DE4201937C2 - Piezoelektrisches laminiertes Stellglied - Google Patents
Piezoelektrisches laminiertes StellgliedInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches lami
niertes Stellglied zur Verwendung als Antriebsquelle, wie z. B.
für einen Druckerkopf oder als Positioniertrieb.
Es sind zwei Typen von piezoelektrischen laminierten Stell
gliedern bekannt: zum einen ein laminiertes Stellglied, bes
tehend aus einer Anzahl von piezoelektrischen Schichten, wobei
beide Enden des Stellglieds durch dielektrische Schichten
abgeschlossen sind; zum zweiten ein aus mehreren Einheiten be
stehendes Stellglied, das eine Anzahl von miteinander verbun
denen Stellgliedern des ersten Typs umfaßt.
Wie in den Fig. 14 und 15 dargestellt, umfaßt der erste aus
dem Stand der Technik bekannte piezoelektrische laminierte
Stellgliedtyp einen piezoelektrischen laminierten Körper, bes
tehend aus einer Anzahl von piezoelektrischen Schichten 2, die
jeweils zwischen Innenelektroden 1 angeordnet sind. Eine di
elektrische Schicht 3 ist jeweils mit beiden Enden des lamin
ierten Körpers verklebt.
Zwei Außenelektroden 4 sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten
des piezoelektrischen laminierten Körpers auf den piezo
elektrischen Schichten 2 aufgebracht, wobei die eine
Außenelektrode mit jeder zweiten Innenelektrode und die andere
Außenelektrode mit den übrigen Innenelektroden verbunden ist.
An die Außenelektroden 4 sind Anschlußdrähte 5 angelötet. Die
Seiten des piezoelektrischen laminierten Körpers aus piezo
elektrischen Schichten 2 und die Seiten der dielektrischen
Schichten 3 weisen als Feuchtigkeits- und Isolierschutz eine
Beschichtung aus dielektrischem Harz auf, wie z. B. Epoxidharz
oder Silikongummi.
Wie in Fig. 16 dargestellt, sind die Innenelektroden, zwischen
denen die piezoelektrischen Schichten 2 angeordnet sind, räum
lich wechselweise als positive Elektroden 1a und negative
Elektroden 1b ausgebildet, so daß auch eine wechselweise räum
liche Umkehrung der elektrischen Feldrichtung erfolgt. Jede
Innenelektrode weist an ihrem einen offenen Ende einen Nicht-
Elektrodenbereich auf.
Die piezoelektrischen Schichten 2 werden stapelweise lami
niert, indem sie übereinander mittels eines dielektrischen
Harzklebemittels miteinander verklebt werden, wie in Fig. 16
dargestellt. Trotz Verwendung eines Klebstoffes aus dielek
trischem Harz ist durch die Druckverklebung eine bestimmte
Leitfähigkeit zwischen zwei Innenelektroden gegeben.
Bekannt ist die Verwendung eines leitenden Klebemittels zur
Bildung der beiden Außenelektroden 4, 4 auf den beiden Seiten
des piezoelektrischen laminierten Körpers aus piezoelektri
schen Schichten 2. Das auf den piezoelektrischen laminierten
Körper aus den piezoelektrischen Schichten 2 aufgebrachte
leitende Klebemittel wird einer wärmeaushärtenden Behandlung
unterzogen, aufgrund derer eine Verbindung mit den Innen
elektroden hergestellt wird, wie in Fig. 16 dargestellt. Nach
teilig bei diesem bekannten piezoelektrischen Stellglied ist,
daß, bedingt durch den Herstellungsprozeß zwischen den Außen
elektroden 4, die durch die Wärmeaushärtung des aufgetragenen
leitfähigen Klebemittels gebildet sind, und den Innenelektro
den 1 häufig ein schlechter Kontakt erreicht wird. Die Her
stellung derartiger Stellglieder ist daher mit einem relativ
großen Ausschuß verbunden.
Weiterhin weisen die Außenelektroden 4 ebenso wie die Lötver
bindungen der Anschlußdrähte 5 eine geringe mechanische Fe
stigkeit auf.
