CZ301223B6 - Piezoelektrický ovladac - Google Patents

Abstract

Piezoelektrický ovladac je proveden s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitrními elektrodami (2, 3) usporádanými mezi nimi. Jako první vnejší elektroda (6) je vždy na jedné bocní ploše umístena vodivá plocha, která je vždy kontaktována s vnitrními elektrodami (2, 3) a druhá vnejší elektroda (7) ve tvaru síte nebo tkaniny je usporádána na první vnejší elektrode (6). Druhá vnejší elektroda (7) je alespon bodove kontaktována s první vnejší elektrodou (6). Mezi kontaktními plochami nebo body (8, 14, 17) leží roztažitelná oblast. Prívod elektrického napetí je proveden prípojkami (4, 5, 13, 15), které rovnež mají mezi oblastmi kontaktních ploch nebo bodu (8, 14, 17) roztažitelné oblasti a/nebo které priléhají na elastické prehnuté oblasti (11) nebo prípojky (4, 5) elektrického napetí jsou provedeny pres pájený kontakt (9), který je usporádán na patkové oblasti (10) struktury vrstev piezoelektrického ovladace (1), která tím, že vnitrní elektrody (2, 3) nedosahují až k okraji piezoelektrického ovladace (1) nevykazuje témer žádné podélné protažení.

Description

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 přiložení vnějšího elekt15 rického napětí nastává mechanická reakce piezoelektrického elementu, kterou v závislosti na krystalické struktuře a oblasti přiložení elektrického napětí představuje tlak nebo tah v předem daném směru. Struktura tohoto piezoelektrického ovladače muže být provedena ve více vrstvách (vícevrstvé ovladače), přičemž elektrody, přes které je přiváděno elektrické napětí, jsou uspořádány mezi vrstvami.

Takové piezoelektrické ovladače, které jsou například známé ze spisu DE 33 30 538 Al, 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 ve tvaru hřebenu, musí být elektrody, následující za sebou ve směru struktury těchto vrstev, kontaktovány střídavým způsobem na straně protilehlé. Při ovládání piezoelektrického ovladače, to znamená při přiložení napětí mezi vnitřní elektrody, ležící ve struktuře vrstev proti sobě, se vyskytují v oblasti vnitřních elektrod i v oblasti kontaktování na vnějších elektro30 dách různé mechanické síly, které mohou vést k mechanickým napětím a tím k prasklinám ve vnějších elektrodách.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje piezoelektrický ovladač s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami uspořádanými mezi nimi se vzájemným bočním kontaktováním vnitřních elektrod přes vnější elektrody, kterými je přivedítelné elektrické napětí, přičemž jedna vnější elektroda ve tvaru sítě nebo tkaniny je rozloženě umístěna vždy na jedné boční ploše a je alespoň bodově kontaktována vždy s vnitřními elektrodami a mezi kontaktováními leží roztažiteiná oblast, a jako první vnější elektroda je vždy na jedné boční ploše umístěna vodivá plocha, která je vždy kontaktována s vnitřními elektrodami, a druhá vnější elektroda ve tvaru sítě nebo tkaniny je uspořádána na první vnější elektrodě, přičemž druhá vnější elektroda je alespoň bodově kontaktována s první vnější elektrodou, a přičemž mezi kontaktními plochami nebo body leží roztažiteiná oblast, podle vynálezu, jehož podstatou je, že přívod elektrického napětí je proveden přípojkami, které rovněž mají mezi oblastmi kontaktních ploch nebo bodů roztažitelné oblasti a/nebo přiléhají na elastické přehnuté oblasti nebo přípojky elektrického napětí jsou provedeny přes pájený kontakt, který je uspořádán na oblasti struktury vrstev piezoelektrického ovladače, která tím, že vnitřní elektrody nedosahují až k okraji piezoelektrického ovladače, nevy50 kazuje téměř žádné podélné protažení.

Podle vynálezu je tedy jako první vrstva vnější elektrody uspořádána například kovová vrstva vždy na jedné straně boční plochy, která je kontaktována vždy s vnitřními elektrodami. Vrstva ve tvaru 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, 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, neboli oddělování vrstev od sebe. 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 elekio trod.

U jiné formy provedení mohou být přípojky elektrického napětí realizovány výhodným způsobem pájeným, svařovaným nebo zalemovaným kontaktem, který se nachází na přehnuté oblasti síťové nebo tkaninové vnější elektrody. Přitom je možné, že přípojky jsou provedeny plochým drátem, který je uspořádán uvnitř přehnuté oblasti.

