(57)【要約】【課題】高い信頼性を有する圧電素子を提供するにある。さらに、このような圧電素子を製造する方法を提供する。【解決手段】基体６を有する圧電素子は、基体６を保護する包被体４により少なくとも部分的に包囲し、包被体４は、例えば、少なくとも１個の窪み２５又は隆起部９により構造化したフォイル５を有する。フォイル５の少なくとも１つの平面領域１２，１３は、圧電素子の外側面１０に対して４０゜〜６０゜の角度をなすよう配置し、これにより圧電素子の伸張の際にフォイルが変形し、フォイルの断裂を防止する。フォイル５の少なくとも一方の側面１４，１５に電気的な絶縁材料１１を配置し、電気的絶縁とともに、気泡の混入並びに湿気及び有害な化学物質の浸入を防止する。【選択図】図２
2015506093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（６）を有する圧電素子であって、前記基体（６）を保護する包被体（４）により少なくとも部分的に包囲し、前記包被体（４）は構造化したフォイル（５）を有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電素子において、前記フォイル（５）は少なくとも１個の窪み（２５）又は隆起部（９）を有する、圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧電素子において、前記基体（６）は伸張方向（２）を有し、前記窪み（２５）又は隆起部（９）は、前記伸張方向（２）に直交する方向に延在する、圧電素子。
【請求項４】
請求項２又は３記載の圧電素子において、フォイル（５）は複数の窪み（２５）又は隆起部（９）を有する、圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）の構造化は、前記フォイル（５）における機械的応力が僅かに残留するよう構成する、圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）を前記基体（６）の周りに巻付ける、圧電素子。
【請求項７】
請求項６記載の圧電素子において、前記フォイル（５）を前記基体（６）の周りに複数回巻付ける、圧電素子。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）の少なくとも１つの平面領域（１２，１３）は、前記圧電素子（１）の外側面（１０）に対して４０゜〜６０゜の角度をなすよう配置する、圧電素子。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）の少なくとも一方の側面（１４，１５）に電気的な絶縁材料（１１）を配置する、圧電素子。
【請求項１０】
請求項９記載の圧電素子において、前記フォイル（５）の前記基体（６）に面する側の側面（１５）に前記絶縁材料（１１）を配置する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の圧電素子において、前記絶縁材料（１１）は、前記フォイル（５）と前記基体（６）との間の隙間を完全に填隙する、圧電素子。
【請求項１２】
請求項９〜１１のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）の前記基体（６）側とは反対側の側面（１４）に前記絶縁材料（１１）を配置する、圧電素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一項記載の圧電素子において、前記フォイル（５）は固着領域（２４ａ）を有し、前記固着領域（２４ａ）を前記フォイル（５）の他の領域（２６）に固着する、圧電素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の圧電素子において、少なくとも１個の末端部材（１７）を設け、前記末端部材（１７）は前記基体（６）の一方の端部に配置し、前記包被体（４）を前記末端部材（１７）に固着する、圧電素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか一項記載の圧電素子を製造する方法であって、
A)  圧電素子（１）の基体（６）を準備し、また構造化したフォイル（５）を準備するステップと、
B)  前記基体（６）を前記フォイル（５）により巻付けるステップと
