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WO1996041384A1 - Piezoelectric bending transducer - Google Patents

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WO1996041384A1
WO1996041384A1 PCT/DE1996/000996 DE9600996W WO9641384A1 WO 1996041384 A1 WO1996041384 A1 WO 1996041384A1 DE 9600996 W DE9600996 W DE 9600996W WO 9641384 A1 WO9641384 A1 WO 9641384A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carrier layer
layer
bending transducer
piezoelectric bending
piezoceramic
Prior art date
Application number
PCT/DE1996/000996
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Stein
Thomas MÖCKL
Michael Riedel
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO1996041384A1 publication Critical patent/WO1996041384A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • H10N30/706Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric 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
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric bending transducer with a piezoceramic layer which is applied to a carrier layer.
  • Piezoelectric bending transducers are used, for example, to guide yarn in looms, in braille readers and in video devices.
  • the structure of a piezoelectric bending transducer is described for example in WO 92/02961 AI.
  • the bending transducer described there comprises a carrier layer in the form of a graphite fiber layer, which is provided between two electrodes provided on both sides
  • Piezoceramic layers are glued with an epoxy resin.
  • the graphite fiber layer has a greater length than the two piezoceramic layers.
  • a copper foil is glued to the free part of the graphite fiber layer, and on this copper foil is a surface for attaching a
  • Solder contact provided. In this way, contacting the inside, i.e. electrodes lying between graphite fiber and piezoceramic layer are comparatively simple. Instead of the graphite fiber layer, it is known to use metallic materials as the carrier layer.
  • a piezoelectric actuation device is also known, in which a relaxation layer is inserted between two piezoelectric ceramic layers to reduce stresses.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a piezoelectric bending transducer which has only extremely little or no inherent bending under the influence of temperature.
  • a piezoelectric bending transducer with a piezoceramic layer which is applied to a carrier layer in that the material of the piezoceramic layer and the material of the carrier layer have essentially identical thermal expansion coefficients.
  • the carrier layer serves on the one hand to stabilize the bending transducer and on the other hand guarantees reliable transmission of a mechanical bending of the bending transducer to a control element or to another part of the device to be moved in which the bending transducer is used.
  • the material of the piezoceramic layer is a lead zirconate titanate ceramic (PZT ceramic), the material of the carrier layer having a coefficient of thermal expansion of 2 ⁇ 10 " ⁇ to 8 x 10" 6 per Kelvin, preferably 3 5 x 10 "s to 5.5 x 10" 6 per Kelvin.
  • the thermal expansion coefficient of the carrier layer is particularly good at the thermal expansion coefficient of the polarized lead-zirconate-titanate ceramic, which usually has a thermal expansion coefficient of 3 x 10 "s to 7 x 10 ⁇ 6 per Kelvin
  • the polarization serves to develop the piezoelectric effect.
  • the bending transducer is particularly suitable as a single-layer bending transducer, as a so-called Unimorph bender.
  • the material of the carrier layer can be silicon, glass or an oxide ceramic, preferably zirconium oxide or aluminum oxide. The materials mentioned are inexpensive and easy to handle in terms of production technology.
  • the PZT ceramic of the piezoceramic layer can also be selected as the oxide ceramic.
  • the contacting of the carrier layer and / or the side of the piezoceramic layer facing the carrier layer is achieved in a particularly simple manner by a corresponding metallization layer.
  • Metallization layers can be applied in a particularly advantageous manner by sputtering technology.
  • a piezoceramic layer is arranged on each side of the carrier layer, as is the case, for example, in the case of a bending transducer for a braille reading device.
  • the carrier layer is an electrically non-conductive layer, e.g. B. a carrier layer made of glass or oxide ceramic
  • contacting of the piezoceramic layers arranged on both sides is provided in a particularly advantageous manner by means of a contact placed around an edge of the carrier layer or through a bore in the carrier layer.
