专利名称：压电执行器以及制造该压电执行器的方法
技术领域：
本发明涉及一种压电执行器和一种制造该压电执行器的方法，该 压电执行器优选作为调节元件使用。背景抹术压电执行器被应用在燃料喷射的很多领域，例如作为调节器或者 用于操纵喷嘴针，尤其在柴油喷射系统中。其中执行器必须提供一个 最小力和一个最小沖程，由此相应的调节元件按规定起作用，该调节 元件应通过压电执行器运动。在此在大多数情况下使用作为所谓的多 层执行器构造的压电执行器。该多层执行器由大量陶瓷层组成，典型的该陶瓷层的厚度约为100jim。在陶瓷层之间交替设置了层电极，该 层电极与连接电极交替性地接触。通过在连接电极之间施加电压，在 每两个相邻的层电极之间产生一个电场，这样处于两个层电极之间的 陶瓷层就根据电场的大小来改变其厚度。其中压电执行器的力由主动的横截面决定，也就是那些施加的电 场穿过的面。冲程又通过在施加电场时压电陶瓷的相对延伸来决定。 其中要注意的是，不能超过最大的电场强度，因为那样的话就会使得 在单个的层电极之间导致击穿，这样就可能导致短路并由此导致部件 失灵。因此在最大电场时只能通过提高陶瓷层的数量来提高冲程，并 且由此用更长的压电执行器才能实现。从现有技术中已经熟知了很多不同的用于接触层电极的连接电 极。例如DE 199 132 71 Al示出了一种压电执行器，该压电执行器具 有两个设置在压电执行器外表面上的连接电极，其中层电极被交替地 导向压电执行器的表面。在这些处于外部的连接电极上可以将相应的 电压施加在层电极上。除此以外例如DE 103 350 19 Al乂^开了一种在 敷设压电执行器内部的连接电极。其中在压电执行器中设置了两个纵 向孔和棒形连接电极，该连接电极在压电执行器的内部分别交替地与 层电极接触。这样压电执行器的结构空间减小了，并且连接电极在压 电执行器的内部得到保护。由于安装条件，例如在压电喷射器中，该压电喷射器被用于直接喷射的柴油发动机，压电执行器的最大横截面受到限制，并且由此可 达到的最大力也受到限制。为增大最大冲程，可以提高陶瓷层的数量，但这又受制于制造过程压电执行器由绿体(Griink6rper )制成并独 立地在炉中烧结。但是如果压电执行器与底面相比太长，那么就有这 样的危险，即压电执行器在烧结过程中翘曲，并且由此固定在倾斜位 置中，这样的话压电执行器就不能用了。但是用导向装置支撑压电执 行器几乎是不可能的，因为一方面有这种危险，即支撑装置的材料扩 散入执行器中，并且由此在压电陶瓷中造成缺陷。另一方面使用静态 的支撑装置是不可能的，因为执行器经过烧结过程会收缩，由此支撑 装置必须进行跟踪。这就最终导致在压电执行器中不能超出特定的长 与宽的比例。 发明内容通过按本发明的制造压电执行器的方法，在一次唯一的烧结过程 中也可以制造很长的压电执行器。其中为了内部接触，在绿体中设置 了纵向孔，该绿体在烧结后形成压电执行器。在纵向孔中设置了管状 的连接电极，其中连接电极凸出于绿体的一个端面之外。连接电极的 凸出的端部现在得到支撑，以便绿体在烧结过程中不会翘曲。通过其它有利的方法步骤，制造压电执行器的方法可以得到改 进。例如绿体在烧结过程中可以平放于它的底面上，该底面与连接电 极的凸出的端部对置。同样也可以使绿体在烧结过程中桂在凸出的连 接电极上。其中尤其有利的是，其中一个连接电极刚好对称地在绿体 的中间延伸，这样在绿体上就不会产生翻转力矩，这一翻转力矩可能 加剧在烧结过程中的翘曲。另外也可以在烧结过程中在连接电极中插入导向销，该导向销导 致进一步的稳定化。尤其是当连接电极由铜制成时，连接电极在烧结 过程中由于高温作用会变软，这样通过导向销来起到进一步的稳定作 用并改善该过程。该导向销优选由陶瓷或者高熔点的金属制成。此外有利的是，管状的连接电极在烧结过程中与纵向孔的壁面固 定相连，这样在连接电极和层电极之间就形成了稳固的连接。因此通过按本发明的方法提供了一种压电执行器，其突出之处在 于，在压电执行器内部延伸的连接电极构造为薄的金属管，该连接电 极在压电执行器的纵向孔中烧结。接下来管状的连接电极例如可以填入导电的或不导电的材料，由此给予压电执行器附加的稳定性。
