專利名稱：壓電執(zhí)行器以及制造該壓電執(zhí)行器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電執(zhí)行器和一種制造該壓電執(zhí)行器的方法，該 壓電執(zhí)行器優(yōu)選作為調(diào)節(jié)元件使用。背景抹術(shù)壓電執(zhí)行器被應(yīng)用在燃料噴射的很多領(lǐng)域，例如作為調(diào)節(jié)器或者 用于操縱噴嘴針，尤其在柴油噴射系統(tǒng)中。其中執(zhí)行器必須提供一個(gè) 最小力和一個(gè)最小沖程，由此相應(yīng)的調(diào)節(jié)元件按規(guī)定起作用，該調(diào)節(jié) 元件應(yīng)通過壓電執(zhí)行器運(yùn)動。在此在大多數(shù)情況下使用作為所謂的多 層執(zhí)行器構(gòu)造的壓電執(zhí)行器。該多層執(zhí)行器由大量陶瓷層組成，典型的該陶瓷層的厚度約為100jim。在陶瓷層之間交替設(shè)置了層電極，該 層電極與連接電極交替性地接觸。通過在連接電極之間施加電壓，在 每兩個(gè)相鄰的層電極之間產(chǎn)生一個(gè)電場，這樣處于兩個(gè)層電極之間的 陶瓷層就根據(jù)電場的大小來改變其厚度。其中壓電執(zhí)行器的力由主動的橫截面決定，也就是那些施加的電 場穿過的面。沖程又通過在施加電場時(shí)壓電陶瓷的相對延伸來決定。 其中要注意的是，不能超過最大的電場強(qiáng)度，因?yàn)槟菢拥脑捑蜁沟?在單個(gè)的層電極之間導(dǎo)致?lián)舸?，這樣就可能導(dǎo)致短路并由此導(dǎo)致部件 失靈。因此在最大電場時(shí)只能通過提高陶瓷層的數(shù)量來提高沖程，并 且由此用更長的壓電執(zhí)行器才能實(shí)現(xiàn)。從現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)熟知了很多不同的用于接觸層電極的連接電 極。例如DE 199 132 71 Al示出了一種壓電執(zhí)行器，該壓電執(zhí)行器具 有兩個(gè)設(shè)置在壓電執(zhí)行器外表面上的連接電極，其中層電極被交替地 導(dǎo)向壓電執(zhí)行器的表面。在這些處于外部的連接電極上可以將相應(yīng)的 電壓施加在層電極上。除此以外例如DE 103 350 19 Al乂^開了一種在 敷設(shè)壓電執(zhí)行器內(nèi)部的連接電極。其中在壓電執(zhí)行器中設(shè)置了兩個(gè)縱 向孔和棒形連接電極，該連接電極在壓電執(zhí)行器的內(nèi)部分別交替地與 層電極接觸。這樣壓電執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)空間減小了，并且連接電極在壓 電執(zhí)行器的內(nèi)部得到保護(hù)。由于安裝條件，例如在壓電噴射器中，該壓電噴射器被用于直接噴射的柴油發(fā)動機(jī)，壓電執(zhí)行器的最大橫截面受到限制，并且由此可 達(dá)到的最大力也受到限制。為增大最大沖程，可以提高陶瓷層的數(shù)量，但這又受制于制造過程壓電執(zhí)行器由綠體(Griink6rper )制成并獨(dú) 立地在爐中燒結(jié)。但是如果壓電執(zhí)行器與底面相比太長，那么就有這 樣的危險(xiǎn)，即壓電執(zhí)行器在燒結(jié)過程中翹曲，并且由此固定在傾斜位 置中，這樣的話壓電執(zhí)行器就不能用了。但是用導(dǎo)向裝置支撐壓電執(zhí) 行器幾乎是不可能的，因?yàn)橐环矫嬗羞@種危險(xiǎn)，即支撐裝置的材料擴(kuò) 散入執(zhí)行器中，并且由此在壓電陶瓷中造成缺陷。另一方面使用靜態(tài) 的支撐裝置是不可能的，因?yàn)閳?zhí)行器經(jīng)過燒結(jié)過程會收縮，由此支撐 裝置必須進(jìn)行跟蹤。這就最終導(dǎo)致在壓電執(zhí)行器中不能超出特定的長 與寬的比例。 