DE102006040751A1

DE102006040751A1 - Piezoelektrischer Vibrator, Verfahren zu dessen Herstellung sowie diesen aufweisender Aktuator

Info

Publication number: DE102006040751A1
Application number: DE200610040751
Authority: DE
Inventors: Burhanettin Sungnam Koc; Dong Kyun Lee; Byung Woo Kang
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-04-05
Also published as: KR100691280B1; JP2010252626A; US7915788B2; JP5014469B2; KR20070025729A; US20070052329A1; JP2007074896A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Vibrator, der einfach hergestellt und massenproduziert werden kann. Der piezoelektrische Vibrator umfasst den piezoelektrischen Block mit einer Vielzahl von abwechselnd gestapelten piezoelektrischen Platten und einer Vielzahl von Vibrationssektoren, die senkrecht und waagerecht bezogen auf die Richtung geteilt sind, in welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind. Elektrodenanschlüsse sind auf jedem Flächenbereich der piezoelektrischen Platte, die in deren Längsrichtung geteilt ist, gebildet, und Jumper-Anschlüsse, die den Elektrodenanschlüssen entsprechen, sind auf einer Fläche einer der angrenzenden piezoelektrischen Platten gebildet. Auf Seitenflächen der piezoelektrischen Platten ist eine Vielzahl von Seitenelektroden gebildet, welche die Elektrodenanschlüsse und die entsprechenden Jumper-Anschlüsse verbinden, um die Vibrationssektoren mit Leistung zu versorgen, wobei ein Paar diagonal zueinander angeordneter Vibrationssektoren gleichzeitig mit Leistung versorgt wird. Der piezoelektrische Vibrator ist klein und kann mit einer einfachen Struktur leicht hergestellt und massenproduziert werden.

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität der koreanischen Anmeldung Nr. 2005-82203, angemeldet am 05. September 2005 beim koreanischen Patentamt, beansprucht, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Vibrator, und insbesondere einen piezoelektrischen Vibrator, welcher eine elliptische Bewegung durch Kombination von Vibrationen in einem Längsmode und einem Biegemode ausführt.

In letzter Zeit sind Ultraschallmotoren unter Verwendung von piezoelektrischen Vibratoren als neue Art von Motoren interessant geworden, welche elektromagnetische Motoren ersetzen. Die Ultraschallmotoren unter Verwendung piezoelektrischer Vibratoren weisen verschiedene Vorteile wie beispielsweise hohe Auflösung der Verschiebung, leisen Betrieb aufgrund des Fehlens eines Schaltmechanismus sowie geringe Erzeugung elektromagnetischen Rauschens auf.

1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Struktur eines herkömmlichen piezoelektrischen Vibrators 10 darstellt.

Wie in 1 dargestellt, ist der piezoelektrische Vibrator 10 in vier Vibrationssektoren 11, 12, 13 und 14 aufgeteilt und weist äußere Elektroden 21 und 22 aus Drähten zum Anlegen von Wechselspannung der gleichen Phase an zwei der Vibrationssektoren 11 und 14, 12 und 13, die diagonal zueinander angeordnet sind, auf.

Des Weiteren weist der piezoelektrische Vibrator 10 an seiner einen Seite einen Vorsprung 30 zum Übertragen von Antriebsleistung nach außen auf.

Jedoch ist es schwierig, einen derartigen herkömmlichen piezoelektrischen Vibrator 10 mit den äußeren Elektroden 21 und 22, welche Raum zum Installieren der Drähte benötigen, zu miniaturisieren, wodurch die Herstellungsverfahren kompliziert werden und eine Massenproduktion verhindert wird.

Somit besteht ein Erfordernis nach einem piezoelektrischen Vibrator mit einfacher Struktur, welcher für Miniaturisierung geeignet ist, wobei die Herstellungsverfahren erleichtert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme im Stand der Technik zu lösen, und es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Vibrator, welcher eine geringe Größe aufweist und leicht hergestellt und massenproduziert werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Ein weiteres Ziel bestimmter Ausführungsformen der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Vibrator, welcher eine Struktur aufweist, bei der diagonal zueinander angeordnete Vibrationssektoren leicht und einfach verbunden werden, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Ein noch anderes Ziel bestimmter Ausführungsformen der Erfindung ist es, einen linearen Aktuator vorzusehen, der für lineare Bewegung unter Verwendung eines derartigen piezoelektrischen Vibrators geeignet ist.

Gemäß einem Gegenstand der Erfindung ist ein piezoelektrischer Vibrator vorgesehen, welcher aufweist: einen piezoelektrischen Block mit einer Vielzahl piezoelektrischer Platten, die abwechselnd gestapelt sind, wobei der piezoelektrische Block eine Vielzahl von Vibrationssektoren aufweist, die senkrecht und waagerecht bezogen auf die Richtung geteilt sind, in welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind; eine interne Elektroden-Leiterbahn, die auf oberen Flächen der piezoelektrischen Platten gebildet ist, wobei die interne Elektroden-Leiterbahn auf allen piezoelektrischen Platten Elektrodenanschlüsse aufweist, die jeweils auf allen Flächenbereichen der piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der piezoelektrischen Platte erstreckt, sowie Jumper-Anschlüsse, die entsprechend den Elektrodenanschlüssen auf einer Fläche einer der angrenzenden piezoelektrischen Platten gebildet sind; eine externe Elektroden-Leiterbahn, die auf Seitenflächen der piezoelektrischen Platten gebildet ist, wobei die externe Elektroden-Leiterbahn eine Vielzahl von Seitenelektroden aufweist, welche die Elektrodenanschlüsse und die entsprechenden Jumper-Anschlüsse verbinden, um die Vibrationssektoren mit Energie zu versorgen, wodurch ein diagonal zueinander angeordnetes Paar Vibrationssektoren gleichzeitig mit Energie versorgt wird; und ein Leistungsübertragungselement, das an einer Seite des piezoelektrischen Blocks ausgebildet ist, um die bei den Vibrationssektoren gebildete Vibration nach außen zu übertragen.

Vorzugsweise weist der piezoelektrische Block abwechselnd gestapelte erste und zweite piezoelektrische Platten auf, und die interne Elektroden-Leiterbahn weist eine erste Leiterbahn, die auf der ersten piezoelektrischen Platte gebildet ist, und eine zweite Leiterbahn auf, die auf der zweiten piezoelektrischen Platte, die an die erste piezoelektrische Platte angrenzt, ausgebildet ist.

