JPH07193292A

JPH07193292A - ねじりアクチュエータとその製作方法

Info

Publication number: JPH07193292A
Application number: JP23176494A
Authority: JP
Inventors: Uwe Dibbern; ディベルンユーベ; Joseph Pankert; パンケルトヨゼフ
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1995-07-28
Also published as: ATE162665T1; EP0646975B1; US5552658A; KR950010148A; EP0646975A1; DE59405078D1; MY111236A; TW329514B; SG48103A1; DE4332966A1; KR100309084B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】小さな制御電圧で大きなねじれ角度を現し、
簡単な製作工程で安価に製作できる簡単な構成の電気セ
ラミックねじりアクチュエータ及びそのその製作方法。【構成】多層構成を形成して配置されるモノリシック
・ねじりアクチュエータ１０であって、かつ、複数層２
０の間に少なくとも位置する複数の３電極と、外部から
のアクセスが可能で、アクチュエータ１０をその長手軸
１６のまわりでねじれを生じさせるよう複数の３電極に
制御電圧を供給をする複数のヘッド接触３０〜３４とを
具え、３電極が互いに平行に延在し、電気層２０の縁部
からはなれて終端し、前記複数の電極は長手軸１６に沿
って中断され、各群に関して接続する表面を具え、層２
０の縁部まで延在し、そこで、複数の隣接する層２０が
電極２２に対して直交して単一方向に分極される時、中
心線１９，３９に関して対角象限の第１の隣接電極が中
央電極２２に正の電位に、他の対角象限の電極が負にな
るヘッド接触を備えるねじりアクチュエータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数層の間にすくな
くとも位置する複数の電極と、外部からのアクセスが可
能で、アクチュエータをすくなくともその長手軸のまわ
りでねじれを生じさせるよう複数の電極に制御電圧を供
給するべく作用する複数のヘッド接触とを具えた、多層
構成を形成して配置されるモノリシックピエゾ・電気セ
ラミックのねじりアクチュエータと、さらに、複数の層
の間にすくなくとも位置する複数の電極を具え、さらに
外部からアクセスが可能で、電極にその長手軸のまわり
にねじれを生じさせるため前記複数の電極に制御電圧を
印加すべく作用するヘッド接触を具えた、多層構成を形
成するようモノリシックピエゾ・電気セラミックが配置
されたねじりアクチュエータの製作方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術と課題】ねじりアクチュエータはそれ自体
公知である。ねじりアクチュエータはその端部分が電場
の影響で小さな角度だけねじられるピエゾ電気アクチュ
エータである。かかるねじりアクチュエータはねじりア
クチュエータが平板状であるように大きさが選択される
しっかりと固着された矩形の後部表面を備えた立方体の
形態であってよい。ねじりアクチュエータが操作される
と、前述のしっかりと固着された側とは反対側がその長
手軸のまわりでねじれの最大角度までねじられる。

【０００３】原理的に、ねじりアクチュエータは相互に
接続され、複数の電極を具える２つの隣接したピエゾ・
電気曲げアクチュエータの組合わせと認識することがで
きる。一方の曲げアクチュエータが上方に曲げられ、他
方の曲げアクチュエータが下方に曲げられる時ねじれが
発生する。

【０００４】この基本的構成はＵ．Ｓ．特許第４，２３
３，６３７号記載の発明より公知で、その発明には簡単
な立方体の唯１つのおよび２重層バイモルフの配置が記
載されており、それはねじりアクチュエータと同じく曲
げアクチュエータとして使用されることができる。この
簡単なバイモルフのねじりアクチュエータは大きな層の
厚みがかなり高い制御電圧を要求するという欠点を有し
ている。

【０００５】別のアクチュエータは国際公報番号第ＷＯ
−８９／０２６５８号を有するＰＣＴ特許出願に記載さ
れており、当該アクチュエータは、使用に際し、発生し
得る力またはトルクが非常に小さい故に、ある制限を受
けるような弾性およびピエゾ・電気特性を有するピエゾ
・電気ポリマの複数の箔からなっている。複数のポリマ
箔は層の平面で好ましい方向を有し、その好ましい方向
は簡単な分割されない電極を備えて複雑な変形に到達す
るように使用される。しかしながら、その場合材料の一
部のみか材料の全体の量のほんの数層のみが能動化さ
れ、それで特定の容積で発生する力は相対的に小さい。

