(57)【要約】  本発明は複数の電極層（１２，１３）とこれらの複数の電極間に配設される圧電層（１４）とからなる少なくとも１つのフルアクティブな圧電素子を備えた圧電コンポーネント（１）に関している。前記複数の電極層は圧電素子の側方縁部まで導かれ、そこでコンタクト形成されている。この電気的なコンタクト形成のために絶縁層（１９）が被着されており、該絶縁層は電気的な貫通コンタクト（１７）を有している。電気的なコンタクト形成の改善のために圧電素子の側面まで延在する電極層に、気相成長法を用いて導電性の気相堆積層（１７０）が直接被着される。気相堆積層には外部電極（２１，２２）が設けられる。上下方向に複数積層されている圧電素子（スタック型多層圧電アクチュエータ）の場合には、外部電極が、複数の電極層を相互に接続するコレクタ電極として機能する。本発明の構造によれば、複数の電極層の確実なコンタクト形成が可能になる。このようなフルアクティブな多層圧電アクチュエータは自動車の燃料噴射弁の駆動制御に用いられる。
2011507221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスタック型圧電素子（１０）を備える圧電コンポーネント（１）において、
前記スタック型圧電素子（１０）は、
電極材料からなる少なくとも１つの電極層（１２）と、
さらなる電極材料からなる少なくとも１つのさらなる電極層（１３）と、
前記複数の電極層（１２，１３）の間に配置された圧電材料からなる少なくとも１つの圧電層（１４）とを、積層方向（１１）において有しており、
前記電極層（１３）が、前記圧電素子（１０）の少なくとも１つの側方表面区分（１５）まで延在しており、
前記側方表面区分（１５）には、電気的な絶縁層（１９）が被着されており、
前記絶縁層（１９）における電極層の電気的なコンタクト形成のために少なくとも１つの電気的な貫通コンタクト（１７）が設けられており、さらに、
前記電気的な貫通コンタクト（１７）は、前記電極層に直接被着される導電性の少なくとも１つの気相堆積層（１７０）を有していることを特徴とする圧電コンポーネント。
【請求項２】
前記さらなる電極層（１３）は、圧電素子の少なくとも１つのさらなる側方表面区分（１６）まで延在し、
前記さらなる側方表面区分（１６）にはさらなる電気的な絶縁層（２０）が被着されており、
前記さらなる絶縁層（２０）におけるさらなる電極層の電気的なコンタクト形成のために、少なくとも１つのさらなる電気的な貫通コンタクト（１８）が設けられており、
前記さらなる電気的な貫通コンタクト（１８）は、前記電極層に直接被着される導電性の少なくとも１つのさらなる気相堆積層（１８０）を有している、請求項１記載の圧電コンポーネント。
【請求項３】
前記導電性の少なくとも１つの気相堆積層（１７０）及び／又は少なくとも１つのさらなる気相堆積層（１８０）は、１０ｎｍ〜５μｍの範囲の中から選択された層厚さ（１７１）、特に５０ｎｍ〜２μｍの範囲の中から選択された層厚さ（１８１）を有している、請求項１または２記載の圧電コンポーネント。
【請求項４】
前記導電性の少なくとも１つの気相堆積層（１７０）及び／又は少なくとも１つのさらなる気相堆積層（１８０）は、複数の気相堆積層部分（１７３，１８３）を備えた多層構造部（１７２，１８２）を有している、請求項２または３記載の圧電コンポーネント。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電気的な貫通コンタクト（１７）は前記少なくとも１つの気相堆積層（１７０）に被着されるガルバニック補強部を有し、及び／又は、前記少なくとも１つのさらなる電気的な貫通コンタクト（１８）は前記少なくとも１つのさらなる気相堆積層（１８０）に被着されるガルバニック補強部を有している、請求項１から４いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項６】
