(57)【要約】本発明は、相互に重なっているピエゾ電気層（２）と、ピエゾ電気層の間に位置する電極層（３ａ,３ｂ）から成る積層体（１）を有しているピエゾ電気構成素子に関する。電極層（３ａ,３ｂ）は積層体（１）内部において中間区間（４）と、積層体（１）の垂直な縁部ゾーン（５）の内側によって制限されている終端区間（６）を有しており、電極層（３ａ,３ｂ）の終端区間（６）は第１のピエゾ電気材料（７）によって取り囲まれており、第１のピエゾ電気材料の相対的な伸張度は第２のピエゾ電気材料（９）の相対的な伸張度より低く、第２のピエゾ電気材料は、隣り合う２つの電極層（３ａ,３ｂ）間の中間領域（８）内に配置されている。さらに本発明は、前記ピエゾ電気構成素子の製造方法に関する。本発明による構成素子は、内部電極の終端近傍で機械的負荷が低減させ、これによって構成素子の寿命を長くするという利点を有する。
2005515641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ電気構成素子であって、
相互に重なっているピエゾ電気層（２）と、当該ピエゾ電気層の間に位置する電極層（３ａ, ３ｂ）から成る積層体（１）を有しており、
前記電極層（３ａ, ３ｂ）は、積層体（１）内部に中間区間（４）と、積層体（１）の垂直な縁部ゾーン（５）の内側によって制限されている終端区間（６）を有しており、
電極層（３ａ, ３ｂ）の当該終端区間（６）は、第１のピエゾ電気材料（７）によって取り囲まれており、当該第１のピエゾ電気材料の相対的な伸張度は第２のピエゾ電気材料（９）の相対的な伸張度より低く、当該第２のピエゾ電気材料は、隣り合う２つの電極層（３ａ, ３ｂ）の間の中間領域（８）内に配置されている、
ことを特徴とする、ピエゾ電気構成素子。
【請求項２】
前記第１のピエゾ電気材料（７）の相対的な伸張度は最大で、前記第２のピエゾ電気材料（９）の相対的な伸張度の約９５％である、請求項１記載の構成素子。
【請求項３】
前記第１のピエゾ電気材料（７）の相対的な伸張度は最大で、前記第２のピエゾ電気材料（９）の相対的な伸張度の約９０％である、請求項１記載の構成素子。
【請求項４】
前記縁部ゾーン（６）の面積は少なくとも、前記電極層（３ａ, ３ｂ）の面積の５％を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項５】
移行部は、前記第１のピエゾ電気材料と第２のピエゾ電気材料（７, ９）の間の相対的な伸張度において連続的である、請求項１から４までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項６】
前記第１のピエゾ電気材料（７）は、前記第２のピエゾ電気材料（９）から、前記電極層（３ａ, ３ｂ）から生じているドーパント材料の拡散によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項７】
前記ドーパント材料は銅である、請求項６記載の構成素子。
【請求項８】
前記第１のピエゾ電気材料（７）は、３〜１０モルパーセントの割合のＣｕを有するＰｂ０． ９７  Ｚｒ０． ５６  Ｔｉ０． ４６  Ｎｄ０． ０２  Ｏ３であり、前記第２のピエゾ電気材料（９）は、１〜２モルパーセントの割合のＣｕを有する２ Ｐｂ０． ９７  Ｚｒ０． ５６  Ｔｉ０． ４６  Ｎｄ０． ０２  Ｏ３である、請求項６記載の構成素子。
【請求項９】
前記積層体（１）は層連続体Ｅ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｅの層から構成されており、
Ｅは電極層（３ａ, ３ｂ）をあらわし、
Ａは第１のピエゾ電気材料（７）を含んでいるセラミック薄膜をあらわし、
Ｂは、第２のピエゾ電気材料（９）を含んでいるセラミック薄膜をあらわしている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項１０】
前記積層体（１）は層連続体Ｅ−Ｃ−Ｂ−Ｃ−Ｅの層から構成されており、
Ｅは電極層（３ａ, ３ｂ）をあらわし、
Ａは第１のピエゾ電気材料（７）を含んでいるセラミック薄膜をあらわし、
