專利名稱：疊層壓電致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器，特別是涉及能用于紡織機(jī)，尤其是能用于織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(用于針織機(jī)的選針裝置)或用于織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的壓電致動(dòng)器。
以前，對象鋯酸鉛(PbZrO3)，鈦酸鉛(PbTiO3)，鈦酸鋇(BaTiO3)以及磷酸鋇這樣的壓電物質(zhì)(晶體)施加機(jī)械能(力)例如壓力或者張力已眾所周知，以便使靜電(電荷)出現(xiàn)于每個(gè)晶體的一個(gè)表面上，以致把靜電電荷分離成正側(cè)以及負(fù)側(cè)(極化或帶電)。由于機(jī)械應(yīng)力而引起的極化或帶電現(xiàn)象被稱作壓電正效應(yīng)(piezoelectric direct effect)，相反，當(dāng)施加電壓時(shí)發(fā)生變形的現(xiàn)象被稱作壓電負(fù)效應(yīng)(piezoelectric reverse effect)。在這種情況下，作用在晶體上的力隨施加電壓的極性而變化。
對于在極化的方向以及力的方向之間的關(guān)系，在極化的方向與力的方向相同(它們同軸)時(shí)，稱作壓電縱向壓電效應(yīng)(piezoelectriclongitudinal effect)，而當(dāng)極化的方向與力的方向成直角時(shí)，稱作壓電橫向效應(yīng)(piezoelectric transverse effect)。
利用以上所述的壓電陶瓷材料的產(chǎn)品已廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，與線圈繞于磁體的通用電磁致動(dòng)器相比，用位移或由壓電現(xiàn)象產(chǎn)生的力作為驅(qū)動(dòng)源的壓電致動(dòng)器具有極好的特性，例如，降低的動(dòng)力消耗，快速的感應(yīng)速度，增加的移位，減少的熱生成以及減小的大小和重量。
作為在壓電致動(dòng)器中把電能以及機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換元件，主要有雙壓電晶元件以及疊層元件。
通常，雙壓電晶元件3包括例如一個(gè)金屬墊片構(gòu)件1以及兩個(gè)壓電陶瓷板2，它們的伸縮特性彼此不同，所述的板2用粘合劑粘合到墊片構(gòu)件1上，如圖7(A)所示。當(dāng)通過電極(圖中未示出)把電壓施于雙壓電晶元件3上時(shí)，壓電板2的其中一個(gè)伸展，而另一個(gè)收縮，以便通過彎曲整個(gè)壓電板而產(chǎn)生位移，如圖7(A)所示。參考標(biāo)號4所示的箭頭示出極化的方向。雙壓電晶元件的優(yōu)點(diǎn)在于增加位稱，而缺點(diǎn)在于具有磁滯特性，動(dòng)力生成，機(jī)械強(qiáng)度以及疲勞特性的問題，另外提高共振頻率是困難的。
另一方面，疊層元件5通常包括例如幾十至幾百個(gè)疊層的且固定的薄壓電陶瓷板2，因此，厚度方向上的極化4的方向一個(gè)接著一個(gè)是相反的，如圖7(B)中所示。參見圖7(B)，參考標(biāo)號6表示內(nèi)電極，而參考標(biāo)號7表示外電極，為了引出疊層元件5的電極，正電極和負(fù)電極分別并連地連接，由此，所有壓電陶瓷層的極化方向與施加電壓的方向相同，以此朝疊層方向位移。疊層元件5的位移小，但具有非常快速的響應(yīng)速度、增加的動(dòng)力生成、高轉(zhuǎn)換率以及高共振頻率的優(yōu)點(diǎn)。
圖8(A)中所示的疊層壓電致動(dòng)器5具有利用縱向效應(yīng)這樣的結(jié)構(gòu)，其中，交替地疊加在其兩表面上帶有金屬電極膜并且在厚度方向上極化的壓電陶瓷板2以及金屬片8，并通過粘合劑成一體。在外部通過導(dǎo)線9每隔一片并聯(lián)電連接各個(gè)金屬片8，引出電終端10。對電終端10施加電壓使致動(dòng)器5朝箭頭所示的高度方向伸縮運(yùn)動(dòng)。
另一方面，也提出了具有這樣結(jié)構(gòu)的疊層壓電致動(dòng)器5，在所述結(jié)構(gòu)中，采用稱作生片法(green sheet method)的疊層陶瓷電容器的技術(shù)并且利用縱向效應(yīng)，如圖8(B)所示。
