DE60225362T2

DE60225362T2 - Piezoelektrisches/elektrostriktives Bauelement und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60225362T2
Application number: DE2002625362
Authority: DE
Inventors: Koji NGK Insulators Nagoya-shi Aichi-ken Ikeda; Kazuyoshi NGK Insulators Nagoya-shi Aichi-ken Shibata
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: US6798119B2; US20020093271A1; EP1225644A2; US20040216289A1; US7024739B2; JP4007767B2; DE60225362D1; EP1225644A3; JP2002289936A; EP1225644B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
2. Stand der Technik
Als eine Form einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung ist eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer Form, die eine Basis umfasst, mit einem Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil und einem Befestigungsteil, der die beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, sowie einem auf zumindest einer Seite der beweglichen Teile der Basis angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element, sowie eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer Form bekannt, die eine Basis umfasst, mit einem Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil, einem Befestigungsteil, welcher die beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem Anbringungsteil, der die beweglichen Teile an dem anderen Ende derselben verbindet, sowie einem auf zumindest einer Seite der beweglichen Teile der Basis angeordnetes piezoelektrisches/elektrostriktives Element, wie in der Beschreibung des Europäischen Patents EP1017116A2 geoffenbart ist.
Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer solchen Form verfügt über eine Funktion, mit der die beweglichen Teile durch die Verschiebungsbetätigung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements betätigt werden oder über eine Sensorfunktion zum Abfühlen des von der abgefühlten Seite stammenden Eingangssignals zur Verschiebung der beweglichen Teile unter Einsatz des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements. Durch den wirksamen Einsatz dieser Funktionen findet die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung in vielen wie nachstehend beschriebenen Bereichen Anwendung.
Und zwar werden piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen mit einer solchen Form für aktive Elemente, wie verschiedene Wandler, verschiedene Aktuatoren, Frequenzbereichsfunktionselemente (Filter), Transformatoren, Vibratoren und Resonatoren für Kommunikationsanwendungen oder mechanische Ansteuerung, Oszillatoren und Diskriminatoren, als Sensorelemente für verschiedene Sensoren, wie z. B. Ultraschallsensoren, Beschleunigungssensoren, Winkelgeschwindigkeitssensoren, Stoßsensoren und Massesensoren sowie für verschiedene Aktuatoren eingesetzt, die bei Mechanismen zur Verschiebungs- und Positionierungseinstellung und Winkeleinstellung verschiedener Präzisionsteile von optischen Geräten und Präzisionsgeräten angewandt werden.
Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer solchen Form wird üblicherweise durch Zuschneiden eines Vorrichtungs-Bezugsformstücks zu einer geeigneten Größe ausgebildet, und das Vorrichtungs-Bezugsformstück wird durch Befestigen eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements auf sowohl die vorderen als auch die hinteren Oberflächen eines Basis-Bezugsformstücks mittels Haftmittel oder durch einstückiges Ausbilden derselben gebildet. Hierin wird das Basis-Bezugsformstück durch Laminieren und Brennen mehrerer Lagen gebildet.
Folglich weist die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer solchen Form eine große Anzahl an Konstruktionskomponenten auf, sodass die Vorrichtung hohe Herstellungskosten und aufwendige Zusammenbauarbeiten umfasst. Da die Konstruktionskomponenten mittels Haftmittel befestigt werden, kommt es ferner zu einer Haftungsveränderung zwischen den Konstruktionskomponenten, wodurch eine Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften zu erwarten ist.
Darüber hinaus wird die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit einer solchen Form durch den Einsatz von Mitteln hergestellt, die zum Zuschneiden eines Vorrichtungs-Bezugsformstücks in eine große Anzahl an Vorrichtungen geeignet sind. Daher werden durch Zuschneiden gebildete piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen mit beim Zuschneiden entstehendem Staub, Schneideflüssigkeit und organischen Komponenten, wie z. B. einem Haftmittel oder Wachs kontaminiert, die beim Schneiden zum Halten des Vorrichtungs-Bezugsformstücks eingesetzt werden, was die Reinigung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung erschwert.
Besteht die Basis aus Keramik, muss auch ein hartes Keramikmaterial, wie z. B. Zirconiumdioxid, eingesetzt werden, da das Keramikmaterial rissanfällig ist. Sogar wenn ein hartes Keramikmaterial verwendet wird, müssen geeignete Schnittbedingungen gewählt werden, damit es nicht zu Materialverlust, Kerben oder Rissen kommt. Da die Basis aus einem harten Keramikmaterial besteht, ist ferner die Entwicklung des Bearbeitungsverfahrens schwierig, und um die Anzahl der Bearbeitungsprodukte zu erhöhen, muss auf den Einsatz einer großen Anzahl an Bearbeitungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Funktionen geachtet werden.
Die Basis kann aus einem Metallmaterial bestehen; das Metallmaterial führt jedoch aufgrund von während des Schneideverfahrens erzeugter Reibungswärme zu einer oxidierten Endoberfläche, wodurch Grate auf der bearbeiteten Endoberfläche zurückbleiben, was einen weiteren Schritt zur Entfernung derselben erforderlich macht. Das piezoelektrische/elektrostriktive Element kann ferner erst nach Zuschneiden des Vorrichtungs-Bezugsformstücks getestet werden.
Die aus dem Vorrichtungs-Bezugsformstück herausgeschnittene Vorrichtung wird vorzugsweise durch Ultraschallreinigung, mittels welcher Kontaminationen problemlos entfernt werden können, gereinigt. Wird jedoch bei der Ultraschallreinigung zur Erzielung einer hohen Reinigungswirkung eine starke Ultraschallwelle eingesetzt, entstehen gegebenenfalls Schäden an der Vorrichtung und das piezoelektrische/elektrostriktive Element wird mitunter brüchig oder löst sich von der Basis. Daher muss beim Ultraschallreinigen eine schwache Ultraschallwelle gewählt werden, die die Vorrichtung nicht beschädigt. Wird ein solches Reinigungsverfahren angewandt, ist jedoch eine lange Zeitdauer erforderlich, um Kontaminationen zu entfernen, die während des Schneidens haften geblieben sind.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gebildeter Staub kann zu nachstehenden Problemen führen. Wird beispielsweise die piezoelektrische/elektrostrik tive Vorrichtung in einem Aktuator eines Magnetkopfs in einem Festplattenlaufwerk eingesetzt, kann Staub, wenn es in dem Laufwerk zu Staubbildung gekommen ist, zum Aufschlagen des schwebenden Gleitelements auf das Medium führen, wodurch ein Datenverlust zu erwarten ist. Darüber hinaus kann der Staub in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung selbst an der Elektrode des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements haften bleiben, wodurch ein Kurzschluss zu erwarten ist. Aus diesem Grund ist nicht nur in dem Festplattenlaufwerk, sondern auch in der Vorrichtung selbst ein hoher Reinigungsgrad erforderlich.
Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Probleme der zuvor dargestellten Probleme des Stands der Technik zu beheben, indem ermöglicht wird, dass die Basis, die die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung mit solcher Form bildet, eine integrierte Struktur aufweist, bei der eine Lage einer flachen Platte als Originalplatte eingesetzt wird.
In der EP-A-1152401 und der entsprechenden Veröffentlichung WO 00/16318 sind Konstruktionen dargestellt, die die Merkmale des Oberbergriffes von Anspruch 1 aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wie in Anspruch 1 dargelegte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung und wie in den Ansprüchen 16, 18 und 21 dargelegte Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung.
Bevorzugte, optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Für das Betätigungsprinzip ist es erforderlich, dass der Befestigungsteil oder der Befestigungsteil und der Anbringungsteil fest mit den zwei biegbaren Seitenrändern verbunden sind. Da diese in den erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostrik tiven Vorrichtungen einstückig ausgebildet sind, sind die bevorzugten Ausführungsformen hinsichtlich des Betätigungsprinzips ausgebildet.
Werden beispielsweise die zuvor angeführten zwei oder drei erforderlichen Teile aus Metall gefertigt und miteinander verschweißt, müssen Probleme bei der Wärmebehandlung, wie z. B. Verformung durch die beim Schweißen erzeugte Wärme, Verschlechterung der Materialqualität und Glühen, berücksichtigt werden. Ist das Element hingegen wie in den erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen einstückig ausgebildet, bestehen solche Befürchtungen nicht, auch wenn die Basis aus Metall ist, und es ist auch eine Verbesserung der Festigkeit des Verbindungsteils durch das Prozess-Härten zum Zeitpunkt der einstückigen Ausbildung zu erwarten.
Wird die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Komponente (z. B. einem Magnetkopf eines Festplattenlaufwerks) kombiniert, entspricht die Höhe nach dem Zusammenbau nicht der Gesamthöhe der Komponente, und die Höhe der Vorrichtung ist kleiner als die Gesamthöhe, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass die Vorrichtung einen kompakten Aufbau aufweisen kann. Hinsichtlich der Höhe der Vorrichtung werden die Dicke der Platte der beweglichen Teile und die Dicke des Haftmittels zur Höhe der Komponente hinzuaddiert; verglichen mit den zu Beginn beschriebenen bekannten Vorrichtungen kann jedoch die Höhe nach dem Zusammenbau reduziert werden, wodurch eine Raumreduktion bereitgestellt wird. Der Zusammenbau kann darüber hinaus einfach durch Befestigen der Komponente auf den Befestigungsteil durchgeführt und die Haftungsfläche vergrößert werden, wodurch die Haftungsfestigkeit vorteilhaft erhöht und eine Struktur bereitgestellt wird, die unter Stoßeinwirkung nicht ohne weiteres abfällt.
In den erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen ist es angesichts ihrer Struktur einfach, eine Vertiefung durch Pressen auszubilden, um an jener Stelle, an welcher der Anbringungsteil und der Befestigungsteil mit der zu steuernden Komponente befestigt werden, ein Haftmittel aufzunehmen. Dadurch kann die Haftungsfestigkeit erhöht und das Herauspressen des Haftmittels unterdrückt werden. Darüber hinaus ist es auch einfach, für die beim Zusammenbau der Komponente verwendete Positionierung eine Standardposition (Loch oder dergleichen) auszubilden. Aus diesem Grund kann die Genauigkeit beim Zusammenbauen der Komponente auf den Anbringungsteil auf der Vorrichtung und bei der Anbringung des Befestigungsteils auf den Aufhängering der Aufhängung in späteren Schritten erhöht werden, um die Ausbeute der Produkte zusätzlich zu verbessern. Durch Testen des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements vor dem Zusammenbau der Vorrichtung kann die Minderung der Vorrichtungseigenschaften nach dem Zusammenbau der Vorrichtung stark reduziert werden.
Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darüber hinaus einen mit dem Anbringungsteil einstückig ausgebildeten Verbindungsteil aufweist, stellt die Vorrichtung den großen Vorteil bereit, dass der Verbindungsteil als Aufhängering zum Halten des Magnetkopfs (Gleitelement) des Festplattenlaufwerks eingesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen verfügen über eine Basisstruktur, in welcher das Element eine einstückige Struktur aufweist, die aus einer Originalplatte ausgebildet ist, welche aus einer flachen Platte besteht, sodass das Element im Prinzip aus nur einer Konstruktionskomponente aufgebaut ist. Daher bestehen die Konstruktionskomponenten jeder Vorrichtung aus zwei Arten, nämlich der Basis und den piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen, sodass die Anzahl der Konstruktionskomponenten der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung stark reduziert werden kann und die Anzahl der Schritte zum Zusammenbauen der Konstruktionskomponenten stark reduziert werden kann, was eine hohe Kostenreduktion bewirkt.
In jeder erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung kommt es aufgrund dessen, dass die Anzahl der Konstruktionskomponenten sehr gering ist und die Anzahl der Befestigungsstellen zwischen den Konstruktionskomponenten sehr gering ist, zu einer geringen oder gar keiner Haftungsänderung zwischen den Kon struktionskomponenten, wodurch die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung über Vorrichtungseigenschaften verfügt, die eine hohe Einstellgenauigkeit aufweisen.
