ITTO20000889A1 - Sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico su uno zoccolo rigido di supporto. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico su uno zoccolo rigido di supporto, detto attuatore comprendendo uno strato metallico formante un elettrodo centrale ed avente due superfici opposte, due strati di materiale ceramico fissati sulle due superfici, e due elettrodi laterali fissati sugli strati di materiale ceramico. Gli attuatori del tipo suddetto trovano applicazione in una serie di dispositivi di selezione, o controllo, nella tecnologia per l automazione industriale in generale, ed in particolare in selettori digitali od analogici di dispositivi pneumatici, di macchine tessili, ecc.

Gli attuatori piezoelettrici sono di forma sostanzialmente rettangolare, e in genere comprendono una porzione di estremità avente un collegamento rigido con uno zoccolo di supporto. Questa porzione di estremità comprende una zona dell’ elettrodo centrale, avente un primo collegamento elettrico con un corrispondente i spinotto centrale, mentre i due elettrodi laterali presentano ciascuno un corrispondente secondo collegamento elettrico con un corrispondente spinotto laterale. Sia il primo collegamento elettrico che ciascuno dei secondi collegamenti elettrici è disposto nella porzione della prima estremità dell’attuatore. Eccitando selettivamente i suddetti elettrodi, gli strati di materiale ceramico si flettono corrispondentemente, in modo da spostare selettivamente una seconda estremità dell’ attuatore.

Nella tecnica nota, lattuatore piezoelettrico viene fissato rigidamente allo zoccolo, in genere inserendo la porzione della prima estremità in una sede portata dallo zoccolo, ed annegandola in una resina tale da ottenere un collegamento rigido. Pertanto, l attuatore si comporta come una trave incastrata ad un’estremità. Poiché ad ogni eccitazione i due strati di materiale ceramico sono sollecitati a flettersi, l incastro provoca una reazione alla flessione della ceramica. Inoltre, i collegamenti elettrici degli elettrodi dell’attuatore con gli usuali spinotti sono ottenuti mediante saldatura, creando altri vincoli rigidi, e quindi altre reazioni, che si oppongono alla flessione degli strati di ceramica.

Tutte queste reazioni generano delle tensioni nella struttura cristallina della ceramica, che portano rapidamente alla rottura dello strato di ceramica, riducendo enormemente la vita dell’attuatore. Per facilitare la sostituzione degli attuatori rotti, in genere si preferisce quindi fissare ciascun attuatore su un corrispondente zoccolo ìndipendente. E’ stato anche notato che la fragilità della ceramica è maggiore se i cristalli della ceramica sono di dimensione maggiore, per cui si è tentato di ridurre la rottura degli attuatori producendo delle ceramiche a struttura cristallina molto fine, e quindi più costosa. Tuttavia, in uso, la rottura degli attuatori del tipo suddetto è sempre molto elevata.

Scopo dell’invenzione è quello di realizzare un sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico, in cui la frequenza di rottura degli strati di materiale ceramico sia ridotta enormemente, ed in cui Patinatore risulti di elevata affidabilità e di costo limitato, eliminando gli inconvenienti degli attuatori della tecnica nota.

Secondo l’invenzione, questo scopo viene raggiunto da un sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico su uno zoccolo rigido di supporto, in cui l’attuatore include un elettrodo centrale avente due superimi opposte, due strati di materiale ceramico piezoelettrico fissati su dette due superimi, e due elettrodi laterali fissati su detti strati di materiale ceramico; comprendente un collegamento di detto zoccolo con una porzione di detto attuatore, detta porzione includendo una zona di detto elettrodo centrale avente un primo collegamento elettrico con uno spinotto centrale, detti elettrodi laterali avendo ciascuno un secondo collegamento elettrico con un corrispondente spinotto laterale; caratterizzato dal fatto che almeno un collegamento di detti collegamenti è di tipo cedevole in modo da ridurre le sollecitazioni meccaniche su detti strati di materiale ceramico in corrispondenza di detto almeno un collegamento.

Per una migliore comprensione dell’ invenzione vengono qui descritte alcune forme preferite di realizzazione del sistema di accoppiamento, fatte a titolo esemplificativo con l’ausilio degli annessi disegni, in cui:

Figura 1 è una vista frontale, parzialmente sezionata, di un attuatore piezoelettrico oggetto del sistema di accoppiamento dell’ invenzione;

Figura 2 è una sezione parziale secondo la linea ΙΙ-ΙΙ di Figura 1, in scala ingrandita;

Figura 3 è uno schema di accoppiamento secondo la tecnica nota;

Figura 4 è una vista frontale parziale dell’ attuatore di Figura 1, accoppiato con uno zoccolo di supporto secondo lo schema di Figura 3;