Ｃは、隣り合っている２つのシルクスクリーン印刷層（１０, １１）によって構成されている層をあらわし、
前記第１のシルクスクリーン印刷層（１０）は第１のピエゾ電気材料（７）を含んでおり、隣りの電極層（３ａ, ３ｂ）の終端区間（６）を覆っており、
前記第２のシルクスクリーン印刷層（１１）は第２のピエゾ電気材料（９）を含んでおり、隣りの電極層（３ａ, ３ｂ）の中間区間（４）を覆っている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項１１】
前記シルクスクリーン印刷層（１０, １１）は前記層Ｂを完全に覆っており、それぞれ隣りの電極層（３ａ, ３ｂ）の終端区間（６）の内側縁部にまで達している、請求項１０記載の構成素子。
【請求項１２】
前記積層体（１）は、モノリシック焼結体である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項１３】
前記電極層（３ａ, ３ｂ）は銅を含んでいる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の構成素子。
【請求項１４】
ピエゾ電気構成素子の製造方法であって、
当該ピエゾ電気構成素子は、相互に重なっているピエゾ電気層（２）と、当該ピエゾ電気層の間に位置する電極層（３ａ, ３ｂ）から成る積層体（１）を有しており、
当該電極層（３ａ, ３ｂ）は、第１のピエゾ電気材料（７）によって取り囲まれており、当該第１のピエゾ電気材料の相対的な伸張度は第２のピエゾ電気材料（９）の相対的な伸張度より低く、当該第２のピエゾ電気材料は、隣り合う２つの電極層（３ａ, ３ｂ）の間の中間領域（８）内に配置されており、
相互に重なっているセラミックグリーン薄膜および電極層（３ａ, ３ｂ）から成る積層体（１）の焼結によって製造し、
前記第１のピエゾ電気材料（７）を、前記積層体（１）の焼結中に達する８００℃〜１５００℃の温度での４〜１０時間の持続時間にわたる、前記電極層（３ａ, ３ｂ）に含まれているドーパント材料の拡散によって、前記第２のピエゾ電気材料（９）から形成する、
ことを特徴とする、ピエゾ電気構成素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に重なっているピエゾ電気層とピエゾ電気層の間に位置する電極層から成る積層体を有するピエゾ電気構成素子に関する。さらに本発明は、当該ピエゾ電気構成素子を製造する方法に関する。
【０００２】
刊行物ＤＥ１９９０５３４０Ａ１号から、多層技術でセラミック材料から製造されている、冒頭に記載した形式のピエゾ電気構成素子が公知である。セラミック材料としては有利には、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用される。この構成部分は内部電極を有しており、この内部電極は、構成部分内の至る所で、積層体の縁部まで達しているのではない。これによっていわゆるパッシブゾーンが生じる。パッシブゾーンでは、内部電極間に電圧を印加することによって、非常に僅かな電界のみが構成される。従ってこのようなパッシブゾーンでは、セラミック材料は実質的に極性化されずに、ピエゾ電気構成素子のストローク変動に寄与しない。この隣りにアクティブゾーンが存在する。ここでは、隣接する内部電極が直接的に相対して設けられている。これによって、電圧を印加すると高いピエゾ電気的ストローク変動が生じる。この構成素子のアクティブゾーンにおいては押圧応力(Druckspannung)が生じ、また構成部分のパッシブゾーンには引っ張り応力（Zugspannungen)が加えられる。材料負荷は、積層体内部で内部電極が終わっている箇所、すなわちアクティブゾーンとパッシブゾーンの間の移行部分で非常に大きくなる。内部電極の終端部分では、ピーク作用によって電界強度の上昇が生じる。力線は、内部電極の終端領域において放射状に合流し、そこで特に高い電界を引き起こす。
【０００３】
