KR20180037018A

KR20180037018A - 압전기 부품

Info

Publication number: KR20180037018A
Application number: KR1020187006067A
Authority: KR
Inventors: 제롬 아커
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2018-04-10
Also published as: WO2017028985A1; JP2018525829A; CN107851711A; DE102015215529A1; EP3335252A1

Abstract

본 발명은 압전 세라믹 재료층(12) 및 전극층(14)의 스택(18)으로서 구성되는 압전기 부품(10)에 관한 것이며, 스택(18)은 길이 방향 축(16)을 따라서, 각각 제1 층 두께(D1)를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층(12)이 배열되는 적어도 2개의 제1 활성 영역(36)을 가지며, 스택(18)은 각각 적어도 제2 층 두께(D2)를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층(12)이 배열되는 적어도 2개의 제2 활성 영역(38)을 가진다. 제2 층 두께(D2)는 길이 방향 축(16)을 따라서 제1 층 두께(D1)보다 크다.

Description

압전기 부품

본 발명은 내연 기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 인젝터 시스템에서 소위 소위 압전 액추에이터(piezo-actuator)로 사용되는 압전기 부품에 관한 것이다.

이러한 형태의 압전기 부품은 일반적으로 다수의 압전 세라믹 재료층을 포함한다. 재료층들을 형성하는 소위 압전 세라믹은 전압이 인가될 때 압전 효과로 인해 팽창하는 재료이다. 이러한 종류의 압전 세라믹들은 전압이 인가될 때 길이 연장부에 의해 수 마이크로미터의 이동을 일으키는 상기된 압전 액추에이터의 기초를 형성한다. 압전 세라믹은 서로로부터 분리되는 바이스 도메인(Weiss domain) 내에서 각각 바람직한 배향을 가지는 전기 쌍극자 모멘트(electrical dipole moment)를 가진다. 압전 세라믹의 비극성의(unpolarized) 정상적인 상태에서, 개별 바이스 도메인의 바람직한 배향은 무질서하여서, 외부적으로, 압전 세라믹의 거시적 전기적인 극성화가 없다.

압전 액추에이터들에 사용 가능한 압전기 효과를 만들기 위해, 압전 세라믹은 전기 쌍극자 모멘트들을 배향시키는 것에 의해 극성화되며, 이에 의해 모든 바이스 도메인에 있는 전기 쌍극자 모멘트들은 극성화 축에 의해 규정된 바람직한 배향으로부터 적어도 약간 벗어난다.

상기된 개별 압전 세라믹 재료층은 대체로 양쪽 측면들 상에 금속 전극층들이 제공된다. 전압이 이러한 전극층들에 인가되어서, 전극층들이 능동적으로 전압을 전도하면, 압전 세라믹 재료층들은 상기된 사용 가능한 길이 연장부로 이어지는 격자 왜곡(lattice distortion)과 반응한다. 그러나, 이러한 길이 연장부가 매우 작기 때문에, 예를 들어 인젝터 시스템의 압전 액추에이터들의 형태를 하는 압전기 부품들은 길이 방향 축을 따라서 스택에서 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 배열되는 다수의 개별 압전 세라믹 재료층들 및 전극층들을 가진다.

도 5 내지 도 7은 길이 방향 축(16)을 따라서 스택(18)을 형성하도록 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 적층되는 복수의 압전 세라믹 재료층(12) 및 복수의 전극층(14)을 가지는 이러한 종류의 종래 기술의 압전기 부품(10)을 도시한다.

특히 도 6에 도시된 바와 같이, 길이 방향 축(16)을 따라서 순차적인 전극층(14)은 항상 스택(18)의 하나의 측면(20)까지만 번갈아 연장된다. 도면은 스택(18)의 선두 구획(22)과 바닥 구획(foot section)(24)이 그 사이에 배열된 스택(18)의 용적 구획(volume section)(26)과 비교하여 전극층(14)을 갖지 않는다는 것을 또한 도시한다.

