叠层压电致动器制造技术

本发明专利技术公开的是通过弯曲可位移的一种叠层压电致动器，包括叠加于一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加于其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加于两表面上的所述的压电陶瓷层的厚度从所述芯料向外逐渐减小，或压电常数ｄ３１从内层到外层逐渐增加，或所施加的电压从内层到外层逐渐增加。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过弯曲可位移的叠层压电致动器，特别是涉及能用于纺织机，尤其是能用于织袜机的织针驱动机构(用于针织机的选针装置)或用于织机的经纱控制机构的压电致动器。以前，对象锆酸铅(PbZrO3)，钛酸铅(PbTiO3)，钛酸钡(BaTiO3)以及磷酸钡这样的压电物质(晶体)施加机械能(力)例如压力或者张力已众所周知，以便使静电(电荷)出现于每个晶体的一个表面上，以致把静电电荷分离成正侧以及负侧(极化或带电)。由于机械应力而引起的极化或带电现象被称作压电正效应(piezoelectric direct effect)，相反，当施加电压时发生变形的现象被称作压电负效应(piezoelectric reverse effect)。在这种情况下，作用在晶体上的力随施加电压的极性而变化。对于在极化的方向以及力的方向之间的关系，在极化的方向与力的方向相同(它们同轴)时，称作压电纵向压电效应(piezoelectriclongitudinal effect)，而当极化的方向与力的方向成直角时，称作压电横向效应(piezoelectric transverse effect)。利用以上所述的压电陶瓷材料的产品已广泛用于各个领域，与线圈绕于磁体的通用电磁致动器相比，用位移或由压电现象产生的力作为驱动源的压电致动器具有极好的特性，例如，降低的动力消耗，快速的感应速度，增加的移位，减少的热生成以及减小的大小和重量。作为在压电致动器中把电能以及机械能相互转换的转换元件，主要有双压电晶元件以及叠层元件。通常，双压电晶元件3包括例如一个金属垫片构件1以及两个压电陶瓷板2，它们的伸缩特性彼此不同，所述的板2用粘合剂粘合到垫片构件1上，如图7(A)所示。当通过电极(图中未示出)把电压施于双压电晶元件3上时，压电板2的其中一个伸展，而另一个收缩，以便通过弯曲整个压电板而产生位移，如图7(A)所示。参考标号4所示的箭头示出极化的方向。双压电晶元件的优点在于增加位称，而缺点在于具有磁滞特性，动力生成，机械强度以及疲劳特性的问题，另外提高共振频率是困难的。另一方面，叠层元件5通常包括例如几十至几百个叠层的且固定的薄压电陶瓷板2，因此，厚度方向上的极化4的方向一个接着一个是相反的，如图7(B)中所示。参见图7(B)，参考标号6表示内电极，而参考标号7表示外电极，为了引出叠层元件5的电极，正电极和负电极分别并连地连接，由此，所有压电陶瓷层的极化方向与施加电压的方向相同，以此朝叠层方向位移。叠层元件5的位移小，但具有非常快速的响应速度、增加的动力生成、高转换率以及高共振频率的优点。图8(A)中所示的叠层压电致动器5具有利用纵向效应这样的结构，其中，交替地叠加在其两表面上带有金属电极膜并且在厚度方向上极化的压电陶瓷板2以及金属片8，并通过粘合剂成一体。在外部通过导线9每隔一片并联电连接各个金属片8，引出电终端10。对电终端10施加电压使致动器5朝箭头所示的高度方向伸缩运动。另一方面，也提出了具有这样结构的叠层压电致动器5，在所述结构中，采用称作生片法(green sheet method)的叠层陶瓷电容器的技术并且利用纵向效应，如图8(B)所示。在这种致动器中，许多金属内电极11以层状被嵌入压电陶瓷板2中，以便不采用粘合剂就能把内电极11与陶瓷板2制成一整体。每隔一层并联连接各个内电极11。可以把与叠层陶瓷电容器的相似制造方法应用于制造具有这种结构的致动器，所以，可以使其加工自动化，并且大量的并以低成本进行制造。为了把叠层压电致动器与叠层陶瓷电容器进行比较，图8(C)中示出了叠层陶瓷电容器的剖面视图，这一比较说明结构的区别，即每个内电极层11的面积与用于叠层压电致动器5的陶瓷板2的面积相同，因此，每个内电极13的面积小于用于电容器12的陶瓷2的面积，就电容器12来说，上和下内电极13的非叠层部分是压电非活性的，结果，产生应力生成源。当这个电容器被用作致动器时，长时间重复施加电压会引起其机械损坏。由以上所述可以看出，陶瓷是铁电物质，需要极化，以利用其压电性。对于以上描述的双压电晶元件3来说，通过对两个压电陶瓷板2、2的每个施加电场来实现极化。对于叠层元件5，通过将电场施于整个叠层体来实现极化。例如，通过整个叠层体使所有压电陶瓷层极化，以便，一经加热叠层体而后在施加电场的同时使其冷却，使极性具有相同方向。就通过极化使元件位移而言，对于以上描述的双压电晶位移元件3，一个压电极2伸展，而另一个压电板2收缩，通过经电极施加电压，使整体弯曲，来引起位移。