(57)【要約】本発明による圧電スタックの製造方法は、以下のステップを有する。該圧電スタックの複数の側に配置された電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を有する圧電スタック（５）においてまず、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の非対称性を検出する。次に、オーバサイズを有する電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を、非対称性が許容程度に達するまで小さくする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電スタックの製造方法において、
該圧電スタック（５）の複数の側に配置された電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を有する圧電スタック（５）において、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の非対称性を検出するステップと、
オーバサイズを有する該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を、非対称性の許容程度に小さくするステップと有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の非対称性を検出する際に、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を測定する、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
非対称性を検出する際に、電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の幅を使用する、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
測定を光学的測定方式によって実施する、請求項１から３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項５】
光学的測定方式にデジタル画像処理を適用する、請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を小さくする際に、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を研磨する、請求項１から５までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項７】
該圧電スタック（５）の電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）が存在する圧電スタック（５）の縁部を研磨する、請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）を小さくすることによって面取り部（４）を形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
面取り部角度を調整する、請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
圧電スタック（５）の縁部の長さにわたって、所定のプロフィールを有する面取り部（４）を形成する、請求項７から９までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１１】
該圧電スタック（５）に外部メタライジング（１，８）を取り付け、連続する電気的にアクティブな領域（３）を交番的に相互に接続する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１２】
圧電スタック（５）であって、
複数の側に、電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）が設けられており、
該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の大きさを均一にするため、該圧電スタック（５）の一方の側に沿って、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）の領域内に面取り部（４）が設けられていることを特徴とする圧電スタック。
【請求項１３】
前記面取り部（４）は、該圧電スタック（５）の長さにわたって、該電気的に非アクティブな領域（２，２．１，２．２）のオーバサイズに依存するプロフィールを有する、請求項１２記載の圧電スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電スタックおよび圧電スタックの製造方法に関する。これはたとえば、エンジン構造および自動車構造において燃料インジェクタを駆動するためのアクチュエータで使用される。
【０００２】
従来公知である多層圧電アクチュエータは、基本的に以下のプロセスステップを有する製造方法で使用される。第１のステップで膜が形成され、この膜は第２のステップで加圧され、第３のステップで積層され、第４のステップで加圧され、たとえば１０×１０ｃｍの寸法を有するディスクまたはブロックに成形される。第５のステップでこのディスクは、たとえば５ｍｍの幅の複数の圧電スタックに分割される。この分割はたとえば、鋸によって行われる。次に、第６のステップで圧電スタックは剥離される。すなわち、合成樹脂の形態の結合手段が除去される。この合成樹脂は、セラミック粉末と混合され、処理されて膜に成形されたものである。第７のステップで圧電スタックは焼結され、第８のステップで研磨される。第９のステップでは、圧電スタックはメタライジングされる。すなわち、圧電スタックに電気的接触接続のための外部の導体が設けられる。第１０のステップで焼成が行われ、第１１のステップで外部コンタクトのはんだ付けが行われ、第１２のステップでカプセル化（Vergiessen）が行われ、第１３のステップでケーシング内に挿入され、第１４のステップで電気的な極性付けが行われる。
