(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのモノリシックな圧電素子（１０）が設けられている圧電性の構成部分（１）であって、電極層（１０１）と、少なくとも１つの別の電極層（１０２）と、前記電極層（１０１，１０２）の間に配置された圧電セラミック層（１０３）とを有している形式のものに関する。圧電性の構成部分は、少なくとも、１つの電極層と圧電セラミック層との間に、少なくとも１つの前記層と直にコンタクトしている分離層（１００）が、電極層と圧電セラミック層とを機械的に分離するために配置されていることを特徴とする。課題を解決するために、圧電性の構成部分を製造するための方法が提供される。この場合、以下の方法ステップ、つまり、ａ）圧電セラミック材料を有する少なくとも１つのセラミックス製のグリーンシートと、電極材料を有する少なくとも１つの電極フィルムと、グリーンシートと前記電極フィルムとの間に配置された、分離材料を有する少なくとも１つの分離フィルムとを備えた層状のグリーンシートを準備し、ｂ）該グリーンシートを焼結し、該グリーンシートから圧電セラミック層を、分離フィルムから分離層を、電極フィルムから電極層を形成する、という方法ステップを実施する。分離層によって、亀裂形成と亀裂増長とを制御し制限することに成功する。その結果、先行技術と比べて確実な構成部分がもたらされる。圧電性の構成部分は、自動車技術においては内燃機関の噴射弁を制御するために使用される。
2008535228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのモノリシックな圧電素子（１０）を備えた圧電性の構成部分（１）であって、
−電極層（１０１，１０２）を有していて、
−少なくとも１つの別の電極層（１０２，１０１）を有していて、
−前記電極層（１０１，１０２）の間に配置された少なくとも１つの圧電セラミック層（１０３）を有している形式のものにおいて、
少なくとも、１つの電極層（１０１，１０２）と圧電セラミック層（１０３）との間に、少なくとも１つの前記層（１０１，１０２，１０３）と直接接触している分離層（１００）が、電極層（１０１，１０２）と圧電セラミック層（１０３）との機械的な分離のために配置されていることを特徴とする、圧電性の構成部分。
【請求項２】
分離層（１００）が、電極層（１０１，１０２）の部分層および／または圧電セラミック層（１０３）の部分層である、請求項１記載の構成部分。
【請求項３】
分離層（１００）が、金属群および／またはセラミックス群から選択された分離材料を有している、請求項１または２記載の構成部分。
【請求項４】
分離層（１００）が、圧電セラミック層の少なくとも１つの構成要素および／または電極層の少なくとも１つの構成要素に対して拡散防止層として機能する、請求項１から３までのいずれか一項記載の構成部分。
【請求項５】
分離層が、特定の温度において熱膨張して、該熱膨張が、電極層の熱膨張および／または圧電セラミック層の熱膨張とは少なくとも１０％だけ異なっている、請求項１から４までのいずれか一項記載の構成部分。
【請求項６】
複数の圧電素子（１０）が、積層方向で配置されてモノリシックな積層状のアクチュエータボディ（２０）に形成されている、請求項１から５までのいずれか一項記載の構成部分。
【請求項７】
圧電素子（１０）と少なくとも１つの別の圧電素子（１１）とが、積層方向で配置されてモノリシックな積層状のアクチュエータボディ（２０）に形成されており、別の圧電素子（１１）が、少なくとも２つの別の電極層（１１１，１１２）と、該電極層（１１１，１１２）の間に配置された少なくとも１つの別の圧電セラミック層（１１３）とを有している、請求項１から６までのいずれか一項記載の構成部分。
【請求項８】
複数の圧電素子（１０）と複数の別の圧電素子（１１）とが、
−互いに隣接する圧電素子（２００，２０１）が、それぞれ少なくとも１つの共通の電極層（２０２，２０３）を有しており、
