JP5108190B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念の特徴を有している、例えば弁あるいは類似のもののような機械的構造部分の操作のための、圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
いわゆる圧電効果を利用して、適当な結晶構造を有する材料から圧電エレメントを構成し得ることは、一般に周知である。外部の電圧を印加する場合に、圧電エレメントの機械的な反応が行われ、これは、結晶構造及び電圧の印加範囲に関連して、所定の方向の押し力又は引き力を生ぜしめる。この場合この圧電アクチュエータは多層に構成することができ（多層アクチュエータ）、その際電圧を印加する電極はそれぞれ圧電層の間に配置される。
【０００３】
このような圧電アクチュエータは例えば自動車の燃料噴射システムにおける切り替え弁の駆動のために設けることができる。この場合圧電アクチュエータの運転の際に特に注意すべきことは、圧電層構造内の機械的な応力によって外部接続電極の範囲に有害な亀裂が形成されないようにすることである。それぞれ一方又は他方の側で外部電極に接点接続されている内部電極はそれぞれ櫛の歯状に圧電構造内に内蔵されているので、圧電層構造の方向で順次に続く内部電極は交互に一方又は他方の側で外部電極に接点接続しなければならない。圧電アクチュエータを操作する場合、換言すれば圧電層構造内で互いに向き合っている内部電極の間に電圧を印加する場合、内部電極の範囲並びに外部電極との接点接続箇所の範囲内で種々の機械的な力が生じ、この力は外部電極の範囲内で機械的な応力ひいては亀裂を生ぜしめることがある。
【０００４】
本発明の利点
例えば機械的な構造部分のために使用することができる最初に述べた圧電アクチュエータは有利な形式で次のように改善されている。すなわちその都度の外部電極の少なくとも１つの層が網状又は織物状に、それぞれ１つの側面に分配されて取り付けられていて、少なくとも点状に所属の内部電極に接点接続されている。この場合接点接続部の間にそれぞれ伸長可能な部分が位置しており、電圧の供給は接続部を介して行われ、この接続部はやはり接点接続面の範囲あるいは接点接続点の間の範囲に伸長可能な部分を有している。
【０００５】
本発明の特に好ましい実施形においては、外部電極の第１の層として例えば金属面がそれぞれ１つの側面に取り付けられていて、これらの金属面はそれぞれ内部電極に接点接続されている。この場合第２の外部電極としての網状又は織物状の層が第１の層上に配置されており、その際第２の層は少なくとも点状に第１の層に接点接続されており、かつその際やはり接点接続部の間に伸長可能な部分が位置している。電圧の供給はこの場合においても第２の外部電極における接続部を介して行われ、これらの接続部はやはり接点接続面の範囲あるいは接点接続点の間の範囲に伸長可能な部分を有している。
【０００６】
網状又は織物状の外部電極は、内部電極から、最初に述べたように、層間剥離によって生ずることがある横亀裂を回避するのに役立つ。この場合網状又は織物状の外部電極は有利な形式で単に点状にろう接しておくことができ、これにより圧電アクチュエータの伸長の際に外部電極内に大きなせん断応力が生じて、その結果電極が裂断するようなことはない。
【０００７】
本発明の別の実施形では、前記接続部はろう接接点を介して接点接続されており、このろう接接点は圧電アクチュエータの圧電層構造体の、内部電極が圧電アクチュエータの縁にまで導かれていないことによって、ほとんど長さが伸長しない領域内に配置されている。
【０００８】
別の実施形では、前記接続部は有利な形式で、網状又は織物状の外部電極の折り領域にあるろう接接点、溶接接点又はクリンプ接点を介して接点接続されている。この場合、前記接続部の接続が、折り領域の内部に配置されている偏平なワイヤを介して行われるようにすることが可能である。
【０００９】
更に、前記接続部の接続が、圧電アクチュエータの全長にわたって延びている折り領域に直線状に配置されているワイヤを介して行われるようにすること、あるいはまた側方又は垂直に波形にされているワイヤと、点状に織物状の外部電極に配置されているろう接接点、溶接接点又はクリンプ接点とを介して行われるようにすることが可能である。