前記側方表面区分（１５）において、コンタクト形成材料を備えた外部電極（２１）が貫通コンタクトを介して電極層と間接的に導電接続され、及び／又は、前記さらなる側方表面区分（１６）において、さらなるコンタクト形成材料を備えたさらなる外部電極（２２）がさらなる貫通コンタクトを介してさらなる電極層と間接的に導電接続されている、請求項２から５いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項７】
前記電極層及び／又はさらなる電極層は、圧電層を完全に平らに区切っている、請求項１から６いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項８】
前記絶縁層、前記さらなる絶縁層、前記外部電極、及び／又はさらなる外部電極は、伸張可能に構成されている、請求項６または７記載の圧電コンポーネント。
【請求項９】
前記絶縁層、前記さらなる絶縁層、前記外部電極、及び／又はさらなる外部電極は、積層方向に対して、少なくとも１つの縦長構造部及び／又は少なくとも１つの横長構造部を有している、請求項６から８いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１０】
前記外部電極及び／又はさらなる外部電極は、導電性の接着剤を有している、請求項６から９いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１１】
前記導電性接着剤は、シリコーンエラストマーを含んでいる、請求項１０記載の圧電コンポーネント。
【請求項１２】
前記外部電極及び／又はさらなる外部電極は、メタルメッシュ特性を有している、請求項６から１１いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１３】
前記貫通コンタクト及び／又はさらなる貫通コンタクトは、台形状の断面（２５）を有している、請求項２から１２いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１４】
前記気相堆積層絶縁層に向けて延在し、及び／又は前記さらなる気相堆積層はさらなる絶縁層に向けて延在している、請求項２から１３いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１５】
前記電極材料、前記さらなる電極材料、前記気相堆積層、前記さらなる気相堆積層、前記コンタクト形成材料及び／またはさらなるコンタクト形成材料は、クロム、金、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、銀を含んだグループから選択された少なくとも１つの金属を有している、請求項６から１４いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１６】
前記絶縁材料及び／またはさらなる絶縁材料は、プラスチック、ガラス、及び／又はセラミックを含んだグループから選択された少なくとも１つの材料を有している、請求項２から１５いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１７】
複数の圧電素子が、圧電素子積層部に対して上下に次のように配設されている、すなわち、
圧電素子の表面区分が、共通のスタック表面区分（１０２）を形成し、
圧電素子の絶縁層が、共通のスタック絶縁層（１０４）を形成し、
圧電素子の外部電極が、共通のスタック外部電極（１０６）を形成し、該共通のスタック外部電極（１０６）は、前記共通のスタック絶縁層に被着されており、それによって、共通のスタック外部電極と圧電素子の複数の電極層が、圧電素子の貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記共通のスタック外部電極と圧電素子のさらなる電極層が、相互に電気的に絶縁されている、請求項６から１６いずれか１項記載の圧電コンポーネント。
【請求項１８】
複数の圧電素子が、圧電素子積層部に対して上下に次のように配設されている、すなわち、
圧電素子のさらなる表面区分が、共通のさらなるスタック表面区分（１０３）を形成し、
圧電素子のさらなる絶縁層が、共通のさらなるスタック絶縁層（１０５）を形成し、