在這種致動(dòng)器中，許多金屬內(nèi)電極11以層狀被嵌入壓電陶瓷板2中，以便不采用粘合劑就能把內(nèi)電極11與陶瓷板2制成一整體。每隔一層并聯(lián)連接各個(gè)內(nèi)電極11?？梢园雅c疊層陶瓷電容器的相似制造方法應(yīng)用于制造具有這種結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器，所以，可以使其加工自動(dòng)化，并且大量的并以低成本進(jìn)行制造。為了把疊層壓電致動(dòng)器與疊層陶瓷電容器進(jìn)行比較，圖8(C)中示出了疊層陶瓷電容器的剖面視圖，這一比較說明結(jié)構(gòu)的區(qū)別，即每個(gè)內(nèi)電極層11的面積與用于疊層壓電致動(dòng)器5的陶瓷板2的面積相同，因此，每個(gè)內(nèi)電極13的面積小于用于電容器12的陶瓷2的面積，就電容器12來說，上和下內(nèi)電極13的非疊層部分是壓電非活性的，結(jié)果，產(chǎn)生應(yīng)力生成源。當(dāng)這個(gè)電容器被用作致動(dòng)器時(shí)，長時(shí)間重復(fù)施加電壓會(huì)引起其機(jī)械損壞。
由以上所述可以看出，陶瓷是鐵電物質(zhì)，需要極化，以利用其壓電性。對于以上描述的雙壓電晶元件3來說，通過對兩個(gè)壓電陶瓷板2、2的每個(gè)施加電場來實(shí)現(xiàn)極化。對于疊層元件5，通過將電場施于整個(gè)疊層體來實(shí)現(xiàn)極化。例如，通過整個(gè)疊層體使所有壓電陶瓷層極化，以便，一經(jīng)加熱疊層體而后在施加電場的同時(shí)使其冷卻，使極性具有相同方向。
就通過極化使元件位移而言，對于以上描述的雙壓電晶位移元件3，一個(gè)壓電極2伸展，而另一個(gè)壓電板2收縮，通過經(jīng)電極施加電壓，使整體彎曲，來引起位移。相反，沿疊層方向移動(dòng)疊層元件5，并且只在高度方向上進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，如圖8(a)、8(b)及8(c)所示，而不會(huì)如雙壓電晶元件通過彎曲產(chǎn)生位移。
所以，當(dāng)這種疊層元件被用作壓電致動(dòng)器時(shí)，它的確可用于利用在疊層方向上位移的應(yīng)用中，但不能用作彎曲式疊層元件，此處所述彎曲式疊層元件是一種疊層元件，并如雙壓電晶元件那樣通過彎曲產(chǎn)生位移。例如，當(dāng)壓電致動(dòng)器被用作織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)時(shí)(以下將要描述)，較好的是，通過如雙壓電晶元件那樣彎曲來使壓電致動(dòng)器位移，因此，能以高速選擇針織織針或控制經(jīng)紗。
例如在日本未審查的專利公開60-211176，61-15383，55-104149以及54-133124中已描述了這些壓電致動(dòng)器。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種通過彎曲能位移的彎曲式疊層壓電致動(dòng)器，與雙壓電晶元件相比，所述的致動(dòng)器位移小，但具有非常快速的響應(yīng)速度，增加的動(dòng)力生成，高轉(zhuǎn)換率以及高共振頻率的優(yōu)點(diǎn)，特別是提供能用于紡織機(jī)，尤其是能用于織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)中的一種壓電致動(dòng)器。
本發(fā)明的上述的以及其它的目的和特點(diǎn)從說明書的整個(gè)描述中將會(huì)明顯看到。
本發(fā)明提供通過彎曲能位移的一種疊層壓電致動(dòng)器(下文被稱作厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器)，它包括疊加在一芯材料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加在其另一表面上的許多壓電陶瓷層，所述的疊加在兩表面上的壓電陶瓷層的厚度從所述芯材料向外逐漸減小。
本發(fā)明還提供通過彎曲能位移的一種壓電致動(dòng)器(下文被稱作壓電常數(shù)轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器)，它包括疊加在一芯材料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加在其另一表面上的許多壓電陶瓷層，疊加在兩層上的所述壓電陶瓷層的壓電常數(shù)d31從內(nèi)層到外層逐漸增加。
