[發明專利]壓電式彎曲變換器

無效

• 申請號: 00812229.6
• 申請日: 2000-08-04
• 公開（公告）號: CN1371532A
• 公開（公告）日: 2002-09-25
• 發明（設計）人: 霍斯特·比塞尼克;邁克爾·里德爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波,侯宇

本發明涉及一種減小本身受熱彎曲的壓電式彎曲變換器。

例如由WO?96/41384?A1已知這種彎曲變換器。其中所公開的彎曲變換器包括載體和至少施加在載體一側由壓電陶瓷組成的壓電活性層。為了補償自身受熱彎曲，建議對于壓電陶瓷和載體采用熱膨脹系數基本相同的材料。

帶有加在載體上的壓電層的壓電式彎曲變換器主要用于充分利用間接的或交互的壓電效應，亦即用于將電能變換為機械能。彎曲變換器應用于許多技術領域。例如可作為噴墨打印機的壓電打印頭、話筒或擴音器的錄音機或音頻發生器、加速度計或壓力計的傳感器、以及作為調整元件用于盲文行掃描，盲人閱讀器，紡織機，閥，書寫測量議或非接觸式表面測量儀器中。

尤其在彎曲變換器提供的偏轉量較小(10至200μm)的情況下，在溫度改變時產生的自身熱彎曲可導致借助彎曲變換器運行的系統失效。例如在閥尤其在氣動閥內應用時，要求自身熱彎曲很小的彎曲變換器。若此時因溫度改變導致彎曲變換器有不再能容許的本身彎曲，就不再能保證例如閥的閉合功能。

然而即便采用在WO?96/41384?A1中建議的彎曲變換器也仍然不利地存在幾個μm/10°k的自身彎曲。這種自身彎曲當其應用在閥上時已不再能容許。因此，在迄今的實際工作中通過從生產的批量中選擇，找出用于具體應用場合的彎曲變換器。但是這種方法非常麻煩，而且除此之外還有一個缺點，即不可避免會產生大量生產廢品。具有在公差范圍以外的自身彎曲的彎曲變換器不能使用并因而被報廢。

本發明的目的是提供一種壓電式彎曲變換器，與先有技術相比它具有更進一步減小的自身熱彎曲，這種彎曲變換器可在沒有大量生產廢品的情況下生產。

在一種前言所述類型的包括載體及至少在載體一側施加壓電活性層的壓電式彎曲變換器中，本發明的目的通過采用這樣的措施達到，即，在壓電活性層上，必要時在電極作為中間層的情況下，加上有預定體積的適配層。

本發明考慮問題的出發點是，在至今的選擇法中，為了尋找一個批量中有所要求的小的自身熱彎曲的那個彎曲變換器，必須確定溫度變化，亦即每°K的本身彎曲。本發明還有一個考慮問題的出發點是，在確定了溫度變化或自身彎曲的溫度系數后，可以采取措施補償或減小自身彎曲，即附加地在彎曲變換器上加上一個恰當的適配層。按另一個步驟，通過所施加的適配層的體積來實現自身彎曲的減小或補償。

對本發明而言，最終用什么材料構成適配層是無關緊要的。這種材料只應能便于操作并能與彎曲變換器的材料良好連接。換句話說，應能實現適配層與彎曲變換器牢固和持久地連接。

自身彎曲的補償既可通過具有小的熱膨脹系數的適配層達到，也可通過具有大的熱膨脹系數的適配層達到。為了補償可敷設體積或大或小的適配層。為了補償自身熱彎曲，適配層既可敷設在當自身彎曲時彎曲變換器向內彎曲的那一例上，也可敷設在當自身彎曲時彎曲變換器向外彎曲的那一側上。

對已知的適配層材料，在為補償自身彎曲所敷設的適配層體積與預定的彎曲變換器類型的溫度變化之間的關系最好由實驗確定。因為一個批量的彎曲變換器顯示出有不同的自身彎曲值，所以，所述關系可輕易地通過一簡單的測量順序找到。

現在可通過適配層的體積，針對每個彎曲變換器將自身彎曲值補償到所期望的公差值。此外，本發明還允許制造具有任何預定的自身熱彎曲的彎曲變換器。

此外，在為補償自身彎曲所要敷設的適配層體積與彎曲變換器溫度變化之間的關系，原則上可由用于體積膨脹的物理公式借助三次冪的體積膨脹系數導出。

原則上適配層當然可以加在彎曲變換器的兩側上。但比較有利和簡單得多的是，為了補償自身熱彎曲，適配層加在一側。這樣做在下列情況下也是有利的，即壓電式彎曲變換器設計為一個所謂的雙態的(bimorph)彎曲變換器，亦即壓電活性層設在載體的兩側。

在制造技術方面比較有利的是，彎曲變換器的自身彎曲通過適配層的橫載面補償或調整。這一點實際上可以這樣來實現，即，當適配層厚度相同時，所期望的自身彎曲的補償通過要施加的材料的長度和/或寬度達到。

比較有利的是，適配層借助絲網印刷來敷設。不言而喻，適配層當然也可以用其他方式敷設在彎曲變換器上。例如通過粘結、蒸汽噴鍍、陰極濺鍍或噴灑等實現。