【０００６】そこで本発明の目的は、小さな制御電圧で
大きなねじれ角度を現わし、工作機械の分野で適切に使
用されおよび／またはビデオヘッドを制御するのに適し
て使用され、簡単な製作工程で安価に製作できる簡単な
構成のねじりアクチュエータを提供せんとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
冒頭に記載した本発明に係るねじりアクチュエータは、
複数の電極（２２，２３，２４）が互いに平行に延在
し、複数の平行なピエゾ・電気層（２０）の縁部からは
なれて終端し、前記複数の電極は長手軸（１６）にそっ
て中断され、複数の電極の各群に関して接続する表面を
具え、それら表面は複数のピエゾ・電気層（２０）の縁
部まで延在し、そこでそれら表面は、複数の隣接する層
（２０）が電極（２２）に対して直交して単一方向に分
極される時、端面（１８）の中心線（１９，３９）に関
して第１および第４または第２および第３象限の第１の
隣接電極が中央電極（２２）の基準電圧に対して正の電
位に、一方他の複数の電極が負の電位にあるような方法
で横方向のヘッド接触（３０〜３４）を備えることを特
徴とするものである。

【０００８】また、冒頭に記載した本発明に係るねじり
アクチュエータの製作方法は、異なった電極（２２，２
３，２４）用の複数のスクリーン・プリンティングマス
ク（２５，２６，２７；３５，３６）が互いに次にまた
は互いに上に配置され、複数のアクチュエータ（１０）
の複数の層（２０）を同時に作り上げるために順次に使
用され、特別の区分する線（２８）にそって分割される
結果、かく製作されたアクチュエータ（１０）が備えら
れるべきヘッド接触（３０〜３４）用の接続する表面を
直接現わすことを特徴とするものである。

【０００９】さらに、本発明の好適な実施態様はその他
のサブ・クレームに記載されている。本発明に係る平板
状のねじりアクチュエータは基本的にピエゾ・電気セラ
ミックのモノリシックブロックから製作され、すくなく
とも複数の内部電極と制御電圧が印加される複数の外部
ヘッド接触を備えている。

【００１０】本発明のねじりアクチュエータが多層アク
チュエータとして構成されている事実から、以下の利点
が得られる。すなわち、大きなねじれ角度が小さな電圧
で得られ、ねじりアクチュエータが工作機械の分野にお
ける位置決め要素として、またはビデオヘッドを制御
（トラック追随システム）すべく使用可能である。前述
の特許出願第ＷＯ−８９／０２６５８号と比較して、本
発明に係るねじりアクチュエータは、例えば、相対的に
大きな力またはトルクを発生する。

【００１１】本発明の特別な実施態様によれば、下面の
または上面の外部電極が内部電極に付加して備えられ、
前記外部電極は関連ピエゾ・電気層の外側の縁部からは
なれて配置されている。前記外部電極に接触すべくピエ
ゾ・電気層の外側の縁部まで延在する部分が備えられ、
その部分はこれら電極が特別な方法で他の電極と群をな
して接触されるのを可能としている。本発明によれば、
前記接触はねじりアクチュエータ上で横方法に配置さ
れ、ねじりアクチュエータの長手軸のまわりのねじれが
得られるように接触が確立されるヘッド接触を介してな
される。その代りに複数の外部電極が複数の層を全く覆
うことも可能である。かかる有利な実施態様では、接触
表面はくぼみの部分で縁部の他の部分から電気的に分離
されることができる。

【００１２】仮の中心線により立方体のねじりアクチュ
エータの端面は直交座標系の４つの象限に分割される。
本発明によれば、第１と第４象限の第１の電極の電圧が
等しく、仮の水平中心線のすくなくとも１つの電極に備
えられる基準電圧に対して正符号のとき、および第２と
第３象限のそれら電圧が等しく、前記基準電圧に対して
負符号のときねじれが発生する。隣接する複数のピエゾ
・電気層の分極は中央の電極に直交していて同じ方位で
ある。明らかにすべての符号を逆にすることも可能であ
る。また別に、複数の電極の電圧は複数の層の分極が変
わる時異なるように選択されてもよい。その場合、本発
明に係る多層ねじりアクチュエータは、前記中央電極に
対して１つおきに上の方および下の方に向って複数の電
極を備え、それら複数の電極には基準電圧が印加され、
それら電極の間に配置された複数の電極に印加される電
圧は、関連象限により要求される電圧に対応するもので
ある。

【００１３】複数の電極はねじりアクチュエータの長手
軸により電気的に２つの部分に分割される。すべての電
極が電気的に２つの部分に分割されてもよいが、基準電
圧が印加される電極はその代わり分割されない構成であ
ることが可能である。このことは本発明の特別の実施態
様を表わす。