Dabei weist die erste Leiterbahn einen ersten Satz Elektrodenanschlüsse und einen ersten Satz der Jumper-Anschlüsse, auf, die auf der ersten piezoelektrischen Platte angeordnet sind, und die zweite Leiterbahn weist einen zweiten Satz Elektrodenanschlüsse und einen zweiten Satz der Jumper-Anschlüsse auf, die auf der ersten piezoelektrischen Platte angeordnet sind.

Vorzugsweise kann jeder der Vibrationssektoren des piezoelektrischen Blocks die gleiche Anzahl gestapelter piezoelektrischer Platten aufweisen.

Vorzugsweise kann der piezoelektrische Block eine Zwischenschicht aufweisen, welche die Vibrationssektoren senkrecht trennt.

Dabei wird bevorzugt, dass die interne Elektroden-Leiterbahn eine obere Leiterbahn, die auf einem oberen der Vibrationssektoren angeordnet ist, und eine untere Leiterbahn, die auf einem unteren der Vibrationssektoren angeordnet ist mit einer Form, die zu der der oberen Leiterbahn symmetrisch ist bezüglich einer Ebene, auf welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind, aufweist.

Vorzugsweise weist der piezoelektrische Block vier Vibrationssektoren auf, wobei Wechselspannungen der gleichen Phase an ein Paar der Vibrationssektoren, die diagonal zueinander angeordnet sind, angelegt werden, um gleichzeitig eine Vibration mit Längsmode und eine Vibration mit Biegemode zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Vibrators vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:

(a) Bilden einer Vielzahl interner Elektroden-Leiterbahnen, die aus einer Vielzahl von Elektrodenanschlüssen und einer Vielzahl von Jumper-Anschlüssen auf internen Elektrodenflächen piezoelektrischer Lagen bestehen, um eine Vielzahl piezoelektrischer Platten zu bilden;
(b) Stapeln der piezoelektrischen Lagen mit den darauf gebildeten internen Elektroden-Leiterbahnen, um gleichzeitig eine Vielzahl piezoelektrischer Blöcke mit einer Vielzahl von Vibrationssektoren, die waagerecht und senkrecht getrennt sind bezogen auf die Richtung, in der die piezoelektrischen Lagen gestapelt sind, zu bilden;
(c) Schneiden der piezoelektrischen Lagen in die Vielzahl piezoelektrischer Blöcke;
(d) Bilden einer Vielzahl von Seitenelektroden auf Seitenflächen von jedem piezoelektrischen Block; und
(e) Anbringen eines Leistungsübertragungselementes an einer Seite jedes piezoelektrischen Blocks.

Vorzugsweise kann Schritt (a) die folgenden Schritte aufweisen:

(a1) Bilden von ersten Leiterbahnen auf ersten Lagen der piezoelektrischen Lagen, um erste Platten der piezoelektrischen Platten zu bilden, wobei alle ersten Leiterbahnen erste Elektrodenanschlüsse aufweisen, die jeweils auf allen Flächenbereichen aller ersten piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der erste Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der ersten piezoelektrischen Platte erstreckt, sowie erste Jumper-Anschlüsse, die auf der ersten piezoelektrischen Platte angrenzend an deren Außenumfang gebildet sind;
(a2) Bilden zweiter Leiterbahnen auf zweiten Lagen der piezoelektrischen Lagen, um zweite Platten der piezoelektrischen Lagen zu bilden, wobei alle zweiten Leiterbahnen zweite Elektrodenanschlüsse aufweisen, die jeweils auf allen Flächenbereichen aller zweiten piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der zweite Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zu einem Außenumfang der zweiten piezoelektrischen Platte erstreckt entsprechend allen ersten Jumper-Anschlüssen, sowie zweite Jumper-Anschlüsse, die auf der zweiten piezoelektrischen Platte angrenzend an deren Außenumfang gebildet sind, wobei alle zweiten Jumper-Anschlüsse allen ersten Elektrodenanschlüssen entsprechen; und

der Schritt (b) das abwechselnde Stapeln der ersten piezoelektrischen Lagen und der zweiten piezoelektrischen Lagen umfasst.

Vorzugsweise kann der Schritt (b) das Stapeln der gleichen Anzahl piezoelektrischer Lagen umfassen, um eine Vielzahl von Vibrationssektoren zu bilden.

Vorzugsweise umfasst der Schritt (b) das Stapeln einer Lage als Zwischenschicht, um die gestapelten Vibrationssektoren senkrecht zu trennen.

Vorzugsweise kann der Schritt (d) das Verbinden der Elektrodenanschlüsse mit den entsprechenden Jumper-Anschlüssen umfassen, um die Vibrationssektoren mit Energie zu versorgen, wobei ein Paar diagonal zueinander angeordneter Vibrationssektoren gleichzeitig mit Energie versorgt wird.

Vorzugsweise kann der Schritt (a) das Bilden der internen Elektroden-Leiterbahnen umfassen, so dass die interne Elektroden-Leiterbahn eines oberen Vibrationssektors des piezoelektrischen Blocks eine Form aufweist, die symmetrisch zu jener der internen Elektroden-Leiterbahn eines unteren Vibrationssektors des piezoelektrischen Blocks bezüglich einer Ebene ist, auf welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind.

Gemäß einem weiteren Gegenstand der Erfindung ist ein linearer Aktuator vorgesehen, welcher aufweist: den piezoelektrischen Vibrator; und einen Gleiter, der linear beweglich angeordnet ist und in Kontakt mit dem Leistungsübertragungselement des piezoelektrischen Vibrators ist.

