专利名称：压电执行元件的制作方法
现有技术本发明涉及一种尤其是用于操作汽车的控制阀或喷油阀的压电执行元件，它具有一个多层的层压结构形式的执行元件体，该层压结构由许多层叠的压电材料层以及位于其间的、起电极作用的金属或导电层构成。所述电极层交替地通过沿执行元件体纵向沿外表侧并且相互对置的、至少为平面电极条形式的金属外电极接通，其中，外电极与用于将压电执行元件与一个电压相连接的连接导线相连接。
这样的压电执行元件例如在罗伯特·博施公司的DE19650900A1中公开了。
当这样的压电多层执行元件的电极层承受脉冲电压时，它在改变其两端之间间距的情况下类似地执行脉动行程。在所述的DE19650900A1中，将电压传给电极层、沿执行元件体纵向位于外壳面两侧的金属外电极覆盖了执行元件体的有效区域。
在压电多层执行元件工作时，由于抗拉强度低，所以可能在由压电陶瓷(例如铅锆钛酸盐)构成的堆叠薄膜与金属或导电的电极层之间出现分层，它作为裂纹向外传入外电极中并可能导致电流中断。
本发明的目的和优点因此，本发明的目的是，如此实现一种上述类型的压电层压执行元件，即在外电极中中断电流的裂纹被桥接并且由此提高了电接触的可靠性并可以延长压电执行元件的使用寿命。根据权利要求来实现上述目的。
本发明的关键在于，直接靠置于执行元件体上的平面电极条此外还与起桥接作用的附加电极相连，所述附加电极通过细的电支脚在许多位置上与平面电极条相接。
附加电极最好具有一个双梳件的形式，它具有一个平行于电极条的梳背和两个在侧面与梳背相连的平行梳齿尖排，它们的梳齿尖构成了弹性支脚并与平面电极条相接通。
这种双梳状附加电极的优点是，由于弹性梳齿尖细，所以很容易且能可靠地将它固定在电极条上。尤其是为了接通可以采用厚度随意的钎焊层，这种钎焊层还被用于执行元件体的散热。
双梳件的许多可行设计方案允许最佳的固定、简化制造以及实现将双梳附加电极固定到平面电极条上的最佳控制。
起到附加电极作用的双梳件在被固定在执行元件体上的平面电极条上后显示出自身稳定性，这种稳定性能可以通过附加弹性体而进一步加强。所述两个梳齿排在压电执行元件的使用寿命内具有高的克服可能出现的裂纹的可靠性。
通过几乎封闭的梳背和排热的弹性体，可以良好地冷却执行元件体。
本发明的压电执行元件可以有利地被用于汽车中的柴油或汽油喷油器中。这样的压电执行元件可以有利地代替通常在喷油器中被用作调节机构的电磁系统，这是因为它可以更快速地被接通控制。
本发明压电执行元件的上述和其它的有利特征通过下面的描述本发明压电执行元件的多个实施例的说明书内容进一步清楚地说明，如果参靠附图来阅读它们的话。
图面简介
图1以透视图示意地表示配备有双梳附加电极的本发明压电执行元件的优选实施例的局部。
图2以俯视图表示图1的优选实施例。
图3-图9分别表示一个双梳形附加电极及其被固定在电极条上的情况的各种实施例。
图10A、10B示意地表示两个可以借助导线进行的双梳形附加电极的制造方法。
图11A、11B示意地示出成电极刷形式的本发明附加电极的一个替换如上所述，在这种压电多层执行元件工作过程中，由于抗拉强度低，所以可能在陶瓷压电材料与金属内电极之间出现分层，它会作为裂纹向外传入平面电极条3中并可能导致电流中断。在图1中举例画出了这样的裂纹4。通过成双梳形式的且由一个平行于平面电极条3的梳背10和两个垂直地从梳背10弯向所属平面电极条3的尖头侧边构成的附加电极5可以桥接如受裂纹4威胁而引起的电流中断，其中，边缘的窄梳齿尖与平面电极条3电连通。双梳件的细梳齿尖6构成了许多个电支脚，它们可以弹性地接收由执行元件行程决定的执行元件体1的运动并由此确保附加电极5可持久地与平面电极条3接触。弹性梳齿尖6可以插入平面电极条3中或者例如钎焊、焊接或粘接地被固定在表面上。
显然，图1的透视图只画出了矩形压电执行元件的一侧。
图2所示的这种压电执行元件的示意俯视图示出了这样的结构，即两个双梳形附加电极5在一个执行元件体1的外壳侧上彼此对置并且分别与一个平面电极条3电接通。
以下，参见图3-图9描述根据本发明用作附加电极5的双梳电极的各种形式。图3表示一个具有平面梳背10和从所述梳背以90度弯曲的梳齿尖6以及在梳背10上具有孔或洞8的扁平双梳电极5。
根据需要，塑料、粘结剂或弹性体9(参见图4)可以通过孔8被注入以便固定双梳件5和/或向外散热。
