JP6185661B2 - 外部接続部，延長接続部，および結合部材を有する多層デバイス - Google Patents

Description

本発明は、外部接続部，延長接続部，および結合部材を有する多層デバイスに関する。本発明による多層デバイスは、たとえば圧電アクチュエータであり、これは自動車における燃料噴射バルブに用いることができる。代替として、この多層デバイスは、たとえば多層コンデンサまたは多層バリスタであってよい。

特許文献１は、電極の電気的接続部のための接続タブを備える圧電アクチュエータを開示している。特許文献２は、ワイヤメッシュの形態の外部電極を開示している。

多層デバイスの接続には、たとえばこの多層デバイスの外部接続部が延長接続部とはんだ付けされる。しかしながらここで上記の延長接続部と外部接続部との間の機械的応力が発生し得る。この機械的応力は、この多層デバイスの損傷または故障をもたらし得る。

独国特許出願公開第１９９３０５８５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０１３１２５Ａ１号明細書

本発明の課題は、改善された多層デバイスを提供することである。具体的には、１つの課題は、とりわけ信頼性のある多層デバイスを提供することである。

本発明は１つの多層デバイスを提供し、この多層デバイスは、その上に配設された１つの外部接続部，この多層デバイスの電気的接続のための１つの延長接続部，およびこの外部接続部と延長接続部の結合のための１つの結合部材を有する、１つの基体を備える。この結合部材は、この延長接続部に発生する機械的応力の、外部接続部からの１つの分離部として作用するように形成されている。これは具体的には、延長接続部に発生する機械的応力が外部接続部から分離されることを意味し、あるいはこの逆で分離されることを意味する。

好ましくは上記の結合部材は、外部接続部と延長接続部との間の電気的接続のみを生成し、この外部接続と延長接続部との間の有意な機械的結合を全く生成しないように形成されている。

この延長接続部と外部接続部との間の機械的応力の１つの分離部を有する多層デバイスの利点は、この延長接続部からの負荷に対する、上記の基体における外部接続部の負荷緩和が実現され得ることである。これによりこの外部接続部の損傷を防ぐことができる。この延長接続部と外部接続部との間の上記の結合部材も負荷緩和される。たとえば、この延長接続部による引張負荷が外部接続部に印加され得ることを防ぐことができる。具体的には、機械的負荷の状態にある延長接続部がこの負荷を外部接続部に伝えることが防止される。さらに外部接続部と延長接続部との間の相対的な動きを相殺することができる。

上記の多層デバイスの基体は誘電体層（複数）と内部電極層（複数）とからなる積層体を有してよい。この外部接続部は、これらの内部電極層の電気的接続のために用いられる。上記の基体は、たとえば直方体形状に形成されている。

好ましくは、上記の誘電体層（複数）および内部電極層（複数）は、１つの積層方向に沿って積層される。この積層方向は、好ましくは基体の長手方向に対応する。好ましくは、上記の誘電体層と上記の内部電極層は、交互に積層されている。

好ましくは、これらの内部電極層は、銅を含み、または銅から成っている。代替として、これらの内部電極層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。代替として、これらの内部電極層は、他の導電性材料から成っている。

上記の誘電体層は、圧電材料を含んでよい。たとえばこれらの誘電体層は、セラミック材料を含んでよく、具体的には圧電セラミックを含んでよい。上記の基体の製造には、グリーンシート（複数）が用いられてよく、これらのグリーンシート上に内部電極層を形成するために、たとえば金属ペーストが塗布される。たとえばこの金属ペーストは、シルクスクリーン印刷処理で塗布される。この金属ペーストは銅を含んでよい。代替としてこの金属ペーストは、銀または銀−パラジウムを含んでよい。この金属ペーストを塗布した後、好ましくはこのグリーンシートは積層され、押圧されてまとめて焼結され、モノリシック焼結体が生成される。好ましくは、上記のデバイスの基体はモノリシック焼結体から形成され、たとえば上記のように製造された焼結体から形成される。

たとえば、この多層デバイスは、圧電デバイスとして形成され、たとえば圧電アクチュエータとして形成される。圧電アクチュエータでは、内部電極層に電圧を印加すると、これらの内部電極層の間に配設された圧電層が伸張し、アクチュエータのストロークが生成される。この多層デバイスは、他のデバイスとして形成されてよく、たとえば多層コンデンサとして形成されてよい。

