TW516250B - Piezo-ceramic bending transducer - Google Patents

Description

516250 五、發明説明（1 ) 本發明是有關於一種壓電陶瓷式彎曲轉換器，其具有扁 平載體，以及一個在載體至少一側上所所塗佈之極化壓電 陶瓷，包括鉛，锆石，與鈦，其中此載體之熱膨脹係數被 極化壓電陶瓷的熱膨脹係數調整。 此種彎曲轉換器例如是WO 96/4 1 3 84所熟知，而建議使 用玻璃或壓電陶瓷作爲用於載體之材料。 此一開始所提到的壓電陶瓷式彎曲轉換器具有一個在扁 平載體上塗佈之壓電陶瓷，其首先間接或交互地用於壓電 效應之應用，即，用於將電能轉變成機械能。對於彎曲轉 換器產生多種技術上的應用。此等應用是例如作爲噴墨印 刷機的壓電式印刷頭，作爲用於紡織機器中，或是閥 (valve)中，或是用於盲者讀取裝置中盲-行（blind-line)中 的調整元件。 恰巧在閥的使用中，尤其是在氣壓式（pneumatic)閥中， 特別適用一種彎曲轉換器，其具有在一開始所提到之載體 與壓電陶瓷之熱膨脹係數之調整。在一個此種使用中，不 再容許由於載體與壓電陶瓷不同之熱膨脹係數而產生之本 身微小的若干微米/l〇°K(//m/10°K)之自我（self)彎曲。在 溫度改變中之彎曲轉換器之此種因熱產生之微小的自我彎 曲，即已經導致例如不再能確保閥之關閉功能。 此壓電陶瓷（包括上述之鉛、鍩、與鈦，還有PZT)之熱 膨脹係數是取決於極化的程度，以及用於控制此使用電場 的方向，而在-5與6·10_ό/Κ之間波動。根據PZT陶瓷的 製造方法並且取決於其控制，因此其熱膨脹係數不同。而 516250 五、發明説明（2 ) 與此相反的PZT-壓電陶瓷之各個組成部份之不同之重量 成份’僅導致壓電陶瓷熱膨脹係數±0.5 ·1(Γό/Κ的波動。 若根據WO 96/4 1 3 84 Α ί是採用玻璃作爲用於載體之材 料，然而在此種範圍中由於壓電陶瓷的極化，因此壓電陶 瓷之熱膨脹係數與玻璃之熱膨脹係數不同，以致於在閥中 尤其在氣壓式的閥中由於此可期待的因熱而產生之自我彎 曲，而使得不再容許此種彎曲轉換器之使用。此同樣適用 於使用壓電陶瓷作爲用於載體之材料、，因爲本身經由主動 層之ΡΖΤ-壓電陶瓷之極化，而產生載體之熱膨脹係數與 ΡΖΤ-壓電陶瓷之熱膨脹係數之不同。 本發明之目的是提供--種在一開始所提到特性之壓電陶 瓷式彎曲轉換器，其相對於習知技術具有進一步減少的因 熱產生的自我彎曲。 此目的是根據本發明在第一變化例中以此種方法解決， 即，此載體由鎳/鈷/鐵合金所構成，其包括28-30Gew%(重 量百分比）之鎳，16-18Gew%的鈷，0-3Gew%之由包括碳， 錳與矽之組所挑選出之至少一個元素，以及其餘部份是鐵。 在第二變化例中，此對於在一開始所提到之壓電陶瓷式 彎曲轉換器的目的是根據本發明以此方式解決，即，此載 體由鎳/鐵合金所構成，其包括40-44Gew%(重量百分比）之 鎳，0-3Gew%之由包括鈷，鉻’碳，錳，磷，硫，矽與銘 之組所挑選出之至少一個元素，並且其餘的部份是鐵。 在第三變化例中，此對於在一開始所提到之壓電陶瓷式 彎曲轉換器的目的是根據本發明以此方式解決，即，此載 - 4- 516250

