DD293689A5

DD293689A5 - Laminierte keramikanordnung und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DD293689A5
Application number: DD33954090A
Authority: DD
Inventors: Hiroyuki Nagayama; Yoshihisa Ushida
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries,Ltd.,Jp
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-09-05
Also published as: JPH02267976A; JP2739117B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine laminierte Keramikanordnung zur Ausuebung eines elektrostriktiven Effektes, insbesondere fuer Betaetigungselemente von Anschlagdruckerkoepfen sowie ein Verfahren zur Herstellung der laminierten Keramikanordnung. Durch die Erfindung soll die Bestaendigkeit und damit die Lebensdauer von laminierten Keramikanordnungen erheblich verbessert werden, wobei gleichzeitig durch das angegebene erfindungsgemaesze Verfahren die Herstellung wirtschaftlich zu gestalten ist, so dasz die Herstellungskosten gesenkt werden. Gemaesz der Erfindung besteht daher die laminierte Keramikanordnung im wesentlichen aus einer Anzahl Keramikfolien mit elektrostriktiven Effekt, einer ersten und zweiten Gruppe folienartiger Innenelektroden, einer ersten Auszenelektrode, die mit einer Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode der ersten Gruppe verbunden ist und aus einer zweiten Auszenelektrode, die mit einer Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode der zweiten Gruppe verbunden ist, wobei sich an jede folienartige Innenelektrode auf der Seite, auf der sie nicht mit einer der beiden Auszenelektroden verbunden ist, ein Raum anschlieszt, der zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien liegt. Fig. 1{Keramikanordnung, laminiert; Keramikfolie, elektrostriktiv; Innenelektrode, folienartig; Auszenelektrode; Raum; Einschnitt; Blockschicht; Herstellung}

Description

Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode der ersten Gruppe verbunden ist; und eine zweite Außenelektrode, die mit einer Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode der zweiten Gruppe verbunden ist, wobei Räume jeweils zwischen der ersten Außenelektrode und jeder der folienartigen Innenelektroden der zweiten Gruppe verbunden ist, wobei Räume jeweils zwischen der Ersten Außenelektrode und jeder der folienartigen Innenelektroden der zweite.ι Gruppe angeordnet sind, und zwischen der zweiten Außenelektrode und jeder der folienartigen Innenelektroden der ersten Gruppe, so daß die Räume zwischen zwei benachbarten Keramikfolien liegen, erreicht.

Dabei können die Räume durch einen Einschnitt gebildet werdei, Her an einer Kante jeder ersten und zweiten folienartigen Innenelektrode zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvar iante ist jedoch vorteilhaft jeder der Räume durch eine Blcckschicht gebildet, die zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien liegt, wobei ein vorgegebener Abstand zwischen der Blockschicht und der zugeordneten folienartigen Innenelektrode vorhanden ist. Bei dieser Ausführung ist die Blockschicht innerhalb der Fläche eines jeden Einschnittes gebildet, während der Raum sich zwischen der Blockschicht und der zugeordneten folienartigen Innenelektrode befindet. Hierbei ist die erste und zweite Außenelektrode jeweils mit einer Gruppe, bestehend aus jeder zweiten Blockschicht, und mit einei Gruppe, bestehend aus den übrigen Blockschichten, verbunden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen laminierten Keramikanordnung ist besonders ein Verfahren geeignet, bei dem durch die Verfahrensschritte der Bildung einer Innenelektrode mit einem eingeschnittenen Bereich an jeder einer vorgegebenen Anzahl ungebrannter Keramikfolien, die aus einem elektrostriktiven Material als Hauptbestandteil bestehen und der Bildung eines sogenannten künftigen Raumes, der durch den eingeschnittenen Bereich bestimmt ist, des Zusammensetzens der Anzahl der ungebrannten Keramikfolien zur Bildung eines Laminates in solcher Weise, daß die künftigen Räume abwechselnd zwei unterschiedlichen seitlichen Flächen des Laminats zugewandt sind, der endgültigen Bildung von Räumen aus den sogenannten künftigen Räumen durch Brennen der zusammengesetzten Anzahl Keramikfolien und Verbacken der Innenelektroden und Verbinden zweier Gruppen aus jeder zweiten Innenelektrode mit den jeweiligen Außenelektroden, die längs der Seitenflächen gegenüberliegend den zugeordneten jeweiligen Räumen angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der künftige Raum durch Bildung einer in der Ebene der folienartigen Innenelektrode angeordneten Blockschicht geschaffen, so daß dieser zwischen der Blockschicht und einer Kante der folienartigen Innenelektroden liegt. Zweckmäßig ist es, wenn diese Blockschicht zum Zeitpunkt der Bildung der folienartigen Innenelektroden auf der Oberfläche der Keramikfolie gebildet wird, und der Raum endgültig zwischen der Kante der folienartigen Innenelektrode und der Blockschicht geschaffen wird, wenn die Keramikfolie und die folienartige Innenelektrode und damit auch die Blockschicht verbacken werden. Abschließend werden die Blockschichten mit den Außenelektroden verbunden, derart, daß die eine Gruppe, die aus jeder zweiten Blockschicht besteht mit der einen Außenelektrode und die zweite Gruppe, die die übrigen Blockschichten umfaßt, mit der zweiten Außenelektrode verbunden wird.

Alternativ kann der künftige Raum aber auch durch Vornahme eines Einschnittes innerhalb der folionartigen Innenelektroden und zwar im Bereich der Außenelektroden geschaffen werden.

Ein elektrostriktiver Effekt gemäß der Beschreibung der Erfindung stellt einen Effekt dar, mittels welchem ein Objekt beansprucht wird, wenn an ihm ein elektrisches Feld angelegt wird. Insbesondere wird darunter ein piezoelektrischer Spannungseffekt verstanden, der eine Beanspruchung erzeugt, die der angelegten Spannung proportional ist und/oder ein elektrostriktiver Effekt, der streng genommen proportional dem Quadrat der angelegten Spannung ist.

Da eine laminierte Keramikanordnung, die mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzeugt wird. Räume aufweist, die längs bestimmter Kanten der folienartigen Innenelektroden der Anordnung angeordnet sind und diese Räume keinerlei Innenelektroden aufweisen, kann jede zweite folienartige Innenelektrode ohne Schwierigkeit mit einer Außenelektrode verbunden werden, falls die Räume dieser jeweils zweiten folienartigen Innenelektroden längs einer seitlichen Kante der laminierten Keramikanordnung angeordnet sind und die Räume der übrigen folienartigen Innenelektroden längs einer weiteren seitlichen Kante der laminierten Keramikanordnung angeordnet sind, so, daß jede der Außenelektroden von den nichtbetroffen folienartigen Innenelektroden durch diese entsprechenden Räume getrennt ist. Derartige Räume dienen wirksam dazu, eine Spannungskonzentration als Folge ungleichmäßiger Verteilung der durch die Anwendung eines elektrischen Feldes erzeugten Beanspruchung zu verhindern und erhöhen infolgedessen die Lebensdauer der laminierten Keramikanordnung. Eine derartige Vorrichtung wird zweckmäßig als Betätigungselement verwendet.

