專利名稱：壓電執(zhí)行元件的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種如獨(dú)立權(quán)利要求所述特征類型的壓電執(zhí)行元件，例如用于操作一個(gè)機(jī)械構(gòu)件、如閥門或類似件。
眾所周知，利用所謂的壓電效應(yīng)，可以構(gòu)造一個(gè)用具有合適的晶體結(jié)構(gòu)的材料制成的壓電元件。在施加一個(gè)外部電壓時(shí)壓電元件產(chǎn)生一種機(jī)械反應(yīng)，這種反應(yīng)根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和電壓的作用區(qū)域是一個(gè)在可預(yù)先規(guī)定的方向上的壓力或拉力。這種壓電執(zhí)行元件的建造在此可以以多個(gè)層實(shí)現(xiàn)(Multilaye-Aktoren，多層執(zhí)行元件)，其中，通過電極施加電壓，這些電極分別安置在層與層之間。在壓電執(zhí)行元件工作時(shí)要注意，不能由于機(jī)械應(yīng)力在層結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)破壞性裂紋。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)開頭描述的壓電執(zhí)行元件例如可用于操作一個(gè)機(jī)械構(gòu)件，以較有利的方式，它以一種由壓電層和安置在其間的電極組成的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在電極交替地側(cè)面觸點(diǎn)接通的情況下，在兩個(gè)壓電層之間的區(qū)域中分別出現(xiàn)一個(gè)中性的相。因?yàn)榉謩e在一側(cè)觸點(diǎn)接通的電極被梳狀地集成在層式結(jié)構(gòu)中，在層式結(jié)構(gòu)方向上前后順序安置的這些電極必須分別交替地在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面上觸點(diǎn)接通。
在此，在一側(cè)觸點(diǎn)接通的電極通常不能一直完全延伸到相對(duì)的另一側(cè)上，因?yàn)榉駝t的話電壓擊穿會(huì)導(dǎo)致壓電執(zhí)行元件被損壞。在操作壓電執(zhí)行元件時(shí)，也就是說在層式結(jié)構(gòu)中的相對(duì)電極之間施加一個(gè)電壓時(shí)，在電極區(qū)域中以及在不觸點(diǎn)接通的中性相中出現(xiàn)不同的機(jī)械力，所述機(jī)械力會(huì)導(dǎo)致壓電執(zhí)行元件中的機(jī)械應(yīng)力和裂紋形成。
在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施形式中，每隔規(guī)定的間距，在一側(cè)觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極的一個(gè)電極層完全延伸到另一側(cè)的端部上，在那里，位于該相應(yīng)的另一側(cè)上的外電極跨接該電極層，以避免短路。這種交替式的觸點(diǎn)接通這樣構(gòu)成，即每?jī)蓚€(gè)內(nèi)電極包夾一個(gè)在相對(duì)另一側(cè)上觸點(diǎn)接通的另一極性的內(nèi)電極，該兩個(gè)內(nèi)電極在一個(gè)側(cè)面上共同觸點(diǎn)接通。那么，這兩個(gè)共同觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極交替地分別有一個(gè)在形成一個(gè)中性相的情況下不一直延伸到壓電層的端部上，而另一個(gè)一直延伸到壓電層的端部上。
一種與外電極的觸點(diǎn)接通是可能的，其中以簡(jiǎn)單的方式，在所述另一個(gè)在不觸點(diǎn)接通的一側(cè)一直延伸到端部上的內(nèi)電極所在的區(qū)域內(nèi)，安置了一個(gè)絕緣層。在此，外電極可以由一個(gè)導(dǎo)電的篩(Sieb)或網(wǎng)(Netz)構(gòu)成。在此，外電極的形狀也可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬條，其中，該金屬條可以優(yōu)選用一種與壓電層陶瓷材料具有近似延伸系數(shù)的導(dǎo)電材料制成，如因鋼。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，外電極最好是波紋形電極，這些外電極以一個(gè)預(yù)先規(guī)定的間距波紋狀地跨接所述另一個(gè)一直延伸到壓電層端部上、不進(jìn)行觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極。
因此，通過上述實(shí)施形式，可能的是，通過部分的外部觸點(diǎn)接通，每個(gè)第二內(nèi)電極一直向外延伸。在此，通過這種措施和一個(gè)部分地中斷的外電極、如波紋形電極，該外電極只在外部觸點(diǎn)接通的區(qū)域內(nèi)連接并且與不進(jìn)行觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極具有一個(gè)例如約50μm的距離，就可以避免短路并且由于中性相減小使外部區(qū)域內(nèi)的延伸率總體明顯提高，從而減小了形成裂紋的危險(xiǎn)。
此外有利的是，壓電層的多層結(jié)構(gòu)分別在這些折疊后的層的末端上設(shè)置了一個(gè)電絕緣的陶瓷板。
本發(fā)明優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)造的這些特征和其它特征不僅可以從書中得知，也可以從說明書和附圖中得知，其中，各個(gè)特征分別單獨(dú)或者以多個(gè)組合的形式在本發(fā)明實(shí)施形式中和在其它領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，這些特征能夠代表有利的或本身具有可保護(hù)性的實(shí)施形式，在此對(duì)這些實(shí)施形式要求保護(hù)。
