DE69935197T2

DE69935197T2 - Piezoelektrische/elektrostriktive Anordnung und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69935197T2
Application number: DE1999635197
Authority: DE
Inventors: Yukihisa Nishikamo-gun Takeuchi; Tsutomu Toyoake-city Nanataki; Toshikazu Kuwana-city Hirota; Koji Nagoya-city KIMURA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: EP1017116A2; JP3808262B2; US6335586B1; US6925693B2; EP1017116A3; DE69935197D1; US20020010990A1; EP1017116B1; JP2001210887A

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, die einen beweglichen Abschnitt umfasst, der basierend auf der Verschiebung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements betätigt wird, oder eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, die in der Lage ist, die Verschiebung eines beweglichen Abschnitts durch ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element zu detektieren, und insbesondere betrifft sie eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit besserer mechanischer Festigkeit, Stoßfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit, dessen beweglicher Teil mit hoher Auslenkung effizient bewegt werden kann.
In den letzten Jahren zeigte sich, dass im Bereich der Optik, der magnetischen Aufzeichnung, der Feinbearbeitung und dergleichen ein Verschiebungselement erforderlich ist, das zur Einstellung einer optischen Weglänge oder einer Position im Submikrometerbereich in der Lage ist, und so wurde ein Verschiebungselement entwickelt, das eine Verschiebung aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts oder des elektrostriktiven Effekts nutzt, der auftritt, wenn Spannung an ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material (z.B. eine ferroelektrische Substanz oder dergleichen) angelegt wird. Wie in 2 zu sehen, wird beispielsweise ein piezoelektrischer Aktuator 21 offenbart, in dem durch Bereitstellung eines Lochs 28 in einem plattenartigen Körper aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material, ein Befestigungsabschnitt 25, ein beweglicher Abschnitt 24 und ein damit verbundener Brücken-Stab 26 einstückig ausgebildet sind, wobei der Brücken-Stab 26 weiters mit einer Elektrodenschicht 22 ausgestattet ist (siehe JP-A-10-136665).
Wenn eine Spannung an die Elektrodenschicht 22 angelegt wird, führt der inverse piezoelektrische Effekt oder der elektrostriktive Effekt zu einer Ausdehnung oder Kontraktion des Stabs 26 im Aktuator 21, und zwar in die Richtung, in der die Befestigungsplatte 25 mit dem beweglichen Abschnitt 24 befestigt ist, wodurch dem beweglichen Abschnitt 24 eine bogenförmige Verschiebung oder Rotationsverschiebung in der Ebene des plattenförmigen Körpers ermöglicht wird. Die JP-A-63-64640 offenbart andererseits ein Verfahren in Bezug auf einen Aktuator unter Einsatz eines Bimorphs, worin der Bimorph mit geteilten Elektroden bereitgestellt ist, sodass durch Ansteuern des Aktuators durch Auswahl der geteilten Elektroden eine präzise Positionierung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. In der Beschreibung ist beispielsweise in 4 eine Struktur mit zwei einander gegenüber liegenden Bimorphen dargestellt.
Beim Aktuator 21 besteht jedoch, da die Verschiebung in Ausdehnungs- oder Kontraktionsrichtung (d.h. eine Richtung innerhalb der Ebene des plattenartigen Körpers) eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Materials per se zum beweglichen Abschnitt übertragen wird, das Problem, dass das Betätigungsausmaß des beweglichen Abschnitts 24 klein ist.
Außerdem bringt der Aktuator 21, wenn alle seine Elemente aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material bestehen, das zerbrechlich und relativ schwer ist, weiters das Problem mit sich, dass der Aktuator 21 an sich schwer ist und beim Betrieb wahrscheinlich durch schädliche Vibrationen wie Restvibrationen oder Schallvibrationen beeinflusst wird, wenn er bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird, und dass er geringe mechanische Festigkeit, schlechtere Handhabungseigenschaften, Stoßfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist.
Um die oben beschriebenen Probleme des Aktuators 21 zu lösen, wurde vorgeschlagen, das Loch 28 mit einem flexiblen Füllmaterial zu füllen, wobei jedoch klar ist, dass das Verschiebungsausmaß durch den inversen piezoelektrischen Effekt oder den elektrostriktiven Effekt auch dann reduziert wird, wenn das Füllmaterial eingesetzt wird.
In 4 der JP-A-63-64640 ist jedoch andererseits dargestellt, dass durch Verbinden eines Zwischenelements 3 und eines Bimorphs, das Verbinden einer Stelle ohne die geteilten Elektroden mit dem Zwischenelement und daher ein Vorteil der geteilten Elektroden nicht an der Verbindungsstelle angewandt werden kann. Anders gesagt, wird lediglich eine Stelle des Bimorphs gebunden, die kein Abschnitt ist, der Verschiebungen durchführt. Eine Verbindungsform an einer Verbindungsstelle eines Kopfs und des Bimorphs ist andererseits ähnlich. Dadurch ergibt sich, dass eine Biegungsverschiebung des Bimorphs zwischen dem Zwischenelement und dem Kopf nach innen hin entwickelt und die Struktur so aussieht, dass eine Aktion zur effektiven Verschiebung des Kopfs per se nach außen hin nicht möglich ist. Außerdem ist der in der JP-A-63-64640 geoffenbarte Aktuator so strukturiert, dass ein Verschiebungserzeugungselement und ein so genanntes Rahmenelement (Zwischenelement oder dergleichen) separat hergestellt und – um verbunden zu werden – miteinander befestigt werden, wodurch die Struktur so aussieht, dass die Verbindung des Rahmens mit dem Bimorph im Laufe der Zeit variiert und dass wahrscheinlich auch ein Driften der Verschiebung, Abheben des Films oder dergleichen verursacht wird. Außerdem weist eine Struktur mit einem Kleber an einer Verbindungsstelle des Bimorphs mit dem Zwischenelement und an einer Verbindungsstelle des Kopfs mit dem Bimorph, nämlich an einem Halteabschnitt eines Verschiebungselements, geringe Steifigkeit in Bezug auf den Halteabschnitt an sich auf, wodurch eine Steigerung der Resonanzfrequenz, die bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb erforderlich ist, schwer zu erreichen ist.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Probleme des Stands der Technik entwickelt, und eines ihrer Ziele besteht in der Bereitstellung eines Verschiebungselements, das in der Lage ist, das Verschiebungsausmaß des beweglichen Abschnitts weiter zu steigern und kaum von schädlichen Vibrationen beeinflusst wird und zu Hochgeschwindigkeitsantworten mit hoher mechanischer Festigkeit in der Lage ist, wobei es ausgezeichnete Handhabungseigenschaften, Stoßfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist, eines Sensorelements, das in der Lage ist, Vibrationen des beweglichen Abschnitts mit hoher Genauigkeit zu detektieren, sowie die Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung der Elemente.
Fukuda, T. et al. beschreiben in ihrer Arbeit mit dem Titel "Parallel beam micro sensor/actuator unit using PZT thin films and its application examples", vorgetragen an der zwischen 16. und 20. März 1998 in Lueven, Belgien stattgefundenen IEEE International Conference on Robotics and Automation, S. 1498-1503, eine Parallelstrahl-Mikrosensor/Aktuator-Einheit mit einem Basissubstrat in Form eines rechteckigen Ti tanblocks, der ein durch diesen führendes rechteckiges Loch aufweist, und zwar mit einer Form, dass die dicken Endabschnitte des Blocks mit dünnen Seitenabschnitten verbunden sind. Auf den Seiten, die dem Block gegenüberliegen, sind PZT-Dünnfilme aufgebracht und Elektroden an die PZT-Filme angelegt. Jede der Elektroden liegt über einem der Dünnseitenabschnitte und über einem an den dicken Endabschnitt angrenzenden Teil.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine wie in Anspruch 1 dargelegte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung bereitgestellt.
Wenn das Loch rechteckig ist, beträgt das Verhältnis a/b zwischen der Dicke a des Lochs und der Breite b des dünnen Plattenabschnitts vorzugsweise 0,5 bis 20.
Vorzugsweise gilt in der vorliegenden Erfindung Folgendes:
die Breite des dünnen Plattenabschnitts ist gleich wie die Breite des auf dem dünnen Plattenabschnitt ausgebildeten piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements; Das Verhältnis e/a zwischen der Länge e des dünnen Plattenabschnitts und der Dicke a des Lochs beträgt 0,5 bis 10; das Verhältnis a/b zwischen der Dicke a des Lochs und der Breite b des dünnen Plattenabschnitts beträgt 1 bis 10, und das Verhältnis e/a zwischen der Länge e des dünnen Plattenabschnitts und der Dicke a des Lochs beträgt 0,7 bis 5; und der bewegliche Abschnitt sowie der Befestigungsabschnitt sind jeweils ein rechteckiger Festkörper.
Weitere bevorzugte Merkmale umfassen Folgende:
die Dicke a des Lochs beträgt 200 μm bis 1.000 μm, und die Breite b des dünnen Plattenabschnitts beträgt 100 μm bis 500 μm; die Breite b des dünnen Plattenabschnitts ist größer als die Dicke d davon, und die Dicke d beträgt 2 μm bis 100 μm; die Länge e des dünnen Plattenabschnitts beträgt 200 μm bis 3.000 μm; eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge f des beweglichen Abschnitts 50 μm bis 2.000 μm beträgt; die Vorrichtung weist zumindest zwei Ansteuerabschnitte auf; das piezoelektrische/elektrostriktive Element ist ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element vom laminierten Typ, das durch eine untere Elektrodenschicht, eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht und eine obere Elektrodenschicht in Schichten laminiert ist; das piezoelektrische/elektrostriktive Element weist eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht sowie eine erste Elektrodenschicht und zweite Elektrodenschicht auf, die auf zumindest einer Hauptfläche der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht ausgebildet ist; das piezoelektrische/elektrostriktive Element weist eine Struktur auf, worin das piezoelektrische/elektrostriktive Element eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht sowie eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht in Kammstruktur mit Zähnen umfasst, wobei die Zähne der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht zwischen den jeweiligen Zähnen jedes Kammes mit einem vorbestimmten Spalt ineinander greifen; der Keramikkörper ist ein Laminat der Keramikschichten; und das Ende des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements, das auf dem beweglichen Abschnitt oder dem Befestigungsabschnitt angeordnet ist, erstreckt sich darauf in der zweiten Richtung vom Verbindungspunkt zwischen dem beweglichen Abschnitt bzw. dem Befestigungsabschnitt und dem dünnen Plattenabschnitt aus über einen Abstand von zumindest der Hälfte der Dicke d des dünnen Plattenabschnitts.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein wie in Anspruch 18 dargelegtes Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bereit. Bevorzugte optionale Merkmale des Verfahrens sind in den Ansprüchen 19 bis 30 dargelegt.
Es wird bevorzugt, dass eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie zuvor erwähnt, Folgendes umfasst: einen beweglichen Abschnitt, einen dünnen Plattenabschnitt und einen Befestigungsabschnitt in einem einstückig ausgebildeten Keramikkörper, wobei noch bevorzugter ist, dass der bewegliche Abschnitt, der dünne Plattenabschnitt und der Befestigungsabschnitt aus einem Material mit vollständig stabilisiertem Zirconiumdioxid als Hauptkomponente oder aus einem Material mit teilweise stabilisiertem Zirconiumdioxid als Hauptkomponente bestehen, und besonders bevorzugt wird, dass zumindest ein beweglicher Abschnitt, ein dünner Plattenabschnitt und ein Befestigungsabschnitt ein gesintertes grünes Keramiklaminat ist. Der Grund dafür ist, dass Verbindungsabschnitte mit dem beweglichen Abschnitt, den dünnen Plattenabschnitten und dem Befestigungsabschnitt so strukturiert werden können, dass sie keine Grenzen aufweisen, indem sie durch Sintern einstückig ausgebildet werden, wodurch die Langzeitzuverlässigkeit verbessert werden kann, ein Phänomen wie Driften oder dergleichen als mit der Zeit durch Verschiebung auftretende Variation der Vorrichtung auf ein Minimum verringert werden kann und eine große Verschiebung mit höherer Reproduzierbarkeit gebildet werden kann.
Es gilt anzumerken, dass bei der Herstellung einer Vorrichtung mit einer Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung neben dem Verfahren, bei dem alle ihre Elemente durch Sintern einstückig ausgebildet werden, auch ein Verfahren zur Verfügung steht, bei dem ein in eine zu den dünnen Plattenabschnitten entgegengesetzte Richtung geteilter Laminatkörper, d.h. ein Keramiklaminatkörper, der einen dünnen Plattenabschnitt und ein Element umfasst, die zu einem Befestigungsabschnitt und einem beweglichen Abschnitt werden sollen, in rechteckiger Festkörperform hergestellt wird, ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element durch Siebdruck ausgebildet wird, sodass das Element einen dünnen Plattenabschnitt und einen beweglichen Abschnitt und/oder einen Befestigungsabschnitt des Keramiklaminats überlappt und zumindest zwei jeweils durch einstückiges Sintern mit den Keramiklaminaten ausgebildete gesinterte Strukturen hergestellt werden, sowie durch Verbinden der gesinterten Strukturen, sodass die dünnen Plattenabschnitte voneinander (ab-)getrennt werden, d.h. durch Verbinden jedes der oben beschriebenen Abschnitte, die den Befestigungsabschnitt und den beweglichen Abschnitt bilden sollen, um sie unter Einsatz eines Klebers oder dergleichen miteinander zu verbinden, wodurch auch eine Vorrichtung erhalten werden kann.
Da jedoch eine durch einstückiges Sintern sämtlicher Elemente hergestellte Vorrichtung in ihrer Struktur keinen Unterbrechungsabschnitt aufweist, wie etwa einen Verbindungsabschnitt, an dem ein drittes Element dazwischenliegt, wodurch die Vorrichtung höhere Stabilität und Zuverlässigkeit aufweist, auch wenn sie durch die Betätigung des Ansteuerabschnitts einer Beanspruchung ausgesetzt wird, ist es daher bevorzugt, eine Vorrichtung durch ein Verfahren auszubilden, bei dem sämtliche Elemente wie oben beschrieben ohne Verwendung eines Klebers oder dergleichen einstückig gesintert werden.
Weiters ist es in einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der Erfindung bevorzugt, dass eine ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element ausbildende piezoelektrische/elektrostriktive Schicht vorzugsweise aus einem Material gebildet ist, das ein Gemisch aus Bleizirconat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobat als Hauptkomponente enthält, und ein Material, das Natriumbismuttitanat als Hauptkomponente enthält, ist auch bevorzugt. Details zu den Materialien, die verwendet werden können, finden sich weiter unten.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein optischer Verschluss bereitgestellt. Der optische Verschluss dient zur Steuerung des Durchlassens und des Abschirmens von Lichts durch Bewegung von zwei Schutzschilden in Bezug zueinander, wobei zumindest eines der Schutzschilder auf einem beweglichen Abschnitt der oben beschriebenen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung angebracht ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines herkömmlichen Aktuators.
3 ist eine schematische erklärende Ansicht eines Betriebsmodus einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische erklärende Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine schematische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements, welches eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.
18 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements, welches eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.
19 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements, welches eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.
Die 20(a) und (b) sind schematische erklärende Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Anordnungsverfahrens für Elektrodenleitungen einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die 21(a) und (b) sind schematische erklärende Ansichten von Beispielen für grüne Keramiklagen, die bei der Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
22 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die 23(a), (b), (c) und (d) sind Prozessansichten einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei 24(a) eine perspektivische Ansicht einer Schnittposition ist und 24(b) eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach erfolgtem Schnitt ist.
25 ist eine schematische erklärende Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Verschlusses der vorliegenden Erfindung, wobei 25(a) eine perspektivische Ansicht davon ist und 25(b) eine Draufsicht davon ist.
26 ist eine schematische erklärende Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Verschlusses der vorliegenden Erfindung, wobei 26(a) eine perspektivische Ansicht davon ist und 26(b) eine Draufsicht davon ist und 26(c) eine vergrößerte Ansicht eines Schutzschilds davon ist.
27 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse des Verschiebungsausmaßes in X-Achsen- und Y-Achsenrichtung zeigt, wenn eine Impulsspannung an eine piezo elektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durch Einsatz des Laser-Doppler-Vibrometers angelegt wird.