圧電素子のさらなる外部電極が、共通のさらなるスタック外部電極（１０７）を形成し、前記共通のさらなるスタック外部電極（１０７）は、前記共通のさらなるスタック絶縁層に被着されており、それによって、共通のさらなるスタック外部電極と圧電素子のさらなる複数の電極層が、圧電素子のさらなる貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記共通のさらなるスタック外部電極と圧電素子の電極層が、相互に電気的に絶縁されている、請求項１６記載の圧電コンポーネント。
【請求項１９】
請求項１から１８いずれか１項記載の圧電コンポーネントを製造するための方法において、
ａ）１つの電極層と、少なくとも１つのさらなる電極層と、前記複数の電極層の間に配置された少なくとも１つの圧電層とを有している少なくとも１つのスタック型圧電素子を準備するステップと、；この場合前記電極層は圧電素子の側方表面区分まで延在しており、
ｂ）前記電極層への任意のアクセスのために前記側方表面区分に、少なくとも１つの電気的な絶縁層を被着するステップと、
ｃ）前記電極層に気相堆積法を用いて少なくとも１つの気相堆積層を備えた電気的な貫通コンタクトを被着するステップと、
ｄ）外部電極を被着するステップとを有し、
これによって前記外部電極と電極層が、前記貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記外部電極とさらなる電極層が相互に絶縁されるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２０】
ａ′）少なくとも１つのさらなる電極層を有し、該さらなる電極層は圧電素子のさらなる側方表面区分に延在している圧電素子を準備するステップと、
ｂ′）前記さらなる電極層への任意のアクセスのために前記さらなる側方表面区分に、少なくとも１つのさらなる電気的な絶縁層を被着するステップと、
ｃ′）前記さらなる電極層にさらなる気相堆積法を用いて少なくとも１つのさらなる気相堆積層を備えた電気的なさらなる貫通コンタクトを被着するステップと、
ｄ′）さらなる外部電極を被着するステップとを有し、
これによって前記さらなる外部電極とさらなる電極層が、前記さらなる貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記さらなる外部電極と電極層が相互に絶縁される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記絶縁層、前記さらなる絶縁層、前記貫通コンタクト、前記さらなる貫通コンタクト、前記外部電極及び／又はさらなる外部電極の被着のために、マスク処理が用いられる請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
噴射バルブ、特に内燃機関の噴射バルブの駆動制御のための請求項１から１８いずれか１項記載の圧電コンポーネントの適用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気相堆積層を有する外部電極を備えた圧電コンポーネントに関している。またその他に本発明は前記圧電コンポーネントの製造方法にも関している。
【背景技術】
【０００２】
圧電コンポーネントは、例えば自動車技術分野においては燃料噴射弁の駆動制御のために用いられている。このコンポーネントの中心は圧電素子であり、この素子のもとでは１つの電極層とさらなる電極層が上下に重なるように配置されている。これらの電極層の間には圧電層が設けられている。この圧電層は例えばチタン酸・ジルコン酸・鉛等のような圧電セラミック（ＰＺＴ）からなっている。異なった電位で電極層を駆動制御することによって、１つの電界が圧電層に入力結合される。この入力結合された電界に基づいて、圧電層、すなわち圧電素子にはある変位（伸縮）が生じる。
【０００３】
できるだけ大きな変位と同時にできるだけ高い応力伝達も得るために、この圧電コンポーネントは多層構造に構成される。この場合は複数の圧電素子が上下に重ねられ１つの圧電素子積層部として配設される。この圧電素子積層部では、複数の電極層（内部電極）と圧電層が上下に配置される。
【０００４】