Figura 5 mostra quattro sezioni prese rispettivamente secondo le linee A- A, B-B, C-C e D-D di Figura 4;

Figura 6 è uno schema di accoppiamento secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione;

Figura 7 è una vista frontale parziale dell 'attuatore di Figura 1, accoppiato con uno zoccolo di supporto secondo lo schema di Figura 6;

Figura 8 mostra quattro sezioni prese rispettivamente secondo le linee A-A B-B, C-C e D-D di Figura 7;

Figura 9 è uno schema di accoppiamento secondo un’altra forma di realizzazione dell’invenzione;

Figura 10 è una vista frontale parziale dell’attuaiore di Figura 1, accoppiato con uno zoccolo di supporto secondo lo schema di Figura 9;

Figura 1 1 mostra quattro sezioni prese rispettivamente secondo le linee A-A B-B, C-C e D-D di Figura 10;

Figura 12 è uno schema di accoppiamento secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione;

Figura 13 è una vista frontale parziale di una variante dell’attuatore di Figura 1, accoppiato con uno zoccolo di supporto secondo lo schema di Figura 12;

Figura 14 mostra quattro sezioni prese rispettivamente secondo le linee A-A B-B, C-C e D-D di Figura 13;

Figura 15 è un diagramma del comportamento dell’attuatore montato secondo gli schemi delle Figure 3, 6, 9 e 12.

Con riferimento alle Figure 1 e 2, con 5 è genericamente indicato un attuatore piezoelettrico per un dispositivo di selezione. L’ attuatore 5 comprende una piastrina ' metallica centrale di forma sostanzialmente rettangolare, avente uno spessore dell’ordine di 0,1 mm. Questa piastrina costituisce l’elettrodo centrale 6 dell’attuatore 5, e presenta, ad una prima estremità 7, una zona in forma di un’appendice 8, che costituisce una piazzola per il collegamento elettrico dell’elettrodo centrale 6. Questo elettrodo 6 presenta due superfici opposte 3 e 4, su cui sono fissate, ad esempio mediante apposita colla, due strati 9 e 11 di materiale ceramico, ad esempio del tipo piezoelettrico bimorfo. Ciascuno strato 9 e 11 ha uno spessore debordine di 0,25 mm, e presenta una forma rettangolare che non copre l’appendice 8. Ciascuno strato 9 e 11 è atto a flettersi quando viene eccitato elettricamente, trascinando nella deformazione l’elettrodo centrale 6.

La superficie esterna di ciascuno strato 9 e 11 è rivestita di un corrispondente strato metallico sottilissimo, ottenuto ad esempio con un deposito a vapore di nichel dello spessore dell’ordine di alcuni micron. I due strati metallici lasciano scoperta una striscia 15 degli strati di materiale ceramico 9 e 11, adiacente ad un’estremità 21 dell’attuatore 5 opposta all’estremità 7. Essi costituiscono due elettrodi laterali 12 e 13 dell’attuaiore 5, e sono ricoperti da due corrispondenti film 14 e 16 di materiale isolante, ciascuno dei quali lascia scoperte due corrispondenti strisce 10 e 10’ alle estremità dei corrispondenti elettrodi laterali 12 e 13. In una porzione 17 dell’attuatore 5 adiacente all’estremità 7, i due film di materiale isolante 14 e 16 sono muniti di due corrispondenti finestre rettangolari 18 e 19, che delimitano, sui due elettrodi laterali 12 e 13, due corrispondenti piazzole 20 e 25. Queste piazzole 20 e 25 servono, per i relativi collegamenti'elettrici dei rispettivi elettrodi laterali 12 e 13 dell’attuatore 5. La striscia 15 degli strati ceramici 9, 11, non ricoperta dagli elettrodi laterali 12 e 13, viene in genere collegata ad un elemento di selezione non indicato in Figura.

' L’attuatore 5 è atto ad essere montato su uno zoccolo rigido, genericamente indicato con 23 (Figura 4), con un collegamento 22. Lo zoccolo 23 è normalmente ottenuto di stampo con materiale plastico, e comprende due pareti 24 e 26 (ved. anche Figura 5), separate da un intaglio o vano 27. Questo vano 27 è atto ad alloggiare la porzione 17 dell’attuatore 5 e l’appendice 8 dell’ elettrodo centrale 6, per cui la porzione 17 rappresenta la porzione di collegamento dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23. Le due pareti 24 e 26 sono collegate fra loro da due bordi laterali 28 e da una porzione di fondo 29, e terminano con un bordo 30, che delimita l’estremità della porzione di collegamento 17 ed è indicata con una linea tratteggiata in Figura 1. L’attuatore 5 comprende una porzione di deflessione 35, compresa tra la porzione 17 e l’estremità 21, la quale è libera di flettersi. Ciascun bordo laterale 28 (Figura 4) porta di pezzo due appendici 31, che servono per il posizionamento dello zoccolo 23 in un telaio di fissaggio, non indicato nei disegni.

