DE19636909C1

DE19636909C1 - Electromechanical and/or mechanical-electrical converter

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Publication number: DE19636909C1
Application number: DE19636909A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr Kremer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2016-09-12

Abstract

The converters (46, 48) includes a piezo-electric element (10) with a carrier (2), electrodes (4) on the upper side (3) of the carrier, and a layer (8) of ferro-electric liquid crystal material which is formed from an oriented polymer or one, at least partially (25) oriented elastomer. A movable part (28) is arranged above the upper side (12) of the liquid crystal material layer. The movable part is equipped with a macroscopic contour (36) at its underside (38) facing the layer, for an indirect or direct action with a corresponding contour (52) at the upper side of the layer.In the electro-mechanical converter, the corresponding contour is formed through a respective voltage supply at the electrodes, and is thereby movable parallel to the corresponding contour of the movable part, in a direction of movement. In the mechano-electrical converter, a forced shift of the contour caused by a movement of the movable part, causes corresponding voltages at the electrodes.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen und/oder mechanoelektrischen Umsetzer, umfassend ein piezoelektrisches Element mit einem Träger, auf der Oberseite des Trägers auf ge brachten Elektroden und einer auf die mit den Elektroden versehene Oberseite des Trägers aufgebrachten Schicht aus ferroelektrischem Flüssigkristall-Material, welches von einem orientierten Polymer oder einem zumindest in Teilbereichen orientierten und vernetzten Elastomer gebildet ist, sowie ferner umfassend ein über der Oberseite der Schicht aus Flüssigkristall-Material des piezoelek trischen Elements angeordnetes, relativ zum piezoelektrischen Element in einer Bewegungsrichtung bewegliches Teil.The invention relates to an electromechanical and / or mechanoelectric converter comprising a piezoelectric Element with a support, on top of the support on ge brought electrodes and one on the electrode Top of the carrier applied layer of ferroelectric Liquid crystal material made from an oriented polymer or one that is at least partially oriented and networked Elastomer is formed, and also comprising an over the Top of the layer of liquid crystal material of the piezoelek tric element arranged, relative to the piezoelectric Element moving part in one direction of movement.

Piezoelektrische Elementen aus ferroelektrischem Flüssigkristall material sind bekannt. Dabei kann es sich u. a. um Polymere ohne elastomere Eigenschaft (nachfolgend entsprechend dem üblichen Sprachgebrauch Polymere genannt) handeln (Liquid Cristals, 1991, Volume 9, Nr. 4. Seiten 519 bis 526) oder auch um Elastomere (Polymers for Advanced Technologys, Volume 3, Seiten 249 bis 255, Makromol. Chem., Rapid Commun. 11, Seiten 593 bis 598; Makromol. Chem., Rapid Communication . . .). Für elektromechanische und/oder mechanoelektrische Umsetzer können rein polymere ferroelektrische Flüssigkristalle (FLCP) mit brauchbarem Erfolg eingesetzt werden. In vielen Fällen ist jedoch der Einsatz elastomerer ferroelek trischer Flüssigkristalle (FLCE) vorteilhafter, da diese bei einem beträchtlichen inversen piezoelektrischen Effekt im Bereich von beispielsweise 1,2 nm/Volt eine hohe Formstabilität aufweisen mit "Einfrieren" der gewünschten Orientierung der Flüssigkristalle durch die Vernetzung.Piezoelectric elements made of ferroelectric liquid crystal material are known. It can be u. a. to polymers without elastomeric property (hereinafter according to the usual Use of polymers) (Liquid Cristals, 1991, Volume 9, No. 4. Pages 519 to 526) or also about elastomers (Polymers for Advanced Technologies, Volume 3, pages 249 to 255, Macromol. Chem., Rapid Commun. 11, pages 593 to 598; Macromol. Chem., Rapid Communication. . .). For electromechanical and / or mechanoelectric converters can be purely polymeric ferroelectric Liquid crystals (FLCP) can be used with useful success. In many cases, however, the use of elastomeric ferroelek trical liquid crystals (FLCE) more advantageous, since these at a considerable inverse piezoelectric effect in the range of for example, 1.2 nm / volt have a high dimensional stability "Freezing" the desired orientation of the liquid crystals through networking.

In der US-4,875,378 wird ein Drucksensor beschrieben, der aus zwei eine Elektrodenanordnung tragenden Trägerelementen und einer zwischen diesen angeordneten ferrolektrischen Flüssigkristall-Schicht besteht, wobei die Elektrodenanordnung mit einer ge eigneten Spannungsmeßeinrichtung gekoppelt ist, mit welcher eine von einer Deformation der Flüssigkristall-Schicht abhängige Spannung gemessen wird.In US-4,875,378 a pressure sensor is described which consists of two an electrode arrangement carrying support elements and one between these arranged ferrolectric liquid crystal layer exists, the electrode arrangement with a ge suitable voltage measuring device is coupled, with which a dependent on a deformation of the liquid crystal layer Voltage is measured.

Aus der DE 39 28 952 A1 ist ein elektromechanischer und/oder mechanoelektrischer Umsetzer bekannt, umfassend ein piezoelek trisches Element mit einem Träger, einer Elektroden-Anordnung und einer auf die Oberseite des Trägers aufgebrachten Schicht aus ferroelektrischem Flüssigkristallmaterial sowie ein über der Oberseite angeordnetes, relativ zum piezoelektrischen Element bewegliches Teil.DE 39 28 952 A1 describes an electromechanical and / or Mechanoelectric converter known, comprising a piezoelectric trical element with a carrier, an electrode arrangement and a layer applied to the top of the carrier ferroelectric liquid crystal material as well as an over the Top arranged, relative to the piezoelectric element moving part.