通常はこれらの電極層のコンタクト形成のためにいわゆる多層コンデンサ構造が実現される。その際これらの電極層は、圧電素子の異なる側面において交互に案内され、さらに圧電積層部の異なる側面に案内され、そこで電気的にコンタクト形成がなされる。特にモノリシックな圧電積層部の場合には、これらの複数の圧電層がそれらの間に介在的に配置される圧電層と完全に平らに接することができない問題が生じる。そのような完全に平らではない配置構成は、圧電効果の活発な領域とそうでない領域を生じさせる。これらの領域内には異なった電界が結合されてしまう。このような異なった電界に起因して、異なった変位が生じると共に機械的な緊張も発生してしまう。この機械的な緊張は通常はクラック（ひび割れ）につながるものである。そのようなクラック自体は許容誤差を有している。しかしながらそれらは複数の電極層の電気的なコンタクト形成のために、圧電積層部の側面に被着された外部電極に関するコストは著しくアップする。
【０００５】
それに対する代替的な変化実施例では、いわゆるフルアクティブな圧電アクチュエータが示される。この圧電アクチュエータでは電極層とさらなる電極層がそれらの間に介在する圧電層とフルフラットに接している。それにより圧電層全体に実質的に同じ電界が結合される。このことは機械的な緊張とそれに続くクラックをほぼ生じさせない。いずれにせよそれに対しては、複数の電極層を電気的に個別に駆動制御することが必要である。ここでは複数ある電極層に対し、相互依存することなく相応の電位を印加する必要があることを考慮しなければならない。
【０００６】
既に提案されているように、圧電素子積層部の側面までの電極層の電気的なコンタクト形成のためには、まず絶縁層を被着しなければならない。それに続いて絶縁層は選択的に開放される。この開口部を通して、粒子直径が５μｍ〜２０μｍの金属粒子との外部コンタクトが形成される。
【０００７】
それ故に本発明の課題は、圧電コンポーネントの圧電素子の複数の電極層を相互に依存することなく高い電流容量で電気的にコンタクト可能にさせることである。
【０００８】
前記課題は本発明により、すくなくとも１つのスタック型圧電素子を備え、前記スタック型圧電素子は、積層方向において、電極材料からなる少なくとも１つの電極層と、さらなる電極材料からなる少なくとも１つのさらなる電極層と、前記複数の電極層の間に配置された圧電材料からなる少なくとも１つの圧電層とを有している圧電コンポーネントにおいて、前記電極層が、前記圧電素子の少なくとも１つの側方表面区分まで延在しており、前記側方表面区分には、電気的な絶縁層が被着されており、前記絶縁層における電極層の電気的なコンタクト形成のために少なくとも１つの電気的な貫通コンタクトが設けられており、さらに、前記電気的な貫通コンタクトは、前記電極層に直接被着される導電性の少なくとも１つの気相堆積層を有するようにして解決される。
【０００９】
有利にはさらなる電極層が圧電素子の側方表面まで案内される。前記さらなる電極層は、圧電素子の少なくとも１つのさらなる側方表面区分まで延在し、前記さらなる側方表面区分にはさらなる電気的な絶縁層が被着されており、前記さらなる絶縁層におけるさらなる電極層の電気的なコンタクト形成のために、少なくとも１つのさらなる電気的な貫通コンタクトが設けられており、前記さらなる電気的な貫通コンタクトは、前記電極層に直接被着される導電性の少なくとも１つのさらなる気相堆積層を有している。
【００１０】
また前記課題の解決のために本発明によれば、圧電コンポーネントを製造するための方法において、以下の方法ステップ、すなわち、
ａ）１つの電極層と、少なくとも１つのさらなる電極層と、前記複数の電極層の間に配置された少なくとも１つの圧電層とを有している少なくとも１つのスタック型圧電素子を準備するステップと、；この場合前記電極層は圧電素子の側方表面区分まで延在しており、
ｂ）前記電極層への任意のアクセスのために前記側方表面区分に、少なくとも１つの電気的な絶縁層を被着するステップと、
ｃ）前記電極層に気相堆積法を用いて少なくとも１つの気相堆積層を備えた電気的な貫通コンタクトを被着するステップと、
ｄ）外部電極を被着するステップとを有し、