−該共通の電極層（２０２，２０３）が、アクチュエータボディ（２０）の積層方向（２１）で見て、アクチュエータボディ（２０）の互いに電気的に絶縁された少なくとも２つの側方表面区分（２０４，２０５）に向かって交互に導かれている、
ように配置されてモノリシックな積層状のアクチュエータボディ（２０）に形成されている、請求項７記載の構成部分。
【請求項９】
圧電性の当該構成部分を製造するための方法であって、以下の方法ステップ、つまり、
ａ）圧電セラミック材料を有するセラミックス製の少なくとも１つのグリーンシートと、電極材料を有する少なくとも１つの電極フィルムと、前記グリーンシートおよび前記電極フィルムの間に配置された、分離材料を有する少なくとも１つの分離フィルムとを備えた層状のグリーンシートを準備し、
ｂ）該グリーンシートを焼結し、該グリーンシートから圧電セラミック層を形成し、分離フィルムから分離層を形成し、電極フィルムから電極層を形成する、
という方法ステップを有していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載の圧電性の構成部分を製造するための方法。
【請求項１０】
成形体を準備するために、以下の別の方法ステップ、つまり、
ｃ）セラミックス製のグリーンシートを準備し、
ｄ）該グリーンシートに分離フィルムを配置し、
ｅ）該分離フィルムに電極フィルムを配置する、
という別の方法ステップを実施する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
分離材料を有する分離フィルムを配置するために、および／または電極材料を有する電極フィルムを配置するために、スピンコーティング法、および／またはスクリーン印刷法、および／または蒸気析出法を実施する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
焼結中に分離層を形成し、該分離層が、収縮特性を有しており、該収縮特性が、焼結時に形成された電極層の収縮特性、および／または焼結時に形成された圧電セラミック層の収縮特性とは異なっており、前記形成された層の間の付着は、分離が生じる程、僅かである、請求項９から１１までのいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
内燃機関の弁、殊に噴射弁を制御するために使用することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の圧電性の構成部分の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのモノリシックな圧電素子を有する圧電性の構成部分であって、電極層と、少なくとも１つの別の電極層と、これらの電極層の間に配置された少なくとも１つの圧電セラミック層とを有する形式のものに関する。さらに、前記構成部分を製造するための方法、および前記構成部分の使用が記載されている。
【０００２】
圧電性の構成部分は、たとえば互いに上下に積層されたモノリシックの複数の圧電素子から成るアクチュエータボディを有する圧電性のアクチュエータ（圧電アクチュエータ）である。内部電極である電極層と、圧電セラミック層とが、交互に互いに上下に積層されていて、一緒に焼結されモノリシックなアクチュエータボディに形成されている。
【０００３】
この種の圧電性のアクチュエータが、たとえばＵＳ６２３０３７８Ｂ１号明細書から公知である。圧電セラミック層は、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３，ＰＺＴ）から成っている。電極層は銀パラジウム合金から成っている。圧電セラミック層と電極層とは、電極層の電気的な制御により電界が各圧電セラミック層内部に結合されるように互いに結合されている。圧電セラミック層内部に結合した電界に基づき、各圧電セラミック層に変位が起こり、ひいては各圧電素子に変位、もしくは圧電性のアクチュエータ全体に変位が起こる。
【０００４】