Bei der Ausbildung der jeweiligen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, Mittel einzusetzen, um ein Vorrichtungs-Bezugsformstück an zahlreichen Stellen herauszuschneiden, sodass es zu keiner Kontamination kommt, die beim Schneiden des Vorrichtungs-Bezugsformstücks durch Staub und andere Kontaminanten verursacht wird. Aus diesem Grund ist die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung kaum oder gar nicht kontaminiert, wenn das Element und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente vor dem Zusammenbauen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gereinigt werden, wodurch der große Vorteil bereitgestellt wird, dass der Schritt zur Reinigung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung weggelassen oder auf einfachere Art und Weise durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen können mit den erfindungsgemäßen Verfahren einfach bzw. kostengünstig hergestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Die 1A bis 1K sind perspektivische Ansichten, die jeweils elf Typen von Ausführungsformen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, bei dem eine zu steuernde Komponente auf eine Form der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht wird;
die 3A und 3B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte ausgebildete Element darstellen;
die 4A und 4B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 5A und 5B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer zweiten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 6A und 6B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der zweiten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 7A und 7B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer dritten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 8A und 8B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der dritten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 9A und 9B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer vierten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 10A und 10B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der vierten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 11A und 11B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer fünften piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 12A und 12B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der fünften piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 13A und 13B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer sechsten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 14A und 14B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der sechsten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 15A und 15B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer siebten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 16A und 16B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der siebten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 17A und 17B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 18A und 18B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
19 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand darstellt, bei dem eine zu steuernde Komponente auf die erste modifizierte Ausführungsform der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung angebracht wird;
20 ist eine perspektivische Ansicht, die die zweite modifizierte Ausführungsform der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellt;
die 21A und 21B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements einer neunten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
die 22A und 22B sind perspektivische Ansichten, die den Zustand des Zusammenbauens der neunten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellen;
die 23A und 23B sind perspektivische Ansichten, die zwei Beispiele der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente darstellen, die als piezoelektrisches/elektrostriktives Element eingesetzt werden, das die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet;
die 24A und 24B sind perspektivische Ansichten, die zwei weitere Beispiele der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente darstellen, die als piezoelektrisches/elektrostriktives Element eingesetzt werden, das die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet;
25 ist eine perspektivische Ansicht, die die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung darstellt, in welcher das in 24B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Element als piezoelektrisches/elektrostriktives Element eingesetzt wird;
26 ist eine Draufsicht, die den Ruhezustand der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung von 25 darstellt;
die 27A bzw. 27B sind Wellenformdiagramme, die die an die zwei piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung von 25 angelegten Spannungen zeigen;
28 ist eine Draufsicht, die den Betriebszustand der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung von 25 darstellt;
29 ist eine perspektivische Ansicht, die die erste modifizierte Ausführungsform der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellt;
30 ist eine perspektivische Ansicht, die die zweite modifizierte Ausführungsform der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung darstellt;
31 ist eine perspektivische Ansicht einer zehnten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 32A und 32B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung von 31 darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
33 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 34A und 34B sind perspektivische Ansichten, die eine Originalplatte eines Elements der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung von 33 darstellen, bzw. perspektivische Ansichten, die das durch Biegen der Originalplatte gebildete Element darstellen;
35 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Festplattenlaufwerk darstellt, auf welches die zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung angebracht ist; und
die 36A und 36B sind Draufsichten bzw. Seitenansichten einer Aufhängung, auf welche die zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung angebracht ist.
In der nachstehenden Beschreibung wird das Wort „Basis" dafür verwendet, das „Element" der Vorrichtung zu bezeichnen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die dargestellten erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen werden gegebenenfalls in drei Formen unterteilt: eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der ersten Form, die eine Basis mit einem Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil und einem Befestigungsteil, der die beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, sowie einem auf zumindest einer Seite der beweglichen Teile der Basis angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element umfasst; eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der zweiten Form, die eine Basis mit einem Paar aus einem rechten und ei nem linken beweglichen Teil, einem Befestigungsteil, welcher die beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem getrennt vom Befestigungsteil vorliegenden Anbringungsteil, der die beweglichen Teile an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, sowie einem auf zumindest einer Seite der beweglichen Teile der Basis angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element umfasst; und eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der dritten Form, die eine Basis mit einem Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil, einem Befestigungsteil, welcher die beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, einem getrennt vom Befestigungsteil vorliegenden Anbringungsteil, der die beweglichen Teile an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, und einem mit dem Anbringungsteil einstückig ausgebildeten und den Anbringungsteil, die beweglichen Teile und den Befestigungsteil umgebenden Verbindungsteil, sowie einem auf zumindest einer Seite der beweglichen Teile der Basis angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Element umfasst. Die 1A bis 1K stellen zahlreiche Ausführungsformen (erste Ausführungsform bis elfte Ausführungsform) der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen von verschiedenen Formen dar.
Die in 1A gezeigte erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen und wird in dem in 2 dargestellten Zustand eingesetzt. Die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a wird mit dem in den 3 und 4 gezeigten Verfahren hergestellt. Die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a besteht aus einer Basis 11 und einem Paar aus piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 11 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 11a, 11b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 11c, der die beweglichen Platten 11a, 11b an einem Ende derselben miteinander verbindet und einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 11d, der die beweglichen Teile 11a, 11b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet.
Eine H-förmige Öffnung 11e unterteilt die Basis 11 in bewegliche Teile 11a, 11b, den Befestigungsteil 11c und den Anbringungsteil 11d. Die Öffnung 11e besteht aus einem Paar aus rechten und linken Seitenrillen 11e1, 11e2 und einer zentralen Rille 11e3, die die zwei Seitenrillen 11e1, 11e2 an den zentralen Teilen derselben – in Längsrichtung gesehen – miteinander verbindet. Der bewegliche Teil 11a auf der linken Seite ist an der Seitenrille 11e1 entlang der Rille 11e1 gebogen und steht senkrecht zum Befestigungsteil 11c und Anbringungsteil 11d. Ähnlich ist der bewegliche Teil 11b auf der rechten Seite an der Seitenrille 11e2 entlang der Rille 11e2 gebogen und steht senkrecht zum Befestigungsteil 11c und dem Anbringungsteil 11d.
In der Basis 11 mit einem solchen Aufbau sind die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b jeweils auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 11a, 11b mittels eines aus Epoxyharz oder dergleichen bestehenden Haftmittels befestigt. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b sind jeweils ein mehrschichtiger Körper aus piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten und Elektrodenfilmen. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b sind so ausgebildet, dass sie die gleiche Form wie die beweglichen Teile 11a, 11b aufweisen und um eine vorbestimmte Länge kürzer als die beweglichen Teile 11a, 11b sind. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b sind jeweils fluchtend mit dem Ende der beweglichen Teile 11a, 11b auf der Seite des Befestigungsteils 11c befestigt und erstrecken sich zu einer Stelle hin, die von dem Ende der beweglichen Teile 11a, 11b weg auf der Seite des Anbringungsteils 11d eine vorbestimmte Länge frei Isst.
In der Basis 11 wird ein Magnetkopf H (Gleitelement) für eine Festplatte, die eine zu steuernde Komponente ist, beispielsweise auf die obere Seite des Befestigungsteils 11d befestigt und fixiert, und die untere Seite wird auf einen Aufhängering der Aufhängung befestigt und fixiert. In einem solchen Fall können die Positionen zur Anbringung des Magnetkopfs H und der Aufhängung in Bezug auf den Befestigungsteil 11c im Gegensatz zu Obigem verändert werden. Die Vorrichtungsfunktionen werden dadurch in keinster Weise verändert. Die Positionen zur Anbringung des Magnetkopfs H und der Aufhängung in Bezug auf den Befestigungsteil 11c und den Anbringungsteil 11d können auf eine Anordnung umgeändert werden, bei der die Funktio nen der vorderen und hinteren Oberflächen umgekehrt sind. Die Vorrichtungsfunktionen werden auch in diesem Fall in keinster Weise verändert. Die Verdrahtungen der äußeren Elektroden, die mit den Anschlüssen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b kontaktiert werden, müssen auf der Aufhängung jedoch in umgekehrter Weise verdrahtet sein.
Die Basis 11, welche die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a bildet, wird durch Einsatz einer in 3A als Formmaterial gezeigten Originalplatte 11A und durch Biegen der in 3B gezeigten Originalplatte 11A ausgebildet. Die Originalplatte 11A ist eine gestanzte Struktur, die aus einer flexiblen und biegbaren flachen Platte ausgestanzt ist und in einer Form ausgebildet ist, die eine plane Ausformung der Basis 11 darstellt. Die flache Platte, welche die Originalplatte 11A bildet, besteht hinsichtlich Festigkeit vorzugsweise aus Metall.
Die flache Platte besteht vorzugsweise aus einem Metall mit einem Elastizitätsmodul von zumindest 100 GPa, und als eisenhältige Metallmaterialien sind Edelstahle der Austenitreihe, wie z. B. SUS301, SUS304, AISI653 und SUH660, Edelstahle der Ferritreihe, wie z. B. SUS430 und SUS434, Edelstahle der Martensitreihe, wie z. B. SUS410 und SUS630, Edelstahle der Semiaustenitreihe, wie z. B. SUS6312 und AISI632, martensitaushärtender Edelstahl, verschiedene Federstahlmaterialien und andere anzuführen. Als Nichteisenmetalle sind superelastische Titanlegierungen, wie z. B. eine Titan-Nickel-Legierung, Messing, Kupfernickel, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Berylliumkupfer, Phosphorbronze, Nickel, eine Nickel-Eisen-Legierung, Titan und andere zu nennen.
Die Originalplatte 11A wird ausgebildet, indem eine flache Platte einem Stanzverfahren unterzogen wird, und wird mit einer H-förmigen Öffnung 11e bereitgestellt. Die Öffnung 11e wird gleichzeitig zum Zeitpunkt des Stanzens der flachen Platte ausgebildet und besteht aus einem Paar von geraden Seitenrillen 11e1, 11e2, die an den rechten und linken Seiten der Originalplatte 11A angeordnet sind und sich zu den vorderen und hinteren Enden und einer geraden zentralen Rille 11e3 hin erstrecken, die die zwei Seitenrillen 11e1, 11e2 an ihren zentralen Teilen miteinander verbindet.
Die Basis 11 wird durch senkrechtes Biegen der rechten und linken Seitenumfangsabschnitte der Originalplatte 11A an den Seitenrillen 11e1, 11e2 entlang den zentralen Linien L1, L2, die sich aus dem Zentrum der Breite der Rillen 11e1, 11e2 in deren Längsrichtung aus erstrecken, gebildet. Durch Biegen der rechten und linken Seiten der Originalplatte 11A in solcher Weise werden die Stellen, die sich außerhalb der Seitenrillen 11e1, 11e2 befinden, zu beweglichen Teilen 11a, 11b ausgebildet, und jene Stellen auf der Seite des vorderen Endes und der Seite des hinteren Endes der zentralen Rille 11e3 werden zum Befestigungsteil 11c bzw. zum Anbringungsteil 11d ausgebildet.
In der auf solche Weise aus der Originalplatte 11A einstückig aufgebauten Basis 11A werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b mittels eines Haftmittels an die äußeren Seiten der wie in 4A dargestellten beweglichen Teile 11a, 11b befestigt, um die in 4B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a zu bilden. Die so gebildete piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a funktioniert auf gleiche Weise wie herkömmliche piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen dieser Form, und da die Basis 11 einstückig aus der Originalplatte 11A ausgebildet ist, weist die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a die nachstehenden Funktionen und Wirkungen auf.
In der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a weist die Basis 11 nämlich eine einstückig ausgebildete Struktur auf, die einzig aus einer Lage der Originalplatte 11A besteht und aus einer Konstruktionskomponente aufgebaut ist. Daher bestehen die Konstruktionskomponenten der Vorrichtung 10a aus zwei Arten, nämlich der Basis 11 und den piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b, sodass die Anzahl der Konstruktionskomponenten der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a stark reduziert werden kann und die Anzahl der Schritte zum Zusammenbauen der Konstruktionskomponenten stark reduziert werden kann, was eine hohe Kostenreduktion bewirkt.
In der ersten erfindungsgemäßen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a kommt es ferner aufgrund dessen, dass die Anzahl der Konstruktionskomponenten sehr gering ist und die Anzahl der Befestigungsstellen zwischen den Konstruktionskomponenten sehr gering ist, zu einer geringen oder gar keinen Haftungsänderung zwischen den Konstruktionskomponenten, wodurch die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a über Vorrichtungseigenschaften verfügt, die eine hohe Einstellgenauigkeit aufweisen.
Bei der Ausbildung der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a ist es ferner nicht erforderlich – wie nach dem Stand der Technik – Mittel einzusetzen, um ein Vorrichtungs-Bezugsformstück an zahlreichen Stellen herauszuschneiden, sodass es zu keiner Kontamination kommt, die beim Schneiden des Vorrichtungs-Bezugsformstücks durch Staub und andere Kontaminanten verursacht wird. Wenn Basis 11 und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b vor dem Zusammenbauen der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a gereinigt werden, ist die zusammengebaute Vorrichtung 10a aus diesem Grund kaum oder gar nicht kontaminiert, wodurch der große Vorteil bereitgestellt wird, dass der Schritt zur Reinigung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a weggelassen oder auf einfachere Art und Weise durchgeführt werden kann.
Die in 1B gezeigte zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b weist eine Basis auf, die sich in ihrem Aufbau von der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a leicht unterscheidet. Bezugnehmend auf 6B besteht die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b aus einer Basis 13 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 13 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 13a, 13b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 13c, der die beweglichen Teile 13a, 13b an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 13d, der die beweglichen Teile 13a, 13b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet.