公知の構成素子は、パッシブゾーン内の大きな引っ張り応力の領域において、僅かな亀裂が生じてしまうという欠点を有する。この亀裂は、積層体内部の内部電極に沿って構成素子を継続的に負荷することによって、大きくなってしまう恐れがある。殊に、この亀裂は、内部電極に沿って大きくなる。これによって、構成部分の寿命が制限されてしまう。このことは構成部分の使用に対する本質的な欠点である。
【０００４】
従って本発明の課題は、長い寿命を有する構成素子を提供することである。
【０００５】
上述の課題は、相互に重なっているピエゾ電気層と、当該ピエゾ電気層の間に位置する電極層から成る積層体を有しており、前記電極層は、積層体内部に中間区間と、積層体の垂直な縁部ゾーンの内側によって制限されている終端区間を有しており、電極層の当該終端区間は、第１のピエゾ電気材料によって取り囲まれており、当該第１のピエゾ電気材料の相対的な伸張度は第２のピエゾ電気材料の相対的な伸張度より低く、当該第２のピエゾ電気材料は、隣り合う２つの電極層の間の中間領域内に配置されている、ことを特徴とする、ピエゾ電気構成素子によって解決される。本発明の有利な構成並びにピエゾ電気構成素子の製造方法は別の請求項に記載されている。
【０００６】
ピエゾ電気構成素子は、相互に重なっているピエゾ電気層と、このピエゾ電気層の間にある電極層から成る積層体を含む。電極層は積層体内部に中間区間並びに終端区間を有している。終端区間はここで積層体の垂直な縁部ゾーンの内側によって制限されている。電極層の終端区間は、第１のピエゾ電気材料によって取り囲まれている。第１のピエゾ電気材料の、印加される電界強度あたりの相対的伸張度（relative Dehnung）は、第２のピエゾ電気材料の相対的伸張度より低い。第２のピエゾ電気材料は、隣り合う２つの電極層の間の中間領域に配置されている。
【０００７】
第１のピエゾ電気材料は有利には、縁部ゾーン内に達している。
【０００８】
電極層の終端区間領域においてセラミック材料の伸張度を低減させることによって、終端区間ゾーンにおける機械的な負荷を減らすことができる。これによって本発明は、材料の付加を軽減し、ひいては構成素子の寿命を長くするという利点を有する。従って、電極層の終端区間と、この電極区間に対向している電極層の間のピエゾ電気層では、２つの電極層間の中間部分において最大である相対的伸張度の勾配が生じる。伸張度は、電極層へ向かって減少する。
【０００９】
構成素子の寿命上昇の特に有利な作用を得るために、第１のピエゾ電気材料の相対的伸張度が最大で、第２のピエゾ電気材料の相対的伸張度の９５％であると有利である。
【００１０】
ピエゾ電気材料の相対的伸張度の尺度としてピエゾ電気的特性量（Kenngroesse）ｄ３３ならびに別のピエゾ電気的特性量ｄ３１が使用される。これらの特性量は、ピエゾ電気的応力テンソルの要素である。ここでｄ３３は、極性化方向に対して平行な外部電界方向でのピエゾ電気材料の伸張を示す。第２のピエゾ電気的特性量ｄ３１は、この電界方向に対して垂直な方向での収縮を示す。ｄ３３およびｄ３１は反対の符号を有している。これによって、ピエゾ電気セラミックの体積の維持が示される。
【００１１】
第１のピエゾ電気材料と第２のピエゾ電気材料の間の相対的な伸張度の違いが、さらに大きいと、さらに有利である。これは、第１のピエゾ電気材料の相対的な伸張度が最大で、第２のピエゾ電気材料の相対的な伸張度の９０％になる場合である。
【００１２】
電極終端部領域におけるピエゾ電気構成素子の負荷上昇は、内部電極の終端部分に厳格に限定されているのではなく、電極終端部分に接する内部電極領域にも関する。従って、有利には、第１のピエゾ電気材料によって取り囲まれる縁部ゾーンは最も少なくて、電極層の面積の５％を有する。
【００１３】
構成素子の機械的な安定性を高めるために、第１のピエゾ電気材料と第２のピエゾ電気材料の間の移行部が、相対的伸張度に関して段階的である、すなわち連続的であると有利である。これによって２つの異なるピエゾ電気材料間の境界層が回避される。これによって、材料内に亀裂が生じるのが付加的に抑圧される。
【００１４】
有利な実施形態では第１のピエゾ電気材料が、第２の電気材料から、電極層内に存在するドーパントの拡散によって形成されることで、異なるピエゾ電気材料間に段階的な移行部が実現される。取り囲んでいるピエゾ電気材料の相対的な伸張度を低減させるドーパント材料を拡散することによって、急峻ではなく段階的に、ピエゾ電気材料の異なる特性間での移行が生じる。
