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Dokumentenidentifikation DE69525612T2 01.08.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0739083
Titel PIEZOELEKTRISCHER AKTUATOR UND EIN PYROELEKTRISCHER INFRAROTSENSOR, DER DIESEN BENUTZT
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder MIKI, Katsumasa, Osaka 572, JP;
NOMURA, Koji, Osaka 575, JP;
MASUTANI, Takeshi, Moriguchi-shi, Osaka 570, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69525612
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.11.1995
EP-Aktenzeichen 959361098
WO-Anmeldetag 07.11.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/JP95/02267
WO-Veröffentlichungsnummer 0009614687
WO-Veröffentlichungsdatum 17.05.1996
EP-Offenlegungsdatum 23.10.1996
EP date of grant 27.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.08.2002
IPC-Hauptklasse H02N 2/00
IPC-Nebenklasse H01L 41/09   G01J 5/62   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und wie aus US-A-4 485 305 bekannt, sowie auf einen pyroelektrischen Infratostrahlsensor zum berührungslosen Erfassen eines Infrarotstrahls, der von einem Objekt ausgeht, unter Verwendung eines solchen piezoelektrischen Betätigungselements als Unterbrecher für einen solchen pyroelektrischen Infrarotstrahl.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

In letzter Zeit wird der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor in breitem Umfang verwendet, einschließlich für die Messung der Temperatur von Lebensmitteln in Mikrowellenöfen und zum Erfassen der Position eines menschlichen Körpers in klimatisierten Räumen, und der Bedarf an ihm scheint weiter zuzunehmen. Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor nutzt den pyroelektrischen Effekt eines pyroelektrischen Elements, wie beispielsweise eines LiTaO&sub3; Einkristalls, aus. Das pyroelektrische Element hat eine spontane Polarisierung und erzeugt ständig eine elektrische Oberflächenspannung, verbleibt aber in einem elektrisch neutralen Zustand in stationärem Umgebungszustand durch Verbindung mit der elektrischen Ladung in der Atmosphäre. Wenn ein Infrarotstrahl in dieses pyroelektrische Element eintritt, wird die Temperatur des pyroelektrischen Elements geändert, und dementsprechend wird der elektrische Oberflächenladungszustand durchbrochen und vom neutralen Zustand verändert. Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor ist somit eine Vorrichtung zum Erfassen der elektrischen Ladung, die auf der Oberfläche erzeugt wird, und zum Messen der Stärke der einfallenden Infrarotstrahlung. In Abhängigkeit von seiner Temperatur strahlt ein Objekt Infrarotstrahlen ab, und die Position oder die Temperatur des Objekts kann unter Verwendung dieses Sensors erfaßt werden. Der pyroelektrische Effekt leitet sich von der Änderung der einfallenden Infrarotstrahlungsmenge ab, und wenn die Temperatur eines Objektes mit einem pyroelektrischen Infrarotstrahlensensor erfaßt werden soll, ist es notwendig, die einfallende Infrarotstrahlungsmenge zu verändern. Die Einrichtung, die hierfür dient, wird Unterbrecher genannt, und sie unterbricht den einfallenden Infrarotstrahl zwangsweise und erfaßt die Temperatur des erfaßten Objekts. Als konventioneller Unterbrecher wurde beispielsweise ein elektromagnetischer Motor oder ein piezoelektrisches Betätigungselement verwendet.

Wie bereits erwähnt, beschreibt US-A-4 485 305 einen Infrarotstrahldetektor, der einen Infrarotstrahldetektorkörper enthält. Ein Paar gegenüberstehender Abschnitte ist mit einem bimorphen Vibrator zur Unterbrechung von auf dem Detektor einfallenden Infrarotstrahlen verbunden. Diese Elemente werden von einem Gehäuse aufgenommen, das mit einer Öffnung für den Zutritt von Infrarotstrahlen versehen ist. Das Paar gegenüberstehender Abschnitte umfaßt Infrarotstrahlen durchlassende Abschnitte und Infrarotstrahlen sperrende Abschnitte. Der Infrarotstrahlen durchlassende Abschnitt in einem gegenüberliegenden Abschnitte wird periodisch durch den bimorphen Vibrator mit den Infratostrahlen durchlassenden Abschnitten oder Infrarotstrahlen sperrenden Abschnitten im anderen, gegenüberliegenden Abschnitt überlappt, so daß einfallende Infrarotstrahlen unterbrochen werden.

Die Patent Abstracts of Japan, Band 008, Nr. 129 (P-280), 15. Juni 1984 und JP 59 032 826 A (Murata Seisakusho: KK), 22. Februar 1984 beschreibt einen piezoelektrischen Wandler, der durch eine Treiberstromquelle in Schwingung versetzt wird, was zur Folge hat, daß das schwingende Teil in Schwingung versetzt wird. Dieses schwingende Teil umfaßt einen Reflektor zum Reflektieren von Strahlungsenergie, die auf einen Detektor auftrifft. Aufgrund der Schwingungen wird die reflektierte Strahlungsenergie mit konstanter Frequenz intermittierend dem Detektor zugeführt. Dadurch wird die von der Strahlungsquelle abgestrahlte Energie moduliert.

Fig. 13 ist eine perspektivische Darstellung eines bekannten pyroelektrischen Infrarotstrahlsensors, der ein piezoelektrisches Betätigungselement als Unterbrecher verwendet, bei dem ein piezoelektrisches Element an einer flachen elastischen Platte befestigt ist. Allgemein wird das Betätigungselement, das ein angeklebtes Element enthält und durch Ankleben eines piezoelektrischen Elements an einer elastischen, flachen Metallplatte oder dgl., Befestigen des einen Endes des angeklebten Elements und Erzeugen einer Biegebewegung an der gesamten Oberfläche durch Verwendung einer Störung durch das piezoelektrische Element gebildet ist, bimorpher Typ genannt, wenn das piezoelektrische Element an beiden Seiten der elastischen flachen Platte angebracht ist, oder unimorpher Typ genannt, wenn es nur auf einer Seite angeklebt ist, und die elastische flache Platte ist als Blech bekannt, und diese Elemente werden nachfolgend in dieser Weise bezeichnet.

Fig. 13 stellt ein piezoelektrisches Betätigungselement dar, das ein Element vom bimorphen Typ verwendet, als Unterbrecher für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor, wobei das Bezugszeichen 201 ein Blech ist, 202a, 202b sind piezoelektrische Elemente, 203 ist eine Abschirmplatte, 204 ist eine Basis, 205 ist ein Befestigungsstück, 206 ist eine Verdrahtung für das Blech, 207a, 207b sind Verdrahtungen für die piezoelektrischen Elemente, 208 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 209 ist ein Schlitz, 210 ist ein Infrarotstrahl. Auf beiden Seiten des Blechs 201 aus elastischem Material sind piezoelektrische Elemente 202a, 202b angeklebt, und diese drei Teile sind zu einem Körper kombiniert, und ein Element vom bimorphen Typ ist so gebildet. Elektroden sind auf die Oberfläche der piezoelektrischen Elemente 20a, 202b aufgedruckt. Die Klebefläche ist in der vertikalen Richtung polarisiert. Die einzelnen Polarisationsrichtungen der piezoelektrischen Elemente 202a, 202b werden durch die Richtung des elektrischen Feldes bestimmt, das zwischen dem Blech 201 und den piezoelektrischen Elementen 202a, 202b durch die Verdrahtung 206 am Blech und die Verdrahtungen 207a, 207b an den piezoelektrischen Elementen anliegt, und werden so bestimmt, daß die piezoelektrischen Elemente 202a, 202b stets eine Veränderung in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugen. D. h., die Richtung des anliegenden elektrischen Feldes und die Polarisationsrichtungen werden derart bestimmt, daß wenn eines der piezoelektrischen Elemente 202a, 202b in einer Richtung verändert wird, in der es sich in der Polarisationsrichtung ausdehnt, sich das andere dann in der Polarisationsrichtung zusammenzieht. Das bimorphe Element ist festgehalten, da ein Teil des Blechs 201 und Teil der piezoelektrischen Elemente 202a, 202b gleichzeitig zwischen der Basis 204 und dem Befestigungsstück 205 eingeklemmt sind. Im Abschnitt des Blechs 201, wo die piezoelektrischen Elemente 202a, 202b nicht angeklebt sind, ist die Verdrahtung für das Blech 206 angebracht, und auf der Oberfläche der piezoelektrischen Elemente 202a, 202b sind die Verdrahtungen für die piezoelektrischen Elemente 207a, 207b angebracht. Die Abschirmplatte 203 ist am vorderen Endabschnitt des freien Endes des bimorphen Elements angebracht, und der Schlitz 209 ist in der Abschirmplatte 203 ausgebildet. Nahe der Abschirmplatte 203 ist die Infrarotstrahldetektoreinheit 208 so angeordnet, daß sie mit der Abschirmplatte 203 und dem bimorphen Element nicht in Berührung ist. Wenn ein elektrisches Feld zwischen das Blech 201 und die piezoelektrischen Elemente 202a, 202b über die Verdrahtung für das Blech 206 und die Verdrahtungen für die piezoelektrischen Elemente 207a, 207b angelegt wird, erzeugen die bimorphen Elemente eine Biegebewegung, die am einen Ende festgehalten ist, und die Abschirmplatte 203 und der Schlitz 209, die am vorderen Ende angebracht sind, vollführen hin und her gehende Bewegungen (Schwingungen) in Abhängigkeit von den Richtungsänderungen des anliegenden elektrischen Feldes. Durch die hin- und hergehenden Bewegungen des Schlitzes 209 wird der Infrarotstrahl 210, der in die Infrarotstrahldetektoreinheit 208 eintritt, unterbrochen.

Beim bimorphen Unterbrecher dieses Aufbaus muß jedoch zur Erzielung einer ausreichenden Bewegungsdistanz zur Unterbrechung des Infrarotstrahls die Distanz zwischen dem festgehaltenen Abschnitt und dem bewegten Teil am vorderen Ende recht groß sein, und ferner ist eine sehr hohe Erregerspannung erforderlich.

Dementsprechend wird bei einem konventionellen, verbesserten Verfahren durch Bildung einer Gewichtslast am bewegten Teil im vorderen Ende des bimorphen Elements oder unimorphen Elements die Resonanzfrequenz herabgesetzt, und durch Festhalten nur des Blechteils wird ein Zersplittern der piezoelektrischen Elemente verhindert, und weiterhin wurden, wie erforderlich, durch weitere Herabsetzung der Resonanzfrequenz, wie beispielsweise durch eine Kerbe im Blech nahe dem Befestigungsabschnitt, bislang Verbesserungen versucht, eine große Verstellung mit niedriger Erregerspannung zu erhalten. Ein Beispiel eines solchen Unterbrecheraufbaus mit den obigen Merkmalen wird unten erläutert.

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten verbesserten Standes der Technik, die ein Beispiel zur Bildung des unimorphen Elements als Unterbrecher für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, so daß die Breite des Befestigungsorts des Blechteils schmal sein kann. In Fig. 14 sind die Bezugszeichen 211a, 211b Bleche, 212a, 212b sind piezoelektrische Elemente, 213a, 213b sind Gewichte, 214 ist eine Sensorbasis, 215a, 215b sind Befestigungsstücke für das unimorphe Element, 216a, 216b sind Verdrahtungen für Bleche, 217a, 217b sind Verdrahtungen für piezoelektrische Elemente, 218 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 219a, 219b sind Befestigungsschrauben für das unimorphe Element, und 220 ist ein Infrarotstrahl.