  • both metallization layers facing the carrier layer have the same electrical potential.
  • the two electrodes located on the inside can also be set to different potentials, so that the bending transducer can also be actuated with an antiparallel polarization direction of the two piezo-ceramic layers.
  • IG 1 in perspective schematic representation of the structure of a piezoelectric bending transducer
  • IG 2 a first embodiment for contacting piezoceramic layers applied on both sides
  • IG 3 a second embodiment for contacting piezoceramic layers applied on both sides to one another.
  • the piezo plates 6, 8 have a thin metallization layer 10 on the side facing the carrier layer 4.
  • the carrier layer 4 consists of an approximately 200 ⁇ m thick silicon layer.
  • the material of the carrier layer has a coefficient of thermal expansion of about 5 x 10 ⁇ 6 per Kelvin. This coefficient of thermal expansion thus largely corresponds to the coefficient of thermal expansion of the material of the piezo plates 6, 8.
  • the piezo plates 6, 8 made of a lead zirconate titanate ceramic (PZT layer).
  • the piezoplates 6, 8 have a thickness of approximately 100 ⁇ m and each have a metallization layer 10 applied on the side facing the carrier layer 4 using sputtering technology.
  • the piezoelectric bending transducer 2 shows only a negligible thermal inherent bending under the influence of temperature.
  • the piezoelectric bending transducer 2 is therefore suitable half very particularly for applications in which an exact zero point adjustment over a wide temperature range is important, for example from -20 ° C. to +80 ° C.
  • Figures 2 and 3 each show a side view
  • the piezoelectric bending transducer 12 differs from the bending transducer 2 in that a carrier layer 16 made of glass is provided.
  • the carrier layer 16 has a metallization layer 10 in a manner similar to the piezoceramic layers 6. This metallization layer 10 is designed as a contact placed around the edge of the carrier layer 16.
  • the piezoelectric bending transducer 14 has a carrier layer 18 which consists of an oxide ceramic, here zirconium oxide.
  • the carrier layer 18 could equally well consist of aluminum oxide. Because zirconium oxide, as well as glass, and also aluminum oxide are insulators, in the exemplary embodiment according to FIG. 3, a bore 20 is provided in the carrier layer 18, which likewise has the metallization layer 10 on the inner walls. In this way it is also ensured in the case of the piezoelectric bending transducer 14 that the piezo plates have the same electrical potential on their side facing the carrier layer 18.
  • Carrier layers 16, 18 each achieve an adaptation to the thermal expansion coefficient of the corresponding piezoceramic layer 6, 8. In this way, the thermal inherent bending occurring in the piezoelectric bending transducers 12, 14 is also negligible in a wide temperature range.
  • the invention is in principle applicable to all bending transducers, in particular for use in jacquard or rustling machines or braille readers.

Landscapes

  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

The object of the invention is to provide a piezoelectric bending transducer in which inherent bending brought about by heat is prevented when the transducer is subjected to thermal stress. According to the invention, this object is achieved in that the bending transducer (2, 12, 14) has a piezoceramic layer (6, 8) applied to a carrier layer (4, 16, 18) and the materials of the piezoceramic layer (6, 8) and of the carrier layer (4, 16, 18) have substantially identical coefficients of thermal expansion.

Description

Be s ehre ibungBe honored
Piezoelektrischer BiegewandlerPiezoelectric bending transducer
Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Biege¬ wandler mit einer Piezokeramikschicht, welche auf eine Trägerschicht aufgebracht ist.The invention relates to a piezoelectric bending transducer with a piezoceramic layer which is applied to a carrier layer.
