专利名称：压电式弯曲能量转换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种压电式弯曲能量转换器，该能量转换器具有由纤维强化热固塑料构成的支承层，并具有至少单面热粘在支承层上的压电陶瓷层。
这种弯曲能量转换器有例如通过EP 0 542 772 B1、DE 196 20 826 B2和DE 30 46 535 A1为公众所知的。在EP 0 542 772 B1和DE 30 46 535 A1中采用石墨作为纤维材料。在DE 196 20 826 C2中采用了另一种纤维材料玻璃。而压电陶瓷则是例如一种铅-锆酸盐-钛-陶瓷。
上述形式的压电式弯曲能量转换器主要用于间接的或交互的压电效应，即将电能转换成机械能。弯曲能量转换器有着大量技术上的应用。这些应用有，如用于喷墨式打印机的压电式打印头，用于麦克风或喇叭的音频接收器或发生器，用于测量加速度或压力的传感器，用于盲人阅读机中的布莱叶-盲字行、纺织机械、气动阀、自动记录测量仪或非接触式表面测量仪器的定位元件。
按照EP0 455 342 B1和EP 0 468 796 A1，一种弯曲能量转换器由分层结构构成。在此为了改善机械稳定性或为了更好地将电能转换成机械能在支承层上镀了压电陶瓷。为了电接通，必要时在压电陶瓷两面都配有由导电材料制成的平膜式电极。
根据应用情况可以在支承层单面或双面按上述的层序涂上涂层。按照DE 34 34 726 C2也可以叠加多层含有电极的压电陶瓷。根据压电陶瓷的层数将压电式弯曲能量转换器称之为单层、双层、三层或统称为多态压电式弯曲能量转换器。
在DE 43 27 265 C1和DE 40 25 436 A1中压电式弯曲能量转换器分别具有电绝缘支承层。通过采用电绝缘支承层，双态压电式弯曲能量转换器能够使面对支承层的压电陶瓷面或位于支承层上的内部电极位于不同的电位。由此可以使弯曲能量转换器的控制仅仅在位于内部的、与支承层相互绝缘的内部电极面上进行，而外部电极位于零电位或接地。通过这一措施使这种压电式弯曲能量转换器成为防触电的能量转换器。
采用纤维强化热固塑料作为支承层材料具有易于加工和安全加工的优点。热固塑料例如可以加工成所谓的预浸带(尚未硬化的、软的并含有预浸制的纤维的毛坯)形状。该预浸带可以采用与压电陶瓷相类似的形状。通过微压预浸带湿润压电陶瓷表面以及其上的电极并由此将它们粘接。通过密封加热处理，预浸带不可逆地硬化成为热固塑料，这样我们就以简单的方法得到了耐用且稳定的弯曲能量转换器各部件的连接。如果使用金属支承层，则会给弯曲能量转换器的构造带来很多困难。因此，这种弯曲能量转换器叠放的最大问题首先是压电陶瓷-金属材料一起使用时所带来的问题。而在采用纤维强化热固塑料时则不会出现这些问题。
如果需要防触电的弯曲能量转换器，则由于石墨的导电性而排除将其作为纤维材料的可能。因此必须使用玻璃并且采用玻璃纤维强化热固塑料作为支承层。但是使用玻璃纤维使弯曲能量转换器的偏转受到限制。用玻璃纤维强化热固塑料作支承层的弯曲能量转换器在相同的工作电压下，比用石墨纤维强化塑料作支承层的弯曲能量转换器据有更小的偏转。
本发明的目的在于，提供上述形式的压电式弯曲能量转换器，该能量转换器相对于现有技术的具有纤维强化热固塑料支承层的弯曲能量转换器具有更强的偏转能力。
按照本发明实现的上述形式的弯曲能量转换器，其纤维材料的热膨胀系数小于-0.5*10-6/K。
本发明基于如下考虑，具有石墨纤维强化热固塑料支承层的弯曲能量转换器比具有玻璃纤维强化热固塑料支承层的弯曲能量转换器具有更强的偏转能力，而这与热膨胀系数有关。玻璃的热膨胀系数为5至6*10-6/K。而石墨的热膨胀系数为-0.5*10-6/K。即玻璃具有正的热膨胀系数，而石墨的热膨胀系数为负值。