图5表示起附加电极5作用的双梳电极的另一个实施例，其中，梳齿尖6从平面梳背10起略微弯向电极条3并且通过其各自的端部与各自的电极条3相接触。固定可以通过钎焊(硬钎焊或软钎焊)、激光焊或点焊、摩擦焊或粘接实现。向外突起的梳齿尖6的固定质量容易被控制。
图6示出了适合用作附加电极5的双梳电极的另一个实施例。位于平面梳背10两侧的梳齿尖首先从梳背10起以90度弯向电极条3并随后向内弯曲，平行于电极条3。
在图7中画出了适合用作附加电极5的本发明双梳电极的另一个实施例，其中梳背10和梳齿尖6大致位于一个平面内。为了防止被完全焊牢(如果使用钎焊)，在梳背10下方的中央涂覆阻焊漆13。如果不用钎焊，则使用一个作为弹性体层构造的垫片13保持了在平面电极条3与梳背10之间的所需间距。另外，一个PTFE层13或由类似材料构成的层可以起到防磨损保护或阻尼层的作用。
图8表示适合用作附加电极5的本发明双梳电极的另一个可行实施例，它具有带圆形梳背10的半圆形或椭圆形横截面形状。
图9A、9B、9C表示适合用作本发明压电执行元件的附加电极5的本发明双梳电极的另一个实施例，它是按照与图6类似的方式成形的并且在平面梳背10的两侧具有梳齿尖6，所述梳齿尖相对梳背10大致弯曲90度。
图9A示出了垫片或一层阻焊漆13。
如图9B所示，代替垫片或阻焊漆层13，也可以采用一个绕着角部而一直覆盖到梳齿尖6端部附近的弹性体片或塑料片13a。
图9C所示的、适合用作附加电极5的、具有任意横截面形状(如图8所示的矩形、圆形或椭圆形)的双梳电极的平面图示出了这样的结构，即用作弹性脚的梳齿尖6在梳背10或11的两侧在双梳件纵向上错开了梳齿尖6的半个间隔d。出现在执行元件体1中的裂纹14至少笔直地(即垂直于执行元件体1外边地)经过外电极的平面电极条3。由于使梳齿尖6错开了半个间隔d，所以裂纹只影响一个梳齿尖，而对面的错位梳齿尖保持完全固定。间隔2d和梳齿槽宽b可以这样适应于尽可能小的裂致间距，使得没有裂纹在两个对置脚6内穿过。
至此所描述的适合用作附加电极5的双梳件例如可以由合适材料的金属板通过冲裁出合适的双梳形状来制造，必要时同时弯曲两个梳齿排。另外，也可以通过激光切割由一个合适材料的板制造出精确的双梳结构。
图10A、10B表示适合用作附加电极5的双梳件的简单制造方法的其它例子。为此，根据图10A，把一根导线15粘接、焊接或钎焊到一个板带16上并且切掉线端部17，这样一来，就形成了一个适合用作本发明压电执行元件的附加电极的具有很细梳齿尖6的双梳件。
根据图10B，作为一种替换方式，由金属筛网制成了适用作本发明压电执行元件的附加电极5的双梳件。为此，筛网的金属横线18必须在侧面突出一段足够长的距离c，从而形成了双梳件结构。
在以上说明书中，针对附加电极5描述了各种各样的双梳电极。然而根据图11A，刷状构件19也可以被用作另一种附加电极5，它具有大致垂直地由一个平面金属刷背突出的弹性金属鬃20，鬃端部如图11B所示与电极条3触点接通。
在所有上述实施例中，用作附加电极5的双梳件或如图11所示的刷状结构的梳齿尖或刷鬃被硬钎焊或软钎焊或激光焊、点焊、摩擦焊、粘接连接到电极条3上。另外，可以用导电粘结剂进行粘接。在钎焊、焊接或粘接过程中，容易控制由梳背或刷背突出的梳齿尖或刷鬃与电极3连接的质量。
同时，由于梳齿尖或刷鬃很细，所以可以简单且可靠地将附加电极5固定到平面电极条3上。可以采用具有任意厚度的钎焊层。各种所述的梳齿尖或刷鬃的实施例都可以实现最佳的固定、成本低廉的制造以及对把梳齿尖或刷鬃固定到电极条3上的可靠控制。由于附加电极5与电极条3之间的接触少，所以附加电极5在大多数情况下比陶瓷大的热膨胀只产生很小的剪切应力并因而产生了高的防故障安全性。
附加电极在其被装在平面电极条上之后通过其形状或通过其附加涂覆的弹性体层而获得了足够的自身稳定性。双梳件可以通过多种方式低成本地制造。由于适合用作附加电极的梳齿状电极根据建议具有两个梳齿尖排，所以产生了高的可靠性，从而梳齿电极的尽可能多的梳齿尖与所属电极条导电连接。从孔8看，通过双梳件的几乎被封闭的金属梳背和一个可能涂覆上的导热弹性体而可以获得良好的执行元件散热的可能性。
权利要求
1．一种尤其是用于操作汽车中控制阀或喷油阀的压电执行元件，它具有一个形式为多层层压结构的执行元件体(1)，该层压结构由许多层压电材料叠层以及位于其间的、用作电极的金属或导电层(2a,2b)构成，这些电极层交替地通过沿执行元件体(1)纵向在外表侧并且相互对置的、至少为平面电极条(3)形式的金属外电极(3,5)相接通，其中，外电极(3,5)与用于将压电执行元件与一个电压相连的连接导线(7)相接通，其特征在于，外电极(3,5)此外具有附加电极(5)，它们通过弹性细支脚(6)在多个位置上与平面电极条(3)接通。