Piezoelektrische Biegewandler werden beispielsweise zur Garn- führung in Webstühlen, in Blindenschrift-Lesegeräten und in Videogeräten eingesetzt. Der Aufbau eines piezoelektrischen Biegewandlers ist beispielsweise in der WO 92/02961 AI beschrieben. Der dort beschriebene Biegewandler umfaßt eine Trägerschicht in Form einer Graphitfaserschicht, die zwischen zwei beidseitig mit Elektroden versehenenPiezoelectric bending transducers are used, for example, to guide yarn in looms, in braille readers and in video devices. The structure of a piezoelectric bending transducer is described for example in WO 92/02961 AI. The bending transducer described there comprises a carrier layer in the form of a graphite fiber layer, which is provided between two electrodes provided on both sides
Piezokeramikschichten mit einem Epoxidharz verklebt ist. Die Graphitfaserschicht besitzt dabei eine größere Länge als die beiden Piezokeramikschichten. Auf dem freien Teil der Graphitfaserschicht ist eine Kupferfolie verklebt, und auf dieser Kupferfolie ist eine Fläche zum Anbringen einesPiezoceramic layers are glued with an epoxy resin. The graphite fiber layer has a greater length than the two piezoceramic layers. A copper foil is glued to the free part of the graphite fiber layer, and on this copper foil is a surface for attaching a
Lötkontakts vorgesehen. Auf diese Weise ist das Kontaktieren der innen, d.h. zwischen Graphitfaser- und Piezokera¬ mikschicht, liegenden Elektroden vergleichsweise einfach. An¬ stelle der Graphitfaserschicht ist es bekannt als Trägerschicht metallische Materialien zu verwenden.Solder contact provided. In this way, contacting the inside, i.e. electrodes lying between graphite fiber and piezoceramic layer are comparatively simple. Instead of the graphite fiber layer, it is known to use metallic materials as the carrier layer.
Aus der DE-A 35 18 055 ist auch eine piezoelektrische Betäti¬ gungseinrichtung bekannt, bei der zwischen zwei piezoelektri¬ schen Keramikschichten eine Relaxationsschicht zum Abbau von Spannungen eingelegt ist.From DE-A 35 18 055 a piezoelectric actuation device is also known, in which a relaxation layer is inserted between two piezoelectric ceramic layers to reduce stresses.
Grundsätzlich besteht bei einem eingangs beschrieben piezoelektrischen Biegewandler das Problem, daß dieser unter Temperatureinwirkung eine Eigenverbiegung zeigt, die sich störend auf seine Funktion auswirkt, weil es bei einerBasically, there is the problem with a piezoelectric bending transducer described at the outset that under the action of temperature it shows its own bending, which interferes with its function, because it occurs in a
Vielzahl von Anwendungen nicht zu einem Driften der Null- punktlage in Abhängigkeit von der Temperatur des Biegewand¬ lers kommen darf.Variety of applications not to drift the zero point position depending on the temperature of the bending transducer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pie¬ zoelektrischen Biegewandler anzugeben, der nur eine äußerst geringe oder gar keine Eigenverbiegung unter Temperaturein¬ wirkung aufweist.The invention is therefore based on the object of specifying a piezoelectric bending transducer which has only extremely little or no inherent bending under the influence of temperature.
Diese Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Biegewandler mit einer Piezokeramikschicht, welche auf eine Trägerschicht aufgebracht ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Material der Piezokeramikschicht und das Material der Trägerschicht im wesentlichen identische thermische Ausdehnungskoeffizienten haben. Die Trägerschicht dient dabei einerseits zur Stabilisation des Biegewandlers und gewährlei¬ stet andererseits eine sichere Übertragung einer mechanischen Verbiegung des Biegewandlers auf ein Steuerelement oder auf ein anderes zu bewegendes Teil des Gerätes, in welchem der Biegewandler eingesetzt ist.This object is achieved according to the invention in a piezoelectric bending transducer with a piezoceramic layer which is applied to a carrier layer in that the material of the piezoceramic layer and the material of the carrier layer have essentially identical thermal expansion coefficients. The carrier layer serves on the one hand to stabilize the bending transducer and on the other hand guarantees reliable transmission of a mechanical bending of the bending transducer to a control element or to another part of the device to be moved in which the bending transducer is used.