In der DE 39 28 952 A1 werden elektromechanische Umsetzer mit piezoelektrischem Element aus Polymermaterialien als nachteilig beschrieben, da das Polymermaterial in Filmform mechanisch gedehnt wird, so daß es schwierig ist, eine gute Genauigkeit der Dimensio nen zu erreichen und die piezoelektrische Vorrichtung entsprechend dünn auszubilden. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, einen ferroelektrischen Flüssigkristall einzusetzen, der in eine kreis ringförmige Rinne eingesetzt (injiziert) wird, an deren Boden eine Elektrodenstruktur angeordnet ist zur Erzeugung einer akustischen Wanderwelle. In die Rinne greift von oben her ein Rotor mit ebener unterer Kreisringfläche ein. Es wird in dieser Druckschrift an gegeben, daß die Welle den Rotor in Drehbewegung versetzt. Da zwar die Orte der Berührung zwischen dem ferroelektrischen Flüssig kristall und dem Rotor mit den Wanderwellen "mitwandern", jedoch die einzelnen Berührpunkte des ferroelektrischen Flüssigkristalls bezüglich dieser "Wanderbewegung" keine Bewegungskomponente in Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle haben, lassen sich mit dieser Anordnung, wenn überhaupt, allenfalls geringe Drehmomente des Rotors erzeugen; Haltemomente lassen sich überhaupt nicht er zeugen. Der Einsatz als mechanoelektrischer Umsetzer ist praktisch ausgeschlossen.DE 39 28 952 A1 describes electromechanical converters Piezoelectric element made of polymer materials as disadvantageous described because the polymer material is mechanically stretched in film form is so that it is difficult to get a good accuracy of the dimensio to achieve NEN and the piezoelectric device accordingly train thin. This publication proposes one use ferroelectric liquid crystal in a circle annular groove is inserted (injected), at the bottom of one Electrode structure is arranged to generate an acoustic Traveling wave. A rotor with a flat one reaches into the gutter from above lower circular surface. It is mentioned in this publication given that the shaft rotates the rotor. Since there the places of contact between the ferroelectric liquid crystal and the rotor with the traveling waves "wander", however the individual contact points of the ferroelectric liquid crystal with respect to this "wandering movement" no movement component in Have the direction of propagation of the traveling wave, with this Arrangement, if any, at most low torques of the Generate rotors; Holding moments cannot be achieved at all testify. The use as a mechano-electrical converter is practical locked out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechani schen und/oder mechanoelektrischen Umsetzer der eingangs genannten Art mit verbessertem Wirkungsgrad bereitzustellen.The invention has for its object an electromechanical and / or mechanoelectric converter of the aforementioned Provide species with improved efficiency.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Umsetzer vorgeschlagen, daß das bewegliche Teil an seiner der Schicht zugewandten Unterseite mit einer mak roskopischen Mitnahmekontur ausgebildet ist, zum mittelbaren oder unmittelbaren Eingriff in eine korrespondierende Mitnahmekontur an der Oberseite der Schicht, wobei im Falle eines elektromechani schen Umsetzers die korrespondierende Mitnahmekontur durch ent sprechende Spannungsbeaufschlagung der Elektroden erzeugbar und wahlweise parallel zur Bewegungsrichtung verlagerbar ist zur ent sprechenden Mitnahme des beweglichen Teils, und wobei im Falle eines mechanoelektrischen Umsetzers eine bei einer Bewegung des beweglichen Teils relativ zum piezoelektrischen Element erzwungene Verlagerung der durch die makroskopische Mitnahmekontur aufgepräg ten korrespondierenden Mitnahmekontur entsprechende Abnahmespan nungen an den Elektroden hervorruft.To solve this problem it is proposed in a generic converter that the movable Part on its underside facing the layer with a mak roscopical entrainment contour is designed for indirect or immediate intervention in a corresponding takeout contour at the top of the layer, being in the case of an electromechanical the corresponding entrainment contour by ent Talking voltage application of the electrodes can be generated and can optionally be moved parallel to the direction of movement to ent speaking entrainment of the moving part, and being in the case of a mechanoelectric converter when the movable part relative to the piezoelectric element Relocation of the imprinted by the macroscopic driving contour corresponding removal contour electrode.

Der erfindungsgemäße elektromechanische und/oder mechanoelek trische Umsetzer weist also an der dem piezoelektrischen Element zugewandten Unterseite des beweglichen Teils eine makroskopische Mitnahmekontur auf, die mittelbar oder unmittelbar in eine an der Oberseite des piezoelektrischen Elements ausgebildete korrespon dierende Mitnahmekontur eingreift. Die korrespondierende Mitnahme kontur an der Oberseite des piezoelektrischen Elements resultiert aus der durch die phasenverschobene Spannungsbeaufschlagung der Elektrodenanordnung hervorgerufene Deformation desselben. Steuert man nun die Elektroden des piezoelektrischen Elements, beispiels weise wie im Stand der Technik beschrieben, derart an, daß die korrespondierende Mitnahmekontur des piezoelektrischen Elements entsprechend der Spannungsbeaufschlagung der Elektroden wandert, so wird durch den quasi "Formschluß" zwischen der korrespondieren den Mitnahmekontur des piezoelektrischen Elements und der makroskopischen Mitnahmekontur des beweglichen Teils letzteres relativ zum piezoelektrischen Element in Bewegung versetzt (elektrochemischer Umsetzer). Es können auch höhere Drehmomente erzeugt und sogar Haltemomente aufgebracht werden, da der aus einem Polymer oder einem wenigstens bereichsweise vernetzten Elastomer gebildete Flüssigkristall vergleichsweise hohe Form stabilität (erhöhter Scherwiderstand) bei ausreichender Verform barkeit zur Erzielung eines großen piezoelektrischen Effekts aufweist. Wird das bewegliche Teil dagegen über äußere Kräfte relativ zum piezoelektrischen Element bewegt (mechanoelektrischer Umsetzer), so führt die damit erzwungene Verlagerung der korre spondierenden Mitnahmekontur der Schicht zu entsprechenden Abnahmespannungen an den Elektroden. Schließlich ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Umsetzer einfach; eine weitgehende Miniatu risierung ist möglich. The electromechanical and / or mechanoelek according to the invention trical converter thus points to the piezoelectric element bottom of the movable part facing a macroscopic Take-along contour, which is directly or indirectly in one of the Corresponding to the top of the piezoelectric element The driving contour engages. The corresponding take away contour on the top of the piezoelectric element results from the phase-shifted voltage application of the Deformation of the electrode arrangement caused. Controls the electrodes of the piezoelectric element, for example as described in the prior art, such that the corresponding driving contour of the piezoelectric element moves according to the voltage applied to the electrodes, so through the quasi "form fit" between the correspond the driving contour of the piezoelectric element and the macroscopic entrainment contour of the movable part of the latter set in motion relative to the piezoelectric element (electrochemical converter). It can also have higher torques generated and even holding moments are applied, because of the a polymer or at least partially crosslinked Liquid crystal formed elastomer comparatively high shape stability (increased shear resistance) with sufficient deformation Ability to achieve a large piezoelectric effect having. On the other hand, the moving part is exposed to external forces moved relative to the piezoelectric element (mechanoelectric Converter), the forced relocation of the correct sponding entrainment contour of the layer to corresponding Decrease voltages at the electrodes. Finally, the construction the converter according to the invention simple; an extensive mini tu Rization is possible.

Besonders bevorzugt ist zwischen der Oberseite der Schicht aus Flüssigkristall-Material und der Unterseite des beweglichen Teils eine Flüssigkeits-Zwischenschicht vorgesehen.Is particularly preferred between the top of the layer Liquid crystal material and the bottom of the movable Partly a liquid intermediate layer is provided.

Die Flüssigkeits-Zwischenschicht verhindert eine unmittelbar reibende Berührung von beweglichem Teil und Schicht aus Flüs sigkristall-Material, die sich prinzipiell lediglich quer zur Bewegungsrichtung auf- und abbewegt.The liquid intermediate layer prevents it immediately rubbing contact of moving part and layer of rivers sig crystal material, which is basically only perpendicular to Movement direction up and down.

Für die spezielle Form der makroskopischen Mitnahmekontur kommen unterschiedliche Ausgestaltungen in Frage, wie z. B. einzelne zur Schicht hin vorstehende Vorsprünge. Besonders bevorzugt ist die makroskopische Mitnahmekontur im wesentli chen sinusförmig ausgebildet. Diese Form vermeidet Ecken oder Kanten, so daß eine Beschädigung der Schicht aus Flüssigkri stall-Material vermieden wird und gleichmäßiger Lauf gewähr leistet ist. Auch ist die Ansteuerung der Elektroden zur Her stellung der korrespondierenden Mitnahmekontur besonders ein fach; im Falle des mechanoelektrischen Umsetzers ist die Ver arbeitung der dementsprechend angenähert sinusförmigen Abnah mespannungen ebenfalls einfach.For the special shape of the macroscopic driving contour different configurations come into question, such as. B. individual projections protruding towards the layer. Especially the macroscopic entrainment contour is essentially preferred Chen sinusoidal. This shape avoids corners or Edges so that damage to the layer of liquid crystal Stall material is avoided and smooth running guaranteed is accomplished. The electrodes are also controlled setting of the corresponding driving contour subject; in the case of the mechanoelectric converter, the Ver work of the accordingly approximated sinusoidal decrease voltages also easy.

