NL8006692A - Elektromechanische transducent. - Google Patents
Elektromechanische transducent. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8006692A NL8006692A NL8006692A NL8006692A NL8006692A NL 8006692 A NL8006692 A NL 8006692A NL 8006692 A NL8006692 A NL 8006692A NL 8006692 A NL8006692 A NL 8006692A NL 8006692 A NL8006692 A NL 8006692A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- layer
- electromechanical transducer
- transducer
- transducer according
- displacement
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 29
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 59
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 14
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- WNEODWDFDXWOLU-QHCPKHFHSA-N 3-[3-(hydroxymethyl)-4-[1-methyl-5-[[5-[(2s)-2-methyl-4-(oxetan-3-yl)piperazin-1-yl]pyridin-2-yl]amino]-6-oxopyridin-3-yl]pyridin-2-yl]-7,7-dimethyl-1,2,6,8-tetrahydrocyclopenta[3,4]pyrrolo[3,5-b]pyrazin-4-one Chemical compound C([C@@H](N(CC1)C=2C=NC(NC=3C(N(C)C=C(C=3)C=3C(=C(N4C(C5=CC=6CC(C)(C)CC=6N5CC4)=O)N=CC=3)CO)=O)=CC=2)C)N1C1COC1 WNEODWDFDXWOLU-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002101 lytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011417 postcuring Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
- G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B5/584—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for track following on tapes
- G11B5/588—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for track following on tapes by controlling the position of the rotating heads
- G11B5/592—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for track following on tapes by controlling the position of the rotating heads using bimorph elements supporting the heads
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
- H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously
Landscapes
- Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
*·' ·. * τ » * i C/Ca/lh/1203 : Elèktromechanische transducent.
De uitvinding heeft betrekking op een elektro-! mechanische transducent voor omzetting van een elektrisch signaal.in een mechanische verplaatsing, en meer in het bij-: zonder op een elektramechanische transducent, welke aan zijn ; 5 ene uiteinde is bevestigd en aan zijn andere uiteinde een i * ; magneetkop draagt, zodanig,.dat een door een elektrisch . signaal teweeggebrachte verplaatsing van de magneetkop wordt verkregen. Ter vergroting van de registratiedichtheid bij : opname van elektrische signalen op een magnetische registra-.10 tiedrager door middel van een opneem- en/of weergeefinrich-, ting, zoals eén videobandapparaat (VTR), heeft men gepro-i beerd tot zo smal. mogelijke registratiesporen te komen. Bij I een videobandapparaat of dergelijke, waarbij met een smalle t registratiespoorbreéd'te wordt gewerkt, dient de positionering 15 van de uitleésmagneetkóp ten opzichte van de registratie-sporeri bij signaalweergave aan hoge hauwkeurigheidseisen te voldoen. Pogingen om uitsluitend door toepassing van een grote mechanische nauwkeurigheid aan deze eisen te voldoen stuiten af bp technische bezwaren of hoge kosten. In verband 20 daarmede past men veelal een elëktrdanechahische transducent , toe om de positierelatie tussen de uitleesmagneetkop en een registratiespoor te beheersen. Daarbij wordt de elektromecha- , nische transducent aan' zijn ene uiteinde bevestigd aan een magneetkoptrommel', terwijl aan hét andere uiteinde de mag-25 neetkop wordt aangebracht, waarbij een elektrisch signaal,-dat varieert met évërituelë variaties in de genoemde positierelatie,' aan de ‘transducent wordt toegevoerd om een zodanige verplaatsing van hét' andere uiteinde’ van de transducent teweeg te brengen, dat de magneetkop onder alle omstandigheden 30 in de juiste positierelatie ten opzichte van een registratiespoor blijft.
In principe dient een dergelijke elektromechani-sche transducent voor spoorvolgservobesturing bij een videobandapparaat bij een lager'spanning te kunnen werken. Bij een 8 00 6 69 2 -2- t videobandapparaat met een betrekkelijk grote registratie-spoorbreedte geldt bovendien, dat de èl'ektramechanische , transducent over een aanzienlijke afstand moet kunnen worden verplaatst, bijvoorbeeld over een afstand van enige honder-5 den tot zeshonderd jüm.
Zoals figuur 1 $an' de bijbehorende tekeninge laat zien, bestaat een dergelijke elektromechanische transducent iaran bekend type uit twee platen 2 van piezoelektrisch materiaal, waarvan de beide hoofdoppervlakken zijn bedekt 10· met een elektrode 1, terwijl tussen de beide naar elkaar ; toegekeerde elektroden 1 van de beide platen 2 een zogenaamde :"tussenplaat" 4 is aangebracht en door middel van een hecht-; middel 3 daarmee is verbonden. De platen 2 zijn vervaardigd van een piezoelektrisch materiaal, zoals een keramisch mate-15 riaal, een polymeer, een samenstel' van een keramisch materiaal en een polymeer of dergelijke, terwijl tussenplaat 4 is vervaardigd van metaal, zoals titanium, roestvrijstaal, fosforbrons of dergelijke; het héchtraiddel 3 heeft elektrisch geleidende 'eigenschappen.
20 De platen 2 zijn zodanige gepolariseerd, dat hun polarisatierichting zich volgens de normaal van hun hoofdoppervlak uitstrekt; de polarisatierichtingen van de beide platen van de transducent lopen tegengesteld.
Wanneer tussen de beide buitenelektroden 1 van 25 de platen 2 een elektrische spanning wordt aangelegd, treden loodrecht op de genoemde hoofddppervlakken gewichten, elektrische krachtvelden op, welke tot gevolg hebben, dat de ene plaat 2 aan rek en de andere aan krimp wordt onderworpen, hetgeen in een verplaatsing van de transducent als geheel 30 resulteert. Wanneer, zoals figuur 1 laat’ zien, het ene uiteinde van dé 'transducent wordt gefixeerd, bijvoorbeeld door mechanische bevestiging of inklemming, zal het andere uiteinde een verplaatsing ondergaan, zoals in figuur 1 met pijlen is aangeduid.
35 Bij een dergelijke elektrómechanische transducent van bekend type is de hoeveelheid verplaatsing per aangelegde spanning echter bétrekkelijk gering, hetgeen kan worden verklaard uit de 'volgende beschouwing: 8 00 6 69 2 * * -3-
Bij aanleg van een bepaalde spanning tussen de : elektroden 1 van de beide hoofdoppervlakken van een piezo- ; elektrische plaat 2 volgens figuur 2, zal de plaat afhankelijk van de richting van het opgewekte elektrische veld aan ; 5! uitzetting of krimping worden onderworpen. Deze vormverande-: ringen vinden plaats in twee onderling verschillende rich-; tingen, de x-richting en de y-richting. Indien de tussenplaat : 4 is vervaardigd van. een metaal, waarvan de elasticiteits- I j modules in beide genoemde richtingen gelijk is of isotropie * ;Iff' vertoont, en een dergelijke plaat met het ene hoofdoppervlak I I van. een piezoelektrische plaat 2 wordt verbonden, waardoor ; i deze zowel in de x-rals de y-richting wordt ingeklemd, zal ! ί de piezoelektrische plaat 2 aan buiging onderwerpen om zich i resp. volgens de x- en de y-richting uitstrekkende assen, 15 zoals figuur 3 laat zien. Indien een gewenste verplaatsing i door buiging .om slechts êën as dient te worden verkregen, ; bijvoorbeeld buiging om de x-as, zal de tevens plaatsvindende : buiging om de y-as van de plaat 2 juist de gewenste buiging om de x-as tegenwerken.