上記の電極ペーストは、たとえば、積層方向で見て交互に、上記の電極層がこの積層体の外面まで達し、かつこの積層体の対向する外面から離間しているように塗布される。このようにしてこれらの電極層は、上記の外部電極の１つと交互に電気的に結合される。

代替として、上記の多層デバイスは、全体が活性な多層デバイスであってよい。全体が活性な多層デバイスでは、内部の電極層は基体の全断面に渡って延在している。これらの内部電極層を上記の外部接続部と交互に結合するため、これらの内部電極層は、１つの外面上で電気的絶縁材料によって交互に覆われる。好ましくは、これらの内部電極層は積層方向で交互に、これらの外部電極の１つと電気的に結合され、また他の１つの外部電極から電気的に絶縁されている。

好ましくは上記の外部接続部は、積層方向で隣接した内部電極層の間に電圧を印加するために用いられる。具体的にはこの外部接続部は、これらの内部電極層への電流の供給に用いられる。具体的にはこの外部接続部は、電流を上記の多層デバイスにおいて分配するために用いられる。この外部接続部は、好ましくは上記の基体上に直に配設されている。具体的にはこの外部接続部は、全面的に上記の基体と結合されている。

この外部接続部は、たとえば２つの外部電極を備える。これらの外部電極は、好ましくはこの基体の対向している外側面に配設されている。好ましくは、これらの内部電極層は積層方向で交互に、これらの外部電極の１つと電気的に結合され、また他の１つの外部電極から電気的に絶縁されている。ここでこの外部接続部は、この基体に負荷を与えるために設けられていてよい。

この外部接続部は、たとえば帯状に形成されている。この外部接続部は、好ましくは上記の基体の積層方向に沿って延在している。たとえばこの外部接続部は、この基体の外面を部分的にのみ覆っている。代替として、この外部接続部は、この基体の外面を完全に覆ってよい。

この外部接続部は、たとえば金属板として形成されていてよく，メッシュまたは蛇行形状（maeanderfoermig）に形成されていてよい。この場合、この外部接続部は、上記の基体とはんだ付けされている。たとえばこの外部接続部は、この基体の側面上で外部メタライジング、スパッタ層，はんだ，または導電性接着剤を介してこの基体と結合されている。特にこの外部接続部は、上記の内部電極層と直接結合されている。代替としてこの外部接続部は、シルクスクリーン印刷処理を用いて、層として、この基体の１つの側面上に塗布されてよい。

上記の延長接続部は、たとえばピンまたは帯状金属板（Blechstreifen）として形成されていてよい。この延長接続部は、１つの外部電流源と結合されていてよい。具体的にはこの延長接続部は、上記の外部接続部への電流あるいは電圧の供給に用いられる。

上記の結合部材は、好ましくは小さな剛性を有する１つの部材である。 好ましくはこの結合部材は、高い可撓性を備える。以上により上記の延長接続部と外部接続部との間の機械的負荷が分断され、こうして上記の基体が得られる。

上記の結合部材は、たとえば蛇行形状のワイヤ部材として，メッシュ部材として，または金属板として形成されていてよい。

上記の延長接続部と外部接続部との間に１つの結合部材を用いることにより、省スペースの外部接続部の設計が可能となる。特にこの外部接続部は、この基体のエッジを回って設けられてはならない。

さらに延長接続部に対する接続部位の間隔は、大きな範囲で自在に選択可能である。具体的には、この延長接続部の個々の部材、たとえばピンの間隔は、変化することができる。

さらに上記の延長接続部は、自由に配設することができる。以上により、この延長接続部への追加的な部材を設置するための空間を作ることができる。このような追加的な部材は、具体的には埋め込み用樹脂の中に配設されていてよい。たとえば１つの絶縁層が、この延長接続部に存在してよい。このような絶縁層は、耐トラッキング性（Kriechstromfestigkeit）の観点から有利に作用する。