電極層の電気的な接触接続のために、積層方向で隣接された電極層は、アクチュエータボディの互いに絶縁された２つの側方表面区分に向かって交互に導かれている。これらの表面区分において、アクチュエータボディはそれぞれ１つのストリップ状の金属化部を有している。
【０００５】
アクチュエータボディの前記表面区分の領域において、各圧電素子は圧電的にアクティブでない。表面区分に向かって電極層を交互に導くことに基づき、圧電性の層の圧電的にアクティブでない領域内部に電界が結合される。この電界は、圧電セラミック層の圧電的にアクティブな領域内部に結合される電界とは明らかに異なる。圧電セラミック層の圧電的にアクティブな領域は、圧電的にアクティブでない領域とは異なり、圧電素子の電極層の間に直に設けられている。
【０００６】
電極層の電気的な制御時、つまり圧電セラミックスの分極時に、および／または圧電アクチュエータの運転において、種々異なる電界に基づき圧電性にアクティブな領域および圧電的にアクティブでない領域の圧電セラミック層に種々異なる変位が起こる。その結果として、圧電素子に機械的な応力が発生する。この応力は、積層方向に対して横方向での分極における亀裂、いわゆる分極亀裂に繋がる恐れがあるか、または既に存在する分極亀裂の亀裂増長に繋がる恐れがある。この種の分極亀裂は、特に電極層と、これに隣接する圧電セラミック層との間の境界面に発生する。この場合、分極亀裂は、アクチュエータボディの各表面区分に設けられた金属化部にまで続いている場合がある。このことは、アクチュエータボディの電極層の少なくとも一部分の電気的な接触接続の遮断に繋がる。
【０００７】
ＵＳ６２３０３７８Ｂ１号明細書において公知の圧電性のアクチュエータは、可能な限り緊密で堅固な接触が、電極層と圧電セラミック層との間に存在するようになっている。機械的に高い結合強度が、電極層と、この電極層に隣接する圧電セラミック層との間に存在する。このことは、とりわけ電極材料と圧電セラミックスとの選択により得られる。適当なグリーンボディの焼結時に、電極材料の銀パラジウム合金の銀が、圧電セラミック層内に拡散する。
【０００８】
しかし、もたらされた堅固なコンタクトでは、圧電性の構成部分の分極化中、または圧電性の構成部分の運転中の亀裂形成と亀裂増長とを阻止することはできない。それどころか、記載の圧電アクチュエータのダイナミックな運転において、存在する分極亀裂の偏向に繋がる場合がある。分極亀裂は制御できずに増長する。たとえば、分極亀裂は、積層方向に対して横方向に増長するのではなく、積層方向に対して平行にまたはほぼ平行に増長する。長手方向亀裂がアクチュエータボディに形成される。分極亀裂の制御できない増長は、内部および／または外部からの不都合な影響量が原因である場合がある。内部からの影響量は、たとえば圧電セラミック層および／または電極層の接合構造に関係する。この接合構造は、各層内部で異方性の亀裂抵抗に繋がることがある。この亀裂抵抗は前記層内部で種々異なる方向で異なっている。外部からの影響量は、たとえばダイナミックな運転における電気的な立ち上り縁またはアクチュエータボディの不十分な緊締に基づいている。分極亀裂の制御できない増長の結果として、圧電アクチュエータの故障に繋がる恐れがある。アクチュエータの確実性は保証されていない。
【０００９】
ドイツ連邦共和国特許第１０２３４７８７号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３０７８２５号明細書から、それぞれアクチュエータボディの亀裂の制御できない増長を防ぐための解決手段が公知である。この場合、いわゆる目標破断個所が、セラミック保護層の形で加工されている。これらのセラミック保護層は、マイクロ破壊を起こすことで優れている。アクチュエータボディに機械的な応力が発生する場合、亀裂形成および亀裂増長は有利にはマイクロ破壊を伴ってセラミック保護層に生じる。亀裂形成および亀裂増長は、セラミック保護層に限られている。
【００１０】
