JP2003533891A - 圧電曲げ変換器及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、長尺状の支持体（２）を備え、該支持体における少なくとも一方の側面に層状の圧電体（６）が設けられてなる圧電曲げ変換器に関する。圧電曲げ変換器の作動のために使用される電子（２３）及び／或いはセンサ（３３）システムの少なくとも１つの部品（２４，３２）は、支持体（２）中、及び／或いは支持体（２）と層状の圧電体（６）との間、及び／或いは層状の圧電体（６）の隣り合う圧電層の間に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、長尺状の支持体を備え、該支持体における少なくとも一方の長手方
向に延在する面には、複数の圧電材料層とその層間に配置された電極とを有する
圧電体層が設けられてなる圧電曲げ変換器に関する。本発明は、更に、当該圧電
曲げ変換器の使用方法に関する。

【０００２】 多層曲げアクチュエータとも称され得るこのような圧電曲げ変換器は、例えば
、国際公開ＷＯ９９／１７３８３に開示されている。この圧電曲げ変換器は、長
尺の板状或いは棒状の支持体を有する。該支持体において相反する方向を向き、
長手方向に延在する両面に位置する大きな外面には、圧電体層がそれぞれ設けら
れている。それぞれの圧電体層は、複数の重ねられた圧電材料層と該圧電材料層
の層間に配置されたシート状の電極とを有する。支持体上で延在する導電体は、
圧電体層の長さを収縮させる制御電圧を印加するために使用できる。該収縮は、
圧電曲げ変換器の長手方向に垂直な方向への圧電曲げ変換器の歪曲を起こさせる
。

【０００３】 圧電曲げ変換器の作動のためには、例えば、利用可能な低電圧を十分に高い制
御電圧に変換できる部品を有する適切な電子システムを備えることが概して必要
である。この点で、多層技術は、圧電曲げ変換器の作動に必要な電気エネルギー
が比較可能な寸法のモノリシック圧電体の場合よりも十分に低い制御電圧で利用
可能であるという利点を提供する。しかしながら、電子部品には十分な配置場所
が必要であり、このことは、例えば圧電曲げ変換器を備えたバルブとしてなる装
置の小型化を妨げる。

【０００４】 周知の圧電曲げ変換器における更なる問題は、作動上の挙動に関するモニタリ
ング及び／或いはフィードバック供給である。このために必要なセンサを設ける
ことは、また、圧電曲げ変換器を有する装置の全体サイズに関して好ましくない
。

【０００５】 従って、本発明の目的の１つは、上述のタイプの圧電曲げ変換器を備えた装置
をより小型化するための方策を示すことである。本発明の別の目的は、このよう
な圧電曲げ変換器の適切な使用方法に関するものである。 上述のタイプの圧電曲げ変換器に関する上記第１の目的は、支持体内、及び／
或いは支持体と圧電体層との間、及び／或いは圧電体層の隣り合う圧電材料層間
に、圧電曲げ変換器の動作のために利用される、電子及び／或いはセンサシステ
ムの少なくとも１つの部品が収納されることで達成される。

【０００６】 本発明は、作動のために必要とされる電子及び／或いはセンサシステムの部品
であって多層曲げ変換器の関連で適用されるものが、寸法上及び幾何学上、圧電
曲げ変換器内に一体化することができ、その結果、配置のために大きな容積を必
要とする電子及び／或いはセンサ部品をなしで済ませることができるよう、構成
され得るという認識に基づいている。従って、該電子及び／或いはセンサ部品は
、例えば、支持体内に収納可能である。但し、該部品は、圧電体層の圧電材料層
間、或いは支持体と支持体上に取り付けられた圧電体層との間にも配置可能であ
る。センサ部品に関しては、これを、作動に関連するパラメータを検知可能な上
記のような箇所に実質的に配置可能である。