此外，本發(fā)明提供通過彎曲能位移的一種疊層壓電致動(dòng)器(下文被稱作電壓轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器)，它包括疊加在一芯料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加在其另一表面上的許多壓電陶瓷層，對疊加在兩表面上的所述壓電陶瓷層所施加的電壓從內(nèi)層到外層逐漸增加。


圖1(A)是示出本發(fā)明的一厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的主要部分的剖視圖；圖1(B)是用于說明體現(xiàn)本發(fā)明的厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的壓電操作的示意圖；圖1(C)是示出體現(xiàn)本發(fā)明的另一厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的主要部分的剖視圖；圖2是示出織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖，其中，體現(xiàn)本發(fā)明的壓電致動(dòng)器用于織襪機(jī)中；圖3(A)和3(B)是用于說明織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的壓電致動(dòng)器的織針驅(qū)動(dòng)操作過程；圖4是用于說明織襪機(jī)的示意圖；圖5(A)是示出織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的平面圖，體現(xiàn)本發(fā)明的壓電致動(dòng)器被用于織機(jī)中；圖5(B)是圖5(A)中示出的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的剖視圖；圖6(A)和6(B)是用于說明織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)中的壓電致動(dòng)器的控制操作的視圖；圖7(A)是示出通用雙壓電晶元件的示意圖；圖7(B)是示出通用疊層壓電元件的示意透視圖；以及圖8(A)、8(B)以及8(C)是示出通用疊層壓電元件的示意圖。
參見附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1(A)是示出體現(xiàn)本發(fā)明的厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的主要部分的剖視圖，圖1(B)是用于說明體現(xiàn)本發(fā)明的厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的示意圖，以及圖1(C)是示出體現(xiàn)本發(fā)明的另一厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器的主要部分剖視圖。
圖2是示出使用體現(xiàn)本發(fā)明的壓電致動(dòng)器的織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖3(A)和3(B)是用于說明織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的壓電致動(dòng)器的織針驅(qū)動(dòng)操作的視圖。
圖4是用于說明織襪機(jī)的示意圖。
圖5(A)是示出使用本發(fā)明的壓電致動(dòng)器的織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的平面圖，圖5(B)是圖5(A)中示出的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖6(A)和6(B)是用于說明織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)中的壓電致動(dòng)器的控制操作的視圖。