이러한 것은 스택(18)의 측면 가장자리 영역(28)과 선두 구획(22) 및 바닥 구획(24)에서 소위 압전기적으로 비활성인 영역을 유발하며, 이러한 비활성 영역들은 소위 활성 영역(도 6에서 점선으로 도시)에 있는 압전 세라믹 재료층(12)과 비교하여 도 7에 도시된 바와 같이 전압이 인가될 때 그 길이 연장부에 관하여 다르게 거동한다.

압전기 부품의 활성 및 비활성 영역들의 상이한 길이 연장부는 압전기 부품에서 원하지 않는 기계적 응력을 만든다.

또한, 배기 및 연료 소비라는 면에서 내연기관에 대하여 점점 더 엄격한 요구는 연소실 내로의 연료 분사에서 더욱 정확한 요건들이 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 보다 높은 연료 압력 및 다중 분사가 요구되며, 이러한 것은 동시에 인젝터 배열에 있는 압전기 부품의 더욱 큰 내구성을 또한 요구한다.

압전기 부품에서 규정된 기계적 응력은 압전기 부품에서 손상을 주는 크랙의 형성을 유발할 수 있으며, 이러한 것은 압전기 부품의 수명을 현저하게 감소시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 즉 가능한 많은 기계적 응력을 감소시키기 위하여, 현재 두 가지 전략이 알려져 있다.

한편으로, 적절한 재료 선택 및 대응하는 공정 파라미터에 의해, 압전 세라믹 재료층들과 이에 바로 인접하여 위치된 전극층 사이에서 바람직하게는 진행하는 규정된 크랙에 의해 기계적 응력이 방출되도록, 압전 세라믹 재료층들과 전극층들 사이의 접착 강도를 작게 설정하는 것이 가능하다.

다른 한편으로, 적절한 재료 선택 및 대응하는 공정 파라미터뿐만 아니라 압전 세라믹 재료층들과 전극층들의 적절한 적층 순서에 의해, 압전기 부품에서 부하 감소 안전층들을 규칙적인 간격으로 도입하는 것이 가능하다.

두 가지 알려진 접근법은 모두 발생된 어떠한 크랙도 목표화되고 규정된 방식으로 전파시키는 것을 목표로 한다. 그러나, 크랙의 형성을 근본적으로 감소시키는 것이 필요할 것이다.

본 발명은 크랙의 전파가 현저히 감소되는 압전기 부품을 제안하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 청구항 제1항의 특징을 가지는 압전기 부품으로 달성된다.

본 발명의 유익한 구성은 종속항들의 요지이다.

압전기 부품은 복수의 압전 세라믹 재료층과 복수의 활성 전극층을 가지며, 압전 세라믹 재료층들과 활성 전극층들은 스택을 형성하도록 길이 방향 축을 따라서 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 적층되고 배열된다. 상기 스택은 길이 방향 축을 따라서, 각각이 제1 층 두께를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층이 배열되는 적어도 2개의 제1 활성 영역, 및 각각이 적어도 제2 층 두께를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층이 배열되는 적어도 2개의 제2 활성 영역을 가지며, 길이 방향 축을 따라서 제2 층 두께는 제1 층 두께보다 크다. 제1 활성 영역들 및 제2 활성 영역들은 길이 방향 축을 따라서 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 적층되고 배열된다

그러므로, 제2 활성 영역들에서, 제1 활성 영역에서의 경우보다 큰 층 두께를 가지는 압전 세라믹 재료층들이 압전기 부품들에 도입된다. 활성 영역들에서의 점점 더 두꺼운 압전 세라믹 재료층들에 의해, 전압이 인가될 때 전기장은 제1 활성 영역에서의 경우와 같이, 더 작은 층 두께를 가지는 압전 세라믹 재료층들에서보다 적다. 그 결과, 더 두꺼운 압전 세라믹 재료층들에서의 기계적 응력은 더 얇은 압전 세라믹 재료층들에서의 기계적 응력보다 또한 작다. 기계적 응력은 더욱 낮고, 압전기 부품에서의 잠재적으로 파괴적인 크랙은 현저히 적게 전파한다. 이러한 것은 제1 층 두께보다 큰 제2 층 두께를 구비한 압전 세라믹 재료층들을 가지는 제2 활성 영역들의 도입으로 인해 압전기 부품의 내구성을 상당히 향상시킨다.

