DE3434729A1 - Flexural element made of piezoceramic, and method for the fabrication thereof - Google Patents

Flexural element made of piezoceramic, and method for the fabrication thereof

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Abstract

The flexural element (1) comprises ceramic zones (3) and electrodes (4, 41, 42) positioned therebetween and a support (2), at least the stack of the zones (3) with the electrode layers and distance layers being a monolithic body sintered together, which structure and/or the fabrication thereof makes it possible, in an economical manner, to make the thickness of the piezoceramic zones so small that the flexural element can be operated with very low voltages. <IMAGE>

Description

Biegeelement aus Piezokeramik und Verfahren zu seiner Her-Piezo-ceramic bending element and process for its manufacture

stellung.position.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Biegeelement aus Piezokeramik und auf sein Herstellungsverfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.The present invention relates to a bending element made of piezoceramic and on its manufacturing process, as described in the preamble of claim 1 is described.

Es ist seit langem bekannt, Bimorph-Biegeelemente aus Piezokeramik herzustellen und zu verwenden. Solche Biegeelemente bestehen aus einer Vielzahl dünner, aufeinanderliegender, miteinander fest verbundener Lamellen aus Piezokeramik. Um ein solches Biegeelement mit möglichst geringer elektrischer Spannung betreiben zu können, hat man solche Elemente mit Lamellen hergestellt, die nur 100 pm Dicke haben. Selbst bei derart dünnen Lamellen benötigt man jedoch für verwertbare mechanische Auslenkung elektrische Spannungen in der Höhe von 100 Volt. Mit 200 Volt würde im übrigen die im Einzelfall vom Keramikmaterial abhängige Grenzfeldstärke von ca. 2 kV/mm erreicht sein. Einzige weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Auslenkung war bisher, die für die Biegung zur Verfügung stehende Länge der Lamellen zu vergrößern, was naturgemäß zu vielfach unerwünscht großen Abmessungen der Biegeelemente führt.It has long been known to use bimorph bending elements made of piezoceramic manufacture and use. Such bending elements consist of a large number thin, superimposed, firmly connected lamellae made of piezoceramic. To operate such a bending element with the lowest possible electrical voltage to be able to, one has produced such elements with lamellas that are only 100 μm thick to have. Even with such thin lamellae, however, you need usable mechanical ones Deflection of electrical voltages in the amount of 100 volts. With 200 volts, the Otherwise the limit field strength of approx. 2 kV / mm can be reached. The only other possibility to increase the deflection was previously to increase the length of the lamellas available for bending, which naturally leads to often undesirably large dimensions of the bending elements.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches piezokeramisches Biegeelement und das Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, für das nur Niedervoltspannung zum Betrieb erforderlich ist und dennoch nur geringe Länge des Biegeelements erforderlich ist.It is an object of the present invention to provide such a piezoceramic Specify bending element and the process for its manufacture, for which only low voltage is necessary for operation and yet only a small length of the bending element is required is.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des entsprechenden Verfahrensanspruches gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved with the features of claim 1 or of the corresponding process claim solved. Further Refinements and further developments of the invention emerge from the subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, von dem jahrzehntelang praktizierten Aufbau des Biegeelementes aus einem Stapel aufeinanderliegender Lamellen, einem sogenannten Bimorph, abzugehen. Das Biegeelement der vorliegenden Erfindung ist als monolithischer Körper anzusehen, denn der Bildungsprozeß für die Erzeugung des Keramikcharakters erfolgt integral für das ganze Biegeelement. Bei der Erfindung werden schichtenweise Rohkeramikmaterial und Material für Abstandsschichten bzw. Elektrodenschichten aufeinander angeordnet; erst dann wird das Sintern vorgenommen. Das Rohkeramikmaterial ist das gegebenenfalls bereits umgesetzte Ausgangsmaterial der Keramik, das mit Flüssigkeit und gegebenenfalls Bindemittel zu einem Schlicker verarbeitet ist. Ausgangsmaterial, Herstellung des Schlickers und der gegebenenfalls bereits durchgeführte Umsatz entsprechen üblicher bekannter Herstellung von Piezokeramik. Zum Beispiel ist das Ausgangsmaterial Bariumkarbonat und Titandioxid oder Bleioxid, Zirkonoxid und Titanoxid. Im Falle des bereits durchgeführten umsatzes (prefired) ist aus diesen Ausgangsstoffen bereits Bariumtitanat bzw. Bleizirkonattitanat entstanden, das dann wieder gemahlen wird.The invention is based on the idea that has been practiced for decades Structure of the bending element from a stack of lamellas lying on top of one another, a so-called bimorph, to go off. The flexure of the present invention is to be regarded as a monolithic body, because the formation process for the creation of the Ceramic character takes place integrally for the entire bending element. In the invention raw ceramic material and material for spacer layers or Electrode layers arranged one on top of the other; only then is sintering carried out. The raw ceramic material is the raw material that may already have been converted the ceramic, which with liquid and optionally binding agent to form a slip is processed. Starting material, production of the slip and any Sales that have already been carried out correspond to the usual known production of piezoceramics. For example, the starting material is barium carbonate and titanium dioxide or lead oxide, Zirconium oxide and titanium oxide. In the case of sales that have already been carried out (prefired) Barium titanate or lead zirconate titanate has already been created from these starting materials, which is then ground again.