如圖4中所示，在例如提花圓型針織機(jī)或提花橫機(jī)的織襪提花針織機(jī)中，一個(gè)織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(織針驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器)被用于把在一存儲(chǔ)器例如軟盤中存儲(chǔ)的圖案程序傳送到織針的上下運(yùn)動(dòng)中。繞針筒16設(shè)置有許多控制織針14的上下運(yùn)動(dòng)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15，這些驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被連接到一個(gè)圖案控制器17上。從圖案控制器17提供圖案程序，以實(shí)現(xiàn)織針14的上下運(yùn)動(dòng)，因此，進(jìn)行襪子的提花針織。雖然圖中未示出，具有突出針踵的許多織針驅(qū)動(dòng)推片被設(shè)置在織針的下面，并且使織針與推片的上部靠接在一起。針織紗線18從筒子19被供到針筒16上，使織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15作用于織針驅(qū)動(dòng)推片上，以便實(shí)現(xiàn)如上所述的織針14的上下運(yùn)動(dòng)，因此，進(jìn)行襪子的提花針織?？梢允箍椺橋?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15直接作用于織針14上。
在織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，壓電致動(dòng)器20由一支承件(殼體)21呈多級支承，突指22被連接到壓電驅(qū)動(dòng)器20的端部。突指22的前端向外伸出穿過支承件21的止動(dòng)塊23和孔24，并且使每個(gè)壓電致動(dòng)器20由圖案控制器17經(jīng)導(dǎo)線25來操作。另外，突指22的操作實(shí)現(xiàn)上述的織針14的上下運(yùn)動(dòng)，因此進(jìn)行襪子的提花針織。
下面描述壓電控制系統(tǒng)的織針驅(qū)動(dòng)操作的一個(gè)例子。如圖3(B)所示，把電壓從圖案控制器17經(jīng)導(dǎo)線25施加到壓電致動(dòng)器20(或施加正脈沖)使壓電致動(dòng)器20彎曲，以致使突指22偏轉(zhuǎn)，例如向下，這沒把突指壓在織針驅(qū)動(dòng)推片26的針踵27上。所以，織針驅(qū)動(dòng)推片26保持垂直位置。結(jié)果，在織針驅(qū)動(dòng)推片26的底端凸出的用于起針三角的針踵28與起針三角29進(jìn)入接合狀態(tài)，以便使織針驅(qū)動(dòng)推片16和與其上部靠接的織針向上移動(dòng)，結(jié)果由織針14形成一針織圈。另一方面，如圖3(A)所示，未施加電壓(或施加負(fù)脈沖)不會(huì)使壓電致動(dòng)器20彎曲，所以，壓著織針驅(qū)動(dòng)推片26的針踵27。結(jié)果，在織針驅(qū)動(dòng)推片26的底端凸出的用于起針三角的針踵28不與起針三角29相接合，以便使與織針驅(qū)動(dòng)推片26的上部相靠接的織針14不進(jìn)行針織操作。
然后，根據(jù)圖5和6描述用于織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)的一個(gè)壓電致動(dòng)器根據(jù)織機(jī)的一般原理，在平紋組織的情況下，經(jīng)紗通過綜片，由綜片的上下運(yùn)動(dòng)被分成兩組以形成梭口。然后，緯紗用梭子穿過梭口，并被壓入織口。此后，形成另一經(jīng)紗組合，隨后穿過緯紗，這樣推進(jìn)織造。
壓電致動(dòng)器也被用于控制經(jīng)紗以及綜片。
如圖5和6所示，一突指22被連接到一壓電致動(dòng)器20上，它被電連接到一綜片控制機(jī)構(gòu)上(圖中未示出)，并且通過操作突指22壓電致動(dòng)器20控制被連接到一控制桿31的底部上的綜片(圖中未示出)，以及經(jīng)紗。當(dāng)電壓(脈沖)被施于壓電致動(dòng)器20上時(shí)，通過彎曲壓電致動(dòng)器20位移，由于突指22與壓電致動(dòng)器20相連，突指22也隨著壓電致動(dòng)器20的彎曲而產(chǎn)生的位移移動(dòng)。帶有一鉤30(或一鉤孔)的突指22與同樣帶有一鉤或一孔310的控制桿31進(jìn)入接合。另一方面，當(dāng)電壓(脈沖)未被施加到壓電致動(dòng)器20上時(shí)，突指22沒有與控制桿31進(jìn)入接合，并保持相分離的位置。這樣，突指22能與控制桿31進(jìn)行選擇性地接合并保持控制桿31。如上所述，控制桿31在鉤或孔310的底部處被連接到綜片上(圖中未示出)。控制桿31與綜片可操作地相連以控制綜片以及經(jīng)紗。厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器疊層壓電致動(dòng)器能被用作如上所述的紡織機(jī)中的壓電致動(dòng)器20。