압전기 부품이 인젝터 장치에서 압전 스택(piezo-stack)으로서 지금 사용되면, 압전 스택은 새롭고 더욱 까다로운 요건에 따라서 구동하도록 적응될 수 있다. 이러한 적응은 앞서와 같이 적절한 재료 선택에 의해서 뿐만 아니라, 특히 압전기 부품의 용적 구획에 부하 감소 영역들을 도입하는 것에 의해, 하나가 다른 것의 상부에 대응하는 압전 세라믹 재료층들과 전극층들을 적층하는 것에 의해 달성될 수 있다.

바람직하게는, 제1 층 두께를 가지는 압전 세라믹 재료층들만이 제1 활성 영역에 배열된다. 그러므로, 제1 활성 영역들은 본질적으로, 이러한 맥락에서 더욱 많은 전극층들이 제2 활성 영역들에서의 경우보다 사전 결정된 길이로 배열되기 때문에 압전기 부품의 결과적인 길이 연장부에 기여한다. 그 결과, 상당히 큰 길이의 연장부가 제2 활성 영역에서보다 제1 활성 영역에서 얻어진다.

하나의 유익한 실시예에서, 스택은 길이 방향 축을 따라서, 선두 구획 및 바닥 구획과, 선두 구획과 바닥 구획 사이에 배열된 용적 구획을 가지며, 제2 활성 영역들은 용적 구획에 배열되고, 선두 구획 및 바닥 구획은 제1 영역에 의해 각각 형성된다.

제2 활성 영역들의 본질적인 기능은 압전기 부품에서의 크랙의 전파를 피하기 위해(또는 적어도 크게 감소시키기 위해) 기계적 응력의 방출이다. 그러므로, 크랙 형성의 가능성이 높아지는 용적 구획에 이러한 제2 활성 영역들을 바람직하게는 배열하는 것이 유익하다.

바람직하게는, 용적 구획에 배열된 제1 활성 영역들은 제1 층 두께를 구비한 적어도 3개의 압전 세라믹 재료층을 가진다.

압전기 부품의 길이 연장부를 특히 크게 만들기 위하여, 제1 활성 영역들이 압전기 부품의 선두 구획 및 바닥 구획에서뿐만 아니라 용적 구획에 배열되는 것이 유익하다. 이러한 경우에, 하나가 다른 것의 상부에 직접 배열되는(즉, 전극층에 의해서만 서로 분리되는) 압전 세라믹 재료층들이 많으면 많을수록, 달성하는 것이 가능한 압전기 부품의 길이 연장부가 더욱 커진다. 그러므로, 제1 활성 영역들은 압전기 부품의 용적 구획에 또한 유익하게 제공되며, 이러한 경우에, 적어도 3개의 압전 세라믹 재료층을 가진다.

압전기 부품의 크기, 필요한 길이 연장부, 및 또한 압전기 부품에 배열되는 추가의 제1 활성 영역들의 수에 따라, 스택의 용적 구획에서의 제1 활성 영역은 3개 내지 20개의 압전 세라믹 재료층을 가진다.

하나의 유익한 실시예에서, 제3 층 두께를 가지는 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층은 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 배열되고, 길이 방향 축을 따라서 제3 층 두께는 제2 층 두께보다 크다. 제3 층의 두께를 가지는 이러한 종류의 압전 세라믹 재료층은 압전기 부품에서의 더욱 큰 부하 감소, 그러므로 크랙 형성의 위험성에서의 더욱 큰 감소에 기여한다.

