DE3016748A1

DE3016748A1 - Elektromechanischer wandler

Info

Publication number: DE3016748A1
Application number: DE19803016748
Authority: DE
Inventors: Tomosaburo Kitamura; Yoichi Kodera; Kosuke Miyahara
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: AT369574B; DE3016748C2; US4349762A; ATA234480A; NL8002472A; CA1154862A; GB2052151A; GB2052151B; JPS55146989A; JPS6048112B2; FR2455840A1; FR2455840B1

Description

Sony S80P58

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um die Aufzeichnungsdichte auf einem Magnetband, das von einem Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät, beispielsweise einem Videorekorder (VTR) beschrieben bzw. gelesen wird, zu erhöhen, wurde versucht, die Aufzeichnungsspur so schmal wie möglich zu machen. Bei schmaler Aufzeichnungsspur jedoch erfordert die Positionierung des Wiedergabe-Magnetkopfs bezüglich der Aufzeichnungsspur eine sehr große Genauigkeit. Es ist technisch sehr schwierig oder mit sehr hohen Kosten verbunden, lediglich durch mechanische Genauigkeit bei den geforderten kleinen mechanischen Toleranzen eine exakte Positionierung zu gewährleisten. Zur lagemäßigen Zuordnung des Magnetkopfs zur Aufzeichnungsspur werden daher zunehmend elektromechanische, also in ihre Relativposition zum Band regelbare Wandler verwendet. Der elektromechanische Wandler wird dabei mit seinem einen Ende an einem Magnetkopfrad befestigt und am anderen Ende befindet sich ein Magnetkopf. Ein elektrisches Signal, das der Änderung eines Wiedergabesignals aufgrund von Schwankungen ^v oder Änderungen der Lägebeziehung zwischen Magnetkopf und Aufzeichnungsspur entspricht, wird an den elektromechanischen Wandler angelegt, um das andere, freie Ende in seiner Lage zu verschieben oder zu versetzen, und den Magnetkopf hinsichtlich der Aufzeichnungsspur immer an der richtigen Stelle zu halten.

Normalerweise sollte ein elektromechanischer Wandler, der im Zusammenhang mit einer Spurführungsregelung eines Video-Aufzeichnungs- oder Wiedergabegeräts

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bzw. eines Videorekorders ("VTR) verwendet wird, bei Anlegen einer kleinen Spannung eine möglichst grosse Versetzung bzw. Lageveränderung erfahren. Insbesondere bei einem Videorekorder mit einer breiten Aufzeichnungsbahn muss der elektromechanische Wandler in einen grossen Bereich, beispielsweise um etwa einige 100 bis 600 Mikrometer Cum) in seiner Lage verändert bzw. versetzt werden können.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen elektromechanischen Wandler mit zwei piezoelektrischen Platten 2, die jeweils auf ihren Hauptflächen mit Elektroden 1 beschichtet sind, sowie einer Platte, einer sogenannten Verbindungs- bzw. Zwischenplatte 4, die zwischen den piezoelektrischen Platten 2 liegt und mit einem Binde- oder Klebemittel 3 an den piezoelektrischen Platten angeklebt ist. Die piezoelektrischen Platten 2 bestehen aus einem piezoelektrischen Werkstoff, beispielsweise Keramik, Polymer, einer Kombination aus Keramik und Polymer oder dgl. Die Zwischenplatte besteht aus einem Metall, beispielsweise Titan, Edelstahl, Phosphorbronze oder dgl., und das Klebe- bzw. Bindemittel 3 ist ein leitendes Klebemittel.

Die piezoelektrischen Platten sind so polarisiert, dass die Polarisationsrichtung in der zu den Hauptflächen senkrechten Sichtung liegt. Die Polarisationsrichtungen sind jedoch in den piezo -elektrischen Platten einander entgegengerichtet.