保護層におけるマイクロ破壊は、たとえばアクチュエータボディの圧電セラミック層と比べて保護層の多孔性の向上により得られる。しかし保護層の多孔性を向上させることで、アクチュエータボディの圧電的にアクティブな容量が、保護層をもたないアクチュエータボディと比べて減じられてしまう。所定のストロークを達成するために、アクチュエータボディは、保護層をもたない比較可能なアクチュエータボディよりも高い電気的な応力で制御されなければならない。これに対して択一的には、保護層を有するアクチュエータボディは、圧電的にアクティブなほぼ同じ容量を得るために比較的高い高さを有していなければならない。
【００１１】
従って、本発明の課題は、先行技術と比較可能な確実性を有しているが、先行技術と比べて圧電的にアクティブなより大きな容量を有している、アクチュエータボディを備えた圧電アクチュエータを提供することである。
【００１２】
この課題を解決するために、少なくとも１つのモノリシックな圧電素子を備えた圧電性の構成部分であって、電極層と、少なくとも１つの別の電極層と、これらの電極層の間に配置された少なくとも１つの圧電セラミック層とを有している形式のものが記載されている。圧電性の構成部分が、少なくとも、１つの電極層と圧電セラミック層との間に、少なくとも１つの前記層に直に接触している分離層が、電極層と圧電セラミック層とを機械的に分離するために配置されていることを特徴とする。
【００１３】
前記課題を解決するために、圧電性の構成部分を製造するための方法も記載される。この場合、以下の方法ステップ、つまり、
ａ）圧電セラミック材料を有する少なくとも１つのセラミックス製のグリーンシートと、電極材料を有する少なくとも１つの電極フィルムと、グリーンシートと電極フィルムとの間に配置された、分離材料を有する少なくとも１つの分離フィルムとを備えた層状のグリーンボディ、つまり成形体を準備して、
ｂ）成形体を焼結し、その際、グリーンシートから圧電セラミック層を形成し、分離フィルムから分離層を形成し、電極フィルムから電極層を形成する、
というステップを実施する。
【００１４】
本発明の根底にある認識は、電極層と圧電セラミック層との間の、一貫して緊密で堅固な接触の場合には、制御できない亀裂増長が生じる場合があるということである。従って、電極層と、この電極層に隣接している圧電セラミック層との間の接触を弱めるようにした。このことは分離層によってうまくいく。結果として、弱められた境界面が、電極層と圧電セラミック層との間にもたらされる。弱められた境界面には、公知のモノリシックの圧電素子と比較して、より小さな機械的な応力が生じる。亀裂の発生の可能性、および制御できない亀裂の増長の可能性が低くされている。同時に、圧電的にアクティブな比較的大きな容量がもたらされている。
【００１５】
特別な構成によれば、分離層は電極層の部分層および／または圧電セラミック層の部分層である。このことは、たとえば分離層が導電性の材料から成っていることを意味している。分離層は内部電極の構成要素である。たとえば導電性の材料は、チタンまたはニッケルまたはプラチナである。これらの金属から成る分離層によって、圧電素子の変位に必要な電界が圧電セラミック層内部に結合される。前記材料は各表面で酸化することもできるので、金属が直に圧電セラミック層に接触するのではなく、酸化チタン（ＴｉＯ２）と、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、酸化プラチナ（ＰｔＯ）が圧電セラミック層と接触している。分離層が圧電セラミック層の部分層であるということも考慮可能である。さらに分離層を形成する分離材料は圧電セラミック材料である。さらに、分離層自体は圧電的にアクティブでないということも考慮可能である。分離層は、任意のセラミック材料から成っている。有利には、このセラミック材料は、高い誘電率を有している。これにより、電極層によって形成された電界を、間接的に分離層を介して効果的に隣接する圧電セラミック層内部に結合することができる。
【００１６】