Um einen gleichmäßigen stoßfreien Betrieb zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß die Periode der Mitnahmekontur größer ist als der Abstand aufeinanderfolgender Elektroden. Da mehrere Elektroden auf eine Periode der Mitnahmekontur verteilt sind, können diese auch eine wandernde Verdickungswelle erzeugen mit der gewünschten Sinusform ausreichend angenäherter Oberflä chenform. To get a smooth, bumpless operation, suggested that the period of the driving contour is longer than the distance between successive electrodes. Because several Electrodes are distributed over a period of the driving contour, can also generate a wandering thickening wave with the desired sinus shape approximated sufficiently approx chenform.

Um einen für eine Drehbewegung geeigneten Umsetzer zu erhal ten, wird vorgeschlagen, daß das bewegliche Teil am Träger um eine Drehachse drehbewegbar gelagert ist und daß die Mitnahme kontur auf einem zu einer Drehachse des Umsetzers zentrischen Kreisring angeordnet ist.To get a converter suitable for a rotary movement ten, it is proposed that the movable part on the carrier an axis of rotation is rotatably mounted and that the entrainment contour on a centric to an axis of rotation of the converter Circular ring is arranged.

Um einen für eine Linearbewegung geeigneten Umsetzer zu erhal ten, wird vorgeschlagen, daß das bewegliche Teil am Träger linearbeweglich gelagert ist und daß die Mitnahmekontur auf einem zur linearen Bewegungsrichtung parallelen Streifen an geordnet ist.To get a converter suitable for a linear movement ten, it is proposed that the movable part on the carrier is linearly movable and that the driving contour on a strip parallel to the linear direction of movement is ordered.

In einer ersten Ausführungsform des Umsetzers ist vorgesehen, daß das piezoelektrische Element ausschließlich mit Elektroden auf der Oberseite des Trägers ausgebildet ist mit Erzeugung entsprechender elektrischer Felder zwischen benachbarten Elek troden. Eine derartige Anordnung wird bei ferroelektrischen Flüssigkristall-Materialien eingesetzt, bei denen der piezo elektrische Effekt quer zur Richtung des elektrischen Feldes besonders ausgeprägt ist. Auch erspart man sich das Aufbringen der Gegenelektroden (bevorzugt homöotrope Orientierung der Flüssigkristalle).In a first embodiment of the converter, that the piezoelectric element exclusively with electrodes is formed on the top of the carrier with generation corresponding electrical fields between neighboring elec tread. Such an arrangement is used in ferroelectric Liquid crystal materials used in which the piezo electrical effect across the direction of the electric field is particularly pronounced. You also save yourself the hassle of the counter electrodes (preferably homeotropic orientation of the Liquid crystals).

Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, daß das piezoelektrische Element wenigstens eine Gegenelektrode auf der Oberseite der Schicht des ferroelektrischen Flüssigkristall-Materials auf weist zur Erzeugung entsprechender elektrischer Felder zwi schen den Elektroden und der wenigstens einen Gegenelektrode. Diese Anordnung eignet sich in erster Linie für ferroelekt rische Flüssigkristalle mit ausgeprägtem piezoelektrischem Effekt in Richtung des elektrischen Feldes (bevorzugt planare Orientierung der Flüssigkristalle).Alternatively, it is proposed that the piezoelectric Element at least one counter electrode on the top of the Layer of the ferroelectric liquid crystal material points to the generation of corresponding electrical fields between rule the electrodes and the at least one counter electrode. This arrangement is primarily suitable for ferroelect liquid crystals with pronounced piezoelectric Effect in the direction of the electric field (preferably planar Orientation of the liquid crystals).

Die Erfindung wird im folgenden an bevorzugten Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen: The invention is illustrated below in preferred embodiments play explained using the drawings. Here show:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen piezo elektrischen Elements mit einem über dem piezoelek trischen Element angeordneten Maskenelement bei der Vernetzung durch UV-Bestrahlung; Figure 1 is a sectional view of a piezoelectric element according to the invention with a mask element arranged above the piezoelectric element during the crosslinking by UV radiation.

Fig. 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektro mechanischen und/oder mechanoelektrischen Umsetzers mit einem piezoelektrischen Element und einem darü ber angeordneten beweglichen Teil; Fig. 2 is a sectional view of an electro-mechanical and / or mechanoelectric converter according to the invention with a piezoelectric element and a movable part arranged above it;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines elektromechani schen und/oder mechanoelektrischen Umsetzers mit einem piezoelektrischen Element und einem darüber angeordneten beweglichen Teil; und3 shows a further embodiment of an electromechanical rule and / or mechano-electrical converter having a piezoelectric element and an overhead movable part. and

Fig. 4 eine vereinfachte Draufsicht auf die Elektroden struktur der Ausführungsform gemäß Fig. 3. FIG. 4 shows a simplified plan view of the electrode structure of the embodiment according to FIG. 3.

Das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elements 10 wird im folgenden insbesondere anhand der Fig. 1 erläu tert.The method for producing a piezoelectric element 10 is explained below in particular with reference to FIG. 1.

Mit der Ziffer 2 ist ein Träger bezeichnet, der entweder aus festem Plattenmaterial wie Glas, Plexiglas, einem Halbleiter oder dergleichen oder unter Umständen auch aus flexiblem Mate rial wie Folienmaterial besteht. Auf die Oberseite 3 des Trä gers 2 sind interdigitiert angeordnete Elektroden 4 (siehe auch Fig. 4) in einem Abstand a von kleiner als 0,1 mm, vor zugsweise 0,05 mm mit beispielsweise einer Dicke D von 10 µm und einer Breite B von 5 µm aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen.The number 2 denotes a carrier, which consists either of solid plate material such as glass, plexiglass, a semiconductor or the like or, under certain circumstances, also of flexible material such as film material. On the top 3 of the carrier 2 are interdigitated electrodes 4 (see also FIG. 4) at a distance a of less than 0.1 mm, preferably 0.05 mm, for example with a thickness D of 10 μm and a width B. of 5 µm applied, for example by vapor deposition.

Nach dem Aufbringen der Elektroden 4 auf den Träger 2 wird eine Flüssigkristall-Orientierungsschicht 6 aus Polyimid-Mate rial, am besten geriebenem Polyimid-Material, auf die Ober seite 3 des Trägers 2 aufgebracht. Die Orientierungsschicht 6 unterstützt eine später noch erläuterte Ausrichtung der Mole küle einer auf die Orientierungsschicht 6 aufgebrachten Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Polymermaterial, da sich die an die Orientierungsschicht 6 angrenzenden Moleküle des Flüssigkristall-Materials der Schicht 8 entsprechend einer auf der Oberfläche der Orientie rungsschicht 6 befindenden Oberflächenstruktur orientieren. Diese Orientierung der Randmoleküle des Flüssigkristall-Mate rials führt dazu, daß sich auch die von der Orientierungs schicht weiter entfernten Moleküle des Flüssigkristall-Mate rials dementsprechend ausrichten. Wenn der Orientierungseffekt der in einem späteren Schritt zur Kristall-Orientierung ange legten elektrischen Felder groß genug ist, kann auf das Auf bringen der Orientierungsschicht 6 auch verzichtet werden.After applying the electrodes 4 to the carrier 2 , a liquid crystal orientation layer 6 made of polyimide material, best rubbed polyimide material, is applied to the upper side 3 of the carrier 2 . The orientation layer 6 supports a later explained alignment of moles of molecules a coating applied on the orientation layer 6 layer 8 of crosslinkable ferroelectric polymer liquid crystal material, since the adjacent to the alignment layer 6 molecules of the liquid crystal material of the layer 8 corresponding to one on the surface of the Orientie Orientation layer 6 located surface structure. This orientation of the edge molecules of the liquid crystal material leads to the fact that the molecules of the liquid crystal material further away from the orientation layer align accordingly. If the orientation effect of the electric fields applied in a later step for crystal orientation is large enough, the application of the orientation layer 6 can also be dispensed with.