Wenn an die Aussenelektroden 1 der piezoelektrischen Platten 2 eine Spannung angelegt wird, die diese piezoelektrischen Platten 2 elektrischen Feldern aussetzen, die senkrecht zu den Hauptebene gerichtet sind, dehnt sich eine piezoelektrische Platte 2 aus, wogegen sich die andere piezoelektrische Platte 2 zusammenzieht, so dass der piezoelektrische Wandler in seiner Lage verändert bzw. versetzt wird. Das heisst, wenn ein Ende des elektromechanischen Wandlers, der aus laminierten piezoelektrischen Platten 2 und

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der Zwischenplatte 4- besteht, mechanisch.festgelegt oder eingeklemmt ist (vgl. Fig. T), so wird das "andere Ende des Wanölerelements. in seiner Lage verändert bzw. versetzt, wie dies in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist. - .

Die herkömmlichen elektromechanischen Wandler werden jedoch nicht so sehr in ihrer Lage verändert bzw. verse-tzt...

¥enn eine vorgegebene. Spannung an den Elektroden 1 angelegt wird, die auf die, beiden Hauptflächen der piezoelektrischen Platten 2 (vgl. Fig. 2) aufgebracht sind, dehnt sich die piezoelektrische Platte 2 aus oder zieht sieh zusammen, je nachdem, in welche Richtung das angelegte elektrische Feld weist. In diesem Falle ergibt sich eine Ausdehnung oder Zusammenziehung sowohl in der x- als auch in der y-Richtung, die zueinander senkrecht stehen. Wenn die Zwischenplatte 4-daher aus Metall besteht, dessen Elastizitätsmodul in der x— und der y-Richtung gleich ist bzw. dessen Elastizitätsmodul isotrop ist, auf eine Hauptfläche der piezoelektrischen Platte 2 aufgeklebt ist, um diese piezoelektrische Platte 2 mit der Zwischenplatte 4- sowohl in der x— als auch, in der y-Richtung mechanisch fest miteinander zu verbinden bzw. zu verspannen ο der aneinander, zu klemmen, werden Biegungen in der piezoelektrischen Platte 2 sowohl in der x- als auch in der y-Richtung auftreten, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Versetzung durch e^ne Verbiegung in nur einer Richtung, beispielsweise .nur in der x-Richtung erforderlich ist, erschwert bzw. verhindert eine Biegung in der y-Richtung die Biegung in der x-Richtung.

Baräberhinaus wird bei dem in Fig. 1 dargestellten elektromechanischen wandler üblicherweise Polymer-Klebemittel als Klebemittel 3 verwendet. Da dieses Klebemittel jedoch weich, ist, wird daher eine ausreichende, geeignete Verbindung bzw. mechanische Ankoppelung der piezoelektrischen Platte 2 rtxelrf; möglich, und dementsprechend tritt nur eine geringe

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oder gar keine Biegung auf.

Herkömmliche elektromechanische Wandler weisen also keine ausreichende Veränderung der Lage bzw. Versetzung auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Wandler zu schaffen, der bei eingespanntem einen Ende eine grosse Lageveränderung bzw. Versetzung am anderen Ende aufweist, und der insbesondere für die Verwendung in Spurführungs-Regelungssystemen im Zusammenhang mit Magnetköpfen und magnetischen Aufzeichnungsmedien geeignet ist.

Die gestellte Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 angegebenen elektromechanischen Wandler erfindungsgemäss gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen angegeben.

Der elektromechanische Wandler setzt ein elektrisches Signal in eine mechanische Lageänderung bzw. eine mechanische Versetzung, wie beispielsweise bei einem sogenannten Bimorph bzw. Zwei-Elementenkristall um. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektromechanische Wandler mit einem Ende fest eingespannt und trägt am anderen Ende einen Magnetkopf. In Abhängigkeit von einer an den elektromechanischen Wandler angelegten Spannung wird eine mechanische Versetzung bewirkt, so dass auch der Magnetkopf in seiner Lage verändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. Λ einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines

herkömmlichen elektromechanischen Wandlers, Fig. 2 und 3 perspektivische Darstellungen, die der Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen

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elektromechanischen Wandlers dienen,