La parete 24 è munita di una prima finestra rettangolare 32 atta a consentire un primo collegamento elettrico 33 (Figura 5, D) dell’appendice 8 dell’elettrodo centrale 6, con un corrispondente spinotto centrale 34, il quale è inserito in un foro 36 della porzione di fondo 29. Le due pareti 24 e 26 sono inoltre munite di due corrispondenti finestre rettangolari 37 e 38, atte a consentire ciascuna un corrispondente secondo collegamento elettrico 39 e 41 (Figura 5, A e B) della piazzola 20, 25 del corrispondente elettrodo laterale 12, 13, con un corrispondente spinotto laterale 42 e 43. Ciascuno spinotto 42, 43 è inserito in un corrispondente foro 44 e 46 della porzione di fondo 29.

Le pareti 24 e 26 sono munite ciascuna di un’apertura circolare 47, 48, in genere disposta in corrispondenza della finestra 38, 37 della parete opposta 26, 24. Inoltre, la parete 26 è munita di un’ulteriore apertura circolare 49 allineata trasversalmente con le aperture 47 e 48 e disposta longitudinalmente in corrispondenza della finestra 32 della parete 24. Infine, ciascuna parete 24 e 26 è munita, in corrispondenza del relativo bordo 30, di una svasatura interna 50, atta a facilitare l’inserzione della porzione 17 dell’attuatore 5 nel vano 27 dello zoccolo 23. Le aperture 47, 48 e 49 e le svasature 50 sono inoltre atte a consentire rinserimento di un materiale di collegamento nel vano 27, tra la porzione 17 dell’attuatore 5 e le pareti 24 e 26 dello zoccolo 23.

Secondo la tecnica nota, attraverso le aperture 47-49 e le svasature 50, nel vano 27 viene inserito un materiale di collegamento, costituito da una resina epossidica bicomponente 51. Questa resina 51 è normalmente molto liquida, per cui riempie totalmente gli spazi del vano 27 su entrambe le superfici della porzione 17, ma non si estende in corrispondenza dell’appendice 8. Dopo la polimerizzazione* la resina 51 assume una struttura vitrea e diventa durissima, formando un incastro rigido 52 (Figura 3) della porzione 17 dell’attuatore 5 nello zoccolo 23. Inoltre, ciascuno dei collegamenti elettrici 33, 39 e 41 (Figure 4 e 5) è realizzato mediante una corrispondente' saldatura che collega l’appendice 8 e le piazzole 20 e 25 con gli spinotti 34, 42 e 43, in maniera perfettamente rigida.

Eccitando selettivamente gli spinotti 34, 42 e 43 mediante appositi impulsi elettrici, gli strati di materiale ceramico 9 e 11 dell’attuatore 5 si flettono in un senso o nell’altro, in modo da spostare l’estremità 21 dello zoccolo 23, di una predeterminata deflessione F rispetto alla posizione di riposo. In Figura 3, la posizione di riposo dell’attuatore 5 e'ie due posizioni dovute all’eccitazione sono indicate con linee tratteggiate, e la deflessione è indicata di un’ampiezza esagerata per motivi di chiarezza.

E’ noto che gli attuatori piezoelettrici 5 della tecnica nota, in uso, sono ' soggetti a frequenti rotture, sia negli strati di materiale ceramico 9 e 11, sia nei collegamenti elettrici 33, 39 e 41. La Richiedente ha effettuato ima serie di accurate prove di laboratorio sugli attuatori 5 della tecnica nota, ed ha scoperto che, in uso, diverse porzioni di tali attuatori 5 sono sottoposte ad elevate sollecitazioni. Tali prove hanno infatti rilevato che l’incastro 52 (Figura 3) provoca delle reazioni che tendono ad opporsi alla deflessione provocata dall’eccitazione elettrica. Altre reazioni si generano sull’appendice 8 dell’elettrodo centrale 6 e sulle piazzole 20 e 25 degli elettrodi laterali 12 e 13, giacché sia l’appendice 8 che le piazzole 20 e 25 sono sollecitate .a flettersi dall’ eccitazione elettrica dellattuatore 5, ma sono tenute rigidamente vincolate ai rispettivi spinotti 34, 42 e 43, dalle saldature dei collegamenti elettrici 33, 39 e 41.