28 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei 28(a) eine schematische Schnittansicht eines Falls ist, bei dem keine grüne Keramiklage mit zumindest einem darin ausgebildeten Loch, das auf einer Plastikfolie aufgebracht ist, verwendet wird, und 28(b) eine schematische Schnittansicht eines Falls ist, bei dem die Vorrichtung hergestellt wird, indem eine auf einer Plastikfolie angebrachte grüne Keramiklage mit zumindest einem darin ausgebildeten Locht durch Laminieren auf der äußersten Schicht des Laminats der grünen Lagen hergestellt wird, wobei jedes davon zumindest ein darin ausgebildetes Loch aufweist, und die Plastikfolie anschließend entfernt und eine grüne Lage, welche eine dünne Platte bildet, laminiert wird.
29 ist eine schematische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
30 ist eine schematische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
31 ist eine schematische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
32 ist eine schematische Ansicht von Beispielen für jeweilige grüne Keramiklagen zur Verwendung in einem Laminat aus grünen Lagen bei einem Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
33 ist ein Diagramm, welches das Verschiebungsausmaß in Bezug auf die angelegten Spannungen zeigt.
34 ist eine perspektivische erklärende Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Elements, welches eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.
35 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines als Vergleichsbeispiel verwendeten piezoelektrischen Aktuators.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
Es gilt anzumerken, dass in den folgenden Beschreibungen "piezoelektrisch" "piezoelektrisch und/oder elektrostriktiv" bedeuten kann. Außerdem steht ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element in der vorliegenden Anmeldung für ein Element, das zumindest ein Paar an Elektrodenschichten und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht umfasst, oder es kann auch ein Abschnitt vorliegen, der nur eine Elektrode und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht aufweist. Ferner wird die Bezeichnung piezoelektrischer Bearbeitungsabschnitt oder piezoelektrischer/elektrostriktiver Abschnitt verwendet, wenn ein Beispiel mit einem Verschiebungselement in einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element der vorliegenden Anmeldung durch einen Abschnitt beschrieben wird, bei dem eine Beanspruchung erzeugt wird und es zu einer Verschiebung kommt, wenn eine Spannung von außen angelegt wird, und zwar durch einen Abschnitt, der im Wesentlichen ein Paar an Elektroden und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht umfasst. Darüber hinaus steht "Länge" für den Abstand in eine Richtung, in der ein beweglicher Teil mit einem Befestigungsabschnitt verbunden ist, d.h. in die Z-Achsenrichtung in den Zeichnungen, "Breite" steht für den Abstand in eine Richtung, die durch ein Loch führt, d.h. in die Y-Achsenrichtung in den Zeichnungen, und "Dicke" steht für den Abstand in eine Richtung, in der eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einem dünnen Plattenabschnitt laminiert ist, d.h. die X-Achsenrichtung in den Zeichnungen. Es gilt anzumerken, dass in den Zeichnungen Teile mit gleicher oder ähnlicher Funktion im Prinzip mit den gleichen Symbolen bezeichnet sind.
1. Ausführungsformen der Vorrichtung
Eine "piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung" (hierin im Folgenden einfach als "Vorrichtung" bezeichnet) ist ein Begriff, der sich auf ein Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt mittels eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Materials bezieht. Demgemäß kann die Vorrichtung vorzugsweise als aktives Element für eine Reihe von Aktuatoren, Oszillatoren und dergleichen eingesetzt werden, insbesondere als Verschiebungselement, das die Verschiebung aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts oder des elektrostriktiven Effekts nutzt, es kann aber auch als passives Element für ein Beschleunigungsaufnehmerelement, Stoßaufnehmer oder dergleichen verwendet werden.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst jedes Element eines Ansteuerabschnitts 3, der durch die Verschiebung eines piezoelektrischen Elements 2 angesteuert wird, eines beweglichen Abschnitts 4, der bezogen auf die Ansteuerung des Ansteuerabschnitts 3 verschoben wird, und eines Befestigungsabschnitts 5, der den Ansteuerabschnitt 3 und den beweglichen Abschnitt 4 hält. Der Ansteuerabschnitt 3 umfasst ein Paar an einander gegenüberliegenden dünnen Plattenabschnitten 6, 7 und ein filmartiges piezoelektrisches/elektrostriktives Element 2, das auf der Außenfläche zumindest eines dünnen Plattenabschnitts der dünnen Plattenabschnitte ausgebildet ist, wobei der Befestigungsabschnitt 5 mit dem beweglichen Abschnitt 4 über den Ansteuerabschnitt 3 gekoppelt ist, wobei ein Teil des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts auf dem Befestigungsabschnitt vorliegt und ein Loch durch eine Innenwand des Ansteuerabschnitts 3, eine Innenwand des beweglichen Abschnitts 4 und eine Innenwand des Befestigungsabschnitts 5 definiert ist. Eine Struktur, bei der ein piezoelektrischer Betätigungsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung den Befestigungsabschnitt oder den beweglichen Abschnitt überlappt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ver schiebungsform des Ansteuerabschnitts so geformt ist, dass sich der dünne Plattenabschnitt nach außen hin biegt, wodurch der bewegliche Abschnitt mittels Verschiebungsmechanismus stark verschoben werden kann. Um die Verschiebung zu gewährleisten wird dabei bevorzugt, dass der Abstand des piezoelektrischen/elektrostriktiven Betätigungsabschnitts, der den Befestigungsabschnitt oder den beweglichen Abschnitt überlappt, mehr als die Hälfte der Dicke d des dünnen Plattenabschnitts beträgt.
Die Vorrichtung 1 ist so strukturiert, dass das Verhältnis a/b der Dicke des Lochs, nämlich des Abstands a in X-Achsenrichtung in 1, und der Breite des dünnen Plattenabschnitts, nämlich des Abstands b in Y-Achsenrichtung in 1 0,5 bis 20 beträgt. Das Verhältnis a/b beträgt vorzugsweise 1 bis 10, noch bevorzugter 2 bis 8. Der definierte Wert von a/b basiert auf der Erkenntnis, dass eine Verschiebung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verstärkt wird und eine dominante Verschiebung in der X-Z-Ebene in 1 erhalten werden kann. Andererseits beträgt das Verhältnis e/a der Länge des dünnen Plattenabschnitts, nämlich des Abstands e in Z-Achsenrichtung in 1 und der Dicke a des Lochs a vorzugsweise 0,5 bis 10, noch bevorzugter 0,7 bis 5. Der definierte Wert von e/a basiert auf der Erkenntnis, dass eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Verschiebung bei hoher Resonanzfrequenz, nämlich bei hoher Ansprechgeschwindigkeit erzeugen kann. Damit also die vorliegende Vorrichtung zu einer Struktur wird, bei der eine Schwung- oder Schwenkverschiebung oder Vibration in Y-Achsen-Richtung unterdrückt wird und die Vorrichtung eine bessere Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten aufweist sowie auch über eine stärkere Verschiebung bei relativ niedriger Spannung verfügt, ist es noch bevorzugter, dass das Verhältnis a/b bei 0,5 bis 20 liegt und das Verhältnis e/a bei 0,5 bis 10 liegt und besonders bevorzugt, dass das Verhältnis a/b 1 bis 10 beträgt und das Verhältnis e/a 0,7 bis 5 beträgt. Das Loch 8 kann darüber hinaus mit einem Gelmaterial, wie z.B. einem Silicongel, befüllt sein.
Die Länge f des in 1 gezeigten beweglichen Abschnitts ist vorzugsweise kürzer. Mit einer kürzeren f kann der bewegliche Abschnitt 4 zu einem leichteren Abschnitt gemacht werden und die Resonanzfrequenz kann höher sein. Um die Steifigkeit des beweglichen Abschnitts 4 in X-Achsenrichtung zu sichern und um eine Verschiebung dessen zu gewährleisten, sollte das Verhältnis f/d in Bezug auf die Dicke d der oben angeführten dünnen Platte 3 oder mehr betragen, vorzugsweise 10 oder mehr. Es gilt anzumerken, dass die eigentlichen Dimensionen jeder der Komponenten bestimmt werden, indem Folgendes in die Messungen einbezogen wird: die Verbindungsfläche zur Anbringung der Komponenten an den beweglichen Abschnitt 4, die Verbindungsfläche zur Anbringung des Befestigungsabschnitts 5 an ein anderes Element, die Verbindungsfläche zur Anbringung von Elektrodenanschlüssen oder dergleichen, die mechanische Festigkeit und Beständigkeit der Vorrichtung als Ganzes, die erforderliche Verschiebung und Resonanzfrequenz, die Ansteuerspannung und dergleichen. Normalerweise beträgt der Wert a vorzugsweise 100 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 200 μm bis 1.000 μm. Normalerweise beträgt der Wert b vorzugsweise 50 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 100 μm bis 500 μm. Damit eine Schwenkverschiebung oder eine Verschiebungskomponente in Y-Achsenrichtung wirksam unterdrückt werden kann, beträgt der Wert d normalerweise b > d in Bezug auf die Dicke d des Lochabschnitts, vorzugsweise 2 μm bis 100 μm, noch bevorzugter 4 μm bis 50 μm. Normalerweise beträgt der Wert e vorzugsweise 200 μm bis 3.000 μm, noch bevorzugter 500 μm bis 2.000 μm. Für gewöhnlich beträgt der Wert f vorzugsweise 50 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 100 μm bis 1.000 μm. Es gilt anzumerken, dass durch eine solche Strukturierung der Vorrichtung die Verschiebung in Y-Achsenrichtung in Bezug auf die Verschiebung in X-Achsenrichtung, der Hauptachse, die Richtung üblicherweise nicht über 10 % steigt, wobei durch geeignete Einstellung in einem Bereich der bevorzugten Dimensionsverhältnisse und der eigentlichen Dimensionen ist eine Ansteuerung bei niedriger Spannung möglich, und die Verschiebungskomponente in Y-Achsenrichtung auf 5 % oder weniger eingestellt werden kann, was einen deutlichen Vorteil darstellt. Anders gesagt wird eine im Wesentlichen dominante Verschiebung für eine Achse der X-Achse, die die Hauptachse ist, erhalten. Dadurch kann eine Vorrichtung erhalten werden, die ein besseres Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten aufweist und eine stärkere Verschiebung bei relativ niedriger Spannung bewirkt.
Die Ansteuerrichtung des Ansteuerabschnitts 3 ist in 3 schematisch dargestellt. In 3 wird ein Fall gezeigt, bei dem das piezoelektrische Element 2 der Vorrichtung 1 auf einer Oberfläche eines Paars an dünnen Plattenabschnitten 6 ausgebildet ist und sich über den Befestigungsabschnitt erstreckt, wobei in diesem Fall der Ansteuerabschnitt in eine Richtung gesteuert wird, die orthogonal zur Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elements steht, was durch ein Symbol a' in 3 dargestellt wird, und zwar in eine Richtung, die mit dem Symbol b' gekennzeichnet ist. Anders gesagt kann der bewegliche Abschnitt 4, wie durch das Symbol c' gezeigt, in großem Ausmaß betrieben werden, da eine unendlich kleine Verschiebung in Ausdehnungs-/Kontraktions-Richtung des piezoelektrischen Elements 2 durch Biegen des dünnen Plattenabschnitts 6 zuerst zu einer größeren Ansteuerung verstärkt und anschließend an den beweglichen Abschnitt übertragen wird.
Es gilt anzumerken, dass die Vorrichtung 1, dadurch dass die Form der Vorrichtung, wie in 2 gezeigt, kein plattenartiger Körper ist, während der bewegliche Abschnitt 4 und der Befestigungsabschnitt 5 eine rechteckige Festkörperform aufweisen und die dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 so bereitgestellt sind, dass die Seitenflächen des beweglichen Abschnitts 4 und des Befestigungsabschnitts 5 kontinuierlich verlaufen, die Steifigkeit der Vorrichtung in Y-Achsenrichtung selektiv erhöht werden kann. Mit anderen Worten kann in der Vorrichtung 1 eine Betätigung des beweglichen Abschnitts 4 in nur einer Ebene, welche die Ansteuerrichtung des Ansteuerabschnitts 3 umfasst, nämlich in der X-Z-Ebene, selektiv erzeugt werden, und die Betätigung des beweglichen Abschnitts 4 in der Y-Z-Ebene, d.h. die Betätigung in die so genannte Schwenkrichtung, kann unterdrückt werden.
Die durch Innenwände des Ansteuerabschnitts 3, eine Innenwand des beweglichen Abschnitts 4 und eine Innenwand des Befestigungsabschnitts 5 definierte Gestalt des Lochs 8 ist optional, solange die Betätigung des Ansteuerabschnitts nicht behindert wird. Die Form kann beispielsweise so sein, dass der Hauptabschnitt Wölbungen aufweist, sowohl links als auch rechts, wie in 4 gezeigt, nach außen hin ausgebildet sind, oder dass der Hauptabschnitt Wölbungen aufweist, die sowohl links als auch rechts, wie in 5 gezeigt nach innen ausgebildet sind. Bei beiden Formen ist die Vorrichtung in Verschiebungsrichtung gebogen, womit eine gewünschte Verschiebung bei relativ niedriger Spannung erhalten werden kann.
Das Loch 8 kann so ausgebildet sein, dass ein Teil davon in einen Teil des beweglichen Abschnitts 4, wie in 6 gezeigt, eindringt oder mit einem Teil davon ausgebildet sein kann, der in einen Teil des Befestigungsabschnitts 5 sowie des beweglichen Abschnitts 4, wie in 7 gezeigt, eindringt. Im beweglichen Abschnitt 4 und Befestigungsabschnitt 5 ausgebildete Teile des Lochs 8 müssen sich nicht unbedingt ähneln oder gleich sein, und die Formen können je nach Anwendungsart der Vorrichtung oder dergleichen bestimmt werden. Natürlich muss die Form des im beweglichen Abschnitt 4 und/oder Befestigungsabschnitt 5 auszubildenden Lochs kein rechteckiger Festkörper oder kubisch sein und kann je nach Anwendungsart oder dergleichen aus bekannten Formen optional ausgewählt werden. In jedem der oben beschriebenen Fälle kann das Volumen des beweglichen Abschnitts 4 und/oder des Befestigungsabschnitts 5 reduziert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass natürlich eine Vorrichtung mit leichterem Gewicht erhalten werden kann, was insbesondere im beweglichen Abschnitt 4 vorteilhafterweise bewirkt, dass die Resonanzfrequenz erhöht wird. Da der Verbindungsabschnitt des dünnen Plattenabschnitts mit dem beweglichen Abschnitt oder dem Befestigungsabschnitt eine stufenförmige Struktur aufweist, kann ferner eine im Verbindungsabschnitt zentrierte Beanspruchung, verglichen mit einer Ausführungsform, die keine solche stufenförmige Struktur aufweist, wirksam aufgehoben werden, wodurch sich die Langzeitzuverlässigkeit verbessert.
Wie in 8 gezeigt, kann ein Durchgangsloch 8' in einem Teil des beweglichen Abschnitts 4 so ausgebildet werden, dass es mit dem Loch 8 kommuniziert. Obwohl nicht angeführt, kann das Durchgangsloch 8' in einem Teil des Befestigungsabschnitts 5 in einer 7 entsprechenden Form auf ähnliche Weise wie im beweglichen Abschnitt 4 auf eine mit dem Loch 8 kommunizierende Weise ausgebildet werden. Das Durchgangsloch 8' kann natürlich in einem Teil des Befestigungsabschnitts 5 statt im beweglichen Abschnitt 4 in einer mit dem Loch 8 kommunizierenden Form ausgebildet werden, auch wenn dies nicht angeführt ist. Die im beweglichen Ab schnitt 4 und im Befestigungsabschnitt 5 ausgebildeten Durchgangslöcher 8' müssen nicht ähnliche oder gleich geformt sein, und die Form kann je nach Anwendungsart der Vorrichtung oder dergleichen bestimmt werden. Die im beweglichen Abschnitt 4 und/oder Befestigungsabschnitt 5 ausgebildeten Durchgangslöcher 8' müssen natürlich keine rechteckige Festkörperform oder kubische Form aufweisen und es ist klar, dass deren Form je nach Anwendungsart davon oder dergleichen aus bekannten Formen optional ausgewählt werden kann.