Fig. 4 einen vergrösserten Querschnitt von einem Ausführungsbeispiel· des erfindungsgemässen elektromechanischen Wandlers,
Fig. 5 eine vergrösserte perspektivische Darstellung,

bei der ein wesentlicher Teil des in Fig. M- dargestellten elektromechanischen Wandlers zum Teil weggeschnitten ist,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der gemessenen Versetzung tO bei dem in Fig. M- dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen vergrösserten Querschnitt von einem wesentlichen Teil des in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemässen Wandlers,

Fig. 8 eine graphische Darstellung mit gemessenen Ver-Setzungen bei einem Vergleichs-Ausführungsbeispiel, Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die gemessene

Versetzung eines zweiten Materials in Abhängigkeit von der Richtung wiedergibt, in der Fasern in einem zweiten Material liegen, und Fig.10 eine vergrösserte Darstellung eines weiteren Beispiels für einen zweiten Werkstoff, der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Anhand der Fig. M- und 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen elektromechanischen Wand- lere beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weißt der elektromechanische Wandler zwei piezoelektrische Platten, bzw. erste Werkstoffe oder Schichten 12 auf, die auf beiden Seiten jeweils mit Elektroden 11 beschichtet sind. Zwischen den ersten Schichten 12 befindet sich ein zweiter Werkstoff oder eine zweite Schicht 13, und diese ersten und zweiten Schichten ergeben eine aus Schichten be- etehende Einheit bzw. ein einheitliches Laminat.

Die ersten Schichten 12, d. h. die piezoelektrischen Platten, bestehen jeweils aus einer piezoelektrischen, keramischen Platte, beispielsweise aus einer Blei-Zircon-Titan-Keramik-

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Platte, und die zweite Schicht 13, die als Zwischen- bzw.. Abstandsplatte dient, sich zwischen den piezoelektrischen Platten 12 befindet und sie miteinander verbindet oder als Verstärkungsmaterial wirkt, besteht aus einem Material mit einem anisotropen Elastizitätsmodul. Als zweite Schicht 13 kann eine Eohlenstoffaserplatte verwendet werden, die beispielsweise aus sich in einer Richtung ausgerichteten Kohlenstoffasern und aus Epoxyharz bestehenden Verbindungsmitteln hergestellt ist, in das die Kohlenstoffasern eingebettet oder eingetaucht sind. Diese Kohlenstoffaserplatte weist in der Richtung, in der die Kohlenstoffasern liegen, den grössten Elastizitätsmodul, dagegen in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Kohlenstoffasern liegt, den kleinsten Elastizitätsmodul auf.

Wenn die Kohlenstoffaserplatte bei dem elektromagnetischen Wandler verwendet wird, wird sie so angeordnet, dass die Richtung, in der sie den grössten Elastizitätsmodul aufweist bzw. in der die Kohlenstoffasern liegen, der Richtung parallel gerichtet ist, in der sich der elektromechanische Wandler ausdehnen oder zusammenziehen muss, um eine Verschiebung bzw. Versetzung zu erzielen. Diese Richtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die x-Richtung.

Ein Beispiel des erfindungsgemässen elektromechanischen Wandlers soll nachfolgend im einzelnen beschrieben werden.

Beispiel 1

Als erste Schicht 12 oder piezoelektrische Platte wird eine piezoelektrische Platte aus piezoelektrischem Keramikmaterial, das aus Blei-Zircon-Titan-Karamikmaterial (PZT) besteht', in einer Dicke von 250/um hergestellt und dann beispielsweise auf beiden Seiten durch Vakuumverdampfung mit Gold beschichtet, um die Elektroden 11 zu bilden. Die piezoelektrische Platte 12 wird einem Polungs- bzw. Aus-