【００１５】
有利な実施形態では、電極層は銅を含んでいる。これは同時に、ピエゾ電気材料の伸張特性を変えることのできるドーパント材料である。
【００１６】
第１のピエゾ電気材料は例えば、４〜１０モルパーセントの割合の銅を含むＰｂ０． ９７ Ｚｒ０． ５４ Ｔｉ０． ４６ Ｎｄ０． ０２ ０３である。第２のピエゾ電気材料は例えば、約２モルパーセントの非常に僅かな割合の銅を含む上述の第１のピエゾ電気材料である。
【００１７】
さらに本発明は、ピエゾ電気構成素子が層連続体Ｅ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｅを有する層から成る積層体から形成されることによって実現される。ここでＥは電極層をあらわし、Ａは第１のピエゾ電気材料を含むセラミック薄膜をあらわし、Ｂは第２のピエゾ電気材料を含むセラミック薄膜をあらわす。
【００１８】
ここで、焼結中のピエゾ電気構成素子の亀裂を阻止するために、２つのピエゾ電気材料の焼結萎縮度は相互に整合していなければならないことに注意されたい。さらに、特性における設定された差が、焼結中の拡散によって部分的または完全に相殺されない、すなわちドーパント材料が制限された可動性を有していなければならないということに注意されたい。
【００１９】
すなわちこの実施例では積層体は、例えばシルクスクリーン印刷によって製造された電極層と、セラミック薄膜から形成されたピエゾ電気層によって構成される。
【００２０】
さらに本発明は、積層体が層連続体Ｅ−Ｃ−Ｂ−Ｃ−Ｅを有する層から形成されることによって実現される。ここでＥは電極層をあらわし、Ａは第１のピエゾ電気材料を含むセラミック薄膜をあらわし、Ｃは互いに並んでいる２つのシルクスクリーン印刷層によって形成された層をあらわす。第１のシルクスクリーン印刷層は第１のピエゾ電気材料を含み、隣の電極層の終端区間を覆う。第２のシルクスクリーン印刷層は第２のピエゾ電気材料を含み、隣の電極層の中間区間を両側から覆う。
【００２１】
本発明の有利な実施形態では、シルクスクリーン印刷層は共同で層Ｂを完全に覆い、それぞれ電極層の終端区間の内部縁部まで達する。これによって積層体全体にわたって厚さ変動および隙間のない層構成が続く。
【００２２】
本発明による構成素子がモノリシック焼結体であるのは殊に有利である。モノリシック焼結体は高い機械的な安定性を可能にし、重なって積層されている層を一緒に焼結することによって容易かつ廉価に製造可能である。
【００２３】
さらに、ピエゾ電気構成素子の製造方法も開示する。ここで製造は相互に重なっているグリーン薄膜と電極層から成る積層体の焼結によって行われる。ここで電極層のドーパント材料の第２のセラミック材料への拡散は、８００〜１３００℃の温度での焼結中に行われる。例えば銅を用いたドーピング時には９５０〜１０５０℃の温度が考えられ、銀／パラジウムを用いたドーピング時には１０００〜１２００℃の焼結温度が考えられる。
【００２４】
以下で本発明を実施例および実施例に属する図面に基づいてより詳細に説明する。
【００２５】
図１には、本発明によるピエゾ電気構成素子の例が斜視図で示されており、
図２には、図１の構成素子の拡大部分図が概略的に断面図で示されており、
図３には、図２の線Ｋに沿った濃度プロファイルの例が示されており、
図３Ａには、図２の線Ｋに沿った、測定された濃度プロファイルが示されており、
図４には、図２の例に従った、押圧応力および引っ張り応力の種々異なるゾーンが示されており、
図５には、本発明による別のピエゾ電気構成素子が概略的に断面図で例示されており、
図６には、本発明による別のピエゾ電気構成素子が概略的に断面図で例示されている。
【００２６】