Außerdem kann das der Erfindung zugrundeliegende Konzept für die Verwendung jeglicher Spannungskonzentration als Folge einer ungleichmäßigen Verteilung von Beanspruchungen verwendet werden, die durch das Anlegen eines elektrischen Feldes auf eine laminierte Keramikanordnung erzeugt werden, die nicht für ihren elektrostriktiven Effekt sondern für andere Effekte, einschließlich des fotoelektrischen Effektes, verwendet wird.

Ausführungsbeisplel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In denzugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen, laminierten

Keramikanordnung,

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Keramikfolie,

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Abänderung der Keramikfolie nach Fig. 2,

Fig. 4: einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen, laminierten Keramikanordnung,

Fig. 5: eine perspektivische Darstellung einer bei der Ausführungsform nach Fig. 4 verwendeten Keramikfolie,

Fig. 6: eine perspektivische Ansicht einer Abänderung der Keramikfolie nach Fig. 5,

Fig. 7 A und B: jeweils einen Längsschnitt und eine seitliche Schnittansicht einer bekannten laminierten Keramikanordnung

und Fig. 8 A und B: jeweils einen Längsschnitt und eine seitliche Schnittansicht einer weiteren bekannten laminierten Keramikanordnung.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der die laminierte Keramikanordnung 20 als Betätigungsglied für einen Anschlagdruckerkopf oder einen X-Y-Tisch und dergleichen ausgeführt ist. Die Keramikanordnung 20 umfaßt eine Anzahl elektrostriktiver Keramikfolien 22, die in vielen Schichten angeordnet sind, und desgleichen eine Anzahl folienartiger Innenelektroden 2 4 a, 24 b, von denen jede zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22 liegt. Insbesondere umfaßt die laminierte Keramikanordnung 20 eine Anzahl elektrostriktiver Keramikfolien 22, eine erste und eine zweite Grupppe folienartiger Innenelektroden 24a, 24b, wobei die folienartigen Innenelektroden (24a, 24 b) der ersten und der zweiten Gruppe abwechselnd angeordnet sind und jeweils einzeln zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22 liegen, eine erste Außenelektrode 32 a, die mit einer Kante einer jeden der folienartigen Innenelektroden 24 a der ersten Gruppe verbunden ist, und eine zweite Außenelektrode 32 b, die mit einer Kante einer jeden der folienartigen Innenelektroden 24 b der zweiten Gruppe verbunden ist, und Räume 30, die zwischen der ersten Außenelektrode 32 a und jeder der folienartigen Innenelektroden 24 b der zweiten Gruppe und zwischen der zweiten Außenelektrode 32 b und jeder der folienartigen Innenelektroden 24a der ersten Gruppe vorgesehen sind. Infolgedessen sind die Räume 30 zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22 angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform wird der Raum 30 durch einen Einschnitt 28 gebildet, der an einer Kante einer jeden der ersten und zweiten folienartigen Innenelektroden 24a, 24 b vorgenommen ist und an den gegenüberliegenden Flächen der elektrostriktiven Keramikfolien 22, die die folienartigen Innenelektroden 24a, 24b zwischen sich aufnehmen.

Jede der folienartigen Innenelektroden 24a, 24b wird gebildet, indem eine Metallpaste gemäß Fig.2 auf die Oberfläche einer elektrostriktiven Keramikfolie 22 aufgetragen wird. Das für die folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b verwendete Metall, kann beispielsweise Platin, Palladium, eine Silberpalladiumlegierung oder Silber sein. Da die elektrostriktiven Keramikfolien 22 nach dem Laminieren gehrannt werden, wird als Metallpaste vorzugsweise ein Metali verwendet, das bei der Brenntemperatur der elektrostriktiven Keramikfolien 22 verbacken werden kann.

Die Metaliplaste kann Zirkonoxid'-'ilver, Glaspulver und/oder kalzinierte und pulverförmige Keramik enthalten, die chemisch den elektrostriktiven Keramikfolib. 22 äquivalent ist, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Adhäsion zwischen den elektrostriktiven Keramikfolien und d6n zugeordneten folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b nach dem Brennen zu verbessern.

Wird eine folienartige Innenelektrode 24 a, 24 b durch Auftragen einer Metallpaste auf der Oberfläche einer elektrostriktiven Keramikfolie 22 gebildet, so wird ein Abschnitt der Umfangskante derselben mit einer Maske abgedeckt, um einen Einschnitt 28 der hier halbkreisförmig ist oder künftigen Raum 26 zu ergeben, der gemäß Fig. 2 keine Metallpaste aufweist. Der Einschnitt 28 muß nicht notwendigerweise halbkreisförmig sein und kann gemäß Fig.3 auch an einer Ecke der elektrostriktiven Keramikfolie 22 gebildet werden.

Die Dicke der folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b ist vorzugsweise zwischen 0,5 und 20μηη und besonders bevorzugt zwischen 1 und ΙΟμπι, obgleich diese Werte keine Begrenzung darstellen sollen. Die Metallpaste kann durch Siebdruck, durch eine Druckwalze oder mittels irgendeines anderen geeigneten Verfahrens aufgebracht werden.

Die elektrostriktiven Keramikfolien 22 bestehen aus einem Werkstoff, der nach dem Brennen elektrostriktive Effekte aufweist und enthalten als Hauptbestandteil PbTiO₃, PbZrO₃ und eine zusammengesetzte Pezovskite-Verbindung auf Pb-Basis, wie beispielsweise Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ und Pb(Ni|z₃Nb2z₃)O₃. Derartige elektrostriktive Keramikfolien 22 können vor dem Laminieren und Brennen in der nachfolgenden Weise hergestellt werden.

Zunächst werden, wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, ein Bindemittel, wie Hydroxyethylzellulose, Methylzellulose, Polyvinylalkohol oder ein wachsartiges Gleitreagens und ein Weichmacher, wie Glyzerin, Polyalkylglykol, Sorbitonat, Triethylenglykol, Petriol oder Polyol zu kalzinierter und pulverförmiger Keramik hinzugegeben, das den Hauptbestandteil bildet, und anschließend gut vermischt, um eine Gemischvorstufe für das Formen zu ergeben. Wird andererseits ein organisches Lösungsmittel, wie Ethylalkohol, Methylethylketon, Benzol oder Toluol, verwendet, so werden ein Bindemittel, wie Polymethylmethacrylat, Polyvinylalkohol, Polyvinylbuylal oder Zelluloseacetat, und ein Weichmacher, wie Dibutylphthalat, Polyethylenglykol oder Glyzerin, in der vorstehend beschriebenen Weise der kalzinierten und pulverförmigen Keramik hinzugefügt und gut vermischt, um ein Prekursorgemisch für das Formen herzustellen.

