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Die
Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktuator mit einer piezoelektrischen
Vielschichteinheit, die eine Vielzahl von alternierend gestapelten
piezoelektrischen Platten und inneren Elektroden sowie ein jeweils
auf den Seiten der piezoelektrischen Vielschichteinheit angeordnetes
Paar von äußeren Elektroden
beinhaltet.
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Ein
bekannter vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator umfasst gemäß
10 eine
piezoelektrische Vielschichteinheit
92 mit einer Vielzahl
von alternierend gestapelten piezoelektrischen Platten
921 und
inneren Elektroden
922 sowie ein jeweils auf den Seiten
923 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit
92 angeordnetes Paar
von äußeren Elektroden
93 (vgl.
Druckschrift
JP-10-229
227 A ) mit einem darauf befindlichen Drahtgeflecht.
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Der
vielschichtige piezoelektrische Aktuator 9 ist so konfiguriert,
dass an die piezoelektrischen Platten 921 von den äußeren Elektroden 93 und durch
die inneren Elektroden 922 eine Spannung pulsierend zugefügt wird,
und, indem sich somit die piezoelektrischen Platten 921 entlang
der Richtung der Dicke ausdehnen oder zusammenziehen, kann die gesamte
piezoelektrische Vielschichteinheit 92 durch Ausdehnung
oder Kontraktion verlagert werden.
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Die äußeren Elektroden 93 des
vielschichtigen piezoelektrischen Aktuators 9 werden durch
Drucken, Trocknen und Backen eines leitenden Materials auf den Seitenoberflächen 923 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 92 ausgebildet. Die äußeren Elektroden 93 sind
jedoch lediglich etwa 50 μm
dick und weisen eine geringe mechanische Festigkeit auf. Aus diesem
Grund wird ein verstärkendes
leitendes Material wie etwa ein Lötmittel zu dem auf das gedruckte
leitende Material zur Erhöhung
der Dicke aufgebracht, womit eine praktisch befriedigende Festigkeit
der äußeren Elektroden 93 sichergestellt
wird.
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Die
sich in fester Form befindlichen äußeren Elektroden 93 halten
die Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit 92 unter Spannung
nicht aus, und neigen zur Entwicklung eines Risses und Bruchs. Falls
die äußeren Elektroden 93 durch
einen Bruch den Kontakt verlieren, kann möglicherweise nicht mehr an
die gesamte piezoelektrische Vielschichteinheit eine Spannung angelegt werden.
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Der ”Kontaktverlust
der äußeren Elektroden” ist als
der Zustand definiert, bei dem elektrische Leitung zwischen den äußeren Elektroden
und einer beliebigen der inneren Elektroden abgeschnitten ist und keine
Spannung an die piezoelektrischen Platten durch die inneren Elektroden
zugeführt
werden kann.
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Auf
der anderen Seite schränkt
der Versuch ein verstärkendes
leitendes Material wie etwa ein Lötmittel zum Verdicken der äußeren Elektroden 93 aufzubringen,
damit dessen Reißen
und Brechen verhindert wird, in ungewünschter Weise die mechanische
Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit 92 ein.
Dies erzeugt das Problem eines reduzierten Ausmaßes der ursprünglich gedachten
Ausdehnung oder Kontraktion des vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators 9.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Probleme
aus dem Stand der Technik zu beseitigen, und einen vielschichtigen piezoelektrischen Aktuator
bereitzustellen, bei dem die piezoelektrische Vielschichteinheit
sich ausreichend ausdehnt oder zusammenzieht, ohne dass die äußeren Elektroden
den Kontakt verlieren.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
einen vielschichtigen piezoelektrischen Aktuator mit: einer piezoelektrischen
Vielschichteinheit mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Platten
aus einem piezoelektrischen Material und einer Vielzahl von inneren
Elektroden aus einem leitenden Material, die in alternierenden Schichten
angeordnet sind; und einem Paar äußerer Elektroden,
die auf den jeweiligen Seitenoberflächen der piezoelektrischen
Vielschichteinheit angeordnet und mit der Vielzahl der inneren Elektroden
verbunden sind; wobei die äußeren Elektroden
jeweils eine in Kontakt mit einer entsprechenden Seitenoberfläche der
piezoelektrischen Vielschichteinheit befindliche Elektrodenbasis,
einen auf der Elektrodenbasis angeordneter röhrenförmiger Metallnetzleiter sowie
eine Vielzahl von leitenden Haftmitteln für die teilweise Verbindung
der Elektrodenbasis und des röhrenfömrigen Metallnetzleiters beinhalten;
und wobei Benachbarte der leitenden Haftmittel einen in zu den piezoelektrischen
Platten paralleler Richtung wechselweise überlagerten Abschnitt aufweisen.
