(57)【要約】  １実施形態では、第１と第２の包込電極を規定する少なくとも第１と第２の離間した導電材片をそれぞれが規定する少なくとも内部圧電ウエハの積層を有する圧電アクチュエーターアセンブリ。前記内部ウェハは、第１電極及び第２電極が対向する関係で配置される交互の関係で積み重ねられる。１実施形態では、アセンブリは、内部ウェハの積層の各端部に位置し、内部ウェハと接触する包込電極を含む端部圧電ウェハを有する。導電端部プレートが各端部圧電ウェハに結合される。終端ワイヤが各導電端部プレートに結合される。【選択図】  図５
2012529180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１・第２電極を規定する少なくとも第１と第２の離間した導電材片とその上の導電材を欠いた第１・第２窓領域を各々が有する少なくとも内部圧電ウエハの積層を具備し、前記内部圧電ウエハが隣接、平行する関係で積み重ねられ、その前記第１窓領域、前記第２窓領域、前記第１電極および前記第２電極が対向する関係でそれぞれ配置される圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項２】
第１電極を規定する少なくとも第１の導電材片を各々が有する第１・第２端部圧電ウエハをさらに具備し、前記第１・第２端部圧電ウエハが前記内部圧電ウエハの積層の対向する側に積み重ねられる請求項１の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項３】
前記端部圧電ウエハの対向する側にそれぞれ積み重ねられる第１・第２導電プレートをさらに具備する請求項２の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項４】
前記第１・第２電極にそれぞれ適用される第１・第２導電ペイント層をさらに具備する請求項３の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項５】
前記圧電ウエハの積層がエポキシ樹脂層中に封入される請求項３の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項６】
ポリマ材層が前記エポキシ樹脂層を囲繞する請求項５の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項７】
各前記内部圧電ウエハが対向前後面と対向横上下エッジを含有し、前記第１・第２窓領域が各前記横上下エッジに隣接する各前記内部圧電ウエハの前記対向前後面上にそれぞれ規定され、前記第１・第２電極がそれぞれ前記横上下エッジを包み込む請求項１の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項８】
第１・第２電極を各々が含有する少なくとも第１圧電ウエハの積層を具備し、前記第１圧電ウエハが隣接する関係で積み重ねられ、前記第１圧電ウエハの前記第１電極が相互に接触し、前記第１圧電ウエハの前記第２電極が相互に接触し、各々の第１・第２導電パスを前記積層に沿って規定する圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項９】
前記第１圧電ウエハの積層の各端部で前記第１圧電ウエハの１つに連結される端部圧電ウエハをさらに具備し、前記端部圧電ウエハが前記積層の各端部で前記第１圧電ウエハの１個の前記第１または第２電極と連結する関係で第１電極を規定する請求項８の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項１０】
各第１圧電ウエハ上の前記第１・第２電極が前記第１圧電ウエハの第１・第２エッジの周囲を包み込む各々の離間した第１・第２導電材片により規定され、前記端部圧電ウエハ上の前記第１電極がその対向エッジの１つの周囲を包み込む導電材片により規定される請求項８の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項１１】
