流の転流によって生ずる望ましくない電
磁妨害波を放出しない）子に遮蔽する。この遮蔽層が引
込み導体を短絡しない様にする為、ポリイミド・シラン
の玉８６ａの様な適当な隔離材料を、ケースからの出口
でこれらの導体に適用する。第５図は、種々の引込み導
体が存在することによって、リレーのケースの気密性が
脅かされない様に保証する為に、気密ヘッダ８８をリレ
ーのケースに適用することが出来ることをも示している
。このヘッダは金属ブーツ８８Ｈの形にすることが出来
、これをリレーのケースの１端にはめ、連続的なはんだ
のビート８９によって所定位置に密封する。この後、本
体の閉じた端に設けられた気密封じの開口から入れた導
線８８ｂをジャンパ線９０によって、リレーのケースを
通抜ける引込み導体の露出端に接続することが出来る。

第６図では、バイモルフ部材２２が前に第１図及び第２
図について述べた様に、ケースの端壁に片持ち式に取付
けられている。図示の様に、表面電極３０．３２はこの
端壁より手前で終端し、リレー動作中、その中、に締付
けたバイモルフ部材の端部分が物理的に比較的不活発で
ある様にしである。表面型、ｔＪｉ、３０．３２が、第
５図について述べた様に自由導線及び引込み導体を介し
て電気的に取出されることが示されている。固定接点５
０ａ。

５０ｂも同じである。可動接点４０ａ、４０ｂが、やは
り第５図と同じ様に、金属クリップ８２により、バイモ
ルフ部材２２の自由端に固定されている。

ある用途では、大地の様な共通の基Ｑ電位から、バイモ
ルフ作動回路及び電力回路を作動することが許される。

この場合、可動接点４０ａ、４０ｂ及び共通の電極は、
第６図の８２ａに示す様に、共通に接続することが出来
る。この時、共通の電極は、可動接点に対する引込み導
体として二重の作用をし、こうしてリレーのケースを通
抜ける電気的な通過部を省略すると共に、可動接点に接
続された自由導線をいらなくする。

第７図はバイモルフ部ｔイ２２が開閉接点を持たず、そ
の結果開口９６ａを介してバイモルフ取付は４彼９６を
通抜ける押棒９４により、外部スイッチ（１つ又は複数
）９２を作動する様にすることが出来ることを示してい
る。スイッチ９２は双安定スイッチであってよく、この
場合、スイッチの状態を変えるには、バイモルフ部材を
一時的に作動するだけでよい。この代りに、一方の圧電
セラミック板に電界を加えることにより、作動されたス
イッチの状態を保つことが出来る。これは消費電力が極
く少ない状態である。

第８図には、たるみ硝子ケースにパッケージされたバイ
モルフ部材２２が示されている。このケースは、基部９
８ａ及びカバー９８ｂを硝子フリット封じの様な適当な
手段により、そのフランジつきの縁９８ｃに沿って封着
することによって構成される。周知の様に、こういう硝
子のケース部材は、凹の型空所の上に配置した硝子板を
加熱して、この板の中間部分を下向きにたるませて、型
空所の輪郭と同形にすることによって形成される。

固定接点５９ａ、５０ｂを固定した引込み導体１００を
ケースの輪郭と同形にして、基部とカバー・フランジ９
ｇｃの間の継目から取出す。硝子フリット封じは、ケー
スの気密封じを完全に行ないながら、′引込み導体の太
さを容易に受入れる。基部９８ａ及びカバー９８ｂには
、第１図及び第２図の切欠き３４ｃと同様な向い合う切
欠き（図面に示してない）が形成されていて、その中に
バイモルフ部材の１端を入れ、硝子フリットによって所
定位置に封着して、それを片持ち式に取付けることが理
解されよう。

以上説明した種々のパッケージ方式では、バイモルフ部
材はその場所で予め分極すること、即ちリレーを完全に
組立てた後に分極することが好ましい。バイモルフ部材
の温度を圧電セラミック板のキューリー温度より少し上
まで高め、その後このキューリー温度の直ぐ下、へ下げ
、その間表面電極２８，３０．３２に所要の分極電圧を
印加する。