Im nächsten Schritt wird die erwähnte Schicht 8 aus vernetz barem ferroelektrischem Flüssigkristall-Polymermaterial auf die Oberseite 5 der Flüssigkristall-Orientierungsschicht 6 aufgebracht. Im Falle, daß keine Flüssigkristall-Orientie rungsschicht 6 vorgesehen ist, wird die Schicht 8 aus vernetz barem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material unmittelbar auf die mit den Elektroden 4 versehene Oberseite 3 des Trägers 2 aufgebracht. Die Verwendung eines vernetzbaren Flüssigkri stall-Polymermaterials hat den großen Vorteil, daß die Aus richtung der im Flüssigkristall-Polymermaterials vorliegenden Flüssigkristall-Moleküle durch Vernetzung des Materials dauer haft erhalten werden kann, wobei das so erhaltene Flüssigkri stall-Elastomermaterial (vernetztes Flüssigkristall-Polymer material) zusätzlich eine große Elastizität aufweist.In the next step, the mentioned layer 8 of crosslinkable ferroelectric liquid crystal polymer material is applied to the top 5 of the liquid crystal orientation layer 6 . In the event that no liquid crystal orientation layer 6 is provided, the layer 8 of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material is applied directly to the top side 3 of the carrier 2 provided with the electrodes 4 . The use of a crosslinkable liquid crystal polymer material has the great advantage that the direction of the liquid crystal molecules present in the liquid crystal polymer material can be permanently obtained by crosslinking the material, the liquid crystal elastomer material thus obtained (crosslinked liquid crystal polymer material ) also has great elasticity.

Das vernetzbare ferroelektrische Flüssigkristall-Material der Schicht 8 wird vorzugsweise mit einer Viskosität kleiner als 1 Pa·s, am besten mit einer Viskosität von 0,1 Pa·s auf die Oberseite 5 der Flüssigkristall-Orientierungsschicht 6, oder bei Nichtverwendung dieser, auf die Oberseite 3 des Trägers 2 aufgebracht, wobei ein Aufbringen der Schicht 8 mit dünnen oder ultradünnen Schichtdicken d von kleiner als 0,1 mm oder kleiner als 0,0001 mm möglich ist. Damit eignet sich das Flüs sigkristall-Material zum Einbringen in eine Mikrostruktur, wobei der Träger 2, die Orientierungsschicht 6 und die Elek troden 4 entsprechend kleine Größenordnungen aufweisen. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, das Flüssigkristall-Mate rial über cm²-große Flächen auszurichten und zu vernetzen, wobei ebenfalls entsprechend dünne oder ultradünne Schicht dicken erzielbar sind.The cross-linkable ferroelectric liquid crystal material of layer 8 is preferably applied with a viscosity of less than 1 Pa · s, most preferably with a viscosity of 0.1 Pa · s, to the top 5 of the liquid crystal orientation layer 6 or, if this is not used, to the Upper side 3 of the carrier 2 is applied, it being possible to apply the layer 8 with thin or ultra-thin layer thicknesses d of less than 0.1 mm or less than 0.0001 mm. Thus, the liquid crystal material is suitable for incorporation into a microstructure, the carrier 2 , the orientation layer 6 and the electrodes 4 having correspondingly small orders of magnitude. However, it is also easily possible to align and cross-link the liquid crystal material over cm 2 -size areas, it also being possible to achieve correspondingly thin or ultra-thin layers.

Im nächsten Schritt werden auf der Oberseite 12 der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material interdigitiert angeordnete Gegenelektroden 14 aufgebracht, die den auf der Oberseite 3 des Trägers 2 aufgebrachten Elektroden 4 gegenüberliegen. Über die gegenüberliegend angeordneten Elektroden 4, 14 können elektrische Felder 16 erzeugt werden (Fig. 2), anhand derer die Moleküle des vernetzbaren ferro elektrischen Flüssigkristall-Materials der Schicht 8 orien tiert werden (planare Orientierung 52 der Flüssigkristalle). Die Elektroden 4, 14 können hierzu über eine nicht näher er läuterte Elektronik einzeln angesteuert werden, wobei für die Anfangs-Orientierung der Moleküle der Schicht 8 aus vernetz barem, ferroelektrischem Flüssigkristall-Material zum an schließenden Einfrieren der Orientierung durch Vernetzung kurzzeitig viel größer elektrische Felder angelegt werden können als beim späteren Betrieb des Elements 10. Anstelle der Vielzahl einzelner Gegenelektroden 14 kann auch eine einzelne, jedoch durchgehend ausgebildete Gegenelektrode 14′ eingesetzt werden, wie in Fig. 2, rechte Hälfte, angedeutet.In the next step, counter electrodes 14 , which are arranged in an interdigitated manner and are located on the top 12 of the layer 8 made of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material, are placed opposite the electrodes 4 applied on the top 3 of the carrier 2 . Electrical fields 16 can be generated via the electrodes 4 , 14 arranged opposite one another ( FIG. 2), by means of which the molecules of the cross-linkable ferroelectric liquid crystal material of the layer 8 are oriented (planar orientation 52 of the liquid crystals). The electrodes 4 , 14 can be controlled individually via a not explained electronics, whereby for the initial orientation of the molecules of the layer 8 of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material for subsequent freezing of the orientation by cross-linking for a short time much larger electric fields can be created than in the later operation of the element 10 . Instead of the plurality of individual counter electrodes 14 , a single, but continuously formed counter electrode 14 'can be used, as indicated in Fig. 2, right half.

Bei einer weiteren Herstellungsart werden keine Gegenelektro den 14 auf die Oberseite 12 der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material aufgebracht. In diesem Fall werden zur Orientierung der Moleküle der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material elektrische Felder 18 (Fig. 3) zwischen benachbarten Elek troden 4 erzeugt (homöotrope Orientierung 50 der Flüssigkri stalle). Der Vorteil davon ist, daß zum einen ferroelektrische Flüssigkristall-Materialien verwendet werden können, die ihren größten piezoelektrischen Effekt bei parallel zur Flüssigkri stall-Schicht verlaufenden Feldlinien erreichen, und daß zum anderen durch das Wegfallen eines Herstellungsschritts die Herstellungskosten niedriger ausfallen.In another type of manufacture, no counterelectrodes 14 are applied to the top 12 of the layer 8 of crosslinkable ferroelectric liquid crystal material. In this case, for the orientation of the molecules of the layer 8 made of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material, electric fields 18 ( FIG. 3) are generated between adjacent electrodes 4 (homeotropic orientation 50 of the liquid crystals). The advantage of this is that, on the one hand, ferroelectric liquid crystal materials can be used which achieve their greatest piezoelectric effect with field lines running parallel to the liquid crystal layer, and on the other hand that the production costs are lower due to the omission of a production step.