これによって前記外部電極と電極層が、前記貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記外部電極とさらなる電極層が相互に絶縁されるようにしたことを特徴とする方法が提案されている。
【００１１】
また本発明によれば有利には、少なくとも１つのさらなる電極層を有し、該さらなる電極層は圧電素子のさらなる側方表面区分に延在している圧電素子が準備され、以下の方法ステップが実施される。すなわち、
ｂ′）前記さらなる電極層への任意のアクセスのために前記さらなる側方表面区分に、少なくとも１つのさらなる電気的な絶縁層を被着するステップと、
ｃ′）前記さらなる電極層にさらなる気相堆積法を用いて少なくとも１つのさらなる気相堆積層を備えた電気的なさらなる貫通コンタクトを被着するステップと、
ｄ′）さらなる外部電極を被着するステップとを有し、
これによって前記さらなる外部電極とさらなる電極層が、前記さらなる貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記さらなる外部電極と電極層が相互に絶縁される。
【００１２】
気相堆積層は金属性である。この気相堆積層の製造に対して考えられる気相堆積法は、ＰＶＤ（physical vapour deposition）、つまり例えばスパッタリングや蒸着、またはＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapour deposition）などが挙げられる。
【００１３】
外部コンタクト形成部と電極層の間のコンタクト形成面は比較的小さい。なぜなら電極層が通常は２μｍ〜４μｍの層厚さしか有さないからである。それとは反対に、外部コンタクト形成部の金属粒子は５μｍ〜２０μｍの大きさを有し、比較的大である。そのため通常は外部コンタクト形成部と電極層の間では点状の接触しか生じない。金属性の気相堆積層を用いれば、露出した電極層を完全にフラットに接触させることができる。それにより外部コンタクト形成部の非常に小さな金属粒子と圧電素子の電極層との間のコンタクト形成面が拡大される。
【００１４】
絶縁層は、任意の絶縁材料、例えばガラス、セラミック、プラスチックなどで形成することが可能である。この絶縁層は既に事前に構造化して被着させることができる。例えばこの絶縁層は構造化されたフィルム箔であってもよい。またその他にも、絶縁箔を事前に構造化せずに積層し、その処理の後で構造化してもよい。さらに絶縁箔の中に開口部を形成してもよい。この開口部は例えばレーザーアブレーションによって実現される。また感光性の絶縁箔を用いることも考えられる。この感光性の絶縁箔は次のようにして感光的に構造化できる。すなわちそれぞれの電極層を表面区分において露出させることによってである。しかしながら前記絶縁層は構造化しながら被着させることも可能である。これは例えばインクジェット手法を用いて実現できる。
【００１５】
有利には、前記側方表面区分において、コンタクト形成材料を備えた外部電極が貫通コンタクトを介して電極層と間接的に導電接続され、及び／又は、前記さらなる側方表面区分において、さらなるコンタクト形成材料を備えたさらなる外部電極がさらなる貫通コンタクトを介してさらなる電極層と間接的に導電接続される。外部コンタクト形成部を介して電極層の電圧供給が行われる。
【００１６】
圧電コンポーネントは唯一、前述したような圧電素子のみを有するものであってもよい。有利にはこの圧電コンポーネントは、上下に積層された複数の圧電素子を有する。この圧電コンポーネントは、上下に配設された電極層と圧電層を備えた多層構造形式である。本発明の有利な圧電コンポーネントによれば、複数の圧電素子が、圧電素子積層部に対して上下に次のように配設されている、すなわち、
圧電素子の表面区分が、共通のスタック表面区分を形成し、
圧電素子の絶縁層が、共通のスタック絶縁層を形成し、
圧電素子の外部電極が、共通のスタック外部電極を形成し、該共通のスタック外部電極は、前記共通のスタック絶縁層に被着されており、それによって、共通のスタック外部電極と圧電素子の複数の電極層が、圧電素子の貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記共通のスタック外部電極と圧電素子のさらなる電極層が、相互に電気的に絶縁される。