Eine H-förmige Öffnung 13e unterteilt die Basis 13 in die beweglichen Teile 13a, 13b, den Befestigungsteil 13c und den Anbringungsteil 13d. Hinsichtlich des Aufbaus ist die Basis 13 der zweiten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10b gleich wie die Basis 11 der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a aufgebaut.
In Basis 13 weisen die gebogenen Teile 13a1, 13b1, das sind jene Stellen, die die beweglichen Teile 13a, 13b mit dem Befestigungsteil 13c und dem Anbringungsteil 13d verbinden, jedoch eine Kreisbogenform auf, worin die gebogenen Teile 13a1, 13b1 von der Oberfläche des Befestigungsteils 13c und des Anbringungsteils 13d weg vertieft sind. Bezugnehmend auf 5A ist die Originalplatte 13A, die die Basis 13 bildet, gleich wie die Originalplatte 11A der Basis 11 und weist beim Biegen der Originalplatte zur Ausbildung der beweglichen Teile 13a, 13b eine unterschiedliche Biegeform auf. Beim Biegeverfahren werden nämlich an dem Basisteil der beweglichen Teile 13a, 13b kreisbogenförmig gebogene Teile 13a1, 13b1 gebildet. Bezugnehmend auf 6A werden piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 12a, 12b auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 13a, 13b der Basis 13 befestigt, um die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b zu bilden.
Die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b weist die gleichen Funktionen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a bereit. Da die beweglichen Teile 13a, 13b mit dem Befestigungsteil 13c und dem Anbringungsteil 13d mittels kreisbogenförmig gebogener Teile 13a1, 13b1 verbunden sind, verbessert sich insbesondere die Beweglichkeit der beweglichen Teile 13c, 13d, wodurch sich ausgezeichnete Vorrichtungsfunktionen ergeben.
Die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b erleichtert es ferner, dass ein sehr genauer Orthogonalitätsgrad der beweglichen Teile 13a, 13b gegenüber dem Befestigungsteil 13c und dem Anbringungsteil 13d erreicht wird, wodurch Verschiebungen in Schaukelrichtung unterdrückt werden. Da die Position der bewegli chen Teile 13a, 13b in Y-Achsenrichtung in Bezug auf den Befestigungsteil 13c und Anbringungsteil 13d ferner durch Verändern des Biegegrads der kreisbogenförmig gebogenen Teile festgelegt werden kann, kann die Vorrichtung einen Aufbau mit größerer Breite aufweisen.
Die in 1C gezeigte dritte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10c ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die dritte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10c weist eine Basis auf, die sich in ihrem Aufbau von der zweiten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10b leicht unterscheidet; die anderen Teile sind jedoch gleich.
Bezugnehmend auf 8B besteht die dritte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10c aus einer Basis 14 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 14 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 14a, 14b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 14c, der die beweglichen Teile 14a, 14b an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 14d, der die beweglichen Teile 14a, 14b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet.
In der Basis 14 ist der mittlere Abschnitt der beweglichen Teile 14a, 14b in Längsrichtung über eine vorgegebene Länge zu dünnen Platten 14a1, 14b1 ausgebildet; abgesehen von diesem Punkt ist die Basis 14 jedoch auf gleiche Weise wie Basis 13 aufgebaut. Bezugnehmend auf 7A weist die Originalplatte 14A der Basis 14 ferner dünne Platten 14a1, 14b1 auf den rechten und linken Seiten einer H-förmigen Öffnung 14e auf, die zu einem späteren Zeitpunkt zu beweglichen Teilen 14a, 14b auszubilden sind. Die Basis 14 wird entlang den in 7B gezeigten Strichpunktlinien L1, L2 auf gleiche Weise wie Basis 13 einem Biegevorgang unterzogen. Bezugnehmend auf 8A werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b auf den äußeren Seiten der beweglichen Teile 14a, 14b angebracht, um die dritte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10c zu bilden.
Die dritte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10c weist die gleichen Funktionen wie die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die zweite piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10b bereit. Da die beweglichen Teile 14a, 14b mit dünnen Teilen 14a1, 14b1 bereitgestellt sind, die in der Mitte derselben angeordnet sind, und sich in Längsrichtung erstrecken, verbessert sich insbesondere die Beweglichkeit der beweglichen Teile 14a, 14b, wodurch sich ausgezeichnete Vorrichtungsfunktionen ergeben.
Als Mittel zur Ausbildung der dünnen Platten 14a1, 14b1 der Originalplatte 14A kann hierin ein Verfahren, bei dem die Dicke durch teilweises Entfernen des Materials mittels chemischem Ätzen, Mikrostrahlen, Ionenstrahlfräsen oder dergleichen verringert wird, oder ein Verfahren, bei dem die Dicke durch Schneiden mittels Zerkleinern oder dergleichen verringert wird, angewandt werden. Als spezielles Mittel kann als Originalplatte darüber hinaus eine Platte eingesetzt werden, die durch Übereinanderschichten und Befestigen einer Platte, welche zur Ausbildung eines Loches mit einer vorgegebenen Länge durchbohrt wurde, auf die andere Platte, die kein Loch aufweist, ausgebildet wird, um die dem Loch entsprechende Stelle mit den dünnen Teilen zu ersetzen.
Die in 1D gezeigte vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d weist eine Basis auf, die sich hinsichtlich ihrer Teile von der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a leicht unterscheidet; die anderen Teile sind jedoch gleich.
Bezugnehmend auf 10B besteht die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d aus einer Basis 15 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 15 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 15a, 15b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 15c, der die beweglichen Teile 15a, 15b an einem Ende derselben miteinander verbindet, einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 15d, der die beweglichen Teile 15a, 15b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet und einem Paar aus einem rechten und einem linken Verstärkerteil 15f, 15g, der sich von einer oberen Kante weg zu einem Ende der beweglichen Teile 15a, 15b hin erstreckt und an die Oberfläche des Befestigungsteils 15c anstößt.
Die Basis 15 ist auf gleiche Weise wie Basis 11 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass die Basis 15 mit Verstärkerteilen 15f, 15g bereitgestellt ist. Bezugnehmend auf 9A, ist die Originalplatte 15A der Basis 15 mit Abschnitten bereitgestellt, die zu Verstärkerteilen 15f, 15g werden, welche sich von einem Ende der rechten und linken Seiten einer H-förmigen Öffnung 15e nach außen hin erstrecken und zu einem späteren Zeitpunkt zu beweglichen Teilen 15a, 15b ausgebildet werden. Die Basis 15 wird entlang den in 9B gezeigten Strichpunktlinien L1, L2 und anderen einem Biegevorgang unterzogen. Bezugnehmend auf 10A werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 15a, 15b befestigt, um die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d zu bilden.
Die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d weist die gleichen Funktionen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a bereit. Insbesondere ist der Befestigungsteil 15c durch Verstärkerteile 15f, 15g verstärkt. Die Verstärkerteile 15f, 15g sind auf den Befestigungsteil 15c befestigt. Als dafür geeignete Befestigungsmittel können solche, wie z. B. Punktschweißen, Druckbonden, Dichtschweißen, Löten, Hartlöten oder unter Einsatz eines Haftmittels, wie z. B. Epoxyharz oder Harze vom UV-Härtungstyp oder dergleichen, eingesetzt werden. Unter diesen Befestigungsmitteln wird Punktschweißen besonders bevorzugt.
Die in 1E gezeigte fünfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10e ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form ge mäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die fünfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10e weist eine Basis auf, die sich hinsichtlich ihrer Teile von der vierten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10d leicht unterscheidet; die anderen Teile sind jedoch gleich.
Bezugnehmend auf 12B, besteht die fünfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d aus einer Basis 16 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 16 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 16a, 16b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 16c, der die beweglichen Teile 16a, 16b an einem Ende derselben miteinander verbindet, einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 16d, der die beweglichen Teile 16a, 16b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet und Verstärkerteilen 16f, 16g, die sich vom Ende der beweglichen Teile 16a, 16b weg flanschartig nach innen biegen.
Die Basis 16 ist auf gleiche Weise wie Basis 15 aufgebaut, mit der Ausnahme, dass sich die Form der Verstärkerteile 16f, 16g von jener der Verstärkerteile 15f, 15g unterscheidet. Bezugnehmend auf 11A, ist die Originalplatte 16A der Basis 16 ferner so aufgebaut, dass die rechten und linken Seiten einer H-förmigen Öffnung 16e, die zu einem späteren Zeitpunkt zu beweglichen Teilen 16a, 16b auszubilden sind, über eine vorgegebene Länge sowohl nach vorne als auch nach hinten hervorstehen. Bezugnehmend auf 11B, wird die Basis 16 entlang den in 11A gezeigten Strichpunktlinien L1, L2 und anderen einem Biegevorgang unterzogen. Bezugnehmend auf 12A, werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b auf den äußeren Seiten der beweglichen Teile 16a, 16b angebracht, um die fünfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10e zu bilden.
In der fünften piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10e sind die Verstärkerteile 16f, 16g weder an den Befestigungsteil 16c noch an den Anbringungsteil 16d befestigt; die Verstärkerteile 16f, 16g sind jedoch bevorzugter an den Befestigungsteil 16c und den Anbringungsteil 16d angebracht. Als dafür geeignete Befestigungsmittel können solche, wie z. B. Punktschweißen, Druckbonden, Dichtschweißen, Lö ten, Hartlöten oder unter Einsatz eines Haftmittels, wie z. B. Epoxyharz oder Harze vom UV-Härtungstyp oder dergleichen, eingesetzt werden. Unter diesen Befestigungsmitteln wird Punktschweißen besonders bevorzugt.
Die fünfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10e weist die gleichen Funktionen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a bereit. Insbesondere sind der Befestigungsteil 16c und der Anbringungsteil 16d mittels Verstärkerteilen 16f, 16g verstärkt.
Die in 1F gezeigte sechste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10f ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die sechste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10e unterscheidet sich dahingehend von der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a, dass die Basis mit einem Verstärkerelement versehen ist; die anderen Teile sind jedoch gleich.
Bezugnehmend auf 14B, besteht die sechste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10f aus einer Basis 17 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 17 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 17a, 17b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 17c, der die beweglichen Teile 17a, 17b an einem Ende derselben miteinander verbindet, einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 17d, der die beweglichen Teile 17a, 17b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, und einem plattenförmigen Verstärkerteil 17, der zwischen die Seiten an einem Ende der beweglichen Teile 17a, 17b eingebracht und an der Oberfläche des Befestigungsteils 17c befestigt wird.
Bezugnehmend auf 13A, weist die Originalplatte 17A der Basis 17 die gleiche Form wie die Originalplatte 11A der Basis 11 auf. Bezugnehmend auf 13B, wird die Basis 17 den Strichpunktlinien L1, L2 entlang einem Biegevorgang unterzogen. Bezugnehmend auf 14A, ist das Verstärkerelement 17f zwischen den Seiten an einem Ende der beweglichen Teile 17a, 17b an die Oberfläche des Befestigungsteils 17c befestigt, und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b sind auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 17a, 17b befestigt, um die sechste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10f zu bilden. Die sechste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10f weist die gleichen Funktionen wie die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die vierte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10d bereit.
Die in 1G gezeigte siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g unterscheidet sich dahingehend von der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a, dass der Befestigungsteil und der Anbringungsteil der Basis unterschiedliche Formen aufweisen; die anderen Teile sind jedoch gleich.
Bezugnehmend auf 16B, besteht die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g aus einer Basis 18 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 12a, 12b. Die Basis 18 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 18a, 18b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 18c, der die beweglichen Teile 18a, 18b an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem flachen, plattenförmigen Anbringungsteil 18d, der die beweglichen Teile 18a, 18b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet. Der Befestigungsteil 18c steht über eine vorgegebene Länge aus einem Ende der beweglichen Teile 18a, 18b hervor, und der Anbringungsteil 18d steht über eine vorgegebene Länge aus dem anderen Ende der beweglichen Teile 18a, 18b hervor. Daher stellen Befestigungsteil 18c und Anbringungsteil 18d eine Vergrößerung des Befestigungsteils 11c und des Anbringungsteils 11d in der Basis 11 der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a dar, wodurch eine größere Fläche gewährleistet werden kann.
Die Basis 18 weist den gleichen Aufbau wie Basis 11 auf, mit der Ausnahme, dass die Flächen des Befestigungsteils 18c und des Anbringungsteils 18d größer sind. Bezugnehmend auf 15A, ist die Originalplatte 18A der Basis 18 ferner so aufgebaut, dass die vorderen und hinteren Seiten einer H-förmigen Öffnung 18e, die zu einem späteren Zeitpunkt zu Befestigungsteil 18c und Anbringungsteil 18d auszubilden sind, über eine vorgegebene Länge nach vorne und nach hinten hervorstehen. Bezugnehmend auf 15B, wird die Basis 18 den Strichpunktlinien L1, L2 entlang einem Biegevorgang unterzogen. Bezugnehmend auf 16A, sind die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 18a, 18b befestigt, um die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g zu bilden.