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Ein
bemerkenswertes Merkmal der Erfindung ist, dass die äußeren Elektroden
jeweils aus der Elektrodenbasis, dem röhrenförmigen Metallnetzleiter sowie
einer Vielzahl aus leitenden Haftmitteln ausgebildet sind.
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Der
röhrenförmige Metallnetzleiter
ist ein Flechtwerk aus leitenden Drähten aus einem Material wie
etwa Gold, Silber, Kupfer, Nickel oder rostfreiem Stahl, und ist entlang
der Richtung der Ausdehnung oder Kontraktion, d. h. der Stapelrichtung
der piezoelektrischen Vielschichteinheit, ausreichend flexibel. Der
röhrenförmige Metallnetzleiter
muss nicht mit leitenden Drähten
geflochten sein, solange er entlang der Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit kontinuierlich und flexibel ist.
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Außerdem kann
der röhrenförmige Metallnetzleiter
einen sogenannten zweidimensional vernetzten Aufbau aufweisen, der
durch Ätzen
von flachen Metallplatten ausgebildet wird (viertes Ausführungsbeispiel).
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Die
Elektrodenbasis ist aus einem Material wie etwa gebackenes Silber,
gebackenes Kupfer, gebackenes Platin oder gebackenes Nickel zusammengesetzt.
Die Elektrodenbasis wird ausgebildet, indem Silberpaste, Kupferpaste,
Platinpaste oder Nickelpaste jeweils gebacken wird, und es ist beispielsweise
aus 97% Silber und 3% Glasschmelze zusammengesetzt.
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Die
Elektrodenbasis kann alternativ ausgebildet werden, indem beispielsweise
Gold, Silber, Kupfer oder Nickel plattiert, durch ein CVD-Vorgang, durch
einen Sputter-Vorgang
oder eine Gasphasenabscheidung ausgebildet wird.
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Das
leitende Haftmittel ist aus Silberharz, Kupferharz, Platinharz oder
Nickelharz zusammengesetzt und enthält beispielsweise 80% Silber
und 20% Epoxydharz.
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Nachstehend
werden die Arbeitsweise und die Wirkungen der Erfindung beschrieben.
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Die äußeren Elektroden
sind so konfiguriert, dass der röhrenförmige Metallnetzleiter,
in Richtung der Ausdehnung oder der Kontraktion der piezoelektrischen
Vielschichteinheit hinreichend flexibel, teilweise mit der Elektrodenbasis
durch die leitenden Haftmittel verbunden ist. Selbst wenn die piezoelektrische
Vielschichteinheit ausgedehnt oder kontrahiert wird, bricht daher
der röhrenförmige Metallnetzleiter nicht
durch seine Ausdehnung oder Kontraktion, die der Ausdehnung oder
Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit folgt. Sollte
die Elektrodenbasis durch die Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen
Vielschichteinheit reißen,
kann daher der röhrenförmige Metallnetzleiter
und das leitende Haftmittel die Leitung der äußeren Elektroden auf den beiden
Seiten des Risses sicherstellen. Somit verlieren die äußeren Elektroden
nicht den Kontakt.
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Außerdem schränkt der
für die
der Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit
nachfolgenden Ausdehnung oder Kontraktion angepasste röhrenförmige Metallnetzleiter die
Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit
nicht ein. Folglich dehnt sich oder kontrahiert sich die piezoelektrische
Vielschichteinheit ausreichend.
