专利名称：具有内置接触的压电致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分的特征所述的、例 如作为压电喷射器的组件或者用来操作例如阀门或类似物等机械组件 的、具有内置接触的压电致动器。
背景技术：
已知的是，在先前提到的压电致动器的结构中可以按照下述内容 置入压电元件，即，在利用所谓的压电效应的情况下，可以实现对阀 门或类似物的针阀升程进行控制，其中，压电元件由具有合适晶体结 构的材料构成。在加载外部电压的时候，压电元件做出机械式的反应， 该反应示为有关于晶体结构和电压加载区域的、沿着可预定方向的压 入或拉出。这种压电致动器的结构在现有技术中作为所谓多层-驱动器由多 个层组成，其中，内部电极分别沿着作用方向设在层之间并分别外接 触或内接触，其中，电压通过内部电极施加。在DE 103 35 019 Al中爿>开了 一种压电致动器，它具有压电元件， 该压电元件具有由压电层形成的多层结构、还具有沿着作用方向在其 间设置的内部电极，内部电极可以被交替地加载正或负电荷。在这里， 内部电极与接触元件的交替接触如下地进行，即，接触元件分别处于 压电元件的内部凹槽中并然后以合适的方式与各个内部电极接触。这 可以例如通过相应地i殳计各个内部电极来实施，内部电极依赖于各极 性分别具有不同的设计方案并且交替地导入内部凹槽。其中，为了实现外接触而让内置的销垂直于层式结构向外引导。 在按照现有技术的压电致动器中，接触元件是导电销，导电销利用导 电材料、例如聚合物如下地浇铸而成，即，内部电极与电源正极和电 源负极的分别接触可以通过分别配给的销实施。其中，导电材料应该如下地提供，即它可以在预定的构造空间中极在压电致动器的整个寿命期间电接触。 发明内容开文所迷的、具有由压电层形成的多层结构、还具有沿着作用方 向在其间设置的内部电极、并且内部电极可以^f皮交替地加载正或负电 荷的压电致动器具有内置交替的内部电极接触。其中，按照发明以具 有优点的方式如下地构成内部接触，即，芯电极设有在装配之前就可 安置的导电弹性体作为外罩，该外罩具有预定的缺口式几何体以用来 提高弹性。其中，缺口式几何体优选由沿着纵向螺旋形地围绕外罩引导的缺口形成。通常，内部芯电极的内置的电联接尤其在汽车燃料例如柴油喷射 系统中的压电致动器中使用时具有优点，因为在这里可以改善相对于 "从外部加载在压电致动器上的燃油压力"的高压密封。引入了 "弹性覆层的芯电极，，的按照发明的公开因此特别具有优 点，因为不然的话，把内置接触元件安置到相对小而长的、作为具有大约lmm直径且长度为50ram至70ram的凹槽的孔中是相当困难的。利 用所公开的螺旋式引导的缺口还可以实现接触元件的简易装配，因为 就此而言只需 一定程度地对接触元件进刊-旋入。同时，在现有技术中所必须的"对孔进行额外的填充"也得以省 略。此外，备好的接触元件作为连接电极按照发明可以在装入孔之前 就已经在压电致动器之外得到电子式和机械式的检测。所公开的按照发明的实施例通过缺口式几何体具有优点地具备最 佳的弹性，其中，正如上面提到的那样，缺口式几何体优选螺旋式地通过接触元件的整个长度延伸，并且在压电致动器的整个寿命期间利 用压电元件的强烈升程变化将足够的压应力施加给孔并实现内部电极 的良好接触。而且还不会在接触元件上建立静态的压力。另外，如果 缺口式几何体为了进一步改善弹性而还附加具有至少一个纵向切槽， 那么也是具有优点的。在第一实施例中，芯电极作为具有恒定圓周的销构成，根椐第二 实施例，芯电极设有锥形的、向着压电致动器顶部渐窄的横截面，从 而弹性尤其在升程有效的顶部中通过增厚的外罩得以改善。在第三实 施例中，芯电极螺线式地构成，从而本质上为金属质地的芯电极也能够加入确定的才几械式升程。另外一种实施例涉及作为具有恒定圓周的销构成的芯电极，其中 设有用来容纳接触元件的孔，该孔具有锥形地向着压电致动器顶部渐 窄或渐宽横截面。就此而言，接触元件分别从具有较宽横截面的側面 装入，从而不仅显出了更好的可装配性，而且也显出了接触元件的可 拆除性。对于最后提到的实施例中的装配而言，在孔的内壁上用来接受接 触元件的弹性体的压应力可以通过装配力得到轻易控制。就此而言， 对芯电极进行降温也是有益的。在各种情况下都能够轻易地施行向着 锥口的拆除。