20 Omtrent een elektromechanische transducent van het bekende type volgens figuur 1 kan bovendien worden opge-: merkt, dat als héchtmiddel 3 meestal een polymeer wordt ‘ gebruikt. De zachtheid van een dergelijk hechtmiddel van : polymeer heeft echter een storende invloed of de inklemming 25 van de piezbeléktrisché plaat, waardoor het gewenste buigings-; effekt wordt tegengewerkt.
Het zal' derhalve duidelijk zijn, dat een elektro-mechanisché 'transducent van het hiér beschreven, bekende type 'slechts een beperkte vérplaatsing levert. ; 30 De 'onderhavige uitvinding stelt zich ten doel, ,· ' een elektromechanische transducent van een verbeterd type te verschaffen.
Voorts stelt de uitvinding zich ten doel, een elektromechanisché transducent te verschaffen, waarbij onder · 35 vastklemining van hét ene. uiteinde één aanzienlijke verplaatsing van hét andere uiteinde kan worden verkregen.
Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een elektromechanische transducent, q n h «’ft o 2 -4- ; welke geschikt is voor toepassing bij de spoorvolgservobe-sturing van een uitleesmagneetkop ten opzichte van een raag-i netisch registratiemedium.
Nog een ander doel van de uitvinding is het ver-5 schaffen van een elektromechanische transducent, welke een | betrekkelijk grote verplaatsing verschaft, slechts in geringe • mate met de tijd veranderende eigenschappen heeft en een | zeer betrouwbare werking vertoont.
Weer een ander doel van de. uitvinding is het ver-10 schaffen van een elektromechanische transducent, zoals een ; zogenaamd "tweevormen vertonend blad", dat een aanzienlijke . I verplaatsing verschaft en weinig verandering van eigenschap-: pen met de tijd laat zien, zodat een aanzienlijke levens-) duur wordt verkregen.
15 Nog weer een ander doel van de uitvinding is het ! verschaffen van een elektromechanische transducent, welke ongevoelig is voor een eventueel tijdens langdurig gebruik in êén van zijn elektroden optredende scheur.
. De uitvinding zal worden verduidelijkt in de 20 nuvolgeride beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening, van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich - echter niet beperkt. In de tekening toneri:
Figuur 1 een dwarsdoorsnede door. een uitvoeringsvorm van bekend type 'van eén elektromechanische transducent; 25 Figuur 2 en 3, in perspectief, enige aanzichten op de transducent volgens figuur 1?'
Figuur 4 een dwarsdoorsnede, op grotere schaal, door eén uitvoeringsvorm volgens de uitvinding van een elek-, . tromechanischë transducent; 30 Figuur 5, in perspectief eri 'op grotere schaal, ' een belangrijk gedeelte 'van de uitvoeringsvorm volgens -figuur 4, gedeeltelijk opengesned'eii;
Figuur 6 eén grafiek, welke de aan een transducent volgens figuur 4 gemeten verplaatsingen laat zien; 35 Figuur 7 een dwarsdoorsnede, op grotere schaal, door hét belangrijkste gedeelte van de uitvoeringsvorm volgens figuur 5; ------- Figuur 8 een grafiek, welke ter vergelijking 800 6 69 2 4 * -5- enige aan een transducent volgens de uitvinding gemeten verplaatsingen laat zien?
Figuur 9 een grafiek, welke de relatie tussen de verplaatste hoeveelheid van een tweede materiaal en de 5 oriëntatierichting van de vezels van dat materiaal laat zien?
Figuur 10, op grotere schaal, een bovenaanzicht op een andere uitvoeringsvorm van een bij de uitvinding ’ toegepast, tweede materiaal;
Figuur 11 een bovenaanzicht op een elektromecha-10’ nische transducent volgens een uitvoeringsvorm van de uit- t | vinding; i
Figuur 12 een dwarsdoorsnede, gedeeltelijk in : zijaanzicht, door een aan zijn ene uiteinde vastondersteunde ; transducent volgens figuur 11? 15 Figuur 13 een grafiek, welke de relatie tussen de dikte van een elekrode, de gevoeligheid en de afgeleide van ' de verplaatsing van de transducent volgens figuur 11 laat zien;
Figuur 14 en 15 bovenaanzichten op andere uit-20 voeringsvormeh van een elektromechanische transducent volgens de uitvinding?
Figuur 16 een grafische voorstelling van de verplaatsingsamplitude en de gevoeligheid van een transducent volgens de uitvinding, waarbij een elektrode van de trans-25 ducent een scheur vertoont?
Figuur 17 een' bovenaanzicht 'op een transducent ; volgens de uitvinding, waarvan de in bovenaanzicht waarge-. nomen' elektrode 'een scheur vertoont;
Figuur 18A, 18B en' figuur £9A; 19B enige ver-30 plaatsingsgolfvormen' van transducenten; eri:T.!.
Figuur 20 en' 21 bovenaanzichten op andere uit-* voeringsvormeh van een elektromechanische 'transducent volgens de uitvinding,
De 'figuren 4 en 5 tonen een uitvoeringsvorm vol-35 gens de 'uitvinding van een elektromechanische transducent.
Deze bevat twee' platen of lagen 12 van pièzoelektrische materiaal, welke 'aan hun beide hoofdoppervlakken zijn bedekt met elektroden 11, terwijl tussen de beide platen 12, resp.
‘ 8 00 6 69 2 -6- de naar elkaar toegekeerde elektroden 11, een plaat of laag 13 van een tweede materiaal is aangebracht, welke dient om , de béide platen 12 tot een laminaat te verenigen.
De eerste platen 12 zijn vervaardigd van een ; 5, keramisch materiaal,, zoals keramisch loodzirconaattitanaat.
' De op de beide hoofdoppervlakken van de keramische platen 12 gevormde elektroden 11 zijn daarop gevormd door niet-elektro-, lytische opbrenging van metalen zoals Ni, Cu of dergelijke ; en elektrolytische opbrenging van Au en/of Ag op eerder ί10 gevormde laag van Ni, Cu of dergelijke ter verhoging van : de elektrische weerstand en/of ter verkrijging van anti- { ! corrosie-eigenschappen, of door opdamping van metalen zoals . Au, Ag, Cu, Cr en dergelijke. Vóór iedere elektrode 11 wordt een totale dikte van 0,1-3 jum gekozen.
‘15 Als tweede plaat of laag 13 kan een plaat met.
koolstofvezels worden gebruikt, waarbij de koolstofvezels zich bijvoorbeeld in één richting uitstrekken en zijn geim-! pregneerd met een hechtstof, zoals een epoxyhars. Een dergelijke plaat van koolstofvezels vertoont een maximale elasti-20 citeitsmodules in de langsrichting van de koolstofvezels, doch een minimale elasticiteitsmodules in de radiale richting van de koolstofvezels.
Bij toepassing van eeri dergelijke plaat met kool-, stofvezels in een elëktramecha'nische transducent, wordt de 25 plaat zodanig aangebracht, dat de.langsrichting van de koolstofvezels (maximale elasticiteitsmodules voor buiging) komt * te liggen in de richting, waarin rek of krimp van de transducent dient op te treden', dat wil zeggen de x-richting bij de hier .gevolgdaÏdfbeéldingswijzë.
30 Vervolgens zal een uitvoeringsvorm van een elek- . tromechanisché 'transducent volgens de uitvinding meer in details worden' beschreven.