바람직하게는, 길이 방향 축을 따라서 제3 층 두께를 가지는 압전 세라믹 재료층은 제2 층 두께를 가지는 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층에 의해 제1 활성 영역으로부터 이격되어 배열된다. 이러한 것의 결과는 압전 세라믹 재료층들의 얇은 층 두께로부터 두꺼운 층 두께로 보다 느린 천이(transition)이다. 이러한 것은 압전기 부품에서 그 부분에 대해 기계적 응력 축적의 위험을 수반하는 급격한 전이를 피하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 길이 방향 축을 따라서 안전층의 중앙에 배열된 안전 전극을 가지는 적어도 하나의 안전층은 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 배열된다. 길이 방향 축을 따라서 안전층의 층 두께는 제1 층 두께보다 크다. 유익하게, 안전층의 층 두께는 제2 층 두께 및/또는 제3 층 두께에 대응할 수 있다. 그러나, 안전층의 층 두께가 제2 층 두께 또는 제3 층 두께보다 두껍게 되는 것이 또한 가능하다.

안전 전극들은 본질적으로 전극층 자체가 아니며, 대체로 전압이 전도되는 것을 허용하지 않도록 구성된 금속층들이다. 예를 들어, 이러한 금속층들은 목표된 방식으로 기계적으로 약화되어서, 예를 들어 작동 동안 찢어지고, 이에 의해 압전기 부품에서 크랙 형성을 막을 수 있다. 안전 전극을 통한 이러한 크랙은 다른 전극층들이 더 이상 전기 전도성이 아니라는 것을 의미한다.

그러므로, 안전층은 압전기 부품에서의 추가 부하 감소에 기여한다

바람직하게는, 안전층은 제1 영역들로부터 이격된 제2 활성 영역들 중 하나 내에 배열된다.

안전층은 바람직하게는 제2 층 두께 및/또는 제3 층 두께를 가지는 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층에 의해 길이 방향 축을 따라서 제1 활성 영역으로부터 이격되어 배열된다.

이러한 경우에, 스택의 길이 방향 축을 따라서 안전층 위에 배열된 안전층과 제1 활성 영역 사이의 공간, 및 안전층 아래의 길이 방향 축을 따라서 안전층으로부터 이격된 제1 활성 영역에 대한 공간은 바람직하게는 대칭이다. 이러한 것은 압전기 부품에서의 부하 감소를 달성하는 것을 더욱 가능하게 한다.

하나의 유익한 실시예에서, 스택은 길이 방향 축에 평행하게 서로 대향하여 위치된 제1 측면 및 제2 측면을 가지며, 길이 방향 축을 따라서 연속하는 활성 전극들은 제1 측면까지 및 제2 측면까지 번갈아 연장된다. 제1 측면까지 연장된 활성 전극들은 제2 측면으로부터 이격되고, 제2 측면까지 연장된 활성 전극은 제1 측면으로부터 이격된다. 이러한 배열은 특히 접촉 전위가 상이한 접촉 전위를 받는 바로 인접한 전극에 대해 다르도록 모든 제2 전극과 접촉하는 것을 가능하게 한다. 상호 인접한 전극층들의 상이한 접촉은 압전기 부품의 길이 연장부에 요구되는 전위차를 발생시키는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 외부 접촉부는 각각의 경우에 제1 측면 및 제2 측면에 부착되고, 접촉부는 본질적으로 길이 방향 축을 따라서 스택의 전체 길이를 덮는다. 이러한 것은 제1 활성 영역들 및 제2 활성 영역들 모두가 압전기 부품의 전체 활성 영역에 함께 포함되는 것을 의미한다. 압전기 부품에 추가로 부착되고 통상적으로 전극층을 가지지 않고 압전 액추에이터의 추가의 요소들을 절연시키는 역할을 하는 헤드 플레이트들 및 발 플레이트들은 소위 비활성 영역들을 형성하며 대체로 외부 접촉부들을 가지지 않는다.

압전기 부품에서 특히 우수한 부하 감소를 제공할 수 있기 위하여, 안전 전극은 제1 측면까지 및 제2 측면까지 연장된다.

본 발명의 유익한 구성들은 첨부된 도면에 기초하여 다음에 더욱 상세하게 설명된다:
도 1은 제1 실시예에 따른 압전기 부품의 종단면도;
도 2는 제2 실시예에 따른 압전기 부품의 종단면도;
도 3은 제3 실시예에 따른 압전기 부품의 종단면도;
도 4는 제4 실시예에 따른 압전기 부품의 종단면도;
도 5는 종래 기술에 따른 압전기 부품의 종단면도;
도 6은 종래 기술에 따른 압전기 부품의 종단면도; 및
도 7은 종래 기술에 따른 압전기 부품의 종단면도.