【０００７】 従って、例えば、安全に関するバルブに使用した場合、アクチュエータ設定に
関する信頼性のある正確なフィードバック情報を得ることができる。 圧電体層を圧電曲げ変換器に設けることは特に有利であることが判明した。こ
の場合、個々の圧電材料層の厚さは、最大でも２５μｍであり、１４μｍと２０
μｍの間の厚さとすることが推奨され、最も好ましい厚さは１７μｍである。こ
れにより、非常に薄い層を有し、それによって、今日では通常６０Ｖを上回る範
囲の駆動電圧となるところ、その電圧よりも十分に低減された部品駆動電圧を有
する低電圧多層構造が得られる。従って、電圧変換のために必要な回路構造の複
雑さも低減される。このことは本発明による圧電曲げ変換器への一体化を一層容
易にする。更に、高電圧範囲に適用される設計基準は関連しなくなり、それによ
り、圧電曲げ変換器或いはそれに取り付けられる装備それぞれの配線配置やハウ
ジングの設計に関して、より大きな設計の多様性が得られる。それにもかかわら
ず、圧電材料においては十分な電界力が得られる。また、全体サイズの割には、
より大きな設定力と変位を得ることができる。

【０００８】 本発明の更に有利な展開は従属項に規定される。 少なくとも１つの一体化された電子部品は、電圧変換回路、電流制限回路、又
は充放電回路の一部を形成していても良いし、或いはこのような回路を直接構成
していても良い。

【０００９】 少なくとも１つのこのようなセンサ部品は、例えば、歪みゲージ片（ＤＭＳ）
の形式で、１つ以上の圧電材料層で、或いは誘導性のピックアップやコイルで、
曲げ変換器の歪曲或いは変位に反応する歪曲センサとして構成されていても良い
。支持材料或いは圧電材料中に一体化された歪曲センサによる本質的な利点は、
圧電緩和及びドリフト特性の補償のためアクチュエータの変位を体系的にフォロ
ーアップする場合の使用ができることである。これにより、長期間に渡って制御
を安定的にできる。設定要素を機能的にモニタリングする使用も可能である。

【００１０】 更に、所望のタイプや構造の追加のセンサ、例えば、力、加速度、或いは温度
のセンサが、システム中に一体化されていても良い。 支持体が少なくとも２つの重ねられた支持体層を有する多層体の形式で構成さ
れ、好ましくは支持体層の面が圧電材料層の面と平行であり、それぞれの部品が
２つの隣り合う支持体層間に配置できる場合には、１つ以上の電子及び／或いは
センサ部品の支持体への一体化が特に容易になし得る。

【００１１】 圧電体層の制御のため、更に、支持体上で適切に分配配置されたセンサシステ
ムの作動のために必要とされる導電体を設けることができるようにするため、導
電体は、好ましくは、支持体における異なる部品保持面に配置される。相互の接
続は、保持面を横切って延びる１つ以上の貫通接触部、所謂バイアによってなさ
れる。支持体が多層技術を用いて製造されたものである場合には、導電体は、隣
り合う支持体層の間と、外側の支持体層における外側の面との両方に設けられて
いても良い。支持体層のいずれかの面に配置された導電体は、それぞれの支持体
層だけを貫通して延びる貫通接触部によって接触され得る。

【００１２】 この構造は、圧電曲げ変換器が所謂トリモルファス形であり、支持体が、支持
体において長手方向に延在して相互に離れた２つの面に配置された２つの圧電体
を備える場合に、特に有利である。この場合、上述の利点に基づき圧電曲げ変換
器が２つの相反する方向に強制的に歪曲され得るようにするため、２つの圧電体
は、好ましくは、上述のタイプの圧電体層の形式で構成される。センサシステム
及び／或いは電子回路を有するアクティブ圧電材料層を備えた接触手段としての
柔軟性のある印刷配線層との関連で、トリモルファス曲げ変換器は繊維複合体の
形式の中間層を有するよう構成しても良い。適切な熱膨張係数を有する適切な材
料を選択することで、熱ドリフトを体系的に減少させることができる。この一例
としては、アクチュエータの全体構造中に銅層を体系的に混入するものがある。
熱ドリフトの減少に加え、銅層は、例えば変位や設定力といった特定の機械的特
性を設定するため、更には、アクティブ圧電材料層、一体化されたセンサ及び／
或いは電子回路を接触させるためにも利用される。

