[发明专利]压电执行元件及应用它的热电型红外线传感器

说明书

技术领域

本发明涉及非接触检测物体辐射红外线的热电型红外线传感器以及用作该热电型红外线的斩光器(chopper)作为振动机构的压电执行元件(actuator)。

背景技术

近年来，热电型红外线传感器广泛应用于微波炉中烹调物的温度测定，或空调机中人体位置检测等技术领域，可以预见，其应用今后会越来越广泛。热电型红外线传感器利用LiTaO₃单晶体等的热电体产生的热电效应。热电体会自动极化，总是具有表面电荷，在大气中稳定状态下与大气中的电荷相结合保持电气中性。一旦红外线入射该热电体时，热电体的温度发生变化，与此同时，表面电荷状态也因破坏中性状态而变化。检测该表面上产生的电荷测定红外线入射量的器件就是热电型红外线传感器。物体辐射对应于其温度的红外线，故能用这种传感器检测物体的位置或温度。热电效应起因于红外线入射量的变化，热电型红外线传感器检测物体温度时，必须使红外线入射量发生变化。用作这种手段的手段称为斩光器，即强制断续入射的红外线，检测被检测物体的温度。已有斩光器使用电磁电动机或压电执行元件等。

图13为已有技术例热电型红外线传感器的立体图，其中，将压电体粘贴于弹性体平板的压电执行元件(压电驱动器)用作斩光器。该压电执行元件，一般将压电体粘贴于金属等弹性平板上构成贴合元件，固定单端，利用压电体的变形使整体产生曲折运动。一般将压电体粘贴于弹性平板两面上的结构称为双压电晶片型，而将仅粘贴于单面的称为单压电晶片型，弹性平板称为隔片，下面各构件也照此称呼。

图13为将双压电晶片型元件用作热电型红外线传感器用斩光器的结构，201为隔片，202a、202b为压电体，203为遮蔽板，204为台座，205为固定件，206为隔片用引线，207a、207b为压电体用引线，208为红外线检测部，209为槽口，210为红外线。压电体202a、202b分别粘贴于具有弹性的金属制隔片201的两面，该三者为一体构成双压电晶片型元件。压电体202a、202b设定得使其表面印刷有电极，并在垂直于粘贴面的方向上施加极化处理，压电体202a、202b的各个极化方向由通过从隔片引出的引线206和从压电体引出的引线207a、207b分别加于隔片201与压电体202a、202b之间的电场方向确定，使得压电体202a、202b总是在相互相反方向中发生变形。也即，外加电场的方向和极化方向的选定使得压电体202a、202b的某个在极化方向上伸长方向变形时，另一个在极化方向上收缩。通过用台座204和固定件205同时挟住隔片201的一部分和压电体202a、202b的一部分，固定安装双压电晶片型元件。在未粘贴压电体202a、202b的隔片的部分上设有隔片用引线206，而压电体202a、202b表面上设在压电体用引线207a、207b。双压电晶片型元件自由端的前端部安装有遮蔽板203，该遮蔽板203上设有槽口209。红外线检测部208配置在遮蔽板203的附近使得与遮蔽板203及双压电晶片型元件不接触。当通过隔片用引线206及压电体用引线207a、207b分别将电场加于隔片201与压电体202a、202b之间时，双压晶片型元件产生单端固定的弯曲运动，安装于前端的遮蔽板203及槽口209按照电场施加方向的变化作往复运动(振动)。借助于该槽口209的往复运动使红外线210断续入射于红外线检测部208。

但是，上述结构的双压电晶片型斩光器，为了在红外线断续中获得足够的移动距离，则必须将从固定部至前端移动部的尺寸取得大，且驱动电压必须取得非常高。

这里，作为已有技术的改进方法有：通过在双压电晶片型元件或单压电晶片型元件的前端移动部分上设置重负荷使共振频率下降；通过仅固定隔片的一部分防止损坏易脆性的压电体；根据需要通过在固定部附近的隔片上设置切口等手段进一步降低共振频率等方法，像以低电压驱动获得大变位等的改进方法在已有技术中也一直在进行着。下面，表示具有上述特征的斩光器的一例构造。

图14为已有技术一改进例的立体图，该例表示使隔片固定处的宽度变窄构成热电型红外线传感器用斩光器的单压电晶片型元件的情况。图14中，211a、211b为隔片，212a、212b为压电体，213a、213b为重块，214为传感器台座，215a、215b为单压电晶片型元件固定件，216a、216b为隔片用引线，217a、217b为压电体用引线，218为红外线检测部，219a、219b为单压电晶片型元件固定螺钉，220为红外线。