Da desweiteren die dielektrischen Schichten 3 an beiden Enden
des laminierten piezoelektrischen Körpers in der Regel mit zu
bewegenden Körpern verklebt oder preßverklebt sind, können die
dielektrischen Schichten 3 mit keinem Beschichtungsmaterial 6
bedeckt werden. Für eine möglichst wirtschaftliche Fertigung
wird für die dielektrischen Schichten 3 üblicherweise der
gleiche Keramikwerkstoff wie für die piezoelektrischen Schich
ten 2 verwendet. Im allgemeinen weist jedoch diese Art von
dielektrischem Keramikwerkstoff eine geringe Feuchtigkeitsbe
ständigkeit auf.
Aufgrund der geringen Feuchtigkeitsbeständigkeit der
dielektrischen Schichten 3 kann Feuchtigkeit eindringen und zu
den Innenelektroden 1 oder piezoelektrischen Schichten 2 vor
dringen, wodurch die dielektrischen Eigenschaften verschlech
tert werden.
Die Verwendung eines dickeren Keramikwerkstoffes für die di
elektrischen Schichten 3 erhöht zwar die Feuchtigkeitsbestän
digkeit, führt jedoch während des Betriebs des Stellglieds zu
einem verringerten relativen Stellweg, da die dielektrischen
Schichten 3 nicht zum Stellweg beitragen.
Im folgenden wird der zweite Stellgliedtyp erläutert: Bei der
Herstellung eines Stellglieds mit zahlreichen Laminierungen
unter Verwendung von zahlreichen piezoelektrischen Schichten 2
beträgt die Dicke des Stellglieds ohne die beiden dielektri
schen Schichten z. B. ca. 120 mm bei Laminierung von 800
Schichten, unter der Annahme, daß jede Schicht 150 µm dick ist
und daß das Stellglied aus einem einzigen Körper und nicht aus
mehreren, zu einer Einheit zusammengefügten Körpern besteht.
Werden diese Schichten zu einem einzigen Körper miteinander
verklebt, so wird bei Auftreten eines Defekts in einer ein
zigen der 800 Schichten, wie z. B. einer Verschlechterung der
dielektrischen Eigenschaften, das gesamte Stellglied unbrauch
bar.
Je höher die Anzahl der laminierten piezoelektrische Schichten
ist, desto geringer ist die Ausbeute bei der Herstellung der
Stellglieder und desto weniger wirtschaftlich ist die Fertig
ung.
Dieser Nachteil läßt sich wie folgt beseitigen: mehrere Stell
gliedeinheiten 7, die jeweils eine entsprechende Anzahl von
laminierten piezoelektrischen Schichten aufweisen, welche noch
eine akzeptable Ausbeute gewährleisten, z. B. vier Stellglied
einheiten mit jeweils 200 Schichten mit einer Gesamtdicke von
ca. 30 mm, sind längs miteinander verklebt und bilden ein aus
mehreren Einheiten bestehendes laminiertes Stellglied.
Bei solch einem Aufbau sind die Außenelektroden von zwei be
nachbarten Stellgliedeinheiten elektrisch miteinander verbun
den. Wie in Fig. 17 dargestellt, sind Anschlußdrähte 8 an
Außenelektroden 4 angelötet, um die Stellgliedeinheiten mit
einander zu verbinden.
Durch Anlöten jedes Anschlußdrahtes 8 zur Herstellung einer
elektrischen Verbindung mit der benachbarten Elektrode 4 ent
steht außerhalb des Stellglied-Körpers ein hervorstehender
Bereich an jeder Übergangsstelle, wo ein Anschlußdraht 8 an
gelötet ist. Ist, wie in Fig. 18 dargestellt, das Stellglied
in ein Metallgehäuse 9 eingebaut, um ein durch Einknicken ver
ursachtes Brechen der Anschlußdrähte 8 zu verhindern, so soll
te das Innere des Metallgehäuses so groß sein, daß ausreichend
Platz für die hervorstehenden Bereiche vorhanden ist. Somit
wird ein großes Metallgehäuse 9 benötigt.
Durch das Verlöten jedes Anschlußdrahtes 8 ergibt sich eine
höhere Anzahl von Lötverbindungen, wodurch die Wirtschaftlich
keit der Fertigung verringert wird. Außerdem weist jede Löt
stelle zwischen zwei benachbarten Stellgliedeinheiten 7 eine
geringe mechanische Festigkeit auf.
