JP2003530684A - 圧電セラミックアクチュエーターおよびその製造方法 - Google Patents
圧電セラミックアクチュエーターおよびその製造方法Info
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本質的に薄い圧電セラミックフィルムの一体型スタック（２）と、このフィルムの間に配置された内部電極（３）からなる圧電セラミックアクチュエーター（１）は、スタックの外側に、電気化学的に内部電極に形成されたストリップ（４）を備えており、このストリップを介してアクチュエーター（１）の運転のための内部電極（３）の接触（５′、５′′）が行われる。
Description
【０００１】
技術の水準
本発明は、本質的に薄い圧電セラミックフィルムの焼結した一体型スタックと
、このフィルムの間に配置された内部電極からなり、内部電極がスタックの外側
に少なくとも２個の電気的に互いに分離した電極群を形成して少なくとも２個の
群の交互に連続する内部電極と互いに電気的に接続されている圧電セラミックア
クチュエーターに関する。
、このフィルムの間に配置された内部電極からなり、内部電極がスタックの外側
に少なくとも２個の電気的に互いに分離した電極群を形成して少なくとも２個の
群の交互に連続する内部電極と互いに電気的に接続されている圧電セラミックア
クチュエーターに関する。
【０００２】
この種のアクチュエーターは一般に知られている。
【０００３】
圧電セラミック材料は、機械的力を加えた際に、すなわち特に機械的加圧また
は引張り下で充電する特性を有する。他方で圧電セラミック材料に印加された電
界は、この材料が機械的に緊張する、すなわち特に延伸または収縮する作用を引
き起こす。
は引張り下で充電する特性を有する。他方で圧電セラミック材料に印加された電
界は、この材料が機械的に緊張する、すなわち特に延伸または収縮する作用を引
き起こす。
【０００４】
この後者の作用は、アクチュエーターに位置の移動を生じるために利用される
。
。
【０００５】
相当する多くの内部電極を有する圧電セラミックフィルムのスタックからなる
アクチュエーターの構成により、限られた使用電圧で圧電セラミックフィルムの
内部に高い電気的場の強さを達成することができ、それというのも２つの電極群
の場合にそれぞれ２つの隣接する内部電極の間に使用電圧が印加するからである
。
アクチュエーターの構成により、限られた使用電圧で圧電セラミックフィルムの
内部に高い電気的場の強さを達成することができ、それというのも２つの電極群
の場合にそれぞれ２つの隣接する内部電極の間に使用電圧が印加するからである
。
【０００６】
実際に内部電極の接触は困難を生じることがある。従来のアクチュエーターに
おいては、一方の被覆が一方の群の内部電極と電気的に接続され、他方の被覆が
他方の群の内部電極と電気的に接続されているように、互いに分離したスタック
の側面領域が被覆されている。
おいては、一方の被覆が一方の群の内部電極と電気的に接続され、他方の被覆が
他方の群の内部電極と電気的に接続されているように、互いに分離したスタック
の側面領域が被覆されている。
【０００７】
アクチュエーターを稼働する際に、アクチュエーターがそれぞれの使用電圧に
相当して延伸または収縮する場合に、この金属被覆はかなりの機械的応力にさら
される。この場合に使用電圧を頻繁に入力するおよび中断するかまたはその極性
に関して切り替える場合に、高い交番応力が生じることがある。
相当して延伸または収縮する場合に、この金属被覆はかなりの機械的応力にさら
される。この場合に使用電圧を頻繁に入力するおよび中断するかまたはその極性
に関して切り替える場合に、高い交番応力が生じることがある。
【０００８】
この金属被覆の機械的応力は被覆中に亀裂を生じることがあり、多かれ少なか
れ多数の内部電極がもはや使用電圧源に接続できず、隣接する圧電セラミックフ
ィルムがアクチュエーターの稼働にもはや寄与できないかまたはほとんど寄与で
きない結果を生じる。
れ多数の内部電極がもはや使用電圧源に接続できず、隣接する圧電セラミックフ
ィルムがアクチュエーターの稼働にもはや寄与できないかまたはほとんど寄与で
きない結果を生じる。
【０００９】
従ってドイツ特許出願公開第１９６４８５４５号明細書では、前記金属被覆を
機械的に特に曲げやすい、導電性の他の層で被覆し、前記被覆の断片を絶えず互
いに導電性に接続して保持することが提案され、この被覆はドイツ特許出願公開
第１９６４８５４５号明細書でベース金属被覆と呼ばれる。この付加的な被覆は
、例えば線材織物または線材ネットまたは金属フォームまたは波形の薄板の形を
有することができる。
機械的に特に曲げやすい、導電性の他の層で被覆し、前記被覆の断片を絶えず互
いに導電性に接続して保持することが提案され、この被覆はドイツ特許出願公開
第１９６４８５４５号明細書でベース金属被覆と呼ばれる。この付加的な被覆は
、例えば線材織物または線材ネットまたは金属フォームまたは波形の薄板の形を