Als eerste 'laag of plaat 12 van piezoelëktrisch materiaal wordt een der'gelijké plaat van keramisch Toodzirco-35 naattitanaat (PZT) met een dikte 'van 250 jum vervaardigd, waarna bijvoorbeeld een laag 11 van Au door opdampen op beide hóofdoppervlakkétt van de plaat wordt gevormd. Vervolgens - wordt de aldus behandelde plaat 12 aan volgens zijn normaal 8006692 > i -7- gerichte polarisatie-onderwerpen. Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm worden twee dergelijke platen 12 van piezo-elektrisch materiaal met elektroden 11 zodanig gepolariseerd, dat hun polarisatierichtingen tegengesteld zijn. Vervolgens wordt een aantal koolstofvezels 15 met een diameter van 5 10 pm uni-directionaal gegroepeerd en geïmpregneerd met een hechtmiddel 16 van epoxyhars, zodat een koolstofvezelplaat met een dikte van 100 jam wordt verkregen, welke als tussenplaat ':Of tweede plaat 13 dient en daartoe op de wijze van een sandwich tussen de beide platen 12 van piezoelektrisch !1Q materiaal wordt aangebracht. De aldus gevormde sandwich wordt , verhit en bij een temperatuur van 120-130°C gedurende 3 uur aan druk onderworpen, waarbij het hechtmiddel 16 hard wordt; op deze wijze wordt een elektromechanische transducent met afmetingen van 25 x 25 mm verkregen. De langsrichting van 15 de koolstofvezels van de tweede plaat of laag 13 van de transducent dient als x-richting, waarbij de binnen het hoofdvlak zich loodrecht ten opzichte daarvan uitstrekkende richting als y-richting dient. De transducent wordt aan zijn ene uiteinde over een afstand van 5 mm in de x-richting in-20 geklemd. Vervolgens wordt de mate van verplaatsing of hoe-veelheidverplaatsing ±n de normale richting (loodrecht op het hoofdoppervlak) van de transducent binnen een gebied van ter weerszijden 10 mm in de 'y-richting ten opzichte van de middellangsas, dat wil zeggen binnen een totaalgebied van 25 20 mm, gemeten; de desbetreffende 'meetresultaten worden door de kromme A. in figuur 6 weergegeven. Vervolgens wordt de transducent aan zijn ene einde 'over een afstand van 5 mm in de y-richting bevestigd of ingeklemd, waarna de hoeveelheid-verplaatsing in de normale richting binnen een gèbied van 30 ter weerszijden 10 mm in de 'y-richting, dat wil zeggen weer binnen een' gebied met een totale breedte 'van 20 mm, gemeten; de desbetreffende meetresultaten worden door de kromme B in figuur 6 weergegeven. Bij de zojuist genoemde metingen wordt een spanning van 200 V piekwaarde tussen de buitenelek-35 troden 11 'van een transducent volgens figuur 4 aangelegd.
Zoals uit vergelijking van de meetwaardenkrommen' A en B in figuur 6 blijkt, is de 'mate van verplaatsing of verplaatsings- j 8006692 -8- grootte van de transducent bij inklemming van zijn ene uiteinde in de x-richting, dat wil zeggen de langsrichting van de koolstofvezels van de tweede plaat 13, groter dan bij inklemming van de transducent in de y-richting; de verschillen 5 kunnen worden weergegeven door een faktor van 2,5 in het midden en een faktor van 1,8 aan de beide uiteinden. Gecon-; stateerd kan worden, dat bij inklemming in de x-richting een hogere gevoeligheid wordt verkregen. De reden van het feit, ; dat de mate van verplaatsing bij inklemming in de y-richting ί10 kleiner is dan bij inklemming in de x-richting, is waar- s schijnlijk, dat de koolstofvezels van de tussenplaat 13 elkaar in de y-richting opvolgen, zodat de plaat 13 in deze y-rich-i ting een betrekkelijk kleine elasticiteitsmodules vertoont, zodanig, dat de plaat 13 bij rek en krimp van de platen 12 15 deze vormveranderingen enigszins volgt, waardoor het “vast-klemeffekt" van de laag 13 op de platen 12 wordt verminderd, resp. de daaraan gepaard gaande buiging wordt verminderd, zodat geen grote verplaatsing wordt verkregen. In de x-rich-ting of langsrichting van de koolstofvezels van de tussen-20. plaat 13 is de elasticiteitsmodules echter groot, zodat het "vastklemeffekt" van de plaat 13 op de platen 12 betrekkelijk groot is, waaruit een aanzienlijke verplaatsing in normale richting resulteert. Aangezien de buiging van de piezo-elektrische 'plaat 12 bij vastkleraming in de y-richting wordt 25 verhinderd, zoals in het voorgaarlde 'is uiteengezet, zal buiging bij vastklemraing in de x-richting van de transducent daarvan weinig belemmering ondervinden, zodat de hoeveelheid verplaatsing bij vastklemming in de x-richting betrekkelijk groot kan zijn.
30 Vergelijking van de 'meetwaardenkr ommen A en B
in figuur 6 laat verder zien, dat de relatieve verplaatsing in het midden van de kromme A kleiner dan in het midden van de kromme 'B.· Dit 20U kunnen worden verklaard door rekening te houden met' het' feit, dat buiging om de ene of de andere 35 van de zich. 're's'p. volgens de x- en de y-richting uitstrekkende assen wordt tegengegaan door de gelijktijdige buiging can resp. de 'andere eri de ene 'van de genoemde assen, en zulks in 8006692 r i -9- het bijzonder in het midden van de transducent; aangezien de • transducent een geringe buiging om de x-as Vertoont (zie de kromme B voor inklemiiiing in y-richting), zal de buiging om de y-as daarvan weinig tegenwerking ondervinden, en zulks i 5 in het bijzonder in het midden (van de kromme A) f waar ook de buiging om de x-as (kromme B) een minimale waarde vertoont.
! Zoals figuur 7 nog eens; op grotere schaal in I ' dwarsdoorsnede laat zien, bestaat de elektromechanische ; 10 transducent uit twee platen 12 van piezoelektrisch materiaal met daartussen de tussenplaat 13, welke is gevormd door een aantal vezels, zoals koolstofvezels 15, met een hechtmiddel 16 te impregneren en het geheel onder druk te laten harden en tot ëën geheel te verenigingen, zoals in het voorgaande ;15 reeds is beschreven. Aangezien de vezels 15 daarbij zodanig ; in het hechtmiddel 16 worden ingebed, dat zij praktisch in • direkte aanraking met de binnenelektroden 11 van de piezoelektrische platen 12 komen te verkeren, bevindt zich uiteindelijk tussen de vezels 15 en de binnenelektroden 11 prak- 20 tisch geen of slechts een zeer geringe hoeveelheid hechtmiddel 16, waarvan de betrekkelijk grote elasticiteit de verplaatsingen zou kunnen volgen. Dit wil zeggen, dat het door de tussenplaat 13 op de piezoelektrische platen 12 uitgeoefende vastklemeffekt slechts in zeer geringe mate door het 25 hechtmiddel 16 wordt tegengegaan.
Aan de binnenelektroden 11 van de piezoelektrische platen 12 kunnen aansluitgel'ei'ders worden aangebracht, bijvoorbeeld zodanig, dat een laag geleidend materiaal, zoals een metaalfolie of een door opdamping gevormde me taallaag, 30 op het' ene eihdgedëèlte van de tussenplaat 13 aan de zijde van het bevestigde 'of ingeklemde 'uiteinde 'van de transducent wordt aangebracht en in aanraking met een binnenelektrode 11 wordt gebracht, waarna een met de desbetreffende laag geleidend materiaal verbonden aansluiting naar buiten wordt ge-35 voerd; hoewel ziilks' niet in de tekening is weergegeven, is het ook mogelijk, dat in de tussenplaat 13 een uitsparing of een uitsnijding wordt gevormd om de binnenelektroden 11 van de piezoelektrische platen 12 gedeeltelijk toegankelijk a η n«R o 7 -10- te maken voor het aanbrengen van dergelijke aansluitingen.