【００１３】 更に、第２アクティブ圧電体の代わりに、圧電体層と本質的に同じ熱膨張係数
を有する材料からなる適応体を設けることも効果的である。この適応体は、変位
力を生成することに寄与しないもの、即ち、受動的構成要素である。しかしなが
ら、１つの面に圧電体を備えた圧電曲げ変換器、所謂ユニモルファスタイプのも
の、に比べ、低コストで対称構造を備えることができ、その結果、熱固有歪曲を
減少或いは完全に排除できることになる。更に、適応体自体をセンサとしたり、
センサに一体化させることも可能である。センサを適応体に一体化させることも
可能である。

【００１４】 所定の方法を実現するための本発明についての上述の第２の目的は、バルブ、
具体的には、空気流制御のための空気圧の分野のバルブにおけるセット部の形式
の圧電曲げ変換器を備えることで実現可能となる。 以下においては、付随の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

【００１５】 図１〜５に示された曲げ変換器１は、長尺の板状或いは棒状の支持体２を有す
る。該支持体２は曲がりやすいものの、ある程度の剛性を備えており、好ましく
は、繊維複合体材料、或いは多層樹脂、具体的にはポリアミドから成っている。 支持体２において相互に反対側を向き、長手方向に延在する両面に位置する大
きな外面には、本実施例においては上方を向いた第１支持面３と、更に、下方を
向いた第２支持面４とがある。第１支持面３上には、第１圧電体５が配置されて
いる。該第１圧電体は、多層技術によって製造されるものであり、圧電体層６を
なしている。図５に示すように、該第１圧電体は、複数の平らな又は平坦な圧電
材料層７を有している。該圧電材料層は、相互に平行な層面上に相互に積み重ね
られ、双方向矢印８として示された支持面３に垂直な積み重ね方向８に配列され
ている。圧電材料としては、任意の適切な圧電材料を用いればよく、好ましくは
圧電性セラミックが用いられる。

【００１６】 圧電材料層７の面は、支持体２において延在する面と平行に延びている。 隣り合う圧電材料層７間には、それぞれ、シート状の形式、好ましくは銀／パ
ラジウムを被覆した層という形式、の薄い電極９，１０が延在している。 ここで、交互にされた第１（９）、第２（１０）電極は、積み重ね方向８に互
い違いになるよう設けられている。その結果、本実施例では、最下及び最上に配
置された圧電材料層７を除き、それぞれの圧電材料層７が、その相反する面にお
いて第１及び第２電極９，１０に接している。本実施例では、第１電極９同士と
第２電極１０同士がそれぞれ電気的に接続されており、それぞれが第１及び第２
接触生成面１３，１４に電気的に接続されている。該接触生成面は支持体２に直
接的に隣り合う最下の圧電材料層７の下面に設けられている。

【００１７】 最上の圧電材料層７は、図示するように、不活性なカバー層であっても良いが
、当該層を積極的に使用するため、当該層の上面にも電極を設けてもよいのは勿
論である。 圧電体層６の外面において延びる導電体層であって、電極９同士及び電極１０
同士を接触させるために機能する層は、詳細には図示されていないが、エポキシ
樹脂からなるシール材料で密封されている。

【００１８】 圧電体層６は、第１支持面３の全長のうち一部分だけを占める。従って、支持
体２は、圧電曲げ変換器１の接続面１５において、圧電体層６を通り過ぎて延び
る接続部１６を有している。圧電曲げ変換器１の操作において必要とされる電気
的接続は、接続部１６によってなされる。該接続部は、圧電曲げ変換器をクラン
プしたり保持したりするのに利用されても良い。