Durch ein Siebdruckverfahren wird die Folge aus Rohkeramikschichten und Elektrodenschichten bzw. Abstandsschichten in besonders vorteilhafter Weise erzeugt. Man geht dabei von einer Trägerfolie als Substrat aus, wobei diese Trägerfolie eine Keramik-Rohfolie aus vorteilhafterweise der gleichen Keramikmasse ist, die für die einzelnen aufzudruckenden Schichten verwendet wird. Diese Trägerfolie ist ein passiver Teil des Biegeelementes. Die aufgebrachten Keramikschichten mit dazwischenliegenden Elektroden bilden da- gegen den aktiven Teil des Biegeantriebs. Vorteilhafterweise wird auch das Material dieser Trägerfolie - ebenso wie die piezoelektrisch aktiven Folien des Elements - elektrisch polarisiert (jedoch im Betrieb elektrisch nicht angeregt). Dadurch ist sichergestellt, daß die thermische Ausdehnung dieser Trägerfolie einerseits und des Pakets, bestehend aus den aktiven Folien, andererseits gleich groß und kompensiert ist.The sequence of raw ceramic layers is created using a screen printing process and electrode layers or spacer layers in a particularly advantageous manner generated. The starting point here is a carrier film as the substrate, this carrier film is a ceramic raw film from advantageously the same ceramic mass that is used for the individual layers to be printed. This carrier film is a passive part of the flexure. The applied ceramic layers with intervening Electrodes form against the active part of the bending drive. Advantageously, the material of this carrier film, like the one, is also piezoelectric active foils of the element - electrically polarized (but electrically during operation not stimulated). This ensures that the thermal expansion of this Carrier film on the one hand and the package, consisting of the active films, on the other is the same size and compensated.

Weitere Erläuterungen der Erfindung werden der Einfachheit halber an einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens eines Biegeelements der Erfindung, und zwar anhand der beigefügten Figuren, gegeben.Further explanations of the invention are provided for the sake of simplicity using an example of a manufacturing method for a bending element of the invention, based on the attached figures.

Fig.1 zeigt einen schematischen Aufbau.1 shows a schematic structure.

Fig.2, 3 und 5 zeigen Forgebungen für die Elektroden und Fig .4 zeigt ein fertiges Biegeelement.Fig. 2, 3 and 5 show formations for the electrodes and Fig. 4 shows a finished bending element.

Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch ein bezüglich seiner Länge L abgebrochenes und bezüglich seiner Breite B unterbrochenes Stück eines erfindungsgemäßen Biegeelementes 1.1 shows a cross section through a broken off with respect to its length L. and with respect to its width B interrupted piece of a bending element according to the invention 1.