Jede der dielektrischen Keramikschichten 3 an beiden Enden
jeder Stellgliedeinheit 7 dient als Bearbeitungsbereich, der
so bearbeitet werden kann, daß die beiden Enden der Stell
gliedeinheit 7 bei deren Herstellung genau parallel zueinander
ausgerichtet sind und dient als Schutz gegen das Eindringen
von Feuchtigkeit oder gegen mechanische Beschädigung bei Be
trieb des Stellglieds. Die dielektrischen Schichten 3 tragen
jedoch nicht zum Stellweg bei.
Bei jeder im Stand der Technik bekannten Stellgliedeinheit 7
finden dielektrische Schichten 3 Anwendung, die aus Keramik
gefertigt sind und auf eine gleiche Dicke bearbeitet werden.
Bei Verbindung von zwei Stellgliedeinheiten 7 verdoppelt sich
die Dicke der inneren dielektrischen Schichten. Wie bereits
erwähnt, tragen die dielektrischen Schichten 3 nicht zum
Stellweg bei. Je größer die Gesamtdicke der dielektrischen
Schichten ist, desto geringer ist der relative Stellweg.
Aus der US 4 845 399 ist weiterhin ein piezoelektrisches
Stellelement mit verklebtem Laminat bekannt, wobei zur Kon
taktierung der Innenelektroden mit den Außenelektroden die
Innenelektroden mit einem über die Außenseite der betreffenden
piezoelektrischen Schicht hinausragenden Vorsprung versehen
sind und diese Vorsprünge durch Aufdrucken einer leitenden
Paste in Form eines Streifens elektrisch verbunden werden.
Anstelle des Aufdruckens einer Paste offenbart die US 4 845
399 auch das Kontaktieren der Vorsprünge mittels einer strei
fenförmigen Elektrode.
Die DE 38 32 658 A1 beschreibt ein geschichtetes Stellglied,
das durch Übereinanderschichten von an einer oder beiden Sei
ten mit Elektroden versehenen Platten und anschließendes Sin
tern dieses Stapels hergestellt ist. Das Kontaktieren der
Innenelektroden erfolgt dabei regelmäßig durch das Erzeugen
von Außenelektroden mittels des Siebdruckverfahrens. Auch ist
in dieser Schrift als mögliches Verfahren für das Aufbringen
der Außenelektroden das Metallisieren durch Aufdampfen er
wähnt. Dieses Verfahren eignet sich jedoch infolge der hohen
Temperaturen bzw. der hohen Energiezufuhr nicht in Verbindung
mit Stellgliedern mit verklebten Schichten. Ein derartiges
Stellglied ist auch in der US 4 633 120 beschrieben, wobei
darin auch das Aneinanderfügen von einzelnen Stellgliedern zu
einer Einheit mit größerem Stellweg offenbart ist.
Der Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs genannten Stand
der Technik die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Stell
glied zu schaffen, bei dem eine sichere Kontaktierung der
Innenelektroden durch die Außenelektroden gewährleistet ist
und das eine kostengünstige Fertigung bei geringem Ausschuß
erlaubt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent
anspruchs 1.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in den Zeich
nungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines ersten Ausfüh
rungsbeispieles eines piezoelektrischen laminierten
Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 2 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig. 1
aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt eines zweiten Ausfüh
rungebeispieles eines piezoelektrischen laminierten
Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 4 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig. 3
aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt eines dritten Ausfüh
rungsbeispieles eines piezoelektrischen laminierten
Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 6 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig. 5
aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 6;
Fig. 8 eine Seitenansicht im Schnitt eines vierten Ausfüh
rungsbeispieles eines piezoelektrischen laminierten
Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 9 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig. 8
aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 10 eine teilweise geschnittene Darstellung des piezo
elektrischen laminierten Stellglieds nach dem vier
ten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, bei dem
Metallbänder für eine andere Art der Verbindung
verwendet werden;
Fig. 11 einen Querschnitt des in einem Gehäuse eingebauten
Stellglieds in Fig. 10;
Fig. 12 eine Seitenansicht im Schnitt eines fünften Ausfüh
rungsbeispieles eines piezoelektrischen laminierten
Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 13 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig.