發(fā)明內(nèi)容通過按本發(fā)明的制造壓電執(zhí)行器的方法，在一次唯一的燒結(jié)過程 中也可以制造很長的壓電執(zhí)行器。其中為了內(nèi)部接觸，在綠體中設(shè)置 了縱向孔，該綠體在燒結(jié)后形成壓電執(zhí)行器。在縱向孔中設(shè)置了管狀 的連接電極，其中連接電極凸出于綠體的一個(gè)端面之外。連接電極的 凸出的端部現(xiàn)在得到支撐，以便綠體在燒結(jié)過程中不會翹曲。通過其它有利的方法步驟，制造壓電執(zhí)行器的方法可以得到改 進(jìn)。例如綠體在燒結(jié)過程中可以平放于它的底面上，該底面與連接電 極的凸出的端部對置。同樣也可以使綠體在燒結(jié)過程中桂在凸出的連 接電極上。其中尤其有利的是，其中一個(gè)連接電極剛好對稱地在綠體 的中間延伸，這樣在綠體上就不會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩，這一翻轉(zhuǎn)力矩可能 加劇在燒結(jié)過程中的翹曲。另外也可以在燒結(jié)過程中在連接電極中插入導(dǎo)向銷，該導(dǎo)向銷導(dǎo) 致進(jìn)一步的穩(wěn)定化。尤其是當(dāng)連接電極由銅制成時(shí)，連接電極在燒結(jié) 過程中由于高溫作用會變軟，這樣通過導(dǎo)向銷來起到進(jìn)一步的穩(wěn)定作 用并改善該過程。該導(dǎo)向銷優(yōu)選由陶瓷或者高熔點(diǎn)的金屬制成。此外有利的是，管狀的連接電極在燒結(jié)過程中與縱向孔的壁面固 定相連，這樣在連接電極和層電極之間就形成了穩(wěn)固的連接。因此通過按本發(fā)明的方法提供了一種壓電執(zhí)行器，其突出之處在 于，在壓電執(zhí)行器內(nèi)部延伸的連接電極構(gòu)造為薄的金屬管，該連接電 極在壓電執(zhí)行器的縱向孔中燒結(jié)。接下來管狀的連接電極例如可以填入導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的材料，由此給予壓電執(zhí)行器附加的穩(wěn)定性。


圖中示出了按本發(fā)明的壓電執(zhí)行器。其中圖1是具有在燒結(jié)過程中用于連接電極的導(dǎo)向裝置的按本發(fā)明的 壓電執(zhí)行器的側(cè)視圖；圖2是按本發(fā)明的壓電執(zhí)行器或者說綠體的縱剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了按本發(fā)明的壓電執(zhí)行器的側(cè)視圖。圖2示出了同一壓 電執(zhí)行器沿著在圖1中用A-A表示的平面的縱剖面圖。壓電執(zhí)行器1 具有一個(gè)端面5和一個(gè)對置的底面7，并且由多個(gè)執(zhí)行器層4組成，所 有的執(zhí)行器層具有至少近似相同的層厚度并相互平行定向。執(zhí)行器層4由一種陶瓷的壓電主動的材料制成，該材料在燒結(jié)過程以前作為綠箔 (Grtinfolie )存在。該綠箔的不同的層彼此上下堆疊，直到得到具有 期望高度的綠體。在每兩個(gè)執(zhí)行器層4之間形成有一個(gè)層電極2， 2，， 它由一種導(dǎo)電性能良好的金屬制成，例如銀或者銀合金。如圖2所示， 層電極2， 2，交替地具有空隙，在執(zhí)行器1中延伸的兩個(gè)縱向孔IO， 10，穿過這些空隙。這樣的結(jié)果是，只有層電極2在縱向孔10的壁面 上出現(xiàn)，而在縱向孔IO，的壁面上出現(xiàn)層電極2，。圖2示出了壓電執(zhí)行器1作為綠體，也就是在燒結(jié)過程前。在縱 向孔IO， 10，中分別推入一個(gè)管狀的連接電極15， 15，，這樣連接電 極15， 15，在壓電執(zhí)行器1的整個(gè)長度上延伸。其中管狀的連接電極 15， 15，例如作為薄的小銅管構(gòu)成，其中也可以使用一種其它的金屬 材料。管狀的連接電極15， 15，具有比縱向孔IO， 10，的直徑稍小的 直徑，這樣一方面連接電極15， 15，可以更容易地插入，另一方面考 慮到燒結(jié)過程中綠體的收縮過程。