Das Prekursorgemisch wird anschließend geformt, um ein Keramikteil mit der gewünschten Dicke zu bilden, unter Verwendung eines Rakelverfahrens oder eines Formens durch Strangpressen oder irgendeines anderen geeigneten Verrfahrens. Nach dem Trocknen wird das geformte Teil in die gewünschte Länge und seitliche Abmessung zugeschnitten, um eine ungebrannte elektrostriktive Keramikfolie 22 zu ergeben. Die Dicke der ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 ist vorzugsweise zwischen 0,02 und 2pm und besonders bevorzugt zwischen 0,05 bis Ο,δμιη, obgleich sie keinesfalls durch diese Werte begrenzt werden soll. Anschließend wird eine folienartige Innenelektrode 24a, 24 b an einer Oberfläche der ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 durch Auftragen von Metallpaste gebildet.

Eine erfindungsgemäße, ungebrannte elektrostriktive Keramikfolie 22 kann vorzugsweise durch Verwendung von Wasser als Lösungsmittel geformt werden und durch Strangpreßformung, obgleich andere Lösungsmittel und Formungsverfahren, wie vorausgehend beschrieben wurde, ebenfalls durchführbar sind. Falls das Formen in der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Weise erfolgte, zeigen die getrockneten, ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolien 22 eine ausgezeichnete Nicht-Haftung aneinander mit einem verkleinerten Verhältnis von Bindemittel und/oder Weichmacheranteil. Ferner kann der sogenannte, durch einen Einschnitt 28 auf der ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 gebildete, künftige Raum 26 wirksam nach dem Laminieren und Brennen zur Bildung eines Raumes 30 verwendet werden, da die jeweilige elektrostriktive Keramikfolie 22 in diesem Bereich nicht an den benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22 haftet, wenn sie zwischen ihnen eingebracht wird. Es wird darauf hingewiesen, daß eine erstrebenswerte elektrostriktive Keramikfolie 22, die einen Raum 30 aufweist, auch in zufriedenstellender Weise durch die Kombination der Verwendung eines organischen Lösungsmittels, einer Formung durch Strangpressen oder durch die Kombination der Verwendung eines organischen Lösungsmittels und einer Rakel hergestellt werden kann.

Die Art und die Menge des zu verwendenden Bindemittels und/oder Weichmachers und die Trockenbedingung, bei welcher die ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolien 22 gebildet werden, sind so festgelegt, daß die Haftfestigkeit bezüglich Zug und Scherung einer jeden ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 vorzugsweise kleiner als 10% und besonders bevorzugt kleiner als 5% der maßgebenden Zugfestigkeit der elektrostriktiven Keramikfolie 22 sind, wenn diese bei einer Temperatur von weniger als 15O⁰C mit einem Druck von weniger als 200 bar (200 kg/cm²) zusammengepreßt werden.

Werden ungebrannte elektrostriktive Keramikfolien 22 unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel und durch Formung mittels Strangpressen hergestellt, so ist das Verhältnis des Bindemittels, das zu lOOGew.-Teilchen des kalzinierten Pulvers zugegeben wird, vorzugsweise zwischen 1 und lOGew.-Teilen und besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 Gew.-Teilen, während das Verhältnis des Weichmachers, der zu 100Gew.-Teilen des kalzinierten Pulvers hinzugegeben wird, ebenfalls vorzugsweise zwischen 1 und lOGew.-Teilen, und besonders bevorzugt zwischen 2 und 5Gew.-Teilen liegt.

Anschließend wird eine folienanige Innenelektrode 24a, 24b mit einem Einschnitt ?8 zur Bildung .ines sogenannten künftigen Raumes 26 an einer Seite an einer jeden ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 geformt, die geformt, getrocknet, und auf eine bestimmte Größe zugeschnitten worden sind. Der Einschnitt 28 wird hergestellt, indem ein Abschnitt der Oberfläche der ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolie 22 abgedeckt wird. Anschließend werden die elektrostriktiven Keramikfolien 22, wovon jede eine folienartige Innenelektrode "4 a, 24 b aufweist, zur Bildung eines Laminates zusammengelegt, wobei ihre künftigen Räume 26 so angeordnet sind, daß sie abwechselnd den gegenüberliegenden Seiten des Laminates zugewandt sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Das Laminat wird dann heißverpreßt, entwachst und bei einer vorgegebenen Temperatur gebrannt. Infolgedessen sind die folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b fest mit den entsprechenden elektrostriktiven Keramikfolien 22 verbunden. Das Laminat kann vor dem Entfetten auf eine gegebene Größe zugeschnitten werden oder als Alternative nach dem Brennen. Schließlich brauchen die sogenannten künftigen Räume 26 nicht notwendigerweise derart angeordnet zu sein, daß sie abwechselnd den entgegengesetzten Seiten des Laminates geponüber liegen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß die elektrostriktiven Keramikfolien 22 derart angeordnet sind, daß jeweilige zwei benachbarte elektrostriktive Keramikfolien 22 ihre künftigen Räume 26 an unterschiedlichen Stellen haben und jede zweite elektrostriktive Keramikfolie 22 ihren künftigen Raum 26 an einer gleichen vertikalen Position hat. Die Gruppen der künftigen Räume 26 des Laminates können gemäß Fig. 3 an benachbarten Ecken liegen, die um einen Winkel von 90° gegeneinander verschwenkt sind.

Infolgedessen sind die folienartigen Innenelektroden 24a der ersten Gruppe und die folienartigen Innenelektroden 24b der zweiten Gruppe abwechselnd im Keramiklaminat angeordnet.

Wird das Laminat bsi hoher Temperatur gebrannt, so haben beliebige zwei benachbarte elektrostriktive Keramikfolien 22 des Laminates einen verbundenen Bereich, nämlich den Raum 30, der dem sogenannten künftigen Raum 26 entspricht, der zwischen ihnen durch den halbkreisförmigen Einschnitt 28 der folienartigen Innenelektroden gebildet wird. Anschließend werden eine erste Außenelektrode 32 a und eine zweite Außenelektrode 32 b auf dem gebrannten Laminat angeordnet und jeweils mit allen ersten folienartigen Innenelektroden 24a und allen zweiten folienartigen Innenelektroden 24b verbunden, um eine laminierte Keramikanordnung 20 zu bilden.