本发明还进一步基于如下考虑，具有纤维强化热固塑料支承层的压电式弯曲能量转换器的制造通常采用预浸带。如上所述，将预浸带铺放在压电陶瓷上，通过压力压合并在加热处理过程中在热固塑料硬化的条件下进行热粘接，支承层由此牢固地与压电陶瓷连接。由于压电陶瓷在垂直于极化方向上具有正的温度变化过程，在采用具有负的温度变化过程的纤维时，压电陶瓷在加热处理期间在一定程度上被施加预应力。由于热固塑料此时已经硬化，故压电陶瓷的预应力在加热处理以后仍将保持。通过第一批试验可以推测，由预应力引起的压电陶瓷晶格结构的扭曲起到加强极化的作用。与支承层热粘接的压电陶瓷在相同的工作电压下比没有与这种支承层粘接的压电陶瓷显示出更大的纵向膨胀或收缩。
当纤维材料的热膨胀系数小于-3*10-6/K时，压电式弯曲能量转换器显示出特别强的偏转能力。
原则上，所有可能在极化以后在电场中显示出压电效应的陶瓷都适于作为压电陶瓷。铅-锆酸盐-钛-氧化陶瓷通过其组成部分能适合于各种不同的要求，当然更适合作压电陶瓷。通过施加均匀的电场，可以在压电陶瓷中产生对于产生压电效应必需的极轴。
原则上，所有能够强化为热固塑料并具有所需热膨胀系数的材料都适于作为纤维材料。但是纤维材料优选采用聚酰胺。聚酰胺族由于具有高强度，高弹性以及良好的形状稳定性而尤显突出。
在本发明特别具有优点的结构中，所述聚酰胺是一种芳基酰胺，即芳香聚酰胺。除了高强度，高弹性以及良好的形状稳定性以外，聚酰胺族的代表-芳基酰胺还具有良好的热稳定性，此外它还具有较小的膨胀性。适合的芳基酰胺有如杜邦公司提供的Kevlar牌芳基酰胺或者AkzoNobel公司的Twaron牌芳基酰胺。
如果芳基酰胺具有100至300Gpa弹性模量，它的优点就更加明显。这种芳基酰胺例如有由Akzo Nobel公司所提供的Twaron牌1056型芳基酰胺。
在本发明另一具有优点的结构中，纤维单向地排列并平行于给定的支承层的纵向延伸方向。通过这种方法热粘接预浸带与压电陶瓷时，会在纵向上产生支承层收缩。当对电极施加电场时，压电陶瓷层在其膨胀或收缩方向上被施以预应力。此外通过单向结构可以实现在支承层纵向上的最大弹性模量。可以基本上不考虑横向效应。
当热固塑料的单位面积质量在100至900g/m2之间时，可以实现更加优越的特性。
环氧树脂特别适合作为热固塑料材料。预浸带形式的纤维强化环氧树脂能够容易且低廉地加工成压电式弯曲能量转换器。
如果支承层中环氧树脂的质量百分比为40至60％，对于支承层特性是特别有益的。由此能够同时得到足够高的硬度和足够高的弹性。
如果支承层是电绝缘的，则对于要求防触电的压电式弯曲能量转换器的应用是有益的。
下面借助于附图以及示例详细描述本发明的实施例。附图中
图1为压电式弯曲能量转换器结构的三维视图，图2为压电式弯曲能量转换器截面的放大图。
其中相同的部件有相同的附图标记。
图1所示为一个双态弯曲能量转换器1，它具有支承层2和位于支承层上的第一和第二压电陶瓷层4，5。在这里压电陶瓷为铅-锆酸盐-钛-氧化陶瓷。支承层2为芳基酰胺纤维强化环氧树脂。采用Akzo Nobel公司销售的Twaron牌1056型作为纤维材料。这种芳基酰胺的热膨胀系数为-3.5*10-6/K。采用环氧树脂预浸带作为支承层基本材料，它的单位面积质量为167.4g/m2，所含树脂的质量百分比为46.4％。预浸带通过加热处理与压电陶瓷层4，5热粘接并硬化。