Im nächsten Schritt wird über der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material und den Gegenelek troden 14 ein Maskenelement 20 angeordnet. Für den Fall, daß keine Gegenelektroden 14 auf der Oberseite 12 der Schicht 8 vorgesehen werden, wird das Maskenelement 20 über der Flüssig kristallschicht 8 angeordnet. Durch die Erzeugung der elek trischen Felder 16 werden die Moleküle der Schicht 8 aus ver netzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material orien tiert und zwar bevorzugt planar (in der Anordnung gemäß Fig. 1 oder 2) oder homöotrop (in der Anordnung gemäß Fig. 3) da ein derart ausgerichtetes ferroelektrisches Flüssigkri stall-Material besonders große inverse piezoelektrische Ef fekte mit Werten von bis zu 1,2 nm/V (Dickenänderung/Spannung) hat, wodurch im Hinblick auf die spätere Anwendung makrosko pische Wegänderungen bei kleinen elektrischen Feldstärken von 10⁴ V/cm (Spannung/ Schichtdicke d) erreicht werden können.In the next step, a mask element 20 is arranged over the layer 8 of crosslinkable ferroelectric liquid crystal material and the counter electrodes 14 . In the event that there is no counter electrode 14 may be provided on the upper surface 12 of the layer 8, the mask element 20 is above the liquid crystal layer 8 is disposed. By generating the electric fields 16 , the molecules of the layer 8 made of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material are oriented, preferably planar (in the arrangement according to FIG. 1 or 2) or homeotropic (in the arrangement according to FIG. 3) a ferroelectric liquid crystal material aligned in this way has particularly large inverse piezoelectric effects with values of up to 1.2 nm / V (change in thickness / voltage), so that with regard to the later application, macroscopic path changes with small electric field strengths of 10⁴ V / cm (tension / layer thickness d) can be achieved.

Durch Bestrahlung mit UV-Licht 22 wird die Schicht 8 aus ver netzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material vernetzt. Die Anwendung des Maskenelements 20 ermöglicht eine gezielte räumliche Strukturierung der Vernetzung. Hierzu weist das Maskenelement 20 Öffnungen 24 auf, durch die UV-Licht 22 auf die Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkri stall-Material auftreffen kann und dort das Flüssigkristall- Material vernetzt. An den Stellen des Maskenelements 20, an denen sich keine Öffnungen 24 befinden, weist das Maskenele ment 20 strahlungsabsorbierende Abschnitte 26 auf, die im wesentlichen das Auftreffen von UV-Licht auf die unter diesen Abschnitten 26 liegenden Bereiche der Schicht 8 verhindern. Das UV-Licht 22 trifft somit nur auf Teilbereiche 25 der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall- Material, welche durch die Lage der Öffnungen 24 festgelegt sind.By irradiation with UV light 22 , the layer 8 is crosslinked from ver wettable ferroelectric liquid crystal material. The use of the mask element 20 enables a targeted spatial structuring of the networking. For this purpose, the mask element 20 has openings 24 through which UV light 22 can strike the layer 8 of crosslinkable ferroelectric liquid crystal material and crosslink the liquid crystal material there. At the locations of the mask element 20 at which there are no openings 24 , the mask element 20 has radiation-absorbing sections 26 which substantially prevent the impingement of UV light on the regions of the layer 8 lying under these sections 26 . The UV light 22 thus only strikes partial areas 25 of the layer 8 made of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material, which are defined by the position of the openings 24 .

Die Teilbereiche 25 der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelek trischem Flüssigkristall-Material, die von der Strahlung 22 getroffen werden, erfahren eine Vernetzung. Da während der UV-Lichtbestrahlung die vergleichsweise großen elektrischen Fel der zur Orientierung der Flüssigkristalle angelegt sind, wird in diesen Teilbereichen durch die Vernetzung die jeweilige Kristall-Orientierung "eingefroren". Die Bereiche der Schicht 8 aus vernetzbarem ferroelektrischem Flüssigkristall-Material, die durch die strahlungsabsorbierenden Bereiche 26 des Masken elements 20 abgedeckt sind, werden im wesentlichen nicht ver netzt. Die Öffnungen 24 sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Strahlung im wesentlichen die Teilbereiche 25 der Schicht 8 erreicht, in deren Bereich Elektroden 4, 14 angeordnet sind, da im wesentlichen nur im Bereich zwischen den Elektroden elektrische Felder erzeugt werden und damit das Vorhandensein von orientiertem und vernetztem ferroelektrischem Flüssigkri stall-Material in diesen Bereichen für eine spätere Anwendung ausreichend ist und die unvernetzten und damit wesentlich nachgiebigeren Zwischenbereiche die gewünschten Formverände rungen der vernetzten piezoelektrischen Bereiche unabhängig voneinander nicht behindern.The subregions 25 of the layer 8 made of crosslinkable ferroelectric liquid crystal material which are hit by the radiation 22 experience a crosslinking. Since the comparatively large electrical fields for orienting the liquid crystals are created during the UV light irradiation, the respective crystal orientation is "frozen" in these subregions by the crosslinking. The areas of the layer 8 made of cross-linkable ferroelectric liquid crystal material, which are covered by the radiation-absorbing areas 26 of the mask elements 20 , are essentially not cross-linked. The openings 24 are preferably arranged in such a way that the radiation essentially reaches the partial regions 25 of the layer 8 , in the region of which electrodes 4 , 14 are arranged, since electrical fields are generated essentially only in the region between the electrodes and thus the presence of oriented ones and crosslinked ferroelectric liquid crystal material in these areas is sufficient for later use and the uncrosslinked and thus much more flexible intermediate areas do not hinder the desired changes in shape of the crosslinked piezoelectric areas independently of one another.

Nach erfolgter Vernetzung der Schicht 8 aus vernetzbarem fer roelektrischem Flüssigkristall-Material wird das Maskenelement 20 entfernt. Die nicht vernetzten Anteile des Flüsigkristall-Materials der Schicht 8 werden beispielsweise durch Wegspülen mit einem Lösungsmittel beseitigt.After the crosslinking of the layer 8 made of crosslinkable ferroelectric liquid crystal material, the mask element 20 is removed. The non-crosslinked portions of the liquid crystal material of layer 8 are removed, for example, by washing away with a solvent.

Aus dem beschriebenen Herstellungsverfahren resultiert eine piezoelektrische Vorrichtung 10 mit dem Träger 2, auf dessen Oberseite 3 die Elektroden 4 im Abstand a aufgebracht sind. Auf der mit den Elektroden 4 versehenen Trägeroberseite 3 ist wahlweise eine Orientierungsschicht 6 vorgesehen. Auf der Oberseite 5 der Orientierungsschicht 6 ist die Schicht 8 aus Flüssigkristall-Material angeordnet, welche nach dem beschrie benen Verfahren zumindest in Teilbereichen orientiert und vernetzt ist. Bei einer anderen Ausführungsform, für die keine Orientierungsschicht 6 vorgesehen ist (siehe Fig. 2 oder 3) ist die Schicht 8 aus orientiertem und vernetztem Flüssigkri stall-Material auf die mit den Elektroden 4 versehene Ober seite 3 des Trägers 2 aufgebracht. Auf der Oberseite 12 der Schicht 8 sind Gegenelektroden 14 aufgebracht, wobei die Orientierung des vernetzbaren Flüssigkristall-Materials der Schicht 8 durch das Anlegen eines elektrischen Feldes 16 zu mindest an Teilbereiche der Schicht 8 zwischen jeweils gegen überliegenden Elektroden 4, 14, 14′ erfolgt ist.The described production method results in a piezoelectric device 10 with the carrier 2 , on the top 3 of which the electrodes 4 are applied at a distance a. An orientation layer 6 is optionally provided on the carrier top 3 provided with the electrodes 4 . On the top 5 of the orientation layer 6 , the layer 8 of liquid crystal material is arranged, which is oriented and cross-linked at least in some areas according to the method described. In another embodiment, for which no orientation layer 6 is provided (see FIG. 2 or 3), the layer 8 of oriented and cross-linked liquid crystal material is applied to the upper side 3 of the carrier 2 provided with the electrodes 4 . On the top 12 of the layer 8 counter electrodes 14 are applied, the orientation of the cross-linkable liquid crystal material of the layer 8 by applying an electric field 16 at least to partial areas of the layer 8 between opposite electrodes 4 , 14 , 14 ' .