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧電アクチュエータとして構成する圧電素子に関する。圧電アクチュエータは、自動車における噴射バルブを操作するのに使用される。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（独国特許出願公開第１０２００６００６０７６号）には、包被体を設けた圧電アクチュエータが記載されている。特許文献２（米国特許出願公開第２０１０／０１８０８６５号）には多層被覆を設けた圧電アクチュエータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６００６０７６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０１８０８６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高い信頼性を有する圧電素子を提供するにある。さらに、本発明の目的は、このような圧電素子を製造する方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基体を有する圧電素子を提供する。この基体は、包被体により少なくとも部分的に包囲し、前記包被体は構造化したフォイル（箔）を有する。包被体は、好適には、基体を保護するよう構成する。
【０００６】
例えば、圧電素子は圧電アクチュエータとし、とくに、自動車における噴射バルブを操作する圧電アクチュエータとして構成する。好適には、包被体は防湿バリヤとして構成し、これにより基体は、湿気の浸入及び有害な化学物質の浸入から保護される。
【０００７】
好適には、圧電素子は多層圧電素子として構成する。とくに、基体は、順次に積層した多数の圧電層と、順次の圧電層間に介在させた電極層とを有することができる。基体は、例えば、モノリシックな焼結基体として構成する。
【０００８】
好適には、基体は、長手（縦）方向軸線に沿って延在する。隣接の電極間に電圧を加えると、基体は伸張する。例えば、伸張方向は基体の長手方向軸線と一致する。この場合、伸張方向は、有利にも電圧を加える際に基体が最も伸張する方向となる。
【０００９】
好適には、フォイルの構造化は、フォイルに機械的応力が僅かに残留するよう構成する。
【００１０】
このような機械的応力、とくに、張力は、例えば、電圧印加の際における圧電素子の伸張によって発現する。さらに、機械的応力は、圧電素子における亀裂、とくに、基体における亀裂によっても発現する。亀裂は、例えば圧電素子の極性によって、又は圧電素子の操作中に生ずる。
【００１１】
さらに、積層方向に互いに隣接する電極層でオーバーラップしない不活性領域で基体に僅かな亀裂が発生することがあり得る。例えば、電極層は、積層方向に交互に一方の基体外側面まで延在し、及び反対側の外側面からは離間する。隣接する外側電極間に電圧を加える際に、隣接する電極がオーバーラップする活性領域で基体は伸張する。不活性領域では伸張は少ないか、又は全くない。異なる伸張に起因して、機械的応力を生ずる。これら応力によって圧電素子の部分的な層剥離を誘発する。とくに、亀裂は、隣接する圧電層間における基体の外側面で生ずるおそれがある。この場合、基体の外側面に局部的応力集中を生ずる。このような応力集中は、包被体、特にフォイルに過剰な伸張を引起し、包被体に亀裂を生ずることになりかねない。
【００１２】
フォイルの構造化は、フォイルに亀裂が生ずるのを回避するよう構成すると好適である。例えば、構造化により、フォイルに発生する機械的応力を僅かに残留することができる。とくに、基体の伸張により、またこれに基づいて包被体が伸張する際に、伸張力がフォイルを僅かに変形させるが、フォイルに機械的応力が僅かに残留するようフォイルを構造化する。これにより、フォイルの変形によりフォイルに発生する力が吸収され、フォイルに亀裂を生ずることがないようにすることができる。
【００１３】
好適には、構造化したフォイルは、金属質フォイル又は金属フォイルとする。例えば、フォイルはアルミニウムを含むものとし、とくに、フォイルをアルミニウムフォイルとして構成する。フォイルは十分薄いものとし、これにより圧電素子の基体の周りに巻付けることができる。
【００１４】
フォイルの構造化は、好適には、フォイルの３次元構造化、とくにフォイルの表面構造化とする。好適には、フォイルの構造化は、フォイルを圧電素子の基体に配置する前に、とくに基体に巻付ける前に行う。
【００１５】
好適には、フォイルは少なくとも１個の窪み又は隆起部を有する構成とする。
【００１６】