Si è anche notato che il numero di rotture aumenta con l’aumentare della granulometria, e della resistenza al taglio dei grani, della ceramica degli strati 9 e 11. Si è infine notato che le accelerazioni equivalenti all’eccitazione della ceramica variano molto al variare della frequenza di eccitazione e risultano massime in corrispondenza delle frequenze di risonanza delTattuatore 5. Normalmente, gli attuatori 5 sono eccitati a frequenze variabili da 0 a 200 Hz, ma spesso la frequenza d’uso è inferiore a 100Hz.

In Figura 15 è riportato un diagramma 45 della deflessione F dellattuatore 5 accoppiato come indicato nelle Figure 3-5, in funzione della frequenza di eccitazione. Si nota che la deflessione F è dell’ ordine di 1,8 mm per frequenze comprese tra 120 e 180 Hz, ma aumenta fino a oltre 3,3 mm in corrispondenza di tre frequenze di risonanza, di cui due frequenze sono inferiori a 100Hz e la terza è oltre i 220Hz. Come è noto le sollecitazioni aumentano con la deflessione F, per cui la deflessione F in corrispondenza delle tre frequenze di risonanza, sopra indicate, porta ' rapidamente alla rottura delTattuatore 5. La deflessione F della frequenza di risonanza di 220 Hz, indicata dalla porzione rapidamente discendente del diagramma 45, ovviamente non interessa l’uso normale degli attuatori 5. Invece, le deflessioni F delle due frequenze di risonanza inferiori cadono nel campo dell’uso normale degli attuatori 5 è sono quelle che determinano le frequenti rotture sopra menzionate.

La Richiedente ha sperimentato che le reazioni dei vincoli rigidi sugli strati di materiale ceramico 9 e 11 vengono ridotte notevolmente, rendendo labile almeno il collegamento 22 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23, o uno dei collegamenti elettrici 33, 39 e 41 degli elettrodi 6, 12 e 13 con gli spinotti 34, 42, 43. Secondo una prima forma di realizzazione dell’ invenzione schematizzata in Figura 6, l’incastro 52 di Figura 3 viene sostituito da almeno una cerniera. In particolare, viene realizzata una coppia di cerniere 53 e 54, di cui la cerniera 53 è disposta in corrispondenza dell’estremità 7 dell’attuatore 5, mentre la cerniera 54 è disposta ad una certa distanza dalla cerniera 53, ossia sul’estremità della porzione di collegamento 17, definita dal bordo 30 delle pareti 24 e 26 dello zoccolo 23.

Le due cerniere 53 e 54 vengono realizzate collegando l’attuatore 5 con le pareti 24 e 26 mediante un adesivo polimerizzabile, formato da una resina uretanica 58 (Figure 7 e 8). Vantaggiosamente, può essere utilizzata la resina commercializzata dalla Società Collanti Parini con il nome commerciale Vitralit X 504. Nelle Figure 7 e 8 sono utilizzati sia lo stesso attuatore 5 delle Figure 1 e 2, sia lo stesso zoccolo 23 e gli stessi collegamenti elettrici 33, 39 e 41, formati da saldature rigide, delle Figure 4 e 5.

La resina uretanica 58 viene stesa soltanto lungo due corrispondenti zone limitate, o strisce trasversali, 56 e 57 delle pareti 24 e 26. Prima della polimerizzazione, questa resina uretanica 58 presenta un’elevata viscosità, per cui si presta ad essere stesa in maniera puntiforme o su strisce sottilissime. Questa resina 58 viene poi polimerizzata ai raggi ultravioletti e, dopo la polimerizzazione, assume una durezza dell’ordine di 80-90 Shore D (Shore è l’unità di misura per la durezza dei materiali elastomerici). Pertanto, il collegamento 22 risulta relativamente cedevole e limitato alle due sottili strisce 56 e 57.

In Figura 7, la striscia 56 è ottenuta iniettando una piccola quantità di resina 58 attraverso le tre aperture 47, 48 e 49, le quali sono allineate trasversalmente, per cui essa è costituita da tre punti di collegamento. A sua volta, la strìscia 57 è ottenuta stendendo la resina 58 nelle svasature 50 del bordo 30 delle due pareti .24 e 26. Quando l’attuatore 5 di Figura 7 viene ora eccitato, la porzione 17 compresa tra le due cerniere 53 e 54 (Figura 6) è libera di flettersi per seguire la flessione della porzione di deflessione 35 dell’attuatore 5, come è indicato con linee a tratto e punto in Figura 6. Pertanto, sugli strati di materiale ceramico 9 e 11 si evita la creazione delle reazioni generate dal collegamento ad incastro rìgido 52 del accoppiamento secondo le Figure 3-5.