Vorzugsweise kann der lineare Aktuator weiter ein Vorspannungselement aufweisen, welches den piezoelektrischen Vibrator gegen den Gleiter drückt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden genauen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 eine schematische Ansicht ist, welche eine Struktur eines herkömmlichen piezoelektrischen Vibrators darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen piezoelektrischen Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen Hauptteil des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein Diagramm ist, welches Admittanzen darstellt, die über der Frequenz des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen sind;
5a bis 5c Vibrationsmoden des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei 5a ein synthetischer Mode ist, 5b ein Längsmode ist und 5c ein Biegemode ist;
6a bis 6c andere Moden des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei 6a ein synthetischer Mode ist, 6b ein Längsmode ist und 6c ein Biegemode ist;
7a bis 7g Ansichten sind, welche schrittweise das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
8 eine perspektivische Explosionsansicht ist, welche einen linearen Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 eine perspektivische Ansicht ist, welche den linearen Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
10 eine Schnittansicht ist, welche den Betrieb des linearen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen piezoelektrischen Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Hauptteil des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und 4 ist ein Diagramm, welches die Admittanzen darstellt, die über die Frequenz des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen sind.
5a bis 5c stellen Vibrationsmoden des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei 5a ein synthetischer Mode ist, 5b ein Längsmode ist und 5c ein Biegemode ist. 6a bis 6c stellen andere Vibrationsmoden des piezoelektrischen Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei 6a ein synthetischer Mode ist, 6b ein Längsmode ist und 6c ein Biegemode ist.
Wie in 2 dargestellt ist, weist der piezoelektrische Vibrator 100 gemäß der vorliegenden Erfindung einen piezoelektrischen Block 170 mit einer Vielzahl von Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140, eine interne Elektroden-Leiterbahn 200, eine externe Elektroden-Leiterbahn 300 und ein Leistungsübertragungselement 190 auf.
Wie in 2 und 3 dargestellt ist, weist der piezoelektrischen Block 170 einen ersten Stapel 150, der aus einer Vielzahl abwechselnd gestapelter piezoelektrischer Platten 101 und 102 gebildet ist, und einen zweiten Stapel 160 auf, der aus einem weiteren Satz einer Vielzahl von abwechselnd gestapelten piezoelektrischen Platten 103 und 104 gebildet ist.
Der erste Stapel 150 ist auf dem zweiten Stapel 160 angeordnet und weist zwei Vibrationssektoren 110 und 120 auf, die in Längsrichtung des piezoelektrischen Blocks 170 geteilt sind. Des Weiteren weist der zweite Stapel 162 Vibrationssektoren 130 und 140 auf, die in Längsrichtung des piezoelektrischen Blocks 170 geteilt sind.
Das heißt, der piezoelektrische Block 170 weist eine Vielzahl Vibrationssektoren auf, die senkrecht entlang der und waagerecht bezogen auf die Richtung geteilt sind, in welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind.
In dieser Beschreibung ist diese Ausführungsform der Erfindung beispielhaft dargestellt durch einen piezoelektrischen Block 170, welcher insgesamt vier Vibrationssektoren aufweist, die in Längsrichtung und in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Blocks 170 in Paare geteilt sind, ist aber nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann die Erfindung acht Vibrationssektoren aufweisen, von denen vier in Längsrichtung und je zwei in Richtung der Dicke des piezoelektrischen Blocks 170 angeordnet sind.
Wie in 3 dargestellt ist, besteht der erste Stapel 150 aus den abwechselnd gestapelten ersten piezoelektrischen Platten 101 und zweiten piezoelektrischen Platten 102, und der zweite Stapel 160 besteht aus den abwechselnd gestapelten ersten piezoelektrischen Platten 103 und zweiten piezoelektrischen Platten 104.
Des Weiteren ist, wie in 3 dargestellt ist, die interne Elektroden-Leiterbahn 200 auf allen piezoelektrischen Plattenflächen der piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 ausgebildet.
Hier kann die interne Elektroden-Leiterbahn 200 aus ersten Leiterbahnen 210 und 230 bestehen, die jeweils auf Flächen der ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 des ersten und zweiten Stapels 150 und 160 gebildet sind, sowie zweiten Leiterbahnen 220 und 240, die jeweils auf Flächen der zweiten piezoelektrischen Platten 102 und 104, die an die ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 mit den darauf gebildeten ersten Leiterbahnen angrenzen, gebildet sind.
Hier bestehen alle ersten Leiterbahnen 210 und 230 sowie die zweiten Leiterbahnen 220 und 240 aus zwei Elektrodenanschlüssen und zwei Jumper-Anschlüssen, die auf allen piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gebildet sind.
Zum Beispiel ist die erste Leiterbahn 210 auf jedem der beiden Flächenbereiche der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 101 des ersten Stapels 150, die in deren Längsrichtung geteilt ist, angeordnet. Die erste Leiterbahn 210 weist zwei erste Elektrodenanschlüsse 211 und 212 auf, die sich von dem Mittelbereich der ersten piezoelektrischen Platte 102 zu deren Außenumfang erstrecken, sowie zwei erste Jumper-Anschlüsse 213 und 214, die an Rändern des Mittelbereichs der Platte 101 gebildet sind, welche den zweiten Elektrodenanschlüssen 223 und 224 entsprechen, die auf der Fläche der angrenzenden zweiten piezoelektrischen Platte 102 gebildet sind.