如圖1(A)所示，壓電致動(dòng)器(厚度轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器)20是疊層狀。許多壓電陶瓷層2，…被疊加于一芯料32的一個(gè)表面上，而許多壓電陶瓷層2，…被疊加于其另一表面上。被疊加于兩表面上的壓電陶瓷層2，…其厚度從芯料32向外逐漸減小。
必須從芯料32向外逐漸減小疊加于芯料32的兩表面上的壓電陶瓷層2，…的厚度，如圖中所示。如從圖1(A)和1(B)所看到那樣，疊加于芯料32的上側(cè)的壓電陶瓷層2，…的厚度從下層到上層是逐漸減小的。另一方面，疊加于芯料32上的下側(cè)上的壓電陶瓷層2，…的厚度從上層到下層是逐漸減小的。當(dāng)把疊層體作一整體看時(shí)，在附圖中最底層側(cè)變成最內(nèi)側(cè)層。所以，疊加于芯料32的一側(cè)上的壓電陶瓷層2，…的厚度從一內(nèi)層到一外層是逐漸減小的，而疊加于芯料32的另一側(cè)上的壓電陶瓷層2，…的厚度從外層到內(nèi)層是逐漸減小的。
在上述的情況下，如果與芯料32相切的壓電陶瓷層2的厚度是t，在它外邊設(shè)置的壓電陶瓷層2的厚度是t-x1，那么，該厚度被逐漸減為t-x2，t-x3，…t-xn(x1＜x2＜x3＜xn)。
作為構(gòu)成上述壓電陶瓷層2的壓電物質(zhì)(晶體)，能使用各種壓電物質(zhì)(晶體)。其特殊的例子包括被稱作PZT的鋯酸鉛(PbZrO3)以及鈦酸鉛(PbTiO3)的固體溶液，鋯酸鉛(PbZrO3)，鈦酸鉛(PbTiO3)，鈦酸鋇(BaTiO3)及磷酸鋇。粘合劑例如Nb，Co及Mn可被添加到壓電物質(zhì)中。壓電物質(zhì)可以是以上所述物質(zhì)與聚合物的復(fù)合物。
芯料32的例子包括陶瓷和金屬材料。較好的是上述壓電物質(zhì)被用作芯料32。也就是，芯料較好的是與疊加在其上的、構(gòu)成壓電陶瓷層2的陶瓷相同的材料。采用相同的材料使熱伸展率相匹配以防止芯料32與壓電陶瓷層2的接觸面相分離。壓電常數(shù)轉(zhuǎn)換疊層電壓致動(dòng)器在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的疊層壓電致動(dòng)器形成一壓電常數(shù)轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器，疊加于一芯料32的兩表面上的壓電陶瓷層2，…的壓電常數(shù)d31從內(nèi)層到外層是逐漸增加的。在這種情況下，把靠近芯料32的層看作兩側(cè)的內(nèi)層。
與上述實(shí)施例相類似，這里提供了通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器。
現(xiàn)描述上述的壓電常數(shù)d31。這基于經(jīng)計(jì)算及測量壓電陶瓷所得的壓電常數(shù)(壓電應(yīng)力常數(shù))。
雖然有用來描述壓電現(xiàn)象的各種基本公式，正如上述的那樣d式被用于本發(fā)明中，在d式中，為了確定壓電陶瓷中的材料常數(shù)，機(jī)械變量(S應(yīng)力)以及電變量(電位移D)由下列公式(1)表示基本公式S＝SET+dED＝dT+ETE…(1)其中，D和E代表矢量，假設(shè)壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)具有高的對稱性；T和S代表對稱的張量；d代表E＝0時(shí)的彈性柔量；并且ET代表T＝0時(shí)的絕緣常數(shù)。
在根據(jù)這些矢量D和E及對稱張量T和S的系數(shù)陣中，不為0的獨(dú)立系數(shù)是d31系數(shù)。
按照U.S.A中IEEE標(biāo)準(zhǔn)176-1978，日本電子材料工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EMAS-6001-6006以及國際IEC標(biāo)準(zhǔn)版483，第1版來制定根據(jù)把壓電體作為共振器來處理的所謂共振法的計(jì)算以及測定法。
壓電系數(shù)d31從下式(2)推出d31=K31ϵ33T·S11E----(2)]]>其中K是電機(jī)械耦合系數(shù)，把一矩形板的長度振動(dòng)作為K31，并且壓電系數(shù)d31的單位為CN(m/v)。
由下式確定的圓柱的縱向振動(dòng)中的壓電系數(shù)d33是用于整個(gè)疊層的一個(gè)值，并且在本發(fā)明中，用于每個(gè)疊層壓電陶瓷層的壓電系數(shù)d31必須滿足上述公式。d33=K33ϵ33T·S33E----(3)]]>其中K是電機(jī)械耦合系數(shù)，并且把一圓柱的縱向振動(dòng)看作K33。