Bei einer weiteren Ausführungsform des piezoelektrischen Ele ments 10 sind auf der Oberseite 12 der Schicht 8 keine Gegen elektroden 14, 14′ vorgesehen, wobei die Orientierung des vernetzbaren Flüssigkristall-Materials der Schicht 8 durch das Anlegen eines elektrischen Feldes 18 (Fig. 3) zumindest an Teilbereiche der Schicht 8 zwischen jeweils benachbarten Elek troden 4 erfolgt ist.In a further embodiment of the piezoelectric element 10 , no counter electrodes 14 , 14 'are provided on the top 12 of the layer 8 , the orientation of the crosslinkable liquid crystal material of the layer 8 by applying an electrical field 18 ( FIG. 3) at least on partial areas of the layer 8 between adjacent electrodes 4 has been carried out.

Wie bereits erwähnt, können die Elektroden 4, 14, 14′ durch eine nicht dargestellte Elektronik-Schaltung einzeln mit einer Spannung beaufschlagt werden, wobei es ohne weiteres möglich ist, beispielsweise wandernde elektrische Felder 16, 18 zu erzeugen (Fig. 2 und 3). Durch das Anlegen von elektrischen Feldern erfährt die Schicht 8 aus vernetztem ferroelektrischen Flüssigkristall-Material Dickenänderungen Δd (Fig. 2) als Ergebnis des inversen piezoelektrischen Effekts, der eine unmittelbare Konsequenz der Ferroelektrizität des Flüssigkri stall-Materials ist, wobei die jeweiligen Dickenänderungen Δd bei etwa 1% der Schichtdicke d des vernetzten Flüssigkri stall-Polymermaterials - insbesondere Elastomermaterials lie gen. Bei Anlegen wandernder elektrischer Felder 16, 18 ent steht so eine wandernde Verdickungswelle mit entsprechend wandernden, aus den Dickenänderungen Δd resultierenden Aus wölbungen 30 (Fig. 2 und 3). As already mentioned, the electrodes 4 , 14 , 14 'can be individually supplied with a voltage by means of an electronic circuit (not shown), it being readily possible to generate, for example, migrating electric fields 16 , 18 ( FIGS. 2 and 3) . By applying electrical fields, the layer 8 of cross-linked ferroelectric liquid crystal material experiences changes in thickness Δd ( FIG. 2) as a result of the inverse piezoelectric effect, which is a direct consequence of the ferroelectricity of the liquid crystal material, the respective changes in thickness Δd being approximately 1% of the layer thickness d of the crosslinked liquid crystal polymer material - in particular elastomer material. When migrating electric fields 16 , 18 are created , a wandering thickening wave arises with correspondingly wandering bulges 30 resulting from the thickness changes Δd (FIGS . 2 and 3). .

Dies kann zur Bewegung eines auf das piezoelektrische Element 10 aufgesetzten beweglichen Teils 28 eingesetzt werden, womit man den in Fig. 2 im Schnitt dargestellten elektromechani schen und/oder mechanoelektrischen Umsetzer 46 erhält.This can be used to move a movable part 28 placed on the piezoelectric element 10 , whereby the electromechanical and / or mechanoelectric converter 46 shown in section in FIG. 2 is obtained.

Bei dem in Fig. 2 (linke Hälfte) dargestellten piezoelektri schen Element 10 handelt es sich um eine Ausführungsform mit auf der Oberseite 3 des Trägers 2 angeordneten Elektroden 4 und auf der Oberseite 12 der Schicht 8 gegenüberliegend zu den Elektroden 4 angeordneten Gegenelektroden 14, wobei die Schicht aus einem nach dem vorangegangenen beschriebenen Verfahren hergestelltem Flüssigkristall-Elastomermaterial oder aber auch einem orientierten Flüssigkristall-Polymermaterial bestehen kann. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform keine Orientierungsschicht 6 vorgesehen.In the in Fig. 2 (left half) piezoelectric rule element 10 shown is, it is an embodiment on the top side 3 of the carrier 2 disposed electrodes 4 and on the upper surface 12 of the layer 8 of oppositely disposed to the electrodes 4 counter electrodes 14, wherein the layer can consist of a liquid crystal elastomer material produced by the method described above or else an oriented liquid crystal polymer material. In addition, no orientation layer 6 is provided in this embodiment.

Zur Erzeugung der genannten Verdickungswellen werden also über eine nicht gezeigte elektronische Steuerung elektrische Felder 16 zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 4 und 14 er zeugt. Dabei wird die Feldstärke zwischen den einzelnen Elek trodenpaaren 4, 14 jeweils örtlich und zeitlich variiert. Durch entsprechende örtliche Variation der an die Elektroden 4, 14 angelegten Spannungen erhält man unterschiedlich große Auswölbungen 30 der Schicht 8 und damit eine beispielsweise sinusförmige Kontur 32, wobei auch die Erzeugung von anderen Konturen 32, z. B. angenähert zick-zack-förmige möglich, wenn auch weniger bevorzugt ist. Zusätzlich werden die elektrischen Feldstärken zwischen den einzelnen Elektrodenpaaren 4, 14 in einer Weise zeitlich variiert, daß die Auswölbungen 30 in einer festgelegten Richtung A wandern.To generate the above-mentioned thickening waves, electric fields 16 between the opposing electrodes 4 and 14 are generated via an electronic control, not shown. The field strength between the individual electrode pairs 4 , 14 is varied locally and temporally. Corresponding local variation of the voltages applied to the electrodes 4 , 14 gives rise to bulges 30 of the layer 8 of different sizes and thus, for example, a sinusoidal contour 32 , the generation of other contours 32 , e.g. B. approximately zigzag possible, although less preferred. In addition, the electric field strengths between the individual electrode pairs 4 , 14 are varied in time in such a way that the bulges 30 move in a fixed direction A.

Die Periode b der Kontur 32 ist dabei größer als der lichte Abstand a zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden 4. Das über der Schicht 8 angeordnete bewegliche Teil 28 weist auf der der Schicht zugewandten Unterseite 38 eine der Kontur 32 entspre chende sinusförmige makroskopische Mitnahmekontur 36 auf, wobei die jeweiligen Wölbungen 40 der Mitnahmekontur 36 mit den entsprechenden Ausbuchtungen 42 der sinusförmigen Kontur 32 der Schicht 8 und die jeweiligen Ausbuchtungen 46 der Mit nahmekontur 36 mit den entsprechenden Wölbungen 44 der Kontur 32 der Schicht 8 korrespondieren.The period b of the contour 32 is larger than the clear distance a between successive electrodes 4 . The movable part 28 arranged above the layer 8 has, on the underside 38 facing the layer, a contour 32 corresponding sinusoidal macroscopic driving contour 36 , the respective curvatures 40 of the driving contour 36 with the corresponding bulges 42 of the sinusoidal contour 32 of the layer 8 and the respective bulges 46 of the contour 36 correspond with the corresponding bulges 44 of the contour 32 of the layer 8 .