有することができる。
【００１０】
発明の利点
本発明は、内部電極がそれぞれ少なくともスタックの外側の部分で、ストリッ
プ状またはカラー状の金属素子により接続され、この素子が有利な方法で電気分
解により析出した金属により形成することができるという一般的な構想にもとづ
く。これにより内部電極は、圧電セラミックフィルムの側面の縁部から所定の距
離で、互いに導電性に接続することができ、例えば場合により波形の金属フィル
ム、金属織物等または導電性プラスチックフィルム、例えばシリコンフィルムに
より、導電性粒子に埋め込まれ、従ってこのフィルムは連続する平面状導電性帯
域を形成する。
プ状またはカラー状の金属素子により接続され、この素子が有利な方法で電気分
解により析出した金属により形成することができるという一般的な構想にもとづ
く。これにより内部電極は、圧電セラミックフィルムの側面の縁部から所定の距
離で、互いに導電性に接続することができ、例えば場合により波形の金属フィル
ム、金属織物等または導電性プラスチックフィルム、例えばシリコンフィルムに
より、導電性粒子に埋め込まれ、従ってこのフィルムは連続する平面状導電性帯
域を形成する。
【００１１】
圧電セラミックスタックの外部の内部電極に接続するストリップまたはカラー
（Ｆａｈｎｅｎ）は、従ってつながっていない、構造化された条片状ベース金属
被覆を形成し、その際このストリップまたはカラーは隣接する圧電セラミックフ
ィルムの機械的移動によりアクチュエータの稼働の際におそらく少ない負荷がか
かる。このストリップまたはカラーが機械的に曲げやすく、互いに電気的に接続
されていることにより、特に安定したアクチュエーターを生じることができる。
（Ｆａｈｎｅｎ）は、従ってつながっていない、構造化された条片状ベース金属
被覆を形成し、その際このストリップまたはカラーは隣接する圧電セラミックフ
ィルムの機械的移動によりアクチュエータの稼働の際におそらく少ない負荷がか
かる。このストリップまたはカラーが機械的に曲げやすく、互いに電気的に接続
されていることにより、特に安定したアクチュエーターを生じることができる。
【００１２】
図面
本発明の特に有利な実施態様を図面により説明する。
【００１３】
図１は本発明のアクチュエーターの断面図を示す。
【００１４】
図１により本発明の圧電セラミックアクチュエーター１は、本質的に焼結した
圧電セラミックフィルムのスタック２と、このフィルムの間に配置された金属の
内部電極３からなり、内部電極は、交互に、図示されたアクチュエーター１の右
側または左側にまで達し、すなわち外部から隣接する圧電セラミックフィルム２
の間に到達する。それぞれ向かい合っている縁部領域で、それぞれの内部電極は
隣接する圧電セラミックフィルム２により覆われ、従ってそれぞれの内部電極３
の縁部は外部から到達できない。
圧電セラミックフィルムのスタック２と、このフィルムの間に配置された金属の
内部電極３からなり、内部電極は、交互に、図示されたアクチュエーター１の右
側または左側にまで達し、すなわち外部から隣接する圧電セラミックフィルム２
の間に到達する。それぞれ向かい合っている縁部領域で、それぞれの内部電極は
隣接する圧電セラミックフィルム２により覆われ、従ってそれぞれの内部電極３
の縁部は外部から到達できない。
【００１５】
以下に示される他の電気分解による金属被覆により、外部から到達可能な、図
面では内部電極３の右側または左側の縁部領域にストリップ状突出部４が形成さ
れ、この突出部は、例えばそれぞれ内部電極３に直接接続するニッケル層４′お
よび外側のこの上に存在する金層４′′からなる。
面では内部電極３の右側または左側の縁部領域にストリップ状突出部４が形成さ
れ、この突出部は、例えばそれぞれ内部電極３に直接接続するニッケル層４′お
よび外側のこの上に存在する金層４′′からなる。
【００１６】
ストリップ状突出部４の自由な縁部は導電性フィルム５′または５′′を介し
て互いに電気的に接続され、このフィルムは、例えばプラスチック、例えばシリ
コンまたはコポリマーおよびこれに埋め込まれた導電性プラスチック粒子または
金属粒子からなり、その際この粒子は所望の導電性を達成するためにきわめて密
に圧縮され、かつプラスチック材料は主に粒子の機械的結合を保証するために用
いられる。
て互いに電気的に接続され、このフィルムは、例えばプラスチック、例えばシリ
コンまたはコポリマーおよびこれに埋め込まれた導電性プラスチック粒子または
金属粒子からなり、その際この粒子は所望の導電性を達成するためにきわめて密
に圧縮され、かつプラスチック材料は主に粒子の機械的結合を保証するために用
いられる。
【００１７】
ストリップ状突出部４およびフィルム５′または５′′は、例えばホットプレ
スにより互いに導電性に接続されていてもよい。
スにより互いに導電性に接続されていてもよい。
【００１８】
両方のフィルム５′および５′′は接続導線６′および６′′と電気的に接続