Vorteilhafterweise ist das Material der Piezokeramikschicht eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT-Keramik) , wobei das Material der Trägerschicht einen thermischen Ausdehnungs¬ koeffizienten von 2 x 10 bis 8 x 10"6 pro Kelvin, vorzugs- weise 3,5 x 10"s bis 5,5 x 10"6 pro Kelvin, besitzt. Auf diese Weise ist der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerschicht besonders gut an den thermischen Aus¬ dehnungskoeffizienten der polarisierten Blei-Zirkonat-Tita¬ nat-Keramik, welche üblicherweise einen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten von 3 x 10"s bis 7 x 10~6 pro Kelvin auf¬ weist, angepaßt. Die Polarisation dient dabei zur Ausbildung des piezoelektrischen Effekts. Auch Dickentoleranzen der Trägerschicht oder der Piezokeramikschicht bezüglich der thermischen Eigenverbiegung des Biegewandlers sind dann von untergeordneter Bedeutung. Der Biegewandler eignet sich besonders als einlagiger Biegewandler, als sogenannter Unimorph-Bieger. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann das Material der Trägerschicht Silizium, Glas oder eine Oxidkeramik, vorzugsweise Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, sein. Die genannten Materialien sind preiswert und fertigungstechnisch einfach zu handhaben. Dabei kann als Oxidkeramik auch die PZT-Keramik der Piezokeramikschicht gewählt werden.Advantageously, the material of the piezoceramic layer is a lead zirconate titanate ceramic (PZT ceramic), the material of the carrier layer having a coefficient of thermal expansion of 2 × 10 to 8 x 10" 6 per Kelvin, preferably 3 5 x 10 "s to 5.5 x 10" 6 per Kelvin. In this way, the thermal expansion coefficient of the carrier layer is particularly good at the thermal expansion coefficient of the polarized lead-zirconate-titanate ceramic, which usually has a thermal expansion coefficient of 3 x 10 "s to 7 x 10 ~ 6 per Kelvin The polarization serves to develop the piezoelectric effect. Thickness tolerances of the carrier layer or the piezoceramic layer with regard to the thermal inherent bending of the bending transducer are then of minor importance. The bending transducer is particularly suitable as a single-layer bending transducer, as a so-called Unimorph bender. In a particularly advantageous embodiment, the material of the carrier layer can be silicon, glass or an oxide ceramic, preferably zirconium oxide or aluminum oxide. The materials mentioned are inexpensive and easy to handle in terms of production technology. The PZT ceramic of the piezoceramic layer can also be selected as the oxide ceramic.
Die Kontaktierung von Trägerschicht und/oder der der Träger- schicht zugewandten Seite der Piezokeramikschicht wird in be¬ sonders einfacher Weise durch eine entsprechende Metallisierungsschicht erzielt. SolcheThe contacting of the carrier layer and / or the side of the piezoceramic layer facing the carrier layer is achieved in a particularly simple manner by a corresponding metallization layer. Such
Metallisierungsschichten können in besonders vorteilhafter Weise durch Sputtertechnik aufgebracht werden.Metallization layers can be applied in a particularly advantageous manner by sputtering technology.
Weiter kann es vorgesehen sein, daß auf jeder Seite der Trägerschicht eine Piezokeramikschicht angeordnet ist, wie dies beispielsweise bei einem Biegewandler für ein Braille- Lesegerät der Fall ist.Furthermore, it can be provided that a piezoceramic layer is arranged on each side of the carrier layer, as is the case, for example, in the case of a bending transducer for a braille reading device.