Des Weiteren ist die zweite Leiterbahn 220 auf jedem der beiden Flächenbereiche der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 102 des ersten Stapels 150, die in deren Längsrichtung geteilt ist, angeordnet. Die zweite Leiterbahn 220 weist zwei zweite Elektrodenanschlüsse 223 und 224 auf, die sich von dem Mittelbereich der ersten piezoelektrischen Platte 102 zu deren Außenumfang erstrecken, sowie zwei zweite Jumper-Anschlüsse 221 und 222, die an Rändern des Mittelbereichs der Platte 102 gebildet sind, welche den ersten Elektrodenanschlüssen 211 und 212 entsprechen, die auf der Fläche der angrenzenden ersten piezoelektrischen Platte 101 gebildet sind.
Des Weiteren ist die erste Leiterbahn 230 auf jedem der beiden Flächenbereiche der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 103 des zweiten Stapels 160, die in deren Längsrichtung geteilt ist, angeordnet. Die erste Leiterbahn 230 weist zwei erste Elektrodenanschlüsse 231 und 232 auf, die sich von dem Mittelbereich der ersten piezoelektrischen Platte 103 zu deren Außenumfang erstrecken, sowie zwei erste Jumper-Anschlüsse 233 und 234, die an Rändern des Mittelbereichs der Platte 103 gebildet sind, welche den zweiten Elektrodenanschlüssen 243 und 244 entsprechen, die auf der Fläche der angrenzenden zweiten piezoelektrischen Platte 104 gebildet sind.
Des Weiteren ist die zweite Leiterbahn 240 auf jedem der beiden Flächenbereiche der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 104 des zweiten Stapels 160, die in deren Längsrichtung geteilt ist, angeordnet. Die zweite Leiterbahn 240 weist zwei zweite Elektrodenanschlüsse 243 und 244 auf, die sich von dem Mittelbereich der ersten piezoelektrischen Platte 104 zu deren Außenumfang erstrecken, sowie zwei zweite Jumper-Anschlüsse 241 und 242, die an Rändern des Mittelbereichs der Platte 104 gebildet sind, welche den ersten Elektrodenanschlüssen 231 und 232 entsprechen, die auf der angrenzenden ersten piezoelektrischen Platte 103 gebildet sind.
Dabei können die ersten und zweiten Leiterbahnen 210 und 220, die auf den piezoelektrischen Platten 101 und 102 der Vibrationssektoren 110 und 120 des ersten Stapels 150, welcher der obere Teil des piezoelektrischen Blocks 170 ist, angeordnet sind, Formen aufweisen, die symmetrisch zu den ersten und zweiten Leiterbahnen 230 und 240 sind, die auf den piezoelektrischen Platten 103 und 104 der Vibrationssektoren 130 und 140 des zweiten Stapels 160, welcher der untere Teil ist, über die Ebene, auf welcher die piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gestapelt sind, angeordnet sind.
Das heißt, dass die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 103 des zweiten Stapels 160 gebildete erste Leiterbahn 230 bezüglich der Ebene (xy-Ebene), auf der die Platten gestapelt sind, symmetrisch zu der ersten Leiterbahn 210 ist, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 101 des ersten Stapels 150 gebildet ist. Die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 104 des zweiten Stapels 160 gebildete zweite Leiterbahn 240 ist bezüglich der Ebene (xy-Ebene), auf welcher die Platten gestapelt sind, symmetrisch zu der zweiten Leiterbahn 220, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 102 des ersten Stapels 150 gebildet ist.
Des Weiteren weist die zweite Leiterbahn 220, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 102 des ersten Stapels 150 gebildet ist, eine Form auf, die um 180° um die z-Achse zu der ersten Leiterbahn 210 gedreht ist, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 101 des ersten Stapels 150 gebildet ist. Die zweite Leiterbahn 240, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 104 des zweiten Stapels 160 gebildet ist, weist eine Form auf, welche um 180° um die z-Achse zu der ersten Leiterbahn 230 gedreht ist, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 103 des zweiten Stapels 160 gebildet ist. Somit können die piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gedreht und geeignet angeordnet werden, wodurch vorteilhafterweise die Anzahl an Leiterbahnen, die vorab auf den piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gebildet werden müssen, reduziert werden kann.
Wie in 2 und 3 dargestellt ist, ist die externe Elektroden-Leiterbahn 300 auf Seitenflächen des piezoelektrischen Blocks 170 durch Galvanisieren etc. ausgebildet.
Die externe Elektroden-Leiterbahn 300 weist vier Seitenelektroden 310, 320, 330 und 340 auf, welche die Elektrodenanschlüsse und die entsprechenden Jumper-Anschlüsse von zwei Paaren der Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140, die diagonal zueinander angeordnet sind, verbinden, um so eine Wechselspannung an die Paare der Vibrationssektoren 110 und 140, 120 und 130 der vier Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140 anzulegen.
Zum Beispiel verbindet eine erste Seitenelektrode 310 die ersten Elektrodenanschlüsse 211 und die zweiten Jumper-Anschlüsse 221 des Vibrationssektors 110 des ersten Stapels 150, um eine Wechselspannung an den Vibrationssektor 110 anzulegen, und den ersten Elektrodenanschluss 231 und den zweiten Jumper-Anschluss 241 des zweiten Stapels 160, um die Wechselspannung gleichzeitig an den diagonal zu dem Vibrationssektor 110 angeordneten Vibrationssektor 140 über den ersten Elektrodenanschluss 231 des zweiten Stapels 160 anzulegen.
Des Weiteren verbindet eine zweite Seitenelektrode 320 die zweiten Elektrodenanschlüsse 224 und die ersten Jumper-Anschlüsse 214 des Vibrationssektors 110 des ersten Stapels 150, um eine Wechselspannung an den Vibrationssektor 110 anzulegen, und die zweiten Elektrodenanschlüsse 244 und die ersten Jumper-Anschlüsse 234 des zweiten Stapels 160, um die Wechselspannung gleichzeitig an den diagonal zu dem Vibrationssektor 110 angeordneten Vibrationssektor 140 über den ersten Jumper-Anschluss 234 des zweiten Stapels 160 anzulegen.
Zusätzlich verbindet eine dritte Seitenelektrode 330 die ersten Elektrodenanschlüsse 212 und die zweiten Jumper-Anschlüsse 222 des Vibrationssektors 120 des ersten Stapels 150, um eine Wechselspannung an den Vibrationssektor 120 anzulegen, und die ersten Elektrodenanschlüsse 232 und die zweiten Jumper-Anschlüsse 242 des zweiten Stapels 160, um die Wechselspannung gleichzeitig an den diagonal zu dem Vibrationssektor 120 angeordneten Vibrationssektor 130 über den ersten Elektrodenanschluss 232 des zweiten Stapels 160 anzulegen.