Die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g weist die gleichen Funktionen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf und stellt annähernd die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a bereit. Da der Befestigungsteil 18c und der Anbringungsteil 18d jeweils eine größere Fläche aufweisen, kann insbesondere die Befestigungsfläche in Bezug auf den Aufhängering der Aufhängung sowie die Befestigungsfläche in Bezug auf die zu steuernde Komponente, wie z. B. den Magnetkopf des Festplattenlaufwerks, vergrößert werden.
Die in 1H gezeigte achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der ersten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a weist eine Basis auf, die sich stark von jener der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a unterscheidet.
Bezugnehmend auf 18B, besteht die achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a aus einer Basis 21 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 22a, 22b. Die Basis 21 besteht aus einem Paar aus einem rechten und einem linken langen und schmalen, plattenförmigen beweglichen Teil 21a, 21b und einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 21c, der die beweglichen Teile 21a, 21b an einem Ende derselben miteinander verbindet. Ein Anbringungsteil ist auf den anderen Enden der beweglichen Teile 21a, 21b jedoch nicht bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 17A, wird die Originalplatte 21A der Basis 21 gebildet, indem eine flache Platte einem Stanzverfahren unterzogen wird, und ist mit einer torförmigen Öffnung 21d bereitgestellt. Die Öffnung 21d weist eine Form auf, die mit einem Paar von geraden Seitenrillen 21d1, 21d2 bereitgestellt ist, welche an den rechten und linken Seiten der flachen Platte angeordnet sind und sich zu den vorderen und hinteren Enden erstrecken, sowie eine offene Stelle 21d3, die durch Schneiden und Entfernen des anderen Endes, das zwischen diesen zwei Rillen 21d1, 21d2 liegt, erhalten wird. Die Basis 21 wird durch senkrechtes Biegen der rechten und linken Seiten der Originalplatte 21A an den Seitenrillen 21d1, 21d2 entlang den zentralen Linien L1, L2, die sich, wie in 17B gezeigt, in der Mitte der Breite der Rillen 21d1, 21d2 in Längsrichtung derselben erstrecken, gebildet. Durch solches Biegen der rechten und linken Seiten der Originalplatte 21A werden die außerhalb der Seitenrillen 21d1, 21d2 angeordneten Stellen zu beweglichen Teilen 21a, 21b ausgebildet, und die Stelle zwischen den Seitenrillen 21d1, 21d2 wird zu einem Befestigungsteil 21c ausgebildet.
In der auf diese Weise aus der Originalplatte 21A einstückig ausgebildeten Basis 21 sind die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 22a, 22b mittels eines Haftmittels auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 21a, 21b, wie in 18A gezeigt, befestigt, um die in 18B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung zu bilden. Die so gebildete piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a funktioniert auf gleiche Weise wie herkömmliche piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen dieser Form, indem man sich einen Zustand zunutze macht, bei dem eine zu steuernde Komponente, wie z. B. ein Magnetkopf, zwischen die anderen Enden der beweglichen Teile 21a, 21b befestigt wird. Da die Basis 21 aus einer Lage der Originalplatte 21A einstückig ausgebildet ist, weist sie nachstehende Funktions- und Wirkungsweisen auf.
In der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a weist die Basis 21 nämlich eine aus der Originalplatte 21A bestehende einstückige Struktur auf und ist aus einer Konstruktionskomponente aufgebaut. Daher gibt es zwei Arten von Konstruktionskomponenten, nämlich die Basis 21 und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 22a, 22b, sodass die Anzahl der Konstruktionskomponenten der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a stark reduziert werden kann und die Anzahl der Schritte zum Zusammenbauen der Konstruktionskomponenten stark reduziert werden kann, was eine hohe Kostenreduktion bewirkt.
In der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a kommt es aufgrund dessen, dass die Anzahl der Konstruktionskomponenten sehr gering ist und die Anzahl der Befestigungsstellen zwischen den Konstruktionskomponenten sehr gering ist, ferner zu einer geringen oder gar keinen Haftungsänderung zwischen den Konstruktionskomponenten, wodurch die achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a über Vorrichtungseigenschaften verfügt, die eine hohe Einstellgenauigkeit aufweisen.
Bei der Ausbildung der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a ist es ferner nicht erforderlich, Mittel einzusetzen, um ein Vorrichtungs-Bezugsformstück, wie nach dem Stand der Technik, an zahlreichen Stellen herauszuschneiden, sodass es zu keiner Kontamination kommt, die beim Schneiden des Vorrichtungs-Bezugsformstücks durch Staub und andere Kontaminanten verursacht wird. Aus diesem Grund, ist die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a kaum oder gar nicht kontaminiert, wenn die Basis 21 und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 22a, 22b vor dem Zusammenbauen der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a gereinigt werden, wodurch der große Vorteil bereitgestellt wird, dass der Schritt zur Reinigung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a weggelassen oder auf einfachere Art und Weise durchgeführt werden kann.
Die Anbringung der zu steuernden und anderer Komponente(n) auf die achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a wird durch Befestigen derselben auf die inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b mittels eines Haftmittels durchgeführt. In einem solchen Fall entspricht die Höhe H3 in jenem Zustand, bei dem die Vorrichtung 20a und die zu steuernde Komponente zusammengebaut werden, der Höhe H2 der zu steuernden Komponente (H3 = H2), wenn die Höhe H1 der Vorrichtung 20a geringer als die Höhe H2 der zu steuernden Komponente ist, wodurch die Höhe H1 der Vorrichtung 20a vernachlässigbar ist, wie aus dem Verweis auf 19 klar hervorgeht, die eine zu einem späteren Zeitpunkt angeführte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20c darstellt, welche eine modifizierte Ausführungsform der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass, verglichen mit den piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine zusätzliche Raumreduktion erzielt werden kann.
Da die zu steuernde Komponente in dieser zusammengebauten Struktur zwischen den zwei beweglichen Teilen 21a, 21b liegt, muss der Abstand zwischen den inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b im Wesentlichen der Breitenabmessung, einschließlich der Breite der zu steuernden Komponente, und der Dicke der dazwischen liegenden Haftschicht entsprechen. Wird dieser Umstand nicht beachtet, wenn also der Abstand zwischen den inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b zu schmal ist, kann die Komponente nicht zwischen den inneren Oberflächen 21a1, 21b1 an der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b angeordnet werden, was den Zusammenbau verhindert, während die zu steuernde Komponente nicht auf beide der inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b befestigt werden kann, wenn der Abstand zwischen den inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b zu groß ist, was den Zusammenbau ebenfalls verhindert.
Wird diese zusammengebaute Struktur eingesetzt, ändert sich ferner die Verschiebung und die Resonanzfrequenz der zwei beweglichen Teile 21a, 21b, sogar wenn der Abstand zwischen den inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b auf eine solche Breitenabmessung eingestellt ist, dass die Komponente auf beiden inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b angeordnet und daran befestigt werden kann, wenn sich die Dicke der Haftschicht zum Befestigen der zu steuernden Komponente auf die inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b ändert, wodurch eine Veränderung der Vorrichtungseigenschaften bewirkt wird. Aus diesem Grund werden in einem Biegeverfahren zur Ausbildung der Basis 21 Pressformmittel mit hoher Genauigkeit eingesetzt, um die Massenherstellung von Basen 21 zu ermöglichen, die auf sehr genaue Weise gebogen sind. Dadurch wird die Veränderung der Dicke der Haftschicht zum Befestigen der Komponente auf die inneren Oberflächen 21a1, 21b1 auf der Endseite der beweglichen Teile 21a, 21b bestmöglich herabgesetzt, wodurch die Vorrichtung eine Qualität mit stark reduzierten Veränderungen der Vorrichtungseigenschaften aufweist.
19 zeigt eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20c, die eine erste modifizierte Ausführungsform der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a ist. Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20c weist den gleichen Grundaufbau wie die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a auf und unterscheidet sich hinsichtlich des Aufbaus von der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a nur darin, dass die Enden der beweglichen Teile 21a, 21b nach innen gebogen sind. Die beweglichen Teile 21a, 21b weisen nämlich gebogene Abschnitte 21a2, 21b2 an den Enden derselben auf. Die gebogenen Abschnitte 21a2, 21b2 werden durch Nach-innen-Biegen der Enden der beweglichen Teile 21a, 21b um etwa 180° ausgebildet, und die inneren Oberflächen der gebogenen Abschnitte 21a2, 21b2 stehen einander gegenüber, um Anbringungsstellen zum Anbringen der zu steuernden Komponente H bereitzustellen. Die zu steuernde Komponente H wird an die inneren Oberflächen der gebogenen Abschnitte 21a2, 21b2 durch Befestigen mittels eines geeigneten Haftmittels angebracht.
Da die anderen Teile der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c hierin gleich wie jene der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a sind, werden ähnliche Komponentenelemente und ähnliche Komponentenstellen mit ähnlichen Bezugszahlen gekennzeichnet und keine detaillierte Beschreibung derselben angefertigt.
Folglich können die Befestigungslänge und Befestigungsfläche in Bezug auf die zu steuernde Komponente H in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c durch zwei gebogene Abschnitte 21a2, 21b2 definiert werden, wodurch die Veränderung der Befestigungslänge und der Befestigungsfläche in Bezug auf die zu steuernde Komponente H unter den einzelnen Vorrichtungen wirksam aufgehoben wird. Dadurch kann die Veränderung des Grads hinsichtlich Verschiebung und Resonanzfrequenz unter einzelnen Vorrichtungen, die durch die Veränderung der Befestigungslänge und der Befestigungsfläche in Bezug auf die zu steuernde Komponente H bewirkt werden, aufgehoben werden.
Da die Höhe H1 der Vorrichtung 20c geringer als die Höhe H2 der zu steuernden Komponente ist, entspricht in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c, wie in der Funktions- und Wirkungsweise der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a beschrieben, die Höhe H3 in jenem Zustand, bei dem die zu steuernde Komponente H auf Vorrichtung 20c angebracht wird, der Höhe H2 der zu steuernden Komponente H (H3 = H2), sodass die Höhe H1 der Vorrichtung 20c vernachlässigbar ist, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass, verglichen mit den piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine zusätzliche Raumreduktion erzielt werden kann.
20 stellt eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20d dar, die eine zweite modifizierte Ausführungsform der achten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a ist. Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20d weist den gleichen Grundaufbau wie die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a auf und unterscheidet sich hinsichtlich des Aufbaus von der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20a nur darin, dass die beweglichen Teile 21a, 21b zu schmalen, bandartigen Platten mit Stufen ausgebildet sind und die Enden der beweglichen Teile 21a, 21b gekrümmte Abschnitte 21a3, 21b3 bilden, die ausgehend von dem Hauptteil leicht nach innen gebogen sind. Die gekrümmten Abschnitte 21a3, 21b3 bilden auf gleiche Weise wie die gebogenen Abschnitte 21a2, 21b2 in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c Anbringungsstellen zum Anbringen der zu steuernden Komponente H. Die zu steuernde Komponente H wird auf die inneren Oberflächen der gekrümmten Abschnitte 21a3, 21b3 mittels eines geeigneten Haftmittels befestigt. Daher funktioniert die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20d auf gleiche Weise wie die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20c und stellt die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20c bereit.
Da die anderen Teile der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20d hierin gleich wie jene der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c sind, werden ähnliche Komponentenelemente und ähnliche Komponentenstellen wie in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c mit ähnlichen Bezugszahlen wie in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20c gekennzeichnet und keine detaillierte Beschreibung derselben angefertigt.
Die in 1I gezeigte neunte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b ist der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der ersten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen. Die neunte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b weist eine Basis auf, die sich stark von jener der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a unterscheidet.
Bezugnehmend auf 22B, besteht die neunte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b aus einer Basis 23 und einem Paar von piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 23a, 23b, einem flachen, plattenförmigen Befestigungsteil 23c, der die beweglichen Teile 23a, 23b an einem Ende derselben miteinander verbindet, und einem flachen und schmalen plattenförmigen Anbringungsteil 23d, der die beweglichen Teile 23a, 23b an dem anderen Teile derselben miteinander verbindet.
Bezugnehmend auf 21A, wird die Originalplatte 23A der Basis 23 gebildet, indem eine flache Platte einem Stanzverfahren unterzogen wird, und ist mit einer im Allgemeinen quadratischen Öffnung 23e bereitgestellt. Die Basis 23 wird durch senk rechtes Biegen der rechten und linken Seiten der Originalplatte 23A an den Kanten der Öffnung 23e entlang den zentralen Linien L1, L2, die sich, wie in 21B gezeigt, entlang den Öffnungskanten in Längsrichtung erstrecken, gebildet. Durch solches Biegen der rechten und linken Seiten der Originalplatte 23A werden die Seiten der Öffnungskanten zu beweglichen Teilen 23a, 23b ausgebildet, und die Stellen zwischen den Seiten der Öffnungskanten werden zu einem Befestigungsteil 23c und einem Anbringungsteil 23d ausgebildet.
