DE3711388C2

DE3711388C2 -

Info

Publication number: DE3711388C2
Application number: DE3711388A
Authority: DE
Inventors: Katsunori Ebina Kanagawa Jp Yokoyama; Yukio Sato; Shunzo Togane Chiba Jp Shimai
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1991-06-06
Also published as: KR910006251B1; GB8707981D0; KR870010641A; US4862030A; CA1278088C; GB2225896B; GB2189933A; US4769570A; GB2225896A; DE3711388A1; GB2189933B; GB8924681D0; GB8927681D0

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler, wie bei spielsweise ein aus zwei Schichten aufgebauten, sogenannten bimorphen Piezowandler der als Vibrationsquelle in einer Teilezuführeinrichtung dient.

Ein herkömmlicher bimorpher Piezowandler enthält eine mittlere Platte und zwei auf gegenüberliegenden Oberflächen der mitt leren Platte sandwichartig befestigte piezokeramische Elemen te. Wenn eine Spannung an die piezokeramischen Elemente an gelegt wird, verbiegt sich der bimorphe Piezowandler oder er vibriert. Daher kann der bimorphe Piezowandler als eine Vibra tionsquelle verwendet werden.

Bei den bekannten Wandlern besteht die herkömmliche mittlere Platte aus Messing, Phosphorbronze, Edelstahl oder Feder stahl.

Der bimorphe Piezowandler mit einer derartigen bekannten mitt leren Platte hat den Nachteil, daß, wenn er als eine Vibra tionsquelle für eine Teilezuführeinrichtung verwendet wird, die Transportgeschwindigkeit durch das Gewicht der zu trans portierenden Teile in starkem Ausmaß beeinflußt wird und daß eine hohe Spannung an den bimorphen Piezowandler angelegt wer den muß, um eine gewünschte Transportgeschwindigkeit von 5 m/min oder mehr zu erreichen.

Es ist bereits ein piezoelektrischer Schwingantrieb bekannt (AT-PS 3 24 487), bei dem beidseits eines metallischen Trägerstreifens je ein Streifen aus Piezokeramik angeordnet ist. Der Ausschlag des Schwingantriebs wird durch ein an dem Trägerstreifen angreifendes Federelement begrenzt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler, wie beispielsweise einen bimorphen Wandler, zu schaffen, bei dem, wenn er als Vibrationsquelle in einer Teilezuführeinrichtung verwendet wird, die Trans portgeschwindigkeit von dem Gewicht der transportierten Tei le nur in geringem Maß beeinträchtigt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung enthält ein piezoelektrischer Wandler, beispielsweise ein bimorpher Wandler, eine mittlere Platte, ein an einer Oberfläche der mittleren Platte befestigtes plattenförmiges erstes piezokeramisches Element, ein an der anderen Oberfläche der mittleren Platte befestigtes plattenförmiges zweites piezokeramisches Element und einen Leitungsdraht zum Verbinden des ersten piezokeramischen Elementes mit dem zweiten piezokeramischen Element. Die mittlere Platte, das erste piezokeramische Element und das zweite piezokeramische Element werden sandwichartig angeordnet. Die mittlere Platte besteht aus einem gehärteten Werkzeugstahl mit etwa 0,6-1,5%, vorzugsweise 0,80-0,90% Kohlenstoff, 0,35% oder weniger Silizium, 0,50% oder weniger Mangan, 0,03% oder weniger Phosphor und 0,03% oder weniger Schwefel. Der Stahl besitzt eine Rockwell-Härte von HRC 40 oder mehr, insbesondere für die besten Resultate HRC 50 oder mehr.