Anders ausgedrückt, in einer erfindungsgemäßen, laminierten Keramikanordnung 20 ist die Außenelektrode 32 a mit einer Gruppe von folienartigen Innenelektroden 24 a verbunden, die durch jede zweite der folienartigen Innenelektroden des Laminates gebildet wird, deren Räume 30 sich an der gleichen vertikalen Position des Laminates befinden, während die Außenelektrode 32b mit einer weiteren Gruppe von folienartigen Innenelektroden 24b verbunden ist, die aus den verbleibenden folienartigen Innenelektroden besteht, deren Räume 30 an einer weiteren gleichen, vertikalen Position des Laminates liegen. Die Außenelektroden 32 a, 32 b sind vorzugsweise aus Silber oder Lot hergestellt aber nicht hierauf beschränkt. Diese Außenelektroden 32 a, 32 b werden vorzugsweise hergestellt, indem eine Silberpaste längs zweier verschiedener seitlicher Flächen des Laminates aufgetragen wird und anschließend das aufgetragene Silber verbacken wird, jedoch ist das Herstellungsverfahren für die Außenelektroden 32 a, 32 b nicht notwendigerweise auf das vorausgehend Beschriebene begrenzt. Es ist wünschenswert, daß die Außenelektroden 32 a, 32 b eine geringere Breite als die Einschnitte 28 haben. Falls die Breite der Außenelektroden 32 a, 32 b größer als die Breite der Einschnitte 28 ist, können die Außenelektroden 32 a, 32 b durch irgendeine der Innenelektroden 24a, 24b kurzgeschlossen werden.

Während in der erfindungsgemäßen, laminierten Keramikanordnung 20 gemäß den Fig. 1 bis 3 ein Raum 30 an einer Kante oder einer Ecke einer jeden folienartigen Innenelektrode 24 a, 24b gebildet wird, kann ein derartiger Raum 30 abwechselnd zwischen einer folienartigen Innenelektrode 24a, 24b und einer Blockschicht 29 gebildet werden, wie in den Fig.4 bis 6 dargestellt ist. In Fig. 5 wird ein sogenannter künftiger Raum 26 längs einer Kante der folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b hergestellt, wobei letztere gebildet wird, indem eine Metallpaste auf eine elektrostriktive Keramikfolie 22 aufgebracht wird, da der künftige Raum 26 eine gegebene Breite aufweist und keine Metallpaste führt. Anschließend wird die Blockschicht 29 als längliche Schicht längs der zugeordneten Kante der elektrostriktiven Keramikfolie 22 gebildet und derart neben die folienartige Innenelektrode 24a, 24b gelegt, daß sie voneinander durch einen Abstand 1 an der elektrostriktiven Keramikfolie 22 getrennt sind, nie Blockschicht 29 kann zweckmäßig durch Auftragen einer Metallpaste gebildet werden, die die gleiche ist, wie sie für die Bildung der folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b verwendet wird, jedoch kann als Alternative die Blockschicht 29 erhalten werden, indem ein unterschiedlicher Werkstoff, wie beispielsweise ein nichtleitender Werkstoff, verwendet wird. Wird die Blockschicht 29 durch Auftrag einer Metallpaste gebildet, die für die folienartigen Innenelektroden 24a, 24 b verwendet wird, so wird sie zweckmäßig in ähnlicher Weise wie die folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b gebildet. Erwünschterweise hat die Blockschicht 29 eine Dicke, die gleich groß ist wie jene der zugeordneten folienartigen Innenelektroden 24a, 24b.

V/ährend die in Fig. 5 dargestellte Blockschicht 29 eine längliche Form aufweist, kann sie eine unterschiedliche Formgebung haben und beispielsweise gemäß Fig. 6 positioniert sein, wo sie an einer Ecke der elektrostriktiven Keramikfolie 22 liegt und eine dreieckförmige Form hat. Bei einer derartigen Anordnung ist es klar, daß die folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b und die Blockschicht 29 elektrisch voneinander isoliert sind.

Anschließend werden die elektrostriktiven Keramikfolien 22, von denen jede eine folienartige Innenelektrode 24a oder 24b und eine Blockschicht 29 trägt, zusammengesetzt, um ein Laminat zu bilden, wobei ihre künftigen Räume 26 so angeordnet sind, daß sie abwechselnd nahe an gegenüberliegenden Seiten des Laminates gemäß Fig. 5 liegen. Das Laminat wird anschließend heißverpreßt, entwachst und bei einer vorgegebenen Temperatur gebrannt. Infolgedessen sind die folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b fest mit den zugeordneten elektrostriktiven Keramikfolien 22 verbunden. Das Laminat kann vor dem Entfetten auf eine gegebene Größe zugeschnitten werden oder es kann als Alternative nach dem Brennen zugeschnitten werden. Schließlich müssen die Blockschichten 29 nicht notwendigerweise so angeordnet sein, daß sie abwechselnd nahe an den gegenüberliegenden Seiten des Laminates liegen. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, daß die elektrostriktiven Keramikfolien 22 derart angeordnet sind, daß jegliche zwei benachbarte elektrostriktive Keramikfolien 22 ihre künftigen Räume 26 an verschiedenen Positionen haben und daß jede zweite elektrostriktive Keramikfolie 22 ihren künftigen Raum 26 an

der gleichen vertikalen Position hat. Zwei Gruppen von künftigen Räumen 26 eines Laminates gemäß Fig. 6 können neben benachbarten Ecken liegen, die relativ zueinander um 90° verschwenkt sind.

Anschließend werden eine erste Außenelektrode 32a und eine zweite Außenelektrode 32b längs zweier unterschiedlicher seitlicher Flächen des Laminates angeordnet u.id jeweils mit allen ersten folienartigen Innenelektroden 24a und allen zweiten folienartigen Innenelektroden 24 b zur Bildung einer laminierten Keramikanordnung 20 verbunden. Es wird empfohlen, daß die Blockschichten 29 ebenfalls mit den jeweiligen folienartigen Innenelektroden 24a, 24b vorbunden werden und somit mit den jeweiligen Außenelektroden 32 a, 32b. Es ist erwünscht, daß die Außenelektroden 32 a, 32 b eine kleinere Breite als die Blockschichten 29 haben. Falls die Breite der Außenelektroden 32 a, 32 b größer als jene der Blockschichten 29 ist, können die Außenelektroden 32a, 32b durch irgendeine der folienartigen Innenelektroden 24a, 24b kurzgeschlossen werden. Wird eine Spannung 36 an die Außenelektroden 32 a, 32 b einer in vorstehender Weise hergestellten, laminierten Keramikanordnung 20 über die Zuleitungen 34 angelegt, so wird ein elektrisches Feld in Längsrichtung der laminierten Keramikanordnung 20 erzeugt, die demgemäß in gleicher Richtung verformt wird, um als Betätigungselement zu arbeiten. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß jede zweite der folienartigen Innenelektroden 24a, 24b der laminierten Keramikanordnung 20 mühelos miteinander verbunden werden kann. Ferner verhindern die innerhalb der Anordnung vorgesehenen Räume 30 in wirksamer Weise eine Spannungskonzentration als Folge einer ungleichmäßigen Verteilung von Beanspruchungen, die durch Anwendung eines elektrischen Feldes ausgeübt werden, so daß die Lebensdauer der Anordnung verbessert werden kann. Eine derartige, laminierte Kei amikanordnung kann zweckmäßig für ein Betätigungselement oder eine andere Anwendung verwendet werden. Darüber hinaus kann das der Erfindung zugrundeliegende Konzept zur Verhinderung irgendeiner Spannungskonzentration als Folge einer ungleichmäßigen Verteilung von Beanspruchungen verwendet werden, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes an einer laminierten Keramikanordnung verursacht werden, die nicht für ihren elektrostriktiven Effekt, sondern für andere Effekte, einschließlich des fotoelektrischen Effektes, verwendet wird.