【００１０】
更に前記接続部の接続は、それぞれ櫛状の電極と、有利には弾性的な櫛の歯及び第２の外部電極にあるろう接接点又は溶接接点とを介して行われるようにすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形のこれらの及び別の特徴は明細書及び図面に記載されており、その際個々の特徴はそれぞれ単独であるいは複数組み合わせて、本発明の実施形において及び他の分野において実現することができ、有利な及びそれ自体保護可能な構成をなし、ここで権利を請求するものである。
【００１２】
実施例の説明
図１には圧電アクチュエータ１が示されており、これは自体公知の形式で、適当な結晶構造を有するセラミック材料の圧電フォイルから構成されており、いわゆる圧電効果を利用して、外部の電圧を内部電極２及び３に電気接続部４及び５を介して印加すると、圧電アクチュエータ１が機械的に反応する。図２にはこの圧電アクチュエータの側面図が示されており、図３には接続ワイヤ４及び５の範囲の断面図が示されている。
【００１３】
内部電極２及び３には第１の面状の外部電極６が接点接続されており、第１の外部電極自体は第２の網状の外部電極７に、点接点８を介して例えばろう接又は溶接によって、接点接続されている。第１の外部電極６は例えばＮｉ、Ｎｉ+
ＣｕあるいはＮｉ+ＰｂＳｎから成る薄い、例えば数μｍの厚さの層であることができ、直接に圧電アクチュエータ１の表面に付着している。接続ワイヤ４及び５は網状の外部電極７に接点接続箇所９においてろう接又は溶接によって結合されている。ろう接箇所９の裂断を回避するために、図１によれば圧電アクチュエータ１内に受動足範囲１０が設けられており、この受動足範囲においては、内部電極２及び３は外部電極６及び７までは導かれておらず、したがって圧電効果による機械的な反応が生じることはない。これによって場合により亀裂形成による最初に述べた欠点は足範囲１０においては回避されている。
【００１４】
図４に示した実施例においては、外部電極の１つの領域が接続ワイヤ４又は５を固定するために折られており、これによってろう接箇所９における硬化ひいては亀裂の形成が回避されている。これにより高さｈにわたって弾性的な折り領域１１が得られ、この折り領域において圧電アクチュエータ１は伸長することができ、その際硬化作用を有する接続ワイヤ４又は５がこの伸長を妨げることはない。この場合有利には接続ワイヤ４又は５は溶接される。それは溶接を行うと、ろうが区間ｈにわたって流れて、硬化をもたらすことがないからである。図１〜３において設けられたような受動足範囲はここでは省略することができる。
【００１５】
図５に示した図４の実施形の変化形ではそれぞれの接続ワイヤ４又は５は折り範囲１１の内部に溶接されている。
【００１６】
図６の実施例では、偏平な、内部に溶接された接続ワイヤ４又は５が設けられており、この接続ワイヤはその幅がわずかであることによって、加熱板１２により網状の外部電極を第１の外部電極上にろう接することを可能にする。
【００１７】
図７に示した実施形においては、それぞれの接続ワイヤ４又は５は折り領域１１にわたって設けられたクリンプされたレール１３である。
【００１８】
図８に示した接続ワイヤ４及び５の固定の変化形では、一貫したワイヤが圧電アクチュエータの全長にわたって導かれている。ワイヤを折り領域１１に局所的にろう接又は溶接すると、ワイヤ４又は５とそれぞれの外部電極７との間に疲労亀裂が生じることがここでも減少せしめられる。
【００１９】
図９及び１０に示した実施例では、接続ワイヤ４及び５は波形にされていて、これによって外部電極７の伸長阻害が減少せしめられている。ワイヤ４及び５は圧電アクチュエータ１の長さ方向で複数の小さな箇所１４（点接点）において溶接又はろう接される。ワイヤ４及び５は図９及び１０においては外部電極７の平面に対して垂直に波形にされており、したがってこの場合においても、図６によって述べた網状の外部電極７を圧電アクチュエータ１若しくは第１の平らな外部電極６にろう付けするための加熱板を使用するろう接が可能である。前もって外部電極７に溶接されているワイヤ４又は５は、加熱板を使用するろう接の際に外部電極７の保持体としてかつ位置決め部材として使用することができる。