【００１７】
また有利には、複数の圧電素子が、圧電素子積層部に対して上下に次のように配設される。すなわち、
圧電素子のさらなる表面区分が、共通のさらなるスタック表面区分を形成し、
圧電素子のさらなる絶縁層が、共通のさらなるスタック絶縁層を形成し、
圧電素子のさらなる外部電極が、共通のさらなるスタック外部電極を形成し、前記共通のさらなるスタック外部電極は、前記共通のさらなるスタック絶縁層に被着されており、それによって、共通のさらなるスタック外部電極と圧電素子のさらなる複数の電極層が、圧電素子のさらなる貫通コンタクトを介して間接的かつ電気的にコンタクト形成され、さらに前記共通のさらなるスタック外部電極と圧電素子の電極層が、相互に電気的に絶縁される。
【００１８】
前記導電性の少なくとも１つの気相堆積層及び／又は少なくとも１つのさらなる気相堆積層は、１０ｎｍ〜５μｍの範囲の中から選択された層厚さ、特に５０ｎｍ〜２μｍの範囲の中から選択された層厚さを有している。さらにこれらの値範囲よりも大きいな層厚さ若しくはこれらの値範囲よりも小さな層厚さを有するように設けることも可能である。
【００１９】
前記気相堆積層はそれぞれ１つの唯一の金属堆積層を有するものであってもよい。特に有利な構成によれば、前記導電性の少なくとも１つの気相堆積層及び／又は少なくとも１つのさらなる気相堆積層が、複数の気相堆積層部分を備えた多層構造部を有している。例えば最下位に位置する気相堆積層部分は（これは表面区分に直接被着されている）、チタン若しくはクロムからなる、又はクロム・チタン合金からなる良好な接着層からなっている。さらに１つの層を導電性の改善のために堆積させてもよい。この導電性の改善のためには、さらに前記少なくとも１つの電気的な貫通コンタクトが前記少なくとも１つの気相堆積層に被着されるガルバニック補強部を有し、及び／又は、前記少なくとも１つのさらなる電気的な貫通コンタクトは前記少なくとも１つのさらなる気相堆積層に被着されるガルバニック補強部を有する。前記ガルバニック補強部は例えば電解析出された銅層であってもよい。この層の厚さは例えば数μｍ〜１０μｍか、それ以上であってもよい。
【００２０】
さらに前述した金属は、圧電コンポーネントのさらに別の導電性の構成要素内に存在していてもよい。別の有利な構成によれば、前記電極材料、前記さらなる電極材料、前記気相堆積層、前記さらなる気相堆積層、前記コンタクト形成材料及び／またはさらなるコンタクト形成材料は、クロム、金、銅、ニッケル、パラジウム、プラチナ、銀を含んだグループから選択された少なくとも１つの金属を有している。これらの構成要素は圧電素子ないし圧電素子積層部の積層方向に沿って構造化されるかまたは積層方向に対して横方向に構造化される。この構造化は次のように構成される。すなわち圧電素子ないしは圧電素子積層部の伸張と収縮に基づいて生じる前述した構成要素内の機械的な引っ張り応力が剪断応力に変換される。さらに横方向の構造化は圧電素子ないし圧電素子積層部において生じる伸張と収縮の効果的な機械的減結合に結びつく。従って構成要素内の引っ張り負荷は低減される。
【００２１】
貫通コンタクトの形態も引っ張り応力の減衰に利用できる。有利な実施例によれば、前記貫通コンタクト及び／又はさらなる貫通コンタクトは、台形状の断面を有している。電極層の電気的な駆動制御によって生じる伸張は、純粋な引っ張り応力にではなく、大半は気相堆積層内部での曲げ応力に変換される。この曲げ応力は、特に圧電コンポーネントにおいて発生するような継続的な振動負荷のもとで気相堆積層の大抵の金属材料にとっては純粋な引っ張り応力よりも容易に耐えることができる。従って気相堆積層の信頼性のみでなく電極層の全てのコンタクト形成の確実性が向上する。
【００２２】