Im Folgenden wird eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung beschrieben, die Folgendes umfasst: einen durch eine Verschiebung angesteuerten Ansteuerabschnitt, einen beweglichen Abschnitt, der bezogen auf die Ansteuerung des Ansteuerabschnitts betätigt wird, und einen Befestigungsabschnitt zum Halten des Ansteuerabschnitts und des beweglichen Abschnitts, wobei der Ansteuerabschnitt ein Paar an einander gegenüberliegenden dünnen Plattenabschnitten und einen filmartigen piezoelektrischen/elektrostriktiven Betätigungsabschnitt umfasst, der zumindest auf einem Teil der Außenfläche zumindest eines dünnen Plattenabschnitts der dünnen Plattenabschnitte ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die länger ist als die Länge des dünnen Plattenabschnitts, der den Ansteuerabschnitt bildet, und zumindest bis zu einem Teil des beweglichen Abschnitts reicht und/oder eine Breite aufweist, die gleich ist wie die Breite des dünnen Plattenabschnitts, wobei der Befestigungsabschnitt mit dem beweglichen Abschnitt über den Ansteuerabschnitt gekoppelt ist, wobei ein Loch durch eine Innenwand des Ansteuerabschnitts, eine Innenwand des beweglichen Abschnitts und eine Innenwand des Befestigungsabschnitts definiert ist.
Zuerst wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element verwendet wird, dass auf zumindest einem Teil der Außenfläche zumindest eines dünnen Plattenabschnitts der dünnen Plattenabschnitte ausgebildet ist und die gleiche Breite wie die Breite des dünnen Plattenabschnitts aufweist, wie in 9 dargestellt ist. Wenn die Breite des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements, wie in 9 und 10 gezeigt, die gleiche Breite wie der dünne Plattenabschnitt aufweist, wird die erzeugende Kraft des Ansteuerabschnitts gesteigert, wodurch vorteilhafterweise eine höhere Verschiebung bewirkt wird. In einem solchen Fall kann eine Vorrichtung umgesetzt werden, die auf jeweils beiden Paaren der dünnen Plattenabschnitte piezoelektrische Elemente 2 aufweist, wobei die untere Elektrode 2c der zwei piezoelektrischen Elemente 2 so bereitgestellt ist, dass sie herkömmlich verwendet werden kann, und auf einer Oberflächenseite, auf der Loch 8 offen ist, zum Befestigungsabschnitt 5 nach außen fortgesetzt, wobei eine obere Elektrode 2b auf der Oberflächenseite, wo die einzelnen piezoelektrischen Elemente 2 ausgebildet sind, direkt zum Befestigungsabschnitt 5 nach außen geführt ist. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung zuverlässig befestigt werden und vorteilhafterweise zur Komprimierung oder dergleichen dienen, was von Vorteil ist, da ein Teil der Seite des Befestigungsabschnitts 5 auf der anderen Oberfläche, auf welcher das Loch 8 geöffnet ist, nämlich der Ziffer 9 in 9, keine darauf ausgebildete Elektrode aufweist und der Teil zur Befestigung der Vorrichtung verwendet werden kann. Wie im weiteren Verlauf beschrieben wird, kann die Oberfläche der Elektrode 2c als Befestigungsoberfläche dienen, wobei das Verbinden und Befestigen mit Schaltkreisen und dergleichen gleichzeitig durch geführt werden kann. Darüber hinaus zeigt 10 eine Ausführungsform eines in einem Teil des beweglichen Abschnitts 4, wie in oben beschriebener 8 gezeigt, in mit dem Loch 8 kommunizierender Weise ausgebildeten Durchgangslochs 8', wobei die Länge des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements zu einem Teil des beweglichen Abschnitts 4 unter Verwendung eines Elements, das in Bezug auf die Z-Achsenrichtung länger ist, hin verlängert wird. In dieser Ausführungsform werden ein Vorteil durch die Bildung des Durchgangslochs 8' und ein weiterer Vorteil durch die Verlängerung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements in die Z-Achsenrichtung veranschaulicht, was zu bevorzugen ist. Eine ähnliche Struktur ist natürlich in Ausführungsformen, die in 1 und in den 3 bis 8 gezeigt werden, verwendbar. In 9 wird es jedoch hinsichtlich des Verschiebungsmechanismus der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Struktur trotz der Ausbildung eines Elements in der Nähe des beweglichen Abschnitts 4 bevorzugt, ein Element an einer Stelle über einer Länge von 65 % bis 85 % der Länge des dünnen Plattenabschnitts auszubilden, was zu einer großen Verschiebung führen kann.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein piezoelektrischer/elektrostriktiver Betätigungsabschnitt eine Länge aufweist, die länger ist als die Länge des dünnen Plattenabschnitts, der den Ansteuerabschnitt bildet und, wie in 11 und 29 gezeigt, bis zumindest einem Teil des beweglichen Abschnitts reicht. Wenn diese Struktur verwendet wird, kann die mechanische Festigkeit des Verbindungsabschnitts zwischen dem beweglichen Abschnitt und dem dünnen Plattenabschnitt verstärkt und die Resonanzfrequenz gesteigert werden. Zudem zeigt 29 einen Fall, bei dem ähnlich wie in 9 die Breite eines piezoelektrischen Elements die gleiche Breite aufweist wie jene des dünnen Plattenabschnitts und ein Ende davon das Ende des beweglichen Abschnitts teilt. Gemäß dieser Struktur wird zur in 11 gezeigten Wirkung der Struktur zusätzlich eine stark erzeugte Verschiebung und erzeugende Kraft in Bezug auf die Wirkung der Breite eines piezoelektrischen Elements hinzugefügt. Darüber hinaus ergibt sich das Merkmal, dass es unter den einander gegenüberliegenden piezoelektrischen Elementen zu geringen Abweichungen kommt, da die Form des piezoelektrischen Elements gemeinsam mit dem Befestigungsabschnitt durch später beschriebene mechanische Bearbeitung oder dergleichen bestimmt wird. Obwohl in den 11 und 29 die Längen der unteren Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode in einem piezoelektrischen Element gleich sind, müssen die Längen nicht zwingend gleich sein, und hinsichtlich des Verschiebungsmechanismus der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Struktur wird bevorzugt, dass zumindest die obere Elektrode kürzer als die piezoelektrische Schicht ist und die untere Elektrode etwa 50 % der Länge des dünnen Plattenabschnitts (Lochteillänge) aufweist. Diese Art der Elektrodenstruktur wird bevorzugt, da eine große Verschiebung erhalten werden kann, während gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Verbindungsabschnitts des dünnen Plattenabschnitts mit dem beweglichen Abschnitt gewährleistet ist.
In wie in 30 und 31 gezeigten Ausführungsformen wird im Unterschied zu einer Ausführungsform in oben beschriebener 9 ein Element im dünnen Plattenabschnitt in der Nähe des Befestigungsabschnitts 5 ausgebildet. Mit anderen Worten wird der piezoelektrische Betätigungsabschnitt in 30 und 31 im Gegensatz zu jenem Element, das als piezoelektrischer Betätigungsabschnitt auf eine sich über den dünnen Plattenabschnitt und den Befestigungsabschnitt erstreckende Weise in 9 ausgebildet ist, in einer sich über den dünnen Plattenabschnitt und den beweglichen Abschnitt erstreckende Weise ausgebildet. Wie auch in 9 ist die Breite des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements auch in 30 und 31 gleich wie die Breite des dünnen Plattenabschnitts, wodurch sich ein Vorteil wie in 9 ergibt und der bewegliche Abschnitt per se in grundsätzlich gleicher Weise wie in 9 verschoben werden kann. Es gilt anzumerken, dass 30 eine Ausführungsform ist, bei der auf dem Befestigungsabschnitt ein Anschluss auf der gleichen wie auf der mit einem Element ausgebildeten Oberfläche ausgebildet ist, während 31 eine Ausführungsform ist, bei der auf dem Befestigungsabschnitt und dem beweglichen Abschnitt ein Anschluss auf der gleichen wie auf der mit einem Element ausgebildeten Oberfläche ausgebildet ist, wobei ein Element mit einem an einer spezifischen Stelle bereitgestellten Anschluss je nach Art der jeweiligen Vorrichtungsverpackung zur Verwendung ausgewählt werden kann.
Nun wird eine Anordnung von Anschlüssen zum Anlegen von Ansteuersignalen 10 beschrieben, wie sie in 12 und 13 dargestellt ist. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Anschlüsse zum Anlegen von Ansteuersignalen 10 auf einer Seite des Befestigungsabschnitts 5 angeordnet sind, nämlich auf der gleichen Oberfläche, auf der auch das piezoelektrische/elektrostriktive Element ausgebildet ist. Gemäß dieser Struktur kann die Vorrichtung unabhängig von der Oberfläche, auf der die Anschlüsse angeordnet sind, befestigt werden, wodurch hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf die Befestigung der Vorrichtung und die Verbindung zwischen Schaltkreisen und Anschlüssen erhalten werden kann. In dieser Ausführungsform sind Anschlüsse und Stromkreise mithilfe einer flexiblen gedruckten Schaltung (auch FPC genannt), eines flexiblen Flachkabels (auch FCC genannt), Drahtbonden oder dergleichen verbunden. 13 zeigt Anschlüsse zum Anlegen von Ansteuersignalen 10, die auf einer Oberfläche angeordnet sind, die orthogonal zu einer Oberfläche steht, auf der ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element angeordnet ist. Wenn die Oberfläche, auf der die Anschlüsse zum Anlegen von Ansteuersignalen 10 ausgebildet sind, als Befestigungsoberfläche genutzt wird, kann das Verbinden der Anschlüsse zum Anlegen von Ansteuersignalen 10 mit Schaltkreisen (nicht dargestellt) vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem Befestigen der Vorrichtung per se durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform werden vorher Durchgangslöcher im Befestigungsabschnitt 5 ausgebildet, und nachdem die Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Material gefüllt wurden, wird die Struktur des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements so ausgebildet, dass die jeweiligen Elektroden mit den Durchgangslöchern verbunden sind, wonach die Fülloberflächen der Durchgangslöcher durch mechanische Bearbeitung freigelegt werden, sodass die Oberfläche als Anschluss zum Anlegen von Ansteuersignalen 10 verwendet wird. Als leitfähiges Material kann ein Leitungsdraht eingebettet werden. Es wird angemerkt, dass das in der Nähe des Lochs 8 bereitgestellte Durchgangsloch in dieser Ausführungsform als gemeinsamer Anschluss verwendet wird.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform mit einem im Loch 8 ausgebildeten Stab beschrieben. 14 zeigt eine Ausführungsform eines parallel in Z-Achsenrichtung ausgebildeten Stabs 12, und 15 zeigt eine Ausführungsform eines senkrecht in Z-Achsenrichtung ausgebildeten Stabs 12. In der in 14 gezeigten Ausführungsform kann die Steifigkeit der Vorrichtung ohne wesentliche Verringerung der Verschiebung gesteigert werden, was zu einer erhöhten Resonanzfrequenz führt, was als Vorteil zu sehen ist. In einer in 15 gezeigten Ausführungsform kann die Steifigkeit der Vorrichtung gesteigert werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass die Resonanzfrequenz erhöht wird. 16 zeigt eine Ausführungsform eines, wie in 15 gezeigten, senkrecht in Z-Achsenrichtung ausgebildeten Stabs 12, wobei zusätzlich zwei jeweils piezoelektrische/elektrostriktive Elemente zwischen den jeweiligen Löchern 8 angeordnet sind.
In oben beschriebener Ausführungsform ist durch einzelne Steuerung einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 2 sowie durch Differenzieren des Verschiebungsausmaßes ohne weiteres eine Betätigung möglich, bei der eine bogenförmige Betätigung innerhalb der X-Z-Ebene sowie eine Ausdehnungs-/Kontraktions-Betätigung in Z-Achsenrichtung synthetisiert werden. Die in 16 gezeigte Ausführungsform stellt eine Struktur dar, die sich zur Anwendung für den Gebrauch zum unabhängigen Durchführen von Verschiebungen der oberen Stelle 4 und der unteren Stelle 4 in 16 eignet.
Darüber hinaus ist es möglich, einen der zwei piezoelektrischen Elemente 2 als Ansteuerelement und das andere als Vibrationsdetektionselement zu verwenden. Anders gesagt kann der Ansteuerabschnitt als Beschleunigungssensor oder Aufprallsensor betrieben werden, indem der Ansteuerabschnitt der Vorrichtung zur Detektion einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts verwendet wird, wodurch eine Detektion einer Abweichung des Ansteuerelements ermöglicht wird, und wenn eine an das Ansteuerelement angelegte Spannung in Bezug auf ein Signal aus dem Detektionselement gesteuert wird, ist eine noch genauere Steuerung des Betätigungsausmaßes möglich. Durch Detektion einer Vibration einer Stelle per se, bei der eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung bereitgestellt ist und indem der bewegliche Abschnitt in Umkehrphase betrieben wird, um die detektierte Vibration auszugleichen, kann die relative Vibration des beweglichen Abschnitts unterdrückt werden, was von Vorteil ist.
Ferner ist nicht auf jeder der dünnen Plattenabschnitte ein piezoelektrisches Element ausgebildet, und das Element kann je nach Bedarf in eine Vielzahl von Elementen aufgeteilt werden. Wenn beispielsweise das Element, wenn auch nicht angeführt, in Y-Achsenrichtung geteilt ist, kann die Verschiebung jedes einzelnen piezoelektrischen Elements gesteuert werden, wodurch die Verschiebung in der Y-Z-Ebene (so genannte Schwenkkomponente) unterdrückt werden kann, und wenn ein Element in Z-Achsenrichtung geteilt ist, wird es am geteilten Abschnitt wahrscheinlich gebogen, wodurch das Betätigungsausmaß des beweglichen Abschnitts erhöht wird und die Auflösung des Betätigungsausmaßes verbessert werden kann. Wenn ein piezoelektrisches Element ferner geteilt ist, kann eines der geteilten piezoelektrischen Elemente zu einem Ansteuerelement und das andere zu einem Detektionselement gemacht werden, wodurch eine kompakte Struktur und Detektion sowie Steuerung mit besserer Präzision umgesetzt wird.
Wenn ein piezoelektrisches Element jeder der dünnen Plattenabschnitte wie oben beschrieben geteilt ist, wird vorzugsweise ein Schlitz, wenn auch nicht angeführt, am dünnen Plattenabschnitt zwischen den geteilten piezoelektrischen Elementen bereitgestellt. Da der dünne Plattenabschnitt dazu neigt, am Schlitz gebogen zu werden, tendiert ein einzelnes piezoelektrisches Element aufgrund einer solchen Strukturierung dazu, verschoben zu werden, wodurch die Verschiebung eines piezoelektrischen Elements wirksam an den beweglichen Abschnitt übertragen werden kann, was einen weiteren Vorteil darstellt.
Wenn es zwei oder mehr Ansteuerabschnitte gibt, müssen der bewegliche Abschnitt und der Befestigungsabschnitt natürlich nicht an beiden Enden der Vorrichtung vorliegen, und in einer in 16 gezeigten Ausführungsform können beide Enden durch die Befestigungsabschnitte positioniert sein und der bewegliche Abschnitt 4 kann zwischen den Befestigungsabschnitten 5-5 angeordnet sein.
In einer solchen Struktur können mechanische Festigkeit und Stoßfestigkeit trotz reduziertem Betätigungsausmaß des beweglichen Abschnitts verbessert werden, da die Vorrichtung 1 sicher befestigt werden kann, und die Betätigung innerhalb der Y-Z-Ebene (eine so genannte Betätigung in Schwenkrichtung) kann unterdrückt werden, was noch einen Vorteil darstellt.
In einem Fall, bei dem eine Vielzahl von Ansteuerabschnitten wie oben beschrieben bereitgestellt ist, wird es bevorzugt, dass jeder Spalt, wenn auch nicht angeführt, zwischen jedem der Ansteuerabschnitte, verglichen mit den Spalten im Befestigungsabschnitt und beweglichen Abschnitt, mit einem kürzeren Abstand strukturiert ist. Dadurch kann nämlich das Betätigungsausmaß in einer solchen Struktur erhöht werden.