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Zudem
weisen Benachbarte der leitenden Haftmittel entlang der zu den piezoelektrischen
Platten parallelen Richtung einen wechselweise überlagerten Abschnitt auf.
Daher kann der Bruch der äußeren Elektroden
noch besser verhindert werden.
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Die
auf die vorstehende Weise angeordneten leitenden Haftmittel liegen über die
gesamte Fläche
der äußeren Elektroden
entlang der zu den piezoelektrischen Platten parallelen Richtung
vor.
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Falls
sich Risse in der Elektrodenbasis entwickeln, laufen sie in der
zu den piezoelektrischen Platten parallelen Richtung.
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Sollten
zwei Risse in der Elektrodenbasis verlaufen, existiert daher das
leitende Haftmittel stets auf der Elektrodenbasis zwischen den beiden
Rissen. Ferner ist das leitende Haftmittel mit dem röhrenförmigen Metallnetzleiter
verbunden. Folglich ist die Elektrodenbasis zwischen den beiden
Rissen nicht elektrisch isoliert, so dass die entsprechende piezoelektrische
Platte stets mit einer Spannung versorgt wird.
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Durch
die Ausbildung der leitenden Haftmittel gemäß vorstehender Beschreibung
kann ein Kontaktverlust der äußeren Elektroden
noch besser verhindert werden.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung wird erfindungsgemäß ein vielschichtiger
piezoelektrischer Aktuator bereitgestellt, bei dem die piezoelektrische Vielschichteinheit
sich ausreichend ausdehnt oder zusammenzieht und bei den äußeren Elektroden kein
Kontaktverlust entsteht.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein vielschichtiger piezoelektrischer
Aktuator bereitgestellt, wobei jeder röhrenförmige Metallnetzleiter aus
leitenden Drähten
ausgebildet ist, und zumindest einige der leitenden Drähte vorzugsweise
entlang der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit
angeordnet sind (vgl. 2, 3, 6 und 7(A)–7(B)).
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Dabei
kann der elektrische Widerstand des röhrenförmigen Metallnetzleiters entlang
der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit reduziert
werden. Sollte sich ein Riss in der Elektrodenbasis zum Zeitpunkt
der Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit
entwickeln, kann daher die Leitung der äußeren Elektroden auf den beiden
Seiten des Risses ausreichend sichergestellt werden. Die leitenden
Haftmittel sind vorzugsweise in einem Winkel zu der Dicke der piezoelektrischen
Platten ausgebildet. Dabei können
die leitenden Haftmittel mit Leichtigkeit derart ausgebildet werden,
dass benachbarte davon entlang der zu den piezoelektrischen Platten
parallelen Richtung einen wechselweise überlagerten Abschnitt aufweisen.
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Nachstehend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht eines vielschichtigen piezoelektrischen Aktuators
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2;
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4(A) ein Diagramm zur Beschreibung der Arbeitsweise
und der Wirkungen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
wenn sich ein Riss in der Elektrodenbasis entwickelt hat und 4(B) ein Diagramm zur Beschreibung der Arbeitsweise
und der Wirkungen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel, wenn
sich zwei Risse in der Elektrodenbasis entwickelt haben;
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5(A) und 5(B) Diagramme
zur Beschreibung einer Fehlfunktion, die sich entwickeln kann, wenn
die leitenden Haftmittel keinen überlagerten
Abschnitt K gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
aufweisen, wobei 5(A) eine Seitenansicht eines
vielschichtigen piezoelektrischen Aktuators zeigt und 5(B) eine Schnittansicht entlang der Linie V(B)-V(B)
aus 5A zeigt;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7(A) eine perspektivische Ansicht eines vielschichtigen
piezoelektrischen Aktuators, und
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7(B) ein Diagramm zur Beschreibung eines röhrenförmigen Metallnetzleiters
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8(A) bis 8(E) Diagramme
zur Beschreibung von verschiedenen Gestalten des röhrenförmigen Metallnetzleiters
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9(A) bis 9(E) Diagramme
zur Beschreibung von verschiedenen Gestalten und Anordnungen der
leitenden Haftmittel gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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10 eine
perspektivische Ansicht eines bekannten vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird ein vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5(A) und 5(B) beschrieben.