【００１９】 圧電体層６を駆動するため、支持体２には、例えば、第１及び第２導電体１７
ａ，１７ｂを備えた、金属被覆による層、及び／或いは導体樹脂層といった印刷
配線が設けられている。該印刷配線は、接続部１６の自由端から圧電体層６によ
って覆われた支持体に至るまで延びている。そして、圧電体層６に至った箇所で
は、該印刷配線は第１及び第２電気的接続面１８ａ，１８ｂの形式とされており
、これらは、圧電体層６の第１及び第２接触生成面１３，１４と電気的に接触し
ている。

【００２０】 従って、第１及び第２導電体１７ａ，１７ｂによって、圧電体層６は、当該多
層体に付与される駆動電圧を受ける。これにより、周知の態様にて、圧電体層６
においては、圧電材料層７に長さの変化が起きる。その結果、接続部１６におい
てクランプされた圧電曲げ変換器１では、圧電曲げ変換器１において保持されて
いない前端部において、矢印２２で示された曲げ変換器の長手軸に垂直な方向に
曲げ及び歪曲或いは変位が生じる。

【００２１】 接続部１６は、圧電曲げ変換器１を保持するため有利に利用されるが、圧電体
層６において接続部１６と隣り合う領域においても保持作用を奏し得る。 駆動電圧を低減するため、圧電材料層７は非常に薄くされる。当該層の厚さは
、本実施例では、１７μｍである。推奨される全体の厚さは１４μｍと２０μｍ
の間の範囲であり、好ましくは２５μｍを越えない。このような厚さを有するた
め、駆動電圧として、最大で６０Ｖ、好ましくは明らかにこの電圧値よりも小さ
い最大電圧値の低電圧を用いた操作が可能となるため、高電圧を用いる場合に適
用されるルールは有効ではなくなり、導電体の最適な配置をより柔軟に行うこと
できる。

【００２２】 駆動電圧を低くできる薄い層を有する低電圧多層体の形式の圧電体層６の構造
によれば、圧電曲げ変換器１の操作のために使用される電子回路２３が従来の構
造に比べて十分に簡潔でコンパクトで経済的な構造を持ち得るという更なる利点
が得られる。

【００２３】 電子回路２３の全体サイズが小さいことは、圧電曲げ変換器１においては、少
なくとも１つの電子部品と、好ましくは全ての電子部品、或いは圧電曲げ変換器
１における全体的な電子駆動回路とをそれぞれ一体化させる上で利用される。図
１〜５に図示された本実施例においては、電子部品２４は支持体２の内部で十分
に保護されている。ここでは、支持体２は多層体の形式で構成されており、相互
に平面状に配置された２つの支持体層を有し、該支持体層間に少なくとも１つの
電子部品２４が配置されている。２つを超える支持体層を備えた支持体２の場合
には、同様に、他の層間にも１つ以上の電子部品を配置可能である。

【００２４】 このようにして一体化された電子部品２４を好適に接触させるため、支持体２
中の適切な箇所には、貫通接触部２７、所謂バイア、が設けられている。このよ
うな貫通接触部２７を備えることは、異なる部品保持面２８それぞれに導電体を
配置し、これらの対応する導電体が相互に電気的に接触できることを意味する。
この場合、貫通接触部２７の数は、原則として任意に変更可能であり、所望の回
路配置による。

【００２５】 図１〜５に図示された本実施例においては、第２導電体１７ｂが第１支持面３
上で延びている。この場合、第１支持面３は、該導電体に関して、第１部品保持
面２８ａをなす。第２導電体１７ｂは、全て、この第１部品保持面２８ａ内で延
びている。