12 aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 14 eine Seitenansicht im Schnitt eines bekannten Aus
führungsbeispieles eines piezoelektrischen lami
nierten Stellglieds nach der Erfindung;
Fig. 15 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
piezoelektrischen laminierten Stellglieds in Fig.
14 aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fig. 16 einen vergrößerten Querschnitt des bekannten piezo
elektrischen Stellglieds in Fig. 15;
Fig. 17 eine vertikale Vorderansicht im Querschnitt eines
aus mehreren Einheiten bestehenden bekannten piezo
elektrischen Stellglieds; und
Fig. 18 eine nur teilweise geschnittene Seitenansicht des
bekannten piezoelektrischen laminierten Stellglieds
in einem Gehäuse aus einem um 90° gedrehten Blick
winkel.
Anhand der Fig. 1 bis 13 werden im folgenden die erfindungs
gemäßen Ausführungsbeispiele beschrieben. Zeigen diese Figuren
ein Teil, das mit einem Teil des in den Fig. 14 bis 18 darge
stellten bekannten Stellglieds identisch ist, so wird das
gleiche Bezugszeichen ohne weitere Beschreibung verwendet.
Bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, das in
den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind Dünnfilm-Außenelektroden
11 aus einem leitfähigen Werkstoff, wie z. B. einer Nickel (Ni)-
Legierung oder Silber (Ag), auf beiden Seiten eines laminierten
piezoelektrischen Körpers aus piezoelektrischen Schichten 2
durch Sputtern gebildet. Die durch Sputter-Verfahren gebildeten
Dünnfilm-Außenelektroden 11 ermöglichen eine ausgezeichnete
Haftfestigkeit, wodurch deren feste Verbindung mit den Innen
elektroden gewährleistet ist.
Des weiteren wird durch die durch Sputter-Verfahren gebildeten
Dünnfilm-Außenelektroden auch eine ausgezeichnete Haftfestig
keit an die piezoelektrischen Schichten 2 geschaffen, wodurch
die Festigkeit der Lötverbindungen der Anschlußdrähte 5 ver
stärkt wird. Bezugszeichen 6 bezeichnet in den Fig. 1 und 2 ein
Beschichtungsmaterial, das die Seiten des laminierten piezoel
ektrischen Körpers aus den piezoelektrischen Schichten 2 und
dielektrischen Schichten 3 zu deren Isolierung bedeckt und das
Eindringen von Feuchtigkeit verhindert.
Da die Dünnfilm-Außenelektroden auf den Seiten des laminierten
piezoelektrischen Körpers aus piezoelektrischen Schichten durch
das Sputter-Verfahren wie vorstehend beschrieben gebildet sind,
ist bei dem dielektrischen laminierten Stellglied nach dem
ersten Ausführungsbeispiel eine feste Verbindung zwischen den
Innenelektroden und den Dünnfilm-Außenelektroden des laminier
ten piezoelektrischen Körpers vorhanden. Somit lassen sich eine
hohe Ausbeute und eine zuverlässige Fertigung erzielen.
Aufgrund der durch das Sputter-Verfahren gebildeten Dünnfilm-
Außenelektroden läßt sich eine erhöhte Festigkeit der Lötver
bindungen von Anschlußdrähten erzielen.
In den Fig. 3 und 4 ist ein piezoelektrisches laminiertes
Stellglied nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbei
spiel dargestellt. Dünne Metallbänder 12 sind auf beide Seiten
des laminierten piezoelektrischen Körpers aus den piezoelektri
schen Schichten 2 auf die Dünnfilm-Außenelektroden 4 geklebt.
Anschlußdrähte 5 sind an die dünnen Metallbänder 12 angelötet.
Die Seiten des laminierten piezoelektrischen Körpers aus den
piezoelektrischen Schichten 2 und dielektrischen Schichten 3
sind von dem Beschichtungsmaterial 6 zur Isolierung bedeckt,
und um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
Die obenerwähnten Metallbänder 12 müssen nicht unbedingt die
gesamte Fläche der Dünnfilm-Außenelektroden 4 bedecken; der von
ihnen eingenommene Bereich kann unter Fertigungsgesichtspunkten
bestimmt werden. In Fig. 4 sind beispielsweise 30 µm dicke und
2 mm breite Metallbänder aus SUS304, 42Ni, auf die Dünnfilm-
Außenelektroden 4 mit einem leitenden Klebemittel oder einem
nichtleitenden Klebemittel, wie z. B. Epoxidharz, geklebt. Die
Metallbander sollten zwar vorzugsweise so bemessen sein, daß
sie die gesamte Länge der Dünnfilm-Außenelektroden 4 bedecken,
eine teilweise Bedeckung durch die Metallbänder ist aber auch
möglich.