In der auf diese Weise aus der Originalplatte 23A einstückig ausgebildeten Basis 23 sind die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 22a, 22b, wie in 22A gezeigt, mittels eines Haftmittels auf den äußeren Seiten der beweglichen Teile 23a, 23b befestigt, um die in 22B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b zu bilden. Die zusammengebaute piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b funktioniert auf gleiche Weise wie herkömmliche piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen dieser Form. Da die Basis 23 aus einer Lage der Originalplatte 23A einstückig ausgebildet ist, weist die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b jedoch die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a und die achte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20a auf.
In der neunten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20b sind der Befestigungsteil 23c und der Anbringungsteil 23d klein, und die Befestigungsfläche mit dem Aktuator oder der zu steuernden Komponente ist klein. Stehen jedoch Mittel zum festen Verbinden der Komponente mit einer kleinen Befestigungsfläche, wie z. B. Punktschweißen, zur Verfügung, weist die neunte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b keine Nachteile auf. Ein großer Befestigungsteil oder Anbringungsteil stellt überflüssiges Gewicht (Masse) dar. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die neunte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20b von den anderen piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g. Da kein überflüssiges Gewicht vorliegt, kann die Resonanzfrequenz hoch eingestellt werden, wodurch der Vorteil bereitgestellt wird, dass der Aktuator bei einer höheren Geschwindigkeit betrieben werden kann.
Bezüglich der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen werden in der gestanzten Struktur, die als Originalplatte zur Bildung der Basen 11 bis 18, 21 und 23 eingesetzt wird, die Öffnungen 11e bis 18e, 21d und 23e durch gleichzeitiges Stanzen während des Stanzverfahrens ausgebildet. Diese Öffnungen 11e bis 18e, 21d und 23e der Originalplatte können jedoch durch mechanische Bearbeitung der Originalplatte, die zu einer vorbestimmten Form ausgestanzt wird, durch Mittel ausgebildet werden, die keine Stanzmittel sind, wie z. B. Lochausbildungsmittel, wie etwa Bearbeitung durch Laser, Funkenerosion, Bohren, Ultraschall oder Ätzen. Hinsichtlich der Lochausbildungsmittel kann es bei Einsatz von Mitteln, die kein Ätzverfahren umfassen, am Rand des bearbeiteten Lochs zu Graten kommen; die Grate können jedoch mittels eines Ätz- oder Strahlverfahrens ohne weiteres entfernt werden.
Die beweglichen Teile 11a, 11b ..., die die Basen 11, 13 bis 18, 21, 23 der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d bilden, sind, bezogen auf die Befestigungsteile 11c ... und die Anbringungsteile 11d ..., vorzugsweise in einem Winkel von etwa 90° gebogen, und der Schnittwinkel liegt im Bereich von 90° ± 10°, vorzugsweise 90° ± 5°, noch bevorzugter 90° ± 1°. Weicht der Biegewinkel der beweglichen Teile 11a, 11b ... von 90° ab, vergrößert sich die Verschiebung in Schaukelrichtung. Die hierin oben verwendete Darstellungsweise „..." bedeutet, dass die Bezugszahlen der anderen entsprechenden Stellen ausgelassen werden und dienen der Beschreibungsverkürzung.
Die durch Biegen ausgebildeten Basen 11 bis 18, 21, 23 werden vorzugsweise einem Ultraschallreinigungsverfahren unter Verwendung eines Reinigungsmittels, eines organischen Lösungsmittels oder dergleichen unterzogen. Durch Ultraschallreinigung werden die Basen sogar bei Erhöhen der Leistung nicht zerstört, sodass eine Ultraschallreinigung mit großer Leistung die Kontamination problemlos entfernen kann.
Darüber hinaus sind die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d so aufgebaut, dass die Basis und die piezoelektrischen/elektrostrik tiven Elemente als getrennte Körper ausgebildet sind, und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente sind an die beweglichen Teile der Basis befestigt. In den piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können jedoch eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht und Elektroden durch Sputtern, CVD, MBE oder dergleichen als Filme ausgebildet werden oder mittels Sol-Gel-Verfahren auf den zu den beweglichen Teilen auszubildenden Abschnitten in der Originalplatte vor der Ausbildung zur Basis oder auf die beweglichen Teile der Basis als Filme ausgebildet werden, um dadurch die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente direkt auf der Basis auszubilden.
Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b, 22a, 22b, die die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen bilden, sind jeweils mit einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht und einem Elektrodenpaar zur Anlegung eines elektrischen Felds auf dieselben bereitgestellt und sind piezoelektrische/elektrostriktive Elemente vom Unimorph-Typ, Bimorph-Typ oder dergleichen. Unter diesen weisen piezoelektrische/elektrostriktive Elemente vom Unimorph-Typ eine ausgezeichnete Stabilität der erzeugten Verschiebung auf und eignen sich auch zur Gewichtsreduktion, sodass sie als Konstruktionskomponenten für piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen geeignet sind.
Die 23 und 24 stellen mehrere Beispiele für piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 31 bis 34 dar, die geeignet sind, um als piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 12a, 12b, 22a, 22b, welche die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d bilden, eingesetzt zu werden.
Das in 23A gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Element 31 weist eine Einschichtstruktur auf, in welcher die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht aus einer Schicht besteht und aus einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 31a, einem Paar von unteren ersten und oberen zweiten Elektroden 31b, 31c und einem Paar von Anschlüssen 31d, 31e aufgebaut ist. Das in 23B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Element 32 weist eine Zweischichtstruktur auf, in welcher die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht aus zwei Schichten besteht und aus piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 32a, 32b, einer ersten Elektrode 32c, die zwischen den zwei piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 32a, 32b vorliegt, einer zweiten Elektrode 32d, die die äußeren Seiten der zwei piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 32a, 32b umgibt, und einem Paar von Anschlüssen 32e, 32f aufgebaut ist.
Die in 24 gezeigten piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 33, 34 weisen jeweils eine Vierschichtstruktur auf, worin die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht aus vier Schichten besteht. Das in 24A gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Element 33 ist aus piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 33a, 33b, 33c, 33d, ersten und zweiten Elektroden 33e, 33f, die zwischen den vier piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 33a, 33b, 33c, 33d vorliegen und diese umgeben, und einem Paar von Anschlüssen 33g, 33h aufgebaut. Das in 24B gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 unterscheidet sich von dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 33 dahingehend, dass die Anschlüsse an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind.
Das piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 ist aus piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 34a, 34b, 34c, 34d, ersten und zweiten Elektroden 34e, 34f, die zwischen den vier piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 34a, 34b, 34c, 34d vorliegen und diese umgeben, und einem Paar von Anschlüssen 34g, 34h aufgebaut.
Diese piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 eignen sich dafür, als piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 12a, 12b, 22a, 22b der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d gemäß der Verwendung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen eingesetzt zu werden.
Neben dem piezoelektrischem keramischen Material können in den piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten, die die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 bilden, auch elektrostriktive keramische Materialien, ferroelektrische keramische Materialien, antiferroelektrische keramische Materialien oder dergleichen verwendet werden. Wird die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung jedoch zur Positionierung eines Magnetkopfs eines Festplattenlaufwerks oder für einen ähnlichen Zweck eingesetzt, wird vorzugsweise ein Material verwendet, dessen Striktions-(Verformungs-)Hysterese gering ist, da die Linearität zwischen dem Verschiebungsausmaß des Anbringungsteils und der Ansteuerspannung oder der Ausgangsspannung wesentlich ist. Vorzugsweise wird ein Material mit einem elektrischen Koerzitivfeld von maximal 10 kV/mm verwendet.
Als Material zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten sind spezifisch Bleizirconat, Bleititanat, Magnesiumbleiniobat, Zinkbleiniobat, Manganbleiniobat, Antimonbleistannat, Manganbleiwolframat, Cobaltbleiniobat, Bariumtitanat, Bismuthnatriumtitanat, Kaliumnatriumniobat, Strontiumbismuthtantalat und andere anzuführen, die entweder allein oder in geeigneten Gemischen daraus eingesetzt werden. Besonders geeignet ist ein Material, das Bleizirconat, Bleititanat oder Magnesiumbleiniobat als eine Hauptkomponente enthält oder ein Material, das Bismuthnatriumtitanat als eine Hauptkomponente enthält.
Die Eigenschaften der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten kann durch die Zugabe eines geeigneten Materials zu den Materialien zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten eingestellt werden. Als zuzusetzendes Material kommen Oxide von Lanthan, Calcium, Strontium, Molybdän, Wolfram, Barium, Niobium, Zink, Nickel, Mangan, Cäsium, Cadmium, Chrom, Cobalt, Antimon, Eisen, Yttrium, Tantal, Lithium, Bismuth, Zinn und andere in Frage, die entweder allein oder in geeigneten Gemischen daraus eingesetzt werden können.
Indem ermöglicht wird, dass Lanthan oder Strontium in Bleizirconat, Bleititanat, Magnesiumbleiniobat oder dergleichen, die die Hauptkomponente bilden, enthalten sind, wird der Vorteil bereitgestellt, dass das elektrische Koerzitivfeld oder die piezoelektrische Eigenschaft eingestellt werden können. Hierin wird die Zugabe eines Materials, das zu Verglasung neigt, wie z. B. Siliciumdioxid, vorzugsweise vermieden. Der Grund dafür ist, dass ein Material, wie z. B. Siliciumdioxid, das leicht eine Verglasung erfährt, dazu neigt, bei der Wärmebehandlung der piezoelektrischen/elektro striktiven Schichten mit diesen zu reagieren und deren Zusammensetzung verändert, was die piezoelektrischen Eigenschaften verschlechtert.
Die Elektroden, die die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 bilden, bestehen vorzugsweise aus einem Metallmaterial, das bei Raumtemperatur fest ist und ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweist. Als Metallmaterial sind Metalle, wie z. B. Aluminium, Titan, Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niobium, Molybdän, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Silber, Zinn, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold oder Blei, die als Einzelmetall oder als eine Legierung dieser Metalle eingesetzt werden, zu erwähnen. Ferner kann ein Thermetmaterial eingesetzt werden, das durch Dispergieren von Keramikmaterialien, die aus den gleichen Materialien wie die piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten oder aus sich davon unterscheidenden Materialien bestehen, in diese Metallmaterialien erhalten wird.
Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 werden vorzugsweise durch integrierendes Brennen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten und der Elektroden in einem gegenseitig laminierten Zustand ausgebildet. In einem solchen Fall werden als Elektroden vorzugsweise solche eingesetzt, die aus einem Metallmaterial mit hohem Schmelzpunkt bestehen, wie z. B. Platin, Palladium oder eine Legierung derselben, oder eine Elektrode, die aus einem Thermetmaterial besteht, welches ein Gemisch aus einem Metallmaterial mit hohem Schmelzpunkt und den Materialien zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten oder anderen Keramikmaterialien ist. Die Dicke der Elektroden weist vorzugsweise eine möglichst dünne Filmform auf, da die Dicke zu einem Faktor wird, der die Verschiebung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente beeinflusst. Damit die durch integrierendes Brennen mit den piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten ausgebildeten Elektroden eine möglichst dünne Filmform aufweisen, wird daher bevorzugt, das Material zur Ausbildung der Elektroden vorzugsweise in Form einer Metallpaste einzusetzen, wie z. B. einer Goldresinatpaste, Platinresinatpaste, Silberresinatpaste oder dergleichen.
Die Dicke der jeweiligen piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 liegt vorzugsweise im Bereich von 40 μm bis 180 μm, vorausgesetzt die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 werden als piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 12a, 12b, 22a, 22b der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der jeweiligen Ausführungsform eingesetzt. Liegt die Dicke unter 40 μm, neigen die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 dazu, während der Handhabe brüchig zu werden, während bei einer Dicke von über 180 μm die Maßstabsreduktion der Vorrichtung schwierig wird. Indem ermöglicht wird, dass die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente eine Mehrschichtstruktur aufweisen, wie dies in den piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 33, 34 der Fall ist, kann das Ausgangssignal der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente erhöht werden, um die Verschiebung der Vorrichtung zu vergrößern. Ferner verbessert sich die Starrheit der Vorrichtung, indem ermöglicht wird, dass die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente eine Mehrschichtstruktur aufweisen, wodurch die Resonanzfrequenz der Vorrichtung vorteilhaft erhöht wird, um die Geschwindigkeit des Verschiebungsvorgangs der Vorrichtung zu steigern.
Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 werden unter Verwendung von Mitteln zum Schneiden einer Originalplatte mit großer Fläche hergestellt, die durch Laminieren und Brennen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten und der Elektroden durch Drucken oder Bandformen zu einer vorbestimmten Abmessung in großer Anzahl unter Einsatz eines Würfelschneiders, einer Schnitzelmaschine, einer Drahtsäge oder dergleichen ausgebildet wird. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 sind dünner und weisen eine geringere Härte als bekannte Keramikbasen auf, sodass die Geschwindigkeit beim Schneiden der Originalplatte hoch eingestellt werden kann, wodurch die Originalplatten in großer Menge und bei hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden können.
Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 weisen eine einfache plattenförmige Struktur auf und sind einfach handzuhaben. Da die Oberfläche klein ist, bleibt nur eine geringe Menge Staub haften und dieser lässt sich leicht entfernen. Da die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente jedoch hauptsächlich aus einem Keramikmaterial bestehen, müssen in der Ultraschallreinigung geeignete Reinigungsbedingungen eingestellt werden. In einem aus der Originalplatte herausgeschnittenen piezoelektrischen/elektrostriktiven Element wird vorzugsweise eine Präzisionsreinigungsbehandlung durch Ultraschallreinigen und anschließend eine Wärmebehandlung bei 100°C bis 1.000°C an der Atmosphäre durchgeführt, um die in feine Poren des Keramikmaterials eingedrungene Feuchtigkeit und organischen Substanzen vollständig zu entfernen.
Sollen die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 als die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b, 22a, 22b, die die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a bis 10g, 20a bis 20d gemäß jeder Ausführungsform bilden, eingesetzt werden, wird vorzugsweise ein Haftmittel der Harzreihe, wie z. B. Epoxyharz, UV-Harz oder Heißkleber, oder ein anorganisches Haftmittel, wie z. B. Glas, Zement, Löt- oder Hartlöt-Material, als Befestigungsmittel für die Basis jeder der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 31 bis 34 eingesetzt. Ein Gemisch aus Haftmitteln der Harzreihe mit Metallpulver oder Keramikpulver kann ebenso verwendet werden. Die Härte des Haftmittels beträgt vorzugsweise nicht weniger als Shore-Härte 80.
Hierin wird es bevorzugt, eine Behandlung zur Aufrauung der Oberfläche, wie z. B. Strahlen, Ätzen oder Plattieren, auf jener Oberflächenstelle der Basis durchzuführen, auf welche das piezoelektrische/elektrostriktive Element zu befestigen ist. Indem zugelassen wird, dass die Oberflächenrauigkeit Ra der Befestigungsstelle etwa 0,1 μm bis 5 μm ist, kann die Befestigungsstelle vergrößert werden, um die Haftungsfestigkeit zu verbessern. In einem solchen Fall ist die Oberfläche der Befestigungsstelle auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementseite vorzugsweise ebenfalls rau. Sollte erwünscht sein, dass die Elektroden nicht mit der Basis elektrisch verbunden sind, werden die Elektroden nicht auf der Oberfläche der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht, die die unterste Schicht bildet, angeordnet.
Wenn ein Löt- oder Hartlötmaterial als Haftmittel eingesetzt wird, wird eine aus einem Metallmaterial bestehende Elektrodenschicht vorzugsweise auf der Oberfläche des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements angeordnet, um die Benetzbarkeit zu verbessern. Die Dicke des Haftmittels liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 50 μm. Die Dicke des Haftmittels ist angesichts der Reduktion von Veränderungen bei der Verschiebung und in den Resonanzeigenschaften der Vorrichtung sowie zwecks Raumsparung vorzugsweise gering; um jedoch Eigenschaften, wie z. B. Befestigungsfestigkeit, Verschiebung und Resonanzfrequenz zu gewährleisten, wird für jedes einzusetzende Haftmittel die optimale Dicke eingestellt.
Beim Befestigen des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements an der Basis wird das piezoelektrische/elektrostriktive Element so an der Basis befestigt, dass das piezoelektrische/elektrostriktive Element die Biegeposition des Befestigungsteils vollständig überlappt, während ermöglicht wird, dass die Elektroden des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements auf der Seite des Befestigungsteils der Basis ist. Das piezoelektrische/elektrostriktive Element wird vorzugsweise so befestigt, dass es mit dem Ende der Basis auf der Befestigungsteilseite fluchtet; um die Verbindung zwischen den Anschlüssen des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements und den äußeren Anschlüssen zu erleichtern, kann das piezoelektrische/elektrostriktive Element so befestigt werden, dass es von dem Ende der Basis nach außen hervorsteht. Da das piezoelektrische/elektrostriktive Element jedoch im Vergleich zur aus Metall bestehenden Basis dazu neigt, brüchig zu werden, muss das piezoelektrische/elektrostriktive Element vorsichtig gehandhabt werden.
25 zeigt ein Beispiel, bei dem das piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 als die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b in der ersten piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a, die der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der zweiten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen ist, eingesetzt wird. Im weiteren Verlauf wird die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a dieser Ausführungsform als repräsentatives Beispiel eingesetzt, das einen Grundaufbau der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Der Aufbau und der Betrieb sowie die Funktionen und Wirkungen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind bezugnehmend auf die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a detailliert beschrieben.
Wird ein Teil des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 34 an dem Befestigungsteil 11c der Basis 11 in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a angeordnet, ist (1 – Lb/La) vorzugsweise zumindest 0,4, noch bevorzugter 0,5 bis 0,8, wobei La der kürzeste Abstand zwischen der Grenzfläche und dem Anbringungsteil 11d und zwischen der Grenzfläche und dem Befestigungsteil 11c in dem Paar aus beweglichen Teilen 11a, 11b ist und Lb der Kürzere der Abstände zwischen dem Befestigungsteil 11d und den beweglichen Teilen 11a, 11b von dem Grenzflächenteil aus zu beiden Enden der Elektroden 34e, 34f des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 34 hin ist, wie in 26 veranschaulicht wird. Beträgt dieser Wert weniger als 0,4, kann keine große Verschiebung der Vorrichtung erzielt werden. Liegt dieser Wert in einem Bereich von 0,5 bis 0,8, kann die Verträglichkeit zwischen der Verschiebung und der Resonanzfrequenz der Vorrichtung einfacher erzielt werden. In einem solchen Fall kann eine Konstruktion eingesetzt werden, bei der das piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 nur an einen der beweglichen Teile 11a, 11b befestigt wird, wodurch eine bevorzugtere Ausführungsform bereitgestellt wird. Dasselbe gilt für jenen Fall, bei dem ein Teil des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 34 an einem Teil des Anbringungsteils 11 angeordnet wird.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a erfolgt das Anlegen von Spannung an die Elektroden 34e, 34f der zwei piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 34 mittels der Anschlüsse 34g, 34h. Die Anschlüsse 34g, 34h sind so angeordnet, dass der Anschluss 34g zu einer Elektrode 34e zur hinteren Seite des Befestigungsteils 11c hin ausgebildet ist und der Anschluss 34h zu der anderen Elektrode 34f zur vorderen Seite des Befestigungsteils 11c hin ausgebildet ist. Einer der Anschlüsse 34g, 34h kann weggelassen werden, indem er mit der Basis 11 elektrisch verbunden wird, um mit der Basis 11 auf herkömmliche Weise geerdet zu werden. Die Breite des zu befestigenden piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 34 muss nicht gleich wie die Breite der Befestigungsstelle der Basis 11 (Befestigungsstelle der beweglichen Teile 11, 11b) sein, und der Breitenunterschied führt in den Funktionen der Vorrichtung zu keinen Problemen.
Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a wird ausgebildet, um beispielsweise eine Gesamtlänge von 1,9 mm und eine Gesamtbreite von 1,5 mm zu haben, indem die Basis 11 mit SUS304 mit einer Plattendicke von 40 μm gebildet wird. Das als piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 12a, 12b eingesetzte piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 ist eine Vierschichtstruktur, in welcher PZT eingesetzt wird. Die Dicke einer Schicht der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 34a bis 34d beträgt 15 μm. Die Elektroden 34e, 34f bestehen aus einem Platin mit 3 μm Dicke, und die Anschlüsse 34g, 34h sind Dünnfilme, die aus Goldpaste bestehen. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 34 werden mittels eines wärmehärtbaren Einflüssigkeits-Epoxyharzhaftmittels auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 11a, 11b befestigt.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a, die aufgebaut ist, um eine solche Größe aufzuweisen, wurde die Verschiebung des Anbringungsteils 11d gemessen als das piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 mittels einer Sinuswelle mit 1 kHz bei einer Ansteuerspannung von 20 ± 20 V angesteuert wurde. Die Verschiebung betrug ±1,5 μm. Die Resonanzfrequenz, die den Maximalwert der Verschiebung zeigt, wurde ferner durch Wobbeln der Frequenz bei einer Sinuswellenspannung von ±0,5 V gemessen und betrug 45 kHz.
Als Nächstes wird der Betrieb der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der oben beschriebenen ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a beschrieben.
Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a befindet sich in einem in 26 gezeigten Ruhezustand, bei dem keine Spannung an die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b angelegt ist. In diesem Zustand stimmt die Längsachse m (Längsachse des Befestigungsteils 11c) der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a fast mit der Mittelachse n des Anbringungsteils 11d überein. In diesem Zustand wird eine Sinuswelle Wb mit vorbestimmter Vorspannung Vb, beispielsweise wie in dem Wellenformdiagramm von 27A gezeigt, an das Elektrodenpaar 34e, 34f in einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 12b angelegt, und eine Sinuswelle Wa mit einer Phase, die sich um etwa 180° von jener der zuvor angeführten Sinuswelle Wb unterscheidet, wird in dem anderen piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 12a, beispielsweise wie in 27B gezeigt, an das Elektrodenpaar 34e, 34f angelegt.
In dem Zustand, bei dem beispielsweise die Maximalspannung an das Elektrodenpaar 34e, 34f in dem einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 12b angelegt wird, erfahren die piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 34a bis 34d in dem einen piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 12b eine Schrumpfungsverschiebung in der Hauptoberflächenrichtung desselben.
Dadurch wird eine Spannung erzeugt, die einen beweglichen Teil 11b in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a, beispielsweise wie in 28 gezeigt, in die dargestellte rechte Richtung (durch Pfeil A dargestellte Richtung) hin verbiegt. Durch diese Spannung wird der bewegliche Teil 11b in diese Richtung verbogen. In einem solchen Fall befindet sich das Elektrodenpaar 34e, 34f in dem anderen piezoelektrischen/elektrostriktiven Element 12a in einem Zustand, bei dem keine Spannung angelegt ist. Daher folgt der andere bewegliche Teil 11a der Verbiegung des einen beweglichen Teils, um sich in der gleichen Richtung wie jene des beweglichen Teils 11b zu verbiegen. Daraus ergibt sich, dass sich die beweglichen Teile 11a, 11b beide in die gezeigte rechte Richtung hin in Bezug auf die Längsachse m der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a verschieben. Das Verschiebungsausmaß dieser Verschiebung verändert sich gemäß dem Maximalwert der an jedes der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b angelegten Spannung. Je größer der Maximalwert der Spannung ist, desto größer ist das Verschiebungsausmaß.
Insbesondere wenn ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material mit einem hohen elektrischen Koerzitivfeld als Material zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten 34a bis 34d, die das piezoelektrische/elektrostriktive Element 34 bilden, eingesetzt wird, kann die zuvor angeführte Vorspannung so eingestellt werden, dass der Minimalpegel ein leicht negativer Pegel ist, wie durch Wellenformen veranschaulicht ist, die in den 27A und 27B in Strichpunktlinien gezeichnet sind. In einem solchen Fall wird durch Ansteuern des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements, an welches die Vorspannung mit dem negativen Pegel angelegt ist, beispielsweise durch Ansteuern des anderen piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 12a beispielsweise eine Spannung in dem anderen beweglichen Teil 11a in der gleichen Richtung wie die Verbiegungsrichtung des einen beweglichen Teils erzeugt, wodurch ein größeres Verschiebungsausmaß des beweglichen Teils 11d bereitgestellt wird. Anders gesagt können die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b, an welche die Vorspannung mit dem negativen Pegel angelegt wird, die Funktion aufweisen, das piezoelektrische/elektrostriktive Element 12b, 12a zu tragen, welches als Hauptmittel des Verschiebungsvorgangs dient, indem die in Strichpunktlinien in den 27A und 27B gezeigten Wellenformen eingesetzt werden.