【００２６】 一方、第１導電体１７ａは、いくつかの導体領域に分割されている。該導体領
域は異なる部品保持面内で延びており、これらは貫通接触部２７によって相互に
連結されている。このようにして、接続部１６内の第１導体領域３１ａは、第１
支持面３上で該支持面により規定される第１部品保持面２８ａ内で延びている。
圧電体層６に達する前においても、貫通接触部２７は、第１支持面３を有する第
１支持体層２５だけを貫通して延びるものとして設けられている。該貫通接触部
は２つの支持体層２５，２６間の移行部分に構成されている。ここには、第１導
電体１７ａにおける第２導体領域３１ｂが隣接している。第２導体領域３１ｂは
、圧電体層６の下部における支持体２の内部において延びており、その際、圧電
体層６の下部において第２電気的接続面１８ｂを通過する。第１電気的接続面１
８ａの高さにおいては、第２導体領域３１ｂは、別の貫通接触部２７と電気的に
接続されている。この貫通接触部２７も第１支持体層２５を貫通して延びており
、第１電気的接続面１８ａをなす第３導体領域３１ｃと接続されている。該導体
領域３１ｃも第１部品保持面２８ａ内に配置されている。

【００２７】 少なくとも１つの電子部品２４は、第２部品保持面２８ｂに配置され、好まし
い態様においては、該保持面に延在している導体領域３１ｂに電気的に接続され
ている。 本実施例で図示されている２層支持体２の場合においては、両方の支持体層２
５，２６を貫通して延びる貫通接触部２７が設けられていても良い。また、貫通
接触部２７を相互に離して全ての支持体層に設けて、いずれかの面における導電
体及び／或いは電子部品を電気的に連結させても良い。

【００２８】 少なくとも１つの電子部品２４は、圧電曲げ変換器１用の電子制御回路の一部
を形成しても良いし、或いは該電子制御回路を構成しても良い。この電子回路は
、具体的には、所望の駆動電圧を得るために印加される入力電圧のための電圧変
換回路を備えていても良い。超過電圧による圧電特性の好ましからざる変化を防
止するため電流制限回路として設けるのも効果的である。歪曲或いは変位をリセ
ットするための２線操作の場合に必要となる放電操作を可能にする充放電回路と
してもまた効果的である。この列挙は単に一例に過ぎず、他を入れる余地がない
という効果を奏するものでないことは明らかである。

【００２９】 本実施例の圧電曲げ変換器１は、少なくとも１つの電子部品に加え、更に、圧
電曲げ変換器の操作に使用されるセンサシステム３３用の少なくとも１つのセン
サ部品３２、図１及び５では破線で示されているもの、を含んでいることを特徴
とする。

【００３０】 少なくとも１つのセンサ部品３２は、本実施例では、圧電体層６内の２つの隣
り合う圧電材料層７の間に収納されている。該センサ部品は、圧電体層６の製造
過程で当該収納箇所に収納可能である。該センサ部品の動作のために必要な電気
的接触手段３４は、例えば、圧電体層６の端面まで延び、そこから該多層体の底
面まで延びていても良い。それにより、圧電体層６が支持体２上に固定される際
には、電気的接触手段３４と別の導電体３５とが電気的に接触可能となる。別の
導電体３５は、接続部１６近傍の第１支持面３上に設けられている。

【００３１】 少なくとも１つのセンサ部品３２と、好ましくは全体的なセンサシステム３３
とを圧電曲げ変換器１の内部に配置したことにより、関連位置において関連要因
を検知することが可能である。更に、圧電曲げ変換器の外面に、或いは、圧電曲
げ変換器１の後の使用時において、当該圧電曲げ変換器用のハウジング上に、追
加スペースを要するものを設置する必要はない。このことは、更に、少なくとも
１つの一体化された電子部品２４、或いは電子回路２３にもそれぞれ当てはまる
。圧電曲げ変換器１の内部に収納することにより、更なる安全対策なしで済ます
ことが可能となる。なぜなら、該部品はこれらを取り囲む圧電曲げ変換器１の部
品により外部の作用から保護されるからである。

【００３２】 少なくとも１つのセンサ部品３２もまた、電子部品２４に関連して述べた手法
で、すなわち、少なくとも１つの電子部品が圧電体層６の内部に配置され得るの
と同様に、支持体２の内部に一体化されていても良い。電子部品及び／或いはセ
ンサ部品の収納に適した更に有利な箇所は、支持体２とその上に固定された圧電
体層６との間である。図５には、破線２４ａ，３２ａで電子部品及び／或いはセ
ンサ部品を示している。