Mit 2 ist die bereits oben angegebene Trägerfolie bezeichnet. Mit 3 sind Keramikschichten bezeichnet, die die aktiven Keramikfolien im fertigen Biegeelement bilden. Mit 4 sind die ebenfalls bereits oben erwähnten Elektroden bzw. Abstandsschichten bezeichnet, auf die insbesondere noch näher einzugehen ist. Mit 5 sind jeweilige Keramik-Randstreifenschichten bezeichnet, die zweckmäßigerweise, jedoch nicht unbedingt vorgesehen sein müssen. Wie ersichtlich, können bei den ohnehin sehr dünnen Elektrodenschichten 4 bzw. bei einer gegenüber der Dicke der Folien 3 sehr viel geringeren Dicke der Abstandsschichten 4 diese Randstreifenschichten 5 auch weggelassen werden, womit dann in diesem zur Breite B ohnehin vergleichsweise schmalen Randbereich die einzelnen Folien 3 unmittelbar aufeinanderliegen. In diesem Falle wird bei Herstellung mittels eines Beschichtungsverfahrens im Regelfall die (aufgedruckte) Schicht, aus der die jeweilige Folie 3 gebildet wird, in diesen Randbereichen etwas dicker sein, so daß das Biegeelement 1 insgesamt wieder durchwegs angenähert einheitliche Dicke D haben wird.The carrier film already mentioned above is designated by 2. With 3 ceramic layers are designated, which form the active ceramic foils in the finished bending element form. With 4 are the electrodes or spacer layers already mentioned above referred to, which are to be discussed in more detail in particular. With 5 are respective Ceramic edge stripe layers that are useful, but not necessarily must be provided. As can be seen, at anyway very thin electrode layers 4 or with one compared to the thickness of the foils 3 much smaller thickness of the spacer layers 4 these edge strip layers 5 can also be omitted, so that in this case it is compared to the width B anyway narrow edge area, the individual foils 3 lie directly on top of one another. In this In the case of production using a coating process, the (printed) layer, from which the respective film 3 is formed, in these edge areas be somewhat thicker, so that the bending element 1 as a whole again approximated throughout will have uniform thickness D.

Als Elektrodenschichten 4, die keiner noch weiteren Verfahrensschritte bedürfen, kann z.B. Platin oder entsprechendes Metall verwendet werden, das gegenüber dem nachfolgenden Sintern beständig ist.As electrode layers 4, which do not require any further process steps need, e.g. platinum or a corresponding metal can be used, the opposite is resistant to subsequent sintering.

Wie bereits erwähnt, eignet sich für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Biegeelementes 1 insbesondere das Siebdruckverfahren. Auf eine beispielsweise bereits vorhandene Trägerfolie 2 wird zunächst eine erste wenige pm dicke Elektrodenschicht aus z.B. Platin oder eine erste Abstandsschicht 4 aufgedruckt, für die z.B. eine Dicke von 2 um bis 10 um vorzusehen ist. Für eine Abstandsschicht 4 eignet sich als Material insbesondere Graphit mit darin eingelagerten Abstandskörnern aus beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkondioxid. Beim nachfolgenden Sintern brennt das Graphit aus und die dem Sinterprozeß gegenüber beständigen Oxid-Körner füllen nicht mehr vollständig, aber stützen dennoch weiterhin den ursprünglichen Raum.As already mentioned, is suitable for the production of one according to the invention Bending element 1 in particular the screen printing process. For example, already The existing carrier film 2 is initially a first electrode layer a few μm thick made of e.g. platinum or a first spacer layer 4, for which e.g. a Thickness of 2 µm to 10 µm is to be provided. For a spacer layer 4 is suitable as a material, in particular graphite with spacer grains made of, for example, embedded therein Aluminum oxide, magnesium oxide or zirconium dioxide. During the subsequent sintering it burns the graphite and fill the oxide grains resistant to the sintering process no longer complete, but still support the original space.

Zugleich oder nachfolgend wird - soweit vorgesehen - die erwähnte Randschicht 5 (mit zu Fig.2 beschriebener Form 5,1 bzw. 5,2) um die Abstandsschicht 4 herum aufgedruckt. Diese Randschicht 5 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material bzw. Schlicker, aus dem die für die Folien 3 aufzudruckenden Schichten bestehen.At the same time or subsequently - if provided - the mentioned Edge layer 5 (with the shape 5.1 described for FIG and 5.2) um the spacer layer 4 is printed around. This edge layer 5 is preferably made made of the same material or slip from which the foils 3 are to be printed Layers exist.

Nachfolgend wird dann die erste Folienschicht 3 aus Rohkeramik aufgedruckt. Diese Rohkeramik ist ein Schlicker aus bereits umgesetztem Rohkeramikmaterial, sogenannter grüner Keramik, die noch nicht gesintert ist. Die Dicke dieser Rohkeramikschicht wird so gewählt, daß die später fertig gesinterte Keramikfolie eine Dicke d von z.B. 15 bis 50 um, insbesondere zn etwa 30 um, hat.The first film layer 3 made of raw ceramic is then subsequently printed on. This raw ceramic is a slip made from raw ceramic material that has already been implemented, so-called green ceramic that has not yet been sintered. The thickness of this raw ceramic layer is chosen so that the later fully sintered ceramic film has a thickness d of for example 15 to 50 µm, especially about 30 µm.