別の特別な構成では、複数の圧電素子が積層方向で配置されてモノリシックの積層状のアクチュエータボディが形成される。これらの圧電素子は互いに上下に積層されて、アクチュエータボディが形成される。この場合、アクチュエータボディはそれぞれ少なくとも１つの分離層を有する圧電素子からしか構成することはできない。さらに別の特別な構成では、圧電素子と少なくとも１つの別の構成素子とが積層方向で配置されて、モノリシックな積層状のアクチュエータボディが形成れている。この場合、別の構成素子は、少なくとも２つの別の電極と、これらの別の電極層の間に配置された少なくとも１つの別の圧電セラミック層とを有している。この別の圧電セラミック層は、分離層を有する圧電素子の圧電セラミック層とは異なる圧電セラミック材料から成っていてよい。しかし有利には、圧電素子と別の圧電素子とは同じ圧電セラミック材料を有している。たとえば、分離層を有する圧電素子よりも多くの、分離層をもたない別の圧電素子が互いに上下に配置される。その結果、幾つかの分離層しか存在しないアクチュエータボディが形成される。これらの分離層は、積層方向に沿ってアクチュエータボディにわたって分配されている。
【００１７】
さらに別の構成では、複数の圧電素子と複数の別の圧電素子とは、互いに隣接する圧電素子が、それぞれ少なくとも１つの共通の電極層を有していて、この共通の電極層が、アクチュエータボディの積層方向で見て、互いに電気的に絶縁されたアクチュエータボディの２つの側方表面区分に向かって交互に導かれているように配置されて、モノリシックの積層状のアクチュエータボディに形成されている。アクチュエータボディの側方表面区分は、たとえばアクチュエータボディの一方の側面または一方の縁辺部によって形成される。アクチュエータボディの一方の側面または一方の縁辺部には、金属化路が設けられている。多層コンデンサ構造を有するアクチュエータボディが存在する。この多層コンデンサ構造の内側で、電極層が互いに電気的に絶縁された表面区分に交互に案内されている。
【００１８】
製造方法に関して、成形体を準備するために有利には以下の別の方法ステップ、つまり、ｃ）セラミックス製のグリーンシートを準備して、ｄ）このグリーンシートに分離フィルムを配置して、ｅ）この分離フィルムに電極フィルムを配置する、というステップが実施される。
【００１９】
特に、分離材料を有する分離フィルムを配置するために、さらに電極材料を有する電極フィルムを配置するために、スピンコーティング法、および／またはスクリーン印刷法、および／または蒸気析出法が実施される。これらのフィルムは互いに上下に適切な層厚さで被着される。被着後にラミネーション、脱脂、および共通の焼結が行われる。焼結中に分離層は既にその作用を得ることができる。たとえば、分離層は拡散バリアとして機能する。このことは、電極層の構成要素および／または圧電セラミック層の構成要素が、分離層を抜けて拡散することはできないということを意味する。結果的に、電極層と圧電セラミック層との間には比較的小さな付着性しかもたらされない。特に、このことにチタンまたはウォルフラムから成る分離層が適している。これらの金属から成る分離層は、銀または銅に対して効果的な拡散バリアとして機能する。
【００２０】
さらに別の特別な構成によれば、焼結中に分離層が形成される。この分離層は収縮特性を有している。この収縮特性は、焼結の際に形成された電極層の収縮特性、および／または焼結の際に形成された圧電セラミック層の収縮特性とは異なる。前記形成された層の間の付着は、分離が生じる程、僅かである。互いに隣接する層の間の付着が比較的僅かである場合、緻密化中に前記層は相互に滑動する。その結果、前記層のより小さな付着性が相互に生じる。
【００２１】
さらに別の特別な構成によれば、所定の温度で分離層は熱膨張する。この熱膨張は、電極層の熱膨張および／または圧電セラミック層の熱膨張とは、少なくとも１０％だけ異なる。従って、たとえば焼結後の冷却工程において、互いに隣接する層は相互に滑動する。
【００２２】
本発明に係る構成部分は、有利には、分離層が、電極層の部分層および／または圧電セラミック層の部分層である。
【００２３】
本発明に係る構成部分は、有利には、分離層が、金属群および／またはセラミックス群から選択された分離材料を有している。
【００２４】