通過適當(dāng)選擇組合物及材料例如被稱作PZT的鋯酸鉛(PbZrO3)及鈦酸鉛(PbTiO3)的固溶體、鈦酸鉛(PbTiO3)、鈦酸鋇(BaTiO3)及磷酸鋇能調(diào)整用于每個(gè)疊層壓電陶瓷層的壓電系數(shù)d31。電壓轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器在又一實(shí)施例中，本發(fā)明的疊層壓電致動(dòng)器構(gòu)造成電壓轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器，對疊加于一芯料32的兩表面上的壓電陶瓷層2施加的電壓從內(nèi)層到外層是逐漸增加的。在這種情況下，把靠近芯料32的層作為兩側(cè)上的內(nèi)層。
與上述實(shí)施例相似，這提供了通過彎曲可位移的一種疊層壓電致動(dòng)器。
為了獲得通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器，較好的是用于本發(fā)明的芯料32不被極化，而是非極化的壓電非活性層。
可以把本發(fā)明中的壓電常數(shù)轉(zhuǎn)換疊層壓電致動(dòng)器以及電壓轉(zhuǎn)換疊層致動(dòng)器用于具有與圖1(C)所示的相同厚度的壓電陶瓷層2，…的疊層壓電致動(dòng)器以便獲得通過彎曲可位移的一種疊層壓電致動(dòng)器，然而把所述致動(dòng)器與厚度轉(zhuǎn)換相結(jié)合能提供更好的通過彎曲可位稱的疊層壓電致動(dòng)器。另外，當(dāng)芯料32是如上所述的非極化的、壓電非活性層并且每個(gè)壓電陶瓷層2，…的極化結(jié)構(gòu)33是反向極化(如以下描述的那樣)時(shí)，所獲得另一更好的，通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器。
為了獲得通過彎曲更能位移的一種疊層壓電致動(dòng)器，疊加于芯料32的一個(gè)表面上的許多壓電陶瓷層2，…以及疊加于其另一表面上的許多壓電陶瓷層2，…在每個(gè)極化結(jié)構(gòu)33中被相反向極化，例如，如圖1(C)所示。
例如按以下方法可獲得根據(jù)本發(fā)明的疊層壓電致動(dòng)器。
有機(jī)溶劑、粘合劑、塑性劑、分散劑等類似物被添加到壓電陶瓷的鍛燒粉末中，然后混合。接著生成的混合物形成一生片，它被壓成適當(dāng)大小。用于帶有Ag-Pd或Pd的內(nèi)電極的導(dǎo)電糊被篩網(wǎng)印制，并且疊加所需數(shù)量的這些生片，并被壓成一體。在加壓下加熱這些生片(通常在500℃～600℃)，接著燒制，例如在大約1200℃下以便獲得一種疊層陶瓷產(chǎn)品。在切割所述疊層產(chǎn)品之后，把絕緣體以及外電極連接到其上。每隔一層并聯(lián)地連接內(nèi)電極。此外，為了生產(chǎn)疊層壓電致動(dòng)器，能采用稱作生片法的疊層陶瓷電容器的上述技術(shù)。
生成的疊層產(chǎn)品被極化以便利用其壓電性。例如在空氣中或硅油中能進(jìn)行極化?？梢圆捎秒妶隼鋮s法，其中，在一經(jīng)被加熱到居里點(diǎn)(Curie point)或更高點(diǎn)后，當(dāng)施加電場時(shí)逐漸冷卻疊層產(chǎn)品。
在這種情況下，較好的是疊加于芯料32的一個(gè)表面上的許多壓電陶瓷層2，…以及疊加于其另一表面上的許多壓電陶瓷層2，…在每個(gè)極化結(jié)構(gòu)33中被反向極化。
另外，在這種情況下，較好的是芯料32不被極化，而是非極化的，壓電非活性層。
雖然通過用粘合劑把這些生片制成一整體可以生產(chǎn)上述的彎曲式疊層壓電致動(dòng)器，較好的是由相同材料制成整體，而不采用粘合劑，通過用內(nèi)電極用的且允許從其中延出的(如上所述的)的導(dǎo)電糊把它們制成一整體。
由此可避免這樣的缺點(diǎn)，即通過采用粘合劑把伸縮特性彼此不同的兩個(gè)壓電陶瓷片粘接于金屬墊片構(gòu)件上來生產(chǎn)的致動(dòng)器，例如雙壓電晶元件，其接觸面相分離，并且由于增加了粘接步驟而使成本增加。不用粘合劑使相同的材料成整體能提高粘接強(qiáng)度，并省掉粘接步驟，降低了成本。此外，采用相同的材料能使熱伸展系數(shù)相匹配。在這方面，也提高了粘接強(qiáng)度，并且在生產(chǎn)中不必制備不同的金屬材料。
當(dāng)把本發(fā)明的壓電致動(dòng)器20用于如上所述的織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)以及織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中時(shí)，較好的是采用不會(huì)阻止其彎曲移動(dòng)的一種結(jié)構(gòu)，如上述的實(shí)施例中所述的那樣。
