[发明专利]压电式弯曲变换器

说明书

本发明涉及一种减小本身受热弯曲的压电式弯曲变换器。

例如由WO 96/41384 A1已知这种弯曲变换器。其中所公开的弯曲变换器包括载体和至少施加在载体一侧由压电陶瓷组成的压电活性层。为了补偿自身受热弯曲，建议对于压电陶瓷和载体采用热膨胀系数基本相同的材料。

带有加在载体上的压电层的压电式弯曲变换器主要用于充分利用间接的或交互的压电效应，亦即用于将电能变换为机械能。弯曲变换器应用于许多技术领域。例如可作为喷墨打印机的压电打印头、话筒或扩音器的录音机或音频发生器、加速度计或压力计的传感器、以及作为调整元件用于盲文行扫描，盲人阅读器，纺织机，阀，书写测量议或非接触式表面测量仪器中。

尤其在弯曲变换器提供的偏转量较小(10至200μm)的情况下，在温度改变时产生的自身热弯曲可导致借助弯曲变换器运行的系统失效。例如在阀尤其在气动阀内应用时，要求自身热弯曲很小的弯曲变换器。若此时因温度改变导致弯曲变换器有不再能容许的本身弯曲，就不再能保证例如阀的闭合功能。

然而即便采用在WO 96/41384 A1中建议的弯曲变换器也仍然不利地存在几个μm/10°k的自身弯曲。这种自身弯曲当其应用在阀上时已不再能容许。因此，在迄今的实际工作中通过从生产的批量中选择，找出用于具体应用场合的弯曲变换器。但是这种方法非常麻烦，而且除此之外还有一个缺点，即不可避免会产生大量生产废品。具有在公差范围以外的自身弯曲的弯曲变换器不能使用并因而被报废。

本发明的目的是提供一种压电式弯曲变换器，与先有技术相比它具有更进一步减小的自身热弯曲，这种弯曲变换器可在没有大量生产废品的情况下生产。

在一种前言所述类型的包括载体及至少在载体一侧施加压电活性层的压电式弯曲变换器中，本发明的目的通过采用这样的措施达到，即，在压电活性层上，必要时在电极作为中间层的情况下，加上有预定体积的适配层。

本发明考虑问题的出发点是，在至今的选择法中，为了寻找一个批量中有所要求的小的自身热弯曲的那个弯曲变换器，必须确定温度变化，亦即每°K的本身弯曲。本发明还有一个考虑问题的出发点是，在确定了温度变化或自身弯曲的温度系数后，可以采取措施补偿或减小自身弯曲，即附加地在弯曲变换器上加上一个恰当的适配层。按另一个步骤，通过所施加的适配层的体积来实现自身弯曲的减小或补偿。

对本发明而言，最终用什么材料构成适配层是无关紧要的。这种材料只应能便于操作并能与弯曲变换器的材料良好连接。换句话说，应能实现适配层与弯曲变换器牢固和持久地连接。

自身弯曲的补偿既可通过具有小的热膨胀系数的适配层达到，也可通过具有大的热膨胀系数的适配层达到。为了补偿可敷设体积或大或小的适配层。为了补偿自身热弯曲，适配层既可敷设在当自身弯曲时弯曲变换器向内弯曲的那一例上，也可敷设在当自身弯曲时弯曲变换器向外弯曲的那一侧上。

对已知的适配层材料，在为补偿自身弯曲所敷设的适配层体积与预定的弯曲变换器类型的温度变化之间的关系最好由实验确定。因为一个批量的弯曲变换器显示出有不同的自身弯曲值，所以，所述关系可轻易地通过一简单的测量顺序找到。

现在可通过适配层的体积，针对每个弯曲变换器将自身弯曲值补偿到所期望的公差值。此外，本发明还允许制造具有任何预定的自身热弯曲的弯曲变换器。

此外，在为补偿自身弯曲所要敷设的适配层体积与弯曲变换器温度变化之间的关系，原则上可由用于体积膨胀的物理公式借助三次幂的体积膨胀系数导出。

原则上适配层当然可以加在弯曲变换器的两侧上。但比较有利和简单得多的是，为了补偿自身热弯曲，适配层加在一侧。这样做在下列情况下也是有利的，即压电式弯曲变换器设计为一个所谓的双态的(bimorph)弯曲变换器，亦即压电活性层设在载体的两侧。

在制造技术方面比较有利的是，弯曲变换器的自身弯曲通过适配层的横载面补偿或调整。这一点实际上可以这样来实现，即，当适配层厚度相同时，所期望的自身弯曲的补偿通过要施加的材料的长度和/或宽度达到。

比较有利的是，适配层借助丝网印刷来敷设。不言而喻，适配层当然也可以用其他方式敷设在弯曲变换器上。例如通过粘结、蒸汽喷镀、阴极溅镀或喷洒等实现。