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.
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.
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.
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.
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