各前記端部圧電ウエハに連結される終端プレートと各前記終端プレートに連結される終端ワイヤとをさらに具備する請求項９の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項１２】
その第１エッジに沿う第１電極と、その対向第２エッジに沿う第２電極を有する第１圧電ウエハの積層であって、前記第１圧電ウエハの前記第１電極が相互に接触して前記積層の第１エッジに沿う第１導電パスを規定し、前記第１圧電ウエハの前記第２電極が相互に接触して前記積層の第２エッジに沿う第２導電パスを規定する、前記積層と、
前記第１圧電ウエハの前記積層の各端部に連結され、その第１エッジに沿う、前記第１圧電ウエハの前記第１または第２電極と接触する第１電極を有する端部圧電ウエハと、
各前記端部圧電ウエハに連結される終端プレートと
各前記終端プレートに連結される終端ワイヤ
を具備する圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１圧電ウエハの前記第１・第２電極および前記端部圧電ウエハの前記第１電極の上に延長する導電ペイント層をさらに具備する請求項１２の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【請求項１４】
前記積層を囲繞するシーリング材層と、
前記シーリング材層を囲繞する外部被覆材層
をさらに具備する請求項１２の圧電積層アクチュエータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、本明細書に引用されたすべての引用文献と同様に、参照により本明細書に組み込まれる２００９年６月４日に出願された“圧電積層アクチュエータアセンブリ”というタイトルの米国仮特許出願連番６１／２１７，７５５号の出願日の利益を主張する。
【０００２】
本発明は一般に、圧電基板またはウエハ、特に、複数の個々の圧電ウエハで作られる圧電積層アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００３】
圧電素子は、超音波変換器、水中聴音器、運動制御装置、振動発生装置、インクジェットプリンタおよびアクチュエータを含めた様々な製品に応用を見出している。
【０００４】
低温同時焼成圧電ウエハまたは基板は、バインダマトリックス中に懸濁されるＰＺＴ粒子の薄層の成形（キャスティング）を初期に伴う方法により、多層積層アクチュエータを製造するために使用されてきた。次に、パラジウム、銀またはプラチナから成る厚膜インクの使用により、電極パターンがテープ上にプリントされる。次に、テープ層が整列され、積み重ねられ、共にプレスされ、同時焼成され、積層が作り出される。しかし、材料が高価であり、また、この方法は、テープ層中にビアを孔明けして導体同時焼成ペーストで充填し、または、電極を接続する層の間にワイヤを半田付けすることが要求される。また、これらの形態の接続は、材料の持続的な拡張と収縮が原因で時間と共に故障が起こり易くなる。別の共通の故障は、テープ成形工程の間に作り出される場合がある可変の層厚が原因となる欠陥の結果としての層に渡る絶縁破壊である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドイツのカールスルーエのＰｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅなどの企業は、個々の圧電層の間にエポキシ樹脂層を使用することにより製造される多層圧電積層アクチュエータを生産している。しかし、エポキシ樹脂層は、積層の全体的な変位を減少させるコンプライアントな中間層を作り出す。また、エポキシ樹脂層ベースの積層では各層に繋がれる別個のリードワイヤが要求され、これにより、各層では隣接層の間に配置されるタブ付き金属シムがしばしば要求される。これらのシムは積層中の圧延材の量を減少させ、それにより積層の全体的な変位の量を不都合に減少させる。
【０００６】
