CN113508471A - 用于制造压电叠堆执行器的方法和压电叠堆执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造压电叠堆执行器的方法以及压电叠堆执行器，其优选根据所述方法制造。为了提高由各个执行器构建的压电叠堆执行器特别是在应用在潮湿环境中时的使用寿命，本发明提供了根据权利要求1的用于制造压电叠堆执行器(1)的方法，包括步骤：‑步骤A：提供至少两个执行器(2)，其构造为在电操控时分别产生沿着轴线(A)的挠曲。‑步骤B：联接至少两个执行器(2)以构成叠堆执行器(1)，使得执行器(2)的在电操控时产生的挠曲沿着叠堆轴线(S)叠加并且经由至少一个联接面(K)进行执行器(2)的力联接，该联接面小于执行器(1)在垂直于叠堆轴线的平面(E)上的投影面(P)。

Description

用于制造压电叠堆执行器的方法和压电叠堆执行器

技术领域

本发明涉及压电叠堆执行器以及用于制造压电叠堆执行器的方法。

背景技术

包括交替设置的压电层和电极的压电叠堆执行器例如由US 4，384，230、US 4，721，447已知。

US 2010/0140379 A1、US 2006/0066178 A1、JP 2006-179525 A、JP 2006-216850A、JP 2006-229068 A、US 2010/0139621 A1和US 7，309，945此外公开了例如包括一体烧结的压电层和电极的整体的块。

由WO 2003/105246 A2已知有针对性地引入的受控的预设断裂部位以防止独石执行器中的应力积累的原理。

根据作为本发明出发点的替代结构形式，压电叠堆执行器由执行器组装而成，这些执行器本身已经具有一个或多个压电陶瓷层并且优选构造为具有功能性的多层执行器，使得各个执行器的挠曲在叠堆方向上叠加并累加。与包括交替设置的压电层和电触点的整体的块不同，该所谓的芯片叠堆是粘接的，因为执行器的极化在300℃以上的温度中会消失并且因此排除了烧结。粘合导致：叠堆复合件中的执行器段通过各个执行器之间的粘合剂而沿着叠堆轴线彼此间隔开。此外，大体积执行器由于有机烧损问题而不能可靠地无缺陷地整体制造。粘合还有利于以最小化的生产时间对灵活长度的叠堆的构造。

WO 2006/100247 A1公开了多层执行器的叠堆状设置，其中，执行器通过在导热金属层上全面的粘合而连接。

在其中相邻压电层全面地连接的叠堆执行器中，在电操控时在叠堆中出现机械应力，这是因为彼此联接的压电层在其变形中相互阻碍。该问题随着叠堆高度的增大而增大。

在制造这种也称为由单层或多层执行器粘接而成的芯片叠堆的叠堆执行器时可能会发生不受控的裂纹形成。尽管单个段之前已100％极化并且功能和裂纹已经被检查，也出现这种情况。在将这些无裂纹执行器(芯片)粘合并且对其重新操控后，执行器(芯片)的外部的无源绝缘层中出现裂纹。

这些裂纹损伤执行器的抵抗力或使用寿命、特别是在潮湿环境中。在质量控制过程中，涉及的零件因此通常会被分选出并且由此导致停机成本。此外，生产计划因此变得混乱，因为导致停机的裂纹在总共数周的过程结束时才出现。

即使在出货检验中没有裂纹的执行器中，在应用条件下、特别是在动态运行中，裂纹也规律地出现在无源边缘层中。这些都以同样的方式损伤可靠性或使用寿命并且因此在极端情况下会导致昂贵的生产设施停止。静态和动态载荷的混合运行对执行器的使用寿命具有特别关键的影响。通过交变载荷促进了无源层中的裂纹，这些裂纹然后在静态运行中在执行器不自加热的情况下会由于进入的湿气而出现作为损坏机制的电迁移。

另一关键的运行模式是以低频(若干赫兹)进行的操控，其中，不发生高于执行器环境温度的自加热，并且因此在紧邻执行器的地方可能存在湿气，并且交变载荷也导致裂纹形成。

根据经验，这种裂纹的频繁性随着执行器横截面的增大而提高。

即使在其中单层执行器和接触片交替地叠堆状设置并且彼此粘合的高压执行器中，也会由于在执行器段的边缘区域中或在有源和无源区域之间的过渡部上的裂纹而发生短路。与多层执行器相比，单层执行器需要更高的电压，以便对压电陶瓷材料进行电操控以产生变形。

发明内容

本发明基于的目的是：防止上述裂纹形成，以便因此提高由各个执行器构建的压电叠堆执行器的使用寿命、特别是应用在潮湿环境中时。

所述目的通过根据权利要求1的用于制造压电叠堆执行器的方法得以实现，所述方法包括以下步骤：

-步骤A：提供至少两个执行器，这些执行器构造为，在电操控时分别产生沿着轴线的挠曲。

-步骤B：将所述至少两个执行器联接以构成所述叠堆执行器，使得所述执行器在电操控时产生的挠曲沿着叠堆轴线叠加并且经由至少一个联接面进行所述执行器的力联接，所述联接面小于所述执行器在垂直于所述叠堆轴线的平面上的投影面。