【００１４】上述のごとく、本発明の特別の実施例によ
れば、その下にあるピエゾ・電気セラミック層を能動化
し電気シールドとして作用する電極を有する下面および
上面外部表面を提供することがまたその代りに可能であ
る。

【００１５】おどろくべきことに、理論的計算が実施さ
れた実験と全く正確に対応することがわかってきた、そ
れで立方形であるねじりアクチュエータの幾何学形状自
体は非常に有利な方法で最適化されることができる。例
えば、あらかじめ定められた荷電定数から出発して、厚
みとか高さが減少するにつれねじれの角度を増加させる
ことが可能である。しかしながら、なかんずく、安定の
限界が規定されている。おどろくべきことに、ねじりア
クチュエータの半分の幅に対する最大長さの比が１と３
の間にあるのが有利であるということがわかってきた。
しかしながら、もしアクチュエータが使用される面積に
関する構成的データを基礎にして、ねじりアクチュエー
タの最大長が制限され、一方その幅が自由に選択され得
る時には、ねじれの角度は半分幅に対する長さの比を約
０．９に選択することにより最大となる。

【００１６】本発明の特別な実施態様によれば、さらに
ねじりアクチュエータの基本としての矩形形状を変形す
ることによりねじれの角度を改善することが可能であ
る。この目的のため、台形を基本とした形状が選択さ
れ、その幅広の端面が可動され、その幅が支持部分とし
て働く反対側の端面の幅の２倍である。それによってよ
じれの角度は基本として矩形形状を有するねじりアクチ
ュエータに対し約３３％増大可能である。

【００１７】Ｕ₁＝Ｕ₂およびＵ₃＝Ｕ₄のように異な
った電圧を選択することにより、ねじりアクチュエータ
は曲げられ、それでその長手軸の位置は影響され、これ
は特にビデオ・ヘッド制御に有益である。４つの象限で
要求される電圧を発生するためには、内部電極はすくな
くとも３つの異なったスクリーン・プリンティングマス
クを必要とする。

【００１８】本発明によれば、ほんのすこしのスクリー
ン・プリンティングマスクしか必要とせず、複数の隣り
合って製作されたねじりアクチュエータの分離に際し直
ちに、関連ヘッド接触が設けられたねじりアクチュエー
タの側面で互いに上下関係に、必要とする群をなして、
必要とする接触または接続する表面を外見上自動的に提
供することを可能にする方法を提供する。第１のマスク
配置によれば、異なったレイアウトの３つの異なったマ
スクが使用される。各プリンティング操作後複数のマス
クは交換されねばならぬ。

【００１９】この方法の別の実施態様によれば、問題と
するマスクは、例えば、水平行方向で３回繰返えされ
る。それとは別にそのマスクを垂直方向に繰返えすこと
も可能である。マスク構成はそれ自身、例えば、回転と
か鏡像によりわずかに変形されてもよい。複数のねじり
アクチュエータの製作に続いて、個々のアクチュエータ
への分割が、例えば、あらかじめ定められた区分する線
にそってカットすることにより発生される。この工程で
は、区分する表面上の外部ヘッド接触用の接続する表面
が露出される。

【００２０】この第１のマスク配置の（３回の）時間を
浪費するマスク交換の回数を削減するために、本発明方
法の別の実施態様が各２つの異なった位置で使用される
２つのマスクのみが使用される配置を提供する。２つの
位置は各プリンティング操作後アクチュエータの半分の
幅の大きさだけマスクを移動することにより達成され
る。この場合またその複数の同時に製作されるアクチュ
エータはあらかじめ定められた区分する線にそって互い
に分離されるが、この工程はたった一度だけしかマスク
交換操作がない。この第２のマスク配置の欠点は変位の
故に半分のマスク表面がマスクの行部分の左または右へ
無駄になろうということである。

【００２１】適切に配置された接続面積はヘッド接触と
の接触を確実にする。しかしながら、基準接続面積は倍
あり、それ故その後に相互に接続されねばならぬ２つの
ヘッド接触が必要とされる。

