CZ2001576A3 - Piezoelektrický ovladač - Google Patents

Description

Piezoelektrický ovladač

Oblast techniky

Vynález se týká piezoelektrického ovladače s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami uspořádanými mezi těmito vrstvami, s vzájemným bočním kontaktováním vnitřních elektrod přes vnější elektrody, kterými je možné přivádět elektrické napětí.

Dosavadní stav techniky

Všeobecně je známo, že při využití takzvaného piezoelektrického efektu může být z materiálu s vhodnou krystalickou strukturou sestaven piezoelektrický element. Při dotyku vnějšího elektrického napětí nastává mechanická reakce piezoelektrického elementu, kterou v závislosti na krystalické struktuře a oblasti dotyku elektrického napětí představuje tlak nebo tah v předem daném směru. Struktura tohoto piezoelektrického ovladače může být provedena ve více vrstvách (vícevrstvé ovladače), přičemž elektrody, přes které je přiváděno elektrické napětí, jsou uspořádány mezi vrstvami.

Takové piezoelektrické ovladače mohou být například upraveny pro pohon ovládacích ventilů u systémů vstřikování paliva v motorových vozidlech. Při provozu piezoelektrických ovladačů je zejména třeba dbát na to, aby také v důsledku mechanických napětí ve struktuře vrstev nevznikaly žádné praskliny v oblasti vnějších připojovacích elektrod. Protože na jedné straně jsou kontaktující vnitřní elektrody integrovány do struktury vrstev hřebenovým • · • · · · ···· · · způsobem, musí být elektrody, následující za sebou ve směru struktury těchto vrstev, kontaktovány střídavým způsobem na straně protilehlé. Při ovládání piezoelektrického ovladače, to znamená při dotyku napětí mezi vnitřními elektrodami, ležícími ve struktuře vrstev proti sobě, se vyskytují v oblasti vnitřních elektrod i v oblasti kontaktování na vnějších elektrodách různé mechanické síly, které mohou vést k mechanickým napětím a tím k prasklinám ve vnějších elektrodách.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody odstraňuje piezoelektrický ovladač s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami, uspořádanými mezi těmito vrstvami, se vzájemným bočním kontaktováním vnitřních elektrod přes vnější elektrody, kterými je možné přivádět elektrické napětí, podle vynálezu, jehož podstatou je, Že vnější elektroda je umístěna na způsob sítě nebo tkaniny v rozložení vždy na boční ploše a je alespoň bodově kontaktována vždy s vnitřními elektrodami a mezi kontaktováním leží roztažitelná oblast, a přičemž přívod elektrického napětí se děje přípojkami, které mají rovněž mezi oblastmi kontaktních ploch nebo bodů roztažitelné oblasti a/nebo přiléhají na elastické falcované oblasti.

U obzvlášť výhodné formy provedení vynálezu je jako první vrstva vnější elektrody uspořádána například kovová vrstva, vždy na jedné straně boční plochy, která je kontaktována vždy s vnitřními elektrodami. Vrstva na způsob sítě nebo tkaniny jako druhá vnější elektroda je pak uspořádána přes první vrstvu, přičemž je alespoň bodovým způsobem kontaktována s první vrstvou a přičemž i zde leží mezi kontakty roztažitelná oblast. Přívod elektrického napětí je pak proveden také v tomto případě přípojkami na druhé vnější elektrodě,

9« Φ · · · ΦΦΦ· « φ φ φ • Φ Φ Φ · Φ «·φ • Φ ΦΦ ·Φ · «φ ♦· · která má v oblasti kontaktní plochy nebo mezi kontaktními body rovněž roztažitelnou oblast.

Síťové nebo tkaninové vnější elektrody slouží k zamezení příčných trhlin, které se mohou vyskytnout, jak už bylo v úvodu zmíněno, u vnitřních elektrod díky delaminaci. Síťové nebo tkaninové vnější elektrody mohou být přitom výhodným způsobem připájeny pouze bodově, takže při roztahování piezoelektrického ovladače nevznikají ve vnějších elektrodách žádná velká smyková napětí, což by mohlo mít za následek odtrhávání elektrod.