図１には、相互に重なっているピエゾ電気層２と、電極層３ａ, ３ｂから成る積層体１が示されている。ここで第１の種類の電極層３ａは、第２の種類の電極層３ｂと交互になっている。それぞれ１つの種類である電極層３ａ, ３ｂは、外側で積層体１に接している金属条片１３によってともにコンタクトされている。異なって極性化されたパルス状電圧を電極層３ａないし３ｂに印加することによって、それぞれ２つの相互に対向している電極層３ａおよび３ｂがピエゾ電気層２で電界を生じさせることが可能になる。これによって、ピエゾアクチュエータの垂直なストローク行程が生じる。電極層３ａ, ３ｂは、それぞれ異なる積層体１の縁部領域から積層体１の対向している側まで達しているのではなく、縁部ゾーン５は解放されている。積層体１の縁部ゾーン５は、パッシブゾーンである。ここではピエゾ電気材料２が実質的に引っ張り応力にさらされる。これは図４にも示されている。電極層３ａ, ３ｂが直接的にオーバーラップしている領域はアクティブゾーン１２である。ここではピエゾ電気層は実質的に押圧負荷されている（再び図４を参照）。
【００２７】
構成素子の寸法は、例えば底面において７×７ｍｍ、高さにおいて３０ｍｍである。ここでは、数３６０までの内部電極をピエゾ電気構成素子内に組み込むことが可能である。底面２０×６ｍｍおよび高さ１. ５ｍｍを有する、いわゆる湾曲部（Bieger）を製造することも可能である。このような湾曲部は、例えば２０個の内部電極を有している。
【００２８】
電極層３ａないし電極層３ｂは、それぞれ櫛型構造体として構成可能である。ここでこの櫛型構造体は、製造された構成素子内で相互にかみ合っている櫛形の形で配置されている。これによってピエゾアクチュエータのより大きな機械的なストローク変動が得られる。電極層３ａ, ３ｂ自体の形はここでは任意であり、重要なのは電極の面に対して垂直な領域（いわゆるパッシブゾーン）において１つおきにのみ電極が設けられているということだけである。
【００２９】
ピエゾ電気層２に対しては、通常使用されているＰＺＴセラミックが使用可能である。
【００３０】
図２には、図１の構成素子の詳細な部分図が示されている。電極層３ａ, ３ｂは、第１のセラミック材料７によって取り囲まれている。この第１のセラミック材料は、電圧の印加時により低い相対的な伸張度を有する。隣り合う２つの電極層３ａ, ３ｂの間には、中間領域８において、より高い相対的な伸張度を有している第２のピエゾ電気材料９が配置されている。第１のピエゾ電気材料７は、電極層３ａ, ３ｂの終端区間のみを取り囲むのではなく、電極層３ａ, ３ｂ全体を取り囲む。第１のピエゾ電気材料７は、第２のピエゾ電気材料９から、電極層３ａ, ３ｂ内に存在するドーパントを拡散することによって生成される。ドーパントとしては、例えば銅が考えられる。ドーピングは、構成素子の焼結中に行われる温度ステップによって実行される。
【００３１】
図３には、モデルとして、図２の線Ｋに沿ったドーパント材料の相対的な濃度ｃが示されている。ポジションＺ１およびＺ２には、それぞれ電極層３ｂないし３ａが配置されている。ポジションＺ１とＺ３の間には、緩慢に低減するドーパント材料濃度が示されている。ドーパント材料濃度は最大ドーパント材料濃度ｃｍａｘと最小ドーパント材料濃度ｃｍｉｎとの間で変動する。このゾーン内には、比較的低い伸張度を有する第１のピエゾ電気材料７が存在する。
低い伸張度は、高い伸張度を有する第２のピエゾ電気材料９を修正することによって実現される。ポジションＺ３とＺ４の間には、比較的低いドーパント材料濃度ｃｍｉｎを有するゾーンが存在する。これは、高い相対的伸張度を有する第２のピエゾ電気材料９のことである。ｃｍｉｎは非常に小さく、場合によって０と等しいこともある。
【００３２】
図３からも、ドーピングを用いて、第２のピエゾ電気材料９を修正することによって、
異なるピエゾ電気材料７, ９間で段階的な移行が実現されることがわかる。
【００３３】
電極層３ａ, ３ｂは、例えばシルクスクリーン印刷電極の形で、２０〜２００μｍの間隔で構成される。ドーパント材料としては、銅の他に、他の化学的な要素も考えられる。殊に、濃度が上昇するにつれてピエゾ電気定数が減少する場合、より硬いＰＺＴセラミックの製造に用いられるドーパント材料が考えられる。
【００３４】
ここでドーパント濃度ｃは、電極層３ａ, ３ｂから出発して、電極層３ａ, ３ｂ間の中間領域８に向かって継続的に減少する。これによって、殊に電極層３ａ, ３ｂの近傍に、僅かな相対的伸張度を有するピエゾ電気材料が存在することが保証される。