Des Weiteren verbindet eine vierte Seitenelektrode 340 die zweiten Elektrodenanschlüsse 223 und die ersten Jumper-Anschlüsse 213 des Vibrationssektors 120 des ersten Stapels 150, um eine Wechselspannung an den Vibrationssektor 120 anzulegen, und die zweiten Elektrodenanschlüsse 243 und die ersten Jumper-Anschlüsse 233 des zweiten Stapels 160, um die Wechselspannung gleichzeitig an den diagonal zu dem Vibrationssektor 120 angeordneten Vibrationssektor 130 über den ersten Jumper-Anschluss 233 des zweiten Stapels 160 anzulegen.
Das heißt, dass die Wechselspannung entweder an die erste Seitenelektrode 310 oder die zweite Seitenelektrode 320 angelegt wird, während die andere geerdet ist (oder offen bleiben kann), um gleichzeitig das Paar der diagonal zueinander angeordneten Vibrationssektoren 110 und 140 anzutreiben.
Des Weiteren wird die Wechselspannung entweder an die dritte Seitenelektrode 330 oder die vierte Seitenelektrode 340 angelegt, während die andere geerdet ist (oder offen bleiben kann), um gleichzeitig das Paar der diagonal zueinander angeordneten Vibrationssektoren 120 und 130 anzutreiben.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Anordnung sind, wie in 2 dargestellt ist, die Seitenelektroden 340 und 320 geerdet, und eine externe Stromquelle kann direkt an die abisolierte Elektrodenfläche (211 und 310) oder (212 und 330) angeschlossen werden.
Vorzugsweise können alle Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140 des piezoelektrischen Blocks 170 mit der gleichen Anzahl gestapelter piezoelektrischer Platten 101, 102, 103 und 104 gebildet werden, wodurch es allen Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140 ermöglicht wird, eine gleichgroße Antriebsleistung (oder Drehmoment) abzugeben.
Des Weiteren kann, wie in 2 und 3 dargestellt ist, der piezoelektrische Block 170 eine Zwischenschicht 106 aufweisen, welche die senkrecht angeordneten Vibrationssektoren trennt. Schicht 106 ist eine aktive Schicht und weist die gleiche Dicke wie die anderen Schichten (101, 102, 103 und 104) auf.
Die Zwischenschicht 106 dient dazu, die interne Elektroden-Leiterbahn 200 während des Betriebs von dem piezoelektrischen Block 170 zu trennen, und kann die darauf gebildete erste oder zweite Leiterbahn 210 oder 220 des ersten Stapels 150 aufweisen.
Vorzugsweise kann der piezoelektrische Block 170 gebildet werden, indem die ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 und die zweiten piezoelektrischen Platten 102 und 104 abwechselnd gestapelt werden, so dass die ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 und die zweiten piezoelektrischen Platten 102 und 104 einander entgegengesetzte Polarisationen aufweisen. Dies dient dem Anlegen von Wechselspannung an die interne Elektroden-Leiterbahn 200 der gestapelten piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104, um einheitliche und äquivalente Beanspruchung oder Verformung zu erzeugen.
Das Leistungsübertragungselement 190 ist an einer Seite des piezoelektrischen Blocks 170 gebildet, um die bei den Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140 erzeugte Vibration nach außen zu übermitteln.
Nun wird unter Bezugnahme auf 4 bis 6 die Arbeitsweise des piezoelektrischen Vibrators 100 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
4 stellt die Beziehung zwischen der Frequenz und Admittanz dar, die in dem Fall verglichen werden, dass die Wechselspannungen an die erste Seitenelektrode 310 des in 2 und 3 dargestellten piezoelektrischen Vibrators 100 angelegt wird (Ch1), wobei die zweite Seitenelektrode 320 geerdet ist, und in dem Fall, dass die Wechselspannungen an die dritte Seitenelektrode 330 angelegt werden (Ch2), wobei die vierte Seitenelektrode 340 geerdet ist. In 4 weist die Vibration jedes Längsmodes eine Spitze bei ungefähr 222 kHz auf, und die Vibration jedes Biegemodes weist eine Spitze bei ungefähr 224 kHz auf. (Hier wird die Admittanz gemessen, wobei der zweite Kanal Ch2 in dem Fall, dass die Wechselspannung an den ersten Kanal Ch1 angelegt werden, offen bleibt, und wobei der erste Kanal Ch1 offen bleibt, wenn die Wechselspannung an den zweiten Kanal Ch2 angelegt werden).
Somit werden in dem Fall, dass eine Resonanzfrequenz von ungefähr 223 kHz an den ersten Kanal Ch1 oder den zweiten Kanal Ch2 angelegt wird, gleichzeitig die Vibrationen des Längsmodes und des Biegemodes erzeugt.
Als Ergebnis werden in dem Fall, dass die Wechselspannung an den ersten Kanal Ch1 angelegt wird, wobei der zweite Kanal Ch2 offen bleibt, Längs- und Biegeverformungen des piezoelektrischen Vibrators 100 aufgrund der von den Vibrationssektoren 110 und 140 erzeugten Verformungen erhalten, wie in 6b bis 6c dargestellt ist, und somit führt der piezoelektrische Vibrator 100 die elliptische Bewegung in der in 6a dargestellten Richtung aus.
Des Weiteren werden in dem Fall, dass die Wechselspannung an den zweiten Kanal Ch2 angelegt wird, wobei der erste Kanal Ch1 offen bleibt, Längs- und Biegeverformungen in dem piezoelektrischen Vibrator 100 aufgrund der von den Vibrationssektoren 120 und 130 erzeugten Verformungen erhalten, wie in 5b bis 5c dargestellt ist, und somit führt der piezoelektrische Vibrator 100 die elliptische Bewegung in der in 5a dargestellten Richtung aus.
Alternativ können Wechselspannungen unterschiedlicher Phasen gleichzeitig auf den ersten Kanal Ch1 und den zweiten Kanal Ch2 gelegt werden, um alle vier Vibrationssektoren zum Vibrieren zu bringen. Dabei kann die Phasendifferenz zwischen dem ersten Kanal Ch1 und dem zweiten Kanal Ch2 90° oder –90° betragen.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Vibrators unter Bezugnahme auf 7 untersucht.
Der piezoelektrische Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Schritte hergestellt.
a) Bilden einer internen Elektroden-Leiterbahn auf einer piezoelektrischen Lage
Als Erstes wird, wie in 3 und 7a dargestellt ist, eine Vielzahl von internen Elektroden-Leiterbahnen 401, die jeweils aus einer Vielzahl von Elektrodenanschlüssen und einer Vielzahl von Jumper-Anschlüssen bestehen, auf einer Fläche einer piezoelektrischen Lage 410, die zum Bilden einer Vielzahl von piezoelektrischer Platten bestimmt ist, gebildet, wie in 3 dargestellt ist.