Über die mit der Kontur 32 korrespondierende sinusförmige makroskopische Mitnahmekontur 36 steht das bewegliche Teil 28 also im Eingriff mit der Schicht 8 aus ferroelektrischem Flüs sigkristall-Material. Um einen Reibkontakt des beweglichen Teils 28 mit den auf der Oberseite 12 der Schicht 8 angeord neten Elektroden 14 und/oder der Schicht 8 zu vermeiden, ist zwischen dem beweglichen Teil 28 und der mit den Elektroden 14 versehenen Oberseite 3 der Schicht 8 eine Flüssigkeits-Zwi schenschicht 34 angeordnet. Die Flüssigkeit, für die bei spielsweise Glyzerin, Siloxane oder dergleichen verwendet werden kann, dient als Transmissionsflüssigkeit, mittels der die Bewegungen der Schicht 8 auf das darüber angeordnete be wegliche Teil 28 übertragen werden. Über die in Fig. 2 nach rechts wandernden Wölbungen 44 der Schicht 8, die im Eingriff mit entsprechenden Ausbuchtungen 46 der Mitnahmekontur 36 des beweglichen Teils 28 stehen, wird das bewegliche Teil 28 rela tiv zum piezoelektrischen Element 10 nach rechts bewegt. Es versteht sich, daß durch eine entsprechende Verlagerung der Kontur 32 nach links auch eine Bewegung des Teils 28 relativ zum Element 10 nach links möglich ist. Zusätzlich kann durch das Erzeugen einer momentan ortsfesten (relativ zum Träger) Kontur 32 der Schicht 8 eine Bewegung des beweglichen Teils 28 relativ zum Element 10 verhindert werden, so daß man eine Haltekraft erhält.About the corresponding to the contour 32 sinusoidal macroscopic driving contour 36 , the movable part 28 is thus in engagement with the layer 8 of ferroelectric liquid crystal material. In order to avoid frictional contact of the movable part 28 with the electrodes 14 and / or the layer 8 arranged on the upper side 12 of the layer 8, a liquid is placed between the movable part 28 and the upper side 3 of the layer 8 provided with the electrodes 14 . Intermediate layer 34 arranged. The liquid, for which glycerin, siloxanes or the like can be used for example, serves as a transmission liquid, by means of which the movements of the layer 8 are transmitted to the movable part 28 arranged above it. About the in Fig. 2 migrating to the right bulges 44 of the layer 8 , which are in engagement with corresponding bulges 46 of the driving contour 36 of the movable part 28 , the movable part 28 is rela tively moved to the piezoelectric element 10 to the right. It goes without saying that a corresponding displacement of the contour 32 to the left also allows a movement of the part 28 relative to the element 10 to the left. In addition, by generating a currently stationary (relative to the support) contour 32 of the layer 8, movement of the movable part 28 relative to the element 10 can be prevented, so that a holding force is obtained.

Der Umsetzer 46 gemäß Fig. 2 erzeugt also eine Linearbewegung des beweglichen Teils 28 relativ zum Träger 2. Ordnet man das piezoelektrische Element 10 auf einer ebenen Kreisringfläche an in entsprechender Gegenüberstellung zum beweglichen Teil 28, so läßt sich eine in Umfangsrichtung wandernd Verdickungs welle (Kontur 32) erzeugen. Das bewegliche Teil wird dann zur Drehung um die gemeinsame zur Kreisringfläche zentrische sowie senkrechte Achse von Träger 2 und beweglichem Teil 28 mitge nommen. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, das piezoelek trische Element 10 auf einer Zylinderringfläche des Trägers 2 anzuordnen in Gegenüberstellung zu einer entsprechenden Zylin derringfläche des beweglichen Teils 28, wobei dann das eine Teil das andere Teil umgreift. Eine in Umfangsrichtung lau fende Verdickungswelle (Kontur 32) erzwingt dann eine entspre chende Mitnahme des jeweils anderen Teils.The converter 46 according to FIG. 2 thus generates a linear movement of the movable part 28 relative to the carrier 2 . If one arranges the piezoelectric element 10 on a flat circular ring surface in a corresponding juxtaposition to the movable part 28 , then a thickening wave traveling in the circumferential direction (contour 32 ) can be generated. The movable part is then taken along for rotation about the common to the circular surface central and vertical axis of the carrier 2 and movable part 28 . As an alternative to this, it is also conceivable to arrange the piezoelectric element 10 on a cylindrical ring surface of the carrier 2 in comparison to a corresponding cylindrical ring surface of the movable part 28 , in which case one part encompasses the other part. A thickening shaft running in the circumferential direction (contour 32 ) then forces a corresponding entrainment of the other part.

Damit kann ein derartiger elektromagnetischer Umsetzer in jeglicher Art von Aktuatoren, beispielsweise in Verteilern, µl-Pumpen (präzise Dosierungsvorrichtungen von kleinsten Flüs sigkeitsmengen), Stellelementen in Mikromaschinen oder Robo tern und dergleichen eingesetzt werden, wobei ein Einsatz sowohl als Linear-Motor als auch als rotatorischer Motor mög lich ist.Such an electromagnetic converter can thus be used in all types of actuators, for example in distributors, µl pumps (precise dosing devices from the smallest rivers liquid quantities), control elements in micromachines or robo tern and the like are used, one insert possible both as a linear motor and as a rotary motor is.

Der Umsetzer 46 kann auch als mechanoelektrischer Umsetzer verwendet werden. In diesem Fall erzeugt eine über eine äußere Kraft erzwungene Bewegung des beweglichen Teils 28 relativ zum Träger 2 über die mit der Kontur 32 der Schicht 8 im Eingriff stehende Mitnahmekontur 36 eine Verlagerung der Kontur 32 der Schicht 8. Aus dieser Verlagerung der Kontur 32 resultieren Spannungen an den Elektroden 4, 14, die über eine hier nicht dargestellte elektronische Meßeinrichtung gemessen werden können.The converter 46 can also be used as a mechano-electrical converter. In this case, a forced over an external force generated movement of the movable part 28 relative to the carrier 2 through the standing with the contour 32 of the layer 8 in engagement driving contour 36, a displacement of the contour 32 of the layer. 8 This displacement of the contour 32 results in voltages on the electrodes 4 , 14 , which can be measured using an electronic measuring device, not shown here.

Damit kann ein derartiger mechanoelektrischer Umsetzer als Sensor, beispielsweise als Piezosensor mit Ortsauflösung, oder als Generator angewendet werden.A mechanoelectric converter of this type can thus be used as Sensor, for example as a piezo sensor with spatial resolution, or be used as a generator.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemä ßen mechanoelektrischen und/oder elektromechanischen Umsetzers 48. Das piezoelektrische Element 10 ist in diesem Fall ohne Gegenelektroden 14 ausgebildet. Über der Schicht 8 aus nach dem beschriebenen Verfahren orientierten und vernetzten oder aber auch orientierten unvernetztem ferroelektrischem Flüssig kristall-Material ist die bereits erwähnte Flüssigkeits-Zwi schenschicht 34 und darüber das bewegliche Teil 28 angeordnet. In diesem Fall verlaufen die elektrischen Felder 18 jeweils zwischen den benachbarten Elektroden 4. Durch eine periodische örtliche Variation der Spannungen (Feldlinien 18) können in der Schicht 8 aus ferroelektrischem Flüssigkristall-Material aufgrund des piezoelektrischen Effekts Ausbuchtungen 42 sowie Wölbungen 44 und damit die in Fig. 3 gezeigte sinusförmige Kontur 32 erzeugt werden. Durch zeitliche Variation der Span nungen kann die Kontur 32 wahlweise nach rechts oder links verlagert werden. FIG. 3 shows a further embodiment of a mechanoelectric and / or electromechanical converter 48 according to the invention. The piezoelectric element 10 is formed in this case without counter electrodes 14 . Above the layer 8 of oriented and cross-linked or also oriented non-cross-linked ferroelectric liquid crystal material according to the described method, the above-mentioned liquid intermediate layer 34 and above that the movable part 28 are arranged. In this case, the electric fields 18 each run between the neighboring electrodes 4 . Due to a periodic local variation of the voltages (field lines 18 ), bulges 42 and bulges 44 and thus the sinusoidal contour 32 shown in FIG. 3 can be produced in the layer 8 made of ferroelectric liquid crystal material due to the piezoelectric effect. By varying the voltages over time, the contour 32 can be shifted either to the right or to the left.