Insbesondere dann, wenn die Trägerschicht eine elektrisch nicht-leitende Schicht ist, z. B. eine aus Glas oder Oxid¬ keramik bestehende Trägerschicht, ist eine Kontaktierung der beidseitig angeordneten Piezokeramikschichten miteinander in besonders vorteilhafter Weise mittels eines um einen Rand der Trägerschicht oder durch eine Bohrung in der Trägerschicht gelegten Kontakts vorgesehen. Auf diese Weise weisen beide der Trägerschicht zugewandten Metallisierungsschichten das¬ selbe elektrische Potential auf. Ebenso können jedoch im Falle einer elektrisch nicht-leitenden Trägerschicht die beiden innen gelegenen Elektroden auch auf unterschiedliches Potential gelegt werden, so daß eine Ansteuerung des Biegewandlers auch mit einer antiparallelen Polarisati¬ onsrichtung der beiden Piezokeramikschichten erfolgen kann.Particularly when the carrier layer is an electrically non-conductive layer, e.g. B. a carrier layer made of glass or oxide ceramic, contacting of the piezoceramic layers arranged on both sides is provided in a particularly advantageous manner by means of a contact placed around an edge of the carrier layer or through a bore in the carrier layer. In this way, both metallization layers facing the carrier layer have the same electrical potential. Likewise, however, in the case of an electrically non-conductive carrier layer, the two electrodes located on the inside can also be set to different potentials, so that the bending transducer can also be actuated with an antiparallel polarization direction of the two piezo-ceramic layers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich¬ nung näher erläutert. Dabei zeigen: IG 1 in perspektivischer schematischer Darstellung den Aufbau eines piezoelektrischen Biegewandlers; IG 2 eine erste Ausführungsform zur Kontaktierung beidsei- tig aufgebrachter Piezokeramikschichten miteinander; und IG 3 eine zweite Ausführungsform zur Kontaktierung beid- seitig aufgebrachter Piezokeramikschichten miteinan¬ der.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing. Show: IG 1 in perspective schematic representation of the structure of a piezoelectric bending transducer; IG 2 a first embodiment for contacting piezoceramic layers applied on both sides; and IG 3 a second embodiment for contacting piezoceramic layers applied on both sides to one another.
In den Figuren 1 bis 3 gleiche Teile haben gleiche Bezugszei¬ chen.The same parts have the same reference numerals in FIGS. 1 to 3.
In dem in Figur 1 schematisch und perspektivisch im Ausschnitt dargestellten piezoelektrischen Biegewandler 2 er¬ kennt man eine Trägerschicht 4 und zwei Piezokeramikschichten 6, 8, welche in Form zweier Piezoplättchen 6, 8 mit der Trägerschicht 4 verbunden sind. Die Piezoplättchen 6, 8 weisen auf der Trägerschicht 4 zugewandten Seite eine dünne Metallisierungsschicht 10 auf. Die Trägerschicht 4 besteht aus einer etwa 200 μm dicken Siliziumschicht. Das Material der Trägerschicht hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizi¬ enten von etwa 5 x 10~6 pro Kelvin. Dieser thermische Ausdehnungskoeffizient stimmt damit weitgehend mit dem ther- mischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Piezo¬ plättchen 6, 8 überein. Die Piezoplättchen 6, 8 aus einer Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT-Schicht) . Die Piezoplättchen 6, 8 weisen eine Dicke von etwa 100 μm auf und besitzen jeweils auf der der Trägerschicht 4 zugewandten Seite eine in Sputtertechnik aufgebrachte Metallisierungsschicht 10.1 shows a carrier layer 4 and two piezoceramic layers 6, 8, which are connected to the carrier layer 4 in the form of two piezoplates 6, 8. The piezo plates 6, 8 have a thin metallization layer 10 on the side facing the carrier layer 4. The carrier layer 4 consists of an approximately 200 μm thick silicon layer. The material of the carrier layer has a coefficient of thermal expansion of about 5 x 10 ~ 6 per Kelvin. This coefficient of thermal expansion thus largely corresponds to the coefficient of thermal expansion of the material of the piezo plates 6, 8. The piezo plates 6, 8 made of a lead zirconate titanate ceramic (PZT layer). The piezoplates 6, 8 have a thickness of approximately 100 μm and each have a metallization layer 10 applied on the side facing the carrier layer 4 using sputtering technology.