U další formy provedení mohou být přípojky elektrického napětí realizovány přes pájený kontakt, který je uspořádán na oblasti struktury vrstev piezoelektrického ovladače, která tím, že vnitřní elektrody nedosahují až k okraji piezoelektrického ovladače, nevykazuje žádné aktivní podélné prodloužení.

U jiné formy provedení mohou být přípojky elektrického napětí realizovány výhodným způsobem přes pájený, svařovaný nebo zalemovaný kontakt, který se nachází na falcované oblasti síťové nebo tkaninové vnější elektrody. Přitom je možné, že přípojky jsou provedeny plochým drátem, který je uspořádán uvnitř falcované oblasti.

Dále je možné, že přípojky elektrického napětí jsou provedeny drátem, který se táhne v přímce přes falcovanou oblast po celé délce piezoelektrického ovladače nebo také drátem, zvlněným bočně nebo svisle, čímž vznikají pájené, svařované nebo zalemované kontakty, které se nacházejí jako body na tkaninových vnějších elektrodách.

• · · ♦ · · «··· · ft · » • · · · « · · · t ·· ·« ·· · ·· *··

Dále mohou být přípojky elektrického napětí provedeny také hřebenovou elektrodou a pájeným nebo svařovaným kontaktem, který se bodovým způsobem nachází na zejména elastickém hřebeni a druhé vnější elektrodě.

Tento a další znaky dalších přednostních provedení vynálezu vycházejí kromě patentových nároků také z popisu a obrázků, přičemž jednotlivé znaky jsou uskutečnitelné samy nebo ve formě více kombinací u různých provedení vynálezu, i v jiných oblastech použití a výhodně mohou představovat samy o sobě provedení schopná patentové ochrany, pro které je zde tato ochrana požadována.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení piezoelektrického ovladače podle vynálezu jsou vysvětleny na základě obrázků, na kterých znamená obr. 1 řez piezoelektrickým ovladačem s vícevrstvou strukturou vrstev z piezokeramiky a s vnitřními elektrodami i se síťovou vnější elektrodou na první ploché vnější elektrodě, obr. 2 půdorys síťové vnější elektrody podle obr. 1 přípojkami elektrického napětí, obr. 3 detailní řez strukturou vrstev v oblasti elektrických přípojek, obr. 4 obměna příkladu podle obr. 3 s elektrickými přípojkami, ležícími na falcované oblasti, • · 9 * 9 9 9999 9 9 9 9

9 9 9 99 9 «9 9 ·· «· · 9· ··· obr. 5 obměna příkladu podle obr. 4 s připojovacím drátem přiléhajícím ve falcované oblasti, obr. 6 příklad provedení u kterého je síťová vnější elektroda spojena s první vnější elektrodou třmenovým pájením, obr. 7 příklad provedení u kterého je síťová vnější elektroda spojena s připojovacím drátem zalemováním, obr. 8 příklad provedení u kterého je síťová vnější elektroda na celé délce piezoelektrického ovladače spojena s připojovacím drátem třmenovým pájením nebo zalemováním na falcované oblasti, obr. 9, 10 pohledy na zvlněné připojovací dráty pro elektrické a 11 přípojky a obr. 12 dva pohledy na elektrické připojovací dráty na způsob a 13 hřebene.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn piezoelektrický ovladač 1, který je sestaven samo o sobě známým způsobem z piezoelektrické fólie keramického materiálu s vhodnou krystalickou strukturou, takže za využití takzvaného piezoelektrického efektu při dotyku vnějšího elektrického napětí na vnitřních elektrodách 2 a 3. přes elektrické přípojky 4 a 5 nastává mechanická reakce piezoelektrického ovladače L Na obr. 2 je boční pohled na toto uspořádání a z obr. 3 je patrný řez v oblasti připojovacích drátů 4 a 5, • · · · · · *»** · · · · ♦ · · · · · · ·· » ·· ·· ·· · «· ···