【０００３】
通常、外部電極は２つであり、この外部電極は圧電スタックの側面上に延在し、相互に対角線上に対向する。各内部電極が各外部電極と電気的に接続されることを阻止するため、圧電スタックの各層にも、相互に対角線上に対向する電気的に非アクティブな領域を設けなければならない。
【０００４】
多層セラミックアクチュエータの相応の基本的構成が、図１に示されている。個々のセラミック層７は、金属の内部電極３によって相互に分離されており、この内部電極の層厚さは数μｍである。内部電極３はこの実施形態では、相互に対角線上に対向して、圧電スタック５の外部領域に配置されており、この内部電極３の電気的に非アクティブな領域２．１および２．２によって、外部メタライジング１を介して非アクティブ領域２の範囲内にて内部電極を交番的に異なる電位にすることができる。ここでピエゾアクチュエータに取り込まれた電荷が、ピエゾアクチュエータの長さの変化を引き起こす。
【０００５】
ピエゾアクチュエータの純粋な長さ変化を、長手軸６に沿ってゆがむことなく達成させるためには、電気的に非アクティブな領域２の大きさおよび位置は、非常に小さな公差の範囲内でしかずれることができない。圧電スタック５のゆがみはとりわけ、一方の側の電気的に非アクティブな領域２の大きさが、反対側の電気的に非アクティブな領域と大きく異なる場合に顕著になる。
【０００６】
圧電スタック５のゆがみを許容限界以下に維持するため、電気的に非アクティブな領域の大きさおよび位置の公差に対する要求は高くなる。従来は、この要求を低コストの製造方式によってプロセス上確実に達成することはできなかった。
【０００７】
長さ変化時に圧電スタックのゆがみの欠点を回避する手段は、ゆがみを補償することである。このことは、ピエゾアクチュエータのケーシングに半径上に支持されているメンブレン上に圧電スタックを配置することによって行われる。このように構成することによって、横方向の偏向が回避される。しかしこの実施形態では、圧電スタックのゆがみは阻止されないばかりか、メンブレンによって付加的に取り付け空間が必要になるという欠点も生じてしまう。
【０００８】
したがって本発明の課題は、該製造方法によって製造された圧電スタックの長さ変化時のゆがみが、従来よりも小さい圧電スタックの製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明による圧電スタックの製造方法はさらに、該製造方法によって製造された圧電スタックの取り付け空間は、前記の実施形態より小さくなるという利点も有する。
【００１０】
前記課題は、請求項１に記載された特徴を有する圧電スタックの製造方法と、請求項１２に記載された特徴を有する圧電スタックとによって解決される。
【００１１】
本発明による圧電スタックの製造方法は、以下のステップを有する。該圧電スタックの複数の側に配置された電気的に非アクティブな領域を有する圧電スタックにおいて、まずは、電気的に非アクティブな領域の非対称性が検出される。次に、オーバサイズを有する電気的に非アクティブな領域は、非対称性が許容程度に到達するまで小さくされる。
【００１２】
本発明による圧電スタックは複数の側に、電気的に非アクティブな領域を有する。電気的に非アクティブな領域の大きさを均一にするため、面取り部が圧電スタックに沿って、オーバサイズを有する電気的に非アクティブな領域に設けられている。
【００１３】
本発明の圧電スタックの製造方法の有利な発展形態および本発明の圧電スタックの有利な発展形態は、従属請求項に記載された構成から理解できる。
【００１４】
請求項２による発展形態では、電気的に非アクティブな領域の非対称性を検出するために、該非アクティブな領域を測定する。
【００１５】
有利には、非対称性を検出するために使用される尺度は、電気的に非アクティブな領域の幅である。
【００１６】
別の実施形態では、前記測定は光学的な測定方式によって行われる。
【００１７】
光学的な測定方式にデジタルのイメージ処理を適用すると有利である。こうすることによって、迅速に、簡単に、確実に、かつ均一な品質で、電気的に非アクティブな領域の非対称性が検出される。
【００１８】
非アクティブな領域は、研磨することによって小さくすることができる。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、該圧電スタックの電気的に非アクティブな領域が設けられた圧電スタックの縁部が研磨される。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、電気的に非アクティブな領域を小さくすることによって面取り部が形成される。
【００２１】
有利には、面取り部の角度が調整される。こうすることによって、オーバサイズを有する電気的に非アクティブな領域一方の側も他方の側も、対向する非アクティブな領域の尺度に適合される。
【００２２】
さらに、圧電スタックの縁部の長さにわたって、所定のプロフィールを有する面取り部を形成すると有利である。圧電スタックの長さにわたって不均一に分布された電気的に非アクティブな領域の非対称性は、このようにして補償される。
【００２３】
発展形態では、圧電スタックに外部メタライジングが取り付けられ、電気的に非アクティブな領域が相互に結合される。
【００２４】
最後に、本発明によるピエゾアクチュエータの有利な実施形態では、圧電スタックの長さにわたって、ピエゾアクチュエータの面取り部は、電気的に非アクティブな領域のオーバサイズに依存するプロフィールを有する。このことによって、圧電スタックの長さにわたって変化する電気的に非アクティブな領域の非対称性が補償される。
【００２５】
以下で本発明を、２つの図に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１  圧電スタックの基本的構成を３次元で示している。
【００２７】
図２  圧電スタックの層の俯瞰図である。