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Ein
vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
umfasst gemäß 1 eine
piezoelektrische Vielschichteinheit 2 mit einer Vielzahl
von piezoelektrischen Platten 21 aus einem piezoelektrischen
Material und einer Vielzahl von Elektroden 22 aus einem
alternierend gestapelten leitenden Material, sowie ein jeweils auf
der Seitenoberflächen 23 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 angeordnetes und
mit den inneren Elektroden 22 elektrisch verbundenes Paar äußerer Elektroden 3.
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Die äußeren Elektroden 3 beinhalten
gemäß den 1 bis 3 jeweils
eine in Kontakt mit jeder Seitenoberfläche 23 der piezoelektrischen
Vielschichteinheit 2 angeordnete Elektrodenbasis 31,
einen auf der Elektrodenbasis 31 angeordneten röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 sowie
eine Vielzahl von leitenden Haftmitteln 33 für die teilweise
Verbindung der Elektrodenbasis 31 und des röhrenförmigen Metallnetzleiters 32.
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Die
leitenden Haftmittel 33 sind in einem Winkel zu der Dicke
der piezoelektrischen Platten 21 ausgebildet, wie es in 2 gezeigt
ist. Benachbarte der leitenden Haftmittel 33 weisen in
der zu den piezoelektrischen Platten 21 parallelen Richtung
einen überlagerten
Abschnitt auf (in 2 durch das Bezugszeichen K
angezeigt).
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Im
einzelnen ist eine in einem Winkel von 30° zu den piezoelektrischen Platten 2 geneigte
Vielzahl von leitenden Haftmitteln 33 parallel zueinander
als eine Struktur entlang der Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit 2 angeordnet. Der untere Endabschnitt 331 des
oberen der benachbarten leitenden Haftmittel 33 ist unter
dem oberen Endabschnitt 332 des unteren leitenden Haftmittels 33 angeordnet.
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Zur
Vereinfachung der Beschreibung wird eine Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit 2 als ”obere” bezeichnet, und die andere
Stapelrichtung davon wird als ”untere” bezeichnet.
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Der
röhrenförmige Metallnetzleiter 32 ist
aus einem Flechtwerk aus leitenden Drähten 34 aus Kupfer
oder Nickel zusammengesetzt und weist eine ausreichende Flexibilität in Richtung
der Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 auf.
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Die
Elektrodenbasis 31 ist andererseits aus gebackenem Silber,
gebackenem Kupfer, gebackenem Platin, gebackenem Nickel, usw. ausgebildet, was
jeweils durch das Backen von Silberpaste, Kupferpaste, Platinpaste,
usw. erzeugt wird.
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Die
leitenden Haftmittel 33 sind aus Silberharz, Kupferharz,
Platinharz oder Nickelharz ausgebildet.
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Die
beiden äußeren Elektroden 3 sind
auf den jeweiligen gegenüberliegenden
Seitenoberflächen 23 der parallelepipedischen
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 angeordnet. Gemäß 1 sind die
inneren Elektroden 22 jeweils an einer der gegenüberliegenden
Seitenoberflächen 23 freigelegt
und lediglich mit einer auf der jeweiligen Seitenoberfläche 23 angeordneten äußeren Elektrode 3 verbunden. Die
inneren Elektroden 22 sind derartig gestapelt, dass Alternierende
von ihnen an derselben Seitenoberfläche der piezoelektrischen Vielschichteinheit freigelegt
und Benachbarte der inneren Elektroden 22 mit jeweils gegenüberliegenden äußeren Elektroden 3 verbunden
sind.
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Gemäß 2 ist
ein Ende von jeder Elektrodenbasis 31 mit einem der Zuführungsdrähte 11 verbunden.
Die Zuführungsdrähte 11 sind
mit den beiden äußeren Elektroden 3 jeweils
verbunden. Durch Zufuhr eines Stroms von den Zuführungsdrähten 11 zu den äußeren Elektroden 3 wird
eine Spannung an den vielschichtigen piezoelektrischen Aktuator 1 angelegt.