好適には、フォイルの窪み又は隆起部は、フォイルに伸張力が発生する際にフォイルは窪み又は隆起部で変形するよう構成する。例えば、フォイルにおける窪み又は隆起部は加わる伸張力によってより平坦になる。発生する収縮力によって窪み又は隆起部はより険しくなる。
【００１７】
例えば、圧電素子の伸張方向に直交する方向に窪み又は隆起部は、空間的に延在するものとする。
【００１８】
好適には、窪み又は隆起部は、基体の側面全体にわたり、とくに基体は幅にわたり延在させる。とくに好適には、窪み又は隆起部は、基体の全周にわたり延在させる延在させる。好適な実施形態において、基体は長手方向軸線を有する。例えば、窪み又は隆起部は、基体の長手方向軸線に直交する方向に延在させる。この長手方向軸線は伸張方向に一致させることができる。窪みは、例えば溝として構成する。隆起部は、例えばリブとして構成する。
【００１９】
他の実施形態において、窪み又は隆起部は、フォイルにおけるより多くの空間方向に大きな応力が発生するのを回避するよう構成する。とくに、異なる方向に指向する伸張力はフォイルの変形によって吸収される。例えば、フォイルは、長手方向軸線に沿う伸張力だけでなく、長手方向軸線に直交する方向に沿う伸張力もフォイルの変形により補償できるよう構成する。例えば、隆起部又は窪みは、ディンプル形状、とくに周縁が円形のディンプル形状に構成することができる。
【００２０】
好適には、フォイルには、多数の窪み又は隆起部を設ける。
【００２１】
例えば、伸張方向に沿って多数の窪み又は隆起部を配置する。好適には、窪み又は隆起部はそれぞれ同一形状にする。例えば、隆起部はリブとして構成し、各リブは伸張方向に直交する方向に延在させることができる。これにより、フォイルは溝付き構造を有することができる。隆起部は波形に延在させることもでき、例えば、隆起部を波の山として構成することができる。窪みは波の谷として構成することができる。
【００２２】
好適には、フォイルの少なくとも１つの平面領域は、基体の外側面に対して４０゜〜６０゜の間の角度をなすよう配置する。
【００２３】
この角度は、フォイルにおける平面領域の開き角度αと称することができる。このようにして、フォイルの３次元的変形により、フォイルに張力が発生することなく、伸張のピークを良好に吸収することができる。好適には、伸張力が発生する際に単に開き角が変化する。とくに、開き角は、変形しない状態で、４０゜〜５５゜の間の範囲にあるものとする。このような開き角によって、フォイルの機械的応力が僅かに残留できることを強調しておく。とくに、基体に発生する極性亀裂に対しては、４５゜〜５０゜がよいことを実証した。
【００２４】
好適には、圧電素子における基体の周りにフォイルを巻付ける。
【００２５】
とくに、フォイルは、巻付け作業前に窪み又は隆起部により平面状に構成されているか、及びフォイルがその主平面内内で延在するかを察知することができる。好適には、フォイルは、基体の巻付けによって基体に適合する形状、例えば、円筒形形状を保持する。
【００２６】
好適には、フォイルの基体に対する巻付けは、少なくとも基体の外側面がフォイルによって完全に包被するように行う。基体は、好適には円柱形状に構成する。またとくに、基体は角柱形状にすることができる。
【００２７】
実施形態において、包被体は多層にして構成する。例えば、フォイルを基体の周りに多数巻付ける。
【００２８】
これによりフォイルの複数の層が順次に配置される。これら層は、包被体内に気泡が存在しないように配置する。とくに、フォイルの巻付けは、負圧又は真空状態のもとで行うことができる。
【００２９】
実施形態において、フォイルの少なくとも一方の側面に絶縁材料を配置する。
【００３０】
とくに、絶縁材料は電気的絶縁材料とする。例えば、絶縁材料は有機材料を有するものとする。絶縁材料はフォイルの側面全体に配置してはならず、単に所定領域にのみ存在するようにすることができる。
【００３１】
好適には、絶縁材料はフォイルにおける基体に面する側の側面に塗布する。
【００３２】
好適には、絶縁材料は、フォイルと基体との間の隙間を填隙する。とくに、絶縁材料はフォイル及び基体に形状適合するよう配置する。
【００３３】
他の実施形態において、絶縁材料は、基体側とは反対側の側面に配置する。とくに、絶縁材料は包被体の外側面に設けることができる。好適には、絶縁材料は、包被体が平滑な外側面を有するよう塗布する。
【００３４】
さらに、絶縁材料は、フォイルの両側の側面に配置することができる。
【００３５】