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, die das Detail der Bleche 211a, 211b zeigt, die in diesem verbesserten Beispiel verwendet werden, in der Bezugszeichen 221 ein Abschirmteil ist, 222 ist ein Klebeteil für ein piezoelektrisches Element, 223 ist ein Hals, 224 ist ein Positionierteil und 225a, 225b sind Befestigungslöcher. Das Abschirmteil 221 und das Klebeteil 222 für das piezoelektrische Element sind gebogen, um einen rechten Winkel zu bilden, der Hals 223 ist so angeordnet, daß die Breite zwischen dem Klebeteil 222 für das piezoelektrische Element und dem Positionierteil 224 kleiner gemacht werden kann, als das Klebeteil für das piezoelektrische Element, und die Befestigungslöcher 225a, 225b sind an beiden Enden des Positionierteils 224 vorgesehen.

Das Blech 211a bzw. das Blech 211b bilden einen schmalen Hals 223, wie in Fig. 15 gezeigt, und unter dem Hals 223 sind sie, wie in Fig. 14 gezeigt, zwischen der Sensorbasis 214 und den Befestigungsstücken 215a, 215b für das unimorphe Element gehalten. Darüber hinaus sind das Blech 211a und das Blech 211b durch Einsetzen der Befestigungsschrauben 219a, 219b für das unimorphe Element in die Befestigungslöcher 225a, 225b der einzelnen Bleche positioniert, mit einem festgelegten Ende sind die so angeordnet, daß sie einander parallel und gestaffelt einander gegenüberstehen. Weiterhin sind auf der Seite des Blechs, die dem anderen Blech gegenübersteht, d. h. auf dem Klebeteil 222 des piezoelektrischen Elements, die piezoelektrischen Elemente 212a, 212b an Positionen angeklebt, die die Sensorbasis 214, die Befestigungsstücke 215a, 215b für das unimorphe Element und die Abschirmteile an den vorderen Enden der Bleche 211a, 211b nicht berühren. Das unimorphe piezoelektrische Betätigungselement ist auf diese Weise gebildet. Die Infrarotstrahldetektoreinheit 218 ist nahe dem freien Ende des unimorphen Elements an der Sensorbasis 214 angeordnet, so daß Einfall oder Unterbrechung des Infrarotstrahls 220 erfaßt werden kann. Das Abschirmteil zum Unterbrechen des Infrarotstrahls 220 ist durch Abbiegung der Befestigungsseite der Bleche 211a, 211b und der gegenüberliegenden seitlichen Endabschnitte gebildet, und Gewichte 213a, 213b sind im flachen Bereich dieser Abschnitte befestigt. An einer Stelle außerhalb der beweglichen Teile der Bleche 211a, 211b, d. h. an einer Stelle des Positionierteils 224, sind Verdrahtungen 216a, 216b für das Blech vorgesehen, und Verdrahtungen 217a, 217b für die piezoelektrischen Elemente sind an den piezoelektrischen Elementen 212a, 212b an Stellen nahe dem Befestigungsteil des unimorphen Elements angebracht. Wenn ein elektrisches Feld zwischen das Blech 211a und das piezoelektrische Element 212a bzw. zwischen das Blech 211b und das piezoelektrische Element 212b über die Blechverdrahtungen 216a, 216b und die Verdrahtungen für die piezoelektrischen Elemente 217a, 217b gelegt ist, biegt das unimorphe Element durch, und das Abschirmteil am vorderen Ende bewegt sich. Zwei unimorphe Elemente werden mit gleicher Frequenz in zueinander entgegengesetzten Richtungen in Schwingung versetzt, und der Infrarotstrahl 220 wird intermittierend unterbrochen. Bei einem solchen Aufbau und Vorgang wird der Eintrittsweg des Infrarotstrahls geöffnet und geschlossen, und die Amplitude ist kleiner als beim Stand der Technik, wo sich der Schlitz parallel bewegt.

Durch Bilden eines Halses im Blech zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Befestigungsteil des unimorphen Elements kann im Vergleich zum unimorphen Element gleicher Abmessungen ohne Hals die Resonanzfrequenz herabgesetzt werden, und daher kann im Vergleich zur Konstruktion ohne hals die Unterbrechergröße vermindert werden und es kann eine Vergrößerung der Verstellung bei niedriger Erregerfrequenz realisiert werden.

Dennoch wird das bimorphe oder unimorphe piezoelektrische Betätigungselement mit einem Hals und einem Gewicht am vorderen Endabschnitt im verbesserten Beispiel des Standes der Technik allgemein nahe seiner Resonanzfrequenz betrieben. Wenn die Resonanzfrequenz bei der Erregung zwischen den einzelnen Elementen variiert, tritt daher eine große Verstelldifferenz auf, und um die Verstellung konstant zu halten, ist eine feine Einstellung und hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung und dem Zusammenbau der Teile erforderlich. Wenn sich die Resonanzfrequenz im Laufe der Zeit ändert, kann sich auch der Umfang der Verstellung extrem ändern. Solche Probleme waren nicht auf die konventionellen Unterbrecher beschränkt, sondern waren allgemeine Probleme bei Anwendungen von Resonanz.

Im Lichte der obigen Probleme ist es daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Betätigungselement anzugeben, das hinsichtlich der Verstellung weiter stabil ist und Resonanz ausnutzt, aber keine Feineinstellung verlangt, und einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor anzugeben, der dieses Betätigungselement verwendet.

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG

Um diese Probleme zu lösen, ist das piezoelektrische Betätigungselement der Erfindung gebildet durch Anbringung eines Elements zur Verstärkung der Verstellung am vorderen Endabschnitt des Klebeteils für das piezoelektrische Element, wo das piezoelektrische Element und das elastische Element verklebt sind, Anbringung des Elements zur Verstärkung der Verstellung (Verstellungsverstärkungsteil) in einer Richtung vom Befestigungsteil des vorderen Endabschnitts des Abschnitts, wo das piezoelektrische Element angeklebt ist (Piezoelementklebeteil) hin zum Befestigungsteil, wobei die Resonanzfrequenzen beider Elemente dicht beieinander liegen, und Erregen mit einer Frequenz, die zwischen beiden Resonanzfrequenzen liegt.

Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor der Erfindung enthält ein piezoelektrisches Betätigungselement, gebildet durch Anbringung des Elements zum Verstärken der Verstellung am vorderen Endabschnitt des Piezoelementklebeteils, an dem das piezoelektrische Element und das elastische Element verklebt sind, Anordnen des Elements zum Verstärken der Verstellung (Verstellverstärkungsteil) in einer Richtung vom Befestigungsteil des vorderen Endes des Abschnitts, an dem das piezoelektrische Element klebt (Piezoelementklebeteil) zum Befestigungsteil hin, wobei die Resonanzfrequenzen beider Elemente dicht beieinander liegen, und Erregen mit einer Frequenz, die zwischen beiden Resonanzfrequenzen liegt, und eine pyroelektrische Infrarotstrahldetektoreinheit, die nahe dem piezoelektrischen Betätigungselement angeordnet ist, wobei das pyroelektrische Betätigungselement als eine intermittierend arbeitende Einfallseinrichtung des Infrarotstrahls dient, der in die Infrarotstrahldetektoreinheit eintritt.

Bei diesem Aufbau kann durch Anordnen des Verstellverstärkungsteils in einer Richtung vom Befestigungsteil des vorderen Endes des Piezoelementklebeteils ausgehend zum Befestigungsteil hin der gesamte Aufbau in seiner Größe vermindert werden. Außerdem kann durch Einstellung der Erregerfrequenz auf eine Frequenz, die zwischen beiden Resonanzfrequenzen liegt, ein Verstellungsverstärkungseffekt durch mehrere Resonanzen erhalten werden. Weiterhin, weil die Resonanzfrequenz, die vom Verstellverstärkungsteil abgeleitet ist, höher definiert ist, als die Resonanzfrequenz, die vom Piezoelementklebeteil abgeleitet ist, kann eine stabilere Schwingung mit geringer zeitlicher Änderung am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils erhalten werden.

KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 2 ist ein Resonanzverlaufsdiagramm des piezoelektrischen Betätigungselements des Aufbaus der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ist ein Verstellverlaufsdiagramm des piezoelektrischen Betätigungselements des Aufbaus der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer siebenten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines piezoelektrischen Betätigungselements einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines konventionellen piezoelektrischen Betätigungselements zeigt,

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen anderen Aufbau eines konventionellen piezoelektrischen Betätigungselements zeigt,

Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Blech zeigt, das in einem konventionellen piezoelektrischen Betätigungselement verwendet wird,

Fig. 16 ist ein Schemadiagramm, das ein spezielles Aufbaubeispiel des piezoelektrischen Betätigungselements in der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 17 ist ein Verstellverlaufsdiagramm des gleichen piezoelektrischen Betätigungselements,

Fig. 18(a) ist ein Schemadiagramm, das ein weiteres spezielles Aufbaubeispiel des piezoelektrischen Betätigungselements in der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 18(b) ist ein Verstellverlaufsdiagramm des gleichen piezoelektrischen Betätigungselements,

Fig. 19 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines pyroelektrischen Infrarotstrahlsensors zeigt, der das piezoelektrische Betätigungselement der zehnten Ausführungsform der Erfindung verwendet,

Fig. 20(a0) ist ein Erregerwellenformdiagramm in dem genannten Sensor und

Fig. 20(b) ist ein Errerverlaufsdiagramm im gleichen Sensor.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE (Ausführungsbeispiel 1)

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotsensor, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 1 ist das Bezugszeichen 11 ein Blech, 12 ist ein piezoelektrisches Element, 13 ist ein Verstellverstärkungsteil, 14 ist eine Sensorbasis, 15 ist ein Befestigungsstück, 16a, 16b sind Befestigungsschrauben, 17 ist eine Verdrahtung für das Blech, 18 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 19 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 20 ist ein Infrarotstrahl, 21 ist ein Biegeteil und 22 ist ein Verbindungsteil.

Durch Biegen einer elastischen flachen Platte aus Phosphorbronze oder dgl. in eine π-Gestalt sind das Blech 11 und der Verstellverstärkungsteil 13 integral ausgebildet. Das Blech 11 und der Verstellverstärkungsteil 13 sind zueinander parallel und haben eine Längsabmessung in gleicher Richtung vom Verbindungsteil (Faltteilt) 22.

Darüber hinaus verlaufen der Verstellverstärkungsteil 13, der Verbindungsteil 22 und das gegenüberliegende vordere Ende unter rechtem Winkel, und der abgebogene Teil 21 ist auf der entgegengesetzten Seite des Blechs 11 ausgebildet. An der Oberfläche des Blechs 11 ist das piezoelektrische Element 12 angeklebt, und der Piezoelementklebeteil (unimorphes Element) ist ausgebildet. Das Blech 11 ist zwischen der Sensorbasis 14 und dem Befestigungsstück 15 nahe dem Ende der entgegengesetzten Seite des Verbindungsteils mit dem Verstellverstärkungsteil 13 gehalten. Darüber hinaus sind in der Sensorbasis 14 Gewindebohrungen ausgebildet, und ein Loch befindet sich im Befestigungsstück 15, so daß das Blech 11 durch Befestigungsschrauben 16a, 16b festgelegt ist. Die Infrarotstrahldetektoreinheit 19 ist an der Sensorbasis 14 angeordnet und befindet sich nahe dem Biegeteil des vorderen Endes des Verstellverstärkungsteils 13. Außerdem ist nahe dem Befestigungsstück des Blechs 11 die Verdrahtung 17 für das Blech angebracht, und die Verdrahtung 18 für das piezoelektrische Element ist an einer Position nahe dem Befestigungsstück des Blechs 11 auf der entgegengesetzten Seite bezüglich der Klebeseite des piezoelektrischen Elements 12 angebracht. Wenn ein Wechselstromsignal über die Verdrahtung 17 für das Blech und die Verdrahtung 18 für das piezoelektrische Element zugeführt wird, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen dem Blech 11 und dem piezoelektrischen Element 12, und der Biegeteil des Piezoelementklebeteils mit dem Verstellverstärkungsteil 13 wird verstellt, und das Biegeteil 21 am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils wird ebenfalls in Abhängigkeit von dieser Verstellung verstellt. Durch diese Bewegung unterbricht die Infrarotstrahldetektoreinheit 19 den einfallenden Infrarotstrahl 20 intermittierend und spielt die Rolle eines Unterbrechers.

