JP2005057996A - ピエゾアクチュエータおよび該ピエゾアクチュエータを製作するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制作方法で比較的に大きい構成長さが達成されるピエゾアクチュエータを提供する。
【解決手段】装置の手段では、個別に製作された、所定の数の部分ピエゾアクチュエータ７，８，９が、当該ピエゾアクチュエータ１の作用方向６に、列を成して接続されているようにした。方法の手段では、第１の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータ７，８，９を製作し、第２の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータ７，８，９を、不活性の領域を介して、機械的に互いに結合し、第３の製作ステップにおいて、外側電極４，５を、ピエゾアクチュエータ１におけるそれぞれの内側電極２，３の接触接続箇所へ被着するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータ、例えば弁またはこれに類するもののような機械的な構成部材を作動させるためのピエゾアクチュエータであって、ピエゾ層とその間に配置された内側電極とから成る多積層構造体（Mehrschichtaufbau）が設けられており、内側電極と外側電極との、側方の相互の接触接続部が設けられている形式のピエゾアクチュエータと、当該ピエゾアクチュエータを製作するための方法とに関する。

例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２８１７７号明細書に基づいて、いわゆるピエゾ効果の利用下で、弁またはこれに類するもののニードル行程を制御するためのピエゾエレメントが、適当な結晶構造を備えた材料から形成され得ることが公知である。外側の電圧の印加に際して、ピエゾエレメントの機械的な反応が生じる。この反応は、結晶構造と電圧の印加領域とに依存して、予め規定可能な方向への圧力または張力を形成する。

このようなピエゾアクチュエータの構成は、公知先行技術では、複数の積層の形状でいわゆる多層アクチュエータ（Multilayer-Aktor）として行われる。この場合、電圧が加えられるようになっている内側電極は、それぞれ作用方向で積層間に配置され、外側電極によって接触接続される。特に、冒頭に述べた弁ニードルの制御に際して、比較的に長くてかつスリムなピエゾアクチュエータが必要とされることがあり得る。この場合、結晶の積層とその間に位置する内側電極とを備えたピエゾ層の多層構造に基づいて、全ピエゾアクチュエータを１つの作業工程で連続的に製作することが、頻繁に不可能になる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２８１７７号明細書

本発明の課題は、簡単な制作方法で比較的に長い構成長さが達成されるピエゾアクチュエータを提供することである。

前記課題を解決するための本発明の装置の手段では、個別に製作された、所定の数の部分ピエゾアクチュエータが、当該ピエゾアクチュエータの作用方向に、列を成して接続されているようにした。前記課題を解決するための方法の手段では、第１の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータを製作し、第２の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータを、不活性の領域を介して、機械的に互いに結合し、第３の製作ステップにおいて、外側電極を、ピエゾアクチュエータにおけるそれぞれの内側電極の接触接続箇所へ被着するようにした。

例えば機械的な構成部材を作動させるために使用可能であってよい、冒頭に述べたピエゾアクチュエータは、ピエゾ層とその間に配置された内側電極とから成る多積層構造体（Mehrschichtaufbau）を有していて、内側電極と外側電極との、側方の相互の接触接続部を備えている。有利な形式では、特に長くてかつスリムなピエゾアクチュエータを実現するために、個別に製作された、所定の数の部分ピエゾアクチュエータが、当該ピエゾアクチュエータの作用方向に、列を成して接続されている。これにより、比較的に長くてかつ比較的にスリムなピエゾアクチュエータを、特別に安価に製作することができる。

部分ピエゾアクチュエータを少なくとも２倍〜ｘ倍配置することは、各部分ピエゾアクチュエータのそれぞれの頭端部および足端部における不活性の（inaktiv）領域が機械的に結合されていることによって、簡単に実現することができる。しかもこの場合、部分ピエゾアクチュエータの外側電極は、相応の電極形態を介して、それぞれ同じ極性を伴って互いに電気的に接続され得、かつ場合によっては、機械的な結合にも寄与するかまたは機械的な結合を完全に実現する。

この場合、外側電極が、有利にはアンバ（インバ（Invar））から成るメッシュ電極（Siebelektroden）であると、特別に有利である。アンバ・メッシュ（Invar-Sieb）の形状の、この材料選択によって、外側電極とピエゾアクチュエータとの熱膨張係数がほぼ同じであるために全ピエゾアクチュエータの機械的な負荷が減少されることを、有利に達成することができる。