絶縁材料は、好適には、弾性的なものにより構成する。好適には、絶縁材料は、基体とフォイルとの間で十分厚みのあるものにし、これにより発生する伸張ピークを分散でき、また伸張ピークがフォイルにそのまま伝達されないようにすることができる。
【００３６】
フォイル構造化を最適にするため、例えば、全般的な伸張開始点を追跡することができる。この場合、絶縁材料は変形可能であるが、圧縮不能であると仮定すると、絶縁材料の体積は一定である。さらに、フォイルは単に変形するだけで、フォイルの伸縮は生じない。基体が伸張する際に、一方では、基体が一方向に伸張し、その方向に直交する方向には収縮する。この開始の際に、隆起部、とくにリブ形状の隆起部における平面領域の開き角αは、４８゜〜５３゜の範囲内の角度が特に有利である。とくに、開き角゜は、４５゜よりも大きいのが好ましい。全般的な伸張開始の際には、最適な開き角αは、圧電素子の横方向伸張の圧電定数ｄ３１及び縦（長手）方向伸張の圧電定数ｄ３３から、次式により計算される。
【００３７】
【数１】
2015506093.tif 000003
ただし、η ＝ ｄ３１／ｄ３３
例えば、ηは０.３〜０.４の範囲内にある。
【００３８】
実施形態において、フォイルは固着領域を有し、この固着領域をフォイルの他の領域に固着する。好適には、フォイルはこの固着領域で下側のフォイル領域にはんだ付けする。固着領域は、例えば、フォイルにおける外被面に沿って延在する外被端縁領域により構成する。このようにして、包被体の封止を外被面に沿って形成することができる。
【００３９】
実施形態において、圧電素子は、少なくとも１個の末端部材を設け、この末端部材は基体の一方の端部に配置する。包被体は、好適には末端部材に固着する。とくに、包被体は末端部材にかしめ付けて強固に連結し、包被体の長手方向側端部から湿気が浸入できないようにする。
【００４０】
例えば、末端部材はセラミック体とする。末端部材は、好適には基体に固着し、例えば、基体に接着する。好適には、基体にはそれぞれ長手方向両側の端部に配置した２個の末端部材を設ける。包被体は、好適には、両側の末端部材双方に固着して、包被体を末端部材に密に閉止する。このために、末端部材に例えば、金属リングを設け、この金属リングをフォイルに固着する。とくに、フォイルはリングの全周に沿ってリングにより固着される。
【００４１】
さらに、本発明は、上述した圧電素子を製造する方法を提供する。この方法は、以下のステップ、すなわち、
A)  圧電素子の基体を準備し、また構造化したフォイルを準備するステップと、
B)  前記基体を前記フォイルにより巻付けるステップと
を有する。
【００４２】
基体はフォイルを巻付ける前に不動態化材料を設けることができる。不動態化材料は、絶縁材料と同一の材料から形成することができる。好適には、不動態化材料はフォイルを取付ける前に硬化させる。
【００４３】
好適には、フォイルに対して上述の絶縁材料を塗布する。
【００４４】
好適には、絶縁材料をフォイルに塗布してから、フォイルを基体に巻付ける。この場合、フォイルの少なくとも一方の側面に絶縁材料を部分的に設け、部分的に絶縁材料がないようにすることができる。例えば、包被体の外側領域となるフォイルの端縁領域には少なくとも一方の側面には絶縁材料がないようにする。その代わりに、端縁領域にははんだ付け材料を塗布し、端縁領域のはんだ付け及びはんだ付けによる包被体の封止が可能となる。
【００４５】
絶縁材料は、フォイル巻き付けの前又は後硬化させることができる。フォイル巻き付けの後における絶縁材料の硬化によれば、とくに、基体に対する絶縁材料の良好な形状密着を生ずることができる。
【００４６】
実施形態において、絶縁材料を、フォイル構造化前にフォイルに対して塗布することができる。この後、フォイルを３次元的に構造化し、また絶縁材料を硬化させる。このようにして、絶縁材料はフォイルの構造化保持に寄与する。
【００４７】
代案として、絶縁材料は、フォイル構造化後にフォイルに対して塗布することができる。例えば、絶縁材料は構造化したフォイルに塗布し、この後、絶縁材料を設けたフォイルを基体に巻付ける。絶縁材料は、好適には、基体に対して変形して、包被体における中間隙間に気泡がないようにする。
【００４８】
さらに、フォイルを基体に取付けた後に、さらに、絶縁材料を塗布することができる。とくに、フォイルの外側から自由にアクセスできる外側面に絶縁材料を被覆することができる。
【００４９】
基体にフォイルを巻付けることは、好適には、負圧又は真空状態で行う。この場合、フォイルの気泡が混入しない巻付けを、特に信頼性高く行うことができる。
【００５０】