され、この導線を介してフィルム５′および５′′およびこれによりフィルムに
電気的に接続されている内部電極３を使用電圧源と接続することができ、このよ
うにしてフィルム５′と電気的に接続される内部電極３のそれぞれの群および前
記内部電極３の間にはめ込まれたくし状の、フィルム５′′と電気的に接続され
た内部電極３は電気的に反対の極性を有し、この間に存在するそれぞれの圧電セ
ラミックフィルム２は相当する電界を負荷される。
され、この導線を介してフィルム５′および５′′およびこれによりフィルムに
電気的に接続されている内部電極３を使用電圧源と接続することができ、このよ
うにしてフィルム５′と電気的に接続される内部電極３のそれぞれの群および前
記内部電極３の間にはめ込まれたくし状の、フィルム５′′と電気的に接続され
た内部電極３は電気的に反対の極性を有し、この間に存在するそれぞれの圧電セ
ラミックフィルム２は相当する電界を負荷される。
【００１９】
引き続き使用電圧の極性に応じてアクチュエーター１の上側端部および下側端
部は双方向の矢印Ｐに相当して互いに相対的に移動する。
部は双方向の矢印Ｐに相当して互いに相対的に移動する。
【００２０】
フィルム５′および５′′が圧電セラミックフィルム２の縁部から空間的に分
離され、更にフィルム５′および５′′が所定の弾性コンプライアンスを有する
ので、アクチュエーター１の移動はフィルム５′および５′′でのいかなる破壊
も生じることがない。
離され、更にフィルム５′および５′′が所定の弾性コンプライアンスを有する
ので、アクチュエーター１の移動はフィルム５′および５′′でのいかなる破壊
も生じることがない。
【００２１】
場合によりフィルム５′および５′′は波形構造を有することができ、このよ
うにしてフィルム５′または５′′に隣接して接続される２つの内部電極３また
はそのストリップ状突出部４の間にそれぞれ外側に凸面のパッドが延びている。
うにしてフィルム５′または５′′に隣接して接続される２つの内部電極３また
はそのストリップ状突出部４の間にそれぞれ外側に凸面のパッドが延びている。
【００２２】
この代わりに、導電性フィルム５′および５′′の代わりに金属織物または金
属ネットまたは金属フォームからなる層を使用することも可能である。
属ネットまたは金属フォームからなる層を使用することも可能である。
【００２３】
ストリップ状の突出物４の電気化学的製造は以下のように行うことができる。
【００２４】
焼結した圧電セラミックフィルムからなるスタック２と、その間に配置された
内部電極３を支持体に固定する。その後内部電極３を、互いに、２つの向かい合
う面に、図面では図示されたスタックの右側および左側に、互いに電気的に接触
するが、それぞれの接触はなおスタックの互いに向かい合う面のより大きな連続
する領域を自由のままであるように接触する。
内部電極３を支持体に固定する。その後内部電極３を、互いに、２つの向かい合
う面に、図面では図示されたスタックの右側および左側に、互いに電気的に接触
するが、それぞれの接触はなおスタックの互いに向かい合う面のより大きな連続
する領域を自由のままであるように接触する。
【００２５】
引き続き中性洗浄機中で、例えば５５℃の温度および５分の処理時間でスタッ
クの洗浄を行う。
クの洗浄を行う。
【００２６】
その後完全脱塩水（ＶＥ水）中ですすぐ。
【００２７】
今や電気化学的金属析出、例えばニッケル析出またはニッケルスルファメート
電解液からのニッケル合金の析出を行い、この電解液は合金の析出の場合に相当
する添加剤または合金成分を含有する。場合により相当する電解液から貴金属析
出を行うこともできる。
電解液からのニッケル合金の析出を行い、この電解液は合金の析出の場合に相当
する添加剤または合金成分を含有する。場合により相当する電解液から貴金属析
出を行うこともできる。
【００２８】
析出の際に内部電極３は前記のスタックの接触を介して電気的にカソードとし
て接続され、適当なアノードを使用する。
て接続され、適当なアノードを使用する。
【００２９】
ニッケルスルファメート電解液は３〜４のｐＨ値および約４０℃の温度を有す
ることができる。他の電解液は同様の処理条件で作動する。
ることができる。他の電解液は同様の処理条件で作動する。
【００３０】
カソードとアノードの間の電流の強さは露出するセラミック表面にもとづき１
ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。これにより約０.１μｍ／分の析出率が達成され
る。
ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。これにより約０.１μｍ／分の析出率が達成され
る。
【００３１】
金属層４′を製造後、完全脱塩水中で再びすすぐ。
【００３２】
引き続き金電解液中で硬質金の析出を行い、その際内部電極３を再びカソード
として接続し、プラチナメッキしたチタンからのアノードを使用することができ
