DE3016748C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung geht aus von einem 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 oder Änderungen der Lagebeziehung 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 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 (µm) 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 4 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 Richtung liegt. Die Polarisationsrichtungen sind jedoch in den piezo-elektrischen Platten einander entgegengerichtet.

Wenn an die Elektroden 1 der piezoelektrischen Platten 2 eine Spannung angelegt wird, die diese piezoelektrischen Platten 2 elektrischen Feldern aussetzen, die senkrecht zu den Hauptebenen 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 der Zwischenplatte 4 besteht, mechanisch festgelegt oder eingeklemmt ist (vgl. Fig. 1), so wird das andere Ende des Wandlerelements 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. versetzt.

Wenn 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 sich 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, und 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 oder 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 eine 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.

Darüberhinaus 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 Ankopplung der piezoelektrischen Platte 2 nicht möglich, und dementsprechend tritt nur eine geringe oder gar keine Biegung auf.

Herkömmliche elektromechanische Wandler, die als nächstliegender Stand der Technik in der US-PS 36 22 815 beschrieben sind, weisen also keine ausreichende Veränderung der Lage bzw. Versetzung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Wandler zu schaffen, mit dem bei eingespanntem einem Ende eine große Lageveränderung bzw. Versetzung des anderen Endes erzielt werden kann, ohne daß Biegungen in der dazu senkrechten Richtung auftreten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens zum Inhalt.

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. Der elektromechanische Wandler kann mit einem Ende fest eingespannt sein und am anderen Ende einen Magnetkopf tragen. Dieser Magnetkopf kann dann in Abhängigkeit von einer an den Wandler angelegten Spannung in seiner Lage verändert werden, wie es zum Beispiel bei Spurführungs-Regelsystemen in magnetischen Aufzeichnungsgeräten erforderlich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Beispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen elektromechanischen Wandlers,

Fig. 2 und 3 perspektivische Darstellungen, die der Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen 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. 4 dargestellten elektromechanischen Wandlers zum Teil weggeschnitten ist,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der gemessenen Versetzung bei dem in Fig. 4 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 Versetzungen 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. 4 und 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der elektromechanische Wandler zwei piezoelektrische Platten oder Schichten 12 auf, die auf beiden Seiten jeweils mit Elektroden 11 beschichtet sind. Zwischen den ersten Schichten 12 befindet sich eine zweite Schicht 13, und diese ersten und zweiten Schichten ergeben eine aus Schichten bestehende 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- 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 Kohlenstoffaserplatte 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-Keramikmaterial (PZT) besteht, in einer Dicke von 250 µm hergestellt und dann beispielsweise auf beiden Seiten durch Vakuumverdampfung mit Gold beschichtet, um die Elektroden 11 zu bilden. Die piezoelektrische Platte 12 wird einem Polungsprozeß in Richtung senkrecht zur Hauptfläche der piezoelektrischen Platte 12 unterzogen. Bei diesem Beispiel 1 werden zwei piezoelektrische Platten 12 dem Polungs- bzw. Ausrichtungsprozeß derart unterworfen, daß ihre Polarisationsrichtungen einander entgegengesetzt sind. Mehrere Kohlenstoffasern 15, die jeweils einen Durchmesser von 10 µm 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 Kohlenstoffaserplatte mit einer Dicke von 100 µm zu schaffen. Diese Kohlenstoffaserplatte wird als Zwischen- oder Abstandsplatte oder als zweite Schicht 13 verwendet. Die Kohlenstoffaserplatte oder die Schicht 13 wird zwischen die zwei piezoelektrischen Schichten 12 gebracht. In diesem Zustand wird die Anordnung über drei Stunden hinweg bei 120°C bis 130°C zur Aushärtung des Bindemittels 16 gepreßt und es ergibt sich ein elektromechanischer Wandler von 25 × 25 mm Größe. Beim vorliegenden Beispiel wird die Richtung, in der die Kohlenstoffasern der Schicht 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 elektromechanischen Wandlers über einen Bereich gemessen, 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 erstreckt, 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 der 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 größer 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 Klammereffekt zwischen piezoelektrischen Platten 12 und der Zwischenplatte 13 geringer ist. Dadurch können sich die piezoelektrischen Platten 12 in dieser Richtung schwerer biegen und dementsprechend ergibt sich auch keine große Versetzung bzw. Verschiebung. Im Gegensatz dazu ist die x-Richtung parallel zur Längsrichtung der Kohlenstoffasern in der Zwischenplatte 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 A 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 15, in 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 Fasern 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 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 nachfolgend beschrieben werden.