Dalle prove effettuate, riportate dal diagramma 55 di Figura 15, risulta che la deflessione F dell’estremità 21 dellattuatore 5 è ora dell’ordine di 1,9 mm, ma si estende fino oltre i 220 Hz. La deflessione F in corrispondenza delle tre zone di risonanza risulta invece notevolmente ridotta rispetto a quella del diagramma 45, per cui si riducono le rotture nel funzionamento alle basse frequenze. Sono state effettuate anche delle prove di eccitazione continuate, eccitando dei gruppi di attuatoli 5 alla frequenza di 70-80 Hz continuamente per due intervalli di tempo di 24 ore, separati da un intervallo di riposo. Alla fine della prova si è constatato che le rotture degli attuatoli 5, accoppiati con lo zoccolo 23 come indicato nelle Figure 7 e 8, risultano ridotte di circa il 60%, rispetto a quelle degli attuatoli 5 accoppiati ' secondo la tecnica nota delle Figure 4 e 5.

Secondo un’altra forma di realizzazioné dell’invenzione schematizzata in Figura 9, per il collegamento della porzione 17 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23, l’incastro 52 di Figura 3 viene sostituito da una cerniera 53 realizzata in corrispondenza dell’estremità 7 dell’attuatore 5, e da una slitta 59 disposta ad una certa distanza dalla cerniera 53, ossia all’estremità della porzione di collegamento 17, definita dal bordo 30 delle pareti 24 e 26 dello zoccolo 23. In particolare, la cerniera 53 viene realizzata iniettando la resina metanica 58 nelle aperture 47-49 (Figure 10 e 11), come nel caso delle Figura 7 e 8, mentre la slitta 59 viene realizzata mediante un’etichetta 61 formata da uno strato di poliestere dello spessore dell’ordine di 80 micron, rivestito con uno strato di un apposito adesivo. Vantaggiosamente, l’etichetta 61 può essere realizzata con il poliestere per trasferimento termico, commercializzato dalla Società 3M con la sigla di prodotto 7815.

L’etichetta 61 così formata viene poi applicata su una zona 60 di ciascuno dei due film di materiale isolante 14 e 16, a cavallo dell’estremità della porzione 17 definita dai bordi 30 delle pareti 24 e 26 dello zoccolo 23. Ciascuna etichetta 61 è atta a scorrere lungo la corrispondente parete 24, 26, realizzando un collegamento scorrevole dell’attuatore 5 in vicinanza del bordo 30 delle pareti 24 e 26. In questo caso, il collegamento 22 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23, mediante la cerniera 23 e la slitta 59 (Figura 9), consente alla porzione 17 di flettersi, curvandosi o distendendosi a seconda della flessione o meno della porzione 35, come indicato con linee a tratto e punto in Figura 9. Pertanto, l’estremità della porzione di collegamento 17, definita dal bordo delle pareti 24 e 26, varia con la flessione di tale porzione 17, che presenta cosi un grado di libertà in più, per cui la reazione dello zoccolo 23 sugli strati di materiale ceramico 9 e 11 risulta ulteriormente ridotta.

' Dalle prove effettuate, riportate nel diagramma 65 di Figura 15, risulta che in questo caso è scomparsa una delle zone di risonanza a bassa frequenza. La deflessione F dell’estremità 21 dell’attuatore 5 è ora dell’ordine di 2,2 mm, e si estende sostanzialmente da 80 a 180 Hz, mentre la deflessione nell’unica zona di risonanza a bassa frequenza non supera i 3 mm. Analogamente a quanto visto per gli attuatoli 5 del caso precedente, a seguito delle prove di eccitazione, si è constatato che le rotture dell’attuatore 5 accoppiato con lo zoccolo 23 come indicato nelle Figure 10 e 11 si riducono di almeno il 90%, rispetto a quelle dell’attuatore 5 accoppiato allo zoccolo 23 secondo la tecnica nota delle Figure 4 e 5.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione schematizzata in Figura 12, per il collegamento 22 della porzione 17 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23, l’incastro 52 di Figura 3 viene sostituito con due coppie di cuscinetti 62 e 63 di materiale cedevole. La coppia di cuscinetti 62 viene realizzata in corrispondenza dell’estremità 7 dell’attuatore 5, mentre l’altra coppia di cuscinetti 63 viene realizzata ad una certa distanza dalla coppia 62, ossia all’estremità della porzione 17 definita dal bordo 30 delle pareti 24 e 26. H materiale dei cuscinetti 62 e 63 è costituito da un gel tìssotropico, indicato con 64 nelle Figure 13 e 14, il quale è atto ad assumere lo stato liquido quando viene sottoposto a sollecitazione meccanica, ed a tornare allo stato di gel quando cessa tale sollecitazione. Tale materiale si comporta quindi come una molla elastica, come è schematizzato in Figura 12.