Der Abstand b zwischen zwei Wölbungen 44 und damit die Periode der sinusförmigen Kontur 32 ist wiederum größer als der lichte Abstand a zweier benachbarter Elektroden 4. Das bewegliche Teil 28 weist ebenfalls eine mit der Kontur 32 korrespondie rende sinusförmige Mitnahmekontur 36 auf. Das bewegliche Teil 28 wird dabei entsprechend mitgenommen.The distance b between two arches 44 and thus the period of the sinusoidal contour 32 is again greater than the clear distance a between two adjacent electrodes 4 . The movable part 28 also has a sinusoidal driving contour 36 corresponding to the contour 32 . The movable part 28 is taken along accordingly.

Der Umsetzer 48 kann eine dem Umsetzer 46 entsprechende Ge stalt haben und somit als Linear- oder rotatorischer Motor, als Sensor oder Generator jeweils entsprechend dem Umsetzer 46 angewendet werden.The converter 48 can have a shape corresponding to the converter 46 and can therefore be used as a linear or rotary motor, as a sensor or generator in each case in accordance with the converter 46 .

In Fig. 4 ist die interdigitierte Anordnung sowie die An steuerung der Elektroden 4 des Umsetzers 48 aus Fig. 3 ver einfacht dargestellt. In der dargestellten Anordnung sind jeweils die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d über entsprechende Lei terbahnen La, Lb, Lc, Ld elektrisch miteinander verbunden. Die Leiterbahnen La, Lb, Lc, Ld sind an einer nicht dargestellten elektronischen Steuerung angeschlossen. Um die elektrischen Felder 18 zu erzeugen, werden an die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d mittels der elektronischen Steuerung über die Leiterbahnen La, Lb, Lc, Ld jeweils Wechselspannungen angelegt, wobei die Pha sen Φa, Φb, Φc, Φd der an die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d ange legten Wechselspannungen derart verschoben sind, daß die zwi schen den benachbarten Elektroden 4 erzeugten elektrischen Felder 18 in Fig. 3 gezeigte unterschiedliche Feldstärken aufweisen. Da jeweils Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d zusammengefaßt sind, ergibt sich ein periodischer Verlauf der elektrischen Felder 18, wobei die angelegten Wechselspannungen eine zeit liche Variation der elektrischen Felder bewirken, während die örtliche Variation der elektrischen Felder durch die Verschie bung der Phasen der Wechselspannungen erhielt wird. Der An schluß der Leiterbahnen La, Lb, Lc, Ld an die entsprechenden Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d erfolgt zweckmäßigerweise nach zwei Seiten (in Fig. 4 nach oben und nach unten), um eine Anhäu fung von Leiterbahnen zu vermeiden. Es sollte klar sein, daß neben der in Fig. 4 dargestellten Ansteuerung der Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d die Elektroden auf beliebige Weise angesteuert werden können, wobei es ohne weiteres möglich ist, jede Elek trode auch einzeln anzusteuern.In Fig. 4 the interdigitated arrangement and the control of the electrodes 4 of the converter 48 from Fig. 3 is shown in a simple manner. In the arrangement shown, the electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d are electrically connected to one another via corresponding conductor tracks La, Lb, Lc, Ld. The conductor tracks La, Lb, Lc, Ld are connected to an electronic control, not shown. In order to generate the electric fields 18 , alternating voltages are applied to the electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d by means of the electronic control via the conductor tracks La, Lb, Lc, Ld, the phases Φa, Φb, Φc , Φd of the alternating voltages applied to the electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d are shifted such that the electrical fields 18 generated between the neighboring electrodes 4 have different field strengths shown in FIG. 3. Since electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d are combined, there is a periodic course of the electric fields 18 , the applied AC voltages causing a temporal variation of the electric fields, while the local variation of the electric fields due to the different Exercise of the phases of the alternating voltages is obtained. At the end of the conductor tracks La, Lb, Lc, Ld to the corresponding electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d is expediently carried out on two sides (in Fig. 4 up and down) in order to accumulate conductor tracks to avoid. It should be clear that in addition to the control of the electrodes 4 a, 4 b, 4 c, 4 d shown in Fig. 4, the electrodes can be controlled in any way, it being readily possible to control each electrode individually.

Claims

1. Electromechanical and / or mechanoelectric converter ( 46 , 48 ), comprising

- A piezoelectric element ( 10 ) with a carrier ( 2 ), electrodes ( 4 ) applied to the top ( 3 ) of the carrier ( 2 ) and one on the top ( 3 ) of the carrier ( 2 ) provided with the electrodes ( 4 ) applied layer ( 8 ) made of ferroelectric liquid crystal material, which is formed by an oriented polymer or an elastomer which is oriented and crosslinked at least in partial areas ( 25 ), and
- A over the top ( 12 ) of the layer ( 8 ) made of liquid crystal material of the piezoelectric element ( 10 ), relative to the piezoelectric element in a direction of movement be movable part ( 28 ),

characterized,
that the movable part ( 28 ) is formed on its, the layer ( 8 ) facing the bottom ( 38 ) with a macroscopic entrainment contour ( 36 ) for direct or indirect engagement in a correct spongeback contour ( 52 ) on the top ( 12 ) of the Layer ( 8 ), in the case of an electromechanical converter the corresponding entrainment contour ( 32 ) can be generated by appropriate voltage application to the electrodes ( 4 , 14 , 14 ') and optionally shifted parallel to the direction of movement for appropriate entrainment of the movable part ( 28 ) and , In the case of a mechanoelectrical converter, a movement of the movable part ( 28 ) relative to the piezoelectric element ( 10 ) forced displacement of the cor responding driving contour ( 32 ) impressed by the macroscopic driving contour ( 36 ) corresponding decrease voltages on the electrodes ( 4th , 14 , 14 ') causes.

2. Converter ( 46 , 48 ) according to claim 1, characterized in that between the top ( 12 ) of the layer ( 8 ) of liquid crystal material and the bottom ( 38 ) of the movable part ( 28 ), a liquid intermediate layer ( 34 ) is provided.

3. Converter ( 46 , 48 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the macroscopic entrainment contour ( 36 ) is substantially sinusoidal.

4. converter ( 46 , 48 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the period (b) of the driving contour ( 36 ) is greater than the distance (a) of successive electrodes ( 4 ).

5. converter ( 46 , 48 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the movable part ( 28 ) on the carrier ( 2 ) is rotatably mounted about an axis of rotation and that the driving contour ( 56 ) on a to an axis of rotation of the converter ( 46 , 48 ) central circular ring is arranged.

6. Converter ( 46 , 48 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the movable part ( 28 ) on the carrier ( 2 ) is linearly movably mounted and that the driving contour ( 36 ) on a strip parallel to the linear direction of movement is arranged.

7. converter ( 48 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the piezoelectric element ( 10 ) is formed exclusively with electrodes ( 4 ) on the top ( 3 ) of the carrier ( 2 ) with generation of corresponding electrical fields ( 18 ) between neighboring electrodes ( 14 ).

8. Converter ( 46 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piezoelectric element ( 10 ) has counter electrodes ( 14 , 14 ') on the top ( 12 ) of the layer ( 8 ) of the ferroelectric liquid crystal material for Generation of appropriate electrical fields ( 16 ) between opposing electrodes ( 4 ) and counter electrodes ( 14 , 14 ').