附圖借助于附圖對(duì)本發(fā)明壓電執(zhí)行元件的實(shí)施例進(jìn)行解釋。圖示為

圖1一個(gè)壓電執(zhí)行元件的一個(gè)剖面，該壓電執(zhí)行元件具有一個(gè)由壓電陶瓷層組成的多層結(jié)構(gòu)并帶有交替地觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極和波紋形外電極；圖2沿圖1中線A-A的一個(gè)側(cè)視圖；圖3在相應(yīng)的沒有觸點(diǎn)接通、向外延伸的內(nèi)電極的區(qū)域內(nèi)具有絕緣區(qū)域的實(shí)施例的一個(gè)局部視圖。
此外，從圖1中還可以看出，外電極被作為波紋形電極7和8實(shí)施，它們?cè)诮佑|面9和10上分別與兩個(gè)具有相同極性的內(nèi)電極觸點(diǎn)接通。分別具有相同極性的內(nèi)電極3、5或4、6中的每個(gè)第二內(nèi)電極一直貫通到壓電執(zhí)行元件1的另一端部上，并且在此通過相應(yīng)的不進(jìn)行觸點(diǎn)接通的外電極7和8的一個(gè)波紋11與外電極7和8絕緣。
在膜片2的外面的壓電層上還分別安置了一個(gè)電絕緣的頂板12和一個(gè)底板13，通過它們，整個(gè)壓電執(zhí)行元件1可以被對(duì)外部絕緣。
為了解釋清楚圖1所示實(shí)施例，在圖2中示出按圖1中的A-A線得到的一個(gè)側(cè)視圖，其中，外電極8可以被以俯視圖看到。在此，相同的構(gòu)件以統(tǒng)一的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)示。
從圖3中可以看出壓電執(zhí)行元件1的一個(gè)第二實(shí)施例，其具有一種不同的外部觸點(diǎn)接通形式16。在此，一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬膜片14作為外電極，該外電極在不進(jìn)行觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極5等的區(qū)域內(nèi)貼靠在一個(gè)安置在它們之間的絕緣層15上。這樣，這里也可以達(dá)到如在圖1和圖2所示實(shí)施例中一樣的效果。
權(quán)利要求
1.壓電執(zhí)行元件，具有一個(gè)由壓電層(2)和安置在其間的內(nèi)電極(3，4，5，6)組成的多層結(jié)構(gòu)一種內(nèi)電極(3，4，5，6)與外電極(7，8；14)之間的交替式側(cè)面觸點(diǎn)接通形式，其中，在兩個(gè)壓電層(2)之間的區(qū)域內(nèi)，所述壓電層(2)在相應(yīng)的相對(duì)側(cè)上具有一個(gè)觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極(3，5或4，6)，在相應(yīng)的另一側(cè)上存在一個(gè)無電極層的中性相，其特征在于每隔預(yù)先規(guī)定的間距，在一側(cè)觸點(diǎn)接通(9，10)的內(nèi)電極(5，6)的一個(gè)電極層一直完全延伸到另一側(cè)的端部上，在那里，位于該相應(yīng)另一側(cè)上的外電極(7，8)跨接該層，以避免短路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于交替的觸點(diǎn)接通這樣構(gòu)造包夾一個(gè)另一極性的內(nèi)電極(4)的每?jī)蓚€(gè)內(nèi)電極(3，5)在一個(gè)側(cè)面上被共同觸點(diǎn)接通，其中，交替地，分別有一個(gè)內(nèi)電極(3)在形成中性相的情況下不延伸到壓電層(2)的端部上，而另一個(gè)內(nèi)電極(5)一直延伸到壓電層(2)的端部上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于在所述另一個(gè)在不觸點(diǎn)接通的一側(cè)一直延伸到端部上的內(nèi)電極(5)所在的區(qū)域內(nèi)，安置了一個(gè)絕緣層(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于外電極(14)用一個(gè)導(dǎo)電的金屬條、一個(gè)篩或網(wǎng)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于外電極用波紋形電極(7，8)制成，所述波紋形電極以一個(gè)預(yù)先規(guī)定的間距波紋形地跨接所述另一個(gè)一直延伸到壓電層(2)的端部上不進(jìn)行觸點(diǎn)接通的內(nèi)電極(5，6)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于壓電層(2)的多層結(jié)構(gòu)分別在這些折疊后的層的末端上安置了一個(gè)電絕緣的陶瓷板(12，13)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于所述壓電執(zhí)行元件(1)可用于操作一個(gè)機(jī)械構(gòu)件，如閥或類似件。
全文摘要
提出一種壓電執(zhí)行元件,例如用于操作一個(gè)機(jī)械構(gòu)件,其中,借助壓電層(2)與安置在其間的內(nèi)電極(3,4,5,6)組成的多層結(jié)構(gòu)形成內(nèi)電極(3,4,5,6)與外電極(7,8;14)的交替式側(cè)面觸點(diǎn)接通。每隔預(yù)先規(guī)定的間距,在一側(cè)觸點(diǎn)接通(9,10)的內(nèi)電極(5,6)的一個(gè)電極層一直完全延伸到另一側(cè)的端部上,在那里,位于該相應(yīng)另一側(cè)上的外電極(7,8)跨接該層,以避免短路。
文檔編號(hào)H01L41/083GK1357086SQ00809170
公開日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2000年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月19日
發(fā)明者弗里德里希·伯金 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司