Jeder der Ansteuerabschnitte kann darüber hinaus so strukturiert sein, dass dessen Länge zum beweglichen Abschnitt hin kürzer wird. In einer solchen Struktur wird am kürzeren Ansteuerabschnitt eine genaue Steuerung des Ansteuerausmaßes möglich, während das Ansteuerausmaß am längeren Ansteuerabschnitt erhalten bleibt, was zu bevorzugen ist, da der bewegliche Abschnitt ein großes Betätigungsausmaß erhalten kann und auch eine genaue Einstellung möglich wird. Obwohl eine ausgeglichene mechanische Festigkeit berücksichtigt werden sollte, wird es ferner bevorzugt, dass die Vorrichtung, wenn auch nicht angeführt, eine zwischen jedem der Ansteuerabschnitte ausgebildete Kerbe aufweist. An der Kerbe neigt ein dünner Plattenabschnitt dazu, gebogen zu werden, wodurch das Betätigungsausmaß des beweglichen Abschnitts erhöht werden kann. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist neben den oben beschriebenen Vorteilen den weiteren Vorteil auf, dass ein Material für andere Elemente neben einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element gemäß den erforderlichen Merkmalen jedes der Elemente geeignet ausgewählt werden kann, da es bei der Strukturierung der Gesamtvorrichtung nicht erforderlich ist, ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material zu verwenden. Anders gesagt, indem außer dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element andere Elemente mit einem leichtergewichtigen Material erstellt werden, kann die Vorrichtung beständiger gegenüber schädigenden Vibrationen gemacht werden, und auf gleiche Weise kann die mechanische Festigkeit, Handhabungseigenschaften, Stoßfestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Vorrichtung einfach verbessert werden.
Da der Gebrauch eines Füllstoffs nicht erforderlich ist, wird die Verschiebungswirksamkeit aufgrund einer inversen piezoelektrischen Wirkung oder einer elektrostriktiven Wirkung reduziert.
2. Komponenten der Vorrichtung
Nun wird jedes Element, aus denen eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht, mittels einer in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung detailliert und einzeln beschrieben, auch wenn es dabei teilweise zu Wiederholungen mit oben Beschriebenem kommt.
(1) Beweglicher Abschnitt und Befestigungsabschnitt
Ein beweglicher Abschnitt 4 ist ein Abschnitt zur Ansteuerung basierend auf dem Ansteuerausmaß eines Ansteuerabschnitts 3, und je nach Anwendungszwecken der Vorrichtung 1 ist darauf eine Reihe von Elementen befestigt. Wenn die Vorrichtung 1 beispielsweise als Verschiebungselement eingesetzt wird, sind beispielsweise ein Schutzschild für einen optischen Verschluss befestigt, oder wenn die Vorrichtung 1 als Mechanismus zur Ausrichtung oder Unterdrückung von Schwingungen einer Festplatte verwendet wird, kann ein Element, das einer Positionierung bedarf, wie etwa ein Magnetkopf, ein Gleitstück mit einem darauf befestigten Magnetkopf, eine Aufhängung mit einem darauf befestigten Gleiter oder dergleichen befestigt sein.
Ein Befestigungsabschnitt 5 ist ein Abschnitt zum Halten des Ansteuerabschnitts 3 und des beweglichen Abschnitts 4, und durch Halten und Befestigen des Befestigungsabschnitts 5 an einer beliebigen Basis, z.B. einem Trägerarm eines Schwingspulenmotors (VCM), entweder über eine Befestigungsplatte oder eine am Trägerarm befestigte Aufhängung und dergleichen, wird die Vorrichtung 1 als Ganzes befestigt, wenn sie zum Positionieren der oben beschriebenen Festplatte verwendet wird.
Weiters können auch Elektrodenleitungen oder andere Elemente angeordnet werden, um ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element 2 zu steuern. In Bezug auf das Material für den beweglichen Abschnitt 4 und den Befestigungsabschnitt 5 gibt es keine Einschränkungen, solange Steifigkeit darin vorhanden ist, wobei jedoch Keramikmaterialien, auf die das nachstehend beschriebene Laminierverfahren für grüne Keramiklagen angewandt wird, bevorzugt sind. Diese Keramikmaterialien umfassen insbesondere Materialien, die Zirconiumdioxid, wie z.B. vollständig stabilisiertes Zirconiumdioxid, teilweise stabilisiertes Zirconiumdioxid oder dergleichen, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid oder Titanoxid, als Hauptkomponente umfassen, und außerdem können Materialien eingesetzt werden, die ein Gemisch daraus als Hauptkomponente umfassen, aber im Hinblick auf hohe mechanische Festigkeit und hohe Zähigkeit ist Zirconiumdioxid, insbesondere ein Material, das vollständig stabilisiertes Zirconiumdioxid als Hauptkomponente umfasst, oder ein Material, das teilweise stabilisiertes Zirconiumdioxid als Hauptkomponente umfasst, bevorzugt.
(2) Ansteuerabschnitt
Ein Ansteuerabschnitt 3 ist ein Abschnitt zur Ansteuerung durch die Verschiebung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 2, der einander gegenüberliegende dünne Plattenabschnitte 6 und 7 und filmartige piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 2 umfasst, die auf der Oberfläche der dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 ausgebildet sind.
➀ Dünner Plattenabschnitt
Die dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 sind dünne plattenartige Elemente mit Biegsamkeit, die dazu dienen, eine Ausdehnungs- oder Kontraktionsverschiebung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 2, das auf ihren Oberflächen ausgebildet ist, in eine Biegeverschiebung zu verstärken und zu einem beweglichen Abschnitt 4 zu übertragen.
Demgemäß wird der Form oder dem Material der dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 genüge getan, wenn das Material über eine ausreichende Biegsamkeit und mechanische Festigkeit verfügt, um während einer Biegeverformung nicht zu Bruch zu kommen, und das Material kann, unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit und Ansteuerbarkeit des beweglichen Abschnitts, passend ausgewählt werden.
Für gewöhnlich beträgt die Dicke der dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 vorzugsweise etwa 2 μm bis 100 μm, und die Gesamtdicke der dünnen Plattenschichten 6 und 7 und der piezoelektrischen Elemente 2 beträgt vorzugsweise 7 μm bis 500 μm. Die Breite der dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 beträgt vorzugsweise 50 μm bis 2.000 μm.
Als Material für die dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 wird vorzugsweise ein Keramikkörper auf gleiche Weise wie im beweglichen Abschnitt 4 und Befestigungsabschnitt 5 verwendet, wobei Zirconiumdioxid, insbesondere ein Material mit vollständig stabilisiertem Zirconiumdioxid als Hauptkomponente, oder ein Material mit teilweise stabilisiertem Zirconiumdioxid als Hauptkomponente, aufgrund hoher mechanischer Festigkeit, hoher Zähigkeit und geringer Reaktivität mit piezoelektrischen Schichten oder Elektrodenmaterial besonders bevorzugt wird. Es gilt anzumerken, dass das oben angeführte vollständig stabilisierte Zironiumdioxid vorzugsweise wie später beschrieben stabilisiert ist. Als Verbindungen zur Stabilisierung von Zirconiumdioxid kommen nämlich Yttriumoxid, Ytterbiumoxid, Ceroxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid in Frage. Obwohl Zirconiumdioxid teilweise oder vollständig stabilisiert sein kann, indem zumindest eines der oben angeführten Verbindungen zugesetzt wird oder enthalten ist, ist die gewünschte Stabilisierung von Zirconiumdioxid nicht nur durch den Zusatz einer der oben angeführten Verbindungen möglich, sondern auch durch den Zusatz einer Kombination dieser Verbindungen.
Es gilt anzumerken, dass eine Beladung mit den jeweiligen Verbindungen für Yttriumoxid oder Ytterbiumoxid 1 bis 30 Mol-% (Molprozent), vorzugsweise 1, 5 bis 10 Mol-%, für Ceroxid 6 bis 50 Mol-%, vorzugsweise 8 bis 20 Mol-%, und für Calciumoxid oder Magnesiumoxid 5 bis 40 Mol-%, vorzugsweise 5 bis 20 Mol-%, ausmacht, und davon ist Yttriumoxid als Stabilisator besonders bevorzugt, wobei in diesem Fall die Beladung vorzugsweise 1,5 bis 10 Mol-%, noch bevorzugter 2 bis 4 Mol-% beträgt. Außerdem kann als Additiv für eine Sinterhilfe vorzugsweise auch Aluminiumoxid, Siliciumoxid, ein Übergangsmetalloxid oder dergleichen innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 20 Gew.-% zugesetzt werden.
Damit die oben beschriebene mechanische Festigkeit und die stabilisierte Kristallphase erhalten werden können, wird vorzugsweise Zirconiumoxid mit einem mittleren Kristallkorndurchmesser von 0,05 bis 3 μm, vorzugsweise 0,05 bis 1 μm oder weniger, verwendet. In Bezug auf die dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 kann, wie schon beschrieben, ein ähnliches oder das gleiche Keramikmaterial wie für den beweglichen Abschnitt 4 und den Befestigungsabschnitt 5 verwendet werden, obwohl es im Hinblick auf eine höhere Zuverlässigkeit der Verbindungsabschnitte, höhere mechanische Festigkeit der Vorrichtung und einfachere Herstellung vorzugsweise aus im Wesentlichen demselben Material besteht.
➁ Piezoelektrisches Element
Ein piezoelektrisches Element 2 umfasst zumindest eine piezoelektrische Schicht und ein Paar an Elektroden zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Schicht. Obwohl ein herkömmlicherweise bekanntes piezoelektrisches Element vom Unimorph-Typ, Bimorph-Typ oder dergleichen eingesetzt werden kann, besteht das piezoelektrische Element, das der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Vorrichtung entspricht, vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Element vom Unimorph-Typ, da der Unimorph-Typ höhere Stabilität in Bezug auf das zu erzeugende Verschiebungsausmaß aufweist und vorteilhaft bei der Verringerung des Gewichts ist. Wie beispielsweise in 17 dargestellt wird vorzugsweise ein piezoelektrisches Element 2 vom Laminat-Typ oder dergleichen mit einer unteren Elektrode 2c, einer piezoelektrischen Schicht 2a und einer oberen Elektrode 2b, oder dergleichen, die darauf in Schichten laminiert sind, verwendet. Zusätzlich zu einem Mechanismus, bei dem die piezoelektrische Schicht 2a, obwohl nicht gezeigt, zwischen einem Paar an oberen und unteren Elektroden angeordnet ist, wird auch bevorzugt, dass ein piezoelektrisches Element in mehrstufiger Struktur ausgebildet wird, indem weiters eine piezoelektrische Schicht 2a auf der oberen Elektrode (in einem solchen Fall wird die Elektrode nicht als obere Elektrode bezeichnet) und ferner eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht 2a ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann auch ein wie in 18 gezeigtes piezoelektrisches Element 2 verwendet werden, das eine erste Elektrode 2b und eine zweite Elektrode 2c umfasst, wobei beide eine Kammstruktur aufweisen, wobei die erste Elektrode 2b und die zweite Elektrode 2c abwechselnd einem Spalt 13 mit vorbestimmter Breite zwischen den jeweiligen Zähnen jedes Kamms gegenüberliegen. In 18 können die Elektroden zwischen dem dünnen Plattenabschnitt 6 und der piezoelektrischen Schicht 2a ausgebildet sein, auch wenn eine erste Elektrode 2b und eine zweite Elektrode 2c auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 2a, die den Elektrode 2c auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 2a, die den dünnen Plattenabschnitt 6 überlappt, angeordnet sind, oder die Elektroden sind vorzugsweise sowohl auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 2a als auch zwischen der dünnen Platte 6 und der piezoelektrischen Schicht 2a ausgebildet. Mit anderen Worten sind Elektroden in einem piezoelektrischen Element der vorliegenden Struktur auf zumindest einer Hauptfläche zumindest einer piezoelektrischen Schicht 2a ausgebildet. Ferner umfasst ein wie in 19 gezeigtes piezoelektrisches Element auch eine erste Elektrode 2b und eine zweite Elektrode 2c, die beide eine Kammstruktur aufweisen, und ist so strukturiert, dass die erste Elektrode 2b und die zweite Elektrode 2c abwechselnd einem Spalt 13 mit vorbestimmter Breite zwischen den jeweiligen Zähnen jedes Kamms gegenüberliegt. Obwohl ein piezoelektrisches Element 2 so vorliegt, dass es in der Lage ist, die piezoelektrische Schicht 2a in einem Spalt 13 zwischen der ersten Elektrode 2b und der zweiten Elektrode 2c einzubetten, kann ein solches piezoelektrisches Element vorzugsweise auch in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Elements mit Elektroden vom Kammtyp, wie dies bei dem in oben angeführten 18 und 19 der Fall ist, kann die Verschiebung des piezoelektrischen Elements durch Verkleinerung des Abstands D zwischen den jeweiligen Zähnen jedes Kamms erhöht werden. Die Form des dünnen Plattenabschnitts, in welchem ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element gemäß der vorliegenden Anmeldung ausgebildet wird, ist nicht darauf beschränkt, rechteckig zu sein; es kann auch eine Kreisform gewählt werden, wobei es in einem solchen Fall bevorzugt wird, ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element vom Komplementärtyp zu verwenden. In 34 ist ein Paar an Elektroden 2b und 2c jeweils strukturiert, um Schäfte 20 und 22 aufzuweisen, die sich zum Mittelpunkt der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 2a hin erstrecken und jeweils Abzweigungen 24 und 26 aufweisen, die Mehrfachabzweigungen aus den Schäften 20 und 22 aufweisen.
Es gilt anzumerken, dass obwohl das piezoelektrische Element 2 wie die in 1 gezeigte Vorrichtung ausgebildet ist, das piezoelektrische Element 2 auch innerhalb der Vorrichtung 1 (und zwar im Loch) und auch sowohl innerhalb als auch außerhalb der Vorrichtung 1 hinsichtlich dessen, dass der Ansteuerabschnitt ein großes An steuerungsausmaß aufweist, vorzugsweise auf der Außenfläche der Vorrichtung 1. ausgebildet sein kann. Es gilt anzumerken, dass bei der Ausbildung des piezoelektrischen Elements 2 innerhalb der Vorrichtung 1 ein Verfahren angewandt wird, bei dem das piezoelektrische Element gleichzeitig mit der Herstellung der Basis, die zumindest einen dünnen Plattenabschnitt, einen Befestigungsabschnitt und einen beweglichen Abschnitt umfasst, ausgebildet wird, was später beschrieben ist, wobei der piezoelektrische Betätigungsabschnitt den Befestigungsabschnitt und/oder den beweglichen Abschnitt überlappt. Als piezoelektrische Schicht wird, auch wenn ein piezoelektrischer Keramikkörper bevorzugt wird, ein elektrostriktiver Keramikkörper, ein ferroelektrischer Keramikkörper oder ein antiferroelektrischer Keramikkörper ebenfalls verwendet. Wenn das piezoelektrische Element 2 jedoch für einen Magnetkopf oder dergleichen verwendet wird, wird vorzugsweise ein Material mit geringer Dehnungsshysterese eingesetzt und ein Material mit einer elektrischen Koerzitivkraft von 10 kV/mm oder weniger bevorzugt, da die Linearität zwischen einem Betätigungsausmaß des beweglichen Abschnitts und einer Ansteuerspannung oder einer Ausgangsspannung als wichtig erachtet wird.
Als spezifischer, für diesen Zweck verwendbarer piezoelektrischer Keramikkörper, ist ein solcher angeführt, der Bleizirconat, Bleititanat, Bleimagnesiumniobat, Bleinickelniobat, Bleizinkniobat, Bleimanganniobat, Bleiantimonstannat, Bleimanganwolframat, Bleicobaltniobat, Bariumtitanat, Natriumbismuttitanat, Kaliumnatriumniobat, Strontiumbismuttantalat und dergleichen jeweils einzeln oder als Gemisch enthält. Insbesondere angesichts dessen, dass der Keramikkörper einen höheren elektromechanischen Kopplungsfaktor und eine höhere piezoelektrische Konstante und eine geringe Reaktivität mit den dünnen Plattenabschnitten (Keramikkörper) beim Sintern einer piezoelektrischen Schicht aufweist, und ein in der Zusammensetzung stabilisierter Keramikkörper erhalten werden kann, wird vorzugsweise ein Material, das Bleizirconat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobat als Hauptkomponente enthält, oder ein Material, das Natriumbismuttitanat als Hauptkomponente enthält, bevorzugt verwendet.