基体にフォイルを巻付けた後、包被体は外側から密閉すると好適である。例えば、フォイルの端縁領域にさらに絶縁材料を塗布する。最外側の端縁領域に位置するフォイルの固着領域は、好適には絶縁材料がないようにし、フォイルの下側に位置する領域に固着できるようにする。このようにして、とくに包被体の外被領域における密封を生ずることができる。さらに、包被体の密封のため、圧電素子のヘッド領域又はフット領域において、包被体を末端部材に連結する。
【００５１】
以下に、略図的であって縮尺どおりではない添付図面で示す本発明の実施形態につき、本発明の要旨をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】包被体を有する圧電素子の側面図である。
【図２】図１の圧電素子の部分縦断面図である。
【図３】多層包被体を有する圧電素子の横断面図である。
【図４】図３における圧電素子の包被体の部分縦断面図である。
【図５】図３の圧電素子の縦断面図である。
【図６】他の実施形態の多層包被体を有する圧電素子の横断面図である。
【図７】図６の横断面図の部分拡大図である。
【図８】包被体を形成する被覆構成フォイル（箔）の一部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下の図面で、異なる実施形態における機能的又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
【００５４】
図１は、圧電素子１の側面図を示す。
【００５５】
圧電素子１は、包被体４によって包囲した基体６を有する。基体６は、例えば圧電層を有する。好適には、基体６はモノリシック焼結体として構成する。包被体４は、基体６を湿気及び腐食性化学物質による損傷から保護する。例えば、圧電素子１は圧電アクチュエータとして構成し、自動車用噴射バルブを操作するのに使用する。このような場合、基体６の包被体４は、燃料に含まれる化学物質から良好に保護する。
【００５６】
電圧を印加すると、圧電素子１は伸張方向２に沿って伸張する。伸張方向２は、この場合、電圧印加の際に圧電素子１が優先的に大きく伸張する方向である。例えば、圧電素子１の伸張方向２への伸張によりバルブが動作する。
【００５７】
圧電素子１は、伸張方向２に一致する長手方向軸線３を有する。好適には、圧電素子１は多層圧電素子として構成する。例えば、圧電素子１は、積層方向に沿って積層させた多数の圧電層を有する。好適には、この積層方向は伸張方向２に一致させる。
【００５８】
包被体４は構造化したフォイル（箔）５を有する。フォイル５は、好適には、金属フォイル、例えば、アルミニウムフォイルとする。好適には、フォイル５はヘリウム密にする。とくに、フォイル５の外面に構造化を施す。この構造は、例えば、圧電素子１が伸張方向２に伸張する際に発生する大きな引張応力がフォイル５に生ずるのを回避するよう構成する。好適には、フォイル５の構造化によりフォイル５の断裂を阻止する。
【００５９】
図２は、図１に示す圧電素子１の長手方向軸線３に沿う部分断面図を示す。
【００６０】
圧電素子１の基体６において、圧電層７及び電極層８を順次交互に配列する。電極層８は、基体６の一方の外側面１０まで交互に延在させ、基体６の反対側の外側面からは離間させる。電極層８の電気的接触のため、外側面１０及び反対側外側面には、それぞれ圧電素子１の電気的接続部に接触する接地金属化層を設ける。
【００６１】
フォイル５は隆起部９を有し、これら隆起部９は外側面１０から際立たせ、また圧電素子１の長手方向軸線３に直交する方向に突出させる。隆起部９相互間の領域は、フォイル５の谷部５と見なすことができる。隆起部９はフォイル５に対して波形の外面構造を付与する。とくに、隆起部９はリブとして構成し、これらリブは長手方向軸線３に直交する方向に外側面１０に平行に延在する。隆起部９は、それぞれ側面を構成する平面領域１２，１３を有する。これら平面領域１２，１３は、それぞれ外側面１０に対して開き角度αをなす。好適には、開き角度αは、伸張方向２に沿ってのみ伸張力が発生する際に、フォイル５の開き角度αが変化し、フォイル５に大きな張力が発生しないよう選択する。この場合、開き角度αは、４０゜〜６０゜の範囲内、とくに、４０゜〜５５゜の範囲内が好適である。
【００６２】