Der Schritt (a) kann umfassen: (a1) Bilden von ersten Leiterbahnen auf einer ersten piezoelektrischen Lage, um die ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 zu bilden, und (a2) Bilden von zweiten Leiterbahnen 220 und 240 auf einer zweiten piezoelektrischen Lage, um die zweiten piezoelektrischen Platten 102 und 104 zu bilden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird durch den Schritt (a1) eine Vielzahl von ersten Leiterbahnen 210, die jeweils zwei erste Elektrodenanschlüsse 211 und 212 und zwei erste Jumper-Anschlüsse 213 und 214 aufweisen, auf einer ersten piezoelektrischen Lage gebildet. Die beiden ersten Elektrodenanschlüsse 211 und 212 sind jeweils auf Flächenbereichen der ersten piezoelektrischen Platte 101, die in deren Längsrichtung geteilt ist, angeordnet, wobei jeder ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der ersten piezoelektrischen Platte 101 erstreckt. Die beiden ersten Jumper-Anschlüsse 213 und 214 sind im Mittelbereich der ersten piezoelektrischen Platte angrenzend an dem Außenumfang der ersten piezoelektrisclien Platte 101 gebildet. Das Gleiche gilt für die erste piezoelektrische Platte 103 des zweiten Stapels 160.
Des Weiteren wird durch den Schritt (a2) eine Vielzahl von zweiten Leiterbahnen 220, welche zwei Elektrodenanschlüsse 223 und 224 und zwei Jumper-Anschlüsse 221 und 222 aufweisen, auf einer Fläche einer zweiten piezoelektrischen Lage gebildet. Die beiden zweiten Elektrodenanschlüsse 223 und 224 sind jeweils auf zwei Flächenbereichen der zweiten piezoelektrischen Platte 102 in deren Längsrichtung angeordnet, wobei jeder ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der zweiten piezoelektrischen Platte 102 erstreckt, und entsprechen den ersten Jumper-Anschlüssen 213 und 214. Die beiden zweiten Jumper-Anschlüsse 221 und 222 sind im Mittelbereich der zweiten piezoelektrischen Platte 102 angrenzend an den Außenumfang der zweiten piezoelektrischen Platte 102 gebildet, um den ersten Elektrodenanschlüssen 211 und 212 zu entsprechen. Das Gleiche gilt für die zweite piezoelektrische Platte 104 des zweiten Stapels 160.
Dabei können die ersten und zweiten Leiterbahnen 210 und 220 der Vibrationssektoren 110 und 120 des ersten Stapels 150, welcher der obere Teil des piezoelektrischen Blocks 170 ist, Formen aufweisen, die zu denen der ersten und zweiten Leiterbahnen 230 und 240 der Vibrationssektoren 130 und 140 des zweiten Stapels 160, welcher der untere Teil des piezoelektrischen Blocks 170 ist, bezüglich der Ebene, auf der die Platten 101, 102, 103 und 104 gestapelt sind, symmetrisch sind.
Das heißt, dass die erste Leiterbahn 230, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 103 des zweiten Stapels 160 gebildet ist, zu der ersten Leiterbahn 210, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 101 des ersten Stapels 150 bezüglich einer Ebene (xy-Ebene), auf welcher die Platten gestapelt sind, symmetrisch ist. Die zweite Leiterbahn 240, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 104 des zweiten Stapels 160 gebildet ist, ist zu der zweiten Leiterbahn 220, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 102 des ersten Stapels 150 gebildet ist, bezüglich der Ebene (xy-Ebene), auf welcher die Platten gestapelt sind, symmetrisch.
Des Weiteren ist die zweite Leiterbahn 220, die auf einer oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 102 des ersten Stapels 150 gebildet ist, um 180° zu der ersten Leiterbahn 210, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 101 gebildet ist, um die z-Achse gedreht. Die zweite Leiterbahn 240, die auf der oberen Fläche der zweiten piezoelektrischen Platte 104 des zweiten Stapels 160 gebildet ist, wird um 180° zu der ersten Leiterbahn 230, die auf der oberen Fläche der ersten piezoelektrischen Platte 103 des zweiten Stapels 160 gebildet ist, um die z-Achse gedreht. Somit werden die piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gedreht und geeignet angeordnet, so dass vorteilhafterweise die Anzahl an Leiterbahnen, die vorab auf den piezoelektrischen Platten 101, 102, 103 und 104 gebildet werden, reduziert werden kann.
b) Stapeln piezoelektrischer Lagen
In diesem Schritt werden die piezoelektrischen Lagen mit den ersten Leiterbahnen 210 und 220 und den zweiten Leiterbahnen 230 und 240, die wie oben beschrieben gebildet wurden, gestapelt.
Um eine Struktur wie in 2 dargestellt herzustellen, wird ein Satz piezoelektrischer Lagen mit den darauf gebildeten ersten Leiterbahnen 210 und ein Satz piezoelektrischer Lagen mit den zweiten Leiterbahnen 220 abwechselnd gestapelt, um den ersten Stapel 150 zu bilden. Ebenfalls wird ein weiterer Satz piezoelektrischer Lagen mit den darauf gebildeten ersten Leiterbahnen 230 und ein weiterer Satz piezoelektrischer Lagen mit den zweiten Leiterbahnen 240 abwechselnd gestapelt, um den zweiten Stapel 160 zu bilden (siehe 7b).
Somit werden gleichzeitig eine Vielzahl piezoelektrischer Blöcke gebildet, welche jeweils bezogen auf die Richtung, in der die piezoelektrischen Lagen gestapelt sind, vier waagerecht und senkrecht geteilte Vibrationssektoren aufweisen.
Dabei wird bevorzugt, dass jeder der Vibrationssektoren 110, 120, 130 und 140, welche den piezoelektrischen Block 170 bilden, mit der gleichen Anzahl piezoelektrischer Lagen gebildet wird, um eine gleichgroße Leistung (oder Drehmoment) auszugeben.
Des Weiteren kann eine Anordnung piezoelektrischer Lagen wie in 7b dargestellt eine Lage als Zwischenschicht 106 aufweisen, die zusätzlich gestapelt ist, um die oberen Vibrationssektoren 110 und 120 von den unteren Vibrationssektoren 130 und 140 zu trennen. Hier dient die Zwischenschicht 106 dazu, die interne Elektroden-Leiterbahn 200 während des Betriebs von dem piezoelektrischen Block 170 zu trennen, und kann die erste oder zweite Leiterbahn 210 und 220 des ersten Stapels 150 darauf ausgebildet aufweisen.
