JP2022521557A - 圧電スタックアクチュエータの製造方法、および圧電スタックアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
- ステップA:電気的に作動されると軸に沿ってたわみを生じさせるように設計されている少なくとも2つのアクチュエータを設けるステップと、
- ステップB:アクチュエータが電気的に作動されると生じるアクチュエータのたわみが積層軸に沿って重なり合い、積層軸に垂直な平面上のアクチュエータの突出範囲よりも小さい少なくとも1つの結合範囲上でアクチュエータの力結合が行われるように、少なくとも2つのアクチュエータを結合してスタックアクチュエータを形成するステップとを含む。
ステップAが以下のサブステップのうちの少なくとも1つを含んでいれば、有利であり得る。
- 少なくとも1つの結合範囲は、結合すべき2つのアクチュエータの間に配置すべき追加素子に形成され、この追加素子は好ましくは電極として形成される。
- 少なくとも1つの結合範囲(K)は、アクチュエータの突出範囲(P)に関して、以下の面積比、すなわち、0.7*P≦K<P、好ましくは0.8*P≦K≦0.99*P、好ましくは0.9*P≦K≦0.95*Pが当てはまるように形成される。
スタックアクチュエータが以下の特徴のうちの少なくとも1つを有している場合も、実用的であり得る。
- 少なくとも2つの隣接するアクチュエータは、直接的に能動的に接続され、または追加素子を介して間接的に能動的に接続され、この接続は、好ましくは、隣接するアクチュエータの間の、または隣接するアクチュエータの各々とそれらの間に配置される追加素子との間の、好ましくは接着剤による堅固な接着接続によって行われ、特に好ましくは、接着剤は少なくとも1つの結合範囲を完全に接着する。
「絶縁層」および「絶縁体」という用語は、アクチュエータの受動領域を指す。これは、電極によって電気的に励起されない、したがって変形しない、圧電セラミック層または圧電セラミック材料のエッジ領域である。圧電セラミック材料のこの「絶縁層」および「絶縁体」に加えて、アクチュエータは絶縁材料の被覆部を含み得る。
本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
一方では、エッジ領域に接着剤をそのまま残しておくことが可能である。技術的に見て、接着剤は硬化時に圧力下で、およびしばしば上昇温度で流れるため、これは複雑である。このため、平面内の無制限範囲上での画定された再現可能な接着はほぼ不可能である。したがって、結合範囲Kは、隣接範囲に対してオフセットされて配置されること、または制限されることが好ましい。
1 スタックアクチュエータ
2 アクチュエータ
2a 圧電セラミック層
2b 正極
2c 正極用の接触(プレート)または(内部)電極
2d 負極
2e 負極用の接触(プレート)または(内部)電極
3 追加素子
20 絶縁体
21 上側
22 下側
23 上側の段差/面取り部
24 下側の段差/面取り部
25 (外部/側面)電極正極
26 (外部/側面)電極負極
A 軸
D 円形断面を有するアクチュエータの直径
E 積層軸に垂直な平面
H アクチュエータの高さ
K 結合範囲
L 矩形断面を有するアクチュエータのエッジ長さ
P 軸に垂直な平面上の突出範囲
S 積層軸
Claims (7)
- 圧電スタックアクチュエータ(1)の製造方法であって、
a. ステップA:電気的に作動されると軸(A)に沿ってたわみを生じさせるように設計されている少なくとも2つのアクチュエータ(2)を設けるステップと、
b. ステップB:前記アクチュエータ(2)が電気的に作動されると生じる前記アクチュエータの前記たわみが積層軸(S)に沿って重なり合い、前記積層軸(S)に垂直な平面(E)上の前記アクチュエータ(2)の突出範囲(P)よりも小さい少なくとも1つの結合範囲(K)上で前記アクチュエータ(2)の力結合が行われるように、前記少なくとも2つのアクチュエータ(2)を結合して前記スタックアクチュエータ(1)を形成するステップとを備える、方法。 - ステップAは、以下のサブステップ、すなわち、
a. サブステップA1:好ましくは単層アクチュエータとしてまたは多層アクチュエータとして前記アクチュエータ(2)を構成するための圧電セラミック層(2a)および電気的接点(2c,2e)を設け、
b. サブステップA2:好ましくは、2つの隣接する圧電セラミック層(2a)が、1つの電気的接点(2c,2e)をそれぞれ挿入した状態で、好ましくは同じ極性の極(2b,2d)を有する電極層または接触プレートを挿入した状態で互いに対向するように、前記圧電セラミック層(2a)を軸(A)に沿って積層し、
