CN101641805A - 压电堆以及制造压电堆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电堆(1)和一种制造压电堆(1)的方法。压电堆(1)具有交替叠置的压电层(2)和内电极层(3，4)，所述内电极层与布置在压电堆(1)外侧(5，6)的两个外电极(7，8)交替电连接。压电堆(1)还具有至少一个布置在两个连续的压电层(2)之间替代一个内电极层(3，4)的安全层(9，40，50)。安全层(9，40，50)被结构化为，其具有适当构造的内部中断(13，44，45，53)，当安全层(9，40，50)接触两个外电极(7，8)并且导电时，安全层不会在两个外电极(7，8)之间形成电接触。

Description

压电堆以及制造压电堆的方法
技术领域
本发明涉及一种压电堆和一种制造压电堆的方法。
背景技术
压电元件主要用于定位元件、超声换能器、传感器以及在喷墨打印机中使用。压电元件的功能基于压电陶瓷材料-例如铅-锆酸盐-钛酸盐-受电场作用产生的变形。如果将电压施加在该压电元件上，该压电元件就会在垂直于由电压产生的电场的方向上伸展。
压电元件的优点主要在于：速度较快，效率较高，且如果作为压电执行器使用，其调节距离(Stellweg)较小。
但如果要使用压电执行器实现较大的调节距离，就要将由多个交替叠置的压电层和内电极层所组成的压电堆用于该压电执行器。
应将由于伸展而引起的压电堆内的机械应力保持在对压电材料没有损害的水平之下，以防止因压电堆的伸展而可能在压电堆中形成的垂直于内电极层的损害性的裂纹。例如通过将压电堆分成若干较短的节段，就可以达到这一目的。
发明内容
因此本发明的任务在于提供一种压电堆，在该压电堆中一方面可有针对性地引入裂纹，另一方面又能相对可靠地工作。
本发明的另一个任务是提供一种制造这种压电堆的方法。
本发明的任务通过下述压电堆解决，所述压电堆具有交替叠置的压电层和内电极层，内电极层与布置在压电堆外侧的两个外电极交替地电连接，且该压电堆具有至少一个布置在两个连续的压电层之间替代内电极层之一的安全层；所述安全层被结构化为，该安全层具有内部中断，该内部中断被实施为使得当安全层接触两个外电极并且导电时，安全层不会在两个外电极之间形成电接触。
本发明的另一个任务通过下述制造压电堆的方法解决，所述压电堆具有交替叠置的压电层和内电极层，内电极层与布置在压电堆外侧的两个外电极交替地电连接，且该压电堆具有至少一个安全层，该安全层布置在两个连续的压电层之间替代内电极层之一，所述安全层被结构化为，该安全层具有内部中断，该内部中断被实施为使得当安全层接触两个外电极并且导电时，该安全层不会在两个外电极之间形成电接触。
本发明所述的压电堆包括相互叠置的压电层、内电极层和两个外电极。因此在两个连续的压电层之间布置有内电极层。此外内电极层还与两个外电极之一交替接触。外电极布置在压电堆的外侧，例如分别布置在两个相对的外侧上。
在压电堆工作过程中将电压施加在两个外电极上，因此该电压也交替施加在内电极层上，由此位于两个内电极层之间的压电层产生伸展。
为了至少减小或者甚至防止在本发明所述压电堆之内不期望地形成裂纹的危险，本发明所述压电堆具有至少一个布置在两个压电层之间替代内电极层之一的安全层。
本发明所述压电堆尤其可以具有恰好一个或多个分别替代内电极层之一的安全层。
安全层可以设计成贯通型式，也就是说该安全层基本上延伸到压电堆的整个横截面范围，由此通常与两个外电极相连。
如果安全层能够导电，则为了保证两个外电极不会通过安全层发生短路，按照本发明将该安全层结构化为，使其具有至少一个防止外电极短路的内部中断。由此，即使安全层起初用电绝缘材料制成，但是随着时间的推移变得能够导电，也能可靠防止两个外电极短路。
安全层例如可以在中间中断。此外还可以将安全层实施为，使得本发明所述的压电堆能够有针对性地裂开。还可以将该至少一个中断适合于本发明所述压电堆的机械应力分布。
按照本发明所述压电堆的一种实施型式，安全层之内的中断被实施为至少一个狭缝。由此安全层具有至少两个通过该狭缝分开的、由此而相互绝缘的子安全层。现在如果其中一个子安全层仅仅与外电极之一相连，而另一个子安全层仅仅与另一个外电极相连，就能可靠防止两个外电极短路。如果安全层具有多个狭缝，则即使其中一个狭缝由于例如工艺技术原因而没有足够宽度，也能防止外电极短路。
按照本发明所述压电堆的一种实施型式，安全层用电绝缘材料制成。这例如通过以下方式实现：安全层起初能够导电，然后通过扩散作用去掉导电成分，例如在制造本发明所述压电堆的热过程中，使得安全层变成电绝缘。适用于安全层的材料例如有银钯合金。
按照本发明所述压电堆的一种变形型式，安全层的强度小于内电极层的强度。安全层的强度例如可以小于大约30MPa。
附图说明
在附图中示例性示出本发明的实施例。相关附图如下：
图1压电堆的透视侧视图，
图2示出制造压电堆的流程图，
图3压电堆的横截面，以及
图4、5其它压电堆的横截面。
具体实施方式
图1所示为在本实施例中实施为立方体形状的压电堆1，图2所示为示出制造压电堆1的流程图，图3所示为压电堆1的横截面。
压电堆1具有多个压电层2和多个布置于压电层之间的层状内电极3、4。压电层2包括一种压电陶瓷材料，在本实施例中是铅-锆酸盐-钛酸盐，且本实施例中的内电极3、4是导电金属层。
在本实施例中相对的外侧5、6上分别布置有外电极7、8，该外电极作为外金属涂层沿着外侧5、6敷设。为了使布置在外侧5上的外电极7接触内电极3，但是并不接触内电极4，在本实施例中内电极3一直贯通到外侧5，而内电极4则在外电极7范围内足够地回退到压电堆1的内部。
为了使布置在外侧6上的外电极8接触内电极4，但是并不接触内电极3，在本实施例中内电极4一直贯通到外侧6，而内电极3则在外电极8范围内足够地回退到压电堆1的内部。
由此，外电极7就会接触内电极3，外电极8则接触内电极4，使得内电极3、4交替地被两个外电极7、8接触。
压电堆1还具有布置在两个压电层2之间替代内电极3、4的安全层9。在本实施例中安全层9延伸到压电堆1的整个横截面范围，并且通常接触两个外电极7、8。图3所示为其中一个安全层9的俯视图，该安全层如图所示被结构化。
在本实施例中，在流程图的步骤A通过叠置各个压电层2、内电极3、4和结构化安全层9的过程步骤，然后在步骤B通过切割、去除结合和打磨，形成压电堆1。接着在布置C中将外电极7、8布置在外侧5、6上。
如图3所示，各个安全层9被结构化为，使这些安全层9在本实施例中分别具有两个被狭缝13分开的子安全层11、12。在本实施例中，两个外电极7、8靠近压电堆1的两个对角相对边14、15地布置在外侧5、6上，且狭缝13相对于压电堆1的另外两个边16、17沿着对角线方向延伸。此外，外电极7接触子安全层11，外电极8则接触子安全层12。但是通过安全层的这种结构化，也就是通过狭缝13将两个子安全层11、12相互分开，使得安全层9不会电连接两个外电极7、8，即使安全层9能够导电。
在本实施例中，安全层9由例如银钯合金构成。通过压电堆1制造过程中的热过程，以扩散方式去掉导电成分，使得安全层9丧失其导电能力。如果安全层9仍然导电，即使仅有很小的导电能力，由于狭缝13的存在，也不会通过安全层9电连接两个外电极7、8。这样尤其是也能够工作安全地制成横截面积小于大约6.8x6.8mm2的压电堆。
图4所示为安全层40的另一种实施型式，可以将其用来替代压电堆1的安全层9。
与图3所示安全层9的不同之处在于，图4所示的安全层40具有三个子安全层41～43和两个狭缝44、45。在此，子安全层41与外电极8相连，并且通过狭缝44与子安全层42分开。子安全层42通过狭缝45与子安全层43分开，而子安全层43与外电极7相连。
图3、4所示的狭缝13、44、45在所示实施例中均实施为条纹状，但并非一定如此。
图5所示为另一种实施型式的安全层50，可以将其用来替代压电堆1的安全层9。在本实施例中，安全层50与安全层9一样具有两个通过沿对角线延伸的狭缝53相互分开的子安全层51、52。子安全层51与外电极8相连，子安全层52则与外电极7相连。
与图3所示安全层9的狭缝13的不同之处在于，狭缝53并非条纹状，而是朝向其中心逐渐变窄。这样可改善压电堆1中的机械应力分布。