本発明に係る構成部分は、有利には、分離層が、圧電セラミック層の少なくとも１つの構成要素および／または電極層の少なくとも１つの構成要素に対して拡散防止層として機能する。
【００２５】
本発明に係る構成部分は、有利には、分離層が、特定の温度において熱膨張して、該熱膨張が、電極層の熱膨張および／または圧電セラミック層の熱膨張とは少なくとも１０％だけ異なっている。
【００２６】
本発明に係る構成部分は、有利には、複数の圧電素子が、積層方向で配置されてモノリシックな積層状のアクチュエータボディに形成されている。
【００２７】
本発明に係る構成部分は、有利には、圧電素子と少なくとも１つの別の圧電素子とが、積層方向で配置されて、モノリシックな積層状のアクチュエータボディに形成されており、別の圧電素子が、少なくとも２つの別の電極層と、該電極層の間に配置された少なくとも１つの別の圧電セラミック層とを有している。
【００２８】
本発明に係る構成部分は、有利には、複数の圧電素子と複数の別の圧電素子とが、
−互いに隣接する圧電素子が、それぞれ少なくとも１つの共通の電極層を有しており、
−該共通の電極層が、アクチュエータボディの積層方向で見て、アクチュエータボディの互いに電気的に絶縁された少なくとも２つの側方表面区分に向かって交互に導かれている、
ように配置されてモノリシックな積層状のアクチュエータボディに形成されている。
【００２９】
要約すると本発明によって以下の主な利点、つまり、
−電極層と圧電セラミック層との間の境界面を適切に弱化することにより、先行技術と比較して、より僅かな機械的な応力しか発生せず、
−より僅かな機械的な応力が、先行技術と比較可能な確実性を有する圧電セラミック構成部分に繋がり、
−構成部分のアクチュエータボディの圧電的にアクティブな容量が、ほぼ同等の確実性のままで、先行技術と比較してより大きくなっていて、
−アクチュエータボディを製造するために、公知の方法を用いることができる、
という利点がもたらされる。
【００３０】
本発明に係る当該構成部分を製造するための方法は、圧電性の当該構成部分を製造するための方法であって、以下の方法ステップ、つまり、ａ）圧電セラミック材料を有するセラミックス製の少なくとも１つのグリーンシートと、電極材料を有する少なくとも１つの電極フィルムと、前記グリーンシートおよび前記電極フィルムの間に配置された、分離材料を有する少なくとも１つの分離フィルムとを備えた層状のグリーンシートを準備し、ｂ）該グリーンシートを焼結し、該グリーンシートから圧電セラミック層を形成し、分離フィルムから分離層を形成し、電極フィルムから電極層を形成する、という方法ステップを有していることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る当該構成部分を製造するための方法は、有利には、成形体を準備するために、以下の別の方法ステップ、つまり、ｃ）セラミックス製のグリーンシートを準備し、ｄ）前記グリーンシートに分離フィルムを配置し、ｅ）前記分離フィルムに電極フィルムを配置する、という別の方法ステップを実施する。
【００３２】
本発明に係る当該構成部分を製造するための方法は、有利には、分離材料を有する分離フィルムを配置するために、および／または電極材料を有する電極フィルムを配置するために、スピンコーティング法、および／またはスクリーン印刷法、および／または蒸気析出法を実施する。
【００３３】
本発明に係る当該構成部分を製造するための方法は、有利には、焼結中に分離層を形成し、該分離層が、収縮特性を有しており、該収縮特性が、焼結時に形成された電極層の収縮特性、および／または焼結時に形成された圧電セラミック層の収縮特性とは異なっており、形成された層の間の付着は、分離を生じる程、僅かである。
【００３４】
本発明に係る圧電性の構成部分の使用は、内燃機関の弁、殊に噴射弁を制御するために使用するということを特徴とする。
【００３５】
以下に、本発明を複数の実施例と付属の図面とに基づき詳細に説明する。図面は概略的であり、等寸大の図ではない。
【００３６】
圧電性の構成部分１は、モノリシックの多層構造（図３、図４）のアクチュエータボディ２０を備えた圧電アクチュエータのことである。アクチュエータボディ２０の底面は正方形である。