Hier ist die Resonanzcharakteristik des piezoelektrischen Betätigungselements solchen Aufbaus in Fig. 2 gezeigt.

Fig. 2 ist Beispiel der Resonanzcharakteristik des piezoelektrischen Betätigungselements, das aus einem π-förmig gebogenen Blech und einem Verstellverstärkungsteil besteht, wobei die Ordinatenachse die Admittanz angibt und die Abszissenachse die Erregerfrequenz darstellt. Es ist bekannt, daß Resonanzphänomena bei Frequenzen fX und fY stattfinden. Die Resonanz bei fX und fY ist entweder die Resonanz aufgrund der Schwingung des piezoelektrischen Betätigungselements, insbesondere des Piezoelementklebeteils, oder die Resonanz aufgrund der Schwingung hauptsächlich des Verstellverstärkungsteils, die in Abhängigkeit vom Aufbau des piezoelektrischen Betätigungselements bestimmt werden kann. Ebenfalls abhängig vom Aufbau des piezoelektrischen Betätigungselements variiert die Differenz zwischen fX und fY. Weil, wie oben erwähnt, das Blech und der Verstellverstärkungsteil eine Längsabmessung in gleicher Richtung vom Biegeteil haben, ist die Beeinflussung der relativen Positionen von fX und fY einfach. Wenn beispielsweise die Längsabmessung des Verstellverstärkungsteils konstant ist und nur die Länge vom Befestigungsteil des Piezoelementklebeteils zum Piezoelement verändert wird (d. h. wenn die Längsabmessung nur des Piezoelementklebeteils geändert wird) und die vom Piezoelementklebeteil abgeleitete Resonanzfrequenz im Zustand kurzer Längsabmessung des anfänglichen Piezoelementklebeteils fY beträgt (d. h. wenn die Resonanzfrequenz, die vom Piezoelementklebeteil abgeleitet ist, höher ist als die Resonanzfrequenz, die vom Verstellverstärkungsteil abgeleitet ist), und die Längsabmessung des Piezoelementklebeteils graduell verlängert wird, dann kommen beide Resonanzfrequenzen einander relativ nahe, und beide überlappen bei einer gewissen Länge als eine einzige Resonanz. Wenn die Längsabmessung des Piezoelementklebeteils größer ist, sind die relativen Positionen der beiden umgekehrt, und die Resonanzfrequenz aufgrund des Verstellverstärkungsteils wird höher als die Resonanzfrequenz aufgrund des Piezoelementklebeteils.

Auf diese Weise ist in Fig. 3 die Beziehung zwischen der Verstellung des vorderen Endes des Verstellverstärkungsteils und der Erregerfrequenz bei dem Aufbau gezeigt, bei dem fX und fY eng zusammengebracht sind. In Fig. 3 zeigt die Ordinatenachse die Verstellung (Amplitude) des vorderen Endabschnitts des Verstellverstärkungsteils, und die Abszissenachse gibt die Erregerfrequenz an. Der Maßstab der Abszissenachse ist etwa ein Drittel von Fig. 2. Bei der Erregerfrequenz zwischen fX und fY wird die Verstellung durch Wirkung beider Resonanzen verstärkt, und es ist bekannt, daß es dort einen Frequenzbereich relativ stabilen Verstellumfangs gibt. Indem fX und fY näher zueinander gebracht werden und mit einer Frequenz erregt wird, die zwischen beiden Frequenzen liegt, werden daher sowohl ein Verstellverstärkungseffekt durch Resonanz und eine stabile Amplitude erhalten.

Wenn man wiilkürlich fX als die Resonanzfrequenz f1 bezeichnet, die hauptsächlich von dem Piezoelementklebeteil abgeleitet ist, und fY als die Resonanzfrequenz f2 bezeichnet, die hauptsächlich vom Verstellverstärkungsteil abgeleitet ist, d. h. bei der Konstruktion, bei der die Resonanzfrequenz, die hauptsächlich von dem Verstellverstärkungsteil abgeleitet ist, höher ist als die Resonanzfrequenz, die hauptsächlich von dem Piezoelementklebeteil abgeleitet ist, wird die Verstellung verstärkt und ist daher stabil, und der Frequenzbereich, in dem die Zeitdifferenz zwischen dem zugeführten Wechselstromsignal und dem vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils konstant ist, kann noch breiter gemacht werden.

Bei dem unimorphen Betätigungselement, das gewöhnliche Resonanz verwendet, ändert sich die Verstellung sehr stark mit der Erregerfrequenz. Um sie zu stabilisieren, wenn mit einer Frequenz von etwa 5% neben der Resonanzfrequenz liegend erregt, würde eine hohe Spannung erforderlich, um eine vergleichbare Verstellung zu erhalten. Bei dem piezoelektrischen Betätigungselement mit Aufbau der Ausführungsform und mit einem Blech, das eine Längsabmessung von etwa 16 mm hat und bei dem die Resonanzfrequenz f2, die vom Verstellverstärkungsteil abgeleitet ist, etwa 100 Hz beträgt, liegt hingegen die Resonanzfrequenz f1, die vom Piezoelementklebeteil abgeleitet ist, bei etwa 85 Hz, und eine Wechselspannung von ±30 V wird zugeführt und erregt zwischen f1 und f2, wobei eine Verstellung von etwa 1,1 ± 0,5 mm in einem Abschnitt von etwa 6 Hz kann am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils erhalten werden. Eine ähnliche Wirkung erhält man, wenn die Längsabmessung des Piezoelementklebeteils kleiner als 18 mm ist und f2 kleiner als 120 Hz ist, bei einer Konstruktion, bei der das piezoelektrische Betätigungselement von der Längsabmessung des Verstellverstärkungsteils abhängt, wobei dann die Differenz von f2 und f1 nahezu im Bereich von 5 bis 25% von f2 liegt. Den ähnlichen Effekt kann man auch erzielen, wenn die Differenz von f1 und f2 innerhalb von 5% liegt, in diesem Falle ist jedoch der Erregerfrequenzbereich kleiner.

Bezüglich der Erregerspannungswellenform ist anzumerken, daß wenn diese näher an der Rechteckwellenform anstelle der Sinuswellenform liegt, die Verstellung bei gleicher Spannung größer ist.

Fig. 16 ist ein Schemadiagramm, das ein Beispiel der praktischen Gestalt des piezoelektrischen Betätigungselements zeigt.

In Fig. 16 ist Bezugszeichen 11 ein Blech, 12 ist piezoelektrisches Element, 13 ist ein Verstellverstärkungsteil, 14 ist eine Sensorbasis, 21 ein Biegeteil, 22 ist ein Verbindungsteil.

In dem Diagramm bezeichnen die Symbole a, b, c, d, e, l die Abmessungen von Teilen des piezoelektrischen Betätigungselements, d. h. (a) ist die Distanz vom Verbindungsteil 22 zum piezoelektrischen Element 12, (b) ist die Distanz zwischen dem Piezoelementklebeteil und dem Verstellverstärkungsteil 13, die parallel zueinander liegen, (c) ist die Längsabmessung des Verstellverstärkungsteils 13, (d) ist die Länge des Biegeteils 21, (e) ist die Längsabmessung des piezoelektrischen Elements 12, und (l) ist die Distanz vom festen Teil des piezoelektrischen Betätigungselements zum Verbindungsteil b des vorderen Endes.

Das piezoelektrische Betätigungselement ändert seine Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von dem Material der es bildenden Elemente und den Abmessungen von Teilen und anderen, und die Erregercharakteristik ändert sich jedesmal. Es ist daher wichtig, die Bedingungen zum Erzielen der gewünschten Eigenschaften in geeigneter Weise zu bestimmen. Wenn das piezoelektrische Betätigungselement als Unterbrecher beim pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor verwendet wird, ist bei hoher Erregerfrequenz die Empfindlichkeit als Sensor herabgesetzt. Wenn es mit niedriger Erregerfrequenz verwendet wird, muß die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Betätigungselements herabgesetzt werden, und in diesem Falle ist es den Einflüssen äußerer Störungen aufgrund eines Mangels an Festigkeit ausgesetzt und kann durch Aufprall leicht zerbrochen werden. Es ist daher notwendig, innerhalb eines speziellen Resonanzfrequenzbereichs mehr Verstellung als eine vorbestimmte Größe zu erzielen.

Wenn Phosphorbronze oder eine eisenhaltige Legierung als Material für das Blech 11, den Verstellverstärkungsteil 13 und den Verbindungsteil 22 verwendet wird, kann man eine Verstellung von 1,0 mm mit der Erregerspannung von ±30 V bei einer Erregerfrequenz von nahe 60 Hz bis 140 Hz durch folgende Vorgaben erhalten: (a) zwischen 0 und 2,5 mm, (b) zwischen 1, 2 und 3 mm, (c) von 11 bis 15 mm, (d) von 3,5 bis 6 mm, (e) von 9 bis 14 mm, Dicke t des Blechs 11 und andere von 0,03 bis 0,08, Dicke p des piezoelektrischen Elements 12 von 0,05 bis 0,12, und (l) von 14 bis 18 mm. Unter dem Gesichtspunkt der Größe des piezoelektrischen Betätigungselementes selbst und des Verstellumfangs, insbesondere wenn als Unterbrecher für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor verwendet, sind die obigen Bedingungen optimal, und ein pyroelektrischer Infrarotstrahlsensor kleinerer Größe und höherer Empfindlichkeit läßt sich so realisieren.

Als praktischeres Beispiel unter Verwendung von 32Ni-5Co-Fe mit 't' von 0,05 mm und einer Breite 'w' von 1,0 bis 2,2 mm als Material für das Blech 11 usw., und wenn (a) von 0 bis 2 mm definiert ist, (b) von 1,8 bis 2,8 mm, (c) von 12,5 bis 14 mm, (d) von 3,8 bis 4,8 mm, (e) von 10 bis 13 mm, (p) von 0,05 bis 0,12 und (l) von 14,5 bis 16,5 mm, erhält man einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor von nahezu gleichen Eigenschaften wie oben mit einer Erregerfrequenz, die nahezu von 70 Hz bis 110 Hz reicht. Allgemein wird 32Ni-5Co-Fe Super invar genannte und ist als ein Material niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bekannt. Das piezoelektrische Element hat einen sehr viel niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als übliche Metalle, und wenn diese Differenz groß ist, ergibt sich aufgrund der Verklebung eine durch Umgebungstemperaturänderungen hervorgerufene Verwerfung. Super-Invar kann dieses Phänomen weitestmöglich unterdrücken, und wenn es daher als Unterbrecher für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsen der verwendet wird, kann die Temperaturabhängigkeit des Sensorausgangs, die auf der Temperaturabhängigkeit der Unterbrecherverstellposition beruht, vermindert werden. Außerdem hat Super-Invar viel bessere Biegeeigenschaften als andere eisenhaltige Materialien und ist geeignet, das Blech für das piezoelektrische Betätigungselement dieser Ausführungsform zu bilden. Außerdem ist im Vergleich zu anderen Materialien als Konstruktionsmaterialien für das piezoelektrische Betätigungselement dieser Ausführungsform Super-Invar als ein Material bekannt, das Eigenschaften aufweist, die zwischen dem Kupfermaterial und dem allgemeinen Eisenmaterial, wie Edelstahl, liegt, d. h., es hat eine zwischen den zwei Materialien liegende Resonanzfrequenz. Außerdem ist Super-Invar weicher als andere allgemeine Eisenmaterialien, und man kann daher die Verstellung einfacher erreichen, und es hat auch eine größere Steifigkeit als Kupfermaterialien und ist gegen Störungen beständig und ist daher ideal als Konstruktionsmaterial für den Unterbrecher des pyroelektrischen Infrarotstrahlsensors.