Folglich wird in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a eine kleine Verschiebung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b vergrößert, um einen großen Verschiebungsvorgang zu ergeben, indem die Verbiegung der beweglichen Teile 11a, 11b eingesetzt und an die beweglichen Teile 11a, 11b übertragen wird. Dadurch wird es möglich, den Anbringungsteil 11d in Bezug auf die Längsachse m der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a in großem Ausmaß zu verschieben.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a wird es bevorzugt, Nachstehendes zu berücksichtigen, damit die Funktionen derselben mit größerer Sicherheit gegeben sind. Um den Verschiebungsvorgang des Anbringungsteils 11d zu gewährleisten, beträgt nämlich der Abstand Ld, um welchen der Hauptansteuerteil Lc der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 12a, 12b den Befestigungsteil 11c oder den Anbringungsteil 11d überlappt, vorzugsweise nicht weniger als die Hälfte der Dicke b der beweglichen Teile 11a, 11b. Die Vorrichtung ist ferner so aufgebaut, dass das Verhältnis c/d des Abstands c zwischen den Innenwänden der beweglichen Teile 11a, 11b (Abstand in X-Achsenrichtung) und der Breite d der beweglichen Teile 11a, 11b (Abstand in Y-Achsenrichtung) 0,5 bis 20 beträgt. Das Verhältnis c/d beträgt vorzugsweise 1 bis 15, noch bevorzugter 1 bis 10. Die definierten Werte des Verhältnisses c/d basieren auf der Erkenntnis, dass das Verschiebungsausmaß des Anbringungsteils 11d erhöht und vorwiegend eine Verschiebung in der X-Achsen-Z-Achsen-Ebene erhalten werden kann.
Das Verhältnis e/c der im Wesentlichen beweglichen Hauptlänge e in den beweglichen Teilen 11a, 11b mit einer Gesamtlänge von e0 zum Abstand c zwischen den Innenwänden der beweglichen Teile 11a, 11b beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10, noch bevorzugter 0,5 bis 5. Die Länge f1 des Verbindungsteils zwischen dem Anbringungsteil 11d und den beweglichen Teilen 11a, 11b (Abstand in Z-Achsenrichtung) und die Länge f2 des Verbindungsteils zwischen dem Befestigungsteil 11c und den beweglichen Teilen 11a, 11b (Abstand in Z-Achsenrichtung) sind vorzugsweise kurz. Durch Bereitstellen eines kurzen Anbringungsteils 11d kann die Vorrichtung ein verringertes Gewicht aufweisen und die Resonanzfrequenz erhöht werden. Um jedoch die Starrheit des Anbringungsteils 11d in X-Achsenrichtung zu sichern, um eine sichere Verschiebung zu erzielen, betragen die Verhältnisse fl/b und f2/b zu der Dicke b der beweglichen Teile 11a, 11b vorzugsweise zumindest 2, noch bevorzugter zumindest 5. Ferner genügt der Abstand e1x von der Biegeposition L1 der Basis 11 zu dem Befestigungsteil 11c oder zu dem Anbringungsteil 11d und der Abstand e1y von L1 zu dem beweglichen Teil 11a vorzugsweise (e1x/b) > 1 und (e1y/b) > 1, noch bevorzugter (e1x/b) ≥ 2 und (e1y/b) ≥ 2.
Es ist wichtig, die tatsächliche Abmessung der Teile der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a unter Berücksichtigung der Befestigungsfläche des Anbringungsteils 11d zum Anbringen der Komponente, der Befestigungsfläche zum Anbringen des Befestigungsteils 11c an einem anderen Element, der Befestigungsfläche zum Anbringen der Anschlüsse für die Elektroden und andere, die Festigkeit der gesamten Vorrichtung, die Lebensdauer, das erforderliche Verschiebungsausmaß und die Resonanzeigenschaft, die Ansteuerspannung und anderes einzustellen.
Der Abstand c zwischen den Innenwänden der beweglichen Teile 11a, 11b beträgt besonders bevorzugt beispielsweise 100 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 200 μm bis 1.600 μm. Die Breite d der beweglichen Teile beträgt vorzugsweise 50 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 100 μm bis 500 μm. Damit die Schaukelverschiebung, die eine Verschiebungskomponente in Y-Achsenrichtung ist, wirksam unterdrückt werden kann, genügen die Dicke b der beweglichen Teile 11a, 11b und die Breite d der beweglichen Teile 11a, 11b d > b, und die Dicke b beträgt vorzugsweise 2 μm bis 300 μm, noch bevorzugter 10 μm bis 80 μm.
Die im Wesentlichen bewegliche Hauptlänge 2 in den beweglichen Teilen 11a, 11b beträgt vorzugsweise 200 μm bis 3.000 μm, noch bevorzugter 300 μm bis 2.000 μm. Die Verbindungslänge f1 zwischen dem Anbringungsteil 11d und den beweglichen Teilen 11a, 11b und die Verbindungslänge f2 zwischen dem Befestigungsteil 11c und den beweglichen Teilen 11a, 11b betragen vorzugsweise 50 μm bis 2.000 μm, noch bevorzugter 100 μm bis 1.000 μm.
Der Abstand e1x von der Biegeposition L1 der Basis 11 zu dem Befestigungsteil 11c oder zu dem Anbringungsteil 11d beträgt vorzugsweise 1 μm bis 300 μm, noch bevorzugter 5 μm bis 80 μm. Ferner beträgt der Abstand e1y von der Biegeposition L1 der Basis 11 zu dem beweglichen Teil 11a vorzugsweise 1 μm bis 1.000 μm, noch bevorzugter 5 μm bis 500 μm. Hierin gleicht der Abstand von der Biegeposition 12 der Basis 11 zu dem Befestigungsteil 11c oder dem Anbringungsteil 11d (dem Abstand e1x entsprechender Abstand) und der Abstand von der Biegeposition 12 der Basis 11 zu dem beweglichen Teil 11a (dem Abstand e1y entsprechender Abstand) dem Abstand e1x und dem Abstand e1y.
Indem die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf solche Weise aufgebaut wird, kann verhindert werden, dass die Verschiebung in Y-Achsenrichtung 10% der Verschiebung in X-Achsenrichtung übersteigt. Durch geeignetes Einstellen der Dimensionsverhältnisse und der tatsächlichen Abmessungen innerhalb der zuvor angeführten Bereiche, kann die Vorrichtung bei geringer Spannung angesteuert werden und erzeugt die ausgezeichnete Wirkung, dass die Verschiebung in Y-Achsenrichtung auf nicht mehr als 5% der Verschiebung in X-Achsenrichtung unterdrückt werden kann. Anders gesagt verschiebt sich der Anbringungsteil 11d im Wesentlichen in eine Axialrichtung, nämlich die X-Achsenrichtung, wodurch die ausgezeichnete Eigenschaft bereitgestellt wird, dass die Hochgeschwindigkeitsantwort ausgezeichnet ist und eine große Verschiebung bei geringer Spannung erhalten wird.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a weist die Basis 11, die die Hauptaufbaukomponente bildet, eine spezifische Form auf, und die beweglichen Teile 11a, 11b sind in etwa senkrecht zu dem Befestigungsteil 11c und dem Anbringungsteil 11d, um als Rippen zu dienen, sodass die Starrheit der Vorrichtung in Y-Achsenrichtung hoch eingestellt werden kann. Aus diesem Grund kann der Anbringungsteil 11d in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a selektiv ausschließlich in einer Ebene (in X-Achsen-Z-Achsen-Ebene) betrieben werden, und die Betätigung des Anbringungsteils 11d in Y-Achsen-Z-Achsen-Ebene, nämlich die Betätigung in der so genannten Schaukelrichtung, kann unterdrückt werden.
In der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufhängering der Aufhängung des Festplattenlaufwerks mit der Basis der Vorrichtung integriert werden, indem die Formen des Befestigungsteils und des Anbringungsteils der Basis ausgebildet werden.
Hierin zeigen die 29 und 30 zwei modifizierte Ausführungsformen der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10a1, 10a2 gemäß diesen modifizierten Ausführungsformen weisen im Grunde den gleichen Aufbau wie die erste piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10a auf. In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a1 sind jedoch kreisförmige Vertiefungen 11c1, 11d1 mittels Pressformen im Allgemeinen an den zentralen Teilen des Befestigungsteils 11c und des Anbringungsteils 11d der Basis 11 ausgebildet. In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a2 sind kreisförmige Durchgangslöcher 11c2, 11d2 durch Stanzen im Allgemeinen an den zentralen Teilen des Befestigungsteils 11c und des Anbringungsteils 11d der Basis 11 ausgebildet.
In der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a1 dienen in dem Befestigungsteil 11c und dem Anbringungsteil 11d der Basis 11 angeordnete kreisförmige Vertiefungen 11c1, 11d1 dazu, ein Haftmittel zum Befestigen der an den Befestigungsteil 11c und Anbringungsteil 11d anzubringenden Komponente aufzunehmen, wodurch das in den Vertiefungen 11c1, 11d1 aufgenommene Haftmittel die Haftfestigkeit an die Komponente erhöht und das Herauspressen des Haftmittels aus der Befestigungsstelle verhindert werden kann.
Darüber hinaus dienen in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10a2 kreisförmige Durchgangslöcher 11c2, 11d2, die in dem Befestigungsteil 11c und Anbringungsteil 11d der Basis angeordnet sind, beim Zusammenbauen (Befestigen) der Komponente an den Befestigungsteil 11c und Anbringungsteil 11d als Positionierungsstandard, wodurch die Präzision des Zusammenbaus in späteren Schritten und die Ausbeute der Produkte verbessert werden kann.
Die in den 1J und 1K gezeigte zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e und die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f sind piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen, die der Kategorie der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung der dritten Form gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuordnen sind. Bezugnehmend auf die 31 und 32, weist jede dieser piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 20e, 20f einen Grundaufbau auf, der eine Basis mit einem Paar aus einem rechten und linken beweglichen Teil, einen Befestigungsteil, der die zwei beweglichen Teile an einem Ende derselben miteinander verbindet, einen Anbringungsteil, der vom Befestigungsteil getrennt ist und die zwei beweglichen Teile an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, und einen Verbindungsteil, der mit dem Anbringungsteil integriert ist und den Anbrin gungsteil, die beweglichen Teile und den Befestigungsteil umgibt, sowie ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element, das auf zumindest einer Seite der zwei beweglichen Teile der Basis angeordnet ist, umfasst. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 20e, 20f unterscheiden sich hinsichtlich des Aufbaus der Basis stark von den piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen der anderen Ausführungsformen.
Die Basis 24, welche die zehnte in 31 gezeigte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e bildet, umfasst ein Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil 24a, 24b, einen Befestigungsteil 24c, der die zwei beweglichen Teile 24a, 24b an einem Ende derselben miteinander verbindet, einen Anbringungsteil 24d, der die zwei beweglichen Teile 24a, 24b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, und einen Verbindungsteil 24e, der mit dem Anbringungsteil 24d integriert ist.
Die Basis 24 weist einen solchen Aufbau auf, dass ein Verbindungsteil zu der Basis 18, welche die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g bildet, hinzugefügt ist. Der Verbindungsteil 24e der Basis 24 weist eine Flachplattenform mit einer quadratischen Öffnung 24f1 an dem zentralen Teil desselben auf, worin die beweglichen Teile 24a, 24b, der Befestigungsteil 24c und der Anbringungsteil 24d auf integrierte Weise in der Öffnung 24f1 platziert sind. Der Verbindungsteil 24e umgibt die Hauptaufbauteile der Basis 24, und die zwei Seitenkanten 24e1, 24e2 des Verbindungsteils 24e weisen eine Federfunktion auf.
Bezugnehmend auf die 32A, weist die Originalplatte 24A der Basis 24 eine rechteckige Öffnung 24f1 auf, die den Verbindungsteil 24e bildet, und eine torförmige Öffnung 24f2 auf, die auf integrierte Weise die beweglichen Teile 24a, 24b, den Befestigungsteil 24c und den Anbringungsteil 24d bildet. Die in 32B gezeigte Basis 24 wird, wie in 32A gezeigt, durch Biegen der Originalplatte 24A entlang den Strichpunktlinien L1, L2 ausgebildet. In der so ausgebildeten Basis 24 werden piezoelektrische/elektrostriktive Elemente 22a, 22b an den äußeren Seiten der bewegli chen Teile 24a, 24b befestigt, um die wie in 31 gezeigte zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e zu bilden.
Die zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e weist die gleiche Funktion wie die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g auf und stellt in etwa die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g bereit. Da die zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e jedoch insbesondere den Verbindungsteil 24e in integrierter Weise mit Federfunktion umfasst, kann ermöglicht werden, dass der Verbindungsteil 24e als Aufhängering der Aufhängung, die das Festplattenlaufwerk bildet, eingesetzt wird. Anders gesagt, weist die Basis auch die Funktion eines Aufhängerings auf.
Die Basis 25, welche die in 33 gezeigte elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f bildet, umfasst ein Paar aus einem rechten und einem linken beweglichen Teil 25a, 25b, einen Befestigungsteil 25c, der die zwei beweglichen Teile 25a, 25b an einem Ende derselben miteinander verbindet, einen Anbringungsteil 25d, der die zwei beweglichen Teile 25a, 25b an dem anderen Ende derselben miteinander verbindet, und einen Verbindungsteil 25e, der mit dem Anbringungsteil 25d integriert ist.