根据本发明，压电叠堆执行器通过联接各个执行器制成。可以以低花费由这些已经具有功能性的执行器构建压电叠堆执行器，该压电叠堆执行器沿着叠堆轴线实现了比每个单个执行器明显更大的挠曲。此外，这种由具有功能性的各个执行器制成的叠堆执行器与构造为整体的块并且具有明显的轴向延伸的叠堆执行器相比，可以明显更容易地制造。

在每个执行器中，当膨胀时，在没有电极的所谓的无源区域中会出现拉应力，这是因为与所谓的有源区域相反，该无源区域自身不会随之膨胀。由于执行器的低高度和无源区域的变形，在每个单个执行器中的拉应力低于临界载荷。然而在相邻执行器全面联接时，无源区域的变形不再可能，这是因为这些变形相对联接平面在不同方向上进行并且因此相互阻碍。彼此重叠粘接的执行器越多，效果就越强。通过变形产生的应力因此累加并且超过无源区域的强度。因此在薄弱部位发生裂纹形成。

开头提出目的的解决方案适宜地在于：相邻的执行器优选在边缘区域中有针对性地彼此断联。根据本发明，各个执行器经由联接面彼此联接，该联接面小于执行器在垂直于叠堆轴线的平面上的投影面。所述联接面优选在其面延伸中对应执行器的有源区域的联接面、即叠堆执行器在垂直于叠堆轴线的平面中的面延伸减去无源区域的面。无源区域通常位于执行器的边缘上。在此使用的执行器自身包括具有交替设置的压电陶瓷层和电极/触点的单层板垛或多层板垛，其在垂直于叠堆轴线的平面中彼此平行延伸，以产生沿着叠堆轴线的挠曲。压电陶瓷层的被电极/触点覆盖且电操控的区域限定了执行器的所谓的有源区域，该有源区域在电操控时有源变形。压电陶瓷层的不被操控的在电操控执行器时不会有源变形、而是在必要情况下无源变形的区域(没有电极)被称为绝缘部、绝缘层或无源区域。

通过执行器经由联接面的有针对性的联接或断联，降低了在彼此联接的执行器的无源区域中的载荷峰值，因而可以有效防止开头提到的裂纹形成并且显著提高根据本发明的方法制造的叠堆执行器的使用寿命。

有利的改进方案是从属权利要求的主题。

会是有利的是：步骤A具有以下子步骤中的至少一个：

-子步骤A1：提供压电陶瓷层和电触点以构建所述执行器、优选构建为单层执行器或多层执行器。用于叠堆执行器的此类结构元件通常可成本上有利地获得并且可以用于制造不同尺寸的叠堆执行器。用于电操控压电陶瓷层的电触点也称为电极层或内电极。电触点或内电极的面延伸优选小于压电陶瓷层的面延伸。在叠堆复合件中，压电陶瓷层的边缘区域则没有被电触点或内电极覆盖并且也没有被电操控。压电陶瓷层的这些边缘区域由此不是有源变形、而是必要情况下无源变形并且构成执行器的无源区域，该无源区域也称为“绝缘部”或“绝缘层”。即使在潮湿的环境中，这种陶瓷“绝缘部”或“绝缘层”也确保了特别是内电极的有效持久的保护。通过执行器经由联接面的根据本发明的联接，可以保护该由陶瓷制成的有效但脆且硬的保护层免有缺陷。

-子步骤A2：沿着轴线堆叠所述压电陶瓷层，优选以如下方式，即，两个相邻的压电陶瓷层在中间分别连接有具有极性相同的极点的电触点、优选电极层或接触片的情况下面向彼此。鉴于压电陶瓷层的用于电操控的连接，这种结构类型证明是特别紧凑和有利的。

-子步骤A3：将所述电触点与相应极性的电极连接，其中，极性不同的电极优选彼此间隔开地设置在所述执行器的周侧、优选位于所述执行器的径向相对侧。在此提到的电极另外也称为侧电极或外电极。

-子步骤A4：优选用陶瓷绝缘材料包覆所述压电陶瓷层和所述电触点，其中，用绝缘材料的包覆物优选是气密的和/或防潮的。这种结构类型特别有利于在潮湿环境中使用执行器。

-子步骤A5：构成至少一个用于将所述执行器与相邻执行器力联接的联接面，优选根据以下子步骤中的至少一个：

-子步骤A5-1：在执行器的有源区域中构成至少一个联接面。执行器的有源区域遍布有电极或被电极覆盖并且通过电极的电操控有源变形。执行器的围绕有源区域的边缘构成所谓的无源区域，该无源区域不通过压电陶瓷层的电操控有源变形，而是无源地跟随有源区域的变形。在无源区域中，通过联接面相对执行器在垂直于所述轴线的平面中的延伸的减小获得的载荷减小区段特别有效，这是因为它们允许彼此联接的执行器的绝缘部的无源变形并且因此减小在绝缘部的区域中的载荷峰值。根据该特征，有源区域包括联接面、即联接面位于有源区域中。换句话说，联接面在投影到垂直于叠堆轴线的平面上时完全位于电触点或内电极的投影面内部。