c. サブステップA3:前記電気的接点(2c,2e)を、対応する極性の電極(25,26)に接続し、異なる極性の前記電極(25,26)は、好ましくは前記アクチュエータ(2)の周囲に離間して配置され、好ましくは前記アクチュエータ(2)の直径方向に対向する側に位置し、
d. サブステップA4:前記圧電セラミック層(2a)および前記電気的接点(2c,2e)を、好ましくはセラミック絶縁材料(20)で、特に好ましくはモノリシックに焼結されたセラミック絶縁材料(20)で被覆し、前記絶縁材料(20)を用いた被覆部は特に好ましくは気密性および/または防湿性を有し、
e. サブステップA5:好ましくは以下のサブステップのうちの少なくとも1つに従って、前記アクチュエータ(2)を隣接するアクチュエータ(2)に力結合するための少なくとも1つの結合範囲(K)を形成する
のうちの少なくとも1つを備え、前記e.における前記サブステップは、
i. サブステップA5-1:前記アクチュエータ(2)の被覆部に、好ましくは絶縁材料(20)の、好ましくはセラミック絶縁材料(20)の被覆部に、少なくとも1つの結合範囲(K)を形成し、特に好ましくは、同時に前記被覆部の絶縁機能を維持し、
ii. サブステップA5-2:結合すべき2つのアクチュエータ(2)の間に配置すべき追加素子(3)に少なくとも1つの結合範囲(K)を形成し、前記追加素子(3)は好ましくは電極として形成され、
iii. サブステップA5-3:好ましくは前記結合範囲(K)が前記アクチュエータ(2)または前記追加素子(3)の一方または両方の軸方向端部をそれぞれ形成するように、前記アクチュエータ(2)または前記追加素子(3)の一方または両方の軸方向端部に前記結合範囲(K)を形成し、
iv. サブステップA5-7:前記アクチュエータ(2)の前記突出範囲(P)に関して、以下の面積比、すなわち、0.7*P≦K<P、好ましくは0.8*P≦K≦0.99*P、好ましくは0.9*P≦K≦0.95*Pが当てはまるように、前記結合範囲(K)を形成する
を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - ステップBは、以下のサブステップ、すなわち、
a. サブステップB2:2つの隣接するアクチュエータ(2)の間に、好ましくは電極として形成される追加素子(3)を配置し、
b. サブステップB3:2つの隣接するアクチュエータ(2)の各々が直接的に能動的に接続される、または追加素子(3)を介して間接的に能動的に接続されるように、前記少なくとも2つのアクチュエータ(2)を接続し、この接続は、好ましくは、前記隣接するアクチュエータ(2)の間の、または前記隣接するアクチュエータ(2)の各々とそれらの間に配置される前記追加素子(3)との間の堅固な接着接続を好ましくは接着剤によって形成しながら行われ、特に好ましくは、前記接着剤は前記少なくとも1つの結合範囲(K)を完全に接着し、
c. サブステップB4:特に好ましくは圧電セラミック材料および/もしくは接着剤を除去することによって、ならびに/または剥離剤を塗布することによって、前記少なくとも1つの結合範囲(K)の外側で、好ましくは前記エッジ領域において、好ましくは前記結合平面内で、2つのアクチュエータ(2)同士を分離し、
d. サブステップB5:接続部(11)によって、好ましくは前記接続部(11)を前記電極(25,26)上に塗布することによって、同じ極性の前記アクチュエータ(2)の前記電極(25,26)を互いに接続する
のうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする、前述の請求項のいずれか1項に記載の方法。 - 好ましくは前述の請求項のいずれか1項に記載の方法に従って製造される圧電スタックアクチュエータ(1)であって、電気的に作動されると軸(A)に沿ってたわみを生じさせるように設計されている少なくとも2つのアクチュエータ(2)を備え、前記少なくとも2つのアクチュエータ(2)は、前記アクチュエータ(2)が電気的に作動されると生じる前記アクチュエータの前記たわみが積層軸(S)に沿って重なり合うように、前記積層軸(S)に沿って積層され、前記少なくとも2つのアクチュエータ(2)は、アクチュエータ(2)と隣接するアクチュエータ(2)との力結合が行われる結合範囲(K)が、前記軸(A)に垂直な平面上の前記アクチュエータ(2)の突出範囲(P)よりも小さいように結合される、圧電スタックアクチュエータ。