Die Basis 25 weist einen Aufbau auf, bei dem ein Verbindungsteil zu der Basis 18, die die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g bildet, hinzugefügt ist. Der Verbindungsteil 25e der Basis 25 weist eine Flachplattenform mit einer torförmigen Öffnung 25f1 an dem zentralen Teil desselben und einer rechtwinkligen Öffnung 25f2 auf, dessen ein Ende an seiner Endseite offen ist, wo die beweglichen Teile 25a, 25b, der Befestigungsteil 25c und der Anbringungsteil 25d in integriertem Zustand in der Öffnung 25f2 platziert sind. Der Verbindungsteil 25e umgibt die Hauptkonstruktionsteile der Basis 25, und die zwei Seitenkanten 25e1, 25e2 außerhalb des Verbindungsteils 25e sowie die zwei Seitenkanten 25e3, 25e4 im Innern des Verbindungsteils 25e weisen eine Federfunktion auf.
Bezugnehmend auf 34A, weist die Originalplatte 25A der Basis 25 eine torförmige Öffnung 25f1 und eine rechtwinklige Öffnung 25f2 auf, die den Verbindungsteil 25e bilden, und eine torförmige Öffnung 25f3 auf, die in integrierter Weise die beweglichen Teile 25a, 25b, den Befestigungsteil 25c und den Anbringungsteil 25d bildet. Die in 34B gezeigte Basis 25 wird durch Biegen der Originalplatte 25A entlang den in 34A gezeigten Strichpunktlinien L1, L2 ausgebildet. In der so ausgebildeten Basis 25 werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 22a, 22b auf die äußeren Seiten der beweglichen Teile 25a, 25b befestigt, um die in 33 gezeigte elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f zu bilden.
Die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f weist die gleiche Funktion wie die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g auf und stellt in etwa die gleichen Funktions- und Wirkungsweisen wie die siebte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10g bereit. Da die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f jedoch insbesondere den Verbindungsteil 25e in integrierter Weise mit Federfunktion umfasst, kann ermöglicht werden, dass der Verbindungsteil 25e als Aufhängering der Aufhängung, die das Festplattenlaufwerk bildet, eingesetzt wird. Anders gesagt, weist die Basis 25 auch die Funktion eines Aufhängerings auf. Da ferner die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f eine höhere Federfunktion als die zehnte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20e aufweist, ist die Funktion eines Aufhängerings mit höherer Sicherheit gegeben.
35 zeigt ein Festplattenlaufwerk 40, auf welches die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung der dritten Form gemäß der vorliegenden Erfindung ist, angebracht ist. Das Festplattenlaufwerk 40 ist ein mit einer Aufhängung bereitgestelltes bekanntes Festplattenlaufwerk. Die Basis 41 weist eine darauf angebrachte Schwingspule 43 und einen Magneten 42 auf, und die Aufhängung 45, auf welche die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f angebracht ist, ist an einem auf der Basis 41 angeordneten Arm angebracht. Hierin steht die Bezugszahl 46 für eine Magnetplatte.
Bezugnehmend auf 36, weist die elfte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 20f einen Magnetkopf 47 (Gleitelement) auf, der auf den Anbringungsteil 25d der Basis 25 mittels eines Haftmittels befestigt ist und durch Punktschweißen oder dergleichen mit der hinteren Seite der Aufhängung 45 auf der hinteren Seite des Verbindungsteils 25e der Basis 25 befestigt ist. In einer solchen Anbringungsstruktur der elften piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20f weist der Verbindungsteil 25e der Basis 25 die Funktion eines herkömmlichen Aufhängerings auf, wodurch der Vorteil bereitgestellt wird, dass der Einsatz eines Aufhängerings bei der Anbringung der elften piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 20f auf die Aufhängung 45 weggelassen werden kann.

Claims

Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung, umfassend ein Element (11, 13–18, 21, 24, 25), das aus einem Stück gebogenem Metallblech gebildet ist, wobei das Element Folgendes bereitstellt: einen flachen Befestigungsteil (11c, 13c–18c, 21c, 25c) mit einander gegenüberliegenden parallel angeordneten Seitenkanten und einer vorderen Kante, welche die beiden Seitenkanten verbindet, ein Paar aus einem linken und einem rechten beweglichen Teil (11a, 13a–18a, 11b, 13b–18b, 21a, b, 24a, b, 25a, b), die in einer vorbestimmten Höhe von dem Befestigungsteil an den einander gegenüberliegenden parallel angeordneten Seitenkanten desselben senkrecht vorragen, um einander gegenüberzuliegen, wobei die beweglichen Teile erste Abschnitte, die mit dem Befestigungsteil durch jeweilige Biegelinien (L1, L2) an den einander gegenüberliegenden parallel angeordneten Seitenkanten des Befestigungsteils verbunden sind, und zweite Abschnitte aufweisen, die sich von dem Befestigungsteil über seine vordere Kante hinaus nach vorne erstrecken, wobei die zweiten Abschnitte der beweglichen Teile parallel angeordnete biegbare Schenkel ausbilden, zumindest ein piezoelektrisches Element (12a, 12b), das auf den beweglichen Teilen angeordnet ist, um deren Biegung bei Aktivierung hervorzurufen, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelektrische Element (12a, 12b) sowohl auf dem ersten Abschnitt des beweglichen Teils als auch auf dem zweiten Abschnitt desselben angeordnet ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1, worin an der Biegelinie (L1, L2) entweder (i) das Metallblech nach oben hin direkt zu dem beweglichen Teil gebogen ist oder (ii) das Metallblech nach unten hin zu einem Abschnitt gebogen ist, der im Querschnitt eine nach oben hin konkave kreisförmige Bogenform aufweist, von welchem sich der bewegliche Teil nach oben hin erstreckt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin eine schlitzförmige Rille (11e1, 11e2), die sich von dem vorderen Ende des Befestigungsteils aus erstreckt, zwischen einer Basis der beweglichen Teile und den Seitenkanten des Befestigungsteils liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Element auch einen flachen Anbringungsteil (11d, 13d–18d, 21d, 24d, 25d) getrennt von dem Befestigungsteil bereitstellt, welcher die beweglichen Teile an deren Enden, die von den ersten Abschnitten desselben entfernt sind, miteinander verbindet.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 4, worin eine sich lateral erstreckende schlitzförmige Rille (11e, 13e–18e) zwischen der vorderen Kante des Befestigungsteils und einer hinteren Kante des diesem gegenüberliegenden Anbringungsteil liegt, und eine sich in Längsrichtung erstreckende schlitzförmige Rille (11e1, 11e2) zwischen einer Basis der beweglichen Teile und den Seitenkanten des Befestigungsteils und des Anbringungsteils liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 4, worin eine sich lateral und in Längsrichtung erstreckende rechtwinkelige Öffnung (23e) zwischen der vorderen Kante des Befestigungsteils und einer hinteren Kante des diesem gegenüberliegenden Anbringungsteils liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Basis einen Verbindungsteil (24e) bereitstellt, der den Anbringungsteil, die beweglichen Teile und den Befestigungsteil umgibt, wobei die beweglichen Teile, der Befestigungsteil und der Anbringungsteil in einem zentralen Raum des Verbindungsteils angeordnet sind.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der zentrale Raum des Verbindungsteils auf einer Seite des hinteren Endes des Befestigungsteils geschlossen ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der zentrale Raum des Verbindungsteils auf einer Seite einer hinteren Kante des Befestigungsteils offen ist.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin ein zentraler Abschnitt der beweglichen Teile – in Längenrichtung gesehen – ausgebildet ist, um eine geringere Dicke als andere Abschnitte der beweglichen Teile aufzuweisen.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die beweglichen Teile jeweils einen Verstärkungsteil (15f, 15g) aufweisen, der an einem Ende desselben an der Befestigungsteilseite angeordnet und von einer oberen Kante des Endes weg gebogen ist, um sich zu einer Oberfläche des Befestigungsteils hin zu erstrecken und daran anzustoßen.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die beweglichen Teile jeweils einen Verstärkungsteil (16f, 16g) aufweisen, der an einem Ende desselben auf der Befestigungsteilseite angeordnet und von einer vorderen Kante des Endes weg gebogen ist, um sich nach innen zu erstrecken und an eine Oberfläche des Befestigungsteils anzustoßen.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin ein Verstärkungselement (17f) zwischen den beweglichen Teilen auf dem Befestigungsteil, der die Basis bildet, liegt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin sich der Befestigungsteil von den hinteren Enden der beweglichen Teile nach hinten hin erstreckt.
Piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung nach Anspruch 4, worin sich der Anbringungsteil von den vorderen Enden der beweglichen Teile nach vorne hin erstreckt.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend die Schritte der Herstellung einer das Element zu bildenden flexiblen und biegbaren flachen Platte, des Stanzens der Platte in eine Form, die eine plane Ausformung des Elements zur Ausbildung einer gestanzten Struktur darstellt, und des Biegens der gestanzten Struktur an vorbestimmten Stellen, um das Element mit den beweglichen Teilen und dem Befestigungsteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 16, worin die flache Platte rechtwinkelig ist und die gestanzte Struktur eine torartige Öffnung aufweist, die aus einem Paar von geraden Seitenrillen (11e1, 11e2) zusammengesetzt ist, welche an rechten und linken Seiten der flachen Platte angeordnet sind und sich parallel zu den Seitenkanten der flachen Platte und einer durch Schneiden und Entfernen eines Abschnitts zwischen den zwei Rillen gebildeten Öffnung hin erstrecken, und worin Seitenumfangsabschnitte der flachen Platte entlang der Seitenrillen gebogen sind, um die Seitenumfangsabschnitte zu den beweglichen Teilen auszubilden, wobei ein Abschnitt zwischen den Seitenrillen zu einem Befestigungsteil wird.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 4, umfassend die Schritte der Herstellung einer das Element zu bildenden flexiblen und biegbaren flachen Platte, das Stanzen der flachen Platte in eine Form, die eine plane Ausformung des Elements zur Ausbildung einer gestanzten Struktur darstellt, und des Biegens der gestanzten Struktur an vorbestimmten Stellen, um das Element mit den beweglichen Teilen und dem Befestigungsteil und dem Anbringungsteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, worin die flache Platte rechtwinkelig ist und die gestanzte Struktur eine H-förmige Öffnung aufweist, die aus einem Paar von geraden Seitenrillen besteht, welche an rechten und linken Seiten der flachen Platte angeord net sind und sich parallel zu den Kanten der flachen Platte und den geraden zentral angeordneten Rillen hin erstreckt, die die zwei Seitenrillen miteinander an einem mittleren Teil verbindet, und worin die Seitenumfangsabschnitte der flachen Platte entlang der Seitenrillen gebogen sind, um die Seitenumfangsabschnitte zu den beweglichen Teilen auszubilden, wobei ein Abschnitt zwischen den Seitenrillen zu dem Befestigungsteil und dem Anbringungsteil wird.
Verfahren nach Anspruch 18, worin die flache Platte rechtwinkelig ist und die gestanzte Struktur eine rechtwinkelige Öffnung an einem zentralen Teil der flachen Platte aufweist, und worin Seitenumfangsabschnitte der flachen Platte entlang einander gegenüberliegenden Seiten der Öffnung gebogen sind, um die Seitenumfangsabschnitte zu beweglichen Teilen auszubilden, wobei Abschnitte, die die Seitenumfangsabschnitte verbinden, zu dem Befestigungsteil und dem Anbringungsteil werden.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung nach Anspruch 7, umfassend die Schritte der Herstellung einer das Element zu bildenden flexiblen und biegbaren flachen Platte, des Stanzens der flachen Platte in eine Form, die eine plane Ausformung des Elements zur Ausbildung einer gestanzten Struktur darstellt, und des Biegens der gestanzten Struktur an vorbestimmten Stellen, um das Element mit den beweglichen Teilen, dem Befestigungsteil, dem Anbringungsteil und dem Verbindungsteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 21, worin die flache Platte rechtwinkelig ist und die gestanzte Struktur einen rechtwinkeligen flachen Plattenteil in einer zentralen Öffnung der rechtwinkeligen flachen Platte und eine H-förmige Öffnung aufweist, die aus einem Paar von geraden Seitenrillen zusammengesetzt ist, welche an rechten und linken Seiten der flachen Platte angeordnet sind und sich parallel zu den Seitenumfangsrändern des flachen Plattenteils und einer geraden zentral angeordneten Rille hin erstreckt, die die zwei Seitenrillen miteinander an einem mittleren Teil des flachen Plattenteils verbindet, und worin die Seitenumfangsabschnitte des flachen Plattenteils entlang der Seitenrillen gebogen werden, um die Seitenumfangsabschnitte zu den beweglichen Teilen auszubilden, wobei Abschnitte, die zwischen den Seitenrillen verbunden sind, zu dem Befestigungsteil und dem Anbringungsteil werden und ein Abschnitt um die zentrale Öffnung herum zu einem Verbindungsteil wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, worin eine Öffnung der gestanzten Struktur durch Stanzen mit gleichzeitigem Stanzen der flachen Platte oder durch ein Lochausbildungsverfahren nach dem Stanzen der flachen Platte ausgebildet wird.