-子步骤A5-2：在待设置在两个待联接的执行器之间的附加元件上构成至少一个联接面，所述附加元件优选构造为电极。在这种结构类型中，例如柱形或长方体形构建的执行器可以在端侧不减小执行器在垂直于轴线的平面中的延伸的情况下经由附加元件彼此联接，其中，附加元件允许彼此联接的执行器的绝缘部的无源变形并且因此减小绝缘部区域的载荷峰值。在构造为电极时，压电陶瓷层可以经由附加元件被电操控。这种实施形式特别适于构建所谓的高压叠堆。

-子步骤A5-3：在所述执行器的或所述附加元件的一个或两个轴向端部上构成所述联接面，优选以如下方式，即，联接面构成所述执行器的或所述附加元件的所述一个或两个轴向端部的一个。在这种实施形式中，执行器的联接设计地特别简单。

-子步骤A5-4：通过向着毗邻和/或周围区域、优选执行器的或附加元件的边缘区域形成倒棱或台阶来构造联接面。利用这种实施方式，联接面例如可以通过在执行器的端侧上略微去除材料或施加材料来特别简单地产生。

-子步骤A5-5：构造联接面，使得联接面在投影到垂直于叠堆轴线的平面上时完全位于执行器的投影面内部并且优选完全被投影面包围。在该实施形式中，相邻执行器的无源边缘区域彼此断联，使得在电操控执行器时能够实现该无源边缘区域的无源变形并且减小无源边缘区域中的载荷峰值。

-子步骤A5-6：在垂直于所述轴线延伸的平面中构成联接面。在这种结构类型中，执行器的特别简单的联接是可能的。

-子步骤A5-7：构成所述联接面(K)，使得以下面积比例适于所述执行器的投影面(P)：0.7*P≤K<P、优选0.8*P≤K≤0.99*P、优选0.9*P≤K≤0.95*P。理想情况下，联接面具有与执行器的电极或有源区域相同或比其略小的面延伸，使得执行器的在投影到垂直于所述轴线的平面上时位于电极径向外部的无源区域位于联接面外部。换而言之，在联接平面中在联接面外部的断联区域基本上或精确地与执行器的无源区域一样宽，或者稍大一些。由此可以一方面经由联接面实现各执行器在执行器的有源区域之间的理想的力联接，而执行器的无源边缘区域则理想地断联以能够实现压电陶瓷层的无源变形。

-子步骤A5-8：将联接面构造为被所述轴线穿透和/或与所述轴线同心设置的面，其中，联接面构造为优选圆形或环形。在这种实施形式中可以特别有效地减小载荷峰值，这是因为作用到绝缘部上的载荷特别均匀地分布在联接面的整个周边上。

-子步骤A5-9：由粘合剂构成联接面。在这种实施形式中，两个执行器之间的粘合面小于执行器的垂直于叠堆轴线的面延伸。

子步骤A6：提供至少两个相同的执行器。在这种实施形式中，叠堆执行器的构建设计地特别简单。

但是也可以是有帮助的是：步骤B具有以下子步骤中的至少一个：

-子步骤B1：以相对叠堆轴线规律的和/或相同的定向设置所述至少两个执行器，优选以以下方式，即，执行器的具有相同极性的电极在平行于叠堆轴线的线上定向，并且/或者相邻执行器的彼此面对侧是平行的。在这种结构形式中，叠堆执行器的构建同样特别简单，这是因为特别是各个执行器的电极可以容易地彼此连接。

-子步骤B2：在两个相邻执行器之间设置附加元件。在这种实施方式中，特别是柱形或长方体形的单个执行器可以在无需特别形成联接面的情况下特别简单地彼此联接，该联接面相对执行器在垂直于所述轴线的平面中的面延伸减小。

-子步骤B3：连接至少两个执行器，使得两个相邻执行器分别直接作用连接或者经由附加元件间接作用连接、优选通过在所述相邻执行器之间或在所述相邻执行器中的每一个执行器与设置在它们之间的附加元件之间构成材料锁合连接、优选通过粘合剂，特别优选地，粘合剂完全粘合所述至少一个联接面。在这种结构形式中，压电陶瓷层与开头提到的现有技术相比没有例如通过烧结连接成整体的块，而是叠堆执行器通过堆叠和联接具有功能性的优选彼此粘合的单个执行器构建。因此，叠堆执行器的压电陶瓷层以板垛形式设置并且通过彼此联接的执行器之间的粘合剂在轴向方向上彼此间隔开。

-子步骤B4：在所述至少一个联接面外部、优选在边缘区域中、优选在联接平面中、特别优选通过去除压电陶瓷材料和/或粘合剂和/或施加分离剂来将两个执行器断联。根据这种实施方式，相对执行器在垂直于所述轴线的平面中的面延伸减小的联接面在联接执行器之后也可以被塑造出、例如通过有针对性地在压电陶瓷层上去除材料或通过有针对性地在连接两个相邻压电陶瓷层的材料上去除材料。通过在联接面外部的待断联区域中施加分离剂可以有利于粘合剂的无残留去除。也可考虑的是：断联区域随后用软材料填充，该软材料允许执行器的无源区域的无源变形，而执行器的力联接继续经由联接面进行。