Ter verduidelijking van de uitvinding zal nu de volgende vergelijkende meting worden beschreven.
Een elektramechanische transducent wordt uitge-5 voerd met platen 12 van een zogenaamd "polymeer piezoelek-trisch. .materiaal", dat wil zeggen een materiaal dat is samengesteld uit een polyfluorvinylideen en uit een keramisch materiaal met piezoelektrische eigenschappen in poedervorm ; van hetzelfde type, als bij de piezoelektrische platen 12 10 van het eerder beschreven voorbeeld werd gebruikt. De in : dit geval toegepaste tussenplaat 13 is van hetzelfde type als bij'dat voorbeeld. Vervolgens worden de hoeveelheden verplaatsing in de normale richting bij inklemming in de x-rèn dè y-richting van de transducent op dezelfde wijze als 15 bij het eerder besproken voorbeeld gemeten. De daarbij verkregen meetresultaten zijn resp. in de krommen C en D in figuur 8 uitgezet. Zoals deze krommen C en D laten zien, wordt in dit geval praktisch geen verschil in de mate van verplaatsing tussen inklemming in de x-richting en inklemming 20 in de y-richting gemeten. Dit wil zeggen, dat zelfs onder toepassing van eén tussenplaat 13 met een anisotrope verdeling van de elasticiteitsmodules, dat wil zeggen een in de x-richting aanzienlijk hogere elasticiteitsmodules dan in de y-richting, praktisch geen verschil in verplaatsing wordt 25 gevonden. De verklaring is gelegen in het feit, dat de piezoelektrische platen 12 van de transducent in dit geval zijn vervaardigd van polymeérmateriaal met piezo-elektrische eigenschappen, waarvan de elasticiteitsmodules kleiner is dan die van de tussenplaat 13 'in de y-richting, zodat het 30 vastklemefferit te sterk is. De uitvinding schrijft dan ook voor, dat de elasticiteitsmodules E van de platen 12 van piezo-elektrisch materiaal of "eerste" materiaal een hogere waarde dient te hebben dan de elasticiteitsmodules E^ van de tussenplaat 13 ("tweede" materiaal) in de y-richting.
35 In dit verband wordt opgemerkt, dat de elastici teitsmodules van het bij het eerder beschreven voorbeeld voor de piezoelektrische platen gebruikte, keramische mate-riaal eén waarde van 5-10 .x 10 kg/cm heeft, bijvoorbeeld 800 6 69 2 * ( -11-5 2 een waarde van 7 x 10 kg/cm , terwijl de elasticiteitsmodules van de koolstofvezeltussenplaat 13 in de vezellangs- 5 2 richting, een waarde van 13,5 x 10 kg/cm , doch in de vezel- c - o dwarsrichting een waarde van 1,0 x 10 kg/cm vertoonde. De . 5 elasticiteitsmodules van de bij het zojuist beschreven voorbeeld voor de platen 12 gebruikte, polymere piezoelek- 4 trische materiaal heeft daarentegen een waarde van 2,6 x 10 2 . kg/cm . Ter vergelijking moge dienen, dat de elasticiteitsmodules van titaan, als gebruikt bij een tussenplaat 13 van 5 2 10 bekend type, een waarde van 10 x 10 kg/cm heeft.
Bij het aan de hand van figuur 8 beschreven ! voorbeeld is de tussenplaat 13 zodanig aangebracht, dat de elasticiteitsmodules in de x-richting een maximale doch in de y-richting een minimale waarde heeft. Het is echter moge-15 lijk, dat tussen de vezellangsrichting van de tussenplaat 13 en de x-richting een hoek Θ wordt toegepast. Wanneer tussen de vezellangsrichting en de x-richting een' met stappen van 5° een veranderende hoek Θ wordt toegepast, en de daarbij steeds gevonden verplaatsing in normale richting van de 20 transducent bij inklemming daarvan in de x-richting wordt gemeten, komt men tot de meetwaardenkrommé E volgens figuur 9. Daarbij heeft de met een gebroken lijn a getekende ver-plaatsingswaarde betrekking op het geval, waarbij als tussenplaat 13 een' metalen plaat wordt toegepast, zoals bij een 25 elektromechanisché 'transducent van bekend type; zoals figuur 9 laat zien, komt dit geval overeen met een hoek Θ ter waarde van 45°. Dit wil zeggen, dat indien voor de hoek Θ een kleinere waarde van 45° wordt gekozen', anisotropie in de elasticiteitsmodules van de 'tussenplaat 13 optreedt en een verbete-30 ring van de 'gevoeligheid van de el'ektromechanische transducent wordt verkregen.
De hierna volgende tabel 1 toont een aantal waarden van de 'elasticiteitsmodules E voor een tussenplaat 13 van koolstofvezels, benevens voor iedere dergelijke waarde 35 de verhouding tussen' de 'elasticiteitsmoduleswaarden E en Ey, voor verschillende waarden van de hoek Θ.' 800 6 69 2 -12- TABEL 1
Hoek θ Ε„ (kg/cm2) Ε /Ε χ J_χ7 y_ 0° 13,5 χ 105 13,5 15° 10,35 χ ΙΟ5 9 30° 6,12 χ ΙΟ5 4,5 45° 2,7 χ ΙΟ5 1 60° 1,35 χ ΙΟ5 0,22 75° 1,15 χ ΙΟ5 0,11 90° 1,0 χ ΙΟ5 0,07 ί >.
Opgemerkt wordt, dat bij toepassing van een tussenplaat 13 met juist gegroepeerde wapeningsvezels, zoals de hiervoor beschreven tussenplaat 13 met koolstofvezels en anisotropie in de elasticiteitsmodules, geen beperking 5 van de langsrichting van de wapeningsvezels zelf tot een tussen 0° en 45° gelegen gebied met waarde voor Θ noodzakelijk is. Uiteraard is het mogelijk, zoals bijvoorbeeld in figuur 10 met dunne lijnen is weergegeven, een tussenplaat 13 toe te passen, welke bestaat uit een eerste plaat met 10 koolstofvezels 15, welke onder een hoek +Θ ten opzichte van . de x-richting zijn gearrangeerd, eri uit een tweede plaat met koolstofvezels 15, welke onder een hoek -Θ ten opzichte van de x-richting zijn gegroepeerd, zodanig, dat de eerste en de tweede plaat tot "de" tweede plaat 13 worden verenigd.
15 Ook andere 'combinaties zijn mogelijk, bijvoor beeld zodanig, dat tussen twee dergelijke platen nog een derde gewapende plaat wordt opgenomen, waarvan de vezel-langsrichting een hoek Θ van 90° met de x-as insluit.
Zoals in hét voorgaande reeds is opgemerkt, wordt 20 voor de dikte van de op dé platen' 12 van piezoelektrisch materiaal aangebrachte elektroden een waarde van 0,1-3 pn gekozen. In het hierna volgende, zal hu nader op de dikte van eéri dergelijké elektrode 11 worden ingegaan.