Fig. 17 ist ein charakteristisches Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Verstellumfang des vorderen Endes des Verstellverstärkungsteils und der Erregerfrequenz zeigt, wenn die Länge vom festen Ende des piezoelektrischen Betätigungselements zum vorderen Ende des Verbindungsteils bei dem piezoelektrischen Betätigungselement der Ausführungsform verändert wird.

In Fig. 17 sind l-1, l-2, l-3 jeweils spezielle Längen vom festen Ende des piezoelektrischen Betätigungselements zum vorderen Ende des Verbindungsteils, und l-3 ist am längsten, gefolgt von l-2 und dann l-1. Bei jeder Länge zeigt als Beziehung zwischen Verstellung und Erregerfrequenz die Verstellung den niedrigsten Wert bei einer spezifischen Erregerfrequenz, und die Verstellung nimmt in Richtung auf die höhere Erregerfrequenz oder die niedrigere Erregerfrequenz zu. D. h., die Seite niedrigerer Erregerfrequenz liegt dichter an der Resonanzfrequenz f1, die von der Schwingung des Piezoelementklebeteils abgeleitet ist, während die Erregerfrequenz auf der höheren Seite sich der Resonanzfrequenz f2 nähert, die von der Schwingung des Verstellverstärkungsteils abgeleitet ist. Die Verstellumfänge bei beiden Resonanzen sind nicht identisch, und die Verstellung auf der f2-Seite ist größer. Wenn die Länge des piezoelektrischen Betätigungselements von l-1 nach l-2 und l-3 geändert wird, bewegt sich f1 allmählich zu einem kleineren Wert, jedoch ist f2 im Bewegungsumfang kleiner als f1. Dementsprechend nimmt der Verstellumfang des stabilen Bereichs ab aufgrund der Tatsache, daß beide Resonanzen sich entfernen, aber der Wert von f2 und der Verstellumfang in seiner Nähe sind mit abnehmender Breite kleiner. Die Erregerfrequenzen der sich gegenseitigen überschneidenden Charakteristika von l-1, l-2, l-3 sind daher einander sehr nahe, und die Verstellumfänge sind ebenfalls einander nahe Werte. D. h., wenn das piezoelektrische Betätigungselement mit dieser Erregerfrequenz erregt wird, werden gleiche Verstellumfänge neu erreicht, wenn der Montagefehler innerhalb l-1 bis l-3 liegt. Mit anderen Worten, ein piezoelektrisches Betätigungselement längerer Gestalt in Bezug auf den Verstellumfang des stabilen Bereichs bei einer gewissen Länge erzeugt eine nahezu gleiche Verstellung. In diesem Falle ist die Erregung eine Erregung im stabilen Bereich des piezoelektrischen Betätigungselements und bei einer höheren Frequenz als im stabilen Bereich. Hier ist die Abmessung kürzer als l-1, obgleich es möglich ist, mit einer niedrigeren Frequenz zu erregen, als die Erregerfrequenz, bei der die Verstellung im stabilen Bereich minimal ist, aber in diesem Falle wird die Resonanz, die sich aus dem Piezoelementklebeteil ableitet, vorherrschend, und die Störung durch die Klebeschicht zwischen dem Blech und dem piezoelektrischen Element oder durch das piezoelektrische Element selbst nimmt zu, was für die Zuverlässigkeit nicht vorteilhaft ist. Im Gegenteil, indem die Resonanz des Verstellverstärkungsteils näher herangebracht wird, wird der obige Effekt vermindert, und daher hängt die Zuverlässigkeit mehr von der Festigkeit des elastischen Metallelements ab. Unter Aufrechterhaltung der Festigkeit des Verstellverstärkungsteils gegen Verstellung durch Erregung nahe dem stabilen Bereich der Verstellung und bei höherer Frequenz werden daher eine höhere Zuverlässigkeit und eine Erregung bei stabiler Verstellung erreicht. Spezieller gesagt, beim obigen piezoelektrischen Betätigungselement, das Super-Invar verwendet, ergibt sich bei einer Erregerfrequenz von 85 Hz mit (l) von 16 mm eine Verstellung von 1,2 mm, und wenn (l) 16 mm Wird, kann eine Verstellung von etwa 1,1 mm aufrechterhalten werden. Durch Verwendung dieser Konstruktion und des Erregerverfahrens ist daher die Montage des piezoelektrischen Betätigungselements einfach, und eine stabile Charakteristik wird erreicht und die Zuverlässigkeit weiter verbessert. Jedoch erreicht (l) das Maximum bei einem gewissen Wert, und es muß angemerkt werden, daß die Verstellung zu einer Abnahme neigt, wenn (l) kürzer wird.

Es wird einfach vermutet, daß eine ähnliche Tendenz nicht nur beim piezoelektrischen Betätigungselement in der Gestalt der Ausführungsform zu bemerken ist, sondern auch beim piezoelektrischen Betätigungselement, das ähnlichen Aufbau und ähnliches Erregerverfahren aufweist.

Fig. 18(a) und Fig. 18(b) sind Schema und charakteristisches Diagramm eines Beispiels des Zusammenhangs zwischen dem Verstellumfang des vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils und der Erregerfrequenz im Falle einer Änderung des Biegewinkels in einem Teil desselben piezoelektrischen Betätigungselements in dem piezoelektrischen Betätigungselement der Ausführungsform zeigen.

In Fig. 18(a) ist Bezugszeichen 11 ein Blech, 12 ist ein piezoelektrisches Element, 13 ist ein Verstellverstärkungsteil, 14 ist eine Sensorbasis, 21 ist ein Biegeteil und 22 ist ein Verbindungsteil.

Der Aufbau des piezoelektrischen Betätigungselements in Fig. 18(a) ist ähnlich dem obigen Aufbau durch Biegen des elastischen Metallelements, und der Winkel, der zwischen dem Blech 11 und dem Verbindungsteil 22 gebildet ist, wird mit α angenommen, der Winkel, der zwischen dem Verbindungsteil 22 und dem Verstellverstärkungsteil 13 gebildet ist, wird mit β angenommen, und der Winkel, der zwischen dem Verstellverstärkungsteil 13 und dem Biegeteil 21 gebildet ist, wird mit χ angenommen. Die Winkel α, β, χ sind bei dieser Ausführungsform jeweils nahe 90º und dieser Wert ist absichtlich auf verschiedene Winkel eingestellt in Abhängigkeit von dem Biegefehler beim Herstellen oder Zusammenbau mit dem Sensor oder dgl. zur Bildung einer Einheit. Diese Winkeländerungen rufen zahlreiche charakteristische Änderungen im piezoelektrischen Betätigungselement identischer Abmessungen und Gestalten hervor, und dieser Punkt muß beachtet werden, wenn der Winkel willkürlich eingestellt wird. Beispielsweise sind in Bezug auf α die Änderungen der Charakteristika in Fig. 18(b) gezeigt.

In Fig. 18(b) zeigen α-1, α-2, α-3 jeweils Werte eines gewissen α, wobei angenommen wird, daß α-1 gleich 90º, α-2 kleiner als 90º und α-3 größer als 90º sind. Dabei sind das Blech 11 und der Verstellverstärkungsteil 13 stets parallel zueinander, und alle Abmessungen der Bestandteile mit Ausnahme der Länge vom Befestigungsteil zum vorderen Ende, der Winkel des Verstellverstärkungsteis 13 und des Biegeteils 21, der Verbindungsteil 22 und das piezoelektrische Element 12 werden als identisch vorausgesetzt. Fig. 18(b) zeigt den Zusammenhang zwischen der Verstellung des vorderen Endes des Verstellverstärkungsteils und der Erregerfrequenz bei jedem α in diesem Falle. Jede Verstellung hat einen stabilen Bereich, wie oben erwähnt, und wenn die Erregerfrequenz sich davon entfernt, wird die Verstellung zu beiden Resonanzpunkten ausgedehnt. Wenn man jede Verstellung vergleicht, ist der Wert von α, der die größte Verstellung hat, gleich α-1, und die Differenz von α-1 und α-3 ist größer als die Differenz von α-1 und α-2. D. h., im Vergleich mit einem α von mehr als 90º ist die Abnahme der Verstellcharakteristik kleiner bei einem α von 90º oder weniger, und im Vergleich zu dem Entwurfwert von 90º können, wenn der Montagefehler in einer Richtung von kleiner als 90º liegt, die Schwankungen der Eigenschaften zwischen einzelnen Teilen vermindert werden. Als praktisches Beispiel sei angegeben, daß bei einem piezoelektrischen Betätigungselement der Ausführungsform, das Super-Invar verwendet, betrug die Verstellung 1,1 mm bei einem α von 90º und betrug etwa 1,05 mm bei 80º und etwa 0,9 mm bei 100º.

Gleiches gilt für β. Im Vergleich zur Resonanzfrequenz bei β von 90º liegt der kleinste Wert der Schwankungsbreite der Resonanzfrequenz gegenüber Schwankungen von β bei nahe 90º, und die Schwankungsbreite der Resonanzfrequenz ist kleiner bei einem β von mehr als 90º als über 90º. Durch Bildung eines stumpfen Winkels zwischen dem Verstellverstärkungsteil und dem Verbindungsteil können daher Schwankungen der Resonanzfrequenz unterdrückt werden, und die Eigenschaften einer Gruppe einzelner Teile können stabilisiert werden. Außerdem wird durch Bildung eines stumpfen Winkels zwischen dem Verstellverstärkungsteil und dem Verbindungsteil die relative Distanz des vorderen Endes des Verstellverstärkungsteils zum Blech vergrößert, und ein Kontakt der Beiden kann vermieden werden, so daß ein größerer Verstellumfang erhalten werden kann.

Die Resonanz des piezoelektrischen Betätigungselements dieser Ausführungsform ist hier die Resonanz aufgrund der Schwingung des Verstellverstärkungsteils und die Resonanz aufgrund des Piezoelementklebeteils, aber beide Schwingungen sind nicht vollständig unabhängig voneinander bei der Erregung, und wenn eines stark schwingt, kann das andere leicht schwingen, und daher ist der Verstellumfang, den man beim Verstellverstärkungsteil erhält, eine Kombination dieser Schwingungen. In Abhängigkeit von der Konstruktion können darüber hinaus unter einem breiteren Gesichtspunkt zahlreiche andere Fälle gegeben sein, im Fall der Erregung einer weiteren Resonanz als die obigen zwei, ein Fall der Erzeugung einer Resonanz im Biegeteil am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils, und ein Fall einer Erregung von Resonanz, die nicht beim Erregen nahe der Erregerfrequenz benutzt wird, und weitere. Wenn jedoch die Distanz ausreichend weit von der wirklichen Frequenz ist oder eine unnötige Resonanz innerhalb der Betriebsfrequenz stattfindet, gibt es kein Problem, soweit der Maßstab klein ist, und die gleiche Erregung wie bei dieser Ausführungsform wird realisiert.

Bei dem piezoelektrischen Betätigungselement dieses Aufbaus der Ausführungsform kann somit die Erregung durch Ausnutzung von Resonanz mit niedriger Spannung stabil folgen, und das Erregen, Zusammenbauen und Verarbeiten der Elemente wird einfach. Außerdem ist durch die gebogene Struktur die gesamte Längsabmessung verkürzt, und wenn das piezoelektrische Betätigungselement dieser Konstruktion als Unterbrecher für den pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor verwendet wird, kann der gesamte Sensor in der Größe vermindert werden. Durch Befestigung des piezoelektrischen Betätigungselements an der gleichen Basis wie die Infrarotdetektoreinheit kann es darüber hinaus einfach mit der Infrarotstrahldetektoreinheit integriert werden, und außerdem kann die nahe Umgebung der Infrarotdetektoreinheit geöffnet und geschlossen werden und daher ist die Öffnungs- und Schließfläche vermindert, und auch die Belastung des Unterbrechers kann vermindert werden. Weiterhin kann durch Erregung mit niedriger Spannung der Störeinfluß vom Piezoelement auf die Infrarotdetektoreinheit vermindert werden.