新しい高密度のＰ　Ｚ　Ｔ　、＋Ａ料を用いれば、バイ
モルフの予備分極は室温で行なうことが出来、バイモル
フ部材を絶縁油浴に浸漬する必要がない。前に引用した
係属中の米国特許出願通し番号第６８５゜１０８号に記
載されている様に、この子６；ｕ分極手順の間、固定接
点の間でバイモルフ部材の自由端を中心合せする為に、
圧電セラミック板要素に別々に印加される分極電圧を適
当に調節することが望ましい。この中心合せを簡単にす
る為、この発明では、第９図に示す様に、各組の固定接
点及び可動接点の間にスペーサ１００を配置する。その
後、こういうスペーサを所定位置に置いて、予備分極工
程を実施する。リレーのケースの天井壁１０１と底壁１
０２の間の内側寸法、自由端に於けるバイモルフ部材２
２の厚さ、及び固定接点５０ａ、５０ｂと可動接点４０
ａ、４０ｂの高さを考慮に入れて、こういうスペーサは
践りの空間を吸収する様に正確な厚さに寸法を定めるこ
とが出来、こうして一様なすき間の寸法を設定し、それ
に伴なって、自然の状態に於けるバイモルフの自由端の
中心合せを行なう。

予備分極工程が完了したら、ケースの側壁１０４に形成
された開口１０４ａに封着したニップル１０３を介して
、適当な工具（図面に示してない）を入れることにより
、ケースからスペーサ１００を取外すことが出来る。こ
の代りに、適当な溶媒を入れ、その後ニップル１０３か
ら取除くことにより、スペーサを溶解することが出来る
。スペーサを除く為に適当な食刻剤を用いてもよい。例
えば、ニューハンプシャー州のＴＡＦＡインコーポレー
テッド社から水溶性アルミナを人手し１する。

こういうことを行なったら、圧電セラミック板要素を痛
めないくらいに低い温度で、リレーを焼成し、ニップル
１０３を介してケースに真空にひく。

希望によっては、ケースに不活性ガス又は絶縁耐　′力
の強いガスを充填することが出来る。その後、ニップル
１０３をつまみ封じして、気密リレー・ケース内に真空
又は保護ガスの雰囲気を保つ。この代りに、スペーサは
単に物理的に接点すき間から取外し、ゲッタとして作用
する様にケース内に残しておいてもよい。

この代りに、焼成して真空に引いた後、スペーサ１００
を所定位置に残して、リレー・ケースを気密封じしても
よい。次に適当な波長の集束されたレーザ・ビーム１０
６を透明な側！１２１０７を介して送込み、スペーサ１
００を蒸発させる。スペーサ材料は、その凝縮した残渣
がリレーの部品にとって有害とならない様に選ぶ。実際
、蒸発されるスペーサは少なくとも一部分をバリウムの
様なゲッタ材料で形成し、これが時間にわたって、ケー
スの材料から放出される脱ガスを吸収するのに役立つよ
うにすることか出来る。

第１０図は、バイモルフ部材２２を作動するのに適切な
集積回路（全体を１１０で示す）をリレ一部品と共に気
密ケース（１１２）内に一緒にパッケージしたパッケー
ジ方式を示す。ケースに不活性ガス、例えば、乾いた窒
素を後から充填する場合、集積回路チップは個別にパッ
ケージしたり又は同形に被覆する必要がない。１９８５
年１２月２０口に出願された係属中の米国特許出願通し
番号第８１１，７８２号には、この目的に適切な集積回
路が記載されている。この集積回路は、ケース１１２の
内部に導入した引込み導体（全体を１１４で示す）によ
って給電される。自由導線１１６が集積回路をバイモル
フ部材１２の表面電極２８．３０．３２に接続する。

集積回路１１０は、ケースの内部に配置する代りに、第
１１図に示す様に、ケースの底壁１１８の円頂部１１８
ａの様なそのケースの外面上に一緒にパッケージするこ
とが出来る。この回路が引込み導体１２０及び自由導線
１２０によってバイモルフの電極に接続される。集積回
路がバイモルフ部材に極く接近している為、相互接続用
の導線は非常に短くすることが出来、こうして漂遊イン
ピーダンスが最小限になる。同じ理由で、集積回路に対
する雑音の誘導性及び容量性結合も最小限になる。