図１及び２に示すフォイル５のリブ構造の代わりに、他の構造にすることもできる。例えば、フォイル５は、異なる方向への伸張又は収縮力、例えば、長手方向軸線３の方向又は長手方向に直交する方向の力でフォイル５が変形するよう構成することができる。例えば、フォイル５は卵形の構成にする。またとくに、フォイル５は、部分球形状の隆起部、例えば半球形状の隆起部を有することができる。この場合、隆起部は少なくとも部分的に平坦部を設けることができる。好適には、隆起部は回転対称形状、とくに、フォイル５を配置する外側面１０に直交する方向に延在する回転軸線周りに回転対称となるようにする。
【００６３】
フォイル５と基体６に外側面１０との間に、絶縁材料１１、とくに電気的絶縁材料１１を配置する。例えば、この絶縁材料は有機材料とする。絶縁材料１１は、好適には、基体６の断裂によって生ずる恐れがある最大伸張がフォイル５に直接伝達されず、絶縁材料１１に分散されるよう構成する。好適には、絶縁材料１１はフォイル５に伝達される伸張力を軽減する。好適には、絶縁材料１１は弾性を有するもので構成する。
【００６４】
絶縁材料１１は、基体６に対面する側のフォイル５の側面１５に塗布する。絶縁材料１１は、フォイル５、及び基体６、とくに圧電層７の外側面１０に隣接する。好適には、絶縁材料１１は、フォイル５と基体６の外側面との間の領域を填隙する。絶縁材料１１は、基体６側とは反対側の側面１４にも付加的に塗布することができる。
【００６５】
絶縁材料１１は、例えば、構造化したフォイル５に設けてから、フォイル５を基体６に塗布する。絶縁材料は、硬化していない形態で構造化したフォイル５に塗布し、フォイル５上で硬化することができる。このようにして、材料１１はフォイル５の構造に適合する。硬化後にフォイル５を、例えば、負圧又は真空の下で基体６の周りに巻付けることができる。これにより、有利にも、フォイル５と基体６の外側面１０との間に気泡が入り込むのが回避される。
【００６６】
図３は、多層包被体４を有する圧電素子１の横断面図を示す。図４は、図３の多層包被体４の部分縦断面図を示す。
【００６７】
多層包被体４は、図４に詳細に示すように構造化したフォイル５を有する。フォイル５は、波形形状に構造化して隆起部９を有し、これら隆起部９は、図２に示した隆起部９のように圧電素子１の長手方向軸線３に直交する方向に空間的に伸張する。フォイル５は基体６の周りに複数回巻付ける。したがって、包被体４は、基体６の不動態化層１６に直接巻付く第１層４ａと、この第１層４ａ上に位置する第２層４ｂとを有する。最終領域において、フォイルは最外側の第３層４ｃを有し、この第３層４ｃは、第２層４ｂ上に巻付き、また好適には第２層４ｂに固着する。
【００６８】
図４に示すように、フォイル５は層４ａ，４ｂを有する。フォイル５は絶縁材料１１内に埋設する。とくに、絶縁材料１１は、第１層４ａのみならず、第２層４ｂも、基体６側とは反対側の側面１４及び基体６側に面する側面１５に塗布する。
【００６９】
多層包被体４は以下のようにして形成することができる。未構造化のフォイル５を予め形成し、次に構造化、とくに波形にする。その後に、構造化したフォイル５の両側の側面１４，１５に絶縁材料１１を塗布する。代案として、絶縁材料１１は、フォイル５の構造化前に少なくとも部分的にフォイル５に塗布することができる。例えば、絶縁材料１１をフォイル５の一方の側面に塗布し、次いでフォイル５を構造化することができる。その後にフォイル５の他方の側面に絶縁材料１１を塗布する。
【００７０】
好適には、絶縁材料１１は包被体４に平坦な外面を生ずるフォイル５に塗布する。とくに、絶縁材料１１は構造化したフォイル５の窪みを填隙することができる。
【００７１】
例えば、フォイル５における基体６側とは反対側に面する側面１４に配置する絶縁材料１１は、形状安定性を有するものとし、これによりフォイル５の構造化を保持し続けることができるようにする。例えば、基体６側とは反対側に面する側面１４に配置する絶縁材料１１は、フォイル５の構造化前にフォイル５に塗布する。フォイル５の基体６側に面する側面１５に塗布する絶縁材料１１は好適には、変形可能なものとし、これによりフォイル５を基体に取付ける際に絶縁材料１１が基体の基礎面に適合できるようにする。さらに、異なる絶縁材料を使用することもできる。例えば、フォイル５の基体側とは反対側の側面１４に対しては、基体６に面する側の側面１５のものとは異なる他の材料を使用することができる。
【００７２】
その後に、絶縁材料１１を設けたフォイルを複数回、例えば２回基体６に巻付ける。層４ａ，４ｂの平坦な表面により、包被体４内に気泡が発生するのを回避することができる。
【００７３】
好適には、完全に巻付けた後、包被体４を封止し、これにより包被体４内に湿気が浸入しないようにすることができる。例えば、包被体の最外側層４ｃは、下側の層４ｂに接着又ははんだ付けする。その後に、絶縁材料を乾燥又は硬化させる。