Il gel tìssotropico 64 dei cuscinetti 62 e 63 può essere costituito da una resina metanica modificata con silano, la quale è atta ad essere polimerizzata ai raggi ultravioleti ed assume, dopo la polimerizzazione, una durezza di 60-70 Shore A. Vantaggiosamente, come gel tìssotropico 64 può essere usato quello commercializzato dalla Società Collanti Parini con il nome commerciale di Vitralit '.VBB-1 Gel. Nella realizzazione delle Figure 13 e 14, i cuscinetti 62 vengono ottenuti riempendo le aperture 47-49 delle pareti 24 e 26 con il gel tissopropico 64, mentre i cuscinetti 63 vengono ottenuti riempendo con tale gel lo spazio tra le svasature 50 delle pareti 24 e 26 e le superfici esterne dell’attuatore 5.

Per rimuovere le reazioni dovute al collegamento elettrico rigido di uno o più spinotti 34, 42 e 43 con i rispettivi elettrodi 6, 12 e 13 dell’attuatore 5, tale collegamento può essere sostituito da un collegamento elettrico cedevole, sia indipendentemente dal collegamento cedevole 22 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23, sia in aggiunta ad uno dei collegamenti cedevoli 22, secondo gli schemi delle Figure 6, 9 e 12. In Figura 12, con 66 è indicato schematicamente un collegamento elettrico cedevole dello spinotto 34 con l’appendice 8 dell’elettrodo centrale 6.

Con riferimento alla realizzazione delle Figure 13 e 14, il collegamento elettrico cedevole 66 è effettuando un corrispondente punto di saldatura 67 su una porzione 68 estremamente elastica dell’appendice 8. In particolare la porzione 68 viene ottenuta mediante un intaglio 69 a U rovesciata, portato dall’appendice 8, per cui la porzione 68 assume la forma di linguetta elastica 68. Risulta cosi evidente che le reazioni dello spinotto 34 alla flessione dell’appendice 8 dell’elettrodo centrale 6 vengono assorbite dalla linguetta elastica 68 e non si scaricano sulla parte restante dell’elettrodo centrale 6 dell’attuatore 5.

In Figura 12, con 70 è schematicamente indicato un collegamento elettrico cedevole tra ciascuno spinotto laterale 42’ e 43’ ed il corrispondente elettrodo laterale 12, 13 dell’attuatore 5. Con riferimento alla realizzazione delle Figure 13 e 14, ciascuno spinotto 42’, 43’ presenta una lunghezza minore del corrispondente spinotto 42, 43 delle Figure 4, 7 e 10. Il collegamento elettrico 70 è ottenuto riducendo la dimensione del corrispondente punto di saldatura 71, e disponendo tra ciascuno spinotto 42’, 43’ e la relativa piazzola 20, 25 un elemento intermedio 72, elettricamente conduttore ed estremamente elastico, su cui viene applicato il punto di saldatura 71.

In particolare, le pareti 24 e 26 dello zoccolo 23 vengono munite ciascuna da una finestra rettangolare 73, 74, avente un’altezza maggiore di quella delle finestre 37, 38 di Figura 4. Ciascuna finestra 73, 74 comprende due porzioni 76 e 77 separate da un’appendice sagomata 78, atta ad essere impegnata dall’estremità 7 dell’attuatore 5. L’appendice 78 sporge da un lato della finestra 73, 74 (Figura 13), ed è estesa per almeno metà della larghezza della finestra 73, 74 stessa, per cui, tra l’appendice 78 ed il lato opposto della finestra 73, 74, è presente un passaggio 79.

L’elemento conduttore elastico è preferibilmente ottenuto mediante una barretta 72 in rame, avente uno spessore dell’ordine di 0,2 mm. La barretta 72 comprende una porzione di supporto 81, atta ad essere alloggiata nella porzione 76 della corrispondente finestra 73, 74, ed una porzione elastica 82 atta ad essere alloggiata nella porzione 77 della finestra 73, 74. La porzione elastica 82 ha una forma a serpentina e termina in un’estremità rettilinea 83, su cui viene applicato il punto di saldatura 71 ,

La porzione di supporto 81 della barretta 72 viene inserita a scatto tra lo spinotto 42’, 43’ e l’appendice 78 da una parte, ed il lato della finestra 73, 74 opposto all’appendice 78 dall’altra. Il contatto elettrico tra la porzione 81 ed il relativo spinotto 42’, 43’ può essere assicurato mediante colla o un’altra saldatura, non indicata in Figura 13. Risulta evidente che anche le reazioni dello spinotto 42’, 43’ alla flessione del corrispondente strato di materiale ceramico 9, 11 vengono assorbite dalla porzione elastica 82 della barretta 72 e non si scaricano sul corrispondente strato 9, 11.