Dále je možné, že přípojky elektrického napětí jsou provedeny drátem, který se rozkládá v přímce po přehnuté oblasti 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 vnějších elektrodách ve formě tkaniny.

Dále mohou být přípojky elektrického napětí provedeny také elektrodou ve tvaru hřebenu a pájeným nebo svařovaným kontaktem, který se ve formě bodu nachází na zejména elastickém hřebenu 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 o sobě 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 znázorňují obr. 1 řez piezoelektrickým ovladačem s vícevrstvou strukturou vrstev z piezokeramického materiálu a s vnitřními elektrodami i se síťovou vnější elektrodou na první ploché vnější elektrodě, obr. 2 půdorys síťové vnější elektrody podle obr, 1 s 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 přehnuté oblasti, obr. 5 obměna příkladu podle obr. 4 s připojovacím drátem přiléhajícím v přehnuté 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 přehnuté oblasti, obr. 9, 10 a 11 pohledy na zvlněné připojovací dráty pro elektrické přípojky a obr. 12 a 13 dva pohledy na elektrické připojovací dráty ve tvaru hřebene.

ío Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn piezoelektrický ovladač 1, který je sestaven o sobě známým způsobem z piezoelektrické fólie keramického materiálu s vhodnou krystalickou strukturou, takže na využití takzvaného piezoelektrického efektu při přiložení vnějšího elektrického napětí na vnitřní elektrois dy 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 tvořících přípojky 4 a 5.

S vnitřními elektrodami 2 a 3 je v kontaktu první plochá vnější elektroda 6, která je zase kon20 taktována s druhou vnější elektrodou 7 ve tvaru sítě přes kontaktní body 8, například pájením nebo svářením. První vnější elektrodou 6 může být tenká, například několik gm tlustá vrstva z Ni, Ni+Cu nebo Ni+PbSn, která je uchycena přímo na povrchu piezoelektrického ovladače i.

Připojovací dráty tvořící přípojky 4 a 5 jsou spojeny se síťovou vnější elektrodou 7 na kontaktním místě tvořícím pájený kontakt 9 pájením nebo svařováním. Pro odstranění možnosti odlome25 ní pájeného kontaktu 9 je v piezoelektrickém ovladači i 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 úvodu popisu díky eventuálnímu tvoření trhlin, jsou tak v patkové oblasti 10 odstraněny.

Z obr, 4 je patrný příklad provedení, u kterého je oblast vnější elektrody 7 k upevnění připojovacího drátu tvořícího přípojku 4, 5 falcována neboli přehnuta, a tím je odstraněno vyztužení na pájeném kontaktu 9, a tudíž tvoření trhlin. Získá se tak na výšce h elastická přehnutá oblast 11, v níž se může piezoelektrický ovladač 1 roztahovat, aniž by tomu vyztužující připojovací drát tvořící přípojku 4, 5 bránil. Výhodné by zde bylo zejména přivaření připojovacího drátu tvořícího přípojku 4 nebo 5, protože pájka by tak nemohla po dráze h stékat, což by v jiném případě mohlo vést k určitému vyztužení. 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 tvořící přípojku 4 nebo 5 ve vnitřní přehnuté oblasti H přivařen.

Podle příkladu provedení z obr. 6 je upraven plochý přivařený připojovací drát, jako přípojka 4 nebo 5, který umožňuje díky své malé šířce provést topnými deskami 12 třmenové pripájení dru45 hé vnější elektrody 7 ve tvaru sítě na první vnější elektrodu 6.

Z obr. 7 je patrná forma provedení, u které je připojovacím drátem tvořícím přípojku 4 nebo 5 zalemována kolejnička tvořící přípojku 13, položená po přehnuté oblasti li·

Obr. 8 znázorňuje obměnu upevnění připojovacího drátu tvořícího přípojku 4 a 5, u níž je po celé délce piezoelektrického ovladače i veden průchozí drát. Při lokálním pájení nebo svařování na přehnutém místě H je i zde odstraněn výskyt únavy materiálu mezi dráty tvořícími přípojky 4 a 5 a vnější elektrodou 7.