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richtungsprozess in Richtung senkrecht zur Hauptfläche der piezoelektrischen Platte.12: unterzogen. Bei diesem Beispiel 1 werden zwei piezoelektrische Platten 12 dem Pollings- bzw. Ausrichtungsprozess derart unterworfen, dass ihre Polarisationsrichtungen einander entgegengesetzt sind. Mehrere Kohlenstoffasern 15;, die jeweils einen Durchmesser von 10yum aufweisen, werden so angeordnet, dass sie etwa in einer Richtung liegen und. dann in ein aus Epoxyharz bestehendes Klebe- bzw. Bindemittel 16 eingetaucht oder mit einem solchen imprägniert, um eine Kohlenstofffaserplatte mit einer Dicke von 100/um zu schaffen. Diese Kohlenstoffaserplatte wird als Zwischen- oder Abstandsplatte oder als zweite Schicht 13 verwendet. Die Kohlenstof faserplatte oder die Zwischenschicht 13 wird zwischen die zwei piezoelektrischen Platten 12 gebracht. In diesem Zustand wird die Anordnung über drei Stunden hinweg bei 120° C bis 130° G zur Aushärtung des Bindemittels 16 gepresst und es ergibt sich ein elektromechanischer Wandler von 25 x 25 mm G-rösse. Beim vorliegenden Beispiel wird die Richtung, in der die Kohlenstoffasern der Zwischenplatte 13 im elektromechanischen Wandler liegen, als x-Richtung und die Richtung, die senkrecht auf der x-Richtung steht und in der Hauptebene des elektromechanischen Wandlers liegt, als y-Richtung bezeichnet. Der elektromechanische Wandler ist am einen Ende in einer Breite von 5 mm von diesem Ende aus in der x-Richtung gerechnet, befestigt. Dann werden die Versetzungen bzw. Verschiebungen des elektro mechanischen Wandlers über einen Bereich geraessen, der sich in der y-Richtung in beiden Seiten über 10 mm, d. h. über einen Bereich von 20 mm in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des elektromechanischen Wandlers erstreckt. Die Messwerte sind in Fig. 6 als Messkurve A aufgetragen. Der elektromechanische Wandler ist am einen Ende über eine Breite von 5 mm in y-Richtung befestigt. Dann werden die Verschiebungen oder Versetzungen des elektromechanischen Wandlers über einen Bereich gemessen, der sich in der x-Richtung von der Mitte nach beiden Seiten um 10 mm.er-

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streckt, d. h. in einem Bereich von 20 mm und in einer Richtung, die der Oberfläche des elektromechanischen Wandlers senkrecht liegt. Die dabei erhaltenen Messergebnisse sind in Fig. 6 durch die Messkurve B dargestellt. Bei den zuvor beschriebenen Messungen wird eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von 200 Volt an den beiden aussenliegenden Elektroden des elektromechanischen Wandlers in dem in Fig. 4- dargestellten Zustand angelegt. Wie sich aus dem Vergleich der Messkurven A und B ergibt, ist die Versetzung bzw. Verschiebung des elektromechanischen Wandlers, der an einem Ende in der x-Richtung befestigt ist, d. h. in der Richtung, in der sich auch die Kohlenstoffasern erstrecken (nachfolgend soll dies als Versetzung in der x-Richtung bezeichnet werden) gegenüber der Versetzung, bei eier das eine Ende in der y-Richtung (nachfolgend soll diese Versetzung als Versetzung in y-Richtung bezeichnet werden) befestigt ist, am mittleren Punkt um 2,5mal und an den beiden Endpunkten um 1,8mal grosser ist. Das heisst, an der mittleren Stelle ist der elektromechanische Wandler sehr empfindlich. Der Grund für die Tatsache, dass die Versetzung in y-Richtung geringer als in y-Richtung ist, kann darin gesehen werden, dass der Elastizitätsmodul der Zwischenplatte 13 in dieser Richtung klein ist, weil die y-Richtung der Zwischenplatte 13 in Richtung der Kohlenstoffasern 15 ausgerichtet ist, so dass dann, wenn sich die piezoelektrischen Platten 12 durch den piezoelektrischen oder elektrostriktiven Effekt ausdehnen oder zusammenziehen, die Zwischenplatte 13 in Abhängigkeit von der Ausdehnung und dem Zusammenziehen der piezoelektrischen Platten 12 etwas ausgedehnt bzw. zusammengezogen wird, so dass dadurch der Bindungs- bzw. Spann- oder Klamnereffekt zwischen piezoelektrischen Platten 12 undcbr Zwischenplatte 13 geringer ist. Dadurch können eich die piezoelektrischen Platten 12 in dieser Richtung schwerer biegen und dementsprechend ergibt sich auch keine grosse Verseteung baw.