Im folgenden soll nochmals an zwei Beispielen vom Aufbau der erfindungsgemäßen laminierten Keramikanordnung ausgegangen und das Ergebnis der Prüfung herausgestellt werden, wobei anschließend noch einmal die bekannten laminierten Keramikanordnungen aufgeführt werden und das Ergebnis der Prüfung gegenübergestellt wird.

Beispiel 1

Es wurde eine laminierte Keramikanordnung 20 mit einer nachstehend beschriebenen Formgebung hergestellt. Eine Anzahl elektrostriktiver Keramikfolien 22 wurde so angeordnet, daß sie ein Laminat bilden, in welchem sie abwechselnd eine erste Gruppe von folienartigen Innenelektroden 24a und eine zweite Gruppe folienartiger Innenelektroden 24 b einzeln tragen. Anschließend wurde eine erste Außenelektrode 32 a an einer seitlichen Fläche des Laminates gebildet und mit jeder der ersten Gruppe der folienartigen Innenelektroden 24a verbunden und es wurde entsprechend eine zweite Außenelektrode 32 b an einer anderen seitlichen Fläche des Laminates gebildet und mit jeder der zweiten Gruppe der folienartigen Innenelektroden 24 b verbunden. Ein Raum 30 wurde zwischen der ersten Außenelektrode 32 a und jeder der zweiten folienartigen Innenelektroden 24 b sowie zwischen der zweiten Außenelektrode 32 b und jeder der ersten folienartigen Innenelektroden 24a gebildet. Anders ausgedrückt, der Raum 30 wurde durch einen Einschnitt 28 der halbkreisförmig ist, gebildet, der an einer Kante einer folienartigen Innenelektrode 24 a, 24 b gebildet wurde und durch die gegenüberliegenden Flächen der beiden anliegenden elektrostriktiven Keramikfolien 22, die die folienartigen Innenelektroden 24a, 24b zwischen sich aufnehmen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß zwar der Einschnitt 28 im vorstehenden Ausführungsbeispiel eine Halbkreisform aufweist, er jedoch unterschiedlich geformt sein kann, solange ein geeigneter Raum gebildet wird, der durch den Einschnitt 28 an einer Kante eine folienartige Innenelektrode 24a, 24b und die gegenüberliegenden Flächen der beiden benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22, die die folienartige Innenelektrode 24a, 24b zwischen sich aufnehmen, gebildet wird. Wegen der Anordnung eines Einschnittes 28 einer folienartigen !ringelektrode 24a, 24 b wird der Raum 30 zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien 22 gebildet und infolgedessen sind die folienartige Innenelektrode 24a, 24 b und die danebenliegende Außenelektrode 32a, 32b physikalisch und elektrisch voneinander isoliert.

Eine Werkstoffvorstufe der laminierten Keramikanordnung 20 dieses Ausführungsbeispieles wurde hergestellt, indem eine vorgegebene Menge von Methylzellulose als Bindemittel und ferner eine vorgegebene Menge von Glyzerin als Weichmacher und von Wasser als Lösungsmittel einer Menge eines kalzinierten Pulvers eines elektrostriktiven Materials zugegeben wurde, das als Hauptbestandteile PbTiO₃, PbZrOa, Pb(Mg₁Z₃Nb₂Z₃)O₃ enthielt und gut vermischt wurde. Anschließend wurde eine Anzahl ungebrannter elektrostriktiver Keramikfolien 22 mit einer Dicke von 120pm aus dem Vorstufenmaterial mittels Strangpreßformung hergestellt und die elektrostriktiven Keramikfolien 22 wurden getrocknet.

Die elektrostriktiven Keramikfolien 22 wurden anschließend auf eine vorgegebene Größe zugeschnitten und eine Paste aus Silberpalladium wurde auf eine Fläche einer jeden der elektrostriktiven Keramikfolien 22 durch Siebdruck aufgebracht, mit Aufnahme der Fläche für den sogenannten halbkreisförmigen künftigen Raum 32, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zwecks Bildung einer folienartigen Innenelektrode 24 a oder 24 b. Einhundert ungebrannte elektrostriktive Keramikfolien 22, auf die die Paste aufgebracht worden ist, wurden zur Bildung eines Laminates zusammengesetzt und heißverpreßt. Zur Laminierung wurden die ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolien 22 derart angeordnet, daß die künftigen Räume 26 abwechselnd zwei benachbarten seitlichen Flächen des Laminates zugewandt waren. Das erhaltene Laminat wurde bei 500⁰C entwachst und anschließend bei 1100⁰C gebrannt. Das gebrannte Laminat wurde zur Herstellung der Einzelanordnung zugeschnitten. Wurde ein Abstand des gebrannten Laminates mittels eines Rasterelektronenmikroskopes untersucht, so zeigte jede der folienartigen Innenelektroden 24a, 24b eine Dicke von 2 bis 3μηι und es wurde ein Raum mit einer Höhe von ebenfalls 2 bis3pm an jedem der sogenannten künftigen Räume 26 gebildet.

Anschließend wurde ein Paar Außenelektroden 32 a, 32 b an jeder Anordnung durch Auftragen jeweils einer Silberpaste längs ihrer zwei verschiedenen seitlichen Flächen gemäß Fig. 2 gebildet, die dann verbacken wurde, so daß sie elektrisch mit den jeweiligen Enden der zugeordneten folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b verbunden wurde, die zwischen zwei anliegenden Räumen 30 liegen. Anschließend wurde eine Zuleitung 34 an jeder der Außenelektroden 32 a, 32 b angelötet und das Laminat wurde durch Anlegen einer Gleichspannung mittels der Zuleitungen 34 polarisiert, um eine laminierte Keramikanordnung 20 gemäß Fig. 1 herzustellen.

Die laminierte Keramikanordnung 20 hat Abmessungen von Länge χ Breite χ Höhe = 5mm χ 5mm x 10mm. Beim Anlegen einer Gleichspannung von 100V zeigte die Anordnung eine Verformung bis zu 11 pm. Nachdem sinusförmige Spannungsimpulse mit einer Maximalspannung von 100 V bei einer Frequenz von IkHz kontinuierlich etwa 100 Millionen mal an der Anordnung angelegt wurden, um deren Beständigkeit zu überprüfen, zeigte sie keinerlei Einbuße als Verformung oder irgendeinen anderen funktionellen Defekt.