-子步骤B5：通过连接区段、优选通过将所述连接区段施加到电极上来将具有相同极性的执行器的电极彼此连接。通过该连接区段可以特别容易地连接单个执行器的侧电极。通常对于每个执行器而言一个单独的接触部位就足够了。然而在整个段高度上的多个连接部位或线状连接也是可考虑的。

开头设定的目的同样通过优选根据方法权利要求中任一项所述的方法制造的压电叠堆执行器得以实现，所述压电叠堆执行器包括至少两个执行器，这些执行器构造为，在电操控时分别产生一个沿着一轴线的挠曲，其中，所述至少两个执行器沿着一叠堆轴线如下地堆叠，使得所述执行器的在电操控时产生的挠曲沿着所述叠堆轴线叠加，其中，所述至少两个执行器联接，使得经由其进行一执行器力联接至相邻执行器的联接面小于所述执行器在垂直于所述轴线的平面上的投影面。

此外还会是有帮助的是：执行器中的每一个执行器具有以下特征中的至少一个：

-所述执行器由压电陶瓷层和电触点构建、优选构建为单层执行器或多层执行器。

-所述压电陶瓷层沿着一轴线堆叠，优选以如下方式，即，两个相邻压电陶瓷层在分别中间分别连接有具有极性相同的极点的电触点、优选电极层或接触片的情况下面向彼此。

-所述电触点与相应极性的电极连接，其中，极性不同的电极优选彼此间隔开地设置在所述执行器的周侧、优选位于所述执行器的径向相对侧上。

-所述压电陶瓷层和所述电触点被优选陶瓷绝缘材料包覆，其中，用绝缘材料的包覆优选是气密的和/或防潮的。

然而也可以证明是有用的是：联接面具有以下特征中的至少一个：

-至少一个联接面构造在执行器的有源区域中。

-至少一个联接面构造在待设置在两个待联接的执行器之间的附加元件上，所述附加元件优选构造为电极。

-所述至少一个联接面构造在所述执行器的或所述附加元件的一个或两个轴向端部上，优选以如下方式，即，联接面构成所述执行器的或所述附加元件的所述一个或两个轴向端部中的一个。

-所述至少一个联接面通过向着毗邻和/或周围区域、优选执行器的或附加元件的边缘区域形成倒棱或台阶构造。

-所述至少一个联接面构造为，使得联接面在投影到垂直于叠堆轴线的平面上时完全位于执行器的投影面内部并且优选完全被投影面包围。

-所述至少一个联接面在垂直于所述轴线延伸的平面中构成。

-所述至少一个联接面(K)构造为，使得以下面积比例适于所述执行器的投影面(P)：0.7*P≤K<P、优选0.8*P≤K≤0.99*P、优选0.9*P≤K≤0.95*P。

-所述至少一个联接面构造为被所述轴线穿透和/或与所述轴线同心设置的面，其中，所述联接面构造为优选圆形或环形。

-所述至少一个联接面由粘合剂构成。

也是实用的是：叠堆执行器具有以下特征中的至少一个：

-至少两个执行器以相对叠堆轴线规律的和/或相同的定向设置，优选以以下方式，即，执行器的具有相同极性的电极在平行于叠堆轴线的直线上定向，并且/或者相邻执行器的彼此面对侧是平行的。

-至少一个附加元件设置在两个相邻执行器之间。

-至少两个相邻执行器直接作用连接或经由附加元件间接作用连接、优选通过在相邻执行器之间或在相邻执行器中的每一个执行器与设置在它们之间的附加元件之间的优选通过粘合剂的材料锁合连接，特别优选地，粘合剂完全粘合所述至少一个联接面。

-除了所述至少一个联接面之外，至少两个相邻执行器优选在边缘区域中、优选在联接平面中特别优选通过去除压电陶瓷材料和/或粘合剂和/或通过在粘合前施加分离剂来彼此断联。

-具有相同极性的执行器的电极通过连接区段彼此连接，所述连接区段优选施加到所述电极上。

有利的改进方案通过权利要求、说明书和附图公开的特征的组合获得。

术语和定义

术语“绝缘层”和“绝缘部”描述了执行器的无源区域。在此涉及的是压电陶瓷层的边缘区域或压电陶瓷材料，其不被电极电激励并且因此不会变形。除了由压电陶瓷材料制成的该“绝缘层”和“绝缘部”之外，执行器可以具有由绝缘材料制成的包覆物。

附图说明

附图中：

图1示出了根据本发明的用于制造压电叠堆执行器的方法的步骤的示意图，其中，视图(a)示出了两个执行器和一个可引入执行器之间的附加元件在未连接状态中的剖视图，并且视图(b)示出了两个执行器利用中间连接的附加元件的间接连接状态中的剖视图。