S vnitrními elektrodami 2 a 3 je v kontaktu první plochá vnější elektroda 6, která je zase kontaktována s druhou síťovou vnější elektrodou 7 přes bodové kontakty 8., například pájením nebo svářením. První vnější elektroda 6 může být tenká, například několik pm tlustá vrstva z Ni, Ni+Cu nebo Ni+PbSn, která je uchycena přímo na povrchu piezoelektrického ovladače L Připojovací dráty 4 a 1 jsou spojeny se síťovou vnější elektrodou 7 na kontaktním místě 9 pájením nebo svařováním. Pro odstranění možnosti odlomení pájeného místa 9 je v piezoelektrickém ovladači 1 upravena podle obr, 1 pasivní patková oblast 10. u které nejsou vnitřní elektrody 2 a 3 vedeny až k vnějším elektrodám 6 a 7 a proto se nevyskytují žádné mechanické reakce na základě piezoelektrického efektu. Nevýhody, které jsou zmíněny v úvodním popisu díky eventuelnímu tvoření trhlin, jsou tak v patkové oblasti 10 odstraněny.

Z obr. 4 je patrný příklad provedení, u kterého je oblast vnější elektrody Z k upevnění připojovacího drátu 4 nebo Z falcována a tím je odstraněno ztužení na pájeném místě 9 a tvoření trhlin. Získá se tak přes výšku h elastická falcovaná oblast 11 v níž se může piezoelektrický ovladač 1 roztahovat, aniž by tomu vyztužený připojovací drát 4 nebo 5 bránil. Výhodné by zde bylo zejména přivaření připojovacího drátu 4 nebo 5., protože pájka by tak nemohla po dráze h stékat, což by v jiném případě mohlo vést k určitému ztužení. Pasivní patková oblast, jaká je upravena podle obr. 1 až 3, zde může odpadnout.

U modifikace formy provedení znázorněné na obr. 5 podle obr. 4 je připojovací drát 4 nebo 5. ve vnitřní falcované oblasti 11 přivařen.

Podle příkladu provedení z obr, 6 je upraven plochý přivařený připojovací drát 4 nebo 5., který umožňuje díky své malé šířce provést • φ ♦ * *♦·♦ · * ·«· topnými deskami 12 třmenové připájení síťové vnější elektrody na první vnější elektrodu.

Z obr. 7 je patrná forma provedení, u které je připojovacím drátem 4 nebo 5. zalemována kolejnička 13. přiložená přes falcovanou oblast U..

Obr. 8 znázorňuje obměnu upevnění připojovacího drátu 4 a 5, u níž je přes celou délku piezoelektrického ovladače 1 veden průchozí drát. Při lokálním pájení nebo svařování na falcovacím místě 11 je výskyt únavy materiálu mezi dráty 4 a 5 a vnější elektrodou 7 také zde odstraněn.

U příkladu provedení podle obr. 9 a 10 jsou připojovací dráty 4 a

5. zvlněné, takže je tak zmenšena překážka v roztahování vnější elektrody 7. Dráty 4 a i jsou v podélném směru piezoelektrického ovladače 1 přivařeny nebo přiletovány na větším počtu malých míst 14. Dráty 4 a 5. jsou podle obr. 9 a 10 zvlněny kolmo k rovině vnější elektrody 7, takže i zde je možné třmenové pájení, zmíněné na základě obr, 6, pro naletování síťové vnější elektrody 7 na piezoelektrický ovladač 1, respektive na první plochou vnější elektrodu 6 bez velkých překážek. Drát 4 nebo £ přivařený nejprve na vnější elektrodu 7 může být použit jako držák a k vystředění při třmenovém pájení.