Weiters können für die obengenannten piezoelektrischen Keramiken Oxide von Lanthan, Calcium, Strontium, Molybdän, Wolfram, Barium, Niob, Zink, Nickel, Mangan, Cerium, Cadmium, Chrom, Cobalt, Antimon, Eisen, Yttrium, Tantal, Lithium, Wismuth, Zin, oder ähnliches einzeln oder als Keramikmischung verwendet werden. Zum Beispiel, wenn Lanthan oder Strontium in einem Gemisch aus Bleizirkanat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobat beinhaltet ist, das eine Hauptkomponente ist, kann ein Vorteil dadurch erzielt werden, dass das elektrische Koerzitivfeld, die piezoelektrischen Eigenschaften oder ähnliches einstellbar gemacht wird.
Andererseits wird erwünscht, dass eine Elektrode eines piezoelektrischen Elements bei Raumtemperatur fest ist und aus einem Metall mit höherer Leitfähigkeit besteht, wobei ein solches Metall, wie z.B. Aluminium, Titan, Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niobium, Molybdän, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Silber, Zinn, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold, Blei oder dergleichen, alleine oder als Legierung jeder dieser Metalle eingesetzt werden kann. Darüber hinaus kann zu diesem Zweck auch ein Cermet-Material verwendet werden, das mit dem gleichen Material wie die piezoelektrische Schicht und/oder der dünne Plattenabschnitt dispergiert ist, verwendet werden.
Die Auswahl eines Materials für eine Elektrode eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements hängt vom Verfahren zur Ausbildung der piezoelektrischen Schicht ab. Wenn beispielsweise zuerst eine erste Elektrode auf dem dünnen Plattenabschnitt ausgebildet wird, und dann durch Sintern eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht auf der ersten Elektrode ausgebildet wird, ist es notwendig, ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt zu verwenden, wie z.B. Platin oder dergleichen, das bei der Sintertemperatur der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht nicht beeinflusst wird. Da die zweite Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet werden soll, nachdem die piezoelektrische Schicht gebildet ist, bei einer niedrigen Temperatur ausgebildet werden kann, ist ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt wie Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen verwendbar.
Da die Dicke einer Elektrode ebenfalls eine erhebliche Verschlechterung der Verschiebung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements verursachen kann, besonders bei einer oberen Elektrode, wie sie in 17 dargestellt ist, die nach dem Sintern der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht ausgebildet werden soll, oder im Falle der kammartigen Elektrode, wie sie in 18 dargestellt ist, wird vorzugsweise ein Material aus einer organischen Metallpaste, wie z.B. Goldresinatpaste, Platinresinatpaste, Silberresinatpaste oder dergleichen eingesetzt, was einen feineren und dünneren Film nach dem Sintern garantiert.
Obwohl in einer Vorrichtung 1, in der jeweils eine piezoelektrische Elektrode 2 auf zwei gegenüberliegenden dünnen Plattenabschnitten 6 und 7 ausgebildet ist, eine Vielzahl von Arten für die Elektrodenleitungen von einem piezoelektrischen Element 2 als in 9 oder 11 dargestellte Arten zur Verfügung stehen, wird herkömmlich eine untere Elektrode 2c der zwei piezoelektrischen Elemente verwendet und auf einer Seite, auf der ein Loch 8 offen ist, zum Befestigungsabschnitt 5 nach außen fortgesetzt, und obere Elektroden 2b werden auf der Oberflächenseiten, wo die einzelnen piezoelektrischen Elemente 2 ausgebildet sind, direkt zum Befestigungsabschnitt 5 nach außen geführt. Da bei solchen Arten auf einem Abschnitt auf der Seite des Befestigungsabschnitts 5 auf der anderen Oberfläche, wo das Loch 8 offen ist (Symbol 9 in 9), keine Elektrode ausgebildet ist, und der Abschnitt zur Befestigung der Vorrichtung zur Verfügung steht, kann die Vorrichtung zuverlässig befestigt werden, was vorteilhaft für die Verdichtung und dergleichen ist.
Als alternative Art können, wie in 20(a) dargestellt ist, sowohl eine obere Elektrode 2b als auch eine untere Elektrode 2c so nach außen führen, dass sie auf der Oberflächenseite des Befestigungsabschnitts 5, wo die einzelnen piezoelektrischen Elemente 2 ausgebildet sind, nebeneinander liegen, oder wie in 20(b) dargestellt ist, können sowohl eine obere Elektrode 2b als auch eine untere Elektrode 2c auf den entsprechenden Oberflächen, wo die piezoelektrischen Elemente 2 ausgebildet sind, jeweils separat zur Seite des beweglichen Abschnitts 4 und zur Seite des Befestigungsabschnitts 5 nach außen führen.
3. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
Nun wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Vorzugsweise ist das Material, aus dem die einzelnen Elemente bestehen, für eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Keramikmaterial, und sämtliche Komponenten, und zwar die Basis der Vorrichtung mit Ausnahme eines piezoelektrischen Elements, das einen dünnen Plattenabschnitt, einen Befestigungsabschnitt und einen beweglichen Abschnitt und je nach Fall einen Stab umfasst, werden mithilfe des Laminierverfahrens für grüne Keramiklagen hergestellt, wobei bevorzugt wird, dass die jeweiligen Anschlüsse, wie etwa ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element, unter Einsatz von Filmbildungsverfahren für dünne Filme, dicke Filme oder dergleichen hergestellt werden. Das Laminierverfahren für grüne Keramiklagen, das in der Lage ist, jedes der Elemente der Basis der Vorrichtung einstückig auszubilden, ist ein einfaches Herstellungsverfahren, das hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf die Verbindungsabschnitte und die Steifigkeit der Vorrichtung bereitstellt, da es im Laufe der Zeit kaum zu Zustandsänderungen an den Verbindungsabschnitten der einzelnen Elemente kommt. In einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung stellt die Zuverlässigkeit beim Verbinden einen äußerst wichtigen Punkt dar, der für die Merkmale der Vorrichtung maßgebend ist, da der Verbindungsabschnitt des dünnen Plattenabschnitts, der den Ansteuerabschnitt darstellt, mit dem Befestigungsabschnitt und dem beweglichen Abschnitt als Angelpunkt zur Bildung einer Verschiebung dient. Da das Verfahren weiters bessere Produktivität und Formbarkeit mit sich bringt, kann eine Vorrichtung mit einer vorbestimmten Gestalt dadurch in kürzerer Zeit und mit besserer Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Es gilt anzumerken, dass, obwohl die Bezeichnungen „dünne Platte" und „dünner Plattenabschnitt" in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, Erstere für ein Element im Zusammenhang mit einer grünen Lage beim Herstellungsverfahren steht, während Letztere sich auf einen Abschnitt bezieht, der zusammen mit einem piezoelektrischen Element einen Ansteuerabschnitt in einem Laminat bildet.
(1) Verfahren zur Herstellung des Laminatkörpers
Zuerst wird eine Aufschlämmung hergestellt, indem ein Bindemittel, ein Lösungsmittel, ein Dispersionsmittel, ein Weichmacher oder dergleichen zu Keramikpulver aus ausgewähltem Zirconiumdioxid oder dergleichen zugesetzt und eingemischt werden, wonach die Aufschlämmung entgast und zur Herstellung einer grünen Keramiklage mit einer vorbestimmten Dicke verwendet wird, und zwar mittels des Umkehrwalzenbeschichtungsverfahrens, Rakelverfahrens oder dergleichen.
Dann wird die grüne Keramiklage mittels eines Verfahrens, wie z.B. Stanzen unter Verwendung einer Stanzform, Laserbearbeitung oder dergleichen, zu verschiedenen Gestalten verarbeitet, z.B. zu den in 21 dargestellten.
Eine grüne Keramiklage 101 stellt eine grüne Keramiklage schematisch dar, die nach dem Sintern hauptsächlich eine dünne Platte bildet, und eine grüne Keramiklage 102 mit zumindest einem darauf ausgebildeten rechteckigen Loch 103, die eine grüne Keramiklage für Elemente darstellt, die einen beweglichen Abschnitt und einen Befestigungsabschnitt bilden. Mit der grünen Keramiklage 102 kann eine Vielzahl von Vorrichtungen gleichzeitig erhalten werden, oder zumindest eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von beweglichen Abschnitten kann erhalten werden, indem eine Reihe oder mehrere Reihen von Löchern 103 nebeneinander ausgebildet werden. Durch den Einsatz von zumindest zwei grünen Keramiklagen, die dünne Platten bilden sollen, und zumindest einer grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, das vorher bereitgestellt wird, und durch Auflaminieren zumindest einer grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch darauf, beispielsweise zwischen zumindest zwei grünen Keramiklagen, die dünne Platten bilden sollen, kann ein grüner Keramiklaminatkörper erhalten werden, der grüne Keramiklagen, die ein Paar dünne Platten bilden sollen, und eine Reihe von grünen Keramiklagen mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch umfasst. Natürlich gibt es keinerlei spezielle Einschränkungen in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des grünen Keramiklaminatkörpers, mit anderen Worten in Bezug auf die Laminierreihenfolge der grünen Keramiklagen, die dünne Platten bilden sollen, und der grünen Ke ramiklagen mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, und normalerweise kann das Laminieren in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, solange die nachfolgenden Verfahren nicht durch den Laminatkörper beeinflusst werden.
Schritte zur Herstellung des grünen Keramiklaminatkörpers umfassen einen Schritt des Herstellens von grünen Keramiklagen, die ein Paar dünne Platten bilden sollen, um einander gegenüberliegend laminiert zu werden, einen Schritt des Herstellens von grünen Keramiklagen, die ein Paar dünne Platten werden soll, um jeweils so laminiert zu werden, dass sie auf den äußersten Schichten einander gegenüberliegen, einen Schritt des Herstellens einer grünen Keramiklage, die eine dünne Platte bilden soll und mit zumindest einer grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch laminiert ist, einen Schritt des Herstellens einer grünen Keramiklage, die eine dünne Platte bilden soll und mit einer gewünschten Anzahl von grünen Keramiklagen mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch laminiert ist, einen Schritt des Herstellens zumindest einer grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, die mit grünen Keramiklagen laminiert ist, welche ein Paar dünne Platten auf der äußersten Schicht bilden sollen, und zwar einander gegenüberliegend, einen Schritt, bei dem zwei Laminatkörper A, hergestellt durch Laminieren einer grünen Keramiklage, die eine dünne Platte bilden soll, mit zumindest einer grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, vorbereitet werden und ein Laminatkörper B, der mit einem oder einer Vielzahl von grünen Keramiklagen, die jeweils ein darauf ausgebildetes Loch aufweisen, laminiert ist, hergestellt wird, und wenn die beiden Laminatkörper A laminiert werden, um die dünnen Platten zu erhalten, welche die äußersten Schichten bilden, kann das Laminieren durch das Dazwischenliegen der einen grünen Keramiklage mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch oder des Laminatkörpers B und dergleichen durchgeführt werden.
Es gilt anzumerken, dass wenn eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch solch ein Laminierverfahren für grüne Keramiklagen hergestellt wird, bei der Ausbildung eines Lochs durch Laminieren dicker Lagen, wie in 28(a) dargestellt ist, die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass es zu einem Größenunterschied in den Längen L1 und L2 der dünnen Platten kommt, die mit dem Ansteuerabschnitt verbunden sind, etwa durch Schrumpfen der grünen Keramiklagen, durch eine Verschlechterung der Bearbeitungspräzision aufgrund eines Unterschieds in der Abmessungsgenauigkeit begleitet von einer Bearbeitung dicker grüner Keramiklagen, oder durch eine Verlagerung von Positionen während der Verformung von Lagen während des Laminierens oder dergleichen. Der Unterschied in den Abmessungen von L1 und L2 zeigt sich intakt als Unterschied in der Verschiebung in die Links- und Rechtsrichtung (X-Achsenrichtung) in 28(a).
Diese Probleme werden in Angriff genommen, indem ein Schritt durchgeführt wird, bei dem beim Laminieren zumindest einer Vielzahl von grünen Keramiklagen mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch eine grüne Keramiklage, die auf einem Kunststofffilm aufgebracht ist und zumindest ein darauf ausgebildetes Loch aufweist, auf eine Oberfläche laminiert wird, welche die äußerste Oberfläche des grünen Keramiklaminatkörpers mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch darstellen soll, sodass der Kunststofffilm eine neue äußerste Schicht darstellt, der Kunststofffilm nach dem genauen Positionieren des Lochs entfernt wird, oder ein Schritt, bei dem eine auf einem Kunststofffilm aufgebrachte und zumindest ein darauf ausgebildetes Loch aufweisende grüne Keramiklage auf eine grüne Keramiklage laminiert wird, welche die dünne Platte bilden soll, sodass der Kunststofffilm eine neue Außenschicht darstellt, und nach dem genauen Positionieren des Lochs der Kunststofffilm entfernt wird. Mittels obigen Schritts kann nicht nur die Verformung einer grünen Keramiklage während ihrer Handhabung im Wesentlichen vermieden werden, sondern auch beide Oberflächen, welche die äußersten Oberflächen darstellen sollen, können jeweils mit der gleichen Gestalt ausgebildet werden, was, wie in 28(b) gezeigt, eine genaue Positionierung des Lochs ermöglicht und die Laminierpräzision erhöht, was wiederum durch die Verbesserung der Bearbeitungspräzision zu einer Stabilisierung der Abmessungen führt, mit dem Ergebnis, dass die Eigenschaften der Vorrichtung, z.B. Verschiebungseigenschaften, verbessert werden.
Weiters weist von den oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung unter Einsatz des Kunststofffilms Ersteres eine geringere Anzahl an Laminierschritten zur Erhal tung des endgültigen Laminatkörpers und stellt ein effektives Verfahren zur Verringerung der Herstellungsschritte dar, während Letzteres durch die Bereitstellung einer Verbindungshilfsschicht, die nachstehend beschrieben wird, damit die Verbindungseigenschaften an eine Laminatgrenzfläche sichergestellt werden, andererseits vorteilhaft ist.
Mit anderen Worten ist Ersteres in Bezug auf die Anzahl von Laminierschritten effizienter, da eine auf einem Kunststofffilm ausgebildete grüne Keramiklage auf einmal mit der anderen grünen Keramiklage mit einem darauf ausgebildeten Loch laminiert werden kann, und auch das Laminieren mit gegenüberliegenden Oberflächen, wo nach dem Laminieren Kunststofffilme entfernt werden, und mit grünen Keramiklagen, die dünne Platten bilden sollen, auf einmal durchgeführt werden können. Das gesamte erforderliche Laminieren kann in einem solchen Fall durch mindest zweimaliges Laminieren durchgeführt werden. Im letzteren Verfahren müssen die einander gegenüberliegenden dünnen Platten mit einer grünen Keramiklage mit zumindest einem Loch, die auf einem Kunststofffilm aufgebracht ist, in jeweils separaten Laminierschritten auflaminiert werden, um danach mit einer grünen Keramiklage, die ein darauf ausgebildetes Loch aufweist, auflaminiert zu werden. Daher beträgt die Anzahl der Laminierschritte im Letzteren mindestens drei, d.h. mehr Laminierschritte als im ersteren Verfahren.
Weiters wird in Bezug auf die Hafthilfsschicht zur Verbesserung der Laminiereigenschaften von grünen Keramiklagen diese Hafthilfsschicht im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche einer grünen Keramiklage ausgebildet, bevor das Loch oder dergleichen bearbeitet wird, und danach wird ein Loch mit einer vorbestimmten Gestalt durch Stanzen oder dergleichen unter Einsatz einer Form ausgebildet, wonach eine vorbestimmte Anzahl davon laminiert wird. Wenn dies jedoch auf ersteres Verfahren angewandt wird, nachdem der Film abgezogen und entfernt wurde, muss eine Verbindungshilfsschicht auf einer Laminatoberfläche mit einer dünnen Platte ausgebildet werden. An diesem Punkt ist, obwohl die Gestalt genau mithilfe einer Stanzform oder dergleichen geformt wird, mit der ausgebildeten Verbindungshilfsschicht die Wahrscheinlichkeit größer, dass die Formgenauigkeit abnimmt. Alternativ dazu gibt es Möglichkeiten, eine Verbindungshilfsschicht für die grüne Lage, welche die dünne Platte bilden soll, bereitzustellen. In einem solchen Fall nimmt, da normalerweise die Dickevariation der Verbindungshilfsschicht größer ist als die Dickevariation der grünen Lage, welche die dünne Platte bilden soll, nicht nur die gesamte Dickevariation zu, sondern die dünne Platte wird genauso verdickt wie die Verbindungshilfsschicht, wodurch die Eigenschaften der Vorrichtung verschlechtert werden. Wenn eine Verbindungshilfsschicht im Gegensatz dazu auf Letzteres angewandt wird, kann die Verbindungshilfsschicht auf der grünen Keramiklage ausgebildet werden, und zwar an dem Punkt, an dem die grüne Keramiklage auf einem Kunststofffilm aufgebracht wird, wird die Präzision des Lochs durch die Präzision der Form sichergestellt, und die grüne Lage, welche die dünne Platte bilden soll, wird in keinster Weise bearbeitet, wodurch hohe Laminierzuverlässigkeit und hohe Dimensionsgenauigkeit kombiniert werden können. In Bezug auf die Oberfläche, wo ein Kunststofffilm abgezogen und entfernt wird, wird die Laminierzuverlässigkeit durch eine Verbindungshilfsschicht sichergestellt, die auf einer separaten grünen Keramiklage mit einem darauf ausgebildeten Loch ausgebildet wird, die auf die Oberfläche auflaminiert werden soll.