Es wird dann die folgende Elektroden- bzw. Abstandsschicht 4 aufgedruckt, für die die gleiche Dicke wie für die schon ausgeführte Abstandsschicht vorgesehen ist.The following electrode or spacer layer 4 is then printed on, for which the same thickness as intended for the spacer layer already carried out is.

Das abwechselnde Aufbringen einer jeweils weiteren Elektroden- bzw. Abstandsschicht 4, ggf. mit Randschicht 5, und einer jeweils weiteren Schicht für eine Folie 3 wird solange fortgesetzt, bis schließlich die gewünschte Vielzahl von übereinanderliegenden, als piezoelektrische aktive Schichte dienenden Folien 3 erreicht ist.The alternating application of a further electrode or Spacer layer 4, if necessary with edge layer 5, and a further layer for each a slide 3 is continued until finally the desired number of superimposed, serving as piezoelectric active layers films 3 reached is.

Ist für die Schichten 4 ein beim Sintern herausbrennendes Material vorgesehen, d.h. sind Abstandsschichten 4 (mit noch darin enthaltenen Abstandskörnern) vorgesehen, werden diese z.B. im Vakuum mit Metall, z.B. mit Blei, ausgefüllt. Dieses Metall bildet dann das Elektrodenmaterial zwischen den piezoelektrisch aktiven Folienschichten 3 des ganzen erfindungsgemäßen Biegeelementes.Is a material for the layers 4 that burns out during sintering provided, i.e. spacer layers 4 (with spacer grains still contained therein) provided, these are filled with metal, e.g. with lead, in a vacuum. This Metal then forms the electrode material between the piezoelectrically active film layers 3 of the entire bending element according to the invention.

Die Fig.2 und 3 zeigen - vergleichsweise zur Fig.1 in Aufsicht - Elektroden- bzw. Abstandsschichten 4, und zwar Fig.2 eine solche für eine jeweilige Elektrode der einen Polarität und Fig.3 eine solche für eine jeweilige Elektrode der anderen Polarität des mit elektrischer Spannung zu speisenden fertigen Biegeelements. Mit 5,1 ist eine Form und mit 5,2 ist die andere Form der Keramikrandschichten angegeben. Im Stapel des fertigen Biegeelementes sind diese beiden verschiedenen Formgebungen 5,1 und 5,2 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, so daß die mit 8 und mit 9 bezeichneten Öffnungen am fertigen Element (siehe die noch näher zu beschreibende Fig.4) nebeneinander bzw. zueinander versetzt angeordnet sind. Die durch die Abstandsschichten 4 gebildeten Hohlräume werden nach dem Verbrennen des beispielsweise verwendeten Graphits durch die Öffnungen 8 und 9 hindurch im Vakuumverfahren mit niedrigschmelzendem Metall - wie z.B. Blei, Zinn oder leitfähigem Kunststoff - für die Elektroden 41 und 42 angefüllt. Mit 141 und 142 sind die später als Anschlüsse verwendeten, herausragenden Fortsätze bezeichnet.Figures 2 and 3 show - in comparison to Figure 1 in plan view - electrodes or spacer layers 4, namely Fig.2 one for each Electrode of one polarity and FIG. 3 one for a respective electrode the other polarity of the finished bending element to be supplied with electrical voltage. 5.1 is one shape and 5.2 is the other shape of the ceramic surface layers. These two different shapes are in the stack of the finished bending element 5.1 and 5.2 alternately arranged one after the other, so that those with 8 and with 9 marked openings on the finished element (see the 4) are arranged next to one another or offset from one another. The ones through the spacer layers 4 cavities formed are used after burning the example Graphite through the openings 8 and 9 in a vacuum process with a low-melting point Metal - such as lead, tin or conductive plastic - for the electrodes 41 and 42 filled. With 141 and 142 the later used as connections are outstanding Called projections.