도 1은 제1 실시예에 따른 압전기 부품(10)의 종단면도를 도시한다. 압전기 부품(10)은 길이 방향 축(16)을 따라서 다른 것의 상부에 번갈아 적층되고, 그러므로 스택(18)을 형성하는 복수의 압전 세라믹 재료층(12) 및 복수의 전극층(14)을 가진다. 스택(18)은 길이 방향 축(16)을 따라서 평행하게 서로 대향하여 위치된 제1 측면(30) 및 제2 측면(32)을 가진다. 길이 방향 축을 따라서 연속하는 전극층(14)은 제1 측면(30)까지 및 제2 측면(32)까지 번갈아 연장된다. 각각의 대향 측면에서, 전극층들은 각각의 측면(30, 32)으로부터 이격되어 배열된다. 각각의 측면(30, 32)에서, 스택(18)은 외부 접촉부(34)를 가지며, 전압은 외부 접촉부를 통하여 각각의 경우에 접촉하는 전극층(14)에 인가될 수 있다. 외부 접촉부는 본질적으로 길이 방향 축(16)을 따라서 압전기 부품(10)의 전체 길이에 걸쳐서 측면(30, 32) 상에서 연장된다. 그러므로, 도 1에 도시된 스택(18)은 전체적으로 압전 액추에이터의 활성 영역을 형성한다.

스택(18)은 길이 방향 축(16)을 따라서 하나가 다른 것 위에 번갈아 적층되어 배열되는 다수의 활성 영역, 즉 제1 활성 영역(36) 및 제2 활성 영역(38)으로 길이 방향 축(16)을 따라서 분할된다. 제1 활성 영역(36)에서, 압전 세라믹 재료층(12)은 모두 제1 층 두께(D1)를 가진다. 제2 활성 영역(38)에서, 압전 세라믹 재료층(12)은 제2 층 두께(D2)를 각각 가지며, 제2 층 두께(D2)는 제1 층 두께(D1)보다 크다.

스택(18)은 다수의 제1 활성 영역(36), 및 또한 다수의 제2 활성 영역(38)을 가진다. 이러한 맥락에서, 제1 활성 영역(36)이 스택(18)의 선두 구획(22) 및 바닥 구획(24)을 형성할지라도, 제1 활성 영역은 선두 구획(22)과 바닥 구획(24) 사이에 배열된, 스택(18)의 용적 구획(26)에 또한 배열된다. 대조적으로, 제2 활성 영역(38)은 용적 구획(26)에만 위치된다.

압전 세라믹 재료층(12)에서의 제2 활성 영역(38)에서 발견되는 더욱 큰 제2 층 두께(D2)에 의해, 전압이 인가될 때 전기장은 제1 활성 영역(36)에서의 압전 세라믹 재료층(12)에서보다 제2 활성 영역에서 더 약하다. 이러한 것은 제1 활성 영역(36)에서보다 현저하게 작은 기계적 응력이 제2 활성 영역에서 발생하고 잠재적으로 파괴적인 크랙이 현저히 적게 전파될 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 제2 활성 영역(38)은 기본적으로 압전기 부품(10)을 위한 부하 감소 영역들로서 기능하는 반면에, 제1 활성 영역(36)은 본질적으로 양호한 길이 연장부의 기능을 가진다. 압전기 부품(10)의 특히 양호한 길이 연장부를 달성하기 위해, 용적 구획(26)에 배열된 제1 활성 영역(36)은 5개의 압전 세라믹 재료층(12)을 각각 가지는 반면에, 부하 감소 영역으로서 의도된 제2 활성 영역(38)은 단지 2개의 압전 세라믹 재료층(12)을 각각 가진다.