Beispiel 2

Wie beim obigen Beispiel 1 wurde eine laminierte Keramiknnordnung 20 mit der beschriebenen Ausbildung hergestellt. Eine Anzahl elektrostriktiver Keramikfolien 22 wurden zur Bildung eines Laminates angeordnet, indem sie abwechselnd eine erste Gruppe folienartiger Innenelektroden 24a und eine zweite Gruppe folienartiger Innenelektroden 24b jeweils einzeln tragen. Anschließend wurde eine erste Außenelektrode 32 a auf einer seitlichen Fläche des Laminates gebildet und mit jeder der ersten Gruppe üei iüiienäiiigen Inneneloktroden 24a verbunden und desgleichen wurde eine zweite Außenelektrode 32 b an einer anderen seitlichen Fläche des Laminates gebildet und mit jeder der zweiten Gruppe der folienartigen Innenelektroden 24 b verbunden.

Eine Blockschicht 29 wurde zwischen der ersten Außenelektrode 32 a und jeder der zweiten folienartigen Innenelektroden 24 b und zwischen der zweiten Außenelektrode 32 b und jeder der ersten folienartigen Innenelektroden 24a gebildet, so daß ein Raum 30 durch die Blockschicht 29, die danebenliegende folienartige Innenelektrode 24a, 24b und die gegenüberliegenden Flächen der beiden anliegenden elektrostriktiven Keramikfolien 22 gebildet wurde, die die folienartige Innenelektrode 24 a, 24 b wie auch die Blockschicht 29 zwischen sich aufnehmen.

Die erste und zweite Außenelektrode 32 a, 32 b wurden mit der jeweiligen ersten und zweiten Gruppe der tolienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b verbunden, die jede zweite in der laminierten Keramikanordnung 20 angebrachte folienartige Innenelektrode 24 a, 24 b umfassen. Somit waren die erste Außenelektrode 32 a und jede der zweiten folienartigen Innenelektroden 24 b physikalisch und elektrisch durch einen Raum 30 voneinander isoliert und in gleicher Weise waren die zweite Außenelektrode 32b und jede der ersten folienartigen Innenelektroden 24a physikalisch und elektrisch voneinander durch einen Raum 30 isoliert.

Eine Materialvorstufe der laminierten Keramikanordnung 20 dieses Ausführungsbeispiels wurde hergestellt, indem eine vorgegebene Menge von Methylzellulose als Bindemittel und ferner eine vorgegebene Menge Glyzerin als Weichmacher und Wasser als Lösungsmittel einer Menge kalzinierten Pulvers eines elektrostriktiven Materials zugegeben wurden, das als Hauptbestandteile PbTiOa, PbZrO₃, Pb(Mg,_/3Nb₂/3)O3 enthielt und gut gemischt wurde. Anschließend wurde eine gegebene Anzahl ungebrannter elektrostriktiver Keramikfolien 22 mit einer Dicke von 120μπΊ aus der Materialvorstufe durch Formen mittels Strangpressen hergestellt und die Folien wurden getrocknet.

Die elektrostriktiven Keramikfolien 22 wurden dann auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten und eine Silberpalladiumpaste wurde auf eine Oberfläche einer jeden elektrostriktiven Keramikfolie 22 durch Siebdruck aufgebracht, mit Ausnahme der Fläche für den sogenannten künftigen Raum 26, der gemäß Fig. 5 eine Breite 1 von 0,5 mm aufweist, um eine folienartige Innenelektrode 24a oder 24b und eine zugeordnete Blockschicht 29 zu bilden, die voneinander durch den sogenannten künftigen Raum 26 getrennt sind. Einhundert ungebrannte Folien, auf die die Paste aufgetragen wurde, wurden zur Bildung eines Laminates zusammengesetzt und heißverpreßt. Zur Laminierung wurden die ungebrannten elektrostriktiven Keramikfolien 22 derart angeordnet, daß die Blockschicht 29 abwechselnd zwei nebeneinanderliegenden seitlichen Flächen des Laminates zugewandt waren. Das erhaltene Laminat wurde bei 500°C entwachst und dann bei 1100⁰C gebrannt. Das gebrannte Laminat wurde zur Erzeugung einzelner Anordnungen zugeschnitten.

Wurde ein Abschnitt des gebrannten Laminates mittels eines Rasterelektrononmikroskopes untersucht, so zeigte jede der folienartigen Innenelektroden 24a, 24 b und die entsprechende Blockschicht 29 eine Dicke von 2 bis 3 pm und ferner wurde ein Raum 30 mit einer Höhe von ebenfalls 2 bis 3 pm an jedem der sogenannten künftigen Räume 26 zwischen der folienartigen Innenelektrode 24a oder 24b und der Blockschicht 29 gebildet.

Anschließend wurden ein Paar Außenelektroden 32 a, 32 b an jeder Anordnung gebildet, indem jeweils Silberpaste gemäß Fig. 5 längs zweier unterschiedlicher seitlicher Flächen der Anordnung aufgebracht wurde, die dann verbacken wurden, so daß sie elektrisch mit den jeweiligen Enden der zugeordneten folienartigen Innenelektroden 24a, 24 b verbunden wurden, die zwischen zwei nebeneinanderliegenden Blocksichten 29 liegen. Darauf wurde eine Zuleitung 34 mit jeder der Außenelektroden 32 a, 32 b verlötet und das Laminat wurde durch Anlegen einer Gleichspannung mittels der Zuleitungen 34 polarisiert, um gemäß Fig.4 eine laminierte Keramikanordnung 20 herzustellen.

Die laminierte Keramikanordnung 20 hatebenfallsAbmessungen von Länge x Breite χ Höhe = 5mm x 5mm x 10mm. Wenn eine Gleichspannung von 100V angelegt wurde, zeigte sie eine Verformung bis zu 10pm. Nachdem ein sinusförmiger Spannungsimpuls mit einer Maximalspannung von 100V bei einer Frequenz von 1 kHz aufeinanderfolgend näherungsweise 100 Millionen mal angelegt wurde, um die Beständigkeit der Anordnung zu überprüfen, zeigte sie keinerlei Einbuße bezüglich der Verformung, noch irgendeinen funktionellen Defekt.