图2示出了根据本发明的用于制造压电叠堆执行器的方法的步骤的示意图，其中与图1不同，执行器的上侧和下侧被倒棱并且执行器在中间没有连接附加元件的情况下彼此直接联接。

图3在视图(a)至(d)中示出了执行器的其它实施方式的示意性剖视图，其联接面小于执行器在垂直于轴线的平面中的投影面。

图4示出了由相同执行器构成的压电叠堆执行器的俯视图，其中，执行器沿着叠堆轴线堆叠，其中，相邻执行器之间的联接面小于执行器在垂直于轴线或叠堆轴线的平面上的投影面。

图5示出了以部分截面示出的执行器的透视图，该执行器在根据本发明的用于制造压电叠堆执行器的方法中使用。

图6示出了具有包括压电陶瓷和接触片形式的电触点(内电极)的单层执行器的所谓高压叠堆的示意性剖视图，其中，压电陶瓷层在中间分别连接有具有相同极性的极点的接触片的情况下面向彼此地彼此堆叠，这些接触片连接在外电极或侧电极上，经由这些电极可同时操控压电陶瓷层。

图7示出了以部分截面示出的叠堆执行器的透视图，该叠堆执行器由多个根据图5的执行器制造。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。

叠堆执行器1的每个执行器2构建为包括压电陶瓷2a和电触点或电极层(内电极)2c、2e的单层或多层执行器。压电陶瓷层2a沿着轴线A如下地堆叠，使得两个相邻压电陶瓷层2a在中间分别连接有具有极性相同的极点2b、2d的形式为电极层或电极盘2c、2e的电触点(内电极)的情况下面向彼此。

电触点(内电极)2c、2e又与相应极性的(外)电极(或侧电极)25、26连接，这些电极在执行器2的周侧彼此间隔开地设置在径向相对侧上。然而将(外)电极(或侧电极)25、26彼此紧邻地设置也可以是有利的。在本示例中，作为内电极的电极层2c连接到压电陶瓷层2a的正极2b上并且与正的外电极25(在图6右侧)连接，而作为内电极的电极层2e连接到压电陶瓷层2a的负极2d上并与负的外电极26连接。

压电陶瓷层2a和电触点或电极层(内电极)2c、2e尺寸不同并且彼此如下地堆叠，使得压电陶瓷层2a相对轴线A径向延伸超出电触点或电极层(内电极)2c、2e。由此，电触点或电极层(内电极)2c、2e在边缘侧被压电陶瓷材料包围，以产生气密和防潮的“绝缘部”，该绝缘部能够实现执行器2在潮湿环境中的使用。压电陶瓷层2a的被电触点或电极层(内电极)2c、2e覆盖的和可操控的区段、或者在投影到垂直于轴线A定向的平面E上时位于电触点或电极层(内电极)2c、2e的径向内部的区段构成执行器的有源区域(图1至3中通过阴影线示出)，该有源区域在电操控时变形。压电陶瓷层2a的不被电触点或电极层(内电极)2c、2e覆盖的并且因此不可操控的区段、或者在投影到垂直于轴线A定向的平面E上时位于电触点或电极层(内电极)2c、2e的径向外部的区段构成执行器2的无源边缘区域，其无源地跟随有源区域的变形。(外)电极(或侧电极)25、26在周侧设置在包覆物的径向相对侧上，这些(外)电极(或侧电极)在径向方向上略微突出以简化电接触。

在图5中以透视性部分剖视图示出的执行器2包括总共20个压电陶瓷层2a，其中，10个电触点(内电极)2e连接到(外)负电极(或侧电极)26(在图5中在图左侧)，并且10个电触点(内电极)2c与(外)正电极25(或侧电极；在图5中在图右侧，隐藏地示出)连接。

在优选实施方式中，整体烧结的陶瓷绝缘层20在周侧包围执行器2、除了负电极25和正电极26。

在本示例中，圆形的联接面K构造在由压电陶瓷材料制成的每个执行器2的上侧21上。联接面K在垂直于轴线A的平面E中与执行器2的轴线A同心地延伸，并且经由台阶与执行器2的毗邻的周围边缘区域在轴向上向上错开设置，以便构成执行器2的上部轴向端部。

作为上侧的联接面K的替代或补充，可以在执行器2的下侧构造相应的联接面K(参见图3a)。代替台阶，联接面K也可以经由倒棱转入毗邻或周围的区域、特别是边缘区域中(参见图3b至3d)。

联接面K根据本发明小于执行器2在垂直于轴线A的平面E上的投影面P。该特征的意义借助图1至4解释。

在电操控时，每个执行器2产生沿着其轴线A的挠曲。该挠曲方向对应于轴线A，压电陶瓷层2a沿着该轴线彼此重叠堆叠。在电操控时，执行器2的有源区域(图1至3中用阴影线示出)变形。执行器2的无源区域(图1至3中在阴影区域外部示出)没有有源变形，而是无源地跟随有源区域的变形。

在本示例中，联接面K在投影到垂直于叠堆轴线S的平面E上时完全位于执行器2的投影面P内部并且完全被投影面P包围(见图4)。

为了解释本发明的原理，在下文中参照附图特别是对由这种执行器2组装的叠堆执行器1进行描述。联接为叠堆执行器1的执行器2的数量不受限制。

图7所示的压电叠堆执行器1例如包括总共六个单独的执行器2，这些执行器本身具有功能性，以便在电操控时分别产生沿轴线A的挠曲。

在图7所示的叠堆执行器1中，各个执行器2如下地联接，使得执行器2在电操控时产生的挠曲沿着叠堆轴线S叠加并且分别经由上侧的联接面K进行执行器2的力联接，该联接面小于执行器2在垂直于叠堆轴线S的平面E上的投影面P。

