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根据独立权利要求前序部分的、压电执行元件(Piezoaktor)，它尤其是用于操作一个如阀或类似部件的机械部件。
通常公知的是，利用所谓的压电效应，可以由部分地具有合适的晶体结构的陶瓷材料构造一个压电元件。在施加一个外部的电压的时侯，实现压电元件的机械反应，该机械反应根据该晶体结构和电压的施加范围表示出在可预给定方向上的压力或拉力。这样的压电的执行元件特别适于在快速的、精确的开关(转换)过程中使用，例如在用于内燃机的喷射器中的、不同的汽油喷射或柴油喷射系统中。
在此，该压电执行元件的构造可作为所谓的多层压电执行元件在多层中被实现为多层的，其中，通过它们来施加电压的内电极分别被设置在这些层之间。此外，相互叠置的压电薄膜以被印刷的电极面作为内电极被制造。在此，一个薄膜总是仅仅在一个连接侧具有其连接端而在相对的一侧必须以一个绝缘距离保留一个没有内电极的边缘。在外部这两侧通过外电极连接。这样以本身已知的方式，形成了如一个具有许多板的电容器的压电执行元件。
这样的已知的多层压电执行元件主要具有矩形的内电极，这些电极在相对的一些侧上具有通常被强烈地倒棱的角，在这些侧上这些端子电势被引到表面。在此，则两个内电极电势可部分地并列位于该上表面上，在它们之间有一个陶瓷层。不过，这些压电执行元件以场强工作，这些场强使得在电势之间的、在陶瓷上的开放(offenen)的漏电路径的绝缘成为必要的。具有好的粘性和好的击穿值和绝缘值的、适合的漆或者绝缘材料可以以常规的方式例如通过喷射或者浸渍被施加。
前面所述的、具有相互地向外引导的内电极的压电执行元件经常倾向于在这些内电极具有相对尖的角的区域出故障。因为在压电执行元件上的边缘通常会在机械上软的压电陶瓷上被折断，所以形成上述的以一个45°的角度被倒角的角。如果那里内电极向外突出，则由于上述的原因发生更高的短路危险。因为电场强与等势面的曲率半径呈二次方反比，那里出现极其高的场强，则这会导致，在该区域中的压电执行元件由于短路而出故障。
此外要注意的是由于物理效应，在尖的边缘上没有被建立足够的绝缘厚度，即可能涂上的绝缘漆缩回。这样，在那些由于更高的场强的角效需要实际上最好的绝缘的位置上，实现最小的绝缘厚度。虽然可能为了保持在边缘上大致更大的绝缘厚度而施加相对厚的漆，但是这可能导致在具有太厚的漆的面上部分地出现漆裂缝。
由DE 199 28 191 A1可看出已知一种多层压电元件，其中不具有用于接通的内电极的各个压电层向内位错一个预给定的区域。
本发明的优点开头部分所述的、可用于例如操作机械部件的压电执行元件被以压电层的多层结构以及设置在它们之间的内电极来构造。根据本发明，在这里被倒角的压电执行元件的一些侧上的角或棱边的区域中，在这些侧上内电极以变换的极性通向相应的外电极，内电极以有利的方式具有这样的轮廓，即在压电层结构中在不同极性的内电极之间可产生减小的场强。
根据一个第一有利的实施形式，该压电执行元件的角上的倒角被这样地构造，即不与外电极触点接通的一侧上的棱边具有一个钝角。通过在棱边断口(Kantenbruches)的一侧实现钝的或平的角，在该棱边断口上交替的电极向外突出，能够以简单的方式在向外突出的、在压电层上的相反侧的内电极的区域中避免在压电执行元件上的场尖锋。由此，短路的危险被极大地减小，以及由此提高了压电执行元件的可靠性。
该钝角一方面可以这样实现，其方式是电极面通过压电执行元件的外轮廓来被适配。这通过在烧结前压电执行元件的所谓的“生状态(Grünzustand)”中的成型或者通过烧结以后的硬化加工来实现。另一种可能性在于，在制造内电极的时候已经通过压力成型(Druckbild)实现了一个钝角。
根据一个第二有利实施形式，压电执行元件的角上的倒角被这样地来构造，即至少在不与外电极触点接通的一侧上的棱边是被倒圆的。这里，也有利的是，压电执行元件的角上的倒角被这样地来构造，即压电执行元件的整个角和与此相关联地每个不触点接通的内电极的轮廓是被倒圆的。另一方面也可能，压电执行元件的角上的倒角被这样简单地来构造，即压电执行元件的整个角只是被倒棱的以及每个不触点接通的内电极的轮廓是被倒圆的。
此外，有利的是，根据本发明的一个进一步构型，在每个另外极性的内电极的触点接通的一侧上，每个不触点接通的内电极的轮廓被这样构造，即它从该压电执行元件的外轮廓回错(zurückversetzt)一个预给定的数值。这里，各个不触点接通的内电极的轮廓可相关联地相对于压电执行元件的外轮廓地被位错。
特别是利用该实施形式可以以简单的方式保证，在不触点接通的内电极和压电执行元件的上表面之间并且从而最后在两个电极电势之间保留足够的绝缘材料。高的场强不会过早地导致击穿损害，其中附加地覆盖的以及绝缘的陶瓷层在此是对于在表面上的可能由于太薄而出现故障的漆层的代替。
根据本发明，在棱边上的损害或者轻的擦痕不再必然地导致飞弧，并且在上表面上的漆厚可以整个地被减少从而几乎没有裂开的危险，同时使得执行元件伸展变得更容易，而长时间也不会拉断。此外，漆比相对尖的棱边整体地更好地粘附在根据本发明构造的角和棱边上。