１つの実施形態によれば、上記の結合部材は、上記の外部接続部への分離された部材として形成されている。

もう１つの実施形態によれば、上記の結合部材は、上記の外部接続部の一体的な部材として形成されている。詳細にはこの結合部材は、上記の外部接続部の１つの延長部を備える。たとえばこの延長接続部は、上記の基体に固定されていない１つの延長部を備える。この延長部は、この基体の側面上で見て、上記の外部接続部の上側に延在するように曲げられていてよい。この延長部は、好ましくは上記の外部接続部に対し平行か、またはほぼ平行に延在している。１つの実施形態によれば、この延長部は、上記の外部接続部に対し鋭角に延在している。この延長部は、上記の基体の積層方向に対し垂直に延在する端部に沿って曲げられていてよい。

１つの実施形態によれば、上記の外部接続部，結合部材，および延長接続部は、それぞれ互いに分離された部材として形成されている。もう１つの実施形態によれば、上記の外部接続部，結合部材，および延長接続部は、一体的に形成されている。

１つの実施形態によれば、上記の結合部材は、上記の基体の１つの側面に沿ったレベル面において延在している。このレベル面は、たとえばこの基体に対し平行かまたはほぼ平行に延在している。もう１つの実施形態によれば、このレベル面は、上記の側面に対し鋭角に延在している。特にこの結合部材は平坦に形成されている。すなわちこの結合部材は曲がった部位が無い。上記の外部接続部または延長接続部でのこの結合部材を固定する領域における局所的な小さな曲がりは、ここでは無視することができる。

積層方向に対し平行に延在する上記の結合部材の端部（複数）は、好ましくは自由な状態であり、すなわちこれらの端部は上記の基体に固定して結合されていない。以上によりこの結合部材は、積層方向に対し垂直な１つの方向に可動となっている。これは上記の延長接続部と外部接続部との間の機械的ストレスを分断するために有利に作用する。

上記の外部接続部への上記の結合部材の固定は、好ましくは、上記の基体の積層方向に対し垂直に延在するこの結合部材の端部に沿って行われる。代替として上記の結合部材は、単に１つの接続点を介して上記の外部接続部と結合されていてよい。たとえば上記の結合部材は上記の外部接続部とはんだ付けされていてよい。代替としてこの結合部材は、導電性接着剤を用いて、上記の外部接続部と結合されていてよい。代替としてこの結合部材は、上記の外部接続部と溶接されていてよい。上記の結合部材の上記の延長接続部との結合は、同様にはんだ付け，溶接を用いて，または導電性接着剤を用いて行われてよい。

１つの実施形態によれば、上記の外部接続部と延長接続部との間の結合部材は、全体に渡って上記の基体から離間している。すなわちこの結合部材は、その端部（複数）が上記の外部接続部および上記の延長接続部に結合されているが、これらの端部の間に上記の外部接続部とのさらなる接続点を全く有していない。

１つの実施形態によれば、上記の延長接続部は、これが上記基体と長手方向で重なるように配設されている。この重なり部は、耐トラッキング性に関し有利に作用する。たとえばこの延長接続部は、上記の基体の約１／３の部分と重なっている。しかしながらこの延長接続部は、上記の基体の１／３より多いかまたは少ない部分と重なっていてもよい。

この延長接続部は、上記の基体から離間して配設されていてよい。

以下で本発明による多層デバイスを、概略的かつ寸法が正確でない図を参照して、より詳細に説明する。

外部接続部，延長接続部，および結合部材を有する多層デバイスを側面図で示す。 上記の結合部材の２つの異なる実施形態を有する１つの多層デバイスを側面図で示す。 上記の結合部材および上記の延長接続部のもう１つの実施形態を有する１つの多層デバイスを側面図で示す。 上記の結合部材および上記の延長接続部のもう１つの実施形態を有する１つの多層デバイスを側面図で示す。

図１は、１つの多層デバイス１を示す。この多層デバイス１は、交互に配設された内部電極層（複数）および圧電層（複数）（不図示）から成る１つの積層体を有する１つの基体２を備える。この基体の２つの対向する側面上には、１つの外部接続部３が配設されている。この外部接続部３は、たとえば１つのメッシュ，１つの蛇行形状部材，または１つの金属板であってよい。この外部接続部３は、上記の内部電極層（複数）の接続のために形成されている。