相同构造的执行器2(参见图5)以相对叠堆轴线S的相同定向设置为，使得联接面K面向上并且执行器2的具有相同极性的(外/侧)电极25、26在平行于叠堆轴线S的直线上定向。相邻执行器2的彼此面对的端侧平行。

在根据图7的示例中，两个相邻执行器2分别通过粘合剂在构成材料锁合连接的情况下直接作用连接并且分别在联接面K上完全粘合。

执行器2的具有相同极性的(外/侧)电极25、26通过连接区段11彼此连接，其中，连接区段11在单个固定点12上紧固在每个执行器2的相应电极上。

在包括联接面K的联接平面中，执行器2的在联接面K外部的边缘区域彼此断联并且相对彼此可自由运动。因此可以减小由压电陶瓷层2a的无源变形引起的载荷峰值，而不会相互阻碍执行器2在边缘区域中的联接。由此避免了裂纹形成并且显著提高了叠堆执行器1的使用寿命。

在本示例中，每个联接面K构造为垂直于轴线A或S延伸的平面。联接面K的面尺寸约为执行器2在垂直于轴线A的平面上的投影面P的0.9倍或者说90％。

换而言之，本发明的优点在于：联接面K相对执行器2在垂直于轴线A的平面中的面延伸减小，适宜的是，相邻执行器2在由无源绝缘边缘构成的边缘区域中有针对性地彼此断联。在每个执行器2中在延展时，在所谓的绝缘区域中会出现拉应力，这是因为其不包含电极2b并且因此不有源变形。由于执行器2的小高度以及边缘区域的无源变形，在每个单独的执行器2中的拉应力都低于临界载荷。在执行器2在其整个横截面(在垂直于轴线A的平面中的延伸)上的全面粘合中，执行器的联接将阻碍并防止这种变形。彼此重叠粘贴的执行器2越多，效果增强得越多。通过变形产生的应力在没有对抗措施的情况下会累加并最终超过无源边缘层的强度。在没有根据本发明的特征的情况下，裂纹形成会在最薄弱的部位上发生。

通过粘合剂层减小应力通常是不够的，这是因为为了实现高执行器刚度使用硬粘合剂和非常薄的粘合剂间隙。然而在本发明的范围内也可以使用软的和缓冲的粘合剂。

因此，粘合优选仅发生在联接面K上，而不发生在执行器2的在联接平面中包围联接面K的边缘区域中。联接面K小于待联接的执行器2在垂直于叠堆轴线S的平面E中的面延伸或者小于待联接的执行器2在垂直于轴线A或S的平面E上的投影面P(参见图4)。由于执行器2的变形精确地沿着该轴线A或S进行，因此为执行器2的无源区域的变形实现了降低载荷峰值的相应可能性。

为了实现本发明的主题可以考虑各种实施例变型。

一方面可以在边缘区域没有粘合剂。这在技术上要求很高，因为粘合剂在固化期间在压力下并且通常也在升高的温度下流动。因此很难在平面内的不限定的面上实现限定的且可再现的粘接。因此，联接面K相对毗邻的面优选错开地设置或界定。

因此优选在绝缘边缘的区域中施加分离剂，其通过以下方式界定联接面K，即防止与粘合剂接触或至少防止其粘附在至少一个连接配对物上。

替代地，可以在每两个执行器2之间引入具有较小横截面的薄的附加元件3，该附加元件3构成与毗邻的执行器2的联接面K(图1或图6)。例如，具有比执行器2更小的周向尺寸(至少小绝缘边缘的宽度)的薄的小金属板可以粘贴在执行器2之间。绝缘边缘因此保持自由并且可以如单独的执行器2那样变形。

同样可以在各个执行器2的轴向端侧上加工出小台阶(图3a)。台阶大约与绝缘边缘同样宽并且约几个10μm高。该台阶导致与插入额外的薄的附加元件3(图1或图6)一样的结果，但简化了装配和定位并减少了粘接接缝的数量。该台阶不仅可以仅设置在一侧(未示出)而且也可以设置在两侧(图3a)。在一侧的实施形式中减少了生产花费，在两侧的实施形式中可以减少每侧的切除，由此减小无源端部层所需的厚度。

也可以使用倒棱或其它空隙代替台阶(图3a至3d)。也可以使用具有拱起表面的执行器2。

在高压执行器的情况下，按照标准在各执行器段之间粘贴具有减小的横截面的薄片(图6)。这同时不仅用作用于之后触点接通外电极25、26以及叠堆表面上的电极的电极2b、2d，也通过以下方式用作附加元件3，即，其相对执行器2在垂直于轴线A、S定向的平面中的面延伸减小在各执行器2之间的联接面。然而执行器2为了受到保护免受外部影响而用粘合剂覆盖，执行器2的在边缘区域中的剩余距离被用粘合剂填充。

这种执行器类型的解决方案是施加不完全填充间隔的保护层。这一方面可以通过施加非常薄的层(例如通过气相扩散渗镀、喷涂等)来实现。也可以施加膜代替液体。

另一替代方案是用柔性材料填充间隔。然后可以如通常一样包覆叠堆。

对于两种类型的执行器2，提到的解决方案可用于在形状(圆形、椭圆形、矩形……)和尺寸方面的任意横截面。在这种情况下不仅可以考虑实心横截面、还可考虑中空横截面、例如中空柱形。