Weil die Ausdehnungskoeffizienten von Trägerschicht 4 und Piezoplättchen 6, 8 weitgehend aufeinander abgestimmt sind, zeigt der piezoelektrische Biegewandler 2 unter Tempera¬ tureinwirkung nur eine vernachlässigbare thermische Eigenver¬ biegung. Der piezoelektrische Biegewandler 2 eignet sich des- halb ganz besonders für Anwendungen, bei denen es auf eine exakte NullpunktJustierung über einen weiten Temperaturbe¬ reich, beispielsweise von -20 °C bis +80 °C, ankommt.Because the expansion coefficients of the carrier layer 4 and the piezo plate 6, 8 are largely matched to one another, the piezoelectric bending transducer 2 shows only a negligible thermal inherent bending under the influence of temperature. The piezoelectric bending transducer 2 is therefore suitable half very particularly for applications in which an exact zero point adjustment over a wide temperature range is important, for example from -20 ° C. to +80 ° C.
Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils in seitlicher AnsichtFigures 2 and 3 each show a side view
Ausschnitte von Biegewandlern 12, 14, die prinzipiell wie der piezoelektrische Biegewandler 2 in Figur 1 aufgebaut sind. Der piezoelektrische Biegewandler 12 unterscheidet sich vom Biegewandler 2 dadurch, daß eine Trägerschicht 16 aus Glas vorgesehen ist. Um die Piezoplättchen 6, 8 auf dasselbe elektrische Potential zu ziehen, weist die Trägerschicht 16 in ähnlicher Weise wie die Piezokeramikschichten 6 eine Metallisierungsschicht 10 auf. Diese Metallisierungsschicht 10 ist als um den Rand der Trägerschicht 16 gelegter Kontakt ausgestaltet.Excerpts of bending transducers 12, 14, which are constructed in principle like the piezoelectric bending transducer 2 in Figure 1. The piezoelectric bending transducer 12 differs from the bending transducer 2 in that a carrier layer 16 made of glass is provided. In order to pull the piezoplates 6, 8 to the same electrical potential, the carrier layer 16 has a metallization layer 10 in a manner similar to the piezoceramic layers 6. This metallization layer 10 is designed as a contact placed around the edge of the carrier layer 16.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 weist der piezoelektri¬ sche Biegewandler 14 eine Trägerschicht 18 auf, die aus einer Oxidkeramik, hier Zirkonoxid, besteht. Ebensogut könnte die Trägerschicht 18 auch aus Aluminiumoxid bestehen. Weil auch Zirkonoxid, ebenso wie Glas, und auch Aluminiumoxid Isolato¬ ren sind, ist im Auεführungsbeispiel gemäß Figur 3 in der Trägerschicht 18 eine Bohrung 20 vorgesehen, die ebenfalls an den Innenwänden die Metallisierungεschicht 10 aufweist. Auf diese Weise ist auch bei dem piezoelektrischen Biegewandler 14 dafür gesorgt, daß die Piezoplättchen auf ihren der Trä¬ gerschicht 18 zugewandten Seite dasselbe elektrische Poten¬ tial besitzen.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the piezoelectric bending transducer 14 has a carrier layer 18 which consists of an oxide ceramic, here zirconium oxide. The carrier layer 18 could equally well consist of aluminum oxide. Because zirconium oxide, as well as glass, and also aluminum oxide are insulators, in the exemplary embodiment according to FIG. 3, a bore 20 is provided in the carrier layer 18, which likewise has the metallization layer 10 on the inner walls. In this way it is also ensured in the case of the piezoelectric bending transducer 14 that the piezo plates have the same electrical potential on their side facing the carrier layer 18.