外部接続部３には２つの結合部材４が配設されている。これらの結合部材４は、１つのメッシュ，１つの可撓な金属板，または蛇行形状の部材であってよい。これらの結合部材４は、外部接続部３を１つの延長接続部５に結合している。これらの結合部材４は、その外側端部（複数）で、あるいはその最も外側の点（複数）で、それぞれ外部接続部３および延長接続部５と結合されている。この結合部材４の外部接続部３との結合は、１つの独立した点、たとえば１つの溶接点，または積層方向に対し垂直に延在する１つの独立した結合ラインで行われていてよい。このようなはんだ付け点、あるいはこのような結合ラインが、図１に点６で示されている。この他に、この結合部材４は、基体２の側面から、あるいは外部接続部３から離間して配設されている。ここでこの結合部材４は、基体の側面と１つの鋭角を成している。

延長接続部（複数）５は、基体２から離間して配設されている。さらにこれらの延長接続部５は、積層方向Ｓに対し垂直に配設されている。もう１つの実施形態においては、これらの延長接続部５は、積層方向Ｓに対して傾いていてもよい。

これらの延長接続部５は、長手方向で上記の基体２と重なって配設されている。これは、耐トラッキング性に関し有利に作用する。具体的にはこの延長接続部５は、上記の基体２の約１／３の部分と重なっている。

結合部材４は、高い可撓性を有している。このようにして上記の延長接続部５と外部接続部３との間の機械的ストレスの分断が行われ得る。以上によりこの延長接続部５からの負荷に対する外部接続部３の負荷緩和が行われ得る。特に、偶然発生する振動は、これらの延長接続部５からは外部接続部３に、あるいは基体２に伝達されず、またこの逆も伝達されない。以上により、多層デバイス１の損傷を避けることができる。

図２は、結合部材４の２つのさらなる実施形態を有する１つの多層デバイス１を示す。しかしながら通常は、２つの同様な結合部材４が１つの多層デバイス２に配設される。

図２の下側に配設された実施形態は、結合部材４が外部接続部３の端部、具体的には延長接続部５と反対側の部接続部３の端部で結合されていることを除き、図１に示す実施形態と類似している。これに対し図１においては、結合部材４は、外部接続部３の中央領域においてこの外部接続部と結合されている。

図２の上側に配設された実施形態では、結合部材４は、外部接続部３の一体化された構成部品として形成されている。具体的にはこの外部接続部３は、結合部材４として用いられる１つの延長部７を備える。この延長部７は、基体２と直接結合されていない。以上により、延長部が外部接続部２に対して、あるいは基体２の側面に対して平行に延在するように、図２に示すようにこの延長部７を曲げることが可能となる。

延長接続部５は、この延長部７の自由端と結合されている。この自由端は、上記の基体と直接結合されていない、延長部７の端部である。この実施形態は、結合部材４が外部接続部３の一体化された構成部品として、具体的にはこの外部接続部３の延長部７として形成されており、この結合部材４が外部接続部に直接固定される必要がないという利点をもたらす。以上により、多層デバイス１の製造方法を容易とすることができる。

図３は、多層デバイス１のもう１つの実施形態を示す。図３は、１つの延長部７を有する１つの外部接続部３を示し、この延長部は、図２の示すものと同様に、外部接続部３に対し平行に延在している。図２に示す実施形態と異なり、この延長部７は、基体２の上方でさらに延伸している。このようにしてこの外部接続部の延長部７は同時に、結合部材４として、また延長接続部５として用いられる。以上により、多層デバイス１の製造方法をさらに容易とすることができる。さらにこの実施形態においては、この延長接続部も高い可撓性を有する。以上により、延長接続部５と外部接続部３との間の機械的ストレスの分断がさらに改善される。

図４は、延長接続部５を外部接続部３の１つの延長部７に取り付けるための、２つの異なる実施例を示し、これらは上述したように結合部材４として用いることができる。

図４の上側に示す手法は、既に図２で説明されている。この手法はここでは比較が容易なように再度図示されているものである。以下では上述した実施形態例を実施形態例４．１と称する。この実施形態例４．１においては、結合部材４は、多層デバイス１の自由端８に固定されている。ここで結合部材４は、積層方向Ｓでほぼ外部接続部３の長さにわたって延在している。この多層デバイス１の自由端８は、上記の電極層（複数）の間に電圧を印加した際に変位可能な端部である。この多層デバイス１の固定端９は、ここで基体２が固定して取り付けられている端部である。具体的には、この固定端部９は、この多層デバイス１のストッパに着座している。この固定端９は、延長接続部５の方向に向いている、多層デバイス１の端部である。