【００７４】
包被体４の外側に他の包被体、例えば他の層を設け、圧電素子１を付加的に保護できるようにする。例えば、他の包被体は、収縮チューブとして構成する。
【００７５】
図５は、図３に示す圧電素子１の縦断面図であり、とくに、包被体４を圧電素子１の末端部材１７における固定状態を示す。末端部材１７は、例えばセラミック材料、とくに焼結セラミック材料を有する。末端部材１７は、例えば、基体６の保持及び／又は基体６の電気的絶縁を行う作用をする。さらに、末端部材１７には圧電素子１の電気的接続部を設けることができる。例えば、圧電素子１は、基体６の長手方向における両側の端部にこのような末端部材１７、例えば、ヘッド部材及びフット部材を設ける。これら末端部材は基体６に接着することができる。
【００７６】
末端部材１７には、包被体４を固着するため、またとくに、包被体４を封止するための固着手段を設ける。この固着手段は、この場合、金属リング１８として構成し、末端部材１７をリング状に包囲する。金属リング１８は末端部材１７に焼結する。
【００７７】
包被体４は、基体６から突出する周縁領域２０を有する。周縁領域２０において、フォイル５は構造化しない。周縁領域２０は、フォイル５を金属リング１８に固着する固着領域２０ａを有し、例えば、はんだ付け部１９により金属リング１８に連結する。
【００７８】
例えば、基体６の包被体４は以下のようにして形成する。
【００７９】
金属リング１８を設けた末端部材１７を基体６に固着する。その後、基体６に不動態材料１６を設ける。
【００８０】
構造化し、また絶縁材料１１を設けたフォイル５を予め形成する。この場合、フォイル５は、包被体４の長手方向側における周縁領域２０を構成する周縁領域２１に絶縁材料１１がないようにする。その代わりに、最外側端縁に位置する端縁領域２１の固着領域２１ａには、はんだ付け部１９を形成するためのはんだ付け材料及びフラックス剤を塗布する。例えば、フォイル５の固着領域２１ａは、２ｍｍ〜５ｍｍの幅とする。
【００８１】
次に、フォイル５を、基体６の周り及び末端部材１７の一部の周りに巻付け、フォイルの端縁領域２１は、末端部材１７の領域に巻付けない状態にする。これによりフォイル５における金属リング１８上のはんだ付け材料１９を塗布する固着領域２１ａが存在する。
【００８２】
この後、末端部材１７の基体６との境界に配置した包被体４の端縁領域２０の中間領域２０ｂにおける、できれば前もって存在する中空空間に、変形可能な封止物質２２を充填する。この封止物質２２は、絶縁材料１１と同様なもので構成することができる。好適には、中空空間を完全に填隙する。次に、負圧、とくに真空状態の下で封止物質２２に気泡が存在しないよう、フォイル５を変形させる。
【００８３】
次に、フォイル５は、その固着領域２１ａで金属リング１８に、例えば、はんだ付けプロセスによりはんだ付けする。このようにして、包被体４を末端部材１７に対して封止包囲連結を生ずる。
【００８４】
さらに、圧電素子１は、この圧電素子１用の電気的接続部（図示せず）を有することができる。好適には、この電気的接続部は末端部材１７を経由して案内する。とくに、基体６の外側面１０における接地金属化層に接続部を接続し、また外側面１０に沿って不動態化層１６を末端部材１７に導く。好適には末端部材１７には孔を設け、この孔から接続部を末端部材１７の外部に導き出す。好適には、末端部材１７の領域に孔を形成し、この孔は金属リング１８によって包囲し、また接続部を末端部材１７の内部から外部に導き、包被体４、とくに、金属リング１８に対するフォイル５の接続を中断する必要がない。このようにして、とくに、密封した包被体４を生ずることができる。
【００８５】
好適には、圧電素子には、２個の末端部材１７を、とくにヘッド部分及びフット部分を設け、この場合、包被体４は、上述したように両側の末端部材１７に固着する。
【００８６】
図６は、多層包被体４を有する、及びとくに包被体４を包被体自体の外被面に封止した圧電素子１の横断面図を示す。
【００８７】
とくに、最外側層４ｃにおけるフォイル５の外被端縁領域２４は、下側の第２層４ｂにかしめて強固に固着する。このような封止は、上述した包被体４においても設けることができる。
【００８８】
図７は、図６に破線で囲った領域における図６に示す圧電素子１の部分断面図である。
【００８９】
図８は、図６及び７に示す包被体４を製造するために使用することができる構造化したフォイル５を示す。
【００９０】