本発明は、より単純でより安価な圧電積層アクチュエータアセンブリを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は一般に、各々が第１・第２電極を含有する少なくとも第１圧電ウエハの積層を具備する圧電積層アクチュエータアセンブリに関するものであり、第１圧電ウエハは隣接する関係で積み重ねられ、そこでは第１圧電ウエハの第１電極は相互に接触し、第１圧電ウエハの第２電極は相互に接触し、各々の第１・第２導電パスを規定する。
【０００８】
１つの実施例において、第１圧電ウエハの各々の第１・第２電極は離間した包込片の第１・第２導電材により規定され、第１圧電ウエハの各々は導電材を欠いた第１・第２窓領域をその上に含有する。１つの実施例において、第１・第２窓領域は第１圧電ウエハの各々の対向する前後面の各々に形成される。
【０００９】
本発明の１つの実施例によれば、第１圧電ウエハは隣接、平行する関係で積み重ねられ、そこでは第１圧電ウエハの第１窓領域と第２窓領域および第１電極と第２電極は対向する関係で配置される。
【００１０】
また、１つの実施例において、圧電積層アクチュエータアセンブリはそれぞれが第１電極を規定する少なくとも第１導電材片を含む第１・第２端部圧電ウエハを具備する。第１・第２端部圧電ウエハはそれぞれ、第１圧電ウエハの積層の対向側に積み重ねられる。
【００１１】
また、第１・第２導電終端プレートの各々が端部圧電ウエハの対向側に積み重ねられ得る。電気終端ワイヤは、終端プレートの各々に連結される。
【００１２】
１つの実施例において、少なくとも第１と端部の圧電ウエハがエポキシ樹脂またはシーリング材の層に、次に外側被覆材の層に封入される。
【００１３】
以下の本発明の好適な実施例の詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲から、より容易に明白になるであろう本発明の利点と特長が他にもある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明のこれらの特長と他の特長は、添付図面の以下の説明により最も良く理解できる。
【図１】図１は、本発明による圧電積層アクチュエータアセンブリの拡大斜視図である。
【図２】図２は、外側被覆材が取り外された図１の圧電積層アクチュエータアセンブリの拡大斜視図である。
【図３】図３は、保護スリーブが取り外された図２の圧電積層アクチュエータアセンブリの拡大側面図である。
【図４】図４は、図１〜３の圧電積層アクチュエータアセンブリの端部プレートの１つの拡大側面図である。
【図５】図５は、図１〜３の圧電積層アクチュエータアセンブリの簡易拡大分解側面図である。
【図６】図６Ａと図６Ｂは、本発明の圧電積層アクチュエータアセンブリの内部圧電ウエハの１個の対向する前後面の各々の拡大側面図である。
【図７】図７Ａと図７Ｂは、本発明の圧電積層アクチュエータアセンブリの２個の端部圧電ウエハの１個の対向する前後面の各々の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による完全な圧電積層アクチュエータアセンブリ１０を図１に示している。図２は、外側被覆ポリマ材の外部層１００のない図１の圧電積層アクチュエータアセンブリ１０を示している。図３は、外側保護スリーブまたはシーリング材層１０２および端子ワイヤまたはリード１０４と１０６のない図２の圧電アクチュエータアセンブリ１０を示している。
【００１６】
図３と５に示す通り、圧電積層アクチュエータアセンブリ１０は、圧電ウエハの積層または塊１１０、より具体的には、以下により詳細に説明する通り、２個の外側内部ウエハ１２に連結されて“薄切りされたパンの塊”のような形態の線形で隣接する関係ですべて共に積み重ねられた圧電セラミック材の１対の各々の第２、端部または“ダミー”の基板、ウエハまたは薄片１４と圧電材の複数の第１内部基板、ウエハまたは薄片１２とを含有する積層または塊１１０を具備する。図５は、図解の目的で内部ウエハ１２のうち５個だけを示している。
【００１７】