【００３７】
アクチュエータボディ２０は、分離層１００（図１）を有する互いに積層された圧電素子１０と、分離層１００を有していない別の圧電素子１１とから成っている。圧電素子１０と別の圧電素子１１とは、隣接する圧電素子が共通の電極層を有するように互いに上下に積層されている。
【００３８】
圧電素子１０は、電極層１０１と、少なくとも１つの別の電極層１０２と、電極層１０１および１０２の間に配置された少なくとも１つの圧電セラミック層１０３とを有している。圧電セラミック層１１３はチタン酸ジルコン酸鉛から成っている。電極層１０１と１０２とは、銀パラジウム合金から成っている。電極層１０１と１０２とは圧電セラミック層の主面に、電極層１０１と１０２とを電気的に制御することにより、電界が圧電セラミック層１０３内部に結合され、その結果、圧電セラミック層１０３の変位、ひいては圧電素子１０の変位が起こるように配置されている。
【００３９】
電気的な接触接続のために、電極層１０１と１０２とは、電気的に互いに絶縁された、圧電素子１０の２つの側方表面区分１０４と１０５とに向かって導かれている。これらの表面区分１０４と１０５とにおいて、２つの電極層１０１と１０２とは、それぞれ電気的な接続素子（図１には図示せず）と電気的に接触接続されている。電極層１０１と１０２とが、互いに離されている表面区分１０４と１０５とに向かって導かれることにより、圧電素子１０は圧電的にアクティブな領域１０６と、圧電的にアクティブでない少なくとも２つの領域１０７を有している。
【００４０】
少なくとも１つの電極層１０１，１０２と、圧電素子１０の圧電セラミック層１０３との間に、電極層１０１，１０２と圧電セラミック層１０３とを機械的に分離するために、少なくとも１つの前記層１０１，１０２，１０３と直に接触している分離層１００が配置されている。各分離層１００によって、結果として分離層１００とこの分離層１００に隣接する電極層１０１および／または電極層１０２との間に境界面１０８がもたらされ、分離層１００とこの分離層に隣接する圧電セラミック層１０３との間に境界面１０９がもたらされる。分離層１００により、電極層１０１または１０２と、圧電セラミック層１０３との間の付着性は比較的小さくなっている。減じられた付着性により、分離層１００もしくは、前記もたらされた１つの境界面１０８または１０９は、目標破断個所として機能することができるようになる。圧電性の構成部分に機械的な過負荷がかかる場合には、少なくとも１つの境界面１０８または１０９における亀裂形成に繋がる。
【００４１】
別の実施例によれば、複数の圧電素子１０が互いに上下に配置されて、モノリシックな積層状のアクチュエータボディ２０に形成されている（図４）。互いに隣接した圧電素子１０は共通の電極層を有している。これらの共通の電極層は交互に、電気的に接触接続するために、アクチュエータボディ２０の互いに分離された２つの表面区分２３に向かって導かれている。そこでは電極層を電気的に接触接続するために、金属化路２２がそれぞれ被着されている。
【００４２】
さらに別の実施例によれば、複数の圧電素子１０と複数の別の圧電素子１１とが互いに上下に配置されて、積層状のアクチュエータボディ２０に形成されている（図３）。互いに隣接している圧電素子１０と別の圧電素子１１とは、共通の電極層を有している。これらの共通の電極層は交互に、アクチュエータボディ２０の互いに分離した表面区分２３に向かって導かれている。ここにも対応する電極層を電気的に接触接続するために、金属化路２２が設けられている。
【００４３】