Das piezoelektrische laminierte Stellglied nach dem zweiten er
findungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist vorstehend beschrieben.
Da dünne Metallbänder 12 auf den Außenflächen der Dünnfilm-
Außenelektroden 4 befestigt sind, erfahren die Dünnfilm-Außen
elektroden 4 eine mechanische Verstärkung. Selbst bei Bildung
von Rissen auf den Dünnfilm-Außenelektroden 4 aufgrund einer
unter der Auswirkung von Ausdehnung und Zusammenziehung verur
sachten Verformung erfolgt ein Anlegen der Spannung über die
Metallbänder 12, unabhängig von einer Unterbrechung an den Ris
sen auf den Dünnfilm-Außenelektroden 4. Somit wird eine Ver
schlechterung der Eigenschaften verhindert.
Die Anschlußdrähte 5 sind direkt an die Metallbänder 12 ange
lötet, wodurch eine ausreichende Festigkeit der Lötverbindung
gewährleistet ist.
Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird, wie
oben ausgeführt, durch die dünnen Metallbänder, die an den an
beiden Seiten des laminierten piezoelektrischen Körpers aus
piezoelektrischen Schichten angeordneten Dünnfilm-Außen
elektroden befestigt sind, eine Verschlechterung der Eigen
schaften des piezoelektrischen laminierten Stellglieds selbst
bei Bildung von Rissen auf den Dünnfilm-Außenelektroden ver
hindert. Die Metallbänder haben die Funktion eines Leiters zur
Spannungsversorgung der piezoelektrischen Schichten, die auf
grund der Risse von den übrigen laminierten piezoelektrischen
Schichten getrennt sind.
In den Fig. 5-7 ist ein piezoelektrisches laminiertes
Stellglied nach einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbei
spiel dargestellt. Die an beiden Enden des laminierten piezo
elektrischen Körpers aus den piezoelektrischen Schichten 2 vor
gesehenen dielektrischen Schichten 3 sind aus einer Anzahl von
dielektrischen Unterschichten 13 gebildet, die durch ein feuch
tigkeitsbeständiges Klebemittel miteinander verklebt sind. Die
erforderliche Anzahl von dielektrischen Unterschichten 13, die
jeweils aus einer dünnen Keramikschicht bestehen, ist durch ein
feuchtigkeitsbeständiges Klebemittel, wie z. B. Bisphenol A
Epoxidhart, miteinander verklebt und bildet laminierte di
elektrische Schichten 3.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist durch das feuchtigkeits
beständige Klebemittel, das zunächst auch als Klebemittel zwi
schen den beiden dielektrischen Unterschichten 13 dient, eine
feuchtigkeitsbeständige Schicht 14 zwischen den dielektrischen
Unterschichten 13 gebildet.
Das piezoelektrische laminierte Stellglied nach dem dritten er
findungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist wie vorstehend be
schrieben aufgebaut. Um das Eindringen von Feuchtigkeit zu
verhindern, bedeckt das Beschichtungsmaterial 6 die Seiten der
dielektrischen Schichten 3 an beiden Enden des laminierten
piezoelektrischen Körpers aus den piezoelektrischen Schichten
2. Die zwischen den dielektrischen Unterschichten 13 ange
ordneten feuchtigkeitsbeständigen Schichten 14 schützen vor
Feuchtigkeit, die an beiden Enden eintreten könnte. Ein Ein
dringen von Feuchtigkeit wird somit völlig verhindert und dem
zufolge eine Verschlechterung der dielektrischen Eigenschaften
vermieden. Aufgrund der zwischen den dielektrischen Unter
schichten 13 vorgesehenen feuchtigkeitsbeständigen Schichten 14
ist die Erhöhung der Dicke der dielektrischen Schichten 3 zur
Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit nicht mehr notwen
dig. Durch eine dünnere Ausbildung der nicht zum Stellweg bei
tragenden dielektrischen Schichten 3 wird somit eine Ver
ringerung des relativen Stellwegs vermieden.