【００２２】

【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本発明を
詳細に説明する。図１は本発明に係るねじりアクチュエ
ータ１０を示し、それは後述の式でＬで表わされる長さ
１１、後述の式で２ｗで表わされる高さまたは厚み１２
および後述の式で２Ｗで表わされる幅１３を有してい
る。ねじりアクチュエータ１０の後部側面１４の中心１
５は軸ｘ₁，ｘ₂およびｘ₃を有する直交座標系の原点
で、ｘ₁とｘ₂は水平方向に延在する軸で、ｘ₃は垂直
方向に延在する軸である。軸ｘ₁はねじりアクチュエー
タ１０の中心長手方向またはねじり軸を構成する。かた
より方向でのねじれの最大角度は側面１４とは反対側に
ある側面１８上の参照番号１７であり、その角度は後述
の式ではＴｗ_rで表わされる。前記角度は数度であって
よい。図１に示されるねじり角度１７の軌跡はねじりア
クチュエータ１０の実線で表わされる水平中心線１９と
ねじれたねじりアクチュエータ１０の２点鎖線で表わさ
れる中心線１９間に存在する。図示されたねじれの角度
１７はねじりアクチュエータ１０の回転に対応し、その
回転の方向は電極の特定の極性と前記アクチュエータの
ピエゾ電気層によって引起される。異なった極性では同
じ角度１７で反対方向にねじれが生じる。もしねじりア
クチュエータ１０が、例えば、ビデオ・ヘッド制御また
は工作機械の分野において使用されると、側面１４は図
１図示の位置にしっかりと位置付けられねばならない。
動作の逆のモードすなわち、ねじりアクチュエータが位
置決め要素として使用されるのではなく、例えば、トル
クセンサとして使用されることも可能である。

【００２３】立方形のねじりアクチュエータ１０の寸法
は、前記アクチュエータが平板状のようなものである。
側面１４がしっかりと固定されている。ねじりアクチュ
エータは電圧が電極に印加されていない時にはねじれが
ない。しかし、もし適切な電圧が層２０の特定の分極と
して印加されると、ねじりアクチュエータは軸ｘのまわ
りにねじれを生じ、ねじれの最大角度が頂点、すなわち
ｘ₁＝Ｌで現われる。

【００２４】図２は図１に示されたねじりアクチュエー
タ１０の軸ｘ₂とｘ₃により作られる平面に対応する断
面図である。簡単のため、唯１つのバイモルフ（bimorp
h)、すなわち厚さｔの２つの特別に分極されたピエゾ・
セラミック層２０の被膜が示されている。このバイモル
フの曲げ要素から多層曲げ要素への変遷を以下に説明し
よう。ピエゾ・セラミック層２０での矢印２１は分極の
可能な方向を示している。原理的に、それは中心線１
９，３９により形成される１つあるいは複数の象限で反
対方向の分極を二者択一的に選択することができる。ね
じりアクチュエータ１０のふるまいは、分極にそって印
加電圧が符号を変化させても変化しない。２つの部分に
分割されても１ピースであってもよい中央電極２２は基
準電極を表わしている。しかし、他の電極２３は２つに
分割され、それ故軸ｘ₁の上にはそれは電気的には投影
されない。電極２３に印加される４つの象限の電圧また
は電位はＵ₁，Ｕ₂，Ｕ₃およびＵ₄と名付けられねじ
りアクチュエータの変形を決定する。

【００２５】本発明に係るねじれは図２に係る分極の
値、例えば、電圧がＵ₁＝−Ｕ₂＝−Ｕ₃＝Ｕ₄に選択
される時に発生する。変形は電圧に線形的に依存するか
ら、曲げとねじれの組合わせは関連電圧の加算により問
題なく得られる。曲げのみが、例えば、Ｕ₁＝Ｕ₂＝Ｕ
₃＝Ｕ₄で発生する。

【００２６】冒頭のパラグラフに記載したごとく公知の
バイモルフのねじりアクチュエータはその制御電圧が大
きな層の厚みに起因して非常に高いという欠点を有す
る。前記制御電圧は数キロボルトにも及ぶ。この欠点は
多層アクチュエータの製作により回避される。本発明の
ねじりアクチュエータ１０に係る多層アクチュエータは
基本的には内部電極２２と２３を具えたピエゾ・電気セ
ラミックのモノリシック・ブロック（monolithic bloc
k）であり、その相互接触とともに制御電圧端子との接
触はヘッド接触３０〜３４を介して確立される（図４参
照）。

【００２７】図３は図１に係るねじりアクチュエータ１
０平面の線図的断面図によるヘッド接触３０〜３４の基
本的回路を示し、その平面は軸ｘ₂とｘ₃とにより作ら
れる平面に対応している。ピエゾ・電気セラミック層２
０はハッチされた線により表わされ、内部電極２２と２
３は太い線により表わされている。内部電極２２と２３
に加うるに、ねじりアクチュエータはまたヘッド電極３
０に接続される外部電極２４を具えている。内部電極２
２はまたヘッド電極３０へ接続されている。図３の左半
分に図示されている内部電極２２と２３は、図の底部か
ら頂部をみて、以下のように接続されている、すなわち
電極２３はヘッド接触３３へ、電極２２はヘッド接触３
０へ、電極２３はヘッド接触３３へ、電極２２はヘッド
接触３０へ、電極２３はヘッド接触３３へ、電極２２は
ヘッド接触３０へ、電極２３はヘッド接触３２へ、電極
２２はヘッド接触３０へ、電極２３はヘッド接触３２
へ、電極２２はヘッド接触３０へ、そして電極２３はヘ
ッド接触３２へ接続されている。同じ原理が図３の右半
分にも適用され、この時先のヘッド接触３３はヘッド接
触３４に、ヘッド接触３２はヘッド接触３１により置換
えられている。