本発明によるピエゾアクチュエータを構成するための製作方法は、まず第１の製作ステップにおいて部分ピエゾアクチュエータが製作され、次いで第２の製作ステップにおいて部分ピエゾアクチュエータが、不活性の領域を介して機械的に互いに結合され、第３のステップにおいて外側電極が、ピエゾアクチュエータにおけるそれぞれの内側電極の接触接続面へ被着される場合、特別に簡単である。

以下に、本発明によるピエゾアクチュエータの実施の形態を図面につき詳しく説明する。

図１にはピエゾアクチュエータ１を示してある。このピエゾアクチュエータ１は、自体公知のように、適当な結晶構造を備えた石英材料のピエゾシートから形成されている。したがって、いわゆるピエゾ効果の利用下で、外側電極４，５を介して電極２，３に外側の電圧が印加される際、ピエゾアクチュエータ１の機械的な反応が作用方向６に生ぜしめられる。それ自体で見て公知先行技術に基づき公知のこの装置は、ここでは単に理解のために、部分ピエゾアクチュエータ７の上側の領域において示してある。しかしながら前記装置は、全部の部分ピエゾアクチュエータ７および全ピエゾアクチュエータ１にわたって延びている。

さらに図１には、さらに部分ピエゾアクチュエータ８，９が、ピエゾアクチュエータ１の作用方向６に相前後して接続されていることを示してある。部分ピエゾアクチュエータ７，８，９は、その不活性の頭部領域１０および足部領域１１を介して、それぞれ相並んで位置している。

図２には、図１の細部Ａに示した部分ピエゾアクチュエータ８，９間の結合領域を、拡大して示してある。しかも、それぞれの頭部領域もしくは足部領域１０，１１が、機械的に互いに接して位置している、場合によってはさらに互いに堅固に結合されていることを示してある。外側電極５はここではアンバ・メッシュ電極（Invar-Siebelektrode）として構成されていて、したがって部分ピエゾアクチュエータ８，９間に電気的な接続部を形成していて、かつ場合によっては、相応の設計のもとで機械的な結合部も形成している。

３つの部分ピエゾアクチュエータを備えたピエゾアクチュエータの断面図である。 外側電極としての共通のアンバメッシュを備えた２つの部分ピエゾアクチュエータの結合箇所の部分Ａの詳細図である。

符号の説明

１ ピエゾアクチュエータ、 ２，３ 電極、 ４，５ 外側電極、 ６ 作用方向、 ７，８，９ 部分ピエゾアクチュエータ、 １０ 頭部領域、 １１ 足部領域

Claims (5)

1. ピエゾアクチュエータであって、
   −ピエゾ層とその間に配置された内側電極（２，３）とから成る多積層構造体が設けられており、
   −内側電極（２，３）と外側電極（４，５）との、側方の相互の接触接続部が設けられている形式のものにおいて、
   個別に製作された、所定の数の部分ピエゾアクチュエータ（７，８，９）が、当該ピエゾアクチュエータ（１）の作用方向（６）に、列を成して接続されていることを特徴とする、ピエゾアクチュエータ。
2. 部分ピエゾアクチュエータ（７，８，９）がそれぞれ不活性の領域（１０，１１）を介して、機械的に互いに結合されており、部分ピエゾアクチュエータ（７，８，９）の外側電極（４，５）が、それぞれ同じ極性を備えて、互いに電気的に接続されている、請求項１記載のピエゾアクチュエータ。
3. 外側電極がメッシュ電極（４，５）である、請求項１または２記載のピエゾアクチュエータ。
4. メッシュ電極（４，５）が、アンバから製作されている、請求項３記載のピエゾアクチュエータ。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載のピエゾアクチュエータを製作するための方法において、
   −第１の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータ（７，８，９）を製作し、
   −第２の製作ステップにおいて、部分ピエゾアクチュエータ（７，８，９）を、不活性の領域を介して、機械的に互いに結合し、
   −第３の製作ステップにおいて、外側電極（４，５）を、ピエゾアクチュエータ（１）におけるそれぞれの内側電極（２，３）の接触接続箇所へ被着することを特徴とする、ピエゾアクチュエータを製作するための方法。

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