Das piezoelektrische Betätigungselement der Ausführungsform ist im Vergleich zum konventionellen Resonanzverfahren bei Schwingung nahe der Resonanzfrequenz stabiler und kann mit niedrigerer Spannung betrieben werden, so daß zahlreiche Schwankungen im Herstellungsvorgang, sofern vorhanden, ausgeglichen werden können.

Bei der Ausführungsform ist hier der Piezoelementklebeteil ein unimorphes Element, das das piezoelektrische Element nur auf einer Seite des Blechs anklebt, es versteht sich aber, daß gleiche Wirkungen erhalten werden, wenn man das bimorphe Element verwendet, was auf beiden Seiten klebt. In Abhängigkeit von der Konstruktion können darüber hinaus das Blech und das piezoelektrische Element gleichzeitig befestigt werden. Wenn das piezoelektrische Element nur auf einer gegenüberliegenden Klebeseite des piezoelektrischen Elements der Ausführungsform angeklebt ist, werden selbstverständlich gleiche Wirkungen erzielt.

(Beispiel 2)

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 4 ist das Bezugszeichen 41 ein Blech, 42 ist ein piezoelektrisches Element, 43 ist ein Verstellverstärkungsteil, 44 ist eine Sensorbasis, 45 ist ein Befestigungsstück, 46a, 46b sind Befestigungsschrauben, 47 ist eine Verdrahtung für das Blech, 48 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 49 ist eine Infrarotdetektoreinheit, 50 ein Infrarotstrahl, 51 ist ein Biegeteil und 52 ist ein Verbindungselement. Das Blech 41 und der Verstellverstärkungsteil 43 bestehen aus gesonderten Elementen aus elastischem Flachblech und sind an einem Ende der beiden jeweils durch das Verbindungselement 52 miteinander verbunden. Das Blech 41 und der Verstellverstärkungsteil 43 liegen parallel zueinander vom Verbindungsteil ausgehend und haben eine Längsabmessung in der gleichen Richtung.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1, die in Fig. 1 gezeigt ist und seine Wirkungen sind auch die gleichen wie bei Ausführungsform 1. Außerdem können durch Bildung des Blechs 41 und des Verstellverstärkungsteils 43 als gesonderte Elemente und das Verbinden derselben durch ein Verbindungselement das Material und die Abmessung von Blech und Verstellverstärkungsteil frei gewählt werden, und es ist daher möglich, mit einem größeren Maß an Freiheit unter dem Gesichtspunkt der Einstellung der Resonanzfrequenz, der Verstellung und der Festigkeit zu entwerfen. Beim Zusammenbau kann außerdem das piezoelektrische Element einfach angeklebt werden, und Belastungskonzentration im Verbindungsteil kann im Vergleich zum Erstellen durch Biegen herabgesetzt werden. Außerdem kann die Resonanzfrequzenz f1, die vom Piezoelementklebeteil herrührt, durch das Gewicht des Verbindungselements herabgesetzt werden, und sie kann einfach auf einen niedrigeren Wert als die Resonanzfrequenz f2 des Verstellverstärkungsteils eingestellt werden, was zur Verminderung der Längsabmessung und zum stabilen Betreiben beiträgt.

Durch Erstellung des Verbindungselements durch Anordnen eines Teils 52a im Klebereich des piezoelektrischen Elements längs der Längsrichtung des am Piezoelementklebeteil klebenden piezoelektrischen Elements kann dabei die Belastung der Klebeschicht zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Blech vermindert werden im Vergleich zur Positionierung außerhalb des Piezoelementklebebereichs des vorderen Endes des Piezoelementklebeteils, so daß ein Abschälen des piezoelektrischen Elements verhindert werden kann.

(Beispiel 3)

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein piezoelektrisches Betätigungselement in einer dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 5 ist Bezugszeichen 61 ein Blech, 62 ist ein piezoelektrisches Element, 63 ist ein Verstellverstärkungsteil, 64 ist eine Sensorbasis, 65 ist ein Befestigungsstück, 66a, 66b sind Befestigungsschrauben, 67 ist eine Verdrahtung für das Blech, 68 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 69 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 70 ist ein Infrarotstrahl und 71 ist ein Biegeteil zum Unterbrechen des Infrarotstrahls. Das Blech 61 und der Verstellverstärkungsteil 63 bestehen integral aus dem gleichen elastischen flachen Blech, und ein spitzer Winkel 72 ist zwischen ihnen durch Biegen ausgebildet.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind auch die gleichen wie bei der Ausführungsform 1. Da ein spitzer Winkel zwischen dem Blech und dem Verstellverstärkungsteil gebildet ist, ist es außerdem möglich, mit einer kleineren Anzahl von Teilen und Herstellungsschritten auszukommen, und der unter spitzem Winkel abgebogene Teil 72 ist fern vom Einfallsweg des Infrarotstrahls, und das Problem des Auftreffens des in die Infrarotstrahldetektoreinheit einfallenden Infrarotstrahls durch die Bewegung des Piezoelementvsrbindungsteils kann vermieden werden. Außerdem kann beim Verstellverstärkungsteil gleicher Gestalt die Resonanzfrequenz f1 aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils besonders durch den Winkel variiert werden. Wenn der Winkel groß ist, wird die Resonanzfrequenz der Schwingung des Piezoelementklebeteils herabgesetzt. Mit hoher Frequenz erregt, ist der Winkel bevorzugt kleiner, und wenn mit 50 Hz oder höher erregt, ist er bevorzugt in einen Winkel von 45º oder weniger gebogen, und daher ist die Wirkung in diesem Falle bemerkenswert.

(Beispiel 4)

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 6 ist das Bezugszeichen 81 ein Blech, 82 ist ein piezoelektrisches Element, 83 ist ein Verstellverstärkungsteil, 84 ist eine Sensorbasis, 85 ist ein Befestigungsstück, 86a, 86b sind Befestigungsschrauben, 87 ist eine Verdrahtung für das Blech, 88 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 89 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 90 ist ein Infrarotstrahl und 91 ist ein Biegeteil. Das Blech 81 und der Verstellverstärkungsteil 83 bestehen integral aus dem gleichen elastischen flachen Blech, und ein Verbindungsteil 92 zwischen ihnen hat einen Krümmungsradius von ¹/&sub4; oder mehr der Distanz zum Öffnen und Schließen als Unterbrecher.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei Ausführungsform 1, die in Fig. 1 gezeigt ist, und seine Wirkungen sind der gleiche wie in Ausführungsform 1. Außerdem, weil der Verbindungsteil 92 von Blech und Verstellverstärkungsteil eine geeignete Krümmung hat, wird eine Belastungskonzentration im Verbindungsteil vermindert, und die mechanische Zuverlässigkeit ist verbessert. Durch Definition des Krümmungsradius als wenigstens ¹/&sub4; oder mehr der Öffnungs- und Schließdistanz des Unterbrechers kann darüber hinaus eine Kollision der beiden während der Erregung vermieden werden, wenn das Blech und der Verstellverstärkungsteil parallel zueinander angeordnet sind. Dieser Aufbau ist gleich dem obigen Fall, wo das Blech und der Verstellverstärkungsteil integral ausgebildet sind und einen spitzen Winkel bilden.

(Beispiel 5)

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 7 ist Bezugszeichen 101 ein Blech, 102 ist ein piezoelektrisches Element, 103 ist ein Verstellverstärkungsteil, 104 ist eine Sensorbasis, 105 ist ein Befestigungsstück, 106a, 106b sind Befestigungsschrauben, 107 ist eine Verdrahtung für das Blech, 108 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 109 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 110 ist ein Infrarotstrahl, 111 ist ein Biegeteil und 112 ist ein Gewicht. Das Blech 101 und der Verstellverstärkungsteil 103 sind integral ausgebildet, und es ist vorgesehen, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung haben, parallel zueinander vom Verbindungsteil mit dem Blech 101 zum Verstellverstärkungsteil 103. Außerdem ist das Gewicht 112 an der entgegengesetzten Seite in Bezug auf den Verstellverstärkungsteil 103 nahe dem Verbindungsteil zum Blech 101 angeordnet.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind der gleiche wie bei Ausführungsform 1. Durch Anordnung des Gewichts nahe dem vorderen Ende des beweglichen Teils des Piezoelementklebeteils ist die Resonanzfrequenz f1 der Schwingung des Piezoelementklebeteils hauptsächlich herabgesetzt und sie kann einfach auf eine niedrigere Resonanzfrequenz eingestellt werden, als die Resonanzfrequenz f2 der Schwingung des Verstellverstärkungsteils, so daß eine stabile Erregung einfach erreicht ist. Durch Herabsetzung der Resonanzfrequenz durch Anordnung des Gewichts kann außerdem die gesamte Gestalt in der Größe der Längsabmessung vermindert werden im Vergleich zum Fall, bei dem die Resonanzfrequenz ohne Verwendung eines Gewichts eingestellt wird.

Der Gewichtsanbringungsort braucht nicht stets nahe dem vorderen Ende zu sein, jedoch ist bei gleichem Gewicht der Einfluß auf die Resonanzfrequenz größer, wenn es nahe dem vorderen Ende angebracht ist. Bei der Ausführungsform ist das Gewicht auf der gleichen Fläche wie der Piezoelementklebeteil angebracht, jedoch erhält man die gleiche Wirkung, wenn es auf der anderen Seite angebracht ist. Wenn in diesem Falle das Gewicht so angebracht ist, daß es teilweise oder vollständig innerhalb des Bereiches der Piezoelementklebung längs der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements liegt, kann die Belastung der Klebeschicht zwischen Blech und piezoelektrischem Element aufgrund der Anbringung des Gewichts vermindert werden, und das Abschälen des piezoelektrischen Elements kann verhindert werden.

(Beispiel 6)

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 8 ist das Bezugszeichen 121 ein Blech, 122 ist ein piezoelektrisches Element, 123 ist ein Verstellverstärkungsteil, 124 ist eine Sensorbasis, 125 ist ein Befestigungsstück, 126a, 126b sind Befestigungsschrauben, 127 ist eine Verdrahtung für das Blech, 128 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 129 ist eine Infrarotstrahldetektoreinhit, 130 ist ein Infrarotstrahl, 131 ist ein Biegeteil und 132 ist eine Ausnehmung. Durch Biegen eines elastischen flachen Blechs in eine π-Gestalt sind das Blech 121 und der Verstellverstärkungsteil 123 integral ausgebildet, und sie sind so gestaltet, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung haben, parallel zueinander vom Verbindungsteil zwischen dem Blech 121 und dem Verstellverstärkungsteil 123. Am anderen Ende des Blechs 121 ist darüber hinaus eine Ausnehmung 132 in dem Abschnitt ausgebildet, der zwischen der Sensorbasis 124 und dem Befestigungsstück 125 liegt, so daß die Breite verringert ist.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1, die in Fig. 1 gezeigt ist, und seine Wirkungen sind ebenfalls die gleichen wie bei der Ausführungsform 1. Durch Bildung einer Ausnehmung in der Breitenrichtung im Befestigungsteil des Piezoelementklebeteils oder nahe dem Befestigungsteil im beweglichen Teil des Piezoelementklebeteils wird die Resoanzfrequenz f1 der Schwingung des Piezoelementklebeteils hauptsächlich herabgesetzt, und sie kann einfach auf eine niedrigere Resonanzfrequenz eingestellt werden als die Resonanzfrequenz f2 der Schwingung des Verstellverstärkungsteils, so daß stabile Erregung einfach erreicht ist, was ebenfalls zur Verminderung der Längsabmessung beiträgt.