Claims (12)

1.一种压电堆，具有：
-交替叠置的压电层(2)和内电极层(3，4)，所述内电极层与布置在压电堆(1)的外侧(5，6)的两个外电极(7，8)交替电连接，以及
-至少一个布置在两个连续的压电层(2)之间替代内电极层(3，4)之一的安全层(9，40，50)，所述安全层(9，40，50)被结构化为，所述安全层(9，40，50)具有内部中断(13，44，45，53)，该内部中断被实施为使得当安全层(9，40，50)接触两个外电极(7，8)并且导电时，安全层(9，40，50)不会在两个外电极(7，8)之间形成电接触。
2.根据权利要求1所述的压电堆，其特征在于，安全层(9，40，50)基本上延伸到压电堆(1)的整个横截面范围。
3.根据权利要求1或2所述的压电层，其特征在于，所述中断实施为在安全层(9，40，50)之内的至少一个狭缝(13，44，45，53)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电堆，其特征在于，安全层(9，40，50)用电绝缘材料制成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电堆，其特征在于，安全层(9，40，50)起初具有导电能力，然后通过扩散去掉导电成分变成电绝缘。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电堆，其特征在于，安全层(9，40，50)的强度小于内电极层(3，4)的强度。
7.一种制造压电堆的方法，所述压电堆具有交替叠置的压电层(2)和内电极层(3，4)，所述内电极层与布置在压电堆(1)的外侧(5，6)的两个外电极(7，8)交替电连接，并且压电堆具有至少一个布置在两个连续的压电层(2)之间替代内电极(3，4)之一的安全层(9，40，50)；所述安全层(9，40，50)被结构化为，该安全层(9，40，50)具有内部中断(13，44，45，53)，该内部中断被实施为使得当安全层(9，40，50)接触两个外电极(7，8)并且导电时，该安全层(9，40，50)不在两个外电极(7，8)之间形成电接触。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，安全层(9，40，50)基本上延伸到压电堆(1)的整个横截面范围。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在安全层(9，40，50)之内形成至少一个狭缝(13，44，45，53)作为中断。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的方法，其特征在于，安全层(9，40，50)用电绝缘材料制成。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，安全层(9，40，50)起初具有导电能力，然后通过扩散去掉导电成分而变成电绝缘。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的方法，其特征在于，安全层(9，40，50)的强度小于内电极层(3，4)的强度。
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