こ＼で説明した実施例のリレーは２組の可動接点及び固
定接点を備えているが、あるリレーの用途では、１組し
か必要がないことがある。前に引用した米国特３′１出
願通し番号第１３１１．７８２号に記載されている様に
、各々の固定接点は、密な間隔で横に並べた１対の固定
接点に置換え、それをバイモルフ部材の自由端に支持さ
れた短絡バーの形をした可動接点で架橋して、電力回路
を閉じてもよいことが理解されよう。この方式を使うと
、バイモルフに取付けられた可動接点に給電する為に自
由導線を使う必要がない。以上の説明から、最初に述べ
た目的を含めて、前に述べた目的が効率良く達成された
こと、並びにこの発明の範囲内で上に述べた構造に種々
の変更を加えることが出来るから、以上の説明並びに図
面の例示がこの発明を例示するものであって、この発明
を制約するものではないことが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例に従って１７４成された圧
電セラミック・リレーの縦断面図、第２図は第１図の圧
電セラミック・リレーの斜視図、第３図はリレーのバイ
モルフ部祠の斜視図で、種々のリレー接点に対する電気
的な終端部の別の配置を示す。第４図は成形プラスチッ
ク・ケースにパッケージした圧電セラミック・リレーの
側面図、第５図は遮蔽して気密封じしたケース内にパッ
ケージされた圧電セラミック・リレーの縦断面図、第６
図は別の部品の取付は方及びパッケージ方式を示す圧電
セラミック・リレーの縦断面図、第７図はバイモルフ部
祠が外コ］（スイッチ接点を作ａｔする様な実施例の圧
電セラミック・リレーの縦断面図、第８図は気密封じの
たるみ硝子ケースを用いた実施例の圧電セラミック・リ
レーの）置所面図、第９図はリレー接点のすき間を設定
することに伴なって、バイモルフ部材の中立の中心「オ
フ」位置を設定する為に着脱自在のスペーサを利用する
様子を示す横断面図、第１０図は共通のケース内にリレ
一部品とバイモルフ部材を付勢する電子式集積回路部品
を一緒にパッケージした実施例の圧電セラミック・リレ
ーの縦断面図、第１１図はバイモルフ部材を付勢する電
子式集積回路部品がリレー・ケースの延長部によって外
部に取付けられている実施例の圧電セラミック・リレー
の縦断面図である。 主な符号の説明 ２２；バイモルフ部材 ２４．２６：圧電セラミック板要素 ２ｇ、３０．３２：電極 ３４．４１：端壁 ３６：外被 ４０ａ、４０：可動接点 ４２ａ：天井壁 ４２ｂ：底壁 ４６．４ｇ、ｓｏ：導体部分 ５０ａ、５０ｂ：固定接点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１つの中間の第１の電極を用いてサンド
   イッチ形に結着した第１及び第２の圧電セラミック板要
   素を含んでいて、前記第１の板要素の外面に第２の電極
   を固定し、前記第２の板要素の外面に第３の電極を固定
   したバイモルフ部材と、 互いに結合した、向い合う第１及び第２の端壁及び略平
   面状の向い合う天井壁及び底壁を持っていて、前記バイ
   モルフ部材をその１端の近くで前記第１の端壁によって
   片持ち式に取付け、その他方の自由端が第２の端壁より
   手前で終っていて、前記天井壁及び底壁の間に一様な間
   隔を持つ様に配置されている外被と、 前記自由端の近くで前記バイモルフ部材に支持された少
   なくとも１つの可動接点と、 該可動接点と向い合って、普通はすき間をおいて、前記
   天井壁、底壁及び第２の端壁の内の１つに取付けられた
   少なくとも１つの固定接点と、前記接点を外部電力回路
   に接続する為に前記外被内に密封して導入された別々の
   導体手段とを有する圧電セラミック・リレー。 ２）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記外被が気密封じされて真空を保つ様に
   した圧電セラミック・リレー。 ３）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記外被を気密封じして保護用気体状雰囲
   気を収容した圧電セラミック・リレー。 ４）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記外被が実質的に気密な外被であって、
   その壁が、硝子、セラミック及びプラスチック材料から
   なる群から選ばれた材料で構成されている圧電セラミッ
   ク・リレー。 ５）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記端壁及び前記天井壁及び底壁が成形プ
   ラスチック材料で一体に形成されている圧電セラミック
   ・リレー。 ６）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記バイモルフ部材の前記１端が前記第１
   の端壁の合さる部分の間に締付けられている圧電セラミ
   ック・リレー。 ７）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、第１及び第２の可動接点と、第１及び第２
   の固定接点と、向い合う第１及び第２の溝を持つと共に
   該第２の溝に対して横方向に配置されていて、該第２の
