压电设备制造技术

本发明专利技术涉及一种设备(1)，具有压电转换器元件(3)和载体(4)，所述转换器元件和载体彼此机械连接以形成复合件，使得压电转换器元件(3)和载体(4)在力的作用下一起变形，其中载体(4)设计为，使得在由压电转换器元件(3)和载体(4)构成的复合件弯曲时不经受长度变化的中性纤维设置在所述载体(4)内。纤维设置在所述载体(4)内。纤维设置在所述载体(4)内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电设备


[0001]本专利技术涉及一种具有压电转换器元件和载体的设备。

技术介绍

[0002]所述设备例如能够是用于探测机械变形的传感器。长期以来，这种传感器在各种应用领域中发挥着重要作用。在许多控制过程中，探测例如因压力或扭转引起的机械变形并且将其用作为调节变量。随着自主系统的循序使用，对这种机械变形的探测的重要性进一步提高。
[0003]通常，传感器系统由转换器元件和评估电子装置构成，所述转换器元件将测量变量转换为可测量电信号，并且评估电子装置用于信号处理并且例如将信号放大、滤波和/或数字化。由评估电子装置输出的输出信号随后能够转发给上级的闭环控制或开环控制系统。
[0004]为了改进信号质量，在现有技术中已知如下解决方案，其中尝试放大由转换器元件产生的信号。例如，US 6,434,917A提出一种压电部件的多层构造，以便在转换器元件中产生更强的信号。然而——与具有唯一的压电层的压电转换器元件相比——具有多层构造的压电转换器元件导致在其制造期间工艺控制中的耗费更多。US 2010/181871提出，经由选择压电转换器元件的几何参数和机械参数有针对性地影响信号强度。然而，由此限制了在转换器元件的几何形状和机械的设计方案方面的设计自由度。