Voorbéeld I
25 Uitgegaan wordt van twee piezoelektrische platen 12 van keramisch lood-zirconaat-titanaat met een dikte van 200 pm, waarbij op de beide hoofdoppervlakken van de platen 8006692
Λ C
-13- op niet-elektrolytische wijze een laag Ni met een dikte van 1 yum wordt opgebracht, waarna op elektrolytische wijze op deze laag Ni een laag Au met een dikte van 0,1 pm voor vorming van de elektrode 11 wordt aangebracht. Tussen de beide ; 5 platen 12 wordt een tweede plaat of materiaal met in een als hechtmiddel dienende epoxyhars geïmpregneerde koolstof-. vezels met een dikte van 170 /um aangebracht, waarna verhitting onder druk plaatsvindt en een elektromechanische trans-ducent 19 volgens figuur 11 wordt verkregen. Zoals figuur 11 10 laat zien, heeft de transducent een totale lengte L van 27 mm in de langsrichting van de koolstof vezels, terwijl het . ene uiteinde.van de transducent aan een vaste basis 20 is . bevestigd door middel van een aandrukorgaan 21, dat zich over een lengte van 9 mm in de langsrichting van de kool-15 stofvezels op de transducent uitstrekt, zoals figuur 12 laat zien, zodat een vrij einddeel met een lengte -t van 13 mm overblijft, dat kan bewegen. Voor de breedte W van de trans-
O
ducent, dat wil zéggen de afmeting in ten opzichte van de langsrichting van de koolstofvezels loodrechte richting, 20 is een waarde.van 26 mm gekozen, terwijl het genoemde vrije einddeel van de transducent de in figuur 11 zichtbare vorm vertoont, dat wil zeggen naar zijn vrije uiteinde toe geleidelijk smaller' wordt en' aan dat vrije uiteinde een breedte w van 4 mm hééft. Van een elektromechanische transducent 25 volgens deze specificatie werden 5 monsters vervaardigd, resp.. genummerd 1-5.
' Vérgélljkingsvöorbééld' Ί .
Vervolgens werden van een met die volgens het voorbeeld I vergelijkbare transducent met elektroden ter 30 dikte van 8 μm (by baking silver' point) 5 monsters vervaardigd, welke resp. 6-10 werden genummerd.
De hierna volgende tabel 2 toont de resultaten van een meting van de aan het vrije einde van de transducent-monsters 1-10 optredende verplaatsing bij een piek-piek-35 waardespanning V van 200 V en een frequentie van 600 Hz.
8006692 -14-TABEL 2 __________________ ' *· ' *_ _________
Voorbeeld I . ... Vergelijkingsvoorbeeld I
am^Utu!e~1 ^ j Monsterno, Μ^ΙΓ^Η 1 650 6 484 2 714 7 477 3 644 8 472 4 656 9 460 1-5 711 10 484 bemiddel- ” ~ Gemiddel-- ~ ie.,. ,.· x 677 de ‘ ‘ x 475 £a&rdQ-_-waa-rrla _ __ | ! Uit tabel 2 komt naar voren, dat de elektramecha- nische transducenten volgens de uitvinding in vergelijking met die volgens het vergelijkingsvoorbeeld een aanzienlijke verplaatsing te zien geven? nadat in het voorgaande reeds 5 is gebleken, dat toepassing van een tussenplaat 13 met an-isotrope elasticiteitsmodules een aanzienlijke verbetering vormt, blijkt ook de kwaliteit van de elektroden 11 van . invloed op de prestaties van een dergelijke transducent te zijn.
10 Figuur 13 vormt een grafiek, wélke de relatie laat zien tussen de dikte 'van de elektroden 11 en de mate van verplaatsing van een transducent, waarbij de waarde van de verplaatsing is uitgezet als relatieve waarde, dat wil zeggen betrokken op de mate van verplaatsing van een trans-15 ducent van bekend type met elektroden van 8 pm dikte. In de grafiek volgens figuur 13 heeft de kromme '26 betrekking op het geval, dat de elektrode van de transducent volgens het hiervoor genoemde voorbeeld I is vervaardigd door niet-elek-trolytische opbrenging van een Ni-laag, terwijl de kromme 27 20 betrekking heeft op het geval, dat de 'transducent gedurende 500 uren ononderbroken wordt onderworpen aan een spanning met een frequentie van 60 Hz, welke één verplaatsing met een piek-piek-waarde van 500 pm teweegbrengt. Zoals uit 8006692 -15- figuur 13 naar voren komt, neemt de gevoeligheid (mate van verplaatsing) van de transducent af naar mate de dikte van de elektrode 11 groter wordt; dit kan worden verklaard door het feit, dat naar mate de dikte van de elektrode 11 toeneemt, 5 de eventuele uitzetting en krimp van de piezoelektrische platen 12 in toenemende mate door het vastklemeffekt van de elektrode wordt tegengegaan; wanneer de dikte van de elektrode 11 een kleine waarde krijgt, meer in het bijzonder een ; waarde van minder dan 0,1 jam, blijkt in de mate van verplaat-ί10 sing een opmerkelijke daling op-; te treden, welke kan worden ; : veroorzaakt door het feit, dat bij herhaalde buiging van ! de piezoelektrische platen 12 vermoeidheidsverschijnselen i in de elektroden 11 optreden, zodat de gewenste spanning niet j over het gehele oppervlak van de piezoelektrische platen 12 15 werkzaam wordt. Voor de dikte van de elektrode 11 wordt der- . r , halve een waarde van minder dan 3 urn. en van meer dan 0,1 pa gekozen, zodanig, dat een aanzienlijk hogere gevoeligheid ; dan bij een transducent van bekend type wordt verkregen, doch de afgeleide van de verplaatsing kleinder wordt. Hieruit 20 volgen derhalve grenswaarden voor de elektrodedikte.
Zoals uit het voorgaande haar voren kont, kan bij toepassing van de uitvinding een transducent met een aanzienlijke mate 'van verplaatsing worden verkregen, welke bijvoorbeeld zeer geschikt is vóór toepassing bij de spoorvolg-25 servobesturing van de magneétkop van een videoband; daarbij is het mogelijk, de transducent met een lager spanning aan te drijven en desondanks een aanzienlijke, met die van een ! tranëducent van bekend type vergelijkbare, verplaatsing wordt verkregen.
:30 Wanneer als tweede plaat of tussenplaat 13 een plaat met in een bindmiddel ingebedde versterkingsvezels wordt toegepast,. behoeft geen afzonderlijk kleefmiddel te worden aangebracht, zoals bij de «-/vervaardiging van totnogtoe bekende transducenten noodzakelijk is. Dit wil zeggen, dat 35 de uitvinding tevens een vereenvoudiging van de vervaardiging van een dergelijke elektromechanische transducent verschaft.
Opgemerkt wordt voorts nog, dat volgens de uitvinding, eventuele verplaatsingen in de y-richting, welke fiflO 6 69 2 -16- geen wezenlijke bijdrage aan de gewenste verplaatsing van een transducent leveren, worden onderdrukt, zodat zelfs bij zware belasting van een dergelijke transducent geen gevaar voor scheurvorming aanwezig is.
5 Vervolgens wordt nog een ander voorbeeld van de uitvinding beschreven. Daarbij worden twee piezoelektrische platen 12 met op ieder hoofdoppervlak een elektrode 11 gekozen, waarbij tussen deze platen 12 een tweede plaat of •tussenplaat 13 wordt aangebracht, welke met de platen 12 tot 10 één geheel wordt verenigd. Bij dit andere voorbeeld worden in het bijzonder op de buitenelektroden 11 van de piezoelek-! trische platen 12 lagen 14 van elektrisch geleidende kunsthars aangebracht, welke bijvoorbeeld de vorm kunnen hebben van een verflaag, welke wordt gevormd door elektrisch gelei-15 dend type, zoals Ag-poeder, met 70-90 gew.delen te disper-geren in 30-10 gew.delen van een als bindmiddelwwerkende kunsthars, zoals epoxyhars, fenolhars,r ' waarna een desbetreffende verflaag met een dikte van bij voorkeur 5-50 pm wordt gehard en een transducent 15 wordt 20 verkregen, welke aan zijn ene uiteinde wordt bevestigd aan een vaste basis 20. De zojuist beschreven laag kan over de gehele buitenelektrode 11, doch eventueel slechts over het bewegende einddeel van de platen 12 zijn aangebracht.