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Folglich
wird die Spannung pulsierend zugeführt, damit sich die piezoelektrischen
Platten 21 ausdehnen oder zusammenziehen und somit die
piezoelektrische Vielschichteinheit ausdehnt oder zusammenzieht.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Herstellung der äußeren Elektroden 3 des
vielschichtigen piezoelektrischen Aktuators 1 beschrieben.
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Zunächst werden
die beiden gegenüberliegenden
Seitenoberflächen 23 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2, an denen die inneren
Elektroden 2 alternierend freigelegt sind, jeweils mit
Silberpaste Kupferpaste, Platinpaste oder Nickelpaste bedruckt, bei
150°C für 10 Minuten
getrocknet und bei 600°C für 10 Minuten
gebacken, wodurch die Elektrodenbasis 31 ausgebildet wird.
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Der
röhrenförmige Metallnetzleiter 32 (aus Kupfer
oder Nickel mit einem Drahtdurchmesser von 120 μm und einer Breite von 2,5 mm)
wird auf jeder der Elektrodenbasen 31 angeordnet. Die Längsenden
des röhrenförmigen Metallnetzleiters 32 werden zeitweise
jeweils an die Stapelenden der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 mit
einem Klebeband angeheftet. Die leitenden Haftmittel 33 werden
in einer Struktur gemäß 2 auf
den röhrenförmigen Metallnetzleiter
gedruckt und bei 160°C
für 10
Minuten getrocknet. Im Ergebnis ist der röhrenförmige Metallnetzleiter 32 mit
jeder der Elektrodenbasen 32 teilweise verbunden und elektrisch
kontaktiert.
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Nachstehend
wird die Arbeitsweise und die Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Die äußeren Elektroden 3 sind
jeweils aus einem in Richtung der Ausdehnung oder Kontraktion der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 ausreichend flexiblen
röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 zusammengesetzt,
der mit den leitenden Haftmitteln 33 teilweise mit der
Elektrodenbasis 31 verbunden ist. Selbst wenn sich die
piezoelektrische Vielschichteinheit 2 ausdehnt oder zusammenzieht,
wird folglich der röhrenförmige Metallnetzleiter 32 durch
die Ausdehnung oder Kontraktion nicht gebrochen. Selbst falls die
Elektrodenbasis 31 einen Riss C1 gemäß 4(A) auf
Grund der Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 entwickelt,
kann daher die Leitung der äußeren Elektroden 3 auf
den beiden Seiten des Risses C1 durch den röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 und
die leitenden Haftmittel 33 sichergestellt werden, mit
dem Ergebnis, dass die äußeren Elektroden 3 nicht
den Kontakt verlieren.
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Da
sich der röhrenförmige Metallnetzleiter 32 der
Ausdehnung bzw. Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit
folgend ausdehnt oder zusammenzieht, ist die Ausdehnung oder Kontraktion der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 nicht beschränkt. Somit
kann sich die piezoelektrische Vielschichteinheit 2 ausreichend
ausdehnen oder zusammenziehen. Die leitenden Haftmittel 33 sind
gemäß 2 in
einem Winkel zu der Dicke der piezoelektrischen Platten 21 ausgebildet.
Benachbarte der leitenden Haftmittel 33 weisen einen wechselweise überlagerten
Abschnitt (mit dem Bezugszeichen K bezeichnet) entlang der zu den
piezoelektrischen Platten parallelen Richtung auf. Auf diese Weise kann
gemäß nachstehender
Beschreibung der Kontaktverlust der äußeren Elektroden 3 besser
vermieden werden. Falls benachbarte der leitenden Haftmittel 33 keinen überlagerten
Abschnitt in zu den piezoelektrischen Platten 21 paralleler
Richtung gemäß den 5(A) und 5(B) aufweisen,
so resultieren daraus die nachstehend aufgeführten Unannehmlichkeiten. Wenn
sich beispielsweise zwei Risse C2, C3 in der Elektrodenbasis 31 zwischen
benachbarten der leitenden Haftmittel 33 entwickeln, wird
im einzelnen der Abschnitt der Elektrodenbasis 31 zwischen den
Rissen C2 und C3 elektrisch isoliert, und es würde keine Spannung an die piezoelektrischen
Platten 21 zwischen den Rissen C2 und C3 angelegt werden.