Nach der ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Transportleistung beachtlich verbessert werden, wenn der Wandler als eine Vibrationsquelle für eine Teilezuführeinrich tung verwendet wird. Wenn eine konstante Spannung einem pie zoelektrischen Wandler angelegt wird, wird die Transportge schwindigkeit durch das Gewicht der zu transportierenden Gegenstände nicht stark beeinträchtigt. Daher kann die verstärkte Leistung einer Teilezuführeinrichtung leicht er reicht werden. Darüber hinaus ist es sehr einfach, die Transportgeschwindigkeit sehr genau zu steuern bzw. zu re geln. Als Ergebnis wird es möglich, einen Rückkopplungssen sor zum Regeln der Transportgeschwindigkeit wegzulassen. Unter der Annahme, daß die Transportgeschwindigkeit mindestens 5 m/min beträgt, kann die anzulegende Spannung verringert werden, um dadurch den Leistungsverbrauch zu verringern. Darüber hinaus kann eine Leistungsquelle eine kompakte Größe aufweisen, um dadurch den Platzbedarf der Anordnung klein zu halten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ein piezoelektrischer Wandler, wie ein bimorpher Wandler, eine mittlere Platte, ein auf einer Oberfläche der mittleren Platte befestigtes platten ähnliches erstes piezokeramisches Element, ein an der ande ren Oberfläche der mittleren Platte befestigtes plattenarti ges zweites piezokeramisches Element und einen Leitungsdraht zum Verbinden des ersten piezokeramischen Elementes mit dem zweiten piezokeramischen Element. Dabei be stehen das erste und zweite piezokeramische Element jeweils aus Mehrfachsegmenten, beispielsweise zwei Hälften, die von einander längs einer Mittellinie der Zwischenplatte in deren Längsrichtung voneinander getrennt sind. Alle Segmente sind vorzugsweise rechteckig. Zwei Ecken der piezokeramischen Elemente können dreieckförmig weggeschnitten werden. Ein Verhältnis der Länge der Hälften des ersten und zweiten pie zokeramischen Elementes zu deren Breite beträgt vorzugsweise 1,5 oder mehr. Ein Verhältnis der Gesamtlänge der Hälften des ersten und zweiten piezokeramischen Elementes zu deren Gesamtbreite liegt vorzugsweise bei 1,7 oder weniger. Wenn die piezokeramischen Elemente so geformt sind, daß sie eine derartige Form aufweisen, werden sie einem Quadrat ähnlich. Die mittlere Zwischenplatte kann aus einem gehärteten Werk zeugstahl hergestellt, der etwa 0,6-1,5%, vorzugsweise 0,80-0,90% Kohlenstoff, 0,35% oder weniger Silizium, 0,50% oder weniger Mangan, 0,03% oder weniger Phosphor und 0,03% oder weniger Schwefel enthält und eine Rockwell-Härte von HRC 40 oder mehr aufweist.

Entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Vibrationsleistung vergrößert werden. Wenn eine Spannung an einen piezoelektrischen Wandler angelegt wird, werden die Seg mente oder die Hälften der piezokeramischen Elemente derart deformiert, daß sie sich zusammenziehen, wenn die Polarisie rungsrichtung und die Richtung des elektrischen Feldes gleich sind, während sie im entgegengesetzten Fall derart deformiert werden, daß sie sich vergrößern. Hierbei werden sie sowohl in Längsrichtung als auch in Breitenrichtung in der gleichen Weise deformiert. Da jedoch das piezokeramische Element geteilt ist, so daß es aus mehreren Segmenten be steht, die voneinander vorzugsweise längs einer Mittellinie der Zwischenplatte getrennt sind, wird das piezoelektrische Gerät normalerweise nur in seiner Längsrichtung deformiert, jedoch in seiner Breitenrichtung nicht in dem gleichen Aus maße deformiert. Daher wird es möglich, die Breite des pie zoelektrischen Wandlers zu vergrößern. Es ist beispielsweise möglich, eine quadratische Form des piezoelektrischen Wandlers zu erhalten.

Bevorzugte Aus führungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines bimorphen Piezowandlers nach einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des bimorphen Piezo wandlers der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Zuführ einrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen bimorphen Piezowandler ausgerüstet ist;

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen angelegter Spannung und Transport geschwindigkeit;

Fig. 5 einen Graph der Beziehung zwischen Gewicht der zu transportierenden Teile und der Transportgeschwindigkeit;

Fig. 6 einen Graph der Beziehung zwischen Härte der in einem piezoelektrischen Wandler nach der Er findung verwendeten Zwischenplatte und der Transportgeschwindigkeit;

Fig. 7 eine Vorderansicht eines bimorphen Piezowandlers nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 eine Rückansicht eines weiteren bimorphen Piezowandlers;

Fig. 9 eine Seitenansicht des bimorphen Piezowandlers der Fig. 8;

Fig. 10 eine Vorderansicht eines bimorphen Piezowandlers nach einer nochmals weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine Rückansicht des bimorphen Piezowandlers der Fig. 10;

Fig. 12 eine Seitenansicht des bimorphen Piezowandlers der Fig. 10; und

Fig. 13 einen Graph der Leistung des bimorphen Piezowandlers nach der Erfindung im Vergleich mit einem zum Stand der Technik gehörenden Piezo bimorphwandlers.

Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung. Ein bimorphes Piezogerät enthält eine Zwischenplat te 1 und ein Paar piezokeramischer Elemente 2, 2′. Die Zwi schenplatte 1 besteht aus einem Kohlenstoff enthaltenden Werkzeugstahl, wie beispielsweise SK-Stahl entsprechend JIS (Japanese Industrial Standard = Japanische Industrienorm) G 4401 und SK 5 für die besten Ergebnisse. Der Werkzeugstahl wird durch ein Abschreckverfahren gehärtet. Die Zwischen platte 1 hat vorzugsweise eine Rockwell-Härte von HRC 40 oder mehr. Für die jeweils besten Ergebnisse beträgt die Rockwell-Härte der Zwischenplatte 1 HRC 50 oder mehr.

Die Zwischenplatte 1 weist an ihren vier Ecken Schraublöcher 3, 3a, 3b, 3c auf.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Teilezuführein richtung vom Piezotyp, bei der das bimorphe Piezogerät als Vibrationsquelle verwendet wird. Schrauben 17, 17′ sind in die Schraublöcher 3b, 3c der Zwischenplatte 1 geschraubt, so daß ein Ende der Zwischenplatte 1 an einer Basis 11 befe stigt ist. Ein weiteres Paar von Schrauben 16, 16′ ist in die Schraublöcher 3, 3a der Zwischenplatte 1 geschraubt, so daß das andere Ende der Zwischenplatte 1 an einem Ende einer vergrößerten Biegefeder 13, 13′ befestigt ist. Das andere Ende der vergrößerten Biegefeder 13, 13′ ist mit Hilfe von Schrauben 15, 15′ an einem Trog 14 befestigt.

Die piezokeramischen Elemente 2, 2′ sind an beiden gegen überliegenden Oberflächen der Zwischenplatte 1 befestigt, so daß sie in einem mittleren Abschnitt der Zwischenplatte 1 positioniert sind.

Auf beiden entgegengesetzten Oberflächen der piezokerami schen Elemente 2, 2′ sind Silberelektroden durch ein Bele gungsverfahren o.dgl. angeordnet. Die Silberelektroden wer den in der gleichen Polarisierungsrichtung gepolt. Nachdem die piezokeramischen Elemente 2, 2′ an der Zwischenplatte 1 befestigt sind, wird eine äußere Elektrode mit einem Lei tungsdraht 4′ verbunden. Wenn eine gewünschte Wechselspan nung zwischen einem mit dem Leitungsdraht 4′ verbundenen Leitungsdraht 4 und einem mit der Zwischenplatte 1 verbunde nen Leitungsdraht 5 angelegt wird, verbiegt sich das bimor phe Piezogerät oder es vibriert.

Beispielsweise sind die piezokeramischen Elemente aus PbTiO₃-PbZrO₃-Pb(Y · Nb) 1/2 O₃ mit einer Dielektrizitätskon stanten von 2000 und einem Kupplungsfaktor von K₃₁ von 35% hergestellt. Die Zwischenplatte 1 kann eine Breite von 25 mm, eine Länge von 43 mm und eine Dicke von 1,5 mm auf weisen. Jedes piezokeramische Element kann eine Breite von 23 mm, eine Länge von 30 mm und eine Dicke von 2,5 mm auf weisen. Die vergrößerten Biegefedern 13, 13′ sind vorzugs weise aus einem Federstahl hergestellt. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung werden vier bimorphe Pie zogeräte, wie oben beschrieben, als Vibrationsquelle einer Zuführeinrichtung für kugelartige Teile mit einem Durchmes ser von 190 mm unter jeweils 90° angeordnet.