さらに、図３、５、６Ａ、６Ｂ、７Ａおよび７Ｂを参照するが、積層アクチュエータアセンブリ１０の積層１１０の内部および端部圧電ウエハ１２と１４の各々は、長さ約０．３６０インチ、幅約０．３００インチ、厚さ約０．００５インチの同一寸法を持つ固体のほぼ長方形の圧電セラミック材のブロックまたは薄片１６から成る。各ブロックまたは薄片１６は、例えば略語ＰＺＴにより周知のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３）のような多様な高密度圧電セラミック材または例えばＰＭＮ−ＰＴ単結晶、石英またはニオブ酸リチウムのようなその他の適当な材料で作られている場合がある。各ブロックまたは薄片１６の同一の寸法と厚さは、以下により詳細に説明する通り、積層１１０全体に渡る一様電界の生成と伝達を確実にする。積層１１０の通常の長さは約４５ｍｍで、共に積み重ねられた約５００個の個々のウエハ１２と１４を含有する。
【００１８】
さらに、各内部および端部圧電ウエハ１２と１４は、下記により詳細に説明する通り例えば各電極を形成するための標準的なスパッタリング法により上に形成された単数または複数の薄膜導電材の層または片を具備する。
【００１９】
具体的には、また、図５、６Ａおよび６Ｂを参照するが、各内部圧電ウエハ１２を具備する圧電セラミック材のブロックまたは薄片１６は、対向する外部前後面１８と２０、対向する外部横端面２２と２４および対向する外部縦側面２３と２５を含有する。第１・第２の正極（＋）負極（−）の“包込”電極２６と２８の各々はニッケル／バナジウム合金、ニッケル／クロム合金、金、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、銀、パラジウム／銀合金またはプラチナのような適当な薄膜導電材の細長片を具備し、外部前後面１８と２０を覆い、外部端面２４と２２の各々の周囲を包み込む。
【００２０】
電極２６と２８を規定する薄膜材の厚さは従来の薄膜電極が２〜５ミクロンの範囲の厚さであるのに対し約０．５ミクロンの範囲であり、積層１１０の単位長さ当たりでより活性のＰＺＴ材を産出する。また、薄膜材の使用により、薄膜材が使用されるときに中間ガラス層を電極／ＰＺＴインタフェースに形成する必要がなくなり、それにより寄生容量がなくなりＰＺＴ性能が改善される。
【００２１】
さらに、図５、６Ａおよび６Ｂを参照するが、各内部ウエハ１２のブロック１６上の電極２６は、ブロック１６の前面１８上の第１部３０、ブロック１６の端面２４の周囲を包み込む第１部３０から一体に延長する第２“包込”部３２（図５）および部分３２から一体にブロック１６の端面２４から離れるように延長するブロック１６の後面２０上の端部３４を含有する。
【００２２】
電極２８も各内部ウエハ１２のブロック１６上にあり、電極２６の端部３４の横端部周辺エッジ３９と離間、平行して導電材を欠いたブロック１６の後面２０上の第１のほぼ長方形の領域または窓３７（すなわち、ＰＺＴ材を露出したブロック１６の後面２０上の領域）を規定する横端部周辺エッジ３５を含有するブロック１６の後面２０上の第１部３６を含有する。さらに、電極２８は、第１部３６から一体に延長してブロック１６の端面２２を包み込む“包込”部３８（図５）と、その横端部周辺エッジ４１がブロック１６の前面１８上の電極２６の第１部３０の横端部周辺エッジ４３と離間、平行して導電材を欠いたブロック１６の前面１８上に第２のほぼ長方形の領域または窓４２（すなわち、ＰＺＴ材を露出したブロック１６の前面１８上の領域）を規定する関係でブロック１６の前面１８上に終端がある第２部３８から一体に延長する端部４０とを具備する。
【００２３】
各片電極２６と２８の縦に延長し対向する各伸長エッジは、ウエハ１２を規定するブロック１６の各伸長側面２３と２５の対向する各縦伸長エッジから離間する。図示した実施例において、窓３７はブロック１６の横エッジ２４と隣接しほぼ平行してブロック１６の後面２０上に規定され、一方、窓４２はブロック１６の対向横エッジ２２と隣接しほぼ平行してブロック１６の前面１８上に規定される。
【００２４】