图中示出了按本发明的压电执行器。其中图1是具有在烧结过程中用于连接电极的导向装置的按本发明的 压电执行器的侧视图；图2是按本发明的压电执行器或者说绿体的纵剖面图。
具体实施方式
图1示出了按本发明的压电执行器的侧视图。图2示出了同一压 电执行器沿着在图1中用A-A表示的平面的纵剖面图。压电执行器1 具有一个端面5和一个对置的底面7，并且由多个执行器层4组成，所 有的执行器层具有至少近似相同的层厚度并相互平行定向。执行器层4由一种陶瓷的压电主动的材料制成，该材料在烧结过程以前作为绿箔 (Grtinfolie )存在。该绿箔的不同的层彼此上下堆叠，直到得到具有 期望高度的绿体。在每两个执行器层4之间形成有一个层电极2， 2，， 它由一种导电性能良好的金属制成，例如银或者银合金。如图2所示， 层电极2， 2，交替地具有空隙，在执行器1中延伸的两个纵向孔IO， 10，穿过这些空隙。这样的结果是，只有层电极2在纵向孔10的壁面 上出现，而在纵向孔IO，的壁面上出现层电极2，。图2示出了压电执行器1作为绿体，也就是在烧结过程前。在纵 向孔IO， 10，中分别推入一个管状的连接电极15， 15，，这样连接电 极15， 15，在压电执行器1的整个长度上延伸。其中管状的连接电极 15， 15，例如作为薄的小铜管构成，其中也可以使用一种其它的金属 材料。管状的连接电极15， 15，具有比纵向孔IO， 10，的直径稍小的 直径，这样一方面连接电极15， 15，可以更容易地插入，另一方面考 虑到烧结过程中绿体的收缩过程。制造过程通过以下方式来进行，如图2所示，绿体设置在相应的 烧结炉中。管状的连接电极15， 15，在此例如贴靠在导向装置22上， 导向装置的作用是使得连接电极15， 15，的活动极其受限制。为进一 步稳定管状的连接电极15， 15，，也可以在连接电极15， 15，的内部 插入一个导向销20,其中要注意的是，该导向销在连接电极15， 15， 的内部同样具有一些间隙。在烧结过程中绿体被加热，其中填充物蒸 发，并且形成了坚硬的陶瓷体。其中绿体收缩，并且单个的执行器层4与层电极2， 2，稳固连接同时也相互连接在一起。通过绿体的收缩过程，纵向孔10， 10，的直径也减小了，以致管 状的连接电极15固定地夹紧在纵向孔IO， 10，中。其中必须注意的是， 连接电极15， 15，不具有过大的外直径，因为那样的话就会在该区域 中产生过大的机械应力。通过绿体的收缩，连接电极15， 15'被固定 地压紧在相应的层电极2， 2，上，该层电极在相应的纵向孔10， 10， 的壁面上伸出。由此连接电极15在烧结过程后与层电极2接触，而连 接电极15'与层电极2，接触。导向销20可以留在连接电极15， 15， 中，并且在此它固定地夹紧在连接电极15， 15，中。也可以这样来选 择导向销20的直径，从而该导向销接下来可以再次被除去。连接电极 15， 15，的凸出于压电执行器1的端面5的端部在烧结过程后可以被 分离，这样压电执行器1就可以以熟知的方式来安装。为容易除去导 向销20，可以将其只引入连接电极15， 15，中这么远，即其一个端部 只够到端面5的高度。这样就保证了在剪断凸出的连接电极15， 15' 后，导向销20也被除去。也可以使压电执行器1或者说绿体在烧结过程中不放在底面7 上，而是挂在一个或者两个连接电极15， 15，上。在此尤其有利的是， 连接电极15， 15，中的一个在压电执行器1中心延伸，由此在绿体上 不产生翻转力矩。也可以使连接电极15， 15，的凸出的端部在烧结过 程后没有完全分离，这样凸出的端部可以用于连接管路的接触。
权利要求