按照发明的压电致动器的实施例借助附图来阐述。其中 图1是按照现有技术的具有用于内部电极的内置接触的压电致动 器的纵向截面；图2a和图2b分别是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施 例的局部纵向截面和横截面，其中，芯电极设有具备第一几何形状的 导电弹性体；图3a和图3b分别是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施 例的局部纵向截面和横截面，其中，芯电极设有具备第二几何形状的 导电弹性体；图4是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向 截面，其中设有具备导电弹性体的锥形芯电极；图5是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向 截面，其中设有具备导电弹性体的螺线形芯电极；图6是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向 截面，其中具有用于芯电极的上宽式锥形孔；以及图7是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向 截面，其中具有用于芯电极的上窄式锥形孔。
具体实施方式
图1中示出一个压电元件，它基本上是按照现有技术DE 1 03 35 019Al作为所谓多层件构成的压电致动器1的组件，其中，压电元件由具 有合适晶体结构的石英材料的压电膜构成，从而在利用所谓压电效应的情况下，当外部电压加载到这里仅以举例的方式示出并具有附图标 记2和3的内部电极上时，压电致动器1做出沿着作用方向4的机械 式反应。在压电致动器1的内部具有两个沿纵向延伸的凹槽或孔5和6， 其中，具有相应表面设计的内部电极2和3根据极性4皮引导到左側孔5 或右側^L 6上。在孔5和6中具有接触元件，接触元件在这里是作为芯电极7和8 存在的圓销，它们通过浇铸牢固地嵌入导电而又弹性的材料9、例如聚 合物中。芯电极7和8以及导电材料9从外部接触内部电极，从而在 电压加栽到芯电极7和8的接触区域(在图1中设置在下方)时可以 引起前述效果。本质上为金属质地的芯电极7和8的装配在现有技术 中与在按照发明的实施例中同样是必要的，因为仅仅弹性的材料的导 电能力原则上不足以大到能够传导用来控制内部电极2和3的全部电 流。从图2a和2b中可以分别看到例如作为局部纵向截取部分以及作 为横向截取部分的具有金属芯电极10的按照发明的装置，金属芯电极 10在插入孔5之前就已经设有导电的外罩11、例如弹性的导电胶或弹 性体。外罩11在该实施例中设有以螺旋设置的缺口 12为形式的缺口 空间。通过经过外罩11全部区域螺旋设置的缺口 12使得装入孔5中 更为简单，并且在工作期间当外罩ll的材料可能发生热膨胀的时候确 保安全的电接触。从图3a和3b中可以看到例如作为局部纵向截取部分以及作为横 向截取部分的一种对图2a和2b所示设置方式的转变，其中，螺旋式 缺口 13具有不同的几何尺寸，其中，缺口间隔和随之的螺距h相对于 内部电极2和3的间距而言不应该选择的更小，例如h 2d..., 6d,以便 于在缺口宽度s为大约lxd的时候形成相对于内部电极不大于90°的接 触豁口。就此而言，内部电极的接触可以尽可能弹性地对压电致动器1 的升程做出反应并至少避免外罩11和孔5之间的滑差。在图3b所示的横截面中示出了作为扩展的设置纵向切槽14的可 能性，利用纵向切槽14可以在该实施例中进一步改善弹性。图4示出一个具有锥形芯电极15的实施例，锥形芯电极15以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩U。对于按照图4的芯 电极15而言，具有较大周长的区域位于压电致动器1的底部、具有较 小周长的区域位于压电致动器1的顶部区域中。从而外罩11在具有最 大压电致动器1升程(例如70至100miti)的顶部区域中充满最大区域 并因此让该区域具有大的弹性。在图5中示出了一种具有螺线式芯电极10的实施例，螺线式芯电 极10同样以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。对于 按照图5的螺线形芯电极16而言，芯电极16可以至少部分地加入压 电致动器1的升程而不会由此在外罩11上出现较小的移动。图6示出了一种具有销形芯电极10的实施例，销形芯电极10同 样以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口 13的外罩11。