Fig.4 zeigt ein fertiges erfindungsgemäßes Biegeelement. Die Bezugszeichen haben die Bedeutung der oben erörterten Einzelheiten. Mit 241 und 242 sind die Anschlußkontakte des Biegeelementes bezeichnet. Es sind dies Metallbeschichtungen auf den Stirnflächen der Fortsätze 141 bzw. 142 in den Öffnungen 8 bzw. 9. Diese durch die Bereiche der Keramikrandschichten 5,1 und 5,2 hindurchragenden Fortsätze bzw. die Unterbrechungen 8 und 9 in diesen Bereichen sind auch dann vorzusehen, wenn solche Keramikrandschichten weggelassen werden. Auch in diesem Falle ist die Elektroden- bzw. Abstandsschicht im Sinne der Darstellungen der Fig.2 und 3 an jeweils einer Stelle bis zur Außenoberfläche des Biegeelementes 1 herauszuführen.4 shows a finished bending element according to the invention. The reference signs have the meaning of the details discussed above. With 241 and 242 are the connection contacts of the bending element. These are metal coatings on the end faces of the extensions 141 and 142 in the openings 8 and 9. These through the areas of Ceramic edge layers 5.1 and 5.2 protruding extensions or the interruptions 8 and 9 in these areas are also to be provided if such ceramic surface layers can be omitted. In this case, too, is the electrode or spacer layer in the sense of the representations of FIGS. 2 and 3 at one point each up to the outer surface of the bending element 1 to lead out.

Nach dem Aufdrucken der einzelnen Schichten 3, 4 und gegebenenfalls 5 wird derentstandene Stapel gepreßt und gesintert.After the individual layers 3, 4 and, if applicable, have been printed 5 the resulting stack is pressed and sintered.

Soweit sie noch fehlen, werden dann erforderliche Außenelektroden auf dem gesinterten Biegeelement 1 angebracht.If they are still missing, external electrodes are then required mounted on the sintered flexure 1.

An sich ist das Material der Keramikrandschichten 5 mechanischer Ballast für das Biegeelement 1. Für Hochleistungselemente empfiehlt es sich daher, einen Anteil des Material dieser Bereiche 5 nach dem Sintern und dem Vorhandensein des Elektrodenmaterials in den Abstandsschichten 4 zu entfernen.As such, the material of the ceramic edge layers 5 is mechanical ballast for the bending element 1. For high-performance elements it is therefore advisable to use a Proportion of the material of these areas 5 after sintering and the presence of the To remove electrode material in the spacer layers 4.

Für die Durchführung der für Piezokeramik erforderlichen elektrischen Polarisation des gesinterten Keramikmaterials wird so vorgegangen, daß an die beiden nach außen geführten Anschlüsse 141 und 142 elektrische Polarisationsspannung angelegt wird, mit der dieser Elektrodenanordnung entsprechend aufeinanderfolgende Folien 3 einander entgegengesetzt gerichtet polarisiert werden. Insbesondere wenn die ursprünglich vorhandenen Randbereiche 5 entfernt worden sind, wird dieses Polarisieren vorzugsweise in einem elektrisch isolierenden Medium, wie z.B. in Schwefelhexafluorid-Atmosphäre durchgeführt. Besonders vorteilhaft kann sein, vor Durchführung dieses Polarisationsverfahrens zunächst den ganzen Körper mit den darin übereinanderliegend befindlichen Folien 3 bzw. Schichten 4 in nur einer Richtung (Dickenrichtung D) zu polarisieren, und zwar bevor die Verbindungen der Elektroden 41 einerseits und 42 andererseits durch das Aufbringen der Anschlüsse 241 bzw. 242 erfolgt ist. Auch diese Polarisation wird vorzugsweise in elektrischem Isoliermedium durchgeführt. Der Vorzug eines solchen vorgeschalteten Schrittes ist, daß zunächst ohne größere Gefahr von Überschlagen eine jeweilige Polarisationsausrichtung des Keramikmaterials des Elementes durchgeführt wird. Dabei kann auch das Keramikmaterial der Keramikrandschichten 5 mit eingeschlossen werden. Diese integrale Polarisation aller Keramikanteile bewirkt, daß mechanische Verspannungen innerhalb der polari- sierten Keramik auf einem Minimum gehalten sind. Das nachfolgend durchzuführende Polarisationsverfahren durch Anlegen elektrischer Spannung zwischen den Anschlüssen 241 und 242 führt zum Umpolen der Polarisation der jeweils zweiten Folie 3. Es sei darauf hingewiesen, daß für das jeweilige Umpolen der Polarisation im Material einer der Keramikfolien 3 geringere Polarisationsspannung bzw. Polarisationsfelstärke erforderlich ist als für eine erstmalige Polarisation. Die Umpolarisierung erzeugt im übrigen auch keine zusätzliche mechanische Verspannung des Keramikmaterials.For the implementation of the electrical required for piezoceramics Polarization of the sintered ceramic material is proceeded so that the two to the outside leads 141 and 142 electrical polarization voltage applied is, with this electrode arrangement corresponding to successive foils 3 are polarized in opposite directions. Especially if the originally existing edge areas 5 have been removed, this polarization is preferred in an electrically insulating medium, such as in a sulfur hexafluoride atmosphere carried out. It can be particularly advantageous before this polarization process is carried out first of all the whole body with the foils lying on top of each other 3 or layers 4 to polarize in only one direction (thickness direction D), and before the connections of the electrodes 41 on the one hand and 42 on the other hand through the connections 241 and 242 have been applied. This polarization too is preferably carried out in an electrical insulating medium. The merit of such upstream step is that initially without any major risk of rollover a respective polarization alignment of the ceramic material of the element is carried out will. The ceramic material of the ceramic edge layers 5 can also be included here will. This integral polarization of all ceramic components causes mechanical Tension within the polar ized ceramics to a minimum are held. The polarization process to be carried out below by applying electrical voltage between terminals 241 and 242 leads to polarity reversal Polarization of the second film in each case 3. It should be noted that for the respective polarization reversals in the material of one of the ceramic foils 3 are less Polarization voltage or polarization field strength is required than for a initial polarization. Moreover, the polarization does not generate any additional ones mechanical tensioning of the ceramic material.