Voorbeeld II
25 Ook bij dit voorbeeld wordt voor de plaat 12 van piezoelektrisch materiaal een keramisch lood-zirconaat-titanaat met een dikte van 200 pm gebruikt, terwijl de elektrode 11 op de béide hoofdoppervlakken van de platen 12 wordt gevormd door niet-elektrolytische opbrenging van Ni tot 30 een dikte van 1 pm en daaropvolgende élektrolytische opbrenging van Au met een dikte van 0,1 pm. Vervolgens worden koolstof vezels met een diameter van ongeveer 10 pm uni-direc-tionaal aangebracht en vervolgens met' een als kleefstof dienend bindmiddel van ep'ozyhars geïmpregneerd ter verkrijging 35 van een koolstofvezelplaat met een dikte van 170 pm. De
koolstofvezelplaat wordt als tussen de plaat 13 met de piezo-elëktrische platen 12 tot één geheel verenigd, dat wil zeggen gedurende drie uur onder druk 'op een temperatuur van 120-130°C
8006692 -17- gehouden,: zodat het bindmiddel hardt. Op deze wijze wordt weer een transducent met hoofdoppervlakafmetingen van 25 x 2 . 25 (mm ) vervaardigd. Vervolgens wordt een laag verf, bestaande uit 80 gew.delen Ag-poeder gedispergeerd in 20 -gew. delen j 5 bij lage temperatuur hardbare fenolhars, op de buitenelektrode 11 van iedere plaat 12 aangebracht en vervolgens verhit tot een temperatuur van 100-200°C, bijvoorbeeld 130°C, welke naharding een elektrisch geleidende kunststoflaag vormt.
Het werkstuk wordt vervolgens zodanig bewerkt, dat een trans-:10 ducent met afmetingen W_ = 26 mm, = 7 mm, i « 20 mm en : w - 3 mm wordt verkregen (zie figuur 14). In de figuur 14 .; heeft het verwij zigingsgetal 40 betrekking op de transducent . in zijn. geheel, het verwijzingsgetal 41.op de elektrisch'· geleidende laag en de overige verwijzigingssymbolen op resp.
15 dezelfde componenten als in figuur 11.
Voorbeeld III
Vervolgens wordt een soortgelijke transducent als de transducent 40 volgens het voorafgaande voorbeeld vervaardigd. Zoals figuur 15 laat zien, is in dit geval de 20 geleidende laag 41 echter slechts op het zich nabij het vaste uiteinde uitstrekkende gedeelte van de laag 11 aangebracht.
De grafische weergave volgens figuur 16 toont de meetwaarden, welka als piek-piek-waarden zijn gevonden voor de verplaatsingsamplitude van de verschillende voorbeelden, 25 waarbij wordt verondersteld, dat in de kolommen 29,30 en .
28 van de grafische, weergave een scheur optreedt. Uit de grafiek volgens figuur 16 kamt naar voren, dat de trans-ducenten vervolgens voorbeeld ΊΓ:.· en voofbéeld'. ,3ïII van de uitvinding een aanzienlijk grotere verplaatsing kunnen onder-30 gaan dan een transducent zonder geleidende laag 41, voordat in de elektrode 11 een scheur of barst optreedt. Dit wil zeggen, dat de onderhavige uitvinding het optreden van barsten of scheuren in de 'elektrode 11 zélfs bij aanzienlijke verplaatsingsgrootten tegengaat, waardoor de technische 35 levensduur van een transducent volgens de uitvinding wordt vergroot.
Wanneer' een' spanning met een' piekwaarde V van
Pt 150 V over de platen 12 wordt aangelegd, worden de in figuur q η n Q 2 -18- 16 door de gearseerde balken 31,32 en 33 weergegeven verplaatsingen verkregen; hieruit komt naar voren, dat de verplaatsingen en de gevoeligheden bij de verschillende voorbeelden bij benadering overeenkomen, zodat gesteld kan worden, dat 5 de aanwezigheid van de geleidende laag 41 praktisch geen invloed op de gevoeligheid van de transducent heeft. De verklaring hiervan is, dat de geleidend laag 41 een aanzienlijke elasticiteit heeft en derhalve van geringe invloed op de door een transducent uitgevoerd verplaatsingen heeft.
10 Indien een te dikke geleidende laag 41 wordt toegepast, wordt de gevoeligheid van de transducent beïnvloed; bij toepassing van een. te dunne laag, wordt geen effekt verkre- · • gen. Volgens de uitvinding dient de laagdikte van de geleidende laag 41 in het gebied van 5-50 pm te worden gekozen.
15 Bij de transducent volgens figuur 17 is in de gespannèn toestand van de elektrode 11 een scheur opgetreden, welke met de gebroken b in figuur 17 is weergegeven.
De verplaatsingsgolfvorm van een transducent zonder scheur of barst is weergegeven in figuur 18A, terwijl 20 de verplaatsingsgolfvorm van eenzelfde transducent, nadat daarin een scheur of barst is opgetreden, een lagere amplitude bij eenzelfde 'spanning en frequentie laat zien, zoals uit figuur 18B naar voren kcmt. Bij de transducent 40 volgens voorbeeld II treedt in geval van scheur- of barstvor-25 ming geen amplitudeverandering van de verplaatsingsgolfvorm, doch enige vervorming daarvan op, zoals uit vergelijking van de figuren 19A èri 19B blijkt. Dit kan worden verklaard door het feit, dat zélfs wanneer een scheur of barst optreedt, toch een bekrachtigingsspanning op de verschillende opper-30 vlakte-elemeriten van de transducent werkzaam wordt, daar de dunne kunstharslaag 41 elektrisch geleidbaar is en een betrekkelijk grote elasticiteit heeft, waardoor de scheur of barst wordt overbrugd.
Het patroon, volgens hét welk de geleidende laag 35 41 wordt aangebracht, kan naar wens worden gekozen. Zoals figuur 20 laat zien, kan in de laag' 41 een aantal openingen 34 aanwezig zijn; figuur 21 laat zien, dat de laag 41 bestaat uit een aantal stroken 35, welke zich vanaf het vaste of - 8006692 -19- ingeklemde uiteinde naar het vrije uiteinde van de transdu-cent 40 uitstrekt.
. Zoals in het voorgaande is beschreven, verhindert de door de uitvinding voorgestelde toepassing van een elek-5 trisch geleidende kunstharslaag 41 het ontstaan van scheuren of barsten in de beide buitenelektroden 11 van de transducent, zelfs indien deze en daarmede ook de elektrode 11 aanzienlijke verplaatsingen ondergaan; voorts wordt een verandering ; van de eigenschappen van de transducent in geval van barst-10 of scheurvorming tegengegaan, zodat een dergelijke transducent zelfs na het ontstaan van een barst of scheur behoor-. lijk kan funktioneren.