Fig. 4 und 5 zeigen die charakteristische Eigenschaften des bimorphen Piezogerätes. In Fig. 4 stellt die horizontale Achse die angelegte Spannung V und die vertikale Achse die Transportgeschwindigkeit in m/min dar. In diesem Fall be trägt das Gewicht der zu transportierenden Gegenstände 300 g. Das Gewicht des Troges 14 ist 700 g. Die Linien A und B zeigen die Eigenschaften des bimorphen Piezogerätes nach der Erfindung. Das durch die Linie A dargestellte bimorphe Piezogerät enthält die Zwischenplatte 1 aus einem Werkzeug stahl oder SK-Stahl mit Kohlenstoff, der durch ein Ab schreckungsverfahren gehärtet ist, so daß er eine Rockwell- Härte von HRC 65 aufweist. Das durch die Linie B charakteri sierte bimorphe Piezogerät enthält die Zwischenplatte 1 aus einem Werkzeugstahl oder SK-Stahl mit Kohlenstoff, der der art gehärtet ist, daß er eine Rockwell-Härte von HRC 45 auf weist.

Die Kurve C zeigt als Vergleichsbeispiel die Eigenschaften eines nicht in den Rahmen dieser Erfindung fallenden bimor phen Piezogerätes, das eine Zwischenplatte 1 aus einem Stahl wie SUS 304 in JIS (Japanese Industrial Standard) und mit einer Rockwellhärte von HRC 20 aufweist. Das durch die Li nie C gekennzeichnete bimorphe Piezogerät hat die gleichen Abmessungen wie die Geräte, die durch die Kurven A und B repräsentiert sind. Bei dem Piezogerät der Kurve C ist die Transportgeschwindigkeit selbst dann niedrig, wenn die ange legte Spannung vergrößert wird.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, hängt die Transportgeschwindig keit stark von der Härte der Zwischenplatte 1 ab. Wenn die Härte der Zwischenplatte 1 vergrößert wird, vergrößert sich ebenfalls die Transportgeschwindigkeit. Wenn die bimorphen Piezogeräte der Kurven A und B verwendet werden, läßt sich die Transportgeschwindigkeit leicht vergrößern.

Wie in Fig. 4 durch die gestrichelte Linien dargestellt ist, läßt sich eine Transportgeschwindigkeit von 5 m/min oder mehr unter Verwendung einer angelegten Spannung von 150 V leicht erreichen, wenn die Rockwell-Härte der Zwischenplat te 1 etwa HRC 50 oder mehr beträgt.

Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Gewicht der zu transportierenden Gegenstände und der Transportgeschwindig keit. Die horizontale Achse zeigt die Last in Gramm (g) und die senkrechte Achse die Transportgeschwindigkeit in m/min. Unter der Annahme, daß die an das bimorphe Piezogerät ange legte Spannung einen Effektivwert von 150 V aufweist, ändert sich die Transportgeschwindigkeit, sobald sich das Gewicht der transportierten Gegenstände ändert. Die Kurve D zeigt die Eigenschaften des bimorphen Piezogerätes mit der Zwi schenplatte 1 aus einem Werkzeugstahl oder SK-Stahl mit Koh lenstoff, der zur Bildung einer Rockwell-Härte von HRC 65 gehärtet wurde. Die Kurve D entspricht der Kurve A der Fig. 4. Die Kurve E zeigt die Eigenschaften des bimorphen Piezogerätes mit der Zwischenplatte 1 aus einem Werkzeug stahl oder SK-Stahl mit Kohlenstoff, der zur Bildung einer Rockwell-Härte von HRC 45 gehärtet ist. Die Kurve E ent spricht der Kurve B der Fig. 4.

Wie aus Fig. 5 zu entnehmen ist, ändert sich im Fall der Kurve E die Transportgeschwindigkeit nur innerhalb eines schmalen Bereiches, selbst wenn das Gewicht sich stark än dert. Im Fall der Kurve D ändert sich die Transportgeschwin digkeit nur in einem sehr begrenzten Bereich, selbst wenn das Gewicht in einem weiten Bereich ändert.