Dalle prove effettuate, riportate nel diagramma 84 di Figura 18, risulta che, con l’attuatore 5 accoppiato come indicato nelle Figure 12-14, ossia con i cuscinetti 62 e 63 di materiale cedevole e con i collegamenti elettrici cedevoli 66 e 70, la deflessione F dell’ estremità 21 dell’attuatore 5 è dell’ordine di 2 mm, e si estende sostanzialmente da 90 a 180 Hz. Inoltre, una delle zone di risonanza a bassa frequenza sparisce come nel caso precedente, mentre e la deflessione nell’unica zona di risonanza a bassa frequenza non supera i 2,5 mm. Analogamente a quanto visto per gli attuatori 5 dei casi precedenti, a seguito delle prove di eccitazione con il metodo di bum in, si è constatato che le rotture dell’attuatore 5 montato come indicato nelle Figure 13 e 14 si riducono di circa il 99%, rispetto a quelle dell’attuatore 5 montato secondo la tecnica nota delle Figure 4 e 5.

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi del sistema di accoppiamento dell’attuatore 5 secondo l’invenzione rispetto ai sistemi noti. In particolare, il collegamento cedevole 22 della porzione 17 dell’attuatore 5 con lo zoccolo 23 riduce enormemente le reazioni dello zoccolo 43 alla flessione degli stati di materiale ceramico 9 e 11. Inoltre, il collegamento elettrico cedevole 66, 70 di ciascuno spinotto 34, 42’, 42” con il corrispondente elettrodo 6, 9, 11 dell’attuatore 5 riduce anche le reazioni create da tali spinotti sugli elettrodi 6, 9, 11. In ogni caso, in uso le rotture degli attuatori 5 vengono ridotte enormemente, generando un notevole aumento della produttività della macchina su cui sono usati gli attuatori 5, e notevoli risparmi economici nella manutenzione di tale macchina.

Si intende che al sistema di accoppiamento descrìtto possono essere apportate varie modifiche e perfezionamenti senza uscire dall’ ambito delle rivendicazioni. Ad esempio, possono essere variate le resine e gli altri componenti dei collegamenti labili o cedevoli. I collegamenti cedevoli possono anche essere realizzati con mezzi ' meccanici, anziché con materiali adesivi. Inoltre, la striscia 56 di collegamento in corrispondenza dell’estremità inferiore 7 dell’attuatore 5 può avere una forma diversa da quella ottenuta con le aperture circolari 47-49.

A sua volta, l’etichetta 61 della forma di realizzazione delle Figure 10 e 11 può essere disposta sulle pareti 24 e 26 dello zoccolo 23, anziché sulla zona 60 della porzione 17. Il collegamento 22 può anche essere costituito da una cerniera 53 o 54, o una slitta 59, ed una coppia di cuscinetti 62 o 63. Infine, le barrette 72 di Figura 13 possono essere sostituite da trefoli di fili di rame o altro materiale conduttore.

Gli attuatori piezoelettrici 5 montati secondo il sistema di accoppiamento dell’invenzione possono essere utilizzati nella tecnologia per l’automazione industriale in una vasta gamma di dispositivi di controllo o selezione, ad esempio su macchine tessili, autoveicoli -e dispositivi pneumatici, e sono atti ad operare in ambienti soggetti a forti vibrazioni.