Verschiebung. Im Gegensatz dazu ist die x-Richtung parallel zur Längsrichtung der Kohlenstoffasern in der Zwisehen-

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platte 13 und dementsprechend ist der Elastizitätsmodul der Zwischenplatte 13 in dieser Richtung gross. Daher ist der Bindungs- bzw. Spann- oder Klammereffekt der Zwischenplatte 13 für die piezoelektrischen Platten 12 gross und es ergibt sich eine grosse Versetzung bzw. Verschiebung. Da die Biegung der piezoelektrischen Platten 12 in der y-Richtung geringer ist, entsteht darüberhinaus eine Biegung in der x-Richtung leicht bei den piezoelektrischen Platten 12, so dass die Versetzung bzw. Verschiebung der piezoelektrischen Platten 12 in x-Richtung gross wird.

Ein Vergleich der Kurven A und B zeigt, dass die Versetzung bzw. Verschiebung in der Mitte der Kurve i kleiner als in der Mitte der Kurve B ist. Dies könnte daran liegen, dass das Auftreten von Biegungen in der x- und y-Richtung durch die anderen Biegungen in der y- und x-Richtung , insbesondere im mittleren Bereich, eingeschränkt oder unterdrückt werden könnte, da der zuvor beschriebene elektromechanische Wandler sich jedoch in der 'y-Richtung weniger durchbiegt, ergibt sich eine grosse Durchbiegung in der x-Richtung auch im mittleren Bereich, so dass eine Verringerung der Versetzung im mittleren Bereich vermieden wird.

Der elektromechanische Wandler, der durch zwei piezoelektrische Platten 12 und eine dazwischenliegende Zwischenplatte 13 gebildet wird, die durch Eintauchen mehrerer Fasern, beispielsweise Kohlenstoffasern 15iin ein Bindemittel 16 hergestellt wird, wobei dann das Ganze bei dem zuvor beschriebenen Beispiel ausgehärtet und gepresst wird, weist einen solchen Aufbau auf, dass die lasern 15 durch das Bindemittel 16 miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Da die Fasern 15 bei dieser Verbindung beinahe in direkter Berührung mit der Elektrode 11 des piezoelektrischen Elements 12 stehen, befindet sich in diesem Falle praktisch keine oder lediglich eine sehr dünne Schicht des Bindemittels 16, die sehr elastisch ist und

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leicht verschoben bzw. versetzt werden kann, zwischen der Elektrode 11 und dem piezoelektrischen Element 12- Daher kann der Bindungs- bzw. Klammereffekt der Zwischenplatte 13 für die piezoelektrische Platte 12 durch das Bindemittel 16 vermieden werden.

Es können Anschlüsse aus der inneren Elektrode 11 der jeweiligen ersten Werkstoffe oder ersten Schichten, d. h. der piezoelektrischen Platten 12 derart herausgeführt werden, dass eine leitende Schicht, beispielsweise eine Metallfolie oder eine aufgedampfte Metallschicht, auf einem Endbereich des zweiten Werkstoffs oder der Zwischenplatte 13 an einer bestimmten Seite des elektromechanischen Wandlers, die mit der Elektrode 11 in Berührung steht, aufgebracht ist, und dann wird ein Anschluss der leitenden Schicht nach aussen geführt, oder eine Ausnehmung oder ein Ausschnitt wird auf einem Teil der Zwischenplatte 13 gebildet (obwohl dies nicht dargestellt ist), um die inneren Elektroden 11, von denen die Anschlüsse herausgeführt werden sollen, der piezoelektrischen Platten 12 teilweise freizulegen.