【００３３】 特定の態様においては、１つの同様の圧電曲げ変換器１には、電子部品だけが
設けられていても良いし、センサ部品だけが設けられていても良いし、また或い
は、電子システムとセンサシステム両方のための部品が同時に設けられていても
良い。この場合、該部品を収納する箇所は任意に選ばれ得る。

【００３４】 圧電曲げ変換器１に一体化されたセンサシステムは、具体的にはセンサ部品と
して、例えば、歪みゲージ片、或いは圧電曲げ変換器１の瞬時の歪曲に関する情
報を提供する他のピックアップやコイルとしての歪曲センサを備えている。 図６及び７は、歪みゲージ片の形式のセンサ部品３２の支持体２への一体化に
関する可能性を示している。この場合、上述の第１及び第２導電体１７ａ，１７
ｂに加えて、更に第３導電体１７ｃを設けても良いのは明らかである。該第３導
電体１７ｃは、センサ部品３２との電気的な接触をなすために機能すると共に、
第１及び第２部品保持面２８ａ，２８ｂ内で延びて、貫通接触部２７ａにより連
結され得る。

【００３５】 更に有用なセンサ部品は、力センサ、加速度センサ、温度センサである。該セ
ンサは、圧電曲げ変換器の最適に監視された作動のために機能し得る。 圧電体層６及び／或いは支持体２の層構成を実質的に害しないようにするため
、支持体層の面は圧電材料層の面と平行に延びる。一体化された電子及びセンサ
部品２４，３２は、ほとんど突出しない極端に薄い構造とされるためである。こ
のような構造は所謂薄膜技術によって製造されても良い。また或いは、表面実装
デバイス（ＳＭＤ）部品、又はむき出しのチップとして、すなわち、非被包性の
半導体チップとして製造されても良い。部品の収納のために利用可能な層領域が
非常に大きいため、部品の回路配置は全体の高さを低減する上で長く構成したり
広く構成したりし得る。

【００３６】 図８及び９は、支持体２につき他に採りえる構成を示す。追加の電子及び／或
いはセンサ部品３６が存在しても良いのは明らかである。これらは、支持体２に
おいて、圧電体により占められていない外面部に配置される。これらは、具体的
には、支持面３において、接続部１６上で延びる自由面部に配置しても良い。

【００３７】 更に、図８及び９は、必要ならば、導電体１７や、貫通接触部２７については
支持体２上で実質上任意の適切な分配配置がなされ得ることを示している。 貫通接触部は、支持体２の面を完全に或いは部分的に横切る方向に延びる開口
或いは凹部に配置された導電体材料である。該材料としては、例えば、導電性接
着剤を用いることができる。これまで述べてきた圧電曲げ変換器１はユニモルフ
ァス曲げ変換器とも称し得る。しかし、このようなユニモルファス曲げ変換器の
非対称構造のため、比較的大きな熱固有湾曲が起きてしまい、動作特性を損ない
得る。しかし、一体化されたセンサシステムのため、圧電緩和及びドリフト特性
が体系的に相殺され、その結果、本発明による一体化によれば、ユニモルファス
曲げ変換器の動作特性は比較的容易に最適化され得る。更に、支持体に一体化さ
れた材料により、曲げ変換器の動作点が体系的に動かされ得る。

【００３８】 熱固有湾曲或いは歪曲を経済的に減少させるため、圧電曲げ変換器をトリモル
ファス技術で構成すること、圧電体層６と同じ高さの適応体３７と称するものを
第２支持面４に設けることができる。この適応体３７は、本質的に、圧電体層６
と同じ熱膨張係数を有する材料からなる。ここで、本質的に多層構造よりも経済
的なモノリシック構造を有する第２圧電体３８を適応体３７として設けることは
有用である。この点で、圧電体層６と同様の熱特性を有するようにするため現実
の動作に通常必要な分極化がなされた圧電材料を設けることが好ましい。しかし
ながら、第２圧電体３８は対称構造を有するようにするためのものであり、駆動
されることはなく、適応を図るために機能するだけである。