Es ist sinnvoll, die Trägerfolie aus den obengenannten Gründen mitzupolarisieren, obwohl sie im späteren Betrieb piezoelektrisch nicht angeregt wird. Die Polarisation des Materials der Trägerfolie dient ebenfalls der Verringerung mechanischer Verspannungen und der Verhinderung von störenden Temperatur-Ausdehnungseffekten im keramischen Material des Biegeelementes 1.It makes sense to also polarize the carrier film for the reasons mentioned above, although it is not piezoelectrically excited in later operation. The polarization of the material of the carrier film also serves to reduce mechanical stresses and the prevention of disruptive temperature expansion effects in the ceramic Material of the bending element 1.

Fig.5 zeigt eine Variante der Form der im endgültigen erfindungsgemäßen Biegelement vorgesehen Elektroden. Die Fig.5 zeigt vergleichsweise zur Fig.2 eine Abstandsschicht 54 mit einer Keramikrandschicht 55, die Stege 155 und 255 besitzt. Der innerhalb der Keramikrandschicht 55 und den Stegen 155 und 255 freie Raum 54 ist durch Verwendung herausbrennenden Materials, wie z.B. Graphit, und gegebenenfalls zusätzlicher Verwendung von Abstandskörnern hergestellt bzw.Fig.5 shows a variant of the shape of the final according to the invention Bending element provided electrodes. In comparison to FIG. 2, FIG. 5 shows a Spacer layer 54 with a ceramic edge layer 55 which has webs 155 and 255. The free space 54 within the ceramic edge layer 55 and the webs 155 and 255 is by using burnout material such as graphite, and where appropriate additional use of spacer grains made or

erzeugt. Dieser Innenraum ist im fertigen erfindungsgemäßen Biegeelement mit Elektrodenmetall ausgefüllt. Die spiegelsymmetrische Form erhält die der Fig.3 entsprechende Gegenelektrode des Biegeelementes dieser Variante. Alle übrigen zu den Fig.1 bis 4 angegebenen Einzelheiten gelten sinngemäß für eine Variante mit Elektrodenform nach Fig.5. Die Stege 155 und 255 bewirken, daß entsprechend schmale, zur Längen- abmessung L quer verlaufende Zonen in den einzelnen Keramikfolien 3 vorhanden sind, in denen keine elektrische Anregung des Keramikmaterials dieser Folien im Betriebsfall eintritt. Mit dieser für Bimorph-Biegelemente an sich schon bekanntgewordenen Maßnahme läßt sich die Querdeformation des erfindungsgemäßen Biegeelementes verringern, womit eine Vergrößerung der nutzbringenden Auslenkung zu erreichen ist.generated. This interior space is in the finished bending element according to the invention filled with electrode metal. The mirror-symmetrical shape is that of FIG. 3 corresponding counter electrode of the bending element of this variant. All the rest too the details given in FIGS. 1 to 4 apply mutatis mutandis to a variant with Electrode shape according to Fig. 5. The webs 155 and 255 have the effect that correspondingly narrow, for length dimension L transverse zones in the individual Ceramic foils 3 are present in which no electrical excitation of the ceramic material of these foils occurs during operation. With this one for bimorph bending elements per se already known measure can be the transverse deformation of the invention Reduce the bending element, thus increasing the beneficial deflection can be achieved.