Aangezien de volgens de onderhavige uitvinding voorgestelde toepassing van een geleidende kunstharslaag 41 15 op de buitenelektroden van de transducent praktisch geen daling van de gevoeligheid veroorzaakt, zolang de dikte van de laag in het gebied van 50-50 pn ligt, kan de gevoeligheid worden gekorrigeerd door eventueel een laag 41 van hogere dikte toe te passen. Zoals in het voorgaande is beschreven, 20 verschaft de uitvinding een elektromechanische transducent, welke bij een lage bekrachtigingsspanning een betrekkelijk grote verplaatsing teweegbrengt, zodat de elektromechanische transducent volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt is voor toepassing bij de servovolgbesturing van de één of 25 meer magneetkoppen van bijvoorbeeld een videobandapparaat, waarbij de transducent voor eenzelfde mate van verplaatsing als gebruikelijk met een betrekkelijk geringe spanning kan worden aangedreven.
Indieri als zogenaamde "tweede" laag of tussen-30 plaat een plaat met in een bindmiddel geïmpregneerde wape-ningsvezels, zoals kóolstofvezëls, wordt gebruikt, bestaat geen noodzaak 'een afzónderlijk héchtmiddel op de tussenplaat aan te brengen, zoals· totnogtoe gebruikelijk was. Daardoor wordt ook de vervaardiging van een elektromechanische trans-35 ducent volgens de uitvinding vereenvoudigd en 'nemen de ver-vaardigingskosten af.
De verplaatsing van een elektromechanische transducent volgens de 'uitvinding in de y-richt'ing, welke ver- 8 00 6 69 2 -20- plaatsing geen positieve bijdrage tot de gewenste verplaatsing levert, wordt bij de constructie volgens de uitvinding onderdrukt, waardoor wordt verhinderd, dat bij maximale belasting van de transducent een scheur of barst in de elek-5 tronen 11 optreedt.
In het voorgaande is de uitvinding beschreven aan de hand van een elektromechanische transducent, die in hoofdzaak uit een laminaat van twee piezoelektrische platen be- staat, doch het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding even-10 eens kan worden toegepast op andere soorten elektromechanische •transducenten.
Samenvattend wordt gesteld, dat de uitvinding i I zich niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvormen? verschillende 15 wijzigingen kunnen in de beschreven details en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden.
8006692
Claims (11)
1. Elektromechanische transducent, omvattende: a) een eerste laag van piezoelektrisch materiaal met twee hoofdoppervlakken, b) een paar resp. op de hoofdoppervlakken gevorm-5 de elektroden, en c) een tweede laag, welke op het ene hoofdopper-, vlak van de eerste laag is geklemd,· waarbij de eerste laag een elasticiteitsmodules de waarde E en de tweede laag een elasticiteitsmodules ter waarde E in X 10 de ene richting en een elasticiteitsmodules E^ in ten opzichte daarvan loodrechte richting binnen het ene hoofdoppervlak heeft, met het kenmerk, dat de elasticiteitsmoduleswaarden E, E , A Ey voldoen aan de ongelijkheden E > E^ en E^, waarbij 15 het ene uiteinde van de lagen in de genoemde ene richting zijn ingeklemd, terwijl de genoemde elektroden een dikte van 0,1-3 um hebben, 2. : Elektromechanische transducent volgens conclusie l, gekenmerkt door een derde laag van piezoelek- 20 trisch materiaal met twee hoofdoppervlakken en een paar resp. op deze gevormde elektroden, welke derde laag op een tegenovergelegen vlak van de tweede laag is geklemd, zodat de tweede laag door de eerste laag en de derde laag wordt ingesloten.
3. Elektromechanische transducent volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste laag en de derde laag van keramisch materiaal met piezoelektrische eigenschappen zijn vervaardigd.
4. Elektromechanische transducent volgens 30 conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede laag is samengesteld uit in ëên richting georienteerde en met een hecht-middel geïmpregneerde koolstofvezels, zodanig, dat de elasticiteitsmodules van de tweede laag een anisotrope verdeling laat zien.
5. Elektromechanische transducent, omvattende twee piezoelektrische platen met een elektrode 'op hun beide hoofdoppervlakkeri, waarbij tussen de beide piezoelektrische 8 0 0 6 6 9 2 -22- platen een tussenplaat is ingeklemd, met het kenmerk, dat de tussenplaat is vervaardigd van een materiaal, waarvan de elasticiteitsmodules een anisotrope verdeling heeft.
6. Elektromechanische transdücent volgens 5 conclusie 5, met het kenmerk, dat de tussenplaat koolstof-vezels bevat, welke zich in één richting uitstrekken en zijn ingebed in een epoxyhars, zodanig, dat de tussenplaat een maximale waarde van de elasticiteitsmodules in de langs-richting van de koolstofvezels en een minimale waarde van de 10 elasticiteitsmodules in ten opzichte daarvan loodrechte , richting vertoont.
7. Elektromechanische transdücent volgens con-; clusie 5, met het kenmerk, dat de piezoelektrische platen zijn vervaardigd van keramisch lood-zirconaat-titanaat.
8. Elektromechanische transdücent volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektrode is gevormd door niet-elektrolytische opbrenging van nikkel.
9. Elektromechanische transdücent volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de elektrode is gevormd 20 door niet-elektrolytische opbrenging van nikkel, waarna op de nikkellaag een goudlaag is gevormd.
10. Elektromechanische transdücent volgens conclusie 1, gekenmerkt door een op het buitenoppervlak van de elektrode gevormde laag van elektrisch geleidende kunst- 25 hars.
11. Elektromechanische transdücent volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de laag van elektrisch geleidende kunststof een dikte tussen 5 en 50 jam heeft.
12. Elektromechanische transdücent volgens 30 conclusie 10, met het kenmerk, dat de elektrisch geleidende laag bestaat uit een elektrisch geleidend poeder en een als bindmiddel dienende kunsthars, welke bij een onder 200°C gelegen temperatuur hardt. 8006692
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16119879A JPS5683983A (en) | 1979-12-12 | 1979-12-12 | Electricity-machinery conversion element |
| JP16119879 | 1979-12-12 | ||
| JP162080A JPS5698883A (en) | 1980-01-10 | 1980-01-10 | Transducer |
| JP162080 | 1980-01-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8006692A true NL8006692A (nl) | 1981-07-16 |
Family
ID=26334877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8006692A NL8006692A (nl) | 1979-12-12 | 1980-12-09 | Elektromechanische transducent. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4363993A (nl) |
| CA (1) | CA1165860A (nl) |
| DE (1) | DE3046535A1 (nl) |
| FR (1) | FR2472325B1 (nl) |
| GB (1) | GB2066563B (nl) |
| NL (1) | NL8006692A (nl) |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4362407A (en) * | 1981-09-08 | 1982-12-07 | Piezo Electric Products, Inc. | Piezoelectric printer and piezoelectric multilam actuator used therein |
| US4709360A (en) * | 1985-11-12 | 1987-11-24 | Sparton Corporation | Hydrophone transducer with negative feedback system |
| US4786837A (en) * | 1987-05-05 | 1988-11-22 | Hoechst Celanese Corporation | Composite conformable sheet electrodes |
| US5404067A (en) * | 1990-08-10 | 1995-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Bonded piezoelectric bending transducer and process for producing the same |