図８に示すように、フォイル５の一方の端部側であり、基体６に当接する開始部分５ａは、一方の側面にのみ絶縁材料１１を塗布する。とくに、絶縁材料１１は基体に面する側面１５にのみ塗布する。このようにして、基体６に対する巻付けにより第１層４ａ上に第２層４ｂの取付けを生ずる。
【００９１】
開始部分５ａに続く第２フォイル部分５ｂは、両側の側面１４，１５双方に絶縁材料１１を設ける。このようにして、フォイル部分５ｂは、開始部分５ａとともに、包被体４の第１層４ａを構成する（図７参照）。
【００９２】
両面に被覆を施したフォイル部分５ｂに対して、片側の側面のみに絶縁材料１１を設けた他のフォイル部分５ｃが続く。このようにして、フォイル部分５ｃは、ほぼ第２層４ｂを構成する（図７参照）。フォイル部分５ｃは、基体６に面する側面１５にのみ絶縁材料１１を設ける。基体６側とは反対側の側面１４には絶縁材料がないようにする。これにより固着部、とくに、フォイル５の外被端縁領域２４（図６参照）のはんだ付け部をフォイル部分５ｃの外面に設けることを可能にする。
【００９３】
一方の側面に絶縁材料１１を設けるフォイル部分５ｃに終端部分５ｄが連続する。この終端部分５ｄの両側の側面には絶縁材料を設けず、の外被端縁領域２４（図６参照）を構成する。終端部分５ｄには、フォイル５を基体６に取付ける前に、リフローはんだ付けプロセスのためのはんだ付け材料２３及びフラックス剤を設ける。終端部分５ｄは、例えば２〜５ｍｍの間における長さとする。
【００９４】
包被体４を形成するため、図８に示す構造化した、また部分的に被覆したフォイル５を、片面に被覆した開始部分５ａから基体６に巻付ける。この場合、絶縁材料１１を設けた側面１５が基体６に指向する。好適には、この巻付けは、負圧又は真空条件の下で行う。
【００９５】
フォイル５を完全に基体６の周りに巻付けた後、フォイル部分５ｃ及び終端部分５ｄの被覆していない側面を外側からかしめる。次に終端部分５ｄをフォイル部分５ｃの被覆していない外側面にはんだ付けし、したがって、はんだ連結部１９を生ずる（図７参照）。これにより、終端部分５ｄはフォイル５の外被固着領域２４ａを構成し、この外被固着領域２４ａは、フォイル５のその下側に存在する他の領域２６に固着される。
【００９６】
フォイルの固着領域５ｃにおける下側に位置するフォイル部分５ｂにはんだ付けできないオーバーラップ領域は、好適には、下側に位置する層４ｂを気泡がないよう変形させ、これにより包被体４内に気泡がない状態のままにする。
【００９７】
好適には、他のステップとして、構造化フォイル５の外側からアクセスできる側面に、被覆、とくに、有機被覆を設ける。このようにして、包被体４に平滑な外面を生ずることができる。被覆は絶縁材料１１と同様に構成することができる。
【００９８】
好適な実施形態において、包被体４は、包被体４の長手方向側面における端縁領域２１と同様に、基体６の外被面も、図５及び７に示すように封止する。
【符号の説明】
【００９９】
１      圧電素子
２      伸張方向
３      長手方向軸線
４      包被体
４ａ      包被体の第１層
４ｂ      包被体の第２層
４ｃ      包被体の第３層
５      フォイル（箔）
５ａ      フォイルの開始部分
５ｂ      フォイルの第１層
５ｃ      フォイルの第２層
５ｄ      フォイルの終端部分
６      基体
７      圧電層
８      電極層
９      隆起部
１０      基体の外側面
１１      絶縁材料
１２      平面領域
１３      平面領域
１４      フォイルの基体側とは反対側の側面
１５      フォイルの基体に面する側面
１６      不動態化層
１７      末端部材
１８      金属リング
１９      はんだ付け部分
２０      包被体の端縁領域
２０ａ    包被体の固着領域
２０ｂ    包被体の中間領域
２１      フォイルの端縁領域
２１ａ    固着領域
２１ｂ    中間領域
２２      封止物質
２３      はんだ付け材料
２４      フォイルの外被端縁領域
２４ａ    フォイルの外被固着領域
２５      窪み
２６      フォイルの他の領域
α        開き角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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