JP2003529943A - ピエゾセラミックス湾曲変換器 - Google Patents

ピエゾセラミックス湾曲変換器

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JP2003529943A JP2001573563A JP2001573563A JP2003529943A JP 2003529943 A JP2003529943 A JP 2003529943A JP 2001573563 A JP2001573563 A JP 2001573563A JP 2001573563 A JP2001573563 A JP 2001573563A JP 2003529943 A JP2003529943 A JP 2003529943A
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nickel
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ホフマン、レナーテ
リーデル、ミヒァエル
シュミット、アンドレアス
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Siemens AG
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    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 扁平な支持体（２）と、その少なくとも片面上に施した、鉛−ジルコン酸塩−チタンピエゾセラミックス（３）から成るピエゾセラミックス湾曲変換器（１）を提供する。熱的自己歪みを少なくするため、本発明では、支持体（２）の材料としてニッケル／コバルト／鉄合金、ニッケル／鉄合金及び珪素／ゲルマニウム半導体物質を用い、鉛−ジルコン酸塩−チタン−ピエゾセラミックス（３）との熱膨張の差を減らす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、扁平な支持体と、この支持体の少なくとも片面上に施された鉛、ジ
ルコン及びチタンから成り、分極したピエゾセラミックスを有し、かつ支持体の
熱膨張率を分極したピエゾセラミックスの熱膨張率と適合させたピエゾセラミッ
クス湾曲変換器に関する。
【０００２】 この種の湾曲変換器は、例えば国際公開第９６／４１３８４号パンフレットか
ら公知である。この明細書では、支持体の材料として、ガラス又はピエゾセラミ
ックスそのものが提案されている。
【０００３】 扁平な支持体上に施されたピエゾセラミックスを有する冒頭に記載したピエゾ
セラミックス湾曲変換器は、間接、即ち逆圧電効果の利用、即ち電気エネルギー
を機械エネルギーに変換するために広く使用されている。この湾曲変換器には多
くの工業上の用途がある。この種の用途には、例えばインクジェットプリンター
用の圧電プリントヘッドとして、また盲人用レーザ装置内のブライユ点字列、織
物機械又は弁における位置要素としての使用がある。
【０００４】 弁、特に空気弁内に使用した場合、冒頭に記載した支持体とピエゾセラミック
スの熱膨張率が適合する湾曲変換器が特に適している。即ちこの種用途では、支
持体とピエゾセラミックスの膨張率が異なると、数μm／１０Ｋの僅かな熱的自
己歪みにもはや耐えられないからである。湾曲変換器の温度が変化する際のかか
る僅かな熱的自己歪みで既に、例えば弁の閉鎖機能はもはや保証不能となる。
【０００５】 鉛、ジルコン及びチタンを含むピエゾセラミックス（ＰＺＴ−ピエゾセラミッ
クスとも云われる）の熱膨張率は、分極の程度及び駆動に使用される−５〜＋６
・１０-6／Ｋの電界の方向に依存して変動する。即ちＰＺＴ−セラミックスの製
造形式に応じて及び駆動法に依存して、その熱膨張率は変化する。それに反して
、ＰＺＴ−ピエゾセラミックスの個々の成分の異なる重量比は、ピエゾセラミッ
クスの膨張率を±０．５×１０-6／Ｋだけ変動させるに過ぎない。
【０００６】 国際公開第９６／４１３８４号パンフレットによれば、支持体の材料としてガ
ラスを使用した場合、ピエゾセラミックスの分極次第で、このような湾曲変換器
の使用が弁、特に空気弁内に予想される熱的自己歪みの故に、もはや耐えること
ができない程、ピエゾセラミックスの熱膨張率はガラスの熱膨張率と異なる。同
じことは、活性層のＰＺＴセラミックスの分極により、支持体の熱膨張率と異な
るＰＺＴ−ピエゾセラミックスの熱膨張率が生じることから、ピエゾセラミック
スを支持体の材料として使用する場合にも当てはまる。
【０００７】 本発明の課題は、従来技術に比べて更に低減された熱的自己歪みを示す、冒頭
に記載した形式のピエゾセラミックス湾曲変換器を提供することにある。
【０００８】 この課題は、本発明の第１の実施形態では、支持体が、ニッケル２８〜３０重
量％、コバルト１６〜１８重量％、炭素、マンガン及び珪素の群から選択された
少なくとも１つの元素０〜３重量％及び残り鉄を含むニッケル／コバルト／鉄合
金から成ることにより解決される。
【０００９】 本発明の第２の実施形態では、冒頭に記載のピエゾセラミックス湾曲変換器に
対する課題は、支持体がニッケル４０〜４４重量％、コバルト、クロム、炭素、
マンガン、燐、硫黄、珪素及びアルミニウムの群から選択した少なくとも１つの
元素０〜３重量％と残り鉄を含むニッケル／鉄合金から成ることで解決される。
【００１０】 本発明の第３の実施形態では、冒頭に記載したピエゾセラミックス湾曲変換器
に対する課題は、支持体が珪素１０〜５５重量％、ゲルマニウム４５〜９０重量
％及び残り微量元素を含む半導体材料から成ることにより解決される。その際そ
れらの微量元素はできるだけ僅かな分量であった方がよい。
【００１１】 加えて本発明は、完成した湾曲変換器におけるその組成とは無関係に、ＰＺＴ
−ピエゾセラミックスは４〜５×１０-6／Ｋの熱膨張率を示すという考え方から
出発する。更に本発明は、この範囲内の熱膨張率の全ての値が、支持体の材料の
適切な組成を介して調整できる筈であるという考え方から出発する。支持体の材
料の熱膨張率をＰＺＴ−ピエゾセラミックスの熱膨張率に対してこのように調整
することは、ニッケル／コバルト／鉄合金のニッケルとコバルトとの重量割合の
調整並びに上記他の成分の添加により可能になる。
【００１２】 或いはまた、これは、ニッケル／鉄合金中のニッケルの重量比並びに上記の他
成分の所定の重量比での添加によっても可能になる。
【００１３】 最後にまた、これは、場合によっては微量元素をドーピングした珪素及びゲル
マニウムを含む半導体材料中の珪素及びゲルマニウムの重量比を調整することに
よっても可能になる。
【００１４】 請求項１乃至３に記載の各成分の分量に応じ、支持体の材料の熱膨張率をＰＺ
Ｔ−ピエゾセラミックスの熱膨張率の変動幅内で調整できる。このようにして、
分極状態にあるＰＺＴ−ピエゾセラミックスの熱膨張率と支持体の材料の熱膨張
率との最大限十分な調整が行える。
【００１５】 本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述する。
【００１６】 図１は、支持体２及びその片面上に施した鉛−ジルコン酸塩−チタンピエゾセ
ラミックス３から成る層を持つピエゾセラミックス湾曲変換器１を示す。このピ
エゾセラミックス３は、支持体２に面する内側電極５と外面電極６とで被覆され
ている。両電極５及び６は、銀−パラジウムからなる金属化層としてピエゾセラ
ミックス３上に薄層状に施されている。
【００１７】 この鉛−ジルコン酸塩−チタンピエゾセラミックス３は電極５及び６により分
極されている。ピエゾセラミックス３の駆動は、内側電極５と外面電極６との間
に電圧を印加することで行われる。支持体２は、ニッケル２８．５重量％、コバ
ルト１８重量％、マンガン０．２５重量％及び珪素０．２５重量％並びに残り鉄
を含むニッケル／コバルト／鉄合金からなる。
【００１８】 内側電極５への電気的接触のため、支持体２の自由端上に支持体２と内側電極
５との間に一部差し込んで銅薄板８を貼り付けてある。この銅薄板８は接続線１
０で容易なろう接触を可能にする。
【００１９】 片面上だけに施されたピエゾセラミックス３の故に、ユニモルフとも呼ばれる
図示の湾曲変換器３を駆動するため、電位を接続線１０に印加する。この場合外
面電極６はアース、即ち大地電位に置かれる。
【００２０】 分かり易くするため、請求項２及び３に言及した支持体２の材料を示す更なる
図は示していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるピエゾセラミックス湾曲変換器の一部破断斜視図。
【符号の説明】
１ ピエゾセラミックス湾曲変換器 ２ 支持体 ３ ピエゾセラミックス ５ 内側電極 ６ 外面電極 ８ 自由端上の銅薄板 １０ 接続線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュミット、アンドレアス ドイツ連邦共和国 96247 ミヒェラウ ゲオルク‐フリードリッヒ‐ヘンデル‐シ ュトラーセ 27 Ｆターム(参考） 2C057 AG44