Damit die Transportgeschwindigkeit 5 m/min oder mehr be trägt, wird die an das bimorphe Piezogerät angelegte Span nung auf einen Effektivwert von etwa 150 V eingestellt und die Betätigungsfrequenz auf 180 Hz.

In Fig. 6 zeigt die horizontale Achse eine Rockwell-Härte der Zwischenplatte 1 und die senkrechte Achse die Transport geschwindigkeit in m/min. Die angelegte Spannung hat einen Effektivwert von 200 V. Das Gewicht der transportierten Ge genstände ist 500 g und das Gewicht des Troges 14 beträgt 1500 g.

Die Kurve G zeigt die Eigenschaften des erfindungsgemäßen bimorphen Piezogerätes. Wenn sich die Härte vergrößert, ver größert sich auch die Transportgeschwindigkeit. Die Härte beträgt vorzugsweise HRC 40 oder mehr. Für die besten Resul tate liegt sie bei HRC 50 oder mehr.

In Fig. 6 zeigt der Punkt H die Eigenschaften eines Ver gleichsbeispiels außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, das eine Zwischenplatte aus einem gehärteten Federstahl mit einer Rockwell-Härte von HRC 45 enthält.

Im Fall der Kurve G, wenn die Härte HRC 45, liegt die Trans portgeschwindigkeit bei etwa 3 m/min. Jedoch ist am Punkt H, wenn die Härte HRC 45 beträgt, die Transportgeschwindigkeit etwa 1 m/min, was sehr langsam ist.

Fig. 7 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Er findung. Das bimorphe Piezogerät enthält eine Zwischenplatte 1a und ein Paar auf gegenüberliegenden Oberflächen der Zwi schenplatte 1a befestigter piezokeramischer Elemente 20, 25. Die piezokeramischen Elemente 20, 25 bestehen jeweils aus mehrfachen Segmenten, beispielsweise zwei Hälften 2a, 2b, 3a, 3b, die längs einer Mittellinie der Zwischenplatte 1a in ihrer Längsrichtung getrennt sind. Diese Hälften 2a, 2b sind auf einer Oberfläche der Zwischenplatte 1a mit Hilfe eines Epoxyklebers befestigt. Die Hälften 3a, 3b sind auf der an deren Oberfläche der Zwischenplatte 1a mit Hilfe eines Epo xyklebers befestigt. Ein Abstand 6a ist zwischen den Hälften 2a und 2b gebildet und ebenfalls ein Abstand 6b zwischen den Hälften 3a und 3b.

Die Hälften 2a, 2b, 3a, 3b haben im wesentlichen die gleiche Rechteckform. Das Verhältnis von Länge l zu Breite w jeder Hälfte 2a, 2b, 3a, 3b ist auf 1,5 oder mehr festgesetzt. Das Verhältnis der Gesamtlänge lo zur Gesamtbreite wo des piezo keramischen Elementes 20 ist auf 1,7 oder weniger festge setzt, worin die Gesamtlänge lo die gesamte Länge der beiden Hälften 2a, 2b ist. Das Verhältnis lo/wo gesamte Länge zu Gesamtbreite des piezokeramischen Elementes 25 ist ebenfalls auf den Wert 1,7 oder weniger festgesetzt.

Silberelektroden 2a′, 2a′′ sind auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Hälfte 2a beispielsweise durch ein Bele gungsverfahren angebracht. Ebenso sind Elektroden 2b′, 2b′′ auf beiden entgegengesetzten Oberflächen der Hälfte 2b ge bildet. Die Elektroden 3a′, 3a′′ sind auf beiden gegenüber liegenden Oberflächen der Hälfte 3a gebildet. Die Elektroden 3b′, 3b′′ sind auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Hälfte 3b gebildet. Die Elektroden 2a′, 3a′ sind miteinander verbunden. Ebenso sind die Elektroden 2b′′ und 3b′′ miteinan der verbunden. Die Elektroden 2a′ und 2b′ sind durch einen Leitungsdraht 4b miteinander verbunden. Die Elektroden 3a′ und 3b′ sind durch einen Leitungsdraht 4b′ miteinander ver bunden. Ein äußerer Leitungsdraht 4a ist mit dem Leitungs draht 4b verbunden. Ein äußerer Leitungsdraht 4a′ ist mit dem Leitungsdraht 4b′ verbunden. Die äußeren Leitungsdrähte 4a′ und 4b′ sind miteinander verbunden. Die Elektroden 2a′, 2b′, 3a′, 3b′ haben das gleiche elektrische Potential.