Nach dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die
dielektrischen Schichten an beiden Enden des laminierten piezo
elektrischen Körpers aus piezoelektrischen Schichten vorge
sehen, wobei die dielektrischen Schichten durch Verkleben einer
Anzahl von dielektrischen Unterschichten gebildet sind, zwi
schen denen feuchtigkeitsbeständige Schichten ausgebildet sind.
Dieser Aufbau verbessert die Feuchtigkeitsbeständigkeit der
dielektrischen Schichten, wodurch der Eintritt von Feuchtigkeit
über die beiden Enden und somit auch eine Verschlechterung der
dielektrischen Eigenschaften verhindert wird.
Da des weiteren die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Stellglieds
ohne eine dickere Ausbildung der dielektrischen Schichten er
höht wird, ergibt sich auch keine Verringerung des relativen
Stellwegs.
In den Fig. 8-11 ist ein piezoelektrisches laminiertes Stell
glied nach einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
dargestellt. Zwei Stellgliedeinheiten 21 sind miteinander ver
bunden und bilden ein Stellglied mit einer hohen Anzahl von
laminierten Schichten. Metallbänder 22 verbinden die Dünnfilm-
Außenelektroden 4 der beiden Stellgliedeinheiten 21. Anschluß
drähte 5 sind an die Endbereiche der Metallbänder 22 angelötet.
Die Metallbänder 22 sind durch ein leitendes Klebemittel so auf
die Dünnfilm-Außenelektroden 4 geklebt, daß sie die Länge der
Außenelektroden 4 vollkommen bedecken.
Bei Verwendung von drei oder mehr Stellgliedeinheiten können
Metallbänder auf die gleiche Weise wie oben beschrieben auf die
Dünnfilm-Außenelektroden geklebt werden. Wie jedoch in Fig. 10
dargestellt, müssen die Metallbänder 22 nicht so verklebt sein,
daß sie die Länge der Außenelektroden 4 vollständig bedecken,
sondern ein Metallband 22 kann auch auf jeden Übergang der
Dünnfilm-Außenelektroden 4 geklebt sein.
Durch Verwendung der Metallbänder 22 zur Verbindung der Dünn
film-Außenlektroden 4 ragen die hervorstehenden Bereiche weni
ger weit nach außen. Wie in Fig. 11 dargestellt, ist im Inneren
des Gehäuses 23 mit dem Stellglied lediglich Raum für die An
schlußdrähte 5 vorzusehen, wodurch sich eine kompaktere Ge
samtgröße erzielen läßt.
Nach dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird
durch die Verwendung von dünnen Metallbändern zur Verbindung
der Dünnfilm-Außenelektroden jeder Stellgliedeinheit das piezo
elektrische laminierte Stellglied in das kompakte Gehäuse ein
gebaut, wobei unnötig hervorstehende Bereiche an den Übergängen
zwischen den Stellgliedeinheiten vermieden werden und somit
außer der für die Anschlußdrähte benötigten Einführbereiche
keinerlei Raumbedarf mehr erforderlich ist.
Die Metallbänder sind mittels des leitenden Klebemittels auf
die Dünnfilm-Außenelektroden geklebt, wodurch die Anzahl der
erforderlichen Lötstellen auf ein Minimum reduziert ist und die
Wirtschaftlichkeit der Fertigung erhöht wird. Die Übergangsbe
reiche zwischen den Stellgliedeinheiten sind durch jedes Me
tallband verstärkt, wodurch diese eine hohe mechanische Festig
keit und elektrische Zuverlässigkeit aufweisen.
In den Fig. 12 und 13 ist ein piezoelektrisches laminiertes
Stellglied nach dem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbei
spiel dargestellt. Bei dem aus mehreren Einheiten bestehenden
Stellglied 31, das im speziellen Fall aus zwei Stellgliedein
heiten 21 besteht, sind die an den beiden Enden des Stellglieds
31 vorgesehenen dielektrischen Schichten 3 dicker ausgebildet,
während die übrigen, zwischen zwei Stellgliedeinheiten 21 an
geordneten dielektrischen Schichten 3 dünner ausgebildet sind.