(Beispiel 7)

Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer siebenten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 9 ist das Bezugszeichen 141 ein Blech, 142 ist ein piezoelektrisches Element, 143 ist ein Verstellverstärkungsteil, 144 ist eine Sensorbasis, 145 ist ein Befestigungsstück, 146a, 146b sind Befestigungsschrauben, 147 ist eine Verdrahtung für das Blech, 148 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 149 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 150 ist ein Infrarotstrahl, 151 ist ein Biegeteil und 152 ist ein Lochabschnitt. Durch Biegen einer flachen elastischen Platte in eine π-Gestalt sind das Blech 141 und der Verstellverstärkungsteil 143 integral ausgebildet, und beide sind so gestaltet, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung haben, parallel zueinander vom Verbindungsteil zwischen dem Blech 141 und dem Verstellverstärkungsteil 143 ausgehend. Am anderen Ende des Blechs 141 ist darüber hinaus der Lochabschnitt 152 in dem Abschnitt ausgebildet, der zwischen der Sensorbasis 144 und dem Befestigungsstück 145 gehalten ist.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie in Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind ebenfalls die gleichen wie bei Ausführungsform 1. Durch Bilden eines Lochabschnitts im Befestigungsteil des Piezoelementklebeteils oder nahe dem Befestigungsteil im beweglichen Teil des Piezoelementklebeteils wird die Resonanzfrequenz f1 der Schwingung des Piezoelementklebeteils hauptsächlich herabgesetzt und sie kann einfach auf eine niedrigere Resonanzfrequenz als die Resonanzfrequenz f2 der Schwingung des Verstellverstärkungsteils eingestellt werden, so daß stabile Erregung einfach erreicht wird, was ebenfalls zur Verminderung der Längsabmessung beiträgt.

Im Vergleich zu der in Breitenrichtung durch die Ausnehmung oder dgl. verminderten Gestaltung ist sie außerdem gegen Torsionsbelastungen stabil und gegen die Erzeugung eines Drehschwingungsmodus in der Längsachse beständig und ist daher in der mechanischen Zuverlässigkeit verbessert. Nach Wunsch kann eine Lochbearbeitung oder Ausnehmung der in Ausführungsform 7 erwähnten Art auch im Verstellverstärkungsteil vorgesehen sein, und in diesem Falle ist dies die Einrichtung für die einfache Erzielung einer speziellen Resonanzfrequenz gegenüber einer Erhöhung der Resonanzfrequenz im Falle der Verminderung der Größe des Piezoelementklebeteils und des beweglichen Teils.

(Ausführungsform 8)

Fig. 10 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 10 ist Bezugszeichen 161 ein Blech, 162 ist ein piezoelektrisches Element, 163 ist ein Verstellverstärkungsteil, 164 ist eine Sensorbasis, 165 ist ein Befestigungsstück, 166a, 166b sind Befestigungsschrauben, 167 ist eine Verdrahtung für das Blech, 168 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 169 ist eine Infrarotdetektoreinheit, 170 ist ein Infrarotstrahl und 171 ist ein Biegeteil. Durch Biegung einer elastischen flachen Platte in π- Gestalt sind das Blech 161 und der Verstellverstärkungsteil 163 integral ausgebildet, und die Gestaltung ist derart, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung vom Verbindungsteil 172 zum Blech 161 und zum Verstellverstärkungsteil 163 haben. Die Breite des Bleches 161 wird vom Verbindungsteil 172 zum festen Ende schmaler. In gleicher Weise wird die Breite des Verstellverstärkungsteils 163 vom Verbindungsteil 172 zum anderen Ende schmaler. Auf der Oberfläche des Blechs 161 ist das piezoelektrische Element 162 angeklebt, das eine Gestalt hat, die dem Umriß des Blechs 161 entspricht.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind ebenfalls die gleichen wie bei Ausführungsform 1. Außerdem ist durch Verschmälerung der äußeren Abmessung des beweglichen Teils des Piezoelementklebeteils vom Verbindungsteil des Verstellverstärkungsteils zum Befestigungsabschnitt die Resonanzfrequenz f1 aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils niedriger, als wenn die Außenmessung eine spezielle Breite hat. Im Gegenteil, beim Verstellverstärkungsteil ist durch Verschmälerung der Außenabmessung vom Verbindungsteil zum anderen Ende die Resonanzfrequenz f2 aufgrund der Schwingung des Verstellverstärkungsteils höher, als wenn die Außenabmessung eine spezielle Breite hat. Daher kann die Resonanzfrequenz f2 einfach höher eingestellt werden, als die Resonanzfrequenz f1 der Schwingung des Piezoelementklebeteils, wodurch die Erregung stabilisiert wird und die Längsabmessung im Vergleich zum Falle ohne Änderung der Außenabmessung vermindert wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Außenabmessung sowohl beim Piezoelementklebeteil als auch beim Verstellverstärkungsteil geändert, gleiche Wirkungen erhält man aber, wenn die Änderung nur bei einem von ihnen vorliegt.

(Ausführungsform 9)

Fig. 11 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 11 ist Bezugszeichen 181 ein Blech, 182 ist ein piezoelektrisches Element, 183 ist ein Verstellverstärkungsteil, 184 ist eine Sensorbasis, 185 ist ein Befestigungsstück, 186a, 186b sind Befestigungsschrauben, 187 ist eine Verdrahtung für das Blech, 188 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 189 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 190 ist ein Infrarotstrahl und 191 ist ein Biegeteil. Durch Biegen einer elastischen flachen Platte in π-Gestalt sind das Blech 181 und der Verstellverstärkungsteil 183 integral ausgebildet, und sie sind so gestaltet, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung vom Verbindungsteil zum Blech 181 und Verstellverstärkungsteil 183 haben. Der Verstellverstärkgungsteil 183 hat einen Lochabschnitt 192 nahe dem Ende, das entgegengesetzt zum Verbindungsteil mit dem Blech 181 liegt.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind ebenfalls die gleichen wie bei Ausführungsform 1. Außerdem ist durch Ausbildung eines Lochabschnitts nahe dem Biegeteil des Verstellverstärkungsteils die Resonanzfrequenz f2 der Schwingung des Verstellverstärkungsteils 183 höher, und sie kann leicht auf einen höheren Wert eingestellt werden, als die Resonanzfrequenz f1, die von der Schwingung des Piezoelementklebeteils herrührt, wodurch zur Stabilisierung der Verstellung und zur Verminderung der gesamten Größe im Vergleich zum Fall der Erzielung der gleichen Resonanzfrequenz ohne Lochabschnitt beigetragen wird. Obgleich eine Wirkung erzielt wird, wenn der Lochabschnitt nicht nahe dem Biegeteil vorhanden ist, ist die Wirkung größer, wenn die Distanz ferner vom Verbindungsteil mit dem Piezoelementklebeteil ist.

Es ist auch möglich, die Merkmale der Ausführungsformen der Merkmale 5 bis 9 miteinander zu kombinieren und größere Wirkungen erhält man bei dieser kombinierten Ausführungsform

(Ausführungsform 10)

Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel eines Unterbrechers für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zeigt, der ein unimorphes piezoelektrisches Betätigungselement in einer zehnten Ausführungsform der Erfindung verwendet.

In Fig. 12 ist das Bezugszeichen 231 ein Blech, 232 ist ein piezoelektrisches Element, 233 ist ein Verstellverstärkungsteil, 234 ist eine Sensorbasis, 235a, 235b sind Befestigungsstücke, 237 ist eine Verdrahtung für das Blech, 238 ist eine Verdrahtung für das piezoelektrische Element, 239 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit, 240 ist ein Infrarotstrahl und 241 ist ein Biegeteil.

Durch Biegen einer elastischen Platte aus Phosphorbronze, Edelstahllegierung oder dgl. in π-Gestalt sind das Blech 231 und der Verstellverstärkungsteil 233 integral ausgebildet, und sie sind so gestaltet, daß sie eine Längsabmessung in gleicher Richtung haben, parallel zueinander verlaufend vom Verbindungsteil zwischen Blech 231 und Verstellverstärkungsteil 233. Darüber hinaus ist beim Verstellverstärkungsteil 233 das vordere, dem Verbindungsteil abgewandte Ende mit einem rechten Winkel versehen, und der Biegeteil 231 ist auf der dem Blech 231 abgewandten Seite ausgebildet. Das piezoelektrische Element 233 ist an der Oberfläche des Blechs 231 angeklebt, und der Piezoelementklebeteil (unimorphes Element) ist auf diese Weise ausgebildet. Das Blech 231 ist zwischen den Befestigungsstücken 235a und 235b nahe dem Endabschnitt fern vom Verbindungsteil 242 zum Verstellverstärkungsteil 233 befestigt. Die Sensorbasis 234 und die Befestigungsstücke 235a, 235b sind in einem starren Kasten oder dgl. befestigt, der den äußeren Umfang des Sensors abdeckt, der Biegeteil 241 ist nahe der Infrarotdektoreinheit 239, die auf der Sensorbasis 234 angeordnet ist, gelegen, und der Verstellverstärkungsteil 233 erstreckt sich in Längsrichtung zur Einfallsrichtungsseite des Infrarotstrahls 240, der in die Infrarotstrahldetektoreinheit 239 eintritt, vom Biegeteil 241 ausgehend.

Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1 nach Fig. 1, und seine Wirkungen sind ebenfalls die gleichen wie bei Ausführungsform 1. Durch Definition der Längsrichtung des Verstellverstärkungsteils, der sich vom Biegeteil in gleicher Richtung (parallel) wie die Einfallsrichtung des einfallenden Infrarotstrahls erstreckt, kann die Infrarotstrahldetektoreinheit näher zum Infrarotstrahl 240 angeordnet werden, als der Verbindungsteil zwischen dem Piezoelementklebeteil und dem Verstellverstärkungsteil, und wenn als Unterbrecher betrieben, kann eine Störung des Einfalls des Infrarotstrahls 240 durch Schwingung des Verbindungsteils 242, die gleichzeitig mit der Schwingung des Biegeteils auftritt, verhindert werden, so daß der Infrarotstrahl stabiler erfaßt werden kann. Außerdem kann durch diese Konstruktion aufgrund der Tatsache, daß die Infrarotstrahldetektoreinheit und die Sensorbasis durch Überlappung mit der Längsrichtung des Verstellverstärkungsteils angeordnet werden können, das Volumen wirksam ausgenutzt werden, und daher die Gesamtgröße des Sensors vermindert werden. Diese Aufbau kann in gleicher Weise bei jedem Unterbrecher verwendet werden, der die Merkmale der Ausführungsformen 5 bis 9 aufweist, und bringt ähnliche Wirkungen hervor.

Fig. 10 und 20(a), (b) sind ein Schema, ein Erregerwellenformdiagramm und ein Erregungseigenschaftendiagramm, die ein Beispiel eines pyroelektrischen Infrarotstrahlsensors zeigen, der das unimorphe piezoelektrische Betätigungselement in der zehnten Ausführungsform der Erfindung als Unterbrecher verwendet.

In Fig. 19 ist Bezugszeichen 251 ein Blech, 252 ist ein piezoelektrisches Element, 253 ist ein Verstellverstärkungsteil, 254 ist ein Befestigungsstück, 255 ist ein Biegeteil a, 256 ist ein Verbindungsteil, 257 ist ein Biegeteil b, 258 ist ein Temperaturdetektor und 259 ist eine Infrarotstrahldetektoreinheit.