【００２８】図４は本発明に係るねじりアクチュエータ
１０の斜視図ならびにその内部が一部切り取られた図を
示す。５つのヘッド接触３０〜３４が明らかに観察で
き、ヘッド接触３０は図３の基準電極２２とヘッド接触
３０に対応している。ヘッド接触３１は電圧Ｕ₁を、ヘ
ッド接触３２は電圧Ｕ₂を、ヘッド接触３３は電圧Ｕ₃
を、ヘッド接触３４は電圧Ｕ₄を提供する。図４図示の
ねじりアクチュエータ１０の構成は７つの内部電極２２
と２３を示している。勿論、もっと多いまたはもっと少
ない電極を使用することも可能である。ヘッド接触３０
に接続される電極はその機能が要求されないからその真
中で分割されない。アクチュエータの上半分の分割され
た内部の電極２３はヘッド接触３１または３２に接続さ
れ、前記アクチュエータの下半分ではそれらはヘッド接
触３４または３３に接続されている。関連あるヘッド接
触への接続とは別に、電極２２と２３は外部には導出さ
れないと図４ではさらに仮定されている。

【００２９】図４図示ねじりアクチュエータ１０のそれ
ぞれ上面と下面をかぎる面を構成する表面３７，３８は
図３図示の付加的な電極を具えてはいない。結果とし
て、頂部または底部のセラミック層２０はねじり効果に
は帰寄しない。しかしながらヘッド接触３０へ接続され
るべき頂部および底部に設けられた付加電極２４により
ねじり効果は強調される。もしヘッド接触３０が接地さ
れていればこれら外部電極２４はあわせてシールドを提
供する。

【００３０】幾何学的構造が図１または図４に示される
それに対応するねじりアクチュエータ１０の場合には、
経験的にねじれ角度１７を計算する以下の式が現実と非
常に精度よく対応することがわかってきた。ねじれ角度
１７すなわちＴｗ_rは以下のように記載される。

【数１】

【００３１】ここでＵ／ｗは電界強度を表わし、σはポ
アッソン比、ｄ₃₁は物質の荷電定数そしてＫ²＝Ｋ_p ²
／（１−Ｋ_p）²（Ｋ_pはプレーナカップリング係数）
である。幾何学的最適化はこの表現式により得られる。
特定の荷電定数ｄ₃₁においては、角度１７は厚みの減少
とともに増大するが、これに関しては技術的限界とおな
じく機械的安定性が考慮されるべきである。Ｌが大きく
Ｌ／Ｗ＞１では有利であるが、Ｌ／Ｗ＞３ではねじれ角
度の飽和が生じる。もしＬが制限され、幅Ｗを自由に選
択できる時には、角度Ｔｗ_rはＬ／Ｗを約０．９に選ぶ
時に最大となる。

【００３２】図７は図１のねじりアクチュエータ１０の
平面図であり、側１４は２Ｗの最大幅１３を有し、側１
８は２Ｗ′の最大幅１３′を有する。Ｗ′はＷより大き
く選択され、それでねじりアクチュエータ１０のこの変
形の基本は台形である。平板状ねじりアクチュエータ１
０の従来の方形を基本としたものと比較して、台形を基
本として選択されたものの方がさらに改良されるという
意外性がわかってきた。計算と実験が示すところでは、
Ｗ′がＷの２倍に選択されると、ねじれの角度１７はほ
ぼ３３％だけ増大させることができる。

【００３３】以下ねじりアクチュエータ１０の製作を簡
易化するための特定の工程ステップについて説明する。
図４図示のごとく内部電極２２と２３は３つの異なった
プレーナ具体化技術によって用意され、それ故ヘッド接
触３０〜３４接触を確立するため３つの異なったスクリ
ーン・プリンティング・マスクが必要とされる。