【００３９】 いずれにしても、本発明に基づき、トリモルファス曲げ変換器を設けることも
当然可能である。この変換器は、２つの圧電体５，３８を有し、これらの圧電体
は、圧電曲げ変換器１を片側だけでなく両側に歪曲させるため、両方とも駆動さ
れ得る。この場合、第２圧電体３８を圧電体層の形式で構成することが望ましい
。このとき、支持体２には、図１及び４に破線で示す如く、上記において詳述し
た上述の第１及び第２導電体１７ａ，１７ｂと貫通接触部２７と同様の導電体４
２と貫通接触部４３を設けても良い。これらにより、第２支持面４に配置された
圧電体３８を駆動させることが可能となる。電子及び／或いはセンサ部品が圧電
体層６に、或いは圧電体と支持体２との間の移行部分に配置されている場合には
、圧電曲げ変換器１には単層支持体２が設けられていても良いのは明らかである
。

【００４０】 圧電曲げ変換器は、流量制御のために機能するバルブ中のセット部として有益
に適用され得る。図５には、流体ダクト開口部４５を備えた空気圧バルブのハウ
ジング４４の部分が破線で示されている。該開口部は、圧電曲げ変換器１の駆動
、非駆動により、要望通りに圧電曲げ変換器１により閉じられたり開口されたり
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電曲げ変換器の好ましい実施例を、部分的に分解され
た、非常に拡大された透視図で示すものである。

【図２】 上方を向いた支持体の支持面を図１の矢印ＩＩの方向から見てな
る平面図である。

【図３】 図１の支持体を切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した縦断面図
であり、下方支持体層の上方を向いた面を見てなる図である。

【図４】 図１の支持体を切断線ＩＶ−ＩＶに沿って切断した縦断面図であ
り、任意に存在する導電体が下方を向いた支持面上に破線で示された図である。

【図５】 図１〜４の圧電曲げ変換器を図１，２中の切断線Ｖ−Ｖによる断
面図で示す図であり、図示された空気圧の分野のものとして設けられた制御バル
ブに関連した有利な適用を示す図である。

【図６及び７】 圧電曲げ変換器の別の実施例の支持体に沿って切断した図
２，３に対応した縦断面図である。

【図８】 圧電曲げ変換器の別の実施例の部分を図９の切断線ＶＩＩＩ−Ｖ
ＩＩＩに沿って切断した縦断面で示した図である。

【図９】 図８に対応する支持体における、上方を向いた支持面の平面図を
、その上の圧電体を除いて示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュミット アンドレーアス ドイツ連邦共和国 96247 ミヘラウ ゲ ー．−エフ．−ハエンデル−シュトラーセ 27 (72)発明者 リーデル ミカエル ドイツ連邦共和国 96472 レーデンター ル ジョット．−エス．−バッハ−シュト ラーセ ６ (72)発明者 ルビッツ カール ドイツ連邦共和国 85521 オットブルン レントゲンシュトラーセ 20 (72)発明者 マイクル マルチン ドイツ連邦共和国 73084 ザラハ ラン ゲ シュトラーセ ４ (72)発明者 ホフマン マークス ドイツ連邦共和国 72649 ウォルフシュ ルーゲン ヘルダーリンシュトラーセ 11 (72)発明者 ヴァインマン ミカエル ドイツ連邦共和国 73655 プリュデルハ ウゼン レヒベルクシュトラーセ １