Das piezoelektrische Betätigungselement besteht aus dem Blech 251, dem piezoelektrischen Element 252, dem Verstellverstärkungsteil 253, dem Befestigungsstück 254, dem Biegeteil a 255, und dem Verbindungsteil 256 wie bei der zehnten Ausführungsform, und seine Resonanzfrequenz und Erregerfrequenz sind gleich. Die Infrarotstrahldetektoreinheit 259 ist durch Einsiegeln eines Elementes zum Erfassen des Infrarotstrahls in eine zylindrische Dose und ein Fensterelement gebildet, das Infrarotstrahlen durchläßt, und ist nahe dem Biegeteil a 255 angeordnet, und durch Unterbrechung des einfallenden Infrarotstrahls durch die Bewegung des Biegeteils a 255 wirkt es als Unterbrecher. Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor ist ein Sensor, der von Temperaturänderungen aufgrund des einfallenden Infrarotstrahls Gebrauch macht, d. h. die Temperaturdifferenz kann erfaßt und durch die Unterbrecher- und Detektoreinheit allein ausgegeben werden, die wirkliche Temperatur des gemessenen Objekts ist aber nicht bekannt. Um die wirkliche Temperatur zu kennen, wird dementsprechend ein Temperaturdetektor 258, wie beispielsweise ein Thermistor, verwendet. Der Temperaturdetektor 258 ist gewöhnlich nahe dem Unterbrecher angeordnet und mißt die Temperatur des Unterbrechers selbst. Die Temperaturänderung, die in der Detektoreinheit auftritt, rührt von der Temperaturdifferenz zwischen dem Unterbrecher und dem gemessenen Objekt her, und durch Bezugnahme auf die Temperatur des Unterbrechers selbst wird die wirkliche Temperatur des gemessenen Objekts bekannt.

Das unimorphe, geklebte Element aus Blech 251 und piezoelektrischen Element 252, die den Unterbrecher bilden, haben eine gewöhnliche Temperaturcharakteristik und erzeugt daher eine Verwerfung aufgrund des Unterschiedes der Wärmeausdehnungskoffezienten von Blech 251 und piezoelektrischen Element 252. D. h., wenn die Temperatur um den Unterbrecher vom Anfangszustand in Fig. 19 angehoben wird, erzeugt der Unterbrecher oder das piezoelektrische Betätigungselement eine Verwerfung auf die rückwärtige Seite der Verklebung des piezoelektrischen Elements 252, und als Folge davon wird der Biegeteil a 255 zum Biegeteil b 257 bewegt. Die Verstellposition während der Erregung hängt ebenfalls weitgehend von dieser Bewegung ab. Wenn daher die Temperatur um den Unterbrecher sich ändert, tritt eine Änderung beim Öffnen und schließen des Infrarotstrahls auf, und dieses hat eine Auswirkung auf die Genauigkeit der Temperaturerfassung, die manchmal jenseits einer vernachlässigbaren Größe liegen kann. Beim Anheben der Erregerspannung und Vergrößern der Verstellung, bis der Einfluß auf die Temperaturcharakteristik beseitigt ist, kann hingegen der Einfluß der Verwerfung vermindert werden. Anstelle einer Anhebung der gesamten Erregerspannung kann außerdem durch Änderung nur der Spannung durch Korrektur des durch die Temperaturcharakteristik hervorgerufenen Bewegungsumfangs der Einfluß bei einem minimalen Grenzwert gehalten werden.

Fig. 20(a) und (b) sind charakteristische Diagramme, die ein Beispiel der Veränderung der Erregerspannungswellenform zur Korrektur der Temperaturcharakteristik des piezoelektrischen Betätigungselements vom verklebten Typ, das als Unterbrecher verwendet wird, zeigen. In Fig. 20(a) und (b) bezeichnet die Ordinatenachse die Erregerspannung und die Abszissenachse die Zeit. Fig. 20(a) ist eine Wellenform einer gewöhnlichen Rechteckwellenerregung, und sie ist dazu gedacht, mit gleichen Spannungen in beiden Polaritäten zu erregen, und die Zeit einer Periode ist bei beiden Polaritäten gleich. Im Gegensatz dazu ist Fig. 20(b) ein Beispiel einer Erregerspannung mit asymmetrischer Polarität aufgrund der Zuführung einer positiven Vorspannung. Durch den Vorspanneffekt erzeugt das piezoelektrische Betätigungselement stets eine Verwerfung. D. h., durch Verwendung dieses Phänomens kann durch Einstellung der Erregerspannung derart, daß eine Verwerfung auf die entgegengesetzte Seite in Bezug auf die Verwerfung, die durch die Temperaturcharakteristik hervorgerufen wird, eine Auslöschung der Verwerfung erzielt werden, um eine Rückstellung in die Ursprungsposition zu erreichen. Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor, der bei der Temperaturerfassung verwendet wird, besitzt eine Temperaturerfassungseinrichtung des Unterbrechers wie oben erwähnt, und indem von dieser gemessenen Temperatur Gebrauch gemacht wird, kann die Verwerfung aufgrund der Temperaturcharakteristik wirkungsvoll beseitigt werden. Beispielsweise ausgehend von der Position des vorderen Endabschnitts bei einer gewissen Temperatur kann, wenn der Bewegungsumfang des vorderen Endabschnitts aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur zuvor ermittelt worden ist, die Unterbrecherverwerfung aufgehoben werden, indem Information über die gemessene Unterbrechertemperatur an die Erregerspannung geliefert wird und dann die Vorspannung notwendiger Größe angelegt wird. Oder man erhält vergleichbare Wirkungen, indem man anstelle der Zuführung einer Vorspannung das Verhältnis zwischen positiven und negativen Spannungen variiert. Es beispielsweise angenommen, daß die Verwerfung des piezoelektrischen Betätigungselements der Ausführungsform 1 aus Super-Invar etwa 0,1 mm für eine Änderung von 25ºC bis 60ºC betrage. Um diese aufzuheben, kann, wenn eine Vorspannung von 10 Volt angelegt wird, um eine Verstellung in der zur Verwerfung entgegengesetzten Richtung zu erzeugen, die Verwerfung etwa 0,05 mm vermindert werden. Durch gleichzeitiges Ausführen der gesamten Spannungsänderung und Anlegen asymmetrischer Erregerspannungen hat es darüber hinaus einen größeren Einfluß auf die Verminderung des Verwerfungseffektes aufgrund Temperatureigenschaften. Bei dem piezoelektrischen Betätigungselement der Erfindung ist insbesondere diese Einstellung einfach, weil die Erregerspannung klein und die Verstellung stabil ist.

Da der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor für die Temperaturerfassung gewöhnlich eine Temperaturdetektoreinrichtung des Unterbrechers hat, ist es nicht notwendig, eine gesonderte hinzuzufügen, und durch Verwenden des obigen Unterbrechererregerverfahrens kann der Infrarotstrahl stabiler geöffnet und geschlossen werden, so daß die Genauigkeit des pyroelektrischen Infrarotstrahlsensors für die Temperaturerfassung verbessert werden kann.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT

Wie hier beschrieben, ist das piezoelektrische Betätigungselement der Erfindung gebildet durch Verbindung eines Verstellverstärkungsteils mit dem freien Ende eines Piezoelementklebeteils, das unimorph oder bimorph klebt, wobei das vordere Ende des Verstellverstärkungsteils sich an einer Position befindet, die näher am Befestigungsteil als vom vorderen Endabschnitt des Piezoelementkfebeteils ist, und daher kann die Gesamtlängsabmessung vermindert werden, weil die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils und die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Versteilverstärkungsteils enger zusammengebracht werden. Der pyroelektrische Infrarotstrahlsensor, der dieses piezoelektrische Betätigungselement als Unterbrecher verwendet, kann in seiner gesamten Größe vermindert werden.

Indem die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils und die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Verstellverstärkungsteils enger zueinander gebracht werden und das piezoelektrische Betätigungselement mit einer zwischen den beiden Frequenzen liegenden Frequenz erregt wird, wird die Verstellung am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils durch die Wirkungen beider Resonanzen vergrößert. Gleichzeitig gibt es bei einer zwischen den beiden Resonanzfrequenzen liegenden Frequenz einen Bereich relativ stabiler Verstellgröße, und durch Verwendung dieses Bereichs für die Erregung ist es möglich, mit niedriger Spannung zu erregen. Daher wird die Instabilität der Verstellung bei Resonanz vermindert, und es kann eine stabile Verstellcharakteristik erreicht werden.

Durch Einstellung der Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Verstellverstärkungsteils auf einen höheren Wert als die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils wird außerdem eine breitere Verstellung stabilisiert. Gleichzeitig kann der Bereich ausgedehnt werden, in dem die Zeitdifferenz zwischen dem Erregersignal und der Verstellung des Verstellverstärkungsmechanismus im obigen Frequenzbereich fast konstant gehalten wird, und daher ist eine Einstellung zwischen dem Erregersignal und dem Verstellausgang einfacher.

Durch Verwendung dieses piezoelektrischen Betätigungselements als Unterbrecher beim pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor zusammen mit der Erweiterung der Verstellung durch Resonanzausnutzung wird die gesamte Unterbrechergestalt in der Größe verringert. Da der Verstellumfang stabil ist, kann gleichzeitig der Unterbrecher stabil geöffnet und geschlossen werden, und die Präzision der Sensorausgabe kann verbessert werden. Im Langzeitbetrieb wird die Zuverlässigkeit gesteigert.

Durch Optimierung des elastischen Metallmaterials als Konstruktionsmaterial des piezoelektrischen Betätigungselements und durch die Biegungsabmessungen ist es darüber hinaus möglich, ein piezoelektrisches Betätigungselement zu schaffen, das einen großen Verstellumfang aufweist, eine Öffnungs- und Schließfrequenz hat, die für die Anwendung als Unterbrecher für einen pyroelektrischen Infrarotstrahlsensor geeignet ist, geringe Fertigungstoleranzen hat und stabil hergestellt werden kann. Indem die Erregerfrequenz nahe dem stabilen Verstellbereich und mit einer höheren Frequenz als der stabile Bereich gewählt wird, wird der Verstellumfang durch die Befestigungsposition kaum beeinflußt, und die Last am Piezoelementklebeteil kann bei der Erregung vermindert werden. Daher kann ein Bruch oder ein Abschälen des piezoelektrischen Elements verhindert werden, und die Produktivität und Zuverlässigkeit können weiter gesteigert werden.

Noch weiter, durch Variation der Spannung für die Erregung des piezoelektrischen Betätigungselementes der Erfindung in Abhängigkeit von der Unterbrechertemperatur wird ein pyroelektrischer Infrarotstrahlsensor für die Temperaturerfassung realisiert, der frei von Temperatureinfluß ist. Bei dem piezoelektrischen Betätigungselement der Erfindung ist die Erregerspannung niedriger als beim piezoelektrischen Betätigungselement mit geklebtem Element unter Verwendung gewöhnliche Resonanz, und die Verstellung ist stabil und der Betrieb daher sehr einfach.

Außerdem kann die Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Piezoelementklebeteils durch Bildung eines Halses oder eines Lochs nahe dem Befestigungsteil des Piezoelementklebeteils, durch Anbringung eines Gewichts nahe dem vorderen Ende des Piezoelementklebeteils oder Durch Verminderung der Außenabmessung in Richtung auf den Befestigungsteil sehr herabgesetzt werden. Durch Einarbeitung eines Lochs am vorderen Ende des Verstellverstärkungsteils kann der Wert der Resonanzfrequenz aufgrund der Schwingung des Verstellverstärkungsteils angehoben werden. Durch diese Maßnahmen können die Längsabmessungen noch einfacher vermindert werden, und die Resonanzfrequenz aufgrund Schwingung des Verstellverstärkungsteils kann auf einen höheren Wert eingestellt werden, als die Resonanzfrequenz aufgrund Schwingung des Piezoelementklebeteils.