【００３５】
図３Ａには例として、図２の線Ｋに沿って、ドーパント、すなわち銅の濃度が質量パーセントで示されている。ここで銅濃度ｃＫｕｐｆｅｒは、Ｚ２で存在する内部電極の間隔ｄに依存して示されている。ｄ＝７０μｍでは、第２の内部電極３ｂが存在する。これは図２ないしは図３のポジションＺ１に相当する。ここで、第２のピエゾ電気材料としてセラミックＰｂ０． ９７  Ｚｒ０． ５４  Ｔｉ０． ４６  Ｎｄ０． ０２  Ｏ３から出発する。内部電極３ａ, ３ｂは、図３Ａに従ったこの例では銅電極として構成されている。温度１０００°および持続時間約５時間での焼結中の拡散によって、図３ＡにおいてＷＤＸ／ＥＤＸ測定によって測定された濃度プロファイルが得られる。第２のピエゾ電気材料での銅の濃度特性は質的に、図３にモデルとして示された濃度特性に相応する。間隔ｄ＝０からｄ＝１８μｍの間の領域ないし間隔ｄ＝４５からｄ＝７０μｍの間の領域では、内部電極３ａ, ３ｂからの銅の拡散によって、第２のピエゾ電気材よりも僅かな相対的な伸張度を有している第１のピエゾ電気材料が生成される。ここで第１の曲線１４は上述したような第２のピエゾ電気材料に対する原材料を示しており、第２の曲線１５は原材料として、上述し、第１の曲線１４で示されたのと同じ材料を示しているが、さらに約１〜２モルパーセントの付加的な銅ドーピングを有している。ここで１モルパーセントＣｕ濃度は０. １９６質量パーセントに相応する。
【００３６】
上述したジルコン酸チタン酸鉛では、６９０ｐｍ／Ｖの相対的な伸張度が、１モルパーセントより多い銅でドーピングすることにより低減され、６５０ｐｍ／Ｖを下回る相対的伸張度が結果として生じる。相対的な伸張度は、ここでは前圧縮された多層構造アクチュエータの変位として測定される。アクチュエータは適切に極性化され、約２ＫＶ／ｍｍの電界強度が加えられている。銅の割合を上昇させることによって、相対的な伸張度はさらに低減される。
【００３７】
図４には、アクチュエータの電気的負荷時の押圧応力ないし引っ張り応力の発生と、その相対的な強度に関する図２の下部領域における関係が示されている。アクティブゾーン１２では、主に押圧応力が生じている。参照番号７で示されたゾーンでは、第１のピエゾ電気材料の僅かな伸張度が原因で、生じている押圧応力が比較的僅かである。参照番号９で示されたゾーンでは、生じている押圧応力は比較的大きい。なぜならここには第２のピエゾ電気材料が配置されているからである。縁部ゾーン５では、押圧応力の代わりに引っ張り応力が生じている。押圧応力は、＜−−−＞によって記号化されており、引っ張り応力は＞−−−＜によって記号化されている。二重矢印の長さはここで単に大まかな停止点であって、殊に上述の応力は矢印の長さに比例するものではない。
【００３８】
図５には、本発明の別の実施例が示されている。ここでは相応に図１のピエゾアクチュエータを参照する。図２と異なり、図５では第１のピエゾ電気材料がドーパントの拡散によって製造されるのではなく、もともと相応のセラミックグリーン薄膜を使用することによって製造されている。すなわち図５には、連続体Ｅ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｅの層積層体が示されている。電極層３ｂを介してここでは、第１のピエゾ電気材料７を含むセラミックグリーン薄膜が配置される。これに、第２のピエゾ電気材料９を含むセラミックグリーン薄膜が続く。再び連続体に相応して層Ａ、そして電極層３ａが続く。セラミック層においてＡおよびＢに対して使用されるセラミック薄膜はそれぞれＰＺＴベースのセラミックに基づく。この場合には各ピエゾセラミックないしピエゾ電気材料７, ９の相対的な伸張度の調整は、１つまたは複数のドーパント材料を付加すること、またはジルコン／チタン割合を変えることによって行われる。上述した２つの手法を組み合わせることもできる。
【００３９】
セラミックグリーン薄膜の層厚はこの場合、２０〜２００μｍである。他の層厚も可能である。
【００４０】
電極層３ａ, ３ｂの厚さは、５〜１０μｍである。
【００４１】