2．如权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极(5)是平行于电极条(3)的且具有构成弹性支脚的等间距梳齿尖(6)的梳状条。
3．如权利要求1或2所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极构成平行于电极条(3)的双梳件，它们具有一个梳背(10,11)和与梳背相连的两个平行的侧梳齿尖排，它们的梳齿尖(6)是弹性支脚。
4．如权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，梳齿尖(6)从梳背(10)大致垂直地弯向电极条(3)并且只有梳齿尖(6)的端部与相应的电极条(3)相互接触。
5．如权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，梳齿尖(6)从梳背(10)起以平坦的角度弯向电极条(3)并且梳齿尖(6)的端部段与相应的电极条(3)接触。
6．如权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，两侧带梳齿尖(6)梳背(11)具有大致成半圆形或椭圆形的横截面。
7．如权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，梳背(11)与两侧的梳齿尖(6)大致位于一个平面内。
8．如权利要求3-7之一所述的压电执行元件，其特征在于，一个垫片(13)位于梳背(10,11)与所属电极条(3)之间。
9．如权利要求8所述的压电执行元件，其特征在于，垫片(13)作为弹性体垫或阻焊漆层构成。
10．如权利要求3-9之一所述的压电执行元件，其特征在于，等间距的梳齿尖(6)在梳背(10,11)的两侧在双梳件的纵向上彼此相对错开了半个梳齿尖(6)间隔。
11．如权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极(5)构成一个平行于相应电极条(3)的电极刷(19)，其刷鬃(20)构成了与电极条(3)接通的弹性支脚。
12．如权利要求2-11之一所述的压电执行元件，其特征在于，梳背或刷背(10,11,12)具有多个孔(8)。
13．如前述权利要求之一所述的压电执行元件，其特征在于，连接导线(7)分别与附加电极(5)相连。
14．如前述权利要求之一所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极(5)的弹性支脚或梳齿尖(6)或刷鬃(20)通过一个钎焊层与电极条(8)钎焊在一起。
15．如权利要求1-13之一所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极的弹性支脚或梳齿尖(6)或刷鬃(20)通过一个导电粘结剂层与电极条(3)相连。
16．如权利要求1-13之一所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极(5)的弹性支脚或梳齿尖(6)或刷鬃(20)通过激光焊点与电极条(3)相连。
17．如权利要求1-13之一所述的压电执行元件，其特征在于，附加电极(5)的弹性支脚或梳齿尖(6)或刷鬃(20)与电极条(3)粘接在一起。
全文摘要
本发明涉及一种尤其是用于操作汽车中控制阀或喷油阀的压电执行元件,它具有一个形式为多层层压结构的执行元件体(1),该层压结构由许多层压电材料叠层以及位于其间的、用作电极的金属或导电层(2a,2b)构成,这些电极层交替地通过沿执行元件体(1)纵向在外表侧并且相互对置的、至少为平面电极条(3)形式的金属外电极(3,5)相接通,其中,外电极(3,5)与用于将压电执行元件与一个电压相连的连接导线(7)相接通,其特征在于,外电极(3)此外具有附加电极(5),它们通过弹性细支脚(6)在多个位置上与平面电极条(3)相接通。
文档编号F02M51/00GK1302458SQ00800631
公开日2001年7月4日 申请日期2000年3月8日 优先权日1999年4月20日
发明者鲁道夫·海因茨 申请人:罗伯特·博施有限公司