五、發明説明（3 ) 體由一種半導體材料所構成，其包括10-55Gew%之矽， 45-90Gew%之鍺，以及其餘微量的元素。因此，此微量的 元素應該具有較可能存在還少的數量。 本發明是由此考慮而產生，即，…種PZT壓電陶瓷其與 在完成製造之彎曲轉換器中的組成成份無關，而具有在4 與5 · 1 (Γ6/Κ之間的熱膨脹係數。此外，本發明由此考慮而 產生，即，在此範圍中之熱膨脹係數的每一個値，經由相 對應之載體材料之組成成份而可平衡。此種載體材料之熱 膨脹係數，在ΡΖΤ-壓電陶瓷熱膨脹係數中的調整，使得 可以藉由調整鎳與鈷的重量成份以及選擇性地提供上述其 他的組成成份而得到鎳/鈷/鐵合金。 替代式地，藉由在鎳/鐵合金中鎳的重量成份，以及上 述其他他組成成份之某種重量成份之提供，而使用本發明 爲可能。 最後藉由在一種包含矽與鍺的半導體材料（具有可能殘 餘摻雜之微量元素）中調整矽與鍺的重量成份，而使得本 發明爲可能。 藉由在此申請專利範圍第1至3項中所提到各個元素的 成份，可以將載體材料之熱膨脹係數在ΡΖΤ-壓電陶瓷之 熱膨脹係數的波動寬度內調整。以此種方式而產生載體材 料之熱膨脹係數與在極化狀態中ΡΖΤ-壓電陶瓷之熱膨脹 係數之最合適的適應。 本發明的實施例根據圖式作進一步的說明。 圖式之簡單說明 516250 五、發明説明（4 ) 本發明唯一的圖式是顯示具有載體之壓電陶瓷式彎曲轉 換器。 因此此唯一的圖式顯示具有載體2之壓電陶瓷式彎曲轉 換器，與在其一面上塗佈之由鉛-锆-鈦-壓電陶瓷3所構成 的層。此壓電陶瓷3具有一內部面向接近載體2之電極5 ，並且具有外部電極6。此兩個電極5與6是作爲由銀-鈀 所構成在壓電陶瓷3上平坦塗佈之金屬化層。 此鉛-锆-鈦-壓電陶瓷3是經由電極5與6而極化。壓電 陶瓷3的控制是藉由在內部電極5與外部電極6之間施加 電壓而實施。載體2是由鎳/鈷/鐵合金構成，其包括28.5 G e w %，1 8 G e w % 的銘，〇 . 2 5 G e w % 的猛，與 0 · 2 5 G e w °/〇 的石夕 ，以及其餘部份由鐵所構成。 爲了內部電極5的電性接觸，在載體2之裸露端上貼上 銅板8，其部份地插入介於載體2與内部電極5之間。銅 板8使得能夠與連接線1 0容易作焊接接觸。 爲了操作此所顯示之，由於其僅有一面塗佈壓電陶瓷3 亦稱爲單面彎曲轉換器3，而在連接線1 0上施加電壓。因 此，外部電極6是在接地電位。 由於此另外在申請專利範圍第2與3項中所提到用於載 體2的材料淸楚明顯，所以不在另外的圖中說明。 符號之說明 1 壓電陶瓷式彎曲轉換器 2 載體 3 壓電陶瓷 -6- 516250 五、發明説明（5 ) 5 內部電極 6 外部電極 8 銅板 10 連接線

Claims (1)

1. 516250 六、申請專利範圍 1. 一種壓電陶瓷式彎曲轉換器（1 )，其具有一扁平之載體（2) ，以及在此載體（2)至少一面上塗佈的極化壓電陶瓷（3) ，其包括鉛，锆與鈦，其中載體（2)之熱膨脹係數被極化 壓電陶瓷（3)的熱膨脹係數調整，其特徵爲， 載體（2)是由一種鎳/銅/鐵合金所構成，其包括28-3 0 Gew%之鎳，16-18Gew%之鈷，0-3Gew%之由包括碳、錳 與矽之組所選出之至少一個元素，以及其餘部份是鐵。 2. —種壓電陶瓷式彎曲轉換器（1 )，其具有一扁平之載體（2) ，以及在此載體（2)至少一面上塗佈的極化壓電陶瓷（3) ，其包括鉛，锆與鈦，其中載體（2)之熱膨脹係數被極化 壓電陶瓷（3)的熱膨脹係數調整，其特徵爲， 載體（2)是由鎳/鐵合金所構成，其包括40-44Gew%之 鎳，0-3Gew%之由包括鈷，鉻，碳，錳，磷，硫，矽與 鋁之組所選出之至少一個元素，以及其餘的部份是鐵。 3. —種壓電陶瓷式彎曲轉換器（1 )，其具有一扁平之載體（2) ，以及在此載體（2)至少一面上塗佈的極化壓電陶瓷（3) ，其包括鉛，锆與鈦，其中載體（2)之熱膨脹係數是被極 化壓電陶瓷（3)的熱膨脹係數調整，其特徵爲， 載體（2)是由半導體材料所構成，其包括10-55Gew%之 矽，45-90Gew%之鍺，以及其餘是微量元素。