- 前記アクチュエータ(2)の各々は、以下の特徴、すなわち、
a. 前記アクチュエータは、好ましくは単層アクチュエータまたは多層アクチュエータとして、圧電セラミック層(2a)および電気的接点(2c,2e)からなり、
b. 前記圧電セラミック層(2a)は、好ましくは、2つの隣接する圧電セラミック層(2a)が、1つの電気的接点(2c,2e)をそれぞれ挿入した状態で、好ましくは同じ極性の極(2b,2d)を有する電極層または接触プレートを挿入した状態で互いに対向するように、軸(A)に沿って積層され、
c. 前記電気的接点(2c,2e)は、対応する極性の電極(25,26)に接続され、異なる極性の前記電極(25,26)は、好ましくは前記アクチュエータ(2)の周囲に離間して配置され、好ましくは前記アクチュエータ(2)の直径方向に対向する側に位置し、
d. 前記圧電セラミック層(2a)および前記電気的接点(2c,2e)は、好ましくはセラミック絶縁材料(20)で、特に好ましくはモノリシックに焼結されたセラミック絶縁材料(20)で被覆され、前記絶縁材料(20)を用いた被覆部は特に好ましくは気密性および/または防湿性を有し、
e. 前記アクチュエータは、前記積層軸Sに垂直な平面内で、実質的に円形またはほぼ円形の断面形状を有し、
f. 前記アクチュエータは、前記積層軸Sに垂直な平面内で、中実断面または中空断面を有し、
g. 円形断面を有するアクチュエータ(2)の場合、直径と高さの比はD/H≧1であり、好ましくはD/H>5であり、特に好ましくはD/H=6.4であり、
h. 矩形断面を有するアクチュエータ(2)の場合、エッジ長さと高さの比はL/H≧1であり、好ましくはL/H>5であり、特に好ましくはL/H=6.4である
のうちの少なくとも1つを有することを特徴とする、請求項4に記載の圧電スタックアクチュエータ(1)。 - 前記結合範囲(K)は、以下の特徴、すなわち、
a. 前記少なくとも1つの結合範囲(K)は、前記アクチュエータ(2)の被覆部に、好ましくは絶縁材料(20)の、好ましくはセラミック絶縁材料(20)の被覆部に形成され、特に好ましくは、同時に前記被覆部の絶縁機能が維持され、
b. 前記少なくとも1つの結合範囲(K)は、結合すべき2つのアクチュエータ(2)の間に配置すべき追加素子(3)に形成され、前記追加素子(3)は好ましくは電極として形成され、
c. 前記少なくとも1つの結合範囲(K)は、好ましくは前記結合範囲(K)が前記アクチュエータ(2)または前記追加素子(3)の一方または両方の軸方向端部をそれぞれ形成するように、前記アクチュエータ(2)または前記追加素子(3)の一方または両方の軸方向端部にそれぞれ形成され、
d. 前記少なくとも1つの結合範囲(K)は、前記アクチュエータ(2)の前記突出範囲(P)に関して、以下の面積比、すなわち、0.1*P<K<P、好ましくは0.5*P<K<0.95*P、好ましくは0.75*P<K<0.9*Pが当てはまるように設計される
のうちの少なくとも1つを有することを特徴とする、請求項4~6のいずれか1項に記載の圧電スタックアクチュエータ(1)。 - 前記スタックアクチュエータ(1)は、以下の特徴、すなわち、
a. 2つの隣接するアクチュエータ(2)の間に少なくとも1つの追加素子(3)が配置され、前記追加素子(3)は好ましくは電極として形成され、
b. 少なくとも2つの隣接するアクチュエータ(2)は、直接的に能動的に接続され、または追加素子(3)を介して間接的に能動的に接続され、この接続は、好ましくは、前記隣接するアクチュエータ(2)の間の、または前記隣接するアクチュエータ(2)の各々とそれらの間に配置される前記追加素子(3)との間の、好ましくは接着剤による堅固な接着接続によって行われ、特に好ましくは、前記接着剤は前記少なくとも1つの結合範囲(K)を完全に接着し、
c. 少なくとも2つの隣接するアクチュエータ(2)は、特に好ましくは圧電セラミック材料および/もしくは接着剤を除去することによって、ならびに/または接着前に剥離剤を塗布することによって、前記少なくとも1つの結合範囲(K)を除いて、好ましくは前記エッジ領域において、好ましくは前記結合平面内で、互いに分離され、
d. 同じ極性の前記アクチュエータ(2)の前記電極(25,26)は接続部(11)によって互いに接続され、前記接続部は好ましくは前記電極(25,26)の上に塗布される
のうちの少なくとも1つを有することを特徴とする、請求項4~6のいずれか1項に記載の圧電スタックアクチュエータ(1)。
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