Verglelchsbeispiei

Hier wurde zunächst die laminierte Keramikanordnung 2 gemäß Fig. 7 A und 7 B zugrundegelegt. Diese bekannte laminierte Keramikanordnung besteht aus einer Anzahl Keramikfolien 4, die in vielen Schichten mit folienartig ausgebildeten dazwischenliegenden Innenelektroden 6a, 6b angeordnet sind. Gesehen im Querschnitt gemäß Fig.7 A sind die Innenelektroden 6a, 6b schräg relativ zu den beiden benachbarten Innenelektroden 6a, 6b angebracht, wobei eine Gruppe aus jeder zweiten Innenelektrode 6a besteht und die andere Gruppe der Innenelektroden 6b jeweils mit zugeordneten Außenelektroden 8a, 8b verbunden ist. Wird eine Spannung den Außenelektroden 8a, 8b zugeführt, so erzeugt die Keramikanordnung 2 mit einer derartigen Ausbildung der Innenelektroden 6a, 6b und Außenelektroden 8a, 8b ein elektrisches Feld in einer zu den Keramikfolien 4 senkrechten Richtung, so daß die Keramikanordnung 2 unter der Wirkung des elektrischen Feldes in Richtung des Pfeiles A verformt wird und als Betätigungselement arbeitet. Bei dieser laminierten Keramikanordnung 2 sind jene Flächenabschnitte 10 der geschichteten Keramikfolien 4, die nicht von den Innenelektroden 6 a, 6b geschnitten werden, voneinander untrennbar. An der Umgrenzung des Flächenabschnittes 12 tritt bei dieser laminierten Keramikanordnung eine Spannungskonzentration auf, die zwischen den Innenelektroden 6a, 6b und dem Flächenabschnitt 10 vorliegt, der nur zwischen

den Innenelektroden 6a und 6b oder 6b und 6 b vorhanden ist, da der Flächenabschnitt 12, der zwischen den Innenelektroden 6a, 6b vorhanden ist, stark durch das von der angelegten Spannung erzeugte elektrische Feld beeinflußt wird, während der Flächenabschnitt 10, der nur zwischen den Innenelektroden 6a, 6b oder 6b und 6b vorhanden ist, durch das elektrische Feld wenig beeinflußt wird.

Zwecks Vergleich wurde diese laminierte Keramikanordnuru der gleichen Beständigkeitsprüfung unterzogen, wobei Spannungsimpulse aufeinanderfolgend näherungsweise 1C000mal an der Keramikanordnung angelegt wurden. Als Ergebnis der Prüfung wurde die Probe zerstört.

Somit kann die erfindungsgemäße laminierte Keramikanordnung effektiv eine Spannungskonzentration als Folge einer ungleichmäßigen Verteilung von Beanspruchungen verhindern, die durch das Anlegen eines Feldes verursacht wurden, bedingt durch die Räume, die an den Kanten der folienartigen Innenelektroden vorgesehen sind, und die Keramikanordnung hat infolgedessen eine erheblich verbesserte Beständigkeit im Vergleich zu der bekannten laminierten Keramikanordnung gemäß Fig.7.

Eine weiterhin bekannte laminierte Keramikanordnung 2 a, wie sie in den Fig.8A und 8 B dargestellt ist, wurde zwar keiner Beständigkeitsprüfung unterzogen, aber da diese nicht frei ist von Störungen infolge schadhafter Isolierschichten 14, soll der Aufbau dieser laminierten Keramikanordnung abschließend auch noch erläutert werden, um den Unterschied zur erfindungsgemäßen laminierten Keramikanordnung 20 herauszustellen. Bei dieser bekannten laminierten Keramikanordnung 2 a sind wieder folienartige Innenelektroden 6 vorgesehen, von denen jede zwischen zwei benachbarten Keramikfolien 4 von einem zum anderen Ende verläuft. Außerdem sind Isolierschichten 14, von denen jede an einer Kante jeder zweiten folienartigen Innenelektrode S angeordnet ist, und zwei Außenelektroden 8a, 8b vorgesehen, die an den beiden seitlichen Bereichen der laminierten Keramikanordnung 2a angeordnet sind, um die Isolierschichten 14 abzudecken. Da jede der Innenelektroden 6 derart zwischen benachbarten Keramikfolien 4 zwischengeschaltet ist, um deren gesamte Fläche abzudecken,, we'den alle in der laminierten Keramikanordnung 2a enthaltenen Keramikfolien 4 gleichmäßg einer senkrecht zu den Keramikfolien 4 verlaufenden Richtung angelegt.

Störuneng, wie sie bei dieser bekannten laminierten Keramikanordnung 2a infolge schadhafter Isolierschichten 14 auftreten können, sind bei der erfindungsgemäßen laminierten Keramikanordnung selbst dann nicht möglich, wenn die Außenelektroden 32 a, 32 b bei der Herstellung durch Auftragen einer Metallpaste gebildet werden, da die Metallpaste beispielsweise durch die Blockschichten 29 daran gehindert wird, in die Bereiche der folienartigen Innenelektroden 24 a, 24 b zu gelangen.

Claims

1. Laminierte Keramikanordnung, gekennzeichnet durch: eine Anzahl Kermaikfolien (22) mit elektrostriktivem Effekt;

eine erste und zweite Gruppe folienartiger Innenelektroden (24a, 24b), wobei die folienartigen Innenelektroden (24a, 24b) der ersten und zweiten Gruppe abwechselnd angeordnet und einzeln zwischen zwei benachbarte elektrostriktive Keramikfolien (22) eingebracht sind; eine erste Außenelektrode (32 a), die mit einer Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode (24 a) der ersten Gruppe verbunden ist; und

eine zweite Außenelektrode (32b), die mit einer Kante einer jeden folienartigen Innenelektrode (24b) der zweiten Gruppe verbunden ist, wobei Räume (30) jeweils zwischen der ersten Außenelektrode (32a) und jeder derfolienartigen Innenelektroden (24b) der zweiten Gruppe angeordnet sind, und zwischen der zweiten Außenelektrode (32 b) und jeder der folienartigen Innenelektroden (24a) der ersten Gruppe, so daß die Räume (30) zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien (22) liegen.

2. Laminierte Keramikanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Raum (30) durch einen Einschnitt (28) gebildet ist, der an einer Kante jeder ersten und zweiten folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien (22) vorgesehen ist.

3. Laminierte Keramikanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Räume (30) durch eine Blockschicht (29) gebildet ist, die zwischen zwei benachbarten elektrostriktiven Keramikfolien (22) liegt, wobei ein vorgegebener Abstand (1) zwischen der Blockschicht (29) und der zugeordneten folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) vorhanden ist.

4. Laminierte Keramikanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockschicht (29) innerhalb der Fläche eines jeden Einschnittes (28) gebildet ist, und daß der Raum (30) zwischen der Blockschicht (29) und der zugeordneten folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) gebildet ist.