Um die Merkmale der vorliegenden Erfindung noch klarer zum Ausdruck zu bringen, soll ein Vergleichsbeispiel nachfolgende beschrieben werden.

Vergleichsbeispiel 1

Ein elektroraechanischer Wandler wird aus sogenannten polymerischen piezoelektrischen Platten hergestellt, die jeweils aus einem komplexen Material aus polyfluoriertem Vinyliden und einen piezoelektrischen Keramikpulver besteht, die auch als piezoelektrische Platten 12 bei dem in Beispiel 1 erläuterten elektromechanischen Wandler Verwendung fanden. In diesem Falle wird eine Zwischenplatte,'die im wesentlichen gleich der in Beispiel 1 verwendeten Zwischenplatte 13 ist, verwendet. Die Versetzungen des Vergleichsbeispiels 1 werden in der x- und y-Richtung in jeweils derselben Weise

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wie beim Beispiel 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in Fig. 8 durch, die Messkurven 17 und 18 aufgetragen. Diese Kurven zeigen, dass praktisch kein Unterschied zwischen den Versetzungen in der x- und y-Richtung vorliegt.Oder c anders ausgedrückt, tritt beim Vergleichsbeispiel 1 kein Unterschied zwischen den Versetzungen inder x- und y-Richtung auf, obgleich eine Zwischenplatte verwendet wurde, die einen anisotropen Elastizitätsmodul, wie beim Beispiel 1 aufweist, oder dessen Elastizitätsmodul in der x-Richtung grosser als in der y-Richtung wie beim Beispiel 1 ist. Als Erklärung könnte dienen, dass beim Vergleichsbeispiel 1 die piezoelektrischen Platten des elektromechanischen Wandlers aus der polymerischen piezoelektrischen Platte besteht, dessen Elastizitätsmodul kleiner als der kleinere Elastizitätsmodul der Zwischenplatte in der y-Richtung ist, und dadurch ein Bindungs- bzw. Spann- oder Klammereffekt nicht .. so gross ist. Hier zeigt sich der Grund für das erfindungsgemässe Merkmal, warum der Elastizitätsmodul E der piezoelektrischen Platte 12 (des ersten Werkstoffs oder der ersten Schicht) höher als der Elastizitätsmodul Ey der Zwischenplatte 15 (des zweiten Werkstoffs oder der zweiten Schicht) in der y-Richtung gewählt ist.

Übrigens beträgt der Elastizitätsmodul der in Beispiel 1 verwendeten piezoelektrischen Keramik 5^10 χ 10-^ kg/cm , beispielsweise 7 χ 10^ kg/cm , der Elastizitätsmodul der

Kohlenstoffaserplatte in der !Verrichtung 13,5 x10⁵ kg/cm , der Elastizitätsmodul der Kohlenstoffaserplatte in Richtung senkrecht zur Faserrinchtung 1,0 χ 10^ kg/cm und der Elastizitätsmodul der polymerischen piezoelektrischen Platte, die bei dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird 2,6 χ

Il O

10 kg/cm . Der Elastizitätsmodul von Ti, das bei einer herkömmlichen Zwischenplatte verwendet wird, beträgt 10 χ 10^ kg/cm².

Beim Beispiel 1 ist die Zwischenplatte 13 so angeordnet, dass der grosse Elastizitätsmodul in x-Richtung und der