Obwohl beide Verfahren das gemeinsame Ziel haben, die dünnen Plattenabschnitte zu stabilisieren, gibt es unterschiedliche Merkmale in den Herstellungsschritten, und die Verfahren können je nach Struktur und dergleichen des Laminatkörpers passend ausgewählt werden.
Es gilt anzumerken, dass eine auf einem Kunststofffilm aufgebrachte grüne Keramiklage, die zumindest ein darauf ausgebildetes Loch aufweist, nicht nur eine grüne Keramiklage mit einem darauf ausgebildeten Loch umfasst, die durch Formstanzen oder Laserbearbeitung aus einer grünen Keramiklage auf einem Kunststofffilm hergestellt wurde, sondern auch eine grüne Keramiklage mit zumindest einem Loch, vorher in einer vorbestimmten Gestalt ausgebildet, mit einem darauf aufgebrachten Kunststofffilm. Weiters ist der Kunststofffilm vom Standpunkt der Abzieheigenschaften, mechanischen Festigkeit oder dergleichen vorzugsweise ein Poly(ethylenterephthalat)film. Weiters ist die Dicke der grünen Keramiklage auf dem Kunststofffilm vorzugsweise geringer, und noch bevorzugter ist die Dicke gleich wie die Dicke der grü nen Lage für die dünne Platte. Der Grund dafür ist, dass durch die dünnere grüne Keramikplatte die Bearbeitungspräzision der grünen Keramiklage an sich verbessert werden kann. Außerdem werden, um die Handhabung der einzelnen grünen Lagen, insbesondere der grünen Keramiklagen, welche die dünnen Platten bilden sollen, zu vereinfachen und eine Dehnung und ein Durchhängen einer Lage zu verhindern sowie die Gestalt der dünnen Plattenabschnitte zu stabilisieren, die Lagen vorzugsweise am oben beschriebenen Kunststofffilm haftend gehandhabt.
Spezifische Beispiele für die Herstellung eines grünen Keramiklaminats sind nachstehend beschrieben. Hierin angeführte Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und es versteht sich von selbst, dass die Herstellung einer grünen Keramiklage in keinster Weise auf diese Beispiele eingeschränkt ist.
Laminierbeispiel 1
Eine grüne Keramiklage 1 (hierin wird „grüne Lage" im Folgenden mit „GS" (für englisch „green sheet") abgekürzt) zur Ausbildung einer dünnen Platte, GS1 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS2 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS3 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS4 mit einem darauf ausgebildeten Loch und GS2 mit einem darauf ausgebildeten Loch wurden wie in 32 dargestellt nacheinander laminiert, anschließend verdichtet, wodurch ein einstückig ausgebildeter grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Laminierbeispiel 2
Schritt 1: GS1 zur Ausbildung einer dünnen Platte wurde mit GS1 mit einem darauf ausgebildeten Loch laminiert, die Platten anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Schritt 2: GS4 wurde mit einem darauf ausgebildeten Loch mit einer grünen Keramiklage 2 zur Ausbildung der zweiten dünnen Platte laminiert, die Platten anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Schritt 3: Ein in Schritt 1 erhaltener grüner Keramiklaminat-Verbundkörper, GS2 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS3 mit einem darauf ausgebildeten Loch und ein in Schritt 2 erhaltener grüner Keramiklaminat-Verbundkörper wurden nacheinander laminiert und anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Laminierbeispiel 3
Schritt 1: GS1 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS2 mit einem darauf ausgebildeten Loch, GS3 mit einem darauf ausgebildeten Loch und GS4 mit einem darauf ausgebildeten Loch wurden nacheinander laminiert und anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Schritt 2: GS1 zur Ausbildung einer dünnen Platte, ein in Schritt 1 erhaltener grüner Keramiklaminat-Verbundkörper und GS2 zur Ausbildung der zweiten dünnen Platte wurden nacheinander laminiert und anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Laminierbeispiel 4
Schritt 1: GS2 mit einem darauf ausgebildeten Loch wurde mit GS3 mit einem darauf ausgebildeten Loch laminiert, die Platten anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Schritt 2: GS1 zur Ausbildung einer dünnen Platte, ein in Schritt 1 erhaltener grüner Keramiklaminat-Verbundkörper mit einem darauf ausgebildeten Loch und GS2 zur Ausbildung der zweiten dünnen Platte wurden nacheinander laminiert und anschließend verdichtet, wodurch ein grüner Keramiklaminat-Verbundkörper erhalten wurde.
Die in den oben beschriebenen Laminierbeispielen 1 bis 4 erhaltenen grünen Keramiklaminatkörper werden gesintert, sodass gesinterte Verbundkörper erhalten werden. Die oben beschriebenen Beispiele zeigen jedoch nicht alle Verfahren zur Her stellung der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, und es gibt keinerlei spezifische Einschränkungen in Bezug auf die Anzahl und die Reihenfolge der Verdichtungsschritte.
Die Anzahl und Reihenfolge der Verdichtungsschritte wird am besten so bestimmt, dass die gewünschte Struktur erhalten wird, und zwar in Abhängigkeit von der Struktur, z.B. der Form des Lochs, der Lagenanzahl der grünen Keramiklagen mit einem darauf ausgebildeten Loch, die Lagenanzahl der grünen Keramiklagen für die dünnen Platten oder dergleichen.
Natürlich muss die Form des Lochs nicht immer gleich sein, sondern wird in Abhängigkeit von den gewünschten Funktionen bestimmt. Außerdem gibt es keinerlei spezifische Einschränkungen in Bezug auf die Anzahl an Lagen und die Dicke der einzelnen grünen Keramiklagen.
Da das oben beschriebene Verdichten durch Erhitzen verbessert werden kann, kann auch Verdichten unter Erhitzen vorteilhaft eingesetzt werden. Außerdem wird eine hauptsächlich aus Keramikpulver bestehende Paste (dabei wird eine Zusammensetzung, die gleich oder ähnliche wie ein Keramikkörper ist, der für eine grüne Keramiklage verwendet wurde, im Hinblick auf die Sicherung der Zuverlässigkeit bevorzugt), ein Bindemittel und eine Aufschlämmung und dergleichen beschichtet und aufgedruckt, um eine Verbindungshilfsschicht zu erstellen, wodurch die Laminiereigenschaft der grünen Keramiklagen-Grenzfläche verbessert wird.
Weiters kann ein Vorsprung an einem Abschnitt der Außenoberfläche auf zumindest einer Seite der äußersten Schicht des grünen Keramiklaminatkörpers bereitgestellt werden, wobei zumindest die dünnen Plattenabschnitte ausgenommen sind. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung weist ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element auf, das auf der Außenoberfläche von einander gegenüberliegenden dünnen Plattenabschnitten ausgebildet ist, normalerweise durch bekannte Mittel wie das Siebdruckverfahren oder dergleichen, sodass bei der Ausbildung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements, beispielsweise durch das Siebdruckverfah ren, eine Beschädigung von Elementen verhindert werden kann, da die Oberfläche, auf der die Elemente ausgebildet werden, auf der gegenüberliegenden Seite dank des gebildeten Vorsprungs nicht direkt mit einem Bett, wie z.B. einem Gestell für den Siebdruck, einem Gerüst zum Sintern oder dergleichen, in Berührung kommt. Außerdem kann durch geeignete Wahl der Höhe des Vorsprungs die Dicke der Elemente kontrolliert werden. Obwohl der Vorsprung auf einem gesinterten grünen Laminatkörper ausgebildet werden kann, d.h. auf einem Keramiklaminatkörper, wird der Vorsprung vom Standpunkt der Stabilität der Struktur und Dimensionsstabilität gesehen noch bevorzugter auf einem grünen Laminatkörper ausgebildet, der gesintert und integriert werden soll.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Wie in 23(a) zu sehen werden eine grüne Keramiklage 101, die eine dünne Platte bildet, ein grüner Keramiklaminatkörper 102, der durch Laminieren einer gewünschten Anzahl an grünen Keramiklagen, die jeweils über ein darauf ausgebildetes Loch verfügen, erhalten wird, und eine grüne Keramiklage 101, die eine dünne Platte bildet, in dieser Reihenfolge laminiert, wobei eine Positionierung unter Verwendung von Bezugslöchern 104 erfolgt, und dann unter Einsatz eines Verfahrens, wie z.B. Thermokompressionsbonden oder dergleichen, verbunden, wodurch ein grüner Keramiklaminatkörper erhalten werden kann. Wenn der grüne Keramiklaminatkörper 102 zu dick ist, wird er vorher zu einem grünen Keramiklaminatkörper 105 halbiert, um einen oberen und einen unteren grünen Keramiklaminatkörper zu bilden, wie in 22 dargestellt ist, und die durch Halbierung erhaltenen Körper werden so verbunden, dass die Löcher 103 einander gegenüberliegen, wodurch der endgültige grüne Keramiklaminatkörper 108 erhalten werden kann. Bei der Herstellung einer Struktur mit einem hohlen Abschnitt als eine in 8 gezeigte Struktur, ergibt sich darüber hinaus, wenn die jeweiligen grünen Lagen nacheinander laminiert und anschließend durch Thermokompressionsbonden oder dergleichen verbunden werden, ein Abschnitt, wo in Abhängigkeit vom Abschnitt kein Druck angelegt ist, was eine Senkung der Laminierzuverlässigkeit bewirkt. In einem solchen Fall wird bevorzugt, dass grüne Keramiklagen ausgewählt und anschließend laminiert und verbunden werden, um Komponentengruppen im Vorhinein auszubilden und anschließend wird eine Gruppe aus grünen Keramiklagen in Form von Komponenten laminiert, um einen Laminatkörper mit endgültiger Form herzustellen, damit es an jedem Abschnitt zur Anlegung eines Laminierdrucks kommt.
In Bezug auf den grünen Keramiklaminatkörper 108 ist es erforderlich, dass Verbindungslöcher 106 zur Verbindung von Abschnitten der grünen Keramiklage 102, welche Löcher 103 bilden sollen, nach außen ausgebildet werden, nachdem der Laminatkörper fertiggestellt wurde. Solange die einzelnen Löcher 103 jedoch eine Verbindung nach außen aufweisen, gibt es keinerlei spezifische Einschränkungen in Bezug auf die Gestalt der Verbindungslöcher 106, und eine Vielzahl von Löchern 103 kann, wie in den 23(a) und (b) gezeigt, vollständig durch den Laminatkörper durchdringen. Obwohl ein durch diese Verfahren so integrierter grüner Keramiklaminatkörper 108 bei einer Temperatur um 1.200 bis 1.600 °C gesintert wird, wie nachstehend beschrieben ist, kann es jedoch vorkommen, dass ein so erhaltener Keramiklaminatkörper nach dem Sintern unerwünschte Wölbungen aufweist. In diesem Fall wird der Laminatkörper vorzugsweise eingeebnet, indem er nachgesintert wird (hierin im Folgenden als „Wölbungskorrektur" bezeichnet), wobei ein Gewicht darauf gegeben wird und bei einer Temperatur nahe der oben beschriebenen Sintertemperatur eingeebnet wird. Bei dieser Wölbungskorrektur wird vorzugsweise eine poröse Keramikplatte aus Aluminiumoxid oder dergleichen als Gewicht verwendet. Weiters ist bei der Wölbungskorrektur ein Verfahren zu bevorzugen, bei dem der Schritt nach dem Sintern erfolgt, oder ein Gewicht bereits beim Sintern darauf gegeben wird, damit der Laminatkörper gleichzeitig mit dem Sintern eingeebnet wird.
(2) Ausbildung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements
Beim Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Erfindung kann ein piezoelektrisches Element 107 auf der Oberfläche von dünnen Platten eines Keramiklaminatkörpers durch ein Dickfilmverfahren, wie z.B. das Siebdruckverfahren, das Eintauchverfahren, das Beschichtungsverfahren, das Elektrophoreseverfahren, oder ein Dünnfilmverfahren, wie z.B. das Ionenstrahlverfahren, das Sputterverfahren, das Vakuum aufdampfungsverfahren, das Ionenplattierungsverfahren, das chemische Aufdampfungsverfahren (CVD), Galvanisieren oder dergleichen (siehe 23(b)) ausgebildet werden. Es wird bevorzugt, dass ein piezoelektrisches Element durch ein oben beschriebenes Verfahren so ausgebildet wird, dass zumindest eine Seite des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements an einem Teil des Befestigungsabschnitts und/oder des beweglichen Abschnitts vorliegt.
Durch die Ausbildung eines piezoelektrischen Elements mittels solchen Filmbildungsverfahren können das piezoelektrische Element und die dünnen Plattenabschnitte einstückig verbunden und angeordnet werden, ohne dass ein Klebstoff erforderlich wäre, wodurch die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit gesichert werden und die Integration vereinfacht wird. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass ein piezoelektrisches Element 107 mit einem Dickfilmbildungsverfahren ausgebildet wird. Gemäß dem Verfahren kann eine piezoelektrische Schicht unter Verwendung einer Paste, einer Aufschlämmung, einer Suspension, einer Emulsion, eines Sols oder dergleichen, wovon ein piezoelektrischer Keramikkörper mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 bis 5 μm und vorzugsweise 0,05 bis 3 μm eine Hauptkomponente darstellt, ausgebildet werden, was zur Verbesserung der piezoelektrischen Betätigungseigenschaften führt. Vor allem das Elektrophoreseverfahren bringt den Vorteil mit sich, dass ein Film mit hoher Dichte und hoher Formgenauigkeit ausgebildet werden kann. Das Siebdruckverfahren ermöglich andererseits eine gleichzeitige Ausbildung eines Films und einer Struktur, wodurch es vorzugsweise als Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung herangezogen wird.
Ein grüner Keramiklaminatkörper 108 wird insbesondere bei einer vorbestimmten Temperatur von 1.200 bis 1.600 °C gesintert und danach eine untere Elektrode an einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche einer dünnen Platte (gesinterte grüne Keramikplatte 101) aufgedruckt und gesintert, dann eine piezoelektrische Schicht aufgedruckt und gesintert, dann eine obere Elektrode aufgedruckt und gesintert, wo durch ein piezoelektrisches Element (3(b)) ausgebildet werden kann. Weiters wird eine Elektrodenleitung zur Verbindung einer Elektrode mit einem Ansteuerkreis aufgedruckt und gesintert. Wenn hier für die einzelnen Elemente ein Material ausgewählt wird, sodass eine nach und nach fallende Sintertemperatur vorhanden ist, wie z.B. Platin (Pt) für die untere Elektrode, Bleizirconattitanat (PZT) für das piezoelektrische Element, Gold (Au) für die obere Elektrode und Silber (Ag) für die Elektrodenleitung, findet bei keiner Sinterstufe eine Nachsinterung eines schon gesinterten Materials statt, wodurch das Entstehen von Problemen wie Abheben des Films oder Aggregation eines Elektrodenmaterials oder dergleichen verhindert werden kann.