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Bei
dem vielschichtigen piezoelektrischen Aktuator gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind demgegenüber
die leitenden Haftmittel 33 in der vorstehend beschriebenen
Struktur (2) angeordnet, und daher gibt
es keinen Teil der äußeren Elektroden 3,
bei dem die leitenden Haftmittel 33 in der zu den piezoelektrischen
Platten 31 parallelen Richtung fehlen.
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Falls
sich einer der Risse C1, C2, C3 in der Elektrodenbasis 31 entwickelt,
so liegt er in der zu den piezoelektrischen Platten 21 parallelen
Richtung vor (4(A) und 4(B)).
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Sollten
sich gemäß 4(B) zwei Risse C2, C3 in der Elektrodenbasis 31 entwickeln,
so kontaktiert der Abschnitt der Elektrodenbasis 31 zwischen den
beiden Rissen C2, C3 stets zumindest eines der leitenden Haftmittel 33.
Zudem sind die leitenden Haftmittel 33 mit dem röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 verbunden.
Folglich ist der Abschnitt der Elektrodenbasis 31 zwischen
den beiden Rissen C2 und C3 nicht elektrisch isoliert, und in dem
fraglichen Abschnitt wird eine Spannung fehlerlos an die piezoelektrischen
Platten 21 angelegt.
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Somit
kann der Kontaktverlust der äußeren Elektroden
besser verhindert werden, indem die leitenden Haftmittel 33 in
der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet werden.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung wird gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator bereitgestellt, bei
dem die piezoelektrische Vielschichteinheit sich ausreichend ausdehnen
oder zusammenziehen kann, ohne die äußeren Elektroden zu brechen.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird ein vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator 1A bereitgestellt,
der gemäß 6 äußere Elektroden 3A mit
jeweils einem röhrenförmigen Metallnetzleiter 32A mit
einer Vielzahl von parallel angeordneten und gewellten leitenden
Drähten 34 aus
Kupfer oder Nickel umfasst.
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Die
leitenden Drähte 34 sind
entlang der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 angeordnet.
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Die
anderen Einzelheiten sind zu jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich.
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Auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann
der aus den gewellten leitenden Drähten 34 ausgebildete
röhrenförmige Metallnetzleiter 32A der Ausdehnung
oder Kontraktion der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 folgend,
sich ausreichend ausdehnen oder zusammenziehen.
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Ansonsten
weist das zweite Ausführungsbeispiel
dieselbe Arbeitsweise und Wirkungen wie das erste Ausführungsbeispiel
auf.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird ein vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator 1b mit äußeren Elektroden 3b bereitgestellt,
die jeweils einen aus einem Drahtnetz zusammengesetzten röhrenförmigen Metallnetzleiter 32b beinhalten,
wie es in den 7(A) und 7(B) gezeigt
ist.
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Im
einzelnen ist gemäß 7(B) eine Vielzahl von gewellten leitenden Drähten 34 aus
Kupfer oder Nickel in der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 angeordnet,
und eine Vielzahl von ähnlichen
Drähten 34 ist
in der zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 senkrechten
Richtung derart angeordnet, dass Benachbarte der leitenden Drähten 34 in
den miteinander gehaltenen Tälern
und Hügeln
miteinander verflochten sind, wodurch der röhrenförmige Metallnetzleiter 32b konfiguriert
ist. Die anderen Einzelheiten sind zu jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich.
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Auch
hierbei erfolgt ein der Ausdehnung oder Kontraktion der piezoelektrischen
Vielschichteinheit 2 folgendes ausreichendes Ausdehnen
oder Zusammenziehen des röhrenförmigen Metallnetzleiters 32b.