技术实现思路

[0005]现在，本专利技术的目的是提供一种改进的设备。例如应提出如下设备，所述设备对转换器元件的设计方案没有任何特殊要求和/或实现简单的制造方法。
[0006]该目的通过根据权利要求1的设备实现。其他权利要求给出所述设备的优选的实施方式。
[0007]提出一种设备，所述设备具有压电转换器元件和载体，所述转换器元件和载体彼此机械连接成复合件，使得压电转换器元件和载体在力的作用下共同变形。载体设计为，使得在由压电转换器元件和载体构成的复合件弯曲时不经受任何长度改变的中性纤维设置在载体内。
[0008]在这种情况下，所述设备的特性通过适当地选择载体的机械特性和几何特性来确定。尤其是，载体能够设计用于在压电转换器元件中实现高的电响应。因为中性纤维位于载体内部，所以压电转换器元件能够在其整个体积上是有效的。中性纤维不构成在压电转换器元件内，使得压电转换器元件的整个体积经受长度改变和从而有助于电压的产生。
[0009]所述设备能够作为传感器和/或致动器运行。在作为传感器运行时，所述设备能够设计用于根据在压电转换器元件中产生的电压来确定作用到所述设备的力的水平。
[0010]在作为致动器运行时，使压电转换器元件和载体变形的力能够由压电转换器元件本身产生。在此，通过将电压施加到压电转换器元件上来产生力。这会导致设备偏转。因为
中性纤维设置在载体中而不是设置在压电转换器元件中，所以压电转换器元件的整个体积都会偏转有贡献。
[0011]如果压电转换器元件的变形总是导致载体变形，那么压电转换器元件和载体能够称为复合件。压电转换器元件面状地固定在载体上。尤其是，压电转换器元件的下侧能够固定在载体的表面上，其中即使在设备弯曲时，压电转换器元件的下侧也贴靠在载体的上侧上。
[0012]压电转换器元件能够设置在载体上。尤其是，压电转换器元件能够被压印在载体上。例如能够借助于丝网印刷将压电转换器元件施加在载体上。替选地，模板印刷、喷墨印刷、刮涂、蒸镀或溅射也是可行的。
[0013]所述设备例如能够是在一侧夹紧的梁或在两侧夹紧的梁。
[0014]压电转换器元件能够具有陶瓷层或铁电的聚合物层或具有复合材料的层，所述复合材料具有陶瓷材料和压电的聚合物基质。陶瓷的压电层的特征在于，与压电的聚合物层相比，由于压电效应在陶瓷的压电层中产生更高的电压。
[0015]与此相反，铁电的聚合物层实现将塑料的机械特性与陶瓷材料的电特性相结合。铁电的聚合物层的特征还在于，其具有低的弹性模量和从而具有高的机械灵活性。
[0016]铁电的聚合物层的一个实例是PVDF:TrFE。陶瓷的压电层的一个实例是PZT。
[0017]载体的厚度能够设计为，使得中性纤维设置在载体内。载体的厚度在此表示载体从载体的下侧至上侧的伸展。压电层能够面状地设置在载体的上侧上。因此，载体的厚度是载体的特性之一，其能够被适当地选择，以便引起中性纤维的优选的位置。
[0018]载体的厚度能够例如在1μm和500μm之间的范围中。在考虑压电转换器元件的厚度的情况下来选择载体的厚度。通过适当的厚度比能够保证在载体内构成中性纤维。如果厚度在1μm和500μm之间的载体与厚度在10nm和100μm之间的压电转换器元件组合成复合件，那么中性纤维位于载体中。
[0019]如果将厚度在10nm和100μm之间的转换器元件组合在厚度在1μm到500μm的范围中的载体上，那么能够观察到转换器元件的输出信号的改进，因为中性纤维的位置远离转换器元件和从而从量值角度来看更大的机械应力作用到转换器元件上。
[0020]载体的弹性模量能够设计为，使得中性纤维设置在载体内。与柔性的载体相比，刚性的载体引起中性纤维远离压电转换器元件的移动。例如，如果受应用所决定载体厚度不可变化，那么经由对载体的弹性模量的适当的选择能够保证在载体内构成中性纤维。
[0021]因此，载体的弹性模量形成另一特性，所述另一特性实现：改变中性纤维的位置。由此能够实现中性纤维移动到所期望的位置上，而不必改变压电转换器元件。
[0022]所述设备能够是传感器，所述传感器设计用于探测通过作用于设备上的力产生的变形。以这种方式能够测量所述力。所述设备能够设计为，使得力在压电转换器元件中产生电压和/或电荷，其中所述设备与评估电子装置连接，所述评估电子装置设计用于测量电压和/或电荷的水平。所述设备例如能够用作为压力传感器、距离传感器或接近传感器。通过适当地选择载体的特性在此能够在转换器元件中产生特别强的输出信号。
[0023]替选地或者补充地，所述设备能够是致动器。所述设备能够设计为，使得通过将电压施加到压电转换器元件上并且压电转换器元件由于所施加的电压而变形的方式来产生力。通过适当地选择载体的特性，在此能够引起压电转换器元件的特别强的变形。如果中性
纤维未设置在压电转换器元件内，那么压电转换器元件的每个体积单元都会对变形有贡献。
[0024]压电转换器元件能够具有多层构造，所述多层构造具有多个压电层和设置在其间的内部电极。替选地，压电转换器元件能够具有唯一的压电层。多层构造提供如下优点：在这种情况下在压电转换器元件中产生更高的电压；或者在作为致动器运行时引起更强的机械变形。与此相反，单层构造提供如下优点：制造过程变得不那么复杂。
[0025]压电转换器元件能够具有唯一的压电层、上电极和下电极，其中压电层设置在上电极和下电极之间。替选地，压电转换器元件能够具有仅仅一个唯一压电层和上电极，其中压电层设置在上电极和载体之间并且载体具有导电材料并且设计用于作为电极使用。
[0026]载体能够具有塑料，例如聚酰亚胺、PET或PEN。替选地，载体能够具有金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备(1)，所述设备具有压电转换器元件(3)和载体(4)，所述压电转换器元件和载体彼此机械连接成复合件，使得所述压电转换器元件(3)和所述载体(4)在力的作用下一起变形，其中所述载体(4)设计为，使得在所述载体(4)内设置中性纤维，所述中性纤维在由所述压电转换器元件(3)和所述载体(4)构成的复合件弯曲时不经受长度变化。2.根据权利要求1的设备(1)，其中所述压电转换器元件(3)具有陶瓷层或铁电的聚合物层或者具有复合材料的层，所述复合材料具有陶瓷材料和压电的聚合物基质。3.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述载体(4)的厚度设计为，使得所述中性纤维(10)设置在所述载体(4)内。4.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述载体(4)的厚度在1μm和500μm之间的范围内。5.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述载体(4)的弹性模量设计为，使得所述中性纤维(10)设置在所述载体(4)内。6.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述设备(1)是传感器，所述传感器设计用于探测通过作用到所述设备(1)上的力(F)产生的变形。7.根据上一项权利要求所述的设备(1)，其中所述设备(1)设计为，使得所述力在所述压电转换器元件(3)中产生电压和/或电荷，并且其中所述设备(1)与评估电子装置(2)连接，所述评估电子装置设计用于测量电压和/或电荷的水平。8.根据上述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑德罗，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：