Anspruch[de]

1. Piezoelektrisches Betätigungselement, das umfasst:

ein geklebtes Element, das ein flaches piezoelektrisches Element (12; 42; 62; 82; 102; 122; 142; 162; 182; 232) enthält und einen ersten sowie einen zweiten Endabschnitt aufweist;

ein Befestigungselement (14; 44; 64; 84; 104; 124; 144; 164; 184; 235a; 235b) zum Befestigen des ersten Endabschnitts des geklebten Elementes;

ein Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233), das an einem Ende mit dem zweiten Endabschnitt des geklebten Elementes über ein Verbindungsteil (22; 52; 72; 92; 172, 242) verbunden ist;

wobei das geklebte Element eine Biegebewegung durch Anlegen eines elektrischen Feldes und eine Schwingung des zweiten Endabschnitts erzeugen kann;

dadurch gekennzeichnet, dass

das geklebte Element ein flaches federndes Element (11; 41; 61; 81; 101; 121; 141; 161; 181; 231) umfasst und das piezoelektrische Element (12; 42; 62; 82; 102; 122; 142; 162; 182; 232) an einer Seite des flachen federnden Elementes (11; 41; 61; 81; 101; 121; 141; 161; 181; 231) angeklebt ist;

ein anderes Ende des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) näher an dem befestigten Ende des Befestigungselementes (14; 44; 64; 84; 104; 124; 144; 164; 184; 235a; 235b) angeordnet ist als das Verbindungsteil (22; 52; 72; 92; 172, 242);

die Resonanzfrequenz f&sub1; des piezoelektrischen Klebeteils, das sich von dem befestigten Ende zu dem Verbindungsteil (22; 52; 72; 92; 172, 242) erstreckt, und die Resonanzfrequenz f&sub2; des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) so eingestellt sind, dass, wenn die Ansteuerfrequenz des piezoelektrischen Elementes (12; 42; 62; 82; 102; 122; 142; 162; 182; 232) zwischen den Frequenzen f&sub1; und f&sub2; festgelegt wird, ein Verformungs-Verstärkungseffekt erzielt wird.

2. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei die Differenz zwischen f&sub1; und f&sub2; innerhalb von 20% der von f&sub1; und f&sub2; höheren Frequenz liegt.

3. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) aus voneinander unabhängigen separaten Elementen bestehen, und

das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) direkt oder über ein anderes Verbindungselement in der Nähe des Endes des Klebeteils des piezoelektrischen Elementes (12; 42; 62; 82; 102; 122; 142; 162; 182; 232) verbunden sind.

4. Piezoelektrisches Betätigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei f2 eine höhere Frequenz als ist f1.

5. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 4, wobei die Längsabmessung des geklebten Elementes nicht mehr als 18 mm beträgt,

f2 nicht mehr als 120 Hz beträgt, und

und eine Differenz zwischen f1 und f2 innerhalb 25% einer von f1 und f2 höheren Frequenz liegt.

6. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 2, wobei ein separates Verbindungselement (52) zwischen dem geklebten Element und dem Verformungs- Verstärkungsteil (43) angeordnet ist,

das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (43) über das Verbindungselement (52) miteinander verbunden sind, und

das Verbindungselement (52) im gesamten Klebebereich des piezoelektrischen Elementes (42), das in dem geklebten Element an dem flachen federnden Element (41) klebt, oder einem Teil desselben in der Längsabmessung des Elementes angeordnet ist.

7. Piezoelektrisches Betätigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es als intermittierende Einrichtung zum Eingeben eines Infrarotstrahl eingesetzt wird, der in einen Infrarotstrahl-Sensor eintritt.

8. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (63) in einem spitzen Winkel miteinander verbunden sind.

9. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 8, wobei das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (63) in einem Winkel miteinander verbunden sind, der innerhalb von 40 Grad liegt und die Schwingungsfrequenz nicht mehr als 50 Hz beträgt.

10. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei das federnde Element (81) in einer Kreisbogenform gekrümmt ist und das geklebte Element und das Verformungs-Verstärkungsteil (83) bildet.

11. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei ein Gewicht (112) in dem Verbindungsteil zwischen dem geklebten Element und dem Verformungs- Verstärkungsteil (103) angeordnet ist.

12. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei eine Einkerbung (132) in dem flachen federnden Element (121) an dem befestigten Ende des geklebten Elementes oder in seiner Nähe ausgebildet ist.

13. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei ein Loch (152) in dem flachen federnden Element (141) an dem befestigten Ende des geklebten Elementes oder in seiner Nähe ausgebildet ist.

14. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei eine Breite des geklebten Elementes von der Seite des befestigten Endes aus zur Seite des Verbindungsteils (172) mit dem Verformungs-Verstärkungsteil (163) hin größer wird, und eine Breite des Verformungs-Verstärkungsteils (163) von der Seite des Verbindungsteils (172) des geklebten Elementes aus zum vorderen Endabschnitt des Verformungs-Verstärkungsteils (163) hin kleiner wird.

15. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei ein Loch (192) in der Nähe eines beweglichen Teils des vorderen Endes des Verformungs- Verstärkungsteils (183) ausgebildet ist.

16. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei ein Elementteil zum Erfassen des Infrarotstrahls in einer Auftreffrichtung des Infrarotstrahls weiter vom als das Verbindungsteil (22; 52; 72; 92; 172, 242) des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) und des geklebten Elementes in einer Richtung parallel zur Verlaufsrichtung des Infrarotstrahls, der in den Infrarotsensor eintritt, angeordnet ist.

17. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei das Verformungs- Verstärkungsteil (13; 103; 123; 143; 163; 183; 233) ausgebildet wird, indem das federnde Element (11; 101; 121; 141; 161; 181; 231), das an dem piezoelektrischen Element (12; 102; 122; 142; 162; 182; 232) klebt, in einer n-Form in der Nähe eines vorderen Endes des geklebten Elementes gebogen wird, wobei das federnde Element (11; 101; 121; 141; 161; 181; 231) ein Metallmaterial ist, das hauptsächlich aus Eisen oder Kupfer besteht, und wobei die Dicke von 0,03 mm bis 0,08 mm reicht und die Breite einheitlich 1 bis 3 mm beträgt,

eine Abmessung von dem befestigten Ende zu dem Verbindungsteil durch Biegen des vorderen Endes über das geklebte Element 14 bis 18 mm beträgt,

eine Abmessung des Verbindungsteils (22; 172, 242), das zwischen dem vorderen Ende und dem Verformungs-Verstärkungsteil (13; 103; 123; 143; 163; 183; 233) angeordnet ist, um die beiden in einer Richtung im rechten Winkel zu dem geklebten Element zu verbinden, 1,2 mm bis 3 mm beträgt,

eine Abmessung des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 103; 123; 143; 163; 183; 233) in Längsrichtung 11 bis 15 mm beträgt,

eine Abmessung des Elementes (21; 111; 131; 151; 171; 191; 214), das an einem vorderen Ende gegenüber dem Verbindungsteil (22; 72; 92; 172, 242) des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 103; 123; 143; 163; 183; 233) angeordnet ist und eine rechtwinklige Richtung gegenüber dem Verformungs-Verstärkungsteil (13; 103; 123; 143; 163; 183; 233) erhält, indem es in Richtung des rechten Winkel gebogen wird, 3,5 mm bis 6 mm beträgt,

eine Längsabmessung des piezoelektrischen Elementes (12; 102; 122; 142; 162; 182; 232), das an dem elastischen Element (11; 101; 121; 141; 161; 181; 231), klebt, 9 mm bis 14 mm beträgt,

eine Dicke des piezoelektrischen Elementes (12; 102; 122; 142; 162; 182; 232) 0,05 mm bis 0,12 mm beträgt,

ein Abstand von der Klebeposition zu dem Verbindungsteil (22; 72; 92; 172, 242) 0 mm bis 2,5 mm beträgt, und

es bei einer Frequenz von 60 Hz bis 140 Hz arbeitet.

18. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 7, wobei das federnde Element (11; 41; 61; 81; 101; 121; 141; 161; 181; 231) eine 32Ni-5Co-Fe-Legierung mit einer Dicke von ungefähr 0,05 mm und einer Breite von 1,2 mm bis 2,2 mm ist, eine Abmessung von dem befestigten Ende zu dem Verbindungsteil an einem vorderen Ende über das geklebte Element 14,5 mm bis 16,5 mm beträgt,

eine Abmessung des Verbindungsteils (22; 52; 172; 242), das zwischen dem vorderen Ende und dem Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) angeordnet ist, um die beiden in einer Richtung im rechten Winkel zu dem geklebten Element zu verbinden, 1,8 mm bis 2,8 mm beträgt,

eine Längsabmessung des Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) 12,5 mm bis 14 mm beträgt,

die Abmessung des Elementes, das an einem vorderen Ende gegenüber dem Verbindungsteil (22; 52; 172, 242) des Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 103; 123; 143; 163; 183; 233) angeordnet ist und eine rechtwinklige Richtung zu dem Verformungs-Verstärkungsteil (13; 43; 103; 123; 143; 163; 183; 233) erhält, indem es in Richtung des rechten Winkel gebogen wird, 3,8 mm bis 4,8 mm beträgt,

eine Längsabmessung des piezoelektrischen Elementes (12; 42; 102; 122; 142; 162; 182; 232), das an dem federnden Element (11; 41; 101; 121; 141; 161; 181; 231) klebt, 10 mm bis 13 mm beträgt,

eine Dicke des piezoelektrischen Elementes (12; 42; 102; 122; 142; 162; 182; 232) 0,05 mm bis 0,12 mm beträgt,

ein Abstand von der Klebeposition zu dem Verbindungsteil (22; 52; 172, 242) 0 bis 2 mm beträgt, und

es bei einer Frequenz von 70 Hz bis 100 Hz arbeitet.

19. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 4, wobei es in der Nähe einer Frequenz der minimalen Verformung bei einer Zwischenfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz f1, die durch die Schwingung des geklebten Elementes von dem befestigten Ende bis zum Verbindungsteil (22; 52; 72; 92; 172, 242) verursacht wird, und der Resonanzfrequenz f2, die durch die Schwingung des Verformungs-Verstärkungsteils (13; 43; 63; 83; 103; 123; 143; 163; 183; 233) verursacht wird, sowie bei einer Frequenz, die höher ist als diese Frequenz, arbeitet.

20. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 4, wobei ein Verbindungselement (52), das zwischen dem elastischen Element (41) an einem vorderen Ende des geklebten Elementes und dem Verformungs-Verstärkungsteil (43) angeordnet ist, um die beiden zu verbinden, in einem rechten Winkel oder einem spitzen Winkel zu dem Winkel angeordnet ist, der mit dem Klebeteil des piezoelektrischen Elementes gebildet wird.

21. Piezoelektrisches Betätigungselement nach Anspruch 4, wobei ein Verbindungselement, das zwischen dem federnden Element (41) an einem vorderen Ende des geklebten Elementes und dem Verformungs-Verstärkungsteil (43) angeordnet ist, um die beiden zu verbinden, in einem rechten Winkel oder einem spitzen Winkel zu dem Winkel angeordnet ist, der mit dem Verformungs-Verstärkungsteil (43) gebildet wird.

22. Pyroelektrischer Infrarotstrahl-Sensor, der zusammengesetzt wird, indem eine Temperaturerfassungseinrichtung in der Nähe des piezoelektrischen Betätigungselementes nach Anspruch 4 angeordnet wird, um einen Spannungswert, der an das piezoelektrische Betätigungselement angelegt wird, in Abhängigkeit von einer durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfassten Temperatur des piezoelektrischen Betätigungselementes zu ändern.

23. Pyroelektrischer Infrarotstrahl-Sensor nach Anspruch 22, wobei die Spannung und eine Ansteuerwellenform, die an das piezoelektrische Betätigungselement angelegt werden, asymmetrisch abwechselnd zu positiver und negativer Polarität verändert werden.







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