Die Arbeitsweise und die Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind ähnlich zu
jenen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Dieses
Ausführungsbeispiel
repräsentiert
einen Fall, bei dem gemäß den 8(A) bis 8(E) eine
flache Metallplatte in eine Netzgestalt verarbeitet wird, wodurch
der röhrenförmige Metallnetzleiter 32 ausgebildet
wird.
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Eine
beispielsweise 50 bis 200 μm
dicke Metallplatte wird teilweise geätzt, um dadurch den röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 mit
einer sogenannten zweidimensional vernetzten Struktur zu erzeugen.
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Der
röhrenförmige Metallnetzleiter 32 kann beispielsweise
eine beliebige der in den 8(A) bis 8(E) gezeigten Gestalten aufweisen.
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Im
einzelnen weist der in 8 gezeigte
röhrenförmige Metallnetzleiter 32 im
Wesentlichen quadratische Maschen 321 auf. Eine der Diagonallinien jeder
Masche 321 ist im Wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung
der piezoelektrischen Vielschichteinheit.
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Der
in 8(B) gezeigte röhrenförmige Metallnetzleiter 32 weist
im Wesentlichen kreisförmige Maschen 32 auf.
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Der
in 8(C) gezeigte röhrenförmige Metallnetzleiter 32 weist
im Wesentlichen rechteckige Maschen 321 auf, und die Längsseite
jeder Masche ist in einem Winkel zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit angeordnet.
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Der
in 8(D) gezeigte röhrenförmige Metallnetzleiter 32 ist
in einer sogenannten Wabenstruktur mit im Wesentlichen hexagonalen
Maschen 321 ausgebildet.
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Der
in 8(E) gezeigte röhrenförmige Metallnetzleiter 32 weist
im Wesentlichen parallelogrammische Maschen 321 auf. Eine
der gegenüberliegenden
Seiten von jeder Masche ist in der zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit senkrechten Richtung ausgebildet, und die andere der
gegenüberliegenden
Seiten ist in einem Winkel zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen
Vielschichteinheit ausgebildet.
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Die
anderen Einzelheiten sind ähnlich
zu den entsprechenden Einzelheiten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann
der röhrenförmige Metallnetzleiter 32 mit
Leichtigkeit hergestellt werden. Folglich kann ein vielschichtiger piezoelektrischer
Aktuator preiswert und einfach in der Herstellung erzeugt werden.
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Die
Arbeitsweise und Wirkungen gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind ähnlich zu
jenen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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(Fünftes
Ausführungsbeispiel)
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Dieses
Ausführungsbeispiel
repräsentiert
einen Fall, bei dem gemäß den 9(A) bis 9(E) die
Gestalt und Anordnung der leitenden Haftmittel 33 mannigfaltig
abgewandelt werden. Die verschiedenen Arten der leitenden Haftmittel 33 haben
die Tatsache gemeinsam, dass bei allen Benachbarten in einer zu
den piezoelektrischen Platten parallelen Richtung ein Abschnitt
wechselweise überlagert
ist.
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Die
in 9(A) gezeigten leitenden Haftmittel 33 sind
in zwei Reihen in einer beabstandeten Beziehung zueinander und in
einem Winkel zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit angeordnet.
Die linke Reihe und die rechte Reihe der leitenden Haftmittel 33 sind
in entgegengesetzten Richtung geneigt.
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Die
in 9(B) gezeigten leitenden Haftmittel 33 sind
in zwei Reihen in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer
zu der Stapelrichtung der piezoelektrischen Vielschichteinheit parallelen
Richtung angeordnet.
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Die
in 9(C) gezeigten leitenden Haftmittel 33 sind
im Wesentlichen in Kreisen in einer beabstandeten Beziehung zueinander
angeordnet.
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Die
in 9(D) gezeigten leitenden Haftmittel 33 sind
im Wesentlichen T-förmig
und alternierend in zwei entgegengesetzten transversalen Richtungen in
beabstandeter Beziehung zueinander angeordnet.