【００２８】
圧電スタック５の初期形状は図１にも原理的に示されているように、基本的に、明細書冒頭にてステップ１〜１４で記載されたように製造および構成される。圧電スタック５は多数のセラミック層７を有し、このセラミック層７の両側には、電気的にアクティブな領域が設けられている。前記電気的にアクティブな領域は、以下では内部電極３とも称される。さらにセラミック層７には、電気的に非アクティブな領域２も設けられている。図１には、ｎ番目のセラミック層の電気的に非アクティブな領域２．１と、ｎ＋１番目のセラミック層の電気的に非アクティブな領域２．２が示されている。圧電スタック５の縁部には電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２が配置されており、この縁部には、外部メタライジング１または外部導体が設けられている。この外部メタライジング１または外部導体は、電気的にアクティブな領域３を電気的に相互に接続するために使用される。電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２は、冒頭ですでに述べたように、すべての電気的にアクティブな領域３が外部導体を介して相互に電気的に接続されないようにするために使用される。配置された２つの外部メタライジング１，８は、圧電スタック５の相互に対向するコーナ領域に配置されている。アクティブな領域３は交互に、２つの外部メタライジング１，８のうち１つと接続されている。異なる電圧を２つの外部メタライジング１，８に印加することによって、２つの領域３によって区切られたセラミック層７に電界が印加される。電界に依存して、セラミック層７は膨張または縮小する。これに相応して、セラミック層７はすべて、圧電スタック５が延長または縮小されるという特性を有する。図１にこのことが一例として示されている。圧電スタックの片側の電気的にアクティブな領域３は１つおきに、同じ外部導体１，８に接続されている。
【００２９】
多層セラミックディスクを複数の圧電スタックに分離または切断し、該圧電スタックを目標寸法に研磨すると通常は、製造公差に起因して、電気的に非アクティブな領域２．１，２．２が非対称的になる。すなわち、電気的に非アクティブな領域２．１，２．２が配置された一方または他方の縁部は、異なる大きさの電気的に非アクティブな領域２．１，２．２を有する。この非対称性を排除するため、比較的大きな電気的に非アクティブな領域２．１，２．２が存在する縁部に面取り部４が設けられ、該電気的に非アクティブな領域２．１，２．２の長さおよび幅が小さくされる。この処理の結果が、図２に示されている。
【００３０】
切断の際に正確に矩形に処理されないと、圧電スタック５の長さにわたって、非対称性の異なる分布が発生する。圧電スタック５の一方の端部では非対称的ではなく、他方の端部では著しく非対称的である場合がある。それに対して、縁部を研磨する際に、縁部の研磨によって形成された面取り部４が、該圧電スタック５の長さにおいて変化したプロフィールを有するように対処することができる。このことは、誤差が存在しない側に面取り部４を設けずに、非対称性が著しい側に向かうにつれて面取り部４が増加するようにするということを意味する。
【００３１】
面取り部角度は、非対称性がさらに低減されるように選択される。
【００３２】
また、電気的に非アクティブな領域２．１，２．２が配置された相互に対角線上に対向する圧電スタックの２つの縁部に、それぞれ１つずつ面取り部４を設け、電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２が等しい寸法を有するようにすることもできる。
【００３３】
しかし製造コストの点では、面取り部４を１つだけ圧電スタック５に設けることがより有利である。というのも、こうすることによって付加的な研磨プロセスが省略されるからだ。
【００３４】
電気的に非アクティブな領域の測定は、光学的方式およびデジタル画像処理によって行われる。このようにして得られた測定値から、非対称性の程度が計算される。こうするため、カメラによって圧電スタック５の外表面が撮影され、画像がデジタル画像処理ユニットへ供給される。カメラによって供給された画像で圧電スタック５の内部電極３の長さおよび位置が識別されるので、これらの値に基づいて、圧電スタック５のどの側に存在する電気的に非アクティブな領域が比較的大きいかが評価される。したがって、圧電スタック５の断面のカメラ撮影は必要ない。非対称性を十分に正確に検出するためには、圧電スタック５の外側で識別可能な電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２または電気的にアクティブな領域３の寸法に関する知識で十分である。この寸法は、有利には幅である。電気的にアクティブな領域３の寸法から、電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２の寸法を推定することもできる。
【００３５】
非対称性が排除された後、外側メタライジング１，８が圧電スタック５に取り付けられる。
【００３６】
電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２および電気的にアクティブな領域３の外部導体１，８の構成は、図面に示されている。これは単に例示的なものである。各適用ケースに応じて、外部導体１，８、電気的に非アクティブな領域２，２．１，２．２および電気的にアクティブな領域３を、簡単に異なって配置することもできる。こうすることによって、本発明の枠から逸脱することはない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】圧電スタックの基本的構成を３次元で示している。
【００３８】
【図２】圧電スタックの層の俯瞰図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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