図３、７Ａおよび７Ｂは、対向する外部前後面４４と４６、対向する外部横端面４８と５０および対向する縦側面４９と５１を含有する各端部圧電ウエハ１４、より具体的には、そのブロック１６を描写している。“包込”電極５２（ウエハ１４が積層１１０のいずれの端部に配置されるかに応じて正または負の電極を規定する）は、片２６と２８の薄膜材と同様で、ブロック１６の外部前後面４４と４６を覆い、ウエハ１４を規定するブロック１６の端面５０の周囲を包み込む適当な薄膜導電材の伸長片を具備する。
【００２５】
さらに図３、７Ａおよび７Ｂを参照するが、電極５２は、ブロック１６の前面４４上に延長してブロック１６の端面４８と離間、平行する横端部周辺エッジ５５を規定する第１部５４、第１部５４から一体に延長してブロック１６の端面５０の外部の周囲を包み込む包込部５６（図５）および包込部５６からブロック１６の後面４６上に一体に延長してブロック１６の端面４８と離間、平行する横端部周辺エッジ５９を規定する第３部５８を含有する。片電極５２の対向する各縦伸長エッジは、ウエハ１４を規定するブロック１６の各側面４９と５１の隣接する各縦エッジと離間、平行する。
【００２６】
図３、７Ａおよび７Ｂに示すウエハ１４の実施例によれば、電極５２のエッジ５９は電極５２のエッジ５５とブロック１６のエッジ４８の間隔よりも長い間隔でブロック１６のエッジ４８から離間し、導電材を欠いた各ブロック面４４、４６および４８（すなわち、露出されたＰＺＴ材の領域）上に各窓または領域５３ａ、５３ｂ（図５）および５３ｃを規定する。窓５３ａと５３ｃは相互に対向し、窓５３ａは窓５３ｃよりも面積が狭い。
【００２７】
図３と５に示す通り、内部圧電ウエハ１２は平行、並列、隣接する関係で積層アクチュエータアセンブリ１０中に設置され（図３に示す通り）、そこでは隣接ウエハ１２の各窓３７が対向し同一線上に整列する関係で配置され、隣接ウエハ１２の各窓４２が対向し同一線上に整列する関係で配置され、隣接ウエハ１２の各電極２６が対向し隣接する関係で配置され（図３に示す通り）、また、隣接ウエハ１２の各電極２８が対向し隣接する関係で配置される（図３に示す通り）。
【００２８】
各窓３７と各窓４２が相互に対向、整列し、また、隣接ウエハ１２の各電極２６と各電極２８が相互に対向、整列するような隣接内部ウエハ１２の配置と関係は、１つ置きに内部ウエハ１２を上下または左右に反転させることにより製造工程で達成できる。
【００２９】
図３に示す積層アクチュエータアセンブリ１０は、隣接内部ウエハ１２の電極２６のすべてが積層１１０の下部縦エッジ、側または面１３０（図３）に沿って共に位置、連結、隣接して積層１１０の下部縦エッジ１３０に沿って正極（＋）の導電パスまたは側を規定し、また、電極２８のすべてが積層１１０の対向し平行する上部縦エッジ、側または面１３２（図３）に沿って共に位置、連結、隣接して積層１１０の上部縦エッジ１３２に沿って負極（−）の導電パスまたは側を規定する関係となるように、交互の内部ウエハ１２が左右に裏返されて窓３７と窓４２および電極２６と電極２８の間の好ましい配置が達成された製造工程の結果を例示、反映している。
【００３０】
以下により詳細に説明する通り各外側内部ウエハ１２に連結される２個の端部または“ダミー”または終端ウエハ１４は、ウエハ１２と１４を保護して積層アセンブリ１０の積層１１０の電圧供給源と接地接続部を規定する正極（＋）負極（−）の各導電終端プレートまたはキャップ６０に内部ウエハ１２を電気的に連結して終端させる。
【００３１】
各端部プレート６０と６２（図４）は、ほぼ正方形の平面プレート部材６４と、同一線上の関係で各対向横エッジ７０と７２から外側に突出する１対の電気ブラケットまたはタブ６６と６８とを含有する。各ブラケット６６と６８は、中央スルーホール７４を規定する。
【００３２】
図１と２に示す通り、積層アセンブリ１０は、各プレート６２と６０の外面に連結される電気絶縁プレート６３と６５をさらに具備する。
【００３３】