制造過程通過以下方式來進(jìn)行，如圖2所示，綠體設(shè)置在相應(yīng)的 燒結(jié)爐中。管狀的連接電極15， 15，在此例如貼靠在導(dǎo)向裝置22上， 導(dǎo)向裝置的作用是使得連接電極15， 15，的活動極其受限制。為進(jìn)一 步穩(wěn)定管狀的連接電極15， 15，，也可以在連接電極15， 15，的內(nèi)部 插入一個(gè)導(dǎo)向銷20,其中要注意的是，該導(dǎo)向銷在連接電極15， 15， 的內(nèi)部同樣具有一些間隙。在燒結(jié)過程中綠體被加熱，其中填充物蒸 發(fā)，并且形成了堅(jiān)硬的陶瓷體。其中綠體收縮，并且單個(gè)的執(zhí)行器層4與層電極2， 2，穩(wěn)固連接同時(shí)也相互連接在一起。通過綠體的收縮過程，縱向孔10， 10，的直徑也減小了，以致管 狀的連接電極15固定地夾緊在縱向孔IO， 10，中。其中必須注意的是， 連接電極15， 15，不具有過大的外直徑，因?yàn)槟菢拥脑捑蜁谠搮^(qū)域 中產(chǎn)生過大的機(jī)械應(yīng)力。通過綠體的收縮，連接電極15， 15'被固定 地壓緊在相應(yīng)的層電極2， 2，上，該層電極在相應(yīng)的縱向孔10， 10， 的壁面上伸出。由此連接電極15在燒結(jié)過程后與層電極2接觸，而連 接電極15'與層電極2，接觸。導(dǎo)向銷20可以留在連接電極15， 15， 中，并且在此它固定地夾緊在連接電極15， 15，中。也可以這樣來選 擇導(dǎo)向銷20的直徑，從而該導(dǎo)向銷接下來可以再次被除去。連接電極 15， 15，的凸出于壓電執(zhí)行器1的端面5的端部在燒結(jié)過程后可以被 分離，這樣壓電執(zhí)行器1就可以以熟知的方式來安裝。為容易除去導(dǎo) 向銷20，可以將其只引入連接電極15， 15，中這么遠(yuǎn)，即其一個(gè)端部 只夠到端面5的高度。這樣就保證了在剪斷凸出的連接電極15， 15' 后，導(dǎo)向銷20也被除去。也可以使壓電執(zhí)行器1或者說綠體在燒結(jié)過程中不放在底面7 上，而是掛在一個(gè)或者兩個(gè)連接電極15， 15，上。在此尤其有利的是， 連接電極15， 15，中的一個(gè)在壓電執(zhí)行器1中心延伸，由此在綠體上 不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩。也可以使連接電極15， 15，的凸出的端部在燒結(jié)過 程后沒有完全分離，這樣凸出的端部可以用于連接管路的接觸。
權(quán)利要求
1.制造壓電執(zhí)行器(1)的方法，該壓電執(zhí)行器具有端面(5)和與其相對置的底面(7)，該壓電執(zhí)行器具有大量用陶瓷材料制成的執(zhí)行器層(4)，其中在執(zhí)行器層(4)之間設(shè)置了金屬層電極(2；2’)，該層電極交替地分別與連接電極(15；15’)電連接，通過該連接電極可以在單個(gè)層電極(2；2’)之間施加電壓，其中至少一個(gè)連接電極(15；15’)在壓電執(zhí)行器(1)內(nèi)部延伸，其特征在于以下方法步驟-在構(gòu)成壓電執(zhí)行器(1)的綠體中設(shè)置至少一個(gè)縱向孔(10，10’)，-將連接電極(15；15’)插入縱向孔(10，10’)中，其中連接電極(15；15’)凸出于綠體的端面(5)，-將綠體加熱，直到燒結(jié)過程結(jié)束，其中連接電極(15；15’)的凸出于端面(5)的端部得到支撐，以便綠體在燒結(jié)過程中不發(fā)生翹曲。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述連接電極(15; 15，)構(gòu)造為管狀。
3. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述綠體在燒結(jié)過程 中豎放在與連接電極(15; 15，)的凸出的端部對置的底面(7)上。
4. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述綠體在燒結(jié)過程 中桂在連接電極(15; 15，)上。
5. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在燒結(jié)過程中， 在管狀的連接電極(15; 15，)中插入導(dǎo)向銷(20)，以便連接電極(15; 15，)在導(dǎo)向銷(20)上導(dǎo)向。
6. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)向銷(20)由陶瓷或一種高熔點(diǎn)的金屬制成。
7. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，處于縱向孔中的連接 電極(15; 15，)具有這樣的間隙，從而在燒結(jié)過程結(jié)束后該連接電 極固定地被壓電執(zhí)行器(1)的縱向孔(10， 10，)的壁面夾緊。
8. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在燒結(jié)過程結(jié)束后， 連接電極(15; 15，)的凸出于壓電執(zhí)行器(1)的端面(5)的端部 被分離。
9. 按權(quán)利要求l至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述管 狀的連接電極(15; 15')由銅制成。
10. 具有大量由陶資材料制成的執(zhí)行器層和分別在執(zhí)行器層(4) 之間設(shè)置的金屬的層電極(2; 2，)的壓電執(zhí)行器，該層電極交替地 分別與連接電極(15; 15，)電連接，通過該連接電極可以在層電極(2; 2，)上施加電壓，其中至少其中一個(gè)連接電極U5; l5，)在 壓電執(zhí)行器內(nèi)部延伸，其特征在于，至少一個(gè)連接電極是金屬的管狀 連接電極(15; 15，)，該連接電極在壓電執(zhí)行器(1 )的縱向孔(10， 10，)內(nèi)燒結(jié)。
11. 按權(quán)利要求10所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于，所述管狀的 連接電極(15; 15，)的內(nèi)部用不導(dǎo)電的材料填充。
12. 按權(quán)利要求10或11所述的壓電執(zhí)行器，其特征在于，所述 金屬的管狀的連接電極(15; 15，)由銅制成。
全文摘要
制造具有大量由陶瓷材料制成的執(zhí)行器層(4)和分別在執(zhí)行器層(4)之間設(shè)置的金屬的層電極(2；2’)的壓電執(zhí)行器(1)的方法，該層電極交替地分別與連接電極(15；15’)電連接，通過該連接電極可以在層電極(2；2’)上施加電壓。至少一個(gè)連接電極(15；15’)在壓電執(zhí)行器內(nèi)部延伸，其中所述壓電執(zhí)行器(1)具有一個(gè)端面(5)和一個(gè)與其對置的底面(7)。在該制造方法中，至少一個(gè)縱向孔(10，10’)設(shè)置在形成壓電執(zhí)行器(1)的綠體中，接下來將管狀的連接電極(15；15’)插入該縱向孔中，其中連接電極(15；15’)凸出于綠體的端面(5)。最后將綠體加熱，直到燒結(jié)過程結(jié)束，其中連接電極(15；15’)的凸出于端面(5)的端部得到支撐，以便綠體在燒結(jié)過程中不發(fā)生翹曲。這樣制成的壓電執(zhí)行器(1)具有至少一個(gè)連接電極(15；15’)，該連接電極構(gòu)造為管狀并在壓電執(zhí)行器(1)的內(nèi)部延伸。
文檔編號H01L41/273GK101218690SQ200680024618
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
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