Es gilt anzumerken, dass es durch die Wahl des geeigneten Materials möglich ist, die einzelnen Elemente eines piezoelektrischen Elements 107 nacheinander aufzudrucken, eine gleichzeitige Integrationssinterung durchzuführen, während die einzelnen Elektroden und dergleichen bei einer niedrigeren Temperatur bereitgestellt werden können, nachdem eine piezoelektrische Schicht ausgebildet wurde. Weiters können die einzelnen Elemente und Elektrodenleitungen des piezoelektrischen Elements durch ein Dünnfilmverfahren, wie z.B. das Sputterverfahren, das Abscheideverfahren oder dergleichen, ausgebildet werden, und in diesem Fall ist eine Wärmebehandlung nicht unbedingt erforderlich. Außerdem wird vorzugsweise ein piezoelektrisches Element 107 vorher an einer Position ausgebildet, die zumindest letztlich den dünnen Plattenabschnitt auf einer grünen Keramiklage 101 darstellt, sodass das piezoelektrische Element 107 und der grüne Keramiklaminatkörper 108 gleichzeitig gesintert werden. Beim gleichzeitigen Sintern kann der grüne Keramiklaminatkörper auch zusammen mit allen Filmen des piezoelektrischen Elements 107 erfolgen, und verfügbare Verfahren umfassen ein Verfahren, bei dem nur eine untere Elektrode und ein grüner Keramiklaminatkörper 101 gleichzeitig gesintert werden, ein Verfahren, bei dem Filme, mit Ausnahme einer oberen Elektrode, und ein grüner Keramiklaminatkörper gleichzeitig gesintert werden, und dergleichen. Verfahren zum gleichzeitigen Sintern eines piezoelektrischen Elements 107 und eines grünen Keramiklaminatkörpers 108, umfassen ein Verfahren, bei dem eine piezoelektrische Schicht durch das Pressformverfahren mittels Düsen oder durch das Bandformverfahren unter Verwendung eines Aufschlämmungsmaterials oder dergleichen ausge bildet wird, die zu sinternde piezoelektrische Schicht durch Thermokompressionsbonden oder dergleichen auf eine grüne Keramiklage 101 auflaminiert wird und gleichzeitig gesintert wird, wodurch ein beweglicher Abschnitt, ein Ansteuerabschnitt, dünne Plattenabschnitte und eine piezoelektrische Schicht gleichzeitig hergestellt werden. Bei diesem Verfahren müssen jedoch Elektroden vorher auf der dünnen Platte oder piezoelektrischen Schicht mittels eines bereits beschriebenen Filmbildungsverfahren ausgebildet werden. Ein weiteres mögliches Verfahren neben dem oben beschriebenen Verfahren besteht darin, dass Elektroden und eine piezoelektrische Schicht, die jeweils Schicht eines piezoelektrischen Elements darstellen, durch ein Siebdruckverfahren an einer Position, welche zumindest am Ende die dünnen Plattenabschnitte darstellt, eines grünen Keramiklaminatkörpers 101 ausgebildet werden, um gleichzeitig gesintert zu werden.
Die Sintertemperatur für eine piezoelektrische Schicht wird abhängig von den Materialien aus denen die Schicht besteht geeignet gewählt, wobei die Temperatur im Allgemeinen 800 bis 1.400 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.400 °C, beträgt. In einem solchen Fall wird zur Steuerung der Zusammensetzung der piezoelektrischen Schicht vorzugsweise in Gegenwart einer Verdampfungsquelle der Materialien der piezoelektrischen Schicht gesintert. Es gilt anzumerken, dass wenn eine piezoelektrische Schicht und ein grüner Keramiklaminatkörper 108 gleichzeitig gesintert werden, ihre Sinterbedingungen vereinheitlicht werden müssen.
Bei der Herstellung einer Vorrichtung mit jeweils einem piezoelektrischen Element auf beiden dünnen Plattenabschnitten eines Paars gegenüberliegender Plattenabschnitte werden eine piezoelektrische Schicht, eine Elektrode und dergleichen auf beide Seiten eines Keramiklaminatkörpers aufgedruckt. In solch einem Fall wird vorzugsweise jedoch eine Gegenmaßnahme gesetzt, falls die bedruckte piezoelektrische Schicht, die bedruckten Elektroden und dergleichen an einem Druckgestell festkleben oder mit diesem in Kontakt kommen, indem entweder mithilfe des Verfahrens ➀ gedruckt wird, wobei das Drucken auf einem Druckrahmen durchgeführt wird, auf dem ein Hohlraum bereitgestellt ist, oder mithilfe des Verfahrens ➁, wobei zuerst eine rahmenartige Wölbung nach außen auf dem Umfang einer Druckposition auf zumindest einer Druckoberfläche eines Keramiklaminatkörpers ausgebildet wird, und dann auf der Oberfläche, auf der die Wölbung nach außen bereitgestellt ist, gedruckt wird, und danach auf der anderen Oberfläche, oder dergleichen. Beim Sintern der oben beschriebenen piezoelektrischen Schicht, wenn piezoelektrische Elemente auf beiden Seiten eines Keramiklaminatkörpers ausgebildet werden, ist ferner die Sinteratmosphäre vorzugsweise auf beiden Seiten dieselbe. Herkömmlicherweise wird beispielsweise ein Keramiklaminatkörper mit einem darauf ausgebildeten piezoelektrischen Element (Film) zum Sintern auf eine Platte, wie z.B. ein Gestell oder dergleichen, gegeben, und in diesem Fall werden Zwischenräume zwischen Gestellen, die gestapelt werden sollen, mithilfe eines Abstandshalters oder dergleichen so eingestellt, dass die Zwischenräume zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem Gestellt gleich sind.
(3) Schneiden des Laminatkörpers
Ein gesinterter Laminatkörper mit einem oben beschriebenen piezoelektrischen Element wird je nach Bedarf mit einer Kerbe versehen und das piezoelektrische Element sowie die Elektrodenleitungen Beschichtungs-, Abschirm- und ähnlichen Behandlungen unterzogen, dann in die Laminierrichtung einer grünen Keramiklage geschnitten, sodass die rechteckigen Löcher 103 auf einer Seite des Laminatkörpers offen sind, wodurch eine Vielzahl der Vorrichtungen gleichzeitig erhalten werden können (23(c)). In Bezug auf die Schneideverfahren ist neben einem Plättchenschneideverfahren auch ein Drahtsägeverfahren (mechanische Bearbeitung) oder dergleichen, eine Bearbeitung mittels eines YAG-Lasers, Excimer-Lasers oder dergleichen oder eine Elektronenstrahlbearbeitung möglich. Beim Schneiden in die gewünschten Einheiten werden die geschnittenen Körper vorzugsweise bei einer Temperatur von 300 bis 800 °C wärmebehandelt. Der Grund dafür ist, dass die Bearbeitung wahrscheinlich Mängel wie Haarrisse oder dergleichen innerhalb des gesinterten Körpers verursacht, und die Mängel können durch die Wärmebehandlung entfernt werden, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird. Nach dem Sintern werden die geschnittenen Körper außerdem zur Alterung vorzugsweise zumindest 10 h lang einer Temperatur um 80 °C ausgesetzt. Durch diese Behandlung können verschiedene Beanspru chungen oder dergleichen, die während des Herstellungsverfahrens aufgetreten sind, reduziert werden, was zu einer Verbesserung der Eigenschaften beiträgt.
Bei einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schneiden so durchgeführt, dass ein Loch mit einer gewünschten Form, z.B. ein rechteckiges Loch 103, erhalten wird, das auf einer Seite eines Laminatkörpers offen ist. Dieses Schneiden bringt nicht nur den Vorteil mit sich, dass mehrere Vorrichtungen getrennt werden, sondern auch dass gleichzeitig dünne Plattenabschnitte und ein Loch einer Vorrichtung ausgebildet werden (im Falle der in 1 dargestellten Vorrichtung die dünnen Plattenabschnitte 6 und 7 und ein Loch 8) was bevorzugt ist, da eine Struktur, die aufgrund der Kombination zweier oder mehrerer rechteckiger Feststoffe durch dünne Platten kompliziert wird und daher schwer herzustellen ist, leicht erhalten werden kann. Stattdessen kann ein Laminatkörper an einem Abschnitt, der in 24(a) mittels punktierter Linien dargestellt ist, in zwei geteilt werden, um zwei Vorrichtungen herzustellen. Ein solcher Schneidevorgang bewirkt, dass das Gewicht des beweglichen Abschnitts leichter wird und sich dadurch die Resonanzfrequenz vorteilhaft erhöht. Darüber hinaus kann die Steifigkeit in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung auf einem breiten Abschnitt des Ansteuerabschnitts 3 gesichert werden, was dem Laminatkörper eine bessere Festigkeit gegenüber Stößen aus beiden Richtungen verleiht. Gemäß diesem Herstellungsverfahren können zwei Vorrichtungen aus einer Vorrichtung hergestellt werden, was die Produktivität steigert. Es gilt anzumerken, dass in 24(a), obwohl eine Oberfläche auf einer Seite der Vorrichtung, an welcher das Loch offen ist, senkrecht zur Basis steht, die Oberfläche eine Struktur aufweisen kann, die über eine ähnliche Neigung wie die gegenüberliegende Oberfläche verfügt.
Weiters kann durch eine geeignete Änderung der Anzahl der in einer grünen Keramiklage 102 ausgebildeten Löcher 103 und ihrer Ausbildungspositionen oder der Schneideposition eines gesinterten Laminatkörpers 108 eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Ansteuerabschnitten oder eine Vorrichtung mit unterschiedlich langen Ansteuerabschnitten äußerst leicht erhalten werden. Durch gleichzeitiges Schneiden des Keramiklaminatkörpers 108 und eines piezoelektrischen Elements 107 kann au ßerdem leicht eine Vorrichtung hergestellt werden, bei der die dünnen Plattenabschnitte und das piezoelektrische Element gleich breit sind, was bevorzugt ist. Obwohl dieses Schneiden auch in grünem Zustand vor dem Sintern durchgeführt werden kann, wird es jedoch vorzugsweise an einem gesinterten Körper durchgeführt, um die Abmessungsgenauigkeit zu verbessern und die Freisetzung von Teilchen des jeweiligen Keramikpulvers zu verhindern.
Weiters kann eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den oben beschriebenen Verfahren unter Verwendung einer grünen Keramiklage mithilfe des Pressformverfahrens oder des Gießformverfahrens unter Einsatz einer Düse, des Spritzgussverfahrens, von Photolithographie oder dergleichen hergestellt werden. Obwohl eine Vorrichtung auch durch Verbinden jedes Elements, das als getrennter Körper vorliegt, hergestellt werden kann, ergibt sich neben geringer Produktivität das Problem, dass die verbundenen Abschnitte leicht beschädigt werden oder dergleichen, was ebenfalls ein Zuverlässigkeitsproblem darstellt.
4. Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung
Zuletzt wird nun als Anwendungsbeispiel für eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Beispiel angeführt, bei dem eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Verschiebungselement eines optischen Verschlusses eingesetzt wird. „Optischer Verschluss" steht in der vorliegenden Erfindung für ein Funktionselement zur Steuerung des Durchlassens und des Abschirmens von Licht durch Bewegung von zwei Schutzschirmen in Bezug zueinander, wobei der optische Verschluss, da er eine Ein-Aus-Regelung oder eine Regelung der Lichtmenge erlaubt, als optischer Schalter oder als optische Blende dienen kann.
Im optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung wird zumindest einer der beiden Schutzschilde auf dem beweglichen Abschnitt der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung befestigt.
Ein in 25(a) und (b) dargestellter optischer Verschluss 110 umfasst beispielsweise zwei Einheiten 111A und 111B, die jeweils mit einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und einem Schutzschild ausgestattet sind, und zwei Schutzschilde 113A und 113B sind jeweils auf beweglichen Abschnitten 114A und 114B der Vorrichtung angebracht und so angeordnet, dass ihre ebenen Oberflächen parallel zueinander stehen und Teile der ebenen Oberflächen einander entgegen der Einfallsrichtung des Lichts L überlappen.
Obwohl der optische Verschluss 110 das Licht L im in 25 dargestellten Zustand abschirmt, bewegt sich, wenn eine Spannung der gleichen Phase an die auf dem beweglichen Abschnitt der Vorrichtung ausgebildeten piezoelektrischen Elemente 112A und 112B angelegt wird, der Schutzschild 113A nach links und der Schutzschild 113B in 25 nach rechts, was zu einer Veränderung des Überlappungszustands der Schutzschilde 113A und 113B führt, wodurch eine Ein-Aus-Regelung oder eine Regelung der Lichtmenge möglich wird.
Weiters umfasst ein in 26(a) dargestellter optischer Verschluss 120 zwei Einheiten 121A und 121B, die jeweils mit einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und einem Schutzschild ausgestattet sind, und zwei Schutzschilde 123A und 123B sind jeweils an beweglichen Abschnitten 124A und 124B angebracht, und so angeordnet, dass ihre ebenen Flächen parallel zueinander stehen und die gesamten Oberflächen sich entgegen der Einfallrichtung des Lichts L vollständig überlappen. Schlitze 125A und 125B sind jeweils an gegenüberliegenden Positionen auf den Schutzschilden 123A und 123B ausgebildet.
Obwohl der optische Verschluss 120 bei dem in 26(a) und (b) dargestellten Zustand das Licht L durch die Schlitze 125A und 125B durchlässt, bewegt sich, wenn eine Spannung der gleichen Phase an die auf dem beweglichen Abschnitt der Vorrichtung ausgebildeten piezoelektrischen Elemente 122A und 122B angelegt wird, der Schutzschild 123A nach links und der Schutzschild 123B in 26 nach rechts, was zu einer Veränderung des Überlappungszustands der Schutzschilde 125A und 125B führt, wodurch eine Ein-Aus-Regelung oder eine Regelung der Lichtmenge möglich wird. Obwohl 26(c) einen Zustand zeigt, bei dem ein Teil des Lichtes durchgelassen wird, ist es durch eine Änderung der Gestalt und Ausbildungspositionen der Schlitze 123A und 123B auch möglich, das Licht L vollkommen abzuschirmen.
Im Gegensatz dazu können bei dem in 26(a) und (b) dargestellten Zustand die Schlitze 125A und 125B so vorliegen, dass sie einander nicht überlappen, sondern das Licht L abschirmen, und sie können so strukturiert sein, dass die Schlitze 125A und 125B durch die Bewegung der Schutzschilde 123A und 123B einander überlappen, sodass das Licht L durchgelassen wird. Obwohl in den 25 und 26 Beispiele dargestellt sind, bei denen zwei Schutzschilde an jeweils einer Vorrichtung befestigt sind, kann der optische Verschluss der vorliegenden Erfindung das Durchlassen und Abschirmen des Lichts nur durch Befestigung zumindest eines Schutzschildes an der Vorrichtung und durch Bewegen nur dieses Schilds steuern. Noch bevorzugter ist jedoch die Befestigung beider Schutzschilde an den Vorrichtungen, da so das relative Bewegungsausmaß der Schutzschilde vergrößert werden kann. Obwohl der optische Verschluss in den Beispielen aus 25 und 26 zwei Einheiten umfasst, kann der Verschluss auch drei oder mehr Einheiten umfassen. In diesem Fall kann durch die Festlegung unterschiedlicher Bewegungsrichtungen für die einzelnen Schutzschilde der optische Verschluss auch als optische Blende oder dergleichen mit unterschiedlichen Öffnungsgraden der überlappenden Abschnitte verwendet werden. Ein optischer Verschluss der vorliegenden Erfindung kann die Betätigung eines Schutzschilds in eine Schwenkrichtung verhindern, da der Schutzschild auf einem beweglichen Abschnitt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist. Mit anderen Worten ist, da sich der Schutzschild bewegt, während der direkt der Einfallsrichtung des Lichts zugewandt ist, eine Ein-Aus-Regelung und eine Regelung der Lichtmenge mit größerer Genauigkeit möglich, sodass der optische Verschluss bevorzugt eingesetzt werden kann.