U příkladu provedení podle obr. 9 a 10 jsou připojovací dráty tvořící přípojky 4 a 5 zvlněné, takže je tak zmenšena překážka v roztahování vnější elektrody 7. Dráty tvořící přípojky 4 a 5 jsou v podélném směru piezoelektrického ovladače 1 přivařeny nebo přiletovány na větším počtu malých míst neboli kontaktních bodů 14. Dráty tvořící přípojky 4 a 5 jsou podle obr. 9 a 10 zvlněny kolmo k rovině druhé vnější elektrody 7, takže i zde je možné třmenové pájení, zmíněné podle obr. 6, pro naletování druhé vnější elektrody 7 ve tvaru sítě na piezoelektrický ovladač 1, respektive na první plochou vnější elektrodu 6, bez velkých překážek. Drát tvořící přípojku 4 nebo 5 přivařeny nejprve na druhou vnější elektrodu 7 může být použit jako držák a k vystředění při třmenovém pájení.

io

Zvlněný připojovací drát tvořící přípojku 4 nebo 5 naletovaný nebo přivařený naplocho na druhou vnější elektrodu 7 ve tvaru sítě, znázorňuje obr. 11. Zde je také upraveno bodové kontaktování na kontaktních místech či plochách 14, čímž není bráněno schopnosti roztahování druhé vnější elektrody 7. Třmenové pájení druhé vnější elektrody 7 může být provedeno také zde, nejjednodu15 seji pokud je na ni nejprve umístěn připojovací drát tvořící přípojku 4 nebo 5.

Další příklad provedení znázorňují obr. 12 a 13, na nichž je umístěna zvláštní forma připojovacího drátu tvořícího přípojku 15, u níž jsou k dispozici elastické patky ve tvaru elastických ozubů 16, které dosahují ve tvaru hřebene ke kontaktním místům nebo kontaktním bodům Γ7 ve formě pájeného nebo svařovaného kontaktu, na kterých jsou připájeny nebo přivařeny.

Claims (6)

1. 25 PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Piezoelektrický ovladač

   30 - s vícevrstvou strukturou piezoelektrických vrstev a s vnitřními elektrodami (2, 3) uspořádanými mezi nimi, s vzájemným bočním kontaktováním vnitřních elektrod (2, 3) přes vnější elektrody (6, 7), kterými je přivedítelné elektrické napětí, přičemž

   - jedna vnější elektroda (7) ve tvaru sítě nebo tkaniny je rozloženě umístěna vždy na jedné boční ploše a je alespoň bodově kontaktována vždy s vnitřními elektrodami (2, 3) a mezi kontaktováními leží roztažitelná oblast, a

   40 - jako první vnější elektroda (6) je vždy na jedné boční ploše umístěna vodivá plocha, která je vždy kontaktována s vnitřními elektrodami (2, 3) a druhá vnější elektroda (7) ve tvaru sítě nebo tkaniny je uspořádána na první vnější elektrodě (6), přičemž druhá vnější elektroda (7) je alespoň bodově kontaktována s první vnější elektrodou (6), a přičemž mezi kontaktními plochami nebo body (8,14, 17) leží roztažitelná oblast, vyznačující se tím, že přívod elektrického napětí je proveden přípojkami (4, 5, 13, 15), které rovněž mají mezi oblastmi kontaktních ploch nebo bodů (8, 14, 17) roztažitelné oblasti a/nebo které přiléhají na elastické přehnuté oblasti (11)

   55 nebo přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny přes pájený kontakt (9), který je uspořádán na oblasti struktury vrstev piezoelektrického ovladače (1), která tím, že vnitřní elektrody (2,

   3) nedosahují až k okraji piezoelektrického ovladače (1) nevykazuje téměř žádné podélné prota5 žení.
2. 2. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1, vyznačující se tím, že přípojky (4, 5, 13) elektrického napětí jsou provedeny pres pájený, svařovaný nebo zalemoto váný kontakt, který se nachází na přehnuté oblasti (11) druhé vnější elektrody (7).
3. 3. Piezoelektrický ovladač podle nároku 2, vyznačující se tím, že přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny plochým drátem, který je uspořádán 15 uvnitř v přehnuté oblasti (11).
4. 4. Piezoelektrický ovladač podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že

   - přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny drátem, který se rozkládá po přehnuté 20 oblasti (II), rozprostírající se po celé délce piezoelektrického ovladače (1).
5. 5. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1, vyznačující se tím, že

   - přípojky (4, 5) elektrického napětí jsou provedeny bočně nebo svisle zvlněným drátem 25 apájeným, svařovaným nebo zalemovaným kontaktem, který je jako kontaktní bod (14) uspořádán na druhé vnější elektrodě (7).
6. 6. Piezoelektrický ovladač podle nároku 1, vyznačující se tím, že

   30 - přípojky (15) elektrického napětí jsou provedeny drátem ve tvaru hřebene a pájeným nebo svařovaným kontaktem jako kontaktním bodem (17), který se nachází na elastických ozubech (16) a na druhé vnější elektrodě (7).