Ein Leitungsdraht 5a ist mit einem Ende der Zwischenplatte 1a verbunden. Eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung wird zwischen den Leitungsdraht 5a und den Leitungsdraht 4a, 4a′ angelegt, wodurch das bimorphe Piezogerät sich biegen oder vibrieren kann.

Fig. 10 bis 12 zeigen eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Ecken einer Zwischenplatte 11a abgeschnitten sind. Die piezokeramischen Elemente 30, 35 sind mit der Zwischenplatte 11a verbunden. Jedes der piezo keramischen Elemente 30, 35 weist zwei Hälften 22a, 22b auf, die längs einer Mittellinie der Zwischenplatte 11a in deren Längsrichtung voneinander getrennt sind. Die beiden Hälften 22a, 22b sind auf einer Oberfläche der Zwischenplatte 11a mit Hilfe eines Epoxyklebers befestigt. Ein weiteres Paar von Hälften 23a, 23b sind auf der anderen Oberfläche der Zwischenplatte 11a ebenfalls mit Hilfe eines Epoxyklebers befestigt.

Ein Abstand 26a ist zwischen den Hälften 22a und 22b und ein weiterer Abstand 26b zwischen den Hälften 23a und 23b gebil det. Die Hälften 22a, 22b, 23a, 23b sind an einer Ecke abge schnitten, um teilweise in ihrer Form der Zwischenplatte 11a zu entsprechen.

Bei der in Fig. 10 bis 12 dargestellten Ausführungsform ist das Verhältnis von Länge l zu Breite w der Hälften 22a, 22b, 23a, 23b und das Verhältnis Gesamtlänge lo zu Gesamtbrei te wo der piezokeramischen Elemente 30, 35 im wesentlichen gleich groß wie bei der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9.

Die Elektroden 22a′ und 22a′′ sind auf beiden gegenüberlie genden Oberflächen der Hälfte 22a gebildet. Die Elektroden 22b′, 22b′′ sind auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Hälfte 22b gebildet. Die Elektroden 23a′ und 23a′′ sind auf gegenüberliegenden Oberflächen der Hälfte 23a gebildet. Die Elektroden 23b′ und 23b′′ sind auf beiden gegenüberlie genden Oberflächen der Hälfte 23b gebildet. Die Elektroden 22b′′ und 23b′′ sind miteinander verbunden. Die Elektroden 22a′′ und 23a′′ sind miteinander verbunden. Die Elektroden 22a′ und 22b′ sind durch einen Leitungsdraht 44b miteinander verbunden. Die Elektroden 23a′ und 23b′ sind durch einen Leitungsdraht 44b′ miteinander verbunden. Der Leitungsdraht 44b′ ist mit einem äußeren Leitungsdraht 44a′ verbunden. Die äußeren Leitungsdrähte 44a und 44a′ sind miteinander verbun den. Die Elektroden 22a′, 22b′, 23a′, 23b′ haben das gleiche elektrische Potential. Ein Leitungsdraht 55a ist mit einer Verlängerung 12a der Zwischenplatte 1a verbunden. Eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung wird zwischen den Leitungsdraht 55a und den Leitungsdraht 44a, 44a′ angelegt, wodurch das bimorphe Piezogerät sich biegen oder vibrieren kann.

Einige Testergebnisse dieser Erfindung werden im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel erklärt.

Die Zwischenplatte 1a nach der Ausführungsform nach der Fig. 7 bis 9 hat eine Breite von 15 mm, eine Länge von 32 mm und eine Dicke von 1,5 mm. Jede der Hälften 2a, 2b, 3a, 3b hat eine Breite w von 7 mm, eine Länge l von 15 mm und eine Dicke von 2 mm. Jede der Hälften besteht aus PbTiO₃-PbZrO₃-Pb(Y1/2Nb1/2)O₃.