図５に戻って参照するが、各ウエハ１４を規定するブロック１６の面４６、より具体的には、各ウエハ１４のブロック１６の面４６上の電極５２の部分５８が外側内部ウエハ１２ａ（左側ウエハ１４用）の面１８上の電極２６の部分３０および外側内部ウエハ１２ｅ（右側ウエハ１４用）の面２０上の電極１８の部分３６とほぼ対向、平行、当接するように配置され（図３に示す通り）、ブロック１６の面４６上の窓５３ｃがウエハ１２ａ（左側ウエハ１４用）の窓４２およびウエハ１２ｅ（右側ウエハ１４用）の窓３７と対向し、また、各ウエハ１４のブロック１６の面４４上の電極５２の部分５４が剛体の導電終端プレート６０（左側ウエハ１４用）の内面および終端プレート６２（右側ウエハ１４用）とほぼ対向、平行、当接するように配置される（図３に示す通り）関係で、端部ウエハ１４は図３と５で番号１２ａと１２ｅにより一般に指定した各外側内部ウエハ１２に連結される。
【００３４】
さらに図３と５を参照するが、ウエハ１２ｅの負の電極２８は端部ウエハ１４の負の電極５２に連結されて当接し、次に負の端部プレート６２の内面に連結されて当接することが理解されよう。同様に、ウエハ１２ａの正の電極２６はもう一方の端部ウエハ１４の正の電極５２に連結されて隣接し、次に正の電極は正の端部プレート６０の内面に連結されて隣接する。
【００３５】
さらに図５に示す通り、ウエハ１２ｅ上の端子２６と対向する端部ウエハ１４の領域は導電材を欠き、ウエハ１２ｅ上の端子２８により規定される負の導電パスとの接続がないことが保証される。同様に、ウエハ１２ａ上の端子２８と対向する端部ウエハ１４の領域は導電材を欠き、ウエハ１２ａ上の端子２６により規定される正の導電パスとの接続がないことが保証される。
【００３６】
図１と２に示す通り、単一の終端電気ワイヤまたはリード１０４は、溶接やはんだ付けなどにより終端プレート６０上の電気接続タブ６６に連結される１つの端子端部１０４ａ（図２）を含有する。ワイヤ１０４はその外面と当接する関係で積層１１０の全長を延長し、対向終端プレート６２から外側に突出して電圧供給源（図示なし）の負（−）の端子（図示なし）に連結されるように適合される対向端子端部１０４ｂ（図１，２）を含有する。
【００３７】
別の単一の終端電気ワイヤまたはリード１０６は、やはり溶接やはんだ付けなどにより終端プレート６２上の電気接続タブ６８（図１）に連結される１つの端子端部１０６ａ（図１）を含有する。ワイヤまたはリード１０６は端子ワイヤ１０４を含有する外面の対向側の積層１１０の外面上に位置し、端子ワイヤ１０４の端部１０４ｂと対向、離間、平行する関係でプレート６２から外側に延長、突出する対向端子端部１０６ｂ（図１と２）を含有する。端子端部１０６ｂは、電圧供給源（図示なし）の正の端子（図示なし）に連結されるように適合される。
【００３８】
図３と５に示す通り、導電ペイントの各層１２０と１２２は積層１１０の各々の正と負の下部と上部の縦エッジまたは側１３２と１３０に塗布でき、より具体的には、積層１１０の各々の正と負の端子２８と２６の各領域３８と３２に塗布でき、積層の性能を改善するばかりでなくウエハ１２と１４の間の抵抗を減少させる。
【００３９】
図５に示す通り、層１２０の第１端部１２０ａは終端プレート６２の内面に対し当接してウエハ１２ｅと隣接する端部ウエハ１４の端子５２の領域５６を覆い、一方、層１２０の対向第２端部１２０ｂはウエハ１２ａと隣接する端部ウエハ１４上を延長せず覆わず終端プレート６０から離間する。同様に、層１２２の第１端部１２２ａはウエハ１２ａと隣接する端部ウエハ１４上の端子５２の領域５６上を延長してそれを覆って終端プレート６０の内面に対し当接し、一方、層１２２の対向第２端部１２２ｂは対向端部ウエハ１４上を延長せず覆わず終端プレート６２から離間する。
【００４０】
図２に示す通り、終端電気ワイヤ１０４と１０６を含有する積層１１０の外側または面の４つのすべては保護エポキシ樹脂またはシーリング材１０２の層で覆われ、次に、図１に示す通り、積層１１０はポリマ材１００の層で外部被覆される。保護シーリング材層１０２は、外部被覆材１００がウエハ１２と１４の中と間に侵入したり浸透するのを防止する。
【００４１】
圧電材は、ポーリングと呼ばれる工程により圧電性になり得る。このプロセスは、結晶構造により電気双極子が作り出されるときにキューリー点未満の温度でのみ実施できる。ペロブスカイト構造では、双極子はその構造中の中心イオン（通常、大型の金属イオン）の移動により作り出される。キューリー温度未満では、中心イオンは構造イオンの平面の外に移動するため、電荷がもはやバランスせず、双極子を与えない。