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺状の支持体（２）を備え、該支持体における少なくとも一
   方の長手方向に延在する面には、複数の圧電材料層（７）とその層間に配置され
   た電極（９，１０）とを有する圧電体層（６）が設けられてなる圧電曲げ変換器
   であって、 支持体（２）内、及び／或いは支持体（２）と圧電体層（６）との間、及び／
   或いは圧電体層（６）の隣り合う圧電材料層（７）間には、圧電曲げ変換器（１
   ）の動作のために利用される、電子（２３）及び／或いはセンサ（３３）システ
   ムの少なくとも１つの部品（２４，２４ａ；３２，３２ａ）が収納されたことを
   特徴とする圧電曲げ変換器。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの部品（２４，２４ａ）は、電圧変換回路、電
   流制限回路、又は充放電回路の一部として形成され、或いはこのような回路を構
   成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電曲げ変換器。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの部品（２４，２４ａ）は、圧電曲げ変換器用
   の電子制御回路の一部を構成し、或いは該電子制御回路を構成していることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の圧電曲げ変換器。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの部品（３２，３２ａ）は、具体的には歪みゲ
   ージ片、或いは誘導性のピックアップ及び／或いはコイルである、圧電曲げ変換
   器の歪曲を検知するための歪曲センサとして構成されたことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
5. 【請求項５】 少なくとも１つの部品（３２，３２ａ）は、力センサ、加速度
   センサ、及び／或いは温度センサとして構成されたことを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの電子及び／或いはセンサ部品（２４，２４ａ
   ；３２，３２ａ）は、薄膜技術を用いて、或いは、表面実装デバイス（ＳＭＤ）
   部品又はむき出しのチップとしてそれぞれ製造されたものであることを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
7. 【請求項７】 支持体（２）は、少なくとも２つの重ねられた支持体層（２５
   ，２６）を有する多層体の形式で構成されたことを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載の圧電曲げ変換器。
8. 【請求項８】 支持体層の面と圧電材料層の面とが相互に平行に延在している
   ことを特徴とする請求項７に記載の圧電曲げ変換器。
9. 【請求項９】 支持体（２）の内部に配置された少なくとも１つの電子及び／
   或いはセンサ部品（２４，３２）が２つの隣り合う支持体層（２５，２６）間に
   配置されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電曲げ変換器。
10. 【請求項１０】 支持体（２）には、異なる部品保持面（２８）に配置された
    導電体（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，４２）が設けられており、該導電体は、部品
    保持面（２８）に垂直な方向に延びる１つ以上の貫通接触部（２７，４３）にて
    相互に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の圧
    電曲げ変換器。
11. 【請求項１１】 １つの支持体層の一方の面上の導電体と接触するため、１つ
    の支持体層だけを貫通して延びる少なくとも１つの貫通接触部（２７，４３）を
    備えることを特徴とする請求項７、８のいずれかとの関連における請求項１０に
    記載の圧電曲げ変換器。
12. 【請求項１２】 圧電体層（６）は、支持体（２）において該圧電体層の方を
    向いた支持面（３）の一部分だけを占め、支持面（３）の自由部には少なくとも
    １つの別の電子部品（３６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１
    のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
13. 【請求項１３】 個々の圧電材料層（７）の厚さは、最大でも２５μｍであり
    、特に１４μｍと２０μｍの間、更には１７μｍであることを特徴とする請求項
    １〜１２のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
14. 【請求項１４】 圧電材料層（７）の厚さが、圧電曲げ変換器の動作に必要な
    駆動電圧が最大で６０Ｖとなるよう設定されたことを特徴とする請求項１〜１３
    のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
15. 【請求項１５】 支持体（２）が、その長手方向に延在する面のうち圧電体層
    （６）と反対側となる面に、モノリシック圧電体（３８）を備えたことを特徴と
    する請求項１〜１４のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
16. 【請求項１６】 支持体（２）には、その長手方向に延在する面のうち圧電体
    層（６）と反対側となる面に、圧電体層（６）の圧電材料と本質的に同じ熱膨張
    係数を有する材料からなる適応体（３７）が設けられたことを特徴とする請求項
    １〜１５のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
17. 【請求項１７】 支持体（２）には、その長手方向に延在する面のうち圧電体
    層（６）と反対側となる面に、別の圧電体層が配置されたことを特徴とする請求
    項１〜１４のいずれかに記載の圧電曲げ変換器。
18. 【請求項１８】 バルブ、具体的には、空気圧の分野のバルブにおけるセット
    部としての、請求項１〜１７のいずれかに記載の圧電曲げ変換器の使用方法。