Pre-stressed piezoelectric actuator for micro and fine mechanical applications, Acta Universitatis Ouluensis C Technica 235

Hieno- ja mikromekaanisilta laitteilta vaaditaan entistä pienempää tehonkulutusta ja kokoa, parempaa suorituskykyä ja massatuotettavuutta. Pietsosähköisissä toimilaitteissa sähköinen energia muutetaan suoraan materiaalin muodonmuutokseksi tuottaen sovelluksessa vaadittavan voiman ja liikkeen. Näiden materiaalien heikkous on kuitenkin pienet liikkeet (muodonmuutos ~0.1-0.2 %) joita on pyritty kasvattamaan kehittämällä uusia materiaaleja, liikkeenvahvistus- ja esijännitysmenetelmiä. Väitöstyössä kehitettiin uusi taipumiseen perustuva esijännitetty pietsosähköinen toimilaite ja menetelmä sen valmistamiseksi. Tutkimuksissa valmistettiin erilaisia pietsosähköisiä elementtejä (Æ25 mm, paksuus 0.25-0.50 mm) niiden optimoimiseksi ja ominaisuuksien arvioimiseksi. Esijännityksen ansiosta kehitettyjen rakenteiden sähköiset ja sähkömekaaniset ominaisuudet paranivat huomattavasti (d31eff=-994 pm/V) mahdollistaen moninkertaiset liikkeet perinteisiin esijännittämättömiin rakenteisiin verrattuna (d31eff=-274 pm/V). Toimilaitteiden mittoja säätelemällä voidaan tuottaa millimetrien liikkeitä ja useiden newtonien voimia ohuella keraami elementillä. Valmistettuja elementtejä kytkettiin myös yksinkertaiseen mekaaniseen liikkeenvahvistimeen jolla saavutettiin yli millimetrin siirtymä. Työssä kerättiin aiemmin tutkittujen rakenteiden tulokset ja niiden suoritusarvoja vertailtiin teoreettisen tarkastelun avulla. Tulokset osoittavat väitöstyössä kehitettyjen rakenteiden olevan samalla tasolla tai parempia kuin vastaavat esijännitetyt toimilaitteet. Etuna on myös, että uudet rakenteet voidaan valmistaa keraamiselle piirilevylle osana elektroniikkaa ja ne ovat massavalmistettavissa nykyisillä elektroniikan valmistusprosesseilla. Kehitettyjä aktuaattoreita voidaan hyödyntää erilaissa mikro- ja hienomekaanisissa laitteissa esim. värähtelijöissä, antureissa, säätimissä, venttiileissä ja kytkimissä.

ISBN-10:
951-42-7988-3
Kieli:
ENGL
Tekijät:
Juuti Jari
Tuotekoodi 013612
12,00 €