Vorzugsweise wird die Anordnung piezoelektrischer Lagen 400 gebildet, indem abwechselnd die piezoelektrischen Lagen zum Bilden der ersten piezoelektrischen Platten 101 und 103 und die piezoelektrischen Lagen zum Bilden der zweiten piezoelektrischen Platten 102 und 104, welche entgegengesetzte Polarisationen aufweisen, gestapelt werden. Dies dient einer einheitlichen Erzeugung von Längs- und Biegemoden von Vibrationen in jeder der piezoelektrischen Platten, welche die Vibrationssektoren bilden, durch die an die interne Elektroden-Leiterbahn 200 angelegte Wechselspannung.
c) Schneiden der piezoelektrischen Lagen in die Vielzahl piezoelektrischer Blöcke
Wie 7c dargestellt ist, wird die Anordnung piezoelektrischer Lagen 400 entlang der Schneidelinien L und C zerschnitten, um eine Vielzahl piezoelektrischer Blöcke 420 zu erhalten.
7d stellt den piezoelektrischen Block 420 dar, der nach einem derartigen Verfahrensschritt erhalten wird.
d) Bilden einer Vielzahl von Seitenelektroden an Seitenflächen des piezoelektrischen Blocks
Wie in 7e dargestellt ist, werden vier Seitenelektroden 310, 320, 330 und 340 an der Seitenfläche des piezoelektrischen Blocks 420 gebildet.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 verbinden die Seitenelektroden 310, 320, 330 und 340 die Elektrodenanschlüsse und die entsprechenden Jumper-Anschlüsse des Paars diagonal zueinander angeordneter Vibrationssektoren, um das Paar aus Vibrationssektoren gleichzeitig mit Leistung zu versorgen.
e) Anbringen eines Leistungsübertragungselements an die Seite jedes piezoelektrischen Blocks
Wie in 7f dargestellt ist, wird ein Leistungsübertragungselement 190 mit der Form eines Vorsprungs an einer Seite jedes piezoelektrischen Blocks 420 angebracht, um die von dem piezoelektrischen Block 420 erzeugte Antriebsleistung zu übertragen.
Wie in 7f dargestellt ist, kann ein derartiges Leistungsübertragungselement 190 an der rechten Seite des piezoelektrischen Blocks 420 gebildet sein, aber abhängig von den Resonanzeigenschaften der Vibrationssektoren kann es an jeder Fläche des piezoelektrischen Blocks 420 ausgebildet sein. Des Weiteren kann, wie in 7f dargestellt ist, ein Leistungsübertragungselement 190 angebracht werden, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es kann eine Vielzahl von Leistungsübertragungselementen 190 vorgesehen werden.
In der Zwischenzeit können, nachdem die piezoelektrischen Blöcke 420 von der Anordnung piezoelektrischer Lagen 400 getrennt sind, die Seitenelektroden 310, 320, 330 und 340, Oberseitenelektroden 210 (oder 220) oder Unterseitenelektroden 230 (oder 240) aufgebracht werden, um eine externe Stromquelle anzuschließen, wie in 7g dargestellt ist.
Nun wird ein linearer Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben.
8 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines linearen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung, 9 ist eine perspektivische Ansicht des linearen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung und 10 ist eine Schnittansicht, welche die Arbeitsweise des linearen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 8 bis 10 dargestellt ist, weist der lineare Aktuator 500 gemäß der vorliegenden Erfindung den piezoelektrischen Vibrator 100 mit der zuvor beschriebenen Anordnung, einen Gleiter 540, der linear beweglich in Kontakt mit dem piezoelektrischen Vibrator 100 ist, einen Rahmen 510, in welchem der piezoelektrische Vibrator 100 angebracht ist, ein Vorspannungselement 520 welches den Gleiter 540 gegen den piezoelektrischen Vibrator 100 drückt, und ein Halteelement 530 zum Halten des Vorspannungselements 520 auf.
Der piezoelektrische Vibrator 100 ist zwischen einem Sitz 512 in dem Rahmen 510 und einem Schritt 532 angebracht. Der piezoelektrische Vibrator 100 weist eine Seite mit dem darauf gebildeten Leistungsübertragungselement 190 in Kontakt mit dem Gleiter 540 auf. Der piezoelektrische Vibrator 100 ist gegen den Gleiter 540 vorgespannt, wobei dessen andere Seite gegen ein Druckteil 520 gedrückt ist, das aus einer Plattenfeder des Vorspannungselements 520 hergestellt ist.
Als Beispiel kann der Gleiter 540 von zwei Walzen 550, die drehbar in Montagelöchern 511 des Rahmens angebracht sind, geführt werden, wodurch er sich durch die Bewegung des piezoelektrischen Vibrators 100 nach oben und unten bewegt, ist aber nicht darauf beschränkt und kann irgendeine andere bekannte lineare Bewegung unter Verwendung einer Leitspindel etc. annehmen. In der Zwischenzeit kann, wenn der Gleiter 540 als feststehend gestaltet ist, der Rahmen 510 gestaltet sein, um sich linear zu bewegen.
Des Weiteren kann das Vorspannungselement 520 durch das Halteelement 530 mit einer Schraube 560 befestigt sein, die durch die Montagelöcher 531 und seine Öffnung 521 eingesetzt wird, kann aber durch andere bekannte Techniken wie beispielsweise Kleben, Schweißen, Presssitz, Einhaken etc. befestigt werden.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird eine gestapelte Art eines piezoelektrischen Vibrators einfach mit einer Struktur hergestellt, bei welcher eine interne Elektroden-Leiterbahn einfach mit einer externen Elektrode unter Verwendung von Elektrodenanschlüssen und Jumper-Aschlüssen verbunden werden kann.
Des Weiteren sind Elektroden an den Seiten eines piezoelektrischen Blocks, welcher gestapelte piezoelektrische Platten aufweist, ausgebildet, wodurch Miniaturisierung und Antrieb mit geringer Leistung möglich wird.
Insbesondere ermöglichen die Jumper-Anschlüsse eine einfache Verbindung mit der internen Elektroden-Leiterbahn sowie zwischen den diagonal zueinander angeordneten Vibrationssektoren, wodurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird und Kosten durch die kleinere Anzahl Seitenelektroden gespart werden.
Des Weiteren wird eine Vielzahl piezoelektrischer Blöcke gleichzeitig unter Verwendung piezoelektrischer Lagen hergestellt, woran sich das Installieren der externen Elektroden-Leiterbahn auf dem piezoelektrischen Block anschließt, um die Herstellung des piezoelektrischen Vibrators zu vervollständigen, was die Herstellungsvorgänge vereinfacht und Massenproduktion ermöglicht.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Abwandlungen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen.