도 2는 제2 실시예에 따른 압전기 부품(10)의 종단면도를 도시한다. 제1 실시예와의 차이점은 길이 방향 축(16)을 따라서 제2 층 두께(D2)보다 큰 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)이 제2 활성 영역(38)에 배열된다는 것이다. 이러한 것은 압전기 부품(10)이 더욱 두꺼운 압전 세라믹 재료층(12)을 포함하기 때문에 압전기 부품(10)에서의 부하 감소 효과를 더욱 증가시키고, 그러므로, 바람직하지 않은 크랙의 전파가 한층 큰 범위까지 억제될 수 있다. 현저하게 상이한 층 두께를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)의 상이한 연장부의 결과로서의 응력을 피하기 위해, 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)은 각각의 경우에 제2 층 두께(D2)를 가지는 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층(12)에 의해 제1 활성 영역(36)으로부터 이격된다.

도 3은 제3 실시예에 따른 압전기 부품(10)의 종단면도를 도시한다. 제1 실시예에 대한 차이는 제2 층 두께(D2)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)에 추가하여, 안전 전극(42)을 가지는 안전층(40)이 제2 활성 영역(38)의 각각에 배열된다는 것이다. 이러한 맥락에서, 안전 전극(42)은 스택(18)의 제1 측면(30)으로부터 스택(18)의 제2 측면(32)까지 연장된다. 이러한 맥락에서, 안전 전극(42)은 각각의 경우에 압전기 부품(10)이 기계적으로 적재될 때, 이러한 전극에서 목표된 방식으로 크랙이 형성되도록 설계되며, 크랙은 안전 전극(42)에서 중단되고, 그러므로 압전기 부품(10)에서 더 이상 전파되지 않는다.

안전 전극(42)은 스택(18)의 길이 방향 축(16)을 따라서 보았을 때 안전층(40)의 중앙에 배열되고, 안전층(40)의 층 두께는 제1 활성 영역(36)에서의 제1 층 두께(D1)보다 크다. 그러므로, 안전층(40)은 부하 감소 영역을 또한 형성하며, 부하 감소 영역에서, 한편으로 대체로 기계적 응력의 발생은 두꺼운 층 두께에 의해 감소될 수 있으며, 다른 한편으로, 그럼에도 형성되는 크랙은 안전 전극(42)의 존재에 의해 차단될 수 있다. 안전층(40)은 제2 활성 영역(38)에서 배열되어서, 위와 아래에서 각각 인접하는 제1 활성 영역(36)으로부터 이격되어 배열되며, 이러한 것은 각각의 경우에 각각의 제1 활성 영역(36)과 안전층(40) 사이에 배열되는 제2 층 두께(D2)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)에 의해 달성된다.

도 4에 도시된 스택(18)의 제4 실시예에서, 그러므로 제1 활성 영역(36)으로부터 안전층(40)으로 보다 연속적으로 천이를 만들기 위하여, 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)이 안전층(40)과 제1 활성 영역(36) 사이에 배열되는 것이 추가적으로 가능하다. 각각의 경우에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제2 층 두께(D2) 또는 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)이 길이 방향 축(16)을 따라서 안전층(40)에 이웃하여 배열되어서, 안전층(40)은 위에 있는 제1 활성 영역(36) 및 아래에 있는 제1 활성 영역(36)에 대해 대칭인 공간을 가진다.

도 5 내지 도 7은 이미 설명된 종래 기술에 따른 압전기 부품(10)의 종단면도를 도시한다.

제2 활성 영역(38)의 배열 및 수는 압전기 부품(10)에 대해 필요한 요건에 따라 조정될 수 있다. 이러한 것들은 제2 활성 영역(38) 내에서 제2 층 두께(D2) 및/또는 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)을 위한 구멍들을 가진다. 이러한 것들은 필요에 따라 제공되거나 생략될 수 있다. 또한, 안전층(40)은 제2 활성 영역(38) 내에 선택적으로 제공되거나 또는 그렇지 않을 수 있으며, 필요에 따라 인접한 제1 활성 영역(36)으로부터 멀리 또는 근접하여 위치될 수 있다.

대체로, 제2 층 두께(D2) 또는 각각 제3 층 두께(D3)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)에서의 기계적 응력은 제1 활성 영역(36)에 배열된 제1 층 두께(D1)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)과 비교하여 감소된다. 그 결과, 잠재적으로 파괴적인 크랙은 일반적으로 압전기 부품 내에서 덜 전파된다. 그 결과, 압전기 부품(10)의 내구성이 현저히 향상된다.