相反，沿叠层方向移动叠层元件5，并且只在高度方向上进行伸缩运动，如图8(a)、8(b)及8(c)所示，而不会如双压电晶元件通过弯曲产生位移。所以，当这种叠层元件被用作压电致动器时，它的确可用于利用在叠层方向上位移的应用中，但不能用作弯曲式叠层元件，此处所述弯曲式叠层元件是一种叠层元件，并如双压电晶元件那样通过弯曲产生位移。例如，当压电致动器被用作织袜机的织针驱动机构或织机的经纱控制机构时(以下将要描述)，较好的是，通过如双压电晶元件那样弯曲来使压电致动器位移，因此，能以高速选择针织织针或控制经纱。例如在日本未审查的专利公开60-211176，61-15383，55-104149以及54-133124中已描述了这些压电致动器。所以，本专利技术的目的是提供一种通过弯曲能位移的弯曲式叠层压电致动器，与双压电晶元件相比，所述的致动器位移小，但具有非常快速的响应速度，增加的动力生成，高转换率以及高共振频率的优点，特别是提供能用于纺织机，尤其是能用于织袜机的织针驱动机构或织机的经纱控制机构中的一种压电致动器。本专利技术的上述的以及其它的目的和特点从说明书的整个描述中将会明显看到。本专利技术提供通过弯曲能位移的一种叠层压电致动器(下文被称作厚度转换叠层压电致动器)，它包括叠加在一芯材料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加在其另一表面上的许多压电陶瓷层，所述的叠加在两表面上的压电陶瓷层的厚度从所述芯材料向外逐渐减小。本专利技术还提供通过弯曲能位移的一种压电致动器(下文被称作压电常数转换叠层压电致动器)，它包括叠加在一芯材料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加在其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加在两层上的所述压电陶瓷层的压电常数d31从内层到外层逐渐增加。此外，本专利技术提供通过弯曲能位移的一种叠层压电致动器(下文被称作电压转换叠层压电致动器)，它包括叠加在一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加在其另一表面上的许多压电陶瓷层，对叠加在两表面上的所述压电陶瓷层所施加的电压从内层到外层逐渐增加。附图说明图1(A)是示出本专利技术的一厚度转换叠层压电致动器的主要部分的剖视图；图1(B)是用于说明体现本专利技术的厚度转换叠层压电致动器的压电操作的示意图；图1(C)是示出体现本专利技术的另一厚度转换叠层压电致动器的主要部分的剖视图；图2是示出织袜机的织针驱动机构的剖视图，其中，体现本专利技术的压电致动器用于织袜机中；图3(A)和3(B)是用于说明织袜机的织针驱动机构中的压电致动器的织针驱动操作过程；图4是用于说明织袜机的示意图；图5(A)是示出织机的经纱控制机构的平面图，体现本专利技术的压电致动器被用于织机中；图5(B)是图5(A)中示出的经纱控制机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过弯曲可位移的叠层压电致动器，包括叠加于一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加在其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加于两表面上的所述压电陶瓷层的厚度从所述芯料向外逐渐减小。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-11 19265/96;JP 1996-1-11 19266/96;JP 1991.通过弯曲可位移的叠层压电致动器，包括叠加于一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加在其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加于两表面上的所述压电陶瓷层的厚度从所述芯料向外逐渐减小。2.通过弯曲可位移的叠层压电致动器，包括叠加于一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加于其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加于两表面上的所述压电陶瓷层的压电常数d31从内层到外层逐渐增加。3.通过弯曲可位移的叠层压电致动器，包括叠加于一芯料的一表面上的许多压电陶瓷层，以及叠加于其另一表面上的许多压电陶瓷层，叠加于两表面上的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡千晴，本隆，
申请(专利权)人：WAC资料服务有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]