下側に示す実施形態は、以下では実施形態４．２と称し、結合部材４を多層デバイス１の固定端９に固定したものである。この実施形態においては、結合部材４は、外部接続部３の１つの部分領域のみに渡って延在している。具体的にはこの結合部材は、外部接続部３の約１／３の部分に渡って延在している。もう１つの実施形態においては、この結合部材４は、外部接続部の半分または３／４の部分に渡って延在していてもよい。

より短い結合部材４を有する、この実施形態例４．２は、材料使用の観点から有利である。具体的には、結合部材４の小さな長さのおかげで、図４の上側に示す実施形態よりも材料コストが小さくなる。

上記の実施形態４．１は、結合部材４が外部接続部３の全長に渡って延在しており、結合部材の可撓性の観点から有利である。特に上側に示す実施形態では、延長接続部５が延長部７あるいは結合部材４の曲げ半径の領域の外側に配設されている。以上により結合部材４の自由端は、基体２の近くまで持ってくることができる。こうしてこの延長接続部５は基体２に近接して配設されることも可能である。具体的には、結合部材４の自由端１０と基体２との間の距離は曲げ直径より小さくすることができる。以上によりとりわけ省スペースの構造を実現することができる。

さらなる違いは、実施形態４．１では結合部材４の自由端１０が延長接続部５の方向に向いており、これに対し、下側に示す実施形態４．２では結合部材４の自由端１０がこの延長接続部５の方向と逆に向いていることである。

以上により、実施形態４．１では結合部材４および延長接続部５が、この結合部材４の全長に対し相対的に小さな１つの領域のみに渡って重なることになる。以上によりこの結合部材４の大部分は、延長接続部５から影響を受けずに存在する。

これに対し実施形態４．２では、延長接続部５および結合部材４はほぼ完全に重なっている。

１ ： 多層デバイス
２ ： 基体
３ ： 外部接続部
４ ： 結合部材
５ ： 延長接続部
６ ： 点
７ ： 延長部
８ ： 多層デバイスの自由端
９ ： 多層デバイスの固定端
１０ ： 結合部材の自由端

Claims (10)

1. 多層デバイス（１）であって、
   １つの基体（２）であって、その上に外部接続部（３）が配設された基体（２）と、前記多層デバイス（１）の電気的接続のための１つの延長接続部（５）と、当該外部接続部（３）と当該延長接続部（５）とを結合するための１つの結合部材（４）とを備え、
   前記結合部材（４）は、前記延長接続部（５）に発生する機械的応力を前記外部接続部（３）から分離するよう作用するように形成されており、
   前記結合部材（４）は、蛇行形状のワイヤ部材として形成されており、
   前記外部接続部（３）は、蛇行形状に形成されており、
   前記結合部材（４）は、前記外部接続部（３）の一体化された構成部品である、
   ことを特徴とする多層デバイス。
2. 前記結合部材は、前記基体の側面に沿った１つのレベル面において延在していることを特徴とする、請求項１に記載の多層デバイス。
3. 前記結合部材（４）は、前記外部接続部（３）と前記延長接続部（５）との間の領域において、前記基体（２）の側面の全体に渡って上記の基体から離間していることを特徴とする、請求項１または２に記載の多層デバイス。
4. 前記結合部材（４）は、一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層デバイス。
5. 前記結合部材（４）は、前記外部接続部（３）の１つの延長部（７）を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層デバイス。
6. 前記延長部（７）は、当該延長部が前記基体（２）に対してほぼ平行かまたは鋭角に延在していることを特徴とする、請求項５に記載の多層デバイス。
7. 前記結合部材（４）は、１つの端部に沿って前記外部接続部（３）に固定されており、前記端部は積層方向（Ｓ）に対し垂直に延在することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の多層デバイス。
8. 前記結合部材は、１つの単一の接続点を介して前記外部接続部（３）と結合していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層デバイス。
9. 前記延長接続部（５）は、長手方向で前記基体（２）と重なっていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の多層デバイス。
10. 前記延長接続部（５）は、１つの絶縁層によって被覆されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の多層デバイス。

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