例如以織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15為例，把一球體34連接到壓電致動(dòng)器20的后端，把連接有球體34的壓電致動(dòng)器20的后端插入支承件21的壓電致動(dòng)器裝配部分35的一槽36中。使球體34的球形部分可沿壓電致動(dòng)器裝配部分35的槽36移動(dòng)，從而，可使壓電致動(dòng)器20的后端移動(dòng)。
另外，也可把與上述相類似的球體34連接到壓電致動(dòng)器20的前端。在突指22的后端可使球體34移動(dòng)，從而也可以使壓電致動(dòng)器20的前端移動(dòng)。
此外，一轉(zhuǎn)動(dòng)體38被固定連接到壓電致動(dòng)器20的后端及前端之間的中間位置處，而轉(zhuǎn)換體38的兩端被轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在支承件21的一轉(zhuǎn)動(dòng)體裝配部分(中間支點(diǎn)部)39，所以，壓電致動(dòng)器20的后端及前端之間的中間位置的移動(dòng)不會(huì)隨轉(zhuǎn)動(dòng)體38而停止。
根據(jù)這種系統(tǒng)及設(shè)備，使壓電致動(dòng)器20自由地移動(dòng)，其移動(dòng)不會(huì)被阻止并且形成中間支點(diǎn)。所以這具有極好的優(yōu)點(diǎn)，即，顯著地增加了織針驅(qū)動(dòng)速度，以及延長壓電致動(dòng)器20的壽命。
在這方面，壓電致動(dòng)器同樣也可以被用于織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)。一球體34被連接到壓電致動(dòng)器20的上端并被可移動(dòng)地支承在于支承件(控制桿支承件)21中形成的一槽36中，并且其下端被可移動(dòng)地連接到突指22上。在壓電致動(dòng)器20的上端及下端之間的中間部分被固定到可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在控制桿支承件21的一轉(zhuǎn)動(dòng)體38上，并且使致動(dòng)器20的上端和下端以及在其間的中間部分可隨致動(dòng)器20的彎曲移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，結(jié)果不會(huì)阻止壓電致動(dòng)器20的彎曲移動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)在于能提高控制桿31的控制操作，綜片及選擇控制操作的速度，延長壓電致動(dòng)器20的使用壽命，并且更能減少所施加的電壓。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特殊實(shí)施例，當(dāng)然應(yīng)該理解這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，并且在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下可以對本發(fā)明做各種變化及修改。
采用本發(fā)明的壓電致動(dòng)器的織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)主要用于提花機(jī)中，在提花機(jī)中，根據(jù)由提花機(jī)提出的提花圖案穿孔的紋板被用來僅在與紋板的孔相對應(yīng)的位置處把鉤往上拉，從而通過綜線僅上拉與鉤相連的經(jīng)紗，并在上拉的經(jīng)紗與仍在原位的經(jīng)紗之間形成梭口。
本發(fā)明也能被用作舀取系統(tǒng)的壓電致動(dòng)器來代替織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的壓制系統(tǒng)的上述致動(dòng)器。
在上述實(shí)施例中，本發(fā)明的壓電致動(dòng)器被用于紡織機(jī)中。然而，本發(fā)明也能被用于除紡織機(jī)之外的各種領(lǐng)域中的壓電致動(dòng)器。例如，本發(fā)明的壓電致動(dòng)器可被用于各種領(lǐng)域包括定位器(定位裝置)、印刷頭、超聲波電機(jī)、電壓繼電器、壓電閥、電子計(jì)算機(jī)以及其機(jī)關(guān)設(shè)備(小型計(jì)算機(jī)及印刷機(jī))、民用電子設(shè)備(電視機(jī)，收音機(jī)及磁帶錄象器)、商用設(shè)備(復(fù)制機(jī)及打字機(jī))、辦公用品及精密儀器(照像機(jī)及手表)。