Nachstehend wird eine in 9 dargestellte Vorrichtung mit einem in 17 gezeigten piezoelektrischen Element befestigt und für die untere Elektrode ein Material, das Platin als Hauptkomponente enthielt, für das piezoelektrische Element ein Material, das eine feste Lösung aus Bleititanat – Bleizirconat – Bleimagnesiumniobat als Hauptkomponente enthielt, und für die obere Elektrode Gold verwendet, und die jeweiligen Elemente mittels Siebdruckverfahren gedruckt, sodass die Dicke nach dem Sintern 3 μm, 10 μm bzw. 0,3 μm betrug, womit die Vorrichtung vervollständigt wurde. Es gilt anzumerken, dass das Sintern bei jedem Drucken jeweils bei 1.300 °C, 1.250 °C und 600 °C durchgeführt wurde. Die Abmessungen der jeweiligen Elemente gemäß 1 sind übrigens wie folgt:

a = 0,3 mm,
b = 0,3 mm,
c = 0,32 mm
d = 0,01 mm,
e = 1 mm,
f = 0,3 mm

Das Verschiebungsausmaß der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung bei Anlegen einer Impulsspannung an das piezoelektrische Element rechts an der Vorrichtung wurde mithilfe eines Laser-Doppler-Vibrometers (von Graphtec Corporation) gemessen. Die Messergebnisse sind in 27 angeführt. Wenn Verschiebungen bei einer angelegten Spannung von 30 V verglichen werden, beträgt die Verschiebung in Y-Achsenrichtung weniger als 3 % der Verschiebung in X-Achsen- (oder Haupt-) Achsenrichtung, und die Verschiebung in der X-Achsenrichtung ist im Wesentlichen entscheidend. Die erzeugte Verschiebung wird mit jener der Struktur mit einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Abschnitt nur am in der JP-A-63-64640 geoffenbarten dünnen Plattenabschnitt verglichen. Die Vorrichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Anmeldung wird ähnlich wie die in 9 gezeigte Struktur ausgebildet, 35 stellt ein Vergleichsbeispiel dar und beide Vorrichtungen weisen eine unimorphe Struktur auf. Mit Ausnahme des Unterschieds hinsichtlich der Art der Bereitstellung eines piezoelektrischen Elements, wird jede der Vorrichtungen durch die gleichen wie oben beschriebenen Verfahren hergestellt. 33 ist ein Diagramm, welches das Verschiebungsausmaß in Bezug auf die angelegte Spannung zeigt. Aus 33 geht klar hervor, dass eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher sich eine Wirkung von einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Betätigungsabschnitt aus über den Befestigungsabschnitt erstreckt, eine deutlich bessere Struktur zur Erzeugung einer großen Verschiebung aufweist, wobei es bei jeder angelegten Spannung in Bezug auf die als Vergleichsbeispiel dienende Struktur, bei der ein pie zoelektrischer/elektrostriktiver Abschnitt nur am dünnen Plattenabschnitt bereitgestellt ist, zu Verschiebungen von mehr als dem 20fachen kommt.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Merkmal einer hohen Steifigkeit in die Breiterichtung der dünnen Platte, d.h. in die Y-Achsenrichtung, auf, wodurch die Struktur eine stärkere Verbindung ermöglicht, wenn funktionelle Elemente wie ein Sensor, Magnetkopf oder dergleichen an der Vorrichtung befestigt wird oder wenn die vorliegende Vorrichtung selbst an einer anderen Struktur angebracht wird. Außerdem weist die Vorrichtung aufgrund dieser Steifigkeit auch das Merkmal auf, dass auch ein Element mit relativ großer Masse angebracht werden kann. Weiters liegt, da die Steifigkeit in die Dickerichtung im Vergleich mit der Breiterichtung relativ gering ist, der Effekt vor, dass bei Ansteuerung der Vorrichtung basierend auf den Richtungseigenschaften der Steifigkeit die Verschiebungskomponente in die Y-Achsenrichtung, d.h. die Schwenkkomponente, effektiv unterdrückt wird. Die vorliegende Erfindung setzt eine Struktur um, bei der sich ein piezoelektrischer/elektrostriktiver Betätigungsabschnitt zur Erzeugung der Verschiebung nicht nur über den dünnen Plattenabschnitt, sondern auch zum Befestigungs- und/oder beweglichen Abschnitt hin erstreckt, und die Verschiebungsform des Ansteuerabschnitts nimmt eine Form an, die nach außen zeigt, wodurch sich ein Unterschied zur in der JP-A-63-64640 geoffenbarten Struktur ergibt, wo in vorliegender Erfindung ein dünner Plattenabschnitt in Richtung des Lochs zeigt und die Struktur es daher ermöglicht, dass der bewegliche Abschnitt ein großes Verschiebungsausmaß im Verschiebungsmechanismus aufweist. Der Befestigungsabschnitt, der bewegliche Abschnitt und der dünne Plattenabschnitt der vorliegenden Vorrichtung sind darüber hinaus mittels Sintern einstückig ausgebildet, und das piezoelektrische/elektrostriktive Element ist durch Sintern mit dem dünnen Plattenabschnitt und/oder dem beweglichen Abschnitt mittels Filmbildungsverfahren ohne Einsatz eines Klebers einstückig strukturiert, wodurch die Vorrichtung eine Struktur aufweist, die zu keinen durch Kleben verursachten Abweichungen, wie z.B. ein Driften der Verschiebung oder dergleichen im Laufe der Zeit führt. Wie oben beschrieben weist in der Vorrichtung der vorliegenden Anmeldung der Verbindungsabschnitt des Ansteuerabschnitts oder des dünnen Plattenabschnitts mit dem Befestigungsabschnitt und der Verbindungsabschnitt des Ansteuerabschnitts oder des dünnen Plattenabschnitts mit dem beweglichen Abschnitt eine Struktur ohne Grenzen auf, an dem kein drittes Element und/oder Material dazwischenliegt, wodurch die Struktur über eine hohe Steifigkeit verfügt, was ohne weiteres eine höhere Resonanzfrequenz erlaubt, die Hochgeschwindigkeitsantriebe ermöglicht. Wie bereits angemerkt unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung strukturell und funktionell gänzlich von dem in der JP-A-63-64640 geoffenbarten Aktuator und weist eine höhere Zuverlässigkeit auf.
Somit kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für aktive Elemente, wie verschiedene Wandler, verschiedene Aktuatoren, regionale Frequenzfunktionselemente (Filter), Transformatoren, Vibratoren und Resonatoren für Kommunikations- und energiebezogene Anwendungen, Oszillatoren, Diskriminatoren und dergleichen, und als Sensorelement für verschiedene Sensoren, wie z.B. Ultraschallsensoren und Beschleunigungssensoren, Winkelgeschwindigkeitssensoren, Stoßsensoren und Massesensoren und dergleichen verwendet werden, und ist besonders für verschiedene Aktuatoren, bei Mechanismen zur Verschiebungseinstellung oder Winkeleinstellung oder zur Positionierungseinstellung verschiedener Präzisionsteile von optischen Geräten, Präzisionsgeräten und dergleichen bevorzugt.

Claims

Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, umfassend einen Ansteuerabschnitt (3) zur Ansteuerung durch die Verschiebung eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements (2), einen beweglichen Abschnitt (4) zur Betätigung durch die Ansteuerung des Ansteuerabschnitts (3), einen Befestigungsabschnitt (5) zum Halten des Ansteuerabschnitts (3) und des beweglichen Abschnitts (4), wobei der bewegliche Abschnitt (4) und der Befestigungsabschnitt (5) beabstandet sind, wobei der Ansteuerabschnitt (3) ein Paar aus einander gegenüberliegenden dünnen Plattenabschnitten (6, 7) und ein filmartiges piezoelektrisches/elektrostriktives Element (2) umfasst, das zumindest ein Paar an Elektrodenschichten und eine auf zumindest einem Teil der Außenfläche von zumindest einem der dünnen Plattenabschnitte (6, 7) ausgebildete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht umfasst, wobei der Befestigungsabschnitt (5) mit dem beweglichen Abschnitt (4) über den Ansteuerabschnitt (3) gekoppelt ist, wobei die dünnen Plattenabschnitte (3) durch ein Loch (8) hindurch einander gegenüberliegen, das durch Innenwände des Ansteuerabschnitts (3), einer Innenwand des beweglichen Abschnitts (4) und einer Innenwand des Befestigungsabschnitts (5) definiert ist, wobei das Loch eine Dicke aufweist, die gleich der Abmessung des Lochs in einer ersten Richtung zwischen einem der dünnen Plattenabschnitte (6, 7) und dem anderen davon ist, wobei die dünnen Plattenabschnitte (1, 7) eine Länge aufweisen, die ihre Abmessung in einer zweiten Richtung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem beweglichen Abschnitt ist, sowie eine Breite aufweisen, die ihre Abmessung in einer dritten Richtung senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung ist, worin zumindest ein Ende des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements am Befestigungsabschnitt oder am beweglichen Abschnitt angeordnet ist, und die Dicke a des Lochs im Bereich von 100 μm bis 2.000 μm, die Breite b der dünnen Plattenabschnitte im Bereich von 50 μm bis 2.000 μm liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abschnitt (4), die dünnen Plattenabschnitte (6, 7) und der Befestigungsabschnitt (5) einen das Loch (8) umgebenden einstückig ausgebildeten Keramikkörper umfassen.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Breite des dünnen Plattenabschnitts (6, 7) gleich der Breite in der dritten Richtung des auf dem dünnen Plattenabschnitt ausgebildeten piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Loch rechteckig ist und das durch a/b ausgedrückte Verhältnis zwischen der Dicke a des Lochs (8) und der Breite b des dünnen Plattenabschnitts im Bereich von 0,5 bis 20 liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das durch e/a ausgedrückte Verhältnis zwischen der Länge e der dünnen Plattenabschnitte (6, 7) und der Dicke a des Lochs 0,5 bis 10 beträgt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 4, worin das durch a/b ausgedrückte Verhältnis zwischen der Dicke a des Lochs und der Breite b des dünnen Plattenabschnitts 1 bis 10 und das durch e/a ausgedrückte Verhältnis zwischen der Länge e des dünnen Plattenabschnitts (6, 7) und der Dicke a des Lochs 0,7 bis 5 beträgt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der bewegliche Abschnitt (4) und der Befestigungsabschnitt (5) jeweils ein rechteckiger Festkörper sind.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Dicke a des Lochs im Bereich von 200 μm bis 1.000 μm liegt und die Breite b der dünnen Plattenabschnitte 100 μm bis 500 μm beträgt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Breite b der dünnen Plattenabschnitte größer als die Dicke d davon in einer ersten Richtung ist und die Dicke d des dünnen Plattenabschnitts im Bereich von 2 μm bis 100 μm liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Länge e der dünnen Plattenabschnitte im Bereich von 200 μm bis 3.000 μm liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Länge f des beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung im Bereich von 50 μm bis 2.000 μm liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung zumindest zwei Ansteuerabschnitte (3) aufweist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das piezoelektrische/elektrostriktive Element (2) ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element vom laminierten Typ ist, das durch eine untere Elektrodenschicht (2c), eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (2a) und eine obere Elektrodenschicht (2b) in Schichten laminiert ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das piezoelektrische/elektrostriktive Element (2) eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (2a) aufweist und eine erste Elektrodenschicht (2b) sowie eine zweite Elektrodenschicht (2a) auf zumindest einer Hauptfläche der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht (2a) ausgebildet ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das piezoelektrische/elektrostriktive Element eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (2a) sowie eine erste Elektrodenschicht (2b) und eine zweite Elektrodenschicht (2c) in Kammstruktur mit Zähnen umfasst, wobei die Zähne der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht zwischen den jeweiligen Zähnen jedes Kammes der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht mit einem vorbestimmten Spalt (13) ineinander greifen.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin der Keramikkörper ein Laminat ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin sich das Ende des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements, das auf dem beweglichen Abschnitt (4) oder dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist, darauf in der zweiten Richtung vom Verbindungspunkt zwischen dem beweglichen Abschnitt bzw. dem Befestigungsabschnitt und dem dünnen Plattenabschnitt aus über einen Abstand von zumindest der Hälfte der Dicke d des dünnen Plattenabschnitts in der ersten Richtung erstreckt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Ende des piezoelektrischen Betätigungsabschnitts des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements auf dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 1, folgende Schritte umfassend: Herstellen eines grünen Keramiklaminats, das zumindest zwei erste grüne Keramiklagen (101), die die dünnen Plattenabschnitte (6, 7) bereitstellen, und zumindest eine zweite grüne Keramiklage (102), die zumindest ein zwischen den ersten grünen Lagen ausgebildetes Loch (103) aufweist, umfasst, Sintern des grünen Keramiklaminats zur Herstellung eines Keramiklaminats, Ausbilden eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements (107) mittels eines Filmbildungsverfahrens auf der Außenoberfläche eines dünnen Plattenabschnitts des am Loch erhaltenen Keramiklaminats und Abschneiden des Keramiklaminats am Loch mit dem darauf ausgebildeten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 18, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats einen Schritt zur Herstellung von grünen Keramiklagen umfasst, die ein Paar aus dünnen Platten ergeben sollen, welche einander gegenüberliegend laminiert sind.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats einen Schritt zur Herstellung von grünen Keramiklagen umfasst, die ein Paar aus dünnen Platten ergeben sollen, welche auf der äußersten Schicht jeweils einander gegenüberliegend laminiert sind.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats einen Schritt zur Herstellung eines Laminats durch Laminieren einer grünen Keramikschicht umfasst, die eine dünne Platte mit zumindest einer grünen Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch ergeben soll.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats einen Schritt zur Herstellung eines Laminats durch Laminieren einer grünen Keramikschicht umfasst, die eine dünne Platte mit einer gewünschten Anzahl an grünen Keramiklagen ergeben soll, welche jeweils zumindest ein darauf ausgebildetes Loch aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats Schritte zur Herstellung von zwei Laminaten A umfassen, wobei die Laminate jeweils ein Laminat umfassen, und zwar durch Laminieren einer grünen Keramikschicht, die eine dünne Platte mit zumindest einer grünen Keramikschicht mit zumindest einem daraus ausgebildeten Loch ergeben soll, und zur Herstellung einer grünen Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch oder einem Laminat B umfassen, und zwar durch Laminieren mit einer Vielzahl an grünen Keramiklagen, die jeweils ein darauf ausgebildetes Loch aufweisen, und Laminieren der zwei Laminate A durch solches Positionieren der einen grünen Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch oder Laminieren des Laminats B mit einer Vielzahl an grünen Keramiklagen, die jeweils zumindest ein darauf ausgebildetes Loch aufweisen, dass die jeweiligen dünnen Plattenabschnitte der zwei Laminate A jeweils an einer äußersten Schicht vorliegen.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teil der Außenschichtoberfläche zumindest einer Seite der äußersten Schicht des grünen Keramiklaminats mit der Ausnahme der dünnen Plattenabschnitte ein Vorsprung bereitgestellt ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin die Schritte zur Herstellung eines grünen Keramiklaminats einen Schritt zur Herstellung eines Laminats durch Laminieren zumindest einer grünen Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch mit grünen Keramiklagen umfassen, die ein solches Paar an dünnen Platten ergeben sollen, dass die grünen Schichten als äußerste Schicht laminiert sind und auf der äußersten Schicht der grünen Keramiklagen mit zumindest einem Loch einander gegenüberliegen.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, worin das Verfahren einen Schritt zum Laminieren umfasst, und zwar auf einer Oberfläche, welche die äußerste Schicht des grünen Keramiklaminats mit zumindest einem Loch ausbildet, wenn zumindest eine Vielzahl an grünen Keramiklagen mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, eine grüne Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, das so auf einem Kunststofffilm befestigt ist, dass der Kunststofffilm als neue äußerste Schicht vorliegt, laminiert und der Kunststofffilm nach genauer Ausrichtung der Löcher entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, worin das Verfahren einen Schritt zum Laminieren einer grünen Keramikschicht mit zumindest einem darauf ausgebildeten Loch, das auf einem Kunststofffilm auf einer grünen Keramikschicht befestigt ist, um eine solche dünne Platte zu ergeben, dass der Kunststofffilm Teil einer äußeren Schicht davon ist, und zum Entfernen des Kunststofffilms nach genauer Ausrichtung der Löcher umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, worin der Kunststofffilm ein Poly(ethylenterephthalat)film ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, worin ein Keramiklaminat mit einem auf der Außenoberfläche des dünnen Plattenabschnitts davon ausgebildeten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element ferner einzeln zu einer gewünschten Einheit zugeschnitten wird und die so zugeschnittenen Einheiten anschließend bei 300 °C bis 800 °C wärmebehandelt werden.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, worin beim Abschneiden eines Keramiklaminats, das ein daraus ausgebildetes piezoelektrisches/elektrostriktives Element auf weist, das piezoelektrische/elektrostriktive Element und das Laminat gleichzeitig geschnitten werden, und die Breiten des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements sowie des dünnen Plattenabschnitts des Laminats gleich gemacht werden.