1.制造压电执行器(1)的方法，该压电执行器具有端面(5)和与其相对置的底面(7)，该压电执行器具有大量用陶瓷材料制成的执行器层(4)，其中在执行器层(4)之间设置了金属层电极(2；2’)，该层电极交替地分别与连接电极(15；15’)电连接，通过该连接电极可以在单个层电极(2；2’)之间施加电压，其中至少一个连接电极(15；15’)在压电执行器(1)内部延伸，其特征在于以下方法步骤-在构成压电执行器(1)的绿体中设置至少一个纵向孔(10，10’)，-将连接电极(15；15’)插入纵向孔(10，10’)中，其中连接电极(15；15’)凸出于绿体的端面(5)，-将绿体加热，直到烧结过程结束，其中连接电极(15；15’)的凸出于端面(5)的端部得到支撑，以便绿体在烧结过程中不发生翘曲。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接电极(15; 15，)构造为管状。
3. 按权利要求l所述的方法，其特征在于，所述绿体在烧结过程 中竖放在与连接电极(15; 15，)的凸出的端部对置的底面(7)上。
4. 按权利要求l所述的方法，其特征在于，所述绿体在烧结过程 中桂在连接电极(15; 15，)上。
5. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在烧结过程中， 在管状的连接电极(15; 15，)中插入导向销(20)，以便连接电极(15; 15，)在导向销(20)上导向。
6. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述导向销(20)由陶瓷或一种高熔点的金属制成。
7. 按权利要求l所述的方法，其特征在于，处于纵向孔中的连接 电极(15; 15，)具有这样的间隙，从而在烧结过程结束后该连接电 极固定地被压电执行器(1)的纵向孔(10， 10，)的壁面夹紧。
8. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，在烧结过程结束后， 连接电极(15; 15，)的凸出于压电执行器(1)的端面(5)的端部 被分离。
9. 按权利要求l至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述管 状的连接电极(15; 15')由铜制成。
10. 具有大量由陶资材料制成的执行器层和分别在执行器层(4) 之间设置的金属的层电极(2; 2，)的压电执行器，该层电极交替地 分别与连接电极(15; 15，)电连接，通过该连接电极可以在层电极(2; 2，)上施加电压，其中至少其中一个连接电极U5; l5，)在 压电执行器内部延伸，其特征在于，至少一个连接电极是金属的管状 连接电极(15; 15，)，该连接电极在压电执行器(1 )的纵向孔(10， 10，)内烧结。
11. 按权利要求10所述的压电执行器，其特征在于，所述管状的 连接电极(15; 15，)的内部用不导电的材料填充。
12. 按权利要求10或11所述的压电执行器，其特征在于，所述 金属的管状的连接电极(15; 15，)由铜制成。
全文摘要
制造具有大量由陶瓷材料制成的执行器层(4)和分别在执行器层(4)之间设置的金属的层电极(2；2’)的压电执行器(1)的方法，该层电极交替地分别与连接电极(15；15’)电连接，通过该连接电极可以在层电极(2；2’)上施加电压。至少一个连接电极(15；15’)在压电执行器内部延伸，其中所述压电执行器(1)具有一个端面(5)和一个与其对置的底面(7)。在该制造方法中，至少一个纵向孔(10，10’)设置在形成压电执行器(1)的绿体中，接下来将管状的连接电极(15；15’)插入该纵向孔中，其中连接电极(15；15’)凸出于绿体的端面(5)。最后将绿体加热，直到烧结过程结束，其中连接电极(15；15’)的凸出于端面(5)的端部得到支撑，以便绿体在烧结过程中不发生翘曲。这样制成的压电执行器(1)具有至少一个连接电极(15；15’)，该连接电极构造为管状并在压电执行器(1)的内部延伸。
文档编号H01L41/273GK101218690SQ200680024618
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者F·梅 申请人:罗伯特·博世有限公司