附图借助于附图详细描述根据本发明的压电执行元件的实施例，这里示出了
图1表示根据现有技术的、具有由压电陶瓷构成的层的多层结构和电极的压电执行元件的截面图，图2和图3分别表示具有变换极性的内电极的、带有被倒角的角的压电层，图4根据本发明的、在重叠的内电极的区域中具有一个钝角的电极设计的实施例，图5和图5a根据本发明的、具有被倒圆的棱边的电极设计的第二实施例，图6和图6a根据本发明的、具有回错地被倒圆的棱边的电极设计的另外的实施例。
实施例描述在图1中，在原理上示出了根据现有技术的压电执行元件，它以一种本身已知的方式由具有适合的晶体结构的石英材料的压电层或压电薄膜2构成，这样在利用所谓的压电效应的情况下在通过触点接通或外电极5和6施加外部的电压到内电极3和4上时，发生压电执行元件1的机械反应。
在图2中示出了被倒角的压电层2，带有与外电极5触点接通的内电极3。在由图3可看出的、另一个内电极4的触点接通区域中，在根据图2的压电执行元件1的左侧，被倒角的角的角度α以棱边10被清楚地表现出来。如在说明书前序部分已经提到的一样，因为在压电执行元件1上的这些棱边通常以45°的角度被倒角，因此在角10上那里会出现增大了的短路危险。
与根据图3的描述不同地，根据图4的本发明的实施形式具有一个带有补角α＜45°的钝角，这样在此在压电执行元件1上的场尖峰然而在向外突出的、在这些压电层2上的相反侧的内电极3和4的区域内被避免。
根据图5和5a的实施例的电极设计在于，内电极3被这样地构型，即它相切地汇向压电执行元件1的外表面。内电极3在此以半径R2围绕一个中心M2弯曲。这里，压电执行元件1的外轮廓也可弯曲，根据图5a该内电极3也可与外轮廓一起弯曲。例如，这在图5中通过中心为M1、半径为R1的弯曲来表示。
在根据图6的变换方案中，内电极3和4的外轮廓也可笔直面地被成型，根据图6的、这里不触点接通的内电极也可按照图6a相应地向内位错。
权利要求
1.压电执行元件，具有一多个压电层(2)的一个多层结构以及设置在它们之间的内电极(3，4)，具有—这些内电极(3，4)与外电极(5，6)的交替的触点接通结构，以及具有在该压电执行元件(1)上的被倒角的角或者棱边(10)，其特征在于，—在该压电执行元件(1)的一些侧上的角或棱边(10)的区域中，在这些侧上这些内电极(3，4)以变换的极性通向相应的外电极(5，6)，这些内电极(3)具有这样的轮廓，即在这些压电层(2)的所述结构中在这些不同极性的内电极(3，4)之间可产生减小的场强。
2.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，—在该压电执行元件(1)的该角上的倒角被这样构造，即在没有与外电极(5，6)触点接通的一侧上的棱边(10)具有一个钝角(α)。
3.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，—在该压电执行元件(1)的该角上的倒角被这样构造，即至少在没有与外电极(5，6)触点接通的一侧上的棱边(10)是被倒圆的。
4.根据权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，—在该压电执行元件(1)的该角上的倒角被这样构造，即该压电执行元件(1)的整个角和与此相关联地每个不触点接通的内电极(3)的轮廓是被倒圆的。
5.根据权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，—在该压电执行元件(1)的该角上的倒角被这样构造，即该压电执行元件(1)的整个角是被倒棱的，每个不触点接通的内电极(3)的轮廓是被倒圆的。
6.根据权利要求2至5中一项所述的压电执行元件，其特征在于，—在每个另外的极性的内电极(4)的触点接通的一侧上，每个不触点接通的内电极(3)的轮廓被这样构造，即它从该压电执行元件(1)的外轮廓回错一个预给定的数值。
7.根据权利要求6所述的压电执行元件，其特征在于，—每个不触点接通的内电极的轮廓相关联地相对于该压电执行元件的外轮廓回错一个预给定的数值。
全文摘要
本发明涉及一种压电执行元件，例如用于操作一个机械的部件，其中存在压电层(2)的多层结构以及设置在它们之间的内电极(3，4)。存在内电极(3，4)与外电极(5，6)的、一个交替的触点接通结构，以及压电执行元件(1)具有被倒角的角或者棱边(10)。在该在它们上内电极(3，4)以变换的极性通向相应的外电极(5，6)的压电执行元件(1)的侧上的角或棱边(10)的区域中，内电极(3)具有这样的轮廓，即在压电层(2)的结构中在不同的极性的内电极(3，4)之间可产生减小的场强。这被这样实现，即在不触点接通的外电极(5，6)的侧上的棱边(10)具有一个钝角或者被倒圆。
文档编号H01L41/083GK1732576SQ200380107328
公开日2006年2月8日 申请日期2003年10月10日 优先权日2002年12月23日
发明者弗里德里希·伯金, 乌尔里希·朔尔, 贝尔特拉姆·萨格 申请人:罗伯特·博世有限公司