電極層３ａ, ３ｂの終端区間６だけではなく、電極層３ａ, ３ｂ全体が、より低い相対伸張度を有している第１のピエゾ電気材料７によって取り囲まれることが、図５に示された実施例にも当てはまる。
【００４２】
図６には、本発明の別の実施例が示されている。ここでは、積層体１は図５に相応して構成されている。しかしここでは、層連続体において、層Ａが層Ｃによって置き換えられている。ここで層Ｃは、セラミックグリーン薄膜によって構成されるのではなく、２つのシルクスクリーン印刷層１０, １１から構成されている。これらの２つのシルクスクリーン印刷層１０, １１は互いに、ピエゾアクチュエータの横断面全体にわたって延在する層Ｃを補う。シルクスクリーン印刷層１０, １１は、図５に示されたセラミックグリーン薄膜よりも格段に薄く構成可能であるという利点を有している。これによって、ピエゾアクチュエータの全体的なストローク行程ができるかぎり妨害されないという利点が生じる。従って例えば、厚さ３〜１０μｍのシルクスクリーン印刷層１０, １１が製造可能である。シルクスクリーン印刷層１０は、より低い相対的伸張度を有している第１のピエゾ電気材料７を含む。シルクスクリーン印刷層１０はここでそれぞれ、電極層３ａ, ３ｂの各終端区間６の上面および下面を覆う。すなわちこれによって、電極層３ａ, ３ｂの各終端区間６は、第１のピエゾ電気材料７によって取り囲まれる。シルクスクリーン印刷層１０を、完全な積層体層Ｃに対して補っているシルクスクリーン印刷層１１は、それぞれ電極層３ａ, ３ｂの各中間区間４の上面および下面を覆う。シルクスクリーン印刷層１１は第２のピエゾ電気材料９を含む。これは隣り合う電極層３ａ, ３ｂ間の中間領域８にも存在する。
【００４３】
図６に相応した構成によって、電極層３ａ, ３ｂのクリチカルな終端区間６のみが第１のピエゾ電気材料によって覆われる。これによって、ピエゾアクチュエータのストローク変動全体ができるかぎり妨害されないという利点が得られる。
【００４４】
本発明では、電極層の終端区間が、相対的に低い伸張度を有するピエゾ電気材料によって取り囲まれるということが重要である。本発明は、電極層全体が第１のピエゾ電気材料によって取り囲まれる実施形態に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるピエゾ電気構成素子の例の斜視図である。
【００４６】
【図２】図１の構成素子の拡大部分図を概略的に断面図であらわしたものである。
【００４７】
【図３】図２の線Ｋに沿った濃度プロファイルの例をあらわす図である。
【００４８】
【図３Ａ】図２の線Ｋに沿った、測定された濃度プロファイルである。
【００４９】
【図４】図２の例に従った、押圧応力および引っ張り応力の種々異なるゾーンをあらわす図である。
【００５０】
【図５】本発明による別のピエゾ電気構成素子を概略的に断面図で例示した図である。
【００５１】
【図６】本発明による別のピエゾ電気構成素子が概略的に断面図で例示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  積層体
２  ピエゾ電気層
３ａ, ｂ  電極層
４  中間区間
５  縁部ゾーン
６  終端区間
７, ９  ピエゾ電気材料
８  中間領域
１０, １１  シルクスクリーン印刷層
１２  アクティブゾーン
１３  金属条片
Ｚ, Ｚ１, Ｚ２, Ｚ３, Ｚ４  Ｚ座標
ｃ, ｃｍａｘ, ｃｍｉｎ  ドーパント濃度
ｄ  間隔
Ｃｋｕｐｆｅｒ  銅濃度
１４  第１の曲線
１５  第２の曲線
【図１】
2005515641.tif 000003
【図２】
2005515641.tif 000004
【図３】
2005515641.tif 000005
【図３Ａ】
2005515641.tif 000006
【図４】
2005515641.tif 000007
【図５】
2005515641.tif 000008
【図６】
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【国際調査報告】
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