Es sei noch auf den Vorteil eines erfindungsgemäßen Biegeelementes hingewiesen, der darin besteht, daß bei erfindungsgemäßem Aufbau die die piezoelektrische Biegung bewirkenden, piezoelektrisch anzuregenden Folien 3 mit sich ergebender hoher elektrischer Feldstärke angeregt werden können, die gleichsinnig der piezoelektrischen Polarisation des Keramikmaterials gerichtet ist und dementsprechend keine Depolarisation durch die Betriebsspannung bewirkt werden kann.The advantage of a bending element according to the invention should also be noted pointed out, which consists in the fact that in the structure according to the invention, the piezoelectric Bending causing, piezoelectrically excited foils 3 with resulting high electric field strength can be excited, the same direction as the piezoelectric Polarization of the ceramic material is directed and accordingly no depolarization can be caused by the operating voltage.

Das Vorhandensein der Körner in den Abstandsschichten hat für das damit versehene Biegeelement besondere Bedeutung.The presence of the grains in the spacer layers has for that thus provided bending element of particular importance.

Sie bewirken eine Stützfunktion zwischen den Folien 3. Die Oxidkörner sintern an die Keramik an und bilden auch gegen Biegungskräfte beständige Stützen. Es ist vorteilhaft, wenn z.B. 10-30% des Volumens der Abstandsschichten 4 von solchen Oxidkörner-Stützen eingenommen werden.They cause a support function between the foils 3. The oxide grains sinter to the ceramic and also form supports that are resistant to bending forces. It is advantageous if, for example, 10-30% of the volume of the spacer layers 4 of such Oxide grain supports are ingested.

Claims (11)