気相堆積層はそのつどのコンタクト形成すべき電極層に対し、制限が伴っていてもよい。そのような制限のために気相堆積層は例えば１つの絶縁層若しくはさらなる絶縁層の開口部内でしか形成されない。このことは、気相堆積層を被着させたくない領域にカバーを施すことによって実現できる。さらなる構成要素、例えば絶縁層の被着の際のカバーも有利である。特に有利な構成例によれば、絶縁層、さらなる絶縁層、貫通コンタクト、さらなる貫通コンタクト、外部電極及び／又はさらなる外部電極の被着の際に、マスクが用いられる。気相堆積層との関係においてこのようなマスクは次のように構成することが可能である。すなわち当該気相堆積層が絶縁層の開口部内でのみ生成されるように構成することが可能である。しかしながら気相堆積層が特別に絶縁層上に生成されるようにすることも考えられる。それにより当該の圧電コンポーネントでは、気相堆積層が絶縁層に向けて延在するか、及び／又はさらなる貫通コンタクトがさらなる絶縁層に向けて延在するようになる。
【００２３】
本発明によれば総じて以下のような特別な利点が得られる。すなわち、
−構造化された絶縁層と、構造化された外部電極によって、圧電素子の複数の電極層が個別にコンタクトされる、フルアクティブな圧電コンポーネントの提供が可能となる。
−絶縁層、気相堆積層、外部電極の利用によって、複数の電極層が個別にかつ高い信頼性でコンタクトされ、それと同時に隣接する電極層に対する効果的な絶縁も得ることができる。
−使用される絶縁層の構造化に基づいて、圧電コンポーネントの伸張と収縮に起因するフレキシブルな外部コンタクト形成がなされる。その結果としてこのコンポーネントは高い信頼性を得るようになる。
【００２４】
以下の明細書では複数の実施例とそれに所属する図面に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なおこれらの図面は分かりやすくするために概略的に描写されており、必ずしも縮尺通りのものではないことを述べておく。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】積層形状の圧電素子の断面図
【図２】圧電素子積層部の側面図
【図３】圧電積層部の側方断面図
【図４】さらなる圧電積層部の側方断面図
【実施例】
【００２６】
圧電コンポーネントの主要部は、積層形態の圧電素子１０である。この圧電素子１０は、１つの電極層１２と、さらに別の電極層１３と、積層方向１１でみてこれら２つの電極層の間に配置された圧電層１４とを含んでいる。電極層の電気的な材料とさらなる電極層のさらなる電極材料はそれぞれ銀−パラジウム合金である。この圧電層の圧電材料は、例えばチタン酸・ジルコン酸・鉛等であり、つまり圧電セラミックである。この圧電素子はモノリシックである。
【００２７】
本発明の実施例によれば、それぞれ１つの圧電コンポーネントがモノリシックな多層構造で形成されている。図２によれば、複数の圧電素子が積層方向１０１でみて上下に重ねられて圧電積層部１００を形成している。この圧電積層部の終端は、それぞれ１つのカバープレート１１０を形成している。このカバープレート１１０もチタン酸・ジルコン酸・鉛から形成されている。いずれにせよこれらのカバープレートでは圧電的な活動はない。なぜならここでは電界の結合が生じないからである。圧電積層部はモノリシックである。このモノリシックな圧電積層部は、次のことによって得られる。すなわち、セラミックグリーンシートをある電極材料とさらに別の電極材料と一緒にプリントし、上下に積層することによって得られる。その結果、多層の圧電基体が得られ、この圧電基体には脱バインダ（脱脂）とそれに続く焼結が施される。この焼結により、モノリシックな圧電積層部が生成される。
【００２８】
セラミックグリーンシートの印刷は次のように行われる。すなわち、圧電積層部の圧電素子において電極層及び／又はさらなる電極層がそれぞれ当接する圧電層を完全にフラットな状態で接するようにして行われる。
【００２９】
電極層は圧電素子の側方表面区分１５まで延在する。さらなる電極層は、圧電素子のさらなる側方表面区分１６まで延在している。前記側方表面区分１５には絶縁層１９が被着されており、さらに別の表面区分１６には別のさらなる絶縁層２０が被着されている。第１の実施形態によれば、この絶縁層の絶縁材料とさらなる絶縁層のさらなる絶縁材料は、それぞれシリコーンエラストマーである。第２の実施形態によれば、前記絶縁材料はそれぞれガラスである。第３の実施形態によれば、前記絶縁材料はチタン酸ジルコン酸鉛である。