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 扁平な支持体（２）と、該支持体（２）の少なくとも片面上
    に施された鉛、ジルコン及びチタンから成り、分極したピエゾセラミックス（３
    ）を有し、かつ支持体（２）の熱膨張率を分極したピエゾセラミックス（３）の
    熱膨張率と適合させたピエゾセラミックス湾曲変換器において、支持体（２）が
    、ニッケル２８〜３０重量％、コバルト１６〜１８重量％、炭素、マンガン及び
    珪素の群から選択した少なくとも１つの元素０〜３重量％及び残り鉄を含有する
    ニッケル／コバルト／鉄合金から成ることを特徴とする変換器。
  2. 【請求項２】 扁平な支持体（２）と、該支持体（２）の少なくとも片面上
    に施された鉛、ジルコン及びチタンから成り、分極したピエゾセラミックス（３
    ）を有し、かつ支持体（２）の熱膨張率を分極したピエゾセラミックス（３）の
    熱膨張率と適合させたピエゾセラミックス湾曲変換器において、支持体（２）が
    、ニッケル４０〜４４重量％、コバルト、クロム、炭素、マンガン、燐、硫黄、
    珪素及びアルミニウムの群から選択した少なくとも１つの元素０〜３重量％及び
    残り鉄を含むニッケル／鉄合金から成ることを特徴とする請求項１記載の変換器
    。
  3. 【請求項３】 扁平な支持体（２）と、該支持体（２）の少なくとも片面上
    に施された鉛、ジルコン及びチタンから成り、分極したピエゾセラミックス（３
    ）を有し、かつ支持体（２）の熱膨張率を分極したピエゾセラミックス（３）の
    熱膨張率と適合させたピエゾセラミックス湾曲変換器において、支持体（２）が
    、珪素１０〜５５重量％、ゲルマニウム４５〜９０重量％及び残り微量元素を含
    む半導体材料から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の変換器。
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