Die ersten beiden dielektrischen Schichten 3 weisen somit eine
andere Dicke auf als die übrigen beiden dielektrischen Schich
ten 3.
Durch die an beiden Enden des aus mehreren Einheiten bestehen
den laminierten Stellglieds 31 vorgesehenen, dicken dielektri
schen Schichten 3 ist es möglich, daß das aus mehreren Ein
heiten bestehende, laminierte Stellglied 31 an seinen Seiten
mit reichlich Beschichtungsmaterial 6 bedeckt werden kann, wo
durch der Eintritt von Feuchtigkeit zwischen den dielektrischen
Schichten 3 und dem Beschichtungsmaterial 6 wirksam verhindert
wird.
Da die zwischen den Stellgliedeinheiten 21 vorgesehenen di
elektrischen Schichten 3 dünner ausgebildet sind als die di
elektrischen Schichten 3 an den beiden Enden des Stellglieds
31, verringert sich die Gesamtdicke der Stellgliedeinheiten 21
auf ungefähr die Hälfte der Dicke der im Stand der Technik be
kannten Konstruktionen. Aufgrund einer derartig dünnen Ausbil
dung der dielektrischen Schichten wird eine Verringerung des
relativen Stellweges bei dem aus mehreren Einheiten bestehenden
laminierten Stellglied 31 auf ein Minimum reduziert.
Bei dem in den Fig. 12 und 13 dargestellten, aus mehreren Ein
heiten bestehenden laminierten Stellglied 31 sind zwar zwei
Stellgliedeinheiten 21 verwendet, es können aber auch drei oder
mehr Stellgliedeinheiten verwendet werden. In diesem Fall las
sen sich dann dünnere dielektrische Schichten als dielektrische
Zwischenschicht zwischen den Stellgliedeinheiten verwenden.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist die dielektrische
Schicht 3, 3a eine einzige Schicht. Die dielektrische Schicht
3, 3a kann aber auch aus einer Laminierung von zwei oder meh
reren Unterschichten bestehen. In solch einem Fall ist die
Dicke der dielektrischen Schicht die Summe der Dicke aller di
elektrischen Unterschichten.
Nach dem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die
an den beiden Enden des aus mehreren Einheiten bestehenden
piezoelektrischen laminierten Stellglieds vorgesehenen di
elektrischen Schichten dicker ausgebildet, während die übrigen
zwischen zwei Stellgliedeinheiten angeordneten dielektrischen
Schichten dünner ausgebildet sind. Das piezoelektrische lami
nierte Stellglied reduziert somit die Verringerung des
relativen Stellweges auf ein Minimum, wobei gleichzeitig das
Eindringen von Feuchtigkeit über die beiden Stellgliedenden
verhindert wird.
Claims (3)
1. Piezoelektrisches laminiertes Stellglied, mit
- a) einer Vielzahl von Piezoelektrischen, zwischen Innenelek troden (1) angeordneten und durch Verkleben übereinander laminierten Schichten (2),
- b) jeweils einer an den Enden des laminierten Körpers aus Piezoelektrischen Schichten (2) aufgeklebten di elektrischen Schicht (3) ist und
- c) mit Außenelektroden (4) an zwei gegenüberliegenden Seiten des laminierten Körpers aus Piezoelektrischen Schichten (2), wobei die eine Außenelektrode (4) mit jeder zweiten Innenelektrode (1) und andere Außenelektroden (4) mit den restlichen Innenelektroden (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
- d) daß die Außenelektroden (4) mittels Sputter-Technik ge bildet sind und daß
- e) zumindest auf Teilen der Länge der Außenelektronen dünne Metallbänder (12, 22) angeordnet sind.
2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Anschlußdrähte (5) mit den dünnen Metallbändern (12, 22) verbun
den sind.
3. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jede dielektrische Schicht (3) aus einer
Anzahl von dielektrischen Unterschichten (13) besteht, die
durch ein feuchtigkeitsbeständiges Mittel miteinander ver
klebt sind, welches eine feuchtigkeitsbeständige Schicht
zwischen jeweils zwei verklebten dielektrischen Unterschich
ten (13) bildet.
Applications Claiming Priority (5)
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---|---|---|---|
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