   溝と交差する切欠きを持つ絶縁支持体と、前記第２の溝
   にはめられていて、前記第１及び第２の可動接点をその
   両面に向い合って取付ける導電板とを有し、前記第１の
   溝が、前記支持体を取付ける為に、前記バイモルフ部材
   の前記自由端を受入れ、前記第１及び第２の固定接点は
   、前記天井壁及び底壁の内面を基準とする夫々の位置で
   前記外被内に実質的に固定して取付けられており、この
   為前記第１及び第２の固定接点が、前記支持体の切欠き
   内で露出している第１及び第２の可動接点に対して予定
   のすき間を持って夫々位置ぎめされる圧電セラミック・
   リレー。 ８）特許請求の範囲６）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記バイモルフ部材の前記１端が前記第１
   及び第２の部分の間で前記第１の端壁を密封されて通抜
   けることにより、前記第１、第２及び第３の電極を前記
   バイモルフ部材に対する外部の作動電圧源に接続する為
   に、プラグ・ソケットの個別の接触要素と別々に係合す
   る様に、前記第１、第２及び第３の電極の一部分を前記
   外被の外部で露出する圧電セラミック・リレー。 ９）特許請求の範囲８）に記載した圧電セラミック・リ
   レーに於て、前記バイモルフ部材の前記自由端によって
   向い合って支持された第１及び第２の可動接点と、該第
   １及び第２の可動接点に対して夫々すき間を置いて、前
   記天井壁及び底壁に別々に取付けられた第１及び第２の
   固定接点とを有し、前記導体手段は、前記天井壁及び底
   壁に固定されていてその内側端が前記固定接点及び可動
   接点に別々に電気接続された別個の導体部分を持ってお
   り、該導体部分の外側端が前記第１の端壁を密封された
   状態で突出して、プラグ・ソケットの他の個別の接点要
   素と別々に係合し、前記接点を別々の外部電力回路に接
   続する圧電セラミック・リレー。 １０）特許請求の範囲８）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記バイモルフ部材の自由端によって向
   い合って支持された第１及び第２の可動接点と、該第１
   及び第２の可動接点に対して夫々すき間を持つ様に前記
   天井壁及び底壁に別々に取付けられた第１及び第２の固
   定接点とを有し、前記導体手段は、前記第１及び第２の
   圧電セラミック板要素の内の少なくとも１つの、電極の
   ない縁の表面部分に固定された別々の導体部分を含んで
   おり、２つの前記導体部分の内側端が可撓性導線によっ
   て前記第１及び第２の固定接点に別々に電気接続され、
   前記導体部分の外側端が前記第１の端壁を密封された状
   態で突出して、プラグ・ソケットの他の個別の接点要素
   と別々に係合して、前記接点を別々の外部電力回路に接
   続する圧電セラミック・リレー。 １１）特許請求の範囲５）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記第２の端壁に溝孔が成形されており
   、前記導体手段が該溝孔に別々に入っていて、１つの導
   体手段が前記固定接点をその内側端の近くに取付けてお
   り、別の導体手段がその内側端の近くで可撓性導線によ
   って前記可動接点に接続されている圧電セラミック、リ
   レー。 １２）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記外被の外面が導電材料の層で被覆さ
   れている圧電セラミック・リレー。 １３）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記外被の壁が相互の接続部に沿って気
   密封じされており、更に前記外被に密封して固定された
   少なくとも１つの気密ヘッダを持っていて、該ヘッダに
   密封されて入り込んで前記外被及び前記ヘッダの中間点
   で前記導体手段と個別に電気接続された別々の通抜け導
   線を持っている圧電セラミック・リレー。 １４）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記外被の中に集積回路が設けられてい
   て、前記第１、第２及び第３の電極と電気接続されてい
   る圧電セラミック・リレー。 １５）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記外被の１つの壁の外面に集積回路が
   取付けられていて、該回路が前記外被内に導入した別々
   の導線によって前記第１、第２及び第３の電極と電気接
   続されている圧電セラミック・リレー。 １６）特許請求の範囲６）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記バイモルフ部材の前記１端の内、前
   記第１の端壁の合さる部分の間に締付けられる部分には
   、前記第２及び第３の電極がない圧電セラミック・リレ
   ー。 １７）特許請求の範囲１）に記載した圧電セラミック・
   リレーに於て、前記外被の内、前記固定接点を取付ける
   １つの壁は熱伝導度の高いセラミック材料で形成されて