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kleine Elastizitätsmodul in y-Richtung auftritt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein bestimmter Winkel zwischen den Richtungen, in denen die Pasern in der Zwischenplatte 13 liegen, und der x-Richtung besteht, wobei also die beiden Richtungen, nämlich die Richtung, in der die Fasern in der Zwischenplatte 13 liegen, und die x-Richtung nicht übereinstimmen. Fig. 9 zeigt eine Messkurve 19, die sich ergibt, wenn beim Beispiel 1 die "Versetzung des elektromechanischen Wandlers in der x-Richtung in Abhängigkeit vom Winkel 0 zwischen der Richtung, in der die Kohlenstoff asern in der Zwischenplatte 13 liegen und der x-Richtung von 0° in Winkelintervallen von 5° zu 5° gemessen wird. In Fig. 9 ist die durch eine gestrichelte Linie a dargestellte Versetzung der Versetzungswert für dem Falle, wenn eine Metallplatte als Zwischenplatte eines elektromechanischen Wandlers in bekannter Weise verwendet wird. Dieser Wert für die Versetzung entspricht etwa einem Winkel 0 von 4-5°· Oder anders ausgedrückt, wenn der Winkel O kleiner als 4-5° gewählt ist, ergibt sich ein anisotroper Elastizitätsmodul für die Zwischenplatte, und die (Ansprech)· Empfindlichkeit wird dadurch verbessert.

Die nachfolgend angegebene Tabelle I zeigt den gemessenen Elastizitätsmodul Ex der Zwischenplatte 13, die aus einer Kohlenstoffaserplatte hergestellt ist und im Beispiel 1 verwendet wird, in der x-Richtung, und das Verhältnis zwischen den Elastizitätsmoduli Ex und Ey bei jeweils unterschiedlichem Winkel 0.

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	Tabelle I	Ex/Ey
Winkel 9	Εχ (kg/cm²)	13,5 ·
0°	13,5 x 10⁵	9
15°	10,35 x 10⁵	4,5
30°	6,12 x 10⁵	1
45°	2,7 x 10⁵	0,22
60°	1,35 x 10⁵	0.,11
*75°*	1,15 X 10⁵	0,0?
90°	1,0 χ 10⁵

Wenn als zweite Schicht 13 eine Platte mit ausgerichteten lasern, beispielsweise mit Kohlenstoffasern, verwendet wird, und diese Platte 13 dann in der zuvor beschriebenen Weise einen anisotropen Elastizitätsmodul aufweist, ist es nicht mehr erforderlich, dass die Richtung, in der die Fasern liegen, in einer Richtung auf einen Winkel 0 von 0° bis 45° begrenzt sein muss. Es ist natürlich möglich, dass beispielsweise - wie in lig. 10 durch die dünnen linien dargestellt ist - eine Platte, die aus lasern 15, beispielsweise Kohlenstoffasern, hergestellt ist, welche in einem Winkel von +0 zur x-Richtung angeordnet sind, und eine Platte, die aus lasern 15, beispielsweise Kohlenstofffasern, hergestellt ist, die in dem Winkel -Q zur x-Richtung angeordnet sind, einheitlich laminiert oder als Einheit zusammengefasst werden, um die zweite Schicht 13 zu bilden.

In einigen lallen ist es möglich, dass die Platte, die aus entsprechenden, im Winkel von θ gleich 90° angeordneten lasern (nicht dargestellt) zwischen zwei Platten gebracht wird, wobei dann ein einheitliches Element daraus gebildet wird. --■"■---:

Der erfindungsgemässe elektromechanische Wandler, der eine grosse Versetzung bzw. Verschiebung hervorrufen kann, ist

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zur Verwendung als Spurführungsregelung (tracking servo) für den Magnetkopf in beispielsweise einem Videorekorder (VTR) geeignet, und kann mit einer relativ geringen Spannung bei gleicher Versetzung bzw. Verschiebung angesteuert werden.

Wenn als zweite Schicht, d. h. als Zwischenplatte, eine Platte verwendet wird, die aus in einem Klebe- oder Bindemittel eingetauchten Fasern, beispielsweise Kohlenstofffasern, hergestellt ist, ist es nicht erforderlich, das Bindemittel auf der Zwischenplatte wie bei herkömmlichen elektromechanischen Wandlern speziell zu beschichten. Daher wird das Herstellungsverfahren einfach und der erfindungsgemässe elektroraechanische Wandler kann kostengünstig hergestellt werden.