別の圧電素子１１は、根本的に圧電素子１０と同じように構成されている。別の圧電素子１１は、別の電極層１１１と、少なくとも１つの別の電極層１１２と、別の電極層１１１および１１２の間に設けられた少なくとも１つの別の圧電セラミック層１１３とを有している。別の圧電セラミック層１１３は、圧電素子１０の圧電セラミック層１０３と同様にチタン酸ジルコン酸鉛から成っている。別の電極層１１１，１１２とは、同様に銀パラジウム合金から成っている。別の電極層１１１と１１２とは、別の圧電素子１１の側方表面区分１１４と１１５とに向かって導かれていて、そこで電気的に接触接続されている。別の電極層１１１，１１２を電気的に制御することにより、別の圧電素子１１の変位が引き起こされる。別の圧電素子１１の別の電極層１１１，１１２と、別の圧電セラミック層１１３とは、結果的に、別の圧電素子１１の圧電的にアクティブな別の領域１１６と、圧電的にアクティブでない領域１１７とがもたらされるように構成され、互いに接して配置されている。
【００４４】
第１実施例によれば、分離層１００は、電極層１０１または電極層１０２の部分層である。このことが意味することは、対応する電極層が多層であるということである。分離層１００は、分離材料として所定の金属を有している。その金属はチタンである。これに対して択一的な実施例では、電極層は導電性のセラミックスを有している。この材料は酸化クロムである。
【００４５】
圧電性の構成部分を製造するためには、以下の方法ステップ、つまりセラミックス製のグリーンシートを準備し、このセラミックス製のグリーンシートに分離材料を有する分離フィルムを配置し、この分離フィルムに電極材料を有する電極フィルムを配置し、この種の部分積層体を互いに重ね合わせる、というステップが実施される。続いて、獲得した全積層体をラミネーションして、脱脂して焼結する。焼結時にセラミックス製のグリーンシートからは圧電セラミック層が形成され、分離フィルムからは分離層が形成され、電極フィルムからは電極層が形成される。分離フィルムと、電極フィルムとを配置するために、第１実施例では蒸気析出法が実施される。これに対して択一的には溶射法とスピンコーティング法が実施される。
【００４６】
この場合、以下の層厚さ、つまりグリーンシートには２０〜１２０μｍの範囲から成る層厚さを使用する。電極層には電極フィルムを被着し、この電極フィルムは１０μｍ以下の範囲の層厚さである。分離フィルムは、焼結時に５μｍ以下の範囲の層厚さを有する分離層が形成されるように選択する。
【００４７】
分離層によって機械的な分離を達成するために、分離層は焼結の間に優れた特性を有することができる。従って、焼結時に形成された分離層は、電極層の構成要素および／または圧電セラミック層の構成要素のために拡散バリアとして機能することができる。電極層は銀パラジウム合金から成っていて、圧電セラミック層はチタン酸ジルコン酸鉛から成っている。既述したように、焼結時に電極から圧電セラミックスの方向に拡散プロセスが起こる。銀は圧電セラミックス内に組み込まれる。これにより、電極と圧電セラミックスの間の特に堅固で緊密な接触がもたらされる。分離層が拡散バリアとして機能することにより、銀から圧電セラミックスの方向への移動は起こらない。銀は、圧電セラミックス内に組み込まれない。電極層と圧電セラミック層との間に、機械的に明らかに小さな付着性がもたらされる。
【００４８】
これに対して択一的には、分離層はセラミックスから成っている。焼結中にセラミックスの緻密化が起こる。電極層と圧電セラミック層とを機械的に分離するために、セラミック分離材料が有する特徴は収縮特性である。この収縮特性は、圧電セラミックスと収縮特性とは異なる。この場合、圧電セラミック層と分離層とが相互に滑動するようになっている。結果的に、前記層間には同様に比較的僅かな機械的な接触部がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】分離層を有する圧電素子の側方横断面図である。
【図２】分離層をもたない圧電素子の側方横断面図である。
【図３】モノリシックの多層構造の圧電アクチュエータの形をした圧電性の構成部分の一部分の側方横断面図である。
【図４】モノリシックの多層構造の圧電アクチュエータの形をした圧電性の構成部分の一部分の側方横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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