   いて、前記固定接点に対する有効なヒートシンクとなる
   圧電セラミック・リレー。 １８）その中に向い合って相隔たる１対の第１及び第２
   の固定接点を固着したリレー外被内に、その両面に電極
   を固定してサンドイッチ形に結着した１対の圧電セラミ
   ック板要素で構成される、圧電セラミック・リレーのバ
   イモルフ作動部材を片持ち式に取付けて収容し、該バイ
   モルフ部材の自由端は前記第１の固定接点に対してすき
   間を持って第１の可動接点を取付けてあると共に前記第
   ２の固定接点に対してすき間を設けて第２の固定接点を
   取付けてあるバイモルフ部材の自由端を予め分極して位
   置ぎめする方法に於て、 前記第１の固定接点及び前記第１の可動接点の間のすき
   間、及び前記第２の固定接点及び前記第２の可動接点の
   間のすき間にスペーサを別々に位置ぎめし、 前記電極に予め分極する為の電圧を印加して前記圧電セ
   ラミック板要素内に電界を発生し、前記電極に対する電
   圧の印加を中断し、 前記スペーサを取外して、該スペーサの寸法によって前
   記第１及び第２の固定接点及び可動接点の組の間の夫々
   のすき間の寸法が定められた状態で、前記バイモルフ部
   材の自由端に対する中立位置を設定する工程を含む方法
   。 １９）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、前
   記外被内の出入開口を介して挿入された工具により、前
   記スペーサが丸ごと前記すき間から取出される方法。 ２０）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、前
   記外被の出入開口から導入された溶媒によって前記スペ
   ーサが溶解させられる方法。 ２１）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、前
   記外被の出入開口を介して導入された食刻剤によって前
   記スペーサが食刻して除かれる方法。 ２２）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、レ
   ーザ・ビームによって前記スペーサを蒸発させる方法。 ２３）特許請求の範囲２２）に記載した方法に於て、前
   記電極に予め分極する為の電圧を印加する前に、前記外
   被を真空に引いて気密封じする方法。 ２４）特許請求の範囲２３）に記載した方法に於て、前
   記スペーサの少なくとも一部分がゲッタ材料で形成され
   ている方法。 ２５）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、前
   記スペーサが前記外被の出入開口を介して取出され、更
   に、前記出入開口を密封して気密外被とする工程を含む
   方法。 ２６）少なくとも１つの中間の第１の電極を挟んでサン
   ドイッチ形に結着した第１及び第２の圧電セラミック板
   要素を持っていて、前記第１の板要素の外面に第２の電
   極を固定し、前記第２の板要素の外面に第３の電極を固
   定したバイモルフ部材と、 互いに結合した、向い合う第１及び第２の端壁及び略平
   面状の向い合う天井壁及び底壁を持つ外被と、 前記第１の端壁に隣接して、外被の少なくとも１つの壁
   に固定されていて、前記バイモルフ部材の１端を固着し
   、こうして前記バイモルフ部材が、前記第２の端壁より
   手前で終端する自由端まで、前記天井壁及び底壁の間を
   一様な間隔で隔たって伸びる様に片持ち式に取付ける台
   と、 前記バイモルフ部材の自由端に向い合って支持された第
   １及び第２の可動接点と、 該第１及び第２の可動接点に対して夫々すき間を持って
   前記天井壁及び底壁に別々に取付けられた第１及び第２
   の固定接点と、 前記外被内に密封して導入され、前記接点を外部電力回
   路に接続すると共に前記電極を前記バイモルフ部材に対
   する作動電圧源に接続する別々の導体手段とを有する圧
   電セラミック・リレー。 ２７）特許請求の範囲２６）に記載した圧電セラミック
   ・リレーに於て、前記外被が気密外被である圧電セラミ
   ック・リレー。 ２８）特許請求の範囲２７）に記載した圧電セラミック
   ・リレーに於て、前記外被の壁が、硝子、セラミック及
   びプラスチック材料からなる群から選ばれた材料で形成
   されている圧電セラミック。 リレー。 ２９）特許請求の範囲２８）に記載した圧電セラミック
   ・リレーに於て、前記可動接点及び前記第３の電極が電
   気的に共通に接続されている圧電セラミック・リレー。 ３０）特許請求の範囲２８）に記載した圧電セラミック
   ・リレーに於て、前記外被内に集積回路が配置されてい
   て、前記導体手段の内、外部の作動電圧源に接続し得る
   導体手段に電気接続されており、前記集積回路を前記第
   １、第２及び第３の電極に接続する導線を設けた圧電セ
   ラミック・リレー。 ３１）特許請求の範囲２８）に記載した圧電セラミック
   ・リレーに於て、前記外被の１つの壁の外面に集積回路
   を取付け、該集積回路が前記導体手段によって前記第１
   、第２及び第３の電極に接続される圧電セラミック・リ
   レー。