PatentansDrüche: 1. Biegelement (1) mit einem Träger (2) mit piezokeramischem Keramikmaterial (3), das bei elektrischer Anregung Längenänderungen ausführt, so daß aufgrund des Aufbaues Biegungen (b) desselben auftreten, g e k e n n z e i c h n e t dadurch - daß das Biegelement solche aktiven Zonen (3) aufweist, die jeweilige Anteile eines gesinterten Keramik-Monolithkörpers (1) sind, - wobei zwischen diesen Zonen (3) schichtförmig sich erstreckende Elektroden (4) mit Anschlüssen (141, 142, 241, 242) angeordnet sind.Patent claims: 1. Bending element (1) with a carrier (2) with a piezoceramic Ceramic material (3), which changes length when electrically excited, see above that bends (b) of the same occur due to the structure, g e k e n n z e i c h n e t in that the bending element has such active zones (3), the respective Parts of a sintered ceramic monolith body (1) are, - with between these Zones (3) electrodes (4) extending in the form of layers with connections (141, 142, 241, 242) are arranged. 2. Biegeelement nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch , daß in der Ebene der Elektroden (4) zwischen den benachbarten Zonen (3) Randstrelfenschichten (5) eingesintert vorhanden sind.2. Bending element according to claim 1, g e k e n n z e i c h -n e t thereby that in the plane of the electrodes (4) between the adjacent zones (3) edge strelands (5) are present sintered in. 3. Biegeelement nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch , daß der Träger (2) ein piezoelektrisch nicht anzuregender Anteil eines damit unsymmetrischen Biegeelementes (1) ist (Fig.4).3. Bending element according to claim 1 or 2, g e k e n n -z e i c h n e t in that the carrier (2) is a piezoelectrically not to be excited portion of a thus asymmetrical bending element (1) is (Fig.4). 4. Biegeelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß im Bereich der Elektroden (4) quergerichtete Stege (155, 255) vorgesehen sind, die aus keramischem Material bestehen (Fig.5).4. Bending element according to claim 1, 2 or 3, g e k e n n -z e i c h n e t in that in the area of the electrodes (4) transversely directed webs (155, 255) are provided, which consist of ceramic material (Fig. 5). 5. Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e -k e n n z e i c h n e t dadurch - daß die Elektroden (4) aus Hohlräume im Biegeelement (1) ausfüllendem niedrigschmelzendem Metall bestehen und - daß sich innerhalb dieser Hohlräume innerhalb dieses Metalles verteilt Körner aus Oxidmaterial befinden.5. Bending element according to one of claims 1 to 4, g e -k e n n z e i c h n e t in that the electrodes (4) fill out cavities in the bending element (1) low-melting metal exist and - that within these cavities within this metal distributed grains of oxide material are located. 6. Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e -k e n n z e i c h n e t dadurch , daß die Elektroden (4) aus einem gegenüber dem Sinterprozeß beständigen Metall bestehen.6. Bending element according to one of claims 1 to 4, g e -k e n n z e i c h n e t by the fact that the electrodes (4) are made of a compared to the sintering process resistant metal. 7. Verfahren zur Herstellung eines Biegeelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß - zunächst auf einem Träger (2) abwechselnd aufeinanderfolgend Elektroden- bzw. Abstandsschichten (4) und Schichten aus Keramikschlicker für Keramikzonen (3) nach Art eines Stapels aufgebracht werden, - daß dieser Stapel gesintert wird und - daß die zwischen den Zonen (3) vorhandenen bzw. herzustellenden Elektroden (4, 41, 42) mit elektrischen Anschlüssen versehen und das Material der Zone (3) des Stapels polarisiert wird.7. A method for producing a bending element according to any one of the claims 1 to 6, indicated by the fact that - initially on a carrier (2) alternately successive electrode or spacer layers (4) and layers made of ceramic slip for ceramic zones (3) are applied in the manner of a stack, - That this stack is sintered and - that the existing between the zones (3) or electrodes (4, 41, 42) to be produced are provided with electrical connections and the material of the zone (3) of the stack is polarized. 8. Verfahren nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, - daß für die zwischen den Zonen im Stapel vorzusehenden Abstandsschichten (4) ein Material verwendet wird, das aus sinterbeständigen Körnern, deren Korngröße-Klassierung der vorgesehenen Schichtdicke der Abstandsschichten (4) angemessen ausgewählt ist und aus einem solchen Füllmaterial besteht, das im Verlauf der Durchführung der Sinterung verbrennt, und - daß nach Durchführung des Sinterprozesses nach Ausbrennen des Füllstoffes die durch den Füllstoff in den Abstandsschichten (4) entstandenen Hohlräume mit niedrigschmelzendem Metall oder elektrisch leitendem Kunststoff gfüllt werden.8. The method according to claim 7, g e k e n n z e i c h n e t thereby, - That for the spacer layers (4) to be provided between the zones in the stack Material is used that consists of sinter-resistant grains, their grain size classification the intended layer thickness of the spacer layers (4) is appropriately selected and consists of such a filler material that in the course of the implementation of the Sintering burns, and - that after carrying out the sintering process after burning out of the filler those created by the filler in the spacer layers (4) Fill cavities with low-melting metal or electrically conductive plastic will. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch , daß die Abstandsschichten (4) umgebend Randschichten (5) aus dem für die Zone (3) verwendeten Keramikschlicker verwendet werden und das Material dieser Randschichten (5) im Sinterprozeß mit gesintert wird.9. The method according to claim 7 or 8, g e k e n n -z e i c h n e t in that the spacer layers (4) surrounding edge layers (5) from the for the Zone (3) used ceramic slip and the material of these outer layers (5) is sintered with in the sintering process. 10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch , daß das Aufbringen der Elektroden- bzw. Abstandsschichten (4), des Keramikschlickers der Zone (3) und der gegebenenfalls vorgesehenen Randschichten (5) im Siebdruckverfahren durchgeführt wird.10. The method according to claim 7, 8 or 9, g e k e n n -z e i c h n e t in that the application of the electrode or spacer layers (4), des Ceramic slip of zone (3) and the possibly provided edge layers (5) is carried out by screen printing. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, g e -k e n n z e i c h n e t dadurch , daß die Polarisation des Materials der Zone (3) in der Weise durchgeführt wird, daß zunächst alle Zonen (3) in einheitlicher Richtung polarisiert werden und nachfolgend eine jede zweite Schicht des Stapels in entgegengesetzte Richtung umpolarisiert wird.11. The method according to any one of claims 7 to 10, g e -k e n n z e i c h n e t in that the polarization of the material of the zone (3) in the way it is carried out that initially all zones (3) are polarized in a uniform direction and subsequently every other layer of the stack in opposite directions Direction is repolarized.
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