【００２０】
網状の外部電極７状に偏平にろう接又は溶接された波形の接続ワイヤ４又は５は図１１に示されている。この場合においても点状の接点接続が箇所１４において行われ、これによって外部電極７の伸長が阻止されることはない。外部電極７を加熱板を使用して第１の外部電極にろう接することはこの場合においても実施することができる。最も簡単なのは、それぞれの接続ワイヤ４又は５を、両方の外部電極のろう接後に初めて、取り付けることである。
【００２１】
図１２及び１３に示されている別の実施例においては、それぞれ特別な形状の接続ワイヤ１５が取り付けられている。この接続ワイヤにおいては弾性的な足１６が存在しており、これらの足は櫛の歯状に接点接続箇所１７に延びていて、接点接続箇所１７においてその都度外部電極７にろう接又は溶接される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 多層構造の圧電セラミック層及び内部電極並びに第１の面状の外部電極上の網状の外部電極を有する圧電アクチュエータの断面図を示す。
【図２】 図１に示した網状の、電圧用の接続部を有する外部電極の平面図を示す。
【図３】 電気接続部の範囲における圧電層構造体の細部断面図を示す。
【図４】 折り領域上に位置する接続ワイヤを有する、図３に示した実施例の変化形を示す。
【図５】 折り領域内に位置する接続ワイヤを有する、図４に示した実施例の変化形を示す。
【図６】 網状の外部電極が、加熱板を使用するろう接によって第１の外部電極と結合される実施例を示す。
【図７】 網状の外部電極がクリンプによって接続ワイヤと接続される実施例を示す。
【図８】 網状の外部電極が圧電アクチュエータの全長にわたって加熱板を使用するろう接あるいはクリンプによって折り領域において接続ワイヤと接続される実施例を示す。
【図９】 電気接続のための波形にされた接続ワイヤを示す。
【図１０】 電気接続のための波形にされた接続ワイヤを示す。
【図１１】 電気接続のための波形にされた接続ワイヤを示す。
【図１２】 櫛の歯状の電気接続ワイヤを示す。
【図１３】 櫛の歯状の電気接続ワイヤを示す。
【符号の説明】
１ 圧電アクチュエータ、 ２ 内部電極、 ３ 内部電極、 ４ 電気接続部、接続ワイヤ、 ５ 電気接続部、接続ワイヤ、 ６ 第１の面状の外部電極、 ７ 第２の網状の外部電極、 ８ 接触点、 ９ 接触箇所、ろう接箇所、 １０ 受動足範囲、 １１ 折り領域、 １２ 加熱板、 １３ レール、 １４ 箇所、 １５ 接続ワイヤ、 １６ 足、 １７ 接点接続箇所、 ｈ 高さ

Claims (2)

1. 多層構造のセラミック圧電層とその間に配置されている内部電極（２，３）とを有し、
   これらの内部電極（２，３）は交互に前記多層構造のセラミック圧電層の側方で導電性の面からなる第１の外部電極（６）に接点接続されていて、
   前記第１の外部電極（６）上に配置されている第２の外部電極（７）は網状又は織物状であって、それぞれ前記多層構造のセラミック圧電層の１つの側面に分配されて取り付けられていて、点状に第１の外部電極（６）に接点接続されており、かつ接点接続部の間に伸長可能な部分を有しており、
   前記内部電極は、前記第１および第２の外部電極を介して電圧を供給可能であり、
   電圧の供給が接続部を介して行われ、該接続部は第２の外部電極（７）を折って形成した弾性的な折り領域（１１）に位置しており、
   前記接続部がろう接接点（９）を介して接点接続されており、このろう接接点は圧電アクチュエータ（１）の圧電層構造体の、内部電極（２，３）が圧電アクチュエータ（１）の縁にまで導かれていないことによって、長さが伸長しない領域（１０）内に配置されていることを特徴とする、圧電アクチュエータ。
2. 前記接続部の接続が、第２の外部電極（７）の折り領域（１１）の内部に配置されている偏平なワイヤ（４，５）を介して行われることを特徴とする、請求項１記載の圧電アクチュエータ。

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