【００３４】図５は３つの異なったスクリーン・プリン
ティング・マスク２５，２６および２７を示す。図４の
ねじりアクチュエータ１０用の適切なマスク順次は、内
部電極２２と２３について、頂部から底部へ順次に、マ
スク２７，マスク２６，マスク２７，マスク２６，マス
ク２５，マスク２６そして最後にマスク２５である。も
し複数の外部電極２４が設けられるならば、それらはマ
スク２６によって製作されねばならぬ。

【００３５】製作工程において、他の適切なマスク順次
はマスク２５，２６，２５，２６，２５，‥‥，マスク
２５，マスク２６，マスク２７，マスク２６，‥‥，マ
スク２７である。複数のマスクは各プリンティング工程
後交換されねばならぬ。図５図示のごとくマスク２５〜
２７は互いに接して配置され形状が等しい。マスク２５
は２つの矩形状の中央で分割された電極部分２３を具
え、その部分２３は各々横方向の接続部分を図５で有
し、その接続部分は、簡単化のため、結局は接続される
対応するヘッド接触として同じ参照番号をおびている。
マスク２６は電極２２に関し分割されない部分を具え、
その電極２２は図５にあるごとく下方へ延在する中央部
分を有し、その中央部分はヘッド接触３０との接続を確
立する。マスク２７は再び電極２３について分割された
部分を具え、電極２３は図５の底部の左側および底部の
右側部分にヘッド接触３３と３４との接続を確立する部
分を具えている。図５図示のごとく、マスク構成は各水
平行ごとに３回繰返えされる。勿論等しい形状のマスク
構成の垂直方向への繰返えしも代りに可能である。例え
ば、回転とか鏡像とかをとってマスク構成をわずか変化
させることも全く可能である。次の工程ステップにおい
て、並置されたねじりアクチュエータ１０は、例えば厚
み、一点鎖線の区分する線２８にそってカットされるこ
とにより分離される。この区分する線２８は、本発明に
よれば外部ヘッド接触３０〜３４への接続のみが図４図
示のごとき要求に従って露出されているから、電極表面
２２または２３まで延在されていない。

【００３６】３つの異なったマスク２５から２７の製作
コストを削減し、さらにマスクを連続して変える必要性
を削減するために、２つの異なったマスク３５と３６の
みが要求される第２のマスク配置が図６に示されてい
る。図５におけるが如く、互いに次に配置されるマスク
は、水平方向の区分する線２８にそってアクチュエータ
の半分の幅にわたり矢印Ａの方向にシフトされる。すな
わち、２つの異なった形態のマスクのみが使用される。
マスク３５が各アクチュエータ半分用に２つの電極表面
を有する基本部分２９を具え、当該電極表面は接続要素
により相互に接続され、前記基本部分は、図６で下方に
向う接続表面を有する電極半分を具えている。区分する
線２８を矢印Ａの方向に移動することにより、電極２２
または２３が作成される。これは図６の上半分に示され
ている。他の電極３６の形状はマスク３５の形状と非常
に似ており、接続する要素はマスク３５に比べて異なっ
た位置で、電極表面の２つの半分を相互接続し、マスク
３５に比べて異なって位置する接続する部分は、マスク
３５におけるより低い接続する部分を有しない電極半分
に設けられ、その接続する部分は図６で下方へ方向付け
られている。図５と同様に、その接続する部分はヘッド
接触３０〜３４と同じ参照番号とされている。

【００３７】変位は各プリンティング工程後実施されな
ければならず、前述のごとくその量は矢印Ａで示される
方向にねじりアクチュエータ１０の半分の幅である。プ
リンティング工程に引続いて、アクチュエータは区分す
る線２８にそって分割され、関連する接続する表面は、
図５のマスクの場合のごとく自動的に突出し、それでベ
ッド接触３０〜３４は直ちに確立される。第２のマスク
配置の欠点は図６の左手側と右手側において変位の幅の
部分が使用され得ないということである。上述のごと
く、外部接続は図５に示されると同様な方法で形成さ
れ、相互に接続されねばならぬ２つのヘッド接触３０を
要求する２つの接続領域３０があるという点でのみ相違
がある。マスク順次は以下のごとく選択される。すなわ
ち変位されないマスク３５，変位されるマスク３５，変
位されないマスク３５，変位されるマスク３５，‥‥，
変位されないマスク３５，変位されるマスク３５，変位
されないマスク３６，変位されるマスク３６，‥‥，変
位されるマスク３６。かくてマスク３６に関するマスク
３５の交換はアクチュエータの中央で一度実施されねば
ならないことは明らかである。

【００３８】図１から７および特許請求の範囲での上述
の説明に際し開示されてきた本発明の特徴は、個々のも
のもなにかそれらの組合わせもいずれも本発明の種々の
実施例の実現にとって必要なことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るねじりアクチュエータの斜視図。