Claims

Piezoelektrischer Vibrator, welcher aufweist: einen piezoelektrischen Block mit einer Vielzahl piezoelektrischer Platten, die abwechselnd gestapelt sind, wobei der piezoelektrische Block eine Vielzahl von Vibrationssektoren aufweist, die senkrecht und waagerecht bezogen auf die Richtung geteilt sind, in welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind; eine interne Elektroden-Leiterbahn, die auf oberen oder unteren Flächen der piezoelektrischen Platten gebildet ist, wobei die interne Elektroden-Leiterbahn auf allen piezoelektrischen Platten Elektrodenanschlüsse aufweist, die jeweils auf allen Flächenbereichen der piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der piezoelektrischen Platte erstreckt, sowie Jumper-Anschlüsse, die entsprechend den Elektrodenanschlüssen auf einer Fläche einer der angrenzenden piezoelektrischen Platten gebildet sind; eine externe Elektroden-Leiterbahn, die auf Seitenflächen der piezoelektrischen Platten gebildet ist, wobei die externe Elektroden-Leiterbahn eine Vielzahl von Seitenelektroden aufweist, welche die Elektrodenanschlüsse und die entsprechenden Jumper-Anschlüsse verbinden, um die Vibrationssektoren mit Energie zu versorgen, wodurch ein diagonal zueinander angeordnetes Paar Vibrationssektoren gleichzeitig mit Energie versorgt wird; und ein Leistungsübertragungselement, das an einer Seite des piezoelektrischen Blocks ausgebildet ist, um die bei den Vibrationssektoren gebildete Vibration nach außen zu übertragen.
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Block abwechselnd gestapelte erste und zweite piezoelektrische Platten aufweist, und die interne Elektroden-Leiterbahn eine erste Leiterbahn, die auf der ersten piezoelektrischen Platte gebildet ist, und eine zweite Leiterbahn aufweist, die auf der zweiten piezoelektrischen Platte, welche an die erste piezoelektrische Platte angrenzt, ausgebildet ist.
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterbahn einen ersten Satz Elektrodenanschlüsse und einen ersten Satz der Jumper-Anschlüsse, die auf der ersten piezoelektrischen Platte angeordnet sind, aufweist und die zweite Leiterbahn einen zweiten Satz Elektrodenanschlüsse und einen zweiten Satz der Jumper-Anschlüsse, die auf der zweiten piezoelektrischen Platte angeordnet sind, aufweist.,
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Vibrationssektoren des piezoelektrischen Blocks die gleiche Anzahl gestapelter piezoelektrischer Platten aufweist.
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Block eine Zwischenschicht aufweist, welche die Vibrationssektoren senkrecht trennt.
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Elektroden-Leiterbahn eine obere Leiterbahn, die auf einem oberen Vibrationssektor angeordnet ist, und eine untere Leiterbahn, die auf einem unteren Vibrationssektor angeordnet ist mit einer Form, die zu der der oberen Leiterbahn symmetrisch ist bezüglich einer Ebene, auf welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind, aufweist.
Piezoelektrischer Vibrator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Block vier Vibrationssektoren aufweist, wobei Wechselspannungen der gleichen Phase an ein Paar der Vibrationssektoren, die diagonal zueinander angeordnet sind, angelegt werden, um gleichzeitig eine Vibration mit Längsmode und eine Vibration mit Biegemode zu erzeugen.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Vibrators, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Ausbilden einer Vielzahl interner Elektroden-Leiterbahnen, die aus einer Vielzahl von Elektrodenanschlüssen und einer Vielzahl von Jumper-Anschlüssen auf internen Elektrodenflächen piezoelektrischer Lagen bestehen, um eine Vielzahl piezoelektrischer Platten zu bilden; (b) Stapeln der piezoelektrischen Lagen mit den darauf gebildeten internen Elektroden-Leiterbahnen, um gleichzeitig eine Vielzahl piezoelektrischer Blöcke mit einer Vielzahl von Vibrationssektoren, die waagerecht und senkrecht getrennt sind bezogen auf die Richtung, in der die piezoelektrischen Lagen gestapelt sind, zu bilden; (c) Schneiden der piezoelektrischen Lagen in die Vielzahl piezoelektrischer Blöcke; (d) Ausbilden einer Vielzahl von Seitenelektroden auf Seitenflächen von jedem piezoelektrischen Block; und (e) Anbringen eines Leistungsübertragungselementes an einer Seite jedes piezoelektrischen Blocks.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (a) die folgenden Schritte aufweist: (a1) Ausbilden von ersten Leiterbahnen auf ersten Lagen der piezoelektrischen Lagen, um erste Platten der piezoelektrischen Platten zu bilden, wobei alle ersten Leiterbahnen erste Elektrodenanschlüsse aufweisen, die jeweils auf allen Flächenbereichen aller ersten piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der erste Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der ersten piezoelektrischen Platte erstreckt, sowie erste Jumper-Anschlüsse, die auf der ersten piezoelektrischen Platte angrenzend an deren Außenumfang gebildet sind; (a2) Ausbilden zweiter Leiterbahnen auf zweiten Lagen der piezoelektrischen Lagen, um zweite Platten der piezoelektrischen Lagen zu bilden, wobei alle zweiten Leiterbahnen zweite Elektrodenanschlüsse aufweisen, die jeweils auf allen Flächenbereichen aller zweiten piezoelektrischen Platten, die in deren Längsrichtung geteilt sind, angeordnet sind, wobei der zweite Elektrodenanschluss ein Ende aufweist, das sich zum Außenumfang der zweiten piezoelektrischen Platte erstreckt entsprechend allen ersten Jumper-Anschlüssen, sowie zweite Jumper-Anschlüsse, die auf der zweiten piezoelektrischen Platte angrenzend an deren Außenumfang gebildet sind, wobei alle zweiten Jumper-Anschlüsse allen ersten Elektrodenanschlüssen entsprechen; und der Schritt (b) das abwechselnde Stapeln der ersten piezoelektrischen Lagen und der zweiten piezoelektrischen Lagen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) das Stapeln der gleichen Anzahl piezoelektrischer Lagen aufweist, um eine Vielzahl von Vibrationssektoren auszubilden.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) das Stapeln einer Lage als Zwischenschicht aufweist, um die gestapelten Vibrationssektoren senkrecht zu trennen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (d) das Verbinden der Elektrodenanschlüsse mit den entsprechenden Jumper-Anschlüssen umfasst, um die Vibrationssektoren mit Energie zu versorgen, wobei ein Paar diagonal zueinander angeordneter Vibrationssektoren gleichzeitig mit Energie versorgt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (a) das Ausbilden der internen Elektroden-Leiterbahnen aufweist, so dass die interne Elektroden-Leiterbahn eines oberen Vibrationssektors des piezoelektrischen Blocks eine Form aufweist, die symmetrisch zu jener der internen Elektroden-Leiterbahn eines unteren Vibrationssektors des piezoelektrischen Blocks bezüglich einer Ebene ist, auf welcher die piezoelektrischen Platten gestapelt sind.
Linearer Aktuator, dadurch gekennzeichnet, dass er einen piezoelektrischen Vibrator gemäß Anspruch 1 umfasst; und einen Gleiter, der linear beweglich angeordnet ist und in Kontakt mit einem Leistungsübertragungselement des piezoelektrischen Vibrators ist.
Linearer Aktuator gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Vorspannungselement aufweist, welches den piezoelektrischen Vibrator gegen den Gleiter drückt.