Ebenso wie bei der Trägerschicht 4 ist mit denAs with the carrier layer 4 is with the
Trägerschichten 16, 18 jeweils eine Anpassung an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der entsprechenden Piezokeramikschicht 6, 8 erzielt. Auf diese Weise ist auch die bei den piezoelektrischen Biegewandlern 12, 14 vorkommende thermische Eigenverbiegung in einem weiten Tempe¬ raturbereich vernachlässigbar. ie Erfindung ist prinzipiell bei allen Biegewandlern, insbesondere zum Einsatz in Jacquard- oder Raschelmaschinen oder Braille-Lesegeräten, anwendbar. Carrier layers 16, 18 each achieve an adaptation to the thermal expansion coefficient of the corresponding piezoceramic layer 6, 8. In this way, the thermal inherent bending occurring in the piezoelectric bending transducers 12, 14 is also negligible in a wide temperature range. The invention is in principle applicable to all bending transducers, in particular for use in jacquard or rustling machines or braille readers.

Claims

Patentansprüche claims
1. Piezoelektrischer Biegewandler (2, 12, 14) mit einer Piezokeramikschicht (6, 8), welche auf eine Trägerschicht (4, 16, 18) aufgebracht ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mate¬ rial der Piezokeramikschicht (6, 8) und das Material der Trägerschicht (4, 16, 18) im wesentlichen identische thermische Ausdehnungskoeffizienten haben.1. Piezoelectric bending transducer (2, 12, 14) with a piezoceramic layer (6, 8), which is applied to a carrier layer (4, 16, 18), characterized in that the material of the piezoceramic layer (6, 8) and that Material of the carrier layer (4, 16, 18) have essentially identical coefficients of thermal expansion.
2. Piezoelektrischer Biegewandler (2, 12, 14) nach Anspruch2. Piezoelectric bending transducer (2, 12, 14) according to claim
1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Material der Piezokeramikschicht (6, 8) eine Blei-Zirkonat- Titanat-Keramik ist und das Material der Trägerschicht (4, 16, 18) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 2 x 10~6 K-1 bis 8 x 10~6 K"1, vorzugsweise von 3,5 K"1 bis 5,5 x 10"6 K"1, hat.1, characterized in that the material of the piezoceramic layer (6, 8) is a lead zirconate titanate ceramic and the material of the carrier layer (4, 16, 18) has a coefficient of thermal expansion of 2 x 10 ~ 6 K -1 to 8 x 10 ~ 6 K " 1 , preferably from 3.5 K " 1 to 5.5 x 10 "6 K " 1 .
3. Piezoelektrischer Biegewandler (2) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mate¬ rial der Trägerschicht (4) Silizium ist.3. Piezoelectric bending transducer (2) according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material of the carrier layer (4) is silicon.
4. Piezoelektrischer Biegewandler (12) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mate¬ rial der Trägerschicht (16) Glas ist.4. Piezoelectric bending transducer (12) according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material of the carrier layer (16) is glass.
5. Piezoelektrischer Biegewandler (14) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mate¬ rial der Trägerschicht (18) eine Oxidkeramik ist.5. Piezoelectric bending transducer (14) according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material of the carrier layer (18) is an oxide ceramic.
6. Piezoelektrischer Biegewandler (14) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mate¬ rial der Trägerschicht (18) Zirkonoxid oder Aluminiumoxid ist. 6. Piezoelectric bending transducer (14) according to claim 5, characterized in that the material of the carrier layer (18) is zirconium oxide or aluminum oxide.
7. Piezoelektrischer Biegewandler (2, 12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trä- gerschicht (4, 16, 18) und/oder die der Trägerschicht (4, 16, 18) zugewandte Seite der Piezokeramikschicht (6, 8) eine MetallisierungsSchicht (10) aufweist.7. Piezoelectric bending transducer (2, 12, 14) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier layer (4, 16, 18) and / or the side of the piezoceramic layer facing the carrier layer (4, 16, 18) (6, 8) has a metallization layer (10).