【図２】軸ｘ₂とｘ₃がなす平面に対応する断面の図１
のねじりアクチュエータの２つの中央層の詳細図。

【図３】本発明ねじりアクチュエータ電気接触の図２に
従う線図的断面図。

【図４】複数の内部電極を具えた本発明ねじりアクチュ
エータの斜視的、１部を切りとった部分断面図。

【図５】本発明に係るねじりアクチュエータ製作用の第
１のマスク配置図。

【図６】本発明に係るねじりアクチュエータ製作用の第
２のマスク配置図。

【図７】別の実施態様によるねじりアクチュエータの平
面図。

【符号の説明】

１０本発明に係るねじりアクチュエータ１１アクチュエータの長さ（Ｌ）１２アクチュエータの高さまたは厚み（２ｗ）１３アクチュエータの幅（２Ｗ）１４アクチュエータの後部側面１５１４の中心１６アクチュエータのねじれ軸１７ねじれ角度１８１４とは反対側の側面１９側面１８の水平中心線２０ピエゾ・セラミック層２２，２３内部電極２４外部電極２５，２６，２７３つの異なったスクリーン・プリン
ティング・マスク３０〜３４ヘッド接触３５，３６２つの異なったスクリーン・プリンティン
グ・マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヨゼフパンケルトドイツ連邦国 52074 アーヘンノイエンホーファーヴェーク 25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数層の間にすくなくとも位置する複数
の電極と、外部からのアクセスが可能で、アクチュエー
タをすくなくともその長手軸のまわりでねじれを生じさ
せるよう複数の電極に制御電圧を供給するべく作用する
複数のヘッド接触とを具えた、多層構成を形成して配置
されるモノリシックピエゾ・電気セラミックのねじりア
クチュエータにおいて、複数の電極（２２，２３，２４）が互いに平行に延在
し、複数の平行なピエゾ・電気層（２０）の縁部からは
なれて終端し、前記複数の電極は長手軸（１６）にそっ
て中断され、複数の電極の各群に関して接続する表面を
具え、それら表面は複数のピエゾ・電気層（２０）の縁
部まで延在し、そこでそれら表面は、複数の隣接する層
（２０）が電極（２２）に対して直交して単一方向に分
極される時、端面（１８）の中心線（１９，３９）に関
して第１および第４または第２および第３象限の第１の
隣接電極が中央電極（２２）の基準電圧に対して正の電
位に、一方他の複数の電極が負の電位にあるような方法
で横方向のヘッド接触（３０〜３４）を備えることを特
徴とするねじりアクチュエータ。
【請求項２】請求項１記載のアクチュエータにおい
て、ねじりアクチュエータをかぎる上面と下面の表面
（３７，３８）の両者がそれぞれもう１つの電極（２
４）を具え、それら電極（２４）は中央電極と表面（３
７，３８）へ向う１つおきの電極（２２）とおなじく、
ヘッド接触（３０）を介して相互に接続され、それらの
電極（２４）に基準電圧として働く制御電圧Ｕ₀が印加
されることを特徴とするねじりアクチュエータ。
【請求項３】請求項２記載のアクチュエータにおい
て、ヘッド接触（３０）に接続される複数の電極（２
２，２４）が長手軸（１６）の方向に電気的に相互に接
続されることを特徴とするねじりアクチュエータ。
【請求項４】請求項３記載のアクチュエータにおい
て、複数の外部電極（２４）がピエゾ・電気層（２０）
を完全におおい、接続する表面を形成する突出した縁部
部分を具え、それでそれらはヘッド接触（３０）を介し
て内部電極（２２）に接触され得ることを特徴とするね
じりアクチュエータ。
【請求項５】請求項４記載のアクチュエータにおい
て、各象限用の別々のヘッド接触（３１〜３４）が残り
の複数の電極（２３）を相互接続しそれら電極へ電圧Ｕ
₁，Ｕ₂，Ｕ₃，Ｕ₄を印加することを特徴とするねじ
りアクチュエータ。
【請求項６】請求項１から５いずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、基本となる平板状アクチュエータ
（１０）の幅の半分に対するアクチュエータの長さの比
が１と３の間の範囲を占めることを特徴とするねじりア
クチュエータ。
【請求項７】請求項１から６いずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、予め定められた長さ（１１）で、ね
じれの最大角度（１７）がアクチュエータの幅（１３）
の半分に対するアクチュエータの長さ（１１）の比が約
０．９で得られることを特徴とするねじりアクチュエー