Vier Hälften 2a, 2b, 3a, 3b sind an der Zwischenplatte 1a befestigt, so daß sie die gleiche Polarisierungsrichtung aufweisen. Ein außerhalb der Erfindung liegendes Vergleichs beispiel hat im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die Ausführung der Fig. 7 bis 9. Eine Wechselspannung von 200 V mit 100 Hz wird zwischen die Leitungsdrähte 4a, 4a′, 5a des bimorphen Piezogerätes angelegt.

Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausbiegungsgrad oder der Verlagerung und der Leistung des bimorphen Piezoge rätes sowohl nach der Erfindung als auch nach einem Ver gleichsbeispiel. Die Linie A zeigt die Eigenschaften des Vergleichsbeispiels und die Linie B die Eigenschaften des bimorphen Piezogerätes nach der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 der Erfindung. Das bimorphe Piezogerät nach der Er findung hat einen 1,5fachen Wert in Ausbiegung und Leistung gegenüber dem Vergleichsbeispiel.

Im folgenden wird die Ausführungsform der Fig. 10 bis 12 mit einem weiteren Vergleichsbeispiel verglichen. Die Zwischen platte 11a dieser Erfindung hat eine Breite von 15 mm, eine Länge von 25 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Jede der Hälften 22a, 22b, 23a, 23b hat eine Breite w von 7 mm, eine Länge l von 20 mm und eine Dicke von 0,3 mm. Diese Hälften werden an einer Zwischenplatte 11a derart befestigt, daß sie die glei che Polarisierungsrichtung aufweisen.

Das Vergleichsbeispiel hat im wesentlichen die gleiche Form und Anordnung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10 bis 12. Eine Wechselspannung von 50 V mit 100 Hz wird in der gleichen Art wie bei der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 angelegt. Die Testergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemä ße bimorphe Piezogerät einen um 1,4fach höheren Wert in Ausbiegung und Leistung aufweist wie das Vergleichsbeispiel.

Ein piezoelektrisches Gerät nach der Erfindung kann eben falls als eine Vibrationsquelle für eine Ultraschall-Maschi ne o.dgl. verwendet werden.

Claims

1. Piezoelektrischer Wandler mit einer Zwischenplatte (1) mit entgegengesetzten Oberflächen, einem auf einer der entgegengesetzten Oberflächen der Zwischenplatte (1) befestigten plattenförmigen ersten piezokeramischen Element (2), einem auf der anderen Oberfläche der Zwischenplatte (1) befestigten plattenförmigen zweiten piezokeramischen Element (2′), wobei die Zwischenplatte (1), das erste piezokeramische Element (2) und das zweite piezokeramische Element (2′) sandwichartig angeordnet sind, ein Leitungsdraht zum Verbinden des ersten piezokeramischen Elementes (2) mit dem zweiten piezokeramischen Element (2′) vorgesehen ist und die Zwischenplatte (1) aus gehärtetem Werkzeugstahl besteht, der ausschließlich Eisen als Hauptbestandteil und Kohlenstoff von 0,80 bis 1,5%, 0,35% oder weniger Silizium, 0,50% oder weniger Mangan, 0,03% oder weniger Phosphor und 0,03% oder weniger Schwefel enthält sowie eine Rockwell-Härte von HRC 40 oder mehr aufweist.

2. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite piezokeramische Element (2, 2′) jeweils aus zwei Hälften besteht, die voneinander längs einer Mittellinie der Zwischenplatte (1) in deren Längsrichtung getrennt sind.

3. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 2, mit einem Verhältnis der Länge (l) der Hälften des ersten und zweiten piezokeramischen Elementes (2, 2′) zu deren Breite (w) 1,5 oder mehr.

4. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 2 oder 3, mit einem Verhältnis der Gesamtlänge (lo) der Hälften des ersten und zweiten piezokeramischen Elementes (2, 2′) zu deren Gesamtbreite (wo) 1,7 oder weniger.

5. Piezoelektrischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines des ersten und zweiten piezokeramischen Elements (2, 2′) aus mehrfachen getrennten Segmenten besteht, von denen jedes etwa Rechteckform aufweist.