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Die
in 9(E) gezeigten leitenden Haftmittel 33 sind
im Wesentlichen in Kreisbögen
geformt und zueinander beabstandet angeordnet.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung umfassen benachbarte der mannigfaltig geformten und
angeordneten leitenden Haftmittel 33 wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel
eine in zu den piezoelektrischen Platten parallelen Richtung einen
wechselweise überlagerten
Abschnitt. Folglich kann der Kontaktverlust der äußeren Elektroden besser verhindert werden.
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Die
Arbeitsweise und Wirkungen gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind ähnlich zu
jenen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Die
Gestalt und Anordnung der erfindungsgemäßen leitenden Haftmittel sind
nicht auf das vorstehend Beschriebene beschränkt.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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Dieses
Ausführungsbeispiel
repräsentiert
einen Fall, bei dem die Elektrodenbasen jeweils durch einen Platierungsvorgang,
durch einen CVD-Vorgang, einen Sputtervorgang, oder die Gasphasenabscheidung
von Gold, Silber, Kupfer, Nickel, usw. ausgebildet sind. Die anderen
Einzelheiten sind ähnlich zu
den entsprechenden Einzelheiten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
weist außerdem
eine zu jenem ersten Ausführungsbeispiel ähnliche
Arbeitweise und Wirkungen auf.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Dieses
Ausführungsbeispiel
repräsentiert
einen Fall, bei dem die Dauerhaftigkeit des vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bewertet wird.
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Im
einzelnen werden der erfindungsgemäße vielschichtige piezoelektrische
Aktuator und der bekannte piezoelektrische Aktuator beide angesteuert, und
es wurde für
beide Aktuatoren die Ansteuerungsanzahl gezählt, bevor die äußeren Elektroden
einen Kontaktverlust erlitten.
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Die
Ansteuerungsanzahl ist als die Anzahl definiert, mit der der vielschichtige
piezoelektrische Aktuator ausgedehnt oder kontrahiert wird.
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Als
Ergebnis dieser Messung verloren die äußeren Elektroden des bekannten
vielschichtigen piezoelektrischen Aktuators den Kontakt, nachdem sie
etwa 6·107-mal angesteuert wurden. Die äußeren Elektroden
des erfindungsgemäßen vielschichtigen piezoelektrischen
Aktuators verloren demgegenüber selbst
nach einer 2·109-maligen Ansteuerung nicht den Kontakt.
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Diese
Messung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt, dass die äußeren Elektroden
des erfindungsgemäßen vielschichtigen
piezoelektrischen Aktuators nicht leicht den Kontakt verlieren und
eine hohe Dauerhaftigkeit aufweisen.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung umfasst ein vielschichtiger piezoelektrischer Aktuator
eine piezoelektrische Vielschichteinheit, welche ihr Ausdehnen oder
Zusammenziehen aushält,
damit der Kontaktverlust der äußeren Elektroden
vermieden wird. Die piezoelektrische Vielschichteinheit 2 beinhaltet eine
Vielzahl von piezoelektrischen Platten 21 aus einem piezoelektrischen
Material und eine Vielzahl von inneren Elektroden 22 aus
einem leitenden Material, die in alternierenden Schichten angeordnet
sind. Die äußeren Elektroden 3 sind
jeweils auf den Seitenoberflächen 23 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit angeordnet, und mit der Vielzahl
der inneren Elektroden 22 elektrisch verbunden. Die äußeren Elektroden 3 sind
jeweils aus einer in Kontakt mit einer entsprechenden Seitenoberfläche 23 der
piezoelektrischen Vielschichteinheit 2 angeordneten Elektrodenbasis 31,
einem auf der Elektrodenbasis 31 angeordneten röhrenförmigen Metallnetzleiter 32 und einer
Vielzahl von leitenden Haftmitteln 33 für die teilweise Verbindung
der Elektrodenbasis 31 und des röhrenförmigen Metallnetzleiters 32 konfiguriert.
Benachbarte der leitenden Haftmittel 33 weisen einen in der
zu den piezoelektrischen Platten 21 parallelen Richtung
wechselweise überlagerten
Abschnitt auf.