る。金電解液のｐＨ値を４〜５の値に調節することができる。温度は再び４０℃
であってもよい。電流の強さは再び露出するセラミックフィルムスタックのセラ
ミック平面にもとづき１ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。
として接続し、プラチナメッキしたチタンからのアノードを使用することができ
る。金電解液のｐＨ値を４〜５の値に調節することができる。温度は再び４０℃
であってもよい。電流の強さは再び露出するセラミックフィルムスタックのセラ
ミック平面にもとづき１ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。
【００３３】
選択的に均一な約０.１ｍｍの厚さの金層を電流を通じないでスドゴルド電解
液（Ｓｕｄｇｏｌｄ−Ｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｅ）から析出することができる。こ
の処理工程の温度は８０〜９０℃であってもよい。
液（Ｓｕｄｇｏｌｄ−Ｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｅ）から析出することができる。こ
の処理工程の温度は８０〜９０℃であってもよい。
【００３４】
引き続き完全脱塩水中で再びすすぐ。
【００３５】
今やストリップ状突出物４は導電性フィルム５′および５′′等と接続するた
めに使用する。
めに使用する。
【図１】
本発明のアクチュエーターの断面図である。
１ アクチュエーター、 ２ フィルム、 ３ 内部電極、 ４ 突出物
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ユルゲン ハッケンベルク
ドイツ連邦共和国 ザクセンハイム ツィ
ンメラー プファート 99
Claims (8)
- 【請求項１】 本質的に薄い圧電セラミックフィルムの一体型スタック（２
）と、このフィルムの間に配置された内部電極（３）からなり、内部電極が、ス
タックの外側に少なくとも２個の電気的に互いに分離した電極群を形成して互い
に電気的に接続されている圧電セラミックアクチュエーター（１）において、内
部電極（３）がそれぞれスタックの外側の部分にストリップ状の突出部（４）を
備えていることを特徴とする圧電セラミックアクチュエーター。 - 【請求項２】 突出部（４）が電気分解により析出した金属により形成され
ている請求項１記載のアクチュエーター。 - 【請求項３】 それぞれのストリップ状の突出部（４）がニッケル層または
ニッケル合金層（４′）および外側に接続する金層（４′′）からなる請求項１
または２記載のアクチュエーター。 - 【請求項４】 それぞれのストリップ状の突出部（４）が銅からなる請求項
１または２記載のアクチュエーター。 - 【請求項５】 それぞれのストリップ状の突出部（４）が錫−銀合金からな
る請求項１または２記載のアクチュエーター。 - 【請求項６】 請求項１記載の圧電セラミックアクチュエーターを製造する
方法において、内部電極（３）をカソードとして接続し、一体型スタックを電気
分解浴に入れることにより突出部（４）を電気化学的に製造することを特徴とす
る圧電セラミックアクチュエーターを製造する方法。 - 【請求項７】 突出部（４）を形成するために、まずニッケルまたはニッケ
ル合金を析出し、他の浴中で金を析出する請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 突出部（４）を形成するために、銅または錫−銀合金を析出
する請求項６記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19936713A DE19936713C2 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Piezokeramischer Aktor sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE19936713.2 | 1999-08-06 | ||
| PCT/DE2000/002527 WO2001011699A1 (de) | 1999-08-06 | 2000-08-02 | Elektrodenkontakt für einen piezokeramischen aktor sowie herstellungsverfahren |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003530684A true JP2003530684A (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=7917168
Family Applications (1)
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