Bei dem erfindungsgemassen Wandler kann auch eine Versetzung des elektromechanischen Wandlers in der y-Richtung unterdrückt bzw. vermieden werden, denn diese Versetzung in der y-Richtung hat keinen direkten Einfluss zur Erzeugung der Versetzung. Dadurch kann vermieden werden, dass Sprünge oder dgl. bei Betrieb mit maximaler Amplitude im elektromechanischen Wandler auftreten.

Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand eines elektromechanischen Wandlers beschrieben, der im wesentlichen aus zwei laminierten piezoelektrischen Platten besteht. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch bei zahlreichen anderen elektromechanischen Wandlern mit denselben Vorzügen und Wirkungen verwendet werden.

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INSPECTED

Claims

PAT E N TA N WA LTE

TER MEER- MÜLLER- STEINM EiSTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres l'Offioo europeen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

Dipl.-lng, F. E. Müller ■ _{Siekerwall 7} Tnftstrasse A,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

S80P58 30. April 1980

Mii/Dr.G.

Sony Corporation
Tokyo/Japan

Elektromechanischer Wandler

Priorität: 2. Mai 1979, Japan, Ser. No. 54266/79

PATENTANSPRÜCHE

Elektromechanischer Wandler mit

- einer ersten Schicht aus piezoelektrischem Werkstoff mit zwei Hauptflachen, und mit

- zwei jeweils auf den Hauptflächen ausgebildeten Elektroden,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Oberfläche einer zweiten Schicht (13) mit einer der Flächen der ersten Schicht (12) verbunden ist;

- die erste Schicht (12) einen Elastizitätsmodul E, und die zweite Schicht (13)

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einen Elastizitätsmodul Ex in einer Richtung (x-Richtung) und einen Elastizitätsmodul Ey in einer zur einen Richtung senkrechten Richtung (y-Richtung) in der Ebene der Hauptfläche aufweist

- die Elastizitätsmoduli E, Ex, Ey den Ungleichungen E>Ey, Ex > Ey genügen, und

- ein Ende der Schichten (12, "13 X entlang der einen Richtung festgeklemmt ist.
2. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Schicht (12.), die aus piezoelektrischem Werkstoff besteht, auf deren Hauptflächen jeweils eine Elektrode (11) ausgebildet ist, und die mit der anderen Fläche der zweiten Schicht (13) verbunden ist, so dass die zweite Schicht (15) zwischen der ersten und dritten Schicht (12) liegt.

3. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und dritte Schicht

(12) aus piezoelektrischer Keramik besteht.

^- Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (ii3) aus in einer Richtung (x-Richtung) ausgerichteten Kohienstoffasern (15), die mit Bindemittel (16) imprägniert sind, besteht und einen anisotropen Elastizitätsmodul aufweist.

5'· Elektrode chanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4r_t dadurch gekennzeichnet, dass .die erste und dritte Schicht (12) piezoelektrische Platten sind, die axx£ beiden Hauptflächen mit Elektroden (11) beschichtet sind, dass die piezoelektrischen Platten (12) aus einer piezoelektrischen Keramikplatte bestehen, dass zwischen äen beiden piezoelektrischen Platten die zweite Schicht

(13) als Zwischenplatte liegt und eingeklemmt ist, und dass die Zwischenplatte (13) aus einem Werkstoff mit anisotropem Elastizitätsmodul besteht.

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6. Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (13) eine Kohlenstoffaserplatte ist, in der Kohlenstofffasern in einer Richtung (x-Richtung) liegen, sich nur in einer Richtung erstrecken und in einem Epoxyharz eingebettet sind, und dass die Kohlenstoffaserplatte in der Richtung (x-Richtung), in der die Kohlenstoffasern liegen, einen größten Elastizitätsmodul und in der Richtung (y-Richtung), die senkrecht zur Richtung liegt, in der sich die Kohlenstoffasern (15) erstrecken, einen kleinsten Elastizitätsmodul aufweist.

7. Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die' beiden piezoelektrischen Platten aus Blei-Zircon-Titan-Keramik bestehen.

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