【００３０】
絶縁層は電極層の上の表面区分において開口部を有している。この開口部には電気的な貫通コンタクト１７が挿入される。この場合表面区分まで延在する電極層に直接、気相堆積層１７０が被着される。絶縁層と気相堆積層には外部電極２１が次のように被着される。すなわち、外部電極と電極層とが貫通コンタクトを介して相互に間接的に導電接続されるように被着される。それに対して外部電極とさらなる電極層は相互に絶縁される。外部電極は第１実施形態によれば、導電性のシリコーンエラストマーから形成される。また代替的な実施形態では、外部電極は、気相堆積層に蝋付けされたメタルメッシュである。貫通コンタクトは有利には台形状の断面２５を有している。
【００３１】
さらなる電極層は圧電素子のさらなる側方表面区分１６まで案内される。電気的なコンタクト形成ないし絶縁のために、さらなる表面区分では、さらなる絶縁層２０、さらなる貫通コンタクト１８，さらなる気相体積層１８０とさらなる外部電極２２が設けられている。
【００３２】
第１実施例によれば、気相堆積層ないしはさらなる気相堆積層が単層である（図３参照）。気相堆積層はスパッタリングを用いて生成された１μｍの層厚さ１７１ないしさらなる層厚さ１８１のチタン層である。それに対しては代替的に前記層は同じ１μｍの層厚さのクローム・ニッケル合金で形成されてもよい。さらに代替的に前記気相堆積層は多層構造であってもよい（図４参照）。そこでは気相堆積層が複数の気相堆積層部分から形成される。
【００３３】
圧電積層部１００では、複数の圧電素子が上下に次のように配置される。すなわちこれらの圧電素子の表面区分が共通のスタック表面区分１０２を形成するように配置される。圧電素子の絶縁層は共通のスタック絶縁層１０４となる。同様に圧電素子の外部電極も共通のスタック外部電極１０６に統合される。同じことはさらなる電極層に対しても当てはまる。すなわち圧電素子のさらなる表面区分は、共通のさらなるスタック表面区分１０３を形成し、圧電素子のさらなる絶縁層は共通のさらなるスタック絶縁層１０５を形成し、圧電素子のさらなる外部電極は共通のさらなるスタック外部電極１０７を形成する。前記共通のスタック外部電極の電圧供給に対しては電気的な接続端子１０８が設けられている。相応のさらなる電気的な接続端子１０９は共通のさらなるスタック外部電極に設けられている。これらの接続端子を介して電極層とさらなる電極層への電圧供給が行われている。これらの電極層とさらなる電極層の配置構成並びにそれらの電気的なコンタクト形成ないし絶縁に基づいて、前記電極層とさらなる電極層に異なる電位の電気的なエネルギーの印加が可能になる。
【００３４】
有利な実施例によれば、表面区分とさらなる表面区分が圧電素子の異なる側面に配設される。電極層のコンタクト形成とさらなる電極層のコンタクト形成は圧電素子と圧電素子積層部の異なる側面で行われる。
【００３５】
それに対して代替的に、表面区分とさらなる表面区分の図には示されていない実施形態においては、圧電素子の同じ側面に配設される。この場合電極層とさらなる電極層の電気的なコンタクト形成も圧電素子の同じ側面において行われ、さらに圧電素子積層部の同じ側面において行われる。
【００３６】
圧電素子の製造に対しては次のような先行処理がなされる。すなわち、相応の数の圧電素子を備えて焼結処理された圧電積層部が準備される。圧電素子の電極層とさらなる電極層はそれぞれの圧電層とフルフラットに接する。
【００３７】
それに続いて絶縁層が被着される。それに対して圧電積層部のスタック表面区分には絶縁箔が積層される。この絶縁箔の表面区分にはレーザーアブレーションを用いて開口部が設けられ、該開口部において電極層とさらなる電極層がコンタクト形成される。引き続き気相堆積層がスパッタリングを用いて被着される。最後にこの気相堆積層に外部電極が被着される。
【００３８】
本願発明は、有利には内燃機関の燃料噴射バルブの駆動制御のためのコンポーネントに用いられる。
【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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