タ。
【請求項８】請求項７記載のアクチュエータにおい
て、アクチュエータが長さ（１１）と幅（１３）とを有
する矩形を基本とする形状または幅（１３）のしっかり
と固定された側面とより幅広の反対側の側面（１３′）
を有する台形を基本とする形状を具えることを特徴とす
るねじりアクチュエータ。
【請求項９】請求項８記載のアクチュエータにおい
て、台形を基本とする形状で、より大きな幅（１３′）
がより小さな幅（１３）の倍である場合、約３３％のね
じれ角度（１７）の増大が矩形を基本とする形状に対し
て得られることを特徴とするねじりアクチュエータ。
【請求項１０】請求項９記載のアクチュエータにおい
て、ねじれまたは長手軸（１６）が電圧Ｕ₁＝Ｕ₂およ
びＵ₃＝Ｕ₄で曲げにより付加的に影響され得ることを
特徴とするねじりアクチュエータ。
【請求項１１】複数の層の間にすくなくとも位置する
複数の電極を具え、さらに外部からアクセスが可能で、
電極にその長手軸のまわりにねじれを生じさせるため前
記複数の電極に制御電圧を印加すべく作用するヘッド接
触を具えた、多層構成を形成するようモノリシックピエ
ゾ・電気セラミックが配置された請求項１記載のねじり
アクチュエータを製作する方法において、異なった電極（２２，２３，２４）用の複数のスクリー
ン・プリンティングマスク（２５，２６，２７；３５，
３６）が互いに次にまたは互いに上に配置され、複数の
アクチュエータ（１０）の複数の層（２０）を同時に作
り上げるために順次に使用され、特別の区分する線（２
８）にそって分割される結果、かく製作されたアクチュ
エータ（１０）が備えられるべきヘッド接触（３０〜３
４）用の接続する表面を直接現わすことを特徴とするね
じりアクチュエータの製作方法。
【請求項１２】請求項１１記載の製作方法において、
第１のマスク配置が３つの異なったマスク（２５，２
６，２７）からなるとともに前記マスクの各々を複数個
具え、各プリンティング工程で、順次に、マスク（２
５），マスク（２６），マスク（２５），マスク（２
６），マスク（２５），‥‥マスク（２５），‥‥マス
ク（２６），マスク（２７），マスク（２６），‥‥マ
スク（２７）が使用される場合には、マスク（２５）が
長手軸（１６）と横方向の接続する表面（３１，３２）
とによって分割される複数の電極を具え、マスク（２
６）が唯１つの分割されない電極と中央に位置する前面
接続する表面（３０）とを具え、マスク（２７）が長手
軸（１６）と区分する線（２８）にそった分割の後に
は、各電極用の区分する面上の前面接続する表面（３
３，３４）とにより分割される複数の電極を具えること
を特徴とするねじりアクチュエータの製作方法。
【請求項１３】請求項１１記載の製作方法において、
第２のマスク配置が２つの異なったマスク（３５，３
６）からなり、前記マスク配置が互いに接した関係で配
置された複数の前記マスクを具え、各プリンティング工
程で、各マスクがアクチュエータの半分の幅（１３）だ
け変位され、その結果複数の電極（２２，２３，２４）
が区分する線（２８）にそった分割後発生することを特
徴とするねじりアクチュエータの製作方法。
【請求項１４】請求項１３記載の製作方法において、
マスク（３５）がマスク（３６）で交換される１つのマ
スク交換操作が実施され、プリンティング手順が以下の
手順、変位されないマスク（３５），変位されるマスク
（３５），変位されないマスク（３５），変位されるマ
スク（３５），‥‥変位されないマスク（３５），変位
されるマスク（３５），変位されないマスク（３６），
変位されるマスク（３６），‥‥変位されるマスク（３
６）であることを特徴とするねじりアクチュエータの製
作方法。
【請求項１５】請求項１４記載の製作方法において、
マスク（３５）が各アクチュエータ（１０）半分用に２
つの電極表面を基本として具え、その電極表面が接続す
る要素を介して相互に接続され、前記マスクがアクチュ
エータ（１０）の長手方向に接続する表面の電極半分を
有することを特徴とするねじりアクチュエータの製作方
法。
【請求項１６】請求項１５記載の製作方法において、
マスク（３６）が各アクチュエータ（１０）半分用に２
つの電極表面を基本（２９）として具え、その電極表面
がマスク（３５）に対してオフセットされる接続する要
素を介して相互に接続され、アクチュエータ（１０）の
長手方向に、マスク（３５）に対する他の電極半分が変
位された接続する表面を有することを特徴とするねじり
アクチュエータの製作方法。