Zvlněný připojovací drát 4 nebo i naletovaný nebo přivařený naplocho na síťovou vnější elektrodu 7, znázorňuje obr. 11. Zde je také upraveno bodové kontaktování na místech 14. čímž není bráněno schopnosti roztahování vnější elektrody 7. Třmenové pájení vnější elektrody může být provedeno také zde, nejjednodušeji pokud je na ni nejprve umístěn připojovací drát 4 nebo 5..

• - · · · · · ·· φ * · 4 « · · 44·· · · · · · ♦ · Φ Φ * ·«· ·· «· 44 4 φ· «φφ

Další případ provedení znázorňují obr. 12 a 13, na nichž je umístěna zvláštní forma připojovacího drátu 15, u níž jsou k dispozici elastické patky 16. které dosahují hřebenovým způsobem ke kontaktním místům 17. na kterých jsou připájeny nebo přivařeny.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Piezoelektrický ovladač

   - s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami (2, 3) uspořádanými mezi těmito vrstvami,

   - s vzájemným bočním kontaktováním vnitřních elektrod (2, 3) přes vnější elektrody (6,7), kterými je možné přivádět elektrické napětí, přičemž

   - vnější elektroda (7) je umístěna na způsob sítě nebo tkaniny, v rozložení vždy na boční ploše a je alespoň bodově kontaktována vždy s vnitřními elektrodami (2, 3) a mezi kontaktováním leží roztažitelná oblast, a přičemž

   - přívod elektrického napětí se děje přípojkami (4, 5, 13,15), které mají rovněž mezi oblastmi kontaktních ploch nebo bodů (8, 14, 17) roztažitelné oblasti a/nebo přiléhají na elastické falcované oblasti (11).
2. 2. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1, vyznačující se tím, v ze

   - jako první vnější elektroda (6) je vždy na boční ploše umístěna vodivá plocha, která je vždy kontaktována s vnitřními elektrodami (2, 3) a druhá vnější elektroda (7) je uspořádána na způsob sítě nebo tkaniny na první (6), přičemž druhá vnější elektroda je alespoň bodově kontaktována s první (6) a přičemž mezi kontaktováním (8, 14, 17) leží roztažitelná oblast,
3. 3. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že

   - přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny přes pájkový kontakt (9), který je uspořádán na oblasti (10) struktury vrstev • · · * · · · «· · • · ♦ · · · ···· β · « ·

   10 ·· ·· ·· * ·· ··· piezoelektrického ovladače (1), která tím, že vnitřní elektrody (2, 3) nedosahují až k okraji piezoelektrického ovladače (1) nevykazuje téměř žádné podélné protažení.
4. 4. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že

   - přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny pres pájený, svařovaný nebo zalemovaný kontakt, který se nachází na falcované oblasti (11) druhé vnější elektrody (7).
5. 5. Piezoelektrický ovladač podle nároku 4, vyznačující se tím, v

   ze

   - přípojky elektrického napětí jsou provedeny plochým drátem (4,5), který je uspořádán ve falcované oblasti (11).
6. 6. Piezoelektrický ovladač podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že

   - přípojky elektrického napětí jsou provedeny drátem (4, 5), který se táhne přes falcovanou oblast (11), rozprostírající se po celé délce piezoelektrického ovladače.
7. 7. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že

   - přípojky elektrického napětí jsou provedeny přes bočně nebo svisle zvlněný drát (4, 5) a přes pájený, svařovaný nebo zalemovaný kontakt (14), který je bodově uspořádán na druhé vnější elektrodě (7).
8. 8. Piezoelektrický ovladač podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že

   - přípojky elektrického napětí jsou provedeny drátem (15) • · · · « · ·♦♦· · · · · ····«·» · · · ·· ·· ·· · ·· φφφ na způsob hřebene a přes pájený nebo svařovaný kontakt (17), který se nachází na elastických ozubech (16) a na druhé vnější elektrodě (7).