以下簡要描述通過在該申請中公開的本發(fā)明的壓電致動(dòng)器的典型實(shí)施例所獲得的效果。
也就是根據(jù)本發(fā)明通過彎曲可位移的彎曲式疊層壓電致動(dòng)器，與雙壓電晶元件相比，所述致動(dòng)器位移小，但具有非?？焖俚母袘?yīng)速度，提高的生成動(dòng)力，高轉(zhuǎn)換率以及高共振頻率的優(yōu)點(diǎn)，特別是能適用于紡織機(jī)，尤其是用于織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)中的壓電致動(dòng)器。
權(quán)利要求
1.通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器，包括疊加于一芯料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加在其另一表面上的許多壓電陶瓷層，疊加于兩表面上的所述壓電陶瓷層的厚度從所述芯料向外逐漸減小。
2.通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器，包括疊加于一芯料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加于其另一表面上的許多壓電陶瓷層，疊加于兩表面上的所述壓電陶瓷層的壓電常數(shù)d31從內(nèi)層到外層逐漸增加。
3.通過彎曲可位移的疊層壓電致動(dòng)器，包括疊加于一芯料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加于其另一表面上的許多壓電陶瓷層，疊加于兩表面上的所述壓電陶瓷層的所施加的電壓從內(nèi)層到外層是逐漸增加的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一個(gè)的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述的芯料由非極化的、壓電非活性的層制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述的芯料由陶瓷制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述芯料由金屬制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任一個(gè)的疊層壓電致動(dòng)器，其中，疊加于芯料的兩表面上的許多壓電陶瓷層在每個(gè)極化結(jié)構(gòu)中被反向地極化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任一個(gè)的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述的疊層壓電致動(dòng)器是用于紡織機(jī)的疊層壓電致動(dòng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述的疊層壓電致動(dòng)器是一織襪機(jī)的織針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的疊層壓電致動(dòng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的疊層壓電致動(dòng)器，其中，所述的疊層壓電致動(dòng)器是織機(jī)的經(jīng)紗控制機(jī)構(gòu)中的疊層壓電致動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開的是通過彎曲可位移的一種疊層壓電致動(dòng)器，包括疊加于一芯料的一表面上的許多壓電陶瓷層，以及疊加于其另一表面上的許多壓電陶瓷層，疊加于兩表面上的所述的壓電陶瓷層的厚度從所述芯料向外逐漸減小，或壓電常數(shù)d31從內(nèi)層到外層逐漸增加，或所施加的電壓從內(nèi)層到外層逐漸增加。
文檔編號H01L41/083GK1164767SQ9710220
公開日1997年11月12日 申請日期1997年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月11日
發(fā)明者渡辺千晴, 榎本隆 申請人:Wac資料服務(wù)有限公司