| DE4025436A1 (de) * | 1990-08-10 | 1992-02-13 | Siemens Ag | Kontaktierung eines piezoelektrischen biegewandlers |
| DE4025435C2 (de) * | 1990-08-10 | 2003-07-03 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Biegewandler und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE4025618A1 (de) * | 1990-08-13 | 1992-02-20 | Siemens Ag | Piezoelektrisches roehrchen und verfahren zur herstellung desselben |
| JPH05218517A (ja) * | 1992-02-06 | 1993-08-27 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電バイモルフ型アクチュエータ |
| US5424596A (en) * | 1992-10-05 | 1995-06-13 | Trw Inc. | Activated structure |
| EP0616222B1 (en) * | 1993-03-19 | 1997-05-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JPH09168287A (ja) * | 1995-12-14 | 1997-06-24 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ |
| DE19732513C2 (de) * | 1997-07-29 | 2002-04-11 | Eurocopter Deutschland | Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur |
| US5942838A (en) * | 1997-08-19 | 1999-08-24 | The Hong Kong University Of Science & Technology | Rotary motor driven by a piezoelectric composite laminate |
| EP1019972B1 (de) * | 1997-09-30 | 2006-11-15 | Argillon GmbH | Piezoelektrisches element |
| DE19920576C1 (de) | 1999-05-04 | 2000-06-21 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Biegewandler |
| JP2003508923A (ja) * | 1999-08-30 | 2003-03-04 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 圧電曲げ変換器 |
| US6291931B1 (en) * | 1999-11-23 | 2001-09-18 | Tfr Technologies, Inc. | Piezoelectric resonator with layered electrodes |
| DE10023556A1 (de) * | 2000-05-15 | 2001-11-29 | Festo Ag & Co | Piezo-Biegewandler sowie Verwendung desselben |
| JP2003536278A (ja) * | 2000-06-21 | 2003-12-02 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 圧電湾曲変換器 |
| US6861782B2 (en) * | 2001-04-05 | 2005-03-01 | Head Sport Ag | Flexible piezoelectric films |
| GB0201458D0 (en) * | 2002-01-23 | 2002-03-13 | 1 Ltd | Curved electro-active actuators |
| GB0221503D0 (en) * | 2002-09-17 | 2002-10-23 | 1 Ltd | Loudspeaker |
| DE10246307A1 (de) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Biegewandler |
| US7497133B2 (en) | 2004-05-24 | 2009-03-03 | Drexel University | All electric piezoelectric finger sensor (PEFS) for soft material stiffness measurement |
| DE202006020000U1 (de) * | 2005-10-02 | 2007-07-12 | Bühner, Kurt | Mittels des inversen Piezoeffekts betätigbares Federelement |
| JP4289360B2 (ja) * | 2006-03-10 | 2009-07-01 | ソニー株式会社 | アクチュエータおよび磁気ヘッド装置 |
| US8481335B2 (en) * | 2006-11-27 | 2013-07-09 | Drexel University | Specificity and sensitivity enhancement in cantilever sensing |
| US7992431B2 (en) * | 2006-11-28 | 2011-08-09 | Drexel University | Piezoelectric microcantilevers and uses in atomic force microscopy |
| WO2008067386A2 (en) * | 2006-11-28 | 2008-06-05 | Drexel University | Piezoelectric microcantilever sensors for biosensing |
| AU2008223285A1 (en) | 2007-02-01 | 2008-09-12 | Drexel University | A hand-held phase-shift detector for sensor applications |
| US20080211353A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-04 | Charles Erklin Seeley | High temperature bimorph actuator |
| WO2009079154A2 (en) | 2007-11-23 | 2009-06-25 | Drexel University | Lead-free piezoelectric ceramic films and a method for making thereof |
| US8741663B2 (en) | 2008-03-11 | 2014-06-03 | Drexel University | Enhanced detection sensitivity with piezoelectric sensors |
| US8562546B2 (en) * | 2008-05-16 | 2013-10-22 | Drexel University | System and method for evaluating tissue |
| US8722427B2 (en) * | 2009-10-08 | 2014-05-13 | Drexel University | Determination of dissociation constants using piezoelectric microcantilevers |
| US20110086368A1 (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Drexel University | Method for immune response detection |
| US8593036B2 (en) * | 2010-02-26 | 2013-11-26 | Mcb Clean Room Solutions, Llc | High-efficiency MEMS micro-vibrational energy harvester and process for manufacturing same |
| US9422944B2 (en) * | 2014-08-15 | 2016-08-23 | Dell Products, Lp | Carbon fiber laminate piezoelectric cooler and method therefor |
| JP7043171B2 (ja) * | 2017-01-25 | 2022-03-29 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 表示装置 |
| WO2019077957A1 (ja) * | 2017-10-17 | 2019-04-25 | 株式会社村田製作所 | フィルタおよび空調装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL251123A (nl) * | 1960-02-06 | |||
| US3481014A (en) * | 1968-01-04 | 1969-12-02 | Litton Precision Prod Inc | Method of making a high temperature,high vacuum piezoelectric motor mechanism |
| US3676722A (en) * | 1969-10-06 | 1972-07-11 | Motorola Inc | Structure for bimorph or monomorph benders |
| US3622815A (en) * | 1970-03-25 | 1971-11-23 | Motorola Inc | High reliability ceramic bender |
| US3629625A (en) * | 1970-09-17 | 1971-12-21 | Motorola Inc | Piezoelectric bender bilayer with flexible corrugated center vane |
-
1980
- 1980-12-05 CA CA000366256A patent/CA1165860A/en not_active Expired
- 1980-12-08 US US06/213,875 patent/US4363993A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-12-09 NL NL8006692A patent/NL8006692A/nl not_active Application Discontinuation
- 1980-12-10 DE DE19803046535 patent/DE3046535A1/de not_active Withdrawn
- 1980-12-11 GB GB8039714A patent/GB2066563B/en not_active Expired
- 1980-12-12 FR FR8026472A patent/FR2472325B1/fr not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3046535A1 (de) | 1981-08-27 |
| FR2472325A1 (fr) | 1981-06-26 |
| GB2066563B (en) | 1983-09-21 |
| FR2472325B1 (fr) | 1986-06-27 |
| GB2066563A (en) | 1981-07-08 |
| CA1165860A (en) | 1984-04-17 |
| US4363993A (en) | 1982-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8006692A (nl) | Elektromechanische transducent. | |
| US4349762A (en) | Fiber reinforced piezoelectric bender transducer | |
| CN100375307C (zh) | 电活化装置 | |
| US6118637A (en) | Piezoelectric assembly for micropositioning a disc drive head | |
| CN1273959C (zh) | 具有准确定位致动器的磁头万向架组件及具有该组件的磁盘驱动装置 | |
| DE69017551T2 (de) | Lamellierte Aufhängung für einen negativen Druckgleitschuh in einem Datenplattenspeicher. | |
| EP0060358B1 (en) | Head support arm and head/arm assemblies for disk files | |
| US6759352B2 (en) | Composite carbon fiber material and method of making same | |
| DE19603192C2 (de) | Magnetkopf-Aufhängungsmechanismus | |
| US5087503A (en) | Composite constant stress beam with gradient fiber distribution | |
| WO1999006993A1 (en) | Low mass disc drive suspension | |
| DE3507726C2 (nl) | ||
| JP3939048B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| DE19920576C1 (de) | Piezoelektrischer Biegewandler | |
| KR20040064268A (ko) | 곡선진 전기-활성 작동기 | |
| DE60216036T2 (de) | Magnetkopfträger und Positionskontrollmechanismus für Magnetkopf | |
| JPS6310912B2 (nl) | ||
| EP0542772B1 (de) | Kontaktierung eines piezoelektrischen biegewandlers | |
| DE2553414C2 (de) | Piezoelektrischer, elektroakustischer Wandler | |
| KR20030010664A (ko) | 압전 휨 변환기 | |
| DE4025435C2 (de) | Piezoelektrischer Biegewandler und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| US6467141B2 (en) | Method of assembling micro-actuator | |
| JPS59159417A (ja) | 圧搾軸受装置 | |
| JPH0257354B2 (nl) | ||
| EP0348658A2 (de) | Dickfilm Druck- oder Kraftsensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
| BV | The patent application has lapsed |