Vergleichsbeispiel 1

Ein elektromechanischer Wandler wird aus sogenannten polymeren piezoelektrischen Platten hergestellt, die jeweils aus einem komplexen Material aus polyfluoriertem Vinyliden und einem 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 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 anders ausgedrückt, tritt beim Vergleichsbeispiel 1 kein Unterschied zwischen den Versetzungen in der 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 größer 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 polymeren 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 13 (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 × 10⁶ N/cm², beispielsweise 7 × 10⁶ N/cm², der Elastizitätsmodul der Kohlenstoffaserplatte in der Faserrichtung 13,5 × 10⁶ N/cm², der Elastizitätsmodul der Kohlenstoffaserplatte in Richtung senkrecht zur Faserrichtung 1,0 × 10⁶ N/cm² und der Elastizitätsmodul der polymeren piezoelektrischen Platte, die bei dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird 2,6 × 10⁵ N/cm². Der Elastizitätsmodul von Ti, das bei einer herkömmlichen Zwischenplatte verwendet wird, beträgt 10 × 10⁶ N/cm².

Beim Beispiel 1 ist die Zwischenplatte 13 so angeordnet, daß der große Elastizitätsmodul in x-Richtung und der kleine Elastizitätsmodul in y-Richtung auftritt. Es ist jedoch auch möglich, daß ein bestimmter Winkel zwischen den Richtungen, in denen die Fasern 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 R zwischen der Richtung, in der die Kohlenstoffasern 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 den Fall, wenn eine Metallplatte als Zwischenplatte eines elektromechanischen Wandlers in bekannter Weise verwendet wird. Dieser Wert für die Versetzung entspricht etwa einem Winkel R von 45°. Oder anders ausgedrückt, wenn der Winkel R kleiner als 45° 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 Elastizitätsmoduln Ex und Ey bei jeweils unterschiedlichem Winkel R.

Tabelle I

Wenn als zweite Schicht 13 eine Platte mit ausgerichteten Fasern, 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 R von 0° bis 45° begrenzt sein muß. Es ist natürlich möglich, daß beispielsweise - wie in Fig. 10 durch die dünnen Linien dargestellt ist - eine Platte, die aus Fasern 15, beispielsweise Kohlenstoffasern, hergestellt ist, welche in einem Winkel von +R zur x-Richtung angeordnet sind, und eine Platte, die aus Fasern 15, beispielsweise Kohlenstoffasern, hergestellt ist, die in dem Winkel -R zur x-Richtung angeordnet sind, einheitlich laminiert oder als Einheit zusammengefaßt werden, um die zweite Schicht 13 zu bilden.

Der erfindungsgemäße elektromechanische Wandler, der eine große Versetzung bzw. Verschiebung hervorrufen kann, ist zur Verwendung als Spurführungsregelung 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 Kohlenstoffasern, 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 elektromechanische Wandler kann kostengünstig hergestellt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen 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.

Claims (5)

1. Elektromechanischer Wandler mit:
  • - einer ersten Schicht aus piezoelektrischem Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul E und zwei Hauptflächen,
  • - zwei jeweils auf den Hauptflächen ausgebildeten Elektroden, und
  • - einer zweiten Schicht, deren Oberfläche mit einer der Hauptflächen der ersten Schicht verbunden ist und deren eines Ende entlang der einen Richtung (y) festgeklemmt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) einen Elastizitätsmodul Ex in einer Richtung x senkrecht zur Richtung y und einen Elastizitätsmodul Ey in der Richtung y in der Ebene der Hauptfläche aufweist und die Elastizitätsmodulen den Ungleichungen E<Ey, Ex<Ey genügen.
2. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) in der Richtung x ausgerichtete Kohlenstoffasern (15), die mit Bindemittel (16) imprägniert sind, enthält.
3. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) in der Richtung x einen größten Elastizitätsmodul und in der Richtung y einen kleinsten Elastizitätsmodul aufweist.
4. Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) zwischen der ersten (12) und einer dritten Schicht (12) liegt, auf deren Hauptflächen jeweils eine Elektrode (11) ausgebildet ist.
DE3016748A 1979-05-02 1980-04-30 Expired DE3016748C2 (de)

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