对各种执行器2的测试表明：具有静态应力的各个芯片执行器的使用寿命通常明显高于粘贴的芯片叠堆的使用寿命、必要情况下甚至至少高2倍。

通过芯片的关键区域的根据本发明的断联保持了关于在粘贴的叠堆中获得的使用寿命的优势。

在执行器2在垂直于叠堆轴线S的平面中具有圆形横截面的情况下，可以指定直径D与高度H的比例。在上述实施方式的有利的改进方案中，比例为D/H≥1、优选D/H>5、并且特别优选D/H＝6.4。如果D/H<50，也会是有意义的。

在执行器2在垂直于叠堆轴线S的平面中具有矩形横截面的情况下，可以指定边棱长度L与高度H的比例。在涉及具有矩形横截面的执行器2的有利的改进方案中，比例为L/H≥1、优选L/H>5并且特别优选L/H＝6.4。如果L/H<50，也会是有意义的。

利用这样的D/H或L/H比例可以实现：提供具有高刚度和高挠度的执行器，其在此具有最小的裂纹倾向并且因此具有高可靠性。

在具有圆形横截面的执行器2中，相对具有矩形横截面的执行器2通常具有的优点是，在有源区域与无源区域之间的过渡区域中发生更均匀的变形，因为无源区域具有距叠堆轴线S恒定的径向间距，这在正方形或矩形执行器横截面的情况下不是这样的。

附图标记列表

1 叠堆执行器

2 执行器

2a 压电陶瓷层

2b 正极

2c 用于正极的触点(片)或(内)电极

2d 负极

2e 用于负极的触点(片)或(内)电极

3 附加元件

20 绝缘部

21 上侧

22 下侧

23 上侧的台阶/倒棱

24 下侧的台阶/倒棱

25 正极的(外/侧)电极

26 负极的(外/侧)电极

A 轴线

D 具有圆形横截面的执行器的直径

E 垂直于叠堆轴线的平面

H 执行器的高度

K 联接面

L 具有矩形横截面的执行器的边棱长度

P 在垂直于轴线的平面上的投影面

S 叠堆轴线

Claims (7)

1.用于制造压电叠堆执行器(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

a.步骤A：提供至少两个执行器(2)，这些执行器构造为，在电操控时分别产生沿着轴线(A)的挠曲，

b.步骤B：将所述至少两个执行器(2)联接以构成所述叠堆执行器(1)，使得所述执行器(2)的在电操控时产生的挠曲沿着叠堆轴线(S)叠加，并且经由至少一个联接面(K)进行所述执行器(2)的力联接，所述联接面小于所述执行器(2)在垂直于所述叠堆轴线(S)的平面(E)上的投影面(P)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A具有以下子步骤中的至少一个：

a.子步骤A1：提供压电陶瓷层(2a)和电触点(2c、2e)，以构建所述执行器(2)、优选构建为单层执行器或多层执行器，

b.子步骤A2：沿着轴线(A)堆叠所述压电陶瓷层(2a)，优选以如下方式，即，使得两个相邻的压电陶瓷层(2a)在中间分别连接有具有极性相同的极点(2b、2d)的电触点(2c、2e)、优选电极层或接触片的情况下面向彼此，

c.子步骤A3：将所述电触点(2c、2e)与相应极性的电极(25、26)连接，其中，极性不同的电极(25、26)彼此间隔开地设置在所述执行器(2)的优选周侧、优选位于所述执行器(2)的径向相对侧，

d.子步骤A4：用优选陶瓷的绝缘材料(20)、特别优选整体烧结的陶瓷的绝缘材料(20)包覆所述压电陶瓷层(2a)和所述电触点(2c、2e)，其中，用绝缘材料(20)的包覆物特别优选是气密的和/或防潮的，

e.子步骤A5：构成至少一个联接面(K)，以将所述执行器(2)与相邻的执行器(2)力联接，优选根据以下子步骤中的至少一个：

i.子步骤A5-1：在所述执行器(2)的包覆物、优选由绝缘材料(20)、优选陶瓷的绝缘材料(20)制成的包覆物上、特别优选在保持所述包覆物的绝缘功能的情况下构成至少一个联接面(K)，

ii.子步骤A5-2：在待设置在两个待联接的执行器(2)之间的附加元件(3)上构成至少一个联接面(K)，所述附加元件(3)优选构造为电极，

iii.子步骤A5-3：在所述执行器(2)的或所述附加元件(3)的一个或两个轴向端部上构成所述联接面(K)，优选以如下方式，即，所述联接面(K)构成所述执行器(2)的或所述附加元件(3)的所述一个或两个轴向端部中的一个轴向端部，

iv.子步骤A5-7：构成所述联接面(K)，使得关于所述执行器(2)的投影面(P)适于以下的面积比例：0.7*P≤K<P、优选0.8*P≤K≤0.99*P、优选0.9*P≤K≤0.95*P。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤B具有以下子步骤中的至少一个：