此外，弯曲能量转换器1具有电连接线6，它们分别通过钎焊与设置在支承层2上的电极7和8电连接。压电陶瓷层4和5在两面都具有平面电极9，11和10，12。在这里没有详细示出，支承层2上的电极7和8，在支承层2上不是扁平的，而是作为织物或平行的接片构造的，在支承层2上敷有压电陶瓷层4和5。因此在加热处理预浸带时尚未硬化的环氧树脂通过电极7和8流到电极11和12，并在硬化时通过电极将支承层2与压电陶瓷层4和5进行粘接。压电陶瓷层4和5的电极9，10，11，12分别由非晶金刚石聚合物构成扁平涂层。由于芳基酰胺纤维的负温度变化过程，压电陶瓷在热粘接过程中被施加预应力。
在图2中以放大图示出了图1所示弯曲能量转换器1的截面。这里可以再次看到压电陶瓷层4和5以及放置在其上的电极9，11和10，12。放置在支承层2上的电极7，8由在支承层2纵向上延伸的接片13构成。可以明显看出，芳基酰胺纤维14是单向的，并按支承层2的纵向放置。通过这种方法在预浸带与压电陶瓷层4和5热粘接时，支承层2将在纵向上收缩。当对电极施加电场时，压电陶瓷层4和5即在其膨胀或收缩方向上被施以预应力。此外，通过芳基酰胺纤维14的单向放置可以在支承层2的纵向上得到最大弹性模量。可以基本上不考虑横向效应。
在将图1所示的弯曲能量转换器1与结构上完全相同、但采用由玻璃纤维强化环氧树脂构成支承层的弯曲能量转换器相比，在相同的工作电压下，可测得高出60％的偏转。工作电压为200V。进行比较的弯曲能量转换器的自由长度为38mm，厚度为0.75mm。
权利要求
1.一种压电式弯曲能量转换器(1)，它具有一由纤维(14)强化的热固塑料构成的支承层(2)，和一至少单面热粘在支承层(2)上的压电陶瓷层(4，5)，其特征为，该纤维材料的热膨胀系数小于-0.5*10-6/K。
2.如权利要求1所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述纤维材料的热膨胀系数小于-3*10-6/K。
3.如权利要求1或2所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述纤维材料为聚酰胺。
4.如权利要求3所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述聚酰胺为芳基酰胺。
5.如权利要求4所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述芳基酰胺的弹性模量在100至130Gpa之间。
6.如上述权利要求中任一项所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，采用纤维单位面积质量为100至900g/m2的热固塑料。
7.如上述权利要求中任一项所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述支承层(2)在纵向上延伸，而所有纤维按单方向且平行于支承层的纵向设置。
8.如上述权利要求中任一项所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述热固塑料为环氧树脂。
9.如权利要求8所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，支承层(2)中环氧树脂的质量百分比含量为40至60％。
10.如上述权利要求中任一项所述的压电式弯曲能量转换器(1)，其特征在于，所述支承层(2)是电绝缘的。
全文摘要
一种压电式弯曲能量转换器(1),它具有一由纤维(14)强化的热固塑料构成的支承层(2),并具有一至少单面热粘在支承层(2)上的压电陶瓷层(4,5),按照本发明,所采用的纤维材料的热膨胀系数应小于－0.5*10
文档编号G01B7/16GK1359542SQ00809716
公开日2002年7月17日 申请日期2000年4月25日 优先权日1999年5月4日
发明者迈克尔·里德尔 申请人:西门子公司