8. Piezoelektrischer Biegewandler (4, 12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf jeder Seite der Trägerschicht (4, 16, 18) eine entsprechende Piezo¬ keramikschicht (6, 8) angeordnet ist.8. Piezoelectric bending transducer (4, 12, 14) according to one of claims 1 to 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a corresponding piezo ceramic layer (6, 8) is arranged on each side of the carrier layer (4, 16, 18).
9. Piezoelektrischer Biegewandler (4, 12, 14) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Kon¬ taktierung der Piezokeramikschichten (6, 8) miteinander mittels eines um einen Rand der Trägerschicht (4, 16, 18) oder durch eine Bohrung (20) in der Trägerschicht (4, 16, 18) gelegten Kontakts (10) vorgesehen ist. 9. Piezoelectric bending transducer (4, 12, 14) according to claim 8, characterized in that a contact of the piezoceramic layers (6, 8) with one another by means of an edge of the carrier layer (4, 16, 18) or through a bore (20th ) in the carrier layer (4, 16, 18) placed contact (10) is provided.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001017039A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectric bending transducer
WO2001075987A1 (en) * 2000-04-04 2001-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Piezoceramic bending converter
EP0902986B1 (en) * 1996-05-23 2002-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectric element and process for its production

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010024355A (en) 1997-09-30 2001-03-26 칼 하인쯔 호르닝어 Piezo-electric element
JP2003536278A (en) * 2000-06-21 2003-12-02 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Piezoelectric bending transducer
EP1263060B1 (en) * 2001-05-11 2008-05-07 Caterpillar Inc. Manufacturing method for a flat multilayer bending transducer and corresponding bending transducer
DE20202297U1 (en) * 2001-09-07 2002-08-29 Drei-S-Werk Präzisionswerkzeuge GmbH & Co Fertigungs-KG, 91126 Schwabach Flat actuator or sensor with internal preload
DE10229538A1 (en) * 2002-07-01 2004-01-15 Siemens Ag ultrasonic nebulizer
DE102007041636A1 (en) 2007-09-03 2009-03-05 Argillon Gmbh Bending transducer element and bending transducer module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003665A2 (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Boston University Integrated micromechanical piezoelectric motor
EP0408306A2 (en) * 1989-07-11 1991-01-16 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive actuator having at least one piezoelectric/electrostrictive film
JPH0364081A (en) * 1989-08-01 1991-03-19 Ube Ind Ltd Piezoelectric bimorph element
EP0516380A2 (en) * 1991-05-28 1992-12-02 Canon Kabushiki Kaisha Micro-displacement element for a scanning tunneling microscope

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658978B2 (en) * 1984-05-21 1994-08-03 株式会社村田製作所 Piezoelectric displacement element
US4769570A (en) * 1986-04-07 1988-09-06 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Piezo-electric device
DE4234237C2 (en) * 1992-10-10 2000-11-30 Bosch Gmbh Robert Temperature compensated micro actuator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003665A2 (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Boston University Integrated micromechanical piezoelectric motor
EP0408306A2 (en) * 1989-07-11 1991-01-16 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive actuator having at least one piezoelectric/electrostrictive film
JPH0364081A (en) * 1989-08-01 1991-03-19 Ube Ind Ltd Piezoelectric bimorph element
EP0516380A2 (en) * 1991-05-28 1992-12-02 Canon Kabushiki Kaisha Micro-displacement element for a scanning tunneling microscope

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 223 (E - 1075) 7 June 1991 (1991-06-07) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0902986B1 (en) * 1996-05-23 2002-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectric element and process for its production
WO2001017039A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectric bending transducer
US6624550B2 (en) 1999-08-30 2003-09-23 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectric bending transducer
WO2001075987A1 (en) * 2000-04-04 2001-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Piezoceramic bending converter

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