a.子步骤B2：在两个相邻的执行器(2)之间设置优选构造为电极的附加元件(3)，

b.子步骤B3：将所述至少两个执行器(2)连接，使得两个相邻的执行器(2)分别直接作用连接或者经由附加元件(3)间接作用连接、优选通过在所述相邻的执行器(2)之间或者在所述相邻的执行器(2)中的每一个执行器与设置在它们之间的附加元件(3)之间优选通过粘合剂构成材料锁合连接，特别优选地，所述粘合剂完全粘合所述至少一个联接面(K)，

c.子步骤B4：在所述至少一个联接面(K)外部、优选在边缘区域中、优选在联接平面中特别优选通过去除压电陶瓷材料和/或粘合剂和/或施加分离剂来将两个执行器(2)断联，

d.子步骤B5：通过连接区段(11)、优选通过将所述连接区段(11)施加到所述电极(25、26)上来将执行器(2)的具有相同极性的电极(25、26)彼此连接。

4.优选根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的压电叠堆执行器(1)，所述压电叠堆执行器包括至少两个执行器(2)，这些执行器构造为在电操控时分别产生沿着轴线(A)的挠曲，其中，所述至少两个执行器(2)沿着叠堆轴线(S)堆叠，使得所述执行器(2)的在电操控时产生的挠曲沿着所述叠堆轴线(S)叠加，其中，所述至少两个执行器(2)如下地联接，即，使得经由其进行执行器(2)至相邻的执行器(2)的力联接的联接面(K)小于所述执行器(2)在垂直于所述轴线(A)的平面上的投影面(P)。

5.根据权利要求4所述的压电叠堆执行器(1)，其特征在于，所述执行器(2)中的每个执行器具有以下特征中的至少一个：

a.所述执行器由压电陶瓷层(2a)和电触点(2c、2e)构建、优选构建为单层执行器或多层执行器，

b.所述压电陶瓷层(2a)沿着轴线(A)堆叠，优选以如下方式，即，两个相邻的压电陶瓷层(2a)在中间分别连接有具有极性相同的极点(2b、2d)的电触点(2c、2e)、优选电极层或接触片的情况下面向彼此，

c.所述电触点(2c、2e)与相应极性的电极(25、26)连接，其中，极性不同的电极(25、26)彼此间隔开地设置在所述执行器(2)的优选周侧、优选位于所述执行器(2)的径向相对侧，

d.所述压电陶瓷层(2a)和所述电触点(2c、2e)优选用陶瓷的绝缘材料(20)、特别优选整体烧结的陶瓷的绝缘材料(20)包覆，其中，用绝缘材料(20)的包覆物特别优选是气密的和/或防潮的，

e.所述执行器在垂直于所述叠堆轴线S的平面中具有基本或近似圆形的横截面形状，

f.所述执行器在垂直于所述叠堆轴线S的平面中具有实心横截面或中空横截面，

g.在具有圆形横截面的执行器(2)中，直径与高度的比例为D/H≥1、优选D/H>5并且特别优选D/H＝6.4，

h.在具有矩形横截面的执行器(2)中，边棱长度与高度的比例为L/H≥1、优选L/H>5并且特别优选L/H＝6.4。

6.根据权利要求4至6中任一项所述的压电叠堆执行器(1)，其特征在于，所述联接面(K)具有以下特征中的至少一个：

a.所述至少一个联接面(K)构造在所述执行器(2)的包覆物上、优选由绝缘材料(20)、优选陶瓷的绝缘材料(20)制成的包覆物上，特别优选在保持所述包覆物的绝缘功能的情况下构成所述至少一个联接面，

b.所述至少一个联接面(K)构造在待设置在两个待联接的执行器(2)之间的附加元件(3)上，所述附加元件(3)优选构造为电极，

c.所述至少一个联接面(K)构造在所述执行器(2)的或所述附加元件(3)的一个或两个轴向端部上，优选以如下方式，即，所述联接面(K)构成所述执行器(2)的或所述附加元件(3)的所述一个或两个轴向端部中的一个轴向端部，

d.所述至少一个联接面(K)构造为，使得以下面积比例适于所述执行器(2)的投影面(P)：0.1*P<K<P、优选0.5*P<K<0.95*P、优选0.75*P<K<0.9*P。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的压电叠堆执行器(1)，其特征在于，所述叠堆执行器(1)具有以下特征中的至少一个：

a.在两个相邻的执行器(2)之间设置有至少一个附加元件(3)，所述附加元件(3)优选构造为电极，

b.至少两个相邻的执行器(2)直接作用连接或者经由附加元件(3)间接作用连接、优选通过在所述相邻的执行器(2)之间或者在所述相邻的执行器(2)中的每一个与设置在它们之间的附加元件(3)之间的优选通过粘合剂的材料锁合连接，特别优选地，粘合剂完全粘合所述至少一个联接面(K)，

c.除了所述至少一个联接面(K)之外，至少两个相邻的执行器(2)优选在边缘区域中、优选在联接平面中特别优选通过去除压电陶瓷材料和/或粘合剂和/或通过在粘合前施加分离剂彼此断联，

d.所述执行器(2)的具有相同极性的电极(25、26)通过连接区段(11)彼此连接，所述连接区段优选施加到所述电极(25、26)上。

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