Claims

복수의 압전 세라믹 재료층(12)과 복수의 활성 전극층(14)을 가지는 압전기 부품(10)으로서,
상기 압전 세라믹 재료층(12)과 상기 활성 전극층(14)은 스택(18)을 형성하도록 길이 방향 축(16)을 따라서 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 적층되고 배열되며,
상기 스택(18)은 상기 길이 방향 축(16)을 따라서, 각각이 제1 층 두께(D1)를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층(12)이 배열되는 적어도 2개의 제1 활성 영역(36), 및 각각이 적어도 제2 층 두께(D2)를 가지는 적어도 2개의 압전 세라믹 재료층(12)이 배열되는 적어도 2개의 제2 활성 영역(38)을 가지며, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 제2 층 두께(D2)는 상기 제1 층 두께(D1)보다 크며,
상기 제1 활성 영역(36)과 상기 제2 활성 영역(38)은 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 하나가 다른 것의 상부에 번갈아 적층되고 배열되는, 압전기 부품(10).
제1항에 있어서, 상기 제1 층 두께(D1)를 가지는 압전 세라믹 재료층(12)만이 상기 제1 활성 영역(36)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스택(18)은 상기 길이 방향 축(16)을 따라서, 선두 구획(head section)(22) 및 바닥 구획(foot section)(24)과, 상기 선두 구획(22)과 상기 바닥 구획(24) 사이에 배열된 용적 구획(26)을 가지며, 상기 제2 활성 영역(38)은 상기 용적 구획(26)에 배열되고, 상기 선두 구획(22) 및 상기 바닥 구획(24)은 상기 제1 활성 영역(36)에 의해 각각 형성되는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제3항에 있어서, 상기 용적 구획(26)에 배열된 상기 제1 활성 영역(36)은 상기 제1 층 두께(D1)를 가지는 적어도 3개의 압전 세라믹 재료층(12)을 가지는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층 두께(D3)를 가지는 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층(12)은 상기 제2 활성 영역(38) 중 적어도 하나에 배열되고, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 제3 층 두께(D3)는 상기 제2 층 두께(D2)보다 큰 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제5항에 있어서, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 제3 층 두께(D3)를 가지는 상기 압전 세라믹 재료층(12)은 상기 제2 층 두께(D2)를 가지는 상기 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층(12)에 의해 상기 제1 활성 영역(36)으로부터 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 안전층(40)의 중앙에 배열된 안전 전극(42)을 가지는 상기 적어도 하나의 안전층(40)은 상기 제2 활성 영역(38) 중 적어도 하나에 배열되며, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 안전층(40)의 층 두께는 상기 제1 층 두께(D1)보다 큰 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제7항에 있어서, 상기 안전층(40)은 상기 제2 층 두께(D2) 및/또는 상기 제3 층 두께(D3)를 가지는 상기 적어도 하나의 압전 세라믹 재료층(12)에 의해 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 제1 활성 영역(36)으로부터 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스택(18)은 상기 길이 방향 축(16)에 평행하게 서로 대향하여 위치된 제1 측면(30) 및 제2 측면(32)을 가지며, 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 연속하는 활성 전극층(14)은 상기 제1 측면(30)까지 및 상기 제2 측면(32)까지 번갈아 연장되며, 상기 제1 측면(30)까지 연장된 활성 전극층(14)은 상기 제2 측면(32)으로부터 이격되고, 상기 제2 측면(32)까지 연장된 활성 전극층(14)은 상기 제1 측면(30)으로부터 이격되며, 바람직하게는, 외부 접촉부(34)는 각각의 경우에 상기 제1 측면(30) 및 상기 제2 측면(32)에 부착되고, 상기 접촉부는 본질적으로 상기 길이 방향 축(16)을 따라서 상기 스택(18)의 전체 길이를 덮는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안전 전극(42)은 상기 제1 측면(30)까지 및 제2 측면(32)까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 압전기 부품(10).