在该实施例 中具有孔l7,孔17具有从压电致动器1底部向其顶部以圆锥方式逐渐 变细的横截面。就此而言，孑L 17中的压应力可以在装配期间提高，并 且可以使得内部电极接触具有简易的可拆除性。在按照图6的实施例中可以为了改善孔17中的电接触而在装配之 前给孔17设置几乎不会致脏的导电胶。在图7所示的实施例中示出了一种销形芯电极10,它同样以类似 于图3a的方式具有含螺旋式缺口 13外罩。在该实施例中具有孔8，孔 8具有从压电致动器1的上方的底部到顶部锥形扩大的横截面。对于图7所示的实施例而言，装配从下方进行，也就是说从顶部 进行，从而在这里也可以提高装配时孔18中的压应力。因此，就该实 施例而言，在压电致动器1产生最大升程的顶部区域中，外罩ll具有 最大弹性。工业实用性本发明在工业中可以用在具有内燃机的汽车的燃料例如柴油的喷 射系统中。
权利要求
1.压电致动器，具有-压电元件，所述压电元件包括由压电层形成的多层结构和沿着作用方向在所述压电层间设置的内部电极(2，3)，所述内部电极可以被交替地加载正或负电荷，还具有-内部电极(2，3)的交替侧的接触，所述接触利用分别由芯电极(7，8；10；15；16)和导电的弹性外罩(9；11)组成的接触元件实现，所述接触元件位于压电元件的内部凹槽(5，6；17，18)中并同时垂直于层结构地向外引导，其特征在于-芯电极(10；15；16)设有在装配之前就可安置的导电的弹性体(11)作为外罩，弹性体具有提高弹性的预定的缺口式几何体(12；13)。
2. 按权利要求1所述的压电致动器，其特征在于-所述缺口式几何体由沿着纵向螺旋式地围绕外罩(11)引导的 缺口 ( 12; 13)构成。
3. 按权利要求2所述的压电致动器，其特征在于-螺旋式缺口 ( l3)的螺距(h)与缺口宽度(s)相关并且相对 于内部电极(2, 3)的距离(d)这样地调节，使得接触豁口不超过大 约90°。
4. 按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于 -缺口式几何体(13)附加具有至少一个纵向切槽(14)。
5. 按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于 -芯电极(10)作为具有恒定圆周的销构成。
6. 按前述权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于 -芯电极(15)具有锥形地向着压电致动器(1)的顶部渐窄变化的横截面。
7. 按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于 -芯电极(16)螺线式地构成。
8. 按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于 -芯电极(10)作为具有恒定圓周的销构成，以及-用来接受接触元件的孔(17)具有锥形地向着压电致动器(1)的顶部渐窄变化的横截面。
9. 按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于 -芯电极(10)作为具有恒定圆周的销构成，以及-用来接受接触元件的孔(18)具有锥形地向着压电致动器(1) 的底部渐窄变化的横截面。
10. 按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于-所述全部设置可以用在汽车中的燃油喷射的针阀升程控制中。
全文摘要
用于压电喷射器或者操作其他机械组件的压电致动器，它具有由压电元件的压电层形成的多层结构和沿着作用方向在压电层之间设置的内部电极(2，3)，内部电极(2，3)可以被交替地加载正电荷和负电荷，还具有交替的内部电极(2，3)接触，所述接触利用分别由芯电极(10；15；16)和导电的弹性外罩(9；11)组成的接触元件实施，所述接触元件位于压电致动器(1)的内部凹槽(5，6；17，18)中并且垂直于层结构向外引导。芯电极(10；15；16)设有在装配之前就可安置的导电弹性体(11)作为外罩，弹性体(11)具有提高弹性的预定的缺口式几何体(12；13)。缺口式几何体优选由沿着纵向螺旋式地围绕外罩(11)引导的缺口(12；13)组成。
文档编号H01L41/047GK101248540SQ200680031009
公开日2008年8月20日 申请日期2006年8月3日 优先权日2005年8月25日
发明者R·海因茨 申请人:罗伯特·博世有限公司