【００４２】
ポーリングの工程は、個々の双極子モーメントを整列させて、それらがすべて同じ一般的な方向に向くようにするステップを含む。これは、結晶を定電場中に置いて双極子を強制的に整列させることにより達成される。電場内では、生成された力線と平行にならない場合に各双極子はトルクを感じるため、その方向に向けられる。電場が除去されると、双極子は整列したままになる。
【００４３】
駆動電圧がポーリング電圧と同じ方向に掛けられると、各圧電ウエハ１２と１４は以下の式により厚さが拡大する。
Δt=d33 * Vdrive
【００４４】
そして、アクチュエータアセンブリ１０の積層の総拡大は、個々のウエハ△ｔ掛ける積層中の圧電ウエハ１２と１４の数に等しくなる。積層アクチュエータアセンブリ１０の阻止力は、Ａを各圧電ウエハ１２の活性領域として、以下の式となる。
Force = (Vdrive * A)/(g33 * t)
【００４５】
本発明によれば、導電パスの短絡という結果になる“偶数の”積層構造を避けるため、奇数のウエハ１２と１４を使用しなければならない。
【００４６】
約５０，０００ボルト／インチのポーリング電場を各終端ワイヤ１０４と１０６を通じて導電端部プレート６０と６２に、次に当接する各々の正と負の端子２６と２８を通じて圧電積層アクチュエータアセンブリ１０の個々のウエハ１２に渡り適用し、圧電ウエハ１２を極化できる。
【００４７】
圧電ウエハ１２を極化する代替手段は、積層１０を組み立てる前に約５０，０００ボルト／インチのポーリング電場を個々の圧電基板１２の導電電極２６と２８に渡り適用することを含む。
【００４８】
さらに、以下に詳細に説明しないが、アセンブリ１０の積層１１０は、圧電ウエハ１２、ウエハ１４および端部プレート６０と６２が連結、当接する関係となるように共に圧縮され、そこで隣接内部ウエハ１２の対向電極２６と対向電極２８およびウエハ１４の電極５２が当接、接触する関係に配置されるプリロード状態で配置される必要があることが理解されよう。本発明によれば、アセンブリ１０の積層１１０はウエハ１２、ウエハ１４および端部プレート６０と６２をプリロード構造になるように共に圧縮する別個のプリロード筐体に設置でき、また、その代わりに、アセンブリ１０の積層１１０は組立工程でウエハ１２、ウエハ１４および端部プレート６０と６２を相互に圧縮した後にエポキシ樹脂層１０２とヒートシンクチューブで被覆または封入できる。
【００４９】
ここに図示、説明した積層アセンブリ１０、より具体的には、上に詳細に説明した通りその上に形成、設置された各電極２６、２８および５３を持つ個々の圧電ウエハ１２と１４は、好都合にも相互接続ケーブルを各ウエハに連結する必要なく個々のウエハから成るアクチュエータアセンブリ１０を共に積み重ねて相互接続することを可能にし、それにより単純で安価な構造を作り出す。
【００５０】
本発明をここに示した実施例の具体的な参照により教示してきたが、当業者は本発明の精神と範囲から逸脱することなく形態と詳細において変更が可能であることを認識するであろう。説明した実施例はすべての観点において例証的なものとして解釈すべきであり、限定的なものと解釈すべきでない。従って、本発明の範囲は、上記の説明によるよりもむしろ添付の特許請求の範囲により表明される。請求項の等価物の意味と範囲内となるすべての変更は、例えば、外部被覆層１００が終端ワイヤ１０４と１０６の各チャネルを規定するという実施例や、ウエハ１２の各第１・第２包込片電極がそのブロック１６を通じて延長する各第１・第２導電ビアに置換され、ウエハ１４の包込電極がそのブロック１６を通じて延長する導電ビアに置換されたという実施例を含め、その範囲内に包含されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００１／１１７９４１号明細書
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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