5. Laminierte Keramikanordnung nach Anspruch 1 sowie 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Außenelektrode (32a, 32b) jeweils mit einer Gruppe aus jeder zweiten Blockschicht (29) und einer Gruppe aus den übrigen Blockschichten (29) verbunden ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Keramikanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder einer vorgegebenen Anzahl ungebrannter, aus einem elektrostriktiven Material als Hauptbestandteil bestehenden Keramikfolie (22) eine folienartige Innenelektrode (24a, 24b) unter Schaffung eines sich an die folienartige Innenelektrode (24a, 24b) in Richtung einer der Außenelektroden (32 a, 32 b) anschließenden künftigen Raumes (26) gebildet wird, die so gestalteten ungebrannten Keramikfolien (22) mit den folienartigen Innenelektroden (24a, 24b) und den zukünftigen Räumen (26) in einer Anzahl zur Bildung eines Laminates derart zusammengesetzt werden, daß die zukünftigen Räume (26) abwechselnd zwei verschiedenen seitlichen Flächen des Laminates zugewandt sind, die endgültige Bildung von Räumen (30) aus den künftigen Räumen (26) durch Brennen der zusammengesetzten Anzahl von Keramikfolien (22) und Verbacken der folienartigen Innenelektroden (24a, 24b) erfolgt und daß daran anschließend zwei aus jedor zweiten folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) gebildete Gruppen mit den jeweiligen Außenelektroden (32 a, 32 b) verbunden werden, die längs der Seitenflächen angeordnet sind, die den zugeordneten jeweiligen Räumen (30) gegenüberliegen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der künftige Raum (26) durch Bildung einer in der Ebene der folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) angeordneten Blockschicht (29) geschaffen wird, so daß dieser zwischen der Blockschicht (29) und einer Kante der folienartigen Innenelektroden (24a, 24b) liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockschicht (29) zum Zeitpunkt der Bildung derfolienartigen Innenelektrode (24a, 24b) auf der Oberfläche der Keramikfolie (22) gebildet wird und daß der Raum (30) endgültig zwischen der Kante der folienartigen Innenelektrode (24a, 24b) und der Blockschicht (29) geschaffen wird, wenn die Keramikfolie (22) und die folienartige Innenelektrode (24a, 24b) und damit auch die Blockschicht (29) verbacken werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockschichten (20) mit den Außenelektroden (32 a, 32 b) verbunden werden, derart, daß die eine Gruppe, die aus jeder zweiten Blockschicht (29) besteht, mit der einen Außenelektrode (32a) und die zweite Gruppe, die die übrigen Blockschichten (29) umfaßt, mit der zweiten Außenelektrode (32 b) verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der künftige Raum (26) durch Vornahme eines Einschnittes (28) innerhalb der folieiiartigen Innenelektrode (24a, 24b) und zwar im Bereich der Außenelektroden (32 a, 32 b) geschaffen wird.

Hierzu 8 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung beti ifft eine laminierte Keramikanordnung zur Ausübung eines eloktrostriktiven Effektes, insbesondere fürBetätigungselemente von Anschlagdruckerköpfen von X-Y-Tischen und dergleichen sowie ein Verfahren zur Herstellung der laminierten Keramikanordnung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Laminierte Keramikanordnungen, die vom elektrostriktiven Effekt Gebrauch machen und beispielsweise für Betätigungselemente von Anschlagdruckerköpfen zur Anwendung kommen, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. So ist eine als Betätigungselement ausgeführte laminierte Keramikanordnung bekannt, bei der eine Anzahl Keramikfolien vorgesehen sind, zwischen denen folienartig ausgebildete Innenelektroden angeordnet sind. Außerhalb der laminierten Keramikanordnung befinden sich zwei Außenelektroden. Während mit der einen Außenelektrode die erste, dritte, fünfte usw. Innenelektrode in Verbindung steht, ist mit der zweiten Außenelektrode die zweite, vierte, sechste usw. Inneneloktrode verbunden. Das bedeutet, daß jede Innenelek'rode zwar immer mit einer Außenelektrode in Verbindung steht, aber zur jeweils gegenüberliegenden Außenelektrode mit Abstand angeordnet ist. In diesem Bereich stehen daher benachbarte Keramikfolien auch immer in Verbindung; sie sind also nicht voneinander getrennt. Wird nun an die Außenelektroden dieser laminierten Keramikanordnung eine Spannung angelegt, so wird ein elektrisches Feld in senkrechter Richtung zu den Keramikfolien erzeugt, so daß die laminierte Keramikanordnung unter Wirkung des elektrischen Feldes in Längsrichtung verformt wird und ais Betätigungselement arbeitet. Als nachteilig hat sich bei dieser bekannten laminierten Keramikanordnung jedoch herausgestellt, daß es einen Bereich gibt, in dem eine erhebliche Spannungskonzentration auftritt, die die Beständigkeit der laminierten Keramikanordnung und damit ihre Lebensdauer beträchtlich verringert.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist gemäß dtn JP-OS 58-196068 und 59-175176 auch schon eine laminierte Keramikanordnung bekannt, bei der auch wieder zwischen den Keramikfolien folienartige Innenelektroden vorgesehen sind. Dabei sind die folienartigen Innenelektroden über die gesamte Breite der Keramikfolien angeordnet, so daß diese an keiner Stelle miteinander in Verbindung stehen und enden immer auf einer Seite in einer Isolierschicht, die jeweils an einer Kante jeder zweiten folienartigen Innenelektrode vorgesehen ist. Die jeweils andere Seite der folienartigen Innenelektroden steht dann wieder mit einer der beiden Außenelektroden in Verbindung. Da bei dieser bekannten Keramikanordnung die gesamte Fläche der benachbarten Keramikfolien abgedeckt wird, werden alle Keramikfolien gleichmäßig durch das elektrische Feld beeinflußt. Daher ist auch diese laminierte Keramikanordnung frei von einer Spannungskonzentration, so daß sie eine verbesserte Beständigkeit besitzt. Als nachteilig bei dieser laminierten Keramikanordnung hat sich nun aber wieder gezeigt, daß das Verfahren zu ihrer Herstellung verhältnismäßig kompliziert und daher aufwendig ist, so daß es mit erhöhten Herstellungskosten verbunden ist. Das besonders deshalb, weil bei dieser laminierten Keramikanordnung jede der Isolierschichten an einer Kante jeder zweiten Innenelektrode liegt. Ein weiterer Nachteil bei dieser laminierten Keramikanordnung ergibt sich aber auch dadurch, daß beim Vorliegen einer schadhaften Isolierschicht die beiden Außenelektroden kurzgeschlossen werden, so daß die laminierte Keramikanordnung unbrauchbar wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Beständigkeit und damit die Lebensdauer von laminierten Keramikanordnungen erheblich zu verbessern, wobei gleichzeitig das Verfahren zu ihrer Herstellung wirtschaftlich zu gestalten ist, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden und darüber hinaus zu gewährleisten ist, daß ein Kurzschließen der Außenelektroden und damit eine Unbrauchbarkeit der laminierten Keramikanordnung vermieden wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine laminierte Keramikanordnung zur Ausübung eines elektrostriktiven Effektes, insbesondere für Betätigungselemente von Anschlagdruckerköpfen, von X-Y-Tischen und dergleichen sowie ein Verfahren zu ihrer kostengünstigen Herstellung zu schaffen, bei der eine Spannungskonzentration als Folgd ungleichmäßig verteilter, von einem elektrischen Feld erzeugter Beanspruchungen zu verhindern ist.

Erfindungsgemäß wird dieses durch eine Anzahl Keramikfolien mit elektrostriktivem Effekt; eine erste und zweite Gruppe folienartiger Innenelektroden, wobei die folienartigen Innenelektroden der ersten und zweiten Gruppe abwechselnd angeordnet und einzeln zwischen zwei benachbarte elektrostriktive Keramikfolien eingebracht sind; eine erste Außenelektrode, die mit einer