Claims (19)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico (5) su uno zoccolo rigido (23) di supporto, in cui detto attuatore (5) include un elettrodo centrale (6) avente due superfici opposte (3, 4), due strati di materiale ceramico piezoelettrico (9, 1 1) fissati su dette due superfici (3, 4), e due elettrodi laterali (12, 13) fissati su dett strati di materiale ceramico (9, 11); comprendente un collegamento (22) di detto zoccolo (23) con una porzione (17) di detto attuatore (5), detta porzione (17) includendo una zona (8) di detto elettrodo centrale (6) avente un primo collegamento elettrico (33, 66) con uno spinotto centrale (34), detti elettrodi laterali (12, 13) avendo ciascuno un secondo collegamento elettrico (39, 41; 70) con un corrispondente spinotto laterale (42, 43; 42’, 43’); caratterizzato dal fatto che almeno un collegamento di detti collegamenti (22; 33, 39, 41; 66, 70) è di tipo cedevole in modo da ridurre le sollecitazioni meccaniche su detti strati di materiale ceramico (9 11) in corrispondenza di detto almeno un collegamento (22; 33, 39, 41; 66, 70).
2. 2. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da fatto che detto almeno un collegamento (22) è quello di detto zoccolo (23) con detta porzione (17) e comprende almeno una prima cerniera (53, 54) atta a consentire una corrispondente rotazione di detta porzione (17) rispetto a detto zoccolo (23).
3. 3. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta prima cerniera (53) è disposta in corrispondenza di un’estremità (7) di detto attuatore (5), detto almeno un collegamento (22) comprendendo una seconda cerniera (54) tra detta porzione (17) e detto zoccolo (23) disposta ad una predeterminata distanza da detta prima cerniera (53), dette cerniere (53, 54) essendo parallele tra loro.
4. 4. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto zoccolo (23) comprende due pareti (24, 26) separate da un vano (27) atto ad alloggiare detta porzione (17), caratterizzato dal fatto che detta cerniera (53, 54) è realizzata mediante resina uretanica (58) disposta su una corrispondente striscia trasversale (56, 57) tra detta porzione (17) e dette pareti (24, 26).
5. 5. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 4, in cui ciascuna di dette pareti (24, 26) comprende almeno una apertura ( 47, 49) disposta su una di dette strisce trasversali (56, 57), ed una svasatura (50) disposta su un bordo (30) di ciascuna di dette pareti (24, 26), caratterizzato dal fatto che dette cerniere (53, 54) sono ottenute iniettando detta resina uretanica (58) in dette aperture (47-49) ed in dette svasature (50).
6. 6. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta prima cerniera (53) è disposta in corrispondenza di un’estremità (7) di detto attuatore (5), detto almeno un collegamento (22) comprendendo un elemento (59) atto a consentire una scorrimento tra una striscia (60) di detta porzione (17) e detto zoccolo (23), detto elemento (59) essendo disposto ad una predeterminata distanza da detta prima cerniera (53).
7. 7. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento (59) è costituito da un’etichetta (61) fissata su ciascun lato ' di detta striscia (60) di detta porzione (17), o su ciascuna parete (24, 26) di detto zoccolo (23).
8. 8. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta etichetta (61) è costituita da uno strato di materiale poliestere scorrevole, munito di uno strato di colla.
9. 9. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un collegamento (22) comprende due coppie di cuscinetti (62, 63) cedevoli, dette coppie (62, 63) essendo disposte su due strisce trasversali (56, 57) tra detta porzione (17) e dette pareti (24, 26) di detto zoccolo (23), dette coppie (62, 64) essendo parallele fra loro e posizionate ad una predeterminata distanza reciproca.
10. 10. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti cuscinetti (62, 63) sono costituti da un gel tissotropico (64) disposto su. dette strisce trasversali (56, 57).
11. 11. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto gel tissotropico (64) è formato da uretano modificato con silano.
12. 12. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto zoccolo (23) comprende due pareti (24, 26) separate da un vano (27) atto ad alloggiare detta porzione (17), ed in cui ciascuna di dette pareti (24, 26) comprende almeno una apertura (47- 49) disposta su una di dette strisce trasversali (56, 57) l’altra di dette strisce (56, 57) essendo formata da una svasatura (50) disposta su un bordo (30) di ciascuna di dette pareti (24, 26), caratterizzato dal fatto che dett cuscinetti (62, 63) sono realizzati iniettando detto gel tissopropico (64) in dette aperture (47-49) ed in dette svasature (50).
13. 13. Sistema di accoppiamento secondo una delle rivendicazioni precedenti, ' caratterizzato dal fatto che detto primo collegamento elettrico (66) è formato su un elemento elastico (68) ricavato in detta zona (8) di detto elettrodo centrale (6), detta zona (8) essendo priva di detti strati di materiale ceramico (9, 11).
14. 14. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico è in forma di una linguetta elastica (68) ottenuta tramite un intaglio (69) ad U rovesciata, ricavato in detta zona (8).
15. 15. Sistema di accoppiamento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno uno dì detti secondi collegamenti elettrici (70) è formato da un altro elemento elastico (72) di materiale ad elevata conducibilità, interposto tra uno di detti elettrodi laterali (12, 13) ed il corrispondente spinotto laterale ( 42 43’).
16. 16. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 15,- caratterizzato dal fatto che detto altro elemento elastico è costituito da barretta (72), avente una porzione a forma di serpentina (82) saldata su detto elettrodo laterale (12. 13).
17. 17. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detta barretta (72) comprende anche una porzione di ancoraggio (81) atta ad essere inserita a scatto in una sede (76) di una di dette pareti (24, 26), a contatto con il corrispondente spinotto laterale (42’, 43’).
18. 18. Sistema di accoppiamento secondo la rivendicazione 17, caratterizzato da fatto che detta sede è formata da una porzione (76) di una finestra rettangolare (73 74), detta porzione a forma di serpentina (82) essendo alloggiata in un’altra porzione (77) di detta finestra (73, 74), détte porzioni (76, 77) essendo separate da un’appendice (78) atta ad essere impegnata da detta estremità (7) dell’attuatore (5).
19. 19. Sistema di accoppiamento di un attuatore piezoelettrico, sostanzialmente come descritto con riferimento agli annessi disegni.